(57)【要約】【課題】操舵軸の剛性を高めることができ、それによって操舵フィーリングの向上を実現した電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリングシャフト２に加えられた操舵トルクを検出するためのトルクセンサ３０は、ステアリングシャフト２の外部に非接触で配置された構成要素のみからなり、ステアリングシャフト２の加工も、ステアリングシャフト２に対するセンサ部品の取付けも要しないものである。このトルクセンサ３０によって検出され操舵トルクに基づいて、電子制御ユニット２０は、操舵補助力を発生する電動モータ１０を駆動制御する。トルクセンサ３０は、たとえば、磁気インピーダンスセンサからなる。【選択図】        図１
2005041317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵軸の外部に非接触で配置された構成要素のみからなり、上記操舵軸に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
ステアリング機構に操舵補助力を与える電動モータと、
上記トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基づいて上記電動モータを制御するモータ制御手段とを含む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】
【０００１】
【技術分野】
この発明は、操舵トルクに応じて駆動される電動モータの駆動力をステアリング機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来から、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサによって検出し、このトルクセンサが検出する操舵トルクに応じて電動モータを駆動制御し、この電動モータの駆動力を操舵補助力としてステアリング機構に伝達する電動パワーステアリング装置が用いられている。
ステアリングホイールとステアリング機構とを結合する操舵軸は、ステアリングホイール側に結合された入力軸と、ステアリング機構側に結合された出力軸と、これらの間に介装されたトーションバーとを備えている。トーションバーは、ばね性を有しており、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクに応じた方向および大きさの捩れを生じる部材であり、その捩れにより生じる入力軸および出力軸相互間の相対変位がトルクセンサによって検出されるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２６０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成では、ステアリングホイールに操舵トルクを加えると、トーションバーの捩れが引き起こされ、その後にステアリング機構へと操舵トルクが伝達されることになる。また、路面からステアリング機構に入力される振動等の路面情報は、トーションバーの捩れを引き起こした後に、このトーションバーのばね性によってステアリングホイールへと伝達される。
【０００５】
このように、従来の構成では、トーションバーを含む操舵軸全体の剛性が低く、トーションバーの捩れおよびばね性が、操舵入力伝達や路面情報伝達のダンパとなってしまっていて、このことが、すっきりした操舵感を阻害し、必ずしも良好な操舵フィーリングを実現できないという問題があった。
そこで、この発明の目的は、操舵軸の剛性を高めることができ、それによって操舵フィーリングの向上を実現した電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操舵軸（２）の外部に非接触で配置された構成要素のみからなり、上記操舵軸に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出手段（３０）と、ステアリング機構（２〜８）に操舵補助力を与える電動モータ（１０）と、上記トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基づいて上記電動モータを制御するモータ制御手段（２０）とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００７】
この構成によれば、トルク検出手段は、操舵軸の外部に非接触で配置された構成要素のみからなり、従来技術のように操舵軸にトーションバーのような剛性の低い部材を介装することを要しない。そのため、操舵軸全体を高剛性にすることができ、操舵入力の伝達および路面情報の伝達を阻害する要因を排除できるので、操舵フィーリングを格段に向上することができる。
しかも、操舵軸にトーションバーを介装した構成の電動パワーステアリング装置では、発振が生じるおそれがあり、その対策として、トルク検出信号の位相補償を行う必要があるが、トーションバーが操舵軸に介装されない本発明の構成では、発振のおそれがないので、位相補償の必要がない。これにより、構成を簡単にすることができる。
【０００８】
さらに、操舵軸に対して加工を施したり、センサ部品を取り付けたりする必要がないので、加工コストまたは取り付けコストの低減を図ることができるうえ、トルク検出手段（トルクセンサ）の組み付けが容易になる。
また、操舵軸に加工を施す必要がないので、操舵軸自体の耐久寿命およびトルク検出手段の耐久寿命を長期化することができる。
また、車両の軽量化に伴って操舵軸の材料として高剛性の材料が用いられるようになると、操舵軸にセンサ部品を取り付ける必要のあるトルクセンサでは、操舵軸の重量に対するセンサ部品の重量の比率が高くなる。このことが、操舵軸の慣性モーメントの低減に対する障害となる。本発明ではこのような不具合はなく、操舵軸を軽量化して、その慣性モーメントを効果的に低減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この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模式図である。この電動パワーステアリング装置は、操作部材としてのステアリングホイール１と、このステアリングホイール１に連結された操舵軸としてのステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２に自在継手３を介して連結される中間軸４と、中間軸４に自在継手５を介して連結されるピニオン軸６と、ピニオン軸６の先端部に設けられたピニオン６ａに噛み合うラック歯７ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー７とを有している。ラックバー７は、図示しない複数の軸受けを介して左右方向に沿って直線往復移動自在に支持されている。
【００１０】
ラックバー７の両端部には、タイロッド８がそれぞれ結合されている。各タイロッド８はナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向用の車輪９に連結されている。
ステアリングホイール１が操作されてステアリングシャフト２が回転されると、この回転がピニオン６ａおよびラック歯７ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー７の直線運動に変換される。これにより、操向用の車輪９の転舵が達成される。
【００１１】
ステアリングシャフト２は、中空の電動モータ１０を挿通しており、この電動モータ１０によってダイレクトドライブ方式による駆動を受ける駆動軸を兼ねている。電動モータ１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０によって制御される駆動回路１１からの駆動電流を得て作動し、ステアリングシャフト２に対して、操舵補助のためのトルクを与える。
電子制御ユニット２０には、ステアリングホイール１を介してステアリングシャフト２に加えられた操舵トルクを検出するためのトルクセンサ３０が出力するトルク信号が入力されている。電子制御ユニット２０は、入力されるトルク信号に基づいて作成した制御信号を駆動回路１１に供給し、これにより、適切な操舵補助力がステアリングシャフト２を含むステアリング機構に与えられるように電動モータ１０を駆動制御する。
【００１２】
図２は、トルクセンサ３０の構成例を説明するための図解図である。トルクセンサ３０は、ステアリングシャフト２の周囲に非接触で配置された構成要素のみからなっていて、ステアリングシャフト２に対する加工や構成部品の取付けを要することなく、このステアリングシャフト２に加えられる操舵トルクを検出することができるものであり、たとえば、上記特許文献１に開示された磁気インピーダンスセンサを適用することができる。この場合の構成例が図２に示されている。
【００１３】
ステアリングシャフト２は、円柱状に形成され、磁性体としての特性を示す金属材料で構成されているのが一般的である。このようなステアリングシャフト２の外周面に対して一定の距離をおいた非接触状態で磁気インピーダンス素子３１が配置されている。この磁気インピーダンス素子３１は、ＣｏＳｉＢ系、ＦｅＣｏＢｉＢ系、その他の組成のアモルファス合金が線状に形成されてなるものであり、その長手方向をステアリングシャフト２の中心軸に向けて（すなわち半径方向に沿わせて）配置されている。磁気インピーダンス素子３１には、バイアスコイル３２が巻回されており、このバイアスコイル３２には直流電源３３からの直流電圧が印加されている。一方、磁気インピーダンス素子３１の両端には、交流電源３４からの高周波電流が供給されている。
【００１４】
バイアスコイル３２によって磁気インピーダンス素子３１に磁気バイアスをかけた状態で、交流電源３４から磁気インピーダンス素子３１に高周波電流を通電すると、磁気インピーダンス素子３１の両端には、ステアリングシャフト２の近傍に存在する外部磁界に応じた電圧が生じる。この電圧が、増幅回路３５によって増幅されて電子制御ユニット２０へと入力されるようになっている。
ステアリングシャフト２にトルクが加えられると、ステアリングシャフト２の周囲の磁界には、逆磁歪効果による歪みが生じ、ステアリングシャフト２の近傍に存在する外部磁界が変動する。これにより、磁気インピーダンス素子３１の両端電圧が変化することになる。
【００１５】
そこで、電子制御ユニット２０は、ステアリングホイール１に操舵トルクが加えられていないときの磁気インピーダンス素子３１の両端電圧を操舵トルク＝０に対応付け、これを基準値として、磁気インピーダンス素子３１の両端電圧に基づき、ステアリングシャフト２に加えられている操舵トルクを演算して求める。
このように、この実施形態の構成によれば、ステアリングシャフト２に対して加工を施したり、センサ部品を取り付けたりすることなく、ステアリングシャフト２の外周に非接触状態で配置した構成要素のみからなるトルクセンサ３０によって操舵トルクを検出できる。そして、この検出された操舵トルクに基づいて、電動モータ１０を駆動制御することができる。
【００１６】
したがって、従来技術のように、ステアリングシャフトにトーションバーを介装する必要がなく、ステアリングシャフト２から中間軸４を経てピニオン軸６に至る操舵軸全体を高剛性に構成することができる。これにより、ステアリングシャフト２からの操舵入力の伝達系および路面からの振動等の情報の伝達系のダンパ要素を抑制することができるので、操舵フィーリングを格段に向上することができる。しかも、トーションバーを有する構成において不可避な発振の問題がないから、トルク検出信号の位相補償が不要であり、電子制御ユニット２０の構成および処理内容を簡単にすることができる。
【００１７】
また、ステアリングシャフト２にトルクセンサの構成要素が付随していないため、ステアリングシャフト２の慣性モーメントの低減を図ることができ、これにより、操舵フィーリングをさらに向上することができる。
さらに、ステアリングシャフト２に対する加工や部品の取付けを要することなく操舵トルクの検出が可能なので、加工コストおよび取付けコストを低減でき、また、トルクセンサ３０の組み付け工数を削減できる。さらに、ステアリングシャフト２の加工を要しないので、ステアリングシャフト２自身の耐久寿命およびトルクセンサ３０の耐久寿命を長期化できる。
【００１８】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態でも実施することができる。たとえば、上記の実施形態では、ダイレクトドライブ方式で電動モータ１０からの駆動力がステアリング機構に伝達される構成を例示したが、電動モータの駆動力をギヤ機構（減速機構）を介してステアリング機構に伝達する構成としてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この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模式図である。
【図２】トルクセンサの構成例を説明するための図解図である。
【符号の説明】
１      ステアリングホイール
２      ステアリングシャフト
３      自在継手
４      中間軸
５      自在継手
６      ピニオン軸
６ａ    ピニオン
７      ラックバー
７ａ    ラック歯
８      タイロッド
９      車輪
１０    電動モータ
１１    駆動回路
２０    電子制御ユニット
３０    トルクセンサ
３１    磁気インピーダンス素子
３２    バイアスコイル
３３    直流電源
３４    交流電源
３５    増幅回路
【図１】
2005041317.tif 000003
【図２】
2005041317.tif 000004