(57)【要約】【課題】異常監視のための無駄な専用回路をなくすことで小型化でき、演算負荷を大きくすることなく分解能を向上できる高精度の異常監視機能付トルクセンサを提供する。【解決手段】出力信号処理部は、弾性的に相対回転可能な第１、第２シャフトそれぞれの回転角変化に対応して位相が変化する第１、第２交番信号間の位相差の変化に応じて波形が変化する位相差対応信号を出力する。その出力信号処理部に接続される演算装置２０ａは、第１、第２検出器２１、２２それぞれから出力される第１、第２シャフトの回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ信号から、両シャフト間の回転角差に対応する参照用トルク値を求め、参照用トルク値と位相差対応信号に対応する検出トルク値との偏差を求め、その偏差の大きさが設定値以上である時は異常信号を出力する。【選択図】図２
2004101380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シャフトと、
その第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトと、
その第１シャフトの回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ信号を出力する第１検出器と、
その第１検出器の出力信号を処理することで第１シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する第１交番信号を出力する手段と、
その第２シャフトの回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ信号を出力する第２検出器と、
その第２検出器の出力信号を処理することで第２シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する第２交番信号を出力する手段と、
その第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じて波形が変化する位相差対応信号を出力する出力信号処理部と、
その第１検出器の出力信号と第２検出器の出力信号と位相差対応信号が入力される演算装置とを備え、
その演算装置により、両検出器の出力信号から両シャフト間の回転角差に対応する参照用トルク値が求められると共に、その参照用トルク値と位相差対応信号に対応する検出トルク値との偏差が求められ、
その偏差の大きさが設定値以上である時、その演算装置により異常信号が出力される異常監視機能付トルクセンサ。
【請求項２】
第１シャフトと、
その第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトと、
その第１シャフトの回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ信号を出力する第１検出器と、
その第１検出器の出力信号をデジタル化することなく信号処理することで、第１シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する第１交番信号を出力する手段と、
その第２シャフトの回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ信号を出力する第２検出器と、
その第２検出器の出力信号をデジタル化することなく信号処理することで、第２シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する第２交番信号を出力する手段と、
その第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じて波形が変化する位相差対応信号を、その第１交番信号と第２交番信号をデジタル化することなく信号処理することで出力する手段と、
両検出器の出力信号をＡ／Ｄ変換することで得られる値から両シャフト間の回転角差に対応する参照用トルク値を求める手段と、
その参照用トルク値と位相差対応信号に対応する検出トルク値との偏差を求める手段と、
その偏差の大きさが設定値以上である時、異常信号を出力する手段とを備える異常監視機能付トルクセンサ。
【請求項３】
その第１検出器は、ＫＥを係数、ωを励磁信号の角周波数、ｔを時間、θを第１シャフトの回転角として、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎθで表される第１正弦振幅信号と、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθで表される第１余弦振幅信号を出力し、
その第１正弦振幅信号をπ／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎθで表される第１位相シフト信号とする第１位相シフト回路と、その第１位相シフト信号と第１余弦振幅信号とを加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ）で表される第１交番信号とする第１加算回路を有し、
その第２検出器は、ＫＥを係数、ωを励磁信号の角周波数、ｔを時間、θ＋Δθを第２シャフトの回転角として、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表される第２正弦振幅信号と、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（θ＋Δθ）で表される第２余弦振幅信号を出力し、
その第２正弦振幅信号をπ／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表される第２位相シフト信号とする第２位相シフト回路と、その第２位相シフト信号と第２余弦振幅信号とを加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ＋Δθ）で表される第２交番信号とする第２加算回路を有する請求項１または２に記載の異常監視機能付トルクセンサ。
【請求項４】
前記第１、第２シャフトによる伝達トルクが零の時に前記第１交番信号と第２交番信号との間の位相差がπ／２になるように、前記第１検出器と第２検出器は相対配置され、
前記第１交番信号を第１ロジック信号に変換する第１ロジック信号変換回路と、前記第２交番信号を第２ロジック信号に変換する第２ロジック信号変換回路と、その第１ロジック信号と第２ロジック信号の排他的論理和に対応するＰＷＭ信号を前記位相差対応信号として出力するＰＷＭ処理回路とを有する請求項３に記載の異常監視機能付トルクセンサ。
【請求項５】
前記第１交番信号を第１ロジック信号に変換する第１ロジック信号変換回路と、前記第２交番信号を第２ロジック信号に変換する第２ロジック信号変換回路と、その第１ロジック信号の立ち上がり時点の検出回路と、その第２ロジック信号の立ち下がり時点の検出回路と、その第１ロジック信号の立ち上がり時点と第２ロジック信号の立ち下がり時点の中の一方が立ち上がり時点に対応し他方が立ち下がり時点に対応するＰＷＭ信号を前記位相差対応信号として出力するＰＷＭ処理回路とを有する請求項３に記載の異常監視機能付トルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば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のに用いられる異常監視機能付トルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
第１シャフトと、その第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトと、その第１シャフトの回転角を検出する第１レゾルバと、その第２シャフトの回転角を検出する第２レゾルバとを備えるトルクセンサが知られている（特許文献１、特許文献２参照）。その第１レゾルバによる第１シャフトの検出回転角と第２レゾルバによる第２シャフトの検出回転角との差から両シャフトによる伝達トルクが求められる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９４２５１号公報
【特許文献２】
特開２００１−２７２２０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
レゾルバにより検出するシャフト回転角をθとした場合、レゾルバの回転子捲線に正弦波信号を入力すると、２相の固定子捲線からｓｉｎθに比例する交番信号とｃｏｓθに比例する交番信号とが出力される。その出力信号をＡ／Ｄ変換することで得られる値を用いて、ｔａｎ−１（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）の演算をコンピュータにより行うことで回転角θを求めることができる。
【０００５】
しかし、コンピュータにより各レゾルバから出力される交番信号をＡ／Ｄ変換して取り込む際のＡ／Ｄ変換の分解能には限界があるため、トルクセンサの分解能が制限され、また、サンプリング周期が短くなる程に信号処理のための負荷が大きくなる。さらに、ｓｉｎθやｃｏｓθに比例する交番信号は回転角θに対して非線形に変化するため、トルク検出精度の向上が阻害される。
【０００６】
また、トルクセンサの異常監視によりフェールセーフ機能を奏することができるように、トルクセンサにおけるトルク検出回路を２つの同一の専用回路により構成し、両回路の出力値の偏差を求め、その偏差が設定値以上であれば異常信号を出力することが考えられる。しかし、２つの同一の専用回路を用いる場合はトルクセンサが大型化し、また、コストが高くなる。
本発明は上記課題を解決することのできる異常監視機能付トルクセンサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の異常監視機能付トルクセンサにおける一つの特徴は、第１シャフトと、その第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトと、その第１シャフトの回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ信号を出力する第１検出器と、その第１検出器の出力信号を処理することで第１シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する第１交番信号を出力する手段と、その第２シャフトの回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ信号を出力する第２検出器と、その第２検出器の出力信号を処理することで第２シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する第２交番信号を出力する手段と、その第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じて波形が変化する位相差対応信号を出力する出力信号処理部と、その第１検出器の出力信号と第２検出器の出力信号と位相差対応信号が入力される演算装置とを備え、その演算装置により、両検出器の出力信号から両シャフト間の回転角差に対応する参照用トルク値が求められると共に、その参照用トルク値と位相差対応信号に対応する検出トルク値との偏差が求められ、その偏差の大きさが設定値以上である時、その演算装置により異常信号が出力されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の異常監視機能付トルクセンサにおける別の一つの特徴は、第１シャフトと、その第１シャフトに対して弾性的に相対回転可能な第２シャフトと、その第１シャフトの回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ信号を出力する第１検出器と、その第１検出器の出力信号をデジタル化することなく信号処理することで、第１シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する第１交番信号を出力する手段と、その第２シャフトの回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ信号を出力する第２検出器と、その第２検出器の出力信号をデジタル化することなく信号処理することで、第２シャフトの回転角変化に対応して位相が変化する第２交番信号を出力する手段と、その第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じて波形が変化する位相差対応信号を、その第１交番信号と第２交番信号をデジタル化することなく信号処理することで出力する手段と、両検出器の出力信号をＡ／Ｄ変換することで得られる値から両シャフト間の回転角差に対応する参照用トルク値を求める手段と、その参照用トルク値と位相差対応信号に対応する検出トルク値との偏差を求める手段と、その偏差の大きさが設定値以上である時、異常信号を出力する手段とを備える点にある。
【０００９】
本発明によれば、第１交番信号の位相変化は第１シャフトの回転角変化に対応し、第２交番信号の位相変化は第２シャフトの回転角変化に対応するので、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差は第１シャフトと第２シャフトの回転角差に対応する。その回転角差の変化に応じて位相差対応信号の波形は変化するので、その位相差対応信号の出力に対応する検出トルク値は両シャフトによる伝達トルクに対応する。すなわち、第１シャフトの回転角と第２シャフトの回転角とを個別に検出することなく、伝達トルクに対応する回転角差を直接的に求めることができる。よって、正弦値や余弦値に比例する交番信号の出力をデジタル化して取り込むことなく伝達トルクに対応する検出トルク値を求めることができるので、信号処理のための演算負荷を低減し、非線形な要素をなくすことができる。
【００１０】
両シャフト間の回転角差に対応する参照用トルク値は両シャフトによる伝達トルクに対応するので、参照用トルク値と検出トルク値との偏差の大きさが設定値未満であればトルクセンサに異常はなく、設定値以上であればトルクセンサに異常があると判断することができる。
【００１１】
そのトルクセンサの異常監視のために求められる参照用トルク値を演算装置により演算することで、検出トルク値に対応する位相差対応信号を出力する出力信号処理部を複数備える必要はなく、トルクセンサの異常監視のための専用回路が不要になり、トルクセンサの小型化を図ることができる。
【００１２】
第１検出器のアナログ出力信号と第２検出器のアナログ出力信号をデジタル化することなく信号処理することで位相差対応信号を出力するので、各検出器の出力信号をＡ／Ｄ変換して取り込んだ値から両シャフトによる伝達トルクに対応する値を求める場合に比べて、演算負荷を大きくすることなくトルクセンサの分解能を高くすることができる。また、参照用トルク値は、両検出器の出力信号をＡ／Ｄ変換することで得られる値から求められるが、トルクセンサの異常監視に供することができれば足りるので高精度に求める必要はない。すなわち、そのＡ／Ｄ変換された値を取り込む際のサンプリング周期を必要以上に短縮する必要はないので、演算負荷が大きくなることはない。
【００１３】
その第１検出器は、ＫＥを係数、ωを励磁信号の角周波数、ｔを時間、θを第１シャフトの回転角として、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎθで表される第１正弦振幅信号と、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθで表される第１余弦振幅信号を出力し、その第１正弦振幅信号をπ／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎθで表される第１位相シフト信号とする第１位相シフト回路と、その第１位相シフト信号と第１余弦振幅信号とを加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ）で表される第１交番信号とする第１加算回路を有し、その第２検出器は、ＫＥを係数、ωを励磁信号の角周波数、ｔを時間、θ＋Δθを第２シャフトの回転角として、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表される第２正弦振幅信号と、ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（θ＋Δθ）で表される第２余弦振幅信号を出力し、その第２正弦振幅信号をπ／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表される第２位相シフト信号とする第２位相シフト回路と、その第２位相シフト信号と第２余弦振幅信号とを加算することでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ＋Δθ）で表される第２交番信号とする第２加算回路を有するのが好ましい。
これにより、第１、第２検出器に正弦波信号を入力することで、第１、第２シャフトの回転角の変化に対応して位相が変化する第１、第２交番信号を、レゾルバ等の検出器、位相シフト回路、加算回路という汎用部品を用いて出力することができる。
【００１４】
前記第１、第２シャフトによる伝達トルクが零の時に前記第１交番信号と第２交番信号との間の位相差がπ／２になるように、前記第１検出器と第２検出器は相対配置され、前記第１交番信号を第１ロジック信号に変換する第１ロジック信号変換回路と、前記第２交番信号を第２ロジック信号に変換する第２ロジック信号変換回路と、その第１ロジック信号と第２ロジック信号の排他的論理和に対応するＰＷＭ信号を前記位相差対応信号として出力するＰＷＭ処理回路とを有するのが好ましい。
これにより、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅が変化するＰＷＭ信号を位相差対応信号として出力することができる。また、そのＰＷＭ信号を、交番信号をロジック信号に変換する回路と、ロジック信号の排他的論理和に対応する信号を生成する回路という汎用部品を用いて出力することができる。
【００１５】
前記第１交番信号を第１ロジック信号に変換する第１ロジック信号変換回路と、前記第２交番信号を第２ロジック信号に変換する第２ロジック信号変換回路と、その第１ロジック信号の立ち上がり時点の検出回路と、その第２ロジック信号の立ち下がり時点の検出回路と、その第１ロジック信号の立ち上がり時点と第２ロジック信号の立ち下がり時点の中の一方が立ち上がり時点に対応し他方が立ち下がり時点に対応するＰＷＭ信号を前記位相差対応信号として出力するＰＷＭ処理回路とを有するのが好ましい。
これにより、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅が変化するＰＷＭ信号を位相差対応信号として出力することができる。また、そのＰＷＭ信号を、交番信号をロジック信号に変換する回路と、ロジック信号の立ち上がり時点と立ち下がり時点を検出する回路と、ロジック信号の立ち上がり時点と立ち下がり時点に応じた立ち上がり時点と立ち下がり時点を有する信号を生成する例えばＳＲフリップフロップのような汎用部品を用いて出力することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に示す本実施形態の異常監視機能付トルクセンサ１は、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトにより伝達されるトルクを検出するために用いられ、そのステアリングシャフトを構成する筒状第１シャフト３と筒状第２シャフト４を有する。第１シャフト３に連結される図外ステアリングホイールの回転が、第２シャフト４に連結される図外ステアリングギヤを介して車輪に伝達されることで、車両の舵角が変化する。
【００１７】
第１シャフト３と第２シャフト４にトーションバー（弾性部材）５が挿入されている。トーションバー５の一端は第１シャフト３にピンやセレーション等により連結され、他端は第２シャフト４にピンやセレーション等により連結され、これにより第１シャフト３と第２シャフト４は互いに対して同軸中心に弾性的に相対回転可能である。第１シャフト３はベアリング６を介してセンサハウジング７により支持され、第２シャフト４はセンサハウジング７に圧入された環状のレゾルバ押さえ９によりベアリング８を介して支持されている。そのセンサハウジング７により第１レゾルバ（第１検出器）２１と第２レゾルバ（第２検出器）２２が覆われている。
【００１８】
第１レゾルバ２１は、第１シャフト３の外周に同行回転するように嵌め合わされる第１レゾルバロータ２１ａと、第１レゾルバロータ２１ａを覆う環状の第１レゾルバステータ２１ｂを有する。本実施形態では第１レゾルバロータ２１ａに第１シャフト３が圧入されることで、第１レゾルバロータ２１ａと第１シャフト３は同行回転する。第２レゾルバ２２は、第２シャフト４の外周に同行回転するように嵌め合わされる第２レゾルバロータ２２ａと、第２レゾルバロータ２２ａを覆う環状の第２レゾルバステータ２２ｂとを有する。本実施形態では第２レゾルバロータ２２ａに第２シャフト４が圧入されることで、第２レゾルバロータ２２ａと第２シャフト４は同行回転する。第１レゾルバステータ２１ｂと第２レゾルバステータ２２ｂとの間に筒状のスペーサ２３が配置されている。
【００１９】
第１レゾルバステータ２１ｂと第２レゾルバステータ２２ｂとスペーサ２３は、センサハウジング７の内周に対して第１、第２シャフト３、４の径方向のクリアランスを介してシャフト軸方向から嵌め合わされる。両レゾルバステータ２１ｂ、２２ｂとスペーサ２３は、上記レゾルバ押さえ９とセンサハウジング７の内周に形成された段差７ａとの間に挟み込まれることでセンサハウジング７に固定されている。スペーサ２３の内周から内方に延びる環状の磁気遮蔽部２４が、磁気遮蔽材によりスペーサ２３と一体的に成形されている。磁気遮蔽部２４により第１レゾルバ２１と第２レゾルバ２２との間の磁気遮蔽がなされる。
【００２０】
第１レゾルバ２１は、第１シャフト３の回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ交番信号である第１正弦振幅信号と第１余弦振幅信号を出力する。すなわち、第１レゾルバロータ２１ａに設けられた捲線（図示省略）に励磁信号が入力されることで、第１レゾルバステータ２１ｂに設けられた２相の捲線（図示省略）から第１正弦振幅信号と第１余弦振幅信号を出力する。その励磁信号をＥｓｉｎ（ωｔ）、θを第１シャフト３の回転角とすると、第１正弦振幅信号はＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎθで表され、回転角θの変化に対応して振幅ＫＥｓｉｎθが変化する。また、第１余弦振幅信号はＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθで表され、回転角θの変化に対応して振幅ＫＥｃｏｓθが変化する。なお、Ｅは電圧振幅、Ｋは変圧率、ωは励磁角周波数、ｔは時間である。
【００２１】
第２レゾルバ２２は、第２シャフト４の回転角変化に対応して振幅が変化するアナログ交番信号である第２正弦振幅信号と第２余弦振幅信号を出力する。すなわち、第２レゾルバロータ２２ａに設けられた捲線（図示省略）に励磁信号が入力されることで、第２レゾルバステータ２２ｂに設けられた２相の捲線（図示省略）から第２正弦振幅信号と第２余弦振幅信号を出力する。その励磁信号をＥｓｉｎ（ωｔ）、θ＋Δθを第２シャフト４の回転角とすると、第２正弦振幅信号はＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表され、回転角θの変化に対応して振幅ＫＥｓｉｎ（θ＋Δθ）が変化する。また、第２余弦振幅信号はＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（θ＋Δθ）で表され、回転角θの変化に対応して振幅ＫＥｃｏｓ（θ＋Δθ）が変化する。
【００２２】
両レゾルバ２１、２２の出力信号は、信号ケーブル２５を介して、センサハウジング７の外部に設けられる図２に示す制御ユニット２０に入力される。制御ユニット２０は、演算装置２０ａとトルク検出用信号処理装置２０ｂを有する。演算装置２０ａは公知のマイクロコンピュータ２０ａ′とＡ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅを有する。トルク検出用信号処理装置２０ｂは、図３に示すように第１信号処理部２６と第２信号処理部２７と出力信号処理部２８を有する。その出力信号処理部２８に演算装置２０ａが接続されている。
【００２３】
その演算装置２０ａにより、両レゾルバ２１、２２の出力信号から両シャフト３、４間の回転角差に対応する参照用トルク値が求められる。すなわち、マイクロコンピュータ２０ａ′に、第１レゾルバ２１から入力インターフェース４０ａ、Ａ／Ｄ変換器４１ａを介して上記第１正弦振幅信号が送られると共に入力インターフェース４０ｂ、Ａ／Ｄ変換器４１ｂを介して上記第１余弦振幅信号が送られ、第２レゾルバ２２から入力インターフェース４０ｃ、Ａ／Ｄ変換器４１ｃを介して上記第２正弦振幅信号が送られると共に入力インターフェース４０ｄ、Ａ／Ｄ変換器４１ｄを介して上記第２余弦振幅信号が送られる。演算装置２０ａは、第１正弦振幅信号をＡ／Ｄ変換することで得られる振幅値と第１余弦振幅信号をＡ／Ｄ変換することで得られる振幅値の商の逆正接から第１シャフト３の回転角を演算し、また、第２正弦振幅信号をＡ／Ｄ変換することで得られる振幅値と第２余弦振幅信号をＡ／Ｄ変換することで得られる振幅値の商の逆正接から第２シャフト４の回転角を演算する。例えば、θを第１シャフト３の回転角、θ＋Δθを第２シャフト４の回転角とすると、演算装置２０ａはｔａｎ−１（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）により第１シャフト３の回転角を求め、ｔａｎ−１（ｓｉｎ（θ＋Δθ）／ｃｏｓ（θ＋Δθ））により第２シャフト４の回転角を求める。この際、そのｓｉｎθ、ｃｏｓθ、ｓｉｎ（θ＋Δθ）、ｃｏｓ（θ＋Δθ）に対応する値を、両レゾルバ２１、２２の出力信号をＡ／Ｄ変換することで求める。演算装置２０ａは、両シャフト３、４間の回転角差と両シャフト３、４による伝達トルクとの間の予め定めて記憶した関係とから、その求めた回転角差に対応する参照用トルク値を求める。
【００２４】
なお、各レゾルバ２１、２２の出力信号をＡ／Ｄ変換する際に、各レゾルバ２１、２２の励磁信号を基準信号として同期検波を行う信号処理回路を用いてもよい。すなわち図４の変形例に示すように、各入力インターフェース４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄそれぞれとマイクロコンピュータ２０ａ′との間に、上記Ａ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄに代えて、同期検波回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄとＤＣ増幅回路５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄとが介在され、発振回路５２から励磁ドライバ５３を介して各レゾルバ２１、２２に入力される励磁信号が、各同期検波回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄに入力される。各同期検波回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄにおいて、励磁信号を基準信号とした同期検波が行われることで、各レゾルバ２１、２２の出力信号におけるｓｉｎθ、ｃｏｓθ、ｓｉｎ（θ＋Δθ）、ｃｏｓ（θ＋Δθ）に対応する値が求められる。
【００２５】
参照用トルク値を、第１正弦振幅信号の振幅値と第２余弦振幅信号の振幅値との積から、第１余弦振幅信号の振幅値と第２正弦振幅信号の振幅値との積を差し引いた値から求めてもよい。すなわち、ｓｉｎθ・ｃｏｓ（θ＋Δθ）−ｃｏｓθ・ｓｉｎ（θ＋Δθ）＝ｓｉｎ２　（Δθ）であることから、その値の平方根の逆正弦により両シャフト３、４間の回転角差Δθに対応する参照用トルク値を求めることができる。
【００２６】
図３に戻って、トルク検出用信号処理装置２０ｂの第１信号処理部２６は第１位相シフト回路２６ａと第１加算回路２６ｂを有し、第１レゾルバ２１の出力信号をデジタル化することなく信号処理することで、第１シャフト３の回転角変化に対応して位相が変化する第１交番信号を出力する。すなわち第１位相シフト回路２６ａは、入力インターフェース４０ａを介して第１レゾルバ２１から送られる上記第１正弦振幅信号を、π／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎθで表される第１位相シフト信号とする。第１加算回路２６ｂは、その第１位相シフト信号と、入力インターフェース４０ｂを介して第１レゾルバ２１から送られる上記第１余弦振幅信号とを加算することで、ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎθ＋ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθ＝ＫＥｃｏｓ（ωｔ）ｓｉｎθ＋ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓθ＝ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ）で表される第１交番信号とする。これにより第１交番信号出力手段が構成されている。
【００２７】
第２信号処理部２７は第２位相シフト回路２７ａと第２加算回路２７ｂを有し、第２レゾルバ２２の出力信号をデジタル化することなく信号処理することで、第２シャフト４の回転角変化に対応して位相が変化する第２交番信号を出力する。すなわち第２位相シフト回路２７ａは、入力インターフェース４０ｃを介して第２レゾルバ２２から送られる上記第２正弦振幅信号を、π／２位相シフトすることでＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎ（θ＋Δθ）で表される第２位相シフト信号とする。第２加算回路２７ｂは、その第２位相シフト信号と、入力インターフェース４０ｄを介して第２レゾルバ２２から送られる上記第２余弦振幅信号とを加算することで、ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋π／２）ｓｉｎ（θ＋Δθ）＋ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（θ＋Δθ）＝ＫＥｃｏｓ（ωｔ）ｓｉｎ（θ＋Δθ）＋ＫＥｓｉｎ（ωｔ）ｃｏｓ（θ＋Δθ）＝ＫＥｓｉｎ（ωｔ＋θ＋Δθ）で表される第２交番信号とする。これにより第２交番信号出力手段が構成されている。
【００２８】
第１、第２シャフト３、４による伝達トルクが零の時に上記第１交番信号と第２交番信号との間の位相差がπ／２になるように、第１レゾルバ２１と第２レゾルバ２２は相対配置されている。
【００２９】
出力信号処理部２８は、第１ロジック信号変換回路２８ａと、第２ロジック信号変換回路２８ｂと、ＰＷＭ処理回路２８ｃを有する。
【００３０】
第１ロジック信号変換回路２８ａは上記第１交番信号を第１ロジック信号に変換する。第１ロジック信号は第１交番信号と周波数が等しいＨとＬの２値の方形波で表される。第２ロジック信号変換回路２８ｂは上記第２交番信号を第２ロジック信号に変換する。第２ロジック信号は第２交番信号と周波数が等しいＨとＬの２値の方形波で表される。第１交番信号と第２交番信号の位相差は第１ロジック信号と第２ロジック信号の位相差に等しくされる。
【００３１】
ＰＷＭ処理回路２８ｃは、その第１ロジック信号と第２ロジック信号の排他的論理和（ＥＸＯＲ）に対応するＰＷＭ信号を出力する。本実施形態では、そのＰＷＭ信号から求められるＰＷＭデューティが第１、第２シャフト３、４による伝達トルクに対応する値として用いられる。すなわち、図５（１）は伝達トルクが零の場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ処理回路２８ｃから出力されるＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合、第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の位相差はπ／２となり、ＰＷＭデューティは５０％になる。図５（２）は第１、第２シャフト３、４により一方向のトルクが伝達される場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合は第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の位相差はπ／２＋Δθ（Δθ＞０）となり、伝達トルクが大きい程にＰＷＭデューティが５０％よりも大きくなる。図５（３）は第１、第２シャフト３、４により他方向のトルクが伝達される場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合は第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の位相差はπ／２＋Δθ（Δθ＜０）となり、伝達トルクが大きい程にＰＷＭデューティが５０％よりも小さくなる。
【００３２】
第１交番信号の位相変化は第１シャフト３の回転角変化に対応し、第２交番信号の位相変化は第２シャフト４の回転角変化に対応するので、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差は、両シャフト３、４の回転角差に対応する伝達トルクに対応する。その第１交番信号と第２交番信号の位相差は第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の位相差に等しいことから、第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２の排他的論理和に対応するＰＷＭ信号Ｓ３は、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅すなわち波形が変化する位相差対応信号になる。すなわち出力信号処理部２８は、第１交番信号と第２交番信号をデジタル化することなく信号処理することで、位相差対応信号であるＰＷＭ信号Ｓ３を出力する。そのＰＷＭ信号Ｓ３は第１、第２シャフト３、４による伝達トルクに対応する信号として用いることができる。
【００３３】
演算装置２０ａは、ＰＷＭ信号Ｓ３から求められるＰＷＭデューティと両シャフト３、４間の回転角差に対応する伝達トルクとの間の予め定めて記憶した関係から、そのＰＷＭデューティに対応する検出トルク値を求め、その検出トルク値と上記参照用トルク値との偏差を求める。さらに演算装置２０ａは、その偏差の大きさが予め定めた設定値以上か否かを判断することでトルクセンサ１の異常監視を行う。すなわち演算装置２０ａは、その偏差の大きさが設定値以上である時は異常信号を出力し、その偏差の大きさが設定値未満である時は検出トルク値に応じた制御信号を出力する。その異常信号により、例えばランプ等の警告手段を作動させたり、操舵補助力発生用電動アクチュエータの制御を解除する。また、検出トルク値に応じた制御信号により電動パワーステアリング装置の操舵補助力を制御する。すなわち演算装置２０ａは、検出トルク値に応じた操舵補助力を予め定められて記憶したＰＷＭデューティと操舵補助力との関係から演算し、その演算した操舵補助力を発生するように操舵補助力発生用電動アクチュエータ（図示省略）を制御信号により制御する。その操舵補助力発生用電動アクチュエータは公知のものを用いることができ、例えば電動モータにより発生する操舵補助力を減速ギヤ機構を介してステアリングシャフトに伝達するものを用いることができる。
【００３４】
上記実施形態によれば、トルク検出用信号処理装置２０ｂにより、第１シャフト３の回転角と第２シャフト４の回転角とを個別に検出することなく、伝達トルクに対応する回転角差を直接的に求めることができる。よって、正弦値や余弦値に比例する交番信号の出力をデジタル化して取り込むことなく伝達トルクに対応する検出トルク値を求めることができるので、信号処理のための演算負荷を低減し、非線形な要素をなくすことができる。その第１、第２交番信号を、レゾルバ２１、２２、位相シフト回路２６ａ、２７ａ、加算回路２６ｂ、２７ｂという汎用部品を用いて出力することができ、さらに、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅が変化するＰＷＭ信号を、交番信号をロジック信号に変換するロジック信号変換回路２８ａ、２８ｂと、ロジック信号の排他的論理和に対応する信号を生成するＰＷＭ処理回路２８ｃという汎用部品を用いて出力することができる。
また、両シャフト３、４間の回転角差に対応する参照用トルク値は両シャフト３、４による伝達トルクに対応するので、参照用トルク値と検出トルク値との偏差の大きさが設定値未満であればトルクセンサ１に異常はなく、設定値以上であればトルクセンサ１に異常があると判断することができる。
そのトルクセンサ１の異常監視のために求められる参照用トルク値を演算装置２０ａにより演算することで、検出トルク値に対応する位相差対応信号を出力する出力信号処理部２８を複数備える必要はなく、トルクセンサの異常監視のための専用回路が不要になり、トルクセンサの小型化を図ることができる。
さらに、レゾルバ２１、２２のアナログ出力信号をデジタル化することなく信号処理することで位相差対応信号を出力するので、各レゾルバ２１、２２の出力信号をＡ／Ｄ変換して取り込んだ値から両シャフト３、４による伝達トルクに対応する値を求める場合に比べて、演算負荷を大きくすることなくトルクセンサ１の分解能を高くすることができる。また、参照用トルク値は、両レゾルバ２１、２２の出力信号をＡ／Ｄ変換することで得られる値から求められるが、トルクセンサ１の異常監視に供することができれば足りるので高精度に求める必要はない。すなわち、そのＡ／Ｄ変換された値を取り込む際のサンプリング周期を必要以上に短縮する必要はないので、演算負荷が大きくなることはない。
【００３５】
図６、図７の（１）、（２）、（３）は制御ユニット２０の変形例を示す。上記実施形態との相違は、第１、第２シャフト３、４による伝達トルクが零の時に上記第１交番信号と第２交番信号との間の位相差が零になるように第１レゾルバ２１と第２レゾルバ２２は相対配置されている。出力信号処理部２８は、第１ロジック信号変換回路２８ａから出力される第１ロジック信号の立ち上がり時点検出回路２８ｄと、第２ロジック信号変換回路２８ｂから出力される第２ロジック信号の立ち下がり時点検出回路２８ｅを有する。ＰＷＭ処理回路２８ｃ′として、第１ロジック信号と第２ロジック信号の排他的論理和に対応するＰＷＭ信号を出力する回路に代えて、ＳＲ（セットリセット）フリップフロップを有する。第１ロジック信号の立ち上がり時点の検出信号はＰＷＭ処理回路２８ｃ′を構成するフリップフロップのＳ端子に入力され、第２ロジック信号の立ち下がり時点の検出信号はそのＲ端子に入力される。これにより、ＰＷＭ処理回路２８ｃ′からＰＷＭ信号が出力される。そのＰＷＭ信号のＰＷＭデューティが第１、第２シャフト３、４による伝達トルクに対応する。
【００３６】
すなわち、図７（１）は伝達トルクが零の場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ処理回路２８ｃ′から出力されるＰＷＭ信号Ｓ３と立ち上がり時点検出信号Ｓ４と立ち下がり時点検出信号Ｓ５を示す。この場合はΔθ＝０で、第１ロジック信号と第２ロジック信号の位相差は零となり、第１ロジック信号の立ち上がり時点から第２ロジック信号の立ち下がり時点までの時間ｔ１は、第２ロジック信号の立ち下がり時点から第１ロジック信号の立ち上がり時点までの時間ｔ２に等しいので、ＰＷＭデューティは５０％になる。図７（２）は第１、第２シャフト３、４により一方向のトルクが伝達される場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合は第１ロジック信号と第２ロジック信号の位相差はΔθ（＞０）となり、第１ロジック信号の立ち上がり時点から第２ロジック信号の立ち下がり時点までの時間ｔ１は、第２ロジック信号の立ち下がり時点から第１ロジック信号の立ち上がり時点までの時間ｔ２よりも長いので、伝達トルクが大きい程にＰＷＭデューティが５０％から大きくなる。図７（３）は第１、第２シャフト３、４により他方向のトルクが伝達される場合における第１ロジック信号Ｓ１と第２ロジック信号Ｓ２とＰＷＭ信号Ｓ３を示す。この場合は第１ロジック信号と第２ロジック信号の位相差はΔθ（＜０）となり、第１ロジック信号の立ち上がり時点から第２ロジック信号の立ち下がり時点までの時間ｔ１は、第２ロジック信号の立ち下がり時点から第１ロジック信号の立ち上がり時点までの時間ｔ２よりも短いので、伝達トルクが大きい程にＰＷＭデューティが５０％から小さくなる。これにより、第１交番信号と第２交番信号との間の位相差の変化に応じてパルス幅が変化するＰＷＭ信号を、交番信号をロジック信号に変換するロジック信号変換回路２８ａ、２８ｂと、ロジック信号の立ち上がり時点と立ち下がり時点を検出する回路２８ｄ、２８ｅと、ロジック信号の立ち上がり時点と立ち下がり時点に応じた立ち上がり時点と立ち下がり時点を有する信号を生成するＳＲフリップフロップのような汎用部品を用いて出力することができる。他は上記実施形態と同様で同一部分は同一符号で示す。なお、ＰＷＭ処理回路２８ｃ′を構成するＳＲフリップフロップのＳ端子に第２ロジック信号の立ち下がり時点の検出信号が入力され、Ｒ端子に第１ロジック信号の立ち上がり時点の検出信号が入力されてもよい。これによりＰＷＭ処理回路２８ｃ′は、第１ロジック信号の立ち上がり時点と第２ロジック信号の立ち下がり時点の中の一方が立ち上がり時点に対応し他方が立ち下がり時点に対応するＰＷＭ信号を上記位相差対応信号として出力する。他は上記実施形態と同様とされる。
【００３７】
本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。例えば、上記実施形態では出力信号処理部２８から出力されるＰＷＭ信号のＰＷＭデューティを伝達トルクに対応する値として用いているが、ＰＷＭ信号の時間積分値を伝達トルクに対応する値として用いてもよい。また、検出トルク値に応じた信号は、操舵補助力を制御するためのものに限定されず、例えば検出トルク値に応じた操作反力をドライバーに付与するためのアクチュエータを制御するためのものであってもよい。また、本発明のトルクセンサを電動パワーステアリング装置以外において用いてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、異常監視のための無駄な専用回路をなくすことで小型化でき、演算負荷を大きくすることなく分解能を向上できる高精度の異常監視機能付トルクセンサを低コストで提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の異常監視機能付トルクセンサの断面図
【図２】本発明の実施形態の異常監視機能付トルクセンサの構成説明図
【図３】本発明の実施形態の異常監視機能付トルクセンサにおける信号処理部の構成を示す図
【図４】本発明の変形例の異常監視機能付トルクセンサの部分構成説明図
【図５】本発明の実施形態の異常監視機能付トルクセンサにおける（１）は伝達トルクが零の場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図、（２）は一方向にトルクが伝達される場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図、（３）は他方向にトルクが伝達される場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図
【図６】本発明の変形例の異常監視機能付トルクセンサの部分構成説明図
【図７】本発明の変形例の異常監視機能付トルクセンサにおける（１）は伝達トルクが零の場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号と立ち上がり時点検出信号と立ち下がり時点検出信号を示す図、（２）は一方向にトルクが伝達される場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図、（３）は他方向にトルクが伝達される場合における第１ロジック信号と第２ロジック信号とＰＷＭ信号を示す図
【符号の説明】
３　第１シャフト
４　第２シャフト
２０　制御ユニット
２０ａ　演算装置
２０ｂ　トルク検出用信号処理装置
２１　第１レゾルバ（第１検出器）
２２　第１レゾルバ（第２検出器）
２６　第１信号処理部
２６ａ　第１位相シフト回路
２６ｂ　第１加算回路
２７　第２信号処理部
２７ａ　第２位相シフト回路
２７ｂ　第２加算回路
２８　出力信号処理部
２８ａ　第１ロジック信号変換回路
２８ｂ　第２ロジック信号変換回路
２８ｃ、２８ｃ′　ＰＷＭ処理回路
２８ｄ　立ち上がり時点検出回路
２８ｅ　立ち下がり時点検出回路
【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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