(57)【要約】      （修正有）【課題】  コストの嵩むサンプリングホールド回路を設けることなく低コストで複数のアナログ信号の同時刻の値を１つのＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換する。【解決手段】  センサから出力されるアナログ信号を複数系統に分岐して個別に処理する多重化された信号処理回路ＯＰ１，ＯＰ２と、該信号処理回路ＯＰ１，ＯＰ２から出力される複数の過渡的アナログ信号を、マルチプレクサ２３１を介して１つのＡ／Ｄ変換器２３２に入力し、当該Ａ／Ｄ変換器２３２でデジタル信号に変換するようにしたセンサ信号処理装置において、前記複数の信号処理回路ＯＰ１，ＯＰ２と前記マルチプレクサ２３１との間に当該マルチプレクサ２３１の信号選択順番をＮとし、前記Ａ／Ｄ変換器２３２での１回のＡ／Ｄ変換処理時間をｔとしたとき、（Ｎ−１）ｔの遅延時間に設定した遅延手段ＤＬを介挿した。【選択図】  図６
2006049976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサから出力されるアナログ信号を複数系統に分岐して個別に処理する多重化された信号処理回路と、該信号処理回路から出力される複数の過渡的アナログ信号をマルチプレクサを介して１つのＡ／Ｄ変換器に入力し、当該Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換するようにしたセンサ信号処理装置において、
前記複数の信号処理回路と前記マルチプレクサとの間に当該マルチプレクサの信号選択順番をＮとし、前記Ａ／Ｄ変換器での１回のＡ／Ｄ変換処理時間をｔとしたとき、（Ｎ−１）ｔの遅延時間に設定した遅延手段を介挿したことを特徴とするセンサ信号処理装置。
【請求項２】
複数のセンサから出力される過渡的アナログ信号をマルチプレクサを介して１つのＡ／Ｄ変換器に入力し、当該Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換するようしたセンサ信号処理装置において、
前記複数のセンサと前記マルチプレクサとの間に当該マルチプレクサの信号選択順番をＮとし、前記Ａ／Ｄ変換器での１回のＡ／Ｄ変換処理時間をｔとしたとき、（Ｎ−１）ｔの遅延時間に設定した遅延手段を介挿したことを特徴とするセンサ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサから直接又は間接的に出力される複数のアナログ信号をマルチプレクサを介して１つのＡ／Ｄ変換器に供給して、このＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換するようにしたセンサ信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マイクロコンピュータに内蔵されるＡ／Ｄ変換器には、２つ以上のアナログ信号をデジタル信号に変換する場合に、１つ目の信号変換から次の信号変換までに数μ秒から数十μ秒かかるものがあり、この場合には、入力される２つ以上のアナログ信号の過渡応答波形を同時刻における値を同時にＡ／Ｄ変換することができない。
このため、複数のアナログ信号の過渡応答波形を同時にＡ／Ｄ変換するには、複数のアナログ信号を同時にサンプリング可能な、高性能Ａ／Ｄ変換器を使用するか、あるいは複数のマイクロコンピュータを使用することが考えられるが複数のマイクロコンピュータが必要となりコストが嵩むと共に、占有面積も大きくなる。
【０００３】
この問題を解決するために、複数のアナログ信号の内１つは直接Ａ／Ｄ変換器に入力し、残りのアナログ信号をサンプリングホールド回路に入力して、このサンプリングホールド回路で値を保持しておき、その後サンプリングホールド回路で保持された値を順次Ａ／Ｄ変換器でデジタル値に変換する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３７８６５号公報（第５頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、複数の過渡応答波形のアナログ信号を同時刻にサンプリングホールド回路を使用してサンプルホールドするので、比較的Ａ／Ｄ変換処理速度の遅い１つのＡ／Ｄ変換器でも、サンプリングホールド回路で保持された値を順次Ａ／Ｄ変換処理することにより、複数のアナログ信号における同時刻の値をデジタル値に変換することができるものであるが、この場合でも，アナログ信号数−１のサンプリングホールド回路が必要となると共に、各サンプリングホールド回路に対する書込みタイミングを制御する必要があり、コストが嵩むと共に制御系が複雑となるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、コストの嵩むサンプリングホールド回路を設けることなく低コストで複数のアナログ信号の同時刻の値を１つのＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換することができるセンサ信号処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係るセンサ信号処理装置は、センサから出力されるアナログ信号を複数系統に分岐して個別に処理する多重化された信号処理回路と、該信号処理回路から出力される複数の過渡的アナログ信号をマルチプレクサを介して１つのＡ／Ｄ変換器に入力し、当該Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換するようにしたセンサ信号処理装置において、前記複数の信号処理回路と前記マルチプレクサとの間に当該マルチプレクサの信号選択順番をＮとし、前記Ａ／Ｄ変換器での１回のＡ／Ｄ変換処理時間をｔとしたとき、（Ｎ−１）ｔの遅延時間に設定した遅延手段を介挿したことを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２に係るセンサ信号処理装置は、複数のセンサから出力される過渡的アナログ信号をマルチプレクサを介して１つのＡ／Ｄ変換器に入力し、当該Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換するようしたセンサ信号処理装置において、前記複数のセンサと前記マルチプレクサとの間に当該マルチプレクサの信号選択順番をＮとし、前記Ａ／Ｄ変換器での１回のＡ／Ｄ変換処理時間をｔとしたとき、（Ｎ−１）ｔの遅延時間に設定した遅延手段を介挿したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、１つのセンサから出力されるアナログ信号を多重化した信号処理回路で信号処理したときに、各信号処理回路から出力されるアナログ信号を遅延手段を介してマルチプレクサに供給し、各遅延手段でマルチプレクサの選択順序に応じて、Ａ／Ｄ変換器でのＡ／Ｄ変換処理速度を考慮した遅延時間が設定されるので、単にアナログ信号を遅延させるだけで、過渡応答波形の同時刻の値を１つのＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換することができるという効果が得られる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明によれば、複数のセンサから出力されるアナログ信号をＡ／Ｄ変換する際に、アナログ信号を遅延手段を介してマルチプレクサに供給し、各遅延手段でマルチプレクサの選択順序に応じて、Ａ／Ｄ変換器でのＡ／Ｄ変換処理速度を考慮した遅延時間が設定されるので、単にアナログ信号を遅延させるだけで、過渡応答波形の同時刻の値を１つのＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に一実施形態を示す概略構成図であって、図中、１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。
【００１０】
そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
【００１１】
ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、補助操舵力を出力軸２ｂに伝達する減速ギヤ１０が連結されており、この減速ギヤ１０には、補助操舵力を発生する電動モータ１２の出力軸が連結されている。
ここで、操舵トルクセンサ３の取付部の具体的構成は、図２に示すように、ハウジング１０１内に、トーションバー１０２を介して連結された入力軸２ａ及び出力軸２ｂが夫々軸受１０３ａ及び１０３ｂによって回転自在に支持されている。入力軸２ａ、出力軸２ｂ及びトーションバー１０２は同軸に配置されており、入力軸２ａとトーションバー１０２との間は各端部がスプライン結合されるスリーブ２Ｓを介して連結され、トーションバー１０２の他端側は出力軸２ａ内に深く入り込んだ位置にスプライン結合されている。入力軸２ａ及び出力軸２ｂは鉄等の磁性材料で形成されている。また、入力軸２ａの右端側にはステアリングホイール１が回転方向に一体に取り付けられており、出力軸２ｂの左端側には減速ギヤ１０、ユニバーサルジョイント４，６、ラックアンドピニオン機構８を介してタイロッド９に連結されている。
【００１２】
入力軸２ａの端部に固定されたスリーブ２Ｓは出力軸２ｂの端部外周面を包囲するような長さを有しており、スリーブ２Ｓの出力軸２ａの端部外周面を包囲する部分の内周面には、軸方向に長い複数の凸部２ｃが形成され、これら凸部２ｃに対向する出力軸２ａの外周面には、軸方向に長い複数（凸部２ｃと同数）の溝２ｄが形成されている。これら凸部２ｃ及び溝２ｄは周方向に余裕を持って嵌め合わされており、これにより入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間の所定範囲（例えば±５度程度）以上の相対回転を防止している。そして、出力軸２ｂには、これと同軸且つ一体に回転するウォームホイール１０３が外嵌され、ウォームホイール１０３の樹脂製の噛合部１０３ａと、電動モータ１２の出力軸１２ａの外周面に形成されたウォーム１２ｂとが噛み合っている。従って、電動モー夕１２の回転力は、出力軸１２ａ、ウォーム１２ｂ及びウォームホイール１０３を介して出力軸２ｂに伝達され、電動モータ１２の回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸２ｂに任意方向の操舵補助トルクが付与されるようになっている。
【００１３】
さらに、ハウジング１０１のウォームホイール１０３より入力軸２ａ側に操舵トルクセンサ３が配設されている。この操舵トルクセンサ３は、入力軸２ａと一体となっているスリーブ２Ｓに、出力軸２ｂの外周面に近接してこれを包囲するように、回転方向に一体に固定された肉薄の円筒部材１０４を有する。この円筒部材１０４は導電性で且つ非磁性の材料（例えばアルミニウム）で形成されており、図３に示すように円筒部材１０４の出力軸２ｂを包囲する部分のうちスリーブ２Ｓに近い側には、周方向に等間隔離隔した長方形の複数の窓１０４ａ，・・・・・，１０４ａが形成され、スリーブ２Ｓから遠い側には、窓１０４ａ，・・・・・，１０４ａと位相が１８０度ずれるように周方向に等間隔離隔した長方形（窓１０４ａと同形状）の複数の窓１０４ｂ，・・・・・・，１０４ｂが形成されている。また、出力軸２ｂの円筒部材１０４に包囲された部分の外周面には、軸方向に延びる横断面略長方形の複数の溝２Ｂが形成されている。
【００１４】
より具体的には図４及び図５に示すように、円筒部材１０４の周面を周方向にＮ等分（本例ではＮ＝９）した角度を一周期角度θ（＝３６０／Ｎ、本例ではθ＝４０度）とし、円筒部材１０４のスリ−ブ２Ｓに近い側の部分では一周期角度θの一方の端からａ度の部分が窓１０４ａ，・・・・，１０４ａとなり、残りのｂ度（＝θ−ａ）の部分が塞がっており、また、窓１０４ａ,・・・・・，１０４ａとの位相が半周期（θ／２）ずれるように、円筒部材１０４のスリ−ブ２Ｓから遠い側の部分では一周期角度θの他方の端からａ度の部分が窓１０４ｂ，・・・・，１０４ｂとなり、残りのｂ度（＝θ−ａ）部分が塞がっている。尚、溝２Ｂ，・・・・，２Ｂの間の横断面凸型の凸部２Ｃの周方向幅をｃ度、溝２Ｂ，・・・・，２Ｂの周方向幅をｄ度、円筒部材１０４及び出力軸２ｂ間（入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間）の相対回転可能範囲をｅ度としている。ただし、トーションバー１０２に捩れが生じていない（操舵トルク零）ときに、例えばｃ＝２０度の場合、図４に示すように窓１０４ａの周方向幅中央部と溝２Ｂの周方向の一方の端部（凸部２Ｃの一方のエッジ部）とが重なり、図５に示すように窓１０４ｂの周方向幅中央部と溝２Ｂの周方向の他方の端部（凸部２Ｃの他方のエッジ部）とが重なり合うようになっている。従って、窓１０４ａ及び溝２Ｂの重なり状態と、窓１０４ｂ及び溝２Ｂの重なり状態とは周方向で逆になっており、窓１０４ａ，１０４ｂの周方向幅中央部と溝２Ｂの周方向幅中央部とはそれぞれθ／４ずつずれている。尚、本実施例ではｂ＞ａ、ｄ＞ｃ、ｅ＜θ／４となっている。
【００１５】
また、円筒部材１０４は、同一規格のコイルＬ１及びＬ２が巻き付けられたヨーク１１２で包囲されている。即ち、コイルＬ１及びＬ２は円筒部材１０４と同軸に配置されており、コイルＬ１は窓１０４ａ，・・・・・，１０４ａが形成された部分を包囲するようにヨーク１１２に巻き付けられ、コイルＬ２は窓１０４ｂ，・・・・・，１０４ｂが形成された部分を包囲するようにヨーク１１２に巻き付けられ、ヨーク１１２はハウジング１０１に固定されている。なお、ハウジング１０１内のウォームホイール１０３が配設されている空間と、ヨーク１１２が配設されている空間との間はオイルシール１１３によって隔離されており、これによりウォームホイール１０３及びウォーム２０ｂの噛み合い部分に供給される潤滑油がヨーク１１２側に入り込まないようになっている。
【００１６】
そして、コイルＬ１及びＬ２は、センサケース１１４内の制御基板１９０上に構成されているコントロールユニット２００に接続されている。
このコントロールユニット２００は、図６に示すようにトルク検出部２１０と、このトルク検出部２１０の出力信号と車速センサ２２０で検出した車速Ｖとに基づいて電動モータ１２を制御する演算処理部２３０（ＭＰＵやマルチプレクサ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等のインタフェース回路等で構成）と、この演算処理部２３０に接続された電動モータ１２を駆動制御するモータ駆動回路２５０とで構成されている。
【００１７】
トルク検出部２１０は、コイルＬ１，Ｌ２と直列に接続された抵抗値の等しい２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２を有し、コイルＬ１，Ｌ２及び抵抗Ｒ１，Ｒ２によってブリッジ回路を形成している。このブリッジ回路のうち、コイルＬ１及びＬ２同士の接続部は、ＮＰＮ型トランジスタＴｒで構成されるコイル駆動部２２１を介して接地され、電気抵抗Ｒ１，Ｒ２同士の接続部は電源入力端子に接続されている。コイル駆動部２２１のトランジスタＴｒのベースには、演算処理部２３０の出力ポートＰｏ１から制御電圧ＶＣｌが供給される。この制御電圧ＶＣｌは方形波電圧であり、その方形波の出力間隔は演算処理部２３０のサンプリング・クロックに同期している。また、制御電圧ＶＣ１は、コイル駆動部２２１のトランジスタＴｒがＮＰＮ型であるため、そのトランジスタＴｒをオンとするタイミングで論理値"０"から"１"に立ち上がり、トランジスタＴｒをオフとするタイミングで論理値"１"から"０"に立ち下がる電圧となっている。
【００１８】
さらに、コイルＬ１及び抵抗Ｒ１間の電圧であるブリッジ回路の一方の出力電圧Ｖ１と、コイルＬ２及び抵抗Ｒ２間の電圧であるブリッジ回路の他方の出力電圧Ｖ２とが夫々信号処理回路としての差動増幅器の構成を有するオペアンプＯＰ１，ＯＰ２に人力されている。これらオペアンプＯＰ１，ＯＰ２には、演算処理部２３０の出力ポートＰｏ２から出力される制御電圧ＶＣ２が入力される中立電圧形成回路ＣＶから中立電圧Ｖｏが供給されており、増幅率をＧとすると下記（１）式で表される操舵トルク検出電圧Ｖｔｊ（ｊ＝１，２）を出力する。
Ｖｔｊ＝Ｇ×（Ｖ１−Ｖ２）＋Ｖｏ    …………（１）
【００１９】
そして、一方のオペアンプＯＰ１の操舵トルク検出電圧Ｖｔ１が直接演算処理部２３０のＡ／ＤポートＰａ１ に供給されていると共に、他方のオペアンプＯＰ２の操舵トルク検出電圧Ｖｔ２が遅延手段としての遅延回路ＤＬを介して演算処理部２３０のＡ／ＤポートＰａ２に供給されている。
ここで、演算処理部２３０は、Ａ／ＤポートＰａ１及びＰａ２が夫々入力側に接続されたマルチプレクサ２３１と、このマルチプレクサ２３１で選択されたポートのアナログ入力信号をデジタル信号に変換する１つのＡ／Ｄ変換器２３２とを有する入力インタフェース２３３を内蔵している。ここで、Ａ／Ｄ変換器２３２は、１つのアナログ入力信号をデジタル信号に変換が完了するまでの変換処理時間ｔが数μ秒に設定されており、マルチプレクサ２３１は、出力ポートＰｏ１から方形制御電圧ＶＣ１が出力されるタイミングでＡ／ＤポートＰａ１のアナログ入力信号を選択してＡ／Ｄ変換器２３２に供給し、その後Ａ／Ｄ変換器２３２の変換処理時間ｔが経過した時点で、Ａ／ＤポートＰａ２のアナログ入力信号を選択してこれをＡ／Ｄ変換器２３２に供給する。このため、Ａ／Ｄ変換器２３２では、後述するようにオペアンプＯＰ１から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ１のピーク値をデジタル値に変換して主操舵トルク検出値Ｔｍとし、このデジタル値への変換が完了した時点で遅延回路ＤＬから出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ２の遅延信号のピーク値をデジタル値に変換して副操舵トルク検出値Ｔｓとし、変換した主操舵トルク検出値Ｔｍ及び副操舵トルク検出値ＴｓをＭＰＵ等で演算処理して操舵補助制御を行う。
【００２０】
また、遅延回路ＤＬは、安価な遅延線、遅延素子等の受動素子で構成され、その遅延時間がオペアンプＯＰ２から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ２をＡ／Ｄ変換器２３２の変換処理時間ｔ分遅らせる値に設定されている。ところで、オペアンプＯＰ２から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ２を遅延回路ＤＬで遅延させる場合には、図７に示すように、オペアンプＯＰ２から実線図示の操舵トルクに対応したピーク値を有する操舵トルク検出電圧Ｖｔ２が出力されたときに、遅延回路ＤＬから出力される遅延信号は図７で破線図示のように、ピーク値がＡ／Ｄ変換器２３２の変換処理時間ｔ分遅れることになるが、このときに遅延回路ＤＬで１／αの減衰が生じるため、遅延信号のピーク値がオペアンプＯＰ２の操舵トルク検出電圧Ｖｔ２のピーク値に対して１／αだけ減少してしまう。このため、後述する演算処理部２３０の操舵補助制御処理において、Ａ／Ｄ変換器２３２でデジタル値に変換した後の値をα倍することにより、減衰分を補償してオペアンプＯＰ１から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ１に相当する値に補正するようにしている。
【００２１】
また、演算処理部２３０には、車速センサ２２０から車速Ｖが入力されていると共に、モータ電流検出回路２７０で検出した電動モータ１２を流れるモータ電流検出信号ＩMD及びモータ角速度推定回路２８０でモータ駆動回路２５０から電動モータ１２に供給する駆動電圧ＶM と電動モータ１２を流れるモータ電流とに基づいて推定したモータ角速度ωが入力されており、これらとＡ／Ｄ変換器２３２から出力される主操舵トルク検出値Ｔｍ及び副操舵トルク検出値Ｔｓとに基づいて図８に示す操舵補助制御処理を実行する。
この操舵補助制御処理は、図８に示すように、先ず、ステップＳ１１で、Ａ／Ｄ変換器２３２から出力される主操舵トルク検出値Ｔｍ及び副操舵トルク検出値Ｔｓを読込み、次いでステップＳ２に移行して、副操舵トルク値Ｔｓに遅延回路ＤＬでの減衰分αを乗算した値を副操舵トルク検出値Ｔｓとして設定する。
【００２２】
次いで、ステップＳ３に移行して、主操舵トルク検出値Ｔｍと副操舵トルク検出値Ｔｓとの偏差の絶対値｜Ｔｍ−Ｔｓ｜が操舵トルクセンサ３の異常を判断する閾値ΔＴ以上であるか否かを判定することにより、トルク検出部２１０が正常であるか否かを判定する。この判定結果が、｜Ｔｍ−Ｔｓ｜≧ΔＴであるときには、オペアンプＯＰ１及びＯＰ２の何れかが異常であると判断してステップＳ４に移行し、トルク検出部２１０のブリッジ回路の出力電圧Ｖ１及びＶ２を直接Ａ／Ｄ変換して読込み、次いでステップＳ５に移行して、読込んだ出力電圧Ｖ１及びＶ２を前記（１）式に代入して、操舵トルク検出電圧Ｖｔを算出し、次いでステップＳ６に移行して、算出した操舵トルク検出電圧Ｖｔと主操舵トルク検出値Ｔｍ及び副操舵トルク検出値Ｔｓとを比較して操舵トルク検出電圧Ｖｔに近い値が存在するか否かを判定し、存在する場合には、ステップＳ７に移行して、該当する操舵トルク検出値Ｔｉ（ｉ＝ｍ，ｓ）を操舵トルク検出値Ｔｄとして設定してから後述するステップＳ１０に移行し、存在しない場合にはトルク検出部２１０の異常と判断してステップＳ８に移行して、モータ駆動回路２５０へのモータ駆動電流ＩM の出力を停止してから処理を終了する。
【００２３】
また、ステップＳ３の判定結果が｜Ｔｍ−Ｔｓ｜＜ΔＴであるときには、ステップＳ９に移行して、主操舵トルク検出値Ｔｍを操舵トルク検出値Ｔｄとして設定してからステップＳ１０に移行する。
このステップＳ１０では、操舵トルク検出値Ｔｄが予め設定した正常範囲内の値であるか否かを判定し、操舵トルク検出値Ｔｄが正常範囲外であるときにはトルク検出部２１０で断線又は短絡による異常が発生しているものと判断して前記ステップＳ８に移行し、操舵トルク検出値Ｔｄが正常範囲内であるときにはトルク検出部２１０が正常であると判断してステップＳ１１に移行する。
【００２４】
このステップＳ１１では、操舵トルク検出値Ｔｄに基づいて下記（２）式の演算を行ってオフセット除去補正を行った操舵トルクＴｎを算出する。
Ｔｎ＝Ｔｄ−Ｖ0     …………（２）
次いで、ステップＳ１２に移行して、車速センサ２２０で検出した車速Ｖを読込み、次いでステップＳ１３に移行して、操舵トルクＴｎ及び車速Ｖに基づいて図９に示す操舵補助指令値算出マップを参照して、モータ電流指令値となる操舵補助指令値ＩM*を算出する。
【００２５】
ここで、操舵補助指令値算出マップは、図９に示すように、横軸に操舵トルク信号Ｔｎをとり、縦軸に操舵補助指令値ＩM*をとり、車速Ｖをパラメータとした特性線図で構成され、操舵トルク信号Ｔｎが“０”から正方向に増加して第１の設定値Ｔｎ１に達するまでの間は車速Ｖにかかわらず比較的緩い勾配で延長する直線部Ｌ１と、操舵トルク信号Ｔｎが第１の設定値Ｔｎ１より増加したときに、車速Ｖが比較的速い状態では、比較的緩やかな勾配で延長する直線部Ｌ２及びＬ３と操舵トルク検出値Ｔｎが第１の設定値Ｔｎ１より大きい第２の設定値Ｔｎ２に近傍で横軸と平行となる直線部Ｌ４及びＬ５と、車速Ｖが遅い状態では、比較的勾配の大きい直線部Ｌ６及びＬ７と、これら直線部Ｌ６及びＬ７より勾配の大きい直線部Ｌ８及びＬ９と、直線部Ｌ８より勾配の大きい直線部Ｌ１０と、直線部Ｌ９及びＬ１０の終端から横軸と平行に延長する直線部Ｌ１１及びＬ１２とで構成される４本の特性線が形成され、同様に操舵トルク信号Ｔｎが負方向に増加する場合には、上記と原点を挟んで点対象となる４本の特性線が形成された構成を有する。
【００２６】
次いで、ステップＳ１４に移行して、モータ角速度推定回路２８０で推定したモータ加速度ωを読込み、次いでステップＳ１５に移行して、モータ角速度ωに慣性ゲインＫi を乗算して、モータ慣性を加減速させるトルクを操舵トルクＴｎから排除し、慣性感のない操舵感覚を得るための慣性補償制御用の慣性補償値Ｉi (＝Ｋi ・ω)を算出すると共に、操舵補助指令値ＩM*の絶対値に摩擦係数ゲインＫf を乗算して、動力伝達部や電動モータの摩擦が操舵力に影響することを排除するため摩擦補償制御用の摩擦補償値Ｉf (＝Ｋf ・ＩM*)を算出する。ここで、摩擦補償値Ｉf の符号は操舵トルクＴｎの符号とこの操舵トルクＴｎにより操舵の切り増し／切り戻しを判定する操舵方向信号とに基づいて決定する。
【００２７】
次いで、ステップＳ１６に移行して、操舵トルク信号Ｔｎを微分演算処理してアシスト特性不感帯での安定性確保、静摩擦の補償を行うセンタ応答性改善指令値Ｉｒを算出し、ステップＳ１７に移行して、算出した慣性補償値Ｉi 、摩擦補償値Ｉf 及びセンタ応答性改善指令値Ｉｒを操舵補助指令値ＩM*に加算して操舵補助補償値ＩM*′(＝ＩM*＋Ｉi ＋Ｉf ＋Ｉｒ)を算出し、次いでステップＳ１８に移行して、モータ電流検出値ＩMDを読込み、次いでステップＳ１９に移行する。
【００２８】
このステップＳ１９では、操舵補助補償値ＩM*′を微分してフィードフォワード制御用の微分値Ｉｄを算出し、次いでステップＳ２０に移行して、モータ電流検出値ＩMDを減算して電流偏差ΔＩを算出し、次いでステップＳ２１に移行して、電流偏差ΔＩを比例演算処理して比例補償制御用の比例値ΔＩｐを算出し、次いでステップＳ２２に移行して、電流偏差ΔＩを積分演算処理して積分補償制御用の積分値ΔＩｉを算出し、次いでステップＳ２３に移行して、微分値Ｉｄ、比例値ΔＩｐ及び積分値ΔＩｉを加算してモータ駆動電流ＩM （＝Ｉｄ＋ΔＩｐ＋ΔＩｉ）を算出し、次いでステップＳ２４に移行して、算出したモータ駆動電流ＩM をモータ駆動回路１７に出力してから前記ステップＳ１に戻る。
【００２９】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、操舵系が直進状態にある場合には、操舵トルクが零である場合には入力軸２ａ及び出力軸２ｂの間には相対回転は生ぜず、出力軸２ｂと円筒部材１０４との間にも相対回転は生じない。
一方、ステアリングホイール１を操舵して入力軸２ａに回転力が生じると、その回転力はトーションバー１０２を介して出力軸２ｂに伝達される。このとき、出力軸２ｂには、転舵輪及び路面間の摩擦力や出力軸２ｂのステアリング装置のギアの噛み合い等の摩擦力に応じた抵抗力が生じるため、入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間にはトーションバー１０２が捩れることによって出力軸３が遅れる相対回転が発生し、出力軸３及び円筒部材１０４間にも相対回転が生じる。円筒部材１０４に窓がない状態では、円筒部材１０４は導電性で且つ非磁性材料で成っているため、コイルに交流電流を流してコイル内部に交番磁界を生じさせると、円筒部材１０４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による磁界とを重ね合わせると、円筒部材１０４の内側の磁界は相殺される。
【００３０】
円筒部材１０４に窓１０４ａ，１０４ｂを設けた場合、円筒部材１０４の外周面に生じた渦電流は窓１０４ａ，１０４ｂによって外周面を周回できないため、窓１０４ａ，１０４ｂの端面に沿って円筒部材１０４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１０４ａ，１０４ｂの端面に沿って外周面側に戻るループを形成する。つまり、コイルの内側に、渦電流のループを周方向に周期的（θ＝３６０／Ｎ）に配置した状態となる。コイル電流と渦電流の作る磁界は重ね合わされ、円筒部材１０４の内外に、周方向に周期的な強弱を有し、中心に向かうほど小さくなる勾配を持った磁界が形成される。周方向の磁界の強弱は、隣り合う渦電流の影響を強く受ける窓１０４ａ，１０４ｂの中心部分で強く、そこから半周期（θ／２）ずれたところで弱い。円筒部材１０４の内側には磁性材料からなる軸２ｂが同軸に配設され、その軸２ｂには凸部２Ｂ，凹部２Ｃが窓１０４ａ，１０４ｂと同じ周期をもって形成されている。磁界中に置かれた磁性体は磁化して自発磁化（磁束）を発するが、その量は飽和に至るまでは磁界の強さに応じて大きくなる。
【００３１】
このため、円筒部材１０４によって作られる周方向に周期的な強弱と半径方向に勾配を持つ磁界によって、軸２ｂの自発磁化は、円筒部材１０４との相対的な位相によって増減する。
自発磁化が最大となる位相は、窓１０４ａ，１０４ｂの中心と凸部の中心とが一致した状態であり、自発磁化の増減に応じてコイルのインダクタンスも増減する。その変化はほぼ正弦波となる。トルクが作用しない状態においては、自発磁化（インダクタンス）が最大となる位相に対して１／４周期（θ／４）ずれた状態となっており、スリーブ２Ｓに近い側の窓列と他方の窓列との位相は１／２周期（θ／２）の位相差である。
【００３２】
このため、トルクにより円筒部材１０４と軸３に位相差が生じると、２つのコイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスは一方は増加し、他方は同じ割合で減少する。操舵系が中立位置にあって操舵トルク零の場合には、コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスは等しいからコイルＬ１，Ｌ２のインピーダンスには差が生ぜず、コイルＬ１及びＬ２の自己誘導起電力は等しい。この状態で、演算処理部２３０からコイル駆動部２２１に図１０（ａ）に示すような方形波の制御電圧ＶＣｌが供給されると、ブリッジ回路の抵抗Ｒ１及びコイルＬ１の直列回路と抵抗Ｒ２及びコイルＬ２の直列回路とに電流が流れ、抵抗Ｒ１及びコイルＬ１の接続点と抵抗Ｒ２及びコイルＬ２の接続点の出力電圧Ｖ１及びＶ２は図１０（イ）における（ａ）に示すように、インパルス応答波形となり、両者の過渡時の値も等しくなる。出力電圧Ｖ１及びＶ２の差が零であるから、オペアンプＯＰ１及びＯＰ２から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ１及びＶｔ２は図１０の（イ）−（ｂ）に示すように中立電圧Ｖｏを維持する。この状態では、マルチプレクサ２３１で、先ず、操舵トルク検出電圧Ｖｔ１がＡ／Ｄ変換器２３２に供給されてデジタル値に変換されて主操舵トルク検出値Ｔｍとされ、このデジタル値への変換処理が終了前にマルチプレクサ２３１で遅延回路ＤＬから出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ２の遅延信号が選択されたＡ／Ｄ変換器２３２に入力されることにより、主操舵トルク検出値Ｔｍの変換処理が終了した後に続いて操舵トルク検出電圧Ｖｔ２の遅延信号がデジタル値に変換された副操舵トルク検出値Ｔｓとして設定される。そして、Ａ／Ｄ変換器２３２での副操舵トルク検出値Ｔｓの変換処理が終了した時点で、図８の操舵補助制御処理で、主操舵トルク検出値Ｔｍ及び副操舵トルク検出値Ｔｓを読込み、副操舵トルク検出値Ｔｓについては減衰補正係数αを乗算した値を正規の副操舵トルク検出値Ｔｓとして設定する。
【００３３】
この状態では、トルク制御部２２０が正常であるので、主操舵トルク検出値Ｔｍ及び副操舵トルク検出値Ｔｓの偏差の絶対値｜Ｔｍ−Ｔｓ｜は略零となり、閾値ΔＴより小さいので、ステップＳ９に移行して、主操舵トルク検出値Ｔｍを操舵トルク検出値Ｔｄとして設定し、この操舵トルク検出値Ｔｄが中立電圧Ｖｏであるので、正常であると判断して操舵トルク検出値Ｔｄから中立電圧Ｖｏを減算して右操舵時に正となり、左操舵時に負となる操舵トルクＴｎを算出する。
このとき操舵トルクＴｎが“０”となるので、この操舵トルクＴｎをもとに図９の制御マップを参照して算出した操舵補助指令値ＩM*も“０”となり、結局モータ駆動電流ＩM も“０”となって、電動モータ１２は停止状態を継続し、操舵系には不要な操舵補助トルクは発生しない。
【００３４】
一方、右操舵トルク発生時には、操舵トルク零の場合に比べて、右操舵トルクが増大するに従ってコイルＬ１のインダクタンスが増大し、コイルＬ２のインダクタンスが減少する。逆に左操舵トルクが増大するに従って、コイルＬ１のインダクタンスが減少し、コイルＬ２のインダクタンスが増大する。そして、コイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスが上記のように変化すれば、コイルＬ１及びＬ２のインピーダンスも同様の傾向で変化し、コイルＬ１及びＬ２の自己誘導起電力も同様の傾向で変化する。このため、右操舵トルク発生時には、図１０の（ロ）−（ａ）に示すようにブリッジ回路の出力電圧Ｖ１は出力電圧Ｖ２よりも急峻に立ち上がるため、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２が同図（ロ）−（ｂ）に示すように出力電圧Ｖ１及びＶ２の過渡期には中立電圧Ｖｏより急増することになり、これら操舵トルク検出電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２は発生する操舵トルクが大きいほど大きくなる。逆に、左操舵トルク発生時には、図１０の（ハ）−（ａ）に示すようにブリッジ回路の出力電圧Ｖ１は出力電圧Ｖ２よりも急峻に立ち上がるため、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２が同図（ハ）−（ｂ）に示すように出力電圧Ｖ１及びＶ２の過渡期には中立電圧Ｖｏより急減することになり、その差は発生する操舵トルクが大きいほど大きくなる。
【００３５】
このように、右操舵トルク発生時には、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２から略同一値の中立電圧Ｖｏより急増する操舵トルク検出電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２が同時に出力されるが、オペアンプＯＰ１から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ１については直接マルチプレクサ２３１を介してＡ／Ｄ変換器２３２に入力されるので、図７に示すピーク値ＶＰ１がデジタル値に変換されて主操舵トルク検出値Ｔｍとして設定される。しかしながら、オペアンプＯＰ２から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ２については遅延回路ＤＬでそのピーク値がＡ／Ｄ変換器２３２での１回のデジタル値に変換する変換処理時間ｔだけ遅延されて出力されるので、この遅延回路ＤＬからピーク値が出力されるタイミングより僅か前でマルチプレクサ２３１がＡ／ＤポートＰａ２側に切換えられることにより、遅延信号のピーク値ＶＰ２が出力されるタイミングでＡ／Ｄ変換器２３２でデジタル値への変換処理を開始することができ、従来例のようにサンプリングホールド回路等のコストが嵩む回路を付加することなく安価な遅延回路ＤＬを設けるだけで、同時に発生する２つの操舵トルク検出電圧Ｖｔのピーク値をデジタル値に正確に変換することができる。
【００３６】
そして、演算処理部２３０で、Ａ／Ｄ変換器２３２の遅延信号のＡ／Ｄ変換処理が終了した時点で、図８の操舵補助制御処理で主操舵トルク検出値Ｔｍ及び副操舵トルク検出値Ｔｓを読込み、トルク検出部２１０が正常であることから、主操舵トルク検出値Ｔｍを操舵トルク検出値Ｔｄとして設定し、これから中立電圧Ｖｏを減算して操舵トルクＴｎを算出し、この操舵トルクＴｎと車速Ｖとをもとに図９の制御マップを参照して操舵補助指令値ＩM*を算出することにより、この操舵補助指令値ＩM*がステアリングホイール１に作用された操舵トルクに最適な値となり、この操舵補助指令値ＩM*に対して種々の補償処理が行われると共に、モータ電流検出値ＩMDとの偏差に微分及び比例積分処理することにより、モータ駆動電流ＩM が算出される。このモータ駆動電流ＩM がモータ駆動回路２５０に出力されることにより、電動モータ１２でステアリングホイール１に作用された操舵トルクの作用方向に最適な操舵補助力を発生して、軽い操舵を行うことができる。
【００３７】
左操舵トルクが発生した場合にも、上記と同様にオペアンプＯＰ１，ＯＰ２から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ１が直接Ａ／Ｄ変換器２３２に供給されて、その最小ピーク値がデジタル値に変換されて主操舵トルク検出値Ｔｍとなり、Ａ／Ｄ変換器２３２での変換処理が終了した時点で遅延回路ＤＬから出力されるオペアンプＯＰ２から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ２の遅延信号の最小ピーク値がＡ／Ｄ変換器２３２に供給されることにより、この遅延信号の最小ピーク値がデジタル値に変換されて副操舵トルク検出値Ｔｓとして設定される。その後、図８の操舵補助制御処理によって左操舵トルクに応じたモータ駆動電流ＩM が算出され、これがモータ駆動回路２５０に出力されることにより、電動モータ１２で左操舵トルクに応じた方向の最適な操舵補助力を発生して、軽い操舵を行うことができる。
【００３８】
また、オペアンプＯＰ１に異常が発生して、これから出力される操舵トルク出力電圧Ｖｔ１がオペアンプＯＰ２から出力される正常な操舵トルク出力電圧Ｖｔ２に対して大きくことなる状態となると、図８の操舵補助制御処理におけるステップＳ３で、｜Ｔｍ−Ｔｓ｜≧ΔＴと判定されるので、ステップＳ４に移行し、トルク検出部２１０のブリッジ回路の出力電圧Ｖ１及びＶ２を直接Ａ／Ｄ変換して読込み、これらに基づいて前記（１）の演算を行って操舵トルク検出電圧Ｖｔを算出し、この操舵トルク検出電圧Ｖｔと主操舵トルク検出値Ｔｍ及び副操舵トルク検出値Ｔｓとを比較することにより、主操舵トルク検出値Ｔｍの異常を検出することができ、これに基づいて副操舵トルク検出値Ｔｓを操舵トルク検出値Ｔｄとして設定することにより、上述した主操舵トルク検出値Ｔｍが正常である場合と全く同様の操舵補助制御を行うことができる。
さらに、操舵トルク検出値Ｔｄが正常範囲を超えている場合には、トルク検出部２１０のオペアンプＯＰ１及びＯＰ２に至る前で断線又は短絡等の異常が発生しているものと判断してモータ駆動電流ＩM のモータ駆動回路２５０への出力を停止して、マニュアル操舵状態に移行する。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、オペアンプＯＰ２の出力側に接続した遅延回路ＤＬにおける信号減衰分を図８の操舵補助制御処理におけるステップＳ２の処理で補正する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、オペアンプＯＰ２のゲインＧに遅延回路ＤＬの信号減衰分に相当する係数αを乗算することにより、このオペアンプＯＰ２から遅延回路ＤＬでの信号減衰分を見込んだ操舵トルク検出電圧Ｖｔ２を出力することにより、図８の操舵補助制御処理におけるステップＳ２の処理を省略するようにしてもよい。さらには、一般的にはオペアンプＯＰ１及びＯＰ２と演算処理部２３０を構成するマイクロコンピュータとの間には、電流制限を行う抵抗器Ｒ１１及びＲ１２を介挿すると共に、これら抵抗器Ｒ１１及びＲ１２のマイクロコンピュータ側と接地との間に高周波信号成分を除去するためのコンデンサＣ１及びＣ２を介挿するようにしているので、これら抵抗器Ｒ１１及びＲ１２とコンデンサＣ１及びＣ２を活用して、抵抗値或いは静電容量を代えて時定数（抵抗値と静電容量との積）に対応する遅延効果を生成してオペアンプＯＰ２から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ２の立ち上がりをオペアンプＯＰ１から出力される操舵トルク検出電圧Ｖｔ１の立ち上がりに対してＡ／Ｄ変換器２３２の変換処理時間ｔ分遅延させるようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態においては、操舵トルクセンサ３の出力系統を２重化して信頼性を高める場合について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵トルクセンサとしてトーションバー１０２の捩じれ量に応じて抵抗値が変化するロータリポテンショメータを適用した場合には、ロータリポテンショメータを２組み使用し、これらを個別に増幅回路で増幅して演算処理部２３０に入力して１つのＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換する場合にも、一方の増幅回路の出力側に遅延回路ＤＬを設けることにより、同時に発生するアナログ信号を１つのＡ／Ｄ変換器で時分割に処理することができる。
【００４１】
さらにまた、上記実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器２３２で２つのアナログ信号を順次Ａ／Ｄ変換する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３つ以上のアナログ信号をマルチプレクサで選択してＡ／Ｄ変換器に入力して順次Ａ／Ｄ変換する場合にも本発明を適用することができる。この場合、アナログ信号数を自然数Ｎとし、Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換処理時間をｔとしたときに、マルチプレクサで最初に選択されるアナログ信号については遅延回路を設けず、残りのＮ−１個のアナログ信号については夫々遅延回路を設け、各遅延回路の遅延時間をマルチプレクサで選択される順番にＮを設定することにより、（Ｎ−１）ｔに設定すればよい。すなわち、マルチプレクサで２番目に選択されるアナログ信号については（２−１）ｔ＝ｔ、３番目に選択されるアナログ信号については（３−１）ｔ＝２ｔ、……となるように順次遅延時間をＡ／Ｄ変換器の処理時間ｔだけ増加させるようにすればよい。
【００４２】
なおさらに、上記実施形態においては、モータ駆動電流ＩM を演算処理部２３０で実行するソフトウェア処理によって算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、マルチプレクサ、Ａ／Ｄ変換器、操舵補助指令値演算器、センタ応答性改善回路、慣性補償器、摩擦補償器、微分補償器、減算器、比例演算器、積分演算器、加算器、乗算器、比較器等を組み合わせたハードウェアによってモータ駆動電流ＩM を算出するようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、補償制御として、センタ応答性改善補償制御、慣性補償制御、摩擦補償制御、微分補償制御、比例・積分補償制御を適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、特開２００３−１７０８５６号公報に記載されている、車両の挙動を安定させるための収れん補償制御、電動モータのロストルクの発生する方向に対してロストルク相当の補助力を加算するモータロストルク補償制御、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相ずれを補償するロバスト補償制御や、モータ電流が流れても電動モータの出力に現れない電流を上乗せして電動モータの出力トルク“０”からの立ち上がりを改善するモータロス電流補償制御の外、ステアリングホイールを自然に中立位置に戻すためのステアリングホイール戻り補償制御等の種々の補償制御を任意の組合せで組み込むようにしてもよい。
【００４４】
さらに、上記実施形態においては、本発明を電動パワーステアリング装置のセンサ信号処理回路に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、複数のセンサから出力されるアナログ信号を１つのＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換を行う場合や、１つのセンサから出力されるアナログ信号を複数の信号処理系統で多重化して、１つのＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換を行う場合に本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】操舵トルクセンサ取付部位の断面図である。
【図３】操舵トルクセンサの斜視図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線における円筒部材及び出力軸の断面図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ線における円筒部材及び出力軸の断面図である。
【図６】コントロールユニットのブロック図である。
【図７】オペアンプから出力される操舵トルク検出電圧と遅延回路から出力される遅延出力との関係を示す特性線図である。
【図８】演算知処理部で実行する操舵補助制御処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】操舵補助指令値算出マップを示す特性線図である。
【図１０】本発明の動作の説明に供するタイミングチャートである。
【図１１】本発明の他の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…出力軸、３…操舵トルクセンサ、８…ステアリングギヤ、１２…電動モータ、１０２…トーションバー、１０４…円筒部材、Ｌ１，Ｌ２…コイル、２００…コントロールユニット、２１０…トルク検出部、ＯＰ１，ＯＰ２…オペアンプ、ＤＬ…遅延回路、２３０…演算処理部、２３１…マルチプレクサ、２３２…Ａ／Ｄ変換器、２５０…モータ駆動回路
【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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【図１０】
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【図１１】
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