(57)【要約】【課題】全舵角範囲に亘る回転軸の回転角度を精度良く検出し、車両の舵角を簡素な構成にて精度良く検出可能な舵角検出装置を提供する。【解決手段】ステアリングホイール３０の操作に応じたステアリング軸３の回転を操舵用の車輪１２，１２に伝え、該車輪１２，１２の向きを変えて舵取りされる車両の操舵角度を、ステアリング軸３の複数回転に亘る回転角度を求めることにより検出する舵角検出装置において、ステアリング軸３に係合され、ステアリング軸３の回転に応じて揺動する揺動アーム６の揺動角度を揺動角センサ７により検出し、検出された揺動角度によりステアリング軸３が中立位置から左右の何回転目の領域にあるかを判定する。判定された領域内でのステアリング軸３の回転角度を回転角センサにより求めて全舵角範囲内での操舵角度を算出する。以上により簡素な構成により全舵角範囲に亘って高精度の舵角検出が可能となる。【選択図】図１
2007261508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材の操作に応じた回転軸の回転を操舵用の車輪に伝え、該車輪の向きを変えて舵取りされる車両の操舵角度を、前記回転軸の複数回転に亘る回転角度を求めることにより検出する舵角検出装置において、前記回転軸の１回転内の回転角度を検出する回転角センサと、前記回転軸に先端部を係合させてあり、該回転軸の回転に伴う係合位置の移動に応じて基部に設けた軸の回りに揺動する揺動アームと、該揺動アームの揺動角度を検出する揺動角センサと、該揺動角センサ及び前記回転角センサによる検出角度に基づいて前記操舵角度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする舵角検出装置。
【請求項２】
前記揺動アームは、前記回転軸の外周面に刻設された螺旋溝に係合され、前記回転軸の回転に伴い係合位置が軸長方向に移動するように構成してある請求項１記載の舵角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の舵角を簡素な構成にて精度良く検出可能な舵角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵は、操舵部材であるステアリングホイールの回転操作を、該ステアリングホイールに連結されたステアリング軸を介して舵取機構に伝え、該舵取機構の動作により操舵用の車輪の向きを変えることにより行われる。このステアリングホイールの操作に伴って変化する操舵用の車輪の向きである操舵角度（以下、舵角という）は、車両の各種の制御のために重要な情報であり、左右の最大舵角範囲（以下、全舵角範囲という）に亘って精度良く検出することが切望されている。
【０００３】
車両の舵角は、一般的に、ステアリングホイールの操作に応じて複数回転する回転軸であるステアリング軸の回転角度を全舵角範囲に亘って検出することにより求められる。ステアリングホイールは、全舵角範囲に亘って操舵するために、通常３〜５回転するように構成されており、全舵角範囲に亘るステアリング軸の回転角度を検出するためには、１０８０°〜１８００°の範囲の角度検出が可能な回転角センサが必要となる。この回転角センサは、例えば、複数回転を１回転に変換するための減速機を備え、この変換後の１回転内の回転角度を検出するように構成されており、センサ本体及び周辺部材を含めて構成が複雑になるという問題がある。
【０００４】
この問題を解決すべく、簡素な構成にて全舵角範囲に亘るステアリング軸の回転角度を検出し、舵角の検出を可能とする舵角検出装置が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１１４６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の舵角検出装置は、操舵補助用のモータの回転力をウォーム及びウォームホイールを介してステアリング軸に伝える構成とした電動パワーステアリング装置において、ウォームホイールの側面に径方向に一定ピッチを有した渦巻き状の溝を刻設して、回転型ポテンショメータの入力端に基部を取付けた揺動アームの先端部を前記溝に係合させ、ウォームホイールの回転に伴う揺動アームの揺動角度を検出して、全舵角範囲に亘るステアリング軸の回転角度を求め、舵角を検出するように構成してある。
【０００６】
ところが特許文献１の舵角検出装置においては、渦巻き状の溝の形成範囲にて生じる揺動アームの限られた揺動により、３〜５回転分のステアリング軸の回転角度を検出するように構成されているため、検出精度が十分ではないという問題があった。またウォーム及びウォームホイールを備えるステアリング装置に適用範囲が限定されるという問題があった。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、全舵角範囲に亘る回転軸の回転角度を精度良く検出し、車両の舵角を簡素な構成にて精度良く検出可能な舵角検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る舵角検出装置は、操舵部材の操作に応じた回転軸の回転を操舵用の車輪に伝え、該車輪の向きを変えて舵取りされる車両の操舵角度を、前記回転軸の複数回転に亘る回転角度を求めることにより検出する舵角検出装置において、前記回転軸の１回転内の回転角度を検出する回転角センサと、前記回転軸に先端部を係合させてあり、該回転軸の回転に伴う係合位置の移動に応じて基部に設けた軸の回りに揺動する揺動アームと、該揺動アームの揺動角度を検出する揺動角センサと、該揺動角センサ及び前記回転角センサによる検出角度に基づいて前記操舵角度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る舵角検出装置は、第１発明において前記揺動アームが、前記回転軸の外周面に刻設された螺旋溝に係合され、前記回転軸の回転に伴い係合位置が軸長方向に移動するように構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、操舵部材の操作に応じて複数回転する回転軸に先端部を係合させ、該回転軸の回転に伴う係合位置の移動に応じて基部に設けた軸の回りに揺動する揺動アームの揺動角度を揺動角センサにより検出し、この揺動角センサの検出結果により全舵角範囲中の大まかな領域、具体的には、回転軸が中立位置から左右の何回転目の領域にあるかを判定する一方、回転軸の１回転内の回転角度を回転角センサにより検出し、該回転角センサの検出結果により判定された領域内での回転角度を高精度に求めて全舵角範囲内での操舵角度を算出する。１回転内の回転角度を検出する回転角センサは、簡素な構成で高精度の検出が可能であり、回転軸が何回転目の領域にあるかの判定に用いる揺動角センサは、高い検出精度は要求されないため、簡素な構成により全舵角範囲に亘って高精度の舵角検出が可能となる。
【００１１】
第２発明によれば、回転軸の外周面に刻設された螺旋溝に揺動アームが係合され、この係合位置が回転軸の回転に伴い軸長方向に移動するように構成されており、回転軸の回転が揺動アームに直接伝達されるため、揺動アームの揺動が確実に生じ、回転軸が何回転目の領域にあるかを正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る舵角検出装置を備える電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
【００１３】
図示の電動パワーステアリング装置はラックピニオン式の舵取機構を備える。ラックピニオン式の舵取機構は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング１０の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１と、ラックハウジング１０の中途に交叉するピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備える公知の構成を有している。
【００１４】
ラックハウジング１０の両側から外部に突出するラック軸１の両端は、各別のタイロッド１１，１１を介して操舵輪としての左右の前輪（車輪）１２，１２に連結され、またピニオンハウジング２０の一側から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール３０に連結されている。またピニオンハウジング２０の内部に延びるピニオン軸２の中途には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング１０との交叉部において、ラック軸１の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。
【００１５】
ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング３１の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング３１を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取付けてあり、コラムハウジング３１の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール３０が固設されている。
【００１６】
以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール３０が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラック歯との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１の移動により、左右の前輪１２，１２が各別のタイロッド１１，１１を介して押し引きされて舵取りがなされる。
【００１７】
ステアリング軸３を支持するコラムハウジング３１の中途には、ステアリングホイール３０の回転操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４が設けてあり、該トルクセンサ４よりも下位置に操舵補助用のモータ５が取付けてある。
【００１８】
トルクセンサ４は、軸倍角（極数の１／２）が異なる２つのレゾルバを備える公知のツインレゾルバである。ステアリング軸３は、上下の２軸に分割され、該２軸をトーションバーにより同軸上に連結して構成されており、前記２軸には、レゾルバが夫々取付けてある。トルクセンサ４は、これら２つのレゾルバにより前記２軸の回転角度を夫々検出して、トーションバーの捩れに応じて前記２軸間に生じる相対角変位を算出し、操舵トルクを算出する構成となっている。なお、これら２つのレゾルバによる検出信号は、１回転内に軸倍角と同数の波形が夫々現れる信号として得られ、この２つの信号を組み合わせることにより、前述の相対角変位が求められると共に、ステアリング軸３の１回転内の回転角度が得られる。
【００１９】
操舵補助用のモータ５は、コラムハウジング３１の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、例えば、コラムハウジング３１の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸３に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ５の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸３に伝えるように伝動構成されている。
【００２０】
このような操舵補助用のモータ５を備える電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクをトルクセンサ４により検出し、この検出トルクに基づいて駆動制御される操舵補助用のモータ５の回転力を、ステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝え、前述の如く行われる舵取りを補助する構成となっている。
【００２１】
以上のような電動パワーステアリング装置に設けられた本発明に係る舵角検出装置は、ステアリング軸３の回転角度を検出する回転角センサと、ステアリング軸３の回転に伴い揺動する揺動アーム６と、この揺動アーム６の揺動角度を検出する揺動角センサ７とを備えている。
【００２２】
回転角センサは、ステアリング軸３の回転角度を１回転の範囲内にて検出可能なセンサである。前述したようにトルクセンサ４としてツインレゾルバを採用した場合、トルクセンサ４の出力信号からステアリング軸３の１回転内の回転角度が得られるから、この実施の形態においては、トルクセンサ４が回転角センサを兼ねることができる。
【００２３】
揺動アーム６及び揺動角センサ７は、トルクセンサ４よりも上位置に設けられている。図２は、揺動アーム６及び揺動角センサ７の配設部位周辺を略示する断面図である。この図２に示すように、ステアリング軸３の外周面には、半円形の溝形状を有する螺旋溝３ａが一定ピッチを有して刻設されている。
【００２４】
コラムハウジング３１の中途には、螺旋溝３ａの形成域を臨む周壁の一箇所を外向きにアーチ形に張り出すように揺動角センサ７の取付け部３２が設けてある。取付け部３２は、コラムハウジング３１の軸長方向と略直交する開口により外部に連通させてある。
【００２５】
揺動角センサ７は、例えば、両端に一定の電圧が付加された抵抗素子と、該抵抗素子に沿って接触しつつ回転する摺動片とを円筒形のハウジングの内部に備える公知の回転型ポテンショメータである。以下、回転型ポテンショメータを例に説明する。揺動角センサ７は、入力軸７０を備え、入力軸７０は前記円筒形のハウジングの内側へ延びる一側を前記摺動片に固定され、他側はハウジングの外側に突出させてある。摺動片の回転に比例して、抵抗素子の一端と摺動片との間の電気抵抗が変化することを利用して、両者間の電圧を検出することにより入力軸７０の回転角度を求めるよう構成されている。
【００２６】
図１に示すように揺動角センサ７は、取付け部３２の開口を縁取る座面に取付けてあり、この取付けによりコラムハウジング３１の内側に突出する入力軸７０の先端には、平板状をなす揺動アーム６の基部が固定されている。揺動アーム６の先端は、コラムハウジング３１の内部に向けて延びており、この先端に突設された係合部６０が螺旋溝３ａに係合させてある。
【００２７】
このような構成において、ステアリング軸３が回転すると、係合部６０の係合位置は軸長方向に移動し、この移動により係合部６０が設けられた揺動アーム６は、図２中に二点鎖線により示すように揺動角センサ７の入力軸７０を中心に螺旋溝３ａの形成域の略全長に亘って揺動する。揺動角センサ７は、この揺動角度に応じた電圧を検出する。
【００２８】
揺動角センサ７による検出結果は、図１に示すように算出部８へ与えられている。算出部８には、前述した回転角センサによる検出結果も与えられており、算出部８は、後述するように、これらの検出結果に基づいて全舵角範囲に亘るステアリング軸３の回転角度を求め、車両の舵角を算出する。
【００２９】
このような舵角検出装置が設けられた電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイール３０の右方向又は左方向の回転操作に応じて、ステアリング軸３が同方向に回転し、この回転がラック軸１の軸長方向の移動に変換されて、前述したように左右の前輪１２，１２がステアリングホイール３０の操作方向と同方向に舵取りされる。このとき回転角センサは、ステアリング軸３の回転角度に比例して増減し、１回転毎に０になる波形の信号を出力する。また同時に、ステアリング軸３に係合部６０にて係合している揺動アーム６が上方又は下方に揺動する。この揺動アーム６の揺動に応じて揺動角センサ７の抵抗素子の電気抵抗が変化するため、揺動角センサ７は、ステアリング軸３の回転角度に応じて増減する信号を出力する。
【００３０】
図３は、このような舵取りがなされる間のステアリング軸３の回転角度と回転角センサ及び揺動角センサ７の出力値との関係図である。図３（ａ）の横軸はステアリング軸３の回転角度を、縦軸は回転角センサの出力値を夫々示しており、横軸の最小値は、車両の左の最大舵角に対応するステアリング軸３の左の最大回転角度である−７２０°を、横軸の最大値は、車両の右の最大舵角に対応するステアリング軸３の右の最大回転角度である＋７２０°を夫々示している。なお、横軸の最大値、最小値は、±７２０°に限定されるものではなく、車両の最大舵角に対応した値であればよく、例えば、±７８０°又は±９００°であってもよい。図３（ａ）に示すように、回転角センサは、全舵角範囲内で１回転（３６０°）毎に０になる波形が４つ現れる信号を出力する。図３（ａ）では、鋸歯形信号を示しているが、この信号波形はセンサの原信号波形を演算することで得られ、鋸歯形に限定されるわけではない。センサの原信号波形は、センサの種類により異なり、例えば、ｓｉｎカーブ又は単調な勾配の波形となる。図３（ａ）に示すように、例えば、回転角センサの出力値としてＶ1 が与えられた場合、ステアリング軸３の回転角度は、θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 の４通りある。
【００３１】
図３（ｂ）の横軸は、図３（ａ）と同様にステアリング軸３の回転角度を、縦軸は揺動角センサ７の出力値を夫々示している。揺動アーム６の揺動は、ステアリング軸３に設けた螺旋溝３ａへの係合部６０の係合位置の移動により生じるから、揺動アーム６の揺動角度を示す揺動角センサ７の出力は、全舵角範囲に亘って比例的に増減する信号となる。例えば、揺動角センサ７の出力値としてＶ2 が与えられた場合、図に示すようにステアリング軸３の回転角度は、全舵角範囲中の一点となる。全舵角範囲に亘るステアリング軸３の回転角度を、舵角中点を基準位置として、左右の１回転目、２回転目に夫々対応する４つの領域に区分した場合、得られたステアリング軸３の回転角度は、図に示すように右方向の１回転目の領域にあることがわかる。この結果と回転角センサによるステアリング軸３の回転角度とを用いると、ステアリング軸３の回転角度は、θ3 の１通りとなり、全舵角範囲に亘るステアリング軸３の回転角度を判定することができる。この結果、予め算出部８に記憶させておいた全舵角範囲に亘るステアリング軸３の回転角度と舵角との対応関係のデータにより、車両の舵角を求めることができる。なおステアリング軸３の中立位置は、舵角中点と一致するように設定されている。
【００３２】
なお揺動角センサ７の出力値が各領域の境界近傍の場合には、領域の判定の段階で回転角センサの出力値と揺動角センサ７の出力値とを用いることにより、ステアリング軸３が何回転目の領域にあるかを的確に判定できる。もちろん領域の判定の段階において常に回転角センサの出力値と揺動角センサ７の出力値とを用いて、ステアリング軸３が何回転目の領域にあるかを判定するようにしてもよい。
【００３３】
以上のように本発明に係る舵角検出装置においては、ステアリングホイール３０の操作に応じて複数回転するステアリング軸３に先端部を係合させ、ステアリング軸３の回転に伴う係合位置の移動に応じて基部に設けた軸の回りに揺動する揺動アーム６の揺動角度を揺動角センサ７により検出し、この揺動角センサ７の検出結果により全舵角範囲中の大まかな領域、具体的には、回転軸が中立位置から左右の何回転目の領域にあるかを判定する一方、ステアリング軸３の１回転内の回転角度を回転角センサにより検出し、該回転角センサの検出結果により判定された領域内での回転角度を高精度に求めて全舵角範囲内での舵角を算出する。１回転内の回転角度を検出する回転角センサは、簡素な構成で高精度の検出が可能であり、回転軸が何回転目の領域にあるかの判定に用いる揺動角センサ７は、高い検出精度は要求されないため、簡素な構成により全舵角範囲に亘って高精度の舵角検出が可能となる。
【００３４】
そして揺動アーム６は、ステアリング軸３の外周面に刻設された螺旋溝３ａに係合され、ステアリング軸３の回転に伴う係合位置の移動に応じて揺動するように構成されており、ステアリング軸３の回転が揺動アーム６に直接伝達されるため、揺動アーム６の揺動が確実に生じ、この揺動角度を検出する揺動角センサ７の出力に基づいてステアリング軸３が何回転目の領域にあるかを正確に判定することができる。
【００３５】
なお以上の実施の形態では、トルクセンサ４よりも上位置に揺動アーム６及び揺動角センサ７を設けているが、揺動アーム６及び揺動角センサ７は、ステアリングホイール３０の操作に応じて複数回転する回転軸の適宜部位に配設することができる。例えば、ステアリング軸３を下方に延出し、この延出部に揺動アーム６及び揺動角センサ７を設けてもよいし、ピニオン軸２又はピニオン軸２を下方に延出した延出部に揺動アーム６及び揺動角センサ７を設けてもよい。
【００３６】
更に本実施の形態では、トルクセンサ４が回転角センサを兼ねているが、トルクセンサ４とは別に回転角センサを設けてもよい。
【００３７】
図４は、他の実施の形態における揺動アーム６及び揺動角センサ７の配設部位周辺を略示する断面図である。図４に示すように、夫々異なる方向のばね力を加えるように、揺動アーム６と揺動角センサ７のハウジングとの間に夫々つる巻ばね６１，６２が介装されている。揺動アーム６は、これらのつる巻ばね６１，６２により図において実線で示している中立位置の方向に付勢されている。このためステアリング軸３の回転に伴い、揺動アーム６の係合部６０の係合位置が中立位置より上方又は下方に移動すると、揺動アーム６に下方向又は上方向へのばね力が作用する。その他の構成は、図２に示す実施の形態と同様であるため、対応する構成部材に図２と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。
【００３８】
この実施の形態においては、例えば組み付け途中において、係合部６０の係合位置が上方又は下方に移動して螺旋溝３ａの形成域を外れた場合、前述のように、つる巻ばね６１，６２のばね力が中立位置の方向に作用するため、係合部６０が螺旋溝３ａに係合可能な位置に復帰することができる。
【００３９】
なお前述の実施の形態では、コラムハウジング３１の外側にモータ５を取付け、ステアリング軸３に伝動構成してなるコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置への適用例について述べたが、本発明に係る舵角検出装置は、ラックハウジング１０にモータを取付け、ラック軸１に伝動構成してなるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。さらに本発明に係る舵角検出装置は、ステアリングホイールと機械的に分離された舵取機構に付設された操舵用モータを駆動することにより舵取りを行わせるステアバイワイヤ式のステアリング装置にも適用可能であり、また運転者によりステアリングホイールに加えられる操舵トルクのみによって操舵を行わせるマニュアル式のステアリング装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る舵角検出装置を備える電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
【図２】揺動アーム及び揺動角センサの配設部位周辺を略示する断面図である。
【図３】ステアリング軸の回転角度と回転角センサ及び揺動角センサの出力値との関係図である。
【図４】他の実施の形態における揺動アーム及び揺動角センサの配設部位周辺を略示する断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
３  ステアリング軸（回転軸）、３ａ  螺旋溝、４  トルクセンサ（回転角センサ）、６  揺動アーム、６０  係合部、７  揺動角センサ、８  算出部（算出手段）、１２  前輪（車輪）、３０  ステアリングホイール（操舵部材）
【図１】
2007261508.tif 000003
【図２】
2007261508.tif 000004
【図３】
2007261508.tif 000005
【図４】
2007261508.tif 000006