FR2705449A1

FR2705449A1 - Differential sensor, steering torque sensor and assisted steering system

Info

Publication number: FR2705449A1
Application number: FR9305924A
Authority: FR
Inventors: Muller Guy
Original assignee: Valeo Systemes dEssuyage SAS
Current assignee: Valeo Systemes dEssuyage SAS
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1994-11-25
Anticipated expiration: 2013-05-17
Also published as: FR2705449B1

Abstract

The present invention relates to a differential sensor of the type comprising at least two actuators. It relates to a torque sensor, in particular for measuring the steering torque exerted by the driver of a vehicle on the steering column so as, by means of a suitable computer, to actuate the drive head (brain) of an assisted steering system. According to the invention, two actuators (20, 21; 22, 23) are excited in phase opposition by an excitation signal. The zero-action offset on the sensor is compensated for by an element for controlling the relative phase shift between the excitations of the two excitation signals.

Description

La présente invention concerne un capteur différentiel du type comportant au moins deux effecteurs. The present invention relates to a differential sensor of the type comprising at least two effectors.

Elle concerne un capteur de couple notamment pour mesurer le couple de braquage exercé par le conducteur d'un véhicule sur la colonne de direction de façon à, par le moyen d'un calculateur convenable, actionner le cerveau moteur d'un système de direction assistée.It relates to a torque sensor in particular for measuring the steering torque exerted by the driver of a vehicle on the steering column so as, by means of a suitable computer, to activate the motor brain of a power steering system .

Elle trouve application en particulier dans le domaine de la direction assistée de véhicule. It finds application in particular in the field of vehicle power steering.

Dans l'état de la technique, on connaît des capteurs de type différentiel qui comportent un premier et un second effecteurs, dont l'impédance électrique varie en fonction du phénomène détecté par le capteur. In the prior art, differential type sensors are known which include first and second effectors, the electrical impedance of which varies as a function of the phenomenon detected by the sensor.

Dans ce type de détection par différence, des décalages peuvent se produire du fait du vieillissement du capteur, de déformations accidentelles qu'il subit, de défaillances déséquilibrées dans les composants électroniques ou électriques du capteur, etc... In this type of difference detection, shifts can occur due to the aging of the sensor, accidental deformations it undergoes, unbalanced failures in the electronic or electrical components of the sensor, etc.

C'est un but de la présente invention de porter remède à cet état de la technique. En effet, la présente invention concerne un capteur différentiel du type comportant un premier et un second effecteurs dont l'impédance électrique varie en fonction du phénomène détecté par le capteur. It is an object of the present invention to remedy this state of the art. In fact, the present invention relates to a differential sensor of the type comprising first and second effectors, the electrical impedance of which varies as a function of the phenomenon detected by the sensor.

L'invention se caractérise en ce que le capteur comporte une première et une seconde source de courant d'excitation des effecteurs. Les signaux de sortie des effecteurs sont fournis à un organe d'équilibrage du capteur en l'absence du phénomène mesuré. Le capteur comporte aussi un moyen générateur de commande qui règle le déphasage des courants d'excitation de façon à annuler ledit décalage. The invention is characterized in that the sensor comprises a first and a second source of excitation current for the effectors. The output signals from the effectors are supplied to a balancing device of the sensor in the absence of the phenomenon measured. The sensor also includes a command generator means which adjusts the phase shift of the excitation currents so as to cancel said offset.

D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins annexés qui sont
- la figure 1 : un schéma de principe d'un capteur selon l'invention ;
- la figure 2 : un schéma d'un mode de réalisation d'un capteur selon la présente invention
- la figure 3 : un schéma d'une chaîne de traitement produisant un signal de mesure pour le capteur de la figure 2.Other advantages and characteristics of the present invention will be better understood from the description and the appended drawings which are
- Figure 1: a block diagram of a sensor according to the invention;
- Figure 2: a diagram of an embodiment of a sensor according to the present invention
- Figure 3: a diagram of a processing chain producing a measurement signal for the sensor of Figure 2.

A la figure 1, on a représenté un schéma de principe d'un capteur selon l'invention. Le capteur comporte principalement deux effecteurs 1, 2 qui subissent des variations d'impédance électrique sous l'action d'un phénomène physique 10,11 que les effecteurs détectent. In Figure 1, there is shown a block diagram of a sensor according to the invention. The sensor mainly comprises two effectors 1, 2 which undergo variations in electrical impedance under the action of a physical phenomenon 10,11 which the effectors detect.

En particulier, quand l'invention est appliquée à un capteur de couple, notamment de braquage pour un système de direction assistée, l'effecteur 1 ou 2 est constitué par une bobine en fil conducteur qui détecte la variation de réluctance d'un circuit magnétique dont les déformations, qui entraînent la variation de réluctance, sont provoquées par le braquage appliqué à la colonne de direction et transmises au capteur par l'intermédiaire d'une barre de torsion entre deux parties mobiles. In particular, when the invention is applied to a torque sensor, in particular of a steering sensor for a power steering system, the effector 1 or 2 is constituted by a coil of conducting wire which detects the variation in reluctance of a magnetic circuit whose deformations, which cause the change in reluctance, are caused by the deflection applied to the steering column and transmitted to the sensor via a torsion bar between two moving parts.

Le circuit magnétique est composé de deux éléments magnétiques associés à chaque partie mobile. The magnetic circuit is composed of two magnetic elements associated with each moving part.

On sait disposer deux zones de variation de la réluctance devant chacune des bobines 1 et 2 de façon à minimiser les erreurs de mesure et à maximiser l'amplitude du signal de détection. On se reportera à une demande du même déposant déposé le même jour, et qui concerne un capteur de couple à réluctance variable. It is known to have two zones of variation of the reluctance in front of each of the coils 1 and 2 so as to minimize the measurement errors and to maximize the amplitude of the detection signal. Reference is made to a request from the same depositor filed on the same day, and which relates to a variable reluctance torque sensor.

Dans ce type de capteur, ainsi qu'il est représenté aussi à la figure 1, des sources de courant 3,4 alimentent les effecteurs ou bobines 1,2. La sortie des bobines 1,2 est connectée aux entrées respectives d'un organe d'équilibrage 5 du capteur en l'absence du phénomène mesuré. In this type of sensor, as also shown in FIG. 1, current sources 3,4 supply the effectors or coils 1,2. The output of the coils 1,2 is connected to the respective inputs of a balancing member 5 of the sensor in the absence of the phenomenon measured.

La sortie 8 de l'organe 5 produit un signal de faible amplitude, nul quand aucun décalage n'apparaît dans le capteur et qui sert à commander un moyen 6 générateur d'une commande dont les sorties 9 et 10 contrôlent la phase relative des courants d'excitation produits par les sources 3 et 4. The output 8 of the member 5 produces a low amplitude signal, zero when no offset appears in the sensor and which is used to control a means 6 generating a command whose outputs 9 and 10 control the relative phase of the currents excitation produced by sources 3 and 4.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'organe de commande 6 est conçu de manière à annuler le signal de sortie de l'organe d'équilibrage 5. In the preferred embodiment of the invention, the control member 6 is designed so as to cancel the output signal from the balancing member 5.

Dans un mode de réalisation, l'organe d'équilibrage comporte aussi une entrée de commande 7 qui permet d'annuler les décalages statiques du capteur. In one embodiment, the balancing member also includes a control input 7 which makes it possible to cancel the static offsets of the sensor.

L'une ou l'autre des sorties des effecteurs 1,2 sert de sortie S pour le capteur, sortie S sur laquelle la tension est une tension différentielle qui est transmise à une chaîne de traitement qui sera décrite plus loin. Either of the outputs of the effectors 1, 2 serves as output S for the sensor, output S on which the voltage is a differential voltage which is transmitted to a processing chain which will be described later.

A la figure 2, on a représenté un mode de réalisation d'un capteur selon l'invention appliquée à un capteur de couple à réluctance variable pour une direction assistée de véhicule. In Figure 2, there is shown an embodiment of a sensor according to the invention applied to a variable reluctance torque sensor for power steering of a vehicle.

Le capteur comporte une source de courant sinusoïdale 26 dont les sorties 27 et 28 sont en opposition de phase. Les courants en opposition de phase 27 et 28 sont respectivement transmis par l'intermédiaire d'amplificateurs adaptateurs 25,24 dont les sorties permettent d'exciter en courant sinusoïdal des bobines respectivement 22,23 et 20,21. Chaque bobine en effet comporte une partie inductive 22 ou 20 et une partie résistive qui représente ses pertes 23,21. The sensor includes a sinusoidal current source 26 whose outputs 27 and 28 are in phase opposition. The currents in phase opposition 27 and 28 are respectively transmitted by means of adapter amplifiers 25,24 whose outputs make it possible to excite in coils sinusoidal coils 22,23 and 20,21 respectively. Each coil in fact has an inductive part 22 or 20 and a resistive part which represents its losses 23,21.

La sortie de ces bobines est connectée aux entrées respectives de l'organe d'équilibrage de l'invention ici constituée par un potentiomètre 31, dont le curseur 32 est court-circuité par l'une ou l'autre de ses bornes d'entrée, et qui est aussi connecté à l'entrée 33 du moyen générateur de commande de phase ou de déphasage de l'invention 34. La sortie 35 de cet organe de commande de déphasage 34 est connectée à une entrée n- n de l'amplificateur 24 qui est monté en amplificateur à phase commandable. Le déphasage de la sortie de l'amplificateur 24 par rapport à la phase du courant d'entrée sur une résistance 29 dépend de l'amplitude de la tension appliquée sur la borne d'entrée n-R de l'amplificateur 24. En dimensionnant convenablement la résistance 29 et la résistance 30 du chemin de rétroaction de l'amplificateur 24, on sait obtenir une loi de déphasage asservie sur la différence des signaux produit par les bobines du capteur différentiel. The output of these coils is connected to the respective inputs of the balancing member of the invention here constituted by a potentiometer 31, the cursor 32 of which is short-circuited by one or other of its input terminals , and which is also connected to the input 33 of the phase control or phase shift generator means of the invention 34. The output 35 of this phase shift control member 34 is connected to an input n- n of the amplifier 24 which is mounted as an amplifier with controllable phase. The phase shift of the output of the amplifier 24 with respect to the phase of the input current on a resistor 29 depends on the amplitude of the voltage applied to the input terminal nR of the amplifier 24. By properly dimensioning the resistor 29 and resistor 30 of the feedback path of the amplifier 24, it is known to obtain a controlled phase shift law on the difference of the signals produced by the coils of the differential sensor.

A la figure 3, on a représenté une chaîne de traitement produisant un signal de mesure M à l'aide du signal de sortie différentielle S du capteur de la figure 1 ou du capteur de la figure 2. Le signal S est connecté à l'entrée d'un circuit 40 de détection crête à crête de l'amplitude du signal différentiel de mesure S. In FIG. 3, a processing chain is shown producing a measurement signal M using the differential output signal S of the sensor of FIG. 1 or of the sensor of FIG. 2. The signal S is connected to the input of a circuit 40 for peak-to-peak detection of the amplitude of the differential measurement signal S.

Un tel circuit de détection crête à crête est connu de l'homme de métier. Such a peak-to-peak detection circuit is known to those skilled in the art.

La sortie de détection crête à crête est une tension continue variable dont l'amplitude est une fonction de la grandeur mesurée par le capteur différentiel. Elle est connectée à l'entrée d'un filtre passe-bas 41 dont la sortie constitue le signal de mesure
M.The peak-to-peak detection output is a variable DC voltage, the amplitude of which is a function of the quantity measured by the differential sensor. It is connected to the input of a low-pass filter 41, the output of which constitutes the measurement signal
Mr.

Dans l'application de l'invention à un capteur de couple destiné à un système de direction assistée de véhicule, les inventeurs ont constaté que la fréquence de coupure du filtre passe-bas devait se situer au alentour de 300 Hz. Dans un mode de réalisation préféré, le filtre passe-bas est un filtre numérique qui travaille par moyenne numérique. In the application of the invention to a torque sensor intended for a power-assisted steering system of the vehicle, the inventors have found that the cut-off frequency of the low-pass filter should be around 300 Hz. preferred embodiment, the low-pass filter is a digital filter which works by digital average.

Claims

1. Differential sensor of the type comprising first and second effectors (1, 2) whose electrical impedance varies as a function of the phenomenon detected by the sensor, characterized in that it comprises first and second sources (3, 4 ) of excitation current of the effectors, the output signals of which are supplied to a balancing member (5) of the sensor in the absence of the phenomenon measured, and a control generator means (6) (9, 10) which adjusts the phase shift of the excitation currents so as to cancel said offset.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the output (8) of the member (5) produces a low amplitude signal, zero when no offset appears in the sensor and which is used to control the means (6 ) generator of a command whose outputs (9, 10) control the relative phase of the excitation currents produced by sources 3 and 4.

3. Sensor according to claim 1, characterized in that the balancing member (5) also comprises a control input (7) which makes it possible to cancel the static offsets of the sensor.

4. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that one or the other of the outputs of the effectors (1, 2) serves as an output (S) for the sensor, output S on which the voltage is a voltage differential which is transmitted to a processing chain.

5. Sensor according to claim 1, characterized in that it comprises a sinusoidal current source (26) whose outputs (27, 28) are in phase opposition respectively transmitted by means of adapter amplifiers (25, 24 ) whose outputs make it possible to excite in sinusoidal current coils respectively (22, 23 and 20, 21), in that the output of these coils is connected to the respective inputs of the balancing member (31) constituted by a potentiometer 31, the cursor 32 of which is short-circuited by one or other of its input terminals, and which is also connected to the input (33) of the phase control or phase shift generator means (34 ) and in that the output (35) of this phase-shift control member (34) is connected to an input "-" of the amplifier 24 which is mounted as an amplifier with controllable phase.

6. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that it also comprises a processing chain producing a measurement signal M using the differential output signal S of the sensor connected to the input of a circuit (40) peak-to-peak detection of the amplitude of the differential measurement signal

S, whose peak-to-peak detection output is a variable DC voltage, the amplitude of which is a function of the quantity measured by the differential sensor, connected to the input of a low-pass filter (41), the output of which constitutes the measurement signal M.

7. Sensor according to claim 6, characterized in that the cut-off frequency of the low-pass filter is around 300 Hz.

8. Sensor according to claim 7, characterized in that the low-pass filter is a digital filter which works by digital average.

9. Steering torque sensor of the type of which at least one effector measures the steering exerted on a steering column, in particular by variation of reluctance, characterized in that it comprises a sensor according to one of the preceding claims.

10. Power steering system, characterized in that it comprises a steering torque sensor according to one of the preceding claims.