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JP4024130B2 - Torque sensor temperature compensation device - Google Patents

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JP4024130B2
JP4024130B2 JP2002321996A JP2002321996A JP4024130B2 JP 4024130 B2 JP4024130 B2 JP 4024130B2 JP 2002321996 A JP2002321996 A JP 2002321996A JP 2002321996 A JP2002321996 A JP 2002321996A JP 4024130 B2 JP4024130 B2 JP 4024130B2
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JP
Japan
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voltage
temperature
torque
torque sensor
circuit
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貴幸 上野
洋幸 赤津
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Showa Corp
Original Assignee
Showa Corp
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Publication date
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源に接続された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コイル保持部のハウジング等の熱膨張などによる温度変位がトルクセンサ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取り付けた例(例えば、特許文献1参照)がある。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−148128号公報(段落【0024】)
【0005】
特許文献1は、一対のコイルとブリッジ回路を構成する一対の抵抗の一方にサーミスタを挿入して、せめてブリッジ回路の温度変化だけは補償を行っているものである。
【0006】
同特許文献1の場合、一対のコイルには制御ボードの発振出力端子が接続されて交流電源から交流が供給されるようになっているが、その具体的構造は明らかでない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
この交流電源が温度に対して安定していないと、回路上の温度補償を行っても結局高精度のトルクを検出することはできない。
【0008】
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、交流電源が温度に対して安定した交流電圧を供給して高精度のトルクを検出可能とするトルクセンサの温度補償装置を供する点にある。
【0009】
【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、トランジスタを介して交流電源に接続され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整流変換回路と、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、前記加算手段から出力された温度補正用電圧に基づいて前記トルク検出電圧を補正する補正手段とを備え、前記一対のコイルにエミッタ端子を接続しコレクタ端子を直流電源に接続したNPN型トランジスタのベース端子にPNP型トランジスタのエミッタ端子を直流電源とともに接続し、前記PNP型トランジスタのベース端子に交流電源を接続したトルクセンサの温度補償装置とした。
【0010】
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。
【0011】
トルクセンサの構成部品例えばコイル保持部のハウジング等の熱膨張等による温度変位は、補正手段により温度補正用電圧に基づいてトルク検出電圧を補正することにより補償しようとするが、交流電源が安定しないと温度補正用電圧自体に影響して正確な補正ができない。
【0012】
そこでNPN型トランジスタのみの交流電源における電圧の温度特性をPNP型トランジスタを縦列に組合せることにより温度の影響を受けない安定した電圧を供給できる交流電源とし、トルク検出電圧を正確に補正して高精度のトルクを検出することができる。
【0013】
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、前記整流変換回路は交流電圧を平滑する平滑回路であることを特徴とする。
【0014】
簡単な平滑回路により交流電圧を平滑した第1,第2補正電圧を容易に求めることができる。
【0015】
請求項3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、前記整流変換回路は交流電圧から直流分を抽出するフィルタ回路であることを特徴とする。
【0016】
簡単なフィルタ回路により交流電圧から直流分を抽出した第1,第2補正電圧を容易に求めることができる。
【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。
【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。
【0024】
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を介して交流電源回路50のNPN型トランジスタ51のエミッタ端子に接続されている。
【0025】
交流電源回路50は、NPN型トランジスタ51にさらにPNP型トランジスタ52が縦列に接続された構成をしている。
すなわちNPN型トランジスタ51は、コレクタ端子に定電圧が掛かり、ベース端子にコレクタ接地のPNP型トランジスタ52のエミッタ端子が抵抗53を介して接続されている。
【0026】
PNP型トランジスタ52のエミッタ端子には抵抗54を介して定電圧が掛かり、ベース端子に交流電圧が入力される。
NPN型トランジスタ51とPNP型トランジスタ52とは出力電圧の温度特性が互いに逆向きの性質を有し、温度上昇に対してPNP型トランジスタ52の出力電圧が下降傾向にあるのに対してNPN型トランジスタ51の出力電圧が上昇傾向にある。
【0027】
したがってNPN型トランジスタ51とPNP型トランジスタ52を縦列に接続して使用することにより、最終段出力電圧の温度特性を一定にして交流電源回路50の温度補償を行うことができる。
【0028】
かかる交流電源回路50の出力電圧の掛かる抵抗13とコイル11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。
【0029】
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V,Vとして出力される。
【0030】
第1,第2電圧V,V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Vが入力される。
【0031】
したがって差動アンプ27は、第1電圧Vと第2電圧Vの差を増幅度A倍し、バイアス電圧V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=(V−V)・A+V
である。
【0032】
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Vが中立点電圧となる。
【0033】
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V,V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。
【0034】
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Vが大きくなり、第1電圧Vが小さくなる(図3▲1▼参照)。
【0035】
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Vが小さくなり、第1電圧V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Vを通る右上がりの傾斜線となる。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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Vと第2電圧V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V,V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。
【0039】
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。
【0040】
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U,Uの和U+Uを温度補正用電圧VsとしてCPU30に出力する。
【0041】
温度補償回路40の第1,第2補正電圧U,Uの和U+U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関係なく略一定値を示す。
【0042】
この加算器47の出力である温度補正用電圧Vsは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。
【0043】
ただしこの温度補正用電圧Vsの温度特性は交流電源電圧の出力値が一定値に安定しているときに決まる特性であって、交流電源電圧自体が温度により変化すると図4の温度特性曲線が上下することになり、温度補正用電圧Vsから温度を正確に検出し対応させることができないが、本交流電源回路50は、前記したようにNPN型トランジスタ51とPNP型トランジスタ52を縦列に接続して使用することにより、最終段出力電圧の温度特性を略一定値に保つようにしているので、温度補償回路40で検出される温度補正用電圧Vsの温度特性に基づいて正確な温度を得ることができるようにしている。
【0044】
一方トルク検出電圧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Vt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V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。
【0045】
図5においてある温度におけるトルク検出電圧Vtとバイアス電圧Vとの電圧差ΔV(=Vt−V)がその温度における温度補正値である。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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および交流電源回路50の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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
また温度補正用電圧Vsと温度補正値ΔVの対応関係だけを記録しておけば、温度補正用電圧Vsの温度特性(図4)やトルク検出電圧Vt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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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U,U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。
【0058】
また温度補償回路40において交流電圧を平滑回路43,44により平滑にして第1,第2補正電圧U,Uを求めていたが、交流電圧から一対のフィルタ回路により直流分を抽出して第1,第2補正電圧としてもよい。
【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、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。
50…交流電源回路、51…NPN型トランジスタ、52…PNP型トランジスタ、53,54…抵抗。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature compensation device in a torque sensor that detects torque based on an inductance change of a pair of coils connected to an AC power supply.
[0002]
[Prior art]
In such a torque sensor, the coil itself has temperature characteristics, and a temperature displacement due to thermal expansion of a component of the torque sensor, such as a housing of the coil holding portion, affects the torque sensor detection output, thereby preventing accurate torque detection. ing.
[0003]
Therefore, there is an example in which a temperature sensor dedicated to temperature detection such as a thermistor is attached to the torque sensor (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-148128 A (paragraph [0024])
[0005]
In Patent Document 1, a thermistor is inserted into one of a pair of coils and a pair of resistors constituting a bridge circuit, and at least only a temperature change of the bridge circuit is compensated.
[0006]
In the case of Patent Document 1, an oscillation output terminal of a control board is connected to a pair of coils so that alternating current is supplied from an alternating current power source, but the specific structure is not clear.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
If this AC power supply is not stable with respect to temperature, highly accurate torque cannot be detected even if temperature compensation on the circuit is performed.
[0008]
The present invention has been made in view of such a point, and the purpose of the present invention is to compensate the temperature of a torque sensor that allows an AC power supply to detect a highly accurate torque by supplying a stable AC voltage with respect to temperature. The point is to provide the device.
[0009]
[Means for solving the problems and effects]
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 includes a pair of coils connected to an AC power source through a transistor and having inductances that change in opposite directions according to torque, and each inductance of the pair of coils. A torque sensor comprising a torque detection means for obtaining a voltage difference between the first and second voltages output via the smoothing circuit based on the change and outputting the difference as a torque detection voltage. Another pair of rectification conversion circuits that respectively output a first correction voltage and a second correction voltage based on the above, an adding means for adding the first correction voltage and the second correction voltage to obtain a temperature correction voltage, Correction means for correcting the torque detection voltage based on the temperature correction voltage output from the addition means, and an emitter terminal connected to the pair of coils. Kuta terminal connected to the emitter terminal of the PNP transistor with the DC power supply to the base terminal of an NPN transistor connected to a DC power source and a temperature compensating device of a torque sensor connected to AC power supply to the base terminal of the PNP-type transistor.
[0010]
Each inductance of the pair of coils of the torque sensor has a temperature characteristic. Since the voltage difference between the first voltage and the second voltage according to the induced electromotive force of each coil is used as the torque detection voltage, each coil The temperature change is substantially canceled and does not affect the torque detection voltage.
[0011]
The temperature displacement due to thermal expansion of the components of the torque sensor, for example, the housing of the coil holding part, etc. is compensated by correcting the torque detection voltage based on the temperature correction voltage by the correction means, but the AC power supply is not stable The temperature correction voltage itself is affected and accurate correction cannot be made.
[0012]
Therefore, the temperature characteristics of the voltage in an AC power supply with only an NPN transistor are combined into a PNP transistor in a cascade to provide an AC power supply that can supply a stable voltage that is not affected by temperature, and the torque detection voltage is accurately corrected to a high level. Accurate torque can be detected.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the temperature compensation device for a torque sensor according to the first aspect, the rectification conversion circuit is a smoothing circuit that smoothes an alternating voltage.
[0014]
The first and second correction voltages obtained by smoothing the AC voltage with a simple smoothing circuit can be easily obtained.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the temperature compensation device for a torque sensor according to the first aspect, the rectification conversion circuit is a filter circuit that extracts a direct current component from an alternating current voltage.
[0016]
The first and second correction voltages obtained by extracting the DC component from the AC voltage can be easily obtained by a simple filter circuit.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The torque sensor 1 according to the present embodiment is applied to a vehicle power steering apparatus, and its schematic structure is shown in FIG.
[0018]
An input shaft 3 and an output shaft 4 that are rotatably supported on the housing 2 via bearings 5 and 6 and are coaxially connected to each other are connected to each other by a torsion bar 7.
A cylindrical core 8 is serrated to the outer peripheral surface of the large-diameter end portion 4 a of the output shaft 4, is slidable only in the axial direction with respect to the output shaft 4, and is a slider protruding from the input shaft 3 The pin 9 is engaged with the spiral groove 8a of the core 8 through a long hole extending in the circumferential direction of the large-diameter end 4a.
[0019]
Two torque detection coils 11 and 12 supported inside the housing 2 are provided on the outer periphery of a cylindrical core 8 that slides in the axial direction via a gap.
The two coils 11 and 12 are arranged on opposite sides with respect to the axial movement center of the core 8.
[0020]
When a torsional force acts on the input shaft 3, a rotational force is transmitted to the output shaft 4 through the torsion bar 7, but the torsion bar 7 is elastically deformed and rotates between the input shaft 3 and the output shaft 4. A relative displacement in direction occurs.
The relative displacement in the rotational direction causes the core 8 to slide in the axial direction through the engagement between the slider pin 9 and the spiral groove 8a.
[0021]
When the core 8 moves in the axial direction, the area surrounding the core 8 of each of the coils 11 and 12 changes, and when one area increases, the other area decreases.
When the area surrounding the core 8 increases, the magnetic loss increases and the inductance of the coil decreases. Conversely, when the area surrounding the core 8 decreases, the magnetic loss decreases and the inductance of the coil increases.
[0022]
Therefore, when the torque that moves the core 8 toward the coil 11 acts, the inductance L1 of the coil 11 decreases, the inductance L2 of the coil 12 increases, and conversely, the torque that moves the core 8 toward the coil 12 acts. When the inductance L1 of the coil 11 increases, the inductance L2 of the coil 12 decreases.
[0023]
An electric circuit for detecting torque based on changes in the inductances L1 and L2 of the coils 11 and 12 of the torque sensor 1 is shown in FIG. 2 as a schematic configuration diagram.
The coils 11 and 12 are connected at one end to each other, signal lines extend from the connection ends and the other ends, and are connected to a connection terminal of a torque detection circuit 20 provided in the electronic control unit ECU.
[0024]
In the torque detection circuit 20, the connection ends of the coils 11 and 12 are grounded, and the other ends are connected to the emitter terminal of the NPN transistor 51 of the AC power supply circuit 50 via the resistors 13 and 14, respectively.
[0025]
The AC power supply circuit 50 has a configuration in which a PNP transistor 52 is further connected in series with an NPN transistor 51.
That is, in the NPN transistor 51, a constant voltage is applied to the collector terminal, and the emitter terminal of the PNP transistor 52 whose collector is grounded is connected to the base terminal via the resistor 53.
[0026]
A constant voltage is applied to the emitter terminal of the PNP transistor 52 via the resistor 54, and an AC voltage is input to the base terminal.
The NPN transistor 51 and the PNP transistor 52 have the characteristics that the temperature characteristics of the output voltage are opposite to each other, and the output voltage of the PNP transistor 52 tends to decrease with increasing temperature, whereas the NPN transistor 51 output voltage is increasing.
[0027]
Therefore, by using the NPN transistor 51 and the PNP transistor 52 connected in series, the temperature characteristics of the AC power supply circuit 50 can be compensated with the temperature characteristic of the final stage output voltage constant.
[0028]
The voltage signal line 16 extending from the connection portion of the resistor 13 and the coil 11 to which the output voltage of the AC power supply circuit 50 is applied is connected to the smoothing circuit 23 via the capacitor 21 and extends from the connection portion of the coil 12 and the resistor 14. The voltage signal line 17 is connected to the smoothing circuit 24 via the capacitor 22.
[0029]
That is, a bridge circuit is constituted by the coils 11 and 12 and the resistors 13 and 14, an oscillation voltage is input to the bridge circuit, an output voltage thereof is input to the smoothing circuits 23 and 24, and is smoothed to obtain the first and second voltages V. is output as 1, V 2.
[0030]
The first and second voltages V 1 and V 2 are input to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of a differential amplifier 27, which is an operational amplifier, via resistors 25 and 26, respectively.
The differential amplifier 27 is negatively fed back by a resistor 28 to function as a differential amplifier, and its output is input to the CPU 30 as a torque detection voltage Vt.
The bias voltage V 0 is input to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 27.
[0031]
Therefore the differential amplifier 27, the first voltages V 1 and multiplied by the amplification degree A second difference between the voltage V 2, and outputs a voltage obtained by adding a bias voltage V 0 as the torque detection voltage Vt.
That is, the torque detection voltage Vt is
Vt = (V 2 −V 1 ) · A + V 0
It is.
[0032]
The neutral torque detection voltage Vt that is not biased to either the right steering torque (right torsion torque) or the left steering torque (left torsion torque) is referred to as a neutral point voltage. the voltage V 0 becomes a neutral point voltage.
[0033]
The torque sensor 1 has a schematic circuit configuration as described above, and its operation will be described below with reference to FIG. 3 showing the states of the first and second voltages V 1 and V 2 and the torque detection voltage Vt.
In the coordinates shown in FIG. 3, the vertical axis is voltage, the horizontal axis right direction is right steering torque, and the horizontal axis left direction is left steering torque, and the origin 0 is a neutral point.
[0034]
FIG. 3 shows the torque sensor 1 operating normally. When the right steering torque increases, the core 8 moves to the coil 11 side due to the relative rotation of the input shaft 3 and the output shaft 4, and the inductance of the coil 12. L2 increases and the larger the induced electromotive force, so to reduce the induced electromotive force by reducing the inductance L1 of the coil 11 in the opposite, second voltage V 2 increases, the first voltage V 1 is smaller (See Fig. 3 (1)).
[0035]
In the case where the left steering torque is increased, the second voltage V 2 is reduced contrary to the first voltage V 1 is increased (see ▼ FIG 3 ▲ 1).
Therefore, the torque detection voltage Vt, which is the output of the differential amplifier 27 obtained by multiplying the difference between the two by A and adding the bias voltage, is a slope that rises to the right passing through the bias voltage V 0 at the neutral point as shown in FIG. Become a line.
[0036]
The steering torque to the left and right can be detected from the torque detection voltage Vt based on the slope line of the torque detection voltage Vt shown in the graph of FIG.
[0037]
The CPU 30 outputs a motor control instruction signal to the motor driver 31 based on the torque detection voltage Vt, and the motor 32 that assists steering is driven by the motor driver 31.
Therefore, the assist of the motor 32 corresponding to the steering torque is obtained in the steering operation.
[0038]
In the power steering control mechanism as described above, the influence of the temperature of the torque sensor 1 is inevitable.
Since the torque detection voltage Vt is obtained from the voltage difference between the first voltage V 1 and the second voltage V 2 , the temperature changes of the coils 11 and 12 themselves cancel each other and almost affect the torque detection voltage Vt. Although the distortion due to the thermal expansion of the structural parts such as the core 8 and the slider pin 9 of the torque sensor 1 and the housing 2 affects the first and second voltages V 1 and V 2 separately, the torque detection voltage Vt is It fluctuates and accurate torque cannot be obtained.
[0039]
Therefore, a temperature compensation circuit 40 is attached to the torque sensor 1.
As shown in FIG. 2, the voltage signal lines 41 and 42 branched from the voltage signal lines 16 and 17 are connected to the smoothing circuits 43 and 44, respectively, and the smoothing circuits 43 and 44 are connected to each other through the resistors 45 and 46, respectively. The connection point is connected to the non-inverting input terminal of the adder 47 which is an operational amplifier.
[0040]
The inverting input terminal of the adder 47 is connected to the output terminal via the resistor 48 and grounded via the resistor 49, and the adder 47 receives the first and second correction voltages U 1 and U 2 that are input voltages. The sum U 1 + U 2 is output to the CPU 30 as the temperature correction voltage Vs.
[0041]
The temperature correction voltage Vs which is the sum U 1 + U 2 of the first and second correction voltages U 1 and U 2 of the temperature compensation circuit 40 shows a substantially constant value regardless of the steering torque if the temperature is constant.
[0042]
The temperature correction voltage Vs, which is the output of the adder 47, varies depending on the temperature.
Assume that the temperature characteristics of the temperature correction voltage Vs when the left and right steering are in a neutral state are as shown in FIG.
[0043]
However, the temperature characteristic of the temperature correction voltage Vs is a characteristic determined when the output value of the AC power supply voltage is stable at a constant value. When the AC power supply voltage itself changes with temperature, the temperature characteristic curve of FIG. Therefore, although the temperature cannot be accurately detected and dealt with from the temperature correction voltage Vs, the AC power supply circuit 50 has the NPN transistor 51 and the PNP transistor 52 connected in series as described above. By using it, the temperature characteristic of the final stage output voltage is kept at a substantially constant value, so that an accurate temperature can be obtained based on the temperature characteristic of the temperature correction voltage Vs detected by the temperature compensation circuit 40. I can do it.
[0044]
On the other hand the left and right steering even for torque detection voltage Vt temperature characteristic of the torque detection voltage Vt 0 at a neutral state, and was as shown in FIG. 5, for example.
A normal voltage in the neutral state of the torque detection voltage Vt is a constant value at the bias voltage V 0 , but shows a temperature characteristic curve (substantially straight line) that is inclined due to the influence of the temperature of the torque sensor constituent member and the like. .
[0045]
In FIG. 5, a voltage difference ΔV (= Vt 0 −V 0 ) between the torque detection voltage Vt 0 and the bias voltage V 0 at a certain temperature is a temperature correction value at that temperature.
[0046]
Therefore, the temperature t can be detected from the temperature correction voltage Vs by the temperature characteristic of FIG. 4 and the temperature correction value ΔV can be derived from the detected temperature t by the temperature characteristic curve of FIG. By changing the temperature, the correspondence between the temperature correction voltage Vs and the temperature correction value ΔV is directly measured and recorded in the memory 33.
[0047]
FIG. 6 shows the correspondence between the temperature correction voltage Vs measured in advance and recorded in the memory 33 and the temperature correction value ΔV.
The corresponding temperature correction value ΔV is directly extracted from the temperature correction voltage Vs by collating with this correspondence.
[0048]
The torque detection voltage Vt actually detected by the torque detection circuit 20 is corrected to Vt + ΔV by adding the temperature correction value ΔV.
The actual steering torque is detected from the corrected torque detection voltage Vt + ΔV based on FIG.
[0049]
Therefore, when the temperature correction voltage Vs detected from the temperature compensation circuit 40 is input to the CPU 30, the CPU 30 checks the correspondence relationship between the temperature correction voltage Vs recorded in the memory 33 and the temperature correction value ΔV. The temperature correction value ΔV to be extracted is extracted, the torque detection voltage Vt input separately by the temperature correction value ΔV is corrected, the temperature change depending on other components other than the temperature change of the coil itself, and the AC power supply circuit 50 Accurate steering torque that is not affected by temperature changes can be detected and used to drive the motor 32.
[0050]
The temperature compensation device of the torque sensor 1 according to the present embodiment is configured as described above, and the temperature compensation circuit 40 may be disposed in the electronic control unit ECU or the like, and need not be attached to the torque sensor.
[0051]
This eliminates the need for special substrates and holding parts, and reduces the number of parts, thereby reducing costs.
In addition, since a temperature sensor such as a thermistor dedicated to temperature detection is not used, the cost can be further reduced.
[0052]
If only the correspondence between the temperature correction voltage Vs and the temperature correction value ΔV is recorded, the temperature characteristic of the temperature correction voltage Vs (FIG. 4) and the temperature characteristic of the torque detection voltage Vt 0 (FIG. 5) are measured. There is no need to record them, the control procedure is simplified, and errors are less likely to occur.
[0053]
The temperature correction value ΔV is directly calculated from the temperature correction voltage Vs detected from the temperature compensation circuit 40 by the calculation means based on the correspondence between the temperature correction voltage Vs recorded in the memory 33 and the temperature correction value ΔV. It can also be calculated.
[0054]
In the above embodiment, the temperature correction voltage Vs is input to the CPU 30. However, the temperature correction voltage Vs is appropriately changed to directly apply to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 27 of the torque detection circuit 20. As a bias voltage, the torque detection voltage Vt may always be in a fixed relation to the steering torque (see (2) in FIG. 3) regardless of the temperature.
[0055]
In the temperature compensation circuit 40 in the above embodiment, the voltage signal lines 41 and 42 extend from the pair of coils 11 and 12, respectively, and are connected to the smoothing circuits 43 and 44. It is also possible to remove the line so that only the other smoothing circuit is used, and the output of the smoothing circuit is the temperature correction voltage Vs.
[0056]
In that case, the correspondence between the temperature correction voltage Vs and the temperature correction value ΔV of the smoothing circuit remaining by changing the temperature in advance is directly measured and recorded in the memory 33, so that this correspondence can be verified. The corresponding temperature correction value ΔV is directly extracted from the temperature correction voltage Vs, and the torque detection voltage Vt can be corrected by this temperature correction value ΔV to compensate the temperature.
[0057]
The first and second correction voltages U 1 and U 2 input to the non-inverting input terminal of the adder 47 of the temperature compensation circuit 40 may be input from the outputs of the smoothing circuits 23 and 24 of the torque detection circuit 20. (In this case, the capacitors 21 and 22 are omitted). By doing so, the smoothing circuits 43 and 44 of the temperature compensation circuit 40 can be omitted, and the number of components can be further reduced.
[0058]
In the temperature compensation circuit 40, the AC voltage is smoothed by the smoothing circuits 43 and 44 to obtain the first and second correction voltages U 1 and U 2 , but the DC component is extracted from the AC voltage by a pair of filter circuits. The first and second correction voltages may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a mechanical part of a torque sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an electric circuit of the torque sensor.
FIG. 3 is a diagram illustrating a state of first and second voltages and a torque detection voltage at a normal time.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a temperature characteristic of a temperature detection voltage.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a temperature characteristic of a torque detection voltage in a neutral state.
FIG. 6 is a diagram showing a correspondence relationship between a temperature correction voltage Vs measured in advance and recorded in a memory, and a temperature correction value ΔV.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Torque sensor, 2 ... Housing, 3 ... Input shaft, 4 ... Output shaft, 5, 6 ... Bearing, 7 ... Torsion bar, 8 ... Core, 9 ... Slider pin,
11,12 ... coil, 13,14 ... resistor, 16,17 ... voltage signal line,
20 ... Torque detection circuit, 21, 22 ... Capacitor, 23, 24 ... Smoothing circuit, 25, 26 ... Resistance, 27 ... Differential amplifier, 28 ... Resistance,
30 ... CPU, 31 ... motor driver, 32 ... motor, 33 ... memory,
40 ... temperature compensation circuit, 41, 42 ... voltage signal line, 43, 44 ... smoothing circuit, 45, 46 ... resistor, 47 ... adder, 48, 49 ... resistor.
50 ... AC power supply circuit, 51 ... NPN transistor, 52 ... PNP transistor, 53, 54 ... resistor.

Claims (3)

トランジスタを介して交流電源に接続され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整流変換回路と、
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、
前記加算手段から出力された温度補正用電圧に基づいて前記トルク検出電圧を補正する補正手段とを備え、
前記一対のコイルにエミッタ端子を接続しコレクタ端子を直流電源に接続したNPN型トランジスタのベース端子にPNP型トランジスタのエミッタ端子を直流電源とともに接続し、
前記PNP型トランジスタのベース端子に交流電源を接続したことを特徴とするトルクセンサの温度補償装置。
A pair of coils connected to an AC power source via a transistor and having inductances that change in opposite directions according to torque;
A torque sensor comprising torque detecting means for obtaining a voltage difference between the first and second voltages output via the smoothing circuit based on each inductance change of the pair of coils and outputting as a torque detection voltage,
Another pair of rectification conversion circuits that respectively output a first correction voltage and a second correction voltage based on respective inductance changes of the pair of coils;
Adding means for adding the first correction voltage and the second correction voltage to obtain a temperature correction voltage;
Correction means for correcting the torque detection voltage based on the temperature correction voltage output from the addition means,
Connecting the emitter terminal of the PNP transistor together with the DC power source to the base terminal of the NPN transistor having the emitter terminal connected to the pair of coils and the collector terminal connected to the DC power source;
A temperature compensation device for a torque sensor, wherein an AC power supply is connected to a base terminal of the PNP transistor.
前記整流変換回路は交流電圧を平滑する平滑回路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。2. The temperature compensation device for a torque sensor according to claim 1, wherein the rectification conversion circuit is a smoothing circuit for smoothing an AC voltage. 前記整流変換回路は交流電圧から直流分を抽出するフィルタ回路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。The temperature compensation device for a torque sensor according to claim 1, wherein the rectification conversion circuit is a filter circuit that extracts a direct current component from an alternating voltage.
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