(57)【要約】【課題】簡単な構成でメインギヤと検出ギヤ間のバックラッシによる検出誤差を補正し、精度の高い回転角度を検出できる回転角度検出装置および電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】回転検出手段から出力される検出信号に基づいてステアリングシャフトの回転角度を演算するともに、ステアリングシャフトの回転角速度が所定値以上である場合に、操舵トルク検出手段により検出される操舵トルクに基づいて演算されるトーションバーの捩れ角と、ステアリングシャフトの回転角度との差分から、メインギヤと検出ギヤ間のバックラッシによる誤差を補正するためのバックラッシ補正値を演算する回転角度演算手段と、バックラッシ補正値に基づいてステアリングシャフトの回転角度を補正する回転角度補正手段とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーの両端に連結された回転体の入力軸と出力軸の間に作用する回転トルクを検出するトルク検出手段と、
前記回転体に連動して回転するメインギヤと、
前記メインギヤに連動して回転する検出ギヤと、
前記検出ギヤの回転を検出信号として検出する回転検出手段と、を備えた回転角度検出装置において、
前記回転検出手段から出力される検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を演算するともに、
前記回転体の回転角速度が所定値以上である場合に、前記トルク検出手段により検出される回転トルクに基づいて演算される前記トーションバーの捩れ角と、前記回転体の回転角度との差分から、前記メインギヤと前記検出ギヤ間のバックラッシによる誤差を補正するためのバックラッシ補正値を演算する回転角度演算手段と、
前記バックラッシ補正値に基づいて前記回転体の回転角度を補正する回転角度補正手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転角度検出装置を備えてなる電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出装置および電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステアリングシャフトの回転角度を検出する方式として、ステアリングシャフトに係合され連動して回転するメインギヤと、このメインギヤと噛合し連動して回転する検出ギヤとで構成され、回転角度検出装置に固定された磁気式角度センサと回転する検出ギヤに搭載した磁石を使用した一体形構造による方式が知られている。
【０００３】
しかしながら、メインギヤと検出ギヤの噛合した歯の間には、歯と歯を噛合させるためのわずかな隙間、いわゆるバックラッシが形成されている。このため、右切り左切りの操舵を繰り返した場合、メインギヤと検出ギヤ間のバックラッシにより回転角度の検出誤差が大きくなり、角度精度が悪化する。このようなバックラッシにより生じる回転角度の検出誤差を低下させるために、反転時のメインギヤと検出ギヤ間のバックラッシによる回転遅れを補正するための補正値を測定し、この補正値に基づいて検出誤差の補正を行っている。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３２６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなメインギヤと検出ギヤ間のバックラッシ量の測定は、組付け時や出荷検査時の限られたときにのみ実施される。そして、その時の測定値を補正値として記憶するため、経年変化によるギヤの磨耗や温度特性によりバックラッシが変化すると、補正後の回転角度の出力が変動する場合がある。
このため、電動パワーステアリング装置において、回転角度をより正確に検出できる回転角度検出装置を得ることが課題となっている。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ギヤの磨耗、温度特性の変化があってもバックラッシの補正をリアルタイムに実現でき、ステアリングシャフトの回転角度を精度よく検出できる回転角度検出装置および電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トーションバーの両端に連結された回転体の入力軸と出力軸の間に作用する回転トルクを検出するトルク検出手段と、前記回転体に連動して回転するメインギヤと、前記メインギヤに連動して回転する検出ギヤと、前記検出ギヤの回転を検出信号として検出する回転検出手段と、を備えた回転角度検出装置において、前記回転検出手段から出力される検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を演算するともに、前記回転体の回転角速度が所定値以上である場合に、前記トルク検出手段により検出される回転トルクに基づいて演算される前記トーションバーの捩れ角と、前記回転体の回転角度との差分から、前記メインギヤと前記検出ギヤ間のバックラッシによる誤差を補正するためのバックラッシ補正値を演算する回転角度演算手段と、前記バックラッシ補正値に基づいて前記回転体の回転角度を補正する回転角度補正手段と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、被検知体である回転体の回転と連動してメインギヤが回転する。メインギヤの回転は、これと噛合する検出ギヤに伝達される。回転検出手段は、検出ギヤに設けられた被検出部材とこれに対向する検出部材とにより検出ギヤの回転を検出し、検出信号が回転角度演算手段へ出力される。一方、回転体が一方向の回転から他方向へ反転されたとき、メインギヤと検出ギヤとの間のバックラッシによる回転遅れが生じる。回転角度演算手段は、検出ギヤの回転検出信号に基づき回転体の回転角度を演算するとともに、回転体が回転中と判断された場合に、トルク検出手段により検出された回転トルクから演算されるトーションバーの捩れ角と、検出ギヤの回転検出信号から演算された回転体の回転角度との差分から、メインギヤと検出ギヤ間のバックラッシを補正するバックラッシ補正値を演算により取得する。回転角度補正手段は、演算された回転体の回転角度を、このバックラッシ補正値を使用して補正し、回転体の回転角度を高精度に検出できる。
【０００９】
さらに、上記構成によれば、回転角度演算手段は、回転体の回転角速度が所定値以上であれば任意に検出ギヤのバックラッシ補正値を取得することができる。その結果、ギヤの磨耗、温度特性の変化があってもバックラッシの補正をリアルタイムに実現でき、回転体の回転角度を精度よく検出できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、電動パワーステアリング装置において、請求項１に記載の回転角度検出装置を備えてなることをその要旨とする。
請求項１に記載の回転角度検出装置によれば、その検出回転角の精度向上が図られるので、車両の操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング装置にできる。
【発明の効果】
【００１１】
簡単な構成でメインギヤと検出ギヤ間のバックラッシによる検出誤差を補正し、精度の高い回転角度を検出できる回転角度検出装置および電動パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電動パワーステアリング装置の概念図。
【図２】(a)は本実態の形態に係る回転角度検出装置の概略構成を説明する平面図、(b)は図２(a)のＢ−Ｂ断面図。
【図３】図２の矢印Ａ方向から見た側面図。
【図４】バックラッシ補正値取得の処理手順を示すフローチャート図。
【図５】バックラッシ補正の処理手順を示すフローチャート図。
【図６】バックラッシ補正値取得およびバックラッシ補正方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明の一実施形態をコラム型の電動パワーステアリング装置に具体化した概念図である。
【００１４】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、車両１１０に備えた１対の転舵輪１０１，１０１の間に差し渡された転舵輪間シャフト１０２と、その転舵輪間シャフト１０２の外側を覆ったシャフトケース１０３とを備えている。
【００１５】
転舵輪間シャフト１０２の両端は、タイロッド１０２Ｔ，１０２Ｔを介して各転舵輪１０１，１０１に連結され、シャフトケース１０３は、車両１１０の本体に固定されている。また、転舵輪間シャフト１０２の中間部分にはラック（図示せず）が形成され、シャフトケース１０３の中間部を側方から貫通したピニオン（図示せず）がこのラックに噛合している。
【００１６】
ピニオンの上端部にはインターミディエートシャフト１０５（以下、インタミシャフトという）が連結され、そのインタミシャフト１０５の上端部にはステアリングシャフト１０６が連結され、さらにそのステアリングシャフト１０６の上端部にはステアリングホイール１０７が連結されている。そして、インタミシャフト１０５とステアリングシャフト１０６との連結部分に、減速機構１０８を介してモータ１０９が連結されている。
【００１７】
また、トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１１２は、ステアリングホイール１０７の操作によってステアリングシャフト１０６に加えられる操舵トルクτを検出する。そして、トルクセンサ１１２に搭載（アドオン）された回転角度検出装置１１１が、ステアリングシャフト１０６に取り付けられ、ステアリングホイール１０７の操舵角θを検出する。さらに、転舵輪１０１の近傍には、転舵輪１０１の回転に基づいて車速Ｖを検出するための車速センサ１１３が設けられている。
【００１８】
そして、操舵制御装置（以下、ＥＣＵという）１１４が、回転角度検出装置１１１及び車速センサ１１３の検出信号の車速Ｖに基づいた運転状況に応じてモータ１０９を駆動し、これにより運転者によるステアリングホイール１０７の操作をモータ１０９で補助して転舵輪１０１，１０１を転舵することができる。
【００１９】
次に、図２(a)は本発明の実施形態に係る回転角度検出装置の平面図、図２(b)は図２(a)のＢ−Ｂ断面図、図３は図２の矢印Ａ方向から見た側面図である。
【００２０】
図２(a)，(b)に示すように、メインギヤ１は外周に平歯車が形成された絶縁樹脂製の回転体で、中央部に挿通されるステアリングシャフト１０６に圧入されたトルクセンサ１１２の磁気ヨーク１１５の外周に嵌合される。そして、ステアリングシャフト１０６の回転角度を検出する検出ギヤ２の検出体がある。
【００２１】
また、検出ギヤ２は絶縁樹脂製のケースに回転可能に支持された絶縁樹脂製の検出体で、この外周の平歯車がメインギヤ１の平歯車に噛合するとともに、この検出ギヤ２の中央には、被検出部材である磁石１５がインサート成形等により装着されている。
【００２２】
そして、検出ギヤ２の上部空間にほぼ平行に配置された回路基板１２に検出ギヤ２の磁石１５との対向面には検出部材であるホールＩＣ（磁界検出素子）等の磁気式角度センサ１６が装着されている。
【００２３】
このように形成された、磁石１５とこれに対向した磁気式角度センサ１６は、磁石１５が装着された検出ギヤ２と、磁気式角度センサ１６が装着された上記回路基板１２とともに回転角度検出装置１１１の図示しないケースに配置される。
【００２４】
以上の構成において、ステアリングホイール１０７を操舵すると、ステアリングシャフト１０６の回転に連動してメインギヤ１が回転し、このメインギヤ１の外周の平歯車に検出ギヤ２の平歯車が噛合して連動して回転する。
【００２５】
そして、検出ギヤ２の中央に装着された磁石１５も回転し、この磁石１５の磁界方向の変化を磁気式角度センサ１６が検出して、検出信号としてＰＷＭ信号がマイコン（以下、ＣＰＵという）等の電子部品で形成される制御回路（回転角度演算手段および回転角度補正手段）１３へ出力され、メインギヤ１の回転角度信号に変換される。
【００２６】
図３において、ステアリングシャフト１０６は、入力軸５、出力軸６および入力軸５と出力軸６の間に設けられたトーションバー７から構成される。メインギヤ１はトルクセンサ１１２の磁気ヨーク１１５に嵌合して連結された多回転可能な歯車を持つ回転体である。トーションバー７は入力軸５と出力軸６の間の同心軸上に配置されている。検出ギヤ２はメインギヤ１の歯車に係合するように設けられた回転体であり、その中央部には検出回路１４（図２(a)参照）が配置されている。検出ギヤ２の上部空間に設けられた回路基板１２上に制御回路１３（図２(b)参照）が配置されている。
【００２７】
メインギヤ１の歯車と検出ギヤ２の歯車は連結されており、検出ギヤ２はメインギヤ１が回転するとそれぞれの歯車の歯数の比による速度で回転する。
【００２８】
次に、本発明のメインギヤ１の回転角度検出方法の実施形態について、図に基づいて具体的に説明する。
まず、本実施形態の制御回路１３によるバックラッシ補正値取得とバックラッシ補正演算の処理手順について説明する。
本実施形態おいて、制御回路１３は、図４のフローチャートに示すステップ４０１〜ステップ４１２および図５のフローチャートに示すステップ５０１〜ステップ５０６の各処理を実行する。
【００２９】
図４に示すように、制御回路１３内のＣＰＵ（図示せず）はトルクセンサ１１２により検出された操舵トルクτ、すなわち検出トルクのトルク値を取得する。さらに、検出ギヤ２の回転角度を検出する磁気式角度センサ１６からの出力信号に基づいて、メインギヤ１の回転角度（検出舵角）を演算する（ステップＳ４０１）。
【００３０】
続いて、ＣＰＵは検出トルクから検出トルク微分値を、検出舵角から操舵角速度をそれぞれ微分演算により算出する（ステップＳ４０２）。
【００３１】
次に、検出トルク微分値が所定値以上か否か（ステップＳ４０３）、また操舵角速度が所定値以上か否か（ステップＳ４０４）を判定する。検出トルク微分値が所定値以上（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、かつ操舵角速度が所定値以上（ステップＳ４０４：ＹＥＳ）の場合、ガタ、すなわちバックラッシがない状態でステアリングホイール１０７を操舵している（以下、ハンドル操舵という）と判断し、バックラッシ補正値の取得およびバックラッシ補正処理を実行する。検出トルク微分値が所定値より小さい（ステップＳ４０３：ＮＯ）か、または操舵角速度が所定値より小さい（ステップＳ４０４：ＮＯ）の場合、処理を終了しフローを抜ける。
【００３２】
まず、ＣＰＵは検出トルク微分値が正負いずれの値かによって右方向のハンドル操舵か左方向のハンドル操舵かを判定する（ステップＳ４０５）。右方向操舵の場合（例えばトルク微分値が負、ステップＳ４０５：ＹＥＳ）、検出トルクが所定値以上になった時の検出トルクとトーションバー７のばね定数からトーションバー７の捩れ角を演算する。この捩れ角と検出舵角との差分が片側の、すなわち、右方向操舵時のバックラッシとなる（ステップＳ４０６、後述図６Ｂ参照）。続いて、右方向操舵時のバックラッシ取得完了フラグをセットし（ステップＳ４０７）、ステップＳ４１０へ移行する。
【００３３】
また、左方向操舵の場合（例えばトルク微分値が正、ステップＳ４０５：ＮＯ）、検出トルクが所定値以上になった時の検出トルクとトーションバー７のばね定数からトーションバー７の捩れ角を演算する。この捩れ角と検出舵角との差分が片側の、すなわち、左方向操舵時のバックラッシとなる（ステップＳ４０８、後述図６Ａ参照）。続いて、左方向操舵時のバックラッシ取得完了フラグをセットし（ステップＳ４０９）、ステップＳ４１０へ移行する。
【００３４】
ここで、ＣＰＵは左右両方向操舵時のバックラッシ取得が完了したか否かを判定し（ステップＳ４１０）、左右両方向操舵時のバックラッシ取得が完了した場合（ステップＳ４１０：ＹＥＳ）、トータルのバックラッシ補正値を演算する（ステップＳ４１１）。
バックラッシ補正値＝±（（左方向操舵時バックラッシ−右方向操舵時バックラッシ）／２）
また、左右両方向操舵時のバックラッシ取得が完了していない場合は、処理を終了しフローを抜ける。
【００３５】
続いて、ＣＰＵはバックラッシ補正値取得完了フラグをセットし、演算処理を終了する（ステップＳ４１２）。
【００３６】
次に、バックラッシ補正の演算処理について説明する。
図５に示すように、制御回路１３内のＣＰＵはステアリングシャフト１０７の操舵角、すなわちメインギヤ１の回転角度（検出舵角）を取得し（ステップＳ５０１）、続いて操舵角速度を演算する（ステップＳ５０２）。
【００３７】
次に、ＣＰＵはハンドル操舵中か否かを判定し（ステップＳ５０３）、操舵停止状態の場合（ステップＳ５０３：ＮＯ）、バックラッシ補正値を０に設定し、処理を終了しフローを抜ける。ハンドル操舵中の場合（ステップＳ５０３：ＹＥＳ）、ＣＰＵは検出トルク微分値が正負いずれの値かによって右方向のハンドル操舵か左方向のハンドル操舵かを判定する（ステップＳ５０４）。右方向操舵の場合（例えばトルク微分値が負値、ステップＳ５０４：ＹＥＳ）、操舵角速度の正負値に合わせて、検出舵角に上記バックラッシ補正値取得処理（図４参照）で取得したバックラッシ補正値を加減算して右方向操舵時のバックラッシ補正を実行する（ステップＳ５０５、操舵角速度の符号が正の場合は加算、負の場合は減算）。
【００３８】
また、左方向操舵の判定の場合（例えばトルク微分値が正値、ステップＳ５０４：ＮＯ）、同様に操舵角速度の正負値に合わせて、検出舵角にバックラッシ補正値（図４参照）を加減算して左方向操舵時のバックラッシ補正を実行する（ステップＳ５０６、操舵角速度の符号が正の場合は加算、負の場合は減算）。
【００３９】
以上のハンドル操舵状態におけるバックラッシ補正値取得およびバックラッシ補正の演算処理の実施例を図６に示す。
図６はメインギヤ１の検出トルク、検出角度およびＣＰＵの演算により求められたトルク微分値、操舵角速度を示す図であり、図６の横軸は時間を示しており、縦軸はそれぞれトルク、角度、トルク微分値、および角速度を示している。検出トルクはトルクセンサ１１２により検出される操舵トルクを表わし、トーションバー７のばね定数を使用してトーションバー７の捩れ角との差分からバックラッシ補正値が演算される。検出舵角はバックラッシによる誤差を含む操舵角を表わし、この検出角度から操舵時にメインギヤ１と検出ギヤ２間のバックラッシの有無を判断する操舵角速度が演算される。また、検出トルクから演算された検出トルク微分値によりステアリングホイール１０７の操舵状態および操舵方向が検出される。補正後舵角は実際にバックラッシ補正を実行し、検出舵角にバックラッシ補正値を加減算した後の舵角を表わしている。ここで、ハンドル操舵停止時（検出角速度＝０）の舵角は、図示しないバックラッシのない理想的なハンドル舵角に対しバックラッシ補正値分だけ小さい値となっている。なお、左方向操舵のとき、操舵角速度およびトルク微分値が正の値に、右方向操舵のとき、操舵角速度およびトルク微分値が負の値となるよう設定されている。
【００４０】
本実施例では、具体的には検出トルク微分値が５０［Ｎｍ／ｓ］以上、かつ操舵角速度が５０［ｄｅｇ／ｓ］以上のとき、検出トルクが５［Ｎｍ］を超えた時の検出舵角を記憶する（図６Ａ）。図６において検出トルクが５［Ｎｍ］を超えた直後の検出トルク値は５．１０３［Ｎｍ］、検出舵角は１．７［ｄｅｇ］となっている。これらの数値とトーションバー７のばね定数を使用してバックラッシを演算する。（トーションバー７のばね定数：１．８９［Ｎｍ／ｄｅｇ］）
左方向操舵時のバックラッシ＝５．１０３［Ｎｍ］／１．８９［Ｎｍ／ｄｅｇ］−１．７［ｄｅｇ］＝１［ｄｅｇ］
【００４１】
続いて、ステアリングホイール１０７を右方向に操舵している時のバックラッシを同様に演算する（図６Ｂ）。
右方向操舵時のバックラッシ＝−１［ｄｅｇ］
この結果、バックラッシは、２［ｄｅｇ］となり（＝１［ｄｅｇ］−（−１［ｄｅｇ］））、バックラッシ補正値として、±１［ｄｅｇ］（＝±２［ｄｅｇ］／２）が演算される。
実際の補正は、操舵角速度の符号に合わせて、検出舵角に上記バックラッシ補正値１［ｄｅｇ］を加減算し実行される。
【００４２】
次に、上記のように構成された本実施形態の電動パワーステアリング装置１００に適用されるトルクセンサ１１２および回転角度検出装置１１１の作用および効果について説明する。
上述のように、トルクセンサ１１２により検出される検出トルクとトーションバー７のばね定数から求めたトーションバー７の捩れ角と、検出ギヤ２から検出した検出舵角との差分からバックラッシ補正値を求め、検出舵角とこのバックラッシ補正値を加減算することによりメインギヤ１と検出ギヤ２間のバックラッシによる回転角度の検出誤差の補正を実行する。本発明の実施形態によれば、トルクセンサ１１２および回転角度検出装置１１１を使用し、車両が走行中であってもハンドル操舵中であればバックラッシ補正値の取得ができる。また、ギヤの磨耗や温度特性の変化が発生してもリアルタイムでのバックラッシ補正が実現できるため、補正後のステアリングシャフト１０６の回転角度の出力が常時一定となり高精度な回転角度を得ることができる。そして、本実施形態のように、特に車両のステアリングホイール１０７により操舵方向を繰り返し切り替えるような操舵をする場合、ステアリングホイール１０７の高精度な回転角度検出が可能となる。
【００４３】
さらに、本発明の回転角度検出装置は、簡単な構成で回転角度検出を行うことができるとともに、搭載スペース及びコストの低減ができるため、車両のパワーステアリング等で使用される回転角度検出への適用に有用である。
【００４４】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・本発明の実施形態では、回転角度演算手段および回転角度補正手段を回転角度検出装置内に設けたが、外部の例えば電動パワーステアリング装置のＥＣＵに設けてもよい。
また、本実施形態によれば、回転角度検出装置をトルクセンサに搭載（アドオン）したが、回転角度検出装置とトルクセンサを一体形構造とし、小型化することも可能である。
・本発明の実施形態では、１つのメインギヤに対し１つの検出ギヤで構成したが、メインギヤに噛合する２つ以上の検出ギヤで構成されてもよい。
さらに、メインギヤに第１の検出ギヤを噛合させるとともに、この第１の検出ギヤに第２の検出ギヤを噛合させる構成としても本発明の実施は可能である。
・本発明は、電動パワーステアリング装置に用いた例を説明したが、上述した実施形態に限定されるものではなく、同一軸上にトルクセンサと回転角度検出装置を配置する構成において種々適用が可能である
また、本発明は、上述したコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置だけでなく、ピニオンアシスト型やラックアシスト型の電動パワーステアリング装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１：メインギヤ、２：検出ギヤ、５：入力軸、６：出力軸、７：トーションバー、
１２：回路基板、１３：制御回路（回転角度演算手段および回転角度補正手段）、
１４：検出回路（回転検出手段）、１５：磁石、１６：磁気式角度センサ、
１００：電動パワーステアリング装置、１０５：インタミシャフト、
１０６：ステアリングシャフト、１０７：ステアリングホイール（ハンドル）、
１０８：減速機構、１０９：モータ、１１０：車両、１１１：回転角度検出装置、
１１２：トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、１１３：車速センサ、
１１４：操舵制御装置（ＥＣＵ）、１１５：トルクセンサ磁気ヨーク、
θ：操舵角、τ：操舵トルク、Ｖ：車速
【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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【図６】
2012194167.tif 000008