JP2652208B2 - トルクセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトルクセンサに関し、特に自動車の電動パワ
ーステアリング装置に好適なトルクセンサを提供するも
のである。

〔従来の技術〕

自動車の操舵輪を操作する力を補助するパワーステア
リング装置として電動式のものが開発されつつある。こ
れは操舵輪に作用したトルクを検出し、その検出トルク
に応じて、操舵機構に設けた電動機を回転させる構造と
なっている。

ところで、操舵輪に作用したトルクを検出するトルク
センサは例えば第２図に示す構造となっている。トーシ
ョンバー１を介して連結されている図示しない２本の軸
の夫々に、磁性体からなり傾斜端縁を適長離隔して互い
に対向させた２つの円筒2A,2Bを各別に外嵌固着してい
る。これらの円筒2A,2Bはトーションバー１が一方向に
捩じれた場合は、傾斜端縁の対向間隙が拡大し、他方向
に捩じれた場合は、対向間隙が縮小するようになってい
る。そして、円筒2A,2Bの側方には、円筒2A,2Bに跨がり
得る寸法で内フランジを有するリング状のセンサ鉄心３
を配設しており、そのセンサ鉄心３の内周側には所要巻
回数のトルク検出コイル４を巻装している。このトルク
検出コイル４には、抵抗５と発振器６とバッテリからな
る電源７との直列回路が接続されており、電源７の負極
は接地されている。また前記抵抗５の両端は整流ブリッ
ジ８の交流入力端子8a,8bと接続されている。整流ブリ
ッジ８の正側直流出力端子8cは増幅器９の入力側9aと接
続されている。増幅器９の出力側9b及び負側直流出力端
子8dは夫々図示しない制御部に接続される。

このトルクセンサは、発振器６の発振出力がトルク検
出コイル４に与えられると、トルク検出コイル４に、円
筒2Aと2Bとの磁気結合に相応する交流電圧が誘起し、分
圧されたその電圧が抵抗５の両端に生じる。抵抗５の両
端に生じた電圧は整流ブリッジ８により全波整流され
て、整流して得た直流電圧は増幅器９で増幅される。そ
して増幅器９の出力によりトーションバー１に作用した
トルクを検出することになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来のトルクセンサを自動車の電動パワース
テアリング装置に用いる場合には、自動車の電源がその
負極を車体にボディアースしたバッテリ（片電源）であ
るために、発振器６の負側端子をボディアースしなけれ
ばならないが、そうすると発振器６の発振出力波形のゼ
ロクロス付近において波形歪が発生し、トルク検出コイ
ルに誘起する交流電圧の波形が歪んだものとなって検出
トルクの検出誤差が大きくなる。そのようなことから、
交流電圧を全波整流して直流電圧を得ているが、発振器
６及び整流ブリッジ８の負側端子が共通でない故に、第
３図に示す如く発振出力波形の中点Ａと、誘起した交流
電圧の中点Ｂとが相異する。そのため第４図に示す如く
全波整流して得た直流電圧の電圧レベルＬが脈動し、誘
起電圧を全波整流しても検出トルクを高精度に検出でき
ないという問題がある。

本発明は斯かる問題に鑑み、自動車の電動パワーステ
アリング装置に用いても、操舵により作用したトルクを
高精度に検出できる信頼性の高いトルクセンサを提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るトルクセンサは、操舵力により作用した
トルクに関連する磁気結合状態を得、その磁気結合に関
連してインダクタンスが変化するコイルを備えたトルク
検出回路を有し、該トルク検出回路に交流電圧を与え
て、前記インダクタンスの変化に応じた、前記トルク検
出回路の出力電圧によりトルクを検出するトルクセンサ
において、前記出力電圧が与えられ、該電圧に所定のバ
イアスを与えるクランプ回路と、該クランプ回路の出力
電圧が与えられ、該出力電圧のピーク電圧値を検出する
ピーク検出回路とを備え、該ピーク検出回路が検出した
ピーク値に基づいて前記トルクを検出すべくなしてある
ことを特徴とする。

〔作用〕

操舵力により作用したトルクに相応する磁気結合によ
って誘起した交流電圧をクランプ回路に与える。クラン
プ回路は、与えられた交流電圧の０レベルを負の最大値
レベルになすバイアスを与えてクランプする。ピーク検
出回路はクランプ回路から与えられた交流電圧のピーク
値を検出する。ピーク検出回路で検出した交流電圧のピ
ーク値により検出トルクを得る。

これにより、検出トルクが高精度に得られる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述す
る。第１図は本発明に係るトルクセンサのブロック図で
ある。電源安定化部12の出力電圧はトルクセンサ部TSの
発振回路13に与えられており、また抵抗分圧回路からな
るオフセット電圧出力部14に与えられている。トルクセ
ンサ部TSは発振回路13と、温度補償コイルL₁及びコンデ
ンサC₁を並列接続した温度補償回路15と、トルク検出コ
イルL₂及びコンデンサC₂を並列接続したトルク検出回路
16と、クランプ回路17,22と、ピーク検出回路18,23と、
差動増幅回路21と、基準電圧回路19と、比較回路20と、
オフセット電圧出力部14と、電源安定化部12と、電圧−
電流変換回路24,25とコネクタCN1とを備えている。

電動パワーステアリング装置のコントローラCTRは、
コネクタCN2と、電流−電圧変換部26,27と、マイクロコ
ンピュータ28と、電源安定化部29とを備えている。

温度補償コイルL₁は周囲温度に関連して磁気結合状態
が変わり、そのインダクタンスが変わる。またトルク検
出コイルL₂は操舵力により図示しないコラムシャフトに
作用したトルク及び周囲温度に関連して磁気結合状態が
変わり、そのインダクタンスが変わるようになってい
る。前記発振回路13の発振出力は、抵抗R₁,R₂を各別に
介して温度補償回路15及びトルク検出回路16の一側に与
えられており、それらの温度補償回路15及びトルク検出
回路16の他側は夫々接地されている。

温度補償回路15の共振電圧たる交流電圧をクランプ回
路17に与えており、クランプ回路17は与えられた交流電
圧波形の負側最大値を0Vになすよう、波形を正電圧側へ
レベル変更するバイアスを与えてクランプするようにな
っている。

このクランプ回路17の出力たる交流電圧をピーク検出
回路18に与えており、ピーク検出回路18は与えられた交
流電圧のピーク値を検出する。ピーク検出回路18の出力
電圧は、基準電圧回路19が出力する基準電圧を与えてい
る比較回路20及び差動増幅回路21に与えられている。比
較回路20はピーク検出回路18の出力電圧が基準電圧以下
となった場合に電圧を出力するようになっている。

また前記トルク検出回路16の共振電圧をクランプ回路
22に与えており、クランプ回路22の出力電圧をピーク検
出回路23に与えている。このクランプ回路22及びピーク
検出回路23は前記クランプ回路17及びピーク検出回路18
と同様の動作をする。ピーク検出回路23の出力電圧は差
動増幅回路21に与えられている。前記オフセット電圧出
力部14のオフセット電圧は、電源安定化部12の出力電圧
を分圧して得ており、トルクセンサ部TSがトルクを検出
していない場合に所要値として出力すべく設定してい
る。そのオフセット電圧は差動増幅回路21及び電圧−電
流変換回路25に与えている。また前記差動増幅回路21の
出力電圧は電圧−電流変換回路24に与えられている。差
動増幅回路21はピーク検出回路18、23の各出力電圧の差
を求めるとともに、求めた差の電圧にオフセット電圧を
加えた出力電圧、即ち検出したトルクに相応する電圧を
出力する。

この差動増幅回路24の出力電圧は電圧−電流変換回路
24で電流変換されてコネクタCN1,CN2を介してコントロ
ーラCTRの電流−電圧変換部26へ入力され、その出力は
マイクロコンピュータ28へ入力される。また、オフセッ
ト電圧が入力されて、オフセット電圧は電圧−電流変換
回路24で電流変換されてコネクタCN1,CN2を介してコン
トローラCTRの電流−電圧変換部27へ入力され、その出
力はマイクロコンピュータ28へ入力される。前記比較回
路20の出力電圧はコネクタCN1,CN2を介してコントロー
ラCTRのマイクロコンピュータ28へ入力される。コント
ローラCTRの電源安定化部29には、外部に設けてある電
源30の電圧がキースイッチSW及びコネクタCN2を介して
与えられており、この電源安定化部29の出力電圧はコン
トローラCTR内の回路及びコネクタCN2,CN1を介してトル
クセンサ部TSの電源安定化部12及びトルクセンサ部TS内
の図示しない電子回路へ与えられている。

なお、コントローラCTR及びトルクセンサ部TSの接地
部Ｅ及びＥはコネクタCN1,CN2を介して共通に接続され
ている。また外部の接地点E₀はコネクタCN2を介してコ
ントローラCTRの接地部Ｅと接続されている。

次にこのように構成したトルクセンサのトルク検出動
作を第１図により説明する。

キースイッチSWを閉路して電源30を投入すると、電源
安定化部29の出力電圧が電源安定化部12に与えられ、電
源安定化部12の出力電圧が発振回路13及びオフセット電
圧出力部14に夫々与えられる。それにより発振回路13は
発振動作し、オフセット電圧出力部14はオフセット電圧
を出力する。

発振回路13の発振出力は、温度補償回路15及びトルク
検出回路16に夫々与えられる。温度補償回路15の共振に
より生じる交流電圧は周囲温度に関連して得られ、その
交流電圧はクランプ回路17に与えられる。またトルク検
出回路16の共振により生じる交流電圧は操舵輪の操作に
より作用したトルク及び周囲温度に関連して得られてそ
の交流電圧はクランプ回路22に与えられる。クランプ回
路17,22は夫々、与えられた交流電圧の負の最大値を0V
になすよう波形を正電圧側へレベル変更するバイアスを
与えてクランプする。そしてクランプ回路17,22の出力
電圧を、ピーク検出回路18,23に各別に与える。ピーク
検出回路18,23は、与えられた交流電圧のピーク値を順
次検出する。これにより、ピーク検出回路18は周囲温度
に関連する交流電圧をそのピーク値で検出し、ピーク検
出回路23はトルク及び周囲温度に関連する交流電圧をそ
のピーク値で検出する。

そのため、温度補償回路15及びトルク検出回路16で得
る交流電圧がゼロクロス付近に波形歪が生じていても、
あるいは発振出力波形の中点と、共振して得られる交流
電圧波形の中点とが相異していてもそれらの影響を全く
うけず、トルクセンサ部TSのセンサ出力を高精度に安定
に得ることになる。そして、これらのピーク検出回路1
8,23の各出力電圧は前記オフセット電圧出力部14のオフ
セット電圧とともに差動増幅回路21に与えられ、差動増
幅回路21はピーク検出回路18,23の各出力の差を求める
とともに、その差の出力電圧にオフセット電圧を加える
ことになる。したがって、差動増幅回路21の出力電圧
は、温度補償回路15及びトルク検出回路16の周囲温度に
関連する出力電圧が相殺されて、作用しているトルクに
関連する出力電圧のみが差動増幅回路21から得ることに
なる。

なお、トルクセンサ部TSがトルクを検出していない場
合には差動増幅回路21の出力電圧はオフセット電圧とな
り、トルクを検出した場合には操舵輪の回転方向によ
り、オフセット電圧を基準にして出力電圧が正又は負方
向に変化し、電源安定化部12の出力電圧と発振回路13の
規定入力電圧とに差が生じる場合であっても適正な検出
トルクが得られる。そして差動増幅回路21のトルクに関
連する出力電圧がコネクタCN1,CN2を介してコントロー
ラCTRのマイクロコンピュータ28へ入力されて、検出ト
ルクに関連して操舵力を補助する図示しない電動機を制
御することになる。またオフセット電圧出力部14のオフ
セット電圧はコネクタCN1,CN2を介してコントローラCTR
のマイクロコンピュータ28へ入力されるから、電源30の
投入時のオフセット電圧をマイクロコンピュータ28で記
憶させて、その後に差動増幅回路21から与えられるオフ
セット電圧との差を求めれば電源安定化部12の故障を検
知できる。

更に発振回路13が故障して発振出力が消滅した場合
は、温度補償回路15及びトルク検出回路16の出力電圧が
消滅する。そのためピーク検出回路18の出力電圧が比較
回路20に与えられなくなり、基準電圧回路19から与えら
れる基準電圧のみが比較回路20に与えられて、比較回路
20は電圧を出力してその電圧をコントローラCTRのマイ
クロコンピュータ28に与えるから、これにより発振回路
13の故障を検知できる。

したがって、電源安定化部12又は発振回路13の故障を
検知した場合には、操舵力を補助する電動機の制御を禁
止する等、パワーステアリング装置の安全性を高め得
る。

なお、本発明のトルクセンサを自動車の電動パワース
テアリング装置に用いた場合について説明したが、自動
車以外において単にトルクを検出する場合にも適用でき
ることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明のトルクセンサは、操舵力
により作用したトルクに関連する磁気結合状態を得、そ
の磁気結合に関連してインダクタンスが変化するコイル
を備えたトルク検出回路を有し、このトルク検出回路に
交流電圧を与え、前記インダクタンスの変化に応じたト
ルク検出回路の出力電圧に所定のバイアスを与えるクラ
ンプ回路とそのクランプ回路でクランプした交流電圧が
与えられ、その交流電圧のピーク値を検出するピーク検
出回路を備えて、交流電圧のピーク値に基づいて検出ト
ルクを得るようにしたから、自動車のバッテリに起因し
て、誘起電圧のゼロクロス付近に生じる波形歪及び発振
出力波形の中点と誘起電圧を整流した直流電圧波形の中
点との相異による影響を全くうけない。したがって本発
明によれば、トルクの変化を高精度に検出し得て、信頼
性が高く、特に自動車の電動パワーステアリング装置に
好適なトルクセンサを提供できる優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルクセンサのブロック図、第２
図は従来のトルクセンサの要部の回路図、第３図は発振
出力波形の中点及び誘起した交流電圧の中点を比較して
示す波形図、第４図は交流電圧の全波整流波形の波形図
である。 11……電源（バッテリ）、13……発振回路、14……オフ
セット電圧出力部、15……温度補償回路、16……トルク
検出回路、17……クランプ回路、18……ピーク検出回
路、21……差動増幅回路、22……クランプ回路、23……
ピーク検出回路、24,25……電圧−電流変換回路、28…
…マイクロコンピュータ、TS……トルクセンサ部、CTR
……コントローラ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵力により作用したトルクに関連する磁
   気結合状態を得、その磁気結合に関連してインダクタン
   スが変化するコイルを備えたトルク検出回路を有し、該
   トルク検出回路に交流電圧を与えて、前記インダクタン
   スの変化に応じた、前記トルク検出回路の出力電圧によ
   りトルクを検出するトルクセンサにおいて、 前記出力電圧が与えられ、該出力電圧に所定のバイアス
   を与えるクランプ回路と、該クランプ回路の出力電圧が
   与えられ、該出力電圧のピーク電圧値を検出するピーク
   検出回路とを備え、該ピーク検出回路が検出したピーク
   値に基づいて前記トルクを検出すべくなしてあることを
   特徴とするトルクセンサ。