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JP2007263693A - Steering angle detector - Google Patents

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JP2007263693A
JP2007263693A JP2006088154A JP2006088154A JP2007263693A JP 2007263693 A JP2007263693 A JP 2007263693A JP 2006088154 A JP2006088154 A JP 2006088154A JP 2006088154 A JP2006088154 A JP 2006088154A JP 2007263693 A JP2007263693 A JP 2007263693A
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JP
Japan
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steering
rotation
angle
shaft
sensor
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Pending
Application number
JP2006088154A
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Japanese (ja)
Inventor
Kaname Aoki
要 青木
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JTEKT Corp
Original Assignee
JTEKT Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering angle detector capable of precisely detecting a rotational angle of a rotary shaft over the entire steering angle range and precisely detecting a steering angle of a vehicle with simple constitution. <P>SOLUTION: In the steering angle detector obtaining the rotational angle over a plurality of rotations of a steering shaft 3 to detect the steering angle of the vehicle steered by transmitting rotation of the steering shaft 3 according to an operation of a steering wheel 30 to wheels 12, 12 for steering to change directions of the wheels 12, 12, a moving position of a moving body 6 engaged with the steering shaft 3 and moving according to the rotation of the steering shaft 3 is detected by a position sensor 7 to determine a region corresponding to the number of rotations from a neutral position to the right or left in which the steering shaft 3 is present according to the detection result. The rotational angle of the steering shaft 3 in a region determined by a rotational angle sensor is acquired to calculate the steering angle in the entire steering angle range. Accordingly, the steering angle can be precisely detected over the entire steering angle range with the simple constitution. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、車両の舵角を簡素な構成にて精度良く検出可能な舵角検出装置に関する。   The present invention relates to a steering angle detection device capable of accurately detecting a steering angle of a vehicle with a simple configuration.

車両の操舵は、操舵部材であるステアリングホイールの回転操作を、該ステアリングホイールに連結されたステアリング軸を介して舵取機構に伝え、該舵取機構の動作により操舵用の車輪の向きを変えることにより行われる。このステアリングホイールの操作に伴って変化する操舵用の車輪の向きである操舵角度(以下、舵角という)は、車両の各種の制御のために重要な情報であり、左右の最大舵角範囲(以下、全舵角範囲という)に亘って精度良く検出することが切望されている。   Steering of a vehicle transmits a rotation operation of a steering wheel, which is a steering member, to a steering mechanism via a steering shaft connected to the steering wheel, and changes the direction of the steering wheel by the operation of the steering mechanism. Is done. The steering angle (hereinafter referred to as the steering angle), which is the direction of the steering wheel that changes in accordance with the operation of the steering wheel, is important information for various types of control of the vehicle. Hereinafter, it is desired to detect with high accuracy over the entire steering angle range.

車両の舵角は、一般的に、ステアリングホイールの操作に応じて複数回転する回転軸であるステアリング軸の回転角度を全舵角範囲に亘って検出することにより求められる。ステアリングホイールは、全舵角範囲に亘って操舵するために、通常3〜5回転するように構成されており、全舵角範囲に亘るステアリング軸の回転角度を検出するためには、1080°〜1800°の範囲の角度検出が可能な回転角センサが必要となる。この回転角センサは、例えば、複数回転を1回転に変換するための減速機を備え、この変換後の1回転内の回転角度を検出するように構成されており、センサ本体及び周辺部材を含めて構成が複雑になるという問題がある。   The steering angle of a vehicle is generally obtained by detecting the rotation angle of a steering shaft, which is a rotating shaft that rotates a plurality of times according to the operation of the steering wheel, over the entire steering angle range. The steering wheel is normally configured to rotate 3 to 5 in order to steer over the entire steering angle range, and in order to detect the rotation angle of the steering shaft over the entire steering angle range, A rotation angle sensor capable of detecting an angle in the range of 1800 ° is required. The rotation angle sensor includes, for example, a speed reducer for converting a plurality of rotations into one rotation, and is configured to detect a rotation angle within one rotation after the conversion, and includes a sensor main body and peripheral members. There is a problem that the configuration becomes complicated.

この問題を解決すべく、簡素な構成にて全舵角範囲に亘るステアリング軸の回転角度を検出し、舵角の検出を可能とする舵角検出装置が従来から提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−114676号公報
In order to solve this problem, a steering angle detection device that detects the steering angle by detecting the rotation angle of the steering shaft over the entire steering angle range with a simple configuration has been proposed (for example, patents). Reference 1).
JP 2005-114676 A

特許文献1の舵角検出装置は、操舵補助用のモータの回転力をウォーム及びウォームホイールを介してステアリング軸に伝える構成とした電動パワーステアリング装置において、ウォームホイールの側面に径方向に一定ピッチを有した渦巻き状の溝を刻設して、回転型ポテンショメータの入力端に基部を取付けた揺動アームの先端を前記溝に係合させ、ウォームホイールの回転に伴う揺動アームの角変位を検出して、全舵角範囲に亘るステアリング軸の回転角度を求め、舵角を検出するように構成してある。   The steering angle detection device of Patent Document 1 is an electric power steering device configured to transmit the rotational force of a steering assist motor to a steering shaft via a worm and a worm wheel. A spiral groove is engraved, and the tip of the swing arm with the base attached to the input end of the rotary potentiometer is engaged with the groove to detect angular displacement of the swing arm as the worm wheel rotates. Thus, the rotation angle of the steering shaft over the entire steering angle range is obtained, and the steering angle is detected.

ところが特許文献1の舵角検出装置においては、渦巻き状の溝の形成範囲にて生じる揺動アームの限られた揺動により、3〜5回転分のステアリング軸の回転角度を検出するように構成されているため、検出精度が十分ではないという問題があった。またウォーム及びウォームホイールを備えるステアリング装置に適用範囲が限定されるという問題があった。   However, the rudder angle detection device of Patent Document 1 is configured to detect the rotation angle of the steering shaft for 3 to 5 rotations by the limited swing of the swing arm that occurs in the formation range of the spiral groove. Therefore, there is a problem that the detection accuracy is not sufficient. In addition, there is a problem that the range of application is limited to a steering device including a worm and a worm wheel.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、全舵角範囲に亘る回転軸の回転角度を精度良く検出し、車両の舵角を簡素な構成にて精度良く検出可能な舵角検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can detect the rotation angle of the rotating shaft over the entire steering angle range with high accuracy, and can detect the steering angle of the vehicle with a simple configuration with high accuracy. An object is to provide an apparatus.

第1発明に係る舵角検出装置は、操舵部材の操作に応じた回転軸の回転を操舵用の車輪に伝え、該車輪の向きを変えて舵取りされる車両の操舵角度を、前記回転軸の複数回転に亘る回転角度を求めることにより検出する舵角検出装置において、前記回転軸の1回転内の回転角度を検出する回転角センサと、前記回転軸に係合し、該回転軸の回転に応じて移動する移動体と、該移動体の移動位置を検出する位置センサと、該位置センサにより検出された前記移動体の移動位置及び前記回転角センサにより検出された前記回転軸の回転角度に基づいて前記操舵角度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。   The steering angle detection device according to the first aspect of the present invention transmits the rotation of the rotating shaft according to the operation of the steering member to the steering wheel, and changes the direction of the wheel to determine the steering angle of the vehicle steered. In a rudder angle detection device that detects a rotation angle over a plurality of rotations, the rotation angle sensor detects a rotation angle within one rotation of the rotation shaft, and engages with the rotation shaft to rotate the rotation shaft. A moving body that moves according to the position, a position sensor that detects a moving position of the moving body, a moving position of the moving body detected by the position sensor, and a rotation angle of the rotating shaft detected by the rotation angle sensor. And a calculation means for calculating the steering angle based on the calculation result.

第2発明に係る舵角検出装置は、第1発明において前記移動体が、前記回転軸の外周面に刻設された螺旋溝に係合され、前記回転軸の回転に応じて軸長方向に移動するように構成してあることを特徴とする。   In the rudder angle detection device according to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the moving body is engaged with a spiral groove carved on the outer peripheral surface of the rotating shaft, and in the axial direction according to the rotation of the rotating shaft. It is configured to move.

第3発明に係る舵角検出装置は、第1発明又は第2発明において前記位置センサが、前記移動体の移動を検出する非接触型センサであることを特徴とする。   A steering angle detection device according to a third invention is characterized in that, in the first invention or the second invention, the position sensor is a non-contact sensor that detects the movement of the moving body.

第1発明によれば、操舵部材の操作に応じて複数回転する回転軸に係合され、該回転軸の回転に応じて移動する移動体の移動位置を位置センサにより検出し、この位置センサの検出結果により全舵角範囲中の大まかな領域、具体的には、回転軸が中立位置から左右の何回転目の領域にあるかを判定する一方、回転軸の1回転内の回転角度を回転角センサにより検出し、該回転角センサの検出結果により判定された領域内での回転角度を高精度に求めて全舵角範囲内での操舵角度を算出する。1回転内の回転角度を検出する回転角センサは、簡素な構成で高精度の検出が可能であり、回転軸が何回転目の領域にあるかの判定に用いる位置センサは、高い検出精度は要求されないため、簡素な構成により全舵角範囲に亘って高精度の舵角検出が可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the position of the moving body that is engaged with the rotating shaft that rotates a plurality of times according to the operation of the steering member and moves according to the rotation of the rotating shaft is detected by the position sensor. Based on the detection result, a rough region in the entire steering angle range, specifically, the region of the left and right rotations from the neutral position is determined, and the rotation angle within one rotation of the rotation shaft is rotated. The steering angle is detected by the angle sensor, and the rotation angle in the region determined by the detection result of the rotation angle sensor is obtained with high accuracy to calculate the steering angle within the entire steering angle range. The rotation angle sensor that detects the rotation angle within one rotation can detect the rotation with high accuracy with a simple configuration, and the position sensor used for determining the rotation number of the rotation axis has a high detection accuracy. Since it is not required, it is possible to detect the steering angle with high accuracy over the entire steering angle range with a simple configuration.

第2発明によれば、回転軸の外周面に刻設された螺旋溝に、軸長方向に移動可能な移動体が係合しており、回転軸の回転が移動体に直接伝達されるため、移動体の移動が確実に生じ、回転軸が何回転目の領域にあるかを正確に判定することができる。   According to the second invention, the movable body movable in the axial direction is engaged with the spiral groove formed on the outer peripheral surface of the rotating shaft, and the rotation of the rotating shaft is directly transmitted to the moving body. The movement of the moving body occurs surely, and it is possible to accurately determine the number of rotations in which the rotation axis is located.

第3発明によれば、移動体の移動位置の検出に非接触型センサを用いており、移動体に接触することなく移動位置の検出が可能となるため、長期の使用に耐えることができる。   According to the third aspect of the invention, the non-contact type sensor is used to detect the moving position of the moving body, and the moving position can be detected without contacting the moving body, so that it can withstand long-term use.

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図1は、本発明に係る舵角検出装置を備える電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an electric power steering apparatus including a steering angle detection apparatus according to the present invention.

図示の電動パワーステアリング装置はラックピニオン式の舵取機構を備える。ラックピニオン式の舵取機構は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸1と、ラックハウジング10の中途に交叉するピニオンハウジング20の内部に回転自在に支持されたピニオン軸2とを備える公知の構成を有している。   The illustrated electric power steering apparatus includes a rack and pinion type steering mechanism. The rack and pinion type steering mechanism crosses the rack housing 10 in the middle of the rack housing 10, which is supported in an axially movable manner in a rack housing 10 that extends in the left-right direction of a vehicle body (not shown). The pinion housing 20 has a known configuration including a pinion shaft 2 rotatably supported inside the pinion housing 20.

ラックハウジング10の両側から外部に突出するラック軸1の両端は、各別のタイロッド11,11を介して操舵輪としての左右の前輪12,12に連結され、またピニオンハウジング20の一側から外部に突出するピニオン軸2の上端は、ステアリング軸3を介して操舵部材としてのステアリングホイール30に連結されている。またピニオンハウジング20の内部に延びるピニオン軸2の中途には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング10との交叉部において、ラック軸1の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。   Both ends of the rack shaft 1 projecting outward from both sides of the rack housing 10 are connected to left and right front wheels 12 and 12 as steering wheels via separate tie rods 11 and 11, and from one side of the pinion housing 20 to the outside. The upper end of the pinion shaft 2 protruding in the direction is connected to a steering wheel 30 as a steering member via the steering shaft 3. A pinion (not shown) is formed in the middle of the pinion shaft 2 extending inside the pinion housing 20, and the pinion is formed on the outer surface of the rack shaft 1 at an appropriate length at the intersection with the rack housing 10. Meshed with the rack teeth.

ステアリング軸3は、筒形をなすコラムハウジング31の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング31を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取付けてあり、コラムハウジング31の下方へのステアリング軸3の突出端にピニオン軸2が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール30が固設されている。   The steering shaft 3 is rotatably supported inside a cylindrical column housing 31, and is attached to the interior of a vehicle compartment (not shown) while maintaining a tilted posture with the front facing down via the column housing 31. The pinion shaft 2 is connected to the projecting end of the steering shaft 3 below the column housing 31, and the steering wheel 30 is fixed to the projecting end.

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール30が回転操作された場合、この回転がステアリング軸3を介してピニオン軸2に伝達され、該ピニオン軸2の回転が、ピニオンとラック歯との噛合部においてラック軸1の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸1の移動により、左右の前輪12,12が各別のタイロッド11,11を介して押し引きされて舵取りがなされる。   With the above configuration, when the steering wheel 30 is rotated for steering, this rotation is transmitted to the pinion shaft 2 via the steering shaft 3, and the rotation of the pinion shaft 2 is engaged with the pinion and the rack teeth. In this part, the rack shaft 1 is converted into movement in the axial length direction, and by such movement of the rack shaft 1, the left and right front wheels 12, 12 are pushed and pulled through the respective tie rods 11, 11 to steer. Is made.

ステアリング軸3を支持するコラムハウジング31の中途には、ステアリングホイール30の回転操作によりステアリング軸3に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ4が設けてあり、該トルクセンサ4よりも下位置に操舵補助用のモータ5が取付けてある。   In the middle of the column housing 31 that supports the steering shaft 3, a torque sensor 4 that detects a steering torque applied to the steering shaft 3 by a rotation operation of the steering wheel 30 is provided, and a steering assist is provided below the torque sensor 4. A motor 5 is attached.

トルクセンサ4は、軸倍角(極数の1/2)が異なる2つのレゾルバを備える公知のツインレゾルバである。ステアリング軸3は、上下の2軸に分割され、該2軸をトーションバーにより同軸上に連結して構成されており、前記2軸には、レゾルバが夫々取付けてある。トルクセンサ4は、これら2つのレゾルバにより前記2軸の回転角度を夫々検出して、トーションバーの捩れに応じて前記2軸間に生じる相対角変位を算出し、操舵トルクを算出する構成となっている。なお、これら2つのレゾルバによる検出信号は、1回転内に軸倍角と同数の波形が夫々現れる信号として得られ、この2つの信号を組み合わせることにより、前述の相対角変位が求められると共に、ステアリング軸3の1回転内の回転角度が得られる。   The torque sensor 4 is a known twin resolver including two resolvers having different shaft angle multipliers (1/2 of the number of poles). The steering shaft 3 is divided into two upper and lower shafts, and the two shafts are coaxially connected by a torsion bar. A resolver is attached to each of the two shafts. The torque sensor 4 detects the rotation angles of the two axes by these two resolvers, calculates the relative angular displacement generated between the two axes according to the torsion of the torsion bar, and calculates the steering torque. ing. The detection signals from these two resolvers are obtained as signals in which the same number of waveforms as the shaft angle multiplier appear in one rotation, and by combining these two signals, the above-mentioned relative angular displacement is obtained, and the steering shaft A rotation angle within one rotation of 3 is obtained.

操舵補助用のモータ5は、コラムハウジング31の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、例えば、コラムハウジング31の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸3に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ5の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸3に伝えるように伝動構成されている。   The steering assisting motor 5 is attached to the outside of the column housing 31 with its axis substantially orthogonal, and, for example, a worm fixed to an output end extending inside the column housing 31 is externally fixed to the steering shaft 3. The rotation of the motor 5 is transmitted to the steering shaft 3 after being decelerated by the worm and the worm wheel.

このような操舵補助用のモータ5を備える電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール30に加えられる操舵トルクをトルクセンサ4により検出し、この検出トルクに基づいて駆動制御される操舵補助用のモータ5の回転力を、ステアリング軸3を介してピニオン軸2に伝え、前述の如く行われる舵取りを補助する構成となっている。   The electric power steering apparatus including such a steering assist motor 5 detects the steering torque applied to the steering wheel 30 by the torque sensor 4 and controls the steering assist motor 5 that is driven and controlled based on the detected torque. The rotational force is transmitted to the pinion shaft 2 via the steering shaft 3 to assist the steering performed as described above.

以上のような電動パワーステアリング装置に設けられた本発明に係る舵角検出装置は、ステアリング軸3の回転角度を検出する回転角センサと、ステアリング軸3の回転に応じて軸長方向に移動する移動体6と、この移動体6の位置を検出する位置センサ7とを備えている。   The steering angle detection device according to the present invention provided in the electric power steering device as described above moves in the axial direction in accordance with the rotation angle sensor that detects the rotation angle of the steering shaft 3 and the rotation of the steering shaft 3. A moving body 6 and a position sensor 7 for detecting the position of the moving body 6 are provided.

回転角センサは、ステアリング軸3の回転角度を1回転の範囲内にて検出可能なセンサである。前述したようにトルクセンサ4としてツインレゾルバを採用した場合、トルクセンサ4の出力信号からステアリング軸3の1回転内の回転角度が得られるから、この実施の形態においては、トルクセンサ4が回転角センサを兼ねることができる。   The rotation angle sensor is a sensor that can detect the rotation angle of the steering shaft 3 within a range of one rotation. As described above, when a twin resolver is adopted as the torque sensor 4, the rotation angle within one rotation of the steering shaft 3 can be obtained from the output signal of the torque sensor 4. In this embodiment, the torque sensor 4 is It can also serve as a sensor.

移動体6及び位置センサ7は、トルクセンサ4よりも上位置に設けられている。図2は、移動体6及び位置センサ7の配設部位周辺を略示する断面図である。この図2に示すように、ステアリング軸3の外周面には、半円形の溝形状を有する螺旋溝3aが一定ピッチを有して刻設されている。ステアリング軸3を囲繞するコラムハウジング31には、周方向の一箇所に軸長方向に延びるガイド溝31aが、螺旋溝3aの形成域の略全長に亘って形成されている。   The moving body 6 and the position sensor 7 are provided above the torque sensor 4. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of the site where the moving body 6 and the position sensor 7 are disposed. As shown in FIG. 2, spiral grooves 3 a having a semicircular groove shape are engraved on the outer peripheral surface of the steering shaft 3 with a constant pitch. In the column housing 31 surrounding the steering shaft 3, a guide groove 31a extending in the axial length direction is formed at one place in the circumferential direction over substantially the entire length of the formation area of the spiral groove 3a.

このガイド溝31aには、略直方体をなす移動体6が、軸長方向のみ移動可能なように嵌合されている。この移動体6は、嵌合部の逆側に、螺旋溝3aのピッチと等しい間隔を置いて形成された2つの凸部を備え、両凸部が螺旋溝3aに係合されている。   A movable body 6 having a substantially rectangular parallelepiped is fitted in the guide groove 31a so as to be movable only in the axial direction. The moving body 6 includes two convex portions formed at an interval equal to the pitch of the spiral groove 3a on the opposite side of the fitting portion, and both convex portions are engaged with the spiral groove 3a.

このような構成において、ステアリング軸3が回転すると、移動体6は螺旋溝3aに係合する凸部への作用力によりガイド溝31aに沿って、図2に白抜矢符にて示すように軸長方向のみに上下移動することとなる。   In such a configuration, when the steering shaft 3 rotates, the moving body 6 is moved along the guide groove 31a by the acting force on the convex portion engaged with the spiral groove 3a, as indicated by white arrows in FIG. It moves up and down only in the axial direction.

位置センサ7は、移動体6の移動を検出することができるセンサであり、移動体6の移動路であるガイド溝31aに対向するようにコラムハウジング31に取付けられている。位置センサ7には、例えば、磁界によって電流の向きが曲げられることにより磁界及び電流の向きに直交する方向に電圧が生じるというホール効果を利用したホール素子を備える公知のホールIC、半導体に磁界を印加したとき半導体内の電流分布がローレンツ力により湾曲し、電流経路が長くなり、抵抗が増加するという磁気抵抗効果を利用した公知の磁気抵抗素子等を用い、移動体6に磁石を備えるようにしてもよい。   The position sensor 7 is a sensor that can detect the movement of the moving body 6, and is attached to the column housing 31 so as to face the guide groove 31 a that is a moving path of the moving body 6. The position sensor 7 includes, for example, a known Hall IC including a Hall element using a Hall effect that a voltage is generated in a direction orthogonal to the direction of the magnetic field and the current when the direction of the current is bent by the magnetic field, and a magnetic field is applied to the semiconductor. When applied, the current distribution in the semiconductor is bent by the Lorentz force, the current path is lengthened, and a known magnetoresistive element utilizing the magnetoresistive effect of increasing the resistance is used, and the moving body 6 is provided with a magnet. May be.

位置センサ7による検出結果は、図1に示すように算出部8へ与えられている。算出部8には、前述した回転角センサによる検出結果も与えられており、算出部8は、後述するように、これらの検出結果に基づいて全舵角範囲に亘るステアリング軸3の回転角度を求め、車両の舵角を算出する。   The detection result by the position sensor 7 is given to the calculation unit 8 as shown in FIG. The calculation unit 8 is also given a detection result by the rotation angle sensor described above, and the calculation unit 8 calculates the rotation angle of the steering shaft 3 over the entire steering angle range based on these detection results, as will be described later. Obtain the steering angle of the vehicle.

このような舵角検出装置が設けられた電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイール30の右方向又は左方向の回転操作に応じて、ステアリング軸3が同方向に回転し、この回転がラック軸1の軸長方向の移動に変換されて、前述したように左右の前輪12,12がステアリングホイール30の操作方向と同方向に舵取りされる。このとき回転角センサは、ステアリング軸3の回転角度に比例して増減し、1回転毎に0になる波形の信号を出力する。また同時に、ステアリング軸3に係合している移動体6がガイド溝31aに沿って上方又は下方に移動する。この移動に応じて移動体6と位置センサ7との位置関係が変化するため、位置センサ7は、ステアリング軸3の回転角度に応じて増減する信号を出力する。   In the electric power steering apparatus provided with such a steering angle detection device, the steering shaft 3 rotates in the same direction in accordance with the rotation operation of the steering wheel 30 in the right direction or the left direction. It is converted into movement in the axial direction, and the left and right front wheels 12 and 12 are steered in the same direction as the operation direction of the steering wheel 30 as described above. At this time, the rotation angle sensor increases or decreases in proportion to the rotation angle of the steering shaft 3, and outputs a signal having a waveform that becomes 0 for each rotation. At the same time, the moving body 6 engaged with the steering shaft 3 moves upward or downward along the guide groove 31a. Since the positional relationship between the moving body 6 and the position sensor 7 changes according to this movement, the position sensor 7 outputs a signal that increases or decreases according to the rotation angle of the steering shaft 3.

図3は、このような舵取りがなされる間のステアリング軸3の回転角度と回転角センサ及び位置センサ7の出力値との関係図である。図3(a)の横軸はステアリング軸3の回転角度を、縦軸は回転角センサの出力値を夫々示しており、横軸の最小値は、車両の左の最大舵角に対応するステアリング軸3の左の最大回転角度である−720°を、横軸の最大値は、車両の右の最大舵角に対応するステアリング軸3の右の最大回転角度である+720°を夫々示している。なお、横軸の最大値、最小値は、±720°に限定されるものではなく、車両の最大舵角に対応した値であればよく、例えば、±780°又は±900°であってもよい。図3(a)に示すように、回転角センサは、全舵角範囲内で1回転(360°)毎に0になる波形が4つ現れる信号を出力する。図3(a)では、鋸歯形信号を示しているが、この信号波形はセンサの原信号波形を演算することで得られ、鋸歯形に限定されるわけではない。センサの原信号波形は、センサの種類により異なり、例えば、sinカーブ又は単調な勾配の波形となる。例えば、回転角センサの出力値としてV1 が与えられた場合、図3(a)に示すように、ステアリング軸3の回転角度は、θ1 ,θ2 ,θ3 ,θ4 の4通りある。 FIG. 3 is a relationship diagram between the rotation angle of the steering shaft 3 and the output values of the rotation angle sensor and the position sensor 7 during such steering. In FIG. 3A, the horizontal axis indicates the rotation angle of the steering shaft 3, the vertical axis indicates the output value of the rotation angle sensor, and the minimum value on the horizontal axis indicates the steering corresponding to the maximum steering angle on the left side of the vehicle. The maximum rotation angle on the left side of the shaft 3 is −720 °, and the maximum value on the horizontal axis indicates the maximum rotation angle on the right side of the steering shaft 3 corresponding to the maximum steering angle on the right side of the vehicle. . The maximum value and the minimum value on the horizontal axis are not limited to ± 720 °, and may be values corresponding to the maximum steering angle of the vehicle, for example, ± 780 ° or ± 900 °. Good. As shown to Fig.3 (a), a rotation angle sensor outputs the signal which four waveforms which become 0 for every 1 rotation (360 degrees) within the whole steering angle range appear. FIG. 3A shows a sawtooth signal, but this signal waveform is obtained by calculating the original signal waveform of the sensor and is not limited to the sawtooth shape. The original signal waveform of the sensor differs depending on the type of sensor, and is, for example, a sin curve or a monotone gradient waveform. For example, when V 1 is given as the output value of the rotation angle sensor, as shown in FIG. 3A, there are four rotation angles of the steering shaft 3 of θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4. .

図3(b)の横軸は、図3(a)と同様にステアリング軸3の回転角度を、縦軸は位置センサ7の出力値を夫々示している。移動体6の移動位置を示す位置センサ7の出力は、全舵角範囲に亘って比例的に増減する信号となる。例えば、位置センサ7の出力値としてV2 が与えられた場合、図に示すようにステアリング軸3の回転角度は、全舵角範囲中の一点となる。全舵角範囲に亘るステアリング軸3の回転角度を、舵角中点を基準位置として、左右の1回転目、2回転目に夫々対応する4つの領域に区分した場合、得られたステアリング軸3の回転角度は、図に示すように右方向の1回転目の領域にあることがわかる。この判定結果と回転角センサによるステアリング軸3の回転角度とを用いると、ステアリング軸3の回転角度は、θ3 の1通りとなり、全舵角範囲に亘るステアリング軸3の回転角度を判定することができる。この結果、予め算出部8に記憶させておいた全舵角範囲に亘るステアリング軸3の回転角度と舵角との対応関係のデータにより、車両の舵角を求めることができる。なおステアリング軸3の中立位置は、舵角中点と一致するように設定されている。 The horizontal axis in FIG. 3B indicates the rotation angle of the steering shaft 3 as in FIG. 3A, and the vertical axis indicates the output value of the position sensor 7. The output of the position sensor 7 indicating the moving position of the moving body 6 is a signal that increases and decreases proportionally over the entire steering angle range. For example, when V 2 is given as the output value of the position sensor 7, the rotation angle of the steering shaft 3 becomes one point in the entire steering angle range as shown in the figure. When the rotation angle of the steering shaft 3 over the entire steering angle range is divided into four regions corresponding to the first and second rotations on the left and right with the steering angle midpoint as the reference position, the obtained steering shaft 3 is obtained. It can be seen that the rotation angle is in the region of the first rotation in the right direction as shown in the figure. When the determination result using the rotation angle of the steering shaft 3 by the rotation angle sensor, the rotation angle of the steering shaft 3 becomes a 1 Street theta 3, to determine the rotation angle of the steering shaft 3 over the entire steering angle range Can do. As a result, the steering angle of the vehicle can be obtained from the data of the correspondence relationship between the rotation angle of the steering shaft 3 and the steering angle over the entire steering angle range stored in the calculation unit 8 in advance. The neutral position of the steering shaft 3 is set to coincide with the steering angle midpoint.

なお位置センサ7の出力値が各領域の境界近傍の場合には、領域の判定の段階において回転角センサの出力値と位置センサ7の出力値とを用いることにより、ステアリング軸3が何回転目の領域にあるかを的確に判定できる。もちろん領域の判定の段階において常に回転角センサの出力値と位置センサ7の出力値とを用いて、ステアリング軸3が何回転目の領域にあるかを判定するようにしてもよい。   When the output value of the position sensor 7 is near the boundary of each region, the rotation number of the steering shaft 3 is determined by using the output value of the rotation angle sensor and the output value of the position sensor 7 at the region determination stage. It is possible to accurately determine whether it is in the area. Of course, it is possible to always determine the rotation region of the steering shaft 3 by using the output value of the rotation angle sensor and the output value of the position sensor 7 in the region determination stage.

以上のように本発明に係る舵角検出装置においては、ステアリングホイール30の操作に応じて複数回転するステアリング軸3に係合され、ステアリング軸3の回転に応じて移動する移動体6の移動位置を位置センサ7により検出し、この位置センサ7の検出結果により全舵角範囲中の大まかな領域、具体的には、ステアリング軸3が中立位置から左右の何回転目の領域にあるかを判定する一方、ステアリング軸3の1回転内の回転角度を回転角センサにより検出し、該回転角センサの検出結果により判定された領域内での回転角度を高精度に求めて全舵角範囲内での舵角を算出する。1回転内の回転角度を検出する回転角センサは、簡素な構成で高精度の検出が可能であり、ステアリング軸3が何回転目の領域にあるかの判定に用いる位置センサ7は、高い検出精度は要求されないため、簡素な構成により全舵角範囲に亘って高精度の舵角検出が可能となる。   As described above, in the steering angle detection device according to the present invention, the moving position of the moving body 6 that is engaged with the steering shaft 3 that rotates a plurality of times according to the operation of the steering wheel 30 and moves according to the rotation of the steering shaft 3. Is detected by the position sensor 7, and a rough region in the entire steering angle range is determined based on the detection result of the position sensor 7, specifically, the rotation region on the left and right of the steering shaft 3 is determined from the neutral position On the other hand, the rotation angle within one rotation of the steering shaft 3 is detected by the rotation angle sensor, and the rotation angle within the region determined by the detection result of the rotation angle sensor is obtained with high accuracy within the entire steering angle range. Calculate the rudder angle. The rotation angle sensor that detects the rotation angle within one rotation can detect the rotation with high accuracy with a simple configuration, and the position sensor 7 used for determining how many rotations the steering shaft 3 is in has a high detection. Since accuracy is not required, it is possible to detect the steering angle with high accuracy over the entire steering angle range with a simple configuration.

そしてステアリング軸3の外周面に刻設された螺旋溝3aに、軸長方向に移動可能な移動体6が係合しており、ステアリング軸3の回転が移動体6に直接伝達されるため、移動体6の移動が確実に生じ、ステアリング軸3が何回転目の領域にあるかを正確に判定することができる。   Since the movable body 6 movable in the axial length direction is engaged with the spiral groove 3a engraved on the outer peripheral surface of the steering shaft 3, the rotation of the steering shaft 3 is directly transmitted to the movable body 6. The movement of the moving body 6 occurs surely, and it is possible to accurately determine how many rotations the steering shaft 3 is in.

更に移動体6の移動位置の検出に非接触式のセンサ、例えば磁気センサを用いており、移動体6に接触することなく移動位置の検出が可能となるため、長期の使用に耐えることができる。   Further, a non-contact type sensor such as a magnetic sensor is used to detect the moving position of the moving body 6, and the moving position can be detected without contacting the moving body 6, so that it can withstand long-term use. .

なお以上の実施の形態では、トルクセンサ4よりも上位置に移動体6を設けているが、移動体6は、ステアリングホイール30の操作に応じて複数回転する回転軸の適宜部位に配設することができる。例えば、ステアリング軸3を下方に延出し、この延出部に移動体6を設けてもよいし、ピニオン軸2又はピニオン軸2を下方に延出した延出部に移動体6を設けてもよい。   In the above embodiment, the moving body 6 is provided at a position above the torque sensor 4. However, the moving body 6 is disposed at an appropriate portion of the rotating shaft that rotates a plurality of times according to the operation of the steering wheel 30. be able to. For example, the steering shaft 3 may be extended downward, and the moving body 6 may be provided in the extending portion, or the moving body 6 may be provided in the extending portion that extends the pinion shaft 2 or the pinion shaft 2 downward. Good.

更に本実施の形態では、トルクセンサ4が回転角センサを兼ねているが、トルクセンサ4とは別に回転角センサを設けてもよい。   Furthermore, in the present embodiment, the torque sensor 4 also serves as a rotation angle sensor, but a rotation angle sensor may be provided separately from the torque sensor 4.

また、移動体6の検出には、磁気式として本実施の形態の他に、励磁コイル式、MR式センサを用いてもよく、磁気式の他、光学式、静電容量式等の非接触式型の位置センサを用いることができる。   Further, for detection of the moving body 6, in addition to the present embodiment, an excitation coil type or MR type sensor may be used as a magnetic type. In addition to the magnetic type, non-contact such as an optical type and a capacitance type may be used. A type-type position sensor can be used.

また実施の形態では、コラムハウジング31の外側にモータ5を取付け、ステアリング軸3に伝動構成してなるコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置への適用例について述べたが、本発明に係る舵角検出装置は、ラックハウジング10にモータを取付け、ラック軸1に伝動構成してなるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも適用可能である。更に本発明に係る舵角検出装置は、ステアリングホイール30と機械的に分離された舵取機構に付設されたモータを駆動することにより舵取りを行わせるステアバイワイヤ式のステアリング装置にも適用可能であり、また運転者によりステアリングホイール30に加えられる操舵トルクのみによって操舵を行わせるマニュアル式のステアリング装置にも適用可能である。   Further, in the embodiment, the application example to the column assist type electric power steering apparatus in which the motor 5 is attached to the outside of the column housing 31 and is configured to transmit to the steering shaft 3 has been described, but the steering angle detection according to the present invention is described. The apparatus can also be applied to a rack-assist type electric power steering apparatus in which a motor is attached to the rack housing 10 and the power is transmitted to the rack shaft 1. Furthermore, the steering angle detection device according to the present invention is applicable to a steer-by-wire type steering device that performs steering by driving a motor attached to a steering mechanism mechanically separated from the steering wheel 30. In addition, the present invention can also be applied to a manual steering device that performs steering only by a steering torque applied to the steering wheel 30 by the driver.

本発明に係る舵角検出装置を備える電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing composition of an electric power steering device provided with a rudder angle detection device concerning the present invention. 移動体及び位置センサの配設部位周辺を略示する断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the arrangement | positioning site | part vicinity of a moving body and a position sensor. ステアリング軸の回転角度と回転角センサ及び位置センサの出力値との関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between a rotation angle of a steering shaft and output values of a rotation angle sensor and a position sensor.

符号の説明Explanation of symbols

3 ステアリング軸(回転軸)、3a 螺旋溝、4 トルクセンサ(回転角センサ)、6 移動体、7 位置センサ、8 算出部(算出手段)、12 車輪、30 ステアリングホイール(操舵部材) 3 steering shaft (rotating shaft), 3a spiral groove, 4 torque sensor (rotation angle sensor), 6 moving body, 7 position sensor, 8 calculating unit (calculating means), 12 wheels, 30 steering wheel (steering member)

Claims (3)

操舵部材の操作に応じた回転軸の回転を操舵用の車輪に伝え、該車輪の向きを変えて舵取りされる車両の操舵角度を、前記回転軸の複数回転に亘る回転角度を求めることにより検出する舵角検出装置において、前記回転軸の1回転内の回転角度を検出する回転角センサと、前記回転軸に係合し、該回転軸の回転に応じて移動する移動体と、該移動体の移動位置を検出する位置センサと、該位置センサにより検出された前記移動体の移動位置及び前記回転角センサにより検出された前記回転軸の回転角度に基づいて前記操舵角度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする舵角検出装置。   The rotation of the rotating shaft corresponding to the operation of the steering member is transmitted to the steering wheel, and the steering angle of the vehicle steered by changing the direction of the wheel is detected by obtaining the rotation angle over a plurality of rotations of the rotating shaft. In the rudder angle detection device, a rotation angle sensor that detects a rotation angle within one rotation of the rotation shaft, a moving body that engages with the rotation shaft and moves according to the rotation of the rotation shaft, and the moving body A position sensor for detecting the moving position of the moving body, and a calculating means for calculating the steering angle based on the moving position of the moving body detected by the position sensor and the rotation angle of the rotating shaft detected by the rotation angle sensor; A rudder angle detection device comprising: 前記移動体は、前記回転軸の外周面に刻設された螺旋溝に係合され、前記回転軸の回転に応じて軸長方向に移動するように構成してある請求項1記載の舵角検出装置。   The rudder angle according to claim 1, wherein the movable body is engaged with a spiral groove formed on an outer peripheral surface of the rotating shaft, and is configured to move in an axial length direction according to the rotation of the rotating shaft. Detection device. 前記位置センサは、前記移動体の移動を検出する非接触型センサである請求項1又は請求項2記載の舵角検出装置。   The rudder angle detection device according to claim 1, wherein the position sensor is a non-contact type sensor that detects movement of the moving body.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103063188A (en) * 2013-01-01 2013-04-24 胡竟湘 Method and device of elbow pipe angle detection
JP2016121876A (en) * 2014-12-24 2016-07-07 日本精工株式会社 Rotation angle detection device for vehicle
JP2016533494A (en) * 2013-10-18 2016-10-27 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh Sensor device for detecting rotation angle of rotating member in vehicle
CN111776071A (en) * 2020-07-20 2020-10-16 盐城同济汽车配件有限公司 Direction angle is too big reminding device

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