JPH069975B2 - トルク検出器の機械的中立調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電動式パワーステアリング装置のトルク検出
器の機械的中立調整装置に関する。

（従来の技術） 自動車等の電動式パワーステアリング装置では、ステア
リングホイールを回転させる力を軽減する為に、ステア
リングホイールを通してステアリングシャフトに付与さ
れるトルクを検出し、ステアリングシャフトに、該トル
クに応じた補助トルクを電動で追加する方式がある。該
トルクの検出器は、ステアリングシャフトに連動するシ
ャフトが入力軸と出力軸とに２分割され、該両軸が弾性
体であるトーションバーで連結され、該連結部の周囲に
鉄心が配設され、該鉄心の周囲に差動変圧器が配設され
たものがある。該入力軸にトルクが付与されると、該ト
ルクに伴いトーションバーが捩られ、入力軸と出力軸と
の間に相対的回転角度差が生じる。また、鉄心は、入力
軸と出力軸とに機械的に結合され、該両軸間の相対的回
転角度差に伴い、該軸方向に変位する。ここで、鉄心の
軸方向変位量と、入力軸及び出力軸の間の相対的回転角
度差とは、該鉄心と該両軸との機械的係合によって相互
に制限され、鉄心の軸方向変位量が最大となった時、両
軸間の相対的回転角度差も最大となる。また、差動変圧
器は、入力軸及び出力軸の外周にこれらの軸方向に対し
て固定され、鉄心の軸方向変位に伴い電気信号を励起す
る。上記構造をもったトルク検出器によって、ステアリ
ングホイールを通じて入力軸に付与されるトルクは電気
信号として検出される。

ところで、上記トルク検出器において入力軸に時計回り
及び反時計回りにトルクが付与された時の鉄心の軸方向
最大変位量がそれぞれ異る場合には、検出可能なトルク
の範囲が、時計回りと反時計回りとで異ることになり、
入力軸に、時計回り及び反時計回りに同じトルクが加え
られた時であっても該トルクが異るトルクとして検出さ
れる状態が発生する。従って入力軸に時計回り及び反時
計回りにトルクが付与された時の鉄心の軸方向最大変位
量をそれぞれ等しくする必要がある。すなわち、入力軸
にトルクが付与されない状態で、入力軸と出力軸と鉄心
との間の位置関係が機械的に中立にならなければならな
い。ところが、入力軸と出力軸とがトーションバーで連
結された状態では、該両軸と鉄心との間の位置関係は決
まってしまい、機械的中立を調整することはできない。
そこで機械的中立調整は、入力軸と出力軸とがトーショ
ンバーで連結される以前の段階で行われなければならな
い。ここで、前記トルク検出器において機械的中立調整
を行う為には、入力軸と出力軸のどちらか一方の軸のみ
がトーションバーに結合された状態で、一方の軸を固定
し、他方の軸を、一方の回転限界から他方の回転限界ま
で、時計回りまたは反時計回りに回転させた時の回転角
度θを測定し、一方の回転限界から角度θ/2だけ該軸を
回転させれば良い。上述したような機械的中立調整作業
は、ダイヤルゲージ等によって軸の回転角度を目視で確
認しながら手作業で行うことが可能であるが、この場
合、目視と手作業による不正確さは免れず、誤調整も起
こり易い。また、個々のトルク検出器に対して該調整作
業を手作業で行うことは、作業効率上も良くない。

（解決しようとする課題） 本発明は上記不都合を解消し、高精度で効率よく前記ト
ルク検出器の機械的中立調整を行うことができる装置を
提供することを目的とする。

（課題を解決する手段） 本発明における機械的中立調整装置は、ステアリングシ
ャフトに連動するシャフトが２分割された入力軸と出力
軸と、該両軸を連結する弾性体であるトーションバー
と、入力軸と出力軸とに機械的に係合され、該両軸間の
相対的回転角度差に伴い軸方向に変位し、該軸方向変位
量が機械的に制限された鉄心と、該鉄心の周囲に、軸方
向に対して固定して配設され、鉄心の軸方向変位に伴い
電気信号を励起する差動変圧器と、で構成されたトルク
検出器の機械的中立調整を行う装置であって、該装置
は、入力軸と出力軸のどちらか一方のみがトーションバ
ーに結合された状態で一方の軸を固定する軸固定手段
と、他方の軸に連結され、該軸を回転駆動するパルスモ
ーターと、該パルスモーターに連結された軸の回転を、
パルスモーターを介して制御する制御装置とで構成され
る。該制御装置は、パルスモーターに連結された軸を、
該パルスモーターによって時計回りまたは反時計回りに
回転限界まで回転させる第一回転制御手段と、第一回転
制御手段によって回転された軸を、第一回転制御手段と
は逆方向に回転限界まで回転させる第２回転制御手段
と、第２回転制御手段によって回転された軸の回転角度
θを、該パルスモーターのパルス数によって計測する角
度計測手段と、角度計測手段によって計測された軸の回
転角度θからθ/2を計算する演算手段と、第２回転駆動
手段によって回転された軸を、角度θ/2だけ第２回転制
御手段とは逆方向に回転させる第３回駆動御手段とで構
成されることを特徴とする。

さらに、本発明の機械的中立調整装置は、前記パルスモ
ーターの回転駆動トルク値を検出するトルク検出手段を
有し、前記第１回転制御手段と前記第２回転制御手段と
が、前記軸の回転が回転限界に達したことを、該トルク
検出手段で検出された回転駆動トルク値と、時計回りの
回転と反時計回りの回転においてそれぞれ設定された該
回転駆動トルク値の最大値とを比較することによって検
知して、該軸を時計回りまたは反時計回りに回転限界ま
で回転させることを特徴とする。

（上記手段による作用） 前記装置においてまず前記トルク検出器が、入力軸と出
力軸のどちらか一方のみが、トーションバーに結合して
いる状態にされて一方の軸が軸固定手段で固定され、他
方の軸がパルスモーターに連結される。パルスモーター
に連結された軸は、第一回転制御手段によって一方の回
転限界まで回転し、次いで、第２回転制御手段によって
他方の回転限界まで回転する。この時、第２回転制御手
段による回転角度θは、角度計測手段によって計測さ
れ、さらに演算手段によってθ/2が演算される。次いで
第３回転制御手段によって、前記軸は、角度θ/2だけ回
転し、トルク検出器における機械的中立調整が行われ
る。

さらに、前記第１回転制御手段と前記第２回転制御手段
とは、前記軸を時計回りまたは反時計回りに回転させる
と共に、トルク検出手段によって検出された前記パルス
モーターの回転駆動トルク値と、設定された回転駆動ト
ルク値の最大値とを比較し、両者が等しくなるまで、該
軸を時計回りまたは反時計回りに回転させる。

（実施例） まず、本発明の機械的中立調整装置で機械的中立調整さ
れるトルク検出器の一例の構造を第１図及び第２図に示
す。第１図で、１は、入力軸、２は出力軸であり、出力
軸２の一端部は中空になっており、該中空部に入力軸１
が挿入され、嵌合している。さらに入力軸１は貫通した
中空になっており、トーションバー３が入力軸１の内部
を通って出力軸２の内部まで挿入されている。入力軸１
と、出力軸２とは、それぞれピン４ａとピン４ｂによっ
てトーションバー３と結合されている。また、５は鉄心
であり、入力軸１と出力軸２との嵌合部の周囲に配設さ
れ、第１図及び第２図に示したように周方向に90゜ずつ
離れた位置に４個の長孔６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを有
し、長孔６ａ，６ｃには、それぞれ、出力軸２の外周に
突出させたピン７ａ，７ｃが係合し、長孔６ｂ，６ｄに
は、それぞれ入力軸１の外周に突出しているピン７ｂ，
７ｄが係合している。ここで、長孔６ｂ，６ｄは軸方向
に対して所要の角度傾いた方向に形成され、長孔６ａ，
６ｃは軸方向に形成されている。また、入力軸１と出力
軸２との嵌合部周囲は、検出器ハウジング７によってお
おわれ、入力軸１と出力軸２とは、検出器ハウジング７
の内壁に設けられた軸受け８ａ，８ｂによって回転自在
に支承されている。さらに軸受け８ｂが出力軸２と出力
軸２の外周に嵌合されたリング９とによって狭まれ、検
出器ハウジング７は軸方向に対して固定されている。一
方、鉄心５の周囲の検出器ハウジング７の内壁には、差
動変圧器１０が固着されている。

上記構造のトルク検出器において出力軸２が固定されて
入力軸１にトルクが付与されると、トーションバー３が
捩られると共に入力軸１と出力軸２との間に回転角度差
が生じ、同時に入力軸１に突出しているピン７ｂ，７ｄ
が、それぞれ鉄心５の長孔６ｂ，６ｄに案内されて、鉄
心５が軸方向に変位する。この鉄心５の軸方向変位に伴
い、差動変圧器１０には、電気信号が励起され、入力軸
１に付与されるトルクが電気信号として検出される。

本発明の実施例における構成を第３図に示す。

第３図で１１は、上記トルク検出器１２が、入力軸１と
トーションバー３とをピン４ａで結合しない状態で着脱
可能に固定されたプレートである。プレート１１は、基
台１３上のレール１４に沿って可動なスライドテーブル
１５に立設されている。また、１６は、プレート１１に
固定されたトルク検出器１２の入力軸１ａに連結されて
着脱可能に固定した治具である。治具１６は、スライド
テーブル１５上の、前記レール１４と同方向のレール１
７に沿って、入力軸１ａに向かって可動なスライドテー
ブル１８に立設されている。一方、１９は、トルクメー
ター２０が固定された台座であり、２１は、パルスモー
ター２２が固定されたプレートである。台座１９とプレ
ート２１とは、前記基台１３上のレール２３に沿って、
前記スライドテーブル１５に向って可動なスライドテー
ブル２４に設けられている。また、トルクメーター２０
の回転軸２５と、パルスモーター２２の回転駆動軸２６
と、前記プレート１１に固定されたトルク検出器１２の
入力軸１ａと出力軸３との軸線は一致しており、該回転
軸２５と該回転駆動軸２６とは、ジョイント２７によっ
て連結されている。一方パルスモーター２２側のスライ
ドテーブル２４と、トルク検出器１２側のスライドテー
ブル１５とは、互いに接近する方向に移動され、トルク
メーター２０の回転軸２５とトルク検出器１２の出力軸
３とがジョイント２８によって連結される。この状状態
で、ストッパー２９によってスライドテーブル２４が固
定される。

上述したように前記トルク検出器１２の出力軸３と、パ
ルスモーター２２とが、トルクメーター２０を中間に置
いて配設され、連結されたことによって、パルスモータ
ー２２は、トルクメーター２０を介して、出力軸３を回
転駆動し、その回転駆動トルク値は、トルクメーター２
０によって検出される。

また、第３図で３０は、パルスモーター２２による出力
軸３の回転駆動を制御する制御装置である。制御装置３
０は、パルスモーター２２とトルクメーター２０とに電
気的に接続されている。すなわち、パルスモーター２２
の、時計回り及び反時計回りの回転時に、所定の回転角
度ごとに発生するパルスは、それぞれ、フォトカプラ
（図示しない）によって電気的パルスに変換され、制御
装置３０に入力される。また、パルスモーター２２は、
制御装置３０からの制御信号によって制御されて出力軸
３を回転駆動する。さらに、トルクメーター２０は、パ
ルスモーター２２の回転駆動トルクに応じて電気信号を
出力し該電気信号は、制御装置３０に入力される。

前記制御装置３０は、まず出力軸３を、パルスモーター
２２を介して反時計回りに回転限界まで回転させる第１
回転制御手段と、次いで、出力軸３を時計回りに回転限
界まで回転させる第２回転制御手段と、第２回転制御手
段によって回転した角度θに対応する、パルスモーター
２２のパルス数Ｃを計測する角度計測手段と、角度計測
手段によって計測されたパルス数Ｃから角度θ/2に対応
するパルス数Ｃ_Ｎを求める演算手段と、最後に、角度θ
/2だけ反時計回りに出力軸３を回転させる第３回転制御
手段とを有する。

前記角度計測手段と、演算手段と第３回転制御手段とで
は、パルスモーター２２の所定の回転角度ごとに発生す
るパルスを実際の回転角度の代わりに用いている。上述
したことから明らかなように演算手段におけるパルス数
Ｃ_Ｎは角度計測手段におけるパルス数Ｃの1/2、すなわ
ち、Ｃ_Ｎ＝C/2である。

また、上記第１回転制御手段と第２回転制御手段とにお
いて、出力軸３を回転限界まで回転させる時、出力軸３
の回転が回転限界に達したことが検知されなければなら
ないが、本実施例では、出力軸３の回転が回転限界に達
したことは、パルスモーター２２の回転駆動トルク値を
利用して検知される。すなわち、第４図に示されるよう
に、出力軸３に時計回りまたは反時計回りに回転駆動ト
ルクＴを付与していった時出力軸３の回転が回転限界ま
で達した後は、回転駆動トルクＴを増加させても出力軸
３の回転角度は変化しない。そこで、本実施例では、時
計回りと反時計回りとで、それぞれ回転駆動トルクＴの
最大値Ｔ_Rmax、Ｔ_Lmaxを、回転限界まで出力軸３を回転
させるのに十分な値で設定しておき、パルスモーター２
２による回転駆動トルクＴを、トルク検出手段であるト
ルクメーター２０で逐次測定し、第１回転制御手段と第
２回転制御手段において、該回転駆動トルクＴの値と、
前記最大値Ｔ_Rmax、Ｔ_Lmaxの一方とが比較され、両者が
等しくなった時に出力軸３の回転が回転限界に達したこ
とが、検知される。

上記手段を有する前記制御装置３０の回転構成を第５図
に示す。本実施例では、第１回転制御手段と第２回転制
御手段とは、同じ回路とし、また、角度計測手段を演算
手段に包含させた。第５図で、３１は第１回転制御手段
と第２回転制御手段とに対応する回路、３２は角度計測
手段に対応する回転、３３は演算手段に対応する回路、
３４は第３回転制御手段に対応する回路である。また、
パルスモーター２２の時計回りの回転時のパルスＣＷ及
び反時計回りの回転時のパルスＣＣＷは、それぞれ、フ
ォトカプラを経て回路３３、３４に入力される。さら
に、トルクメーター２０のトルクメーター出力信号は、
回路３１に入力される。

上述したように構成された機械的中立調整装置が、トル
ク検出器１６の機械的中立調整を行う動作を第５図及び
第６図に従って説明する。

まず、時計回りと反時計回りとで、回転駆動トルクの前
記最大値Ｔ_Rmax、Ｔ_Lmaxを設定しておき、第１動作とし
てパルスモーター２２が、反時計回りに回転駆動させら
れると共に回転駆動トルクがトルクメーメーター２０で
測定され、該測定は、該回転駆動トルクがＴ_Lmaxに等し
くなるまで行われる。前記１動作では、回路３１におい
て基準データとしてＴ_Lmaxが、第１マルチプレクサを介
して第１コンパレーターに出力され、一方、パルスモー
ター２２が回転駆動開始すると同時に第２マルチプレク
サの信号によってトルクター出力信号が、バッファとサ
ンプリングホールドを得てA/D変換されて第１コンパレ
ーターに出力される。第１コンパレーターでは、トルク
メーター出力信号と基準データＴLmaxとが比較されて、
両者が等しくなった時にパルスモーターの回転を逆転さ
せるモータ反転信号を出力する。

次に第２動作として、前記モーター反転信号によってパ
ルスモーター２２が時計回りに回転駆動させられると共
に回転駆動トルクがトルクメーター２０で測定され、同
時にパルスモーター２２の回転時に発生するパルスのパ
ルス数がカウントされ、該測定と該カウントは、該回転
駆動トルクがＴ_Rmaxに等しくなるまで行われ、次いで、
カウントされたパルス数Ｃの1/2のパルス数Ｃ_Ｎが求め
られる。

前記第２動作では、回路３１において、基準データＴ
_Rmaxと、トルクメーター出力信号とが、第１動作の場合
と同様に第１コンパレーターで比較され、両者が等しく
なった時にモーター反転信号が出力される。一方、回路
３３において、分周器を経て時計回りの回転時のパルス
ＣＷの２倍の周期をもったパルスのパルス数が、ライン
ドライバによって駆動される第１カウンターによってカ
ウントされ、第２コンパレーターに出力される。パルス
数をカウントするタイミングはゲートの信号によって制
御される。第１カウンタは、パルスＣＷの２倍の周期の
パルスのパルス数をカウントする為、第１カウンタの最
終出力は、第２動作において回転した角度に対応するパ
ルス数Ｃの1/2であるＣ_Ｎとなる。

最後に第３動作として、パルスモータ２２が第２動作に
おけるモーター反転信号によって反時計回りに回転駆動
させられると共に、パルスモータ２２の回転時に発生す
るパルスのパルス数がカウントされ、該パルス数が、Ｃ
_Ｎに等しくなった時点で、パルスモーターの回転には停
止される。前記第３動作では、回路３４において、反時
計回りの回転時のパルスＣＣＷのパルス数が、ラインド
ライバーによって駆動される第２カウンターによってカ
ウントされ、第２コンパレーターに出力される。第２コ
ンパレーターでは、前記第２動作で第１カウンタに出力
されるパルス数Ｃ_Ｎと第２カウンターの出力とを比較
し、両者が等しくなった時に、パルスモーター２２を停
止させるモーター停止信号が出力される。

上述したような動作が完了すると、トルク検出器１２は
機械的中立状態となり、該状態において、入力軸１ａと
トーションバー３とを結合して、機械的中立のとれたト
ルク検出器となる。

（発明の効果） 本発明は、前記説明から明らかなように、パルスモータ
ーと制御装置とによってトルク検出器の機械的中立調整
手順が自動化され、さらに軸の回転角度がパルスモータ
ーのパルス数によって計測されることによってトルク検
出器の機械的中立調整を高精度で短時間に実施すること
ができる装置を提供する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の機械的中立調整装置によって機械的
中立を調整されるトルク検出器の横断面図、第２図は、
第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は、本実施例の機械的
中立調整装置の構成図、第４図は、第３図の制御装置の
制御手段を説明するための線図、第５図は、第３図の制
御装置の回路構成図、第６図は、本実施例の機械的中立
調整装置の動作を説明するためのフローチャートであ
る。 １，１ａ……入力軸、２……出力軸、３……トーション
バー、５……鉄心、１０……差動変圧器、１６……軸固
定手段、１２……トルク検出器、２０……トルク検出手
段、２２……パルスモーター、３０……制御装置、３１
……第１回転制御手段、第２回転制御手段、３２……角
度計測手段、３３……演算手段、３４……第３回転制御
手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリングシャフトに連動するシャフト
   が２分割された入力軸と出力軸と、該両軸を連結する弾
   性体であるトーションバーと、入力軸と出力軸とに機械
   的に係合され、該両軸間の相対的回転角度差に伴い軸方
   向に変位し、該軸方向変位量が機械的に制限された鉄心
   と、該鉄心の周囲に、軸方向に対して固定して配設さ
   れ、鉄心の軸方向変位に伴い電気信号を励起する差動変
   圧器とで構成されたトルク検出器の機械的中立調整を行
   う装置であって、入力軸と出力軸のどちらか一方のみが
   トーションバーに結合された状態で一方の軸を固定する
   軸固定手段と、他方の軸に連結され、該軸を回転駆動す
   るパルスモーターと、該パルスモーターに連結された軸
   の回転を、パルスモーターを介して制御する制御装置と
   で構成され、該制御装置が、パルスモーターに連結され
   た軸を、該パルスモーターによって時計回りまたは反時
   計回りの回転限界まで回転させる第１回転制御手段と、
   第１回転制御手段によって回転された軸を、第１回転制
   御手段とは逆方向に回転限界まで回転させる第２回転制
   御手段と、第２回転制御手段によって回転された軸の回
   転角度θを、パルスモーターのパルス数によって計測す
   る角度計測手段と、角度計測手段によって計測された回
   転角度θからθ／２を計算する演算手段と、第２回転制
   御手段によって回転された軸を、角度θ／２だけ第２回
   転制御手段とは逆方向に回転させる第３回転制御手段と
   で構成されることを特徴とするトルク検出器の機械的中
   立調整装置。
2. 【請求項２】前記パルスモーターの回転駆動トルク値を
   検出するトルク検出手段を有し、前記第１回転制御手段
   と前記第２回転制御手段とが、前記軸の回転が回転限界
   に達したことを、該トルク検出手段で検出された回転駆
   動トルク値と、時計回りの回転と反時計回りの回転にお
   いてそれぞれ設定された回転駆動トルク値の最大値とを
   比較することによって検知することを特徴とする請求項
   １記載のトルク検出器の機械的中立調整装置。