操舵トルク検出信号送信装置および操舵トルク検出信号受信装置
【課題】 ３つのトルクセンサを設けて３重系の操舵トルク検出システムを構成した場合において、省線化と断線に対する信頼性の向上とを両立させる。
【解決手段】 トルク信号変調部１４０は、第１トルク信号Ｔ１に正弦波信号を重畳させた信号（Ｔ１×sin(ωt））と、第２トルク信号Ｔ２に余弦波信号を重畳させた信号（Ｔ２×cos(ωt））と、第３トルク信号Ｔ３に正弦波信号を重畳させた信号（Ｔ３×sin(ωt））と、第３トルク信号Ｔ３に余弦波信号を重畳させた信号（Ｔ３×cos(ωt））とを生成する。出力信号生成部１５０は、それらの信号を組み合わせて（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt））を表す信号Ｓ１と、（Ｔ１×cos(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））を表す信号Ｓ２を出力する。
【解決手段】 トルク信号変調部１４０は、第１トルク信号Ｔ１に正弦波信号を重畳させた信号（Ｔ１×sin(ωt））と、第２トルク信号Ｔ２に余弦波信号を重畳させた信号（Ｔ２×cos(ωt））と、第３トルク信号Ｔ３に正弦波信号を重畳させた信号（Ｔ３×sin(ωt））と、第３トルク信号Ｔ３に余弦波信号を重畳させた信号（Ｔ３×cos(ωt））とを生成する。出力信号生成部１５０は、それらの信号を組み合わせて（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt））を表す信号Ｓ１と、（Ｔ１×cos(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））を表す信号Ｓ２を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者による操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための車両用電動パワーステアリング装置に用いられるトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、運転者の操舵操作に対して操舵アシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置が知られている。電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに働いた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、操舵トルクが大きくなるにしたがって増加する目標アシストトルクを算出し、算出した目標アシストトルクが得られるように、電動モータの通電量をフィードバック制御する。
【０００３】
電動パワーステアリング装置においては、信頼性を向上させるために、トルクセンサを２組設け、両トルクセンサの検出信号をアシストＥＣＵ（電子制御ユニット）に送信するように構成したものも特許文献１等において知られている。２組のトルクセンサは、トルクセンサユニットとしてユニット化される。トルクセンサユニットは、アシストＥＣＵとワイヤハーネスで接続され、アシストＥＣＵから電源供給を受けるとともに、２本の信号線を介して各トルクセンサの検出信号をアシストＥＣＵに出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９７３６７
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、従来の装置においては、２本の信号線のうちの片方が断線すると、センサ情報が１種類に減ってしまう。つまり、１本の信号線に対して１種類のセンサ情報のみを送信するように構成されているため、信号線が１本断線した場合には、片方のトルクセンサのセンサ情報が伝達されなくなる。このため、センサ出力の信頼性が確保できなくなり、操舵アシスト制御の停止に至り、快適性が損なわれる。
【０００６】
また、センサ出力の信頼性向上のために、トルクセンサユニットに３つのトルクセンサを設けた３重系の操舵トルク検出システムを構成した場合、３種類のセンサ情報をアシストＥＣＵに送信しようとすると、ワイヤハーネスの配線本数が更に増加してしまう。例えば、図４に示すように、トルクセンサＡ，Ｂ，Ｃ毎に電源供給線ＬｐＡ，ＬｐＢ，ＬｐＣと、グランド線ＬｇＡ，ＬｇＢ，ＬｇＣと、信号線ＬｓＡ，ＬｓＢ，ＬｓＣとの合計９本の配線が必要となる。また、この構成においても、信号線の１つが断線すると、その断線が発生したトルクセンサのセンサ情報をアシストＥＣＵに出力できなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、３つのトルクセンサを設けて３重系の操舵トルク検出システムを構成した場合において、省線化と断線に対する信頼性の向上とを両立させることを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の操舵トルク検出信号送信装置の特徴は、
ステアリングシャフトに働く操舵トルクを検出する３つの操舵トルクセンサを備え、前記３つの操舵トルクセンサのトルク検出信号を、電動パワーステアリング装置の電動モータを駆動制御するアシスト制御装置に送信する操舵トルク検出信号送信装置において、
前記アシスト制御装置から２本の電源供給線を介して正弦波電源と、前記正弦波電源に対して位相がπ／２ずれた余弦波電源とを受電して直流電源に変換する電源回路と、
前記正弦波電源から正弦波信号を生成し、前記余弦波電源から余弦波信号を生成する変調用信号生成手段と、
前記３つの操舵トルクセンサのうちの第１操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記正弦波信号を重畳した第１トルク変調信号と、前記３つの操舵トルクセンサのうちの第２操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記余弦波信号を重畳した第２トルク変調信号と、前記３つの操舵トルクセンサのうちの第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記正弦波信号を重畳した第３トルク変調信号と、前記第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記余弦波信号を重畳した第４トルク変調信号とを生成するトルク信号変調手段と、
前記第１トルク変調信号と前記第２トルク変調信号と前記第３トルク変調信号とを加算した第１出力信号と、前記第１トルク変調信号と前記第２トルク変調信号と前記第４トルク変調信号とを加算した第２出力信号とを生成する出力信号生成手段と
を備え、前記アシスト制御装置に対して、前記第１出力信号を第１信号線を介して送信し、前記第２出力信号を第２信号線を介して送信することにある。
【０００９】
本発明の操舵トルク検出信号送信装置においては、アシスト制御装置から正弦波電源と余弦波電源とが別々の電源供給線（合計２本）を介して供給される。アシスト制御装置から供給された電源は、電源回路に受電されて直流電源に変換され、操舵トルク検出信号送信装置内の電源として使用される。操舵トルク検出信号送信装置には、第１操舵トルクセンサ、第２操舵トルクセンサ、第３操舵トルクセンサが設けられ、ステアリングシャフトに働く操舵トルクをそれぞれ検出する。操舵トルク検出信号送信装置は、各操舵トルクセンサごとに検出された操舵トルク情報であるトルク検出信号を変調してアシスト制御装置に送信する。変調用信号生成手段は、トルク検出信号を変調するための変調用信号として、正弦波電源から正弦波信号を生成し、余弦波電源から余弦波信号を生成する。この正弦波信号と余弦波信号は、トルク信号変調手段に供給される。
【００１０】
トルク信号変調手段は、第１操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に正弦波信号を重畳した第１トルク変調信号と、第２操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に余弦波信号を重畳した第２トルク変調信号と、第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に正弦波信号を重畳した第３トルク変調信号と、第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に余弦波信号を重畳した第４トルク変調信号とを生成する。
【００１１】
例えば、第１操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号をＴ１、第２操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号をＴ２、第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号をＴ３とした場合、第１トルク変調信号はＴ１×sin(ωt）として表され、第２トルク変調信号はＴ２×cos(ωt）として表され、第３トルク変調信号はＴ３×sin(ωt）として表され、第４トルク変調信号はＴ３×cos(ωt）として表される。トルク信号変調手段は、これら４つの変調信号を出力信号生成手段に供給する。
【００１２】
出力信号生成手段は、第１トルク変調信号と第２トルク変調信号と第３トルク変調信号とを加算した第１出力信号と、第１トルク変調信号と第２トルク変調信号と第４トルク変調信号とを加算した第２出力信号とを生成する。例えば、第１出力信号は、Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt）として表され、第２出力信号は、Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos (ωt）として表される。
【００１３】
そして、操舵トルク検出信号送信装置は、アシスト制御装置に対して、第１出力信号を第１信号線を介して送信し、第２出力信号を第２信号線を介して送信する。このため、それぞれの信号線には、３つの操舵トルクセンサの検出結果である操舵トルク情報が含まれている。従って、信号線を操舵トルクセンサの数だけ必要としない。また、信号線の１線が断線しても、３つの操舵トルク情報を送信することができる。更に、２本の電源供給線から電源回路に電源供給され、電源回路にて直流電源に変換して操舵トルク検出信号送信装置内の電気負荷に電源供給するため、電源供給線の１線が断線しても電源供給を維持できる。この結果、３つの操舵トルクセンサを設けて３重系の操舵トルク検出システムを構成した場合において、省線化と断線に対する信頼性の向上とを両立させることができる。
【００１４】
本発明の他の特徴は、
前記アシスト制御装置に設けられ請求項１記載の操舵トルク検出信号送信装置と接続する操舵トルク検出信号受信装置であって、
前記操舵トルク検出信号送信装置の電源回路に前記２本の電源供給線を介して前記正弦波電源と前記余弦波電源とを供給する電源供給回路と、
前記第１信号線および第２信号線を介して前記第１出力信号および第２出力信号を受信し、前記第１出力信号に前記正弦波電源と同期した正弦波信号を重畳した第１信号と、前記第１出力信号に前記余弦波電源と同期した余弦波信号を重畳した第２信号と、前記第２出力信号に前記正弦波信号を重畳した第３信号と、前記第２出力信号に前記余弦波信号を重畳した第４信号とを生成するトルク抽出用信号生成手段と、
前記第１信号および前記第３信号に対しては、信号位相角がπ／２となるときの信号出力を取得し、前記第２信号および前記第４信号に対しては、信号位相角が０となるときの信号出力を取得するトルク検出信号抽出手段と
を備えたことにある。
【００１５】
本発明の操舵トルク検出信号受信装置においては、２本の電源供給線を介して操舵トルク検出信号送信装置の電源回路に正弦波電源と余弦波電源とを供給する。また、２本の信号線を介して操舵トルク検出信号送信装置が出力する第１出力信号と第２出力信号とを受信する。トルク抽出用信号生成手段は、受信した第１出力信号に正弦波信号を重畳した第１信号と、
第１出力信号に余弦波信号を重畳した第２信号と、第２出力信号に正弦波信号を重畳した第３信号と、第２出力信号に余弦波信号を重畳した第４信号とを生成する。この正弦波信号は、正弦波電源と同期し（位相と周期が等しい）、操舵トルク検出信号送信装置で生成された正弦波信号と同じ波形の信号となる。また、余弦波信号は、余弦波電源と同期し（位相と周期が等しい）、操舵トルク検出信号送信装置で生成された余弦波信号と同じ波形の信号となる。
【００１６】
従って、例えば、第１信号は、Ｔ１×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin2(ωt)として表すことができる。同様に、第２信号は、Ｔ１×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos2(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)として表すことができ、第３信号は、Ｔ１×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)として表すことができ、第４信号は、Ｔ１×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos2(ωt)＋Ｔ３×cos2(ωt)として表すことができる。
【００１７】
また、第１信号〜第４信号は、次式のように変形することができる。
第１信号：（Ｔ１＋Ｔ３）×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(２ωt)／２
第２信号：（Ｔ１＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２＋Ｔ２×cos2(ωt)
第３信号：Ｔ１×sin2(ωt)＋（Ｔ２＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２
第４信号：Ｔ１×sin(２ωt)／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×cos2(ωt)
【００１８】
そして、トルク検出信号抽出手段は、第１信号および第３信号に対しては、信号位相角（ωｔ）がπ／２となるときの信号出力を取得し、第２信号および第４信号に対しては、信号位相角が０となるときの信号出力を取得する。例えば、上記式において、信号位相角（ωｔ）がπ／２となるときは、sin2(ωt)＝１，sin(２ωt)＝０となるため、第１信号は（Ｔ１＋Ｔ３）、第３信号はＴ１となる。同様に、上記式において、信号位相角（ωｔ）が０となるときは、cos2(ωt)＝１，sin(２ωt)＝０となるため、第２信号はＴ２、第４信号は（Ｔ２＋Ｔ３）となる。尚、信号出力の取得にあたっては、アナログ信号をＡ／Ｄ変換器にてデジタル値に変換して取得するようにするとよい。
【００１９】
この結果、２本の信号線を介して受信した２つの出力信号から３種類の操舵トルク情報を抽出することができる。また、２本の信号線の一方が断線しても、３種類の操舵トルク情報を抽出することができる。従って、高い信頼性を維持したまま省線化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態としての操舵トルク検出信号送信装置と操舵トルク検出信号受信装置とを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】実施形態としてのトルクセンサユニットの構成図である。
【図３】実施形態としてのアシスト演算部における操舵トルク検出部の構成図である。
【図４】省線化を図っていない３重系の操舵トルク検出システムの配線構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、実施形態として操舵トルク検出信号送信装置と操舵トルク検出信号受信装置とを備えた電動パワーステアリングの概略構成図である。
【００２２】
車両の電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１の操舵により転舵輪である左右前輪ＦＷ１，ＦＷを転舵する転舵機構１０と、転舵機構１０に設けられ操舵アシストトルクを発生するパワーアシスト部２０と、パワーアシスト部２０の電動モータ２１を駆動制御するアシスト制御装置３０（以下、アシストＥＣＵ３０と呼ぶ）と、車速センサ４０と、トルクセンサユニット１００とを備えている。
【００２３】
転舵機構１０は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、ステアリングシャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアームを介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に転舵される。
【００２４】
ラックバー１４には、パワーアシスト部２０が組み付けられている。パワーアシスト部２０は、操舵アシスト用の電動モータ２１（例えば、ブラシレスモータ）とボールねじ機構２２とからなる。電動モータ２１の回転軸は、ボールねじ機構２２を介してラックバー１４に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵をアシストする。ボールねじ機構２２は、減速器および回転−直線変換器として機能するもので、電動モータ２１の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。
【００２５】
アシストＥＣＵ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器などからなるマイクロコンピュータを主要部として備えたアシスト演算部３１と、モータ駆動回路３２とを備えている。モータ駆動回路３２は、アシスト演算部３１からのＰＷＭ制御信号を入力して、内部のスイッチング素子のデューティ比を制御することにより電動モータ２１への通電量を調整する。モータ駆動回路３２には、電動モータ２１に流れる電流を検出する電流センサ３３が設けられる。
【００２６】
アシスト演算部３１は、電流センサ３３、車速センサ４０、トルクセンサユニット１００を接続している。車速センサ４０は、車速を表す車速検出信号を出力する。トルクセンサユニット１００は、操舵ハンドル１１の回動操作によってステアリングシャフト１２に作用する操舵トルクを検出するもので、これについては後述する。
【００２７】
次に、アシスト演算部３１の実施する操舵アシスト制御について簡単に説明する。アシスト演算部３１は、車速センサ４０およびトルクセンサユニット１００からの検出信号に基づいて車速と操舵トルクとを取得し、取得した車速と操舵トルクに基づいて、目標アシストトルクを算出する。目標アシストトルクは、図示しないアシストマップ等を参照して、操舵トルクが大きくなるにしたがって増加し、かつ、車速が増加するにしたがって減少するように設定される。そして、この目標アシストトルクを発生させるために必要な目標電流を計算し、電流センサにより検出された実電流と目標電流との偏差に基づいてＰＩ制御（比例積分制御）式等を使って目標指令電圧を計算し、目標指令電圧に応じたＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路３２に出力する。こうして、電動モータ２１には、電流フィードバック制御により運転者の操舵方向と同じ方向に回転する向きの目標電流が流れ、運転者の操舵操作を適切にアシストする。
【００２８】
こうした操舵アシスト制御を適切に実施するためには、信頼性の高い操舵トルクの検出を行う必要がある。そこで、本実施形態においては、以下の構成にて操舵トルクを検出する。
【００２９】
まず、トルクセンサユニット１００から説明する。図２は、トルクセンサユニット１００の概略構成図である。トルクセンサユニット１００（以下、センサユニット１００と呼ぶ）は、本発明の操舵トルク検出信号送信装置に相当するもので、２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２と、２本の信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２と、３本のグランド線Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３とを介してアシストＥＣＵ３０のアシスト演算部３１に接続される。
【００３０】
センサユニット１００は、電源回路１１０と、変調用信号生成部１２０と、トルクセンサ部１３０と、トルク信号変調部１４０と、出力信号生成部１５０とを備える。
【００３１】
電源回路１１０は、２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２から電源を取り込みセンサユニット１００内の回路用の電源を生成する。電源供給線Ｌｐ１には、アシストＥＣＵ３０から１２Ｖ系の正弦波電源（電圧波形が正弦波となる電源）が供給され、電源供給線Ｌｐ２には、アシストＥＣＵ３０から１２Ｖ系の余弦波電源（電圧波形が余弦波となる電源）が供給される。正弦波電源と余弦波電源とは、同じ周期で、互いに位相がπ／２だけずれている。電源回路１１０は、電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２からそれぞれダイオード１１１，１１２を介して電源を取り込む電源引込ライン１１３，１１４を並列に備え、この電源引込ライン１１３，１１４の合流点の負荷側に平滑用のコンデンサ１１５とレギュレータ１１６とを接続して構成される。レギュレータ１１６は、入力した電源をセンサユニット１００内の各回路で使用される電圧レベル（例えば、５Ｖ）に変換し、各回路に安定した直流電源Ｖｃｃを供給する。この電源回路１１０においては、２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２から電源供給を受けるため、コンデンサ１１５の容量Ｃを調整することにより、片側の電源供給線Ｌｐ１（Ｌｐ２）が断線した場合でも、センサユニット１００内の各回路に電源供給可能となっている。尚、本実施形態においては、回路構成を簡単にするために上記構成を採用しているが、例えば、ダイオードブリッジ回路を用いて整流する構成であってもよい。
【００３２】
変調用信号生成部１２０は、１２Ｖ系の正弦波電源から５Ｖ系の正弦波信号（sin(ωｔ))を生成する正弦波生成回路１２１と、同じく１２Ｖ系の余弦波電源から５Ｖ系の余弦波信号（cos(ωｔ))を生成する余弦波生成回路１２２とを備えている。正弦波信号（sin(ωｔ))と余弦波信号（cos(ωｔ))は、トルク信号変調部１４０に供給される。また、正弦波生成回路１２１は、電源供給線Ｌｐ１が断線したとき、その出力信号がハイレベルとなるように回路設定されている。同様に、余弦波生成回路１２２も、電源供給線Ｌｐ２が断線したとき、その出力信号がハイレベルとなるように回路設定されている。
【００３３】
トルクセンサ部１３０は、第１トルクセンサ１３１、第２トルクセンサ１３２、第３トルクセンサ１３３を備えている。各トルクセンサ１３１，１３２，１３３は、それぞれステアリングシャフト１２に働く操舵トルクを表すトルク検出信号を出力する。第１トルクセンサ１３１から出力されるトルク検出信号を第１トルク信号Ｔ１と呼び、第２トルクセンサ１３２から出力されるトルク検出信号を第２トルク信号Ｔ２と呼び、第３トルクセンサ１３３から出力されるトルク検出信号を第３トルク信号Ｔ３と呼ぶ。各トルクセンサ１３１，１３２，１３３は、それぞれ電源回路１１０から電源供給されるとともに、グランド端子がグランド線Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３を介してアシストＥＣＵ３０のグランドと接続される。第１トルク信号Ｔ１，第２トルク信号Ｔ２，第３トルク信号Ｔ３は、トルク信号変調部１４０に供給される。
【００３４】
トルク信号変調部１４０は、第１乗算回路１４１と第２乗算回路１４２と第３乗算回路１４３と第４乗算回路１４４とを備えている。第１乗算回路１４１は、第１トルクセンサ１３１から出力された第１トルク信号Ｔ１に、正弦波生成回路１２１から出力された正弦波信号（sin(ωt））を重畳させた信号を生成し、その生成した（Ｔ１×sin(ωt））を表す信号を出力する。第２乗算回路１４２は、第２トルクセンサ１３２から出力された第２トルク信号Ｔ２に、余弦波生成回路１２２から出力された余弦波信号（cos(ωt））を重畳させた信号を生成し、その生成した（Ｔ２×cos(ωt））を表す信号を出力する。第３乗算回路１４３は、第３トルクセンサ１３３から出力された第３トルク信号Ｔ３に、正弦波生成回路１２１から出力された正弦波信号（sin(ωt））を重畳させた信号を生成し、その生成した（Ｔ３×sin(ωt））を表す信号を出力する。第４乗算回路１４４は、第３トルクセンサ１３３から出力された第３トルク信号Ｔ３に、余弦波生成回路１２２から出力された余弦波信号（cos(ωt））を重畳させた信号を生成し、その生成した（Ｔ３×cos(ωt））を表す信号を出力する。各乗算回路１４１〜１４４で生成された信号は、出力信号生成部１５０に供給される。
【００３５】
出力信号生成部１５０は、第１加算回路１５１と第２加算回路１５２と第３加算回路１５３とを備えている。第１加算回路１５１は、第１乗算回路１４１の出力（Ｔ１×sin(ωt））と、第２乗算回路１４２の出力（Ｔ２×cos(ωt））とを加算した信号を生成し、その生成した（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt））を表す信号を出力する。第２加算回路１５２は、第１加算回路１５１の出力（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt））と第３乗算回路１４３の出力（Ｔ３×sin(ωt））とを加算した信号を生成し、その生成した（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt））を表す信号を出力する。この第２加算回路１５２から出力される信号を第１出力信号Ｓ１と呼ぶ。第３加算回路１５３は、第１加算回路１５１の出力（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt））と第４乗算回路１４４の出力（Ｔ３×cos(ωt））とを加算した信号を生成し、その生成した（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））を表す信号を出力する。この第３加算回路１５３から出力される信号を第２出力信号Ｓ２と呼ぶ。
【００３６】
出力信号生成部１５０で生成された第１出力信号Ｓ１，第２出力信号Ｓ２は、それぞれ信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２を介してアシストＥＣＵ３０のアシスト演算部３１に送信される。
【００３７】
上述したようにセンサユニット１００においては、アシストＥＣＵ３０のアシスト演算部３１に対して、第１トルク信号Ｔ１の変調信号と第２トルク信号Ｔ２の変調信号と第３トルク信号の変調信号とを加算した第１出力信号Ｓ１（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt）），第２出力信号Ｓ２（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））を出力する。従って、信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２には、それぞれ３つのトルクセンサ１３１，１３２，１３３で検出した３種類のトルク情報が載っていることになる。
【００３８】
次に、第１出力信号Ｓ１、第２出力信号Ｓ２を受信する側となるアシストＥＣＵ３０のアシスト演算部３１について説明する。ここでは、操舵トルク情報を受信して操舵トルクを検出する構成についてのみ説明する。図３は、アシスト演算部３１に設けられる操舵トルク検出部２００の構成を表す図である。操舵トルク検出部２００は、本発明の操舵トルク検出信号受信装置に相当する。
【００３９】
操舵トルク検出部２００は、電源供給部２１０とトルク抽出用信号生成部２２０とマイコン２３０とを備えている。
【００４０】
電源供給部２１０は、センサユニット１００に正弦波電源と余弦波電源を供給するもので、パルス発生器２１１と正弦波生成回路２１２と余弦波生成回路２１３と第１乗算回路２１４と第２乗算回路２１４とを備えている。
【００４１】
パルス発生器２１１は、予め設定された周波数ｆの矩形波信号を生成して、その矩形波信号を正弦波生成回路２１２と余弦波生成回路２１３に供給する。正弦波生成回路２１２は、パルス発生器２１１から供給された矩形波信号の立ち上がりエッジで反転する矩形波信号を生成し、その矩形波信号をバンドパスフィルタ処理を行うことにより、直流成分を除去し正弦波信号の抽出を行う。この正弦波生成回路２１２においては、パルス発生器２１１から供給された矩形波信号が分周されることから周波数ｆ／２の正弦波信号を出力する。また、余弦波生成回路２１３は、パルス発生器２１１から供給された矩形波信号の立ち下がりエッジで反転する矩形波信号を生成し、その矩形波信号をバンドパスフィルタ処理を行うことにより、直流成分を除去し余弦波信号の抽出を行う。この余弦波生成回路２１３においては、正弦波生成回路２１２における正弦波信号とは位相が互いにπ／２だけずれた同じ周波数ｆ／２の余弦波信号を出力する。
【００４２】
第１乗算回路２１４は、車載バッテリ（図示略）から供給される１２Ｖ系直流電源Ｖに正弦波生成回路２１２から出力される正弦波信号（sin（ωt))を重畳して、電圧波形が（Ｖ×sin（ωt)）となる正弦波電源を出力する。第２乗算回路２１５は、車載バッテリ（図示略）から供給される１２Ｖ系直流電源Ｖに余弦波生成回路２１３から出力される余弦波信号（cos（ωt))を重畳して、電圧波形が（Ｖ×cos（ωt)）となる余弦波電源を出力する。
【００４３】
トルク抽出用信号生成部２２０は、センサユニット１００から出力された第１出力信号Ｓ１，第２出力信号Ｓ２のそれぞれに、正弦波信号（sin（ωt))，余弦波信号（cos（ωt))を重畳させた信号を生成するもので、第１乗算回路２２１、第２乗算回路２２２、第３乗算回路２２３、第４乗算回路２２４を備えている。
【００４４】
第１乗算回路２２１は、第１出力信号Ｓ１（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt））に正弦波信号（sin(ωt））を重畳させた第１信号Ｘ１を生成する。従って、第１乗算回路２２１の出力する第１信号Ｘ１は、次式のように表される。
Ｘ１＝Ｓ１×sin(ωt）
＝Ｔ１×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin2(ωt)
＝（Ｔ１＋Ｔ３）×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(２ωt)／２ 式（１）
【００４５】
第２乗算回路２２２は、第１出力信号Ｓ１（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt））に余弦波信号（cos(ωt））を重畳させた第２信号Ｘ２を生成する。従って、第２乗算回路２２２の出力する第２信号Ｘ２は、次式のように表される。
Ｘ２＝Ｓ１×cos(ωt）
＝Ｔ１×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos2(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)
＝（Ｔ１＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２＋Ｔ２×cos2(ωt) 式（２）
【００４６】
第３乗算回路２２３は、第２出力信号Ｓ２（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））に正弦波信号（sin(ωt））を重畳させた第３信号Ｘ３を生成する。従って、第３乗算回路２２３の出力する第３信号Ｘ３は、次式のように表される。
Ｘ３＝Ｓ２×sin(ωt）
＝Ｔ１×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)
＝Ｔ１×sin2(ωt)＋（Ｔ２＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２ 式（３）
【００４７】
第４乗算回路２２４は、第２出力信号Ｓ２（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））に余弦波信号（cos(ωt））を重畳させた第４信号Ｘ４を生成する。従って、第４乗算回路２２４の出力する第４信号Ｘ４は、次式のように表される。
Ｘ４＝Ｓ２×cos(ωt）
＝Ｔ１×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos2(ωt)＋Ｔ３×cos2(ωt)
＝Ｔ１×sin(２ωt)／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×cos2(ωt) 式（４）
【００４８】
トルク抽出用信号生成部２２０にて生成した第１信号Ｘ１，第２信号Ｘ２，第３信号Ｘ３，第４信号Ｘ４は、マイコン２３０に供給される。マイコン２３０は、Ａ／Ｄ変換器２３１，２３２，２３３，２３４を内蔵しており、第１信号Ｘ１，第２信号Ｘ２，第３信号Ｘ３，第４信号Ｘ４をそれぞれＡ／Ｄ変換器２３１，２３２，２３３，２３４にてデジタル値に変換して取り込む。
【００４９】
ここで、ωｔ＝π／２のときには、sin2(ωt)＝１、sin (２ωt)＝０ となるため、式（１）から
Ｘ１＝（Ｔ１＋Ｔ３）×１＋Ｔ２×０／２＝Ｔ１＋Ｔ３
同様にして、式（３）から
Ｘ３＝Ｔ１×１＋（Ｔ２＋Ｔ３）×０／２＝Ｔ１
これにより、第３信号Ｘ３から第１トルク信号Ｔ１のみを抽出することができる。また、第１信号Ｘ１と第３信号Ｘ３とから第３トルク信号Ｔ３のみを抽出することができる。
【００５０】
また、ωｔ＝０のときには、cos2(ωt)＝１、sin (２ωt)＝０ となるため、式（２）から
Ｘ２＝（Ｔ１＋Ｔ３）×０／２＋Ｔ２×１＝Ｔ２
同様にして、式（４）から
Ｘ４＝Ｔ１×０／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×１＝Ｔ２＋Ｔ３
これにより、第２信号Ｘ２から第２トルク信号Ｔ２のみを抽出することができる。また、第２信号Ｘ２と第４信号Ｘ４とから第３トルク信号Ｔ３のみを抽出することができる。
【００５１】
マイコン２３０は、パルス発生器２１１の出力する矩形波信号を入力し、この矩形波信号から信号Ｘ１〜Ｘ４の位相角（ωｔ）を把握し、この位相角（ωｔ）に基づいて、上記タイミング（ωｔ＝０，π／２）にてＡ／Ｄ変換器２３１〜２３４にＡ／Ｄ変換トリガを発行することにより、第１トルクセンサ１３１、第２トルクセンサ１３２、第３トルクセンサ１３３にて検出した操舵トルクを表す情報を取得することができる。
【００５２】
この場合、マイコン２３０は、ωｔ＝π／２となるタイミングで、第１信号Ｘ１と第３信号Ｘ３とをデジタル値に変換して読み込み、第３信号Ｘ３の値から第１トルクセンサ１３１により検出された第１トルク情報を取得する。また、第１信号Ｘ１の値から第３信号Ｘ３の値を減算することで第３トルクセンサ１３３により検出された第３トルク情報を取得する。
【００５３】
また、マイコン２３０は、ωｔ＝０となるタイミングで、第２信号Ｘ２と第４信号Ｘ４とをデジタル値に変換して読み込み、第２信号Ｘ２の値から第２トルクセンサ１３２により検出された第２トルク情報を取得する。また、第４信号Ｘ４の値から第２信号Ｘ２の値を減算することで第３トルクセンサ１３３により検出された第３トルク情報を取得する。
【００５４】
これにより、センサユニット１００から送信された第１出力信号Ｓ１と第２出力信号Ｓ２から、３つのトルクセンサ１３１，１３２，１３３により検出されたトルク情報を操舵トルク検出部２００にて分離抽出することができる。
【００５５】
また、Ａ／Ｄ変換トリガをマイコン２３０に直接入力することが困難な場合には、外部にサンプルホールド回路（図示略）を設けて、信号Ｘ１，Ｘ３についてはωｔ＝π／２における信号振幅を、信号Ｘ２，Ｘ４についてはωｔ＝０における信号振幅を一時的に保持させるようにすればよい。この場合、マイコン２３０は、次回のサンプル時刻までにＡ／Ｄ変換を終了すればよいので、マイコン２３０やソフトウエアの設計自由度を上げることができる。
【００５６】
次に、フェールセーフについて説明する。電源回路１１０は、上述したように、２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２から正弦波電源と余弦波電源とを並列に入力し、ダイオード１１１，１１２およびコンデンサ１１５により平滑するため、片側の電源供給線Ｌｐ１（Ｌｐ２）が断線した場合であっても、センサユニット１００内の各回路に電源供給が可能である。
【００５７】
また、変調用信号生成部１２０においては、電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２が断線したとき、断線側の出力信号がハイレベルとなるように正弦波生成回路１２１と余弦波生成回路１２２とが回路設定されている。従って、例えば、電源供給線Ｌｐ１が断線した場合には、正弦波生成回路１２１の出力がハイレベルに保持される（sin(ωｔ)＝１）。このため、出力信号生成部１５０の出力する第１出力信号Ｓ１，第２出力信号Ｓ２は、次式のようになる。
Ｓ１＝Ｔ１＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３
Ｓ２＝Ｔ１＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt）
【００５８】
この場合、操舵トルク検出部２００では、第１信号Ｘ１、第３信号Ｘ３は、次式のようになる。
Ｘ１＝Ｓ１×sin(ωt）
＝Ｔ１×sin (ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)
＝（Ｔ１＋Ｔ３）×sin(ωt)＋Ｔ２×sin(２ωt)／２ 式（５）
Ｘ３＝Ｓ２×sin(ωt）
＝Ｔ１×sin (ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)
＝Ｔ１×sin (ωt)＋（Ｔ２＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２ 式（６）
【００５９】
ここでωｔ＝π／２のときには、sin(ωt)＝１、sin (２ωt)＝０ となるため、式（５）から
Ｘ１＝（Ｔ１＋Ｔ３）×１＋Ｔ２×０／２＝Ｔ１＋Ｔ３
同様にして、式（６）から
Ｘ３＝Ｔ１×１＋（Ｔ２＋Ｔ３）×０／２＝Ｔ１
これにより、第３信号Ｘ３の値から第１トルクセンサ１３１により検出された第１トルク情報を取得することができる。また、第１信号Ｘ１の値から第３信号Ｘ３の値を減算することにより、第３トルクセンサ１３３により検出された第３トルク情報を取得することができる。
【００６０】
また、電源供給線Ｌｐ２が断線した場合には、余弦波生成回路１２２の出力がハイレベルに保持される（cos(ωｔ)＝１）。このため、出力信号生成部１５０の出力する第１出力信号Ｓ１，第２出力信号Ｓ２は、次式のようになる。
Ｓ１＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２＋Ｔ３×sin(ωt）
Ｓ２＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２＋Ｔ３
【００６１】
この場合、操舵トルク検出部２００では、第２信号Ｘ２、第４信号Ｘ４は、次式のようになる。
Ｘ２＝Ｓ１×cos(ωt）
＝Ｔ１×sin(ωt）×cos(ωt)＋Ｔ２×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt）×cos(ωt)
＝（Ｔ１＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２＋Ｔ２×cos(ωt) 式（７）
Ｘ４＝Ｓ２×cos(ωt）
＝Ｔ１×sin (ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos(ωt)＋Ｔ３×cos(ωt)
＝Ｔ１×sin (２ωt)／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×cos(ωt) 式（８）
【００６２】
ここでωｔ＝０のときには、cos(ωt)＝１、sin (２ωt)＝０ となるため、式（７）から
Ｘ２＝（Ｔ１＋Ｔ３）×０／２＋Ｔ２×１＝Ｔ２
同様にして、式（８）から
Ｘ４＝Ｔ１×０／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×１＝Ｔ２＋Ｔ３
これにより、第２信号Ｘ２の値から第２トルクセンサ１３２により検出された第２トルク情報を取得することができる。また、第４信号Ｘ４の値から第２信号Ｘ２の値を減算することにより、第３トルクセンサ１３３により検出された第３トルク情報を取得することができる。
【００６３】
この結果、電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２の一方が断線した場合であっても、正常時とかわりなく３種類のトルク情報を取得することができる。
【００６４】
次に、信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２の断線に対するフェールセーフについて説明する。例えば、信号線Ｌｓ１が断線した場合には、第１出力信号Ｓ１はゼロ（Ｓ１＝０）となる。従って、操舵トルク検出部２００においては、位相角ωｔ＝π／２となる第１信号Ｘ１と第３信号Ｘ３の検出時においては、
Ｘ１＝０
Ｘ３＝Ｔ１
となる。
また、位相角ωｔ＝０となる第２信号Ｘ２と第４信号Ｘ４の検出時においては、
Ｘ２＝０
Ｘ４＝Ｔ２＋Ｔ３
となる。
【００６５】
通常は、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３であるため、
Ｔ１＝（Ｔ２＋Ｔ３）／２ 式（８）
という関係式が成立するはずである。従って、マイコン２３０は、第３信号Ｘ３の値と第４信号Ｘ４の値とに基づいて、式（８）が成立するか否かを判定し、成立していれば、トルク信号Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が正常であるとして、第３信号Ｘ３および第４信号Ｘ４からトルク情報を取得する。
【００６６】
同様に、信号線Ｌｓ２が断線した場合には、第２出力信号Ｓ２はゼロ（Ｓ２＝０）となる。従って、操舵トルク検出部２００においては、位相角ωｔ＝π／２となる第１信号Ｘ１と第３信号Ｘ３の検出時においては、
Ｘ１＝Ｔ１＋Ｔ３
Ｘ３＝０
となる。
また、位相角ωｔ＝０となる第２信号Ｘ２と第４信号Ｘ４の検出時においては、
Ｘ２＝Ｔ２
Ｘ４＝０
となる。
【００６７】
通常は、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３であるため、
Ｔ２＝（Ｔ１＋Ｔ３）／２ 式（９）
という関係式が成立するはずである。従って、マイコン２３０は、第１信号Ｘ１の値と第２信号Ｘ２の値とに基づいて、式（９）が成立するか否かを判定し、成立していれば、トルク信号Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が正常であるとして、第１信号Ｘ１および第２信号Ｘ２からトルク情報を取得する。
【００６８】
以上説明した本実施形態によれば、アシストＥＣＵ３０の操舵トルク検出部２００から電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２を介して正弦波電源と余弦波電源をセンサユニット１００に供給し、センサユニット１００においては、３種類のトルク検出信号を正弦波信号と余弦波信号とで変調した出力信号Ｓ１，Ｓ２を信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２を介して操舵トルク検出部２００に送信する。そして、操舵トルク検出部２００において、出力信号Ｓ１，Ｓ２に正弦波信号と余弦波信号とを重畳した信号Ｘ１〜Ｘ４を生成し、この信号位相角がωｔ＝π／２および０となるタイミングで信号Ｘ１，Ｘ３および信号Ｘ２，Ｘ４を読み込んで操舵トルクを検出する。従って、２本の信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２で３種類の操舵トルク情報を別々に取得することができる。また、信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２の片方が断線しても、３種類の操舵トルク情報を取得することができる。また、アシストＥＣＵ３０から２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２を介してセンサユニット１００の電源回路１１０に電源供給し、電源回路１１０にてセンサユニット１００内の電気負荷に直流電源を供給するため、片方の断線に対しても電源バックアップ機能を有している。しかも、電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２の片方の断線に対して、操舵トルク情報の取得に影響を与えない。これらの結果、信頼性の向上と省線化とを両立させることができる。
【００６９】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０…転舵機構、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、２０…パワーアシスト部、２１…電動モータ、３０…アシスト制御装置、３１…アシスト演算部、３２…モータ駆動回路、１００…トルクセンサユニット、１１０…電源回路、１２０…変調用信号生成部、１２１…正弦波生成回路、１２２…余弦波生成回路、１３０…トルクセンサ部、１３１，１３２，１３３…第１〜第３トルクセンサ、１４０…トルク信号変調部、１４１，１４２，１４３，１４４…第１〜第４乗算回路、１５０…出力信号生成部、１５１，１５２，１５３…第１〜第３加算回路、２００…操舵トルク検出部、２１０…電源供給部、２１１…パルス発生器、２１２…正弦波生成回路、２１３…余弦波生成回路、２１４，２１５…第１〜第２乗算回路、２２０…トルク抽出用信号生成部、２２１，２２２，２２３，２２４…第１〜第４乗算回路、２３０…マイコン、Ｌｐ１，Ｌｐ２…電源供給線、Ｌｓ１，Ｌｓ２…信号線、Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３…グランド線、Ｓ１，Ｓ２…第１〜第２出力信号、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…第１〜第３トルク信号、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４…第１〜第４信号。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者による操舵ハンドルの操舵操作をアシストするための車両用電動パワーステアリング装置に用いられるトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、運転者の操舵操作に対して操舵アシストトルクを付与する電動パワーステアリング装置が知られている。電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに働いた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、操舵トルクが大きくなるにしたがって増加する目標アシストトルクを算出し、算出した目標アシストトルクが得られるように、電動モータの通電量をフィードバック制御する。
【０００３】
電動パワーステアリング装置においては、信頼性を向上させるために、トルクセンサを２組設け、両トルクセンサの検出信号をアシストＥＣＵ（電子制御ユニット）に送信するように構成したものも特許文献１等において知られている。２組のトルクセンサは、トルクセンサユニットとしてユニット化される。トルクセンサユニットは、アシストＥＣＵとワイヤハーネスで接続され、アシストＥＣＵから電源供給を受けるとともに、２本の信号線を介して各トルクセンサの検出信号をアシストＥＣＵに出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９７３６７
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、従来の装置においては、２本の信号線のうちの片方が断線すると、センサ情報が１種類に減ってしまう。つまり、１本の信号線に対して１種類のセンサ情報のみを送信するように構成されているため、信号線が１本断線した場合には、片方のトルクセンサのセンサ情報が伝達されなくなる。このため、センサ出力の信頼性が確保できなくなり、操舵アシスト制御の停止に至り、快適性が損なわれる。
【０００６】
また、センサ出力の信頼性向上のために、トルクセンサユニットに３つのトルクセンサを設けた３重系の操舵トルク検出システムを構成した場合、３種類のセンサ情報をアシストＥＣＵに送信しようとすると、ワイヤハーネスの配線本数が更に増加してしまう。例えば、図４に示すように、トルクセンサＡ，Ｂ，Ｃ毎に電源供給線ＬｐＡ，ＬｐＢ，ＬｐＣと、グランド線ＬｇＡ，ＬｇＢ，ＬｇＣと、信号線ＬｓＡ，ＬｓＢ，ＬｓＣとの合計９本の配線が必要となる。また、この構成においても、信号線の１つが断線すると、その断線が発生したトルクセンサのセンサ情報をアシストＥＣＵに出力できなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、３つのトルクセンサを設けて３重系の操舵トルク検出システムを構成した場合において、省線化と断線に対する信頼性の向上とを両立させることを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の操舵トルク検出信号送信装置の特徴は、
ステアリングシャフトに働く操舵トルクを検出する３つの操舵トルクセンサを備え、前記３つの操舵トルクセンサのトルク検出信号を、電動パワーステアリング装置の電動モータを駆動制御するアシスト制御装置に送信する操舵トルク検出信号送信装置において、
前記アシスト制御装置から２本の電源供給線を介して正弦波電源と、前記正弦波電源に対して位相がπ／２ずれた余弦波電源とを受電して直流電源に変換する電源回路と、
前記正弦波電源から正弦波信号を生成し、前記余弦波電源から余弦波信号を生成する変調用信号生成手段と、
前記３つの操舵トルクセンサのうちの第１操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記正弦波信号を重畳した第１トルク変調信号と、前記３つの操舵トルクセンサのうちの第２操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記余弦波信号を重畳した第２トルク変調信号と、前記３つの操舵トルクセンサのうちの第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記正弦波信号を重畳した第３トルク変調信号と、前記第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記余弦波信号を重畳した第４トルク変調信号とを生成するトルク信号変調手段と、
前記第１トルク変調信号と前記第２トルク変調信号と前記第３トルク変調信号とを加算した第１出力信号と、前記第１トルク変調信号と前記第２トルク変調信号と前記第４トルク変調信号とを加算した第２出力信号とを生成する出力信号生成手段と
を備え、前記アシスト制御装置に対して、前記第１出力信号を第１信号線を介して送信し、前記第２出力信号を第２信号線を介して送信することにある。
【０００９】
本発明の操舵トルク検出信号送信装置においては、アシスト制御装置から正弦波電源と余弦波電源とが別々の電源供給線（合計２本）を介して供給される。アシスト制御装置から供給された電源は、電源回路に受電されて直流電源に変換され、操舵トルク検出信号送信装置内の電源として使用される。操舵トルク検出信号送信装置には、第１操舵トルクセンサ、第２操舵トルクセンサ、第３操舵トルクセンサが設けられ、ステアリングシャフトに働く操舵トルクをそれぞれ検出する。操舵トルク検出信号送信装置は、各操舵トルクセンサごとに検出された操舵トルク情報であるトルク検出信号を変調してアシスト制御装置に送信する。変調用信号生成手段は、トルク検出信号を変調するための変調用信号として、正弦波電源から正弦波信号を生成し、余弦波電源から余弦波信号を生成する。この正弦波信号と余弦波信号は、トルク信号変調手段に供給される。
【００１０】
トルク信号変調手段は、第１操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に正弦波信号を重畳した第１トルク変調信号と、第２操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に余弦波信号を重畳した第２トルク変調信号と、第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に正弦波信号を重畳した第３トルク変調信号と、第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に余弦波信号を重畳した第４トルク変調信号とを生成する。
【００１１】
例えば、第１操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号をＴ１、第２操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号をＴ２、第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号をＴ３とした場合、第１トルク変調信号はＴ１×sin(ωt）として表され、第２トルク変調信号はＴ２×cos(ωt）として表され、第３トルク変調信号はＴ３×sin(ωt）として表され、第４トルク変調信号はＴ３×cos(ωt）として表される。トルク信号変調手段は、これら４つの変調信号を出力信号生成手段に供給する。
【００１２】
出力信号生成手段は、第１トルク変調信号と第２トルク変調信号と第３トルク変調信号とを加算した第１出力信号と、第１トルク変調信号と第２トルク変調信号と第４トルク変調信号とを加算した第２出力信号とを生成する。例えば、第１出力信号は、Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt）として表され、第２出力信号は、Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos (ωt）として表される。
【００１３】
そして、操舵トルク検出信号送信装置は、アシスト制御装置に対して、第１出力信号を第１信号線を介して送信し、第２出力信号を第２信号線を介して送信する。このため、それぞれの信号線には、３つの操舵トルクセンサの検出結果である操舵トルク情報が含まれている。従って、信号線を操舵トルクセンサの数だけ必要としない。また、信号線の１線が断線しても、３つの操舵トルク情報を送信することができる。更に、２本の電源供給線から電源回路に電源供給され、電源回路にて直流電源に変換して操舵トルク検出信号送信装置内の電気負荷に電源供給するため、電源供給線の１線が断線しても電源供給を維持できる。この結果、３つの操舵トルクセンサを設けて３重系の操舵トルク検出システムを構成した場合において、省線化と断線に対する信頼性の向上とを両立させることができる。
【００１４】
本発明の他の特徴は、
前記アシスト制御装置に設けられ請求項１記載の操舵トルク検出信号送信装置と接続する操舵トルク検出信号受信装置であって、
前記操舵トルク検出信号送信装置の電源回路に前記２本の電源供給線を介して前記正弦波電源と前記余弦波電源とを供給する電源供給回路と、
前記第１信号線および第２信号線を介して前記第１出力信号および第２出力信号を受信し、前記第１出力信号に前記正弦波電源と同期した正弦波信号を重畳した第１信号と、前記第１出力信号に前記余弦波電源と同期した余弦波信号を重畳した第２信号と、前記第２出力信号に前記正弦波信号を重畳した第３信号と、前記第２出力信号に前記余弦波信号を重畳した第４信号とを生成するトルク抽出用信号生成手段と、
前記第１信号および前記第３信号に対しては、信号位相角がπ／２となるときの信号出力を取得し、前記第２信号および前記第４信号に対しては、信号位相角が０となるときの信号出力を取得するトルク検出信号抽出手段と
を備えたことにある。
【００１５】
本発明の操舵トルク検出信号受信装置においては、２本の電源供給線を介して操舵トルク検出信号送信装置の電源回路に正弦波電源と余弦波電源とを供給する。また、２本の信号線を介して操舵トルク検出信号送信装置が出力する第１出力信号と第２出力信号とを受信する。トルク抽出用信号生成手段は、受信した第１出力信号に正弦波信号を重畳した第１信号と、
第１出力信号に余弦波信号を重畳した第２信号と、第２出力信号に正弦波信号を重畳した第３信号と、第２出力信号に余弦波信号を重畳した第４信号とを生成する。この正弦波信号は、正弦波電源と同期し（位相と周期が等しい）、操舵トルク検出信号送信装置で生成された正弦波信号と同じ波形の信号となる。また、余弦波信号は、余弦波電源と同期し（位相と周期が等しい）、操舵トルク検出信号送信装置で生成された余弦波信号と同じ波形の信号となる。
【００１６】
従って、例えば、第１信号は、Ｔ１×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin2(ωt)として表すことができる。同様に、第２信号は、Ｔ１×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos2(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)として表すことができ、第３信号は、Ｔ１×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)として表すことができ、第４信号は、Ｔ１×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos2(ωt)＋Ｔ３×cos2(ωt)として表すことができる。
【００１７】
また、第１信号〜第４信号は、次式のように変形することができる。
第１信号：（Ｔ１＋Ｔ３）×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(２ωt)／２
第２信号：（Ｔ１＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２＋Ｔ２×cos2(ωt)
第３信号：Ｔ１×sin2(ωt)＋（Ｔ２＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２
第４信号：Ｔ１×sin(２ωt)／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×cos2(ωt)
【００１８】
そして、トルク検出信号抽出手段は、第１信号および第３信号に対しては、信号位相角（ωｔ）がπ／２となるときの信号出力を取得し、第２信号および第４信号に対しては、信号位相角が０となるときの信号出力を取得する。例えば、上記式において、信号位相角（ωｔ）がπ／２となるときは、sin2(ωt)＝１，sin(２ωt)＝０となるため、第１信号は（Ｔ１＋Ｔ３）、第３信号はＴ１となる。同様に、上記式において、信号位相角（ωｔ）が０となるときは、cos2(ωt)＝１，sin(２ωt)＝０となるため、第２信号はＴ２、第４信号は（Ｔ２＋Ｔ３）となる。尚、信号出力の取得にあたっては、アナログ信号をＡ／Ｄ変換器にてデジタル値に変換して取得するようにするとよい。
【００１９】
この結果、２本の信号線を介して受信した２つの出力信号から３種類の操舵トルク情報を抽出することができる。また、２本の信号線の一方が断線しても、３種類の操舵トルク情報を抽出することができる。従って、高い信頼性を維持したまま省線化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態としての操舵トルク検出信号送信装置と操舵トルク検出信号受信装置とを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】実施形態としてのトルクセンサユニットの構成図である。
【図３】実施形態としてのアシスト演算部における操舵トルク検出部の構成図である。
【図４】省線化を図っていない３重系の操舵トルク検出システムの配線構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、実施形態として操舵トルク検出信号送信装置と操舵トルク検出信号受信装置とを備えた電動パワーステアリングの概略構成図である。
【００２２】
車両の電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１の操舵により転舵輪である左右前輪ＦＷ１，ＦＷを転舵する転舵機構１０と、転舵機構１０に設けられ操舵アシストトルクを発生するパワーアシスト部２０と、パワーアシスト部２０の電動モータ２１を駆動制御するアシスト制御装置３０（以下、アシストＥＣＵ３０と呼ぶ）と、車速センサ４０と、トルクセンサユニット１００とを備えている。
【００２３】
転舵機構１０は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、ステアリングシャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアームを介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に転舵される。
【００２４】
ラックバー１４には、パワーアシスト部２０が組み付けられている。パワーアシスト部２０は、操舵アシスト用の電動モータ２１（例えば、ブラシレスモータ）とボールねじ機構２２とからなる。電動モータ２１の回転軸は、ボールねじ機構２２を介してラックバー１４に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵をアシストする。ボールねじ機構２２は、減速器および回転−直線変換器として機能するもので、電動モータ２１の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。
【００２５】
アシストＥＣＵ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器などからなるマイクロコンピュータを主要部として備えたアシスト演算部３１と、モータ駆動回路３２とを備えている。モータ駆動回路３２は、アシスト演算部３１からのＰＷＭ制御信号を入力して、内部のスイッチング素子のデューティ比を制御することにより電動モータ２１への通電量を調整する。モータ駆動回路３２には、電動モータ２１に流れる電流を検出する電流センサ３３が設けられる。
【００２６】
アシスト演算部３１は、電流センサ３３、車速センサ４０、トルクセンサユニット１００を接続している。車速センサ４０は、車速を表す車速検出信号を出力する。トルクセンサユニット１００は、操舵ハンドル１１の回動操作によってステアリングシャフト１２に作用する操舵トルクを検出するもので、これについては後述する。
【００２７】
次に、アシスト演算部３１の実施する操舵アシスト制御について簡単に説明する。アシスト演算部３１は、車速センサ４０およびトルクセンサユニット１００からの検出信号に基づいて車速と操舵トルクとを取得し、取得した車速と操舵トルクに基づいて、目標アシストトルクを算出する。目標アシストトルクは、図示しないアシストマップ等を参照して、操舵トルクが大きくなるにしたがって増加し、かつ、車速が増加するにしたがって減少するように設定される。そして、この目標アシストトルクを発生させるために必要な目標電流を計算し、電流センサにより検出された実電流と目標電流との偏差に基づいてＰＩ制御（比例積分制御）式等を使って目標指令電圧を計算し、目標指令電圧に応じたＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路３２に出力する。こうして、電動モータ２１には、電流フィードバック制御により運転者の操舵方向と同じ方向に回転する向きの目標電流が流れ、運転者の操舵操作を適切にアシストする。
【００２８】
こうした操舵アシスト制御を適切に実施するためには、信頼性の高い操舵トルクの検出を行う必要がある。そこで、本実施形態においては、以下の構成にて操舵トルクを検出する。
【００２９】
まず、トルクセンサユニット１００から説明する。図２は、トルクセンサユニット１００の概略構成図である。トルクセンサユニット１００（以下、センサユニット１００と呼ぶ）は、本発明の操舵トルク検出信号送信装置に相当するもので、２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２と、２本の信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２と、３本のグランド線Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３とを介してアシストＥＣＵ３０のアシスト演算部３１に接続される。
【００３０】
センサユニット１００は、電源回路１１０と、変調用信号生成部１２０と、トルクセンサ部１３０と、トルク信号変調部１４０と、出力信号生成部１５０とを備える。
【００３１】
電源回路１１０は、２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２から電源を取り込みセンサユニット１００内の回路用の電源を生成する。電源供給線Ｌｐ１には、アシストＥＣＵ３０から１２Ｖ系の正弦波電源（電圧波形が正弦波となる電源）が供給され、電源供給線Ｌｐ２には、アシストＥＣＵ３０から１２Ｖ系の余弦波電源（電圧波形が余弦波となる電源）が供給される。正弦波電源と余弦波電源とは、同じ周期で、互いに位相がπ／２だけずれている。電源回路１１０は、電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２からそれぞれダイオード１１１，１１２を介して電源を取り込む電源引込ライン１１３，１１４を並列に備え、この電源引込ライン１１３，１１４の合流点の負荷側に平滑用のコンデンサ１１５とレギュレータ１１６とを接続して構成される。レギュレータ１１６は、入力した電源をセンサユニット１００内の各回路で使用される電圧レベル（例えば、５Ｖ）に変換し、各回路に安定した直流電源Ｖｃｃを供給する。この電源回路１１０においては、２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２から電源供給を受けるため、コンデンサ１１５の容量Ｃを調整することにより、片側の電源供給線Ｌｐ１（Ｌｐ２）が断線した場合でも、センサユニット１００内の各回路に電源供給可能となっている。尚、本実施形態においては、回路構成を簡単にするために上記構成を採用しているが、例えば、ダイオードブリッジ回路を用いて整流する構成であってもよい。
【００３２】
変調用信号生成部１２０は、１２Ｖ系の正弦波電源から５Ｖ系の正弦波信号（sin(ωｔ))を生成する正弦波生成回路１２１と、同じく１２Ｖ系の余弦波電源から５Ｖ系の余弦波信号（cos(ωｔ))を生成する余弦波生成回路１２２とを備えている。正弦波信号（sin(ωｔ))と余弦波信号（cos(ωｔ))は、トルク信号変調部１４０に供給される。また、正弦波生成回路１２１は、電源供給線Ｌｐ１が断線したとき、その出力信号がハイレベルとなるように回路設定されている。同様に、余弦波生成回路１２２も、電源供給線Ｌｐ２が断線したとき、その出力信号がハイレベルとなるように回路設定されている。
【００３３】
トルクセンサ部１３０は、第１トルクセンサ１３１、第２トルクセンサ１３２、第３トルクセンサ１３３を備えている。各トルクセンサ１３１，１３２，１３３は、それぞれステアリングシャフト１２に働く操舵トルクを表すトルク検出信号を出力する。第１トルクセンサ１３１から出力されるトルク検出信号を第１トルク信号Ｔ１と呼び、第２トルクセンサ１３２から出力されるトルク検出信号を第２トルク信号Ｔ２と呼び、第３トルクセンサ１３３から出力されるトルク検出信号を第３トルク信号Ｔ３と呼ぶ。各トルクセンサ１３１，１３２，１３３は、それぞれ電源回路１１０から電源供給されるとともに、グランド端子がグランド線Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３を介してアシストＥＣＵ３０のグランドと接続される。第１トルク信号Ｔ１，第２トルク信号Ｔ２，第３トルク信号Ｔ３は、トルク信号変調部１４０に供給される。
【００３４】
トルク信号変調部１４０は、第１乗算回路１４１と第２乗算回路１４２と第３乗算回路１４３と第４乗算回路１４４とを備えている。第１乗算回路１４１は、第１トルクセンサ１３１から出力された第１トルク信号Ｔ１に、正弦波生成回路１２１から出力された正弦波信号（sin(ωt））を重畳させた信号を生成し、その生成した（Ｔ１×sin(ωt））を表す信号を出力する。第２乗算回路１４２は、第２トルクセンサ１３２から出力された第２トルク信号Ｔ２に、余弦波生成回路１２２から出力された余弦波信号（cos(ωt））を重畳させた信号を生成し、その生成した（Ｔ２×cos(ωt））を表す信号を出力する。第３乗算回路１４３は、第３トルクセンサ１３３から出力された第３トルク信号Ｔ３に、正弦波生成回路１２１から出力された正弦波信号（sin(ωt））を重畳させた信号を生成し、その生成した（Ｔ３×sin(ωt））を表す信号を出力する。第４乗算回路１４４は、第３トルクセンサ１３３から出力された第３トルク信号Ｔ３に、余弦波生成回路１２２から出力された余弦波信号（cos(ωt））を重畳させた信号を生成し、その生成した（Ｔ３×cos(ωt））を表す信号を出力する。各乗算回路１４１〜１４４で生成された信号は、出力信号生成部１５０に供給される。
【００３５】
出力信号生成部１５０は、第１加算回路１５１と第２加算回路１５２と第３加算回路１５３とを備えている。第１加算回路１５１は、第１乗算回路１４１の出力（Ｔ１×sin(ωt））と、第２乗算回路１４２の出力（Ｔ２×cos(ωt））とを加算した信号を生成し、その生成した（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt））を表す信号を出力する。第２加算回路１５２は、第１加算回路１５１の出力（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt））と第３乗算回路１４３の出力（Ｔ３×sin(ωt））とを加算した信号を生成し、その生成した（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt））を表す信号を出力する。この第２加算回路１５２から出力される信号を第１出力信号Ｓ１と呼ぶ。第３加算回路１５３は、第１加算回路１５１の出力（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt））と第４乗算回路１４４の出力（Ｔ３×cos(ωt））とを加算した信号を生成し、その生成した（Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））を表す信号を出力する。この第３加算回路１５３から出力される信号を第２出力信号Ｓ２と呼ぶ。
【００３６】
出力信号生成部１５０で生成された第１出力信号Ｓ１，第２出力信号Ｓ２は、それぞれ信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２を介してアシストＥＣＵ３０のアシスト演算部３１に送信される。
【００３７】
上述したようにセンサユニット１００においては、アシストＥＣＵ３０のアシスト演算部３１に対して、第１トルク信号Ｔ１の変調信号と第２トルク信号Ｔ２の変調信号と第３トルク信号の変調信号とを加算した第１出力信号Ｓ１（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt）），第２出力信号Ｓ２（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））を出力する。従って、信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２には、それぞれ３つのトルクセンサ１３１，１３２，１３３で検出した３種類のトルク情報が載っていることになる。
【００３８】
次に、第１出力信号Ｓ１、第２出力信号Ｓ２を受信する側となるアシストＥＣＵ３０のアシスト演算部３１について説明する。ここでは、操舵トルク情報を受信して操舵トルクを検出する構成についてのみ説明する。図３は、アシスト演算部３１に設けられる操舵トルク検出部２００の構成を表す図である。操舵トルク検出部２００は、本発明の操舵トルク検出信号受信装置に相当する。
【００３９】
操舵トルク検出部２００は、電源供給部２１０とトルク抽出用信号生成部２２０とマイコン２３０とを備えている。
【００４０】
電源供給部２１０は、センサユニット１００に正弦波電源と余弦波電源を供給するもので、パルス発生器２１１と正弦波生成回路２１２と余弦波生成回路２１３と第１乗算回路２１４と第２乗算回路２１４とを備えている。
【００４１】
パルス発生器２１１は、予め設定された周波数ｆの矩形波信号を生成して、その矩形波信号を正弦波生成回路２１２と余弦波生成回路２１３に供給する。正弦波生成回路２１２は、パルス発生器２１１から供給された矩形波信号の立ち上がりエッジで反転する矩形波信号を生成し、その矩形波信号をバンドパスフィルタ処理を行うことにより、直流成分を除去し正弦波信号の抽出を行う。この正弦波生成回路２１２においては、パルス発生器２１１から供給された矩形波信号が分周されることから周波数ｆ／２の正弦波信号を出力する。また、余弦波生成回路２１３は、パルス発生器２１１から供給された矩形波信号の立ち下がりエッジで反転する矩形波信号を生成し、その矩形波信号をバンドパスフィルタ処理を行うことにより、直流成分を除去し余弦波信号の抽出を行う。この余弦波生成回路２１３においては、正弦波生成回路２１２における正弦波信号とは位相が互いにπ／２だけずれた同じ周波数ｆ／２の余弦波信号を出力する。
【００４２】
第１乗算回路２１４は、車載バッテリ（図示略）から供給される１２Ｖ系直流電源Ｖに正弦波生成回路２１２から出力される正弦波信号（sin（ωt))を重畳して、電圧波形が（Ｖ×sin（ωt)）となる正弦波電源を出力する。第２乗算回路２１５は、車載バッテリ（図示略）から供給される１２Ｖ系直流電源Ｖに余弦波生成回路２１３から出力される余弦波信号（cos（ωt))を重畳して、電圧波形が（Ｖ×cos（ωt)）となる余弦波電源を出力する。
【００４３】
トルク抽出用信号生成部２２０は、センサユニット１００から出力された第１出力信号Ｓ１，第２出力信号Ｓ２のそれぞれに、正弦波信号（sin（ωt))，余弦波信号（cos（ωt))を重畳させた信号を生成するもので、第１乗算回路２２１、第２乗算回路２２２、第３乗算回路２２３、第４乗算回路２２４を備えている。
【００４４】
第１乗算回路２２１は、第１出力信号Ｓ１（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt））に正弦波信号（sin(ωt））を重畳させた第１信号Ｘ１を生成する。従って、第１乗算回路２２１の出力する第１信号Ｘ１は、次式のように表される。
Ｘ１＝Ｓ１×sin(ωt）
＝Ｔ１×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin2(ωt)
＝（Ｔ１＋Ｔ３）×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(２ωt)／２ 式（１）
【００４５】
第２乗算回路２２２は、第１出力信号Ｓ１（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×sin(ωt））に余弦波信号（cos(ωt））を重畳させた第２信号Ｘ２を生成する。従って、第２乗算回路２２２の出力する第２信号Ｘ２は、次式のように表される。
Ｘ２＝Ｓ１×cos(ωt）
＝Ｔ１×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos2(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)
＝（Ｔ１＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２＋Ｔ２×cos2(ωt) 式（２）
【００４６】
第３乗算回路２２３は、第２出力信号Ｓ２（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））に正弦波信号（sin(ωt））を重畳させた第３信号Ｘ３を生成する。従って、第３乗算回路２２３の出力する第３信号Ｘ３は、次式のように表される。
Ｘ３＝Ｓ２×sin(ωt）
＝Ｔ１×sin2(ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)
＝Ｔ１×sin2(ωt)＋（Ｔ２＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２ 式（３）
【００４７】
第４乗算回路２２４は、第２出力信号Ｓ２（＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt））に余弦波信号（cos(ωt））を重畳させた第４信号Ｘ４を生成する。従って、第４乗算回路２２４の出力する第４信号Ｘ４は、次式のように表される。
Ｘ４＝Ｓ２×cos(ωt）
＝Ｔ１×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos2(ωt)＋Ｔ３×cos2(ωt)
＝Ｔ１×sin(２ωt)／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×cos2(ωt) 式（４）
【００４８】
トルク抽出用信号生成部２２０にて生成した第１信号Ｘ１，第２信号Ｘ２，第３信号Ｘ３，第４信号Ｘ４は、マイコン２３０に供給される。マイコン２３０は、Ａ／Ｄ変換器２３１，２３２，２３３，２３４を内蔵しており、第１信号Ｘ１，第２信号Ｘ２，第３信号Ｘ３，第４信号Ｘ４をそれぞれＡ／Ｄ変換器２３１，２３２，２３３，２３４にてデジタル値に変換して取り込む。
【００４９】
ここで、ωｔ＝π／２のときには、sin2(ωt)＝１、sin (２ωt)＝０ となるため、式（１）から
Ｘ１＝（Ｔ１＋Ｔ３）×１＋Ｔ２×０／２＝Ｔ１＋Ｔ３
同様にして、式（３）から
Ｘ３＝Ｔ１×１＋（Ｔ２＋Ｔ３）×０／２＝Ｔ１
これにより、第３信号Ｘ３から第１トルク信号Ｔ１のみを抽出することができる。また、第１信号Ｘ１と第３信号Ｘ３とから第３トルク信号Ｔ３のみを抽出することができる。
【００５０】
また、ωｔ＝０のときには、cos2(ωt)＝１、sin (２ωt)＝０ となるため、式（２）から
Ｘ２＝（Ｔ１＋Ｔ３）×０／２＋Ｔ２×１＝Ｔ２
同様にして、式（４）から
Ｘ４＝Ｔ１×０／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×１＝Ｔ２＋Ｔ３
これにより、第２信号Ｘ２から第２トルク信号Ｔ２のみを抽出することができる。また、第２信号Ｘ２と第４信号Ｘ４とから第３トルク信号Ｔ３のみを抽出することができる。
【００５１】
マイコン２３０は、パルス発生器２１１の出力する矩形波信号を入力し、この矩形波信号から信号Ｘ１〜Ｘ４の位相角（ωｔ）を把握し、この位相角（ωｔ）に基づいて、上記タイミング（ωｔ＝０，π／２）にてＡ／Ｄ変換器２３１〜２３４にＡ／Ｄ変換トリガを発行することにより、第１トルクセンサ１３１、第２トルクセンサ１３２、第３トルクセンサ１３３にて検出した操舵トルクを表す情報を取得することができる。
【００５２】
この場合、マイコン２３０は、ωｔ＝π／２となるタイミングで、第１信号Ｘ１と第３信号Ｘ３とをデジタル値に変換して読み込み、第３信号Ｘ３の値から第１トルクセンサ１３１により検出された第１トルク情報を取得する。また、第１信号Ｘ１の値から第３信号Ｘ３の値を減算することで第３トルクセンサ１３３により検出された第３トルク情報を取得する。
【００５３】
また、マイコン２３０は、ωｔ＝０となるタイミングで、第２信号Ｘ２と第４信号Ｘ４とをデジタル値に変換して読み込み、第２信号Ｘ２の値から第２トルクセンサ１３２により検出された第２トルク情報を取得する。また、第４信号Ｘ４の値から第２信号Ｘ２の値を減算することで第３トルクセンサ１３３により検出された第３トルク情報を取得する。
【００５４】
これにより、センサユニット１００から送信された第１出力信号Ｓ１と第２出力信号Ｓ２から、３つのトルクセンサ１３１，１３２，１３３により検出されたトルク情報を操舵トルク検出部２００にて分離抽出することができる。
【００５５】
また、Ａ／Ｄ変換トリガをマイコン２３０に直接入力することが困難な場合には、外部にサンプルホールド回路（図示略）を設けて、信号Ｘ１，Ｘ３についてはωｔ＝π／２における信号振幅を、信号Ｘ２，Ｘ４についてはωｔ＝０における信号振幅を一時的に保持させるようにすればよい。この場合、マイコン２３０は、次回のサンプル時刻までにＡ／Ｄ変換を終了すればよいので、マイコン２３０やソフトウエアの設計自由度を上げることができる。
【００５６】
次に、フェールセーフについて説明する。電源回路１１０は、上述したように、２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２から正弦波電源と余弦波電源とを並列に入力し、ダイオード１１１，１１２およびコンデンサ１１５により平滑するため、片側の電源供給線Ｌｐ１（Ｌｐ２）が断線した場合であっても、センサユニット１００内の各回路に電源供給が可能である。
【００５７】
また、変調用信号生成部１２０においては、電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２が断線したとき、断線側の出力信号がハイレベルとなるように正弦波生成回路１２１と余弦波生成回路１２２とが回路設定されている。従って、例えば、電源供給線Ｌｐ１が断線した場合には、正弦波生成回路１２１の出力がハイレベルに保持される（sin(ωｔ)＝１）。このため、出力信号生成部１５０の出力する第１出力信号Ｓ１，第２出力信号Ｓ２は、次式のようになる。
Ｓ１＝Ｔ１＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３
Ｓ２＝Ｔ１＋Ｔ２×cos(ωt）＋Ｔ３×cos(ωt）
【００５８】
この場合、操舵トルク検出部２００では、第１信号Ｘ１、第３信号Ｘ３は、次式のようになる。
Ｘ１＝Ｓ１×sin(ωt）
＝Ｔ１×sin (ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)
＝（Ｔ１＋Ｔ３）×sin(ωt)＋Ｔ２×sin(２ωt)／２ 式（５）
Ｘ３＝Ｓ２×sin(ωt）
＝Ｔ１×sin (ωt)＋Ｔ２×sin(ωt)×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt)×cos(ωt)
＝Ｔ１×sin (ωt)＋（Ｔ２＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２ 式（６）
【００５９】
ここでωｔ＝π／２のときには、sin(ωt)＝１、sin (２ωt)＝０ となるため、式（５）から
Ｘ１＝（Ｔ１＋Ｔ３）×１＋Ｔ２×０／２＝Ｔ１＋Ｔ３
同様にして、式（６）から
Ｘ３＝Ｔ１×１＋（Ｔ２＋Ｔ３）×０／２＝Ｔ１
これにより、第３信号Ｘ３の値から第１トルクセンサ１３１により検出された第１トルク情報を取得することができる。また、第１信号Ｘ１の値から第３信号Ｘ３の値を減算することにより、第３トルクセンサ１３３により検出された第３トルク情報を取得することができる。
【００６０】
また、電源供給線Ｌｐ２が断線した場合には、余弦波生成回路１２２の出力がハイレベルに保持される（cos(ωｔ)＝１）。このため、出力信号生成部１５０の出力する第１出力信号Ｓ１，第２出力信号Ｓ２は、次式のようになる。
Ｓ１＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２＋Ｔ３×sin(ωt）
Ｓ２＝Ｔ１×sin(ωt）＋Ｔ２＋Ｔ３
【００６１】
この場合、操舵トルク検出部２００では、第２信号Ｘ２、第４信号Ｘ４は、次式のようになる。
Ｘ２＝Ｓ１×cos(ωt）
＝Ｔ１×sin(ωt）×cos(ωt)＋Ｔ２×cos(ωt)＋Ｔ３×sin(ωt）×cos(ωt)
＝（Ｔ１＋Ｔ３）×sin(２ωt)／２＋Ｔ２×cos(ωt) 式（７）
Ｘ４＝Ｓ２×cos(ωt）
＝Ｔ１×sin (ωt)×cos(ωt)＋Ｔ２×cos(ωt)＋Ｔ３×cos(ωt)
＝Ｔ１×sin (２ωt)／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×cos(ωt) 式（８）
【００６２】
ここでωｔ＝０のときには、cos(ωt)＝１、sin (２ωt)＝０ となるため、式（７）から
Ｘ２＝（Ｔ１＋Ｔ３）×０／２＋Ｔ２×１＝Ｔ２
同様にして、式（８）から
Ｘ４＝Ｔ１×０／２＋（Ｔ２＋Ｔ３）×１＝Ｔ２＋Ｔ３
これにより、第２信号Ｘ２の値から第２トルクセンサ１３２により検出された第２トルク情報を取得することができる。また、第４信号Ｘ４の値から第２信号Ｘ２の値を減算することにより、第３トルクセンサ１３３により検出された第３トルク情報を取得することができる。
【００６３】
この結果、電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２の一方が断線した場合であっても、正常時とかわりなく３種類のトルク情報を取得することができる。
【００６４】
次に、信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２の断線に対するフェールセーフについて説明する。例えば、信号線Ｌｓ１が断線した場合には、第１出力信号Ｓ１はゼロ（Ｓ１＝０）となる。従って、操舵トルク検出部２００においては、位相角ωｔ＝π／２となる第１信号Ｘ１と第３信号Ｘ３の検出時においては、
Ｘ１＝０
Ｘ３＝Ｔ１
となる。
また、位相角ωｔ＝０となる第２信号Ｘ２と第４信号Ｘ４の検出時においては、
Ｘ２＝０
Ｘ４＝Ｔ２＋Ｔ３
となる。
【００６５】
通常は、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３であるため、
Ｔ１＝（Ｔ２＋Ｔ３）／２ 式（８）
という関係式が成立するはずである。従って、マイコン２３０は、第３信号Ｘ３の値と第４信号Ｘ４の値とに基づいて、式（８）が成立するか否かを判定し、成立していれば、トルク信号Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が正常であるとして、第３信号Ｘ３および第４信号Ｘ４からトルク情報を取得する。
【００６６】
同様に、信号線Ｌｓ２が断線した場合には、第２出力信号Ｓ２はゼロ（Ｓ２＝０）となる。従って、操舵トルク検出部２００においては、位相角ωｔ＝π／２となる第１信号Ｘ１と第３信号Ｘ３の検出時においては、
Ｘ１＝Ｔ１＋Ｔ３
Ｘ３＝０
となる。
また、位相角ωｔ＝０となる第２信号Ｘ２と第４信号Ｘ４の検出時においては、
Ｘ２＝Ｔ２
Ｘ４＝０
となる。
【００６７】
通常は、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３であるため、
Ｔ２＝（Ｔ１＋Ｔ３）／２ 式（９）
という関係式が成立するはずである。従って、マイコン２３０は、第１信号Ｘ１の値と第２信号Ｘ２の値とに基づいて、式（９）が成立するか否かを判定し、成立していれば、トルク信号Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が正常であるとして、第１信号Ｘ１および第２信号Ｘ２からトルク情報を取得する。
【００６８】
以上説明した本実施形態によれば、アシストＥＣＵ３０の操舵トルク検出部２００から電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２を介して正弦波電源と余弦波電源をセンサユニット１００に供給し、センサユニット１００においては、３種類のトルク検出信号を正弦波信号と余弦波信号とで変調した出力信号Ｓ１，Ｓ２を信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２を介して操舵トルク検出部２００に送信する。そして、操舵トルク検出部２００において、出力信号Ｓ１，Ｓ２に正弦波信号と余弦波信号とを重畳した信号Ｘ１〜Ｘ４を生成し、この信号位相角がωｔ＝π／２および０となるタイミングで信号Ｘ１，Ｘ３および信号Ｘ２，Ｘ４を読み込んで操舵トルクを検出する。従って、２本の信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２で３種類の操舵トルク情報を別々に取得することができる。また、信号線Ｌｓ１，Ｌｓ２の片方が断線しても、３種類の操舵トルク情報を取得することができる。また、アシストＥＣＵ３０から２本の電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２を介してセンサユニット１００の電源回路１１０に電源供給し、電源回路１１０にてセンサユニット１００内の電気負荷に直流電源を供給するため、片方の断線に対しても電源バックアップ機能を有している。しかも、電源供給線Ｌｐ１，Ｌｐ２の片方の断線に対して、操舵トルク情報の取得に影響を与えない。これらの結果、信頼性の向上と省線化とを両立させることができる。
【００６９】
以上、本実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０…転舵機構、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、２０…パワーアシスト部、２１…電動モータ、３０…アシスト制御装置、３１…アシスト演算部、３２…モータ駆動回路、１００…トルクセンサユニット、１１０…電源回路、１２０…変調用信号生成部、１２１…正弦波生成回路、１２２…余弦波生成回路、１３０…トルクセンサ部、１３１，１３２，１３３…第１〜第３トルクセンサ、１４０…トルク信号変調部、１４１，１４２，１４３，１４４…第１〜第４乗算回路、１５０…出力信号生成部、１５１，１５２，１５３…第１〜第３加算回路、２００…操舵トルク検出部、２１０…電源供給部、２１１…パルス発生器、２１２…正弦波生成回路、２１３…余弦波生成回路、２１４，２１５…第１〜第２乗算回路、２２０…トルク抽出用信号生成部、２２１，２２２，２２３，２２４…第１〜第４乗算回路、２３０…マイコン、Ｌｐ１，Ｌｐ２…電源供給線、Ｌｓ１，Ｌｓ２…信号線、Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３…グランド線、Ｓ１，Ｓ２…第１〜第２出力信号、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…第１〜第３トルク信号、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４…第１〜第４信号。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトに働く操舵トルクを検出する３つの操舵トルクセンサを備え、前記３つの操舵トルクセンサのトルク検出信号を、電動パワーステアリング装置の電動モータを駆動制御するアシスト制御装置に送信する操舵トルク検出信号送信装置において、
前記アシスト制御装置から２本の電源供給線を介して正弦波電源と、前記正弦波電源に対して位相がπ／２ずれた余弦波電源とを受電して直流電源に変換する電源回路と、
前記正弦波電源から正弦波信号を生成し、前記余弦波電源から余弦波信号を生成する変調用信号生成手段と、
前記３つの操舵トルクセンサのうちの第１操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記正弦波信号を重畳した第１トルク変調信号と、前記３つの操舵トルクセンサのうちの第２操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記余弦波信号を重畳した第２トルク変調信号と、前記３つの操舵トルクセンサのうちの第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記正弦波信号を重畳した第３トルク変調信号と、前記第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記余弦波信号を重畳した第４トルク変調信号とを生成するトルク信号変調手段と、
前記第１トルク変調信号と前記第２トルク変調信号と前記第３トルク変調信号とを加算した第１出力信号と、前記第１トルク変調信号と前記第２トルク変調信号と前記第４トルク変調信号とを加算した第２出力信号とを生成する出力信号生成手段と
を備え、前記アシスト制御装置に対して、前記第１出力信号を第１信号線を介して送信し、前記第２出力信号を第２信号線を介して送信することを特徴とする操舵トルク検出信号送信装置。
【請求項２】
前記アシスト制御装置に設けられ請求項１記載の操舵トルク検出信号送信装置と接続する操舵トルク検出信号受信装置であって、
前記操舵トルク検出信号送信装置の電源回路に前記２本の電源供給線を介して前記正弦波電源と前記余弦波電源とを供給する電源供給回路と、
前記第１信号線および第２信号線を介して前記第１出力信号および第２出力信号を受信し、前記第１出力信号に前記正弦波電源と同期した正弦波信号を重畳した第１信号と、前記第１出力信号に前記余弦波電源と同期した余弦波信号を重畳した第２信号と、前記第２出力信号に前記正弦波信号を重畳した第３信号と、前記第２出力信号に前記余弦波信号を重畳した第４信号とを生成するトルク抽出用信号生成手段と、
前記第１信号および前記第３信号に対しては、信号位相角がπ／２となるときの信号出力を取得し、前記第２信号および前記第４信号に対しては、信号位相角が０となるときの信号出力を取得するトルク検出信号抽出手段と
を備えたことを特徴とする操舵トルク検出信号受信装置。
【請求項１】
ステアリングシャフトに働く操舵トルクを検出する３つの操舵トルクセンサを備え、前記３つの操舵トルクセンサのトルク検出信号を、電動パワーステアリング装置の電動モータを駆動制御するアシスト制御装置に送信する操舵トルク検出信号送信装置において、
前記アシスト制御装置から２本の電源供給線を介して正弦波電源と、前記正弦波電源に対して位相がπ／２ずれた余弦波電源とを受電して直流電源に変換する電源回路と、
前記正弦波電源から正弦波信号を生成し、前記余弦波電源から余弦波信号を生成する変調用信号生成手段と、
前記３つの操舵トルクセンサのうちの第１操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記正弦波信号を重畳した第１トルク変調信号と、前記３つの操舵トルクセンサのうちの第２操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記余弦波信号を重畳した第２トルク変調信号と、前記３つの操舵トルクセンサのうちの第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記正弦波信号を重畳した第３トルク変調信号と、前記第３操舵トルクセンサの出力するトルク検出信号に前記余弦波信号を重畳した第４トルク変調信号とを生成するトルク信号変調手段と、
前記第１トルク変調信号と前記第２トルク変調信号と前記第３トルク変調信号とを加算した第１出力信号と、前記第１トルク変調信号と前記第２トルク変調信号と前記第４トルク変調信号とを加算した第２出力信号とを生成する出力信号生成手段と
を備え、前記アシスト制御装置に対して、前記第１出力信号を第１信号線を介して送信し、前記第２出力信号を第２信号線を介して送信することを特徴とする操舵トルク検出信号送信装置。
【請求項２】
前記アシスト制御装置に設けられ請求項１記載の操舵トルク検出信号送信装置と接続する操舵トルク検出信号受信装置であって、
前記操舵トルク検出信号送信装置の電源回路に前記２本の電源供給線を介して前記正弦波電源と前記余弦波電源とを供給する電源供給回路と、
前記第１信号線および第２信号線を介して前記第１出力信号および第２出力信号を受信し、前記第１出力信号に前記正弦波電源と同期した正弦波信号を重畳した第１信号と、前記第１出力信号に前記余弦波電源と同期した余弦波信号を重畳した第２信号と、前記第２出力信号に前記正弦波信号を重畳した第３信号と、前記第２出力信号に前記余弦波信号を重畳した第４信号とを生成するトルク抽出用信号生成手段と、
前記第１信号および前記第３信号に対しては、信号位相角がπ／２となるときの信号出力を取得し、前記第２信号および前記第４信号に対しては、信号位相角が０となるときの信号出力を取得するトルク検出信号抽出手段と
を備えたことを特徴とする操舵トルク検出信号受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２２３６０１（Ｐ２０１０−２２３６０１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６８２３７（Ｐ２００９−６８２３７）
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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