(57)【要約】【課題】通常操作領域での誤検知を抑制しつつ、出力信号が固定又は不安定な故障を精度高く検出することができる技術を提供する。【解決手段】ピニオンシャフト１０６に駆動力を付与する電動モータと、ピニオンシャフト１０６の捩れ量に応じた値であって、互いに負の相関関係となる第１出力値および第２出力値を出力するトルク検出部２１０と、トルク検出部２１０の故障を検出する故障検出部２８０と、を備え、故障検出部２８０は、第１出力値を第１所定数倍した値と第２出力値を第１所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第１故障検出部２８１と、第１出力値を第１所定数よりも小さい第２所定数倍した値と第２出力値を第２所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第２故障検出部２８２と、を備える。【選択図】図５
2014167453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に駆動力を付与する電動モータと、
前記回転軸の捩れ量に応じた値であって、互いに負の相関関係となる第１出力値および第２出力値を出力する出力手段と、
前記出力手段の故障を検出する故障検出手段と、
を備え、
前記故障検出手段は、
前記第１出力値を第１所定数倍した値と前記第２出力値を当該第１所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第１故障検出手段と、
前記第１出力値を前記第１所定数よりも小さい第２所定数倍した値と前記第２出力値を当該第２所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第２故障検出手段と、
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記第２故障検出手段は、前記第１出力値を前記第２所定数倍した値または前記第２出力値を当該第２所定数倍した値が、予め定められた第１閾値よりも大きいか、予め定められた第２閾値よりも小さい場合に前記出力手段に故障が生じたと判断することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記第１故障検出手段は、前記第１出力値を前記第１所定数倍した値と前記第２出力値を当該第１所定数倍した値との合計値が所定範囲から外れた場合に前記出力手段に故障が生じたと判断することを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
互いに負の相関関係となる第１出力値および第２出力値に基づいて当該第１出力値および当該第２出力値を出力する装置の故障を検出する故障検出装置であって、
前記第１出力値を第１所定数倍した値と前記第２出力値を当該第１所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第１故障検出手段と、
前記第１出力値を前記第１所定数よりも小さい第２所定数倍した値と前記第２出力値を当該第２所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第２故障検出手段と、
を備えることを特徴とする故障検出装置。
【請求項５】
前記第２故障検出手段は、前記第１出力値を前記第２所定数倍した値または前記第２出力値を当該第２所定数倍した値が、予め定められた第１閾値よりも大きいか、予め定められた第２閾値よりも小さい場合に故障が生じたと判断することを特徴とする請求項４に記載の故障検出装置。
【請求項６】
前記第１故障検出手段は、前記第１出力値を前記第１所定数倍した値と前記第２出力値を当該第１所定数倍した値との合計値が所定範囲から外れた場合に故障が生じたと判断することを特徴とする請求項４または５に記載の故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置および故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動モータの動力にてドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、操舵トルクを検出するトルクセンサ（トルク検出装置）を備え、このトルクセンサが検出する操舵トルクに基づいて電動モータによるアシスト力を制御する装置が知られている。
そして、特許文献１には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサが開示されている。また、特許文献２には、トルクセンサから出力されるトルク信号が急激に変化した後に、トルク信号が接地電位、基準電位等の所定の電位を長時間に亘って維持した場合には、トルクセンサの故障、あるいはトルク信号の短絡等が発生したと考える技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−６４４４６号公報
【特許文献２】特開２００６−２４８３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁歪式トルクセンサなど、検出対象となる回転軸の捩れが機械的に規制されない構成である場合には、通常操作領域外の検出対象の回転軸の捩れが大きい領域で、実際のトルクを検出する検出信号（出力値）が所定の電圧に達するおそれがある。その結果、トルクセンサが正常に作動しているにも関わらず、短絡等により、検出信号（出力値）が一定のレベルに固定される故障が発生していると誤検知されるおそれがある。
本発明は、通常操作領域での誤検知を抑制しつつ、出力値が固定又は不安定な故障を精度高く検出することができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的のもと、本発明は、回転軸に駆動力を付与する電動モータと、前記回転軸の捩れ量に応じた値であって、互いに負の相関関係となる第１出力値および第２出力値を出力する出力手段と、前記出力手段の故障を検出する故障検出手段と、を備え、前記故障検出手段は、前記第１出力値を第１所定数倍した値と前記第２出力値を当該第１所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第１故障検出手段と、前記第１出力値を前記第１所定数よりも小さい第２所定数倍した値と前記第２出力値を当該第２所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第２故障検出手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【０００６】
ここで、前記第２故障検出手段は、前記第１出力値を前記第２所定数倍した値または前記第２出力値を当該第２所定数倍した値が、予め定められた第１閾値よりも大きいか、予め定められた第２閾値よりも小さい場合に前記出力手段に故障が生じたと判断するとよい。
また、前記第１故障検出手段は、前記第１出力値を前記第１所定数倍した値と前記第２出力値を当該第１所定数倍した値との合計値が所定範囲から外れた場合に前記出力手段に故障が生じたと判断するとよい。
【０００７】
他の観点から捉えると、本発明は、互いに負の相関関係となる第１出力値および第２出力値に基づいて当該第１出力値および当該第２出力値を出力する装置の故障を検出する故障検出装置であって、前記第１出力値を第１所定数倍した値と前記第２出力値を当該第１所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第１故障検出手段と、前記第１出力値を前記第１所定数よりも小さい第２所定数倍した値と前記第２出力値を当該第２所定数倍した値とに基づいて故障を検出する第２故障検出手段と、を備えることを特徴とする故障検出装置である。
【０００８】
ここで、前記第２故障検出手段は、前記第１出力値を前記第２所定数倍した値または前記第２出力値を当該第２所定数倍した値が、予め定められた第１閾値よりも大きいか、予め定められた第２閾値よりも小さい場合に故障が生じたと判断するとよい。
また、前記第１故障検出手段は、前記第１出力値を前記第１所定数倍した値と前記第２出力値を当該第１所定数倍した値との合計値が所定範囲から外れた場合に故障が生じたと判断するとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、通常操作領域での誤検知を抑制しつつ、出力値が固定又は不安定な故障を精度高く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】制御装置の概略構成図である。
【図３】目標電流算出部の概略構成図である。
【図４】制御部の概略構成図である。
【図５】トルク検出装置の概略構成を示す図である。
【図６】ピニオンシャフトに付与されたトルクに対する歪量変化による、第１検出コイル〜第４検出コイルのインピーダンスの変化との関係を示す図である。
【図７】操舵トルクと、第１電圧〜第４電圧、第１トルク検出電圧、第２トルク検出電圧との関係を示す図である。
【図８】第１出力系または第２出力系に信号異常故障が発生した場合の第１出力系または第２出力系からの信号の変化を示す図である。
【図９】第１出力系または第２出力系に信号異常故障が発生した場合の第１出力系または第２出力系からの信号の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。
【００１２】
ステアリング装置１００は、ドライバが操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ステアリングシャフト１０２と自在継手１０３ａを介して連結された連結シャフト１０３と、この連結シャフト１０３と自在継手１０３ｂを介して連結されたピニオンシャフト１０６とを備えている。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングホイール１０１の回転に連動して回転する。
【００１３】
また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪１５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａは、ピニオンシャフト１０６に形成されたピニオン１０６ａとともにラック・ピニオン機構を構成する。
【００１４】
また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６にアシスト力を付与する電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速する減速機構１１１と、を備えている。減速機構１１１は、ピニオンシャフト１０６に固定されたウォームホイール（不図示）と、電動モータ１１０の出力軸に連結されたウォームギヤ（不図示）と、を備えており、電動モータ１１０の回転力がウォームギヤおよびウォームホイールにより減速されてピニオンシャフト１０６に伝達される。
【００１５】
また、ステアリング装置１００は、ウォームホイール、ウォームギヤ、ピニオンシャフト１０６を回転可能に支持する軸受け（不図示）などを収容するステアリングギアボックス１０７を備えている。このステアリングギアボックス１０７には電動モータ１１０が取り付けられている。また、ステアリングギアボックス１０７の内部には、ピニオンシャフト１０６の捩れ量に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクＴを検出するトルク検出装置２００が設けられている。このトルク検出装置２００については後で詳述する。
【００１６】
また、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルク検出装置２００からの出力信号が入力される。また、制御装置１０には、自動車に搭載される各種の機器を制御するための信号を流す通信を行うネットワーク（ＣＡＮ）を介して、自動車の移動速度である車速Ｖｃを検出する車速センサ１７０などからの出力信号が入力される。
【００１７】
以上のように構成されたステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクＴをトルク検出装置２００にて検出し、検出した操舵トルクＴに応じて制御装置１０が電動モータ１１０を駆動制御し、電動モータ１１０の発生トルクをピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。つまり、ピニオンシャフト１０６は、ステアリングホイール１０１の回転によって発生する操舵トルクＴと電動モータ１１０から付与される補助（アシスト）トルクとで回転する。
【００１８】
次に、制御装置１０について説明する。
図２は、制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。
制御装置１０は、トルク検出装置２００にて検出された操舵トルクＴ、車速センサ１７０にて検出された車速Ｖｃなどに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電流Ｉｔを算出する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流Ｉｔに基づいてフィードバック制御などを行う制御部３０とを有している。また、制御装置１０は、後述するトルク検出回路２５０から出力されたアナログ信号をデジタル信号のトルク信号Ｔｄに変換するとともに、変換したトルク信号Ｔｄを、目標電流算出部２０へ向けて出力する変換部１５を有している。
【００１９】
次に、目標電流算出部２０について詳述する。
図３は、目標電流算出部２０の概略構成図である。
目標電流算出部２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２２と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部２３とを備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３にて算出された値に基づいて目標電流Ｉｔを決定する目標電流決定部２５を備えている。また、目標電流算出部２０は、トルク検出装置２００にて検出された操舵トルクＴの位相を補償する位相補償部２６を備えている。
【００２０】
なお、目標電流算出部２０には、トルク信号Ｔｄ、車速センサ１７０からの出力信号である車速信号ｖ、電動モータ１１０の回転速度Ｎｍが出力信号に変換された回転速度信号Ｎｍｓ、などが入力される。回転速度信号Ｎｍｓは、例えば３相ブラシレスモータである電動モータ１１０の回転子（ロータ）の回転位置を検出するセンサ（例えば、回転子の回転位置を検出するレゾルバ、ロータリエンコーダ等で構成されるロータ位置検出回路）にて検出された電動モータ１１０の回転角度が微分されることにより得られた値が出力信号に変換されたものであることを例示することができる。
【００２１】
ベース電流算出部２１は、位相補償部２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓと、車速センサ１７０からの車速信号ｖとに基づいてベース電流Ｉｂを算出する。つまり、ベース電流算出部２１は、位相補償された操舵トルクＴと、車速Ｖｃとに応じたベース電流Ｉｂを算出する。なお、ベース電流算出部２１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、位相補償された操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とベース電流Ｉｂとの対応を示す制御マップまたは算出式に、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することによりベース電流Ｉｂを算出する。
【００２２】
イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｓと、車速信号ｖとに基づいて電動モータ１１０およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。つまり、イナーシャ補償電流算出部２２は、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）と、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とに応じたイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。なお、イナーシャ補償電流算出部２２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）とイナーシャ補償電流Ｉｓとの対応を示す制御マップまたは算出式に、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）および車速Ｖｃ（車速信号ｖ）を代入することによりイナーシャ補償電流Ｉｓを算出する。
【００２３】
ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｓと、車速信号ｖと、電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍｓとに基づいて、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流Ｉｄを算出する。つまり、ダンパー補償電流算出部２３は、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）と、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）と、電動モータ１１０の回転速度Ｎｍ（回転速度信号Ｎｍｓ）に応じたダンパー補償電流Ｉｄを算出する。なお、ダンパー補償電流算出部２３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）および回転速度Ｎｍ（回転速度信号Ｎｍｓ）と、ダンパー補償電流Ｉｄとの対応を示す制御マップまたは算出式に、操舵トルクＴ（トルク信号Ｔｓ）、車速Ｖｃ（車速信号ｖ）および回転速度Ｎｍ（回転速度信号Ｎｍｓ）を代入することによりダンパー補償電流Ｉｄを算出する。
【００２４】
目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１にて算出されたベース電流Ｉｂ、イナーシャ補償電流算出部２２にて算出されたイナーシャ補償電流Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２３にて算出されたダンパー補償電流Ｉｄに基づいて目標電流Ｉｔを決定する。目標電流決定部２５は、例えば、ベース電流Ｉｂに、イナーシャ補償電流Ｉｓを加算するとともにダンパー補償電流Ｉｄを減算して得た電流を目標電流Ｉｔとして決定する。
【００２５】
次に、制御部３０について詳述する。
図４は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、図４に示すように、電動モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部３１と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２と、電動モータ１１０に実際に流れる実電流Ｉｍを検出するモータ電流検出部３３とを有している。
モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流Ｉｔと、モータ電流検出部３３にて検出された電動モータ１１０へ供給される実電流Ｉｍとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０と、電動モータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部６０とを有している。
【００２６】
フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて最終的に決定された目標電流Ｉｔとモータ電流検出部３３にて検出された実電流Ｉｍとの偏差を求める偏差演算部４１と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２とを有している。
フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、目標電流Ｉｔと実電流Ｉｍとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、偏差演算部４１にて算出された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。
ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードバック制御部４０からの出力値に基づいて電動モータ１１０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動するためのＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を出力する。
【００２７】
モータ駆動部３２は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）を備え、６個の内の３個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の３個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側（アース）ラインと接続されている。そして、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ１１０の駆動を制御する。
モータ電流検出部３３は、モータ駆動部３２に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ１１０に流れる実電流Ｉｍの値を検出する。
【００２８】
次に、トルク検出装置２００について詳述する。
図５は、トルク検出装置２００の概略構成を示す図である。
トルク検出装置２００は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式のセンサである。トルク検出装置２００は、図５に示すように、４個のコイルを有し、ステアリングホイール１０１の操作に応じてこれら４個のコイルのインダクタンスを変化させるトルク検出部２１０と、インダクタンスの変化に基づいて操舵トルクＴに応じた電圧を出力するトルク検出回路２５０と、を有している。
【００２９】
トルク検出部２１０は、ピニオンシャフト１０６の外周面に周方向全周に亘って環状に設けられた２つの磁歪膜である第１磁歪膜２１１，第２磁歪膜２１２と、第１磁歪膜２１１に対向配置された第１検出コイル２２１および第２検出コイル２２２と、第２磁歪膜２１２に対向配置された第３検出コイル２２３および第４検出コイル２２４と、を有している。第１磁歪膜２１１，第２磁歪膜２１２は、歪みの変化に対して透磁率の変化が大きい素材からなる金属膜であり、例えば、ピニオンシャフト１０６の外周にメッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜からなる。第１磁歪膜２１１は、ピニオンシャフト１０６の軸線に対して約４５度傾斜した方向に磁気異方性を備えるように構成されており、第２磁歪膜２１２は、第１磁歪膜２１１の磁気異方性の方向に対して約９０度傾斜した方向に磁気異方性を備えるように構成されている。すなわち、第１磁歪膜２１１，第２磁歪膜２１２の磁気異方性は互いに約９０度位相を異にしている。
【００３０】
第１検出コイル２２１および第２検出コイル２２２は第１磁歪膜２１１の周囲にこれと所定の隙間を有した状態で同軸状に配置されており、第３検出コイル２２３および第４検出コイル２２４は第２磁歪膜２１２の周囲にこれと所定の隙間を有した状態で同軸状に配置されている。第１磁歪膜２１１，第２磁歪膜２１２の磁気異方性を上述のように設定したことにより、ピニオンシャフト１０６にトルクが作用しない状態でも、第１磁歪膜２１１，第２磁歪膜２１２の主応力方向の一方に圧縮力が作用し、他方に引張り力が作用するようになるが、第１磁歪膜２１１，第２磁歪膜２１２の透磁率は概ね等しく設定されている。そして、ピニオンシャフト１０６にトルクが作用した状態では、第１磁歪膜２１１の透磁率が増加し、第２磁歪膜２１２の透磁率が減少する。そして、これに応じて、第１検出コイル２２１および第２検出コイル２２２と、第３検出コイル２２３および第４検出コイル２２４との内、一方のインダクタンスが増加し、他方のインダクタンスが減少する。
【００３１】
そして、図５に示すように、第１検出コイル２２１の一端と第４検出コイル２２４の一端とは接続されており、第２検出コイル２２２の一端と第３検出コイル２２３の一端とが接続されている。また、第１検出コイル２２１の他端と第３検出コイル２２３の他端とが接続されており、第２検出コイル２２２の他端と第４検出コイル２２４の他端とが接続されている。
【００３２】
トルク検出回路２５０は、ＣＰＵ、演算増幅器やＡＳＩＣ等からなる算術論理演算回路であり、図５に示すように、第１検出コイル２２１の他端と第３検出コイル２２３の他端との接続部から延びた信号線と電気的に接続された第１検出回路２５１および第３検出回路２５３と、第２検出コイル２２２の他端と第４検出コイル２２４の他端との接続部から延びた信号線と電気的に接続された第２検出回路２５２および第４検出回路２５４と、を備えている。また、トルク検出回路２５０は、第１検出コイル２２１の一端と第４検出コイル２２４の一端との接続部から延びた信号線と接続された抵抗２５５と、第２検出コイル２２２の一端と第３検出コイル２２３の一端との接続部から延びた信号線に接続されて、交流電流を流して磁束を発生させる励磁部２５６と、を備えている。第１検出コイル２２１の一端と第４検出コイル２２４の一端との接続部には、抵抗２５５を介して定電圧（例えば５Ｖ）が印加されている。そして、かかる構成により、第１検出回路２５１および第３検出回路２５３は、第１検出コイル２２１の他端と第３検出コイル２２３の他端との接続部の電圧を検出し、第２検出回路２５２および第４検出回路２５４は、第２検出コイル２２２の他端と第４検出コイル２２４の他端との接続部の電圧を検出する。言い換えれば、トルク検出部２１０は、第１出力値の一例としての、第１検出コイル２２１の他端と第３検出コイル２２３の他端との接続部の電圧と、第２出力値の一例としての、第２検出コイル２２２の他端と第４検出コイル２２４の他端との接続部の電圧とを出力する出力手段として機能する。
【００３３】
また、トルク検出回路２５０は、第１検出回路２５１に接続されるとともに、第１検出回路２５１から出力された値を増幅した第１電圧Ｖ１を出力する第１非反転増幅回路２６１と、第２検出回路２５２に接続されるとともに、第２検出回路２５２から出力された値を増幅した第２電圧Ｖ２を出力する第２非反転増幅回路２６２とを備えている。
また、トルク検出回路２５０は、第３検出回路２５３に接続されるとともに、第３検出回路２５３から出力された値を増幅した第３電圧Ｖ３を出力する第３非反転増幅回路２６３と、第４検出回路２５４に接続されるとともに、第４検出回路２５４から出力された値を増幅した第４電圧Ｖ４を出力する第４非反転増幅回路２６４とを備えている。
【００３４】
第１非反転増幅回路２６１および第２非反転増幅回路２６２は、それぞれ増幅度Ａ１で、第１検出回路２５１から出力された値、第２検出回路２５２から出力された値を増幅する。他方、第３非反転増幅回路２６３および第４非反転増幅回路２６４は、それぞれ増幅度Ａ２で、第３検出回路２５３から出力された値、第４検出回路２５４から出力された値を増幅する。増幅度Ａ１は、増幅度Ａ２よりも大きな値であり、例えば、Ａ１は１０、Ａ２は１であることを例示することができる。ゆえに、第１検出回路２５１および第３検出回路２５３から出力された値が同じであるとしても、第３電圧Ｖ３の方が第１電圧Ｖ１よりも第１検出回路２５１および第３検出回路２５３から出力された値に近い。また、第２検出回路２５２および第４検出回路２５４から出力された値が同じであるとしても、第４電圧Ｖ４の方が第２電圧Ｖ２よりも第２検出回路２５２および第４検出回路２５４から出力された値に近い。
【００３５】
また、トルク検出回路２５０は、第１非反転増幅回路２６１から出力された第１電圧Ｖ１と第２非反転増幅回路２６２から出力された第２電圧Ｖ２の差分を増幅する第１差動増幅回路２７１と、第３非反転増幅回路２６３から出力された第３電圧Ｖ３と第４非反転増幅回路２６４から出力された第４電圧Ｖ４の差分を増幅する第２差動増幅回路２７２と、を備えている。
【００３６】
第１電圧Ｖ１は第１差動増幅回路２７１の反転入力端子に、第２電圧Ｖ２は第１差動増幅回路２７１の非反転入力端子にそれぞれ入力される。また、この第１差動増幅回路２７１の非反転入力端子にバイアス電圧Ｖ０（例えば、２．５Ｖ）が入力される。かかる構成により、第１差動増幅回路２７１は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差を増幅度Ａ３で増幅し、バイアス電圧Ｖ０を加えた電圧を第１トルク検出電圧ＶＴ１（＝（Ｖ２−Ｖ１）×Ａ３＋Ｖ０）として出力する。そして、第１トルク検出電圧ＶＴ１は、制御装置１０に入力される。
【００３７】
第３電圧Ｖ３は第２差動増幅回路２７２の反転入力端子に、第４電圧Ｖ４は第２差動増幅回路２７２の非反転入力端子にそれぞれ入力される。また、この第２差動増幅回路２７２の非反転入力端子にバイアス電圧Ｖ０（例えば、２．５Ｖ）が入力される。かかる構成により、第２差動増幅回路２７２は、第３電圧Ｖ３と第４電圧Ｖ４との差を増幅度Ａ４で増幅し、バイアス電圧Ｖ０を加えた電圧を第２トルク検出電圧ＶＴ２（＝（Ｖ４−Ｖ３）×Ａ４＋Ｖ０）として出力する。そして、第２トルク検出電圧ＶＴ２は、制御装置１０に入力される。
なお、増幅度Ａ３および増幅度Ａ４は、第１トルク検出電圧ＶＴ１と第２トルク検出電圧ＶＴ２との値が等しくなるように、「Ａ１×Ａ３＝Ａ２×Ａ４」の式を満足するように設定されている。
【００３８】
また、トルク検出回路２５０は、第１電圧Ｖ１〜第４電圧Ｖ４に基づいてトルク検出部２１０の故障を検出する故障検出部２８０を備えている。故障検出部２８０は、第１非反転増幅回路２６１から出力された第１電圧Ｖ１と、第２非反転増幅回路２６２から出力された第２電圧Ｖ２とに基づいて、第１検出コイル２２１の他端と第３検出コイル２２３の他端との接続部から電圧を出力する第１出力系または第２検出コイル２２２の他端と第４検出コイル２２４の他端との接続部から電圧を出力する第２出力系の故障を検出する第１故障検出部２８１を備えている。また、トルク検出回路２５０は、第３非反転増幅回路２６３から出力された第３電圧Ｖ３と、第４非反転増幅回路２６４から出力された第４電圧Ｖ４とに基づいて第１出力系または第２出力系の故障を検出する第２故障検出部２８２とを備えている。第１故障検出部２８１および第２故障検出部２８２は、ＣＰＵ等にて構成されている。第１故障検出部２８１および第２故障検出部２８２については後で詳述する。
【００３９】
図６は、ピニオンシャフト１０６に付与されたトルクに対する歪量変化による、第１検出コイル２２１〜第４検出コイル２２４のインピーダンスの変化との関係を示す図である。
ピニオンシャフト１０６と第１検出コイル２２１〜第４検出コイル２２４との相対回転角度は、言い換えればピニオンシャフト１０６の捩れ角θであり、ステアリングホイール１０１の操舵トルクＴに応じた値でもある。そして、図６においては、横軸にピニオンシャフト１０６に付与されたトルク（ピニオンシャフト１０６と第１検出コイル２２１〜第４検出コイル２２４との相対回転角度）を、縦軸に、第１検出コイル２２１〜第４検出コイル２２４のインピーダンスの変化を示している。横軸は、ピニオンシャフト１０６と第１検出コイル２２１〜第４検出コイル２２４との相対回転角度が零の状態、つまり、ピニオンシャフト１０６（ステアリングホイール１０１）に付与されたトルクが零（捩れていない状態）を中点にし、ピニオンシャフト１０６の右方向のトルク（右方向の捩れ）をプラス、左方向のトルク（左方向の捩れ）をマイナスとしている。
【００４０】
本実施の形態に係るステアリング装置１００においては、ステアリングホイール１０１が通常操作されることにより生じるピニオンシャフト１０６の捩れは、図６に示す領域と想定されている。以下では、この領域を「通常操作領域」と称す。
図６に示すように、通常操作領域では、ピニオンシャフト１０６が中点から右方向へ捩れるのに略比例して、第１磁歪膜２１１と対向する第１検出コイル２２１および第２検出コイル２２２はインピーダンスが大きくなり、第２磁歪膜２１２と対向する第３検出コイル２２３および第４検出コイル２２４はインピーダンスが小さくなる。他方、通常操作領域では、ピニオンシャフト１０６が中点から左方向へ捩れるのに略比例して、第１磁歪膜２１１と対向する第１検出コイル２２１および第２検出コイル２２２はインピーダンスが小さくなり、第２磁歪膜２１２と対向する第３検出コイル２２３および第４検出コイル２２４はインピーダンスが大きくなる。
【００４１】
図７は、操舵トルクＴと、第１電圧Ｖ１〜第４電圧Ｖ４、第１トルク検出電圧ＶＴ１、第２トルク検出電圧ＶＴ２との関係を示す図である。
通常操作領域においては、ピニオンシャフト１０６の捩れ角θは、ステアリングホイール１０１の操舵トルクＴに比例するため、図７の実線で示すように、第１電圧Ｖ１および第３電圧Ｖ３は、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加（ピニオンシャフト１０６の右方向への捩れ量が増加）するのに伴って電圧が上昇する特性を有する。他方、図７の破線で示すように、第２電圧Ｖ２および第４電圧Ｖ４は、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加するのに伴って電圧が下降する特性を有する。一方、図７の実線で示すように、第１電圧Ｖ１および第３電圧Ｖ３は、操舵トルクＴの左方向への大きさが増加（ピニオンシャフト１０６の左方向への捩れ量が増加）するのに伴って電圧が下降する特性を有する。他方、図７の破線で示すように、第２電圧Ｖ２および第４電圧Ｖ４は、操舵トルクＴの左方向への大きさが増加するのに伴って電圧が上昇する特性を有する。このように、第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１と逆の特性（負の相関関係）を有し、第３電圧Ｖ３は、第４電圧Ｖ４と逆の特性（負の相関関係）を有する。
【００４２】
ここで、変換部１５は、第１故障検出部２８１および第２故障検出部２８２が、第１出力系および第２出力系に故障が生じていると判定しない場合には、第１トルク検出電圧ＶＴ１から操舵トルクＴを算出し、算出した操舵トルクＴを電気信号に変換したトルク信号Ｔｄを目標電流算出部２０へ出力する。
第１トルク検出電圧ＶＴ１から操舵トルクＴを算出する手法としては以下を例示することができる。すなわち、第１トルク検出電圧ＶＴ１と操舵トルクＴとの関係を示すマップをＲＯＭに記憶しておき、変換部１５は、このマップに、第１トルク検出電圧ＶＴ１を代入することにより操舵トルクＴを算出する。あるいは、第１トルク検出電圧ＶＴ１と操舵トルクＴとの関係を示す関数を組み込んでおき、変換部１５は、この関数に第１トルク検出電圧ＶＴ１を代入して操舵トルクＴを算出してもよい。
【００４３】
なお、第１出力系および第２出力系が正常である場合には、第１トルク検出電圧ＶＴ１と第２トルク検出電圧ＶＴ２とは同じ電圧となることから、変換部１５は、第２トルク検出電圧ＶＴ２から操舵トルクＴを算出し、算出した操舵トルクＴを電気信号に変換したトルク信号Ｔｄを目標電流算出部２０へ出力してもよい。あるいは、変換部１５は、第１トルク検出電圧ＶＴ１と第２トルク検出電圧ＶＴ２とを用いて、例えば両電圧の平均値から操舵トルクＴを算出し、算出した操舵トルクＴを電気信号に変換したトルク信号Ｔｄを目標電流算出部２０へ出力してもよい。
【００４４】
次に、故障検出部２８０の第１故障検出部２８１および第２故障検出部２８２について説明する。
第１故障検出部２８１および第２故障検出部２８２は、以下に述べる手法を用いて第１出力系および第２出力系に生じた故障を検出する。
ここで、第１出力系または第２出力系の故障には、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３、第４電圧Ｖ４のいずれかが一定のレベルに固定される故障（以下、「固着故障」と称する場合がある)と、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２、第３電圧Ｖ３、第４電圧Ｖ４のいずれかが異常な値で変化する故障(以下、「信号異常故障」と称する場合がある)と、がある。
【００４５】
第２故障検出部２８２は、固着故障が発生すると第１電圧Ｖ１〜第４電圧Ｖ４が出力上限値や出力下限値に固着することに鑑み、第３電圧Ｖ３または第４電圧Ｖ４が最大電圧ＶＨｉより高くなった場合や最小電圧ＶＬｏより低くなった場合に、固着故障が発生したと判定する。
本実施の形態に係るトルク検出装置２００においては、第１電圧Ｖ１〜第４電圧Ｖ４が０〜５〔Ｖ〕の間の電圧値、すなわち、出力下限値が０〔Ｖ〕で出力上限値が５〔Ｖ〕に設定されているので、最大電圧ＶＨｉは出力上限値より所定値低い電圧、例えば４．５〔Ｖ〕に、最小電圧ＶＬｏは出力下限値より所定値高い電圧、例えば０．５〔Ｖ〕に設定されている。
第２故障検出部２８２は、最大電圧ＶＨｉが４．５〔Ｖ〕に、最小電圧ＶＬｏが０．５〔Ｖ〕に設定されている場合には、第３電圧Ｖ３または第４電圧Ｖ４が４．５〔Ｖ〕より高くなった場合や０．５〔Ｖ〕より低くなった場合に固着故障が発生したと判定する。
【００４６】
図８および図９は、第１出力系または第２出力系に信号異常故障が発生した場合の第１出力系または第２出力系からの信号の変化を示す図である。
信号異常故障には、第１電圧Ｖ１が正常値より高い電圧で変化する故障(以下、「第１上昇故障」と称する場合がある)と、第１電圧Ｖ１が正常値より低い電圧で変化する故障(以下、「第１低下故障」と称する場合がある)とがある。第１上昇故障時の第１電圧Ｖ１の変化を示したのが図８の１点鎖線であり、第１低下故障時の第１電圧Ｖ１の変化を示したのが図８の２点鎖線である。また、信号異常故障には、第２電圧Ｖ２が正常値より高い電圧で変化する故障(以下、「第２上昇故障」と称する場合がある)と、第２電圧Ｖ２が正常値より低い電圧で変化する故障（以下、「第２低下故障」と称する場合がある）とがある。第２上昇故障時の第２電圧Ｖ２の変化を示したのが図８の１点鎖線であり、第２低下故障時の第２電圧Ｖ２の変化を示したのが図８の２点鎖線である。
【００４７】
また、第１出力系および第２出力系が正常に作動している場合、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを合計した第１合計電圧ＶＳ１は、常に所定電圧（ＶＨｉ＋ＶＬｏ）になる（図９の実線参照）。
これに対して、第１出力系および第２出力系の少なくともいずれか一方に上昇故障が発生すると、第１合計電圧ＶＳ１は所定電圧よりも高くなり、第１出力系および第２出力系の少なくともいずれか一方に低下故障が発生すると、第１合計電圧ＶＳ１は所定電圧よりも低くなる。図９の１点鎖線は、第１出力系および第２出力系の少なくともいずれか一方に上昇故障が発生している場合の第１合計電圧ＶＳ１を、２点鎖線は、第１出力系および第２出力系の少なくともいずれか一方に低下故障が発生している場合の第１合計電圧ＶＳ１をそれぞれ示す線である。
【００４８】
それゆえ、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを合計した第１合計電圧ＶＳ１が、予め定められた所定範囲から外れた場合に第１出力系および第２出力系の少なくともいずれか一方に信号異常故障が発生したと判断することができる。具体的には、第１出力系または第２出力系に生じる誤差や脈動等による第１合計電圧ＶＳ１の変動を考慮して、図９に示すように、所定電圧（ＶＨｉ＋ＶＬｏ）より高い上限基準値ＶＨ以上の領域を上昇故障領域とし、所定電圧（ＶＨｉ＋ＶＬｏ）より低い下限基準値ＶＬ以下の領域を低下故障領域とし、上限基準値ＶＨより低く下限基準値ＶＬより高い領域を所定範囲とする。そして、第１故障検出部２８１は、第１合計電圧ＶＳ１が、所定範囲から外れた場合、言い換えれば、第１合計電圧ＶＳ１が上昇故障領域又は低下故障領域にある場合に、第１出力系および第２出力系の少なくともいずれか一方に信号異常故障が発生したと判断する。
【００４９】
以上のように構成されたトルク検出装置２００においては、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する装置であっても、通常操作領域における誤検知を抑制しつつ、第１出力系または第２出力系の固着故障をより精度高く検出することができる。
すなわち、本実施の形態に係るトルク検出装置２００においては、図７に示す通常操作領域における第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２の出力電圧が、最小電圧ＶＬｏよりも所定値高い想定最小電圧ＶＬｏ´から、最大電圧ＶＨｉよりも所定値低い想定最大電圧ＶＨｉ´の範囲で変化するように増幅度Ａ１が設定されている。例えば、最大電圧ＶＨｉが４．５〔Ｖ〕、最小電圧ＶＬｏが０．５〔Ｖ〕に設定されている場合に、想定最大電圧ＶＨｉ´が４〔Ｖ〕、想定最小電圧ＶＬｏ´が１〔Ｖ〕となるように増幅度Ａ１が設定されている。
【００５０】
そして、このようにできる限り大きな増幅度Ａ１にて増幅された第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２に基づいて第１故障検出部２８１が信号異常故障を検出することにより、誤差や脈動等による影響を確実に排除することができるのでより精度高く第１出力系または第２出力系の信号異常故障を検出することができる。付言すると、増幅度Ａ１よりも小さな増幅度Ａ２にて増幅された第３電圧Ｖ３および第４電圧Ｖ４に基づいて第１故障検出部２８１が同様な信号異常故障を検出すると、誤差や脈動等による悪影響を受けてしまい信号異常故障であると誤検知するおそれがあるが、本実施の形態によれば増幅度Ａ２に比較して大きい増幅度Ａ１にて増幅された第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２に基づいて信号異常故障を検出するので、より精度高く信号異常故障を容易に検出することができる。
【００５１】
また、本実施の形態に係るトルク検出装置２００は、外周面に２つの磁歪膜が設けられたピニオンシャフト１０６の捩れ量をメカ的に規制するストッパが存在しないため、ピニオンシャフト１０６が通常操作領域を超えて捩れ回転するおそれがある。他方、図６に示すように、検出コイルのインピーダンスが、ピニオンシャフト１０６の捩れ量が通常操作領域での捩れ量よりも大きい場合であっても、通常操作領域でのインピーダンスと同じ値になってしまい、第１出力系または第２出力系の出力値が通常操作領域での出力値と同じ値になってしまう。ピニオンシャフト１０６が通常操作領域を超えて捩れると、増幅度Ａ１にて増幅された第１電圧Ｖ１または第２電圧Ｖ２の値は、最大電圧ＶＨｉより高くなったり、最小電圧ＶＬｏより低くなったりする。それゆえ、第２故障検出部２８２が増幅度Ａ２よりも大きな増幅度Ａ１にて増幅された第１電圧Ｖ１または第２電圧Ｖ２の値が、最大電圧ＶＨｉより高くなった場合や最小電圧ＶＬｏより低くなった場合に固着故障が発生したと判定する構成では、第１出力系および第２出力系に故障が生じていなくても故障であると誤検知するおそれがある。これに対して、本実施の形態に係る第２故障検出部２８２は、増幅度Ａ１よりも小さな増幅度Ａ２にて増幅された第３電圧Ｖ３または第４電圧Ｖ４の値が、最大電圧ＶＨｉより高くなった場合や最小電圧ＶＬｏより低くなった場合に固着故障が発生したと判定するのでより精度高く固着故障を検出することができる。付言すると、ピニオンシャフト１０６の捩れ量が、通常操作領域の捩れ量よりも大きく、かつ４つの検出コイルのいずれかが通常操作領域でのインピーダンスと同じ値になるまでになったとしても、その過程で第３電圧Ｖ３または第４電圧Ｖ４の値が、最大電圧ＶＨｉより高くなったり最小電圧ＶＬｏより低くなったりすることがない増幅度Ａ２を設定することで、より精度高く第１出力系または第２出力系に生じた固着故障を検出することができる。
【００５２】
なお、上述したトルク検出回路２５０を構成する、第１〜第４検出回路２５１〜２５４、第１〜第４非反転増幅回路２６１〜２６４、第１，第２差動増幅回路２７１，２７２および故障検出部２８０は、ハード回路で実現してもよいし、ソフトウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０…制御装置、１００…電動パワーステアリング装置、１１０…電動モータ、２００…トルク検出装置、２１０…トルク検出部、２５０…トルク検出回路、２８０…故障検出部２８１…第１故障検出部、２８２…第２故障検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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