JPS6398534A - トルク検出器の中立点の位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車等の車両に用いられるトルク検出器に
係り、特に、中立点（ホール素子と磁石との相対位置が
、中央にある点）を容易に決めることのできる中立点の
位置決め方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、トルク検出に当り、マグネットとホール素子を用
い、両者のねじれ角によってトルクを検出することが試
みられている。このホール素子は略中央から左右５度位
までは線形で変化する出力特性を有している。このトル
ク検出器はこのホール素子の線形出力特性の部分を用い
てねじれを検出しようというものである。したがって、
トルク検出器にあっては、中立点を精度よく設定するこ
とが、トルク検出器の精度を検定している。この中立点
の設定は、従来１機械的中央点を中立点として一律に決
定していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のトルク検出器にあっては製作上の
機械的誤差があるため、−律に中立点を定めても中立点
を精度よく設定することができずトルク検出器として左
右の出力特性がアンバランスになるという欠点を有して
いる。

また１機械的に中立点を設定し・てもホール素子そのも
の製造誤差があり、従来のトルク検出器にあっては一定
した中立点を設定することができないという欠点を有し
ている。

〔発明の目的〕

本発明は目的は、マグネットとホール素子を用いた１−
ルク検出器の中立点を精度良く容易に設定することので
きるトルク検出器の中立点位置決め方法を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、マグネットとホール素子とを用い両者のねじ
れ角に応した出力値によってトルクを検出するものにお
いて、上記マグネットと上記ホール素子とのギャップを
一定にし、上記ホール素子の出力値が許容誤差範囲に入
る位置を検出し、該検出位置より（＋）α（−）αの各
位置でのホール素子出力電圧を検出し、該検出電圧値を
和して１／２の値を示すホール素子出力電圧点を中立点
とすることを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例について説明する。

第１図、第２図には、本発明に係るトルク検出器を自動
車用電動パワーステアリングシステムに適用した場合の
一実施例が示されている。

図において、ステアリングシャフト１の上端にはステア
リングホイール２が取り付けられており、このステアリ
ングシャフト１の下端には、第２図に示す如く、ステア
リングシャフト１の一部を構成するスタブシャフト１０
０がスプライン結合されている。この人タブシャフト１
００の下部が、ウオーム減速機３内に挿入されている。

このウオ、−ム減速機３には、クラッチ４を介してモー
タ５が設けられている。６は舵角センサ、７はマイクロ
コンピュータ、８は駆動回路、９は車速センサ。

１０はバッテリである。

ウオーム減速機３は、第２図に示す如き構成を有してい
る。すなわち、スタブシャフト１００は、ハウジング２
０のステアリングホイール２側の開口２１を閉じるリン
グ状をなす軸受ホルダ３０の穴を貫通しており、その穴
に嵌合された軸受ホルダ３０の穴貫通しており、その穴
に嵌合された軸受３１を介して当該軸受ホルダ３０に回
転自在に支持されている。この軸受ホルダ３０はボルト
３２によってハウジング２０に位置決め固定されている
と共に、スタブシャフト１００との間をオイルシール３
３によりシールされている。

また、ハウジング２０内には、ピニオンギヤ４１を一体
に設けたビニオンシャフト４０がスタブシャフト１００
の下方に同軸上に配置されている。このビニオンシャフ
ト４ｏは、ピニオンギヤ４１の両件側に外嵌された２個
の軸受４５，４６を介してハウジング２０に回転自在に
支持されている。また、ピニオンギヤ４１は、ハウジン
グ２０内でラック軸５０のランク５１に噛み合されてい
る。また、ラック軸５０の両端には、それぞれタイロッ
ドが揺動可能に連結されていて、各タイロッドの外側に
車輪を回転自在に支持するナックルが揺動可能に連結さ
れている。

また、ラック５１とビニオン４１との噛み合いを確保す
るためにラックリテーナ５２が設れられている。このラ
ックリテーナ５２はスプリング５３によりラック軸５０
側に付勢されていると共にハウジング２ｏにネジ止めさ
れたりテーナ力バー５４の中央部を螺合貫通するアジャ
ストボルト５５によってラック軸５０から遠ざかる方向
への移動が制限されている。なお、６０は、ビニオンシ
ャフト４０に外嵌された２個の前記軸受４５゜４６に予
圧を付与するためのナツト、６１は、ナツト６０を着脱
するためハウジング２０に設けたネジ穴に螺合するキャ
ップである。

また、前記スタブシャフト１００はパイプ状をなしてい
て、その穴にはトーションバー６２が挿通されている。

このトーションバー６２は、スタブシャフト１００に各
ステアリングホイール２側の端部でピン６３によって諦
結されており、これによりスタブシャフト１００、トー
ションバー６２の両部材を回転方向へ一体に構成してい
る。

このトーションバー６２のステアリングホイール２側と
は反対側の端部は、ビニオンシャフト４０のスタブシャ
フト１００側の端面に開口するように設けられた軸方向
孔４２内に挿入されている。

このトーションバー６２は、先端部でピニオンシヤフト
４ｏとピン６４によって締結されており、この締結によ
りピニオンシャフト４０．トーションバー６２とが回転
方向へ一体に構成されている。

さらに、ピニオンシャフト４ｏのスタブシャフト１００
側の端部には、当該スタブシャフト１００側に突出する
ハブ４３と半径方向の外側に突出するフランジ４４とが
形成されていて、ハブ４３内にはスタブシャフト１００
の下端部が挿入されていると共に、その下端部とハブ４
３との間には針状コロ軸受６５を介在させている。前記
ハブ４３には切欠き４５を設ける一方、この切欠き４５
内に挿入される凸部１０１をスタブシャフト１００の下
端部に設け、この凸部１０１を切欠き４５とでストッパ
を構成し、このストッパにより両シャフト１００．４０
間の所定以上の相対回転変位（例えば、５度程度）を防
止している。さらにハブ４３の外側にはウオームホ−ル
６６を外嵌しており、フランジ４４を貫通してウオーム
ホール６６に螺合するネジ６７により、ウオームホイー
ル６６とピニオンシャフト４０とを回転方向へ一体に構
成している。

上記ウオームホイール６６には、ハウジング２ｏに回転
自在に支持されたウオーム６８が噛み合っており、この
ウオーム６８の軸部にモータ５の回転軸が連結されてい
る。モータ５には駆動回路８が接続されていて、この駆
動回路８がら出力される制御信号によって当該モータ５
が駆動制御される。

また、スタブシャフト１００には、前記ウオームホイー
ル６６のステアリングホイール２側の端面に対向するよ
う外向きのフランジ１０２を設けると共に、このフラン
ジ１０２の端面には磁気検出素子の一具体例を示すホー
ル素子７ｏが接着保持されている。一方、このホール素
子７０と対向して同心上に重なり合うようにピニオンシ
ャフト４０のフランジ４４端面には磁石８ｏが接着保持
されている。

ホール素子３１と磁石８０とは、トーションバー６２に
加えられる捩りトルクに応じて回転方向へ相対変位し、
それに応じてホール素子７０が磁石８０から受ける磁界
の強さが変化するため、その変化の中間点を操舵の中立
位置とすることにより、磁界の強さを見ることで操舵ト
ルクの大きさとその方向とを同時に検出することができ
る。

前記スタブシャフト１００のフランジ１０２の内側には
、リング状の空隙が形成されていて、その空隙内には、
同様にリング状の空隙を有する回路ケース７１が挿入さ
れている。この回路ケース７１内には、リング状をなす
基板にホール素子の出力電圧を増幅、制御するための回
路を形成した磁界−電気変換機能を有する信号処理回路
７２を配置し、これを回路ケース７１と共にスタブシャ
フト１００ヘネジ７３によって締付固定している。

この信号処理回路７２は、例えば、ホール素子７０から
の出力に基士いて操舵トルクとその方向に対応する出力
を増幅する増幅回路とから構成され、操舵トルクに応じ
て捩られるトーションバー６２の捩れ量を磁束密度の変
化量として検出したホール素子７０の出力に基づいて操
舵力とその操舵方向とを検出し、それを増幅して操舵ト
ルク検出信号として出力する。

また、信号処理回路７２の周囲には絶縁材７４が充填さ
れていると共に、回路ケース７１の開口側には、仕切板
７５が圧入されていて、これにより信号処理回路７２へ
のノイズの侵入等を防止している。さらに、回路ケース
７１の開口側には、絶縁材によって形成されたリングベ
ース７６が回転方向へ一体に取付けられていて、その軸
受ホルダ３０（１１！Ｉの端面には、スリップリング９
ｏの一方を構成する複数本のリングプレート９１を接着
固定している。スリップリング９ｏは、リングプレート
９１と、それと同数のブラシ９２とがらなり、これらブ
ラシ９２は、外周縁をハウジング２ｏにスプライン結合
されたブラシホルダ９３に取付けられている。

また、ブラシ９２に接続されたリード［９４は、ウオー
ム減速機３に設けた切欠きがら外部に取り出され、ハウ
ジング２０の外部で駆動回路８に接続されている。この
駆動回路８は、操舵トルクの大きさと操舵方向とに対応
した制御信号を出方してモータ５を回転駆動し、これに
より、ウオーム６８及びウオームホイール６６の作動を
介してピニオンシャフト４０に、操作トルクの大きさと
操舵方向に対応した操舵補助力を付与する。

次に、ホール素子７０と磁石８ｏとを用いたトルク検出
器の中立位置く中立点）の決定方法について説明する。

ホール素子７ｏは、第３図（Ａ）に示す如く、磁石８０
に対し「０」かはｘｌ、Ｘ２＋　ｘｓと水平移動すると
、その出力特性は第３図（Ｂ）に示す如くなる。そこで
、いま、中心点であるｘｚを中心出力Ｏとすると左右に
第４図に示す如きトルク出力特性が得られる。

この第３図（Ｂ）に示す如き代表的なホール素子の出力
特性は、あらかじめマイクロコンピュータ７のＲＯＭの
中に格納されており、この予め記憶されている特性に基
いて取付けるホール素子の出力特性を一致するように調
節する。

このホール素子７０と磁石８０とは最大で第２図図示凸
部１０１と切欠き４５とによって決まる。

また、このホール素子７０は、第３図（Ａ）に示す如く
、磁石８０に最近点（０度）から次第に遠ざかり、最大
角度Ｏｍａｘ＜例えば１０度）動くようになっている。

まず、スタブシャフト１００をまわし、ホール素子７０
が、磁石８０と相対向する位置（０度の位置）にセット
する。次に、第５図に示す如く、β度（図では５１．７
度）まで回転し、このときのホール素子出力電圧ＶＨＩ
を求める１次に、このβ度から＋８１度（図では７度）
までスタブシャフトを回転させ、この位置でのホール素
子出力電圧ＶＬＬを求める。

β（１，７）＋β１　（７）　＝８．７この求められた
２つの電圧値Ｖ　Ｈ１、Ｖ　ｂ　ｔとから仮の中立点θ
１を ＶＨ１＋ＶＬ１ ＝ＶＣ１ と、■旧とＶｂｔとを和してｌ／２した電圧値ＶＣＩに
相当する位置から求める。

次に、この仮の中立点θ工から±α度（例えば３度）の
点で電圧ＶＨ２１Ｖ１４とを求める。この求まった電圧
値Ｖ　Ｈ２１Ｖ　Ｌｚとから平均値ＶＣ２を求める。

この求められた電圧値Ｖａｔに相当するホール素子の立
置を求め、この電圧値ＶＣ２に相当する位置０４と仮の
中立点θ工との差が０．１度以内である場合にθ４を中
立点とする。

この動作フローチャートが第６図に示されている。すな
わち、まず、ステップ５１０において、ホール素子７０
と磁石８０との角度θが１．７度の点におけるホール素
子出力電圧値ＶＨ１を求め、さらに、ホール素子７０と
磁石８０との角度θが８．７度の位置におけるホール素
子出力電圧値ｖＬｉを求める。次にステップ５２０にお
いて、ステップ５１０において求めた電圧値Ｖ　Ｈｔ　
＋　Ｖ　ｔ、　ｔとを和して１／２し、中立電圧Ｖｅｘ
を求める。

ＶＨ１＋ＶＬＩ Ｖ　ｃ　ｌ＝　− この求めた電圧値Ｖｃ１に対応するホール素子の位置θ
１を求める。

次にステップ５３０において、ステップ５２０で求めた
ホール素子位［（磁石からの角度）θ工を仮の中立点と
し、このθ工を中心に、±３度の点０２．０δに対応す
るホール素子出力電圧値ｖシ２゜Ｖｕｚを求める。この
電圧値Ｖｏｗ　（θ８に対応する値）　、ＶＬ２　（θ
２に対応する値）が求まると、ステップ５４０において
、この平均値ＶｃｚをＶＨｚ＋Ｖ＋、、ｚ Ｖｃｚ＝□ より求め、このＶｃｚに対応するホール素子の位置θ４
を求める。

次にステップ５５０において、このＶｃｚに対応するホ
ール素子の位置０番が、ステップ５２０において求めた
仮の中立点θ１に比して０．１度以上の誤差があるか否
かを判定する。このステップ５５０において、誤差が０
．１　度以下であると判定すると、０番を中立点として
スタブシャフト１、００とトーションバ６２とをピン６
３によって固定するわまた、ステップ５５０において、
誤差が０．１度以上あると、ステップ５４０で求めた０
番の値をＯＳに置き換えてステップ５２０に戻る。

第７図には、トルク検出器のブロック図が示されている
。すなわち、磁石６０１とホール素子６０２とは一定の
ギャップをもって設置されており、このホール素子６０
２にはセンサ出力処理回路７００が接続されている。こ
のセンサ出力処理回路７００にはスリップリング６０４
．コネクタ６０６を介して制御回路（第１図図示マイク
ロコンピュータ７と駆動回路８を含むもの）が接続され
ている。

第８図には、ホール素子６０２とセンサ出力処理回路７
００．前記ホール素子６０２を駆動するためのホール素
子駆動回路８００の具体的回路が示されている。このセ
ンサ出力処理回路７００とホール素子回路８００とによ
って第２図図来信号処理回路７２が構成されている。

図において、ホール素子駆動回路８００は定電流回路を
構成している。すなわち、ホール素子７０は、定電流Ｉ
Ｉ動されている。このような状態で前述の如く、中立点
が定まると、この位置でセンサ処理回路７００からの出
力ＴＲ、ＴＬがＯｖとなるように可変抵抗Ｒ９，Ｒ１３
を調整する。

ＴＲは、右トルクの出力電圧であり、Ｔｔ、は左トルク
の出力電圧である。次に、トーションバー６２に右トル
クをかけて、一定のトルク値（７＆大トルク値、例えば
１ｋｇ−ｍのトルク）を加える。このときの出力値ＴＲ
の値が一定電圧（例えば５Ｖ）になるように、正相増幅
器オペアンプＡ３のゲインを可変抵抗Ｒ１６を調整する
ことによって調整する。次に、トーションバー６２に左
トルクをかけて、一定トルク値（左への最大トルク値１
例えば１ｋｇ−ｍのトルク）を加える。このときの左ト
ルクの出力値Ｔｔ、の値が一定電圧（例えば５Ｖ）にな
るように、反転増幅器オペアンプＡ４のゲインを可変抵
抗Ｒ１９を調整して調整する。

これによって、予めマイクロコンピュータ７のＲＯＭに
記憶されたホール素子の出力特性との調整が、中立点を
最大トルク量として検出され、この検出されたトルク値
の点でとれる。したがって、ホール素子７０の移動量が
、トーションバー６２にかかるトルク量として検出され
、この検出されたトルク値に基いて、アシスト力が決定
される。

このように構成されるものであるから、運転者ガステア
リングホイール２を所望の方向に回してステアリングシ
ャフト１を回転させると、このステアリングシャフト１
にトーションバー６２を介して連結されたピニオンシャ
フト４０は車軸側からの反力が作用するため、トーショ
ンバー６２にはステアリングホイール２に入力された操
舵トルクに応じた捩れが発生して、これにより、スタブ
シャフト１００とピニオンシャフト４０との間に。

操舵トルク及び操舵方向に対応した相対的な回転変位が
発生する。

このように、スタブシャフト１００及びピニオンシャフ
ト４０間に相対回転変位が生じると、スタブシャフト１
００のフランジ１０２に取り付けたホール素子７０とピ
ニオンシャフト４０と一体のウオームホイール６６に取
付けた磁石８０とが同様に相対回転変位し、これにより
、ホール素子７０に作用している磁石８０の磁界の強さ
が変化するため、そのホール素子７０から出力される電
気信号としての電圧が変化する。このとき、操舵の中立
位置における電圧を基準値として、例えば、中立位置か
ら右側へ操舵としたときには、正の電圧が、また、左側
へ変位したときには負の電圧が得られるようホール素子
７０の出力を設定することにより、当該ホール素子７０
の出力の大きさを見ることによって操舵トルクの大きさ
と操舵方向とを同時に検出することができる。

このホール素子７０の出力は、スタブシャフト１００に
固定された信号処理回路７２に入力され、その信号処理
回路７２に増幅されて出力される。

この出力信号が、スタブシャフト１００と一体のリング
ベース７６に固定されたリングプレート９１からブラシ
９２を介してブラシホルダ９３側に伝達され、それが、
リード線９４によって外部に取り出さ九でマイクロコン
ピュータ７に供給される。これによって、マイクロコン
ピュータ７が操舵トルク検出値に応じた制御信号を操舵
方向に対応した回転方向信号とを駆動回路８に出力し、
モータ５を駆動する。

このモータ５の駆動によって、操舵方向に対応した方向
に回転し、ウオーム６８及びウオームホイール６６の作
動を介してピニオンシャフト４０に操舵力に応じた操舵
補助トルクが付与される。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、ホール素子の中
立点を精度良く求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパワーステアリング制御装置のシ
ステム構成図、第２図はトルク検出器の断面構成図、第
３図はホール素子の出力電圧特性図、第４図はトルク出
力特性図、第５図は本発明の中立点を求める方法を示す
図、第６図は第５図のフローチャート、第７図はトルク
検出器のブロック図、第８図は第７図図示センサ出力処
理回路とホール素子駆動回路の詳細回路図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、マグネットとホール素子を用い両者のねじれ角に応
   じた出力値によつてトルクを検出するものにおいて、上
   記マグネットと上記ホール素子とのギャップを一定にし
   、上記ホール素子の出力値が許容誤差範囲に入る位置を
   検出し、誤検出位置より（＋）α（−）αの各位置での
   ホール素子出力電圧を検出し、該検出電圧値を和して１
   ／２の値を示すホール素子出力電圧点を中立点とするこ
   とを特徴とするトルク検出器の中立点の位置決め方法。