JP5668504B2 - Torque sensor and electric power steering apparatus provided with the same - Google Patents

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Description

本発明は、回転軸に発生するトルクを非接触で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 a torque generated on a rotating shaft in a non-contact manner and an electric power steering apparatus including the torque sensor.

従来の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、回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する1対の検出コイル及び抵抗でなるブリッジ回路を2系統設けて、これらブリッジ回路を冗長的に接続している。これにより、以上を容易に検出可能にするとともに、検出回路の一方で異常を生じても、他方の検出回路からのトルク信号によって操舵アシストを継続することができる。   As a torque sensor applied to a conventional electric power steering apparatus, a torque sensor described in Patent Document 1 is known. This torque sensor is provided with two systems of bridge circuits each consisting of a pair of detection coils and resistors whose impedances change in opposite directions according to the torque generated on the rotating shaft, and these bridge circuits are connected redundantly. Thus, the above can be easily detected, and even if an abnormality occurs in one of the detection circuits, the steering assist can be continued by the torque signal from the other detection circuit.

特開2006−267045号公報JP 2006-267045 A

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、それぞれがコイルヨークに内装された4つのコイルが軸方向に沿って配列され、これらのコイルと抵抗体とでブリッジ回路を構成し、差動回路でトルクを検出するようにしている。
しかしながら、コイルの温度変化などによるドリフトの影響を差動回路である程度除去することはできるが、温度変化などによるドリフトの影響を完全に除去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、温度変化などによるドリフトの影響を完全に除去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。
By the way, in the torque sensor described in the above-mentioned Patent Document 1, four coils each arranged in a coil yoke are arranged along the axial direction, and a bridge circuit is configured by these coils and resistors, Torque is detected by a differential circuit.
However, although the effect of drift due to coil temperature change can be eliminated to some extent by the differential circuit, there is an unsolved problem that the effect of drift due to temperature change or the like cannot be completely eliminated.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and a torque sensor capable of completely removing the influence of drift due to a temperature change or the like, and an electric power steering apparatus including the torque sensor The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係るトルクセンサは、軸方向に並設された一対のヨークを有し、該一対のヨークのそれぞれに検出コイルが2つずつ内装されて回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化するトルク検出部と、前記一対のヨークに内装された2対の検出コイルのうち軸方向の両端側の2つの検出コイルとこれらに直列に接続した抵抗体とで構成される第1のブリッジ回路と、前記2対の検出コイルのうち軸方向の中央側の2つの検出コイルとこれらに直列に接続した抵抗体とで構成される第2のブリッジ回路と、前記第1のブリッジ回路及び第2のブリッジ回路に個別に交流信号を印加したときの差分信号に基づいて少なくとも2組の検出トルク信号を演算するトルク演算部とを備え、前記トルク検出部は、一対のヨークの内周側に配設された一対のヨークに個別に対向して、円周方向に所定間隔で且つ円周方向の異なる位置に所定間隔で軸方向に延長する一対の窓を形成した導電性で且つ非磁性の円筒体と、該円筒体の内周側に配設された当該円筒体とトルクに応じて相対回転される軸方向の凸条を所定間隔で形成したセンサシャフト部とを備え、前記第1のブリッジ回路及び前記第2のブリッジ回路を構成する2つの検出コイル間で磁気的対称性を取って、磁路構成の影響を除去するようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a torque sensor according to an embodiment of the present invention has a pair of yokes arranged in parallel in the axial direction, and two detection coils are provided in each of the pair of yokes. a belt torque detecting unit to change the impedance in opposite directions in response to torque generated in the rotary shaft, and two detection coils among axial direction of both ends of the pair of detection coils of two pairs that are equipped with the yoke thereof A first bridge circuit composed of resistors connected in series to each other, two axially central detection coils of the two pairs of detection coils, and resistors connected in series to these. A second bridge circuit, and a torque calculator that calculates at least two sets of detected torque signals based on a difference signal when an AC signal is individually applied to the first bridge circuit and the second bridge circuit. with The torque detector is individually opposed to the pair of yokes disposed on the inner peripheral side of the pair of yokes, and extends in the axial direction at predetermined intervals in the circumferential direction and at different intervals in the circumferential direction. A conductive and non-magnetic cylindrical body formed with a pair of windows and an axial ridge which is relatively rotated according to torque with the cylindrical body disposed on the inner peripheral side of the cylindrical body at a predetermined interval The sensor shaft portion formed in step ( 1) is provided , and magnetic symmetry is taken between the two detection coils constituting the first bridge circuit and the second bridge circuit so as to eliminate the influence of the magnetic path configuration. It is characterized in that the.

また、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記トルク演算部は、前記第1のブリッジ回路に交流信号を印加したときの差分信号に基づいてメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号を算出するトルク演算部と、前記第2のブリッジ回路に交流信号を印加したときの差分信号に基づいてメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号を算出するトルク演算部との2組のトルク演算部を備えている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、前記トルク演算部は、前記2組のトルク演算部で算出される2組のメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号が入力され、当該2組のメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号に基づいて2組のトルク演算部の異常を判定する異常判定部を有することを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記異常判定部は、前記2組のメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号のそれぞれについて断線、地絡及び天絡異常を検出するとともに、前記2組のメイン検出トルク信号とサブ検出トルク信号の各加算値に基づいてクロス特性から外れる異常を検出するように構成されていることを特徴としている。
In the torque sensor according to another aspect of the present invention, the torque calculation unit calculates a main detection torque signal and a sub detection torque signal based on a difference signal when an AC signal is applied to the first bridge circuit. Two sets of torque calculation units including a torque calculation unit that calculates a main detection torque signal and a sub detection torque signal based on a difference signal when an AC signal is applied to the second bridge circuit. It is characterized by having.
Furthermore, in the torque sensor according to another aspect of the present invention, the torque calculation unit receives two sets of main detection torque signals and sub detection torque signals calculated by the two sets of torque calculation units, and the two sets And an abnormality determination unit that determines abnormality of the two torque calculation units based on the main detection torque signal and the sub detection torque signal .
In the torque sensor according to another aspect of the present invention, the abnormality determination unit detects a disconnection, a ground fault, and a power fault abnormality for each of the two sets of the main detection torque signal and the sub detection torque signal. The present invention is characterized in that an abnormality deviating from the cross characteristic is detected based on the added values of the two sets of main detection torque signals and sub detection torque signals.

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有す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と、前記トルクセンサの複数のトルク演算部から出力される複数の検出トルクに基づいて前記トルクセンサのトルク検出部の異常を判定する異常判定部とを有することを特徴としている。
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.
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. An abnormality determination for determining abnormality of the torque detection unit of the torque sensor based on a plurality of detected torques output from a plurality of torque calculation units of the torque sensor and a steering assist control unit that drives the motor to perform steering assist control Part.

本発明によれば、ブリッジ回路を構成する2つのコイル間で磁気的対称性を取ることができ、磁路構成の影響を取り除くことができる。これにより、温度などによる影響を受けにくく、従来例に比較して安定したトルクを検出することができる。   According to the present invention, magnetic symmetry can be obtained between the two coils constituting the bridge circuit, and the influence of the magnetic path configuration can be eliminated. Thereby, it is hard to be influenced by temperature etc., and stable torque can be detected compared with the conventional example.

本発明の一実施形態を示す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る。It is sectional drawing which shows the principal part of the electric power steering apparatus which shows one Embodiment of this invention. 図1の実施形態に適用し得るトルクセンサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the torque sensor which can be applied to embodiment of FIG. トルクセンサの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ある。It is a figure explaining the protrusion on the surface of the sensor shaft part of a torque sensor, and the window arrangement | positioning of a cylindrical member. トルクと検出コイルのインダクタンスとの関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between a torque and the inductance of a detection coil. 図2の実施形態に適用し得るトルク演算回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the torque calculating circuit which can be applied to embodiment of FIG.

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、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, the housing 5 has a structure that is divided into an input shaft side housing portion 5a and an output shaft side housing portion 5b. Inside the input shaft side housing portion 5a, the input shaft 1 is rotatably supported by a bearing 6a. The output shaft 2 is rotatably supported by bearings 6b and 6c in the output shaft side housing portion 5b.

そして、入力軸1及び出力軸3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している。図1において、入力軸1の出力軸2とは反対側には、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 input shaft 1 and the output shaft 3 are connected via a torsion bar 3 disposed inside the input shaft 1.
The input shaft 1, the torsion bar 3, and the output shaft 2 are arranged coaxially, the input shaft 1 and the torsion bar 3 are pin-coupled, and the torsion bar 3 and the output shaft 2 are spline-coupled. In FIG. 1, a steering wheel (not shown) is integrally attached to the opposite side of the input shaft 1 from the output shaft 2. Further, a pinion shaft 2a is integrally formed on the output shaft 2 on the side opposite to the input shaft 1, and the pinion shaft 2a meshes with the rack 4 to constitute a known rack and pinion type steering mechanism. .

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 worm wheel 7 that is coaxial with the output shaft 2 and rotates integrally with the output shaft 2 is fixed to the output shaft 2 and meshes with a worm 8 that is driven by an electric motor (not shown) in the output shaft side housing portion 5b. Yes. In the worm wheel 7, a synthetic resin tooth portion 7b is integrally fixed to a metal hub 7a. The rotational force of the electric motor is transmitted to the output shaft 2 through the worm 8 and the worm wheel 7, and a steering assist torque in an arbitrary direction is applied to the output shaft 2 by appropriately switching the rotation direction of the electric motor.

次に、図1及び図2を参照して入力軸1及び出力軸3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の、図1で出力軸3側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2対の検出コイル13a,13b及び14a,14bと、両者の間に配置された円筒部材12から構成される。   Next, the configuration of the torque detector 10 that constitutes the torque sensor TS that detects the torque between the input shaft 1 and the output shaft 3 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The torque detection unit 10 includes a sensor shaft portion 11 formed on the input shaft 1 on the output shaft 3 side in FIG. 1 and two pairs of detection coils 13a, 13b and 14a disposed inside the input shaft side housing portion 5a. 14b and a cylindrical member 12 disposed between the two.

図2はトルク検出部の構成を示す斜視図である。入力軸1の、図1で右端に近い外側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、センサシャフト部11の表面には、軸方向に延びた複数(図示の例では9個)の凸条11aが円周方向に沿って等間隔に形成されており、凸条11aの間には凸条11aの幅t1よりも幅広の溝部11bが形成されている。   FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the torque detector. A sensor shaft portion 11 made of a magnetic material is formed on the outer side of the input shaft 1 near the right end in FIG. 1, and a plurality of (in the illustrated example, axially extending) surfaces are formed on the surface of the sensor shaft portion 11. Nine) ridges 11a are formed at equal intervals along the circumferential direction, and groove portions 11b wider than the width t1 of the ridges 11a are formed between the ridges 11a.

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。
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、円周方向に等間隔に配置された複数個(図2では9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9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。
Further, on the outside of the sensor shaft portion 11, a cylindrical member 12 made of a conductive and non-magnetic material, for example, aluminum, which is close to the sensor shaft portion 11, is arranged coaxially with the sensor shaft portion 11, The extension 12 e of the cylindrical member 12 is fixed to the outside of the end 2 e of the output shaft 2.
The cylindrical member 12 includes a plurality (9 in FIG. 2) of rectangular windows 12a arranged at equal intervals in the circumferential direction at positions facing the protrusions 11a on the surface of the sensor shaft portion 11 described above. A plurality of (9 in FIG. 2) rectangular windows having the same shape as the window 12a but having different phases in the circumferential direction at positions shifted in the axial direction from the first window row. And a second window row made of 12b.

円筒部材12の外周は、同一規格の検出コイル13a、13b及び13c、13dが巻回されたヨーク15a及び15bで包囲されている。即ち、検出コイル13a、13b及び13c、13dは円筒部材12と同軸に配置され、検出コイル13a及び13bは窓12aからなる第1の窓列部分を包囲し、検出コイル13c及び13d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13a、13b及び13c、13dの出力線16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17に接続されている。   The outer periphery of the cylindrical member 12 is surrounded by yokes 15a and 15b around which detection coils 13a, 13b and 13c and 13d of the same standard are wound. That is, the detection coils 13a, 13b, 13c, and 13d are arranged coaxially with the cylindrical member 12, the detection coils 13a and 13b surround the first window row portion including the window 12a, and the detection coils 13c and 13d are connected to the window 12b. The second window row portion is surrounded. The yokes 15a and 15b are fixed inside the input shaft side housing part 5a, and the output lines 16 of the detection coils 13a, 13b and 13c, 13d are connected to a circuit board 17 arranged inside the input shaft side housing part 5a. Yes.

図3(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3(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3(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。   3 (a) and 3 (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 output shaft 2 side, and FIG. 3 (a) is a reference position (torsion bar 3). FIG. 3B shows the positional relationship between the projections 11a on the surface of the sensor shaft portion 11 and the windows 12a of the first window row in the cylindrical member 12 in a state where the torsion bar 3 is not twisted. FIG. 6 is a diagram showing a positional relationship between the protrusions 11a on the surface of the sensor shaft portion 11 and the windows 12b of the second window row in the cylindrical member 12 in an untwisted state.

この実施例では、窓12a及び12bがそれぞれ9個設けられているので、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角度θ=360/9=40度ずつずれていることになる。
窓12a、12bの角度aは窓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の角度cは溝部11b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, since nine windows 12a and 12b are provided, the window 12a of the first window row and the window 12b of the second window row each have an angle θ = 360/9 = 40 in the circumferential direction. It will be shifted by degrees.
The angle a of the windows 12a and 12b is set smaller than the angle b of the portion without the windows 12a and 12b (a <b), and the angle c of the ridge 11a is set smaller than the angle d of the groove 11b (c <d). Is done. This is to make the change in impedance of the detection coil steep.

図3(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の円周方向の幅の中央部にセンサシャフト部11の凸条11aの円周方向の一方の端部が位置し、窓12bの円周方向の幅の中央部に凸条11aの円周方向の他方の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 apparent from FIGS. 3A and 3B, when the torsion bar 3 is not twisted, that is, when the steering torque is zero (0), the sensor shaft is located at the center of the circumferential width of the window 12a. So that one end in the circumferential direction of the ridge 11a of the portion 11 is located and the other end in the circumferential direction of the ridge 11a is located in the center of the circumferential width of the window 12b. The circumferential width of 12a and 12b, the width of the ridge 11a, and the relative positional relationship in the circumferential direction between the windows 12a and 12b are set. That is, the positional relationship in the circumferential direction between the windows 12a and 12b with respect to the ridge 11a is opposite to each other.
When the steering system is in a straight traveling state and the steering torque is zero, the torsion bar 3 is not twisted and the input shaft 1 and the output shaft 2 do not rotate relative to each other. Therefore, relative rotation does not occur between the protrusion 11a on the surface of the sensor shaft portion 11 on the input shaft 1 side and the cylindrical member 12 on the output shaft 2 side.

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 input shaft 1 by operating the steering wheel, the rotational force is transmitted to the output shaft 2 via the torsion bar 3. At this time, a frictional force such as a frictional force between the steered wheel and the road surface or a meshing gear of a steering mechanism coupled to the output shaft 2 acts on the output shaft 2. Torsion is generated in the torsion bar that joins between them, and relative rotation occurs between the protrusion 11a on the surface of the sensor shaft portion 11 on the input shaft 1 side and the cylindrical member 12 on the output shaft 2 side.

円筒部材12に窓がない場合は、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場合は、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。
When the cylindrical member 12 has no window, the cylindrical member 12 is made of a conductive and non-magnetic material. Therefore, when an alternating current is generated in the detection coil 13 to generate an alternating magnetic field, the outer periphery of the cylindrical member 12 is An eddy current in the direction opposite to the coil current is generated on the surface. When the magnetic field due to the eddy current and the magnetic field due to the coil current are superimposed, the magnetic field inside the cylindrical member 12 is canceled out.
When a window is formed in the cylindrical member 12, the eddy current generated on the outer peripheral surface of the cylindrical member 12 cannot circulate around the outer peripheral surface by the windows 12a and 12b. Therefore, the cylindrical member 12 is formed along the end surfaces of the windows 12a and 12b. Around the inner peripheral surface, flows in the same direction as the coil current, and returns to the outer peripheral surface along the end surfaces of the adjacent windows 12a and 12b to form a loop. That is, a state occurs in which eddy current loops are periodically arranged in the circumferential direction inside the detection coil. The magnetic field generated by the coil current and the magnetic field generated by the eddy current are superimposed, and a magnetic field that periodically changes in strength in the circumferential direction and a magnetic field having a gradient in the radial direction that decreases toward the center are formed inside and outside the cylindrical member 12. It is formed. The strength of the periodic magnetic field in the circumferential direction is strong at the center of the windows 12a and 12b affected by the adjacent eddy currents, and becomes weaker as it deviates from the center.

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13a,13b及び13c,13dのインダクタンスも増減し、略正弦波状に変化する。   A sensor shaft portion 11 made of a magnetic material is coaxially arranged inside the cylindrical member 12, and the ridges 11a are arranged at the same cycle as the windows 12a and 12b. A magnetic material placed in a magnetic field is magnetized to generate a magnetic flux, but the amount of magnetic flux increases according to the strength of the magnetic field until it is saturated. For this reason, the magnetic flux generated in the sensor shaft portion 11 by the cylindrical member 12 due to the strength of the periodic magnetic field in the circumferential direction and the magnetic field having a gradient in the radial direction that decreases toward the center is generated between the cylindrical member 12 and the sensor. It increases or decreases depending on the relative phase with the shaft portion 11. The phase at which the magnetic flux is maximum is such that the centers of the windows 12a and 12b of the cylindrical member 12 coincide with the centers of the ridges 11a of the sensor shaft portion 11, and the detection coils 13a, 13b and 13c, The inductance of 13d also increases or decreases and changes to a substantially sine wave shape.

トルクが作用しない状態では、インダクタンスが最大となる位相(窓12a及び12bと凸条11aの中心とが一致している位相)に対して、センサシャフト部11の凸条11aの中心は凸条11aの中心角cの1/2だけずれた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13a,13b及び13c,13dのインダクタンスは、一方が増加し他方が減少する。   In the state where torque does not act, the center of the ridge 11a of the sensor shaft portion 11 is the ridge 11a with respect to the phase where the inductance is maximum (the phase where the windows 12a and 12b coincide with the center of the ridge 11a). Since the torque acts to twist the torsion bar 3 and a phase difference occurs between the sensor shaft portion 11 and the cylindrical member 12, One of the inductances of the detection coils 13a, 13b and 13c, 13d increases and the other decreases.

図4はトルクTと検出コイル13a(又は13b)及び13c(又は13d)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3(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4に示すように、トルクが増大するにつれ検出コイル13a(又は13b)のインダクタンスL13は増加し、検出コイル13c(又は13d)のインダクタンスL14は減少する。   FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the torque T and the change in inductance of the detection coils 13a (or 13b) and 13c (or 13d). The horizontal axis represents the torque T and the vertical axis represents the inductance L. When the right steering torque is generated, the sensor shaft 11 rotates counterclockwise in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Therefore, as shown in FIG. 4, the detection coil 13a (or 13b) increases as the torque increases. The inductance L13 increases and the inductance L14 of the detection coil 13c (or 13d) decreases.

また、左操舵トルク発生時は、図3(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4に示すようにトルクが増大するにつれ検出コイル13a(又は13b)のインダクタンスL13は減少し、検出コイル13c(又は13d)のインダクタンスL14は増加する。
図4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、インダクタンスL13、L14の特性を電圧に置き換えると、検出コイル13a(又は13b)の検出トルク電圧、検出コイル13c(又は13d)の検出トルク電圧と操舵トルクTとの関係になり、両検出トルク電圧の交点である中立電圧が本実施形態では2.5Vとなるように調整されている。この電圧クロス特性から検出コイル13a(又は13b)の検出トルク電圧と検出コイル13c(又は13d)の検出トルク電圧との合計値は2.5+2.5=5.0Vとなる。
Also, when the left steering torque is generated, the sensor shaft portion 11 rotates clockwise in FIGS. 3A and 3B, so that the detection coil 13a (or 13b) increases as the torque increases as shown in FIG. The inductance L13 decreases and the inductance L14 of the detection coil 13c (or 13d) increases.
The characteristics of the inductances L13 and L14 in FIG. 4 can be directly replaced with voltages that are output in proportion, and when the characteristics of the inductances L13 and L14 are replaced with voltages, the detection torque voltage of the detection coil 13a (or 13b), the detection coil The detected torque voltage of 13c (or 13d) is related to the steering torque T, and the neutral voltage that is the intersection of the detected torque voltages is adjusted to 2.5 V in this embodiment. From this voltage cross characteristic, the total value of the detected torque voltage of the detection coil 13a (or 13b) and the detected torque voltage of the detection coil 13c (or 13d) is 2.5 + 2.5 = 5.0V.

図5は、回路基板17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の軸方向両端側の一対の検出コイル13a及び13dを使用して第1のトルクを検出する第1トルク検出系統と、軸方向中央側の一対の検出コイル13b及び13cを使用して第2のトルクを検出する第2トルク検出系統とを構成するように同一構成を有する2組のトルク演算部21A及び21Bを備えている。
FIG. 5 is a block diagram of the torque calculation circuit 20 mounted on the circuit board 17.
A first torque detection system that detects a first torque using a pair of detection coils 13a and 13d on both ends in the axial direction of the torque detector 10, and a pair of detection coils 13b and 13c on the center side in the axial direction are used. And two sets of torque calculation units 21A and 21B having the same configuration so as to constitute a second torque detection system for detecting the second torque.

なお、トルク演算部21A及び21B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21A及び21B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外部の図示しない電動モータ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とはトルク演算部21A及び21Bに対して共通に設けられている。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21A及び21Bとに供給される。   From the AC signal source 200 that outputs an AC signal having a predetermined frequency to the torque calculators 21A and 21B, the noise filter 202 and the noise filter 202 that receive the main torque and the sub-torque output from the torque calculators 21A and 21B, respectively. A connector 203 that outputs the output filter output to an external control unit 30 that assists steering control of an electric motor (not shown) is provided in common to the torque calculation units 21A and 21B. Further, the power source and the reference power source input to the connector 203 are filtered by a noise filter and supplied to the AC signal source 200 and the torque calculation units 21A and 21B as the power source voltage V and the reference voltage Vref.

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21A及び21Bに供給する電流増幅部211A及び211Bを備えている。
トルク演算部21Aは、一対の検出コイル13a及び13d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210Aを備えている。
Here, the AC signal source 200 includes an oscillating unit 201 that generates an AC signal having a predetermined frequency, and a current amplifying unit 211A that amplifies the AC signal output from the oscillating unit 201 and supplies it to the torque calculation units 21A and 21B. And 211B.
The torque calculation unit 21A has a configuration in which one ends of the pair of detection coils 13a and 13d are connected to each other and grounded, resistors R1a and R1b are connected in series to the other ends, and the other ends of these resistors R1a and R1b are connected to each other. A bridge circuit 210A is provided.

同様に、トルク演算部21Bは、一対の検出コイル13b及び13cの一端が互い接続されて接地され、他端に抵抗R2a及びR2bが直列に接続され、これら抵抗R2a及びR2bの他端を互いに接続した構成を有するブリッジ回路210Bを備えている。
これらブリッジ回路210A及び210B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13a,13d及び13b,13c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及びR2a、R2bの抵抗値が調整されている。
Similarly, in the torque calculation unit 21B, one ends of the pair of detection coils 13b and 13c are connected to each other and grounded, and the other ends of the resistors R2a and R2b are connected in series, and the other ends of these resistors R2a and R2b are connected to each other. The bridge circuit 210B having the above-described configuration is provided.
In these bridge circuits 210A and 210B, when no torque is applied to the input shaft 1, the voltages appearing at both ends of the detection coils 13a, 13d and 13b, 13c are equal to each other, that is, the differential voltage is zero. The resistance values of the resistors R1a, R1b and R2a, R2b are adjusted in advance.

そして、ブリッジ回路210A及び210Bの抵抗R1a、R1bの接続点及び抵抗R2a、R2bの接続点がそれぞれ交流信号源200の電流増幅部211A及び211Bに個別に接続されて、交流電圧信号Vosc1及びVosc2cが入力される。
また、トルク演算部21Aは、ブリッジ回路210Aの検出コイル13a及び13dの両端に表れる電圧信号が入力されるとともに、交流信号Vosc1が入力されたメイン増幅・全波整流部212Aと、このメイン増幅・全波整流部212A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213Aを有する。ここで、メイン増幅・全波整流部212Aでは、検出コイル13a及び13d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213Aに出力する。
Then, the connection points of the resistors R1a and R1b and the connection points of the resistors R2a and R2b of the bridge circuits 210A and 210B are individually connected to the current amplifiers 211A and 211B of the AC signal source 200, respectively, and the AC voltage signals Vosc1 and Vosc2c are Entered.
The torque calculation unit 21A receives a main amplification / full wave rectification unit 212A to which voltage signals appearing at both ends of the detection coils 13a and 13d of the bridge circuit 210A and an AC signal Vosc1 are input, and the main amplification / It has a main smoothing / neutral adjustment unit 213A to which a rectified signal output from the full-wave rectification unit 212A is input. Here, the main amplification / full-wave rectification unit 212A calculates a differential signal Vdef of the voltage signal appearing at both ends of the detection coils 13a and 13d, amplifies the differential signal Vdef, and rectifies the rectified signal as a main smoothing signal. Output to the neutral adjustment unit 213A.

また、メイン平滑・中立調整部213Aでは、メイン増幅・全波整流部212A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Tm1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。   Further, the main smoothing / neutral adjustment unit 213A smoothes the rectified signal input from the main amplification / full wave rectification unit 212A, adjusts the neutral voltage, and outputs it as a torque detection signal to the noise filter 202. Then, the torque detection signal filtered by the noise filter 202 is output as a main torque detection signal Tm1 to the control unit 30 that performs steering assist control via the connector 203.

また、トルク演算部21Aは、ブリッジ回路210Aの検出コイル13a及び13dの両端に表れる電圧信号が入力されるとともに、交流信号Vosc1が入力されたサブ増幅・全波整流部214Aと、このサブ増幅・全波整流部214A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215Aを有する。ここで、サブ増幅・全波整流部214Aでは、検出コイル13a及び13b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215Aに出力する。また、サブ平滑・中立調整部215Aでは、サブ増幅・全波整流部214A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Ts1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 torque calculation unit 21A receives a voltage signal appearing at both ends of the detection coils 13a and 13d of the bridge circuit 210A and a sub-amplification / full-wave rectification unit 214A to which an AC signal Vosc1 is input, and this sub-amplification / A sub-smoothing / neutral adjustment unit 215A to which a rectification signal output from the full-wave rectification unit 214A is input. Here, the sub-amplification / full-wave rectification unit 214A calculates a differential signal Vdef of the voltage signal appearing at both ends of the detection coils 13a and 13b, amplifies the differential signal Vdef, and rectifies the rectified signal to a sub-smooth / Output to the neutral adjustment unit 215A. The sub-smoothing / neutral adjustment unit 215A smoothes the rectified signal input from the sub-amplification / full-wave rectification unit 214A, adjusts the neutral voltage, and outputs it as a torque detection signal to the noise filter 202. Then, the torque detection signal filtered by the noise filter 202 is output via the connector 203 to the control unit 30 that performs the steering assist control as the sub torque detection signal Ts1.

さらに、トルク演算部21Aは、前述した特許文献1に記載されているように、交流電圧信号Vosc1及びサブ増幅・全波整流部214Aから出力されるブリッジ回路210Aの差分信号Vdefに基づいて検出コイル13a又は13dと抵抗R1a又はR1bとの接触不良等をブリッジ回路の差分電圧の変化で検出するとともに、基準電圧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AB1を出力する。すなわち、監視部216Aでは、印加した交流信号の波形と、ブリッジ回路の差分電圧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、抵抗若しくは回路が異常であると判定して異常信号AB1を出力する。   Further, as described in Patent Document 1 described above, the torque calculation unit 21A detects the detection coil based on the AC voltage signal Vosc1 and the difference signal Vdef of the bridge circuit 210A output from the sub-amplification / full-wave rectification unit 214A. A contact failure between the resistor 13a or 13d and the resistor R1a or R1b is detected by a change in the differential voltage of the bridge circuit, an abnormality of the circuit system is detected based on a phase shift with respect to the reference voltage, and an abnormality signal is detected when the abnormality is detected. AB1 is output. That is, the monitoring unit 216A detects the phase difference between the waveform of the applied AC signal and the waveform of the differential voltage Vdef of the bridge circuit, and the detection coil, resistor, or circuit is abnormal when the phase difference exceeds a predetermined value. It is determined that there is an error, and an abnormal signal AB1 is output.

この監視部216Aから出力される異常信号AB1はサブ平滑・中立調整部215Aに供給され、このサブ平滑・中立調整部215Aでは、異常信号AB1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4に示すクロストルク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213Aには異常信号AB1は入力されない。   The abnormal signal AB1 output from the monitoring unit 216A is supplied to the sub-smoothing / neutral adjustment unit 215A. When the abnormal signal AB1 is input to the sub-smoothing / neutral adjustment unit 215A, the output torque detection signal is set to 0V. Set. Thereby, the balance of the cross torque characteristic shown in FIG. 4 with the main torque signal is lost, so that the control unit 30 can detect a failure. For this reason, the abnormality signal AB1 is not input to the main smoothing / neutral adjustment unit 213A on the main side used for driving the steering assist electric motor 31 by the control unit 30.

同様に、トルク演算部21Bでも、トルク換算部21Aと同様の構成を有するメイン増幅・全波整流部212B、メイン平滑・中立調整部213B、サブ増幅・全波整流部214B、サブ平滑・中立調整部215B及び監視部216Bを備えている。
コントロールユニット30は、図5に示すように、トルクセンサTSからメイン検出トルク信号Tm1、Tm2及びサブ検出トルク信号Ts1、Ts2が入力されている。このコントロールユニット30は、入力されたメイン検出トルク信号Tm1、Tm2及びサブ検出トルク信号Ts1、Ts2に基づいて信号監視を行う異常判定部32と、メイン検出トルク信号Tm1、Tm2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。
Similarly, in the torque calculation unit 21B, the main amplification / full wave rectification unit 212B, the main smoothing / neutral adjustment unit 213B, the sub amplification / full wave rectification unit 214B, and the sub smoothing / neutral adjustment having the same configuration as the torque conversion unit 21A. Unit 215B and monitoring unit 216B.
As shown in FIG. 5, the control unit 30 receives main detection torque signals Tm1, Tm2 and sub detection torque signals Ts1, Ts2 from the torque sensor TS. The control unit 30 includes an abnormality determination unit 32 that performs signal monitoring based on the input main detection torque signals Tm1, Tm2 and sub detection torque signals Ts1, Ts2, and steering assist control based on the main detection torque signals Tm1, Tm2. And a steering assist control unit 33 that controls the drive of the steering assist electric motor 31.

異常判定部32は、メイン検出トルク信号Tm1及びTm2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、サブ検出トルク信号Ts1及びTs2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、メイン検出トルク信号Tm1、Tm2とサブ検出トルク信号Ts1、Ts2の各加算値が所定値(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4に示すクロス特性から外れる異常を検出する。 The abnormality determination unit 32 detects a disconnection or a ground fault depending on whether or not the main detection torque signals Tm1 and Tm2 are equal to or lower than a predetermined value (for example, 0.3V), and determines whether the main detection torque signals Tm1 and Tm2 are equal to or higher than a predetermined value (for example, 4.7V). Detects a fault. In addition, a disconnection or a ground fault is detected based on whether or not the sub detection torque signals Ts1 and Ts2 are equal to or lower than a predetermined value (for example, 0.3 V), and a self-diagnosis of the torque calculation circuit is performed to determine a predetermined value (for example, 4.7 V) or higher. Whether or not the sky is detected. Further, FIG. 4 shows whether or not each added value of the main detection torque signals Tm1 and Tm2 and the sub detection torque signals Ts1 and Ts2 is a predetermined value (for example, 5.3 V) or more or a predetermined value (for example, 4.7 V) or less. Anomalies that deviate from the cross characteristics are detected.

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、メイン検出トルク信号Tm1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出力する。
ここで、サブ検出トルク信号Ts1、Ts2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の駆動には利用されない。
In the normal state where no abnormality is detected by the abnormality determination unit 32, the steering auxiliary control unit 33 calculates the steering auxiliary current command value using the main detection torque signal Tm1, and calculates the steering auxiliary current command value and the steering A drive for controlling the motor drive circuit 34 based on the calculated steering assist voltage command value by calculating a steering assist voltage command value by, for example, PD control processing of the deviation from the detected value of the motor current supplied to the auxiliary electric motor 31. A signal is formed, and this drive signal is output to the motor drive circuit 34.
Here, the sub detection torque signals Ts1, Ts2 are only used for monitoring abnormality of the torque sensor, and are not used for driving the steering assist electric motor.

異常判定部32で、トルクセンサTSの第1トルク検出系統の異常が判定された場合に、第2トルク検出系統が正常であるときには、第1トルク検出系統のメイン検出トルク信号Tm1に代えて第2トルク検出系統のメイン検出トルク信号Tm2を用いて操舵補助制御部33で操舵補助制御を継続する。
さらに、異常判定部32で、第1トルク検出系統及び第2トルク検出系統の双方の異常が判定された場合には、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 abnormality determination unit 32 determines that the abnormality of the first torque detection system of the torque sensor TS is normal and the second torque detection system is normal, the abnormality detection unit 32 replaces the main detection torque signal Tm1 of the first torque detection system. The steering assist control is continued by the steering assist control unit 33 using the main detection torque signal Tm2 of the two torque detection system.
Further, when the abnormality determination unit 32 determines that both the first torque detection system and the second torque detection system are abnormal, the steering assist control unit 33 uses the normal past torque value for steering assist. The electric motor is driven, a torque gradual decrease process for gradually decreasing the steering assist torque is performed, and the process shifts to a fail safe mode in which the steering assist control is safely stopped.

次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、図示しないステアリングホイールを操舵していない状態では、入力軸1にトルクが伝達されないので、トーションバー3が捩じれることはなく、センサシャフト部11の凸条11aと円筒体12の窓12a及び12bとは図3(a)及び(b)の関係を保っており、検出コイル13a及び13bのインダクタンス及び検出コイル13c及び13dのインダクタンスが図4の特性曲線L13及びL14のクロスする点となって、互いに等しい値となっている。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
First, in a state where a steering wheel (not shown) is not steered, torque is not transmitted to the input shaft 1, so the torsion bar 3 is not twisted, and the ridge 11 a of the sensor shaft portion 11, the window 12 a of the cylindrical body 12, and 3b is maintained in the relationship of FIGS. 3A and 3B, and the inductances of the detection coils 13a and 13b and the inductances of the detection coils 13c and 13d cross the characteristic curves L13 and L14 of FIG. The values are equal to each other.

このため、ブリッジ回路210Aにおいて、検出コイル13a及び13dの端子間電圧が等しくなり、メイン増幅・全波整流部212A及びサブ増幅全波整流部21Aから出力される検出トルクがともに零となり、コネクタ203からメイン検出トルクTm1及びサブ検出トルクTs1がコントロールユニット30に出力される。
同様に、ブリッジ回路210Bにおいても、検出コイル13b及び13cの端子間電圧が等しくなり、メイン増幅・全波整流部212B及びサブ増幅全波整流部21Bから出力される検出トルクがともに零となり、コネクタ203からメイン検出トルクTm2及びサブ検出トルクTs2がコントロールユニット30に出力される。
For this reason, in the bridge circuit 210A, the voltages between the terminals of the detection coils 13a and 13d become equal, the detection torques output from the main amplification / full wave rectification unit 212A and the sub amplification full wave rectification unit 21A are both zero, and the connector 203 Main detection torque Tm1 and sub detection torque Ts1 are output to the control unit 30.
Similarly, in the bridge circuit 210B, the voltages between the terminals of the detection coils 13b and 13c become equal, and the detection torques output from the main amplification / full wave rectification unit 212B and the sub amplification full wave rectification unit 21B are both zero. From 203, the main detection torque Tm2 and the sub detection torque Ts2 are output to the control unit 30.

この状態では、コントロールユニット30の異常判定部32でトルク演算部21A及び21Bが正常であると判定されて、操舵補助制御部33でメイン検出トルクTm1に基づいて操舵補助制御処理が行われる。しかしながら、メイン検出トルクTm1が零であるので、モータ駆動回路34による操舵補助用電動モータ31の駆動は停止されている。
このステアリングホイールの非操舵状態からステアリングホイールを右操舵(又は左操舵)すると、前述したように、検出コイル13a及び13bのインダクタンスが増加(又は減少)し、検出コイル13c及び13dのインダクタンスが減少(又は増加)する。このインダクタンスの変化に応じてブリッジ回路210A及び210Bから出力される差分電圧が正(又は負)となる。したがって、メイン増幅・全波整流部212A及び212Bとサブ増幅・全波整流部214A及び214Bから出力される検出トルクが正方向(又は負方向)に増加し、これに応じたメイン検出トルク信号Tm1及びTm2とサブ検出トルク信号Ts1及びTs2がコネクタ203を介してコントロールユニット30に出力される。
In this state, the abnormality determination unit 32 of the control unit 30 determines that the torque calculation units 21A and 21B are normal, and the steering assist control unit 33 performs the steering assist control process based on the main detected torque Tm1. However, since the main detection torque Tm1 is zero, the driving of the steering assist electric motor 31 by the motor drive circuit 34 is stopped.
When the steering wheel is steered right (or left) from the non-steering state of the steering wheel, as described above, the inductances of the detection coils 13a and 13b increase (or decrease), and the inductances of the detection coils 13c and 13d decrease ( Or increase). In accordance with this change in inductance, the differential voltage output from the bridge circuits 210A and 210B becomes positive (or negative). Therefore, the detection torque output from the main amplification / full wave rectification units 212A and 212B and the sub amplification / full wave rectification units 214A and 214B increases in the positive direction (or negative direction), and the main detection torque signal Tm1 corresponding to this increases. And Tm2 and the sub detection torque signals Ts1 and Ts2 are output to the control unit 30 via the connector 203.

このため、操舵補助制御部33で、メイン検出トルク信号Tm1に基づいて操舵補助制御処理が行われて、操舵補助電圧指令値が演算されて、これがモータ駆動回路34に出力されることにより、操舵補助用電動モータ31が正転(又は逆転)駆動されて、ステアリングホイールから入力された操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生する。
この正常状態から異常判定部32で第1のトルク検出系統が異常であると判定されたときには、第2のトルク検出系統が正常である状態では、操舵補助制御部33で、トルク演算部21Bのメイン増幅・全波整流部212B及びメイン平滑・中立調整部213Bで演算されたメイン検出トルク信号Tm2に基づいて操舵補助制御が継続されてモータ駆動回路33が制御され、このモータ駆動回路33から出力されるモータ電流で操舵補助用電動モータ31が駆動され、操舵トルクに応じた操舵補助トルクが発生される。
For this reason, the steering assist control unit 33 performs a steering assist control process based on the main detected torque signal Tm1, calculates a steering assist voltage command value, and outputs it to the motor drive circuit 34, thereby steering. The auxiliary electric motor 31 is driven forward (or reverse) to generate a steering assist torque corresponding to the steering torque input from the steering wheel.
When the abnormality determination unit 32 determines that the first torque detection system is abnormal from this normal state, in the state where the second torque detection system is normal, the steering assist control unit 33 uses the torque calculation unit 21B. Steering assist control is continued based on the main detection torque signal Tm2 calculated by the main amplification / full wave rectification unit 212B and the main smoothing / neutral adjustment unit 213B, and the motor drive circuit 33 is controlled. The steering assist electric motor 31 is driven by the motor current thus generated, and a steering assist torque corresponding to the steering torque is generated.

さらに、異常判定部32で、第1のトルク検出系統及び第2のトルク検出系統の双方が異常である判定されたときには、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。
このように、トルクセンサTSに2つのトルク検出系統を設けているので、一方のトルク検出系統に異常が発生しても、操舵補助制御を正常に継続することができる。
Further, when the abnormality determination unit 32 determines that both the first torque detection system and the second torque detection system are abnormal, the steering assist control unit 33 uses the normal past torque value to assist the steering assist. The electric motor is driven, a torque gradual reduction process for gradually reducing the steering assist torque is performed, and a transition is made to a fail safe mode in which the steering assist control is safely stopped.
Thus, since the two torque detection systems are provided in the torque sensor TS, the steering assist control can be normally continued even if an abnormality occurs in one of the torque detection systems.

このように上記実施形態では、ヨーク15a及び15b内に装着される検出コイル13a、13b及び13c、13dがそれぞれ窓12a及び12bに対向するので、ヨーク内の検出コイル同士のトルクに対するインダクタンス特性が同一となり、ヨークを共用することができ、4つの検出コイル毎にヨークを形成する場合に比較して軸方向長さを短くすることができる。   As described above, in the above-described embodiment, the detection coils 13a, 13b, 13c, and 13d mounted in the yokes 15a and 15b face the windows 12a and 12b, respectively, so that the inductance characteristics with respect to the torque of the detection coils in the yoke are the same. Thus, the yoke can be shared, and the axial length can be shortened as compared with the case where the yoke is formed for every four detection coils.

しかも、軸方向に配列された検出コイル13a〜13dのうち、軸方向両端側の検出コイル13a及び13dと抵抗体とを組み合わせてブリッジ回路210Aを構成し、軸方向中央側の検出コイル13b及び13cと抵抗体とを組み合わせてブリッジ回路210Bを構成するので、ブリッジ回路を構成する2つのコイル間で磁気的対称性を取ることができ、磁路構成の影響を取り除くことができる。これにより、温度などによる影響を受けにくく、従来例に比較して安定したトルクを検出することができる。   In addition, among the detection coils 13a to 13d arranged in the axial direction, a bridge circuit 210A is configured by combining the detection coils 13a and 13d on both ends in the axial direction and a resistor, and the detection coils 13b and 13c on the central side in the axial direction. Since the bridge circuit 210B is configured by combining the resistor and the resistor, magnetic symmetry can be obtained between the two coils constituting the bridge circuit, and the influence of the magnetic path configuration can be eliminated. Thereby, it is hard to be influenced by temperature etc., and stable torque can be detected compared with the conventional example.

しかも、トルクセンサTSのトルク演算回路20が前述した構成を有するので、メイン検出トルク信号Tm1及びTm2とサブ検出トルク信号Ts1及びTs2との4つの検出トルク信号に基づいてトルク演算部の異常を判定することが可能となり、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
なお、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。
In addition, since the torque calculation circuit 20 of the torque sensor TS has the above-described configuration, the abnormality of the torque calculation unit is determined based on the four detection torque signals of the main detection torque signals Tm1 and Tm2 and the sub detection torque signals Ts1 and Ts2. Therefore, it is possible to provide a highly reliable electric power steering apparatus.
In the above embodiment, the case where the abnormality determination unit 32 is provided on the control unit 30 side has been described. However, the present invention is not limited to this, and the abnormality determination unit 32 is provided on the torque calculation circuit 20 side. You may make it notify the control unit 30 of the abnormality determination result of the determination part 32. FIG.

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 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、12…円筒部材、13a〜13d…検出コイル、15a,15b…ヨーク、16…出力線、17…回路基板、20…トルク演算回路、21A,21B…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、210A,210B…ブリッジ回路、211A,211B…電流増幅部、212A,212B…メイン増幅・全波整流部、213A,213B…メイン平滑・中立調整部、214A,214B…サブ増幅・全波整流部、215A,215B……サブ平滑・中立調整部、216A,216B…監視部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input shaft, 2 ... Output shaft, 3 ... Torsion bar, 5 ... Housing, 5a ... Input shaft side housing part, 5b ... Output shaft side housing part, 7 ... Worm wheel, 8 ... Worm, TS ... Torque sensor, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Torque detection part, 11 ... Sensor shaft, 12 ... Cylindrical member, 13a-13d ... Detection coil, 15a, 15b ... Yoke, 16 ... Output line, 17 ... Circuit board, 20 ... Torque calculation circuit, 21A, 21B ... Torque calculation , 30 ... control unit, 31 ... steering assist electric motor, 32 ... abnormality determination unit, 33 ... steering assist control unit, 34 ... motor drive circuit, 200 ... AC signal source, 201 ... oscillation unit, 202 ... noise filter , 203 ... Connector, 210A and 210B ... Bridge circuit, 211A and 211B ... Current amplification unit, 212A and 212B ... Main amplification and full wave adjustment Part, 213A, 213B ... the main smooth and neutral adjustment unit, 214A, 214B ... sub-amplification and full-wave rectifier, 215A, 215B ...... sub smooth and neutral adjustment unit, 216A, 216B ... monitoring unit

Claims (6)

軸方向に並設された一対のヨークを有し、該一対のヨークのそれぞれに検出コイルが2つずつ内装されて回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化するトルク検出部と、
前記一対のヨークに内装された2対の検出コイルのうち軸方向の両端側の2つの検出コイルとこれらに直列に接続した抵抗体とで構成される第1のブリッジ回路と、
前記2対の検出コイルのうち軸方向の中央側の2つの検出コイルとこれらに直列に接続した抵抗体とで構成される第2のブリッジ回路と、
前記第1のブリッジ回路及び第2のブリッジ回路に個別に交流信号を印加したときの差分信号に基づいて少なくとも2組の検出トルク信号を演算するトルク演算部とを備え
前記トルク検出部は、一対のヨークの内周側に配設された一対のヨークに個別に対向して、円周方向に所定間隔で且つ円周方向の異なる位置に所定間隔で軸方向に延長する一対の窓を形成した導電性で且つ非磁性の円筒体と、該円筒体の内周側に配設された当該円筒体とトルクに応じて相対回転される軸方向の凸条を所定間隔で形成したセンサシャフト部と
を備え
前記第1のブリッジ回路及び前記第2のブリッジ回路を構成する2つの検出コイル間で磁気的対称性を取って、磁路構成の影響を除去するようにした
ことを特徴とするトルクセンサ。
A pair of yokes arranged side by side in the axial direction, belt torque detection to change the impedance in opposite directions in response to torque generated in the rotation axis is provided by two detection coils each interior of said pair of yokes And
A first bridge circuit composed of two detection coils on both ends in the axial direction of the two pairs of detection coils provided in the pair of yokes and a resistor connected in series with the two detection coils;
A second bridge circuit composed of two detection coils on the central side in the axial direction of the two pairs of detection coils and a resistor connected in series to the two detection coils;
A torque calculator that calculates at least two sets of detected torque signals based on differential signals when an AC signal is individually applied to the first bridge circuit and the second bridge circuit ;
The torque detector is individually opposed to the pair of yokes disposed on the inner peripheral side of the pair of yokes, and extends in the axial direction at predetermined intervals in the circumferential direction and at different intervals in the circumferential direction. A conductive and non-magnetic cylindrical body formed with a pair of windows and an axial ridge which is relatively rotated according to torque with the cylindrical body disposed on the inner peripheral side of the cylindrical body at a predetermined interval in comprising a <br/> and forming the sensor shaft portion,
A torque sensor characterized in that magnetic symmetry is taken between two detection coils constituting the first bridge circuit and the second bridge circuit to remove the influence of the magnetic path configuration .
前記トルク演算部は、前記第1のブリッジ回路に交流信号を印加したときの差分信号に基づいてメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号を算出するトルク演算部と、前記第2のブリッジ回路に交流信号を印加したときの差分信号に基づいてメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号を算出するトルク演算部との2組のトルク演算部を備えていることを特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 The torque calculation unit is configured to calculate a main detection torque signal and a sub detection torque signal based on a difference signal when an AC signal is applied to the first bridge circuit, and an AC to the second bridge circuit. 2. The torque according to claim 1, further comprising two sets of torque calculation units including a torque calculation unit that calculates a main detection torque signal and a sub detection torque signal based on a difference signal when the signal is applied. Sensor. 前記トルク演算部は、前記2組のトルク演算部で算出される2組のメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号が入力され、当該2組のメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号に基づいて2組のトルク演算部の異常を判定する異常判定部を有することを特徴とする請求項2に記載のトルクセンサ。 The torque calculation unit receives two sets of main detection torque signals and sub detection torque signals calculated by the two sets of torque calculation units, and 2 based on the two sets of main detection torque signals and sub detection torque signals. The torque sensor according to claim 2 , further comprising an abnormality determination unit that determines abnormality of the set of torque calculation units. 前記異常判定部は、前記2組のメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号のそれぞれについて断線、地絡及び天絡異常を検出するとともに、前記2組のメイン検出トルク信号とサブ検出トルク信号の各加算値に基づいてクロス特性から外れる異常を検出するように構成されていることを特徴とする請求項3に記載のトルクセンサ The abnormality determination unit detects disconnection, ground fault and power fault abnormality for each of the two sets of main detection torque signal and sub detection torque signal, and each of the two sets of main detection torque signal and sub detection torque signal. torque sensor according to claim 3, characterized that you have been configured to detect an abnormality deviating from the cross characteristics based on the added value. 請求項1乃至4の何れか1項に記載の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有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。   5. A steering system comprising the torque sensor according to claim 1 and driving an electric motor that generates a steering assist torque that is transmitted to a steering mechanism based on a torque detected by the torque sensor to perform steering assist control. An electric power steering apparatus comprising an auxiliary control unit. 請求項1又は2に記載の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と、前記トルクセンサの複数のトルク演算部から出力される複数の検出トルクに基づいて前記トルクセンサのトルク検出部の異常を判定する異常判定部とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 Comprising a torque sensor according to claim 1 or 2, and steering assisting control unit that performs steering assist control by driving an electric motor for generating a steering assist torque transmitted to the steering mechanism on the basis of the detected torque of the torque sensor, An electric power steering apparatus comprising: an abnormality determination unit that determines abnormality of the torque detection unit of the torque sensor based on a plurality of detected torques output from a plurality of torque calculation units of the torque sensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3691362B2 (en) * 2000-07-25 2005-09-07 株式会社日本自動車部品総合研究所 Strain detector and torque detector
JP5016165B2 (en) * 2001-04-11 2012-09-05 株式会社アミテック Relative rotational position detector
JP3964414B2 (en) * 2004-08-25 2007-08-22 本田技研工業株式会社 Magnetostrictive torque sensor and electric steering device
JP2006267045A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Nsk Ltd Torque sensor
JP4950672B2 (en) * 2007-01-09 2012-06-13 本田技研工業株式会社 Magnetostrictive torque sensor manufacturing method and electric power steering system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11427246B2 (en) * 2018-12-21 2022-08-30 Jtekt Corporation Steering system

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