具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明，而非对本发明加以限制。此外，在下列各实施例中，相同或相似的元件将采用相同或相似的标号。

请参考图1至图3，图1为本发明一实施例的电动助力转向系统100的外观示意图，图2为图1的电动助力转向系统100的轴向剖面图，图3为图1的电动助力转向系统100移去部分壳体110后的内部元件示意图，图3中内部元件为爆开状态。本实施例的电动助力转向系统100包含一壳体110、一滚珠螺杆120、一马达130、一角度感测器140以及一运算单元160，滚珠螺杆120包含一螺母122以及一螺杆124，螺母122旋转时系带动螺杆124进行轴向位移。马达130配置于壳体110内且连接于螺母122，马达130系驱动螺母122旋转。角度感测器140配置于壳体110内且相对于壳体110固定，角度感测器140包含第一感测单元142以及第二感测单元144，运算单元160电性连接于第一感测单元142以及第二感测单元144。

详细而言，螺杆124为连接车辆的车轮的一输出轴，而电动助力转向系统100还包含一输入轴170，用以连接方向盘以提供转向扭矩，且输入轴170以及螺杆124通过滚珠螺杆120的齿条部126彼此连接并啮合。举例来说，输入轴170可套设在一小齿轮结构上，并通过小齿轮的齿结构耦接于齿条部126。另一方面，电动助力转向系统100可凭借改变此输出轴在轴向A上的位置决定车体转向的绝对角度。具体而言，螺母122凭借复数滚动体(图中未示)螺接于螺杆124上，当螺母122转动时会凭借复数滚动体推动螺杆124在轴向A上移动，滚珠螺杆120(Ball Screw)的作动原理为现有技艺，于此不再赘述。

在本实施例中，马达130包含一定子131、一转子132、一衬套133以及一金属构件136，其中定子131相对于壳体110固定，衬套133配置于螺杆124上且与螺母122同动，金属构件136固设于衬套133上，金属构件136包含一第一金属件134以及一第二金属件135，转子132、衬套133、金属构件136以及螺母122同轴设置并同步转动，且定子131、转子132、衬套133以及金属构件136均配置于壳体110内。当电动助力转向系统100启动时，转子132将会相对于定子131转动且带动衬套133以及螺母122一并转动，从而推动螺杆124在轴向A上移动以达到使车体转向的效果。

在本实施例中，马达130为一中空转矩马达，由于轴心部分为中空，因此可通过转子132直接驱动螺母122转动而无需减速机构，省去了齿轮传动造成的磨耗以及动力损失。此外，螺杆124直接穿设于转子132、衬套133以及螺母122，且由于转子132以及螺母122同轴连接及同步转动，螺母122旋转时的平稳度得以提升，且角度感测器140配置于壳体110内，因此不需要在输入轴170上再额外配置角度感测器，可大幅减少所需成本，甚至可以省去输入轴170的配置，对于自动驾驶车辆有更大的发展适性。

配合参照图2至图4，图4为图3中第一感测单元142、第二感测单元144、第一金属件134以及第二金属件135的示意图。在本实施例中，金属构件136包含第一金属件134以及第二金属件135，第一金属件134以及第二金属件135固设于衬套133上。具体而言，衬套133具有一第一部分133a以及一第二部分133b，第一部分133a的外径D1小于第二部分133b的外径D2，其中第一金属件134以及第二金属件135沿轴向A迭置并通过至少一锁固件137固设于第二部分133b上，且第一金属件134以及第二金属件135位于第一部分133a的径向外侧。更具体来说，锁固件137的数量可为复数个，且锁固件137可为螺丝钉，第一金属件134设置复数个穿孔134c，第二金属件135设置数个穿孔135c，第二部分133b朝向第一金属件134及第二金属件135的端面设置复数个螺孔(图未绘示)，穿孔134c、穿孔135c以及螺孔的数量可对应锁固件137的数量，如此，锁固件137可穿入穿孔134c、穿孔135c并锁入第二部分133b的螺孔，而使第一金属件134以及第二金属件135固定于衬套133而能够与衬套133以及螺母122同步旋转，且无论是在螺杆124的轴向A或径向上，都能将第一金属件134以及第二金属件135超出衬套133的部分最小化，进而减少马达130占据的体积。另外，图2中由于视角的关系，仅呈现锁固件137的局部，图3中，为简化图面仅绘示出二个锁固件137，而将其余的锁固件137省略。第一金属件134包含一第一中央部134a以及复数个第一翼部134b，在此第一翼部134b的数量例示为五个，第二金属件135包含一第二中央部135a以及一第二翼部135b，其中复数个第一翼部134b呈等角度间隔设置并连接于第一中央部134a的外周面134d，第二翼部135b呈扇形并连接于第二中央部135a的外周面135d。

角度感测器140包含第一感测单元142以及第二感测单元144，第一感测单元142具有一第一贯孔143且对应第一翼部134b，第二感测单元144具有一第二贯孔145且对应第二翼部135b，第一中央部134a的外径D3小于第一感测单元142的第一贯孔143的孔径H1，第二中央部135a的外径D4小于第二感测单元144的第二贯孔145的孔径H2，使第一中央部134a以及第二中央部135a分别嵌设于第一感测单元142的第一贯孔143以及第二感测单元144的第二贯孔145内。另外，当第一金属件134及第二金属件135处于组装状态时，第一中央部134a及第二中央部135a连接可形成中央部(未另标号)。于本实施例中，第二翼部135b与第二中央部135a轴心形成的圆心角为180度，并通过复数个第一翼部134b呈等角度间隔设置，使第一翼部134b与第二翼部135b采不同间隔角度的设计，可使第一感测单元142以及第二感测单元144量出两个不同测量范围的感测信号，进而有利于运算单元160进行角度游标演算法(Vernier Algorithm)以及角度跟随演算法(Angle Follower Algorithm)运算，有关演算法的详细内容于后方叙述。

当组装马达130时，第一感测单元142对应第一金属件134，第二感测单元144对应第二金属件135，且第一中央部134a以及第二中央部135a分别嵌设于第一感测单元142的第一贯孔143以及第二感测单元144的第二贯孔145内。凭借这样的配置，当第一金属件134以及第二金属件135与螺母122同步旋转时，第一感测单元142可凭借磁信号或光反射信号感测第一金属件134的旋转角度并输出一第一感测信号S1，第二感测单元144可凭借磁信号或光反射信号感测第二金属件135的旋转角度并输出一第二感测信号S2，运算单元160将会根据第一感测信号S1以及第二感测信号S2运算得出螺杆124在轴向A上的一位置，从而得知精确的轮胎角度，进而使车辆精确地转向。此外，由于第一中央部134a以及第二中央部135a分别嵌设于第一感测单元142的第一贯孔143以及第二感测单元144的第二贯孔145内，可使元件彼此之间更加紧密地结合，进一步地减少整个电动助力转向系统100的体积。

另外，于本实施例中，第一金属件134的一最大外径D5小于第二贯孔145的孔径H2，如此，在装配电动助力转向系统100时，可预先将第一感测单元142及第二感测单元144固定于壳体110内，再将第一金属件134以及第二金属件135套设于第一部分133a并沿轴向A锁固于第二部分133b上，接着即可将衬套133的第一部分133a连同第一金属件134穿过第二感测单元144的第二贯孔145，由于第一金属件134的最大外径D5小于第二贯孔145的孔径H2，第一金属件134可以很轻易地穿过第二贯孔145并设置于第一感测单元142及第二感测单元144之间，使得第一感测单元142及第二感测单元144分别对应第一金属件134及第二金属件135，达到方便安装的目的。

请参考图5至图7，图5为本发明另一实施例的电动助力转向系统100’的轴向剖面图，图6为图5的电动助力转向系统100’移去部分壳体110后的内部元件示意图，图6中内部元件为爆开状态，图7为图6中角度感测器140’以及金属构件136’的示意图。本实施例的电动助力转向系统100’中，金属构件136’固设于衬套133’上，金属构件136’包含一中央部136a、复数个第一翼部136b以及一第二翼部136c，第一翼部136b及第二翼部136c设置于中央部136a的外周面136d，详细而言，第一翼部136b的数量例示为五个，复数个第一翼部136b呈等角度间隔设置于中央部136a的外周面136d，第二翼部136c呈扇形且与中央部136a的轴心形成180度的圆心角，第二翼部136c位于第一翼部136b的径向外侧，并且第二翼部136c的径向内侧连接于部分第一翼部136b的径向外侧，换句话说，第一翼部136b位于中央部136a以及第二翼部136c之间且连接中央部136a以及第二翼部136c。

角度感测器140’包含一第一感测单元142’、一第二感测单元144’以及复数个连接部147，在此连接部147的数量例示为四个，第一感测单元142’具有一第一贯孔143’且对应第一翼部136b，第二感测单元144’具有一第二贯孔145’且对应第二翼部136c，第一感测单元142’设置于第二贯孔145’中，连接部147连接第一感测单元142’以及第二感测单元144’，换句话说，第二贯孔145’涵盖第一贯孔143’。中央部136a的一外径D6小于第一贯孔143’的一孔径H1，且中央部136a的外径D6小于第二贯孔145’的孔径H2，使中央部136a嵌设于第一贯孔143’及第二贯孔145’内。电动助力转向系统100’与上述的电动助力转向系统100的主要差异在于：电动助力转向系统100的角度感测器140包含二个独立的元件，即第一感测单元142及第二感测单元144，而电动助力转向系统100’的角度感测器140’为单一元件，电动助力转向系统100的金属构件136包含二个独立的元件，即第一金属件134及第二金属件135，而电动助力转向系统100’的金属构件136’为单一元件，如此，可使整体结构简单化，减少装配角度感测器140’及金属构件136’时产生干涉的情况。

当组装马达130’时，金属构件136’之中央部136a嵌设于第一贯孔143’内，且第一感测单元142’以及第二感测单元144’分别对应于第一翼部136b以及第二翼部136c，而使第一感测单元142’以及第二感测单元144’能够分别感测第一翼部136b以及第二翼部136c的旋转角度并分别输出第一感测信号S1以及第二感测信号S2，本实施例中，凭借第二翼部136c呈扇形且与中央部136a的轴心形成180度的圆心角，以及复数个第一翼部136b呈等角度间隔设置，使第二翼部136c及第一翼部136b采不同间隔角度的设计，可使第一感测单元142’以及第二感测单元144’量出两个不同测量范围的感测信号，进而供运算单元160进行演算法运算，且相对于马达130，本实施例的马达130’更进一步地减少了第一感测单元142与第二感测单元144之间的轴向间隙，以及第一金属件134与第二金属件135之间的轴向间隙，因此能更进一步地减少马达130’在整个电动助力转向系统100’中所需的空间。

另一方面，与电动助力转向系统100类似，在本实施例中，衬套133’具有一第一部分133a’以及一第二部分133b’，其中第一部分133a’的外径D1小于第二部分133b’的外径D2，金属构件136’通过锁固件(图未示)固设于第二部分133b’上，且金属构件136’位于第一部分133a’的径向外侧。具体来说，金属构件136’可设置复数个穿孔136e供锁固件穿设，第二部分133b’朝向金属构件136’的端面可设置复数个螺孔(图未绘示)供锁固件锁入，关于锁固件可参照图3的相关说明。因此，电动助力转向系统100’同样也能将金属构件136’超出衬套133’的部分最小化，进而减少马达130’占据的体积。

更进一步来说，由于金属构件136’之中央部136a的外径D6小于第一贯孔143’的孔径H1，在装配电动助力转向系统100’时，可先将第一感测单元142’与第二感测单元144’形成的角度感测器140’固定于壳体110内，再将衬套133’的第一部分133a’连同金属构件136’之中央部136a穿过第一贯孔143’，使第一感测单元142’与第二感测单元144’分别对应第一翼部136b以及第二翼部136c，达到方便安装的目的。

图8为本发明又一实施例的螺杆位置计算方法的步骤流程图，请参考图8。在此以电动助力转向系统100进行说明，在本实施例中，将通过配置于马达130上的第一感测单元142以及第二感测单元144所输出的第一感测信号S1以及第二感测信号S2运算得出螺杆124在轴向A上的一位置，以下将详细说明各个步骤：首先，启动电动助力系统100(步骤S01)，当电动助力转向系统100启动时，第一感测单元142以及第二感测单元144将凭借感测上述的第一金属件134以及第二金属件135的旋转角度，测得马达130的转子132的旋转角度θ并分别得到一第一感测信号S1以及一第二感测信号S2，此时第一感测单元142以及第二感测单元144会分别将第一感测信号S1以及第二感测信号S2输出至运算单元160(步骤S02)，而运算单元160会根据第一感测信号S1以及第二感测信号S2的差值d，通过一第一演算法得出位置(步骤S03)。在本实施例中，第一演算法为角度游标演算法，可凭借两个不同测量范围的感测信号的差值计算得出确切的测量结果。

请参考图9至图12，图9为图8的第一感测单元142以及第二感测单元144分别对应的第一感测信号S1以及第二感测信号S2的示意图，图10为图9的第一感测信号S2以及第二感测信号S2与一目标角度的示意图，图11为图9的第一感测信号S1以及第二感测信号S2相减后的差值示意图，图12为图11的差值正数与总旋转角度的对照示意图。详细而言，在本实施例中假定输入轴170的总旋转角度范围(也即方向盘的总旋转角度)在0～9000度之间；第一感测单元142所测量的第一感测信号S1对应一第一测量范围R1，在本实施例中第一测量范围R1为125度；第二感测单元144所测量的第二感测信号S2对应一第二测量范围R2，在本实施例中第二测量范围R2为360度。当测量的目标值超过个别的测量范围时，第一感测信号S1或第二感测信号S2将会从0度开始重新递增。需要特别说明的是，在角度游标演算法中，第一测量范围R1必须相异于第二测量范围R2，如此一来在针对同一旋转角度进行测量时才能顺利得到差值d。

请参考图10，在本实施例中，假设螺杆124实际的移动距离为36mm，而螺母122的旋转角度θ为1620度，由于转子132以及螺母122同轴连接并同步转动，因此马达130的转子132的旋转角度θ即为螺母122的旋转角度，此时对应到的第一感测信号S1为120度，第二感测信号S2为180度，差值d为S1–S2＝-60度，由于差值d为负数，需要再补上第二测量范围R2，或是通过图11对照其成为差值正数dpos＝-60+R2＝300。当得到差值正数dpos后，可通过以下的表一或是图12得到角度修正量：

表一实际旋转角度、差值正数以及角度修正量对照关系

根据表一或图12，可以得知共有72个不同的差值正数dpos，且同时将总测量范围(9000度)分为72个区域，而本实施例的旋转角度凭借差值正数dpos＝300度可得知实际的旋转角度θ落在第13个区域，角度修正量为1500度，因此可通过下列方程式求得实际的旋转角度θ：

θ_actual＝θ_correction+S1

其中θ_actual为螺母122旋转的实际角度，而θ_correction则是角度修正量。因此，实际的旋转角度θ为1500+120＝1620度，其中角度修正量也可视为单一区域的角度幅值(125度)与区域间隔数(13-1＝12)的乘积。

通过上述的第一演算法得出螺母122实际的旋转角度θ后，即可通过线角传动比计算得出螺杆124在轴向A上的位置，此时运算单元160可验证演算结果(步骤S04)，也即确认感测信号是否有明显波动或超出测量范围等异常现象。若第一感测信号S1及第二感测信号S2均可靠且没有明显异常(步骤S05)，则运算单元160会将得出的旋转角度θ当作初始值，并且依据之后经过的时间区间t以及旋转角度θ的变化量Δθ，通过一第二演算法更新旋转角度θ以及螺杆124的位置(步骤S06)。在本实施例当中，第二演算法为角度跟随演算法，是利用积分的原理，将在时间区间t的角度变化量Δθ加总迭加到通过第一演算法得出的初始值上以更新旋转角度θ。另一方面，若第一感测信号S1或第二感测信号S2有异常现象，或者是电动助力转向系统100重新启动时，则运算单元160将会重新读取第一感测单元142以及第二感测单元144输出的第一感测信号S1以及第二感测信号S2，并重复上述的步骤。

综上所述，本发明的电动助力转向系统可凭借配置在壳体内的第一感测单元以及第二感测单元取得第一感测信号以及第二感测信号，进而运算得出螺杆的轴向位置，因此可解决在没有输入轴时难以得知螺杆位置的问题。除此之外，由于输入轴以及配置在输入轴上的感测单元可以省去，因此能大幅减少元件所占用的体积以及耗费的成本，并且能对应各种不同的车型，提高系统的机能及便利性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，都应属本发明的保护范围。