(57)【要約】    【課題】  機械的信頼性の高いレゾルバを用いて簡易な構成で適正に操舵トルクを検出できる電気式動力舵取装置を提供する。    【解決手段】  対極数ｍの第１レゾルバの出力のｎ倍と対極数ｎの第２レゾルバの出力のｍ倍との差分値を求める（Ｓ１６）。即ち、第１レゾルバと第２レゾルバの出力の傾きを同じにしておいて、両者の差分、即ち、トーションバーの捻れ角に対応する差分値を求める。対極数ｍのｎ倍と対極数ｎのｍ倍と間で生じる差分を補正するための補正値をテーブルを参照して求める（Ｓ１８）。差分値から補正値を減算した値を第１レゾルバの対極数ｍ及び第１レゾルバの出力の倍数ｎで割ることでトーションバーの捻れ角を求める（Ｓ２０）。【選択図】  図９
2005091204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールと、
このステアリングホイールに連結されたステアリング軸の回転角を検出する対極数ｍの第１レゾルバと、
前記ステアリング軸の回転角をトーションバーを介して検出する対極数ｎの第２レゾルバと、
前記ステアリング軸に連結された操舵機構による操舵をアシストするモータと、
前記第１レゾルバで検出した回転角と前記第２レゾルバで検出した回転角との差から前記トーションバーの捻れ角を演算する捻れ角演算手段と、
演算された捻れ角からアシスト量を決定して前記モータを制御するモータ制御手段とを備え、
Ａ．前記捻れ角演算手段が、
（ａ）前記対極数ｍの第１レゾルバの出力のｎ倍と前記対極数ｎの第２レゾルバの出力のｍ倍との差分値を求め、
（ｂ）前記対極数ｍのｎ倍と前記対極数ｎのｍ倍と間で生じる差分を補正するための補正値を、前記対極数ｍのｎ倍と前記対極数ｎのｍ倍と差分値の範囲毎に保持するテーブルを参照して求め、
（ｃ）前記差分値から前記補正値を減算した値を基に捻れ角を演算し、
Ｂ．前記トーションバーの捻れ角の最大値を（ｎ＞ｍ）の場合に、
（３６０／ｎ）×（ｎ−１）−（３６０／ｍ）×（ｍ−１）
（ｎ＜ｍ）の場合に、
（３６０／ｍ）×（ｍ−１）−（３６０／ｎ）×（ｎ−１）
以下に設定したことを特徴とする電気式動力舵取装置。
【請求項２】
前記対極数ｍ、ｎを５，６又は６，５に設定し、前記トーションバーの捻れ角の最大値を１２度以下に設定したことを特徴とする請求項１の電気式動力舵取装置。
【請求項３】
前記捻れ角演算手段で求めた捻れ角が前記トーションバーの捻れ角の最大値以下に設定された所定値を越えるか否かを判断し、捻れ角が所定値を越える際に、故障と判断することを特徴とする請求項１又は請求項２の電気式動力舵取装置。
【請求項４】
前記トーションバーの捻れ角度を規制する規制手段と、
前記捻れ角演算手段で求めた捻れ角が前記規制手段により規制される値を越えるか否かを判断し、捻れ角が前記規制手段により規制される値を越える際に、故障と判断することを特徴とする請求項１又は請求項２の電気式動力舵取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングホイールに連結されたトーションバーの両端にレゾルバを取り付け、両レゾルバで求めた回転角の差分に基づき操舵トルクを検出し、アシスト量を決定してモータを制御して操舵をアシストする電気式動力舵取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステアリング軸に連結された操舵機構へモータによるアシスト力を与えることにより、ステアリングホイールによる操舵力を軽減させる電気式動力舵取装置が知られている。このような電気式動力舵取装置において、トーションバー式のトルクセンサが、操舵トルクの検出に用いられることがある。即ち、ステアリング軸とステアリングギアボックスとの間に、１対の回転角センサを配置したトーションバーを介在させ、両回転角センサで検出した回転角の差分から、トーションバーの捻れ、即ち、操舵トルクを求める。係るトルクセンサの回転角センサとしては、機械的信頼性の高いレゾルバが一般的に用いられている。係る構成の電気式動力舵取装置として、特許文献１がある。
【０００３】
トーションバーの両端にレゾルバを配したトルクセンサにおいては、特許文献２、特許文献３のような方法で故障を検出していた。この方法では、レゾルバからの検出信号であるsin相、cos相の振幅値二乗和は一定である（Ａsin2＋Ａcos2＝ｃ（一定））という特徴を利用し、Ａsin2＋Ａcos2が所定しきい値を越えた際に故障であると判断している。
【特許文献１】特開平１１−３２１６８９号公報
【特許文献２】特開平８−２８９５２１号公報
【特許文献３】特開平８−２１０８７４号公報
【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、一対のレゾルバを用いてトーションバーの捻れを検出する場合には、トーションバーの他にステアリングの舵角を検出するための角度センサが別途必要になり、構造が複雑になるという課題があった。
【０００５】
また、巻線から成るレゾルバは一種の変圧器であるため、温度変化に伴いsin相、cos相の振幅値が変化する。従って、上述した故障判断に用いる所定しきい値は、上記ｃ（一定の定数）に温度変化分（±ｔ）を加えた値に設定する必要があり、温度変化による誤検出を防ぐためにｔを大きな値に設定する必要がある。このため、故障を迅速に検出することができず、更に、温度特性により故障検出の精度が劣化していた。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、機械的信頼性の高いレゾルバを用いて簡易な構成で適正に操舵トルクを検出できる電気式動力舵取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、
Ａ．対極数ｍの第１レゾルバで検出した回転角と対極数ｎの第２レゾルバで検出した回転角との差から前記トーションバーの捻れ角を演算する捻れ角演算手段が、
（ａ）前記対極数ｍの第１レゾルバの出力のｎ倍と前記対極数ｎの第２レゾルバの出力のｍ倍との差分値を求め、
（ｂ）前記対極数ｍのｎ倍と前記対極数ｎのｍ倍と間で生じる差分を補正するための補正値を、前記対極数ｍのｎ倍と前記対極数ｎのｍ倍と差分値の範囲毎に保持するテーブルを参照して求め、
（ｃ）前記差分値から前記補正値を減算した値を基に捻れ角を演算し、
Ｂ．前記トーションバーの捻れ角の最大値を（ｎ＞ｍ）の場合に、
（３６０／ｎ）×（ｎ−１）−（３６０／ｍ）×（ｍ−１）
（ｎ＜ｍ）の場合に、
（３６０／ｍ）×（ｍ−１）−（３６０／ｎ）×（ｎ−１）
以下に設定したことを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明では、第１レゾルバと第２レゾルバとで対極数の異ならしめることで、角度センサを用いない簡易な構成でステアリングの機械角度を検出することができる。
そして、
（ａ）対極数ｍの第１レゾルバの出力のｎ倍と対極数ｎの第２レゾルバの出力のｍ倍との差分値を求める。即ち、対極数ｍの第１レゾルバの出力をｎ倍にし、対極数ｎの第２レゾルバの出力をｍ倍にすることで、第１レゾルバと第２レゾルバの出力の傾きを同じにしておいて、両者の差分、即ち、トーションバーの捻れ角に対応する差分値を求める。
（ｂ）対極数ｍの第１レゾルバの出力のｎ倍と対極数ｎの第２レゾルバの出力のｍ倍と間で生じる差分を補正するための補正値を、対極数ｍのｎ倍と対極数ｎのｍ倍と差分値の範囲毎に保持するテーブルを参照して求める。即ち、対極数ｍの第１レゾルバの出力をｎ倍にし、対極数ｎの第２レゾルバの出力をｍ倍にすると、対極数ｍのｎ倍と対極数ｎのｍ倍と間で生じる差分が、差分の大きさに応じて段階的に異なってくる。このため、対極数ｍのｎ倍と対極数ｎのｍ倍と間で生じる差分を補正するための補正値を、差分値の範囲毎にテーブルとして保持しておき、このテーブルを参照して補正値を求める。
（ｃ）差分値から補正値を減算した値を第１レゾルバの対極数ｍ及び第１レゾルバの出力の倍数ｎで割ることでトーションバーの捻れ角を求めることができる。
ここで、第１レゾルバの対極数ｍ、第２レゾルバの対極数ｎの第２レゾルバとして（ｎ＞ｍ）、トーションバーの捻れ角の最大値を（３６０／ｎ）×（ｎ−１）−（３６０／ｍ）×（ｍ−１）以下に設定してある。これにより、上述した差分値の範囲内に収まり、重複して２つの差分値の範囲に属することがなくなる。このため、対極数ｍのｎ倍と対極数ｎのｍ倍と間で生じる差分を補正するための補正値を、差分に対応する対極数ｍのｎ倍と対極数ｎのｍ倍と差分値の範囲毎に保持するテーブルを用いて適正に求めることが可能となり、これにより、機械的信頼性の高いレゾルバを用いて、操舵トルクを誤りなく検出できる。
【０００９】
請求項２の発明では、第１レゾルバの対極数ｍ、第２レゾルバの対極数ｎを５，６又は６，５に設定し、トーションバーの捻れ角の最大値を１２度（±６度）以下に設定してある。ここで、第１レゾルバと第２レゾルバとの対極数が２以上違うと、精度的なバランスが悪くなり、正確に角度を検出できなくなる。そして、対極数が４−５以下では、分解能が低くなり、正確に角度を検出できなくなる。他方、対極数が５−６を越える６−７では、捻れ角度の最大値が±４．３度、対極数７−８では捻れ角度の最大値が±３．２度、対極数８−９では捻れ角度の最大値が±２．５、対極数９−１０では捻れ角度の最大値が±２．０となり、本願発明での対極数５−６で捻れ角度の最大値が±６．０に対して、トーションバーの捻れ角度が小さくなり過ぎて測定精度が低下する。このため、第１レゾルバの対極数ｍ、第２レゾルバの対極数ｎを５，６に設定することで、トーションバーを用い操舵トルクを測定する構成に於いて最も高い測定精度を得ることができる。
【００１０】
請求項３では、捻れ角演算手段で求めた捻れ角がトーションバーの捻れ角の最大値以下に設定された所定値を越えるか否かを判断し、捻れ角が所定値を越える際に、故障と判断する。トーションバーにて生じうる最大のねじり量を所定値と設定し、この所定値を越える際、即ち、通常発生し得ない差分が検出された場合に故障と判断することで、係る事態が発生した際、迅速に故障と判断することができる。また、回転角度をsin相振幅／cos相振幅に基づき求めるため、温度によりレゾルバの変圧比が変化し、sin相振幅、cos相振幅が変わっても、分母分子でキャンセリングするので、温度変化により検出精度が低下することがない。
【００１１】
請求項４では、トーションバーの捻れ角度を規制手段で規制し、捻れ角演算手段で求めた捻れ角が規制手段により規制される値を越えるか否かを判断し、捻れ角が規制手段により規制される値を越える際に、故障と判断する。規制手段で規制したトーションバーの捻れ角度の最大値を越える際、即ち、発生し得ない差分が検出された場合に故障と判断することで、迅速に故障を検出することができる。また、回転角度をsin相振幅／cos相振幅に基づき求めるため、温度によりレゾルバの変圧比が変化し、sin相振幅、cos相振幅が変わっても、分母分子でキャンセリングするので、温度変化により検出精度が低下することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の電気式動力舵取装置の実施形態について図を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る電気式動力舵取装置２０の主な構成を図１〜図４に基づいて説明する。図１および図４に示すように、電気式動力舵取装置２０は、主に、ステアリングホイール２１、ステアリング軸２２、ピニオン軸２３、ラック軸２４、トルクセンサ３０、モータ４０、モータレゾルバ４４、ボールねじ機構５０、ＥＣＵ６０等から構成されており、ステアリングホイール２１による操舵状態を検出し、その操舵状態に応じたアシスト力をモータ４０により発生させて運転者による操舵をアシストするものである。なお、ラック軸２４の両側には、それぞれタイロッド等を介して図略の車輪が連結されている。
【００１３】
即ち、図１および図２（Ａ）に示すように、ステアリングホイール２１には、ステアリング軸２２の一端側が連結され、このステアリング軸２２の他端側には、ピニオンハウジング２５内に収容されたピニオン軸２３の入力軸２３ａおよびトーションバー（弾性部材）３１がピン３２により連結されている。またこのトーションバー３１の他端側３１ａには、ピニオン軸２３の出力軸２３ｂがスプライン結合によって連結されている。
【００１４】
このピニオン軸２３の入力軸２３ａはベアリング３３ａにより、また出力軸２３ｂもベアリング３３ｂにより、それぞれピニオンハウジング２５内を回動自在に軸受されており、さらに入力軸２３ａとピニオンハウジング２５との間には、第１レゾルバ３５が、また出力軸２３ｂとピニオンハウジング２５との間には、第２レゾルバ３７が、それぞれ設けられている。第１レゾルバ３５および第２レゾルバ３７は、ステアリングホイール２１による操舵角を検出し得るもので、端子３９を介してＥＣＵ６０にそれぞれ電気的に接続されている（図４参照）。
【００１５】
ピニオン軸２３の出力軸２３ｂの端部には、ピニオンギヤ２３ｃが形成されており、このピニオンギヤ２３ｃにはラック軸２４のラック溝２４ａが噛合可能に連結されている。これにより、ラックアンドピニオン機構を構成している。
【００１６】
このように構成することにより、ステアリング軸２２とピニオン軸２３とをトーションバー３１により相対回転可能に連結することができるとともに、ステアリング軸２２の回転角、即ちステアリングホイール２１の回転角（機械角）θmを、第１レゾルバ３５による第１操舵角（電気角）θe1および第２レゾルバ３７による第２操舵角（電気角）θe2によって、検出することができる。また、第１操舵角θe1と第２操舵角θe2との角度差からトーションバー３１の捻れ量（操舵トルクに対応するもの）を捻れ角として検出することができる。
【００１７】
ここで、図２（Ａ）のＢ−Ｂ切断端を示す図２（Ｂ）のようにピニオン軸２３の入力軸２３ａには側方へ突出する突出片２３ｄが設けられている。一方、ピニオン軸２３の出力軸２３ｂの上端には、該突出片２３ｄに当接して入力軸２３ａの回動を制限する一対の規制片２３ｅ、２３ｅが設けられている。この突出片２３ｄが規制片２３ｅに当接することで、トーションバー３１が±６度以上回転しないよう、即ち、最大捻れ角度が１２度になるように規制してある。
【００１８】
図１および図３に示すように、ラック軸２４は、ラックハウジング２６およびモータハウジング２７内に収容されており、その中間部には、螺旋状にボールねじ溝２４ｂが形成されている。このボールねじ溝２４ｂの周囲には、ラック軸２４と同軸に回転可能にベアリング２９により軸受される円筒形状のモータ軸４３が設けられている。このモータ軸４３は、ステータ４１や励磁コイル４２等とともにモータ４０を構成するもので、ステータ４１に巻回された励磁コイル４２により発生する界磁が、回転子に相当するモータ軸４３の外周に設けられた永久磁石４５に作用することより、モータ軸４３が回転し得るように構成されている。
【００１９】
モータ軸４３は、その内周にボールねじナット５２が取り付けられており、このボールねじナット５２にも、螺旋状にボールねじ溝５２ａが形成されている。そのため、このボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａとラック軸２４のボールねじ溝２４ｂとの間に多数のボール５４を転動可能に介在させることによって、モータ軸４３の回転によりラック軸２４を軸方向に移動可能なボールねじ機構５０を構成することができる。
【００２０】
即ち、両ボールねじ溝２４ｂ、５２ａ等から構成されるボールねじ機構５０により、モータ軸４３の正逆回転の回転トルクをラック軸２４の軸線方向における往復動に変換することができる。これにより、この往復動は、ラック軸２４とともにラックアンドピニオン機構を構成するピニオン軸２３を介してステアリングホイール２１の操舵力を軽減するアシストカとなる。
【００２１】
なお、モータ４０のモータ軸４３とモータハウジング２７との間には、モータ軸４３の回転角（電気角）θMeを検出し得るモータレゾルバ４４が設けられており、このモータレゾルバ４４は図略の端子を介してＥＣＵ６０に電気的に接続されている（図４参照）。
【００２２】
図４は、第１実施形態の電気式動力舵取装置２０の制御構成を示している。ＥＣＵ６０は、端子６０ａ、６０ｂ、６０ｃから第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７、モータレゾルバ４４に励磁信号を与える。上述した第１レゾルバ３５のsin出力端子３５sからのsin相出力と、cos出力端子３５cからのcos相出力、及び、第２レゾルバ３７のsin出力端子３７sからのsin相出力と、cos出力端子３７cからのcos相出力が電気式動力舵取装置２０のＥＣＵ６０に入力されると、ＥＣＵ６０は、後述するように操舵トルクＴを演算し、操舵トルクＴに応じて操舵力をアシストするためのアシスト指令をモータ駆動回路６２側に出力する。モータ駆動回路６２は、アシスト指令の応じたトルクをモータ４０に発生させる。モータ４０の回転角は、モータレゾルバ４４により検出され、sin出力端子４４sからのsin相出力と、cos出力端子４４cからのcos相出力がモータ駆動回路６２へフィードバックされる共に、ＥＣＵ６０へも出力される。後述するようにＥＣＵ６０は、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７、モータレゾルバ４４からの出力に基づき、それぞれ操舵角を演算すると共に、操舵角に応じて上述した操舵力のアシスト量を補正する。
【００２３】
引き続き、図５を参照してステアリングホイール２１の回転と、第１レゾルバ３５及び第２レゾルバ３７の出力との関係について説明する。
第１レゾルバ３５から得られる電気角θe1は、ステアリングホイール２１の１回転（３６０度）につき、５つのピーク点を有する。これは、第１レゾルバ３５が対極数５のレゾルバから成り、電気的には５組のＮ極、Ｓ極を有することから、機械角３６０°に対して３６０°×５＝１８００°に相当する電気角を出力し得るためである。つまり、当該第１レゾルバ３５は、電気角３６０°のレゾルバより５倍の分解能を有するものである。
【００２４】
また、第２レゾルバ３７から得られる電気角θe2は、ステアリングホイール２１の１回転（３６０度）につき６つのピーク点を有する。これは、第２レゾルバ３７が対極数６のレゾルバから成り、電気的には６組のＮ極、Ｓ極を有することから、機械角３６０°に対して３６０°×６＝２１６０°に相当する電気角を出力し得るためである。つまり、当該第２レゾルバ３７は、電気角３６０°のレゾルバより６倍の分解能を有するものである。
【００２５】
このように、第１レゾルバ３５はレゾルバ出力信号として電気角θe1を、また第２レゾルバ３７はレゾルバ出力信号として電気角θe2をそれぞれ出力するが、図５からわかるように、両信号波形は同じステアリングホイール２１の回転角において同じ値をとることはない。そのため、第１レゾルバ３５の電気角θe1と第２レゾルバ３７の電気角θe2とに基づいて、ＥＣＵ６０による演算処理を行うことにより、ステアリングホイール２１の１回転に対して、回転角センサを用いることなく高分解能の機械角θmを得ることができる。
【００２６】
次に、第１レゾルバ３５及び第２レゾルバ３７から出力されるレゾルバ信号に基づいたトルク検出について説明する。
ステアリングホイール２１が運転者等により操舵され、ピニオン軸２３の入力軸２３ａが回転角θ１で回転した場合、第１レゾルバ３５からは、位相の異なる２種類の交流電圧（sin出力端子３５sからのsin相出力、cos出力端子３５cからのcos相出力）Ｅ２、Ｅ３が出力され、これらは次の式(1) および式(2) の関係を満たす。
【００２７】
Ｅ２  ＝  Ｋ・Ｅ１× cosθ                  ・・・(1)
Ｅ３  ＝  Ｋ・Ｅ１× sinθ                  ・・・(2)
【００２８】
なお、上式(1) および式(2) において、Ｋは変圧比を示す。
このとき、上式(1) および式(2) からsin相出力／cos相出力を用いてθを算出することができ、この角度θがピニオン軸２３の入力軸２３ａの回転角θ１となる。一方、当該入力軸２３ａが回転すると、トーションバー３１を介して連結されたピニオン軸２３の出力軸２３ｂも回転するため、当該出力軸２３ｂ側に設けられた第２レゾルバ３７から前掲の式(1) および式(2) に基づいて、出力軸２３ｂの回転角θ２も算出することができる。ここで、レゾルバは一種の変圧器であるため、温度によりsin相出力、cos相出力が共に変化するが、回転角をsin相出力／cos相出力を用いて求め分母分子でキャンセリングするため、測定精度は温度により劣化しない。
【００２９】
ここで、ピニオン軸２３の入力軸２３ａと出力軸２３ｂの回転に際して、トーションバー３１の捻れにより、入力軸２３ａと出力軸２３ｂとの間で相対回転角度差△θ（＝θ１−θ２）が生じる。その結果、このトーションバー３１の捻れ角度である相対回転角度差△θとトーションバー３１の剛性とから操舵トルクＴを算出することができる。これにより、この操舵トルクＴに応じて操舵力をアシストするための公知のアシスト制御をＥＣＵ６０によって行なうことで、前述したモータ４０により発生する操舵力によって運転者よる操舵をアシストすることができる。
【００３０】
また、モータレゾルバ４４から出力されるレゾルバ信号に基づいたモータ軸４３の回転角（以下「モータ回転角」という。）の検出についても次のように説明することができる。
モータ軸４３がある回転角で回転した場合、モータレゾルバ４４に交流電圧Ｅ１を印加すると、その印加電圧及び回転角に応じて交流電圧（sin出力端子４４sからのsin相出力、cos出力端子４４cからのcos相出力）Ｅ２、Ｅ３が出力される。そして、印加された交流電圧Ｅｌと出力された交流電圧Ｅ２，Ｅ３とから、前述した式(1) および式(2) に基づいてモータ回転角を算出することができる。このように検出されたモータ回転角は、電気式動力舵取装置２０における様々な制御に用いられる。
【００３１】
ここで、本実施形態での第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７の出力に基づくトーションバー３１の捻れ角の算出処理について図９のフローチャートを参照して更に詳細に説明する。
上述したように第１レゾルバ３５は対極数５の物を用い、第２レゾルバ３７は対極数６の物を用いている。先ず、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７の出力θe1、θe2を得る（Ｓ１２）。そして、両レゾルバの出力の傾きを同じにするため、対極数５の第１レゾルバ３５の出力θe1を６倍、対極数６の第２レゾルバ３７の出力θe2を５倍する（Ｓ１４）。この定倍した電気角（deg）を図６中に示す。図６中では、横軸に機械角（deg）を、縦軸に定倍した電気角を示している。
【００３２】
ここで、対極数５の第１レゾルバ３５の出力は機械角７２deg毎に０になり、対極数６の第２レゾルバ３７の出力は機械角６０deg毎に０になる。即ち、機械角０deg〜６０degまでの範囲（テーブルＮo．５）では、第１レゾルバ３５の定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とが等しくなる。そして、機械角６０degで第２レゾルバ３７の定倍出力が一旦０となるため、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは１８００deg差がでて、機械角７２degで第１レゾルバ３５の出力が０になるまで、即ち、機械角６０deg〜７２degの範囲（テーブルＮo．１０）でこれが続く。更に、機械角７２degで、第１レゾルバ３５の出力が０になるため、機械角７２deg〜１２０degの範囲（テーブルＮo．４）では、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは−３６０deg差がでる。機械角１２０deg〜１４４degの範囲（テーブルＮo．９）では、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは１４４０deg差がでる。機械角１４４deg〜１８０degの範囲（テーブルＮo．３）では、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは−７２０deg差がでる。機械角１８０deg〜２１６degの範囲（テーブルＮo．８）では、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは１０８０deg差がでる。機械角２１６deg〜２４０degの範囲（テーブルＮo．２）では、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは−１０８０deg差がでる。機械角２４０deg〜２８８degの範囲（テーブルＮo．７）では、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは７２０deg差がでる。機械角２８８deg〜３００degの範囲（テーブルＮo．１）では、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは−１４４０deg差がでる。機械角３００deg〜３６０degの範囲（テーブルＮo．６）では、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは３６０deg差がでる。機械角３６０degを越えると（テーブルＮo．１１）、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは２１６０deg差がでる。反対に機械角deg未満（テーブルＮo．０）では、第１レゾルバの定倍出力と第２レゾルバ３７の定倍出力とは−１８００deg差がでる。
【００３３】
次に、対極数５の第１レゾルバ３５の出力θe1を６倍した値から対極数６の第２レゾルバ３７の出力θe2を５倍した値を減算した差分値Δθを求める（Ｓ１６）。
【００３４】
次に、差分値Δθの補正量ｂを、テーブルを参照して求める（Ｓ１８）。差分値Δθに対応する補正量を求めるためのテーブルを表にして図７中に示す。ここで、上述した機械角０deg〜６０degまでの範囲（テーブルＮo．５）の際には、差分値Δθ（電気角）は、−１８０〜１８０degの範囲になるため、補正量ｂは０degになる。一方、機械角６０〜７２degの範囲（テーブルＮo．１０）では、差分値Δθ（電気角）は、１６２０〜１９８０degの範囲になるため、補正量ｂは１８００degになる。なお、図７中の繰り返し回数Ｎ１は第１レゾルバ３５の電気角繰り返し回数を、繰り返し回数Ｎ２は第２レゾルバ３７の電気角繰り返し回数を示している。ここで対極数５の第１レゾルバ３５は、機械角１回転（機械角３６０deg）で電気角５回転（３６０°×５＝１８００°）することを記述している。例えば、テーブルＮo．４では、第１レゾルバ３５が電気角で１回転し、第２レゾルバ３７が電気角で１回転しており、テーブルＮo．８では、第１レゾルバ３５が電気角で２回転し、第２レゾルバ３７が電気角で３回転していることを示している。
【００３５】
最後に、差分値Δθから補正量ｂを減算した値を３０で割ることで、第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７との捻れ角（機械角）を求め、求めた捻れ角にトーションバー３１のバネ定数を乗算することで操舵トルクを求める（Ｓ２０）。ここで、算出に用いる３０は、第１レゾルバ３５の対極数が５で、この値を６倍しているからである。３０で割っているのは、これにより、差分値Δθから補正量ｂを減算した値から捻れ角（機械角）を求めれるからである。
【００３６】
なお、第１実施形態では、トーションバー３１の最大捻れ角を、図２を参照して上述した規制片２３ｅで±６deg以下に制限しているため、誤りなく捻れ角を求めることができる。例えば、トーションバー３１の最大捻れ角を±６degよりも大きな±７degに設定すると、＋７degの際（即ち、第２レゾルバ３７を固定し第１レゾルバ３５を機械角７度回転させた際：第１レゾルバ３５機械角７deg、第２レゾルバ３７の機械角０deg）に上述した差分値Δθが、７×５×６−０×６×５＝２１０度になり、実際には属していないテーブルＮo．６の範囲に入り、補正量ｂが適正に求められなくなる。
【００３７】
一方、トーションバー３１の最大捻れ角を、図２を参照して上述した規制片２３ｅで±６deg以下に規制することで、例えば、図７中に示すテーブルＮo.５の範囲で、−６deg捻れたとすると（即ち、第２レゾルバ３７を固定し第１レゾルバ３５を機械角−６度回転させた際：第１レゾルバ３５機械角−６deg、第２レゾルバ３７の機械角０deg）、
Δθ＝−６×５×６−０×６×５＝−１８０deg
逆に、＋６deg捻れたとすると、
Δθ＝６×５×６−０×６×５＝１８０deg
となり、テーブルＮo．５と一致する。ここで、テーブルＮo．５の補正量ｂは０degである。
【００３８】
更に例示を続ける、図６に示すように、テーブルＮo．５の次はテーブルＮo.１０となっている。テーブルＮo．１０では、トーションバー３１の捻れが０のとき、第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７との出力差は１８００degである。このため、テーブルＮo．１０の補正量ｂは１８００degとなっている。
テーブルＮo.１０の範囲でトーションバー３１が例えば−６deg捻れたとすると、
Δθ＝−６×５×６＋１８００−０×６×５＝１６２０deg
逆に、＋６deg捻れたとすると、
Δθ＝６×５×６＋１８００−０×６×５＝１９８０deg
となり、テーブルＮo．１０と一致する。このとき、第１レゾルバ３５の電気角繰り返し数Ｎ１は０であり、第２レゾルバ３７の電気角繰り返し数Ｎ２は１である。
【００３９】
このように、テーブルにより、機械角０〜３６０degのうち、どの位置でトーションバー３１が何度捻れていても、必ずテーブルの−１８００degから２１６０degのどれかの値を取る。即ち、対極数５の第１レゾルバ３５と対極数６の第２レゾルバ３７とを用いた際に、トーションバーの最大捻れ角を±６degに制限することで、適正に捻れ角を検出することが可能になる。この±６degの捻れ角は、第１レゾルバ３５側を対極数６に第２レゾルバ３７側を対極数５にした場合にも同じである。
【００４０】
ここで、一対のレゾルバの対極数と、トーションバーの捻れ角との関係について説明する。
角度センサを用いずに絶対角を検出するためには、２つのレゾルバの対極数（軸倍角）を異なったものにする必要がある。
対極数を１０までに限定した組み合わせの内、２つのレゾルバが２極以上違うと精度的なバランスが悪くなるため、実用に耐えるのは以下の組み合わせになる。
２−３、３−４、４−５、５−６、６−７、７−８、８−９、９−１０
【００４１】
図８（Ａ）は、対極数３−４の場合の図６と同様に対極数３のレゾルバの出力を４倍、対極数４のレゾルバの出力を３倍にした際の電気角（deg）を示す。図８（Ｂ）は、対極数４−５の場合の図６と同様に対極数４のレゾルバの出力を５倍、対極数５のレゾルバの出力を４倍にした際の電気角（deg）を示す。図８（Ｃ）は、図６と同様に対極数５−６の場合の電気角（deg）を示す。
【００４２】
ここで、対極数３−４の場合、図８（Ａ）に示すようにエリア１の補正量ｂは０degで、これに一番近いのはエリア６のＶ１である。ここで、エリア６において、対極数３側のレゾルバを固定し、対極数４側のレゾルバを機械角で３０deg以上回転させると、エリア１と同じになってしまう。但し、エリア１側で逆方向に捻ることもあるので、実際に許されるのは±１５degの範囲になる。
【００４３】
このエリア（テーブル）を誤ることなく補正量を求め得るトーションバーの最大捻れ角（限界値）は次式で求まる（ｍ、ｎ：対極数  但しｍ＜ｎ）
捻れ角の限界値＝（３６０／ｎ）×（ｎ−１）−（３６０／ｍ）×（ｍ−１）
【００４４】
この式から対極数に対応する捻れ角の限界値は次のようになる。
２−３＝（±３０．０deg）
３−４＝（±１５．０deg）
４−５＝（±９．０deg）
５−６＝（±６．０deg）
６−７＝（±４．３deg）
７−８＝（±３．２deg）
８−９＝（±２．５deg）
９−１０＝（±２．０deg）
【００４５】
上述したように第１実施形態の電気式動力舵取装置では、第１レゾルバ３５の対極数ｍ、第２レゾルバの対極数ｎを５，６に設定し、トーションバーの捻れ角の最大値を１２度（±６度）以下に設定してある。ここで、上述したように第１レゾルバと第２レゾルバとの対極数が２以上違うと、精度的なバランスが悪くなり、正確に角度を検出できなくなる。そして、対極数が４−５以下では、分解能が低くなり、正確に角度を検出できなくなる。他方、対極数が５−６を越える６−７では、捻れ角度の最大値が±４．３度、対極数７−８では捻れ角度の最大値が±３．２度、対極数８−９では捻れ角度の最大値が±２．５、対極数９−１０では捻れ角度の最大値が±２．０となり、本願発明での対極数５−６で捻れ角度の最大値が±６．０に対して、トーションバーの捻れ角度が小さくなり過ぎて測定精度が低下する。このため、第１レゾルバの対極数ｍ、第２レゾルバの対極数ｎを５−６に設定することで、トーションバーを用い操舵トルクを測定する構成に於いて最も高い測定精度を得ることができる。
【００４６】
続いて、このように構成された電気式動力舵取装置２０におけるトルクセンサの故障検出の処理を図１０〜図１２のフローチャートに基づいて説明する。
なお、ステアリングホイール２１の絶対位置検出演算処理については、本願出願人による特願２００２−１９６１３１号の出願明細書に詳細に説明されているので、そちらを参照されたい。
【００４７】
イグニション・オン時に（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７との機械角の差を無くすための補正量を求める処理を開始する。ここでは先ず、第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７との時刻０、即ち、初期状態での電気角θ0e1、θ0e2を得る（Ｓ１０４）。次に、初期状態での電気角θ0e1、θ0e2から、それぞれを６倍、５倍し、その差を演算することにより電気角でみた捻れ角Δθを求める（Ｓ１０６）。そして、電気角で表した捻れ角Δθから補正量ｂを引き、この値を３０で割ることにより機械角で表した捻れ角捻れ角θm0を求める（Ｓ１０８）。従って、初期状態で力が加わっていない場合には、捻れ角θm0が０になり、力が加わっている場合には捻れ角θm0が０にならない。
【００４８】
次に、第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７との後述する回転数Ｎ１，Ｎ２を０にする（Ｓ１１０）。そして、両電気角θ0e1、θ0e2から第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７との初期状態での機械角θ0m1、θ0m2を、θ0m1＝（θ0e1＋Ｎ１×３６０）／ｐ１、θ0m2＝（θ0e2＋Ｎ２×３６０）／ｐ２から求める（Ｓ１１２）。ここで、ｐ１は第１レゾルバ３５の軸倍角（対極数：ここでは５）、ｐ２は第２レゾルバ３７の軸倍角（対極数：ここでは６）である。上述したように、回転数Ｎ１，Ｎ２は、上記Ｓ１１０にて０にしてあるため、θ0m1＝θ0e1／ｐ１、θ0m2＝θ0e2／ｐ２から求めることになる。そして、最後に、第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７との機械角を合わせるための補正量θmofsを、第１レゾルバ３５の機械角θ0m1から第２レゾルバ３７の機械角θ0m2を引いて、更に、上述した初期状態で力が加わっている際の捻れ角θm0を減算することで求める（Ｓ１１４）。
【００４９】
本実施形態では、トルクセンサ３０の測定開始前の初期状態において、トーションバー３１の捻れ角θm0を求め、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７の機械回転角の差分（θ0m1−θ0m2）から、初期状態のトーションバー３１の捻れ角θm0を減算して、両レゾルバの機械回転角の差を無くすための補正量θmofsを求める。そして、後述するように測定開始後に検出したトーションバー３１の捻れ角度を初期状態に求めた補正量θmofsで補正した値が所定値を越える際に、故障と判断する。トルクセンサ３０の測定開始前の初期状態において加わっているトルクによるトーションバー３１の捻れを補正するため、トルクセンサ３０の測定開始前にトルクが加わった状態であったとしても、測定時には適正に故障と判断することができる。
【００５０】
イグニション・オン後は（Ｓ１０２：Ｎｏ）、定期的（例えば、１０ms毎）に通常処理（Ｓ２００）を行う。通常処理では、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７の電気角回転数（０〜３６０deg）を上述したようにをインクリメント、デクリメントすることにより更新し（Ｓ２００）、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７の電気角回転数から、検出トルク、操舵角を演算する。
【００５１】
先ず、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７の電気角更新処理（Ｓ２００）について、当該処理のサブルーチンを示す図１１を参照して説明する。
先ず、第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７の電気角θe1、θe2を得る（Ｓ２０１）。Ｓ２０２で、第１レゾルバ３５の電気角が右側（ステアリングホイールの回転方向での右側）に１回転したか否かを、第１レゾルバ３５の電気角過去記憶θe1oから第１レゾルバの電気角θe1を引いた値が１８０より大きいか否かにより判断する（Ｓ２０２）。例えば、前回の電気角が３５６degで、今回の電気角が２degの場合には、３５６−２＝３５４で、１８０より大きいため、電気角が右側に１回転領域変わったと判断する。ここでは、単位時間内（１０ms）の間に、電気角で１８０degも動くことがないので、１８０を閾値として設定してある。ここで、引いた値が１８０より大きい場合には（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、Ｓ２０３にて第１レゾルバの電気角繰り返し数Ｎ１に１を加え（インクリメント）、前回値（第１レゾルバの電気角過去記憶θe1o）を、３６０degインクリメントした第１レゾルバの電気角θe1に更新する（Ｓ２０６）。
【００５２】
他方、引いた値が１８０より小さい場合には（Ｓ２０２：Ｎｏ）、第１レゾルバ３５の電気角が左側（ステアリングホイールの回転方向での左側）に１回転したか否かを、第１レゾルバの電気角過去記憶θe1oから第１レゾルバの電気角θe1を引いた値が−１８０より小さいか否かにより判断する（Ｓ２０４）。例えば、前回の電気角が２degで、今回の電気角が３５７degの場合には、２−３５７＝−３５５で、−１８０より小さいため、電気角が左側に１回転領域変わったと判断する。ここで、引いた値が−１８０より小さい場合には（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、Ｓ２０５にて第１レゾルバの電気角繰り返し回数Ｎ１から１を減じ（デクリメント）、前回値（第１レゾルバの電気角過去記憶θe1o）を、３６０degデクリメントした第１レゾルバの電気角θe1に更新する（Ｓ２０６）。他方、引いた値が−１８０より大きい場合には（Ｓ２０４：Ｎｏ）、前回値（第１レゾルバの電気角過去記憶θe1o）を、現在の第１レゾルバの電気角θe1に更新する（Ｓ２０６）。
【００５３】
第２レゾルバ３７に対しても同様に電気角の更新を行う。Ｓ２１２で、第２レゾルバ３７の電気角が右側に１回転したか否かを判断し、右１回転している場合には（Ｓ２１２：Ｙｅｓ）、Ｓ２１３にて第２レゾルバ３７の電気角繰り返し回数Ｎ２に１を加え（インクリメント）、前回値（第２レゾルバの電気角過去記憶θe2o）を、３６０degインクリメントした第２レゾルバの電気角θe2に更新する（Ｓ２１６）。右側に１回転していない場合には（Ｓ２１２：Ｎｏ）、第２レゾルバ３７の電気角が左側に１回転したか否かを判断する（Ｓ２１４）。電気角が左側に１回転領域変わったと判断した場合には（Ｓ２１４：Ｙｅｓ）、Ｓ２１５にて第１レゾルバの電気角繰り返し回数Ｎ２から１を減じ（デクリメント）た後、前回値（第１レゾルバの電気角過去記憶θe2o）を３６０degデクリメントした第２レゾルバの電気角θe2に更新する（Ｓ２１６）。他方、電気角の回転領域が変わっていない場合には（Ｓ２１４：Ｎｏ）、前回値（第２レゾルバの電気角過去記憶θe2o）を、現在の第２レゾルバの電気角θe2に更新する（Ｓ２１６）。
【００５４】
その後、第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７の電気角θe1、θe2の差Δθから検出トルクを求め（Ｓ２２０）、第１レゾルバの電気角θe1から操舵角を求める（Ｓ２２２）。この検出トルク及び操舵角からＥＣＵ６０は操舵アシスト量を決定する。
【００５５】
引き続き、図１０中の異常チェックでの処理について、当該処理をサブルーチンを示す図１２を参照して説明する。
先ず、第１レゾルバ３５と第２レゾルバ３７の電気角θe1、θe2を得る（Ｓ３０２）。次に、第１レゾルバ３５の電気角θe1から第１レゾルバ３５の機械角θm1をθm1＝（θe1＋Ｎ１×３６０）／ｐ１により、また、第２レゾルバ３７の電気角θe2から機械角θm2をθm2＝（θe2＋Ｎ２×３６０）／ｐ２−補正量θmofsから求める（Ｓ３０４）。そして、第１レゾルバの機械角θe1から第２レゾルバの機械角θm2を引いた絶対値が、図２を参照して上述したように、規制片２３ｅ、突出片２３ｄにより規制されるトーションバー３１の最大捻れ角度（６度）を超えるか否かを判断する（Ｓ３０６）。ここで、絶対値が最大捻れ角度を越えない場合には（Ｓ３０６：Ｎｏ）、トルクセンサ３０は正常であるとして処理を終了する。他方、絶対値が最大捻れ角度を越える場合には（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、異常検出処理を行う（Ｓ３０８）。例えば、電気式動力舵取装置でのアシスト量を徐々に低減して行く。
【００５６】
本実施形態の電気式動力舵取装置では、規制手段を構成する規制片２３ｅ、突出片２３ｄでトーションバー３１の捻れ角度の最大値を規制し、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７で求めた回転角の差分が捻れ角度の最大値を越えるか否かを判断し、差分が最大値を越える際に故障と判断する。規制手段２３ｅ、２３ｄで規制したトーションバー３１の捻れ角度の最大値を越える際、即ち、発生し得ない差分が検出された場合に故障と判断することで、迅速に故障を検出することができる。また、回転角度をsin相振幅／cos相振幅に基づき求めるため、温度によりレゾルバの変圧比が変化し、sin相振幅、cos相振幅が変わっても、分母分子でキャンセリングするので、温度変化により検出精度が低下することがない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
上述した実施形態では、トーションバーを用いる例を挙げたが、種々の弾性部材を用いることができ、また、剛性体にレゾルバを取り付けたトルクセンサにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２（Ａ）は図１に示す一点鎖線IIによる楕円内の拡大図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ切断端を示す図である。
【図３】図１に示す一点鎖線III による楕円内の拡大図である。
【図４】本実施形態の電気式動力舵取装置を制御するＥＣＵとレゾルバとの接続構成を示すブロック図である。
【図５】ステアリングホイールの回転角に対する第１レゾルバおよび第２レゾルバによるレゾルバ出力信号、ステアリングホイールの機械角を示す特性図である。
【図６】対極数５の第１レゾルバの出力θOe1を６倍、対極数６の第２レゾルバの出力θOe2を５倍した電気角（deg）を示すグラフである。
【図７】差分値Δθに対応する補正量を求めるためのテーブルを示す図表である。
【図８】図８（Ａ）は、対極数３のレゾルバの出力を４倍、対極数４のレゾルバの出力を３倍にした電気角（deg）を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、対極数４のレゾルバの出力を５倍、対極数５のレゾルバの出力を４倍にした電気角（deg）を示すグラフであり、図８（Ｃ）は、図６と同様に対極数５−６の場合の電気角（deg）を示すグラフである。
【図９】トーションバーの捻れ角の算出処理を示すフローチャートである。
【図１０】図４に示すＣＰＵにより実行される操舵角演算処理を示すフローチャートでありある。
【図１１】図１０中の電気角更新のサブルーチンを表すフローチャートである。
【図１２】図１０中の異常チェックのサブルーチンを表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
２０      電気式動力舵取装置
２１      ステアリングホイール
２２      ステアリング軸
２３      ピニオン軸
２３ｃ    ピニオンギヤ
２３ｄ    突出片（規制手段）
２３ｅ    規制片（規制手段）
２４      ラック軸
２４ａ    ラック溝
３０      トルクセンサ
３１      トーションバー
３５      第１レゾルバ
３７      第２レゾルバ
４０      モータ
４４      モータレゾルバ
５０      ボールねじ機構
６０      ＥＣＵ
θe1      第１レゾルバの電気角
θe2      第２レゾルバの電気角
θm1      第１レゾルバの機械角
θm2      第２レゾルバの機械角
θmofs      補正量
【図１】
2005091204.tif 000003
【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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【図１２】
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