JP3643947B2 - トルク検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のパワーステアリング装置等に用いられるトルク検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車の操舵輪を操作する力を補助するパワーステアリング装置として、電動式のものが実用化されている。これは操舵輪に作用したトルクを検出し、その検出トルクに応じて、操舵機構に設けられている操舵力を補助する電動機を駆動させる構造となっている。
本出願人は、特開平8−068703号公報により、この種のトルク検出装置を提案している。図7はこの種のトルク検出装置の要部の構成を示すブロック図である。このトルク検出装置においては、直流電源Eから電源電圧が供給されて発振動作する発振回路30の直流電圧を含んだ発振電圧を出力する出力端子は、電流増幅回路31、反転電流増幅回路32及びサンプリングパルス発生回路27,28の各入力端子と接続されている。電流増幅回路31の出力端子と、反転電流増幅回路32の出力端子との間には、温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との直列回路が介装されている。温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との直列回路には、主回路用の第1抵抗R1 と第2抵抗R2 との直列回路及びフェイルセーフ用である補助回路用の第1抵抗R1 ′と第2抵抗R2 ′との直列回路が夫々並列接続されている。温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との接続部は、差動増幅回路35の一側入力端子及び差動増幅回路36の一側入力端子と接続されている。
【0003】
主回路用の第1抵抗R1 と第2抵抗R2 との接続部は、差動増幅回路35の他側入力端子と接続されている。補助回路用の第1抵抗R1 ′と第2抵抗R2 ′との接続部は、差動増幅回路35の他側入力端子と接続されている。差動増幅回路35の出力端子は同期検波回路22の入力端子と、差動増幅回路36の出力端子は同期検波回路25の入力端子と接続されている。サンプリングパルス発生回路27のパルス出力端子は同期検波回路22のサンプリングパルス入力端子と、サンプリングパルス発生回路28のパルス出力端子は同期検波回路25のサンプリングパルス入力端子と接続されている。
【0004】
同期検波回路22の出力端子はサンプルホールド回路23の入力端子と、同期検波回路25の出力端子はサンプルホールド回路26の入力端子と接続されている。サンプルホールド回路23の出力端子は電圧・電流変換回路39の入力端子と、サンプルホールド回路26の出力端子は電圧・電流変換回路40の入力端子と接続されている。電圧・電流変換回路39から主回路用のトルク検出信号Ts が出力され、電圧・電流変換回路40から補助回路用のトルク検出信号Ts ′が出力される。
【0005】
発振回路30を発振動作させると、発振回路30は直流電圧VD によりバイアスされた発振電圧VA を出力する。そして、この直流電圧VD を含んだ発振電圧VA が電流増幅回路31及び反転電流増幅回路32へ入力され、電流増幅回路31は、発振回路30の出力電圧と同位相の交流電圧VB 及び正の直流電圧VD を出力する。
一方、反転電流増幅回路32は、発振回路30の発振電圧の位相を180度ずらせた交流電圧VC 及び正の直流電圧VD を出力する。これにより温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との直流回路の両端には交流電圧VB とVC との差電圧、つまり発振電圧VA の2倍の高い電圧が与えられる。
【0006】
温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との接続部の交流電圧は、トルク検出コイルL2 のインピーダンスが温度補償コイルL1 のインピーダンスより大きい場合は、発振電圧VA と同位相の変化をし、逆に小さい場合は発振電圧VA と逆位相の変化をする。
また、第1抵抗R1 と第2抵抗R2 との接続部の直流電圧は、両抵抗が等しい場合は直流電圧VD となる。そして、温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との接続部の電圧、及び第1抵抗R1 と第2抵抗R2 との接続部の電圧が、差動増幅回路35へ入力されて差動増幅され、同期検波回路22へ入力される。
【0007】
同期検波回路22は、サンプリングパルスがHレベルにある場合は、差動増幅回路35の出力電圧を片検波する。サンプリングパルスがHレベルでない場合は、サンプルホールド回路23のコンデンサの充放電により、サンプリングパルスの後縁部の値が保持され、保持された電圧は、電圧・電流変換回路39へ入力される。電圧・電流変換回路39へ入力された電圧信号は、電流信号に変換されるとともに、所定のオフセット値が与えられて、主回路用のトルク検出信号Ts として出力される。このトルク検出信号Ts に基づいて操舵力を補助するモータ(図示せず)を駆動することにより、操舵力を適正に補助することができる。また、主回路用のトルク検出信号Ts を得たと同様の動作により、電圧・電流変換回路40から、主回路用のトルク検出信号Ts と同様に変化する補助回路用のトルク検出信号Ts が出力される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したトルク検出装置においては、温度補償コイルL1 及びトルク検出コイルL2 、並びにその配線部に接触不良及び内部短絡等の接続不具合が生じた場合、トルクを正確に検出することができなくなるが、この接続不具合を検出することは困難であるという問題があった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、コイルに誘起する交流電圧の位相の変化を検出する手段を備えることにより、コイル及びその配線部の接続不具合を確実に検出することができるトルク検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、コイルに交流電圧を誘起させる為の主電圧信号、及び該主電圧信号と位相の異なる副電圧信号を発振する発振回路と、各電圧信号に同期するサンプリングパルスを出力する複数のサンプリングパルス発生回路と、前記交流電圧を同期検波する複数の同期検波回路と、前記交流電圧の位相の変化を検出する回路とを備えることにより、確実にコイル及びその配線部の接続不具合を検出することができるトルク検出装置を提供することを目的とする。そして本発明は、主電圧信号と副電圧信号との位相差を90度又は270度とすることにより、構成が簡単であるトルク検出装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係るトルク検出装置は、作用するトルクに応じた磁気結合状態を得て、その磁気結合に応じてコイルに誘起する交流電圧により前記トルクを検出するトルク検出装置において、前記コイルに前記交流電圧を誘起させる為の主電圧信号、及び該主電圧信号と位相の異なる1又は複数の副電圧信号を発振する発振回路と、前記主電圧信号及び副電圧信号に同期するサンプリングパルスを出力する複数のサンプリングパルス発生回路と、前記交流電圧及び各サンプリングパルスが与えられ、各サンプリングパルスに同期するスイッチング動作により前記交流電圧を検波する複数の同期検波回路と、前記副電圧信号に同期するサンプリングパルスが与えられる同期検波回路の出力に基づき、サンプリングパルスの後縁部の値を保持するサンプルホールド回路と、該サンプルホールド回路の出力電圧が所定範囲内である場合に、接続が不良である旨を示す接続不良信号を出力するウインドウコンパレータとを備えたことを特徴とする。
【0010】
第2発明に係るトルク検出装置は、第1発明において、前記主電圧信号と副電圧信号との位相差が90度又は270度であることを特徴とする。
【0011】
コイル部及びその配線部の接続不具合により接触抵抗が増大した場合には、コイルのインピーダンスの抵抗成分が変動する。図8は、コイルインピーダンスのベクトルを示した図であり、横軸はインピーダンスの抵抗分R、縦軸は誘導リアクタンス分jωL(ωは電源の角周波数)である。図8に示したように、コイルインピーダンスのベクトルZk は、接触不良等の不具合による抵抗増加分Rc だけ位相がずれる(位相差α)。そして、コイルインピーダンスの位相の変化は、コイルに誘起する交流電圧の位相の変化として捉えられるので、この位相の変化を検出することにより、コイル部及び配線部の接続不具合を検出することができる。
【0012】
第1発明のトルク検出装置においては、コイルに誘起する交流電圧の位相の変化を検出する手段を備えているので、コイル及びその配線部の接続不具合による接触抵抗の変化を確実に検出することができる。第2発明のトルク検出装置においては、コイルに前記交流電圧を誘起させる為の主電圧信号及びこれと位相の異なる1又は複数の副電圧信号を発振する発振回路と、各電圧信号に同期するサンプリングパルスを出力する複数のサンプリングパルス発生回路と、各サンプリングパルスに基づき前記交流電圧を同期検波する複数の同期検波回路とを備えているので、コイル及びその配線部に接続不具合が生じ、前記交流電圧の位相が変化した場合に、いずれかの同期検波回路により前記交流電圧が感度よく同期検波され、その出力信号に基づき交流電圧の位相の変化が検出される。
第2発明のトルク検出装置においては、sin 波及びcos 波を発振する発振回路を適用することができ、構成が簡単になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図1は、本発明に係るトルク検出装置の要部の構成を示すブロック図である。このトルク検出装置においては、発振器1はsin 波形成分(主電圧信号)及びcos 波形成分(副電圧信号)からなる電圧信号を発振し、発振されたsin 波形成分は、電流増幅回路2、反転電流増幅回路3及びサンプリングパルス発生回路4へ出力され、cos 波形成分はサンプリングパルス発生回路5へ出力される。電流増幅回路2の出力端子と、反転電流増幅回路3の出力端子との間には、温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との直列回路が介装されている。温度補償コイルL1 は、トルク検出コイルL2 の温度によるインダクタンスの変化を補正するために配置されている。温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との直列回路には、第1抵抗R1 と第2抵抗R2 との直列回路が並列接続されている。温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との接続部は、差動増幅回路6の+側入力端子に接続され、第1抵抗R1 と第2抵抗R2 との接続部は、差動増幅回路6の−側入力端子に接続されている。
【0014】
差動増幅回路6の出力端子は同期検波回路7及び同期検波回路8の入力端子と接続されており、サンプリングパルス発生回路4のパルス出力端子は同期検波回路7のサンプリングパルス入力端子と、サンプリングパルス発生回路5のパルス出力端子は同期検波回路8のサンプリングパルス入力端子と接続されている。同期検波回路7の出力端子はサンプルホールド回路9の入力端子と、同期検波回路8の出力端子はサンプルホールド回路10の入力端子と接続されている。サンプルホールド回路9の出力端子は増幅器11の入力端子と、サンプルホールド回路10の出力端子はウインドウコンパレータ12の入力端子と接続されている。そして、増幅器11からトルク検出信号が出力され、ウインドウコンパレータ12から接続不良信号が出力される。
【0015】
同期検波回路7(8)は、サンプリングパルスが与えられ、サンプリングパルスに同期してスイッチング動作を行うスイッチング回路7a(8a)と、スイッチング回路7a(8a)の入力端子に直列接続され、スイッチング回路7a(8a)のオン抵抗より大である抵抗7b(8b)とから構成されている。サンプリングホールド回路9(10)は、スイッチング回路7a(8a)の出力端子と増幅器11(ウインドウコンパレータ12)との接続点及び接地端子間に接続されたコンデンサ9a(10a)から構成されている。
【0016】
以下に、このトルク検出装置の動作を、図2〜図4及び図6に示す各部の電圧波形図を参照しながら説明する。図2はサンプリングパルス発生回路により発生するサンプリングパルスを示す電圧波形図、図3は右トルクが発生した場合、図4は左トルクが発生した場合、及び図6は接続不良により抵抗が増大した場合の電圧波形図である。
発振器1を発振動作させると、発振器1は発振電圧VA を出力し、この発振電圧VA のsin 波形成分が電流増幅回路2、反転電流増幅回路3及びサンプリングパルス発生回路4に入力され、発振電圧VA のcos 波形成分がサンプリングパルス発生回路5に入力される。
【0017】
サンプリングパルス発生回路4は、発振電圧VA のsin 波形成分の正の期間に同期して、図2(a)(fの電圧波形図)に示すようにサンプリングパルスを発生しており、このサンプリングパルスが同期検波回路7へ与えられる。サンプリングパルス発生回路5は、発振電圧VA のcos 波形成分の正の期間に同期して、図2(b)(gの電圧波形図)に示すように、(a)のサンプリングパルスより位相が90度遅れたサンプリングパルスを発生しており、このサンプリングパルスが同期検波回路8へ与えられる。
【0018】
電流増幅回路2は、発振器1のsin 波形成分と同位相の交流電圧VB を出力する。一方、反転電流増幅回路3は、発振器1のsin 波形成分の位相を180度ずらせた交流電圧VC を出力する。これにより温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との直流回路の両端には交流電圧VB とVC との差電圧、つまり発振電圧VA のsin 波形成分の2倍の高い電圧が与えられる。
【0019】
温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との接続部の交流電圧は、トルク検出コイルL2 のインピーダンスが温度補償コイルL2 のインピーダンスより大きい場合は、発振電圧VA のsin 波形成分と同位相の変化をし、逆に小さい場合はsin 波形成分と逆位相の変化をする。
【0020】
そして、温度補償コイルL1 とトルク検出コイルL2 との接続部の電圧、及び第1抵抗R1 と第2抵抗R2 との接続部の電圧が、差動増幅回路6へ入力されて差動増幅され、その出力電圧は同期検波回路7に入力される。図3(a)は、右トルクが発生した場合における差動増幅回路6の出力電圧(e点における出力電圧)を示す電圧波形図である。左トルクが発生した場合には、差動増幅回路6の出力電圧は、図4(a)に示すように図3(a)の位相が180度ずれた状態で変化して、同期検波回路7に入力される。
【0021】
同期検波回路7は、サンプリングパルスがHレベルにあるときに、差動増幅回路6の出力電圧を片検波し、その検波電圧は、右トルク発生時においては図3(b)(点kにおける電圧波形図)に示す正電圧の脈流波形になる。この脈流波形の検波電圧は、同期検波回路7のサンプリングパルスがHレベルでないときは、コンデンサ9aの充放電により、サンプリングパルスの後縁部の値を保持され、図3(b)に示す保持電圧となってサンプルホールド回路9に保持され、増幅器11へ入力される。左トルク発生時においては、検波電圧は、図3(b)の脈流波形と位相が180度ずれた、図4(b)に示す負電圧の脈流波形となる。
【0022】
サンプルホールド回路9の出力電圧は増幅器11に入力され、電流信号に変換されるとともに、所定のオフセット値が与えられて、右トルク発生時には正電圧のトルク検出信号、左トルク発生時には負電圧のトルク検出信号として出力される。このトルク検出信号に基づいて操舵力を補助するモータ(図示せず)を駆動することにより、操舵力を適正に補助することができる。
【0023】
差動増幅回路6の出力電圧を同期検波回路8により同期検波した場合の右トルク時、及び左トルク発生時におけるサンプリング波形を図3(c)及び図4(c)に示す。これらのサンプリング波形はコンデンサ10aの充放電により平滑化され、ウインドウコンパレータ12に入力される信号は、略零になる。
【0024】
図5は、図1における点a、b、c、dの電圧の関係を示すベクトル図であり、縦軸がsin 軸であり、横軸がcos 軸である。図5(a)は右トルク発生時、(b)は左トルク発生時、(c)は接触抵抗増大時のベクトル図である。
ベクトルdaは温度補償コイルL1 のコイルインピーダンス、ベクトルdbはトルク検出コイルL2 のコイルインピーダンスを示す。右トルク発生時には、点cd間には正の電位差が生じ、左トルク発生時には点cd間には負の電位差が生じる。コイル及びその配線部に接続不具合が生じ、接触抵抗が増大した場合にはベクトルdcの位相がずれる。
【0025】
接触不良により抵抗が増大した場合には、上述したように、ベクトルdcの位相がずれるので、差動増幅回路6の出力電圧(e点における電圧)は図6(a)に示したように、正常の場合と比較して位相がずれており、この出力電圧を同期検波回路7により検波した場合は、k点におけるサンプリング波形は、図6(b)に示したようになる。このサンプリング波形はコンデンサ9aの充放電により平滑化され、増幅器11に入力される信号は略零になり、トルク検出信号は出力されない。一方、差動増幅回路6の出力電圧を同期検波回路8により検波し、コンデンサ10aの充放電により、サンプリングパルスの後縁部の値を保持した場合は、h点における電圧波形は図6(c)に示したようになる。このh点における電圧はウインドウコンパレータ12に出力され、ウインドウコンパレータ12は入力された電圧信号が所定範囲内に入る場合に接続不良信号を出力する。
【0026】
以上のように、本発明に係るトルク検出装置においては、温度補償コイルL1 及びトルク検出コイルL2 、並びにその配線部の接続不具合による接触抵抗の変化をコイルに誘起する交流電圧の位相の変化として検出することができ、前記接続不具合を確実に検出することができる。そして、現在、温度補償コイルL1 及びトルク検出コイルL2 は検出回路にハンダ付けされているが、前記したように、接続不具合が確実に検出されるので、コネクタを用いてコイルを検出回路に接続することが可能になる。
【0027】
なお、前記実施の形態においては、発振器1が、温度補償コイルL1 及びトルク検出コイルL2 を駆動する発振波形成分と90度、位相角がずれた波形成分を発振する場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、位相角が270度ずれた波形成分を発振することにしてもよく、位相角を他の角度に設定してもよい。但し、位相角が90度又は270度である場合はsin 波及びcos 波を発振する発振器を使用することができるので、装置が簡単になる。
また、発振器1が発振する電圧は2成分に限定されるものではなく、2以上の成分を発振させ、これらに対応させて、サンプリングパルス発生回路及び同期検波回路を配置することにしてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のトルク検出装置による場合は、コイルに誘起する交流電圧の位相の変化を検出する手段を備えているので、コイル及びその配線部の接続不具合による接触抵抗の変化を確実に検出することができる。従って、この接続不具合を調整することにより、トルクを確実に検出することができる。
また、コイルに前記交流電圧を誘起させる為の主電圧信号及びこれと位相の異なる1又は複数の副電圧信号を発振する発振回路と、各電圧信号に同期するサンプリングパルスを出力する複数のサンプリングパルス発生回路と、各サンプリングパルスに基づき前記交流電圧を同期検波する複数の同期検波回路とを備えているので、コイル及びその配線部に接続不具合が生じ、前記交流電圧の位相が変化した場合に、いずれかの同期検波回路により前記交流電圧が感度よく同期検波され、その出力信号に基づき交流電圧の位相の変化が検出される。
更に、sin 波及びcos 波を発振する発振回路を適用することができ、構成が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るトルク検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図2】サンプリングパルス発生回路により発生するサンプリングパルスを示す電圧波形図である。
【図3】右トルクが発生した場合の差動増幅回路の出力電圧、一の同期検波回路の検波電圧、及び他の同期検波回路のサンプリング波形を示す波形図である。
【図4】左トルクが発生した場合の差動増幅回路の出力電圧、一の同期検波回路の検波電圧、及び他の同期検波回路のサンプリング波形を示す波形図である。
【図5】右トルク発生時、左トルク発生時及び接触抵抗増大時のベクトル図である。
【図6】接触不良により抵抗が増大した場合の差動増幅回路の出力電圧、一の同期検波回路のサンプリング波形、及び他の同期検波回路の検波電圧を示す波形図である。
【図7】従来のトルク検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図8】コイルインピーダンスのベクトルを示した図である。
【符号の説明】
1 発振器
4,5 サンプリングパルス発生回路
6 差動増幅回路
7,8 同期検波回路
9,10 サンプルホールド回路
12 ウインドウコンパレータ
Claims (2)
- 作用するトルクに応じた磁気結合を得て、その磁気結合に応じてコイルに誘起する交流電圧により前記トルクを検出するトルク検出装置において、
前記コイルに前記交流電圧を誘起させる為の主電圧信号、及び該主電圧信号と位相の異なる1又は複数の副電圧信号を発振する発振回路と、
前記主電圧信号及び副電圧信号に同期するサンプリングパルスを出力する複数のサンプリングパルス発生回路と、
前記交流電圧及び各サンプリングパルスが与えられ、各サンプリングパルスに同期するスイッチング動作により前記交流電圧を検波する複数の同期検波回路と、
前記副電圧信号に同期するサンプリングパルスが与えられる同期検波回路の出力に基づき、サンプリングパルスの後縁部の値を保持するサンプルホールド回路と、
該サンプルホールド回路の出力電圧が所定範囲内である場合に、接続が不良である旨を示す接続不良信号を出力するウインドウコンパレータと
を備えたことを特徴とするトルク検出装置。 - 前記主電圧信号と副電圧信号との位相差が90度又は270度であることを特徴とする請求項1記載のトルク検出装置。
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