扭矩传感器和电动助力转向装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在电动助力转向装置中检测旋转轴产生的扭矩的扭矩传感器。
【背景技术】
[0002]以往，作为车辆的转向装置，有这样的电动助力转向装置(EPS:Electric PowerSteering):对应于驾驶员(司机)对方向盘(把手)进行转向的转向力而驱动电动马达，由此向转向机构赋予转向辅助力。一般，电动助力转向装置(EPS)具有检测旋转轴产生的扭矩的扭矩传感器(扭矩检测装置)。作为以往的扭矩传感器，有例如专利文献1记载的技术。在专利文献1记载的扭矩传感器中，针对扭杆(tors1n bar)的扭转量(扭矩)，利用短齿(stub)的峰(凸部)、非磁性体的套管的窗以及励磁线圈，将针对该扭矩的旋转位移转换成磁通的疏密的物理量，测定其自感应电动势，并利用电路将其转换成电压。即，示出了检测相对于扭矩的电压的扭矩传感器。另外，扭杆是利用扭转金属棒时的反作用力的弹簧的一种。
[0003]近年来，作为对电动助力转向装置(EPS)的电子控制装置(E⑶:ElectronicControl Unit)的要求，要求提供给驾驶员自然且爽快的转向感(转向的感觉)。例如，考虑了与针对转向的路面反作用力之间的关系、收敛性、以及转向响应性等的高级控制被要求。在现有方式中，需要从方向盘的切换开始(开始)附近的低负载区域到切换结束(结束)附近的高负载区域进行控制，将扭矩传感器的信号通过硬件进行放大或者通过软件进行相乘等后用于电动马达等的控制。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]【专利文献1】日本特许第3649057号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的课题
[0008]然而，在目前，还存在有这样的意见:方向盘的中间(中立位置)附近的转向感会产生不适感。这被认为是因为，即使通过软件提高倍率，也会发生量化误差、或者在通过硬件提高增益(gain)时因高负载时的限制信号的切换而引起的控制值的级差、骤变等，从而对中间附近的转向感产生影响。并且，电动助力转向装置(EPS)内部的微处理器(MPU:Micro-Processing Unit)的A/D转换的分辨率和处理能力也有极限。因此，有必要增大原始的扭矩传感器机构内的物理量(相对于扭矩的旋转方向位移)。
[0009]本发明的目的是提供一种增大方向盘的中间(中立位置)附近的扭矩传感器机构的物理量、能够对驾驶员提供自然且爽快的转向感的电动助力转向装置。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]在本发明的一个方式的扭矩传感器中，第1扭杆和第2扭杆并列配置。第2扭杆由一组扭杆部件构成，所述扭杆部件在第1扭杆的扭转达到规定的旋转角时连结，并与第1扭杆联动地发生扭转。第2扭杆的弹力大于第1扭杆的弹力。一组扭杆部件是同轴配置的筒状部件，在筒状部件的内侧收纳第1扭杆，并在内侧固定第1扭杆的两端，一组扭杆部件在第1扭杆的扭转达到规定的旋转角时通过啮合齿啮合从而连结在一起。啮合齿的个数是1个到7个中的任意数量。第2扭杆在啮合齿之间具有规定的旋转角的间隙，在间隙内夹设有弹性体。另外，第2扭杆也可以是将大小不同的多个上述一组扭杆部件按大小顺序组装而成的嵌套结构。上述的扭矩传感器能够搭载在电动助力转向装置(EPS)上。
[0012]发明的效果
[0013]根据本发明的一个方式，能够与作为电气问题的量化误差、相位延迟、处理能力等问题大致无关地增大方向盘的中间(中立位置)附近的扭矩传感器机构的物理量，实现对驾驶员提供自然且爽快的方向盘。
【附图说明】
[0014]图1是示出电动助力转向装置的整体结构例的概略图。
[0015]图2是示出电动助力转向装置的主要部分的结构例的剖视图。
[0016]图3是示出扭矩传感器的结构例的图、
[0017]图4是本发明的一个方式的扭杆的概略图。
[0018]图5的(a)?(d)是示出在使啮合齿为1个的情况下的筒扭杆的结构例的图。
[0019]图6的(a)?(b)是示出在啮合齿的间隙内配置了弹性体的情况下的结构例的轴向主视图。
[0020]图7是示出在使啮合齿为7个的情况下的筒扭杆的结构例的轴向主视图。
[0021]图8的(a)?(d)是示出扭矩传感器的动作例的轴向主视图。
[0022]图9是示出相对于扭矩的旋转方向位移的对比的图。
[0023]图10的(a)和(b)是示出在使筒扭杆形成为嵌套状的情况下的结构例的图。
【具体实施方式】
[0024]以下，根据【附图说明】本发明的实施方式。
[0025](结构)
[0026]首先，对具有本实施方式的扭矩传感器的电动助力转向装置的结构进行说明。图1是示出电动助力转向装置的整体结构例的概略图。图2是示出电动助力转向装置的主要部分的结构例的剖视图。
[0027]在电动助力转向装置中，在输入轴1的突出端的末端上一体地安装有方向盘la。输入轴1和输出轴2经由配设在输入轴1的内侧的扭杆3连结。输入轴1、扭杆3和输出轴2同轴配置。输入轴1和扭杆3进行销结合。并且，扭杆3和输出轴2进行花键结合。输入轴1将从驾驶员经由方向盘la进行作用的转向扭矩(转向力)经由扭杆3传递到输出轴2。外壳5包覆并保护输入轴1和输出轴2。外壳5具有被分割成输入轴侧外壳部5a和输出轴侧外壳部5b这两部分的结构。在输入轴侧外壳部5a的内侧，通过轴承6a旋转自如地支撑有输入轴1。并且，在输出轴侧外壳部5b的内侧，通过轴承6b和6c旋转自如地支撑有输出轴2。扭矩传感器10通过检测扭杆3的扭转量来检测输入轴1和输出轴2之间的扭矩。并且，扭矩传感器10与控制器(ECU-Electronic Control Unit) 9连接，将扭矩检测值T通知给控制器(Ε⑶)9。控制器(Ε⑶)9也可以改读为EPS控制单元。并且，控制器(E⑶)9除了扭矩检测值T以外，还取得(输入)由车速传感器9a检测出的车速Vs或由转向角传感器9b检测出的转向角Θ。另外，在图1中，设置有车速传感器9a或转向角传感器％，然而实际上也可以不设置车速传感器9a或转向角传感器％。例如，控制器(E⑶)9也能够取得(输入)从CAN (Controller Area Network，控制器区域网络)等接收到的车速Vs或转向角Θ。这里，控制器(ECU)9被从作为直流电源的蓄电池9c供给电源来进行工作。蓄电池9c的负极接地，正极经由2根电线与控制器(E⑶)9连接。2根电线中，一根电线经由进行发动机起动的点火开关9d与控制器(ECU) 9连接，另一根电线不经由点火开关9d而直接与控制器(ECU) 9连接。控制器(ECU) 9根据扭矩检测值T、车速Vs和转向角Θ来决定应赋予给输出轴2的转向辅助扭矩，为了将转向辅助扭矩赋予给输出轴2，通过逆变器控制使从蓄电池9c供给的电流流动来驱动电动马达9e。另外，在输出轴2的与输入轴1相反的一侧一体地形成有小齿轮轴2a，小齿轮轴2a与齿条4啮合而构成齿轮齿条式转向机构。齿条4的端部与横拉杆4a连结。并且，在输出轴2上固定有与输出轴2同轴且一体旋转的蜗轮7，蜗轮7是在金属制的毂7a上一体地固定有合成树脂制的齿部7b而成的。并且，蜗轮7在输出轴侧外壳部5b内与由电动马达9e驱动的蜗杆8啮合。电动马达9e的旋旋转力经由蜗杆8和蜗轮7被传递到输出轴2，通过适当地切换电动马达9e的旋转方向，由此对输出轴2赋予任意方向的转向辅助扭矩。
[0028]参照图3，对扭矩传感器10的结构进行说明。
[0029]在扭矩传感器10中，传感器轴(转子)11通过磁性材料形成于输入轴1，在传感器轴11的表面，如图3所示，沿着圆周方向等间隔地形成有在轴向上延伸的多个(在图3的例子中是9个)凸条11a。并且，在凸条11a之间形成有槽部lib。在传感器轴11的内侧配置有扭杆3。传感器轴11的内侧为空心，扭杆3被收纳在传感器轴11的内侧。在传感器轴11的外侧，与传感器轴11同轴配置有圆筒部件12，该圆筒部件12接近传感器轴11，由导电性且非磁性的材料例如铝构成，如图2所示，圆筒部件12的延长部12e固定在输出轴2的端部2e的外侧。
[0030]在圆筒部件12上，在与传感器轴11的表面的凸条11a对置的位置，设置有由在圆周方向上等间隔地配置的多个(在图3中是9个)长方形的窗12a构成的第1窗列，并在从该第1窗列沿轴向偏离的位置设置有由与窗12a形状相同且圆周方向的相位不同的多个(在图3中是9个)长方形的窗12b构成的第2窗列。圆筒部件12的外周由保持线圈架18的轭15a和15b包围，在该线圈架18上卷绕有配置在输入轴侧外壳部5a的内侧的同一规格的1对检测线圈13a和13b。S卩，检测线圈13a、13b与圆筒部件12同轴配置，检测线圈13a包围由窗12a构成的第1窗列部分，检测线圈13b包围由窗12b构成的第2窗列部分。如图2所示，轭15a和15b固定在输入轴侧外壳部5a的内侧，检测线圈13a、13b的输出线经由连接器(线圈侧连接器)16与配置在输入轴侧外