(57)【要約】【課題】操向軸の回転方向を感知する方向センサ及びモータ軸の回転角を感知するモータ位置センサを用いて絶対操向角を感知することが可能な電動式操向装置を提供して，操向装置の製作費用を縮小すること。【解決手段】本発明は，自動車の操向ホイールに連結される操向軸１０２と，操向軸と連動して回転する減速軸６０１と，発信部６０３及び受信部６０５を含む方向センサ６０７と，減速軸６０１に設けられ，発信部６０３と受信部６０５との間に配設される回転部材６０９と，モータ軸６１１を介して操向軸１０２に操向補助動力を供給するモータ１３０と，モータ１３０のモータ軸６１１の回転角を感知するモータ位置センサ６１３と，方向センサ６０７及びモータ位置センサ６１３から各々発信される電気的信号を受信し，操向角を算出する電子制御装置１２３と，を含むことを特徴とする電動式操向装置を提供する。【選択図】図６
2007196979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の操向ホイールに連結される操向軸と；
前記操向軸と連動して回転する減速軸と；
発信部及び受信部を含む方向センサと；
前記減速軸に設けられ，前記発信部と前記受信部との間に配設される回転部材と；
モータ軸を介して操向軸に操向補助動力を供給するモータと；
前記モータの前記モータ軸の回転角を感知するモータ位置センサと；
前記方向センサ及び前記モータ位置センサから各々入力された電気的信号に基づいて操向角を算出する電子制御装置と；
を含むことを特徴とする，電動式操向装置。
【請求項２】
前記回転部材は，半円板形状からなることを特徴とする，請求項１に記載の電動式操向装置。
【請求項３】
前記減速軸は，３６０度以内で回転することを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載の電動式操向装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，操向角センサを備えた電動式操向装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，自動車の操向装置としては，流圧ポンプの流圧を用いた流圧式操向装置（ＨＰＳ：Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）が使われているが，１９９０年代以後，電気モータを用いた電動式操向装置（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ）が次第に一般化されている。
【０００３】
流圧式操向装置の場合，操向補助動力を供給する動力源である流圧ポンプがエンジンにより駆動され，操向ホイールの回転の有無に関わらず，常にエネルギーを消耗する。これに対して，電動式操向装置の場合には，操向ホイールの回転により操向トルクが発生され，発生された操向トルクに比例する操向補助動力をモータが供給する。したがって，電動式操向装置を使用する場合には，流圧式操向装置を使用する場合に比べてエネルギー効率を向上させることができる。
【０００４】
図１は，一般的な電動式操向装置を示す構成図である。
【０００５】
図１に示すように，一般に，電動式操向装置は，操向ホイール１０１から両側輪１０８まで繋がる操向システム１００，及び操向システム１００に操向補助動力を供給する補助動力機構１２０を含んで構成される。
【０００６】
操向システム１００は，一端が操向ホイール１０１に連結され，他の一端が一対のユニバーサルジョイント１０３を介してピニオン軸１０４に連結され，操向ホイール１０１と共に回転する操向軸１０２を含めて構成される。また，ピニオン軸１０４は，ラック−ピニオン機構部１０５を通じてラックバー１０９に連結され，ラックバー１０９の両端はタイロッド１０６及びナックルアーム１０７を通じて両側輪１０８に連結される。
【０００７】
ラック−ピニオン機構部１０５は，ピニオン軸１０４の下段に形成されるピニオンギア１１１と，ラックバー１０９の外周面の一側に形成されるラックギア１１２とが互いに係合するように形成され，ラック−ピニオン機構部１０５を通じてピニオン軸１０４の回転運動がラックバー１０９の直線運動に変化する。したがって，運転者が操向ホイール１０１を操作するとピニオン軸１０４が回転し，ピニオン軸１０４の回転によってラックバー１０９が軸方向に直線運動をし，ラックバー１０９の直線運動がタイロッド１０６及びナックルアーム１０７を通じて両側輪１０８を操向することになる。
【０００８】
補助動力機構１２０は，運転者が操向ホイール１０１に加える操向トルクを感知して，感知された操向トルクに比例する電気信号を出力するトルクセンサ１２１，トルクセンサ１２１から伝えられる電気信号に基づいて制御信号を発生する電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１２３及び電子制御装置１２３から伝えられる制御信号に基づいて操向補助動力を発生させるモータ１３０を含んで構成される。
【０００９】
したがって，電動式操向装置は，操向ホイール１０１の回転により発生した操向トルクが，ラック−ピニオン機構部１０５を経てラックバー１０９に伝達され，発生された操向トルクによってモータ１３０から発生した操向補助動力が操向軸１０２，ピニオン軸１０４またはラックバー１０９に伝達されるように形成される。すなわち，操向システム１００から発生した操向トルクとモータ１３０から発生した操向補助動力とが合わせられて，ラックバー１０９を軸方向に運動させるようにするものである。
【００１０】
このような電動式操向装置において，操向角センサは，走行中の自動車の直進位置を基準とする操向ホイール１０１の回転角や回転角速度に関する情報を電子制御装置１２３に提供し，電子制御装置１２３は，これらの情報に基づいてロール（Ｒｏｌｌ）制御や旋回制御をする。
【００１１】
図２は，従来技術に係る操向角測定方式を説明するブロック図である。
【００１２】
図２に示すように，一般的に従来技術に係る操向角測定方式は，光センサとスリット円板を用いた操向角センサ２００で操向情報を測定し，測定された情報を電子制御装置１２３に伝達して電子制御装置１２３で操向角及び操向角速度を計算する方式である。
【００１３】
また，従来技術に係る操向角センサ２００は，図３及び図４に各々示すように，大部分が光センサ３０１とスリット円板３０３とから構成される。光センサ３０１を含むコラムスイッチは，操向コラムに固定されている。スリット円板３０３は，操向軸１０２に設けられ，操向ホイールを回転させると連動して共に回転するようになっている。
【００１４】
光センサ３０１の発光素子４０１と受光素子４０３との間に設けられたスリット円板３０３は，操向ホイールを操作することによって操向軸１０２と共に回転する。この際，発光素子４０１の光が受光素子４０３に伝達されるかどうかによって電気的信号が決まる。
【００１５】
図５は，従来技術に係る操向角センサの出力信号を示す波形図である。
【００１６】
図５に示すように，発光素子からの光が受光素子に伝達されない場合と発光素子からの光が受光素子に伝達される場合との間には電圧差が発生し，それに係る電気的信号が電子制御装置に伝達されることにより，電子制御装置が操向角を測定できるようになるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところが，従来技術に係る操向角センサでは，操向軸の回転による操向角が０度の場合と±３６０度の場合，または±７２０度の場合を同一に認識する問題がある。また，左折する場合と右折する場合が区別できないという短所もある。
【００１８】
このような問題を解決するためには，高解像度を有する絶対操向角センサを用いて絶対操向角を測定しなければならないが，絶対操向角センサは高価な装置であって，操向装置の製作費用を増加させる問題がある。
【００１９】
そこで本発明は，上記問題に鑑みてなされたものであり，本発明の目的とするところは，操向軸の回転方向を感知する方向センサ及びモータ軸の回転角を感知するモータ位置センサを用いて，絶対操向角を感知することができるようにすることによって，製作費用を低減することが可能な，新規かつ改良された電動式操向装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，自動車の操向ホイールに連結される操向軸と，前記操向軸と連動して回転する減速軸と，発信部及び受信部を含む方向センサと，前記減速軸に設けられ，前記発信部と前記受信部との間に配設される回転部材と，モータ軸を介して操向軸に操向補助動力を供給するモータと，前記モータの前記モータ軸の回転角を感知するモータ位置センサと，前記方向センサ及び前記モータ位置センサから各々入力された電気的信号に基づいて操向角を算出する電子制御装置とを含むことを特徴とする，電動式操向装置が提供される。
【００２１】
また，回転部材は，半円板形状からなるものであってもよい。
【００２２】
また，減速軸は，３６０度以内で回転するものであってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、操向軸の回転方向を感知する方向センサ及びモータ軸の回転位置を感知するモータ位置センサを用いて，絶対操向角を感知することが可能な電動式操向装置を低コストで提供することにより，操向装置の製作費用を低減する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
図６は，本発明の好ましい実施形態に係る電動式操向装置を示す構成図である。
【００２６】
図６に示すように，本発明の好ましい実施形態に係る電動式操向装置は，操向ホイール（図示していない）に連結される操向軸１０２，操向軸１０２と連動して回転する減速軸６０１，発信部６０３及び受信部６０５を含む方向センサ６０７，減速軸６０１に軸設される回転部材６０９，操向補助動力を供給するモータ１３０，モータ軸６１１の回転角を感知するモータ位置センサ６１３，及び方向センサ６０７とモータ位置センサ６１３とから各々発信される電気的信号を受信する電子制御装置１２３を含めて構成される。
【００２７】
操向軸１０２は，運転者が操向ホイール（図示していない）を回転させることによって回転する。操向軸１０２の外周面にはウォーム６１５が形成されている。
【００２８】
減速軸６０１の外周面には，ウォーム６１５と係合するウォームホイール６１７が形成されている。
【００２９】
通常，運転者の操向ホイール（図示していない）の操作によって操向軸１０２が３〜４回回転するが，本発明の実施形態の場合，操向軸１０２の３〜４回転につき，減速軸６０１の回転数が１回転以下になるようにウォーム６１５とウォームホイール６１７の減速比を調整し，減速軸６０１が３６０度以内で回転するようにして，操向角を３６０度以内の範囲で算出できるようにすることが好ましい。
【００３０】
図７は，方向センサ６０７を示す断面図である。
【００３１】
図６及び図７に各々示すように，方向センサ６０７は，発信部６０３，受信部６０５及び回路基板６０６を含んで構成される。
【００３２】
発信部６０３と受信部６０５は，互いに対向するように形成されており，発信部６０３において，電気的信号，磁気的信号，または光信号を始めとする信号を発生させて受信部６０５に伝達する。このような発信部６０３と受信部６０５との間で，回転部材６０９が回転しながら発信部６０３から発生する信号を遮断または通過させることにより，方向センサ６０７を作動させる。
【００３３】
方向センサ６０７としては，発光素子４０１及び受光素子４０３を含めて構成される光センサが使われることができる。発光素子４０１としては，ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が使われ，受光素子４０３としては，フォトトランジスタ（Ｐｈｏｔｏ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が使用できるが，これに限るものではない。
【００３４】
回路基板６０６は，発信部６０３及び受信部６０５に各々連結されて発信部６０３に電源を供給する。さらに，受信部６０５が発信部６０３から発生する信号を受信しているかまたは受信していないかによって，特定の電気的信号を発生させ，発生させた信号を電子制御装置１２３に伝達する。このような回路基板６０６としては，一般的に，印刷回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）が使われるが，これに限るものではない。
【００３５】
回転部材６０９は，減速軸６０１に連動して回転するように減速軸６０１に軸設されるものであって，方向センサ６０７の発信部６０３と受信部６０５との間に挟まれるように配設される。回転部材６０９は，胴部６１０及び結合部６１２を含めて構成される。
【００３６】
胴部６１０は，方向センサ６０７の発信部６０３と受信部６０５との間で回転するものであって，発信部６０３から伝えられる信号を遮断または通過させる役割をし，板形状で形成されることができる。また，方向センサ６０７として光センサが用いられる場合には，胴部６１０は光が通過できない材質で作られなければならない。
【００３７】
胴部６１０は，減速軸６０１が回転すれば共に回転するため，省スペース化のために，その断面形状は円からなることが好ましい。また，減速軸６０１が時計方向または反時計方向に１８０度未満に回転する場合には，胴部６１０の断面形状は，半円または扇形状からなることが好ましい。
【００３８】
結合部６１２は，胴部６１０の一側に突出形成されて，回転部材６０９を減速軸６０１に結合させる部分である。回転部材６０９が減速軸６０１に連動して回転しなければならないので，結合部６１２は減速軸６０１に完全に固定されることが好ましい。
【００３９】
一方，別途に結合部６１２を形成せずに，回転部材６０９を減速軸６０１と一体形成されるようにしてもよい。
【００４０】
モータ位置センサ（Ｍｏｔｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ）６１３は，モータ１３０の一側に備えられてモータ軸６１１の回転角を感知する装置である。モータ位置センサ６１３は，モータ軸６１１の回転角を感知して周期的にパルス（Ｐｕｌｓｅ）を発生させ，発生されたパルスは電子制御装置１２３に伝達される。
【００４１】
電子制御装置１２３は，自動車に装着されている各種センサ，すなわち，車速センサ，トルクセンサ，モータ位置センサなどで感知され，電気的信号に変換された自動車の速度，操向トルクまたはモータ軸の位置情報などを受信して，モータを制御する装置である。
【００４２】
特に，本発明において，電子制御装置１２３は，操向軸１０２の回転方向を感知する方向センサ６０７から発生する電気的信号を受信し，モータ位置センサ６１３からモータ軸６１１の回転角の変化量に関する情報を受信して，操向角を計算する役割をする。
【００４３】
図８ａ，８ｂ及び８ｃは，各々操向軸の一方向の回転による方向センサ６０７の作動形態を示す断面図である。
【００４４】
操向軸１０２の３〜４回転が減速軸６０１の１回転未満に減速される場合を前提として，図８ａ，８ｂ及び８ｃを参照して本発明の好ましい実施形態に係る電動式操向装置の作動を説明すると次の通りである。
【００４５】
最初に，自動車の操向ホイールが回転されていない状態にあるとき，回転部材６０９は，中立位置（Ａ−Ａ′）にあるものとする。自動車の操向ホイールが所定の角度回転された状態にあるとき，それによって，回転部材６０９は，中立位置（Ａ−Ａ′）から反時計方向に所定の角度回転され，発光素子４０１と受光素子４０３との間にあって，発光素子４０１が発する光を遮断する。
【００４６】
ところが，減速軸６０１が反時計方向にさらに回転することによって，回転部材６０９も反時計方向にさらに回転するが，回転部材６０９が最終位置（Ｂ−Ｂ′）に到達しても発光素子４０１からの光は，回転部材６０９により継続的に遮断されて受光素子４０３に伝達されない状態にあることになる。したがって，この場合，方向センサ６０７から電子制御装置１２３に伝達される電気的信号は一定である。
【００４７】
例えば，運転者が操向ホイールを操作して左折することにより，上記のような状態になる場合，電子制御装置１２３は，方向センサ６０７から送信される電気的信号により，自動車の操向軸１０２が現在左側に回転されている状態であることを感知するのである。
【００４８】
一方，モータ位置センサ６１３は，モータ軸６１１の回転によって周期的に電気的信号を電子制御装置１２３に送る。モータ位置センサ６１３から送信される電気的信号を通じて，電子制御装置１２３ではモータ軸６１１の回転角を検知することができ，モータ軸６１１の回転角と減速比とから操向軸１０２の回転角が算出されることになる。例えば，モータ位置センサ６１３から感知されるモータ軸６１１の回転角度が０．２８度であり，減速比が４：１であれば，これらの数値から算出される操向軸１０２の絶対操向角は０．２８×４＝１．１２度である。
【００４９】
すなわち，方向センサ６０７から伝えられる電気的信号は，操向軸１０２の回転方向を伝達するものであり，モータ位置センサ６１３から伝えられる電気的信号は，操向軸１０２の回転角を伝達するものである。したがって，これらを総合すれば，操向軸１０２の回転方向及び回転方向への操向軸１０２の絶対回転角を算出できることになる。
【００５０】
このような原理は，操向軸１０２が反対方向に回転する場合にも同一に適用される。また，一方向に回転された状態にあった操向軸１０２が，反対方向に回転して中立位置を通過する場合には，回転部材６０９も中立位置を通過するため，方向センサ６０７の発信部６０３からの光を遮断していた状態から通過させる状態へと変化し，または通過させる状態から遮断する状態へと変化するので，瞬間的に電気的信号に変動が発生する。このような電気的信号の変動によって，電子制御装置１２３は，操向軸１０２の回転方向が反対方向に変化されたことを感知することになるものである。
【００５１】
以上説明したように，本発明の実施形態にかかる電動式操向装置によると，操向軸の回転方向を感知する方向センサ及びモータ軸の回転角を感知するモータ位置センサを用いることにより，絶対操向角を感知することができ，左折する場合と右折する場合とを区別することが可能になる。さらに，減速軸が３６０度以内で回転するように減速比を調整することにより，３６０度以内の範囲で操向角を算出できるため，操向軸の回転角が０度の場合と±３６０度の場合，または±７２０度の場合を同一に認識する問題を回避することができる。これにより，本発明の実施形態にかかる電動式操向装置によると，高解像度を有する高価な絶対操向角センサを用いる必要がなく，操向装置の製作費用を低減することができる。
【００５２】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】一般的な電動式操向装置を示す構成図である。
【図２】従来技術に係る操向角測定方式を説明するブロック図である。
【図３】従来技術に係る操向角センサの構造を示す概略図である。
【図４】従来技術に係る操向角センサの原理を説明する概略図である。
【図５】従来技術に係る操向角センサの出力信号を示す波形図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態に係る電動式操向装置を示す構成図である。
【図７】方向センサを示す断面図である。
【図８ａ】操向軸の一方向回転による方向センサの作動形態を示す断面図である。
【図８ｂ】操向軸の一方向回転による方向センサの作動形態を示す断面図である。
【図８ｃ】操向軸の一方向回転による方向センサの作動形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０２    操向軸
１２３    電子制御装置
１３０    モータ
４０１    発光素子
４０３    受光素子
６０１    減速軸
６０３    発信部
６０５    受信部
６０６    回路基板
６０７    方向センサ
６０９    回転部材
６１０    胴部
６１１    モータ軸
６１２    結合部
６１３    モータ位置センサ
６１５    ウォーム
６１７    ウォームホイール
【図１】
2007196979.tif 000003
【図２】
2007196979.tif 000004
【図３】
2007196979.tif 000005
【図４】
2007196979.tif 000006
【図５】
2007196979.tif 000007
【図６】
2007196979.tif 000008
【図７】
2007196979.tif 000009
【図８ａ】
2007196979.tif 000010
【図８ｂ】
2007196979.tif 000011
【図８ｃ】
2007196979.tif 000012