JPH02195221A - トルクセンサ - 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） 本発明はトルクセンサに関し、特に自動車のパワーステ
アリング装置に好適なトルクセンサ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
は操舵輪に作用したトルクを検出し、その検出トルクに
応じて操舵機構に設けている操舵力を補助する電動機を
回転させる構造となっている。

ところで、本願出願人は特願昭６３−１９１８４３号に
よりこの種のトルクセンサを提案している。第３図はそ
のトルクセンサの要部を示すブロック図である。電源安
定化部１１２の出力電圧をトルクセンサ部ＴＳの発振回
路１１３及び抵抗分圧回路からなるオフセット電圧出力
部１１４に与えている０発振回路１１３の発振電圧は抵
抗Ｒ＋（Ｒｔ）を介して温度補償コイルし、。（トルク
検出コイルＬ２゜）とコンデンサＣ１゜（Ｃ怠。）との
並列回路からなる温度補償回路１１５（トルク検出回路
１１６）へ与えられている。そして温度検出回路１１５
　（）ルク検出回路１１６）の共振電圧たる交流電圧を
クランプ回路１１７（１２２）へ与えており、クランプ
回路１１７（１２２）の出力電圧をピーク検出回路１１
Ｂ（１２３）へ入力している。ピーク検出回路１１８の
出力電圧は比較回路１２０及び差動増幅回路１２１へ入
力されている。またピーク検出回路１２３の出力電圧を
前記差動増幅回路１２１へ入力している。前記比較回路
１２０には基準電圧回路１１９の基準電圧が入力されて
おり、比較回路１２０の出力電圧はコネクタＣＮＩを介
して図示しないコントローラ部へ出力される。また前記
オフセット電圧出力部１１４が出力するオフセット電圧
は前記差動増幅回路１２１及び電圧−電流変換回路１２
５へ入力しており、前記差動増幅回路１２１の出力電圧
は電圧−電流変換回路１２４へ入力されている。そして
電圧−電流変換回路１２４．１２５の各出力電圧はコネ
クタＣＮＩを介して前記コントローラ部へ出力される。

また図示しないコントローラ部に設けている電源の電圧
がコネクタＣＮＩを介して前記電源安定化部１１２へ与
えられている。

このトルクセンサは、電源安定化部１１２の出力電圧が
発振回路１１３及びオフセット電圧出力部１１４へ与え
られて、発振回路１１３は発振動作をし、オフセット電
圧出力部１１４はオフセット電圧を出力する。そして発
振回路１１３の発振電圧が温度補償回路１１５及びトル
ク検出回路１１６へ入力される。

それにより温度補償回路１１５の温度補償コイルＬＩＯ
のインダクタンスに応じて生じる交流電圧が周囲温度に
関連して得られてクランプ回路１１７へ入力される。ま
たトルク検出回路１１６のトルク検出コイルＬ２゜のイ
ンダクタンスに応じて生じる交流電圧は、操舵輪の操作
により作用したトルク及び周囲温度に関連して得られて
クランプ回路１２２へ入力される。クランプ回路１１７
．１１８は夫々、入力された交流電圧の負の最大値をＯ
ｖになすよう波形を正電圧側へレベル変更するバイアス
を与えてクランプする。そしてクランプ回路１１７．１
２２の各出力電圧をピーク検出回路１１８．１２３へ各
別に入力し、ピーク検出回路１１８．１２３は入力され
た交流電圧のピーク値を順次検出する。そしてこれらの
ピーク検出回路１１８．１２３の各出力電圧がオフセッ
ト電圧出力部１１４のオフセット電圧とともに差動増幅
回路１２１へ入力されて、差動増幅回路１２１はピーク
検出回路１１８．１２３の各出力電圧の差を求めるとと
もに、それらの差の出力電圧にオフセット電圧を加える
ことになる。それにより、差動増幅回路１２１の出力電
圧は、温度補償回路１１５及びトルク検出回路１１６の
周囲温度に関連する出力電圧が相殺されたものとなり、
作用しているトルクに関連する出力電圧のみが得られる
ことになる。

なお、トルクを検出していない場合は差動増幅回路１２
１の出力電圧はオフセット電圧になり、トルクを検出し
た場合には操舵輪の回転方向により、オフセット電圧を
基準にして出力電圧が正又は負方向に変化し、電源安定
化部１１２の出力電圧と発振回路１１３の規定入力電圧
とに差が生じる場合であっても適正な検出トルクが得ら
れる。そして、この検出トルクに関連して操舵力を補助
する図示しない電動機を制御している。

なお、発振回路１１３が故障してその発振電圧が消滅し
た場合は、温度補償回路１１５及びトルク検出回路１１
６の夫々の出力電圧が消滅する。そうすると比較回路１
２０には基準電圧回路１１９からの基準電圧のみが与え
られることになり、比較回路１２０の出力電圧が大幅に
変化する。その出力電圧の変化に基づいて、発振回路１
３の異常動作を検出している。

（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は、トルクを検出
する回路以外に、発振回路１１３の動作を監視するため
の基準電圧回路１１９及び比較回路１２０からなる発振
動作監視回路を必要とする。そのためにトルクセンサの
回路が複雑になり、またその基準電圧回路１１９及び比
較回路１２０の異常動作が問題になり、信転性をより高
めることが難しいという問題がある。

本発明は斯かる問題に鑑み、操舵力により作用したトル
クに関連する電圧を誘起させるための交流電圧を発振す
る発振回路の動作を監視する必要がなく、それにより回
路が簡単で信頼性が高いトルクセンサを提供することを
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センサは、操舵力により作用したト
ルクに関連する磁気結合状態を得、その磁気結合に関連
して誘起する交流電圧によりトルクを検出するトルクセ
ンサにおいて、前記交流電圧を誘起させるための電圧を
発振する発振回路と、該発振回路の電圧に同期するタイ
ミング信号を出力する同期タイミング回路と、前記交流
電圧及び前記タイミング信号が与えられ、タイミング信
号に同期して検波する同期検波回路とを備え、該同期検
波回路が出力する電圧に基づいて前記トルクを検出する
構成としてあることを特徴とする。

〔作用〕

発振回路は電圧を発振し、その電圧を同期タイミング回
路へ入力する。同期タイミング回路は発振回路の電圧に
同期したタイミング信号を出力し同期検波回路へ入力す
る。同期検波回路には発振回路の電圧により誘起し、作
用しているトルクに関連する交流電圧が入力される。同
期検波回路は入力された交流電圧をタイミング信号に同
期して検波して検波した電圧を出力する。

これにより発振回路の動作が停止すると、タイミング信
号が消滅して同期検波回路は検波動作を停止する。

〔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センサの要部ブロック図で
ある。所定周波数の交流電圧を発振する発振回路１の発
振電圧をバッファ２及び同期タイミング回路１５へ入力
している。バッファ２の出力は温度補償コイルし、とコ
ンデンサｃｌとの並列回路及びその端子電圧を増幅する
増幅器３８等からなる温度補償回路３へ入力されている
。またこのバッファ２の出力はトルク検出コイルＬ２と
コンデンサＣ！との並列回路及びその端子電圧を増幅す
る増幅器４８等からなるトルク検出回路４へ人力されて
いる。温度補償回路３の増幅器３ａの出力電圧は温度補
償回路３の出力として出力されるようになっており、ま
たトルク検出回路４の増幅器４ａの出力電圧はトルク検
出回路４の出力として出力されるようになっている。前
記温度補償コイルＬ１のインダクタンスは、周囲温度に
関連して磁気結合状態が変わる図示しない磁気結合部の
状態変化にともなって変化し、一方トルク検出コイルし
！のインダクタンスは、操舵力により作用したトルク及
び周囲温度に関連して磁気結合状態が変わる図示しない
磁気結合部の状態変化にともなって変化するようになっ
ている。前記温度補償回路３及びトルク検出回路４の出
力電圧は、いずれも差動増幅器５へ入力されている。差
動増幅器５の出力電圧は同期検波回路６へ入力されてお
り、またこの同期検波回路６には前記同期タイミング回
路１５のタイミング信号が入力されている。同期検波回
路６の出力電圧は平滑回路７を介して電圧電流変換回路
８へ入力されている。この電圧電流変換回路８には、オ
フセット回路９のオフセット電圧が入力されている。電
圧電流変換回路８の出力たる検出トルク信号ＴＳＩはコ
ネクタ２１を介して図示しないコントローラ部へ出力さ
れるようになっている。

一方、図示しないコントローラ部にある電源の正極端子
Ｔ、がコネクタ２１を介して例えば３端子レギユレータ
からなる電圧安定化回路１６と接続されており、負極端
子ＴＮはコネクタ２１を介して接地されている。そして
電圧安定化回路１６に与えている例えば８ｖの電圧＋８
ｖは図示しない電子回路に与えられている。電圧安定化
回路１６の例えば＋５■である出力電圧はオフセット回
路９及び基準電圧回路１７に与えられている。この基準
電圧回路１７は例えば２〜３■の電圧を出力し、その電
圧をバッファ１８．１９に夫々与えている。バッファ１
８の出力電圧は、電圧安定化回路１６の電圧変動を監視
する例えばオーブンコレクタ回路からなる電圧監視回Ｆ
ｍ２０と、前記発振回路ｌと、同期タイミング回路１５
と、差動増幅器５の各駆動用ＩＣ（図示せず）とに与え
ている。電圧監視回路２０の出力側２０ａは前記電圧電
流変換回路８の出力側と接続されている。

この電圧監視回路２０は電圧安定化回路１６が故障する
等して、電圧安定化回路１６の出力電圧が所定値以下に
低下したとき又は所定値以上に上昇したときに、閉路動
作してその出力側２０ａが接地状態になる動作をする。

次にこのように構成したトルクセンサのトルク検出動作
を第１図及び第２図とともに説明する。

第２図は第１図におけるトルクセンサの各部の電圧波形
を示す波形図である。

図示しないコントローラ部の電源から電圧安定化回路１
６に電圧が与えられると、制御のための図示しない電子
回路にも電圧が与えられ、また電圧安定化回路１６の出
力電圧がオフセット回路９に与えられる。そして基準電
圧回路１７の出力電圧がバッファ１８．１９を介して電
圧監視回路２０、発振回路１、同期タイミング回路１５
及び差動増幅器５へ夫々与えられ、また温度補償回路３
、トルク検出回路４の図示しない駆動回路へ与えられる
。それにより発振回路ｌは発振動作して第２図（ａ）に
示す発振電圧Ｖ（１を出力する。なお、電圧安定化回路
１６に与えられている電圧は、図示しないバッテリの正
の片電源であるためにＯｖより高い電圧レベルを中心に
発振電圧が生じることになる。そしてトルクセンサは動
作状態になる。この発振電圧Ｖ、はバッファ２を介して
温度補償回路３及びトルク検出回路４に与えられ、また
同期タイミング回路１５に与えられる。同期タイミング
回路１５は入力された発振電圧Ｖ、に同期して第２図（
ロ）に示すパルスのタイミング信号Ｖ、を同期検波回路
６へ入力することになる。

ここで、図示しない操舵輪を例えば右回転させて操舵軸
にトルクを作用させた場合には、そのトルクに応じて図
示しない磁気結合部の磁気結合状態が変わることになる
。しかるに温度補償回路３の温度補償コイルし、のイン
ダクタンスは周囲温度に応じたものとなっており、温度
補償回路３の出力電圧ｖｌは第２図（Ｃ）に破線で示す
交流波形になる。

一方、トルク検出回路のトルク検出コイルＬ２のインダ
クタンスはトルクに応じたものとなって、そのインダク
タンスは温度補償コイルし、のインダクタンスより大き
くなりトルク検出回路４の出力電圧ｖ２は第２図（Ｃ）
に実線で示す交流波形になる。これらの出力電圧Ｖ、、
　Ｖｔは差動増幅器５に夫々人力されて、差動増幅器５
は出力電圧Ｖ、とＶｔとの差電圧を増幅し、その出力電
圧ｖ３は第２図（ｄ）に示す交流波形になる。そして、
その出力電圧ｖ３は同期検波回路６へ入力される。同期
検波回路６はタイミング信号シフが正にあるときに検波
を行って出力電圧ｖ３の正の期間の電圧を出力し、その
出力電圧ｖ４は第２図（ｅ）に示す脈流波形になる。こ
の脈流波形の出力電圧ｖ４は平滑回路７へ入力されて平
滑され、その出力電圧ν４の平均値に等しい電圧レベル
ｖ８として、検出トルクを得ないときの後述する電圧レ
ベルＶＮより高い第２図（ｆ）に示す出力電圧Ｖ％が平
滑回路７から出力され、電圧電流変換回路８へ入力され
る。電圧電流変換回路８は入力された出力電圧ＶＳにオ
フセット電圧を加えて、直流電圧を直流電流に変換し、
変換された検出トルク信号ＴＳＩを図示しないコントロ
ーラ部へ出力することになる。これによりコントローラ
部は入力された検出トルク信号ＴＳ、により操舵力を補
助する電動機を駆動して、操舵輪を右回転させる。

ところで、今度は操舵輪を左回転させて操舵軸にトルク
を作用させた場合には、そのトルクに応じて図示しない
磁気結合部の磁気結合状態が変わる。この場合の磁気結
合状態は、右回転の場合の結合量が前述したように大で
あれば、それと反対に小になる。前述したように温度補
償コイルＬ１のインダクタンスは周囲温度に応じたもの
となっていて、周囲温度が変化していなければ温度補償
回路３の出力電圧ｖＩは第２図（ｅ）に破線で示した交
流波形と同一の第２図（樽に破線で示す交流波形になる
。一方、トルク検出コイルｔ、ｘのインダクタンスはト
ルクに応じたものとなって、そのインダクタンスは操舵
輪を右回転させた場合より小さいから、トルク検出回路
４の出力電圧ｖ８は第２図（ｇ）に実線で示す交流波形
になる。これらの出力電圧Ｌ　、Ｖｚは差動増幅器５に
夫々入力されて、差動増幅器５は出力電圧Ｖｔとｖ２と
の差電圧を増幅し、その出力電圧ｖ３は第２図（ｄ）に
示した出力電圧Ｖ、と逆位相になって同期検波回路６へ
入力される。同期検波回路６はタイミング信号Ｖ？が正
にあるときに検波を行って、出力電圧ｖ３の負の期間の
電圧を出力し、第２図（ｉ）に示す脈流波形となる。こ
の脈流波形の出力電圧ｖ４は平滑回路７へ入力されて平
滑され、その出力電圧ｖ４の平均値に等しい第２図（ｊ
）に示す電圧レベルｖＬとなって平滑回路７の出力電圧
ＶＳとして出力され、電圧電流変換回路８へ入力される
。この電圧レベルＶｔは第２図（ｆ）に示す電圧レベル
ＶＷより大幅に低い電圧レベルになっている。

そして電圧電流変換回路８は入力された出力電圧ＶＳに
オフセット電圧を加えた後、直流電圧を直流電流に変換
し、変換された検出トルク信号ＴＳ、を図示しないコン
トローラ部へ出力することになる。

これによりコントローラ部へ入力された検出トルク信号
Ｔ軸により、操舵力を補助する電動機を駆動して、操舵
輪を左回転させる。このようにして得られた検出トルク
は操舵輪の右回転と左回転とで非操舵時の電圧レベルに
対して正、負側の電圧レベルになるから、非操舵時の電
圧レベルと検出トルクの電圧レベルとを比較することに
より操舵輪の操作方向を判別できる。

次に操舵輪を操作していないときは、トルクが作用しな
いから、温度補償回路３及びトルク検出回路４の出力電
圧Ｖ、、　Ｖ、はともに同一の電圧により第２図（ｋ）
に示す交流波形になる。そして、両用力電圧ＶＩ　Ｖｔ
が入力された差動増幅器５の出力に交流電圧の差電圧が
生じず、第２図（２）に示すようになる。したがって、
タイミング信号ｖＴによる同期検波を行っても同期検波
回路６の出力電圧ｖ４が変化せず第２図（ホ）に示すよ
うになり、また平滑回路７の出力電圧も変化せず第２図
（ｎ）に示すようになる。即ち、前述した右回転操舵を
したときの平滑回路の電圧レベルＶＨより低く、左回転
操舵をしたときの同電圧レベルｖＬより高い電圧レベル
ｖ８となり、トルクを検出していないときの電圧レベル
ＶＮとなる。つまり、トルクセンサは、操舵輪を操作せ
ずトルクが作用していないときは検出トルクを出力しな
いことになる。

なお、電圧安定化回路１６の出力電圧が回路故障等によ
り所定値以上低下、又は上昇した場合は、電圧監視回路
２０の出力側が閉路されて接地状態になって、検出トル
ク信号ＴＳＩは零になる。それ故、コントローラ部に与
えられる検出トルク信号↑Ｓ１が、正常時の検出トルク
信号ＴＳＩの出力範囲外であるＯｖとなって、電圧安定
化回路１６の異常動作が検出されて、その場合は、操舵
力を補助する電動機の制御が検出トルクにより制御する
のを禁止することになる。

また、発振回路１が故障して発振動作が停止した場合に
は同期タイミング回路１５が出力するタイミング信号Ｖ
！が消滅する。それにより同期検波回路６は検波動作を
行わなくなり、その出力電圧が生じないことになる。即
ち、トルクが作用していないときと同様に検出トルクが
得られないことになって、発振回路１の動作不調により
、操舵力を補助する電動機を誤って制御せず電動パワー
ステアリングの安全を保持することになる。そして従来
のように発振回路の動作を監視する回路を設ける必要が
ないから、トルクセンサの回路が簡単になるとともに安
全性が損なわれることがない。

更に従来のように発振動作監視回路を設けた場合はその
誤動作によって信頼性が損なわれる戊れがあるが、その
虞れもなく高い信頼性を保持できることになる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明のトルクセンサは発振回路の
発振電圧によって誘起して操舵軸に作用しているトルク
に関連する交流電圧を得、その交流電圧を同期検波回路
で同期検波して検出トルクを得るようにしたから、操舵
力により作用しているトルクを検出でき、また操舵方向
を判別できる。

また操舵力が作用していないときには誤った検出トルク
を出力することがない、更に発振回路の動作が停止した
場合には、同期検波回路の検波動作が停止しして誤った
検出トルクを出力しない。それにより発振回路の動作を
監視する回路を設ける必要がなく、その監視回路の異常
動作によって信頼性が低下することもない、したがって
、回路が簡単であり、安全性に優れ、しかも、信頼性が
高いトルクセンサを提供できる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルクセンサの要部ブロック図、
第２図はその各部の電圧波形の波形図、第３図は従来の
トルクセンサの要部ブロック図である。 １・・・発振回路　３・・・温度補償回路　４・・・ト
ルク検出回路　５・・・差動増幅器　６・・・同期検波
回路８・・・電圧電流変換回路　１６・・・電圧安定化
回路　２０・・・電圧監視回路 特　許　出願人　　光洋精工株式会社 代理人　弁理士　　河　野　　登　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、操舵力により作用したトルクに関連する磁気結合状
   態を得、その磁気結合に関連して誘起する交流電圧によ
   りトルクを検出するトルクセンサにおいて、 前記交流電圧を誘起させるための電圧を発 振する発振回路と、該発振回路の電圧に同期するタイミ
   ング信号を出力する同期タイミング回路と、前記交流電
   圧及び前記タイミング信号が与えられ、タイミング信号
   に同期して検波する同期検波回路とを備え、該同期検波
   回路が出力する電圧に基づいて前記トルクを検出する構
   成としてあることを特徴とするトルクセンサ。