(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に生じたトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する一対の検出コイルのそれぞれと、一対の抵抗体のそれぞれを個別に直列接続したブリッジ回路に交流電圧を印加し、前記一対の検出コイルの端子部に表れる交流電圧の差分に基いてトルクを検出するトルクセンサ制御装置において、
前記ブリッジ回路に印加される交流電圧の振幅を監視する監視部と、
前記監視部に通常の監視動作に適した第１の基準電圧と、監視部自体の動作テストに適した第２の基準電圧とを供給する基準電圧供給回路とを備え、
前記監視部は、通常の監視動作モードが設定されたときは、前記第１の基準電圧と前記ブリッジ回路に印加される交流電圧の振幅との比較により交流電圧の振幅の異常を判定し、テストモードが設定されたときは、前記第２の基準電圧と前記ブリッジ回路に印加される交流電圧の振幅との比較により前記監視部自体の異常を判定すること
を特徴とするトルクセンサ制御装置。
【請求項２】
前記基準電圧供給回路から供給される第１の基準電圧と第２の基準電圧とは、互いに電圧値が異なる基準電圧であることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ制御装置。
【請求項３】
前記トルクセンサ制御装置は、車両用電動パワーステアリング装置に組み込まれたとき、前記車両用電動パワーステアリング装置の初期診断時にテストモードを設定し、前記監視部自体の異常を判定すること
を特徴とする請求項１記載のトルクセンサ制御装置。
【請求項４】
前記トルクセンサ制御装置は、車両用電動パワーステアリング装置に組み込まれたとき、定期的にテストモードを設定し、前記監視部自体の異常を判定すること
を特徴とする請求項１記載のトルクセンサ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転軸に発生するトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する一対の検出コイルを備えたトルクセンサの制御装置で、特に、トルク検出回路の異常を判定してトルクの誤検出を防止するトルクセンサ制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触型のトルクセンサとしては、本出願人が先に提案した特開平１０−３８７１５号公報に開示されたものがある。上記公報に開示された従来のトルクセンサは、トルクに比例したトーションバーの捩れを検出コイルのインダクタンスの変化に変換し、このインダクタンスの変化を一対の検出コイルと抵抗体で構成するブリッジ回路で検出するものである。
【０００３】
即ち、一対の検出コイルと抵抗体で構成する第１及び第２のアームを備えたブリッジ回路に交流電圧を供給し、そのときの第１のアームの検出コイルと抵抗体の接続部に表れる出力電圧と、第２のアームの検出コイルと抵抗体の接続部に表れる出力電圧との差分の電圧を差動増幅器で検出し、トルク信号を得るように構成されている。
【０００４】
上記した構成のトルクセンサは、プリント配線基板の上に一対の検出コイルと抵抗体がブリッジ回路を構成するように接続されているが、検出コイルや抵抗体とプリント配線基板との間のハンダ付けなどによる接続部分の接続不良があると検出コイルや抵抗体とプリント配線基板との間に接触抵抗が生じ、不正確なトルク信号が出力されてしまうという不都合がある。
【０００５】
この対策として、検出コイルや抵抗体とプリント配線基板との間の接触抵抗の増加を監視する監視回路を設けたものが、本出願人により提案されている（特願平１１−２７２６９０号参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構成のトルクセンサは、例えば車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれて使用されるが、トルク検出回路は十分な注意の下に製造され厳重な検査が行われて出荷されるから、電動パワーステアリング装置に組み込まれた後にトルク検出回路が故障することは稀であり、また、万一故障しても監視回路により故障が検出されるから、安全性の高いものである。
【０００７】
しかしながら、さらに、トルクセンサのフェールセーフ機能を高めるためには、所定の期間の経過毎に、例えばイグニッションキーをＯＮにした後、電動パワーステアリング装置の初期診断時、或いは動作状態にあるとき、定期的にトルク検出回路の動作テストを自動的に行うような回路構成とすることが望ましい。
【０００８】
特に、トルク検出回路において、一対の検出コイルと抵抗体で構成する第１及び第２のアームを備えたブリッジ回路に供給する交流電圧の振幅が、何等かの原因で低下した場合には、正確なトルクの検出ができなくなるから、ブリッジ回路に供給する交流電圧の振幅が正常値か否かを判定することは、トルクセンサのフェールセーフ機能を高めるために必要とされる。
【０００９】
さらに、そのようなブリッジ回路に供給する交流電圧の振幅を監視するにしても、監視回路自体が正常に動作しているか否かを判定することも、トルクセンサのフェールセーフ機能を高めるために必要とされる。この発明は上記した種々の課題を解決することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、回転軸に生じたトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する一対の検出コイルのそれぞれと、一対の抵抗体のそれぞれを個別に直列接続したブリッジ回路に交流電圧を印加し、前記一対の検出コイルの端子部に表れる交流電圧の差分に基いてトルクを検出するトルクセンサ制御装置において、前記ブリッジ回路に印加される交流電圧の振幅を監視する監視部と、前記監視部に通常の監視動作に適した第１の基準電圧と、監視部自体の動作テストに適した第２の基準電圧とを供給する基準電圧供給回路とを備え、前記監視部は、通常の監視動作モードが設定されたときは、前記第１の基準電圧と前記ブリッジ回路に印加される交流電圧の振幅との比較により交流電圧の異常を判定し、テストモードが設定されたときは、前記第２の基準電圧と前記ブリッジ回路に印加される交流電圧の振幅との比較により前記監視部自体の異常を判定することを特徴とする。
【００１１】
そして、前記基準電圧供給回路から供給される第１の基準電圧と第２の基準電圧とは、互いに電圧値が異なる基準電圧とする。
【００１２】
また、前記トルクセンサ制御装置は、車両用電動パワーステアリング装置に組み込まれたとき、前記車両用電動パワーステアリング装置の初期診断時にテストモードを設定し、前記監視部自体の異常を判定するとよい。
【００１３】
さらに、前記トルクセンサ制御装置は、車両用電動パワーステアリング装置に組み込まれたとき、定期的にテストモードを設定し、前記監視部自体の異常を判定するとよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下に説明する実施の形態は、この発明の実施の形態のトルクセンサを車両用の電動パワーステアリング装置に適用した例である。
【００１５】
図１は、トルク検出部を含む電動パワーステアリング装置の主要部の構成を示す断面図、図２はそのトルク検出部の構成を示す斜視図である。
【００１６】
図１及び図２において、５ａ及び５ｂはハウジングであり、入力軸側５ａと出力軸側５ｂとの２分割構造となつている。ハウジング５ａ及び５ｂの内部には、入力軸１、その内部に配置されたトーシヨンバー３、及びトーシヨンバー３を介して入力軸１に連結された出力軸２が、軸受６ａ、６ｂ及び６ｃによつて回転自在に支持されている。
【００１７】
入力軸１、トーシヨンバー３、及び出力軸２は同軸に配置されており、入力軸１とトーシヨンバー３とはスプライン結合し、また、トーシヨンバー３と出力軸２もスプライン結合している。図１において、入力軸１の左端側には、図示されていないステアリングホイールが一体的に取り付けられている。また、出力軸２にはピニオン軸２ａが一体的に形成されており、ピニオン軸２ａはラック４と噛合して公知のラックアンドピニオン式ステアリング機構を構成している。
【００１８】
また、出力軸２には、これと同軸で且つ一体に回転するウオームホイール７が固着されており、図示されていない電動モータで駆動されるウオーム８と噛合している。ウオームホイール７は金属製のハブ７ａに合成樹脂製の歯部７ｂが一体的に固定されている。電動モータの回転力は、ウオーム８及びウオームホイール７を介して出力軸２に伝達され、電動モータの回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸２に任意の方向の操舵補助トルクが付与される。
【００１９】
次に、図１及び図２を参照してトルクセンサのトルク検出部の構成を説明する。トルク検出部は入力軸１の、図１で右端側に形成されたセンサシャフト部１１と、ハウジング５ａの内側に配置された検出コイル１３と１４、及び両者の間に配置された円筒部材１２から構成される。
【００２０】
図２はトルク検出部の構成を示す斜視図である。入力軸１の、図１で右端に近い外側には磁性材料で構成されたセンサシャフト部１１が形成されており、センサシャフト部１１の表面には、軸方向に延びた複数（図示の例では９個）の凸条１１ａが円周方向に沿つて等間隔に形成されており、凸条１１ａの間には凸条１１ａの幅ｔ1 よりも幅広の溝部１１ｂが形成されている。
【００２１】
また、センサシャフト部１１の外側には、センサシャフト部１１に接近して導電性で且つ非磁性の材料、例えばアルミニウムで構成された円筒部材１２がセンサシャフト部１１と同軸に配置されており、円筒部材１２の延長部１２ｅは出力軸２の端部２ｅの外側に固定されている。
【００２２】
円筒部材１２には、前記したセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａに対向する位置に、円周方向に等間隔に配置された複数個（図２では９個）の長方形の窓１２ａからなる第１の窓列と、前記第１の窓列から軸方向にずれた位置に、前記窓１２ａと同一形状で、円周方向の位相が異なる複数個（図２では９個）の長方形の窓１２ｂからなる第２の窓列とが設けられている。
【００２３】
円筒部材１２の外周は、同一規格の検出コイル１３及び１４が捲回されたヨーク１５で包囲されている。即ち、検出コイル１３及び１４は円筒部材１２と同軸に配置され、検出コイル１３は窓１２ａからなる第１の窓列部分を包囲し、検出コイル１４は窓１２ｂからなる第２の窓列部分を包囲する。ヨーク１５はハウジング５ａの内部に固定され、検出コイル１３及び１４の出力線はハウジング５ａの内部に配置された回路基板１６に接続される。
【００２４】
図３の（ａ）及び（ｂ）はセンサシャフト部の表面の凸条と円筒部材の窓配置を説明する図で、図３の（ａ）は、基準位置（トーシヨンバー３が捩れていない状態）におけるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと円筒部材１２の第１の窓列の窓１２ａとの位置関係を示し、図３の（ｂ）は基準位置（トーシヨンバー３が捩れていない状態）におけるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと円筒部材１２の第２の窓列の窓１２ｂとの位置関係を示す図である。
【００２５】
この実施例では、窓１２ａ及び１２ｂがそれぞれ９個設けられているから、第１の窓列の窓１２ａ及び第２の窓列の窓１２ｂは、それぞれ円周方向に角度θ＝３６０／Ｎ度（図２、図３の例では角度θ＝３６０／９＝４０度）づつずれていることになる。
【００２６】
窓１２ａ、１２ｂの角度ａは窓１２ａ、１２ｂのない部分の角度ｂよりも小さく設定（ａ＜ｂ）され、凸条１１ａの角度ｃは溝部１１ｂの角度ｄよりも小さく設定（ｃ＜ｄ）される。これは、検出コイルのインピーダンスの変化を急峻にするためである。
【００２７】
図３の（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、トーシヨンバー３が捩れていない状態、即ち操舵トルクが零（０）の状態では、窓１２ａの円周方向の幅の中央部にセンサシャフト部１１の凸条１１ａの円周方向の一方の端部が位置し、窓１２ｂの円周方向の幅の中央部に凸条１１ａの円周方向の他方の端部が位置するように、窓１２ａ及び１２ｂの円周方向の幅と凸条１１ａの幅、及び窓１２ａ及び１２ｂとの円周方向の相対位置関係が設定される。即ち、凸条１１ａに対する窓１２ａと１２ｂとの円周方向の位置関係は互いに逆になつている。
【００２８】
操舵系が直進状態にあつて操舵トルクが零である場合はトーションバー３には捩れが発生せず、入力軸１と出力軸２とは相対回転しない。従つて入力軸１の側にあるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと、出力軸２の側にある円筒部材１２との間にも相対回転が生じない。
【００２９】
一方、ステアリングホイールを操作して入力軸１に回転力が加わると、その回転力はトーションバー３を経て出力軸２に伝達される。このとき、出力軸２には舵輪と路面との間の摩擦力や出力軸２に結合されているステアリング機構のギヤの噛み合い等による摩擦力が作用するから、入力軸１と出力軸２との間を結合するトーションバー３に捩れが発生し、入力軸１の側にあるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと出力軸２の側にある円筒部材１２との間に相対回転が生ずる。
【００３０】
円筒部材１２に窓がない場合は、円筒部材１２は導電性で且つ非磁性材で構成されているから、検出コイル１３及び１４に交流電流を流して交番磁界を発生させると、円筒部材１２の外周面にコイル電流と反対方向の渦電流が発生する。この渦電流による磁界とコイル電流による磁界とを重畳すると、円筒部材１２の内側の磁界は相殺される。
【００３１】
円筒部材１２に窓が形成されている場合は、円筒部材１２の外周面に発生した渦電流は、窓１２ａ及び１２ｂによつて外周面を周回できないため、窓１２ａ及び１２ｂの端面に沿つて円筒部材１２の内周面側に回り込み、内周面をコイル電流と同方向に流れ、また隣の窓１２ａ及び１２ｂの端面に沿つて外周面側に戻り、ループを形成する。つまり、検出コイル内側に渦電流のループを、円周方向に周期的に配置した状態が発生する。
【００３２】
コイル電流による磁界と渦電流による磁界とは重畳され、円筒部材１２の内外には、円周方向に周期的に強弱変化する磁界と、中心に向かうほど小さくなる半径方向に勾配を持つた磁界が形成される。円周方向の周期的な磁界の強弱は、隣り合う渦電流の影響を受ける窓１２ａ及び１２ｂの中心で強く、そこからずれるに従い弱くなる。
【００３３】
円筒部材１２の内側には、磁性材料からなるセンサシャフト部１１が同軸に配置されており、その凸条１１ａは、窓１２ａ及び１２ｂと同じ周期で配置されている。
【００３４】
磁界中に置かれた磁性体は磁化して磁束を生ずるが、磁束の量は飽和するまでは磁界の強さに応じて大きくなる。このため、円筒部材１２により円周方向の周期的な磁界の強弱と中心に向かうほど小さくなる半径方向に勾配を持つた磁界とにより、センサシャフト部１１に発生する磁束は、円筒部材１２とセンサシャフト部１１との相対的な位相により増減する。
【００３５】
磁束が最大となる位相は、円筒部材１２の窓１２ａ及び１２ｂの中心とセンサシャフト部１１の凸条１１ａの中心とが一致した状態で、磁束の増減に応じて検出コイル１３及び１４のインダクタンスも増減し、略正弦波状に変化する。
【００３６】
トルクが作用しない状態では、インダクタンスが最大となる位相（窓１２ａ及び１２ｂと凸条１１ａの中心とが一致している位相）に対して、センサシャフト部１１の凸条１１ａの中心は凸条１１ａの中心角ｃの１／２だけずれた位置に設定されているから、トルクが作用してトーションバー３が捩れ、センサシャフト部１１と円筒部材１２との間に位相差が生じると、２つの検出コイル１３及び１４のインダクタンスは、一方が増加し他方が減少する。
【００３７】
図４はトルクの大きさと検出コイル１３及び１４のインダクタンスの変化を説明する図で、横軸はトルクＴ、縦軸はインダクタンスＬを示す。右操舵トルク発生時は、図３の（ａ）及び（ｂ）において円筒部材１２が時計方向に回転するから、図４に示すように、トルクが増大するにつれ検出コイル１３のインダクタンスＬ13は増加し、検出コイル１４のインダクタンスＬ14は減少する。
【００３８】
また、左操舵トルク発生時は、図３の（ａ）及び（ｂ）において円筒部材１２が反時計方向に回転するから、図４に示すようにトルクが増大するにつれ検出コイル１３のインダクタンスＬ13は減少し、検出コイル１４のインダクタンスＬ14は増加する。
【００３９】
図５は、トルク検出回路のブロック図である。トルク検出回路２０はコネクタ２９を介して図示しない制御装置に接続され、制御装置からは各回路要素に電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖref がノイズフイルタ２８を経て供給され、検出されたメイン検出トルク信号及びサブ検出トルク信号が制御装置に出力される。
【００４０】
トルクを検出するブリッジ回路は、検出コイル１３と抵抗Ｒ1 とが直列に接続された第１のアームと、検出コイル１４と抵抗Ｒ2 とが直列に接続された第２のアームとから構成される。
【００４１】
発振部２１は電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖref の供給を受けて所定周波数の交流電圧を出力する。出力された交流電圧は電流増幅部２２で増幅され、増幅された交流電圧Ｖosc が、検出コイル１３と抵抗Ｒ1 とで構成されたブリッジ回路の第１のアーム、及び検出コイル１４と抵抗Ｒ2 とで構成されたブリッジ回路の第２のアームに供給される。なお、トルクが作用しない状態では検出コイル１３及び１４の両端に表れる電圧が等しくなるように予め抵抗Ｒ1 及びＲ2 の値を調整しておくものとする。
【００４２】
検出コイル１３及び検出コイル１４の両端に表れる電圧信号は、メイン増幅・全波整流部２３において両検出コイルの差分の信号に変換されて増幅されると共に整流され、更にメイン平滑・中立調整部２６で出力波形が調整された後、ノイズフイルタ２８を経てメイン検出トルク信号として制御装置に出力される。
【００４３】
さらに、検出コイル１３及び検出コイル１４の両端に表れる電圧信号は、サブ増幅・全波整流部２４において両検出コイルの差分の信号Ｖdef に変換されて増幅されると共に整流され、更にサブ平滑・中立調整部２７で出力波形が調整された後、ノイズフイルタ２８を経てサブ検出トルク信号として制御装置に出力される。
【００４４】
トルク検出回路２０をメイン増幅・全波整流部２３とメイン平滑・中立調整部２６、及びサブ増幅・全波整流部２４とサブ平滑・中立調整部２７との２組設け、２組の検出トルク信号を出力するように構成されているのは、図示しない制御回路においてこれ等の２組の信号を比較することで、回路要素の故障を検出するためである。
【００４５】
また、トルク検出回路２０には、トルク検出回路２０の異常を検出する監視部２５が設けられている。この監視部２５は、検出コイル１３又は１４と抵抗Ｒ1 又はＲ2 との接触不良を検出する第１監視部２５ａ、発振部２１から供給される交流電圧の振幅の異常を検出する第２監視部２５ｂ、第１監視部２５ａ及び第２監視部２５ｂから出力された信号の論理和をとり、サブ平滑・中立調整部２７からの信号出力を禁止して異常発生を認識させる信号処理回路２５ｃから構成されている。
【００４６】
図６は、第１監視部２５ａ、第２監視部２５ｂ、信号処理回路２５ｃとその周辺回路の構成を示すブロック図である。
【００４７】
サブ増幅・全波整流部２４はオペアンプＯＰ1 と同期検波器ＳＲから構成される。オペアンプＯＰ1 の入力側（＋）端子には基準電圧Ｖref が接続され、オペアンプＯＰ1 の入力側（−）端子にはオペアンプＯＰ1 の出力が抵抗Ｒ5 を介して帰還される。
【００４８】
検出コイル１３及び１４の両端に表れる電圧は、コンデンサＣ3 、抵抗Ｒ3 及びコンデンサＣ4 、抵抗Ｒ4 を経てオペアンプＯＰ1 の入力側（＋）端子及びオペアンプＯＰ1 の入力側（−）端子に入力され、その差分の信号Ｖdef が出力される。
【００４９】
オペアンプＯＰ1 の出力信号Ｖdef は、更に同期検波器ＳＲにおいて電流増幅部２２を経て供給された発振部２１から出力された交流に同期して整流され、後段のサブ平滑・中立調整部２７に出力される。
【００５０】
サブ平滑・中立調整部２７は、オペアンプＯＰ2 とコンデンサＣ5 、抵抗Ｒ9 で構成されており、オペアンプＯＰ2 の入力側（＋）端子には抵抗Ｒ8 を経て基準電圧Ｖref が接続され、オペアンプＯＰ2 の入力側（−）端子には同期検波器ＳＲの出力が抵抗Ｒ7 を経て供給される。オペアンプＯＰ2 の出力はコンデンサＣ5 、抵抗Ｒ9 を経て入力側（−）端子に帰還され、検出されたトルク信号は平滑及び波形調整されて出力される。
【００５１】
次に、第１監視部２５ａについて説明する。第１監視部２５ａは検出コイル１３と１４、及び抵抗Ｒ1 とＲ2 から構成されるブリッジ回路の接触不良を、接触抵抗の増加により検出するものである。
【００５２】
第１監視部２５ａは、３個のコンパレータＣＰ11、ＣＰ12、ＣＰ13と、論理積演算回路であるアンド回路ＡＮから構成される。
【００５３】
コンパレータＣＰ11の入力側（＋）端子には発振部２１から電流増幅部２２を経て出力された交流電圧Ｖosc が入力され、入力側（−）端子には第１の基準電圧Ｖref1が入力される。コンパレータＣＰ12の入力側（＋）端子には第２の基準電圧Ｖref2が入力され、入力側（−）端子には発振部２１から電流増幅部２２を経て出力された交流電圧Ｖosc が入力される。そして、コンパレータＣＰ11、ＣＰ12の出力は合成され、アンド回路ＡＮの第１入力端子に入力される。
【００５４】
コンパレータＣＰ13の入力側（＋）端子には第３の基準電圧Ｖref3が入力され、入力側（−）端子には、サブ増幅・全波整流部２４のオペアンプＯＰ1 の出力信号Ｖdef が入力される。そして、コンパレータＣＰ13の出力はアンド回路ＡＮの第２入力端子に入力される。アンド回路ＡＮの出力端子はオア回路ＯＲの第１入力端子に入力されている。
【００５５】
なお、第１の基準電圧Ｖref1、第２の基準電圧Ｖref2、第３の基準電圧Ｖref3は、図示しない制御装置から供給される基準電圧Ｖref を抵抗回路等適宜の電圧発生回路を使用して準備するものとする。
【００５６】
以下、図７及び図８を参照して第１監視部２５ａの動作を説明する。まず、異常検出を実行するタイミングを決定するための、所定時間幅ｔm を持つ矩形波信号を準備する。
【００５７】
即ち、コンパレータＣＰ11の入力側（＋）端子に交流電圧Ｖosc を入力し、入力側（−）端子に第１の基準電圧Ｖref1を入力し、さらにコンパレータＣＰ12の入力側（＋）端子に第２の基準電圧Ｖref2を入力し、入力側（−）端子に交流電圧Ｖosc を入力する。コンパレータＣＰ11及びＣＰ12の出力波形、及びその合成出力の波形は図７に示すようになり、コンパレータＣＰ11及びＣＰ12の出力を合成することにより、所定時間幅ｔm を持つ信号が得られる。前記したとおりこの信号はアンド回路ＡＮ（図６参照）の第１入力端子に入力される。
【００５８】
次に、検出コイル１３及び１４の両端に表れる出力信号の差分の信号が所定の許容値以下か否かを判断するため、異常検出のコンパレータＣＰ13の入力側（＋）端子に判断基準の閾値である第３の基準電圧Ｖref3を入力し、（−）端子にはサブ増幅・全波整流部２４のオペアンプＯＰ1 の出力信号Ｖdef を入力する。コンパレータＣＰ13の出力信号はアンド回路ＡＮ（図６参照）の第２入力端子に入力される。
【００５９】
図８の（ａ）を参照して正常時の動作を説明する。正常時には、オペアンプＯＰ1 の出力信号Ｖdef には位相ずれが発生しておらず、出力信号Ｖdef は第３の基準電圧Ｖref3以下になることがないから、コンパレータＣＰ13の出力は零（０）となる。アンド回路ＡＮではコンパレータＣＰ13の出力信号と所定時間幅ｔm の信号（コンパレータＣＰ11及びＣＰ12の合成出力）との論理積をとるから、アンド回路ＡＮの出力もオフ（０）となる。
【００６０】
従つて、信号処理回路２５ｃのオア回路ＯＲには（後述する第２監視部２５ｂからの信号もないとき）入力信号がないため、トランジスタＴＲは導通状態にならず、異常が発生していないことが検出される。
【００６１】
次に、図８の（ｂ）を参照して異常時の動作を説明する。オペアンプＯＰ1 の出力信号Ｖdef に位相ずれが発生し、所定時間幅ｔm の範囲内において基準電圧Ｖref3以下になるとき異常の発生と判断する。
【００６２】
コンパレータＣＰ13は、オペアンプＯＰ1 の出力信号Ｖdef が第３の基準電圧Ｖref3以下のときには（１）を出力し、オペアンプＯＰ1 の出力信号Ｖdef が第３の基準電圧Ｖref3以上のときには（０）を出力する。
【００６３】
アンド回路ＡＮでは、コンパレータＣＰ13の出力信号と所定時間幅ｔm の信号（コンパレータＣＰ11及びＣＰ12の合成出力）との論理積をとるから、所定時間幅ｔm の範囲内において、コンパレータＣＰ13の出力が第３の基準電圧Ｖref3以下のときは、アンド回路ＡＮはオン（１）となる。
【００６４】
アンド回路ＡＮのオン（１）信号は、処理回路２５ｃのオア回路ＯＲに入力され、オア回路ＯＲの出力もオン（１）となり、トランジスタＴＲのベースに入力されるから、トランジスタＴＲのコレクタ／エミッタ間が導通状態となる。エミッタは接地されているからコレクタも接地され、この結果、サブ平滑・中立調整部２７のオペアンプＯＰ2 の入力側（＋）端子は接地されるので、異常の発生が検出される。
【００６５】
次に、第２監視部２５ｂについて説明する。第２監視部２５ｂは、発振部２１から供給される交流電圧の振幅の異常を検出するものである。
【００６６】
前記したとおり、トルク検出回路２０は発振部２１から出力される所定周波数の交流電圧（正弦波）を検出コイル１３と抵抗Ｒ1 とで構成されたブリッジ回路の第１のアーム、及び検出コイル１４と抵抗Ｒ2 とで構成されたブリッジ回路の第２のアームに供給して、回路要素の故障を検出しているが、交流電圧Ｖosc の振幅が低下すると正常な検出動作が実行されない。
【００６７】
図６を参照して第２監視部２５ｂの構成と動作について説明する。第２監視部２５ｂは２個のコンパレータＣＰ1 、ＣＰ2 と、２個のトランジスタＴＲ1 、ＴＲ2 から構成される。コンパレータＣＰ1 の出力側とトランジスタＴＲ1 のベースとの間には定電圧Ｖccを供給する定電圧電源に接続された抵抗Ｒ10と、抵抗Ｒ11、抵抗Ｒ12及びコンデンサＣ6 が挿入され、コンパレータＣＰ2 の出力側とトランジスタＴＲ2 のベースとの間には定電圧Ｖccを供給する定電圧電源に接続された抵抗Ｒ14と、抵抗Ｒ15、抵抗Ｒ16及びコンデンサＣ7 が挿入されている。
【００６８】
コンパレータＣＰ1 の入力側（＋）端子には発振部２１から電流増幅部２２を経て出力された交流電圧Ｖosc が入力され、入力側（−）端子には第４の基準電圧Ｖref4が入力される。コンパレータＣＰ2 の入力側（＋）端子には第５の基準電圧Ｖref5が入力され、入力側（−）端子には発振部２１から電流増幅部２２を経て出力された交流電圧Ｖosc が入力される。コンパレータＣＰ1 及びＣＰ2 の出力はそれぞれトランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 のベースに入力される。
【００６９】
なお、第４の基準電圧Ｖref4、第５の基準電圧Ｖref5は、交流電圧Ｖosc の振幅が基準値以上か否かを判断する閾値となる電圧であつて、図示しない制御装置から供給される基準電圧Ｖref を入力として動作する適宜の電圧発生回路を使用して準備するものとする。
【００７０】
例えば、正常な交流電圧Ｖosc のピーク値が４．８Ｖ（＋側）であるとき、ピーク値が４．５Ｖ（＋側）以下になつた場合は、振幅が低下して異常であると判断するものとした場合は、図示しない制御装置から供給される基準電圧Ｖref が３．３Ｖである時、第４の基準電圧Ｖref4＝４．５Ｖ（＝３．３＋１．２）、第５の基準電圧Ｖref5＝２．１Ｖ（＝３．３−１．２）に設定するものとする。
【００７１】
次に、発振部２１から出力される交流電圧Ｖosc の振幅（電圧）が基準値以上か否かを監視する第２監視部２５ｂの動作について説明する。
【００７２】
図９及び図１０は、正常状態と異常状態における発振部２１（図５参照）の出力である交流電圧Ｖosc 、コンパレータＣＰ1 、ＣＰ2 の出力波形、及びトランジスタＴＲ1 、ＴＲ2 のＯＮ／ＯＦＦの状態を示す図である。
【００７３】
まず、正常状態の時の動作について説明する。図９の（ａ）は正常状態の動作を示すもので、発振部２１から出力される交流電圧Ｖosc は、基準値以上の振幅の交流電圧（上記の例ではピーク値４．８Ｖ（＋側））である。
【００７４】
コンパレータＣＰ1 の入力側（＋）端子には発振部２１から電流増幅部２２を経て出力された交流電圧Ｖosc が入力され、入力側（−）端子には第４の基準電圧Ｖref4が入力される。コンパレータＣＰ2 の入力側（＋）端子には第５の基準電圧Ｖref5が入力され、入力側（−）端子には発振部２１から電流増幅部２２を経て出力された交流電圧Ｖosc が入力される。
【００７５】
この場合、交流電圧Ｖosc のピーク値（＋側）は第４の基準電圧Ｖref4より大きいから、ＣＰ1 からは交流電圧Ｖosc が電圧Ｖref4を越えた時間に相当する幅のパルスが出力され、トランジスタＴＲ1 はＯＮ（出力は接地電位＝０Ｖ）の状態に保たれる。
【００７６】
また、交流電圧Ｖosc のピーク値（−側）は第５の基準電圧Ｖref5より小さいから、ＣＰ2 からは交流電圧Ｖosc が電圧Ｖref5を越えた時間に相当する幅のパルスが出力され、トランジスタＴＲ2 はＯＮ（出力は接地電位＝０Ｖ）の状態に保たれる。
【００７７】
この結果、信号処理回路２５ｃのオア回路ＯＲには（前記した第１監視部２５ａからの信号もないとき）入力信号がないため、トランジスタＴＲは導通状態にならず、サブ平滑・中立調整部２７のオペアンプＯＰ2 の入力側（＋）端子は接地されないので正常な信号が出力され、異常の発生のないことが検出される。
【００７８】
次に、異常状態の時の動作を説明する。図９の（ｂ）は第１の異常状態の動作を示すもので、交流電圧Ｖosc のプラス側が第４の基準電圧Ｖref4以下の振幅の交流電圧の場合である。コンパレータＣＰ1 の入力側（＋）端子には交流電圧Ｖosc が、入力側（−）端子には第４の基準電圧Ｖref4が入力されるが、交流電圧Ｖosc のプラス側は基準電圧Ｖref4以下であるので、ＣＰ1 の出力は零、トランジスタＴＲ1 はＯＦＦとなり、信号処理回路２５ｃのオア回路ＯＲに定電圧Ｖccからの信号が入力される。
【００７９】
また、コンパレータＣＰ2 の入力側（−）端子には交流電圧Ｖosc が、入力側（＋）端子には第５の基準電圧Ｖref5が入力されるが、交流電圧Ｖosc のマイナス側は基準電圧Ｖref5以上であるので、ＣＰ2 からは交流電圧Ｖosc が基準電圧Ｖref5を越えた時間に相当する幅のパルスが出力され、トランジスタＴＲ2 はＯＮ（出力は接地電位＝０Ｖ）の状態に保たれる。
【００８０】
トランジスタＴＲ1 がＯＦＦ、ＴＲ2 がＯＮとなるので、信号処理回路２５ｃのオア回路ＯＲの出力もオン（１）となり、トランジスタＴＲは導通状態となり、サブ平滑・中立調整部２７のオペアンプＯＰ2 の入力側（＋）端子は接地されるので、異常の発生が検出される。
【００８１】
図１０の（ａ）は第２の異常状態の動作を示すもので、交流電圧Ｖosc のマイナス側が第５の基準電圧Ｖref5以下の振幅の交流電圧の場合である。コンパレータＣＰ1 の入力側（＋）端子には交流電圧Ｖosc が、入力側（−）端子には第４の基準電圧Ｖref4が入力されるが、交流電圧Ｖosc のプラス側は基準電圧Ｖref4以上のため、ＣＰ1 からは交流電圧Ｖosc が基準電圧Ｖref4を越えた時間に相当する幅のパルスが出力され、トランジスタＴＲ1 はＯＮ（出力は接地電位＝０Ｖ）の状態に保たれる。
【００８２】
コンパレータＣＰ2 の入力側（−）端子には交流電圧Ｖosc が、入力側（＋）端子には第５の基準電圧Ｖref5が入力されるが、交流電圧Ｖosc のマイナス側は基準電圧Ｖref5以下であるのでＣＰ2 からの出力は零となり、トランジスタＴＲ2 はＯＦＦとなり、信号処理回路２５ｃのオア回路ＯＲに定電圧Ｖccからの信号が入力される。
【００８３】
トランジスタＴＲ1 がＯＮ、ＴＲ2 がＯＦＦとなるので、信号処理回路２５ｃのオア回路ＯＲの出力もオン（１）となり、トランジスタＴＲは導通状態となり、サブ平滑・中立調整部２７のオペアンプＯＰ2 の入力側（＋）端子は接地されるので、異常の発生が検出される。
【００８４】
図１０の（ｂ）は第３の異常状態の動作を示すもので、交流電圧Ｖosc のプラス側が第４の基準電圧Ｖref4以下、マイナス側も第５の基準電圧Ｖref5以下の振幅の交流電圧の場合である。
【００８５】
この場合は、前記したとおり、ＣＰ1 及びＣＰ2 の出力は零、トランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 はＯＦＦの状態になるので、信号処理回路２５ｃのオア回路ＯＲの出力もオン（１）となり、トランジスタＴＲは導通状態となり、サブ平滑・中立調整部２７のオペアンプＯＰ2 の入力側（＋）端子は接地されるので、異常の発生が検出される。
【００８６】
以上は、第２監視部２５ｂによる、発振部２１から供給される交流電圧の振幅異常を検出する動作であるが、次に、第２監視部２５ｂ自体が、正常に振幅異常を検出するか否か、その動作テストについて説明する。
【００８７】
前記した交流電圧の振幅異常の検出では、交流電圧Ｖosc の振幅が基準値以上か否かを判断する閾値として第４の基準電圧Ｖref4、第５の基準電圧Ｖref5を、例えば、次のように設定している。即ち、正常な交流電圧Ｖosc のピーク値が４．８Ｖ（＋側）であつて、ピーク値が４．５Ｖ（＋側）以下の場合には振幅が低下して異常であると判断するように、第４の基準電圧Ｖref4＝４．５Ｖ（＝３．３＋１．２）、第５の基準電圧Ｖref5＝２．１Ｖ（＝３．３−１．２）に設定している。
【００８８】
これに対し、第２監視部２５ｂ自体の動作テストを行うテストモードが設定されたときは、閾値として正常な交流電圧Ｖosc のピーク値を越える第４の基準電圧Ｖref4、第５の基準電圧Ｖref5を設定する。例えば、正常な交流電圧Ｖosc のピーク値が４．８Ｖ（＋側）であるときは、閾値としてこのピーク値を越える第４の基準電圧Ｖref4＝６．２Ｖ（＝５．０＋１．２）、第５の基準電圧Ｖref5＝３．８Ｖ（＝５．０−１．２）を設定する。
【００８９】
このように、閾値を正常な交流電圧Ｖosc のピーク値を越える値に設定することで、正常な交流電圧Ｖosc が出力されていても、閾値との関係では交流電圧の振幅が低下したと同じことになり、先に図９の（ｂ）で説明したと同じ状態が再現される。
【００９０】
即ち、交流電圧Ｖosc のプラス側が第４の基準電圧Ｖref4以下、マイナス側も第５の基準電圧Ｖref5以下の振幅の交流電圧となるから、ＣＰ1 の出力は零、トランジスタＴＲ1 はＯＦＦの状態になるので、信号処理回路２５ｃのオア回路ＯＲの出力もオン（１）となり、トランジスタＴＲは導通状態となり、サブ平滑・中立調整部２７のオペアンプＯＰ2 の入力側（＋）端子は接地されるので、異常の発生を示す信号が検出される。
【００９１】
この場合は、動作テストのために閾値を変更して意図的に異常な状態を設定したのであるから、異常の発生を示す信号が検出されることは、第２監視部２５ｂが正常に動作していると判断することができる。
【００９２】
図１１は、第２監視部２５ｂに基準電圧Ｖref を供給する基準電圧回路の構成の一例を示す図で、基準電圧回路は、マイクロプロセッサＭＰＵ、オペアンプＯＰa 、抵抗Ｒa 、Ｒb 、Ｒc から構成される。
【００９３】
動作モードが設定されているときは、ポート１がハイ・インピーダンスの状態にあり、オペアンプＯＰa の出力側から基準電圧Ｖref ＝３．３Ｖが出力され、通常の動作、即ち正交流電圧Ｖosc の振幅の監視が実行される。
【００９４】
また、テストモードが設定されると、ポート１から動作テストのためのＶref に対応する制御信号が出力され、オペアンプＯＰa の出力側から、例えば基準電圧Ｖref ＝５．０Ｖが出力される。テストモードは、車両のイグニッションキーをＯＮにした時に実行される初期診断時、その他装置の機能テストを行うときに実行されるように構成するとよい。
【００９５】
なお、上記制御信号や基準電圧の電圧値は例示であり、これに限られるものではない。また、このトルクセンサが車両用電動パワーステアリング装置に組み込まれる場合は、上記ＭＰＵは電動パワーステアリング装置の制御用ＣＰＵを使用することができる。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明は、回転軸に生じたトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する一対の検出コイルのそれぞれと、一対の抵抗体のそれぞれを個別に直列接続したブリッジ回路に交流電圧を印加し、一対の検出コイルの端子部に表れる交流電圧の差分に基いてトルクを検出するトルクセンサ制御装置において、ブリッジ回路に印加される交流電圧の振幅を監視する監視部（第２監視部）と、監視部に通常の監視動作に適した第１の基準電圧と、監視部自体の動作テストに適した第２の基準電圧とを供給する基準電圧供給回路とを備え、監視部は通常の監視動作モードが設定されたときは、第１の基準電圧とブリッジ回路に印加される交流電圧の振幅との比較により交流電圧の振幅の異常を判定し、テストモードが設定されたときは、第２の基準電圧とブリッジ回路に印加される交流電圧の振幅との比較により監視部自体の異常を判定するものである。
【００９７】
監視部（第２監視部）は、テストモードが設定されると、動作テストのために意図的に異常な状態を設定し、異常状態の検出を確認することができるものであるから、トルクセンサが車両用電動パワーステアリング装置に組み込まれたとき、その装置の初期診断時に、或いは定期的に、監視部自体の異常を判定するように構成することで信頼性の高いトルクセンサ制御装置を提供することができる。
【００９８】
また、監視部自体の異常の判定には、特別の診断回路等を必要とせず、通常の監視動作に適した第１の基準電圧の他に監視部自体の動作テストに適した第２の基準電圧を供給するだけでよいから、低コストで監視部自体の異常の判定を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置の主要部の構成を示す断面図。
【図２】電動パワーステアリング装置のトルクセンサの構成を示す斜視図。
【図３】センサシャフト部の表面の凸条と円筒部材の窓配置を説明する図。
【図４】トルクの大きさと２つの検出コイルのインダクタンスの変化を説明する図。
【図５】トルク検出回路のブロック図。
【図６】第１監視部、第２監視部とその周辺回路の構成を示すブロック図。
【図７】第１監視部の動作を説明する図（その１）。
【図８】第１監視部の動作を説明する図（その２）。
【図９】第２監視部の動作を説明する図（その１）。
【図１０】第２監視部の動作を説明する図（その２）。
【図１１】第２監視部に基準電圧Ｖref を供給する基準電圧回路の一例を示す図。
【符号の説明】
１  入力軸
２  出力軸
３  トーシヨンバー
４  ラック
５ａ、５ｂ  ハウジング
６ａ、６ｂ、６ｃ  軸受
７  ウオームホイール
８  ウオーム
１１  センサシャフト部
１１ａ  凸条
１１ｂ  溝部
１２  円筒部材
１２ａ  窓（第１の窓列の）
１２ｂ  窓（第２の窓列の）
１３、１４  検出コイル
１５  ヨーク
１６  回路基板
２０  トルク検出回路
２１  発振部
２２  電流増幅部
２３  メイン増幅・全波整流部
２４  サブ増幅・全波整流部
２５  監視部
２５ａ  第１監視部
２５ｂ  第２監視部
２６  メイン平滑・中立調整部
２７  サブ平滑・中立調整部
２８  ノイズフイルタ
Ｒ1 、Ｒ2   抵抗
ＳＲ  同期検波器
ＯＰ1 、ＯＰ2   オペアンプ
ＣＰ1 、ＣＰ2   コンパレータ
ＴＲ、ＴＲ1 、ＴＲ2   トランジスタ
ＣＰ11、ＣＰ12、ＣＰ13  コンパレータ
ＡＮ    アンド回路
ＯＲ    オア回路
【図１】
0003664055.tif 000002
【図２】
0003664055.tif 000003
【図３】
0003664055.tif 000004
【図４】
0003664055.tif 000005
【図５】
0003664055.tif 000006
【図６】
0003664055.tif 000007
【図７】
0003664055.tif 000008
【図８】
0003664055.tif 000009
【図９】
0003664055.tif 000010
【図１０】
0003664055.tif 000011
【図１１】
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