JP3575319B2 - トルクセンサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体に作用するトルクを検出するトルクセンサであって、車両の操舵ハンドルに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に作用するトルクの検出に好適なトルクセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
本出願人は、先の出願において、センサコイルのレアショート、信号印加回路の異常およびトルク検出回路の異常などを検出できるトルクセンサを提案した(特願平10−339937号)。以下、そのトルクセンサについて説明する。
図10は、上記トルクセンサが備えられた操舵機構の構造を一部断面を含んで示す説明図であり、図11は、図10に示すトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
最初に、上記トルクセンサが備えられた操舵機構の構造について図10を参照して説明する。
操舵機構50には、車両の操舵ハンドル(図示省略)に連結された中空のシャフト11が備えられており、シャフト11の下部は、ハウジング12の上部12aに挿通されている。ハウジング12の下部12bには、シャフト13の上部が挿通されており、シャフト13の下部には、ラックRと噛み合うピニオン14が取付けられている。また、ラックRには、操舵力をアシストする図示しないモータの回転トルクが伝達するようになっている。
【0003】
シャフト11の内部には、トーションバー15が収容されており、トーションバー15の上端は、ピン16によってシャフト11と結合されている。トーションバー15の下端は、シャフト13の内部とスプライン係合している。
つまり、ハンドルの操作によりシャフト11にトルクが伝わると、トーションバー15がねじれることにより、シャフト11とシャフト13との間で相対変位が生じるようになっている。
ハウジング12の内部であって、シャフト11には、磁性体材料で形成されたセンサリング17が設けられており、シャフト13には、磁性体材料で形成されたセンサリング18が設けられている。
【0004】
また、ハウジング12の内部であって、センサリング17,18の外周面と対向する箇所には、各センサリング17,18と所定のギャップを隔ててセンサコイル100,200が設けられている。シャフト11とシャフト13との間で相対変位が生じると、センサリング17,18のオーバラップ量が変位し、センサコイル100,200のインダクタンスが変化する。これにより、トルクに応じた信号が得られる。また、センサコイル100,200は、ハウジング12の図面右端に設けられたインターフェース回路(以下、I/F回路と称する)70に接続されており、I/F回路70は、車両に備えられたマイクロコンピュータ(以下、マイコンと称する。図11に番号31で示す。)に接続されている。
【0005】
次に、上記トルクセンサの電気的構成について図10を参照して説明する。
トルクセンサは、センサ部62に接続されたI/F回路70と、このI/F回路70に接続されたマイコン31とから構成される。センサ部62は、センサコイル100,200と、センサリング17,18と(図10)、センサコイル100,200およびセンサリング17,18間のギャップからなる磁気回路で構成されている。
【0006】
I/F回路70に備えられた中立電圧回路102,202は、それぞれ入力電源71,72から供給される直流電源を用いて信号処理の基準電位となる電圧を発生し、レギュレータ回路103,203は、それぞれ発振回路104,204に用いる安定した基準電圧を発生する。そして、発振回路104,204は、それぞれセンサコイル100,200に正弦波信号を印加し、DCカット回路105,205は、センサコイル100,200の各両端に出力されるセンサ信号からトルク信号となる交流成分を取り出す。続いて、検波回路106,206は、それぞれDCカット回路105,205によって取り出された交流成分の振幅値を検出し、その振幅値を有する信号(以下、検波信号と称する)を出力する。
【0007】
ACカット回路113,213は、それぞれセンサコイル100,200の各両端に出力されるセンサ信号から直流成分を取り出し、その取り出した直流成分を有する信号に基づきトルクを補正するための信号(以下、補正信号と称する)として出力する。この補正信号は、センサコイル100,200のインダクタンスによって変動する交流信号には関係なく、センサコイル100,200の直流抵抗と、センサコイル100,200に印加される直流オフセット電圧によって決定される。
したがって、センサコイル100,200の直流抵抗が温度によって変動すれば、それに比例した信号を得ることができる。つまり、ACカット回路113,213から出力される補正信号は、温度補正信号に他ならない。
【0008】
スケーリング回路114,214は、それぞれACカット回路113,213から出力される補正信号を中立点(トルクがない状態)の温度特性を補正するための信号に変換し、その変換した信号(以下、中立点温特補正信号と称する)を出力する。加算回路109は、検波回路106から出力された検波信号と、スケーリング回路114から出力された中立点温特補正信号とを加算することにより、検波回路106から出力された検波信号にオフセット補正を加える。また、同様に、加算回路209は、検波回路206から出力された検波信号と、スケーリング回路214から出力された中立点温特補正信号とを加算することにより、検波回路206から出力された検波信号にオフセット補正を加える。
つまり、中立点におけるセンサコイル100,200の温度特性が線形性を有するため、オフセットおよびゲインのみの調整により、中立点温特補正を行うことができる。
【0009】
スケーリング回路115,215は、それぞれACカット回路113,213から出力された補正信号をトルクの温度特性を補正するための信号(以下、トルク温特補正信号と称する)を出力し、可変ゲインアンプ回路112,212は、それぞれスケーリング回路115,215から出力されたトルク温特補正信号を用いて、加算回路109,209から出力された信号にそれぞれゲイン補正をかける。
つまり、トルクの変化率は、温度によって線形に変動、換言すればトルクによって温度特性曲線(この温度特性曲線は、直線とみなせる)の傾きが変化するため、ゲインを変化させるだけでトルク温特補正を行うことができる。
そして、可変ゲインアンプ回路112,212からそれぞれ出力された信号は、それぞれトルク信号1,トルク信号2として、それぞれマイコン31のA/D入力31a,31bに入力される。
【0010】
次に、マイコン31は、A/D入力31aからトルク信号1を入力し、デジタル変換を行い、その変換されたトルク信号1に基づいて操舵機構のアシスト量を演算し、その演算されたアシスト量に対応した駆動信号をモータへ出力し、そのモータの回転によって操舵機構のアシストが行われる。
また、マイコン31は、A/D入力31a,31bに入力され、デジタル変換されたトルク信号1の電圧VAからトルク信号2の電圧VBを減算して電位差Vαを演算する。続いて、マイコン31は、電位差Vαが、予めROM(図示省略)などに記憶されている設定電圧V1以上であり、かつ、設定電圧V2以下の範囲内であるかを判定し、その範囲内でない場合は、異常信号を出力する。この異常信号は、たとえば、車両に備えられたインスツルメントパネルのインジケータへ出力され、そのインジケータが所定の異常表示を行う。
その異常表示により、センサコイル100,200の少なくとも一方のレアショート、レギュレータ回路103,203、発振回路104,204により構成される回路(信号印加回路)の異常、DCカット回路105,205、検波回路106,206、可変ゲインアンプ回路112,212により構成される回路(トルク検出回路)の異常のいずれかが発生したことを知ることができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記トルクセンサは、完全な二重系となっているため、センサコイルが2個必要である他、I/F回路を構成する各回路も2個ずつ必要である。また、可変ゲインアンプ回路112,212から出力されるトルク信号1,2はアナログ信号であるため、電圧降下が生じた場合でも、マイコン31の動作電圧より低くならないようにしておかなければトルクを検出できない。そのため、マイコン31の動作電圧(たとえば5V)よりも高めの電圧(たとえば8V)をレギュレータ回路103,203に供給する入力電源71,72を別途設けなければならない。
【0012】
そこで、本発明は、トルクの検出と、トルク検出回路の異常の検出とを簡単な回路構成で行うことができるトルクセンサを実現することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段、作用および発明の効果】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、物体に作用するトルクの変化に対応してインダクタンスが変化する単一のコイルを備え、そのコイルのインダクタンスに基づいて前記トルクを検出するトルクセンサにおいて、前記コイルのインダクタンスを検出し、その検出したインダクタンスに対応する周期を有するパルス信号を発振する第1および第2の発振回路と、前記コイルの温度に対応する信号を温特信号として出力する温度検出回路と、前記第1の発振回路から出力された信号の波形を整形し、その整形した信号をトルク信号として出力するパルス整形回路と、前記トルク信号を入力してそのトルク信号の周期をクロック信号を用いて演算し、前記温特信号を入力してその温特信号の電圧を演算し、その演算された周期および電圧に基づいて温度補償されたトルクを演算するマイクロコンピュータと、前記第1および第2の発振回路からそれぞれ発振されたパルス信号を比較し、その比較結果に基づいて前記第1および第2の発振回路の少なくとも一方の異常を検出する異常検出手段と、前記コイルの全体および前記コイルの中間に位置する中間タップに発生する交直流重畳信号の直流成分をそれぞれ取出すとともに、その取出した直流成分に基づいて前記コイルのレアショートを検出するレアショート検出手段とが備えられており、かつ、前記コイルに正弦波を印加するための正弦波発振回路が備えられていないという技術的手段を採用する。
【0014】
トルクが変化するとコイルのインダクタンスが変化し、その変化に対応する周期を有するパルス信号が第1および第2の発振回路の少なくとも一方から発振される。そして、トルク検出手段は、その発振されたパルス信号に基づいてトルクを検出する。そのトルクの検出は、たとえば、後述する発明の実施の形態に記載するように、マイコンの演算によって行われる。
つまり、トルクの変化に対応して変化するコイルのインダクタンスを用いるため、コイルに正弦波を印加するための正弦波印加回路が不要である。また、パルス信号を直接マイコンに入力することにより、トルクを検出できるため、A/D変換回路が不要である。
したがって、従来のトルクセンサよりも回路構成を簡略化できる。また、回路構成が簡単なことに加えて、トルクに対応したパルス信号に基づいてトルクを検出できるため、トルク発生から検出までの応答性を高めることができる。
【0015】
また、異常検出手段は、第1および第2の発振回路からそれぞれ発振されたパルス信号を比較し、その比較結果に基づいて第1および第2の発振回路の少なくとも一方の異常を検出する。
つまり、第1および第2の発振回路を構成する素子などに異常が発生すると、両発振回路から出力されるパルス信号が変化するため、両パルス信号を比較することにより、上記変化を検出できるので、上記異常を検出できる。
したがって、トルク検出の信頼性を高めることができる。
また、上記異常の検出は、たとえば、後述する発明の実施の形態に記載するように、マイコンの演算によって行われる。そして、たとえば、本発明のトルクセンサを車両の操舵トルクの検出に用いる場合には、車両のインスツルメントパネルなどに設けられたLEDやLCDなどを点灯または点滅させることにより、上記異常を報知できる。
さらに、トルクセンサに供給される電源電圧が変動し、第1および第2の発振回路から発振したパルス信号の振幅が変動した場合であっても、パルス信号の周期には影響しないため、正確なトルク検出を行うことができる。そのため、マイコンの動作電圧よりも高めの電圧を供給する入力電源(図11の71,72)が不要となり、回路構成を簡略化することができる。
さらに、コイルにレアショートが発生すると、レアショートの発生しない場合にコイルの全体およびコイルの中間に発生する交直流重畳信号の直流成分が変化するため、その変化を検出することにより、コイルのレアショートを検出できる。
たとえば、後述する発明の実施の形態に記載するように、コイルの全体およびコイルの中間ににそれぞれ発生する交直流重畳信号の直流成分を差動増幅回路に入力し、その差動増幅回路の出力電圧が所定範囲内である場合には、レアショートであると判定する。
【0016】
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載のトルクセンサにおいて、前記異常検出手段は、前記第1または第2の発振回路の一方から発振されたパルス信号の周期を検出する周期検出手段と、前記第1または第2の発振回路の他方から発振されたパルス信号のパルス幅を検出するパルス幅検出手段とを備え、前記周期検出手段によって検出された周期および前記パルス幅検出手段によって検出されたパルス幅に基づいて前記第1および第2の発振回路の少なくとも一方の異常を検出するという技術的手段を採用する。
【0017】
上記異常が発生すると、その異常はパルス信号の周期およびパルス幅の変化となって現れる。そこで、そのパルス信号の周期およびパルス幅に基づいて上記異常の発生を検出できる。その検出は、たとえば、後述する発明の実施の形態に記載するように、マイコンの演算によって行われ、一方の発振回路から発振されたパルス信号の周期から、他方の発振回路から発振されたパルス信号のパルス幅を整数倍たとえば2倍したものを減算する演算を行い、その演算値が所定値を超えている場合には上記異常であると判定する。
【0018】
また、トルクセンサに供給される電源電圧が変動し、第1および第2の発振回路から発振したパルス信号の振幅が変動した場合であっても、パルス信号の周期およびパルス幅には影響しないため、正確な異常検出を行うことができる。
【0019】
請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載のトルクセンサにおいて、前記コイルには、発振周波数を決定するための抵抗回路が接続されており、その抵抗回路の所定箇所における電圧を検出し、その検出された電圧に基づいて前記抵抗回路の異常を検出する抵抗回路異常検出手段が備えられたという技術的手段を採用する。
【0020】
抵抗回路に異常が発生すると、その抵抗回路の所定箇所における電圧が変化するため、その電圧の変化に基づいて抵抗回路の異常を検出できる。
たとえば、後述する発明の実施の形態に記載するように、抵抗回路が、2つの抵抗を直列接続した一対の直列回路を並列に接続したブリッジ回路である場合は、各直列回路の中間点からそれぞれ電圧を検出し、それら検出された電圧を差動増幅回路に入力し、その差動増幅回路の出力信号をマイコンで監視することにより、上記異常を検出できる。
【0021】
請求項4に記載の発明では、請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のトルクセンサにおいて、前記第1および第2の発振回路は、前記コイルのインダクタンスをおよび抵抗を用いたLR発振回路であるという技術的手段を採用する。
【0022】
つまり、コンデンサを用いていないため、温度の影響を受け難い。したがって、コンデンサを用いた発振回路よりも、トルクの検出精度を高めることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトルクセンサの一実施形態について図を参照して説明する。
なお、以下の実施形態では、本発明のトルクセンサとして、車両の操舵ハンドルに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に作用するトルクを検出するトルクセンサについて説明する。
図1は、本発明実施形態のトルクセンサが備えられた操舵機構の構造を一部断面を含んで示す説明図であり、図2は、図1に示すトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
なお、図10および図11に示した従来のトルクセンサと同じ構造については、その説明を省略する。
【0028】
図1に示すように、操舵機構10には、センサリング17,18と所定のギャップを隔ててセンサコイル41が設けられている。シャフト11とシャフト13との間で相対変位が生じると、センサリング17,18のオーバラップ量が変位し、センサコイル41のインダクタンスが変化する。これにより、トルクに応じた信号が得られる。また、センサコイル41は、ハウジング12の図面右端に設けられたI/F回路20に接続されており、I/F回路20は、車両に備えられたマイコン(図2に番号30で示す。)に接続されている。
【0029】
次に、本発明第1実施形態のトルクセンサの電気的構成について図2を参照して説明する。
トルクセンサは、センサ部40と、このセンサ部40に接続されたI/F回路20と、このI/F回路20に接続されたマイコン30とから構成される。センサ部40は、センサコイル41と、センサリング17,18と(図1)、センサコイル41およびセンサリング17,18間のギャップとからなる磁気回路で構成されている。
【0030】
I/F回路20は、トルクを検出するトルク検出回路21と、このトルク検出回路21の異常を検出するフェール検出回路25とから構成されている。
トルク検出回路21には、センサコイル41のインダクタンスおよびメイン発振回路22内に設けられた抵抗に基づいた信号を発振する。このメイン発振回路22から発振されたパルス信号は、パルス整形回路23によって波形整形され、その波形整形されたパルス信号は、トルク信号としてマイコン30のタイマ入力31に入力される。
トルク検出回路21には、センサコイル41に接続されており、センサコイル41の温度を検出する温度検出回路24が設けられている。この温度検出回路24は、センサコイル41に発生する交直流重畳信号から直流成分を取り出し、この取り出した直流成分に必要なスケーリングを加え、このスケーリングを加えた信号を温度特性信号(以下、温特信号と称する)としてマイコン30のA/D入力32および差動増幅回路29へ出力する。
【0031】
フェール検出回路25には、トルク検出回路21に備えられたメイン発振回路22とほぼ同じ構成のサブ発振回路26が備えられている。このサブ発振回路26は、メイン発振回路22と同様にセンサコイル41のインダクタンスおよびサブ発振回路26内に設けられた抵抗に基づいた信号を発振する。また、サブ発振回路26は、メイン発振回路22の発振タイミングで発振し、このサブ発振回路26から発振した信号は、パルス整形回路27によって波形整形され、その波形整形された信号は、モニタ1信号としてマイコン30のタイマ入力33へ出力される。
また、フェール検出回路25には、トルク検出回路21に備えられた温度検出回路24とほぼ同じ構成の温度検出回路28が備えられている。この温度検出回路28は、センサコイル41に発生する交直流重畳信号から直流成分を取り出し、この取り出した直流成分に必要なスケーリングを加え、このスケーリングを加えた信号を温特信号として差動増幅回路29へ出力する。
【0032】
ここで、メイン発振回路22およびサブ発振回路26の構成について、それを示す図3を参照して説明する。
メイン発振回路22は、抵抗回路R1、抵抗R2〜R5およびオペアンプU1から構成されており、サブ発振回路26は、抵抗R6〜R9およびオペアンプU2から構成されている。抵抗回路R1は、抵抗R1a〜R1dの4個の抵抗によって構成されるブリッジ回路であり、抵抗R1と、センサコイル41のインダクタンスLとの間でRL時定数が定まり、発振周波数を決定する。
【0033】
抵抗R2,R3は、発振を成立させるためにオペアンプU1の+入力のバイアス電圧を決定し、抵抗R4,R5は、オペアンプU1の−入力のスレッショルド電圧を決定する。オペアンプU1は、−入力および+入力の電圧レベルを比較し、その比較結果をHレベル(高電圧レベル)、または、Lレベル(低電圧レベル)の2値で出力するコンパレータとして動作する。オペアンプU1は、−入力>+入力であればLレベルを出力し、−入力<+入力であればHレベルを出力する。
抵抗R6,R7は、発振を成立させるためにオペアンプU2の+入力のバイアス電圧を決定し、抵抗R8,R9は、オペアンプU2の−入力のスレッショルド電圧を決定する。オペアンプU2は、オペアンプU1と同じ動作をする。
なお、オペアンプU1,U2は、同じ機能を果たす回路であり、抵抗R2〜R5および抵抗R6〜R9も同じ機能を果たす回路である。
【0034】
次に、メイン発振回路22およびサブ発振回路26の動作について説明する。今、オペアンプU1の出力(すなわちJ点)が、LレベルからHレベルになった瞬間を考える。そのHレベルのエネルギは、抵抗回路R1を通り、センサコイル41に充電される(ただし、オペアンプU1は、抵抗回路R1およびセンサコイル41に十分な電流を供給できるものとする)。その結果、センサコイル端(すなわちK点)の電位は、放電により、最初のHレベルの電位から次第に減少して行く。その減少特性は、抵抗回路R1およびセンサコイル41のインダクタンスLのRL時定数により決定される。
【0035】
上記K点の電位は、抵抗R2,R3からなるバイアス回路により、バイアスされ(電位が高くなり)、オペアンプU1の+入力に印加される。
一方、オペアンプU1の−入力には、J点の電位を抵抗R4,R5により分圧した電位が印加される。J点の電位は安定しているため、オペアンプU1の−入力も安定したスレッショルド電位となる。
したがって、オペアンプU1の+入力の電位が、最初のHレベルの電位から次第に減少し、オペアンプU1の−入力のスレッショルド電位と同電位になるまで、J点がHレベルの電位になっている状態が続く。この状態になっている期間を充電期間とする。
【0036】
そして、オペアンプU1の+入力の電位が、オペアンプU1の−入力のスレッショルド電位より小さくなった瞬間にオペアンプU1の出力は、HレベルからLレベルに変化する。このとき、センサコイル41に蓄積されたエネルギが放電される。その結果、K点の電位は負電位となり、そこから徐々に電位を増加して行く。その増加特性も抵抗回路R1およびセンサコイル41のインダクタンスLのRL時定数により決定される。
充電期間において説明したのと同様に、K点の電位は、抵抗R2,R3からなるバイアス回路によりバイアスされ、オペアンプU1の+入力に印加される。
【0037】
一方、オペアンプU1の−入力は、J点のLレベルの電位を抵抗R4,R5により分圧されたスレッショルド電位が印加される。
したがって、オペアンプU1の+入力の電位が、Lレベルの電位から次第に増加し、オペアンプU1の−入力のスレッショルド電位と同電位になるまで、J点がLレベルの電位になっている状態が続く。この状態になっている期間を放電期間とする。
そして、オペアンプU1の+入力の電位が、オペアンプU1の−入力のスレッショルド電位より大きくなった瞬間にオペアンプU1の出力は、LレベルからHレベルに変化し、充電期間に入る。
以降、充電期間および放電期間を繰り返し、オペアンプU1からパルス信号が発振出力される。
【0038】
また、K点の電位は、サブ発振回路26の抵抗R6,R7からなるバイアス回路によってバイアスされ、オペアンプU2の+入力に印加される。一方、オペアンプU2の−入力には、J点の電位を抵抗R8,R9により分圧した電位が印加される。そして、オペアンプU2は、オペアンプU1と同じ発振タイミングで同じ発振動作を繰り返し、トルクの変化に対応した周期を有するパルス信号を出力する。
【0039】
次に、マイコン30が実行するトルク演算処理の流れについて、それを示す図7のフローチャートを参照して説明する。
まず、車両に備えられた操舵ハンドルが操作されると、シャフト11とシャフト13との間で相対変位が生じ、センサリング17,18(図1)のオーバラップ量が変位し、その変位によってセンサコイル41のインダクタンスLが変化する。そして、その変化したインダクタンスLは、トルク検出回路21のメイン発振回路22のインダクタンスLとして用いられ、メイン発振回路22によって上記インダクタンスLに比例した周期を有する信号が発振される。続いて、その発振された信号は、パルス整形回路23によって波形整形され、トルク信号としてマイコン30のタイマ入力31に出力される。
また、温度検出回路24は、センサコイル41の温度に対応する信号を温特信号としてマイコン30のA/D入力32へ出力する。
【0040】
そして、マイコン30は、タイマ入力31にトルク信号(図2)が入力されたことを検出し(ステップ(以下、Sと略す)10:Yes)、A/D入力32から温特信号を入力すると(S12)、入力したトルク信号の周期A(図3)をクロック信号を用いて演算する(S14)。続いて、マイコン30は、温特信号の電圧V1を演算し(S16)、周期Aおよび電圧V1に基づいて、温度補償されたトルクを演算する(S18)。
このトルクの演算は、たとえば、周期Aとトルクとを対応付けた第1のテーブルと、電圧V1とトルクとを対応付けた第2のテーブルとを記憶しておき、第1のテーブルから抽出されたトルクに第2のテーブルから抽出されたトルクを加算することにより行う。
【0041】
次に、メイン発振回路22の異常を検出するためにマイコン30が実行する処理(以下、異常検出処理1と称する)の流れについて、それを示す図8のフローチャートを参照して説明する。
マイコン30は、タイマ入力33にモニタ1信号(図2)が入力されたことを検出すると(S20:Yes)、そのモニタ1信号のパルス幅B(図3)をクロック信号を用いて演算する(S22)。続いて、マイコン30は、演算したパルス幅Bを2倍した値から、トルク演算処理のS14において演算された周期Aを減算する演算(2B−A)を行う(S24)。続いて、マイコン30は、その演算結果(2B−A)が、図示しないROMなどに記憶されているしきい値±Cを超えているか否かを判定し(S26)、演算結果(2B−A)が、しきい値±Cを超えている場合は(S26:Yes)、異常1信号を出力する(S28)。
【0042】
たとえば、パルスデューティが50%に設定されており、上記メイン発振回路22およびサブ発振回路26が正常に動作している場合は、演算結果(2B−A)は0になる。しかし、素子の劣化などが発生すると、パルス信号の周期およびパルス幅が変化するため、演算結果(2B−A)は通常とは異なる値を示す。そこで、その値が±Cを超える値となったときに異常であると判定する。
±Cの値は、回路を構成する素子のばらつきなどを考慮して設定する。また、パルスデューティが50%以外である場合は、S26における判定内容は、(2B−A)>Co±Cとなる(Coは、異常判定値の初期値)。
つまり、パルスデューティを必ずしも50%に合わせなくても、異常検出を行うことができる。
なお、サブ発振回路26に異常が発生した場合も、上記異常検出処理1を実行することにより、その異常を検出できる。また、上記S28において出力された異常信号は、たとえば、車両に備えられたインスツルメントパネルのインジケータへ出力され、そのインジケータが所定の異常表示を行う。
【0043】
次に、温度検出回路24の異常を検出するためにマイコン30が実行する処理(以下、異常検出処理2と称する)の流れについて、それを示す図9のフローチャートを参照して説明する。
マイコン30は、A/D入力34にモニタ2信号(図2)を入力し(S30)、モニタ2信号の電圧V2を演算する(S32)。続いて、マイコン30は、演算した電圧V2が、電圧VB以上であり、かつ、電圧VA以下であるか否か、つまり正常域の範囲内であるか否かを判定する(S34)。そして、マイコン30は、電圧V2が正常域の範囲内ではない、つまり、温度検出回路24に異常が発生していると判定すると(S34:No)、異常信号を出力する(S36)。
この出力された異常信号は、たとえば、車両に備えられたインスツルメントパネルのインジケータへ出力され、そのインジケータが所定の異常表示を行う。
【0044】
以上のように、本第1実施形態のトルクセンサを使用すれば、トルクの変化に対応して変化するセンサコイル41のインダクタンスLを用いるため、センサコイル41に正弦波を印加するための正弦波印加回路が不要である。また、パルス信号を直接マイコン30に入力することにより、トルクを検出できるため、A/D変換回路が不要である。
また、本第1実施形態のトルクセンサは、パルス信号の周期Aに基づいてトルクを検出するため、トルクセンサに供給される電源電圧が変動し、パルス信号の振幅が変動した場合であっても、パルス信号の周期には影響しないため、正確なトルク検出を行うことができる。そのため、マイコン30の動作電圧よりも高めの電圧を供給する入力電源が不要である。
したがって、本第1実施形態のトルクセンサを使用すれば、回路構成を簡略化することができる。
しかも、温度の影響を受けるコンデンサを備えていないLR発振回路を用いてトルクを検出するため、より一層、トルク検出の精度を高めることができる。また、トルクの検出を行うためのメイン発振回路22および温度補償を行うための温度検出回路24の異常発生を検出できるため、トルク検出の信頼性を高めることができる。
【0045】
次に、本発明第2実施形態のトルクセンサについて図5を参照して説明する。
本第2実施形態のトルクセンサは、抵抗回路R1の異常を検出できることを特徴とする。図5は、抵抗回路R1の異常を検出する構成を示す説明図である。
抵抗回路R1を構成する4個の抵抗R1a〜R1dの抵抗値が総て同一であるとすると、P点およびQ点の電位は等しくなる。
そこで、図5に示すように、P点およびQ点の出力を差動増幅回路に入力し、その出力をマイコン30によって監視するように構成することにより、4個の抵抗R1a〜R1dのいずれかの異常を検出することができる。
ただし、同時に2個以上の抵抗が同じ異常状態にならないことが上記異常検出の前提である。
以上のように、本第2実施形態のトルクセンサを使用すれば、メイン発振回路22を構成する素子および回路の総ての異常を検出することができるため、トルク検出の信頼性をより一層高めることができる。
【0046】
ところで、センサコイル41では、通常は、発生することはないと考えられるが、たとえばコイルの被覆が剥がれ、センサコイル41のインピーダンスが変化してしまう、いわゆるレアショートの発生が理論的には考えられる。
そこで、そのようなレアショートを検出できることを特徴とする本発明第3実施形態のトルクセンサについて図4を参照して説明する。図4は、本第3実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
図4に示すように、フェール検出回路25にレアショート検出回路45を設けることにより、レアショートの検出を行う。
レアショート検出回路45は、その構成を説明する図6に示すように、センサコイル41の一端および中間タップMに接続されており、センサコイル41の全体およびセンサコイル41の中間に位置する中間タップMに発生する交直流重畳信号の直流成分をそれぞれ取り出す構成になっている。
【0047】
センサコイル41の一端から発生した交直流重畳信号は、抵抗R20およびコンデンサC1によって、その直流成分が取り出され、その取り出された直流成分は、アンプ45aを介して差動増幅回路29(図4)へ出力される。また、中間タップMから発生した交直流重畳信号は、抵抗R21およびコンデンサC2によって、その直流成分が取り出され、その取り出された直流成分は、アンプ45bによって2倍に増幅され、その増幅された直流成分は、差動増幅回路29へ出力される。
【0048】
そして、差動増幅回路29は、温度検出回路24、温度検出回路28およびレアショート検出回路45から出力された信号を差動増幅し、その差動増幅された信号をモニタ2信号としてマイコン30のA/D入力34へ出力する。そして、マイコン30は、A/D入力34に入力された信号の電圧V2に基づいて、温度検出回路24の異常の検出およびセンサコイル41のレアショートの検出を行う。たとえば、前述した異常検出処理2(図9)と同じ流れの処理を行い、電圧V2が正常域外である場合に異常信号を出力する。
以上のように、本第3実施形態のトルクセンサを使用すれば、各回路の異常検出に加えて、センサコイル41のレアショートをも検出できるため、正常なトルク検出に万全を期すことができる。
【0049】
ところで、上記各実施形態では、本発明のトルクセンサを車両の操舵装置に適用した場合を代表に説明したが、物体に作用するトルクの変化をインダクタンスの変化として検出する方式のトルクセンサを備えた装置であれば、そのような装置にも適用することができる。
【0050】
なお、メイン発振回路22が本発明の第1の発振回路に対応し、サブ発振回路26が第2の発振回路に対応する。また、図5に示した構成が本発明の抵抗回路異常検出手段に対応し、中間タップMおよびレアショート検出回路45がレアショート検出手段に対応する。
そして、マイコン30が実行する図8のS20〜S28が本発明の異常検出手段として機能し、図7のS10〜S18がトルク検出手段として機能する。また、マイコン30が実行する図9のS30〜S36がレアショート検出手段として機能する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施形態のトルクセンサが備えられた操舵機構の構造を一部断面を含んで示す説明図である。
【図2】図1に示すトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図3】メイン発振回路22およびサブ発振回路26の構成を示す説明図である。
【図4】第3実施形態のトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図5】抵抗回路R1の異常を検出する構成を示す説明図である。
【図6】レアショート検出回路45の構成を示す説明図である。
【図7】マイコン30が実行するトルク演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図8】マイコン30が実行する異常検出処理1の流れを示すフローチャートである。
【図9】マイコン30が実行する異常検出処理2の流れを示すフローチャートである。
【図10】従来のトルクセンサが備えられた操舵機構の構造を一部断面を含んで示す説明図である。
【図11】図10に示すトルクセンサの電気的構成をブロックで示す説明図である。
【符号の説明】
10 操舵機構
15 トーションバー
17,18 センサリング
20 I/F回路
22 メイン発振回路(第1の発振回路)
26 サブ発振回路(第2の発振回路)
30 マイコン
41 センサコイル
Claims (4)
- 物体に作用するトルクの変化に対応してインダクタンスが変化する単一のコイルを備え、そのコイルのインダクタンスに基づいて前記トルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記コイルのインダクタンスを検出し、その検出したインダクタンスに対応する周期を有するパルス信号を発振する第1および第2の発振回路と、
前記コイルの温度に対応する信号を温特信号として出力する温度検出回路と、
前記第1の発振回路から出力された信号の波形を整形し、その整形した信号をトルク信号として出力するパルス整形回路と、
前記トルク信号を入力してそのトルク信号の周期をクロック信号を用いて演算し、前記温特信号を入力してその温特信号の電圧を演算し、その演算された周期および電圧に基づいて温度補償されたトルクを演算するマイクロコンピュータと、
前記第1および第2の発振回路からそれぞれ発振されたパルス信号を比較し、その比較結果に基づいて前記第1および第2の発振回路の少なくとも一方の異常を検出する異常検出手段と、
前記コイルの全体および前記コイルの中間に位置する中間タップに発生する交直流重畳信号の直流成分をそれぞれ取出すとともに、その取出した直流成分に基づいて前記コイルのレアショートを検出するレアショート検出手段とが備えられており、かつ、前記コイルに正弦波を印加するための正弦波発振回路が備えられていないことを特徴とするトルクセンサ。 - 前記異常検出手段は、
前記第1または第2の発振回路の一方から発振されたパルス信号の周期を検出する周期検出手段と、
前記第1または第2の発振回路の他方から発振されたパルス信号のパルス幅を検出するパルス幅検出手段とを備え、
前記周期検出手段によって検出された周期および前記パルス幅検出手段によって検出されたパルス幅に基づいて前記第1および第2の発振回路の少なくとも一方の異常を検出することを特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 - 前記コイルには、発振周波数を決定するための抵抗回路が接続されており、
その抵抗回路の所定箇所における電圧を検出し、その検出された電圧に基づいて前記抵抗回路の異常を検出する抵抗回路異常検出手段が備えられたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトルクセンサ。 - 前記第1および第2の発振回路は、
前記コイルのインダクタンスをおよび抵抗を用いたLR発振回路であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のトルクセンサ。
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