JP4003598B2

JP4003598B2 - Steering angle detector

Info

Publication number: JP4003598B2
Application number: JP2002286251A
Authority: JP
Inventors: 雅規有馬; 正美仲; 泰明辻
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004125439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車のステアリング装置の操舵部材の操舵角を検出するための、操舵角検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリング装置には、操舵角検出装置として回転角検出センサが設けられているものがある。通例、回転角検出センサの測定範囲は１回転（３６０°）以内である。一方で、操舵部材の回転角度範囲は、通例、複数回転の範囲に及ぶ。上述のような回転角検出センサを用いて、多回転の回転範囲となる操舵部材の絶対回転角を検出する回転角検出装置が提供されている。
【０００３】
例えば、従来の回転角検出装置には、多回転体を取り囲む大径歯車に、相異なる歯数を持つ一対の小径歯車を噛み合わせ、各小径歯車の回転角を対応する回転角検出センサにより検出することで、小径歯車間の位相差に基づいて、絶対回転角を検出するものがある（例えば、特許文献１，２参照。）。
一方、ステアリング装置には、車輪の転舵角を検出するために、舵取り機構のラック軸にポテンショメータを設けてあるものもある（例えば、特許文献３，４参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特表平１１−５００８２８号公報
【特許文献２】
特表２００１−５０５６６７号公報
【特許文献３】
特開平１１−４３０６６号公報
【特許文献４】
特開２００１−１９１９３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１，２の回転角検出装置では、２個の回転角検出センサがともに操舵部材に設けられるので、センサのレイアウトの自由度が低くなっていた。
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、センサのレイアウトの自由度が高く、操舵部材の回転角を高精度で検出できるステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１に記載の発明は、車両の操舵部材の回転角を検出するための回転角センサと、操舵部材とは連動回転するピニオンに噛み合うラックが形成された転舵軸に生ずる径方向の撓み量を、操舵部材の回転角に応じてラックおよびピニオンの噛み合いの変化によって転舵軸に生ずる周期的な変動量として検出する変動検出センサと、回転角センサおよび変動検出センサの検出信号に基づいて操舵部材の絶対回転角を演算する絶対角演算部とを備え、上記絶対角演算部は、回転角センサおよび変動検出センサの検出信号の双方がともに増加傾向である場合、および上記双方がともに減少傾向である場合は、第１の演算式を用い、回転角センサおよび変動検出センサのいずれか一方の検出信号が増加傾向であって且つ他方の検出信号が減少傾向である場合は、第２の演算式を用いて、回転角センサの検出信号から得られた検出回転角が何周期目の角度区間にあるかを特定するための段階値を求め、求められた段階値により特定された角度区間に対応する基準回転角と回転角センサの検出信号から得られた検出回転角とに基づいて上記絶対回転角を演算することを特徴とする。
この発明によれば、操舵部材の回転に伴って回転角センサにより検出される検出信号は、周期的に変動し、どの周期内での信号であるかを、変動検出センサの検出信号を用いて検出して、操舵部材の絶対回転角を精度良く検出することができる。また、変動検出センサは、転舵軸の近傍に配置できるので、センサのレイアウトの自由度が高まる。
【０００７】
具体的には、ピニオンはラックを押し、これに伴い、転舵軸には撓みが生じる。このときの撓み量は、ピニオンの回転に伴うピニオンとラックとの歯同士の噛み合いによって転舵軸の径方向に生じる変位量であって、周期的に変動し、この撓み量の変動を検出して、絶対回転角の検出に利用することができる。
【０００８】
また、操舵部材が多回転すると、回転角センサが高精度ではあるが操舵部材の回転角に応じて周期的に反復する検出信号を出力する。この回転角センサの検出信号がどの周期内での検出信号であるかを、上述の段階値により特定することができる。また、段階値を求める演算式は、例えば、回転角センサおよび変動検出センサの検出信号同士の差を求めるといった簡単なものにでき、信号処理を簡素化できる。
請求項２に記載の発明は、請求項１において、上記絶対角演算部は、上記第１の演算式として下記式１を用いて、上記段階値を求め、上記第２の演算式として下記式２を用いて、上記段階値を求めることを特徴とする。
Ｎ＝（ＤＡ−ＤＢ） ……式１
Ｎ＝（ＤＡ＋ＤＢ−Ｗ２） ……式２
ここで、Ｎは段階値であり、ＤＡは回転角センサの検出回転角であり、ＤＢは変動検出センサの検出回転角であり、Ｗ２は変動検出センサの周期である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の操舵角検出装置を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１実施形態の操舵角検出装置の概略構成を示す模式図であり、本操舵角検出装置が適用される車両のステアリング装置も図示されている。
図１を参照して、ステアリング装置１は、車輪２を操向するためのステアリングホイール３の動きを伝達する操舵部材としてのステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム５とを有する。ステアリングシャフト４の一方の端部６にステアリングホイール３が連結され、他方の端部７にインターミディエイトシャフト８等を介して車輪２を操向するための舵取り機構９が連結される。
【００１０】
舵取り機構９は、ステアリングシャフト４と連動して回動するピニオン１１と、このピニオン１１と噛み合うラック１２が軸方向の中間部に形成された転舵軸１３と、ピニオン１１を回動自在に支持するハウジング１４と、ハウジング１４に支持され転舵軸１３の両端部の近傍部分をその軸方向に摺動自在に支持する軸受部材としての環状のブッシュ１５とを有している。転舵軸１３の軸方向の両端部には、タイロッド１６等を介して、車輪２が連結されている。ステアリングホイール３が回されると、ステアリングシャフト４、ピニオン１１等が回動し、転舵軸１３が軸方向に移動し、車輪２を操向することができる。
【００１１】
また、ステアリング装置１は、電動パワーステアリング装置として構成され、ステアリングシャフト４にかかるトルクを検出するためのトルクセンサ１９と、このトルクセンサ１９からの信号や車速信号等に基づいて操舵補助力を発生させる電動モータ２０と、この電動モータ２０からの回転力を減速してステアリングシャフト４に伝達する減速機２１とを有している。トルクセンサ１９、電動モータ２０、および減速機２１は、ステアリングコラム５の一部となるハウジング２２に支持される。電動モータ２０には、回転を制御するための回転角センサ２３が設けられている。この回転角センサ２３は、例えば、レゾルバからなり、電動モータ２０に支持され電動モータ２０の回転軸の回転角を検出する。電動モータ２０は、減速機２１を介してステアリングシャフト４と動力伝達可能に連結されている。トルクセンサ１９により検出されたトルク、車速等に応じて電動モータ２０を回転させて、操舵操作に伴い生じる操舵抵抗に見合った操舵補助力を得られるようになっている。操舵補助力はステアリングシャフト４を介して舵取り機構９へ伝達される。
【００１２】
本操舵角検出装置３０は、ステアリングシャフト４の回転角を検出するための回転角センサ３１と、ステアリングシャフト４の回転に応じて転舵軸１３に生じる周期的な変動量、例えば、本実施形態では撓み量を検出するための第１の変動検出センサ３２と、回転角センサ３１および第１の変動検出センサ３２の検出信号に基づいてステアリングシャフト４の絶対回転角を演算する絶対角演算部３３とを備える。
【００１３】
本操舵角検出装置３０は、図２に示すように、ステアリングシャフト４の回転角を回転角センサ３１に伝達するための伝達機構として、ステアリングシャフト４の周囲に同軸上に配置されステアリングシャフト４と一体回転する第１の歯車３５と、この第１の歯車３５に噛み合う第２の歯車３６とを有する。第２の歯車３６は、ステアリングコラム５に取り付けられる支持部材３７に回動自在に支持される。第１および第２の歯車３５，３６は平歯車からなる。第１および第２の歯車３５，３６のギヤ比は、例えば、１８：１９に設定される。ここで、ギヤ比の値またはその逆数は、非整数値とするのが好ましく、これにより、回転角センサ３１および第１の変動検出センサ３２の検出信号同士の組合せを、ステアリングシャフト４の回転角に対して一義的に決めることができるので、絶対回転角を検出するのに好ましい。
【００１４】
回転角センサ３１は、互いに相対変位する固定部３９と可動部４０とを有する。回転角センサ３１は、例えば、磁気式の回転角センサであり、固定部３９は、例えば、磁気抵抗素子を含むセンサ本体からなり、可動部４０は、例えば、磁石からなる。回転角センサ３１の可動部４０は、第２の歯車３６の端面に一体回転可能に固定される。固定部３９は可動部４０の近傍に対向して配置され、支持部材４１を介してステアリングコラム５に固定される。
【００１５】
回転角センサ３１の検出信号は、固定部３９と可動部４０との相対位置に応じて変化するようになっており、第２の歯車３６の所定回転角（例えば、１８０°）ごとに周期的に変化する。第１および第２の歯車３５，３６を介することにより、回転角センサ３１の検出信号は、図５Ｂに示すように、ステアリングシャフト４の第１の所定回転角Ｗ１、例えば、１９０°ごとに周期的に変動する。各周期内において、回転角センサ３１の検出信号は、ステアリングシャフト４の一方の向き（例えば、右回り）の回転角変化に対して直線状に単調増加する。
【００１６】
第１の変動検出センサ３２は、図３に示すように、互いに相対変位する固定部４３と可動部４４とを有する。第１の変動検出センサ３２は、例えば、磁気式の変位センサであり、固定部４３は、例えば、磁気抵抗素子を含むセンサ本体からなり、ハウジング１４に支持される。ハウジング１４は、支持部材４５を介して磁石４６を支持し、可動部４４と対向する側となる磁石４６の面に、固定部４３が取り付けられる。可動部４４は、例えば、転舵軸１３に設けられた被検出部としての被検出面からなる。この被検出面は、転舵軸１３の軸方向に平行に真直に延びる平坦面からなり、転舵軸１３のストローク量に対応する長さで、ピニオン１１の回転軸線と平行に、例えば、ラック１２以外となる転舵軸１３の部分に形成される。
【００１７】
転舵軸１３は、がたつきを防止するため、ピニオン１１と反対側の面（背面）を、図示しない支持部材を介してばね等の弾性部材によりピニオン１１に向けて付勢されている。その結果、転舵軸１３とピニオン１１とは押圧状態にあり、転舵軸１３には、ピニオン１１から遠ざかる方向に撓みが生じる。このときの撓み量は、ピニオン１１の回転に伴い周期的に変動する。具体的には、ピニオン１１とラック１２との対応する歯同士が順次に噛み合うごとに、撓み量が変動する。これに伴い、第１の変動検出センサ３２の可動部４４と固定部４３とが相対変位し、その間の隙間量４７が変化する結果、固定部４３からの検出信号が変化する。この検出信号の変化から、可動部４４の相対変位量、例えば、本実施形態ではピニオン１１とラック１２とが並ぶ方向に平行となる転舵軸１３の径方向（矢印Ｒ参照）に沿う撓み量を検出することができる。撓み量の変動を検出することにより、絶対回転角の検出に利用できる。
【００１８】
第１の変動検出センサ３２の検出信号は、転舵軸１３の径方向Ｒ（図３参照）の撓みに応じた信号であり、図５Ａに示すように、ピニオン１１の１ピッチに対応する回転角度ごとに、また、ステアリングシャフト４の第２の所定回転角Ｗ２ごとに周期的に変動する。各周期内において、第１の変動検出センサ３２の検出信号は、ステアリングシャフト４の一方の向き（例えば右回り）の回転角変化に対して略直線状に増加した後、略直線状に減少する。第１の変動検出センサ３２の検出信号は、増加する場合と減少する場合とで、回転角変化に対する傾きの絶対値が等しく且つ符号が逆になっている。第１の変動検出センサ３２の検出信号は、最大値を挟んで、一方の向きの回転角変化に対する増加する場合のグラフと減少する場合のグラフとがつながり、これら２つのグラフは上述の最大値を通る対称軸（図５ＡのＴＪ参照）に対して対称形となっている。
【００１９】
第２の所定回転角Ｗ２は、例えば、ステアリングシャフト４とピニオン１１とが一体回転する場合、ピニオン１１の１ピッチに対応する回転角と等しくなり、ピニオン１１が５枚歯の場合には７２°となる。
ステアリングシャフト４が多回転すると、回転角センサ３１が高精度ではあるがステアリングシャフト４の回転角に応じて周期的に反復する検出信号（図５Ｂ参照）を出力する。しかし、この検出信号は、反復するので、どの周期の信号か、すなわち、第１の所定回転角Ｗ１の幅の複数の角度区間のうちのどの角度区間の信号かが判らない。絶対角演算部３３により、ステアリングシャフト４の回転に伴って回転角センサ３１により検出される検出信号が、どの周期内での信号であるかを、第１の変動検出センサ３２の検出信号（図５Ａ参照）を用いて検出し、ステアリングシャフト４の絶対回転角を精度良く検出することができる。
【００２０】
絶対角演算部３３は、例えば、マイクロコンピュータ等を含む信号処理用の電気回路により構成される。絶対角演算部３３には、回転角センサ３１からの検出信号および第１の変動検出センサ３２からの検出信号が入力される。絶対角演算部３３では、予め記憶されたプログラムに基づいて、ステアリングシャフト４の絶対回転角を演算する以下の信号処理が実行される。
図４のフローチャートおよび図５のグラフ図を参照し、絶対角演算部３３による信号処理を説明する。
【００２１】
イグニッションキースイッチが操作される等の所定の開始操作に応答して、信号処理が開始される（ステップＳ１）。
先ず、回転角センサ３１による回転角の検出と、第１の変動検出センサ３２による撓み量の検出とが同時に行われる。そして、回転角センサ３１および第１の変動検出センサ３２から検出信号を読み込む（ステップＳ２）。読み込まれた検出信号はメモリに記憶される。
【００２２】
所定時間の経過後（ステップＳ３）に、再度、ステップＳ２と同様に、回転角センサ３１および第１の変動検出センサ３２により検出を行い、これらから検出信号を読み込む（ステップＳ４）。
前回の読み込み操作、例えば、ステップＳ２の操作により読み込まれて記憶されている検出信号および今回のステップＳ４で読み込んだ検出信号とを比較して、回転角センサ３１および第１の変動検出センサ３２の検出信号の変動の傾向の組合せが同じか異なるかを判断する（ステップＳ５）。すなわち、回転角センサ３１の検出信号について、記憶された前回の値よりも新たに読み込んだ今回の値が大きく、増加傾向にあり、且つ第１の変動検出センサ３２の検出信号について、記憶された前回の値よりも読み込まれた今回の値が大きく、増加傾向にある場合には、両センサ３１，３２の検出信号の変動の傾向の組合せは同じと判る。また、回転角センサ３１の検出信号が減少傾向にあり、且つ第１の変動検出センサ３２の検出信号が減少傾向にある場合にも、両センサ３１，３２の検出信号の変動の傾向の組合せは同じと判る。また、回転角センサ３１の検出信号が減少傾向にあり且つ第１の変動検出センサ３２の検出信号が増加傾向にある場合や、逆に、回転角センサ３１の検出信号が増加傾向にあり且つ第１の変動検出センサ３２が減少傾向にある場合には、両センサ３１，３２の検出信号の変動の傾向の組合せは異なると判る。
【００２３】
絶対角演算部３３は、回転角センサ３１および第１の変動検出センサ３２の検出信号の変動の傾向の組合せに応じた第１および第２の演算式を用いて、回転角センサ３１および第１の変動検出センサ３２の検出信号から、回転角センサ３１の検出信号が何周期目にあるかを特定するための段階値Ｎを求める（ステップＳ６，７，８）。
すなわち、傾向の組合せが同じ場合（ステップＳ６でＹＥＳ）には、第１の演算式を用いる（ステップＳ７）。第１の演算式は、
Ｎ＝ＤＡ−ＤＢ
である。ここで、Ｎは、段階値である。ＤＡは、回転角センサ３１の検出回転角である。ＤＢは、第１の変動検出センサ３２の検出回転角である。また、検出回転角ＤＡ，ＤＢは、ステップＳ４で読み込んだ対応する検出信号から求められ、各センサ３１，３２からの検出信号を、ステアリングシャフト４の回転角のスケールに合わせたものであり、図５Ｃに実線ＤＡと破線ＤＢで示すようになる。検出回転角ＤＡ，ＤＢでは、ステアリングシャフト４の回転角の変化に対する変化量は、ステアリングシャフト４の回転角の変化量と等しくなる。検出回転角ＤＡは、０°から第１の所定回転角Ｗ１までの間の値を変化する。検出回転角ＤＢは、０°から第２の所定回転角Ｗ２の半分の値までの間の値を変化する。また、検出回転角ＤＡ，ＤＢは、上述の各センサ３１，３２からの検出信号の特徴をも同様に有している。
【００２４】
変動の傾向が同じになるとき、図５Ｃに示す両検出回転角ＤＡ，ＤＢのグラフは重なるかまたは平行となり、段階値Ｎは、第２の所定回転角Ｗ２の幅の角度区間、例えば、区間Ｅ１，Ｅ２ごとに決まる一定値となる。例えば、ステアリングシャフト４の回転角が角度区間Ｅ１にあり、変動の傾向が同じになるとき（例えば、区間Ｅ１の点Ｐ）には、第１の演算式により得られる段階値Ｎは、Ｎ＝Ｎ１となる。同様に、ステアリングシャフト４の回転角が角度区間Ｅ２にあるときには、Ｎ＝Ｎ２となる。このように、ステアリングシャフト４の回転角の角度区間Ｅ１，Ｅ２，…ごとに、段階値Ｎは互いに異なる値Ｎ１，Ｎ２，…を取る。
【００２５】
また、傾向の組合せが異なる場合（ステップＳ６でＮＯ）には、第２の演算式を用いる（ステップＳ８）。第２の演算式は、
Ｎ＝ＤＡ＋ＤＢ−Ｗ２
である。
変動の傾向が異なるとき、両検出回転角ＤＡ，ＤＢのグラフの傾きは正負逆でその絶対値が相等しくなるので、第２の演算式を用いることにより、変動の傾向が同じときと同様にして、段階値Ｎは角度区間内で一定となる。例えば、ステアリングシャフト４の回転角が区間Ｅ１にあり、変動の傾向が異なるとき（区間Ｅ１の点Ｑ参照）には、第２の演算式により得られる段階値Ｎは、Ｎ＝Ｎ１となる。同様に、ステアリングシャフト４の回転角の区間Ｅ１，Ｅ２，…ごとに、段階値Ｎは互いに異なる値Ｎ１，Ｎ２，…を取る。
【００２６】
次に、上述のようにして求められた段階値Ｎから、ステップＳ４で検出した各検出信号が、回転角センサ３１の検出信号の周期的な変動の何周期目にあるかを求める（ステップＳ９）。
例えば、図５Ｂ，図５Ｄに示すように、回転角センサ３１の検出信号のいわゆる周期となる角度の幅Ｗ１の一つの角度区間に対しては、複数の段階値Ｎが対応するが、各段階値Ｎは、ただ一つの角度区間にのみ対応する。例えば、第１の所定回転角Ｗ１の幅となり回転角が値Ａ１から値Ａ２までの間の第１角度区間Ｆ１では、段階値Ｎは、複数、例えば、３つの値Ｎ１，Ｎ２およびＮ３をとる。また、回転角が値Ａ２から値Ａ３までの間の第２角度区間Ｆ２では、段階値Ｎは、複数、例えば、４つの値Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６，Ｎ７をとる。従って、段階値Ｎの値から、この値に対応する角度区間が一義的に決まり、ステップＳ４で検出された回転角センサ３１からの検出信号が、どの角度範囲に対応する信号であるかが判る。段階値Ｎの値と各角度区間との対応付けは、例えば、予め記憶されたデータテーブルに照らし合わせることによりなされる。
【００２７】
次に、上述のように求められた段階値Ｎにより特定されたいわゆる周期、すなわち、角度区間に対応する基準回転角と回転角センサ３１の検出信号から得た検出回転角に基づいて絶対回転角を演算する（ステップＳ１０）。
例えば、ステアリングシャフト４が回転角Ｐのときに絶対回転角を検出する場合を考える。ステップＳ４で検出された検出信号により、変動の傾向が同じと分かり、第１の演算式を用いて、段階値Ｎの値Ｎ１が求まる。これにより、検出された検出信号は、第１角度区間Ｆ１にあることが分かる。この第１角度区間Ｆ１に対応する基準回転角、例えば、角度区間内の最小の回転角である値Ａ１が絶対回転角で求められる。求められた基準回転角（例えばＡ１）と、回転角センサ３１の検出された検出信号から得る検出回転角（例えば値Ｐ）、との和から、絶対回転角が求められる。そして、次の処理のために、ステップＳ４で読み込まれた検出信号はメモリに記憶される。
【００２８】
以後、イグニッションキースイッチの操作等の所定の終了操作がなされるまで、所定時間ごとに上述のステップＳ４〜ステップＳ１０までの処理が繰り返し行われる。この際、ステップＳ５では、前回の検出信号として、ステップＳ２で読み込まれて記憶されている検出信号に代えて、上述のステップＳ１０で記憶された検出信号を用いる。
このように、周期的に反復する回転角センサ３１の検出信号がどの周期内での検出信号であるかを、上述の段階値Ｎにより特定することができる。従って、ステアリングシャフト４の絶対回転角を精度良く検出することができる。
【００２９】
また、段階値Ｎを求める演算式は、例えば、回転角センサ３１および第１の変動検出センサ３２の検出信号から得る検出回転角同士の差を求めるといった簡単なものにでき、信号処理を簡素化できる。
また、回転角センサ３１の検出信号のいわゆる周期となる第１の所定回転角Ｗ１と、第１の変動検出センサ３２の検出信号のいわゆる周期となる第２の所定回転角Ｗ２との最小公倍数が、ステアリングシャフト４の操作可能範囲を示す角度よりも大きくなるように、第１および第２の所定回転角Ｗ１，Ｗ２が互いに異なって設定される。これにより、ステアリングシャフト４の操作範囲内では、回転角センサ３１および第１の変動検出センサ３２の検出信号同士の組合せを、ステアリングシャフト４の回転角に対して一義的に決めることができるので、絶対回転角を検出するのに好ましい。
【００３０】
なお、回転角センサ３１は、減速機構等の上述の伝達機構を介してステアリングシャフト４の回転角を検出するものに限定されず、要は、ステアリングホイール３と連動して回動する操舵部材、例えば、ステアリングシャフト４、インターミディエイトシャフト８、ピニオン１１等の回転角を直接にまたは間接に検出するものであればよい。例えば、上述の第１の実施形態の回転角センサ３１に代えて、電動モータ２０用の回転角センサ２３、および後述する第２の変動検出センサ５０の何れかを用いることができる。
【００３１】
図６に示す本発明の第２の実施形態の操舵角検出装置３０では、電動モータ２０用の回転角センサ２３と、第１の変動検出センサ３２と、絶対角演算部３３とを用いている。また、図７に示す参考例としての操舵角検出装置３０では、第２の変動検出センサ５０と、第３の変動検出センサ５１と、絶対角演算部３３とを用いている。なお、以下の説明では、上記実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略して同じ符号を付しておく。
【００３２】
回転角センサ２３は、図６に示すように、操舵補助用の電動モータ２０の回転軸の回転制御用のもので、操舵補助用の減速機２１を介して、ステアリングシャフト４の回転角を検知することができる。回転角センサ２３の検出信号は周期的に変動し、例えば、電動モータ２０の回転軸が所定角度、例えば、１８０°回転するごとに周期的に変動する。この角度に減速機２１を介して対応するステアリングシャフト４の回転角ごとに回転角センサ２３の検出信号は変動し、変動の周期以外の点では回転角センサ３１の検出信号と同様である。
【００３３】
電動モータ２０の回転制御用に通例設けられる回転角センサ２３を、絶対回転角の検出のために兼用できるので、第２の実施形態では、ステアリング装置１としての構造を簡素化できる。また、操舵補助用の減速機２１の減速比を適宜設定することにより、上述の第１および第２の歯車３５，３６のギヤ比の値を非整数値とすることによる効果を同様に得ることもできる。
第２の変動検出センサ５０は、図７および図８に示すように、第１の変動検出センサ３２の固定部４３と同様の固定部５４と、この固定部５４に対向して設けられる可動部５５とを有する。可動部５５は、転舵軸１３に設けられた被検出部としての被検出面からなり、この被検出面は、転舵軸１３の軸方向に対して一方の向きに直線状に傾斜する複数の傾斜面（一つの面を実線で他の面を一点鎖線で図示）にて構成されている。これら傾斜面は、図８に示すように転舵軸１３に凸状に設けられてもよいし、図９に示すように凹状に設けられてもよい。ステアリングシャフト４が回り、転舵軸１３が軸方向に移動すると、可動部５５の被検出面と固定部５４との間隔が変化する。この間隔の変化が、第２の変動検出センサ５０により検出される。転舵軸１３の軸方向に沿って測る可動部５５のひとつの傾斜面の長さに相当する距離を転舵軸１３が移動するごとに、第２の変動検出センサ５０の検出信号は周期的に変動する。変動の周期以外の点では、第２の変動検出センサ５０の検出信号は、回転角センサ３１の検出信号と同様のものである。
【００３４】
また、第２の変動検出センサ５０を、転舵軸１３の端部近傍に配置し、その固定部５４を、図１０および図１１に示す保持部材６０により保持してもよい。
保持部材６０は、環状のブッシュ１５の内周６１と、転舵軸１３の断面異形部との間に収容され、内周６１と転舵軸１３の一対の摺動部６２との間に挟持される。転舵軸１３の断面異形部は、断面略３角形形状の第１半部６３と、断面略半円状の第２半部６４とを有している。第２半部６４は、ブッシュ１５の内周６１に摺動自在に沿う摺動部としての外周面６５を有する。第１半部６３は、上述の摺動部６２を有し、この摺動部６２は、ブッシュ１５の内周６１との間に距離を開けて配置され軸方向に延びる平坦な一対の平面を含む。ブッシュ１５には、内周６１と外周６７とを挿通する挿通孔６８が形成され、この挿通孔６８を通して第２の変動検出センサ５０の固定部５４を保持部材６０に取り付けてある。
【００３５】
保持部材６０は、ブッシュ１５の内周６１に接する断面円弧形状の第１の当接部７１を有する。第１の当接部７１は、ブッシュ１５により転舵軸１３の軸方向についての転舵軸１３に対する移動を規制される。また、保持部材６０は、転舵軸１３に設けられる一対の摺動部６２に軸方向に摺動自在に接する第２の当接部７２と、転舵軸１３の軸方向と交差する方向について転舵軸１３と第２の変動検出センサ５０の固定部５４との相対移動を規制するように第２の変動検出センサ５０の固定部５４を保持する保持部としての取付孔７３とを有している。取付孔７３は、第２の変動検出センサ５０の可動部５５に対向して形成され、第２の変動検出センサ５０の固定部５４を位置決めする。
【００３６】
保持部材６０は、ブッシュ１５の内周６１と転舵軸１３の摺動部６２との間に介在することにより、転舵軸１３に対して接近および離反する向きの第２の変動検出センサ５０の固定部５４の変位を防止して、仮に転舵軸１３が径方向に変位してもこの変位に固定部５４が追従できるようにし、第２の変動検出センサ５０の固定部５４と転舵軸１３とを高精度に位置決めできる。また、転舵軸１３は、ブッシュ１５により転舵軸１３の軸方向と直交する方向の変位を規制されるので、絶対回転角の検出のための転舵軸１３における可動部５５の変動を検出するのに好ましい。
【００３７】
保持部材６０は、転舵軸１３の断面異形部と接することにより、転舵軸１３の軸線の回りの転舵軸１３と第２の変動検出センサ５０の固定部５４との相対回動を規制し、第２の変動検出センサ５０の固定部５４と転舵軸１３とをより一層高精度に位置決めできる。
第２の変動検出センサ５０では、ラック１２とピニオン１１とが並ぶ方向と直交する方向に沿って、第２の変動検出センサ５０の固定部５４と可動部５５とが並んで配置されることが好ましい。これにより、ピニオン１１との噛み合いに伴う転舵軸１３の撓みの影響を検出信号が受け難くすることができ、より一層高精度な検出ができる。
【００３８】
図７および図８を参照する。第３の変動検出センサ５１は、第１の変動検出センサ３２の固定部４３と同様の固定部７５と、この固定部７５に対向して設けられる可動部７６とを有する。可動部７６は、被検出部としてのラック１２からなり、傾きが交互に逆になる複数の傾斜面（ラック歯の歯面となる）を含み、傾きが互いに逆の傾斜面が転舵軸１３の移動方向に沿って交互に並ぶ断面波形となる。固定部７５は、ラック１２の歯の頂部と対向して配置される。第３の変動検出センサ５１は、ラック１２の歯と固定部７５との間隔の変化を検出する。ラック１２の歯のピッチに相当する距離を転舵軸１３が軸方向に移動するごとに、第３の変動検出センサ５１の検出信号は周期的に変動する。変動の周期以外の点では第３の変動検出センサ５１の検出信号は第１の変動検出センサ３２の検出信号と同様のものである。第３の変動検出センサ５１では、可動部７６にラック１２を利用できるので、可動部７６を別途設けずにすむ。
【００３９】
このように本発明の実施形態および参考例によれば、舵取り機構９に設けた上述のセンサ３２，５０，５１を利用して、ステアリングシャフト４の絶対回転角を高精度に検出できる。
また、第１、第２および第３の変動検出センサ３２，５０，５１は、転舵軸１３の近傍に配置できるので、各センサ３２，５０，５１のレイアウトがステアリングシャフト４のレイアウトに規制されずに済み、各センサ３２，５０，５１のレイアウトの自由度が高まる。また、各センサ３２，５０，５１の組み付けの自由度を高くできる。
【００４０】
また、上述の各センサ３１，３２，５０，５１は安価に構成できる。
また、第１および第２の歯車３５，３６の減速比を適宜調節することにより、絶対回転角の検出可能な角度範囲を調節できる。
なお、上述の各回転角センサ３１，２３および各変動検出センサ３２，５０，５１は、上述のものに限定されない。例えば、ホールセンサを用いた磁気式や光電式のセンサ、ポテンショメータ等の公知の回転角センサおよび変位センサを利用できる。また、回転角センサとしては、可動部と固定部との相対変位量を検出するインクリメンタルタイプでもよいし、可動部と固定部との絶対位置変化を検出するアブソリュートタイプでもよいが、後者が好ましい。
【００４１】
なお、絶対角演算部３３での絶対回転角を求めるための信号処理として回転角センサ３１の検出信号に基づいて絶対回転角を求める例を説明したが、第１の変動検出センサ３２の検出信号に基づいて絶対回転角を求めてもよい。
また、本操舵角検出装置３０は、コラムタイプの電動パワーステアリング装置１に限らず、他のタイプのパワーステアリング装置や、操舵補助力を得られないマニアルタイプのステアリング装置に適用してもよい。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の操舵角検出装置と、これを適用したパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。
【図２】図１に示す操舵角検出装置の回転角センサとこれに関連するステアリング装置の部分を示す一部断面正面図。
【図３】図１に示す操舵角検出装置の変動検出センサとこれに関連するステアリング装置の部分を示す一部断面図。
【図４】図１に示す操舵角検出装置の絶対角演算部での信号処理のフローチャート。
【図５】図５は、図１に示す操舵角検出装置の絶対角演算部で扱う信号とステアリングシャフトの回転角との関係を示すグラフ図である。図５Ａは、第１の変動検出センサの検出信号とステアリングシャフトの回転角との関係を示し、横軸にステアリングシャフトの回転角を、縦軸に検出信号の強さをとる。図５Ｂは、回転角センサの検出信号とステアリングシャフトの回転角との関係を示し、横軸にステアリングシャフトの回転角を、縦軸に検出信号の強さをとる。図５Ｃは、第１の変動検出センサおよび回転角センサの検出信号を絶対角演算部で処理して得られた２つの検出回転角と、ステアリングシャフトの回転角との関係を示し、横軸にステアリングシャフトの回転角を、縦軸に２つセンサの検出回転角をとる。図５Ｄは、段階値とステアリングシャフトの回転角との関係を示し、横軸にステアリングシャフトの回転角を、縦軸に段階値をとる。
【図６】本発明の第２の実施形態の操舵角検出装置と、これを適用したパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。
【図７】参考例としての操舵角検出装置を適用したパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。
【図８】図７に示す操舵角検出装置の第２の変動検出センサおよび第３の変動検出センサの概略構成を示す模式図である。
【図９】図８に示す操舵角検出装置の変形例を示す模式図。
【図１０】図８と異なるレイアウトとする場合の操舵角検出装置の第２の変動検出センサ、ブッシュ、保持部材および転舵軸の断面図。
【図１１】図１０に示す第２の変動検出センサ、ブッシュ、保持部材および転舵軸の分解斜視図。
【符号の説明】
４ステアリングシャフト（操舵部材）
１１ピニオン
１２ラック
１３転舵軸
２３回転角センサ
３０操舵角検出装置
３１回転角センサ
３２第１の変動検出センサ
３３絶対角演算部
Ａ１，Ａ２，Ａ３，… 回転角（周期に対応する基準回転角）
Ｎ段階値[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering angle detection device for detecting a steering angle of a steering member of a steering device for an automobile, for example.
[0002]
[Prior art]
Some steering devices are provided with a rotation angle detection sensor as a steering angle detection device. Usually, the measurement range of the rotation angle detection sensor is within one rotation (360 °). On the other hand, the rotation angle range of the steering member typically covers a range of multiple rotations. There has been provided a rotation angle detection device that detects an absolute rotation angle of a steering member within a multi-rotation rotation range using the rotation angle detection sensor as described above.
[0003]
For example, in a conventional rotation angle detection device, a pair of small-diameter gears having different numbers of teeth are meshed with a large-diameter gear surrounding a multi-rotor, and the rotation angle of each small-diameter gear is detected by a corresponding rotation angle detection sensor. By doing so, there is one that detects the absolute rotation angle based on the phase difference between the small-diameter gears (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
On the other hand, some steering devices are provided with a potentiometer on the rack shaft of the steering mechanism in order to detect the turning angle of the wheels (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese National Patent Publication No. 11-500828
[Patent Document 2]
JP-T-2001-505667
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-43066
[Patent Document 4]
JP 2001-191937 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the rotation angle detection devices of Patent Documents 1 and 2, since two rotation angle detection sensors are both provided on the steering member, the degree of freedom in sensor layout is low.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a steering device that solves the above technical problems, has a high degree of freedom in sensor layout, and can detect the rotation angle of a steering member with high accuracy.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
  The invention according to claim 1 is a rotation angle sensor for detecting a rotation angle of a steering member of a vehicle;The amount of deflection in the radial direction that occurs in the steered shaft formed with the rack that meshes with the pinion that rotates in conjunction with the steering member,Steering member rotationCornerIn response to theBy changing rack and pinion meshingPeriodic fluctuations that occur on the turning shaftAsDetectStrangeA motion detection sensor, and an absolute angle calculation unit that calculates an absolute rotation angle of the steering member based on detection signals of the rotation angle sensor and the fluctuation detection sensor.The absolute angle calculation unit uses the first calculation formula when both of the detection signals of the rotation angle sensor and the fluctuation detection sensor are increasing and when both of the detection signals are decreasing. When the detection signal of one of the sensor and the fluctuation detection sensor tends to increase and the other detection signal tends to decrease, it is obtained from the detection signal of the rotation angle sensor using the second arithmetic expression. A step value for specifying the number of angular intervals of the detected rotation angle is obtained, and obtained from the reference rotation angle corresponding to the angle interval specified by the obtained step value and the detection signal of the rotation angle sensor. The absolute rotation angle is calculated based on the detected rotation angle.It is characterized by that.
  According to the present invention, the detection signal detected by the rotation angle sensor with the rotation of the steering member periodically varies, and in which cycle the signal is detected by using the detection signal of the variation detection sensor. Thus, the absolute rotation angle of the steering member can be detected with high accuracy. In addition, since the fluctuation detection sensor can be disposed in the vicinity of the steered shaft, the degree of freedom in sensor layout is increased.
[0007]
  In particular,The pinion pushes the rack, and accordingly, the turning shaft is bent. The amount of deflection at this time is the amount of displacement that occurs in the radial direction of the steered shaft due to the meshing of the teeth of the pinion and rack accompanying the rotation of the pinion, and varies periodically, and this variation in the amount of deflection is detected. Thus, it can be used to detect the absolute rotation angle.
[0008]
  Also,When the steering member makes multiple rotations, the rotation angle sensor outputs a detection signal that is highly accurate but periodically repeats according to the rotation angle of the steering member. In which period the detection signal of the rotation angle sensor is the detection signal can be specified by the above-described step value. Further, the arithmetic expression for obtaining the step value can be simplified, for example, the difference between the detection signals of the rotation angle sensor and the fluctuation detection sensor can be obtained, and the signal processing can be simplified.
  According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the absolute angle calculation unit obtains the step value using the following formula 1 as the first calculation formula, and the following formula as the second calculation formula: 2 is used to determine the step value.
N = (DA-DB) ...... Formula 1
N = (DA + DB−W2) ...... Formula 2
Here, N is a step value, DA is a detection rotation angle of the rotation angle sensor, DB is a detection rotation angle of the fluctuation detection sensor, and W2 is a cycle of the fluctuation detection sensor.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a steering angle detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a steering angle detection device according to a first embodiment of the present invention, and also illustrates a vehicle steering device to which the steering angle detection device is applied.
Referring to FIG. 1, a steering device 1 supports a steering shaft 4 as a steering member that transmits a movement of a steering wheel 3 for steering a wheel 2, and rotatably supports the steering shaft 4 through the inside. And a steering column 5. A steering wheel 3 is connected to one end 6 of the steering shaft 4, and a steering mechanism 9 for steering the wheel 2 via an intermediate shaft 8 or the like is connected to the other end 7.
[0010]
The steering mechanism 9 supports a pinion 11 that rotates in conjunction with the steering shaft 4, a steering shaft 13 in which a rack 12 that meshes with the pinion 11 is formed in an intermediate portion in the axial direction, and the pinion 11 so as to be rotatable. And an annular bush 15 as a bearing member that is supported by the housing 14 and supports the vicinity of both ends of the steered shaft 13 so as to be slidable in the axial direction. The wheels 2 are connected to both ends of the steered shaft 13 in the axial direction via tie rods 16 and the like. When the steering wheel 3 is rotated, the steering shaft 4, the pinion 11 and the like are rotated, the steered shaft 13 is moved in the axial direction, and the wheel 2 can be steered.
[0011]
The steering device 1 is configured as an electric power steering device and generates a steering assist force based on a torque sensor 19 for detecting torque applied to the steering shaft 4 and a signal from the torque sensor 19 or a vehicle speed signal. And a reduction gear 21 that reduces the rotational force from the electric motor 20 and transmits it to the steering shaft 4. The torque sensor 19, the electric motor 20, and the speed reducer 21 are supported by a housing 22 that is a part of the steering column 5. The electric motor 20 is provided with a rotation angle sensor 23 for controlling the rotation. The rotation angle sensor 23 is made of, for example, a resolver and is supported by the electric motor 20 to detect the rotation angle of the rotation shaft of the electric motor 20. The electric motor 20 is connected to the steering shaft 4 via the speed reducer 21 so that power can be transmitted. The electric motor 20 is rotated in accordance with the torque detected by the torque sensor 19, the vehicle speed, etc., so that a steering assist force commensurate with the steering resistance caused by the steering operation can be obtained. The steering assist force is transmitted to the steering mechanism 9 via the steering shaft 4.
[0012]
The present steering angle detection device 30 includes a rotation angle sensor 31 for detecting the rotation angle of the steering shaft 4 and a periodic fluctuation amount generated in the steered shaft 13 in accordance with the rotation of the steering shaft 4, for example, in the present embodiment. Then, a first fluctuation detection sensor 32 for detecting the amount of deflection, and an absolute angle calculation section 33 for calculating the absolute rotation angle of the steering shaft 4 based on detection signals of the rotation angle sensor 31 and the first fluctuation detection sensor 32. With.
[0013]
As shown in FIG. 2, the steering angle detection device 30 is disposed coaxially around the steering shaft 4 as a transmission mechanism for transmitting the rotation angle of the steering shaft 4 to the rotation angle sensor 31. It has a first gear 35 that rotates integrally and a second gear 36 that meshes with the first gear 35. The second gear 36 is rotatably supported by a support member 37 attached to the steering column 5. The first and second gears 35 and 36 are spur gears. The gear ratio of the first and second gears 35 and 36 is set to 18:19, for example. Here, the value of the gear ratio or its reciprocal is preferably a non-integer value, whereby the combination of the detection signals of the rotation angle sensor 31 and the first fluctuation detection sensor 32 is used as the rotation angle of the steering shaft 4. Therefore, it is preferable to detect the absolute rotation angle.
[0014]
The rotation angle sensor 31 includes a fixed portion 39 and a movable portion 40 that are relatively displaced from each other. The rotation angle sensor 31 is, for example, a magnetic rotation angle sensor, the fixed portion 39 is made of, for example, a sensor body including a magnetoresistive element, and the movable portion 40 is made of, for example, a magnet. The movable portion 40 of the rotation angle sensor 31 is fixed to the end surface of the second gear 36 so as to be integrally rotatable. The fixed portion 39 is disposed opposite to the vicinity of the movable portion 40 and is fixed to the steering column 5 via the support member 41.
[0015]
The detection signal of the rotation angle sensor 31 changes according to the relative position between the fixed portion 39 and the movable portion 40, and is periodically generated at every predetermined rotation angle (for example, 180 °) of the second gear 36. To change. By passing through the first and second gears 35 and 36, the detection signal of the rotation angle sensor 31 is cycled every first predetermined rotation angle W1, for example, 190 ° of the steering shaft 4, as shown in FIG. 5B. Fluctuates. Within each cycle, the detection signal of the rotation angle sensor 31 monotonously increases linearly with respect to the rotation angle change in one direction (for example, clockwise) of the steering shaft 4.
[0016]
As shown in FIG. 3, the first fluctuation detection sensor 32 includes a fixed portion 43 and a movable portion 44 that are relatively displaced from each other. The first variation detection sensor 32 is, for example, a magnetic displacement sensor, and the fixed portion 43 is formed of, for example, a sensor body including a magnetoresistive element and is supported by the housing 14. The housing 14 supports the magnet 46 via the support member 45, and the fixed portion 43 is attached to the surface of the magnet 46 that faces the movable portion 44. The movable part 44 consists of a to-be-detected surface as a to-be-detected part provided in the steered shaft 13, for example. The detected surface is a flat surface that extends straight in parallel with the axial direction of the steered shaft 13, and has a length corresponding to the stroke amount of the steered shaft 13, and is parallel to the rotation axis of the pinion 11, for example, a rack It is formed in a portion of the steered shaft 13 other than 12.
[0017]
The steered shaft 13 is biased toward the pinion 11 by an elastic member such as a spring via a support member (not shown) on the surface (back surface) opposite to the pinion 11 in order to prevent rattling. As a result, the steered shaft 13 and the pinion 11 are in a pressed state, and the steered shaft 13 is bent in a direction away from the pinion 11. The amount of deflection at this time periodically varies as the pinion 11 rotates. Specifically, the amount of deflection varies each time the corresponding teeth of the pinion 11 and the rack 12 mesh sequentially. Along with this, the movable portion 44 and the fixed portion 43 of the first fluctuation detection sensor 32 are relatively displaced, and the gap amount 47 therebetween changes. As a result, the detection signal from the fixed portion 43 changes. From the change in the detection signal, the relative displacement amount of the movable portion 44, for example, the deflection amount along the radial direction of the steered shaft 13 (see arrow R) that is parallel to the direction in which the pinion 11 and the rack 12 are aligned in this embodiment. Can be detected. By detecting the fluctuation of the deflection amount, it can be used for detecting the absolute rotation angle.
[0018]
The detection signal of the first fluctuation detection sensor 32 is a signal corresponding to the deflection of the steered shaft 13 in the radial direction R (see FIG. 3), and as shown in FIG. 5A, the rotation corresponding to one pitch of the pinion 11 It fluctuates periodically every angle and every second predetermined rotation angle W2 of the steering shaft 4. Within each cycle, the detection signal of the first variation detection sensor 32 increases substantially linearly with respect to a rotation angle change in one direction (for example, clockwise) of the steering shaft 4 and then decreases substantially linearly. . The detection signal of the first fluctuation detection sensor 32 has the same absolute value of the inclination with respect to the change in the rotation angle and the opposite sign when it increases and when it decreases. The detection signal of the first fluctuation detection sensor 32 is connected to a graph in the case of increase and a graph in the case of decrease with respect to the rotation angle change in one direction across the maximum value. Is symmetrical with respect to an axis of symmetry passing through (see TJ in FIG. 5A).
[0019]
For example, when the steering shaft 4 and the pinion 11 rotate integrally, the second predetermined rotation angle W2 is equal to the rotation angle corresponding to one pitch of the pinion 11, and 72 ° when the pinion 11 has five teeth. It becomes.
When the steering shaft 4 rotates many times, the rotation angle sensor 31 outputs a detection signal (see FIG. 5B) that repeats periodically according to the rotation angle of the steering shaft 4 with high accuracy. However, since this detection signal repeats, it is not known which period the signal is, that is, which angle section of the plurality of angle sections having the width of the first predetermined rotation angle W1. In which cycle the detection signal detected by the rotation angle sensor 31 with the rotation of the steering shaft 4 by the absolute angle calculation unit 33 is a signal detected by the first fluctuation detection sensor 32 (FIG. The absolute rotation angle of the steering shaft 4 can be detected with high accuracy.
[0020]
The absolute angle calculation unit 33 is configured by a signal processing electric circuit including a microcomputer, for example. A detection signal from the rotation angle sensor 31 and a detection signal from the first fluctuation detection sensor 32 are input to the absolute angle calculation unit 33. The absolute angle calculation unit 33 executes the following signal processing for calculating the absolute rotation angle of the steering shaft 4 based on a program stored in advance.
Signal processing by the absolute angle calculation unit 33 will be described with reference to the flowchart of FIG. 4 and the graph of FIG.
[0021]
In response to a predetermined start operation such as operation of an ignition key switch, signal processing is started (step S1).
First, the detection of the rotation angle by the rotation angle sensor 31 and the detection of the deflection amount by the first fluctuation detection sensor 32 are performed simultaneously. Then, detection signals are read from the rotation angle sensor 31 and the first fluctuation detection sensor 32 (step S2). The read detection signal is stored in the memory.
[0022]
After the elapse of the predetermined time (step S3), the detection is again performed by the rotation angle sensor 31 and the first fluctuation detection sensor 32, and the detection signal is read from these (step S4), similarly to step S2.
The detection signal read and stored in the previous reading operation, for example, the operation in step S2, and the detection signal read in the current step S4 are compared, and the rotation angle sensor 31 and the first fluctuation detection sensor 32 are compared. It is determined whether the combinations of the detection signal fluctuation tendencies are the same or different (step S5). That is, for the detection signal of the rotation angle sensor 31, the current value newly read is larger than the previously stored value and tends to increase, and the detection signal of the first fluctuation detection sensor 32 is stored. If the current value read is larger than the previous value and tends to increase, the combination of the trends of fluctuations in the detection signals of both sensors 31 and 32 is found to be the same. In addition, even when the detection signal of the rotation angle sensor 31 tends to decrease and the detection signal of the first variation detection sensor 32 tends to decrease, the combination of the variation tendency of the detection signals of both sensors 31 and 32 is I understand the same. Further, when the detection signal of the rotation angle sensor 31 tends to decrease and the detection signal of the first fluctuation detection sensor 32 tends to increase, conversely, the detection signal of the rotation angle sensor 31 tends to increase and When one fluctuation detection sensor 32 tends to decrease, it can be understood that the combinations of fluctuation trends of the detection signals of both sensors 31 and 32 are different.
[0023]
The absolute angle calculation unit 33 uses the first and second calculation formulas according to the combination of the fluctuation tendency of the detection signals of the rotation angle sensor 31 and the first fluctuation detection sensor 32, and uses the first and second calculation formulas. The step value N for specifying the cycle number of the detection signal of the rotation angle sensor 31 is obtained from the detection signal of the fluctuation detection sensor 32 (steps S6, 7, 8).
That is, when the combination of trends is the same (YES in step S6), the first arithmetic expression is used (step S7). The first equation is
N = DA-DB
It is. Here, N is a step value. DA is a rotation angle detected by the rotation angle sensor 31. DB is a detection rotation angle of the first fluctuation detection sensor 32. The detected rotation angles DA and DB are obtained from the corresponding detection signals read in step S4, and the detection signals from the sensors 31 and 32 are matched with the rotation angle scale of the steering shaft 4. 5C is indicated by a solid line DA and a broken line DB. In the detected rotation angles DA and DB, the change amount with respect to the change in the rotation angle of the steering shaft 4 is equal to the change amount in the rotation angle of the steering shaft 4. The detected rotation angle DA changes a value between 0 ° and the first predetermined rotation angle W1. The detected rotation angle DB changes a value between 0 ° and a half value of the second predetermined rotation angle W2. The detected rotation angles DA and DB also have the characteristics of the detection signals from the sensors 31 and 32 described above.
[0024]
When the tendency of variation is the same, the graphs of both detected rotation angles DA and DB shown in FIG. 5C overlap or become parallel, and the step value N is an angular section having a width of the second predetermined rotation angle W2, for example, a section It is a constant value determined for each of E1 and E2. For example, when the rotation angle of the steering shaft 4 is in the angle section E1 and the fluctuation tendency is the same (for example, the point P in the section E1), the step value N obtained by the first arithmetic expression is N = N1. Similarly, when the rotation angle of the steering shaft 4 is in the angle section E2, N = N2. In this way, the step value N takes different values N1, N2,... For each of the angle sections E1, E2,.
[0025]
If the tendency combinations are different (NO in step S6), the second arithmetic expression is used (step S8). The second arithmetic expression is
N = DA + DB-W2
It is.
When the fluctuation tendency is different, the slopes of the detected rotation angles DA and DB are positive and negative, and their absolute values are the same. By using the second calculation formula, the fluctuation tendency is the same as when the fluctuation tendency is the same. Thus, the step value N is constant within the angle interval. For example, when the rotation angle of the steering shaft 4 is in the section E1 and the variation tendency is different (see the point Q in the section E1), the step value N obtained by the second arithmetic expression is N = N1. Similarly, the step value N takes different values N1, N2,... For each of the rotation angle sections E1, E2,.
[0026]
Next, from the step value N obtained as described above, it is determined in which period of each periodic change of the detection signal of the rotation angle sensor 31 each detection signal detected in step S4 (step S9). ).
For example, as shown in FIG. 5B and FIG. 5D, a plurality of step values N correspond to one angle section having an angle width W1 that is a so-called period of the detection signal of the rotation angle sensor 31, The value N corresponds to only one angle interval. For example, in the first angle section F1 having the width of the first predetermined rotation angle W1 and the rotation angle between the value A1 and the value A2, the step value N takes a plurality of, for example, three values N1, N2, and N3. . Further, in the second angle section F2 in which the rotation angle is between the value A2 and the value A3, the step value N takes a plurality of, for example, four values N4, N5, N6, and N7. Therefore, the angle section corresponding to this value is uniquely determined from the value of the step value N, and it can be determined which angle range corresponds to the detection signal from the rotation angle sensor 31 detected in step S4. . The association between the value of the stage value N and each angle section is performed by checking, for example, a data table stored in advance.
[0027]
Next, the absolute rotation angle based on the so-called period specified by the step value N obtained as described above, that is, the reference rotation angle corresponding to the angle section and the detected rotation angle obtained from the detection signal of the rotation angle sensor 31. Is calculated (step S10).
For example, consider a case where the absolute rotation angle is detected when the steering shaft 4 is at the rotation angle P. From the detection signal detected in step S4, it is found that the tendency of fluctuation is the same, and the value N1 of the step value N is obtained using the first arithmetic expression. Thereby, it can be seen that the detected detection signal is in the first angle section F1. A reference rotation angle corresponding to the first angle section F1, for example, a value A1, which is the minimum rotation angle in the angle section, is obtained as an absolute rotation angle. The absolute rotation angle is obtained from the sum of the obtained reference rotation angle (for example, A1) and the detected rotation angle (for example, value P) obtained from the detection signal detected by the rotation angle sensor 31. Then, for the next processing, the detection signal read in step S4 is stored in the memory.
[0028]
Thereafter, the processing from step S4 to step S10 described above is repeatedly performed at predetermined time intervals until a predetermined end operation such as operation of the ignition key switch is performed. At this time, in step S5, the detection signal stored in step S10 described above is used as the previous detection signal in place of the detection signal read and stored in step S2.
In this way, in which cycle the detection signal of the rotation angle sensor 31 that repeats periodically is the detection signal can be specified by the above-described step value N. Therefore, the absolute rotation angle of the steering shaft 4 can be detected with high accuracy.
[0029]
Further, the calculation formula for obtaining the step value N can be a simple one such as obtaining a difference between detected rotation angles obtained from detection signals of the rotation angle sensor 31 and the first fluctuation detection sensor 32, and simplifies signal processing. it can.
Further, the least common multiple of the first predetermined rotation angle W1 that is a so-called cycle of the detection signal of the rotation angle sensor 31 and the second predetermined rotation angle W2 that is the so-called cycle of the detection signal of the first fluctuation detection sensor 32 is The first and second predetermined rotation angles W1 and W2 are set differently from each other so as to be larger than the angle indicating the operable range of the steering shaft 4. Thereby, within the operation range of the steering shaft 4, the combination of the detection signals of the rotation angle sensor 31 and the first fluctuation detection sensor 32 can be uniquely determined with respect to the rotation angle of the steering shaft 4. This is preferable for detecting the absolute rotation angle.
[0030]
The rotation angle sensor 31 is not limited to the one that detects the rotation angle of the steering shaft 4 via the above-described transmission mechanism such as a speed reduction mechanism. In short, a steering member that rotates in conjunction with the steering wheel 3; For example, what is necessary is just to detect the rotation angle of the steering shaft 4, the intermediate shaft 8, the pinion 11, etc. directly or indirectly. For example, instead of the rotation angle sensor 31 of the first embodiment described above, either the rotation angle sensor 23 for the electric motor 20 or a second fluctuation detection sensor 50 described later can be used.
[0031]
  FigureIn the steering angle detection device 30 of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6, a rotation angle sensor 23 for the electric motor 20, a first fluctuation detection sensor 32, and an absolute angle calculation unit 33 are used. Also shown in FIG.As a reference exampleIn the steering angle detection device 30, the second variation detection sensor 50, the third variation detection sensor 51, and the absolute angle calculation unit 33 are used. In the following explanation,the aboveDifferences from the embodiment will be mainly described, and the description of the same configuration will be omitted and the same reference numerals will be given.
[0032]
As shown in FIG. 6, the rotation angle sensor 23 is for controlling the rotation of the rotating shaft of the steering assist electric motor 20, and detects the rotation angle of the steering shaft 4 via the steering assist speed reducer 21. can do. The detection signal of the rotation angle sensor 23 periodically changes, for example, periodically every time the rotation shaft of the electric motor 20 rotates by a predetermined angle, for example, 180 °. The detection signal of the rotation angle sensor 23 fluctuates for each rotation angle of the steering shaft 4 corresponding to this angle via the speed reducer 21, and is the same as the detection signal of the rotation angle sensor 31 except for the fluctuation cycle.
[0033]
Since the rotation angle sensor 23 that is usually provided for controlling the rotation of the electric motor 20 can also be used for detection of the absolute rotation angle, the structure of the steering device 1 can be simplified in the second embodiment. Further, by appropriately setting the reduction ratio of the steering assist reduction gear 21, the effect obtained by setting the gear ratio values of the first and second gears 35 and 36 to a non-integer value can be similarly obtained. You can also.
As shown in FIGS. 7 and 8, the second variation detection sensor 50 includes a fixed portion 54 similar to the fixed portion 43 of the first variation detection sensor 32, and a movable portion provided to face the fixed portion 54. 55. The movable portion 55 includes a detected surface serving as a detected portion provided on the steered shaft 13, and the detected surface is inclined in a straight line in one direction with respect to the axial direction of the steered shaft 13. The inclined surface (one surface is indicated by a solid line and the other surface is indicated by a one-dot chain line). These inclined surfaces may be provided in a convex shape on the steered shaft 13 as shown in FIG. 8, or may be provided in a concave shape as shown in FIG. When the steering shaft 4 rotates and the steered shaft 13 moves in the axial direction, the distance between the detected surface of the movable portion 55 and the fixed portion 54 changes. This change in the interval is detected by the second fluctuation detection sensor 50. Each time the steered shaft 13 moves a distance corresponding to the length of one inclined surface of the movable portion 55 measured along the axial direction of the steered shaft 13, the detection signal of the second variation detection sensor 50 is periodically. Fluctuates. The detection signal of the second fluctuation detection sensor 50 is the same as the detection signal of the rotation angle sensor 31 except for the fluctuation cycle.
[0034]
Further, the second variation detection sensor 50 may be disposed in the vicinity of the end portion of the steered shaft 13 and the fixing portion 54 may be held by the holding member 60 shown in FIGS. 10 and 11.
The holding member 60 is accommodated between the inner periphery 61 of the annular bush 15 and the cross-section deformed portion of the steered shaft 13, and is sandwiched between the inner periphery 61 and the pair of sliding portions 62 of the steered shaft 13. Is done. The deformed section of the steered shaft 13 includes a first half 63 having a substantially triangular cross section and a second half 64 having a substantially semicircular cross section. The second half portion 64 has an outer peripheral surface 65 as a sliding portion slidably along the inner periphery 61 of the bush 15. The first half 63 has the sliding portion 62 described above, and the sliding portion 62 is disposed with a distance from the inner periphery 61 of the bush 15 and has a pair of flat planes extending in the axial direction. Including. The bush 15 is formed with an insertion hole 68 through which the inner periphery 61 and the outer periphery 67 are inserted, and the fixing portion 54 of the second variation detection sensor 50 is attached to the holding member 60 through the insertion hole 68.
[0035]
The holding member 60 includes a first abutting portion 71 having a circular arc shape in contact with the inner periphery 61 of the bush 15. The movement of the first contact portion 71 relative to the steered shaft 13 in the axial direction of the steered shaft 13 is restricted by the bush 15. The holding member 60 has a second contact portion 72 that is slidably contacted with a pair of sliding portions 62 provided on the steered shaft 13 in the axial direction, and a direction intersecting the axial direction of the steered shaft 13. There is an attachment hole 73 as a holding portion for holding the fixed portion 54 of the second variation detection sensor 50 so as to restrict relative movement between the steered shaft 13 and the fixed portion 54 of the second variation detection sensor 50. ing. The attachment hole 73 is formed to face the movable portion 55 of the second variation detection sensor 50 and positions the fixed portion 54 of the second variation detection sensor 50.
[0036]
The holding member 60 is interposed between the inner periphery 61 of the bush 15 and the sliding portion 62 of the steered shaft 13, so that the second variation detection sensor 50 is directed toward and away from the steered shaft 13. The fixed portion 54 is prevented from being displaced so that the fixed portion 54 can follow the displacement even if the steered shaft 13 is displaced in the radial direction. The shaft 13 can be positioned with high accuracy. Further, since the turning of the steered shaft 13 is restricted by the bush 15 in the direction orthogonal to the axial direction of the steered shaft 13, the fluctuation of the movable portion 55 in the steered shaft 13 for detecting the absolute rotation angle is detected. It is preferable to do.
[0037]
The holding member 60 restricts relative rotation between the steered shaft 13 around the axis of the steered shaft 13 and the fixed portion 54 of the second variation detection sensor 50 by contacting the deformed section of the steered shaft 13. In addition, the fixed portion 54 of the second variation detection sensor 50 and the steered shaft 13 can be positioned with higher accuracy.
In the second variation detection sensor 50, the fixed portion 54 and the movable portion 55 of the second variation detection sensor 50 are arranged side by side along a direction orthogonal to the direction in which the rack 12 and the pinion 11 are arranged. preferable. Thereby, it is possible to make the detection signal less susceptible to the influence of the deflection of the steered shaft 13 due to the meshing with the pinion 11, and it is possible to perform detection with higher accuracy.
[0038]
Please refer to FIG. 7 and FIG. The third variation detection sensor 51 includes a fixed portion 75 similar to the fixed portion 43 of the first variation detection sensor 32 and a movable portion 76 provided to face the fixed portion 75. The movable portion 76 includes the rack 12 as the detected portion, includes a plurality of inclined surfaces (which become the tooth surfaces of the rack teeth) whose inclinations are alternately reversed, and the inclined surfaces whose inclinations are opposite to each other are the turning shafts 13. The cross-sectional waveform is alternately arranged along the moving direction. The fixing portion 75 is disposed to face the top of the teeth of the rack 12. The third variation detection sensor 51 detects a change in the interval between the teeth of the rack 12 and the fixing portion 75. Each time the steered shaft 13 moves in the axial direction by a distance corresponding to the pitch of the teeth of the rack 12, the detection signal of the third variation detection sensor 51 varies periodically. The detection signal of the third fluctuation detection sensor 51 is the same as the detection signal of the first fluctuation detection sensor 32 except for the fluctuation cycle. In the third variation detection sensor 51, the rack 12 can be used as the movable part 76, so that it is not necessary to provide the movable part 76 separately.
[0039]
  Thus, the embodiment of the present inventionAnd reference examplesAccordingly, the absolute rotation angle of the steering shaft 4 can be detected with high accuracy by using the above-described sensors 32, 50, 51 provided in the steering mechanism 9.
  Further, since the first, second, and third variation detection sensors 32, 50, 51 can be disposed in the vicinity of the steered shaft 13, the layout of the sensors 32, 50, 51 is restricted by the layout of the steering shaft 4. This increases the degree of freedom in layout of the sensors 32, 50, 51. Further, the degree of freedom in assembling each sensor 32, 50, 51 can be increased.
[0040]
Further, each of the above-described sensors 31, 32, 50, 51 can be configured at low cost.
Moreover, the angle range in which the absolute rotation angle can be detected can be adjusted by appropriately adjusting the reduction ratio of the first and second gears 35 and 36.
The rotation angle sensors 31 and 23 and the fluctuation detection sensors 32, 50, and 51 described above are not limited to those described above. For example, a known rotation angle sensor and displacement sensor such as a magnetic or photoelectric sensor using a Hall sensor, a potentiometer, or the like can be used. The rotation angle sensor may be an incremental type that detects the relative displacement between the movable part and the fixed part, or an absolute type that detects an absolute position change between the movable part and the fixed part, but the latter is preferred.
[0041]
  Note that the signal processing for obtaining the absolute rotation angle in the absolute angle calculation unit 33 is performed.Reason andThe example in which the absolute rotation angle is obtained based on the detection signal of the rotation angle sensor 31 has been described, but the absolute rotation angle may be obtained based on the detection signal of the first fluctuation detection sensor 32.
  Further, the present steering angle detection device 30 is not limited to the column type electric power steering device 1, but may be applied to other types of power steering devices or manual type steering devices that cannot obtain a steering assist force. In addition, various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a steering angle detection device according to a first embodiment of the present invention and a power steering device to which the steering angle detection device is applied.
FIG. 2 is a partial cross-sectional front view showing a rotation angle sensor of the steering angle detection device shown in FIG. 1 and a portion of a steering device related thereto.
3 is a partial cross-sectional view showing a variation detection sensor of the steering angle detection device shown in FIG. 1 and a portion of the steering device related thereto. FIG.
FIG. 4 is a flowchart of signal processing in an absolute angle calculation unit of the steering angle detection device shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a signal handled by an absolute angle calculation unit of the steering angle detection device shown in FIG. 1 and a rotation angle of the steering shaft. FIG. 5A shows the relationship between the detection signal of the first fluctuation detection sensor and the rotation angle of the steering shaft, with the horizontal axis indicating the rotation angle of the steering shaft and the vertical axis indicating the strength of the detection signal. FIG. 5B shows the relationship between the detection signal of the rotation angle sensor and the rotation angle of the steering shaft. The horizontal axis represents the rotation angle of the steering shaft, and the vertical axis represents the intensity of the detection signal. FIG. 5C shows the relationship between the two detected rotation angles obtained by processing the detection signals of the first fluctuation detection sensor and the rotation angle sensor by the absolute angle calculation unit and the rotation angle of the steering shaft. The rotation angle of the steering shaft is taken, and the detection rotation angle of the two sensors is taken on the vertical axis. FIG. 5D shows the relationship between the step value and the rotation angle of the steering shaft, with the horizontal axis indicating the rotation angle of the steering shaft and the vertical axis indicating the step value.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a steering angle detection device according to a second embodiment of the present invention and a power steering device to which the steering angle detection device is applied.
[Fig. 7]As a reference exampleThe schematic diagram which shows schematic structure of the power steering apparatus to which this steering angle detection apparatus is applied.
8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a second variation detection sensor and a third variation detection sensor of the steering angle detection device shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a schematic diagram showing a modification of the steering angle detection device shown in FIG.
10 is a cross-sectional view of a second variation detection sensor, a bush, a holding member, and a steered shaft of the steering angle detection device when the layout is different from that of FIG.
11 is an exploded perspective view of the second variation detection sensor, bush, holding member, and steered shaft shown in FIG.
[Explanation of symbols]
4 Steering shaft (steering member)
11 Pinion
12 racks
13 Steering shaft
23 Rotation angle sensor
30 Steering angle detection device
31 Rotation angle sensor
32 First fluctuation detection sensor
33 Absolute angle calculationPart
A1, A2, A3, ... rotation angle (reference rotation angle corresponding to the period)
N step value

Claims

A rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the steering member of the vehicle;
The amount of bending in the radial direction that occurs in the steering shaft formed with the rack that meshes with the pinion that rotates in conjunction with the steering member is periodically generated by the change in meshing of the rack and pinion according to the rotation angle of the steering member. a fluctuation detection sensor that detect the Do variation,
An absolute angle calculation unit that calculates the absolute rotation angle of the steering member based on detection signals of the rotation angle sensor and the fluctuation detection sensor ;
The absolute angle calculation unit uses the first calculation formula when both of the detection signals of the rotation angle sensor and the fluctuation detection sensor are increasing and when both of the detection signals are decreasing, the rotation angle sensor When the detection signal of any one of the fluctuation detection sensor is increasing and the other detection signal is decreasing, the detection obtained from the detection signal of the rotation angle sensor using the second arithmetic expression Find the step value to specify the number of angular intervals of the rotation angle,
Steering angle detection, wherein the absolute rotation angle is calculated based on a reference rotation angle corresponding to an angle section specified by the obtained step value and a detected rotation angle obtained from a detection signal of the rotation angle sensor. apparatus.

The steering angle detection device according to claim 1,
The absolute angle calculation unit obtains the step value by using the following equation 1 as the first calculation equation, and obtains the step value by using the following equation 2 as the second calculation equation. Steering angle detection device.
N = (DA-DB) ...... Formula 1
N = (DA + DB−W2) ...... Formula 2
Here, N is a step value, DA is a detection rotation angle of the rotation angle sensor, DB is a detection rotation angle of the fluctuation detection sensor, and W2 is a cycle of the fluctuation detection sensor.