JP2006267045A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出コイルや抵抗体とプリント配線基板との間の接触不良や回路異常を監視して信頼性を高めると共に、異常発生後もトルクを正しく検出してアシストを継続できるようにしたトルクセンサを提供する。
【解決手段】回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する２対の検出コイルと、前記２対の検出コイルのそれぞれに直列接続された抵抗体とで成る２つのブリッジ回路にそれぞれ交流信号を印加し、前記各ブリッジ回路の差分信号に基づいて前記トルクを検出するトルクセンサにおいて、前記ブリッジ回路のそれぞれに前記差分信号を検出してメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号を出力する信号処理部と、前記２つのブリッジ回路の異常を監視する監視部とを２系統設ける。
【選択図】 図５

Description

本発明は、回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサに関し、特に発生するトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する１対若しくは２対の検出コイルを備えたトルクセンサにおいて、検出コイルとその他の回路要素との接続部の接触不良や回路異常によるトルクの誤検出を防止する信頼性を高めたトルクセンサに関する。

非接触型のトルクセンサとしては特開平１０−３８７１５号公報（特許文献１）に開示されたものがあり、このトルクセンサは、トルクに比例したトーションバーの捩れを検出コイルのインダクタンスの変化に変換し、インダクタンスの変化を１対の検出コイル及び抵抗体で構成するブリッジ回路で検出するものである。即ち、１対の検出コイル及び抵抗体で構成する第１のアーム及び第２のアームを備えたブリッジ回路に交流電圧を供給し、第１のアームの検出コイル及び抵抗体の接続部に表れる出力電圧と、第２のアームの検出コイル及び抵抗体の接続部に表れる出力電圧との差分の電圧を差動増幅器で検出し、トルク信号を得るように構成されている。

しかしながら、上記特許文献１に記載のトルクセンサは、プリント配線基板の上に１対の検出コイル及び抵抗体がブリッジ回路を構成するように接続されている。検出コイルとプリント配線基板とはハンダ付けなどで接続されるが、ハンダ付け不良など接続が確実になされていないと、検出コイルや抵抗体とプリント配線基板との間に接触抵抗が生じ、不正確なトルク信号が出力されてしまうという不都合がある。

かかる不都合を解決するものとして、特開２００１−９１３７８（特許文献２）に示されるトルクセンサがある。特許文献２に記載のトルクセンサは、回転軸に生じたトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する１対の検出コイルのそれぞれと、１対の抵抗体のそれぞれを個別に直列接続したブリッジ回路に交流電圧を印加し、１対の検出コイルの端子部に表れる交流電圧の差分電圧に基づいてトルクを検出するトルクセンサであり、印加した交流電圧の波形と、１対の検出コイルの端子部に表れる交流電圧の差分の波形との位相差を検出し、位相差が所定の値を越えたときに検出コイル抵抗が異常であると判定する監視回路を設けている。
特開平１０−３８７１５号公報 特開２００１−９１３７８

上記特許文献２に記載のトルクセンサは、位相差が所定値を越えたときに検出コイル抵抗が異常であると判定しており、電動パワーステアリング装置ではトルクセンサの異常が判定されると操舵アシストを停止するようにしている。

そして、従来の電動パワーステアリング装置は軽自動車などの小型車が主流であり、特許文献２のようにトルクセンサの異常を確実に検出し、異常が検出されたときには電動パワーステアリング装置を停止させることが要求されていた。

しかしながら、近年の電動パワーステアリング装置搭載車両は大型化して来ており、トルクセンに異常が生じても直ちにアシストを停止するのではなく、操舵が困難にならないようにできるだけ操舵アシストを継続することが求められている。特許文献２のトルクセンサではかかる要求を満たすことができない。

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、検出コイルや抵抗体とプリント配線基板との間の接触不良や回路異常を監視して信頼性を高めると共に、異常発生後もトルクを正しく検出してアシストを継続できるようにしたトルクセンサを提供することにある。

本発明は、回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する２対の検出コイルと、前記２対の検出コイルのそれぞれに直列接続された抵抗体とで成る２つのブリッジ回路にそれぞれ交流信号を印加し、前記各ブリッジ回路の差分信号に基づいて前記トルクを検出するトルクセンサに関し、本発明の上記目的は、前記ブリッジ回路のそれぞれに前記差分信号を検出してメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号を出力する信号処理部と、前記２つのブリッジ回路の異常を監視する監視部とを２系統設けることにより達成される。

本発明の上記目的は、前記監視部が前記交流信号及び差分信号に基づいて前記異常を検出することにより、或いは前記監視部で異常が検出されたときに、当該系統の前記サブ検出トルク信号の出力を遮断することにより、或いは前記２対の検出コイルの間に非磁性体の遮蔽部材を配設することにより、或いは前記２系統の各信号処理部が、メイン及びサブの増幅・全波整流部及び平滑・中立調整部で成っていることにより、より効果的に達成される。

また、本発明は、回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する１対の検出コイルと、前記検出コイルのそれぞれに直列接続された抵抗体とで成るブリッジ回路に交流信号を印加し、前記各ブリッジ回路の差分信号に基づいて前記トルクを検出するトルクセンサに関し、本発明の上記目的は、前記ブリッジ回路の前記差分信号を検出してメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号を出力する第１及び第２の信号処理部と、前記ブリッジ回路の異常を監視する第１及び第２の監視部とを設けることにより達成される。

本発明の上記目的は、前記第１及び第２の監視部が前記交流信号及び差分信号に基づいて前記異常を検出することにより、或いは前記第１及び第２の監視部で異常が検出されたときに、当該系統の前記サブ検出トルク信号の出力を遮断することにより、或いは前記第１及び第２の信号処理部がそれぞれメイン及びサブの増幅・全波整流部及び平滑・中立調整部で成っていることにより、より効果的に達成される。

本発明のトルクセンサによれば、トルク検出系が２系統の冗長系になっているため、一方のトルク検出系が異常となっても、他のトルク検出系を利用して操舵アシストを継続することができ、信頼性を高めることができる。

また、本発明のトルクセンサによれば、回転軸に生じたトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する２対又は１対の検出コイルのそれぞれと直列接続された２対又は１対の抵抗体で２つ又は１つのブリッジ回路を構成し、２つ又は１つのブリッジ回路に交流信号を印加し、ブリッジ回路の差分信号に基づいて２系統でトルクを検出するようになっており、トルクを検出する検出コイルと他の回路要素との接触部の接触不良や回路系の異常を、ブリッジ回路からの差分信号と交流信号（基準信号）に対する位相差で検出するものであるから、簡単な構成で検出コイルと他の回路要素との接触不良や回路異常を検出することができ、信頼性の高いトルクセンサを提供することができる。

図１は本発明のトルクセンサの斜視図であり、図２は本発明のトルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置の主要部の断面図である。入力軸側及び出力軸側に２分割された構造になっているハウジング５ａ及び５ｂの内部には入力軸１が配され、円筒状の入力軸１の内部に配置されたトーションバー３と、トーションバー３を介して入力軸１に連結された出力軸２とが軸受６ａ，６ｂ及び６ｃによって回転自在に支持されている。入力軸１、トーションバー３及び出力軸２は同軸に配置されており、入力軸１とトーションバー３とは例えばピン結合され、トーションバー３と出力軸２は例えばスプライン結合されている。図２において、入力軸１の左端側にはステアリングホイール（図示せず）が一体的に取り付けられ、出力軸２にはピニオン軸２ａが一体的に形成されており、ピニオン軸２ａはラック４と噛合して公知のラックアンドピニオン式ステアリング機構を構成している。また、出力軸２には、これと同軸で且つ一体に回転するウォームホイール７が固着されており、モータ（図示せず）で駆動されるウォーム８と噛合している。

モータの回転力は、ウォーム８及びウォームホイール７を介して出力軸２に伝達され、モータの回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸２に任意の方向の操舵アシストが付与される。

トルクセンサは図２に示す入力軸１の右端外側に同軸に配設されており、トルクセンサのトルク検出部は図１に詳細を示すように、入力軸１の右端側に形成されたセンサシャフト部１１と、ハウジング５ａの内側に配置された２対の検出コイル１３１，１４１及び検出コイル１３２、１４２と、両者の間に配置された円筒部材１２とで構成される。また、検出コイル１３１及び１４１と検出コイル１３２及び１４２との間は、非磁性体の遮蔽部材１５３で磁気的に遮蔽されており、相互に磁気的な影響を受けないようになっている。

入力軸１の右端に近い外側には磁性材料で構成されたセンサシャフト部１１が形成されており、センサシャフト部１１の表面には、軸方向に延びた複数（図示では９個）の凸条１１ａが円周方向に沿って等間隔に形成されており、凸条１１ａの間には凸条１１ａの幅ｔ１
よりも幅広の溝部１１ｂが形成されている。

また、センサシャフト部１１の外側には、センサシャフト部１１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１２がセンサシャフト部１１と同軸に配置されており、円筒部材１２の延長部１２ｅは出力軸２の端部２ｅの外側に固定されている。円筒部材１２には、センサシャフト部１１の表面の凸条１１ａ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（本例では１列につき９個）の長方形の窓１２ａで成る第１の窓列（２列）と、第１の窓列からそれぞれ軸方向にずれた位置に窓１２ａと同一形状で、円周方向の位相が異なる複数個（本例では１列につき９個）の長方形の窓１２ｂで成る第２の窓列（２列）とが設けられている。

円筒部材１２の外周は、同一規格の検出コイル１３１、１４１及び１３２、１４２が巻回されたヨーク１５１及び１５２で包囲されている。即ち、検出コイル１３１，１４１及び１３２、１４２は円筒部材１２と同軸に配置され、検出コイル１３１及び１３２は窓１２ａで成る第１の窓列部分を包囲し、検出コイル１４１及び１４２は窓１２ｂで成る第２の窓列部分を包囲する。ヨーク１５１及び１５２はハウジング５ａの内部に固定され、検出コイル１３１，１４１及び１３２、１４２の出力線はハウジング５ａの内部に配置された回路基板２００に接続されている。回路基板２００には、後述するトルク検出回路が装着されている。

図３（Ａ）及び（Ｂ）はセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと円筒部材１２の窓１２ａ，１２ｂの配置を説明するための図であり、図３（Ａ）は、基準位置（トーションバー３が捩れていない状態）におけるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと円筒部材１２の窓１２ａとの位置関係を示し、図３（Ｂ）は基準位置（トーションバー３が捩れていない状態）におけるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと円筒部材１２の窓１２ｂとの位置関係を示す図である。本実施例では、窓１２ａ及び１２ｂがそれぞれ９個設けられているから、窓１２ａ及び１２ｂはそれぞれ円周方向に角度θ＝３６０／Ｎ度（図３の例では角度θ＝３６０／９＝４０度）ずつズレていることになる。

窓１２ａ、１２ｂの角度ａは窓１２ａ、１２ｂのない部分の角度ｂよりも小さく設定（ａ＜ｂ）され、凸条１１ａの角度ｃは溝部１１ｂの角度ｄよりも小さく設定（ｃ＜ｄ）される。これは、検出コイルのインピーダンスの変化を急峻にするためである。

図３から明らかなように、トーションバー３が捩れていない状態、即ち操舵トルクが０の状態では、窓１２ａの円周方向の中央部に凸条１１ａの円周方向の一方の端部が位置し、窓１２ｂの円周方向の中央部に凸条１１ａの円周方向の他方の端部が位置するように、窓１２ａ及び１２ｂの円周方向の幅と凸条１１ａの幅、及び窓１２ａ及び１２ｂとの円周方向の相対位置関係が設定される。即ち、凸条１１ａに対する窓１２ａ及び１２ｂの円周方向の位置関係は互いに逆になっている。

操舵系が直進状態にあって操舵トルクが０である場合はトーションバー３には捩れが発生せず、入力軸１と出力軸２とは相対回転しない。従って、入力軸１側にあるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと、出力軸２の側にある円筒部材１２との間にも相対回転が生じない。

一方、ステアリングホイールを操作して入力軸１に回転力が加わると、その回転力はトーションバー３を経て出力軸２に伝達される。このとき、出力軸２には舵輪と路面との間の摩擦力や出力軸２に結合されているステアリング機構の摩擦力が作用するので、入力軸１と出力軸２との間を結合するトーションバーに捩れが発生し、入力軸１の側にあるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと出力軸２の側にある円筒部材１２との間に相対回転が生ずる。

なお、円筒部材１２に窓がない場合は、円筒部材１２は導電性で且つ非磁性材で構成されているから、検出コイル１３１、１４１及び１３２、１４２に交流電流を流して交番磁界を発生させると、円筒部材１２の外周面にコイル電流と反対方向の渦電流が発生する。この渦電流による磁界とコイル電流による磁界とを重畳すると、円筒部材１２の内側の磁界は相殺される。

円筒部材１２に窓が形成されている場合は、円筒部材１２の外周面に発生した渦電流は、窓１２ａ及び１２ｂによって外周面を周回できないため、窓１２ａ及び１２ｂの端面に沿って円筒部材１２の内周面側に回り込み、内周面をコイル電流と同方向に流れ、また隣の窓１２ａ及び１２ｂの端面に沿って外周面側に戻り、ループを形成する。つまり、検出コイル内側に渦電流のループを、円周方向に周期的に配置した状態が発生する。コイル電流による磁界と渦電流による磁界とは重畳され、円筒部材１２の内外には、円周方向に周期的に強弱変化する磁界と、中心に向かうほど小さくなる半径方向に勾配を持った磁界が形成される。円周方向の周期的な磁界の強弱は、隣り合う渦電流の影響を受ける窓１２ａ及び１２ｂの中心で強く、そこからずれるに従い弱くなる。

円筒部材１２の内側には、磁性材料で成るセンサシャフト部１１が同軸に配置されており、その凸条１１ａは窓１２ａ及び１２ｂと同じ周期で配置されている。磁界中に置かれた磁性体は磁化して磁束を生ずるが、磁束の量は飽和するまでは磁界の強さに応じて大きくなる。このため、円筒部材１２により円周方向の周期的な磁界の強弱と、中心に向かうほど小さくなる半径方向に勾配を持った磁界とにより、センサシャフト部１１に発生する磁束は、円筒部材１２とセンサシャフト部１１との相対的な位相により増減する。磁束が最大となる位相は、円筒部材１２の窓１２ａ及び１２ｂの中心とセンサシャフト部１１の凸条１１ａの中心とが一致した状態で、磁束の増減に応じて検出コイル１３１、１４１及び１３２、１４２のインダクタンスも増減してほぼ正弦波状に変化する。

トルクが作用しない状態では、インダクタンスが最大となる位相に対して、センサシャフト部１１の凸条１１ａの中心は、凸条１１ａの中心角ｃの１／２だけずれた位置に設定されているので、トルクが作用してトーションバー３が捩れ、センサシャフト部１１と円筒部材１２との間に位相差が生じると、２対の検出コイル１３１、１４１及び１３２、１４２のインダクタンスは、一方が増加し他方が減少する。

図４はトルクＴと検出コイル１３１、１４１（又は１３２、１４２）のインダクタンスの変化例を示す特性図であり、右操舵トルク発生時は、図３（Ａ）及び（Ｂ）において円筒部材１２が時計方向に回転するから、トルクが増大するに従って検出コイル１３１のインダクタンスＬ１３は増加し、検出コイル１４１のインダクタンスＬ１４は減少する。また、左操舵トルク発生時は、図３（Ａ）及び（Ｂ）において円筒部材１２が反時計方向に回転するから、トルクが増大するに従って検出コイル１３１のインダクタンスＬ１３は減少し、検出コイル１４１のインダクタンスＬ１４は増加する。

図４のインダクタンスＬ１３，Ｌ１４の特性は比例して出力される電圧にそのまま置き換えることができ、インダクタンスＬ１３，Ｌ１４の特性を電圧に置き換えると、メイン検出トルク信号、サブ検出トルク信号と操舵トルクＴの関係になり、メイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号の交点である中立電圧が本例では２．５Ｖとなるように調整されている。この電圧クロス特性からメイン検出トルク信号とサブ検出トルク信号の合計値は２．５＋２．５＝５．０Ｖとなる。

図５は回路基板２００に装着されるトルク検出回路のブロック図であり、本発明では検出コイル１３１，１４１についての系統（以下、「第１系統」とする）と、検出コイル１３２，１４２についての系統（以下、「第２系統」とする）の２系統で構成されている。第１系統と第２系統は同一構成であり、所定周波数の交流信号を出力する発振部２０１と、ノイズフィルタ２０２と、コネクタ２０３とが共通になっている。トルク検出回路はコネクタ２０３を介して制御装置（図示せず）に接続され、制御装置からは各回路要素に電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖｒｅｆ
がノイズフィルタ２０２を経て供給され、検出されたメイン検出トルク信号Ｔｍ１、Ｔｍ２及びサブ検出トルク信号Ｔｓ１、Ｔｓ２がそれぞれ制御装置に出力される。制御装置は入力されたメイン検出トルク信号Ｔｍ１（若しくはＴｍ２）等に基づいて、アシスト制御のためのモータ電流指令値を演算する。

トルクを検出する第１系統のブリッジ回路２１０は、検出コイル１３１と抵抗Ｒ１１とが直列に接続された第１アームと、検出コイル１４１と抵抗Ｒ２１とが直列に接続された第２アームとで構成され、第２系統のブリッジ回路２２０も同様に、検出コイル１３２と抵抗Ｒ１２とが直列に接続された第１アームと、検出コイル１４２と抵抗Ｒ２２とが直列に接続された第２アームとで構成されている。発振部２０１は所定周波数の交流信号を出力し、出力された交流信号は電流増幅部２１１で増幅され、増幅された交流電圧Ｖ_ＯＳＣ１
がブリッジ回路２１０の第１アーム及び第２のアームに供給され、同様に発振部２０１からの交流信号は電流増幅部２２１で増幅され、増幅された交流電圧Ｖ_ＯＳＣ２
がブリッジ回路２２０の第１アーム及び第２のアームに供給される。なお、トルクが作用しない状態では検出コイル１３１及び１４１の両端に表れる電圧、検出コイル１３２及び１４２の両端に表れる電圧がそれぞれ等しくなるように、つまり差分電圧が０となるように予め抵抗Ｒ１１、Ｒ２１及びＲ２１、Ｒ２２の値を調整しておく。

なお、本例では第１系統及び第２系統に共通の発振部２０１を設けているが、同期をとって第１系統及び第２系統のそれぞれに設けるようにしても良い。

第１系統の検出コイル１３１及び１４１の両端に表れる電圧信号は、メイン増幅・全波整流部２１２において両検出コイルの差分の信号に変換されて増幅されると共に整流され、更にメイン平滑・中立調整部２１４で出力波形が調整された後、ノイズフィルタ２０２及びコネクタ２０３を経てメイン検出トルク信号Ｔｍ１として出力される。更に、検出コイル１３１及び１４１の両端に表れる電圧信号は、サブ増幅・全波整流部２１３において両検出コイルの差分の信号Ｖｄｅｆ
に変換されて増幅されると共に整流され、サブ平滑・中立調整部２１５で出力波形が調整された後、ノイズフィルタ２０２及びコネクタ２０３を経てサブ検出トルク信号Ｔｓ１として出力される。

同様に、第２系統の検出コイル１３２及び１４２の両端に表れる電圧は、メイン増幅・全波整流部２２２において両検出コイルの差分信号に変換されて増幅されると共に整流され、更にメイン平滑・中立調整部２２４で出力波形が調整された後、ノイズフィルタ２０２及びコネクタ２０３を経てメイン検出トルク信号Ｔｍ２として出力される。更に、検出コイル１３２及び１４２の両端に表れる電圧は、サブ増幅・全波整流部２２３において両検出コイルの差分信号Ｖｄｅｆ
に変換されて増幅されると共に整流され、サブ平滑・中立調整部２２５で出力波形が調整された後、ノイズフィルタ２０２及びコネクタ２０３を経てサブ検出トルク信号Ｔｓ２として出力される。

トルク検出回路を第１系統及び第２系統の冗長系としてメイン及びサブの検出トルク信号を出力するようにしているのは、制御装置においてこれ等の２組の検出トルク信号を比較することで、検出コイルの断線や短絡、回路要素の故障等を検出するためである。また、第１系統及び第２系統の２系統としているのは、一方のトルク検出系が異常となっても、他のトルク検出系を利用して操舵アシストを継続して信頼性を高めるためである。

また、トルク検出回路の第１系統には監視部２１６が、第２系統には監視部２２６がそれぞれ設けられており、監視部２１６は特許文献２に記載のように、検出コイル１３１又は１４１と抵抗Ｒ１１又はＲ２１との接触不良等をブリッジ回路の差分電圧の変化で検出すると共に、基準電圧に対する位相ずれに基づいて回路系の異常を検出し、異常を検出したときには異常信号ＡＢ１を出力する。また、監視部２２６は、検出コイル１３２又は１４２と抵抗Ｒ１２又はＲ２１との接触不良等をブリッジ回路の差分電圧の変化で検出すると共に、基準電圧に対する位相ずれに基づいて回路系の異常を検出し、異常を検出したときに異常信号ＡＢ２を出力する。即ち、監視部２１６、２２６は印加した交流信号の波形と、ブリッジ回路の差分電圧の波形との位相差を検出し、位相差が所定値を超えたときに検出コイル、抵抗若しくは回路が異常であると判定して異常信号ＡＢ１，ＡＢ２を出力する。監視部２１６、２２６で異常が検出された場合、異常信号ＡＢ１，ＡＢ２によってサブ検出トルク信号Ｔｓ１，Ｔｓ２は０Ｖに急変されるため、メイン検出トルク信号との図４に示すクロス特性のバランスが崩れて制御装置が故障を検出できる。このため、制御装置でモータ駆動に使用しているメイン側のメイン平滑・中立調整部２１４、２２５には、異常信号ＡＢ１，ＡＢ２は入力されていない。制御装置は故障を判定すると、正常な過去トルク値を使用してモータを駆動してアシスト漸減を行い、安全にアシストを停止させるフェールセーフモードに移行する。

正常時には検出コイル１３１又は１４１（或いは検出コイル１３２又は１４２）と抵抗Ｒ１１又はＲ２１（或いは抵抗Ｒ２１又はＲ２２）との間で接触不良が発生していないから、検出コイル１３１及び１４１（或いは検出コイル１３２及び１４２）の両端に現われる電圧は等しく差分電圧は０で、位相のずれもない。そして、接触不良等の異常が発生すると、上記電圧のバランスが崩れて異常差分電圧を発生すると共に、基準信号からの位相のずれを生じるので、これによって異常発生を監視することができる。

このような構成において、正常時はブリッジ回路２１０で検出されて処理されたメイン検出トルク信号Ｔｍ１及びサブ検出トルク信号Ｔｓ１が制御装置に入力されると共に、ブリッジ回路２２０で検出されて処理されたメイン検出トルク信号Ｔｍ２及びサブ検出トルク信号Ｔｓ２が制御装置に入力される。制御装置は、入力されたメイン検出トルク信号Ｔｍ１、Ｔｍ２及びサブ検出トルク信号Ｔｓ１、Ｔｓ２を相互に監視し、故障がない状態では第１系統のメイン検出トルク信号Ｔｍ１を使用し、車速等と共にモータ電流指令値の演算に利用される。

制御装置では、入力されたメイン検出トルク信号Ｔｍ１、Ｔｍ２及びサブ検出トルク信号Ｔｓ１、Ｔｓ２に基づいて信号監視を行っている。即ち、メイン検出トルク信号Ｔｍ１及びＴｍ２が所定値（例えば０．３Ｖ）以下か否かで断線や地絡を検出し、所定値（例えば４．７Ｖ）以上か否かで天絡を検出する。また、サブ検出トルク信号Ｔｓ１及びＴｓ２が所定値（例えば０．３Ｖ）以下か否かで断線や地絡を検出すると共に、検出回路の自己診断を行い、所定値（例えば４．７Ｖ）以上か否かで天絡を検出する。更に、メイン検出トルク信号Ｔｍ１、Ｔｍ２とサブ検出トルク信号Ｔｓ１、Ｔｓ２の各加算値が所定値以上（例えば５．３Ｖ）以上若しくは所定値（例えば４．７Ｖ）以下か否かで、図４に示すクロス特性から外れる異常を検出する。

そして、制御装置は上記判定によって異常がない正常状態では、メイン検出トルク信号Ｔｍ１を用いてモータ駆動を行う。サブ検出トルク信号Ｔｓ１、Ｔｓ２は検出回路の異常監視に利用されるのみで、モータ駆動には利用されない。上記判定にて第１系統の異常が判定された場合には、第１系統のメイン検出トルク信号Ｔｍ１に代えて第２系統のメイン検出トルク信号Ｔｍ２を用いてモータ駆動を行う。更に、第１系統、第２系統双方の異常が判定された場合には、正常な過去トルク値を使用してモータを駆動してアシスト漸減を行い、安全にアシストを停止させるフェールセーフモードに移行する。

ここにおいて、ブリッジ回路２１０又は２２０に異常が発生すると、その異常が監視部２１６又は２２６で検出されて異常信号ＡＢ１又はＡＢ２が出力される。本例では、例えばブリッジ回路２１０が接触不良を生じたとすると、これが監視回路２１６で検出されて異常信号ＡＢ１がサブ平滑・中立調整部２１５に入力される。異常信号ＡＢ１がサブ平滑・中立調整部２１５に入力されると、サブ平滑・中立調整部２１５は出力を例えば、トランジスタをＯＦＦする等の方法で遮断する。これにより、以後、制御装置にはサブ平滑・中立調整部２１５からのサブ検出トルク信号Ｔｓ１は入力されない。制御装置は、メイン検出トルク信号Ｔｍ１に基づいてモータ電流指令値の演算を行い、モータを制御するが、制御回路で第１系統の故障が検出された場合には、第２系統のメイン検出トルク信号Ｔｍ２を使用してモータを駆動制御する。従って、一方のトルク検出系が異常になっても、他方の検出系で操舵アシストを継続することができる。即ち、ブリッジ回路２１０，２２０等が異常になり、監視部２１６、２２６で異常が検出された場合、サブトルクセンサ（サブ側）からは０Ｖが出力されるが、メイン検出トルク信号は不定となる。メイン検出トルク信号は不定であるが、異常検出後すぐに正常なメイン検出トルク信号に切替えるため、異常なトルク値でモータを駆動することはない。

また、第１系統及び第２系統の双方が異常の場合には、正常な過去トルク値を使用してアシスト漸減を行い、安全にアシストを停止させるフェールセーフモードに移行するようになっている。

上述の実施例では検出コイルを２対としているが、１対の検出コイルでも同様な検出が可能である。図６はその構造例を、図１に対応させて示している。

本実施例ではトルクセンサの検出コイルは２対ではなく、１対の検出コイル１３１及び１４１が巻回されており、他の構造は図１と全く同一である。検出回路は図７に示すようになり、ブリッジ回路２１０には発振部２３０からの交流信号が電流増幅部２３１を経て印加されている。検出回路には電源Ｖ及び基準電源Ｖｒｅｆがコネクタ２３３及びノイズフィルタ２３２を経て供給され、ブリッジ回路２１０の差分電圧は、第１系統を形成するサブ増幅・全波整流部２４０及びメイン増幅・全波整流部２４１に入力されると共に、第２系統を形成するメイン増幅・全波整流部２５０及びサブ増幅・全波整流部２５１に入力される。サブ増幅・全波整流部２４０の出力はサブ平滑・中立調整部２４２に入力され、メイン増幅・全波整流部２４１の出力はメイン平滑・中立調整部２４３に入力される。また、同様にメイン増幅・全波整流部２５０の出力はメイン平滑・中立調整部２５３に入力され、サブ増幅・全波整流部２５１はサブ平滑・中立調整部２５２に入力される。

第１系統部には監視部２４４が設けられ、異常を検出したときに異常信号ＡＢ３を出力してサブ平滑・中立調整部２４２の出力を遮断し、第２系統部には監視部２５４が設けられ、異常を検出したときに異常信号ＡＢ４を出力してサブ平滑・中立調整部２５２の出力を遮断するようになっている。電流増幅部２３１からの交流信号は監視部２４４及び２５４に入力されると共に、メイン増幅・全波整流部２４１及び２５０、サブ増幅・全波整流部２４０及び２５１に入力される。

本実施例によれば、１対の検出コイル１３１、１４１及び抵抗Ｒ１１、Ｒ２１で成るブリッジ回路２１０に対して、２系統の全く同一の検出回路が冗長的に接続されているので、検出回路の一方で異常を生じても、他方の検出回路からのトルク信号によって操舵アシストを継続させることができる。

なお、メイン、サブ１，２のような３重系の多数決によって正常な信号と異常な信号を判別する方法も考えられるが、本発明ではメイン１（Ｔｍ１）とサブ１（Ｔｓ１）、メイン２（Ｔｍ２）、サブ２（Ｔｓ２）が独立しているため、上記３重系に比べて異常検出の処理が単純な比較で可能であるという利点がある。

本発明のトルクセンサの構造例を示す斜視図である。 電動パワーステアリングの主要部の構造を示す断面図である。 センサシャフト部の表面の凸条と円筒部材の窓配置を説明するための図である。 トルクと検出コイルのインダクタンスの特性例を示す図である。 本発明に係るトルク検出回路の一例を示すブロック図である。 本発明に係るトルクセンサの他の構造例を示す斜視図である。 本発明に係るトルク検出回路の他の例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 入力軸
２ 出力軸
３ トーションバー
４ ラック
５ａ，５ｂ ハウジング
７ ウォームホイール
８ ウォーム
１１ センサシャフト部
１２ 円筒部材
１２ａ，１２ｂ 窓
２００ 回路基板
２０１ 発振部
２０２ ノイズフィルタ
２０３ コネクタ
２１０，２２０ ブリッジ回路
２１１、２２１、２３１ 電流増幅部
２１２、２２２、２４１、２５０ メイン増幅・全波整流部
２１３、２２３、２４０、２５１ サブ増幅・全波整流部
２１４、２２４、２４３、２５３ メイン平滑・中立調整部
２１５、２２５、２４２、２５２ サブ平滑・中立調整部
２１６、２２６、２４４、２５４ 監視部

Claims (9)

1. 回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する２対の検出コイルと、前記２対の検出コイルのそれぞれに直列接続された抵抗体とで成る２つのブリッジ回路にそれぞれ交流信号を印加し、前記各ブリッジ回路の差分信号に基づいて前記トルクを検出するトルクセンサにおいて、前記ブリッジ回路のそれぞれに前記差分信号を検出してメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号を出力する信号処理部と、前記２つのブリッジ回路の異常を監視する監視部とを２系統設けたことを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記監視部は、前記交流信号及び差分信号に基づいて前記異常を検出するようになっている請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記監視部で異常が検出されたときに、当該系統の前記サブ検出トルク信号の出力を遮断するようになっている請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
4. 前記２対の検出コイルの間に非磁性体の遮蔽部材を配設している請求項１乃至３のいずれかに記載のトルクセンサ。
5. 前記２系統の各信号処理部が、メイン及びサブの増幅・全波整流部及び平滑・中立調整部で成っている請求項１乃至４のいずれかに記載のトルクセンサ。
6. 回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する１対の検出コイルと、前記検出コイルのそれぞれに直列接続された抵抗体とで成るブリッジ回路に交流信号を印加し、前記各ブリッジ回路の差分信号に基づいて前記トルクを検出するトルクセンサにおいて、前記ブリッジ回路の前記差分信号を検出してメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号を出力する第１及び第２の信号処理部と、前記ブリッジ回路の異常を監視する第１及び第２の監視部とを設けたことを特徴とするトルクセンサ。
7. 前記第１及び第２の監視部は、前記交流信号及び差分信号に基づいて前記異常を検出するようになっている請求項６に記載のトルクセンサ。
8. 前記第１及び第２の監視部で異常が検出されたときに、当該系統の前記サブ検出トルク信号の出力を遮断するようになっている請求項６又は７に記載のトルクセンサ。
9. 前記第１及び第２の信号処理部が、それぞれメイン及びサブの増幅・全波整流部及び平滑・中立調整部で成っている請求項６乃至８のいずれかに記載のトルクセンサ。

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