JPH10260094A - トルクセンサ及び制御装置 - Google Patents

トルクセンサ及び制御装置

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JPH10260094A
JPH10260094A JP9063541A JP6354197A JPH10260094A JP H10260094 A JPH10260094 A JP H10260094A JP 9063541 A JP9063541 A JP 9063541A JP 6354197 A JP6354197 A JP 6354197A JP H10260094 A JPH10260094 A JP H10260094A
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torque sensor
torque
input shaft
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宏明 田中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度のトルク検出が可能なトルクセンサ及
び制御装置を提供する。 【解決手段】 本トルクセンサは、入出力軸1,2に設
けられる3つの抵抗6b,7b,8b−ブラシ6a,7
a,8a対から構成される検出部を備えている。これら
は、入出力軸1,2のなす角度α、これらの軸を含む平
面と出力軸2の垂直な平面との交線ILの向きθ、及び
相対回転角φ及びに応じて出力信号が変化するように、
入出力軸1,2に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トルクセンサ及び
トルクセンサの出力信号に応じてアクチュエータ等の被
制御装置を制御する制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のトルクセンサは、特開昭63−8
2875号公報に記載されている。このトルクセンサ
は、入出力軸間のトルクを検出するための2つの検出部
を有しており、車両のパワーステアリング装置に用いら
れている。すなわち、入力軸に設けられたステアリング
ホイールを回転させると、トルクに応じて出力軸との間
に相対回転角が生じるため、2つの検出部の出力信号が
変化する。このパワーステアリング装置では、出力軸を
回転させるモータをいずれかの検出部の出力信号が一定
となるように制御するため、ステアリングホイールの操
舵力が補助される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
トルクセンサでは、入力軸の軸と出力軸の軸との間に角
度偏差が生じた場合には、検出部からの出力信号がずれ
てしまうため、高精度にトルクを検出することができ
ず、したがって、このトルクセンサをパワーステアリン
グ装置に用いた場合には、ステアリングホイールの操舵
力を高精度に補助することができない。本発明はこのよ
うな課題に鑑みてなされたものであり、高精度のトルク
検出が可能なトルクセンサ、及びこのトルクセンサから
の出力信号に応じて被制御装置を制御する制御装置を提
供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係るトルクセンサは、入力軸に固定された
部材と、入力軸の軸回りに加えられるトルクに応じてそ
の軸回りに回転することができるように入力軸に結合し
た出力軸に固定された部材との間に設けられるトルクセ
ンサにおいて、入力軸及び出力軸の双方の軸を含む第1
平面内において双方の軸のなす角度と、出力軸の軸に垂
直な第2平面と第1平面との交線の向きと、入力軸及び
出力軸の軸回りの相対回転角とに応じて変化する信号を
それぞれが出力するように上記部材間に設けられた第
1、第2及び第3検出部を備えることを特徴とする。な
お、入出力軸に固定された部材は、入出力軸の一部であ
ってもよく、検出部の数は4つ以上であってもよい。
【0005】本トルクセンサによれば、第1、第2及び
第3検出部は、その出力信号が、入出力軸の双方の軸の
なす角度、第1平面と第2平面との交線の向き、及び相
対回転角に応じて変化するように部材間に設けられてい
る。1つの検出部からの出力信号は、これらの角度、向
き、及び相対回転角の関数である。したがって、これら
の角度、向き及び相対回転角が未知数である場合におい
ても、第1、第2及び第3検出部から出力される3つの
出力信号から3つの関数を所得することができるため、
これら3つの未知数を求めることができる。また、相対
回転角は入力軸の軸回りに加えられるトルクに応じて変
化するので、相対回転角はトルクに対応づけることがで
き、正確なトルクを検出することができる。
【0006】また、第1、第2及び第3検出部は、それ
ぞれが、入力軸に固定された部材に設けられた抵抗と、
この抵抗に接触し、双方の軸のなす角度、交線の向き、
及び相対回転角に応じて抵抗との接触位置が抵抗の長手
方向に沿って移動するように、出力軸に固定された部材
に設けられたブラシとを備えることが好ましい。この場
合、部材に抵抗とブラシを設ければよいので、簡単に各
検出部を製造することができる。
【0007】また、本発明に係る制御装置は、上記トル
クセンサに接続され、トルクセンサの第1、第2及び第
3検出部の出力信号に応じてアクチュエータ等の被制御
装置を制御するための制御信号を出力する制御装置にお
いて、第1及び第2検出部の出力信号の差、及び第2及
び第3検出部の出力信号の差が、共に所定値よりも小さ
い場合に、第1、第2及び第3検出部の出力信号から相
対回転角を求め、相対回転角に基づいて前記制御信号を
出力することを特徴する。これらの出力信号の差が共に
所定値よりも小さい場合は、全ての検出部は略正常であ
ると判断できる。したがって、この場合に、本制御装置
は、第1、第2及び第3検出部の出力信号から相対回転
角を求め、相対回転角に応じて制御信号を出力する。
【0008】また、本発明に係る制御装置は、上記トル
クセンサに接続され、トルクセンサの第1、第2及び第
3検出部の出力信号に応じて被制御装置を制御するため
の制御信号を出力する制御装置において、第1及び第2
検出部の出力信号の差が所定値よりも小さく、且つ、第
2及び第3検出部の出力信号の差が所定値よりも大きい
場合には、第1及び第2検出部の出力信号に基づいて制
御信号を出力することを特徴とする。この場合、第1及
び第2検出部は略正常であると判断できるので、制御装
置は、第1及び第2検出部の出力信号に基づいて制御信
号を出力する。
【0009】また、本発明に係る制御装置は、上記トル
クセンサに接続され、トルクセンサの第1、第2及び第
3検出部の出力信号に応じて被制御装置を制御する制御
装置において、第1及び第3検出部の出力信号の差が所
定値よりも大きい場合には、その旨を示す信号を出力す
ることを特徴とする。この場合、第1又は第3検出部の
いずれかは異常であると判断できるので、制御装置は、
その旨を示す信号を出力する。その旨を示す信号は、例
えば操作者の視認可能な位置に設けられた警告ランプや
液晶ディスプレイに出力され、操作者は第1又は第3検
出部が異常であることを確認することができる。
【0010】また、本発明に係る制御装置は、上記トル
クセンサに接続され、トルクセンサの第1、第2及び第
3検出部の出力信号に応じて被制御装置を制御する制御
装置において、第1及び第2検出部の出力信号の差、第
2及び第3検出部の出力信号の差、及び、第1及び第3
検出部の出力信号の差が、全て所定値よりも大きい場合
には、第1、第2及び第3検出部の出力信号に基づく被
制御装置の制御を禁止することを特徴とする。この場
合、第1、第2及び第3検出部は異常であると判断でき
るので、制御装置は、これらの検出部の出力信号に基づ
く被制御装置の制御を禁止する。
【0011】なお、被制御装置が車両の前輪を転舵する
ためのアクチュエータである場合は、トルクセンサ及び
制御装置を含む制御システムは、パワーステアリング装
置を構成する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係るトルクセ
ンサ及び制御装置について説明する。同一要素又は同一
機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複
する説明は省略する。
【0013】図1は、中空の入力軸1及び出力軸2に設
けられたトルクセンサTSを示す。なお、以下の説明に
おいて、出力軸2から入力軸1へ向かう方向を上方向と
し、これと逆方向を下方向と規定する。
【0014】入力軸1の外周面には、この外周面を囲む
ように固定部材3が固定されており、固定部材3の下面
には入力軸1の外周面を囲む金属板4及び絶縁板5が固
定されている。出力軸2の外周面には、この外周面を囲
むように固定部材6,7,8が固定されており、固定部
材6,7,8の上面には、それぞれ、絶縁板9,10,
11が固定されている。
【0015】本トルクセンサTSは、入力軸1に固定さ
れた固定部材3と、出力軸2に固定された固定部材6,
7,8との間にそれぞれ設けられた第1検出部6a,6
b、第2検出部7a,7b、及び第3検出部8a,8b
を備える。すなわち、第1検出部は、下側固定部材6に
絶縁板9を介して固定されたブラシ6aと、上側固定部
材3に金属板4及び絶縁板5を介して固定された抵抗体
(抵抗)6bとからなる。同様に、第2検出部は、下側
固定部材7に絶縁板10を介して固定されたブラシ7a
と、上側固定部材3に金属板4及び絶縁板5を介して固
定された抵抗体(抵抗)7bとからなり、第3検出部
は、下側固定部材8に絶縁板11を介して固定されたブ
ラシ8aと、上側固定部材3に金属板4及び絶縁板5を
介して固定された抵抗体(抵抗)8bとからなる。な
お、ブラシ6a,7a,8aと抵抗体6b,7b,8b
とはそれぞれ接触しているが、これらの位置関係を分か
りやすく説明するため、図1ではこれらを離して示す。
【0016】抵抗体6b,7b,8bは、同一平面内に
形成されており、且つ、それぞれの抵抗体6b,7b、
8bは、入力軸1の軸Z1と一定の距離を保持して離隔
している。ブラシ6a,7a,8aも、出力軸2の軸Z
2と一定の距離を保持して離隔している。ブラシ6a,
7a,8aの基端は、同一平面(XY平面)内に形成さ
れており、また、ブラシ6a,7a,8aは、抵抗体6
b,7b,8bの長手方向に沿って湾曲している。
【0017】中空の入力軸1及び出力軸2内にはトーシ
ョンバー12が配置されており、トーションバー12の
上端部は入力軸1の上端部に固定されており、下端部は
出力軸2の上端部に固定されている。したがって、矢印
A1で示すように、入力軸1をその軸Z1の回りに回転
させると、トーションバー12がその軸回りに捩れ、こ
の捩れ力によって出力軸2が捩れ力を小さくする方向、
すなわち、矢印A2で示す方向に軸Z2を中心として回
転する。換言すれば、出力軸2は、入力軸1の軸Z1
りに加えられるトルクに応じてその軸Z2回りに回転す
ることができるように入力軸1に結合している。
【0018】入力軸1が回転すると、トルクセンサTS
のブラシ6a,7a,8aと抵抗体6b,7b,8bと
の接触位置は、入力軸1と出力軸2との相対回転角に応
じて抵抗体6b,7b,8bの長手方向に沿って移動す
る。以下の説明では、入力軸1及び出力軸2の軸Z2
りの相対回転角をφとする。
【0019】トルクセンサTSの第1検出部6a,6
b、第2検出部7a,7b、及び第3検出部8a,8b
のブラシ6a,7a,8aは、それぞれ抵抗体6b,7
b,8bとの接触位置によって抵抗体6b,7b,8b
の抵抗値を分割する。各抵抗体6b,7b,8bの両端
に所定の電圧Vを印加しておけば、各抵抗体6b,7
b,8bとブラシ6a,7a,8aとの接触位置によっ
て決定される抵抗分割比に応じた電圧V1,V2,V
3が、それぞれのブラシ6a,7a,8aと抵抗体6
b,7b,8bの一端との間に生じる。すなわち、ブラ
シ6a,7a,8aからそれぞれ出力される電圧V1
2,V3は、相対回転角φに応じて変化する。相対回転
角φは、入力軸1に加えられたトルクT0に依存するの
で、電圧V1,V2,V3はトルクT0に応じて変化する。
【0020】ここで、入力軸1の軸Z1と出力軸2の軸
2とは、所定の角度αをなしているものとする。すな
わち、入力軸1及び出力軸2の双方の軸Z1,Z2を含む
平面(第1平面)内において双方の軸Z1,Z2のなす角
度をαとする。また、出力軸2の軸Z2に垂直な平面
(第2平面:XY平面)と第1平面との交線ILの向き
をθとする。なお、XY平面内において、ブラシ6aの
基端から出力軸2の軸Z2への垂線とブラシ7aの基端
から軸Z2への垂線とのなす角度は120度であり、ブ
ラシ7aの基端から軸Z2への垂線とブラシ8aの基端
から軸Z2への垂線とのなす角度も120度である。
【0021】トルクセンサTSのブラシ6a,7a,8
aと抵抗体6b,7b,8bとの接触位置は、相対回転
角φだけでなく、入力軸1の軸Z1と出力軸2の軸Z2
なす角度α及び交線ILの向きθに応じて変化する。す
なわち、ブラシ6a,7a,8aは、抵抗体6b,7
b,8bの長手方向に沿って湾曲している。したがっ
て、入力軸1及び出力軸2が方向θに沿って所定の角度
αをなすと、湾曲したブラシ6a,7a,8aが抵抗体
6b,7b,8bに押しつけられて変形し、ブラシ6
a,7a,8aと抵抗体6b,7b,8bとの接触位置
が、角度αが0度のときの接触位置を基準として、抵抗
体6b,7b,8bの長手方向に沿って変位する。
【0022】ここで、この変位量、すなわち、角度αが
0度の時に、各検出部のブラシ6a,7a,8aから出
力される電圧V0(真のトルクT0を示す)からの変位電
圧△V1,△V2,△V3はαに略比例するものと仮定す
る。即ち、αが微小なため、上側固定部材3と下側固定
部材8との間の距離は入力軸1の軸心からの距離にαを
乗じた分変化すると考え、その変化に比例する距離だけ
ブラシ6a,7a,8aが抵抗体6b,7b,8b上を
変位すると考える。また、真のトルクT0は相対回転角
φに比例し、この比例定数を1と仮定する。この時、各
検出部のブラシ6a,7a,8aから出力される電圧V
1,V2,V3及び真のトルクT0は、(式1)〜(式4)
で示される関係を有する。
【0023】
【数1】
【0024】ここで、rは各検出部のブラシ6a,7
a,8aと出力軸2の軸Z2との間の距離(半径)、
G、K1及びK2は定数とする。なお、本実施の形態では
定数K1及びK2は、それぞれ、cos(π/6)及びs
in(π/6)とする。
【0025】(式1)〜(式3)で示されるように、各
検出部のブラシ6a,7a,8aから出力される電圧V
1,V2,V3は、入出力軸1,2の双方の軸Z1,Z2
なす角度α、交線の向きθ、及び相対回転角φ(真のト
ルクT0)の関数である。したがって、第1、第2及び
第3検出部から出力される3つの出力信号V1,V2,V
3から3つの関数を所得することができるため、これら
の関数を連立させることによって、3つの未知数α、
θ、φ(T0)を求めることができる。
【0026】以上のように、本実施の形態に係るトルク
センサTSにおいては、検出部を少なくとも3つ設ける
ことにより、その出力信号V1,V2,V3から真のトル
クT0を求めることができる。なお、検出部の数は4つ
以上であってもよい。
【0027】次に、上記トルクセンサTSの第1、第2
及び第3検出部6a,6b、7a,7b、8a,8bの
出力信号V1,V2,V3に応じてモータ(アクチュエー
タ)等の被制御装置を制御する制御装置について説明す
る。ここでは、このトルクセンサTS及び制御装置を用
いた制御システムとして、車両に搭載されるパワーステ
アリング装置について説明する。
【0028】図2は、上記トルクセンサTSを用いたパ
ワーステアリング装置のブロック図である。入力軸1
は、ステアリングホイール13を操舵すると入力軸1が
その軸を中心として回転するように、ステアリングホイ
ール13に機械的に結合している。
【0029】トルクセンサTSの抵抗体6b,7b,8
bの一端は所定電位Vに固定されており、ブラシ6a,
7a,8aは、抵抗体6b,7b,8bの所定位置にお
いてこれと接触しており、所定電圧Vを接触位置に比例
して分圧している。したがって、ステアリングホイール
13を操舵すると入力軸1が回転し、各検出部のブラシ
6a,7a,8aからは、相対回転角φ、角度α及び向
きθに応じて分圧された電圧V1,V2,V3がそれぞれ
出力される。
【0030】出力電圧V1,V2,V3は、電子回路ユニ
ットEU内に配置された制御装置14に入力される。制
御装置14はコンピュータを含み、トルクセンサTSか
らの出力信号V1,V2,V3に応じた制御信号をモータ
15に出力し、モータ15を駆動させる。モータ15
は、出力軸2を介して車両の前輪17にリンクしてい
る。したがって、制御装置14は、ステアリングホイー
ル13を操舵することによりトルクセンサTSが出力さ
れた電圧V1,V2,V3に応じて前輪17が転舵される
制御信号をモータ15に出力する。また、制御装置14
は、トルクセンサTSのいずれかの検出部6a,6b、
7a,7b、8a,8bが異常であると判断した場合に
は、その旨を示す信号を出力し、警告ランプ19を点灯
させる。
【0031】制御装置14は、トルクセンサTSの全て
の検出部が異常であると判断した場合には、モータ15
の制御を禁止する。なお、制御装置14による制御が禁
止されている場合においても、入力軸1は出力軸2に機
械的に結合しているので、ステアリングホイール13を
所定の力以上の力で操舵することにより出力軸2が回転
し、前輪17を操舵することができる。
【0032】図3は、制御装置14における好適な処理
ステップについて説明するためのフローチャートであ
る。図2に示した制御装置14は、ステップS1におい
てイグニションスイッチIGをオン状態とすると、バッ
テリ18及び定電圧電源16を介して供給される電力に
よって起動し、トルクセンサTSからの出力電圧V1
2,V3の測定を開始する(S2)。なお、出力電圧V
1,V2,V3は、概略的なトルクT1,T2,T3をそれぞ
れ示すものとし、以下の説明では、V1=T1、V2
2、V3=T3とする。
【0033】T1とT2の差(絶対値)が所定値εよりも
小さく(S3)、T2とT3の差(絶対値)が所定値εよ
りも小さく(S4)、且つ、T1とT3の差(絶対値)が
所定値εよりも小さい(S5)場合は、トルクセンサT
Sの検出部は全て正常であると判断できるので、制御装
置14は、上記の(式1)〜(式4)を用いて真のトル
クT0を演算し(S6)、演算された真のトルクT0を用
いてモータ15を制御する(S7)。すなわち、制御装
置14は、真のトルクT0が零に近付くような制御信号
をモータ15に出力し、前輪17を転舵する。制御装置
14は、ステップS7の後、イグニションスイッチIG
がオフ状態とされるまで(S8)、ステップS2に戻っ
てその後の処理ステップを実行する。
【0034】T1とT2の差が所定値ε以上であって(S
3)、且つ、T2とT3の差(絶対値)が所定値εよりも
小さく(S9)、T1とT3の差(絶対値)が所定値εよ
りも小さい(S10)場合は、T1又はT2がやや異常で
あると判断できるので、その旨を示す信号を警告ランプ
19に出力し(S11)、正常と認められる値T3
み、又は、T1〜T3の平均値、若しくは正常度に応じて
各トルクT1〜T3に重みづけを行ったトルク総和を出力
トルクの数3で除算した値を用い、これらの値のいずれ
かを真のトルクT0と見做してこのトルクT0が零に近付
くような制御信号をモータ15に出力し、モータ15を
制御する(S12)。
【0035】また、ステップS10において、T1とT3
の差(絶対値)が所定値εよりも大きい場合は、T1
異常であると判断できるので、その旨を示す信号を警告
ランプ19に出力し(S13)、正常と判断される値T
2及びT3を用いてモータ15を制御する(S14)。こ
の場合、値T2及びT3のいずれか一方を真のトルクT0
と見做してトルクT0が零に近付くような制御信号をモ
ータ15に出力してもよいが、値T2及びT3の平均値を
真のトルクT0と見做してこのトルクT0が零に近付くよ
うな制御信号をモータ15に出力してもよい。
【0036】T1とT2の差が所定値ε以上であって(S
3)、T2とT3の差が所定値ε以上であり(S9)、且
つ、T1とT3の差(絶対値)が所定値εよりも小さい
(S15)場合は、T2は異常であると判断できるの
で、その旨を示す信号を警告ランプ19に出力し(S1
6)、正常と判断される値T1びT3を用いてモータ15
を制御する(S17)。なお、この場合も、制御装置1
4は、値T1及びT3のいずれか一方又は平均値を真のト
ルクT0と見做し、このトルクT0が零に近付くような制
御信号をモータ15に出力する。
【0037】T1とT2の差が所定値εよりも小さく(S
3)、且つ、T2とT3の差が所定値ε以上であって(S
4)、T1とT3の差が所定値εよりも小さい場合は(S
20)、T2又はT3がやや異常であると判断できるの
で、その旨を示す信号を警告ランプ19に出力し(S2
1)、正常と認められる値T1のみ、又は、T1〜T3
平均値、若しくは正常度に応じて各トルクT1〜T3に重
みづけを行ったトルク総和を出力トルクの数3で除算し
た値を用い、これらの値のいずれかを真のトルクT0
見做してこのトルクT0が零に近付くような制御信号を
モータ15に出力し、モータ15を制御する(S2
2)。
【0038】また、ステップS20において、T1とT3
の差が所定値ε以上の場合は、T3は異常であると判断
できるので、その旨を示す信号を警告ランプ19に出力
し(S23)、正常と判断される値T1びT2を用いてモ
ータ16を制御する(S24)。この場合も、制御装置
14は、値T1及びT2のいずれか一方又は平均値を真の
トルクT0と見做し、このトルクT0が零に近付くような
制御信号をモータ15に出力する。
【0039】また、ステップS5において、T1とT3
差が所定値ε以上の場合は、T1又はT3がやや異常であ
ると判断できるので、その旨を示す信号を警告ランプ1
9に出力し(S25)、正常と認められる値T2のみ、
又は、T1〜T3の平均値、若しくは正常度に応じて各ト
ルクT1〜T3に重みづけを行ったトルク総和を出力トル
クの数3で除算した値を用い、これらの値のいずれかを
真のトルクT0と見做してこのトルクT0が零に近付くよ
うな制御信号をモータ15に出力し、モータ15を制御
する(S26)。
【0040】T1とT2との差が所定値ε以上であり(S
3)、T2とT3の差が所定値ε以上であり(S9)、且
つ、T1とT3の差が所定値ε以上の場合は(S15)、
少なくともいずれかの検出部は異常であると判断できる
ので、その旨を示す信号を警告ランプ19に出力し(S
18)、T1〜T3に基づく制御を禁止する(S19)。
【0041】図4は、図1〜図3を用いて説明したパワ
ーステアリング装置の機械的な構成を示す。なお、パワ
ーステアリング装置を分かりやすく説明するため、その
構成部品の一部は破断して示してある。
【0042】出力軸2の上端部には、その軸Z2方向に
沿ってキャビティが穿設されている。トーションバー1
2の下端部は、出力軸2のキャビティ内に位置するとと
もに、出力軸2の軸Z2に直交する方向(径方向)に出
力軸2の上端部外壁及びトーションバー12の下端部を
貫くピン20によって固定されている。また、トーショ
ンバー12は、入力軸1を軸Z1方向に貫く貫通孔HL
内で軸Z1に沿って延びており、その上端部は、入力軸
1の軸Z1に直交する方向(径方向)に入力軸1の上端
部外壁及びトーションバー12の上端部を貫くピン21
によって固定されている。
【0043】出力軸2の上端部に穿設されたキャビティ
内には、出力軸2の軸Z2方向に沿って延びる金属パイ
プ22の下端部が配置されている。金属パイプ22の下
端部は、その外周面が出力軸2のキャビティ内周面に接
触するようにキャビティ内に圧入されており、金属パイ
プ22は貫通孔HLに沿って延びている。金属パイプ2
2の中央部外周面及び上端部外周面と貫通孔HLとの間
には、ブッシュ23及び24がそれぞれ介在しており、
金属パイプ22の径方向への動きを規制し、これを支持
している。したがって、入出力軸1,2は、トーション
バー12だけでなく、金属パイプ22によっても支持さ
れている。
【0044】出力軸2の外周面には、リング状の板ばね
25(トレランスリング)を介してハイポイド歯車26
が取付けられており、ハイポイド歯車26の回転中心は
出力軸2の軸Z2に一致する。ハイポイド歯車26は、
モータ15の軸に固定されたハイポイド歯車27に噛合
しており、モーター15を駆動させると歯車27が回転
し、これに噛合した歯車26が回転する。歯車26は板
ばね25を介して出力軸2に取付けられているので、歯
車26が回転することによって出力軸2が回転する。出
力軸2の下端部にはピニオン28が形成されている。ス
プリング30によってラック29がピニオン28に押し
つけられることにより、ラック29はピニオン28に噛
合している。
【0045】モーター15を駆動させると、ピニオン2
8が形成された出力軸2が回転するので、ラック29が
矢印Bで示す方向、すなわち、出力軸2の軸Z2と交差
する方向に移動する。また、ラック29は前輪17に機
械的に接続されており、ラック29を、矢印Bで示すそ
の長手方向の軸に沿って移動させると、前輪17が転舵
される。
【0046】出力軸2の下端は、ハウジング31の内面
で回転可能に支えられている。出力軸2及び入力軸1の
外周面とハウジング31の内面との間には複数のベアリ
ングが挿入されており、出力軸2及び入力軸1は、それ
ぞれの軸Z1、Z2を回転中心としてハウジング31に対
して回転することができる。
【0047】なお、トルクセンサTSは、ハウジング3
1内に配置された図示しないスパイラルケーブルを介し
て電子回路ユニットEUに接続されている。図2に示し
たステアリングホイール13を操舵することにより、入
力軸1は回転し、入力軸1と出力軸2との間に生じる相
対回転角φに応じた信号をトルクセンサTSは出力す
る。電子回路ユニットEUは、トルクセンサTSの出力
信号から検出されるトルクT0が零に近付くようにモー
ター15の回転を制御するので、ラック29が矢印Bに
沿って移動し、前輪17が転舵される。
【0048】なお、制御装置14は、全ての検出部が異
常と判断した場合にはモータ15の回転制御を禁止する
が、回転制御の禁止には種々のものが考えられる。例え
ば、モータ15からハイポイド歯車26に至る機械的な
力の伝達経路上にクラッチ板を設け、クラッチ板を切り
離すことにより、モータ15の回転力がハイポイド歯車
26に伝達されないようにし、モータ15の回転制御を
禁止してもよい。
【0049】以上、説明したように、本実施の形態に係
るトルクセンサTSは、入力軸1に固定された部材3
と、入力軸1の軸回りに加えられるトルクに応じてその
軸回りに回転することができるように入力軸1に結合し
た出力軸2に固定された部材6〜8との間に設けられる
トルクセンサTSにおいて、入力軸1及び出力軸2の双
方の軸Z1,Z2を含む第1平面内において双方の軸
1,Z2のなす角度αと、出力軸2の軸Z2に垂直な第
2平面(XY平面)と第1平面との交線ILの向きθ
と、入力軸1及び出力軸2の軸回りの相対回転角φとに
応じて変化する信号V1,V2,V3をそれぞれが出力す
るように部材3、6〜8間に設けられた第1、第2及び
第3検出部6a,6b、7a,7b、8a,8bを備え
る。なお、入出力軸1,2に固定された部材3,6〜8
は、入出力軸1,2の一部であってもよく、検出部の数
は4つ以上であってもよい。
【0050】本トルクセンサTSによれば、第1、第2
及び第3検出部6a,6b、7a,7b、8a,8bか
ら出力される3つの出力信号V1,V2,V3から3つの
関数(式1)〜(式3)を所得することができるため、
これら3つの未知数α、θ、φを求めることができる。
また、相対回転角φは入力軸1の軸回りに加えられるト
ルクに応じて変化するので、相対回転角φはトルクに対
応づけることができ、正確なトルクを検出することがで
きる。
【0051】また、第1、第2及び第3検出部6a,6
b、7a,7b、8a,8bは、それぞれが、入力軸1
に固定された部材3に設けられた抵抗6b,7b,8b
と、この抵抗6b,7b,8bに接触し、双方の軸
1,Z2のなす角度α、交線ILの向きθ、及び相対回
転角φに応じて抵抗6b,7b,8bとの接触位置が抵
抗の長手方向に沿って移動するように、出力軸2に固定
された部材6〜8に設けられたブラシ6a,7a,8a
とを備えることが好ましい。本検出部は、部材3,6〜
8に抵抗6b,7b,8bとブラシ6a,7a,8aを
設ければよいので、簡単に各検出部を製造することがで
きる。
【0052】また、本発明に係る制御装置14は、トル
クセンサTSに接続され、トルクセンサTSの第1、第
2及び第3検出部6a,6b、7a,7b、8a,8b
の出力信号V1,V2,V3に応じてアクチュエータ等の
被制御装置15を制御するための制御信号を出力する制
御装置14において、第1及び第2検出部6a,6b、
7a,7bの出力信号の差△VA(=V1−V2=T1−T
2)、第2及び第3検出部7a,7b、8a,8bの出
力信号の差△VB(=V2−V3=T2−T3)、及び第1
及び第3検出部6a,6b、8a,8bの出力信号の差
△VC(=V1−V3=T1−T3)が、全て所定値εより
も小さい場合、第1、第2及び第3検出部6a,6b、
7a,7b、8a,8bの出力信号V1,V2,V3から
相対回転角φを求め、相対回転角φに応じて前記制御信
号を出力する。
【0053】これらの出力信号の差△VA,△VB,△V
Cの全てが所定値よりも小さい場合は、全ての検出部6
a,6b、7a,7b、8a,8bは正常であると判断
できる。したがって、制御装置14は、第1、第2及び
第3検出部6a,6b、7a,7b、8a,8bの出力
信号V1,V2,V3から相対回転角φを求め、相対回転
角φに応じて制御信号を出力する。
【0054】また、制御装置14は、第1及び第2検出
部6a,6b、7a,7bの出力信号の差△VAが所定
値εよりも小さく、且つ、第2及び第3検出部7a,7
b、8a,8bの出力信号の差△VBが所定値εよりも
大きい場合には、第1及び第2検出部6a,6b、7
a,7bの出力信号V1,V2に基づいて制御信号を出力
する。この場合、第1及び第2検出部6a,6b、7
a,7bは略正常であると判定できるので、制御装置1
4は、第1及び第2検出部6a,6b、7a,7bの出
力信号V1,V2に応じて制御信号を出力する。
【0055】また、制御装置14は、第1及び第3検出
部6a,6b、8a,8bの出力信号の差△VCが所定
値εよりも大きい場合には、その旨を示す信号を操作者
の視認可能な位置に設けられた警告ランプ又は液晶ディ
スプレイ19に出力する。操作者は、警告ランプ又は液
晶ディスプレイ19を視認することによって、第1又は
第3検出部6a,6b、8a,8bが異常であることを
確認することができる。
【0056】また、制御装置14は、第1及び第2検出
部6a,6b、7a,7bの出力信号の差△VA、第2
及び第3検出部7a,7b、8a,8bの出力信号の差
△VB、及び第1及び第3検出部6a,6b、8a,8
bの出力信号の差△VCが、全て所定値εよりも大きい
場合には、第1、第2及び第3検出部6a,6b、7
a,7b、8a,8bの出力信号V1,V2,V3に基づ
く被制御装置15の制御を禁止する。この場合、第1、
第2及び第3検出部6a,6b、7a,7b、8a,8
bは異常であると判断できるので、制御装置14は、こ
れらの検出部6a,6b、7a,7b、8a,8bの出
力信号V1,V2,V3に基づく被制御装置15の制御を
禁止する。
【0057】また、これらのトルクセンサTS及び制御
装置14を用いたパワーステアリング装置は、入力軸1
と、入力軸1に固定された部材3と、入力軸1の軸回り
に加えられるトルクに応じてその軸回りに回転すること
ができるように入力軸1に結合した出力軸2と、出力軸
2に固定された部材6〜8と、入力軸1及び出力軸2の
双方の軸Z1,Z2を含む第1平面内において双方の軸Z
1,Z2のなす角度α、出力軸2の軸Z2に垂直な第2平
面(XY平面)と第1平面との交線ILの向きθ、及
び、入力軸1及び出力軸2の軸回りの相対回転角φに応
じて変化する信号V1,V2,V3をそれぞれが出力する
ように部材3、6〜8間に設けられた第1、第2及び第
3検出部6a,6b、7a,7b、8a,8bと、入力
される制御信号に応じて前輪17を転舵するアクチュエ
ータ15と、第1、第2及び第3検出部6a,6b、7
a,7b、8a,8bに接続され、第1、第2及び第3
検出部6a,6b、7a,7b、8a,8bの出力信号
1,V2,V3に応じて前記アクチュエータ15に制御
信号を出力する制御装置と、を備える。
【0058】
【発明の効果】本発明に係るトルクセンサによれば、第
1、第2及び第3検出部から出力される3つの出力信号
からトルクに対応した相対回転角を求めることが可能で
あるため、正確なトルクを検出することもでき、このト
ルクセンサからの出力信号に応じて被制御装置を制御す
る制御装置は高精度の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係るトルクセンサの斜視図。
【図2】図1のトルクセンサを用いたパワーステアリン
グ装置のシステム構成図。
【図3】制御装置における処理を示すフローチャート。
【図4】図1のトルクセンサを用いたパワーステアリン
グ装置の斜視図。
【符号の説明】
TS…トルクセンサ、1…入力軸1、3,6〜8…部
材、2…出力軸、6a,6b…第1検出部、7a,7b
…第2検出部、8a,8b…第3検出部。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力軸に固定された部材と、前記入力軸
    の軸回りに加えられるトルクに応じてその軸回りに回転
    することができるように前記入力軸に結合した出力軸に
    固定された部材との間に設けられるトルクセンサにおい
    て、 前記入力軸及び前記出力軸の双方の軸を含む第1平面内
    において前記双方の軸のなす角度と、前記出力軸の軸に
    垂直な第2平面と前記第1平面との交線の向きと、前記
    入力軸及び前記出力軸の軸回りの相対回転角と、に応じ
    て変化する信号をそれぞれが出力するように前記部材間
    に設けられた第1、第2及び第3検出部を備えることを
    特徴とするトルクセンサ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のトルクセンサにおい
    て、前記第1、第2及び第3検出部は、それぞれが、前
    記入力軸に固定された前記部材に設けられた抵抗と、前
    記抵抗に接触し、前記双方の軸のなす角度、前記交線の
    向き、及び前記相対回転角に応じて前記抵抗との接触位
    置が前記抵抗の長手方向に沿って移動するように前記出
    力軸に固定された前記部材に設けられたブラシと、を備
    えることを特徴とするトルクセンサ。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のトルクセンサに接続さ
    れ、前記トルクセンサの前記第1、第2及び第3検出部
    の出力信号に応じて被制御装置を制御するための制御信
    号を出力する制御装置において、前記第1及び第2検出
    部の出力信号の差、及び前記第2及び第3検出部の出力
    信号の差が、共に所定値よりも小さい場合に、前記第
    1、第2及び第3検出部の出力信号から前記相対回転角
    を求め、前記相対回転角に応じて前記制御信号を出力す
    ることを特徴とする制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のトルクセンサに接続さ
    れ、前記トルクセンサの前記第1、第2及び第3検出部
    の出力信号に応じて被制御装置を制御するための制御信
    号を出力する制御装置において、前記第1及び第2検出
    部の出力信号の差が所定値よりも小さく、且つ、前記第
    2及び第3検出部の出力信号の差が前記所定値よりも大
    きい場合には、前記第1及び第2検出部の出力信号に基
    づいて前記制御信号を出力することを特徴とする制御装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載のトルクセンサに接続さ
    れ、前記トルクセンサの前記第1、第2及び第3検出部
    の出力信号に応じて被制御装置を制御する制御装置にお
    いて、前記第1及び第3検出部の出力信号の差が所定値
    よりも大きい場合には、その旨を示す信号を出力するこ
    とを特徴とする制御装置。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載のトルクセンサに接続さ
    れ、前記トルクセンサの前記第1、第2及び第3検出部
    の出力信号に応じて被制御装置を制御する制御装置にお
    いて、前記第1及び第2検出部の出力信号の差、前記第
    2及び第3検出部の出力信号の差、及び前記第1及び第
    3検出部の出力信号の差が、全て所定値よりも大きい場
    合には、前記第1、第2及び第3検出部の出力信号に基
    づく前記被制御装置の制御を禁止することを特徴とする
    制御装置。
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