JP2005214828A

JP2005214828A - 故障判定手段を有する変位測定装置および変位測定装置の故障検出方法

Info

Publication number: JP2005214828A
Application number: JP2004022981A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakao; 宏志中尾; Katsutoshi Matsuoka; 勝年松岡
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】即座に回路の異常を検出する変位測定装置の故障判定手段および故障検出方法を提供する。
【解決手段】変位測定装置および故障判定手段は、変位量検出部に一対のコイルを有するセンサ部とトランジスタからなるブリッジ駆動部とを有する。センサ部から出力される過渡応答信号は固定部材に対する可動部材の変位に伴って変動し、ブリッジ駆動部に変位測定装置駆動パルスを入力し各コイルによる過渡応答の差分を検出し応答波形を求める。変位測定装置が正常なら応答波形が常に特定時間に通過する点である特異点をサンプリングし、特異点を通過するか否かを検出して故障を判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転運動の角度変位または往復運動の変位を相補的なインピーダンス変化から略比例的な変位として検出するとともに故障を検出する変位測定装置およびそのような変位測定装置における故障検出方法に関する。

従来から、相補的なインピーダンス変化から略比例的な変位として検出する変位測定装置において、ブリッジ駆動部をパルス駆動することで変位量検出部を駆動し、その定常状態の応答信号から変位を検出する故障判定手段であって、故障検出を行う場合、コイルを接続する端子の接合不具合や、ブリッジ部を駆動するためのトランジスタの故障を検出するのに過渡応答が収束してからの定常状態の信号を取り込み、記憶部に記憶させておいた組立初期値と比較して故障を検出する故障判定手段に係る発明が知られている（たとえば、特許文献１参照）。図４の（ａ）ないし（ｄ）に示すタイムチャートにおいて、等価回路３０に入力される前記ステップ信号とこのステップ信号に対応して現われる応答波形ｇ（ｔ）との関係を示す。この図４のタイムチャートにおいては横方向が時間ｔの経過を示し、（ａ）に示す変位測定装置の駆動パルスとしてのステップ信号がｔ＝ｔ１からｔ＝ｔ５’までの区間が変位量測定と故障検出の１サイクルであり、（ｂ）に示す前記ステップ信号に対応してあらわれる応答波形ｇ（ｔ）の信号値を（ｃ）に示すサンプリング信号によって、このサンプリング信号の立下り時間ｔ＝ｔ２までサンプリングして変位量を測定するとともに、（ｄ）に示すサンプリング信号によって、このサンプリング信号の立下り時間ｔ＝ｔ３’までサンプリングして故障検出を行う。

図６ないし図１０は、この従来の故障判定手段が用いられた、変位測定装置２を車両用の電動パワーステアリング装置に適用した構造例である。前記電動パワーステアリング装置を構成する変位測定装置２および減速ギアの断面構造を示す図８において、ハウジング４１内には、トーションバー４２を介して連結された入力軸４３（図６参照）及び出力軸４４がそれぞれ軸受４６ａ，４６ｂ，４６ｃによって回転自在に支持されている。前記入力軸４３、前記出力軸４４及び前記トーションバー４２は同軸に配置されており、前記入力軸４３の他端部側にはユニバーサルジョイント４８b，４８ａを介して操向ハンドル４７（図６参照）が回転方向に一体に取り付けられており、前記出力軸４４の他端部側は、ピニオン部４９ａとラック部４９ｂとが噛合して形成されたピニオンラック機構４９（図８参照）を介してタイロッド４９ｃに連結されている（図６参照）。従って、操縦者が前記操向ハンドル４７を操舵することによって発生した操舵力は、前記入力軸４３、前記トーションバー４２、前記出力軸４４及びステアリング装置を介して転舵輪に伝達される。

また、前記出力軸４４には、これと同軸で且つ一体に回転するウオームホイール５３が固着されており、モータ（図示せず）の回転軸に固着されたウオームギア５４と噛合している。前記モータ（図示せず）の回転力は、前記ウオームギア５４及び前記ウオームホイール５３を介して前記出力軸４４に伝達され、前記モータ（図示せず）の回転方向を適宜切り換えることにより、前記出力軸４４に任意の方向の操舵補助トルクが付与される。なお、前記モータ（図示せず）はモータコントロールユニット６２と信号を交信することで制御される。

そして、図８に示すように、前記入力軸４３の前記出力軸４４に近接する側における端部近傍の外側には、磁性材料で構成されたセンサシャフト部５０が形成されており、図７に示すように、前記センサシャフト部５０の表面には、軸方向に延びた複数（図示の例では９個）の凸部５１が円周方向に沿つて等間隔に形成されており、それぞれの前記凸部５１の相互間は溝部５２を形成している。

また、前記センサシャフト部５０の外側には、前記センサシャフト部５０に接近して導電性で且つ非磁性の材料、例えばアルミニウムで構成された円筒部材５５が前記センサシャフト部５０と同軸に配置されており、前記円筒部材５５の延長部５６は前記出力軸４４の端部５７の外側に固定されている。

そして、前記円筒部材５５には、前記センサシャフト部５０の表面の前記凸部５１に対向する位置に、円周方向に等間隔に配置された複数個の長方形の窓５８ａ，…，５８ａからなる第１の窓列と、前記第１の窓列から軸方向にずれた位置に、前記窓５８ａと同一形状で、円周方向の位相が前記窓５８ａ，…，５８ａと１８０度異なる複数個の長方形の窓５８ｂ，…，５８ｂからなる第２の窓列とが設けられている。

より具体的には図９及び図１０に示すように、前記円筒部材５５の周面を周方向にＮ等分（本最良の形態においてはＮ＝９）した角度を一周期角度θ（＝３６０／Ｎ、本最良の形態においてはθ＝４０度）とし、前記出力軸４４から遠い側の部分では一周期角度θの一方の端からａ度の部分が前記窓５８ａ，…，５８ａとなり、残りのｂ度（＝θ−ａ）の部分が塞がっており、また、前記窓５８ａ，…，５８ａとの位相が半周期（θ／２）ずれるように、前記出力軸４４から近い側の部分では一周期角度θの他方の端からａ度の部分が前記窓５８ｂ，…，５８ｂとなり、残りのｂ度（＝θ−ａ）部分が塞がっている。尚、溝部５２，…，５２の間の横断面凸型の凸部５１の周方向幅をｃ度、溝部５２，…，５２の周方向幅をｄ度、前記円筒部材５５及び前記出力軸４４間（前記入力軸４３及び前記出力軸４４間）の相対回転可能範囲をｅ度としている。ただし、前記トーションバー４２に捩れが生じていないとき（操舵トルクが零）に、例えばｃ＝２０度の場合、図９に示すように前記窓５８ａの周方向幅中央部と溝部５２の周方向の一方の端部（前記凸部５１の一方のエッジ部）とが重なり、図１０に示すように前記窓５８ｂの周方向幅中央部と前記溝部５２の周方向の他方の端部（凸部５１の他方のエッジ部）とが重なり合うようになっている。従って、前記窓５８ａ及び前記溝部５２の重なり状態と、前記窓５８ｂ及び前記溝部５２の重なり状態とは周方向で逆になっており、前記窓５８ａ，前記５８ｂの周方向幅中央部と前記溝部５２の周方向幅中央部とはそれぞれθ／４ずつずれている。尚、本最良の形態においてはｂ＞ａ、ｄ＞ｃ、ｅ＜θ／４となっている。

また、前記円筒部材５５は、同一規格のコイル５及び６が巻き付けられたヨーク５９で包囲されている。即ち、前記コイル５及び６は前記円筒部材５５と同軸に配置されており、前記コイル５は前記窓５８ａ，…，５８ａが形成された部分を包囲するようにヨーク５９に巻き付けられ、前記コイル６は前記窓５８ｂ，…，５８ｂが形成された部分を包囲するように前記ヨーク５９に巻き付けられている。そして、前記コイル５及び６のリード線（図示せず）は前記ハウジング４１のセンサケース６０の内部に配設された制御基板６１に接続されている。

図２は、図６ないし図１０にて示す変位測定装置２を回路図として表したものであり、この変位測定装置２が故障判定手段１をも形成する。この回路図において、前記変位測定装置２は変位量検出部３および信号処理部４から成り、前記変位量検出部３を形成するコイル５，６と直列に接続された抵抗値の等しい２つの抵抗７，８を有し、前記コイル５，６と前記抵抗７，８とによってブリッジ回路としてのセンサ部９を形成している。このセンサ部９において、前記コイル５及び６同士の接続部は、ＰＮＰ型トランジスタ１０からなるブリッジ駆動部１１のコレクタ端子に接続される。そして、前記ブリッジ駆動部１１はエミッタ端子が接地され、ベース端子は前記信号処理部４の出力端子に接続されている。そして、前記ブリッジ駆動部１１の駆動を制御する制御電圧Ｖ_ｌはステップ信号としての方形波であり、その方形波の出力間隔は前記信号処理部４のサンプリング・クロックに同期している。

さらに、前記変位量検出部３は差動増幅器１３とリファレンス部１４とからなる信号検出部１２を備えており、前記センサ部９において、前記コイル５と前記抵抗７との接続部は前記差動増幅器１３の非反転入力端子１５に、前記コイル６と前記抵抗８との接続部は前記差動増幅器１３の反転入力端子１６にそれぞれ接続され、前記コイル５及び前記抵抗７間の電圧である一方の出力電圧Ｖ_３と、前記コイル６及び前記抵抗８間の電圧であるブリッジ回路の他方の出力電圧Ｖ_４とが差動増幅器１３に入力される。尚、前記差動増幅器１３には、前記信号処理部４のリファレンス端子１７に接続されたリファレンス部１４に接続されて、中央値としてのリファレンス電圧Ｖｒの供給を受ける。前記差動増幅器１３は、増幅率をＧとして下記（１）式で表わされる出力電圧Ｖ_５を出力する。
Ｖ_５＝Ｇ×（Ｖ_３−Ｖ_４）＋Ｖｒ…（１）
そして、前記差動増幅器１３の出力電圧Ｖ_５は前記信号処理部４のＡ／Ｄ端子１８に入力されて前記信号処理部４においてＡ／Ｄ変換される。

前記信号処理部４はＭＰＵやＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等のインタフェース回路等で構成され、リファレンス電圧を供給するリファレンス端子１７、Ａ／Ｄ変換器に信号を入力するためのＡ／Ｄ端子１８、方形波電圧を出力するトランジスタ信号出力端子１９、前記変位量検出部３の動作異常を知らせる信号を出力するＥｒｒｏｒ信号出力端子２０、変位量の検出結果を出力する変位量出力端子２１を備えている。

ここで、図６ないし図１０に示す変位測定装置２の動作を説明する。

まず、操向ハンドル４７が操舵されていない状態では、入力軸４３と出力軸４４に相対的な回転が発生していないため、センサシャフト部５０の凸部５１と円筒部材５５との重なりが両窓列ともに等しいため、センサシャフト部５０の凸部５１と重なる円筒部材５５を透過する磁束の面積がコイル５およびコイル６の内周部においてそれぞれ等しくなるため、両コイルに電流を流してコイル内周部に磁束を発生させたとき、前記円筒部材５５の表面を流れる渦電流の大きさが等しく、さらに、前記円筒部材５５の表面を流れる渦電流によって前記コイル５および前記コイル６より発生する磁束の変化を妨げる方向に生じる磁束の大きさが等しくなるので、両コイル間の逆誘導起電力は等しくなり、Ｖ_３＝Ｖ_４という関係が成立するため、前記（１）式より出力電圧Ｖ_５＝Ｖ_ｒとなる。

次に、右か左に操舵した場合には、トーションバー４２が捩れて入力軸４３と出力軸４４とに相対的な回転が発生するため、センサシャフト部５０の凸部５１と円筒部材５５との重なりが両窓列で異なり、センサシャフト部５０の凸部５１と重なる円筒部材５５を透過する磁束の面積が一方の窓列で大きくなり、他方の窓列では小さくなる。そして、このような両窓列のセンサシャフト部５０の凸部５１と重なる円筒部材５５を透過する磁束の面積の変化によってそこに流れる渦電流の大きさが変化し、コイルから発生する磁束の変化を妨げる方向に発生する磁束の量は一方のコイル側で減少するとともに他方のコイル側で増加し、その結果逆誘導起電力の大きさが一方のコイル側では減少するとともに他方のコイル側では増加して、両コイル５、６間の電圧に相互差が生じる。本最良の形態においてはＬ_ａからの信号は差動増幅器１３の非反転入力端子１５に、Ｌ_ｂからの信号は差動増幅器１３の反転入力端子１６に入力されており、前記差動増幅器１３は前記両入力端子１５，１６にそれぞれ入力された信号を差動増幅する。仮にＬ_ａ側の逆誘導起電力が小さい場合にはＬ_ｂ側の逆誘導起電力が大きくなるためにＬ_ａ側の電圧は大きくなり、Ｌ_ｂ側の電圧は小さくなる。したがって、この場合においてＶ_３−Ｖ_４≠０であるため、上記（１）式において差動増幅器からの出力Ｖ_５はＶ_５＝Ｇ×（Ｖ_３−Ｖ_４）＋Ｖｒ≠Ｖｒの関係となる。そして、一方に操舵した場合と他方に操舵した場合、両窓列のセンサシャフト部５０の凸部５１と円筒部材５５とが重なる面積が相対的な関係を持っているため、一方に操舵した場合にはＶ_５＝Ｇ×（Ｖ_３−Ｖ_４）＋Ｖｒ＞Ｖｒとなり、他方に操舵した場合にはＶ_５＝Ｇ×（Ｖ_３−Ｖ_４）＋Ｖｒ＜Ｖｒとなり、したがって、前記差動増幅器１３の出力Ｖ_５がリファレンス電圧より大きくなるか小さくなるかを認識することで操舵方向を判断できる。そして、前記差動増幅器１３の出力を信号処理部４のＡ／Ｄ端子１８に入力し、前記差動増幅器１３の出力値を変位量として判断する。以上のようなハードウェアとソフトウェアとの構成によって変位測定装置２を構成している。

特開平１１−３７８６５号公報

しかし、上記特許文献１に記載した発明においては、故障のタイプによってはセンサ部からの出力が定常状態になるのを待たなければ（すなわち、図４を例にあげると、（ｂ）に示す応答波形ｇ（ｔ）が定常状態となるｔ＝ｔ３’以降になるのを待たなければ）故障の検出を行うことができない場合があるため、変位量の検出を行った後に何も動作や処理を行わない無駄な時間ができ、変位量を検出して回路の異常を調べるまでの無駄時間のため、サイクルタイムが長くなるという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、即座に回路の異常を検出することを可能とする変位測定装置の故障検出方法および故障判定手段を有する変位測定装置を提供するものである。

本発明による前記課題の解決は、前記固定部材に対する中立点を有するとともにこの中立点から所定の範囲内で可動自在に配設された可動部材と、前記固定部材と前記可動部材との相対的な位置関係によって互いに相補的な電気的特性変化を生ずるように配設された一対のインピーダンス素子とを備え、前記一対のインピーダンス素子を変位測定装置駆動パルスによって駆動し前記変位測定装置駆動パルスによる過渡応答の信号の差分を検出することにより前記可動部材の前記中立点からの変位を測定する変位測定装置において、前記変位測定装置が正常であれば前記過渡応答の信号が特定時間において常にとる特定値としての特異点を監視することで故障を検出する故障判定手段を有することを特徴とする変位測定装置によって達成される。

また、本発明による前記課題の解決は、前記可動部材は印加されるトルクにより周方向の捩れの角度変位を生ずるトーションバーであり、前記トーションバーの少なくとも一方の端部近傍に前記一対のコイルを配設して前記捩れの角度変位を検出することを特徴とする変位測定装置によって効果的に達成される。

さらに、本発明による前記課題の解決は、前記可動部材は前記一対のコイルのうち一方の軸方向大きさと略同一範囲内で軸方向に可動自在であることを特徴とする変位測定装置によっても一層効果的に達成される。

また、本発明による前記課題の解決は、固定部材と、前記固定部材に対する中立点を有するとともにこの中立点から所定の範囲内で可動自在に配設された可動部材と、前記固定部材と前記可動部材との相対的な位置関係によって互いに相補的な電気的特性変化を生ずるように配設された一対のインピーダンス素子とを備え、前記一対のインピーダンス素子を変位測定装置駆動パルスによって駆動し前記変位測定装置駆動パルスによる過渡応答の信号の差分を検出することにより前記可動部材の前記中立点からの変位を測定する変位測定装置の故障検出方法において、前記可動部材を前記中立点から変位させたときに前記変位測定装置が正常であれば前記過渡応答の信号が常に経過する時点としての特異点を監視することで故障を検出することを特徴とする変位測定装置の故障検出方法によって達成される。

本発明によれば、特異点を用いることで定常状態まで待つことなくセンサ回路の故障を検出し、変位測定装置の故障検出に要するサイクルタイムを短縮できるので、変位測定装置のサンプリング数を増やしてトルク値の精度や安定度を向上させることができ、また、電動パワーステアリング装置に代表される変位測定装置を用いた各種機器の誤動作を防止できる。

以下、本発明を実施するための一の最良の形態について図面を参照して説明する。

図３は、図２に示す、故障判定手段１を形成する変位測定装置２の回路図におけるセンサ部９のいずれか一方側のコイルと抵抗との直列回路についての等価回路図である。この等価回路３０においては、抵抗３１と、インダクタンス３２と、抵抗分３３と、インダクタンス３４と、抵抗分３５とが直列に接続され、両端部は開放端を形成する。そして、前記抵抗分３３及び前記インダクタンス３４の接続点と前記抵抗分３５の開放端側との間においては抵抗分３６とインダクタンス３７とによって励磁回路が形成されている。そして、前記等価回路３０において、前記抵抗３１は前記図２の回路図における前記抵抗７または８に、前記インダクタンス３２は前記図２の回路図における前記コイル５または前記コイル６の漏えいインダクタンス分に、前記抵抗分３３は前記図２の回路図における前記コイル５または前記コイル６の直流抵抗分に、前記インダクタンス３４は前記図２の回路図における前記コイル５または前記コイル６の２次側漏えいインダクタンス分に、前記抵抗分３５は前記図２の回路図における渦電流路の等価抵抗に、前記インダクタンス３７は前記図２の回路図における前記コイル５または前記コイル６の励磁インダクタンス分に、前記抵抗分３６は前記図２の回路図における前記コイル５または前記コイル６の鉄損の等価抵抗に、それぞれ相当するものである。

そして、前記等価回路３０の開放端にステップ信号が入力されると、応答波形があらわれる。図４の（ｅ）ないし（ｈ）に示すタイムチャートにおいて、前記等価回路３０に入力される前記ステップ信号とこのステップ信号に対応して現われる応答波形ｇ（ｔ）との関係を示す。この応答波形ｇ（ｔ）の大きさは、前記センサ部９を形成するブリッジ回路の一方側と他方側との不平衡の大きさに比例して変動する。図５に示すのは、さまざまな応答波形ｇ（ｔ）の模式図３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅであり、このうち、正常動作時の各応答波形３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄが交差する点が応答波形の特異点（以下単に「特異点」と称する。）３９である。以下、この特異点３９について説明する。

図２に示す変位測定装置２において前記コイル５，６に電流を流すことにより前記コイル５，６の周囲に磁界が形成され磁束が発生し、その磁束が前記円筒部材５５を透過する。そして、前記円筒部材５５には前記磁束を打ち消す方向に２次電流としての渦電流が流れる。

そして、この構成において前記コイル５，６にステップ電圧を印加すると、このステップ電圧は方形波であるために、印加直後は高周波成分が多く、その後徐々に高周波成分が減って低周波成分が残ることになる。したがって、ステップ電圧を印加した直後は高周波成分が多いため、応答波形ｇ（ｔ）は急峻に変化し、その後高周波成分が減って低周波成分が残ることになるので、応答波形ｇ（ｔ）はなだらかな変化となる。

ここで、前記抵抗３１の値をＲ_Ｓ、前記インダクタンス３２の値をＬ_１、抵抗分３３の値をｒ_１、前記インダクタンス３４の値をＬ_２、前記抵抗分３５の値をｒ_２、抵抗分３６の値をｒ_０、インダクタンス３７の値をＬ_０とし、前記両開放端の間に存在する開放端電圧の値をＶ_Ｓとし、前記抵抗３１及び前記インダクタンス３２の接続点と前記抵抗分３５側の開放端との間存在する電圧の値をＶ_１とする。そして、前記等価回路３０において２次側漏洩インダクタンスを無視するものとして、前記インダクタンス３４を除去して伝達関数を求めると

となる。操向ハンドル４７を操舵すると、センサシャフトと前記円筒部材５５との位相がずれ、窓５８ａ，…５８ａ，５８ｂ，…５８ｂにおいて磁束が透過する窓部の面積と位置とが変化するので、前記円筒部材５５上の渦電流路の等価抵抗分３５が変化する。ここで、ｒ_０＞＞ｒ_２であると仮定すると、ｒ_ｐ≒ｒ_２も同様に変化するといえる。

ゆえに、伝達関数Ｖ_１／Ｖ_Ｓのステップレスポンスをｆ（ｔ）とおくと、このｆ（ｔ）は前記（２）式にＳ領域におけるステップ入力を示す１／ｓを乗じたものを逆ラプラス変換することによって導出され、次式のように表される。

ただし、α、βは分母２次式の根（実根）である。

ここで、操舵によってｒ_ｐが中央値から±εだけ変化すると考える。すなわち一方のコイルにおいては（１＋ε）ｒ_ｐとなるとき、他方は（１−ε）ｒ_ｐとなる。よって、操向ハンドル４７を操舵したときの応答波形をｇ（ｔ）とおくと、この応答波形ｇ（ｔ）は、（１−ε）ｒ_ｐに対応する（α_１，β_１）で決まるｆ_１（ｔ）から（１＋ε）ｒ_ｐに対応する（α_２，β_２）で決まるｆ_２（ｔ）を減算して得られ、したがって前記応答波形ｇ（ｔ）は次式のように表される。

この近似的な応答波形ｇ（ｔ）の模式図は、図５に示す曲線３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄのような形状を呈する。この図５において、横軸方向のパラメータは時間であり、また、縦軸方向のパラメータは信号の大きさであって、前記操向ハンドル４７の操舵によりεの大きさが増大するにつれて曲線の縦軸方向の振幅が大きくなる。そして、前記応答波形ｇ（ｔ）はある特定の時間（図５においてはｔ＝ｔ３）において特定の値（図５においてはｇ（ｔ）＝０）をとり、この特定の値が前記特異点３９を形成する。すなわち、前記特異点３９は、前記変位測定装置２が正常に動作している限りにおいて、応答波形の振幅の大きさに関係なく常にステップ電圧の印加時（図５においてはｔ＝ｔ１）から一定時間経過後の特定時間（図５においてはｔ＝ｔ３）にあらわれ、動作正常時においては常に同一の値（図５においてはｇ（ｔ）＝０）をとる。

一方、図６に示す変位測定装置２に何らかの故障が生じた場合、たとえばコイルがハンダ付け不良などの原因により抵抗値が増大した場合、図２に示す回路において、センサ部９を流れる電流が正常時と異なる場合や、センサ部９の平衡が崩れる場合がある。これにより、前記ブリッジ駆動部１１にステップ電圧を印加して前記センサ部９に電流を流しても、前記センサ部９からの出力電圧が正常値とは異なる値を示すため、前記応答波形ｇ（ｔ）は前記特異点３９を通過しなくなる。

したがって、前記特異点３９において前記応答波形ｇ（ｔ）の信号をサンプリングし、正常時の前記応答波形ｇ（ｔ）の特異点３９の値と比較することにより、変位測定装置２の故障を検出することが可能になる。

ゆえに、図４（ｈ）に示すように、前記変位測定装置２の駆動電圧に対応して前記差動増幅器１３から出力される出力波形ｇ（ｔ）に対し、特異点における前記出力波形ｇ（ｔ）の大きさをサンプリングすることによって、前記変位測定装置２の故障を検出することが可能になる。

なお、図４および図５には、特異点３９の値すなわち応答波形ｇ（ｔ３）の値が定常状態の応答波形ｇ（ｔ）＝０の値と同様にｇ（ｔ３）＝０である場合を模式図に示したが、前記特異点３９の値は定常状態時の前記応答波形ｇ（ｔ）＝０の値と必ずしも一致する必要はなく、たとえばｇ（ｔ３）＝Ｋ（ただしＫ≠０）という応答波形であってもよく、この場合には、どのような応答波形ｇ（ｔ）であっても動作正常時にはｇ（ｔ３）＝Ｋという特異点を通過するので、上述の特異点を用いた前記変位測定装置２の故障の検出は可能である。

以下に本発明の最良の形態における故障判定手段の一の実施例について、図面を参照して説明する。

この一の実施例において、故障判定手段１は図６ないし図１０に示す変位測定装置２のハードウェア構成と兼用している。そして、この故障判定手段１の回路図は図２に示す変位測定装置２の回路図と同一である。そして、この故障判定手段１においては、センサ部９からの応答波形ｇ（ｔ）が特異点３９を通過するか否かをソフトウェア的に判断することで前記変位測定装置２の故障を検出する。

図１に示すのは、この一実施例に示す故障判定手段１において故障検出の手順を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに基づいて本実施例に係る故障判定手段の動作と作用を説明する。なお、この説明における時間ｔの値は図４に示す時間ｔの値に一致するものとする。

まず、変位測定装置駆動パルスをハイレベルにするとセンサがスタートし（ステップＳ１）、タイマを駆動する。この瞬間がｔ＝ｔ１にあたり、前記変位測定装置駆動パルスによってトランジスタ１０が駆動し、ブリッジ部に電流が流れる。

次に、前記タイマのカウントがｔ＝ｔ２の直前からｔ＝ｔ２の時点まで変位量サンプリング信号出力をハイレベルにして変位量をサンプリングしコントローラのＡ／Ｄ部に取り込み、コントローラの記憶部（図示せず）に記憶する（ステップＳ２）。

次に、前記タイマのカウントがｔ＝ｔ３の直前からｔ＝ｔ３の時点まで特異点サンプリング信号出力を１にして応答波形ｇ（ｔ３）の値をサンプリングしコントローラのＡ／Ｄ部に取り込み、コントローラの記憶部（図示せず）に記憶する（ステップＳ３）。

次に、前記ステップＳ３において前記コントローラのＡ／Ｄ部に取り込んだ前記応答波形ｇ（ｔ３）が特異点３９と一致するかどうかを確認する（ステップＳ４）。この一実施例においては、ｔ＝ｔ３のときのｇ（ｔ３）の値すなわち信号値０の地点が特異点３９である。そして、前記応答波形ｇ（ｔ３）が前記特異点３９に一致することが確認された場合にはトルク値を出力するとともに正常フラグを立てる（ステップＳ５）。一方、前記ステップＳ４において前記応答波形ｇ（ｔ３）が前記特異点３９に一致しないことが確認された場合には、異常フラグを立てる（ステップＳ６）。

次に、前記ステップＳ５または前記ステップＳ６を経たのち、前記タイマのカウントがｔ＝ｔ４の時点において前記変位測定装置駆動パルスをローレベルにし（ステップＳ７）、センシングを終了する（ステップＳ８）。なお、前記ステップＳ３にて検出された変位量は前記変位量出力端子２１から出力され、前記ステップＳ４において前記応答波形ｇ(ｔ３)が特異点３９を通過しない場合には、Ｅｒｒｏｒ信号が前記Ｅｒｒｏｒ信号出力端子２０から出力される。

このように、応答波形ｇ（ｔ）における正常時の特異点を外れているかどうかを確認することにより、センシング開始から故障検出までに要する時間は、従来の故障検出方法に要する時間の数分の一に短縮される。そして、図４に示すとおり、本発明の故障検出の１サイクル（ｔ＝ｔ１からｔ＝ｔ５までの区間）は、従来の故障検出の１サイクル（ｔ＝ｔ１からｔ＝ｔ５’までの区間）よりも大幅に短縮される。

なお、上記一実施例においては、故障判定手段１を適用した変位測定装置２を車両用の電動パワーステアリング装置に用いた場合について説明したが、本発明を用いる対象はこれに限定されるものではない。

次に、本発明の最良の形態における故障判定手段の他の実施例について、図面を参照して説明する。

他の実施例においては、たとえば直動装置などの直動変位を検出する場合のように、コイルの軸方向に沿った直線変位を測定する変位測定装置に故障判定手段１を適用する。この場合の変位測定装置は変位量検出部と信号処理部（図示せず）からなり、図１１に示すのは、前記本発明に係る故障判定手段１を適用する変位測定装置としての直動装置等の変位量検出部７２である。この変位量検出部７２は、磁性体によって形成されて図２のセンサシャフト５０の軸方向の凸部５１のかわりに、少なくとも２列の円周方向の凸部７４を備えた軸部７３を用い、非磁性導電性部材を用いて形成され円周方向の前記凸部７４に対向する位置に少なくとも２列にわたって窓５８ａ，…，５８ａ，５８ｂ，…５８ｂを設けた円筒部材５５を設けるとともに、前記出力軸３３３の軸方向の移動によって前記凸部７４と前記窓５８ａ，…５８ａ，５８ｂ，…，５８ｂとの対向状態が相補的に変化するように構成する。

そして、前記他の実施例において、変位測定装置を形成する信号処理部（図示せず）は前記一の実施例に適用する信号処理部４と同一であり、前記故障判定手段１の回路図は図２に示す変位測定装置２の回路図と同一である。そして、前記他の実施例においても故障判定手段１は、応答波形ｇ（ｔ）が特異点３９を通過するか否かによって故障を検出する。そして、近似的な応答波形ｇ（ｔ）は図４に示す曲線形状となる。

そして、前記他の実施例における故障検出の手順は、図１に示すフローチャートと同じであり、前記他の実施例の作用も前記一の実施例と同じである。

なお、上記一実施例および他実施例においては、故障判定手段はソフトウェア的に構成したが、これに限定されるものではなく、ハードウェアの構成によって実現することもできる。

また、前記一の実施例と前記他の実施例においては、前記故障判定手段１は前記変位測定装置２は前記変位量検出部３と前記信号処理部４とからなる構成としたが、これに限定されるものではなく、前記故障判定手段１のうち前記信号処理部４を図６に示すコントロールユニット６２の構成に内包するものとしてもよい。

本発明の一実施例における故障判定手段のフローチャートである。同上故障判定手段の回路図である。同上故障判定手段の回路図におけるセンサ部のいずれか一方側のコイルと抵抗との直列回路についての等価回路図である。同上故障判定手段の動作タイミングを示すタイムチャートである。同上故障判定手段の応答波形を示す模式図である。同上故障判定手段を適用した電動パワ−ステアリング装置のコントロ−ルユニットの一例を示すブロック図である。同上故障判定手段を適用した電動パワーステアリング装置の円筒部材及びその周囲の斜視図である。同上故障判定手段を適用した電動パワーステアリング装置の変位測定装置および減速ギアの構成を示す縦断正面図である。同上故障判定手段を適用した電動パワーステアリング装置のＡ−Ａ線における円筒部材及び出力軸の断面図である。同上故障判定手段を適用した電動パワーステアリング装置のＢ−Ｂ線における円筒部材及び出力軸の断面図である。本発明の他実施例における故障判定手段を適用した変位測定装置としての直動装置等の変位量検出部の断面図である。

符号の説明

１故障判定手段
２変位測定装置
５コイル
６コイル
３９特異点
５０可動部材としてのセンサシャフト部
５５固定部材としての円筒部材

Claims

固定部材と、
前記固定部材に対する中立点を有するとともにこの中立点から所定の範囲内で可動自在に配設された可動部材と、
前記固定部材と前記可動部材との相対的な位置関係によって互いに相補的な電気的特性変化を生ずるように配設された一対のインピーダンス素子と
を備え、
前記一対のインピーダンス素子を変位測定装置駆動パルスによって駆動し前記変位測定装置駆動パルスによる過渡応答の信号の差分を検出することにより前記可動部材の前記中立点からの変位を測定する変位測定装置において、
前記変位測定装置が正常であれば前記過渡応答の信号が特定時間において常にとる特定値としての特異点を監視することで故障を検出する故障判定手段を有する
ことを特徴とする変位測定装置。
前記一対のインピーダンス素子はリング状に形成しそれぞれ対向して配設した一対のコイルであり、
前記可動部材は一対のコイルをそれぞれ嵌挿する略円柱状の磁性体部材を有し、
前記磁性体部材と前記一対のコイルとの間に略円筒形で非磁性導電性の円筒部材を配設する
ことを特徴とする請求項１記載の変位測定装置。
前記可動部材は印加されるトルクにより周方向の捩れの角度変位を生ずるトーションバーであり、前記トーションバーの少なくとも一方の端部近傍に前記一対のコイルを配設して前記捩れの角度変位を検出する
ことを特徴とする請求項２記載の変位測定装置。
前記可動部材は前記一対のコイルのうち一方の軸方向大きさと略同一範囲内で軸方向に可動自在である
ことを特徴とする請求項２記載の変位測定装置。
固定部材と、前記固定部材に対する中立点を有するとともにこの中立点から所定の範囲内で可動自在に配設された可動部材と、前記固定部材と前記可動部材との相対的な位置関係によって互いに相補的な電気的特性変化を生ずるように配設された一対のインピーダンス素子とを備え、前記一対のインピーダンス素子を変位測定装置駆動パルスによって駆動し前記変位測定装置駆動パルスによる過渡応答の信号の差分を検出することにより前記可動部材の前記中立点からの変位を測定する変位測定装置の故障検出方法において、前記可動部材を前記中立点から変位させたときに前記変位測定装置が正常であれば前記過渡応答の信号が常に経過する時点としての特異点を監視することで故障を検出することを特徴とする変位測定装置の故障検出方法。