(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003643947.tif 000007
【図７】
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【図８】
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