JP2016121876A - Rotation angle detection device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の操舵角を検出する車両用回転角検出装置に関し、特に車両に搭載される電動パワーステアリング装置における操舵軸の回転運動を直線運動に変換して、直線運動の変位量を検出することによって操舵角を絶対値で検出する車両用回転角検出装置に関する。 The present invention relates to a vehicle rotation angle detection device that detects a steering angle of a vehicle, and in particular, detects a displacement amount of a linear motion by converting a rotational motion of a steering shaft into a linear motion in an electric power steering device mounted on the vehicle. The present invention relates to a vehicle rotation angle detection device that detects a steering angle as an absolute value.
車両の操舵系をモータの回転力でアシスト制御する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト制御のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ制御のデュ−ティの調整で行っている。 An electric power steering apparatus (EPS) that assists the steering system of a vehicle with the rotational force of a motor is a steering assist force applied to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear. Is supposed to be granted. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist control torque. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value becomes small. -Adjusting tees.
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１の操舵軸（コラム軸、ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、操舵軸２には、ハンドル１の操舵トルクをトーションバーの捩れトルクとして検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介して操舵軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいて、アシスト指令となる電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。操舵角を検出する舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転センサから得ることもできる。
The general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. The
コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。 The control unit 30 is connected to a CAN (Controller Area Network) 40 that exchanges various types of vehicle information, and the vehicle speed Vel can also be received from the CAN 40. The control unit 30 can be connected to a non-CAN 41 that transmits / receives communication other than the CAN 40, analog / digital signals, radio waves, and the like.
このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。 In such an electric power steering apparatus, the control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU and MCU). General functions executed by a program inside the CPU are shown in FIG. The structure is
図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは電流指令値演算部３１に入力され、電流指令値演算部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて、アシストマップ等を用いて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａで、特性を改善するための補償部３４からの補償信号ＣＭと加算され、加算された電流指令値Ｉｒｅｆ２が電流制限部３３で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。
The function and operation of the control unit 30 will be described with reference to FIG. 2. The steering torque Th from the
減算部３２Ｂでの減算結果である偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）はＰＩ（比例積分）制御部３５でＰＩ制御され、ＰＩ制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、キャリア信号ＣＦに同期してデューティを演算され、ＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。
Deviation I (= Irefm−Im), which is a result of subtraction in
補償部３４は、検出若しくは推定されたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４−３を加算部３４−４で慣性補償値３４−２と加算し、その加算結果に更に加算部３４−５で収れん性制御値３４−１を加算し、その加算結果を補償信号ＣＭとして加算部３２Ａに入力し、電流指令値の特性改善を行う。
The compensating
このような電動パワーステアリング装置では、車両安定制御向上のため、或いはハンドル戻り制御時等に運転者に違和感を与えないように、操舵軸の回転角（操舵角）を高い精度で検出する必要がある。
例えば特開２００１−１５１１２７号公報（特許文献１）に示される回転角検出センサでは、回転軸に取り付けられ、１回転内の絶対角を示すｍ種のコードパターンが形成され、磁性材から成る回転板を備え、ｍ種のコードパターンのうちのｎ種のコードパターンが同心円上に磁気的に読み取り可能に形成されると共に、ｎ種のコードパターンと重複した位置に（ｍ−ｎ）種のコードパターンが同心円上に光学的に読み取り可能に形成されている。
In such an electric power steering device, it is necessary to detect the rotation angle (steering angle) of the steering shaft with high accuracy so as to improve vehicle stability control or not to give the driver a sense of incongruity during steering wheel return control. is there.
For example, in a rotation angle detection sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-151127 (Patent Document 1), m types of code patterns that are attached to a rotation shaft and indicate an absolute angle within one rotation are formed, and are made of a magnetic material. And n types of code patterns out of m types of code patterns are formed on a concentric circle so as to be magnetically readable, and (mn) types of codes are located at positions overlapping with the n types of code patterns. The pattern is formed on a concentric circle so as to be optically readable.
また、特開２００５−１３４１５０号公報（特許文献２）に示される回転角検出装置は、支持部材によって被測定軸の軸方向に移動可能に支持される可動部及び可動部と非接触に設けられる固定部を含み、固定部に対する可動部の変位を検出する磁気センサと、被測定軸の外周に一体回転可能に設けられる螺旋状の溝及び可動部と軸方向に一体移動可能に設けられて螺旋状の溝に係合する被係合部を含み、被測定軸の回転を可動部の軸方向の移動に変換する変換機構と、磁気センサによって検出された可動部の変位に基づいて被測定軸の回転角を演算する絶対角演算部とを備えている。 In addition, the rotation angle detection device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-134150 (Patent Document 2) is provided in a non-contact manner with a movable part supported by a support member so as to be movable in the axial direction of the axis to be measured. A magnetic sensor that includes a fixed part and detects the displacement of the movable part relative to the fixed part, a spiral groove provided on the outer periphery of the shaft to be measured, and a spiral groove provided so as to be integrally movable in the axial direction with the movable part. Including a to-be-engaged portion that engages with a groove, and a conversion mechanism that converts rotation of the shaft to be measured into movement in the axial direction of the movable portion, and a shaft to be measured based on the displacement of the movable portion detected by the magnetic sensor And an absolute angle calculation unit that calculates the rotation angle of.
特開２０１４−１３３４２８号公報（特許文献３）のパワーステアリング装置では、ラックバーに、第１の変速比で形成された第１のラック歯領域と、第１の変速比とは異なる第２の変速比で形成された第２のラック歯領域と、第１の変速比から第２の変速比に滑らかに変化するように第３の変速比で形成された接続部とを形成し、操舵角センサの検出する回転量とモータ回転角センサの検出する回転量との比率が、ラック歯の接続部と噛合うときの比率であると認識するとき、絶対角が、ラック歯の接続部と噛合うときの角度である接続部転舵角度であると判断するようになっている。 In the power steering device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-133428 (Patent Document 3), a first rack tooth region formed with a first gear ratio on the rack bar and a second gear that is different from the first gear ratio. A second rack tooth region formed at the gear ratio and a connection portion formed at the third gear ratio so as to smoothly change from the first gear ratio to the second gear ratio; When recognizing that the ratio between the rotation amount detected by the sensor and the rotation amount detected by the motor rotation angle sensor is the ratio when meshing with the rack tooth connection, the absolute angle is meshed with the rack tooth connection. It is judged that it is a connection part turning angle which is an angle when fitting.
更に、特許第４００３５９８号公報（特許文献４）に示される操舵角検出装置では、車両のステアリング装置のステアリングシャフトの回転角を検出するための回転角センサを有し、回転角センサは、第１及び第２の歯車を介してステアリングシャフトの回転を伝達され、転舵軸に対向して設けられた変動検出センサは、ステアリングシャフトの回転角に応じて周期的に変動する転舵軸の撓みを検出し、回転角センサ及び変動検出センサの検出信号に基づいて、絶対角演算部によりステアリングシャフトの絶対回転角を演算する。 Furthermore, the steering angle detection device disclosed in Japanese Patent No. 4003598 (Patent Document 4) has a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the steering shaft of the vehicle steering device. The fluctuation detection sensor, which is transmitted through the second gear and transmits the rotation of the steering shaft and is opposed to the turning shaft, detects the deflection of the turning shaft that periodically changes according to the rotation angle of the steering shaft. Based on the detection signals of the rotation angle sensor and the fluctuation detection sensor, the absolute angle calculation unit calculates the absolute rotation angle of the steering shaft.
特許文献１に記載の回転角検出センサでは、ｍ種のコードパターンを形成して回転軸に直接取り付ける必要があるので取付け性が悪く、絶対角の検出が１回転内に限定される問題がある。また、特許文献２の回転角検出装置では、軸に非接触の可動部と非可動部を設け、軸の螺旋状の溝に可動部の被係合部が係合し、可動部の変位を磁気センサによって絶対値で検出するようになっているので、機構が複雑で強固な構造とする必要があり、小型化可能であるが、高い精度の角度検出はできない。また、センサ的には非接触であるが、被係合部が１点接触のため、機械的摩耗による検出精度維持が困難である。
In the rotation angle detection sensor described in Patent Document 1, since it is necessary to form m types of code patterns and to be directly attached to the rotation shaft, the attachment is poor, and there is a problem that the detection of the absolute angle is limited to one rotation. . Further, in the rotation angle detection device of
特許文献３のパワーステアリング装置では、舵角センサとして絶対角センサを用いることなくハンドルの３６０°以上の絶対回転角を検出するようになっているので、絶対操舵角と、操舵角の変化量に対するモータ回転角の変化量との関係から複雑な演算をする必要があり、検出精度や演算処理、演算負荷の演算時間の面で問題がある。また、特許文献４に記載の操舵角検出装置では、１つの回転角センサと２つの変動検出センサの各検出信号を用いて、絶対角演算部で絶対角を演算しているので、演算が複雑で、その演算のためのプログラムが別途必要になる。 In the power steering device of Patent Document 3, an absolute rotation angle of 360 ° or more of the steering wheel is detected without using an absolute angle sensor as a steering angle sensor, so that the absolute steering angle and the amount of change in the steering angle are detected. It is necessary to perform complicated calculations in relation to the amount of change in the motor rotation angle, and there are problems in terms of detection accuracy, calculation processing, and calculation load calculation time. Further, in the steering angle detection device described in Patent Document 4, the absolute angle is calculated by the absolute angle calculation unit using the detection signals of one rotation angle sensor and two fluctuation detection sensors, so that the calculation is complicated. Therefore, a separate program for the calculation is required.
車両に搭載する車両用回転角検出装置としては取付け性が良く、電源系統の異常や電源喪失に依存せず、迅速な絶対舵角検出が可能で、車両安定性制御向上のため、或いはハンドル戻り制御時等に運転者に与えないレベルの高い精度の舵角情報が要求されている。 As a vehicle rotation angle detection device mounted on a vehicle, it is easy to install and can detect absolute steering angle quickly, without depending on power supply system abnormality or power loss, to improve vehicle stability control, or to return the steering wheel There is a demand for rudder angle information with a high level of accuracy that is not given to the driver during control or the like.
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、簡易でコンパクトな機構で取付け性が良く、操舵角を絶対値で精度良く検出することが可能な車両用回転角検出装置を提供することにある。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a vehicle rotation angle capable of detecting a steering angle with an absolute value with high accuracy by a simple and compact mechanism with good mountability. It is to provide a detection device.
本発明は車両用回転角検出装置に関し、本発明の上記目的は、車両の操舵軸の回転運動１を減速比ｍ（＞１．０）で伝達する回転伝達部と、前記回転伝達部から伝達された回転運動２を直線運動に変換し、前記直線運動の変位量を非接触で検出する少なくとも１つの回転角検出部とを具備し、前記変位量の検出により前記操舵軸の回転角を絶対値で検出することにより達成される。
The present invention relates to a vehicle rotation angle detection device, and the object of the present invention is to transmit a rotational motion 1 of a steering shaft of a vehicle at a reduction ratio m (> 1.0), and transmit from the rotation transmission portion. At least one rotation angle detector that converts the
また、本発明の上記目的は、前記回転角検出部の変位量センサが少なくとも２つ設けられていることにより、或いは前記回転角検出部が、螺旋状の溝を螺刻されたスクリュー軸、前記スクリュー軸に螺合されたスライダ、前記スライダの変位量を検出する変位量センサで構成されていることにより、或いは前記回転伝達部が、前記操舵軸に設けられた第１の傘歯車と、前記スクリュー軸の一端に設けられた第２の傘歯車とで構成されていることにより、或いは前記回転伝達部が、前記操舵軸のハンドル側に配置され、前記回転角検出部が前記操舵軸と並列に配置されていることにより、或いは前記回転伝達部が、前記操舵軸のピニオン側に配置され、前記回転角検出部が前記操舵軸と並列に配置されていることにより、或いは前記回転伝達部が、前記操舵軸のハンドル側に配置され、前記回転角検出部が前記操舵軸と直交して配置されていることにより、或いは前記回転伝達部が、前記操舵軸のピニオン側に配置され、前記回転角検出部が前記操舵軸と直交して配置されていることにより、或いは前記回転伝達部が、ピニオンの外側に配置され、前記回転角検出部が前記操舵軸と直交して配置されていることにより、或いは前記回転角検出部のハウジングが多角形構造になっていることにより、或いは前記多角形構造の各面に対応して前記変位量センサが配置されていることにより、より効果的に達成される。 Further, the object of the present invention is to provide at least two displacement amount sensors of the rotation angle detection unit, or the rotation angle detection unit has a screw shaft in which a spiral groove is threaded, A slider screwed to a screw shaft, a displacement amount sensor that detects a displacement amount of the slider, or the rotation transmission unit includes a first bevel gear provided on the steering shaft; It is constituted by a second bevel gear provided at one end of the screw shaft, or the rotation transmitting portion is arranged on the steering wheel side of the steering shaft, and the rotation angle detecting portion is in parallel with the steering shaft. Or the rotation transmission unit is arranged on the pinion side of the steering shaft, and the rotation angle detection unit is arranged in parallel with the steering shaft, or the rotation transmission unit. The rotation angle detector is arranged orthogonally to the steering shaft, or the rotation transmission unit is arranged on the pinion side of the steering shaft, and the rotation The angle detection unit is arranged perpendicular to the steering shaft, or the rotation transmission unit is arranged outside the pinion, and the rotation angle detection unit is arranged orthogonal to the steering shaft. Or more effectively by the housing of the rotation angle detector having a polygonal structure, or by disposing the displacement sensor corresponding to each surface of the polygonal structure. Is done.
また、本発明の上記目的は、トーションバーを有する車両のハンドル側操舵軸の回転運動３を減速比ｍ１（＞１．０）で伝達する第１の回転伝達部と、前記第１の回転伝達部から伝達された回転運動４を直線運動に変換し、前記直線運動の変位量を非接触で検出する第１の回転角検出部と、前記トーションバーを有する車両のピニオン側操舵軸の回転運動５を減速比ｍ２（＞１．０）で伝達する第２の回転伝達部と、前記第２の回転伝達部から伝達された回転運動６を直線運動に変換し、前記直線運動の変位量を非接触で検出する第２の回転角検出部とを具備し、前記各変位量の検出により前記ハンドル側操舵軸及びピニオン側操舵軸の各回転角を絶対値で検出することにより達成される。 Also, the above-described object of the present invention is to provide a first rotation transmission unit for transmitting the rotational motion 3 of the steering shaft on the steering wheel side of a vehicle having a torsion bar at a reduction ratio m1 (> 1.0), and the first rotation transmission. Rotational motion of a pinion side steering shaft of a vehicle having a first rotational angle detection unit that converts the rotational motion 4 transmitted from the unit into linear motion and detects the displacement amount of the linear motion in a non-contact manner, and the torsion bar The second rotation transmission unit that transmits 5 at a reduction ratio m2 (> 1.0), and the rotational motion 6 transmitted from the second rotation transmission unit is converted into a linear motion, and the displacement amount of the linear motion is determined. And a second rotation angle detection unit that detects non-contact, and detects each rotation angle of the steering wheel side steering shaft and the pinion side steering shaft by an absolute value by detecting each displacement amount.
本発明の車両用回転角検出装置によれば、操舵軸（操舵ハンドル）の回転運動を回転伝達部を介して回転角検出部に伝達し、回転角検出部では回転運動を直進運動に変換すると共に、直進運動によるスライダの変位量（移動量）を磁気的、光学的、静電的、電磁波等で非接触式に検出し、これにより操舵軸の回転角である操舵角を絶対値で検出している。操舵軸の回転運動を減速比ｍ（＞１．０）倍し、直線運動とすることで、操舵角（回転角度）×減速比＝変位量（距離）に置換して考えることができ、高い精度の舵角情報を得ることができる。 According to the vehicle rotation angle detection device of the present invention, the rotation motion of the steering shaft (steering handle) is transmitted to the rotation angle detection unit via the rotation transmission unit, and the rotation angle detection unit converts the rotation motion into a straight movement. At the same time, the slider displacement (movement amount) due to linear movement is detected in a non-contact manner using magnetic, optical, electrostatic, electromagnetic waves, etc., and the steering angle, which is the rotation angle of the steering shaft, is detected as an absolute value. doing. By multiplying the rotational movement of the steering shaft by the reduction ratio m (> 1.0) and making it a linear movement, it can be considered by replacing it with the steering angle (rotation angle) × reduction ratio = displacement amount (distance). Accurate steering angle information can be obtained.
また、回転角検出部を操舵軸と並列若しくは直交して配置できるので、取付けスペースを厳しく制限される車両用回転角検出装置として最適であり、構成も簡易でコンパクトであり、軽量化や搭載性を向上することができる。 In addition, the rotation angle detector can be arranged in parallel or perpendicular to the steering shaft, making it ideal as a vehicle rotation angle detection device that severely restricts the installation space, and has a simple and compact configuration that is lightweight and easy to install. Can be improved.
更に、直線運動化しているので、１つの角度検出部による回転角度検出の多重化が容易である。例えばレーザ光による発光部とスライダ部の距離計測を主系統とした場合、この計測部を多角形のハウジングに収容することで、同一若しくは複数の距離検出、つまり角度検出が可能となる。例えば四角形のハウジングに収容した場合、６つの面を持つことになり、検出できる距離（角度）系統は最大６つとなる。このような多重化により得られる舵角情報の信頼性を向上することができ、しかも、電源系統の異常や電源喪失に依存せずに迅速な絶対舵角の検出が可能である。 Furthermore, since it is linearly moved, it is easy to multiplex rotation angle detection by one angle detection unit. For example, when measuring the distance between the light emitting unit and the slider unit using laser light as a main system, the same or a plurality of distance detection, that is, angle detection can be performed by housing the measurement unit in a polygonal housing. For example, when it is accommodated in a rectangular housing, it has six surfaces, and a maximum of six distance (angle) systems can be detected. The reliability of the rudder angle information obtained by such multiplexing can be improved, and the absolute rudder angle can be detected quickly without depending on the abnormality of the power supply system or the loss of the power supply.
本発明では、ハンドルによる操舵軸（コラム軸、ステアリングシャフト、ハンドル軸）の回転運動を回転伝達部を介して回転角検出部に伝達し、回転角検出部では回転運動を直進運動に変換すると共に、直進運動によるスライダの変位量（移動量）の検出に基づいて、操舵軸の回転角を絶対値で検出する。操舵軸の回転運動を減速比ｍ（＞１．０）倍し、直線運動とすることで、操舵角（回転角度）×減速比＝変位量（距離）に置換して考えることができ、高い精度の角度を検出するために、操舵軸１回転当たりの回転角検出部での回転運動量（変位量）を大きく（多回転）する。 In the present invention, the rotational motion of the steering shaft (column shaft, steering shaft, handle shaft) by the steering wheel is transmitted to the rotational angle detection unit via the rotational transmission unit, and the rotational angle detection unit converts the rotational motion into a linear motion. The rotation angle of the steering shaft is detected as an absolute value based on the detection of the displacement amount (movement amount) of the slider due to the straight movement. By multiplying the rotational movement of the steering shaft by the reduction ratio m (> 1.0) and making it a linear movement, it can be considered by replacing it with the steering angle (rotation angle) × reduction ratio = displacement amount (distance). In order to detect the angle of accuracy, the rotational momentum (displacement amount) at the rotation angle detection unit per one rotation of the steering shaft is increased (multi-rotation).
また、本発明では、取付けスペースを厳しく制限される車両においても装着可能なように、回転角検出部を操舵軸と並列若しくは直交して配置し、構成も簡易でコンパクトであり、軽量化や搭載性を向上した車両用回転角検出装置を実現している。更に、舵角検出の多重化が容易であり、多重化により得られる舵角情報の信頼性を向上することができ、しかも操舵軸と回転角検出部が機構的に１対に構成されているので、電源系統の異常や電源喪失に依存せずに迅速な絶対舵角の検出が可能である。また、操舵軸の多回転量をスライダの変位量以下にすることで絶対位置検出が可能となり、電源を入れることにより、つまりイグニションキーをＯＮにしたときに操舵絶対角を迅速に検出することができる。 Further, in the present invention, the rotation angle detector is arranged in parallel or orthogonal to the steering shaft so that it can be mounted even in a vehicle in which the installation space is severely limited, the configuration is simple and compact, and the weight is reduced and installed. A vehicle rotation angle detection device with improved performance is realized. Further, the multiplexing of the steering angle detection is easy, the reliability of the steering angle information obtained by the multiplexing can be improved, and the steering shaft and the rotation angle detection unit are mechanically configured in a pair. Therefore, it is possible to quickly detect the absolute steering angle without depending on the abnormality of the power supply system or the loss of the power supply. Also, the absolute position can be detected by making the multi-rotation amount of the steering shaft less than the displacement amount of the slider. By turning on the power, that is, when the ignition key is turned on, the absolute steering angle can be detected quickly. it can.
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図３は本発明の実施形態の一例を示しており、回転角検出部２２０をハンドル１側に操舵軸２と並列に配置した例（第１実施形態）である。操舵軸２の回転運動Ｒを回転伝達部１００を介して回転角検出部２００のスクリュー軸２０１に伝達する。スクリュー軸２０１には螺旋状の溝（スクリュー）が螺刻されており、スクリュー軸２０１には回転に応じてＨ方向の直線で移動する円盤若しくは矩形状のスライダ２１０が螺合されている。回転角検出部２００には、磁気、静電容量、超音波、電磁波或いはレーザ光などでスライダ２１０の変位量（距離）を検出する変位量センサ２２０が設けられている。
FIG. 3 shows an example of an embodiment of the present invention, which is an example (first embodiment) in which the
図４は、変位量センサ２２０が例えばレーザ光の照射及び反射の時間変化でスライダ２１０の変位量を検出する場合を示しており、レーザ反射型近距離センサを用いることができる。リニアエンコーダで、直線運動の変位量を検出することも可能であり、冗長系を構成する場合には、レーザ光による変位量検出（メイン検出）とリニアエンコーダによる変位量検出（サブ検出）の両方を並列に行う。主従の関係は逆であっても良い。また、３系統として多数決判定を行う場合には、上記２つのセンサ構成に加えて静電式の変位量センサを設け、３つのセンサ出力を用いることもでき、３系統×２の構成としても良い。
FIG. 4 shows a case in which the
なお、基本的には各系統における検出方法は同じ要因で故障する等の懸念があるため、同一ではないことが望ましい。また、センサ分解能についても、各系統で同一であることが望ましいが、故障裕度（Fault tolerance）のために、欠陥時に分解能が低下しても良いような場合、コストを下げるためにも意図して従系統センサは低分解能であっても良い。 Basically, the detection method in each system is not the same because there is a concern that a failure may occur due to the same factor. Also, it is desirable that the sensor resolution is the same in each system, but it is also intended to reduce the cost when the resolution may be reduced at the time of a defect due to fault tolerance. Thus, the secondary sensor may have a low resolution.
また、図５は静電式の変位量センサ２２１を用いた場合を示しており、スライダ２１０と変位量センサ２２１との間の静電容量の変化でスライダ２１０の変位量を検出する。
FIG. 5 shows a case where an
このような構造において、ハンドル１の操舵で操舵軸２が回転（回動）すると、この回転が回転伝達部１００を経て回転角検出部２００のスクリュー軸２０１に伝達される。スクリュー軸２０１にはスライダ２１０が螺合されており、スクリュー軸２０１の回転に応じてスライダ２１０がＨ方向に直線移動する。スライダ２１０の変位量は、変位量センサ２２０又は２２１、或いは両方で検出される。従って、操舵軸２の回転（回動）に応じたスライダ２１０の変位量を予め計測してテーブル化しておけば、変位量を検出することによって操舵軸２の回転量、つまり操舵角を絶対値で求めることができる。
In such a structure, when the
例えば回転運動に対して直線運動化して移動するスライダ２１０の移動距離（リード長Ｌ）を、操舵軸２の１回転当たり８ｍｍ又は１２ｍｍとする。高い精度で検出するためには、より大きな移動距離とした方が良く、操舵軸２に対して減速比ｍ（＞１．０）倍とする。リード長Ｌ＝８ｍｍの場合、減速比ｍを４．５（１：４．５）倍とすることで、操舵軸２の１回転当たりスライダ２１０は４．５倍の３６ｍｍ（／３６０°）進むことになる。このとき、変位センサ分解能ｐが１０μｍであれば、３６ｍｍ／（０．１°狙い（目標）分解能：パラメータｐ）＝１０μｍとなり、０．１°／ＬＳＢ、即ちパラメータｐの検出精度を達成できる。仮にスライダ２１０の軸方向の長さが５０ｍｍ、変位量センサ２２０（レーザ距離計）で検出できない領域（スライダ２１０が接近している領域）を１０ｍｍとすると、この分で６０ｍｍ（最小）が必要となり、ハンドル１の総回転角度Ａｔ（３６０°の４倍の１４４０°）を検出するためのスクリュー軸２０１の有効長は、３６ｍｍ×４＋６０ｍｍ＝２０４ｍｍが必要となる。
For example, the moving distance (lead length L) of the
上記の例は、各変位量センサ（距離センサ）分解能ｐが１０μｍの場合であり、仮に変位量センサ（距離センサ）分解能ｐを１μｍとすれば１０倍の精度で変位量を検出できるので、結果的に検出角度分解能を０．０１°／ＬＳＢとすることができる。 The above example is the case where each displacement sensor (distance sensor) resolution p is 10 μm. If the displacement sensor (distance sensor) resolution p is 1 μm, the displacement amount can be detected with 10 times the accuracy. In particular, the detection angle resolution can be set to 0.01 ° / LSB.
リード長Ｌ＝１２ｍｍの場合も、上記同様に考えることができる。この場合、変わってくるのは減速比ｍだけである。運転者がハンドル操作で違和感を感じない程度に、狙い角度（目標とする検出角度）分解能を０．０１°／ＬＳＢとすれば、スライダ２１０の変位量３６ｍｍを達成すれば良く、このことから減速比ｍ＝３とすれば良い。その他のパラメータはリード長Ｌ＝８ｍｍの場合と同じである。
The case where the lead length L = 12 mm can be considered in the same manner as described above. In this case, only the reduction ratio m changes. If the resolution of the target angle (target detection angle) is 0.01 ° / LSB to the extent that the driver does not feel uncomfortable with the steering wheel operation, the displacement amount of the
小型化する場合には、リード長Ｌは小さい側（８ｍｍ）とし、変位量センサの分解能を上げ、減速比ｍを小さくすることが考えられる。上述では距離の検出精度は１０μｍ、１μｍとしているが、０．１μｍ以下の距離検出精度を持つものも存在する。リード長Ｌ＝８ｍｍ、減速比ｍ＝１．３３とした場合、スライダ２１０の変位量は９ｍｍ、狙い角度分解能は０．０１°／ＬＳＢとした場合のスライダ２１０の変位量は０．２５μｍとなる。この距離を検出できる変位量センサを使用すれば、スライダ２１０の変位量９ｍｍ×（回転：１４４０°）＝３６ｍｍとなる。有効長は前記前提に基づいて６０ｍｍとすると、９６ｍｍとすることができる。狙い角度分解能が０．１°／ＬＳＢでよければ、有効長は変わらないが、変位量センサの分解能は、より粗い２．５μｍを検出できるものが選択できる。
In the case of downsizing, it can be considered that the lead length L is set to the smaller side (8 mm), the resolution of the displacement sensor is increased, and the reduction ratio m is reduced. In the above description, the distance detection accuracy is set to 10 μm and 1 μm. However, there is a distance detection accuracy of 0.1 μm or less. When the lead length L = 8 mm and the reduction ratio m = 1.33, the displacement of the
次に、回転角検出部２００をピニオンラック機構５のピニオン側に操舵軸２と並列に配置した第２実施形態を、図６に示して説明する。本第２実施形態では、回転伝達部１００がラック軸のＭ方向に移動されるピニオン５の近傍に配置され、回転伝達部１００の回転運動は回転角検出部２００のスクリュー軸２０１に伝達される。スクリュー軸２０１には回転に応じてＨ方向の直線で移動する円盤若しくは矩形状のスライダ２１０が螺合されている。
Next, a second embodiment in which the rotation angle detector 200 is arranged in parallel with the
この場合も、上記第１実施形態の場合と同様に、操舵軸２の回転に応じたスライダ２１０の変位量を検出することによって、操舵角を絶対値で検出することができる。
Also in this case, the steering angle can be detected as an absolute value by detecting the displacement amount of the
また、図７の実施形態（第３実施形態）は、回転伝達部１２０として傘歯車１２１及び１２２を用いると共に、回転角検出部２００をハンドル１側に、かつ操舵軸２に直交するように配置した例である。この場合も、上記第１実施形態の場合と同様に、操舵軸２の回転に応じたスライダ２１０の変位量を検出することによって、操舵角を絶対値で検出することができる。
In the embodiment (third embodiment) of FIG. 7,
図８の実施形態（第４実施形態）は、回転伝達部１３０として傘歯車１３１及び１３２を用いると共に、角度検出部２００をピニオン５側に、かつ操舵軸２に直交するように配置した例である。更に、図９の実施形態（第５実施形態）は、回転伝達部１４０として傘歯車１４１及び１４２を用いると共に、角度検出部２００をピニオンラック機構５の外側に、かつ操舵軸２に直交するように配置した例である。
The embodiment (fourth embodiment) of FIG. 8 is an example in which bevel gears 131 and 132 are used as the rotation transmission unit 130 and the angle detection unit 200 is arranged on the
上記いずれの実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、操舵軸２の回転に応じたスライダ２１０の変位量を検出することによって、操舵角を絶対値で検出することができる。
In any of the above embodiments, the steering angle can be detected as an absolute value by detecting the displacement amount of the
なお、車両の操舵軸がトーションバーを有する場合には、ハンドル側（入力側）操舵軸の角度とピニオン側（出力側）操舵軸の角度とが捩れ等で相違するので、ハンドル側（入力側）操舵軸及びピニオン側（出力側）操舵軸に、それぞれ回転伝達部及び回転角検出部を設けて角度検出を行う。即ち、トーションバーを有する車両のハンドル側操舵軸の回転運動３を減速比ｍ１（＞１．０）で伝達する第１の回転伝達部と、第１の回転伝達部から伝達された回転運動４を直線運動に変換し、直線運動の変位量を非接触で検出する第１の回転角検出部と、ピニオン側操舵軸の回転運動５を減速比ｍ２（＞１．０）で伝達する第２の回転伝達部と、第２の回転伝達部から伝達された回転運動６を直線運動に変換し、直線運動の変位量を非接触で検出する第２の回転角検出部とを具備し、各変位量の検出によりハンドル側操舵軸及びピニオン側操舵軸の各回転角回転角を絶対値で検出する。
When the steering shaft of the vehicle has a torsion bar, the steering wheel side (input side) steering shaft angle and the pinion side (output side) steering shaft angle are different due to torsion, etc., so the steering wheel side (input side) ) A rotation transmission unit and a rotation angle detection unit are provided on the steering shaft and the pinion side (output side) steering shaft, respectively, and angle detection is performed. That is, the first rotation transmission unit that transmits the rotational motion 3 of the steering shaft on the steering wheel side of the vehicle having the torsion bar at a reduction ratio m1 (> 1.0), and the rotational motion 4 transmitted from the first rotation transmission unit. Is converted to linear motion, and the first rotational angle detector that detects the displacement of the linear motion in a non-contact manner and the second
本発明では、モータの回転運動を直線運動化しているので、１つの角度検出部による回転角度検出の多重化が容易であり、例えばレーザ光による発光部とスライダ部の距離計測を主系統とした場合、この計測部を多角形のハウジングに収容することで、同一若しくは複数の距離検出、つまり角度検出が可能となる。例えば四角形のハウジングに収容した場合、６つの面を持つことになり、検出できる距離（角度）系統は最大６つとなる。このような多重化の場合、ハウジング自体を多角形にする場合のほか、スライダ、スクリュー軸、距離検出部を収容するインナーハウジング（ケース）を多角形にする構成も可能である。 In the present invention, since the rotational motion of the motor is linearized, it is easy to multiplex rotational angle detection by one angle detection unit. For example, the main system is distance measurement between the light emitting unit and the slider unit using laser light. In this case, it is possible to detect the same or a plurality of distances, that is, to detect an angle, by accommodating the measurement unit in a polygonal housing. For example, when it is accommodated in a rectangular housing, it has six surfaces, and a maximum of six distance (angle) systems can be detected. In the case of such multiplexing, in addition to the case where the housing itself is polygonal, a configuration in which the inner housing (case) that accommodates the slider, the screw shaft, and the distance detection unit is polygonal is also possible.
１ ハンドル
２ 操舵軸（コラム軸、ステアリングシャフト、ハンドル軸）
５ ピニオンラック機構
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
２０ モータ
１００、１２０、１３０、１４０ 回転伝達部
２００ 回転角検出部
２０１ スクリュー軸
２１０ スライダ
２２０、２２１ 変位量センサ
1
5
Claims (14)
前記回転伝達部から伝達された回転運動２を直線運動に変換し、前記直線運動の変位量を非接触で検出する少なくとも１つの回転角検出部と、
を具備し、前記変位量の検出により前記操舵軸の回転角を絶対値で検出するようになっていることを特徴とする車両用回転角検出装置。 A rotation transmission unit that transmits the rotational motion 1 of the steering shaft of the vehicle at a reduction ratio m (>1.0);
Converting the rotational motion 2 transmitted from the rotation transmitting portion into a linear motion, and detecting at least one rotation angle detecting portion for detecting a displacement amount of the linear motion in a non-contact manner;
The vehicle rotation angle detection device is characterized in that the rotation angle of the steering shaft is detected as an absolute value by detecting the displacement amount.
螺旋状の溝を螺刻されたスクリュー軸、前記スクリュー軸に螺合されたスライダ、前記スライダの変位量を検出する変位量センサで構成されている請求項１又は２に記載の車両用回転角検出装置。 The rotation angle detector
The rotation angle for a vehicle according to claim 1 or 2, comprising a screw shaft in which a spiral groove is screwed, a slider screwed to the screw shaft, and a displacement sensor for detecting a displacement amount of the slider. Detection device.
前記操舵軸に設けられた第１の傘歯車と、前記スクリュー軸の一端に設けられた第２の傘歯車とで構成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用回転角検出装置。 The rotation transmission unit is
The vehicle rotation angle detection according to any one of claims 1 to 3, comprising a first bevel gear provided on the steering shaft and a second bevel gear provided on one end of the screw shaft. apparatus.
前記第１の回転伝達部から伝達された回転運動４を直線運動に変換し、前記直線運動の変位量を非接触で検出する第１の回転角検出部と、
前記トーションバーを有する車両のピニオン側操舵軸の回転運動５を減速比ｍ２（＞１．０）で伝達する第２の回転伝達部と、
前記第２の回転伝達部から伝達された回転運動６を直線運動に変換し、前記直線運動の変位量を非接触で検出する第２の回転角検出部と、
を具備し、前記各変位量の検出により前記ハンドル側操舵軸及びピニオン側操舵軸の各回転角を絶対値で検出するようになっていることを特徴とする車両用回転角検出装置。 A first rotation transmission portion for transmitting the rotational motion 3 of the steering shaft on the steering wheel side of the vehicle having a torsion bar at a reduction ratio m1 (>1.0);
A first rotation angle detection unit that converts the rotational motion 4 transmitted from the first rotation transmission unit into a linear motion and detects a displacement amount of the linear motion in a non-contact manner;
A second rotation transmission portion for transmitting the rotational motion 5 of the pinion side steering shaft of the vehicle having the torsion bar at a reduction ratio m2 (>1.0);
A second rotational angle detector that converts the rotational motion 6 transmitted from the second rotational transmission unit into a linear motion and detects a displacement amount of the linear motion in a non-contact manner;
And a rotation angle detecting device for a vehicle, wherein each rotation angle of the steering wheel side steering shaft and the pinion side steering shaft is detected as an absolute value by detecting each displacement amount.
The vehicle rotation angle detection device according to claim 13, wherein the displacement amount sensor is arranged corresponding to each surface of the polygonal structure.
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| JP2014259940A JP2016121876A (en) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Rotation angle detection device for vehicle |
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