JP4042049B2 - 電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置 - Google Patents
電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置においてハンドルの操舵角を検出する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハンドルに作用する操舵トルクを検出するトルクセンサの一方軸をハンドルに連結されたハンドル軸に連結し、一方軸にトーションバーを介して連結された他方軸をステアリングギヤを介して操向車輪に連結し、一方軸および他方軸の回転角を第１および第２レゾルバにより検出し、操舵トルクを第１および第２レゾルバにより検出された両軸の回転角の差から求め、該操舵トルクを電気モータにより増幅してステアリングギヤに付与するようにした電動パワーステアリング装置において、上記第１、第２レゾルバおよび他方軸に設けた多回転アブソリュート検出器からの検出信号に基づいて中立位置から左右に複数回転するハンドルの操舵角を検出するようにした電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置が特開２００１−１９４２５１号公報に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９４２５１号公報（第３頁、図２，３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置では、ハンドルに連結されたハンドル軸の中立位置からの回転数を検出するための多回転アブソリュート検出装置を別途設けなければならず、コスト高になるとともに設置スペースが必要になる不具合があった。
【０００５】
本発明は、係る従来の不具合を解消するためになされたもので、電動パワーステアリング装置に既設されているレゾルバを利用して複数回転するハンドルの操舵角を検出することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の作用・効果】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、ハンドルを中立位置から左右に夫々複数回転可能とし、該ハンドルに連結されたハンドル軸をステアリングギヤを介して操向車輪に連結し、前記ステアリングギヤはラック軸の移動量のピニオンの回転角による１階微分値である比ストロークが前記中立位置から左右に移動するにつれて変化する可変比ラックピニオン機構であり、該可変比ラックピニオン機構の前記ピニオンに前記ハンドル軸を連結し、前記ラック軸に操舵トルクに応じたアシスト力を付与する電気モータを伝達機構を介して連結した電動パワーステアリング装置において、前記ハンドル軸の回転角を検出する対極数が互いに異なる第１および第２レゾルバと、前記電気モータの出力軸の回転角であるモータ回転角を検出する第３レゾルバと、前記ハンドル軸の各１回転内での回転角であるハンドル軸回転角を前記第１および第２レゾルバの検出信号に基づいて演算するハンドル軸回転角演算装置と、前記ハンドル軸の回転中に前記モータ回転角の前記ハンドル軸回転角による１階微分値および２階微分値を演算する微分演算装置と、前記ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数を前記２階微分値の正負および前記１階微分値に基づいて求めるハンドル軸回転数算定装置と、前記ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数並びに前記ハンドル軸回転角から前記ハンドルの操舵角を演算する操舵角演算装置を備えたことである。
【０００７】
この発明の作用において、ハンドル軸の回転角を検出する対極数が異なる第１および第２レゾルバの検出信号に基づいてハンドル軸の１回転内での回転角に対応する回転角信号が演算されハンドル軸回転角が求められる。ラック軸の移動量のピニオンの回転角による１階微分値である比ストロークが中立位置から左右に移動するにつれて変化する可変比ラックピニオン機構の前記ピニオンにハンドル軸が連結され、前記ラック軸にアシスト力を付与する電気モータの出力軸の回転角がモータ回転角として第３レゾルバにより検出される。モータ回転角のハンドル軸回転角による１階微分値および２階微分値が演算され、ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数が２階微分値の正負および１階微分値に基づいて求められる。ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数並びにハンドル軸回転角からハンドルの操舵角が演算される。
【０００８】
これにより、電動パワーステアリング装置において、例えばハンドルに作用する操舵トルクを検出するためにハンドル軸に設けられた既存の第１、第２レゾルバ、および操舵角に応じて減速比が変わる可変比ラックピニオン機構のラック軸にアシスト力を付与する電気モータの出力軸の回転角を検出する既存の第３レゾルバを利用して、複数回転するハンドルの操舵角を検出することができる低コストで設置スペースの小さい操舵角検出装置を提供することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記ハンドル軸回転数算定装置は前記ハンドルの操舵角に対する前記１階微分値の設計値または測定値をマップまたは計算式で記憶装置に記憶し、前記2階微分値の正負および前記１階微分値に基づいて前記ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数を前記マップまたは計算式から求めることである。
【００１０】
この発明の作用において、ハンドルの操舵角に対するモータ回転角のハンドル軸回転角による１階微分値がマップまたは計算式で記憶装置に記憶されている。ハンドルが回転されると、モータ回転角のハンドル軸回転角による１階微分値および２階微分値が演算され、ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数が２階微分値の正負および１階微分値に基づいてマップまたは計算式から求められる。ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数並びにハンドル軸回転角からハンドルの操舵角が演算される。これにより、簡単な構成で既存のレゾルバを使って操舵角を容易に検出することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１または２において、前記第１および第２レゾルバは前記ハンドル軸に連結されたトルクセンサの一方軸の回転角を検出し、前記第２レゾルバは前記一方軸にトーションバーで連結された他方軸の回転角を検出し、前記伝達機構は、前記電気モータの出力軸が前記ラック軸に設けられたボールネジに螺合するナットに回転連結されて構成され、前記第３レゾルバは前記電気モータの出力軸の回転角を検出することである。
【００１２】
この発明の作用において、ハンドルによりハンドル軸が回転されると、第１レゾルバはハンドル軸に連結されたトルクセンサの一方軸の回転角を検出し、第２レゾルバは一方軸にトーションバーで連結された他方軸の回転角を検出する。第１および第２レゾルバの検出信号に基づいてハンドル軸の１回転内での回転角であるハンドル軸回転角が演算されるとともに、両軸の回転角の差から操舵トルクが検出される。ハンドル軸の回転は可変比ラックピニオン機構を介して操行車輪に伝達される。ラック軸に設けられたボールネジに螺合するナットが操舵トルクに応じたアシスト力で電気モータにより回転され、電気モータの出力軸の回転角であるモータ回転角が第３レゾルバにより検出される。ハンドル軸が中立位置からの回転した方向および回転数がモータ回転角のハンドル軸回転角による２階微分値の正負および１階微分値に基づいて求められる。ハンドル軸の中立位置からの回転方向および回転数並びにハンドル軸回転角からハンドルの操舵角が演算される。これにより、ハンドルの回転を可変比ラックピニオン機構を介して操行車輪に伝達するとき、既存のレゾルバを使用した簡単且つ低コストの構成でハンドルの操舵角を正確に検出することができる。
【００１３】
【実施の形態】
以下本発明の電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜３において、ハンドル１が取付けられたハンドル軸２は図略のステアリングコラムに回転可能に支承されている。３はハンドル１に作用する操舵トルクを検出するためのトルクセンサで、トルクセンサ３の一方軸４はハンドル軸２にスプラインで結合され、一方軸４にトーションバー５で連結された他方軸６はラックピニオン機構７を介して操向車輪８に連結されている。一方軸４は中央部が軸受９によりハウジング１０に軸承され、先端部が他方軸６の上端部に相対回転可能に支承されている。他方軸６は両端部を軸受１１，１２によりハウジング１０に一方軸４と同軸に回転可能に軸承され、中央部にピニオン１３が設けられている。一方軸４および他方軸６とハウジング１０との間には、第１および第２レゾルバ１４，１５が夫々設けられ、一方軸４および他方軸６の回転角を夫々検出する。ハンドル１に作用する操舵トルクに応じてトーションバー５が捩られるので、第１および第２レゾルバ１４，１５により検出された両軸４，６の回転角の差から操舵トルクが検出される。一方軸４および他方軸６の回転角の差は僅かであり、第１および第２レゾルバ１４，１５の対極数を夫々５個および６個と互いに異ならせてあるので、第１および第２レゾルバ１４，１５の検出信号に基づいてハンドル軸２の各１回転内での回転角であるハンドル軸回転角を検出することができる。
【００１４】
ハウジング１０にはピニオン１３と噛合するラック軸１６が摺動可能に支承され、中立位置からのハンドル１の操舵角に応じて減速比が変わるステアリングギヤとしての可変比ラックピニオン機構７を構成している。ピニオン１３とラック軸１６に設けられたラック１７との噛合関係は、ハンドル１が中立位置から左右に夫々複数回転、例えば夫々２回転可能とされ、ラック軸１６の移動量をピニオン１３の回転角で微分した１階微分値である比ストロークが中立位置から左右に移動するにつれて変化、例えば漸増する可変比とされている。ラック軸１６のハウジング１０から突出した両端にはタイロッドを介してナックルアームがボールジョイントにより連結され、ラック軸１６の軸線方向の移動により操向車輪８が偏向される。ラック軸１６のハウジング１０内の中間部分にはボールネジ１８が刻設され、ボールネジ１８にはナット１９が循環ボールを介して螺合され、ナット１９の回転によりラック軸１６を軸動させるボールネジ機構２０が構成されている。ボールネジ機構２０が電気モータをステアリングギヤの出力部材に連結する伝達機構をなしている。
【００１５】
電気モータ２１のロータ２８は、ラック軸１６が貫通する筒状の出力軸２２の外周面に複数の永久磁石２３が所定間隔で環状に固定されて構成されている。出力軸２２はハウジング１０に軸受２４，２５により軸承され、一端内周にナット１９が嵌着されている。出力軸２２とハウジング１０との間には第３レゾルバ２６が設けられ、出力軸２２の回転角γを検出する。出力軸２２とラック軸１６とはボールネジ機構２０を介して連結されているので、出力軸２２の回転角γを検出することによりラック軸１６の軸線方向の移動量が検出される。ステータ２７は、打抜き成形された珪素鋼板を積層して構成されたコア２８がハウジング１０の内周孔に焼き嵌めされ、コア２８に中心に向かって突設された脚部にコイル２９が巻かれて構成されている。
【００１６】
電子制御装置３０は、図４に示すように各種演算処理を行うＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１が実行する各種プログラムを予め格納したＲＯＭ３３と、ＣＰＵ３１が演算処理中に必要なデータを読み書きするＲＡＭ３２と、第１乃至第３レゾルバ１４，１５，２６の検出信号を入力し、電気モータ２１を駆動する指令電流をモータ駆動回路３４に出力する入出力回路３５などから構成されている。ＲＯＭ３２には、対極数が互いに異なる２個のレゾルバ１４，１５の検出信号に基づいてハンドル軸の１回転内での回転角であるハンドル軸回転角ωに対応する回転角信号を演算する回転角演算プログラム３６Ｐがハンドル軸回転角演算装置３６として記憶されている。この演算処理は本願出願人による特願２００２−１９６１３１号の明細書に説明されているので詳細な説明を省略する。ハンドル軸２はピニオン１３が連結されているので、ピニオン１３の回転角はハンドル軸回転角ωと同じである。
【００１７】
記憶装置であるＲＯＭ３２には、第１および第２レゾルバ１４，１５の検出信号に基づいてトルクセンサ３の一方軸４と他方軸６との回転角の差を演算し、ハンドル１の回転方向および付与された操舵トルクを算出する操舵トルク算出プログラム３７Ｐ、ハンドル１の回転方向および操舵トルク等に基づいて電気モータ２１を回転駆動し、ボールネジ機構２０を介してラック軸１６に操舵トルクに応じたアシスト力を付与するモータ駆動プログラム３８Ｐ、ハンドル１によるハンドル軸１の回転中に第３レゾルバ２６により検出された電気モータ２１の出力軸２２の回転角であるモータ回転角γをハンドル軸回転角ωで微分した１階微分値および２階微分値を演算する微分演算装置３９としての微分プログラム３９Ｐ、ハンドル軸２が中立位置から回転した方向および回転数を２階微分値の正負および１階微分値に基づいて求めるハンドル軸回転数算定装置４０としての回転数算定プログラム４０P、ハンドル軸２が中立位置から回転した方向および回転数並びにハンドル軸回転角ωからハンドル１の操舵角θを操舵角演算装置４１として演算する操舵角演算プログラム４１P等がＲＯＭ３２に記憶されている。また、ハンドル１の各操舵角θにおいてモータ回転角γを操舵角θで微分した２階微分値の正負および１階微分値の設計値または測定値がマップ４２にしてＲＯＭ３２に記憶されている。本実施の形態では図５に示すようにハンドル１の操舵角θは中立位置からハンドル軸２が正側および負側に夫々２回転する±７２０度の範囲で変化し、比ストロークはラック軸１６が中立位置から左右に移動するに連れて増加するので、各操舵角θにおいてモータ回転角γを操舵角θで微分した１階微分値の設計値または測定値は、操舵角θが正の領域ではその増加につれて増加し、負の領域では操舵角の減少に連れて増加する。従って、モータ回転角γを操舵角θで微分した２階微分値の設計値または測定値は、操舵角θが正の領域では正、負の領域では負である。なお、操舵角θとハンドル軸回転角ωとの変化割合はハンドル軸２の１回転内では同じであるので、モータ回転角γをハンドル軸回転角ωで微分した１階微分値とモータ回転角γを操舵角θで微分した１階微分値とは同一になる。
【００１８】
次に、上記実施の形態の作動について説明する。ハンドル１によりハンドル軸２が回転されると、第１および第２レゾルバ１４，１５から図６（ａ），（ｂ）に示すようにハンドル軸２の１回転内の回転角に対応して５個および６個のピーク点を夫々有する波形の検出信号が送出される。制御装置３０のＣＰＵ３１は各プログラムを一定時間間隔で実行する。回転角演算プログラム３６Ｐが実行されると、２個のレゾルバ１４，１５の検出信号に基づいて図６（ｃ）に示すハンドル軸の１回転内での回転角であるハンドル軸回転角ωに対応する回転角信号が演算され、この回転角信号からハンドル軸回転角ωが求められる。操舵トルク算出プログラム３７Ｐが実行されると、第１および第２レゾルバ１４，１５からの検出信号に基づいてトルクセンサ３の一方軸４と他方軸６との回転角の差が演算され、ハンドル１の回転方向および付与された操舵トルクが算出される。モータ駆動プログラム３８Ｐが実行され、ハンドル１の回転方向および操舵トルク等に基づいて電気モータ２１が回転駆動され、出力軸２２によりナット１９が回転されてボールネジ１８が移動され、ラック軸１６が操舵トルクに応じたアシスト力により軸線方向に移動されて操向車輪８を偏向する。電気モータ２１の出力軸２２の回転角が第３レゾルバ２６により検出される。
【００１９】
ハンドル１によりハンドル軸１が回転され、操舵トルクに応じて電気モータ２１が回転駆動されているとき、出力軸２２の回転角がモータ回転角γとして第３レゾルバ２６により検出される。微分プログラム３９Pによりモータ回転角γがハンドル軸回転角ωで微分されて１階微分値および２階微分値が演算される。図７に示す回転数算定プログラム４０Pは、２階微分値の正負に基づいてハンドル１が中立位置より正側に切られているか、負側に切られているか判定し（ステップＳ６１〜Ｓ６３）、１階微分値に対応する正または負の操舵角θをマップ４２から求め（ステップＳ６４，Ｓ６５）、ハンドル軸２が中立位置から回転された回転数Ｎを求める。中立位置からの回転数Ｎはハンドル軸２が正側に１回転目であるときは「０」、２回転目であるとき「１」（ステップＳ６６〜Ｓ６８）。負側に１回転目であるとき「−１」、２回転目であるとき「−２」とする（ステップＳ６９〜Ｓ７１）。操舵角演算プログラム４１Pは、ハンドル軸２が中立位置から回転された回転数Ｎおよびハンドル軸回転角ωからハンドル１の操舵角θを、式θ＝ω＋３６０°×Ｎにより演算する。このとき回転数を１回転誤算するのを防止するために、演算された１階微分値と、マップ４２における操舵角±３６０に対応する１階微分値との差が一定値以下の場合は、操舵角θの演算を行わずに１サイクル前に演算した操舵角θを各種制御に使用するようにするとよい。
【００２０】
上記実施の形態では、比ストロークはラック軸が中立位置から左右に移動するに連れて直線的に増加しているが、減少するものにも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電動パワーステアリングの全体図。
【図２】 図１のII部分の拡大断面図。
【図３】 図１のIII部分の拡大断面図。
【図４】 制御装置を示す図。
【図５】 モータ回転角を操舵角で微分した１階微分値および２階微分値と操舵角との関係を表すマップを示す図。
【図６】 ハンドル軸の各１回転内の回転角と、第１、第２レゾルバの各検出信号、回転角信号との関係を示す図。
【図７】 回転数算定プログラムを示す図。
【符号の説明】
１…ハンドル、２…ハンドル軸、３…トルクセンサ、４…一方軸、５…トーションバー、６…他方軸、７…ラックピニオン機構（ステアリングギヤ）、８…操向車輪、１０…ハウジング、１３…ピニオン、１４，１５，２６…第１，第２，第３レゾルバ、１６…ラック軸、１７…ラック、１８…ボールネジ、１９…ナット、２０…ボールネジ機構、２１…電気モータ、２２…出力軸、３０…電子制御装置、３１…ＣＰＵ、３２…ＥＯＭ（記憶装置）、３３…ＲＡＭ、３５…入出力回路、３６…ハンドル軸回転角演算装置、３７Ｐ…操舵トルク算出プログラム、３８Ｐ…モータ駆動プログラム、３９…微分装置、４０…ハンドル軸回転数算定装置、４１…操舵角演算装置、４２…マップ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置においてハンドルの操舵角を検出する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハンドルに作用する操舵トルクを検出するトルクセンサの一方軸をハンドルに連結されたハンドル軸に連結し、一方軸にトーションバーを介して連結された他方軸をステアリングギヤを介して操向車輪に連結し、一方軸および他方軸の回転角を第１および第２レゾルバにより検出し、操舵トルクを第１および第２レゾルバにより検出された両軸の回転角の差から求め、該操舵トルクを電気モータにより増幅してステアリングギヤに付与するようにした電動パワーステアリング装置において、上記第１、第２レゾルバおよび他方軸に設けた多回転アブソリュート検出器からの検出信号に基づいて中立位置から左右に複数回転するハンドルの操舵角を検出するようにした電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置が特開２００１−１９４２５１号公報に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９４２５１号公報（第３頁、図２，３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置では、ハンドルに連結されたハンドル軸の中立位置からの回転数を検出するための多回転アブソリュート検出装置を別途設けなければならず、コスト高になるとともに設置スペースが必要になる不具合があった。
【０００５】
本発明は、係る従来の不具合を解消するためになされたもので、電動パワーステアリング装置に既設されているレゾルバを利用して複数回転するハンドルの操舵角を検出することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の作用・効果】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、ハンドルを中立位置から左右に夫々複数回転可能とし、該ハンドルに連結されたハンドル軸をステアリングギヤを介して操向車輪に連結し、前記ステアリングギヤはラック軸の移動量のピニオンの回転角による１階微分値である比ストロークが前記中立位置から左右に移動するにつれて変化する可変比ラックピニオン機構であり、該可変比ラックピニオン機構の前記ピニオンに前記ハンドル軸を連結し、前記ラック軸に操舵トルクに応じたアシスト力を付与する電気モータを伝達機構を介して連結した電動パワーステアリング装置において、前記ハンドル軸の回転角を検出する対極数が互いに異なる第１および第２レゾルバと、前記電気モータの出力軸の回転角であるモータ回転角を検出する第３レゾルバと、前記ハンドル軸の各１回転内での回転角であるハンドル軸回転角を前記第１および第２レゾルバの検出信号に基づいて演算するハンドル軸回転角演算装置と、前記ハンドル軸の回転中に前記モータ回転角の前記ハンドル軸回転角による１階微分値および２階微分値を演算する微分演算装置と、前記ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数を前記２階微分値の正負および前記１階微分値に基づいて求めるハンドル軸回転数算定装置と、前記ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数並びに前記ハンドル軸回転角から前記ハンドルの操舵角を演算する操舵角演算装置を備えたことである。
【０００７】
この発明の作用において、ハンドル軸の回転角を検出する対極数が異なる第１および第２レゾルバの検出信号に基づいてハンドル軸の１回転内での回転角に対応する回転角信号が演算されハンドル軸回転角が求められる。ラック軸の移動量のピニオンの回転角による１階微分値である比ストロークが中立位置から左右に移動するにつれて変化する可変比ラックピニオン機構の前記ピニオンにハンドル軸が連結され、前記ラック軸にアシスト力を付与する電気モータの出力軸の回転角がモータ回転角として第３レゾルバにより検出される。モータ回転角のハンドル軸回転角による１階微分値および２階微分値が演算され、ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数が２階微分値の正負および１階微分値に基づいて求められる。ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数並びにハンドル軸回転角からハンドルの操舵角が演算される。
【０００８】
これにより、電動パワーステアリング装置において、例えばハンドルに作用する操舵トルクを検出するためにハンドル軸に設けられた既存の第１、第２レゾルバ、および操舵角に応じて減速比が変わる可変比ラックピニオン機構のラック軸にアシスト力を付与する電気モータの出力軸の回転角を検出する既存の第３レゾルバを利用して、複数回転するハンドルの操舵角を検出することができる低コストで設置スペースの小さい操舵角検出装置を提供することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記ハンドル軸回転数算定装置は前記ハンドルの操舵角に対する前記１階微分値の設計値または測定値をマップまたは計算式で記憶装置に記憶し、前記2階微分値の正負および前記１階微分値に基づいて前記ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数を前記マップまたは計算式から求めることである。
【００１０】
この発明の作用において、ハンドルの操舵角に対するモータ回転角のハンドル軸回転角による１階微分値がマップまたは計算式で記憶装置に記憶されている。ハンドルが回転されると、モータ回転角のハンドル軸回転角による１階微分値および２階微分値が演算され、ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数が２階微分値の正負および１階微分値に基づいてマップまたは計算式から求められる。ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数並びにハンドル軸回転角からハンドルの操舵角が演算される。これにより、簡単な構成で既存のレゾルバを使って操舵角を容易に検出することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１または２において、前記第１および第２レゾルバは前記ハンドル軸に連結されたトルクセンサの一方軸の回転角を検出し、前記第２レゾルバは前記一方軸にトーションバーで連結された他方軸の回転角を検出し、前記伝達機構は、前記電気モータの出力軸が前記ラック軸に設けられたボールネジに螺合するナットに回転連結されて構成され、前記第３レゾルバは前記電気モータの出力軸の回転角を検出することである。
【００１２】
この発明の作用において、ハンドルによりハンドル軸が回転されると、第１レゾルバはハンドル軸に連結されたトルクセンサの一方軸の回転角を検出し、第２レゾルバは一方軸にトーションバーで連結された他方軸の回転角を検出する。第１および第２レゾルバの検出信号に基づいてハンドル軸の１回転内での回転角であるハンドル軸回転角が演算されるとともに、両軸の回転角の差から操舵トルクが検出される。ハンドル軸の回転は可変比ラックピニオン機構を介して操行車輪に伝達される。ラック軸に設けられたボールネジに螺合するナットが操舵トルクに応じたアシスト力で電気モータにより回転され、電気モータの出力軸の回転角であるモータ回転角が第３レゾルバにより検出される。ハンドル軸が中立位置からの回転した方向および回転数がモータ回転角のハンドル軸回転角による２階微分値の正負および１階微分値に基づいて求められる。ハンドル軸の中立位置からの回転方向および回転数並びにハンドル軸回転角からハンドルの操舵角が演算される。これにより、ハンドルの回転を可変比ラックピニオン機構を介して操行車輪に伝達するとき、既存のレゾルバを使用した簡単且つ低コストの構成でハンドルの操舵角を正確に検出することができる。
【００１３】
【実施の形態】
以下本発明の電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜３において、ハンドル１が取付けられたハンドル軸２は図略のステアリングコラムに回転可能に支承されている。３はハンドル１に作用する操舵トルクを検出するためのトルクセンサで、トルクセンサ３の一方軸４はハンドル軸２にスプラインで結合され、一方軸４にトーションバー５で連結された他方軸６はラックピニオン機構７を介して操向車輪８に連結されている。一方軸４は中央部が軸受９によりハウジング１０に軸承され、先端部が他方軸６の上端部に相対回転可能に支承されている。他方軸６は両端部を軸受１１，１２によりハウジング１０に一方軸４と同軸に回転可能に軸承され、中央部にピニオン１３が設けられている。一方軸４および他方軸６とハウジング１０との間には、第１および第２レゾルバ１４，１５が夫々設けられ、一方軸４および他方軸６の回転角を夫々検出する。ハンドル１に作用する操舵トルクに応じてトーションバー５が捩られるので、第１および第２レゾルバ１４，１５により検出された両軸４，６の回転角の差から操舵トルクが検出される。一方軸４および他方軸６の回転角の差は僅かであり、第１および第２レゾルバ１４，１５の対極数を夫々５個および６個と互いに異ならせてあるので、第１および第２レゾルバ１４，１５の検出信号に基づいてハンドル軸２の各１回転内での回転角であるハンドル軸回転角を検出することができる。
【００１４】
ハウジング１０にはピニオン１３と噛合するラック軸１６が摺動可能に支承され、中立位置からのハンドル１の操舵角に応じて減速比が変わるステアリングギヤとしての可変比ラックピニオン機構７を構成している。ピニオン１３とラック軸１６に設けられたラック１７との噛合関係は、ハンドル１が中立位置から左右に夫々複数回転、例えば夫々２回転可能とされ、ラック軸１６の移動量をピニオン１３の回転角で微分した１階微分値である比ストロークが中立位置から左右に移動するにつれて変化、例えば漸増する可変比とされている。ラック軸１６のハウジング１０から突出した両端にはタイロッドを介してナックルアームがボールジョイントにより連結され、ラック軸１６の軸線方向の移動により操向車輪８が偏向される。ラック軸１６のハウジング１０内の中間部分にはボールネジ１８が刻設され、ボールネジ１８にはナット１９が循環ボールを介して螺合され、ナット１９の回転によりラック軸１６を軸動させるボールネジ機構２０が構成されている。ボールネジ機構２０が電気モータをステアリングギヤの出力部材に連結する伝達機構をなしている。
【００１５】
電気モータ２１のロータ２８は、ラック軸１６が貫通する筒状の出力軸２２の外周面に複数の永久磁石２３が所定間隔で環状に固定されて構成されている。出力軸２２はハウジング１０に軸受２４，２５により軸承され、一端内周にナット１９が嵌着されている。出力軸２２とハウジング１０との間には第３レゾルバ２６が設けられ、出力軸２２の回転角γを検出する。出力軸２２とラック軸１６とはボールネジ機構２０を介して連結されているので、出力軸２２の回転角γを検出することによりラック軸１６の軸線方向の移動量が検出される。ステータ２７は、打抜き成形された珪素鋼板を積層して構成されたコア２８がハウジング１０の内周孔に焼き嵌めされ、コア２８に中心に向かって突設された脚部にコイル２９が巻かれて構成されている。
【００１６】
電子制御装置３０は、図４に示すように各種演算処理を行うＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１が実行する各種プログラムを予め格納したＲＯＭ３３と、ＣＰＵ３１が演算処理中に必要なデータを読み書きするＲＡＭ３２と、第１乃至第３レゾルバ１４，１５，２６の検出信号を入力し、電気モータ２１を駆動する指令電流をモータ駆動回路３４に出力する入出力回路３５などから構成されている。ＲＯＭ３２には、対極数が互いに異なる２個のレゾルバ１４，１５の検出信号に基づいてハンドル軸の１回転内での回転角であるハンドル軸回転角ωに対応する回転角信号を演算する回転角演算プログラム３６Ｐがハンドル軸回転角演算装置３６として記憶されている。この演算処理は本願出願人による特願２００２−１９６１３１号の明細書に説明されているので詳細な説明を省略する。ハンドル軸２はピニオン１３が連結されているので、ピニオン１３の回転角はハンドル軸回転角ωと同じである。
【００１７】
記憶装置であるＲＯＭ３２には、第１および第２レゾルバ１４，１５の検出信号に基づいてトルクセンサ３の一方軸４と他方軸６との回転角の差を演算し、ハンドル１の回転方向および付与された操舵トルクを算出する操舵トルク算出プログラム３７Ｐ、ハンドル１の回転方向および操舵トルク等に基づいて電気モータ２１を回転駆動し、ボールネジ機構２０を介してラック軸１６に操舵トルクに応じたアシスト力を付与するモータ駆動プログラム３８Ｐ、ハンドル１によるハンドル軸１の回転中に第３レゾルバ２６により検出された電気モータ２１の出力軸２２の回転角であるモータ回転角γをハンドル軸回転角ωで微分した１階微分値および２階微分値を演算する微分演算装置３９としての微分プログラム３９Ｐ、ハンドル軸２が中立位置から回転した方向および回転数を２階微分値の正負および１階微分値に基づいて求めるハンドル軸回転数算定装置４０としての回転数算定プログラム４０P、ハンドル軸２が中立位置から回転した方向および回転数並びにハンドル軸回転角ωからハンドル１の操舵角θを操舵角演算装置４１として演算する操舵角演算プログラム４１P等がＲＯＭ３２に記憶されている。また、ハンドル１の各操舵角θにおいてモータ回転角γを操舵角θで微分した２階微分値の正負および１階微分値の設計値または測定値がマップ４２にしてＲＯＭ３２に記憶されている。本実施の形態では図５に示すようにハンドル１の操舵角θは中立位置からハンドル軸２が正側および負側に夫々２回転する±７２０度の範囲で変化し、比ストロークはラック軸１６が中立位置から左右に移動するに連れて増加するので、各操舵角θにおいてモータ回転角γを操舵角θで微分した１階微分値の設計値または測定値は、操舵角θが正の領域ではその増加につれて増加し、負の領域では操舵角の減少に連れて増加する。従って、モータ回転角γを操舵角θで微分した２階微分値の設計値または測定値は、操舵角θが正の領域では正、負の領域では負である。なお、操舵角θとハンドル軸回転角ωとの変化割合はハンドル軸２の１回転内では同じであるので、モータ回転角γをハンドル軸回転角ωで微分した１階微分値とモータ回転角γを操舵角θで微分した１階微分値とは同一になる。
【００１８】
次に、上記実施の形態の作動について説明する。ハンドル１によりハンドル軸２が回転されると、第１および第２レゾルバ１４，１５から図６（ａ），（ｂ）に示すようにハンドル軸２の１回転内の回転角に対応して５個および６個のピーク点を夫々有する波形の検出信号が送出される。制御装置３０のＣＰＵ３１は各プログラムを一定時間間隔で実行する。回転角演算プログラム３６Ｐが実行されると、２個のレゾルバ１４，１５の検出信号に基づいて図６（ｃ）に示すハンドル軸の１回転内での回転角であるハンドル軸回転角ωに対応する回転角信号が演算され、この回転角信号からハンドル軸回転角ωが求められる。操舵トルク算出プログラム３７Ｐが実行されると、第１および第２レゾルバ１４，１５からの検出信号に基づいてトルクセンサ３の一方軸４と他方軸６との回転角の差が演算され、ハンドル１の回転方向および付与された操舵トルクが算出される。モータ駆動プログラム３８Ｐが実行され、ハンドル１の回転方向および操舵トルク等に基づいて電気モータ２１が回転駆動され、出力軸２２によりナット１９が回転されてボールネジ１８が移動され、ラック軸１６が操舵トルクに応じたアシスト力により軸線方向に移動されて操向車輪８を偏向する。電気モータ２１の出力軸２２の回転角が第３レゾルバ２６により検出される。
【００１９】
ハンドル１によりハンドル軸１が回転され、操舵トルクに応じて電気モータ２１が回転駆動されているとき、出力軸２２の回転角がモータ回転角γとして第３レゾルバ２６により検出される。微分プログラム３９Pによりモータ回転角γがハンドル軸回転角ωで微分されて１階微分値および２階微分値が演算される。図７に示す回転数算定プログラム４０Pは、２階微分値の正負に基づいてハンドル１が中立位置より正側に切られているか、負側に切られているか判定し（ステップＳ６１〜Ｓ６３）、１階微分値に対応する正または負の操舵角θをマップ４２から求め（ステップＳ６４，Ｓ６５）、ハンドル軸２が中立位置から回転された回転数Ｎを求める。中立位置からの回転数Ｎはハンドル軸２が正側に１回転目であるときは「０」、２回転目であるとき「１」（ステップＳ６６〜Ｓ６８）。負側に１回転目であるとき「−１」、２回転目であるとき「−２」とする（ステップＳ６９〜Ｓ７１）。操舵角演算プログラム４１Pは、ハンドル軸２が中立位置から回転された回転数Ｎおよびハンドル軸回転角ωからハンドル１の操舵角θを、式θ＝ω＋３６０°×Ｎにより演算する。このとき回転数を１回転誤算するのを防止するために、演算された１階微分値と、マップ４２における操舵角±３６０に対応する１階微分値との差が一定値以下の場合は、操舵角θの演算を行わずに１サイクル前に演算した操舵角θを各種制御に使用するようにするとよい。
【００２０】
上記実施の形態では、比ストロークはラック軸が中立位置から左右に移動するに連れて直線的に増加しているが、減少するものにも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電動パワーステアリングの全体図。
【図２】 図１のII部分の拡大断面図。
【図３】 図１のIII部分の拡大断面図。
【図４】 制御装置を示す図。
【図５】 モータ回転角を操舵角で微分した１階微分値および２階微分値と操舵角との関係を表すマップを示す図。
【図６】 ハンドル軸の各１回転内の回転角と、第１、第２レゾルバの各検出信号、回転角信号との関係を示す図。
【図７】 回転数算定プログラムを示す図。
【符号の説明】
１…ハンドル、２…ハンドル軸、３…トルクセンサ、４…一方軸、５…トーションバー、６…他方軸、７…ラックピニオン機構（ステアリングギヤ）、８…操向車輪、１０…ハウジング、１３…ピニオン、１４，１５，２６…第１，第２，第３レゾルバ、１６…ラック軸、１７…ラック、１８…ボールネジ、１９…ナット、２０…ボールネジ機構、２１…電気モータ、２２…出力軸、３０…電子制御装置、３１…ＣＰＵ、３２…ＥＯＭ（記憶装置）、３３…ＲＡＭ、３５…入出力回路、３６…ハンドル軸回転角演算装置、３７Ｐ…操舵トルク算出プログラム、３８Ｐ…モータ駆動プログラム、３９…微分装置、４０…ハンドル軸回転数算定装置、４１…操舵角演算装置、４２…マップ。
Claims (3)
- ハンドルを中立位置から左右に夫々複数回転可能とし、該ハンドルに連結されたハンドル軸をステアリングギヤを介して操向車輪に連結し、前記ステアリングギヤはラック軸の移動量のピニオンの回転角による１階微分値である比ストロークが前記中立位置から左右に移動するにつれて変化する可変比ラックピニオン機構であり、該可変比ラックピニオン機構の前記ピニオンに前記ハンドル軸を連結し、前記ラック軸に操舵トルクに応じたアシスト力を付与する電気モータを伝達機構を介して連結した電動パワーステアリング装置において、前記ハンドル軸の回転角を検出する対極数が互いに異なる第１および第２レゾルバと、前記電気モータの出力軸の回転角であるモータ回転角を検出する第３レゾルバと、前記ハンドル軸の各１回転内での回転角であるハンドル軸回転角を前記第１および第２レゾルバの検出信号に基づいて演算するハンドル軸回転角演算装置と、前記ハンドル軸の回転中に前記モータ回転角の前記ハンドル軸回転角による１階微分値および２階微分値を演算する微分演算装置と、前記ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数を前記２階微分値の正負および前記１階微分値に基づいて求めるハンドル軸回転数算定装置と、前記ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数並びに前記ハンドル軸回転角から前記ハンドルの操舵角を演算する操舵角演算装置を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置。
- 請求項１において、前記ハンドル軸回転数算定装置は前記ハンドルの操舵角に対する前記１階微分値の設計値または測定値をマップまたは計算式で記憶装置に記憶し、前記２階微分値の正負および前記１階微分値に基づいて前記ハンドル軸が中立位置から回転した方向および回転数を前記マップまたは計算式から求めることを特徴とする電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置。
- 請求項１または２において、前記第１および第２レゾルバは前記ハンドル軸に連結されたトルクセンサの一方軸の回転角を検出し、前記第２レゾルバは前記一方軸にトーションバーで連結された他方軸の回転角を検出し、前記伝達機構は、前記電気モータの出力軸が前記ラック軸に設けられたボールネジに螺合するナットに回転連結されて構成され、前記第３レゾルバは前記電気モータの出力軸の回転角を検出することを特徴とする電動パワーステアリング装置の操舵角検出装置。
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