JP2006078304A - Torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はトルクセンサに関し、特にトルクを検出して検出したトルク値に応じて駆動されるシステム(例えば電動補助自転車)において用いられるトルクセンサに関する。さらに詳しくは、そのようなトルクセンサの異常判別方法に関する。 The present invention relates to a torque sensor, and more particularly to a torque sensor used in a system (for example, a battery-assisted bicycle) that is driven according to a torque value detected by detecting torque. More specifically, the present invention relates to such a torque sensor abnormality determination method.
電動補助自転車が特許文献1に開示されている。この電動補助自転車は、ペダルに踏み込まれた踏力をトルクセンサで検出し、この踏力に応じた補助動力をモータから付与する。このトルクセンサは、トルクが入力される入力ラインと、入力されたトルクに応じて検出電圧信号を出力する出力ラインを有する。出力ラインは制御回路に接続され、検出トルク信号に応じて動力補助モータを駆動する。 A battery-assisted bicycle is disclosed in Patent Document 1. In this battery-assisted bicycle, a pedaling force depressed by a pedal is detected by a torque sensor, and auxiliary power corresponding to the pedaling force is applied from a motor. The torque sensor has an input line for inputting torque and an output line for outputting a detection voltage signal in accordance with the input torque. The output line is connected to the control circuit and drives the power assist motor in accordance with the detected torque signal.
このトルクセンサは、断線あるいは経年劣化等により異常な電圧を出力することがある。断線の場合は出力電圧がゼロになる。また経年劣化の場合には出力電圧が低下して踏力に対応しなくなり例えば常にゼロに近い低電圧になる。 This torque sensor may output an abnormal voltage due to disconnection or deterioration over time. In case of disconnection, the output voltage becomes zero. In the case of deterioration over time, the output voltage decreases and does not correspond to the pedaling force, for example, it always becomes a low voltage close to zero.
このような異常状態を認識できるトルクセンサとして、トルクセンサ自体に異常判別回路を内蔵して、自己診断によりセンサの異常を検出して異常信号を発生するトルクセンサが実用化されている。 As a torque sensor capable of recognizing such an abnormal state, a torque sensor that incorporates an abnormality determination circuit in the torque sensor itself, detects an abnormality of the sensor by self-diagnosis, and generates an abnormality signal has been put into practical use.
このような異常状態を判別する機能を備えたトルクセンサを用いた場合、トルクセンサが異常を認識して異常信号を発生すると、トルクセンサに連結された制御回路やこれに連動する他の装置の自動処理によって、あるいは警報装置等からユーザーが異常を認識して電源をOFFにする。この場合、制御回路や他の装置はトルクセンサの異常を認識しないまま、次回電源が投入され、運転が再開される。このため、トルクセンサの異常に対する処置が遅れる。 When a torque sensor having a function for discriminating such an abnormal state is used, when the torque sensor recognizes an abnormality and generates an abnormality signal, a control circuit connected to the torque sensor or other device linked to the torque sensor A user recognizes an abnormality by automatic processing or from an alarm device or the like and turns off the power. In this case, the control circuit and other devices are turned on next time without recognizing the abnormality of the torque sensor, and the operation is resumed. For this reason, the treatment for the abnormality of the torque sensor is delayed.
また、異常信号はトルクの検出出力ラインとは別のラインから出力されるため、ライン配線が複雑になる。
また、前述のように、トルクセンサの検出電圧がゼロ又はゼロ付近になった場合、制御回路は、実際に踏力が入力されていないのか、又はトルクセンサの異常なのかを判別できない。したがって、制御回路は検出値ゼロを踏力がない正常値としてそのまま制御を続けるため、モータからの補助動力が付与されないまま動作し続けることになる(踏力がゼロの状態では補助動力は付与されない)。このため、ユーザーは異常をすぐには認識することができず、トルクセンサの異常に対する対処ができない又は遅れる。
Further, since the abnormal signal is output from a line different from the torque detection output line, the line wiring becomes complicated.
Further, as described above, when the detected voltage of the torque sensor becomes zero or near zero, the control circuit cannot determine whether the pedal force is actually input or whether the torque sensor is abnormal. Accordingly, since the control circuit continues the control as it is with the detected value zero as a normal value without the pedaling force, the control circuit continues to operate without the auxiliary power from the motor being applied (the auxiliary power is not applied when the pedaling force is zero). For this reason, the user cannot immediately recognize the abnormality, and cannot deal with or delay the torque sensor abnormality.
また、出力電圧ゼロの状態がトルクセンサの異常である場合、これを判別して異常状態を認識し、直ちに異常に対処可能とするために、別系統の異常信号ラインを設けることが考えられる。しかし、別系統の信号ラインを設けると構造が複雑になるとともにコストが上昇する。 In addition, when the state where the output voltage is zero is an abnormality of the torque sensor, it is conceivable to provide an abnormal signal line of another system in order to recognize this and recognize the abnormal state and to cope with the abnormality immediately. However, if a separate signal line is provided, the structure becomes complicated and the cost increases.
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、別系統の異常信号ラインを設けることなく、トルクの検出信号ラインのみによって、トルクセンサの異常を認識して迅速に異常状態に対処できるトルクセンサの提供を目的とする。 The present invention is based on the above-described prior art, and can provide a torque sensor that can quickly recognize an abnormality of the torque sensor and deal with an abnormal state quickly by using only a torque detection signal line without providing an abnormal signal line of another system. The purpose is to provide.
前記目的を達成するため、請求項1の発明は、トルクが入力される入力ラインと、入力されたトルクに応じて検出電圧信号を出力する出力ラインを有するトルクセンサにおいて、前記入力ラインから異常なトルクが入力されたときに、前記出力ラインから前記検出電圧信号に続いて予め設定された異常信号を出力することを特徴とするトルクセンサを提供する。 In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is directed to a torque sensor having an input line to which torque is input and an output line for outputting a detection voltage signal according to the input torque. A torque sensor is provided that outputs a preset abnormality signal following the detection voltage signal from the output line when torque is input.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記異常なトルクはゼロであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the abnormal torque is zero.
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記異常信号は、未使用の一定電圧信号であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the abnormal signal is an unused constant voltage signal.
請求項4の発明は、請求項1,2又は3に記載のトルクセンサを備えた電動補助自転車を提供する。
The invention of
請求項1の発明によれば、異常なトルクが継続したときに、トルク検出出力の信号ラインからトルクの出力信号に続いて異常信号を送出するため、別系統の異常検出信号ラインを設ける必要がなく、したがって、構造を複雑にすることなく、迅速に異常信号を送出して他の機器やユーザーにトルクセンサの異常を認識させることができる。 According to the first aspect of the invention, when an abnormal torque continues, an abnormal signal is sent from the torque detection output signal line following the torque output signal. Therefore, without making the structure complicated, it is possible to promptly send an abnormal signal to make other devices and users recognize the abnormality of the torque sensor.
請求項2の発明によれば、断線により出力電圧がゼロになったときに、この出力電圧に続いて異常信号が出力されるため、トルクセンサの出力ラインが接続された出力を受ける側では、トルクセンサ出力ラインの信号から直ちにトルクセンサの異常を認識できる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、通常0〜2V程度のトルク検出信号を出力するトルクセンサにおいて、0Vの検出信号が出力された後、例えば5V程度の未使用な一定電圧を異常信号として送出するため、簡単な回路で異常信号を形成し、確実にセンサ異常を認識することができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、トルクセンサの異常が生じたときに、直ちに異常を認識してこれに対処し、常に有効な補助動力が得られる電動補助自転車が実現できる。
According to the invention of
図1は、本発明が適用される電動補助自転車の側面図である。
電動補助自転車1は、左右のハンドル2の中央のステアリング軸3が挿通するヘッドパイプ4を有し、ステアリング軸3が左右のフロントフォーク5に連結され前輪6の方向を操作する。ヘッドパイプ4にはダウンチューブ7が接合され、サドル8の下方のシートチューブ9に連結される。これらのダウンチューブ7およびシートチューブ9の下端部にカバー10に上部を覆われた走行用電動モータ37等の電気駆動系とペダルクランク軸12等の人力駆動系とを一体化したパワーユニット11が支持される。このパワーユニット11において、ペダルクランク軸12と同軸的に配置された合力機構(図示しない)により、ペダル15からの踏力とモータ力が融合される。この合力機構は例えば遊星歯車機構からなり、この遊星歯車機構に連結してペダル15からの踏力に応じて変位するトルクセンサ(図示しない)が設けられる。
FIG. 1 is a side view of a battery-assisted bicycle to which the present invention is applied.
The battery-assisted bicycle 1 has a
パワーユニット11の後部には補助動力制御用コントローラ13が設けられる。このコントローラ13は、後述の車速計算手段(図2)で求めた車速に基づいて、速度に応じたアシスト比となるようにモータ37を駆動制御するためのマイクロコンピュータにより構成される。このようなコントローラ13の設置位置は、図の例に限らず、ダウンチューブ7の途中あるいはカバー10の内部、フロントフォーク5、チェーンステー38、シートステー39の途中その他の適当な位置であってもよい。
An auxiliary
サドル8の下部のシートチューブ9の後方にはバッテリケース14が上方に着脱自在に設けられ内部にモータ37駆動用のバッテリが収納される。ペダルクランク軸12上で合力機構により融合された踏力と補助動力は、チェーン16により後輪17に伝達されこれを回転駆動する。後輪17のハブ18には、チェーン16の回転を伝達するスプロケット(図示しない)及びロータリ式またはスライド式の変速ギヤ機構(図示しない)が設けられ、これに近接したフレーム側にはこの変速ギヤ機構を駆動するモータあるいはソレノイドからなるアクチュエータが装着される。
A
図2は本発明の実施形態に係る電動補助自転車のトルク制御装置のブロック構成図であり、図3はその要部の本発明の基本構成のブロック図である。
このトルク制御装置は、ペダル踏力を検出するトルクセンサ41と、このトルクセンサ41の検出トルクに基づいてパルスモータからなる電動モータ42の駆動電流を算出してこれを駆動制御するためのコントローラ43と、コントローラ43からの駆動信号により電動モータ42を駆動するためのモータ駆動回路44と、モータ42の電流を検出するための電流検出回路(電流計)45と、モータ42の回転を検出するためのエンコーダ46とにより構成される。
FIG. 2 is a block configuration diagram of a torque control device for a battery-assisted bicycle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a basic configuration of the present invention in a main part thereof.
The torque control device includes a
コントローラ43は、例えばCPUからなり、予め設定されたソフトプログラム又はハード回路によるモータ回転数計算手段47、車速計算手段48、トルクセンサ値加工フィルタ手段49、トルク−電流計算手段50、デューティ計算手段51とを備える。
The
トルクセンサ41は、自己診断用の異常判別回路55を内蔵する。このトルクセンサ41には入力ライン56を介して踏力によるトルクが入力され、出力ライン57を介して入力トルクに応じた電圧値を検出トルク信号値として出力する。
The
本実施形態では、断線や経年劣化により入力ライン56から異常トルクが一定時間継続して入力されると、異常判別回路がこの異常状態を検知し、後述のように、出力ライン57を介して異常信号を出力する。すなわち、検出トルク信号を出力する出力ライン57を介して、検出トルク信号に続いて異常信号を出力する。
In this embodiment, when an abnormal torque is continuously input from the
電源スイッチ54(図3)がオンにされると、トルクセンサ41によるペダル踏力検出動作が開始される。トルクセンサ41で検出されたペダル踏力は、トルクセンサ値加工フィルタ手段49でノイズ等を除去されるとともに、検出トルク及び車速に基づいて演算加工され、ペダル踏力に応じた出力電圧(加工トルク値)が得られる。車速は、コントローラ43内で、エンコーダ46からのパルス信号に基づいて、モータ回転数計算手段47及び車速計算手段48により演算され、トルクセンサ値加工フィルタ手段49に入力される。
When the power switch 54 (FIG. 3) is turned on, the pedal depression force detection operation by the
加工された後の加工トルク値はトルク−電流計算手段50に入力され、加工トルクに応じた電流指令値が算出される。この電流指令値に基づき、デューティ計算手段51で駆動パルスのデューティ比が算出され、PWM出力としてモータ駆動回路44に入力され、モータ42を駆動する。モータ42の駆動電流は電流検出回路45で検出されデューティ計算回路51に戻されてフィードバック制御される。
The machining torque value after machining is input to the torque-current calculation means 50, and a current command value corresponding to the machining torque is calculated. Based on this current command value, the duty ratio of the drive pulse is calculated by the duty calculation means 51 and is input to the
断線等の異常により入力ライン56からトルクがゼロの信号がトルクセンサ41に入力されると、このトルクセンサ41内の異常判別回路55がこの異常状態を検知して異常信号を出力ライン57から送出する。この異常信号は警報回路52に送られ、LED53を点灯して異常表示を行う。この出力ライン57からの異常信号は、トルク−電流計算回路50にも送られる。トルク−電流計算回路50は、異常信号が入力されると、電流指令値の演算処理を停止する。したがって、アシストモータ42は停止し補助動力は付与されない。なお、トルクセンサ41の出力ライン57を異常検出回路(不図示)等に接続し、この異常検出回路に異常信号が入力されたら、トルク−電流計算回路50にアシスト停止指令を送ってアシストモータ42を停止させてもよい。
When a zero-torque signal is input from the
トルクセンサ41の異常判別回路55は、入力ライン56からトルクがゼロの信号が入力されたとき、そのトルクゼロの状態が断線によるものか又は実際に踏力がゼロかを判別する。この判別方法として、例えば、ペダルクランク軸が回転し且つワンウェイクラッチが空転しないで動作して回転力が伝達されているときにトルクがゼロであれば断線異常と判別できる。このような異常状態を検出すると、トルクセンサ41はトルクゼロの検出信号に続いて異常信号を出力する。この場合、ノイズ等による誤検出を避けるために、一定時間経過してから異常信号を出力してもよい。
When a torque zero signal is input from the
図4は、異常信号の説明図である。
(A)は正常な踏力の入力波形を示す。ペダルクランク軸の回転角度に応じた滑らかな正弦状曲線を描く。(B)は出力ゼロの状態から続いて出力される台形状連続波形を示す。(C)は出力ゼロの状態から続いて急峻に立ち上がる一定電圧V2の出力を示す。この一定電圧V2は、(A)のピーク電圧V1より大きい通常は出力されない未使用電圧値である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an abnormal signal.
(A) shows the input waveform of normal pedal effort. Draw a smooth sinusoidal curve according to the rotation angle of the pedal crankshaft. (B) shows the trapezoidal continuous waveform output continuously from the zero output state. (C) shows the output of a constant voltage V2 that rises sharply from the zero output state. The constant voltage V2 is an unused voltage value that is not normally output and is larger than the peak voltage V1 of (A).
本発明は、電動補助自転車のトルクセンサに利用できる。その他にもトルクに基づいてシステムを動作させるあらゆる装置において使用可能なトルクセンサとして利用できる。 The present invention can be used for a torque sensor of a battery-assisted bicycle. In addition, it can be used as a torque sensor that can be used in any device that operates a system based on torque.
1:電動補助自転車、2:ハンドル、3:ステアリング軸、4:ヘッドパイプ、5:フロントフォーク、6:前輪、7:ダウンチューブ、8:サドル、9:シートチューブ、10:カバー、11:パワーユニット、
12:ペダルクランク軸、13:コントローラ、14:バッテリケース、
15:ペダル、16:チェーン、17:後輪、18:ハブ、37:電動モータ、38:チェーンステー、39:シートステー、41:トルクセンサ、42:電動モータ、43:コントローラ、44:モータ駆動回路、45:電流検出回路(電流計)、46:エンコーダ、47:モータ回転数計算手段、48:車速計算手段、49:トルクセンサ値加工手段、50:トルク−電流計算手段、51:デューティ計算手段、52:警報回路、53:LED、54:電源スイッチ、55:異常判別回路、56:入力ライン、57:出力ライン。
1: Electric assist bicycle, 2: Handle, 3: Steering shaft, 4: Head pipe, 5: Front fork, 6: Front wheel, 7: Down tube, 8: Saddle, 9: Seat tube, 10: Cover, 11: Power unit ,
12: Pedal crankshaft, 13: Controller, 14: Battery case,
15: pedal, 16: chain, 17: rear wheel, 18: hub, 37: electric motor, 38: chain stay, 39: seat stay, 41: torque sensor, 42: electric motor, 43: controller, 44: motor drive Circuit 45: current detection circuit (ammeter) 46: encoder 47: motor speed calculation means 48: vehicle speed calculation means 49: torque sensor value processing means 50: torque-current calculation means 51: duty calculation Means 52: Alarm circuit 53: LED 54: Power switch 55: Abnormality determination circuit 56: Input line 57: Output line
Claims (4)
前記入力ラインから異常なトルクが入力されたときに、前記出力ラインから前記検出電圧信号に続いて予め設定された異常信号を出力することを特徴とするトルクセンサ。 In a torque sensor having an input line to which torque is input and an output line for outputting a detection voltage signal according to the input torque,
A torque sensor, wherein when an abnormal torque is input from the input line, a preset abnormal signal is output from the output line following the detected voltage signal.
A battery-assisted bicycle comprising the torque sensor according to claim 1, 2 or 3.
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