JP2005147791A - 物理量検出装置およびトルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、物理量検出装置およびトルク検出装置に関し、２つのレゾルバセンサの同相同士の短絡による異常を容易に検出することを目的とする。
【解決手段】 車両のステアリングシャフト１２に作用する車両運転者による操舵トルクを検出すべく、そのステアリングシャフト１２に一対のレゾルバセンサ３０，３２を配設する。この際、これら一対のレゾルバセンサ３０，３２を互いに１８０°の電気角位相差を有するように配置する。また、ＥＣＵ５０に、レゾルバセンサ３０，３２ごとにｓｉｎ相信号の振幅ｓｉｎωｔとｃｏｓ相信号の振幅ｃｏｓωｔとが（ｓｉｎωｔ）²＋（ｃｏｓωｔ）²＝１の関係を満たすか否かを判別させ、その判別結果に基づいて両レゾルバセンサ３０，３２の同相同士の短絡異常を検出させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、物理量検出装置およびトルク検出装置に係り、特に、同一対象に配設された２つのレゾルバセンサを備え、それら２つのレゾルバセンサの出力に基づいて対象の物理量又はトルクを検出する物理量検出装置およびトルク検出装置に関する。

従来より、ステアリングシャフトの操作側および車輪側に配設された一対のレゾルバセンサを備える装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。各レゾルバセンサは、位相が９０°異なるｓｉｎ相信号及びｃｏｓ相信号を出力する。ステアリング操舵が行われると、ステアリングシャフトの操作側と車輪側とにねじれが生じ、両レゾルバセンサの配設部位の回転角が互いに異なるものとなる。上記した装置においては、両レゾルバセンサそれぞれの出力の増減傾向及び大小に基づいてステアリング操舵時における操舵方向及び操舵トルクが検出される。
特開平１１−３２１６８９号公報

しかしながら、上記従来の装置において、一対のレゾルバセンサは、ステアリングシャフトにねじれが生じていない場合に出力信号の位相同士が等しくなるように配置され組み付けされている。この場合、一対のレゾルバセンサの同相端子或いは同相信号線同士が短絡（ショート）すると、それらの出力が互いに同一レベルとなって大きく変動することとなる。従って、上記従来の装置では、特にステアリングシャフトにトルクが加わっていない場合に、一対のレゾルバセンサの同相同士の短絡が生じても、それらの出力が正常時とほとんど区別のつかない値を示すこととなり、このため、それらの出力から短絡による異常を検出することは極めて困難である。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、２つのレゾルバセンサの同相同士の短絡による異常を容易に検出することが可能な物理量検出装置およびトルク検出装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、請求項１に記載する如く、同一対象に配設された第１及び第２のレゾルバセンサを備え、前記第１のレゾルバセンサの出力及び前記第２のレゾルバセンサの出力に基づいて前記対象の物理量を検出する物理量検出装置であって、
前記第１のレゾルバセンサと前記第２のレゾルバセンサとが互いに１８０°の電気角位相差を有するように配置されると共に、
前記第１のレゾルバセンサの出力及び前記第２のレゾルバセンサの出力に基づいて両レゾルバセンサの短絡異常を検出する異常検出手段を備える物理量検出装置により達成される。

請求項１記載の発明において、第１のレゾルバセンサと第２のレゾルバセンサとは、互いに１８０°の電気角位相差を有するように配置されている。かかる構成においては、２つのレゾルバセンサの同相の位相は通常時に互いに１８０°異なるものとなるため、それらの同相同士が短絡した場合における両出力の振幅は共にほぼゼロとなる。従って、本発明によれば、第１のレゾルバセンサと第２のレゾルバセンサとの同相同士の短絡が生じた際に、両レゾルバセンサの出力が特定の電気角以外において共に正常時にほとんど現れない値（振幅ゼロ）を示すこととなるため、両レゾルバセンサの出力に基づいてその短絡異常を容易に検出することが可能となる。

この場合、各レゾルバセンサのｓｉｎ相信号の振幅とｃｏｓ相信号の振幅との二乗和は常に“１”であることが正常であるため、請求項２に記載する如く、請求項１記載の物理量検出装置において、前記異常検出手段は、両レゾルバセンサそれぞれについてｓｉｎ相信号の振幅ｓｉｎωｔとｃｏｓ相信号の振幅ｃｏｓωｔとが（ｓｉｎωｔ）²＋（ｃｏｓωｔ）^2＝１の関係を満たさない場合に、両レゾルバセンサの信号線同士が短絡したと判定することとすればよい。

また、上記の目的は、請求項３に記載する如く、対象の相対回転可能な部位に配設された一対のレゾルバセンサを備え、前記一対のレゾルバセンサの出力差に基づいて前記対象に作用するトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記一対のレゾルバセンサが互いに１８０°の電気角位相差を有するように配置されると共に、
前記一対のレゾルバセンサの出力に基づいて両レゾルバセンサの短絡異常を検出する異常検出手段を備えるトルク検出装置により達成される。

請求項３記載の発明において、一対のレゾルバセンサは、互いに１８０°の電気角位相差を有するように配置されている。かかる構成においては、２つのレゾルバセンサの同相の位相は通常時に互いに１８０°異なるものとなるため、それらの同相同士が短絡した場合における両出力の振幅はトルクが加わっていない場合は電気角によらず共にほぼゼロとなる。従って、本発明によれば、一対のレゾルバセンサの同相同士の短絡が生じた際に、両レゾルバセンサの出力が共に正常時にほとんど現れない値を示すこととなるため、両レゾルバセンサの出力信号に基づいてその短絡異常を容易に検出することが可能となる。

この場合、各レゾルバセンサのｓｉｎ相信号の振幅とｃｏｓ相信号の振幅との二乗和は常に“１”であることが正常であるため、請求項４に記載する如く、請求項３記載のトルク検出装置において、前記異常検出手段は、両レゾルバセンサそれぞれについてｓｉｎ相信号の振幅ｓｉｎωｔとｃｏｓ相信号の振幅ｃｏｓωｔとが（ｓｉｎωｔ）²＋（ｃｏｓωｔ）²＝１の関係を満たさない場合に、両レゾルバセンサの信号線同士が短絡したと判定することとすればよい。

請求項１及び２記載の発明によれば、同一対象の物理量を検出するために設けられた第１のレゾルバセンサと第２のレゾルバセンサとを電気角位相差が１８０°となるように配置したため、両レゾルバセンサの同相同士の短絡による異常を容易に検出することができる。このため、本発明によれば、対象の物理量検出を精度よく行うことができる。

また、請求項３及び４記載の発明によれば、対象に作用するトルクを検出するために設けられた一対のレゾルバセンサを電気角位相差が１８０°となるように配置したため、両レゾルバセンサの同相同士の短絡による異常を容易に検出することができる。このため、本発明によれば、対象に作用するトルクの検出を精度よく行うことができる。

図１は、本発明の一実施例である対象の物理量を検出するシステムの構成図を示す。本実施例のシステムは、車両に搭載されるトルク検出装置１０に係るシステムである。トルク検出装置１０は、車両の有するステアリングシャフト１２に作用する車両運転者による操舵トルクを検出する装置である。

図１に示す如く、ステアリングシャフト１２の一端には、車両運転者が操作可能なステアリングホイール１４が接続されている。ステアリングシャフト１２は、ステアリングホイール１４の回転に伴って回転する。また、ステアリングシャフト１２の他端には、ステアリングギヤボックス１６を介してタイロッド１８が連結されている。ステアリングギヤボックス１６は、ステアリングシャフト１２の回転運動をタイロッド１８の車幅方向への直進運動に変換する機能を有している。タイロッド１８の両端には、ナックルアーム（図示せず）を介して車輪ＦＬ，ＦＲが連結されている。従って、車輪ＦＬ，ＦＲは、ステアリングシャフト１２の回転に伴ってタイロッド１８が車幅方向へ変位することにより転舵される。

上記したステアリングシャフト１２は、ステアリングホイール１４が固定される入力シャフト２０と、ステアリングギヤボックス１６を介してタイロッド１８に連結する出力シャフト２２と、を備えている。入力シャフト２０には上部軸２４が、出力シャフト２２には下部軸２６が、それぞれ連結されていると共に、上部軸２４と下部軸２６との間には、軸回り方向へのねじれが許容されるトーションバー２８が介在されている。トーションバー２８の一端は上部軸２４に固定され、他端は下部軸２６に固定されている。

上部軸２４及び下部軸２６は共に、軸方向の互いに対向する側の端部２４ａ，２６ａ同士が軸方向においてラップするように配設されている。上部軸２４と下部軸２６とは、軸回りの相対的な回転を、機械的なストッパ（図示せず）により所定のねじれ角の範囲内に規制されている。すなわち、トーションバー２８は、機械的なストッパによりねじれ角を所定の範囲内に制限されている。

図２は、本実施例のステアリングシャフト１２の断面図を示す。本実施例において、ステアリングシャフト１２には、第１レゾルバセンサ３０及び第２レゾルバセンサ３２が配設されている。第１レゾルバセンサ３０は、下部軸２６の回転角度θ１に応じた信号を出力するセンサであり、第２レゾルバセンサ３２は、上部軸２４の回転角度θ２に応じた信号を出力するセンサである。第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２はそれぞれ、下部軸２６又は上部軸２４が車体側に対して機械的に一回転する過程においてＮ周期（例えば、８周期）の正弦波状の波形信号を、すなわち、下部軸２６又は上部軸２４が３６０°／Ｎ回転するごとに同一振幅レベルの信号を出力するように構成されている。

図２に示す如く、第１レゾルバセンサ３０は、第１レゾルバロータ３４と第１レゾルバステータ３６とにより構成されている。第１レゾルバロータ３４と第１レゾルバステータ３６とは、下部軸２６が回転することにより相対的に回転可能となるように構成されている。すなわち、第１レゾルバロータ３４は、下部軸２６の外周に一体に設けられた円環状の第１支持体３８に固定して配設されている。第１レゾルバロータ３４は、環状に形成されており、唯一のコイルを有している。また、ステアリングシャフト１２の上部軸２４及び下部軸２６の外周側には、その上部軸２４及び下部軸２６を取り囲むように円筒状のケース４０が車体側に固定されて配設されている。上記した第１レゾルバステータ３６は、ケース４０の内周に、第１レゾルバスロータ３４に対して径方向に対向するように固定して配設されている。第１レゾルバステータ３６は、環状に形成されており、互いに直交する電気的に９０°位相のずれた一対のコイルを有している。

第２レゾルバセンサ３２は、第２レゾルバロータ４２と第２レゾルバステータ４４とにより構成されている。第２レゾルバロータ４２と第２レゾルバステータ４４とは、上部軸２４が回転することにより相対的に回転可能となるように構成されている。すなわち、第２レゾルバロータ４２は、上部軸２４の外周に一体に設けられた円環状の第２支持体４６に固定して配設されている。第２レゾルバロータ４２は、環状に形成されており、唯一のコイルを有している。また、第２レゾルバステータ４４は、ケース４０の内周に、第１レゾルバステータ３６に軸方向で隣接しかつ第２レゾルバロータ４２に対して径方向に対向するように固定して配設されている。第２レゾルバステータ４４は、環状に形成されており、互いに直交する電気的に９０°位相のずれた一対のコイルを有している。

図１に示す如く、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）５０に接続されている。具体的には、第１レゾルバロータ３４及び第１レゾルバステータ３６の有するコイル並びに第２レゾルバロータ及び第２レゾルバステータ４２，４４の有するコイルはそれぞれ、ＥＣＵ５０に接続されている。ＥＣＵ５０は、第１及び第２レゾルバロータ３４，４２の有するコイルにそれぞれ、正弦波状の交流電圧Ｅ・ｓｉｎωｔ（但し、Ｅは最大入力電圧であり、ωは励磁周波数であり、ｔは時間である）を印加する。

上記の構成において、上部軸２４が回転すると、それに伴って、上部軸２４に固定される第２レゾルバロータ４２と、車体側に固定される第２レゾルバステータ４４との位置関係が変化する。また、下部軸２６が回転すると、それに伴って、下部軸２６に固定される第１レゾルバロータ３４と、車体側に固定される第１レゾルバステータ３６との位置関係が変化する。ロータとステータとの位置関係が変化すると、両者間の磁気抵抗の変化に起因してステータ側の各コイルを通過する磁束が変化し、それらのコイルに次式（１）及び（２）に示す如き回転角（電気角）に応じた位相差を有する電圧Ｅ_cos，Ｅ_sinが誘起される。

Ｅ_cos＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）・ｃｏｓ（Ｎ・θ） ・・・（１）
Ｅ_sin＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）・ｓｉｎ（Ｎ・θ） ・・・（２）
但し、Ｋは最大出力電圧と入力電圧との比（変圧比）であり、αは励磁周波数と出力周波数との位相の差（位相ずれ）であり、Ｎはステアリングシャフト１２の上部軸２４又は下部軸２６の機械的な一回転当たりの電気回転角の振動数（軸倍角）である。

第１レゾルバステータ３６の各コイルに誘起される誘起電圧Ｅ_cos，Ｅ_sin、及び、第２レゾルバステータ４４の各コイルに誘起される誘起電圧Ｅ_cos，Ｅ_sinはそれぞれ、各レゾルバセンサ３０，３２のｃｏｓ相信号及びｓｉｎ相信号としてＥＣＵ５０に供給される。ＥＣＵ５０は、第１レゾルバロータ３４に正弦波状の交流電圧を印加する状況下、第１レゾルバセンサ３０の出力するｃｏｓ相信号及びｓｉｎ相信号具体的には第１レゾルバステータ３６の各コイルから供給される電圧Ｅ_cos，Ｅ_sinに基づいて、両電圧Ｅ_cos，Ｅ_sinの位相差を比較することにより、第１レゾルバロータ３４と第１レゾルバステータ３６との相対的な角度位置を検出し、下部軸２６の回転角度θ１を検出する。また、ＥＣＵ５０は、第２レゾルバロータ４２に正弦波状の交流電圧を印加する状況下、第２レゾルバセンサ３２のｃｏｓ相信号及びｓｉｎ相信号具体的には第２レゾルバステータ４４の各コイルから供給される電圧Ｅ_cos，Ｅ_sinに基づいて、両電圧Ｅ_cos，Ｅ_sinの位相差を比較することにより、第２レゾルバロータ３６と第２レゾルバステータ４４との相対的な角度位置を検出し、上部軸２４の回転角度θ２を検出する。

そして、ＥＣＵ５０は、検出した下部軸２６の回転角度θ１と上部軸２４の回転角度θ２との角度差（すなわち、トーションバー２８のねじれ角）を算出し、ステアリングホイール１４を通じてステアリングシャフト１２に作用する車両運転者による操舵トルク（＝（ねじれ角）×（ねじりバネ定数））を検出する。

ＥＣＵ５０には、ステアリングギヤボックス２６に接続するモータ５２が接続されている。モータ５２は、ＥＣＵ５０からの指令に従って、ステアリングシャフト１２の回転によるタイロッド１８の車幅方向への変位を補うアシストトルクをステアリングギヤボックス２６に付与する。すなわち、車輪ＦＬ，ＦＲが車両運転者のステアリング操作により転舵される際にステアリングシャフト１２の操舵トルクを補うトルクを発生する。ＥＣＵ５０は、トーションバー２８のねじれ角すなわち車両運転者による操舵トルクに応じたアシストトルクが発生するようにモータ５２を駆動する。従って、本実施例によれば、車両運転者による操舵トルクに応じたアシストトルクが発生するので、車両運転者の操舵操作の負担を軽減することが可能となっている。

図３は、第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２とが常態で同相出力信号位相が等しくなるように配置・組み付けされている構成において両レゾルバセンサ３０，３２の同相同士が短絡した場合における出力を表した図を示す。尚、図３（Ａ）には第１レゾルバセンサ３０のｓｉｎ相信号と第２レゾルバセンサ３２のｓｉｎ相信号とが短絡した場合を、また、図３（Ｂ）には第１レゾルバセンサ３０のｃｏｓ相信号と第２レゾルバセンサ３２のｃｏｓ相信号とが短絡した場合を、それぞれ示している。

ところで、第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２との同相同士が短絡した場合には、両出力信号の振幅は共に、それらの第１レゾルバセンサ３０側に現れるべき信号と第２レゾルバセンサ３２側に現れるべき信号との平均値となる。第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２とが常態で同相出力信号位相が等しくなるように配置・組み付けされている構成では、同相の出力信号間に電気角位相差はほとんど生じない。このため、かかる構成においてトーションバー２８が捩れていない状態でｓｉｎ相間或いはｃｏｓ相間の同相同士が短絡すると、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す如く、それらの出力は互いに同一レベルとなって、かつ、その振幅は短絡の生じていない場合と同様に電気角変化に対してある程度大きく変動することとなる。

従って、常態で同相出力信号位相が等しくなるような一対のレゾルバセンサ３０，３２では、同相同士の短絡が生じても、それらの出力が正常時とほとんど区別のつかない値を示すこととなる。このため、上記の短絡が発生すると、トルクが加わっていない状態では検出トルクはほぼゼロである正常値を示すこととなる一方、トルクが加わっている状態では検出トルクはほぼゼロである異常値を示すこととなって、その短絡に起因して下部軸２６の回転角度θ１又は上部軸２４の回転角度θ２の演算すなわちトーションバー２８のねじれ角の算出が誤って行われる事態が生じ、車両運転者による操舵トルクが誤検出され、モータ５２によってステアリングシャフト１２の操舵トルクを補うアシストトルクが適切に付与されない不都合が生ずると共に、トルクが加わっていない状態では一対のレゾルバセンサ３０，３２の出力から短絡による異常を検出することが極めて困難となる。

図４は、第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２とが常態で同相出力信号位相が１８０°異なるように配置・組み付けされている構成において両レゾルバセンサ３０，３２の同相同士が短絡した場合における出力を表した図を示す。尚、図４（Ａ）には第１レゾルバセンサ３０のｓｉｎ相信号と第２レゾルバセンサ３２のｓｉｎ相信号とが短絡した場合を、また、図４（Ｂ）には第１レゾルバセンサ３０のｃｏｓ相信号と第２レゾルバセンサ３２のｃｏｓ相信号とが短絡した場合を、それぞれ示している。

一方、第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２とが常態で同相出力信号位相が１８０°異なるように配置・組み付けされている構成では、同相の出力信号間に１８０°の電気角位相差が生ずる。従って、例えばｓｉｎ相同士が短絡すると、両出力信号の振幅は共に、以下の式に示す如く、それらの第１レゾルバセンサ３０側に現れるべき信号ｓｉｎθａと第２レゾルバセンサ３２側に現れるべき信号ｓｉｎθｂとの平均値を示すこととなる。

(sinθa+sinθb)/2＝2・sin((θa+θb)/2)・cos((θa-θb)/2)/2 ・・・（１）
ここで、上記の構成ではθｂ＝θａ＋１８０°＋α（但し、αはトーションバーねじれによる相対電気角）が成立するので、上記（１）式は次式（２）のように変形できる。

(sinθa+sin(θa+180+α))/2＝sin((θa+(θa+180+α))/2)・cos((θa-(θa+180+α))/2)
＝sin(θa+90+α/2)・cos(-90-α/2)
＝sin(θa+90+α/2)・(-sin(α/2)) ・・・（２）
また、sin(θa+90+α/2)は次式（３）の如く変形できる。

sin(θa+90+α/2)＝sinθa・cos(90+α/2)+cosθa・sin(90+α/2)
＝sinθa・(-sin(α/2))+cosθa・cos(α/2)
＝cosθa・cos(α/2)-sinθa・sin(α/2)
＝cos(θa+α/2) ・・・（３）
この（３）式を用いて、上記（２）式は次式（４）のように変形できる。

(sinθa+sin(θa+180+α))/2＝cos(θa+α/2)・(-sin(α/2)) ・・・（４）
従って、第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２とが常態で同相出力信号位相が１８０°異なるように配置・組み付けされている構成において、ｓｉｎ相同士が短絡した場合におけるその出力信号の振幅は、トーションバーねじれによる相対電気角αがゼロである非操舵時においては、sin(α/2)＝０が成立するので、図４（Ａ）に示す如く必ず“０”になる。また、その相対電気角αがゼロでない場合においては、α/2が極めて小さい値となるので、上記（４）式におけるsin(α/2)の項により、短絡が生じていない正常時と比較して極めて小さな値になる。同様に、ｃｏｓ相同士が短絡した場合においても、その出力信号の振幅は、上記した相対電気角αがゼロである非操舵時においては図４（Ｂ）に示す如く常に“０”になり、また、相対電気角αがゼロでない場合においては短絡が生じていない正常時と比較して極めて小さな値になる。

このため、常態で同相出力信号位相が１８０°異なるような一対のレゾルバセンサ３０，３２においては、ｓｉｎ相間或いはｃｏｓ相間の同相同士が短絡すると、第１レゾルバセンサ３０側の出力及び第２レゾルバセンサ３２側の出力が共に正常時にほとんど現れない値（振幅ゼロ）を示すこととなるため、それらのレゾルバセンサ３０，３２の出力信号に基づいて同相信号線同士の短絡異常を容易に検出することが可能となる。

そこで、本実施例のシステムにおいて、第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２とは、常態でｓｉｎ相信号の位相が互いに電気角１８０°異なり（すなわち信号レベルが互いに反転し）かつｃｏｓ相信号の位相が互いに電気角１８０°異なる（すなわち信号レベルが互いに反転する）ように配置・組み付けされている。尚、この配置・組み付けは、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２の軸倍角Ｎが例えば“８”である場合には、第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２とに機械角２２．５°（＝電気角１８０°／８）のオフセットが生ずるように行われ、また、軸倍角Ｎが例えば“１”である場合には、第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２とに機械角１８０°（＝電気角１８０°／１）のオフセットが生ずるように行われる。

また、図５は、各レゾルバセンサ３０，３２におけるｓｉｎ相信号の振幅ｓｉｎωｔとｃｏｓ相信号の振幅ｃｏｓωｔとの正常時における関係を表した図を示す。ここで、各レゾルバセンサ３０，３２において、一対の出力コイルは互いに直交しており、電気的に９０°位相のずれた構成を有しているため、ｓｉｎ相信号の振幅ｓｉｎωｔとｃｏｓ相信号の振幅ｃｏｓωｔとは、通常、図５に示す如くその二乗和が常に“１”となる関係を満たす（次式（５））。一方、本実施例の如く常態で同相信号の位相が互いに電気角１８０°異なるような第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２において同相同士が短絡した場合には、その相の振幅はゼロ近傍になるため、ｓｉｎ相信号の振幅ｓｉｎωｔとｃｏｓ相信号の振幅ｃｏｓωｔとは、その二乗和が“１”となる関係を満たさないものとなる。

（ｓｉｎωｔ）²＋（ｃｏｓωｔ）²＝１ ・・・（５）
そこで、ＥＣＵ５０は、第１レゾルバセンサ３０からｓｉｎ相信号及びｃｏｓ相信号が供給された際にそのｓｉｎ相信号の振幅とｃｏｓ相信号の振幅とが上記（５）式を満たすか否かを判別すると共に、第２レゾルバセンサ３２からｓｉｎ相信号及びｃｏｓ相信号が供給された際にそのｓｉｎ相信号の振幅とｃｏｓ相信号の振幅とが上記（５）式を満たすか否かを判別する。より具体的には、ｓｉｎ相信号の振幅の二乗とｃｏｓ相信号の振幅の二乗との和が、“１”よりも僅かに小さい“１−β（例えば０．９）”以上であるか否かを判別する（次式（６））。

（ｓｉｎωｔ）²＋（ｃｏｓωｔ）²≧１−β ・・・（６）
そして、ＥＣＵ５０は、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２の双方について上記した条件が成立すると判別した場合は、両レゾルバセンサ３０，３２の同相同士の短絡は生じていないと判定する一方、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２の双方について上記した条件が成立しないと判別した場合は、両レゾルバセンサ３０，３２のｓｉｎ相間或いはｃｏｓ相間の同相同士が短絡したと判定する。

図６は、上記の機能を実現すべく、本実施例においてＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図６に示すルーチンは、所定時間ごとに繰り返し起動されるルーチンである。図６に示すルーチンが起動されると、まずステップ１００の処理が実行される。

ステップ１００では、各レゾルバセンサ３０，３２から供給されるｓｉｎ相信号及びｃｏｓ相信号を受信する処理が実行される。ステップ１０２では、レゾルバセンサ３０，３２ごとにｓｉｎ相信号の振幅ｓｉｎωｔとｃｏｓ相信号の振幅ｃｏｓωｔとが上記（６）式を満たすか否かが判別される。その結果、肯定判定がなされた場合は、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２の双方が正常に機能していると判断できるので、以後は何ら処理が進められることなく今回のルーチンは終了される。一方、否定判定がなされた場合は、ｓｉｎ相信号及びｃｏｓ相信号の少なくとも一方が短絡していると判断できるので、次にステップ１０４の処理が実行される。

ステップ１０４では、第１レゾルバセンサ３０と第２レゾルバセンサ３２との同相同士で短絡異常が生じていると判定される。本ステップ１０４の処理が実行されると、以後、両レゾルバセンサ３０，３２同士の同相短絡に起因してステアリングシャフト１２の操舵トルクの検出が不可能となるので、その旨及びモータ５２を用いたアシストトルクの付与が行われない旨を車両運転者に知らせるべくスピーカやディスプレイ等による警報や表示が行われる。本ステップ１０４の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。

上記図６に示すルーチンによれば、常態で同相信号の位相が互いに電気角１８０°異なるように配置した第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２からのｓｉｎ相信号及びｃｏｓ相信号が所定の条件を満たすか否かに基づいて、両レゾルバセンサ３０，３２の同相同士の短絡異常を検出することができる。

このように本実施例のシステムにおいては、ステアリングシャフト１２の操舵トルクを検出するための第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２を、常態で同相信号の位相が互いに電気角１８０°異なるように配置することにより、全電気角範囲にわたってそれらの同相同士が短絡した場合における両出力の振幅をほぼゼロとすることができ、このため、両レゾルバセンサ３０，３２の出力信号に基づいてそれらの同相同士が短絡する異常を容易に検出することが可能となる。このため、本実施例によれば、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２を用いたステアリングシャフト１２に加わる車両運転者による操舵トルクの検出を精度よく行うことができ、車両運転者の操舵操作の負担を軽減するためにモータ５２によりアシストトルクを付与する制御を適切に行うことが可能となっている。

尚、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２の電気角が０°又は１８０°近傍である場合には両ｓｉｎ相信号の振幅は共にほぼ“０”でありかつ両ｃｏｓ相信号の振幅は共にほぼ“１”であるので、かかる状況下においてｓｉｎ相同士が短絡していても、本実施例の手法を用いてその短絡異常を検出することは不可能である。また同様に、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２の電気角が９０°又は２７０°近傍である場合には両ｃｏｓ相信号の振幅は共にほぼ“０”でありかつ両ｓｉｎ相信号の振幅は共にほぼ“１”であるので、かかる状況下においてｃｏｓ相同士が短絡していても、本実施例の手法を用いてその短絡異常を検出することは不可能である。

しかしながら、かかる状況においても、同相短絡が生じているｓｉｎ相信号又はｃｏｓ相信号は、その振幅がほぼゼロであって正常値と大きく乖離するものではないため、ステアリングシャフト１２の上部軸２４及び下部軸２６の電気角を演算すること自体に影響は現れない。従って、本実施例によれば、特定の電気角位置においては第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２の同相短絡が生じていても、その短絡異常検出を実現することは不可能である一方、この場合においても正確な電気角演算結果を得ることすなわちステアリングシャフト１２に加わる操舵トルクを正確に検出することは可能であるので、モータ５２によるアシストトルク付与を適切に行うことは可能となっている。

ところで、上記の実施例においては、ステアリングシャフト１２が特許請求の範囲に記載した「対象」に、第１レゾルバセンサ３０及び第２レゾルバセンサ３２が特許請求の範囲に記載した「第１及び第２のレゾルバセンサ」及び「一対のレゾルバセンサ」に、操舵トルクが特許請求の範囲に記載した「物理量」に、それぞれ相当していると共に、ＥＣＵ５０が、上記図６に示すルーチン中ステップ１０２，１０４の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「異常検出手段」が実現されている。

尚、上記の実施例においては、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２の双方についてｓｉｎ相信号の振幅とｃｏｓ相信号の振幅とが所定の条件を満たさない場合に両レゾルバセンサ３０，３２の同相同士の短絡異常が生じたと判定することとしているが、第１及び第２レゾルバセンサ３０，３２の何れか一方について所定の条件が成立しない場合に短絡異常が生じたと判定することとしてもよい。

また、上記の実施例においては、２つのレゾルバセンサ３０，３２の同相短絡異常の検出を、ｓｉｎ相信号の振幅及びｃｏｓ相信号の振幅が上記（５）式や（６）式に示す条件を満たすか否かに基づいて行うこととしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、電気角変化に対して同相出力信号の振幅が変化するか否かに基づいて行うこととしてもよい。すなわち、同相出力信号の振幅は、同相短絡が生じていない場合はその電気角変化に伴って大きく変化する一方、同相短絡が生じている場合はその電気角変化に対してほとんどゼロに維持される。従って、短絡の生じていない相（例えばｃｏｓ相）の同相出力信号を用いて電気角変化を検知し、その電気角変化が所定以上生じているにもかかわらず他相（例えばｓｉｎ相）の同相出力信号の振幅がほとんど変化しない場合はその他相において同相短絡異常が生じていると判定することが可能となる。

また、上記の実施例においては、２つのレゾルバセンサ３０，３２を車両のステアリングシャフト１２に配設し、両レゾルバセンサ３０，３２の出力差に基づいてステアリングシャフト１２に加わる車両運転者による操舵トルクを検出することとしているが、本発明は操舵トルクを検出するものに限らず、２つのレゾルバセンサ３０，３２を冗長系として用いてステアリングシャフト１２の回転角を物理量として検出することとしてもよい。また、本発明は２つのレゾルバセンサ３０，３２を車両のステアリングシャフト１２に配設するものに限らず、他の対象に配設するものであってもよい。

更に、上記の実施例においては、一相励磁二相出力のレゾルバセンサ３０，３２を用いることとしたが、二相励磁一相出力のレゾルバセンサを用いることとしてもよい。

本発明の一実施例である対象の物理量を検出するシステムの構成図である。 本実施例のトルク検出対象であるステアリングシャフトの断面図である。 一対のレゾルバセンサが常態で同相出力信号位相が等しくなるように配置・組み付けされている構成において両レゾルバセンサの同相同士が短絡した場合における出力を表した図である。 一対のレゾルバセンサが常態で同相出力信号位相が１８０°異なるように配置・組み付けされている構成において両レゾルバセンサの同相同士が短絡した場合における出力を表した図である。 各レゾルバセンサにおけるｓｉｎ相信号の振幅とｃｏｓ相信号の振幅との正常時における関係を表した図である。 本実施例において実行される制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ トルク検出装置
１２ ステアリングシャフト
２８ トーションバー
３０ 第１レゾルバセンサ
３２ 第２レゾルバセンサ
５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (4)

1. 同一対象に配設された第１及び第２のレゾルバセンサを備え、前記第１のレゾルバセンサの出力及び前記第２のレゾルバセンサの出力に基づいて前記対象の物理量を検出する物理量検出装置であって、
   前記第１のレゾルバセンサと前記第２のレゾルバセンサとが互いに１８０°の電気角位相差を有するように配置されると共に、
   前記第１のレゾルバセンサの出力及び前記第２のレゾルバセンサの出力に基づいて両レゾルバセンサの短絡異常を検出する異常検出手段を備えることを特徴とする物理量検出装置。
2. 前記異常検出手段は、両レゾルバセンサそれぞれについてｓｉｎ相信号の振幅ｓｉｎωｔとｃｏｓ相信号の振幅ｃｏｓωｔとが（ｓｉｎωｔ）²＋（ｃｏｓωｔ）²＝１の関係を満たさない場合に、両レゾルバセンサの信号線同士が短絡したと判定することを特徴とする請求項１記載の物理量検出装置。
3. 対象の相対回転可能な部位に配設された一対のレゾルバセンサを備え、前記一対のレゾルバセンサの出力差に基づいて前記対象に作用するトルクを検出するトルク検出装置であって、
   前記一対のレゾルバセンサが互いに１８０°の電気角位相差を有するように配置されると共に、
   前記一対のレゾルバセンサの出力に基づいて両レゾルバセンサの短絡異常を検出する異常検出手段を備えることを特徴とするトルク検出装置。
4. 前記異常検出手段は、両レゾルバセンサそれぞれについてｓｉｎ相信号の振幅ｓｉｎωｔとｃｏｓ相信号の振幅ｃｏｓωｔとが（ｓｉｎωｔ）²＋（ｃｏｓωｔ）²＝１の関係を満たさない場合に、両レゾルバセンサの信号線同士が短絡したと判定することを特徴とする請求項３記載のトルク検出装置。

Images