トルク検出装置及び電動パワーステアリング装置
【課題】安価で故障検知の信頼性の高いトルク検出装置を提供する。
【解決手段】トルク検出装置１７が、唯一の磁気センサとしてのホールＩＣ３５を含むセンサ部２２と、センサ部２２の出力に基づいて操舵トルクを検出するトルク検出部２３を備える。磁界発生装置２４がセンサ部２２を含む領域に磁界を発生させる。トルク検出部２３は、磁界を発生させたときに生ずるホールＩＣ３５の出力のオフセット量に基づいてセンサ部２２の異常を検出する。
【解決手段】トルク検出装置１７が、唯一の磁気センサとしてのホールＩＣ３５を含むセンサ部２２と、センサ部２２の出力に基づいて操舵トルクを検出するトルク検出部２３を備える。磁界発生装置２４がセンサ部２２を含む領域に磁界を発生させる。トルク検出部２３は、磁界を発生させたときに生ずるホールＩＣ３５の出力のオフセット量に基づいてセンサ部２２の異常を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出装置及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System）等に用いられるトルク検出装置は、トーションバーの捻れ角を検出することにより、その回転軸への入力トルクを演算する構成となっている。
従来、このようなトルク検出装置として、ホールＩＣ等を用いることにより、そのトーションバーの捻れ角、即ち入力トルクに応じて出力レベル（出力電圧）が変化する信号出力手段を構成したトルク検出装置がある（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３００２６７号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のトルク検出装置は、２つのホールＩＣを用いて多重化されるため、その信頼性が向上する。すなわち、２つのホールＩＣの出力の比較に基づいて、各ホールＩＣの故障が検出されるため、その信頼性が向上する。
しかしながら、２つのホールＩＣを用いた場合、製造コストが高くなる。一方、唯一のホールＩＣを用いた場合、どのようにして故障検知を行うかが課題となる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、安価で故障検知の信頼性の高いトルク検出装置及び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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、磁束の変化を検出可能な唯一の磁気センサ（３５）を含むセンサ部（２２）と、上記センサ部の出力に基づいてトルクを検出するトルク検出部（２３）と、上記センサ部を含む領域に磁界を発生可能な磁界発生装置（２４）と、を備え、上記トルク検出部は、上記磁界発生装置によって磁界を発生させたときに生ずる上記磁気センサの出力のオフセット量に基づいて上記センサ部の異常を検出する故障検出モードを有しているトルク検出装置を提供する（請求項１）。
【０００７】
本発明では、単一の磁気センサを用いた簡単な構造であり製造コストを安くすることができる。しかも、磁界発生装置によって磁界を発生させたときのセンサ部の出力のオフセット量に基づいて、センサ部の故障（磁気センサの故障、および磁気センサに接続される信号線の故障等）を検出することができ、信頼性を高くすることがてきる。
上記のトルク検出装置において、上記センサ部からの出力を二重化する一対の出力線（４３，４９）と、上記一対の出力線の一方および上記トルク検出部の間に介在するコンデンサ（５０）と、を備える場合がある（請求項２）。この場合、コンデンサを介する微分出力に基づいて、検出トルクの通常でない急激な変化を取り出すことができる。
【０００８】
上記のトルク検出装置によって検出した操舵トルクに基づいて電動モータ（１９）を駆動制御する電動パワーステアリング装置（１）であれば（請求項３）、安価で信頼性の高い電動パワーステアリング装置を実現することができる。
上記の電動パワーステアリング装置において、上記故障検出モードでは、磁界発生直前のセンサ部の出力値（Ｅａ）をホールドした第１の値（Ｅ１）と、磁界発生時のセンサ部の出力値（Ｅｂ）から上記オフセット量（Ｅoffset）を差し引いた第２の値（Ｅ２）との差分の絶対値（｜Ｅ１−Ｅ２｜）が所定量（ｅ）を超えた場合に、上記センサ部の異常を検出する場合がある（請求項４）。この場合、第１の値と第２の値の差分に基づいて、センサ部の異常を検出する。ここで、センサ部が正常である場合、第２の値はオフセット量を差し引いて算出されている（磁界発生の影響分をキャンセルされている）ので、通常のセンサ出力と同等に扱い、電動モータの駆動制御に用いることが可能である。
【０００９】
具体的には、上記の電動パワーステアリング装置において、上記第１の値または上記第２の値の何れか一方に基づいて、上記電動モータを駆動制御する場合がある（請求項５）。磁界発生装置オンの時間は例えば数msecのような短い時間で十分であり、そのような短時間の間において人間の操舵によって変化するトルク量はごく僅かである（すなわち、殆ど変化しない）と考えられるので、ホールド値としての第１の値および第２の値の何れを用いても、制御のつながりの滑らかさの向上を図ることができ、電動モータの制御に悪影響を与えることがない。したがって、車両の走行中や電動パワーステアリング装置の制御中においても、故障検知を実行することが実質的に可能となる。
【００１０】
また、上記の電動パワーステアリング装置において、上記トルク検出部は、上記センサ部の出力の変化率（Ｅ* ）が所定範囲内（Ｐ１≦Ｅ* ≦Ｐ２）にあるときに故障検出モードを実行する頻度（ゼロを含む）を、上記変化率が所定範囲外（Ｅ* ＜Ｐ１またはＰ２＜Ｅ* ）にあるときに故障検出モードを実行する頻度よりも少なくしている場合がある（請求項６）。この場合、センサ部の出力の変化率が、運転者の通常の操舵動作に対応する所定範囲内にあるときには、故障検出モードの実行頻度を少なくするか或いは故障検出モードを実行しないようにすることにより、制御負荷を軽くすることができる。一方、運転者のハンドル操作では生じ得ないような高変化率やそれに近い変化率のときには、故障検出モードの実行頻度を相対的に高くして、信頼性を向上することができる。
【００１１】
また、上記の電動パワーステアリング装置において、上記トルク検出部は、操舵トルクの領域として、操舵トルクが大きくなるにつれて、第１のトルク領域（Ｑ１）、第２のトルク領域（Ｑ２）、第３のトルク領域（Ｑ３）、第４のトルク領域（Ｑ４）を設定しており、上記第２のトルク領域および上記第４のトルク領域において上記故障検出モードを実行する頻度を、上記第１のトルク領域および上記第３のトルク領域において上記故障検出モードを実行する頻度よりも少なくしている場合がある（請求項７）。
【００１２】
この場合、第２のトルク領域や、第４のトルク領域において、故障検出モードを実行する頻度を相対的に少なくすることにより、これらのトルク領域で良好な操舵フィーリングを確保することができる。ここで、第２のトルク領域とは、例えば高速道を走行中に運転者が少しずつ修正舵を切るような場合に検出されるトルクの領域である。第４のトルク領域とは、例えば交差点で左折や右折する場合や、左折または右折してパーキングから出るときに検出されるトルクの領域であり、最も多用されるトルクの領域である。第３のトルク領域とは、例えばハンドルの切り始めや、手の中を滑らしながらハンドルを戻すときに検出されるトルクの領域であり、第２のトルク領域と第４のトルク領域との間の中間のトルク領域である。
【００１３】
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参 照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態のトルク検出装置を備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】トルク検出装置の分解斜視図である。
【図３】トルク検出装置の構成を示す模式図である。
【図４】故障検出の制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】非走行且つ非操舵時において、磁界発生装置をオンオフするときのホールＩＣの出力変化を示す図である。
【図６】走行時ないし操舵時において、磁界発生装置をオンオフするときのホールＩＣの出力変化を示す図である。
【図７】磁界発生装置をオンオフするときの検出トルクの時間変化を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態のトルク検出装置の構成を示す模式図である。
【図９】図８の実施の形態において、ホールＩＣ出力の微分値の時間変化を示す図である。
【図１０】図８の実施の形態において、ホールＩＣ出力の微分値故障検出モードの実行の周期を設定する流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態において、検出された操舵トルクの時間変化を示すである。
【図１２】図１１の実施の形態において、検出された操舵トルクに基づいて故障検出モードの実行の周期を設定する流れを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施の形態における電気的構成の要部のブロック図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態における電気的構成の要部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。本実施の形態では、トルク検出装置が自動車の電動パワーステアリング装置に適用された例に則して説明するが、本発明のトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置以外の他の装置や機器に適用することもできる。
図１は、本発明の第１の実施の形態のトルク検出装置を備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結されるステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、この中間軸５に自在継手６を介して連結されているピニオン軸７と、ピニオン軸７の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を形成して車両の左右方向に延びるラック軸１０とを有している。
【００１６】
ラック軸１０は、筒状のハウジング１１に軸方向移動可能に支持されている。ラック軸１０の両端部にはそれぞれタイロッド１２が連結されており、各タイロッド１２は、対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１３に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転は中間軸５等を介してピニオン８に伝達され、ピニオン８およびラック９によって、車両の左右方向に沿うラック軸１０の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１３の転舵が達成される。
【００１７】
ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる第１の軸としての第１の操舵軸１４と、自在継手４に連なる第２の軸としての第２の操舵軸１５とを有している。これら第１および第２の操舵軸１４，１５は、連結軸としてのトーションバー１６を介して同軸上に互いに連結されている。第１および第２の操舵軸１４，１５は、互いにトルク伝達可能であり、所定の範囲内で相対回転可能とされている。
【００１８】
電動パワーステアリング装置１は、操舵部材２に負荷される操舵トルクを検出するトルク検出装置１７と、車速を検出する車速センサ１８と、トルク検出装置１７および車速センサ１８の検出結果に基づいて、操舵補助用の電動モータ１９を駆動回路２０を介して駆動制御するモータ駆動制御部２１とを備えている。
トルク検出装置１７は、トーションバー１６の近傍に配置されたセンサ部２２と、センサ部２２からの信号に基づいて操舵トルクを検出するトルク検出部２３と、センサ部２２の近傍に配置された磁界発生装置２４とを備えている。モータ駆動制御部２１およびトルク検出部２３は、マイクロコンピュータを含むＥＣＵ２５（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）に設けられている。
【００１９】
トルク検出装置１７では、トーションバー１６のねじれに起因する第１の操舵軸１４と第２の操舵軸１５との相対回転変位量に基づく磁束変化から、第１および第２の操舵軸１４，１５に付与されるトルクを検出する。
ＥＣＵ２５のモータ駆動制御部２１が操舵補助用の電動モータ１９を駆動すると、その出力回転（動力）が、ウォームギヤ機構等の減速機構２６で減速されて第２の操舵軸１５へ伝達される。第２の操舵軸１５に伝えられた動力は、さらに中間軸５等を介して、上記ラック軸１０、タイロッド１２およびナックルアーム等を含む転舵機構２７に伝えられ、運転者の操舵が補助される。
【００２０】
図２は、トルク検出装置１７の要部の概略分解斜視図であり、図３はトルク伝達装置の模式的断面図である。図２および図３に示すように、トーションバー１６の一端１６ａは、ピン２８を用いて第１操舵軸１４に結合され、トーションバー１６の他端１６ｂは、ピン２９を用いて第２操舵軸１５に結合されている。
トルク検出装置１７は、多極磁石３０と、一対の軟磁性体製の磁気ヨーク３１，３２と、磁気ヨーク３１，３２からの磁束を誘導する一対の集磁リング３３，３４と、磁気センサとしての唯一のホールＩＣ３５と、上記の磁界発生装置２４とを備えている。磁界発生装置２４は、ホールＩＣ３５を含む領域に磁界を発生可能な例えば磁界発生コイルからなる。
【００２１】
多極磁石３０は、第１の操舵軸１４の一端に一体回転可能に結合された多極着磁のリングであり、該リングの複数の周方向位置にＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。多極磁石３０の軸線と、第１の操舵軸１４の軸線とは、互いに一致している。
一対の磁気ヨーク３１，３２は、多極磁石３０の回りに回転可能に第２の操舵軸１５の一端に結合されている。一対の磁気ヨーク３１，３２は、互いに離隔して向き合うヨークリング３１ａ，３２ａと、ヨークリング３１ａ，３２ａの複数の周方向位置に爪３１ｂ，３２ｂとを有している。一対の磁気ヨーク３１，３２は、それぞれの爪３１ｂ，３２ｂが周方向に適当な間隔でずれるように対向する状態で、図３に示すように、合成樹脂部材にモールドされている。多極磁石３０に対向する、各磁気ヨーク３１，３２の内周面は、合成樹脂部材３６から露出している。
【００２２】
磁気ヨーク３１，３２を保持した合成樹脂部材３６が、第２の操舵軸１５に取り付けられており、多極磁石３０及び磁気ヨーク３１，３２が相対回転することによりヨークリング３１ａ，３２ａ間の磁束密度が変化するように構成されている。
磁気ヨーク３１，３２は、第１および第２の操舵軸１４，１５にトルクが加えられていない操舵中立状態において、それぞれの爪３１ｂ，３２ｂの先端が、多極磁石３０のＮ極及びＳ極の境界を指すように配置される。
【００２３】
一対の集磁リング３３，３４は、軟磁性体を用いて形成された環状の部材であり、磁気ヨーク３１，３２の回りに相対回転可能に配置されており、磁気ヨーク３１，３２にそれぞれ磁気的に結合されている。一対の集磁リング３３，３４は、第１操舵軸１４の軸方向Ｘ１に離隔して対向する環状の本体３３ａ，３４ａと、本体３３ａ，３４ａからそれぞれ突出形成され１つの周方向位置に互いに対向する平板状の集磁片３３ｂ，３４ｂとを有している。集磁片３３ｂ，３４ｂ間の領域３７内に、ホールＩＣ３５が挿入されている。上記領域３７には、後述する合成樹脂部材３８の一部が充填されており、ホールＩＣ３５はその合成樹脂部材３８内にモールドされている。
【００２４】
一対の集磁リング３３，３４、ホールＩＣおよび図示しない回路基板等が、合成樹脂部材３８内にモールドされている。合成樹脂部材３８は、筒状のセンサハウジング３９の取付孔４０を通して、集磁リング３３，３４がセンサハウジング３９と同心になる状態で、センサハウジング３９に取り付けられている。
ホールＩＣ３５は、集磁片３３ｂ，３４ｂ間の領域３７に生ずる磁束の密度を検出するものであり、上記領域３７に生ずる磁束のうち、軸方向Ｘ１に平行な成分に応じた出力（電位差）を生じるように配置されている。ホールＩＣ３５には、車両のバッテリー等の電源４１からの電力が、電源ライン４２を介してホールＩＣ３５に供給され、また、ホールＩＣ３５の出力信号Ｅ（電圧信号）は、出力線４３を介してＥＣＵ２５内のトルク検出部２３に出力される。
【００２５】
トルク検出部２３は、ホールＩＣ３５からの出力信号Ｅの信号レベル、即ち各ホールＩＣ３５の出力電圧に基づいて、ステアリングシャフト３に入力された操舵トルクを算出し、また、ホールＩＣ３５の故障検出を実行する構成となっている。
磁界発生コイルからなる磁界発生装置２４には、電源４１からの電力が電源ライン４４を介して供給される。電源ライン４４には、磁界発生装置２４への給電をオンオフするスイッチ４５が設けられている。磁界発生装置２４のグラウンドライン４６およびホールＩＣ３５のグラウンドライン４７は、共通のグラウンドライン４８に接続されており、互いの電源供給回路の一部が共有されているが、互いに独立していてもよい。
【００２６】
次いで、図４のフローチャートに基づいて、センサ部２２の故障を検出する動作について説明する。
まず、ステップＳ１において、イニシャライズが行われ、故障検出フラッグＦが０に初期設定される。次いで、ステップＳ２において、故障検出モード（ステップＳ４以降の処理）を所定の周期Ｔで実行するためにタイマーをスタートする。タイマースタートから所定の周期Ｔが経過すると（ステップＳ３）、ステップＳ４移行の故障検出モードに移行する。
【００２７】
その故障検出モードでは、まず、ステップＳ５において、ホールＩＣ３５からの信号を取り込み、その出力値Ｅａをホールド値としての第１の値Ｅ１として記憶する（図５も参照）。
次いで、ステップＳ６において、スイッチ４５を所定時間（例えば数msecの間）だけオンすることにより、磁界発生装置２４に電源を供給して、ホールＩＣ３５を含む領域に磁界を発生させる。その後、その磁界発生中のホールＩＣ３５の出力値Ｅｂから所定のオフセット量Ｅoffsetを減算した第２の値Ｅ２（Ｅ２＝Ｅｂ−Ｅoffset）を算出する（ステップＳ７）。所定のオフセット量Ｅoffsetは、磁界発生装置２４による磁界発生によって正常なホールＩＣ３５の出力電圧が変化する量を予め求めて、予め設定されたものである。
【００２８】
次いで、ステップＳ８において、スイッチ４５をオフして磁界発生装置２４をオフし、ステップＳ９に移行する。そのステップＳ９では、第１の値Ｅ１と第２の値Ｅ２との差分の絶対値｜Ｅ１−Ｅ２｜が所定の誤差ｅの範囲を超えている（｜Ｅ１−Ｅ２｜＞ｅ）か否かを判定する。上記の差分の絶対値が誤差ｅの範囲内にある場合（ステップＳ９においてＮＯの場合）には、センサ部２２に正常に作動していると判断し、ステップＳ１に戻る。
【００２９】
上記差分の絶対値が誤差ｅの範囲を超えている場合（ステップＳ９でＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０において、故障検出フラッグＦが１でない（すなわちＦが０であり、第１回目の故障検出である）ことを確認する。故障検出フラッグＦが１でない、すなわち、第１回目の故障検出であることが確認された場合には、ステップＳ１１において、故障検出フラッグＦを１に設定した後、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５からステップＳ９の故障検出フローを再度繰り返す。
【００３０】
その２回目の故障検出フローを実行したときにも、ステップＳ９において、上記差分の絶対値が誤差ｅの範囲を超えていて、２回目も故障が検出された場合には、続くステップＳ１０において、Ｆ＝１であること（すなわち２回目の故障検出であること）を確認した後、センサ部２２が故障していると判断し、ステップＳ１２において、公知のフェイル処理を行う。例えばフェイル処理として、警告ランプを点灯して、運転者に報知したり、電動パワーステアリング装置１を安全に停止させたりする処理を実行した後、処理を終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ５〜ステップＳ９の２回目の故障検出フローを実行したときに、ステップＳ９において、上記差分の絶対値が誤差ｅの範囲内にあり、故障が検出されなかった場合には、センサ部２２は正常であると判断し、ステップＳ１に戻る。
図５は、車両停止中で且つ操舵もしていないとき（すなわち非走行且つ非操舵時）に、故障検出モードが所定の周期で実行された場合のホールＩＣ３５の出力変化を示している。磁界発生装置２４のオンに伴って、ホールＩＣ３５の出力が変化量Δで変化し、ホールＩＣ３５が正常である場合、その変化量Δは、所定のオフセット量Ｅoffsetにほぼ等しい。
【００３２】
次いで、図６は、走行時または操舵時の少なくとも一方が満たされる条件で、故障検出モードが所定の周期で実行された場合のホールＩＣ３５の出力変化を示している。磁界発生のオンに伴って、ホールＩＣの出力が変化量Δ１（磁界発生前の出力値Ｅａ１と磁界発生時の出力値Ｅｂ１との差分に相当）や変化量Δ２（磁界発生前の出力値Ｅａ２と磁界発生時の出力値Ｅｂ２との差分に相当）で変化する。ホールＩＣ３５が正常である場合、変化量Δ１、Δ２が所定の所定のオフセット量Ｅoffsetにほぼ等しくなる。
【００３３】
一方、磁界発生の前後において、図６のホールＩＣ３５の出力を用いたトルク検出は、ホールド値としての第１の値Ｅ１を用いてもよいし、磁界発生装置２４がオンのときの第２の値Ｅ２を用いてよい。第２の値Ｅ２は磁界発生装置２４がオンのときのホールＩＣ３５の出力からオフセット量Ｅoffsetを差し引いて算出されている（磁界発生の影響分をキャンセルされている）ので、センサ部２２が正常である場合、第２の値Ｅ２を磁界発生装置２４がオフのときに得られたセンサ出力と同等に扱うことができる。また、磁界発生装置２４がオンの時間が例えば数msecという非常に短い時間であるので、その区間で人間の操舵によって変化するトルク量はごく僅かであると考えられるからである。したがって、ホールド値としての第１の値Ｅ１、ないし第２の値Ｅ２に基づいて算出される検出トルクとしては、図７に示すように円滑なものとなり、したがって、第１の値Ｅ１および第２の値Ｅ２の何れに基づいて検出された操舵トルクも、電動モータ１９の駆動制御に用いることが可能である。
【００３４】
本実施の形態によれば、磁気センサとして単一のホールＩＣ３５を用いた簡単な構造でありトルク検出装置１７の製造コストを安くすることができる。しかも、磁界発生装置２４によって磁界を発生させたときのセンサ部２２の出力のオフセット量に基づいて、センサ部２２の故障（具体的には、ホールＩＣ３５またはホールＩＣに接続される出力線４３の故障等）を検出することができ、信頼性を高くすることがてきる。ひいては、安価で信頼性の高い電動パワーステアリング装置１を実現することができる。
【００３５】
また、磁界発生直前のセンサ部２２の出力値Ｅａをホールドした第１の値Ｅ１と、磁界発生時のセンサ部２２の出力値Ｅｂから所定のオフセット量Ｅoffsetを差し引いた第２の値Ｅ２との差分の絶対値｜Ｅ１−Ｅ２｜に基づいて、センサ部２２の異常を検出する。
また、センサ部２２が正常である場合には、トルク検出部２３によって、ホールド値としての第１の値Ｅ１ないし第２の値Ｅ２を用いて操舵トルクを検出し、検出された操舵トルクや車速センサ１８の車速検出結果を用いて、電動モータ１９を駆動制御することができる。
【００３６】
すなわち、第２の値Ｅ２は磁界発生時のホールＩＣ３５の出力からオフセット量Ｅoffsetを差し引いて算出されている（磁界発生の影響分をキャンセルされている）ので、センサ部２２が正常である場合、第２の値Ｅ２を磁界発生装置２４がオフのときに得られたセンサ出力と同等に扱って、トルクを検出することができるからである。このように、第１の値Ｅ１または第２の値Ｅ２の何れを用いても、制御の繋がりの滑らかさを向上することができ、電動モータ１９の駆動制御に悪影響を与えることがないので、車両の走行中や電動パワーステアリング装置１の制御中においても、故障検知を実行することが実質的に可能となる。
【００３７】
次いで、図８は、本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態が、図３の実施の形態と異なるのは、センサ部２２からの出力を二重化する一対の出力線４３，４９を設け、フェイル検知用としての一方の出力線４９とトルク検出部２３の間にコンデンサ５０介在させた点にある。コンデンサ５０はホールＩＣ３５の出力の微分値を出力する。また、本実施の形態では、コンデンサ５０を介するホールＩＣ３５の出力の微分値の変化に基づいて、トルク検出部２３によって故障検出モードを実行する頻度を設定する。そのために故障検出モードを実行する周期Ｔ（図４のステップＳ３を参照）を設定する。
【００３８】
具体的には、図９に示すように、ホールＩＣ３５の出力Ｅの微分値Ｅ* が変化しているとする。図９において、値Ｐ２は、運転者のハンドル操作では生じ得ないような高変化率よりも少し低い変化率の値である。また、値Ｐ１未満の領域は、非操舵時に相当する領域である。
図１０のフローチャートに示すように、ステップＳ１１で読み込んだ微分値Ｅ* が（センサ部２２の出力の変化率に相当）が所定範囲内（Ｐ１≦Ｅ* ≦Ｐ２）にあるか否かをステップＳ１２において判定する。微分値Ｅ* が所定範囲外（Ｅ* ＜Ｐ１またはＰ２＜Ｅ* ）にある場合（ステップＳ１２においてＮＯの場合）は、通常の周期Ｔを採用する。微分値Ｅ* が所定範囲内（Ｐ１≦Ｅ* ≦Ｐ２）にある場合（ステップＳ１２においてＹＥＳの場合）は、通常の周期Ｔに加算値ＴＬを加算したより長い周期（Ｔ＋ＴＬ）とする（ステップＳ１３）。ただし、加算値ＴＬは無限大であってもよい。
【００３９】
これにより、ホールＩＣ３５の出力の微分値Ｅ* （センサ部の出力の変化率に相当）が所定範囲内（Ｐ１≦Ｅ* ≦Ｐ２）にあるときの故障検出モードの実行頻度を、所定範囲外（Ｅ* ＜Ｐ１またはＰ２＜Ｅ* ）にあるときの実行頻度よりも少なくする。すなわち、正常に動作していると考えられるときには、故障検出の回数を減らすようしている。これにより、ＥＣＵ２５の制御負荷を軽減する。一方で、センサ部２２の出力の変化率が、運転者のハンドル操作では生じ得ないような高変化率やそれに近い変化率であるときには、故障検出モードの実行頻度を相対的に高くして、信頼性を向上することができる。
【００４０】
第３の実施の形態は、第１および第２の実施の形態において、検出された操舵トルクに基づいて、故障検出モードを実行する周期Ｔを設定する。
具体的には、図１１に示すように、ホールＩＣ３５からの出力に基づいて検出された操舵トルクｔが、変化しているとする。本実施の形態では、操舵トルクの領域として、操舵トルクが０から大きくなるにつれて、第１のトルク領域である非操舵トルク領域Ｑ１（ｔ＜ｔ１）、第２のトルク領域である敏感な操舵トルク領域Ｑ２（ｔ１≦ｔ≦ｔ２）、第３のトルク領域である中間トルク領域Ｑ３（ｔ２＜ｔ＜ｔ３）および第４のトルク領域である実用トルク領域Ｑ４（ｔ３≦ｔ≦ｔ４）を順次に設定している。
【００４１】
敏感なトルク領域Ｑ２とは、例えば高速道を走行中に運転者が少しずつ修正舵を切るような場合に検出されるトルクの領域である。実用トルク領域Ｑ４とは、例えば交差点で左折や右折する場合や、左折または右折してパーキングから出るときに検出されるトルクの領域であり、最も多用されるトルクの領域である。
一方、敏感なトルク領域Ｑ２と実用トルク領域Ｑ４の間にある中間トルク領域Ｑ３とは、例えはハンドルの切り始めや、手の中を滑らしながらハンドルを戻すときに検出されるトルクの領域である。
【００４２】
本実施の形態では、図１２のフローチャートに示すように、ステップＳ２１で読み込んだ操舵トルクｔが、敏感なトルク領域Ｑ２または実用トルク領域Ｑ４の何れか一方にあるか否かをステップＳ２２において判定する。操舵トルクｔが敏感なトルク領域Ｑ２または実用トルク領域Ｑ４の何れか一方にない場合（ステップＳ２２においてＮＯの場合）、すなわち、操舵トルクｔが非操舵トルク領域Ｑ１または中間トルク領域Ｑ３にある場合は、通常の周期Ｔを採用する。一方、操舵トルクｔが敏感なトルク領域Ｑ２または実用トルク領域Ｑ４の何れか一方にある場合（ステップＳ２２においてＹＥＳの場合）は、通常の周期Ｔに加算値ＴＲを加算したより長い周期（Ｔ＋ＴＲ）とする（ステップＳ２３）。ただし、加算値ＴＲは無限大であってもよい。
【００４３】
本実施の形態によれば、通常多用されるトルク領域である、敏感なトルク領域Ｑ２および実用トルク領域Ｑ４において、上記故障検出モードを実行する頻度を相対的に少なくしているので、ＥＣＵ２５の制御負荷を軽減することができるとともに、これらのトルク領域Ｑ２，Ｑ４で良好な操舵フィーリングを確保することができる。
なお、発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図１３に示すように、ホールＩＣ３５への電源ライン４２の少なくとも一部をライン４２１，４２２として二重化したり、ホールＩＣ３５からのグラウンドライン４７の少なくとも一部をライン４７１，４７２として二重化したりして、フェイルセーフの性能を向上してもよい。
【００４４】
また、図３の実施の形態におけるホールＩＣ３５の出力線４３の途中部や、図８の実施の形態や図１３の実施の形態におけるホールＩＣ３５の出力線４９の途中部を、例えば図１４に示すように、プルダウン抵抗５１を有する接続線５２を介してグラウンドライン４７１と接続するようにしてもよい。この場合、ホールＩＣ３５の出力が異常でも正常でもない不定状態（正常範囲内ではあるが操舵トルクとは無関係な不定信号を出力するような状態）になったときに、その出力信号をＯＶにプルダウンすることができるので、故障検出の信頼性を向上することができる。
【００４５】
また、磁気センサとして、ホールＩＣに代えて、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いるようにしてもよい。その他、請求項記載の範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１…電動パワーステアリング装置、２…操舵部材、１４…第１の操舵軸、１５…第２の操舵軸、１６…トーションバー、１７…トルク検出装置、１８…車速センサ、１９…電動モータ、２１…モータ駆動制御部、２２…センサ部、２３…トルク検出部、２４…磁界発生装置、２５…ＥＣＵ、２６…減速機構、２７…転舵機構、３０…多極磁石、３１，３２磁気ヨーク、３３，３４…集磁リング、３５…ホールＩＣ（磁気センサ）、４１…電源、４２，４４…電源ライン、４３，４９…（ホールＩＣの）出力線、４５…スイッチ、４６，４７，４８…グラウンドライン、５０…コンデンサ、５１…プルダウン抵抗、Ｅ１…第１の値、Ｅ２…第２の値、Ｅoffset…オフセット量、ｅ…所定量、Ｅ* …（出力の）変化率、Ｑ１…非操舵トルク領域（第１のトルク領域）、Ｑ２…敏感なトルク領域（第２のトルク領域）、Ｑ３…中間トルク領域（第３のトルク領域）、Ｑ４…実用トルク領域（第４のトルク領域）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出装置及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System）等に用いられるトルク検出装置は、トーションバーの捻れ角を検出することにより、その回転軸への入力トルクを演算する構成となっている。
従来、このようなトルク検出装置として、ホールＩＣ等を用いることにより、そのトーションバーの捻れ角、即ち入力トルクに応じて出力レベル（出力電圧）が変化する信号出力手段を構成したトルク検出装置がある（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３００２６７号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のトルク検出装置は、２つのホールＩＣを用いて多重化されるため、その信頼性が向上する。すなわち、２つのホールＩＣの出力の比較に基づいて、各ホールＩＣの故障が検出されるため、その信頼性が向上する。
しかしながら、２つのホールＩＣを用いた場合、製造コストが高くなる。一方、唯一のホールＩＣを用いた場合、どのようにして故障検知を行うかが課題となる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、安価で故障検知の信頼性の高いトルク検出装置及び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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、磁束の変化を検出可能な唯一の磁気センサ（３５）を含むセンサ部（２２）と、上記センサ部の出力に基づいてトルクを検出するトルク検出部（２３）と、上記センサ部を含む領域に磁界を発生可能な磁界発生装置（２４）と、を備え、上記トルク検出部は、上記磁界発生装置によって磁界を発生させたときに生ずる上記磁気センサの出力のオフセット量に基づいて上記センサ部の異常を検出する故障検出モードを有しているトルク検出装置を提供する（請求項１）。
【０００７】
本発明では、単一の磁気センサを用いた簡単な構造であり製造コストを安くすることができる。しかも、磁界発生装置によって磁界を発生させたときのセンサ部の出力のオフセット量に基づいて、センサ部の故障（磁気センサの故障、および磁気センサに接続される信号線の故障等）を検出することができ、信頼性を高くすることがてきる。
上記のトルク検出装置において、上記センサ部からの出力を二重化する一対の出力線（４３，４９）と、上記一対の出力線の一方および上記トルク検出部の間に介在するコンデンサ（５０）と、を備える場合がある（請求項２）。この場合、コンデンサを介する微分出力に基づいて、検出トルクの通常でない急激な変化を取り出すことができる。
【０００８】
上記のトルク検出装置によって検出した操舵トルクに基づいて電動モータ（１９）を駆動制御する電動パワーステアリング装置（１）であれば（請求項３）、安価で信頼性の高い電動パワーステアリング装置を実現することができる。
上記の電動パワーステアリング装置において、上記故障検出モードでは、磁界発生直前のセンサ部の出力値（Ｅａ）をホールドした第１の値（Ｅ１）と、磁界発生時のセンサ部の出力値（Ｅｂ）から上記オフセット量（Ｅoffset）を差し引いた第２の値（Ｅ２）との差分の絶対値（｜Ｅ１−Ｅ２｜）が所定量（ｅ）を超えた場合に、上記センサ部の異常を検出する場合がある（請求項４）。この場合、第１の値と第２の値の差分に基づいて、センサ部の異常を検出する。ここで、センサ部が正常である場合、第２の値はオフセット量を差し引いて算出されている（磁界発生の影響分をキャンセルされている）ので、通常のセンサ出力と同等に扱い、電動モータの駆動制御に用いることが可能である。
【０００９】
具体的には、上記の電動パワーステアリング装置において、上記第１の値または上記第２の値の何れか一方に基づいて、上記電動モータを駆動制御する場合がある（請求項５）。磁界発生装置オンの時間は例えば数msecのような短い時間で十分であり、そのような短時間の間において人間の操舵によって変化するトルク量はごく僅かである（すなわち、殆ど変化しない）と考えられるので、ホールド値としての第１の値および第２の値の何れを用いても、制御のつながりの滑らかさの向上を図ることができ、電動モータの制御に悪影響を与えることがない。したがって、車両の走行中や電動パワーステアリング装置の制御中においても、故障検知を実行することが実質的に可能となる。
【００１０】
また、上記の電動パワーステアリング装置において、上記トルク検出部は、上記センサ部の出力の変化率（Ｅ* ）が所定範囲内（Ｐ１≦Ｅ* ≦Ｐ２）にあるときに故障検出モードを実行する頻度（ゼロを含む）を、上記変化率が所定範囲外（Ｅ* ＜Ｐ１またはＰ２＜Ｅ* ）にあるときに故障検出モードを実行する頻度よりも少なくしている場合がある（請求項６）。この場合、センサ部の出力の変化率が、運転者の通常の操舵動作に対応する所定範囲内にあるときには、故障検出モードの実行頻度を少なくするか或いは故障検出モードを実行しないようにすることにより、制御負荷を軽くすることができる。一方、運転者のハンドル操作では生じ得ないような高変化率やそれに近い変化率のときには、故障検出モードの実行頻度を相対的に高くして、信頼性を向上することができる。
【００１１】
また、上記の電動パワーステアリング装置において、上記トルク検出部は、操舵トルクの領域として、操舵トルクが大きくなるにつれて、第１のトルク領域（Ｑ１）、第２のトルク領域（Ｑ２）、第３のトルク領域（Ｑ３）、第４のトルク領域（Ｑ４）を設定しており、上記第２のトルク領域および上記第４のトルク領域において上記故障検出モードを実行する頻度を、上記第１のトルク領域および上記第３のトルク領域において上記故障検出モードを実行する頻度よりも少なくしている場合がある（請求項７）。
【００１２】
この場合、第２のトルク領域や、第４のトルク領域において、故障検出モードを実行する頻度を相対的に少なくすることにより、これらのトルク領域で良好な操舵フィーリングを確保することができる。ここで、第２のトルク領域とは、例えば高速道を走行中に運転者が少しずつ修正舵を切るような場合に検出されるトルクの領域である。第４のトルク領域とは、例えば交差点で左折や右折する場合や、左折または右折してパーキングから出るときに検出されるトルクの領域であり、最も多用されるトルクの領域である。第３のトルク領域とは、例えばハンドルの切り始めや、手の中を滑らしながらハンドルを戻すときに検出されるトルクの領域であり、第２のトルク領域と第４のトルク領域との間の中間のトルク領域である。
【００１３】
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参 照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態のトルク検出装置を備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】トルク検出装置の分解斜視図である。
【図３】トルク検出装置の構成を示す模式図である。
【図４】故障検出の制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】非走行且つ非操舵時において、磁界発生装置をオンオフするときのホールＩＣの出力変化を示す図である。
【図６】走行時ないし操舵時において、磁界発生装置をオンオフするときのホールＩＣの出力変化を示す図である。
【図７】磁界発生装置をオンオフするときの検出トルクの時間変化を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態のトルク検出装置の構成を示す模式図である。
【図９】図８の実施の形態において、ホールＩＣ出力の微分値の時間変化を示す図である。
【図１０】図８の実施の形態において、ホールＩＣ出力の微分値故障検出モードの実行の周期を設定する流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態において、検出された操舵トルクの時間変化を示すである。
【図１２】図１１の実施の形態において、検出された操舵トルクに基づいて故障検出モードの実行の周期を設定する流れを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施の形態における電気的構成の要部のブロック図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態における電気的構成の要部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。本実施の形態では、トルク検出装置が自動車の電動パワーステアリング装置に適用された例に則して説明するが、本発明のトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置以外の他の装置や機器に適用することもできる。
図１は、本発明の第１の実施の形態のトルク検出装置を備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結されるステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、この中間軸５に自在継手６を介して連結されているピニオン軸７と、ピニオン軸７の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を形成して車両の左右方向に延びるラック軸１０とを有している。
【００１６】
ラック軸１０は、筒状のハウジング１１に軸方向移動可能に支持されている。ラック軸１０の両端部にはそれぞれタイロッド１２が連結されており、各タイロッド１２は、対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１３に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転は中間軸５等を介してピニオン８に伝達され、ピニオン８およびラック９によって、車両の左右方向に沿うラック軸１０の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１３の転舵が達成される。
【００１７】
ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる第１の軸としての第１の操舵軸１４と、自在継手４に連なる第２の軸としての第２の操舵軸１５とを有している。これら第１および第２の操舵軸１４，１５は、連結軸としてのトーションバー１６を介して同軸上に互いに連結されている。第１および第２の操舵軸１４，１５は、互いにトルク伝達可能であり、所定の範囲内で相対回転可能とされている。
【００１８】
電動パワーステアリング装置１は、操舵部材２に負荷される操舵トルクを検出するトルク検出装置１７と、車速を検出する車速センサ１８と、トルク検出装置１７および車速センサ１８の検出結果に基づいて、操舵補助用の電動モータ１９を駆動回路２０を介して駆動制御するモータ駆動制御部２１とを備えている。
トルク検出装置１７は、トーションバー１６の近傍に配置されたセンサ部２２と、センサ部２２からの信号に基づいて操舵トルクを検出するトルク検出部２３と、センサ部２２の近傍に配置された磁界発生装置２４とを備えている。モータ駆動制御部２１およびトルク検出部２３は、マイクロコンピュータを含むＥＣＵ２５（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）に設けられている。
【００１９】
トルク検出装置１７では、トーションバー１６のねじれに起因する第１の操舵軸１４と第２の操舵軸１５との相対回転変位量に基づく磁束変化から、第１および第２の操舵軸１４，１５に付与されるトルクを検出する。
ＥＣＵ２５のモータ駆動制御部２１が操舵補助用の電動モータ１９を駆動すると、その出力回転（動力）が、ウォームギヤ機構等の減速機構２６で減速されて第２の操舵軸１５へ伝達される。第２の操舵軸１５に伝えられた動力は、さらに中間軸５等を介して、上記ラック軸１０、タイロッド１２およびナックルアーム等を含む転舵機構２７に伝えられ、運転者の操舵が補助される。
【００２０】
図２は、トルク検出装置１７の要部の概略分解斜視図であり、図３はトルク伝達装置の模式的断面図である。図２および図３に示すように、トーションバー１６の一端１６ａは、ピン２８を用いて第１操舵軸１４に結合され、トーションバー１６の他端１６ｂは、ピン２９を用いて第２操舵軸１５に結合されている。
トルク検出装置１７は、多極磁石３０と、一対の軟磁性体製の磁気ヨーク３１，３２と、磁気ヨーク３１，３２からの磁束を誘導する一対の集磁リング３３，３４と、磁気センサとしての唯一のホールＩＣ３５と、上記の磁界発生装置２４とを備えている。磁界発生装置２４は、ホールＩＣ３５を含む領域に磁界を発生可能な例えば磁界発生コイルからなる。
【００２１】
多極磁石３０は、第１の操舵軸１４の一端に一体回転可能に結合された多極着磁のリングであり、該リングの複数の周方向位置にＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。多極磁石３０の軸線と、第１の操舵軸１４の軸線とは、互いに一致している。
一対の磁気ヨーク３１，３２は、多極磁石３０の回りに回転可能に第２の操舵軸１５の一端に結合されている。一対の磁気ヨーク３１，３２は、互いに離隔して向き合うヨークリング３１ａ，３２ａと、ヨークリング３１ａ，３２ａの複数の周方向位置に爪３１ｂ，３２ｂとを有している。一対の磁気ヨーク３１，３２は、それぞれの爪３１ｂ，３２ｂが周方向に適当な間隔でずれるように対向する状態で、図３に示すように、合成樹脂部材にモールドされている。多極磁石３０に対向する、各磁気ヨーク３１，３２の内周面は、合成樹脂部材３６から露出している。
【００２２】
磁気ヨーク３１，３２を保持した合成樹脂部材３６が、第２の操舵軸１５に取り付けられており、多極磁石３０及び磁気ヨーク３１，３２が相対回転することによりヨークリング３１ａ，３２ａ間の磁束密度が変化するように構成されている。
磁気ヨーク３１，３２は、第１および第２の操舵軸１４，１５にトルクが加えられていない操舵中立状態において、それぞれの爪３１ｂ，３２ｂの先端が、多極磁石３０のＮ極及びＳ極の境界を指すように配置される。
【００２３】
一対の集磁リング３３，３４は、軟磁性体を用いて形成された環状の部材であり、磁気ヨーク３１，３２の回りに相対回転可能に配置されており、磁気ヨーク３１，３２にそれぞれ磁気的に結合されている。一対の集磁リング３３，３４は、第１操舵軸１４の軸方向Ｘ１に離隔して対向する環状の本体３３ａ，３４ａと、本体３３ａ，３４ａからそれぞれ突出形成され１つの周方向位置に互いに対向する平板状の集磁片３３ｂ，３４ｂとを有している。集磁片３３ｂ，３４ｂ間の領域３７内に、ホールＩＣ３５が挿入されている。上記領域３７には、後述する合成樹脂部材３８の一部が充填されており、ホールＩＣ３５はその合成樹脂部材３８内にモールドされている。
【００２４】
一対の集磁リング３３，３４、ホールＩＣおよび図示しない回路基板等が、合成樹脂部材３８内にモールドされている。合成樹脂部材３８は、筒状のセンサハウジング３９の取付孔４０を通して、集磁リング３３，３４がセンサハウジング３９と同心になる状態で、センサハウジング３９に取り付けられている。
ホールＩＣ３５は、集磁片３３ｂ，３４ｂ間の領域３７に生ずる磁束の密度を検出するものであり、上記領域３７に生ずる磁束のうち、軸方向Ｘ１に平行な成分に応じた出力（電位差）を生じるように配置されている。ホールＩＣ３５には、車両のバッテリー等の電源４１からの電力が、電源ライン４２を介してホールＩＣ３５に供給され、また、ホールＩＣ３５の出力信号Ｅ（電圧信号）は、出力線４３を介してＥＣＵ２５内のトルク検出部２３に出力される。
【００２５】
トルク検出部２３は、ホールＩＣ３５からの出力信号Ｅの信号レベル、即ち各ホールＩＣ３５の出力電圧に基づいて、ステアリングシャフト３に入力された操舵トルクを算出し、また、ホールＩＣ３５の故障検出を実行する構成となっている。
磁界発生コイルからなる磁界発生装置２４には、電源４１からの電力が電源ライン４４を介して供給される。電源ライン４４には、磁界発生装置２４への給電をオンオフするスイッチ４５が設けられている。磁界発生装置２４のグラウンドライン４６およびホールＩＣ３５のグラウンドライン４７は、共通のグラウンドライン４８に接続されており、互いの電源供給回路の一部が共有されているが、互いに独立していてもよい。
【００２６】
次いで、図４のフローチャートに基づいて、センサ部２２の故障を検出する動作について説明する。
まず、ステップＳ１において、イニシャライズが行われ、故障検出フラッグＦが０に初期設定される。次いで、ステップＳ２において、故障検出モード（ステップＳ４以降の処理）を所定の周期Ｔで実行するためにタイマーをスタートする。タイマースタートから所定の周期Ｔが経過すると（ステップＳ３）、ステップＳ４移行の故障検出モードに移行する。
【００２７】
その故障検出モードでは、まず、ステップＳ５において、ホールＩＣ３５からの信号を取り込み、その出力値Ｅａをホールド値としての第１の値Ｅ１として記憶する（図５も参照）。
次いで、ステップＳ６において、スイッチ４５を所定時間（例えば数msecの間）だけオンすることにより、磁界発生装置２４に電源を供給して、ホールＩＣ３５を含む領域に磁界を発生させる。その後、その磁界発生中のホールＩＣ３５の出力値Ｅｂから所定のオフセット量Ｅoffsetを減算した第２の値Ｅ２（Ｅ２＝Ｅｂ−Ｅoffset）を算出する（ステップＳ７）。所定のオフセット量Ｅoffsetは、磁界発生装置２４による磁界発生によって正常なホールＩＣ３５の出力電圧が変化する量を予め求めて、予め設定されたものである。
【００２８】
次いで、ステップＳ８において、スイッチ４５をオフして磁界発生装置２４をオフし、ステップＳ９に移行する。そのステップＳ９では、第１の値Ｅ１と第２の値Ｅ２との差分の絶対値｜Ｅ１−Ｅ２｜が所定の誤差ｅの範囲を超えている（｜Ｅ１−Ｅ２｜＞ｅ）か否かを判定する。上記の差分の絶対値が誤差ｅの範囲内にある場合（ステップＳ９においてＮＯの場合）には、センサ部２２に正常に作動していると判断し、ステップＳ１に戻る。
【００２９】
上記差分の絶対値が誤差ｅの範囲を超えている場合（ステップＳ９でＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０において、故障検出フラッグＦが１でない（すなわちＦが０であり、第１回目の故障検出である）ことを確認する。故障検出フラッグＦが１でない、すなわち、第１回目の故障検出であることが確認された場合には、ステップＳ１１において、故障検出フラッグＦを１に設定した後、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５からステップＳ９の故障検出フローを再度繰り返す。
【００３０】
その２回目の故障検出フローを実行したときにも、ステップＳ９において、上記差分の絶対値が誤差ｅの範囲を超えていて、２回目も故障が検出された場合には、続くステップＳ１０において、Ｆ＝１であること（すなわち２回目の故障検出であること）を確認した後、センサ部２２が故障していると判断し、ステップＳ１２において、公知のフェイル処理を行う。例えばフェイル処理として、警告ランプを点灯して、運転者に報知したり、電動パワーステアリング装置１を安全に停止させたりする処理を実行した後、処理を終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ５〜ステップＳ９の２回目の故障検出フローを実行したときに、ステップＳ９において、上記差分の絶対値が誤差ｅの範囲内にあり、故障が検出されなかった場合には、センサ部２２は正常であると判断し、ステップＳ１に戻る。
図５は、車両停止中で且つ操舵もしていないとき（すなわち非走行且つ非操舵時）に、故障検出モードが所定の周期で実行された場合のホールＩＣ３５の出力変化を示している。磁界発生装置２４のオンに伴って、ホールＩＣ３５の出力が変化量Δで変化し、ホールＩＣ３５が正常である場合、その変化量Δは、所定のオフセット量Ｅoffsetにほぼ等しい。
【００３２】
次いで、図６は、走行時または操舵時の少なくとも一方が満たされる条件で、故障検出モードが所定の周期で実行された場合のホールＩＣ３５の出力変化を示している。磁界発生のオンに伴って、ホールＩＣの出力が変化量Δ１（磁界発生前の出力値Ｅａ１と磁界発生時の出力値Ｅｂ１との差分に相当）や変化量Δ２（磁界発生前の出力値Ｅａ２と磁界発生時の出力値Ｅｂ２との差分に相当）で変化する。ホールＩＣ３５が正常である場合、変化量Δ１、Δ２が所定の所定のオフセット量Ｅoffsetにほぼ等しくなる。
【００３３】
一方、磁界発生の前後において、図６のホールＩＣ３５の出力を用いたトルク検出は、ホールド値としての第１の値Ｅ１を用いてもよいし、磁界発生装置２４がオンのときの第２の値Ｅ２を用いてよい。第２の値Ｅ２は磁界発生装置２４がオンのときのホールＩＣ３５の出力からオフセット量Ｅoffsetを差し引いて算出されている（磁界発生の影響分をキャンセルされている）ので、センサ部２２が正常である場合、第２の値Ｅ２を磁界発生装置２４がオフのときに得られたセンサ出力と同等に扱うことができる。また、磁界発生装置２４がオンの時間が例えば数msecという非常に短い時間であるので、その区間で人間の操舵によって変化するトルク量はごく僅かであると考えられるからである。したがって、ホールド値としての第１の値Ｅ１、ないし第２の値Ｅ２に基づいて算出される検出トルクとしては、図７に示すように円滑なものとなり、したがって、第１の値Ｅ１および第２の値Ｅ２の何れに基づいて検出された操舵トルクも、電動モータ１９の駆動制御に用いることが可能である。
【００３４】
本実施の形態によれば、磁気センサとして単一のホールＩＣ３５を用いた簡単な構造でありトルク検出装置１７の製造コストを安くすることができる。しかも、磁界発生装置２４によって磁界を発生させたときのセンサ部２２の出力のオフセット量に基づいて、センサ部２２の故障（具体的には、ホールＩＣ３５またはホールＩＣに接続される出力線４３の故障等）を検出することができ、信頼性を高くすることがてきる。ひいては、安価で信頼性の高い電動パワーステアリング装置１を実現することができる。
【００３５】
また、磁界発生直前のセンサ部２２の出力値Ｅａをホールドした第１の値Ｅ１と、磁界発生時のセンサ部２２の出力値Ｅｂから所定のオフセット量Ｅoffsetを差し引いた第２の値Ｅ２との差分の絶対値｜Ｅ１−Ｅ２｜に基づいて、センサ部２２の異常を検出する。
また、センサ部２２が正常である場合には、トルク検出部２３によって、ホールド値としての第１の値Ｅ１ないし第２の値Ｅ２を用いて操舵トルクを検出し、検出された操舵トルクや車速センサ１８の車速検出結果を用いて、電動モータ１９を駆動制御することができる。
【００３６】
すなわち、第２の値Ｅ２は磁界発生時のホールＩＣ３５の出力からオフセット量Ｅoffsetを差し引いて算出されている（磁界発生の影響分をキャンセルされている）ので、センサ部２２が正常である場合、第２の値Ｅ２を磁界発生装置２４がオフのときに得られたセンサ出力と同等に扱って、トルクを検出することができるからである。このように、第１の値Ｅ１または第２の値Ｅ２の何れを用いても、制御の繋がりの滑らかさを向上することができ、電動モータ１９の駆動制御に悪影響を与えることがないので、車両の走行中や電動パワーステアリング装置１の制御中においても、故障検知を実行することが実質的に可能となる。
【００３７】
次いで、図８は、本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態が、図３の実施の形態と異なるのは、センサ部２２からの出力を二重化する一対の出力線４３，４９を設け、フェイル検知用としての一方の出力線４９とトルク検出部２３の間にコンデンサ５０介在させた点にある。コンデンサ５０はホールＩＣ３５の出力の微分値を出力する。また、本実施の形態では、コンデンサ５０を介するホールＩＣ３５の出力の微分値の変化に基づいて、トルク検出部２３によって故障検出モードを実行する頻度を設定する。そのために故障検出モードを実行する周期Ｔ（図４のステップＳ３を参照）を設定する。
【００３８】
具体的には、図９に示すように、ホールＩＣ３５の出力Ｅの微分値Ｅ* が変化しているとする。図９において、値Ｐ２は、運転者のハンドル操作では生じ得ないような高変化率よりも少し低い変化率の値である。また、値Ｐ１未満の領域は、非操舵時に相当する領域である。
図１０のフローチャートに示すように、ステップＳ１１で読み込んだ微分値Ｅ* が（センサ部２２の出力の変化率に相当）が所定範囲内（Ｐ１≦Ｅ* ≦Ｐ２）にあるか否かをステップＳ１２において判定する。微分値Ｅ* が所定範囲外（Ｅ* ＜Ｐ１またはＰ２＜Ｅ* ）にある場合（ステップＳ１２においてＮＯの場合）は、通常の周期Ｔを採用する。微分値Ｅ* が所定範囲内（Ｐ１≦Ｅ* ≦Ｐ２）にある場合（ステップＳ１２においてＹＥＳの場合）は、通常の周期Ｔに加算値ＴＬを加算したより長い周期（Ｔ＋ＴＬ）とする（ステップＳ１３）。ただし、加算値ＴＬは無限大であってもよい。
【００３９】
これにより、ホールＩＣ３５の出力の微分値Ｅ* （センサ部の出力の変化率に相当）が所定範囲内（Ｐ１≦Ｅ* ≦Ｐ２）にあるときの故障検出モードの実行頻度を、所定範囲外（Ｅ* ＜Ｐ１またはＰ２＜Ｅ* ）にあるときの実行頻度よりも少なくする。すなわち、正常に動作していると考えられるときには、故障検出の回数を減らすようしている。これにより、ＥＣＵ２５の制御負荷を軽減する。一方で、センサ部２２の出力の変化率が、運転者のハンドル操作では生じ得ないような高変化率やそれに近い変化率であるときには、故障検出モードの実行頻度を相対的に高くして、信頼性を向上することができる。
【００４０】
第３の実施の形態は、第１および第２の実施の形態において、検出された操舵トルクに基づいて、故障検出モードを実行する周期Ｔを設定する。
具体的には、図１１に示すように、ホールＩＣ３５からの出力に基づいて検出された操舵トルクｔが、変化しているとする。本実施の形態では、操舵トルクの領域として、操舵トルクが０から大きくなるにつれて、第１のトルク領域である非操舵トルク領域Ｑ１（ｔ＜ｔ１）、第２のトルク領域である敏感な操舵トルク領域Ｑ２（ｔ１≦ｔ≦ｔ２）、第３のトルク領域である中間トルク領域Ｑ３（ｔ２＜ｔ＜ｔ３）および第４のトルク領域である実用トルク領域Ｑ４（ｔ３≦ｔ≦ｔ４）を順次に設定している。
【００４１】
敏感なトルク領域Ｑ２とは、例えば高速道を走行中に運転者が少しずつ修正舵を切るような場合に検出されるトルクの領域である。実用トルク領域Ｑ４とは、例えば交差点で左折や右折する場合や、左折または右折してパーキングから出るときに検出されるトルクの領域であり、最も多用されるトルクの領域である。
一方、敏感なトルク領域Ｑ２と実用トルク領域Ｑ４の間にある中間トルク領域Ｑ３とは、例えはハンドルの切り始めや、手の中を滑らしながらハンドルを戻すときに検出されるトルクの領域である。
【００４２】
本実施の形態では、図１２のフローチャートに示すように、ステップＳ２１で読み込んだ操舵トルクｔが、敏感なトルク領域Ｑ２または実用トルク領域Ｑ４の何れか一方にあるか否かをステップＳ２２において判定する。操舵トルクｔが敏感なトルク領域Ｑ２または実用トルク領域Ｑ４の何れか一方にない場合（ステップＳ２２においてＮＯの場合）、すなわち、操舵トルクｔが非操舵トルク領域Ｑ１または中間トルク領域Ｑ３にある場合は、通常の周期Ｔを採用する。一方、操舵トルクｔが敏感なトルク領域Ｑ２または実用トルク領域Ｑ４の何れか一方にある場合（ステップＳ２２においてＹＥＳの場合）は、通常の周期Ｔに加算値ＴＲを加算したより長い周期（Ｔ＋ＴＲ）とする（ステップＳ２３）。ただし、加算値ＴＲは無限大であってもよい。
【００４３】
本実施の形態によれば、通常多用されるトルク領域である、敏感なトルク領域Ｑ２および実用トルク領域Ｑ４において、上記故障検出モードを実行する頻度を相対的に少なくしているので、ＥＣＵ２５の制御負荷を軽減することができるとともに、これらのトルク領域Ｑ２，Ｑ４で良好な操舵フィーリングを確保することができる。
なお、発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図１３に示すように、ホールＩＣ３５への電源ライン４２の少なくとも一部をライン４２１，４２２として二重化したり、ホールＩＣ３５からのグラウンドライン４７の少なくとも一部をライン４７１，４７２として二重化したりして、フェイルセーフの性能を向上してもよい。
【００４４】
また、図３の実施の形態におけるホールＩＣ３５の出力線４３の途中部や、図８の実施の形態や図１３の実施の形態におけるホールＩＣ３５の出力線４９の途中部を、例えば図１４に示すように、プルダウン抵抗５１を有する接続線５２を介してグラウンドライン４７１と接続するようにしてもよい。この場合、ホールＩＣ３５の出力が異常でも正常でもない不定状態（正常範囲内ではあるが操舵トルクとは無関係な不定信号を出力するような状態）になったときに、その出力信号をＯＶにプルダウンすることができるので、故障検出の信頼性を向上することができる。
【００４５】
また、磁気センサとして、ホールＩＣに代えて、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いるようにしてもよい。その他、請求項記載の範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１…電動パワーステアリング装置、２…操舵部材、１４…第１の操舵軸、１５…第２の操舵軸、１６…トーションバー、１７…トルク検出装置、１８…車速センサ、１９…電動モータ、２１…モータ駆動制御部、２２…センサ部、２３…トルク検出部、２４…磁界発生装置、２５…ＥＣＵ、２６…減速機構、２７…転舵機構、３０…多極磁石、３１，３２磁気ヨーク、３３，３４…集磁リング、３５…ホールＩＣ（磁気センサ）、４１…電源、４２，４４…電源ライン、４３，４９…（ホールＩＣの）出力線、４５…スイッチ、４６，４７，４８…グラウンドライン、５０…コンデンサ、５１…プルダウン抵抗、Ｅ１…第１の値、Ｅ２…第２の値、Ｅoffset…オフセット量、ｅ…所定量、Ｅ* …（出力の）変化率、Ｑ１…非操舵トルク領域（第１のトルク領域）、Ｑ２…敏感なトルク領域（第２のトルク領域）、Ｑ３…中間トルク領域（第３のトルク領域）、Ｑ４…実用トルク領域（第４のトルク領域）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束の変化を検出可能な唯一の磁気センサを含むセンサ部と、
上記センサ部の出力に基づいてトルクを検出するトルク検出部と、
上記センサ部を含む領域に磁界を発生可能な磁界発生装置と、を備え、
上記トルク検出部は、上記磁界発生装置によって磁界を発生させたときに生ずる上記磁気センサの出力のオフセット量に基づいて上記センサ部の異常を検出する故障検出モードを有しているトルク検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトルク検出装置において、上記センサ部からの出力を二重化する一対の出力線と、上記一対の出力線の一方および上記トルク検出部の間に介在するコンデンサと、を備えるトルク検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトルク検出装置によって検出した操舵トルクに基づいて電動モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電動パワーステアリング装置において、
上記故障検出モードでは、磁界発生直前のセンサ部の出力値をホールドした第１の値と、磁界発生時のセンサ部の出力値から上記オフセット量を差し引いた第２の値との差分の絶対値が所定量を超えた場合に、上記センサ部の異常を検出する電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電動パワーステアリング装置において、
上記第１の値または上記第２の値の何れか一方に基づいて、上記電動モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
請求項３から５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
上記トルク検出部は、上記センサ部の出力の変化率が所定範囲内にあるときに故障検出モードを実行する頻度（ゼロを含む）を、上記変化率が所定範囲外にあるときに故障検出モードを実行する頻度よりも少なくしている電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
請求項３から６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
上記トルク検出部は、操舵トルクの領域として、操舵トルクが大きくなるにつれて、第１のトルク領域、第２の操舵トルク領域、第３のトルク領域、第４のトルク領域を設定しており、上記第２のトルク領域および上記第４のトルク領域において上記故障検出モードを実行する頻度を、上記第１のトルク領域および上記第３のトルク領域において上記故障検出モードを実行する頻度よりも少なくしている電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
磁束の変化を検出可能な唯一の磁気センサを含むセンサ部と、
上記センサ部の出力に基づいてトルクを検出するトルク検出部と、
上記センサ部を含む領域に磁界を発生可能な磁界発生装置と、を備え、
上記トルク検出部は、上記磁界発生装置によって磁界を発生させたときに生ずる上記磁気センサの出力のオフセット量に基づいて上記センサ部の異常を検出する故障検出モードを有しているトルク検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトルク検出装置において、上記センサ部からの出力を二重化する一対の出力線と、上記一対の出力線の一方および上記トルク検出部の間に介在するコンデンサと、を備えるトルク検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトルク検出装置によって検出した操舵トルクに基づいて電動モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電動パワーステアリング装置において、
上記故障検出モードでは、磁界発生直前のセンサ部の出力値をホールドした第１の値と、磁界発生時のセンサ部の出力値から上記オフセット量を差し引いた第２の値との差分の絶対値が所定量を超えた場合に、上記センサ部の異常を検出する電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電動パワーステアリング装置において、
上記第１の値または上記第２の値の何れか一方に基づいて、上記電動モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
請求項３から５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
上記トルク検出部は、上記センサ部の出力の変化率が所定範囲内にあるときに故障検出モードを実行する頻度（ゼロを含む）を、上記変化率が所定範囲外にあるときに故障検出モードを実行する頻度よりも少なくしている電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
請求項３から６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
上記トルク検出部は、操舵トルクの領域として、操舵トルクが大きくなるにつれて、第１のトルク領域、第２の操舵トルク領域、第３のトルク領域、第４のトルク領域を設定しており、上記第２のトルク領域および上記第４のトルク領域において上記故障検出モードを実行する頻度を、上記第１のトルク領域および上記第３のトルク領域において上記故障検出モードを実行する頻度よりも少なくしている電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２０３０９１（Ｐ２０１１−２０３０９１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７０２０３（Ｐ２０１０−７０２０３）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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