JP2000283863A

JP2000283863A - トルクセンサ

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Publication number: JP2000283863A
Application number: JP11089557A
Authority: JP
Inventors: Jiro Nakano; 次郎中野; Ichiro Nagashima; 一郎長島; Takeshi Tsukamoto; 健塚本; Takeshi Yamakawa; 剛山川
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP3575319B2

Abstract

(57)【要約】【課題】トルクの検出と、トルク検出回路の異常の検
出とを簡単な回路構成で行うことができるトルクセンサ
を実現する。【解決手段】センサコイル４１のインダクタンスは、
ＬＲ発振回路２２のインダクタンスＬとして用いられ、
メイン発振回路２２によって上記インダクタンスＬに比
例した周期を有する信号が発振される。その信号は、パ
ルス整形回路２３によって波形整形され、トルク信号と
してマイコン３０のタイマ入力３１に出力される。そし
て、マイコン３０は、トルク信号の周期を演算し、その
周期に対応するトルクを演算する。また、メイン発振回
路２２の異常は、トルク信号の周期Ａおよびモニタ１信
号のパルス幅Ｂに基づいて検出できる。上記構成である
ため、トルク検出回路に正弦波を印加するための回路や
トルク信号をＡ／Ｄ変換する回路などが不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体に作用するト
ルクを検出するトルクセンサであって、車両の操舵ハン
ドルに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸
との間に作用するトルクの検出に好適なトルクセンサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先の出願において、センサ
コイルのレアショート、信号印加回路の異常およびトル
ク検出回路の異常などを検出できるトルクセンサを提案
した（特願平１０−３３９９３７号）。以下、そのトル
クセンサについて説明する。図１０は、上記トルクセン
サが備えられた操舵機構の構造を一部断面を含んで示す
説明図であり、図１１は、図１０に示すトルクセンサの
電気的構成をブロックで示す説明図である。最初に、上
記トルクセンサが備えられた操舵機構の構造について図
１０を参照して説明する。操舵機構５０には、車両の操
舵ハンドル（図示省略）に連結された中空のシャフト１
１が備えられており、シャフト１１の下部は、ハウジン
グ１２の上部１２ａに挿通されている。ハウジング１２
の下部１２ｂには、シャフト１３の上部が挿通されてお
り、シャフト１３の下部には、ラックＲと噛み合うピニ
オン１４が取付けられている。また、ラックＲには、操
舵力をアシストする図示しないモータの回転トルクが伝
達するようになっている。

【０００３】シャフト１１の内部には、トーションバー
１５が収容されており、トーションバー１５の上端は、
ピン１６によってシャフト１１と結合されている。トー
ションバー１５の下端は、シャフト１３の内部とスプラ
イン係合している。つまり、ハンドルの操作によりシャ
フト１１にトルクが伝わると、トーションバー１５がね
じれることにより、シャフト１１とシャフト１３との間
で相対変位が生じるようになっている。ハウジング１２
の内部であって、シャフト１１には、磁性体材料で形成
されたセンサリング１７が設けられており、シャフト１
３には、磁性体材料で形成されたセンサリング１８が設
けられている。

【０００４】また、ハウジング１２の内部であって、セ
ンサリング１７，１８の外周面と対向する箇所には、各
センサリング１７，１８と所定のギャップを隔ててセン
サコイル１００，２００が設けられている。シャフト１
１とシャフト１３との間で相対変位が生じると、センサ
リング１７，１８のオーバラップ量が変位し、センサコ
イル１００，２００のインダクタンスが変化する。これ
により、トルクに応じた信号が得られる。また、センサ
コイル１００，２００は、ハウジング１２の図面右端に
設けられたインターフェース回路（以下、Ｉ／Ｆ回路と
称する）７０に接続されており、Ｉ／Ｆ回路７０は、車
両に備えられたマイクロコンピュータ（以下、マイコン
と称する。図１１に番号３１で示す。）に接続されてい
る。

【０００５】次に、上記トルクセンサの電気的構成につ
いて図１０を参照して説明する。トルクセンサは、セン
サ部６２に接続されたＩ／Ｆ回路７０と、このＩ／Ｆ回
路７０に接続されたマイコン３１とから構成される。セ
ンサ部６２は、センサコイル１００，２００と、センサ
リング１７，１８と（図１０）、センサコイル１００，
２００およびセンサリング１７，１８間のギャップから
なる磁気回路で構成されている。

【０００６】Ｉ／Ｆ回路７０に備えられた中立電圧回路
１０２，２０２は、それぞれ入力電源７１，７２から供
給される直流電源を用いて信号処理の基準電位となる電
圧を発生し、レギュレータ回路１０３，２０３は、それ
ぞれ発振回路１０４，２０４に用いる安定した基準電圧
を発生する。そして、発振回路１０４，２０４は、それ
ぞれセンサコイル１００，２００に正弦波信号を印加
し、ＤＣカット回路１０５，２０５は、センサコイル１
００，２００の各両端に出力されるセンサ信号からトル
ク信号となる交流成分を取り出す。続いて、検波回路１
０６，２０６は、それぞれＤＣカット回路１０５，２０
５によって取り出された交流成分の振幅値を検出し、そ
の振幅値を有する信号（以下、検波信号と称する）を出
力する。

【０００７】ＡＣカット回路１１３，２１３は、それぞ
れセンサコイル１００，２００の各両端に出力されるセ
ンサ信号から直流成分を取り出し、その取り出した直流
成分を有する信号に基づきトルクを補正するための信号
（以下、補正信号と称する）として出力する。この補正
信号は、センサコイル１００，２００のインダクタンス
によって変動する交流信号には関係なく、センサコイル
１００，２００の直流抵抗と、センサコイル１００，２
００に印加される直流オフセット電圧によって決定され
る。したがって、センサコイル１００，２００の直流抵
抗が温度によって変動すれば、それに比例した信号を得
ることができる。つまり、ＡＣカット回路１１３，２１
３から出力される補正信号は、温度補正信号に他ならな
い。

【０００８】スケーリング回路１１４，２１４は、それ
ぞれＡＣカット回路１１３，２１３から出力される補正
信号を中立点（トルクがない状態）の温度特性を補正す
るための信号に変換し、その変換した信号（以下、中立
点温特補正信号と称する）を出力する。加算回路１０９
は、検波回路１０６から出力された検波信号と、スケー
リング回路１１４から出力された中立点温特補正信号と
を加算することにより、検波回路１０６から出力された
検波信号にオフセット補正を加える。また、同様に、加
算回路２０９は、検波回路２０６から出力された検波信
号と、スケーリング回路２１４から出力された中立点温
特補正信号とを加算することにより、検波回路２０６か
ら出力された検波信号にオフセット補正を加える。つま
り、中立点におけるセンサコイル１００，２００の温度
特性が線形性を有するため、オフセットおよびゲインの
みの調整により、中立点温特補正を行うことができる。

【０００９】スケーリング回路１１５，２１５は、それ
ぞれＡＣカット回路１１３，２１３から出力された補正
信号をトルクの温度特性を補正するための信号（以下、
トルク温特補正信号と称する）を出力し、可変ゲインア
ンプ回路１１２，２１２は、それぞれスケーリング回路
１１５，２１５から出力されたトルク温特補正信号を用
いて、加算回路１０９，２０９から出力された信号にそ
れぞれゲイン補正をかける。つまり、トルクの変化率
は、温度によって線形に変動、換言すればトルクによっ
て温度特性曲線（この温度特性曲線は、直線とみなせ
る）の傾きが変化するため、ゲインを変化させるだけで
トルク温特補正を行うことができる。そして、可変ゲイ
ンアンプ回路１１２，２１２からそれぞれ出力された信
号は、それぞれトルク信号１，トルク信号２として、そ
れぞれマイコン３１のＡ／Ｄ入力３１ａ，３１ｂに入力
される。

【００１０】次に、マイコン３１は、Ａ／Ｄ入力３１ａ
からトルク信号１を入力し、デジタル変換を行い、その
変換されたトルク信号１に基づいて操舵機構のアシスト
量を演算し、その演算されたアシスト量に対応した駆動
信号をモータへ出力し、そのモータの回転によって操舵
機構のアシストが行われる。また、マイコン３１は、Ａ
／Ｄ入力３１ａ，３１ｂに入力され、デジタル変換され
たトルク信号１の電圧ＶＡからトルク信号２の電圧ＶＢ
を減算して電位差Ｖαを演算する。続いて、マイコン３
１は、電位差Ｖαが、予めＲＯＭ（図示省略）などに記
憶されている設定電圧Ｖ１以上であり、かつ、設定電圧
Ｖ２以下の範囲内であるかを判定し、その範囲内でない
場合は、異常信号を出力する。この異常信号は、たとえ
ば、車両に備えられたインスツルメントパネルのインジ
ケータへ出力され、そのインジケータが所定の異常表示
を行う。その異常表示により、センサコイル１００，２
００の少なくとも一方のレアショート、レギュレータ回
路１０３，２０３、発振回路１０４，２０４により構成
される回路（信号印加回路）の異常、ＤＣカット回路１
０５，２０５、検波回路１０６，２０６、可変ゲインア
ンプ回路１１２，２１２により構成される回路（トルク
検出回路）の異常のいずれかが発生したことを知ること
ができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記トルクセ
ンサは、完全な二重系となっているため、センサコイル
が２個必要である他、Ｉ／Ｆ回路を構成する各回路も２
個ずつ必要である。また、可変ゲインアンプ回路１１
２，２１２から出力されるトルク信号１，２はアナログ
信号であるため、電圧降下が生じた場合でも、マイコン
３１の動作電圧より低くならないようにしておかなけれ
ばトルクを検出できない。そのため、マイコン３１の動
作電圧（たとえば５Ｖ）よりも高めの電圧（たとえば８
Ｖ）をレギュレータ回路１０３，２０３に供給する入力
電源７１，７２を別途設けなければならない。

【００１２】そこで、本発明は、トルクの検出と、トル
ク検出回路の異常の検出とを簡単な回路構成で行うこと
ができるトルクセンサを実現することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段、作用および発明の効果】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の
発明では、物体に作用するトルクの変化に対応してイン
ダクタンスが変化するコイルを備え、そのコイルのイン
ダクタンスに基づいて前記トルクを検出するトルクセン
サにおいて、前記コイルのインダクタンスを検出し、そ
の検出したインダクタンスに対応する周期を有するパル
ス信号を発振する第１および第２の発振回路と、前記第
１および第２の発振回路からそれぞれ発振されたパルス
信号を比較し、その比較結果に基づいて前記第１および
第２の発振回路の少なくとも一方の異常を検出する異常
検出手段と、が備えられたことを特徴とするトルクセン
サという技術的手段を採用する。

【００１４】トルクが変化するとコイルのインダクタン
スが変化し、その変化に対応する周期を有するパルス信
号が第１および第２の発振回路の少なくとも一方から発
振される。そして、トルク検出手段は、その発信された
パルス信号に基づいてトルクを検出する。そのトルクの
検出は、たとえば、後述する発明の実施の形態に記載す
るように、マイコンの演算によって行われる。つまり、
トルクの変化に対応して変化するコイルのインダクタン
スを用いるため、コイルに正弦波を印加するための正弦
波印加回路が不要である。また、パルス信号を直接マイ
コンに入力することにより、トルクを検出できるため、
Ａ／Ｄ変換回路が不要である。したがって、従来のトル
クセンサよりも回路構成を簡略化できる。また、回路構
成が簡単なことに加えて、トルクに対応したパルス信号
に基づいてトルクを検出できるため、トルク発生から検
出までの応答性を高めることができる。

【００１５】また、異常検出手段は、第１および第２の
発振回路からそれぞれ発振されたパルス信号を比較し、
その比較結果に基づいて第１および第２の発振回路の少
なくとも一方の異常を検出する。つまり、第１および第
２の発振回路を構成する素子などに異常が発生すると、
両発振回路から出力されるパルス信号が変化するため、
両パルス信号を比較することにより、上記変化を検出で
きるので、上記異常を検出できる。したがって、トルク
検出の信頼性を高めることができる。また、上記異常の
検出は、たとえば、後述する発明の実施の形態に記載す
るように、マイコンの演算によって行われる。そして、
たとえば、本発明のトルクセンサを車両の操舵トルクの
検出に用いる場合には、車両のインスツルメントパネル
などに設けられたＬＥＤやＬＣＤなどを点灯または点滅
させることにより、上記異常を報知できる。

【００１６】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のトルクセンサにおいて、前記異常検出手段は、前記
第１または第２の発振回路の一方から発振されたパルス
信号の周期を検出する周期検出手段と、前記第１または
第２の発振回路の他方から発振されたパルス信号のパル
ス幅を検出するパルス幅検出手段とを備え、前記周期検
出手段によって検出された周期および前記パルス幅検出
手段によって検出されたパルス幅に基づいて前記第１お
よび第２の発振回路の少なくとも一方の異常を検出する
という技術的手段を採用する。

【００１７】上記異常が発生すると、その異常はパルス
信号の周期およびパルス幅の変化となって現れる。そこ
で、そのパルス信号の周期およびパルス幅に基づいて上
記異常の発生を検出できる。その検出は、たとえば、後
述する発明の実施の形態に記載するように、マイコンの
演算によって行われ、一方の発振回路から発振されたパ
ルス信号の周期から、他方の発振回路から発振されたパ
ルス信号のパルス幅を整数倍たとえば２倍したものを減
算する演算を行い、その演算値が所定値を超えている場
合には上記異常であると判定する。

【００１８】また、トルクセンサに供給される電源電圧
が変動し、第１および第２の発振回路から発振したパル
ス信号の振幅が変動した場合であっても、パルス信号の
周期およびパルス幅には影響しないため、正確な異常検
出を行うことができる。

【００１９】請求項３に記載の発明では、請求項１また
は請求項２に記載のトルクセンサにおいて、前記コイル
には、発振周波数を決定するための抵抗回路が接続され
ており、その抵抗回路の所定箇所における電圧を検出
し、その検出された電圧に基づいて前記抵抗回路の異常
を検出する抵抗回路異常検出手段が備えられたという技
術的手段を採用する。

【００２０】抵抗回路に異常が発生すると、その抵抗回
路の所定箇所における電圧が変化するため、その電圧の
変化に基づいて抵抗回路の異常を検出できる。たとえ
ば、後述する発明の実施の形態に記載するように、抵抗
回路が、２つの抵抗を直列接続した一対の直列回路を並
列に接続したブリッジ回路である場合は、各直列回路の
中間点からそれぞれ電圧を検出し、それら検出された電
圧を差動増幅回路に入力し、その差動増幅回路の出力信
号をマイコンで監視することにより、上記異常を検出で
きる。

【００２１】請求項４に記載の発明では、請求項１ない
し請求項３のいずれか１つに記載のトルクセンサにおい
て、前記第１および第２の発振回路は、前記コイルのイ
ンダクタンスをおよび抵抗を用いたＬＲ発振回路である
という技術的手段を採用する。

【００２２】つまり、コンデンサを用いていないため、
温度の影響を受け難い。したがって、コンデンサを用い
た発振回路よりも、トルクの検出精度を高めることがで
きる。

【００２３】請求項５に記載の発明では、請求項１ない
し請求項４のいずれか１つに記載のトルクセンサにおい
て、前記トルク検出手段は、前記第１および第２の発振
回路の少なくとも一方から発振されたパルス信号の周期
に基づいて前記トルクを検出するという技術的手段を採
用する。

【００２４】したがって、トルクセンサに供給される電
源電圧が変動し、第１および第２の発振回路から発振し
たパルス信号の振幅が変動した場合であっても、パルス
信号の周期には影響しないため、正確なトルク検出を行
うことができる。そのため、マイコンの動作電圧よりも
高めの電圧を供給する入力電源（図Ｄの７１，７２）が
不要となり、回路構成を簡略化することができる。

【００２５】請求項６に記載の発明では、請求項１ない
し請求項５のいずれか１つに記載のトルクセンサにおい
て、前記インダクタンスの検出範囲は前記コイル上にお
いて複数に分割されており、その分割された範囲から検
出される信号と、所定の範囲から検出される信号とに基
づいて前記コイルのレアショートを検出するレアショー
ト検出手段が備えられたという技術的手段を採用する。

【００２６】コイルにレアショートが発生すると、レア
ショートの発生しない場合に各分割された範囲に流れる
信号が変化するため、その変化を検出することにより、
コイルのレアショートを検出できる。たとえば、後述す
る発明の実施の形態に記載するように、上記各分割され
た範囲にそれぞれ発生する電圧を差動増幅回路に入力
し、その差動増幅回路の出力電圧が所定範囲内である場
合には、レアショートであると判定する。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のトルクセンサの一
実施形態について図を参照して説明する。なお、以下の
実施形態では、本発明のトルクセンサとして、車両の操
舵ハンドルに連結された入力軸と操舵機構に連結された
出力軸との間に作用するトルクを検出するトルクセンサ
について説明する。図１は、本発明実施形態のトルクセ
ンサが備えられた操舵機構の構造を一部断面を含んで示
す説明図であり、図２は、図１に示すトルクセンサの電
気的構成をブロックで示す説明図である。なお、図１０
および図１１に示した従来のトルクセンサと同じ構造に
ついては、その説明を省略する。

【００２８】図１に示すように、操舵機構１０には、セ
ンサリング１７，１８と所定のギャップを隔ててセンサ
コイル４１が設けられている。シャフト１１とシャフト
１３との間で相対変位が生じると、センサリング１７，
１８のオーバラップ量が変位し、センサコイル４１のイ
ンダクタンスが変化する。これにより、トルクに応じた
信号が得られる。また、センサコイル４１は、ハウジン
グ１２の図面右端に設けられたＩ／Ｆ回路２０に接続さ
れており、Ｉ／Ｆ回路２０は、車両に備えられたマイコ
ン（図２に番号３０で示す。）に接続されている。

【００２９】次に、本発明第１実施形態のトルクセンサ
の電気的構成について図２を参照して説明する。トルク
センサは、センサ部４０と、このセンサ部４０に接続さ
れたＩ／Ｆ回路２０と、このＩ／Ｆ回路２０に接続され
たマイコン３０とから構成される。センサ部４０は、セ
ンサコイル４１と、センサリング１７，１８と（図
１）、センサコイル４１およびセンサリング１７，１８
間のギャップとからなる磁気回路で構成されている。

【００３０】Ｉ／Ｆ回路２０は、トルクを検出するトル
ク検出回路２１と、このトルク検出回路２１の異常を検
出するフェール検出回路２５とから構成されている。ト
ルク検出回路２１には、センサコイル４１のインダクタ
ンスおよびメイン発振回路２２内に設けられた抵抗に基
づいた信号を発振する。このメイン発振回路２２から発
振されたパルス信号は、パルス整形回路２３によって波
形整形され、その波形整形されたパルス信号は、トルク
信号としてマイコン３０のタイマ入力３１に入力され
る。トルク検出回路２１には、センサコイル４１に接続
されており、センサコイル４１の温度を検出する温度検
出回路２４が設けられている。この温度検出回路２４
は、センサコイル４１に発生する交直流重畳信号から直
流成分を取り出し、この取り出した直流成分に必要なス
ケーリングを加え、このスケーリングを加えた信号を温
度特性信号（以下、温特信号と称する）としてマイコン
３０のＡ／Ｄ入力３２および差動増幅回路２９へ出力す
る。

【００３１】フェール検出回路２５には、トルク検出回
路２１に備えられたメイン発振回路２２とほぼ同じ構成
のサブ発振回路２６が備えられている。このサブ発振回
路２６は、メイン発振回路２２と同様にセンサコイル４
１のインダクタンスおよびサブ発振回路２６内に設けら
れた抵抗に基づいた信号を発振する。また、サブ発振回
路２６は、メイン発振回路２２の発振タイミングで発振
し、このサブ発振回路２６から発振した信号は、パルス
整形回路２７によって波形整形され、その波形整形され
た信号は、モニタ１信号としてマイコン３０のタイマ入
力３３へ出力される。また、フェール検出回路２５に
は、トルク検出回路２１に備えられた温度検出回路２４
とほぼ同じ構成の温度検出回路２８が備えられている。
この温度検出回路２８は、センサコイル４１に発生する
交直流重畳信号から直流成分を取り出し、この取り出し
た直流成分に必要なスケーリングを加え、このスケーリ
ングを加えた信号を温特信号として差動増幅回路２９へ
出力する。

【００３２】ここで、メイン発振回路２２およびサブ発
振回路２６の構成について、それを示す図３を参照して
説明する。メイン発振回路２２は、抵抗回路Ｒ１、抵抗
Ｒ２〜Ｒ５およびオペアンプＵ１から構成されており、
サブ発振回路２６は、抵抗Ｒ６〜Ｒ９およびオペアンプ
Ｕ２から構成されている。抵抗回路Ｒ１は、抵抗Ｒ１ａ
〜Ｒ１ｄの４個の抵抗によって構成されるブリッジ回路
であり、抵抗Ｒ１と、センサコイル４１のインダクタン
スＬとの間でＲＬ時定数が定まり、発振周波数を決定す
る。

【００３３】抵抗Ｒ２，Ｒ３は、発振を成立させるため
にオペアンプＵ１の＋入力のバイアス電圧を決定し、抵
抗Ｒ４，Ｒ５は、オペアンプＵ１の−入力のスレッショ
ルド電圧を決定する。オペアンプＵ１は、−入力および
＋入力の電圧レベルを比較し、その比較結果をＨレベル
（高電圧レベル）、または、Ｌレベル（低電圧レベル）
の２値で出力するコンパレータとして動作する。オペア
ンプＵ１は、−入力＞＋入力であればＬレベルを出力
し、−入力＜＋入力であればＨレベルを出力する。抵抗
Ｒ６，Ｒ７は、発振を成立させるためにオペアンプＵ２
の＋入力のバイアス電圧を決定し、抵抗Ｒ８，Ｒ９は、
オペアンプＵ２の−入力のスレッショルド電圧を決定す
る。オペアンプＵ２は、オペアンプＵ１と同じ動作をす
る。なお、オペアンプＵ１，Ｕ２は、同じ機能を果たす
回路であり、抵抗Ｒ２〜Ｒ５および抵抗Ｒ６〜Ｒ９も同
じ機能を果たす回路である。

【００３４】次に、メイン発振回路２２およびサブ発振
回路２６の動作について説明する。今、オペアンプＵ１
の出力（すなわちＪ点）が、ＬレベルからＨレベルにな
った瞬間を考える。そのＨレベルのエネルギは、抵抗回
路Ｒ１を通り、センサコイル４１に充電される（ただ
し、オペアンプＵ１は、抵抗回路Ｒ１およびセンサコイ
ル４１に十分な電流を供給できるものとする）。その結
果、センサコイル端（すなわちＫ点）の電位は、放電に
より、最初のＨレベルの電位から次第に減少して行く。
その減少特性は、抵抗回路Ｒ１およびセンサコイル４１
のインダクタンスＬのＲＬ時定数により決定される。

【００３５】上記Ｋ点の電位は、抵抗Ｒ２，Ｒ３からな
るバイアス回路により、バイアスされ（電位が高くな
り）、オペアンプＵ１の＋入力に印加される。一方、オ
ペアンプＵ１の−入力には、Ｊ点の電位を抵抗Ｒ４，Ｒ
５により分圧した電位が印加される。Ｊ点の電位は安定
しているため、オペアンプＵ１の−入力も安定したスレ
ッショルド電位となる。したがって、オペアンプＵ１の
＋入力の電位が、最初のＨレベルの電位から次第に減少
し、オペアンプＵ１の−入力のスレッショルド電位と同
電位になるまで、Ｊ点がＨレベルの電位になっている状
態が続く。この状態になっている期間を充電期間とす
る。

【００３６】そして、オペアンプＵ１の＋入力の電位
が、オペアンプＵ１の−入力のスレッショルド電位より
小さくなった瞬間にオペアンプＵ１の出力は、Ｈレベル
からＬレベルに変化する。このとき、センサコイル４１
に蓄積されたエネルギが放電される。その結果、Ｋ点の
電位は負電位となり、そこから徐々に電位を増加して行
く。その増加特性も抵抗回路Ｒ１およびセンサコイル４
１のインダクタンスＬのＲＬ時定数により決定される。
充電期間において説明したのと同様に、Ｋ点の電位は、
抵抗Ｒ２，Ｒ３からなるバイアス回路によりバイアスさ
れ、オペアンプＵ１の＋入力に印加される。

【００３７】一方、オペアンプＵ１の−入力は、Ｊ点の
Ｌレベルの電位を抵抗Ｒ４，Ｒ５により分圧されたスレ
ッショルド電位が印加される。したがって、オペアンプ
Ｕ１の＋入力の電位が、Ｌレベルの電位から次第に増加
し、オペアンプＵ１の−入力のスレッショルド電位と同
電位になるまで、Ｊ点がＬレベルの電位になっている状
態が続く。この状態になっている期間を放電期間とす
る。そして、オペアンプＵ１の＋入力の電位が、オペア
ンプＵ１の−入力のスレッショルド電位より大きくなっ
た瞬間にオペアンプＵ１の出力は、ＬレベルからＨレベ
ルに変化し、充電期間に入る。以降、充電期間および放
電期間を繰り返し、オペアンプＵ１からパルス信号が発
振出力される。

【００３８】また、Ｋ点の電位は、サブ発振回路２６の
抵抗Ｒ６，Ｒ７からなるバイアス回路によってバイアス
され、オペアンプＵ２の＋入力に印加される。一方、オ
ペアンプＵ２の−入力には、Ｊ点の電位を抵抗Ｒ８，Ｒ
９により分圧した電位が印加される。そして、オペアン
プＵ２は、オペアンプＵ１と同じ発振タイミングで同じ
発振動作を繰り返し、トルクの変化に対応した周期を有
するパルス信号を出力する。

【００３９】次に、マイコン３０が実行するトルク演算
処理の流れについて、それを示す図７のフローチャート
を参照して説明する。まず、車両に備えられた操舵ハン
ドルが操作されると、シャフト１１とシャフト１３との
間で相対変位が生じ、センサリング１７，１８（図１）
のオーバラップ量が変位し、その変位によってセンサコ
イル４１のインダクタンスＬが変化する。そして、その
変化したインダクタンスＬは、トルク検出回路２１のメ
イン発振回路２２のインダクタンスＬとして用いられ、
メイン発振回路２２によって上記インダクタンスＬに比
例した周期を有する信号が発振される。続いて、その発
振された信号は、パルス整形回路２３によって波形整形
され、トルク信号としてマイコン３０のタイマ入力３１
に出力される。また、温度検出回路２４は、センサコイ
ル４１の温度に対応する信号を温特信号としてマイコン
３０のＡ／Ｄ入力３２へ出力する。

【００４０】そして、マイコン３０は、タイマ入力３１
にトルク信号（図２）が入力されたことを検出し（ステ
ップ（以下、Ｓと略す）１０：Ｙｅｓ）、Ａ／Ｄ入力３
２から温特信号を入力すると（Ｓ１２）、入力したトル
ク信号の周期Ａ（図３）をクロック信号を用いて演算す
る（Ｓ１４）。続いて、マイコン３０は、温特信号の電
圧Ｖ１を演算し（Ｓ１６）、周期Ａおよび電圧Ｖ１に基
づいて、温度補償されたトルクを演算する（Ｓ１８）。
このトルクの演算は、たとえば、周期Ａとトルクとを対
応付けた第１のテーブルと、電圧Ｖ１とトルクとを対応
付けた第２のテーブルとを記憶しておき、第１のテーブ
ルから抽出されたトルクに第２のテーブルから抽出され
たトルクを加算することにより行う。

【００４１】次に、メイン発振回路２２の異常を検出す
るためにマイコン３０が実行する処理（以下、異常検出
処理１と称する）の流れについて、それを示す図８のフ
ローチャートを参照して説明する。マイコン３０は、タ
イマ入力３３にモニタ１信号（図２）が入力されたこと
を検出すると（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、そのモニタ１信号の
パルス幅Ｂ（図３）をクロック信号を用いて演算する
（Ｓ２２）。続いて、マイコン３０は、演算したパルス
幅Ｂを２倍した値から、トルク演算処理のＳ１４におい
て演算された周期Ａを減算する演算（２Ｂ−Ａ）を行う
（Ｓ２４）。続いて、マイコン３０は、その演算結果
（２Ｂ−Ａ）が、図示しないＲＯＭなどに記憶されてい
るしきい値±Ｃを超えているか否かを判定し（Ｓ２
６）、演算結果（２Ｂ−Ａ）が、しきい値±Ｃを超えて
いる場合は（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、異常１信号を出力する
（Ｓ２８）。

【００４２】たとえば、パルスデューティが５０％に設
定されており、上記メイン発振回路２２およびサブ発振
回路２６が正常に動作している場合は、演算結果（２Ｂ
−Ａ）は０になる。しかし、素子の劣化などが発生する
と、パルス信号の周期およびパルス幅が変化するため、
演算結果（２Ｂ−Ａ）は通常とは異なる値を示す。そこ
で、その値が±Ｃを超える値となったときに異常である
と判定する。±Ｃの値は、回路を構成する素子のばらつ
きなどを考慮して設定する。また、パルスデューティが
５０％以外である場合は、Ｓ２６における判定内容は、
（２Ｂ−Ａ）＞Ｃｏ±Ｃとなる（Ｃｏは、異常判定値の
初期値）。つまり、パルスデューティを必ずしも５０％
に合わせなくても、異常検出を行うことができる。な
お、サブ発振回路２６に異常が発生した場合も、上記異
常検出処理１を実行することにより、その異常を検出で
きる。また、上記Ｓ２８において出力された異常信号
は、たとえば、車両に備えられたインスツルメントパネ
ルのインジケータへ出力され、そのインジケータが所定
の異常表示を行う。

【００４３】次に、温度検出回路２４の異常を検出する
ためにマイコン３０が実行する処理（以下、異常検出処
理２と称する）の流れについて、それを示す図９のフロ
ーチャートを参照して説明する。マイコン３０は、Ａ／
Ｄ入力３４にモニタ２信号（図２）を入力し（Ｓ３
０）、モニタ２信号の電圧Ｖ２を演算する（Ｓ３２）。
続いて、マイコン３０は、演算した電圧Ｖ２が、電圧Ｖ
Ｂ以上であり、かつ、電圧ＶＡ以下であるか否か、つま
り正常域の範囲内であるか否かを判定する（Ｓ３４）。
そして、マイコン３０は、電圧Ｖ２が正常域の範囲内で
はない、つまり、温度検出回路２４に異常が発生してい
ると判定すると（Ｓ３４：Ｎｏ）、異常信号を出力する
（Ｓ３６）。この出力された異常信号は、たとえば、車
両に備えられたインスツルメントパネルのインジケータ
へ出力され、そのインジケータが所定の異常表示を行
う。

【００４４】以上のように、本第１実施形態のトルクセ
ンサを使用すれば、トルクの変化に対応して変化するセ
ンサコイル４１のインダクタンスＬを用いるため、セン
サコイル４１に正弦波を印加するための正弦波印加回路
が不要である。また、パルス信号を直接マイコン３０に
入力することにより、トルクを検出できるため、Ａ／Ｄ
変換回路が不要である。また、本第１実施形態のトルク
センサは、パルス信号の周期Ａに基づいてトルクを検出
するため、トルクセンサに供給される電源電圧が変動
し、パルス信号の振幅が変動した場合であっても、パル
ス信号の周期には影響しないため、正確なトルク検出を
行うことができる。そのため、マイコン３０の動作電圧
よりも高めの電圧を供給する入力電源が不要である。し
たがって、本第１実施形態のトルクセンサを使用すれ
ば、回路構成を簡略化することができる。しかも、温度
の影響を受けるコンデンサを備えていないＬＲ発振回路
を用いてトルクを検出するため、より一層、トルク検出
の精度を高めることができる。また、トルクの検出を行
うためのメイン発振回路２２および温度補償を行うため
の温度検出回路２４の異常発生を検出できるため、トル
ク検出の信頼性を高めることができる。

【００４５】次に、本発明第２実施形態のトルクセンサ
について図５を参照して説明する。本第２実施形態のト
ルクセンサは、抵抗回路Ｒ１の異常を検出できることを
特徴とする。図５は、抵抗回路Ｒ１の異常を検出する構
成を示す説明図である。抵抗回路Ｒ１を構成する４個の
抵抗Ｒ１ａ〜Ｒ１ｄの抵抗値が総て同一であるとする
と、Ｐ点およびＱ点の電位は等しくなる。そこで、図５
に示すように、Ｐ点およびＱ点の出力を差動増幅回路に
入力し、その出力をマイコン３０によって監視するよう
に構成することにより、４個の抵抗Ｒ１ａ〜Ｒ１ｄのい
ずれかの異常を検出することができる。ただし、同時に
２個以上の抵抗が同じ異常状態にならないことが上記異
常検出の前提である。以上のように、本第２実施形態の
トルクセンサを使用すれば、メイン発振回路２２を構成
する素子および回路の総ての異常を検出することができ
るため、トルク検出の信頼性をより一層高めることがで
きる。

【００４６】ところで、センサコイル４１では、通常
は、発生することはないと考えられるが、たとえばコイ
ルの被覆が剥がれ、センサコイル４１のインピーダンス
が変化してしまう、いわゆるレアショートの発生が理論
的には考えられる。そこで、そのようなレアショートを
検出できることを特徴とする本発明第３実施形態のトル
クセンサについて図４を参照して説明する。図４は、本
第３実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで
示す説明図である。図４に示すように、フェール検出回
路２５にレアショート検出回路４５を設けることによ
り、レアショートの検出を行う。レアショート検出回路
４５は、その構成を説明する図６に示すように、センサ
コイル４１の一端および中間タップＭに接続されてお
り、センサコイル４１の全体およびセンサコイル４１の
中間に位置する中間タップＭに発生する交直流重畳信号
の直流成分をそれぞれ取り出す構成になっている。

【００４７】センサコイル４１の一端から発生した交直
流重畳信号は、抵抗Ｒ２０およびコンデンサＣ１によっ
て、その直流成分が取り出され、その取り出された直流
成分は、アンプ４５ａを介して差動増幅回路２９（図
４）へ出力される。また、中間タップＭから発生した交
直流重畳信号は、抵抗Ｒ２１およびコンデンサＣ２によ
って、その直流成分が取り出され、その取り出された直
流成分は、アンプ４５ｂによって２倍に増幅され、その
増幅された直流成分は、差動増幅回路２９へ出力され
る。

【００４８】そして、差動増幅回路２９は、温度検出回
路２４、温度検出回路２８およびレアショート検出回路
４５から出力された信号を差動増幅し、その差動増幅さ
れた信号をモニタ２信号としてマイコン３０のＡ／Ｄ入
力３４へ出力する。そして、マイコン３０は、Ａ／Ｄ入
力３４に入力された信号の電圧Ｖ２に基づいて、温度検
出回路２４の異常の検出およびセンサコイル４１のレア
ショートの検出を行う。たとえば、前述した異常検出処
理２（図９）と同じ流れの処理を行い、電圧Ｖ２が正常
域外である場合に異常信号を出力する。以上のように、
本第３実施形態のトルクセンサを使用すれば、各回路の
異常検出に加えて、センサコイル４１のレアショートを
も検出できるため、正常なトルク検出に万全を期すこと
ができる。

【００４９】ところで、上記各実施形態では、本発明の
トルクセンサを車両の操舵装置に適用した場合を代表に
説明したが、物体に作用するトルクの変化をインダクタ
ンスの変化として検出する方式のトルクセンサを備えた
装置であれば、そのような装置にも適用することができ
る。

【００５０】なお、メイン発振回路２２が本発明の第１
の発振回路に対応し、サブ発振回路２６が第２の発振回
路に対応する。また、図５に示した構成が本発明の抵抗
回路異常検出手段に対応し、中間タップＭおよびレアシ
ョート検出回路４５がレアショート検出手段に対応す
る。そして、マイコン３０が実行する図８のＳ２０〜Ｓ
２８が本発明の異常検出手段として機能し、図７のＳ１
０〜Ｓ１８がトルク検出手段として機能する。また、マ
イコン３０が実行する図９のＳ３０〜Ｓ３６がレアショ
ート検出手段として機能する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施形態のトルクセンサが備えられ
た操舵機構の構造を一部断面を含んで示す説明図であ
る。

【図２】図１に示すトルクセンサの電気的構成をブロッ
クで示す説明図である。

【図３】メイン発振回路２２およびサブ発振回路２６の
構成を示す説明図である。

【図４】第３実施形態のトルクセンサの電気的構成をブ
ロックで示す説明図である。

【図５】抵抗回路Ｒ１の異常を検出する構成を示す説明
図である。

【図６】レアショート検出回路４５の構成を示す説明図
である。

【図７】マイコン３０が実行するトルク演算処理の流れ
を示すフローチャートである。

【図８】マイコン３０が実行する異常検出処理１の流れ
を示すフローチャートである。

【図９】マイコン３０が実行する異常検出処理２の流れ
を示すフローチャートである。

【図１０】従来のトルクセンサが備えられた操舵機構の
構造を一部断面を含んで示す説明図である。

【図１１】図１０に示すトルクセンサの電気的構成をブ
ロックで示す説明図である。

【符号の説明】

１０操舵機構１５トーションバー１７，１８センサリング２０Ｉ／Ｆ回路２２メイン発振回路（第１の発振回路）２６サブ発振回路（第２の発振回路）３０マイコン４１センサコイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塚本健東京都千代田区大手町２丁目６番２号三菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者山川剛東京都千代田区大手町２丁目６番２号三菱電機エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体に作用するトルクの変化に対応して
インダクタンスが変化するコイルを備え、そのコイルの
インダクタンスに基づいて前記トルクを検出するトルク
センサにおいて、前記コイルのインダクタンスを検出し、その検出したイ
ンダクタンスに対応する周期を有するパルス信号を発振
する第１および第２の発振回路と、前記第１および第２の発振回路からそれぞれ発振された
パルス信号を比較し、その比較結果に基づいて前記第１
および第２の発振回路の少なくとも一方の異常を検出す
る異常検出手段と、前記第１および第２の発振回路の少なくとも一方から発
振されたパルス信号に基づいて前記トルクを検出するト
ルク検出手段と、が備えられたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】前記異常検出手段は、前記第１または第２の発振回路の一方から発振されたパ
ルス信号の周期を検出する周期検出手段と、前記第１または第２の発振回路の他方から発振されたパ
ルス信号のパルス幅を検出するパルス幅検出手段とを備
え、前記周期検出手段によって検出された周期および前記パ
ルス幅検出手段によって検出されたパルス幅に基づいて
前記第１および第２の発振回路の少なくとも一方の異常
を検出することを特徴とする請求項１に記載のトルクセ
ンサ。
【請求項３】前記コイルには、発振周波数を決定する
ための抵抗回路が接続されており、その抵抗回路の所定箇所における電圧を検出し、その検
出された電圧に基づいて前記抵抗回路の異常を検出する
抵抗回路異常検出手段が備えられたことを特徴とする請
求項１または請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】前記第１および第２の発振回路は、前記コイルのインダクタンスをおよび抵抗を用いたＬＲ
発振回路であることを特徴とする請求項１ないし請求項
３のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
【請求項５】前記トルク検出手段は、前記第１および第２の発振回路の少なくとも一方から発
振されたパルス信号の周期に基づいて前記トルクを検出
することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれ
か１つに記載のトルクセンサ。
【請求項６】前記インダクタンスの検出範囲は前記コ
イル上において複数に分割されており、その分割された
範囲から検出される信号と、所定の範囲から検出される
信号とに基づいて前記コイルのレアショートを検出する
レアショート検出手段が備えられたことを特徴とする請
求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のトルクセ
ンサ。