JP2003329524A - Torque detector - Google Patents

Torque detector

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Publication number
JP2003329524A
JP2003329524A JP2002137483A JP2002137483A JP2003329524A JP 2003329524 A JP2003329524 A JP 2003329524A JP 2002137483 A JP2002137483 A JP 2002137483A JP 2002137483 A JP2002137483 A JP 2002137483A JP 2003329524 A JP2003329524 A JP 2003329524A
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JP
Japan
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rotation angle
torque
output
input
wave output
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Pending
Application number
JP2002137483A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Nagase
茂樹 長瀬
Shiro Nakano
史郎 中野
Masahiko Sakamaki
正彦 酒巻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Publication date
Application filed by Koyo Seiko Co Ltd filed Critical Koyo Seiko Co Ltd
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Publication of JP2003329524A publication Critical patent/JP2003329524A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that, in a torque detector for detecting a torque by detecting an impedance change generated in a magnetic coil surrounding a magnetic body, the impedance is hard to adjust, and that its detection accuracy is unsatisfactory. <P>SOLUTION: A first rotation angle sensor 6 and a second rotation angle sensor 7 surround an input shaft 2 and an output shaft 3. When a sine-wave output S1 and a cosine-wave output C1 from the sensor 6 and a sine-wave output S2 and a cosine-wave output C2 from the sensor 7 are used so as to compute S1 C1-C1 S2, a sine waveform changed by an angle of twist Δθ between both sensors 6, 7 is obtained without depending on the rotation angles of the sensors 6, 7, and the torque is detected. On the basis of a comparison of an input voltage with an output voltage of the sensor 6 (or 7), a rotation angle (a relative position) of the input shaft 2 (or the output shaft 3) is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、トルク検出装置に
関し、例えば自動車の電動パワーステアリング装置にお
いて操舵軸に付加されるトルクを検出するためのトルク
検出装置に用いられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque detecting device, and is used, for example, in a torque detecting device for detecting a torque applied to a steering shaft in an electric power steering device of an automobile.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、電動パワーステアリング装置に
おいては、トーションバーを介して連結される入力軸及
び出力軸に磁性体を設け、磁性体を取り囲む電磁コイル
に発生するインピーダンス変化を検出することで、トル
クを検出し、検出されたトルクに応じて電動モータによ
るアシスト力を調整するようにしている。しかしなが
ら、インピーダンスの調整が複雑であり、検出精度が悪
いという問題がある。また、操角情報が得られないとい
う課題がある。
2. Description of the Related Art Generally, in an electric power steering apparatus, a magnetic body is provided on an input shaft and an output shaft connected through a torsion bar, and impedance change generated in an electromagnetic coil surrounding the magnetic body is detected. The torque is detected, and the assist force of the electric motor is adjusted according to the detected torque. However, there is a problem that the impedance adjustment is complicated and the detection accuracy is poor. In addition, there is a problem that steering angle information cannot be obtained.

【0003】そこで、入、出力軸にそれぞれ回転位置を
検出するための回転角センサを設け、これらの回転角セ
ンサの出力を用いて入、出力軸間の差動角を検出し、こ
れに基づいてトルクを検出するトルク検出装置が提供さ
れている(例えば特開2001−194251号公報、
及び特開2001−272204号公報参照)。
Therefore, a rotation angle sensor for detecting the rotational position is provided on each of the input and output shafts, and the differential angle between the input and output shafts is detected using the outputs of these rotation angle sensors. There is provided a torque detection device for detecting torque (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-194251,
And Japanese Patent Laid-Open No. 2001-272204).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報のトルク検出装置では、入力側ロータと出力側ロータ
に回転角出力を角度に変換する手段が必要となるという
欠点がある。例えば、回転角θに対してsin θ、cos θ
のアナログ信号を出力することのできる回転角センサ
(一般にはレゾルバ)を2つ用い、各回転角センサから
のsinθ信号とcos θ信号をマイコン等の制御部に入力
し、該制御部において、その2つのセンサの角度差を検
知し、この差に基づいてトルク情報を得る場合がある
が、この場合、一般的に、式tan -1(sin θ/cosθ) を
用いて各回転角センサの回転角θ1,θ2 を求めて、その
差(θ1 −θ2 )を得るようにしている。
However, the torque detecting device of the above publication has a drawback in that the input side rotor and the output side rotor need a means for converting the rotational angle output into an angle. For example, sin θ, cos θ for rotation angle θ
Two rotation angle sensors (generally resolvers) capable of outputting analog signals are used, and the sin θ signal and the cos θ signal from each rotation angle sensor are input to a control unit such as a microcomputer. The torque difference may be detected based on the angle difference between the two sensors. In this case, generally, the rotation of each rotation angle sensor is calculated using the equation tan -1 (sin θ / cos θ). The angles θ1 and θ2 are obtained, and the difference (θ1 −θ2) is obtained.

【0005】しかしながら、マイコン等の制御部にsin
θ、cos θ信号を取り込む際の分解能に限界があるた
め、トルクの分解能がかせげないといった欠点や、マイ
コンの制御負荷が高くなるといった欠点がある。ところ
で、電動パワーステアリング装置においては、ステアリ
ングホイール等の操舵部材に加えられるトルクの大きさ
に加えて、このトルクの方向、すなわち、左右何れの方
向に操舵がなされているかを検出する必要がある。
However, the control unit such as the microcomputer is
Since there is a limit to the resolution when capturing the θ and cos θ signals, there are drawbacks that the torque resolution cannot be obtained and that the control load of the microcomputer becomes high. By the way, in the electric power steering apparatus, in addition to the magnitude of the torque applied to the steering member such as the steering wheel, it is necessary to detect the direction of the torque, that is, the left or right direction of steering.

【0006】例えば特開2000−352502号公報
等に提案されているトルク検出装置では、入力軸の回転
角度と出力軸の回転角度とを比較して、入力軸が先行し
ている方向にトルクが加えられていると判定するように
している。一方、走行中の車両の操舵軸には、舵取り操
作に応じてステアリングホイール側の入力軸から加わる
正規のトルク(操舵トルク)と共に、操向用車輪に加わ
る路面反力が、舵取り機構側の出力軸からの入力トルク
(以下では、逆入力トルクという)として作用してい
る。
For example, in the torque detecting device proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-352502, the rotation angle of the input shaft is compared with the rotation angle of the output shaft, and the torque is increased in the direction in which the input shaft is ahead. It is decided that it has been added. On the other hand, on the steering shaft of the running vehicle, along with the normal torque (steering torque) applied from the input shaft on the steering wheel side in response to the steering operation, the road surface reaction force applied to the steering wheel is output by the steering mechanism side. It acts as input torque from the shaft (hereinafter referred to as reverse input torque).

【0007】このような逆入力トルクは、路面からの情
報をドライバに伝える事になり、重要な要素であるが、
必要以上の周波数領域での逆入力トルクは、ハンドル振
動という形でドライバに不快感や不安感を与えるといっ
た問題がある。本発明は前記課題に鑑みてなされたもの
であり、トルク分解能が高く制御負荷を軽減することが
できるトルク検出装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明はトルクが入力部材及び出力部材の何れ側か
ら入力されたものであるかを判定することのできるトル
ク検出装置を提供することを目的とする。
Such a reverse input torque transmits information from the road surface to the driver and is an important element.
The reverse input torque in a frequency range higher than necessary causes a problem that the driver feels uncomfortable or anxious in the form of steering wheel vibration. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a torque detection device having a high torque resolution and capable of reducing a control load. Another object of the present invention is to provide a torque detection device capable of determining from which side of the input member and the output member the torque is input.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段及び発明の効果】前記目的
を達成するため、請求項1記載の発明は、トーションバ
ーを介して同軸上に相対回転可能に連結される入力部材
及び出力部材にそれぞれ設けられる第1及び第2の回転
角センサと、第1及び第2の回転角センサのそれぞれか
ら得られる正弦波出力及び余弦波出力に基づいてトルク
を演算するトルク演算部とを備えたトルク検出装置にお
いて、前記トルク演算部は、第1の回転角センサの正弦
波出力と第2の回転角センサの余弦波出力との積と、第
1の回転角センサの余弦波出力と第2の回転角センサの
正弦波出力との積との差分に基づいてトルクを演算する
ことを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has an input member and an output member which are coaxially and relatively rotatably connected to each other via a torsion bar. Torque detection including first and second rotation angle sensors provided and a torque calculation unit that calculates torque based on sine wave output and cosine wave output obtained from the first and second rotation angle sensors, respectively In the device, the torque calculation unit may calculate a product of a sine wave output of the first rotation angle sensor and a cosine wave output of the second rotation angle sensor, a cosine wave output of the first rotation angle sensor, and a second rotation angle. It is characterized in that the torque is calculated based on the difference between the product of the angle sensor and the output of the sine wave.

【0009】本発明では、下記の作用効果を奏する。す
なわち、入力部材の回転角をθとし、出力部材が入力部
材に対してΔθのねじれ角だけずれているとすると、第
1の回転角センサから得られる正弦波出力S1及び余弦
波出力C1は、それぞれEsin θ及びEcos θで表され
る(E:電圧振幅)。一方、第2の回転角センサから得
られる正弦波出力S2及び余弦波出力C2は、それぞれ
Esin (θ−Δθ)及びEcos (θ−Δθ)で表され
る。
The present invention has the following operational effects. That is, assuming that the rotation angle of the input member is θ and the output member is displaced from the input member by the twist angle of Δθ, the sine wave output S1 and the cosine wave output C1 obtained from the first rotation angle sensor are They are represented by Esin θ and Ecos θ, respectively (E: voltage amplitude). On the other hand, the sine wave output S2 and the cosine wave output C2 obtained from the second rotation angle sensor are represented by Esin (θ-Δθ) and Ecos (θ-Δθ), respectively.

【0010】ここで、 S1・C2−C1・S2 =Esin θ×Ecos (θ−Δθ)−Ecos θ×Esin (θ−Δθ) =0.5E2 〔sin(2 θ−Δθ) +sin(Δθ) 〕−0.5E2 〔sin(2 θ−Δθ ) −sin(Δθ) 〕 =E2 sin(Δθ) となり、入力部材の回転角θに依存せず、出力部材の入
力部材に対する捩れ角Δθにより変化するsin 波形を得
ることができ、これにより得られた位相角差(すなわ
ち、ねじれ角Δθ)に基づいてトルクを検出する。
Here, S1 · C2−C1 · S2 = Esin θ × Ecos (θ−Δθ) −Ecos θ × Esin (θ−Δθ) = 0.5E 2 [sin (2 θ−Δθ) + sin (Δθ) ] −0.5E 2 [sin (2 θ−Δθ) −sin (Δθ)] = E 2 sin (Δθ), which does not depend on the rotation angle θ of the input member, and is determined by the twist angle Δθ of the output member with respect to the input member. A varying sin waveform can be obtained, and the torque is detected based on the phase angle difference (that is, the twist angle Δθ) thus obtained.

【0011】従来のトルクセンサでは、各回転角センサ
の正弦波出力及び余弦波出力をマイコン等の制御部に入
力してトルクを検出しているため、トルク分解能に限界
があり且つマイコンの制御負荷が大きいという課題があ
ったが、本発明では、上述した式(S1・C2−C1・
S2)に基づいてトルクを演算し、その演算結果をマイ
コン等の制御部に出力すれば良いので、トルク分解能を
高くすることができると共に、制御部の制御負荷を軽く
することができる。
In the conventional torque sensor, since the sine wave output and the cosine wave output of each rotation angle sensor are input to the control unit such as a microcomputer to detect the torque, the torque resolution is limited and the control load of the microcomputer is limited. However, in the present invention, the above formula (S1 · C2-C1 ·
Since the torque may be calculated based on S2) and the calculation result may be output to the control unit such as a microcomputer, the torque resolution can be increased and the control load of the control unit can be reduced.

【0012】請求項2記載の発明は、請求項1におい
て、前記第1及び第2の回転角センサの少なくとも一方
からの出力に基づいて、入力部材及び出力部材の少なく
とも一方の回転角度を演算する回転角演算部をさらに備
えることを特徴とするものである。本発明では、回転角
センサの本来的機能である回転角をアブソリュート値で
検出することができる。トルク検出装置の主要素を用い
て簡単に回転角度を検出することができ、部品点数の削
減を通じて小型化とコストダウンを達成することができ
る。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the rotation angle of at least one of the input member and the output member is calculated based on the output from at least one of the first and second rotation angle sensors. It is characterized by further comprising a rotation angle calculation unit. In the present invention, the rotation angle, which is an essential function of the rotation angle sensor, can be detected by an absolute value. The rotation angle can be easily detected by using the main elements of the torque detection device, and downsizing and cost reduction can be achieved by reducing the number of parts.

【0013】請求項3記載の発明は、請求項1又は2に
おいて、前記第1及び第2の回転角センサにより検出さ
れる回転角度に基づき、前記入力部材及び出力部材のそ
れぞれの角速度又は角加速度を算出する算出手段と、こ
の算出手段が算出した角速度間の関係又は角加速度間の
関係に基づき、前記トルクが入力部材側からの入力によ
るものか出力部材側からの入力によるものかを判定する
判定手段とをさらに備えることを特徴とするものであ
る。本発明では、トルクが入力部材側からの入力による
ものか、出力部材側からの入力によるものかを判定する
ことができる。したがって、例えば、本トルク検出装置
を車両の電動パワーステアリング装置に適用した場合
に、トルクが操舵部材からの入力によるものか、舵取り
機構からの入力によるものかを判定し、その判定結果に
基づき操舵補助用のモータを駆動制御することが可能と
なる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the angular velocity or the angular acceleration of each of the input member and the output member is based on the rotation angle detected by the first and second rotation angle sensors. And a relationship between the angular velocities or the angular accelerations calculated by the calculating means is used to determine whether the torque is due to an input from the input member side or an input from the output member side. It is characterized by further comprising a determination means. In the present invention, it is possible to determine whether the torque is due to the input from the input member side or the input from the output member side. Therefore, for example, when the present torque detection device is applied to an electric power steering device of a vehicle, it is determined whether the torque is due to an input from a steering member or an input from a steering mechanism, and steering is performed based on the determination result. It is possible to drive and control the auxiliary motor.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を添
付図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の一実施の
形態のトルク検出装置を含む電動パワーステアリング装
置(EPS)の概略構成を示している。図1を参照し
て、本電動パワーステアリング装置1は、図示しないス
テアリングホイール等の操舵部材に連結される入力部材
としての入力軸2と、ラックアンドピニオン機構等の舵
取り機構に連結される出力部材としての出力軸3と、入
力軸2と出力軸3を同軸上に相対回転可能に連結するト
ーションバー4とを備える。入力軸2、トーションバー
4及び出力軸3によりステアリングシャフト11が構成
されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an electric power steering device (EPS) including a torque detection device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the electric power steering apparatus 1 includes an input shaft 2 as an input member connected to a steering member such as a steering wheel (not shown), and an output member connected to a steering mechanism such as a rack and pinion mechanism. Output shaft 3 and a torsion bar 4 connecting the input shaft 2 and the output shaft 3 coaxially with each other so as to be relatively rotatable. The input shaft 2, the torsion bar 4, and the output shaft 3 constitute a steering shaft 11.

【0015】トルク検出装置5は、トーションバー4を
介する入力軸2と出力軸3との相対回転変位量により操
舵トルクを検出するものである。トルク検出装置5は、
入力軸2及び出力軸3をそれぞれ取り囲んで設けられる
回転角センサとしての第1及び第2のレゾルバ6,7
と、これら第1及び第2のレゾルバ6,7からの信号
(後述する正弦波出力S1,S2及び余弦波出力C1,
C2に相当)に基づいてトルクを演算するトルク演算部
12aとを備える。
The torque detecting device 5 detects the steering torque based on the relative rotational displacement amount between the input shaft 2 and the output shaft 3 via the torsion bar 4. The torque detection device 5 is
First and second resolvers 6, 7 as rotation angle sensors provided around the input shaft 2 and the output shaft 3, respectively.
And signals from these first and second resolvers 6 and 7 (sine wave outputs S1 and S2 and cosine wave output C1, which will be described later).
The torque calculation unit 12a calculates the torque based on C2).

【0016】トルク演算部12aは処理回路12に含ま
れており、この処理回路12は、入力軸2及び出力軸3
のそれぞれの回転角(絶対位置)を検出するための回転
角演算部12b,12cを含んでいる。回転角演算部1
2bは、第1のレゾルバ6の一次側の電圧(直交の入力
電圧のうちの一方、例えばe11)と二次側の電圧(例
えば正弦波出力S1)との比較に基づいて、入力軸2の
回転角(絶対位置)を検出する。同様に、回転角演算部
12cは、第2のレゾルバ7の一次側の電圧(直交の入
力電圧のうちの一方、例えばe21)と二次側の電圧
(例えば正弦波出力S2)との比較に基づいて、出力軸
3の回転角(絶対位置)を検出する。
The torque calculator 12a is included in the processing circuit 12, and the processing circuit 12 includes the input shaft 2 and the output shaft 3.
Rotation angle calculation units 12b and 12c for detecting the respective rotation angles (absolute positions) of the. Rotation angle calculator 1
2b is a voltage of the input shaft 2 based on a comparison between the voltage on the primary side of the first resolver 6 (one of the orthogonal input voltages, e11 for example) and the voltage on the secondary side (for example, sine wave output S1). Detects the rotation angle (absolute position). Similarly, the rotation angle calculation unit 12c compares the voltage on the primary side of the second resolver 7 (one of the orthogonal input voltages, for example, e21) with the voltage on the secondary side (for example, sine wave output S2). Based on this, the rotation angle (absolute position) of the output shaft 3 is detected.

【0017】トルク演算部12aからのトルク検出信
号、及び各回転角演算部12b,12cからの回転角検
出信号は制御部8に与えられる。制御部8では、トルク
検出信号、回転角検出信号、車速検出信号等に基づい
て、ドライバ9を介して操舵補助用の電動モータ10へ
の印加電圧を制御する。電動モータ10の図示しない回
転軸の回転が、例えばウォームギヤ機構等の減速機構を
介して出力軸3に伝達され、操舵が補助されるようにな
っている。
The torque detection signal from the torque calculation unit 12a and the rotation angle detection signals from the rotation angle calculation units 12b and 12c are given to the control unit 8. The control unit 8 controls the voltage applied to the electric motor 10 for assisting steering via the driver 9 based on the torque detection signal, the rotation angle detection signal, the vehicle speed detection signal, and the like. The rotation of a rotating shaft (not shown) of the electric motor 10 is transmitted to the output shaft 3 via a reduction mechanism such as a worm gear mechanism to assist steering.

【0018】第1レゾルバ6はそれぞれ、入力軸2に一
体回転可能に取り付けられた環状のロータ(回転子)1
3と、このロータ13の周囲を取り囲み、例えば電動パ
ワーステアリング装置1のハウジング14に固定される
環状のステータ(固定子)15とを備える。第2のレゾ
ルバ7は第1のレゾルバ6と同様の構成であるが、その
ロータ13が出力軸3に一定回転可能に取り付けられる
点が第1のレゾルバ6とは異なる。
Each of the first resolvers 6 is an annular rotor (rotor) 1 which is attached to an input shaft 2 so as to rotate integrally therewith.
3 and an annular stator (stator) 15 that surrounds the rotor 13 and is fixed to the housing 14 of the electric power steering apparatus 1, for example. The second resolver 7 has the same configuration as the first resolver 6, but differs from the first resolver 6 in that its rotor 13 is fixedly rotatably attached to the output shaft 3.

【0019】図2Aを参照して、第1のレゾルバ6のロ
ータ13及びステータ15のそれぞれに、電気的に90
°ずれた2つのコイル13a,13b及び15a,15
bが配置されている。例えばロータ13を一次側として
各コイル13a,13bにそれぞれ正弦波入力e11及
び余弦波入力e12(相直交する入力電圧に相当)を与
えて励磁し、二次側となるステータ15の各コイル15
a,15bからそれぞれ出力電圧として正弦波出力S1
及び余弦波出力C1を取り出す。
Referring to FIG. 2A, the rotor 13 and the stator 15 of the first resolver 6 are electrically connected to each other by 90 degrees.
Two coils 13a, 13b and 15a, 15 that are offset from each other
b is arranged. For example, with the rotor 13 as the primary side, a sine wave input e11 and a cosine wave input e12 (corresponding to input voltages that are orthogonal to each other) are applied to the coils 13a and 13b to excite them, and the coils 15 of the stator 15 on the secondary side
sine wave output S1 from a and 15b respectively as output voltage
And the cosine wave output C1.

【0020】同様に、図2Bを参照して、第2のレゾル
バ7では、例えばロータ13を一次側として各コイル1
3a,13bにそれぞれ正弦波入力e21及び余弦波入
力e22(相直交する入力電圧に相当)を与えて励磁
し、二次側となるステータ15の各コイル15a,15
bのそれぞれから出力電圧として正弦波出力S2及び余
弦波出力C2を取り出す。なお、各レゾルバ6,7にお
いて、ステータ15を一次側とし、ロータ13を二次側
としても良い。
Similarly, referring to FIG. 2B, in the second resolver 7, for example, the rotor 13 is used as the primary side of each coil 1
A sine wave input e21 and a cosine wave input e22 (corresponding to input voltages that are orthogonal to each other) are applied to the coils 3a and 13b to excite them, and the coils 15a and 15 of the stator 15 serving as the secondary side are excited.
A sine wave output S2 and a cosine wave output C2 are taken out from each of b as output voltages. In each resolver 6 and 7, the stator 15 may be the primary side and the rotor 13 may be the secondary side.

【0021】次いで、処理回路12のトルク演算部12
aでの処理について説明する。すなわち、第1のレゾル
バ6のロータ13の回転角をθとし、第2のレゾルバ7
のロータ13が第1のレゾルバ6のロータ13に介して
Δθのねじれ角だけずれているとすると、第1のレゾル
バ6から得られる2つの直交(位相差が90°)の出力
(電圧)すなわち正弦波出力S1及び余弦波出力C1
は、それぞれEsin θ及びEcos θで表される。
Next, the torque calculation unit 12 of the processing circuit 12
The processing in a will be described. That is, the rotation angle of the rotor 13 of the first resolver 6 is θ, and the second resolver 7 is
If the rotor 13 of the first resolver 6 is deviated from the rotor 13 of the first resolver 6 by a twist angle of Δθ, two orthogonal (phase difference 90 °) outputs (voltages) obtained from the first resolver 6, that is, Sine wave output S1 and cosine wave output C1
Are represented by E sin θ and Ecos θ, respectively.

【0022】一方、第2のレゾルバ7から得られる2つ
の直交の出力(電圧)、すなわち正弦波出力S2及び余
弦波出力C2は、それぞれEsin (θ−Δθ)及びEco
s (θ−Δθ)で表される。ただし、各コイル17,1
8の信号振幅の最大値は略等しいのでこれをEで近似し
てある。ここで、 S1・C2−C1・S2 =Esin θ×Ecos (θ−Δθ)−Ecos θ×Esin (θ−Δθ) =0.5E2 〔sin(2 θ−Δθ) +sin(Δθ) 〕−0.5E2 〔sin(2 θ−Δθ ) −sin(Δθ) 〕 =E2 sin(Δθ) となり、ロータの回転角θに依存せず、ロータ間の捩れ
角Δθにより変化するsin 波形(図3参照)を得ること
ができ、これにより得られた位相角差(すなわち、ねじ
れ角Δθ)に基づいてトルクを検出することができる。
On the other hand, the two orthogonal outputs (voltages) obtained from the second resolver 7, that is, the sine wave output S2 and the cosine wave output C2, are E sin (θ-Δθ) and Eco, respectively.
It is represented by s (θ-Δθ). However, each coil 17,1
Since the maximum values of the signal amplitude of 8 are substantially equal, this is approximated by E. Here, S1 · C2−C1 · S2 = Esin θ × Ecos (θ−Δθ) −Ecos θ × Esin (θ−Δθ) = 0.5E 2 [sin (2 θ−Δθ) + sin (Δθ)] − 0 .5E 2 [sin (2θ−Δθ) −sin (Δθ)] = E 2 sin (Δθ), which does not depend on the rotation angle θ of the rotor but changes with the twist angle Δθ between the rotors (Fig. 3 (Reference) can be obtained, and the torque can be detected based on the obtained phase angle difference (that is, the twist angle Δθ).

【0023】一方、回転角演算部12bでは、第1のレ
ゾルバ6によって得られる2つの直交電圧S1,C1を
用いて、式θ=tan -1(S1/C1) に基づき角度を検
出し回転角θをアブソリュート値で取り出し、これによ
り入力軸2の回転角を検出する。同様に回転検出部12
cは出力軸3の回転角を検出する。回転角演算部12
b,12cは何れか一方のみを設けるようにしても良
い。以上の如く本実施の形態によれば、入力部材の回転
角θに依存せず、出力部材の入力部材に対する捩れ角Δ
θにより変化するsin 波形を得ることができ、これによ
り得られた位相角差(すなわち、ねじれ角Δθ)に基づ
いてトルクを検出する。また、レゾルバの本来的機能で
ある回転角(絶対位置)の検出が非常に容易である。
On the other hand, the rotation angle calculation unit 12b detects the angle based on the equation θ = tan −1 (S1 / C1) using the two orthogonal voltages S1 and C1 obtained by the first resolver 6. θ is extracted as an absolute value, and the rotation angle of the input shaft 2 is detected by this. Similarly, the rotation detector 12
c detects the rotation angle of the output shaft 3. Rotation angle calculation unit 12
Only one of b and 12c may be provided. As described above, according to the present embodiment, the twist angle Δ of the output member with respect to the input member does not depend on the rotation angle θ of the input member.
A sin waveform varying with θ can be obtained, and the torque is detected based on the phase angle difference (that is, the twist angle Δθ) thus obtained. Further, it is very easy to detect the rotation angle (absolute position), which is the original function of the resolver.

【0024】また、従来、この種のトルクセンサでは、
各回転角センサの正弦波出力及び余弦波出力をマイコン
等の制御部に入力し、制御部において各回転角センサの
回転角を求めた後、これらの差に基づいてトルクを検出
していたが、トルク分解能に限界があり且つマイコンの
制御負荷が大きいという課題があった。これに対して、
本実施の形態では、処理回路12のトルク演算部12a
が、第1のレゾルバ6の正弦波出力S1と第2のレゾル
バ7余弦波出力C1との積と、第1のレゾルバ6の余弦
波出力C1と第2のレゾルバ7の正弦波出力S1との積
との差分(S1・C2−C1・S2)を求め、これに基
づいてトルクを演算し、その演算結果を制御部8に出力
するようにしている。したがって、トルク分解能を高く
することができると共に、例えばマイコンからなる制御
部8の制御負荷を軽くすることができる。
Conventionally, in this type of torque sensor,
After inputting the sine wave output and the cosine wave output of each rotation angle sensor to a control unit such as a microcomputer and obtaining the rotation angle of each rotation angle sensor in the control unit, the torque was detected based on these differences. However, there is a problem that the torque resolution is limited and the control load of the microcomputer is large. On the contrary,
In the present embodiment, the torque calculation unit 12a of the processing circuit 12 is
Is the product of the sine wave output S1 of the first resolver 6 and the cosine wave output C1 of the second resolver 7, and the cosine wave output C1 of the first resolver 6 and the sine wave output S1 of the second resolver 7. The difference (S1 · C2−C1 · S2) from the product is calculated, the torque is calculated based on the difference, and the calculation result is output to the control unit 8. Therefore, the torque resolution can be increased and the control load of the control unit 8 including, for example, a microcomputer can be reduced.

【0025】特にコラム同軸タイプの電動パワーステア
リング装置において、多大な効果を得ることができる。
というのは、従来型のインピーダンス変化検出方式のト
ルクセンサの軸方向寸法が約40mmであり、回転角検
出のための一般的なレゾルバの軸方向寸法が約15mm
であるので、トルクと回転角の双方を検出しようとし
て、従来型のトルクセンサと回転角検出用のレゾルバを
ステアリングコラムの同軸上に配置するとすると、約5
5mmの軸方向寸法を要するが、トルク検出と回転角検
出をレゾルバの2個使いにより達成する本実施の形態で
は、約30mmの軸方向寸法で良いことになり、格段の
小型化を図れると共に部品統合による大幅なコストダウ
ンも期待できる。
Particularly in a column coaxial type electric power steering apparatus, great effects can be obtained.
This is because a conventional impedance change detection type torque sensor has an axial dimension of about 40 mm, and a general resolver for detecting a rotation angle has an axial dimension of about 15 mm.
Therefore, if a conventional torque sensor and a resolver for detecting the rotation angle are arranged coaxially with the steering column in an attempt to detect both the torque and the rotation angle, about 5
Although the axial dimension of 5 mm is required, in the present embodiment in which the torque detection and the rotation angle detection are achieved by using two resolvers, the axial dimension of about 30 mm is sufficient, and the size can be significantly reduced and parts can be achieved. It is possible to expect a significant cost reduction due to the integration.

【0026】次いで、図4は前述の実施の形態のトルク
検出装置1を用いて、トルクが入力軸2からの入力によ
るものか、出力軸3からの入力によるものかを判定する
場合の制御部8の処理の流れを示すフローチャートを示
している。ステップS1において、処理回路12からの
トルク検出信号、並びに入力軸2及び出力軸3のそれぞ
れの回転角検出信号θ1 ,θ2 を読み込んだ制御部8で
は、トルクが発生しているか否かを判定する(ステップ
S2)。
Next, FIG. 4 is a control section for determining whether the torque is due to the input from the input shaft 2 or the input from the output shaft 3 by using the torque detecting device 1 of the above-described embodiment. 8 is a flowchart showing the flow of processing of No. 8. In step S1, the control unit 8 that has read the torque detection signal from the processing circuit 12 and the rotation angle detection signals θ 1 and θ 2 of the input shaft 2 and the output shaft 3 determines whether or not torque is generated. The determination is made (step S2).

【0027】トルクが発生している場合には、入力軸2
及び出力軸3のそれぞれの角速度θ 1 ’、θ2 ’を算出
し(ステップS3)、入力軸2の角速度の絶対値|
θ1 ’|が出力軸3の角速度の絶対値|θ2 ’|よりも
大きいか相等しい場合(|θ1 ’|≧|θ2 ’|)に
は、トルクが入力軸2からの入力(すなわち正入力)に
よるものと判定する(ステップS4,S5)。また、出
力軸3の角速度の絶対値|θ2 ’|が入力軸2の角速度
の絶対値|θ 1 ’|よりも大きい場合(|θ1 ’|<|
θ2 ’|)には、トルクが出力軸3からの入力(すなわ
ち逆入力)によるものと判定する(ステップS4,S
6)。
When torque is generated, the input shaft 2
And the angular velocity θ of each of the output shafts 3 1’, Θ2’Calculate
(Step S3), the absolute value of the angular velocity of the input shaft 2 |
θ1Is the absolute value of the angular velocity of the output shaft 3 | θ2’|
Greater than or equal (| θ1′ │ ≧ │θ2’|
Indicates that the torque is input to the input shaft 2 (that is, the positive input).
It is determined to be due (steps S4 and S5). Again
Absolute value of angular velocity of force axis 3 | θ2’| Is the angular velocity of the input shaft 2.
Absolute value of | θ 1’| Greater than (| θ1’| <|
θ2The torque from the output shaft 3 (ie,
(Reverse input) is determined (steps S4, S
6).

【0028】上記のフローにおいては、入力軸2及び出
力軸3の角速度の絶対値|θ1 ’|、|θ2 ’|の大小
比較に基づき、正入力か逆入力かを判定したが、これに
限らず、入力軸2及び出力軸3の角加速度の絶対値|θ
1 ’’|、|θ2 ’’|の大小比較に基づき、正入力か
逆入力かを判定するようにすることもできる。すなわ
ち、入力軸2の角加速度の絶対値|θ1 ’’|が出力軸
3の角加速度の絶対値|θ2 ’’|よりも大きいか相等
しい場合(|θ1 ’’|≧|θ2 ’’|)には、トルク
が入力軸2からの入力(すなわち正入力)によるものと
判定し、その逆の場合には(|θ1 ’’|<|θ2 ’’
|)には、逆入力によるものと判定する。
In the above-mentioned flow, whether the input is the normal input or the reverse input is judged based on the comparison of the absolute values of the angular velocities of the input shaft 2 and the output shaft 3 | θ 1 '| and | θ 2 ' | Not limited to, the absolute value of the angular acceleration of the input shaft 2 and the output shaft 3 | θ
It is also possible to determine whether the input is a positive input or a reverse input based on the comparison of the magnitudes of 1 ″ | and | θ 2 ″ |. That is, when the absolute value of the angular acceleration | θ 1 ″ | of the input shaft 2 is greater than or equal to the absolute value of the angular acceleration | θ 2 ″ | of the output shaft 3 (| θ 1 ″ | ≧ | θ 2 '' | the), it is determined that due to the input torque from the input shaft 2 (i.e., positive input), in the case of the reverse (| θ 1 '' | < | θ 2 ''
|) Is determined to be due to reverse input.

【0029】なお、本発明は前記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば回転角演算部12b,12c
を廃止しても良い。また、本トルク検出装置を一般の回
転機械に適用すること等、本発明の特許請求の範囲内で
種々の変更を施すことができる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and for example, the rotation angle calculation units 12b and 12c.
May be abolished. Further, various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention, such as applying the present torque detection device to a general rotary machine.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態のトルク検出装置が適用
された電動パワーステアリング装置の概略構成図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric power steering device to which a torque detection device according to an embodiment of the present invention is applied.

【図2】図2A及び図2Bは第1及び第2の回転角セン
サであるレゾルバの模式図である。
2A and 2B are schematic diagrams of a resolver that is a first and a second rotation angle sensor.

【図3】トルクと検出出力の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between torque and detection output.

【図4】本発明の別の実施の形態の演算処理の流れを示
すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of arithmetic processing according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電動パワーステアリング装置 2 入力軸(入力部材) 3 出力軸(出力部材) 4 トーションバー 5 トルク検出装置 6 第1のレゾルバ(第1の回転角センサ) 7 第2のレゾルバ(第2の回転角センサ) 8 制御部(算出手段、判定手段) 9 ドライバ 10 電動モータ 11 ステアリングシャフト 12 処理回路 12a トルク演算部 12b,12c 回転角演算部 13 ロータ 13a,13b コイル 15a,15b コイル 15 ステータ S1,S2 正弦波出力 C1,C2 余弦波出力 e11,e21 正弦波入力 e12,e22 余弦波入力 θ,θ1 ,θ2 回転角 Δθ ねじれ角(トルク) θ1 ’,θ2 ’ 角速度 θ1 ’’,θ2 ’’ 角加速度1 Electric Power Steering Device 2 Input Shaft (Input Member) 3 Output Shaft (Output Member) 4 Torsion Bar 5 Torque Detecting Device 6 First Resolver (First Rotation Angle Sensor) 7 Second Resolver (Second Rotation Angle) Sensor 8 Control unit (calculating unit, determining unit) 9 Driver 10 Electric motor 11 Steering shaft 12 Processing circuit 12a Torque calculation unit 12b, 12c Rotation angle calculation unit 13 Rotor 13a, 13b Coil 15a, 15b Coil 15 Stator S1, S2 Sine Wave output C1, C2 Cosine wave output e11, e21 Sine wave input e12, e22 Cosine wave input θ, θ 1 , θ 2 Rotation angle Δθ Twist angle (torque) θ 1 ′, θ 2 ′ Angular velocity θ 1 ″, θ 2 '' Angular acceleration

フロントページの続き (72)発明者 酒巻 正彦 大阪府大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋精工株式会社内 Fターム(参考) 3D033 CA28 DB05 Continued front page    (72) Inventor Masahiko Sakamaki             3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka               Koyo Seiko Co., Ltd. F-term (reference) 3D033 CA28 DB05

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】トーションバーを介して同軸上に相対回転
可能に連結される入力部材及び出力部材にそれぞれ設け
られる第1及び第2の回転角センサと、第1及び第2の
回転角センサのそれぞれから得られる正弦波出力及び余
弦波出力に基づいてトルクを演算するトルク演算部とを
備えたトルク検出装置において、 前記トルク演算部は、第1の回転角センサの正弦波出力
と第2の回転角センサの余弦波出力との積と、第1の回
転角センサの余弦波出力と第2の回転角センサの正弦波
出力との積との差分に基づいてトルクを演算することを
特徴とするトルク検出装置。
1. A first rotation angle sensor and a second rotation angle sensor respectively provided on an input member and an output member coaxially rotatably coupled to each other via a torsion bar, and a first rotation angle sensor and a second rotation angle sensor. In a torque detection device including a torque calculation unit that calculates a torque based on a sine wave output and a cosine wave output obtained from each, the torque calculation unit includes a sine wave output of the first rotation angle sensor and a second rotation angle sensor. The torque is calculated based on the difference between the product of the cosine wave output of the rotation angle sensor and the product of the cosine wave output of the first rotation angle sensor and the sine wave output of the second rotation angle sensor. Torque detection device.
【請求項2】請求項1において、前記第1及び第2の回
転角センサの少なくとも一方からの出力に基づいて、入
力部材及び出力部材の少なくとも一方の回転角度を演算
する回転角演算部をさらに備えることを特徴とするトル
ク検出装置。
2. A rotation angle calculation unit for calculating a rotation angle of at least one of an input member and an output member based on an output from at least one of the first and second rotation angle sensors. A torque detection device comprising:
【請求項3】請求項1又は2において、前記第1及び第
2の回転角センサにより検出される回転角度に基づき、
前記入力部材及び出力部材のそれぞれの角速度又は角加
速度を算出する算出手段と、この算出手段が算出した角
速度間の関係又は角加速度間の関係に基づき、前記トル
クが入力部材側からの入力によるものか出力部材側から
の入力によるものかを判定する判定手段とをさらに備え
ることを特徴とするトルク検出装置。
3. The rotation angle detected by the first and second rotation angle sensors according to claim 1,
Based on the calculation means for calculating the angular velocities or the angular accelerations of the input member and the output member and the relationship between the angular velocities or the angular accelerations calculated by the calculation means, the torque may be input from the input member side. And a determination means for determining whether the input is from the output member side.
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