JPH10300595A - 車両用操向装置のトルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁誘導方式トルクセンサにおける部品数を
減少して、小型化および軽量化を達成することを可能と
する。 【解決手段】 本発明の車両用操向装置のトルクセンサ
は、車両の操向ハンドル３０と結合された入力軸３１
と、車輪側に結合された出力軸３２と、前記入力軸３１
と出力軸３２とを連結し操向程度によりねじれるように
なるトーションバー３３と、前記入力軸３１と出力軸３
２との間に設置される第１および第２検出リング３５・
３６と、前記第１検出リング３５と第２検出リング３６
との間の外側部に捲線されて磁気回路を形成するトルク
検出用コイル３９と、前記第１検出リングの外側部に捲
線されて磁気回路を形成する温度補償用コイル４０と、
前記コイル３９・４０に共通に接続された信号処理部４
１とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用操向装置に
関するもので、特に電磁誘導方式トルクセンサにおい
て、検出リングの数および検出コイルの数を減少させて
トルクセンサの構造を単純化させることによって、小型
化および軽量化を成就することができるようにした車両
用操向装置のトルクセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、自動車は、運転者が走行中ま
たは停止時に操向ハンドルを回転させることにより、路
面と接触している車輪が回転して操向される。しかしな
がら、車輪と路面との間には摩擦力が作動しているの
で、動力の伝達過程中の損失によって操向ハンドルの回
転角度ほどには車輪は回転しない。

【０００３】従って、操向ハンドルと車輪との回転角度
の違いを測定して補償することが必要であるが、このよ
うな機能を有する装置がトルクセンサである。すなわ
ち、操向ハンドルと車輪との回転角度の偏差をトルクセ
ンサを通じて測定し、測定された偏差程度、別個の動力
手段によって車輪を回転させる。これにより、車両は、
運転者が進行させようとする方向に正確に操向される。

【０００４】このような機能を有する従来の車両用操向
装置のトルクセンサには、図１１および図１２に示すよ
うに、一側端が操向ハンドル１と結合された入力軸２
と、一側端が車輪側と結合された出力軸３が具備され、
この入力軸２と出力軸３とを連結し、操向程度によりね
じれるトーションバー４が具備される。このとき、前記
トーションバー４の一端部は入力軸２の他端部と結合さ
れ、トーションバー４の他端部は出力軸３の他端部と結
合されている。

【０００５】そして、前記入力軸２と出力軸３との間に
は、３個の検出リング５Ａ〜５Ｃからなる検出リング部
５が設けられている。これら検出リング５Ａ〜５Ｃは、
磁性体からなり、入力軸２と出力軸３との間に一定の間
隔で設置されている。このうち、第１検出リング５Ａ
は、操向ハンドル１側の入力軸２の外周面に結合されて
おり、操向ハンドル１と同一の角度だけ回転する。第２
検出リング５Ｂは、トーションバー４の中心部の外周面
に結合されている。そして、第３検出リング５Ｃは、車
輪側に連結された出力軸３の他端部の外周面に結合され
て、車輪とほとんど同一の角度だけ回転する。

【０００６】また、前記第１検出リング５Ａの一面、す
なわち、前記第２検出リング５Ｂと対向する面には、凹
凸形状の歯部５Ｄが形成されている。同様に、第２検出
リング５Ｂおよび第３検出リング５Ｃにおける互いの対
向面にも、それぞれ歯部５Ｅ，歯部５Ｆが形成されてい
る。また、前記第１検出リング５Ａと第２検出リング５
Ｂとの間の外側面と、第２検出リング５Ｂと第３検出リ
ング５Ｃとの間の外側面には、それぞれコイル６・７が
捲線されている。そして、これらコイル６・７は、信号
処理部８と接続される。

【０００７】このように構成された従来の車両用操向装
置のトルクセンサの動作は次のようである。まず、運転
者が操向ハンドル１を回転させると、入力軸２，出力軸
３およびトーションバー４も回転する。このとき、操向
ハンドル１側と結合されたトーションバー４の一方の端
部が、車輪側と結合されたトーションバー４の他方の端
部より大きくねじれて、たくさん回転する。すなわち、
前記操向ハンドル１を回転させるとき、車輪と路面との
摩擦力によって、第１検出リング５Ａ＞第２検出リング
５Ｂ＞第３検出リング５Ｃの順に回転角度が大きくな
る。

【０００８】従って、前記第１検出リング５Ａの歯部５
Ｄと第２検出リング５Ｂとの対向面積はほとんど変わら
ないが、これに比べて、第２検出リング５Ｂの歯部５Ｅ
と第３検出リング５Ｃの歯部５Ｆとの対向面積は変化す
る。これにより、前記第２検出リング５Ｂと第３検出リ
ング５Ｃとの間の外側磁束が変化し、第２コイル７を貫
く磁束が変化する。

【０００９】すなわち、第１コイル６と第２コイル７と
のインダクタンス値は、同一に設定されている。そし
て、操向ハンドル１の回転によって、第１コイル６を貫
く磁束は不変であるが、第２コイル７を貫く磁束は変化
する。これにより、第１コイル６の誘導起電力に対する
第２コイル７の誘導起電力の値の変化を測定すれば、操
向ハンドル１と車輪との回転偏差を測定することができ
る。

【００１０】図１３は、従来トルクセンサの信号処理部
８のブロック図である。この図に示すように、この信号
処理部８は、コイル部１０の一側接点を通じて第１クラ
ンプ１１と第３クランプ１３とが発振器９に接続され、
このコイル部１０の他側接点を通じて第２クランプ１２
と第４クランプ１４とが同様に発振器９に接続されてい
る構成である。

【００１１】そして、前記各クランプ１１〜１４の出力
端には、第１乃至第４ピーク検出器１５〜１８がそれぞ
れ接続されている。そして、これら第１および第２ピー
ク検出器１５・１６の出力端には、これらの出力の差異
を検出する第１差動増幅器１９が接続されている。同様
に、第３および第４ピーク検出器１７・１８の出力端に
は、これらの出力の差異を検出する第２差動増幅器２０
が接続されている。また、前記第１差動増幅器１９の出
力端からは、第１電流変換器２１を通じてサブが出力さ
れるようなっている。また、第２差動増幅器２０の出力
端からは、第２電流変換器２２を通じてメインが出力さ
れるようになっている。

【００１２】このように、従来の信号処理構成において
は、前記発振器９の出力がコイル部１０を通じて各クラ
ンプ１１〜１４に入力されている。そして、第１および
第２クランプ１１・１２の出力信号から、第１差動増幅
器１９を通じて第１および第２ピーク検出器１５・１６
のピーク値が検出される。また、第３および第４クラン
プ１３・１４の出力信号から、第２差動増幅器２０を通
じて第３および第４ピーク検出器１７・１８のピーク値
が検出される。そして、それぞれのピーク値が、第１お
よび第２電流変換器２１・２２を通じて、サブおよびメ
インの出力として送出可能なようになっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来のトルクセンサの機構的装置および回路構成において
は、トーションバー４のねじれのない状態において、周
辺温度変化によってコイル６・７に生じる誘導起電力を
補償しなければならない。そして、上記従来のトルクセ
ンサでは、この周辺温度変化の補償のための構成とし
て、歯部５Ｄが形成された第１検出リング５Ａと第１コ
イル６とを使用するようになっていた。

【００１４】しかしながら、このような構成では、温度
補償のために多数の部品が必要となってしまう。従っ
て、このトルクセンサには、製造コストが高いと共にサ
イズが大きくなってしまうという問題があった。

【００１５】また、図１３に示した信号処理部８が、Fa
il safety 処理のためサブとメインとの２ブロックに分
割して処理するので、多数の部品が必要になるばかりで
はなく、短電源処理のため信号をゼロレベル以上に引き
上げなければならないので、別途のクランプ１１〜１４
が必要になるという問題もあった。

【００１６】本発明はこのような従来の諸般の問題点を
解決するためのもので、本発明の第１目的は、検出リン
グを２個のみ設置し、トルク検出用コイルと温度補償用
コイルとを捲線して構造を単純化させた車両用操向装置
のトルクセンサを提供することにある。

【００１７】本発明の第２目的は、検出リングを２個設
置するとともに、トルク検出用コイルのみ設置し、信号
処理手段に温度補償用ダイオードを使用して、周辺温度
に影響を受けないながらもトルクセンサの構造を単純化
させることができる車両用操向装置のトルクセンサを提
供することにある。

【００１８】本発明の第３目的は、検出リングを２個の
み設置し、トルク検出用コイルと温度補償用コイルとを
捲線し、歯部（歯車）の構造を改善して歯部の対向面積
の変化による誘導電圧の変化を測定して操向ハンドルと
車輪側の回転偏差を測定するようにすることによって、
トルクセンサの構造を単純化させることは勿論のこと、
検出リングの対向する歯部の構造を改善した車両用操向
装置のトルクセンサを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記第１目的を達成する
ために、本発明の第１の車両用操向装置のトルクセンサ
は、車両の操向ハンドルと結合された入力軸と、車輪側
に結合された出力軸と、前記入力軸と出力軸を連結し操
向程度によりねじれるようになるトーションバーと、前
記入力軸と出力軸との間に設置される検出リングと、前
記検出リングの第１検出リングと第２検出リングとの間
の外側部に捲線されて磁気回路を形成するトルク検出用
コイルと、前記第１検出リングの外側部に捲線されて磁
気回路を形成する温度補償用コイルと、前記コイルに共
通に接続された信号処理手段とを備えていることを特徴
としている。

【００２０】上記の構成によれば、車両用操向装置のト
ルクセンサには、検出リングが２個のみ設置され、トル
ク検出用コイルと温度補償用コイルとが捲線されてい
る。これにより、構造の単純化を成就することが可能と
なり、部品数の節減による原価の節減を図ることができ
る。さらに、上記の車両用操向装置のトルクセンサは、
周辺温度に影響を受けないものとなっている。

【００２１】また、前記第２目的を達成するために、本
発明の第２の車両用操向装置のトルクセンサは、一端部
が車両の操向ハンドル側と連結された入力軸、この入力
軸と一定の間隔に離隔され一端部が車輪側と連結された
出力軸、一端部は入力軸の他端部と結合され、他端部は
出力軸の他端部と結合されて入・出力軸を連結させ操向
ハンドルの操向運動によりねじれるトーションバー、前
記入力軸の他端部に具備されて出力軸と対向する一面に
歯部が形成された第１検出リング、前記出力軸の他端部
に具備されて前記第１検出リングの一面と対向する面に
歯部が形成された第２検出リング、前記第１検出リング
と第２検出リングとの間の外側面に捲線されて磁気回路
を形成する検出コイル、前記検出コイルに誘起される電
圧を信号処理し、誘起電圧を温度補償手段を通じて補償
する信号処理手段を備えていることを特徴としている。

【００２２】上記の構成によれば、車両用操向装置のト
ルクセンサには、検出リングが２個設置されているとと
もに、トルク検出用コイルのみが設置されており、さら
に、温度補償手段が備えられている。これにより、周辺
温度に影響を受けないながらも構造が単純化された車両
用操向装置のトルクセンサとなっている。

【００２３】また、前記第３目的を達成するために、本
発明の第３の車両用操向装置のトルクセンサは、前記入
力軸の他端部に具備されて出力軸と対向する一面に一定
の長さを有するそれぞれの短い突出部と長い突出部が交
互に構成される歯部が形成された第１検出リング、前記
出力軸の他端部に具備されて、前記歯部が形成された第
１検出リングの一面と対向する面に歯部が形成された第
２検出リング、前記第１検出リングの短い突出部と第２
検出リングの突出部との間の外側面に捲線されて磁気回
路を形成する第１検出コイル、前記第１検出リングの長
い突出部と第２検出リングの歯部との間の外側面に捲線
されて磁気回路を形成する第２検出コイル、前記第１検
出コイルと第２検出コイルに接続されてそれぞれの検出
コイルに誘起される電圧を信号処理する信号処理手段を
備えていることを特徴としている。

【００２４】上記の構成によれば、車両用操向装置のト
ルクセンサには、検出リングが２個のみ設置され、第１
および第２検出コイルが捲線されている。そして、検出
リングの対向する歯部の構造が改善されており、歯部の
対向面積の変化による誘導電圧の変化を測定することに
よって、操向ハンドルと車輪側との回転偏差を測定する
ようになっている。これにより、上記の車両用操向装置
のトルクセンサは、構造が単純化されており、かつ、周
辺温度に影響を受けないものとなっている。

【００２５】

【発明の実施の形態】

〔実施の形態１〕本発明の第１の実施の形態について、
図面を参考にして詳細の説明すると以下のようである。
図１は、本実施の形態にかかる車両用操向装置のトルク
センサ（以下、本トルクセンサとする）と周辺の構成の
概略を示す説明図である。また、図２は、本トルクセン
サの要部である検出リング部３４およびその周辺を拡大
して示した説明図である。

【００２６】これらの図に示すように、本トルクセンサ
は、車両の操向ハンドル３０に結合された入力軸３１
と、車輪側に結合された出力軸３２と、トーションバー
３３と、検出リング部３４と、トルク検出用コイル３９
と、温度補償用コイル４０と、信号処理部（信号処理手
段）４１とを備えている。

【００２７】トーションバー３３は、入力軸３１と出力
軸３２とを連結し、操向ハンドル３０の操向程度により
ねじれるものである。検出リング部３４は、多数の凹凸
形状の歯部３７を有する第１検出リング３５と、前記歯
部３７と対向されるように凹凸形状の歯部３８が形成さ
れている第２検出リング３６とから構成されている。こ
れら第１検出リング３５および第２検出リング３６は、
それぞれ入力軸３１および出力軸３２の外側部に形成さ
れた磁性体であり、これら入力軸３１および出力軸３２
と一体に揺動されるものである。トルク検出用コイル３
９は、第１検出リング３５と第２検出リング３６との間
の外側部に捲線されて磁気回路を形成しているものであ
る。温度補償用コイル４０は、第１検出リング３５の外
側部に捲線されて磁気回路を形成しているものである。
これらコイル３９・４０は、信号処理部４１に共通に接
続されている。

【００２８】図３は、本トルクセンサにおける信号処理
部４１の詳細な構成を示すブロック図である。この図に
示すように、この信号処理部４１は、発振器４２と、コ
イル部４３と、ピーク検出器４４・４５と、差動増幅器
４６と、Ｖ−Ｉ変換部４７と、電圧オフセット部４８と
から構成されている。

【００２９】コイル部４３は、図１におけるトルク検出
用コイル３９および温度補償用コイル４０を含んだブリ
ッジ回路である。発振器４２は、３ｋＨｚ，Ｖ_P-P ４Ｖ
の定現波を発生させ、コイル３９・４０に、それぞれの
インダクタンスに比例した誘起電圧を発生させるもので
ある。これらピーク検出器４４・４５は、このコイル部
４３を通じて発振器４２に接続されており、オペアンプ
（ＯＰ−ＡＭＰ），ダイオード（ＤＩＯＤＥ）および蓄
電器（ＣＡＰＡＣＩＴＯＲ）から構成されている精密整
流回路を備えている。そして、ピーク検出器４４・４５
は各コイル３９・４０のピーク値を検出するようになっ
ている。この検出は、上記した精密整流回路を使用して
定現波出力を検出することで行われる。差動増幅器４６
は、これらピーク検出器４４・４５の出力の差異を検出
し、この差異を所定のレベルに増幅させるものである。
Ｖ−Ｉ変換部４７は、この差動増幅器４６の出力電圧を
電流に変換して出力するものである。電圧オフセット部
４８は、発振器４２，差動増幅器４６およびＶ−Ｉ変換
部４７に共通に接続され、これらに一定のオフセット電
圧を与えるものである。

【００３０】上記の構成を有する本トルクセンサの動作
について、以下に説明する。まず車両の走行中に、運転
者が方向を変えるために操向ハンドル３０を操向する
と、入力軸３１，トーションバー３３および出力軸３２
を通じて、車輪が操向されて車両の走行方向が変わる。
このとき、一定以上の操向力が作用すると、車輪と路面
との摩擦力によって、トーションバー３３に連結された
出力軸３２の回転角度が、操向ハンドル３０と共に回転
する入力軸３１の回転角度より減少し、トーションバー
３３がねじれる。

【００３１】このとき、このねじれによって、第１検出
リング３５の歯部３７と第２検出リング３６の歯部３８
との対向面積が変化する。このため、第１検出リング３
５と第２検出リング３６との外側面に具備されたトルク
検出用コイル３９を貫く磁束が変化し、トルク検出用コ
イル３９に生じる誘起電圧も同時に変化する。そして、
トルク検出用コイル３９を貫く磁束の変化によって変化
した誘起電圧値は、信号処理部４１に入力される。

【００３２】信号処理部４１においては、入力された信
号を根拠として、操向ハンドル３０と車輪との操向偏差
を測定し、出力部を通じて動力部（共に図示せず）を可
動して、この偏差を補償する。

【００３３】一方、周辺温度変化による測定誤差は、温
度補償用コイル４０に入力された信号を回路的に除去す
ることによって補償される。すなわち、トルク検出用コ
イル３９と温度補償用コイル４０との温度は同一である
ので、周辺温度の変化によりコイル３９・４０に誘起さ
れる電圧は等しくなる。また、温度補償用コイル４０に
は、操向ハンドル３０と車輪との操向偏差による誘起電
圧は生じない。従って、トルク検出用コイル３９に誘起
される電圧から、温度補償用コイル４０に誘起される電
圧を差動増幅器４６において差し引くことで、温度変化
による影響のない、操向偏差のみによる誘起電圧を得る
ことができる。

【００３４】また、図３に示したように、電圧オフセッ
ト部４８は、発振器４２，コイル部４３，ピーク検出器
４４・４５，差動増幅器４６およびＶ−Ｉ変換部４７に
オフセット電圧を与えている。これにより、Fail Safet
y 処理のために、信号を２つに分割して処理する必要が
ない。すなわち、コイル３９・４０に誘起された電圧
が、オフセット電圧を基準にして振動する（ＳＷＩＮ
Ｇ）ので、レベルシフトする過程が不必要になると共
に、ＡＤ変換する過程が一つの段階に減少される。従っ
て、ショート（０Ｖ）、オープン（２．５Ｖ）、ノーマ
ル（５Ｖ）時の状態を区分するための出力を発生でき、
この出力をFail Safety に応用することができる。な
お、これらの状態の区分は、感知回路およびＥＣＵ（電
子制御装置）（共に図示せず）によって判断される。

【００３５】〔実施の形態２〕本発明の第２の実施の形
態について、図面を参考にして詳細に説明すると以下の
ようである。図４は、本実施の形態にかかる車両用操向
装置のトルクセンサ（以下、本トルクセンサとする）と
その周辺の構成とを示す説明図である。この図に示すよ
うに、本トルクセンサは、車両の操向ハンドル３０に一
方の端部が結合された入力軸３１と、車輪側に一方の端
部が結合された出力軸３２と、トーションバー３３と、
検出リング部３４と、トルク検出用コイル３９と、信号
処理部（信号処理手段）４９とを備えている。

【００３６】トーションバー３３の両端部は、入力軸３
１と出力軸３２との他端部に連結されており、これら入
力軸３１および出力軸３２の端面が一定の間隔に離隔さ
れるように、これらを結合させている。検出リング部３
４は、多数の凹凸形状の歯部３７を有する磁性体からな
る第１検出リング３５と、前記歯部３７と対面されるよ
うに凹凸形状の歯部３８が形成されている磁性体からな
る第２検出リング３６とから構成されている。この第１
検出リング３５および第２検出リング３６は、それぞれ
入力軸３１および出力軸３２の他端部の外周面に形成さ
れており、これら入力軸３１および出力軸３２と一体に
揺動する。

【００３７】トルク検出用コイル３９は、歯部３７が形
成された第１検出リング３５と歯部３８が形成された第
２検出リング３６との間の外側部に捲線されて磁気回路
を形成しているものである。このコイル３９は、信号処
理部４９に電気的に接続されている。

【００３８】図５は、本トルクセンサにおける信号処理
部４９の回路構成を示すブロック図である。この図に示
すように、信号処理部４９は、ＡＣ／ＤＣ変換部５０，
第１増幅部５１，温度補償部（温度補償手段）５２，第
２増幅部５３およびＶ−Ｉ変換部５４を備えている。

【００３９】ＡＣ／ＤＣ変換部５０は、上記したトルク
検出用コイル３９に接続されており、トルク検出用コイ
ル３９を貫く磁束の変化によって誘起される電圧を、直
流電圧に変換して出力するものである。このＡＣ／ＤＣ
変換部５０から出力される直流電圧は、トルク検出用コ
イル３９の温度によって変動する（例えば０．２ｍＶ／
℃程度）電圧である。第１増幅部５１は、この電圧を所
定のレベル（例えば１０倍）に増幅して出力するもので
ある。

【００４０】温度補償部５２は、電源Ｖｃｃと、各抵抗
Ｒａ〜Ｒｄと、ダイオードＤとを備えている。そして、
ダイオードＤから出力される電圧が、例えば−２ｍＶ／
℃となるように、電源Ｖｃｃの電圧，各抵抗Ｒａ〜Ｒｄ
の値およびダイオードＤの抵抗対温度特性が選択されて
いる。そして、ダイオードＤからの出力電圧により、上
記第１増幅部５１から出力される電圧から温度変化によ
る成分を相衰させ、第２増幅部５３に出力する。

【００４１】第２増幅部５３は、前記温度補償部５２か
ら出力された電圧を所定のレベルに増幅し、電圧信号と
して出力するものである。Ｖ−Ｉ変換部５４は、この第
２増幅部５３から出力された電圧信号を電流信号に変換
し、図示しない動力部に出力するものである。また、信
号処理部４９には、実施の形態１に示したトルクセンサ
における発振器４２と同様の、図示しない発振器が備え
られており、トルク検出用コイル３９に、例えば３ｋＨ
ｚ，Ｖ_p-p ４Ｖの定現波を発振している。

【００４２】以下に、本トルクセンサにおける動作につ
いて説明する。本トルクセンサにおいては、車両の走行
中に運転者が方向を変えるために操向ハンドル３０を操
向させると、入力軸３１とトーションバー３３および出
力軸３２を通じて車輪が操向されて走行方向が変えられ
る。このとき、一定以上の操向力が作用されると、車輪
と路面との摩擦力によって、トーションバー３３に連結
された出力軸３２の回転角度が操向ハンドル３０と共に
回転する入力軸３１の回転角度より減少し、トーション
バー３３がねじれる。このため、第１検出リング３５の
歯部３７と第２検出リング３６の歯部３８との対向面積
が変化するので、第１検出リング３５と第２検出リング
３６との外側面に具備されたトルク検出用コイル３９を
貫く磁束が変化し、トルク検出用コイル３９に誘起され
る電圧も同時に変化する。

【００４３】そして、トルク検出用コイル３９を貫く磁
束の変化によって変化した誘起電圧の信号は、信号処理
部４９に入力される。信号処理部４９においては、ＡＣ
／ＤＣ変換部５０は、入力された誘起電圧の信号を直流
電圧信号に変換し、第１増幅部５１に出力する。このＡ
Ｃ／ＤＣ変換部５０から出力される直流電圧は、温度に
よって変動する（例えば０．２ｍＶ／℃）電圧である。
第１増幅部５１は、この電圧を所定のレベル（例えば１
０倍）に増幅して出力する。そして、第１増幅部５１か
ら出力された電圧は、温度補償部５２に入力される。

【００４４】ここで、周辺温度と第１増幅部５１からの
出力電圧との関係を、図６（ａ）に示す。この図に示す
ように、第１増幅部５１から出力される電圧は、温度と
共に上昇する。また、図６（ｂ）は、温度補償部５２か
らの出力電圧の温度との関係を示すグラフである。温度
補償部５２におけるダイオードＤの抵抗は温度によって
変化するので、ダイオードＤからの出力電圧は、このグ
ラフに示すように温度に依存する。

【００４５】従って、第１増幅部５１から温度補償部５
２に入力された電圧は、ダイオードＤからの出力電圧に
よって、温度変化分を相殺（相衰）される。従って、ト
ーションバー３３がねじれていない場合、第２増幅部５
３に入力される電圧は、図６（ｃ）に示すように一定に
なる。従って、第２増幅部５３に入力される電圧は、周
辺温度の変化の影響が除去された電圧、すなわち、トー
ションバー３３のねじれによってトルク検出用コイル３
９に誘起された成分のみの電圧（純粋出力電圧）とな
る。

【００４６】すなわち、前記トルク検出用コイル３９の
誘起電圧と温度との関係が０．２ｍＶ／℃であれば、第
１増幅部５１で例えば１０倍に増幅されたこの誘起電圧
と温度との関係は２ｍＶ／℃となる。そこで、前記温度
補償部５２におけるダイオードＤからの出力電圧と温度
との関係が−２ｍＶ／℃となるように、電源Ｖｃｃ，各
抵抗Ｒａ〜ＲｄおよびダイオードＤの抵抗対温度特性を
選択し、温度補償部５２を構成すれば、周辺温度によっ
て変化したトルク検出用コイル３９の出力電圧を補償す
ることができる。

【００４７】以後、前記第２増幅部５３で増幅され、出
力された純粋電圧の信号は、Ｖ−Ｉ変換部５４によって
電流信号に変換され、出力される。そして、この電流信
号を利用して、図示しない測定部が操向ハンドル３０と
車輪との回転角度の操向偏差を測定し、この測定結果に
基づいて、駆動部および動力部（共に図示せず）が車輪
を操向させる。これにより、上記の回転偏差を補償する
ことができるので、運転者は、車両を安全に操向するこ
とができる。

【００４８】以上のように、本トルクセンサは、温度補
償部５２を備えているので、検出ココイルとしてトルク
検出用コイル３９をひとつ備えているだけであっても、
操向ハンドル３０と車輪との操向偏差の補償と、周辺温
度変化による測定誤差の補償とを行うことが可能となっ
ている。

【００４９】なお、本トルクセンサは、トーションバー
を介在して連結された入力軸および出力軸と、前記入力
軸の他端部に具備されて前記出力軸と対向する一面に歯
部が形成された第１検出リングと、前記出力軸の他端部
に具備されて前記第１検出リングの一面と対向する面に
歯部が形成された第２検出リングと、前記第１，第２検
出リングとの間の外側面に捲線され、前記第１、第２検
出リングと電磁結合されて磁気回路を形成する検出コイ
ルと、前記検出コイルに電気的に連結されて前記検出コ
イルに誘起される電圧を信号処理して温度補償してやる
信号処理手段とから構成され、前記信号処理手段が、検
出コイルに接続されてインダクタンス変化に因って誘起
される電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部から変換された直流電圧に包含さ
れた温度による電圧を所定のレベルに増幅する第１増幅
部と、前記第１増幅部から増幅された検出コイルの出力
電圧に包含された温度上昇による電圧を相衰させる温度
補償手段と、前記温度補償手段から出力される検出コイ
ルに誘起された純粋出力電圧のみを所定のレベルに増幅
する第２増幅部と、前記第２増幅部から出力された電圧
を電流に変換するＶ−Ｉ変換部とから構成されていても
よい。

【００５０】〔実施の形態３〕本発明の第３の実施の形
態について、図面を参考にして詳細に説明すると以下よ
うである。図７は本実施の形態にかかる車両用操向装置
のトルクセンサ（以下、本トルクセンサとする）および
その周辺の構成を示す説明図である。この図に示すよう
に、本トルクセンサは、車両の操向ハンドル３０に一方
の端部が結合された入力軸３１と、車輪側に一方の端部
が結合された出力軸３２と、トーションバー３３と、検
出リング部７４と、第１検出コイル８０と、第２検出コ
イル７９と、信号処理部（信号処理手段）５５とを備え
ている。

【００５１】トーションバー３３の両端部は、入力軸３
１と出力軸３２との他端部に連結されており、これら入
力軸３１・出力軸３２との他端部の端面が一定の間隔に
離隔されるように、これらを結合させている。

【００５２】検出リング部７４は、入力軸３１と出力軸
３２との間に具備されており、ともに磁性体からなる第
１検出リング７５と第２検出リング７６とから構成され
ている。この第１検出リング７５および第２検出リング
７６は、それぞれ入力軸３１および出力軸３２の他端部
の外周面に形成されており、これら入力軸３１および出
力軸３２と一体に揺動する。

【００５３】また、第１検出リング７５には、出力軸３
２と対向する面に、一定の長さを有する多数の短い突出
部７７と長い突出部７７Ａとが交互に形成されてなる歯
部が設けられている。また、同様に、第２検出リング７
６にも、第１検出リング７５の短い突出部７７と対応す
るように、長い突出部７８Ａが形成されている。さら
に、第２検出リング７６には、長い突出部７８Ａの下端
部の両側面に、切開部７６Ａが形成されている。この切
開部７６Ａは、検出部位と温度補償側との温度による傾
向性（傾き）を等しくするために設けられている。ここ
で、検出部位とは、第１検出リング７５における短い突
出部７７と第２検出リング７６における長い突出部７８
Ａとが対向している部分である。また、温度補償側と
は、第１検出リング７５における長い突出部７７Ａと、
第２検出リング７６における長い突出部７８Ａでない部
分とが対向している部分である。切開部７６Ａは、第２
検出コイル７９が覆う第１・第２検出リング７５・７６
の面積が等しくなるように設けられている。

【００５４】第１検出コイル８０は、第１検出リング７
５の短い突出部７７と第２検出リング７６の長い突出部
７８Ａとの間の外側部に捲線された磁気回路である。ま
た、第２検出コイル７９は、第１検出リング７５の長い
突出部７７Ａと第２検出リング７６の長い突出部７８Ａ
でない部分との間の外側部に捲線された磁気回路であ
る。これら検出コイル７９・８０は、それぞれ信号処理
部５５に電気的に接続されている。

【００５５】図８は信号処理部５５の回路構成を示すブ
ロック図である。この図に示すように、信号処理部５５
は、発振部６０，位相遅延部６１，コイル部６２，差動
増幅器６４およびＶ−Ｉ変換部６５を備えている。

【００５６】コイル部６２は、第１抵抗Ｒ１，第２抵抗
Ｒ２，および上記の第１検出コイル８０と第２検出コイ
ル７９とから構成されている。発振部６０は、オフセッ
ト電圧３．５Ｖで、３ｋＨｚ，Ｖ_p-p ４Ｖの定現波を発
振するものである。位相遅延部６１は、第１抵抗Ｒ１と
第１検出コイル８０との接点に接続され、発振部６０の
出力の位相を所定の時間だけ遅延させるものである。差
動増幅器６４は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との接点
と、第１検出コイル８０と第２検出コイル７９との接点
とに接続されている。

【００５７】この差動増幅器６４は、これら両接点から
の出力の差異を検出することによって、第１検出コイル
８０と第２検出コイル７９とに誘起される電圧の差異を
検出し、この差異を所定のレベルに増幅して出力するも
のである。Ｖ−Ｉ変換部６５は、上記差動増幅器６４が
出力する電圧信号を電流信号に変換して出力し、図示し
ない動力部を駆動させて車輪を操向させ、車両を安全に
操向させるものである。

【００５８】以下に、本トルクセンサの動作について説
明する。本トルクセンサにおいては、車両の走行中に運
転者が方向を変えるために操向ハンドル３０を操向させ
ると、入力軸３１とトーションバー３３および出力軸３
２を通じて車輪が操向されて走行方向が変えられる。こ
のとき、一定以上の操向力が作用されると、車輪と路面
との摩擦力によって、トーションバー３３に連結された
出力軸３２の回転角度が操向ハンドル３０と共に回転す
る入力軸３１の回転角度より減少し、トーションバー３
３がねじれる。

【００５９】このとき、第１検出リング７５の長い突出
部７７Ａと第２検出リング７６の長い突出部７８Ａでな
い部分との対向面積はほどんど変わらないので、これら
の外側面に具備された第２検出コイル７９の誘起電圧は
変わらない。

【００６０】一方、トーションバー３３のねじれによっ
て、第１検出リング７５の短い突出部７７と第２検出リ
ング７６の長い突出部７８Ａとの対向面積は変化するの
で、第１検出コイル８０に誘起される電圧は変化する。

【００６１】従って、前記操向ハンドル３０の回転によ
って第２検出コイル７９を貫く磁束は変化せず、第１検
出コイル８０を貫く磁束のみ変わるようになる。従っ
て、信号処理部５５において、第２検出コイル７９に誘
起される電圧に対する第１検出コイル８０に誘起される
電圧の変化を測定すれば、操向ハンドル３０と車輪との
回転偏差を測定することができる。

【００６２】このとき、前記第２検出リング７６の長い
突出部７８Ａの両側に形成された切開部７６Ａによっ
て、検出部位と温度補償側との温度による傾向性（傾
き）が同様になる。

【００６３】図９（ａ）〜（ｄ）は、トーションバー３
３がねじれていないとき、発振部６０，位相遅延部６
１，差動増幅器６４およびＶ−Ｉ変換部６５の各部材か
ら発生する信号を示すグラフである。また、図１０
（ａ）〜（ｄ）は、トーションバー３３がねじれたとき
の上記各部材から発生する信号を示すグラフである。

【００６４】初期には、図９（ａ）に示すような発振部
６０の出力は、位相遅延部６１によって所定の時間遅延
され、図９（ｂ）に示すような信号となって第１検出コ
イル８０に入力される。一方、第２検出コイル７９に
は、この発振部６０の出力は直接入力される。従って、
トーションバー３３がねじれていない場合には、第１検
出コイル８０の出力値と第２検出コイル７９との出力値
が相殺（相衰）され、差動増幅器６４およびＶ−Ｉ変換
部６５からの出力は図９（ｃ）および図９（ｄ）に示す
ようになる。

【００６５】一方、トーションバー３３がねじれた場合
には、上述のように、第２検出コイル７９を貫く磁束は
変化せず、第１検出コイル８０を貫く磁束のみ変化す
る。このため、差動増幅器６４に入力される第１検出コ
イル８０の出力は、この磁束の変化のために、第２検出
コイル７９の出力と異なる値となる。従って、差動増幅
器６４からの出力は図１０（ｃ）に示すようになり、ト
ーションバー３３のねじれに応じて生じた検出コイル８
０・７９の出力差が、所定増幅されて電圧信号としてＶ
−Ｉ変換部６５に出力される。Ｖ−Ｉ変換部６５は、こ
の電圧信号を電流信号に変換して、図１０（ｄ）に示す
ような信号を出力する。

【００６６】そして、この電流信号を利用して、図示し
ない測定部が操向ハンドル３０と車輪との回転角度の操
向偏差を測定し、この測定結果に基づいて、駆動部を通
じて動力部（共に図示せず）が可動されて車輪が操向さ
れ、操向ハンドル３０と車輪との回転偏差が補償され
る。これにより、運転者は、車両を安全に操向すること
ができる。

【００６７】なお、トーションバー３３がねじれた場合
に、第２検出コイル７９のインダクタンスを変化させ、
この第２検出コイル７９に誘起される電圧が変化するよ
うにしてもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、本発明の車両用操向装置
のトルクセンサは、従来では３個必要であった検出リン
グを２個のみ使用して、車両用操向装置のトルクセンサ
の機能を遂行することができるようになっている。さら
に、本発明の車両用操向装置のトルクセンサは、周辺温
度に影響を受けないものとなっている。これにより、部
品数の節減による原価の節減を得ることができ、第１検
出リングと第２検出リングとの間の一定の間隔を一度に
設定することができるので、構造の単純化を成就するこ
とができる。

【００６９】また、本発明の車両用操向装置のトルクセ
ンサにおいては、オフセットを発振器、増幅器、電流変
換器に追加している。従って、別途のクランプ過程が必
要ない。さらに、ショート、オープン、ノーマル等のセ
ンサ状態を監視するための信号を得ることができる。

【００７０】そして、ダイオードの電圧特性を利用して
周辺の温度変化による測定誤差を補償することによっ
て、周辺温度が変化しても正確な操向偏差を測定して温
度補償を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１にかかる車両用操向装置
のトルクセンサおよびその周辺の構成を示す説明図であ
る。

【図２】図１に示した車両用操向装置のトルクセンサの
要部である検出リング部およびその周辺を拡大して示し
た説明図である。

【図３】図１に示した車両用操向装置のトルクセンサに
おける信号処理部の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施の形態２にかかる車両用操向装置
のトルクセンサおよびその周辺の構成を示す説明図であ
る。

【図５】図４に示した車両用操向装置のトルクセンサに
おける信号処理部の回路構成を示すブロック図である。

【図６】図６（ａ）は、図４に示した車両用操向装置の
トルクセンサにおける第１増幅部からの出力電圧と周辺
温度との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、図４
に示した車両用操向装置のトルクセンサにおける温度補
償部からの出力電圧の周辺温度との関係を示すグラフで
あり、図６（ｃ）は、トーションバーのねじれがない場
合の、図４に示した車両用操向装置のトルクセンサにお
ける第２増幅部に入力される電圧と周辺温度とを示すグ
ラフである。

【図７】本発明の実施の形態３にかかる車両用操向装置
のトルクセンサおよびその周辺の構成を示す説明図であ
る。

【図８】図７に示した車両用操向装置のトルクセンサに
おける信号処理部の回路構成を示すブロック図である。

【図９】図９（ａ）は、トーションバーがねじれていな
い場合に、図７に示した信号処理部における発振部が出
力する信号波形を示すグラフであり、図９（ｂ）は、同
じく位相遅延部が出力する信号波形を示すグラフであ
り、図９（ｃ）は、同じく差動増幅器が出力する信号波
形を示すグラフであり、図９（ｄ）は、同じくＶ−Ｉ変
換部が出力する信号波形を示すグラフである。

【図１０】図１０（ａ）は、トーションバーがねじれて
いる場合に、図７に示した信号処理部における発振部が
出力する信号波形を示すグラフであり、図１０（ｂ）
は、同じく位相遅延部が出力する信号波形を示すグラフ
であり、図１０（ｃ）は、同じく差動増幅器が出力する
信号波形を示すグラフであり、図１０（ｄ）は、同じく
Ｖ−Ｉ変換部が出力する信号波形を示すグラフである。

【図１１】従来の車両用操向装置のトルクセンサおよび
その周辺の構成を示す説明図である。

【図１２】図１１に示した車両用操向装置のトルクセン
サの要部である検出リング周辺を拡大して示した説明図
である。

【図１３】図１１に示した車両用操向装置のトルクセン
サの信号処理部の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

３０ 操向ハンドル ３１ 入力軸 ３２ 出力軸 ３３ トーションバー ３４，７４ 検出リング部 ３５，７５ 第１検出リング ３６，７６ 第２検出リング ３７，３８ 歯部 ３９ トルク検出用コイル ４０ 温度補償用コイル ４１，４９，５５ 信号処理部（信号処理手段） ４４，４５ ピーク検出器 ４６，６４ 差動増幅器 ４７，５４，６５ Ｖ−Ｉ変換部 ４８ 電圧オフセット部 ５０ ＡＣ／ＤＣ変換部 ５１ 第１増幅部 ５２ 温度補償部（温度補償手段） ５３ 第２増幅部 ７７ 短い突出部 ７７Ａ，７８Ａ 長い突出部 ７９ 第２検出コイル ８０ 第１検出コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガク ヒュン，ハン 大韓民國，キョンギ−ドウ，ナムヤンジュ −シ，ワブ−エウブ，デュクソ−リ 95

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トーションバーを介在して連結された入力
   軸および出力軸と、 前記入力軸の他端部に具備されて前記出力軸と対向する
   一面に歯部が形成された第１検出リングと、 前記出力軸の他端部に具備されて前記第１検出リングの
   一面と対向する面に歯部が形成された第２検出リング
   と、 前記第１，第２検出リングとの間の外側に捲線され、前
   記第１、第２検出リングと電磁結合されて磁気回路を形
   成するトルク検出用コイルと、 前記第２検出リングの外側に捲線され、前記第２検出リ
   ングと電磁結合されて磁気回路を形成する温度補償用コ
   イルと、 前記トルク検出用コイルと温度補償用コイルに接続され
   て電気的な制御を遂行する信号処理手段とから構成され
   たことを特徴とする車両用操向装置のトルクセンサ。
2. 【請求項２】前記信号処理手段が、発振器にブリッジ回
   路を成すコイル部を通じて接続されてピーク値を検出す
   る多数のピーク検出器と、 前記ピーク検出器の出力差異を検出して所定のレベルに
   増幅させる差動増幅器と、 前記差動増幅器の出力電圧を電流に変換させる電流変換
   器を具備し、前記発振器、差動増幅器、電流変換器に共
   通に電圧オフセット部を接続して構成されたことを特徴
   とする請求項１記載の車両用操向装置のトルクセンサ。
3. 【請求項３】トーションバーを介在して連結された入力
   軸および出力軸と、 前記入力軸の他端部に具備されて前記出力軸と対向する
   一面に歯部が形成された第１検出リングと、 前記出力軸の他端部に具備されて前記第１検出リングの
   一面と対向する面に歯部が形成された第２検出リング
   と、 前記第１，第２検出リングとの間の外側面に捲線され、
   前記第１、第２検出リングと電磁結合されて磁気回路を
   形成する検出コイルと、 前記検出コイルに電気的に連結されて前記検出コイルに
   誘起される電圧を信号処理して温度補償してやる信号処
   理手段とから構成されたことを特徴とする車両用操向装
   置のトルクセンサ。
4. 【請求項４】前記信号処理手段が、検出コイルに接続さ
   れて、検出コイルを貫く磁束の変化に因って誘起される
   電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、 前記ＡＣ／ＤＣ変換部から変換された直流電圧に包含さ
   れた温度による電圧を所定のレベルに増幅する第１増幅
   部と、 前記第１増幅部から増幅された検出コイルの出力電圧に
   包含された温度上昇による電圧を相衰させる温度補償手
   段と、 前記温度補償手段から出力される検出コイルに誘起され
   た純粋出力電圧のみを所定のレベルに増幅する第２増幅
   部と、 前記第２増幅部から出力された電圧を電流に変換するＶ
   −Ｉ変換部とから構成されたことを特徴とする請求項３
   記載の車両用操向装置のトルクセンサ。
5. 【請求項５】前記温度補償手段が、温度に対する電圧特
   性が、負（−）であるダイオードで構成されたことを特
   徴とする請求項４記載の車両用操向装置のトルクセン
   サ。
6. 【請求項６】トーションバーを介在して連結された入力
   軸および出力軸と、 前記入力軸の他端部に具備されて前記出力軸と対向する
   一面に一定の長さを有する短い突出部と長い突出部が交
   互に構成される歯部が形成された第１検出リングと、 前記負荷軸の他端部に具備されて前記第１検出リングの
   一面と対向する面に長い突出部が交互に構成される歯部
   が形成された第２検出リングと、 前記第１検出リングの短い突出部と第２検出リングの長
   い突出部との間の外側面に捲線され、前記第１，第２検
   出リングと電磁結合されて磁気回路を形成する第１検出
   コイルと、 前記第１検出リングの長い突出部と第２検出リングの歯
   部との間の外側面に捲線され前記第１，第２検出リング
   と電磁結合されて磁気回路を形成する第２検出コイル
   と、 前記第１，第２検出コイルに接続されてそれぞれの検出
   コイルに誘起される電圧による信号を処理する信号処理
   手段とから構成されたことを特徴とする車両用操向装置
   のトルクセンサ。
7. 【請求項７】前記第２検出リングの長い突出部の両側の
   下端部に、検出部位と温度補償側の温度に対する傾きを
   同じくするための切開部が形成されたことを特徴とする
   請求項６記載の車両用操向装置のトルクセンサ。
8. 【請求項８】前記信号処理手段が、 第１抵抗と第１検出コイルの接点に接線されて発振部の
   位相を所定の時間遅延させる位相遅延部と、 第１，第２抵抗の接点と第１，第２検出コイルの接点に
   接続されて出力差異を検出してから所定のレベルに増幅
   させる差動増幅器と、 前記差動増幅器の出力電圧を電流に変換させて出力させ
   るＶ−Ｉ変換部とから構成されたことを特徴とする請求
   項６記載の車両用操向装置のトルクセンサ。