(57)【要約】【課題】トルクセンサを電動パワーステアリング装置等に組み込む際に生じるメカニカルな故障など、トルクセンサに関係する故障の有無を、電動パワーステアリング装置の車体への組み付け前の段階で判定できるようにする。【解決手段】左回転時および右回転時のトルクセンサの出力電圧にヒステリシス用しきい値よりも大きい幅のヒステリシスが生じると、トルクセンサのロータアッセンブリとケースおよびステータアッセンブリとの隙間やロータアッセンブリのスラスト方向へのストローク量が適切ではないことに起因する故障があると判定され、出力電圧にトルクセンサに３６０°周期でピーク用しきい値よりも大きいピーク値が現れると、入力軸のステアリングホイールとの連結部分の故障と判定され、出力電圧に２２°周期でしきい値よりも大きいうねりが現れると、出力軸のパワーステアリングモータのモータ軸との連結部分の故障と判定される。【選択図】図４
2017015397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力トルクに対するトルクセンサの出力電圧の変化を測定し、前記トルクセンサの故障検査を行うトルクセンサの検査装置において、
前記トルクセンサが取り付けられた入力軸および出力軸にそれぞれ設けられた検査用モータおよび検査用ブレーキと、
前記検査用モータの駆動による前記入力軸の回転角に比例して、前記検査用ブレーキの作動により前記出力軸にブレーキを加えながら、前記検査用モータにより前記入力軸を回転させたときの前記トルクセンサの出力電圧を測定する測定手段と、
前記入力軸の左回転時および右回転時それぞれの前記測定手段による前記出力電圧の差と所定のしきい値とを比較し、前記出力電圧に生じる極大または極小のピーク値と所定のしきい値とを比較し、前記出力電圧に生じるうねりの幅と所定のしきい値とを比較して、前記トルクセンサに関係する故障の有無を判定する判定手段と
を備えることを特徴とするトルクセンサの検査装置。
【請求項２】
前記判定手段は、
前記出力電圧のしきい値よりも大きい前記ピーク値の出現周期、および、前記出力電圧のしきい値よりも大きいうねりの周期に基づき、前記トルクセンサに関係する故障部位を判定することを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサの検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力トルクに対するトルクセンサの出力電圧の変化を測定し、前記トルクセンサの故障検査を行うトルクセンサの検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクをトルクセンサにより検出し、検出した操舵トルクに応じた補助操舵トルクをパワーステアリングモータにより発生して操舵機構の出力軸に伝達する。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置に用いられるトルクセンサは、通常、ケースと、このケース内に収容されステアリングホイールに連結された入力軸に外嵌されるステータアッセンブリと、異なる磁極が円周方向に交互に配置された円環状マグネットを有し操舵機構の出力軸に外嵌されてステータアッセンブリの内側に配設されるロータアッセンブリと、ケース内に収容されロータアッセンブリに対するステータアッセンブリの回転差に基づく磁束を検出する磁気センサ部とを備えており、両端がそれぞれ入力軸および出力軸に固定されたトーションバーがステアリングホイールに加えられる操舵力により捻られることによって、入力軸と出力軸との間に生じる回転差を磁気センサ部により操舵トルクとして検出するようになっている。
【０００４】
そして、この種の電動パワーステアリング装置において、トルクセンサに故障が生じると、ステアリングホイールに適切なアシスト力を付与することができなくなるため、事前に故障の有無を検出できるようにする必要があり、例えば特許文献１に記載のように、電動パワーステアリング装置のモータ過電流を検出したときに、さらにリレーのオンオフにより各所への電流を順次遮断して故障個所を特定することが考えられているが、この場合電動パワーステアリング装置のモータの故障を検出するにとどまり、トルクセンサの故障を検出するものではない。
【０００５】
一方、特許文献２に記載のように、このトルクセンサに接続されたエンジンのもつ複数の気筒における気筒の一部をエンジン回転数の整数倍とならない定期的な周期で失火させてトルク変動を与え、このトルク変動をトルクセンサで検出し、検出されたか否かにより、トルクセンサの故障を判定することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５５６５７号公報（段落００３０〜００４４および図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ参照）
【特許文献２】特開２００５−９１１５８号公報（要約、段落０００７〜０００８参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電動パワーステアリング装置に使用されるトルクセンサの場合、トルクセンサが取り付けられた入力軸、出力軸かトーションバーの組み付けの不具合などに起因した故障のほか、トルクセンサが取り付けられた出力軸に外嵌されたギヤに、パワーステアリングモータのモータ軸に取り付けられたウォームギヤを噛合する部分での故障等、種々の要因によって部位の異なるメカニカルな故障が発生し得る。
【０００８】
しかし、上記した特許文献２に記載の手法では、磁歪式トルクセンサを構成する磁歪環等のトルクセンサ自体を構成する素子の故障を検出することはできても、トルクセンサを電動パワーステアリング装置に組み込む際に生じる入力軸や出力軸部分での不具合に起因した故障を検出することはできないという問題がある。
【０００９】
本発明は、トルクセンサを電動パワーステアリング装置等に組み込む際に生じるメカニカルな故障など、トルクセンサに関係する故障の有無を、電動パワーステアリング装置の車体への組み付け前の段階で判定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明のトルクセンサの検査装置は、入力トルクに対するトルクセンサの出力電圧の変化を測定し、前記トルクセンサの故障検査を行うトルクセンサの検査装置において、前記トルクセンサが取り付けられた入力軸および出力軸にそれぞれ設けられた検査用モータおよび検査用ブレーキと、前記検査用モータの駆動による前記入力軸の回転角に比例して、前記検査用ブレーキの作動により前記出力軸にブレーキを加えながら、前記検査用モータにより前記入力軸を回転させたときの前記トルクセンサの出力電圧を測定する測定手段と、前記入力軸の左回転時および右回転時それぞれの前記測定手段による前記出力電圧の差と所定のしきい値とを比較し、前記出力電圧に生じる極大または極小のピーク値と所定のしきい値とを比較し、前記出力電圧に生じるうねりの幅と所定のしきい値とを比較して、前記トルクセンサに関係する故障の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴としている。
【００１１】
トルクセンサの構造上、ロータアッセンブリがケースおよびステータアッセンブリと隙間を持った状態でトルクセンサが出力軸に取り付けられるため、このときの隙間が適切でなかったりすると、トルクセンサの左回転時と右回転時とで出力電圧の差が大きくなり、いわゆるヒステリシスが増大する。さらに、トルクセンサが取り付けられる入力軸はステアリングホイールに連結されるので、この連結箇所で何らかの不具合があればステアリングホイールを１回転して入力軸が３６０°回転するごとにトルクセンサの出力電圧に極大または極小のピーク値が現れる。また、トルクセンサが取り付けられる出力軸には、ウォームギヤ等を介してパワーステアリングモータのモータ軸が連結され、その連結の際に所定の減速比が、例えば１６．６７に設定されていると、モータ軸が１回転（３６０°）すると出力軸が２２°回転するので、出力軸とモータ軸との連結部分に何らかの不具合があれば２２°周期でトルクセンサの出力電圧が変動するうねりが現れる。
【００１２】
上記した構成によれば、判定手段により、トルクセンサの左回転時および右回転時それぞれの測定手段による出力電圧の差と所定のしきい値とが比較され、出力電圧に生じる極大または極小のピーク値と所定のしきい値とが比較され、出力電圧に生じるうねりの幅と所定のしきい値とが比較されて、トルクセンサに関係する故障の有無が判定されるため、それぞれのしきい値よりも大きくなる場合に故障があると判定することができ、トルクセンサを組み込んだ電動パワーステアリング装置を車体に組み付ける前の段階で、トルクセンサに関係する故障の有無を検出することが可能になる。
【００１３】
また、前記判定手段は、前記出力電圧のしきい値よりも大きい前記ピーク値の出現周期、および、前記出力電圧のしきい値よりも大きいうねりの周期に基づき、前記トルクセンサに関係する故障部位を判定するとよい。
【００１４】
係る構成によれば、上記したように、左回転時および右回転時のトルクセンサの出力電圧に３６０°周期でしきい値よりも大きい極大または極小のピーク値が現れると、このピーク値は、トルクセンサが取り付けられる入力軸および出力軸とトーションバーやギヤとの連結箇所の故障と判定することができ、左回転時および右回転時のトルクセンサの出力電圧に例えば２２°周期でしきい値よりも大きいうねりが現れると、出力軸のパワーステアリングモータのモータ軸との連結部分の故障と判定することができ、トルクセンサに関係するメカニカルな故障の部位を特定することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トルクセンサを電動パワーステアリング装置等に組み込む際に生じるメカニカルな故障など、トルクセンサに関係する故障の有無を、電動パワーステアリング装置の車体への組み付け前の段階で判定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るトルクセンサの検査装置に使用するトルクセンサが組み付けられた電動パワーステアリング装置の一実施形態の断面図である。
【図２】図１におけるトルクセンサ斜視図である。
【図３】図２のトルクセンサを検査する検査装置のブロック図である。
【図４】図３の検査装置によるトルクセンサの出力電圧の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態について、図１ないし図４を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態において、前、後、左、右とは車両進行方向に向かって前、後、左、右を意味する。
【００１８】
本実施形態における電動パワーステアリング装置は、図１に示すように構成されている。すなわち、ステアリングコラムチューブ１内に、ステアリングホイール（図示せず）に連結された中実の入力軸２がベアリング３を介して回転自在に収容され、チューブ１の前端が嵌合されたハウジング４内にベアリング５を介して回転自在に収容された操舵機構（図示せず）の中空の出力軸６の後端が入力軸２の前端面の凹部２ａ内に挿入され、出力軸６内に収容されたトーションバー７の両端が、それぞれ入力軸２の前端および出力軸６の前端に固定されている。
【００１９】
そして、トルクセンサ１０が取付装置Ｆにより出力軸６の前端部の外周に取り付けられ、ドライバの操作によってステアリングホイールに加えられる操舵トルクがトルクセンサ１０により検出され、検出された操舵トルクに応じた補助操舵トルクが、ハウジング４に組み付けられたパワーステアリングモータ１１により発生され、モータ軸に連結されたウォームギヤ１２および出力軸６のほぼ中央部に外嵌されてウォームギヤ１２に噛合されたギヤ１３を介して、パワーステアリングモータ１１により発生した補助操舵トルクが出力軸６に伝達されるようになっている。
【００２０】
ところで、トルクセンサ１０は図２に示すように構成され、円筒の内周を除去した形状を有する本体１０ａに四角筒状の回路収容部１０ｂが取り付けられた形状のケース１０ｃと、このケース１０ｃ内に収容されケース１０ｃに対して相対的に移動可能に配設されステアリングホイールに連結された入力軸２に外嵌される円環状を成すステータアッセンブリと、異なる磁極が円周方向に交互に配置された円環状マグネットを有し操舵機構の出力軸６に外嵌されてステータアッセンブリに対し相対的に軸方向に移動可能にステータアッセンブリの内側に配設される円環状を成すロータアッセンブリと、ケース１０ｃ内に収容されロータアッセンブリに対するステータアッセンブリの回転差に基づく磁束を検出するホール素子等の磁気センサ部と、回路収容部１０ｂ内に収容され磁気センサ部の素子等が実装された回路基板と、回路収容部１０ｂ内に収容された回路基板の各素子と外部との接続用コネクタとを備えている。
【００２１】
ここで、トルクセンサ１０のロータアッセンブリは、ステータアッセンブリの内側に移動可能に内設されているだけであって嵌入されているわけではなく、ロータアッセンブリを出力軸６に嵌合するときにロータアッセンブリが軸方向（スラスト方向）に所定のストローク量だけ移動可能な構造になっている。
【００２２】
そして、トーションバー７がステアリングホイールに加えられる操舵力により捻られることによって、入力軸２と出力軸６との間に生じる回転差が磁気センサ部により操舵トルクとして検出され、検出された操舵トルクが電圧に変換されてトルクセンサ１０から出力される。このトルクセンサ１０からの出力電圧に基づき、パワーステアリングモータ１１により補助操舵トルクが導出される。
【００２３】
ところで、トルクセンサ１０の構造上、ロータアッセンブリがケースおよびステータアッセンブリと隙間を持った状態でトルクセンサ１０が出力軸６に取り付けられるため、このときの隙間や上記したストローク量が適切でなかったりすると、トルクセンサ１０の左回転時と右回転時とで出力電圧の差が大きくなり、いわゆるヒステリシスが増大する。
【００２４】
さらに、トルクセンサ１０が取り付けられる入力軸２および出力軸６はトーションバー7やギヤ１３に連結されるので、この連結箇所で何らかの不具合があればステアリングホイールを１回転して入力軸６が３６０°回転するごとにトルクセンサ１０の出力電圧に極大または極小のピーク値が現れる。具体的には、ギヤ１３の精度不良、出力軸６の組み付け不良、トーションバー７の組み付け不良、トルクセンサ１０のステータアッセンブリおよびロータアッセンブリの隙間不良などに起因して、トルクセンサ１０の出力電圧に、上記したような３６０°周期のピーク値が出現する。
【００２５】
また、トルクセンサ１０が取り付けられる出力軸６には、ギヤ１３およびウォームギヤ１２を介してパワーステアリングモータのモータ軸が連結され、その連結の際に所定の減速比が、例えば１６．６７に設定されていると、モータ軸が１回転（３６０°回転）すると出力軸６が２２°回転するので、出力軸６とパワーステアリングモータ１１のモータ軸との連結部分に何らかの不具合があれば２２°周期でトルクセンサ１０の出力電圧が変動するうねりが現れる。例えば、パワーステアリングモータ１１のハウジング４への組み付けの際の芯ずれ、ウォームギヤ１２の組み付けの際の芯ずれ、ウォームギヤ１２の精度不良などに起因して、トルクセンサ１０の出力電圧に、上記したような２２°周期のうねりが出現する。
【００２６】
そこで、図３に示すように、トルクセンサ１０が取り付けられた入力軸２および出力軸６に、それぞれ検査用モータ２１および検査用ブレーキ２２を連結し、図１に示すようにトルクセンサ１０を組み込んだ電動パワーステアリング装置を車体に組み付ける前の段階で検査するための台上テストを実施する。
【００２７】
この台上テストにおいて、図３に示す制御手段２３により、検査用モータ２１を駆動して入力軸２を回転させ、入力軸２の回転角に比例するように検査用ブレーキ２２を制御して出力軸６にブレーキを加えながら、検査用モータ２１により入力軸２を回転させたときのトルクセンサ１０の出力電圧を制御手段２３により取り込んで測定し、制御手段２３により、入力軸２の左回転時および右回転時それぞれにおける出力電圧の差であるヒステリシス幅と所定のヒステリシス用しきい値とを比較し、出力電圧に生じる極大または極小のピーク値と所定のピーク用しきい値とを比較し、出力電圧に生じるうねりの幅と所定のうねり用しきい値とを比較することにより、トルクセンサ１０に関係する故障の有無を判定する。ここで、制御手段２３はマイクロコンピュータにより構成され、本発明における測定手段および判定手段として機能する。
【００２８】
いま、例えばトルクセンサ１０の出力電圧として、図４に示すような波形の電圧が制御手段２３により測定されたとする。なお、図４の横軸は入力軸２の回転角度、縦軸は出力電圧）である。
【００２９】
車体に電動パワーステアリング装置が組み付けられている場合には、左から右あるいは右から左まで４回転前後ステアリングホイールを回転させることが可能であるが、図３のような台上テストでは、ロックがかからないため左右どちらにも無限に入力軸２を回転させることができるので、車体に組み付けた状態に合致する回転角度の範囲で検査用モータ２１を駆動して入力軸２を左回転、右回転させ、そのときのトルクセンサ１０の出力電圧を測定した例が図４である。
【００３０】
制御手段２３により、検査用モータ２１の駆動による入力軸２の左回転時および右回転時それぞれの出力電圧の差であるヒステリシス（図４参照）の幅が、予め設定された所定のヒステリシス用しきい値と比較され、ヒステリシスの幅がヒステリシス用しきい値よりも大きい場合には、トルクセンサ１０のロータアッセンブリとケースおよびステータアッセンブリとの隙間やロータアッセンブリのスラスト方向へのストローク量が適切ではないことに起因する故障があると判定される。
【００３１】
また、制御手段２３により、入力軸２の回転角度が３６０°周期で生じる極大または極小のピーク値が、予め設定されたピーク用しきい値と比較され、出力電圧のピーク値がピーク用しきい値よりも大きい場合には、トルクセンサ１０が取り付けられる入力軸２および出力軸６とトーションバー7やギヤ１３との連結箇所で生じた何らかの不具合に起因した故障があると判定される。
【００３２】
さらに、上記したように、トルクセンサ１０が取り付けられる出力軸６にギヤ１３およびウォームギヤ１２を介して連結されるパワーステアリングモータ１１の減速比が、例えば１６．６７に設定されていると、パワーステアリングモータ１１のモータ軸の１回転（３６０°回転）につき出力軸６が２２°回転するため、いま図４中の破線に示すように、入力軸２の回転角度が２２°周期で出力電圧にうねりが生じた場合に、制御手段２３により、そのうねり幅が予め設定されたうねり用しきい値と比較され、出力電圧のうねり幅がうねり用しきい値よりも大きい場合には、出力軸６とパワーステアリングモータ１１のモータ軸との連結部分に生じた何らかの不具合に起因した故障があると判定される。
【００３３】
このように、制御手段２３により、トルクセンサ１０の左回転時および右回転時それぞれにおける出力電圧の差であるヒステリシスの幅とヒステリシス用しきい値とが比較され、出力電圧に生じる極大または極小のピーク値とピーク用しきい値とが比較され、出力電圧に生じるうねりの幅とうねり用しきい値とが比較され、それぞれのしきい値よりも大きくなる場合に故障があると判定され、トルクセンサを組み込んだ電動パワーステアリング装置を車体に組み付ける前の台上テストの段階で、トルクセンサ１０に関係する故障の有無を検出することができるとともに、故障部位を特定することができる。
【００３４】
したがって、上記した実施形態によれば、左回転時および右回転時のトルクセンサ１０の出力電圧にヒステリシス用しきい値よりも大きい幅のヒステリシスが生じると、トルクセンサ１０のロータアッセンブリとケースおよびステータアッセンブリとの隙間やロータアッセンブリのスラスト方向へのストローク量が適切ではないことに起因する故障があると判定することができ、左回転時および右回転時の出力電圧にトルクセンサ１０に３６０°周期でピーク用しきい値よりも大きいピーク値が現れると、入力軸２および出力軸６とトーションバー7やギヤ１３との連結部分の故障と判定することができ、左回転時および右回転時のトルクセンサ１０の出力電圧に２２°周期でしきい値よりも大きいうねりが現れると、出力軸６のパワーステアリングモータ１１のモータ軸との連結部分の故障と判定することができ、トルクセンサ１０に関係するメカニカル（構造的）な故障部位を車体に組み付ける前段階において特定することできる。
【００３５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。
【００３６】
例えば、上記した実施形態では、出力６軸のパワーステアリングモータ１１のモータ軸との連結部分の故障と判定するときの出力電圧のうねりの出現周期を、入力軸２の回転角度で２２°周期とした場合について説明したが、特に２２°周期に限定されるものではなく、トルクセンサ１０が取り付けられる出力軸６にギヤ１３およびウォームギヤ１２を介して連結されるパワーステアリングモータ１１の減速比に応じた角度周期でうねりが生じるかどうか判断すればよい。
【００３７】
また、上記した実施形態では、電動パワーステアリング装置に組み込むトルクセンサ１０の検査を行う例を示したが、対象となるトルクセンサは電動パワーステアリング装置に組み込まれるものに限定されないのはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
２      …入力軸
６      …出力軸
１０    …トルクセンサ
２１    …検査用モータ
２２    …検査用ブレーキ
２３    …制御手段（測定手段、判定手段）
【図１】
2017015397.tif 000003
【図２】
2017015397.tif 000004
【図３】
2017015397.tif 000005
【図４】
2017015397.tif 000006