JP2007071784A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 異常判定のためのセンサの通常時の検出結果を有効利用し、周辺温度の検出を併せて行えるようにしたトルク検出装置を提供する。
【解決手段】 温度による出力特性の変化を補正する補正定数の設定を異ならせてある第１，第２のセンサ51，52により軸の捩れ角を同一条件下にて検出し、これらの出力が与えられる演算処理回路50において、第１のセンサ51の出力により回転トルクとしての操舵トルクを求め、また、第１，第２のセンサ51，52の出力比較により異常判定を行い、更に第１，第２のセンサ51，52の出力に基づいて周辺温度を算出し、温度検出値を出力するように構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、軸に加わる回転トルクを、該軸の捩れ角に基づいて検出するように構成されたトルク検出装置に関し、更に詳しくは、周辺温度を検出する温度センサとしての機能を併せ持つように構成されたトルク検出装置に関する。

自動車用のパワーステアリング装置として、近年、制御が容易な電動モータを操舵補助用のアクチュエータとして備える電動パワーステアリング装置が普及している。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール等の操舵部材の操作を操舵機構に伝えるステアリング軸の中途にトルク検出装置を配し、このトルク検出装置により、操舵部材の操作に応じてステアリング軸に加わる回転トルク（操舵トルク）を検出し、この検出結果に基づいて駆動制御される操舵補助用のモータの回転力を操舵機構に加えて操舵を補助するように構成されている。

このように用いられるトルク検出装置の多くは、検出対象となるステアリング軸を捩りばねとしての細径のトーションバーにより連結された第１軸と第２軸とに分割し、操舵部材の回転操作によりステアリング軸に操舵トルクが加えられたとき、トーションバーの捩れを伴って第１，第２軸間に生じる捩れ角を媒介として前記操舵トルクを検出する構成としてある。

第１，第２軸間の捩れ角の検出は、従来から種々の手段にて実現されており、そのうちの一つとして、第１軸と一体回転する円筒磁石と、第２軸と一体回転するヨークリングとを備え、この円筒磁石とヨークリングとの間の磁気回路の変化をホールセンサにより検出するように構成されたトルク検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。

ホールセンサは、磁気検知素子としてのホール素子と、出力補正用のＩＣとを組み合わせて構成されている。出力補正用のＩＣは、周辺温度の影響によるホール素子の特性変化を補正する機能を果たすものであり、組み合わされたホール素子に応じて適正な温度定数を予め設定することにより、周辺温度の影響による出力の変化程度を補正し、周辺温度の影響による検出精度の低下を抑えるべく利用されている。

また一方、電動パワーステアリング装置に用いられるトルク検出装置は、操舵補助用のモータの発生力の大きさを定める重要な検出装置であり、誤った検出結果に基づく不適切な制御がなされることを防止することを目的として、従来から、同一特性を有する２つのセンサ（主センサ及び副センサ）を同一条件下に配し、これら両センサによる捩れ角の検出結果が相違する場合に異常が発生していると判定して、例えこれらば、操舵補助用のモータの駆動制御を中止して操舵補助を行わせない等のフェイルセーフ動作を行うようにしてある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−１４９０６２号 特許第３０９４４８３号公報

以上の如きフェイルセーフ動作は、捩れ角の検出手段として前述したホールセンサを用いてなるトルク検出装置においても実施されているが、前記副センサとしての一方のホールセンサは、主センサとして操舵補助用のモータの駆動制御に使用される他方のホールセンサのフェイル判定のためにのみ用いられており、フェイル時以外におけるこの副センサの出力の有効利用を図ることが切望されている。

このような有効利用は、ホールセンサ以外のセンサを捩れ角の検出に用いてあるトルク検出装置においても、また電動パワーステアリング装置以外に適用されるトルク検出装置においても同様に切望されている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ホールセンサ等、温度による特性変化の調整が可能に構成されたセンサを捩れ角の検出手段として備える構成において、フェイル判定のためのセンサの通常時の検出結果を利用して周辺温度の検出を併せて行えるようにしたトルク検出装置を提供することを目的とする。

本発明の第１発明に係るトルク検出装置は、温度による出力特性の変化を補正する補正定数の設定が可能な２つのセンサにより軸の捩れ角を同一条件下にて検出し、一方のセンサの出力により前記軸に加わる回転トルクを求め、両方のセンサの出力比較により両センサのフェイル判定を行うトルク検出装置において、前記２つのセンサに異なる補正定数が設定してあり、両センサの出力に基づいて周辺温度を算出する温度算出手段を備えることを特徴とする。

本発明の第２発明に係るトルク検出装置は、前記２つのセンサが、夫々の出力のゲインが逆極性に設定されており、前記温度算出手段が、両方のセンサの出力の和に基づいて前記周辺温度を算出する構成としてあることを特徴とする。

本発明の第１発明に係るトルク検出装置においては、異なる補正定数が設定された２つのセンサにより対象となる軸の捩れ角を同一条件下にて検出したとき、両センサの出力に夫々に設定された補正定数に応じた差が生じることを利用し、両センサの出力に基づいてトルク検出装置の周辺温度を算出する構成としたから、フェイル判定のために設けられたセンサの有効利用を図ることが可能となる。

また第２発明に係るトルク検出装置においては、２つのセンサが逆極性のゲイン特性を有するようにしたから、両センサの出力の和に基づいて、より具体的には、両センサの出力和の零からの偏倚量を用いて、簡易に、しかも高精度に検出することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るトルク検出装置を備える電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図であり、この電動パワーステアリング装置は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１と、ラックハウジング10の中途に交叉するピニオンハウジング20の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備えるラックピニオン式の操舵機構を備えている。

ラックハウジング10の両側から外部に突出するラック軸１の両端は、各別のタイロッド11，11を介して操舵輪としての左右の前輪12，12に連結され、またピニオンハウジング20の一側から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール30に連結されている。ピニオンハウジング20の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング10との交叉部において、ラック軸１の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。

ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング31の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング31を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って固定されている。コラムハウジング31の下方へのステアリング軸３の突出端には、ピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端には、ステアリングホイール30が固設されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール30が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラック歯との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されることとなり、この移動により、左右の前輪12，12が各別のタイロッド11，11を介して押し引きされて操舵がなされる。

ステアリング軸３を支持するコラムハウジング31の中途には、操舵補助用のモータ４が取付けてあり、このモータ４の上位置のコラムハウジング31の内部に、ステアリングホイール30の回転操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出すべく本発明に係るトルク検出装置５が構成されている。

操舵補助用のモータ４は、コラムハウジング31の外側に軸心を略直交させて取り付けてあり、例えば、コラムハウジング31の内部に延びるモータ４の出力端に固着されたウォームをステアリング軸３に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、前記モータ４の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸３に伝えるように伝動構成されている。この構成によれば、操舵補助用のモータ４の回転は、ステアリング軸３に減速伝動され、該ステアリング軸３の下端に連設されたピニオン軸２に回転力が付与されることとなり、この回転に応じて前述の如く行われる操舵が補助される。

またトルク検出装置５は、検出対象となるステアリング軸３を上下の２軸に分割し、これらの２軸を捩れ特性が既知のトーションバーにより同軸上に連結して、操舵トルクの作用によりトーションバーの捩れを伴って前記２軸間に生じる捩れ角を検出する公知の構成を有している。

操舵補助用のモータ４は、アシスト制御部６から図示しない駆動回路を介して与えられる制御指令に従って駆動される。アシスト制御部６には、トルク検出装置５による操舵トルクの検出値が与えられ、また操舵補助用のモータ４に付設されたモータ電流センサ40から、前記モータ４の駆動電流の検出値が与えられている。

アシスト制御部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備え、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従うＣＰＵの動作によりアシスト制御を実施するＥＣＵとして構成されており、トルク検出装置５により検出される操舵トルクに基づいて操舵補助用のモータ４に制御指令を発し、該モータ４の駆動電流を、モータ電流センサ40による駆動電流の検出値をフィードバック信号とする増減制御する公知のアシスト制御動作を行う。

図２は、トルク検出装置５の要部の構成例を示すブロック図である。このトルク検出装置５は、例えば、前記特許文献１に開示されているように、前記２軸の一方と一体回転する円筒磁石と他方と一体回転するヨークリングとの間の磁気回路の変化を検出する第１，第２のセンサ51，52と、これらのセンサ51，52の出力信号を入力してトルクを算出すると共に、両センサ51，52の異常の有無を判定する演算処理回路50とを備えている。

第１，第２のセンサ51，52は、磁気検知素子としてのホール素子と、該ホール素子の出力補正用のＩＣとを備えるホールセンサとしてあり、これらの第１，第２のセンサ51，52は、夫々のゲインが、ゲイン値そのものは同一であるが逆極性となるように設定されている。

図３は、第１，第２のセンサ51，52夫々の出力と操舵トルクとの関係を示す図である。前述したゲイン設定により、第１のセンサ51は、一方向の操舵トルクに対して正、他方向の操舵トルクに対して負となるように所定の変化率（ゲイン値）にて変化する出力特性を示し、第２のセンサ52は、一方向の操舵トルクに対して負、他方向の操舵トルクに対して正となるように、第１のセンサ51と同一の変化率にて変化する出力特性を示す。

このような第１，第２のセンサ51，52の出力信号が与えられる演算処理回路50においては、一方（例えば、第１のセンサ51）の出力を操舵トルクの算出に用い、他方（例えば、第２のセンサ52）の出力は、第１のセンサ51（又は第２のセンサ52）のフェイル判定に用いられる。

操舵トルクは、逐次与えられる第１のセンサ51の出力を、例えば、図３に対応する演算テーブルに適用し、図３中に破線の矢符にて示す如く求められる。また第１，第２のセンサ51，52のフェイル判定は、逆極性にゲイン設定された第１，第２のセンサ51，52の出力が共に正しい場合、これらの出力の和（図３中のＡ点）が零となることを利用してなされ、例えば、逐次与えられる第１，第２のセンサ51，52の出力の和を求め、この和が、零を中心とする所定の不感帯域から外れている場合に異常が生じていると判定される。

このようなフェイル判定の結果は、アシスト制御部６に与えられており、このフェイル判定に応じてアシスト制御部６は、例えば、前述したアシスト制御動作の中止、警報の発生等のフェイルセーフ動作を実施する。なお、以上の手順によるフェイル判定は、演算処理回路50において実施し、図２中に示す如く判定の結果のみをアシスト制御部６に与えるようにしてもよく、また第１，第２のセンサ51，52の出力をアシスト制御部６に直接与え、該アシスト制御部６内にてフェイル判定を行わせるようにしてもよい。

更に本発明に係るトルク検出装置５においては、第１，第２のセンサ51，52の出力を用い、トルク検出装置５の周辺温度を検出可能としてある。この温度検出は、ホールセンサとして構成された第１，第２のセンサ51，52に備えられた出力補正用のＩＣを利用して以下の如く行われる。

第１，第２のセンサ51，52に備えられた出力補正用のＩＣは、ホール素子が保有する出力の温度依存性を補正し、温度の如何に拘らず略同一の出力特性が得られるように設けられているものであり、補正定数を予め外部設定することにより目的を達成すべく使用される。

本発明においては、第１，第２のセンサ51，52の夫々の出力補正用ＩＣに異なる補正定数を設定する。即ち、操舵トルクの算出に用いる第１のセンサ51には、本来の目的である出力特性の温度依存性を排除すべく正しい補正定数を設定するのに対し、第２のセンサ52には、正しい補正定数から外れた補正定数を設定する。

図４は、種々の温度下での第１，第２のセンサ51，52の出力特性を示す図であり、図中の実線は、標準温度下での出力特性を示し、図中の破線は、標準温度よりも低い温度下での出力特性を、また一点鎖線は、標準温度よりも高い温度下での出力特性を夫々示している。本図に示すように、正しい補正定数が設定された第１のセンサ51の出力特性は、周辺温度の高低に拘らず標準温度下におけると略同一の出力特性を示すのに対し、誤った補正定数が設定された第２のセンサ52の出力特性は、周辺温度の高低に応じて大きく変化することとなる。

従って、第１，第２のセンサ51，52の出力の和は、高温下においては、図４中にＡとして示す如く、零点から第２のセンサ52の出力の側に偏倚し、この偏倚量αは、周辺温度の上昇に応じて大きくなる。逆に、低温下での出力の和は、第１のセンサ51の側に偏倚し、この偏倚量は、温度下降に応じて大きくなる。

このように、異なる補正定数の設定がなされた第１，第２のセンサ51，52を使用した場合、両センサ51，52の出力の和は、これらの周辺温度の高低を夫々の大きさを含めて示すものとなる。演算処理部50においては、逐次与えられる第１，第２のセンサ51，52の出力の和を求め、この和を用いて周辺温度を算出し、この結果を温度検出値として出力し、アシスト制御部６に与える。なおフェイル判定の場合と同様に、第１，第２のセンサ51，52の出力をアシスト制御部６に直接与え、該アシスト制御部６内にて前述した手順での温度算出を行わせることもできる。

アシスト制御部６は、このように与えられる温度検出値をトルク検出装置５の周辺温度として認識し、例えば、この温度検出値を、操舵補助用のモータ４の過負荷、該モータ４からステアリング軸３への伝動系の不具合等、トルク検出装置５の周辺の異常の有無の判定に用い、異常有りと判定された場合、アシスト制御動作の中止等の所定のフェイルセーフ動作を実施する。

このような温度検出は、トルク検出装置５に本来必要な第１，第２のセンサ51，52の出力を用い、これらの和を求めるだけの単純な演算により実施することができ、専用の温度センサを用いることなく周辺の異常判定が可能となり、センサ異常以外の理由によるフェイルセーフ動作を行わせることができる。

またこのような温度検出は、想定される温度下にて生じる前記偏倚量αの最大値を制限することにより、前述の如く行われる異常判定に影響を及ぼすことなく実施することができる。具体的には、前記偏倚量αの最大値を異常判定に際して前述の如く設定される不感帯域内におさめるようにすればよく、このことは、前記補正定数の適正な設定により実現される。

なお以上の実施の形態においては、電動パワーステアリング装置に操舵トルクの検出のために装備されるトルク検出装置への適用例について述べたが、本発明に係るトルク検出装置は、回転軸に加わる回転トルクを検出する用途全般に適用可能であることは言うまでもない。また以上の実施の形態においては、第１，第２のセンサ51，52としてホールセンサを用いた場合について述べたが、温度による出力特性の変化の補正機能を有するセンサであれば、ホールセンサ以外のセンサを備えるものであってもよい。

本発明に係るトルク検出装置を備える電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。 トルク検出装置の要部の構成例を示すブロック図である。 第１，第２のセンサ夫々の出力と操舵トルクとの関係を示す図である。 種々の温度下での第１，第２のセンサの出力特性を示す図である。

符号の説明

３ ステアリング軸（軸）
５ トルク検出装置
50 演算処理回路（温度算出手段）
51 第１のセンサ
52 第２のセンサ部（制御手段）

Claims (2)

1. 温度による出力特性の変化を補正する補正定数の設定が可能な２つのセンサにより軸の捩れ角を同一条件下にて検出し、一方のセンサの出力により前記軸に加わる回転トルクを求め、両方のセンサの出力比較により両センサのフェイル判定を行うトルク検出装置において、
   前記２つのセンサに異なる補正定数が設定してあり、両センサの出力に基づいて周辺温度を算出する温度算出手段を備えることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記２つのセンサは、夫々の出力のゲインが逆極性に設定されており、前記温度算出手段は、両方のセンサの出力の和に基づいて前記周辺温度を算出する構成としてある請求項１記載のトルク検出装置。

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