JPH0240517A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトルクセンサに関し、特に自動車の電動パワー
ステアリング装置に好適なトルクセンサを提供するもの
である。

〔従来の技術〕

自動車の操舵輪を操作する力を補助するパワーステアリ
ング装置として電動式のものが開発されつつある。これ
は操舵輪に作用したトルクを検出し、その検出トルクに
応じて、操舵機構に設けた電動機を回転させる構造とな
っている。

ところで、操舵輪に作用したトルクを検出するトルクセ
ンサは例えば第２図に示す構造となっている。トーショ
ンバー１を介して連結されている図示しない２本の軸の
夫々に、磁性体からなり傾斜端縁を適長離隔して互いに
対向させた２つの円筒２＾、　２Ｂを各別に外嵌固着し
ている。これらの円筒２Ａ、　２Ｂはトーションバー１
が一方向に捩じれた場合は、傾斜端縁の対向間隙が拡大
し、他方向に捩じれた場合は、対向間隙が縮小するよう
になっている。そして、円筒２Ａ、　２Ｂの側方には、
円筒２Ａ。

２Ｂに跨がり得る寸法で内フランジを有するリング状の
センサ鉄心３を配設しており、そのセンサ鉄心３の内周
側には所要巻回数のトルク検出コイル４を巻装している
。このトルク検出コイル４には、抵抗５と発振器６とバ
ッテリからなる電源７との直列回路が接続されており、
電源７の負極は接地されている。また前記抵抗５の両端
は整流ブリッジ８の交流入力端子８ａ、　８ｂと接続さ
れている。整流ブリッジ８の正側直流出力端子８ｃは増
幅器９の入力側９ａと接続されている。増幅器９の出力
側９ｂ及び負側直流出力端子８ｄは夫々図示しない制御
部に接続される。

このトルクセンサは、発振器６の発振出力がトルク検出
コイル４に与えられると、トルク検出コイル４に、円筒
２Ａと２Ｂとの磁気結合に相応する交流電圧が誘起し、
分圧されたその電圧が抵抗５の両端に生じる。抵抗５の
両端に生じた電圧は整流ブリッジ８により全波整流され
て、整流して得た直流電圧は増幅器９で増幅される。そ
して増幅器９の出力によりトーションバー１に作用した
トルクを検出することになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来のトルクセンサを自動車の電動パワーステ
アリング装置に用いる場合には、自動車の電源がその負
極を車体にボディアースしたバッテリ　（片電源）であ
るために、発振器６の負側端子をボディアースしなけれ
ばならないが、そうすると発振器６の発振出力波形のゼ
ロクロス付近において波形歪が発生し、トルク検出コイ
ルに誘起する交流電圧の波形が歪んだものとなって検出
トルクの検出誤差が太き（なる。そのようなことから、
交流電圧を全波整流して直流電圧を得ているが、発振器
６及び整流ブリッジ８の負側端子が共通でない故に、第
３図に示す如く発振出力波形の中点Ａと、誘起した交流
電圧の中点Ｂとが相異する。そのため第４図に示す如く
全波整流して得た直流電圧の電圧レベルＬが脈動し、誘
起電圧を全波整流しても検出トルクを高精度に検出でき
ないという問題がある。

本発明は斯かる問題に濫み、自動車の電動パワーステア
リング装置に用いても、操舵により作用したトルクを高
精度に検出できる信頼性の高いトルクセンサを提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るトルクセンサは、操舵力により作用したト
ルクに関連する磁気結合状態を得、その磁気結合に関連
して誘起する交流電圧によりトルクを検出するトルクセ
ンナにおいて、前記交流電圧が与えられそれに所定のバ
イアスを与えるクランプ回路及び該クランプ回路の交流
電圧が与えられそのピークを検出するピーク検出回路を
備え、該ピーク検出回路が出力する交流電圧のピーク値
に基づいて前記トルクを検出する構成としてあることを
特徴とする。

Ｃ作用〕 操舵力により作用したトルクに相応する磁気結合によっ
て誘起した交流電圧をクランプ回路に与える。クランプ
回路は、与えられた交流電圧の０レベルを負の最大値レ
ベルになすバイアスを与えてクランプする。ピーク検出
回路はクランプ回路から与えられた交流電圧のピーク値
を検出する。

ピーク検出回路で検出した交流電圧のピーク値により検
出トルクを得る。

これにより、検出トルクが高精度に得られる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は本発明に係るトルクセンサのブロック図である
。電源安定化部１２の出力電圧はトルクセンサ部ＴＳの
発振回路１３に与えられており、また抵抗分圧回路から
なるオフセット電圧出力部１４に与えられている。トル
クセンサ部ＴＳは発振回路１３と、温度補償コイルＬ１
及びコンデンサＣＩを並列接続した温度補償回路１５と
、トルク検出コイルＬ２及びコンデンサＣ２を並列接続
したトルク検出回路１６と、クランプ回ｉ１７，２２と
、ピーク検出回路１８．２３と、差動増幅回路２１と、
基準電圧回路１９と、比較回路２０と、オフセント電圧
出力部１４と、電源安定化部１２と、電圧−電流変換回
路２４．２５とコネクタＣＮＩ　とを備えている。

電動パワーステアリング装置のコントローラＣＴＲは、
コネクタＣＮ２と、電流−電圧変換部２６゜２７と、マ
イクロコンピュータ２８と、電源安定化部２９とを備え
ている。

温度補償コイルし、は周囲温度に関連して磁気結合状態
が変わりそのインダクタンスが変わりそのインダクタン
ス、またトルク検出コイルＩ、ｔは操舵力により図示し
ないコラムシャフトに作用したトルク及び周囲温度に関
連して磁気結合状態が変わり、そのインダクタンスが変
わるようになっている。前記発振回路１３の発振出力は
、抵抗Ｒ，，Ｉｈを各別に介して温度補償回路１５及び
トルク検出回路１６の一側に与え、られており、それら
の温度補償回路１５及びトルク検出回路１６の他側は夫
々接地されている。

温度補償回路１５の共振電圧たる交流電圧をクランプ回
路１７に与えており、クランプ回路１７は与えられた交
流電圧波形の負側最大値をＯＶになすよう、波形を正電
圧側へレベル変更するバイアスを与えてクランプするよ
うになっている。

このクランプ回路１７の出力たる交流電圧をピーク検出
回路１８に与えており、ピーク検出回路１８は与えられ
た交流電圧のピーク値を検出する。ピーク検出回路１８
の出力電圧は、基準電圧回路１９が出力する基準電圧を
与えている比較回路２０及び差動増幅回路２１に与えら
れている。比較回路２０はピーク検出回路１８の出力電
圧が基準電圧以下となった場合に電圧を出力するように
なっている。

また前記トルク検出回路１６の共振電圧をクランプ回路
２２に与えており、クランプ回路２２の出力電圧をピー
ク検出回路２３に与えている。このクランプ回路２２及
びピーク検出回路２３は前記クランプ回路１７及びピー
ク検出回路１８と同様の動作をする。

ピーク検出回路２３の出力電圧は差動増幅回路２１に与
えられている。前記オフセット電圧出力部１４のオフセ
ット電圧は、電源安定化部１２の出力電圧を分圧して得
ており、トルクセンサ部ＴＳがトルクを検出していない
場合に所要値として出力すべく設定している。そのオフ
セント電圧は差動増幅回路２１及び電圧−電流変換回路
２５に与えている。また前記差動増幅回路２１の出力電
圧は電圧−電流変換回路２４に与えられている。差動増
幅回路２１はピーク検出回路１８．２３の各出力電圧の
差を求めるとともに、求めた差の電圧にオフセット電圧
°を加えた出力電圧、即ち検出したトルクに相応する電
圧を出力する。

この差動増幅回路２４の出力電圧は電圧−電流変換回路
２４で電流変換されてコネクタＣＮＩ、ＣＮ２を介して
コントローラＣＴＲの電流−電圧変換部２６へ入力され
、その出力はマイクロコンピュータ２８へ入力される。

また、オフセント電圧が入力されて、オフセント電圧は
電圧−電流変換回路２４で電流変換されてコネクタＣＮ
Ｉ　、　ＣＮ２を介してコントローラＣＴＲの電流−電
圧変換部２７へ入力され、その出力はマイクロコンピュ
ータ２８へ入力される。前記比較回路２０の出力電圧は
コネクタＣＮＩ　、　ＣＮ２を介してコントローラＣＴ
Ｈのマイクロコンピュータ２８へ入力される。コントロ
ーラＣＴＨの電源安定化部２９には、外部に設けである
電源３０の電圧がキースイッチ舖及びコネクタＣＮ２を
介して与えられており、この電源安定化部２９の出力電
圧はコントローラＣＴＲ内の回路及びコネクタＣＮ２．
　ＣＮＩを介してトルクセンサ部ＴＳの電源安定化部１
２及びトルクセンサ部ＴＳ内の図示しない電子回路へ与
えられている。

なお、コントローラＣＴＲ及びトルクセンサ部ＴＳの接
地部Ｅ及びＥはコネクタＣＮ１．ＣＮ２を介して共通に
接続されている。また外部の接地点Ｅ０はコネクタＣＮ
２を介してコントローラＣＴＲの接地部Ｅと接続されて
いる。

次にこのように構成したトルクセンサのトルク検出動作
を第１図により説明する。

キースイッチＳ匈を閉路して電源３０を投入すると、電
源安定化部２９の出力電圧が電源安定化部１２に与えら
れ、電源安定化部１２の出力電圧が発振回路１３及びオ
フセット電圧出力部１４に夫々与えられる。

それにより発振回路１３は発振動作し、オフセット電圧
出力部１４はオフセット電圧を出力する。

発振回路１３の発振出力は、温度補償回路１５及びトル
ク検出回路１６に夫々与えられる。温度補償回路１５の
共振により生じる交流電圧は周囲温度に関連して得られ
、その交流電圧はクランプ回路１７に与えられる。また
トルク検出回路１６の共振により生じる交流電圧は操舵
輪の操作により作用したトルク及び周囲温度に関連して
得られてその交流電圧はクランプ回路２２に与えられる
。クランプ回路１７、２２は夫々、与えられた交流電圧
の負の最大値を０νになすよう波形を正電圧側へレベル
変更するバイアスを与えてクランプする。そしてクラン
プ回路１７．２２の出力電圧を、ピーク検出回路１８．
２３に各別に与える。ピーク検出回路１Ｂ、　、２３は
、与えられた交流電圧のピーク値を順次検出する。これ
により、ピーク検出回路１８は周囲温度に関連する交流
電圧をそのピーク値で検出し、ピーク検出回路２３はト
ルク及び周囲温度に関連する交流電圧をそのピーク値で
検出する。

そのため、温度補償回路１５及びトルク検出回路１６で
得る交流電圧がゼロクロス付近に波形歪が生じていても
、あるいは発振出力波形の中点と、共振して得られる交
流電圧波形の中点とが相異していてもそれらの影客を全
くうけず、トルクセンサ部ＴＳのセンサ出力を高精度に
安定に得ることになる。そして、これらのピーク検出回
路１８．２３の各出力電圧は前記オフセント電圧出力部
１４のオフセット電圧とともに差動増幅回路２１に与え
られ、差動増幅回路２１はピーク検出回路１８．２３の
各出力の差を求めるとともに、その差の出力電圧にオフ
セット電圧を加えることになる。したがって、差動増幅
回路２１の出力電圧は、温度補償回路１５及びトルク検
出回路１６の周囲温度に関連する出力電圧が相殺されて
、作用しているトルクに関連する出力電圧のみが差動増
幅回路２１から得ることになる。

なお、トルクセンサ部ＴＳがトルクを検出していない場
合には差動増幅回路２１の出力電圧はオフセット電圧と
なり、トルクを検出した場合には操舵輪の回転方向によ
り、オフセット電圧を基準にして出力電圧が正又は負方
向に変化し、電源安定化部１２の出力電圧と発振回路１
３の規定入力電圧とに差が生じる場合であっても適正な
検出トルクが得られる。そして差動増幅回路２１のトル
クに関連する出力電圧がコネクタＣＮＩ、ＣＮ２を介し
てコントローラＣＴＲのマイクロコンピュータ２８へ入
力されて、検出トルクに関連して操舵力を補助する図示
しない電動機を制御することになる。またオフセット電
圧出力部１４のオフセット電圧はコネクタＣＮＩＣＮ２
を介してコントローラＣＴＲのマイクロコンピュータ２
８へ入力されるから、電源３０の投入時のオフセット電
圧をマイクロコンピュータ２８で記憶させて、その後に
差動増幅回路２１から与えられるオフセット電圧との差
を求めれば電源安定化部１２の故障を検知できる。

更に発振回路１３が故障して発振出力が消滅した場合は
、温度補償回路１５及びトルク検出回路１６の出力電圧
が消滅する。そのためピーク検出回路１８の出力電圧が
比較回ｉ２Ｑに与えられなくなり、基準電圧回路１９か
ら与えられる基準電圧のみが比較回路２０に与えられて
、比較回路２０は電圧を出力してその電圧をコントロー
ラＣＴＲのマイクロコンピュータ２８に与えるから、こ
れにより発振回路１３の故障を検知できる。

したがって、電源安定化部１２又は発振回路１３の故障
を検知した場合には、操舵力を補助する電動機の制御を
禁止する等、パワーステアリング装置の安全性を高め得
る。

なお、本発明のトルクセンサを自動車の電動パワーステ
アリング装置に用いた場合について説明したが、自動車
以外において単にトルクを検出する場合にも適用できる
ことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明のトルクセンサは、操舵力に
より作用したトルクに相応する磁気結合状態に関連して
誘起する交流電圧が与えられ、それに所定のバイアス・
を与えるクランプ回路及びそのクランプ回路でクランプ
した交流電圧が与えられ、その交流電圧のピーク値を検
出するピーク検出回路を備えて、交流電圧のピーク値に
基づいて検出トルクを得るようにしたから、自動車のバ
ッテリに起因して、誘起電圧のゼロクロス付近に生じる
波形歪及び発振出力波形の中点と誘起電圧を整流した直
流電圧波形の中点との相異による影Ｖを全くうけない。

したがって本発明によれば、トルクの変化を高精度に検
出し得て、信頼性が高く、特に自動車の電動パワーステ
アリング装置に好適なトルクセンサを提供できる優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルクセンサのブロック図、第２
図は従来のトルクセンサの要部の回路図、第３図は発振
出力波形の中点及び誘起した交流電圧の中点を比較して
示す波形図、第４図は交流電圧の全波整流波形の波形図
である。 １１・・・電源（バッテリ）１３・・・発振回路　１４
・・・オフセット電圧出力部　１５・・・温度補償回路
　１６・・・トルク検出回路　１７・・・クランプ回路
　１８・・・ピーク検出回路　２１・・・差動増幅回路
　２２・・・クランプ回路２３・・・ピーク検出回路　
２４．２５・・・電圧−電流変換回路２８・・・マイク
ロコンピュータ　ＴＳ・・・トルクセンサ部ＣＴＲ・・
・コントローラ 特　許　出願人　　光洋精工株式会社 代理人　弁理士　　河　野　　登　夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１．操舵力により作用したトルクに関連する磁気結合
   状態を得、その磁気結合に関連して誘起する交流電圧に
   よりトルクを検出するトルクセンサにおいて、 前記交流電圧が与えられそれに所定のバイ アスを与えるクランプ回路及び該クランプ回路の交流電
   圧が与えられそのピークを検出するピーク検出回路を備
   え、該ピーク検出回路が出力する交流電圧のピーク値に
   基づいて前記トルクを検出する構成としてあることを特
   徴とするトルクセンサ。