JP3589053B2 - トルクセンサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体に作用するトルクをコイルのインダクタンスに基づいて検出するトルクセンサであって、車両の操舵ハンドルに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に作用するトルクの検出に好適なトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記トルクセンサとして、１つのトルク検出コイルを用いて温度補償されたトルクを検出するものと、トルク検出コイルおよび温度補償コイルを用いて温度補償されたトルクを検出するものとが知られている。
最初に、前者のトルクセンサについて図１０および図１１を参照して説明する。
図１０は、トルクセンサが備えられた操舵機構の一部を示す縦断面説明図であり、図１１は、トルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
図１０に示すように、操舵機構１０には、車両の操舵ハンドル（図示省略）に連結された中空のシャフト１１が備えられており、シャフト１１の下部は、ハウジング１２の上部１２ａに挿通されている。ハウジング１２の下部１２ｂには、シャフト１３の上部が挿通されており、シャフト１３の下部には、ラックＲと噛み合うピニオン１４が取付けられている。また、ラックＲには、操舵力をアシストする図示しないモータが設けられている。
【０００３】
シャフト１１の内部には、トーションバー１５が収容されており、トーションバー１５の上端は、ピン１６によってシャフト１１と結合されている。トーションバー１５の下端は、シャフト１３の内部とスプライン係合している。
つまり、ハンドルの操作によりシャフト１１にトルクが伝わると、トーションバー１５がねじれることにより、シャフト１１とシャフト１３との間で相対変位が生じるようになっている。
ハウジング１２の内部であって、シャフト１１には、磁性体材料で形成されたセンサリング１７が設けられており、シャフト１３には、磁性体材料で形成されたセンサリング１８が設けられている。また、ハウジング１２の内部であって、センサリング１７，１８の外周面と対向する箇所には、各センサリング１７，１８と所定のギャップを隔ててトルク検出コイル１９が設けられている。このトルク検出コイル１９は、シャフト１１とシャフト１３との間で相対変位が生じると、センサリング１７，１８のオーバラップ量が変位し、インダクタンスが変化する。これにより、トルクに応じた信号が得られる。また、トルク検出コイル１９は、ハウジング１２の図面右端に設けられたインターフェース回路（以下、Ｉ／Ｆ回路と称する）８０に接続されており、Ｉ／Ｆ回路８０は、車両に備えられたマイクロコンピュータ（図示省略）に接続されている。
【０００４】
次に、Ｉ／Ｆ回路８０の動作について図１２を参照して説明する。
ＤＣ電源８１から供給される直流電流は、フィルタ回路８２によって余分な高調波成分が除去され、レギュレータ回路８３は、フィルタ回路８２から出力される直流電流を入力して基準電圧を発生する。続いて、発振回路８４は、レギュレータ回路８３から発生した基準電圧に基づいて正弦波信号を発生し、この正弦波信号は、トルク検出コイル１９に印加される。
すると、トルク検出コイル１９の両端には、トルク検出コイル１９のインダクタンスに比例した正弦波電圧が発生する。続いて、その正弦波電圧のＡＣ成分が、ＤＣカット回路８５によって取り出され、検波回路８６は、その取り出されたＡＣ成分の振幅を取り出し、その取り出した振幅に比例した直流電圧を有する信号に変換する。この変換された信号は、加算回路８７に入力される。
【０００５】
また、トルク検出コイル１９の両端に発生した正弦波電圧は、温度補償回路８８に入力され、トルク検出コイル１９のインダクタンスが温度の影響を受けてドリフトする量を示す温度ドリフト信号に変換され、この温度ドリフト信号は、加算回路８７に入力される。
そして、加算回路８７は、検波回路８６から出力された信号と、温度補償回路８８から出力された温度ドリフト信号との差を取り出し、温度ドリフト成分をキャンセルしたトルク成分のみのトルク成分信号をスケーリング回路８９へ出力する。続いて、スケーリング回路８９は、トルク成分信号のゲインを変換し、このゲインの変換されたトルク成分信号は、出力アンプ回路９０によって増幅される。続いて、出力アンプ回路９０によって増幅されたトルク成分信号は、トルク信号として、Ａ／Ｄ変換回路９１へ出力され、デジタル信号に変換され、このデジタル信号は、車両に備えられたマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）へ出力される。
そして、マイコンは、入力したデジタル信号の大きさに基づいて操舵機構のアシスト量を演算し、その演算されたアシスト量に対応した駆動信号をモータへ出力し、そのモータの回転によって操舵機構のアシストが行われる。
【０００６】
次に、後者のトルクセンサについて図１２ないし図１４を参照して説明する。図１２は、トルクセンサが備えられた操舵機構の一部を示す縦断面説明図であり、図１３は、トルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。図１４は、トルク検出コイルおよび温度補償コイルの出力インピーダンスと温度との関係を示すグラフである。
図１４に示すように、トルク検出コイルおよび温度補償コイルの出力インピーダンスは、温度の上昇とともに大きくなる。そこで、このトルクセンサは、トルク検出コイルの出力と、温度補償コイルの出力との差を出力することにより、温度によるトルクの出力変動をキャンセルする手法を採用している。
なお、図１４のグラフにおける出力インピーダンスは、Ｉ／Ｆ回路を接続しないで４ｋＨｚの正弦波を印加した場合の出力インピーダンスを示す。
【０００７】
図１２に示すように、センサリング１７，１８の外周面と対向する箇所には、各センサリング１７，１８と所定のギャップを隔ててトルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１が設けられている。この温度補償コイル１０１は、シャフト１１とシャフト１３との間の相対変位には関係なく、温度変化によってのみインダクタンスが変化する。
また、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１は、ハウジング１２の図面右端に設けられたＩ／Ｆ回路５２に接続されており、Ｉ／Ｆ回路５２は、車両に備えられたマイクロコンピュータ（図示省略）に接続されている。
【０００８】
次に、Ｉ／Ｆ回路５２の動作について図１３を参照して説明する。
Ｉ／Ｆ回路５２は、回路の信頼性を高めるために二重系になっている。レギュレータ回路１０３は、入力電源７３から供給される直流電流に基づいて基準電圧を発生し、発振回路１０４は、レギュレータ回路１０３から発生した基準電圧に基づいて正弦波信号を発生し、この正弦波信号は、トルク検出コイル１００に印加される。
なお、通常、回路電源は単電源であるため、発振回路１０４は、正弦波信号が負電圧にならないように直流オフセット電圧を持たせている。
正弦波信号が印加されたトルク検出コイル１００の両端には、トルク検出コイル１００のインダクタンスに比例した正弦波電圧が発生し、その正弦波電圧のＡＣ成分が、ＤＣカット回路１０５によって取り出される。続いて、検波回路１０６は、たとえば、レベルシフトやピークホールドなどの手法を用い、上記取り出されたＡＣ成分の振幅を取り出し、その取り出した振幅に比例した直流電圧を有する信号に変換する。この変換された信号は、トルク検出コイル１００により検出されたトルク成分に、温度によるドリフト成分が加わった信号である。そして、その変換された信号は、加算回路１０９に入力される。
【０００９】
一方、温度補償コイル１０１の両端に発生する正弦波電圧のＡＣ成分は、ＤＣカット回路１０７によって取り出され、検波回路１０８は、その取り出されたＡＣ成分の振幅を取り出し、その取り出した振幅に比例した直流電圧を有する信号に変換する。この変換された信号は、温度補償コイル１０１により検出された温度ドリフト成分のみの信号である。その変換された信号は、加算回路１０９に入力される。
そして、加算回路１０９は、検波回路１０６から出力された信号および検波回路１０８から出力された信号の差を取り出す。これにより、温度ドリフト成分がキャンセルされたトルク成分のみの信号が取り出される。
続いて、その取り出された信号は、スケーリング回路１１０に入力され、オフセットやゲインが変換され、所望のトルク信号に変換される。たとえば、トルクがない状態では、２．５Ｖを出力するようにオフセットを設定し、トルクの加わる方向によって５Ｖに向かって増加する場合と、逆に、０Ｖに向かって減少するように極性およびゲインを設定する。
そして、スケーリング回路１１０から出力された信号は、出力アンプ回路１１１によって、出力負荷をドライブできる大きさに増幅され、トルク信号１として出力される。
なお、二重系を構成するもう一方の回路は、上記と同じ動作により、出力アンプ回路２１１からトルク信号２を出力する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トルク検出コイルでは、通常は、発生することはないと考えられるが、たとえばコイルの被覆が剥がれ、トルク検出コイルのインピーダンスが変化してしまう、いわゆるレアショートの発生が理論的には考えられる。
そこで、正常なトルク検出に万全を期すためには、レアショートを検出することが望ましい。
しかし、前述の従来の両トルクセンサでは、トルク検出コイルにレアショートが発生した場合は、トルク検出コイルのインピーダンスが変化し、その変化は、検出されたトルクの変化となって出力されてしまうため、レアショートを検出できないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、トルク検出コイルのレアショートを検出できるトルクセンサを実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物体に作用するトルクの変化に対応してインダクタンスが変化するトルク検出コイルと、前記トルクの変化に対応してインダクタンスが変化しない温度補償コイルとを備え、前記トルク検出コイルによる検出結果を前記温度補償コイルによる検出結果によって温度補償するトルクセンサにおいて、前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルに信号を印加する信号印加手段と、この信号印加手段によって前記信号を前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルに印加した際の前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルの直流成分をそれぞれ検出する直流成分検出手段と、この直流成分検出手段によって検出された直流成分を比較するとともに、その比較結果に基づいて前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルの少なくとも一方のコイルのレアショート、または、前記信号印加手段の異常を検出する異常検出手段と、が備えられたという技術的手段を採用する。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のトルクセンサにおいて、前記トルク検出コイルのインダクタンスを前記温度補償コイルのインダクタンスによって温度補償するとともに、その温度補償されたインダクタンスに基づいて前記トルクを検出するトルク検出手段が複数設けられており、前記複数のトルク検出手段によって検出された各トルクを比較するとともに、その比較結果に基づいて前記複数のトルク検出手段の中の少なくとも１つのトルク検出手段の異常を検出する第２の異常検出手段が備えられたという技術的手段を採用する。
【００２０】
【作用】
請求項１または請求項２に記載の発明では、信号印加手段は、トルク検出コイルおよび温度補償コイルに信号を印加し、直流成分検出手段は、信号印加手段によって信号をトルク検出コイルおよび温度補償コイルに印加した際のトルク検出コイルおよび温度補償コイルの直流成分をそれぞれ検出する。そして、異常検出手段は、直流成分検出手段によって検出された直流成分を比較するとともに、その比較結果に基づいてトルク検出コイルおよび温度補償コイルの少なくとも一方のコイルのレアショート、または、信号印加手段の異常を検出する。
つまり、トルク検出コイル、温度補償コイルおよび信号印加手段の３つ総てが正常である場合には、直流成分検出手段によって検出される直流成分の比較結果に差は発生しないが、３つのうちのいずれかが異常になると差が発生するため、その差を検出することにより、上記３つのうちのいずれかに異常が発生したことを検出できる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明では、トルク検出手段は、トルク検出コイルのインダクタンスを温度補償コイルのインダクタンスによって温度補償するとともに、その温度補償されたインダクタンスに基づいてそれぞれトルクを検出し、第２の異常検出手段は、複数のトルク検出手段によって検出された各トルクを比較するとともに、その比較結果に基づいて複数のトルク検出手段の中の少なくとも１つのトルク検出手段の異常を検出する。
つまり、トルク検出手段の中の少なくとも１つのトルク検出手段に異常が発生すると、そのトルク検出手段から出力されるトルクが変化するため、その変化したトルクと、異常のないトルク検出手段から出力されるトルクとに基づいて、少なくとも１つのトルク検出手段に異常が発生したことを検出できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトルクセンサの一実施形態について図を参照して説明する。
なお、以下の実施形態では、本発明のトルクセンサとして、車両の操舵ハンドルに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に作用するトルクを検出するトルクセンサについて説明する。また、本発明第１実施形態のトルクセンサの構成は、トルク検出コイルおよびＩ／Ｆ回路を除いて図１２に示した従来のトルクセンサと同じであるため、その同じ部分の説明を省略する。
図１は、本実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【００２９】
本第１実施形態のトルクセンサは、図１に示すように、センサ部６２に接続されたＩ／Ｆ回路７０と、このＩ／Ｆ回路７０に接続されたマイコン３１とから構成される。センサ部６２は、トルク検出コイル１００と、トルク検出コイル２００と、センサリング１７，１８と（図１２）、トルク検出コイルＬおよびセンサリング１７，１８間のギャップからなる磁気回路で構成されている。
つまり、本第１実施形態のトルクセンサは、温度補償コイルをなくし、２つのトルク検出コイル１００，２００によって温度補償されたトルクを検出する。
【００３０】
Ｉ／Ｆ回路７０に備えられた中立電圧回路１０２，２０２は、それぞれ入力電源７１，７２から供給される直流電源を用いて信号処理の基準電位となる電圧を発生し、レギュレータ回路１０３，２０３は、それぞれ発振回路１０４，２０４に用いる安定した基準電圧を発生する。そして、発振回路１０４，２０４は、それぞれトルク検出コイル１００，２００に正弦波信号を印加し、ＤＣカット回路１０５，２０５は、トルク検出コイル１００，２００の各両端に出力されるセンサ信号からトルク信号となる交流成分を取り出す。続いて、検波回路１０６，２０６は、それぞれＤＣカット回路１０５，２０５によって取り出された交流成分の振幅値を検出し、その振幅値を有する信号（以下、検波信号と称する）を出力する。
【００３１】
ＡＣカット回路１１３，２１３は、それぞれトルク検出コイル１００，２００の各両端に出力されるセンサ信号から直流成分を取り出し、その取り出した直流成分を有する信号をトルクを補正するための信号（以下、補正信号と称する）として出力する。この補正信号は、トルク検出コイル１００，２００のインダクタンスによって変動する交流信号には関係なく、トルク検出コイル１００，２００の直流抵抗と、トルク検出コイル１００，２００に印加される直流オフセット電圧によって決定される。
したがって、トルク検出コイル１００，２００の直流抵抗が温度によって変動すれば、それに比例した信号を得ることができる。つまり、ＡＣカット回路１１３，２１３から出力される補正信号は、温度補正信号に他ならない。
【００３２】
スケーリング回路１１４，２１４は、それぞれＡＣカット回路１１３，２１３から出力される補正信号を中立点（トルクがない状態）の温度特性を補正するための信号に変換し、その変換した信号（以下、中立点温特補正信号と称する）を出力する。加算回路１０９は、検波回路１０６から出力された検波信号と、スケーリング回路１１４から出力された中立点温特補正信号とを加算することにより、検波回路１０６から出力された検波信号にオフセット補正を加える。また、同様に、加算回路２０９は、検波回路２０６から出力された検波信号と、スケーリング回路２１４から出力された中立点温特補正信号とを加算することにより、検波回路２０６から出力された検波信号にオフセット補正を加える。
つまり、中立点におけるトルク検出コイル１００，２００の温度特性が線形性を有するため、オフセットおよびゲインのみの調整により、中立点温特補正を行うことができる。
【００３３】
スケーリング回路１１５，２１５は、それぞれＡＣカット回路１１３，２１３から出力された補正信号をトルクの温度特性を補正するための信号（以下、トルク温特補正信号と称する）を出力し、可変ゲインアンプ回路１１２，２１２は、それぞれスケーリング回路１１５，２１５から出力されたトルク温特補正信号を用いて、加算回路１０９，２０９から出力された信号にそれぞれゲイン補正をかける。
つまり、トルクの変化率は、温度によって線形に変動、換言すればトルクによって温度特性曲線（この温度特性曲線は、直線とみなせる）の傾きが変化するため、ゲインを変化させるだけでトルク温特補正を行うことができる。
そして、可変ゲインアンプ回路１１２，２１２からそれぞれ出力された信号は、それぞれトルク信号１，トルク信号２として、それぞれマイコン３１のＡ／Ｄ入力３１ａ，３１ｂに入力される。
【００３４】
次に、マイコン３１の処理内容について、それを示す図２のフローチャートを参照して説明する。
マイコン３１は、Ａ／Ｄ入力３１ａ，３１ｂからそれぞれトルク信号１、トルク信号２を入力し（ステップ（以下、Ｓと略す）１０）、トルク信号１の電圧ＶＡからトルク信号２の電圧ＶＢを減算して電位差Ｖαを演算する（Ｓ１２）。続いて、マイコン３１は、電位差Ｖαが、予めＲＯＭ（図示省略）などに記憶されている設定電圧Ｖ１以上であり、かつ、設定電圧Ｖ２以下の範囲内であるかを判定し（Ｓ１４）、その範囲内でない場合は（Ｓ１４：Ｎｏ）、異常信号を出力する（Ｓ１６）。
【００３５】
この異常信号が出力される場合としては、トルク検出コイル１００，２００の少なくとも一方にレアショートが発生した場合、レギュレータ回路１０３，２０３、発振回路１０４，２０４により構成される回路（以下、信号印加回路と称する）に異常が発生した場合、ＤＣカット回路１０５，２０５、検波回路１０６，２０６、可変ゲインアンプ回路１１２，２１２により構成される回路（以下、トルク検出回路と称する）に異常が発生した場合などである。
また、上記異常信号は、たとえば、車両に備えられたインスツルメントパネルのインジケータへ出力され、そのインジケータが所定の異常表示を行う。
【００３６】
以上のように、本第１実施形態のトルクセンサを使用すれば、トルク検出コイル１００，２００のレアショート、信号印加回路の異常およびトルク検出回路の異常のいずれかが発生したことを検出できる。
ところで、従来は、図１３に示したように、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１に同じ正弦波を印加する必要があるため、その正弦波を発振する発振回路は、二重系にすることができなかった。
しかし、本第１実施形態のトルクセンサを使用すれば、トルク検出コイル１００，２００にそれぞれ印加する正弦波信号に誤差があり、検出されるトルクに誤差が発生する場合であっても、トルク検出コイル１００，２００の直流成分を用いて上記トルクの誤差を補正できるため、正弦波を印加する発振回路をトルク検出コイル１００，２００のそれぞれに設けることができる。
つまり、発振回路を二重系にできるため、トルクセンサの信頼性をより一層高めることができる。
【００３７】
次に、本発明第２実施形態のトルクセンサについて図３および図４を参照して説明する。
図３は、本第２実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図であり、図４は、図３に示すマイコンの処理内容を示すフローチャートである。
本第２実施形態のトルクセンサは、トルク検出コイルのレアショート、信号印加回路の異常およびトルク検出回路の異常の発生を個別に検出できることを特徴とする。
【００３８】
図３に示すように、ＡＣカット回路１１３，２１３の出力側には、比較回路７６が接続されており、発振回路１０４，２０４の出力側には、比較回路７７が接続されている。比較回路７６は、ＡＣカット回路１１３，２１３からそれぞれ出力される補正信号を入力し、その入力した両補正信号の電圧を比較し、両補正信号の電位差が所定の電位差を超える場合に、マイコン３１の入力ポート３１ｃへハイレベル信号を出力する。また、比較回路７７は、発振回路１０４，２０４からそれぞれ出力される正弦波信号を入力し、その入力した正弦波信号の電圧を比較し、両正弦波信号の電位差が所定の電位差を超える場合に、マイコン３１の入力ポート３１ｄへハイレベル信号を出力する。
【００３９】
次に、マイコン３１の処理内容を図４を参照して説明する。
マイコン３１は、トルク信号１およびトルク信号２を入力し（Ｓ２０）、その両トルク信号の電位差Ｖαを演算し（Ｓ２２）、その電位差Ｖαが設定電圧Ｖ１以上かつＶ２以下の範囲内である場合は（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、トルク検出回路が異常であることを示すトルク検出回路異常フラグを立てる（Ｓ２６）。なお、この処理段階では、トルク検出コイル１００，２００のレアショート、信号印加回路の異常およびトルク検出回路の異常の３つのうちのいずれかが発生したことが検出される。
続いて、マイコン３１は、入力ポート３１ｃに入力されている信号がハイレベルである場合は（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、レアショートを検出したことを示すレアショート検出フラグを立てる（Ｓ３０）。なお、この処理段階では、トルク検出コイル１００，２００のレアショートおよび信号印加回路の異常のいずれかが発生したことが検出される。
【００４０】
続いて、マイコン３１は、入力ポート３１ｄに入力されている信号がハイレベルである場合は（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、信号印加回路が異常であることを示す信号印加回路異常フラグを立てる（Ｓ３４）。なお、信号印加回路異常フラグが立つ場合は、信号印加回路に異常が発生した場合のみである。
そして、マイコン３１は、立っているフラグがトルク検出回路異常フラグのみである場合は（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、トルク検出回路に異常が発生したことを示すトルク検出回路異常信号を出力する（Ｓ３８）。
つまり、前述のように、Ｓ２６の段階では、３つのうちのいずれかが発生したことが検出されただけであり、トルク検出回路の異常の他に、トルク検出コイル１００，２００のレアショート、または、トルク検出回路の異常の可能性が残っていたが、Ｓ３６の判定結果により、トルク検出コイル１００，２００のレアショートおよびトルク検出回路の異常の可能性がなくなったため、トルク検出回路が異常であると判定する。
【００４１】
また、マイコン３１は、トルク検出回路異常フラグのみでない場合は（Ｓ３６：Ｎｏ）、レアショート検出フラグのみであるか否かを判定し（Ｓ４０）、レアショート検出フラグのみである場合は（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、レアショートの検出を示すレアショート検出信号を出力する（Ｓ４２）。
さらに、マイコン３１は、レアショート検出フラグのみでない場合は（Ｓ４０：Ｎｏ）、信号印加回路異常フラグのみか否かを判定し（Ｓ４４）、信号印加回路異常フラグのみである場合は（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、信号印加回路に異常が発生したことを示す信号印加回路異常信号を出力する（Ｓ４６）。
なお、マイコン３１は、信号印加回路異常フラグのみでない場合、つまりいずれか複数のフラグが立っている場合は（Ｓ４４：Ｎｏ）、通常の異常信号を出力する（Ｓ４８）。
また、トルク検出回路異常信号、レアショート検出信号および信号印加回路異常信号は、たとえば、車両に備えられたインスツルメントパネルのインジケータへ出力され、そのインジケータが所定の異常表示を行う。
【００４２】
以上のように、本第２実施形態のトルクセンサを使用すれば、トルク検出コイルのレアショート、信号印加回路の異常およびトルク検出回路の異常の発生を個別に検出できる。
【００４３】
次に、本発明第３実施形態のトルクセンサについて図５を参照して説明する。
図５は、本第３実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
本第３実施形態のトルクセンサは、温度補償コイルを用いてトルクの温度補償を行うタイプのトルクセンサであり、トルク検出コイルおよび温度補償コイルのレアショート、信号印加回路の異常などを検出できることを特徴とする。
【００４４】
図５に示すように、センサ部６０には、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１が備えられている。ＤＣカット回路１０５は、トルク検出回路１００に発生した交直流重畳信号の交流成分を取り出し、検波回路１０６は、その交流成分の振幅値を有する検波信号を加算回路１０９へ出力する。また、ＤＣカット回路１０７は、温度補償コイル１０１に発生した交直流重畳信号を取り出し、検波回路１０８は、その交流成分の振幅値を有する検波信号を加算回路１０９へ出力する。
つまり、検波回路１０６から出力された検波信号と、検波回路１０８から出力された検波信号とを加算することにより、温度補償を行う。
【００４５】
さらに、スケーリング回路１１４から出力された中立点温特補正信号が加算回路１０９に入力され、検波回路１０６から出力された検波信号にオフセット補正が加えられる。
また、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１には、それぞれＤＣカット回路２０５，２０７が接続されており、ＤＣカット回路２０５，２０７には、それぞれ検波回路２０６，２０８が接続されている。さらに、検波回路２０６，２０８は、加算回路２０９に接続されており、加算回路２０９には、スケーリング回路２１４が接続されている。
つまり、Ｉ／Ｆ回路７０の温度補償されたトルクを検出するための回路は、完全な二重系になっており、その２つのトルク信号１およびトルク信号２は、マイコン３１のＡ／Ｄ入力３１ａ，３１ｂにそれぞれ入力される。
【００４６】
また、本トルクセンサは、センサ部６０、レギュレータ回路１０３および発振回路１０４が二重系になっていないため、それらの異常を検出するための比較回路１１６を備える。発振回路１０４およびトルク検出コイル１００は、ＡＣカット回路１１３に接続されており、発振回路１０４および温度補償コイル１０１は、ＡＣカット回路２１３に接続されている。ＡＣカット回路１１３，２１３の出力側は、比較回路１１６に接続されており、比較回路１１６の出力側は、加算回路２０９に接続されている。そして、比較回路１１６は、ＡＣカット回路１１３，２１３から出力される両信号間の電位差が、所定のしきい値を超えたときに、異常の発生を示す異常信号を加算回路２０９へ出力する。
つまり、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１の少なくとも一方のレアショート、発振回路１０４の異常のいずれも発生していない場合は、ＡＣカット回路１１３，２１３から出力される両信号間に差は発生しないため、比較回路１１６から異常信号は出力されないが、上記のいずれかが発生し、上記両信号間の電位差が上記しきい値を超えると異常信号を出力する。
【００４７】
次に、マイコン３１の処理内容を説明する。マイコン３１は、前述の第１実施形態において図２に示した検出処理１と同じ処理を行う。
マイコン３１は、トルク信号１およびトルク信号２を入力し（Ｓ１０）、両信号の電位差Ｖαを演算し（Ｓ１２）、その電位差ＶαがＶ１以上かつＶ２以下の範囲内ではない場合は（Ｓ１４：Ｎｏ）、異常信号を出力する。
以上のように、本第３実施形態のトルクセンサを使用すれば、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１の少なくとも一方のレアショート、ならびに、レギュレータ回路１０３および発振回路１０４の少なくとも一方の異常を検出できる。また、ＤＣカット回路および検波回路などのトルクを検出するための回路の異常も検出できる。
【００４８】
次に、本発明第４実施形態のトルクセンサについて図６および図７を参照して説明する。
図６は、本第４実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図であり、図７は、図６に示すトルクセンサに備えられたマイコンの処理内容を示すフローチャートである。
本第４実施形態のトルクセンサは、トルク検出回路の異常と、レアショートの発生および信号印加回路の異常とを区別して検出できることを特徴とする。
図６に示すように、前述の第３実施形態において図５に示したＩ／Ｆ回路７０と異なる点は、比較回路１１６の出力側が、マイコン３１の入力ポート３１ｃに接続されている部分である。
つまり、比較回路１１６によって検出されたレアショートまたは信号印加回路の異常は、マイコン３１によって独立して検出される。
【００４９】
次に、マイコン３１の処理内容について図７を参照して説明する。
マイコン３１は、トルク信号１およびトルク信号２を入力し（Ｓ６０）、両信号の電位差Ｖαを演算し（Ｓ６２）、電位差ＶαがＶ１以上かつＶ２以下の範囲内ではない場合は（Ｓ６４：Ｎｏ）、トルク検出回路異常フラグを立てる（Ｓ６６）。また、マイコン３１は、入力ポート３１ｃに入力されている信号がハイレベルである場合は（Ｓ６８：Ｙｅｓ）、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１の少なくとも一方のレアショート、あるいは、信号印加回路の異常の少なくともいずれかが発生したことを示すレアショート・信号印加回路異常フラグを立てる（Ｓ７０）。
【００５０】
そして、マイコン３１は、立っているフラグがトルク検出回路異常フラグのみである場合は（Ｓ７２：Ｙｅｓ）、トルク検出回路異常信号を出力し（Ｓ７４）、レアショート・信号印加回路異常フラグのみである場合は（Ｓ７６：Ｙｅｓ）、レアショートおよび信号印加回路の異常の少なくともいずれかが発生したことを示すレアショート・信号印加回路異常信号を出力する（Ｓ７８）。
また、マイコン３１は、レアショート・信号印加回路異常フラグのみでない場合、つまり両フラグが立っていると判定した場合は（Ｓ７６：Ｎｏ）、通常の異常信号を出力する（Ｓ８０）。
【００５１】
以上のように、本第４実施形態のトルクセンサを使用すれば、レアショートおよび信号印加回路の異常の発生と、トルク検出回路の異常の発生とを区別して検出できる。
【００５２】
次に、本発明第５実施形態のトルクセンサについて図８および図９を参照して説明する。
図８は、本第５実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図であり、図９は、図８に示すトルクセンサに備えられたマイコンの処理内容を示すフローチャートである。
本第５実施形態のトルクセンサは、１つのトルク検出コイルによってトルクを検出するタイプのトルクセンサにおいて、そのトルク検出コイルのレアショートを検出できることを特徴とする。
【００５３】
センサ部６６に備えられたトルク検出コイルＬには、中間タップＰが設けられており、トルク検出コイルＬの一端および中間タップＰは、レアショート検出回路３０に接続されている。レアショート回路３０は、たとえば、トルク検出コイルＬの両端に発生する交直流重畳信号から直流成分を取り出すＡＣカット回路、トルク検出コイルＬの一端および中間タップＰ間に発生する交直流重畳信号から直流成分を取り出すＡＣカット回路、それら両ＡＣカット回路から出力される直流電圧を比較する比較回路で構成される。比較回路は、比較した電位差が所定のしきい値を超えたときに、異常信号を加算回路４１へ出力する。
また、ＤＣ電源８１から供給されるＤＣ電源をフィルタリングするフィルタ回路８２、レギュレータ回路８３および発振回路８４が、信号印加回路を構成しており、ＤＣカット回路８５、検波回路８６、スケーリング回路８９、加算回路４１および出力アンプ回路９０が、トルク検出回路を構成する。出力アンプ回路９０から出力されるトルク信号は、マイコン３１のＡ／Ｄ入力３１ｅに入力される。
さらに、Ｉ／Ｆ回路４０には、検出されるトルクの温度補償を行うための温度補償回路２４が備えられている。この温度補償回路２４は、トルク検出コイルＬの直流成分を検出するＡＣカット回路などで構成されており、温度補償回路２４から出力される補償信号は、スケーリング回路８９に加えられ、スケーリング回路８９は、検波回路８６から出力された検波信号を上記補償信号によって補正する。
【００５４】
次に、マイコン３１の処理内容について図９を参照して説明する。
マイコン３１は、トルク信号を入力し（Ｓ９０）、その入力したトルク信号の電圧ＶＣを演算する（Ｓ９２）。続いて、マイコン３１は、電圧ＶＣが、予め設定された電圧Ｖ３以上かつＶ４以下の範囲内でない場合は（Ｓ９４：Ｎｏ）、トルク検出コイルＬのレアショートを検出したことを示すレアショート検出信号を出力する（Ｓ８６）。
【００５５】
以上のように、本第５実施形態のトルクセンサを使用すれば、１つのトルク検出コイルを用いてトルクを検出するタイプのトルクセンサであっても、トルク検出コイルのレアショートを検出できる。
また、トルク検出コイルＬの直流成分を用いてトルクの温度補償を行うことができるため、温度補償コイルを省くことができる。そのため、温度補償精度を高めるために、温度補償コイルの特性をトルク検出コイルの特性に合わせる手間を省くことができる。
【００５６】
ところで、上記各実施形態では、本発明のトルクセンサを車両の操舵装置に適用した場合を代表に説明したが、物体に作用するトルクの変化をインダクタンスの変化として検出する方式のトルクセンサを備えた装置であれば、そのような装置にも適用することができる。
【００５７】
さらに、図５のＡＣカット回路１１３，２１３が、請求項１の直流成分検出手段に対応し、比較回路１１６が異常検出手段に対応する。マイコン３１が実行する図７のＳ６８、Ｓ７０、Ｓ７６およびＳ７８が異常検出手段として機能する。
また、図５のＤＣカット回路１０５，１０７，２０５，２０７、検波回路１０６，１０８，２０６，２０８および可変ゲインアンプ回路１１２，２１２が、請求項２のトルク検出手段に対応し、マイコン３１が実行する図７のＳ６０〜Ｓ６６、Ｓ７２およびＳ７４が第２の異常検出手段として機能する。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１または請求項２に記載の発明によれば、トルク検出コイル、温度補償コイルおよび第２の信号印加手段のうちのいずれかに異常が発生したことを検出できる。
【００５９】
また、請求項２に記載の発明によれば、少なくとも１つの第２のトルク検出手段に異常が発生したことを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図２】図１に示すトルクセンサに備えられたマイコン３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明第２実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図４】図３に示すトルクセンサに備えられたマイコン３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明第３実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図６】本発明第４実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図７】図６に示すトルクセンサに備えられたマイコン３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図８】本発明第５実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図９】図８に示すトルクセンサに備えられたマイコン３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】トルクセンサが備えられた操舵機構の一部を示す縦断面説明図である。
【図１１】図１０に示す操舵機構に備えられたトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図１２】トルクセンサが備えられた操舵機構の一部を示す縦断面説明図である。
【図１３】図１２に示す操舵機構に備えられトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図１４】トルク検出コイルおよび温度補償コイルの出力インピーダンスと温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 操舵機構
１５ トーションバー
１７，１８ センサリング
１９ トルク検出コイル
３１ マイコン
７０，８０ Ｉ／Ｆ回路
１００，２００ トルク検出コイル
１０１ 温度補償コイル
Ｐ 中間タップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体に作用するトルクをコイルのインダクタンスに基づいて検出するトルクセンサであって、車両の操舵ハンドルに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に作用するトルクの検出に好適なトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記トルクセンサとして、１つのトルク検出コイルを用いて温度補償されたトルクを検出するものと、トルク検出コイルおよび温度補償コイルを用いて温度補償されたトルクを検出するものとが知られている。
最初に、前者のトルクセンサについて図１０および図１１を参照して説明する。
図１０は、トルクセンサが備えられた操舵機構の一部を示す縦断面説明図であり、図１１は、トルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
図１０に示すように、操舵機構１０には、車両の操舵ハンドル（図示省略）に連結された中空のシャフト１１が備えられており、シャフト１１の下部は、ハウジング１２の上部１２ａに挿通されている。ハウジング１２の下部１２ｂには、シャフト１３の上部が挿通されており、シャフト１３の下部には、ラックＲと噛み合うピニオン１４が取付けられている。また、ラックＲには、操舵力をアシストする図示しないモータが設けられている。
【０００３】
シャフト１１の内部には、トーションバー１５が収容されており、トーションバー１５の上端は、ピン１６によってシャフト１１と結合されている。トーションバー１５の下端は、シャフト１３の内部とスプライン係合している。
つまり、ハンドルの操作によりシャフト１１にトルクが伝わると、トーションバー１５がねじれることにより、シャフト１１とシャフト１３との間で相対変位が生じるようになっている。
ハウジング１２の内部であって、シャフト１１には、磁性体材料で形成されたセンサリング１７が設けられており、シャフト１３には、磁性体材料で形成されたセンサリング１８が設けられている。また、ハウジング１２の内部であって、センサリング１７，１８の外周面と対向する箇所には、各センサリング１７，１８と所定のギャップを隔ててトルク検出コイル１９が設けられている。このトルク検出コイル１９は、シャフト１１とシャフト１３との間で相対変位が生じると、センサリング１７，１８のオーバラップ量が変位し、インダクタンスが変化する。これにより、トルクに応じた信号が得られる。また、トルク検出コイル１９は、ハウジング１２の図面右端に設けられたインターフェース回路（以下、Ｉ／Ｆ回路と称する）８０に接続されており、Ｉ／Ｆ回路８０は、車両に備えられたマイクロコンピュータ（図示省略）に接続されている。
【０００４】
次に、Ｉ／Ｆ回路８０の動作について図１２を参照して説明する。
ＤＣ電源８１から供給される直流電流は、フィルタ回路８２によって余分な高調波成分が除去され、レギュレータ回路８３は、フィルタ回路８２から出力される直流電流を入力して基準電圧を発生する。続いて、発振回路８４は、レギュレータ回路８３から発生した基準電圧に基づいて正弦波信号を発生し、この正弦波信号は、トルク検出コイル１９に印加される。
すると、トルク検出コイル１９の両端には、トルク検出コイル１９のインダクタンスに比例した正弦波電圧が発生する。続いて、その正弦波電圧のＡＣ成分が、ＤＣカット回路８５によって取り出され、検波回路８６は、その取り出されたＡＣ成分の振幅を取り出し、その取り出した振幅に比例した直流電圧を有する信号に変換する。この変換された信号は、加算回路８７に入力される。
【０００５】
また、トルク検出コイル１９の両端に発生した正弦波電圧は、温度補償回路８８に入力され、トルク検出コイル１９のインダクタンスが温度の影響を受けてドリフトする量を示す温度ドリフト信号に変換され、この温度ドリフト信号は、加算回路８７に入力される。
そして、加算回路８７は、検波回路８６から出力された信号と、温度補償回路８８から出力された温度ドリフト信号との差を取り出し、温度ドリフト成分をキャンセルしたトルク成分のみのトルク成分信号をスケーリング回路８９へ出力する。続いて、スケーリング回路８９は、トルク成分信号のゲインを変換し、このゲインの変換されたトルク成分信号は、出力アンプ回路９０によって増幅される。続いて、出力アンプ回路９０によって増幅されたトルク成分信号は、トルク信号として、Ａ／Ｄ変換回路９１へ出力され、デジタル信号に変換され、このデジタル信号は、車両に備えられたマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）へ出力される。
そして、マイコンは、入力したデジタル信号の大きさに基づいて操舵機構のアシスト量を演算し、その演算されたアシスト量に対応した駆動信号をモータへ出力し、そのモータの回転によって操舵機構のアシストが行われる。
【０００６】
次に、後者のトルクセンサについて図１２ないし図１４を参照して説明する。図１２は、トルクセンサが備えられた操舵機構の一部を示す縦断面説明図であり、図１３は、トルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。図１４は、トルク検出コイルおよび温度補償コイルの出力インピーダンスと温度との関係を示すグラフである。
図１４に示すように、トルク検出コイルおよび温度補償コイルの出力インピーダンスは、温度の上昇とともに大きくなる。そこで、このトルクセンサは、トルク検出コイルの出力と、温度補償コイルの出力との差を出力することにより、温度によるトルクの出力変動をキャンセルする手法を採用している。
なお、図１４のグラフにおける出力インピーダンスは、Ｉ／Ｆ回路を接続しないで４ｋＨｚの正弦波を印加した場合の出力インピーダンスを示す。
【０００７】
図１２に示すように、センサリング１７，１８の外周面と対向する箇所には、各センサリング１７，１８と所定のギャップを隔ててトルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１が設けられている。この温度補償コイル１０１は、シャフト１１とシャフト１３との間の相対変位には関係なく、温度変化によってのみインダクタンスが変化する。
また、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１は、ハウジング１２の図面右端に設けられたＩ／Ｆ回路５２に接続されており、Ｉ／Ｆ回路５２は、車両に備えられたマイクロコンピュータ（図示省略）に接続されている。
【０００８】
次に、Ｉ／Ｆ回路５２の動作について図１３を参照して説明する。
Ｉ／Ｆ回路５２は、回路の信頼性を高めるために二重系になっている。レギュレータ回路１０３は、入力電源７３から供給される直流電流に基づいて基準電圧を発生し、発振回路１０４は、レギュレータ回路１０３から発生した基準電圧に基づいて正弦波信号を発生し、この正弦波信号は、トルク検出コイル１００に印加される。
なお、通常、回路電源は単電源であるため、発振回路１０４は、正弦波信号が負電圧にならないように直流オフセット電圧を持たせている。
正弦波信号が印加されたトルク検出コイル１００の両端には、トルク検出コイル１００のインダクタンスに比例した正弦波電圧が発生し、その正弦波電圧のＡＣ成分が、ＤＣカット回路１０５によって取り出される。続いて、検波回路１０６は、たとえば、レベルシフトやピークホールドなどの手法を用い、上記取り出されたＡＣ成分の振幅を取り出し、その取り出した振幅に比例した直流電圧を有する信号に変換する。この変換された信号は、トルク検出コイル１００により検出されたトルク成分に、温度によるドリフト成分が加わった信号である。そして、その変換された信号は、加算回路１０９に入力される。
【０００９】
一方、温度補償コイル１０１の両端に発生する正弦波電圧のＡＣ成分は、ＤＣカット回路１０７によって取り出され、検波回路１０８は、その取り出されたＡＣ成分の振幅を取り出し、その取り出した振幅に比例した直流電圧を有する信号に変換する。この変換された信号は、温度補償コイル１０１により検出された温度ドリフト成分のみの信号である。その変換された信号は、加算回路１０９に入力される。
そして、加算回路１０９は、検波回路１０６から出力された信号および検波回路１０８から出力された信号の差を取り出す。これにより、温度ドリフト成分がキャンセルされたトルク成分のみの信号が取り出される。
続いて、その取り出された信号は、スケーリング回路１１０に入力され、オフセットやゲインが変換され、所望のトルク信号に変換される。たとえば、トルクがない状態では、２．５Ｖを出力するようにオフセットを設定し、トルクの加わる方向によって５Ｖに向かって増加する場合と、逆に、０Ｖに向かって減少するように極性およびゲインを設定する。
そして、スケーリング回路１１０から出力された信号は、出力アンプ回路１１１によって、出力負荷をドライブできる大きさに増幅され、トルク信号１として出力される。
なお、二重系を構成するもう一方の回路は、上記と同じ動作により、出力アンプ回路２１１からトルク信号２を出力する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トルク検出コイルでは、通常は、発生することはないと考えられるが、たとえばコイルの被覆が剥がれ、トルク検出コイルのインピーダンスが変化してしまう、いわゆるレアショートの発生が理論的には考えられる。
そこで、正常なトルク検出に万全を期すためには、レアショートを検出することが望ましい。
しかし、前述の従来の両トルクセンサでは、トルク検出コイルにレアショートが発生した場合は、トルク検出コイルのインピーダンスが変化し、その変化は、検出されたトルクの変化となって出力されてしまうため、レアショートを検出できないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、トルク検出コイルのレアショートを検出できるトルクセンサを実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物体に作用するトルクの変化に対応してインダクタンスが変化するトルク検出コイルと、前記トルクの変化に対応してインダクタンスが変化しない温度補償コイルとを備え、前記トルク検出コイルによる検出結果を前記温度補償コイルによる検出結果によって温度補償するトルクセンサにおいて、前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルに信号を印加する信号印加手段と、この信号印加手段によって前記信号を前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルに印加した際の前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルの直流成分をそれぞれ検出する直流成分検出手段と、この直流成分検出手段によって検出された直流成分を比較するとともに、その比較結果に基づいて前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルの少なくとも一方のコイルのレアショート、または、前記信号印加手段の異常を検出する異常検出手段と、が備えられたという技術的手段を採用する。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のトルクセンサにおいて、前記トルク検出コイルのインダクタンスを前記温度補償コイルのインダクタンスによって温度補償するとともに、その温度補償されたインダクタンスに基づいて前記トルクを検出するトルク検出手段が複数設けられており、前記複数のトルク検出手段によって検出された各トルクを比較するとともに、その比較結果に基づいて前記複数のトルク検出手段の中の少なくとも１つのトルク検出手段の異常を検出する第２の異常検出手段が備えられたという技術的手段を採用する。
【００２０】
【作用】
請求項１または請求項２に記載の発明では、信号印加手段は、トルク検出コイルおよび温度補償コイルに信号を印加し、直流成分検出手段は、信号印加手段によって信号をトルク検出コイルおよび温度補償コイルに印加した際のトルク検出コイルおよび温度補償コイルの直流成分をそれぞれ検出する。そして、異常検出手段は、直流成分検出手段によって検出された直流成分を比較するとともに、その比較結果に基づいてトルク検出コイルおよび温度補償コイルの少なくとも一方のコイルのレアショート、または、信号印加手段の異常を検出する。
つまり、トルク検出コイル、温度補償コイルおよび信号印加手段の３つ総てが正常である場合には、直流成分検出手段によって検出される直流成分の比較結果に差は発生しないが、３つのうちのいずれかが異常になると差が発生するため、その差を検出することにより、上記３つのうちのいずれかに異常が発生したことを検出できる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明では、トルク検出手段は、トルク検出コイルのインダクタンスを温度補償コイルのインダクタンスによって温度補償するとともに、その温度補償されたインダクタンスに基づいてそれぞれトルクを検出し、第２の異常検出手段は、複数のトルク検出手段によって検出された各トルクを比較するとともに、その比較結果に基づいて複数のトルク検出手段の中の少なくとも１つのトルク検出手段の異常を検出する。
つまり、トルク検出手段の中の少なくとも１つのトルク検出手段に異常が発生すると、そのトルク検出手段から出力されるトルクが変化するため、その変化したトルクと、異常のないトルク検出手段から出力されるトルクとに基づいて、少なくとも１つのトルク検出手段に異常が発生したことを検出できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトルクセンサの一実施形態について図を参照して説明する。
なお、以下の実施形態では、本発明のトルクセンサとして、車両の操舵ハンドルに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に作用するトルクを検出するトルクセンサについて説明する。また、本発明第１実施形態のトルクセンサの構成は、トルク検出コイルおよびＩ／Ｆ回路を除いて図１２に示した従来のトルクセンサと同じであるため、その同じ部分の説明を省略する。
図１は、本実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【００２９】
本第１実施形態のトルクセンサは、図１に示すように、センサ部６２に接続されたＩ／Ｆ回路７０と、このＩ／Ｆ回路７０に接続されたマイコン３１とから構成される。センサ部６２は、トルク検出コイル１００と、トルク検出コイル２００と、センサリング１７，１８と（図１２）、トルク検出コイルＬおよびセンサリング１７，１８間のギャップからなる磁気回路で構成されている。
つまり、本第１実施形態のトルクセンサは、温度補償コイルをなくし、２つのトルク検出コイル１００，２００によって温度補償されたトルクを検出する。
【００３０】
Ｉ／Ｆ回路７０に備えられた中立電圧回路１０２，２０２は、それぞれ入力電源７１，７２から供給される直流電源を用いて信号処理の基準電位となる電圧を発生し、レギュレータ回路１０３，２０３は、それぞれ発振回路１０４，２０４に用いる安定した基準電圧を発生する。そして、発振回路１０４，２０４は、それぞれトルク検出コイル１００，２００に正弦波信号を印加し、ＤＣカット回路１０５，２０５は、トルク検出コイル１００，２００の各両端に出力されるセンサ信号からトルク信号となる交流成分を取り出す。続いて、検波回路１０６，２０６は、それぞれＤＣカット回路１０５，２０５によって取り出された交流成分の振幅値を検出し、その振幅値を有する信号（以下、検波信号と称する）を出力する。
【００３１】
ＡＣカット回路１１３，２１３は、それぞれトルク検出コイル１００，２００の各両端に出力されるセンサ信号から直流成分を取り出し、その取り出した直流成分を有する信号をトルクを補正するための信号（以下、補正信号と称する）として出力する。この補正信号は、トルク検出コイル１００，２００のインダクタンスによって変動する交流信号には関係なく、トルク検出コイル１００，２００の直流抵抗と、トルク検出コイル１００，２００に印加される直流オフセット電圧によって決定される。
したがって、トルク検出コイル１００，２００の直流抵抗が温度によって変動すれば、それに比例した信号を得ることができる。つまり、ＡＣカット回路１１３，２１３から出力される補正信号は、温度補正信号に他ならない。
【００３２】
スケーリング回路１１４，２１４は、それぞれＡＣカット回路１１３，２１３から出力される補正信号を中立点（トルクがない状態）の温度特性を補正するための信号に変換し、その変換した信号（以下、中立点温特補正信号と称する）を出力する。加算回路１０９は、検波回路１０６から出力された検波信号と、スケーリング回路１１４から出力された中立点温特補正信号とを加算することにより、検波回路１０６から出力された検波信号にオフセット補正を加える。また、同様に、加算回路２０９は、検波回路２０６から出力された検波信号と、スケーリング回路２１４から出力された中立点温特補正信号とを加算することにより、検波回路２０６から出力された検波信号にオフセット補正を加える。
つまり、中立点におけるトルク検出コイル１００，２００の温度特性が線形性を有するため、オフセットおよびゲインのみの調整により、中立点温特補正を行うことができる。
【００３３】
スケーリング回路１１５，２１５は、それぞれＡＣカット回路１１３，２１３から出力された補正信号をトルクの温度特性を補正するための信号（以下、トルク温特補正信号と称する）を出力し、可変ゲインアンプ回路１１２，２１２は、それぞれスケーリング回路１１５，２１５から出力されたトルク温特補正信号を用いて、加算回路１０９，２０９から出力された信号にそれぞれゲイン補正をかける。
つまり、トルクの変化率は、温度によって線形に変動、換言すればトルクによって温度特性曲線（この温度特性曲線は、直線とみなせる）の傾きが変化するため、ゲインを変化させるだけでトルク温特補正を行うことができる。
そして、可変ゲインアンプ回路１１２，２１２からそれぞれ出力された信号は、それぞれトルク信号１，トルク信号２として、それぞれマイコン３１のＡ／Ｄ入力３１ａ，３１ｂに入力される。
【００３４】
次に、マイコン３１の処理内容について、それを示す図２のフローチャートを参照して説明する。
マイコン３１は、Ａ／Ｄ入力３１ａ，３１ｂからそれぞれトルク信号１、トルク信号２を入力し（ステップ（以下、Ｓと略す）１０）、トルク信号１の電圧ＶＡからトルク信号２の電圧ＶＢを減算して電位差Ｖαを演算する（Ｓ１２）。続いて、マイコン３１は、電位差Ｖαが、予めＲＯＭ（図示省略）などに記憶されている設定電圧Ｖ１以上であり、かつ、設定電圧Ｖ２以下の範囲内であるかを判定し（Ｓ１４）、その範囲内でない場合は（Ｓ１４：Ｎｏ）、異常信号を出力する（Ｓ１６）。
【００３５】
この異常信号が出力される場合としては、トルク検出コイル１００，２００の少なくとも一方にレアショートが発生した場合、レギュレータ回路１０３，２０３、発振回路１０４，２０４により構成される回路（以下、信号印加回路と称する）に異常が発生した場合、ＤＣカット回路１０５，２０５、検波回路１０６，２０６、可変ゲインアンプ回路１１２，２１２により構成される回路（以下、トルク検出回路と称する）に異常が発生した場合などである。
また、上記異常信号は、たとえば、車両に備えられたインスツルメントパネルのインジケータへ出力され、そのインジケータが所定の異常表示を行う。
【００３６】
以上のように、本第１実施形態のトルクセンサを使用すれば、トルク検出コイル１００，２００のレアショート、信号印加回路の異常およびトルク検出回路の異常のいずれかが発生したことを検出できる。
ところで、従来は、図１３に示したように、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１に同じ正弦波を印加する必要があるため、その正弦波を発振する発振回路は、二重系にすることができなかった。
しかし、本第１実施形態のトルクセンサを使用すれば、トルク検出コイル１００，２００にそれぞれ印加する正弦波信号に誤差があり、検出されるトルクに誤差が発生する場合であっても、トルク検出コイル１００，２００の直流成分を用いて上記トルクの誤差を補正できるため、正弦波を印加する発振回路をトルク検出コイル１００，２００のそれぞれに設けることができる。
つまり、発振回路を二重系にできるため、トルクセンサの信頼性をより一層高めることができる。
【００３７】
次に、本発明第２実施形態のトルクセンサについて図３および図４を参照して説明する。
図３は、本第２実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図であり、図４は、図３に示すマイコンの処理内容を示すフローチャートである。
本第２実施形態のトルクセンサは、トルク検出コイルのレアショート、信号印加回路の異常およびトルク検出回路の異常の発生を個別に検出できることを特徴とする。
【００３８】
図３に示すように、ＡＣカット回路１１３，２１３の出力側には、比較回路７６が接続されており、発振回路１０４，２０４の出力側には、比較回路７７が接続されている。比較回路７６は、ＡＣカット回路１１３，２１３からそれぞれ出力される補正信号を入力し、その入力した両補正信号の電圧を比較し、両補正信号の電位差が所定の電位差を超える場合に、マイコン３１の入力ポート３１ｃへハイレベル信号を出力する。また、比較回路７７は、発振回路１０４，２０４からそれぞれ出力される正弦波信号を入力し、その入力した正弦波信号の電圧を比較し、両正弦波信号の電位差が所定の電位差を超える場合に、マイコン３１の入力ポート３１ｄへハイレベル信号を出力する。
【００３９】
次に、マイコン３１の処理内容を図４を参照して説明する。
マイコン３１は、トルク信号１およびトルク信号２を入力し（Ｓ２０）、その両トルク信号の電位差Ｖαを演算し（Ｓ２２）、その電位差Ｖαが設定電圧Ｖ１以上かつＶ２以下の範囲内である場合は（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、トルク検出回路が異常であることを示すトルク検出回路異常フラグを立てる（Ｓ２６）。なお、この処理段階では、トルク検出コイル１００，２００のレアショート、信号印加回路の異常およびトルク検出回路の異常の３つのうちのいずれかが発生したことが検出される。
続いて、マイコン３１は、入力ポート３１ｃに入力されている信号がハイレベルである場合は（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、レアショートを検出したことを示すレアショート検出フラグを立てる（Ｓ３０）。なお、この処理段階では、トルク検出コイル１００，２００のレアショートおよび信号印加回路の異常のいずれかが発生したことが検出される。
【００４０】
続いて、マイコン３１は、入力ポート３１ｄに入力されている信号がハイレベルである場合は（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、信号印加回路が異常であることを示す信号印加回路異常フラグを立てる（Ｓ３４）。なお、信号印加回路異常フラグが立つ場合は、信号印加回路に異常が発生した場合のみである。
そして、マイコン３１は、立っているフラグがトルク検出回路異常フラグのみである場合は（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、トルク検出回路に異常が発生したことを示すトルク検出回路異常信号を出力する（Ｓ３８）。
つまり、前述のように、Ｓ２６の段階では、３つのうちのいずれかが発生したことが検出されただけであり、トルク検出回路の異常の他に、トルク検出コイル１００，２００のレアショート、または、トルク検出回路の異常の可能性が残っていたが、Ｓ３６の判定結果により、トルク検出コイル１００，２００のレアショートおよびトルク検出回路の異常の可能性がなくなったため、トルク検出回路が異常であると判定する。
【００４１】
また、マイコン３１は、トルク検出回路異常フラグのみでない場合は（Ｓ３６：Ｎｏ）、レアショート検出フラグのみであるか否かを判定し（Ｓ４０）、レアショート検出フラグのみである場合は（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、レアショートの検出を示すレアショート検出信号を出力する（Ｓ４２）。
さらに、マイコン３１は、レアショート検出フラグのみでない場合は（Ｓ４０：Ｎｏ）、信号印加回路異常フラグのみか否かを判定し（Ｓ４４）、信号印加回路異常フラグのみである場合は（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、信号印加回路に異常が発生したことを示す信号印加回路異常信号を出力する（Ｓ４６）。
なお、マイコン３１は、信号印加回路異常フラグのみでない場合、つまりいずれか複数のフラグが立っている場合は（Ｓ４４：Ｎｏ）、通常の異常信号を出力する（Ｓ４８）。
また、トルク検出回路異常信号、レアショート検出信号および信号印加回路異常信号は、たとえば、車両に備えられたインスツルメントパネルのインジケータへ出力され、そのインジケータが所定の異常表示を行う。
【００４２】
以上のように、本第２実施形態のトルクセンサを使用すれば、トルク検出コイルのレアショート、信号印加回路の異常およびトルク検出回路の異常の発生を個別に検出できる。
【００４３】
次に、本発明第３実施形態のトルクセンサについて図５を参照して説明する。
図５は、本第３実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
本第３実施形態のトルクセンサは、温度補償コイルを用いてトルクの温度補償を行うタイプのトルクセンサであり、トルク検出コイルおよび温度補償コイルのレアショート、信号印加回路の異常などを検出できることを特徴とする。
【００４４】
図５に示すように、センサ部６０には、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１が備えられている。ＤＣカット回路１０５は、トルク検出回路１００に発生した交直流重畳信号の交流成分を取り出し、検波回路１０６は、その交流成分の振幅値を有する検波信号を加算回路１０９へ出力する。また、ＤＣカット回路１０７は、温度補償コイル１０１に発生した交直流重畳信号を取り出し、検波回路１０８は、その交流成分の振幅値を有する検波信号を加算回路１０９へ出力する。
つまり、検波回路１０６から出力された検波信号と、検波回路１０８から出力された検波信号とを加算することにより、温度補償を行う。
【００４５】
さらに、スケーリング回路１１４から出力された中立点温特補正信号が加算回路１０９に入力され、検波回路１０６から出力された検波信号にオフセット補正が加えられる。
また、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１には、それぞれＤＣカット回路２０５，２０７が接続されており、ＤＣカット回路２０５，２０７には、それぞれ検波回路２０６，２０８が接続されている。さらに、検波回路２０６，２０８は、加算回路２０９に接続されており、加算回路２０９には、スケーリング回路２１４が接続されている。
つまり、Ｉ／Ｆ回路７０の温度補償されたトルクを検出するための回路は、完全な二重系になっており、その２つのトルク信号１およびトルク信号２は、マイコン３１のＡ／Ｄ入力３１ａ，３１ｂにそれぞれ入力される。
【００４６】
また、本トルクセンサは、センサ部６０、レギュレータ回路１０３および発振回路１０４が二重系になっていないため、それらの異常を検出するための比較回路１１６を備える。発振回路１０４およびトルク検出コイル１００は、ＡＣカット回路１１３に接続されており、発振回路１０４および温度補償コイル１０１は、ＡＣカット回路２１３に接続されている。ＡＣカット回路１１３，２１３の出力側は、比較回路１１６に接続されており、比較回路１１６の出力側は、加算回路２０９に接続されている。そして、比較回路１１６は、ＡＣカット回路１１３，２１３から出力される両信号間の電位差が、所定のしきい値を超えたときに、異常の発生を示す異常信号を加算回路２０９へ出力する。
つまり、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１の少なくとも一方のレアショート、発振回路１０４の異常のいずれも発生していない場合は、ＡＣカット回路１１３，２１３から出力される両信号間に差は発生しないため、比較回路１１６から異常信号は出力されないが、上記のいずれかが発生し、上記両信号間の電位差が上記しきい値を超えると異常信号を出力する。
【００４７】
次に、マイコン３１の処理内容を説明する。マイコン３１は、前述の第１実施形態において図２に示した検出処理１と同じ処理を行う。
マイコン３１は、トルク信号１およびトルク信号２を入力し（Ｓ１０）、両信号の電位差Ｖαを演算し（Ｓ１２）、その電位差ＶαがＶ１以上かつＶ２以下の範囲内ではない場合は（Ｓ１４：Ｎｏ）、異常信号を出力する。
以上のように、本第３実施形態のトルクセンサを使用すれば、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１の少なくとも一方のレアショート、ならびに、レギュレータ回路１０３および発振回路１０４の少なくとも一方の異常を検出できる。また、ＤＣカット回路および検波回路などのトルクを検出するための回路の異常も検出できる。
【００４８】
次に、本発明第４実施形態のトルクセンサについて図６および図７を参照して説明する。
図６は、本第４実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図であり、図７は、図６に示すトルクセンサに備えられたマイコンの処理内容を示すフローチャートである。
本第４実施形態のトルクセンサは、トルク検出回路の異常と、レアショートの発生および信号印加回路の異常とを区別して検出できることを特徴とする。
図６に示すように、前述の第３実施形態において図５に示したＩ／Ｆ回路７０と異なる点は、比較回路１１６の出力側が、マイコン３１の入力ポート３１ｃに接続されている部分である。
つまり、比較回路１１６によって検出されたレアショートまたは信号印加回路の異常は、マイコン３１によって独立して検出される。
【００４９】
次に、マイコン３１の処理内容について図７を参照して説明する。
マイコン３１は、トルク信号１およびトルク信号２を入力し（Ｓ６０）、両信号の電位差Ｖαを演算し（Ｓ６２）、電位差ＶαがＶ１以上かつＶ２以下の範囲内ではない場合は（Ｓ６４：Ｎｏ）、トルク検出回路異常フラグを立てる（Ｓ６６）。また、マイコン３１は、入力ポート３１ｃに入力されている信号がハイレベルである場合は（Ｓ６８：Ｙｅｓ）、トルク検出コイル１００および温度補償コイル１０１の少なくとも一方のレアショート、あるいは、信号印加回路の異常の少なくともいずれかが発生したことを示すレアショート・信号印加回路異常フラグを立てる（Ｓ７０）。
【００５０】
そして、マイコン３１は、立っているフラグがトルク検出回路異常フラグのみである場合は（Ｓ７２：Ｙｅｓ）、トルク検出回路異常信号を出力し（Ｓ７４）、レアショート・信号印加回路異常フラグのみである場合は（Ｓ７６：Ｙｅｓ）、レアショートおよび信号印加回路の異常の少なくともいずれかが発生したことを示すレアショート・信号印加回路異常信号を出力する（Ｓ７８）。
また、マイコン３１は、レアショート・信号印加回路異常フラグのみでない場合、つまり両フラグが立っていると判定した場合は（Ｓ７６：Ｎｏ）、通常の異常信号を出力する（Ｓ８０）。
【００５１】
以上のように、本第４実施形態のトルクセンサを使用すれば、レアショートおよび信号印加回路の異常の発生と、トルク検出回路の異常の発生とを区別して検出できる。
【００５２】
次に、本発明第５実施形態のトルクセンサについて図８および図９を参照して説明する。
図８は、本第５実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図であり、図９は、図８に示すトルクセンサに備えられたマイコンの処理内容を示すフローチャートである。
本第５実施形態のトルクセンサは、１つのトルク検出コイルによってトルクを検出するタイプのトルクセンサにおいて、そのトルク検出コイルのレアショートを検出できることを特徴とする。
【００５３】
センサ部６６に備えられたトルク検出コイルＬには、中間タップＰが設けられており、トルク検出コイルＬの一端および中間タップＰは、レアショート検出回路３０に接続されている。レアショート回路３０は、たとえば、トルク検出コイルＬの両端に発生する交直流重畳信号から直流成分を取り出すＡＣカット回路、トルク検出コイルＬの一端および中間タップＰ間に発生する交直流重畳信号から直流成分を取り出すＡＣカット回路、それら両ＡＣカット回路から出力される直流電圧を比較する比較回路で構成される。比較回路は、比較した電位差が所定のしきい値を超えたときに、異常信号を加算回路４１へ出力する。
また、ＤＣ電源８１から供給されるＤＣ電源をフィルタリングするフィルタ回路８２、レギュレータ回路８３および発振回路８４が、信号印加回路を構成しており、ＤＣカット回路８５、検波回路８６、スケーリング回路８９、加算回路４１および出力アンプ回路９０が、トルク検出回路を構成する。出力アンプ回路９０から出力されるトルク信号は、マイコン３１のＡ／Ｄ入力３１ｅに入力される。
さらに、Ｉ／Ｆ回路４０には、検出されるトルクの温度補償を行うための温度補償回路２４が備えられている。この温度補償回路２４は、トルク検出コイルＬの直流成分を検出するＡＣカット回路などで構成されており、温度補償回路２４から出力される補償信号は、スケーリング回路８９に加えられ、スケーリング回路８９は、検波回路８６から出力された検波信号を上記補償信号によって補正する。
【００５４】
次に、マイコン３１の処理内容について図９を参照して説明する。
マイコン３１は、トルク信号を入力し（Ｓ９０）、その入力したトルク信号の電圧ＶＣを演算する（Ｓ９２）。続いて、マイコン３１は、電圧ＶＣが、予め設定された電圧Ｖ３以上かつＶ４以下の範囲内でない場合は（Ｓ９４：Ｎｏ）、トルク検出コイルＬのレアショートを検出したことを示すレアショート検出信号を出力する（Ｓ８６）。
【００５５】
以上のように、本第５実施形態のトルクセンサを使用すれば、１つのトルク検出コイルを用いてトルクを検出するタイプのトルクセンサであっても、トルク検出コイルのレアショートを検出できる。
また、トルク検出コイルＬの直流成分を用いてトルクの温度補償を行うことができるため、温度補償コイルを省くことができる。そのため、温度補償精度を高めるために、温度補償コイルの特性をトルク検出コイルの特性に合わせる手間を省くことができる。
【００５６】
ところで、上記各実施形態では、本発明のトルクセンサを車両の操舵装置に適用した場合を代表に説明したが、物体に作用するトルクの変化をインダクタンスの変化として検出する方式のトルクセンサを備えた装置であれば、そのような装置にも適用することができる。
【００５７】
さらに、図５のＡＣカット回路１１３，２１３が、請求項１の直流成分検出手段に対応し、比較回路１１６が異常検出手段に対応する。マイコン３１が実行する図７のＳ６８、Ｓ７０、Ｓ７６およびＳ７８が異常検出手段として機能する。
また、図５のＤＣカット回路１０５，１０７，２０５，２０７、検波回路１０６，１０８，２０６，２０８および可変ゲインアンプ回路１１２，２１２が、請求項２のトルク検出手段に対応し、マイコン３１が実行する図７のＳ６０〜Ｓ６６、Ｓ７２およびＳ７４が第２の異常検出手段として機能する。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１または請求項２に記載の発明によれば、トルク検出コイル、温度補償コイルおよび第２の信号印加手段のうちのいずれかに異常が発生したことを検出できる。
【００５９】
また、請求項２に記載の発明によれば、少なくとも１つの第２のトルク検出手段に異常が発生したことを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図２】図１に示すトルクセンサに備えられたマイコン３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明第２実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図４】図３に示すトルクセンサに備えられたマイコン３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明第３実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図６】本発明第４実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図７】図６に示すトルクセンサに備えられたマイコン３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図８】本発明第５実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図９】図８に示すトルクセンサに備えられたマイコン３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】トルクセンサが備えられた操舵機構の一部を示す縦断面説明図である。
【図１１】図１０に示す操舵機構に備えられたトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図１２】トルクセンサが備えられた操舵機構の一部を示す縦断面説明図である。
【図１３】図１２に示す操舵機構に備えられトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図１４】トルク検出コイルおよび温度補償コイルの出力インピーダンスと温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 操舵機構
１５ トーションバー
１７，１８ センサリング
１９ トルク検出コイル
３１ マイコン
７０，８０ Ｉ／Ｆ回路
１００，２００ トルク検出コイル
１０１ 温度補償コイル
Ｐ 中間タップ
Claims (2)
- 物体に作用するトルクの変化に対応してインダクタンスが変化するトルク検出コイルと、前記トルクの変化に対応してインダクタンスが変化しない温度補償コイルとを備え、前記トルク検出コイルによる検出結果を前記温度補償コイルによる検出結果によって温度補償するトルクセンサにおいて、
前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルに信号を印加する信号印加手段と、
この信号印加手段によって前記信号を前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルに印加した際の前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルの直流成分をそれぞれ検出する直流成分検出手段と、
この直流成分検出手段によって検出された直流成分を比較するとともに、その比較結果に基づいて前記トルク検出コイルおよび前記温度補償コイルの少なくとも一方のコイルのレアショート、または、前記信号印加手段の異常を検出する異常検出手段と、
が備えられたことを特徴とするトルクセンサ。 - 前記トルク検出コイルのインダクタンスを前記温度補償コイルのインダクタンスによって温度補償するとともに、その温度補償されたインダクタンスに基づいて前記トルクを検出するトルク検出手段が複数設けられており、
前記複数のトルク検出手段によって検出された各トルクを比較するとともに、その比較結果に基づいて前記複数のトルク検出手段の中の少なくとも１つのトルク検出手段の異常を検出する第２の異常検出手段が備えられたことを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
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