JP4023940B2

JP4023940B2 - トルクセンサの温度補償装置

Info

Publication number: JP4023940B2
Application number: JP3578199A
Authority: JP
Inventors: 貴幸上野
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2019-02-15
Also published as: JP2000234970A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクを一対のコイルのインダクタンス変化に基づいて検出するトルクセンサにおける温度補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一対のコイルのインダクタンス変化に基づいてトルクを検出するトルクセンサは、各コイルのインダクタンスがそれぞれ異なる温度特性を有しており、一対のコイルの各誘導起電力に応じた第１，第２副電圧の差をとって主電圧として出力しても、主電圧自体が温度により変化して安定しない。
【０００３】
そこで各コイルについてそれぞれ温度補償コイルまたはサーミスタを付加して温度による電圧変動を相殺するようにした例（特開平７−２６０６０１号公報）がある。
また前記第１，第２副電圧が互いに正負逆の値として検出されるようにし、両者の和がゼロになるように第１，第２副電圧を補整することで、その温度補償を行う例（特開平９−９６５７８号公報）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前者の例では、各コイルごとに温度補償コイルまたはサーミスタを設けるので、一対のコイルには一対の温度補償コイルまたはサーミスタを必要として部品点数が多く回路が複雑となる。
【０００５】
また後者の例では、第１，第２副電圧を補整するコンピュータによる演算処理回路が必要であり、コストが嵩む。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、単一の機能部材の追加で温度補償を可能とした簡単な構成のトルクセンサの温度補償装置を安価に供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本発明は、トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスＬ１，Ｌ２が変化する一対のコイルとともに抵抗値Ｒ１，Ｒ２の一対の抵抗がブリッジ回路を構成し、前記ブリッジ回路の一対のコイルの各誘導起電力に応じた第１，第２副電圧を入力した差動増幅手段が第１，第２副電圧の差を増幅して主電圧として出力するトルクセンサにおいて、前記抵抗値Ｒ１の抵抗を抵抗値一定の固定抵抗とし、前記抵抗値Ｒ２の抵抗を温度により抵抗値を変化させる感温型可変抵抗とし、前記トルクセンサが使用される温度範囲で前記感温型可変抵抗が常にＲ１／Ｌ１＝Ｒ２／Ｌ２を満足する抵抗値Ｒ２の温度特性を有し、前記感温型可変抵抗の温度特性は、前記トルクセンサが使用される温度範囲で温度変化に対して常に前記主電圧を所定電圧値に一定に保つ前記抵抗値Ｒ２を計測することにより決定するトルクセンサの温度補償装置とした。
【０００８】
一対のコイルとともにブリッジ回路を構成する抵抗の一方を感温型可変抵抗として、その抵抗値Ｒ２が常にＲ１／Ｌ１＝Ｒ２／Ｌ２を満足する温度特性を有するので、第１，第２副電圧が温度に対して同じように変化し、その両者の差をとる差動増幅手段は、温度の影響が相殺され温度補償された主電圧を出力することができる。
かかる感温型可変抵抗を追加する簡単な構成で温度補償を行うことができ、低コストである。
【００１０】
このように簡単に温度特性を決定することができ、決定された温度特性の感温型可変抵抗をブリッジ回路の一方の可変抵抗として用いればよく、作業も簡単である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のトルクセンサの温度補償装置において、前記感温型可変抵抗が、サーミスタであることを特徴とする。
【００１２】
感温型可変抵抗としてサーミスタを用いることで、簡単な素子により低コストで温度補償を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図３に図示し説明する。
本実施の形態に係るトルクセンサ１は、車両のパワーステアリング装置に適用されたもので、その概略構造を図１に示す。
【００１４】
ハウジング２にベアリング５，６を介して回転自在に軸支され同軸に挿入された入力軸３と出力軸４とが、内部でトーションバー７により連結されている。
円筒状のコア８が出力軸４の大径端部４ａの外周面にセレーション嵌合して出力軸４に対して軸方向にのみ摺動自在に設けられ、入力軸３より突設されたスライダピン９が大径端部４ａの周方向に長尺の長孔を貫通して前記コア８のスパイラル溝８ａに係合している。
【００１５】
ハウジング２の内部に支持された２個のトルク検出用のコイル11，12が、軸方向に摺動する円筒状のコア８の外周に空隙を介して設けられている。
該２個のコイル11，12は、コア８の軸方向の移動中心に関して互いに反対側に配置されている。
【００１６】
入力軸３に捩じり力が作用すると、トーションバー７を介して出力軸４に回転力が伝達されるが、トーションバー７は弾性変形して入力軸３と出力軸４との間に回転方向の相対的変位が生じる。
この回転方向の相対的変位は、スライダピン９とスパイラル溝８ａとの係合を介してコア８を軸方向に摺動させる。
【００１７】
コア８が軸方向に移動すると、コイル11，12のそれぞれコア８を囲む面積が変化し、一方の面積が増すと他方の面積が減る関係にある。
コア８を囲む面積が大きくなると、磁気損失が増えコイルのインダクタンスは減り、逆にコア８を囲む面積が小さくなると、磁気損失が減りコイルのインダクタンスは増す。
【００１８】
したがってコア８がコイル11側に移動するトルクが作用したときは、コイル11のインダクタンスＬ１が減少し、コイル12のインダクタンスＬ２が増加し、逆にコア８がコイル12側に移動するトルクが作用したときは、コイル11のインダクタンスＬ１が増加し、コイル12のインダクタンスＬ２が減少する。
【００１９】
このコイル11，12のインダクタンスＬ１，Ｌ２の変化に基づいてトルクを検出するトルクセンサ１の電気的回路部分を概略構成図として図２に示す。
コイル11，12は、それぞれ抵抗13（Ｒ１），抵抗回路14（Ｒ２）を介して正電圧Ｅに吊るされており、コイル11，12の他端は、ともにＣＰＵ20搭載の制御ボード20ａの発振出力端子ｏｓｃに接続されている。
【００２０】
抵抗回路14は、直列接続された抵抗16とサーミスタ17に対して抵抗15を並列に接続した構成であり、サーミスタ17の作用により温度補正機能を果たしている。
すなわち温度変化に関係なく常にＲ１／Ｌ１＝Ｒ２／Ｌ２が満足される抵抗値Ｒ２を示すような温度特性をサーミスタ17が有している。
【００２１】
コイル11と抵抗13の接続部から延出した電圧信号線21が分岐してそれぞれ整流・平滑回路23，25に接続され、コイル12と抵抗回路14の接続部から延出した電圧信号線22が分岐してそれぞれ整流・平滑回路24，26に接続されている。
【００２２】
すなわちコイル11，12，抵抗13，抵抗回路14によりブリッジ回路が構成され、該ブリッジ回路に発振電圧が入力され、その出力電圧が整流・平滑回路23，24，25，26に入力される。
【００２３】
該ブリッジ回路の出力電圧が各整流・平滑回路23，24，25，26により整流及び平滑されて第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４としてそれぞれバッファ回路27，28，29，30に出力される。
【００２４】
バッファ回路27，28の出力端子は、それぞれ抵抗31，32を介して差動アンプ41の反転入力端子，非反転入力端子に接続されている。
同様にバッファ回路29，30の出力端子は、それぞれ抵抗33，34を介して差動アンプ42の反転入力端子，非反転入力端子に接続されている。
【００２５】
差動アンプ41，42には、それぞれ抵抗35，36により負帰還がかけられて差動増幅器として機能し、その出力は、第１主電圧Ｍ１，第２主電圧Ｍ２として電子コントロールユニットＥＣＵ50に入力される。
【００２６】
また差動アンプ41，42の各非反転入力端子には、それぞれ中立点電圧設定回路43，44からバッファ回路45，46及び抵抗37，38を介して中立点調整電圧Ｖ１，Ｖ２が入力される。
【００２７】
この中立点電圧設定回路43，44は、制御ボード20ａの中立点調整出力端子ａｊ１，ａｊ２からの各調整信号を入力して、同調整信号に従って中立点電圧Ｖ１，Ｖ２を設定する。
【００２８】
そこで差動アンプ41は、第１副電圧Ｓ１と第２副電圧Ｓ２の差を増幅度Ａ倍し、バイアス電圧として中立点調整電圧Ｖ１を加えた電圧を第１主電圧Ｍ１として出力する。
すなわち第１主電圧Ｍ１は、
Ｍ１＝（Ｓ２−Ｓ１）・Ａ＋Ｖ１
である。
【００２９】
同様に差動アンプ42についても、出力される第２主電圧Ｍ２は、
Ｍ２＝（Ｓ４−Ｓ３）・Ａ＋Ｖ２
である。
【００３０】
なお右操舵トルク（右方向の捩じりトルク）と左操舵トルク（左方向の捩じりトルク）のいずれにも偏しない中立時の主電圧を中立点電圧と称し、上記中立点調整電圧Ｖ１，Ｖ２が中立点電圧となる。
【００３１】
ＥＣＵ50は、第１主電圧Ｍ１に基づきモータ制御の指示信号をモータドライバ51に出力し、モータドライバ51によりステアリングを補助するモータ52が駆動される。
【００３２】
そして第２主電圧Ｍ２は異常検知のために用いられ、ＥＣＵ50は、第１主電圧Ｍ１と第２主電圧Ｍ２の差が所定の許容範囲内にあるか否かを判別し、許容範囲を超えているときはトルクセンサ１に何らかの異常状態にあるものとして異常状態信号を出力してモータ52の制御を停止する。
【００３３】
また制御ボード20ａには、第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及び第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２が入力され、制御ボード20ａは、第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に基づいてコイル11，12の異常を判断し、異常があると、異常出力端子ｆｓから異常検出信号を異常時電圧設定回路49に出力する。
【００３４】
異常時電圧設定回路49は、差動アンプ42の非反転入力端子に接続する電圧線上のバッファ回路46の入力端子に接続されており、異常検出信号を入力すると、バイアス電圧である中立点調整電圧Ｖ２を異常時電圧に変化させて第２主電圧Ｍ２を変位させることができる。
【００３５】
したがって異常検出信号が出力されると、バイアス電圧である中立点調整電圧Ｖ２が変化して第２主電圧Ｍ２を変位させることができる。
本異常時電圧設定回路49は、第２主電圧Ｍ２を定常電圧範囲内で変位させるようにしている。
【００３６】
その他に制御ボード20ａには、中立点調整スイッチＡＪＳ−ＳＷ47から中立点調整を指示する中立点調整信号ＡＪＳが中立点調整端子ａｊｓに入力されるとともに、中立点電圧設定状態を記憶し書き換えもできるＥ²ＰＲＯＭ48が中立点電圧設定端子ｒｏｍに接続されている。
【００３７】
本トルクセンサー１は、以上のような概略回路構成をなし、その動作を第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及び第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２の様子を示した図３に基づいて以下説明する。
図３において示された座標は、縦軸を電圧とし、横軸右方向を右操舵トルク、横軸左方向を左操舵トルクとして原点０が中立点である。
【００３８】
図３は、トルクセンサ１が正常に動作したときのもので、右操舵トルクが大きくなると、入力軸３と出力軸４の相対的回転によりコア８がコイル11側に移動し、コイル12のインダクタンスＬ２を増加してその誘導起電力を大きくし、逆にコイル11のインダクタンスＬ１を減少させてその誘導起電力を小さくするので、第２，第４副電圧Ｓ２，Ｓ４が大きくなり、第１，第３副電圧Ｓ１，Ｓ３が小さくなる（図３▲１▼、▲２▼参照）。
【００３９】
また左操舵トルクが大きくなる場合は、上記とは逆に第２，第４副電圧Ｓ２，Ｓ４が小さくなり、第１，第３副電圧Ｓ１，Ｓ３が大きくなる（図３▲１▼、▲２▼参照）。
したがって両者の差をＡ倍して中立点電圧を加えた差動アンプ41，42の出力である第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２は、図３▲３▼，▲４▼に示すように中立点でＶ１，Ｖ２を通る右上がりの傾斜線となる。
【００４０】
ＥＣＵ50は、この第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２を比較し、両者の差が許容範囲内にあるかを判定する。
正常であれば図３▲５▼に示すように第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２の変化は略一致しており、許容範囲内にあり正常と判断できる。
【００４１】
正常と判断されれば第１主電圧Ｍ１に基づきモータ52を駆動すべき指示信号をモータドライバ51に出力する。
こうして操舵トルクに応じたモータによる補助力がステアリングに作用してパワーステアリングが実行される。
【００４２】
ここにブリッジ回路の２つの出力電圧ＶＳ１，ＶＳ２は、
ＶＳ１＝Ｅ・ｅ^-(R1/L1)t
ＶＳ２＝Ｅ・ｅ^-(R2/L2)t
となり、温度変化に対してブリッジ回路のコイル11，12，抵抗13，15，16およびサーミスタ17は、それぞれ変化する。
【００４３】
すなわちインダクタンスＬ１，Ｌ２，抵抗値Ｒ１，Ｒ２が、温度によってそれぞれ変化するが、常にＲ１／Ｌ１＝Ｒ２／Ｌ２が満足される抵抗値Ｒ２を示すような温度特性をサーミスタ17が有しているので、ＶＳ１，ＶＳ２は温度によって同じように変化する。
【００４４】
したがってＶＳ１，ＶＳ２を整流・平滑して差動アンプ41，42により両者の差がとられると、温度変化による影響は相殺される。
すなわち差動アンプ41，42の出力である主電圧Ｍ１，Ｍ２は、温度補償された温度変化の影響を受けない電圧である。
【００４５】
以上のように特定の温度特性を備えたサーミスタ17をブリッジ回路に追加する簡単な構成で温度補償を行うことができ、コストの低減を図ることができる。
【００４６】
サーミスタ17の温度特性は、複数の温度について常に主電圧が所定の電圧値に一定に保たれる抵抗値を計測することにより簡単に決定することができる。
こうして決定された温度特性に合ったサーミスタを選択して用いればよい。
【００４７】
以上の実施の形態では、抵抗回路14にサーミスタ17を挿入したが、他方の抵抗13に直列にサーミスタを挿入する等の構成も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るトルクセンサの機械的部分の概略構成図である。
【図２】同トルクセンサの電気的回路部分の概略構成図である。
【図３】正常時における第１，第２，第３，第４副電圧及び第１，第２主電圧の状態を示す図である。
【符号の説明】
１…トルクセンサ、２…ハウジング、３…入力軸、４…出力軸、５，６…ベアリング、７…トーションバー、８…コア、９…スライダピン、
11，12…コイル、13…抵抗、14…抵抗回路、15，16…抵抗、17…サーミスタ、
20…ＣＰＵ，20ａ…制御ボード、21，22…電圧信号線、23，24，25，26…整流・平滑回路、27，28，29，30…バッファ回路、31，32，33，34，35，36，37，38…抵抗、
41，42…差動アンプ、
43，44…中立点電圧設定回路、45，46…バッファ回路、47…中立点調整スイッチＡＪＳ−ＳＷ、48…Ｅ²ＰＲＯＭ、49…異常時電圧設定回路、
50…ＥＣＵ，51…モータドライバ、52…モータ。

Claims

トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスＬ１，Ｌ２が変化する一対のコイルとともに抵抗値Ｒ１，Ｒ２の一対の抵抗がブリッジ回路を構成し、
前記ブリッジ回路の一対のコイルの各誘導起電力に応じた第１，第２副電圧を入力した差動増幅手段が第１，第２副電圧の差を増幅して主電圧として出力するトルクセンサにおいて、
前記抵抗値Ｒ１の抵抗を抵抗値一定の固定抵抗とし、
前記抵抗値Ｒ２の抵抗を温度により抵抗値を変化させる感温型可変抵抗とし、
前記トルクセンサが使用される温度範囲で前記感温型可変抵抗が常にＲ１／Ｌ１＝Ｒ２／Ｌ２を満足する抵抗値Ｒ２の温度特性を有し、
前記感温型可変抵抗の温度特性は、前記トルクセンサが使用される温度範囲で温度変化に対して常に前記主電圧を所定電圧値に一定に保つ前記抵抗値Ｒ２を計測することにより決定することを特徴とするトルクセンサの温度補償装置。
前記感温型可変抵抗は、サーミスタであることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサの温度補償装置。