CN104108418B - 电动动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动动力转向装置。EPS具备：第一齿轮齿条机构，其将伴随着转向操作的齿轮轴的旋转转换成齿条轴的往复移动；操舵力辅助装置，其使用第二齿轮齿条机构将马达的马达扭矩作为辅助力施加；以及ECU，其对操舵力辅助装置的动作进行控制。构成第一齿轮齿条机构的齿条轴的齿条齿形成为使转向传动比与转向角对应地变化。ECU参照考虑了与转向角对应的转向传动比的换算图，从而通过从马达角检测值减去基于转向角检测值而运算的换算值，对马达中点进行运算。

Description

电动动力转向装置
本申请主张于2013年4月18日提出的日本专利申请第2013-087658 号的优先权，并在此引用包括说明书、附图、摘要在内的全部内容。
技术领域
本发明涉及齿轮齿条式的电动动力转向装置。
背景技术
以往，在以马达为驱动源的电动动力转向装置（EPS）中存在设置有利用超过了360°的范围的绝对角对在方向盘产生的转向角进行检测的转向传感器的装置（例如，日本特开2012-21890号公报）。这样的转向传感器与利用360°范围的相对角对马达的旋转角（马达角）进行检测的分解器等相对角传感器相比，通常其分辨率较低。因此，往往基于通过转向传感器检测出的转向角检测值求得转向中立位置处的马达角的值（马达中点），从而基于通过相对角传感器检测出的马达角检测值并利用绝对角对转向角进行检测（例如，日本特开2010-162954号公报、日本特开2012-025262号公报）。
具体而言，马达中点通过从相对角传感器的马达角检测值减去换算值来进行运算，其中，该换算值是通过对转向传感器的转向角检测值（以中立位置为基准的值）乘以表示马达的旋转量相对于转向轴的旋转量的比的恒定的系数而获得的。此外，基于上述的马达角检测值的转向角用于执行例如使方向盘返回中立位置的转向恢复控制等（例如，日本特开 2008-168659号公报）。
在EPS中存在具备操舵力辅助装置的构成，该操舵力辅助装置经由与连结有转向轴的齿轮齿条机构不同的转换机构将马达的旋转转换成齿条轴的往复移动，从而对操舵***施加辅助力。近年来，以提高操舵感觉等为目的，提案有使构成齿轮齿条机构的齿条齿的规格因齿条轴的轴向位置不同而不同，从而使转向传动比（steering gear ratio）与转向角对应地变化的所谓可变传动比的EPS（例如，日本特开2004-182138 号公报）。
在将具备具有与连结有转向轴的齿轮齿条机构不同的转换机构的操舵力辅助装置的EPS设为可变传动比的情况下，若通过上述现有的方法求得马达中点，则有时因此时的转向角，使实际上在操舵至中立位置时检测出的马达角检测值成为从马达中点偏移的值。换句话说，存在因求得马达中点时的转向角，使基于马达角检测值的转向角从实际的转向角偏移的担忧。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种设为可变传动比，并且基于通过相对角传感器检测出的马达角检测值能够利用绝对角检测出正确的转向角的电动动力转向装置。
本发明的一方式的电动动力转向装置的结构上的特征在于，具备：齿轮齿条机构，其将伴随着转向操作的齿轮轴的旋转转换成齿条轴的往复移动；操舵力辅助装置，其使用与上述齿轮齿条机构不同的转换机构将马达的旋转转换成上述齿条轴的往复移动从而对操舵***施加辅助力；转向传感器，其利用绝对角对方向盘的转向角进行检测；相对角传感器，其利用相对角对上述马达的马达角进行检测；以及控制装置，其对上述操舵力辅助装置的动作进行控制，构成上述齿轮齿条机构的上述齿条轴的齿条齿被形成为转向传动比与转向角对应地变化的部件，上述控制装置利用通过上述相对角传感器检测出的马达角检测值、和考虑与上述转向角对应的上述转向传动比并且基于通过上述转向传感器检测出的转向角检测值而运算的换算值，对作为转向中立位置处的马达角的值的马达中点进行运算。
附图说明
根据以下参照附图对实施例进行的详细说明可了解本发明的上述以及更多的特点和优点，在附图中，对相同的元素标注相同的附图标记。
图1是电动动力转向装置的简要结构图。
图2（a）是表示转向角与转向传动比之间的关系的图，图2（b）是表示转向角与换算值之间的关系的图。
具体实施方式
以下，根据附图对电动动力转向装置（EPS）的一实施方式进行说明。
如图1所示，EPS1具备转向轴3与齿条轴5。在上述转向轴3固定有方向盘2。上述齿条轴5与转向轴3的旋转对应地沿轴向往复移动。此外，转向轴3通过从方向盘2侧按顺序连结转向柱轴7、中间轴8、以及齿轮轴9而构成。
齿条轴5与齿轮轴9配置为具有规定的交叉角。通过将形成于齿条轴5的第一齿条齿5a与形成于齿轮轴9的第一齿轮齿9a啮合，能够构成第一齿轮齿条机构11。在齿条轴5的两端连结有横拉杆12。横拉杆 12的前端与组装有转向轮13的未图示的转向节连结。因此，在EPS1 中，通过第一齿轮齿条机构11将伴随着转向操作的转向轴3的旋转转换成齿条轴5的轴向移动。该轴向移动经由横拉杆12被传递至转向节，从而能够改变转向轮13的转向角，即车辆的行进方向。
本实施方式的EPS1设定为使第一齿条齿5a的规格（例如齿的间距、压力角等）因齿条轴5的轴向位置不同而不同。EPS1构成为使转向传动比R与方向盘2的转向角θs（齿轮轴9的旋转角）对应地变化的所谓可变传动比的EPS。换句话说，在EPS1中，相对于方向盘2（齿轮轴9）的旋转量的转向轮13的转向量（齿条轴5的移动量）与转向角θs 对应地变化。
具体而言，如图2（a）所示，转向传动比R在转向角θs的绝对值为规定的第一转向角θs1以下的中立位置附近的区域A，设定为规定的第一传动比R1。另外，在转向角θs的绝对值比第一转向角θs1大，且为规定的第二转向角θs2（θs1＜θs2）以下的区域B，转向传动比R设定为伴随着转向角θs的绝对值的增大而逐渐增大。在转向角的绝对值比规定的第二转向角θs2大的转向端部附近的区域C，转向传动比R设定为规定的第二传动比R2（R1＜R2）。由此，转向角θs越大，转向轮 13的转向角越容易变化，从而能够迅速地转弯。此外，在图2中，将朝一侧（例如右侧）操舵的情况下的转向角θs设为正，将朝另一侧（例如左侧）操舵的情况下的转向角θs设为负。
如图1所示，EPS1具备操舵力辅助装置21与ECU22。上述操舵力辅助装置21对操舵***施加用于辅助转向操作的辅助力。上述ECU22 是对操舵力辅助装置21的动作进行控制的控制装置。
操舵力辅助装置21具备马达23与齿轮轴25。上述马达23为操舵力辅助装置21的驱动源。上述齿轮轴25经由蜗杆蜗轮等减速机构24 与马达23驱动连结。在本实施方式的马达23设置有利用360°范围的相对角（电气角）对马达23的旋转角（马达角θm）进行检测的作为相对角传感器的分解器26。齿条轴5与齿轮轴25配置为具有规定的交叉角。
通过将第二齿条齿5b与第二齿轮齿25a啮合，能够构成作为转换机构的第二齿轮齿条机构27。上述第二齿条齿5b形成于齿条轴5。上述第二齿轮齿25a形成于齿轮轴25。操舵力辅助装置21通过减速机构 24对马达23的旋转进行减速并将马达23的旋转传递至齿轮轴25。通过第二齿轮齿条机构27将该齿轮轴25的旋转转换成齿条轴5的轴向移动，从而将该马达扭矩作为辅助力施加于操舵***。第二齿条齿5b的规格设定为遍布齿条轴5的形成有上述第二齿条齿5b的整个区域成为相同。
在ECU22连接有对输入转向轴3的操舵扭矩T进行检测的扭矩传感器31、对车速SPD进行检测的车速传感器32。扭矩传感器31具有设置于转向柱轴7的中途的扭杆33。基于该扭杆33的扭转角对操舵扭矩T进行检测。ECU22基于车速SPD以及操舵扭矩T对目标辅助力进行运算。ECU22为了使操舵力辅助装置21产生上述目标辅助力，而通过向马达23供给驱动电力来对上述操舵力辅助装置21的动作，即施加于操舵***的辅助力进行控制。
在ECU22连接有利用超过了360°范围的绝对角对上述分解器26、以及方向盘2（转向轴3）的转向角θs进行检测的转向传感器34。ECU22 基于如后所述通过转向传感器34检测出的转向角检测值θs_d，计算作为转向中立位置处的马达角θm的值的马达中点θm_0。ECU22基于该马达中点θm_0与通过分解器26检测出的马达角检测值θm_d并利用绝对角对转向角θs进行检测。此外，本实施方式的ECU22使用基于马达角检测值θm_d的转向角θs，执行提高例如使方向盘2返回中立位置的返回性的转向恢复控制等，从而对施加于操舵***的辅助力进行修正。
接下来，对本实施方式的ECU对马达中点的运算进行说明。
ECU22在刚接通点火开关（IG）之后，从马达角检测值θm_d减去考虑了与转向角θs对应的转向传动比R并且基于转向角检测值θs_d而运算的换算值θsm，由此计算马达中点θm_0。
若详细叙述，则ECU22具有建立转向角θs与换算值θsm之间的对应关系的换算图。该换算图根据转向传动比R与转向角θs对应地变化，将对任意的转向角θs（表示任意的转向角θs的值）乘以表示马达23的旋转量相对于上述转向角θs的转向轴3的旋转量的比的系数的值作为换算值θsm进行匹配。
具体而言，如图2（b）所示，在转向传动比R为恒定的第一传动比R1的区域A，转向角θs越大，换算值θsm的绝对值越与第一传动比R1对应地线性地增大。马达23的旋转量相对于转向轴3的旋转量的比与转向传动比R的值对应地变化，因此在转向传动比R连续地变化的区域B，换算值θsm的绝对值基于转向角θs的增大非线性地增大。在转向传动比R为恒定的第二传动比R2的区域C，转向角θs越大，换算值θsm的绝对值越与第二传动比R2对应地线性地增大。
ECU22在IG接通时，参照该换算图，计算与转向角检测值θs_d 对应的换算值θsm，从马达角检测值θm_d减去换算值θsm，由此来计算马达中点θm_0（θm_0＝θm_d－θsm）。
接下来，对本实施方式的效果进行记载。
（1）参照考虑了与转向角θs对应的转向传动比R的换算图，从而通过从马达角检测值θm_d减去基于转向角检测值θs_d运算的换算值θsm，计算马达中点θm_0。因此，不论求得马达中点θm_0时的转向角θs为怎样的角度，均能够防止实际上在操舵至中立位置时通过分解器 26检测的马达角检测值θm_d成为从马达中点θm_0偏移的值。由此，能够将EPS1设为可变传动比，并且基于通过分解器26检测出的马达角检测值θm_d并利用绝对角对正确的转向角θs进行检测。另外，当在基于转向角检测值θs_d与马达角检测值θm_d的转向角θs存在偏移的情况下，也能够判定为例如在齿条轴5与齿轮轴9的组装存在异常。
（2）ECU22在IG刚接通后对马达中点θm_0进行运算，因此能够迅速地执行使用了基于马达角检测值θm_d的转向角θs的控制。
此外，上述实施方式也能够通过适当地变更上述方式的以下的方式来实施。
·在上述实施方式中，与转向角θs对应的转向传动比R的变化的方式能够适当地变更。例如，也可以遍布从中立位置到转向端部的整个区域，以转向传动比R伴随着转向角θs的绝对值增大而连续地增大的方式改变第一齿条齿5a的规格。另外，例如也可以以转向传动比R伴随着转向角θs的绝对值增大而变小的方式改变第一齿条齿5a的规格。
·在上述实施方式中，操舵力辅助装置21使用第二齿轮齿条机构 27将马达23的旋转转换成齿条轴5的往复移动。然而，不限定于此，例如也可以使用滚珠丝杠机构等其他的转换机构将马达23的旋转转换成齿条轴5的往复移动。
·在上述实施方式中，ECU22在IG刚接通后求得马达中点θm_0。然而，不限定于此，例如也可以在IG接通后经过规定时间后求得马达中点θm_0。
·在上述实施方式中，也可以基于操舵扭矩T以及扭杆33的弹性系数对扭杆33的扭转量进行运算，在对马达中点θm_0进行运算时考虑上述扭杆33的扭转量。
·在上述实施方式中，ECU22参照换算图从而对与转向角检测值θs_d对应的换算值θsm进行了运算。然而，也可以通过其他的方式计算换算值θsm，例如也可以基于将转向角检测值θs_d设为变量的函数公式来计算换算值θsm。
接下来，以下对上述各实施方式以及能够从其他例子掌握的技术思想及其效果进行补充。
一种电动动力转向装置，其特征在于，上述控制装置在刚接通点火开关之后对上述马达中点进行运算。根据上述结构，能够迅速地执行使用了基于马达角检测值的转向角的控制。
根据上述结构，马达中点使用考虑了与转向角对应的转向传动比，并且基于转向角检测值而运算的换算值来计算。因此，不论求得马达中点时的转向角为怎样的角度，均能够防止实际上在操舵至中立位置时通过相对角传感器检测出的马达角检测值成为从马达中点偏移的值。
根据本发明，能够设为可变传动比，并且基于通过相对角传感器检测出的马达角检测值并利用绝对角对正确的转向角进行检测。

Claims (10)

1.一种电动动力转向装置，其具备：
齿轮齿条机构，其将伴随着转向操作的齿轮轴的旋转转换成齿条轴的往复移动；
操舵力辅助装置，其使用与所述齿轮齿条机构不同的转换机构将马达的旋转转换成所述齿条轴的往复移动从而对操舵***施加辅助力；
转向传感器，其利用绝对角对方向盘的转向角进行检测；
相对角传感器，其利用相对角对所述马达的马达角进行检测；以及
控制装置，其对所述操舵力辅助装置的动作进行控制，
所述电动动力转向装置的特征在于，
构成所述齿轮齿条机构的所述齿条轴的齿条齿被形成为转向传动比与转向角对应地变化的部件，
所述控制装置利用通过所述相对角传感器检测出的马达角检测值、和考虑与所述转向角对应的所述转向传动比并且基于通过所述转向传感器检测出的转向角检测值而运算的换算值，对作为转向中立位置处的马达角的值的马达中点进行运算。
2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述操舵力辅助装置使用与将伴随着转向操作的齿轮轴的旋转转换成齿条轴的往复移动的齿轮齿条机构不同的第二齿轮齿条机构。
3.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述操舵力辅助装置使用滚珠丝杠机构。
4.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置在刚接通点火开关之后对所述马达中点进行运算。
5.根据权利要求2所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置在刚接通点火开关之后对所述马达中点进行运算。
6.根据权利要求3所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置在刚接通点火开关之后对所述马达中点进行运算。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置基于扭矩传感器所使用的扭杆的弹性系数以及操舵扭矩对所述扭杆的扭转量进行运算，在对所述马达中点进行运算时，对所述扭杆的扭转量进行修正。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置参照换算图，对与所述转向角检测值对应的所述换算值进行运算。
9.根据权利要求7所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述控制装置参照换算图，对与所述转向角检测值对应的所述换算值进行运算。
10.根据权利要求1～6中任一项所述的电动动力转向装置，其特征在于，
所述转向传动比至少包含基于所述转向角的绝对值的增大而连续地增大的区域，
所述换算值在所述区域内基于所述转向角的增大非线性地增大。
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