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JP2011117786A - Torque detection device and power steering device - Google Patents

Torque detection device and power steering device Download PDF

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JP2011117786A
JP2011117786A JP2009274158A JP2009274158A JP2011117786A JP 2011117786 A JP2011117786 A JP 2011117786A JP 2009274158 A JP2009274158 A JP 2009274158A JP 2009274158 A JP2009274158 A JP 2009274158A JP 2011117786 A JP2011117786 A JP 2011117786A
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steering
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sensor
speed
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Application number
JP2009274158A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Iwase
雅祐 岩瀬
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Showa Corp
Original Assignee
Showa Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique which enables accurate detection of a steering torque in a region where the steering torque applied to a steering wheel is small. <P>SOLUTION: A torque detection device detects the steering torque applied to the steering wheel of a vehicle. The device includes a plurality of torque sensors which output analog electric signals according to the steering torque with amplification factors different mutually, an A/D conversion unit which converts the analog electric signals output from the torque sensors in a plurality into digital values, and a torque operation unit which selects some torque sensor outputting the electric signal to be used out of the torque sensors in a plurality, according to the speed of the vehicle, (step 602) and calculates the torque, using the digital value (D1 or D2) obtained through conversion of the electric signal output from the selected torque sensor by the A/D conversion unit (step 604 or 606). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、トルク検出装置及びパワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to a torque detection device and a power steering device.

近年、乗り物の操舵力を軽減するためのパワーステアリング装置に好適なトルク検出装置が提案されている。
例えば、特許文献1には、以下のように構成されたトルク検出装置が記載されている。すなわち、特許文献1に記載のトルクセンサは、磁歪式トルクセンサ、増幅部、A/D変換部、制御部等を備え、磁歪式トルクセンサは、ステアリング軸に加わるトルク値を電気的なアナログ信号に変換する。増幅部は、磁歪式トルクセンサで変換されたアナログ信号を、異なる3つの増幅率で増幅してアナログ信号を出力する。A/D変換部は、増幅部で増幅されたアナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換する。制御部は、A/D変換部で変換された複数のデジタル信号を入力し、その内の1つのデジタル信号を過大トルクの判定に用い、その内の1つのデジタル信号を通常のパワーステアリング装置制御用のトルク値信号として出力し、他の1つのデジタル信号をトルク値が零であるときのアナログ信号の調整に用いる。
In recent years, a torque detection device suitable for a power steering device for reducing the steering force of a vehicle has been proposed.
For example, Patent Document 1 describes a torque detection device configured as follows. That is, the torque sensor described in Patent Document 1 includes a magnetostrictive torque sensor, an amplifying unit, an A / D conversion unit, a control unit, and the like, and the magnetostrictive torque sensor transmits a torque value applied to the steering shaft as an electrical analog signal. Convert to The amplifying unit amplifies the analog signal converted by the magnetostrictive torque sensor at three different amplification factors and outputs the analog signal. The A / D converter converts each analog signal amplified by the amplifier into a digital signal. The control unit inputs a plurality of digital signals converted by the A / D conversion unit, uses one of the digital signals for determination of excessive torque, and uses one of the digital signals for normal power steering device control. The other digital signal is used to adjust the analog signal when the torque value is zero.

特開2000−355280号公報JP 2000-355280 A

乗り物の速度がある程度以上である走行時の操舵フィーリングを向上させるためには、加えられる操舵トルクが小さい領域における操舵トルクを精度高く検出することが重要となる。
それゆえ、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを全て検出可能であるとともに、操舵トルクが小さい領域における操舵トルクを精度高く検出可能であることが望まれる。
In order to improve the steering feeling during traveling when the speed of the vehicle is above a certain level, it is important to detect the steering torque with high accuracy in a region where the applied steering torque is small.
Therefore, it is desirable that all the steering torque applied to the steering wheel can be detected and that the steering torque in a region where the steering torque is small can be detected with high accuracy.

かかる目的のもと、本発明は、乗り物のステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出装置であって、前記操舵トルクに応じたアナログの電気信号を、互いに異なる増幅率で出力する複数のトルクセンサと、前記複数のトルクセンサから出力されたアナログの電気信号をデジタルの値に変換する変換手段と、前記乗り物の速度に応じて前記複数のトルクセンサ内のいずれのトルクセンサから出力された電気信号を用いるかを選択する選択手段と、前記選択手段が選択したトルクセンサから出力され前記変換手段にて変換されたデジタルの値を用いてトルクを算出する算出手段と、を備えることを特徴とするトルク検出装置である。   For this purpose, the present invention is a torque detection device for detecting a steering torque applied to a steering wheel of a vehicle, and outputs a plurality of analog electrical signals corresponding to the steering torque at different amplification factors. Torque sensors, conversion means for converting analog electrical signals output from the plurality of torque sensors into digital values, and output from any torque sensor in the plurality of torque sensors according to the speed of the vehicle. Selecting means for selecting whether to use the electrical signal; and calculating means for calculating torque using a digital value output from the torque sensor selected by the selecting means and converted by the converting means. This is a featured torque detection device.

ここで、前記複数のトルクセンサには、第1のトルクセンサと、当該第1のトルクセンサの増幅率よりも大きな増幅率を有する第2のトルクセンサとが含まれ、前記選択手段は、前記乗り物の速度が予め定められた速度以下である場合には前記第1のトルクセンサから出力された電気信号を用い、当該予め定められた速度より大きい場合には前記第2のトルクセンサから出力された電気信号を用いることが好適である。
また、前記第1のトルクセンサの増幅率と前記第2のトルクセンサの増幅率との比は、当該第1のトルクセンサにて検出すべき前記操舵トルクの最大値と当該第2のトルクセンサが選択される前記予め定められた速度以下にて加えられると想定される前記操舵トルクの最大値との比に基づいて定められることが好適である。
Here, the plurality of torque sensors include a first torque sensor and a second torque sensor having an amplification factor larger than the amplification factor of the first torque sensor, and the selection means includes When the vehicle speed is equal to or lower than a predetermined speed, the electric signal output from the first torque sensor is used. When the vehicle speed is higher than the predetermined speed, the electric signal is output from the second torque sensor. It is preferable to use an electrical signal.
The ratio between the amplification factor of the first torque sensor and the amplification factor of the second torque sensor is the maximum value of the steering torque to be detected by the first torque sensor and the second torque sensor. Is preferably determined based on a ratio to the maximum value of the steering torque that is assumed to be applied at a speed equal to or lower than the predetermined speed.

また、他の観点から捉えると、本発明は、乗り物のステアリングホイールに連結される第1の回転軸と、トーションバーを介して前記第1の回転軸と連結される第2の回転軸と、前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対回転角度に応じたアナログの電気信号を、互いに異なる増幅率で出力する複数のトルクセンサと、前記複数のトルクセンサから出力されたアナログの電気信号をデジタルの値に変換する変換手段と、前記乗り物の速度に応じて前記複数のトルクセンサ内のいずれのトルクセンサから出力された電気信号を用いるかを選択する選択手段と、前記選択手段が選択したトルクセンサから出力され前記変換手段にて変換されたデジタルの値を用いてトルクを算出する算出手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置である。   From another point of view, the present invention provides a first rotating shaft connected to a vehicle steering wheel, a second rotating shaft connected to the first rotating shaft via a torsion bar, A plurality of torque sensors for outputting analog electrical signals corresponding to relative rotation angles between the first rotation shaft and the second rotation shaft at different amplification factors, and analog signals output from the plurality of torque sensors Conversion means for converting the electrical signal of the motor into a digital value, selection means for selecting which of the torque sensors in the plurality of torque sensors to use according to the speed of the vehicle, and the selection Calculating means for calculating torque using a digital value output from the torque sensor selected by the means and converted by the converting means, It is the location.

ここで、前記複数のトルクセンサには、第1のトルクセンサと、当該第1のトルクセンサの増幅率よりも大きな増幅率を有する第2のトルクセンサとが含まれ、前記選択手段は、前記乗り物の速度が予め定められた速度以下である場合には前記第1のトルクセンサから出力された電気信号を用い、当該予め定められた速度より大きい場合には前記第2のトルクセンサから出力された電気信号を用いることが好適である。
また、前記第1のトルクセンサの増幅率と前記第2のトルクセンサの増幅率との比は、当該第1のトルクセンサにて検出すべき前記操舵トルクの最大値と当該第2のトルクセンサが選択される前記予め定められた速度以下にて加えられると想定される前記操舵トルクの最大値との比に基づいて定められることが好適である。
Here, the plurality of torque sensors include a first torque sensor and a second torque sensor having an amplification factor larger than the amplification factor of the first torque sensor, and the selection means includes When the vehicle speed is equal to or lower than a predetermined speed, the electric signal output from the first torque sensor is used. When the vehicle speed is higher than the predetermined speed, the electric signal is output from the second torque sensor. It is preferable to use an electrical signal.
The ratio between the amplification factor of the first torque sensor and the amplification factor of the second torque sensor is the maximum value of the steering torque to be detected by the first torque sensor and the second torque sensor. Is preferably determined based on a ratio to the maximum value of the steering torque that is assumed to be applied at a speed equal to or lower than the predetermined speed.

本発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを全て検出できるとともに、操舵トルクが小さい領域における操舵トルクを精度高く検出することができる。   According to the present invention, it is possible to detect all of the steering torque applied to the steering wheel and to detect the steering torque in a region where the steering torque is small with higher accuracy than in the case where the present invention is not employed.

実施の形態に係るトルク検出装置を適用した電動パワーステアリング装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of an electric power steering device to which a torque detection device according to an embodiment is applied. 図1におけるX部の拡大図である。It is an enlarged view of the X section in FIG. 実施の形態に係るトルク検出装置の主要部品の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the main components of the torque detection apparatus which concerns on embodiment. トルク検出装置を、図1におけるY方向から見た図である。It is the figure which looked at the torque detection apparatus from the Y direction in FIG. 第1の回転軸と第2の回転軸とが相対変位する前のトルク検出装置の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the torque detection apparatus before a 1st rotating shaft and a 2nd rotating shaft displace relatively. 図4で見た場合に、磁石(第1の回転軸)がヨーク(第2の回転軸)に対して反時計回転方向に回転した状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a state where a magnet (first rotation shaft) is rotated counterclockwise with respect to a yoke (second rotation shaft) when viewed in FIG. 4. 図4で見た場合に、磁石がヨークに対して時計回転方向に回転した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the magnet rotated clockwise with respect to the yoke when it sees in FIG. 磁石(第1の回転軸)とヨーク(第2の回転軸)との相対角度と第1の磁気センサおよび第2の磁気センサが検出する磁束密度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the relative angle of a magnet (1st rotating shaft) and a yoke (2nd rotating shaft), and the magnetic flux density which a 1st magnetic sensor and a 2nd magnetic sensor detect. 第1の磁気センサおよび第2の磁気センサが出力する電気信号と、検出する磁束密度およびこの磁束密度に対応する操舵トルクとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the electric torque which a 1st magnetic sensor and a 2nd magnetic sensor output, the magnetic flux density to detect, and the steering torque corresponding to this magnetic flux density. トルク演算部が行うトルク演算処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the torque calculation process which a torque calculating part performs.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係るトルク検出装置1を適用した電動パワーステアリング装置(以下、単に「EPS装置」と称す。)100の断面図である。図2は、図1におけるX部の拡大図である。図3は、実施の形態に係るトルク検出装置1の主要部品の概略構成図である。図4は、トルク検出装置1を、図1におけるY方向から見た図である。なお、図3,図4においては、後述するブラケット60は省略している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric power steering device (hereinafter simply referred to as “EPS device”) 100 to which a torque detection device 1 according to an embodiment is applied. FIG. 2 is an enlarged view of a portion X in FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of main components of the torque detection device 1 according to the embodiment. 4 is a diagram of the torque detection device 1 as viewed from the Y direction in FIG. 3 and 4, a bracket 60 described later is omitted.

トルク検出装置1は、ハウジング110に回転可能に支持された第1の回転軸120と、同じくハウジング110に回転可能に支持された第2の回転軸130との相対角度を検出し、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度に基づいて第1の回転軸120および第2の回転軸130のいずれか一方の回転軸に加えられたトルクを検出する装置である。   The torque detection device 1 detects a relative angle between the first rotation shaft 120 rotatably supported by the housing 110 and the second rotation shaft 130 also rotatably supported by the housing 110, and detects the first angle. This is a device for detecting the torque applied to one of the first rotating shaft 120 and the second rotating shaft 130 based on the relative angle between the rotating shaft 120 and the second rotating shaft 130.

ハウジング110は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム(車体)に固定される部材であり、第1ハウジング111と第2ハウジング112とが、例えばボルトなどにより結合されて構成される。
第1の回転軸120は、ステアリングホイール(不図示)が連結される回転軸であり、軸受113を介して第1ハウジング111に回転可能に支持されている。
The housing 110 is a member that is fixed to a main body frame (vehicle body) of a vehicle such as an automobile, and is configured such that the first housing 111 and the second housing 112 are coupled by, for example, a bolt.
The first rotating shaft 120 is a rotating shaft to which a steering wheel (not shown) is connected, and is rotatably supported by the first housing 111 via a bearing 113.

第2の回転軸130は、トーションバー140を介して第1の回転軸120に同軸的に結合されているとともに軸受114を介して第2ハウジング112に回転可能に支持されている。また、第2の回転軸130に形成されたピニオン131が、車輪に連結されるラック軸(不図示)のラック(不図示)と噛み合っている。そして、第2の回転軸130の回転運動がピニオン131、ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。
また、第2の回転軸130には、例えば圧入などによりウォームホイール150が固定されている。このウォームホイール150は、第2ハウジング112に固定された電動モータ160の出力軸に連結されたウォームギヤ161と噛み合っている。
The second rotating shaft 130 is coaxially coupled to the first rotating shaft 120 via a torsion bar 140 and is rotatably supported by the second housing 112 via a bearing 114. A pinion 131 formed on the second rotating shaft 130 meshes with a rack (not shown) of a rack shaft (not shown) connected to the wheel. Then, the rotary motion of the second rotary shaft 130 is converted into a linear motion of the rack shaft through the pinion 131 and the rack, and the wheels are steered.
A worm wheel 150 is fixed to the second rotating shaft 130 by, for example, press fitting. The worm wheel 150 meshes with a worm gear 161 connected to the output shaft of the electric motor 160 fixed to the second housing 112.

以上のように構成されたEPS装置100においては、トルク検出装置1が、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度に基づいてステアリングホイールに加えられた操舵トルクTを検出する。そして、トルク検出装置1が検出した操舵トルクTに基づいて電動モータ160の駆動を制御し、電動モータ160の発生トルクをウォームギヤ161、ウォームホイール150を介して第2の回転軸130に伝達する。これにより、電動モータ160の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。   In the EPS device 100 configured as described above, the torque detection device 1 detects the steering torque T applied to the steering wheel based on the relative angle between the first rotation shaft 120 and the second rotation shaft 130. To do. The driving of the electric motor 160 is controlled based on the steering torque T detected by the torque detection device 1, and the torque generated by the electric motor 160 is transmitted to the second rotating shaft 130 via the worm gear 161 and the worm wheel 150. Thereby, the torque generated by the electric motor 160 assists the driver's steering force applied to the steering wheel.

以下に、トルク検出装置1について詳述する。
トルク検出装置1は、第1の回転軸120に取り付けられる磁石10と、磁石10が形成する磁界内に配置されたヨーク30と、ヨーク30に生じる磁束密度を検出する磁気センサ40と、磁気センサ40からの出力値に基づいて操舵トルクTを演算するトルク演算部50とを有している。
Below, the torque detection apparatus 1 is explained in full detail.
The torque detection device 1 includes a magnet 10 attached to a first rotating shaft 120, a yoke 30 disposed in a magnetic field formed by the magnet 10, a magnetic sensor 40 that detects a magnetic flux density generated in the yoke 30, and a magnetic sensor. And a torque calculation unit 50 for calculating the steering torque T based on the output value from 40.

磁石10は、円筒状であり、図3に示すように、第1の回転軸120の周方向にN極とS極とが交互に配置されるとともに周方向に着磁されている。この磁石10は、カラー11を介して第1の回転軸120に取り付けられている。つまり、磁石10がカラー11に固定されており、カラー11が第1の回転軸120に固定されている。そして、磁石10は第1の回転軸120とともに回転する。なお、磁石10の第1の回転軸120の軸方向の長さは、ヨーク30の長さよりも長い。   The magnet 10 has a cylindrical shape, and as shown in FIG. 3, N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction of the first rotating shaft 120 and are magnetized in the circumferential direction. The magnet 10 is attached to the first rotating shaft 120 via the collar 11. That is, the magnet 10 is fixed to the collar 11, and the collar 11 is fixed to the first rotation shaft 120. The magnet 10 rotates together with the first rotating shaft 120. The length of the magnet 10 in the axial direction of the first rotating shaft 120 is longer than the length of the yoke 30.

ヨーク30は、磁石10の外側に配置されており、第1のヨーク31と第2のヨーク32とから構成されている。第1のヨーク31および第2のヨーク32は、第2の回転軸130に取り付けられる。
第1のヨーク31は、磁石10の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第1の円環部31aと、この第1の円環部31aから第1の回転軸120の軸方向に延びるように形成された複数の第1の突起部31bとを有している。第2のヨーク32は、磁石10の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第2の円環部32aと、この第2の円環部32aから第1の回転軸120の軸方向に延びるように形成された複数の第2の突起部32bとを有している。
The yoke 30 is disposed outside the magnet 10 and is composed of a first yoke 31 and a second yoke 32. The first yoke 31 and the second yoke 32 are attached to the second rotating shaft 130.
The first yoke 31 includes a disk-shaped first annular portion 31a in which a hole having a diameter larger than the outer diameter of the magnet 10 is formed inside, and a first rotation from the first annular portion 31a. A plurality of first protrusions 31b formed to extend in the axial direction of the shaft 120. The second yoke 32 includes a disk-shaped second annular portion 32a in which a hole having a diameter larger than the outer diameter of the magnet 10 is formed inside, and a first rotation from the second annular portion 32a. A plurality of second protrusions 32b formed to extend in the axial direction of the shaft 120.

第1の突起部31bおよび第2の突起部32bは、磁石10のN極およびS極と同数形成されている。つまり、磁石10のN極およびS極がそれぞれ例えば12個である場合には、第1の突起部31bおよび第2の突起部32bもそれぞれ12個形成されている。そして、この第1の突起部31bおよび第2の突起部32bは、第1の回転軸120の回転半径方向においては、図2,図4に示すように、磁石10の外周面と対向するようにこの外周面よりもやや外側に配置されており、これら第1の突起部31bおよび第2の突起部32bの磁石10と対向する面は、第1の回転軸120の回転軸に直交する方向に見ると長方形である。   The same number of first protrusions 31b and second protrusions 32b as the N poles and S poles of the magnet 10 are formed. That is, when the number of N poles and S poles of the magnet 10 is 12, for example, twelve first protrusions 31b and twelve second protrusions 32b are formed. The first protrusion 31b and the second protrusion 32b are opposed to the outer peripheral surface of the magnet 10 in the rotational radius direction of the first rotating shaft 120 as shown in FIGS. The surface of the first protrusion 31b and the second protrusion 32b facing the magnet 10 is a direction orthogonal to the rotation axis of the first rotation shaft 120. It is a rectangle when seen.

また、第1のヨーク31の第1の突起部31bと第2のヨーク32の第2の突起部32bとは、第1の回転軸120の周方向に交互に配置されている。
そして、本実施の形態に係るトルク検出装置1においては、ステアリングホイール(トーションバー140)に操舵トルクTが加わっていない状態、つまりトーションバー140に捩れが生じていない初期状態のときに、図4に示すように、第1の回転軸120の周方向において、時計回転方向に見た場合に磁石10のN極とS極との境界線と第1の突起部31bの周方向の中心が一致するように配置されている。また、時計回転方向に見た場合に磁石10のS極とN極との境界線と第2の突起部32bの周方向の中心が一致するように配置されている。そして、トーションバー140に操舵トルクTが加わってトーションバー140に捩れが生じ、第1の突起部31bが磁石10のN極あるいはS極と対向する場合に、第2の突起部32bは、第1の突起部31bが対向する極性とは異なる極性の磁極に対向する。
The first protrusions 31 b of the first yoke 31 and the second protrusions 32 b of the second yoke 32 are alternately arranged in the circumferential direction of the first rotating shaft 120.
In the torque detection device 1 according to the present embodiment, when the steering torque T is not applied to the steering wheel (torsion bar 140), that is, in the initial state where the torsion bar 140 is not twisted, FIG. As shown in FIG. 4, in the circumferential direction of the first rotating shaft 120, the boundary line between the north pole and the south pole of the magnet 10 coincides with the circumferential center of the first protrusion 31b when viewed in the clockwise direction. Are arranged to be. Further, when viewed in the clockwise direction, the boundary line between the S pole and the N pole of the magnet 10 and the center of the second protrusion 32b in the circumferential direction are arranged to coincide with each other. Further, when the steering torque T is applied to the torsion bar 140 and the torsion bar 140 is twisted, and the first protrusion 31b faces the north or south pole of the magnet 10, the second protrusion 32b The one protruding portion 31b faces a magnetic pole having a polarity different from the facing polarity.

このヨーク30は、図2に示すように、第1のヨーク31と第2のヨーク32とが、インサートモールド成形により一体化されている。そして、インサートモールド成形する際にブラケット60をも一体成形している。ブラケット60は、第2の回転軸130の軸方向に伸びる薄肉円筒状の軸方向部位61と、軸方向部位61から第2の回転軸130の回転半径方向に伸びる円板状の半径方向部位62とを有する。そして、ブラケット60の軸方向部位61が第2の回転軸130に圧入、溶接、ねじ止めあるいはかしめされることにより、軸方向部位61が第2の回転軸130に固定されている。これにより、ヨーク30も第2の回転軸130に固定される。
なお、ヨーク30を成形する際には、第1のヨーク31、第2のヨーク32として同じ部品を使用し、配置方向を変えるだけにすることにより部品の種類が増えるのを抑制することが可能となる。
As shown in FIG. 2, the yoke 30 includes a first yoke 31 and a second yoke 32 integrated by insert molding. The bracket 60 is also integrally formed when insert molding is performed. The bracket 60 includes a thin cylindrical axial portion 61 extending in the axial direction of the second rotary shaft 130 and a disk-shaped radial portion 62 extending from the axial portion 61 in the rotational radial direction of the second rotary shaft 130. And have. The axial portion 61 of the bracket 60 is press-fitted, welded, screwed, or caulked to the second rotating shaft 130, so that the axial portion 61 is fixed to the second rotating shaft 130. Thereby, the yoke 30 is also fixed to the second rotating shaft 130.
When forming the yoke 30, it is possible to suppress an increase in the number of types of components by using the same components as the first yoke 31 and the second yoke 32 and only changing the arrangement direction. It becomes.

磁気センサ40は、第1の磁気センサ41と第2の磁気センサ42とから構成される。
第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42は、それぞれハウジング110に固定されており、第1の回転軸120の軸方向において、第1のヨーク31の第1の円環部31aと第2のヨーク32の第2の円環部32aとの間に配置されている。そして、第1の磁気センサ41と第2の磁気センサ42とは、第1の回転軸120の周方向に異なる位置に配置されている。
The magnetic sensor 40 includes a first magnetic sensor 41 and a second magnetic sensor 42.
The first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 are respectively fixed to the housing 110, and the first annular portion 31 a and the first annular portion 31 a of the first yoke 31 are arranged in the axial direction of the first rotating shaft 120. It arrange | positions between the 2nd ring parts 32a of the two yokes 32. FIG. The first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 are arranged at different positions in the circumferential direction of the first rotating shaft 120.

第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42は、第1のヨーク31と第2のヨーク32との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度に比例する値の電気信号(例えば電圧信号)に変換して出力するセンサであり、例えば、ホールICである。そして、第1の磁気センサ41は、検出した磁束密度を電気信号に変換した値に係数γ1を乗じて電気信号E1として出力する。つまり、第1の磁気センサ41は、検出した磁束密度を電気信号に変換した値を増幅率γ1で増幅して電気信号E1として出力する。また、第2の磁気センサ42は、検出した磁束密度を電気信号に変換した値に係数γ2を乗じて電気信号E2として出力する。つまり、第2の磁気センサ42は、検出した磁束密度を電気信号に変換した値を増幅率γ2で増幅して電気信号E2として出力する。   The first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 detect a magnetic flux density between the first yoke 31 and the second yoke 32, and an electric signal (for example, a voltage) proportional to the detected magnetic flux density. Signal) and output, for example, a Hall IC. Then, the first magnetic sensor 41 multiplies the value obtained by converting the detected magnetic flux density into an electric signal by a coefficient γ1 and outputs the result as an electric signal E1. That is, the first magnetic sensor 41 amplifies a value obtained by converting the detected magnetic flux density into an electric signal with an amplification factor γ1, and outputs the amplified signal as an electric signal E1. Further, the second magnetic sensor 42 multiplies the value obtained by converting the detected magnetic flux density into an electric signal by a coefficient γ2, and outputs the result as an electric signal E2. That is, the second magnetic sensor 42 amplifies a value obtained by converting the detected magnetic flux density into an electric signal with an amplification factor γ2, and outputs the amplified electric signal E2.

そして、本実施の形態においては、γ2はγ1よりも大きな値に設定されている。つまり、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42は同じ磁束密度を検出し、第2の磁気センサ42は、第1の磁気センサ41の出力値E1のγ2/γ1(1より大きな値)倍の値を出力する。
また、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42が出力する電気信号の大きさの範囲は同じである。それゆえ、第2の磁気センサ42が検出する磁束密度の範囲は、第1の磁気センサ41が検出する磁束密度の範囲のγ1/γ2(1より小さな値)倍である。
そして、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42は、それぞれ予め定められた周期で磁束密度を検出し、検出した磁束密度に比例する値の電気信号を出力する。
In this embodiment, γ2 is set to a larger value than γ1. That is, the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 detect the same magnetic flux density, and the second magnetic sensor 42 detects γ2 / γ1 (a value larger than 1) of the output value E1 of the first magnetic sensor 41. ) Output double value.
Moreover, the range of the magnitude | size of the electric signal which the 1st magnetic sensor 41 and the 2nd magnetic sensor 42 output is the same. Therefore, the range of the magnetic flux density detected by the second magnetic sensor 42 is γ1 / γ2 (a value smaller than 1) times the range of the magnetic flux density detected by the first magnetic sensor 41.
The first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 each detect a magnetic flux density at a predetermined cycle, and output an electric signal having a value proportional to the detected magnetic flux density.

以上のように構成されたトルク検出装置1の第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42の出力について説明する。
図5は、第1の回転軸120と第2の回転軸130とが相対変位する前のトルク検出装置1の状態を示す図である。図5(a)は、磁石10とヨーク30との関係を、図1におけるY方向に見た図である。図5(b)は、磁石10およびヨーク30を、(a)におけるZ方向に見た図である。
The outputs of the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 of the torque detection device 1 configured as described above will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating a state of the torque detection device 1 before the first rotation shaft 120 and the second rotation shaft 130 are relatively displaced. FIG. 5A shows the relationship between the magnet 10 and the yoke 30 as viewed in the Y direction in FIG. FIG. 5B is a view of the magnet 10 and the yoke 30 as viewed in the Z direction in FIG.

ステアリングホイールに操舵トルクTが加わっていない状態、つまりトーションバー140に捩れが生じていない初期状態のときは、図4、図5(a)に示すように、第1の回転軸120の周方向において、ヨーク30の突起部である第1の突起部31bおよび第2の突起部32bの周方向の中心と、磁石10のN極とS極との境界線とが一致する。かかる場合、第1の突起部31bおよび第2の突起部32bの各突起部には、磁石10のN極とS極とから同数の磁力線が出入りする。そのため、第1のヨーク31の第1の円環部31aと第2のヨーク32の第2の円環部32aとの間には磁束密度差が生じないので、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42が検出する磁束密度はゼロとなる。   When the steering torque T is not applied to the steering wheel, that is, in the initial state where the torsion bar 140 is not twisted, as shown in FIGS. 4 and 5A, the circumferential direction of the first rotating shaft 120 , The circumferential center of the first protrusion 31b and the second protrusion 32b, which are the protrusions of the yoke 30, coincides with the boundary line between the N pole and the S pole of the magnet 10. In such a case, the same number of lines of magnetic force enter and exit from each of the first and second protrusions 31b and 32b from the N and S poles of the magnet 10. Therefore, there is no magnetic flux density difference between the first annular portion 31a of the first yoke 31 and the second annular portion 32a of the second yoke 32, so that the first magnetic sensor 41 and the first magnetic sensor 41 The magnetic flux density detected by the second magnetic sensor 42 is zero.

ステアリングホイールに操舵トルクTが入力されてトーションバー140に捩れが生じると、磁石10とヨーク30との周方向の相対位置が変化する。
図6は、図4で見た場合に、磁石10(第1の回転軸120)がヨーク30(第2の回転軸130)に対して反時計回転方向に回転した状態を示す図である。図7は、図4で見た場合に、磁石10がヨーク30に対して時計回転方向に回転した状態を示す図である。それぞれの図において、(a)は磁石10とヨーク30との関係を、図1におけるY方向から見た図である。(b)は磁石10およびヨーク30を、(a)におけるZ方向に見た図である。
また、図8は、磁石10(第1の回転軸120)とヨーク30(第2の回転軸130)との相対角度と第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42が検出する磁束密度との関係を示す図である。
When the steering torque T is input to the steering wheel and the torsion bar 140 is twisted, the relative position in the circumferential direction between the magnet 10 and the yoke 30 changes.
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the magnet 10 (first rotating shaft 120) rotates counterclockwise with respect to the yoke 30 (second rotating shaft 130) when viewed in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the magnet 10 is rotated in the clockwise direction with respect to the yoke 30 when viewed in FIG. 4. In each figure, (a) is the figure which looked at the relationship between the magnet 10 and the yoke 30 from the Y direction in FIG. (B) is the figure which looked at the magnet 10 and the yoke 30 in the Z direction in (a).
8 shows the relative angle between the magnet 10 (first rotating shaft 120) and the yoke 30 (second rotating shaft 130), and the magnetic flux density detected by the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42. It is a figure which shows the relationship.

図6および図7に示すように、トーションバー140が捩れると、第1の回転軸120の周方向において、ヨーク30の第1の突起部31bおよび第2の突起部32bの周方向の中心と、磁石10のN極とS極との境界線とが一致しなくなる。つまり、初期状態に比べて、磁石10のいずれかの磁極がヨーク30の第1の突起部31bおよび第2の突起部32bと対向する領域が増加する。   As shown in FIGS. 6 and 7, when the torsion bar 140 is twisted, the circumferential center of the first protrusion 31 b and the second protrusion 32 b of the yoke 30 in the circumferential direction of the first rotating shaft 120. And the boundary line between the N pole and S pole of the magnet 10 does not match. That is, compared with the initial state, the area | region where either magnetic pole of the magnet 10 opposes the 1st projection part 31b and the 2nd projection part 32b of the yoke 30 increases.

より具体的には、図6の状態においては、第1のヨーク31の第1の突起部31bは、磁石10のN極と対向する領域が増加し、第2のヨーク32の第2の突起部32bは、磁石10のS極と対向する領域が増加する。そのため、磁石10のN極から第1の突起部31bに向かう磁力線が、第1の突起部31bから磁石10のS極に向かう磁力線よりも増加する。また、第2の突起部32bから磁石10のS極に向かう磁力線が、磁石10のN極から第2の突起部32bに向かう磁力線よりも増加する。これにより、第1のヨーク31の第1の円環部31aから第2のヨーク32の第2の円環部32aへ向かう磁束密度が増加する。   More specifically, in the state of FIG. 6, the first protrusion 31 b of the first yoke 31 has an increased area facing the N pole of the magnet 10, and the second protrusion of the second yoke 32. In the portion 32b, a region facing the south pole of the magnet 10 is increased. For this reason, the magnetic lines of force from the N pole of the magnet 10 toward the first protrusion 31b are larger than the magnetic lines of force from the first protrusion 31b toward the S pole of the magnet 10. Moreover, the magnetic force line which goes to the S pole of the magnet 10 from the 2nd protrusion part 32b increases more than the magnetic force line which goes to the 2nd protrusion part 32b from the N pole of the magnet 10. As a result, the magnetic flux density from the first annular portion 31a of the first yoke 31 toward the second annular portion 32a of the second yoke 32 increases.

そして、第1のヨーク31の第1の円環部31aから第2のヨーク32の第2の円環部32aへ向かう方向をプラスの方向とすると、初期状態から、図4で見た場合に、磁石10(第1の回転軸120)がヨーク30(第2の回転軸130)に対して時計回転方向に回転するにしたがって、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42が検出する磁束密度がプラスの方向へ大きくなる。   When the direction from the first annular portion 31a of the first yoke 31 toward the second annular portion 32a of the second yoke 32 is a plus direction, when viewed from the initial state in FIG. As the magnet 10 (first rotating shaft 120) rotates in the clockwise direction with respect to the yoke 30 (second rotating shaft 130), the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 detect. The magnetic flux density increases in the positive direction.

また、図7の状態においては、第1のヨーク31の第1の突起部31bは、磁石10のS極と対向する領域が増加し、第2のヨーク32の第2の突起部32bは、磁石10のN極と対向する領域が増加する。そのため、第1の突起部31bから磁石10のS極に向かう磁力線が、磁石10のN極から第1の突起部31bに向かう磁力線よりも増加する。また、磁石10のN極から第2の突起部32bに向かう磁力線が、第2の突起部32bから磁石10のS極に向かう磁力線よりも増加する。これにより、第2のヨーク32の第2の円環部32aから第1のヨーク31の第1の円環部31aへ向かう磁束密度が増加する。それゆえ、初期状態から、図4で見た場合に、磁石10(第1の回転軸120)がヨーク30(第2の回転軸130)に対して反時計回転方向に回転するにしたがって、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42が検出する磁束密度がマイナスの方向へ大きくなる。   Further, in the state of FIG. 7, the first protrusion 31 b of the first yoke 31 has an increased area facing the south pole of the magnet 10, and the second protrusion 32 b of the second yoke 32 is The region facing the north pole of the magnet 10 increases. Therefore, the magnetic lines of force from the first protrusion 31b toward the S pole of the magnet 10 are larger than the magnetic lines of force from the N pole of the magnet 10 toward the first protrusion 31b. Further, the magnetic lines of force from the N pole of the magnet 10 toward the second protrusion 32b are larger than the magnetic lines of force from the second protrusion 32b toward the S pole of the magnet 10. As a result, the magnetic flux density from the second annular portion 32a of the second yoke 32 toward the first annular portion 31a of the first yoke 31 increases. Therefore, as viewed in FIG. 4 from the initial state, the magnet 10 (first rotating shaft 120) rotates counterclockwise with respect to the yoke 30 (second rotating shaft 130). The magnetic flux density detected by the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 increases in the negative direction.

図8においては、第1の回転軸120と第2の回転軸130とを、両方向に磁極1個(α度)分相対的に回転させた場合の磁束密度の変化を示している。そして、トーションバー140が両方向に1/3×α度捩れることを許容する仕様にすることで、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42は、トーションバー140の捩れ角に比例する磁束密度を検出することができる。言い換えれば、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクTに比例する磁束密度を検出することができる。   FIG. 8 shows a change in magnetic flux density when the first rotating shaft 120 and the second rotating shaft 130 are relatively rotated by one magnetic pole (α degree) in both directions. The first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 are proportional to the twist angle of the torsion bar 140 by allowing the torsion bar 140 to be twisted by 1/3 × α degrees in both directions. Magnetic flux density can be detected. In other words, the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 can detect a magnetic flux density proportional to the steering torque T applied to the steering wheel.

そして、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42は、第1のヨーク31と第2のヨーク32との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度に比例する値の電気信号に変換し、それぞれ増幅率γ1およびγ2で出力する。図9は、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42が出力する電気信号と、検出する磁束密度およびこの磁束密度に対応する操舵トルクTとの関係を示す図である。   The first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 detect the magnetic flux density between the first yoke 31 and the second yoke 32, and generate an electric signal having a value proportional to the detected magnetic flux density. The signals are converted and output at amplification rates γ1 and γ2, respectively. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the electrical signals output from the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42, the detected magnetic flux density, and the steering torque T corresponding to the magnetic flux density.

トルク演算部50は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAMなどからなる算術論理演算回路である。トルク演算部50は、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42から出力されたアナログ信号である電気信号E1およびE2がそれぞれA/D変換部(不図示)にてデジタル信号に変換されたデジタル値D1およびD2を取得する。そして、トルク演算部50は、操舵トルクTを演算するにあたって第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42のいずれのセンサからの出力値に基づくデジタル値(D1あるいはD2)を用いて操舵トルクTを演算するかを選択するとともに、選択したセンサからの出力値に基づくデジタル値(D1あるいはD2)を用いて操舵トルクTを演算し、演算した操舵トルクTを出力する。   The torque calculation unit 50 is an arithmetic logic operation circuit including a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like. In the torque calculation unit 50, electrical signals E1 and E2, which are analog signals output from the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42, are converted into digital signals by A / D conversion units (not shown), respectively. The obtained digital values D1 and D2 are obtained. The torque calculation unit 50 calculates the steering torque T using the digital value (D1 or D2) based on the output value from either the first magnetic sensor 41 or the second magnetic sensor 42. In addition to selecting whether to calculate T, the steering torque T is calculated using a digital value (D1 or D2) based on the output value from the selected sensor, and the calculated steering torque T is output.

このトルク演算部50は、例えば、ハウジング110の外側に設けられてEPS装置100の電動モータ160を制御する機能をも有する電子制御ユニット(以下、単に「ECU」と称す。)により実現される。かかる場合、ECUは、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、トルク演算部50と、電動モータ160を制御するモータ制御部(不図示)とを有する。そして、ECUは、A/D変換部にて変換されたデジタル値D1およびD2をRAMに記憶し、記憶したデジタル値D1あるいはD2に基づいてトルク演算部50にて操舵トルクTを算出する。そして、ECUは、算出された操舵トルクTに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ160が供給するのに必要となる目標電流を算出し、算出した目標電流に基づいてフィードバック制御を行い、電動モータ160を制御するための信号を生成するなど、電動モータ160の作動を制御するための一連のEPS制御処理を実行する。   The torque calculation unit 50 is realized by, for example, an electronic control unit (hereinafter simply referred to as “ECU”) that is provided outside the housing 110 and also has a function of controlling the electric motor 160 of the EPS device 100. In such a case, the ECU controls the A / D converter that converts the analog signals output from the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 into digital signals, the torque calculator 50, and the electric motor 160. A motor control unit (not shown). Then, the ECU stores the digital values D1 and D2 converted by the A / D conversion unit in the RAM, and calculates the steering torque T by the torque calculation unit 50 based on the stored digital values D1 or D2. Then, the ECU calculates a target auxiliary torque based on the calculated steering torque T, calculates a target current required for the electric motor 160 to supply the target auxiliary torque, and based on the calculated target current. A series of EPS control processes for controlling the operation of the electric motor 160, such as performing feedback control and generating a signal for controlling the electric motor 160, is executed.

そして、トルク演算部50が、操舵トルクTを演算するにあたって第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42のいずれのセンサからの出力値に基づくかを選択するにあたっては、このトルク検出装置1が適用されたEPS装置100が搭載された乗り物の速度Vに基づく。より具体的には、速度Vが予め定められた速度VT以下である場合には、第1の磁気センサ41からの出力値に基づき、速度Vが予め定められた速度VTより大きい場合には、第2の磁気センサ42からの出力値に基づく。   When the torque calculator 50 selects the output value from the first magnetic sensor 41 or the second magnetic sensor 42 when calculating the steering torque T, the torque detector 1 Is based on the speed V of the vehicle on which the EPS device 100 to which is applied is mounted. More specifically, when the speed V is equal to or lower than the predetermined speed VT, based on the output value from the first magnetic sensor 41, when the speed V is higher than the predetermined speed VT, Based on the output value from the second magnetic sensor 42.

ここで、EPS装置100においては、想定される操舵トルクTの範囲、あるいは性能保証すべき操舵トルクTの範囲を考慮して、トルク検出装置1にて検出すべき操舵トルクTの範囲が定められ、これにより、第1のヨーク31と第2のヨーク32との間の磁束密度(第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対回転角度)と、この磁束密度を検出する磁気センサから出力される電気信号との関係が定められる。   Here, in the EPS device 100, the range of the steering torque T to be detected by the torque detection device 1 is determined in consideration of the assumed range of the steering torque T or the range of the steering torque T whose performance should be guaranteed. Thus, the magnetic flux density between the first yoke 31 and the second yoke 32 (the relative rotational angle between the first rotating shaft 120 and the second rotating shaft 130) and the magnetic force for detecting the magnetic flux density. The relationship with the electrical signal output from the sensor is determined.

それゆえ、例えば、第1の磁気センサ41のみを用いる場合には、第1の磁気センサ41から出力された電気信号E1をA/D変換部にてデジタル信号に変換したデジタル値D1に基づいてEPS制御処理を行う場合、想定される最大の操舵トルクT、あるいは性能保証すべき最大の操舵トルクTに電気信号E1の最大値Emaxを合わせる必要がある。それゆえ、第1の磁気センサ41のみを用いる場合には、検出トルクが小さい領域に割り当てられるデジタル信号も制限され、量子化誤差を小さくすることが制限される。そして、EPS装置100の特性上、電気信号E1の最大値Emaxに合わせられた最大の操舵トルクTmaxの、例えば1/4以下の検出トルクが小さい領域となるのは、EPS装置100が搭載された乗り物がある程度の速度(この乗り物の仕様によりけりではあるが、例えば30km/h)以上で走行しているときである。その結果、EPS装置100が搭載された乗り物がある程度の速度以上で走行しているときの操舵フィーリングを向上させる上で重要となる、検出トルクが小さい領域におけるトルク検出精度の向上が抑制される。   Therefore, for example, when only the first magnetic sensor 41 is used, the electric signal E1 output from the first magnetic sensor 41 is converted into a digital signal by the A / D converter based on the digital value D1. When performing the EPS control process, it is necessary to match the maximum value Emax of the electric signal E1 to the maximum steering torque T assumed or the maximum steering torque T whose performance should be guaranteed. Therefore, when only the first magnetic sensor 41 is used, the digital signal assigned to the region where the detected torque is small is also limited, and the quantization error is limited. Then, due to the characteristics of the EPS apparatus 100, the area where the detected torque is, for example, 1/4 or less of the maximum steering torque Tmax adjusted to the maximum value Emax of the electric signal E1 is mounted. This is when the vehicle is traveling at a certain speed (for example, 30 km / h although it depends on the specifications of the vehicle). As a result, improvement in torque detection accuracy in a region where the detected torque is small, which is important for improving the steering feeling when the vehicle on which the EPS device 100 is mounted is traveling at a certain speed or higher, is suppressed. .

そこで、本実施の形態においては、第1の磁気センサ41に加えて、第1の磁気センサ41の増幅率γ1よりも大きな増幅率γ2を有する第2の磁気センサ42を備え、速度Vが、予め定められた速度VTより大きい場合には、トルク演算部50が操舵トルクTを演算するにあたって、増幅率が大きい第2の磁気センサ42からの出力値に基づくようにする。これにより、第2の磁気センサ42からの出力値に基づく場合は、第1の磁気センサ41からの出力値に基づく場合に比して、1ビット当たりの検出トルクがγ1/γ2(γ1/γ2は1より小さい値)倍となり、トルク検出精度を向上させることができる。   Therefore, in the present embodiment, in addition to the first magnetic sensor 41, a second magnetic sensor 42 having an amplification factor γ2 larger than the amplification factor γ1 of the first magnetic sensor 41 is provided, and the speed V is When the speed is larger than the predetermined speed VT, the torque calculation unit 50 calculates the steering torque T based on the output value from the second magnetic sensor 42 having a large amplification factor. Thereby, when based on the output value from the 2nd magnetic sensor 42, compared with the case based on the output value from the 1st magnetic sensor 41, the detection torque per bit is γ1 / γ2 (γ1 / γ2). Is a value smaller than 1), and the torque detection accuracy can be improved.

また、トルク演算部50は、第1の磁気センサ41および第2の磁気センサ42のいずれのセンサからの出力値に基づくかによって、トルク演算する際に用いる演算式を変更する。
例えば、第1の磁気センサ41から出力される0〜Emaxの電圧信号で、±TmaxというTmaxの2倍の範囲のトルクを検出する場合には、第1の磁気センサ41から出力された電気信号E1をA/D変換部にて変換したデジタル信号D1を以下の式(1)に代入することにより算出する。
T=((2×Tmax)/Emax)×D1−Tmax・・・(1)
The torque calculation unit 50 changes the calculation formula used when calculating the torque, depending on which of the first magnetic sensor 41 and the second magnetic sensor 42 is used.
For example, in the case of detecting a torque within a range of ± Tmax that is twice the Tmax with a voltage signal of 0 to Emax output from the first magnetic sensor 41, the electrical signal output from the first magnetic sensor 41 The digital signal D1 obtained by converting E1 by the A / D conversion unit is calculated by substituting it into the following equation (1).
T = ((2 × Tmax) / Emax) × D1−Tmax (1)

また、第2の磁気センサ42から出力される0〜Emaxの電圧信号で、±(Tmax×(γ1/γ2))という(Tmax×(γ1/γ2))の2倍の範囲のトルクを検出する場合には、第2の磁気センサ42から出力された電気信号E2をA/D変換部にて変換したデジタル信号D2を以下の式(2)に代入することにより算出する。
T=((2×Tmax×(γ1/γ2))/Emax)×D2−Tmax×(γ1/γ2)・・・(2)
Further, a torque signal in the range of ± (Tmax × (γ1 / γ2)), which is twice the range of (Tmax × (γ1 / γ2)), is detected by a voltage signal of 0 to Emax output from the second magnetic sensor 42. In this case, the calculation is performed by substituting the digital signal D2 obtained by converting the electrical signal E2 output from the second magnetic sensor 42 by the A / D converter into the following equation (2).
T = ((2 × Tmax × (γ1 / γ2)) / Emax) × D2−Tmax × (γ1 / γ2) (2)

以下、フローチャートを用いて、トルク演算部50が行うトルク演算処理について説明する。
図10は、トルク演算部50が行うトルク演算処理の手順を示すフローチャートである。トルク演算部50は、例えば、予め定められた周期にてこのトルク演算処理を行う。
トルク演算部50は、先ず、速度Vを読み込む(ステップ601)。これは、乗り物に搭載されてこの乗り物の速度を検出する速度センサ(不図示)から予め入力され、RAMの予め定められた領域に記憶された値を速度Vとして読み込む処理である。
その後、トルク演算部50は、ステップ601にて読み込んだ速度Vが予め定められた速度VT以下であるか否かを判別する(ステップ602)。そして、ステップ602にて肯定判定された場合には、RAMから、第1の磁気センサ41から入力されA/D変換部にてデジタル信号に変換されたデジタル値D1を読み込む(ステップ603)。その後、ステップ603にて読み込んだデジタル値D1を上述した式(1)に代入することにより操舵トルクTを算出する(ステップ604)。
Hereinafter, the torque calculation process performed by the torque calculation unit 50 will be described using a flowchart.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure of torque calculation processing performed by the torque calculation unit 50. The torque calculation unit 50 performs this torque calculation process at a predetermined cycle, for example.
The torque calculator 50 first reads the speed V (step 601). This is a process of reading, as a speed V, a value that is input in advance from a speed sensor (not shown) that is mounted on the vehicle and detects the speed of the vehicle and stored in a predetermined area of the RAM.
Thereafter, the torque calculation unit 50 determines whether or not the speed V read in step 601 is equal to or lower than a predetermined speed VT (step 602). If an affirmative determination is made in step 602, the digital value D1 input from the first magnetic sensor 41 and converted into a digital signal by the A / D converter is read from the RAM (step 603). Thereafter, the steering torque T is calculated by substituting the digital value D1 read in step 603 into the above-described equation (1) (step 604).

他方、ステップ602にて否定判定された場合には、RAMから、第2の磁気センサ42から入力されA/D変換部にてデジタル信号に変換されたデジタル値D2を読み込む(ステップ605)。その後、ステップ605にて読み込んだデジタル値D2を上述した式(2)に代入することにより操舵トルクTを算出する(ステップ606)。
そして、トルク演算部50は、ステップ604あるいはステップ606にて算出した操舵トルクTを、EPS制御処理を行う部位に出力する(ステップ607)。
On the other hand, if a negative determination is made in step 602, the digital value D2 input from the second magnetic sensor 42 and converted into a digital signal by the A / D converter is read from the RAM (step 605). Thereafter, the steering torque T is calculated by substituting the digital value D2 read in step 605 into the above-described equation (2) (step 606).
Then, the torque calculation unit 50 outputs the steering torque T calculated in Step 604 or Step 606 to a part where the EPS control process is performed (Step 607).

トルク演算部50は、このようにして第1の磁気センサ41あるいは第2の磁気センサ42の検出値に基づいて操舵トルクTを演算する。そして、演算した操舵トルクTをトルク検出装置1の検出値としてEPS制御処理を行う部位へ向けて出力する。
それゆえ、本実施の形態に係るトルク検出装置1によれば、第1の磁気センサ41のみを用いて検出する構成よりも、予め定められた速度VTより大きい速度において加えられる操舵トルクTをより精度高く検出することができる。したがって、予め定められた速度VTより大きい速度での操舵フィーリングを向上させることができる。
The torque calculation unit 50 calculates the steering torque T based on the detection value of the first magnetic sensor 41 or the second magnetic sensor 42 in this way. Then, the calculated steering torque T is output as a detection value of the torque detection device 1 toward a portion where EPS control processing is performed.
Therefore, according to the torque detection device 1 according to the present embodiment, the steering torque T applied at a speed higher than the predetermined speed VT is more increased than the configuration in which the detection is performed using only the first magnetic sensor 41. It can be detected with high accuracy. Therefore, the steering feeling at a speed higher than the predetermined speed VT can be improved.

なお、以上のように構成されたトルク検出装置1の磁気センサ40は、増幅率が異なる第1の磁気センサ41と第2の磁気センサ42の2つの磁気センサから構成されるが、増幅率が異なる3つ以上の磁気センサから構成されていてもよい。そして、閾値となる速度を磁気センサの個数分設けて、速度に応じて用いる磁気センサを選択することで、より広範囲の速度におけるトルク検出精度を向上させることができるとともに、1ビット当たりの検出トルクをより小さくすることができ、よりきめ細かく操舵トルクTを検出することができる。   The magnetic sensor 40 of the torque detection device 1 configured as described above includes two magnetic sensors, ie, a first magnetic sensor 41 and a second magnetic sensor 42 having different amplification factors. You may be comprised from three or more different magnetic sensors. And by providing the number of speeds that will be the threshold for the number of magnetic sensors and selecting the magnetic sensor to be used according to the speed, it is possible to improve the torque detection accuracy in a wider range of speeds and to detect the torque per bit. The steering torque T can be detected more finely.

また、上述したトルク検出装置1は、増幅率が異なる2つの磁気センサを備えているが、かかる態様に限定されず、単に1つの磁気センサを備えるとともにこの磁気センサからの出力信号を、A/D変換部の前段で異なる増幅率で増幅する複数の増幅器を備え、速度に応じていずれの増幅器からの出力に基づいて操舵トルクTを算出するかを選択するようにしてもよい。   Further, the torque detection device 1 described above includes two magnetic sensors having different amplification factors. However, the present invention is not limited to such a mode, and includes only one magnetic sensor and outputs an output signal from the magnetic sensor as A / A plurality of amplifiers that amplify at different amplification factors may be provided at the front stage of the D conversion unit, and the steering torque T may be selected based on the output from which amplifier according to the speed.

また、上述したトルク検出装置1は、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度に応じて磁束密度を変化させる磁石10およびヨーク30と、検出した磁束密度に応じて操舵トルクTに応じた電圧を出力する磁気センサとを用いているが、特にかかる態様に限定されない。例えば、トルク検出装置1は、2つのコイルを有し、ステアリングホイールの操作に応じてこれら2つのコイルのインダクタンスを変化させる機構と、これらのインダクタンスの変化に基づいて操舵トルクTに応じた電圧を出力するトルク検出回路とを備える構成でもよい。かかる構成においては、トルク検出回路からの出力信号を異なる増幅率で増幅する複数の増幅器を備え、速度に応じていずれの増幅器からの出力に基づいて操舵トルクTを算出するかを選択するようにしてもよい。   In addition, the torque detection device 1 described above has a magnet 10 and a yoke 30 that change the magnetic flux density according to the relative angle between the first rotation shaft 120 and the second rotation shaft 130, and steering according to the detected magnetic flux density. Although the magnetic sensor which outputs the voltage according to the torque T is used, it is not limited to this aspect in particular. For example, the torque detection device 1 has two coils, a mechanism that changes the inductance of these two coils in accordance with the operation of the steering wheel, and a voltage that corresponds to the steering torque T based on the change in these inductances. A configuration including a torque detection circuit for outputting may also be used. In such a configuration, a plurality of amplifiers that amplify the output signal from the torque detection circuit with different amplification factors are provided, and it is selected which of the amplifiers calculates the steering torque T according to the speed. May be.

1…トルク検出装置、10…磁石、30…ヨーク、31…第1のヨーク、32…第2のヨーク、40…磁気センサ、41…第1の磁気センサ、42…第2の磁気センサ、50…トルク演算部、60…ブラケット、100…電動パワーステアリング装置(EPS装置)、110…ハウジング、120…第1の回転軸、130…第2の回転軸、140…トーションバー、150…ウォームホイール、160…電動モータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Torque detection apparatus, 10 ... Magnet, 30 ... Yoke, 31 ... 1st yoke, 32 ... 2nd yoke, 40 ... Magnetic sensor, 41 ... 1st magnetic sensor, 42 ... 2nd magnetic sensor, 50 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Torque calculation part, 60 ... Bracket, 100 ... Electric power steering device (EPS device), 110 ... Housing, 120 ... First rotating shaft, 130 ... Second rotating shaft, 140 ... Torsion bar, 150 ... Worm wheel, 160 ... Electric motor

Claims (6)

乗り物のステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出装置であって、
前記操舵トルクに応じたアナログの電気信号を、互いに異なる増幅率で出力する複数のトルクセンサと、
前記複数のトルクセンサから出力されたアナログの電気信号をデジタルの値に変換する変換手段と、
前記乗り物の速度に応じて前記複数のトルクセンサ内のいずれのトルクセンサから出力された電気信号を用いるかを選択する選択手段と、
前記選択手段が選択したトルクセンサから出力され前記変換手段にて変換されたデジタルの値を用いてトルクを算出する算出手段と、
を備えることを特徴とするトルク検出装置。
A torque detection device for detecting a steering torque applied to a steering wheel of a vehicle,
A plurality of torque sensors for outputting analog electrical signals corresponding to the steering torque at different amplification factors;
Conversion means for converting analog electrical signals output from the plurality of torque sensors into digital values;
Selection means for selecting which of the torque sensors in the plurality of torque sensors to use the electrical signal according to the speed of the vehicle;
Calculating means for calculating torque using a digital value output from the torque sensor selected by the selecting means and converted by the converting means;
A torque detection device comprising:
前記複数のトルクセンサには、第1のトルクセンサと、当該第1のトルクセンサの増幅率よりも大きな増幅率を有する第2のトルクセンサとが含まれ、
前記選択手段は、前記乗り物の速度が予め定められた速度以下である場合には前記第1のトルクセンサから出力された電気信号を用い、当該予め定められた速度より大きい場合には前記第2のトルクセンサから出力された電気信号を用いることを特徴とする請求項1に記載のトルク検出装置。
The plurality of torque sensors include a first torque sensor and a second torque sensor having an amplification factor larger than the amplification factor of the first torque sensor,
The selection means uses an electrical signal output from the first torque sensor when the speed of the vehicle is equal to or lower than a predetermined speed, and the second means when the speed is higher than the predetermined speed. The torque detection device according to claim 1, wherein an electric signal output from the torque sensor is used.
前記第1のトルクセンサの増幅率と前記第2のトルクセンサの増幅率との比は、当該第1のトルクセンサにて検出すべき前記操舵トルクの最大値と当該第2のトルクセンサが選択される前記予め定められた速度以下にて加えられると想定される前記操舵トルクの最大値との比に基づいて定められることを特徴とする請求項2に記載のトルク検出装置。   The ratio between the amplification factor of the first torque sensor and the amplification factor of the second torque sensor is selected by the second torque sensor and the maximum value of the steering torque to be detected by the first torque sensor. The torque detection device according to claim 2, wherein the torque detection device is determined based on a ratio to a maximum value of the steering torque assumed to be applied at a speed equal to or less than the predetermined speed. 乗り物のステアリングホイールに連結される第1の回転軸と、
トーションバーを介して前記第1の回転軸と連結される第2の回転軸と、
前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対回転角度に応じたアナログの電気信号を、互いに異なる増幅率で出力する複数のトルクセンサと、
前記複数のトルクセンサから出力されたアナログの電気信号をデジタルの値に変換する変換手段と、
前記乗り物の速度に応じて前記複数のトルクセンサ内のいずれのトルクセンサから出力された電気信号を用いるかを選択する選択手段と、
前記選択手段が選択したトルクセンサから出力され前記変換手段にて変換されたデジタルの値を用いてトルクを算出する算出手段と、
を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
A first axis of rotation coupled to a vehicle steering wheel;
A second rotating shaft coupled to the first rotating shaft via a torsion bar;
A plurality of torque sensors for outputting analog electrical signals corresponding to relative rotation angles between the first rotating shaft and the second rotating shaft at different amplification factors;
Conversion means for converting analog electrical signals output from the plurality of torque sensors into digital values;
Selection means for selecting which of the torque sensors in the plurality of torque sensors to use the electrical signal according to the speed of the vehicle;
Calculating means for calculating torque using a digital value output from the torque sensor selected by the selecting means and converted by the converting means;
A power steering apparatus comprising:
前記複数のトルクセンサには、第1のトルクセンサと、当該第1のトルクセンサの増幅率よりも大きな増幅率を有する第2のトルクセンサとが含まれ、
前記選択手段は、前記乗り物の速度が予め定められた速度以下である場合には前記第1のトルクセンサから出力された電気信号を用い、当該予め定められた速度より大きい場合には前記第2のトルクセンサから出力された電気信号を用いることを特徴とする請求項4に記載のパワーステアリング装置。
The plurality of torque sensors include a first torque sensor and a second torque sensor having an amplification factor larger than the amplification factor of the first torque sensor,
The selection means uses an electrical signal output from the first torque sensor when the speed of the vehicle is equal to or lower than a predetermined speed, and the second means when the speed is higher than the predetermined speed. The power steering apparatus according to claim 4, wherein an electric signal output from the torque sensor is used.
前記第1のトルクセンサの増幅率と前記第2のトルクセンサの増幅率との比は、当該第1のトルクセンサにて検出すべき前記操舵トルクの最大値と当該第2のトルクセンサが選択される前記予め定められた速度以下にて加えられると想定される前記操舵トルクの最大値との比に基づいて定められることを特徴とする請求項5に記載のパワーステアリング装置。   The ratio between the amplification factor of the first torque sensor and the amplification factor of the second torque sensor is selected by the second torque sensor and the maximum value of the steering torque to be detected by the first torque sensor. 6. The power steering device according to claim 5, wherein the power steering device is determined based on a ratio to a maximum value of the steering torque that is assumed to be applied at or below the predetermined speed.
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