JP2002350251A - トルク測定装置、同装置によるトルク測定方法、ならびに同装置を備えたステアリングコラムおよびモジュール - Google Patents

トルク測定装置、同装置によるトルク測定方法、ならびに同装置を備えたステアリングコラムおよびモジュール

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高い信頼性で回転軸に加えられるトルクを測定
できること。 【解決手段】回転軸、特に車両のステアリングコラム
（２）に加えられるトルクを測定する装置であって、ね
じれを受けて変形可能な検出素子（１）と、それぞれそ
の第１端部および第２端部（３，４）の付近に連結され
た第１および第２磁気パルス発生手段（５，６）と、第
１および第２アナログ磁気センサ（７，８）と、検出さ
れる信号の関数であるアナログ入力信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
から、回転軸にかけられるトルクの関数である出力信号
Ｆ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）＝（（Ｂ＊Ｃ）−（Ａ＊Ｄ））／
（（Ｂ＊Ｄ）＋（Ａ＊Ｃ））を生成できる電子処理デバ
イス（９）とを備えた装置。本発明は、そのような装置
によるトルク測定方法と、そのような装置を備えたステ
アリングコラムおよびモジュールにも関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸に加えられ
るトルクを測定する装置と、かかる装置によってトルク
を測定する方法と、ステアリングコラムと、かかる装置
から成るモジュールとに関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の目的は、例えば、ハンドルによ
って車両のステアリングコラムに加えられるトルクを測
定することである。
【０００３】ステアリングコラムとは、従来、ダッシュ
ボードの下で車両のボディに固定され、ハンドルに接続
される伝動軸を案内すると共に支承する管状要素のこと
を指す。
【０００４】次に、ハンドルとは、操縦輪に接続され、
車両を操縦するために運転者によって使用される手動制
御部材のことである。本発明は、分断されたステアリン
グコラムにも関する。従来のステアリングコラムとは異
なり、分断ステアリングコラムは、ハンドルの円運動
を、車輪が操縦されるようにするためのピットマンアー
ムの角運動に変換するステアリングボックスを伴わな
い。
【０００５】それにまったく反して、該分断ステアリン
グの場合、該車両が実物であるかシミュレーションシス
テムに属するかに係わらず、ハンドルと地上に置かれた
車輪との間に直接的な機械的リンクが存在しない。
【０００６】該シミュレーションはゲームに関連した
り、自動車教習所での学習に関連したり、または、自動
車メーカの必要条件に応ずるための対話式運転シミュレ
ーションに関連したりする。
【０００７】かかるシミュレータにおいて、シミュレー
ションを行う操縦補助付きまたはなしの車両のタイプに
従ってはずみ車にトルクを発生させる機構による、はず
み車での力の回復は、再現される走行条件を考慮しなけ
ればならない。
【０００８】従って、リアルタイムでの良好なシミュレ
ーションを提供するために、はずみ車に加えられるトル
クの測定が不可欠である。ハンドルシャフトに加えられ
るトルクの測定も、サーボ操縦や補助操縦で非常に重要
である。これは、補助の開始が、運転者によってハンド
ルに加えられたトルクに特に依存して決まるためであ
る。
【０００９】サーボ操縦で使用されるトルク測定装置
は、運転者によってはずみ車に（従って車両のステアリ
ングコラムの伝動軸に）加えられる操縦トルクを表す信
号を発する。
【００１０】該信号は従来、電気サーボ操縦の場合、例
えば電動モータを制御することで補助を開始する、操縦
支援コンピュータに送られる。本発明は、（例えば車両
の車輪への）力の伝達の分野や、加えられたトルクの測
定による該車両の制動制御などの他の分野にも適用でき
る。
【００１１】検出素子に接着された歪みゲージを使用す
るトルク測定用装置はすでに公知である。この種の技術
は、特に、車両のステアリングコラムに加えられるトル
クを測定するために、かさ高さと信頼性を理由に望まし
くないとされている回転路を必要とするという欠点を有
する。
【００１２】例えば磁気結合や張力下に置かれた材料の
特性の変動や、ねじりバーの２つの進入角および出口角
を測定することで、検出素子の変形角度を測定する他の
技術も知られている。
【００１３】例えば、検出部材に対する２個の磁場発生
装置の角度オフセットの検出により、加えられるトルク
に比例するアナログ信号を伝達することが可能となる。
この種のアナログ磁気技術は、測定精度を維持するため
の回転中の空隙の連続制御と、差動測定システムを必要
とする出力信号の温度補正とに特に関連する、一定数の
欠点を有する。
【００１４】かくして、先行技術のアナログトルク測定
装置では、空隙と温度ドリフトの制御が、よりかさの高
い機構を使用しなければならないため、アセンブリを複
雑にする。
【００１５】さらに、欧州特許出願第ＥＰ−０２８４５
０８号は、ねじりバーの各端部付近に各々連結した２個
の磁気コーダを使用するトルク測定装置について記述し
ている。該装置で、第１コーダからの信号は１対のセン
サによって検出され、第２コーダからの信号は１個のセ
ンサによって検出される。このようにして得られた信号
は、加えられたトルクを獲得するよう、マイクロプロセ
ッサによって処理される。
【００１６】空隙変動をなくすため、上記特許出願では
高域フィルタの使用を提案しているが、該解決法は、低
周波信号のみを排除するにすぎず十分な効果を持たない
ため、完全な満足を提供するわけではない。
【００１７】さらに、上記特許出願第ＥＰ−０２８４５
０８号に記述されている装置は、検出される信号間に時
差を生じるので、回転速度が０の場合に加えられたトル
クを獲得することが不可能である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、出
力信号が、一方では読み取り磁場の強度と（従って空隙
の変動と）無関係に、他方では温度による磁場の減少と
無関係に生成でき、しかも高信頼性が高く、自動車タイ
プの厳しい環境に順応できる、回転軸に加えられるトル
クの測定装置を提案することで、上記の欠点を排除する
ことを目的とする。
【００１９】このように、本発明の装置は、大きな空隙
範囲内で動作できると共に、温度ドリフトを補正するた
めの差動測定を不要にする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、回転軸、特に車両のス
テアリングコラムに加えられるトルクを測定するための
装置であって、該装置は回転軸に加えられるトルクの作
用下でねじれを受けて変形可能な検出素子と、第１およ
び第２磁気パルス発生手段を備え、第１磁気パルス発生
手段がその第１端部付近で検出素子に連結され、第２磁
気パルス発生手段がその第２端部付近で検出素子に連結
され、回転軸に対して固定された第１アナログ磁気セン
サが、第１磁気パルス発生手段の反対側で、第１磁気パ
ルス発生手段から空隙距離をあけて配置され、第１アナ
ログ磁気センサはアナログ信号Ｓ１とアナログ信号Ｃ１
を直交位相で伝達でき、回転軸に対して固定された第２
アナログ磁気センサが、第２磁気パルス発生手段の反対
側で、第２磁気パルス発生手段から空隙距離をあけて配
置され、第２アナログ磁気センサはアナログ信号Ｓ２と
アナログ信号Ｃ２を直交位相で伝達でき、前記装置がさ
らに、信号Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２の関数であるアナロ
グ入力信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから、前記回転軸に加えられ
るトルクの関数である出力信号Ｆ＝（（Ｂ＊Ｃ）−（Ａ
＊Ｄ））／（（Ｂ＊Ｄ）＋（Ａ＊Ｃ））を生成できる電
子処理デバイスも備えたことを要旨とする。
【００２１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の装置であって、信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄがそれぞれ信号Ｓ
１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２に等しいことを特徴とする装置に
おいて、請求項１に記載の装置であって、信号Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄがそれぞれ信号Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２に等しい
ことを要旨とする。
【００２２】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の装置であって、電子処理デバイスが、信号Ｓ１とＣ１
またはＳ２とＣ２に調整可能なゲインＧを適用する手段
と、信号Ｓ’Ｎ＝ＳＮ＋ＧＣＮとＣ’Ｎ＝ＧＳＮ＋ＣＮ
（Ｎ＝１または２）を生成する手段とを有し、信号Ａ、
Ｂ、ＣおよびＤがそれぞれ信号Ｓ’１，Ｃ’１，Ｓ２，
Ｃ２または信号Ｓ１，Ｃ１，Ｓ’２，Ｃ’２に等しいこ
とを要旨とする。
【００２３】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の装置であって、処理デバイスが、出力
信号を伝達できる電子演算子から成ることを特徴とする
装置において、請求項１〜３のいずれかに記載の装置で
あって、処理デバイスが、出力信号を伝達できる電子演
算子から成ることを要旨とする。
【００２４】請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の装置であって、処理デバイスが、信号
用のアナログ・デジタルコンバータと、出力信号を伝達
できるマイクロプロセッサとから成ることを特徴とする
装置において、請求項１〜３のいずれかに記載の装置で
あって、処理デバイスが、信号用のアナログ・デジタル
コンバータと、出力信号を伝達できるマイクロプロセッ
サとから成ることを要旨とする。
【００２５】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれかに記載の装置であって、磁気センサが、ホール
効果センサ、磁気抵抗または巨大磁気抵抗の中から選択
される少なくとも２個の感知素子から成ることを要旨と
する。
【００２６】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の装置であって、磁気センサが複数個の整列感知素子か
ら成ることを特徴とする装置において、請求項６に記載
の装置であって、磁気センサが複数個の整列感知素子か
ら成ることを要旨とする。
【００２７】請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の
いずれかに記載の装置であって、パルス発生手段が、任
意の１領域がそれと隣接する２個の領域に対して磁化方
向が反転された状態にある複数の隣接する領域によって
形成されるフェライト粒子を含む合成材料製の多極環状
体によりそれぞれ形成されることを要旨とする。
【００２８】請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の
いずれかに記載の装置であって、回転軸の角位置も伝達
することを要旨とする。請求項１０に記載の発明は、請
求項２〜９のいずれかに記載の測定装置によりトルクを
測定する方法であって、アナログ信号Ｓ１，Ｃ１，Ｓ
２，Ｃ２を測定する工程と、信号Ｓ１，Ｃ１の振幅と信
号Ｓ２，Ｃ２の振幅とを等化する工程と、信号Ｆを生成
する工程と、から成る方法をその要旨とする。
【００２９】請求項１１に記載の発明は、請求項３〜９
のいずれかに記載の測定装置によりトルクを測定する方
法であって、アナログ信号Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２を測
定する工程と、信号Ｓ１，Ｃ１の振幅と信号Ｓ２，Ｃ２
の振幅とを等化する工程と、信号Ｓ１とＣ１またはＳ２
とＣ２にゲインを適用する工程と、信号Ｓ’Ｎ＝ＳＮ＋
ＧＣＮとＣ’Ｎ＝ＧＳＮ＋ＣＮ（式中Ｎ＝１または２）
を生成する工程と、出力信号Ｆ（Ｓ’１，Ｃ’１，Ｓ
１，Ｓ２）またはＦ（Ｓ１，Ｃ１，Ｓ’２，Ｃ’２）を
生成する工程と、から成る方法をその要旨とする。
【００３０】請求項１２に記載の発明は、請求項１１に
記載の方法であって、出力信号がゼロトルク下でゼロと
なるよう、ゲインＧの値を決定する前工程から成ること
を要旨とする。
【００３１】請求項１３に記載の発明は、請求項１０〜
１２のいずれかに記載の方法であって、信号の振幅の等
化工程が、ＥＥＰＲＯＭ、ツェナー・ザッピング、また
は同等の種類のｉｎｓｉｔｕプログラミングによって実
施されることを要旨とする。
【００３２】請求項１４に記載の発明は、請求項１〜９
のいずれかに記載のトルク測定装置を備えたステアリン
グコラムであって、検出素子がコラムに組み込まれてい
ることを要旨とする。
【００３３】請求項１５に記載の発明は、請求項１〜９
のいずれかに記載の装置と、回転軸の２つの部分の各々
を該モジュールに連結させる手段とを備え、回転軸が検
出素子を有さないことを要旨とする。
【００３４】請求項１６に記載の発明は、請求項１〜９
のいずれかに記載の装置と、回転軸の１端とトルクを加
える部材との各々を該モジュールに連結させる手段とを
備え、回転軸が検出素子を有さないことを要旨とする。
【００３５】本発明の他の目的と利点は、添付図面を参
照しながら、以下の説明を読めば明らかとなるであろ
う。
【００３６】
【発明の実施の形態】図１〜３は、回転軸に加えられる
トルクの作用下でのねじれを受けて変形可能な検出素子
１を備えたタイプの、回転軸に加えられるトルクを測定
する装置を図示している。
【００３７】１特定例（図２参照）において、回転軸
は、運転者によりハンドルを用いて操縦トルクがかけら
れる車両のステアリングコラム２である。該操縦トルク
を知りたい場合、該印加トルクの作用下で弾性変形する
ことで印加トルクを伝達できるよう、検出素子１を設け
得ることが知られている。
【００３８】次に、印加トルクの測定値が、補助を開始
する操縦支援コンピュータに、例えば電気サーボ操縦の
場合は電動モータによって、特に電気信号の形態で送ら
れる。
【００３９】検出素子１は、通常、回転軸の直径よりも
小さい直径を備えたねじりバーの形態である。その理由
は、等方性直線弾性では、円形断面有する中実な円筒バ
ーに純粋なねじれで加えられるトルクが、固定ねじれ角
に関して、任意の材料で、バーの直径の４乗に応じて変
動するためである。
【００４０】その結果、低減させた断面を有する領域を
作ることで、該領域をトルク値に対して都合のよい測定
領域とするために、印加トルクの作用下で、前記領域に
かかるねじれによる変形を集中かつ増幅することが可能
となる。
【００４１】図に示される実施例において、軸に対して
同軸に配置されるねじりバー１は断面が円筒形である。
しかし、ねじりバー１の構成および／またはその断面形
状は、使用応力に応じてさまざまに設計できる。
【００４２】検出素子１は、軸にかけられるトルクの作
用により、軸と共同するが、互いに角度オフセットをも
って回転動作する第１端部３および第２端部４を有す
る。検出素子の性質を考慮する電子手段により、軸に加
えられるトルクを算出するため、該角度オフセットを測
定することが望まれる。
【００４３】このために、検出素子１の第１端部３と第
２端部４付近にそれぞれ設けられた第１磁気パルス発生
手段５と第２磁気パルス発生手段６またはコーダを備え
た装置が用いられる。
【００４４】実施例（図１参照）で、パルス発生手段
５，６は、任意の１領域がそれと隣接する２個の領域に
対して磁化方向が反転された状態にある複数の隣接領域
によって形成されるフェライト粒子を含む合成材料製の
多極環状体によってそれぞれ形成される。
【００４５】該装置はまた、第１コーダ５の反対側で、
第１コーダ５から空隙距離をあけて配置され、回転軸に
対して固定される第１アナログ磁気センサ７と、第２コ
ーダ６の反対側で、第２コーダ６から空隙距離をあけて
配置され、回転軸に対して固定される第２アナログ磁気
センサ８と、センサ７，８から発せられる信号を処理す
る電子デバイス９も備えている。
【００４６】処理デバイス９は、車両の少なくとも１つ
の機能（例えば電気補助操縦または方向制御）を制御す
るコンピュータに組み込まれる。センサ７，８は、例え
ばホール効果センサ、磁気抵抗または巨大磁気抵抗の中
から選択される少なくとも２個の感知素子または感知素
子列を備え、該感知素子は、磁気パルス発生手段５，６
から一定の空隙距離をあけて配置される。
【００４７】センサ７，８は既知の様式で、それぞれア
ナログ信号Ｓ１とアナログ信号Ｃ１とを直交位相で伝達
できる。例えばセンサ７，８は、ｎ＋０．５ｎ（ｎは磁
石の長さ）の間隔で角度が分離された２個の感知素子
（フランス特許出願ＦＲ−２５９９７９４参照）か、フ
ランス特許出願第ＦＲ−２７９２４０３号に記述される
ように整列された複数個の感知素子のいずれかから構成
できる。センサ７，８は、伝達される磁場の正規または
正接成分を測定することもできる。
【００４８】センサ７，８は磁気パルス発生手段５，６
から十分に離れて配置され、伝達される信号は、同じ振
幅で同じ平均値に集中し、互いに対して直交位相にある
シヌソイドの形式であると考えられる。さらに、極ぺア
の数Ｎの関数である期間すなわち２π／Ｎ（機械的）を
有する。
【００４９】電子処理デバイス９は、固定構造に対する
コーダ５，６の少なくとも一方の（従って連結シャフト
の）相対位置または絶対位置を、該信号から、例えばフ
ランス特許出願第ＦＲ−２７６９０８７号による既知の
様式で、伝達するよう設計できる。
【００５０】１変形例として、フランス特許出願第ＦＲ
−Ａ−２７５４０６３号に記載されるもののような角出
力信号の分解能を増加する補間回路を使用してもよい。
ここで、この位置の値（特に絶対値の場合）は、アンチ
スキッド、アンチロックまたはアンチロールシステム若
しくはナビゲーション支援システムなどの車両安全シス
テムにおいて、単独でまたは加えられるトルクの測定と
組み合わせて使用できる。
【００５１】電子デバイス９の信号処理の２つのモード
について以下に説明する。第１処理モードでは、コーダ
５，６が互いに対して完璧に割り出しされ、すなわちゼ
ロトルクで、信号Ｓ１およびＳ２、あるいはＣ１および
Ｃ２のそれぞれが同位相にあり、以下のように該信号は
書き込まれる。
【００５２】Ｓ１＝Ａ１ｓ（θ）＊ｓｉｎ（θ） Ｃ１＝Ａ１ｃ（θ）＊ｃｏｓ（θ） Ｓ２＝Ａ２ｓ（θ）＊ｓｉｎ（θ＋δ） Ｃ２＝Ａ２ｃ（θ）＊ｃｏｓ（θ＋δ） ここで、δはバーのねじり角に関する位相差に該当し、
Ａ１ｓ（θ）、Ａ１ｃ（θ）、Ａ２ｓ（θ）、Ａ２ｃ
（θ）は該信号の各振幅である。振幅Ａ１ｓ（θ）、Ａ
１ｃ（θ）、Ａ２ｓ（θ）、Ａ２ｃ（θ）は、みとめら
れる極長、すなわちコーダ５，６に対面してセンサ７，
８を設置する際の公差に依存する。
【００５３】信号の処理前に、信号Ｓ１，Ｃ１の振幅
と、信号Ｓ２，Ｃ２の振幅とが、センサ７，８の設置後
に振幅を最も良好に調整する、例えばＥＥＰＲＯＭ、ツ
ェナー・ザッピングまたは同等の種類のｉｎ ｓｉｔｕ
プログラミングにより等化される。
【００５４】コーダ５，６の材料の欠陥または表面の均
一性の欠陥により、１周の間に空隙が変動する場合、振
幅Ａ１ｓ（θ）、Ａ１ｃ（θ）、Ａ２ｓ（θ）、Ａ２ｃ
（θ）も角度θに従って変動する。
【００５５】かかる変動をなくすため、複数個の整列感
知素子を備えたセンサ７，８を使用し、フランス特許出
願第ＦＲ−２７９２４０３号に記述されるように出力信
号を処理できる。その理由は、このようにすると、感知
素子によって検出される信号に関して、振幅Ａ１ｓ
（θ）、Ａ１ｃ（θ）、Ａ２ｓ（θ）、Ａ２ｃ（θ）の
１周の間の変動を大幅に減少する平均的な効果が得られ
るためである。
【００５６】振幅の等化後、処理デバイス９によって以
下の信号が生成される。 Ｆ（Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２）＝（（Ｃ１＊Ｓ２）−
（Ｓ１＊Ｃ２））／（（Ｃ１＊Ｃ２）＋（Ｓ１＊Ｓ
２）） 計算を展開し、等しい振幅で簡略化することで、以下が
得られる。 Ｆ（Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２）＝ｔａｎ（δ） 従って、バー１のねじり角の正接である出力信号は、軸
に加えられるトルクの直接測定値を提供する。
【００５７】さらに、出力軸は入力信号の振幅とは無関
係であり、得られたトルク測定値は、空隙の変動若しく
は温度による磁場の減少の影響は受けない。さらに、ト
ルク測定は信号の空間処理によって実施されており、該
装置は、軸が回転していない場合でも、トルク値を伝達
できる。
【００５８】さらに、正接関数は、小さい変形角で直線
に近似できるため、出力信号が、加えられるトルクの関
数として実質的に直線であるように、ねじりバー１の寸
法を決定できる。
【００５９】別の実施形態によると、特に可変補助操縦
タイプの応用例において、車両が停止した場合に、電気
支援操縦が、運転者によって加えられる実質的により強
いトルクにより高いトルクを提供するよう、ねじりバー
１は出力信号がこの直線領域を離れるような寸法に決定
できる。
【００６０】１特定例において、磁気パルス発生手段
５，６は磁化の時点で、および装置を設置したときに、
割り出しできる。これは、特に磁化ヘッドの芯出しでの
欠陥により、期間長がコード５，６全体に沿って変動す
るように、コーダ５，６の磁化品質がなっているためで
ある。
【００６１】かかる欠陥をなくす１つの手段は、欠陥が
同位相にあり、従って、出力信号の品質にもはや影響し
ないようにするため、磁化時と設置時の両方で、コーダ
５，６を割り出すことにある。
【００６２】第２処理モードで、デバイス９は、一方
で、かかる欠陥を電子的に同調させ、他方、ゼロトルク
でゼロ出力信号を電子的に獲得する。これは、大部分の
場合、コーダ５，６の機械的割り出しが、デバイス９の
ゼロ設定の問題を部分的にしか解決しないためである。
【００６３】そのような問題を解決する１つの簡単な解
決法は、コーダ５，６に面するセンサ７，８の大まかな
機械的位置決め後、信号Ｓ’１＝Ｓ１＋ＧＣ１および
Ｃ’１＝ＧＳ１＋Ｃ１を使用することである。式中Ｇ
は、その場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）プログラムできるゲイ
ンである。
【００６４】ここではさらには詳しくは記述しない同等
の様式で、信号Ｓ’２＝Ｓ２＋ＧＣ２およびＣ’２＝Ｇ
Ｓ２＋Ｃ２を使用できる。信号Ｓ’１およびＣ’１は、
ｔａｎ（φ）＝−Ｇであるため、ゲインＧの関数である
角度φだけ、信号Ｓ１およびＣ１に対して位相がずれて
いる。
【００６５】かくして、ゲインＧをその場でプログラミ
ングすることで、ゼロトルク下で関数Ｆ（Ｓ’１，Ｃ’
１，Ｓ２，Ｃ２）を相殺するために角度φを修正でき
る。従って、装置の設置後で、その使用前に、第１実施
例の内容において開示されるように、一方ではゼロトル
ク下でゼロで、他方では加えられるトルクの関数である
信号Ｆ（Ｓ’１，Ｃ’１，Ｓ２，Ｃ２）を得るために、
ゲインＧをプログラムできる。
【００６６】電子位相シフトを使用すると、この実施形
態では、コーダ５，６の前面のセンサ７，８の精密な機
械的位置決めを使用しなくてすむ。これは、上記で示し
た２つの処理モードでは、電子演算子を用いたアナログ
様態か、信号用のアナログ・デジタルコンバータとマイ
クロプロセッサを用いたデジタル様態のいずれかで達成
できる。
【００６７】図２に関連し、前述の測定装置を備えたス
テアリングコラム２の１実施形態の説明を以下に行う。
小さめの直径１０の領域を有する円筒片の形態で製造さ
れる検出素子１はコラム１１の２つの部品と連係してい
る。
【００６８】１つの変形例において、検出素子１は、コ
ラム２と共に一片になった、小さめの直径の領域の形態
のコラム２に組み込める。ステアリングコラム２は、一
方でハンドルに、他方で、ハンドルの円運動を、車輪を
操縦されるようにするピットマンアームの角運動に変換
するステアリングボックス、例えばラックに、連結され
る。
【００６９】軸表面１３に第１コーダ５を載せた第１環
状片１２が、検出素子１の第１端部３付近でステアリン
グコラム１に連結される。コラム２上の第１片１２の連
結は、該コラム２上に嵌合された第１環状支持体１４に
よって行われる。
【００７０】第１コーダ５の反対側で軸表面１６上に第
２コーダ６を載せた第２環状片１５は、検出素子１の第
２端部４付近でステアリングコラム２に連結される。コ
ラム２上の第２片１５の連結は、該コラム２上に嵌合さ
れ、第１環状支持体１４と形が相補的な、第２環状支持
体１７によって行われる。
【００７１】第１片１２に対する第２片１５の位置決め
は、第１片１２に設けられたハウジング１９内に配置さ
れるワッシャー１８に第２片１５を当接することで行わ
れ、該ワッシャー１８は、第１コーダ５を載せた表面１
３と実質的に同じ軸平面にある。
【００７２】第２片１５は、クランプリング２１と協動
することで、一方で第２コラム２の回転に対して第２片
１５を一体化し、他方でコーダ５，６を載せた２個の片
１２，１５によって形成されるアセンブリを軸方向にロ
ックする、ネジを受け止めるよう意図されるネジ付き軸
ハウジング２０を備えている。
【００７３】コンパクトな形状という理由で、２個の支
持体１４，１５の形状は、２個のコーダ５，６が実質的
に同一軸平面にあり、軸方向に互いに近くなるように、
軸方向に段を備えるよう設計される。
【００７４】１つの変形例において（図示せず）、２個
のコーダ５，６はそれぞれ検出素子の１端に連結され
る。コラム２は、例えば中空チューブで形成された固定
シース２２内で回転できるよう配置される。センサ７，
８は、伝達される磁場を軸方向で検出できるよう、コー
ダ５，６からそれぞれ空隙距離で、例えば、センサ７，
８を搭載する支持体２３上に弾装接続することで該シー
スに連結される。
【００７５】処理デバイス９は、加えられたトルクに比
例する信号を伝達するため、例えば車両の中央コンピュ
ータなど、シース２２から一定距離に設けられる。ハン
ドルによってトルクがステアリングコラム２に加えられ
ると、トルクは、特定角度回転することで、ステアリン
グボックスに伝わる。
【００７６】検出素子１は、特に、それを構成する材料
の形状および／または特性により、該トルクの作用下で
弾性ねじれを受けることで、回転運動を伝達するよう配
置される。
【００７７】このねじれにより、結果として、検出素子
１の端部３，４と、従ってこれらに連結される手段と
が、コラムと共同であるが、互いに対して角度オフセッ
ト状態で移動する。該角度オフセットはトルクの強度に
比例して増加する。
【００７８】検出素子１を構成する材料の形状および／
または特性は、ステアリングコラム２の使用の通常の全
領域にわたり、一方で、ねじれが材料の弾性限界を超え
ず、他方で、角度オフセットが、使用される処理デバイ
ス９によって検出可能であるように設計される。
【００７９】センサ７，８は、コーダ５，６の各々の角
位置を測定することで、上記に開示されるように、トル
ク値を得ることを可能にする。図３は、回転軸に加えら
れるトルク２４を測定するためのモジュールを示す。モ
ジュール２４は、上記のトルク測定装置を備えている。
【００８０】モジュール２４は、測定すべきトルクが加
えられるアセンブリの２つの部分の間に、可能であれば
着脱可能に、挿入されるよう意図される。このために、
その構造が前述のコラム２の構造とおおむね同一である
モジュール２４については詳述しない。コラム２は該ア
センブリに連結する手段２５，２６も備えている。
【００８１】第１変形例によると、モジュール２４は、
ステアリングコラム２の２つの部分の間に組み込まれる
よう意図され、コラム２は検出素子１は有さない。第２
変形例によると、モジュール２４はステアリングコラム
２とハンドルとの間に組み込まれるよう意図され、コラ
ム２は検出素子１は有さない。
【００８２】図３に図示される連結手段２５，２６は、
数が２個であり、それぞれが、その表面２８が溝付きで
ある環状片２７によって形成され、該片２７はモジュー
ル２４の各側辺にそれぞれ延びる。例えば（図３参
照）、各辺２７は、コラムの直径と実質的に同じ直径の
円筒片２９の一端に設けられ、その他端は検出素子１と
一体形成されている。該設計によると、検出素子１と連
結手段２５，２６から形成されるアセンブリは一つの片
である。
【００８３】トルクを加えるコラム２および／または該
部材の部品は、このように形成されるアセンブリが一方
でトルクを伝達し、他方でそれを測定することができる
よう、特に圧力ばめにより、該２個の溝付き環状片２７
とそれぞれ一体形成できる。
【００８４】かかるモジュール２４は、小型であり、伝
達され、測定されるトルクが加えられるアセンブリに
（可能であれば着脱式に）連結できる独立したアセンブ
リを形成するという利点を有する。
【００８５】
【発明の効果】本発明によると、読み取られる磁場の強
度（空隙の変動）と無関係かつ温度による磁場の減少と
無関係に出力信号を生成でき、高い信頼性かつ厳しい環
境で、回転軸に加えられるトルクを測定できる装置が与
えられた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、回転軸に加えられるトルクを測
定する装置の機能図。
【図２】自身に加えられるトルクを測定する装置を備え
たステアリングコラムの部分縦断面図。
【図３】回転軸に加えられるトルクを測定するモジュー
ルの部分縦断面図。
【符号の説明】
１…検出素子、２…ステアリングコラム、３…第１端
部、４…第２端部、５…第１磁気パルス発生手段、６…
第２磁気パルス発生手段、７…第１アナログ磁気セン
サ、８…第２アナログ磁気センサ、９…電子処理デバイ
ス、２４…モジュール、２５，２６…連結手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビオル、パスカル フランス国 Ｆ−74570 トラン−グリエ ール ルート ド ビオヴィ 1088 Ｆターム(参考） 2F077 AA16 JJ01 JJ08 JJ09 JJ23 QQ05 RR03 TT06 TT31 TT66 3D030 DC27 3D033 DB05

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転軸、特に車両のステアリングコラム
    （２）に加えられるトルクを測定するための装置であっ
    て、該装置は回転軸に加えられるトルクの作用下でねじ
    れを受けて変形可能な検出素子（１）と、第１および第
    ２磁気パルス発生手段（５，６）を備え、 第１磁気パルス発生手段（５）がその第１端部（３）付
    近で検出素子（１）に連結され、 第２磁気パルス発生手段（６）がその第２端部（４）付
    近で検出素子（１）に連結され、 回転軸に対して固定された第１アナログ磁気センサ
    （７）が、第１磁気パルス発生手段（５）の反対側で、
    第１磁気パルス発生手段（５）から空隙距離をあけて配
    置され、第１アナログ磁気センサ（７）はアナログ信号
    Ｓ１とアナログ信号Ｃ１を直交位相で伝達でき、 回転軸に対して固定された第２アナログ磁気センサ
    （８）が、第２磁気パルス発生手段（６）の反対側で、
    第２磁気パルス発生手段（６）から空隙距離をあけて配
    置され、第２アナログ磁気センサ（８）はアナログ信号
    Ｓ２とアナログ信号Ｃ２を直交位相で伝達でき、 前記装置がさらに、 信号Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２の関数であるアナログ入力
    信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから、前記回転軸に加えられるトル
    クの関数である出力信号Ｆ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）＝（（Ｂ
    ＊Ｃ）−（Ａ＊Ｄ））／（（Ｂ＊Ｄ）＋（Ａ＊Ｃ））を
    生成できる電子処理デバイス（９）も備えたことを特徴
    とする装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の装置であって、信号Ａ、
    Ｂ、Ｃ、Ｄがそれぞれ信号Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２に等
    しいことを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の装置であって、電子処理
    デバイス（９）が、信号Ｓ１とＣ１またはＳ２とＣ２に
    調整可能なゲインＧを適用する手段と、信号Ｓ’Ｎ＝Ｓ
    Ｎ＋ＧＣＮとＣ’Ｎ＝ＧＳＮ＋ＣＮ（Ｎ＝１または２）
    を生成する手段とを有し、信号Ａ、Ｂ、ＣおよびＤがそ
    れぞれ信号Ｓ’１，Ｃ’１，Ｓ２，Ｃ２または信号Ｓ
    １，Ｃ１，Ｓ’２，Ｃ’２に等しいことを特徴とする装
    置。
  4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の装置であ
    って、処理デバイス（９）が、出力信号を伝達できる電
    子演算子から成ることを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載の装置であ
    って、処理デバイス（９）が、信号用のアナログ・デジ
    タルコンバータと、出力信号を伝達できるマイクロプロ
    セッサとから成ることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の装置であ
    って、磁気センサ（７，８）が、ホール効果センサ、磁
    気抵抗または巨大磁気抵抗の中から選択される少なくと
    も２個の感知素子から成ることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の装置であって、磁気セン
    サ（７，８）が複数個の整列感知素子から成ることを特
    徴とする装置。
  8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の装置であ
    って、パルス発生手段（５，６）が、任意の１領域がそ
    れと隣接する２個の領域に対して磁化方向が反転された
    状態にある複数の隣接する領域によって形成されるフェ
    ライト粒子を含む合成材料製の多極環状体によりそれぞ
    れ形成されることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の装置であ
    って、回転軸の角位置も伝達することを特徴とする装
    置。
  10. 【請求項１０】請求項２〜９のいずれかに記載の測定装
    置によりトルクを測定する方法であって、 アナログ信号Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２を測定する工程
    と、 信号Ｓ１，Ｃ１の振幅と信号Ｓ２，Ｃ２の振幅とを等化
    する工程と、 信号Ｆ（Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２）を生成する工程と、
    から成る方法。
  11. 【請求項１１】請求項３〜９のいずれかに記載の測定装
    置によりトルクを測定する方法であって、 アナログ信号Ｓ１，Ｃ１，Ｓ２，Ｃ２を測定する工程
    と、 信号Ｓ１，Ｃ１の振幅と信号Ｓ２，Ｃ２の振幅とを等化
    する工程と、 信号Ｓ１とＣ１またはＳ２とＣ２にゲインを適用する工
    程と、 信号Ｓ’Ｎ＝ＳＮ＋ＧＣＮとＣ’Ｎ＝ＧＳＮ＋ＣＮ（式
    中Ｎ＝１または２）を生成する工程と、 出力信号Ｆ（Ｓ’１，Ｃ’１，Ｓ１，Ｓ２）またはＦ
    （Ｓ１，Ｃ１，Ｓ’２，Ｃ’２）を生成する工程と、か
    ら成る方法。
  12. 【請求項１２】請求項１１に記載の方法であって、出力
    信号がゼロトルク下でゼロとなるよう、ゲインＧの値を
    決定する前工程から成ることを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】請求項１０〜１２のいずれかに記載の方
    法であって、信号の振幅の等化工程が、ＥＥＰＲＯＭ、
    ツェナー・ザッピング、または同等の種類のｉｎ ｓｉ
    ｔｕプログラミングによって実施されることを特徴とす
    る方法。
  14. 【請求項１４】請求項１〜９のいずれかに記載のトルク
    測定装置を備えたステアリングコラム（２）であって、
    検出素子（１）がコラム（２）に組み込まれていること
    を特徴とするステアリングコラム。
  15. 【請求項１５】回転軸に加えられるトルクを測定するモ
    ジュール（２４）であって、請求項１〜９のいずれかに
    記載の装置と、回転軸の２つの部分の各々を該モジュー
    ル（２４）に連結させる手段（２５，２６）とを備え、
    回転軸が検出素子（１）を有さないことを特徴とするモ
    ジュール。
  16. 【請求項１６】回転軸に加えられるトルクを測定するモ
    ジュール（２４）であって、請求項１〜９のいずれかに
    記載の装置と、回転軸の１端とトルクを加える部材との
    各々を該モジュール（２４）に連結させる手段（２５，
    ２６）とを備え、回転軸が検出素子（１）を有さないこ
    とを特徴とするモジュール。
JP2002065809A 2001-03-09 2002-03-11 トルク測定装置、同装置によるトルク測定方法、ならびに同装置を備えたステアリングコラムおよびモジュール Expired - Lifetime JP4387082B2 (ja)

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