JP4573370B2

JP4573370B2 - トルクセンサ

Info

Publication number: JP4573370B2
Application number: JP03577999A
Authority: JP
Inventors: 俊也千田; 貴幸上野
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2019-02-15
Also published as: US6474179B1; JP2000234969A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクを一対のコイルのインダクタンス変化に基づいて検出するトルクセンサに関し、特にコイルの接続不良等の異常を検出可能なトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のトルクセンサでコイルの接続不良を検出できるものとして、特開平８−１３６３６６号公報に記載された例がある。
【０００３】
すなわち同例のトルクセンサは、トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルと、該一対のコイルに誘導される一対の検出電圧を受けて差動増幅する差動増幅回路とを有し、該差動増幅回路の出力によりトルクを検出するものである。
【０００４】
そして一対のコイルに誘導される検出電圧の一方から異常を検出すると、差動増幅回路の出力を定常出力範囲外の所定値になるように制御している。
差動増幅回路の出力がかかる所定値を示したときに、一方のコイルの接続不良等の異常があるものと判断する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、その目的とする処は、差動増幅回路の出力で少なくとも一方のコイルの接続不良等の異常を判断できるトルクセンサを供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルと、前記両コイルのそれぞれのインダクタンス変化に基づく出力電圧を第１，第２の整流・平滑回路により整流及び平滑した第１，第２副電圧を入力して第１，第２副電圧の差を増幅して第１主電圧として出力する第1差動増幅手段と、前記両コイルのそれぞれのインダクタンス変化に基づく出力電圧を第３，第４の整流・平滑回路により整流及び平滑した第３，第４副電圧を入力して第３，第４副電圧の差を増幅して第２主電圧として出力する第２差動増幅手段と、前記第１主電圧と前記第２主電圧の差が所定許容範囲を超えると異常状態信号を出力する異常状態信号出力手段と、を備えたトルクセンサにおいて、前記第１，第２，第３，第４副電圧の少なくとも１つの電圧が所定範囲を超えると前記コイルの接続不良と判断する異常判断手段と、前記異常判断手段が異常と判断したときに前記第２主電圧を前記所定許容範囲を超えて変位させる電圧変位手段とを有し、前記コイルに接続不良がある場合も前記異常状態信号出力手段が異常状態信号を出力することができるトルクセンサとした。
【０００７】
コイルに接続不良等の異常があると、第１，第２，第３，第４副電圧から異常判断手段が異常と判断して電圧変位手段が第２主電圧を所定許容範囲を超えて変位させるので、異常状態信号出力手段はこの変位した第２主電圧と第１主電圧との差から所定許容範囲の基準に基づき判断して異常状態信号を出力することができる。
【００１０】
コイルが接続不良であると、副電圧が所定範囲外の一定電圧を示すことになるので、第１，第２，第３，第４副電圧の少なくとも１つの電圧が所定範囲を超えればコイルに接続不良があると判断できる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のトルクセンサにおいて、前記第２差動増幅手段が、負帰還をかけられた差動アンプであり、前記電圧変位手段が、前記差動アンプの非反転入力に所定電圧を印加することで前記第２主電圧を変位させることを特徴とする。
【００１２】
差動アンプの非反転入力に印加された電圧は、差動アンプの出力（第２主電圧）のバイアイス電圧とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図５に図示し説明する。
本実施の形態に係るトルクセンサ１は、車両のパワーステアリング装置に適用されたもので、その概略構造を図１に示す。
【００１４】
ハウジング２にベアリング５，６を介して回転自在に軸支され同軸に挿入された入力軸３と出力軸４とが、内部でトーションバー７により連結されている。
円筒状のコア８が出力軸４の大径端部４ａの外周面にセレーション嵌合して出力軸４に対して軸方向にのみ摺動自在に設けられ、入力軸３より突設されたスライダピン９が大径端部４ａの周方向に長尺の長孔を貫通して前記コア８のスパイラル溝８ａに係合している。
【００１５】
ハウジング２の内部に支持された２個のトルク検出用のコイル11，12が、軸方向に摺動する円筒状のコア８の外周に空隙を介して設けられている。
該２個のコイル11，12は、コア８の軸方向の移動中心に関して互いに反対側に配置されている。
【００１６】
入力軸３に捩じり力が作用すると、トーションバー７を介して出力軸４に回転力が伝達されるが、トーションバー７は弾性変形して入力軸３と出力軸４との間に回転方向の相対的変位が生じる。
この回転方向の相対的変位は、スライダピン９とスパイラル溝８ａとの係合を介してコア８を軸方向に摺動させる。
【００１７】
コア８が軸方向に移動すると、コイル11，12のそれぞれコア８を囲む面積が変化し、一方の面積が増すと他方の面積が減る関係にある。
コア８を囲む面積が大きくなると、磁気損失が増えコイルのインダクタンスは減り、逆にコア８を囲む面積が小さくなると、磁気損失が減りコイルのインダクタンスは増す。
【００１８】
したがってコア８がコイル11側に移動するトルクが作用したときは、コイル11のインダクタンスＬ１が減少し、コイル12のインダクタンスＬ２が増加し、逆にコア８がコイル12側に移動するトルクが作用したときは、コイル11のインダクタンスＬ１が増加し、コイル12のインダクタンスＬ２が減少する。
【００１９】
このコイル11，12のインダクタンスＬ１，Ｌ２の変化に基づいてトルクを検出するトルクセンサ１の電気的回路部分を概略構成図として図２に示す。
コイル11，12は、それぞれ抵抗13（Ｒ１），抵抗回路14（Ｒ２）を介して正電圧Ｅに吊るされており、コイル11，12の他端は、ともにＣＰＵ20搭載の制御ボード20ａの発振出力端子ｏｓｃに接続されている。
【００２０】
抵抗回路14は、直列接続された抵抗16とサーミスタ17に対して抵抗15を並列に接続した構成であり、サーミスタ17の作用により温度補償機能を果たしている。
すなわち温度変化に関係なく常にＲ１／Ｌ１＝Ｒ２／Ｌ２が満足される抵抗値Ｒ２を示すような温度特性をサーミスタ17が有している。
【００２１】
コイル11と抵抗13の接続部から延出した電圧信号線21が分岐してそれぞれ整流・平滑回路23，25に接続され、コイル12と抵抗14の接続部から延出した電圧信号線22が分岐してそれぞれ整流・平滑回路24，26に接続されている。
【００２２】
すなわちコイル11，12，抵抗13，抵抗回路14によりブリッジ回路が構成され、該ブリッジ回路に発振電圧が入力され、その出力電圧が整流・平滑回路23，24，25，26に入力される。
【００２３】
該ブリッジ回路の出力電圧が各整流・平滑回路23，24，25，26により整流及び平滑されて第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４としてそれぞれバッファ回路27，28，29，30に出力される。
【００２４】
バッファ回路27，28の出力端子は、それぞれ抵抗31，32を介して差動アンプ41の反転入力端子，非反転入力端子に接続されている。
同様にバッファ回路29，30の出力端子は、それぞれ抵抗33，34を介して差動アンプ42の反転入力端子，非反転入力端子に接続されている。
【００２５】
差動アンプ41，42には、それぞれ抵抗35，36により負帰還がかけられて差動増幅器として機能し、その出力は、第１主電圧Ｍ１，第２主電圧Ｍ２として電子コントロールユニットＥＣＵ50に入力される。
【００２６】
また差動アンプ41，42の各非反転入力端子には、それぞれ中立点電圧設定回路43，44からバッファ回路45，46及び抵抗37，38を介して中立点調整電圧Ｖ１，Ｖ２が入力される。
【００２７】
この中立点電圧設定回路43，44は、制御ボード20ａの中立点調整出力端子ａｊ１，ａｊ２からの各調整信号を入力して、同調整信号に従って中立点電圧Ｖ１，Ｖ２を設定する。
【００２８】
そこで差動アンプ41は、第１副電圧Ｓ１と第２副電圧Ｓ２の差を増幅度Ａ倍し、バイアス電圧として中立点調整電圧Ｖ１を加えた電圧を第１主電圧Ｍ１として出力する。
すなわち第１主電圧Ｍ１は、
Ｍ１＝（Ｓ２−Ｓ１）・Ａ＋Ｖ１
である。
【００２９】
同様に差動アンプ42についても、出力される第２主電圧Ｍ２は、
Ｍ２＝（Ｓ４−Ｓ３）・Ａ＋Ｖ２
である。
【００３０】
なお右操舵トルク（右方向の捩じりトルク）と左操舵トルク（左方向の捩じりトルク）のいずれにも偏しない中立時の主電圧を中立点電圧と称し、上記中立点調整電圧Ｖ１，Ｖ２が中立点電圧となる。
【００３１】
ＥＣＵ50は、第１主電圧Ｍ１に基づきモータ制御の指示信号をモータドライバ51に出力し、モータドライバ51によりステアリングを補助するモータ52が駆動される。
【００３２】
そして第２主電圧Ｍ２は異常状態検知のために用いられ、ＥＣＵ50は、第１主電圧Ｍ１と第２主電圧Ｍ２の差が所定の許容範囲内にあるか否かを判別し、許容範囲を超えているときはトルクセンサ１が何らかの異常状態にあるものとして異常状態信号を出力してモータ52の制御を停止する。
【００３３】
また制御ボード20ａには、第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及び第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２が入力され、制御ボード20ａは、第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に基づいてコイル11，12の異常を判断し、異常があると、異常出力端子ｆｓから異常検出信号を異常時電圧設定回路49に出力する。
【００３４】
異常時電圧設定回路49は、差動アンプ42の非反転入力端子に接続する電圧線上のバッファ回路46の入力端子に接続されており、異常検出信号を入力すると、バイアス電圧である中立点調整電圧Ｖ２を異常時電圧に変化させて第２主電圧Ｍ２を変位させることができる。
【００３５】
その他に制御ボード20ａには、中立点調整スイッチＡＪＳ−ＳＷ47から中立点調整を指示する中立点調整信号ＡＪＳが中立点調整端子ａｊｓに入力されるとともに、中立点電圧設定状態を記憶し書き換えもできるＥ²ＰＲＯＭ48が中立点電圧設定端子ｒｏｍに接続されている。
【００３６】
本トルクセンサー１は、以上のような概略回路構成をなし、その動作を第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及び第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２の様子を示した図３ないし図５に基づいて以下説明する。
図３ないし図５において示された座標は、縦軸を電圧とし、横軸右方向を右操舵トルク、横軸左方向を左操舵トルクとして原点０が中立点である。
【００３７】
図３は、トルクセンサ１が正常に動作したときのもので、右操舵トルクが大きくなると、入力軸３と出力軸４の相対的回転によりコア８がコイル11側に移動し、コイル12のインダクタンスＬ２を増加してその誘導起電力を大きくし、逆にコイル11のインダクタンスＬ１を減少させてその誘導起電力を小さくするので、第２，第４副電圧Ｓ２，Ｓ４が大きくなり、第１，第３副電圧Ｓ１，Ｓ３が小さくなる（図３▲１▼、▲２▼参照）。
【００３８】
また左操舵トルクが大きくなる場合は、上記とは逆に第２，第４副電圧Ｓ２，Ｓ４が小さくなり、第１，第３副電圧Ｓ１，Ｓ３が大きくなる（図３▲１▼、▲２▼参照）。
したがって両者の差をＡ倍して中立点電圧を加えた差動アンプ41，42の出力である第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２は、図３▲３▼，▲４▼に示すように中立点でＶ１，Ｖ２を通る右上がりの傾斜線となる。
【００３９】
ＥＣＵ50は、この第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２を比較し、両者の差が許容範囲内にあるかを判定する。
正常であれば図３▲５▼に示すように第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２の変化は略一致しており、許容範囲内にあり正常と判断できる。
【００４０】
正常と判断されれば第１主電圧Ｍ１に基づきモータ52を駆動すべき指示信号をモータドライバ51に出力する。
こうして操舵トルクに応じたモータによる補助力がステアリングに作用してパワーステアリングが実行される。
【００４１】
しかるにコイル11，12の装着が確実になされず両者ともに接続不良状態にあるような場合は、両コイル11，12が断線状態にあって図４▲１▼，▲２▼に示すように第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が一定の高い電圧値に固定されている。
ＣＰＵ20は、これら副電圧の状態から異常と判断し、異常検出信号を異常出力端子ｆｓから異常時電圧設定回路49に出力する。
【００４２】
第１主電圧Ｍ１は、中立点電圧Ｖ１に固定されるが（図４▲３▼参照）、第２主電圧Ｍ２は、差動アンプ42の非反転入力端子に入力される中立点電圧Ｖ２が異常時電圧設定回路49により異常時電圧に設定され、許容範囲を超えて変位され図４▲４▼，▲５▼に示すように第１主電圧Ｍ１より適当に低い電圧Ｖ２に固定される。
【００４３】
正常時に略一致しなければならない第１主電圧Ｍ１と第２主電圧Ｍ２の僅かな差を判別する前記許容範囲を適用して、この第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２の差は該許容範囲を超えるようになる。
したがってＥＣＵ50は、従前の許容範囲をもとに異常状態と判断することができ、モータ52の駆動を停止させる異常状態信号を出力する。
【００４４】
またコイル11，12のいずれか一方が接続不良であったり、断線しているような場合は、例えばコイル12が断線しているとすると、図５▲１▼，▲２▼に示すように第１，第３副電圧Ｓ１，Ｓ３は正常な値を示すが、第２，第４副電圧Ｓ２，Ｓ４は、一定の高い電圧に固定される。
【００４５】
図５▲３▼に示すように第１主電圧Ｍ１は、中立点電圧Ｖ１を通って正常時より傾斜の緩やかな直線を示しており、第２主電圧Ｍ２はＣＰＵ20から異常信号が出力されて図５▲４▼に示すように許容範囲を超えて変位され、第１主電圧Ｍ１より適当に低い電圧を示している。
【００４６】
したがって第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２の差は該許容範囲を超えるようになり（図５▲５▼参照）、ＥＣＵ50は異常状態と判断することができ、モータ52の駆動を停止させる異常状態信号を出力する。
【００４７】
このように本トルクセンサ１は、従前よりＥＣＵ50が備えている異常を判断する許容範囲を利用してコイル11，12の接続不良等の異常を第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２から判断することができ、別途新たな判断手段を設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るトルクセンサの機械的部分の概略構成図である。
【図２】同トルクセンサの電気的回路部分の概略構成図である。
【図３】正常時における第１，第２，第３，第４副電圧及び第１，第２主電圧の状態を示す図である。
【図４】異常時における第１，第２，第３，第４副電圧及び第１，第２主電圧の状態を示す図である。
【図５】別の異常時における第１，第２，第３，第４副電圧及び第１，第２主電圧の状態を示す図である。
【符号の説明】
１…トルクセンサ、２…ハウジング、３…入力軸、４…出力軸、５，６…ベアリング、７…トーションバー、８…コア、９…スライダピン、
11，12…コイル、13…抵抗、14…抵抗回路、15，16…抵抗、17…サーミスタ、 20…ＣＰＵ，20ａ…制御ボード、21，22…電圧信号線、23，24，25，26…整流・平滑回路、27，28，29，30…バッファ回路、31，32，33，34，35，36，37，38…抵抗、
41，42…差動アンプ、
43，44…中立点電圧設定回路、45，46…バッファ回路、47…中立点調整スイッチＡＪＳ−ＳＷ、48…Ｅ²ＰＲＯＭ、49…異常時電圧設定回路、
50…ＥＣＵ，51…モータドライバ、52…モータ。

Claims

トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルと、
前記両コイルのそれぞれのインダクタンス変化に基づく出力電圧を第１，第２の整流・平滑回路により整流及び平滑した第１，第２副電圧を入力して第１，第２副電圧の差を増幅して第１主電圧として出力する第1差動増幅手段と、
前記両コイルのそれぞれのインダクタンス変化に基づく出力電圧を第３，第４の整流・平滑回路により整流及び平滑した第３，第４副電圧を入力して第３，第４副電圧の差を増幅して第２主電圧として出力する第２差動増幅手段と、
前記第１主電圧と前記第２主電圧の差が所定許容範囲を超えると異常状態信号を出力する異常状態信号出力手段と、
を備えたトルクセンサにおいて、
前記第１，第２，第３，第４副電圧の少なくとも１つの電圧が所定範囲を超えると前記コイルの接続不良と判断する異常判断手段と、
前記異常判断手段が異常と判断したときに前記第２主電圧を前記所定許容範囲を超えて変位させる電圧変位手段とを有し、
前記コイルに接続不良がある場合も前記異常状態信号出力手段が異常状態信号を出力することができることを特徴とするトルクセンサ。
前記第２差動増幅手段が、負帰還をかけられた差動アンプであり、
前記電圧変位手段は、前記差動アンプの非反転入力に所定電圧を印加することで前記第２主電圧を変位させることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。