JPH05281060A - 光学トルクセンサ及びステアリング装置 - Google Patents

光学トルクセンサ及びステアリング装置

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JPH05281060A
JPH05281060A JP5022762A JP2276293A JPH05281060A JP H05281060 A JPH05281060 A JP H05281060A JP 5022762 A JP5022762 A JP 5022762A JP 2276293 A JP2276293 A JP 2276293A JP H05281060 A JPH05281060 A JP H05281060A
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torque
torque sensor
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Roger J Hazelden
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    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
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    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/12—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving photoelectric means

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】新しい相対角度変位センサ、すなわちトルクセ
ンサ及び／または新しいパワーステアリング装置の提
供。 【構成】ハウジング（１４）に関して固定した位置に取
り付けられ、関連する固定されたコリメータプレート
（２１）を通して光を照射するＬＥＤ光源を有し、この
光はこのハウジング（１４）に関して固定して取り付け
られた一対の検出器（２８ａ及び２８ｂ）によって検出
される。２つのマスク（２４及び２６）が源と検出器の
間を通っており、マスクの一方がステアリング装置
（１）の入力軸（２）に固定され、他方は出力軸（５）
に固定されている。マスクの各々は第１と第２の開口部
（３９，３９′及び４０，４０′）を有し、その光量は
入力出力マスクの開口部の関連する対の間の重複する度
合いによって検出器（２８ａ及び２８ｂ）によって受け
られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学トルクセンサに関
し、特に、専用的に使用するのではなく、自動車のパワ
ーステアリング装置と組み合わせられて使用される光学
トルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁束または電流または他の電磁現象を監
視する自動車用のパワーステアリングシステムに電磁ト
ルクセンサを使用することは知られているが、電源及び
無線源によって妨害される傾向があり、制御システム内
のスプリアス波を防止するためにシールドが必要であ
る。電磁シールドは困難であり、重く高価である。また
それは、トルクセンサのトルクを検出するためエミッタ
及び電磁放射のセンサを使用するために提案されるが、
それらは補正することが困難であり、エミッタの出力及
び／またはセンサの感度が経時的に変化するという問題
がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は新しい
相対角度変位センサ、すなわちトルクセンサ及び／また
は新しいパワーステアリング装置を提供することであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】第１の観点によれば、本
発明は入力部材と、出力部材と、エミッタ装置と、第１
の信号を受けるようになっている第１の受信装置と、第
２の信号を受けるようになっている第２の受信装置と、
信号処理装置とを有するトルクセンサであって、前記信
号処理装置は第１及び第２の受信装置から出力信号を受
けるようになっており、受信装置の出力信号は、それら
が受信する第１及び第２の信号に依存し、信号処理装置
は、加えられるトルクの間、または、入力及び出力部材
（２及び５）の間の相対的な角度変位を指示する変更さ
れた出力信号をつくるために第１と第２の受信装置から
の出力信号を処理するようになっているトルクセンサを
有する。 好ましくは、信号変化装置がエミッタ装置と
すくなくとも１つの受信装置との間に挿入されて設けら
れている。信号変化装置（２４，２６）は入力または出
力部材の１つに関して角度的に移動可能である。
【０００５】エミッタ装置は第１の有効なエミッタ及び
第２の有効なエミッタを有する。
【０００６】好ましくは、第１及び第２の受信装置は第
１及び第２の有効な受信装置をそれぞれ有する。
【０００７】好ましくは第１の有効なエミッタは入力ま
たは出力部材の一方に関連し、第１の有効な受信器は他
の入力または出力部材の一方に関連し、第２の有効なエ
ミッタは第１の前記入力または出力部材の一方に関連
し、第２の有効な受信器は第２の前記入力または出力部
材の一方に関連する。
【０００８】好ましくは前記入力及び出力部材の一方は
第１の前記入力及び出力部材である。
【０００９】有効な受信器は、その補完的な有効なエミ
ッタから受ける信号を示す出力信号をつくるようになっ
ている。
【００１０】第１及び第２の有効なエミッタは同じ有効
なエミッタを有する。
【００１１】好ましくは処理装置は第１と第２の信号の
差を決定する。さらに好ましくは、前記出力信号をつく
るようにそれらの合計によって第１と第２の信号の間の
差を分割する。
【００１２】有効なエミッタはエミッタ及び関連するエ
ミッタコリメータを有する。同様に有効な受信器は受信
器または受信器及び関連する受信器コリメータを有す
る。有効なエミッタ及び受信器が入力部材または出力部
材に関連するが、好ましい実施例においてそれらととも
には移動しない。
【００１３】１組の第１及び／または第２の有効なエミ
ッタ及び／または受信がある。前述したように第１と第
２の有効なエミッタは同様のエミッタ（すなわちエミッ
タとコリメータ）を有する。エミッタが１つであると
き、信号処理装置は、エミッタの強さにほぼ無関係に出
力信号をつくることが好ましい。これはエミッタの強さ
をトルクセンサの補正に影響することなく経時的に変化
することを許容する。第１と第２のエミッタ信号の合計
は、加えられるトルクに無関係にほぼ一定であることが
好ましい。所定の値からのこの合計の実質的な偏差は問
題の存在を示し、プロセッサ装置は、これを周期的に固
定する（例えば、それは合計用の基準値とコンパレータ
を含む）。
【００１４】入力及び出力はそれぞれ入力及び出力部材
と関連する。備えられたとき、入力及び出力は第１及び
第２の有効なエミッタと第１及び第２の有効な検出器と
の間の挿入される。
【００１５】入力及び／または出力マスクは、第１と第
２の有効なエミッタ及び／または有効な受信に対応する
第１と第２の開口部を有する。第１と第２の有効なエミ
ッタ及び／または受信は少なくとも１つの入力または出
力部材が斜めに移動する角度変位の軸線に関して内側及
び外側の半径方向の位置にある。好ましくは、入力及び
出力部材の双方は前記軸線のまわりで角度的に移動可能
であり、前記入力及び出力マスクは入力及び出力部材に
関して角度的に移動する。
【００１６】好ましくは、入力及び／または出力マスク
は角度的に間隔をおいた開口部の組を有する。入力及び
出力マスクは好ましくは外側開口部及び半径方向の内側
開口部を有する。各マスクは、角度的に間隔を置いた外
側の弧と角度的に間隔をおいた開口部の半径方向内側の
弧を有する。開口部のこの内側及び／または外側の弧は
完全な円のまわりに伸びている。開口部は、好ましくは
それらのピッチの約半分である傾斜延長部を有する（す
なわち、隣接する開口部の間の距離はほぼ開口部の幅と
等しい）。
【００１７】入力及び出力マスクは補完的なエミッタ及
び受信の間の視線に沿って見たとき、少なくとも一部が
重複し、または重なる。
【００１８】この開口部はトルクが入力部材に加えられ
ないとき少なくとも一部が重なることが好ましい。
【００１９】この開口部は、入力及び出力部材の重複部
分が増加するように互いに角度的に移動するとき、それ
らが重複の度合いが減少して光の量を減少させるよう
に、反対の傾斜方向に互いに関して移動するとき、重複
部分がさらに光を通すことができるように一部が重複す
なわち、重なることが好ましい。これによって入力部材
が回転する方向を認識することができる。
【００２０】入力及び出力マスクの対応する開口部は、
それらの円周方向の傾斜長の約半分が重複するのが好ま
しく、角度的な運動の軸線と同じ角度で対することが好
ましい。
【００２１】好ましくは、センサは開口部の外側及び内
側のリングを有するエミッタまたは受信マスクを含み、
内側リングの開口部は外側リングのオフセットフォーム
である。好ましくは、外側リングの開口部は、ピッチの
約半分の延長角度を有し、内側リングの開口部は、外側
リングの隣接する開口部の間の距離について角度的に伸
びている。他方の入力または出力マスクは、内側及び外
側リング（またはほぼ同じ角度位置にあり、ピッチのほ
ぼ半分だけ伸びている開口部のリングの対）を有する。
代替案として入力及び出力マスクが同様のパターンを有
していてもよい。
【００２２】トルクセンサは、入力及び出力部材を接続
するトーション部材を含み、トーション部材は入力及び
出力部材の間の接続部の堅さを制御する。
【００２３】第２の観点によれば、本発明は本発明の第
１の観点によるトルクセンサと、ステアリングホイール
からトルクセンサの入力部材にトルクを伝達する入力コ
ラムと、装置のロードホイールの舵をとるようになって
いるステアリング装置にトルクを伝達する出力コラムと
を有するパワーステアリングからなる。
【００２４】好ましくは、処理手段の出力信号は、ロー
ドホイールの舵を取るようになっている電気ステアリン
グモータの操作を制御するために使用される。
【００２５】第３の観点によれば、本発明は、本発明の
第２の観点によるパワーステアリング装置を組み込んだ
自動車を有し、トルクセンサからの情報は、（ａ）入力
部材に加えられるトルク、（ｂ）自動車のステアリング
ホイールの回転速度、（ｂ）または自動車のステアリン
グホイールの傾斜変位の内少なくとも１つを決定する。
【００２６】好ましくは、この情報（ａ）；及び／また
は（ｂ）；及び／または（ｃ）は自動車のサスペンショ
ン及び／またはブレーキ特性を変更し、または制御する
ために自動車制御マイクロプロセッサにおいて使用され
る。
【００２７】したがって、１つのトルクセンサは、自動
車のパワーステアリング、アクティブサスペンション及
びブレーキ制御装置のための情報を提供することができ
る。
【００２８】
【実施例】自動車用パワーステアリング装置が図１に示
されており、一端がステアリングホイール３に接続さ
れ、他端がステアリングのトルクをステアリングの出力
軸５に伝達するクイルまたはトーションバー４に接続さ
れたステアリング入力軸２を有する。ステアリング出力
軸５は、自動車の一対のロードホイール８に接続されて
いるステアリングラック７を回転させるステアリングト
ランスミッション６に接続されている。固定子１０及び
回転子１１からなる電気モータ９は、ギヤ１２及び１３
を介して出力軸５を駆動するために接続されている。ギ
アハウジング１４及び１５はモータ９及びギア１２及び
１３を包囲し、軸受け１６はギアハウジングと軸２との
間に設けられている。この入力軸４は、トーションバー
４を介してのみ出力軸５に接続され、トーションバー４
は、各端部がピンまたはネジを介して１つの軸に取り外
し可能に接続されている。ニードルベアリング１７が軸
とハウジング１４のステムとの間に設けられている。こ
のニードルベアリング１７は軸２及び５上のショルダに
当接する。異なるトルク、または相対角度変位センサ１
８が入力軸２と出力軸５との間の相対角度変位を検出す
るために設けられる。トルクセンサからの信号がモータ
ー９を制御する制御マイクロプロセッサ１９に供給され
る。
【００２９】障害安全伝達装置が電気モーターまたは制
御装置の障害時のみ作動するように設けられている。ト
ーションバーは、例えばトルク伝達停止部によって形成
された範囲内でねじられるように拘束されることによっ
て、制限された範囲でだけねじられることができる。代
替案としてまたは追加的に、パワーステアリング装置の
障害時にのみ作動される追加のトルク伝達装置がある。
【００３０】トルクセンサ１８の構造及び操作を詳細に
説明するが、その前にパワーステアリング装置の通常の
操作に関する簡潔な説明をする。
【００３１】入力トルクは、適用されるトルクの差でね
じられるトーションバーによって出力軸５に関して角度
的に移動する入力軸２に適用される。トルクセンサ１８
は入力及び出力軸の間の相対角度運動を検出し、相対運
動を示す信号を制御マイクロプロセッサ１９に送る。こ
のマイクロプロセッサは入力軸と出力軸との間の相対角
度変化を減少させるように出力軸５にトルクを供給する
ためにモータ９を制御する。
【００３２】トルク差または相対角度変位センサ１８の
詳細を図２から図５に示す。このトルクセンサはハウジ
ング１４に固定された２つのＬＥＤ光源２０と、光源に
関連し、ハウジング１４に相対的に固定された一対のソ
ースコリメータプレート２１及び２２と、ソースコリメ
ータプレート２１及び２２の間に設けられた環状スペー
サ２３と、スタッド２５によって出力軸５に固定して取
り付けられる出力ディスクまたはマスク２４と、スタッ
ド２７によって入力軸２に固定して取り付けられる入力
ディスクまたはマスク２６と、ハウジング１４に関して
固定された一対の光検出ユニットと、検出ユニット２８
に関連し、ハウジング１４に関して固定された検出器コ
リメータ２９と、検出コリメータ２９とソースコリメー
タ２２との間に挿入された環状スペーサ３０と、検出器
ユニット２８に固定された検出器取り付けディッシュ部
材３１と、取り付け部材３１と隣接軸受け１６との間に
設けられたパッキング部材３２と、ＬＥＤ源を取り付
け、ネジ３５を介してハウジング１４に固定されるラグ
３４を有するディシュ部材３３とを有する。サークリッ
プ３６はベアリング１６を所定位置に保持する。
【００３３】図４は、入力マスク２６の構成を示す。こ
のマスク２６は周縁方向に細長い３９及び４０の内側及
び外側リング３７及び３８を有する環状ディスクであ
る。開口部３９及び４０は等角度の間隔であり、参照符
号４１の角度ピッチを有する。各開口部はディスクの中
央軸線でピッチの半分だけずれている。この２つのリン
グ３７及び３８は反対の位相になるように角度的に変位
しており、内側のリングの開口部３９は外側のリングの
不透明なブロッキング領域と同じ角度位置になる。
【００３４】図５は内側及び外側のリングが変移せず、
互いに同位相にあることを除いて、入力マスク２６と同
じ構成であり、（同じ構造体に同じ参照符号を付与す
る）出力マスク２４の構成を示す。リング３８及び３
８′及び３９及び３９′は図３に概略的に示すように互
いに重複する。
【００３５】図７はＬＥＤ光源コリメータ２１を示し、
ＬＥＤ光源コリメータ２１は角度的に間隔を置いた内側
及び外側のコリメータ開口部４０ａ及び４０ｂを有する
プレートを備え、その各対はＬＥＤ２０の１方にそれぞ
れ整合している。コリメータ板は、その外縁に部材３３
に関してコリメータを配置する助けとなるようなノッチ
４１を有する。
【００３６】各検出器ユニット２８ａ及び２８ｂは、
（図３に概略的に図示するような）内側検出器４２及び
外側検出器４３を有する。
【００３７】この検出器コリメータ２９はソースコリメ
ータとほぼ同じであり、コリメータプレートの各々の開
口部４０ａ及び４０ｂが整合されている。開口部の各対
の外側開口部４０ａは外側検出器４３と整合し、内側開
口部４０ｂは内側検出器４２と整合している。図３及び
図６Ａから図６Ｃはトルク検出器の原理を示す。図６Ａ
乃至６ＣはＬＥＤ２０に向かって見るとき（例えば、マ
スクの前方で見るとき）の異なる相対角度の変移におけ
るマスク２４及び２６を示す。
【００３８】トルクが入力部材２に加わらないとき、入
力及び出力マスクは図６Ａに示す相対的な形状を示し、
開口部４０及び４０′はほぼそれらの角度範囲だけ重複
し重なっている。この検出器ユニット２８はある光量を
受け、それに対応する適当な信号を生成する。トルクが
入力部材２に加えられると、トルクは入力部材を出力部
材５に関してある角度だけ移動させ、従って互いに関し
て入力及び出力マスク２６及び２４を移動させ外側リン
グのスロット４０及び４０′及び内側リング３７及び３
７′のスロット３９及び３９′の重複の度合いに作用す
る。このように検出器２８によって受けられた光量はそ
れらが生成する信号を変化させる。
【００３９】図６Ｂは入力マスクが出力マスクに関して
時計方向に回転する状態を示す。そこでは外側リングの
開口マスクの重複部分が増大し、内側リングの開口マス
ク重複部分が減少している。従って、外側開口部４０及
び４０′（及び外側コリメータ開口部４０ａ）に整合す
るこの検出器２８ａはさらに多くの光を受け、高い信号
を与える。内側の開口部３９及び３９′に整合した検出
器２８ｂは少ない光を受け、低い信号を与える。
【００４０】図６Ｃは、入力マスクが出力マスクに関し
て反対方向に回転し、外側の開口部４０及び４０′の重
複部が減少し、内側の開口部３９及び３９′の重複部は
増加する状態を示す。センサ２８ａ及び２８ｂは図６Ａ
の状態から変化する光量を受けるが、これは図６Ｂの状
態と反対である。
【００４１】検出器２８ａ及び２８ｂは入力及び出力部
材の間に加えられるトルク差がないとき同じ信号を得る
ようになっている。
【００４２】２つの検出器からの信号は制御マイクロプ
ロセッサ１９に送られ、制御マイクロプロセッサ１９は
それらのうち選択された一方に作用して加えられるトル
クを示す変形された出力信号を生成する。変形された信
号は公式を有する：
【００４３】
【数式１】 ここでＳOは外側の検出器からの信号であり、ＳIは内側
の信号からの信号である。
【００４４】これは、実物大で時計方向の回転用の＋Ｋ
の値（最大で外側信号及びゼロで内側信号）を、実物大
で反時計方向の回転用のーＫの値（ゼロで外側信号及び
最大で内側信号）を、加えられるトルクがゼロ（外側信
号が内側信号に等しい）のときゼロのＫの値を与える。
【００４５】一対の検出ユニット２８が提供されること
に留意すべきである。これはある程度の冗長性を与え、
制御マイクロプロセッサは一回に一つの検出器ユニット
のみからの信号上に作用するが（それらが適正に作動
し、その信号を処理するために正しく作動するものを選
択するかどうかをチェックするために全ての検出ユニッ
トを監視する。）それらの合計による２つの検出器４２
及び４３からの信号の間の差異を分割する作動作用は、
変更された信号が（同じ強さの光源が検出器の各々の光
を提供する限りにおいて、これは一対の検出器のために
共通の光源を使用することによって最もよく達成するこ
とができる）光源の強さと無関係であるという結果を達
成する。これはそれらが補正を容易にするにつれてＬＥ
Ｄによって放出された光における強度の変化の自動的な
補償を達成する。
【００４６】他の利点は、この作用の共通の性質であ
り、
【００４７】
【数式２】 は（一定の光源の強度について）加えられるトルクと無
関係に一定のままである。もし共通の性質が非常に変化
することがわかったならば、これは、センサの欠陥を示
すためにマイクロプロセッサによって認識される。自動
車のステアリングのような安全なシステムにおいて、適
切な補修作用を行うことができるようにセンサの故障を
検出することができることが非常に有利である。例え
ば、マイクロプロセッサはあるセンサを無視し、かわり
に他のセンサからの信号によることを決定することがで
きる。
【００４８】図１の実施例において、ソースコリメータ
２１及び２２及び検出器４２及び４３において穴４０ａ
及び４０ｂより大きい放射領域及び検出器アセンブリコ
リメータ２９の穴４０ａ及び４０ｂより大きい検出領域
を有する。
【００４９】このコリメータソース４０ａ，４０ｂは、
回転マスク２４，２６の開口部の大きさと同じ半径方向
の大きさを有するようになっており、コリメータの円周
方向の寸法は回転マスク２４，２６上の開口ピッチの整
数倍である。この関係を維持するようであれば、各検出
器からの出力は、軸の回転と無関係であり、トルクにの
み依存する。回転マスクの１つの開口が検出器４２，４
３の視野から出るように移動するとき、他の開口部は視
野の内部に移動し、検出器の出力を一定に維持する。
【００５０】図８Ａは、固定されたコリメータプレート
開口部が入力及び出力マスクの１つの開口部のピッチを
正確にカバーする例を示す。図８Ｂは、固定されたコリ
メータプレート開口部が入力及び出力マスクの２つの開
口部のピッチを正確にカバーする例を示す。図１の特定
の実施例において、コリメータ開口部４０ａ及び４０ｂ
は図８ｂにおけるようにマスク開口部の２つのピッチの
間に伸びている。
【００５１】入力及び出力軸の間にトーションバーを設
けることによって、軸間の相対的なねじりを監視するこ
とが容易になる。実物大のの検出器の出力が±（１／４
マスク開口ピッチ）の角度のねじりによって与えられ
る。最良のＳ／Ｎ比を得るために可能な限り多くのこの
範囲を使用することが望ましい。もちろん、軸を±１／
４（マスク開口ピッチ）よりねじることができるが、こ
れは１／４ピッチ位置が通過するとき、内側及び外側の
検出器からの信号の強さが増加／減少し始め、制御作用
の間に１：１の対応はないという事実によって出力信号
の処理または監視を必要とする。
【００５２】
【数式３】 図１のパワーステアリング装置１において、相対トルク
または相対角度変移、センサ１８は前述したような電気
ステアリングモータ９を制御するために使用される。し
かしながら、パワーステアリング装置を固定した自動車
が精巧な作動サスペンションまたはマイクロプロセッサ
制御ブレーキ装置を有するとき、センサ１８は作動サス
ペンションまたはブレーキ装置に使用するための使用可
能な情報を提供することができる。このセンサ１８は、
ステアリング装置の入力及び出力軸の間の相対角度変移
を示す信号をつくる。ゼロ、ストレートアヘッド、ステ
アリングホイール（及び舵取可能なロードホイール）の
位置を知ることによって及び入力及び出力軸の間の相対
角度変移を監視することによって、マイクロプロセッサ
はホイールの舵取角度を得る。同様にステアリング角度
の変化速度、すなわちトルクの変化速度を監視すること
ができる。これらの変化の双方は作動サスペンション制
御またはブレーキ制御アルゴリズムに使用することがで
きる。
【００５３】もしそれらが経済的につくられるならば、
環状光源及び／または環状光検出器を使用することがで
きる。これは、照明の全体の非一様性及び円対称を与え
る。検出器アセンブリの変形において、コリメータ開口
部に関連した光検出器及び容易に利用可能な低コストの
光検出器を使用することが好ましい。しかしながら、こ
のような低コストの光検出器は、コリメータプレートの
固定された開口部の所望の大きさをカバーするような十
分に小さい開口部を有する。この場合、２つまたはそれ
以上の検出器が回転マスク開口部の各リングにおいて使
用され、各検出器は静止コリメータプレート及び開口部
に嵌合される。すべてのコリメータ開口部の全体の領域
は１つの大きな領域の検出器を使用することと同じよう
に配置される。
【００５４】検出器は円周方向に隣接する必要はない
が、開口ピッチによって依存する量によって変位するこ
とができる。例えば、図９の状態を考慮する。光学検出
器９０は実物大で±７．５°の角度範囲を有するように
設計されている。これは、開口ピッチが３０°であるこ
とを意味する。開口部の内側及び外側リングの各々用に
２つの検出器がある。全体の検出器の開口部は、開口ピ
ッチの整数倍であるから、全体の３０°のうち１５°を
カバーする。２つの検出器の出力は、電気的に合計され
る。各検出器は視野を１５°の扇状形に制限するために
固定された開口部に結合される。検出器を１５°の扇状
形を見るための検出器を取り付ける空間が十分でないか
ら、利点はマスクディスクの性質に依存し、検出器は全
体の効果が３０°の開口部を有する１つの検出器の効果
になるように３０°だけはなれている。
【００５５】このような装置において、光源は１５°の
開口部に接続されるＬＥＤのように離れた装置か、また
は図１０に示すような１つのパッケージにいくつかのＬ
ＥＤ及びディフューザを含むＬＥＤ光バー１００のよう
な装置のいずれかである。これが固定されたマスクの場
所のすべてを覆うように十分に大きいならば、必要なパ
ターンの開口部を含むマスクを有する。これは、照明及
び良好な性能のさらに大きな一様性の利点を有する。
【００５６】図９及び／または図１０の装置に使用する
ことができるある種の電気的装置が図１１に示されてい
る。２つの外側トラック検出器Ａ１及びＡ２からの信号
は、まず全体の外側の信号Ａをつくるために合計され
る。全体の内側信号Ｂをつくるために内側のトラック検
出信号Ｂ１及びＢ２に同じ処理が加えられる。加算回路
がＡ−Ｂ信号をつくる。（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）したが
って軸のトルクの比例する出力を得るために除算器が使
用される。
【００５７】前述したように、トルクセンサはトルクに
加算して決定される軸の回転速度を得るために使用され
る。このような情報は、例えば作動サスペンション装置
の一部として必要である。パワーステアリングのシステ
ムとしてトルクセンサを使用することによってサスペン
ションシステム用の舵取速度信号が非常に小さい追加的
なコストでつくることができる。
【００５８】図９を参照して説明した、チャンネル毎に
小さい２つの領域検出器９０を有する検出器によって、
例えば、検出器出力は図１２に示すように接続される。
２つ外側トラック検出器Ａ１及びＡ２からの信号は比較
器の入力端に接続されている。Ａ１及びＡ２は補完的で
あるから、比較器からの出力は軸回転速度に依存する周
波数を有する矩形波である。
【００５９】他のコンパレータは内側トラック検出器Ｂ
１，Ｂ２からの信号に作用する。１つの検出器の出力と
そのチャンネルの他の検出器のそれと比較することによ
って検出器出力の変化とトルクまたは光源の強度とを比
較する。しかしながら、最大のトルクにおいて、１組の
検出器はコンパレータの信頼性のある操作について小さ
すぎる非常に小さい出力をつくる。この理由によって、
２つの比較器が使用され、少なくとも１つのコンパレー
タがいつも好ましい大きな信号で作動するから速度情報
を提供するためにコンパレータが使用されるかどうかを
決定するためにトルク方向信号が使用される。
【００６０】方向の変化でスプリアス波が発生すること
を防止するために適当な回路を使用することが必要であ
る。１つの例が図１３に示される。２つのコンパレータ
の出力は排他ＯＲゲートに供給される。２つの出力が同
じ出力を与えるときのみＤタイプラッチがイネーブルさ
れ方向信号がスイッチに送られ、スイッチはその出力端
でスプリアス遷移を与えることなく状態を変化させる。
最大のトルク範囲において、１つのコンパレータが信頼
できない出力を与えるとき、方向信号が変化せず、この
スイッチはＤタイプラッチがスプリアス波によってイネ
ーブルされたとしても状態を変化させない。
【００６１】もちろん、ソフトウエアは前述したハード
ウエアの作用を実行する。
【００６２】光源及びエミッタについて言及したが、
（放射線源のような）レクチリニア源を使用することも
できる。さらに、角度変移センサが主にパワーステアリ
ング装置の入力及び出力の間の相対的なトルクを指示す
るようになっているが、それは、例えばステアリング角
度センサまたはトルク、またはステアリング角度変化、
センサの変化速度として（その信号の適切な処理後に）
それが指示する他の変数のためだけに使用することがで
きる。
【００６３】実際には、コリメータ内の種々の開口部及
び／または円周方向のかわりに半径方向において、細長
い移動可能なマスク（例えば開口部３９，４０，３９，
４０′，４０ａ，４０ｂ）を有するように選択される。
いずれの方向にも細長い開口部は有さない。
【００６４】他の可能な実施例において、エミッター受
信器対のエミッタが入力部材（及び出力部材に関する補
完的な受信器）に関連して備えられ、第２のエミッター
受信器対のエミッタが出力部材（及び入力部材に関する
受信器）に関連して備えられている。
【００６５】他の実施例において、エミッタ及び／また
は受信器は入力または出力部材の各１方に関して角度的
に移動可能であり、それはマスク２６または２４の必要
性またはその双方の必要性を消去する。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車用パワーステアリングシステムの断面図
である。
【図２】図１の詳細な断面図である。
【図３】図１の装置に組み込まれた光学トルクセンサの
原理を示す説明図である。
【図４】図３のトルクセンサの部分を有する入力及び出
力ディスクを示す図である。
【図５】図３のトルクセンサの部分を有する入力及び出
力ディスクを示す図である。
【図６】６Ａ、６Ｂ、６Ｃはディスクの異なる相対的な
角度位置における図４及び図５のディスクの開口部の間
の重複を示す部分図である。
【図７】コリメータを示す図である。
【図８】８Ａ及び８Ｂはディスクの他の詳細な特徴を示
す図面である。
【図９】装置の詳細な変形を示す図である。
【図１０】装置の詳細な変形を示す図である。
【図１１】装置の第１及び第２の検出器からの信号を処
理するために使用することができる回路図である。
【図１２】装置の第１及び第２の検出器からの信号を処
理するために使用することができる回路図である。
【図１３】装置の第１及び第２の検出器からの信号を処
理するために使用することができる回路図である。
【符号の説明】
１ パワーステアリング装置 ２ 軸 ３ ステアリングホイール ４ トーションバー ５ ステアリング出力軸 ６ ステアリングトランスミッション ８ ロードホイール ９ モータ １０ 固定子 １１ 回転子 １２，１３ ギヤ １４，１５ ハウジング １６，１７ ベアリング １８ トルクセンサ １９ マイクロプロセッサ ２０ ＬＥＤ光源 ２１，２２ コリメータプレート ２６ マスク ３９，４０ 開口部

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力部材（２）と、出力部材（５）と、エ
    ミッタ装置（２０）と、第１の信号を受けるようになっ
    ている第１の受信装置（２８ａ）と、第２の信号を受け
    るようになっている第２の受信装置（２８ｂ）と、信号
    処理装置（１９）とを有するトルクセンサ（１８）であ
    って、前記信号処理装置は第１及び第２の受信装置から
    出力信号を受けるようになっており、受信装置の出力信
    号は、それらが受信する第１及び第２の信号に依存し、
    信号処理装置は、加えられるトルクの間、または、入力
    及び出力部材（２及び５）の間の相対的な角度変位を指
    示する変更された出力信号をつくるために第１と第２の
    受信装置からの出力信号を処理するようになっているト
    ルクセンサ。
  2. 【請求項２】信号変化装置（２４，２６）がエミッタ装
    置（２０）と少なくとも１つの受信装置（２８ａまたは
    ２８ｂ）との間に挿入されて設けられていることを特徴
    とする請求項１に記載のトルクセンサ。
  3. 【請求項３】信号変化装置（２４，２６）は入力または
    出力部材の１つに関して角度的に移動可能であることを
    特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサ。
  4. 【請求項４】信号変化装置は入力部材によって角度的に
    移動可能な部品（２６）と、出力部材によって角度的に
    移動可能な部品（２４）とを有する請求項３に記載のト
    ルクセンサ。
  5. 【請求項５】処理装置は、前記変更された出力信号をつ
    くるためにそれらの合計によって第１と第２の出力信号
    の間の差を分割することを特徴とする請求項１から４の
    いずれか一項に記載のトルクセンサ。
  6. 【請求項６】第１と第２の出力信号の合計が、加えられ
    るトルクと無関係にほぼ一定であることを特徴とする請
    求項１から５のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
  7. 【請求項７】入力及び出力マスク（２６，２４）はそれ
    ぞれ入力及び出力部材に関連し、各マスクは１つまたは
    それ以上の開口部を有し、それらは入力及び出力部材が
    互いに一方の方向に移動するとき重複部が増大して信号
    をさらに通過させることを可能にし、重複部が減少する
    ように反対方向に互いに関して移動するときに通過する
    信号の量を減少させるように位置部が重なり重複するこ
    とを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の
    トルクセンサ。
  8. 【請求項８】請求項１から７のいずれか一項に記載のト
    ルクセンサを有し、ステアリングホイールからトルクセ
    ンサの入力部材（２）にトルクを伝達する入力コラム
    （２）と、装置のロードホイールの舵を取るようになっ
    ている舵取機構にトルクを伝達する出力コラム（５）と
    を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
  9. 【請求項９】トルクセンサ（１８）からの情報は、
    （ａ）入力部材に適用されるトルク、（ｂ）自動車のス
    テアリングホイールの回転速度、または（ｃ）自動車の
    ステアリングホイールの角度変位のうち少なくとも１つ
    を決定するために使用される請求項８に記載のパワース
    テアリング装置を組み込んだことを特徴とする自動車。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003531072A (ja) * 2000-04-25 2003-10-21 ビステオン グローバル テクノロジーズ インコーポレイテッド モジュール式電気舵取り歯車組立体

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9316842D0 (en) * 1993-08-13 1993-09-29 Lucas Ind Plc Improved optical torque sensor
GB9400511D0 (en) * 1994-01-12 1994-03-09 Lucas Ind Plc Optical torque sensors
EP1001256B1 (en) * 1994-08-25 2001-03-28 TRW LucasVarity Electric Steering Limited Displacement sensor and torque sensor
US5661466A (en) * 1995-02-07 1997-08-26 Robertshaw Controls Company Angular displacement signalling device
DE19510604A1 (de) * 1995-03-23 1996-02-08 Daimler Benz Ag Optischer Sensor zur Erfassung einer drehmomentabhängigen Relativverdrehung zweier umlaufenden Scheiben
US5837908A (en) * 1996-08-22 1998-11-17 Methode Electronics, Inc. Torque and position sensor
DE59805985D1 (de) * 1997-06-28 2002-11-21 Kostal Leopold Gmbh & Co Kg Verfahren zum bestimmen der absoluten winkelstellung des lenkrades eines kraftfahrzeuges sowie optoelektronischer lenkwinkelsensor
AUPO817197A0 (en) * 1997-07-23 1997-08-14 Bishop Steering Pty Limited Transducer for measuring torque in a rotating shaft
CN1192225C (zh) * 1997-08-15 2005-03-09 毕晓普创新有限公司 转矩传感器
US6759648B2 (en) * 1997-08-15 2004-07-06 Bishop Innovation Limited Sensor for sensing absolute angular position of a rotatable body
AUPP098497A0 (en) * 1997-12-17 1998-01-15 Bishop Innovation Pty Limited Transmission path torque transducer
JP3845549B2 (ja) * 1997-12-18 2006-11-15 タカタ・ペトリ アーゲー 適応型ステアリング絶対角度センサ
GB9802064D0 (en) 1998-01-31 1998-03-25 Lucas Ind Plc Combined torque and angular position sensor
DE19833358C2 (de) * 1998-07-24 2000-09-07 Mannesmann Vdo Ag Drehmomentsensor und Verfahren zum Erzeugen eines drehmomentabhängigen Signals
DE19833359C1 (de) 1998-07-24 2000-06-08 Mannesmann Vdo Ag Drehmomentsensor
DE19833357B4 (de) 1998-07-24 2005-04-28 Siemens Ag Drehmomentsensor und Verfahren zum Erzeugen eines drehmomentabhängigen Signals
JP3529037B2 (ja) 1999-08-02 2004-05-24 日産自動車株式会社 車線追従装置
JP3575343B2 (ja) 1999-08-02 2004-10-13 日産自動車株式会社 車線追従装置
GB2357334A (en) * 1999-12-15 2001-06-20 Peter Bryan Webster Opto-electronic position sensor
DE19962525B4 (de) * 1999-12-23 2013-11-21 Continental Automotive Gmbh Optischer Drehmomentesensor
DE10003738A1 (de) * 2000-01-28 2001-08-09 Bosch Gmbh Robert Drehmoment-Erfassungseinrichtung an einer sich drehenden oder ruhenden Vorrichtung, insbesondere an der Welle einer Fahrzeuglenkung
US6443020B1 (en) * 2000-09-15 2002-09-03 Delphi Technologies, Inc. Steering column differential angle position sensor
DE10101174B4 (de) * 2001-01-12 2005-09-29 Audi Ag Sensorvorrichtung zur Ermittlung eines Lenkwinkels und eines Lenkmoments
WO2002062602A2 (en) * 2001-02-07 2002-08-15 Visteon Global Technologies, Inc. Torque sensing for a steering system
DE10158287B4 (de) * 2001-11-20 2006-03-23 Takata-Petri Ag Vorrichtung zur Bestimmung des Lenkwinkels eines Lenkrades
JP3868848B2 (ja) * 2002-05-23 2007-01-17 三菱電機株式会社 車両状態検出装置
JP4099094B2 (ja) * 2003-03-28 2008-06-11 ミネベア株式会社 回転体トルク測定装置
US7559258B2 (en) * 2003-06-12 2009-07-14 Matzoll Robert J Torque sensor using signal amplitude analysis
US7085638B2 (en) * 2004-07-13 2006-08-01 Robert Bosch Gmbh Steering angle sensor assembly including reduction gear and logic module
US20060021224A1 (en) 2004-07-29 2006-02-02 Stoll Richard A Method for forming a valve assembly
DE102005007307A1 (de) * 2005-02-16 2006-08-17 Zf Lenksysteme Gmbh Lenkung
US7240760B2 (en) * 2005-07-25 2007-07-10 Trw Automotive U.S. Llc Steering apparatus
US7484588B2 (en) * 2005-10-11 2009-02-03 Trw Automotive U.S. Llc Closed center steering system
US7578357B2 (en) * 2006-09-12 2009-08-25 Black & Decker Inc. Driver with external torque value indicator integrated with spindle lock and related method
US7784364B2 (en) * 2008-04-28 2010-08-31 Matzoll Robert J Optical sensor for measurement of static and dynamic torque
DE102009034832A1 (de) * 2009-07-27 2011-02-03 Winergy Ag Getriebe für industrielle Anwendungen oder Windkraftanlagen
US8504241B2 (en) * 2010-03-22 2013-08-06 The Raymond Corporation Self-centering, torque-sensing joint assembly for a pallet truck power steering system
US8467937B2 (en) * 2010-03-22 2013-06-18 The Raymond Corporation Self-centering, torque-sensing joint assembly for a pallet truck power steering system
CN102530056B (zh) * 2010-12-31 2013-11-27 财团法人车辆研究测试中心 电动辅助转向系统的自我调校方法
DE102011018490A1 (de) * 2011-04-23 2012-10-25 Rauch Landmaschinenfabrik Gmbh Mechanisches Getriebe mit Drehmomentenmessung
DE102011054983B4 (de) * 2011-11-02 2024-02-01 Robert Bosch Gmbh Sensorbaugruppe für eine elektrische hilfskraftlenkung
JP5979408B2 (ja) * 2012-02-28 2016-08-24 株式会社ジェイテクト 車両用操舵装置
JP5871164B2 (ja) * 2012-03-02 2016-03-01 株式会社ジェイテクト 車両用操舵装置
DE102014225795A1 (de) * 2014-12-15 2016-06-16 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Ermittlung einer Relativauslenkung und Bremskraftverstärker mit einer solchen Vorrichtung
DE102015207374A1 (de) 2015-04-22 2016-10-27 KONUX Inc. Versatzsensoranordnung und deren Elemente
DE102016217690A1 (de) * 2016-09-15 2018-03-15 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer Rotationsbewegung, insbesondere einer Rotationsrichtung, sowie zur Erkennung eines Wellenbruchs
DE102016217687A1 (de) * 2016-09-15 2018-03-15 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer Rotationsbewegung eines drehbaren Bauteils, insbesondere einer Rotationsrichtung
DE102017009331A1 (de) 2016-10-21 2018-04-26 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg System mit einer vorzugsweise binären Codierung und einem Mobilteil mit Lesekopf zur Positionsbestimmung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB417051A (en) * 1933-03-21 1934-09-21 Alan Stewart Fitzgerald Improvements in or relating to dynamometric apparatus
DE2118722A1 (de) * 1971-04-17 1972-11-02 Hövel, Wolfhard, Dipl.-Ing. Dr., 1000 Berlin Dynamischer Torsionsmesser
DE3269144D1 (en) * 1981-05-27 1986-03-27 Nhk Spring Co Ltd A method and an apparatus for controlling friction between leaf springs of a laminated leaf spring assembly
US4433585A (en) * 1981-12-21 1984-02-28 North American Philips Corporation Device for measurement of the torsional angular deviation of a loaded rotating or static shaft
JPS6053463A (ja) * 1983-09-01 1985-03-27 Aisin Seiki Co Ltd 操舵力伝達装置
ES8605898A1 (es) * 1985-03-14 1986-03-16 Bendiberica Sa Perfeccionamientos en dispositivos captadores de par para mecanismo de accionamiento, especialmente de timoneria o ruedas orientables de un vehiculo
US4621833A (en) * 1985-12-16 1986-11-11 Ford Motor Company Control system for multistable suspension unit
JPS6328761A (ja) * 1986-07-22 1988-02-06 Aisin Seiki Co Ltd 電気式パワ−ステアリング装置
US4882693A (en) * 1987-12-28 1989-11-21 Ford Motor Company Automotive system for dynamically determining road adhesion
EP0340172A1 (de) * 1988-04-27 1989-11-02 Elesta Ag Elektronik Vorrichtung zum berührungslosen Messen des von einer Welle übertragenen Drehmoments
JPH02248811A (ja) * 1989-03-22 1990-10-04 Fuji Heavy Ind Ltd 車両用舵角センサの絶対舵角検出方法
US5182953A (en) * 1990-07-13 1993-02-02 Simmonds Precision Products, Inc. Method and apparatus for shaft torque measurement with temperature compensation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003531072A (ja) * 2000-04-25 2003-10-21 ビステオン グローバル テクノロジーズ インコーポレイテッド モジュール式電気舵取り歯車組立体

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Publication number Publication date
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DE69306431T2 (de) 1997-04-17
EP0555987A3 (en) 1993-11-10
JP3251998B2 (ja) 2002-01-28
GB9202868D0 (en) 1992-03-25
EP0555987B1 (en) 1996-12-11

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