(57)【要約】　　　（修正有）【課題】部品点数を削減しコストの低減を図るトルクセンサの温度補償装置を提供する。【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１１，１２と、それらの各インダクタンス変化に基づいて平滑回路２３，２４を介して出力された第１，第２電圧Ｖ１，Ｖ２の互いの電圧差を求めトルク検出電圧Ｖｔとして出力するトルク検出手段２０とを備えたトルクセンサにおいて、各インダクタンス変化に基づいて第１補正電圧Ｖ１´と第２補正電圧Ｖ２´をそれぞれ出力する別の一対の平滑回路４３，４４と、Ｖ１´とＶ２´を加算して温度補正用電圧Ｖｓを求める加算手段４７と、Ｖ３と温度補正値ΔＶとの対応関係を予め測定して記憶する記憶手段３３と、Ｖｓを記憶手段が記憶する対応関係に照合して対応する温度補正値を抽出する手段３０と、温度補正値によりトルク検出電圧Ｖｔを補正手段３０とを備えたトルクセンサの温度補償装置。【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いて平滑回路を介して出力された第１，第２電圧の互いの電圧差を求めトルク検出電圧として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いて第１補正電圧と第２補正電圧をそれぞれ出力する別の一対の平滑回路と、
前記第１補正電圧と第２補正電圧を加算して温度補正用電圧を求める加算手段と、
前記温度補正用電圧と温度補正値との対応関係を予め測定して記憶する記憶手段と、
前記加算手段から出力された温度補正用電圧を前記記憶手段が記憶する対応関係に照合して対応する温度補正値を抽出する温度補正値抽出手段と、
前記温度補正値抽出手段が抽出した温度補正値によりトルク検出電圧を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするトルクセンサの温度補償装置。
【請求項２】
前記加算手段は、演算増幅器であることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサの温度補償装置。
【請求項３】
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いて平滑回路を介して出力された第１，第２電圧の互いの電圧差を求めトルク検出電圧として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、
前記一方のコイルのインダクタンス変化に基づいて温度補正用電圧を出力する別の平滑回路と、
前記温度補正用電圧と温度補正値との対応関係を予め測定して記憶する記憶手段と、
前記平滑回路から出力された温度補正用電圧を前記記憶手段が記憶する対応関係に照らして対応する温度補正値を抽出する温度補正値抽出手段と、
前記温度補正値抽出手段が抽出した温度補正値によりトルク検出電圧を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするトルクセンサの温度補償装置。
【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温度補償装置に関する。
【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とともに、トルクセンサの構成部品例えば全体ハウジング等の熱膨張などによる温度変化がトルク検出出力に影響して正確なトルクの検出を妨げている。
【０００３】
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て、同温度センサの検出温度により検出トルクの値を補正している。
【０００４】
【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。
【０００５】
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、温度検出専用の温度センサを用いずにトルクセンサのコイル自体の温度補償のみならずトルクセンサ構成部材の温度による熱変形等に起因する温度補償ができ、部品点数を削減しコストの低減を図ることができるトルクセンサの温度補償装置を供する点にある。
【０００６】
【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いて平滑回路を介して出力された第１，第２電圧の互いの電圧差を求めトルク検出電圧として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いて第１補正電圧と第２補正電圧をそれぞれ出力する別の一対の平滑回路と、前記第１補正電圧と第２補正電圧を加算して温度補正用電圧を求める加算手段と、前記温度補正用電圧と温度補正値との対応関係を予め測定して記憶する記憶手段と、前記加算手段から出力された温度補正用電圧を前記記憶手段が記憶する対応関係に照合して対応する温度補正値を抽出する温度補正値抽出手段と、前記温度補正値抽出手段が抽出した温度補正値によりトルク検出電圧を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするトルクセンサの温度補償装置とした。
【０００７】
予め温度補正用電圧と温度補正値との対応関係を測定してその結果を記憶する記憶手段を有するので、加算手段により求めた温度補正用電圧を記憶手段の対応関係に照合して温度補正値を直接導き出すことができ、トルク検出電圧の温度補正を簡単にできる。
【０００８】
なおトルクセンサの一対のコイルの各インダクタンスが温度特性を有しているが、各コイルの誘導起電力に応じた第１電圧と第２電圧の互いの電圧差をトルク検出電圧としているので、各コイルの温度変化は略相殺されてトルク検出電圧に影響を与えない。
【０００９】
温度補正するための温度補正用電圧を出力する加算手段は、トルクセンサの一対のコイルにおける第１補正電圧と第２補正電圧を導いて入力とすればよいので、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。
さらに温度補正用電圧の感度を高められる。
また温度検出専用の温度センサを用いないので、益々低コスト化が図れる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のトルクセンサの温度補償装置において、前記加算手段が、演算増幅器であることを特徴とする。
【００１１】
サーミスタ等の温度検出専用の温度センサの代わりに、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。
【００１２】
請求項３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いて平滑回路を介して出力された第１，第２電圧の互いの電圧差を求めトルク検出電圧として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、前記一方のコイルのインダクタンス変化に基づいて温度補正用電圧を出力する別の平滑回路と、前記温度補正用電圧と温度補正値との対応関係を予め測定して記憶する記憶手段と、前記平滑回路から出力された温度補正用電圧を前記記憶手段が記憶する対応関係に照らして対応する温度補正値を抽出する温度補正値抽出手段と、前記温度補正値抽出手段が抽出した温度補正値によりトルク検出電圧を補正する補正手段とを備えたトルクセンサの温度補償装置である。
【００１３】
予め温度補正用電圧と温度補正値との対応関係を測定してその結果を記憶する記憶手段を有するので、平滑回路により求めた温度補正用電圧を記憶手段の対応関係に照合して温度補正値を直接導き出すことができ、トルク検出電圧の温度補正を簡単にできる。
【００１４】
トルクセンサの一方のコイルにおける電圧を温度補正電圧としているので、回路がより簡略化され、温度検出専用の温度センサを用いず益々部品点数を削減してコストの低減を図ることができる。
【００１５】
【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６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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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）。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
以上のようなパワーステアリングの制御機構において、トルクセンサ１の温度による影響は避けられない。
第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の互いの電圧差からトルク検出電圧Ｖｔを求めているので、各コイル１１，１２自体の温度変化は互いに相殺されてトルク検出電圧Ｖｔに殆ど影響を与えないが、トルクセンサ１のコア８やスライダピン９等の構造部品やハウジング２の熱膨張による歪みは第１，第２電圧Ｖ１，Ｖ２にそれぞれ別個に影響し、よってトルク検出電圧Ｖｔが変動して正確なトルクが得られない。
【００３４】
そこで本トルクセンサ１には、温度補償回路４０が付設されている。
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がそれぞれ平滑回路４３，４４に接続され、各平滑回路４３，４４がそれぞれ抵抗４５，４６を介して互いが接続され、その接続点が演算増幅器である加算器４７の非反転入力端子に接続されている。
【００３５】
加算器４７の反転入力端子は抵抗４８を介して出力端子と接続されるとともに抵抗４９を介して接地されて、加算器４７は入力電圧である第１，第２補正電圧Ｖ１´，Ｖ２´の和Ｖ１´＋Ｖ２´を温度補正用電圧ＶｓとしてＣＰＵ３０に出力する。
【００３６】
温度補償回路４０の第１，第２補正電圧Ｖ１´，Ｖ２´の和Ｖ１´＋Ｖ２´である温度補正用電圧Ｖｓは、温度が一定ならば操舵トルクに対して略一定値を示す。
【００３７】
この加算器４７の出力である温度補正用電圧Ｖｓも温度により変化する。
左右の操舵が中立状態にあるときの温度補正用電圧Ｖｓの温度特性が、例えば図４に示すようであったとする。
【００３８】
またトルク検出電圧Ｖｔについても左右の操舵が中立状態でのトルク検出電圧Ｖｔ０の温度特性が、例えば図５に示すようであったとする。
トルク検出電圧Ｖｔの中立状態での正常な電圧はバイアス電圧Ｖ０で一定値であるが、トルクセンサ構成部材等の温度による影響でずれが生じ傾斜した温度特性曲線（略直線）を示している。
【００３９】
図５においてある温度におけるトルク検出電圧Ｖｔ０とバイアス電圧Ｖ０との電圧差ΔＶ（＝Ｖｔ０−Ｖ０）が温度補正値である。
【００４０】
したがって図４の温度特性により温度補正用電圧Ｖｓから温度ｔを検出し、同検出温度ｔから図５の温度特性曲線により温度補正値ΔＶを導出することができるが、本実施の形態では、予め温度を変化させて温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係を直接測定してメモリー３３に記録しておく。
【００４１】
図６に予め測定してメモリー３３に記録した温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係を示す。
この対応関係に照合して温度補正用電圧Ｖｓから対応する温度補正値ΔＶが直接抽出される。
【００４２】
実際にトルク検出回路２０により検出されたトルク検出電圧Ｖｔを、この温度補正値ΔＶを加算してＶｔ＋ΔＶに補正する。
この補正トルク検出電圧Ｖｔ＋ΔＶから図３▲２▼に基づき実際の操舵トルクが検出される。
【００４３】
したがって温度補償回路４０から検出された温度補正用電圧ＶｓがＣＰＵ３０に入力されると、ＣＰＵ３０は、メモリー３３に記録された温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係に照合して対応する温度補正値ΔＶを抽出し、同温度補正値ΔＶにより別途入力されているトルク検出電圧Ｖｔを補正してコイル自身の温度変化以外の他の構成部品に依存する温度変化に影響されない正確な操舵トルクを検出し、モータ３２の駆動に供することができる。
【００４４】
本実施の形態におけるトルクサンサ１の温度補償装置は以上のように構成され、温度補償回路４０は、電子コントロールユニット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。
【００４５】
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。
【００４６】
また温度補正用電圧Ｖｓの温度特性（図４）やトルク検出電圧Ｖｔ０の温度特性（図５）を測定して記録しておく必要はなく、制御手順も簡略化され誤差も生じ難い。
【００４７】
なお前記メモリー３３に記録された温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係に基づき演算手段により、温度補償回路４０から検出された温度補正用電圧Ｖｓから温度補正値ΔＶを直接的に算出することもできる。
【００４８】
以上の実施の形態では、温度補正用電圧ＶｓをＣＰＵ３０に入力させていたが、この温度補正用電圧Ｖｓを適当に変更してトルク検出回路２０の差動アンプ２７の非反転入力端子に直接的にバイアス電圧として入力させて温度に関係なく常にトルク検出電圧Ｖｔが操舵トルクに対して一定の関係（図３▲２▼参照）にあるようにしてもよい。
【００４９】
以上の実施の形態における温度補償回路４０では、一対のコイル１１，１２からそれぞれ電圧信号線４１，４２が延びて平滑回路４３，４４に接続されていたが、いずれか一方の平滑回路および電圧信号線を取り除き、他方の平滑回路のみとし、その平滑回路の出力を温度補正電圧Ｖｓとすることも可能である。
【００５０】
その場合、予め温度を変化させて残された平滑回路の温度補正電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係を直接測定してメモリー３３に記録しておくことで、この対応関係に照合して温度補正用電圧Ｖｓから対応する温度補正値ΔＶが直接抽出され、この温度補正値ΔＶによりトルク検出電圧Ｖｔを補正し温度補償することができる。
【００５１】
なお温度補償回路４０の加算器４７の非反転入力端子に入力される第１，第２補正電圧Ｖ１´，Ｖ２´を、トルク検出回路２０の平滑回路２３，２４の出力から入力してもよく（この場合コンデンサ２１，２２は省略）、このようにすることで温度補償回路４０の平滑回路４３，４４を省くことができ、益々部品点数を削減することができる。
【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】温度検出電圧の温度特性の一例を示す図である。
【図５】中立状態でのトルク検出電圧の温度特性の一例を示す図である。
【図６】予め測定してメモリーに記録した温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係を示す図である。
【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、３３…メモリー、
４０…温度補償回路、４１，４２…電圧信号線、４３，４４…平滑回路、４５，４６…抵抗、４７…加算器、４８，４９…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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