JP2018146512A - トルク検出装置、故障診断方法、電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一のセンサから出力される出力値に基づいてこの一のセンサが正常であることを判断できるトルク検出装置、故障診断方法、電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
{第1の実施形態}
図1は、第1の実施形態に係るトルク検出装置200の概略構成を示す図である。図2は、第1トルクセンサ201の概略構成を示す図である。
本実施の形態のトルク検出装置200は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいて回転軸390に印加された印加トルクTaを検出する磁歪式のセンサである、第1トルクセンサ201と第2トルクセンサ202とを備えている。また、トルク検出装置200は、第1トルクセンサ201及び第2トルクセンサ202から出力された値に基づいて印加トルクTaに応じた値を出力すると共に第1トルクセンサ201及び第2トルクセンサ202の故障を診断する出力装置300を備えている。
第1トルクセンサ201の構成と第2トルクセンサ202の構成とは同一であるので、以下に、代表して第1トルクセンサ201について説明する。
第1トルクセンサ201は、回転軸390に加えられた印加トルクTaを検出するトルク検出部210と、トルク検出部210による検出に基づいて印加トルクTaに応じた電圧を出力するトルク検出回路250とを備えている。トルク検出部210は、印加トルクTaに応じて後述する2個のコイル(第1検出コイル221、第2検出コイル222)のインダクタンスを変化させ、トルク検出回路250は、これら2個のコイルのインダクタンスの変化に基づいて印加トルクTaに応じた電圧を出力する。
第1磁歪膜211及び第2磁歪膜212は、歪みの変化に対して透磁率の変化が大きい素材からなる金属膜であり、例えば、回転軸390の外周にメッキ法で形成したNi−Fe系の合金膜であることを例示することができる。第1磁歪膜211は、回転軸390の軸線方向に対して約45度傾斜した方向に磁気異方性を備えるように構成されており、第2磁歪膜212は、第1磁歪膜211の磁気異方性の方向に対して約90度傾斜した方向に磁気異方性を備えるように構成されている。すなわち、第1磁歪膜211、第2磁歪膜212の磁気異方性は互いに約90度位相を異にしている。
トルク検出回路250は、CPU等からなる算術論理演算回路であり、図2に示すように、第1端子231,第2端子232それぞれから延びた信号線と電気的に接続された検出回路251を備えている。また、トルク検出回路250は、第3端子233,第4端子234それぞれから延びた信号線と電気的に接続された励磁モニタ回路252を備えている。また、トルク検出回路250は、第5端子235,第6端子236それぞれから延びた信号線と電気的に接続されて、交流電流を流して磁束を発生させる励磁回路253を備えている。そして、かかる構成により、検出回路251は、第1検出コイル221の一端と第2検出コイル222の他端の電圧を検出し、励磁モニタ回路252は、第1検出コイル221の一端と第2検出コイル222の他端の電圧と、第1検出コイル221の他端と第2検出コイル222の一端との接続部の電圧とを検出する。
第1トルクセンサ201では、第1検出コイル221、第2検出コイル222に関する磁歪特性曲線における印加トルクTaの中立点(ゼロ点)付近の一定勾配とみなされる領域を使用し、原点を通る直線であって、縦軸及び横軸の正側、負側に存在する直線を利用することで、検出回路251は、印加トルクTaの方向と大きさに応じた第1トルク検出信号TS1を出力する。
一方、第2トルクセンサ202の検出回路251は、第1端子231を介して出力される電圧と第2端子232を介して出力される電圧との差を所定の増幅度で増幅し、バイアス電圧(例えば、2.5V)を加えた電圧を第2トルク検出信号TS2として出力する。以下、第1トルク検出信号TS1と第2トルク検出信号TS2とをまとめて「トルク検出信号TS」と称する場合もある。
トルク検出信号TSは、図3に示すように、印加トルクTaの一方方向への大きさが増加するのに伴って上昇すると共に、最大電圧VHiと最小電圧VLoとの間で変化する。最大電圧VHiは4.5V、最小電圧VLoは0.5Vであることを例示することができる。かかる場合、0.5V以上4.5V以下の範囲がトルク検出信号TSの出力正常範囲となり、0.5Vより小さい範囲及び4.5Vより大きい範囲がトルク検出信号TSの出力異常範囲となる。
出力装置300は、第1トルクセンサ201に動作電圧を供給する第1電源310と、第2トルクセンサ202に動作電圧を供給する第2電源320とを備えている。第1電源310,第2電源320は、車載バッテリの電源電圧を、それぞれ第1トルクセンサ201,第2トルクセンサ202に適した動作電圧に調圧し、調圧された動作電圧を出力装置300の第1電源端子301,第2電源端子302にそれぞれ印加する。また、出力装置300は、グランド電位に設定された第1グランド端子303と第2グランド端子304とを備えている。第1電源端子301及び第1グランド端子303に配線を介して第1トルクセンサ201が接続されることで、第1トルクセンサ201の電源が確保されている。また第2電源端子302及び第2グランド端子304に配線を介して第2トルクセンサ202が接続されることで、第2トルクセンサ202の電源が確保されている。
故障診断部330には、第1トルクセンサ201から出力される第1トルク検出信号TS1及び第1故障診断用信号TSIG1、第2トルクセンサ202から出力される第2トルク検出信号TS2及び第2故障診断用信号TSIG2が入力される。そして、故障診断部330は、第1トルク検出信号TS1及び第2トルク検出信号TS2に基づいて、第1トルクセンサ201又は第2トルクセンサ202が故障しているか否かを診断する。また、故障診断部330は、第1トルクセンサ201が故障している場合には、第2トルク検出信号TS2及び第2故障診断用信号TSIG2に基づいて第2トルクセンサ202が故障しているか否かを診断する。また、故障診断部330は、第2トルクセンサ202が故障している場合には、第1トルク検出信号TS1及び第1故障診断用信号TSIG1に基づいて第1トルクセンサ201が故障しているか否かを診断する。故障診断方法については後で詳述する。
励磁出力命令部340は、故障診断部330が第1トルクセンサ201及び第2トルクセンサ202が故障していないと診断している場合には、第1トルクセンサ201の励磁回路253に対して励磁を命令する。また、励磁出力命令部340は、第2トルクセンサ202が故障していると故障診断部330が診断した場合には、第1トルクセンサ201の励磁回路253に対して、後述するように予め定められたタイミングで励磁させたり停止させたりするよう命令する。また、励磁出力命令部340は、第1トルクセンサ201が故障していると故障診断部330が診断した場合には、第2トルクセンサ202の励磁回路253に対して、後述するように予め定められたタイミングで励磁させたり停止させたりするよう命令する。
切替部350は、故障診断部330が第1トルクセンサ201及び第2トルクセンサ202が故障していないと判断している場合には、その旨の信号と共に、第1トルクセンサ201から出力される第1トルク検出信号TS1を、トルク信号Tdとして出力する。
また、切替部350は、第2トルクセンサ202が故障していると故障診断部330が判断している場合には、その旨の信号と共に、第1トルクセンサ201から出力される第1トルク検出信号TS1を、トルク信号Tdとして出力する。
また、切替部350は、第1トルクセンサ201が故障していると故障診断部330が判断している場合には、その旨の信号と共に、第2トルクセンサ202から出力される第2トルク検出信号TS2を、トルク信号Tdとして出力する。
また、切替部350は、故障診断部330が第1トルクセンサ201及び第2トルクセンサ202が故障していると判断している場合には、その旨の信号を出力する。
以下、故障診断部330が行う故障診断について説明する。
故障診断部330は、例えば、第1トルク検出信号TS1の電圧と第2トルク検出信号TS2の電圧との差が所定範囲内である場合には第1トルクセンサ201及び第2トルクセンサ202は正常であると診断し、第1トルク検出信号TS1の電圧と第2トルク検出信号TS2の電圧との差が所定範囲外である場合には第1トルクセンサ201又は第2トルクセンサ202が故障していると診断する。また、故障診断部330は、第1トルク検出信号TS1,第2トルク検出信号TS2が出力正常範囲内である場合には、第1トルクセンサ201,第2トルクセンサ202は正常であると診断し、第1トルク検出信号TS1,第2トルク検出信号TS2が出力異常範囲内である場合には、第1トルクセンサ201,第2トルクセンサ202は異常であると診断する。
図4は、自己故障診断処理を説明するタイミングチャートである。
励磁出力命令部340は、第2トルクセンサ202の励磁回路253に対する励磁駆動信号REN2を周期的にON/OFFする。より具体的には、励磁出力命令部340は、励磁駆動信号REN2をOFF状態からON状態にし、ON状態を予め定められた第1期間T1の間継続する。その後、励磁出力命令部340は、励磁駆動信号REN2をON状態からOFF状態にし、OFF状態を第2期間T2の間継続する。その後、励磁出力命令部340は、励磁駆動信号REN2をOFF状態からON状態にし、ON状態を第1期間T1の間継続する。以降、励磁出力命令部340は、第2トルクセンサ202が故障したと診断されるまで、励磁駆動信号REN2の第1期間T1のON状態と第2期間T2のOFF状態とを繰り返す。第1期間T1は、後述する第3期間T3及び第4期間T4以上であると良い。第2期間T2は、例えば、後述するように第2トルク検出信号TS2及び第2故障診断用信号TSIG2を取得可能な期間であると良い。
図5は、故障診断部330が行う自己故障診断処理の手順を示すフローチャートである。
故障診断部330は、この自己故障診断処理を、励磁出力命令部340が励磁駆動信号REN2をOFF状態からON状態にしたときに開始する。
そして、切替部350は、第2トルクセンサ202が故障していると故障診断部330が診断していない場合には、第2トルクセンサ202から出力される第2トルク検出信号TS2を、トルク信号Tdとして出力する。つまり、切替部350は、処理期間毎に第2トルク検出信号TS2をトルク信号Tdとして出力する。例えば、切替部350は、第2トルクセンサ202が正常である旨の信号を故障診断部330から取得したときに第2トルク検出信号TS2を取得すると共に、取得した第2トルク検出信号TS2をトルク信号Tdとして出力することを例示することができる。
他方、切替部350は、第2トルクセンサ202が故障していると故障診断部330が診断している場合には、第1トルクセンサ201及び第2トルクセンサ202が故障している旨の信号を出力する。
また、第1トルクセンサ201,第2トルクセンサ202は、励磁コイル223に電流が印加されたことに起因して第1検出コイル221,第2検出コイル222のインダクタンスが変化したか否かを示す診断用信号の一例としての第1故障診断用信号TSIG1,第2故障診断用信号TSIG2を出力し、出力装置300の故障診断部330は、第1故障診断用信号TSIG1,第2故障診断用信号TSIG2を取得し、正常動作しているか否かを診断する。
第2の実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、第1の実施形態に係るトルク検出装置200を備えた装置である。
第1の実施形態に係るトルク検出装置200は、2つのトルクセンサを備える二重系のトルクセンサの一方のトルクセンサが故障した際に、アシストを継続する電動パワーステアリング装置に適用することができる。二重系のトルクセンサの一方のトルクセンサが故障した際にアシストを継続する電動パワーステアリング装置において、一方のトルクセンサが故障した際に、例えば電動モータの回転角度から操舵角を推定してアシスト制御を行う場合、故障していない他方のトルクセンサの検知に基づいて操舵トルクの方向を検知してアシストの信頼性を向上させる場合がある。かかる場合、第1の実施形態に係るトルク検出装置200を用いれば、信頼できる操舵トルクの方向を使用することができるため、さらに信頼性が高いアシスト継続を実施することができる。
第3の実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、第1の実施形態に係るトルク検出装置200の第1トルクセンサ201を備えるが第2トルクセンサ202を備えていない装置である。つまり、第3の実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、第1トルクセンサ201のみの1つのトルクセンサを備える二重系ではないトルク検出装置を備える。
1つのトルクセンサのみを備える構成であっても、上述した自己故障診断処理を行うことでこのトルクセンサの故障を精度高く検出することができることから、このトルクセンサの検出値を信頼でき、アシスト制御の信頼性を担保することができる。また、二重系のトルク検出装置を備える場合と比較すると、電動パワーステアリング装置のコストダウンを図ることができる。
Claims (11)
- 軸の径方向に設けられた磁性体と、前記磁性体の径方向周囲に設けられたコイルと、前記コイルのインダクタンスの変化に応じた信号を出力するセンサと、
前記センサから得られた信号に基づいた信号を出力する出力部と、
を備え、
前記センサは、前記コイルに電流を印加する電流印加部を有し、
前記出力部は、
前記電流印加部に、電流を印加させるか否かの指令信号を送る電流印加命令部と、
前記指令信号をトリガとして、前記センサから出力される信号を取得し、正常動作しているか否かを診断する故障診断部と、を有する
トルク検出装置。 - 前記センサは、前記コイルのインダクタンスの変化に基づいて、前記軸に入力された入力トルクに応じたトルク信号を出力し、
前記出力部の前記故障診断部は、前記トルク信号を取得し、正常動作しているか否かを診断する
請求項1に記載のトルク検出装置。 - 前記センサは、前記コイルに電流が印加されたことに起因して前記コイルのインダクタンスが変化したか否かを示す診断用信号を出力し、
前記出力部の前記故障診断部は、前記診断用信号を取得し、正常動作しているか否かを診断する
請求項1に記載のトルク検出装置。 - 前記センサは、前記コイルのインダクタンスの変化に基づいて、前記軸に入力された入力トルクに応じたトルク信号と、前記コイルに電流が印加されたことに起因して前記変化が生じたか否かを示す診断用信号と、を出力し、
前記出力部の前記故障診断部は、前記トルク信号及び前記診断用信号を取得し、正常動作しているか否かを診断する
請求項1に記載のトルク検出装置。 - 前記出力部の前記電流印加命令部は、前記指令信号を予め定められた第1期間送った後に予め定められた第2期間停止することを繰り返し、前記故障診断部は、前記指令信号の送り始めをトリガとして前記センサから取得した信号と、前記指令信号の停止をトリガとして前記センサから取得した信号とに基づいて、前記第1期間に前記第2期間を加算した期間毎に正常動作しているか否かを診断する
請求項1から4のいずれか1項に記載のトルク検出装置。 - 軸の径方向に設けられた磁性体の径方向周囲に設けられたコイルに、電流を印加するか否かの指令信号を送り、
前記コイルのインダクタンスの変化に応じて出力される信号を、前記指令信号をトリガとして取得し、正常動作しているか否かを診断する
故障診断方法。 - 前記コイルのインダクタンスの変化に基づく前記軸に入力された入力トルクに応じたトルク信号を取得し、正常動作しているか否かを診断する
請求項6に記載の故障診断方法。 - 前記コイルに電流が印加されたことに起因して前記コイルのインダクタンスが変化したか否かを示す診断用信号を取得し、正常動作しているか否かを診断する
請求項6に記載の故障診断方法。 - 前記コイルのインダクタンスの変化に基づく前記軸に入力された入力トルクに応じたトルク信号と、前記コイルに電流が印加されたことに起因して前記コイルのインダクタンスが変化したか否かを示す診断用信号とを取得し、正常動作しているか否かを診断する
請求項6に記載の故障診断方法。 - 前記指令信号を予め定められた第1期間送った後に予め定められた第2期間停止することを繰り返し、
前記指令信号の送り始めをトリガとして取得した信号と、前記指令信号の停止をトリガとして取得した信号とに基づいて、前記第1期間に前記第2期間を加算した期間毎に正常動作しているか否かを診断する
請求項6から9のいずれか1項に記載の故障診断方法。 - 車両のステアリングホイールの操舵に対してアシスト力を付与するモータと、
前記ステアリングホイールの操舵トルクを検出する、請求項1から5のいずれか1項に記載のトルク検出装置と、
を備える電動パワーステアリング装置。
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