JP2012237591A - Torque sensor and electric power steering device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサ及びこれを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to a torque sensor that detects torque generated on a rotating shaft and an electric power steering apparatus including the torque sensor.
従来の例えば電動パワーステアリング装置に適用されるトルクセンサとして、特許文献1に記載されたトルクセンサが知られている。このトルクセンサは、入力軸の大径部に軸方向に例えば4つのV字状の溝を形成して4つの凸条を形成し、これら凸条を覆うように出力軸に一体化された円筒部材を配置し、この円筒部材に凸条と一部対向する窓を形成して、窓と凸条の相対回転による磁気変化に基づいてトルクを検出するようにしている。そして、入力軸と出力軸との相対回転の位置規制を入力軸の大径部より先端側に同様に凸部を形成し、これを出力軸に形成した凹部内に挿入することにより、凹部の円周方向側壁に凸部が係合することにより、相対位置規制が行われる。
As a conventional torque sensor applied to, for example, an electric power steering apparatus, a torque sensor described in
ところで、上記特許文献1に記載のトルクセンサにあっては、入力軸に形成した軸方向溝によって円筒部材の窓に対向する凸条とストッパとなる凸部とを形成するようにしており、センサシャフトの溝数、幅、周方向位置と、ストッパの溝数、幅、周方向位置とを一致させて、センサシャフトの溝数を8とし、ストッパ溝数を4とする場合に比較して加工コストを低減させることできるものである。
By the way, in the torque sensor described in
しかしながら、センサシャフトの溝数、すなわち凸条の数は多い方が、センサ感度の観点から好ましく、センサシャフトの溝数を増やし且つ且つストッパの溝数をセンサシャフトと同じにした場合には、ストッパとなる凸部の幅が薄くなり、必要なストッパ強度を得ることができず、センサ感度の向上とストッパ強度の確保との双方を満足することはできないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、トルクセンサのセンサ感度の向上とストッパ強度の確保を行いながら加工コストを低減することができるトルクセンサ及びこれを備えた電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
However, it is preferable from the viewpoint of sensor sensitivity that the number of grooves on the sensor shaft, that is, the number of protrusions, is preferable. If the number of grooves on the sensor shaft is increased and the number of grooves on the stopper is the same as that on the sensor shaft, the stopper Thus, there is an unsolved problem that the width of the convex portion becomes thin, the required stopper strength cannot be obtained, and both the improvement of the sensor sensitivity and the securing of the stopper strength cannot be satisfied.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned unsolved problems of the conventional example, and a torque sensor capable of reducing machining costs while improving the sensor sensitivity of the torque sensor and ensuring the stopper strength. An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus provided with this.
上記目的を解決するために、本発明の一の形態に係るトルクセンサは、同軸に配設された第1及び第2の回転軸を、トーションバーを介して連結するとともに、前記第1の回転軸の外周面を包囲する円筒部材を前記第2の回転軸と回転方向に一体に形成し、前記第1の回転軸に、前記円筒部材の内周面と対向して、軸方向に延長する複数の凸条を形成する溝を形成し、前記円筒部材に前記凸条との重なり度合いが変化する窓を形成し、当該窓と前記凸条との重なり度合いに基づいてトルクを検出するようにしたトルクセンサであって、前記第1の回転軸に、前記凸条を形成する溝を複数ずつグループ化するように前記第1及び第2の回転軸の相対回動角度を規制するストッパ溝を形成したことを特徴としている。 In order to solve the above-described object, a torque sensor according to an aspect of the present invention connects first and second rotating shafts disposed coaxially via a torsion bar, and the first rotation. A cylindrical member surrounding the outer peripheral surface of the shaft is formed integrally with the second rotation shaft in the rotation direction, and extends in the axial direction on the first rotation shaft so as to face the inner peripheral surface of the cylindrical member. Grooves that form a plurality of ridges are formed, a window in which the degree of overlap with the ridges is formed in the cylindrical member, and torque is detected based on the degree of overlap between the windows and the ridges. And a stopper groove for restricting a relative rotation angle of the first and second rotating shafts so as to group a plurality of grooves forming the protruding strips on the first rotating shaft. It is characterized by the formation.
また、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記凸条を形成する溝数をA、前記ストッパ溝数をBとしたときに、A=nB(nは正の2以上の整数)に設定したことを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記ストッパ溝の溝幅が前記凸条を形成する溝の溝幅に対して大きく設定されていることを特徴としている。
また、本発明の一の形態に係る電動パワーステアリング装置は、上記の何れかの構成を有するトルクセンサを備え、該トルクセンサの検出トルクに基づいてステアリング機構に伝達する操舵補助トルクを発生する電動モータを駆動して操舵補助制御を行う操舵補助制御部を備えたことを特徴としている。
In the torque sensor according to another aspect of the present invention, A = nB (n is a positive integer of 2 or more), where A is the number of grooves forming the ridges and B is the number of stopper grooves. It is characterized by setting.
Furthermore, the torque sensor according to another embodiment of the present invention is characterized in that the groove width of the stopper groove is set larger than the groove width of the groove forming the ridge.
An electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a torque sensor having any one of the above-described configurations, and generates an auxiliary steering torque that is transmitted to a steering mechanism based on a torque detected by the torque sensor. A steering assist control unit that performs steering assist control by driving a motor is provided.
本発明によれば、前記第1の回転軸に、前記凸条を形成する溝を複数ずつグループ化するように前記第1及び第2の回転軸の相対回動角度を規制するストッパ溝を形成したので、凸条を形成する溝のうちの複数本に一本がストッパ溝となるので、凸条数を増加させてセンサ感度を向上させながら、ストッパ溝によって形成される凸部の幅を広くすることができ、ストッパ強度を確保することができる。しかも、凸条を形成するとストッパ溝とを同時に加工することができるので、加工コストを低減することができる。
また、上記効果を有するトルクセンサを使用して電動パワーステアリング装置を構成するので、操舵トルクの検出精度を高くすると共に信頼性を高めた操舵補助制御を行うことができ、全体の製造コストを低減することができる。
According to the present invention, the stopper groove for restricting the relative rotation angle of the first and second rotating shafts is formed on the first rotating shaft so as to group a plurality of grooves for forming the ridges. Therefore, one of the grooves forming the ridges becomes a stopper groove, so that the width of the protrusion formed by the stopper groove is increased while increasing the number of ridges and improving the sensor sensitivity. The stopper strength can be ensured. Moreover, if the ridge is formed, the stopper groove can be processed at the same time, so that the processing cost can be reduced.
In addition, since the electric power steering apparatus is configured by using the torque sensor having the above-described effect, the steering assist control can be performed with higher steering torque detection accuracy and higher reliability, and the overall manufacturing cost can be reduced. can do.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部を示す断面図であり、図2は、本発明に係るトルクセンサの構成を示す斜視図である。
図1において、5は電動パワーステアリング装置を構成するハウジングであって、このハウジング5は入力軸側ハウジング部5aと出力軸側ハウジング部5bとに2分割された構造を有する。入力軸側ハウジング部5aの内部には、入力軸1が軸受6aによって回転自在に支持されている。また、出力軸側ハウジング部5bの内部には出力軸2が軸受6b及び6cによって回転自在に支持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a main part of an electric power steering apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a torque sensor according to the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a housing constituting an electric power steering apparatus, and the housing 5 has a structure divided into an input shaft side housing portion 5a and an output shaft
そして、入力軸1及び出力軸2は入力軸1の内部に配設されたトーションバー3を介して連結されている。
入力軸1、トーションバー3及び出力軸2は同軸に配置されており、入力軸1とトーションバー3とはピン結合し、また、トーションバー3と出力軸2とはスプライン結合又はセレーション結合している。図1において、入力軸1の突出端には、図示されていないステアリングホイールが一体的に取り付けられている。また、出力軸2には入力軸1とは反対側にピニオン軸2aが一体的に形成されており、ピニオン軸2aはラック4と噛合して公知のラックアンドピニオン式ステアリング機構を構成している。
The
The
また、出力軸2には、これと同軸で且つ一体に回転するウォームホイール7が固着されており、図示されていない電動モータで駆動されるウォーム8と出力軸側ハウジング部5b内で噛合している。ウォームホイール7は金属製のハブ7aに合成樹脂製の歯部7bが一体的に固定されている。電動モータの回転力は、ウォーム8及びウォームホイール7を介して出力軸2に伝達され、電動モータの回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸2に任意の方向の操舵補助トルクが付与される。
A
次に、図1及び図2を参照して入力軸1及び出力軸2間のトルクを検出するトルクセンサTSを構成するトルク検出部10の構成を説明する。トルク検出部10は入力軸1に形成されたセンサシャフト部11と、入力軸側ハウジング部5aの内側に配置された1対の検出コイル13及び14と、センサシャフト部11及び検出コイル13,14の間に配置された円筒部材12とから構成される。
入力軸1には磁性材料で構成されたセンサシャフト部11が形成されており、このセンサシャフト部11の先端にセンサシャフト部11の外径より小径のストッパ部16が形成されている。
Next, the configuration of the
A
センサシャフト部11の表面には、図2及び図3に示すように、軸方向に延びた複数A個(図2の例ではA=12)の凸条11aを円周方向に沿って形成するように軸方向溝11bが形成され、これら軸方向溝11bを複数でグループ化するように複数B個(図2の例ではB=4)のストッパ溝11cが形成されている。すなわち、軸方向溝11bの溝数Aはnを正の整数としたときにA=nBとなるように形成されている。
凸条11a及び軸方向溝11bは円周方向で見ると不等配置され、ストッパ溝11cは円周方向に等配置されている。そして、ストッパ溝11cでグループ化された軸方向溝11bは、底辺が略平坦なV字形状に形成され、同様にストッパ溝11cも底辺が略平坦なV字形状に形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of A (A = 12 in the example of FIG. 2)
The
また、ストッパ溝11cの開放端の幅が軸方向溝11bの開放端の幅より広く形成されていると共に、ストッパ溝11cの深さが軸方向溝11bの深さより深く形成されている。換言すれば、軸方向溝11bの溝底の方がストッパ溝11cの溝底よりもセンサシャフト11の中心軸からの距離が大きく設定されている。すなわち、軸方向溝11bの深さは底辺がストッパ部16の外周面に達する深さに設定され、ストッパ溝11cの深さは底辺がストッパ部16の外周面より内側となるように設定されている。このため、ストッパ部16では、ストッパ溝11c間に幅広のストッパ凸条16aが形成されている。
Further, the width of the open end of the
このセンサシャフト部11を形成するには、先ず、円柱状のブランクを冷間鍛造によって、図3(a)に示すように凸条11aを形成する軸方向溝11b及びストッパ溝11cを形成した冷間鍛造形状11′を形成し、次いで、図3(b)に示すように、冷間鍛造形状11′のセンサシャフト部11の先端部に対応する部分を旋盤等で軸方向溝11bの底部に相当する位置又はそれより内側(ストッパ溝より外側)まで切削加工することにより、小径のストッパ部16を形成して完成品となる。
In order to form the
このように、軸方向溝11b及びストッパ溝11cが軸方向に重なることなく円周方向の異なる位置に形成されているので、冷間鍛造により、軸方向溝11b及びストッパ溝11cを同時に形成することができる。因みに、軸方向溝11bとストッパ溝11cとが軸方向で重なっている場合には、一回の冷間鍛造で全てを形成することはできず、一回目の鍛造で一方の溝を形成した後、二回目の鍛造で他方の溝を形成することになり、加工工程が増加するとともに加工時間も長くなる。
Thus, since the
また、出力軸2の端部2eには、センサシャフト部11のストッパ部16におけるストッパ溝11c内に挿入されてストッパ凸条16aの側面と係合して回動位置を規制する図示しないストッパ突起が形成されている。
また、センサシャフト部11の外側には、センサシャフト部11に接近して導電性で且つ非磁性の材料、例えばアルミニウムで構成された円筒部材12がセンサシャフト部11と同軸に配置されており、円筒部材12の延長部12eは出力軸2の端部2eの外側に固定されている。
Further, an
Further, on the outside of the
円筒部材12には、前記したセンサシャフト部11の表面の凸条11aに対向する位置に、円周方向に凸条11aに対応する間隔で配置された複数個(図2では12個)の長方形の窓12aからなる第1の窓列と、前記第1の窓列から軸方向にずれた位置に、前記窓12aと同一形状で、円周方向の位相が異なる複数個(図2では12個)の長方形の窓12bからなる第2の窓列とが設けられている。
The
円筒部材12の外周は、同一規格の検出コイル13及び14が捲回されたヨーク15a及び15bで包囲されている。すなわち、検出コイル13及び14は円筒部材12と同軸に配置され、検出コイル13は窓12aからなる第1の窓列部分を包囲し、検出コイル14は窓12bからなる第2の窓列部分を包囲する。ヨーク15a及び15bは入力軸側ハウジング部5aの内部に固定され、検出コイル13及び14の出力線は入力軸側ハウジング部5aの内部に配置された回路基板19に接続されている。
The outer periphery of the
図4(a)及び(b)は出力軸2側から見たセンサシャフト部の表面の凸条と円筒部材の窓配置を説明する図で、図4(a)は、基準位置(トーションバー3が捩れていない状態)におけるセンサシャフト部11の表面の凸条11aと円筒部材12における第1の窓列の窓12aとの位置関係を示し、図4(b)は基準位置(トーションバー3が捩れていない状態)におけるセンサシャフト部11の表面の凸条11aと円筒部材12における第2の窓列の窓12bとの位置関係を示す図である。
4 (a) and 4 (b) are diagrams for explaining the protrusions on the surface of the sensor shaft portion and the window of the cylindrical member as viewed from the
この実施例では、窓12a及び12bがそれぞれ12個設けられているが、凸条11aが不等配置されているので、第1の窓列の窓12a及び第2の窓列の12bは、それぞれ円周方向に不等配となる。
窓12a、12bの角度aは軸方向溝11bに対向し窓12a、12bのない部分の角度bよりも小さく設定(a<b)され、凸条11aの先端の角度cは軸方向溝11bの開放端の角度dよりも小さく設定(c<d)される。これは、検出コイルのインピーダンスの変化を急峻にするためである。
In this embodiment, twelve
The angle a of the
図4(a)及び(b)から明らかなように、トーションバー3が捩れていない状態、即ち操舵トルクが零(0)の状態では、窓12aの時計方向端部にセンサシャフト部11の凸条11aの円周方向の反時計方向端部が位置し、窓12bの反時計方向端部に凸条11aの時計方向端部が位置するように、窓12a及び12bの円周方向の幅と凸条11aの幅、及び窓12a及び12bとの円周方向の相対位置関係が設定される。即ち、凸条11aに対する窓12aと12bとの円周方向の位置関係は互いに逆になっている。
操舵系が直進状態にあって操舵トルクが零である場合はトーションバー3には捩れが発生せず、入力軸1と出力軸2とは相対回転しない。したがって入力軸1の側にあるセンサシャフト部11の表面の凸条11aと、出力軸2の側にある円筒部材12との間にも相対回転が生じない。
As is apparent from FIGS. 4A and 4B, when the
When the steering system is in a straight traveling state and the steering torque is zero, the
一方、ステアリングホイールを操作して入力軸1に回転力が加わると、その回転力はトーションバー3を経て出力軸2に伝達される。このとき、出力軸2には舵輪と路面との間の摩擦力や出力軸2に結合されているステアリング機構のギヤの噛み合い等の摩擦力が作用する。このため、入力軸1と出力軸2との間を結合するトーションバー3に捩れが発生し、入力軸1の側にあるセンサシャフト部11の表面の凸条11aと出力軸2の側にある円筒部材12との間に相対回転が生じる。
On the other hand, when a rotational force is applied to the
円筒部材12に窓がない部位では、円筒部材12は導電性で且つ非磁性材で構成されていることから、検出コイル13及び14に交流電流を流して交番磁界を発生させると、円筒部材12の外周面にコイル電流と反対方向の渦電流が発生する。この渦電流による磁界とコイル電流による磁界とを重畳すると、円筒部材12の内側の磁界は相殺される。
円筒部材12に窓が形成されている部位では、円筒部材12の外周面に発生した渦電流は、窓12a及び12bによって外周面を周回できないため、窓12a及び12bの端面に沿って円筒部材12の内周面側に回り込み、内周面をコイル電流と同方向に流れ、また隣の窓12a及び12bの端面に沿って外周面側に戻り、ループを形成する。つまり、検出コイル内側に渦電流のループを、円周方向に周期的に配置した状態が発生する。コイル電流による磁界と渦電流による磁界とは重畳され、円筒部材12の内外には、円周方向に周期的に強弱変化する磁界と、中心に向かうほど小さくなる半径方向に勾配を持った磁界が形成される。円周方向の周期的な磁界の強弱は、隣り合う渦電流の影響を受ける窓12a及び12bの中心で強く、そこからずれるに従い弱くなる。
Since the
In the part where the window is formed in the
円筒部材12の内側には、磁性材料からなるセンサシャフト部11が同軸に配置されており、その凸条11aは、窓12a及び12bと同じ周期で配置されている。磁界中に置かれた磁性体は磁化して磁束を生じるが、磁束の量は飽和するまでは磁界の強さに応じて大きくなる。このため、円筒部材12により円周方向の周期的な磁界の強弱と中心に向かうほど小さくなる半径方向に勾配を持った磁界とにより、センサシャフト部11に発生する磁束は、円筒部材12とセンサシャフト部11との相対的な位相により増減する。磁束が最大となる位相は、円筒部材12の窓12a及び12bの中心とセンサシャフト部11の凸条11aの中心とが一致した状態で、磁束の増減に応じて検出コイル13及び14のインダクタンスも増減し、略正弦波状に変化する。
A
トルクが作用しない状態では、インダクタンスが最小となる位相(窓12a及び12bと凸条11aとが重なっていない位相)に位置に設定されているから、トルクが作用してトーションバー3が捩れ、センサシャフト部11と円筒部材12との間に位相差が生じると、2つの検出コイル13及び14のインダクタンスは、一方は増加し、他方は減少する。
In a state where torque does not act, the position is set at a phase where the inductance is minimized (a phase where the
図5は操舵トルクTと検出コイル13(又は14)のインダクタンスの変化との関係を示す特性線図で、横軸は操舵トルクT、縦軸はインダクタンスLを示す。
右操舵トルク発生時は、図4(a)及び(b)においてセンサシャフト部11が時計方向に回転するから、図5に示すように、操舵トルクTが増大するにつれ検出コイル13のインダクタンスL13は減少し、検出コイル14のインダクタンスL14は増加する。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the steering torque T and the change in inductance of the detection coil 13 (or 14). The horizontal axis shows the steering torque T, and the vertical axis shows the inductance L.
When the right steering torque is generated, the
また、左操舵トルク発生時は、図4(a)及び(b)においてセンサシャフト部11が反時計方向に回転するから、図5に示すように操舵トルクTが増大するにつれ検出コイル13のインダクタンスL13は増加し、検出コイル14のインダクタンスL14のインダクタンスは減少する。
図5のインダクタンスL13、L14の特性は比例して出力される電圧にそのまま置き換えることができる。
図6は、回路基板19に搭載されるトルク演算回路20のブロック図である。
トルク検出部10の一対の検出コイル13及び14を使用して操舵トルクを検出するトルク検出系統を有するトルク演算部21を備えている。
When the left steering torque is generated, the
The characteristics of the inductances L13 and L14 in FIG. 5 can be directly replaced with voltages output in proportion.
FIG. 6 is a block diagram of the
A
また回路基板19は、トルク演算部21に所定周波数の交流信号を出力する交流信号源200と、トルク演算部21からそれぞれ出力されるメイントルク及びサブトルクが入力されるノイズフィルタ202及びノイズフィルタ202から出力されるフィルタ出力を操舵補助用電動モータ31を操舵補助制御するコントロールユニット30に出力するコネクタ203を備えている。また、コネクタ203に入力される電源及び基準電源がノイズフィルタでフィルタ処理されて電源電圧V及び基準電圧Vrefとして交流信号源200とトルク演算部21とに供給される。
ここで、交流信号源200は、所定周波数の交流信号を発生する発振部201と、この発振部201から出力される交流信号を電流増幅してトルク演算部21に供給する電流増幅部211を備えている。
The
The
トルク演算部21は、一対の検出コイル13及び14の一端が互い接続されて接地され、他端に抵抗R1a及びR1bが直列に接続され、これら抵抗R1a及びR1bの他端を互いに接続した構成を有するブリッジ回路210を備えている。
このブリッジ回路210では、入力軸1にトルクが作用していない状態では、検出コイル13及び14の両端に表れる電圧がそれぞれ等しくなるように、つまり差分電圧が0となるように予め抵抗R1a、R1bの抵抗値が調整されている。
そして、ブリッジ回路210の抵抗R1a、R1bの接続点が交流信号源200の電流増幅部211に接続されて、交流電圧信号Voscが入力される。
The
In this
Then, the connection point between the resistors R1a and R1b of the
また、トルク演算部21は、ブリッジ回路210の検出コイル13及び14の両端に表れる電圧信号が入力されるとともに、交流電圧信号Voscが入力されたメイン増幅・全波整流部212と、このメイン増幅・全波整流部212から出力される整流信号が入力されるメイン平滑・中立調整部213を有する。ここで、メイン増幅・全波整流部212では、検出コイル13及び14の両端に表れる電圧信号の差分信号Vdefを算出し、この差分信号Vdefを増幅するとともに、整流して整流信号をメイン平滑・中立調整部213に出力する。また、メイン平滑・中立調整部213では、メイン増幅・全波整流部212から入力される整流信号を平滑化するとともに、中立電圧を調整してトルク検出信号としてノイズフィルタ202に出力する。そして、ノイズフィルタ202でフィルタ処理されたトルク検出信号がコネクタ203を介してメイントルク検出信号Tmとして操舵補助制御を行うコントロールユニット30に出力される。
The
また、トルク演算部21は、ブリッジ回路210の検出コイル13及び14の両端に表れる電圧信号が入力されるとともに、交流電圧信号Voscが入力されたサブ増幅・全波整流部214と、このサブ増幅・全波整流部214から出力される整流信号が入力されるサブ平滑・中立調整部215を有する。ここで、サブ増幅・全波整流部214では、検出コイル13及び14の両端に表れる電圧信号の差分信号Vdefを算出し、この差分信号Vdefを増幅するとともに、整流して整流信号をサブ平滑・中立調整部215に出力する。また、サブ平滑・中立調整部215では、サブ増幅・全波整流部214から入力される整流信号を平滑化するとともに、中立電圧を調整してトルク検出信号としてノイズフィルタ202に出力する。そして、ノイズフィルタ202でフィルタ処理されたトルク検出信号がコネクタ203を介してサブトルク検出信号Tsとして操舵補助制御を行うコントロールユニット30に出力される。
The
さらに、トルク演算部21は、例えば特開2006−267045号公報に記載されているように、交流電圧信号Vosc及びサブ増幅・全波整流部214から出力されるブリッジ回路210の差分信号Vdefに基づいて検出コイル13又は14と抵抗R1a又はR1bとの接触不良等をブリッジ回路210の差分電圧Vdefの変化で検出するとともに、基準電圧Vrefに対する位相ずれに基づいて回路系の異常を検出し、異常を検出したときに異常信号ABを出力する。すなわち、監視部216では、印加した交流信号の波形と、ブリッジ回路210の差分電圧Vdefの波形との位相差を検出し、位相差が所定値を超えたときに検出コイル13,14、抵抗R1a,R1b若しくは回路210が異常であると判定して異常信号ABを出力する。
Further, the
この監視部216から出力される異常信号ABはサブ平滑・中立調整部215に供給され、このサブ平滑・中立調整部215では、異常信号ABが入力されると、出力するトルク検出信号を0Vに設定する。これにより、メイントルク信号との図5に示す電圧クロス特性のバランスが崩れることにより、コントロールユニット30が故障を検出することができる。このため、コントロールユニット30で操舵補助用電動モータ31の駆動に使用するメイン側のメイン平滑・中立調整部213には異常信号ABは入力されない。
The abnormal signal AB output from the
コントロールユニット30は、図6に示すように、トルクセンサTSからメイントルク検出信号Tm及びサブトルク検出信号Tsが入力されている。このコントロールユニット30は、入力されたメイントルク検出信号Tm及びサブトルク検出信号Tsに基づいて信号監視を行う異常判定部32と、メイントルク検出信号Tmに基づいて操舵補助制御を行って操舵補助用電動モータ31を駆動制御する操舵補助制御部33とを備えている。
As shown in FIG. 6, the
異常判定部32は、メイントルク検出信号Tmが所定値(例えば0.3V)以下か否かで断線や地絡を検出し、所定値(例えば4.7V)以上か否かで天絡を検出する。また、サブトルク検出信号Tsが所定値(例えば0.3V)以下か否かで断線や地絡を検出するとともに、トルク演算回路20の自己診断を行い、所定値(例えば4.7V)以上か否かで天絡を検出する。さらに、メイントルク検出信号Tmとサブトルク検出信号Tsの加算値が所定値(例えば5.3V)以上若しくは所定値(例えば4.7V)以下か否かで、図5に示す電圧クロス特性から外れる異常を検出する。
The
そして、操舵補助制御部33では、上記異常判定部32によって異常が検出されない正常状態では、メイントルク検出信号Tmを用いて操舵補助電流指令値を演算し、演算した操舵補助電流指令値と、操舵補助用電動モータ31に供給するモータ電流の検出値との偏差を例えばPD制御処理して操舵補助電圧指令値を算出し、算出した操舵補助電圧指令値に基づいてモータ駆動回路34を制御する駆動信号を形成し、この駆動信号をモータ駆動回路34に出力する。
ここで、サブトルク検出信号Tsはトルクセンサの異常監視に利用されるのみで、操舵補助用電動モータ31の駆動には利用されない。
The steering
Here, the sub-torque detection signal Ts is only used for monitoring the abnormality of the torque sensor and is not used for driving the steering assist
異常判定部32で、トルクセンサTSのトルク検出系統(トルク演算部21及びブリッジ回路210)の異常が判定された場合に、操舵補助制御部33で、正常な過去トルク値を使用して操舵補助用電動モータ31を駆動し、操舵補助トルクを徐々に減少させるトルク漸減処理を行い、安全に操舵補助制御を停止させるフェールセーフモードに移行する。
When the
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、入力軸1に連結された図示しないステアリングホイールが操舵されておらず、入力軸1及び出力軸2が相対回転することなく同一回転位相にあるものとする。
この状態では、入力軸1及び出力軸2間に介挿されたトーションバー3に捩じれが生じていない。このため、入力軸1に形成されたセンサシャフト部11の凸条11aは、図4(a)及び(b)に示すように、先端の反時計方向端部が窓12aの時計方向端部に位置するとともに、窓12bの反時計方向端部に位置する。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
Now, it is assumed that a steering wheel (not shown) connected to the
In this state, the
この状態では、励磁コイル13及び14で検出するインピーダンスが等しく中央値となり、ブリッジ回路210から出力される2つの交流出力電圧が等しくなる。このため、メイン増幅・全波整流部212では、検出コイル13及び14の両端に表れる電圧信号の差分信号Vdefを算出したときに、この差分信号Vdefが略零となる。この差分信号Vdefを増幅するとともに、整流して整流信号をメイン平滑・中立調整部213に出力する。このメイン平滑・中立調整部213では、メイン増幅・全波整流部212から入力される整流信号を平滑化するとともに、中立電圧を調整してトルク検出信号としてノイズフィルタ202に出力する。そして、ノイズフィルタ202でフィルタ処理されたトルク検出信号がコネクタ203を介してメイントルク検出信号Tmとしてコントローラ30に出力される。
In this state, the impedances detected by the
このため、コントローラ30では、操舵補助制御部34で、メイントルク検出信号Tmに基づいて例えば操舵補助制御指令を演算し、この操舵補助制御電流指令と、電動モータ34で検出したモータ電流との偏差に基づいて操舵補助制御電圧を算出し、この操舵補助制御電圧に基づいてモータ駆動回路34に供給するゲート駆動電流を出力する。このとき、メイントルク検出信号Tmが零であるので、ゲート駆動電流も零となり、モータ駆動回路34からモータ電流の出力が停止される。このため、電動モータ31は停止状態を継続する。
Therefore, in the
その後、図示しないステアリングホイールを例えば左操舵すると、トルクセンサTMのセンサシャフト部11aの凸条11aが反時計方向に回動することにより、円筒部材12の窓12aに対向する凸条11aの外周面の面積が増加するが、窓12bに対向する凸条11aは窓12bから遠ざかる。
このため、検出コイル13のインダクタンスLは増加し、検出コイル14のインダクタンスLは減少し、検出コイル13のインピーダンスが変化することから、メイン増幅・全波整流部212で算出される差分信号Vdefが例えば負方向に増加し、これが増幅されると共に、全波整流されたトルク検出値Tmがメイン平滑・中立調整部に出力される。このメイン平滑・中立調整部213で平滑化及び中立位置が調整されてトルク検出値Tmがコントローラ30に出力される。
Thereafter, when a steering wheel (not shown) is steered to the left, for example, the
For this reason, since the inductance L of the
したがって、操舵補助制御部33で,検出されるトルク検出値Tmに基づいて操舵補助電流指令値が算出され、この操舵補助電流指令値と、モータ電流検出値との偏差に基づいてPI制御等を行って電圧指令値を算出し、この電圧指令値に基づいてモータ駆動回路34から駆動電流が電動モータ31に供給される。このため、電動モータ31から操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム8及びウォームホイール7を介して出力軸2に伝達されることにより、出力軸2が反計方向に回転駆動されて軽い操舵力で操舵することができる。
同様に、ステアリングホイールを右操舵したときには、入力軸1が図4で見て時計方向に回転されるので、メイン増幅・全波整流部212で算出される差分信号Vdefが例えば正方向に増加し、電動モータ31で上記とは逆方向の操舵補助力が発生されて、出力軸2が時計方向に回転駆動されて軽い操舵力で操舵することができる。
Therefore, the steering assist
Similarly, when the steering wheel is steered to the right, the
ところで、上述した実施形態においては、凸条11aを形成する軸方向溝11bの複数例えば2つずつグループ化するように軸方向溝11bに比較して幅及び深さが大きいストッパ溝11cを形成するようにしたので、凸条11aを形成する軸方向溝11bの溝数Aと、ストッパ溝11cの溝数Bとの関係を、nを2以上の整数としたとき、A=nBとすることができ、凸条11aの数を増加させてセンサ感度を向上させながらストッパ溝11cの溝数Bを減少させることができる。このため、ストッパ溝11cによって形成されるストッパ部16のストッパ凸条16aの幅を広くすることができ、ストッパ強度を確保することができる。しかも、凸条11cを形成する軸方向溝11bとストッパ溝11cとを同時に加工することができるので、加工コストを低減することができると共に、加工時間も短縮することができる。
By the way, in embodiment mentioned above, the stopper groove |
因みに、軸方向溝11bとストッパ溝11cとを同一の溝で形成する場合には、図7(a)及び(b)に示すように、センサシャフト部11の凸条11aを8本としたときに、ストッパ凸条16aも8本となる。そして、本実施形態のようにセンサシャフト部11の凸条11aを12本とする場合には、センサ感度を向上させることができるが、図8(a)及び(b)に示すように、ストッパ凸条16aも12本となり、各ストッパ凸条16aの幅を確保することができなくなる。そして、製造のバラツキにより、各ストッパ凸条16aに荷重を受ける部分が分散されずに何れか1つのストッパ凸条16aに荷重が集中するおそれがあり、結果的にストッパの限界強度が低下することになる。
しかしながら、本実施形態では、上述したように、センサシャフト部11の凸条11aの本数を増加させながら、ストッパ溝11cの溝数を減少させることができ、ストッパ凸条16aの強度を十分に確保することができる。
Incidentally, when the
However, in the present embodiment, as described above, the number of the
そして、上記効果を有するトルクセンサTSを使用して操舵系に入力される操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助電流指令値を算出し、算出した操舵補助電流指令値と、電動モータのモータ電流検出値との偏差に基づいてモータ駆動回路34を駆動する電圧指令値を算出するので、操舵トルクのセンサ感度を向上させることができ、正確な操舵補助制御を行うことができるとともに全体の製造コストを低減することができる。ストッパ部16の強度を向上させることができるので、電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。
Then, the steering torque input to the steering system is detected using the torque sensor TS having the above effect, the steering assist current command value is calculated based on the detected steering torque, the calculated steering assist current command value, Since the voltage command value for driving the
なお、上記第1の実施形態においては、ヨーク15a及び15bにコネクタ16を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ヨーク15a及び15bから直接接続ピンを突出させ、入力軸側ハウジング部5aの開放端部側に接続ピンを挿通するスリットを形成するようにしてもよい。
なお、上記実施形態においては、トルクセンサTSのトルク検出部10の2つのヨーク15a及び15bにそれぞれ検出コイル13及び14を内装する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、3つ以上の検出コイルを内装して3対以上の検出コイルとすることもできる。この場合には、検出コイルの対数に応じてトルク演算回路20のトルク演算部の数を増加させればよく、より信頼性の高いトルクセンサを提供することができる。
In the first embodiment, the case where the
In the above embodiment, the case where the detection coils 13 and 14 are respectively installed in the two
また、上記実施形態においては、ストッパ溝11cの溝数Bを4に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ストッパ11cの溝数Bはセンサシャフト部11の凸条11aの本数の約数に設定すればよい。
また、上記実施形態においては、ヨーク15a及び15b内にそれぞれ1つの検出コイル13及び14を巻装した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ヨーク15a及び15b内にそれぞれ一対の検出コイル13a,13b及び14a,14bを巻装するようにしても良い。この場合には、検出コイル13a及び14aで一つのブリッジ回路を形成し、検出コイル13b及び14bでもう一つのブリッジ回路を形成し、各ブリッジ回路について前述したトルク演算部21を個別に設けることにより、メイン及びサブの検出トルクTm及びTsを2組検出することができ、より信頼性の高いトルクセンサを提供することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the case where the groove number B of the stopper groove |
Further, in the above-described embodiment, the case where one
また、上記実施形態においては、コントロールユニット30側に異常判定部32を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、トルク演算回路20側に異常判定部32を設け、この異常判定部32の異常判定結果をコントロールユニット30に通知するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、本発明によるトルクセンサTSを電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動パワーステアリング装置以外にも回転軸のトルクを検出する場合に本発明によるトルクセンサTSを適用することができる。
In the above embodiment, the case where the
In the above embodiment, the case where the torque sensor TS according to the present invention is applied to the electric power steering apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and the torque of the rotating shaft is detected in addition to the electric power steering apparatus. In this case, the torque sensor TS according to the present invention can be applied.
1…入力軸、2…出力軸、3…トーションバー、5…ハウジング、5a…入力軸側ハウジング部、5b…出力軸側ハウジング部、7…ウォームホイール、8…ウォーム、TS…トルクセンサ、10…トルク検出部、11…センサシャフト部、11a…凸条、11b…軸方向溝、11c…ストッパ溝、12…円筒部材、13,14…検出コイル、15a,15b…ヨーク、16…ストッパ部、16a…ストッパ凸条、19…回路基板、20…トルク演算回路、21…トルク演算部、30…コントロールユニット、31…操舵補助用電動モータ、32…異常判定部、33…操舵補助制御部、34…モータ駆動回路、200…交流信号源、201……発振部、202…ノイズフィルタ、203…コネクタ、210…ブリッジ回路、211…電流増幅部、212…メイン増幅・全波整流部、213…メイン平滑・中立調整部、214…サブ増幅・全波整流部、215……サブ平滑・中立調整部、216…監視部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の回転軸に、前記凸条を形成する溝を複数ずつグループ化するように前記第1及び第2の回転軸の相対回動角度を規制するストッパ溝を形成したことを特徴とするトルクセンサ。 The first and second rotating shafts arranged coaxially are connected via a torsion bar, and a cylindrical member surrounding the outer peripheral surface of the first rotating shaft is connected to the second rotating shaft in the rotation direction. The groove is formed integrally with the first rotating shaft to form a plurality of ridges extending in the axial direction so as to face the inner peripheral surface of the cylindrical member, and the ridges are formed on the cylindrical member. A torque sensor that forms a window with a varying degree of overlap and detects torque based on the degree of overlap between the window and the ridge,
A stopper groove for restricting a relative rotation angle of the first and second rotating shafts is formed on the first rotating shaft so as to group a plurality of grooves forming the convex stripes. Torque sensor.
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