JP4865685B2 - Magnetostrictive torque sensor and electric steering device - Google Patents
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Description
この発明は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサと、これを備えた電動ステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor that detects torque based on a change in magnetic characteristics caused by magnetostriction, and an electric steering device including the magnetostrictive torque sensor.
従来から、車両用のステアリング装置などのシャフトに作用する回転方向のトルクを検出するためのトルクセンサとして、いわゆるトーションバー式のトルクセンサが知られている。このトーションバー式のトルクセンサの場合、トーションバーとしてシャフトの一部がくびれて細く形成されているため、ここに過大なトルクが作用すると破損する虞がある。そのため、トーションバー式のトルクセンサでは、トーションバーが必要以上にねじれるのを、ピン等の規制部材を設けて機械的に防止するようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a so-called torsion bar type torque sensor is known as a torque sensor for detecting rotational torque acting on a shaft of a vehicle steering device or the like. In the case of this torsion bar type torque sensor, since a part of the shaft is narrowed and formed as a torsion bar, there is a risk of damage if an excessive torque is applied thereto. Therefore, in the torsion bar type torque sensor, a torsion bar is twisted more than necessary to prevent mechanically by providing a regulating member such as a pin.
ところで、トーションバー式のトルクセンサの他に、シャフトに作用する回転方向のトルクを検出するトルクセンサとして、シャフトに取り付けた磁歪素子の磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルク検出を行う磁歪式のトルクセンサが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この種の磁歪式トルクセンサの中には、磁化容易な方向を互いに異にする磁気異方性を有した2つの磁歪膜を回転シャフトに設け、この磁歪膜の透磁率の変化をそれぞれ検出コイルによって検出するものがある。この磁歪式トルクセンサの場合、シャフトの一部にくびれを形成する必要が無いため、トーションバー式のトルクセンサと比較して十分な強度が得られ、その結果、過大なトルク入力による破損の虞が無く、規制部材を省略することができる。
By the way, in addition to the torsion bar type torque sensor, as a torque sensor for detecting torque in the rotational direction acting on the shaft, magnetostriction for detecting torque based on a change in magnetic characteristics caused by magnetostriction of a magnetostrictive element attached to the shaft. A torque sensor of the type is known (for example, see Patent Document 1).
In this type of magnetostrictive torque sensor, two magnetostrictive films having magnetic anisotropy with different directions of easy magnetization are provided on the rotating shaft, and the change in the permeability of the magnetostrictive film is detected by each of the detection coils. There is something to detect by. In the case of this magnetostrictive torque sensor, it is not necessary to form a constriction in a part of the shaft, so that sufficient strength can be obtained compared to a torsion bar type torque sensor, and as a result, there is a risk of damage due to excessive torque input. And the restriction member can be omitted.
ところで、上述の磁歪式トルクセンサを用いる場合、トルクを検出すると同時にトルクセンサが正常に動作しているか否かの故障判定を行うように構成されている。
2つの磁歪膜を有した磁歪式トルクセンサの場合、トルクを検出するときには、一方の検出コイルの検出信号(以下、第1検出信号と呼ぶ)と、他方の検出コイルの検出信号(以下、第2の検出信号と呼ぶ)との差に基づいてトルク検出信号VT3を算出している。また、故障判定を行う場合には、第1検出信号と第2検出信号との和に基づいて故障検出信号VTFを算出し、この故障検出信号VTFに基づいて故障判定を行っている。具体的には、第1検出信号と第2検出信号とが逆相の関係であるため、正常時には一定の値となる故障検出信号VTFが、何らかの原因により変動して所定の範囲から外れた場合に故障状態であると判定するようになっている。なお、図7は(1)式に基づいてトルク検出信号VT3を算出した場合の出力特性と、故障検出信号VTFを算出した場合の出力特性とを示すものである。なお、(1)式、(2)式において、k,V0,Cは定数である。
VT3=k・(VT1−VT2)+V0 ・・・ (1)式
VTF=|VT1+VT2|−C ・・・ (2)式
In the case of a magnetostrictive torque sensor having two magnetostrictive films, when detecting torque, a detection signal of one detection coil (hereinafter referred to as a first detection signal) and a detection signal of the other detection coil (hereinafter referred to as a first detection signal). The torque detection signal VT3 is calculated on the basis of the difference between the
VT3 = k · (VT1-VT2) + V0 (1) Formula VTF = | VT1 + VT2 | −C (2)
しかしながら、上述した磁歪式トルクセンサでは、例えば、温度ドリフトなどによる中点のばらつきにより、2つの磁歪膜の出力特性がそれぞれ対称にならない場合があるため、例えば、図7中、破線で示すトルクよりも外側のトルクのように、過大なトルクが入力されると、2つの磁歪膜のいずれか一方の出力が電源電圧の上限値又は下限値に先に達してその上限値や下限値で一定の値となり、故障ではないにもかかわらず故障検出信号VTFが増減して故障判定がなされてしまう虞がある。なお、図7に示すグラフの場合、VT1とVT2とが先に下限値に達し、故障検出信号VTFが増加する一例を示している。また、VT1とVT2とが先に上限値に達した場合には故障検出信号VTFは減少する。 However, in the above-described magnetostrictive torque sensor, the output characteristics of the two magnetostrictive films may not be symmetrical due to, for example, variations in the midpoint due to temperature drift or the like. For example, from the torque indicated by the broken line in FIG. If an excessive torque is input as in the case of the outer torque, the output of one of the two magnetostrictive films reaches the upper limit value or lower limit value of the power supply voltage first, and is constant at the upper limit value or lower limit value. There is a risk that the failure detection signal VTF may increase or decrease to make a failure determination even though it is not a failure. In the case of the graph shown in FIG. 7, an example is shown in which VT1 and VT2 first reach the lower limit value, and the failure detection signal VTF increases. When VT1 and VT2 reach the upper limit first, the failure detection signal VTF decreases.
そこで、この発明は、故障検出の信頼性を向上することができる磁歪式トルクセンサおよび電動ステアリング装置を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a magnetostrictive torque sensor and an electric steering device that can improve the reliability of failure detection.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、シャフト(例えば、実施形態におけるピニオン軸5)に設けられ、磁化容易な方向を互いに異にする磁気異方性を有した第1磁歪膜(例えば、実施形態における第1磁歪膜31)および第2磁歪膜(例えば、実施形態における第2磁歪膜32)と、前記第1磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第1検出手段(例えば、実施形態における第1検出コイル33)と、前記第2磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第2検出手段(例えば、実施形態における第2検出コイル34)とを備え、前記第1検出手段および前記第2検出手段の検出結果に基づいて前記シャフトに入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、前記第1検出手段の検出信号と、前記第2検出手段の検出信号とに基づいて故障検出を行う故障検出手段(例えば、実施形態における電子制御装置50)と、前記第1検出手段の検出信号と、前記第2検出手段の検出信号とを、それぞれ所定の上限値又は下限値に制限する検出信号制限手段(例えば、実施形態におけるステップS2、S6,S4,S8又は制限回路62)とを備え、前記検出信号制限手段が非線形素子(例えば、実施形態におけるツェナーダイオード63)であって、該非線形素子は、第1検出手段の検出信号と第2検出手段の検出信号との間の電位差を所定範囲内に制限することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載の発明において、前記検出信号制限手段は、前記検出信号の最大電圧と前記検出信号の中点電圧との間に前記上限値を設定するとともに、前記検出信号の最小電圧と前記中点電圧との間に前記下限値を設定す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 detection signal limiting unit sets the upper limit value between a maximum voltage of the detection signal and a midpoint voltage of the detection signal. , and sets the lower limit value between the minimum voltage and the midpoint voltage of said detection signal.
請求項3に記載した発明は、操舵トルクを磁歪式トルクセンサ(例えば、実施形態における磁歪式トルクセンサ30,60)によって検出し、検出した操舵トルクに応じて電動機(例えば、実施形態における電動機11)を駆動して車両を転舵させる電動ステアリング装置において、前記磁歪式トルクセンサは、請求項1又は2に記載の磁歪式トルクセンサであることを特徴とする。
According to the third aspect of the present invention, the steering torque is detected by a magnetostrictive torque sensor (for example, the
請求項1に記載した発明によれば、磁化容易な方向を互い異にする第1磁歪膜および第2磁歪膜の磁気変化をそれぞれ検出する第1検出手段と第2検出手段との検出信号の上限値および下限値を、検出信号制限手段によって制限することで、過大なトルクの入力があった場合でも、例えば、第1検出手段の検出信号と第2検出手段の検出信号との和を一定の値に保つことができるため、故障検出手段による誤検出を防止して故障検出の信頼性を向上することができる効果がある。 According to the first aspect of the present invention, the detection signals of the first detection means and the second detection means for detecting the magnetic changes of the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film, which have different directions of easy magnetization, are detected. By limiting the upper limit value and the lower limit value by the detection signal limiting means, for example, even when an excessive torque is input, the sum of the detection signal of the first detection means and the detection signal of the second detection means is constant. Therefore, it is possible to prevent the erroneous detection by the failure detecting means and improve the reliability of the failure detection.
さらに、第1検出手段の検出信号と、第2検出手段の検出信号との間の電位差が、非線形素子によって電源電圧よりも低い電位差に制限されることで、第1検出手段の検出信号と第2検出手段の検出信号とを基準に検出信号を制限する上限値及び下限値を設定することができる。また、制限された第1検出手段の検出信号と第2検出手段の検出信号との和が常に一定となり、過大なトルク入力によって故障であると誤検出されるのを防止することができるため、故障検出の信頼性を向上することができる効果がある。
請求項2に記載した発明によれば、請求項1の効果に加え、上限値を検出信号の最大電圧と中点電圧との間に設定するとともに、下限値を検出信号の最小電圧と中点電圧との間に設定することで、検出信号が最大電圧や最小電圧に達する前に積極的に制限することができる。したがって、電源回路構成が単純な片電源回路等を用いつつ、過大なトルクによる誤検出を防止することができるため、少ない部品点数で故障検出の信頼性を向上することができる。
Furthermore, the potential difference between the detection signal of the first detection means and the detection signal of the second detection means is limited to a potential difference lower than the power supply voltage by the non-linear element, so that the detection signal of the first detection means It is possible to set an upper limit value and a lower limit value that limit the detection signal based on the detection signal of the two detection means. In addition, since the sum of the detection signal of the limited first detection means and the detection signal of the second detection means is always constant, it can be prevented from being erroneously detected as a failure due to excessive torque input. There is an effect that the reliability of failure detection can be improved.
According to the invention described in
請求項3に記載した発明によれば、電動ステアリング装置の操舵トルクを検出するための磁歪式トルクセンサが、正常であるにもかかわらず、過大なトルクの入力で故障であると誤検出するのを防止することができ、したがって、電動ステアリング装置の信頼性が向上する効果がある。
According to the invention described in
次に、この発明に係る磁歪式トルクセンサおよびこれを備えた車両用の電動パワーステアリング装置の参考例を、図面を参照して説明する。
図1に示すように、車両用電動パワーステアリング装置(電動ステアリング装置)100はハンドル(操舵手段)2に連結されたステアリングシャフト1を備えている。ステアリングシャフト1は、ハンドル2に一体結合されたメインステアリングシャフト3と、ラック&ピニオン機構のピニオン7が設けられたピニオン軸5とが、ユニバーサルジョイント4によって連結されて構成されている。
Next, a reference example of a magnetostrictive torque sensor according to the present invention and an electric power steering apparatus for a vehicle including the same will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a vehicle electric power steering device (electric steering device) 100 includes a
ピニオン軸5はその下部、中間部、上部を軸受6a,6b,6cによって支持されており、ピニオン7はピニオン軸5の下端部に設けられている。ピニオン7は、車幅方向に往復動し得るラック軸8のラック歯8aに噛合し、ラック軸8の両端には、タイロッド9,9を介して転舵輪としての左右の前輪10,10が連結されている。この構成により、ハンドル2の操舵時に通常のラック&ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪10,10を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸8、ラック8a、タイロッド9は転舵機構を構成する。
The lower part, the middle part, and the upper part of the
また、電動パワーステアリング装置100は、ハンドル2による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機11を備えており、この電動機11の出力軸に設けられたウォームギヤ12が、ピニオン軸5において中間部の軸受6bの下側に設けられたウォームホイールギヤ13に噛合している。また、ピニオン軸5において中間部の軸受6bと上部の軸受6cとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサ30が配置されている。
The electric
図1、図2に示すように、磁歪式トルクセンサ30は、ピニオン軸5の外周面に周方向全周に亘って環状に設けられた第1磁歪膜31と第2磁歪膜32とを備え、これら第1磁歪膜31と第2磁歪膜32とがピニオン軸5の軸線方向に沿って並んで配置されている。第1磁歪膜31および第2磁歪膜32は、歪みに対して透磁率の変化が大きい素材からなる金属膜であり、ピニオン軸5の外周にメッキ法等で形成したNi−Fe系の合金膜からなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1磁歪膜31は、磁気異方性を備えた磁歪膜であってピニオン軸5の軸線に対して約45度傾斜した方向にその磁化容易な方向が設定されている。第2磁歪膜32も、第1磁歪膜31と同様に磁気異方性を備えており、その磁化容易な方向が第1磁歪膜31の磁化容易な方向に対して90度の方向に設定されている。
The first
第1磁歪膜31および第2磁歪膜32は、それぞれの磁化容易な方向に沿って圧縮力および引っ張り力が作用すると、この圧縮力および引っ張り力に応じて透磁率が大きく増減するようになっており、ピニオン軸5に右又は左回転のトルクが作用すると、第1磁歪膜31と第2磁歪膜32とのいずれか一方に磁化容易な方向に沿う圧縮力が作用し、第1磁歪膜31と第2磁歪膜32とのいずれか他方に磁化容易な方向に沿う引っ張り力が作用することとなる。これにより、第1磁歪膜31と第2磁歪膜32とのいずれか一方の透磁率が増加し、第1磁歪膜31と第2磁歪膜32とのいずれか他方の透磁率が減少する。
The first
第1磁歪膜31には、所定の隙間を有した状態で第1検出コイル33が対向配置され、一方、第2磁歪膜32には、所定の隙間を有した状態で第2検出コイル34が対向配置されている。
第1検出コイル33および第2検出コイル34は、上述した第1磁歪膜31および第2磁歪膜32の透磁率の変化を検出するものであり、第1磁歪膜31の透磁率が変化すると、第1検出コイル33のインダクタンスが増加又は減少し、第2磁歪膜32の透磁率が変化すると、第2検出コイル34のインダクタンスが増加又は減少することとなる。
The first
The
第1検出コイル33および第2検出コイル34はそれぞれ検出回路35に接続されている。
この検出回路35は、図示しない車載バッテリーより電源供給がなされており、第1検出コイル33および第2検出コイル34に所定の電流を流し、そのインダクタンス変化を、トルク入力に対して互いに逆相で電源電圧(例えば、5V)を最大値、電源の基準電圧(例えば、0V)を最小値とする電圧信号VT1,VT2に変換する変換回路38,39を備え、この変換された電圧信号VT1,VT2をそれぞれ電子制御装置50に向けて出力する。なお、図示都合上、図2では、第1検出コイル33および第2検出コイル34に所定の電流を流す回路を省略している。
The
The
また、検出回路35は、電圧信号VT1,VT2の差分を増幅する差動増幅回路40を有し、この差動増幅回路40から出力される差分増幅信号であるトルク検出信号VT3を電子制御装置50に出力する。なお、トルク検出信号VT3も上述した電圧信号VT1,VT2と同様に電源電圧を最大値とする電圧信号となっている。
Further, the
電子制御装置50(図1参照)は、検出回路35から出力されたトルク検出信号VT3に基づいて電動機11によって発生させる補助操舵力を決定し、この決定した補助操舵力に基づいて電動機11を駆動制御するものである。さらに、この電子制御装置50では、検出回路35から出力された電圧信号VT1,VT2に基づいて、磁歪式トルクセンサ30の故障検知を行うように構成されている。
The electronic control unit 50 (see FIG. 1) determines the auxiliary steering force generated by the electric motor 11 based on the torque detection signal VT3 output from the
具体的には、電子制御装置50による故障検知は、従来の(2)式と同じ以下に示す(3)式によって故障検出信号VTFを算出して、この故障検出信号VTFに基づいて判定される。なお、(3)式においてCは定数である。
VTF=|VT1+VT2|−C ・・・ (3)式
Specifically, the failure detection by the
VTF = | VT1 + VT2 | −C (3)
ここで、電圧信号VT1と電圧信号VT2とは一方向のトルク入力に対して互いに逆相となるため、これら電圧信号VT1と電圧信号VT2とを加算することで、通常は一定電圧の信号出力が得られることとなる。電子制御装置50では、この故障検出信号VTFの正常な範囲が、それぞれ図示しない上限値と下限値との両閾値で予め設定されており、その範囲内から故障検出信号VTFが所定時間外れた場合に故障を検出するようになっている。つまり、電圧信号VT1,VT2のいずれか一方の信号出力が停止したり、著しく変動したりした場合などに故障状態であると判定されることとなる。
Here, since the voltage signal VT1 and the voltage signal VT2 are out of phase with each other with respect to the torque input in one direction, adding the voltage signal VT1 and the voltage signal VT2 usually produces a signal output with a constant voltage. Will be obtained. In the
さらに、電子制御装置50にあっては、入力されるトルクの絶対値が所定のトルク閾値を超えた場合、電圧信号VT1および電圧信号VT2を、それぞれ一定値に制限する制限処理が行われるように設定されている。
以下、この電子制御装置50による制限処理について図3のフローチャートに従って説明する。
Further, in the
Hereinafter, the restriction process by the
まず、ステップS1では、電圧信号VT1が、この電圧信号VT1の中点電圧VT10に所定の制限値V0を加算した電圧値よりも大きいか否かを判定する。ステップS1の判定結果が「Yes」(VT1>VT10+V0)である場合は、ステップS2に進み、「No」(VT1≦VT10+V0)である場合は、ステップS5に進む。
ステップS2では、電圧信号VT1を、中点電圧VT10に制限値V0を加算した電圧値(VT=VT10+V0)で一定となるように制限してステップS3に進む。ここで、中点電圧VT10とは、入力トルクが「0」の場合の電圧信号VT1の電圧値を示しており、通常は、例えば電源電圧が5Vの場合、その半分の2.5Vに設定される。
First, in step S1, it is determined whether or not the voltage signal VT1 is larger than a voltage value obtained by adding a predetermined limit value V0 to the midpoint voltage VT10 of the voltage signal VT1. If the determination result in step S1 is “Yes” (VT1> VT10 + V0), the process proceeds to step S2, and if “No” (VT1 ≦ VT10 + V0), the process proceeds to step S5.
In step S2, the voltage signal VT1 is limited to a voltage value (VT = VT10 + V0) obtained by adding the limit value V0 to the midpoint voltage VT10, and the process proceeds to step S3. Here, the midpoint voltage VT10 indicates the voltage value of the voltage signal VT1 when the input torque is “0”. Normally, for example, when the power supply voltage is 5 V, it is set to 2.5 V, which is half that voltage. The
一方、ステップS5では、電圧信号VT1が中点電圧VT10から制限値V0を減算した電圧値よりも小さいか否かを判定する。ステップS5の判定結果が「Yes」(VT1<VT10−V0)である場合は、ステップS6に進み、「No」(VT1≧VT10−V0)である場合は、ステップS3に進む。
ステップS6では、電圧信号VT1を、中点電圧VT10から制限値V0を減算した電圧値で一定となるように制限してステップS3に進む。
On the other hand, in step S5, it is determined whether or not the voltage signal VT1 is smaller than a voltage value obtained by subtracting the limit value V0 from the midpoint voltage VT10. If the determination result in step S5 is “Yes” (VT1 <VT10−V0), the process proceeds to step S6. If “No” (VT1 ≧ VT10−V0), the process proceeds to step S3.
In step S6, the voltage signal VT1 is limited so as to be constant at a voltage value obtained by subtracting the limit value V0 from the midpoint voltage VT10, and the process proceeds to step S3.
次に、ステップS3では、電圧信号VT2が、この電圧信号VT2の中点電圧VT20に上述した制限値V0を加算した電圧値よりも高いか否かを判定する。ステップS1の判定結果が「Yes」(VT2>VT20+V0)である場合は、ステップS4に進み、「No」(VT2≦VT20+V0)である場合は、ステップS7に進む。
ステップS4では、電圧信号VT2を、中点電圧VT20に制限値V0を加算した電圧値で一定となるように制限してこの処理を一旦終了して最初に戻る。ここで、中点電圧VT20とは、上述した中点電圧VT10と同様に、入力トルクが「0」の場合の電圧信号VT2の電圧値を示しており、通常は、例えば電源電圧が5Vの場合、その半分の2.5Vに設定される。
Next, in step S3, it is determined whether or not the voltage signal VT2 is higher than a voltage value obtained by adding the above-described limit value V0 to the midpoint voltage VT20 of the voltage signal VT2. If the determination result in step S1 is “Yes” (VT2> VT20 + V0), the process proceeds to step S4. If “No” (VT2 ≦ VT20 + V0), the process proceeds to step S7.
In step S4, the voltage signal VT2 is limited so as to be constant at a voltage value obtained by adding the limit value V0 to the midpoint voltage VT20. Here, the midpoint voltage VT20 indicates the voltage value of the voltage signal VT2 when the input torque is “0”, as in the case of the midpoint voltage VT10 described above. Usually, for example, when the power supply voltage is 5V , Half of that is set to 2.5V.
一方、ステップS7では、電圧信号VT2が中点電圧VT20から制限値V0減算した電圧値よりも低いか否かを判定する。ステップS7の判定結果が「Yes」(VT2<VT20−V0)である場合は、ステップS8に進み、「No」(VT2≧VT20−V0)である場合は、この処理を一旦終了して最初の処理に戻る。
ステップS8では、電圧信号VT2を、中点電圧VT20から制限値V0を減算した電圧値で一定となるように制限して、この処理を一旦終了して最初の処理に戻る。
On the other hand, in step S7, it is determined whether or not the voltage signal VT2 is lower than a voltage value obtained by subtracting the limit value V0 from the midpoint voltage VT20. If the determination result in step S7 is “Yes” (VT2 <VT20−V0), the process proceeds to step S8. If “No” (VT2 ≧ VT20−V0), the process is temporarily ended and the first Return to processing.
In step S8, the voltage signal VT2 is limited so as to be constant at a voltage value obtained by subtracting the limit value V0 from the midpoint voltage VT20, and the process is temporarily terminated and the process returns to the first process.
ここで、上述した制限値V0は、中点電圧VT10(例えば、2.5V)と電圧信号VT1の出力し得る最大値(例えば、5V)との差分の電圧値よりも小さく、且つ、中点電圧VT10(例えば、2.5V)と電圧信号VT1の出力し得る最小値(例えば、0V)との差分の電圧値よりも小さい電圧値(例えば、2V程度)に設定される。なお、電圧信号VT2は、中点電圧VT20を基準にして電圧信号VT1と基本的に逆相になる信号であるため、制限電圧V0は、中点電圧VT20と電圧信号VT2の出力し得る最大値との差分の電圧値よりも小さく、且つ、中点電圧VT20と電圧信号VT2の最小値との差分の電圧値よりも小さい電圧値となる。すなわち、制限値V0により、中点電圧VT10,VT20を基準にして、電圧信号VT1,VT2の最大値、最小値よりも中点電圧VT10、VT20側に、電圧信号VT1,VT2に対する所定の上限値と下限値とがそれぞれ設定されることとなる。 Here, the above-described limit value V0 is smaller than the voltage value of the difference between the midpoint voltage VT10 (for example, 2.5 V) and the maximum value (for example, 5 V) that can be output from the voltage signal VT1, and the midpoint It is set to a voltage value (for example, about 2V) smaller than the voltage value of the difference between the voltage VT10 (for example, 2.5V) and the minimum value (for example, 0V) that can be output from the voltage signal VT1. Since voltage signal VT2 is a signal that is basically in reverse phase with voltage signal VT1 with reference to midpoint voltage VT20, limit voltage V0 is the maximum value that can be output from midpoint voltage VT20 and voltage signal VT2. And a voltage value that is smaller than the voltage value of the difference between the midpoint voltage VT20 and the minimum value of the voltage signal VT2. That is, a predetermined upper limit value for the voltage signals VT1 and VT2 on the side of the midpoint voltages VT10 and VT20 relative to the maximum and minimum values of the voltage signals VT1 and VT2 with reference to the midpoint voltages VT10 and VT20 based on the limit value V0. And a lower limit value are respectively set.
図4は、横軸をトルク、縦軸を検出信号の電圧値(検出電圧)とし、検出回路35に供給される電源が片電源(例えば、0〜5V)の場合の、電圧信号VT1,VT2、トルク検出信号VT3、および、故障検出信号VTFの出力特性を示すものである。
この図4に示す電圧信号VT1および電圧信号VT2によれば、中点電圧VT10およびVT20(例えば、2.5V程度)を基準として上下に制限値V0(例えば、2V程度)だけ変化した時点(VT10±V0およびVT20±V0)で、上述したフローチャートのステップS2,S4,S6,S8によりトルクの増加に対する電圧値の上昇が停止されて一定の電圧値に制限される。これにより、電圧信号VT1,VT2の中点電圧VT10と中点電圧VT2とが何らかの理由で一致していない場合であっても、電圧値VT1,VT2は、トルクが「0」から所定のトルク±T0だけ変位した時点で同時に制限されることとなるため、互いに逆相の状態が維持され、この結果、電圧信号VT1と電圧信号VT2との和である故障検出信号VTFが所定のトルク±T0の範囲外でも一定の電圧値となる。
FIG. 4 shows voltage signals VT1 and VT2 when the horizontal axis is torque and the vertical axis is the voltage value (detection voltage) of the detection signal, and the power supplied to the
According to the voltage signal VT1 and the voltage signal VT2 shown in FIG. 4, when the center point voltages VT10 and VT20 (for example, about 2.5V) are changed as a reference, the time point (VT10) changes up and down by a limit value V0 (for example, about 2V). (± V0 and VT20 ± V0), the increase in the voltage value with respect to the increase in torque is stopped and limited to a constant voltage value by steps S2, S4, S6, and S8 of the above-described flowchart. As a result, even if the midpoint voltage VT10 and the midpoint voltage VT2 of the voltage signals VT1 and VT2 do not coincide with each other for some reason, the voltage values VT1 and VT2 change from the torque “0” to a predetermined torque ± Since they are simultaneously limited when they are displaced by T0, the states of opposite phases are maintained. As a result, the failure detection signal VTF that is the sum of the voltage signal VT1 and the voltage signal VT2 has a predetermined torque ± T0. The voltage value is constant even outside the range.
なお、上述したステップS2、S4,S6,S8の処理は、フローチャートの記載からすれば同時に行われていないが、電子制御装置50ではノイズ等の影響を受けないように故障検出信号VTFが所定の範囲を外れた状態がある程度維持されたときに故障検出がなされるようになっているため、故障を検出するために要する時間と比較すれば図3に示すフローチャートのステップS1〜S8の一連の処理にかかる時間は一瞬であり、略同時に行われているとみなすことができる。そして、これらステップS2、S4,S6,S8が検出信号制限手段を構成している。
In addition, although the process of step S2, S4, S6, S8 mentioned above is not performed simultaneously if description of a flowchart, the failure detection signal VTF is predetermined | prescribed so that it may not be influenced by noise etc. in the
したがって、上述した参考例によれば、磁化容易な方向を互い異にする第1磁歪膜および第2磁歪膜の磁気変化をそれぞれ検出する第1検出コイルと第2検出コイルとの検出信号である電圧信号VT1,VT2の上限値および下限値を、ステップS2,S4,S6,S8によって同時に制限することで、過大なトルクの入力があった場合でも、電圧信号VT1と電圧信号VT2の和を一定の値に保つことができるため、電子制御装置50による故障検出の誤検出を防止して信頼性を向上することができる。
Therefore, according to the reference example described above, the detection signals of the first detection coil and the second detection coil that respectively detect the magnetic changes of the first and second magnetostrictive films whose directions of easy magnetization are different from each other. By simultaneously limiting the upper and lower limit values of the voltage signals VT1 and VT2 in steps S2, S4, S6, and S8, the sum of the voltage signal VT1 and the voltage signal VT2 is kept constant even when an excessive torque is input. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of failure detection by the
また、制限値V0を電源電圧(例えば、5V)と中点電圧(例えば、2.5V)との間の電圧、電源の基準電圧(例えば、0V)と中点電圧(例えば、2.5V)との間に設定することで、電圧信号VT1,VT2が最大値および最小値である電源電圧や基準電圧に達する前に、積極的に一定電圧に制限することができるため、電源回路構成が単純な片電源回路(例えば、0〜5Vなど)を用いつつ、過大なトルクによる誤検出を防止することができ、その結果、少ない部品点数で故障検出の信頼性を向上することができる。 Further, the limit value V0 is a voltage between the power supply voltage (for example, 5V) and the midpoint voltage (for example, 2.5V), the reference voltage (for example, 0V) and the midpoint voltage (for example, 2.5V) of the power supply. Since the voltage signals VT1 and VT2 can be positively limited to a constant voltage before reaching the maximum and minimum power supply voltage and reference voltage, the power supply circuit configuration is simple. It is possible to prevent erroneous detection due to excessive torque while using a simple single power supply circuit (for example, 0 to 5 V, etc.), and as a result, it is possible to improve the reliability of failure detection with a small number of parts.
次に、図5、図6を参照してこの発明の実施形態を説明する。なお、上述した参考例では、電圧信号VT1,VT2を電子制御装置50で制限する場合について説明したが、この実施形態では、電圧信号VT1,VT2を制限する構成が参考例と異なるだけであるため、同一部分に同一符号を付して説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the reference example described above, the case where the voltage signals VT1 and VT2 are limited by the
図5に示すように、この実施形態における磁歪式トルクセンサ60は、ピニオン軸5の軸周りに設けられた第1磁歪膜31および第2磁歪膜32の透磁率の変化を検出する第1検出コイル33と第2検出コイル34とを備え、この第1検出コイル33と第2検出コイル34とが、それぞれ検出回路61に接続されている。
As shown in FIG. 5, the
検出回路61は、第1検出コイル33と第2検出コイル34とのインダクタンス変化を、トルク入力に応じて互いに逆相となる電圧信号VT1,VT2にそれぞれ変換する変換回路38,39とを備えている。また検出回路61は、変換回路38,39によって変換された電圧信号VT1,VT2の差分を増幅する差分増幅回路40を備えている。
The
また、検出回路61の変換回路38の出力側と変換回路39の出力側との間には、これらの間の電位差を所定の範囲内に制限する制限回路62が介装されている。この制限回路62は、カソードを外側にして直列接続された2つのツェナーダイオード63,63を備えており、これらツェナーダイオード63,63によって、変換回路38の出力側と変換回路39の出力側との間の電位差が、ツェナー電圧(Vz/2)の2倍の電圧Vzで制限されるようになっている。ここで、一つのツェナーダイオード63のツェナー電圧(Vz/2)は、上述した参考例の制限電圧V0と同等の電圧に設定されている。なお、制限回路62を構成するものは、上述したツェナーダイオード63に限られるものではなく、例えば電圧を制限可能な非線形素子であればよい。また、その位置も変換回路38,39の入力側であってもよい。
Further, between the output side of the
図6は、横軸を入力トルク、縦軸を検出電圧とした場合の電圧信号VT1,VT2、故障検出信号VTF、および、トルク検出信号VT3の特性を示したものである。この図6に示すように、電圧信号VT1と電圧信号VT2の間の電位差は、ツェナーダイオード63,63の個別のツェナー電圧(図中、Vz/2)を加算した全体のツェナー電圧Vzに達すると、この全体のツェナー電圧Vzで維持される。つまり、過大なトルク入力があったとしても電圧信号VT1と電圧信号VT2とは同時に制限されて互いに逆相の状態が維持されるため、参考例と同様に、故障検出信号VTFは一定の電圧値となる。
FIG. 6 shows the characteristics of the voltage signals VT1, VT2, the failure detection signal VTF, and the torque detection signal VT3 when the horizontal axis is the input torque and the vertical axis is the detection voltage. As shown in FIG. 6, when the potential difference between the voltage signal VT1 and the voltage signal VT2 reaches the entire Zener voltage Vz obtained by adding the individual Zener voltages of the
したがって、上述した実施形態によれば、電圧信号VT1と、電圧信号VT2との間の電位差がツェナー電圧Vzを超えるような場合、このツェナー電圧Vzで制限される。よって、電圧信号VT1,VT2が互いに逆相となる状態が維持されて、制限回路62により制限された電圧信号VT1と電圧信号VT2との和である故障検出信号VTFが一定の電圧値となり、その結果、参考例と同様に、過大なトルク入力によって故障であると誤検出されるのを防止して故障検出の信頼性を向上することができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, when the potential difference between the voltage signal VT1 and the voltage signal VT2 exceeds the Zener voltage Vz, the voltage is limited by the Zener voltage Vz. Accordingly, the state in which the voltage signals VT1 and VT2 are out of phase with each other is maintained, and the failure detection signal VTF, which is the sum of the voltage signal VT1 and the voltage signal VT2 limited by the limiting
〔他の実施形態〕
この発明は、前述した実施形態の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムの車両用ステアリング装置にも適用可能である。ステアリング・バイ・ワイヤ・システムとは、操舵手段と転舵機構とが機械的に分離されていて、操舵手段に作用する操舵トルクに応じて、転舵機構に設けられたステアリングモータを駆動して車両の転舵輪を転舵させる操舵システムであり、この操舵手段に作用する操舵トルクの検出にこの発明に係る磁歪式トルクセンサを用いることができる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to application to the electric power steering apparatus of the above-described embodiment, but can also be applied to a vehicle steering apparatus of a steering-by-wire system. In the steering-by-wire system, the steering means and the steering mechanism are mechanically separated, and the steering motor provided in the steering mechanism is driven according to the steering torque acting on the steering means. This is a steering system for turning steered wheels of a vehicle, and the magnetostrictive torque sensor according to the present invention can be used for detection of steering torque acting on the steering means.
5 ピニオン軸(シャフト)
11 電動機
30,60 磁歪式トルクセンサ
31 第1磁歪膜
32 第2磁歪膜
33 第1検出コイル(第1検出手段)
34 第2検出コイル(第2検出手段)
50 電子制御装置(故障検出手段)
62 制限回路(検出信号制限手段)
ステップS2、S6,S4,S8 検出信号制限手段
5 Pinion shaft (shaft)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
34 Second detection coil (second detection means)
50 Electronic control device (failure detection means)
62 Limiting circuit (detection signal limiting means)
Steps S2, S6, S4, S8 Detection signal limiting means
Claims (3)
前記第1磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第1検出手段と、
前記第2磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第2検出手段とを備え、
前記第1検出手段および前記第2検出手段の検出結果に基づいて前記シャフトに入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、
前記第1検出手段の検出信号と、前記第2検出手段の検出信号とに基づいて故障検出を行う故障検出手段と、
前記第1検出手段の検出信号と、前記第2検出手段の検出信号とを、それぞれ所定の上限値又は下限値に制限する検出信号制限手段とを備え、
前記検出信号制限手段は非線形素子であって、該非線形素子は、前記第1検出手段の検出信号と前記第2検出手段の検出信号との間の電位差を所定範囲内に制限することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 A first magnetostrictive film and a second magnetostrictive film which are provided on the shaft and have magnetic anisotropy having different directions of easy magnetization;
First detection means for detecting a change in magnetic characteristics of the first magnetostrictive film;
Second detection means for detecting a change in magnetic characteristics of the second magnetostrictive film,
A magnetostrictive torque sensor for detecting torque input to the shaft based on detection results of the first detection means and the second detection means;
Failure detection means for performing failure detection based on the detection signal of the first detection means and the detection signal of the second detection means;
Detection signal limiting means for limiting the detection signal of the first detection means and the detection signal of the second detection means to a predetermined upper limit value or lower limit value, respectively .
The detection signal limiting means is a non-linear element, and the non-linear element limits the potential difference between the detection signal of the first detection means and the detection signal of the second detection means within a predetermined range. Magnetostrictive torque sensor.
前記磁歪式トルクセンサは、請求項1又は2に記載の磁歪式トルクセンサであることを特徴とする電動ステアリング装置。 In the electric steering device for detecting the steering torque by a magnetostrictive torque sensor and driving the electric motor according to the detected steering torque to steer the vehicle,
The electric steering apparatus according to claim 1, wherein the magnetostrictive torque sensor is the magnetostrictive torque sensor according to claim 1 .
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