JP4970995B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出すべく用いられるトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

特開２００３−３１２５０７号公報には図４を参照して以下に説明する電動パワーステアリング装置が開示されている。この電動パワーステアリング装置は、操舵部材である操向ハンドル１０のステアリング軸１２は、減速ギヤ１４、ユニバーサルジョイント１６，１８、ピニオンラック機構２０、を経て舵取機構である操向車輪のタイロッド２２に結合されている。ステアリング軸１２には操向ハンドル１０の操舵トルクを検出するトルク検出装置２４が設けられている。操向ハンドル１０の操舵力を補助する電動モータ２６が減速ギヤ１４を介してステアリング軸１２に結合されている。

電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット２８にはバッテリ３０からイグニションキー３２およびリレー３４を経て電力が供給され、コントロールユニット２８は、トルク検出装置２４で検出された操舵トルクと車速センサ３６で検出された車速とでアシスト指令のアシスト補助指令値の演算を行い、演算されたアシスト補助指令値に基づいて電動モータ２６に供給する電流を制御する。これによって操向ハンドル１０に対して操舵アシストが行われる。

以上のように電動パワーステアリング装置では、操向ハンドル１の操作に応じて操舵補助用の電動モータ２６を駆動し、該電動モータ２６の回転力を操向ハンドル１に伝えて操舵を補助するようになっており、操舵補助用の電動モータ２６の駆動制御に用いるべく操向ハンドル１０、ステアリング軸１２に加えられる操舵トルクを検出する必要があり、この検出のために従来から、操向ハンドル１０とタイロッド２２とを連絡するステアリング軸１２の中途に構成されたトルク検出装置２４が用いられている。

このような電動パワーステアリング装置において上記トルク検出装置２４が単一では当該トルク検出装置２４が故障をすると、コントロールユニット２８では操舵アシスト制御ができなくなり、操舵アシスト停止となってしまう。このような操舵アシスト停止は周知されるようにハンドル取られ等の不具合が発生するなどにより、極力回避することが好ましい。

そこで、同公報に開示されているごとく複数のトルク検出装置２４をステアリング軸１２に並設することが考えられるが、トルク検出装置２４をステアリング軸１２の軸方向に複数並設したのでは、それらトルク検出装置２４を並設するスペースを確保するべくステアリング軸１２の軸長が長くなりすぎてしまい、車両の法規制上できないか、あるいは、ステアリング軸１２が長いことによる衝撃吸収性能が極端に低下するおそれがあるという課題が発生する。
特開２００３−３１２５０７号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、耐故障性が高く操舵アシスト停止を極力回避することが可能なトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置を提供することである。

本発明による電動パワーステアリング装置は、ステアリング軸のトルク検出を行うトルク検出装置と、上記トルク検出に応じて電動モータを駆動してステアリング軸の操舵補助の制御を行うコントロールユニットと、を備えた電動パワーステアリング装置において、上記トルク検出装置は、ステアリング軸の隔たった軸方向２箇所それぞれに磁石と、該磁石の磁束を通すヨークとをそれぞれ固定し、このヨークは磁石の外径側で少なくとも軸方向２つの並設したヨークで構成し、両ヨークそれぞれの外径側に集磁リングを固定配置し、両集磁リング間の円周方向に少なくとも３個互いに間隔を隔てて磁気センサを配置し、上記コントロールユニットは、これら３個の磁気センサのうちの２つの磁気センサ出力のいずれか一方のセンサ出力を故障監視基準用とし他方のセンサ出力から操舵アシストの制御を行い、上記２つの磁気センサのいずれか１つが故障のときは非故障の１つの磁気センサと予備としていた残り１つの磁気センサとのうちの一方のセンサ出力を故障監視基準用とし他方のセンサ出力から操舵アシストの制御を行うことを特徴とする。

本発明の電動パワーステアリング装置では、上記トルク検出装置を備えるから、ステアリング軸が長くならず、２つの磁気センサの組み合わせで磁気センサの故障か否かを検出できるので操舵アシスト制御の信頼性が高くなり、また、その組み合わせる磁気センサを変更できるので、さらにトルク検出装置の故障確率が低くして操舵アシスト制御を行うことが可能となり、高信頼性の電動パワーステアリング装置を提供することができるようになる。
磁気センサは、特に限定しないが、ホールＩＣやホール素子等のホールセンサを例示することができる。
ステアリング軸の隔たった軸方向２箇所にはステアリング軸の途中箇所を第１の軸と第２の軸に分け両第１、第２の軸をトーションバーで連結する構成だけに限定されず、単一のステアリング軸でも途中箇所にトーションバーと同等の捩じり弾性を持つ材料で構成したものも含む。
磁石は円筒形状等の形状に特に限定されない。
ヨークは円筒形状や環状形状に特に限定されない。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係るトルク検出装置を詳細に説明する。実施の形態のトルク検出装置が適用される電動パワーステアリング装置は図４と同様であるのでその詳細は略する。

図１および図２を参照して実施の形態のトルク検出装置を説明する。図１はトルク検出装置を分解して示す斜視図であり、図２は集磁リングと磁気センサとを一部破断して拡大して示す斜視図である。

これらの図を参照して、実施の形態のトルク検出装置においては、ステアリング軸１２を細径のトーションバー４０を介して同軸上に連結された第１軸１２ａと第２軸１２ｂとに分割し、操舵部材の回転操作によりステアリング軸１２に操舵トルクが加えられたとき、この操舵トルクの作用によるトーションバー４０の捩れを伴って第１，第２軸１２ａ，１２ｂ間に相対角変位が生じるようにし、この相対角変位を媒介として操舵トルクを検出する構成としてある。

トーションバー４０は、細径の丸棒の両端に、第１軸１２ａ及び第２軸１２ｂとの連結のための太径短寸の連結部４２，４２を連設して構成されている。第１軸１２ａ及び第２軸１２ｂは、連結部４２，４２の内嵌が可能な連結孔４４，４４を夫々の軸心部に備えており、第１軸１２ａと第２軸１２ｂとのトーションバー４０による連結は、第１軸１２ａ、第２軸１２ｂの連結孔４４，４４にトーションバー４０両端の連結部４２，４２を嵌め込み、各別の連結ピン５０，５２の打設により一体化して実現されている。

第１，第２軸１２ａ，１２ｂ間の相対角変位の検出は、第１軸１２ａと一体回転する磁石５４と、第２軸１２ｂと一体回転する軸方向２つのヨーク５５，５５とを備え、この磁石５４とヨーク５５，５５との間の磁束変化を利用して両軸１２ａ，１２ｂの相対角変位を検出するようになっている。

第２軸１２ｂと一体回転するヨーク５５，５５は、それぞれ、環状ないし円筒形のヨーク本体５５ａ，５５ａの一側に軸方向に延びる磁極爪５５ｂ，５５ｂを周方向に複数並設して構成され、夫々の磁極爪５５ｂ，５５ｂを周方向に交互に位置させた２個を一組として第２軸１２ｂに固定されている。ヨーク５５，５５の外側は円筒形に成形されたモールド樹脂５５ｃにより覆って一体化され、モールド樹脂５５ｃを一側に延長して形成されたボス部５５ｄを介して第２軸１２ｂの軸端部に同軸的に嵌合固定されている。

第１軸１２ａと一体回転する磁石５４は、ヨーク５５，５５の環状ないし円筒形のヨーク本体５５ａ，５５ａに挿入され、磁極爪５５ｂ，５５ｂと同数組のＮ，Ｓ極５４ａ，５４ｂを周方向に並設してなる環状ないし円筒形の多極磁石として構成されており、ヨーク５５，５５に挿入され、ヨーク５５，５５の磁極爪５５ｂ，５５ｂが、Ｎ，Ｓ極５４ａ，５４ｂの境界上に整合するように位置決めして第１軸１２ａに固定されている。

ヨーク５５，５５の外側には、これらに発生する磁束を集める集磁リング５６，５６が、それぞれのヨーク本体５５ａ，５５ａの外側を近接して囲繞するように固定配置されており、これらの集磁リング５６，５６の一部に突設され、わずかなエアギャップを隔てて対向する集磁突起５６ａ，５６ａの間にホール素子等を用いてなる３つの磁気センサ５７ａ，５７ｂ，５７ｃを配してある。

以上の構成により第１軸１２ａと第２軸１２ｂとの間に相対角変位が生じた場合、ヨーク５５，５５の磁極爪５５ｂ，５５ｂと磁石５４の磁極５４ａ，５４ｂとの周方向の位置関係が互いに逆向きに変化し、この位置変化に応じた夫々のヨーク５５，５５内の磁束変化により、集磁リング５６，５６それぞれの集磁突起５６ａ，５６ａ間のエアギャップにおける磁束密度が増減して磁気センサ５７ａ，５７ｂ，５７ｃの出力が変化するから、この出力変化を取り出すことにより第１，第２軸１２ａ，１２ｂに加わるトルク（操舵トルク）を検出することができる。

以上の実施の形態のトルク検出装置では、当該トルク検出装置そのものは単一であるが、トルク検出出力を３個の磁気センサからそれぞれ独立した出力させることができるので、トルク検出装置それ自体の故障確率は極めて低くなり操舵アシスト停止を極力回避することができる。また、単に複数のトルク検出装置をステアリング軸に並設するものではなく、一対の集磁リングの対向間に円周方向に３個の磁気センサを並設するので軸方向長は長くならずに済み、これによって、ステアリング軸を長くすることなくその衝撃吸収性能を維持させつつ操舵アシスト制御を行うことができる。

そして、図３で示すように、トルク検出装置内で集磁リング５６，５６が集磁した磁束を検出するホール素子からなる３つの磁気センサ５７ａ，５７ｂ，５７ｃの出力はコントロールユニット２８に与えられる。

コントロールユニット２８は、３つの磁気センサ５７ａ，５７ｂ，５７ｃのうち、磁気センサ５７ａ，５７ｂの一方を故障基準用、他方をトルク検出用とし、残りの磁気センサ５７ｃを予備用として、操舵アシスト制御を行う。

すなわち、磁気センサ５７ａ，５７ｂの出力が同一であれば、一方の出力を操舵アシスト制御の信号として用いる。また、磁気センサ５７ａ，５７ｂの出力が一致して変化しなければ、磁気センサ５７ａ，５７ｃの組み合わせで一方を故障基準用、他方をトルク検出用として用いて操舵アシスト制御を行う。また、いずれの組み合わせでもセンサ出力が一致しないときは、操舵アシスト制御を停止する。

以上説明したように本実施の形態の電動パワーステアリング装置では、上記トルク検出装置を備えるから、ステアリング軸が長くならず、２つの磁気センサの組み合わせで磁気センサの故障か否かを検出できるので操舵アシスト制御の信頼性が高くなり、また、その組み合わせる磁気センサを変更できるので、さらにトルク検出装置の故障確率が低くして操舵アシスト制御を行うことが可能となり、高信頼性の電動パワーステアリング装置を提供することができるようになる。

図１は本発明の実施の形態に係るトルク検出装置を分解して示す斜視図である。 図２は図１の要部の斜視図である。 図３は図１のトルク検出装置と電動パワーステアリング装置のコントロールユニットとのブロック構成を示す図である。 図４は従来のトルク検出装置を用いた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１２ ステアリング軸
１２ａ 第１軸
１２ｂ 第２軸
４０ トーションバー
５４ 磁石
５５ ヨーク
５６ 集磁リング
５７ａ，５７ｂ，５７ｃ 磁気センサ

Claims (1)

1. ステアリング軸のトルク検出を行うトルク検出装置と、上記トルク検出に応じて電動モータを駆動してステアリング軸の操舵補助の制御を行うコントロールユニットと、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   上記トルク検出装置は、ステアリング軸の隔たった軸方向２箇所それぞれに磁石と、該磁石の磁束を通すヨークとをそれぞれ固定し、このヨークは磁石の外径側で少なくとも軸方向２つの並設したヨークで構成し、両ヨークそれぞれの外径側に集磁リングを固定配置し、両集磁リング間の円周方向に少なくとも３個互いに間隔を隔てて磁気センサを配置し、
   上記コントロールユニットは、これら３個の磁気センサのうちの２つの磁気センサ出力のいずれか一方のセンサ出力を故障監視基準用とし他方のセンサ出力から操舵アシストの制御を行い、上記２つの磁気センサのいずれか１つが故障のときは非故障の１つの磁気センサと予備としていた残り１つの磁気センサとのうちの一方のセンサ出力を故障監視基準用とし他方のセンサ出力から操舵アシストの制御を行う、ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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