JP2009222547A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触トルクセンサの検出コイルとブリッジ回路との接続状態を適切に診断することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】検出コイル１３及び１４のそれぞれと抵抗体Ｒ１及びＲ２のそれぞれと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、検出コイル１３及び１４の端子部に表れる交流電圧の差分に基づいて操舵トルクを検出するトルク検出回路と、少なくとも前記操舵トルクに基づいて電動モータを駆動制御するＥＰＳ制御回路とを備え、トルク検出回路の非作動時に、前記検出コイルに電流を通電又は電圧を印加したときに検出コイルの端子間に発生する電圧に基づいて、当該検出コイルの接続状態の良否診断を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、非接触トルクセンサの検出コイルとその他の回路要素との接続状態を診断判定する電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動パワーステアリング装置に適用されるトルクセンサとして、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一対の検出コイルのそれぞれと一対の抵抗体のそれぞれと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、前記一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、所謂非接触トルクセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

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ため、ここでは、前記印加した交流電圧の波形と、前記一対の検出コイル端子部に表れる交流電圧の差分の波形との位相差に基づいて、検出コイル抵抗の異常を検出するようにしている。
特許第３６４９０５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のトルクセンサにあっては、一対の検出コイルの交流差動出力から位相変動を監視する手法を適用しているため、一対の検出コイルとブリッジ回路との間のインピーダンスが同様に変動して差動出力が正常時と変わらないような不良モードでは、異常を検出することができない。
また、上記特許文献１に記載のトルクセンサにあっては、異常を検出する際に非接触トルクセンサの作動を伴うため、予め接続不良に陥っている場合には未然に異常作動を回避することができない。

そこで、本発明は、非接触トルクセンサの検出コイルとブリッジ回路との接続状態を適切に診断することができる電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、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一対の検出コイルのそれぞれと、一対の抵抗体のそれぞれと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、前記一対の検出コイルの端子部に表れる交流電圧の差分に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、少なくとも前記トルクセンサで検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、
前記トルクセンサの非作動時に、前記検出コイルに対して電流を通電又は電圧を印加したときに前記検出コイルの端子間に発生する電圧に基づいて、前記検出コイルの接続状態を診断する異常検出手段を備えることを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記異常検出手段は、前記一対の検出コイルのうち、一方の検出コイルに対して所定電流を通電し、前記所定電流を通電した検出コイルに発生する端子間電圧に基づいて、当該検出コイルの接続状態を診断することを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記異常検出手段は、前記一対の検出コイルのうち、一方の検出コイルに対して所定電圧を印加し、他方の検出コイルの端子間に発生する励磁電圧に基づいて、両検出コイルの接続状態を診断することを特徴としている。

また、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項３に係る発明において、前記異常検出手段は、前記一対の検出コイルのうち、一方の検出コイルに対して所定電圧を印加し、他方の検出コイルの端子間に発生する励磁電圧に基づいて、両検出コイルの接続状態を診断した後、前記他方の検出コイルに対して所定電圧を印加し、前記一方の検出コイルの端子間に発生する励磁電圧に基づいて、両検出コイルの接続状態を二重的に診断することを特徴としている。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、非接触トルクセンサの非作動時に、検出コイルに対して電流を通電又は電圧を印加したときに検出コイルの端子間に発生する電圧に基づいて、前記検出コイルの接続状態を診断するので、一対の検出コイルとブリッジ回路との間のインピーダンスが同様に変動して差動出力が正常時と変わらないような不良モードであっても確実に異常を検出することができると共に、非接触トルクセンサの非作動時に異常検出を行うため、予め接続不良に陥っている場合であっても未然に異常作動を回避することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部を示す断面図であり、図２は、トルク検出部の構成を示す斜視図である。
図中、符号５ａ及び５ｂはハウジングであり、入力軸側５ａと出力軸側５ｂとの２分割構造となっている。ハウジング５ａ及び５ｂの内部には、入力軸１、その内部に配置されたトーションバー３、及びトーションバー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とはスプライン結合し、また、トーションバー３と出力軸２もスプライン結合している。図１において、入力軸１の左端側には、図示されていないステアリングホイールが一体的に取り付けられている。また、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、図示されていない電動モータで駆動されるウォーム８と噛合している。ウォームホイール７は金属製のハブ７ａに合成樹脂製の歯部７ｂが一体的に固定されている。電動モータの回転力は、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、電動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補助トルクが付与される。

次に、図１及び図２を参照してトルクセンサのトルク検出部の構成を説明する。トルク検出部は入力軸１の、図１で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検出コイル１３と１４、及び両者の間に配置された円筒部材１２から構成される。
図２はトルク検出部の構成を示す斜視図である。入力軸１の、図１で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（図示の例では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、前記したセンサシャフト部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（図２では９個）の長方形の窓１２ａ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１２ａと同一形状で、円周方向の位相が異なる複数個（図２では９個）の長方形の窓１２ｂからなる第２の窓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１３及び１４が捲回されたヨーク１５で包囲されている。即ち、検出コイル１３及び１４は円筒部材１２と同軸に配置され、検出コイル１３は窓１２ａからなる第１の窓列部分を包囲し、検出コイル１４は窓１２ｂからなる第２の窓列部分を包囲する。ヨーク１５はハウジング５ａの内部に固定され、検出コイル１３及び１４の出力線はハウジング５ａの内部に配置された回路基板１６に接続される。

図３の（ａ）及び（ｂ）は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図で、図３の（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における第１の窓列の窓１２ａとの位置関係を示し、図３の（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における第２の窓列の窓１２ｂとの位置関係を示す図である。

この実施例では、窓１２ａ及び１２ｂがそれぞれ９個設けられているので、第１の窓列の窓１２ａ及び第２の窓列の１２ｂは、それぞれ円周方向に角度θ＝３６０／９＝４０度ずつずれていることになる。
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の（ａ）及び（ｂ）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、即ち操舵トルクが零（０）の状態では、窓１２ａの円周方向の幅の中央部にセンサシャフト部１１の凸条１１ａの円周方向の一方の端部が位置し、窓１２ｂの円周方向の幅の中央部に凸条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と１２ｂと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零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。したがって入力軸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ギヤの噛み合い等の摩擦力が作用するため、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じる。

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ことから、検出コイル１３及び１４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、磁性材料からな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じるが、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１３及び１４のインダクタンスも増減し、略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（窓１２ａ及び１２ｂと凸条１１ａの中心とが一致している位相）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から、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つの検出コイル１３及び１４のインダクタンスは、一方が増加し他方が減少する。

図４はトルクの大きさと検出コイル１３及び１４のインダクタンスの変化を説明する図で、横軸はトルクＴ、縦軸はインダクタンスＬを示す。右操舵トルク発生時は、図３の（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、図４に示すように、トルクが増大するにつれ検出コイル１３のインダクタンスＬ１３は増加し、検出コイル１４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の（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、図４に示すようにトルクが増大するにつれ検出コイル１３のインダクタンスＬ１３は減少し、検出コイル１４のインダクタンスＬ１４は増加する。

図５は、第１の実施形態のトルク検出回路及びＥＰＳ制御回路のブロック図である。
トルク検出回路２０の各回路要素には、電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖｒｅｆがコネクタ２９及びノイズフィルタ２８を介して供給され、トルク検出回路２０で検出されたメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号がＥＰＳ制御回路４０に出力されるようになっている。

トルクを検出するブリッジ回路は、検出コイル１３と抵抗Ｒ１とが直列に接続された第１のアームと、検出コイル１４と抵抗Ｒ２とが直列に接続された第２のアームとから構成される。
発振部２１は電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖｒｅｆの供給を受けて所定周波数の交流電圧を出力する。出力された交流電圧は電流増幅部２２で増幅され、増幅された交流電圧Ｖｏｓｃが、検出コイル１３と抵抗Ｒ１とで構成されたブリッジ回路の第１のアーム、及び検出コイル１４と抵抗Ｒ２とで構成されたブリッジ回路の第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１３及び１４の両端に表れる電圧が等しくなるように予め抵抗Ｒ１及びＲ２の値を調整しておくものとする。

検出コイル１３及び検出コイル１４の両端に表れる電圧信号は、メイン増幅・全波整流部２３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２６で出力波形が調整された後、ノイズフィルタ２８を経てメイン検出トルク信号としてＥＰＳ制御回路４０に出力される。
さらに、検出コイル１３及び検出コイル１４の両端に表れる電圧信号は、サブ増幅・全波整流部２４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、更にサブ平滑・中立調整部２７で出力波形が調整された後、ノイズフィルタ２８を経てサブ検出トルク信号としてＥＰＳ制御回路４０に出力される。

このように、トルク検出回路２０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一対の検出コイル１３及び１４のそれぞれと、一対の抵抗体Ｒ１及びＲ２のそれぞれと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、前記一対の検出コイル１３及び１４の端子部に表れる交流電圧の差分電圧に基づいて操舵系に伝達するトルクを検出する、所謂非接触トルクセンサとして作用するものである。

トルク検出回路２０をメイン増幅・全波整流部２３とメイン平滑・中立調整部２６、及びサブ増幅・全波整流部２４とサブ平滑・中立調整部２７との２組設け、２組の検出トルク信号を出力するように構成されているのは、ＥＰＳ制御回路４０においてこれらの２組の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できるようにするためである。

また、トルク検出回路２０には、サブ増幅・全波整流部２４とサブ平滑・中立調整部２７との間に監視部２５が設けられている。監視部２５は、検出コイル１３又は１４と抵抗Ｒ１又はＲ２との接触不良を接触抵抗の増加により検出するものである。
ＥＰＳ制御回路４０は、トルク検出回路２０に近接して配置されており、トルク検出回路２０から出力される操舵トルク信号が入力されるトルクセンサＩ／Ｆ４１及び、トルクセンサＩ／Ｆ４１から出力される操舵トルクＴが入力されるＣＰＵ４２を備え、ＣＰＵ４２では、少なくとも操舵トルクＴに基づいて操舵補助指令値を演算し、その操舵補助指令値に基づいて図示しない電動モータを駆動制御することで、操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する操舵補助制御を実行する。

また、このＥＰＳ制御回路４０は、検出コイル１３又は１４の接続状態を診断するための診断用電流を発生する診断用電流発生器４３と、検出コイル１３又は１４に診断用電流を流したときの検出コイル１３又は１４の端子間電圧を計測する接続状態診断器４４と、接続状態診断器４４の計測結果に基づいて検出コイル１３又は１４の接続状態を診断し、トルク検出回路２０の作動判定を行う作動判定器４５とを備えている。

ここで、診断用電流発生器４３は、作動判定器４５から出力される電流発生信号Ｓｉに応じて、経路１で検出コイル１４に対して診断用電流を流したり、経路２で検出コイル１３に対して診断用電流を流したりするようになっている。
図５において、トルク検出回路２０及びトルクセンサＩ／Ｆ４１がトルクセンサに対応し、ＣＰＵ４２が制御手段に対応し、診断用電流発生器４３、接続状態診断器４４及び作動判定器４５が異常検出手段に対応している。

図６は、作動判定器４５で実行される作動判定処理手順を示すフローチャートである。この作動判定処理では、先ずステップＳ１で、トルク検出回路２０が非作動状態（初期診断状態、休止状態、テストモード等）であるか否かを判定し、作動状態であるときにはトルク検出回路２０の作動判定を行わないものと判断してそのまま作動判定処理を終了し、非作動状態であるときにはステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、作動判定器４５は、診断用電流発生器４３に対して電流発生信号Ｓｉを出力し、経路１にて検出コイル１４に診断用電流を流し込み、ステップＳ３に移行する。ここで、診断用電流は、当該電流を通電したときの発生電圧に基づいて検出コイルの作動判定が可能となる程度の電流値に設定する。
ステップＳ３では、作動判定器４５は、接続状態診断器４４で経路３にて計測した検出コイル１４の端子間電圧を読み込み、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４では、作動判定器４５は、前記ステップＳ３で読み込んだ検出コイル１４の端子間電圧に基づいて、当該検出コイル１４の接続状態を判定する。ここでは、計測した端子間電圧が所定電圧以上であるときに、検出コイル１４が接続状態（検出コイル１４と抵抗Ｒ２との間で接触不良が発生していない状態）であると判断する。
次にステップＳ５では、作動判定器４５は、前記ステップＳ４の判定結果から検出コイル１４に異常が発生しているか否かを判定し、検出コイル１４に異常が発生しているときにはステップＳ６に移行して、トルク検出回路２０による検出トルクの出力を禁止してから作動判定処理を終了する。一方、前記ステップＳ５で、検出コイル１４が接続状態であると判定したときには、作動判定処理を継続するものと判断してステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、作動判定器４５は、診断用電流発生器４３に対して電流発生信号Ｓｉを出力し、経路２にて検出コイル１３に診断用電流を流し込み、ステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、作動判定器４５は、接続状態診断器４４で経路４にて計測した検出コイル１３の端子間電圧を読み込み、ステップＳ９に移行する。

ステップＳ９では、作動判定器４５は、前記ステップＳ８で読み込んだ検出コイル１３の端子間電圧に基づいて、当該検出コイル１３の接続状態を判定する。ここでは、計測した端子間電圧が所定電圧以上であるときに、検出コイル１３が接続状態（検出コイル１３と抵抗Ｒ１との間で接触不良が発生していない状態）であると判断する。
次にステップＳ１０では、作動判定器４５は、前記ステップＳ９の判定結果から検出コイル１３に異常が発生しているか否かを判定し、検出コイル１３に異常が発生しているときには前記ステップＳ６に移行し、検出コイル１３が接続状態であると判定したときにはそのまま作動判定処理を終了する。

次に、第１の実施形態における動作及び効果について説明する。
今、電動パワーステアリング装置が初期診断状態であり、トルク検出回路２０が非作動状態であるものとすると、ＥＰＳ制御回路４０の作動判定器４５の作動判定処理では、ステップＳ１でＹｅｓと判定し、トルク検出回路２０の作動判定を行うものと判断してステップＳ２に移行して、電流発生信号Ｓｉを診断用電流発生器４３に対して出力することにより経路１にて検出コイル１４に診断用電流を流し込む。

このとき、検出コイル１４に接触不良などの異常が発生していないものとすると、検出コイル１４に診断用電流を通電したときに当該検出コイル１４の端子間に電圧が発生するので、ステップＳ３で計測した検出コイル１４の端子間電圧に基づいて、ステップＳ４で当該検出コイル１４に異常が発生していないと判断されるため、ステップＳ５でＮｏと判定してステップＳ７に移行し、検出コイル１３の接続状態の良否診断に移行する。

すなわち、ステップＳ７では、電流発生信号Ｓｉを診断用電流発生器４３に対して出力することにより経路２にて検出コイル１３に診断用電流を流し込む。このとき、検出コイル１３にも異常が発生していないものとすると、検出コイル１３に診断用電流を通電したときに当該検出コイル１３の端子間に電圧が発生するので、ステップＳ８で計測した検出コイル１３の端子間電圧に基づいて、ステップＳ９で当該検出コイル１３に異常が発生していないと判断し、ステップＳ１０でＮｏと判定する。このように、検出コイル１３及び１４が共に正常な接続状態であると診断すると、作動判定処理を終了してトルク検出回路２０によるトルク検出を開始する。

そして、ＥＰＳ制御回路４０のＣＰＵ４２にて操舵補助制御処理が実行開始されると、トルク検出回路２０から出力される操舵トルク信号に基づいて操舵補助指令値を演算する。このとき、車両が停止状態にあって、ステアリングホイールが操作されていない状態では、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。したがって、トルク検出回路２０からは操舵トルク“０”の操舵トルク信号が出力されるため、ＥＰＳ制御回路４０で演算される操舵補助指令値も“０”となる。これにより、電動モータは停止状態を継続する。

この状態から車両が発進し、運転者による右方向への操舵操作が行われると、入力軸１と出力軸２との間を結合するトーションバー３に捩れが生じ、検出コイル１３及び１４のインダクタンスＬ１３及びＬ１４は、図４に示すように、インダクタンスＬ１３が増加しインダクタンスＬ１４が減少することになる。これにより、ブリッジ回路に交流電圧を印加したときの検出コイル１３及び１４の端子部に発生する交流電圧に差が生じ、トーションバー３の捩れ力に応じた操舵トルクが検出される。

そして、ＥＰＳ制御回路４０では、トルク検出回路２０で検出された操舵トルクに基づいて操舵補助指令値が演算され、この操舵補助指令値に基づいて電動モータが駆動制御されることで、運転者の操舵負担を軽減するような操舵補助力が発生される。
一方、初期診断状態で予め検出コイル１４に接触不良が発生している場合には、ＥＰＳ制御回路４０の作動判定器４５の作動判定処理において、ステップＳ１でＹｅｓと判定してステップＳ２に移行し、電流発生信号Ｓｉを診断用電流発生器４３に対して出力することにより経路１にて検出コイル１４に診断用電流を流し込むが、検出コイル１４に接触不良などの異常が発生していることから、ステップＳ３で計測した検出コイル１４の端子間電圧に基づいて、ステップＳ４で当該検出コイル１４に異常が発生していると判断する。したがって、ステップＳ５でＹｅｓと判定してステップＳ６に移行し、トルク検出回路２０からの検出トルクの出力が禁止される。

ところで、電動パワーステアリング装置に適用される非接触トルクセンサでは、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。そこで、ブリッジ回路に印加した交流電圧の波形と、一対の検出コイル端子部に表れる交流電圧の差分の波形との位相差に基づいて、検出コイル抵抗の異常を検出するというものが知られている。

しかしながら、このようなトルクセンサにあっては、一対の検出コイルの交流差動出力から位相変動を監視する手法を適用しているため、一対の検出コイルとブリッジ回路との間のインピーダンスが同様に変動して差動出力が正常時と変わらないような不良モードでは、異常を検出することができない。また、異常を検出する際に非接触トルクセンサの作動を伴うため、予め接続不良に陥っている場合には未然に異常作動を回避することができない。

これに対して、本実施形態では、トルク検出回路の非作動時に、一対の検出コイルのうち、一方の検出コイルに対して診断用電流を流し込み、当該電流を流し込んだ検出コイルの端子間に発生する電圧を計測することで当該検出コイルの接続状態の良否診断を行うので、上述したような不良モードであっても確実に異常を検出することができる。また、トルク検出回路の非作動時に異常検出を行うため、予め接続不良に陥っている場合であっても未然に異常作動を回避することができる。

このように、上記第１の実施形態では、検出コイルに電流を通電したときの発生電圧に基づいて、検出コイルの接続状態を診断するので、一対の検出コイルとブリッジ回路との間のインピーダンスが同様に変動して差動出力が正常時と変わらないような不良モードであっても確実に異常を検出することができるなど、検出コイルとブリッジ回路との間の接合信頼性を確保することができる。

また、トルク検出回路に近接したＥＰＳ制御回路側から、検出コイルとブリッジ回路との間の接続状態を良否診断するので、非接触トルクセンサの非作動時に異常検出を行うことができ、予め接続不良に陥っている場合であっても未然に異常作動を回避することができる。
さらに、検出コイルとブリッジ回路との間をハンダ接合ではなくコネクタ接続とすることができ、いずれかのユニットに異常が発生した場合に部品交換が可能となると共に、組立工程におけるハンダ接合の工数を削減することができる。

また、一対の検出コイルのうち、一方の検出コイルに所定の診断用電流を流し込み、前記診断用電流を流した検出コイルの端子間電圧に基づいて、当該検出コイルの接続状態の良否診断を行うので、各検出コイルに発生している接触不良等の異常を適切に検出することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、検出コイル１３又は１４に診断用電圧を印加し、当該電圧を印加していない方の検出コイルの端子間に発生する励磁電圧に基づいて、検出コイル１３及び１４の接続状態の良否診断を行うようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態のトルク検出回路及びＥＰＳ制御回路は、図７に示すように、図５に示す前述した第１の実施形態のＥＰＳ制御回路４０において、診断用電流発生器４３を検出コイル１３又は１４に印加する診断用電圧を発生する診断用電圧発生器４６に置換したことを除いては図５と同様の構成を有するため、構成の異なる部分を中心に説明する。

診断用電圧発生器４６は、作動判定器４５から出力される電圧発生信号Ｓｖに応じて、経路１で検出コイル１４に対して診断用電圧を印加したり、経路２で検出コイル１３に対して診断用電圧を印加したりするようになっている。

図７において、接続状態診断器４４、作動判定器４５及び診断用電圧発生器４６が異常検出手段に対応している。

図８は、第２の実施形態の作動判定器４５で実行される作動判定処理手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ２１では、作動判定器４５は、トルク検出回路２０が非作動状態（初期診断状態、休止状態、テストモード等）であるか否かを判定し、作動状態であるときにはトルク検出回路２０の作動判定を行わないものと判断してそのまま作動判定処理を終了し、非作動状態であるときにはステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２２では、作動判定器４５は、診断用電圧発生器４６に対して電圧発生信号Ｓｖを出力し、経路１にて検出コイル１４に診断用電圧を印加し、ステップＳ２３に移行する。ここで、診断用電圧は、当該電圧を印加したときに発生する励磁電圧に基づいて検出コイルの作動判定が可能となる程度の電圧値に設定する。
ステップＳ２３では、作動判定器４５は、接続状態診断器４４で経路４にて計測した検出コイル１３の端子間の励磁電圧を読み込み、ステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２４では、作動判定器４５は、前記ステップＳ２３で読み込んだ検出コイル１３の端子間の励磁電圧に基づいて、検出コイル１３及び１４の接続状態を判定する。ここでは、計測した励磁電圧が所定電圧以上であるときに、検出コイル１３及び１４が接続状態であると判断する。

次にステップＳ２５では、作動判定器４５は、前記ステップＳ２４の判定結果から検出コイル１３及び１４に異常が発生しているか否かを判定し、検出コイル１３及び１４に異常が発生しているときにはステップＳ２６に移行して、トルク検出回路２０による検出トルクの出力を禁止してから作動判定処理を終了する。一方、前記ステップＳ２５で、検出コイル１３及び１４が接続状態であると判定したときには、そのまま作動判定処理を終了する。

次に、第２の実施形態における動作及び効果について説明する。
今、電動パワーステアリング装置が初期診断状態であり、トルク検出回路２０が非作動状態であるものとすると、ＥＰＳ制御回路４０の作動判定器４５の作動判定処理では、ステップＳ２１でＹｅｓと判定し、トルク検出回路２０の作動判定を行うものと判断してステップＳ２２に移行して、電圧発生信号Ｓｖを診断用電圧発生器４６に対して出力することにより経路１にて検出コイル１４に診断用電圧を印加する。

このとき、検出コイル１３及び１４に接触不良などの異常が発生していないものとすると、検出コイル１４に診断用電圧を印加することにより検出コイル１３の端子間に励磁電圧が発生するため、ステップＳ２３で計測した検出コイル１３の端子間の励磁電圧に基づいて、ステップＳ２４で検出コイル１３及び１４に異常が発生していないと判断され、ステップＳ２５でＮｏと判定する。このように、検出コイル１３及び１４が共に正常な接続状態であると診断すると、作動判定処理を終了してトルク検出回路２０によるトルク検出を開始する。

そして、ＥＰＳ制御回路４０のＣＰＵ４２にて操舵補助制御処理が実行開始されると、トルク検出回路２０からの操舵トルク信号に基づいて操舵補助指令値が演算され、その操舵補助指令値に基づいて電動モータが駆動制御される。このようにして、運転者の操舵負担を軽減するような操舵補助力が発生される。
一方、初期診断状態で予め検出コイル１４に接触不良が発生している場合には、ＥＰＳ制御回路４０の作動判定器４５の作動判定処理において、ステップＳ２１でＹｅｓと判定してステップＳ２２に移行し、電圧発生信号Ｓｖを診断用電圧発生器４６に対して出力することにより経路１にて検出コイル１４に診断用電圧を印加するが、検出コイル１４に接触不良などの異常が発生していることから、検出コイル１３の端子間に励磁電圧が発生せず、ステップＳ２３で計測した検出コイル１３の端子間の励磁電圧に基づいて、ステップＳ２４で検出コイル１３及び１４に異常が発生していると判断する。したがって、ステップＳ２５でＹｅｓと判定してステップＳ２６に移行し、トルク検出回路２０からの検出トルクの出力が禁止される。

このように、上記第２の実施形態では、一対の検出コイルのうち、一方の検出コイルに所定の診断用電圧を印加し、他方の検出コイルの端子間に発生する励磁電圧に基づいて、両検出コイルの接続状態の良否診断を行うので、短時間で両検出コイルの異常検出を行うことができ、初期診断時間を短縮して操舵補助制御が開始されるまでの時間を短縮することができる。

なお、上記第２の実施形態においては、検出コイル１４に診断用電圧を印加したときに検出コイル１３の端子間に発生する励磁電圧に基づいて、検出コイル１３及び１４の接続状態の良否診断を行う場合について説明したが、検出コイル１３に診断用電圧を印加したときに検出コイル１４の端子間に発生する励磁電圧に基づいて、検出コイル１３及び１４の接続状態の良否診断することもできる。

また、上記第２の実施形態においては、検出コイル１４に診断用電圧を印加し、検出コイル１３の端子間の励磁電圧に基づいて検出コイル１３及び１４の接続状態の良否診断を行った後、さらに検出コイル１３に診断用電圧を印加し、検出コイル１４の端子間の励磁電圧に基づいて検出コイル１３及び１４の接続状態の良否を二重的に診断することもできる。これにより、より確実に両検出コイルの異常検出を行うことができる。

なお、上記各実施形態においては、トルク検出回路２０とＥＰＳ制御回路４０とが近接して配置されている場合について説明したが、トルク検出回路２０とＥＰＳ制御回路４０とが一体基板で構成されている場合にも、本発明を適用可能である。
また、上記各実施形態においては、ＥＰＳ制御回路４０にトルク検出回路２０の作動判定を行う作動判定器４５をＣＰＵ４３とは個別に設ける場合について説明したが、作動判定器４５を削除しＣＰＵ４３で作動判定処理を行うこともできる。

本発明の電動パワーステアリング装置の主要部を示す断面図である。 トルクセンサの構成を示す斜視図である。 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図である。 トルクセンサの大きさと２つの検出コイルのインダクタンスの変化を説明する図である。 第１の実施形態のトルク検出回路及びＥＰＳ制御回路のブロック図である。 第１の実施形態の作動判定処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態のトルク検出回路及びＥＰＳ制御回路のブロック図である。 第２の実施形態の作動判定処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…入力軸、２…出力軸、３…トーションバー、７…ウォームホイール、８…ウォーム、１１…センサシャフト、１２…円筒部材、１３，１４…検出コイル、２０…トルク検出回路、２１…発振部、２２…電流増幅部、２３…メイン増幅・全波整流部、２４…サブ増幅・全波整流部、２６…メイン平滑・中立調整部、２４…サブ平滑・中立調整部、２８…ノイズフィルタ、４０…ＥＰＳ制御回路、４１…トルクセンサＩ／Ｆ、４２…ＣＰＵ、４３…診断用電流発生器、４４…接続状態診断器、４５…作動判定器、４６…診断用電圧発生器、Ｒ１，Ｒ２…抵抗

Claims (4)

1. 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一対の検出コイルのそれぞれと、一対の抵抗体のそれぞれと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、前記一対の検出コイルの端子部に表れる交流電圧の差分に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、少なくとも前記トルクセンサで検出した操舵トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、
   前記トルクセンサの非作動時に、前記検出コイルに対して電流を通電又は電圧を印加したときに前記検出コイルの端子間に発生する電圧に基づいて、前記検出コイルの接続状態を診断する異常検出手段を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記異常検出手段は、前記一対の検出コイルのうち、一方の検出コイルに対して所定電流を通電し、前記所定電流を通電した検出コイルに発生する端子間電圧に基づいて、当該検出コイルの接続状態を診断することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記異常検出手段は、前記一対の検出コイルのうち、一方の検出コイルに対して所定電圧を印加し、他方の検出コイルの端子間に発生する励磁電圧に基づいて、両検出コイルの接続状態を診断することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記異常検出手段は、前記一対の検出コイルのうち、一方の検出コイルに対して所定電圧を印加し、他方の検出コイルの端子間に発生する励磁電圧に基づいて、両検出コイルの接続状態を診断した後、前記他方の検出コイルに対して所定電圧を印加し、前記一方の検出コイルの端子間に発生する励磁電圧に基づいて、両検出コイルの接続状態を二重的に診断することを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。

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