JP2016185786A - 電動パワーステアリング装置および故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１出力値および第２出力値の何れか一方が一定のレベルに固定される故障が生じたときに、第１の出力手段および第２の出力手段の何れが故障であるかを特定して検知することができる。【解決手段】トーションバーの捩れ量に応じた値である第１出力値を出力する第１の出力手段と、トーションバーの捩れ量に応じた値であって、第１出力値に対し負の相関関係となる第２出力値を出力する第２の出力手段と、第１出力値と第２出力値との関係が予め定められた範囲内Ａ〜Ｄとなったときに、第１の出力手段および第２の出力手段の何れが故障であるかを特定して検出する故障検出手段と、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。【選択図】図１１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置および故障検出装置に関する。

近年、電動モータの動力にてドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、操舵トルクを検出するトルクセンサを備え、このトルクセンサが検出する操舵トルクに基づいて電動モータによるアシスト力を制御する装置が知られている。

特許文献１には、入力軸と出力軸とを同軸上に連結するトーションバー、入力軸の端部に取り付けられるリング状の磁石、出力軸の端部に取り付けられる一組の磁気ヨーク、及び磁気ヨークに生じる磁束密度を検出する磁気センサ等より構成されるトルクセンサが開示されている。
また、特許文献２には、メイン及びサブ操舵トルクセンサの操舵トルク検出値の異常を検出し、所定時間異常状態を継続したときに制御を終了するが、異常状態となって所定時間が経過するまでの間は、両操舵トルク検出値の方向が一致しているときには絶対値の小さい方を操舵トルク検出値として選定し、方向が不一致であるときには、操舵トルク検出値を操舵に影響を与えない許容範囲例えば“０”に制限しながら制御を継続する電動式パワーステアリングの制御装置が開示されている。

特開２００９−２５５６４５号公報 特開平１０−２０３３９２号公報

従来、トルクセンサとして、検出対象となる回転軸の捩れ量に応じた値であって、互いに負の相関関係となる第１出力値および第２出力値を基にしてトルクを検出する場合がある。このとき第１出力値および第２出力値の何れか一方が一定のレベルに固定される故障が生じたときには、電動パワーステアリング装置のアシストが停止してしまう問題がある。また従来は、何れが故障であるかを判断することは困難であった。
本発明は、第１出力値および第２出力値の何れか一方が一定のレベルに固定される故障が生じたときに、第１の出力手段および第２の出力手段の何れが故障であるかを検知することができる電動パワーステアリング装置等を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、回転軸の捩れ量に応じた値である第１出力値を出力する第１の出力手段と、回転軸の捩れ量に応じた値であって、第１出力値に対し負の相関関係となる第２出力値を出力する第２の出力手段と、第１出力値と第２出力値との関係が予め定められた所定範囲内となったときに、第１の出力手段および第２の出力手段の何れが故障であるかを特定して検出する故障検出手段と、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である。

ここで、故障検出手段は、第１の出力手段または第２の出力手段の何れかが故障していることを検出した場合に、第１の出力手段が故障したときは第２出力値を選択し、第２の出力手段が故障したときは第１出力値を選択する選択手段を備えることができる。
また故障検出手段は、第１の出力手段が故障したときは第２出力値を小さくし、第２の出力手段が故障したときは第１出力値を小さくすることができる。
さらに故障検出手段は、第１の出力手段または第２の出力手段の何れかが故障していることを検出した場合に、第１の出力手段が故障したときは第１出力値を０とし、第２の出力手段が故障したときは第２出力値を０として、第１出力値と第２出力値とを差動増幅する差動増幅手段を備えることができる。
そして範囲は、第１の出力手段および第２の出力手段のそれぞれが正常または故障であるかを表す４種類の範囲を含むようにすることができる。

さらに他の観点から捉えると、本発明は、回転軸の捩れ量に応じた値である第１出力値と回転軸の捩れ量に応じた値であって第１出力値に対し負の相関関係となる第２出力値との関係が予め定められた所定範囲内となったときに、範囲を基に第１出力値を出力する第１の出力手段および第２出力値を出力する第２の出力手段の何れが故障であるかを特定して判定する故障判定部と、故障と判定された場合に第１出力値と第２出力値を処理して出力する出力部と、を備えることを特徴とする故障検出装置である。

本発明によれば、第１出力値および第２出力値の何れか一方が一定のレベルに固定される故障が生じたときに、第１の出力手段および第２の出力手段の何れが故障であるかを特定して検出することができる。

実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の外観図である。 電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 電動パワーステアリング装置の断面図である。 図３におけるIV部の拡大図である。 実施の形態に係るトルク検出装置の主要部品の概略構成図である。 トルク検出装置の磁石とヨークとを、図３におけるVI方向から見た図である。 センサユニットの回路図である。 第１の回転体と第２の回転体との捩れに基づく第１の電圧増幅部および第２の電圧増幅部からの出力電圧を示す特性図である。 センサユニットの第１の増幅回路が出力する第１の電圧信号および第２の増幅回路が出力する第２の電圧信号と、操舵トルクＴとの関係を示す図である。 ステアリング装置のＥＣＵの概略構成図である。 故障判定部が第１出力系、第２出力系の故障を判定する方法についてＸＹ座標系における点座標（Ｖ１、Ｖ２）で示した図である。 故障検出部の動作について説明したフローチャートである。 他の実施形態における制御基板の概略構成を示す図である。 他の実施形態における故障検出部の動作について説明したフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）につい
て詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の外観図である。図２は、電動パワーステアリング装置１００の概略構成図である。図３は、電動パワーステアリング装置１００の断面図である。なお、図２においては、後述するＥＣＵ１０のカバー１５を省略して示している。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置（以下、「ステアリング装置」と称す。）１００は、コラムアシスト式の装置である。ステアリング装置１００は、ステアリングホイール（図示せず）に連結されたステアリングシャフト１０１と、このステアリングシャフト１０１の回転半径方向の周囲を覆うステアリングコラム１０５と、を備えている。

また、ステアリング装置１００は、後述するウォームホイール１５０およびウォームギヤ１６１を収納するギヤボックス１１０と、ステアリングコラム１０５およびギヤボックス１１０を、乗り物の本体フレームに直接的または間接的に固定するブラケット１０６と、を備えている。
また、ステアリング装置１００は、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする力を付与する電動モータ１６０と、電動モータ１６０の作動を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する場合もある。）１０と、運転者の操舵トルクＴを検出するトルク検出装置２０と、を備えている。

ステアリングシャフト１０１は、上端がステアリングホイール（図示せず）に連結される第１の回転体１２０と、この第１の回転体１２０と回転軸の一例であるトーションバー１４０を介して同軸的に連結された第２の回転体１３０とを有している。第２の回転体１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、ギヤボックス１１０に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。

ギヤボックス１１０は、第１の回転体１２０を回転可能に支持する第１部材１１１と、第２の回転体１３０を回転可能に支持するとともに第１部材１１１に例えばボルトなどにより結合される第２部材１１２と、を有している。第１部材１１１は、電動モータ１６０を取り付ける部位であるモータ取付部１１１ａと、ＥＣＵ１０を取り付ける部位であるＥＣＵ取付部１１１ｂと、を有している。

以上のように構成されたステアリング装置１００においては、トルク検出装置２０が、第１の回転体１２０と第２の回転体１３０との相対回転角度に基づいて操舵トルクＴを検出し、ＥＣＵ１０が、検出された操舵トルクＴに基づいて電動モータ１６０の駆動を制御し、その回転駆動力をウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転体１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。

次に、トルク検出装置２０について詳述する。
図４は、図３におけるIV部の拡大図である。図５は、実施の形態に係るトルク検出装置２０の主要部品の概略構成図である。図６は、トルク検出装置２０の後述する磁石２１とヨーク３０とを、図３におけるVI方向から見た図である。なお、図６においては、後述するヨーク保持部材３３は省略している。

トルク検出装置２０は、第１の回転体１２０に取り付けられる磁石２１と、磁石２１が形成する磁界内に配置され、磁石２１とともに磁気回路を形成するヨーク３０とを有している。また、トルク検出装置２０は、磁石２１を保持する磁石保持部材２２と、ヨーク３０を保持するヨーク保持部材３３とを有している。
また、トルク検出装置２０は、磁石２１およびヨーク３０にて形成される磁気回路中の磁束密度を検出する磁気センサ４０を有し、この磁気センサ４０からの出力値に基づいて第１の回転体１２０と第２の回転体１３０との相対回転角度に応じた出力信号を出力するセンサユニット５０（図３参照）を有している。

磁石２１は、円筒状であり、図５に示すように、第１の回転体１２０の周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるとともに周方向に着磁されている。この磁石２１は、円筒状の磁石保持部材２２を介して第１の回転体１２０に取り付けられている。つまり、磁石２１が磁石保持部材２２に固定されており、磁石保持部材２２が第１の回転体１２０に固定されている。そして、磁石２１は第１の回転体１２０とともに回転する。

ヨーク３０は、第１のヨーク３１と、第２のヨーク３２と、を有している。
第１のヨーク３１は、磁石２１の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第１の円環部３１ａと、この第１の円環部３１ａから第１の回転体１２０の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する場合もある。）に伸びるように形成された複数の第１の突起部３１ｂとを有している。
第２のヨーク３２は、磁石２１の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第２の円環部３２ａと、この第２の円環部３２ａから軸方向に伸びるように形成された複数の第２の突起部３２ｂとを有している。

第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂおよび第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、磁石２１のＮ極およびＳ極と同数形成されている。つまり、磁石２１のＮ極およびＳ極がそれぞれ例えば１２個である場合には、第１の突起部３１ｂも１２個形成されており、第２の突起部３２ｂも１２個形成されている。そして、この第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂは、第１の回転体１２０の回転半径方向においては、図４，図６に示すように、磁石２１の外周面と対向するようにこの外周面よりもやや外側に配置されている。また、その第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂの磁石２１と対向する面は、第１の回転体１２０の回転軸に直交する方向に見ると長方形である。第１の突起部３１ｂと第２の突起部３２ｂとは、第１の回転体１２０の周方向に交互に配置されている。

そして、本実施の形態に係るトルク検出装置２０においては、トーションバー１４０に操舵トルクＴが加わっていない状態、つまりトーションバー１４０に捩れが生じていない中立状態のときに、図６に示すように、第１の回転体１２０の周方向において、時計回転方向に見た場合に磁石２１のＮ極とＳ極との境界線と第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。

第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、中立状態のときに、第１の回転体１２０の周方向において、図６に示すように、時計回転方向に見た場合に磁石２１のＳ極とＮ極との境界線と第２の突起部３２ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。そして、トーションバー１４０に操舵トルクＴが加わってトーションバー１４０に捩れが生じ、第１の突起部３１ｂが磁石２１のＮ極あるいはＳ極と対向する場合に、第２の突起部３２ｂは、第１の突起部３１ｂが対向する磁極とは異なる極性の磁極に対向する。

ヨーク保持部材３３は、第２の回転体１３０の軸方向に伸びる薄肉円筒状の軸方向部位３４と、軸方向部位３４から第２の回転体１３０の回転半径方向に伸びる円板状の半径方向部位３５とを有する。そして、ヨーク保持部材３３の軸方向部位３４が第２の回転体１３０に圧入、溶接、カシメあるいはねじ止めされることにより、軸方向部位３４が第２の回転体１３０に固定されている。これにより、ヨーク３０は、第２の回転体１３０に固定される。

図７は、センサユニット５０の回路図である。
センサユニット５０の磁気センサ４０は、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａと第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａとの間に配置されて、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度を電圧信号に変換して出力する２つのセンサである第１の磁気センサ４１と第２の磁気センサ４２とを有している。磁気センサ４０としては、ホール素子、磁気抵抗素子であることを例示することができる。第１の磁気センサ４１と第２の磁気センサ４２とは、同じ値の電圧信号を出力する。

また、センサユニット５０は、第１の磁気センサ４１からの出力電圧を増幅する第１の電圧増幅部４３と、第２の磁気センサ４２からの出力電圧を増幅する第２の電圧増幅部４４と、第１の電圧増幅部４３からの出力電圧を増幅する第１の増幅回路４５と、第２の電圧増幅部４４からの出力電圧を増幅する第２の増幅回路４６とを有している。また、センサユニット５０は、第１の増幅回路４５と電源電圧を受ける電源端子５０ｃとの間に設けられた第１の抵抗４７と、第２の増幅回路４６と電源電圧を受ける電源端子５０ｃとの間に設けられた第２の抵抗４８とを有している。

また、センサユニット５０は、上述した磁気センサ４０、第１の電圧増幅部４３、第２の電圧増幅部４４、第１の増幅回路４５、第２の増幅回路４６、第１の抵抗４７および第２の抵抗４８が実装される基板５１（図３参照）を有している。この基板５１には、センサユニット５０とＥＣＵ１０とを接続する４本の信号線５２が接続されている。４本の信号線５２の他端は、ＥＣＵ１０の後述する制御基板１２に接続されている。そして、基板５１に設けられた接続端子５０ａに接続された４本の内の１本の信号線５２ａを介して、第１の増幅回路４５からの出力信号が、基板５１に設けられた接続端子５０ｂに接続された４本の内の１本の信号線５２ｂを介して、第２の増幅回路４６からの出力信号がＥＣＵ１０に伝達される。また、センサユニット５０は、４本の内の１本の信号線５２ｃを介して、電源端子５０ｃに電源電圧が、他の信号線５２ｄを介して、ＧＮＤ端子５０ｄにＧＮＤ電圧が供給される。

図８は、第１の回転体１２０と第２の回転体１３０との捩れに基づく第１の電圧増幅部４３および第２の電圧増幅部４４からの出力電圧を示す特性図である。
第１の電圧増幅部４３および第２の電圧増幅部４４は、周知の電圧増幅回路であり、互いに相反する電圧信号を出力する。
第１の増幅回路４５および第２の増幅回路４６は、それぞれ、互いに逆の動作をする回路を組み合わせて一体とし、出力を得るようにした回路であり、プッシュプル回路であることを例示することができる。
なおここでは、第１の磁気センサ４１、第１の電圧増幅部４３、第１の増幅回路４５および第１の抵抗４７は、第１の出力系（第１の出力手段）の一例であり、第２の磁気センサ４２、第２の電圧増幅部４４、第２の増幅回路４６および第２の抵抗４８は、第２の出力系（第２の出力手段）の一例であると把握することができる。

図９は、センサユニット５０の第１の増幅回路４５が出力する第１の電圧信号Ｔ１および第２の増幅回路４６が出力する第２の電圧信号Ｔ２と、操舵トルクＴとの関係を示す図である。
図９においては、横軸に操舵トルクＴ、縦軸に第１の電圧信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１（第１出力値）および第２の電圧信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２（第２出力値）を示している。横軸は、操舵トルクＴが零の状態、言い換えれば、トーションバー１４０の捩れ量が零の状態を中点にし、右方向の操舵トルクＴをプラス、左方向の操舵トルクＴをマイナスとしている。

以上のように構成されたセンサユニット５０は、図９に示すように、第１の電圧信号Ｔ１が示す第１の電圧Ｖ１および第２の電圧信号Ｔ２が示す第２の電圧Ｖ２が、最大電圧ＶＨｉと最小電圧ＶＬｏとの間で変化するように出力する。
図９の実線で示すように、第１の電圧信号Ｔ１は、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加（トーションバー１４０の右方向への回転量が増加）するのに伴って電圧が上昇する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第１の電圧信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１が上昇する。他方、図９の破線で示すように、第２の電圧信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧信号Ｔ１と相反する出力特性（逆の出力特性、負の相関関係）を有し、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加するのに伴って電圧が低下する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第２の電圧信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２が低下する。

そして、中点では第１の電圧信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１と第２の電圧信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２とが等しい電圧(以下、「中点電圧Ｖｃ」と称する場合がある)となるように構成されている。
さらに、操舵トルクＴの変化に対する第１の電圧信号Ｔ１の変化の割合と第２の電圧信号Ｔ２の変化の割合(絶対値)は等しい。

次に、ＥＣＵ１０について詳述する。
図１０は、ステアリング装置１００のＥＣＵ１０の概略構成図である。
ＥＣＵ１０には、上述したトルク検出装置２０からの出力信号、車速センサ（不図示）にて検出された車速が出力信号に変換された車速信号ｖ、電動モータ１６０の回転速度が出力信号に変換された回転速度信号Ｎｍｓなどが入力される。
そして、ＥＣＵ１０は、トルク検出装置２０からの出力信号をトルク信号Ｔｄに変換する変換部２１０と、変換部２１０から出力されたトルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１６０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２２０と、目標電流算出部２２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部２３０とを有している。
また、ＥＣＵ１０は、トルク検出装置２０からの出力信号を基にトルク検出装置２０に故障が生じているか否かを検出する故障検出手段もしくは故障検出装置の一例としての故障検出部２４０を備えている。故障検出部２４０については後で詳述する。

変換部２１０は、トルク検出装置２０から出力された第１の電圧信号Ｔ１および第２の電圧信号Ｔ２からトルク検出装置２０に異常が生じていない場合には、第１の電圧信号Ｔ１を操舵トルクＴに応じたデジタル信号であるトルク信号Ｔｄに変換するとともに、変換したトルク信号Ｔｄを、目標電流算出部２２０へ向けて出力する。

目標電流算出部２２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部（不図示）と、電動モータ１６０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部（不図示）と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部（不図示）とを備えている。また、目標電流算出部２２０は、ベース電流算出部、イナーシャ補償電流算出部、ダンパー補償電流算出部などからの出力に基づいて目標電流を決定する目標電流決定部（不図示）と、トルク信号Ｔｄの位相補償を行う位相補償部（不図示）を備えている。そして、目標電流算出部２２０は、変換部２１０から出力されたトルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１６０が供給するのに必要となる目標電流を算出する。

制御部２３０は、電動モータ１６０の作動を制御するモータ駆動制御部（不図示）と、電動モータ１６０を駆動させるモータ駆動部（不図示）と、電動モータ１６０に実際に流れる実電流Ｉｍ（不図示）を検出するモータ電流検出部（不図示）とを有している。
モータ駆動制御部は、目標電流算出部２２０にて最終的に決定された目標電流と、モータ電流検出部にて検出された電動モータ１６０へ供給される実電流Ｉｍとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部（不図示）と、電動モータ１６０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部（不図示）とを有している。

モータ駆動部は、所謂インバータであり、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）（不図示）を備え、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ１６０の駆動を制御する。

上述したＥＣＵ１０の変換部２１０、目標電流算出部２２０、制御部２３０および故障検出部２４０は、電子部品が実装されたＥＣＵ用基板１１（図２、図３参照）にて構成される。ＥＣＵ用基板１１は、変換部２１０、故障検出部２４０、目標電流算出部２２０、モータ駆動制御部、モータ電流検出部などを構成する、マイクロコンピュータやその周辺機器が実装された制御基板１２（図２参照）と、モータ駆動部を構成する、電動モータ１６０を駆動制御するトランジスタなどが実装されたパワー基板１３（図２参照）と、を備えている。制御基板１２には、トルク検出装置２０のセンサユニット５０との接続線である上述した信号線５２が挿入される挿入孔１２ａ（図２参照）が形成されている。パワー基板１３には、電動モータ１６０に挿入されて電動モータ１６０の巻き線端子（不図示）に電気的に接続されるモータ端子１８（図２参照）が取り付けられている。

また、ＥＣＵ１０は、制御基板１２をギヤボックス１１０の第１部材１１１に取り付けるためのフレーム１４（図２参照）と、制御基板１２、パワー基板１３およびフレーム１４などを覆うカバー１５（図１参照）と、を備えている。
フレーム１４は、絶縁性樹脂によりインサート成形され、複数の導電線からなる配線パターンを有し、制御基板１２とパワー基板１３とを電気的に接続する。このフレーム１４には、自動車などの乗り物に搭載されるバッテリや、この乗り物に搭載される各種の機器とのネットワーク（ＣＡＮ）などに接続するための接続コネクタ１６が取り付けられている（図１、図２参照）。

次に、故障検出部２４０について説明する。
制御トルク信号である第１の電圧Ｖ１と比較信号である第２の電圧Ｖ２との何れかが、異常な値となると、後段のＥＣＵ１０でトルク検出装置２０が故障したと判断され、アシストが停止してしまう。この場合、他の制御手段によりＥＣＵ１０を動作させる方法もあるが、トルク信号Ｔｄを使わない場合、操舵のフィーリングが低下しやすくなる。

第１の電圧Ｖ１または第２の電圧Ｖ２が異常な値となるのは、ほとんどの場合、第１の電圧Ｖ１または第２の電圧Ｖ２が一定のレベルに固定される故障（以下、「固着故障」と称する場合がある)である。これは第１出力系や第２出力系が故障することにより生ずる。そして従来は、何れが故障しているか判断するのは、難しかった。

そこで本実施の形態では、故障検出部２４０を以下の構成とし、この問題の解決を図っている。
本実施の形態では、故障検出部２４０は、第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２を基に、第１出力系および第２出力系の何れが故障しているか否かを判定する。そして一方が、異常と判定されたときは正常と判定された他方から出力された電圧を使用する。

図７に示すように故障検出部２４０は、故障の判定を行う故障判定部２４１と、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の何れかを選択する選択部２４２とを備える。
故障判定部２４１は、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が予め定められた範囲内となったときに、この範囲を基に第１出力系および第２出力系の何れが故障であるかを特定して検出する。

固着故障が生じると、第１の電圧Ｖ１や第２の電圧Ｖ２が出力上限値や出力下限値に固着する。図９で、この領域を固着故障領域として示している。このうち出力上限値に固着する固着故障が生じたことを検知するには、閾値としてＶＨｉを設定し、第１の電圧Ｖ１や第２の電圧Ｖ２がＶＨｉより高くなったときに固着故障が生じたと判断する。閾値ＶＨｉは、通常操作領域で出力される電圧の上限値より大きい値として設定される。一方、出力下限値に固着する固着故障が生じたことを検知するには、閾値としてＶＬｏを設定し、第１の電圧Ｖ１や第２の電圧Ｖ２がＶＬｏより低くなったときに固着故障が生じたと判断する。閾値ＶＬｏは、通常操作領域で出力される電圧の下限値より小さい値として設定される。

図１１は、故障判定部２４１が第１出力系、第２出力系の故障を判定する方法についてＸＹ座標系における点座標（Ｖ１、Ｖ２）で示した図である。図１１では、横軸が、Ｘ軸原点０を基準とする第１の電圧Ｖ１を表し、縦軸がＹ軸原点０を基準とする第２の電圧Ｖ２を表す。
このとき図示するように第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係に応じ、範囲Ａ、範囲Ｂ、範囲Ｃ、範囲Ｄを定める。この範囲は、以下に説明するように第１出力系および第２出力系のそれぞれが正常または故障であるかを表す４種類を含む。

このうち範囲Ａは、正常範囲であり、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とがともに正常である範囲である。即ち、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とがともに正常である場合、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とは、上述したように負の相関関係を有している。そのため第１の電圧Ｖ１が上昇すると第２の電圧Ｖ２が下降し、第１の電圧Ｖ１が下降すると第２の電圧Ｖ２が上昇する。さらに第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とは、閾値ＶＨｉと閾値ＶＬｏの間となる。よって第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とがともに正常である場合は、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係は、範囲Ａに入る。この場合、故障判定部２４１は、第１出力系と第２出力系とはともに正常であると判定できる。

また範囲Ｂは、第１の電圧Ｖ１は正常であるが、第２の電圧Ｖ２が異常である場合の範囲である。つまり第１の電圧Ｖ１は、横軸方向に変動するが、第２の電圧Ｖ２は、出力上限値または出力下限値に固着する。よって第２の電圧Ｖ２は、閾値ＶＨｉより高くなるか、閾値ＶＬｏより低くなる。その結果、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係は、範囲Ｂに入る。この場合、故障判定部２４１は、第１出力系は正常であるが、第２出力系は故障していると判定できる。

さらに範囲Ｃは、第２の電圧Ｖ２は正常であるが、第１の電圧Ｖ１が異常である場合の範囲である。つまり第２の電圧Ｖ２は、縦軸方向に変動するが、第１の電圧Ｖ１は、出力上限値または出力下限値に固着する。よって第１の電圧Ｖ１は、閾値ＶＨｉより高くなるか、閾値ＶＬｏより低くなる。その結果、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係は、範囲Ｃに入る。この場合、故障判定部２４１は、第２出力系は正常であるが、第１出力系は故障していると判定できる。

そして範囲Ｄは、範囲Ａ、Ｂ、Ｃ以外の範囲として設定される。第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が、範囲Ｄに入ったときは、、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の双方が異常である状態である。よってこの場合、故障判定部２４１は、第１出力系と第２出力系の何れが故障であるかは判定できない。このとき故障判定部２４１は、例えば、エラー信号Ｅｒを制御部２３０に対して出力し（図１０参照）、制御部２３０では、アシストを停止する。また制御部２３０は、アシストを停止する代わりに他の制御手段によりＥＣＵ１０を動作させてもよい。

選択部２４２は、選択手段の一例であり、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の何れかを選択する機能を有する。また選択部２４２は、故障と判定された場合に第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２を処理して出力する出力部の一例である。
第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が範囲Ａに入り、その結果、故障判定部２４１が、第１出力系と第２出力系とはともに正常であると判定したとき、選択部２４２は、第１の電圧Ｖ１を選択し、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する。
また第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が範囲Ｂに入り、その結果、故障判定部２４１が、第１出力系は正常であるが、第２出力系は故障していると判定したとき、選択部２４２は、第１の電圧Ｖ１を選択し、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する。
さらに第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が範囲Ｃに入り、その結果、故障判定部２４１が、第２出力系は正常であるが、第１出力系は故障していると判定したとき、選択部２４２は、第２の電圧Ｖ２を選択し、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する。ただし、第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１とは、負の相関関係にあるため、第１の電圧Ｖ１と同様のものにするため−１を乗算した後、出力する。

このように本実施形態では、故障検出部２４０は、第１出力系または第２出力系の何れかが故障していることを検出した場合に、第１出力系が故障したときは第２の電圧Ｖ２を選択し、第２出力系が故障したときは第１の電圧Ｖ１を選択し、変換部２１０に出力する。
変換部２１０では、トルク検出電圧ＶＴ１から操舵トルクＴを算出し、算出した操舵トルクＴを電気信号に変換したトルク信号Ｔｄを目標電流算出部２２０へ出力する。
トルク検出電圧ＶＴ１から操舵トルクＴを算出する手法としては以下を例示することができる。すなわち、トルク検出電圧ＶＴ１と操舵トルクＴとの関係を示すマップをＲＯＭに記憶しておき、変換部２１０は、このマップに、トルク検出電圧ＶＴ１を代入することにより操舵トルクＴを算出する。あるいは、トルク検出電圧ＶＴ１と操舵トルクＴとの関係を示す関数を組み込んでおき、変換部２１０は、この関数にトルク検出電圧ＶＴ１を代入して操舵トルクＴを算出してもよい。

また故障検出部２４０は、第１出力系が故障したときは第２の電圧Ｖ２を小さくし、第２出力系が故障したときは第１の電圧Ｖ１を小さくするようにしてもよい。この割合は、例えば１／２とすることができる。これは、例えば、第１の増幅回路４５や、第２の増幅回路４６のゲインを１／２にすることで実現できる。これにより変換部２１０に出力されるトルク検出電圧ＶＴ１は、１／２となる。その結果、ステアリング装置１００が付与するアシスト力が１／２となる。そしてドライバは、ステアリングホイールの操作が重くなったのを感じることで、トルク検出装置２０に故障が生じたことを知ることができる。
また第１の増幅回路４５や第２の増幅回路４６のゲインは、可変としてもよい。この場合、ゲインを、例えば、車速Ｖｃやステアリングホイールの操舵角に応じて変更できる。

次に故障検出部２４０の動作について説明を行う。
図１２は、故障検出部２４０の動作について説明したフローチャートである。
まず故障検出部２４０の故障判定部２４１が、第１の電圧Ｖ１を読み込む（ステップ１０１）。さらに故障判定部２４１が、第２の電圧Ｖ２を読み込む（ステップ１０２）。
次に故障判定部２４１が第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が、図１１に示した範囲Ａに入るか否かを判定する（ステップ１０３）。

そして範囲Ａに入っていた場合（ステップ１０３でＹｅｓ）、故障判定部２４１は、第１出力系と第２出力系とはともに正常であると判定する（ステップ１０４）。さらに選択部２４２は、第１の電圧Ｖ１を選択し、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する（ステップ１０５）。

一方、範囲Ａに入っていなかった場合（ステップ１０３でＮｏ）、故障判定部２４１は、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が、図１１に示した範囲Ｂに入るか否かを判定する（ステップ１０６）。

そして範囲Ｂに入っていた場合（ステップ１０６でＹｅｓ）、故障判定部２４１は、第１出力系は正常であるが、第２出力系は故障していると判定する（ステップ１０７）。さらに選択部２４２は、第１の電圧Ｖ１を選択し、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する（ステップ１０８）。

一方、範囲Ｂに入っていなかった場合（ステップ１０６でＮｏ）、故障判定部２４１は、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が、図１１に示した範囲Ｃに入るか否かを判定する（ステップ１０９）。

そして範囲Ｃに入っていた場合（ステップ１０９でＹｅｓ）、故障判定部２４１は、第２出力系は正常であるが、第１出力系は故障していると判定する（ステップ１１０）。さらに選択部２４２は、第２の電圧Ｖ２を選択する。そして第２の電圧Ｖ２に−１を乗算し（ステップ１１１）、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する（ステップ１１２）。

一方、範囲Ｃに入っていなかった場合（ステップ１０９でＮｏ）、故障判定部２４１は、第１出力系および第２出力系の何れが故障しているかの判定は行わない（ステップ１１３）。そして故障判定部２４１は、エラー信号Ｅｒを制御部２３０に対して出力する（ステップ１１４）。

次に、他の実施形態について説明を行なう。
図１３は、他の実施形態における制御基板１２の概略構成を示す図である。
図１３に示した制御基板１２は、図７に示した制御基板１２に対し、故障検出部２４０の構成が相違し、他の構成は同様である。よって以下、故障検出部２４０について説明を行い、故障検出部２４０以外の説明は省略する。

図１３に示すように本実施形態における故障検出部２４０は、故障の判定を行う故障判定部２４１と、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを差動増幅する差動増幅部２４３とを備える。

故障判定部２４１は、図１１に示した範囲Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを定め、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が、何れの範囲に入るか否かを判定する。そして第１出力系および第２出力系の何れが故障であるかを特定して検出する。

このとき第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とがともに正常である範囲Ａに入った場合、故障判定部２４１は、第１出力系と第２出力系とはともに正常であると判定する。そして第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とをそのまま次の差動増幅部２４３に出力する。

また第１の電圧Ｖ１は正常であるが、第２の電圧Ｖ２が異常である範囲Ｂに入った場合、故障判定部２４１は、第１出力系は正常であるが、第２出力系は故障していると判定する。そして第１の電圧Ｖ１はそのまま次の差動増幅部２４３に出力するが、第２の電圧Ｖ２を０にして差動増幅部２４３に出力する。

さらに第２の電圧Ｖ２は正常であるが、第１の電圧Ｖ１が異常である範囲Ｃに入った場合、故障判定部２４１は、第２出力系は正常であるが、第１出力系は故障していると判定する。そして第２の電圧Ｖ２はそのまま次の差動増幅部２４３に出力するが、第１の電圧Ｖ１を０にして差動増幅部２４３に出力する。

また第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の双方が異常である範囲Ｄに入った場合、故障判定部２４１は、第１出力系および第２出力系の何れが故障しているかの判定は行わない。そして例えば、エラー信号Ｅｒを制御部２３０に対して出力する。

差動増幅部２４３は、差動増幅手段の一例であり、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを差動増幅し、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する。また差動増幅部２４３は、出力部の一例である。
ここで第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が範囲Ａに入ったとき、第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２がそのまま差動増幅部２４３に入力する。そして第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを差動増幅すると、ＶＴ１＝Ｖ１−Ｖ２≒２×Ｖ１となり、トルク検出電圧ＶＴ１は、第１の電圧Ｖ１のほぼ２倍となる。

また第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が範囲Ｂに入ったとき、第１の電圧Ｖ１はそのまま差動増幅部２４３に入力するが、第２の電圧Ｖ２は０となって差動増幅部２４３に入力する。その結果、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを差動増幅した場合、ＶＴ１＝Ｖ１−０＝Ｖ１となり、トルク検出電圧ＶＴ１は、第１の電圧Ｖ１と同じとなる。

さらに第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が範囲Ｃに入ったとき、第２の電圧Ｖ２はそのまま差動増幅部２４３に入力するが、第１の電圧Ｖ１は０となって差動増幅部２４３に入力する。その結果、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを差動増幅した場合、ＶＴ１＝０−Ｖ２≒Ｖ１となり、トルク検出電圧ＶＴ１は、第２の電圧Ｖ２に−１を乗算したものと同じとなる。つまりトルク検出電圧ＶＴ１は、第１の電圧Ｖ１とほぼ同じとなる。これは、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が範囲Ｂに入ったときの結果とほぼ同じである

このように本実施形態では、故障検出部２４０は、第１出力系または第２出力系の何れかが故障していることを検出した場合に、第１出力系が故障したときは第１の電圧Ｖ１を０とし、第２出力系が故障したときは第２の電圧Ｖ２を０として差動増幅する。これにより第１出力系または第２出力系が故障したときには、変換部２１０に出力されるトルク検出電圧ＶＴ１は、双方が正常な場合に比較して、１／２となる。その結果、ステアリング装置１００が付与するアシスト力が正常時の半分となる。そしてドライバは、ステアリングホイールの操作が重くなったのを感じることで、トルク検出装置２０に故障が生じたことを知ることができる。

次に故障検出部２４０の動作について説明を行う。
図１４は、他の実施形態における故障検出部２４０の動作について説明したフローチャートである。
まず故障検出部２４０の故障判定部２４１が、第１の電圧Ｖ１を読み込む（ステップ２０１）。さらに故障判定部２４１が、第２の電圧Ｖ２を読み込む（ステップ２０２）。
次に故障判定部２４１が第１の電圧Ｖ１と第の２電圧Ｖ２との関係が、図１１に示した範囲Ａに入るか否かを判定する（ステップ２０３）。

そして範囲Ａに入っていた場合（ステップ２０３でＹｅｓ）、故障判定部２４１は、第１出力系と第２出力系とはともに正常であると判定する（ステップ２０４）。そして故障判定部２４１は、第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２をそのまま差動増幅部２４３に出力し、差動増幅部２４３は、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを差動増幅して、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する（ステップ２０５）。

一方、範囲Ａに入っていなかった場合（ステップ２０３でＮｏ）、故障判定部２４１は、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が、図１１に示した範囲Ｂに入るか否かを判定する（ステップ２０６）。

そして範囲Ｂに入っていた場合（ステップ２０６でＹｅｓ）、故障判定部２４１は、第１出力系は正常であるが、第２出力系は故障していると判定する（ステップ２０７）。そして故障判定部２４１は、第２の電圧Ｖ２を０として差動増幅部２４３に出力する（ステップ２０８）。差動増幅部２４３は、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを差動増幅して、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する（ステップ２０５）。

一方、範囲Ｂに入っていなかった場合（ステップ２０６でＮｏ）、故障判定部２４１は、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との関係が、図１１に示した範囲Ｃに入るか否かを判定する（ステップ２０９）。

そして範囲Ｃに入っていた場合（ステップ２０９でＹｅｓ）、故障判定部２４１は、第２出力系は正常であるが、第１出力系は故障していると判定する（ステップ２１０）。そして故障判定部２４１は、第１の電圧Ｖ１を０として差動増幅部２４３に出力する（ステップ２１１）。差動増幅部２４３は、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを差動増幅して、トルク検出電圧ＶＴ１として変換部２１０に出力する（ステップ２０５）。

一方、範囲Ｃに入っていなかった場合（ステップ２０９でＮｏ）、故障判定部２４１は、第１出力系および第２出力系の何れが故障しているかの判定は行わない（ステップ２１２）。そして故障判定部２４１は、エラー信号Ｅｒを制御部２３０に対して出力する（ステップ２１３）。

上述した例によれば、第１出力系および第２出力系の一方が故障したときに、何れが故障しているかが特定できる。そして第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２のうち故障していない方を使用することで、ＥＣＵ１０の動作を継続することができる。その結果、緊急時のアシストを継続でき、また、ドライバは容易に故障を認知することもできる。

１０…ＥＣＵ、２０…トルク検出装置、５０…センサユニット、２４０…故障検出部、２４１…故障判定部、２４２…選択部、２４３…差動増幅部、１００…電動パワーステアリング装置

Claims (6)

1. 回転軸の捩れ量に応じた値である第１出力値を出力する第１の出力手段と、
   前記回転軸の捩れ量に応じた値であって、前記第１出力値に対し負の相関関係となる第２出力値を出力する第２の出力手段と、
   前記第１出力値と前記第２出力値との関係が予め定められた所定範囲内となったときに、前記第１の出力手段および前記第２の出力手段の何れが故障であるかを特定して検出する故障検出手段と、
   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. 前記故障検出手段は、前記第１の出力手段または前記第２の出力手段の何れかが故障していることを検出した場合に、当該第１の出力手段が故障したときは前記第２出力値を選択し、当該第２の出力手段が故障したときは前記第１出力値を選択する選択手段を備え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. 前記故障検出手段は、前記第１の出力手段が故障したときは前記第２出力値を小さくし、前記第２の出力手段が故障したときは前記第１出力値を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記故障検出手段は、前記第１の出力手段または前記第２の出力手段の何れかが故障していることを検出した場合に、当該第１の出力手段が故障したときは前記第１出力値を０とし、当該第２の出力手段が故障したときは前記第２出力値を０として、当該第１出力値と当該第２出力値とを差動増幅する差動増幅手段を備え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。
5. 前記範囲は、前記第１の出力手段および前記第２の出力手段のそれぞれが正常または故障であるかを表す４種類の範囲を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 回転軸の捩れ量に応じた値である第１出力値と当該回転軸の捩れ量に応じた値であって当該第１出力値に対し負の相関関係となる第２出力値との関係が予め定められた所定範囲内となったときに、当該範囲を基に当該第１出力値を出力する第１の出力手段および当該第２出力値を出力する第２の出力手段の何れが故障であるかを特定して判定する故障判定部と、
   故障と判定された場合に前記第１出力値と前記第２出力値を処理して出力する出力部と、
   を備えることを特徴とする故障検出装置。

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