(57)【要約】【課題】  コイルまたは基板への結線における接触不良を、コストを非常に抑制した構成で検知することができるトルクセンサを提供すること。【解決手段】  検出すべきトルクに応じてインピーダンス変化を生じるコイル２１及びコイル２２を有しトルクを検出するトルクセンサにおいて、コイル２１とコイル２２の出力電圧パルスの積分値を演算し、コイル２１の出力電圧パルスの積分値とコイル２２の出力電圧パルスの積分値とを比較する積分機能付き差動増幅回路と、差動増幅回路の比較結果に基づいて回路の異常を検出するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出すべきトルクに応じてインピーダンス変化を生じる第1コイル及び第２コイルと、
該第１コイルと該第２コイルに電圧パルスを送信する発振回路と、
該第１コイルと該第２コイルの出力電圧パルスを処理してトルク信号を生成するトルク信号処理部と、
を有し前記トルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記第１コイルと前記第２コイルの出力電圧パルスの積分値を演算する積分回路と、
前記第１コイルの出力電圧パルスの積分値と第２コイルの出力電圧パルスの積分値とを比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて回路の異常を検出することを特徴とするトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサの技術分野に属し、特に自動車のパワーステアリング装置に有用なトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトルクセンサは、定電流を、トルクの変化に応じてインピーダンスが変化する検出コイルと、補償コイルとに入力し、それぞれの出力をローパスフィルタと比較回路に入力することで、その比較回路による所定値との比較で、それぞれのコイルの接触不良を検知している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１２１４６１号公報（第２−７頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のトルクセンサにあっては、トルク検出用のコイルと温度補償用のコイルとのそれぞれに巻線または増幅回路基板への結線における接触不良を検出する異常検出回路が設けられているため、回路が複雑化し、コストの増大を招いていた。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、コイルまたは基板への結線における接触不良を、コストを非常に抑制した構成で検知することができるトルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、検出すべきトルクに応じてインピーダンス変化を生じる第1コイル及び第２コイルと、該第１コイルと該第２コイルに電圧パルスを送信する発振回路と、該第１コイルと該第２コイルの出力電圧パルスを処理してトルク信号を生成するトルク信号処理部と、を有し前記トルクを検出するトルクセンサにおいて、前記第１コイルと前記第２コイルの出力電圧パルスの積分値を演算する積分回路と、前記第１コイルの出力電圧パルスの積分値と第２コイルの出力電圧パルスの積分値とを比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果に基づいて回路の異常を検出することを特徴とする。
【０００６】
従って、非常にコストを抑制して、コイルまたは結線における接触不良を検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のトルクセンサを実現する実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例のトルクセンサのブロック図である。図２は実施例のトルクセンサの差動増幅回路及び異常抵抗回路の回路構成例を示す回路図である。図３は実施例のトルクセンサのタイムチャートである。
【０００９】
本実施例のトルクセンサは、発振回路１、ブリッジ回路２、第１トルク信号処理回路３、第２トルク信号処理回路４、接触抵抗異常検知回路５を主要な構成としている。
発振回路１は、ブリッジ回路２に電圧パルス信号を出力する。
ブリッジ回路２は、コイル２１,２２（第１コイルと第２コイルに相当する）、抵抗２３,２４で対となるコイル及び抵抗となるように構成される。電圧パルスが印加されると、コイル２１,２２のインピーダンスの変化をパルスの振幅電圧値の変化として出力する。
【００１０】
第１トルク信号処理回路３は、メイン差動増幅回路３１、メイン全波整流回路３２、メイン増幅・平滑回路３３からなる。また、第２トルク信号処理回路４は、サブ差動増幅回路４１、サブ全波整流回路４２、サブ増幅・平滑回路４３からなる。
メイン差動増幅回路３１及びサブ差動増幅回路４１は、ブリッジ回路２からの２つの出力パルスの差動増幅を行う。
メイン全波整流回路３２及びサブ全波整流回路４２は、入力パルスを整流して一方側のみに振幅を有する信号を出力する。
メイン増幅・平滑回路３３及びサブ増幅・平滑回路４３は、一方側のみに振幅を有する信号を増幅・平滑化して、トルク値に応じた電圧信号を出力する。
【００１１】
このように、第１トルク信号処理回路３、第２トルク信号処理回路４は、ブリッジ回路２からの出力パルスからトルクを検出し、第１トルク信号処理回路３がメイントルク信号を出力し、第２トルク信号処理回路４がサブトルク信号を出力する。
【００１２】
接触抵抗異常検知回路５は、積分機能を備えた差動増幅回路５１と異常判定回路５２で構成される。
差動増幅回路５１（積分回路及び比較回路に相当する）は、ブリッジ回路２から出力された２つのパルスを差動増幅するとともに積分し、コイル２１,２２及びその結線上の接触抵抗の差を検出する。
図２に、積分機能を備えた差動増幅回路５１の回路構成例を示す。
図２の差動増幅回路５１は、まず、ブリッジ回路２のコイル２１と抵抗２３側からの出力を、抵抗R1を介してオペアンプOPの非反転入力端子に接続し、コイル２２と抵抗２４側からの出力を、抵抗R2を介してオペアンプOPの反転入力端子に接続する。さらに、抵抗R1とオペアンプOPの間の接続点とGNDの間にコンデンサC1を設け、又、オペアンプの負帰還路にコンデンサC2も設け、抵抗R1とコンデンサC1及び、負帰還回路に設けたコンデンサC2と抵抗R2により積分機能を持たせるようにする。
【００１３】
さらに、抵抗R1とオペアンプOPの間の接続点と、所定の電圧ラインの間に抵抗R3を設ける。
オペアンプOPの負帰還路には、抵抗R4を設ける。
オペアンプOPの出力は抵抗R5を介して異常判定回路５２に接続し、抵抗R５の出力ラインの接続点とGNDの間に抵抗R６を設ける。
【００１４】
異常判定回路５２は、差動増幅回路５１から出力された値を閾値と比較し、異常判定を行う。異常の場合は、第２トルクセンサ信号処理回路４の出力信号をLoにする。
図２に、異常判定回路５２の回路構成例を示す。
異常判定回路５２は、所定電圧ラインとGNDの間に抵抗R7、R8を直列に設け、差動増幅回路５１からの出力をコンパレータとして作動するオペアンプCP1の反転入力端子とオペアンプCP2の非反転入力端子とに接続する。
さらに、所定電圧ラインと抵抗R７の間の接続点とオペアンプCP1の非反転入力端子とを接続し、抵抗R7と抵抗R8の間の接続点とオペアンプCP２の反転入力端子とを接続する。
このようにして、オペアンプCP1，CP2でウインドコンパレータを構成し、閾値範囲内かどうかの判定を行い、判定結果を第２トルクセンサ信号処理回路４に出力する。
【００１５】
次に、作用効果を説明する。
［トルク値の検出］
実施例のトルクセンサにおけるトルク検知について、概要を説明する。
実施例のトルクセンサでは、トルクを受けたねじれにより透磁率が変化する部材をコイル２１,２２内部に鉄心となるように設置し、トルクを受けた際のコイル２１,２２のインダクタンスが変化するようにする。これにより、トルクを受けるとブリッジ回路２の片側では、インピーダンスが増加し、もう片側では減少する。
【００１６】
このブリッジ回路２に発振回路１からパルス信号を出力すると、トルクによるインピーダンスの変化に応じて変化したパルス信号がブリッジ回路２から出力される。
【００１７】
これを第１トルク信号処理回路３及び第２トルク信号処理回路４により差動増幅、整流、増幅、平滑処理をおこなって、トルクに応じた電圧信号を出力する。この出力がメイントルク信号とサブトルク信号が出力されるため、これを受け取る機器は、メイントルク信号とサブトルク信号の整合性によりトルク値に異常がないことを確認しつつ、使用できる。
【００１８】
［異常検出］
【００１９】
実施例のトルクセンサでは、ブリッジ回路２からのパルス出力が、コイルインピーダンスの変化に応じたパルスの振幅電圧の変化した出力であるV1,V2信号として接触抵抗異常検知回路５にも入力される。
<1>正常の場合
コイル２１,２２及びコイル結線上に接触抵抗異常がない場合には、図３(a),(b)の左側に示すように、V1,V2の出力信号には振幅の差は生じるものの、基準値のズレは生じない。
このV１,V2信号をコンデンサC1,C2、抵抗R1,R2により積分して直流電圧に変換すると、dV1,dV2のようになる。基準ズレが生じていないので、積分したdV1,dV2信号は、その差が小さいものとなる。
【００２０】
さらに差動増幅回路５１により差動増幅された出力値はV3信号のようになる。このV3信号値は正常の場合、予め設定された閾値の範囲内で変化することとなる。
このことは、V3信号値を異常判定回路５２のCP1,CP2で構成するウインドコンパレータで判断される。正常であるので、ウインドコンパレータの出力はHiとなる。
ウインドコンパレータからの出力、つまり異常判定回路５２からの出力がHiの際には、第２トルク信号処理回路４からの出力は変更しないようにする。
【００２１】
<2>異常の場合
ブリッジ回路２のコイル２１,２２及びコイル結線上に接触異常抵抗が発生した場合には、パルスの振幅電圧値ではなく、出力信号全体が基準値からズレを生じることとなる。この状態ではV1,V2信号は、図３(a),(b)の右側のようになる。
図３(a),(b)では、説明のためにコイル２１側が変化した場合を(a)に示し、コイル２２側が変化した場合を(b)に示す。
【００２２】
このようにV1,V2が変化すると、コンデンサC1,C2、抵抗R1,R2により積分したdV1,dV2信号は、その差が大きくなる。
この差は積分して差動増幅したV3信号を図３(a),(b)の右側のように変化させることになる。
よって、異常判定回路５２のウインドコンパレータの判定において閾値の範囲を超えて異常と判定される。
異常の場合には、ウインドコンパレータの出力をLoにし、その信号を受けた第２トルク信号処理回路４がサブトルク信号の出力をLoにする。
【００２３】
よって、トルク信号を受ける機器では、メイントルク信号とサブトルク信号が整合しない信号となったこと、あるいは、サブトルク信号が入力されないことから異常を検知して、それに応じた処理を迅速に行うことができる。
【００２４】
［コストの抑制］
本実施例では、ブリッジ回路２に発振回路１によりパルス電圧を与えている。この構成では定電流回路を必要としないためコストが抑制される。
さらに、接触抵抗異常検知回路５は、ブリッジ回路２からの２つの信号の差を処理して異常を判定するため、２つの信号にそれぞれ異常を判定するための回路を必要としない。よって、コストの抑制ができる。
【００２５】
本実施例では、コストを抑制してコイル及びコイルの結線上の接触不良を検知ができる。また、このようにコストを抑制した回路構成は、省スペース化にも寄与することとなる。本実施例のトルクセンサは特に車両に用いられることを主な利用産業として発明されたものである。トルクセンサの車両内への搭載スペースは、装置の多種化や複雑化によって、省スペースであることが求められる。特に、駆動や動きを検知するものは、搭載スペースを多く占有してしまうと車両のメーンの設計あるいはデザインに変更を強いる可能性が生じることとなる。このようなことが生じると、実際の問題として車両への搭載が困難となる。よって、本実施例のトルクセンサのようにコストを抑制し、かつ省スペースな回路構成で異常を検知できることは、車両への車載機器として大きな効果を持つことになる。
【００２６】
また、異常検知は、トルクセンサの主性能ではないため、異常検知の機能を持たせるためにコストを過大に必要とすれば、そのトルクセンサを比較的安価で数量多く生産される車両に搭載させることが実際上困難となる。また、車両では、バッテリ及びオルタネータの電源供給は定電圧で行われるため、定電流化装置を含む構成にすることは、定電圧での回路構成に比べて、過大なコストの負担を強いることとなる。
しかし、トルクセンサにより車両機器の制御を行う場合には、異常検知は重要不可欠なものとなる。また、そのことは、車両の挙動に関係する要因を制御する機器へトルクを出力する場合には特に顕著となる。
【００２７】
本実施例のトルクセンサは、その構成上、コイルを構成に持つ。コイルは、基板に設けられる回路との接続部分、あるいは、基板から離れたコネクタ等への接続等のために金属端子への接続部分を有することになる。コイル自体は強度が小さく、接続部分は巻線以外の部分で構成されることが多いため、この部分での接触不良が他の部分より生じやすいという構造上の特徴がある。また、コイルは比較的腐食しやすい信号線を被覆で保護したものであるため、被覆に予期せぬ異常が生じるとコイル異常が発生しやすい特徴を持つ。さらに、コイル巻線の周囲をモールドしたものは、そのモールドによりコイルに変形を生じさせやすい。
このような特徴を持つコイルが直接検知部分に使用されているトルクセンサにおいて、コイルの異常を検知することは、精度補償の向上へ大きく寄与するものとなる。
本実施例のトルクセンサは、これらの矛盾を生じやすい複数の課題を解決したものであり、コイル及びコイル結線上の接触抵抗の異常を検知でき、かつコストを充分に抑制したものである。
【００２８】
以上、本発明のトルクセンサを実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
トルクセンサの２つのコイルは、トルク検出用コイルと温度補償用コイルという構成にしてもよいし、２つのコイルの検出量の差からトルクを検出するものであってもよい。
積分機能を有する差動増幅回路と異常判定回路は、本実施例以外の構成、例えば積分回路と差動増幅回路を別に設けたものであってもよい。
比較回路では、第１コイルの出力電圧パルスの積分値と第２コイルの出力電圧パルスの積分値の差分を取り、その差分が所定の閾値範囲内であることを比較してもよいし、第１コイルの出力電圧パルスの積分値と第２コイルの出力電圧パルスの積分値の和を取り、その和が所定の閾値範囲内であることを比較してもよい。
第１コイルと第２コイルは、特性が同じでも、別のものであってもよく、特性が異なる場合には、異常を判定する閾値の設定で調整すればよい。
【００２９】
更に、上記実施の形態及び実施例から把握しうる請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
(イ)請求項１に記載されたトルクセンサにおいて、積分機能を有する差動増幅回路が積分回路と比較回路を兼ねる構成にしたことを特徴とするトルクセンサ。
即ち、回路構成が複雑にならないことにより、さらにコストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例のトルクセンサのブロック図である。
【図２】実施例のトルクセンサの差動増幅回路及び異常抵抗回路の回路構成例を示す回路図である。
【図３】実施例のトルクセンサのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１  発振回路
２  ブリッジ回路
２１  コイル
２２  コイル
２３  抵抗
２４  抵抗
３  第１トルク信号処理回路
３１  メイン差動増幅回路
３２  メイン全波整流回路
３３  メイン増幅・平滑回路
４  第２トルク信号処理回路
４１  サブ差動増幅回路
４２  サブ全波整流回路
４３  サブ増幅・平滑回路
５  接触抵抗異常検知回路
５１  差動増幅回路
５２  異常判定回路
R1  抵抗
C1  コンデンサ
【図１】
2005156186.tif 000003
【図２】
2005156186.tif 000004
【図３】
2005156186.tif 000005