(57)【要約】【課題】  操舵絶対角センサの発生する磁界によるトルクセンサへの影響を抑制し、高精度な操舵トルク情報を得ることができるパワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】  トルクセンサと操舵絶対角センサの間に、操舵絶対角センサの発生する磁界のトルクセンサに対する影響が小さくなるようにエアギャップよりも大きな磁路抵抗を有する遮蔽板を設けた。【選択図】  図２
2014031145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操舵操作に伴い回転する入力軸および前記入力軸とトーションバーを介して接続され前記入力軸の回転が伝達される出力軸から構成される操舵軸、並びに前記出力軸の回転を転舵輪の転舵動作に変換する変換機構、から構成される操舵機構と、
前記入力軸の回転に伴い回転する第１のレゾルバロータと、前記第１のレゾルバロータの外周に設けられコアとコイルとから構成され前記第１のレゾルバロータとの間に磁路を形成し前記第１のレゾルバロータとの相対回転に伴う前記第１のレゾルバロータとの間のギャップの周期的な変化に応じて正弦波信号を出力する第１のレゾルバステータと、から構成され、前記入力軸の回転角である第１回転角を検出する第１のレゾルバセンサと、前記出力軸の回転に伴い回転する第２のレゾルバロータと、前記第２のレゾルバロータの外周に設けられコアとコイルとから構成され前記第２のレゾルバロータとの間に磁路を形成し前記第２のレゾルバロータとの相対回転に伴う前記第２のレゾルバロータとの間のギャップの周期的な変化に応じて正弦波信号を出力する第２のレゾルバステータと、から構成され、前記出力軸の回転角である第２回転角を検出する第２のレゾルバセンサと、を備え、前記第１回転角と前記第２回転角の相対回転角に基づき、前記操舵軸に発生する操舵トルクを検出するトルクセンサと、
周方向に所定の間隔をもってN極およびS極が着磁された磁性部材を備え前記操舵軸の回転に応じて回転する第１の歯車を有し、前記N極およびS極の間に発生する磁界の変化を抵抗素子の抵抗値の変化として検出する磁気抵抗効果センサによって構成され、前記第１の歯車の回転角である第３回転角を検出する第１の磁気抵抗効果センサと、周方向に所定の間隔をもってN極およびS極が着磁された磁性部材を備え前記第１の歯車と互いに割り切れない所定の減速比をもって前記第１の歯車によって回転される第２の歯車を有し、前記N極およびS極の間に発生する磁界の変化を抵抗素子の抵抗値の変化として検出する磁気抵抗効果センサによって構成され、前記第２の歯車の回転角である第４回転角を検出する第２の磁気抵抗効果センサと、から構成され、前記第３回転角と前記第４回転角の組み合わせに基づき、転舵輪が直進方向を向くときのステアリングホイールの回転位置である中立状態からのステアリングホイールの回転量である操舵絶対角を検出する操舵絶対角センサと、
前記操舵トルクおよび前記操舵絶対角に基づき前記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
前記トルクセンサと前記操舵絶対角センサの間に設けられ、前記操舵絶対角センサの発生する磁界の前記トルクセンサに対する影響が小さくなるようにエアギャップよりも大きな磁路抵抗を有する遮蔽板と、
を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術としては、下記の特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報には、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、ステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサが搭載されたパワーステアリング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８０８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、操舵角センサと操舵トルクセンサとを一体化させようとすると操舵角センサで発生する磁界が操舵トルクセンサへ影響し、操舵トルクを高精度に検出できないおそれがある問題があった。
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、操舵絶対角センサの発生する磁界によるトルクセンサへの影響を抑制し、高精度な操舵トルク情報を得ることができるパワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため本願発明では、トルクセンサと操舵絶対角センサの間に、操舵絶対角センサの発生する磁界のトルクセンサに対する影響が小さくなるようにエアギャップよりも大きな磁路抵抗を有する遮蔽板を設けた。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、操舵絶対角センサの発生する磁界によるトルクセンサへの影響を抑制し、高精度な操舵トルク情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１のパワーステアリング装置の全体概要図である。
【図２】実施例１の操舵角センサおよび操舵トルクセンサ付近の断面図である。
【図３】実施例１の操舵絶対角センサおよびトルクセンサの斜視図である。
【図４】実施例１の操舵絶対角センサおよびトルクセンサの斜視図である。
【図５】実施例１の操舵絶対角センサおよびトルクセンサの斜視図である。
【図６】実施例１の操舵絶対角センサおよびトルクセンサの斜視図である。
【図７】実施例１の入力軸の回転角とプライマリディテクションギヤおよびセカンダリディテクションギヤの回転角との関係を示す図である。
【図８】実施例１の入力軸の回転角とプライマリレゾルバおよびセカンダリレゾルバの検出角との関係を示す図である。
【図９】実施例１の遮蔽板の平面図である。
【図１０】実施例１の遮蔽板を取り付けた状態の操舵絶対角センサケースの底面を見た図である。
【図１１】他の実施例のシングルピニオン式のパワーステアリング装置の全体概要図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施例１〕
［パワーステアリング装置の全体構成］
実施例１のパワーステアリング装置1について説明する。図１はパワーステアリング装置1の全体概要図である。パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール2と、ステアリングホイール2に接続された入力軸３と、入力軸３に接続された出力軸４と、出力軸４に接続された第１ピニオン軸5と、第１ピニオン軸5と噛み合うラック軸6と、ラック軸6の端部に接続されたタイロッド7と、タイロッド7に接続された転舵輪8とを有している。第１ピニオン軸5とラック軸6とが噛み合う位置には第１ラック歯6aが形成されている。
入力軸3と出力軸4との間にはトーションバー22が設けられており、入力軸3と出力軸4とはトーションバー22の捩れの範囲内で相対回転可能に構成されている（図２参照）。なお入力軸3と出力軸4は操舵軸26を構成している。また第１ピニオン軸5とラック軸6とは出力軸4の回転動作を転舵輪8の転舵動作に変換する変換機構27を構成している。また、操舵軸26および変換機構27により操舵機構28が構成されている。
【０００９】
またステアリングホイール2の操舵力をアシストする操舵アシスト機構として、電動モータ9と、電動モータ9の出力軸に接続されたウォームシャフト10と、ウォームシャフト10と噛み合うウォームホイール11と、ウォームホイール11に接続された第２ピニオン軸12とを有している。第２ピニオン軸12は、ラック軸6に設けられた第２ラック歯6bと噛み合っている。
入力軸3の外周にはステアリングホイール2の操舵絶対角を検出する操舵絶対角センサ13が設けられ、入力軸3と出力軸4との間にはステアリングホイール2に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ14が設けられている。
電動モータ9を制御する構成として電子制御ユニット15を有している。電子制御ユニットは、操舵絶対角センサ13から操舵絶対角情報を入力し、トルクセンサ14から操舵トルク情報を入力し、ラック軸6の付与する操舵アシスト力を演算する。そして演算した操舵アシスト力に応じて、電動モータ9の指令電流を送る。
【００１０】
［操舵絶対角センサの構成］
図２は操舵絶対角センサ13およびトルクセンサ14がギヤハウジング24内に収容された状態の断面図、図３はギヤハウジング24を取り外した状態の操舵絶対角センサ13およびトルクセンサ14の斜視図、図４は操舵絶対角センサカバー13gを取り外した状態の操舵絶対角センサ13およびトルクセンサ14の斜視図である。
操舵絶対角センサ13は、入力軸3と一体に回転するメインギヤ13aと、メインギヤ13aと噛み合うプライマリディテクションギヤ13bと、プライマリディテクションギヤ13bと噛み合うセカンダリディテクションギヤ13cとを有している。メインギヤ13aは例えば40歯のギヤからなり、プライマリディテクションギヤ13bは20歯からのギヤからなり、セカンダリディテクションギヤ13cは19歯のギヤからなっている。つまり、プライマリディテクションギヤ13bの歯数とセカンダリディテクションギヤ13cの歯数とは互いに割り切れない歯数に設定されている。
【００１１】
プライマリディテクションギヤ13bとセカンダリディテクションギヤ13cにはそれぞれ周方向に所定の間隔を持ってN極およびS極が着磁された磁性部材13h,13iが装着されている。磁性部材13h,13iと対向する位置には磁性部材13h,13iのN極およびS極の間に発生する磁界の変化を抵抗素子の抵抗値の変化として検出する磁気抵抗効果センサ13d,13eが設けられている。磁気抵抗効果センサ13d,13eは、基板21に装着されている。操舵絶対角センサ13の各要素は、操舵絶対角センサケース13fに収容されている。操舵絶対角センサケース13fは一方が開口し、操舵絶対角センサ13の各要素を収容した後に、操舵絶対角センサケース13fの開口する側に基板21が収容され、操舵絶対角センサカバー13gにより閉塞されている。
【００１２】
［トルクセンサの構成］
図５はギヤハウジング24を取り外した状態の操舵絶対角センサ13およびトルクセンサ14の斜視図、図６はトルクセンサケース14eを取り外した状態の操舵絶対角センサ13およびトルクセンサ14の斜視図である。図２、図５、図６を用いてトルクセンサ14の構成を説明する。
トルクセンサ14は、入力軸3の回転角を検出するプライマリレゾルバ29と、出力軸4の回転角を検出するセカンダリレゾルバ30とから構成されている。プライマリレゾルバ29は、入力軸3と一体に回転するプライマリロータ29aと、プライマリロータ29aの外周に配置されたプライマリステータ29bを有している。またセカンダリレゾルバ30は、出力軸4と一体に回転するセカンダリロータ30aと、セカンダリロータ30aの外周に配置され出力軸4の回転角を検出するセカンダリステータ30bとを有している。
プライマリステータ29b、セカンダリステータ30bは、コアとコイルから構成されており、プライマリロータ29a、セカンダリロータ30aとの間に磁路を形成し、プライマリロータ29a、セカンダリロータ30aとの相対回転に伴う、プライマリロータ29a、セカンダリロータ30aとのギャップの周期的な変化に応じて正弦波信号を出力する。
プライマリロータ29aとセカンダリロータ30aはトルクセンサケース14eに収容され、トルクセンサケース14eの開口部は、操舵絶対角センサケース13fの底部により閉塞されている。プライマリステータ29bとセカンダリステータ30bはトルクセンサケース14eに装着されている。
操舵絶対角センサ13およびトルクセンサ14は、第１ピニオン軸5とともにギヤハウジング24に収容され、ギヤハウジング24の開口部はギヤカバー25により閉塞されている。
【００１３】
［操舵絶対角の求め方］
図７は入力軸3の回転角とプライマリディテクションギヤ13bおよびセカンダリディテクションギヤ13cの回転角との関係を示す図である。磁気抵抗効果センサ13d,13eからは、プライマリディテクションギヤ13bおよびセカンダリディテクションギヤ13cの回転位置に応じて変化する磁性部材13h,13iの磁界を磁気抵抗の変化が正弦波信号として出力されるが、図７ではこの正弦波信号から回転角情報に変換したものを示している。
図７に示すように、20歯のプライマリディテクションギヤ13bが1回転する間に19歯のセカンダリディテクションギヤ13cは1回転以上することとなる。セカンダリディテクションギヤ13cが20回転するまでは回転数が多くなるほど、プライマリディテクションギヤ13bに対するセカンダリディテクションギヤ13cの回転数の差は大きくなる。この回転数差を用いて操舵絶対角（ステアリングホイール2の回転量）を求めることができる。
【００１４】
［操舵トルクの求め方］
図８は入力軸3の回転角とプライマリレゾルバ29およびセカンダリレゾルバ30の検出角との関係を示す図である。プライマリレゾルバ29およびセカンダリレゾルバ30からは、入力軸3および出力軸4の回転位置に応じて変化する磁界変化が正弦波信号として出力されるが、図８ではこの正弦波信号から回転角情報に変換したものを示している。
入力軸3と出力軸4との間にトーションバー22が設けられているため、ステアリングホイール2に入力された操舵トルクにより、トーションバー22に捩れが発生し、入力軸３と出力軸4の間に回転角差が生じる。この回転角差は、図８に示すようにプライマリレゾルバ29の検出角とセカンダリレゾルバ30の検出角との差として表れる。この検出角差にトーションバー22のヤング率をかければ操舵トルクを求めることができる。
【００１５】
［遮蔽板の構成］
図２、図５、図６に示すように、操舵絶対角センサケース13fのトルクセンサ14側の底面には遮蔽板31が装着されている。図９は遮蔽板31の平面図、図１０は遮蔽板31を取り付けた状態の操舵絶対角センサケース13fの底面を見た図である。
遮蔽板31は空気（エアギャップ）の磁路抵抗よりも大きな磁路抵抗を有する磁性体により形成された板状部材である。遮蔽板31には、操舵絶対角センサケース13fのねじ孔13jに沿って切り欠いたガイド部31aと、操舵絶対角情報や操舵トルク情報を外部に出力するハーネスが取り付けられるハーネスコネクタ13kを避けるように切り欠いたハーネス装着部31bが設けられている。なおハーネスコネクタ13kは、操舵絶対角センサケース13fの外周側に配置されている。また遮蔽板31の中心部には入力軸3が貫通する貫通孔31cが設けられている。ただし、遮蔽板31を操舵絶対角センサケース13fに取り付けられたときに、プライマリディテクションギヤ13bおよびセカンダリディテクションギヤ13cを収容する位置に対応する部分は遮蔽板31により覆われているようにしている。
遮蔽板31の外周側には、板棒状に突出した複数の爪部31dが形成されている。この爪部31dは、遮蔽板31を操舵絶対角センサケース13fに取り付ける際に、操舵絶対角センサケース13fの底部を貫通する貫通穴13lに挿入された後に折り曲げられて、遮蔽板31を操舵絶対角センサケース13fに固定することが可能となっている。
【００１６】
［作用］
トルクセンサ14のレゾルバ29,30は、ロータ29a,30aと、ステータ29b,30bとの間の磁気変化に応じて入力軸3や出力軸4の回転角の検出を行っている。そのため、操舵絶対角センサ13とトルクセンサ14とを一体化させようとすると、操舵絶対角センサ13のディテクションギヤ13b,13cに設けられた磁性部材13h,13iにより発生する磁界が、トルクセンサ14のレゾルバ29,30に影響をおよぼし、操舵トルクを高精度に検出できないおそれがある問題があった。
そこで実施例１では、トルクセンサ14と操舵絶対角センサ13の間に、操舵絶対角センサ13が発生する磁界のトルクセンサ14に対する影響が小さくなるようにエアギャップよりも大きな磁路抵抗を有する遮蔽板31を設けた。これにより、操舵絶対角センサ13の磁界によるトルクセンサ14への影響を抑制することができ、高精度な操舵トルク検出を行うことができる。
また実施例１では、遮蔽板31を磁性体により構成するようにした。これにより、操舵絶対角センサ13からトルクセンサ14への磁界の影響をより抑制することができる。
【００１７】
また実施例１では、操舵絶対角センサケース13fのプライマリディテクションギヤ13bおよびセカンダリディテクションギヤ13cを収容する位置に対応する部分は遮蔽板31により覆われているようにした。これにより、プライマリディテクションギヤ13bおよびセカンダリディテクションギヤ13cとトルクセンサ14とを直線で結ぶ磁界が、トルクセンサ14へ影響することを抑制することができる。
また実施例１では、遮蔽板31に操舵絶対角センサケース13fのねじ孔13jに沿って切り欠いたガイド部31aを設けた。これにより、操舵絶対角センサケース13fのねじ孔13jとガイド部31aとによって、遮蔽板31の位置決めを行うことができる。また、操舵絶対角センサケース13fをトルクセンサケース14eに取り付ける際に、遮蔽板31を教示することができる。
また実施例１では、ハーネスコネクタ13kを操舵絶対角センサケース13fの外周側に配置するようにした。これにより、ハーネスコネクタ13kを避けるために設けたハーネス装着部31bの切り欠き量を小さくすることができ、操舵絶対角センサ13からトルクセンサ14への磁界の影響をより抑制することができる。
また実施例１では、遮蔽板31の外周側に板棒状に突出した複数の爪部31dを形成した。これにより、遮蔽板31を操舵絶対角センサケース13fに取り付ける際に、操舵絶対角センサケース13fの底部を貫通する貫通穴13lに挿入された後に折り曲げられて、遮蔽板31を操舵絶対角センサケース13fに固定することができる。
【００１８】
［効果］
実施例１のパワーステアリング装置1の効果について以下に列記する。
（１）ステアリングホイール2の操舵操作に伴い回転する入力軸3および入力軸3とトーションバー22を介して接続され入力軸3の回転が伝達される出力軸4から構成される操舵軸26、並びに出力軸4の回転を転舵輪8の転舵動作に変換する変換機構27、から構成される操舵機構28と、入力軸3の回転に伴い回転するプライマリロータ29a（第１のレゾルバロータ）と、プライマリロータ29aの外周に設けられコアとコイルとから構成されプライマリロータ29aとの間に磁路を形成しプライマリロータ29aとの相対回転に伴うプライマリロータ29aとの間のギャップの周期的な変化に応じて正弦波信号を出力するプライマリステータ29b（第１のレゾルバステータ）と、から構成され、入力軸3の回転角である第１回転角を検出するプライマリレゾルバ29と、出力軸4の回転に伴い回転するセカンダリロータ30a（第２のレゾルバロータ）と、セカンダリロータ30aの外周に設けられコアとコイルとから構成されセカンダリロータ30aとの間に磁路を形成しセカンダリロータ30aとの相対回転に伴うセカンダリロータ30aとの間のギャップの周期的な変化に応じて正弦波信号を出力するセカンダリステータ30b（第２のレゾルバステータ）と、から構成され、前記出力軸の回転角である第２回転角を検出するセカンダリレゾルバ30と、を備え、第１回転角と第２回転角の相対回転角に基づき、操舵軸26に発生する操舵トルクを検出するトルクセンサ14と、周方向に所定の間隔をもってN極およびS極が着磁された磁性部材13hを備え操舵軸26の回転に応じて回転するプライマリディテクションギヤ13b（第１の歯車）を有し、N極およびS極の間に発生する磁界の変化を抵抗素子の抵抗値の変化として検出する磁気抵抗効果センサによって構成され、プライマリディテクションギヤ13bの回転角である第３回転角を検出する磁気抵抗効果センサ13d（第１の磁気抵抗効果センサ）と、周方向に所定の間隔をもってN極およびS極が着磁された磁性部材13iを備えプライマリディテクションギヤ13bと互いに割り切れない所定の減速比をもってプライマリディテクションギヤ13bによって回転されるセカンダリディテクションギヤ13c（第２の歯車）を有し、N極およびS極の間に発生する磁界の変化を抵抗素子の抵抗値の変化として検出する磁気抵抗効果センサによって構成され、セカンダリディテクションギヤ13cの回転角である第４回転角を検出する磁気抵抗効果センサ13e（第２の磁気抵抗効果センサ）と、から構成され、第３回転角と第４回転角の組み合わせに基づき、転舵輪が直進方向を向くときのステアリングホイール2の回転位置である中立状態からのステアリングホイール2の回転量である操舵絶対角を検出する操舵絶対角センサ13と、操舵トルクおよび操舵絶対角に基づき操舵機構に操舵力を付与する電動モータ9と、トルクセンサ14と操舵絶対角センサ13の間に設けられ、操舵絶対角センサ13の発生する磁界のトルクセンサ14に対する影響が小さくなるようにエアギャップよりも大きな磁路抵抗を有する遮蔽板31と、を有するようにした。
よって、操舵絶対角センサ13の磁界によるトルクセンサ14への影響を抑制することができ、高精度な操舵トルク検出を行うことができる。
【００１９】
〔他の実施例〕
以上、本願発明を実施例１に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例１では遮蔽板31に操舵絶対角センサケース13fのねじ孔13jに沿って切り欠いたガイド部31aやハーネスコネクタ13kを避けるように切り欠いたハーネス装着部31b等を形成しているが、エアギャップよりも大きな磁路抵抗を有する遮蔽板31をトルクセンサ14と操舵絶対角センサ13との間に設けることができれば良く、特に限定しない。
また実施例１では、ステアリングホイール2からの操舵力は第１ピニオン軸5を介してラック軸6に伝達され、電動モータ9からの操舵アシスト力は第２ピニオン軸12を介してラック軸6に伝達する、所謂ダブルピニオン式を用いていた。これに代えてシングルピニオン式としても良い。
図１１はシングルピニオン式のパワーステアリング装置1の全体概要図である。図１１に示すように、シングルピニオン式では第１ピニオン軸5にウォームホイール11を設け、電動モータ9はウォームホイール11に噛み合うウォームシャフト10を介して操舵アシスト力を付与するようにしている。すなわちシングルピニオン式では、ステアリングホイールからの操舵力と、電動モータ9からの操舵アシスト力とを第１ピニオン軸5を介してラック軸6に伝達するようにしている。これにより、パワーステアリング装置1の小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００２０】
2    ステアリングホイール
3    入力軸
4    出力軸
5    第１ピニオン軸
6    ラック軸
6a    第１ラック歯
6b    第２ラック歯
8    転舵輪
9    電動モータ
13b    プライマリディテクションギヤ（第１の歯車）
13c    セカンダリティテクションギヤ（第２の歯車）
13d    磁気抵抗効果センサ（第３の回転角センサ）
13e    磁気抵抗効果センサ（第４の回転角センサ）
13h    磁性部材
13i    磁性部材
14    操舵トルクセンサ
22    トーションバー
26    操舵軸
27    変換機構
28    操舵機構
29    プライマリレゾルバ（第１の回転角センサ）
30    セカンダリレゾルバ（第２の回転角センサ）
31    遮蔽板
【図１】
2014031145.tif 000003
【図２】
2014031145.tif 000004
【図３】
2014031145.tif 000005
【図４】
2014031145.tif 000006
【図５】
2014031145.tif 000007
【図６】
2014031145.tif 000008
【図７】
2014031145.tif 000009
【図８】
2014031145.tif 000010
【図９】
2014031145.tif 000011
【図１０】
2014031145.tif 000012
【図１１】
2014031145.tif 000013