(57)【要約】      （修正有）【課題】  組立作業場の温度管理が不要なトルクセンサの温度補償装置の提供。【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の電圧差に基づきトルク検出するトルクセンサにおいて、中立状態におけるトルク検出電圧Ｖｔの温度特性であって基準温度に基準中立点電圧Ｖｏが対応する理想温度特性を記憶する理想温度特性記憶手段31と、トルクセンサの温度を検出する温度検出手段35と、組立後の中立状態において測定された前記トルク検出手段の測定トルク検出電圧Ｖｐと、その測定時に温度検出手段35により検出された検出温度Ｔｐと、理想温度特性記憶手段31が記憶する理想温度特性とに基づいて中立点調整電圧ΔＶｏを算出する調整電圧演算手段30と、調整電圧演算手段30が算出した中立点調整電圧ΔＶｏによりトルク検出手段20のトルク検出電圧Ｖｔを調整する電圧調整手段30とを備えたトルクセンサの中立点電圧調整装置。【選択図】  図５
2005031008.tif 000002
【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第１電圧と第２電圧の電圧差に基づき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、
中立状態における前記トルク検出電圧の温度特性であって基準温度に基準中立点電圧が対応する理想温度特性を記憶する理想温度特性記憶手段と、
トルクセンサの温度を検出する温度検出手段と、
組立後の中立状態において測定された前記トルク検出手段の測定トルク検出電圧と、その測定時に前記温度検出手段により検出された検出温度と、前記理想温度特性記憶手段が記憶する理想温度特性とに基づいて中立点調整電圧を算出する調整電圧演算手段と、
前記調整電圧演算手段が算出した中立点調整電圧により前記トルク検出手段のトルク検出電圧を調整する電圧調整手段とを備えたことを特徴とするトルクセンサの中立点電圧調整装置。
【請求項２】
前記調整電圧演算手段は、前記理想温度特性から前記検出温度に対応する算出トルク検出電圧を求め、同算出トルク検出電圧と前記測定トルク検出電圧との電圧差を中立点調整電圧として算出することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサの中立点電圧調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに逆方向に変化するインダクタンスを持つ一対のコイルのインダクタンス変化に基づいてトルクを検出するトルクセンサにおける中立状態における電圧調整を行う中立点電圧調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
斯かるトルクセンサは、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の各インダクタンス変化に基づく第１電圧と第２電圧の電圧差をトルク検出電圧とし、同トルク検出電圧をもとにトルクを検出することが行われている。
【０００３】
しかし、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。
【０００４】
そこで同出願人は、一対のコイルのインダクタンス変化に基づく第１温度検出用電圧と第２温度検出用電圧を加算した電圧から温度を検出する検出回路を付設し、同検出回路の検出温度により前記トルク検出電圧の値を補正する温度補償装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５０１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
中立状態における前記トルク検出電圧の基準中立点電圧は所定の一定電圧であるとして検出温度からトルク検出電圧を補正しているが、実際には部品およびその組付けのバラツキ等により中立点電圧は必ずしも所定電圧とならない。
【０００７】
したがってトルクセンンサの組立後に、中立状態でトルク検出電圧を測定して基準中立点電圧との電圧差をさらに補正することが必要であり、それも温度が異なればトルク検出電圧も変化してしまうので、基準温度における基準中立点電圧を設定して基準温度に維持された作業場で部品の組付けを行って、トルクセンンサの組立後に基準温度状態のまま中立状態でトルク検出電圧を測定し基準中立点電圧との電圧差を調整電圧として求めなければならなかった。
【０００８】
温度設定を間違えば正確な調整電圧は得られないので、作業場の温度管理を徹底して行わなければならず、いつでも何処でもトルクセンサの組立てを行い調整電圧を求めるためのトルク検出電圧を測定することはできなかった。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、組立作業場の温度管理は不要でいつでも何処でもトルクセンサの組立ておよび機械的ばらつきを除去する調整電圧を求めるためのトルク検出電圧の測定を行う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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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第１電圧と第２電圧の電圧差に基づき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、中立状態における前記トルク検出電圧の温度特性であって基準温度に基準中立点電圧が対応する理想温度特性を記憶する理想温度特性記憶手段と、トルクセンサの温度を検出する温度検出手段と、組立後の中立状態において測定された前記トルク検出手段の測定トルク検出電圧と、その測定時に前記温度検出手段により検出された検出温度と、前記理想温度特性記憶手段が記憶する理想温度特性とに基づいて中立点調整電圧を算出する調整電圧演算手段と、前記調整電圧演算手段が算出した中立点調整電圧により前記トルク検出手段のトルク検出電圧を調整する電圧調整手段とを備えたトルクセンサの中立点電圧調整装置とした。
【００１１】
中立状態におけるトルク検出電圧の温度特性であって基準温度に基準中立点電圧が対応する理想温度特性を記憶しているので、トルク検出電圧測定と同時にトルクセンサの温度を検出すれば、調整電圧演算手段により中立点調整電圧を算出できるので、温度環境に影響されずにいつでも何処でもトルクセンサの組立てを行い調整電圧を求めるためのトルク検出電圧を測定することができ、算出された該調整電圧によりトルク検出電圧を調整することで、部品およびその組付けのバラツキによる影響を吸収することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のトルクセンサの中立点電圧調整装置において、前記調整電圧演算手段は、前記理想温度特性から前記検出温度に対応する算出トルク検出電圧を求め、同算出トルク検出電圧と前記測定トルク検出電圧との電圧差を中立点調整電圧として算出することを特徴とする。
【００１３】
理想温度特性の測定温度に対応する算出トルク検出電圧と測定トルク検出電圧との電圧差は、基準温度において測定したと仮定したときのトルク検出電圧と基準中立点電圧との電圧差（部品およびその組付けのバラツキにより生じる電圧差）に等しく、よって基準温度に維持してトルク検出電圧を測定する必要はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
図３は、部品や組付け時のばらつきによる誤差が全くないトルクセンサ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）。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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32に出力し、モータドライバ32によりステアリングを補助するモータ33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33の補助が得られる。
【００３２】
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。
【００３３】
そこで本トルクセンサ１には、温度センサ35が備えられており、温度センサ35による温度検出信号はＣＰＵ30に入力される。
ＣＰＵ30は、入力された温度検出信号によって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33の駆動に供することができる。
【００３４】
トルク検出電圧Ｖｔの温度補正については、例えばトルク検出電圧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の温度特性を測定し、これをＣＰＵ30が記憶しておく。
【００３５】
図４に中立状態でのトルク検出電圧Ｖｔ０の温度特性を示す。
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、温度の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。
【００３６】
温度センサ35によりトルクセンサ１の温度が検出されると、図４の温度特性に照らしてその時のトルク検出電圧Ｖｔ０からバイアス電圧Ｖ０との電圧差ΔＶ（＝Ｖｔ０−Ｖ０）を求める。
【００３７】
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、この電圧差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。
【００３８】
以上は部品や組付け時のばらつきによる影響が全くないとしたときのもので、実際はその影響があるため図４の温度特性にずれが生じる。
そこで中立状態におけるトルク検出電圧の温度特性であって基準温度Ｔｆに基準中立点電圧Ｖｏが対応する機械的ばらつきの少ないトルクセンサの理想温度特性をＣＰＵ30のメモリー31に記憶しておく。
【００３９】
理想温度特性は、図５の座標を参照して基準温度Ｔｆと中立点電圧Ｖｏで示される基準座標点Ｆ（Ｔｆ，Ｖｏ）を通る傾きｍの理想温度特性直線Ｌｆによって示される。
通常の作業環境における温度範囲では温度特性は略直線で示される。
【００４０】
なお部品や組付け時のばらつきによる影響があっても組立てられたトルクセンサ１のトルク検出電圧の温度変化率すなわち図５の温度特性直線の傾きｍはほぼ変わりない。
【００４１】
そしてトルクセンサ１の組立後にトルク検出電圧を測定すると同時に温度センサ35によりトルクセンサ１の温度を測定する。
このときの測定温度Ｔｐと測定トルク検出電圧Ｖｐが示す測定座標点Ｐ（Ｔｐ，Ｖｐ）を図５に示す。
【００４２】
すなわちこのトルクセンサ１のトルク検出電圧の温度特性は、図５に一点鎖線で示すような測定座標点Ｐ（Ｔｐ，Ｖｐ）を通り傾きｍの温度特性直線Ｌｐとなる。
【００４３】
したがって平行な温度特性曲線Ｌｐと理想温度特性直線Ｌｆとのずれが、中立点電圧の調整電圧ΔＶｏであり、これを求めてメモリ31の特にEPPROMに書き込んでおく。
以後トルク検出回路20のトルク検出電圧Ｖｔを調整電圧ΔＶｏで調整することで、機械的ばらつきの影響を除去した正確なトルクを検出できる理想温度特性直線Ｌｆに換算することができる。
【００４４】
以上の中立点調整電圧を算出する処理の手順を図６のフローチャートに従って説明する。
まずトルク検出電圧を測定して読込み（ステップ１）、フィルタ処理してノイズの影響を除去し測定トルク検出電圧Ｖｐを求め（ステップ２）、次いで温度センサ35によりトルクセンサの温度を検出して読込み（ステップ３）、フィルタ処理してノイズの影響を除去し検出温度Ｔｐを求める（ステップ４）。
【００４５】
そしてステップ５で測定トルク検出電圧Ｖｐと検出温度Ｔｐがそれぞれ調整可能な範囲内にあるか否かを判別し、少なくとも一方が調整範囲内になければステップ10に飛んで調整処理を中止し、このトルクセンサは異常であり使用不能である。
【００４６】
測定トルク検出電圧Ｖｐと検出温度Ｔｐがともに調整範囲内にあれば、ステップ５からステップ６に進み、予め記憶していた理想温度特性（基準温度Ｔｆ，中立点電圧Ｖｏ，温度変化率ｍ）を読込む。
【００４７】
次のステップ７では理想温度特性直線Ｌｆ上の測定温度Ｔｐに対応する算出トルク検出電圧Ｖｐ´を
Ｖｐ´＝（Ｔｐ−Ｔｆ）・ｍ  ＋  Ｖｏ
の式を演算して求める。
【００４８】
そして次のステップ８では調整電圧ΔＶｏを、算出トルク検出電圧Ｖｐ´と測定トルク検出電圧Ｖｐとの差から、すなわち
ΔＶｏ＝Ｖｐ´−  Ｖｐ
の式を演算して求める。
【００４９】
理想温度特性直線Ｌｆ上の測定温度Ｔｐに対応する算出トルク検出電圧Ｖｐ´と測定トルク検出電圧Ｖｐとの電圧差である調整電圧ΔＶｏは、基準温度Ｔｆにおいて測定したと仮定したときのトルク検出電圧と基準中立点電圧Ｖｏとの電圧差すなわち部品およびその組付けのバラツキにより生じる電圧差に等しく、中立点電圧の調整電圧である。
【００５０】
算出された調整電圧ΔＶｏは、メモリ（EPPROM）31に記憶される（ステップ９）。
トルク検出回路20のトルク検出電圧Ｖｔに調整電圧ΔＶｏを加算して調整することで、組付けばらつきが補正された正確なトルクを検出できる理想温度特性直線Ｌｆに換算することができ、部品や組付け時のばらつきによる誤差があっても組立後にこの調整電圧ΔＶｏを求めて記憶し、以後トルク検出電圧Ｖｔを調整電圧ΔＶｏで調整すれば機械的ばらつきの影響をなくした正確なトルクを検出することができる。
【００５１】
この調整電圧ΔＶｏの算出は、トルクセンサ１の組立て完了後、いつでも何処でも実行することができ、従来のように基準温度に温度管理された作業場で組立てを行う必要はなく、また同基準温度下でトルク検出電圧の測定および調整を行う必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
自動車のパワーステアリングなどの左右操舵のトルクを検出するトルクセンサに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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】中立状態でのトルク検出電圧の温度特性を示す図である。
【図５】中立点電圧の補正電圧を説明するための中立状態でのトルク検出電圧の温度特性を示す図である。
【図６】中立点電圧の調整電圧算出処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
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…メモリ、32…モータドライバ、33…モータ、
35…温度センサ。
【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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