JPS62258861A - 操舵トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は車両の電動式パワーステアリング装置に用いて
好適な操舵トルク検出装置に関する。

（娑来の技術） 電動式パワーステアリング装置は、ステアリング系の操
舵トルクを検出する操舵トルク検出装置を備え、少なく
ともこの操舵トルク検出信号を用いて電動機を駆動制御
し、電、動機動力をステアリング系に作用させることに
より、操舵力の軽減を図り、軽快な操舵フィーリングを
得ている。

また、従来の操舵トルク検出装置では、ステアリング系
を構成する入力軸と出力軸とがトーシー冒ンバー等の弾
性部材により連結され、この弾性部材により、入出力両
軸の相対回転に応じたトルク反力を発生させるとともに
、入出力軸を相対的に回転させる構成にし、これらの両
軸の相対回転をポテンショメータや差動変圧器等のセン
サにより検出し、入出力軸間に生ずるトルクである操舵
トルクの作用方向と大きさを検出している。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記従来の操舵トルク検出装置においては、
以下の如き問題を生ずるおそれがある。

ｊ）装置全体には機械的な構成要素が数多くあり、各々
の要素に製作誤差や組付は誤差のばらつき等があるため
、センサで検出される入出力軸の相対回転の出力が機械
的零点を境にして左右同一の出力として得られ難く、右
操舵と左操舵とで操舵トルクが一致せず、商品性を低下
させるおＡれがある。

ｉｉ）高負荷時ではステアリング系を安定した制御を行
なう必要があり、また入出力軸間の相対回転変位として
は電気的処理の上から大きいことが望ましいので、その
ために弾性部材の剛性を小さくすると、車両の高速走行
時にステアリング舵角と実際の舵角とが一致せず、運転
者に不一致感を与え、ダイレクトなステアリング操舵感
を低下させるおそれがある。

（発明の目的） そこで、本発明では入出力軸の相対回転変位と操舵トル
クとの割合を、外部動力によって任意に変化できるよう
にし１．ヒ記問題点を解決できる操舵トルク検出装置を
提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段及び作用）この目的を達
成するため、本発明によれば、ステアリングホイールに
連結する入力軸と転舵輪に連結する出力軸との相対回転
変位を検出する相対回転検出手段と、前記入力軸に回転
トルクを伝達し得る電動機と、少なくとも前記相対回転
検出手段の出力信号に基づき前記入力軸に所定のトルク
を付与するように前記電動機を制御する電動機制御手段
とを備えた構成である。したがって、このような構成に
よれば、相対回転検出手段からの相対回転変位に応じて
、入力軸に付与するトルクを任意に変化させることが可
能となり、相対回転変位の検出精度を低下させることな
く、車両の走行状態に応じた操舵反力を付与することが
できる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づき説明する。尚
、本実施例では、車両の電動式パワーステアリング装置
に適用した場合を例に採って説明する。

まず第１実施例について説明する。第１図は操舵トルク
検出装置の縦断面図であり、同図において、（１）は入
力軸、（２）は出力軸であり、入力軸（１）は固定側と
なる円筒状のケース（９）に軸受（７）により回転自在
に支承され、その外端には図示しないステアリングホイ
ールが連結されている。出力軸（２）はケース（９）に
軸受（８）により回転自在に支承され、その外端には図
示しない自在継手、ラック・アンドピニオン機構を介し
て操舵輪が連結されている。

入力軸（１）と出力軸（２）はそれらの内端側が互いに
対向するよう同一軸上に配設され、出力軸（２）の内端
側の小径部（４）が軸受（８）を介して入力軸（１）の
内端側の拡径部（５）にその内部で支承されている。入
力軸（１）と出力軸（２）の各内端側内部に形成された
孔内にはトーションバー（３）が配設され、このトーシ
ョンバー（３）はピン（１ｐ）ト（２ｐ）により入力軸
（１）と出力軸（２）との間に連結されている。このト
ーションバー（３）は、単に初期位置での中位点を決定
するのに設けられたものである。

入力軸（１）の前記拡径部（５）には一体に大径の南付
きプーリ（ｌＯ）が固着されている。また、出力軸（２
）の内端側にはフランジ（１１）が一体に形成され、こ
のフランジ（１１）には電動機（１３）の本体が固着さ
れている。この電動機（１３）にはポテンショメータ（
１２）が図中左側に同軸一体的に取付けられており、回
転軸の図中右側には小径の歯付きプーリ（１４）が固着
されている。尚、ポテンショメータ（１２）により相対
回転検出手段を構成している。また、小径のプーリ（１
４）と前記大径のプーリ（１０）との間にはタイミング
ベルト（１５）が巻き回されている。したがって、これ
らのプーリ（１０，１４）およびベル）　（１５）によ
り入出力軸（１）と（２）の相対回転を増速して、電動
機（１３）およびポテンショメータ（１２）に伝達し、
これらを回転させる。さらに、電動機（１３）の電機子
巻線およびポテンショメータ（１２）には制御駆動手段
（１８）が電気的に接続されている。ポテンショメータ
（１２）には制御駆動手段（ＩＢ）から定電圧が供給さ
れており、したがって、ポテンショメータ（１２）から
制御駆動手段（ＩＢ）に。

入出力軸（１）と（２）と°の相対回転変位に対応する
ように変換された電圧が出力され、これにより入出力軸
（１）と（２）の相対回転変位が検出できる。

また、検出された相対回転変位に基づいて制御駆動手段
（１８）から電動機（１３）に制御信号が出力され、電
動機（１３）が相対回転変位に逆らうトルクを発生する
ように制御され、トルク反力が付与される構成となって
いる。

このような操舵トルク検出装置においては、入力軸（１
）に操舵力が付与されると、出力軸（２）側の負荷トル
クの大きさに対応して、入出力軸（１）と（２）が相対
回転し、この変位が小径プーリ（１４）、　　タイミン
グベルト（１５）、大径プーリ（ｌＯ）により増速され
、ポテンショメータ（１２）に伝達され、ポテンショメ
ータ（１２）の回転変位が電圧値として検出され、この
検出信号が制御駆動手段（１６）に出力される。制御駆
動手段（１Ｂ）においては、前記検出信号に基づいて、
入出力軸（１）と（２）の相対回転変位に逆らうように
電動機（１３）を駆動制御し、電動機（１３）の発生す
るトルクにより入出力軸（１，２）にトルク反力が付与
される。この場合、トーションバー（３）と電動機（１
３）とのトルク反力の配分は、予め設定することにより
、プログラマブルに変更することができる０例えばポテ
ンショメータ（相対回転検出手段）（１２）の検出信号
に基づいて電動機（１３）の発生するトルクを、車速の
増大に伴ってその割合を増加させるように予め設定して
おけば、操舵反力が車速の増大に伴って太きくなり、高
速走行時ではより安定した操舵フィーリングが得られる
。また、この場合においても入力軸（１）と出力軸（２
）とが実質的に分離されているため、ポテンショメータ
（１２）により入出力軸（１）と（２）の相対回転変位
の検出精度を高めた状態で、プログラマブルな制御を可
能とすることができる。また１本実施例では、簡単な構
造で低コスト且つ信頼性が高い、さらに、相対回転変位
をプーリ（１０，１４）およびベル）　（１５）機構に
より増速してポテンショメータ（１２）に伝達したが、
これらに替えて歯車列を用いて同様に構成してもよく。

また増速比を大きくすることにより、更に相対回転変位
の検出精度を高めることも可能である。

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０．１り替えても同様の効果を得ることができる。

第２図は本発明の第２実施例に係る操舵トルク検出装置
を示す、同図（Ａ）は装置全体の側面断面図であり、同
図（Ｂ）は同図（Ａ）の矢印■−■方向から見た部分の
断面図である。

本実施例では、入力軸（１）にトーションバー（３）を
介して接続しである出力軸（２）の外周にはピニオンギ
ヤ（１７）が形成してあり、このピニオンギヤ（１７）
はラック軸（１Ｂ）のラック歯（１８ａ）と噛合ってい
る。このような出力軸（２）は、ケース（９）に固定し
たアンギュラコンタクト軸受け（８）および（１９）に
よって回動自在に支持されている。

アンギュラコンタクト軸受け（１８）は、スラスト調整
ボルト（２０）及びロックナツト（２１）によりケース
（９）に固定されている。ラック軸（１８）は、ラック
ガイド（２２）、予圧スプリング（２３）、予圧調整ポ
ル）（２４）、及びロックナツト（２５）により、ピニ
オン側へ向は付勢され、ピニオンギヤ（１７）とラック
歯（１８ａ）とが間隙なく確実に噛合できるように設け
られている。

また、入力軸（１）および出力軸（２）の周囲には、入
力軸（１）及び出力軸（２）の相対回転変位を検出する
相対回転変位検出手段が設けられている。この手段は遊
星歯車機構により構成されている。この遊星歯車機構は
、出力軸（２）に設けた第１のギヤ（２Ｂ）およびこれ
に内接するようケース（９）に設けられたリングゴヤ（
２８ａ）　、入力軸（１）に設けた第２のギヤ（２７）
、この第２のギヤ（２７）に内接するリングギヤ（２８
）、及び入力軸（１）と出力軸（２）との嵌合部分に環
装されたサンギヤ（２９）を主な構成要素とする。第１
のギヤ（２８）は、出力軸（２）と平行な回転軸をもっ
て出力軸（２）のフランジ部分に固設してあり、ケース
（９）の内面にリング状に形成した内歯（２８ａ）及び
サンギヤ（２９）と噛合っている。第２のギヤ（２７）
は、第１のギヤ（２６）と同様に、入力軸（１）と平行
な回転軸をもって入力軸（１）のフランジ部分に固設し
てあり、ケース（９）の内側で回転可能なりングギャ（
２８）の内周面に形成した内歯（２８ａ）及びサンギヤ
（２９）とｎ６合っている。一般に、この第１のギヤ（
２６）及び第２のギヤ（２７）は、それぞれ出力軸（２
）及び入力軸（１）の周囲にＷ数個（例えば３個）配備
する。リングギヤ（２８）は前述のようにケース（９）
内で回動自在であり、またその内歯（２８ａ）には第２
のギヤ（２７）と共に電動機（１３）の回転軸に固定し
たギヤ（４３）が噛合っている。電動ｆｉ（１３）は、
入力軸（１）側のオイルシール（３５）で封１トしたケ
ース（９）に固定しである。また、リングギヤ（２８）
にはフランジ部分（３０）が形成してあり、このフラン
ジ部分（３０）の周縁部付近には入力軸（１）とほぼ平
行に伸長するピン（３１）を植設しである。

第２図ｒＢ）に示すように、このピン（３１）は、非磁
性材料から成るピストン（３２）の切欠き部分（３２ａ
）に係合している。ピストン（３２）は、入力軸（１）
とはほぼ直角な方向に摺動可能であり、リングギヤ（２
Ｂ）の回転連動を直！ａ運動に変換している。このピス
トン（３２）には磁性材料から成る可動鉄心（３３）が
固着しである。この可動鉄心（３３）は、差動変圧器を
構成する第１次巻１ａ（３４ａ）及び第２次巻ｍ　（３
４ｂ）、　（３４ｃ）を巻回した円筒状ボビンの内側を
、ビン（３１）の回転変位に伴って直線状に変位する。

従って、入力軸（１）及び出力軸（２）の相対回転変位
は可動鉄心（３３）の直線状変位に変換することができ
、この変位は差動変圧器（３４）の２次巻線（３４ｂ）
　、　（３４ｃ）から電気信号として取出すことができ
る。このような電気信号は、差動変圧器（３４）の１次
巻線（３４ａ）に制御回路（１Ｂ）から一定周期のパル
ス信号を印加し、これを２次巻線（３４ｂ）　。

（３４ｃ）で差動的に検出することにより、可動鉄心（
３３）の位置に対応した出力電圧として得ることができ
る。

制御回路（１６）はこのような相対回転変位に対応する
信号に基づいて電動機（１３）に制御信号を送出し、電
動ｆｉ（１３）はその相対回転変位に対応する操舵反力
を入力軸（１）に付与する。

なお、この実施例では、電動機（１３）への回転変位の
伝達をギヤの噛合わせによって行っているが、プーリと
タイミングベルトとを利用してもよい、この場合、バッ
クラッシュによるロストモーシ重ンがなくなる。騒音が
低下するなどの利点がある。

この実施例によれば、電動機（１３）が入出力軸の周り
で回転することがないため、軸回りの回転運動にアンバ
ランスが生じることがない、また、電動機（１３）から
のリード線の引出しが容易となる。

更に、ケース（９）内に電動機が回転するための空間を
用意する必要がないため、装置が小形となる。

第３図は本発明の第３の実施例に係る操舵トルク検出装
置を示す。同図（Ａ）は装置全体の側面断面図であり、
同図（Ｂ）は同図（Ａ）の矢印ｍ−ｍ方向から見た部分
の断面図である。

本実施例では、ピニオンホルダ（４１）を用い、ピニオ
ンホルダ（４１）に設けたピン（３８）によって第２の
実施例と同様の差動変圧器（３４）を作動させたもので
ある。すなわち、入力軸（１）にはピニオン（１７）が
一体に形成してあり、このピニオン（１７）はピニオン
ホルダ（４１）内に軸受け（８）、（１９）によって回
動自在に支持される。このピニオンホルダ（４１）は、
軸受け（３８）　、（３７）によってケース（８）内に
回動自在に支持される。ただし、ピニオンギヤ（１７）
の回転中心（ａ）と、ピニオンホルダ（４１）の回転中
心（ｂ）とはずれている、ピニオンホルダ（４１）は一
部に開口（３５ａ）を有し、この部分で出力軸（２）に
相当するラック軸（１８）のラック歯（１８ａ）と噛合
う、このとき、ラック軸（１８）のラック歯（１８ａ）
により、ピニオンギヤ（１７）がピニオンホルダ（４１
）の回転中心に対して揺動する。この変位をピニオンホ
ルダ（４１）の一端に植設したビン（３Ｂ）で拡大して
取出し、ピストンスライダ（３２）の軸方向変位に変換
する。ピストンスライダ（３２）はビン（３８）の突出
方向にほぼ直角方向に摺動可能な円筒形状を成している
。また、このピストンスライダ（３２）はその円筒形状
の中心軸に沿って螺旋溝（図示せず）が形成してあり、
ポールネジ機構（３８）の構成要素であるポールナツト
として機能する。このポールナラ）　（３８）に、ポー
ル（図示せず）を介して電動機（１３）の回転軸と同軸
のネジ（４０）を螺入することによりポールネジ機構（
３８）が構成されている。ネジ（４０）は、電動機（１
３）に別体の螺旋ネジを装着してもよいし、電動機（１
３）の回転軸をそのままネジとして形成してもよい、こ
のようにボールナツトとして機能するピストン（３２）
には可動鉄心（３３）が連結してあり、入力軸（１）と
出方軸（２）の相対回転変位を差動変圧器（３４）の電
気出方信号として検出することができる。このような相
対回転変位に対応する電気信号に基づいて、制御回路（
１８）は電動ａ　（１３）に制御信号を送出し、電動機
（１３）はその相対回転変位に対応する操舵反力を入力
軸（１）に付与する。

木実流側によれば、電動機（１３）を入力軸の周囲に配
置しないため、装置の小形化が可能である。

また、ポールネジ機構を用いるため１作動が円滑である
、騒音が低い、ロストモーションが少な、い、高効率ま
た高増速比での設計が容易となるなどの利点がある。な
お、ピニオンホルダ（４１）の回転変位は、ビン（３８
）によらずギヤ列やベルトなどによって取出すこともで
きる。

（Ｍ明の効果） 以上説明した如く本発明によれば、入力軸と出力軸との
相対回転変位を検出し、この相対回転変位に基づいて電
動機により入力軸に操舵反力を付与させることにより、
相対回転変位の精度を低下させることなく車両の走行状
態に応じて操舵反力を任意に変化させることができる。

その結果、車速の増大に伴って操舵反力を増大させるこ
とが可能となり、高速走行時における操舵フィーリング
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る操舵トルク検出装置の説
明図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の他の実施例に係
る操舵トルク検出装置の説明図およびそのＩＩ　−ＩＩ
矢視断面図、第３図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の更に他の
実施例に係る操舵トルク検出装置の説明図およびそのｍ
−■矢視断面図である。 図面中、（１）は入力軸、（２）は出力軸、（１２）は
相対回転検出手段、（１３）は電動機、（ＩＢ）は電動
機制御手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステアリングホイールに連結する入力軸と操舵輪に連結
   する出力軸との相対回転変位を検出する相対回転検出手
   段と、前記入力軸に回転トルクを伝達し得る電動機と、
   少なくとも前記相対回転検出手段の出力信号に基づき前
   記入力軸に所定のトルクを付与するように前記電動機を
   制御する電動機制御手段と、を備えて成る操舵トルク検
   出装置。