JP7306648B2 - トルク検出装置及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルク検出装置、パワーステアリング装置に関する。

近年、モータの動力にて運転者の操舵力をアシストする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。

例えば、特許文献１には、トルクが入力されることでねじれが発生するトーションバーで連結された第１回転軸と第２回転軸との相対的な変位を、インピーダンスの変化に反映させて検出する少なくとも２組のコイル対と、それぞれのコイル対に対応して別個に設けられ、異なる励磁周波数でそれぞれのコイル対に励磁信号を供給する複数の発振部と、それぞれのコイル対に対応して別個に設けられ、それぞれのコイル対の出力信号を信号処理してトルク検出信号を出力するトルク検出機能を有する信号処理部と、トルク検出機能の異常を定常的に監視する監視部と、トルク検出機能が作動する前に、監視部に対して診断用の信号を入力し、監視部が正常に動作していることを確認する初期診断部と、を備え、励磁周波数の差である励磁周波数差が、３．５ｋＨｚ以上に設定されており、初期診断部は、監視部に対し、診断用の信号として正常信号と異常信号とを交互に入力し、正常信号の入力時に、監視部が入力信号に対して正常診断し、異常信号の入力時に、監視部が入力信号に対して異常診断したとき、監視部が正常に動作していると判断することを特徴とするトルク検出装置が記載されている。

特許５４５４６９１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歪みに応じ、回転軸の外周面に設けられた磁歪膜の透磁率が変化することを利用して、センサのインダクタンスの増減を検出する、いわゆる磁歪式トルクセンサが用いられることがある。この場合、回転軸の周囲にコイルを設け、このコイルを励磁回路により励磁することが必要である。また近年、冗長性を与えるため、複数の磁歪式トルクセンサを備える方式が普及しつつある。
ところが、複数の磁歪式トルクセンサを設けると、コイルを励磁する際に、励磁周波数を同じに設定すると、それぞれの励磁回路の性能のばらつきにより、励磁周波数が実際には同じとならない場合がある。その結果、それぞれの磁歪式トルクセンサ間に干渉が生じ、出力信号にうなりが発生する。そして、磁歪式トルクセンサを、例えば、パワーステアリング装置に搭載した場合、操舵フィーリングに違和感を与える恐れがあった。
本発明は、磁歪式トルクセンサ間に干渉が生じにくく、出力信号にうなりが発生しにくいトルク検出装置等を提供することにより、運転者の違和感を低減させることを目的とする。

かかる目的のもとで、本発明は、軸の径方向に形成された磁歪膜の径方向周囲に設けられ、励磁を行なう励磁コイルと前記軸に加わるトルクの大きさに応じて変化するインダクタンスの変化に応じた出力信号を出力する検出コイルと、を有する複数のトルク検出部と、前記トルク検出部から出力された出力信号を基に、前記軸に加わるトルクの大きさを検出するトルク検出回路と、を備え、前記複数のトルク検出部のそれぞれの前記励磁コイルを励磁する周波数である励磁周波数を互いに異なるように設定するトルク検出装置である。

本発明によれば、磁歪式トルクセンサ間に干渉が生じにくく、出力信号にうなりが発生しにくいトルク検出装置等を提供することにより、運転者の違和感を低減させることができる。

第１の実施形態に係るトルク検出装置の概略構成を示す図である。 第１トルクセンサの概略構成を示す図である。 トルク検出信号の出力範囲を示す図である。 第２の実施形態に係る第１トルクセンサの概略構成を示す図である。 （ａ）～（ｂ）は、ノッチフィルタのフィルタ特性について示した図である。 （ａ）は、ノッチフィルタを、トルク検出部と検出回路との間に設けたときに、検出回路に入力する出力信号の例を示した図である。（ｂ）は、ノッチフィルタを、トルク検出部と検出回路との間に設けなかったときに、検出回路に入力する出力信号の例を示した図である。 第３の実施形態に係る第１トルクセンサの概略構成を示す図である。 （ａ）～（ｂ）は、ローパスフィルタのフィルタ特性について示した図である。 第４の実施形態に係る第１トルクセンサの概略構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

｛第１の実施形態｝
ここでは、第１の実施形態についてまず説明を行なう。
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。回転軸３９０は、軸の一例である。この場合、第１トルクセンサ２０１及び第２トルクセンサ２０２は、何れか一方のみでも、印加トルクＴａを検出することが可能である。しかし、本実施の形態のトルク検出装置２００は、トルクセンサを２個備えることで冗長性を与えている。そのため、何れか一方が故障しても印加トルクＴａを検出することが可能となる。なお、本実施の形態では、トルクセンサは、第１トルクセンサ２０１及び第２トルクセンサ２０２の２個であるが、３個以上でもよい。
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。

〔トルクセンサ〕
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。なお、上述したように、本実施の形態では、トルクセンサは、複数存在し、トルク検出部２１０及びトルク検出回路２５０は、それぞれのトルクセンサ毎に複数備えられる。上述したように、実施の形態では、トルクセンサとして、２個のトルクセンサである第１トルクセンサ２０１及び第２トルクセンサ２０２を備える、そして、第１トルクセンサ２０１及び第２トルクセンサ２０２は同様の構成であるため、第２トルクセンサ２０２にもトルク検出部２１０及びトルク検出回路２５０と同様のものが備えられている。
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。

トルク検出部２１０は、第１磁歪膜２１１の径方向周囲に設けられた検出コイルの一例である第１検出コイル２２１と、第２磁歪膜２１２の径方向周囲に設けられた検出コイルの一例である第２検出コイル２２２と、回転軸３９０の周囲に配置され励磁を行なう励磁コイル２２３と、を備えている。この場合、第１磁歪膜２１１及び第２磁歪膜２１２は、回転軸３９０の外周面に径方向周囲に形成された磁歪膜の一例である。
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。

第１検出コイル２２１は、第１磁歪膜２１１の周囲に所定の隙間を空けた状態で回転軸３９０と同軸状に配置されている。第２検出コイル２２２は、第２磁歪膜２１２の周囲に所定の隙間を空けた状態で回転軸３９０と同軸状に配置されている。第１検出コイル２２１の巻き始めである導線の一端が、第１端子２３１に接続されている。第２検出コイル２２２の巻き終わりである導線の他端が、第２端子２３２に接続されている。第１検出コイル２２１の巻き終わりである導線の他端と第２検出コイル２２２の巻き始めである導線の一端とが、第３端子２３３に接続されている。第１検出コイル２２１の巻き始めである導線の一端と第２検出コイル２２２の巻き終わりである導線の他端とが、第４端子２３４に接続されている。励磁コイル２２３の巻き始めである導線の一端が第５端子２３５に接続され、励磁コイル２２３の巻き終わりである導線の他端が第６端子２３６に接続されている。

第１磁歪膜２１１及び第２磁歪膜２１２の磁気異方性を上述のように設定したことにより、回転軸３９０にトルクが作用しない状態でも、第１磁歪膜２１１、第２磁歪膜２１２の主応力方向の一方に圧縮応力が作用し、他方に引張応力が作用する。第１磁歪膜２１１、第２磁歪膜２１２の透磁率は概ね等しく設定されている。回転軸３９０にトルクが印加されると、異方性を持たせた第１磁歪膜２１１及び第２磁歪膜２１２にそれぞれ引張応力、圧縮応力が選択的に働く。その結果、逆磁歪効果により第１磁歪膜２１１、第２磁歪膜２１２の透磁率がそれぞれ増加又は減少する。そして、これに応じて、第１検出コイル２２１と第２検出コイル２２２のうち、一方のインダクタンスが増加し、他方のインダクタンスが減少する。つまり、回転軸３９０に加えられた印加トルクＴａの大きさに応じて、第１検出コイル２２１及び第２検出コイル２２２のインダクタンスが変化する。そして、インダクタンスの変化に応じて、第１検出コイル２２１及び第２検出コイル２２２から出力する出力信号の電圧が変化する。

〔トルク検出回路〕
トルク検出回路２５０は、第１トルクセンサ２０１から出力された出力信号を基に、回転軸３９０に加わるトルクの大きさを検出する。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検出コイル２２１に関する磁歪特性曲線と、第２検出コイル２２２に関する磁歪特性曲線とは、第１磁歪膜２１１、第２磁歪膜２１２のそれぞれで互いに逆方向となる磁気異方性を有することが反映して、両磁歪特性曲線が交わる点を含む縦軸に関して略線対称の関係になる。
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。

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１トルク検出信号ＴＳ１として出力する。印加トルクＴａがゼロのときに、第１検出コイル２２１から出力される電圧と第２検出コイル２２２から出力される電圧は等しいので、その差の値はゼロとなり、第１トルク検出信号ＴＳ１はバイアス電圧と等しくなる。
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。

図３は、トルク検出信号ＴＳの出力範囲を示す図である。
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。

励磁モニタ回路２５２は、トルク検出信号ＴＳと同期した信号を出力する。励磁モニタ回路２５２は、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ているか否か、検出回路２５１が故障してないかを判断する。そして、励磁モニタ回路２５２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ことを示すＬｏ信号と、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ていないことを示すＨｉ信号とを、故障診断用信号ＴＳＩＧとして出力する。以下の説明において、第１トルクセンサ２０１から出力される故障診断用信号ＴＳＩＧを第１故障診断用信号ＴＳＩＧ１、第２トルクセンサ２０２から出力される故障診断用信号ＴＳＩＧを第２故障診断用信号ＴＳＩＧ２と称す。

第１トルクセンサ２０１のトルク検出回路２５０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と、第２トルクセンサ２０２のトルク検出回路２５０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とは、出力装置３００に入力される。

励磁回路２５３は、励磁コイル２２３の励磁を行なう。そして、本実施の形態では、複数のトルク検出部のそれぞれの励磁コイルを励磁する周波数である励磁周波数を互いに異なるように設定する。即ち、本実施の形態の場合、第１トルクセンサ２０１のトルク検出部２１０の励磁コイル２２３を励磁する周波数と、第２トルクセンサ２０２のトルク検出部（図示せず）の励磁コイル（図示せず）を励磁する周波数とは異なるように設定する。
つまり、それぞれの励磁周波数を同じに設定した場合、それぞれの励磁回路のわずかな性能のばらつきにより、励磁周波数は実際には同じにならず、わすかに差が生じる。その結果、それぞれの周波数が、干渉を起こし、出力信号にうなりが生ずる。この周波数差は、比較的低い周波数であり、トルク検出装置２００を、例えば、パワーステアリング装置に適用した場合、操舵フィーリングに違和感を与える。

そのため、本実施の形態では、それぞれの励磁周波数を互いに異なるように設定することで、うなりを抑制する。本実施の形態の場合、第１トルクセンサ２０１と第２トルクセンサ２０２のそれぞれの励磁周波数の差を数ｋＨｚ以上とする。具体的には、例えば、それぞれの励磁周波数を、２０．８ｋＨｚ、２６ｋＨｚ、４１．６ｋＨｚ、５２ｋＨｚの４つから選ばれる２つとする。この場合、うなりの周波数は、選択された２つの周波数の差となる。例えば、２０．８ｋＨｚと２６ｋＨｚとを選択した場合は、うなりの周波数は、２６ｋＨｚ－２０．８ｋＨｚ＝５．２ｋＨｚである。また、例えば、２６ｋＨｚと４１．６ｋＨｚとを選択した場合は、うなりの周波数は、４１．６ｋＨｚ－２６ｋＨｚ＝１５．６ｋＨｚである。さらに、例えば、４１．６ｋＨｚと５２ｋＨｚとを選択した場合は、うなりの周波数は、５２ｋＨｚ－４１．６ｋＨｚ＝１０．４ｋＨｚである。

〔出力装置〕
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。

また、出力装置３００は、第１トルクセンサ２０１及び第２トルクセンサ２０２の故障を診断する故障診断部３３０と、故障診断部３３０の故障診断結果に基づいて、第１トルクセンサ２０１、第２トルクセンサ２０２の励磁回路２５３に対して励磁させることを命令する励磁出力命令部３４０とを備えている。また、出力装置３００は、第１トルクセンサ２０１から出力された第１トルク検出信号ＴＳ１か、第２トルクセンサ２０２から出力された第２トルク検出信号ＴＳ２かを、トルク信号Ｔｄとして用いるのを切り替える切替部３５０を備えている。

《故障診断部》
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。故障診断方法については後で詳述する。

《励磁出力命令部》
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及び第２トルクセンサ２０２の励磁回路（図示せず）に対して励磁を命令する。

《切替部》
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。

以上のように構成された本実施の形態のトルク検出装置２００においては、出力装置３００の励磁出力命令部３４０から指示を受けて、第１トルクセンサ２０１又は第２トルクセンサ２０２のトルク検出部２１０の励磁回路２５３が交流電流を流して磁束を発生させると、第１トルクセンサ２０１，第２トルクセンサ２０２は、それぞれ印加トルクＴａに応じた電圧信号である第１トルク検出信号ＴＳ１，第２トルク検出信号ＴＳ２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、それぞれ第１トルク検出信号ＴＳ１，第２トルク検出信号ＴＳ２と同期した信号である第１故障診断用信号ＴＳＩＧ１，第２故障診断用信号ＴＳＩＧ２を出力する。

そして、本実施の形態のトルク検出装置２００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、第１トルクセンサ２０１から出力された第１トルク検出信号ＴＳ１をトルク信号Ｔｄとして出力する。一方、トルク検出装置２００は、第１トルクセンサ２０１又は第２トルクセンサ２０２のいずれか一方のトルクセンサが故障している場合には、他方のトルクセンサから出力されたトルク検出信号ＴＳをトルク信号Ｔｄとして出力する。

《故障診断》
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。

そして、本実施の形態のトルク検出装置２００においては、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、励磁出力命令部３４０は、第１トルクセンサ２０１の励磁回路２５３に対して、励磁を停止するよう命令する。また、トルク検出装置２００は、故障した第１トルクセンサ２０１に動作電圧を供給する第１電源３１０による電圧の供給を遮断する。
また、トルク検出装置２００においては、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、励磁出力命令部３４０は、第２トルクセンサ２０２の励磁回路２５３に対して、励磁を停止するよう命令する。また、トルク検出装置２００は、故障した第２トルクセンサ２０２に動作電圧を供給する第２電源３２０による電圧の供給を遮断する。

｛第２の実施形態｝
次に、第２の実施形態について説明を行なう。第２の実施形態では、第１の実施形態の構成に対し、トルクセンサにノッチフィルタを加える。
図４は、第２の実施形態に係る第１トルクセンサ２０１の概略構成を示す図である。なお、第２トルクセンサ２０２も同一の構成を有する。
図示するように、第２の実施形態に係る第１トルクセンサ２０１は、第１の実施形態に係る第１トルクセンサ２０１と比較して、トルク検出回路２５０にノッチフィルタ２５４をさらに備える点が異なる。なお、他は同様の構成となっている。
ノッチフィルタは２５４は、複数のトルク検出部のうち一のトルク検出部から出力される出力信号から、他のトルク検出部の励磁周波数成分の通過を阻害する。つまり、ノッチフィルタは２５は、他のトルク検出部の励磁周波数を選択的にカットするフィルタである。

本実施の形態では、トルク検出部は、第１トルクセンサ２０１のトルク検出部２１０である第１トルク検出部及び第２トルクセンサ２０２のトルク検出部である第２トルク検出部の２個からなる。そして、ノッチフィルタ２５４である第１ノッチフィルタは、第１トルク検出部が有する第１検出コイル２２１である第１検出コイルから出力される出力信号である第１出力信号から、第２トルク検出部の励磁周波数である第２励磁周波数成分の通過を阻害する。また、第２トルクセンサ２０２のノッチフィルタである第２ノッチフィルタは、第２トルク検出部が有する検出コイルである第２検出コイルから出力される出力信号である第２出力信号から、第１トルク検出部であるトルク検出部２１０の励磁周波数である第１励磁周波数成分の通過を阻害する。
換言すれば、第１トルクセンサ２０１のノッチフィルタ２５４は、第２トルクセンサ２０２で使用される励磁周波数をカットする。また、第２トルクセンサ２０２のノッチフィルタは、第１トルクセンサ２０１で使用される励磁周波数をカットする。

図５（ａ）～（ｂ）は、ノッチフィルタ２５４のフィルタ特性について示した図である。
このうち図５（ａ）は、周波数と振幅との関係を示した図であり、横軸は周波数（Frequency）を表し、縦軸は振幅（Magnitude）を表す。また、図５（ｂ）は、周波数と位相との関係を示した図であり、横軸は周波数（Frequency）を表し、縦軸は位相（Phase）を表す。
図示する例は、２０．８ｋＨｚの周波数をカットオフするノッチフィルタ２５４であり、図５（ａ）に示すように、振幅が、周波数２０．８ｋＨｚにおいて極小値となる。
この場合、２０．８ｋＨｚの周波数の振幅は、－４０ｄＢ（約１／１００）以下となる。トルク検出装置２００を、例えば、パワーステアリング装置に適用した場合、うなりの周波数における振幅が、－４０ｄＢ以下の範囲になれば、「操舵フィーリングに違和感を与えない」、と言うことができる。

さらに、第１の実施形態のように、複数のトルク検出部のそれぞれの励磁コイルを励磁する周波数である励磁周波数を互いに異なるように設定することで、うなりの周波数における振幅は、さらに小さくなる。

また、本実施の形態では、ノッチフィルタは、トルク検出部とトルク検出回路における出力信号の電圧を検出する検出回路との間にそれぞれ設けられる。図示する第１トルクセンサ２０１の例では、ノッチフィルタ２５４は、トルク検出部２１０と検出回路２５１との間に設けられる。

図６（ａ）は、ノッチフィルタ２５４を、トルク検出部２１０と検出回路２５１との間に設けたときに、検出回路２５１に入力する出力信号の例を示した図である。また、図６（ｂ）は、ノッチフィルタ２５４を、トルク検出部２１０と検出回路２５１との間に設けなかったときに、検出回路２５１に入力する出力信号の例を示した図である。両図において、横軸は時間を表し、縦軸は、電圧を表す。
図６（ａ）の場合、電圧の最大値と最小値が点線で示したようにほぼ一定であり、出力信号が安定することがわかる。この場合、検出回路２５１において検出する電圧の精度が向上する。
対して、図６（ｂ）の場合、電圧の最大値と最小値がそれぞれ点線で示したように周期的に変動する。この変動の周波数は、上述したうなりの周波数である。この場合、この変動は、ＡＭ変調ノイズとなり、検出回路２５１において検出する電圧の精度が悪化する。

｛第３の実施形態｝
次に、第３の実施形態について説明を行なう。第３の実施形態では、第１の実施形態の構成に対し、トルクセンサにローパスフィルタを加える。
図７は、第３の実施形態に係る第１トルクセンサ２０１の概略構成を示す図である。なお、第２トルクセンサ２０２も同一の構成を有する。
図示するように、第３の実施形態に係る第１トルクセンサ２０１は、第１の実施形態に係る第１トルクセンサ２０１と比較して、トルク検出回路２５０にローパスフィルタ２５５をさらに備える点が異なる。なお、他は同様の構成となっている。
ローパスフィルタ２５５は、トルク検出回路から出力される検出信号から、それぞれのトルク検出部で使用する励磁周波数の差分の周波数成分の通過を阻害する。つまり、ローパスフィルタ２５５は、上述したうなりの周波数である５．２ｋＨｚ、１０．４ｋＨｚ、１５．６ｋＨｚ等の周波数成分をカットオフする。

図８（ａ）～（ｂ）は、ローパスフィルタ２５５のフィルタ特性について示した図である。
このうち図８（ａ）は、周波数と振幅との関係を示した図であり、横軸は周波数（Frequency）を表し、縦軸は振幅（Magnitude）を表す。また、図８（ｂ）は、周波数と位相との関係を示した図であり、横軸は周波数（Frequency）を表し、縦軸は位相（Phase）を表す。
図示する例は、８００Ｈｚのローパスフィルタのフィルタ特性である。この場合、点Ｆ１でプロットするように、５．２ｋＨｚの周波数成分は、振幅が、－１５ｄＢ（約１／６）となる。また、点Ｆ２でプロットするように、１０．４ｋＨｚの周波数成分は、振幅が、－２１ｄＢ（約１／１０）となる。さらに、点Ｆ３でプロットするように、１５．６ｋＨｚの周波数成分は、振幅が、－２５ｄＢ（約１／１８）となる。

さらに、第１の実施形態のように、複数のトルク検出部のそれぞれの励磁コイルを励磁する周波数である励磁周波数を互いに異なるように設定することで、うなりの周波数における振幅は、さらに小さくなり、－４６ｄＢ（約１／２００）となる。

また、本実施の形態では、ローパスフィルタ２５５のカットオフ周波数がサンプリング定理により制御可能な周波数以上とする。トルク検出装置２００を、例えば、パワーステアリング装置に適用した場合、パワーステアリング装置のモータ制御は、１ｍｓ毎に行なう。この場合、サンプリング定理から、５００Ｈｚ以上の周波数については、制御できない。よって本実施の形態では、カットオフ周波数を５００Ｈｚ以上とする。ただし、カットオフ周波数を５００Ｈｚとすると、操舵フィーリングに影響を与える、本来カットしてはいけない周波数の周波数成分までカットを行なってしまう。操舵フィーリングに影響を与える周波数は、例えば、１００Ｈｚである。例えば、カットオフ周波数を１００Ｈｚとした場合、１００Ｈｚにおける振幅は、－３ｄＢとなり、操舵フィーリングに影響を与える。本実施の形態では、ローパスフィルタ２５５のカットオフ周波数を８００Ｈｚとすることで、１００Ｈｚの周波数成分をほぼカットしないようにすることができる。ここで、「ほぼカットしない」とは、ローパスフィルタ２５５によりカットされた後の振幅が－１ｄＢ以上となる場合である。つまり、ローパスフィルタ２５５により１００Ｈｚにおける振幅は、－１ｄＢ以上となる必要がある。

｛第４の実施形態｝
次に、第４の実施形態について説明を行なう。第４の実施形態では、第１の実施形態の構成に対し、トルクセンサにノッチフィルタ及びローパスフィルタの双方を加える。
図９は、第４の実施形態に係る第１トルクセンサ２０１の概略構成を示す図である。なお、第２トルクセンサ２０２も同一の構成を有する。
図示するように、第４の実施形態に係る第１トルクセンサ２０１は、第１の実施形態に係る第１トルクセンサ２０１と比較して、トルク検出回路２５０に、ノッチフィルタ２５４及びローパスフィルタ２５５をさらに備える点が異なる。なお、他は同様の構成となっている。
この構成によれば、ノッチフィルタ２５４及びローパスフィルタ２５５の双方の効果が期待できる。
そしてさらに、第１の実施形態のように、複数のトルク検出部のそれぞれの励磁コイルを励磁する周波数である励磁周波数を互いに異なるように設定することで、うなりの周波数における振幅は、さらに小さくなり、－５０ｄＢ（約１／３００）程度となる。

以上のように構成されたトルク検出装置２００においては、第１トルクセンサ２０１及び第２トルクセンサ２０２のいずれか一方のトルクセンサが故障したとしても、他方のトルクセンサから出力される出力値に基づいてこの他方のトルクセンサが正常動作しているか否かを判断することができる。その結果、第１トルクセンサ２０１及び第２トルクセンサ２０２のいずれか一方のトルクセンサが故障したとしても、トルク検出装置２００から出力されるトルク信号Ｔｄは、正常動作していると判断された正常なトルクセンサからの出力値に基づくので、信頼できる値である。

さらに、第１の実施形態によれば、第１トルクセンサ２０１及び第２トルクセンサ２０２に励磁される複数のトルクセンサにおける、それぞれの励磁周波数を互いに異なるように設定することで、うなりを抑制することができる。
またさらに、第２の実施形態によれば、ノッチフィルタは２５４は、複数のトルク検出部のうち一のトルク検出部から出力される出力信号から、他のトルク検出部の励磁周波数成分の通過を阻害するため、磁歪式トルクセンサ間に干渉が生じにくく、うなりがさらに発生しにくい。
そして、第３の実施形態によれば、ローパスフィルタは２５５は、トルク検出回路から出力される検出信号から、それぞれのトルク検出部で使用する励磁周波数の差分の周波数成分の通過を阻害する。その結果、うなりの周波数をカットし、うなりがさらに発生しにくい。
また、第４の実施形態によれば、ノッチフィルタは２５４及びローパスフィルタは２５５を双方使用するため、うなりがさらに発生しにくくなる。

｛第５の実施形態｝
第５の実施形態では、上述した第１の実施形態～第４の実施形態に係るトルク検出装置２００を、パワーステアリング装置に利用する。つまり、このパワーステアリング装置は、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、ステアリングホイールの操舵トルクを検出する、上述したトルク検出装置２００と、を備える。

そして、第１の実施形態～第４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、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～第４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。さらに、第１トルクセンサ２０１及び第２トルクセンサ２０２に励磁される複数のトルクセンサにおける、それぞれの励磁周波数を互いに異なるように設定することで、うなりを抑制し、操舵フィーリングに違和感を与えることを抑制し、運転者の違和感を低減する。

２００…トルク検出装置、２０１…第１トルクセンサ、２０２…第２トルクセンサ、２１０…トルク検出部、２１１…第１磁歪膜（磁歪膜の一例）、２１２…第２磁歪膜（磁歪膜の一例）、２２１…第１検出コイル（検出コイルの一例）、２２２…第２検出コイル（検出コイルの一例）、２２３…励磁コイル、２５０…トルク検出回路、２５１…検出回路、２５２…励磁モニタ回路、２５３…励磁回路、２５４…ノッチフィルタ、２５５…ローパスフィルタ、３９０…回転軸（軸の一例）

Claims (7)

1. 軸の径方向に形成された磁歪膜の径方向周囲に設けられ、励磁を行なう励磁コイルと前記軸に加わるトルクの大きさに応じて変化するインダクタンスの変化に応じた出力信号を出力する検出コイルと、を有する複数のトルク検出部と、
   前記トルク検出部から出力された出力信号を基に、前記軸に加わるトルクの大きさを検出するトルク検出回路と、
   を備え、
   前記複数のトルク検出部のそれぞれの前記励磁コイルを励磁する周波数である励磁周波数を互いに異なるように設定し、
   前記複数のトルク検出部のうち一のトルク検出部から出力される出力信号から、他のトルク検出部の励磁周波数成分の通過を阻害するノッチフィルタをさらに備えることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記ノッチフィルタは、前記トルク検出部と前記トルク検出回路における前記出力信号の電圧を検出する検出回路との間にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
3. 前記複数のトルク検出部は、第１トルク検出部及び第２トルク検出部の２個からなり、
   前記ノッチフィルタは、前記第１トルク検出部が有する前記検出コイルである第１検出コイルから出力される出力信号である第１出力信号から、前記第２トルク検出部の励磁周波数である第２励磁周波数成分の通過を阻害する第１ノッチフィルタ、及び前記第２トルク検出部が有する前記検出コイルである第２検出コイルから出力される出力信号である第２出力信号から、前記第１トルク検出部の励磁周波数である第１励磁周波数成分の通過を阻害する第２ノッチフィルタからなることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
4. 前記トルク検出回路から出力される検出信号から、それぞれのトルク検出部で使用する励磁周波数の差分の周波数成分の通過を阻害するとともに、カットオフ周波数がサンプリング定理により制御可能な周波数以上であるローパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルク検出装置。
5. 前記ローパスフィルタは、１００Ｈｚの周波数成分をほぼカットしないことを特徴とする請求項４に記載のトルク検出装置。
6. 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の何れか１項に記載のトルク検出装置と、
   を備えるパワーステアリング装置。
7. 前記複数のトルク検出部のうち一のトルク検出部から出力される出力信号から、他のトルク検出部の励磁周波数成分の通過を操舵フィーリングに影響を与えない範囲に阻害するノッチフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のパワーステアリング装置。

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