(57)【要約】【課題】ステアリング軸近傍に設置しても、コラプスストロークに悪影響を及ぼさない、コンパクトに設置された舵角センサを有する電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトに結合された減速歯車に近傍に舵角センサを配置する。舵角センサは、減速歯車の回転方向回転角を検出する回転角検出手段と、検出した回転角を電気信号に変換するセンサ基板からなり、センサ基板を前記減速歯車の側面に平行に配置する。【選択図】図２
2015071356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータによる補助動力を歯車減速機構を介してステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記電動パワーステアリング装置は、転舵角度を検知する舵角センサを備え、
前記舵角センサは少なくとも、前記歯車減速機構の前記ステアリングシャフトと同軸に接続された減速歯車の回転角を検出する回転角検出手段と、検出した前記回転角を電気信号に変換するセンサ素子が設けられたセンサ基板と
を有し、
前記センサ基板は、前記減速歯車の軸方向端面に略平行に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記減速歯車の軸方向端面に、円環状の溝と、前記円環状の溝の内径に、内歯で形成されたセンサ歯車を有し、
前記舵角センサの前記回転角検出手段は、回転軸に磁石が埋め込まれた複数の回転角検出歯車を有し、
前記センサ歯車と前記複数の回転角検出歯車が噛合することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記複数の回転角検出歯車は、それぞれ歯数が異なることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記減速歯車の軸方向端面に、回転方向にＮ極とＳ極を交互に着磁した多極磁石を有し、
前記回転角検出手段は、前記多極磁石の回転に伴う磁場変化を、前記センサ基板に搭載された磁気検出素子で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。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の電動パワーステアリング装置であって、前記センサ基板は、前記電動パワーステアリング装置のトルクセンサ基板と一体化されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の電動パワーステアリング装置であって、前記センサ基板は前記電動パワーステアリング装置の制御ユニット基板と一体化されていることを特徴とする電動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、電動パワーステアリング装置、特に、車輪の操舵角度を検出するための操舵センサを有する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、車両のステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサで検出し、この操舵力に対応する補助操舵トルクを電動モータで発生させ、ウォームギヤ等の歯車減速機を介して車輪の操舵を行う電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が実用化されている。
【０００３】
ここで、電動パワーステアリング装置の構成を、図１を基に説明する。電動パワーステアリング装置１は、所定軸周りに回転するステアリングシャフト２の回転角度を取得する舵角センサ１１を備えている。ステアリングシャフト２は、減速歯車機構４、ユニバーサルジョイント５Ａ・５Ｂ、ラックアンドピニオン機構６を介してタイロッド７に連結されている。ステアリングシャフト２には、ステアリングホイール３に印加された操舵トルクＴを検出するトルクセンサ８が設けられており、操舵トルクＴによってトーションバー８ａが捩れると、トルクセンサ８は操舵トルクＴに応じた電気信号を出力する。ステアリングシャフト２には、操舵トルクＴを補助する電動モータ９が減速歯車機構４を介して連結されている。舵角センサ１１及びトルクセンサ８から出力された各信号は、コントロールユニット２０に伝達され、前記各信号に基づき、コントロールユニット２０は電動モータ９の制御を行う。
特に、近年においては当て防止や、セルフアライニングトルクアシスト、等のＥＰＳ制御に加えて、
横滑り防止装置（ＥＳＣ）やトラクションコントロール、パーキングアシスト、レーンキープアシスト、等の車両制御にも舵角センサ１１より得られる前記操舵角度の情報が用いられる。転舵角情報は、操舵系の下流（タイヤに近い側）でセンシングするのが理想であり、トーションバー８ａによる捩れの影響を受けない、減速歯車機構４から下流側に舵角センサ１１を配置することが望ましい。また、構成部品や配線を少なくするためには、舵角センサ１１及びトルクセンサ８と、コントロールユニット２０とを近接させて配置することが望ましい。
【０００４】
舵角を検出する方法としては電動モータに発生する逆起電力から操舵角を推定する方法も提案されているが（例えば特許文献１参照）、より正確に操舵角を検出するために舵角センサを設けるものが提案されている（例えば特許文献２参照）。そして、舵角センサには、例えば特許文献３に開示されているような構成のものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−０３９８１０号公報
【特許文献２】特開平０７−０１００２１号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、車両衝突時に乗員を保護するために、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムにはエネルギ吸収機構を構成する各種部材が配置される。特にステアリングシャフトやステアリングコラムを軸方向にストロークさせてエネルギ吸収を行う場合、操舵補助力を供給する電動モータや減速機構と、ステアリングシャフトやこれを保持するステアリングコラムの周辺には、舵角センサを配置する空間が極めて限られてしまため、エネルギ吸収機構のコラプスストロークを確保しつつ、舵角センサを設けることが困難な場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、十分なコラプスストロークを確保し、且つ、少ない部品点数で組み込み可能な舵角センサを有する電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００８】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、
電動モータによる補助動力を、歯車減速機構を介してステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、前記電動パワーステアリング装置は、転舵角度を検知する舵角センサを備え、前記舵角センサは少なくとも、
前記歯車減速機構を構成し前記ステアリングシャフトに同軸に接続された、減速歯車の回転角を検出するための回転角検出手段と、前記回転角を電気信号に変換するセンサ素子が設けられた舵角センサ基板とを有し、前記舵角センサ基板は、前記ステアリングシャフトに同軸に接続された減速歯車の軸方向端面に略平行に配置されることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記減速歯車の軸方向端面に円環状溝が形成され、前記円環状溝の内径側に、内歯歯車からなるセンサ歯車を有し、
前記回転角検出手段は、前記センサ歯車に噛合する回転角検出用歯車であって、
前記回転角検出用歯車に埋設された磁石の磁束変化を前記舵角センサ基板に搭載された磁気検出素子で検出することを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記回転角検出歯車は、複数設けられ、それぞれの歯数が異なることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置であって、前記減速歯車の軸方向端面に、回転方向にＮ極とＳ極を交互に着磁した多極磁石を有し、前記回転角検出手段は、前記多極磁石の磁極変化を、前記舵角センサ基板に搭載された磁気検出素子で検出することを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の電動パワーステアリング装置であって、前記舵角センサ基板は、前記電動パワーステアリング装置のトルクセンサ基板と一体化されていることを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の電動パワーステアリング装置であって、前記舵角センサ基板は前記電動パワーステアリング装置のコントロールユニット基板と一体化されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記の発明によれば、電動パワーステアリング装置の舵角センサは、前記ステアリングシャフトに同軸に接続された減速歯車の回転角を検出するための回転角検出手段と、前記回転角検出手段の回転角を電気信号に変換するセンサ素子が設けられた舵角センサ基板を有し、前記舵角センサ基板は、前記ステアリングシャフトに同軸に接続された減速歯車の軸方向端面に略平行に配置されるため、エネルギ吸収機構のコラプスストロークを確保しつつ、舵角センサを電動パワーステアリング装置に少ない部品点数で設けることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の概略を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る箇所を抜き出した図である。
【図３】図２の実施形態の変形例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る箇所を抜き出した図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る箇所を抜き出した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を図を基に説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置の概略を示す図である。まず、図１を用いて、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の構成の概要について説明する。
電動パワーステアリング装置１は、所定軸周りに回転するステアリングシャフト２の回転角度を取得する舵角センサ１１を備えている。ステアリングシャフト２は、減速歯車機構４、ユニバーサルジョイント５Ａ・５Ｂ、ラックアンドピニオン機構６を介してタイロッド７に連結されている。
【００１２】
ステアリングシャフト２には、ステアリングホイール３に印加された操舵トルクＴを検出するトルクセンサ８が設けられており、操舵トルクＴによってトーションバー８ａが捩れると、トルクセンサ８は操舵トルクＴに応じた電気信号を出力する。ステアリングシャフト２には、操舵トルクＴを補助する電動モータ９が減速歯車機構４を介して連結されている。舵角センサ１１及びトルクセンサ８から出力された各信号は、コントロールユニット２０に伝達され、各信号に基づき、コントロールユニット２０は電動モータ９の制御を行う。図１において、電動モータ９はブラシレスモータを使用しているため、ロータ角度検出用のレゾルバ１０が電動モータ９に設けられている。
歯車減速機構４は、モータ軸と一体に回転する減速歯車４ｃと、ステアリングシャフト２と一体に回転する減速歯車４ａからなる。
【００１３】
コントロールユニット２０には、バッテリ（蓄電池）３１から電力が供給されるとともに、イグニションキー３２を介してイグニション信号が入力される。コントロールユニット２０は、トルクセンサ８で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ３３で検出された車速Ｖに基づいて操舵補助指令の電流指令値Ｉを算出する。算出した電流指令値Ｉと、電動モータ９に取り付けられたレゾルバ１０が検出したロータ角度に基づいて電動モータ９に供給する電流を制御する。
【００１４】
舵角センサ１１は、歯車４ａの回転方向位置を検出するための回転角検出手段１１ａと、前記回転角検出手段の回転角を電気信号に変換するセンサ基板１１ｃから構成される。センサ基板１１ｃは歯車４ａの軸方向端面に平行となるように配置されているため、舵角センサ１１を軸方向寸法にコンパクトに配置することができ、且つ、パワーステアリング装置１のコラプスストロークを確保することができる。
【００１５】
以下に本発明における舵角センサ１１の実施形態について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態を示す図である。
舵角センサ１１は、回転角検出手段と舵角センサ基板１１ｃで構成されている。回転角検出手段は、例えば回転角検出用歯車１１１a、１１１ｂからなり、減速歯車４aの回転に伴い各々回転する様、配される。回転角検出用歯車１１１ａ、１１１ｂには、径方向に着磁された磁石が埋設されており、磁石の回転による磁場変化を舵角センサ基板に設けた磁気検出素子にて検出する。回転角検出用歯車１１１ａ、１１１ｂの歯数は、異なる枚数に設定されており、この二つの検出角度の関係から、転舵軸の３６０度以上の回転角を演算することができるようになっている。
また、ＥＰＳのアングルセンサとしては、ステアリングホイールの中立位置を０度として、±７２０度の範囲で絶対角検出が可能であることが条件である。したがって、４回転の範囲で２つの歯車の回転角組合せが重複しない様に、それぞれ歯数を設定するものとする。
【００１６】
図２において、歯車４ａの軸方向端面には円環状に溝が形成されており、この溝の内径面に内歯歯車からなるセンサ歯車４ｂが形成される。二つの回転角検出歯車１１１ａ、１１１ｂは前記船さ歯車に噛合しており、ステアリングシャフトの回転に伴い、各々が回転する。回転角検出歯車１１１ａ、１１１ｂの軸方向端面に磁気検出素子が対向するようにセンサ基板１１ｃが配置される。この時、歯車４ａに対して回転角検出歯車１１１ａ、１１１ｂと、センサ基板１１ｃを平行となる様に配置することで、回転角検出歯車１１１ａ、１１１ｂが歯車４ｂの内側に収まるため、センサ基板１１ｃを歯車４ｂに近接して配置することが可能となる。これにより、舵角センサを有さない電動パワーステアリングと比較し、略基板1枚分のスペースで舵角センサ１１を軸方向にコンパクトに配置することができる。
【００１７】
図３に上記実施形態の変形例を示す。
図３について、回転角検出手段は、歯車４ａ回転方向にＮ極とＳ極とを交互に形成した多極磁石４ｄであり、減速歯車４ａの軸方向端面に固定されている。そして、多極磁石４ｄの磁極変化や磁力変化を、センサ基板１１ｃに設けた磁気検出素子で検出することで磁場の変化を電気信号に変換し、コントロールユニット２０に出力し、操舵角を算出する。
ただし、この角度検出手段のみでは、操舵軸の絶対角を演算するのは困難であるため、例えば車輪速といった車両側からの情報や、電動モータの回転角情報を用いて絶対角を推定する手段を用いてもよい。また、特開２００２−２１３９４４で開示されている様に、ＥＣＵ側に記憶媒体を設けた上で、常時舵角を監視してもよい。
【００１８】
図４に、本発明の第２の実施形態を示す。図４において、舵角センサ基板１１ｄにはトルクセンサ信号増幅回路が設けられており、舵角センサ基板１１ｄにトルクセンサ受感部８（検出コイル）が接続されている。
図４（ａ）では、トルクセンサ受感部８の端子がＬ字型をしており、舵角センサ基板１１ｄに設けたスルーホールに端子を嵌合した上で、ハンダ接合を行う構成となっている。この場合、トルクセンサ受感部８と舵角センサ基板１１ｄを一つのユニットとして組み立てた上で、電動パワーステアリング装置に組付ける構造とするのが好ましい。
図４（ｂ）では、舵角センサ基板１１ｄにトルクセンサ受感部８の端子を接続するためのコネクタが設けられており、トルクセンサ受感部８と舵角センサ基板１１ｄが接続されるとともに、アングルセンサを構成する。この場合、回転角検出手段とトルクセンサ受感部８が組み付けられた電動パワーステアリング装置に、舵角センサ基板８を取り付ける構造とするのが好ましい。上記構造により、舵角センサ基板１１ｄとトルクセンサ信号増幅回路を同一の基板に納めることができ、コンパクト、且つ、部品点数の少ないセンサとすることができる。
【００１９】
図５に、本発明の第３の実施形態を示す。図５において、電動パワーステアリング装置の舵角センサ基板１１ｅはトルクセンサ基板を含むコントロールユニット２０の基板に統合されている。この構造により、コントロールユニット２０に舵角センサ基板１１ｅとトルクセンサ基板を納めることができ、コンパクト、且つ、部品点数の削減ができるとともに、コントロールユニット２０と各検出素子との信号伝達経路を最適に設計することが可能となるため、電気ノイズによる検出誤差低減の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２０】
１      電動パワーステアリング装置
２      ステアリングシャフト
３      ステアリングホイール
４      減速歯車機構
４ａ    歯車（ステアリングシャフト側）
４ｂ    センサ歯車
４ｃ    歯車（電動モータ側）
４ｄ    多極磁石
５Ａ、５Ｂ  ユニバーサルジョイント
８      トルクセンサ
８ａ    トーションバー
９      電動モータ
１０    モータレゾルバ
１１    舵角センサ
１１１ａ、１１１ｂ  回転角検出歯車
１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ  センサ基板
２０    コントロールユニット
【図１】
2015071356.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015071356.tif 000005
【図４】
2015071356.tif 000006
【図５】
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