JP2005331453A - トルクセンサとそのトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 中立点調整を容易に行えるトルクセンサを提供する。
【解決手段】 シャフト１２ｂと、シャフトに印加されたトルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対の検出コイル２０ｄ，２０ｅと、両検出コイルのそれぞれにスイッチング素子のオン時に流れる電流によって生ずるインダクタンス変化に基づいてトルクを検出するトルクセンサ２０において、矩形波を平滑化することにより検出コイル２０ｄ，２０ｅの基準電圧を生成する基準電圧生成手段７１，７２と、矩形波のデューティ比を調整するデューティ調整手段７５，７６と、検出コイルの電圧と基準電圧との差電圧から中点電圧を生成する中点電圧生成手段５３とからなり、差電圧が所定値となるようにデューティ比を変更して中点電圧調整を行う。
【選択図】 図７

Description

本発明は、トルクセンサとそのトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置に関し、特に、モータの動力を操舵系に直接作用させて、運転者の操舵トルクを軽減する電動パワーステアリング装置用のトルクセンサとそのトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、操舵系にモータを備え、モータから供給する動力を制御装置を用いて制御することにより、運転者の操舵トルクを軽減している。従来の電動パワーステアリング装置は、ステアリング・ギアボックス内に、ステアリングホイールに連結するステアリング軸に作用する操舵トルクを検出するための操舵トルク検出部（トルクセンサ）が設けられ、その検出値は制御装置へ入力されて、モータに適切な補助操舵トルクを発生させるための基準信号として供給される。

上記の操舵トルク検出部としては、ピニオンの入出力軸間に設けたトーションバーの捻れを利用するトーションバー式の他、磁歪式が知られている。磁歪式トルク検出部の一例としては、ステアリングホイールに連結されたステアリング軸の表面に例えばＮｉ−Ｆｅめっきの如き磁歪膜を上下２箇所でそれぞれ逆方向の磁気異方性となるように軸方向所定幅で設け、磁歪膜に操舵トルクが作用した時、磁気異方性に基づいて発生する逆磁歪特性を、磁歪膜の周囲に配設されたコイルの交流抵抗等を利用して検知するものである。このようなトルクセンサは、例えば特許文献１、特許文献２で開示されている。

上述の特許文献１と特許文献２で開示されたトルクセンサでは、ステアリング軸の表面に設けた２つの磁歪膜のそれぞれに励磁コイルと検出コイルを必要とする構成である。そのような励磁コイルを必要とするトルクセンサの他に、励磁コイルを用いずに、検出コイルのみで、そのコイルのインダクタンスの変化によりトルクを検出する方式もある（例えば、特許文献３参照）。

図１１は、トルクセンサでの電圧検出部の検出回路を示す図である。この図では、ステアリング軸（シャフト）に設けた２つの磁歪膜のうち、一方の磁歪膜に対する検出回路１００のみを図示している。実際には、この検出回路１００が２つの磁歪膜に対してそれぞれ設けられる。この検出回路１００は、ステアリング軸１０１の表面に形成された磁歪膜１０２の周囲のコイル１０３と、コイル１０３に直列に抵抗１０４とスイッチング素子１０５が接続されている。また、抵抗１０４のコイル１０３とは反対側の端子１０６には所定の電圧を印加する電源（図示せず）が設けられている。さらに、抵抗１０４とコイル１０３の接続部からの検出端子１０７からの出力波形の谷の値を保持して出力するボトムホールド回路１０８を備えている。

この回路ではスイッチング素子１０５を所定の時間間隔でオンオフさせ、そのときの端子１０７の電圧をボトムホールド回路１０８を介して検出する。この回路でのスイッチング素子１０５がオンしたときの、端子１０７の電圧の変化は、式（１）で表される。

ここで、Ｖ（ｔ）は、端子１０７の時刻ｔにおける電圧であり、Ｅは電源の電圧、Ｒは抵抗１０４の抵抗、Ｌは、コイル１０３のインダクタンス、ｔは時間である。時刻ｔｏｆｆのときにスイッチング素子１０５をオフすると、その後の端子１０７での電圧は、電源電圧Ｅとなる。

このようなスイッチング素子１０５のオンオフを行った場合、スイッチング素子１０５をオフした時刻ｔｏｆｆでの電圧が端子１０７からの出力波形の谷となるので、ボトムホールド回路１０８から検出される信号は、時刻ｔｏｆｆのときの電圧を検出することになる。このときの電圧は、式（２）で表される。

この電圧Ｖ（ｔＯＦＦ）は、式（２）で示すように回路の抵抗ＲとインダクタンスＬの関数であるから、この電圧Ｖ（ｔＯＦＦ）を測定することにより、インダクタンスＬを求めることができる。インダクタンスＬは、透磁率μに依存する。

ステアリング軸１０１が操舵され、磁歪膜１０２にトルクが作用すると、磁歪膜１０２の透磁率μが変化し、インダクタンスＬが変化する。これにより、ステアリング軸１０１に作用する操舵トルクを検出することができる。

図１２は、検出回路１００での実際の端子１０７の電圧の時間変化とボトムホールド回路１０８から検出される電圧波形を示す。横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧を示す。曲線Ｃ１００が端子１０７の電圧の時間変化であり、曲線Ｃ１０１がボトムホールド回路１０８から検出される電圧波形である。時刻ｔＯＮでスイッチング素子１０５がオンとなったとき、端子１０７での電圧は、式（１）に対応する変化を示す。また、時刻ｔＯＦＦでスイッチング素子１０５がオフとなったときは、端子１０７での電圧は、印加電圧Ｅに戻る変化をする。そして、時刻ｔＯＦＦでの電圧波形の最下点（谷）がボトムホールド回路１０８で保持され出力される。このときは、式（２）で表される値が検出される。この曲線Ｃ１０１で示すボトムホールド回路１０８からの出力値の変化からステアリング軸１０１に加えられたトルクを検出することができる。

通常のトルクセンサでは、ステアリング軸（シャフト）に２つの磁歪膜を設け、それぞれの磁気異方性は逆になるようにしている。また、２つの磁歪膜それぞれに対して図１０で示したコイルを含んだ検出回路を設け、検出回路からの出力電圧の差特性からトルクを検出し、和特性から異常検知をするようにしている。

図１３によって、トルク検出用の特性と異常検出用の曲線について説明する。図１２において、横軸はステアリング軸（シャフト）にかかる操舵入力トルク、縦軸はコイルによって検出され、ボトムホールド回路による電圧を示している。一方のコイルを含む検出回路による検出では、操舵トルクが負から正になるにつれて電圧は増加する（直線Ｌ１００）。また、もう一方のコイルを含む検出回路による検出では、操舵トルクが正から負になるにつれてコイル電圧は増加する（直線Ｌ１０１）。２つのコイルで得られるそれぞれの操舵トルク−電圧特性は、先に述べた磁歪膜の上下２箇所でそれぞれ逆方向となる磁気異方性を反映して縦軸に対して対称的になる。また、直線Ｌ１０２は、２つのコイルにより検出された特性（直線Ｌ１００）と特性（直線Ｌ１０１）との差の値を示すものであり、例えば０〜５Ｖの範囲で変動する。操舵トルクがゼロのときにその値は２．５Ｖとなり、操舵トルクの変化にほぼ直線的に変化することを示す。また、直線Ｌ１０２の特性を利用することで、２つのコイルを含む検出回路の値から操舵トルクを検出することができる。

また、直線Ｌ１０３は、直線Ｌ１００と直線Ｌ１０１の和をとったものである。この和が所定範囲にあるかどうかで異常かどうか判定するようにしている。２つの検出回路からの出力電圧の和が所定の範囲内にあればトルクセンサは正常であり、その所定の範囲外のときは、トルクセンサは異常と判定する。

このようなトルクセンサは物ばらつき等により、検出回路からの出力の特性（直線Ｌ１００と直線Ｌ１０１）の差で得られる直線も直線Ｌ１０１のようにならずシフトし、操舵トルクがゼロのときにも検出回路からの出力の特性の中点が所定の値にならないいわゆる中点ずれが生じる。電動パワーステアリング装置の場合、トルクセンサの出力の中点ずれは操舵アシスト力の左右差となり、操舵を行う運転者に違和感を与えることになる。それゆえ、工場出荷時等において中立点調整を行う必要があった。また、差動によりトルク検出を行う場合、それぞれの検出出力の中点を合わせる必要があった。

中立点調整方法は、例えば特許文献４に開示されている。この方法では、２つの検出回路（コイル）の差動によりトルクを検出している。従来の中立点調整方法は、トルクがゼロのときのトルクセンサの出力電圧を、手動の可変抵抗器を操作して規定の基準電圧に設定する等の作業を行っていた。これは、面倒な作業であり、効率的な中立点調整方法が求められていた。
特開２００１−１３３３３７公報 特開２００２−１６８７０６公報 特開２００２−７１４７６公報 特開２０００−２３４９６６公報

本発明の課題は、従来の中立点調整方法のような、面倒な作業を必要とせず、効率的に、トルクセンサの中立点調整を容易に行えるようにすることである。

本発明に係るトルクセンサとそのトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

第１のトルクセンサ（請求項１に対応）は、シャフトと、インダクタンスが差動で変化する一対の検出コイルと、矩形波を平滑化することにより基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、矩形波のデューティ比を調整するデューティ調整手段と、検出コイルの電圧と基準電圧との差電圧から中点電圧を生成する中点電圧生成手段とからなり、差電圧が所定値となるようにデューティ比を変更して中点電圧調整を行うことで特徴づけられる。

第２のトルクセンサ（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくはシャフトに複数の磁歪膜を設け、検出コイルのインダクタンス変化からシャフトに入力されたトルクを検出する磁歪式トルクセンサであることで特徴づけられる。

第１の電動パワーステアリング装置（請求項３に対応）は、ステアリング系にトルクを付与する電動機と、ステアリング系への操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも操舵トルク検出手段からのトルクに基づいて電動機への目標電流を算出する目標電流設定手段と、電動機を駆動する駆動手段と、からなり、操舵トルク検出手段として上記の構成のトルクセンサを用いたことで特徴づけられる。

第２の電動パワーステアリング装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは車両の走行状態を判定する車両状態判定手段を有し、車両状態判定手段は車両の直進走行中または停止中を検出した場合に、中点調整を行うことで特徴づけられる。

本発明によれば、シャフトと、インダクタンスが差動で変化する一対の検出コイルと、矩形波を平滑化することにより基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、矩形波のデューティ比を調整するデューティ調整手段と、検出コイルの電圧と基準電圧との差電圧から中点電圧を生成する中点電圧生成手段とからなり、差電圧が所定値となるようにデューティ比を変更して中点電圧調整を行うため、トルクセンサの中立点調整を容易に行うことができる。また、複数の検出出力の中点を容易かつ、精度良く合わせることができる。さらに、所定の時間入力信号がゼロの状態が継続したとき、中立点調整手段に中立点調整を行うことを指示する中立点調整指示手段をさらに備えるため、走行中においても中立点調整を容易に行うことができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るトルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置の全体構成図である。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリング軸１２ａ等に対して補助用の操舵力（操舵トルク）を与えるように構成されている。ステアリング軸１２ａはステアリング軸１２ｂと自在軸継手１２ｃを介して連結されており、ステアリング軸１２ａの上端はステアリングホイール１１に連結され、ステアリング軸１２ｂの下端にはピニオンギヤ１３が取り付けられている。ピニオンギヤ１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオンギヤ１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。上記ステアリング軸１２ｂに対し動力伝達機構１８を介してモータ１９が設けられている。動力伝達機構１８は、ウォームギヤ１８ａとウォームホイール１８ｂによって形成されている。モータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由して、ステアリング軸１２ｂ，１２ａに与える。またステアリング軸１２ｂには操舵トルク検出部（トルクセンサ）２０が設けられている。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１２ａ，１２ｂに加えたとき、ステアリング軸１２ａ，ｂに加わる当該操舵トルクを検出する。２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報を車速に係る情報に基づいて、モータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。上記のラック・ピニオン機構１５等は図１中で図示しないギヤボックス２４に収納されている。

上記において電動パワーステアリング装置１０は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部２０、車速検出部２１、制御装置２２、モータ１９、動力伝達機構１８を付加することによって構成されている。

上記構成において、運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸１２ａ，１２ｂに加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸１２ｂに付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。また、車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔ、車速信号Ｖに基づいてモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。モータ電流によって駆動されるモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助操舵力をステアリング軸１２ｂ，１２ａに作用させる。以上のごとくモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。

図２は、電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。ラック軸１４の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸１４は、車幅方向（図２中左右方向）に配置される筒状ハウジング３１の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング３１から突出したラック軸１４の両端にはボールジョイント３２がネジ結合され、これらのボールジョイント３２に左右のタイロッド１６が連結されている。ハウジング３１は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット３３を備えると共に、両端部にストッパ３４を備えている。

図２において、３５はイグニションスイッチ、３６は車載バッテリ、３７は車両エンジンに付設された交流発電機（ＡＣＧ）である。交流発電機３７は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置２２に対してバッテリ３６または交流発電機３７から必要な電力が供給される。制御装置２２はモータ１９に付設されている。また３８はラック軸の移動時にストッパ３４に当たるラックエンドであり、３９はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。

図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。図３では、ステアリング軸１２ｂの支持構造、操舵トルク検出部２０、動力伝達機構１８、ラック・ピニオン機構１５の具体的構成が明示される。

図３において、上記ギヤボックス２４を形成するハウジング２４ａにおいてステアリング軸１２ｂは２つの軸受け部４１，４２によって回転自在に支持されている。ハウジング２４ａの内部にはラック・ピニオン機構１５と動力伝達機構１８が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部（トルクセンサ）２０が付設されている。ハウジング２４ａの上部開口はリッド４３で塞がれ、リッド４３はボルトで固定されている。ステアリング軸１２ｂの下端部に設けられたピニオン１３は軸受け部４１，４２の間に位置している。ラック軸１４は、ラックガイド４５で案内され、かつ圧縮されたスプリング４６で付勢されピニオン１３側へ押さえ付けられている。動力伝達機構１８は、モータ１９の出力軸に結合される伝動軸４８に固定されたウォームギヤ１８ａとステアリング軸１２ｂに固定されたウォームホイール１８ｂとによって形成される。操舵トルク検出部２０はリッド４３に取り付けられている。

上記したようにトルクセンサ２０は、ステアリング・ギヤボックス２４内に設けられており、ステアリング軸１２ｂに作用する操舵トルクを検出し、その検出値は制御装置２２へ入力されて、モータ１９に適切な補助操舵トルクを発生させるための基準信号として供給される。

ここで用いられるトルクセンサ２０は、磁歪式トルクセンサであり、図３に示すように、ステアリングホイール１１からステアリング軸１２ａ、自在軸継手１２ｃを介して連結されたステアリング軸１２ｂの表面に例えばＮｉ−Ｆｅめっきのごとき磁気異方性を有する磁歪膜を上下２箇所（２０ｂおよび２０ｃ）でそれぞれ逆方向の異方性となるように軸方向所定幅で設け、磁歪膜２０ｂ，２０ｃに操舵トルクが作用したときに発生する逆磁歪特性を、磁歪膜２０ｂ，２０ｃの周囲に配設されたコイル２０ｄ，２０ｅの交流抵抗等を利用して検知するものである。

次に、本発明のトルクセンサについて詳細に説明する。本発明のトルクセンサは図３に示されるように磁性材からなるステアリング軸（シャフト）１２ｂの周囲２箇所に磁歪膜２０ｂ，２０ｃが設けられ、ステアリング軸１２ｂに設けられた磁歪膜の磁化の変化を検出する検出コイル２０ｄ，２０ｅを備えたコイルが設けられている。また、検出コイル２０ｄ，２０ｅの外周にはヨーク部２０ｆが設けられている。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るトルクセンサのブロック図である。トルクセンサ２０は、ステアリング軸（シャフト）１２ｂの２ヶ所にそれぞれ逆の磁気異方性を持つように磁歪膜２０ｂ、２０ｃが堆積されている。そして、２つのそれぞれの磁歪膜２０ｂ、２０ｃの周りにコイル２０ｄ、２０ｅが形成された電圧検出部５０ａ，５０ｂとトルク判定部５１と異常判定部５２と中立点調整部５３を備えている。電圧検出部５０ａ，５０ｂは、磁歪膜２０ｂ、２０ｃの周りのコイル２０ｄ、２０ｅのインダクタンスを反映された電圧を出力する装置であり、トルク判定部５１は、２つの電圧検出部５０ａ，５０ｂからの出力信号の差を求め、その差の曲線に基づいてトルクを判定する装置であり、異常判定部５２は、２つの電圧検出部５０ａ，５０ｂからの出力信号の和を求め、その和が所定の値の範囲外のときに異常と判定する装置である。中立点調整部５３は、トルクセンサ２０のトルクがかかってないときの中立点を調整する装置である。

中立点調整部５３は、制御部７０と、制御部７０から出力される第１の矩形波信号を平滑化し、増幅する基準電圧生成部７１，７２と、電圧検出部５０ａからの第１副電圧と基準電圧生成部７１から出力される基準電圧の差電圧を演算し出力する第１の差電圧発生部７７と、電圧検出部５０ｂからの第２副電圧と基準電圧生成部７２から出力される基準電圧の差電圧を演算し出力する第２の差電圧発生部７８を備えている。また、制御部７０は図５で示すように、第１の矩形波信号を発生する第１の矩形波信号の発生部７０ａ，７０ｂと、電圧検出部５０ａ，５０ｂのスイッチング素子をスイッチングする第２の矩形波信号の発生部７３，７４と、第１の矩形波信号のデューティ比を自動的に調整するデューティ比調整部７５，７６と、デューティ比調整部７５，７６によって調整したデューティ比を記憶する記憶部７９とを備え、第１および第２の差電圧発生部７７，７８からの出力をデューティ比調整部７５，７６にフィードバックし、差電圧が所定値となるようにデューティ比を自動的に調整し、そのときのデューティ比をデューティ比記憶部７９に記憶する。また、制御部７０の記憶部８０には、中立点調整用プログラムが記憶されている。

例えば、所定値を２．５Ｖとし、ステアリング軸にトルクがかかってないときの電圧検出部５０ａ，５０ｂの出力をＶｓａ，Ｖｓｂとしたとき、基準電圧生成部７１，７２からの出力Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を式（３）、式（４）を満たすように、設定する。この２．５Ｖがトルクゼロの状態に対応する。また、Ｇはゲインである。

図６は、電圧検出部５０ａ，５０ｂの回路構成を示す。電圧検出部５０ａ，５０ｂの回路構成は、両方とも同一であるので、電圧検出部５０ａについて説明し、電圧検出部５０ｂについての説明は省略する。この回路は、ステアリング軸１２ｂの表面に形成された磁歪膜２０ｂの周囲の検出コイル２０ｄと、検出コイル２０ｄに直列に抵抗６１とスイッチング素子６２が接続されている。また、抵抗６１の検出コイル２０ｄとは反対側の端子６３には所定の電圧を印加する電源（図示せず）が設けられている。さらに、抵抗６１と検出コイル２０ｄの接続部からの検出端子６４からの出力波形の谷の値を保持して出力するボトムホールド回路６５を備えている。

この回路ではスイッチング素子６２を所定の時間間隔でオンオフさせ、そのときの端子６４の電圧をボトムホールド回路６５を介して検出する。この回路でのスイッチング素子６２がオンしたときの、端子６４の電圧の変化は、式（１）で表される。

時刻ｔｏｆｆのときにスイッチング素子６２をオフすると、その後の端子６４での電圧は、電源電圧Ｅとなる。

このようなスイッチング素子６２のオンオフを行った場合、スイッチング素子６２をオフした時刻ｔｏｆｆでの電圧が端子６４からの出力波形の谷となるので、ボトムホールド回路６５から検出される信号は、時刻ｔｏｆｆのときの電圧を検出することになる。このときの電圧は、式（２）で表される。

この電圧Ｖ（ｔＯＦＦ）は、式（２）で示すように回路の抵抗ＲとインダクタンスＬの関数であるから、この電圧Ｖ（ｔＯＦＦ）を測定することにより、インダクタンスＬを求めることができる。インダクタンスＬは、透磁率μに依存する。

ステアリング軸１２ｂにトルクが作用したときに、磁歪膜２０ｂにもトルクが作用し、このトルクに応じて磁歪膜２０ｂに逆磁歪効果が生じる。それにより、磁歪膜２０ｂの磁化Ｍが変化し、それにより、磁歪膜２０ｂの透磁率μが変化する。その結果、インダクタンスＬが変化する。

コイル２０ｄは、ステアリング軸１２ｂにトルクが印加されたときの磁歪膜２０ｂの磁化Ｍの変化をインダクタンスＬの変化として検出する。そして、ボトムホールド回路６５によって出力される式（２）で示される電圧からインダクタンスの変化が分かることにより、透磁率、磁化の変化、従って、応力が分かり、トルクを検出することができる。

図７は、中立点調整部５３の回路図である。制御部７０としてのマイクロコンピュータから所定の矩形波を出力する端子Ａ１１，Ｂ１１が設けられ、端子Ａ１１，Ｂ１１から抵抗Ｒ１１，Ｒ２１とコンデンサＣ１１，Ｃ２１からなる平滑回路と、平滑回路の端子Ａ１２から接続されたオペアンプＯＰ１１，ＯＰ２１からなる増幅器で構成される基準電圧生成部７１，７２とその増幅器からの出力と電圧検出部５０ａ，５０ｂからの電圧を入力しその差を求めるオペアンプＯＰ１２，ＯＰ２２と抵抗Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ１３，Ｒ２３，Ｒ１４，Ｒ２４と抵抗Ｒ１５，Ｒ２５とコンデンサＣ１２，Ｃ２２からなる回路で構成される差電圧発生部７７，７８と、からなる。また、中立点調整部５３からの出力ＶＴ１，ＶＴ２はトルク判定部５１と異常判定部５２に出力され、また、制御部７０であるマイクロコンピュータ７０にフィードバックされる。また、マイクロコンピュータ７０からは、電圧検出部５０ａ，５０ｂ内のスイッチング素子６２ａ，６２ｂのオンオフをするための第２の矩形波が出力される。マクロコンピュータの記憶部には、中立点調整用プログラムが記憶されている。

次に、この中立点調整用プログラムによりこの装置の動作を図８のフローチャートにより説明する。ステアリング軸にトルクをかけない状態で、中立点調整開始の信号が、外部端子から入力されると、端子Ａ１１からあるデューティ比の矩形波が出力される（ステップＳ１１）。そして、規定電圧生成部７１により平滑化、増幅が行われ、差電圧発生部７７に出力される。端子Ｃ１１からは、電圧検出部５０ａのスイッチング素子６２ａに所定のデューティ比の矩形波を出力する（ステップＳ１２）。それにより、電圧検出部５０ａからトルクがゼロのときの検出電圧が出力され、差電圧発生部７７に入力される。そして、基準電圧と検出電圧との差電圧は、マイクロコンピュータに入力され（ステップＳ１３）、その差電圧が所定値（２．５Ｖ）より大きいかどうか判断する（ステップＳ１４）。もし、所定値より大きいならば、デューティ比を所定の値だけ増加する（ステップＳ１５）。これにより検出電圧（ＶＴ１）は低くなる。所定値より大きくなければ、所定値より小さいかどうか判断する（ステップＳ１６）。所定値より小さいときデューティ比を所定の値だけ減少させる（ステップＳ１７）。これにより検出電圧（ＶＴ１）は高くなる。もし、所定値より小さくなく所定値と一致したならば、そのデューティ比をデューティ記憶部に記憶する（ステップＳ１８）。これにより、トルクゼロの時の検出電圧を所定値に等しくすることができる。なお、ここでは出力ＶＴ１に関し説明したが、ＶＴ２に関しても同様に行う。また、図７では差電圧が所定値（２．５Ｖ）となるようにしているが、差電圧が所定値内となるまで中立点調整を行うようにしてもよい。

次に、端子Ｂ１１からの矩形波のデューティ比も端子Ａ１１からの矩形波と同様に調整する。これにより、トルクゼロのときの端子ＶＴ２での検出電圧を所定値に等しくすることができる。

以上のようにして、２つの検出回路からのトルクゼロのときの端子ＶＴ１，ＶＴ２での検出電圧をどちらも所定値に等しくすることができる。これにより、容易にトルクセンサの中立点調整を行うことができる。

次に本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では、図９に示すように、所定の時間入力信号がゼロの状態が継続したとき、中立点調整部に中立点調整を行うことを指示する中立点調整指示部８０を備えている。このブロック構成図では、図４の第１の実施形態で説明した構成要素と同一のものには同一の符号を付し、説明を省略する。例えば、この中立点調整指示部８０に車速が所定速度以上のときにヨーレートセンサ８１などからの信号に基づいて車両が直進していることを判定する直進判定部８２を前段に設け、この直進判定部８２により車両が直進していることを判定したときに、中立点調整指示部８０から信号が中立点調整部５３の制御部７０に送られ、自動的に第１の実施形態で説明した手順に従って中立点調整を行う。

図１０は、直進判定部と中立点調整指示部の動作を説明するフローチャートである。車両が走行中にこの動作は開始し、直進判定部８２は、トルク入力が所定値以下かどうか判断する（ステップＳ２１）。トルク入力が所定値より大きいときはリターンする。トルク入力が所定値以下のときは、ヨーレートセンサ８１からの信号が所定時間ゼロかどうか判断する（ステップＳ２２）。ヨーレートセンサ８１からの信号が所定時間ゼロであったならば、中立点調整指示部８０は、中立点調整を行う指示をする中立点調整信号を中立点調整部５３に送る（ステップＳ２３）。中立点調整信号を受けた中立点調整部は、第１の実施形態で説明したステップに従って調整を行う。ステップＳ２２で所定時間ゼロではない場合は、リターンする。

これにより、走行中や停車中にトルクセンサの中立点調整を行うことができる。なお、中立点調整指示部は舵角やナビゲーション情報に基づいて直進走行や停車中を判断してもよい。

なお、本実施形態においては、中立点調整部は、磁歪膜型トルクセンサで説明したが、他のトルクセンサ、例えば、トーションバーなどのコイルのインダクタンス変化を検出するようにしたトルクセンサにおいても用いることができる。

本発明は、中立点調整を容易に行えるトルクセンサとそのトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置として利用される。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るトルクセンサのブロック構成図である。 制御部の構成図である。 本発明に係るトルクセンサの電圧検出部の回路図である。 本発明に係るトルクセンサの中立点調整部の回路図である。 中立点調整用プログラムのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るトルクセンサのブロック構成図である。 中立点調整指示部の動作を示すフローチャートである。 従来のトルクセンサの検出回路である。 従来のトルクセンサでの各端子での出力電圧の変化を示す図である。 操舵トルクと電圧の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ステアリングホイール
１２ａ，１２ｂ ステアリング軸
１２ｃ 自在軸継手
１３ ピニオンギヤ
１４ａ ラックギヤ
１４ ラック軸
１５ ラック・ピニオン機構
１６ タイロッド
１７ 前輪
１８ 動力伝達機構
１９ モータ
２０ 操舵トルク検出部（トルクセンサ）
２０ｂ，２０ｃ 磁歪膜
２０ｄ，２０ｅ 検出コイル
２０ｆ ヨーク部
２２ 制御装置
５０ａ，５０ｂ 電圧検出部
５３ 中立点調整部
７０ 制御部
７０ａ 第１の矩形波の発生部
７０ｂ 第１の矩形波の発生部
７１ 基準電圧生成部
７２ 基準電圧生成部
７３ 第２の矩形波信号の発生部
７４ 第２の矩形波信号の発生部
７５ デューティ比調整部
７６ デューティ比調整部
７７ 差電圧発生部
７８ 差電圧発生部
７９ デューティ比記憶部
８０ 記憶部

Claims (4)

1. シャフトと、インダクタンスが差動で変化する一対の検出コイルと、
   矩形波を平滑化することにより基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
   前記矩形波のデューティ比を調整するデューティ調整手段と、
   前記検出コイルの電圧と前記基準電圧との差電圧から中立点電圧を生成する中立点電圧生成手段とからなり、
   前記差電圧が所定値となるように前記デューティ比を変更して中立点電圧調整を行うことを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記シャフトに複数の磁歪膜を設け、前記検出コイルのインダクタンス変化から前記シャフトに入力されたトルクを検出する磁歪式トルクセンサであることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
3. ステアリング系にトルクを付与する電動機と、
   前記ステアリング系への操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   少なくとも前記操舵トルク検出手段からのトルクに基づいて前記電動機への目標電流を算出する目標電流設定手段と、
   前記電動機を駆動する駆動手段と、からなり、
   前記操舵トルク検出手段として請求項１または２記載のトルクセンサを用いたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 車両の走行状態を判定する車両状態判定手段を有し、
   前記車両状態判定手段は車両の直進走行中または停止中を検出した場合に、前記中点調整を行うことを特徴とする請求項３記載の電動パワーステアリング装置。

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