JP2006064445A - 磁歪式トルクセンサと電動ステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ステアリングシャフト1に設けられた磁気異方性を互いに異にする第1磁歪膜31と第2磁歪膜32の磁気特性の変化に基づいてステアリングシャフト1に入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサ30であって、第1磁歪膜31に対向配置された第1検出コイル33および第2検出コイル34と、第2磁歪膜32に対向配置された第3検出コイル35および第4検出コイル36と、を備え、第1検出コイル33の出力と、第2検出コイル34の出力と、第3検出コイル35の出力と、第4検出コイル36の出力と、に基づいて磁歪式トルクセンサ30の故障を検出する。
【選択図】 図1
Description
この種の磁歪式トルクセンサには、図6に示すように、磁気異方性を異にする2つの磁歪膜91,92を回転シャフト99に設けるとともに、各磁歪膜91,92に対向してそれぞれ検出コイル93,94を配置して構成されたものがある(特許文献2参照)。この磁歪式トルクセンサ90の原理は、回転シャフト99にトルクが加えられると磁歪膜91,92の透磁率が変化し、これに応じて検出コイル93,94のインダクタンスが変化するので、この変化に基づいてトルクを検出する。
前述した2つの磁歪膜91,92を備えた磁歪式トルクセンサ90の場合においては、トルクを検出するときには一方の検出コイル93の検出出力(以下、第1検出出力VT1と称す)と他方の検出コイル94の検出出力(以下、第2検出出力VT2と称す)の差に基づいてトルク検出出力VT3を算出し、故障を検出するときには第1検出出力VT1と第2検出出力VT2の和に基づいて故障検出出力VTFを算出し閾値との比較から故障を検出している。
VT3=k・(VT1−VT2)+V0 ・・・ (1)式
VTF=|VT1+VT2|−C ・・・ (2)式
そこで、この発明は、温度変化や磁場変化による影響を受けずに故障検出が可能な磁歪式トルクセンサと、これを備えた信頼性の高い電動ステアリング装置を提供するものである。
このように構成すると、温度変化や磁場変化に起因する磁気特性の変化を相殺することができ、その結果、温度変化や磁場変化の影響を受けずに高精度で故障検出を行うことができる。
このように構成することにより、電動ステアリング装置の操舵トルクを検出するための磁歪式トルクセンサが、正常であるにもかかわらず温度変化や磁場変化に起因して故障であると誤検出するのを防止することができる。
請求項2に係る発明によれば、電動ステアリング装置の操舵トルクを検出するための磁歪式トルクセンサが、正常であるにもかかわらず温度変化や磁場変化に起因して故障であると誤検出するのを防止することができ、電動ステアリング装置の信頼性が向上する。
図1に示すように、車両用電動パワーステアリング装置(電動ステアリング装置)100はハンドル(操舵手段)2に連結されたステアリングシャフト1を備えている。ステアリングシャフト1は、ハンドル2に一体結合されたメインステアリングシャフト3と、ラック&ピニオン機構のピニオン7が設けられたピニオン軸5とが、ユニバーサルジョイント4によって連結されて構成されている。
ピニオン軸5はその下部、中間部、上部を軸受6a,6b,6cによって支持されており、ピニオン7はピニオン軸5の下端部に設けられている。ピニオン7は、車幅方向に往復動し得るラック軸8のラック歯8aに噛合し、ラック軸8の両端には、タイロッド9,9を介して転舵輪としての左右の前輪10,10が連結されている。この構成により、ハンドル2の操舵時に通常のラック&ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪10,10を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸8、ラック8a、タイロッド9,9は転舵機構を構成する。
磁歪式トルクセンサ30は、ピニオン軸5の外周面に周方向全周に亘って環状に設けられた第1磁歪膜31および第2磁歪膜32と、第1磁歪膜31に対向配置された第1検出コイル33および第2検出コイル34と、第2磁歪膜32に対向配置された第3検出コイル35および第4検出コイル36と、第1、第2、第3、第4検出コイル33,34,35,36にそれぞれ接続された検出回路37,38,39,40を主要構成としている。
第1、第2磁歪膜31,32は、歪みに対して透磁率の変化が大きい素材からなる金属膜であり、例えば、ピニオン軸5の外周にメッキ法で形成したNi−Fe系の合金膜からなる。
第1検出コイル33および第2検出コイル34は、第1磁歪膜31の周囲にこれと所定の隙間を有した状態で同軸状に配置されており、ピニオン軸5の軸線方向に互いにずらして配置されている。
第3検出コイル35および第4検出コイル36は、第2磁歪膜32の周囲にこれと所定の隙間を有した状態で同軸状に配置されており、ピニオン軸5の軸線方向に互いにずらして配置されている。
第1、第2、第3、第4検出コイル33,34,35,36は、それぞれ変換回路を備えた検出回路37,38,39,40に接続されており、これら検出回路37〜40において各検出コイル33〜36のインダクタンス変化は電圧変化に変換されて電子制御装置(ECU)50に出力される。
いま、検出回路37の出力電圧をVT11、検出回路38の出力電圧をVT12、検出回路39の出力電圧をVT21、検出回路40の出力電圧をVT22とする。
VT31=VT11−VT21+V0=k11・T−(−k21・T)=(k11+k21)T ・・・ (3)式
VT32=VT12−VT22+V0=k12・T−(−k22・T)=(k12+k22)T ・・・ (4)式
VT33=VT22−VT12+V0=−k22・T−(k12・T)=−(k12+k22)T ・・・ (5)式
つまり、差動電圧VT31は、第1磁歪膜31に対向配置された第1検出コイル33と第2磁歪膜32に対向配置された第3検出コイル35の差動電圧(差動出力)であり、差動電圧VT32と差動電圧VT33は、第1磁歪膜31に対向配置された第2検出コイル34と第2磁歪膜32に対向配置された第4検出コイル36の差動電圧(差動出力)である。
また別の方法として、次の(6)式により、差動電圧VT31とVT33の差からトルク検出電圧VT3を算出する。
VT3=VT31−VT33+V0=(k11+k12+k21+k22)T ・・・ (6)式
(6)式より、VT33は、VT11〜VT22より感度を約4倍に向上させることができる効果を有する。
VTF1=VT11−VT12 ・・・ (7)式
VTF2=VT21−VT22 ・・・ (8)式
つまり、差動電圧(第1差動信号)VTF1は、第1磁歪膜31に対向配置された第1検出コイル33と第2検出コイル34の差動電圧(差動出力)であり、差動電圧(第2差動信号)VTF2は、第2磁歪膜32に対向配置された第3検出コイル35と第4検出コイル36の差動電圧(差動出力)である。
そして、VTF1とVTF2のうち少なくとも何れか一方が故障検出閾値Aから外れたときには故障と判定する。
また、別の方法として、次の(9)式、または(10)式により、差動電圧VTF1,VTF2の和、または差から故障検出電圧VTF3を算出する。
VTF3=VTF1+VTF2 ・・・ (9)式
VTF3=VTF1−VTF2 ・・・ (10)式
そして、VTF3が故障検出閾値Aから外れたときには故障と判定する。
図2は、第1磁歪膜31の第1、第2検出コイル33,34に対応する検出回路37,38の出力電圧VT11,VT12の出力特性図であり、温度20゜Cのときを実線で、温度80゜Cのときを破線で示している。
図3は、第2磁歪膜32の第3、第4検出コイル35,36に対応する検出回路39,40の出力電圧VT21,VT22の出力特性図であり、温度20゜Cのときを実線で、温度80゜Cのときを破線で示している。
VTF4=VT31−VT32 ・・・ (11)式
この故障検出電圧VTF4に基づいて故障検出を行った場合も、温度変化や磁場変化による磁気特性の変化の影響を受けることなく、磁歪式トルクセンサ30の故障検出を高精度で行うことができる。
なお、前述したように、差動電圧VT31は、第1磁歪膜31に対向配置された第1検出コイル33と第2磁歪膜32に対向配置された第3検出コイル35の差動電圧であり、差動電圧VT32は、第1磁歪膜31に対向配置された第2検出コイル34と第2磁歪膜32に対向配置された第4検出コイル36の差動電圧である。
この発明は、前述した実施例の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムの車両用ステアリング装置にも適用可能である。ステアリング・バイ・ワイヤ・システムとは、操舵手段と転舵機構とが機械的に分離されていて、操舵手段に作用する操舵トルクに応じて、転舵機構に設けられたステアリングモータを駆動して車両の転舵輪を転舵させる操舵システムであり、この操舵手段に作用する操舵トルクの検出にこの発明に係る磁歪式トルクセンサを用いることができる。
11 電動機
30 磁歪式トルクセンサ
31 第1磁歪膜
32 第2磁歪膜
33 第1検出コイル
34 第2検出コイル
35 第3検出コイル
36 第4検出コイル
100 電動パワーステアリング装置(電動ステアリング装置)
Claims (2)
- シャフトに設けられた磁気異方性を互いに異にする第1磁歪膜と第2磁歪膜の磁気特性の変化に基づいて前記シャフトに入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、
前記第1磁歪膜に対向配置された第1検出コイルおよび第2検出コイルと、前記第2磁歪膜に対向配置された第3検出コイルおよび第4検出コイルと、を備え、
前記第1検出コイルの出力と、前記第2検出コイルの出力と、前記第3検出コイルの出力と、前記第4検出コイルの出力と、
に基づいて自身の故障を検出することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 - 操舵トルクを磁歪式トルクセンサによって検出し、検出した操舵トルクに応じて電動機を駆動して車両を転舵させる電動ステアリング装置において、
前記磁歪式トルクセンサは請求項1に記載の磁歪式トルクセンサであることを特徴とする電動ステアリング装置。
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