JPH01184430A - 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トルクセ
ンサには、例えば実開昭６１−５０２３８号公報に示さ
れている如くポテンショメータを用いたものが知られて
いる。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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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から、操舵輪の頻繁な操
舵操作によりスリップリングと刷子との接触状態が１次
第に悪化する。それ故、長細にわたり使用した場合はト
ルクの検出精度が次第に低下し、信頼性が低下するとい
う問題がある。

本発明は前述した課題に鑑み、トルク検出部の出力を電
気的接触部を介在することな（導出し得て、長期にわた
り高い信顧性を得るトルク検出装置を提供することを目
的とする。

【課題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じれを検出する
トルク検出装置において、前記入。

出力軸の捩じれを検出するトルク検出部と、前記人力軸
に設けており、前記トルク検出部の出力に関連して発光
する発光部と、前記入出力軸を挿通する筒体に設けてお
り前記発光部の光が入射する受光部と、該受光部に入射
した光を電気信号に変換する光電変換部とを備えている
ことを特徴とする。

〔作用〕

トルク検出部は、人、出力軸の捩じれを検出する。入力
軸に設けた発光部はトルク検出部の出力をデジタル変換
した信号に関連して発光する。発光部の出射光は人、出
力軸を挿通ずる筒体に設けた受光部に入射する。受光部
に入射した光は光電変換部で電気信号に変換され、トル
クを検出した信号となる。

〔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輪
部分の斜視図、第２図はステアリングコラム内の発光部
及び受光部の模式図である。操舵輪ｌを取付けている操
舵軸たる入力軸２は、操舵１ｍｔＩの図示しないピニオ
ンを取付けている出力軸３と図示しないトーションバー
を介して連結されている。入力軸２の外周面の一部分に
は例えば１４個の発光素子（以下ＬＥＤという）を入力
軸２の回転方向に沿って取付けた発光部４を設けている
。

入力軸２の出力軸３寄りには、人、出力軸２．３の捩じ
れを検出する例えばポテンショメータからなるトルク検
出部５を設けている。そして、人。

出力軸２．３を挿通する円筒のステアリングコラム６の
内周面には、人、出力軸２，３をステアリングコラム６
に挿入した場合に発光部４と対向する位置に、多数本の
光ファイバ７の一端を１列に並設してそれを周方向に配
設してなる受光部８を設けている。

光ファイバ７の他端は、光ファイバ７を並設しているそ
の始端側のものから順次光電変換部たるリニアイメージ
センサ９の一側の画素と順次対向させており、受光部８
に入射した光をリニアイメージセンサ９の各画素に入射
させている。

第３図及び第４図は発光部４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６内の出力軸３の一部は所要長さにわたり螺旋
：ａｌｏａを形成したネジ軸ｌＯとなっている。このネ
ジ軸１０には、そのネジ軸ｌＯ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１１を設けている。こ
の移動体１１の両側には腕部１１ｂ、　ｌｌｂを突設さ
せており、これらの腕部１１ｂ、　ｌｌｂにはネジ軸ｌ
Ｏと平行している案内軸１２．１２を摺動自在に挿通さ
せて移動体１１の回転が阻止されている。更にネジ軸１
０を挿通させている移動体１１のネジ孔１１ａには、ネ
ジ軸ｌＯの螺旋溝１０ａと対向し所要長さのボール溝１
１ｂが形成されており、螺旋溝１０ａとボール溝１１ｂ
との間に多数のボール１２を配設している。したがって
、ネジ軸１０を回転させた場合には、移動体１１がネジ
軸ｌＯの軸方向に円滑に移動するようになっている。

移動体１１の一端部側には、ネジ軸１０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コイル状鉄心部１３をネ
ジ軸１０に遊嵌させている。このコイル状鉄心部１３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
せた直線状鉄心部１４の夫々の端部が接続されていて、
コイル状鉄心部１３と直線状鉄心部１４とにより閉磁路
が形成されている。

コイル状鉄心部１３はネジ軸ｌＯと同心配置して、直線
状鉄心部１４の一端を移動体１１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
心部１４の機械的強度は大きなものとなっている。直線
状鉄心部１４には図示しない交流電源と接続する所要巻
回数の電源側巻線１５を、直線状鉄心部１４に摺動自在
に巻回している。またコイル状鉄心部１３には、前記発
光部４と接続する所要巻回数の負荷側巻線１６をその鉄
心部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１５及び負荷側巻線１６
は直線状鉄心部１４及びコイル状鉄心部１３の夫々の長
さ方向の略中夫に位置するようになっている。

電源側巻線１５のリード線らは長さに余裕をもたせてス
テアリングコラム６の内周面に適宜手段で支持されてい
る。負荷側巻線１６のリード線１２は稍硬い線材を用い
ており、負荷側巻線１６をネジ軸ＩＯから径方向比離れ
た所要位置に支持させた状態にして、そのリード線１２
の途中を、ネジ軸１０に固定している刃−ド線支持体１
７の外面に支持して負荷側巻線１６が配設されている。

したがって、ネジ軸１０を回転させると移動体１１と一
体化されているコイル状鉄心部１３及び直線状鉄心部１
４がネジ軸ｌＯの軸方向に移動し、直線状鉄心部１４は
電源側巻線１５内を移動する。一方、ネジ軸ｌＯの回転
によりリード線支持体１７に取付けている負荷側巻線１
６が、コイル状鉄心部１３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１５に交流電源を接続することにより、
直線状鉄心部１４及びコイル状鉄心部１３が励磁され、
コイル状鉄心部１３と電磁結合している負荷側巻線１６
に交流電圧を誘起し、これを図示しない交流−直流変換
部で直流電圧に変換し、これに接続した発光部４に電流
を供給して発光させ得る。

第５図はトルク検出装置の検出回路のブロック図である
。トルク検出部５の出力はアナログ／デジタル変換器（
以下Ａ／Ｄ変換器という）２０に与えられている。Ａ／
Ｄ変換器２ｏのデジタル出力信号は、その最小ビン）　
ＬＳＢを発光素子駆動回路（以下ＬＥＤ駆動回路という
）２１ａに、最大ビン）　ＭＳＢをＬＥＤ駆動回路２１
に与えて、例えば１２個のＬＥＤ駆動回路２１ａ、２１
ｂ　＝２Ｈ！に与えており、各ＬＥＤ駆動回路２１ａ。

２１ｂ・・・２１１の出力は夫々に対応しているＬＩＥ
Ｄ２２ａ、２２ｂ・・・２２１に夫々与えている。また
、発光部４は１２個のＬＥＤ２２ａ、　２２ｂ・・・２
２１の配列の始端側と終端側とに夫々ダミーのＬＥＤ２
２ｘ、　２２ｙを配設しており、そのダミーのＬＥＤ２
２ｘ、２２ｙはダミーのしＥＤ駆動回路２１ｘ、２１ｙ
により常時発光させる構成となっている。そして発光部
４が発光した光は受光部８に投射され、受光部８に入射
した光は光ファイバ７を透過して光電変換素子たるリニ
アイメージセンサ９に゛入射されている。リニアイメー
ジセンサ９に入射した光は電気信号に変換され、電気信
号のレベルを所定値になすレベル変換器２３に与えられ
ている。レベル変換器２３の出力信号はシフトレジスタ
２４及びダミー信号検出部２５に与えられており、シフ
トレジスタ２４及びダミー信号検出部２５の出力信号は
マイクロコンピュータからなる制御部２６に与えられて
いる。そして制御部２６が出力するダミーの信号に同期
したクロック信号ＣＬＫＩをシフトレジスタ２４に、ま
たリニアイメージセンサ９の出力信号を出力させるクロ
ック信号ＣＬＫ２をリニアイメージセンサ９に夫々与え
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１図、第２図及び第５図により説明する。

操舵輪ｌを操作していない場合は入力軸２と出力軸３と
の間に捩じれが生じず、第２図に示す如く発光部４の中
央部Ｃ４と受光部８の中央部Ｃ８とが対向しており、ト
ルクセンサ５はトルク信号を出力しない。したがって、
発光部４のダミーのＬＥＤ２２ｘ、２２ｙのみが発光し
、その光が受光部８に入射して光ファイバ１を透過して
、リニアイメージセンサ９に入射する。リニアイメージ
センサ９に入射した光は光電変換され、制御部２６から
与えられるクロック信号ＣＬＫ２により順次レベル変換
器２３に出力する。そして所定レベルに変換した信号を
ダミー信号検出部２５及びシフトレジスタ２４に与える
。それによりダミー信号検出部２５はダミーのＬＥＤ　
２２ｘ、２２ｙからの各ダミーの信号を検出して制御部
２６に与え、それらのダミーの信号に同期して制御部２
６はシフトレジスタ２４にクロック信号ＣＬＫＩを与え
る。シフトレジスタ２４は与えられたクロック信号ＣＬ
Ｋ２°の信号同士の期間内に存在する信号を制御部２６
にパラレルに出力する。しがし、前述したようにレベル
変換器２３がらはダミーの信号のみを出力しているから
、制御部２６にはトルク信号が入力されない。

しかるに、操舵輪１を例えば時計回転方向に操作した場
合には、入力軸２と出力軸３との間に第２図の矢符で示
す方向の捩じれが生じ、発光部４の中央部Ｃ４が受光部
８の中央部Ｃ８に対して矢符方向に変位することになり
、トルク検出部５はその捩じれに相応するトルクを検出
した信号を出力する。その出力はＡ／Ｄ変換器２０によ
りデジタル変換され、そのデジタル信号がＬＥＤ駆動回
路２１ａ、２１ｂ・２１１に与えられて発光部４のＬ［
！Ｄ２２ａ　、　２２ｂ　・・・２２１をデジタル信号
に応じて発光させる。一方、ダミーのＬＥＤ２２ｘ、　
２２ｙが連続発光しており、それらの光が受光部８に入
射する。そして光ファイバ７を透過してリニアイメージ
センサ９に入射し、入射した光は光電変換され、制御部
２６から与えられるクロック信号ＣＬＫ２により順次レ
ベル変換器２３に出力し、所定レベルに変換された信号
は、ダミー信号検出部２５及びシフトレジスタ２４に与
えられる。それによりダミー信号検出部２５はダミーの
ＬＥＤ２２ｘ、　２２ｙの各信号を検出して制御部２６
に与え、それらのダミーの信号に同期して制御部２６に
シフトレジスタ２４にクロック信号ＣＬＫＩを与える。

シフトレジスタ２４は信号同士の期間内に存在するシフ
トレジスタ２４の信号を制御部２６にパラレルに出力す
る。そのため、制御部２６にはトルク検出部５が検出し
た信号に相応するトルク信号が入力されることになりト
ルクを検出する。また発光部４と受光部８との対向状態
が変化することにより、信号を出力するリニアイメージ
センサ９の画素が時計回転方向に変位して入力軸２の回
転方向及び操舵角が検出できる。なお、入力軸２を矢符
と反対方向に回転操作した場合も、矢符方向に回転させ
た場合と同様にトルク及び入力軸２の回転方向及び操舵
角を検出できる。

このようにして、回転する入力軸２側でトルクを検出し
た信号を光にして固定側に設けた受光部８に伝送するか
ら、電気的接触部を介することなく正確にトルクを検出
でき、しかも入力軸２の回転操作方向及び操舵角を検出
できる。

第６図は入力軸２に取付けたトルクセンサ５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１を取付けた入力軸
２のステアリングコラム６内に位置する部分には絶縁筒
３０が外嵌固着されている。この絶縁筒３０の操舵輪ｌ
側にはスリップリング３１．３１を固定的に取付けてい
る。このスリップリング３１．３１　と対向するステア
リングコラム６の内側には、スリップリング３１．３１
と摺接する刷子３２．３２が取付けられ、刷子３２．３
２はステアリングコラム６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３１．３１は、絶縁筒３
０に取付けたバックアンプ電源３３の入力側と接続され
、出力側はリード線！、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３１．３１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７
図のようになっている。主電源３４は刷子３２．３２を
介してスリップリング３１．３１　と接続されている。

一方のスリップリング３１は逆直列接続のダイオードＤ
ｔ、Ｄｚを介してバックアップ電源３３の正電極と接続
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３１はバンクアンプ電源
３３の負電極と接続されている。そしてダイオードＤ、
、Ｄ！の接続中間点とバックアップ電源３３の負電極と
に電圧監視部３５の入力端子３５ａ、３５ｂを接続して
おり、この電圧監視部３５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３５ａ、３５ｂには図示しないトルク検出部を接続し
ておりトルク検出部に主電源３４が接続されている。

この電源接続回路においては、主電源３４がトルク検出
部に接続され、またバックアップ電源３３にも接続され
ている。そのためトルク検出部がトルクを検出する状態
になし得、またバックアップ電源３３を充電する。とこ
ろで、スリップリング３１．３１と刷子３２．３２との
接触状態が悪化して、主電源３４がスリップリング３１
．３１に接続されない状態になったときは、充゛電され
ているバンクアンプ電源３３により主電源３４をバック
アップする。したがって、スリップリング３１．３１の
接触不良によるトルク検出部の検出不良を解消できる。

また電圧監視部３５は、スリップリング３１．３１の接
触不良が長時閲読いて、トルク検出部がバックアップ電
源３３のみで駆動された場合に、トルク検出部の駆動が
不能になるまでの電圧の低下を検出する。そして、その
ような電圧の低下を検出した場合、電圧監視部３５の所
要出力を電動パワーステアリング装置のフェールセーフ
に使用することができる。

なお、本実施例では受光部８とリニアイメージセンサ９
とを光ファイバ７で光学的に接続したが、受光部８の位
置にリニアイメージセンサ９を配設してもよい。またリ
ニアイメージセンサに限らず１次元のＰＳＤ（Ｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ　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、本発明によれば回転側に設けたト
ルク検出部が検出したトルク信号を先にして、固定側に
設けた受光部に伝送するから、トルク信号の伝送回路に
電気的接触部が介在せず入力軸に作用するトルクを高感
度に検出できる。また長期の使用によってもトルクの検
出感度の低下の底れがない信幀性の高いトルク検出装置
を従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図はステアリングコラム内部 を示す模式図、第３図及び第４図は発光部に通電するた
めの電源接続構造を示す断面図及び平面図、第５図はト
ルク検出装置の検出回路のブロック図、第６図及び第７
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
する構造を示す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・・・発光部５・
・・トルク検出部　８・・・受光部　９・・・リニアイ
メージセンサ　２１ａ、２１ｂ　　・・・２１１・・・
発光素子駆動回路　２２ａ、２２ｂ　・・・２２ｊ！−
発光素子　２２ｘ、２２ｙ・・・ダミーの発光素子　２
３・・・レベル変換器　２４・・・シフトレジスタ　２
５・・・ダミー信号検出部　２６・・・制御部 特　許　出願人　　光洋精工株式会社 代理人　弁理士　　河　野　　登　末 弟　６　図 第　７　図 第　１　図 ■２図 第　３　図 ′ｊ！Ｊ　４　　図 第　５ｒｉ３

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
   との間の捩じれを検出するトルク検出装置において、 前記入、出力軸の捩じれを検出するトルク検出部と、前
   記入力軸に設けており、前記トルク検出部の出力に関連
   して発光する発光部と、前記入出力軸を挿通する筒体に
   設けており前記発光部の光が入射する受光部と、該受光
   部に入射した光を電気信号に変換する光電変換部とを備
   えていることを特徴とするトルク検出装置。