DE19521531C2

DE19521531C2 - Hubdetektor und diesen verwendender Lenkdrehmomentsensor

Info

Publication number: DE19521531C2
Application number: DE19521531A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kawagoe; Akira Ozawa; Susumu Ohta; Junichi Yoshida
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-06-13
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2015-06-14
Also published as: US5712563A; GB2290384A; GB9511799D0; GB2290384B; DE19521531A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubdetektor zum Erfassen eines Hubs auf Basis einer Änderung der Induktion einer Erfassungs wicklung und einen den Hubdetektor verwendenden Lenkdrehmo mentsensor. Insbesondere wird die Änderung der Induktion als Übergangsansprechspannung oder Einschwingspannung erfaßt.

Unter herkömmlichen Hubdetektoren sind solche bekannt, die einen Hub erfassen, indem sie eine Änderung der Impedanz einer Detektorwicklung in ein elektrisches Signal wandeln.

Herkömmliche Hubdetektoren sind so angeordnet, daß ein Hub erfaßt wird durch Erfassung eines Pegels des Ansprechsignals, falls ein Signal (z. B. ein Sinussignal) von außen an eine Detektorwicklung angelegt wird, deren Kern sich in Antwort auf Verschiebung oder Hub des Zielelements bewegt, um die Impendaz (die Induktion) der Wicklung zu ändern.

Fig. 17 zeigt eine Anordnung eines Hauptteils eines herkömm lichen Hubdetektors, und Fig. 18 zeigt ein eine dem Detektor äquivalente Schaltung.

Wie in Fig. 17 gezeigt, umfaßt der herkömmliche Hubdetektor 91 einen Hubsensor, versehen mit einem Kern 93, der einem Hub (Hubgröße x1, x2) ausgesetzt ist, und zwei Detektorwicklungen (92A und 92B), die in Hubrichtung symmetrisch angeordnet sind und den Kern 93 umgeben. Eine Wechselstromversorgung V_S ist zwischen Masse GND und einem Knoten angeschlossen, in dem die jeweils einen Enden der Erfassungswicklungen 92A und 92B mit einander verbunden sind, und zwei Bezugswiderstände "rf", die zwischen Masse GND und jedem der anderen Enden (Anschlüsse D1 und D2) der Wicklungen 92A und 92B angeschlossen sind.

Dieser herkömmliche Hubdetektor 91 von Fig. 17 läßt sich durch eine äquivalente Schaltung oder eine Brückenschaltung darstellen, die Induktionen L1 und L2 und zwei Bezugswider stände rf aufweist, jeweils einer an jeder Seite der in Fig. 18 gezeigten Brücke.

In Fig. 18 bezeichnen die Induktionen L1 und L2 diejenigen der Detektorwicklungen 92A und 92B, die sich beispielsweise aus einem Hub x1 des Kerns 93 ergeben. Die Anordnung ist so, daß die Induktionen L1 und L2 gleiche Werte haben (L1 = L2) wenn sich der Kern 93 in seiner Neutralstellung befindet.

Wenn eine Wechselspannung (z. B. eine Sinuswelle mit einem Spitzenwert von V_I und einer Frequenz von "f") an die äquiva lente Schaltung von Fig. 18 angelegt wird, werden Ausgangs spannungen V₀₁ und V₀₂ aus dem Ausgangsanschluß D1 und D2 in Antwort auf eine Änderung der Impedanz erfaßt. Die Ausgangs spannungen entsprechen folgenden Ausdrücken:

Formel 1:
V₀₁= rf . V_I/{(rf)²+ (2πf . L1)²}^1/2
V₀₂ = rf . V_I/{(rf)²+ (2πf . L2)²}^1/2.

Die sich in Antwort auf den Hub (x1, x2) des Kerns 93 erge bende Ausgangsspannung V₀ wird aus der Abweichung von V₀₁ und V₀₂ berechnet, d. h. V₀₁- V₀₂.

Die Induktionen L1 und L2 wären ohne jeden Hub des Kerns 93 (bei in der Neutralstellung befindlichem Kern 93) einander gleich (L1 = L2), und dementsprechend wären die entsprechenden Impedanzen auch einander gleich, so daß man einen Erfassungs ausgang V₀ von 0 erhält.

Bei dem herkömmlichen Hubsensor 91 bewirkt ein Hub des Kerns 93 des Hubsensors in Antwort auf einen Hub des Zielelements, daß sich die Induktionen L1 und L2 der Detektorwicklungen 92A und 92B ändern und demzufolge sich die Impedanz ändert, so daß die Hubgröße des Zielelements erfaßt werden kann, indem man eine Abweichung V₀ zwischen den Spannungen V₀₁ und V₀₂ erfaßt.

Jedoch besteht ein Problem darin, daß bei dem herkömmlichen Hubdetektor 91 Änderungen der Impedanz der Detektorwicklungen 92A und 92B nicht wirkungsvoll erfaßt werden können, weil die Erfassung die Änderungen der Impedanzen nutzt, die durch eine Änderung des Magnetflusses verursacht sind, der mit einem Hub (x1, x2) des Kerns 93 stattfindet.

Die Impedanz (Z) der Detektorwicklungen 92A und 92B entspre chen, falls sich der Kern 93 in der Neutralstellung befindet, folgendem Ausdruck:

Formel 2:
|Z| = {r²+ (2πf . L)²}^1/2,

wobei L die Induktionen der Detektorwicklungen 92A und 92B sind, "r" der Innenwiderstand ist, und "f" die Frequenz der Wechselstromversorgung ist.

Wie in dem Ausdruck (2) ersichtlich, ist die Impedanz gleich der Vektorsumme des Innenwiderstands r und der Reaktanz (in duktiver Widerstand) 2πf . L, und, um eine Änderung ΔL der Induktion L mit hoher Präzision zu erfassen, muß man den Innenwiderstand "r" und die Frequenz "f" der Wechselstromver sorgungsspannung V_S reduzieren.

Wenn jedoch der Draht zur Bildung der Detektorwicklungen 92A und 92B gewickelt wird, steigt der Innenwiderstand "r".

Beim Anheben der Frequenz "f" ist es ferner erforderlich, einen Erfassungsausgang durch Magnetisierung der Brückenschal tung vorzusehen, während eine höhere Frequenz "f" zur Folge hat, daß der Leerlaufverlust den Innenwiderstand "r" erhöht.

Bei einem herkömmlichen Hubsensor unter Verwendung einer Brückenschaltung ist somit eine empfindliche Erfassung einer Hubgröße nur schwer möglich, weil eine Änderung der Impedanz aufgrund einer Magnetflußänderung nicht genau erfaßt werden kann.

Ferner bekannt ist ein Lenkdrehmomentsensor, der den oben beschriebenen Hubdetektor nutzt, und für ein elektrisch be triebenes Lenksystem gedacht ist.

Fig. 19 zeigt eine Struktur eines herkömmlichen Lenkdrehmo mentsensors.

In dem in Fig. 19 gezeigten Lenkdrehmomentsensor 100 sind eine Eingangswelle 101 und eine Ausgangswelle 102 im Inneren über eine Torsionsstange 103 miteinander gekoppelt, wobei zwei an einem Gehäuse 104 feste Detektorwicklungen 105 und 106 so angeordnet sind, daß sie einen zylindrischen Kern 107 umgeben, der mit den Eingangs- und Ausgangswellen 101 und 102 in Ein griff steht.

Der Hubdetektor 110 ist hauptsächlich aus den zwei Wicklungen 105 und 106 und dem Kern 107 zusammengesetzt.

Wenn ein Drehmoment an die Eingangswelle 101 angelegt wird, verformt sich die Torsionsstange 103 elastisch, was einen relativen Hub in Drehrichtung zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen 101 und 102 zur Folge hat.

Ferner ist der Kern 107 um die Eingangs- und Ausgangswellen 101 und 102 so angeordnet, daß er nur in der Axialrichtung beweglich ist, und zwar durch eine Längsführungsnut der Aus gangswelle 102, die mit einem von dem Kern 107 nach innen vorstehenden Teil in Eingriff steht.

Ein in die Eingangswelle 101 gepreßter Gleitstift 109 ergreift eine Spiralnut 108 des Kerns 107.

Bei dieser Anordnung wird ein Hub oder eine Verschiebung in Drehrichtung zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen 101 und 102 in einen Längshub des Kerns 107 gewandelt, was eine Ände rung des Magnetflusses um die Detektorwicklungen 105 und 106 bewirkt, so daß sich die Induktion L (L1, L2) der Detektor wicklungen 105 und 106 ändert, die über und unter entlang den Eingangs- und Ausgangswellen angeordnet sind.

Gebildet ist der Kern 107 durch Einsetzen jedes beider Enden des zylindrischen Kerns 107A, der aus einem zylindrischen magnetischen Material (SMC) gebildet ist, in einen Aluminium ring 107B, genannt Leckunterbrechungsring.

Wenn sich der Kern 107 in Antwort auf Hub des Zielelements zu der Eingangswelle 101 bewegt, erhöht sich die Induktion L1 der Detektorwicklung 105, an die sich der Kern 107 annähert, und die Induktion L2 der Detektorwicklung 106, von der sich der Kern 107 entfernt, sinkt. Diese Änderungen der Induktion werden elektrisch abgeleitet, um das Lenkdrehmoment zu erfas sen.

Jedoch besteht bei dem herkömmlichen Lenkdrehmomentsensor ein Problem darin, daß die Struktur kompliziert ist, weil der Kern 107 des Hubdetektors 110 einen Kern 107A aus SMC-Material und zwei Aluminiumringe 107B aufweist.

Wenn im Hinblick hierauf der Kern 107 nur mit einem SMC-Kern 107A allein aufgebaut ist, und hierdurch die Struktur verein facht ist, leckt der Magnetfluß zu anderen magnetischen Sub stanzen als dem Kern 107A, so daß die Änderung in Antwort auf den Hub des Kerns 107A sinkt. Dies wiederum ergibt eine kleine Änderung der Induktion L (L2, L2), was eine geringere Empfind lichkeit der Huberfassung zur Folge hat.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß sich die Sensorcharak teristiken von Sensor zu Sensor ändern, weil bei der Maschinen bearbeitung eine magnetische Verzerrung stattfindet, wenn magnetisches Metallmaterial aus SMC-Material zu einem Kern 107A geformt wird.

Aus der US 4,626,621 ist ein Hubdetektor bekannt, mit einem verschiebbaren Kern, einer Detektorwicklung, die in der Nähe des Kerns angeordnet ist und deren Induktion sich in Antwort auf Verschiebung des Kerns ändert; einem Bezugswiderstand, der in Serie mit der Detektorwicklung verbunden ist; und einer Impulsstromversorgung in Anlage zwischen den beiden Enden einer Serienschaltung, die den Bezugswiderstand und die Detektorwick lung umfaßt, wobei die Verschiebung des Kerns auf der Basis der Übergangsansprechspannung über dem Bezugswiderstand der Serien schaltung erfaßt wird.

Aus der GB 2 005 844 A ist ein Detektor bekannt, mit einem Kern, der aus der Neutralstellung in Längsrichtung verschiebbar ist; zwei Detektorwicklungen, die zu der Neutralstellung sym metrisch angeordnet sind, wobei sich die Induktionen der Detek torwicklungen in Antwort auf Verschiebung des Kerns unter schiedlich ändern; zwei Bezugswiderstände, die jeweils in Serie mit einer der Detektorwicklungen verbunden sind; einer Brücken schaltung, die aus den zwei Bezugswiderständen und den zwei Detektorwicklungen gebildet ist; einer Impulsstromversorgung in Anlage an die Brückenschaltung; und einem Differenzspannungs erfassungsmittel zum Erfassen der Differenz zwischen den jewei ligen Spannungen über den zwei Bezugswiderständen, wobei der Betrag und die Richtung der Verschiebung des Kerns auf Basis der Differenzspannung erfaßt werden.

Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Hubdetektor zum Erfassen eines Hubs auf Basis einer Änderung der Induktion einer Detektorwicklung anzugeben.

Erfindungsgemäße Detektoren sind in den Ansprüchen 1 und 4 angegeben.

Die Struktur des Detektors ist vereinfacht, wenn der Kern des Hubdetektors aus einer einzelnen Komponente aus nicht magneti schem Metallmaterial gebildet ist. Bei Verwendung in einem Lenkdrehmomentsensor kann man ein Lenkdrehmoment präzise erfas sen.

Ferner läßt sich eine Änderung der Kennung des Detektors redu zieren, die bei der maschinenmäßigen Herstellung auftritt, wenn magnetisches Metallmaterial zum Kern geformt wird, indem der Kern des Detektors aus einem einzigen Bauteil aus nicht magne tischem Metallmaterial gebildet wird.

Durch Anlegen einer Impulsstromversorgung an eine Schaltung, in der die Induktivität einer Detektorwicklung und ein Bezugs widerstand seriell verbunden sind, kann der Absolutwert der Induktion unabhängig vom Spitzenwert oder der Frequenz der Impulsstromversorgung erfaßt werden.

Bevorzugt wird der Detektor für einen Drehmomentsensor eines elektrisch betriebenen Lenkservosystems verwendet, da er ein fach aufgebaut ist und trotzdem eine empfindliche Erfassung des Verschiebungsbetrags aufgrund eines Lenkdrehmoments ermöglicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Diagramm einer Basisstruktur einer ersten Ausführung eines Hubdetektors;

Fig. 2 ist ein äquivalentes Schaltdiagramm des in Fig. 1 gezeigten Hubdetektors;

Fig. 3 zeigt im Diagramm eine Wellenform eines Beispiels einer Übergangsansprechspannung der äquivalenten Schaltung von Fig. 2;

Fig. 4 ist ein Diagramm einer Basisstruktur einer zwei ten Ausführung eines Hubdetektors;

Fig. 5 ist ein Diagramm mit Darstellung einer Brücken schaltung, die Detektorwicklungen und Bezugswiderstände auf weist;

Fig. 6 ist ein Diagramm mit Darstellung einer Struktur einer Ausführung eines Hubsensors eines Detektors;

Fig. 7 ist ein Diagramm mit Darstellung von Übergangs ansprechspannungswellenformen für den Fall, daß die Tastzyklen der fallenden und ansteigenden Wellenformen von Fig. 5 ein ander gleich sind;

Fig. 8 ist ein Diagramm mit Darstellung von Übergangs ansprechspannungswellenformen für den Fall, daß die Tastzyklen der fallenden und steigenden Wellenformen von Fig. 5 unter schiedlich sind;

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Gesamt struktur eines Hubdetektors mit einem Abweichspannungserfas sungsmittels;

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer Hauptstruktur einer ersten Ausführung eines Abweichspannungserfassungsmittels für einen Hubdetektor;

Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer Hauptstruktur einer zweiten Ausführung eines Abweichspannungserfassungsmittels für einen Hubdetektor;

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Ausführung eines Abweichspannungserfassungsmittel mit einer Analogschaltung;

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm einer Hauptstruktur eines Drehmomentdetektors unter Verwendung eines Hubdetektors;

Fig. 14 ist ein Diagramm mit Darstellung einer Wellen form eines funktionellen Teils eines Drehmomentdetektors;

Fig. 15 ist eine Schnittansicht eines Lenkdrehmomentsen sors;

Fig. 16 ist ein Diagramm mit Darstellung des Betriebs eines Lenkdrehmomentsensors;

Fig. 17 ist ein Blockdiagramm eines Hauptteils eines herkömmlichen Hubsensors;

Fig. 18 ist ein äquivalentes Schaltdiagramm eines her kömmlichen Hubdetektors; und

Fig. 19 ist ein Diagramm mit Darstellung der Struktur eines herkömmlichen Lenkdrehmomentsensors.

Fig. 1 ist ein Diagramm einer Basisstruktur einer ersten Ausführung eines Hubdetektors, Fig. 2 ist ein äquivalentes Schaltdiagramm des in Fig. 1 gezeigten Hubdetektors und Fig. 3 zeigt eine Wellenform eines Beispiels einer Übergangsan sprechspannung der äquivalenten Schaltung von Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Hubdetektor 1 mit einer Erfassungswicklung 2 und einem Kern 3 versehen, der aus nicht magnetischer Sub stanz gebildet und in der Detektorwicklung 2 angeordnet ist und der in Antwort auf Verschiebung oder Hub eines Ziel elements (nicht gezeigt) einen Hub (X1, X2) erfährt. Ein Ende 2A der Detektorwicklung 2 ist mit einer Impulsstromversorgung 5 verbunden, und das andere Ende 2B der Detektorwicklung 2 ist mit einem Bezugswiderstand R_F verbunden. Eine Übergangsan sprechspannung V₀ wird aus beiden Enden des Widerstands R_F erfaßt (dem Ende 2B und Masse GND).

Angenommen, daß die Induktion der Erfassungswicklung 2, falls sich der Kern 3 in der Neutralstellung befindet, L ist und der Bezugswiderstand R_F ausreichend größer als der Innenwiderstand "r" der Detektorwicklung ist, so kann der Innenwiderstand "r" vernachlässigt werden, was zu einer äquivalenten Schaltung (LR-Integralschaltung) von Fig. 2 führt.

Wenn die in Fig. 2 gezeigte Schaltung durch eine abfallende Impulsspannung der Impulsstromversorgung (Spitzenwerte V_I) getrieben wird, deren Wellenform eine Periode hat, deren Hälfte (T/2) ausreichend größer als eine Zeitkonstante τ (= L/R_F) ist, dann entspricht die Übergangsansprechspannung V₀ zum Zeitpunkt t_K folgendem Ausdruck:

Formel 3:
V₀ = V_I . e^-(R_F/L)t_K

Wenn andererseits der fallende Impuls der Impulsstromversor gung (Spitzenwert V_I) angelegt wird, wenn ein Hub X1 des Kerns 3 die Induktion der Detektorwicklung 2 um ΔL vermindern läßt, so daß sie (L-ΔL) wird, dann entspricht die Übergangsansprech spannung V₀₁ zum Zeitpunkt t_K folgendem Ausdruck:

Formel 4:
V₀₁ = V₁ . e^-{R_F/(L-ΔL)}t_K

Sobald die Induktion L aus der Übergangsansprechspannung V₀ (Ausdruck (3)) berechnet wurde in einem Zustand, in dem der Kern 3 sich in der Neutralstellung befindet (d. h. Hub = 0), und gespeichert ist, wird die Induktion (L-ΔL) aus der Übergangs ansprechspannung V₀₁ (Ausdruck (4)) in dem Zustand berechnet, in dem der Kern um X1 verschoben wurde, und dann kann durch Berechnung der Abweichung der Änderungsbetrag ΔL der Induktion L entsprechend dem Änderungsbetrag X1 des Kers 3 durch folgen den Ausdruck dargestellt werden:

Formel 5:
ΔL = R_F . t_K{ln^-1(V₀₁/V₁) - ln^-1(V₀/V₁)}

Ausdruck (5) zeigt folgendes: angenommen, daß der Zeitpunkt t_K konstant ist, dann hat der Änderungsbetrag ΔL der Induktion L entsprechend dem Änderungsbetrag X1 des Kerns 3 einen Wert, der auf Verhältnisse zwischen den Übergangsansprechspannungen V₀ und V₀₁, sowie auf den Spitzenwert V_I anspricht.

Somit kann der Änderungsbetrag ΔL der Induktion L als ein Wert erfaßt werden, der unabhängig von dem Spitzenwert V_I und der Frequenz f = (1/T) der Impulsstromversorgung 5 ist, und somit kann der Änderungsbetrag X1 erfaßt werden.

Auch weil der Änderungsbetrag ΔL der Induktion L den Über gangsansprechspannungen V₀ und V₀₁ entspricht, kann der Ände rungsbetrag X1 erfaßt werden, indem die Übergangsansprech spannungen V₀ und V₀₁ erfaßt werden.

Obwohl die oben beschriebene Ausführung einen fallenden Impuls der Impulsstromversorgung 5 zum Antrieb verwendet, kann der Änderungsbetrag X1 in ähnlicher Weise auch durch Erfassen der Übergangsansprechspannungen entsprechend V₀ und V₀₁ erfaßt werden, wenn ein ansteigender Impuls der Impulsstromversorgung 5 zum Antrieb verwendet wird.

Der Hubdetektor kann eine Hubgröße auf Basis einer Übergangs ansprechspannung einer Impuls-getriebenen LR-Integrierschal tung erfassen, die die Induktion einer Detektorwicklung und einen Bezugswiderstand umfaßt.

Fig. 4 zeigt eine Basisstruktur einer zweiten Ausführung eines Hubdetektors, und Fig. 5 zeigt eine Brückenschaltung, die eine Detektorwicklung und einen Bezugswiderstand aufweist.

In Fig. 4 ist ein Hubsensor 11 mit einem Kern 13 aus nicht magnetischer Substanz versehen, der Verschiebung in Längs richtungen aus der Neutralen unterliegt, und Detektorwick lungen 12A und 12B aufweist, die symmetrisch in den Richtungen der Verschiebungen des Kerns 13 angeordnet sind und deren Induktionen sich in Antwort auf eine Verschiebung des Kerns 13 unterschiedlich ändern. Die einen Enden der Detektorwicklungen 12A und 12B sind miteinander verbunden, und die anderen Enden der Detektorwicklungen 12A und 12B sind mit jeweiligen einen Enden zweier Widerstände R_F verbunden, und deren andere Enden sind mit Masse GND verbunden. Somit bildet der Hubsensor 11 eine in Fig. 5 gezeigte äquivalente Schaltung oder eine Brückenschaltung 14.

Ferner wird eine Impulsstromversorgung 15 (Spitzenwerte V_I) angelegt zwischen einem Knoten, an dem die Detektorwicklungen 12A und 12B miteinander verbunden sind, und einem Knoten, an dem die zwei Bezugswiderstände R_F verbunden sind, während ein Knoten, an dem die Detektorwicklung 12A und einer der Wider stände R_F verbunden sind, und ein Knoten, an dem die Detektor wicklung 12B und der andere der Bezugswiderstände R_F verbunden sind, jeweils Erfassungsanschlüsse S1 und S2 zur Bildung eines Ausgangs darstellen.

In der in Fig. 5 gezeigten äquivalenten Schaltung, in der die Induktionen der Detektorwicklungen 12A und 12B jeweils als L1 bzw. L2 betrachtet werden, bildet die Schaltung zwischen den Treiberknoten, an denen die Impulsstromversorgung 15 anliegt, zwei LR-Integrierschaltungen, deren Erfassungsspannungen V_S1 und V_S2 von den Anschlüssen S1 bzw. S2 abgeleitet werden. Die Erfassungsspannungen V_S1 und V_S2 sind die Übergangsansprech spannungen bezüglich des Spitzenwerts V_I.

Ferner ist die über den Erfassungsanschlüssen S1 und S2 er faßte Spannung V_D eine Abweichung (V_S1- V_S2).

Fig. 6 zeigt eine Struktur einer Ausführung eines Hubsensors für einen Hubdetektor.

In Fig. 6 ist der Hubsensor 11 in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet und umfaßt einen Kern 13, der in der Längsrichtung des zylindrischen Gehäuses beweglich ist, zwei Detektorwick lungen 12A und 12B, die symmetrisch in Richtung von Bewegungen des Kerns 13 so angeordnet sind, daß sie den Kern 13 umgeben, und das Gehäuse, in dem die Detektorwicklungen 12A und 12B und der Kern 13 aufgenommen sind.

Der Hubsensor 11 umfaßt ferner einen Draht V_I zur Zufuhr der Impulsstromversorgung 15 von außerhalb zu den in Fig. 4 gezeigten Detektorwicklungen 12A und 12B, sowie Drähte (S1 und S2), die die Detektorwicklungen 12A und 12B mit Bezugswider ständen (R_F) außerhalb des Gehäuses verbinden und von denen die Erfassungsspannungen (V_S1 und V_S2) abgeleitet werden.

Wenn eine Bewegung des Zielelements ein mit dem Kern 13 ge koppeltes vorstehendes Element verschiebt, um den Kern 13 zu verschieben, ändern sich die Induktionen der Detektorwick lungen 12A und 12B (L1 = L2 = L, wenn sich der Kern in der Neu tralstellung befindet), und demzufolge wird eine Differenz erfassungsspannung (V_D = V_S1 - V_S2), die dem Hub des Kerns 13 ent spricht, an den Drähten S1 und S2 erfaßt.

Die Masseanschlüsse GND können durch das Gehäuse geerdet sein oder können außerhalb des Gehäuses abgeleitet werden, indem man einen Draht vorsieht, ähnlich den Erfassungsanschlüssen S1 und S2.

Fig. 7 zeigt Wellenformen der Übergangsansprechspannung für den Fall, daß die Tastzyklen von fallenden und ansteigenden Wellenformen von Fig. 5 einander gleich sind. Fig. 8 zeigt Wellenformen der Übergangsansprechspannung für den Fall, daß die Tastzyklen der fallenden und ansteigenden Wellenformen von Fig. 5 unterschiedlich sind.

Im Fall von Fig. 7 ist die Breite (T/2) der fallenden Impulse der Impulsstromversorgung ausreichend länger gesetzt als die Zeitkonstante der Integrationsschaltung, damit die Übergangs ansprechspannung zum Zeitpunkt T/2 0 Volt erreicht, während im Fall von Fig. 8 die Breite (T1) der fallenden Impulse so kurz gesetzt ist, daß die Übergangsansprechspannung zum Zeitpunkt T1 0 Volt nicht erreicht.

In beiden Fällen von Fig. 7 und 8 ist die Breite der anstei genden Impulse ausreichend länger gesetzt als die Zeitkon stante der Integrationsschaltung, damit die Übergangsansprech spannung zum Zeitpunkt T oder T₂ den Spitzenwert V_I erreicht.

Wenn das Zielelement, an dem der Hubsensor 10 angebracht ist, verschoben wird und hierdurch wiederum der Kern 13 des in Fig. 4 gezeigten Hubsensors 11 um X1 zur Seite der Detektor wicklung 12A verschoben wird, was zur Folge hat, daß die Induktion L (die Induktion in dem Fall, daß sich der Kern 13 in seiner Neutralstellung befindet) der Detektorwicklung 12A beispielsweise auf L1 sinkt und die Induktion L der Detektor wicklung 12B auf L2 ansteigt, dann wird wegen der Beziehung L1 < L2 die Zeitkonstante (L1/R_F) der Übergangsansprechspannung V_S1 über den Anschlüssen 51 und 52 kleiner als (L2/R_F) der Übergangsansprechspannung V_S2, so daß die Impulsspannung der Übergangsansprechspannung V_S1 schneller ansteigt und fällt als diejenige der Übergangsansprechspannung V_S2 in Fig. 7 und 8.

Wenn der Kern 13 in der X1-Richtung verschoben wird, wird die Erfassungsspannung V_D (= V_S1 - V_S2) über den Erfassungsanschlüssen S1 und S2 so erfaßt, daß sie während fallenden Impulsen nega tive Polarität hat und während ansteigenden Impulsen die positive Polarität.

Wenn der Kern 13 des in Fig. 4 gezeigten Hubsensors 11 in der X2-Richtung verschoben wird, wird die Erfassungsspannung V_D (= V_S1 - V_S2), deren Beziehung zum oben stehenden entgegengesetzt ist, so erfaßt, daß sie während fallenden Impulsen die posi tive Polarität und während ansteigenden Impulsen die negative Polarität hat.

Somit bestimmt der Absolutwert der Erfassungsspannung V_D (= V_S1 - V_S2) den Betrag der Verschiebung X1 oder X2, und das Vorzeichen der Erfassungsspannung V_D bestimmt die Richtung der Verschie bung.

Wenn die Erfassungsspannung V_D während eines fallenden Impulses in Fig. 7 und 8 erfaßt wird, dann kann die maximale Erfas sungsspannung V_D (= V_DMAX-. Das Vorzeichen ist minus) zum Zeit punkt t_M in Fig. 7 erfaßt werden und die Erfassungsspannung V_D kann in Fig. 8 zum Zeitpunkt T₁ erfaßt werden.

Die Anordnung kann so sein, daß in Fig. 8 die gleiche Erfas sungsspannung V_D (= V_DMAX-) wie in Fig. 7 erfaßt werden kann, indem man T₁ auf t_M setzt.

Ferner kann die Anordnung so sein, daß die Erfassungsspannung V_D während eines ansteigenden Impulses in Fig. 7 erfaßt wird. Durch diese Maßnahme kann die maximale Erfassungsspannung V_D (= V_DEX+) mit positiven Vorzeichen erfaßt werden.

Der oben beschriebene empfindliche Hubsensor 10 ist zur Bil dung einer Anordnung konstruiert, um die größtmögliche Erfas sungsspannung V_D auch für die gleiche Hubgröße des Hubsensors 10 zu erfassen.

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Gesamtstruk tur eines Beispiels eines Hubdetektors einschließlich eines Abweichspannungserfassungsmittels.

In Fig. 9 umfaßt der Hubdetektor 10 einen Hubsensor 11, eine Impulsstromversorgung 15 und ein Abweichspannungserfassungs mittel 16. Das Abweichspannungserfassungsmittel 16 erfaßt den Maximalwert der erfaßten Spannungen V_D, d. h. V_DMAX- oder V_DMAX+, auf Basis der Erfassungsspannungen V_D über den Erfassungsanschlüs sen S1 und S2 sowie Impulsinformation V_I (beispielsweise Infor mation über Anstieg, Abfall und Spitzenwerte von Impulsen) von einem Anschluß P₀ der Impulsstromversorgung 15, und wandelt die Maximalwerte in eine Hubgröße X, die der Erfassungsspannung V_D entspricht.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm eines Hauptteils einer ersten Ausführung eines Abweichspannungserfassungsmittels für einen Hubdetektor.

In Fig. 10 hat das Abweichspannungserfassungsmittel 16 eine auf einen Mikroprozessor beruhende Struktur und umfaßt ein Abweichspannungsspeichermittel 16A, ein Impulsabfallerfas sungsmittel 16B, ein Timermittel 16C, ein Betriebsmittel maximaler Abweichspannung 17 und ein Hubgrößenwandlermittel 18 und ist so angeordnet, daß die maximale Abweichspannung V_DMAX-innerhalb einer Periode fallenden Impulses der Impulsstromver sorgung 15 auf Basis der von dem Hubsensor 11 erfaßten Erfas sungsspannungen V_D berechnet wird, um die maximale Abweich spannung V_DMAX- in eine Hubgröße zu wandeln und diese auszu geben.

Das Abweichspannungsspeichermittel 16A umfaßt einen AD-Wand ler, einen Differenzverstärker, einen überschreibbaren Spei cher, wie etwa ein RAM und einen Schalterkreis. Das Abweich spannungsspeichermittel 16A nimmt die von dem Hubsensor 11 erfaßten Erfassungsspannungen V_D zu vorbestimmten Zeiten wäh rend einer fallenden Impulsperiode (einer Periode von T/2 in Fig. 7 oder T₁ in Fig. 8) der Impulsstromversorgung 15 (mit einem Spitzenwert V_I) auf Basis von Abfallinformation T_D und Anstiegsinformation T_U, die von dem Impulsabfallerfassungs mittel 16B zugeführt wird, und speichert die aufgenommenen Erfassungsspannungen V_D als Digitalwerte.

Der Aufnahmebetrieb für die Erfassungsspannung V_D wird mit dem Timing von Tastimpulsen durchgeführt, die unter Steuerung beispielsweise eines Mikroprozessors erzeugt werden.

Ferner ist in dem Abweichspannungsspeichermittel 16A die Steuerung so, daß durch Schaltbetätigung des Schalterkreises die Erfassungsspannung V_D (mit einem Spitzenwert V_I) in dem Speicher während der fallenden Impulsperiode der Impulsstrom versorgung 15 gespeichert wird und nicht während der anstei genden Impulsperiode gespeichert wird, und gleichzeitig werden die in dem Speicher gespeicherten Erfassungsspannungsdaten V_DM der Erfassungsspannung V_D hintereinander an das Betriebsmittel maximaler Abweichspannung ausgegeben.

Das Betriebsmittel maximaler Abweichspannung 17 umfaßt einen Komparator, einen Speicher zum Speichern der Maximalwerte und so fort zur Zufuhr der maximalen Abweichspannung V_DMAX- als Maximalwert der Erfassungsspannungsdaten V_DM an das Hubgrößen wandlermittel 18, durch Vergleich mit Erfassungsspannungsdaten V_DM, die aus dem Abweichungsspannungsspeichermittel 16A hinter einander ausgegeben werden, zum Speichern der größeren Erfas sungsspannungsdaten V_DM.

Das Impulsanstiegserfassungsmittel 16B erfaßt den Anstieg und den Abfall (z. B. Flanken) zur Ausgabe der Anstiegsinformation T_D und der Abfallinformation T_U an das Abweichspannungsspei chermittel 16A und das Timermittel 16C.

Das Timermittel 16C beginnt mit der Zeitzählung in Antwort auf die Abfallinformation T_D und unterbricht die Zeitzählung in Antwort auf die Anstiegsinformation T_U, um ein durch Timerbe trieb erhaltenes Timersignal T_K dem Hubgrößenwandlermittel 18 zuzuführen.

Das Hubgrößenwandlermittel 18 umfaßt einen Speicher, wie etwa ein ROM zur Vorabspeicherung von Maximalabweichspannungen V_DMAX-, die auf Basis theroretischer Werte (berechneter Werte) oder experimentell erhaltener Werte vorab bestimmt sind, und ent sprechenden Hubgrößen, und zur Ausgabe eines Hubgrößensignals X, das der maximalen Abweichspannung V_DMAX- entspricht, die von dem Betriebsmittel maximaler Abweichspannung 17 zugeführt wird.

Um ferner das Vorzeichen der maximalen Abweichspannung V_DMAX- zu erfassen, besteht eine Anordnung darin, daß die fallende Impulsperiode T_DO der Impulsstromversorgung 15, die von dem Hubgrößenwandlermittel 18 verwendet wird, zuvor in einem überschreibbaren Speicher wie etwa einem RAM gespeichert wird, und wenn ein von dem Timermittel 16C zugeführtes Timersignal T_K gleich der gespeicherten fallenden Impulsperiode T_DO ist, dann wird das Hubgrößensignal X zur Ausgabe mit Information er gänzt, die das Minusvorzeichen anzeigt.

Jedoch sind in diesem Fall die fallenden und ansteigenden Impulsperioden in Fig. 7 auf unterschiedliche Werte gesetzt, um die fallenden und ansteigenden Impulsperioden der Impuls stromversorgung 15 zu unterscheiden.

Ferner können in einer anderen Anordnung die Erfassungsspan nungsdaten V_DM Digitalinformation über das Vorzeichen sowie die Größe (Spannung) enthalten, um das Hubgrößensignal X ein schließlich Digitalinformation über das Vorzeichen auszugeben.

Alternativ kann in einem Fig. 8 entsprechenden Abweichspan nungserfassungsmittel 16 das Betriebsmittel maximaler Abweich spannung 17 und das Timermittel weggelassen werden. In diesem Fall speichert das Abweichspannungsspeichermittel 16A nur die Abweichspannung V_D, die als maximale Abweichspannung V_DMAX- zu speichern ist, auf Basis der Anstiegsinformation, die von dem Impulsabfallerfassungsmittel 16B zugeführt wird, um die Erfas sungsspannungsdaten V_DM direkt zu dem Hubgrößenwandlermittel 18 zu senden, das die Hubgröße X ausgibt, die vorab in dem ROM des Hubgrößenwandlermittels 18 gespeichert ist und den Erfas sungsspannungsdaten V_DM entspricht.

Wie oben beschrieben, speichert das Abweichspannungserfas sungsmittel 16 des Hubdetektors die von einem Hubsensor 11 erfaßte Erfassungsspannung V_D während einer fallenden Impuls periode einer Impulsstromversorgung 15, erfaßt den Maximalwert auf Basis der gespeicherten Erfassungsspannungen V_D als maxi male Abweichspannung V_DMAX- und gibt ein Hubsignal X mit einem Vorzeichen aus, das der maximalen Abweichspannung V_DMAX- ent spricht, so daß es möglich ist, den Hubbetrag zu erfassen und gleichzeitig die Richtung des Hubs zu erfassen.

Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer Hauptstruktur einer zweiten Ausführung eines Abweichspannungserfassungsmittels für einen Hubdetektor.

In Fig. 11 hat das Abweichspannungserfassungsmittel 21 eine auf einen Mikroprozessor beruhende Struktur und umfaßt: ein Abweichspannungsspeichermittel 22, ein Impulsabfall- und - anstiegserfassungsmittel 23, ein Erfassungsmittel abfallender Abweichspannung 24, ein Erfassungsmittel ansteigender Abweich spannung 25, ein Abweichungsausgabemittel 26, ein Periodener fassungsmittel 27 und ein Hubgrößenwandlermittel 18. Sie ist so angeordnet, daß die maximalen Abweichspannungen V_DMAX- und V_DMAX+ der Erfassungsspannungen V_D des Hubsensors 11 jeweils innerhalb einer fallenden und ansteigenden Impulsperiode der Impulsstromversorgung 15 erfaßt werden, wobei die Abweichung der maximalen Abweichspannungen V_DMAX- und V_DMAX+ als Abweich ausgang V_D0 erfaßt werden, und dann wird der Abweichausgang V_D0 zur Ausgabe in ein Hubgrößensignal X₀ gewandelt.

Wie das Abweichspannungsspeichermittel 16A in Fig. 10 umfaßt das Abweichspannungsspeichermittel 22 einen AD-Wandler, einen Differenzverstärker, einen überschreibbaren Speicher, wie etwa ein RAM, und einen Schalterkreis. Das Abweichspannungsspei chermittel 22 empfängt die von dem Hubsensor 11 erfaßte Erfas sungsspannung V_D eine vorbestimmte Anzahl von Malen während jeder fallenden Impulsperiode (einer Periode von T/2 in Fig. 7 oder T₁ in Fig. 8) und ansteigenden Impulsperiode (einer Periode von T/2 bis T in Fig. 7) der Impulsstromversorgung 15 (mit einem Spitzenwert V_I) auf Basis fallender Information T_D und ansteigender Information T_U, die von dem Impulsabfall- und Anstiegimpulserfassungsmittel 23 zugeführt wird, und speichert die erfassten Spannungen für die fallenden und ansteigenden Impulsperioden in dem Speicher als Digitalwerte, d. h. Erfas sungsspannungsdaten V_DM- bzw. V_DM+.

Das Abweichspannungsspeichermittel 22 führt die in dem Spei cher gespeicherten Erfassungsspannungsdaten V_DM- und V_DM+ den Erfassungsmitteln abfallender bzw. ansteigender Abweichspan nung zu.

Die Erfassungsmittel abfallender und ansteigender Abweich spannung 24 und 25 umfassen jeweils einen Komparator, einen Speicher zum Speichern der Maximalwerte etc., zur Bildung von Triggern fallender Information T_D und ansteigender Information T_U, die von dem Impulsabfall- und Anstiegserfassungsmittel 23 zugeführt werden, wobei die Mittel 24 und 25 Erfassungsspan nungsdaten V_DM- und V_DM+, die sequentiell von dem Abweichspan nungsspeichermittel 22 zugeführt werden, aufnehmen und ver gleichen und die größeren Erfassungsspannungen V_DM- und V_DM+ speichern, um maximale Abweichspannungen V_DMAX- und V_DMAX+ an das Abweichausgabemittel 26 anzugeben.

Das Abweichausgabemittel 26 umfaßt einen Komparator mit einem Operationsverstärker etc. Das Mittel 26 berechnet die Abwei chung (= V_DMAX--V_DMAX+) der maximalen Abweichspannungen V_DMAX- und V_DMAX+ für eine Impulsperiode T gemäß Fig. 7 auf Basis eines Periodensignals T_S, das von dem Periodenerfassungsmittel 27 ausgegeben ist und Perioden der Impulsstromversorgung 15 entspricht, und führt dem Hubgrößenwandlermittel 18 ein Ab weichausgangssignal V_D0zu.

Anzumerken ist, daß die maximalen Abweichspannungen V_DMAX- und V_DMAX+ unterschiedliche Vorzeichen haben, und wenn die Absolut werte von V_DMAX- und V_DMAX+ einander gleich sind, der Abweich ausgang V_D0 als zweifacher Wert der maximalen Abweichspannung V_DMAX- oder V_DMAX+ erfaßt werden kann.

Das in Hubgrößenwandlermittel 18, das den gleichen Aufbau wie in Fig. 10 hat, speichert Abweichausgänge V_D0 (= V_DMAX-- V_DMAX+), die vorab auf Basis theoretischer Werte (berechneter Werte) oder experimentell erhaltener Werte gesetzt sind und Hubgrößen X entsprechen, und gibt die Hubgröße X₀ aus, die einem von dem Abweichausgabemittel 26 zugeführten Abweichausgang V_D0 ent spricht.

Das Periodenerfassungsmittel 27 umfaßt eine Timerschaltung etc. und dient zur Erfassung der Impulsperiode T der Impuls stromversorgung 15 auf Basis fallender Information T_D und ansteigender Information T_U, die von dem Impulsabfall- und - anstiegsmittel 23 zugeführt sind, zur Ausgabe eines Perioden signals T_S an das Abweichausgabemittel 26.

Wie oben beschrieben, speichert das Abweichspannungserfas sungsmittel 21 eines Hubdetektors Erfassungsspannungen V_DM- und V_DM+, die während einer fallenden und einer ansteigenden Impuls periode einer Impulsstromversorgung 15 durch einen Hubsensor 11 erfaßt sind, erfaßt die Maximalwerte der Erfassungsspannun gen V_DM- und V_DM+, wie die während der fallenden und ansteigenden Impulsperioden als Maximalabweichspannungen V_DMAX- bzw. V_DMAX+ gespeichert sind und berechnet die Abweichung zwischen den maximalen Abweichspannungen V_DMAX- und V_DMAX+ als Abweichausgang zur Ausgabe eines Hubgrößensignals X₀, das dem Abweichausgang D₀ entspricht, so daß es möglich ist, den Hubbetrag mit höherer Empfindlichkeit zu erfassen.

Die Richtung des Hubs wird entsprechend dem Vorzeichen des Abweichausgangs V_D0 bestimmt, z. B., wie in Fig. 4 gezeigt, als X1, wenn das Vorzeichen Minus ist, und als X2, wenn es Plus ist.

Obwohl der Kern des Hubsensors in der oben beschriebenen Ausführung aus nicht magnetischer Substanz gebildet ist, kann er auch aus magnetischer Substanz gebildet sein.

Obwohl das oben beschriebene Abweichspannungserfassungsmittel die Abweichung (Erfassungsspannung V_D) der von dem Hubsensor erfaßten Analogübergangsansprechspannungen durch einen AD- Wandler in einen Digitalwert zur nachfolgenden Weiterverarbei tung wandelt, können die Analogübergangsansprechspannungen auch so bearbeitet werden wie sie sind.

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Ausführung eines Erfas sungsspannungserfassungsmittels mit einer Analogschaltung.

In Fig. 12 umfaßt das Abweichspannungserfassungsmittel 31 Minimalwerthalteschaltungen 32 und 33 zum Halten von Über gangsansprechspannungen V_S1 und V_S2 zum Zeitpunkt T₁ einer fallenden Impulsperiode als Analogwert oder deren Minimalwerte (siehe Fig. 8), und einen Komparator 34 zum Berechnen und Verstärken der Abweichung (V_D1-V_D2) zwischen der Minimalwert spannung V_D1und V_D2 aus den Minimalwerthalteschaltungen 32 und 33 und zur Ausgabe eines Hubgrößensignals X.

In dem Abweichspannungserfassungsmittel, das als Analogschal tung aufgebaut ist, wird der Hubbetrag aus dem Absolutwert des Hubgrößensignals X erfaßt, und die Hubrichtung wird in Ab hängigkeit von einem Vorzeichen des Hubgrößensignals X erfaßt (je nach dem, ob es Plus oder Minus ist).

Nachfolgend wird ein Beispiel einer Anwendung eines solchen Hubdetektors als Drehmomentdetektor beschrieben.

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm eines Hauptteils eines Drehmo mentdetektors unter Verwendung eines Hubdetektors. Fig. 14 ist ein Diagramm mit Darstellung von Wellenformen jedes funk tionellen Teils in dem Drehmomentdetektor.

Gemäß Fig. 13 umfaßt ein Drehmomentdetektor 40 einen Drehmo mentsensor, der einen Hubdetektor aufweist, und ein Drehmo menterfassungsmittel 46.

Der Drehmomentsensor 41 umfaßt eine Eingangswelle 42, eine Ausgangswelle 43, eine nicht gezeigte Torsionsstange, die die Eingangs- und Ausgangswellen 42 und 43 verbindet, und einen Hubsensor, umfassend ein Kern 44, Wicklungen 45A und 45B und zwei Bezugswiderstände (nicht gezeigt).

Wenn an die Eingangs- und Ausgangswellen 42 und 43 ein Drehmo ment angelegt wird, ergibt dies in der Torsionsstange einen Torsionswinkel (θ_T), der proportional zu dem Drehmoment T ist.

Der Torsionswinkel θ_T wird in einen Längshub (X_T) des Kerns 44 gewandelt, der durch mit beiden Wellen gekoppelte Stifte und eine Spiral- und eine Längsnut (beide nicht gezeigt), die an dem Kern 44 vorgesehen sind, erzeugt wird.

Der Hub des Kerns 44 wird als eine Änderung (ΔL_T) der Induktion der oben erwähnten Wicklungen 45A und 45B erfaßt. Die Änderung der Induktion (ΔL_T) wird als Übergangsansprechspannungen V_S1 und V_S2 einer Impulsspannung V_I erfaßt, die an eine Brückenschaltung angelegt wird, die die Wicklungen 45A und 45B und die zwei Bezugswiderstände aufweist.

Der Hubsensor 41 kann als Hubdetektor einen Hubsensor nach obiger Bauweise aufweisen, wobei ein Drehmoment T in einen Torsionswinkel θ_T gewandelt wird, der in einen Hub x_T eines Kerns 44 gewandelt wird, und so wird das Drehmoment in Antwort auf den Hub x_T als Änderung ΔL_T der Induktion der Wicklungen erfaßt und kann daher als Impulsübergangsansprechspannungen V_S1 und V_S2 entsprechend der Änderung ALT der Induktion erfaßt werden.

Das Drehmomenterfassungsmittel 46 umfaßt: einen Impulsgenera tor 51 zur Zufuhr einer Impulsspanung V_I an den Drehmomentsen sor 41, CR-Tiefpaßfilter 47A und 47B erster Ordnung zur Ent fernung harmonischer Schaltstörungen (N_S) aus den von dem Drehmomentsensor 41 erfaßten Impulsübergangsansprechspannungen V_S1 und V_S2 zur Ausgabe von Impulsübergangsansprechspannungen Va (V_S1 und V_S2), Unterwerthalteschaltungen 48A und 48B zum Halten und Ausgeben von Unterwertspannungen V_T1 und V_T2 der Impulsüber gangsansprechspannung Va (V_S1 und V_S2), einen Differenzverstär ker 49 zur Berechnung und Verstärkung der Abweichung der Minimalwertspannungen V_T1 und V_T2, d. h. V_T2- V_T1 mit einer Ver stärkung G1 zur Ausgabe einer Abweichspannung Vb, und einen Invertierverstärker 50 zum Invertieren und Verschieben der Abweichspannung um eine Bezugsspannung (z. B. um 2,5 Volt) zur Ausgabe einer Drehmomenterfassungsspannung V_T.

Das Drehmomenterfassungsmittel 46 ist so angeordnet, daß ein Wert, der dem an dem Drehmomentsensor 41 angelegten Drehmoment T (Größe und Richtung) entspricht, als der Absolutwert der Drehmomenterfassungsspannung V_T erfaßt wird, und der Absolut wert wird beispielsweise durch eine Linie als Drehmomenterfas sungsspannung V_T ausgedrückt, die mit Drehmomentanlage in der linken Richtung sinkt und mit Drehmomentanlage in der rechten Richtung ansteigt, wie in Fig. 14(f) gezeigt.

Wenn eine Konversionstabelle von Drehmomenten T und der ent sprechenden Drehmomenterfassungsspannung V_T, ermittelt durch Berechnung oder Experiment, vorab in einem Speicher wie etwa einem ROM gespeichert wurde, kann das an den Drehmomentsensor 41 angelegte Drehmoment T auf Basis einer Drehmomenterfas sungsspannung V_T (Absolutwert) erfaßt werden, die von dem Drehmomenterfassungsmittel 46 erfaßt wird.

Fig. 14 zeigt Wellenformen an verschiedenen Funktionskom ponenten. Fig. 14(a) ist eine Ausgangswellenform einer Im pulsspannung V_I. Fig. 14(b) ist eine Impulsübergangsansprech spannung V_S1 und V_S2, die in der Brückenschaltung in dem Drehmo mentsensor 41 erfaßt ist und Schaltstörungen N_S einer Ausgangs schaltung 51B, z. B. eines Schalttransistors, der Impulserzeu gungsschaltung 51 an fallenden und ansteigenden Flanken der Impulsspannung V_I enthält.

Fig. 14(c) ist eine Wellenform einer Impulsübergangsansprech spannung Va (V_S1 und V_S2), die die Tiefpaßfilter 47A oder 47B durchlaufen hat, so daß die Schaltstörungen N_S entfernt sind.

Fig. 14(d) zeigt Wellenformen der Unterwertspannungen V_T1 und V_T2, und Fig. 14(e) ist eine Wellenform einer Erfassungsspan nung Vb, die eine um G1 verstärkte Version der Abweichung V_T2- V_T1 der Unterwertspannungen V_T2 und V_T1 ist.

Fig. 14(f) zeigt eine Wellenform einer Drehmomenterfassungs spannung V_T, die durch Invertieren und Verschieben der Erfas sungsspannung Vb um eine Bezugsspannung (z. B. 2,5 Volt) be reitgestellt wird. Die Drehmomenterfassungsspannung V_T gleicht der Bezugsspannung (2,5 Volt) bei einem Drehmoment T von Null und ändert sich linear in Antwort auf die Größe und Richtung des Drehmoments T.

Obwohl das Drehmomenterfassungsmittel 46 in der obigen Aus führung unter Verwendung einer Analogschaltung aufgebaut ist, kann sie auch unter Verwendung einer Digitalschaltung aufge baut sein.

Bei Verwendung eines Mikroprozessors kann die Berechnung durch Software erreicht werden.

Nachfolgend wird ein Beispiel eines Lenkdrehmomentsensors für ein elektrisch betriebenes Lenkservosystem beschrieben, bei dem der obige Hubsensor Verwendung findet.

Fig. 15 ist eine Schnittansicht eines Lenkdrehmomentsensors.

Gemäß Fig. 15 umfaßt der Lenkdrehmomentsensor 61 zwei Detek torwicklungen 62A und 62B, ein die Detektorwicklungen 62A und 62B tragendes Gehäuse sowie einen Kern 64 zur Änderung des Magnetfelds an den Detektorwicklungen 62A und 62B.

Anzumerken ist, daß der Kern 64 monolithisch gebildet ist, in dem nicht magnetisches Metallmaterial oder Aluminiummaterial (Al-Material) zylindrisch gemacht wird, und Aluminiumringe 107B, genannt "Lenkunterbrechungsringe", können weggelassen werden, die an beiden zylindrischen Enden des Kerns 107A angebracht sind, der aus herkömmlichem zylindrischen Magnetma terial (SCM-Material) gebildet ist, wie in Fig. 19 gezeigt.

Ferner sind in dem Lenkdrehmomentsensor 61 eine Eingangswelle 66 und eine Ausgangswelle 67 in deren Inneren durch eine Torsionsstange 68 verbunden.

Der Kern 64 ist nur in die Richtungen der Eingangswelle 66 und der Ausgangswelle 67, durch eine Längsführungsnut der Aus gangswelle 67 beweglich, die mit einem einwärts ragenden Vorsprung des Kerns 64 in Eingriff steht. Mit einer Spiralnut 69 des Kerns 64 steht ein Gleitstift 70 in Eingriff, der in die Eingangswelle 66 gepreßt ist.

Ein Gehäuse 63, das aus Aluminiummaterial (Al-Material) gebil det ist, ist so angeordnet, daß es eine Wicklungsspule 71 durch ein Joch 72 trägt und den Kern 64, die Eingangswelle 66 und die Ausgangswelle 67 umgibt.

Ferner ist in dem Gehäuse 63 ein Tachometer 73 vorgesehen, um die Drehzahl der Eingangswelle 66 über ein Zahnrad 74A, einen Zahnriemen 74B und ein Zahnrad 74C zu erfassen. Ferner vor gesehen sind Lager 75 zwischen der Eingangswelle 66 und dem Gehäuse 63, Lager 76 zwischen der Ausgangswelle 67 und dem Gehäuse 63, eine Staubdichtung 77 und ein Stemmring 78 etc.

Ferner hat der Lenkdrehmomentsensor 61 zwei eingebaute Bezugs widerstände R_F, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, die mit den Erfassungswicklungen 62A und 62B zur Bildung einer Brücken schaltung verbunden sind, die wiederum mit dem Drehmoment erfassungsmittel 46 verbunden ist, wie in Fig. 13 gezeigt.

Der Betrieb des Lenkdrehmomentsensors 61 wird nachfolgend beschrieben.

Wenn ein Drehmoment an die Eingangswelle 66 des Lenkdrehmo mentsensors 61 angelegt wird, indem der Fahrer das Lenkrad dreht, wird die Torsionsstange 68 elastisch verdreht, was eine Relativverschiebung der Drehrichtung zwischen der Eingangs welle 66 und der Ausgangswelle 67 zur Folge hat.

Wenn eine solche Relativverschiebung auftritt, wird ein um die Eingangswelle 66 und die Ausgangswelle 67 herum angeordneter Kern 4 in der Längsrichtung relativ zu der Eingangs- und Ausgangswelle 66 und 67 verschoben, und zwar durch eine Längs führungsnut der Ausgangswelle 67, die mit einem einwärtsragen den Vorsprung des Kerns 64 in Eingriff steht, und einen in die Eingangswelle 66 eingepreßten Gleitstift 70, der mit einer Spiralnut 69 des Kerns 64 in Eingriff steht.

Wenn sich der Kern 64 in Längsrichtung bewegt, ändert sich der Magnetfluß um die Wicklungen 62A und 62B, so daß die Induktio nen L1 und L2 der Detektorwicklungen 62A und 62B zunehmen bzw. abnehmen.

Fig. 16 ist ein Diagramm mit Darstellung des Betriebs eines Beispiels eines solchen Lenkdrehmomentsensors.

Fig. 16(a) zeigt einen Zustand, in dem kein Lenkdrehmoment an den Lenkdrehmomentsensor 61 angelegt wird. In diesem Fall ist der Kern 64 in der Mittelstellung zwischen den Detektorwick lungen 62A und 62B angeordnet, d. h. in der Neutralstellung. Der Bereich S1, in dem die Detektorwicklung 62A den Kern 64 umgibt, und der Bereich S2, in dem die Detektorwicklung 62B den Kern 64 umgibt, sind gleich (S1 = S2).

In diesem Zustand ist der magnetische Schwund der Detektor wicklungen 62A und 62B, verursacht durch den Kern 64, einander gleich, und demzufolge ist die Induktion L1 der Detektorwick lung 62A gleich der Induktion L2 der Detektorwicklung 62B (L1 = L2).

Fig. 16(b) zeigt den Zustand, in dem an den Lenkdrehmoment sensor 61 ein Lenkdrehmoment angelegt wird. In diesem Fall wurde der Kern 64 zu der Detektorwicklung 62B hin verschoben, wodurch der Bereich S1, in dem die Wicklung 62A den Kern 64 umschließt, abnimmt, d. h. der magnetische Schwund der Wicklung 62A abnimmt und evtl. die Induktion L1 der Wicklung 62A zu nimmt.

Andererseits nimmt der Bereich S2, in dem die Detektorwicklung 62A den Kern 64 umgibt, zu, so daß der magnetische Schwund der Wicklung 62B zunimmt und demzufolge die Induktion L2 der Wicklung 62B abnimmt.

Das heißt, wenn der Kern 64 zu der Detektorwicklung 62B ver schoben wird, ist die Induktion L1 der Wicklung 62A größer als die Induktion L2 der Wicklung 62B, d. h. L1 < L2.

Wenn im Gegensatz hierzu der Kern 64 zu der Detektorwicklung 62A hin verschoben wird, ist die Induktion der Wicklung 62B größer als die Induktion L1 der Wicklung 62A, d. h. L1 < L2.

Daher kann das Lenkdrehmoment als eine Lenkdrehmomentgröße erfaßt werden, die die Größe und Richtung enthält, durch Erfassung von Änderungen der Induktionen L1 und L2 der Erfas sungswicklungen 62A und 62B, die dem Lenkdrehmoment entspre chen, als Drehmomentübergangsansprechspannungen, unter Ver wendung beispielsweise eines Drehmomenterfassungsmittels, wie es in Fig. 13 gezeigt ist.

Wie oben in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen im Detail dargelegt, umfaßt die Erfindung einen verschiebbaren Kern, eine Detektorwicklung, deren Induktion sich in Antwort auf eine Hubgröße des Kerns ändert, und einen Bezugswiderstand, und ermöglicht eine genaue Erfassung einer Hubgröße des Kerns durch Erfassen einer Übergangsansprechspannung, falls an die Induktivität und dem Bezugswiderstand eine Impulsspannung angelegt wird, um den Absolutwert der Induktion zu erfassen und hierdurch die Änderung der Induktion zu erfassen, die der Hubgröße entspricht, und zwar unabhängig vom Spitzenwert oder der Frequenz der Impulsspannung.

Ferner umfaßt die Vorrichtung einen verschiebbaren Kern, zwei Detektorwicklungen, deren Induktionen sich in Antwort auf eine Hubgröße ändern, zwei Bezugswiderstände und ein Abweich spannungserfassungsmittel, wobei die zwei Detektorwicklungen und die zwei Bezugswiderstände eine Brückenschaltung bilden, wobei: eine Impulsstromversorgung an die Brückenschaltung angelegt wird, um aus der Brückenschaltung einen Übergangs ansprechspannungsausgang zu erfassen. Unterschiedliche Ände rungen der Induktionen, die einer Hubgröße des Kerns entspre chen, werden erfaßt durch Erfassung einer Abweichspannung der Übergangsansprechspannung mittels eines Abweichspannungserfas sungsmittels, so daß die Hubgröße des Kerns mit hoher Präzi sion erfaßt werden kann.

Ferner umfaßt die Vorrichtung ein Abweichspannungserfassungs mittel, umfassend ein Maximalabweichspannungsbetriebsmittel zur Erfassung des Maximalwerts einer Abweichung der Übergangs ansprechspannung und ein Hubgrößenwandlermittel zum Wandeln der maximalen Abweichspannung aus dem Maximalabweichspannungs betriebsmittel in eine Hubgröße, wobei die Hubgröße des Kerns mit hoher Präzision erfaßt werden kann, weil die Hublänge als große Spannung erfaßt wird.

Ferner umfaßt die Vorrichtung ein Abweichspannungserfassungs mittel, umfassend: ein Erfassungsmittel fallender maximaler Abweichspannung, ein Erfassungsmittel ansteigender maximaler Abweichspannung, ein Abweichausgabemittel und ein Hubgrößen wandlermittel, wobei: der Maximalwert der Abweichungen zwi schen den zwei Wegen der Übergangsansprechspannungen während jeder Impulsperiode eines fallenden und eines ansteigenden Impulses erfaßt wird; die Abweichung des Maximalwerts für jede Impulsperiode erfaßt und in eine Hubgröße gewandelt wird; die Hubgröße eine größere Spannung erfaßt wird, so daß die Hub größe des Kerns mit hoher Präzision erfaßt werden kann.

Ferner vereinfacht die Vorrichtung die Struktur, weil der Kern des Hubdetektors aus einer einzelnen Komponente aus nicht magnetischem Metallmaterial gebildet ist, und die eine Hub größe des Lenkdrehmoments präzise erfassen kann.

Ferner kann die Vorrichtung eine Kennungsänderung des Sensors reduzieren, die bei der maschinenmäßigen Bearbeitung auftritt, wenn magnetisches Metallmaterial zu dem Kern geformt wird, weil der Kern des Hubdetektors aus einer einzelnen Komponente aus nicht magnetischem Metallmaterial gebildet wird.

Ferner wird ein Hubdetektor vorgesehen, der die Hubgröße empfindlich und genau erfaßt.

Ferner wird ein Lenkdrehmomentsensor für ein elektrisch be triebenes Lenkservosystem angegeben, dessen Struktur einfach ist und das eine empfindliche Erfassung der Hubgröße aufgrund eines Lenkdrehmoments ermöglicht.

Ein Hubsensor 1 ermöglicht eine genaue Erfassung einer Hub größe eines Kerns 3. Der Hubdetektor umfaßt einen verschieb baren Kern 3, eine Detektorwicklung 2, dessen Induktion sich in Antwort auf eine Hubgröße ändert, und einen Bezugswider stand R_F. Eine Übergangsansprechspannung bei Anlegen einer Impulsspannung an die Induktivität und den Bezugswiderstand wird erfaßt, um den Absolutwert der Induktion erfassen zu können, und hierdurch wird die Änderung der Induktion, die der Hubgröße entspricht, unabhängig vom Spitzenwert oder der Frequenz der Impulsspannung erfaßt.

Ein Drehmomentsensor für ein elektrisch betriebenes Lenk servosystem enthält einen solchen Hubdetektor, dessen Kern aus nicht magnetischem Metallmaterial gebildet ist. Der Drehmo mentsensor hat eine einfache Struktur und erlaubt eine emp findliche Erfassung einer Hubgröße des Lenkdrehmoments.

Claims

1. Detektor, umfassend:
einen verschiebbaren Kern (3; 13);
eine Detektorwicklung (2; 2A, 2B), die dem Kern (3; 13) eng benachbart angeordnet ist, wobei sich die Induktion der De tektorwicklung (2; 2A, 2B) in Antwort auf eine Verschiebung des Kerns (3; 13) ändert;
einen Bezugswiderstand (R_F), der in Serie mit der Detektor wicklung (2; 2A, 2B) verbunden ist; und
eine Impuls-Stromversorgung (5; 15) in Anlage an beide Enden einer Serienschaltung, die den Bezugswiderstand (R_F) und die Detektorwicklung (2; 2A, 2B) umfaßt,
wobei der Verschiebungsbetrag des Kerns (3; 13) als Änderung der Induktion der Detektorwicklung (2; 2A, 2B) erfaßt wird, die auf Basis einer Änderung des Wertes einer Spannung (V₀, V₀₁; V_S1; V_S2) bestimmt wird, die über dem Bezugswiderstand (R_F) der Serienschaltung am Ablaufende einer vorbestimmten Zeitperiode nach Anstieg oder Abfall einer von der Impuls stromversorgung (5; 15) an die Serienschaltung angelegten Impulsspannung (V₁) entsteht.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3; 13) aus nichtmagnetischer Substanz gebildet ist.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Spannung (V₀, V_S2) bei sich in seiner Neutralstellung befindlichem Kern (3; 13) und bei verschobe nem Kern (3; 13) erfaßt wird.

4. Detektor, umfassend:
einen Kern (13), der aus der Neutralstellung in Längsrichtung (X1, X2) verschiebbar ist;
zwei Detektorwicklungen (12A, 12B), die symmetrisch an entgegengesetzten Seiten der Neutralstellung längs einer Längsverschiebungsachse des Kerns (13) angeordnet sind, wobei sich die Induktionen (L1, L2) der Detektorwicklungen (12A, 12B) in Antwort auf eine Verschiebung des Kerns (13) unter schiedlich ändern;
zwei Bezugswiderstände (R_F, R_F), die jeweils in Serie mit einer der Detektorwicklungen (12A, 12B) verbunden sind;
eine Brückenschaltung (14), die aus den zwei Bezugswider ständen (R_F, R_F) und den zwei Detektorwicklungen (12A, 12B) gebildet ist;
eine Impulsstromversorgung (15) in Anlage an die Brücken schaltung (14); und
ein Differenzspannungserfassungsmittel (16; 21; 31) zum Erfassen eines Maximalwerts (V_DMAX) der Differenzspannung (V_D) zwischen den jeweiligen Übergangsansprechspannungen (V_S1, V_S2) über den zwei Bezugswiderständen (R_F, R_F) in der Brücken schaltung (14), die von einer von der Impulsstromversorgung (15) angelegten Impulsspannung (V₁) betrieben wird, wobei der Betrag (X) und die Richtung (X1, X2) der Verschiebung des Kerns (13) auf der Basis der maximalen Differenzspannung (V_Dmax) erfaßt werden.

5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (13) aus nicht magnetischer Substanz gebildet ist.

6. Detektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzspannungserfassungsmittel (16) den Maximalwert (V_DM) erfaßter Spannungen (V_D) aus der Brückenschaltung auf Basis der erfaßten Spannungen (V_D) und von Impulsinformatio nen (T_D, T_U) aus der Impulsstromversorgung (15) erfaßt.

7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzspannungserfassungsmittel (16) aufweist:
ein Mittel (17) zum Finden des Maximalwerts (V_DMAX-) der Differenzen zwischen den jeweiligen über den zwei Bezugs widerständen (R_F, R_F) erzeugten Spannungen (V_S1 und V_S2); und
einen Wandler (18) zum Wandeln der maximalen Differenz spannung (V_DMAX-) in einen Verschiebungsbetrag (X).

8. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Impulsanstiegsdauer (T₁) und der Impulsabfalldauer (T₂) länger ist als die Zeitkonstante von Integrierschaltun gen in der Brückenschaltung, wobei das Differenzspannungs erfassungsmittel (16) umfaßt:
einen Differenzspannungsspeicher (16A) zum Speichern der erfaßten Spannung (V_D) zu jeder Abtastzeit und zur Ausgabe der gespeicherten erfaßten Spannungen (V_DM);
einen Vergleicher (17) zum Vergleichen jeder der gespeicher ten erfaßten Spannungen (V_DM) zur Ausgabe einer maximalen Differenzspannung (V_DMAX-); und
einen Wandler (18) zum Wandeln der maximalen Differenz spannung (V_DMAX-) in einen Verschiebungsbetrag (X).

9. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Impulsanstiegsdauer (T₁) und der Impulsabfalldauer (T₂) länger ist als die Zeitkonstante von Integrierschaltun gen in der Brückenschaltung und die andere (T₁) der Impuls anstiegsdauer (T₁) und der Impulsabfalldauer (T₂) kürzer ist als die Zeitkonstante der Integrierschaltungen in der Brückenschaltung, wobei das Differenzspannungserfassungs mittel (16) umfaßt:
einen Differenzspannungsspeicher (16A) zum Speichern der maximalen Differenzspannung (V_DM) der erfaßten Spannungen (V_D) zu jeder Abtastzeit und zu deren Ausgabe; und
einen Wandler (18) zum Wandeln der von dem Differenzspan nungsspeicher (16A) ausgegebenen maximalen Differenzspannung (V_DMAX-) in einen entsprechenden Verschiebungsbetrag (X).

10. Detektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzspannungserfassungsmittel (21) umfaßt:
ein erstes Erfassungsmittel (24) zum Erfassen des Maximal werts (V_DMAX-) der Differenzen zwischen den jeweiligen beim Impulsabfall über den zwei Bezugswiderständen (R_F, R_F) erzeugten Spannungen (V_S1, V_S2);
ein zweites Erfassungsmittel (25) zum Erfassen des Maximal werts (V_DMAX+) der Differenzen zwischen den jeweiligen beim Impulsanstieg über den zwei Bezugswiderständen (R_F, R_F) erzeugten Spannungen (V_S1, V_S2);
ein Ausgabemittel (26) zur Ausgabe einer Maximalwertdifferenz (V_D0) zwischen der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels (24) und der Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels (25); und einen Wandler (18) zum Wandeln der maximalen Differenz (V_D0) in einen Verschiebungsbetrag (X).

11. Detektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzspannungserfassungsmittel (31) umfaßt:
Halteschaltungen (32, 33) zum Halten und Ausgeben der jeweiligen Minimalwerte (V_D1, V_D2) der über den zwei Bezugs widerständen (R_F, R_F) in der Brückenschaltung erzeugten Spannungen (V_S1, V_S2); und
eine Vergleichsschaltung (34) zum Berechnen und Wandeln der Differenz zwischen den Minimalwertspannungen (V_D1, V_D2) in einen Verschiebungsbetrag (X).

12. Detektor nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß er ein Gehäuse aufweist, in dem der Kern (13) und die zwei Detektorwicklungen (12A, 12B) enthalten sind,
wobei die zwei Detektorwicklungen (12A, 12B) um den Kern (13) herum angeordnet sind;
einen Verbindungsdraht (V_I) zum Verbinden der Detektorwick lungen (12A, 12B) mit der Impulsstromversorgung (15) außer halb des Gehäuses; und
Verbindungsdrähte (S1, S2) zum Ableiten der von den Detektor wicklungen (12A, 12B) erfaßten Differenzspannung aus dem Gehäuse.

13. Detektor nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß er zum Erfassen eines Lenkdrehmoments in einem Servolenkmechanismus ausgelegt ist, der eine Eingangswelle (66), eine Ausgangswelle (67) sowie eine Torsionsstange (68) zum Koppeln der Eingangswelle (66) mit der Ausgangswelle (67) aufweist, wobei der Kern (64) mit der Eingangswelle (66) und der Ausgangswelle (67) derart in Eingriff steht, daß er in Antwort auf ein an die Eingangswelle (66) angelegtes Lenk drehmoment aus der Neutralstellung in der Längsrichtung verschiebbar ist.

14. Detektor nach Anpruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und die Ausgangswelle (66, 67) nur aus magnetischen Materialien gebildet sind; und daß der Kern (64) aus nur nicht magnetischem Metallmaterial gebildet ist.

15. Detektor nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Brückenschaltung (14) und jeder der zwei Halteschaltungen (48A, 48B) ein Tiefpaßfilter (47A, 47B) vorgesehen ist.

16. Detektor nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (34) umfaßt:
einen Differenzverstärker (49) zur differentiellen Ver stärkung von Ausgaben der zwei Halteschaltungen (48A, 48B); und
einen Invertierverstärker (50) zum Invertieren der Ausgabe von dem Differenzverstärker (49) in eine positive Spannung.