(57)【要約】【課題】ツインレゾルバ式トルクセンサの入力軸側又は出力軸側で発生した相間ショートを検出し得る電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】トーションバーと、入力軸側回転角センサと、出力軸側回転角センサとから成るツインレゾルバ式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置において、上記入力軸側回転角センサ及び上記出力軸側回転角センサのいずれか一方による電気角演算結果が４５°を含む第一の所定の角度範囲に一定時間以上含まれ、且つ、上記入力軸側回転角センサ及び上記出力軸側回転角センサの他方による電気角演算結果が４５°を含む第二の所定の角度範囲外に一定時間以上含まれたときに、上記一方のセンサに相間ショートが発生していると判断する。【選択図】  図５
2005043071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーと、入力軸側回転角センサと、出力軸側回転角センサとから成るツインレゾルバ式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記入力軸側回転角センサ及び前記出力軸側回転角センサのいずれか一方による電気角演算結果が４５°を含む第一の所定の角度範囲に一定時間以上含まれ、且つ、
前記入力軸側回転角センサ及び前記出力軸側回転角センサの他方による電気角演算結果が４５°を含む第二の所定の角度範囲外に一定時間以上含まれたときに、前記一方の回転角センサに相間ショートが発生していると判断する、ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、ツインレゾルバ式トルクセンサを備えた車両用電動パワーステアリング装置に係り、特に、ツインレゾルバ式トルクセンサの相間ショートを検出する機能を備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用の電動パワーステアリング装置において、トルクセンサの断線等の異常・故障の検出を図る構成又はロジックが知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１０７２７号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開２００２−８１９６１号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開平８−２５１９７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常、車両用の電動パワーステアリング装置では、運転者によって入力された操舵トルクに応じて、アシストトルクをモータにより発生させる。従来、この操舵トルクを測定するために、操舵回動を伝達する操舵軸上にツインレゾルバ式のトルクセンサが設けられる。
【０００７】
当業者には周知技術であるツインレゾルバ式トルクセンサは、主として、トーションバーと、このトーションバーの上下に取り付けられた１組のレゾルバ（回転角センサ）とから成り、入力軸側と出力軸側の電気角の差と、トーションバーのねじれ特性とから操舵トルクが検出される。
【０００８】
このようなツインレゾルバ式のトルクセンサについて、入力軸側レゾルバのｓｉｎ相出力信号線とｃｏｓ相出力信号線との間、或いは、出力軸側レゾルバのｓｉｎ相出力信号線とｃｏｓ相出力信号線との間で相間ショートが発生すると、そのレゾルバのｓｉｎ相とｃｏｓ相の出力信号が同一のまま推移するため、そのレゾルバについての電気角演算結果が４５°で固着してしまう。すると、入力軸側と出力軸側の絶対角の差が正確に算出されず、操舵トルクを正確に測定できないために適切なアシストトルクを発生させることができなくなる。また、正常な方のレゾルバの回転方向によっては、逆アシスト状態となり、走行が困難となり得る。
【０００９】
これを図１及び２を用いて説明する。図１（ａ）は、正常時の電気角演算結果を示す。ここでは、実線矢印が入力軸側レゾルバの電気角θ１を表し、破線矢印が出力軸側レゾルバの電気角θ２を表すものとする。
【００１０】
当業者には周知のように、ツインレゾルバ式トルクセンサにおいては、入力軸側レゾルバの電気角θ１と出力軸側レゾルバの電気角θ２とは常に所定の差を保って推移する。この差Δθ（＝θ１−θ２）は、運転者によって入力された操舵トルク（変数）にトーションバーのねじれ剛性係数（定数）を乗じたものである。また、例えば、左操舵を正の方向と決めておくと、差Δθが＋の時は左操舵方向へアシストトルクを発生させ、−の時は右操舵方向へアシストトルクを発生させることになる。
【００１１】
他方、図１（ｂ）は、一例として、入力軸側レゾルバに相間ショートが発生した場合を示す。相間ショート発生により、入力軸側レゾルバの電気角θ１は見かけ上４５°で固着している。他方、正常である出力軸側レゾルバの電気角θ２は操舵トルクに応じて変化するため、差Δθが操舵トルクに比例したものとならない。加えて、Δθの正負が操舵方向と一致しない場合が生じ得るため、最悪の場合操舵方向と逆向きにアシストトルクが発生する逆アシスト状態となり得る。
【００１２】
図２は、左操舵中に入力軸側レゾルバに相間ショートが発生した場合の電気角の時間変化を示すグラフである。図示するように、時刻０から左操舵が開始され、入力軸側レゾルバの電気角が上昇すると、これに合わせて操舵トルクに比例した差を保ちながら出力軸側レゾルバの電気角も上昇する。ここで、時刻ｔ１で入力軸側レゾルバに相間ショートが発生したとすると、まず入力軸側レゾルバの電気角が４５°へ急変する。また、瞬間的に過大トルクが見かけ上発生するため、出力軸側レゾルバの電気角が４５°になるまでハンドルが取られる。
【００１３】
時刻ｔ１後、入力軸側レゾルバの電気角は４５°で一定となるため、そこから更に左方向への操舵が続けられると、出力軸側レゾルバの電気角が４５°を越えて右操舵方向にアシストトルクが発生してしまうため、逆アシスト状態となる。逆アシスト状態となると、走行が困難となり、最悪の場合例えば時刻ｔ２でステアリング振動が生じ得る。
【００１４】
このように、ツインレゾルバ式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置は、トルクセンサの相間ショートにより逆アシストとなり得るという問題を含有する。しかしながら、上述のような従来の異常検出ロジックでは、電気角演算結果が４５°で固着しているか否かを判断できないため、上述のような相間ショートを検出することは困難である。
【００１５】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、ツインレゾルバ式トルクセンサの入力軸側又は出力軸側で発生した相間ショートを検出し得る電動パワーステアリング装置を提供することを主たる目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、トーションバーと、入力軸側回転角センサと、出力軸側回転角センサとから成るツインレゾルバ式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置であって、上記入力軸側回転角センサ及び上記出力軸側回転角センサのいずれか一方による電気角演算結果が４５°を含む第一の所定の角度範囲に一定時間以上含まれ、且つ、上記入力軸側回転角センサ及び上記出力軸側回転角センサの他方による電気角演算結果が４５°を含む第二の所定の角度範囲外に一定時間以上含まれたときに、上記一方のセンサに相間ショートが発生していると判断する、電動パワーステアリング装置である。
【００１７】
この態様において、相間ショートとは、一のレゾルバ（回転角センサ）のｓｉｎ相出力信号線とｃｏｓ相出力信号線とがショート（短絡）した状態を指すものとする。相間ショートが一旦発生すると、そのレゾルバからのｓｉｎ相出力信号とｃｏｓ相出力信号とが同一のまま推移するため、そのレゾルバについての電気角演算結果が４５°で固着してしまう。
【００１８】
この態様によれば、上述のように相間ショートが発生したレゾルバは見かけ上電気角４５°で固着してしまうことに着目し、一方のレゾルバの電気角演算結果が一定期間以上４５°であり、且つ、他方のレゾルバの電気角演算結果が一定期間以上４５°から所定量離れた範囲にある場合に、上記一方のレゾルバに相間ショートが発生していると判断することにより、ツインレゾルバ式トルクセンサにおいて発生した相間ショートを検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図３〜５を参照しながら本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態について説明する。
【００２０】
まず、図３を用いて、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置３００の概略構成を説明する。電動パワーステアリング装置３００は、故障検出の対象であって、運転者によって入力された操舵トルクを検出するツインレゾルバ式トルクセンサ３０１と、入力された操舵トルクに応じて発生させるアシストトルク量を制御するＥＰＳ・ＥＣＵ３０２と、コラム軸やラック軸などにアシストトルクを発生させるＥＰＳアクチュエータ３０３と、を有する。
【００２１】
ＥＰＳ／ＥＣＵ３０２は、更に、励磁信号の生成やレゾルバ出力信号のノイズ除去及び増幅などを行うアナログ回路である入出力Ｉ／Ｆ３０４と、レゾルバ出力信号をアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換し、ディジタル演算処理するＣＰＵ３０５と、ＥＰＳアクチュエータ３０３の通電制御を行う駆動回路３０６と、ＥＰＳアクチュエータ３０３に流れる電流やモータ回転角センサの信号を処理するアナログ回路であるＩ／Ｆ３０７と、を有する。
【００２２】
次に、実際に故障検出を行うＣＰＵ３０５での処理について図４を用いて詳述する。図４は、本実施形態に係るＣＰＵ３０５での処理の概略を示す機能ブロック図である。ツインレゾルバ式トルクセンサ３０１から出力された入力軸側レゾルバのｓｉｎ相出力信号及びｃｏｓ相出力信号、及び出力軸側レゾルバのｓｉｎ相出力信号及びｃｏｓ相出力信号は、まずＡ／Ｄ変換器４０１によってディジタル信号へ変換され、次いで電気角演算部４０２によって入力軸側及び出力軸側それぞれのレゾルバの電気角が演算される。
【００２３】
算出された入力軸側レゾルバの電気角及び出力軸側レゾルバの電気角は、発生させるアシストトルクの量を演算するトルク演算部４０３と、相間ショートが発生しているか否かを判定する相間ショート判定部４０４とへ出力される。
【００２４】
次に、相間ショート判定部４０４における相間ショート判定処理の流れを図５のフローチャートを用いて説明する。ここでは、算出された入力軸側レゾルバの電気角をθ１、出力軸側レゾルバの電気角をθ２、で表すものとする。
【００２５】
まず、Ｓ５０１において、θ１から４５°を引いた差の絶対値（｜θ１−４５°｜）が第一の閾角度θＴＨ０より小さいか否かを判断する。換言すれば、Ｓ５０１では、θ１が４５°±θＴＨ０の範囲に入っているか否かを判断している。
【００２６】
上述のように、本発明では、相間ショートが発生すればそのレゾルバの電気角が４５°に固着することを利用して相間ショートを検出するものであり、Ｓ５０１の処理でも入力軸側レゾルバの電気角が４５°であるか否かを調べることが意図されている。すなわち、ここでの「±θＴＨ０」は４５°という特定の角度に対する単なる振れ幅を表しているに過ぎない。なお、仮に入力軸側レゾルバに相間ショートが生じている場合、そのレゾルバからのｓｉｎ相出力信号とｃｏｓ相出力信号とは完全に同一の波形となり、上記振れ幅はシステムで規定されている許容振れまわり特性以下となるため、θＴＨ０の値は極めて小さい値とすることができる。
【００２７】
｜θ１−４５°｜＜θＴＨ０が成立する場合（Ｓ５０１の「ＹＥＳ」）、次いで、θ２から４５°を引いた差の絶対値（｜θ２−４５°｜）が第二の閾角度θＴＨ１より大きいか否かを判断する。換言すれば、Ｓ５０２では、θ２が４５°±θＴＨ１の範囲外であるか否かを判断している。
【００２８】
ここで、θＴＨ１は、入力軸側レゾルバも出力軸側レゾルバも正常であった場合に、入力軸側レゾルバの電気角が４５°の時に（操舵トルクに応じて）出力軸側レゾルバが採り得る最大電気角と４５°との差分に相当する。
【００２９】
｜θ２−４５°｜＞θＴＨ１が成立するとき（Ｓ５０２の「ＹＥＳ」）、θ１とθ２の関係が正常でないと判断し、Ｓ５０３において、（４５°であって相間ショートの可能性のある）θ１についてのエラーカウントＥｒｒＣｎｔ１を１つインクリメントする。
【００３０】
ＥｒｒＣｎｔ１がインクリメントされると、次いで、Ｓ５０４において、ＥｒｒＣｎｔ１が所定の閾値ＴＨに達したか否かが判断される。後述するように図５に示すルーチンは車両走行中常時繰り返して実行されるため、このＳ５０４におけるエラーカウントの閾値判断は、Ｓ５０２の「ＹＥＳ」の状態が一定時間継続した否かの判断と等価であると言える。
【００３１】
ＥｒｒＣｎｔ１＝ＴＨが成立するとき（Ｓ５０４の「ＹＥＳ」）、操舵トルクは常時変化するものであるにもかかわらず、θ１が４５°で、且つ、θ１とθ２の関係が正常でない状態が所定時間続いたものとして、θ１の４５°固着を認め、入力軸側レゾルバに相間ショートが発生したと判定する（Ｓ５０５）。
【００３２】
相間ショートの発生が一旦検出されると、ＥＰＳ・ＥＣＵ３０２は、ＥＰＳアクチュエータ３０３への通電制御を中止し、アシストトルクが付与されないいわゆる「重（おも）ステ」状態に切り替え、走行が困難となる逆アシスト状態になるのを回避する。この際、当業者には明らかなように、パワステが故障により自動的にオフにされた旨を視覚的及び／又は聴覚的に運転者に伝達することが好ましい。
【００３３】
ＥｒｒＣｎｔ１＝ＴＨが成立しないとき（Ｓ５０４の「ＮＯ」）、θ１が４５°で、且つ、θ１とθ２の関係が正常でない状態がいまだ所定時間続いていないと判断し、処理はフローの最初に戻る。
【００３４】
Ｓ５０２に戻り、｜θ２−４５°｜＞θＴＨ１が成立しないとき（Ｓ５０２の「ＮＯ」）、θ１とθ２の関係は正常な範囲内であると判断され、次に、Ｓ５０６において、｜θ２−４５°｜＜θＴＨ０が成立するか否か、すなわちθ２も４５°（θＴＨ０については既述の通り）であるか否かが判断される。
【００３５】
Ｓ５０６で｜θ２−４５°｜＜θＴＨ０が成立する場合（Ｓ５０６の「ＹＥＳ」）、θ１もθ２も４５°であり、操舵トルクが入力されていない０トルクの状態であると判断され、θ１についてのエラーカウントＥｒｒＣｎｔ１及びθ２についてのエラーカウントＥｒｒＣｎｔ２をリセットして０としてから、処理はフローの最初に戻る。
【００３６】
Ｓ５０６で｜θ２−４５°｜＜θＴＨ０が成立しない場合（Ｓ５０６の「ＮＯ」）、θ１とθ２が異なる値であって０トルク状態ではないと判断され、ＥｒｒＣｎｔ１及びＥｒｒＣｎｔ２をリセットすることなく、処理はフローの最初に戻る。
【００３７】
Ｓ５０１に戻り、｜θ１−４５°｜＜θＴＨ０が成立しない場合、すなわちθ１が４５°でない場合（Ｓ５０１の「ＮＯ」）、少なくともθ１については４５°固着が発生していないと判断して、Ｓ５０８において、ＥｒｒＣｎｔ１をリセットして０とする。
【００３８】
次に、Ｓ５０９において、今度はθ２が４５°であるか否か、すなわち｜θ２−４５°｜＜θＴＨ０が成立するか否かが判断される。｜θ２−４５°｜＜θＴＨ０が成立しない場合、すなわちθ２が４５°でない場合（Ｓ５０９の「ＮＯ」）、θ２についても４５°固着が発生していないと判断し、Ｓ５１０において、ＥｒｒＣｎｔ２をリセットして０としてから、処理はフローの最初に戻る。
【００３９】
｜θ２−４５°｜＜θＴＨ０が成立する場合、すなわちθ２が４５°である場合（Ｓ５０９の「ＹＥＳ」）、Ｓ５１１において、｜θ１−４５°｜＞θＴＨ１が成立するか否か（θＴＨ１については既述の通り）が判断される。
【００４０】
｜θ１−４５°｜＞θＴＨ１が成立するとき（Ｓ５１１の「ＹＥＳ」）、θ１とθ２の関係が正常でないと判断し、Ｓ５１２において、（４５°であって相間ショートの可能性のある）θ２についてのエラーカウントＥｒｒＣｎｔ２を１つインクリメントする。
【００４１】
ＥｒｒＣｎｔ２がインクリメントされると、次いで、Ｓ５１３において、ＥｒｒＣｎｔ２が所定の閾値ＴＨに達したか否かが判断される。図５に示すルーチンは車両走行中常時繰り返して実行されるため、このＳ５１３におけるエラーカウントの閾値判断は、Ｓ５１１の「ＹＥＳ」の状態が一定時間継続した否かの判断と等価であると言える。
【００４２】
ＥｒｒＣｎｔ２＝ＴＨが成立するとき（Ｓ５１３の「ＹＥＳ」）、操舵トルクは常時変化するものであるにもかかわらず、θ２が４５°で、且つ、θ１とθ２の関係が正常でない状態が所定時間続いたものとして、θ２の４５°固着を認め、出力軸側レゾルバに相間ショートが発生したと判定する（Ｓ５０５）。
【００４３】
ＥｒｒＣｎｔ２＝ＴＨが成立しないとき（Ｓ５１３の「ＮＯ」）、θ２が４５°で、且つ、θ１とθ２の関係が正常でない状態がいまだ所定時間続いていないと判断し、処理はフローの最初に戻る。
【００４４】
Ｓ５１１に戻り、｜θ１−４５°｜＞θＴＨ１が成立しないとき（Ｓ５１１の「ＮＯ」）、θ１とθ２の関係は正常な範囲内であると判断され、処理はフローの最初に戻る。
【００４５】
以上、図５を用いて説明したように、本実施形態に係る相間ショート判定部４０４によれば、一方のレゾルバの電気角演算結果が一定期間以上４５°であり、且つ、他方のレゾルバの電気角演算結果が一定期間以上４５°から所定量離れた範囲にある場合に、上記一方のレゾルバに相間ショートが発生していると判断することができる。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、一のレゾルバで相間ショートが発生するとその電気角が４５°で固着することに着目し、ツインレゾルバ式トルクセンサにおける相間ショートの発生を確実に検出することができる。
【００４７】
なお、当業者には明らかなように、本発明に係るツインレゾルバ式トルクセンサにおける相間ショートの検出手法は、電動パワーステアリング装置以外の用途に用いられるツインレゾルバ式トルクセンサに対しても適用可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ツインレゾルバ式トルクセンサの入力軸側又は出力軸側で発生した相間ショートを検出し得る電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）  ツインレゾルバ式トルクセンサの２つのレゾルバ電気角の正常時の関係を示す図である。
（ｂ）  ツインレゾルバ式トルクセンサの２つのレゾルバのうち一方に相間ショートが発生した場合の２つのレゾルバ電気角の関係を示す図である。
【図２】左操舵中に入力軸側レゾルバに相間ショートが発生した場合の電気角の時間変化を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＣＰＵでの処理の概略を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る相間ショート判定処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
３００  電動パワーステアリング装置
３０１  ツインレゾルバ式トルクセンサ
３０２  ＥＰＳ・ＥＣＵ
３０３  ＥＰＳアクチュエータ
３０４  入出力Ｉ／Ｆ
３０５  ＣＰＵ
３０６  駆動回路
３０７  Ｉ／Ｆ
４０１  アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）
４０２  電気角演算部
４０３  トルク演算部
４０４  相間ショート判定部
【図１】
2005043071.tif 000003
【図２】
2005043071.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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