故障診断装置、回転角度検出装置および故障診断方法
【課題】故障検出を、故障検出専用の回路などを別に設けることなく行うことができる技術を提供する。
【解決手段】第２の歯車の回転角度を検出する第１の回転角度センサと、第３の歯車の回転角度を検出する第２の回転角度センサと、第１の回転角度センサが検出した第２の歯車の回転角度と第２の回転角度センサが検出した第３の歯車の回転角度との角度差に基づいて第２の回転軸の回転角度を演算する演算手段とを備える回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断装置であって、第１の回転角度センサが検出した第２の歯車の回転角度と第２の回転角度センサが検出した第３の歯車の回転角度とに基づいて、第２の歯車の回転角度と第３の歯車の回転角度との角度差が零となる交差角θＫを算出し（Ｓ９０６）、交差角θＫに基づいて故障を診断する（Ｓ９０７〜Ｓ９１０）。
【解決手段】第２の歯車の回転角度を検出する第１の回転角度センサと、第３の歯車の回転角度を検出する第２の回転角度センサと、第１の回転角度センサが検出した第２の歯車の回転角度と第２の回転角度センサが検出した第３の歯車の回転角度との角度差に基づいて第２の回転軸の回転角度を演算する演算手段とを備える回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断装置であって、第１の回転角度センサが検出した第２の歯車の回転角度と第２の回転角度センサが検出した第３の歯車の回転角度とに基づいて、第２の歯車の回転角度と第３の歯車の回転角度との角度差が零となる交差角θＫを算出し（Ｓ９０６）、交差角θＫに基づいて故障を診断する（Ｓ９０７〜Ｓ９１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置の故障を診断する故障診断装置、回転角度検出装置および故障診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、３６０度を越えて回転可能な回転体の回転角度を検出する装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、以下のように構成された回転角度検出装置が記載されている。すなわち、回転可能な回転体は、ｎ個の歯が形成された歯車を有している。この歯車は、ｍ個の歯を有している歯車とｍ＋１個の歯を有している２つの歯車に係合されている。これら２つの歯車の角度ψとθは２つの周期的な角度センサを用いて測定される。この測定は接触式か又は非接触式に行われる。そして、これらの角度センサはそれぞれ電子評価回路に接続されており、この評価回路は、回転体の回転角度φの検出に必要な計算を行う。このように構成された回転角度検出装置において、いわゆる絶対値センサである２つの角度センサは、回転角度検出装置のスイッチオン直後に、スイッチオン時の２つの歯車の回転角度ψとθを供給する。これらの角度値、回転体の歯車の角度マークないし歯の数、および２つの歯車の角度マークないし歯の数により、回転体の角度φを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７９２７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転角度検出装置が、角度センサから送信される２つの歯車の回転角度のデータを基に、電子制御ユニット（ＥＣＵ）にて回転体の回転角度を算出する構成である場合、２つの歯車、角度センサ、ハーネス、ＥＣＵ側のインターフェース回路などの故障の検出はこの電子制御ユニットで行う必要がある。そして、この故障検出を、故障検出専用の回路などを別に設けることなく行うことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的のもと、本発明は、回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段とを備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断装置であって、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度に基づいて前記検出装置の故障を診断する故障診断手段とを備えることを特徴とする故障診断装置である。
【０００６】
ここで、前記零回転角度演算手段は、前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、前記零回転角度演算手段は、前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、前記故障診断手段は、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度が許容範囲外である状態が予め定められた期間継続した場合に前記検出装置に故障が生じていると判断することが好適である。
【０００７】
他の観点から捉えると、本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、前記零回転角度演算手段が演算した前記零回転角度に基づいて故障を診断する故障診断手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置である。
【０００８】
ここで、前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
【０００９】
また、前記故障診断手段は、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度が許容範囲外である状態が予め定められた期間継続した場合に故障が生じていると判断することが好適である。
また、前記回転体は歯車を有し、前記第１の従動体は第１の従動歯車を有し、前記第２の従動体は前記第１の従動歯車の歯数とは異なる歯数を有する第２の従動歯車を有し、前記第１の従動体および前記第２の従動体は、前記第１の従動歯車および前記第２の従動歯車が前記歯車により回転力が付与されることにより前記回転体の回転に連動して回転することが好適である。
【００１０】
また、他の観点から捉えると、本発明は、回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段とを備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断方法であって、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算し、演算した零回転角度に基づいて前記検出装置の故障を診断することを特徴とする故障診断方法である。
【００１１】
ここで、前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、故障検出を、故障検出専用の回路などを別に設けることなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る検出装置を適用した電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図２】実施の形態に係る検出装置の斜視図である。
【図３】第２の回転軸の回転角度と、第２の歯車，第３の歯車の回転角度との関係を示す図である。
【図４】ＥＣＵが行う第２の回転軸の回転角度演算処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】第２の歯車の回転角度と第３の歯車の回転角度との関係を例示した図である。
【図６】第２の歯車の回転角度が第３の歯車の回転角度に対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の歯車の回転角度と第３の歯車の回転角度との関係を示す図である。
【図７】第２の歯車の回転角度が第３の歯車の回転角度に対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の回転軸の回転角度と、第２の歯車，第３の歯車の回転角度との関係を示す図である。
【図８】交差角を１２０度とした場合の、第２の歯車の回転角度と第２の歯車の累積の回転角度とを示す図である。
【図９】ＥＣＵが行う故障診断処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】ＥＣＵが行う故障診断処理の他の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（実施の形態）について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る検出装置１を適用した電動パワーステアリング装置１００の断面図である。図２は、実施の形態に係る検出装置１の斜視図である。なお、図２においては、構成を分かり易くするために後述するフラットケーブルカバー５０およびベース６０の一部は省略して示している。
【００１５】
検出装置１は、ハウジング１１０に回転可能に支持された第１の回転軸１２０と、同じくハウジング１１０に回転可能に支持された回転体の一例としての第２の回転軸１３０との相対角度を検出すると共に第２の回転軸１３０の回転角度を検出する装置である。
ハウジング１１０は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム（以下、「車体」と称する場合もある。）に固定される部材であり、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２とが、例えばボルトなどにより結合されて構成される。
第１の回転軸１２０は、例えばステアリングホイールが連結される回転軸であり、軸受１１３を介して第１ハウジング１１１に回転可能に支持されている。
【００１６】
第２の回転軸１３０は、トーションバー１４０を介して第１の回転軸１２０に同軸的に結合されていると共に軸受１１４を介して第２ハウジング１１２に回転可能に支持されている。また、第２の回転軸１３０に形成されたピニオン１３１が、車輪に連結されるラック軸（不図示）のラック（不図示）と噛み合っている。そして、第２の回転軸１３０の回転運動がピニオン１３１，ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。
また、第２の回転軸１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、第２ハウジング１１２に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。
【００１７】
以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出装置１にて検出し、その検出トルクに基づいて電動モータ１６０を駆動し、電動モータ１６０の発生トルクをウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転軸１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。
【００１８】
以下に、検出装置１について詳述する。
検出装置１は、第１の回転軸１２０に取り付けられる第１の磁石１０と、ハウジング１１０に固定される第１の歯車２０と、を有している。また、検出装置１は、第２の回転軸１３０の回転に伴い、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として公転しつつ第１の歯車２０と噛み合って自転する第１の従動歯車の一例としての第２の歯車３０を有する。また、検出装置１は、第２の回転軸１３０の回転に伴い、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として公転しつつ第１の歯車２０と噛み合って自転し、第２の歯車３０の歯数とは異なる歯数の第３の歯車４０を有する。この第３の歯車４０は、第２の従動歯車の一例である。
【００１９】
第１の磁石１０は、ドーナツ状であり、その内側に第１の回転軸１２０が嵌合され、第１の回転軸１２０と共に回転する。そして、少なくとも外周面に、Ｎ極およびＳ極が交互に配置されている。
第１の歯車２０は、フラットケーブルカバー５０の上部の内周面の全周に設けられた歯車である。フラットケーブルカバー５０が、ハウジング１１０の第２ハウジング１１２に固定されることで、第１の歯車２０は、ハウジング１１０に固定される。
【００２０】
フラットケーブルカバー５０をハウジング１１０に固定する態様としては、以下の態様を例示することができる。すなわち、フラットケーブルカバー５０の外周面に、周方向に等間隔に複数個（本実施の形態においては９０度間隔に４個）の凸部５０ａを、外側に延出するように形成する。一方、ハウジング１１０の第２ハウジング１１２に、凸部５０ａが嵌合される凹部１１２ａを、凸部５０ａと同数個形成する。そして、フラットケーブルカバー５０の凸部５０ａを第２ハウジング１１２に形成した凹部１１２ａに嵌合することで、第２の回転軸１３０の回転方向の位置決めを行う。そして、第１ハウジング１１１でフラットケーブルカバー５０の上面を押さえることで第２の回転軸１３０の軸方向の位置決めを行う。
【００２１】
検出装置１は、第２の回転軸１３０に固定されて、第２の回転軸１３０と共に回転するベース６０を有している。そして、第２の歯車３０および第３の歯車４０が、ベース６０に回転可能に支持されている。言い換えれば、第２の歯車３０および第３の歯車４０は、ハウジング１１０に固定されるフラットケーブルカバー５０に対して、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として回転可能に設けられている。
第２の歯車３０の内側には、半円柱状のＮ極と半円柱状のＳ極とを有する円柱状の第２の磁石３０ａが例えばインサート成形により装着されている。また、第３の歯車４０の内側には、同じく半円柱状のＮ極と半円柱状のＳ極とを有する円柱状の第３の磁石４０ａが例えばインサート成形により装着されている。これら第２の歯車３０と第２の磁石３０ａとで第１の従動体の一例を構成し、第３の歯車４０と第３の磁石４０ａとで第２の従動体の一例を構成する。
【００２２】
第２の歯車３０を、ベース６０に回転可能に支持する態様としては、以下の態様を例示することができる。図１に示すように、ベース６０に円柱状の凹部６０ａを設け、凹部６０ａにベアリング６１を装着する。他方、第２の歯車３０の下面に円柱状の凸部３０ｂを設ける。そして、第２の歯車３０の凸部３０ｂを、ベアリング６１の内周面に嵌合する。または、第２の歯車３０の回転中心部に、つまり第２の磁石３０ａの中心部に非磁性体の回転軸を設け、この回転軸をベース６０に設けた軸受け（例えば、ベアリング）に嵌合してもよい。第３の歯車４０も上述した態様でベース６０に回転可能に支持する。
【００２３】
ベース６０には、配線パターン（不図示）が形成されたプリント基板７０が、第２の歯車３０および第３の歯車４０との間で所定の間隙を形成するように、例えばネジ止めなどにより装着されている。言い換えれば、プリント基板７０は、ハウジング１１０に固定されるフラットケーブルカバー５０に対して、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として回転可能に設けられている。
プリント基板７０には、図１，２に示すように、第１の回転軸１２０の半径方向には第１の磁石１０の外周面の外側であり、第１の回転軸１２０の軸方向には第１の磁石１０が設けられた領域内となるように相対角度センサ７１が装着されている。本実施の形態に係る相対角度センサ７１は、磁界によって抵抗値が変化することを利用した磁気センサであるＭＲセンサ（磁気抵抗素子）であることを例示することができる。そして、この相対角度センサ７１が、第１の磁石１０から発生される磁界に基づいて第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を検出する相対角度検出手段を構成する。
【００２４】
また、プリント基板７０には、第２の磁石３０ａの中央部と対向する位置に、第２の磁石３０ａとの間で所定の間隙を形成するように第１の検出手段の一例としての第１の回転角度センサ７２が装着されている。また、プリント基板７０には、第３の磁石４０ａの中央部と対向する位置に、第３の磁石４０ａとの間で所定の間隙を形成するように第２の検出手段の一例としての第２の回転角度センサ７３が装着されている。本実施の形態に係る第１，２の回転角度センサ７２，７３も、ＭＲセンサ（磁気抵抗素子）であることを例示することができる。そして、この第１，２の回転角度センサ７２，７３が、第２の歯車３０の自転の角度と第３の歯車４０の自転の角度とに基づいて第２の回転軸１３０の回転角度を検出する回転角度検出手段を構成する。
【００２５】
また、プリント基板７０には、配線パターンと電気的に接続されたコネクタ７４が取り付けられており、このコネクタ７４には、フラットケーブル８０の一方の先端部に設けられたコネクタ（不図示）が接続されている。フラットケーブル８０は、図２に示すように、ベース６０の下方であってフラットケーブルカバー５０の内側で渦状に巻かれている。そして、フラットケーブル８０の一方の先端部は、ベース６０に形成された孔を介してベース６０の上方のコネクタ７４に接続されている。また、フラットケーブル８０の他方の先端部は、フラットケーブルカバー５０に形成された孔を介してフラットケーブルカバー５０の内部から外部へ出され、フラットケーブルカバー５０の外側で、例えば電動パワーステアリング装置１００の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）（不図示）のプリント基板（制御基板）に設けられたコネクタ（不図示）に接続される。
【００２６】
また、検出装置１は、相対角度センサ７１の検出値を基に第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を演算する相対角度演算手段（不図示）と、第１，第２の回転角度センサ７２，７３の検出値を基に第２の回転軸１３０の回転角度を演算する回転角度演算手段（不図示）と、を備えている。相対角度演算手段は、上述した相対角度検出手段を構成し、回転角度演算手段は上述した回転角度検出手段を構成する。そして、これらの演算手段は、プリント基板７０とは別にフラットケーブルカバー５０の外側に設けたプリント基板（例えば上述したＥＣＵに設けられた基板）に装着してもよいし、プリント基板７０に装着してもよい。
【００２７】
演算手段を、プリント基板７０とは別のプリント基板に装着する場合には、相対角度センサ７１および第１，２の回転角度センサ７２，７３の検出値は、フラットケーブル８０を介して演算手段に出力されるようにする。また、演算手段を、プリント基板７０に装着する場合には、演算手段にて相対角度センサ７１および第１，２の回転角度センサ７２，７３の検出値に基づいて相対角度あるいは回転角度を演算した後に、演算した結果を、フラットケーブル８０を介してＥＣＵに出力する。
【００２８】
次に、回転角度演算手段がＥＣＵに設けられているものとして、第２の回転軸１３０の回転角度を検出する態様について詳細に説明する。
図３は、第２の回転軸１３０の回転角度と、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度との関係を示す図である。
第１の歯車２０の歯数は、例えば９０個、第２の歯車３０の歯数は、例えば３６個、第３の歯車４０の歯数は、例えば３９個である。そして、これら第１の歯車２０の歯数と第２の歯車３０の歯数との関係、第１の歯車２０の歯数と第３の歯車４０の歯数との関係を考慮すると共に、第２の歯車３０の歯数と第３の歯車４０の歯数とが異なる点を考慮すると、図３に示すような、第２の回転軸１３０の回転角度と、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度との関係を示す図を得ることができる。
【００２９】
第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３は、それぞれ、例えば、検出した第２の歯車３０または第３の歯車４０の回転角度に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号ＰＷＭを予め定められた周期で出力する。
そして、ＥＣＵは、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて、言い換えれば第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３により入力された検出結果に基づいて第２の回転軸１３０の回転角度を演算する。
【００３０】
ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路であり、予め定められた周期で、キャプチャ・レジスタに取り込んだ、最新のパルス幅変調信号ＰＷＭのＯＮパルスの時間を読み込み、この時間および周期に基づいて第２の回転軸１３０の回転角度を演算する演算処理を行う。
以下、フローチャートを用いて、ＥＣＵが行う第２の回転軸１３０の回転角度演算処理について説明する。
図４は、ＥＣＵが行う第２の回転軸１３０の回転角度演算処理の手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、予め定められた周期にてこの回転角度演算処理を行う。
【００３１】
ＥＣＵは、先ず、第２の歯車３０の回転角度θＡを算出する（ステップ４０１）。これは、キャプチャ・レジスタに取り込んだ最新の第２の歯車３０の回転角度に応じたＰＷＭ信号のＯＮ時間と周期に基づいて算出する処理である。
ＥＣＵは、次に、第３の歯車４０の回転角度θＢを算出する（ステップ４０２）。これは、キャプチャ・レジスタに取り込んだ最新の第３の歯車４０の回転角度に応じたＰＷＭ信号のＯＮ時間と周期に基づいて算出する処理である。
【００３２】
次に、ＥＣＵは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを算出する（ステップ４０３）。これは、ステップ４０１にて算出された回転角度θＡからステップ４０２にて算出された回転角度θＢを減算することにより算出する処理である（ΔθＡＢ＝θＡ−θＢ）。
その後、ＥＣＵは、ステップ４０３にて算出した角度差ΔθＡＢが０度（ｄｅｇ）よりも小さいか否かを判別する（ステップ４０４）。そして、ステップ４０４にて肯定判定した場合には、ステップ４０３にて算出した角度差ΔθＡＢに３６０度を加算した値をΔθＡＢに置き換え（ΔθＡＢ←ΔθＡＢ＋３６０）（ステップ４０５）、ステップ４０６へ進む。他方、ステップ４０４にて否定判定した場合には、ステップ４０６へ進む。
【００３３】
そして、ステップ４０６において、第２の回転軸１３０の回転角度φを算出する（ステップ４０６）。これは、以下の式（１）により算出する処理である。
φ＝ΔθＡＢ×Ｋ１・・・（１）
ここで、Ｋ１は、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを第２の回転軸１３０の回転角度φに変換する係数であり、第１の歯車２０の歯数、第２の歯車３０の歯数、第３の歯車４０の歯数、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３の検出角度である３６０度に依存する係数である。
このようにして、ＥＣＵは、第２の回転軸１３０の回転角度φを算出する。
【００３４】
次に、以上のように構成された検出装置１を構成する、第１の歯車２０、第２の歯車３０、第３の歯車４０、第１の回転角度センサ７２、第２の回転角度センサ７３などに故障が生じたか否かを診断する故障診断装置について説明する。
本実施の形態に係る故障診断装置は、検出装置１を乗り物に組み付けた時に固定される第２の歯車３０および第３の歯車４０の回転角度θＡ，θＢと、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢとに基づいて故障を診断する。
【００３５】
以下、より具体的に説明する。上述したように、本実施の形態に係る検出装置１は、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢに基づいて第２の回転軸１３０の回転角度φを検出する装置であるため、検出可能な第２の回転軸１３０の回転角度φの範囲内では、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなるポイント（回転角度）は１点しか存在しない。このポイント（回転角度）は、設計レイアウトや組み付け精度によって定まり、検出装置１を乗り物に組み付けた後は、検出装置１が正常に作動する限り変化することがない。かかる点に着目し、本実施の形態に係る故障診断装置においては、定期的に、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなる回転角度（以下、「交差角θＫ」と称する場合もある。）を算出し、この交差角θＫの変化に基づいて故障を診断する。つまり、交差角θＫの変化が大きい場合には、第１の歯車２０あるいは第２の歯車３０の固着などの回転不良、第１の回転角度センサ７２あるいは第２の回転角度センサ７３の故障などのセンシング不良、第１の回転角度センサ７２あるいは第２の回転角度センサ７３からの信号の伝達不良などが発生し、検出装置１に故障が発生しているものと判断する。
【００３６】
なお、交差角θＫは、言い換えれば、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢが零となる零回転角度である。
また、本実施の形態に係る故障診断装置は、交差角θＫを演算し、この交差角θＫの変化に基づいて故障を診断するものであり、上述した演算手段と同様に、ＥＣＵに備えられていてもよいし、プリント基板７０に備えられていてもよい。
【００３７】
以下に、第１の歯車２０の歯数が９０個、第２の歯車３０の歯数が３６個、第３の歯車４０の歯数が３９個であることを前提として説明する。
図５は、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を例示した図である。横軸に第２の歯車３０の回転角度θＡを、縦軸に第３の歯車４０の回転角度θＢを取り、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を細線で示している。この細線を見ると、例えば、第３の歯車４０の回転角度θＢが零度である場合には、第２の歯車３０の回転角度θＡが、３０度、６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度、２１０度、２４０度、２７０度、３００度、３３０度となり得ることを示している。
【００３８】
また、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなる線を太線で示している。
そして、図５に例示した、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係では、細線と太線とが交わるポイント（回転角度）は零（３６０）度である。このことは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが零（３６０）度であるときに、唯一第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなることを示しており、かかる場合には、零度（３６０度）が上述した交差角θＫとなる。
なお、図３に示した、第２の回転軸１３０の回転角度と、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度との関係は、この交差角θＫが零度（３６０度）である場合の関係を示した図である。
【００３９】
ところで、設計レイアウトでは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなるポイント（回転角度）が零度、つまり設計段階の交差角θＫが零度となるように設計されたとしても、検出装置１を乗り物に組み付けた後の交差角θＫが零度とならない場合がある。これは、第２の歯車３０、第３の歯車４０などの製品の寸法バラツキや検出装置１の電動パワーステアリング装置１００への組み付け精度の悪さに起因するものである。
【００４０】
図６は、第２の歯車３０の回転角度θＡが第３の歯車４０の回転角度θＢに対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を示す図である。図７は、第２の歯車３０の回転角度θＡが第３の歯車４０の回転角度θＢに対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の回転軸１３０の回転角度と、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度との関係を示す図である。
【００４１】
図６には、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなる線である太線と、第２の歯車３０の回転角度θＡが第３の歯車４０の回転角度θＢに対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を示す細線とが交わるポイント（回転角度）、つまり交差角θＫが１２０度となることを示している。
【００４２】
このように、検出装置１を乗り物に組み付けた後には、設計段階の交差角θＫからずれるおそれがある。しかしながら、組み付けた後は、検出装置１が正常に作動する限り、交差角θＫが変化することはない。
そこで、本実施の形態に係る故障診断装置においては、検出装置１を乗り物に組み付けた後、その乗り物がユーザに使用される前の段階の、好ましくは検出装置１を乗り物に組み付けた直後の、交差角（以下、「初期交差角θＫ０」という。）を認識する。そして、定期的に、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて交差角θＫを算出し、この算出した交差角θＫと初期交差角θＫ０とに基づいて故障を診断する。
【００４３】
以下に、故障診断装置がＥＣＵに設けられているものとして、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて交差角θＫを算出する手法について説明する。
図８は、交差角θＫを１２０度とした場合の、第２の歯車３０の回転角度θＡと第２の歯車３０の累積の回転角度θＬＡとを示す図である。
図８を見ても分かるとおり、第２の歯車３０の累積の回転角度θＬＡは、以下の式（２）により算出することができる。
θＬＡ＝３６０×ｎ＋θＡ−θＫ・・・（２）
ｎは、第２の歯車３０の、３６０度→０度のまたぎ回数である。図８ではｎ＝２である場合を示している。
【００４４】
また、同様に、第３の歯車４０の累積の回転角度θＬＢは、以下の式（３）により算出することができる。
θＬＢ＝３６０×ｍ＋θＢ−θＫ・・・（３）
ｍは、第３の歯車４０の、３６０度→０度のまたぎ回数である。
【００４５】
一方、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢと、第２の歯車３０の累積の回転角度θＬＡとの関係は、以下の式（４）の関係となる。
θＬＡ＝ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ・・・（４）
ここで、ＫＡは、第２の歯車３０の減速比であり、第１の歯車２０の歯数を第２の歯車３０の歯数で除した値（＝第１の歯車２０の歯数／第２の歯車３０の歯数）である。
【００４６】
また、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢと、第３の歯車４０の累積の回転角度θＬＢとの関係は、以下の式（５）の関係となる。
θＬＢ＝ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＢ・・・（５）
ここで、ＫＢは、第３の歯車４０の減速比であり、第１の歯車２０の歯数を第３の歯車４０の歯数で除した値（＝第１の歯車２０の歯数／第３の歯車４０の歯数）である。
【００４７】
上記式（２）および式（４）により、
３６０×ｎ＋θＡ−θＫ＝ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ
が成り立ち、この式を整理すると、
θＫ＝３６０×ｎ＋θＡ−ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡであり、
θＫ＝３６０×ｎ−（ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ−θＡ）・・・（６）
となる。
同様に、上記式（３）および式（５）により、
θＫ＝３６０×ｍ−（ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＢ−θＢ）・・・（７）
となる。
【００４８】
ただし、式（６）において、故障診断装置を備えるＥＣＵの起動直後等、交差角θＫからの３６０度→０度またぎ回数である上述した、ｎを特定できない場合を考慮し、式（６）の「ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ−θＡ」を３６０で除算した場合の余りを、３６０から減算することで交差角θＫを算出する。つまり、以下の式（８）により交差角θＫを算出する。
θＫ＝３６０−ＭＯＤ｛（３６０＋ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ−θＡ），３６０｝・・・（８）
なお、ＭＯＤ｛Ｘ，Ｙ｝は、ＸをＹで除算した場合の余りのことである。
同様に、式（７）を変形した、以下の式（９）により交差角θＫを算出してもよい。
θＫ＝３６０−ＭＯＤ｛（３６０＋ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＢ−θＢ），３６０｝・・・（９）
【００４９】
そして、故障診断装置は、上述した式（８）あるいは式（９）を用いて算出した交差角θＫが許容範囲外の状態を予め定められた期間継続した場合に、検出装置１に故障が生じているものと判断する。
なお、許容範囲は、初期交差角θＫ０に基づいて定めることが好適である。例えば、初期交差角θＫ０±α度内を許容範囲内とし、算出した交差角θＫが初期交差角θＫ０±α度の範囲外の状態を予め定められた期間継続した場合に、検出装置１に故障が生じているものと判断する。その際、初期交差角θＫ０が零度である場合は３６０度として用いる。
【００５０】
以下、フローチャートを用いて、故障診断装置の一例としてのＥＣＵが行う故障診断処理について説明する。
図９は、ＥＣＵが行う故障診断処理の手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、予め定められた周期にてこの故障診断処理を行う。なお、回転角度演算処理と同じ周期でこの故障診断処理を行うことが好適である。
【００５１】
ＥＣＵは、先ず、第２の歯車３０の回転角度θＡを算出する（ステップ９０１）。これは、上述した回転角度演算処理におけるステップ４０１と同じ処理である。なお、回転角度演算処理におけるステップ４０１にて算出した第２の歯車３０の回転角度θＡをＲＡＭに記憶しておき、ここではＲＡＭに記憶した値を読み込むようにしてもよい。
【００５２】
ＥＣＵは、次に、第３の歯車４０の回転角度θＢを算出する（ステップ９０２）。これは、上述した回転角度演算処理におけるステップ４０２と同じ処理である。なお、回転角度演算処理におけるステップ４０２にて算出した第３の歯車４０の回転角度θＢをＲＡＭに記憶しておき、ここではＲＡＭに記憶した値を読み込むようにしてもよい。
【００５３】
次に、ＥＣＵは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを算出する（ステップ９０３）。これは、ステップ９０１にて算出された回転角度θＡからステップ９０２にて算出された回転角度θＢを減算することにより算出する処理であり、上述した回転角度演算処理におけるステップ４０３と同じ処理である。
【００５４】
その後、ＥＣＵは、ステップ９０３にて算出した角度差ΔθＡＢが０度（ｄｅｇ）よりも小さいか否かを判別する（ステップ９０４）。そして、ステップ９０４にて肯定判定した場合には、ステップ９０３にて算出した角度差ΔθＡＢに３６０度を加算した値をΔθＡＢに置き換え（ΔθＡＢ←ΔθＡＢ＋３６０）（ステップ９０５）、ステップ９０６へ進む。他方、ステップ９０４にて否定判定した場合には、ステップ９０６へ進む。
なお、ステップ９０３〜９０５の代わりに、ＲＡＭに記憶した、回転角度演算処理で算出した最終的な角度差ΔθＡＢを読み込むようにしてもよい。
【００５５】
そして、ステップ９０６において、交差角θＫを算出する（ステップ９０６）。これは、上述した式（８）あるいは式（９）により算出する処理である。つまり、式（８）に、ステップ９０１にて算出した回転角度θＡ、ステップ９０３あるいはステップ９０５にて算出した角度差ΔθＡＢを代入することにより算出する処理である。あるいは、式（９）に、ステップ９０２にて算出した回転角度θＢ、ステップ９０３あるいはステップ９０５にて算出した角度差ΔθＡＢを代入することにより算出する処理である。
【００５６】
そして、ＥＣＵは、ステップ９０６において算出した交差角θＫが許容範囲内か否かを判別する（ステップ９０７）。そして、ステップ９０７にて否定判定した場合には、カウント値Ｃｎを１つ加算する（Ｃｎ←Ｃｎ＋１）（ステップ９０８）。その後、カウント値Ｃｎが予め定められた値ＣＴ以上であるか否かを判別する（ステップ９０９）。そして、ステップ９０９にて肯定判定した場合には、交差角θＫが許容範囲外の状態を予め定められた期間継続したとして、検出装置１に故障が生じていると判断する（ステップ９１０）。他方、ステップ９０９にて否定判定した場合には、未だ予め定められた期間継続していないとして故障診断処理を終了する。
一方、ステップ９０７にて肯定判定、つまり交差角θＫは許容範囲内であると判定した場合には、カウント値Ｃｎを零にし（Ｃｎ←０）（ステップ９１１）、故障診断処理を終了する。
【００５７】
かかる処理により、故障診断装置は、算出した交差角θＫに基づいて検出装置１に故障が生じているか否かを診断することができる。そして、このように、故障診断装置が算出した交差角θＫに基づいて、ひいては第２の回転軸１３０の回転角度φを算出するのに用いる第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて検出装置１に故障が生じているか否かを診断することができるので、故障診断専用の回路などを別に設けることなく故障が生じているか否かを診断することができる。
なお、故障診断装置の一例としてのＥＣＵが上述したステップ９０６の処理を行うことにより、ＥＣＵは、零回転角度演算手段の一例であり、上述したステップ９０７〜９１０の処理を行うことにより、ＥＣＵは、故障診断手段の一例である。
【００５８】
なお、上述した、故障診断処理においては、算出した交差角θＫが、初期交差角θＫ０に基づいて定められた許容角度の範囲外の状態を予め定められた期間継続した場合（予め定められた周期でカウントされるカウント値Ｃｎが予め定められた値ＣＴ以上となった場合）に、検出装置１に故障が生じていると判断するが、かかる態様に限定されない。
例えば、算出した交差角θＫと初期交差角θＫ０との偏差が、予め定められた偏差の上限値以上となる状態が予め定められた期間継続した場合に、検出装置１に故障が生じていると判断してもよい。
【００５９】
また、交差角θＫの変化量が予め定められた範囲内にある状態の最新の交差角θＫを変化量判定の基準点とし、その基準点からの交差角θＫの変化量が予め定められた値以上の状態を一定期間継続した場合に、検出装置１に故障が生じていると判断してもよい。以下、より具体的に説明する。
図１０は、故障診断装置の一例としてのＥＣＵが行う故障診断処理の他の手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、予め定められた周期にて、この手順に従って故障診断処理を行ってもよい。以下では、図９に示したフローチャートにおける手順と異なる点について主に述べ、同じ処理については同じステップ番号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６０】
ステップ９０６において、交差角θＫを算出した後、交差角θＫの基準角θＣＰに対する変化量ΔθＫを算出する（ΔθＫ＝θＫ−θＣＰ）（ステップ１０１２）。基準角θＣＰは、算出した交差角θＫを基に故障が生じているか否かを判断する際に基準となる角度であり、基準角θＣＰの初期値としては、初期交差角θＫ０を用いることが好ましい。
【００６１】
そして、変化量ΔθＫの絶対値が予め定められた、許容可能な変化量の上限値θＵ以上であるか否かを判別する（ステップ１００７）。そして、肯定判定された場合には、図１０に示すようにステップ９０８以降の処理を実行する。他方、ステップ１００７にて否定判定された場合には、カウント値Ｃｎを零にし（Ｃｎ←０）（ステップ９１１）、ステップ９０６において算出した交差角θＫを、基準角θＣＰに置換する（θＣＰ←θＫ）（ステップ１０１３）。
【００６２】
これにより、次回以降の故障診断処理において、今回算出され、許容可能な状態にある交差角θＫを基準として、故障診断がなされることとなる。そして、かかる態様でも、故障診断装置は、算出した交差角θＫに基づいて検出装置１に故障が生じているか否かを精度高く診断することが可能となる。
【００６３】
なお、上述した実施の形態においては、検出装置１の故障を診断する故障診断装置が検出装置１とは別に存在するように述べているが、故障診断機能を備えた検出装置１と捉えてもよいことは言うまでもない。つまり、図４のフローチャートを用いて説明した回転角度演算処理、および図９あるいは図１０のフローチャートを用いて説明した故障診断処理を行う例えばＥＣＵ、第１の歯車２０、第２の歯車３０、第１の回転角度センサ７２、第２の回転角度センサ７３などを含めて検出装置１として捉え、故障診断機能を備えた検出装置と解してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…検出装置、１０…第１の磁石、４０…第３の歯車、５０…フラットケーブルカバー、６０…ベース、７０…プリント基板、７１…相対角度センサ、７２…第１の回転角度センサ、７３…第２の回転角度センサ、８０…フラットケーブル、１００…電動パワーステアリング装置、１１０…ハウジング、１２０…第１の回転軸、１３０…第２の回転軸、１４０…トーションバー、１５０…ウォームホイール、１６０…電動モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置の故障を診断する故障診断装置、回転角度検出装置および故障診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、３６０度を越えて回転可能な回転体の回転角度を検出する装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、以下のように構成された回転角度検出装置が記載されている。すなわち、回転可能な回転体は、ｎ個の歯が形成された歯車を有している。この歯車は、ｍ個の歯を有している歯車とｍ＋１個の歯を有している２つの歯車に係合されている。これら２つの歯車の角度ψとθは２つの周期的な角度センサを用いて測定される。この測定は接触式か又は非接触式に行われる。そして、これらの角度センサはそれぞれ電子評価回路に接続されており、この評価回路は、回転体の回転角度φの検出に必要な計算を行う。このように構成された回転角度検出装置において、いわゆる絶対値センサである２つの角度センサは、回転角度検出装置のスイッチオン直後に、スイッチオン時の２つの歯車の回転角度ψとθを供給する。これらの角度値、回転体の歯車の角度マークないし歯の数、および２つの歯車の角度マークないし歯の数により、回転体の角度φを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７９２７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転角度検出装置が、角度センサから送信される２つの歯車の回転角度のデータを基に、電子制御ユニット（ＥＣＵ）にて回転体の回転角度を算出する構成である場合、２つの歯車、角度センサ、ハーネス、ＥＣＵ側のインターフェース回路などの故障の検出はこの電子制御ユニットで行う必要がある。そして、この故障検出を、故障検出専用の回路などを別に設けることなく行うことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的のもと、本発明は、回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段とを備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断装置であって、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度に基づいて前記検出装置の故障を診断する故障診断手段とを備えることを特徴とする故障診断装置である。
【０００６】
ここで、前記零回転角度演算手段は、前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、前記零回転角度演算手段は、前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、前記故障診断手段は、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度が許容範囲外である状態が予め定められた期間継続した場合に前記検出装置に故障が生じていると判断することが好適である。
【０００７】
他の観点から捉えると、本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、前記零回転角度演算手段が演算した前記零回転角度に基づいて故障を診断する故障診断手段と、を備えることを特徴とする回転角度検出装置である。
【０００８】
ここで、前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
【０００９】
また、前記故障診断手段は、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度が許容範囲外である状態が予め定められた期間継続した場合に故障が生じていると判断することが好適である。
また、前記回転体は歯車を有し、前記第１の従動体は第１の従動歯車を有し、前記第２の従動体は前記第１の従動歯車の歯数とは異なる歯数を有する第２の従動歯車を有し、前記第１の従動体および前記第２の従動体は、前記第１の従動歯車および前記第２の従動歯車が前記歯車により回転力が付与されることにより前記回転体の回転に連動して回転することが好適である。
【００１０】
また、他の観点から捉えると、本発明は、回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段とを備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断方法であって、前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算し、演算した零回転角度に基づいて前記検出装置の故障を診断することを特徴とする故障診断方法である。
【００１１】
ここで、前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
また、前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、故障検出を、故障検出専用の回路などを別に設けることなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る検出装置を適用した電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図２】実施の形態に係る検出装置の斜視図である。
【図３】第２の回転軸の回転角度と、第２の歯車，第３の歯車の回転角度との関係を示す図である。
【図４】ＥＣＵが行う第２の回転軸の回転角度演算処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】第２の歯車の回転角度と第３の歯車の回転角度との関係を例示した図である。
【図６】第２の歯車の回転角度が第３の歯車の回転角度に対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の歯車の回転角度と第３の歯車の回転角度との関係を示す図である。
【図７】第２の歯車の回転角度が第３の歯車の回転角度に対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の回転軸の回転角度と、第２の歯車，第３の歯車の回転角度との関係を示す図である。
【図８】交差角を１２０度とした場合の、第２の歯車の回転角度と第２の歯車の累積の回転角度とを示す図である。
【図９】ＥＣＵが行う故障診断処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】ＥＣＵが行う故障診断処理の他の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（実施の形態）について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る検出装置１を適用した電動パワーステアリング装置１００の断面図である。図２は、実施の形態に係る検出装置１の斜視図である。なお、図２においては、構成を分かり易くするために後述するフラットケーブルカバー５０およびベース６０の一部は省略して示している。
【００１５】
検出装置１は、ハウジング１１０に回転可能に支持された第１の回転軸１２０と、同じくハウジング１１０に回転可能に支持された回転体の一例としての第２の回転軸１３０との相対角度を検出すると共に第２の回転軸１３０の回転角度を検出する装置である。
ハウジング１１０は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム（以下、「車体」と称する場合もある。）に固定される部材であり、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２とが、例えばボルトなどにより結合されて構成される。
第１の回転軸１２０は、例えばステアリングホイールが連結される回転軸であり、軸受１１３を介して第１ハウジング１１１に回転可能に支持されている。
【００１６】
第２の回転軸１３０は、トーションバー１４０を介して第１の回転軸１２０に同軸的に結合されていると共に軸受１１４を介して第２ハウジング１１２に回転可能に支持されている。また、第２の回転軸１３０に形成されたピニオン１３１が、車輪に連結されるラック軸（不図示）のラック（不図示）と噛み合っている。そして、第２の回転軸１３０の回転運動がピニオン１３１，ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。
また、第２の回転軸１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、第２ハウジング１１２に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。
【００１７】
以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出装置１にて検出し、その検出トルクに基づいて電動モータ１６０を駆動し、電動モータ１６０の発生トルクをウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転軸１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。
【００１８】
以下に、検出装置１について詳述する。
検出装置１は、第１の回転軸１２０に取り付けられる第１の磁石１０と、ハウジング１１０に固定される第１の歯車２０と、を有している。また、検出装置１は、第２の回転軸１３０の回転に伴い、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として公転しつつ第１の歯車２０と噛み合って自転する第１の従動歯車の一例としての第２の歯車３０を有する。また、検出装置１は、第２の回転軸１３０の回転に伴い、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として公転しつつ第１の歯車２０と噛み合って自転し、第２の歯車３０の歯数とは異なる歯数の第３の歯車４０を有する。この第３の歯車４０は、第２の従動歯車の一例である。
【００１９】
第１の磁石１０は、ドーナツ状であり、その内側に第１の回転軸１２０が嵌合され、第１の回転軸１２０と共に回転する。そして、少なくとも外周面に、Ｎ極およびＳ極が交互に配置されている。
第１の歯車２０は、フラットケーブルカバー５０の上部の内周面の全周に設けられた歯車である。フラットケーブルカバー５０が、ハウジング１１０の第２ハウジング１１２に固定されることで、第１の歯車２０は、ハウジング１１０に固定される。
【００２０】
フラットケーブルカバー５０をハウジング１１０に固定する態様としては、以下の態様を例示することができる。すなわち、フラットケーブルカバー５０の外周面に、周方向に等間隔に複数個（本実施の形態においては９０度間隔に４個）の凸部５０ａを、外側に延出するように形成する。一方、ハウジング１１０の第２ハウジング１１２に、凸部５０ａが嵌合される凹部１１２ａを、凸部５０ａと同数個形成する。そして、フラットケーブルカバー５０の凸部５０ａを第２ハウジング１１２に形成した凹部１１２ａに嵌合することで、第２の回転軸１３０の回転方向の位置決めを行う。そして、第１ハウジング１１１でフラットケーブルカバー５０の上面を押さえることで第２の回転軸１３０の軸方向の位置決めを行う。
【００２１】
検出装置１は、第２の回転軸１３０に固定されて、第２の回転軸１３０と共に回転するベース６０を有している。そして、第２の歯車３０および第３の歯車４０が、ベース６０に回転可能に支持されている。言い換えれば、第２の歯車３０および第３の歯車４０は、ハウジング１１０に固定されるフラットケーブルカバー５０に対して、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として回転可能に設けられている。
第２の歯車３０の内側には、半円柱状のＮ極と半円柱状のＳ極とを有する円柱状の第２の磁石３０ａが例えばインサート成形により装着されている。また、第３の歯車４０の内側には、同じく半円柱状のＮ極と半円柱状のＳ極とを有する円柱状の第３の磁石４０ａが例えばインサート成形により装着されている。これら第２の歯車３０と第２の磁石３０ａとで第１の従動体の一例を構成し、第３の歯車４０と第３の磁石４０ａとで第２の従動体の一例を構成する。
【００２２】
第２の歯車３０を、ベース６０に回転可能に支持する態様としては、以下の態様を例示することができる。図１に示すように、ベース６０に円柱状の凹部６０ａを設け、凹部６０ａにベアリング６１を装着する。他方、第２の歯車３０の下面に円柱状の凸部３０ｂを設ける。そして、第２の歯車３０の凸部３０ｂを、ベアリング６１の内周面に嵌合する。または、第２の歯車３０の回転中心部に、つまり第２の磁石３０ａの中心部に非磁性体の回転軸を設け、この回転軸をベース６０に設けた軸受け（例えば、ベアリング）に嵌合してもよい。第３の歯車４０も上述した態様でベース６０に回転可能に支持する。
【００２３】
ベース６０には、配線パターン（不図示）が形成されたプリント基板７０が、第２の歯車３０および第３の歯車４０との間で所定の間隙を形成するように、例えばネジ止めなどにより装着されている。言い換えれば、プリント基板７０は、ハウジング１１０に固定されるフラットケーブルカバー５０に対して、第２の回転軸１３０の軸心を回転中心として回転可能に設けられている。
プリント基板７０には、図１，２に示すように、第１の回転軸１２０の半径方向には第１の磁石１０の外周面の外側であり、第１の回転軸１２０の軸方向には第１の磁石１０が設けられた領域内となるように相対角度センサ７１が装着されている。本実施の形態に係る相対角度センサ７１は、磁界によって抵抗値が変化することを利用した磁気センサであるＭＲセンサ（磁気抵抗素子）であることを例示することができる。そして、この相対角度センサ７１が、第１の磁石１０から発生される磁界に基づいて第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を検出する相対角度検出手段を構成する。
【００２４】
また、プリント基板７０には、第２の磁石３０ａの中央部と対向する位置に、第２の磁石３０ａとの間で所定の間隙を形成するように第１の検出手段の一例としての第１の回転角度センサ７２が装着されている。また、プリント基板７０には、第３の磁石４０ａの中央部と対向する位置に、第３の磁石４０ａとの間で所定の間隙を形成するように第２の検出手段の一例としての第２の回転角度センサ７３が装着されている。本実施の形態に係る第１，２の回転角度センサ７２，７３も、ＭＲセンサ（磁気抵抗素子）であることを例示することができる。そして、この第１，２の回転角度センサ７２，７３が、第２の歯車３０の自転の角度と第３の歯車４０の自転の角度とに基づいて第２の回転軸１３０の回転角度を検出する回転角度検出手段を構成する。
【００２５】
また、プリント基板７０には、配線パターンと電気的に接続されたコネクタ７４が取り付けられており、このコネクタ７４には、フラットケーブル８０の一方の先端部に設けられたコネクタ（不図示）が接続されている。フラットケーブル８０は、図２に示すように、ベース６０の下方であってフラットケーブルカバー５０の内側で渦状に巻かれている。そして、フラットケーブル８０の一方の先端部は、ベース６０に形成された孔を介してベース６０の上方のコネクタ７４に接続されている。また、フラットケーブル８０の他方の先端部は、フラットケーブルカバー５０に形成された孔を介してフラットケーブルカバー５０の内部から外部へ出され、フラットケーブルカバー５０の外側で、例えば電動パワーステアリング装置１００の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）（不図示）のプリント基板（制御基板）に設けられたコネクタ（不図示）に接続される。
【００２６】
また、検出装置１は、相対角度センサ７１の検出値を基に第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を演算する相対角度演算手段（不図示）と、第１，第２の回転角度センサ７２，７３の検出値を基に第２の回転軸１３０の回転角度を演算する回転角度演算手段（不図示）と、を備えている。相対角度演算手段は、上述した相対角度検出手段を構成し、回転角度演算手段は上述した回転角度検出手段を構成する。そして、これらの演算手段は、プリント基板７０とは別にフラットケーブルカバー５０の外側に設けたプリント基板（例えば上述したＥＣＵに設けられた基板）に装着してもよいし、プリント基板７０に装着してもよい。
【００２７】
演算手段を、プリント基板７０とは別のプリント基板に装着する場合には、相対角度センサ７１および第１，２の回転角度センサ７２，７３の検出値は、フラットケーブル８０を介して演算手段に出力されるようにする。また、演算手段を、プリント基板７０に装着する場合には、演算手段にて相対角度センサ７１および第１，２の回転角度センサ７２，７３の検出値に基づいて相対角度あるいは回転角度を演算した後に、演算した結果を、フラットケーブル８０を介してＥＣＵに出力する。
【００２８】
次に、回転角度演算手段がＥＣＵに設けられているものとして、第２の回転軸１３０の回転角度を検出する態様について詳細に説明する。
図３は、第２の回転軸１３０の回転角度と、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度との関係を示す図である。
第１の歯車２０の歯数は、例えば９０個、第２の歯車３０の歯数は、例えば３６個、第３の歯車４０の歯数は、例えば３９個である。そして、これら第１の歯車２０の歯数と第２の歯車３０の歯数との関係、第１の歯車２０の歯数と第３の歯車４０の歯数との関係を考慮すると共に、第２の歯車３０の歯数と第３の歯車４０の歯数とが異なる点を考慮すると、図３に示すような、第２の回転軸１３０の回転角度と、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度との関係を示す図を得ることができる。
【００２９】
第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３は、それぞれ、例えば、検出した第２の歯車３０または第３の歯車４０の回転角度に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号ＰＷＭを予め定められた周期で出力する。
そして、ＥＣＵは、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて、言い換えれば第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３により入力された検出結果に基づいて第２の回転軸１３０の回転角度を演算する。
【００３０】
ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路であり、予め定められた周期で、キャプチャ・レジスタに取り込んだ、最新のパルス幅変調信号ＰＷＭのＯＮパルスの時間を読み込み、この時間および周期に基づいて第２の回転軸１３０の回転角度を演算する演算処理を行う。
以下、フローチャートを用いて、ＥＣＵが行う第２の回転軸１３０の回転角度演算処理について説明する。
図４は、ＥＣＵが行う第２の回転軸１３０の回転角度演算処理の手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、予め定められた周期にてこの回転角度演算処理を行う。
【００３１】
ＥＣＵは、先ず、第２の歯車３０の回転角度θＡを算出する（ステップ４０１）。これは、キャプチャ・レジスタに取り込んだ最新の第２の歯車３０の回転角度に応じたＰＷＭ信号のＯＮ時間と周期に基づいて算出する処理である。
ＥＣＵは、次に、第３の歯車４０の回転角度θＢを算出する（ステップ４０２）。これは、キャプチャ・レジスタに取り込んだ最新の第３の歯車４０の回転角度に応じたＰＷＭ信号のＯＮ時間と周期に基づいて算出する処理である。
【００３２】
次に、ＥＣＵは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを算出する（ステップ４０３）。これは、ステップ４０１にて算出された回転角度θＡからステップ４０２にて算出された回転角度θＢを減算することにより算出する処理である（ΔθＡＢ＝θＡ−θＢ）。
その後、ＥＣＵは、ステップ４０３にて算出した角度差ΔθＡＢが０度（ｄｅｇ）よりも小さいか否かを判別する（ステップ４０４）。そして、ステップ４０４にて肯定判定した場合には、ステップ４０３にて算出した角度差ΔθＡＢに３６０度を加算した値をΔθＡＢに置き換え（ΔθＡＢ←ΔθＡＢ＋３６０）（ステップ４０５）、ステップ４０６へ進む。他方、ステップ４０４にて否定判定した場合には、ステップ４０６へ進む。
【００３３】
そして、ステップ４０６において、第２の回転軸１３０の回転角度φを算出する（ステップ４０６）。これは、以下の式（１）により算出する処理である。
φ＝ΔθＡＢ×Ｋ１・・・（１）
ここで、Ｋ１は、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを第２の回転軸１３０の回転角度φに変換する係数であり、第１の歯車２０の歯数、第２の歯車３０の歯数、第３の歯車４０の歯数、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３の検出角度である３６０度に依存する係数である。
このようにして、ＥＣＵは、第２の回転軸１３０の回転角度φを算出する。
【００３４】
次に、以上のように構成された検出装置１を構成する、第１の歯車２０、第２の歯車３０、第３の歯車４０、第１の回転角度センサ７２、第２の回転角度センサ７３などに故障が生じたか否かを診断する故障診断装置について説明する。
本実施の形態に係る故障診断装置は、検出装置１を乗り物に組み付けた時に固定される第２の歯車３０および第３の歯車４０の回転角度θＡ，θＢと、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢとに基づいて故障を診断する。
【００３５】
以下、より具体的に説明する。上述したように、本実施の形態に係る検出装置１は、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢに基づいて第２の回転軸１３０の回転角度φを検出する装置であるため、検出可能な第２の回転軸１３０の回転角度φの範囲内では、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなるポイント（回転角度）は１点しか存在しない。このポイント（回転角度）は、設計レイアウトや組み付け精度によって定まり、検出装置１を乗り物に組み付けた後は、検出装置１が正常に作動する限り変化することがない。かかる点に着目し、本実施の形態に係る故障診断装置においては、定期的に、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなる回転角度（以下、「交差角θＫ」と称する場合もある。）を算出し、この交差角θＫの変化に基づいて故障を診断する。つまり、交差角θＫの変化が大きい場合には、第１の歯車２０あるいは第２の歯車３０の固着などの回転不良、第１の回転角度センサ７２あるいは第２の回転角度センサ７３の故障などのセンシング不良、第１の回転角度センサ７２あるいは第２の回転角度センサ７３からの信号の伝達不良などが発生し、検出装置１に故障が発生しているものと判断する。
【００３６】
なお、交差角θＫは、言い換えれば、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢが零となる零回転角度である。
また、本実施の形態に係る故障診断装置は、交差角θＫを演算し、この交差角θＫの変化に基づいて故障を診断するものであり、上述した演算手段と同様に、ＥＣＵに備えられていてもよいし、プリント基板７０に備えられていてもよい。
【００３７】
以下に、第１の歯車２０の歯数が９０個、第２の歯車３０の歯数が３６個、第３の歯車４０の歯数が３９個であることを前提として説明する。
図５は、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を例示した図である。横軸に第２の歯車３０の回転角度θＡを、縦軸に第３の歯車４０の回転角度θＢを取り、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を細線で示している。この細線を見ると、例えば、第３の歯車４０の回転角度θＢが零度である場合には、第２の歯車３０の回転角度θＡが、３０度、６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度、２１０度、２４０度、２７０度、３００度、３３０度となり得ることを示している。
【００３８】
また、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなる線を太線で示している。
そして、図５に例示した、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係では、細線と太線とが交わるポイント（回転角度）は零（３６０）度である。このことは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが零（３６０）度であるときに、唯一第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなることを示しており、かかる場合には、零度（３６０度）が上述した交差角θＫとなる。
なお、図３に示した、第２の回転軸１３０の回転角度と、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度との関係は、この交差角θＫが零度（３６０度）である場合の関係を示した図である。
【００３９】
ところで、設計レイアウトでは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなるポイント（回転角度）が零度、つまり設計段階の交差角θＫが零度となるように設計されたとしても、検出装置１を乗り物に組み付けた後の交差角θＫが零度とならない場合がある。これは、第２の歯車３０、第３の歯車４０などの製品の寸法バラツキや検出装置１の電動パワーステアリング装置１００への組み付け精度の悪さに起因するものである。
【００４０】
図６は、第２の歯車３０の回転角度θＡが第３の歯車４０の回転角度θＢに対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を示す図である。図７は、第２の歯車３０の回転角度θＡが第３の歯車４０の回転角度θＢに対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の回転軸１３０の回転角度と、第２の歯車３０，第３の歯車４０の回転角度との関係を示す図である。
【００４１】
図６には、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとが等しくなる線である太線と、第２の歯車３０の回転角度θＡが第３の歯車４０の回転角度θＢに対して２０度進角した状態で組み付けられた場合の、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの関係を示す細線とが交わるポイント（回転角度）、つまり交差角θＫが１２０度となることを示している。
【００４２】
このように、検出装置１を乗り物に組み付けた後には、設計段階の交差角θＫからずれるおそれがある。しかしながら、組み付けた後は、検出装置１が正常に作動する限り、交差角θＫが変化することはない。
そこで、本実施の形態に係る故障診断装置においては、検出装置１を乗り物に組み付けた後、その乗り物がユーザに使用される前の段階の、好ましくは検出装置１を乗り物に組み付けた直後の、交差角（以下、「初期交差角θＫ０」という。）を認識する。そして、定期的に、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて交差角θＫを算出し、この算出した交差角θＫと初期交差角θＫ０とに基づいて故障を診断する。
【００４３】
以下に、故障診断装置がＥＣＵに設けられているものとして、第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて交差角θＫを算出する手法について説明する。
図８は、交差角θＫを１２０度とした場合の、第２の歯車３０の回転角度θＡと第２の歯車３０の累積の回転角度θＬＡとを示す図である。
図８を見ても分かるとおり、第２の歯車３０の累積の回転角度θＬＡは、以下の式（２）により算出することができる。
θＬＡ＝３６０×ｎ＋θＡ−θＫ・・・（２）
ｎは、第２の歯車３０の、３６０度→０度のまたぎ回数である。図８ではｎ＝２である場合を示している。
【００４４】
また、同様に、第３の歯車４０の累積の回転角度θＬＢは、以下の式（３）により算出することができる。
θＬＢ＝３６０×ｍ＋θＢ−θＫ・・・（３）
ｍは、第３の歯車４０の、３６０度→０度のまたぎ回数である。
【００４５】
一方、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢと、第２の歯車３０の累積の回転角度θＬＡとの関係は、以下の式（４）の関係となる。
θＬＡ＝ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ・・・（４）
ここで、ＫＡは、第２の歯車３０の減速比であり、第１の歯車２０の歯数を第２の歯車３０の歯数で除した値（＝第１の歯車２０の歯数／第２の歯車３０の歯数）である。
【００４６】
また、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢと、第３の歯車４０の累積の回転角度θＬＢとの関係は、以下の式（５）の関係となる。
θＬＢ＝ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＢ・・・（５）
ここで、ＫＢは、第３の歯車４０の減速比であり、第１の歯車２０の歯数を第３の歯車４０の歯数で除した値（＝第１の歯車２０の歯数／第３の歯車４０の歯数）である。
【００４７】
上記式（２）および式（４）により、
３６０×ｎ＋θＡ−θＫ＝ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ
が成り立ち、この式を整理すると、
θＫ＝３６０×ｎ＋θＡ−ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡであり、
θＫ＝３６０×ｎ−（ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ−θＡ）・・・（６）
となる。
同様に、上記式（３）および式（５）により、
θＫ＝３６０×ｍ−（ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＢ−θＢ）・・・（７）
となる。
【００４８】
ただし、式（６）において、故障診断装置を備えるＥＣＵの起動直後等、交差角θＫからの３６０度→０度またぎ回数である上述した、ｎを特定できない場合を考慮し、式（６）の「ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ−θＡ」を３６０で除算した場合の余りを、３６０から減算することで交差角θＫを算出する。つまり、以下の式（８）により交差角θＫを算出する。
θＫ＝３６０−ＭＯＤ｛（３６０＋ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＡ−θＡ），３６０｝・・・（８）
なお、ＭＯＤ｛Ｘ，Ｙ｝は、ＸをＹで除算した場合の余りのことである。
同様に、式（７）を変形した、以下の式（９）により交差角θＫを算出してもよい。
θＫ＝３６０−ＭＯＤ｛（３６０＋ΔθＡＢ×Ｋ１×ＫＢ−θＢ），３６０｝・・・（９）
【００４９】
そして、故障診断装置は、上述した式（８）あるいは式（９）を用いて算出した交差角θＫが許容範囲外の状態を予め定められた期間継続した場合に、検出装置１に故障が生じているものと判断する。
なお、許容範囲は、初期交差角θＫ０に基づいて定めることが好適である。例えば、初期交差角θＫ０±α度内を許容範囲内とし、算出した交差角θＫが初期交差角θＫ０±α度の範囲外の状態を予め定められた期間継続した場合に、検出装置１に故障が生じているものと判断する。その際、初期交差角θＫ０が零度である場合は３６０度として用いる。
【００５０】
以下、フローチャートを用いて、故障診断装置の一例としてのＥＣＵが行う故障診断処理について説明する。
図９は、ＥＣＵが行う故障診断処理の手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、予め定められた周期にてこの故障診断処理を行う。なお、回転角度演算処理と同じ周期でこの故障診断処理を行うことが好適である。
【００５１】
ＥＣＵは、先ず、第２の歯車３０の回転角度θＡを算出する（ステップ９０１）。これは、上述した回転角度演算処理におけるステップ４０１と同じ処理である。なお、回転角度演算処理におけるステップ４０１にて算出した第２の歯車３０の回転角度θＡをＲＡＭに記憶しておき、ここではＲＡＭに記憶した値を読み込むようにしてもよい。
【００５２】
ＥＣＵは、次に、第３の歯車４０の回転角度θＢを算出する（ステップ９０２）。これは、上述した回転角度演算処理におけるステップ４０２と同じ処理である。なお、回転角度演算処理におけるステップ４０２にて算出した第３の歯車４０の回転角度θＢをＲＡＭに記憶しておき、ここではＲＡＭに記憶した値を読み込むようにしてもよい。
【００５３】
次に、ＥＣＵは、第２の歯車３０の回転角度θＡと第３の歯車４０の回転角度θＢとの角度差ΔθＡＢを算出する（ステップ９０３）。これは、ステップ９０１にて算出された回転角度θＡからステップ９０２にて算出された回転角度θＢを減算することにより算出する処理であり、上述した回転角度演算処理におけるステップ４０３と同じ処理である。
【００５４】
その後、ＥＣＵは、ステップ９０３にて算出した角度差ΔθＡＢが０度（ｄｅｇ）よりも小さいか否かを判別する（ステップ９０４）。そして、ステップ９０４にて肯定判定した場合には、ステップ９０３にて算出した角度差ΔθＡＢに３６０度を加算した値をΔθＡＢに置き換え（ΔθＡＢ←ΔθＡＢ＋３６０）（ステップ９０５）、ステップ９０６へ進む。他方、ステップ９０４にて否定判定した場合には、ステップ９０６へ進む。
なお、ステップ９０３〜９０５の代わりに、ＲＡＭに記憶した、回転角度演算処理で算出した最終的な角度差ΔθＡＢを読み込むようにしてもよい。
【００５５】
そして、ステップ９０６において、交差角θＫを算出する（ステップ９０６）。これは、上述した式（８）あるいは式（９）により算出する処理である。つまり、式（８）に、ステップ９０１にて算出した回転角度θＡ、ステップ９０３あるいはステップ９０５にて算出した角度差ΔθＡＢを代入することにより算出する処理である。あるいは、式（９）に、ステップ９０２にて算出した回転角度θＢ、ステップ９０３あるいはステップ９０５にて算出した角度差ΔθＡＢを代入することにより算出する処理である。
【００５６】
そして、ＥＣＵは、ステップ９０６において算出した交差角θＫが許容範囲内か否かを判別する（ステップ９０７）。そして、ステップ９０７にて否定判定した場合には、カウント値Ｃｎを１つ加算する（Ｃｎ←Ｃｎ＋１）（ステップ９０８）。その後、カウント値Ｃｎが予め定められた値ＣＴ以上であるか否かを判別する（ステップ９０９）。そして、ステップ９０９にて肯定判定した場合には、交差角θＫが許容範囲外の状態を予め定められた期間継続したとして、検出装置１に故障が生じていると判断する（ステップ９１０）。他方、ステップ９０９にて否定判定した場合には、未だ予め定められた期間継続していないとして故障診断処理を終了する。
一方、ステップ９０７にて肯定判定、つまり交差角θＫは許容範囲内であると判定した場合には、カウント値Ｃｎを零にし（Ｃｎ←０）（ステップ９１１）、故障診断処理を終了する。
【００５７】
かかる処理により、故障診断装置は、算出した交差角θＫに基づいて検出装置１に故障が生じているか否かを診断することができる。そして、このように、故障診断装置が算出した交差角θＫに基づいて、ひいては第２の回転軸１３０の回転角度φを算出するのに用いる第１の回転角度センサ７２および第２の回転角度センサ７３からの出力値に基づいて検出装置１に故障が生じているか否かを診断することができるので、故障診断専用の回路などを別に設けることなく故障が生じているか否かを診断することができる。
なお、故障診断装置の一例としてのＥＣＵが上述したステップ９０６の処理を行うことにより、ＥＣＵは、零回転角度演算手段の一例であり、上述したステップ９０７〜９１０の処理を行うことにより、ＥＣＵは、故障診断手段の一例である。
【００５８】
なお、上述した、故障診断処理においては、算出した交差角θＫが、初期交差角θＫ０に基づいて定められた許容角度の範囲外の状態を予め定められた期間継続した場合（予め定められた周期でカウントされるカウント値Ｃｎが予め定められた値ＣＴ以上となった場合）に、検出装置１に故障が生じていると判断するが、かかる態様に限定されない。
例えば、算出した交差角θＫと初期交差角θＫ０との偏差が、予め定められた偏差の上限値以上となる状態が予め定められた期間継続した場合に、検出装置１に故障が生じていると判断してもよい。
【００５９】
また、交差角θＫの変化量が予め定められた範囲内にある状態の最新の交差角θＫを変化量判定の基準点とし、その基準点からの交差角θＫの変化量が予め定められた値以上の状態を一定期間継続した場合に、検出装置１に故障が生じていると判断してもよい。以下、より具体的に説明する。
図１０は、故障診断装置の一例としてのＥＣＵが行う故障診断処理の他の手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、予め定められた周期にて、この手順に従って故障診断処理を行ってもよい。以下では、図９に示したフローチャートにおける手順と異なる点について主に述べ、同じ処理については同じステップ番号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６０】
ステップ９０６において、交差角θＫを算出した後、交差角θＫの基準角θＣＰに対する変化量ΔθＫを算出する（ΔθＫ＝θＫ−θＣＰ）（ステップ１０１２）。基準角θＣＰは、算出した交差角θＫを基に故障が生じているか否かを判断する際に基準となる角度であり、基準角θＣＰの初期値としては、初期交差角θＫ０を用いることが好ましい。
【００６１】
そして、変化量ΔθＫの絶対値が予め定められた、許容可能な変化量の上限値θＵ以上であるか否かを判別する（ステップ１００７）。そして、肯定判定された場合には、図１０に示すようにステップ９０８以降の処理を実行する。他方、ステップ１００７にて否定判定された場合には、カウント値Ｃｎを零にし（Ｃｎ←０）（ステップ９１１）、ステップ９０６において算出した交差角θＫを、基準角θＣＰに置換する（θＣＰ←θＫ）（ステップ１０１３）。
【００６２】
これにより、次回以降の故障診断処理において、今回算出され、許容可能な状態にある交差角θＫを基準として、故障診断がなされることとなる。そして、かかる態様でも、故障診断装置は、算出した交差角θＫに基づいて検出装置１に故障が生じているか否かを精度高く診断することが可能となる。
【００６３】
なお、上述した実施の形態においては、検出装置１の故障を診断する故障診断装置が検出装置１とは別に存在するように述べているが、故障診断機能を備えた検出装置１と捉えてもよいことは言うまでもない。つまり、図４のフローチャートを用いて説明した回転角度演算処理、および図９あるいは図１０のフローチャートを用いて説明した故障診断処理を行う例えばＥＣＵ、第１の歯車２０、第２の歯車３０、第１の回転角度センサ７２、第２の回転角度センサ７３などを含めて検出装置１として捉え、故障診断機能を備えた検出装置と解してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…検出装置、１０…第１の磁石、４０…第３の歯車、５０…フラットケーブルカバー、６０…ベース、７０…プリント基板、７１…相対角度センサ、７２…第１の回転角度センサ、７３…第２の回転角度センサ、８０…フラットケーブル、１００…電動パワーステアリング装置、１１０…ハウジング、１２０…第１の回転軸、１３０…第２の回転軸、１４０…トーションバー、１５０…ウォームホイール、１６０…電動モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、
前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と
を備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断装置であって、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、
前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度に基づいて前記検出装置の故障を診断する故障診断手段と
を備えることを特徴とする故障診断装置。
【請求項２】
前記零回転角度演算手段は、前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項３】
前記零回転角度演算手段は、前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項４】
前記故障診断手段は、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度が許容範囲外である状態が予め定められた期間継続した場合に前記検出装置に故障が生じていると判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の故障診断装置。
【請求項５】
回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、
前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、
前記零回転角度演算手段が演算した前記零回転角度に基づいて故障を診断する故障診断手段と、
を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項６】
前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項５に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項５に記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
前記故障診断手段は、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度が許容範囲外である状態が予め定められた期間継続した場合に故障が生じていると判断することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項９】
前記回転体は歯車を有し、
前記第１の従動体は第１の従動歯車を有し、
前記第２の従動体は前記第１の従動歯車の歯数とは異なる歯数を有する第２の従動歯車を有し、
前記第１の従動体および前記第２の従動体は、前記第１の従動歯車および前記第２の従動歯車が前記歯車により回転力が付与されることにより前記回転体の回転に連動して回転することを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項１０】
回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、
前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と
を備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断方法であって、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算し、演算した零回転角度に基づいて前記検出装置の故障を診断することを特徴とする故障診断方法。
【請求項１１】
前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１０に記載の故障診断方法。
【請求項１２】
前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１０に記載の故障診断方法。
【請求項１】
回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、
前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と
を備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断装置であって、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、
前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度に基づいて前記検出装置の故障を診断する故障診断手段と
を備えることを特徴とする故障診断装置。
【請求項２】
前記零回転角度演算手段は、前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項３】
前記零回転角度演算手段は、前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項４】
前記故障診断手段は、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度が許容範囲外である状態が予め定められた期間継続した場合に前記検出装置に故障が生じていると判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の故障診断装置。
【請求項５】
回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、
前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算する零回転角度演算手段と、
前記零回転角度演算手段が演算した前記零回転角度に基づいて故障を診断する故障診断手段と、
を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項６】
前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項５に記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記零回転角度演算手段は、前記演算手段が演算した前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項５に記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
前記故障診断手段は、前記零回転角度演算手段が演算した零回転角度が許容範囲外である状態が予め定められた期間継続した場合に故障が生じていると判断することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項９】
前記回転体は歯車を有し、
前記第１の従動体は第１の従動歯車を有し、
前記第２の従動体は前記第１の従動歯車の歯数とは異なる歯数を有する第２の従動歯車を有し、
前記第１の従動体および前記第２の従動体は、前記第１の従動歯車および前記第２の従動歯車が前記歯車により回転力が付与されることにより前記回転体の回転に連動して回転することを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の回転角度検出装置。
【請求項１０】
回転体の回転に連動して回転する第１の従動体の回転角度を検出する第１の検出手段と、
前記回転体の回転に連動して回転する第２の従動体の回転角度を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度との角度差に基づいて前記回転体の回転角度を演算する演算手段と
を備える前記回転体の回転角度を検出する検出装置の故障を診断する故障診断方法であって、
前記第１の検出手段が検出した前記第１の従動体の回転角度と前記第２の検出手段が検出した前記第２の従動体の回転角度とに基づいて、当該第１の従動体の回転角度と当該第２の従動体の回転角度との角度差が零となる零回転角度を演算し、演算した零回転角度に基づいて前記検出装置の故障を診断することを特徴とする故障診断方法。
【請求項１１】
前記回転体の回転角度から逆算した前記第１の従動体の回転角度と、前記第１の検出手段が検出した当該第１の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１０に記載の故障診断方法。
【請求項１２】
前記回転体の回転角度から逆算した前記第２の従動体の回転角度と、前記第２の検出手段が検出した当該第２の従動体の回転角度とに基づいて前記零回転角度を演算することを特徴とする請求項１０に記載の故障診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１４５２２５（Ｐ２０１１−１４５２２５Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４０７（Ｐ２０１０−７４０７）
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００１４６０１０）株式会社ショーワ (715)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００１４６０１０）株式会社ショーワ (715)
【Ｆターム（参考）】
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