KR100940534B1 - 전동 파워스티어링 장치 - Google Patents

전동 파워스티어링 장치 Download PDF

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KR100940534B1
KR100940534B1 KR1020020075428A KR20020075428A KR100940534B1 KR 100940534 B1 KR100940534 B1 KR 100940534B1 KR 1020020075428 A KR1020020075428 A KR 1020020075428A KR 20020075428 A KR20020075428 A KR 20020075428A KR 100940534 B1 KR100940534 B1 KR 100940534B1
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토쿠모토요시토모
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가부시키가이샤 제이텍트
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Abstract

본 발명은, 전동 파워스티어링 장치에 관한 것으로, 차량의 스티어링 휠과 스티어링 오퍼레이션기구를 연결하는 조타축의 회전각도를 축길이방향의 다른 위치에서 검출하고, 검출한 회전각도의 차에 기초하여 조타축에 가해지는 토크를 산출하고, 산출한 토크의 방향 및 크기에 따라, 조타보조용 모터를 구동제어하는 전동 파워스티어링 장치이다. 회전각도에 기초하여, 각각의 검출위치에서의 조타축의 각속도를 산출하고, 산출한 각속도간의 관계에 기초하여, 토크가 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것인지, 스티어링 오퍼레이션기구로부터의 입력에 의한 것인지를 판정하고, 그 판정결과에 기초하여 모터를 구동제어한다.

Description

전동 파워스티어링 장치{ELECTRIC POWER STEERING APPARATUS}
도 1 은 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 실시예 요부구성을 도시하는 블럭도이다.
도 2 는 토크센서의 요부구성예의 모식도이다.
도 3A - 3C 는 토크센서의 각 자기센서의 검출신호를 도시하는 파형도이다.
도 4 는 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 동작을 도시하는 플로차트이다.
도 6 은 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 동작을 도시하는 플로차트이다.
도 7 은 토크센서의 요부구성예의 모식도이다.
도 8 은 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 1a : 토크센서 2 : 제어부
3 : 모터구동회로 4 : 조타보조용 모터
8 : 어시스트제어부 8a : 토크/전류테이블
10, 10a : 연산처리회로 11 : 차속센서(속도관련치 검출수단)
12 : 요 레이트 센서(요동검출수단) 14, 14a : 센서박스
15 : 스티어링 휠 16, 32 : 입력축(조타축)
17, 34 : 출력축(조타축) 30, 30a : 센서
본 발명은, 스티어링 오퍼레이션를 위해 차량의 조타축에 가해지는 토크를 검출하고, 검출한 토크에 기초하여 조타보조용 모터를 구동제어하는 전동 파워스티어링 장치에 관한 것이다.
스티어링 오퍼레이션 조작을 위해 스티어링 휠에 가해지는 토크의 검출결과에 기초하여 조타보조용 모터를 구동하고, 모터의 회전력을 스티어링 오퍼레이션기구에 전달하여 조타를 보조하는 구성으로 한 전동 파워스티어링 장치는 조타보조력의 발생원으로 유압 액추에이터를 이용하는 유압 파워스티어링 장치와 비교하여 차속의 고저, 조타의 빈도 등, 주행상태에 따른 보조력 특성의 제어가 용이한 이점을 갖고 있고, 최근, 그 적용범위가 확대되는 경향에 있다.
이러한 전동 파워스티어링 장치에 있어서 스티어링 휠에 가해지는 토크를 검출할 필요가 있다. 일반적으로 스티어링 휠과 스티어링 오퍼레이션기구를 연결하는 조타축의 도중에 있어서 축길이방향으로 이격된 2군데의 회전각도를 검출하므로써, 토크를 검출할 수 있다. 즉, 스티어링 오퍼레이션 조작중의 조타축에는 스티어링 휠에 가해지는 토크의 작용에 의해 비틀림이 발생하고 이 비틀림은 앞에서 서술한 2군데에서의 검출각도 차에 대응하므로, 이 차를 이용하여 토크를 구할 수 있다.
이렇게 구해진 토크의 산출정도는 스티어링 휠측의 입력축과 스티어링 오퍼레이션기구측의 출력축을 가는 지름의 토션 바를 통해 연결하여 조타축을 구성하고, 토크의 작용 시에 입력축과 출력축 간에 토션 바의 비틀림을 동반하여 큰 회전각도차가 발생하도록 해두고, 양축의 연결부에 있어서 각각의 회전각도를 검출하므로써 높일 수 있다.
본원 출원인은 전동 파워스티어링 장치에 있어서 토크의 검출에 최적인 토크검출장치를 일본 특허공개 2000-352502 공보 등에 제안하고 있다. 이 장치는 대상이 되는 회전축의 지름방향으로 복수 병설되고, 축길이방향에 대해 각각이 약 등각도 경사하는 자성체제의 타겟과, 이들 외측에 대향배치되고, 각 타겟의 통과에 따라 변화하는 출력을 발하는 자기센서(MR센서)를 구비하는 센서유닛을 입력축 및 출력축의 연결부에 각각 구비하여 구성되어 있다.
이 구성에서는 센서유닛의 자기센서가 입력축 및 출력축의 지름 상에 늘어서는 복수의 타겟의 각각이 통과하는 동안, 타겟의 경사에 대응하는 경사를 갖고 선형으로 변화하는 전압을 출력한다. 따라서, 입력축 및 출력축의 회전각도를 각각에 대응하는 자기센서의 출력전압에 기초하여 비접촉으로 검출할 수 있고, 스티어링 휠의 조작에 의해 입력축에 가해지는 토크는 입력축 및 출력축에 대응하는 자기센서의 출력차로 부여되는 양 축의 회전각도 차에 기초하여 산출된다.
그런데, 전동 파워스티어링 장치에 있어서 조타보조용 모터제어에 있어서는 스티어링 휠에 가해지는 토크의 크기에 함께 이 토크의 방향, 즉 좌우 어느 방향으로 조타가 이루어져 있는 지를 검출할 필요가 있다. 위에서 서술한 것과 같이 구성된 토크검출장치에 있어서는 입력축의 회전각도와 출력축의 회전각도를 비교하고, 입력축이 선행하고 있는 방향으로 토크가 가해지고 있다고 판정하게 되어 있다.
한편, 주행중인 차량의 조타축에는 스티어링 오퍼레이션조작에 따라 스티어링 휠측의 입력축에서 가해지는 정규 입력토크(조타토크)와 함께 조향용 바퀴에 가해지는 노면반력이 스티어링 오퍼레이션기구측 출력축으로부터의 입력토크(이하 역입력토크라 한다.)로 작용하고 있다. 예를 들면, 직진주행중인 타 보호상태에 있어서 노면상의 요철에 진입하므로써 큰 역입력토크가 가해질 때, 이것이 위에서 서술한 것과 같이 구성된 토크검출장치에 의해 검출되는 일이 있다.
그런데, 이상과 같은 역입력토크는 정규 입력인 조타토크의 경우와는 반대로, 출력축측이 선행하는 상태에서 가해진다. 그 결과, 토크검출장치의 검출결과에 기초하는 위에서 서술한 방향판정이 역입력토크의 요인이 되고 있는 노면반력의 작용에 의한 조향용 바퀴의 부세방향과 동일방향의 조타토크가 가해지고 있는 것과 같이 행해진다. 그 때문에 이 토크검출에 따라 조타보조용 모터가 구동되었을 때, 모터의 구동력이 역입력토크와 동일방향으로 스티어링 오퍼레이션기구에 가해지고, 운전자에게 본래의 역입력토크가 조장된 상태에서 체감되고, 조타감각의 악화를 초래하는 문제가 있었다.
이러한 문제에 관련한 기술로, 본원 출원인은 일본 특허공개 2002-29431 공 보에 있어서, 차량의 스티어링 오퍼레이션기구와 스티어링 휠을 연결하는 조타축의 회전각도를 축길이방향이 다른 위치에서 검출되고, 그 검출결과에 기초하여 각각의 검출위치에서의 조타축 각속도를 산출하는 수단과, 차량의 주행속도를 검출하는 차속센서와, 산출한 각가속도와 검출한 차속간에 소정 상관관계가 성립할 때, 조타토크의 산출결과에 의해 결정되는 모터의 구동방향을 역전하는 제어수단을 구비하는 「전동 파워스티어링 장치」를 제안하고 있다.
또, 본원 출원인은 일본 특허공개 평10-258756호 공보에 있어서, 제어장치로부터의 지령신호에 기초하여 액추에이터가 조타력을 발생시키는 자동조타모드와, 드라이버가 조타력을 발생시키는 통상조타모드와의 사이에서, 조타모드를 전환가능하고, 스티어링 샤프트의 스티어링 호일측에서의 회전각에 대응하는 수치를 시계열로 구하는 수단과, 스티어링 샤프트의 바퀴측에서의 회전각에 대응하는 수치를 시계열로 구하는 수단이 설치되고, 스티어링 호일측에서의 회전각 변화가 바퀴측에서의 회전각 변화에 선행할 때, 그 부가조타력은 드라이버에 의해 부가되었다고 판단하고, 바퀴측에서의 회전각 변화가 스티어링 호일측에서의 회전각 변화에 선행할 때, 그 부가조타력은 차량에 외부로부터 부가되었다고 판단하고, 그 부가조타력에 대응하는 수치가 설정치 이상일 때에, 자동조타모드로부터 통상조타모드로 전환하는 「차량의 스티어링 장치」를 제안하고 있다.
본 발명의 목적은 토크가 스티어링 휠측으부터의 입력에 의한 것인지, 스티어링 오퍼레이션기구측으로부터의 입력에 의한 것인지를 판정하고, 그 판정결과에 기초하고 조타보조용 모터를 구동제어할 수 있는 전동 파워스티어링 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 주행상황을 보다 상세하게 판정하고, 판정한 주행상황에 기초하여 조타보조용 모터를 구동제어할 수 있는 전동 파워스티어링 장치를 제공하는 데에 있다.
제 1 aspect에 관한 전동 파워스티어링 장치는 차량의 스티어링 휠과 바퀴측 스티어링 오퍼레이션기구를 연결하는 조타축의 회전각도를 축길이방향이 다른 위치에서 검출하고, 검출한 회전각도의 차에 기초하여 조타축에 가해지는 토크를 산출하고, 산출한 토크의 방향 및 크기에 따른 보조력을 스티어링 오퍼레이션기구에 가해지도록 스티어링 오퍼레이션기구에 부설된 조타보조용 모터를 구동제어하는 전동 파워스티어링 장치에 있어서, 회전각도에 기초하고, 각각의 검출위치에서의 조타축 각속도 또는 각가속도를 산출하는 산출수단과, 산출수단이 산출한 각속도간의 관계 또는 각가속도간의 관계에 기초하여 토크가 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것인지, 스티어링 오퍼레이션기구측으로부터의 입력에 의한 것인지를 판정하는 판정수단을 구비하고, 판정수단의 판정결과에 기초하여 모터를 구동제어하도록 이루어져 있다.
제 1 aspect의 전동 파워스티어링 장치에서는 차량의 스티어링 휠과 바퀴측의 스티어링 오퍼레이션기구를 연결하는 조타축의 회전각도를 축길이방향이 다른 위치에서 검출하고, 검출한 회전각도의 차에 기초하여 조타축에 가해지는 토크를 산출하고, 산출한 토크의 방향 및 크기에 따른 보조력을 스티어링 오퍼레이션기구 에 가해지도록 스티어링 오퍼레이션기구에 부설된 조타보조용 모터를 구동제어한다. 산출수단이 검출한 회전각도에 기초하여 각각의 검출위치에서의 조타축의 각속도 또는 각가속도를 산출하고 판정수단이 그 산출한 각속도간의 관계 또는 각가속도간의 관계에 기초하여 토크가 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것인지 스티어링 오퍼레이션기구측으로부터의 입력에 의한 것인지를 판정하고, 이 판정수단의 판정결과에 기초하여 모터를 구동제어한다.
이에 의해 토크가 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것인지, 스티어링 오퍼레이션기구측으로부터의 입력에 의한 것인지를 판정하고, 그 판정결과에 기초하고 조타보조용 모터를 구동제어할 수 있는 전동 파워스티어링 장치를 실현한다.
제 2 aspect에 관한 전동 파워스티어링 장치는 제 1 aspect에 있어서, 차량이 주행하는 속도에 관련하는 수치를 검출하는 속도관련치 검출수단을 더 구비하고, 판정수단은 각속도간의 관계 또는 각가속도간의 관계와, 속도관련치 검출수단이 검출한 수치에 기초하고, 차량 주행상황을 판정하고, 판정수단이 판정한 주행상황에 기초하고 모터를 구동제어하도록 이루어져 있다.
제 2 aspect의 전동 파워스티어링 장치에서는 속도관련치 검출수단이 차량이 주행하는 속도에 관련하는 수치를 검출하고, 판정수단이 산출한 각속도간의 관계 또는 각가속도간의 관계와, 속도관련치 검출수단이 검출한 수치에 기초하여, 차량의 주행상황을 판정하고, 판정수단이 판정한 주행상황에 기초하여 조타보조용 모터를 구동제어한다.
이에 의해 차량의 주행상황을 보다 상세하게 판정하고, 판정수단이 판정한 주행상황에 기초하고, 조타보조용 모터를 구동제어할 수 있는 전동 파워스티어링 장치를 실현한다.
제 3 aspect에 관한 전동 파워스티어링 장치는 제 2 aspect에 있어서, 판정수단은 각속도 또는 각가속도의 스티어링 휠측 방향이 크고, 회전각도 중 어느 것이 소정각도보다 크고, 속도관련치 검출수단이 검출한 수치가 제 1 관련치보다 작을 때는 토크가 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것으로 판정하고, 모터의 출력을 증가시키도록 이루어져 있다.
제 3 aspect의 전동 파워스티어링 장치에서는 판정수단이 각속도 또는 각가속도의 스티어링 휠측 방향이 크고, 회전각도 중 어느 쪽이 소정각도보다 크고, 속도관련치 검출수단이 검출한 수치가 제 1 관련치보다 작을 때는, 토크가 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것으로 판정하고 모터의 출력을 증가시킨다.
이에 의해 정차시 또는 극저속시의 스티어링 휠의 고정시에 조타보조력을 증가시킬 수 있는 전동 파워스티어링 장치를 실현한다.
제 4 aspect에 관한 전동 파워스티어링 장치는 제 2 또는 제 3 aspect에 있어서, 차량의 요동을 검출하는 요동검출수단과, 각속도 중 어느 하나가 제 1 각속도보다 크고, 속도관련치 검출수단이 검출한 수치가, 제 1 관련치보다 큰 제 2 관련치보다 크고, 또한 제 2 관련치보다 큰 제 3 관련치보다 작고, 요동검출수단이 검출한 요동이 소정치보다 클 때에, 회전각도를 각각 적산하는 각 적산수단을 더 구비하고, 각 적산수단의 각 적산치 중 어느 하나가 소정적산치보다 클 때에 판정수단은 토크가 상기 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것으로 판정하고, 모터 의 출력을 증가시키도록 이루어져 있다.
제 4 aspect의 전동 파워스티어링 장치에서는 요동검출수단이 차량의 요동을 검출하고, 각속도 중 어느 것이 제 1 각속도보다 크고, 속도관련치 검출수단이 검출한 수치가, 제 1 관련치보다 큰 제 2 관련치보다 크고, 또한 제 2 관련치보다 큰 제 3 관련치보다 작고, 요동검출수단이 검출한 요동이 소정치보다 클 때에 각 적산수단이 검출한 회전각도를 각각 적산한다. 판정수단은 각 적산수단의 각 적산치 중 어느 것이 소정 적산치보다 클 때에 토크가 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것으로 판정하고 모터의 출력을 증가시킨다.
이에 의해 차량이 산악로를 주행하고 있을 때에 조타보조력을 증가시킬 수 있는 전동 파워스티어링 장치를 실현한다.
제 5 aspect에 관한 전동 파워스티어링 장치는 제 4 aspect에 있어서 판정수단은 각속도의 스티어링 휠측이 제 1 각속도보다 작은 제 2 각속도보다 작고, 각속도 또는 각가속도의 스티어링 오퍼레이션기구측이 각각의 소정치보다 크고, 속도관력치 검출수단이 검출한 수치가 제 3 관련치보다 클 때는 토크가 스티어링 오퍼레이션기구측으로부터의 입력에 의한 것으로 판정하고, 토크를 소거하도록 모터를 구동제어하도록 이루어져 있다.
제 5 aspect의 전동 파워스티어링 장치에서 판정수단은 각속도의 스티어링 휠측이 제 1 각속도보다 작은 제 2 각속도보다 작고, 각속도 또는 각가속도의 스티어링 오퍼레이션기구측이 각각의 소정치보다 크고, 속도관련치 검출수단이 검출한 수치가 제 3 관련치보다 클 때는 토크가 스티어링 오퍼레이션기구측으로부터의 입 력에 의한 것으로 판정하고, 그 토크를 소거하도록 조타보조용 모터를 구동제어한다.
이에 의해 차량이 고속주행중에 킥 백을 받을 때에, 운전자가 핸들을 놓치지 않도록 그 킥백을 소거할 수 있는 전동 파워스티어링 장치를 실현한다.
본 발명에 관한 상기의 목적과 서술은 이하의 기술과 첨부도면을 참고하면 명백하게 알 수 있을 것이다.
이하, 본 발명을 그 실시예를 도시하는 도면에 기초하여 상세하게 서술한다.
실시예 1
도 1은 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 실시예 요부구성을 도시하는 블럭도이다. 이 전동 파워스티어링 장치는 조타축(미도시)에 가해진 토크를 검출하는 토크센서(1)가 검출하고 출력한 토크검출신호가 연산처리회로(10)에 의해 처리되고, 연산처리회로(10)에 의해 처리작성된 토크신호와, 조타축의 스티어링 휠측 및 미도시의 스티어링 오퍼레이션기구측의 각 절대 타각신호가 제어부(2)로 전달된다. 또, 차량의 속도를 검출하는 차속센서(11)가 검출하고 출력한 차속신호와, 차량의 요동을 검출하는 요 레이트 센서(12)가 검출한 요 레이트신호가 제어부(2)로 전달된다.
제어부(2)에서 출력되는 릴레이제어신호가 릴레이 구동회로(5)에 입력되고, 릴레이구동회로(5)는 릴리이제어신호에 따라 페일 세이프(fail-safe) 릴레이접점(5a)을 온 또는 오프시킨다. 제어부(2)는 토크신호, 차속신호, 요 레이 트신호 및 뒤에서 서술하는 모터전류신호에 기초하여 내장하는 메모리(8) 내의 토크/전류테이블(8a)을 참조하므로써 모터전류 목표치를 작성한다. 또한, 차속신호는 이에 한정되지 않고, 차량의 속도에 관련하는 수치, 예를 들면, 엔진의 회전수 또는 바퀴의 회전수 또 전동차량의 경우는 모터의 회전수 등을 도시하는 신호여도 좋다.
제어부(2)는 작성한 모터전류 목표치를 PWM신호 및 회전방향 지시신호로 모터구동회로(3)에 전달한다. 모터구동회로(3)는 페일 세이프 릴레이접점(5a)을 통해, 차량탑재 배터리(P)의 전원전압이 인가되고, 부여된 모터전류 목표치에 기초하여, 조타보조용 모터(4)를 회전구동시킨다. 모터(4)에 흐르는 모터전류는 모터전류검출회로(7)에 의해 검출되고, 모터전류신호로 제어부(2)에 전달되고, 모터전류의 피드 백제어에 사용된다.
도 2는 토크센서(1)의 요부구성예를 모식적으로 도시하는 모식도이다. 이 토크센서(1)는 상단부를 스티어링 휠(15)에 연결된 입력축(16)과, 하단부를 스티어링 오퍼레이션기구의 피니언(18)에 연결된 출력축(17)을 가는 지름의 토션 바(19)를 통해 동일 축 상에 연결하고, 스티어링 휠(15)과 스티어링 오퍼레이션기구를 연결하는 조타축(13)이 구성되어 있고, 입력축(16) 및 출력축(17)의 연결부 근방은 이하와 같이 구성되어 있다.
입력축(16)에는 출력축(17)과의 연결측 단부 근방에 원판형을 이루는 타겟판(20)이 동일 축상에 외부함몰 고정되어 있고, 타겟판(20)의 외주면에는 자성체제의 돌기형상의 타겟(21)이 예를 들면 36개, 지름 방향으로 등간격으로 돌출설 비되어 있다. 이 타겟(21)은 인볼류트톱니형을 갖는 평범한 톱니바퀴의 톱니로 이루어지고, 환상의 평범한 톱니바퀴가 타겟판(20) 및 타겟(21)을 구성하고 있다.
위에서 서술한 것과 동일한 타겟(21)을 구비한 타겟판(20)이 출력축(17)의 입력축(16)과의 연결측 단부 근방에도 외부함몰 고정되어 있고 출력축(17)측의 타겟판(20) 각 타겟(21)과 입력축(16)측의 타겟판(20)의 각 타겟(21)과는 지름방향으로 정합되어 병설되어 있다. 또한 상기 톱니는 입력축(16), 출력축(17)을 자성체제로 하고, 입력축(16), 출력축(17)의 주면을 톱니가공하여 형성되어 있어도 좋다.
입력축(16)에는 타겟판(20)의 스티어링 휠(15)측에 타겟판(20)과 약 동일 형상인 타겟판(22)이 더 동일축 상에 외부함몰 고정되어 있고, 타겟판(22)의 외주면에는 자성체제의 돌기인 타겟(23)이 지름 방향으로 돌기설치되어 있다. 이 타겟(23)은 타겟판(22)의 외주면에 1주분, 나선상으로 설치되어 있다.
타겟판(20, 22)의 외측에는 각각의 외주 타겟(21, 23)의 외연을 향하도록 센서박스(14)가 배설되어 있다. 센서박스(14)는 입력축(16) 및 출력축(17)을 지탱하는 하우징 등의 움직이지 않는 부위에 고정지지되어 있다. 센서박스(14)의 내부에는 입력축(16)의 타겟(21) 둘레방향으로 다른 부위에 대향하는 자기센서(1A, 1B)와, 출력축(17)측의 타겟(21)의 둘레방향으로 다른 부위에 대향하는 자기센서(2A, 2B)가 둘레방향 위치를 바르게 맞추어 수납되고, 타겟판(22)의 타겟(23)의 부위에 대향하는 자기센서(1C)가 수납되어 있다.
자기센서(1A, 2A, 1B, 2B, 1C)는 자기저항효과소자(MR소자) 등, 자계의 작용에 의해 전기적 특성(저항)이 변화하는 특성을 갖는 소자를 이용하고, 대향하는 타 겟(21, 23)이 근접하는 부위에 따라 검출신호가 변하도록 구성된 센서이고, 이들 검출신호는 센서박스(14) 외부 또는 내부의 마이크로 프로세서를 이용하여 이루어지는 연산처리회로(10)에 전달되고 있다.
자기센서(1A, 2A, 1B, 2B)는 각 타겟(21)의 통과에 따라, 각각 도 3A, 3B에 도시하는 것과 같은 3각파 또는 사인파에 근사한 검출신호를 출력한다. 이 검출신호는 상승에서 하강으로 또는 하강에서 상승으로 전환하는 부근에서 비선형적인 변화율이 최대가 되지만, 뒤에서 서술하는 신호처리방법에 의해 보완할 수 있다. 한편, 자기센서(1C)는 타겟(23)의 통과에 따라 도 3C에 도시하는 것과 같은 한방향으로 상승 또는 하강하는 파형의 검출신호를 출력한다. 이 검출신호는 타겟판(22)이 1회전할 때마다 1주기분을 출력한다.
이러한 구성의 토크센서(1)에서는 각 자기센서(1A, 1B(2A, 2B))는 대응하는 타겟(21)이 각각의 대향위치를 통과하는 동안, 도 3A, 3B에 도시하는 것과 같이 입력축(16(출력축17))의 회전각도 변화에 따라 상승하고 하강하는 검출신호를 출력한다.
자기센서(1A, 1B)의 검출신호는 이들에 대응하는 타겟(21)이 설치된 입력축(16)의 회전각도에 대응하는 것이 되고, 자기센서(2A, 2B)의 검출신호는 이들이 대향하는 타겟(21)이 설치된 출력축(17)의 회전각도에 대응하게 된다. 따라서, 연산처리회로(10)는 자기센서(1A, 1B)의 검출신호로부터 입력축(16)의 상대회전각도를 산출할 수 있고, 연산처리회로(10) 및 자기센서(1A, 1B)는 입력축(16)의 회전각도 검출장치로서 작동한다. 또, 연산처리회로(10)는 자기센서(2A, 2B)의 검 출신호에서 출력축(17)의 상대회전각도를 산출할 수 있다.
입력축(16)에 토크가 가해진 경우, 자기센서(1A, 1B)의 각 검출신호와 자기센서(2A, 2B)의 각 검출신호에는 차가 발생한다. 자기센서(1A, 2A)와 자기센서(1A, 2A)와 자기센서(1B, 2B)는 타겟판(20)의 둘레방향에 예를 들면 전기각(90°) 위상이 다르다. 각각의 검출신호는 상승 및 하강의 전환점인 최대치 및 최소치에서 비선형적인 변화율이 최대가 되지만, 위상이 다르므로, 상호 보완시킬 수 있다. 또한, 보완이 가능하면, 다른 위상각도는 전기각 1°~ 360°미만의 어느 쪽이라도 괜찮다.
여기에서 자기센서(1A)의 검출신호와 자기센서(2A)의 검출신호의 차, 또는 자기센서(1B)의 검출신호와 자기센서(2B)의 검출신호의 차는 입력축(16)과 출력축(17)의 상대회전각도의 차(상대각 변위)에 대응하게 된다. 이 상대각 변위는 입력축(16)에 가해지는 토크의 작용하에 있어서 입력축(16)과 출력축(17)을 연결하는 토션 바(19)에 발생하는 비틀림각도에 대응한다. 따라서, 앞에서 서술한 검출신호의 차에 기초하여 입력축(16)에 가해지는 토크를 연산할 수 있다.
한편, 자기센서(1C)는 타겟(23)의 통과에 따라 도 3C에 도시하는 것과 같은 한쪽 방향으로 상승 또는 하강하는 파형의 검출신호를 출력하고, 검출신호는 타겟판(22)이 1회전할 때마다, 1주기분을 출력하므로, 검출신호와 타겟판(22)의 회전위치를 대응시킬 수 있다. 따라서, 자기센서(1C)의 검출신호에서 스티어링 휠(15) 및 입력축(16)의 타각중점으로부터의 절대타각을 구할 수 있고, 위에서 서술한 상대각 변위로부터 출력축(17)의 타각중점으로부터의 절대타각도 용이하게 구할 수 있고, 연산처리회로(10)는 연산한 토크신호와, 입력축(16) 및 출력축(17)의 절대타각신호를 출력한다.
도 4는 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 전동 파워스티어링 장치는 스티어링 휠(15)에 연결되는 입력축(32(16))과, 입력축(32)에 토션 바(19)를 통해 동축적으로 연결되는 출력축(34(17))과, 스티어링 휠(15)을 회전하므로써 입력축(32)에 가해지는 토크를 토션 바(19)에 발생하는 비틀림에 의해 검출하는 센서(30)와, 제어부(2)가 센서(30)가 검출한 토크에 기초하고 모터구동회로(3)를 통해 구동하는 조타보조용 모터(4)를 구비하고, 모터(4)의 회전을 감속톱니바퀴기구(37)를 통해 출력축(34) 및 출력축(34)에 연결되는 전달수단을 통해 스티어링 오퍼레이션기구(미도시)에 전달하도록 구성되어 있다.
입력축(32)은 토션 바(19)의 한 단부가 삽입된 통부(32a)와, 통부(32a)의 외주면에 감합고정된 위에서 서술한 타겟(및 타겟판)(21, 23)을 갖고 있고 통부(32a)의 한 단부가 니들축수(39)를 통해 하우징(40) 내에 회전가능하게 지지되어 있다. 출력축(34)은 통부(32a)의 다른 단부 및 토션 바(19)의 다른 단부가 삽입된 통형으로 형성되어 있다. 이 출력축(34)의 한 단부에는 입력축(32)측의 타겟(21)과 인접하는 위에서 서술한 타겟(21)을 갖고 있고, 축길이 방향의 도중이 옥축수(42, 43)를 통해 하우징(40) 내에 회전가능하게 지지되어 있다.
아래에, 이러한 구성의 전동 파워스티어링 장치의 동작을 그것을 도시하는 도 5, 6의 플로차트를 참조하면서 설명한다.
제어부(2)는 먼저 파라미터류의 초기화를 하고(S1), 이어서 차속센서(11)로 부터의 차속(v), 연산처리회로(10)로부터의 토크신호, 입력축(16) 및 출력축(17)의 각 절대타각(θ1, θ2), 요 레이트 센서(12)로부터의 요 레이트(G)를 읽어들인다.(S2) 제어부(2)는 다음에 절대타각(θ1', θ2')에 기초하여, 입력축(16) 및 출력축(17)의 각 각속도의 절대치┃θ1'┃,┃θ2'┃를 연산한다.(S3)
제어부(2)는 다음에 차속(v)이 0에 가까운 소정차속(V1(제 1 관련치))보다 큰 지를 판정하고(S4), 차속(V)이 소정차속(V1)보다 크지 않을 때는 뒤에서 서술하는 적산치(s3, s4)를 리세트한(S8) 후, 뒤에서 서술하는 계시시간(T)이 0인지를 판정한다.(S9) 제어부(2)는 계시시간(T)이 0일 때는(S9), 입력축(16)의 각속도 절대치┃θ1'┃가 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃보다 큰지를 판정하고(S12), 입력축(16) 각속도의 절대치┃θ1'┃쪽이 클 때는 입력축(16) 및 출력축(17)의 각 회전각도의 절대치┃θ1'┃, ┃θ2'┃가, 소정각도
Figure 112002039746421-pat00001
1보다 각각 큰지를 판정한다.(S13)
제어부(2)는 입력축(16) 및 출력축(17)의 각 회전각도의 절대치┃θ1'┃, ┃θ2'┃가 소정각도
Figure 112002039746421-pat00002
1보다 각각 클 때는(S13), 뒤에서 서술하는 적산치(s1, s2)의 적어도 한쪽이 소정적산치(S1)보다 큰지를 판정한다.(S14) 제어부(2)는 적산치(s1, s2)의 양쪽이 소정적산치(S1)보다 크지 않을 때는 정차시 또는 극저속시의 스티어링 휠의 고정이 이루어져 있어서 조타보조력(어시스트력)을 증가시키고(S15), 입력축(16) 및 출력축(17)의 각회전각도의 절대치┃θ1'┃, ┃θ2'┃의 적산치(s1 , s2)를 연산한(S16) 후, 조타보조를 실행하여(S17), 다음 샘플링을 한다.(S2)
제어부(2)는 적산치(s1, s2)의 적어도 한쪽이 소정적산치(S1)보다 클 때는(S14), 장시간에 걸쳐 고정을 하고 있어서, 적산치(s1, s2)를 리세트한(S18) 후, 모터구동회로(3) 및 모터(4)가 눌어붙는 것을 방지하기 위한 냉각기간(T)의 계시를 개시하고(S19), 통상의 조타보조(어시스트력을 증가시키지 않는다.)를 실행하여(S17), 다음 샘플링을 한다.(S2)
제어부(2)는 계시시간(T)이 0이 아닐 때는(S9), 모터구동회로(3) 및 모터(4)가 눌어붙는 것을 방지하기 위한 냉각기간 중이라고 해서, 냉각기간(T)이 소정 냉각기간(T1)에 도달하고 있는 지를 판정하고(S10), 냉각기간(T)이 소정의 냉각기간(T1)에 도달했을 때는, 냉각기간(T)을 리세트한(S11) 후, 입력축(16)의 각속도의 절대치┃θ1'┃가 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃보다 큰 지를 판정한다.(S12)
제어부(2)는 냉각기간(T)이 소정 냉각기간(T1)에 도달하고 있지 않을 때(S10), 입력축(16)의 각속도 절대치┃θ1'┃가, 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃보다 크지 않을 때(S12), 또는 입력축(16) 및 출력축(17)의 각 회전각도의 절대치┃θ1'┃,┃θ2'┃가, 소정각도
Figure 112002039746421-pat00003
1보다 각각 크지 않을 때는(S13), 통 상의 조타보조(어시스트력을 증가시키지 않는다.)를 실행하고(S17) 다음 샘플링을 한다.(S2)
제어부(2)는 차속(v)이 0에 가까운 소정차속(V1)보다 클 때는(S4), 냉각기간(T) 및 적산치(s1, s2)를 리세트한(S5) 후, 차속(v)이 소정차속(V1) 보다 큰 소정차속(V2(제 2 관련치))보다 큰 지를 판정하고(S6), 차속(v)이 소정차속(V2)보다 클 때는 차속(v)이 소정차속(V2)보다 큰 소정차속(V3(제 3 관련치))보다 큰 지를 판정한다.(S7) 제어부(2)는 차속(v)이 소정차속(V3)보다 크지 않을 때는(S7), 입력축(16)의 각속도 절대치┃θ1'┃가, 소정각속도
Figure 112002039746421-pat00004
2(제 1 각속도)보다 큰 지를 판정하고(S20), 소정각속도
Figure 112002039746421-pat00005
2보다 클 때는 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃가 소정 각속도
Figure 112002039746421-pat00006
2보다 큰 지를 판정한다.(S21)
제어부(2)는 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃가 소정 각속도
Figure 112002039746421-pat00007
2보다 클 때는(S21), 요 레이트 센서(12)로부터의 요 레이트(G)가 소정치(G1)보다 큰 지를 판정한다.(S22) 제어부(2)는 요 레이트(G)가 소정치(G1)보다 클 때는(S22), 입력축(16) 및 출력축(17)의 각 회전각도의 절대치┃θ1'┃, ┃θ2'┃의 적산치(s3 , s4)를 연산한(S23) 후, 적산치(s3, s4)의 양쪽이 소정 적산치(S2)보다 큰지를 판정한다(S24, S25)
제어부(2)는 적산치(s3, s4) 양쪽이 소정 적산치(S2)보다 클 때는(S24, S25), 차량이 산악로를 주행하고 있어서, 어시스트력을 증가시키고(S26), 조타보조 를 실행하고(S27), 다음 샘플링을 한다.(S2) 제어부(2)는 차속(v)이 소정 차속(V2)보다 크지 않을 때(S6), 입력축(16)의 각속도 절대치┃θ1'┃가, 소정 각속도
Figure 112002039746421-pat00008
2보다 크지 않을 때(S20), 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃가 소정 각속도
Figure 112002039746421-pat00009
2보다 크지 않을 때(S21), 요 레이트(G)가 소정치(G1)보다 크지 않을 때(S22), 또는 적산치(s3, s4)의 적어도 한쪽이 소정 적산치(S2)보다 크지 않을 때는(S24, S25), 통상의 조타보조(어시스트력을 증가시키지 않는다.)를 실행하고(S27), 다음 샘플링을 한다.(S2)
제어부(2)는 차속(v)이 소정 차속(V3)보다 클 때는(S7), 적산치(s3, s4)를 리세트한(S28) 후, 입력축(16)의 각속도 절대치┃θ1'┃가, 0에 가까운 소정 각속도
Figure 112002039746421-pat00010
3(제 2 각속도)보다 큰 지를 판정하고(S29), 소정각속도
Figure 112002039746421-pat00011
3보다 크지 않을 때는 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃가 소정 각속도
Figure 112002039746421-pat00012
4(소정치)보다 큰 지를 판정한다.(S30) 제어부(2)는 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃가 소정 각속도
Figure 112002039746421-pat00013
4보다 클 때는(S27), 차량이 고속주행 중에 킥 백을 받았다고 해도, 운전자가 핸들을 놓치지 않도록 그 킥 백을 제거하는 킥 백 역방향을 출력하고(S31), 조타보조를 실행하고(S27), 다음 샘플링을 한다.(S2)
제어부(2)는 입력축(16)의 각속도 절대치┃θ1'┃가, 0에 가까운 소정 각속도
Figure 112002039746421-pat00014
3보다 클 때(S29), 또는 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃가 소정 각속도
Figure 112002039746421-pat00015
4보다 크지 않을 때는(S30), 통상의 조타보조(어시스트력를 증가시키지 않는다.)를 실행하고(S27), 다음 샘플링을 한다.(S2)
또한, 위에서 서술한 실시예 1에서는 입력축(16)의 각속도 절대치┃θ1'┃, 및 출력축(17)의 각속도 절대치┃θ2'┃를 이용했지만, 이들 각속도의 절대치에 대신하여 입력축(16)의 각가속도 절대치┃θ1"┃, 및 출력축(17)의 각가속도 절대치┃θ2"┃를 이용해도, 동일한 것을 행할 수 있다.
실시예 2
도 7은 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 토크센서 요부구성예를 모식적으로 도시하는 모식도이다. 이 토크센서(1a)는, 위에서 서술한 토크센서(1, 도 2)에서 타겟판(22) 및 타겟(23)을 생략하고, 센서박스(14)로부터는 자기센서(1C)를 생략하여 센서박스(14a)로 한 구성이고, 연산처리회로(10a)로부터는 토크신호와, 입력축(16) 및 출력축(17)의 각 상대타각신호가 출력된다.
이 전동 파워스티어링 장치의 실시예 2의 요부구성을 도시하는 블럭도(도 1)는 위에서 서술한 본 발명에 관한 전동 파워 스티어링 장치의 실시예 1의 요부구성을 도시하는 블럭도(도 1)와, 토크센서(1)가 토크센서(1a)인 것을 제외하고 동일하다.
도 8은 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 전동 파워스티어링 장치는 위에서 서술한 전동 파워스티어링 장치(도 4)의 구성에서, 센서(30) 및 타겟(23)을 생략하고, 센서(30a)로 한 구성이다.
이러한 구성의 전동 파워스티어링 장치에서는, 제어부(2)는 연산처리회로(10a)로부터의 입력축(16) 및 출력축(17)의 각 상대타각신호에 기초하여, 예를 들면, 차량이 소정 속도 이상으로 소정 시간 이상, 입력축(16) 및 출력축(17)의 변위차가 대략 발생하지 않는 상태로 주행했을 때의 입력축(16) 및 출력축(17)의 위치를 타각 중점으로 하여 기억하고, 이후, 그 타각중점을 기준으로 하여 입력축(17) 및 출력축(17)의 절대타각(θ1, θ2)을 연산한다. 그 외의 구성 및 동작은 위에서 서술한 본 발명에 관한 전동 파워스티어링 장치의 실시예 1의 구성 및 동작과 동일하므로, 설명을 생략한다.
이 발명을 상세하게 설명하여 도시해왔지만, 이것은 예시를 위한 것일뿐, 한정으로 해석해서는 안되고, 발명의 정신과 범위는 첨부한 청구범위에 의해서만 한정되는 것을 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 차량의 스티어링 휠과 바퀴측의 스티어링 오퍼레이션기구를 연결하는 토션바를 갖는 조타축의 회전각도를 축길이방향의 다른 위치에서 각각 검출하는 복수의 회전각도검출수단과, 상기 토션바의 치우침 각도에 대응하는 상기 회전각도검출수단에서 검출한 회전각도의 차에 기초하여 상기 조타축에 가해진 토크를 산출하는 토크산출수단과, 상기 토크산출수단에서 산출한 토크의 방향 및 크기에 따른 보조력을 상기 스티어링 오퍼레이션기구에 가하도록, 상기 스티어링 오퍼레이션기구에 부설된 조타보조용 모터를 구동제어하는 모터구동제어수단를 구비하는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서,
    상기 회전각도에 기초하여 각각의 검출위치에서의 상기 조타축의 각속도 또는 각가속도를 산출하는 산출수단과;
    상기 차량이 주행하는 속도에 관련하는 값을 검출하는 속도관련치검출수단과;
    상기 산출수단이 산출한 각속도간의 관계 또는 각가속도간의 관계와 상기 속도관련치검출수단이 검출한 값에 기초하여 상기 토크가 상기 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것인지, 상기 스티어링 오퍼레이션 기구측으로부터의 입력에 의한 것인지를 판정하는 판정수단을 구비하고;
    상기 판정수단은 상기 각속도 또는 각가속도의 스티어링 휠측의 것이 크고, 상기 조타축의 축길이방향의 다른 위치에서 검출한 회전각도의 어느 것도 소정각도보다 크고, 상기 속도관련치검출수단이 검출한 값이 제1 관련치보다 작을 때는, 상기 토크가 상기 스티어링 휠로부터의 입력에 의한 것으로 판정을 하고, 상기 모터의 출력을 증가시킬 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량의 횡 요동을 검출하는 횡 요동 검출수단과,
    상기 회전각도를 검출한 각각의 검출 위치에서의 각속도의 어느 것도 제 1 각속도보다 크고, 상기 속도 관련치 검출수단이 검출한 값이 상기 제 1 관련치 보다 큰 제 2 관련치 보다 크고, 또한 상기 제 2 관련치 보다 큰 제 3 관련치 보다 작고, 상기 횡 요동 검출수단이 검출한 횡 요동이 소정치 보다 클 때에, 상기 회전각도를 각각 적산하는 각 적산수단을 더 구비하고,
    상기 각 적산수단의 각 적산치의 어느 것도 소정 적산치 보다 클 때에 상기 판정수단은 상기 토크가 상기 스티어링 휠측으로부터의 입력에 의한 것으로 판정하고,
    상기 모터의 출력을 증가시킬 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 판정 수단은 상기 각속도 스티어링 휠측이 상기 제 1 각속도 보다 작은 제 2 각속도 보다 작고, 상기 각속도 또는 상기 각가속도의 스티어링 오퍼레이션 기구측이 각각의 소정치 보다 크고,
    상기 속도 관련치 검출수단이 검출한 값이 상기 제 3 관련치 보다 클 때는 상기 토크가 상기 스티어링 오퍼레이션 기구측으로부터의 입력에 의한 것으로 판정하고, 상기 토크를 제거하도록 상기 모터를 구동제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
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