JPH01116423A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトルク検出装置に関し、特に自動車の電動パワ
ーステアリング装置に適用するのに好適なトルク検出装
置を提供するものである。

〔従来の技術〕

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

そして、操舵輪に加えられたトルクを検出するためのト
ルクセンサには、例えばポテンショメータ又は歪ゲージ
を用いたものが知られており、このようなトルクセンサ
の出力信号は操舵輪を取付けている入力軸に設けたスリ
ップリングを介して導出する構造となっている。

〔発明が解決しよとする問題点〕

前述したように従来のトルクセンサのトルク信号はスリ
ップリングを介して導出されるがら、操舵輪の頻繁な操
舵操作によりスリップリングが接触している刷子との接
触状態が次第に悪化して、長期にわたって正確なトルク
が得られなくなり信頬性が低下するという問題がある。

本発明は前述した問題点に鑑み、トルクセンサの出力信
号を接触部を介在することなく導出し得て、長期にわた
り高い信頼性を得るトルク検出装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るトルク検出装置は、トーションバーを介し
て連結された入力軸と出力軸との間の捩れを検出するト
ルク検出装置において、前記入。

出力軸を挿通させる筒体の内周面に、その軸方向に離隔
させて夫々を周設している２つの受光部と、前記筒体の
内側に配設してある発光部と、該発光部からの光を反射
させて前記２つの受光部に投射すべく入力軸及び出力軸
の夫々に設けた光反射面と、前記２つの受光部が受光位
置に応じて出力する信号の差を検出する信号差検出回路
とを備えていることを特徴とする。

〔作用〕

発光部の出射光は入力軸及び出力軸に設けた夫々の光反
射面で反射して筒体に取付けた第１．第２の受光部に各
入射する。両受光部の入射光を光電変換した信号が信号
差検出回路に入力される。

信号差検出回路は両受光部により得た出力信号の差を検
出する。

入力軸にトルクが作用していない場合、第１゜第２の受
光部の出力信号に差を生じずトルク検出信号を出力しな
い。入力軸にトルクが作用した場合、第１．第２の受光
部の出力信号に差が生じトルク検出信号を出力する。

よってトルクを検出するに当り、通電及び信号回路に接
触部が介在しない。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は本発明に係るトルク検出装置を適用した操舵軸
部分の斜視図である。操舵輪１を取付けている操舵軸た
る人力軸２は、操舵機構の図示しないピニオンを取付け
ている出力軸３とトーションバー４を介して連結されて
いる。入力軸２の出力軸３と対向する側の外周面には、
外周面から適長離隔した位置に発光部５を位置させ得て
取付けた発光部ホルダ６を固定的に取付けている。

発光部５が位置している入力軸２の軸線上であり、発光
部５から軸方向に適長離隔した位置には平坦であり軸方
向に平行している光反射面７を設けている。また出力軸
３の外周面には、前記発光部５と光反射面７との距離に
等しい距離を発光部５から離隔した位置に光反射面７と
同様の光反射面８を設けている。そして光反射面７と８
とは、入力軸２にトルクが作用していない場合は、発光
部５の位置で入力軸２と平行している直線上に位置して
いる。入力軸２及び出力軸３を挿通させる円筒のステア
リングコラム９の内周面上側部には、ステアリングコラ
ム９の上端縁から等距離にある内周面位置に、多数本の
光ファイバ１０の一端を位置させ周方向に並設してなる
第１の受光部１１を配設している。またステアリングコ
ラム９の内周面下側部には、ステアリングコラム９の下
端縁から等距離にある内周面位置に多数本の光ファイバ
１０の一端を位置させて周方向に並設してなる第２の受
光部１２を配設している。そして、それらの光ファイバ
１０の一端を並設させる基点は周方向の同位置としてい
る。第１及び第２の受光部１１及び１２を形成している
光ファイバ１０及び１０の他端は、光ファイバ１０を並
設しているその基点側のものから順次リニアイメージセ
ンサ１３．１４の一側の画素と順次対向させており、第
１．第２の受光部１１．１２が受光した光をリニアイメ
ージセンサ１３．１４に入射させている。

第２図は人、出力軸を挿通させたステアリングコラム内
部の断面図であって、入力軸２にトルクが作用していな
い場合は、入力軸２の光反射面７及び出力軸３の光反射
面８は同一平面となり、発光部５の出射光は両光反射面
７．８で反射し、反射した夫々の反射光は破線で示す如
く第１及び第２の受光部１１及び１２の周方向の同位置
に入射する。

これに対し入力軸２にトルクが作用した場合はトーショ
ンバー４の捩れに相応して、出力軸３の光反射面８と入
力軸２の光反射面７との位置が周方向に変位して、第１
及び第２の受光部１１及び１２の周方向の異なる位置に
反射光が入射するようになる。

第３図及び第４図は発光部５に電流を供給するための電
源接続構造を示す断面図及び平面図であ　。

る。ステアリングコラム９内の出力軸３の一部は所要長
さにわたり螺旋溝２０ａを形成したネジ軸２０となって
いる。このネジ軸２０には、そのネジ軸２０を挿通して
おり軸方向に移動させ得る直方体状の移動体２１を設け
ている。この移動体２１の両側には腕部２１ｃ、　２１
ｃを突設させており、これらの腕部２１Ｃ９２１ｃには
ネジ軸２０と平行している案内軸２２．２２を摺動自在
に挿通させて移動体２１の回転が阻止されている。更に
ネジ軸２０を挿通させている移動体２１のネジ孔２１ａ
には、ネジ軸２０の螺旋？ａ２０ａと対向し所要長さの
ボール溝２１ｂを形成しており、螺旋溝２０ａとボール
溝２１ｂとの間に多数のボール２２を配設している。し
たがって、ネジ軸２０を回転させた場合には、移動体２
１がネジ軸２０の軸方向に円滑に移動するようになって
いる。

移動体２１の一端部側には、ネジ軸２０の直径より十分
大きい径寸法として例えばけい素鋼材からなる磁性体を
所要巻回数で巻回して形成した内筒コイル状鉄心２３を
ネジ軸２０に遊嵌させている。この内筒コイル状鉄心２
３の夫々の端部には、両端を互いに同方向にＬ字状に屈
曲させた直線状鉄心２４の夫々の端部が接続されていて
、円筒コイル状鉄心２３と直線状鉄心２４とにより閉ル
ープが形成されている。円筒コイル状鉄心２３はネジ軸
２０と同心配置して、直線状鉄心２４の一端を移動体２
１の一端側に固着して支持されており、その支持状態を
安定させるべく直線状鉄心２４の機械的強度は大きなも
のとなっている。直線状鉄心２４には図示しない電源と
接続する所要巻回数の電源側巻線２５を、直線状鉄心２
４に摺動自在に巻回している。また円筒コイル状鉄心２
３の鉄心部分には、前記発光部５と接続する所要巻回数
の負荷側巻線２６を鉄心部分に摺動自在に巻回している
。そして、操舵操作がなされていない場合は電源側巻線
２５及び負荷゛側巻線２６は、直線状鉄心２４及び円筒
コイル状鉄心２３の夫々の長さ方向の略中央に位１する
ようになっている。

電源側巻線２５のリード線ｌ、は長さに余裕をもたせて
ステアリングコラム９の内周面に適宜手段で支持されて
いる。負荷側巻線２６のリード線１２は稍硬い線材を用
いており、負荷側巻線２６をネジ軸２０から径方向に離
れた所要位置に支持させた状態にして、そのリード線１
８の途中を、ネジ軸２０に外嵌固定したリード線支持体
２７の外面に支持して負荷側＠線２６が配設されている
。したがって、ネジ軸２０を回転させると移動体２１と
一体化されているコイル状鉄心２３及び直線状鉄心２４
がネジ軸２０の軸方向に移動し、直線状鉄心２４は電源
側巻線２５内を移動する。一方、ネジ軸２０の回転によ
りリード線支持体２７に取付けている負荷側巻ｖＡ２６
が、円筒コイル状鉄心２６の鉄心部分に沿ってその周方
向に移動することになる。また電源側巻線２５に電源を
接続することにより、直線状鉄心２４及び円筒コイル状
鉄心２３が励磁され、円筒コイル状鉄心２３と電磁結合
している負荷側巻線２６に電圧を誘起し、これに接続し
た発光部５に電流が供給できて発光させ得る。

第５図はトルク検出装置の位相差検出回路の回路図であ
る。リニアイメージセンサ１３．１４の出力信号は第１
．第２のサンプル・ピークホールド回路３０．３１に夫
々与えられ、サンプル・ピークホールド回路３０．３１
の出力信号Ｓｔ、　Ｓ２は第１．第２のレベル変換回路
３２．３３に与えられる。第１のレベル変換回路３２の
出力信号Ｓ３はフリップフロップ３４の一入力端子Ｊと
３人カアンド回路３５の一入力端子とインバータ回路３
６とに与えられ、インバータ回路３６の反転出力信号は
フリップフロップ３４の他入力端子Ｋに与えられる。第
２のレベル変換回路３３の出力信号Ｓ４はインバータ回
路３７に与えられ、インバータ回路３７の反転出力信号
Ｓ４’は３人カアンド回路３５の一入力端子とフリップ
フロップ３４のクロック端子ＣＬＫに与えられる。３人
カアンド回路３５の出力信号Ｓ５はカウンタ３８のクロ
ック端子ＣＬＫに与えられる。フリップフロップ３４の
出力端子Ｑの出力信号及びカウンタ３８の出力端子６＾
、６ト・・６Ｇから出力される７ビツトの出力信号はマ
イクロコンピュータからなる制御部３９に与えられる。

制御部３９は一定時間おきに（リニアイメージセンサ１
３゜１４の一走査時間）、フリップフロ・ノブ３４の出
力端子Ｑの出力信号及びカウンタ３８の出力端子６Ａ〜
６Ｇの出力信号を入力し、そしてカウンタ３８のクリア
端子ＣＬＲにクリア信号を出力する。また制御部３９は
、リニアイメージセンサ１３．１４と、サンプル・ピー
クホールド回路３０．３１と、３人力アンド回路３５の
他入力端子とにクロック信号ＳＯを与える。これらによ
り位相差検出回路ＰＤが構成されている。

次にこのように構成されたトルク検出装置によるトルク
検出動作を第２図、第５図及び位相検出動作のタイミン
グチャートを示す第６図、第７図によって説明する。第
２図に示すように入力軸２にトルクが作用していない場
合は発光部５の投射光は人、出力軸２．３に夫々設けて
いる光反射面７．８で反射して第１．第２の受光部１１
．１２の周方向の同一位置に入射し、その位置に対応し
たリニアイメージセンサ１３．１４の画素に入射する。

それによりリニアイメージセンサ１３．１４に与えられ
ているクロック信号に関連して光電変換した出力信号を
サンプル・ピークホールド回路３０．３１に与える。サ
ンプル・ピークホールド回路３０．３１はピーク値でサ
ンプリングし第６図に示す出力信号Ｓｌ。

Ｓ２を出力する。この出力信号Ｓ１．　Ｓ２はレベル変
換回路３２．３３によって所定レベルに変換され、第６
図に示すパルスの出力信号Ｓ３．　Ｓ４及びＳ４’を出
力する。それらの出力信号Ｓ３．Ｓ４’はクロック信号
ＳＯとともに３人力アンド回路３５に与えられて、３人
力アンド回路３５の論理が成立せず、出力信号Ｓ３゜３
４との位相差を検出せず第６図に示す如き出力信号Ｓ５
をカウンタ３８に与える。それ故カウンタ３８は零の７
ビツトの出力信号を制御部３９に与えることになる。一
方、フリップフロップ３４には入力端子Ｊ、ＫにｒｌＪ
、ｒ、ＯＪの信号が与えられており、クロック端子ＣＬ
Ｋには「０」の信号が与えられて出力信号端子Ｑの出力
信号は変化しない。このようにして入力軸２にトルクが
作用していないときには位相検出信号は得られず、即ち
トルク検出信号は得られない。

しかして、操舵操作により第２図に実線矢符で示すよう
に入力軸２を時計回転方向に回転させると、トーション
バー４が捩れてトルクに相応して発光部５とともに光反
射面７は光反射面８に対し時計回転方向に変位し、光反
射面７と８とにより反射した夫々の反射光は第１．第２
の受光部１１゜１２の周方向の異なる位置を投射する。

そして、前記同様に入射光がリニアイメージセンサ１３
．１４で光電変換され、その出力信号をサンプル・ピー
クホールド回路３０．３１に与える。この場合、第１゜
第２の受光部１１．１２に反射光が入射する位置が異っ
ているから例えばサンプル・ピークホールド回路３０が
第７図に示すように出力信号Ｓ１を先に出力し、続いて
サンプル・ピークホールド回路３１が第７図に示す出力
信号Ｓ２を出力する。そして夫々の出力信号ＳＬ、　Ｓ
２をレベル変換回路３２．３３に与えてレベル変換回路
３２．３３は第７図に示すパルスの出力信号Ｓ３．Ｓ４
’及びＳ４を出力する。

それにより、３人力アンド回路３５は出力信号Ｓ３とＳ
４’とクロック信号ＳＯとの論理が成立して、第７図に
示す出力信号Ｓ５をカウンタ３８に与えることになる。

よってタウンタ３８はクロック信号を計数して出力信号
Ｓ５の時間幅に対応した７ビツトの出力信号を位相差検
出信号、即ちトルク検出信号として出力端子６Ａ、　６
Ｂ・・・６Ｇから出力して制御部３９に与える。一方出
力信号Ｓ３が先行しているからフリップフロップ３４の
入力端子Ｊ、にはｒｌＪ、ｒＯＪとなっており、その時
点で出力信号Ｓ４’が出力されていないからフリップフ
ロップ３４のクロック端子ＣＬＫは「１」となる。その
ためフリップフロップ３４の出力端子Ｑは「１」に反転
して入力軸２が時計回転方向である操舵方向信号を制御
部３９に与える。なお、人力軸２を反時計回転方向に回
転させた場合は、前述した理由により出力信号Ｓ４’が
先に出力されその出力時点でフリップフロップ３４の入
力端子Ｊ、にはｒｏｂ、ｒｌＪとなるから、その出力端
子ＱはｒＯＪに反転して入力軸２が反時計回転方向であ
る操舵方向信号を制御部３９に与える。そしてトルク検
出信号は時計回転方向の場合と同様に出力される。この
ようにして、入力軸２に作用するトルク及び入力軸２の
回転方向が検出できる。

第８図乃至第１１図は発光部に接触部を介在させずに電
流を供給する他の構成を示したステアリングコラム内部
の断面図であり、第８図及び第９図は入力軸２を回転さ
せていない状態、第１０図及び第１１図は入力軸２を反
時計回転方向に回転させた状態を示している。ステアリ
ングコラム９内に挿通させているトーシッンバ−４で連
結された人。

出力軸２．３及び第１．第２の受光部１１．１２につい
ては第２図に示した構造と同じである。しがし、ステア
リングコラム９の内周面には、その周方向の同一線上に
位置して周方向に４等配して発光部５．５，５．５を取
付けている。また１つの発光部５は入力軸２にトルクが
作用していない場合は入力軸２に設けた光反射面７と対
向する位置としている。

このような構成においても、ステアリングコラム９に取
付けた発光部５の投射光は、前述した入力軸２に取付け
た発光部５と同様に光反射面７゜８で反射して第１．第
２の受光部１１．１２に投射されることになる。また第
１０図及び第１１図に示すように入力軸２を４５度回転
した場合には、それまで対向していた発光部５と入力軸
２の回転方向側に配設されている発光部５の投射光とが
光反射面で反射することになる。それ故、入力軸２の回
転状態により１つの発光部５からの出射光が得られなく
なっても、それとは別の発光部５の出射光が光反射面７
．８で反射させることができる。したがって、第１．第
２の受光部１１．１２で得た入射光を第５図の位相差検
出回路に与えることにより、発光部５を入力軸２に取付
けた場合と同様にトルクを検出できる。そしてこれらの
発光部５．５，５゜５に、ステアリングコラム９の周面
を挿通させたリード線（図示せず）を接続することによ
り発光部５．５．５．５に対し接触部を介さずに電流を
供給できることになる。

第１２図は入力軸２に取付けたトルクセンサにスリップ
リングを介してセンサの主電源を接続するステアリング
コラム内部の断面図である。操舵輪ｌを取付けた入力軸
２のコラムシャフト９内に位置する部分には絶縁筒４０
が外嵌固着されている。

この絶縁筒４０の操舵輪１側にはスリップリング４１゜
４１を固定的に取付けている。このスリップリング４１
、４１と対向するステアリングコラム９の内側には、ス
リップリング４１．４１と摺接する刷子４２．４２が取
付けられ、刷子４２．４２はステアリングコラム９の周
面を挿通させた図示しないリード線と接続され、このリ
ード線は後述する主電源と接続される。スリップリング
４１．４１は、絶縁筒４０に取付けたバックアップ電源
４３の入力側と接続され、出力側はリード線１３により
入力軸２に取付けている図示しないトルクセンサと接続
されている。

そして、このようなスリップリング４１．４１を介装し
て主電源をトルクセンサと接続する電源接続回路は第１
３図のようになっている。主電源４４は刷子４２．４２
を介してスリップリング４１．４１と接続されている。

一方のスリップリング４１は逆直列接続のダイオードＤ
、、Ｄ、を介してバンクアップ電源４３の正極と接続さ
れており、ダイオードＤ２には抵抗Ｒが並列接続されて
いる。他方のスリップリング４１はバックアップ電源４
３の負極と接続されている。そしてダイオードＤ＋、Ｄ
ｚの接続中間点とバックアップ電源４３の負極とに電圧
監視部４５の入力端子４５ａ、　４５ｂを接続しており
、この電圧監視部４５は電圧の変動を検出して電圧監視
信号を出力するようになっている。また前記入力端子４
５ａ。

４５ｂには図示しないトルクセンサを接続しており、ト
ルクセンサに主電源４４が接続されている。

この電源接続回路においては、主電源４４がトルクセン
サに接続され、またバックアップ電源４３にも接続され
ている。そのためトルクセンサがトルクを検出する状態
になし得、またバックアンプ電源４３を充電する。とこ
ろで、スリップリング４１゜４１と刷子４２．４２との
接触状態が悪化して、主電源４４がスリップリング４１
．４１に接続されない状態になったときは、充電されて
いるバックアップ電源４３により主電源４４をバックア
ップする。したがって、スリップリング４１．４１の接
触不良によるトルクセンサの動作不良を解消できる。

なお、本実施例では発光部５を入力軸２側に取付けたが
、出力軸３側に取付けてもよい。また受光部に直接リニ
アイメージセンサを配設してもよい。更に、リニアイメ
ージセンサに限らず１次元のＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ
　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）を用いて、受光位置に
応じて出力される信号の大小差を検出してもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば発光部の通電回路
に接触部が介在せず安定して電流を供給でき、トルクは
２つの受光部で得た信号の差から検出するから、入力軸
に作用するトルクを高感度に検出できる。したがって、
長期の使用によっても接触不良に起因してトルクの検出
感度が低下せず信頼性の高いトルク検出装置を提供でき
る優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルク検出装置を適用した操舵輪
部分の斜視図、第２図は入出力軸を挿通させたステアリ
ングコラム内部の断面図、第３図及び第４図は発光部に
電流を供給するための電源接続構造を示す断面図及び上
面図、第５図は位相差検出回路の回路図、第６図及び第
７図は位相検出動作のタイミングチャート、第８図乃至
第１１図は発光部に接触部を介在させずに電流を供給す
る他の構成を示すステアリングコラム内部の断面図、第
１２図及び第１３図はスリップリングを用いてトルクセ
ンサに電源を接続するステアリングコラム内部の断面図
及び電源接続回路の回路図である。 ２・・・入力軸　３・・・出力軸　４・・・トーション
バー５・・・発光部　７，８・・・光反射面　９・・・
ステアリングコラム　１１・・・第１゛の受光部　１２
・・・第２の受光部　１３．１４・・・リニアイメージ
センサ　３０，３１・・・サンプル・ピークホールド回
路　３２．３３・・・レベル変換回路　３４・・・フリ
フプフロソブ　３５・・・３人カアンド回路　３８・・
・カウンタ　３９・・・制御部時　許　出願人　　光洋
精工株式会社 代理人　弁理士　　河　野　　登　夫 ％　　１　図 ￥１１２１！１ ％３１２１ ％　４　図 ％　５　図 ５４−」］−一一一「ヒー ％　　　６　　　図　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　饗し　　　ｑ　　　Ｇコ第　８　目　　　　　
　　　　　　算　９７第　１０　　回　　　　　　　　
　第　１１　　面第　１２１ｉ２１ 亮　＋３　１ｉｉ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、トーションバーを介して連結された入力軸と出力軸
   との間の捩れを検出するトルク検出装置において、 前記入、出力軸を挿通させる筒体の内周面に、その軸方
   向に離隔させて夫々を周設している２つの受光部と、前
   記筒体の内側に配設してある発光部と、該発光部からの
   光を反射させて前記２つの受光部に投射すべく入力軸及
   び出力軸の夫々に設けた光反射面と、前記２つの受光部
   が受光位置に応じて出力する信号の差を検出する信号差
   検出回路とを備えていることを特徴とするトルク検出装
   置。