(57)【要約】【課題】温度センサを用いずにトルクセンサの断線等の異常検知が精度良くでき、少ない部品点数で低コストのトルクセンサの異常検知装置を供する。【解決手段】トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルと、前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づく両電圧からトルク検出電圧を出力するトルク検出手段とを備えたトルクセンサにおいて、前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づく各電圧の直流分を抽出する一対のフィルタ回路４３，４４と、各フィルタ回路４３，４４の出力直流電圧の電圧差を異常検知電圧として出力する差動手段４７と、初期調整時の差動手段４７の異常検知電圧Ｖｆを基準値として一定幅の正常許容範囲を設定する閾値設定手段３０と、差動手段４７により出力された異常検知電圧Ｖａが閾値設定手段３０が設定した正常許容範囲内にあるか否かを判別する判別手段３０とを備えたことを特徴とするトルクセンサの異常検知装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルと、
前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づく両電圧からトルク検出電圧を出力するトルク検出手段とを備えたトルクセンサにおいて、
前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づく各電圧の直流分を抽出する一対のフィルタ回路と、
前記各フィルタ回路の出力直流電圧の電圧差を異常検知電圧として出力する差動手段と、
初期調整時の前記差動手段の初期異常検知電圧を基準値として一定幅の正常許容範囲を設定する閾値設定手段と、
前記差動手段により出力された異常検知電圧が前記閾値設定手段が設定した正常許容範囲内にあるか否かを判別する判別手段とを備えたことを特徴とするトルクセンサの異常検知装置。
【請求項２】
前記閾値設定手段は、前記異常検知電圧の予め設定した初期バラツキの許容範囲内にある前記初期異常検知電圧のみを前記正常許容範囲の基準値とすることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサの異常検知装置。
【請求項３】
前記差動手段は、演算増幅器であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のトルクセンサの異常検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクを一対のコイルのインダクタンス変化に基づいて検出するトルクセンサにおける異常検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斯かるトルクセンサは、コイル自体が温度特性を有するため、一対のコイルの各インダクタンスに基づく電圧も温度によって変化する。
【０００３】
この各電圧からコイルの断線、ハーネスの断線、接触不良などの異常を検知する場合、温度の影響が各電圧に及んで正確な異常検出ができなくなるのを避けるために、各電圧の温度補正を必要とする。
【０００４】
そこでトルクセンサにサーミスタ等の温度検出専用の温度センサを設け、検出された温度に基づいて各電圧の温度補正を行って温度の影響を除いて断線等の異常を検知できるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１４８１２８号公報（段落００２４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
サーミスタ等はトルクセンサの温度を検出するため、トルクセンサに温度を感度良く検知できるように取り付けなければならず、取り付けるためサーミスタを保持する基板または保持部品が必要とされ、部品点数が多くコスト高となっていた。
【０００７】
本発明は斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、温度センサを用いずにトルクセンサの断線等の異常検知が精度良くでき、少ない部品点数で低コストのトルクセンサの異常検知装置を供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、トルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルと、前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づく両電圧からトルク検出電圧を出力するトルク検出手段とを備えたトルクセンサにおいて、前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づく各電圧の直流分を抽出する一対のフィルタ回路と、前記各フィルタ回路の出力直流電圧の電圧差を異常検知電圧として出力する差動手段と、初期調整時の前記差動手段の初期異常検知電圧を基準値として一定幅の正常許容範囲を設定する閾値設定手段と、前記差動手段により出力された異常検知電圧が前記閾値設定手段が設定した正常許容範囲内にあるか否かを判別する判別手段とを備えたことを特徴とするトルクセンサの異常検知装置とした。
【０００９】
異常検知電圧を出力する差動手段は、各フィルタ回路の出力直流電圧の電圧差を求めているので、正常ならばトルクに関係なく一定電圧を示し、断線や接触不良等の異常があると、この一定電圧が変動して正常許容範囲を越えることで異常を検知することができる。
【００１０】
しかるに一対のコイルの初期インダクタンスのバラツキやその他回路素子のバラツキ等により正常であったとしても当初より差動手段の異常検知電圧にバラツキがある。
【００１１】
そこで閾値設定手段が初期調整時の差動手段の初期異常検知電圧を基準値として一定幅の正常許容範囲を設定し、判別手段が異常検知電圧が閾値設定手段が設定した正常許容範囲内にあるか否かを判別して異常を精度良く検知することができる。
【００１２】
差動手段により各フィルタ回路の出力直流電圧の電圧差を求めているので、各コイル自身の温度変化は相殺されてコイルの温度の影響を受けない異常検知電圧を得ることができ、温度センサーを設けることなく断線等の異常を精度良く検知することができる。
【００１３】
さらに温度センサーをトルクセンサに取り付ける必要がなく、そのため特別な基板や保持部品が不要で部品点数を削減してコストの低減を図ることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のトルクセンサの異常検知装置において、前記閾値設定手段は、前記異常検知電圧の予め設定した初期バラツキの許容範囲内にある前記初期異常検知電圧のみを前記正常許容範囲の基準値とすることを特徴とする。
【００１５】
組付けなどにより当初より異常検知電圧にはバラツキがあり、この初期バラツキの許容範囲を予め設定しておき、許容範囲内の初期異常検知電圧のみを正常許容範囲の基準値とし、許容範囲を越える初期異常検知電圧は、単なるバラツキではなく異常と判断してかかるトルクセンサは初期段階で排除することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のトルクセンサの異常検知装置において、前記差動手段が、演算増幅器であることを特徴とする。
【００１７】
異常検知電圧を出力する差動手段として、汎用品である演算増幅器を使用するので、低コスト化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図７に基づき説明する。
本実施の形態に係るトルクセンサ１は、車両のパワーステアリング装置に適用されたもので、その概略構造を図１に示す。
【００１９】
ハウジング２にベアリング５，６を介して回転自在に軸支され同軸に挿入された入力軸３と出力軸４とが、内部でトーションバー７により連結されている。
円筒状のコア８が出力軸４の大径端部４ａの外周面にセレーション嵌合して出力軸４に対して軸方向にのみ摺動自在に設けられ、入力軸３より突設されたスライダピン９が大径端部４ａの周方向に長尺の長孔を貫通して前記コア８のスパイラル溝８ａに係合している。
【００２０】
ハウジング２の内部に支持された２個のトルク検出用のコイル１１，１２が、軸方向に摺動する円筒状のコア８の外周に空隙を介して設けられている。
該２個のコイル１１，１２は、コア８の軸方向の移動中心に関して互いに反対側に配置されている。
【００２１】
入力軸３に捩じり力が作用すると、トーションバー７を介して出力軸４に回転力が伝達されるが、トーションバー７は弾性変形して入力軸３と出力軸４との間に回転方向の相対的変位が生じる。
この回転方向の相対的変位は、スライダピン９とスパイラル溝８ａとの係合を介してコア８を軸方向に摺動させる。
【００２２】
コア８が軸方向に移動すると、コイル１１，１２のそれぞれコア８を囲む面積が変化し、一方の面積が増すと他方の面積が減る関係にある。
コア８を囲む面積が大きくなると、磁気損失が増えコイルのインダクタンスは減り、逆にコア８を囲む面積が小さくなると、磁気損失が減りコイルのインダクタンスは増す。
【００２３】
したがってコア８がコイル１１側に移動するトルクが作用したときは、コイル１１のインダクタンスＬ１が減少し、コイル１２のインダクタンスＬ２が増加し、逆にコア８がコイル１２側に移動するトルクが作用したときは、コイル１１のインダクタンスＬ１が増加し、コイル１２のインダクタンスＬ２が減少する。
【００２４】
このトルクセンサ１のコイル１１，１２のインダクタンスＬ１，Ｌ２の変化に基づいてトルクを検出する電気的回路を概略構成図として図２に示す。
コイル１１，１２は互いに一端が接続され、その接続端と各他端から信号線が延び、電子コントロールユニットＥＣＵに配設されたトルク検出回路２０の接続端子に接続される。
【００２５】
トルク検出回路２０内では、コイル１１，１２の接続端は接地され、各他端はそれぞれ抵抗１３，１４を介してトランジスタ１５のエミッタ端子に接続されている。
トランジスタ１５は、コレクタ端子に定電圧が掛かり、ベース端子には交流電圧が入力される。
【００２６】
コイル１１と抵抗１３の接続部から延出した電圧信号線１６がコンデンサ２１を介して平滑回路２３に接続され、コイル１２と抵抗１４の接続部から延出した電圧信号線１７がコンデンサ２２を介して平滑回路２４に接続されている。
【００２７】
すなわちコイル１１，１２，抵抗１３，１４によりブリッジ回路が構成され、該ブリッジ回路に発振交流電圧が入力され、その出力電圧が平滑回路２３，２４に入力され、平滑されて第１，第２電圧Ｖ１，Ｖ２として出力される。
【００２８】
第１，第２電圧Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ抵抗２５，２６を介して演算増幅器である差動アンプ２７の反転入力端子，非反転入力端子に入力される。
差動アンプ２７には、抵抗２８により負帰還がかけられて差動増幅器として機能し、その出力は、トルク検出電圧ＶｔとしてＣＰＵ３０に入力される。
なお差動アンプ２７の非反転入力端子には、バイアス電圧Ｖ０が入力される。
【００２９】
したがって差動アンプ２７は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の差を増幅度Ａ倍し、バイアス電圧Ｖ０を加えた電圧をトルク検出電圧Ｖｔとして出力する。
すなわちトルク検出電圧Ｖｔは、
Ｖｔ＝（Ｖ２−Ｖ１）・Ａ＋Ｖ０
である。
【００３０】
なお右操舵トルク（右方向の捩じりトルク）と左操舵トルク（左方向の捩じりトルク）のいずれにも偏しない中立時のトルク検出電圧Ｖｔを中立点電圧と称し、正常時上記バイアス電圧Ｖ０が中立点電圧となる。
【００３１】
本トルクセンサー１は、以上のような概略回路構成をなし、その動作を第１，第２電圧Ｖ１，Ｖ２及びトルク検出電圧Ｖｔの様子を示した図３に基づいて以下説明する。
図３において示された座標は、縦軸を電圧とし、横軸右方向を右操舵トルク、横軸左方向を左操舵トルクとして原点０が中立点である。
【００３２】
図３は、トルクセンサ１が正常に動作したときのもので、右操舵トルクが大きくなると、入力軸３と出力軸４の相対的回転によりコア８がコイル１１側に移動し、コイル１２のインダクタンスＬ２を増加してその誘導起電力を大きくし、逆にコイル１１のインダクタンスＬ１を減少させてその誘導起電力を小さくするので、第２電圧Ｖ２が大きくなり、第１電圧Ｖ１が小さくなる（図３▲１▼参照）。
【００３３】
また左操舵トルクが大きくなる場合は、上記とは逆に第２電圧Ｖ２が小さくなり、第１電圧Ｖ１が大きくなる（図３▲１▼参照）。
したがって両者の差をＡ倍してバイアス電圧を加えた差動アンプ２７の出力であるトルク検出電圧Ｖｔは、図３▲２▼に示すように中立点でバイアス電圧Ｖ０を通る右上がりの傾斜線となる。
【００３４】
この図３▲２▼のグラフに示すトルク検出電圧Ｖｔの傾斜線に基づいてトルク検出電圧Ｖｔから左右への操舵トルクを検出できる。
【００３５】
ＣＰＵ３０は、トルク検出電圧Ｖｔに基づきモータ制御の指示信号をモータドライバ３１に出力し、モータドライバ３１によりステアリングを補助するモータ３２が駆動される。
したがってステアリング操作において操舵トルクに応じたモータ３２の補助が得られる。
【００３６】
以上のようなパワーステアリングの制御機構を有する本トルクセンサ１には、異常検知回路４０が付設されている。
【００３７】
図２に示すように電圧信号線１６，１７から分岐した電圧信号線４１，４２は、それぞれフィルタ回路４３，４４を介して接地されている。
フィルタ回路４３，４４は、それぞれ抵抗４３ａ，４４ａとコンデンサ４３ｂ，４４ｂを直列に接続し、各抵抗とコンデンサの接続点を出力とする回路である。
【００３８】
フィルタ回路４３，４４の出力は、それぞれ抵抗４５，４６を介して演算増幅器である差動アンプ４７の反転入力端子，非反転入力端子に入力される。
差動アンプ４７には、抵抗４８により負帰還がかけられて差動増幅器として機能し、その出力は、異常検知電圧ＶａとしてＣＰＵ３０に入力される。
なお差動アンプ４７の非反転入力端子には、バイアス電圧Ｖｃが入力される。
【００３９】
以上のような異常検知回路４０に入力される発振交流電圧ｖ１，ｖ２は、概ねサイン曲線で示されるものとして、
ｖ１＝ａ１ｓｉｎθ１＋ｄ１
ｖ２＝ａ２ｓｉｎθ２＋ｄ２
と表せる。
【００４０】
ここにブリッジを形成する抵抗１３，１４，４３ａ，４４ａのうち対をなす抵抗１３，１４および抵抗４３ａ，４４ａが互いに同じ抵抗値であり、よって振幅ａ１とａ２および直流分ｄ１とｄ２は略等しい。
【００４１】
フィルタ回路４３，４４は、入力された発振交流電圧ｖ１，ｖ２から直流分ｄ１，ｄ２を抽出して出力するので、差動アンプ４７の反転入力端子，非反転入力端子にはこの直流分ｄ１，ｄ２が入力される。
【００４２】
したがって差動アンプ４７の出力である異常検知電圧Ｖａは、
Ｖａ＝ｄ１−ｄ２＋Ｖｃ
である。
【００４３】
コイルやハーネスの断線および接触不良などの異常がなく正常ならば理論上では直流分ｄ１とｄ２は等しいので、異常検知電圧Ｖａはバイアス電圧Ｖｃとなり、一定電圧を示す。
【００４４】
左または右の操舵トルクがあると、発振交流電圧ｖ１，ｖ２は変化するが、フィルタ回路４３，４４の出力である直流分ｄ１，ｄ２は変わりなく等しく、したがって異常検知電圧Ｖａは、操舵トルクに関係なく一定の電圧Ｖｃである。
【００４５】
そしてトルクセンサ１のコイル１１，１２の断線、電圧信号線１６，１７等のハーネスの断線および接触不良等の異常があると、フィルタ回路４３，４４の２つの出力の一方が変化して直流分ｄ１，ｄ２は互いに異なり、差ｄ１−ｄ２が０でなくなり、バイアス電圧Ｖｃで一定であった異常検知電圧Ｖａが大きく変化する。
【００４６】
したがって、この異常検知電圧Ｖａがバイアス電圧Ｖｃの上下所定幅内の正常許容範囲にあるか否かで異常を判別することができる。
【００４７】
しかしバイアス電圧Ｖｃを基準に正常許容範囲を決めるとなると、一対のコイル１１，１２の初期インダクタンスＬ１，Ｌ２のバラツキやその他回路素子のバラツキ等により正常であったとしても当初より差動手段の異常検知電圧Ｖａに現われる初期バラツキを含めた広範囲の正常許容範囲を設定しなければ異常を判断できない。
【００４８】
したがって本来異常であるにもかかわらず初期バラツキが原因で正常と判断されることもあり、異常検知精度は必ずしも良くない。
そこで本トルクセンサ１では、異常検知精度をより高くするべくＣＰＵ３０の演算処理による閾値設定手段と異常判別手段とを備えている。
【００４９】
閾値設定手段による作業手順を図４のフローチャートに示す。
トルクセンサ１を組付け完成した後の出荷時や実車組立時などの際に、予め学習して調整しておくものである。
すなわち、異常検知電圧Ｖａを求め、初期異常検知電圧Ｖｆとして読込む（ステップ１）。
【００５０】
次いで予め設定した初期バラツキの許容範囲内（Ｖｆｌ〜Ｖｆｕ）に初期異常検知電圧Ｖｆがあるか否かを判別する（ステップ２）。
図５は、操舵トルクに対する異常検知電圧Ｖａの関係を直角座標に示すグラフであり、初期調整時の初期バラツキの許容範囲を示す。
前記したように操舵トルクに関係なく異常検知電圧Ｖａは一定の電圧を示す。
【００５１】
図５に示すように初期異常検知電圧Ｖｆが許容範囲内にあれば（Ｖｆｌ≦Ｖｆ≦Ｖｆｕ）、組付けなどに欠陥がなく初期段階で正常と判断されてステップ３に進むが、許容範囲外であるとステップ４に飛んで異常ありと判断されて警告を表示する。
異常ありと判断されたトルクセンサ１は使用に供されない。
【００５２】
ステップ２で正常と判断されてステップ３に進むと、以後異常検知電圧Ｖａをもとに異常を検出する正常許容範囲を、初期異常検知電圧Ｖｆを基準値として設定する。
【００５３】
すなわち初期異常検知電圧Ｖｆの上下一定幅ΔＶをとって、図６に示すように上限閾値としてＶｆ＋ΔＶ、下限閾値としてＶｆ−ΔＶを設定する。
【００５４】
この一定幅ΔＶは、初期バラツキを含まない純粋の異常検知幅であるので、初期異常検知電圧Ｖｆを基準とする正常許容範囲（Ｖｆ−ΔＶ〜Ｖｆ＋ΔＶ）の幅２ΔＶは、前記バイアス電圧Ｖｃを基準にした初期バラツキを含めた正常許容範囲の幅より狭く、よって異常検知精度がより高い。
【００５５】
ＣＰＵ３０は、異常判別手段により差動アンプ４７から出力された異常検知電圧Ｖａが、この正常許容範囲にあるか否かの判別を行って常時監視している。
異常判別手段による作業手順を図７にフローチャートで示す。
【００５６】
差動アンプ４７の出力である異常検知電圧Ｖａを読込むと（ステップ１１）、異常検知電圧Ｖａが正常許容範囲内（Ｖｆ−ΔＶ〜Ｖｆ＋ΔＶ）にあるか否かを判別し（ステップ１２）、正常許容範囲内にあれば正常と判断され（ステップ１３）、正常許容範囲外であれば異常と判断される（ステップ１４）。
【００５７】
以上のように予め学習して得られた初期異常検知電圧Ｖｆをもとに初期バラツキをキャンセルした幅の狭い正常許容範囲（Ｖｆ−ΔＶ〜Ｖｆ＋ΔＶ）を設定して異常検知電圧Ｖａを監視するので、異常検知精度を高くし、故障時のハンドル挙動を確実に抑えることが可能である。
【００５８】
また、本実施の形態におけるトルクサンサ１の異常検知装置は以上のように構成され、温度センサーを必要とせず、異常検知回路４０は、ＥＣＵなどに配設すればよく、トルクセンサに取り付ける必要がない。
【００５９】
そのため特別な基板や保持部品が不要で部品点数を削減してコストの低減を図ることができる。
また温度検出専用のサーミスタ等の温度センサを用いないので、益々低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るトルクセンサの機械的部分の概略構成図である。
【図２】同トルクセンサの電気的回路の概略構成図である。
【図３】正常時における第１，第２電圧及びトルク検出電圧の状態を示す図である。
【図４】閾値設定手段による作業手順を示すフローチャートである。
【図５】初期調整時の初期バラツキの許容範囲を示す図である。
【図６】正常許容範囲を示す図である。
【図７】異常判別手段による作業手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…トルクセンサ、２…ハウジング、３…入力軸、４…出力軸、５，６…ベアリング、７…トーションバー、８…コア、９…スライダピン、
１１，１２…コイル、１３，１４…抵抗、１５…トランジスタ、１６，１７…電圧信号線、
２０…トルク検出回路、２１，２２…コンデンサ、２３，２４…平滑回路、２５，２６…抵抗、２７…差動アンプ、２８…抵抗、
３０…ＣＰＵ、３１…モータドライバ、３２…モータ、
４０…異常検知回路、４１，４２…電圧信号線、４３，４４…フィルタ回路、４５，４６…抵抗、４７…差動アンプ、４８…抵抗。
【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】
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【図７】
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