(57)【要約】【課題】車両用操舵装置を小型化する。【解決手段】ステアリングシャフト３は、アッパーシャフト６、ロアーシャフト７、入力シャフト８および出力シャフト９によって構成されている。アッパーシャフト６、ロアーシャフト７および入力シャフト８は同行回転可能であり、入力シャフト８と出力シャフト９とは、トーションバー１１を介して相対回転可能に連結されている。また、出力シャフト９には、電動モータ５のロータ２１が同行回転可能に連結されている。ロータ２１の回転位置は、入力シャフト回転位置検出装置１８によって検出されたロアーシャフト７の回転位置と、入力シャフト８および出力シャフト９の相対回転変位量に基づいて検出された操舵トルクとを用いて所定の演算を行うことにより求められる。ロータ２１の回転位置を検出するロータ回転位置検出装置が、電動モータ５の内部に配置されていないので、車両用操舵装置１が軸方向Ｘ１に小型化されている。【選択図】図１
2008279808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に操舵部材が連結された入力シャフトと、
この入力シャフトの他端とはトーションバーを介して連結された出力シャフトと、
入力シャフトおよび出力シャフトの相対回転変位に基づいて操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
上記出力シャフトと同軸に同行回転可能なロータを含む操舵補助用の電動モータと、
入力シャフトの回転位置を検出するための入力シャフト回転位置検出手段と、
入力シャフト回転位置検出手段により検出された入力シャフトの回転位置および操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいて、上記ロータの回転位置を求めるロータ回転位置演算手段とを備える車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１において、入力シャフト回転位置検出手段は、入力シャフトに対して入力シャフトの径方向に対向配置されていることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両に用いられる車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に用いられる車両用操舵装置として、電動モータを備える電動パワーステアリング装置が知られている。
この種の車両用操舵装置には、電動モータの出力トルクが減速機構を介さず直接ステアリングシャフトに伝達される、いわゆるダイレクトドライブ式の車両用操舵装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１４５４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
車両用操舵装置は、限られた空間である車室内に配置されるため小型であることが望まれる。一方、上記ダイレクトドライブ式の車両用操舵装置では、電動モータの出力トルクが減速機構によって増幅されないため、出力の大きい電動モータが必要となる。したがって、上記ダイレクトドライブ式の車両用操舵装置では大型の電動モータが用いられることが多く、上記小型化の要請に反する。
【０００４】
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、車両用操舵装置を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明は、一端に操舵部材（２）が連結された入力シャフト（６，７，８）と、この入力シャフトの他端とはトーションバー（１１）を介して連結された出力シャフト（９）と、入力シャフトおよび出力シャフトの相対回転変位に基づいて操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（１２）と、上記出力シャフトと同軸に同行回転可能なロータ（２１）を含む操舵補助用の電動モータ（５）と、入力シャフトの回転位置を検出するための入力シャフト回転位置検出手段（１８）と、入力シャフト回転位置検出手段により検出された入力シャフトの回転位置および操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいて、上記ロータの回転位置を求めるロータ回転位置演算手段（３３）とを備える車両用操舵装置（１）である。
【０００６】
本発明によれば、入力シャフト回転位置検出手段および操舵トルク検出手段の出力を用いて、ロータの回転位置を検出することができる。すなわち、ロータの回転位置を検出するためのロータ回転位置検出手段を電動モータの内部に配置する必要がないので、電動モータをその軸方向に小型化でき、その結果、車両用操舵装置を小型化することができる。
また、上記入力シャフト回転位置検出手段は、入力シャフトに対して入力シャフトの径方向に対向配置されている場合がある。この場合、スペースに余裕のある入力シャフトの周囲に入力シャフト回転位置検出手段を配置することで入力シャフトの周囲の空間を効率的に利用して車両用操舵装置をさらに小型化することができる。
【０００７】
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す図解的な断面図である。また、図２は、上記電動パワーステアリング装置１の一部の図解的な拡大断面図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２が連結されたステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３を回転可能に支持する筒状のステアリングコラム４と、ステアリングシャフト３に同軸的に連結された操舵補助用の電動モータ５とを備えている。
【０００９】
ステアリングシャフト３は、直線状に延びる複数のシャフトによって構成されている。すなわち、ステアリングシャフト３は、アッパーシャフト６、ロアーシャフト７、入力シャフト８および出力シャフト９によって構成されている。各シャフト６〜９は、直線状に延びる筒状のシャフトであり、同一軸線上に配置されている。
アッパーシャフト６の一端（図１では上端）には操舵部材２が同行回転可能に連結されている。また、出力シャフト９の一端（図１では下端）には、例えばラックアンドピニオン機構からなるステアリング機構１０が図示しない中間軸等を介して連結されている。操舵部材２とステアリング機構１０とは、ステアリングシャフト３等を介して機械的に連結されている。
【００１０】
なお、以下では、ステアリングシャフト３の軸方向Ｘ１に沿う操舵部材２側を上方とし、ステアリング機構１０側を下方とする。
アッパーシャフト６の下端部の内周には、ロアーシャフト７の上端部が例えばセレーション嵌合している。アッパーシャフト６とロアーシャフト７とは、同行回転可能に、且つ、ステアリングシャフト３の軸方向Ｘ１に相対移動可能に連結されている。
【００１１】
一方、入力シャフト８および出力シャフト９は、トーションバー１１を介して相対回転可能に連結されている。トーションバー１１は、入力シャフト８および出力シャフト９の内周を挿通している。トーションバー１１の上端部および下端部は、それぞれ入力シャフト８および出力シャフト９と同行回転可能に連結されている。
入力シャフト８の下端部は、出力シャフト９の上端部の内周にすきま嵌めされている。また、入力シャフト８の上端部は、ロアーシャフト７の下端部に連結されている。入力シャフト８とロアーシャフト７とは同行回転可能である。すなわち、アッパーシャフト６、ロアーシャフト７および入力シャフト８は、同行回転可能である。本実施形態では、これら三つのシャフト６〜８が入力シャフトとして機能する。
【００１２】
操舵部材２、アッパーシャフト６およびロアーシャフト７を介して、入力シャフト８にその軸線まわりの回転トルク（操舵トルク）が入力されると、トーションバー１１は操舵トルクに比例した大きさで弾性ねじり変形しつつ当該回転トルクを出力シャフト９に伝達する。これにより、出力シャフト９がその軸線まわりに回転する。
入力シャフト８と出力シャフト９との嵌合部付近に設けられたトルクセンサ１２（操舵トルク検出手段）は、入力シャフト８および出力シャフト９の相対回転によって生じる磁気抵抗の変化に基づいて操舵部材２に入力された操舵トルクを検出する。具体的には、トルクセンサ１２は、入力シャフト８および出力シャフト９の相対回転によって生じた磁気抵抗の変化の変化量デルタＲを検出し、この検出された値と下記式１とから操舵トルクＴを検出する。
【００１３】
（式１）Ｔ＝Ｃｔ＊デルタＲ（Ｃｔは比例定数）
また、磁気抵抗の変化量デルタＲは、入力シャフト８および出力シャフト９の相対回転変位量デルタθに比例する値であるので、磁気抵抗の変化量デルタＲは、相対回転変位量デルタθを用いて下記式２で表される。
（式２）デルタＲ＝Ｃｒ＊デルタθ＝Ｃｒ（θｉ−θｏ）
Ｃｒは比例定数、θｉは入力シャフトの回転位置（絶対位置）、θｏは出力シャフトの回転位置（絶対位置）を示す。
【００１４】
したがって、上記式１に上記式２を代入すると、下記式３が得られる。
（式３）Ｔ＝Ｃ（θｉ−θｏ）      （Ｃ＝Ｃｔ*Ｃｒ）
トルクセンサ１２のトルク検出結果は、ＥＣＵ１３（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に入力される。
操舵部材２が操作（回転）されると、入力シャフト８および出力シャフト９が相対回転しつつ各シャフト６〜９が同一方向に回転する。そして、この回転は、ピニオン軸（図示せず）に伝達され、ピニオン軸に噛み合うラック軸（図示せず）の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪（図示せず）の転舵が達成される。
【００１５】
ステアリングコラム４は、直線状に延びる筒状のアッパーコラム１４およびロアーコラム１５と、上記トルクセンサ１２が内周に収容された筒状のセンサハウジング１６とを含む。アッパーコラム１４、ロアーコラム１５およびセンサハウジング１６は、同一軸線に配置されている。
アッパーコラム１４およびロアーコラム１５は、ステアリングコラム４の軸方向（図１では、軸方向Ｘ１と同一方向）に相対移動可能に連結されている。アッパーコラム１４およびロアーコラム１５を軸方向Ｘ１に相対移動させると、アッパーコラム１４およびロアーコラム１５の一方または両方に抵抗が加わるようになっている。また、センサハウジング１６は、その上端部がロアーコラム１５の下端部の内周に嵌合している。センサハウジング１６とロアーコラム１５とは、互いに固定されている。
【００１６】
ステアリングシャフト３は、アッパーコラム１４、ロアーコラム１５およびセンサハウジング１６の内周を挿通している。ステアリングシャフト３は、複数の軸受を介してステアリングコラム４に回転可能に支持されている。また、軸方向Ｘ１に関するセンサハウジング１６の上方には、ステアリングシャフト３の周囲であり、アッパーコラム１４とロアーコラム１５とによって囲まれた軸方向Ｘ１に延びる中空環状の空間Ｓが形成されている。
【００１７】
ステアリングコラム４は、アッパーコラム１４に固定された第１のブラケット１７によって車体側部材１００に所定の固定強度で固定されている。具体的には、第１のブラケット１７は、例えば破断可能な合成樹脂製のピン１７ａを介して車体側部材１００に取り付けられている。車両の衝突のとき、所定値以上の衝撃が第１のブラケット１７に加わると、ピン１７ａが破断して、アッパーコラム１４と車体側部材１００との固定が解除される。その結果、操舵部材２、アッパーシャフト６およびアッパーコラム１４等が車体側部材１００に対して軸方向Ｘ１下方に移動可能となる。
【００１８】
また、ロアーコラム１５の内周には、入力シャフトの一部であるロアーシャフト７の回転位置（絶対位置）を検出するための入力シャフト回転位置検出手段としての入力シャフト回転位置検出装置１８が配置されている。具体的には、ロアーシャフト７の外周に環状のロータ１９が同行回転可能に連結されており、ロアーコラム１５の内周に上記ロータ１９を取り囲むようにしてステータ２０が固定されている。入力シャフト回転位置検出装置１８は、ロータ１９およびステータ２０を含む。
【００１９】
入力シャフト回転位置検出装置１８は、ロータ１９およびステータ２０の相対回転変位量に基づいてロアーシャフト７の回転位置を検出することができる。また、入力シャフト回転位置検出装置１８は、ロアーシャフト７の回転位置を検出することで、入力シャフト８の回転位置θｉを検出することができる。入力シャフト回転位置検出装置１８によって検出された検出値（θｉ）は、ＥＣＵ１３に入力される。
【００２０】
なお、入力シャフト回転位置検出装置１８としては上記のものに限らず、例えばロータリエンコーダ等のその他の回転位置検出装置を用いてもよい。
図２を参照して、本実施形態に係る電動モータ５は、ブラシレスモータである。電動モータ５は、ステアリングシャフト３を同軸的に取り囲む筒状のロータ２１と、このロータ２１を同軸的に取り囲む環状のステータ２２と、ロータ２１およびステータ２２を収容する筒状のモータハウジング２３とを含む。
【００２１】
ロータ２１は、その外周部に複数の永久磁石２４を保持している。ロータ２１の外周は、Ｎ極およびＳ極が交互に入れ替わる磁極となっている。また、ロータ２１は、出力シャフト９に同行回転可能に連結されている。出力シャフト９は、電動モータ５の回転軸として機能している。
ステータ２２は、環状のステータコア２５と、ステータコア２５に巻回された複数のコイル２６とを含む。ステータコア２５は、その内周面がロータ２１の外周面と対向する位置で、モータハウジング２３に保持されている。また、図示はしないが、ステータコア２５は、環状のヨークと、ヨークの内周からその径方向内方に突出する複数のティースとを含む。複数のコイル２６は、それぞれ複数のティースに巻回されている。各コイル２６には、図示しない電力供給源からの電力が供給されるようになっている。各コイル２６への電力の供給は、ＥＣＵ１３によって制御される。
【００２２】
モータハウジング２３は、ステアリングシャフト３を同軸的に取り囲む筒状の周壁部２７と、周壁部２７の下端部に固定された環状の蓋部材２８とを含む。上記ステータコア２５は、周壁部２７の内周面に同軸的に固定されている。また、周壁部２７の上端部には、センサハウジング１６の下端部が固定されている。
蓋部材２８は、その周縁部が周壁部２７の下端部に固定されている。出力シャフト９は、蓋部材２８の中心部に設けられた挿通孔を挿通している。また、蓋部材２８には、車体側部材１００に固定された第２のブラケット２９が固定されている。モータハウジング２３は、この第２のブラケット２９によって車体側部材１００に固定されている。
【００２３】
電動モータ５は、ＥＣＵ１３によって制御される。すなわち、ＥＣＵ１３は、トルクセンサ１２のトルク検出結果や車速センサ３０（図１参照）の車速検出結果等に基づいて電動モータ５を制御する。ＥＣＵ１３が電動モータ５を制御することにより、電動モータ５からステアリングシャフト３に操舵補助力としての出力トルクが直接伝達される。これにより、操舵補助力がステアリング機構１０に伝達され、運転者の操舵が補助される。
【００２４】
次に、ＥＣＵ１３による電動モータ５の制御について詳しく説明する。
図３は、ＥＣＵ１３による電動モータ５の制御に関するブロック図である。
図１および図３を参照して、ＥＣＵ１３は、所定の演算を行う制御回路３１と、電動モータ５への電力の供給を制御する駆動回路３２とを含む。また、制御回路３１は、ロータ２１の回転位置（絶対位置）を演算するロータ回転位置演算手段としてのロータ回転位置演算部３３と、電動モータ５に供給する目標電流値を演算する目標電流値演算部３４とを含む。
【００２５】
ロータ回転位置演算部３３は、トルクセンサ１２から入力された操舵トルクＴと入力シャフト回転位置検出装置１８から入力された入力シャフト８の回転位置θｉとに基づいて、ロータ２１の回転位置を演算し求める。具体的には、ロータ回転位置演算部３３は、例えば、上記式３を変形して得られた下記式４と、入力された操舵トルクＴおよび回転位置θｉとに基づいて出力シャフト９の回転位置θｏを求める。
【００２６】
（式４）θｏ＝θｉ−Ｔ／Ｃ
すなわち、出力シャフト９の回転位置θｏは、入力シャフト８の回転位置θｉと操舵トルクＴとに基づいて求められるようになっている。また、本実施形態では、ロータ２１と出力シャフト９とが同行回転可能に連結されているので、出力シャフト９の回転位置θｏを求めることで、ロータ２１の回転位置が求められるようになっている。
【００２７】
一方、目標電流値演算部３４は、トルクセンサ１２から入力された操舵トルクおよび車速センサ３０から入力された車速等に基づいて、電動モータ５から出力シャフト９に伝達する操舵補助力（電動モータ５の出力トルク）の大きさを演算し求める。そして、目標電流値演算部３４は、求められた操舵補助力の大きさに対応する目標電流値を演算し求める。
【００２８】
駆動回路３２には、ロータ回転位置演算部３３で求められたロータ２１の回転位置と、目標電流値演算部３４で求められた目標電流値とが入力される。そして、駆動回路３２は、例えばＰＷＭ制御によって上記目標電流値の電流を電動モータ５に供給する。具体的には、ロータ２１の回転位置に基づいて例えばＦＥＴ等の半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦが切り換えられることにより、コイル２６への通電状態が制御される。また、電動モータ５に供給された電流値が図示しない電流検出装置により検出され、この検出値に基づいて電動モータ５への供給電流値が補正されることにより、電動モータ５に供給される電流値が上記目標電流値となるように制御される。これにより、目標電流値演算部３４で求められた大きさの操舵補助力が出力シャフト９に伝達され、運転者の操舵が補助される。
【００２９】
以上のように本実施形態では、入力シャフト回転位置検出装置１８、トルクセンサ１２およびＥＣＵ１３によってロータ２１の回転位置を検出できるようになっている。すなわち、本実施形態では、従来のように電動モータの内部に、ロータの回転位置を検出するためのレゾルバ等の装置を設けなくてもよいので、電動モータ５を軸方向Ｘ１に小型化でき、その結果、電動パワーステアリング装置１を軸方向Ｘ１に小型化することができる。
【００３０】
また、入力シャフトの一部であるロアーシャフト７の回転位置を検出するための入力シャフト回転位置検出装置１８を、電動モータ５の軸方向Ｘ１上方に配置するとともに、ロアーシャフト７とロアーコラム１５との間の中空環状の空間Ｓに配置することで、当該空間Ｓを効率的に利用して電動パワーステアリング装置１を軸方向Ｘ１にさらに小型化することができる。
【００３１】
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば上述の実施形態では、上記式４を用いてロータ２１の回転位置を求める例について説明したが、ロータ２１の回転位置を求める方法はこれに限らない。例えば、上記式４以外の式を用いてロータ２１の回転位置を求めてもよいし、トルクセンサ１２として上述したトルクセンサ以外の公知のトルクセンサを用いてもよい。
【００３２】
例えば、入力シャフト８および出力シャフト９の相対回転変位量デルタθを直接検出できるトルクセンサを用いる場合には、入力シャフト回転位置検出装置１８で検出された入力シャフト８の回転位置θｉから当該相対回転変位量デルタθを減算することにより、ロータ２１の回転位置を求めることができる（θｏ＝θｉ−デルタθ）。この場合、ロータ２１の回転位置を求める演算が容易である。
【００３３】
また、上述の実施形態では、入力シャフト回転位置検出装置１８によってロアーシャフト７の回転位置を検出する例について説明したが、これに限らない。例えば、入力シャフト回転位置検出装置１８をアッパーシャフト６の周囲に配置してアッパーシャフト６の回転位置（絶対位置）を検出するようにしてもよい。すなわち、入力シャフト回転位置検出装置１８は、入力シャフトを構成する何れかのシャフト（アッパーシャフト６、ロアーシャフト７または入力シャフト８）の回転位置を検出するようにしていればよい。また、操舵部材２の回転位置を検出する操舵部材回転位置検出装置（操舵角センサに相当）が設けられている場合には、入力シャフト回転位置検出装置１８を設けなくてもよい。すなわち、上記操舵部材回転位置検出装置を入力シャフト回転位置検出手段として用いてもよい。
【００３４】
また、上述の実施形態では、電動モータ５の出力トルクがステアリングシャフト３に伝達される、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置１に本発明が適用された例について説明したが、これに限らず、例えば、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置等のその他の車両用操舵装置に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図解的な断面図である。
【図２】上記電動パワーステアリング装置の一部の図解的な拡大断面図である。
【図３】ＥＣＵによる電動モータの制御に関するブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）、２・・・操舵部材、５・・・電動モータ、６・・・アッパーシャフト（入力シャフト）、７・・・ロアーシャフト（入力シャフト）、８・・・入力シャフト（入力シャフト）、９・・・出力シャフト、１１・・・トーションバー、１２・・・トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、１８・・・入力シャフト回転位置検出装置（入力シャフト回転位置検出手段）、２１・・・ロータ、３３・・・ロータ回転位置演算部（ロータ回転位置演算手段）
【図１】
2008279808.tif 000003
【図２】
2008279808.tif 000004
【図３】
2008279808.tif 000005