JPH06174576A

JPH06174576A - トルク検出装置

Info

Publication number: JPH06174576A
Application number: JP32319892A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sakurai; 計宏桜井; Masaharu Takeuchi; 正治竹内; Yuji Nishibe; 祐司西部; Yutaka Nonomura; 裕野々村; Atsushi Tsukada; 厚志塚田; Masanori Miyashita; 政則宮下
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は駆動軸のトルク検出装置に関し、ト
ルクセンサに故障が発生しても、誤ったトルク値を検出
することなく、装置としては引き続きトルク検出機能を
維持させることを目的とする。【構成】トルク検出装置は複数のトルクセンサ１と、
各トルクセンサからの各出力を加算処理して駆動軸のト
ルク値を演算するアナログ信号処理回路４と、各トルク
センサからの信号を基準信号と比較し、各トルクセンサ
の故障発生の有無を検知すると共に故障トルクセンサを
特定する判別回路Ｊと、判別回路からの信号に応じて、
故障発生時、故障トルクセンサとアナログ信号処理回路
との接続を遮断するリレー１５と、故障トルクセンサの
数に応じてトルク値対応アナログ信号の増幅度を変える
利得調整回路１６とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば駆動軸に印加さ
れたトルクを磁気歪みとして非接触で検出するトルクセ
ンサを備えたトルク検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、軸トルクは回転駆動系の制御を
行ううえで最も基本的な特性であり、これを正確に検出
するために、駆動トルクを磁気歪みとして検出する、所
謂磁歪式トルクセンサを備えたトルク検出装置が既に知
られている（例えば、特開昭６０−１４０１３３号公報
など）。

【０００３】この磁歪式トルクセンサは、例えば図６に
概略的に示すように、検出対象となる駆動軸Ｄの周囲に
非接触で配置された励磁コイル１ａ及び検出コイル１ｂ
を有しており、励磁コイル１ａには高周波電源Ｐが供給
されて駆動軸Ｄの表面に磁界が発生するようになってい
る。そして、軸トルクに伴う磁束密度の変化を、検出コ
イル１ｂ側で発生した電圧の変化として測定し、この値
から駆動軸Ｄに加えられるトルクＴを検出するようにな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなトルクセンサを備えたトルク検出装置においては、
駆動軸の回転時偏心などによる発生電圧バラツキを出来
るだけ低減して、測定されるトルク値の信頼性を向上す
るため、通常駆動軸の周りには複数のトルクセンサが配
置されるようになっており、各トルクセンサからの出力
電圧の加算値（或いは、平均）により正確なトルク値を
演算するようにしている。

【０００５】しかしながら、このような複数のトルクセ
ンサを備えた検出装置においては、仮に特定のトルクセ
ンサに、例えば断線などの故障が発生した場合、従来の
加算処理システムでは故障トルクセンサからの誤った出
力電圧値をもそのままトルク演算に組み入れたり、或い
はシステムとしては全くトルク値検出処理を停止したり
して、正常なトルク値検出機能を維持することができな
くなるという問題があった。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑み、仮にトルク
センサに故障が発生した場合においても、誤ったトルク
値を演算することなく、装置としては引き続きトルク検
出機能を維持できるようなトルク検出装置を提供するも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明によるトルク検出装置は、図１に示すように、駆
動軸周りに複数個（図では３個）設けられ、所定の電圧
が印加されると共に上記所定軸のトルクに応じた出力電
圧を出力するトルクセンサと、該トルクセンサからの各
出力を加算処理して上記駆動軸のトルク値を演算するト
ルク値演算手段と、各トルクセンサからの信号を基準と
なる信号と比較し、各トルクセンサの故障発生の有無を
検知すると共に故障トルクセンサを特定する故障センサ
判別手段と、該故障センサ判別手段からの信号に応じ
て、故障発生時、故障トルクセンサとトルク値演算手段
との接続を遮断するセンサ出力遮断手段と、故障トルク
センサの数に応じてトルク値演算手段におけるトルク値
を補正するトルク値補正手段と、を備える。

【０００８】

【作用】各トルクセンサからの信号を常に基準信号と比
較して故障発生の有無を検知し、故障発生時、該当トル
クセンサからトルク値演算手段への信号出力を停止し
て、正常なトルクセンサからの出力電圧からトルク値を
検出する。この場合、トルク情報量としては少なくなる
が、誤ったデータを演算に組み込んで得られたトルク値
よりも信頼性は高く、また装置自体のトルク検出機能も
維持される。

【０００９】

【実施例】図面を参照して本発明の実施例を以下に説明
する。図２は磁歪検出型のトルクセンサを有するトルク
検出装置のブロック図である。図中、参照番号１で示す
各トルクセンサは、駆動軸（図示せず）の表面に所定の
磁界を発生させる励磁コイル１ａ（駆動部）と、駆動軸
の軸トルクに対応した磁気変化量を生じ、以てこれに対
応する電圧を出力する検出コイル１ｂ（検知部）より構
成される。

【００１０】本実施例によれば、トルク検出装置は１駆
動軸に対して計３個のトルクセンサ１が設けられ、各ト
ルクセンサ１の励磁コイル１ａは、対応する検出コイル
１ｂに対して直交配置され、夫々のトルクセンサ１は駆
動軸の円周方向に１２０度ずつに等間隔に配置される。
駆動軸表面に所定の磁場を発生するため、各トルクセン
サ１の励磁コイル１ａは、図示するように高周波電源Ｐ
に対して並列に接続され、各励磁コイル１ａには所定の
励磁電流が流れるようになっている。

【００１１】これに対して各検出コイル１ｂで生じた出
力電圧は、夫々対応して設けられる増幅器２によって増
幅された後、これらの電圧を集約する加算器３に入力さ
れ、最終的にはアナログ信号処理回路４で軸トルクに比
例した平均電圧（直流）をトルク信号として外部に出力
することになる。尚、以上説明した各構成要素は、従来
のトルク検出装置のそれと何等変わらず、その作用も全
く同様である。

【００１２】以下、本実施例による故障トルクセンサの
判別方法及びその故障発生時処理について説明する。ま
ず最初に、センサ駆動部としての励磁コイル１ａの故障
検知に関しては、各励磁コイル１ａと高周波電源Ｐとの
間に抵抗５を直列に入れ、これら抵抗両端の電圧を測定
する。尚、この抵抗５の両端の電圧は交流信号となるた
めに、各抵抗５の両端は、各抵抗５に対応して１つずつ
設けられる検波回路６に接続され、ここで直流電圧Ｖr
に変換される。

【００１３】次に、このようにして得られた各検波回路
６からの直流電圧Ｖr は比較器（ウインドコンパレー
タ）７に入力されることになるが、各比較器７にはこの
他、基準値発生器８からの、励磁コイル１ａに故障が発
生していない状態を想定して予め設定された基準電圧Ｖ
base（最大電圧Ｖbasemax 値、最小電圧Ｖbasemin 値)
が入力され、ここで電圧Ｖr と基準電圧Ｖbaseとの比較
が行われる。

【００１４】このようにして基準電圧Ｖbaseと電圧Ｖr
との比較によって、仮に電圧Ｖr が基準電圧Ｖから大き
く外れるような場合には、対応する励磁コイル１ａに故
障が発生したことになるため、この情報は論理和回路
（ＯＲ型回路）９を介して記憶回路１０に記憶される。
ここで記憶回路１０は、例えばフリップフロップ回路な
どから構成され論理和回路９からの入力状態を保持して
おく回路であって、仮に前出の比較器７において、抵抗
５の両端の直流電圧Ｖr が上記基準電圧Ｖbaseから外れ
ていると判定された時などは、例えば記憶回路１０内で
故障発生フラグを１にセットした状態で保持される。

【００１５】尚、故障発生時の抵抗５両端の電圧状態に
関して説明すると、仮に、特定トルクセンサ１の励磁コ
イル１ａがショートしたような場合には、抵抗５両端の
電圧Ｖ（直流電圧変換後）は、基準電圧最大値Ｖbasema
x を越えることになり、又励磁コイル１ａに断線が生じ
ると、電流が流れないために抵抗両端の電位差Ｖは基準
電圧最小値Ｖbasemin 以下となる。

【００１６】本実施例によれば上述した抵抗５に加え
て、各励磁コイル１ａと電源Ｐとの間には直列にリレー
１１が挿入される。このリレー１１は、例えば機械的な
リレースイッチとして構成することもでき、また電子リ
レー（ＦＥＴ）などから構成された切換スイッチとして
構成しても良い。しかしてこのリレー１１のＯＮ・ＯＦ
Ｆは前出の記憶回路１０からの出力によって制御され、
例えば上述したような故障が励磁コイル１ａに発生した
時、記憶回路１０からの信号によってリレー１１がＯＦ
Ｆになり、故障している励磁コイル１ａへの電力供給が
停止されることになる。

【００１７】次に検出コイル１ｂの故障検知のための装
置構成及び作用を説明する。検出コイル１ｂの故障識別
もその構成は励磁コイル１ａのそれと基本的に同様であ
って、増幅器２によって増幅された各検出コイル１ｂか
らの出力電圧Ｖd は、検波回路１２を介して比較器１３
に入力される。そして、各比較器１３では基準値発生器
１４から入力される所定基準電圧Ｖstd(最大電圧値Ｖst
dmax、最小電圧値Ｖstdmin) と検波回路１２からの出力
電圧Ｖd との比較が行われ、基準電圧Ｖstd から外れる
ような場合にはその検出コイル１ｂに故障が発生してい
ると判定して、その診断結果を、ペアとなっている励磁
コイル１ａに対応して設けられた論理和回路９に入力す
る。

【００１８】このようにして各論理和回路９では、励磁
コイル１ａに対応する比較器７からの出力、及び検出コ
イル１ｂの比較器１３からの出力とで論理和を取ること
となり、いずれのコイル１ａ又は１ｂが故障してもその
結果は、対応する記憶回路１０に保持されることにな
る。尚、以上説明した励磁コイル１ａ及び検出コイル１
ｂの故障判別は、図２の点線で囲んだ故障センサ判別手
段としての判断回路Ｊによって達成されている。

【００１９】検出コイル１ｂの故障発生時に対処し、各
検出コイル１ｂと加算器３との間には励磁コイル１ａと
同様にリレー１５が直列に挿入される。このリレー１５
は、リレー１１と同様に記憶回路１０からの出力によっ
てＯＮ・ＯＦＦ制御されるようになっており、対応する
検出コイル１ｂ又は励磁コイル１ａに故障が発生したな
らば、対応するリレー１１と一緒にＯＦＦの状態にさ
れ、検出コイル１ｂと加算器３との接続が遮断される。

【００２０】各記憶回路１０からの出力信号は、上述し
たリレー１１，１５の他、前出のアナログ信号処理回路
４におけるトルク対応直流電圧Ｖt の増幅度を決定する
利得調整回路１６に入力され、回路１６は故障トルクセ
ンサ１の数に対応した増幅度を決定する。即ち、例えば
図示した３個のトルクセンサ１の内、仮に１個のトルク
センサ１に故障ありという記憶回路１０からの出力があ
ったならば、残り２個のトルクセンサ１は正常であるた
めに、加算器３で得られる最終出力電圧は総てのトルク
センサ１は正常である時に比べて３分の２になる。

【００２１】従って、各々の記憶回路１０からの入力に
より利得調整回路１６では、正常を記憶する記憶回路数
／総記憶回路数の逆数、即ち上述した例では３／２を増
幅度として決定し、アナログ信号処理回路４に出力す
る。この結果、回路４においてはトルクセンサ１が１個
故障しているにも拘わらず、あたかも総てのトルクセン
サ１が正常であるがごとく加算電圧Ｖt が３／２倍さ
れ、以て故障発生前と変わらない状態で引き続きトルク
検出が続行されるのである。尚、２個のトルクセンサ１
が故障したならば、残りのトルクセンサ１からの出力電
圧の増幅度は３倍になり、正常時とはトルク検出値の信
頼性が若干低下するが、トルク検出自体は継続される。

【００２２】以上のように本実施例による記憶回路１０
は、故障発生したトルクセンサ１に対し、励磁コイル１
ａと電源Ｐとの接続や検出コイル１ｂと加算器３との接
続を遮断させ、加算器３に誤った電圧を組み入れないよ
うにさせる働きを成し、これに加えて、加算器３で得ら
れた出力電圧を故障センサ数に合わせて補正させる作用
を有するが、これに併せて例えば警報表示回路１７に出
力することで、どのトルクセンサ１が故障しているかを
外部に知らせるようにしても良い。

【００２３】以上説明した図２のシステムは、トルクセ
ンサ１を構成する励磁コイル１ａと検出コイル１ｂの双
方に対して故障診断を行い、発生した故障センサ数に応
じてトルク演算値を調整するものである。これに対して
図３に示すブロック図は、図２のシステム構成をシンプ
ル化したものである。尚、以下説明する実施例において
先の実施例と同様な構成要素は同一番号を付す。

【００２４】しかして第２実施例によれば、先の実施例
と異なり、トルクセンサ１の励磁コイル１ａの故障診断
に関係する要素、即ち図２の抵抗５、検波回路６、比較
器７、論理和回路９が除去され、検出コイル１ｂのみの
故障診断が実行されるシステムとなる。これは、仮に特
定の励磁コイル１ａに故障が発生した場合、当然ながら
対応する検出コイル１ｂにも影響が及ぶことになり、そ
の出力電圧が異常値となるため、検出コイル１ｂだけの
出力電圧比較だけでも容易にトルクセンサ１の故障診断
が可能であるという理由による。

【００２５】従って、本実施例による装置は先の実施例
と異なり、論理和回路を介さずとも比較器１３からの信
号を直接記憶回路１０に入力でき、コストが低減できる
というメリットがある。尚、その他の構成要素は第１実
施例と同様であるため、その説明を省略する。次に、本
発明の第３実施例を図４及び図５を参照して説明する。
まず最初に検出コイル１ｂの故障判別に関しては、各々
の検出コイル１ｂからの出力は、増幅器２を通して切換
器１８に入力される。

【００２６】切換器１８は、３個の各センサ１ｂとアナ
ログ信号処理回路４との結線を逐次切り換える機能を有
している。尚、この切換器１８はリレー、あるいは電子
的な切り換え機能を有した素子（ＦＥＴ）より構成され
ている。各センサ１ｂとアナログ信号処理回路４とが接
続されている時間はどれも同じであり、この切り換えの
タイミングはマイクロコンピュータ１９で制御されてい
る。

【００２７】ここで、各々のセンサ１ｂからの出力は切
換器１８により逐次切り換えられてアナログ信号処理回
路４に入力され、印加トルクに対応した直流電圧が出力
される。一方、切換器１８の出力は検波回路１２に入力
され、検出コイル出力が直流電圧に変換される。そして
この直流電圧は更にＡ−Ｄ変換器２０でデジタル信号に
変換されマイクロコンピュータ１９に入力される。

【００２８】マイクロコンピュータ１９は、各センサ１
ｂの故障を判別するために、前記Ａ−Ｄ変換器２０で変
換された信号と予めメモリ内に記憶されている基準値と
の比較を各センサに対して行う。そして、基準値と異な
るという判定がなされると、このセンサは故障している
と判断し、マイクロコンピュータ１９から切換器１８
に、この故障したセンサの結線を禁止する信号が送り出
され、その後は残りの正常なセンサだけの結線が切換器
１８により行われる。

【００２９】尚、上述した方法とは別の故障判別を行う
手法としては、予めメモリー内に記憶した基準値を用い
るのではなく、初期値を最初にメモリ内に記憶してお
き、その初期値と比較して異なる値が入力されると故障
と判別する方法もある。次に本実施例装置の励磁コイル
１ａの故障判別について説明する。本実施例において
は、第１実施例と同様に励磁コイル１ａの電流を検出す
るための３個の抵抗５と、各センサの電流供給を逐次切
り換える為の切換器２１が、励磁コイル１ａと高周波電
源Ｐの間に挿入されている。

【００３０】各抵抗５の両端の電圧は切換器２２介して
検波回路６に入力され直流電圧に変換される。ここで切
換器２１と切換器２３は同期して逐次切り換えられてい
るため、常に励磁されているコイル１ａの電流のみが検
波回路に入力されることになる。そして、各抵抗５の両
端に発生する電圧は検波回路６を介してＡ−Ｄ変換器２
３でデジタル信号に変換されマイクロコンピュータ１９
に入力される。

【００３１】マイクロコンピュータ１９は、予めメモリ
内に記憶されている基準値との比較を行い、基準値と異
なっていればこの励磁コイル１ａは故障していると判定
する。尚、励磁コイル１ａも検出コイル１ｂと同様に初
期値をメモリ内に記憶しておき、その初期値と比較し故
障判別しても良い。このようにして故障と判別される
と、マイクロコンピュータ１９は切換器２１に指令を出
し、故障した励磁コイル１ａの電流供給を停止し、この
結果、故障励磁コイル１ａは完全に分離される。尚、本
実施例でもマイクロコンピュータ１９は警報表示回路１
７に接続されており、異常が生じたセンサを外部に警告
表示している。

【００３２】図５は上述した本実施例切換器１８，２
１，２２の各センサ１への接続タイミングを示してい
る。尚、切換器１８，２１，２２はすべて同期して逐
次、切り換えられている。そしてあるセンサ１の励磁コ
イル１ａに電流が流れているときには、同一センサの検
出コイル１ｂからの信号が出力されるように逐次センサ
を切り換えていく。（ａ）に示すようにセンサすべてが
正常に動作しているときはセンサＮＯ．１〜ＮＯ．３ま
では順番に接続されている。しかしながらもしセンサＮ
Ｏ．３に異常が生じると（ｂ）に示すように、正常なセ
ンサＮＯ．１，ＮＯ．２のみ逐次切り換え、異常が生じ
たセンサＮＯ．３を切り離している。

【００３３】以上、本発明の各実施例を説明してきた
が、当然ながらトルクセンサ１の数は図示した数に限定
されるものではない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ト
ルク検出装置を構成する複数のトルクセンサのいずれか
に故障が発生しても、検出装置の作動自体は継続するこ
とができ、またトルク値検出にあたっては故障トルクセ
ンサからの影響をカットすることができ、従って得られ
るトルク値の信頼性も維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応ブロック図である。

【図２】本発明の第１実施例としての概略的装置構成図
である。

【図３】本発明の第２実施例としての概略的装置構成図
である。

【図４】本発明の第３実施例としての概略的装置構成図
である。

【図５】第３実施例装置のセンサ間接続切換タイミング
を示し、（ａ）は正常時、（ｂ）は異常発生時を夫々示
す図である。

【図６】トルクセンサの原理を説明する概略図である。

【符号の説明】

１…トルクセンサ３…加算器（トルク値演算手段）４…アナログ信号処理回路（トルク値演算手段）１１，１５…リレー（センサ出力遮断手段）１６…利得調整回路（演算補正手段）Ｊ…判別回路（故障センサ判別手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内正治愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者西部祐司愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者野々村裕愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者塚田厚志愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者宮下政則愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動軸周りに複数設けられ、所定の電圧
が印加されると共に上記駆動軸のトルクに応じた出力電
圧を出力するトルクセンサと、該トルクセンサからの各出力を加算処理して上記所定軸
のトルク値を演算するトルク値演算手段と、各トルクセンサからの信号を基準となる信号と比較し、
各トルクセンサの故障発生の有無を検知すると共に故障
トルクセンサを特定する故障センサ判別手段と、該故障センサ判別手段からの信号に応じて、故障発生
時、故障トルクセンサとトルク値演算手段との接続を遮
断するセンサ出力遮断手段と、故障トルクセンサの数に応じてトルク値演算手段におけ
るトルク値を補正するトルク値補正手段と、を備えてな
るトルク検出装置。