DE19542405A1

DE19542405A1 - Drehkraftsensor

Info

Publication number: DE19542405A1
Application number: DE19542405A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Satoh; Kazuo Chikaraishi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1994-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2015-11-15
Also published as: JPH08136366A; KR960017409A; KR100355885B1; JP3309604B2; DE19542405C2; US5641916A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dreh kraftsensor und insbesondere auf einen Drehkraftsensor, der Spulen für die Detektion der Drehkraft aufweist und der für die Verwendung in einer Servolenkeinrichtung eines Fahrzeuges verwendet werden soll, wobei Irregularitäten, die sich aus einer unzulänglichen Verbindung der Spulen und dergleichen ergeben, erkennbar sein sollen.

Als Stand der Technik beschreibt das US-Patent Nr. 5,406,834 einen solchen Drehkraftsensor.

In einem konventionellen Drehkraftsensor, der so ausge bildet ist, daß eine Drehkraft gemessen wird, indem zunächst eine Wechselspannung an eine Drehkraftdetektionsspule und ei ne Temperaturkompensationsspule gelegt wird, und eine Diffe rentialverstärkung der an diesen Spulen gemessenen Spannungen erfolgt, wird eine Referenzspannung, die durch Teilung einer Widerstandsspannung erzeugt wird, in Vorwärtsrichtung über Dioden zu einem der Differentialeingänge geführt. In einem derartigen Drehkraftsensor wird das Gleichgewicht zwischen den differentiellen Eingängen gebrochen, wenn die Detektions spannung niedriger als die Referenzspannung wird, wenn die Wechselspannung, die an die Spulen gelegt wird, ausklingt, da die Oszillatorschaltung fehlerhaft funktioniert, da einer der Differentialeingänge auf der Referenzspannung gehalten wird. Dann wird das Ausgangssignal, das der differentiellen Ver stärkung unterworfen ist, gezwungen, sich aus einem vorbe stimmten Bereich hinauszubewegen, wodurch die Fehlfunktion der Oszillatorschaltung durch das Ausgangssignal, das so der differentiellen Verstärkung unterworfen ist, erkannt werden kann. Durch die bloße differentielle Verstärkung und Ausgabe der Detektionsspannung der Spulen, werden beide differentiel len Eingangssignale kleiner, wenn die Oszillatorspannung aus klingt, womit das Ausgangssignal nach der differentiellen Verstärkung nicht dazu verwendbar ist, um die Irregularität der Oszillatorspannung zu bestimmen.

Das Abklingen des oszillierenden Spannung, hervorgerufen durch eine Fehlfunktion der Oszillatorschaltung, ist sicher erkennbar durch die Ausgangssignale der Differentialverstär kerschaltungen im konventionellen Drehkraftsensor.

Es gibt jedoch viele Arten von Irregularitäten bei Dreh kraftsensoren und einige dieser Irregularitäten, die nicht von der Fehlfunktion einer Oszillatorschaltung herrühren, bleiben unerkannt, wenn nur das Ausgangssignal, das einer differentiellen Verstärkung unterzogen wird, betrachtet wird, wenn beide Eingangssignale sich zusammen ändern. Beispiels weise treten Irregularitäten auf, wenn ein Verbinder, der zwischen den Spulen und der Oszillatorschaltung angeordnet ist, gelöst wird, wenn der Leitungsdraht der Spule teilweise gebrochen ist, da ein Spulenjoch, das die Spule hält, ver dreht wird und wenn der Leitungsdraht einer Spule bricht, wenn die Spulen belastet werden. In diesen Fällen sind beide Spulen nicht miteinander verbunden, was dem Fall entspricht, bei dem eine unendliche Induktivität elektrisch verbunden ist. Wenn in diesem Zustand die oszillierende Spannung zuge führt wird, wird sie direkt detektiert, und die Detektions spannungen werden auf einen hohen Wert gesetzt; das heißt, es tritt keine Ausgangsirregularität auf, sogar wenn das Paar der Detektionsspannungen differentiell verstärkt wird. Da die oszillierende Spannung zugeführt wird, ist die Irregularität nicht durch einen konventionellen Drehkraftsensor meßbar, der auf der Basis des Abklingens der oszillierenden Spannung ar beitet. Es besteht somit das Problem, daß die Steuerschaltung zum Empfang der Ausgangssignale der Differentialverstärker schaltungen und dergleichen nicht entscheiden kann, ob eine Irregularität im Drehkraftsensor existiert oder nicht, wenn sie nur die Ausgangssignale der Differentialverstärkerschal tungen überwacht.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Hin blick auf die voranstehenden ungelösten Probleme des Standes der Technik darin, einen Drehkraftsensor zu schaffen, der es erlaubt, Irregularitäten zu erkennen, einschließlich solcher Fälle einer defekten Verbindung der Spulen, bei denen ein Paar von Detektionsspannungen sich ähnlich ändert, indem die Ausgangssignale von Differentialverstärkerschaltungen verwen det werden.

Um die obige Aufgabe zu lösen umfaßt ein Drehkraftsen sor, der ein Paar Spulen besitzt, deren Induktivität sich in entgegengesetzten Richtungen gemäß der Drehkraft ändert, und eine Differentialverstärkerschaltung zum Empfang und zur dif ferentiellen Verstärkung eines Paares von Detektionsspannun gen, die durch das Paar Spulen induziert wurden, um die Dreh kraft mittels des Ausgangssignal der Differentialverstärker schaltung zu messen, eine erste Detektionsschaltung, die eine der Detektionsspannungen als Paar als Eingabe verwendet, um ein Detektionssignal auszusenden, wenn die Eingabe einen vor bestimmten oberen Grenzwert überschreitet oder kleiner wird als ein vorbestimmter unterer Grenzwert, und eine Steuer schaltung zur Steuerung der Differentialverstärkerschaltung beim Empfang des Detektionssignals von der Detektionsschal tung, so daß das Ausgangssignal der Differentialverstärker schaltung einen vorbestimmten Wert außerhalb eines stetigen Ausgangsbereiches annimmt.

Der Drehkraftsensor kann weiterhin eine zweite Detekti onsschaltung umfassen, die der ersten Detektionsschaltung äh nelt und die die andere Detektionsspannung verwendet.

Der vorbestimmte obere Grenzwert wird auf einen oberen Grenzwert gesetzt innerhalb des Bereiches der normalen Ände rungen der Detektionsspannungen, die der Detektionsschaltung zugeführt werden, oder auf einen Wert, der größer ist als der obere Grenzwert. Darüberhinaus wird der vorbestimmte untere Grenzwert auf einen unteren Grenzwert innerhalb des Bereiches der normalen Änderungen der daran angelegten Detektionsspan nungen gesetzt, oder auf einen Wert, der kleiner ist, als der untere Grenzwert.

Der gemäß der vorliegenden Erfindung derart ausgestal tete Drehkraftsensor funktioniert, wenn die Spulen durch ei ne Unterbrechung der Leitungsdrähte der Spulen fehlerhaft verbunden sind, wie folgt: Wenn zunächst beide Spulen unver bunden bleiben ist dies äquivalent einem Fall, bei dem Spu len, die eine unendliche Induktivität besitzen, verbunden sind wie bei der Schaltung, mit der die Spulen ursprünglich verbunden sind. Mit anderen Worten, es scheint so, als ob sich die Induktivität der beiden Spulen stark ändert, über den ursprünglichen Bereich hinaus, in dem sich ihre Indukti vität in Abhängigkeit von der aufgebrachten Drehkraft ändert. Dann hat das Paar der entsprechenden Detektionsspannungen Werte, die größer sind, als der normale Wert. Andererseits, sendet die gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Detektionsschaltung das Detektionssignal an die Steuerschal tung, wenn die Drehkraftdetektionsspannung abnormal größer als der vorbestimmte obere Grenzwert wird. Dann bewirkt die Steuerschaltung, daß das Ausgangssignal des Differentialver stärkers auf den vorbestimmten Wert außerhalb des stabilen Ausgangsbereiches gesetzt wird. Wenn fehlerhaft verbundene Spulen vorhanden sind, spiegelt sich der fehlerhafte Zustand in den Ausgangssignalen, die einer differentiellen Verstär kung unterworfen sind, und das Ausgangssignal der Differen tialverstärkerschaltung wird außerhalb des vorbestimmten Be reiches gesetzt, wobei eine Steuerschaltung und dergleichen, die das Ausgangssignal des Differentialverstärkers empfängt, das Vorhandensein oder das Fehlen einer solchen Irregularität im Drehkraftsensor erkennen kann, in Abhängigkeit davon, ob das Ausgangssignal des Differentialverstärkers sich innerhalb des vorbestimmten Bereiches befindet.

Somit kann bei einem Drehkraftsensor der vorliegenden Erfindung jede Irregularität erkannt werden, einschließlich solcher Irregularitäten wie eine fehlerhafte Verbindung der Spulen, bei denen sich das Paar der Detektionsspannungen ähn lich ändert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die die mechanische Konstruktion eines Drehkraftsensors zeigt, der die vorlie gende Erfindung verkörpert.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des wichtigsten Teils der Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Motorsteuerungs schaltungsanordnung zeigt, die sich auf dem Schaltungsteil des Drehkraftsensors der vorliegenden Erfindung befindet.

Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich den Schaltungsteil zur Detektion von Irregularitäten zeigt.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Bezie hung zwischen der Steuerdrehkraft im Stationärbetriebszustand zeigt und den Ausgangssignalen der Differentialverstärker zeigt.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Bezie hung zwischen der Steuerdrehkraft und den Ausgangssignalen der Differentialverstärker in dem Zustand zeigt, bei dem der Verbinder mangelhaft verbunden ist.

Fig. 7 ist ein anderes Schaltungsdiagramm für die De tektion von Irregularitäten, das die vorliegende Erfindung verkörpert.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung be schrieben.

Fig. 1 ist ein Querschnitt, der den Gesamtaufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 1 be zieht sich auf einen Fall, bei dem ein erfindungsgemäßer Drehkraftsensor bei einem elektrischen Servosteuersystem für ein Fahrzeug verwendet wird und der dazu benutzt wird, die Drehkraft, die in einem Steuersystem entwickelt wird, zu mes sen. Insbesondere ist der Drehkraftsensor so ausgebildet, daß er die Steuerdrehkraft in Form eines elektrischen Signals mißt, indem eine Rotationsverschiebung, die von der Steuer drehkraft herrührt in eine axiale, lineare Verschiebung umge wandelt wird, und durch Verwendung der Tatsache, daß sich die Spuleninduktivität entsprechend der Verschiebung ändert.

Es wird zunächst die mechanische Konstruktion beschrie ben. Eine Eingangswelle 2 und eine Ausgangswelle 3, die durch eine Drehstabfeder 4 miteinander verbunden sind, werden dreh bar durch Lager 5a, 5b und 5c in einem Gehäuse 1 abgestützt. Die Eingangs- und Ausgangswellen 2, 3 und die Drehstabfeder 4 sind koaxial zueinander angeordnet.

Ein Steuerrad ist integral und drehbar am (in Fig. 1 nicht gezeigten) rechten Ende der Eingangswelle 2 angebracht, wobei eine Ritzelwelle, die beispielsweise eine bekannte Zahnstangenlenkeinheit bildet, mit dem (in Fig. 1 nicht ge zeigten) linken Ende der Ausgangswelle 3 verbunden ist. Somit wird die Lenkkraft, die erzeugt wird, wenn der Fahrer das Lenkrad dreht, auf ein (nicht gezeigtes) gelenktes Rad über die Eingangswelle 2, die Drehstabfeder 4, die Ausgangswelle 3 und die Zahnstangenlenkeinheit übertragen.

Darüberhinaus ist ein Vorsprung 3a ausgebildet, der sich gegen die Eingangswelle 2 in einer vorbestimmten Position in der Kreisumfangsrichtung des rechten Kantenabschlußteils der Ausgangswelle erstreckt. Der Vorsprung 3a ist in eine längli che Vertiefung 2a eingepaßt, die auf der äußeren Randfläche am linken Ende der Eingangswelle ausgebildet ist und breiter als der Vorsprung 3a ist, wobei der Vorsprung 3a daran gehin dert wird, eine relative Rotation zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 auszuführen, die einen bestimmten Bereich (zum Beispiel ungefähr +/- 5 Grad) überschreitet.

Ein Schneckenrad 6, das koaxial zusammen mit der Aus gangswelle 3 rotiert, umfaßt die Ausgangswelle 3, und eine Schnecke 7b, die auf der äußeren Randfläche der Ausgangswelle 7a eines Elektromotors 7 angebracht ist, greift in das Schneckenrad 6 ein. Somit wird die Drehkraft des Elektromo tors 7 über die Ausgangswelle 7a, die Schnecke 7b und das Schneckenrad 6 zur Ausgangswelle 3 übertragen, so daß die Hilfslenkdrehkraft in jeder vorgegebenen Richtung auf die Ausgangswelle 3 durch eine passende Umschaltung der Rotati onsrichtung des Elektromotors 7 ausgeübt wird.

Weiterhin umfaßt ein zylindrischer Schieber 8, der rela tive Bewegungen sowohl in axialer als auch in Rotationsrich tung bezüglich der Eingangswelle 2 ausüben kann, die Ein gangswelle 2, und das Endteil einer Querführung 9, dicht am Vorsprung 3a ist mit dem linken Endteil des Schiebers 8 ver bunden. Ein länglicher Schlitz 9a, der sich in axialer Rich tung erstreckt, ist in einem Teil gegenüber des Vorsprungs 3a auf der inneren peripheren Fläche der Querführung 9 ausge formt, und das äußere Ende eines Stiftes 3b, ist in den läng lichen Schlitz 9a eingeschoben. Das innere Ende des Stiftes 3b ist in den Vorsprung 3a eingepreßt und das äußere Ende er streckt sich in entgegengesetzter Richtung nach außen.

Folglich sind die Ausgangswelle 3 und der Schieber 8 in Rotationsrichtung zueinander fest aber es ist eine relative und axiale Verschiebung innerhalb des Bereichs der Länge des länglichen Schlitzes 9a möglich.

Der Schieber 8 ist so angeordnet, daß er normalerweise durch eine Feder 10 nach rechts gedrückt wird. Die axiale Be wegung der Schiebers 8 wird jedoch reguliert, da eine Kugel 11, die drehbar in einer Vertiefung 9b gelagert ist, die in der inneren peripheren Fläche der Querführung 9, ungefähr 180 Grad entfernt vom länglichen Schlitz 9a in Kreisumfangsrich tung angeordnet ist, in einen Schlitz 2c eingreifen kann, der auf der äußeren peripheren Fläche an der linken Endseite der Eingangswelle 2 ausgebildet ist und sich in Kreisumfangsrich tung fortsetzt. Wenn der Schlitz 2c leicht gegenüber der Welle geneigt ist, wird eine relative Rotation zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle 3 bei der Zerstörung der Drehstabfeder 4 erzeugt. Wenn sich die Position des Schiebers 8 in Rotationsrichtung bezüglich der Eingangswelle 2 ändert, wird die Kugel 11 gezwungen, sich axial entlang des Schlitzes 2c zu bewegen, wodurch der Schieber 8 axial bewegt wird.

Der Schieber 8 dieser Ausführungsform der Erfindung ist aus magnetischem Material (beispielsweise Eisen) hergestellt und ein Teil 8a mit großem Durchmesser, das axial eine vorbe stimmte Entfernung bedeckt, ist im zentralen Teil des Schie bers 8 ausgebildet. Relativ dünnwandige Ringteile 12 und 13, die aus einem leitenden und nichtmagnetischen Material (beispielsweise Aluminium) gefertigt sind, sind außen am Schieber 8 angebracht, um so den Teil 8a mit großem Durchmes ser axial dazwischen zu halten. In diesem Fall sind die Ring teile 12 und 13 aus dem gleichen Material hergestellt und so dick, daß sie eine Differenz in der Höhenlage beider Enden des Teils 8a mit großem Durchmesser auffüllen.

Somit sind ein Bereich aus leitendem und nichtmagneti schen Material (die Ringteile 12, 13) und ein anderer Bereich aus magnetischem Material (der Teil 8a mit großem Durchmes ser) auf der äußeren peripheren Fläche des Schiebers 8 ausge bildet.

Weiterhin sind ein Paar Spulen 15, 16, die axial vonein ander getrennt und von gleichem Produktstandard sind, auf der inneren peripheren Fläche des Gehäuses 1 angeordnet, so daß sie die äußere periphere Fläche des Schiebers 8 umgeben. Ins besondere werden die Spulen 15, 16 koaxial auf der inneren peripheren Fläche einer Spule 17 gehalten, die in die innere periphere Oberfläche des Gehäuses 1 eingedrückt wird.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die das Po sitionsverhältnis zwischen dem Schieber 8 und den Spulen 15, 16 zeigt, während der Schieber 8 sich in der neutralen Posi tion (die Position, an der die Lenkdrehkraft Null ist) inner halb des länglichen Bewegungsbereiches des Schiebers 8 befin det. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Positionsverhältnis zwischen dem Schieber 8 und den Spulen 15, 16 folgendermaßen gestaltet: die zentrale Position a in der axialen Richtung des Teils 8a mit großem Durchmesser ist auf halbem Weg zwi schen den Spulen 15, 16 angeordnet; die axiale externe Kanten flächenpositionen b1, b2 der Ringteile 12, 13 sind jeweils außerhalb den axial äußeren Enden der Spulen 15, 16 angeord net; die Grenze c1 zwischen dem Teil 8a mit großem Durchmes ser und dem Ringteil 12 ist innerhalb der Spule 15 angeord net; und die Grenze c2 zwischen dem Teil 8a mit großem Durch messer und dem Ringteil 13 ist innerhalb der Spule 16 ange ordnet.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die axia len Dimensionen (b1-c1, b2-c2) der Ringteile 12, 13 derart ausgebildet, daß über den gesamten, länglichen Bewegungsbe reich des Schiebers 8 die Kantenoberflächenpositionen b1, b2 jeweils außerhalb der axialen, äußeren Enden des Spulen 15, 16 angeordnet sind, wohingegen die Grenzpositionen c1, c2 je weils innerhalb der Spulen 15, 16 angeordnet sind. Insbeson dere werden die axialen äußeren Kantenflächenpositionen der Spulen 15, 16 so eingestellt, daß, wenn der Schieber 8 sich an der neutralen Position befindet, sie sich an der axialen zentralen Position der Ringteile 12 oder 13 befinden, und die Entfernungen von den Kantenoberflächenpositionen der Spulen zu beiden Endpositionen der Ringteile 12, 13 jeweils länger gemacht werden als die maximale Bewegungsdistanz des Schie bers 8 von der neutralen Position aus, so daß die vorher er wähnten Dimensionsbeziehungen erfüllt werden.

Eine Sensorgehäuseabdeckung 20, die am Gehäuse 1 befe stigt ist, beherbergt eine Leiterplatte 21, die mit dem Schaltungsteil des Drehkraftsensors verbunden ist. Darüber hinaus sind Leitungsdrähte 15a, 16a der Spulen 15, 16 mit ei nem Verbinder 22 verbunden, der an einem entsprechenden Verb inder auf der Leiterplatte 21 befestigt ist, wobei das Paar Spulen 15, 16, deren Induktivität sich in Abhängigkeit von der Drehkraft, beispielsweise der Lenkkraft ändert, über den Verbinder 22 mit der Drehkraftsensorschaltung verbunden ist.

Eine Schaltungskonfiguration eines solchen Drehkraftsen sors wird nun beschrieben. Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Schaltungsteils 30, das eine Oszillatorschaltung 31 zur Ver sorgung der Spulen 15, 16 mit Wechselstrom, der eine vorbe stimmte Frequenz hat; eine Gleichricht-Glättschaltung 32 zur Gleichrichtung und zum Glätten eines Spannungssignals, das durch die elektromotorische Selbstinduktionskraft der Spule 15 erzeugt wird, und zur Ausgabe des sich ergebenden Signals; eine Gleichricht-Glättschaltung 33 zur Gleichrichtung und zum Glätten eines Spannungssignals, das durch die elektromotori sche Selbstinduktionskraft der Spule 16 erzeugt wird, und zur Ausgabe des sich ergebenden Signals; Differentialverstärker (Differentialverstärkerschaltungen) 34, 36, um die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Gleichricht-Glättschaltun gen 32, 33 jeweils zu verstärken und auszugeben; einen Rauschunterdrückungsfilter 35 zur Unterdrückung externen Rauschkomponenten, die im Ausgangssignal des Differentialver stärkers 34 enthalten sind; einen Rauschunterdrückungsfilter 37 zur Unterdrückung externer Rauschkomponenten, die im Aus gangssignal des Differentialverstärkers 36 enthalten sind; eine Irregularitätsdetektionsschaltung (Detektionsschaltung) 100 zum Empfang der Ausgangsspannung der Gleichricht-Glätt schaltung 32 und zur Aussendung eines Irregularitätserken nungssignals, wenn ein Eingabewert sich außerhalb eines vor bestimmten Eingabebereiches befindet; und eine Verstärker steuerschaltung (Steuerschaltung) 100, um den Ausgang des Differentialverstärkers 34 auf einen Wert mit niedrigem Pegel außerhalb eines vorbestimmten stetigen Ausgangsbereichs zu zwingen, wenn ein Irregularitätserkennungssignal empfangen wird, zeigt.

Eine andere Irregularitätsdetektionsschaltung 100′ (die durch eine gepunktete Linie in Fig. 4 gezeigt ist), die ähn lich der Irregularitätsdetektionsschaltung 100 ist, zum Emp fang der Ausgangsspannung der Gleichricht-Glättschaltung 33 kann vorgesehen sein, so daß beide Ausgangsspannungen der Gleichricht-Glättschaltungen 32 und 33 detektiert werden kön nen.

Die Oszillatorschaltung 31 ist insbesondere so ausgebil det, daß sie eine oszillierende Spannung A, die eine Frequenz von einigen KHz und eine Spannung von einigen Volt aufweist, erzeugt. Die oszillierende Spannung A wird über den Strombe grenzerwiderstand R15 und den Verbinder 22 der Spule 15, und darüberhinaus über einen Strombegrenzerwiderstand R16 und den Verbinder 22 der Spule 16 zugeführt. Wenn Wechselstrom durch die Spule 15 fließt, wird in der Spule 15 eine elektromotori sche Selbstinduktionskraft erzeugt. Die Spannung B, herrüh rend von der elektromotorischen Kraft, wird als Anschlußspan nung auf der Seite der Spule 15 des Widerstandes R15 gemes sen, die gleich ist einer Spannung, die man erhält durch Tei lung der Wechselspannung A durch das Verhältnis des Wider standswertes des Widerstandes R15 zur Induktanz der Spule 15. Mit anderen Worten, die Amplitude der oszillierenden Spannung B liegt ungefähr ein bis mehrere Male über der oszillierenden Spannung A und ändert sich mit einer Änderung der Induktivi tät der Spule 15. In ähnlicher Art beträgt die oszillierende Spannung B′, die als Anschlußspannung des Widerstands R16 auf der Seite der Spule 16 gemessen wird, ungefähr das ein bis mehrfache der oszillierenden Spannung A und ändert sich mit einer Änderung der Induktivität der Spule 16. Wenn der Verb inder 22 von der Leiterplatte 21 jedoch getrennt wird, wird die Verbindung zwischen der Spule 15 und dem Widerstand R15 unterbrochen und ebenso die Verbindung zwischen der Spule 16 und dem Widerstand R16, wobei der Wechselstrom davon abgehal ten wird, über die Widerstände R15, R16 und die Spulen 15, 16 zu fließen. Somit wird die Wechselspannung, die an ein Ende der Widerstände R15, R16 gelegt wird, übertragen, ohne ge teilt zu werden. In diesem Fall sind die Wechselspannung B und die Wechselspannung B′ im wesentlichen konform mit der Wechselspannung A; mit anderen Worten, die Spannungen B und B′ werden um ein Vielfaches größer als die Spannung in dem Fall, wenn der Verbinder 22 normal mit der Leiterplatte 21 verbunden ist.

Die Gleichricht-Glättschaltung 32 umfaßt eine Klemm schaltung zum Empfang der Wechselspannung B, um die mittlere Spannung zu einer vorbestimmten Referenzspannung V_RE zu ma chen, eine Vollwellengleichrichtschaltung, um das Ausgangssi gnal der Klemmschaltung einer Vollwellengleichrichtung zu un terwerfen, und eine Glättschaltung zur Glättung und zur Aus gabe des Ausgangssignals der Vollwellengleichrichtschaltung, wobei das Ausgangssignal der Glättschaltung als Detektions spannung C ausgegeben wird. In diesem Fall nimmt die Refe renzspannung VRE, die normalerweise der Betriebspunktspannung beispielsweise des Differentialverstärkers 34 entspricht, beispielsweise den halben Wert der Versorgungsspannung Vcc (Vcc/2) an. Somit erhält man ein Spannungssignal, das der Am plitude der Wechselspannung B entspricht mit der Referenz spannung V_RE als Referenzwert; mit anderen Worten, man erhält die Detektionsspannung C, die der Induktivität der Spule 15 entspricht. Die Detektionsspannung C wird als Eingangssignal der invertierenden Seiten der Differentialverstärker 34, 36 verwendet.

Die Gleichricht-Glättschaltung 33 wird in gleicher Art wie die Gleichricht-Glättschaltung 32 betrieben, mit der Aus nahme, daß die erstere die Wechselspannung B′ empfängt und eine Detektionsspannung C′ ausgibt. Mit der Referenzspannung V_RE als Referenz erhält man dann ein Spannungssignal entspre chend der Amplitude der Wechselspannung B. Mit anderen Wor ten, man erhält die Detektionsspannung C′, die einen Wert hat entsprechend der Induktivität der Spule 16. Die Detektions spannung C′ wird als Eingangssignal für die invertierenden Seiten der Differentialverstärker 34, 36 verwendet.

Der Differentialverstärker 34 besteht beispielsweise hauptsächlich aus einem Operationsverstärker 34a. Wie in Fig. 4 im Detail gezeigt ist, ist der Operationsverstärker 34 der art angeordnet, daß ein Rückkoppelwiderstand Rf zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingangsanschluß geschaltet ist, daß die Leitung der Detektionsspannung C′ über einen Wi derstand Rs mit dem invertierenden Eingangsanschluß verbunden ist, und daß die Leitung der Detektionsspannung C über den Widerstand Rc mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß verbunden ist. Im Operationsverstärker 34a ist ferner die Leitung der Referenzspannung V_RE über einen Widerstand Ri mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß verbunden, wodurch der Differentialverstärker 34 mit der Referenzspannung V_RE als Referenz arbeitet und auch als Differentialverstärkungs schaltung zur Verstärkung der Differenz zwischen der Detekti onsspannung C und der Detektionsspannung C′ dient, mit der Referenzspannung V_RE als Referenz. Die Ausgabe D des Diffe renzverstärkers 34 als Drehkraftdetektionssignal wird über den Rauschunterdrückungsfilter 35 zu einer Motorsteuerschal tung 40 geführt.

Der Rauschunterdrückungsfilter 35 umfaßt einen Kondensa tor 35a und eine Spule 35b, die mit der Leitung des Ausgangs D des Differentialverstärkers 35 seriell verbunden sind. In diesem Fall ist der Kondensator 35a zur Unterdrückung des Rauschens vom Dreianschlußtyp, wobei der dritte Anschluß mit dem Sensorgehäuse 20 verbunden ist, und so weiter. Somit wird das Rauschen, das sich auf der Leitung des Ausgangs D des Differentialverstärkers 34 überlagert hat, und das von außer halb kommt, unterdrückt.

Darüberhinaus sind die Differentialverstärker 36 und das Rauschunterdrückungsfilter 37 ähnlich dem Differentialver stärker 34 und dem Rauschunterdrückungsfilter 35 sowohl in der Konstruktion als auch in der Funktion. Das Ausgangssignal D′ des Differentialverstärkers 36 wird auch über den Rausch unterdrückungsfilter 37 als Drehkraftdetektionssignal an die Motorsteuerschaltung 40 gesandt. Somit wird die Schaltung, die dem Differentialverstärker folgt, in der Schaltung 30 des Drehkraftsensors verdoppelt und beide Ausgangssignale D, D′ der Differentialverstärker 34, 36 werden an die Motorsteuer schaltung 40 gesandt. Die Ausgangssignale D, D′ haben den gleichen Wert, wenn die Schaltungen, die den Differentialver stärkern in der Schaltung 30 des Drehkraftsensors folgen, normal bleiben.

Die Irregularitätsdetektionsschaltung 100 umfaßt Wider stände R101, R102, R103, die in Serie zwischen dem Ausgang der Gleichricht-Glättschaltung 32, das heißt der Leitung der Detektionsspannung C und Erde GND geschaltet sind, einen Ope rationsverstärker 101, der als Vergleicher funktioniert, des sen invertierender Eingangsanschluß mit der Verbindung zwi schen den Widerständen R101, R102 verbunden ist, und dessen nicht invertierender Eingangsanschluß mit der Leitung der Re ferenzspannung V_RE verbunden ist, einen Operationsverstärker 102, der als Vergleicher funktioniert, dessen nichtinvertie render Eingangsanschluß mit der Verbindung zwischen den Wi derständen R102, R103 verbunden ist, und dessen invertieren der Eingangsanschluß mit der Leitung der Referenzspannung V_RE verbunden ist, eine Diode D101, die mit der Ausgangsleitung des Operationsverstärkers 101 in Serie in Vorwärtsrichtung verbunden ist, und eine Diode D102, die mit der Ausgangslei tung des Operationsverstärkers 102 in Vorwärtsrichtung ver bunden ist. Weiterhin ist die Ausgangsleitung des Irregulari tätsdetektionssignals E mit der Verbindung zwischen der Ka thode der Diode D101 und der der Diode D102 verbunden.

Die Verstärkersteuerschaltung 110 ist ausgebildet mit einem NPN-Schalttransistor 111, dessen Basis über einen Strombegrenzungswiderstand mit der Verbindung zwischen der Ka thode der Diode D101 und der der Diode D102 verbunden ist, dessen Kollektor mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34a verbunden ist, und dessen Emit ter geerdet ist. Die Verstärkersteuerschaltung 110 steuert die Ausgabe des Differentialverstärkers 34 durch das Senden eines Verstärkersteuersignals F an den Differentialverstärker 34 über die Kollektorleitung des Transistors 111, die mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstär kers 34a verbunden ist.

Es sei angenommen, daß der Wert der Detektionsspannung C C_MAX beträgt, wenn der Schieber 8 von der neutralen Position bewegt wird, um die maximale Längsdistanz auf einer Seite in nerhalb des Nennbetriebsbereichs zu bedecken, um die maximale Induktivität der Spule 15 zu erzielen; daß der Wert der De tektionsspannung C_MIN beträgt, wenn der Schieber 8 von der neutralen Position bewegt wird, um die maximale Längsdistanz auf der anderen Seite innerhalb des Nennbetriebsbereiches zu bedecken, um die minimale Induktivität der Spule 15 zu erzie len; daß ein oberer Grenzwert D_MAX leicht größer als der Wert C_MAX im Bereich der Detektionsspannung C im Nennbetriebszu stand festgesetzt wird, unter der Berücksichtigung von Tempe raturänderungen; und ein unterer Grenzwert D_MIN leicht klei ner als der Wert C_MIN darin festgelegt wird. Dann werden die Werte der Widerstände R101, R102, R103 so bestimmt, daß die Spannung, die an der Verbindung zwischen den Widerständen R102, R103 erzeugt wird der Referenzspannung V_RE entspricht, wenn die Detektionsspannung C sich an ihrem oberen Grenzwert D_MAX befindet, und daß die Spannung, die an der Verbindung zwischen den Widerständen R101, R102 erzeugt wird, der Refe renzspannung V_RE entspricht, wenn sich die Detektionsspannung C an ihrem unteren Grenzwert D_MIN befindet.

Wenn die Detektionsspannung C den oberen Grenzwert D_MAX überschreitet, wird die Spannung, die an der Verbindung zwi schen den Widerständen R102, R103 erzeugt wird, größer als die Referenzspannung V_RE, womit der Ausgang des Operations verstärkers 102 auf einen hohen Pegel gesetzt wird. Nachfol gend wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 102 über die Diode D102 zur Basis des Transistors 111 übertragen. Mit anderen Worten, es wird das signifikante Detektionssignal E ausgesandt. Beim Empfang dieses Signals wird der Transistor 111 eingeschaltet. Die Basisspannung des Transistors 111 wird übrigens nicht durch das Ausgangssignal des Operationsver stärkers 101 beeinflußt, da die Diode D101 vorhanden ist. Wenn der Transistor 111 eingeschaltet wird, wird die Kollek torleitung des Transistors 111, das heißt, die Leitung des Verstärkersteuersignals F mit Erde GND verbunden, was somit den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 34a erdet. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des Differenti alverstärkers 34 auf einen niedrigen Pegel als Ausgangsbe grenzung gezwungen. Mit anderen Worten, das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 34 wird durch die Irregularitäts detektionschaltung 100 und die Verstärkersteuerschaltung 110 auf einen niedrigen Pegel gesetzt, der sich außerhalb des Nennausgangssignalbereiches befindet, wenn die Detektions spannung C den vorbestimmten oberen Grenzwert D_MAX über schreitet.

Wenn die Detektionsspannung C kleiner wird als der vor bestimmte untere Grenzwert D_MIN, wird die Spannung, die an der Verbindung zwischen den Widerständen R101, R102 erzeugt wird, kleiner als die Referenzspannung V_RE und die Ausgangs spannung des Operationsverstärkers 101 wird auf einen hohen Pegel gesetzt. Weiterhin wird die Ausgangsspannung des Opera tionsverstärkers 101 über die Diode D101 zur Basis des Tran sistors 111 übertragen. Mit anderen Worten, es wird in diesem Fall das signifikante Signal E ausgesandt. Beim Empfang die ses Signals wird der Transistor 111 eingeschaltet. Die Basis spannung des Transistors 111 wird durch das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 102 nicht beeinflußt, da die Diode D102 vorhanden ist. Wenn der Transistor 111 eingeschaltet wird, wird die Leitung des Verstärkersteuersignals F ebenso mit Erde GND verbunden, was somit den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 34a erdet. Auch in diesem Fall wird das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 34 auf einen niedrigen Pegel als Ausgangsbegrenzung gezwungen. Mit anderen Worten, das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 34 wird durch die Irregularitätsdetektionschaltung 100 und die Verstärkersteuerschaltung 110 auf einen niedrigen Pegel gesetzt, der sich außerhalb des Nennausgangssignalbe reiches befindet, wenn die Detektionsspannung C den vorbe stimmten unteren Grenzwert D_MIN unterschreitet.

Wenn die Detektionsspannung C innerhalb des Bereichs vom unteren Grenzwert D_MIN bis zum oberen Grenzwert D_MAX bleibt, so befinden sich die Ausgangssignale der Operationsverstärker 101, 102 beide auf einem niedrigen Pegel, und da der Transi stor 111 ausgeschaltet ist, befindet sich die Kollektorlei tung des Transistors 111 in einem Zustand hoher Impedanz, so daß der Betrieb des Differentialverstärkers 34 nicht durch das Irregularitätsdetektionssignal E beeinflußt wird. Wie der Differentialverstärker 36, so arbeitet auch der Differential verstärker 34 in diesem Fall gewöhnlich als Differentialver stärkerschaltung zur Verstärkung und zur Ausgabe der Diffe renz zwischen dem Ausgangssignal der Gleichricht-Glättschal tung 32 und dem der Gleichricht-Glättschaltung 33.

Das Ausgangssignal der Drehkraftsensorschaltung 30, das heißt, die Ausgangssignale D, D′ der Differentialverstärker 34, 36 über den Rauschunterdrückfiltern 35, 37 werden an die Motorsteuerschaltung 40 gesandt. Die Motorsteuerschaltung 40 ist mit einer Verschiebungsberechnungseinheit 41 versehen zur Berechnung der Richtung und der Größe der Verschiebung des Schiebers 8 aus der neutralen Position, in Übereinstimmung mit beispielsweise den Mittelwerten der Ausgangssignale D, D′ der Differentialverstärker 34, 36, einer Motortreiberschal tung 42 zum Erhalt der Lenkdrehkraft, die im Steuersystem ge mäß den Ergebnissen der Berechnung in der Verschiebeberech nungseinheit 41 erhalten wurde, um Steuerstrom I an den elek trischen Motor 7 zu liefern, um eine Hilfslenkdrehkraft zu erzeugen, um die Lenkdrehkraft zu vermindern, und eine Irre gularitätsüberwachungsschaltung 43 für die Unterbrechung des Ausgangsbetriebs der Motortreiberschaltung 43, indem das Vor handensein einer Irregularität im Drehkraftsensor festge stellt wird, wenn beispielsweise die Differenz zwischen bei den Ausgangssignalen der Differentialverstärker 34, 36 größer wird als ein vorbestimmter Wert. Die Motorsteuerschaltung 40 kann getrennt von der Leiterplatte 21 der Schaltung 30 des Drehkraftsensors angeordnet sein oder andererseits zusammen mit der Schaltung 30 des Drehkraftsensors auf der Leiter platte 21 angeordnet sein. In diesem Fall, wird der obige vorbestimmte Wert in der Irregularitätsüberwachungsschaltung 43 bestimmt entsprechend der Differenz zwischen dem Diffe renzverstärker 34 mit dem Rauschunterdrückungsfilter 35 und dem Differenzverstärker 36 mit dem Rauschunterdrückungsfil ter 37 im Nennbetriebszustand und sofern sein Wert gering ist.

Der Betrieb des Drehkraftsensors der vorliegenden Erfin dung wird nachfolgend beschrieben. Es wird zuerst der Betrieb beschrieben, wenn der Verbinder korrekt verbunden ist und die Schaltung 30 des Drehkraftsensors sich in korrektem Zustand befindet.

Wenn sich das Lenksystem in einem Zustand befindet, bei dem eine gerade Fahrt durchgeführt wird, bei der die Lenk kraft Null beträgt, so tritt keine relative Rotation zwischen dem Schieber 8, der integral mit der Ausgangswelle 3 rotiert und der Eingangswelle 2 auf, da keine relative Rotation zwi schen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 auftritt. Folglich verbleibt die Kugel 11 in ihrer anfänglichen Lage im Schlitz 2c, und der Schieber 8 wird nicht aus seiner neutra len Position bewegt, da keine Vorwärts- oder Rückwärtskraft auf ihn ausgeübt wird.

Wenn das Lenkrad gedreht wird, um eine Drehkraft auf die Eingangswelle 2 auszuüben, so wird andererseits die Drehkraft über die Drehstabfeder 4 auf die Ausgangswelle 3 übertragen. Zu dieser Zeit wird eine Widerstandskraft entsprechend dem Reibwiderstand zwischen dem gelenkten Rad und der Straßen oberfläche und der Reibkraft zwischen den ineinandergreifen den Getrieben einer (nicht gezeigten) Zahnstangenlenkung am linken Ende der Ausgangswelle 3 an der Ausgangswelle 3 er zeugt. Es tritt daher eine relative Drehung auf, die eine Verzögerung der Ausgangswelle 3 bewegt, wenn die Drehstabfe der 4 verdreht wird.

Es wird dann der Schieber 8, der mit der Ausgangswelle 3 in Rotationsrichtung fest ist, einer relativen Rotation be züglich der Eingangswelle 2 unterworfen. Da die Kugel 11, die in der Vertiefung 9b der Querführung 9, die integral mit dem Schieber 8 ausgebildet ist, auch im Schlitz 2c, der in der Eingangswelle 2 ausgebildet ist, gelagert ist, kann sich der Schieber 8 axial vor- und zurückbewegen gemäß dem geneigten Winkel des Schlitzes 2c. Obwohl eine schmale Lücke zwischen der Kugel 11 und den inneren Flächen des Schlitzes 2c und der Vertiefung 9b vorgesehen ist, um es der Kugel zu gestatten, zu rollen, wird jegliches durch die Lücke verursachtes Spiel des Schiebers 8 verhindert, da der Schieber 8 durch die Feder 10 in eine Richtung gedrückt wird.

In diesem Fall wird, wenn man annimmt daß die relative Rotation der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 bewir ken, daß der Schieber 8 sich in Fig. 1 nach rechts bewegt, wenn die rechtsgängige Lenkkraft (die Lenkkraft die erzeugt wird, wenn in Rechtsrotationsrichtung gelenkt wird) erzeugt wird, wohingegen die relative Rotation der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 bewirken, daß der Schieber 8 sich in Fig. 1 nach links bewegt, wenn die linksgängige Lenkkraft (die Lenkkraft, die erzeugt wird, wenn in Linksrotationsrich tung gelenkt wird) erzeugt wird.

Das Teil 8a mit großem Durchmesser läßt den magnetischen Fluß im Verhältnis zu den Ringteilen 12, 13 leicht hindurch. Somit nimmt, wenn die rechtsgängige Lenkkraft erzeugt wird, die elektromotorische Selbstinduktionskraft der Spule 15 zu und die der Spule 16 ab, da die Selbstinduktivität der Spule 15 zunimmt und die Selbstinduktivität der Spule 16 abnimmt. Im Gegensatz dazu nimmt, wenn die linksgängige Lenkdrehkraft erzeugt wird, die elektromotorische Selbstinduktivitätskraft der Spule 15 ab und die der Spule 16 zu, da die Selbstinduk tivität der Spule 15 abnimmt und die Selbstinduktivität der Spule 16 zunimmt.

Die Amplitude der Wechselspannung B neigt entsprechend der elektromotorischen Selbstinduktivitätskraft der Spule 15 dazu, abzunehmen, wohingegen die Amplitude der Wechselspann ung B′ entsprechend der elektromotorischen Selbstinduktivi tätskraft der Spule 16 dazu neigt, zuzunehmen. Weiterhin nimmt der Wert der Detektionsspannung C ab und der der Detek tionsspannung C′ nimmt entsprechend zu. Darüberhinaus werden die Werte der Detektionsspannungen C, C′ beide nicht niedri ger gehalten als der Wert D_MIN und nicht höher als der Wert D_MAX, das heißt, innerhalb des vorbestimmten Bereichs (unterer Grenzwert D_MIN - oberer Grenzwert D_MAX). Dann wird das Irregularitätsdetektionssignal E der Irregularitätsdetek tionsschaltung 100 auf den niedrigen Pegel gesetzt, wohinge gen das Verstärkersteuersignal F der Verstärkersteuerschal tung 110 nicht auf einen niedrigen Pegel gesetzt wird. Somit wird der Betrieb des Differentialverstärkers 34 durch das Ir regularitätsdetektionssignal E und das Verstärkersteuersignal F nicht beeinflußt, und die Differentialverstärker 34, 36 ar beiten, um die Differenz zwischen den Detektionsspannungen C, C′ zu berechnen und die Differenzen auszugeben. Als Ergebnis entsprechen die Ausgangssignale der Differentialverstärker 34, 36 einander und ändern sich, wie in Fig. 5 durch D und D′ gezeigt, linear in Abhängigkeit von der Richtung und Größe der Steuerdrehkraft. Da man die Differenz zwischen den Gleichricht-Glättschaltungen 32, 33 in den Differentialver stärkern 34, 36 erhält, wird eine Variation der Selbstinduk tivität durch Temperaturänderungen oder dergleichen unter drückt.

Die Verschiebeberechnungsschaltung 41 in der Motorsteu erschaltung 40 berechnet den Mittelwert der Ausgangssignale der Differentialverstärker 34, 36, die über die Rauschunter drückungsfilter 35, 37 zugeführt werden, erhält eine Ver schiebung des Schiebers 8 durch Multiplizierung des Wertes mit einer vorbestimmten proportionalen Verstärkung und sendet das Ergebnis an die Motortreiberschaltung 42. Die Motortrei bereinheit 42 liefert dem Elektromotor 7 den Antriebstrum I, dessen Richtung und Größe dem Ausgangssignal der Verschiebe berechnungsschaltung 41 entsprechen, da die Richtung und die Größe der Verschiebung des Schiebers 8 der Richtung und Größe der Lenkdrehkraft entsprechen.

Im Elektromotor 7 wird eine Rotationskraft proportional zur Richtung und Größe der Lenkdrehkraft, die durch das Steu ersystem verursacht wird, erzeugt, und die Rotationskraft wird zur Ausgangswelle 3 über die Ausgangswelle 7a, die Schnecke 7b und das Schneckenrad 6 übertragen, wobei die Hilfssteuerdrehkraft an die Ausgangswelle 3 gegeben wird.

Da die axialen Dimensionsverhältnisse zwischen dem Teil 8a mit großem Durchmesser des Schiebers 8, den Ringteilen 12, 13 und den Spulen 15, 16 wie vorstehend beschrieben festge setzt werden, werden die Ringteile 12, 13 daran gehindert, vollständig in die Spulen 15, 16 einzudringen oder nach außen vorzustehen, unabhängig von ihrer Position im gesamten läng lichen Bewegungsbereich des Schiebers 8. Mit anderen Worten, die Ausgangssignale der Differentialverstärker 34, 36 ändern sich, wie in Fig. 5 gezeigt, aus diesen Gründen immer linear und somit kann die Lenkdrehkraft, die im Lenksystem erzeugt wird, unabhängig von ihrer Größe präzise gemessen werden. Es kann dadurch eine präzise Hilfsdrehkraft an die Ausgangswelle 3 gegeben werden.

Wenn die leitenden Ringteile 12, 13 aus nicht magneti schem Material ein Wechselfeld verbinden, wird in ihnen ein Wirbelstrom erzeugt, so daß sie kaum noch durchlässig sind für den magnetischen Fluß; sie setzen dann dem magnetischen Fluß einen Widerstand entgegen, der höher ist als der Wider stand von Luft. Da es möglich ist, starke Änderungen der Selbstinduktivität der Spulern 15, 16 zu erhalten, im Ver gleich zu dem Fall, bei dem keine Ringteile 12, 13 vorgesehen sind, so kann die Empfindlichkeit des Sensors erhöht werden durch ein Versteilern der Ausgangssignale der Differential verstärker 34, 36. Im Gegensatz dazu können die Spulen 15, 16 durch eine Verminderung der Windungszahl kompakter gestaltet werden, wenn die konventionelle Sensorempfindlichkeit als ausreichend angesehen wird.

Der magnetische Fluß, der durch die Ringteile 12, 13 übertragen wird, wird an der äußeren Schicht dicht neben den Spulen 15, 16 durch den Oberflächeneffekt der Wirbelströme konzentriert. Die Dicke 8 der äußeren Schicht, in der der ma gnetische Fluß konzentriert ist, ist übrigens durch die fol gende Gleichung (1) gegeben, wobei die Frequenz des Wechsel stroms, der den Spulen 15, 16 zugeführt wird mit f bezeichnet ist, die Permeabilität des Materials, das die Ringteile 12, 13 bildet mit µ bezeichnet ist und die elektrische Leitfähig keit mit σ bezeichnet ist.

δ = 2/(2πf _* σ _* µ)^1/2.

Mit anderen Worten, die Dicke der Ringteile 12, 13 in genau entgegengesetzter Richtung sollte nicht weniger als das 8 betragen, das man aus der Gleichung (1) erhält. Der äußere Durchmesser des Schiebers 8 ist somit verkleinerbar.

Darüberhinaus sind keine Schwingspulen erforderlich, da der erfindungsgemäße Drehkraftsensor so gestaltet ist, daß die Selbstinduktivität anstelle der Gegeninduktivität der Spule variiert wird. Somit genügen zwei Spulen, sogar obwohl das Differential genommen werden muß, und das macht es mög lich, einen kompakten, preiswerten Drehkraftsensor zu lie fern.

Die Funktion des Drehkraftsensors für den Fall, daß der Verbinder 22 defekt ist, wird nachfolgend beschrieben.

Wenn der Verbinder 22 unzureichend kontaktiert ist, so werden sowohl die Spulen 15, 16 von der Verbindungsleitung zwischen den Widerständen R15, R16 getrennt als auch die Gleichricht-Glättungsschaltungen 32, 33. Folglich bleibt das Signal, daß von der Oszillatorschaltung 31 über die Wider stände R15, R16 an die Gleichricht-Glättungsschaltungen 32, 33 geführt wird, unbeeinflußt, sogar obwohl die Selbstinduk tivität der Spulen 15, 16 durch die Bewegung des Schiebers 8 in Übereinstimmung mit dem Lenken des Lenkrades sich ändert. In diesem Fall wird jederzeit die Wechselspannung A der Os zillatorschaltung 31 direkt in die Gleichricht-Glättungs schaltungen 32, 33 über die Widerstände R16, R15 eingegeben. Mit anderen Worten, ein Signal, dessen Amplitude das Mehrfa che der Amplitude des Signals im Nennbetrieb entspricht, bei dem die Spulen 15, 16 verbunden sind, wird in die Gleich richt-Glättschaltungen 32, 33 eingegeben. Dann überschreiten sowohl die Detektionsspannungen C, C′ als auch die Ausgangs signale der Gleichricht-Glättschaltungen 32, 33 den oberen Grenzwert D_MAX.

Das Ausgangssignal D′ des Differentialverstärkers 36, der die Detektionsspannungen C, C′ empfangen hat, wird im wesentlichen Null mit der Referenzspannung V_RE als Referenz, da die Detektionsspannungen C, C′ den gleichen Wert aufweisen (siehe D′ von Fig. 6). Beim Empfang der Detektionsspannung C, die den oberen Grenzwert D_MAX überschreitet, sendet die Irre gularitätsdetektionsschaltung 100 das Irregularitätsdetekti onssignal E mit einem wesentlich höheren Pegel an die Ver stärkersteuerschaltung 110 und beim Empfang dieses Signals, sendet die Verstärkersteuerschaltung 110 das Verstärkersteu ersignal F mit einem wesentlich niedrigeren Pegel an den Dif ferentialverstärker 34. Dann wird das Ausgangssignal D des Differentialverstärkers 34, dessen nicht invertierender Ein ganganschluß das Verstärkersteuersignal F mit niedrigem Pegel empfangen hat auf den niedrigen Pegel des Verstärkerausgangs signalgrenzwertes gesetzt, unabhängig von den Werten der De tektionsspannungen C, C′ (siehe D von Fig. 6). Somit wird das Ausgangssignal D des Differentialverstärkers 34 auf den nied rigen Pegel außerhalb des Nennausgangssignalbereiches ge setzt, wenn der Verbinder 22 fehlerhaft verbunden ist, wobei die Ausgangssignale D, D′ der Differentialverstärker 34, 36 verschiedene Spannungswerte aufweisen.

Die Irregularitätsüberwachungsschaltung 43 in der Motor steuerschaltung 40 vergleicht die Ausgangssignale der Diffe rentialverstärker 34, 36, die über die Rauschunterdrückungs filter 35, 37 zugeführt werden und unterbindet den Betrieb der Motortreiberschaltung 42 durch Aussenden eines Stopsi gnals oder ähnlichem an die Motorsteuerschaltung 42, wenn die Differenz zwischen beiden Ausgangssignalen größer als ein vorbestimmter Wert ist. Somit kann verhindert werden, daß das Steuerrad blockiert wird, dadurch daß eine unerwünschte Hilfsteuerdrehkraft erzeugt wird, wenn beispielsweise der Drehkraftsensor fehlerhaft funktioniert. Somit können die Ausgangssignale der Differentialverstärker benutzt werden, um zu entscheiden, daß eine Irregularität beim Drehkraftsensor aufgetreten ist, wenn der Verbinder 22 fehlerhaft verbunden ist.

Obwohl die Funktionsbeschreibung für den Fall erfolgte, bei dem der Verbinder zur Verbindung der Spulen mit der Schaltung fehlerhaft verbunden ist, kann dies auch auf Fälle angewandt werden, bei der der Leitungsdraht der Spule teil weise gebrochen ist, ein Joch, das die Spule hält verdreht ist und bei denen der Leitungsdraht der Spule gebrochen ist, wenn die Spulen belastet werden. Wenn der Anschluß des derma ßen verbunden Verbinders nur einen schlechten Kontakt auf weist, und wenn darüberhinaus der Leitungsdraht der Spule fast aufgetrennt ist, so wird im wesentlichen der gleiche Be trieb, wie oben beschrieben, durchgeführt, da sich der Wider standswert auf der Spulenseite erhöht. Die Irregularitätsde tektionsschaltung 100′, die der Irregularitätsdetektions schaltung 100 ähnelt, kann an die Gleichricht-Glättungsschal tung 33 angeschlossen werden, so daß beide Detektionsspannun gen C und C′ zur gleichen Zeit gemessen werden können. Obwohl keine detaillierte Beschreibung folgt erniedrigen Irregulari täten, wie beispielsweise ein fehlerhaftes Funktionieren der Oszillatorschaltung 31 und der Kurzschluß der Spulen 15, 16, die Detektionsspannung C oder die Detektionsspannungen C und C′ auf einen Wert unterhalb des unteren Grenzwerts D_MIN und dies führt zu einer Setzung des Irregularitätsdetektionssi gnals E der Irregularitätendetektionsschaltung 100 oder der Irregularitätsdetektionsschaltungen 100 und 100′ auf den we sentlich höheren Pegel und außerdem zur Setzung des Verstär kersteuersignals F der Verstärkersteuerschaltung 110 auf den wesentlich niedrigen Pegel, wobei das Ausgangssignal D des Differentialverstärkers 34 auf den niedrigen Pegel außerhalb des stabilen Ausgangssignalbereichs gesetzt wird. Somit kann das Ausgangssignal der Differentialverstärkerschaltung ver wendet werden für das Feststellen von derartigen Irregulari täten des Drehkraftsensors.

Somit ist es bei einem Drehkraftsensor gemäß dieser Er findung durch die Ausgangssignale der Differentialverstärker schaltungen möglich, festzustellen, daß Irregularitäten auf getreten sind, die herrühren von ungenügend verbundenen Spu len und dergleichen, einschließlich gleichmäßiger Veränderun gen des Paares von Detektionsspannungen.

Es wird nun ein anderer Drehkraftsensor, der die vorlie gende Erfindung verkörpert, beschrieben. Dieser Drehkraftsen sor ähnelt in der mechanischen Konstruktion und den Schaltun gen der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten, vorhergehenden Aus führungsform der Erfindung mit Ausnahme der Anordnung der Ir regularitätsdetektionsschaltung. Somit werden nachfolgend nur die Unterschiede beschrieben. Fig. 7 zeigt im wesentlichen eine Irregularitätsdetektionsschaltung 200, die die Wider stände R201, R202, R203, die in Serie zwischen dem Ausgang der Gleichricht-Glättschaltung 32, das heißt, der Leitung der Detektionsspannung C und Erde GND geschaltet sind, eine Diode D201, deren Kathode mit der Verbindung zwischen den Wider ständen R101, R102, und deren Anode mit der Leitung der Refe renzspannung V_RZ über den Widerstand R204 verbunden ist, eine Diode D202, deren Anode mit der Verbindung zwischen den Wi derständen R102, R103 und deren Kathode mit der Leitung der Referenzspannung V_RE über den Widerstand R205 verbunden ist, und einen Operationsverstärker 201, dessen invertierender Eingangsanschluß mit der Anode der Diode D201 und dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß mit der Kathode der Di ode D202 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 201 wird verwendet, um das Irregularitätsdetektionssignal E auszusenden.

Unter Vernachlässigung der Vorwärtsspannung der Diode wird die Schaltung 200 wie folgt beschrieben: Wenn die Spann ung, die an der Verbindung zwischen den Widerständen R201, R202 erzeugt wird, niedriger als die Referenzspannung V_RE ist, wird die Spannung dem invertierenden Eingang des Opera tionsverstärkers 201 über die Diode D201 zugeführt, wohinge gen, wenn die Spannung, die an der Verbindung zwischen den Widerständen R201, R202 erzeugt wird höher als die Referenz spannung V_RE ist, die Übertragung der Spannung durch die Di ode D201 abgeschnitten wird, und die Referenzspannung V_RE dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 201 zuge führt wird. Weiterhin wird, wenn die Spannung, die an der Verbindung zwischen den Widerständen R202, R203 erzeugt wird, größer ist als die Referenzspannung V_RE, die Spannung dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 201 über die Diode D202 zugeführt, wohingegen, wenn die Spannung, die zwischen den Widerständen R202, R203 erzeugt wird, klei ner als die Referenzspannung V_RE ist, die Übertragung durch die Diode D201 abgeschnitten wird, und die Referenzspannung V_RE dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 201 zugeführt wird. Somit erzielt die Irregularitätsdetekti onsschaltung die gleiche Funktion wie die oben beschriebene Irregularitätsdetektionsschaltung 100 mit nur einem einzigen Operationsverstärker. In der Irregularitätsdetektionsschal tung 200, werden die Widerstände R206, R207 verwendet, um das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 201 zu teilen, um somit eine positive Rückkopplung zum Operationsverstärker 201 durchzuführen, so daß das Irregularitätsdetektionssignal E stabilisiert wird, indem eine leichte Hysteresecharakteristik bei der Funktion als Komparator vorgesehen ist.

Eine andere Irregularitätsdetektionschaltung 200′ (die durch die gepunktete Linie in Fig. 1 gezeigt ist), die der Irregularitätsdetektionsschaltung 200 ähnelt, kann mit der Gleichricht-Glättschaltung 32 verbunden sein, so daß beide Detektionsspannungen C und C′ zur gleichen Zeit detektiert werden können.

Obwohl bei der obigen Ausführungsform es so eingerichtet wurde, daß das Ausgangssignal der Differentialverstärker schaltung auf einen vorbestimmten niedrigen Pegelwert außer halb des stabilen Ausgangsbereichs gesetzt wird, wenn eine Irregularität erkannt wird, so ist es auch möglich das Aus gangssignal der Differentialverstärkerschaltung auf den vor bestimmten hohen Pegelwert außerhalb des stabilen Ausgangsbe reichs zu setzen. Diese Anordnung kann man beispielsweise da durch erreichen, daß das Irregularitätsdetektionssignal E zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 34a gesandt wird.

Obwohl zwei Systeme, die Differentialverstärker 34, 36 und die Rauschunterdrückungsfilter 35, 37 vorgesehen sind, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, ist es möglich, mehr als zwei solche Systeme vorzusehen. Umgekehrt ist es auch möglich nur ein System, das den Differentialverstärker 34 und das Rausch unterdrückungsfilter 35 aufweist, vorzusehen. In diesem Fall kann, obwohl das Ausgangssignal der Differentialverstärker schaltung 34 nicht mit dem einer anderen Differentialverstär kerschaltung verglichen werden kann, die Irregularitätsbedin gung des Drehkraftsensors bestimmt werden durch die Feststel lung, ob sich das Ausgangssignal der Differentialverstärker schaltung 34 innerhalb des stabilen Ausgangsbereichs befin det.

Obwohl die Beschreibung der Drehkraftsensors der obigen Ausführungsform bei der Anwendung auf ein motorgetriebenes Servolenksystem eines Fahrzeugs beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.

Weiterhin wurde die vorliegende Erfindung bezüglich ei nes Drehkraftsensors zum Messen einer linearen Verschiebung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Anwendung beschränkt, sondern kann auch für das Messen von Winkeln verwendet werden.

Obwohl die vorliegenden Ausführungsformen der vorliegen den Erfindung so ausgebildet waren, das der Teil 8a mit dem großen Durchmesser, der aus einem magnetischen Material her gestellt ist, zwischen den leitenden Ringteilen 12, 13, die aus nicht magnetischem Material hergestellt sind, gehalten wird, kann diese Beziehung auch umgekehrt werden. Beispiels weise ist ein Teil mit kleinem Durchmesser in einer Position ausgebildet, an der das Teil 8a mit großem Durchmesser des Schiebers 8 ausgebildet ist, und es wird ein leitender Ring aus nichtmagnetischem Material darin eingepaßt. Weiterhin kann ein ähnlicher leitender Schieber 8 aus nichtmagnetischem Material hergestellt sein und die Ringteile sind dann aus ma gnetischem Material hergestellt. Dieses Anordnung ist vor teilhaft, da die Trägheit reduziert werden kann, wenn die Masse des gesamten Teils, das sich zurück- und vorbewegt, auch vermindert wird, solange die Abmessungen die gleichen bleiben.

Wie vorstehend ausgeführt, kann bei einem Drehkraftsen sor gemäß der vorliegenden Erfindung, obwohl das Paar von De tektionsspannungen gleichzeitig Werte aufweist, die die nor malen Werte überschreiten, wenn die Spulen fehlerhaft verbun den sind, die Irregularität durch die Detektionsschaltung er kannt werden und weiterhin zwingt die Steuerschaltung die Aus gangssignale der Differentialverstärkerschaltungen dazu, daß sie vorbestimmte Werte außerhalb des stabilen Ausgangsberei ches annehmen, wodurch sich der Irregularitätszustand wider spiegelt im Ausgangssignal, das der Differentialverstärkung unterworfen ist.

Somit gestattet es die vorliegenden Erfindung durch das Ausgangssignal der Differentialverstärkerschaltungen, Irregu laritäten von fehlerhaft verbundenen Spulen und dergleichen zu erkennen, die gleiche Änderungen des Paares von Detekti onsspannungen hervorrufen.

Claims

1. Drehkraftsensor mit:
einem Paar Spulen, deren Induktivitäten sich in entge gengesetzte Richtungen in Übereinstimmung mit der Drehkraft ändern;
einer ersten Differentialverstärkerschaltung zum Empfang und zum differentiellen Verstärken eines Paares Detektions spannungen, die in dem Spulenpaar induziert wurden, wobei die Drehkraft durch das Ausgangssignal der Differentialverstär kerschaltung detektiert wird;
einer ersten Detektionsschaltung, die eine Detektions spannung des Paares von Detektionsspannungen als Eingangsspa nnung verwendet, um ein erstes Detektionssignal auszusenden, wenn die Eingangsspannung einen ersten vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet oder einen ersten vorbestimmten unte ren Grenzwert unterschreitet; und
einer Steuerschaltung zur Steuerung der ersten Differen tialverstärkerschaltung beim Empfang des ersten Detektionssi gnales von der ersten Detektionsschaltung, so daß das Aus gangssignal der ersten Differentialverstärkerschaltung einen vorbestimmten Wert außerhalb eines stetigen Ausgangsbereiches annimmt.

2. Drehkraftsensor nach Anspruch 1, der ferner eine zweite Detektionsschaltung umfaßt, die die andere Detektions spannung des Paares von Detektionsspannungen als Eingangsspa nnung verwendet, um ein zweites Detektionssignal auszusenden, wenn die Eingangsspannung einen zweiten vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet oder einen zweiten unteren Grenzwert unterschreitet.

3. Drehkraftsensor nach Anspruch 1, wobei der erste vor bestimmte obere Grenzwert größer ist als ein maximaler Wert der einen Detektionsspannung des Paares von Detektionsspan nungen, wenn eine Spule des Paares von Spulen eine maximale Induktivität aufweist, und der erste vorbestimmte untere Grenzwert kleiner ist als ein Minimalwert der einen Detekti onsspannung des Paares von Detektionsspannungen, wenn eine Spule des Paares von Spulen eine minimale Induktivität hat.

4. Drehkraftsensor nach Anspruch 2, wobei der erste vor bestimmte obere Grenzwert größer ist als ein maximaler Wert der einen Detektionsspannung des Paares von Detektionsspan nungen, wenn eine Spule des Paares von Spulen eine maximale Induktivität aufweist, wobei der erste vorbestimmte untere Grenzwert kleiner ist als ein minimaler Wert der einen Detek tionsspannung des Paares von Detektionsspannungen, wenn eine Spule des Paares von Spulen eine minimale Induktivität auf weist, wobei der zweite vorbestimmte obere Grenzwert größer ist als ein maximaler Wert der anderen Detektionsspannung des Paares von Detektionsspannungen, wenn die andere Spule des Paares von Spulen eine maximale Induktivität aufweist, und wobei der zweite vorbestimmte untere Grenzwert kleiner ist als ein minimaler Wert der anderen Detektionsspannung des Paares von Detektionsspannungen, wenn die andere Spule des Paares von Spulen eine minimale Induktivität aufweist.

5. Drehkraftsensor nach Anspruch 1, der weiter folgendes umfaßt:
eine Oszillatorschaltung für das Liefern einer Wechsel spannung an das Spulenpaar;
eine erste Gleichricht-Glättungsschaltung zur Gleich richtung und Glättung der einen Detektionsspannung des Paares von Detektionsspannungen, die von einer Spule des Paares von Spulen erzeugt wurde, um ein resultierendes Signal an die er ste Differentialverstärkerschaltung und die erste Detektions schaltung aus zugeben;
eine zweite Gleichricht-Glättungsschaltung zur Gleich richtung und Glättung der anderen Detektionsspannung des Paa res von Detektionsspannungen, die von der anderen Spule des Paares von Spulen erzeugt wurde, um ein resultierendes Signal an die erste Differentialverstärkerschaltung auszugeben; und
ein Rauschunterdrückungsfilter zur Elimination externer Rauschkomponenten, die im Ausgangssignal der ersten Differen tialverstärkerschaltung enthalten sind.

6. Drehkraftsensor nach Anspruch 2, der weiter folgendes umfaßt:
eine Oszillatorschaltung für das Liefern einer Wechsel spannung an das Spulenpaar;
eine erste Gleichricht-Glättungsschaltung zur Gleich richtung und Glättung der einen Detektionsspannung des Paares von Detektionsspannungen, die von einer Spule des Paares von Spulen erzeugt wurde, um ein resultierendes Signal an die er ste Differentialverstärkerschaltung und die erste Detektions schaltung aus zugeben;
eine zweite Gleichricht-Glättungsschaltung zur Gleich richtung und Glättung der anderen Detektionsspannung des Paa res von Detektionsspannungen, die von der anderen Spule des Paares von Spulen erzeugt wurde, um ein resultierendes Signal an die erste Differentialverstärkerschaltung und an die zwei te Detektionsschaltung auszugeben; und
ein Rauschunterdrückungsfilter zur Elimination externer Rauschkomponenten, die im Ausgangssignal der ersten Differen tialverstärkerschaltung enthalten sind.

7. Drehkraftsensor nach Anspruch 5, wobei die erste De tektionsschaltung folgendes umfaßt: einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand und einen dritten Widerstand, die in Serie zwischen der ersten Gleichricht-Glättungsschaltung und Erde geschaltet sind; einen ersten Operationsverstärker, der als Vergleicher funktioniert, dessen invertierender Eingangs anschluß mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Wi derstand und dem zweiten Widerstand verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß mit einer Leitung einer Referenzspannung verbunden ist; einen zweiten Operationsver stärker, der als Vergleicher funktioniert, dessen nichtinver tierender Eingangsanschluß mit einem Verbindungspunkt zwi schen dem zweiten Widerstand und dein dritten Widerstand ver bunden ist, und dessen invertierender Eingangsanschluß mit der Leitung der Referenzspannung verbunden ist; eine erste Diode, die mit einer Ausgangsleitung des ersten Operations verstärkers in Serie in Vorwärtsrichtung verbunden ist; und eine zweite Diode, die mit einer Ausgangsleitung des zweiten Operationsverstärkers in Serie in Vorwärtsrichtung verbunden ist.

8. Drehkraftsensor nach Anspruch 7, wobei die Steuer schaltung einen schaltenden NPN-Transistor umfaßt, dessen Ba sis mit einem Verbindungspunkt zwischen einer Kathode der er sten Diode und einer Kathode der zweiten Diode verbunden ist, dessen Kollektor mit der Operationsverstärkerschaltung ver bunden ist, und dessen Emitter geerdet ist.

9. Drehkraftsensor nach Anspruch 5, wobei die erste De tektionsschaltung folgendes umfaßt: einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand und einen dritten Widerstand, die in Serie zwischen der ersten Gleichricht-Glättungsschaltung und Erde geschaltet sind; einer ersten Diode, deren Kathode mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand verbunden ist, und deren Anode mit einer Leitung einer Referenzspannung verbunden ist; einer zweiten Diode, deren Anode mit einem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, und deren Kathode mit der Leitung der Referenzspannung ver bunden ist; und einen Operationsverstärker, dessen invertier ender Eingangsanschluß mit der Anode der ersten Diode verbun den ist und dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß mit der Kathode der zweiten Diode verbunden ist.