WO2013137059A1 - トルクセンサの異常診断装置及び異常診断方法 - Google Patents

トルクセンサの異常診断装置及び異常診断方法 Download PDF

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和弘 佐々木
久純 石川
大介 西尾
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カヤバ工業株式会社
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    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering

Definitions

  • the present invention relates to an abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method for a torque sensor used in an electric power steering apparatus.
  • an input torque applied to a steering shaft is detected by a torque sensor, and the drive of the electric motor is controlled based on the detection result to assist the steering force applied to the steering by the driver.
  • JP2008-62686A an abnormality occurs in the torque sensor when the two output values obtained from the torque sensor are near the reference value and the steering angle of the steering is equal to or greater than a predetermined angle for a predetermined time.
  • An electric power steering control device that determines that the vehicle is operating is disclosed.
  • one of the determination conditions is that the state where the steering angle of the steering is equal to or greater than a predetermined angle continues for a predetermined time.
  • the torque sensor includes a steering torque regardless of whether the steering angle is equal to or greater than the predetermined angle. Is not in a certain period of time, and even if there is no problem with such a torque sensor, it may be determined to be abnormal.
  • An object of the present invention is to accurately diagnose abnormality of a torque sensor.
  • an abnormality diagnosis device for diagnosing abnormality of a torque sensor connected to a controller of an electric power steering device in two systems, and detection of a steering angle sensor that detects a steering angle of a steering wheel. Based on the result, a steering speed determination unit that determines whether or not the change speed of the steering angle of the steering is equal to or higher than a predetermined speed, and from when the steering is steered at the predetermined speed or higher until it returns to the neutral position
  • An integrated value calculation unit that calculates an integrated value of the input torque detected by the torque sensor, and a reference integration in which the integrated value of the input torque calculated by the integrated value calculation unit is predetermined.
  • An abnormality determining unit that determines that an abnormality has occurred in the torque sensor when the torque is equal to or lower than the torque;
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an electric power steering apparatus to which a torque sensor abnormality diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram of the main system of the torque sensor, and shows the relationship between the input torque applied to the steering shaft and the output voltage of the torque sensor.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of the sub-system of the torque sensor, and shows the relationship between the input torque applied to the steering shaft and the output voltage of the torque sensor.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for determining abnormality of the torque sensor executed by the controller in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing temporal changes in the steering angle of the steering detected by the steering angle sensor and the input torque of the steering shaft detected by the torque sensor.
  • FIG. 6 is a graph showing temporal changes in the steering angle of the steering detected by the steering angle sensor and the input torque of the steering shaft detected by the torque sensor.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure for determining abnormality of the torque sensor executed by the controller in the second embodiment.
  • the electric power steering apparatus 100 includes an input shaft 7 that rotates as the driver operates the steering 1, and an output shaft 3 that has an upper end connected to the input shaft 7 via the torsion bar 4 and a lower end linked to the rack shaft 5.
  • the wheel 6 is steered by moving the rack shaft 5 that meshes with the pinion 3 a provided at the lower end of the output shaft 3 in the axial direction.
  • the steering shaft 2 is constituted by the input shaft 7 and the output shaft 3.
  • the electric power steering apparatus 100 includes an electric motor 10 that is a power source for assisting the steering of the steering 1 by the driver, a speed reducer 11 that decelerates and transmits the rotation of the electric motor 10 to the steering shaft 2, and an input.
  • a torque sensor 12 that detects an input torque applied to the torsion bar 4 by relative rotation between the shaft 7 and the output shaft 3, and a controller 13 that controls the driving of the electric motor 10 based on the detection result of the torque sensor 12. .
  • the reducer 11 includes a worm shaft 11a connected to the output shaft of the electric motor 10 and a worm wheel 11b connected to the output shaft 3 and meshing with the worm shaft 11a.
  • the torque output from the electric motor 10 is transmitted from the worm shaft 11a to the worm wheel 11b and applied to the output shaft 3 as an auxiliary torque.
  • the input torque (steering torque) applied to the steering shaft 2 is detected by the torque sensor 12, and the torque sensor 12 outputs a voltage signal corresponding to the input torque to the controller 13.
  • the controller 13 calculates the torque output from the electric motor 10 based on the voltage signal from the torque sensor 12, and controls the driving of the electric motor 10 so that the torque is generated.
  • the electric power steering apparatus 100 detects the input torque applied to the steering shaft 2 with the torque sensor 12, and controls the drive of the electric motor 10 with the controller 13 based on the detection result. Assist the steering force applied to the steering 1.
  • the steering shaft 2 is provided with a steering angle sensor 15 that detects the steering angle (absolute steering angle) of the steering 1. Since the absolute rotation angle of the steering shaft 2 and the absolute steering angle of the steering wheel 1 are equal, the steering angle of the steering wheel can be obtained by detecting the rotation angle of the steering shaft 2 by the steering angle sensor 15. The detection result of the steering angle sensor 15 is output to the controller 13. The steering angle sensor 15 outputs zero degrees as the steering angle when the steering 1 is in the neutral position. Further, when the steering 1 is steered from the neutral position in the right turn direction, a steering angle with a sign of + is output according to the rotation of the steering 1, while the steering 1 is steered from the neutral position in the left turn direction. In this case, a steering angle with a sign of ⁇ is output according to the rotation of the steering 1.
  • the torque sensor 12 is connected to the controller 13 through two systems, a main system and a sub system. That is, the torque sensor 12 and the controller 13 are connected by the two cables of the first cable 21 for the main system and the second cable 22 for the sub system. The first cable 21 and the second cable 22 are connected to the controller 13 via connectors.
  • the controller 13 is detected by a CPU that controls the operation of the electric motor 10, a ROM that stores control programs and setting values necessary for the processing operation of the CPU, and various sensors such as the torque sensor 12 and the steering angle sensor 15. And a RAM for temporarily storing information.
  • FIG. 2 is an output characteristic diagram of the main system of the torque sensor 12
  • FIG. 3 is an output characteristic diagram of the sub system of the torque sensor 12. Both output characteristic diagrams show the relationship between the input torque applied to the steering shaft 2 and the output voltage of the torque sensor 12.
  • the output characteristics of the main system indicate that the output voltage is an intermediate value in the output range when the steering 1 is not being steered and the input torque applied to the steering shaft 2 is zero. 5V.
  • the output voltage decreases from 2.5 V to 0 V as the input torque increases, while the steering 1 is steered from the neutral position in the left turn direction.
  • the output voltage increases from 2.5V to 5V as the input torque increases.
  • the output characteristics of the sub system are such that when the steering 1 is not steered and the input torque applied to the steering shaft 2 is zero, the output voltage is in the middle of the output range as in the main system.
  • the value is 2.5V.
  • the output voltage increases from 2.5 V to 5.0 V as the input torque increases, while the steering 1 moves from the neutral position in the left turn direction. In the case of steering, the output voltage decreases from 2.5V to 0V as the input torque increases.
  • an output voltage output from the main system of the torque sensor 12 is used.
  • the output voltage output from the sub system is not used for controlling the electric motor 10 but is used for diagnosing abnormality of the torque sensor 12. Specifically, when the controller 13 compares the output voltage output from the main system with the output voltage output from the sub system and determines that the difference is equal to or greater than a predetermined tolerance, the torque is It is determined that an abnormality has occurred in the sensor 12.
  • the torque sensor 12 corresponds to an input torque of zero when the first and second cables 21 and 22 are disconnected or when the connectors of the first and second cables 21 and 22 are disconnected.
  • the circuit is configured to have an output voltage of 5V. Therefore, when both the first and second cables 21 and 22 are disconnected, or when both the first and second cables 21 and 22 are disconnected, the output voltages of the main system and the sub system are the same. Therefore, the controller 13 determines that the difference between the output voltage output from the main system and the output voltage output from the sub system is less than the tolerance, and cannot determine whether the torque sensor 12 is abnormal.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for determining abnormality of the torque sensor 12 executed by the controller 13.
  • FIG. 5 is a graph showing temporal changes in the steering angle of the steering wheel 1 detected by the steering angle sensor 15 and the input torque of the steering shaft 2 detected in the main system of the torque sensor 12. In FIG. 5, the steering angle is indicated by a solid line, and the input torque is indicated by a dotted line.
  • step 1 it is determined whether or not the amount of change in the steering angle of the steering 1 detected by the steering angle sensor 15 over a certain period of time, that is, the change speed of the steering angle is equal to or higher than a predetermined speed. If it is determined that the change speed of the steering angle of the steering 1 is equal to or higher than the predetermined speed, the process proceeds to step 2.
  • Step 1 corresponds to a steering speed determination step executed by the steering speed determination unit of the controller 13.
  • step 2 sampling of the input torque is started based on the detection result of the torque sensor 12 (time t1 in FIG. 5).
  • step 3 the sampled input torque is integrated. Specifically, integration is performed by integrating the function of the input torque.
  • step 4 based on the detection result of the steering angle sensor 15, it is determined whether or not the steering 1 is in the neutral position. Specifically, when the steering angle output from the steering angle sensor 15 is zero degrees, it is determined that the steering 1 is in the neutral position. Instead of this, the steering 1 may be determined to be in the neutral position when the sign of the steering angle output from the steering angle sensor 15 changes. When the steering 1 crosses the neutral position (point at which the steering angle is zero degrees), the sign of the steering angle output from the steering angle sensor 15 changes from + to ⁇ or ⁇ to +. Therefore, it can be determined that the steering 1 is in the neutral position also by the change in the sign of the steering angle. If it is determined in step 4 that the steering 1 is not in the neutral position, the process returns to step 3 and the integration of the input torque is continued.
  • Step 4 If it is determined in step 4 that the steering 1 is in the neutral position, the process proceeds to step 5 and sampling of the input torque is terminated (time t2 in FIG. 5). Steps 2 to 5 correspond to integrated value calculation steps executed by the integrated value calculation unit of the controller 13.
  • step 6 the integrated value of the input torque in the sampling period (the period from time t1 to time t2 in FIG. 5) from when the steering 1 is steered at a predetermined speed or more to return to the neutral position is equal to or less than a predetermined reference integrated torque. It is determined whether or not.
  • step 6 If it is determined in step 6 that the integrated value of the input torque is equal to or less than the reference integrated torque, the input torque to the steering shaft 2 cannot be detected even though the driver is steering the steering 1. This is an abnormal state, and the process proceeds to step 8. In such a state, the assist by the electric motor 10 is not performed, and the steering 1 becomes heavy.
  • step 6 when it is determined in step 6 that the integrated value of the input torque exceeds the reference integrated torque, the input torque to the steering shaft 2 is in a normal state, and the process proceeds to step 7. It is determined that the torque sensor 12 is normal.
  • the curve of the input torque shown in FIG. 5 shows a normal state in which the input torque to the steering shaft 2 can be detected.
  • an abnormal state such as when the first cable 21 of the main system of the torque sensor 12 is disconnected, the output voltage of the main system is 2.5 V, even though the driver is steering the steering wheel 1. The input torque will show zero.
  • the reference integrated torque that is the reference value of the input torque used for the determination in step 6 is set to a value that can determine whether the torque sensor 12 is abnormal.
  • a value larger than the minimum torque that must be generated by the electric motor 10 when the driver assists the steering force applied to the steering wheel 1 may be adopted.
  • step 8 it is determined whether or not the sampling interval in which the total sum of the input torques is equal to or less than the reference integrated torque is continued a predetermined number of times. If it is determined that the predetermined number of times is not continued, the process returns to step 1. On the other hand, if it is determined that the predetermined number of times has been continued, the process proceeds to step 9. Specifically, as shown in FIG. 5, when sampling intervals in which the integrated value of the input torque is equal to or less than the reference integrated torque in a continuous sampling interval such as sampling intervals 1, 2, 3... Go to step 9.
  • step 9 it is determined that an abnormality has occurred in the torque sensor 12, and abnormality diagnosis information of the torque sensor 12 is recorded in the abnormality history of the controller 13. Specifically, information indicating that there is an abnormality in both the main system and the sub system of the torque sensor 12 is recorded in the ROM constituting the controller 13. As a result, it is found from the abnormality history of the controller 13 that the cause of the heavy steering 1 is an abnormality in both the main system and the sub system of the torque sensor 12, and the first and second cables 21 are disconnected. And troubles such as disconnection of the connector can be quickly dealt with.
  • Steps 6, 8, and 9 correspond to an abnormality determination step that is executed by the abnormality determination unit of the controller 13.
  • step 8 as a condition for determining abnormality of the torque sensor 12, the sampling interval where the integrated value of the input torque is equal to or less than the reference integrated torque is continued a plurality of times.
  • the torque sensor 12 may be determined to be abnormal when there is one sampling interval in which the integrated value of the input torque is less than or equal to the reference integrated torque.
  • the torque sensor 12 may be erroneously determined to be abnormal. Therefore, in order to increase the accuracy of the determination, it is desirable that the determination condition be continuous for a plurality of times.
  • the difference between the input torque detected in the main system and the input torque detected in the sub system is monitored, and whether or not the difference is greater than the tolerance. This is performed separately from the abnormality diagnosis for determining whether the torque sensor 12 is abnormal.
  • the difference between the input torques of the main system and the sub system is greater than the tolerance, so that the abnormality can be determined by monitoring the difference between the input torques of the two systems. .
  • the abnormality cannot be determined by monitoring the difference between the input torques of the two systems. In that case, it is possible to determine that an abnormality has occurred in both the main system and the sub system by the abnormality diagnosis in steps 1 to 9.
  • the abnormality diagnosis of the torque sensor 12 is performed by monitoring the input torque of the main system.
  • the abnormality diagnosis of the torque sensor 12 may be performed by monitoring the input torque of the sub system, and the abnormality diagnosis of the torque sensor 12 may be performed by monitoring the input torque of both the main system and the sub system. You may make it perform.
  • the procedure shown in FIG. Can not. If the steering 1 does not return to the neutral position even after such a predetermined time has elapsed, as shown in FIG. 6, the sampling is terminated at the time when the predetermined time has elapsed (t2). Then, the integrated value of the input torque in the sampling interval (the interval from time t1 to t2 in FIG. 6) from when the steering 1 is steered at a predetermined speed or more until the predetermined time elapses is equal to or less than a predetermined reference integrated torque. If there is, it is determined that an abnormality has occurred in the torque sensor 12.
  • the abnormality of the torque sensor 12 can also be determined by such a method.
  • the torque sensor 12 has an abnormality when the integrated value of the input torque in the sampling period from when the steering wheel 1 is steered at a predetermined speed or more to return to the neutral position is equal to or less than the reference integrated torque. Since it is determined that the error has occurred, it is possible to accurately diagnose whether or not an abnormality has occurred in both the main system and the sub system of the torque sensor 12.
  • the integrated value of the input torque in the sampling interval is the reference integrated torque even though the torque sensor 12 is normal.
  • the torque sensor 12 may be determined to be abnormal in the determination method illustrated in the first embodiment. In view of this, it is conceivable to set the reference integrated torque, which is a criterion for determination, to a small value.
  • the output voltage of the torque sensor 12 is originally If there is, it becomes 2.5 V as described above.
  • the output voltage of the torque sensor 12 may actually be slightly larger than 2.5V due to individual differences or aging of the torque sensor 12. The deviation of the output voltage caused by the individual difference of the torque sensor 12 and the secular change is slight, and the difference between the output voltage output from the main system and the output voltage output from the sub system becomes more than the tolerance. The amount is not such that the torque sensor 12 is determined to be abnormal.
  • the reference integrated torque is set to a small value and the determination shown in the first embodiment is performed, the integrated value of the input torque is obtained even though the torque sensor 12 is abnormal. May become larger than the reference integrated torque, and the torque sensor 12 may be determined to be normal.
  • the determination method shown in the first embodiment accurately determines the state of the torque sensor 12. Judgment may not be possible. Therefore, in the second embodiment, the following procedure is performed in addition to the determination method of the first embodiment.
  • step 10 is performed between step 2 and step 3 of the first embodiment, and step 11 is performed between step 5 and step 6.
  • step 10 is performed between step 2 and step 3 of the first embodiment, and step 11 is performed between step 5 and step 6.
  • step 10 is performed between step 2 and step 3 of the first embodiment, and step 11 is performed between step 5 and step 6.
  • step 10 is performed between step 2 and step 3 of the first embodiment, and step 11 is performed between step 5 and step 6.
  • step 10 is performed between step 2 and step 3 of the first embodiment
  • step 11 is performed between step 5 and step 6.
  • the other steps are the same as in the first embodiment.
  • step 10 the input torque at the time when the steering 1 is steered at a predetermined speed or higher in the sampling interval is stored as the reference input torque. Specifically, the input torque at the time when it is determined in step 1 that the change speed of the steering angle of the steering wheel 1 is equal to or higher than a predetermined speed is stored as the reference input torque.
  • the reference input torque is T-base.
  • step 11 the absolute maximum value of the deviation between the reference input torque in the sampling interval and the input torque detected by the torque sensor 12 is calculated. This corresponds to the maximum value calculation step executed by the maximum value calculation unit of the controller 13. Then, it is determined whether or not the calculated maximum value is equal to or less than a predetermined reference value. If it is determined in step 11 that the maximum value exceeds the reference value, it can be said that the torque sensor 12 has successfully detected the input torque, and thus the process proceeds to step 7 where the torque sensor 12 is normal. Is determined.
  • the reference value used for the determination in step 11 is set to a value that can determine whether the torque sensor 12 is abnormal.
  • the reference value is set to a value obtained by adding a margin to the tolerance when the controller 13 determines that the steering 1 is in the neutral position. At least, it is set to a value larger than the torque value corresponding to the assumed maximum deviation amount of the output voltage of the torque sensor 12.
  • step 6 may determine that the torque sensor 12 is abnormal although the torque sensor 12 is normal, and the state of the torque sensor 12 may not be accurately determined. However, such an erroneous determination can be prevented by executing Step 11 prior to Step 6.
  • step 11 If it is determined in step 11 that the maximum value is equal to or less than the reference value, the torque sensor 12 may not be able to detect the input torque normally. It is determined whether or not the integrated value is equal to or less than the reference integrated torque. If it is determined in step 6 that the integrated value of the input torque is equal to or less than the reference integrated torque, it is an abnormal state in which the input torque to the steering shaft 2 cannot be detected, and the process proceeds to step 8. As described above, in the second embodiment, when it is determined in step 11 that the maximum value is equal to or less than the reference value, and in step 6, it is determined that the integrated value of the input torque is equal to or less than the reference integrated torque. Therefore, it is determined that an abnormality has occurred in the torque sensor 12.
  • step 11 Even if the torque sensor 12 is normal, if the steering 1 is steered slowly, it may be determined in step 11 that the maximum value is below the reference value. However, in such a case, since the sampling interval becomes longer and the integrated value of the input torque becomes large, it is determined in step 6 that the integrated value of the input torque exceeds the reference integrated torque. And it progresses to step 7 and it determines with the torque sensor 12 being normal.
  • the abnormality of the torque sensor can be diagnosed with higher accuracy.
  • the second embodiment can also be applied to a case where a period from when the steering 1 is steered at a predetermined speed or higher until a predetermined time elapses is set as a sampling period (in the case shown in FIG. 6).
  • the present invention can be applied to an abnormality diagnosis device for a torque sensor used in an electric power steering device.

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Abstract

　電動パワーステアリング装置のコントローラと２つの系統にて接続されたトルクセンサの異常を診断する異常診断装置であって、ステアリングの操舵角を検出する操舵角センサの検出結果に基づいて、ステアリングの操舵角の変化速度が予め定められた所定速度以上であるか否かを判定する操舵速度判定部と、ステアリングが所定速度以上で操舵されてから中立位置に戻るまでのサンプリング区間内で、トルクセンサにて検出された入力トルクの積算値を演算する積算値演算部と、積算値演算部によって演算された入力トルクの積算値が予め定められた基準積算トルク以下の場合に、トルクセンサに異常が発生していると判定する異常判定部と、を備える。

Description

トルクセンサの異常診断装置及び異常診断方法
　本発明は、電動パワーステアリング装置に用いられるトルクセンサの異常診断装置及び異常診断方法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として、ステアリングシャフトに付与される入力トルクをトルクセンサにて検出して、その検出結果を基に電動モータの駆動を制御してドライバがステアリングに加える操舵力をアシストするものがある。
　この種の電動パワーステアリング装置において、トルクセンサを２系統設け、その２系統のトルクセンサの出力値に所定値以上の差がある場合には、トルクセンサが故障していると判定するものがある。
　しかし、トルクセンサを２系統設けるものであっても、２系統の双方が断線したような場合には、２系統のトルクセンサの出力値は双方とも操舵トルクの入力がない中立点に対応するものとなるため、上述した２系統の出力値の差に応じて故障を判定する方法では、トルクセンサの２系統双方に故障が発生していることは判定できない。このような事態が発生した場合には、ドライバがステアリングを操作してステアリングシャフトに操舵トルクが発生しているにもかかわらず、トルクセンサの出力値は操舵トルクの入力がない中立点に対応するものであるため、電動モータによるアシストは行われない。したがって、ステアリングは重くなってしまう。
　ＪＰ２００８－６２６８６Ａには、トルクセンサから得られた２つの出力値が基準値付近であり、かつステアリングの操舵角が所定角以上である状態が所定の時間継続した場合に、トルクセンサに異常が生じていると判定する電動パワーステアリング制御装置が開示されている。
　ＪＰ２００８－６２６８６Ａに記載の電動パワーステアリング制御装置では、ステアリングの操舵角が所定角以上である状態が所定の時間継続することが、判定条件の１つとなっている。しかし、車両が停止中にステアリングが操作され操舵角が所定角以上の状態で長時間停止するような場合には、ステアリングの操舵角が所定角以上であるにもかかわらずトルクセンサには操舵トルクの入力が一定時間ない状態となり、このようなトルクセンサに問題がない状態でも異常と判定されてしまうおそれがある。
　本発明は、トルクセンサの異常を精度良く診断することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、電動パワーステアリング装置のコントローラと２つの系統にて接続されたトルクセンサの異常を診断する異常診断装置であって、ステアリングの操舵角を検出する操舵角センサの検出結果に基づいて、ステアリングの操舵角の変化速度が予め定められた所定速度以上であるか否かを判定する操舵速度判定部と、ステアリングが前記所定速度以上で操舵されてから中立位置に戻るまでのサンプリング区間内で、前記トルクセンサにて検出された入力トルクの積算値を演算する積算値演算部と、前記積算値演算部によって演算された入力トルクの前記積算値が予め定められた基準積算トルク以下の場合に、前記トルクセンサに異常が発生していると判定する異常判定部と、を備える。
　本発明の実施形態及び利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るトルクセンサの異常診断装置が適用される電動パワーステアリング装置の構成図である。 図２は、トルクセンサのメイン系統の特性図であり、ステアリングシャフトに付与される入力トルクとトルクセンサの出力電圧との関係を示す。 図３は、トルクセンサのサブ系統の特性図であり、ステアリングシャフトに付与される入力トルクとトルクセンサの出力電圧との関係を示す。 図４は、第１実施形態において、コントローラにて実行されるトルクセンサの異常を判定する手順を示すフローチャートである。 図５は、操舵角センサにて検出されたステアリングの操舵角とトルクセンサにて検出されたステアリングシャフトの入力トルクとの時間変化を示すグラフ図である。 図６は、操舵角センサにて検出されたステアリングの操舵角とトルクセンサにて検出されたステアリングシャフトの入力トルクとの時間変化を示すグラフ図である。 図７は、第２実施形態において、コントローラにて実行されるトルクセンサの異常を判定する手順を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　＜第１実施形態＞
　まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るトルクセンサの異常診断装置が適用される電動パワーステアリング装置１００について説明する。
　電動パワーステアリング装置１００は、ドライバによるステアリング１の操作に伴って回転する入力シャフト７と、上端がトーションバー４を介して入力シャフト７に接続され下端がラック軸５に連係する出力シャフト３とを有し、出力シャフト３の下端に設けられるピニオン３ａと噛合するラック軸５を軸方向に移動させることで車輪６を操舵するものである。入力シャフト７と出力シャフト３とによってステアリングシャフト２が構成される。
　また、電動パワーステアリング装置１００は、ドライバによるステアリング１の操舵を補助するための動力源である電動モータ１０と、電動モータ１０の回転をステアリングシャフト２に減速して伝達する減速機１１と、入力シャフト７と出力シャフト３との相対回転によってトーションバー４に付与される入力トルクを検出するトルクセンサ１２と、トルクセンサ１２の検出結果に基づいて電動モータ１０の駆動を制御するコントローラ１３とを備える。
　減速機１１は、電動モータ１０の出力軸に連結されるウォームシャフト１１ａと、出力シャフト３に連結されウォームシャフト１１ａに噛み合うウォームホイール１１ｂとからなる。電動モータ１０が出力するトルクは、ウォームシャフト１１ａからウォームホイール１１ｂに伝達されて出力シャフト３に補助トルクとして付与される。
　ステアリングシャフト２に付与される入力トルク（操舵トルク）はトルクセンサ１２にて検出され、トルクセンサ１２はその入力トルクに対応する電圧信号をコントローラ１３に出力する。コントローラ１３は、トルクセンサ１２からの電圧信号に基づいて、電動モータ１０が出力するトルクを演算し、そのトルクが発生するように電動モータ１０の駆動を制御する。このように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングシャフト２に付与される入力トルクをトルクセンサ１２にて検出し、その検出結果に基づいて電動モータ１０の駆動をコントローラ１３にて制御してドライバがステアリング１に加える操舵力をアシストする。
　ステアリングシャフト２には、ステアリング１の操舵角（絶対操舵角）を検出する操舵角センサ１５が設けられる。ステアリングシャフト２の絶対回転角度とステアリング１の絶対操舵角とは等しいため、操舵角センサ１５にてステアリングシャフト２の回転角度を検出することによってステアリングの操舵角が得られる。操舵角センサ１５の検出結果はコントローラ１３に出力される。操舵角センサ１５は、ステアリング１が中立位置の場合には操舵角として零度を出力する。また、ステアリング１が中立位置から右切り方向に操舵される場合には、ステアリング１の回転に応じて＋の符号の操舵角を出力する一方、ステアリング１が中立位置から左切り方向に操舵される場合には、ステアリング１の回転に応じて－の符号の操舵角を出力する。
　トルクセンサ１２は、メイン系統とサブ系統の２つの系統にてコントローラ１３に接続される。つまり、トルクセンサ１２とコントローラ１３とは、メイン系統用の第１ケーブル２１とサブ系統用の第２ケーブル２２の２本ケーブルにて接続される。第１ケーブル２１と第２ケーブル２２は、それぞれコネクタを介してコントローラ１３に接続される。
　コントローラ１３は、電動モータ１０の動作を制御するＣＰＵと、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭと、トルクセンサ１２や操舵角センサ１５等の各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭとを備える。
　図２はトルクセンサ１２のメイン系統の出力特性図であり、図３はトルクセンサ１２のサブ系統の出力特性図である。双方の出力特性図とも、ステアリングシャフト２に付与される入力トルクとトルクセンサ１２の出力電圧との関係を示す。
　図２に示すように、メイン系統の出力特性は、ステアリング１が操舵されておらずステアリングシャフト２に付与される入力トルクが零の場合には、出力電圧は出力範囲の中間値である２．５Ｖである。また、ステアリング１が中立位置から右切り方向に操舵される場合には入力トルクの増大に応じて出力電圧が２．５Ｖから０Ｖに減少する一方、ステアリング１が中立位置から左切り方向に操舵される場合には入力トルクの増大に応じて出力電圧が２．５Ｖから５Ｖまで増大する。
　図３に示すように、サブ系統の出力特性は、ステアリング１が操舵されておらずステアリングシャフト２に付与される入力トルクが零の場合には、出力電圧はメイン系統と同様に出力範囲の中間値である２．５Ｖである。また、ステアリング１が中立位置から右切り方向に操舵される場合には入力トルクの増大に応じて出力電圧が２．５Ｖから５．０Ｖまで増大する一方、ステアリング１が中立位置から左切り方向に操舵される場合には入力トルクの増大に応じて出力電圧が２．５Ｖから０Ｖまで減少する。
　コントローラ１３による電動モータ１０の制御には、トルクセンサ１２のメイン系統から出力される出力電圧が用いられる。サブ系統から出力される出力電圧は、電動モータ１０の制御には用いられず、トルクセンサ１２の異常を診断するために用いられる。具体的には、コントローラ１３は、メイン系統から出力された出力電圧をサブ系統から出力された出力電圧と比較し、その差が予め定められた許容差以上であると判断した場合には、トルクセンサ１２に異常が発生していると判定する。
　ここで、トルクセンサ１２は、第１及び第２ケーブル２１，２２が断線した場合や、第１及び第２ケーブル２１，２２のコネクタが外れた場合には、入力トルクが零に対応する２．５Ｖの出力電圧となる回路に構成されている。したがって、第１及び第２ケーブル２１，２２の双方が断線した場合や、第１及び第２ケーブル２１，２２の双方のコネクタが外れた場合には、メイン系統とサブ系統の出力電圧は同じになるため、コントローラ１３は、メイン系統から出力された出力電圧とサブ系統から出力された出力電圧との差が許容差未満であると判断し、トルクセンサ１２の異常を判定することができない。
　しかし、本実施形態では、このようなメイン系統とサブ系統の双方に異常が発生した場合でも、以下に説明する方法によってトルクセンサ１２の異常を判定することができる。図４及び図５を参照して、その方法について説明する。図４は、コントローラ１３にて実行されるトルクセンサ１２の異常を判定する手順を示すフローチャートである。図５は、操舵角センサ１５にて検出されたステアリング１の操舵角とトルクセンサ１２のメイン系統にて検出されたステアリングシャフト２の入力トルクとの時間変化を示すグラフ図である。図５において、操舵角は実線にて示し、入力トルクは点線にて示す。
　図４及び図５を参照して、コントローラ１３にて実行されるトルクセンサ１２の異常を判定する手順について説明する。
　ステップ１では、操舵角センサ１５にて検出されたステアリング１の操舵角の一定時間の変化量、つまり、操舵角の変化速度が予め定められた所定速度以上であるか否かを判定する。ステアリング１の操舵角の変化速度が所定速度以上であると判定された場合には、ステップ２へ進む。ステップ１がコントローラ１３の操舵速度判定部にて実行される操舵速度判定ステップに該当する。
　ステップ２では、トルクセンサ１２の検出結果に基づいて、入力トルクのサンプリングを開始する（図５の時間ｔ１）。
　ステップ３では、サンプリングした入力トルクを積算する。具体的には、入力トルクの関数を積分することによって積算する。
　ステップ４では、操舵角センサ１５の検出結果に基づいて、ステアリング１が中立位置であるか否かを判定する。具体的には、操舵角センサ１５が出力する操舵角が零度の場合に、ステアリング１が中立位置であると判定する。これに代わり、操舵角センサ１５が出力する操舵角の符号が変化した場合に、ステアリング１が中立位置であると判定するようにしてもよい。ステアリング１が中立位置（操舵角が零度の点）を跨ぐ際には、操舵角センサ１５が出力する操舵角は符号が＋から－又は－から＋へと変化する。したがって、操舵角の符号の変化によってもステアリング１が中立位置であることを判定することができる。ステップ４にてステアリング１が中立位置でないと判定された場合には、ステップ３へ戻り入力トルクの積算を継続する。
　ステップ４にてステアリング１が中立位置であると判定された場合には、ステップ５へ進み、入力トルクのサンプリングを終了する（図５の時間ｔ２）。ステップ２から５までが、コントローラ１３の積算値演算部にて実行される積算値演算ステップに該当する。
　ステップ６では、ステアリング１が所定速度以上で操舵されてから中立位置に戻るまでのサンプリング区間（図５の時間ｔ１からｔ２の区間）内の入力トルクの積算値が予め定められた基準積算トルク以下であるか否かを判定する。
　ステップ６にて入力トルクの積算値が基準積算トルク以下であると判定された場合には、ドライバがステアリング１を操舵しているにもかかわらず、ステアリングシャフト２への入力トルクが検出できていない異常な状態であり、ステップ８へ進む。このような状態では、電動モータ１０によるアシストは行われず、ステアリング１は重くなってしまう。
　一方、ステップ６にて入力トルクの積算値が基準積算トルクを超えていると判定された場合には、ステアリングシャフト２への入力トルクが検出できている正常な状態であり、ステップ７へ進み、トルクセンサ１２が正常であると判定する。図５に示す入力トルクの曲線は、ステアリングシャフト２への入力トルクが検出できている正常な状態を示すものである。一方、トルクセンサ１２のメイン系統の第１ケーブル２１が断線した場合のような異常な状態では、ドライバがステアリング１を操舵しているにもかかわらず、メイン系統の出力電圧は２．５Ｖとなり、入力トルクは零を示すことになる。
　ステップ６の判定に用いる入力トルクの基準値である基準積算トルクは、トルクセンサ１２の異常が判定できる値に設定される。基準値としては、例えば、ドライバがステアリング１に加える操舵力をアシストする際に電動モータ１０にて発生しなければならない最小のトルクよりも大きな値等を採用するとよい。
　ステップ８では、入力トルクの総和が基準積算トルク以下となるサンプリング区間が予め定められた所定回数連続したか否かを判定する。所定回数連続していないと判定された場合にはステップ１へ戻る。一方、所定回数連続したと判定された場合にはステップ９へ進む。具体的には、図５に示すように、サンプリング区間１，２，３・・・のように連続したサンプリング区間で入力トルクの積算値が基準積算トルク以下となるサンプリング区間が複数回連続した場合にはステップ９へ進む。
　ステップ９では、トルクセンサ１２に異常が発生していると判定し、コントローラ１３の異常履歴にトルクセンサ１２の異常診断情報を記録する。具体的には、トルクセンサ１２のメイン系統とサブ系統の双方に異常があることを示す情報を、コントローラ１３を構成するＲＯＭに記録する。これにより、コントローラ１３の異常履歴を見ることによって、ステアリング１が重くなった原因が、トルクセンサ１２のメイン系統とサブ系統の双方の異常であることがわかり、第１及び第２ケーブル２１の断線やコネクタの外れ等の不具合に迅速に対処することができる。ステップ６，８，９が、コントローラ１３の異常判定部にて実行される異常判定ステップに該当する。
　ステップ８では、トルクセンサ１２の異常を判定する条件として、入力トルクの積算値が基準積算トルク以下となるサンプリング区間が複数回連続していることを条件とした。しかし、入力トルクの積算値が基準積算トルク以下となるサンプリング区間が１回あった場合に、トルクセンサ１２を異常と判定するようにしてもよい。ただし、この場合には、誤ってトルクセンサ１２を異常と判定するおそれがあるため、判定の精度を上げるためには複数回連続していることを判定の条件とするのが望ましい。
　以上にて説明したトルクセンサ１２の異常診断は、メイン系統にて検出された入力トルクとサブ系統にて検出された入力トルクとの差を監視し、その差が許容差以上であるか否かを判断してトルクセンサ１２の異常を判定する異常診断とは別に行われる。メイン系統のみに異常が発生した場合には、メイン系統とサブ系統の入力トルクの差が許容差以上になるため、両者の入力トルクの差を監視することによって、その異常を判定することができる。しかし、メイン系統とサブ系統の双方に異常が発生した場合には、両者の入力トルクの差を監視しても異常を判定することができない。その場合には、上記ステップ１～９による異常診断にて、メイン系統とサブ系統の双方に異常が発生したことを判定することができる。
　以上では、メイン系統の入力トルクを監視することによってトルクセンサ１２の異常診断を行う場合について説明した。しかし、サブ系統の入力トルクを監視することによってトルクセンサ１２の異常診断を行うようにしてもよく、また、メイン系統とサブ系統の双方の入力トルクを監視することによってトルクセンサ１２の異常診断を行うようにしてもよい。
　ここで、ステアリング１を操舵して中立位置に戻さずに車両を長時間離れるような場合には、図４に示した手順では、入力トルクのサンプリングが終了しないため、ステップ６へと進みことができない。このような所定時間経過してもステアリング１が中立位置に戻らない場合には、図６に示すように、所定時間経過時点（ｔ２）でサンプリングを終了する。そして、ステアリング１が所定速度以上で操舵されてから所定時間が経過するまでのサンプリング区間（図６の時間ｔ１からｔ２の区間）内の入力トルクの積算値が予め定められた基準積算トルク以下である場合には、トルクセンサ１２に異常が発生していると判定する。
　ステアリング１を操舵して中立位置に戻さずに車両を長時間離れるような場合でも、トルクセンサ１２が正常な状態であれば、図６に示すように、サンプリング区間にて入力トルクが検出されているはずであるため、このような方法でもトルクセンサ１２の異常を判定することができる。
　以上の第１実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
　第１実施形態に係る異常診断装置は、ステアリング１が所定速度以上で操舵されてから中立位置に戻るまでのサンプリング区間の入力トルクの積算値が基準積算トルク以下の場合にトルクセンサ１２に異常が発生していると判定するものであるため、トルクセンサ１２のメイン系統とサブ系統の双方に異常が発生しているか否かを精度良く診断することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係るトルクセンサの異常診断装置について説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点について説明する。
　ステアリング１が所定速度以上で操舵されてから中立位置に戻るまでのサンプリング区間が短い場合には、トルクセンサ１２が正常であるにもかかわらず、サンプリング区間内の入力トルクの積算値が基準積算トルク以下となってしまい、第１実施形態で示した判定方法ではトルクセンサ１２が異常と判定されるおそれがある。そこで、判定の基準となる基準積算トルクを小さい値に設定することが考えられる。
　ここで、トルクセンサ１２の第１及び第２ケーブル２１，２２が断線した場合や、第１及び第２ケーブル２１，２２のコネクタが外れた場合には、トルクセンサ１２の出力電圧は、本来であれば、上述したように２．５Ｖとなる。しかし、トルクセンサ１２の個体差や経年変化に起因して、実際には、トルクセンサ１２の出力電圧が２．５Ｖよりも僅かに大きな値となる場合がある。トルクセンサ１２の個体差や経年変化に起因して生じる出力電圧のずれは僅かであり、メイン系統から出力された出力電圧とサブ系統から出力された出力電圧との差が許容差以上となってトルクセンサ１２が異常と判定される程度の量ではない。このようなずれが生じる場合において、基準積算トルクを小さい値に設定して第１実施形態で示した方法で判定を行うと、トルクセンサ１２が異常であるにもかかわらず、入力トルクの積算値が基準積算トルクよりも大きくなってしまい、トルクセンサ１２が正常と判定されるおそれがある。
　このような事情から基準積算トルクは小さい値に設定することができないため、上述のように、サンプリング区間が短い場合には、第１実施形態で示した判定方法ではトルクセンサ１２の状態を正確に判定できないおそれがある。そこで、本第２実施形態では、第１実施形態の判定方法に加えて、以下の手順が行われる。
　図７に示すように、本第２実施形態では、第１実施形態のステップ２とステップ３の間でステップ１０が行われると共に、ステップ５とステップ６の間でステップ１１が行われる。それ以外のステップは第１実施形態と同じである。
　ステップ１０では、サンプリング区間内で、ステアリング１が所定速度以上で操舵された時点の入力トルクを基準入力トルクとして記憶する。具体的には、ステップ１でステアリング１の操舵角の変化速度が所定速度以上であると判定された時点の入力トルクを基準入力トルクとして記憶する。図５においては、基準入力トルクはT-baseである。
　ステップ１１では、サンプリング区間内での基準入力トルクとトルクセンサ１２にて検出された入力トルクとの偏差の絶対値の最大値を演算する。これが、コントローラ１３の最大値演算部にて実行される最大値演算ステップに該当する。そして、演算した最大値が予め定められた基準値以下であるか否かを判定する。ステップ１１にて最大値が基準値を超えていると判定された場合には、トルクセンサ１２が入力トルクを正常に検出できているといえるため、ステップ７へ進み、トルクセンサ１２が正常であると判定する。ステップ１１の判定に用いる基準値は、トルクセンサ１２の異常が判定できる値に設定される。基準値としては、例えば、コントローラ１３がステアリング１が中立位置であると判断する際の公差に余裕を加えた値に設定される。少なくとも、トルクセンサ１２の出力電圧の想定される最大のずれ量に対応するトルク値よりも大きい値に設定される。
　サンプリング区間が短い場合には、ステップ６のみでは、トルクセンサ１２が正常であるにもかかわらずトルクセンサ１２が異常と判定され、トルクセンサ１２の状態を正確に判定できないおそれがある。しかし、ステップ６に先立ってステップ１１を実行することによって、このような誤判定を防止することができる。
　ステップ１１にて最大値が基準値以下であると判定された場合には、トルクセンサ１２が入力トルクを正常に検出できていない可能性があるため、ステップ６に進み、サンプリング区間内の入力トルクの積算値が基準積算トルク以下であるか否かを判定する。ステップ６にて入力トルクの積算値が基準積算トルク以下であると判定された場合には、ステアリングシャフト２への入力トルクが検出できていない異常な状態であり、ステップ８へ進む。このように、第２実施形態では、ステップ１１にて最大値が基準値以下であると判定され、かつ、ステップ６にて入力トルクの積算値が基準積算トルク以下であると判定された場合に、トルクセンサ１２に異常が発生していると判定されることになる。
　トルクセンサ１２が正常であっても、ステアリング１がゆっくり操舵されるような場合には、ステップ１１にて最大値が基準値以下であると判定される可能性がある。しかし、このような場合には、サンプリング区間が長くなって入力トルクの積算値が大きくなるため、ステップ６にて入力トルクの積算値が基準積算トルクを超えていると判定されることになる。そして、ステップ７へ進み、トルクセンサ１２が正常であると判定される。
　以上のように、第１実施形態の判定方法に、ステップ１０と１１を加えることによって、トルクセンサの異常をより精度良く診断することができる。
　本第２実施形態は、ステアリング１が所定速度以上で操舵されてから所定時間が経過するまでをサンプリング区間と設定する場合（図６に示す場合）にも適用することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は２０１２年３月１３日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－５６３８８及び２０１３年１月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－１３１６０に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
　本発明は、電動パワーステアリング装置に用いられるトルクセンサの異常診断装置に適用することができる。

Claims (8)

  1. 　電動パワーステアリング装置のコントローラと２つの系統にて接続されたトルクセンサの異常を診断する異常診断装置であって、
    　ステアリングの操舵角を検出する操舵角センサの検出結果に基づいて、ステアリングの操舵角の変化速度が予め定められた所定速度以上であるか否かを判定する操舵速度判定部と、
    　ステアリングが前記所定速度以上で操舵されてから中立位置に戻るまでのサンプリング区間内で、前記トルクセンサにて検出された入力トルクの積算値を演算する積算値演算部と、
    　前記積算値演算部によって演算された入力トルクの前記積算値が予め定められた基準積算トルク以下の場合に、前記トルクセンサに異常が発生していると判定する異常判定部と、
    を備えるトルクセンサの異常診断装置。
  2. 　請求項１に記載のトルクセンサの異常診断装置であって、
    　前記サンプリング区間内で、ステアリングが前記所定速度以上で操舵された時点の入力トルクである基準入力トルクと前記トルクセンサにて検出された入力トルクとの偏差の絶対値の最大値を演算する最大値演算部をさらに備え、
    　前記異常判定部は、前記最大値演算部によって演算された前記最大値が予め定められた基準値以下であり、かつ、前記積算値演算部によって演算された入力トルクの前記積算値が前記基準積算トルク以下の場合に、前記トルクセンサに異常が発生していると判定するトルクセンサの異常診断装置。
  3. 　請求項１に記載のトルクセンサの異常診断装置であって、
    　前記積算値演算部は、前記操舵角センサにて検出されたステアリングの操舵角の符号が変化した場合にステアリングが中立位置に戻ったと判定して、前記サンプリング区間内の入力トルクの積算値を演算するトルクセンサの異常診断装置。
  4. 　電動パワーステアリング装置のコントローラと２つの系統にて接続されたトルクセンサの異常を診断する異常診断装置であって、
    　ステアリングの操舵角を検出する操舵角センサの検出結果に基づいて、ステアリングの操舵角の変化速度が予め定められた所定速度以上であるか否かを判定する操舵速度判定部と、
    　ステアリングが前記所定速度以上で操舵されてから所定時間が経過するまでのサンプリング区間内で、前記トルクセンサにて検出された入力トルクの積算値を演算する積算値演算部と、
    　前記サンプリング区間内で、ステアリングが前記所定速度以上で操舵された時点の入力トルクである基準入力トルクと前記トルクセンサにて検出された入力トルクとの偏差の絶対値の最大値を演算する最大値演算部と、
    　前記最大値演算部によって演算された前記最大値が予め定められた基準値以下であり、かつ、前記積算値演算部によって演算された入力トルクの前記積算値が予め定められた基準積算トルク以下の場合に、前記トルクセンサに異常が発生していると判定する異常判定部と、
    を備えるトルクセンサの異常診断装置。
  5. 　請求項１又は請求項４に記載のトルクセンサの異常診断装置であって、
    　前記異常判定部は、入力トルクの積算値が前記基準積算トルク以下となるサンプリング区間が予め定められた所定回数連続した場合に、前記トルクセンサに異常が発生していると判定するトルクセンサの異常診断装置。
  6. 　電動パワーステアリング装置のコントローラと２つの系統にて接続されたトルクセンサの異常を診断する異常診断方法であって、
    　ステアリングの操舵角を検出する操舵角センサの検出結果に基づいて、ステアリングの操舵角の変化速度が予め定められた所定速度以上であるか否かを判定する操舵速度判定ステップと、
    　ステアリングが前記所定速度以上で操舵されてから中立位置に戻るまでのサンプリング区間内で、前記トルクセンサにて検出された入力トルクの積算値を演算する積算値演算ステップと、
    　前記積算値演算ステップによって演算された入力トルクの前記積算値が予め定められた基準積算トルク以下の場合に、前記トルクセンサに異常が発生していると判定する異常判定ステップと、
    を含むトルクセンサの異常診断方法。
  7. 　請求項６に記載のトルクセンサの異常診断方法であって、
    　前記サンプリング区間内で、ステアリングが前記所定速度以上で操舵された時点の入力トルクである基準入力トルクと前記トルクセンサにて検出された入力トルクとの偏差の絶対値の最大値を演算する最大値演算ステップをさらに含み、
    　前記異常判定ステップは、前記最大値演算ステップによって演算された前記最大値が予め定められた基準値以下であり、かつ、前記積算値演算ステップによって演算された入力トルクの前記積算値が前記基準積算トルク以下の場合に、前記トルクセンサに異常が発生していると判定するトルクセンサの異常診断方法。
  8. 　電動パワーステアリング装置のコントローラと２つの系統にて接続されたトルクセンサの異常を診断する異常診断方法であって、
    　ステアリングの操舵角を検出する操舵角センサの検出結果に基づいて、ステアリングの操舵角の変化速度が予め定められた所定速度以上であるか否かを判定する操舵速度判定ステップと、
    　ステアリングが前記所定速度以上で操舵されてから所定時間が経過するまでのサンプリング区間内で、前記トルクセンサにて検出された入力トルクの積算値を演算する積算値演算ステップと、
    　前記サンプリング区間内で、ステアリングが前記所定速度以上で操舵された時点の入力トルクである基準入力トルクと前記トルクセンサにて検出された入力トルクとの偏差の絶対値の最大値を演算する最大値演算ステップと、
    　前記最大値演算ステップによって演算された前記最大値が予め定められた基準値以下であり、かつ、前記積算値演算ステップによって演算された入力トルクの前記積算値が予め定められた基準積算トルク以下の場合に、前記トルクセンサに異常が発生していると判定する異常判定ステップと、
    を含むトルクセンサの異常診断方法。
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