专利名称：扭矩检测器的制作方法
相关申请参考本申请要求于2003年7月16日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请第2003-48596号的优先权，其内容包括于此作为参考。
背景技术：
本发明一般涉及用于车辆的转向系统，尤其涉及用于车辆转向系统的扭矩检测器，它检测方向盘上的扭矩。
相关技术的描述一种动力转向系统使用额外的辅助传动装置来向车轮提供辅助的转向力，以便减少应该在车辆以低速行驶或停止时由用户施加到方向盘的转向力，从而便于方向盘的操纵。当车辆以低速行驶或停止时，电子动力转向(Electronic PowerSteering)(EPS)系统提供相对较大的辅助转向力，而当车辆以高速行驶时，EPS系统提供相对较小的辅助力，由此在车辆以低速行驶或停止时满足了转向力的减少，而在车辆以高速行驶时满足了行驶的稳定性。
在EPS系统中，辅助转向力的方向和大小是根据方向盘的旋转方向和旋转角度来确定的。因此，使用了扭矩传感器。扭矩传感器的扭矩检测原理是根据方向盘的旋转在扭矩检测线圈周围使用变化的磁通量。扭力杆置于车轮传动轴和方向盘传动轴之间，且该扭力杆通过方向盘的旋转而扭曲。该扭力杆的扭曲改变扭矩检测线圈周围的磁通量，以使扭矩检测线圈电感的大小随磁通量的变化而变化，从而改变感应到扭矩检测线圈的电压幅度。感应电压的幅度的增加或减少成为说明方向盘的旋转方向和旋转角度的指标。
图1是揭示于日本特许公开平8-68703的常规扭矩检测器的框图。在图1的常规扭矩检测器中，从电流放大器31输出的交流(AC)电压和从反向电流放大器32输出的反向AC电压分别应用到包括线圈L1和线圈L2的线圈电路的两端。在包括线圈L1、线圈L2、电阻器R1和电阻器R2的桥接电路内检测到的扭矩检测电压和基准电压之间的差被放大，随后，通过同步检测和采样来得到扭矩检测信号Ts。
图2是示出图1的常规扭矩检测器中的AC电压信号VB和采样脉冲信号SPa的相位变化的示意图。如图2所示，只有当AC电压信号VB和采样脉冲信号SPa的相位相互一致，才可以实现精确的同步测量和采样。如果AC电压信号VB和采样脉冲信号SPa的相位相互不一致，则产生如图3所示的采样误差。图3是示出在图1的常规扭矩检测器中根据AC电压信号VB的相位变化的采样保持(sample-and-hold)电路26的输出电压变化的示意图。如图3所示，如果AC电压信号VB和采样脉冲信号SPa的相位相互不一致，如图2所示的VB”，则可能如图3所示的VSA”采样到不精确的峰值。如果在采样时间ts内不能采集到精确的峰值，则从压/流(voltage-to-current)转换器输出的扭矩检测信号Ts不再正确。
发明概述因此，本发明的一个方面是提供一种扭矩检测器，甚至在施加到包括温度补偿线圈和扭矩检测线圈的线圈电路上的电压的相位由于诸如温度变化的干扰而不稳定的情况下，能够进行精确的扭矩检测。
本发明的其它方面和优点，部分的在以下描述，部分的从说明中显见或可以通过实施本发明而了解。
本发明的前述和其它方面是通过提供一种扭矩检测器来实现的，该扭矩检测器包括同步检测器来检测具有预设的DC电压电平和特定频率的AC电压信号，并产生检测输出信号；一种桥接电路，其中电感随方向盘的旋转而变化的扭矩检测线圈和电感随温度变化而变化的温度补偿线圈相互串联，检测器输出信号和DC电压被分别应用到两个连接的线圈的两端，桥接电路允许在两个线圈的接点处通过两个线圈的电感的变化产生第一检测电压；以及信号转换器，它用来产生具有对应于预定基准电压和第一检测电压的峰值之差的幅度的扭矩检测信号。
附图概述从以下的较佳实施例的描述中并结合附图使本发明的这些或其它方面和优点变得明显并更易于理解，其中图1是常规扭矩检测器的框图；图2是示出图1的常规扭矩检测器中的AC电压信号和采样脉冲信号的相位变化的示意图；图3是示出图1的常规扭矩检测器中根据AC电压信号的相位变化的采样保持电路的输出电压变化的示意图；图4是根据本发明的扭矩检测器的框图5是示出根据本发明，图4的扭矩检测器中AC电压信号和采样脉冲信号的示意图；图6是示出根据本发明，图4的扭矩检测器中的检测输出信号和采样脉冲信号的示意图；图7是示出根据本发明，图4的扭矩检测器中的温度补偿线圈和扭矩检测线圈的电感变化的第一检测电压的幅度变化的示意图；图8是示出根据本发明，在图4的扭矩检测器中的第一和第二电阻器之间的接点得到的第二检测电压的示意图；以及图9是示出根据本发明，根据图4的扭矩检测器中的第一检测电压的相位变化从第二检测器输出的第一峰值检测电压的示意图。
具体实施例方式
现在详细参考本发明的较佳实施例，其实例在附图中加以说明，其中相同的标号表示相同的元件。
根据本发明的较佳实施例，参考图4至9来描述扭矩检测器。图4是根据本发明的扭矩检测器的框图。如图4所示，振荡器402偏置了DC电压VDC并产生具有特定频率的振荡信号VOSC。电流放大器404产生AC电压信号V1，其中从振荡器402输出的振荡信号VOSC的电流分量被放大而振荡信号VOSC的电压分量的幅度和相位保持不变。从而，AC电压信号V1具有和从振荡器402产生的振荡信号VOSC相同的相位、幅度和DC电压VDC电平。
采样脉冲发生器406接收从振荡器402输出的振荡信号VOSC并产生采样脉冲信号VR。该采样脉冲信号VR具有和AC电压信号V1相同的相位。同步检测器408接收分别从电流放大器404和采样脉冲发生器406输出的AC电压信号V1和输出的采样脉冲信号VR，而和采样脉冲信号VR具有相同相位的部分AC压信号V1被部分检测并作为检测输出信号V2输出。
桥接电路428包括线圈电路，它包括相互串联的温度补偿线圈L1和扭矩检测线圈L2，以及电阻器电路，它包括相互串联的第一电阻器R1和第二电阻器R2。从同步检测器408输出的检测输出信号V2和DC电压VDC分别被应用到每个线圈电路和电阻器电路的两端。在温度补偿线圈L1和扭矩检测线圈L2相互连接处的接点得到用来检测方向盘上的扭矩的第一检测电压VC。
通过使用桥接电路428的方向盘上的扭矩检测的原理如下。扭力杆置于车轮传动轴和方向盘传动轴之间，且该扭力杆通过方向盘的旋转而扭曲。该扭力杆的扭曲改变扭矩检测线圈L2周围的磁通量，以使扭矩检测线圈L2电感的大小随磁通量的变化而变化。从而，通过测量扭矩检测线圈L2的电感变化来检测方向盘上的扭矩。
温度补偿线圈L1是可以根据扭力杆的扭曲来检测扭矩检测线圈L2的电感变化的补偿装置。线圈电路的扭矩检测线圈L2的电感随温度的变化和方向盘的旋转而变化，但温度补偿线圈L1的电感只随温度的变化而变化，不随方向盘的旋转而变化。也就是说，由于温度补偿线圈L1的电感变化是由诸如环境温度变化的干扰引起的，所以当温度补偿线圈L1的电感从扭矩检测线圈L2的电感中消除时，就除去了由环境温度变化引起的电感变化，从而可以检测仅仅由方向盘的旋转仪器的扭矩检测线圈L2的电感变化。当在桥接电路428的第一和第二电阻器R1和R2之间的接点处温度补偿线圈L1的电感等于扭矩检测线圈L2的电感时，得到具有和第一检测电压VC相同的相位和幅度的第二检测电压VE。通过比较线圈电路的第一检测电压VC和第二检测电压VE并得到它们之间的差来实现方向盘的扭矩的检测。
本发明的扭矩检测器通过差分放大(differentially amplifying)由桥接电路428得到的第一检测电压VC和第二检测电压VE的峰值来产生扭矩检测信号TS。图4中，第一峰值检测器410检测第二检测电压VE的峰值并产生第二峰值检测电压VP4，而第二峰值检测器412检测第一检测电压VC的峰值并产生第一峰值检测电压VP3。分别从第一和第二峰值检测器410和412输出的第二和第一峰值检测电压VP4和VP3之间的差通过差分放大器414放大，并由压流转换器416转换为电流形式，由此产生扭矩检测信号TS。该扭矩检测信号TS可以用来驱动向转向系统提供辅助驱动力的电动机。在图4中，电阻器R1’和R2’、第三和第四峰值检测器418和420、差分放大器422和压流转换器424构成辅助故障保险电路。
图5是示出分别从电路放大器404和采样脉冲发生器406输出的AC电压信号V1和采样脉冲信号VR的示意图。从图5中可以理解AC电压信号V1和采样脉冲信号VR的相位相互一致。图6是示出分别从同步检测器408和采样脉冲发生器406输出的检测输出信号V2和采样脉冲信号VR的示意图。如图6所示，仅仅是超过DC电压电平的那部分AC电压信号V1的检测输出信号V2是由同步检测器408的部分检测产生的。
图7是示出根据温度补偿线圈L1和扭矩检测线圈L2的电感变化的第一检测电压VC的幅度变化的示意图。如图7所示，当方向盘不旋转时，温度补偿线圈L1的电感等于扭矩检测线圈L2的电感，从而检测到具有基准幅度的第一检测电压VC1。相反地，当方向盘沿逆时针(CCW)方向旋转，则温度补偿线圈L1的电感通过扭力杆的操作大于扭矩检测线圈L2的电感，从而检测到具有幅度大于第一检测电压VC1的基准幅度的第一检测电压VC2。此外，当方向盘沿顺时针(CW)方向旋转时，温度补偿线圈L1的电感通过扭力杆的操作小于扭矩检测线圈L2的电感，从而检测到具有幅度小于第一检测电压VC1的基准幅度的第一检测电压VC3。图8是示出在第一和第二电阻器R1和R2之间的接点得到的第二检测电压VE。可以通过第二和第一检测电压VE和VC之间的差来检测方向盘的扭矩。
方向盘的旋转方向、包括两个线圈L1和L2的线圈电路的电感以及第一检测电压VC之间的关系如表1所示。
表1
图9是示出根据本发明，根据扭矩检测器内第一检测电压VC的相位变化从第二检测器412输出的第一峰值检测电压VP3。如图9所示，根据本发明的第二峰值检测器412检测第一检测电压VC的峰值，并输出对应检测到的峰值的DC电压电平的第一峰值检测电压VP3。因此，得到不受由线圈电路的阻抗变化产生的第一检测电压VC的相位变化影响的相同峰值的检测电压VP3，从而可以防止扭矩检测信号TS的失真。
从以上描述中显见，本发明提供了一种同步检测振荡信号的扭矩检测器，将同步检测到的振荡信号应用到包括温度补偿线圈和扭矩检测线圈的线圈电路，并差分放大在两个线圈之间的接点处得到的检测电压和基准电压的峰值，由此来防止根据检测电压的相位变化的扭矩检测信号的失真。
虽然已经示出并描述了本发明的一些较佳实施例，但本技术领域中的熟练的技术人员可以理解，可以在这些实施例中进行修改而不背离本发明的原理和精神，本发明的范围在所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种扭矩检测器，其特征在于，包括同步检测器，它用于检测具有预设的直流(DC)电压电平和特定频率的交流(AC)电压信号，并产生检测输出信号；桥接电路，其中电感随方向盘的旋转而变化的扭矩检测线圈和电感随温度变化而变化的温度补偿线圈相互串联，所述检测输出信号和DC电压分别被施加于两个连接的线圈的两端，所述桥接电路使得在两个线圈的接点处由两个线圈电感的变化而感应产生第一检测电压；以及信号转换器，它用来产生扭矩检测信号，所述信号具有对应于预定基准电压和第一检测电压的峰值之差的幅度。
2.如权利要求1所述的扭矩检测器，其特征在于，所述同步检测器将对应于超过DC电压电平的AC电压信号的半波信号作为检测输出信号输出。
3.如权利要求1所述的扭矩检测器，其特征在于，还包括采样脉冲发生器，它用于产生具有和所述AC电压信号相位相同的采样脉冲信号；其中所述同步检测器和采样脉冲信号同步以检测所述AC电压信号。
4.如权利要求1所述的扭矩检测器，其特征在于，所述信号转换器包括峰值检测器，它用来检测所述第一检测电压和所述基准电压的峰值；差分放大器，它用来放大由所述峰值检测器检测到的所述峰值之间的差；以及压流转换器，它用于通过将由所述差分放大器放大的电压信号转换成电流信号来产生所述扭矩检测信号。
5.一种扭矩检测器，其特征在于，包括采样脉冲发生器，它用于产生采样脉冲信号；同步检测器，它用于接收具有与所述采样脉冲信号相同的相位和预设的DC电压电平的AC电压信、检测所述AC电压信号并输出由所述AC电压信号的半波信号形成的检测输出信号；桥接电路，其中电感随方向盘的旋转而变化的扭矩检测线圈和电感随温度变化而变化的温度补偿线圈相互串联，所述检测输出信号和DC电压被分别施加于所述两个连接的线圈的两端，所述桥接电路使得在所述两个线圈的接点处通过所述两个线圈的电感的变化感应产生第一检测电压；以及信号转换器，它用来产生扭矩检测信号，所述信号具有对应于预定基准电压和第一检测电压的峰值之差的幅度。
全文摘要
这里揭示了一种扭矩检测器。所述扭矩包括同步检测器、桥接电路和信号转换器。所述同步检测器检测具有预设的DC电压电平和特定频率的AC电压信号，并产生检测输出信号。在所述桥接电路中，电感随方向盘的旋转而变化的扭矩检测线圈和电感随温度变化的温度补偿线圈相互串联。所述检测输出信号和DC电压被分别应用到所述两个连接的线圈的两端。所述桥接电路允许在所述两个线圈的接点处通过所述两个线圈的电感的变化产生第一检测电压。所述信号转换器产生具有对应预定基准电压和第一检测电压的峰值之间的差的幅度的扭矩检测信号。
文档编号G01L3/10GK1576814SQ0316013
公开日2005年2月9日 申请日期2003年9月26日 优先权日2003年7月16日
发明者白承鏑 申请人:株式会社万都