(57)【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、前記両コイルのそれぞれのインダクタンス変化に基づく両副電圧を入力して両副電圧の差を増幅して主電圧として出力する差動増幅手段とを備え、同差動増幅手段の出力主電圧によりトルクを検出するトルクセンサにおいて、
Ｘ軸を一方の副電圧にＹ軸を他方の副電圧に定めたＸＹ座標に、予め正常状態で常温時に求めた両副電圧の理想関係特性曲線に基づいて上限曲線と下限曲線を設定した座標マップを記憶するマップ記憶手段と、
前記両副電圧を各々常温時の副電圧に温度補正する温度補正手段と、
前記温度補正手段により補正された両補正副電圧値を入力し、前記マップ記憶手段が記憶する座標マップにおける前記両補正副電圧値が示す点座標が前記上限曲線と下限曲線の間に存在しないときを異常と判断する異常判断手段とを備え、
前記温度補正手段は、温度センサを有するとともに、前記両副電圧を各々常温時の副電圧に補正する各副電圧補正量を予め各温度補正マップとして備えて、前記温度センサによる検出温度を前記各温度補正マップに照らして各副電圧補正量を求め、該各副電圧補正量により前記両副電圧を各々常温時の副電圧に補正することを特徴とするトルクセンサの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、前記両コイルに誘導される一対の検出電圧を入力して差動増幅する差動増幅回路とを有し、同差動増幅回路の出力によりトルクを検出するトルクセンサについては、従来より知られている。
【０００３】
斯かるトルクセンサにおける一対のコイルの各検出電圧（第１副電圧Ｓ１，第２副電圧Ｓ２）及び差動増幅回路の出力電圧（主電圧Ｖ）の様子を左操舵トルク・右操舵トルクに対応して示すと図９のようになる。
【０００４】
正常ならば第１副電圧Ｓ１と第２副電圧Ｓ２は、図９に示すように特性曲線が互いに傾きが正負逆の概ね上下対称な略直線を示し、両者の差をとって増幅した主電圧Ｖもある傾きをもった曲線となる。
第１副電圧Ｓ１と第２副電圧Ｓ２の和をとった電圧Ｓ１＋Ｓ２は、図１０に示すように概ね水平な略直線となるはずである。
【０００５】
ここにトルクセンサ本体，接続系，アンプ回路等の故障発生時の異常検知方法としては、図９において上限電圧値Ｖu1と下限電圧値Ｖd1を設定しておき、第１副電圧Ｓ１又は第２副電圧Ｓ２が上限電圧値Ｖu1を超えていたり、下限電圧値Ｖd1を下回っていたりするときに、異常と判断する検知方法がある。
【０００６】
また図１０においても上限電圧値Ｖu2と下限電圧値Ｖd2を設定しておき、電圧Ｓ１＋Ｓ２が上限電圧値Ｖu2を超えていたり、下限電圧値Ｖd2を下回っていたりするときに、異常と判断する検知方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここにトルクセンサの温度変化により第１，第２副電圧Ｓ１，Ｓ２が変化するために、図９における上限電圧値Ｖu1と下限電圧値Ｖd1の間及び図１０における上限電圧値Ｖu2と下限電圧値Ｖd2の間を、温度変化分を考慮して広く設定する必要があった。
【０００８】
したがって異常検出精度が劣っていた。
また上記異常検出方法ではトルクの状態によっては異常を検出できない場合がある。
【０００９】
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、トルクの温度変化に関係なく高い精度で異常検出を行うことができるトルクセンサの異常検出装置を供する点にある。
【００１３】
【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、前記両コイルのそれぞれのインダクタンス変化に基づく両副電圧を入力して両副電圧の差を増幅して主電圧として出力する差動増幅手段とを備え、同差動増幅手段の出力主電圧によりトルクを検出するトルクセンサにおいて、Ｘ軸を一方の副電圧にＹ軸を他方の副電圧に定めたＸＹ座標に、予め正常状態で常温時に求めた両副電圧の理想関係特性曲線に基づいて上限曲線と下限曲線を設定した座標マップを記憶するマップ記憶手段と、前記両副電圧を各々常温時の副電圧に温度補正する温度補正手段と、前記温度補正手段により補正された両補正副電圧値を入力し、前記マップ記憶手段が記憶する座標マップにおける前記両補正副電圧値が示す点座標が前記上限曲線と下限曲線の間に存在しないときを異常と判断する異常判断手段とを備え、前記温度補正手段は、温度センサを有するとともに、前記両副電圧を各々常温時の副電圧に補正する各副電圧補正量を予め各温度補正マップとして備えて、前記温度センサによる検出温度を前記各温度補正マップに照らして各副電圧補正量を求め、該各副電圧補正量により前記両副電圧を各々常温時の副電圧に補正するトルクセンサの異常検出装置とした。
【００１４】
温度補正手段が、検出温度を温度補正マップに照らして各副電圧補正量を求め、該各副電圧補正量により両副電圧値を各々常温時の副電圧に温度補正し、その常温時の両補正副電圧値を、記憶手段が記憶する上限曲線と下限曲線を設定した常温時の座標マップに照らし合わせて異常か否かを判断するので、予め正常状態で常温時に求めた座標マップ上の上限曲線と下限曲線との間を温度変化を考慮して大きく設定する必要がなく、高い精度で異常検出を行うことができる。
【００１７】
【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８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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
このコイル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トルクセンサ１の電気的回路部分を概略構成図として図２に示す。
コイル11，12は、それぞれ抵抗13（Ｒ１），抵抗回路14（Ｒ２）を介して正電圧Ｅに吊るされており、コイル11，12の他端は、ともにＣＰＵ20搭載の制御ボード20ａの発振出力端子ｏｓｃに接続されている。
【００２４】
抵抗回路14は、直列接続された抵抗16とサーミスタ17に対して抵抗15を並列に接続した構成であり、サーミスタ17の作用により温度補償機能を果たしている。
すなわち温度変化に関係なく常にＲ１／Ｌ１＝Ｒ２／Ｌ２が満足される抵抗値Ｒ２を示すような温度特性をサーミスタ17が有している。
【００２５】
コイル11と抵抗13の接続部から延出した電圧信号線21が分岐してそれぞれ整流・平滑回路23，25に接続され、コイル12と抵抗回路14の接続部から延出した電圧信号線22が分岐してそれぞれ整流・平滑回路24，26に接続されている。
【００２６】
すなわちコイル11，12，抵抗13，抵抗回路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、その出力電圧が整流・平滑回路23，24，25，26に入力される。
【００２７】
該ブリッジ回路の出力電圧が各整流・平滑回路23，24，25，26により整流及び平滑されて第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４としてそれぞれバッファ回路27，28，29，30に出力される。
【００２８】
バッファ回路27，28の出力端子は、それぞれ抵抗31，32を介して差動アンプ41の反転入力端子，非反転入力端子に接続されている。
同様にバッファ回路29，30の出力端子は、それぞれ抵抗33，34を介して差動アンプ42の反転入力端子，非反転入力端子に接続されている。
【００２９】
差動アンプ41，42には、それぞれ抵抗35，36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、第１主電圧Ｍ１，第２主電圧Ｍ２として電子コントロールユニットＥＣＵ50に入力される。
【００３０】
また差動アンプ41，42の各非反転入力端子には、それぞれ中立点電圧設定回路43，44からバッファ回路45，46及び抵抗37，38を介して中立点調整電圧Ｖ１，Ｖ２が入力される。
【００３１】
この中立点電圧設定回路43，44は、制御ボード20ａの中立点調整出力端子ａｊ１，ａｊ２からの各調整信号を入力して、同調整信号に従って中立点電圧Ｖ１，Ｖ２を設定する。
【００３２】
そこで差動アンプ41は、第１副電圧Ｓ１と第２副電圧Ｓ２の差を増幅度Ａ倍し、バイアス電圧として中立点調整電圧Ｖ１を加えた電圧を第１主電圧Ｍ１として出力する。
すなわち第１主電圧Ｍ１は、
Ｍ１＝（Ｓ２−Ｓ１）・Ａ＋Ｖ１
である。
【００３３】
同様に差動アンプ42についても、出力される第２主電圧Ｍ２は、
Ｍ２＝（Ｓ４−Ｓ３）・Ａ’＋Ｖ２
である。
ここにＶ１≒Ｖ２、Ａ≒Ａ’の関係がある。
【００３４】
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主電圧を中立点電圧と称し、上記中立点調整電圧Ｖ１，Ｖ２が中立点電圧となる。
【００３５】
ＥＣＵ50は、第１主電圧Ｍ１に基づきモータ制御の指示信号をモータドライバ51に出力し、モータドライバ51によりステアリングを補助するモータ52が駆動される。
【００３６】
そして第２主電圧Ｍ２は異常状態検知のために用いられ、ＥＣＵ50は、第１主電圧Ｍ１と第２主電圧Ｍ２の差が所定の許容範囲内にあるか否かを判別し、許容範囲を超えているときはトルクセンサ１が何らかの異常状態にあるものとして異常状態信号を出力してモータ52の制御を停止する。
【００３７】
また制御ボード20ａには、第１，第２，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及び第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２が入力され、制御ボード20ａは、第３，第４副電圧Ｓ３，Ｓ４に基づいてトルクセンサ１，接続系，アンプ回路等の異常を判断し、異常があると、異常出力端子ｆｓから異常検出信号を異常時スイッチ回路49に出力する。
異常時スイッチ回路49は、直接ＥＣＵ50に接続され、異常出力端子ｆｓから異常検出信号を入力するとオン信号をＥＣＵ50に出力する。
【００３８】
その他に制御ボード20ａには、中立点調整スイッチＡＪＳ−ＳＷ47から中立点調整を指示する中立点調整信号ＡＪＳが中立点調整端子ａｊｓに入力されるとともに、中立点電圧設定状態を記憶し書き換えもできるＥ2ＰＲＯＭ48が中立点電圧設定端子ｒｏｍに接続されている。
【００３９】
そしてさらに正電圧に吊るされたサーミスタ55が抵抗56を介して接地されており、サーミスタ55と抵抗56の接続部から延出した信号線が温度端子ｔｍｐに接続されて、温度を示すサーミスタ電圧が制御ボード20ａに入力される。
【００４０】
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，第３，第４副電圧Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及び第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２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。
【００４１】
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，第４副電圧Ｓ２，Ｓ４が大きくなり、第１，第３副電圧Ｓ１，Ｓ３が小さくなる（図３▲１▼、▲２▼参照）。
【００４２】
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，第４副電圧Ｓ２，Ｓ４が小さくなり、第１，第３副電圧Ｓ１，Ｓ３が大きくなる（図３▲１▼、▲２▼参照）。
なおＳｔは第３，第４副電圧Ｓ３，Ｓ４の中立点電圧を示す。
【００４３】
両副電圧の差をＡ（Ａ’）倍して中立点電圧を加えた差動アンプ41，42の出力である第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２は、図３▲３▼，▲４▼に示すように中立点でＶ１，Ｖ２を通る右上がりの傾斜線となる。
【００４４】
ＥＣＵ50は、この第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２を比較し、両者の差が許容範囲内にあるかを判定する。
正常であれば図３▲５▼に示すように第１，第２主電圧Ｍ１，Ｍ２の変化は略一致しており、許容範囲内にあり正常と判断できる。
【００４５】
正常と判断されれば第１主電圧Ｍ１に基づきモータ52を駆動すべき指示信号をモータドライバ51に出力する。
こうして操舵トルクに応じたモータによる補助力がステアリングに作用してパワーステアリングが実行される。
【００４６】
ここに制御ボード20ａは、前記したように第３，第４副電圧Ｓ３，Ｓ４に基づいてトルクセンサ１，接続系，アンプ回路等の異常を検出する手段を別途備えている。
【００４７】
制御ボード20ａのメモリには、図４に示すＸＹ座標の座標マップが記憶されている。
同座標マップは、Ｘ軸を第３副電圧Ｓ３にＹ軸を第４副電圧Ｓ４に定めたＸＹ座標に、正常状態常温での第３，第４副電圧Ｓ３，Ｓ４の理想関係特性曲線Ｌを予め求めておき、この理想関係特性曲線Ｌに関して略対称に上限曲線Ｌｕと下限曲線Ｌｄを設定したものである。
【００４８】
第３，第４副電圧Ｓ３，Ｓ４は、対称な動きをするので、図４において理想関係特性曲線Ｌは、傾きが右下がりの略直線に近い曲線であり、同理想関係特性曲線Ｌの上下に設定される上限曲線Ｌｕと下限曲線Ｌｄの幅は、誤検出が生じない程度に狭く設定しておく。
【００４９】
またさらに制御ボード20ａのメモリには、第３，第４副電圧Ｓ３，Ｓ４の温度補正を行う温度補正マップが記憶されている。
温度補正マップは、予めトルクセンサ１の温度特性を第３，第４副電圧Ｓ３，Ｓ４の出力変化で捉え、温度に対する第３，第４副電圧Ｓ３，Ｓ４の補正量α，βのマップとして記憶される。
【００５０】
図５は第３副電圧補正量αの温度特性を示すマップである。
前記サーミスタ55により温度を検出したサーミスタ電圧値を同マップに照らして第３副電圧補正量αを導出する。
同様に図６は第４副電圧補正量βの温度特性を示すマップであり、サーミスタ電圧値を同マップに照らして第４副電圧補正量βを導出する。
【００５１】
制御ボード20ａのＣＰＵ20は、以上の座標マップ及び温度補正マップを用いて異常検出を行う制御プログラムを有しており、同制御プログラムの制御手順を示すフローチャートを図７に図示する。
【００５２】
まずステップ１で第３，第４副電圧値Ｓ３，Ｓ４を読込み、ステップ２でサーミスタ電圧を読込み、次のステップ３でサーミスタ電圧に基づき図５及び図６の温度補正マップから第３，第４副電圧補正量α，βを導出する。
【００５３】
ステップ４では、ステップ１で読込んだ第３，第４副電圧値Ｓ３，Ｓ４に各々第３，第４副電圧補正量α，βを加えて温度補正された第３，第４補正副電圧値Ｓ３，Ｓ４を算出する。
【００５４】
そしてステップ５において、前記座標マップに従って図８を参照して第３補正副電圧値Ｓ３に対応する上限曲線Ｌｕと下限曲線Ｌｄが示す上限第４副電圧値Ｓ4uと下限第４副電圧値Ｓ4dを導出する。
【００５５】
そして次のステップ６では、ステップ４で補正された第４補正副電圧値Ｓ４が上限第４副電圧値Ｓ4uと下限第４副電圧値Ｓ4dの間にあるか否かを判別し、間にあればステップ７に進み異常なしとされ異常検出信号は出力されないが、上限第４副電圧値Ｓ4uと下限第４副電圧値Ｓ4dの間にないときは、ステップ８に進み、異常と判断されて異常検出信号が異常時スイッチ回路49に出力される。
【００５６】
異常検出信号が異常時スイッチ回路49に出力されると、異常時スイッチ回路49からオン信号がＥＣＵ50に出力され、ＥＣＵ50はモータ52の制御を停止する。
【００５７】
以上のように予め正常状態（所定の温度）での第３，第４副電圧Ｓ３，Ｓ４の理想関係特性曲線Ｌを求めておき、同理想関係特性曲線Ｌをもとに上限曲線Ｌｕと下限曲線Ｌｄを設定した座標マップを記憶しておき、実際に検出し温度補正した第３，第４補正副電圧値Ｓ３，Ｓ４が示す座標マップ上の点が上限曲線Ｌｕと下限曲線Ｌｄとの間にあるか否かで異常を検出する。
【００５８】
したがって異常を検出するのに、温度変化及びトルク領域に関係なく、したがって高精度に異常を検出することができる。
【００５９】
温度補正マップに基づき温度補正された第３，第４補正副電圧値Ｓ３，Ｓ４を用いて座標マップより異常を検出しているので、座標マップ上の上限曲線Ｌｕと下限曲線Ｌｄとの間を温度変化を考慮して大きく設定する必要がなく、それだけ高い精度で異常検出を行うことができる。
【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部分の概略構成図である。
【図３】正常時における第１，第２，第３，第４副電圧及び第１，第２主電圧の状態を示す図である。
【図４】第３，第４副電圧についての座標マップを示す図である。
【図５】第３副電圧の温度補正マップを示す図である。
【図６】第４副電圧の温度補正マップを示す図である。
【図７】制御ボードにより異常検出を行う制御手順を示すフローチャートである。
【図８】前記座標マップの用い方を示す図である。
【図９】従来の異常検出方法を説明するための電圧とトルクとの関係を示す図である。
【図１０】従来のまた別の異常検出方法を説明するための電圧とトルクとの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…抵抗、14…抵抗回路、15，16…抵抗、17…サーミスタ、  20…ＣＰＵ，20ａ…制御ボード、21，22…電圧信号線、23，24，25，26…整流・平滑回路、27，28，29，30…バッファ回路、31，32，33，34，35，36，37，38…抵抗、
41，42…差動アンプ、
43，44…中立点電圧設定回路、45，46…バッファ回路、47…中立点調整スイッチＡＪＳ−ＳＷ、48…Ｅ2ＰＲＯＭ、49…異常時スイッチ回路、
50…ＥＣＵ，51…モータドライバ、52…モータ、
55…サーミスタ、56…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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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