JPH0995247A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワーステアリング制御に用いられる磁歪式
トルクセンサを小型化して、設計の自由度を向上させる
ことを目的とする。 【解決手段】 パワーステアリング制御部８の極めて近
くに磁歪式トルクセンサ１２が存在しているので検出用
コイル４０からの微弱な信号でも信号ライン４４を介し
てノイズに影響されずにパワーステアリング制御部８に
検出信号を伝達させることができる。このため磁歪式ト
ルクセンサ１２は検出用コイル４０および励磁用コイル
４１のみで、他の構成はパワーステアリング制御部８内
に配置するか、あるいはパワーステアリング制御部８の
ソフトウエアロジックにて代替することができる。この
ことからステアリングシャフト１０周りにおける磁歪式
トルクセンサ１２の容積が小さくなり設計が容易とな
る。更に一部がソフトウエアロジックに置き代るので総
合的にも小さくなり、安価となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動パワーステア
リング装置に関し、特に磁歪式トルクセンサを用いてス
テアリング状態を検出する電動パワーステアリング装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車において、電動モータによ
る一般的なパワーステアリング装置は、特開平５−２５
４４４９〜２５４４５１号に示すごとく、ステアリング
ホイール直下のシャフトに電動モータを設け、ダッシュ
ボード内にパワーステアリング制御部を設けてステアリ
ングシャフトにかかる操舵時のトルクを検出し、そのト
ルク状態に応じて前記電動モータを制御して、ステアリ
ングシャフトに駆動力を伝達することにより、操舵の補
助を行っていた。

【０００３】この操舵時にステアリングシャフトに発生
するトルクを検出するトルクセンサの一つとして、磁歪
式トルクセンサが用いられている。この磁歪式トルクセ
ンサは、他のトルクセンサの代表的なものであるトーシ
ョンバーによる捻れ角を検出するトルクセンサに比較し
て、トーションバー部分が存在しないので操舵応答性を
阻害せず良好な操舵感が得られると言う利点が存在し
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、磁歪式トルク
センサは、ステアリングシャフトの歪みにより生じる透
磁率の変化を電気的に捉えており、その検出用のコイル
から出力する信号は極めて微弱である。したがって、そ
のままの微弱な信号を磁歪式トルクセンサからパワース
テアリング制御部へ、長い信号ラインを介して伝達して
いるとノイズが乗り易くなることから、その微弱な信号
を磁歪式トルクセンサの位置で増幅する必要があった。
またこれに伴って、温度等による影響が増幅されて操舵
の中立点がずれるのを防止するため、中立点の補正処理
のための機構（機械式転極スイッチ）や中立点の補正処
理のための信号処理部も磁歪式トルクセンサに設けられ
ていた。

【０００５】このため、ステアリングホイール直下のス
テアリングシャフトに、磁歪検出用コイル、励磁用コイ
ルおよび励磁制御部以外に、増幅部および中立点の補正
処理のための機構や信号処理部をも備えた磁歪式トルク
センサを配置しなくてはならないことになり、大型化し
て、設計上、配置が困難な場合があった。

【０００６】本発明は、前記磁歪式トルクセンサを小型
化して、設計の自由度を向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】請求項１
記載の発明は、ステアリングシャフトからの操舵力によ
り左右に移動することで左右輪の操舵を行うラックバー
と、このラックバーのケーシングに取り付けられたパワ
ーステアリング制御部と、このパワーステアリング制御
部に制御される駆動部とを備え、前記パワーステアリン
グ制御部が、ステアリングの状態に応じて前記駆動部を
制御して前記ラックバーを左右に移動させることによ
り、前記ステアリングシャフトによる左右輪の操舵を補
助する電動パワーステアリング装置であって、ステアリ
ングシャフトの内、前記ラックバーに操舵力を伝達する
位置の近傍に設けられて前記ステアリング状態を検出す
る磁歪式トルクセンサにおける増幅部または励磁制御部
の一部または全部を、前記パワーステアリング制御部に
設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置で
ある。

【０００８】請求項２記載の発明は、更に、前記パワー
ステアリング制御部自身が、前記磁歪式トルクセンサの
増幅部にて増幅された検出信号の処理も行うことを特徴
とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置であ
る。

【０００９】請求項３記載の発明は、前記ラックバーの
ケーシング、パワーステアリング制御部のケーシングあ
るいは磁歪式トルクセンサのケーシングが金属製であ
り、前記磁歪式トルクセンサとパワーステアリング制御
部との間の信号ラインが、その金属製ケーシング内を通
過していることを特徴とする請求項１または２記載の電
動パワーステアリング装置である。

【００１０】請求項４記載の発明は、前記パワーステア
リング制御部が、パワーステアリング制御において得ら
れたデータに基づき、前記磁歪式トルクセンサの中立点
補正を行うことを特徴とする請求項２記載の電動パワー
ステアリング装置である。

【００１１】請求項５記載の発明は、前記パワーステア
リング制御部が、前記磁歪式トルクセンサの中立点近傍
でパワーステアリング制御の不感帯を有することを特徴
とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステ
アリング装置である。

【００１２】ここで、請求項１の電動パワーステアリン
グ装置は、ステアリングシャフトの内、ラックバーに操
舵力を伝達する位置の近傍に設けられてステアリング状
態を検出する磁歪式トルクセンサにおける増幅部または
励磁制御部の一部または全部を、パワーステアリング制
御部に設けているため、磁歪式トルクセンサが大型化す
ることがなく、設計上、配置が困難となることがない。

【００１３】尚、磁歪式トルクセンサは、ステアリング
シャフトがラックバーに操舵力を伝達する位置の近傍に
設けられているため、この磁歪式トルクセンサと、ラッ
クバーのケーシングに取り付けられたパワーステアリン
グ制御部とは、距離的に極めて近い状態となる。したが
って、磁歪式トルクセンサの増幅部または励磁制御部の
一部または全部をパワーステアリング制御部に設けるこ
とにより、磁歪式トルクセンサとパワーステアリング制
御部との間に信号ラインを通すことになるが、この信号
ラインは極めて短いものとなり、ノイズが乗りにくい状
態となる。

【００１４】また、パワーステアリング制御部は、通
常、プログラムによるソフトウエアロジックにて制御処
理をしていることから、そのプログラムに、磁歪式トル
クセンサの増幅部にて増幅された検出信号から実際のト
ルクを演算するための処理やその他の処理を含ませるこ
とにより、磁歪式トルクセンサの信号処理部を省略する
ことができるので、全体のサイズを小さくでき、部品点
数が少なくなって製造コストも低減できる。

【００１５】更に、磁歪式トルクセンサがラックバーに
操舵力を伝達する位置の近傍に設けられているため、パ
ワーステアリング制御部とは、ラックバーのケーシング
内、パワーステアリング制御部自身のケーシング内ある
いは磁歪式トルクセンサのケーシング内に信号ラインを
通過させて、磁歪式トルクセンサとパワーステアリング
制御部との間を信号的に接続することができる。このこ
とにより、通常、ラックバーのケーシング、パワーステ
アリング制御部のケーシングあるいは磁歪式トルクセン
サのケーシングは金属製であるので、電磁シールドが可
能となり、一層外部のノイズが信号ラインに乗りにくく
なる。

【００１６】また、パワーステアリング制御部が、前記
磁歪式トルクセンサの増幅部にて増幅された検出信号の
処理も行う構成とすれば、パワーステアリング制御部は
パワーステアリング制御において得られたあるいは用い
られたデータも利用できるので、そのデータに基づき、
磁歪式トルクセンサの中立点補正を行うように構成して
も良い。また、パワーステアリング制御部が自身の温度
を検出していれば、パワーステアリング制御部と磁歪式
トルクセンサとは距離的に近いので、パワーステアリン
グ制御部自身の温度を磁歪式トルクセンサの温度とみな
して、中立点補正をすることもできる。

【００１７】このようにすることにより、従来のごとく
磁歪式トルクセンサに機械式転極スイッチや温度センサ
を設けて、スイッチの転極や検出された温度に応じて検
出値の中立点を求めていた場合と異なり、磁歪式トルク
センサに機械式転極スイッチや温度センサを必須としな
くても良くなる。このような機械式転極スイッチや温度
センサを磁歪式トルクセンサに設けない場合には、ステ
アリングシャフト周りにおける磁歪式トルクセンサの容
積が小さくなり、設計が容易となる。

【００１８】また、パワーステアリング制御部が、磁歪
式トルクセンサの中立点近傍で不感帯を有するパワース
テアリング制御を行っても良い。中立点近傍では、メカ
ニカルな遊びや温度等の関係から、実際には中立点であ
っても、操舵したかのごとくの信号が生じる場合が有
り、そのためにパワーステアリング制御が繁雑に実行さ
れることを防止できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、電動パワーステアリング
装置２を示す部分破断説明図である。電動パワーステア
リング装置２は、ラックバー４、モータ部６、パワース
テアリング制御部８、ステアリングシャフト１０および
磁歪式トルクセンサ１２を備えている。

【００２０】ラックバー４は、その両端部にボールジョ
イント４ａ，４ｂを形成して、部分的に示すタイロッド
１４，１６に連結している。タイロッド１４，１６は図
示しない自動車の左右輪のナックルアームに接続され
て、ラックバー４の左右への移動を左右輪の方向変化に
反映させている。

【００２１】ラックバー４は、そのケーシング１８内に
左右に摺動自在に支持されている。ケーシング１８内に
は、モータ部６のロータ２０が配置され、そのロータシ
ャフト２２は円筒形であり、内部をラックバー４が摺動
可能に貫通している。またロータ２０の外側にモータ部
６のステータ２４が配置されている。このモータ部６
は、パワーステアリング制御部８内の電流制御パワード
ライバ５４（図４）を介して、パワーステアリング制御
部８にてロータ２０の回転が制御される。

【００２２】ロータ２０と一体に回転するロータシャフ
ト２２は、図１の右端部にてボールナット２６に接続さ
れている。ボールナット２６はボール２８を介して、ラ
ックバー４の一部に形成された断面半円形の螺旋溝３０
に嵌合している。したがって、パワーステアリング制御
部８がロータ２０の正転・反転を制御すると、ロータシ
ャフト２２を介してボールナット２６が正転・反転し、
ラックバー４に左右の任意の方向に補助移動力を与える
ことができる。この結果、パワーステアリング制御を実
行することができる。

【００２３】図２の電動パワーステアリング装置２の部
分拡大説明図に示すごとく、ステアリングシャフト１０
はその入力側のセレーション部３２から図示しないステ
アリングホイールの操舵力を入力し、出力側のピニオン
部３４にて、ラックバー４の一部に形成されたラック３
６に伝達して、ラックバー４を左右に移動させる。

【００２４】セレーション部３２とピニオン部３４との
中間のステアリングシャフト１０には、ステアリングホ
イールの操舵に伴う歪みを検出する磁歪式トルクセンサ
１２が設けられている。尚、この磁歪式トルクセンサ１
２には、検出用コイル４０と励磁用コイル４１のみが磁
歪式トルクセンサ１２のケーシング１２ａ内に配置され
ている。

【００２５】磁歪式トルクセンサ１２のケーシング１２
ａは、アルミニウム合金製であり、同じくアルミニウム
合金製であるラックバー４のケーシング１８と一体に形
成されている。磁歪式トルクセンサ１２からケーシング
１８上のパワーステアリング制御部８へ至るケーシング
１２ａおよびケーシング１８には、ライン挿通孔４２が
設けられ、その内部を磁歪式トルクセンサ１２の検出用
コイル４０からの信号ライン４４およびパワーステアリ
ング制御部８からの励磁電流ライン４６が通っている。

【００２６】図３の模式図および図４のブロック図に示
すごとく、パワーステアリング制御部８は、マイクロプ
ロセッサユニット（ＭＰＵ）５２を中心に、電流制御パ
ワードライバ５４、モータ電流制御用電界効果トランジ
スタ（ＦＥＴ）５６、ＦＥＴ用温度センサ５８、給電用
システムスイッチ６０、給電用電圧センサ６２、正常動
作監視装置６４およびＲＳ２３２Ｃインターフェース
（Ｉ／Ｆ）６６を備えている。

【００２７】この、マイクロプロセッサユニット５２に
おけるパワーステアリング制御にては、磁歪式トルクセ
ンサ１２からの検出信号をトルク検出回路としての演算
処理をして操舵トルクおよび操舵方向を得、その操舵ト
ルクおよび方向に応じてモータ部６の回転の方向とトル
ク量とを電流制御パワードライバ５４に指示している。
電流制御パワードライバ５４は、マイクロプロセッサユ
ニット５２から指示された方向とトルク量とに基づい
て、モータ電流制御用電界効果トランジスタ５６を介し
てモータ部６の回転方向と出力トルクとを制御する。マ
イクロプロセッサユニット５２は、このパワーステアリ
ング制御の間、回転ポジションセンサ６８からモータ部
６の回転位置、および電流量センサ７０からモータ部６
に流れる実際の電流量を監視している。

【００２８】また、前記パワーステアリング制御では、
車速センサ７２から得られる車速に応じて、磁歪式トル
クセンサ１２の信号から得られる操舵トルクおよび方向
に基づく、モータ部６の回転の方向とトルク量との出力
パターンを種々調整し、例えば、低速や据え切り時に
は、ステアリングホイール７４がより軽く操舵できるよ
うに、中・高速時には手応えがある操舵フィーリングと
なるように制御している。

【００２９】尚、ＦＥＴ用温度センサ５８によりモータ
電流制御用電界効果トランジスタ５６が過熱していると
判断した場合、あるいは給電用電圧センサ６２によりバ
ッテリＢの給電が十分でなくなったと判断した場合に
は、マイクロプロセッサユニット５２はパワーステアリ
ング制御を停止し、給電用システムスイッチ６０をオフ
して電流制御パワードライバ５４への給電を停止する。
また、正常動作監視装置６４にてマイクロプロセッサユ
ニット５２自身が異常であると判断した場合には、正常
動作監視装置６４は給電用システムスイッチ６０をオフ
して電流制御パワードライバ５４への給電を停止する。
ＲＳ２３２Ｃインターフェース６６は他の制御装置等と
の通信処理のために設けられている。尚、磁歪式トルク
センサ１２の励磁用コイル４１へは、パワーステアリン
グ制御部８内に配置された図示しない励磁制御部によ
り、励磁電流ライン４６を介して励磁電流が供給されて
いる。

【００３０】前述したごとく、マイクロプロセッサユニ
ット５２にては、磁歪式トルクセンサ１２の検出用コイ
ル４０からの検出信号の増幅部も内蔵しており、検出用
コイル４０からの検出信号を増幅してデジタル値に変換
し、トルク検出回路としての演算処理をして操舵トルク
および操舵方向を得ている。マイクロプロセッサユニッ
ト５２は、図３，４に示したごとく、パワーステアリン
グ制御のために、車速やモータ部６の回転位置、あるい
はＲＳ２３２Ｃインターフェース６６を介して他の制御
装置からのデータを得ている。また、ＦＥＴ用温度セン
サ５８からパワーステアリング制御部８の一部であるモ
ータ電流制御用電界効果トランジスタ５６の温度データ
も得ている。このため、これらのデータに基づいて磁歪
式トルクセンサ１２からの検出信号の中立点を決定する
ことができる。

【００３１】従来のごとくケーシング１２ａ内に検出用
コイル４０および励磁用コイル４１以外にトルク検出回
路や温度センサあるいは機械式転極スイッチを設けて、
そのトルク検出回路にて検出信号を増幅し、更に機械式
転極スイッチの転極や温度センサにて検出された温度に
応じて検出値の中立点を求めていた場合と異なり、ケー
シング１２ａ内は検出用コイル４０および励磁用コイル
４１のみで良い。このことから、検出用コイル４０およ
び励磁用コイル４１以外を磁歪式トルクセンサ１２のケ
ーシング１２ａ内に配置する必要が無くなり、ステアリ
ングシャフト１０周りにおける磁歪式トルクセンサ１２
の容積が小さくなり、設計が容易となる。更に、磁歪式
トルクセンサ１２は、内部に電子回路がなくなるので、
ケーシング１２ａ自体は従来よりも安価なもので良くな
る。

【００３２】本電動パワーステアリング装置２は、磁歪
式トルクセンサ１２が、ラックバー４の一部に形成され
たラック３６に接触して操舵操作を伝達するピニオン部
３４の近傍に設けられている。このため、ラックバー４
のケーシング１８に設けられているパワーステアリング
制御部８に非常に近い位置に磁歪式トルクセンサ１２が
存在することになる。

【００３３】したがって、検出用コイル４０からの微弱
な信号でも、信号ライン４４を介して、ノイズがほとん
ど乗ること無く、パワーステアリング制御部８に検出信
号を伝達させることができる。また特に、本電動パワー
ステアリング装置２では、検出用コイル４０の微弱な信
号を伝達する信号ライン４４を、アルミニウム合金製の
ケーシング１２ａ，１８内を貫通するライン挿通孔４２
内を、まったく外部に出ること無く、パワーステアリン
グ制御部８まで挿通させている。したがって、ケーシン
グ１２ａ，１８の電磁シールド効果により、外部からの
ノイズをほぼ完全に遮断できる。

【００３４】また、パワーステアリング制御部８におい
ても、ソフトウエアロジックの変更により、磁歪式トル
クセンサ１２の検出信号の演算処理のための信号処理部
は不要となり、その分は大型化させる必要がない。この
ことから、総合的に小型化でき、自動車の設計の自由度
を高めるとともに、コストダウンにもなる。

【００３５】［その他］前記パワーステアリング制御部
８が、操舵の中立点を求めていたが、中立点近傍では、
操舵と無関係な微妙なトルク変化が、ピニオン部３４と
ラック３６との間のメカニカルな遊びや温度等により生
じることがある。このようなトルク変化が生じるとパワ
ーステアリング制御が繁雑に実行されることがあるの
で、中立点近傍では演算された操舵トルクに応じたパワ
ーステアリング制御に不感帯を有するようにして、この
繁雑な制御処理を防止しても良い。

【００３６】信号ライン４４および励磁電流ライン４６
は、ラックバー４のケーシング１８のライン挿通孔４２
内を挿通していたが、パワーステアリング制御部８のケ
ーシングの一部を延ばして、磁歪式トルクセンサ１２の
ケーシング１２ａと接続し、そのパワーステアリング制
御部８のケーシングの一部にライン挿通孔を形成してそ
の中を信号ライン４４および励磁電流ライン４６を挿通
させても良い。また、磁歪式トルクセンサ１２のケーシ
ング１２ａの一部をパワーステアリング制御部８まで延
ばして、その磁歪式トルクセンサ１２のケーシング１２
ａの一部にライン挿通孔を形成してその中を信号ライン
４４および励磁電流ライン４６を挿通させても良い。

【００３７】更には、信号ライン４４および励磁電流ラ
イン４６を独立した挿通孔、すなわち各ライン専用の挿
通孔としても良い。また特別に精度要求が高いトルク検
出を行おうとして、磁歪式トルクセンサ１２の近くに温
度センサを設けた場合には、温度センサの信号ラインを
上述したいずれかの挿通孔を挿通させても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 電動パワーステアリング装置を示す部分破断
説明図である。

【図２】 その部分拡大説明図である。

【図３】 電動パワーステアリング装置の模式図であ
る。

【図４】 電動パワーステアリング装置のブロック図で
ある。

【符号の説明】

２…電動パワーステアリング装置 ４…ラックバー ４ａ，４ｂ…ボールジョイント ６…モータ部 ８…パワーステアリング制御部 １０…ステアリング
シャフト １２…磁歪式トルクセンサ １２ａ，１８…ケーシン
グ １４，１６…タイロッド ２０…ロータ ２２…ロ
ータシャフト ２４…ステータ ２６…ボールナット ３２…セレ
ーション部 ３４…ピニオン部 ３６…ラック ４０…検出用コ
イル ４１…励磁用コイル ４２…ライン挿通孔 ４４…
信号ライン ４６…励磁電流ライン ５２…マイクロプロセッサユ
ニット ５４…電流制御パワードライバ ５６…モータ電流制御用電界効果トランジスタ ５８…ＦＥＴ用温度センサ ６０…給電用システムス
イッチ ６２…給電用電圧センサ ６４…正常動作監視装置 ６６…ＲＳ２３２Ｃインターフェース ６８…回転ポ
ジションセンサ ７０…電流量センサ ７２…車速センサ ７４…ス
テアリングホイール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅田 寛隆 愛知県春日井市牛山町字下田面中1203番地 ティーアールダブリュエスエスジェイ株 式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングシャフトからの操舵力により
   左右に移動することにより左右輪の操舵を行うラックバ
   ーと、このラックバーのケーシングに取り付けられたパ
   ワーステアリング制御部と、このパワーステアリング制
   御部に制御される駆動部とを備え、前記パワーステアリ
   ング制御部が、ステアリングの状態に応じて前記駆動部
   を制御して前記ラックバーを左右に移動させることによ
   り、前記ステアリングシャフトによる左右輪の操舵を補
   助する電動パワーステアリング装置であって、 ステアリングシャフトの内、前記ラックバーに操舵力を
   伝達する位置の近傍に設けられて前記ステアリング状態
   を検出する磁歪式トルクセンサにおける増幅部または励
   磁制御部の一部または全部を、前記パワーステアリング
   制御部に設けたことを特徴とする電動パワーステアリン
   グ装置。
2. 【請求項２】更に、前記パワーステアリング制御部自身
   が、前記磁歪式トルクセンサの増幅部にて増幅された検
   出信号の処理も行うことを特徴とする請求項１記載の電
   動パワーステアリング装置。
3. 【請求項３】前記ラックバーのケーシング、パワーステ
   アリング制御部のケーシングあるいは磁歪式トルクセン
   サのケーシングが金属製であり、前記磁歪式トルクセン
   サとパワーステアリング制御部との間の信号ラインが、
   その金属製ケーシング内を通過していることを特徴とす
   る請求項１または２記載の電動パワーステアリング装
   置。
4. 【請求項４】前記パワーステアリング制御部が、パワー
   ステアリング制御において得られたデータに基づき、前
   記磁歪式トルクセンサの中立点補正を行うことを特徴と
   する請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
5. 【請求項５】前記パワーステアリング制御部が、前記磁
   歪式トルクセンサの中立点近傍でパワーステアリング制
   御の不感帯を有することを特徴とする請求項１〜４のい
   ずれかに記載の電動パワーステアリング装置。