(57)【要約】【課題】ターゲットと磁気センサとの位置関係がターゲット板の接線方向に変動することによるオフセット変動を抑える。【解決手段】操舵部材３０と、当該操舵部材３０から、ほぼ横向きに延びる操舵軸３と、当該操舵軸３の回転によって周期的な磁界の変化を周辺部に発生するターゲット２０と、当該ターゲット２０に対して所定の間隔をおいた位置に設けられて前記磁界の変化に応じた出力を生じる磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂと、を備えた操舵装置において、前記磁気センサは、操舵軸３の上方又は下方に配置されている。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材と、
当該操舵部材から、ほぼ横向きに延びる操舵軸と、
当該操舵軸の回転によって周期的な磁界の変化を周辺部に発生するターゲットと、
当該ターゲットに対して所定の間隔をおいた位置に設けられて前記磁界の変化に応じた出力を生じる磁気センサと、を備えた操舵装置において、
前記磁気センサは、操舵軸の上方又は下方に配置されていることを特徴とする操舵装置。
【請求項２】
前記ターゲットは、前記操舵軸の周方向に略等間隔で突設された歯車状の突起からなり、
前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
【請求項３】
前記磁気センサの出力に基づいて操舵軸の回転角を検出する手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の操舵装置。
【請求項４】
前記操舵軸は、連結軸によって連結された入力軸及び出力軸を備え、
前記ターゲットは、前記入力軸と出力軸とにそれぞれ設けられ、
各ターゲットに対応して設けられた磁気センサの各出力に基づいて操舵軸に加えられたトルクを検出する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵装置の一種である電動パワーステアリング装置は、操舵部材（ステアリングホイール）と当該操舵部材からやや下方に向いてほぼ横向きに延びる操舵軸とを備え、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出し、当該検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、当該モータの回転動力を舵取機構に伝えて操舵を補助する構成としている。
この電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクの検出のためにトルク検出装置が必要である。操舵トルクは、トーションバー（連結軸）によって連結された入力軸と出力軸とからなる操舵軸に操舵トルクが加わることによってトーションバーの捩れを伴って生じる入力軸と出力軸との相対角変位を検出することによって行われる。
また、操舵補助用のモータの駆動制御等に利用するために、入力軸の回転角度（舵角）を検出することも必要であり、このような舵角検出のために回転角検出装置が用いられることもある。
【０００３】
出願人は、トルク検出及び回転角検出のために、操舵軸に磁性体製のターゲットを備えたターゲット板を設けて、操舵軸の回転によって周期的な磁界の変化が周辺部に生じるようにして、当該磁界の変化を磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）などの磁気センサによって非接触で検出する技術を、従来から提案している。
すなわち、磁界の変化を磁気センサによって波形状の出力として検出することで回転角を検出することができ、操舵軸の入力軸及び出力軸にそれぞれ設けたターゲット板に対応する磁気センサを備えることで、両磁気センサの出力差として与えられる両軸の回転角の差に基づいてトルクを検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
操舵軸の回転に伴って変化する磁界を磁気センサによって検出する場合、検出精度を良くするには、磁気センサと検出対象であるターゲットとの間の距離（エアギャップ）を一定に保つことが必要である。
すなわち、磁界は磁極からの距離に応じて強さが異なるものであり、エアギャップが変動すると、磁気センサのセンサゲインが変動して検出精度が低下する。例えば、エアギャップが大きくなると、磁界が弱くなって出力が低下し、逆にエアギャップが小さくなると、磁界が強くなって出力が上昇する。
【０００５】
ただし、図５に示すように、ターゲット１００と磁気センサ１０１との位置関係が、ターゲット板１０２の径方向（図５のＡ方向）に変動するだけであれば、当該変動によるセンサ出力の変化はゲイン変動だけであり、ゲイン変動だけであれば、演算によって緩和することが可能である。
これに対し、ターゲットと磁気センサとの位置関係がターゲット板の接線方向（図５のＢ方向）に変動した場合、ゲイン変動だけでなく、出力波形のオフセット変動（中点変動）も伴う。前述のようなゲイン変動を緩和する演算を行っても、オフセット変動を緩和することまではできない。
【０００６】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、その課題は、ターゲットと磁気センサとの位置関係がターゲット板の接線方向に変動することによるオフセット変動を抑えることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵部材と、当該操舵部材から、ほぼ横向きに延びる操舵軸と、
当該操舵軸の回転によって周期的な磁界の変化を周辺部に発生するターゲットと、当該ターゲットに対して所定の間隔をおいた位置に設けられて前記磁界の変化に応じた出力を生じる磁気センサと、を備えた操舵装置において、前記磁気センサは、操舵軸の上方又は下方に配置されていることを特徴とする。
ターゲットと磁気センサとの位置変動は、舵取装置における操舵軸の変動によって生じることが多く、操舵軸の変動要因としては、ドライバーの操舵部材へのもたれかかりが主たる要因である。本発明は、操舵軸変動の主要因がドライバーのもたれかかりであることに着目してなされたものである。すなわち、ドライバーが操舵部材にもたれかかると操舵軸には上から下への変動が生じる。本発明にように、操舵軸の上方又は下方に磁気センサを配置しておけば、ターゲットと磁気センサとの位置関係は径方向に変動するだけで接線方向への変動はほとんどない。
【０００８】
また、前記ターゲットは、前記操舵軸の周方向に略等間隔で突設された歯車状の突起からなり、前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子であるのが好ましい。
さらには、前記磁気センサの出力に基づいて操舵軸の回転角を検出する手段を備えているのが好ましい。
そして、前記操舵軸は、連結軸によって連結された入力軸及び出力軸を備え、前記ターゲットは、前記入力軸と出力軸とにそれぞれ設けられ、各ターゲットに対応して設けられた磁気センサの各出力に基づいて操舵軸に加えられたトルクを検出する手段を備えているのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る操舵装置１の一部を示す模式図である。図示の如く、上端を操舵部材３０（ステアリングホイール）に連結された入力軸３１と、下端を操舵機構の一部をなすピニオン３３に連結された出力軸３２とを、細径のトーションバー３４（連結軸）を介して同軸的に連結し、前記操舵部材３０と操舵機構とを連絡する操舵軸３が構成されている。
入力軸３１及び出力軸３２の連結部近傍には、回転角検出装置及びトルク検出装置が備えられており、これら回転角検出装置及びトルク検出装置は次の如く構成されている。
【００１０】
入力軸３１には、出力軸３２との連結側端部近傍に、円板形をなす磁性体製のターゲット板２が同軸状に外嵌固定されている。ターゲット板２は、図示の如く、ターゲット板２が回転するに従ってターゲット板２の外周２０と入力軸３１との距離が変化する歯車形状に形成されている。
同様のターゲット板２は、出力軸３２の入力軸３１との連結側端部近傍にも外嵌固定されており、該ターゲット板２は、ターゲット板２が回転するに従って外周２０と出力軸３２との距離が変化する歯車形状に形成されている。出力軸３２のターゲット板２と入力軸３１側のターゲット板２とは、歯の位置が周方向に整合されている。以下、ターゲット板２の歯が形成された外周２０部分をターゲットと呼ぶ。
【００１１】
以上のごときターゲット板２，２の外側の固定位置に、ターゲット２０，２０…に対向するように、センサボックス１が配設されている。
センサボックス１は、入力軸３１及び出力軸３２を支承するハウジングＨ（一部のみ図示）に固定支持され、その内部には、入力軸３１側のターゲット２０，２０…に対向する２つの磁気センサ１Ａ，１Ｂと、出力軸３２側のターゲット２０，２０…に対向する２つの磁気センサ２Ａ，２Ｂとが収納されており、磁気センサ１Ａ、１Ｂとこれらに対向するターゲット２０，２０…とにより入力軸３１の回転角度を検出するセンサユニットが、また磁気センサ２Ａ，２Ｂとこれらに対向するターゲット２０，２０…とにより出力軸３２の回転角度を検出するセンサユニットが夫々構成されている。
【００１２】
ターゲット板２０が歯車状であるため、ターゲット２０，２０…の回転に伴いターゲット周辺の磁界は周期的に変化し、磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂは、かかる変化を検出して、軸３１，３２の回転角度を検出する。
磁気センサ１Ａ，１Ｂは、入力軸３１側のターゲット２０に対向しており、夫々の出力電圧の位相が電気角で９０゜ずれるように配されている。
磁気センサ２Ａ，２Ｂは、出力軸３２側のターゲット２０に対向しており、夫々の出力電圧の位相が電気角で９０゜ずれるように配されている。
磁気センサ１Ａ及び磁気センサ２Ａは、周方向位置を正しく合わせて、センサボックス１に収納されており、磁気センサ１Ｂ及び磁気センサ２Ｂは、周方向位置を正しく合わせて、センサボックス１に収納されている。
【００１３】
磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂは、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特定（抵抗）が変化する特性を有する素子を用い、周辺磁界の変化に応じて出力電圧を変えるように構成されている。磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂの出力はマイクロプロセッサを用いてなる演算処理部４に与えられている。
【００１４】
図２に示すように、前記センサボックス１は、操舵部材３０から斜め下を向いたほぼ横向きに延びた操舵軸３の上方に配置されている。したがって、ドライバーが操舵部材３０の上にもたれかかった場合、操舵軸３は下方に変動する。よって、ターゲット２０，２０…と磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂとは径方向の距離（エアギャップ）が大きくなり、センサゲインが変動する。ただし、オフセット変動は少ない。
【００１５】
また、図３に示すように、センサボックス１は、前記操舵軸３の下方に配置してもよい。この場合、ドライバーのもたれかかりにより操舵軸３が下方に移動すると、ターゲット２０，２０…と磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂとは径方向の距離（エアギャップ）が小さくなり、センサゲインが変動する。ただし、オフセット変動は少ない。
【００１６】
図４は、磁気センサ１ＡをＭＲ素子によって構成した例を示している。この磁気センサ１Ａは、２つのＭＲ素子２２，２２を軸３１，３２（ターゲット板２）の接線方向に並べて配置しハーフブリッジ接続したものである。すなわち、互いに接続されたＭＲ素子２２，２２に電圧Ｖｃｃを印加し、両ＭＲ素子２２，２２間の電圧値をセンサ出力とするものである。ターゲット２０，２０…の回転によって各ＭＲ素子の抵抗が変化すると、両ＭＲ素子２２，２２間の電圧値が周期的に変化し、正弦波状の出力が得られる。
【００１７】
また、磁気センサ１Ａ，１Ｂは、ターゲット２０，２０…の周方向に電気角９０゜異なる部位に臨むように配されているから、ｓｉｎ（θ±（π／２））＝±ｃｏｓθより、磁気センサ１Ｂから磁気センサ１Ａ方向へ回転する場合、磁気センサ１Ａ，１Ｂの角出力Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂは、Ｖ１Ａ＝ｓｉｎθ１、Ｖ１Ｂ＝ｃｏｓθ１と見なすことができる。磁気センサ２Ａ，２Ｂについても同様に、各出力Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂは、Ｖ２Ａ＝ｓｉｎθ２、Ｖ２Ｂ＝ｃｏｓθ２と見なすことができる。
そして、ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθから、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂに基づきｔａｎθ１を、Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂに基づきｔａｎθ２を求めることができる。Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ（Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ）にゲイン変動があったとしも、このｔａｎθ１又はｔａｎθ２を求める際に、ｓｉｎθ／ｃｏｓθの演算によってゲイン変動による影響が打ち消されてなくなる。なお、ゲイン変動を緩和する演算は、これに限定されるものではない。
【００１８】
入力軸３１の回転角度θ１及び出力軸３２の回転角度θ２は、ｔａｎθの逆関数からそれぞれ求めることができる。演算処理部４は、ｔａｎθの値とそれに対応する角度θとを参照するデータテーブルを備えており、当該データテーブルを用いてθ１値及びθ２値を求めることができる。
さらに、演算処理部４は、角度θ１と角度θ２の角度差から操舵トルク値を算出する。トルクは、トーションバー３４の捩れを伴って生じる入力軸３１と出力軸３２との相対角変位＝（θ１−θ２）に基づき、（θ１−θ２）と操舵トルク値との変換テーブルを参照することにより求めることができる。なお、当該変換テーブルは、演算処理部が備えている。
【００１９】
本実施形態によれば、操舵軸３の変動によりターゲット２と磁気センサとの位置変動が生じても、センサ出力にはオフセット変動がほとんど発生せず、ゲイン変動は演算によって緩和されるため、操舵軸３の変動という外乱の影響をほとんど受けることなく回転角やトルクを検出することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によると、操舵軸の上方又は下方に磁気センサが配置されているため、ターゲットと磁気センサとの位置関係が接線方向に変動することがほとんどなく、オフセット変動を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】操舵装置の一部模式図である。
【図２】操舵装置の一例を示す側面図である。
【図３】操舵装置の他の例を示す側面図である。
【図４】ＭＲ素子からなる磁気センサの構成図である。
【図５】ターゲット板と磁気センサの位置関係図である。
【符号の説明】
３　操舵軸
２　ターゲット板
２０　ターゲット
３０　操舵部材
３１　入力軸
３２　出力軸
３４　トーションバー（連結軸）
１Ａ　磁気センサ
１Ｂ　磁気センサ
２Ａ　磁気センサ
２Ｂ　磁気センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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