JPH0792041A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 差動装置１０の各出力軸１３、１４の回転速
度検出センサ２８、２９と、一方の出力軸１３に作用す
るトルクを入力電流値に応じ発生可能なトルク発生装置
１５とを備える。制御装置４０により、そのトルク発生
装置１５の入力電流と発生トルクとの関係を記憶し、各
出力軸１３、１４の回転速度が互いに等しくなるように
トルク発生装置１５の入力電流を制御し、各出力軸１
３、１４の回転速度が互いに等しい時のトルク発生装置
１５の入力電流に基づいて差動装置１０の入力軸から他
方の出力軸１４に伝達されるトルクを求める。 【効果】 簡単な構造で広範囲に亘るトルクを検出する
ことのできる低コストのトルクセンサを提供することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力軸から出力軸に伝
達されるトルクを検知するためのトルクセンサに関し、
例えば、操舵抵抗に応じた操舵補助力を付与する電動パ
ワーステアリング装置における操舵トルクの検出に適す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】パワーステアリング装置において従来か
ら用いられているトルクセンサとして、ハンドルの回転
を操舵用車輪に伝達するようトーションバーを介し連結
される入出力軸と、入出力軸の各々に相対向するように
取り付けられると共に各対向端面に歯が形成されている
一対の磁性体製の検出リングと、両検出リングの対向端
部を覆うように設けられる検出コイルとを備えたものが
ある。このトルクセンサにおいては、その入力軸から出
力軸へのトルク伝達によりトーションバーがねじれる
と、両検出リングが軸中心に相対回転し、一方の検出リ
ングの歯と他方の検出リングの歯が軸方向に関し重合す
る部分の面積が増減して検出コイルのインピーダンスが
変化し、検出コイルに誘起される出力電圧が変化し、そ
の電圧変化により入力軸から出力軸への伝達トルクの大
きさを検出する（実開平４‐４３２３６号公報参照。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のトルクセン
サでは、各検出リング、検出コイル、トーションバー等
の加工や組み付けに高い精度が要求されると共に組み付
け工程も複雑になるため、コストが高くなるという問題
がある。

【０００４】また、トーションバーの弾性限界内でしか
トルクを検知することができないため、検知できるトル
クの範囲が制限される。

【０００５】本発明は、上記課題を解決することのでき
るトルクセンサを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のトルクセンサ
は、入力軸と一対の出力軸とを有する差動装置と、各出
力軸の回転速度検出センサと、一方の出力軸に作用する
トルクを入力電流値に応じ発生可能なトルク発生装置
と、そのトルク発生装置の入力電流と発生トルクとの関
係を記憶する手段と、各出力軸の回転速度が互いに等し
くなるようにトルク発生装置の入力電流を制御する手段
と、各出力軸の回転速度が互いに等しい時のトルク発生
装置の入力電流に基づいて前記入力軸から他方の出力軸
に伝達されるトルクを求める手段とを備える。

【０００７】

【作用】本発明の構成において、差動装置の各出力軸に
作用するトルクが等しければ、各出力軸の回転速度は互
いに等しくなる。よって、トルク発生装置によって発生
させたトルクを一方の出力軸に作用させて各出力軸の回
転速度を互いに等しくした時、その発生トルクと入力軸
から他方の出力軸に伝達されるトルクとは等しくなる。
その発生トルクはトルク発生装置の入力電流に応じ定ま
ることから、その入力電流とトルクとの関係を記憶して
おけば、その入力電流に基づいて入力軸から他方の出力
軸に伝達されるトルクを求めることができる。

【０００８】

【実施例】図１に示すパワーステアリング装置１は、操
舵用ハンドル２に差動装置１０を介し接続されるピニオ
ン４と、このピニオン４に噛み合うラックが形成された
ラックバー５とを備え、そのラックバー５の両端に図示
しないボールジョイント、タイロッド、ナックルアーム
等を介し操舵用車輪７が連結され、そのハンドル２の回
転操作によりピニオン４が回転してラックバー５が移動
することで車両の操舵がなされる。

【０００９】その差動装置１０は、ハウジング１１にベ
アリングを介し支持される入力軸１２と一対の同軸心の
出力軸１３、１４とを有し、その入力軸１２の一端に前
記ハンドル２が接続され、一方の出力軸１３の一端にト
ルク発生装置１５が接続され、他方の出力軸１４の一端
に前記ピニオン４が接続される。その入力軸１２の他端
に取り付けられたベベルギヤ１７に噛み合うリングギヤ
１８がベアリングを介し一方の出力軸１３により支持さ
れ、そのリングギヤ１８に取り付けられたギヤホルダー
１９にベアリングを介し支持された一対のベベルギヤ２
０、２１に、各出力軸１３、１４の他端に取り付けられ
たベベルギヤ２２、２３が噛み合う。

【００１０】各出力軸１３、１４に歯車２５、２６が同
行回転するよう取り付けられ、各歯車２５、２６の外周
にセンサ２８、２９が配置され、各センサ２８、２９は
各歯車２５、２６の回転速度に対応した数の歯を検知す
ることで各出力軸１３、１４の回転速度を検知する。

【００１１】前記トルク発生装置１５は、一方の出力軸
１３に作用するトルクを入力電流値に応じ発生するもの
で、電磁パウダーブレーキにより構成されている。この
電磁パウダーブレーキは、一方の出力軸１３を覆うハウ
ジング３１と、このハウジング３１に取り付けられた電
磁コイル３２と、この電磁コイル３２の径方向内方にお
いて一方の出力軸１３に取り付けられるロータ３３と、
ハウジング３１に収納される磁性粉体３４とを有する。
その電磁コイル３２が入力電流に応じ励磁されると、磁
性粉体３４が電磁コイル３２とロータ３３との間で固体
化し、一方の出力軸１３の回転阻止トルクを入力電流値
に応じ発生する。図２の（１）に示すように、その入力
電流Ｉと発生トルクＴとは略比例する。その発生トルク
Ｔは図２の（２）に示すように入力電流Ｉ（ｉ₁ ＞ｉ₂
＞ｉ₃ ）に応じ変化するが、出力軸１３の回転速度が変
化しても変動しない。

【００１２】上記各センサ２８、２９とトルク発生装置
１５は制御装置４０に接続されている。その制御装置４
０は、中央処理装置４０ａと記憶装置４０ｂと入出力イ
ンタフェイス４０ｃとトルク発生装置１５の駆動回路４
１とトルク発生装置１５の電流検出回路４２とモータ５
４の駆動回路５５とモータ５４の電流検出回路５６と電
磁クラッチ５３の駆動回路５８により構成することがで
きる。この制御装置４０は、各出力軸１３、１４の回転
速度が互いに等しくなるようにトルク発生装置１５の入
力電流を駆動回路４１を介し制御する。そのトルク発生
装置１５の駆動回路４１に電流検出回路４２が接続さ
れ、この電流検出回路４２は駆動回路４１からトルク発
生装置１５に入力された電流値に対応する信号を中央処
理装置４０ａに入力し、また、制御装置４０はトルク発
生装置１５の入力電流と発生トルクとの関係を記憶し、
各出力軸１３、１４の回転速度が互いに等しい時の電流
検出回路４２からの信号と記憶した関係とに基づき、入
力軸１２から他方の出力軸１４に伝達されるトルクを演
算する。

【００１３】その他方の出力軸１４にはギヤ５１が取り
付けられ、このギヤ５１に噛み合うギヤ５２が電磁クラ
ッチ５３を介し操舵補助力付与用モータ５４により駆動
され、その電磁クラッチ５３とモータ５４は駆動回路５
８、５５に接続され、そのモータ５４の駆動回路５５に
接続される電流検出回路５６が駆動回路５５からモータ
５４に入力された電流値に対応する信号を中央処理装置
４０ａに入力する。また、制御装置４０に車速の検知セ
ンサ５７が接続され。これにより、制御装置４０は入力
軸１２から他方の出力軸１４に伝達されるトルクと車速
とに応じ、モータ５４の駆動電流と電磁クラッチ５３と
を制御する。すなわち、図３に示すように、その入力軸
１２から他方の出力軸１４に伝達されるトルクが大きく
なる程にモータ５４の駆動電流を大きくして操舵補助力
を大きくし、車速が小さい範囲ではモータ駆動電流の増
加割合を大きくし、車速が大きな範囲ではモータ駆動電
流の増加割合を小さくする。また、車速が一定以上にな
ると電磁クラッチ５３によるモータ５４とギヤ５２との
接続を切断する。また、電流検出回路５６から送られる
モータ５４に入力された電流値に対応する信号により、
モータ駆動電流が予めプログラムされた所定値か否か判
断し、所定値になるようフィードバック制御を行なう。
これにより、モータ５４により付与される操舵補助力を
操舵抵抗が大きくなる程に大きくでき、また、低速での
操舵の高応答性と高速での操舵の安定性を満足させる。

【００１４】図４、図５は、上記制御装置４０による制
御手順を示すフローチャートであって、まず、車速検知
センサ５７から車速を読み込み（ステップ１）、その車
速が一定以上か否かを判断し（ステップ２）、車速が一
定以上であれば電磁クラッチ５３によるモータ５４とギ
ヤ５２との接続を切断し（ステップ３）、ステップ１に
戻る。また、ステップ２において車速が一定以上でなけ
れば電磁クラッチ５３によりモータ５４とギヤ５２とを
接続し（ステップ４）、各出力軸１３、１４の回転速度
θａ、θｂをセンサ２８、２９から読み込み（ステップ
５）、両回転速度θａ、θｂが互いに等しいか否かを判
断し、等しくなければ、予め設定した単位量だけトルク
発生装置１５の入力電流を両回転速度θａ、θｂが互い
に等しくなるよう変化させ、これを両回転速度θａ、θ
ｂが互いに等しくなるまで繰り返し（ステップ６、
７）、両回転速度θａ、θｂが互いに等しくなれば入力
軸１２から他方の出力軸１４に伝達されるトルクを演算
し（ステップ８）、演算したトルクと読み込んだ車速に
応じ図３の特性が得られるようにモータ駆動電流を演算
し（ステップ９）、その演算値に応じモータ駆動回路５
５からモータ５４に送られる電流を制御し（ステップ１
０）、電流検出回路５６から実際のモータ駆動電流を読
み込み、前記演算したモータ駆動電流との偏差を求め、
その偏差の有無を判断し、偏差があれば偏差がなくなる
ようにモータ駆動回路５５からモータ５４に送られる電
流を制御し、これをその偏差がなくなるまで繰り返し
（ステップ１１〜１４）、偏差がなくなればステップ１
に戻る。

【００１５】上記実施例によれば、トルク発生装置１５
の入力電流に基づいて差動装置１０の入力軸１２から他
方の出力軸１４に伝達される操舵トルクを求めるトルク
センサを構成することができる。

【００１６】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。例えば、上記実施例では本発明のトルクセンサを電
動パワーステアリング装置におけるトルク検出に用いた
が、用途は特に限定されない。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な構造で広範囲に
亘るトルクを検出することのできる低コストのトルクセ
ンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のパワーステアリング装置の構
成説明図

【図２】本発明の実施例のトルク発生装置の（１）は入
力電流と発生トルクとの関係を示す図、（２）は出力軸
の回転速度と発生トルクとの関係を示す図

【図３】本発明の実施例のパワーステアリング装置のモ
ータ駆動電流と検出トルクとの関係を示す図

【図４】本発明の実施例のパワーステアリング装置の制
御手順を示すフローチャート

【図５】本発明の実施例のパワーステアリング装置の制
御手順を示すフローチャート

【符号の説明】 １０ 差動装置 １２ 入力軸 １３、１４ 出力軸 １５ トルク発生装置 ２８、２９ センサ ４０ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸と一対の出力軸とを有する差動装
   置と、各出力軸の回転速度検出センサと、一方の出力軸
   に作用するトルクを入力電流値に応じ発生可能なトルク
   発生装置と、そのトルク発生装置の入力電流と発生トル
   クとの関係を記憶する手段と、各出力軸の回転速度が互
   いに等しくなるようにトルク発生装置の入力電流を制御
   する手段と、各出力軸の回転速度が互いに等しい時のト
   ルク発生装置の入力電流に基づいて前記入力軸から他方
   の出力軸に伝達されるトルクを求める手段とを備えるト
   ルクセンサ。