(57)【要約】【課題】２重系を構成することができるトルク検出装置及び電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】第１の軸２００ａに磁気センサ１１０ａを連結し、第２の軸２００ｂに磁気センサ１１０ｂを連結し、磁気センサ１１０ａ及び１１０ｂは、回転子の回転に応じた位相の異なる３相の磁気検出信号を回転情報算出装置１０１ａ及び１０１ｂに夫々出力する。そして、回転情報算出装置１０１ａ及び１０１ｂで、３相の磁気検出信号のうち、異常の発生していない正常な２相の磁気検出信号に基づいて、第１の軸２００ａの絶対回転角度位置θ１及び第２の軸２００ｂの絶対回転角度位置θ２を夫々算出し、演算部１０２で、絶対回転角度位置θ１及びθ２の差分値に基づいて操舵トルクＴを算出する。【選択図】      図２
2009069106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と出力軸とをトーションバーを介して同軸上に連結した軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記入力軸の回転角度位置を検出する第１の角度検出手段と、
前記出力軸の回転角度位置を検出する第２の角度検出手段と、
前記第１の角度検出手段で検出した回転角度位置と前記第２の角度検出手段で検出した回転角度位置とに基づいて、前記トルクを算出するトルク算出手段と、を備え、
前記第１及び第２の角度検出手段は、回転子に支持された磁石ホルダと、前記磁石ホルダに支持された磁石と、固定子に支持され、円周方向にそれぞれ所定間隔で配置された、入力磁束に応じた信号を出力する３つの磁気検出器と、前記固定子に支持され且つ前記３つの磁気検出器の間に配設された、前記３つの磁気検出器に前記磁石からの磁束を導く３つの磁路を有した磁路部材と、前記回転子の回転時に、前記磁路部材の各磁路と前記磁石との位置関係に応じて位相の変化する、前記３つの磁気検出器からの３相の磁気検出信号に基づいて、前記回転子の回転角度位置を算出する回転情報算出手段と、をそれぞれ有することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記３相の磁気検出信号の異常を検出する異常検出手段を有し、前記回転情報算出手段は、前記異常検出手段によって、前記３相の磁気検出信号のうちいずれか１つに異常が検出されたとき、当該異常の検出された磁気検出信号の相を除く、残り２つの相の磁気検出信号に基づいて前記回転角度位置を算出することを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記異常検出手段は、前記３相の磁気検出信号のサンプリング値に基づいて、前記磁気検出器の構成する３つの相の相毎に、少なくとも２通りの算出方法で、回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて、前記３相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項２に記載のトルク検出装置。
【請求項４】
前記磁気検出器の３つの相をＡ相、Ｂ相、Ｃ相とし、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する磁気検出信号のサンプリング値をそれぞれａ、ｂ、ｃとし、前記異常検出手段は、前記サンプリング値ａ及びｂ、前記サンプリング値ａ及びｃ、並びに前記サンプリング値ｂ及びｃの組み合わせのうち少なくとも２つの組み合わせに基づいて、当該組み合わせ毎に異なる算出方法を用いて、前記磁気検出器の相毎に、少なくとも２つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相の回転角度位置に基づき、前記位相の異なる３相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項３に記載のトルク検出装置。
【請求項５】
前記異常検出手段は、前記各相に対する前記回転角度位置同士の差分値に基づき、前記位相の異なる３相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項３又は４に記載のトルク検出装置。
【請求項６】
前記回転情報算出手段は、前記３つの磁気検出信号のうち、前記異常検出手段によって異常が検出された磁気検出信号以外の磁気検出信号の各相に対する、当該異常の検出に用いた前記回転角度位置の平均値を、前記回転子の回転角度位置として算出することを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載のトルク検出装置。
【請求項７】
前記トルク算出手段は、前記第１の角度検出手段で検出した絶対回転角度位置と前記第２の角度検出手段で検出した絶対回転角度位置との差分値に基づいて、前記トルクを算出することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のトルク検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載のトルク検出装置を操舵軸に配設し、当該トルク検出装置で操舵トルクを検出するように構成されてい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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの角度センサをトーションバーの両端に配置し、トーションバーの捩れ角度からトルクを検出するトルク検出装置、及びこのトルク検出装置を用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のトルク検出装置としては、入力軸と連結し外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁してある第１のターゲットを保持し、多回転可能な歯車を持つ第１の回転体と、この第１の回転体の歯車に接続され第１の回転体より低速に回転し、中心部に磁石が配置された第２の回転体と、出力軸と連結し外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁してある第２のターゲットを保持し、多回転可能な歯車を持つ第３の回転体と、これらのそれぞれの回転角度を検出する第１、第２、第３の検出手段とからなる簡単な構成で、高精度・高分解能に絶対回転角度およびトルク検出を行うというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２２０５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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、トーションバーの両端（入力軸と出力軸）に角度センサを設け、回転角度及びトルクを検出しているだけであり、２重系を構成していないため、改善が望まれている。
そこで、本発明は、２重系を構成することができるトルク検出装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、請求項１に係るトルク検出装置は、入力軸と出力軸とをトーションバーを介して同軸上に連結した軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記入力軸の回転角度位置を検出する第１の角度検出手段と、
前記出力軸の回転角度位置を検出する第２の角度検出手段と、
前記第１の角度検出手段で検出した回転角度位置と前記第２の角度検出手段で検出した回転角度位置とに基づいて、前記トルクを算出するトルク算出手段と、を備え、
前記第１及び第２の角度検出手段は、回転子に支持された磁石ホルダと、前記磁石ホルダに支持された磁石と、固定子に支持され、円周方向にそれぞれ所定間隔で配置された、入力磁束に応じた信号を出力する３つの磁気検出器と、前記固定子に支持され且つ前記３つの磁気検出器の間に配設された、前記３つの磁気検出器に前記磁石からの磁束を導く３つの磁路を有した磁路部材と、前記回転子の回転時に、前記磁路部材の各磁路と前記磁石との位置関係に応じて位相の変化する、前記３つの磁気検出器からの３相の磁気検出信号に基づいて、前記回転子の回転角度位置を算出する回転情報算出手段と、をそれぞれ有することを特徴としている。
【０００５】
また、請求項２に係るトルク検出装置は、請求項１に係る発明において、前記３相の磁気検出信号の異常を検出する異常検出手段を有し、前記回転情報算出手段は、前記異常検出手段によって、前記３相の磁気検出信号のうちいずれか１つに異常が検出されたとき、当該異常の検出された磁気検出信号の相を除く、残り２つの相の磁気検出信号に基づいて前記回転角度位置を算出することを特徴としている。
【０００６】
さらに、請求項３に係るトルク検出装置は、請求項２に係る発明において、前記異常検出手段は、前記３相の磁気検出信号のサンプリング値に基づいて、前記磁気検出器の構成する３つの相の相毎に、少なくとも２通りの算出方法で、回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて、前記３相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項４に係るトルク検出装置は、請求項３に係る発明において、前記磁気検出器の３つの相をＡ相、Ｂ相、Ｃ相とし、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する磁気検出信号のサンプリング値をそれぞれａ、ｂ、ｃとし、前記異常検出手段は、前記サンプリング値ａ及びｂ、前記サンプリング値ａ及びｃ、並びに前記サンプリング値ｂ及びｃの組み合わせのうち少なくとも２つの組み合わせに基づいて、当該組み合わせ毎に異なる算出方法を用いて、前記磁気検出器の相毎に、少なくとも２つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相の回転角度位置に基づき、前記位相の異なる３相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴としている。
【０００８】
さらにまた、請求項５に係るトルク検出装置は、請求項３又は４に係る発明において、前記異常検出手段は、前記各相に対する前記回転角度位置同士の差分値に基づき、前記位相の異なる３相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴としている。
また、請求項６に係るトルク検出装置は、請求項３〜５の何れか１項に係る発明において、前記回転情報算出手段は、前記３つの磁気検出信号のうち、前記異常検出手段によって異常が検出された磁気検出信号以外の磁気検出信号の各相に対する、当該異常の検出に用いた前記回転角度位置の平均値を、前記回転子の回転角度位置として算出することを特徴としている。
【０００９】
さらに、請求項７に係るトルク検出装置は、請求項１〜６の何れか１項に係る発明において、前記トルク算出手段は、前記第１の角度検出手段で検出した絶対回転角度位置と、前記第２の角度検出手段で検出した絶対回転角度位置との差分値に基づいて、前記トルクを算出することを特徴としている。
また、請求項８に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜７の何れか１項に記載のトルク検出装置を操舵軸に配設し、当該トルク検出装置で操舵トルクを検出するように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るトルク検出装置によれば、２つの角度センサをトーションバーの両端に配置し、トーションバーの捩れ角度からトルクを検出する構成とし、前記角度センサを３つの磁気検出器からの３相の磁気検出信号のうち、２相の磁気検出信号に基づいて回転角度位置を算出することが可能な構成とするので、３相の磁気検出信号のうち何れか１つに異常が発生した場合であっても、残りの正常な２相の磁気検出信号に基づいて絶対回転角度を検出することができる。したがって、角度センサとして２重系を構成することができ、信頼性の高いトルク検出装置とすることができる。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、上記トルク検出装置を操舵軸に配設することにより、信頼性の高い操舵トルクを得ることができる。さらに、角度センサで絶対回転角度を検出することで、操舵角も同時に検出することができるので、別途操舵角を検出するためのセンサ等を設ける必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合における一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号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、他端はトルク検出装置としてのトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。
【００１２】
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。
【００１３】
ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ１２とを備えている。
トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達される操舵トルクＴを検出するように構成されている。このトルクセンサ３の具体的構成については後述する。
【００１４】
トルクセンサ３から出力される操舵トルクＴはコントローラ１５に入力される。また、コントローラ１５には、操舵トルクＴの他に車速センサ１６から出力される車速検出値Ｖも入力される。
そして、コントローラ１５は、操舵トルクＴ及び車速Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生するための電流指令値を演算し、当該電流指令値に基づいて電動モータ１２を駆動制御する。
【００１５】
次に、トルクセンサ３の具体的構成について詳述する。
図２は、トルクセンサ３の構成を示すブロック図である。この図２に示すように、トルクセンサ３は、第１の軸２００ａ（入力軸２ａ）に連結された、第１の磁石１０３ａの回転状態を検出する第１の回転状態検出装置１００ａと、第２の軸２００ｂ（出力軸２ｂ）に連結された、第２の磁石１０３ｂの回転状態を検出する第２の回転状態検出装置１００ｂとを備えている。
【００１６】
第１の回転状態検出装置１００ａからの出力信号は第１の回転情報算出装置１０１ａに入力され、第１の回転情報算出装置１０１ａで、第１の軸２００ａの絶対回転角度位置θ１が算出される。
同様に、第２の回転状態検出装置１００ｂからの出力信号は第２の回転情報算出装置１０１ｂに入力され、第２の回転情報算出装置１０１ｂで、第２の軸２００ｂの絶対回転角度位置θ２が算出される。
【００１７】
そして、第１及び第２の回転情報算出装置１０１ａ及び１０１ｂで算出された絶対回転角度位置θ１及びθ２は、演算部１０２に入力され、この演算部１０２で、絶対回転角度位置θ１と絶対回転角度位置θ２との差分値を演算し、当該差分値に基づいて操舵トルクＴを算出すると共に、絶対回転角度位置θ１（又は絶対回転角度位置θ２）を操舵角δとして設定し、これらを出力するようになっている。
また、図２の符号３ａはトーションバーであり、このトーションバー３ａは、第１の軸２００ａと第２の軸２００ｂとの間に、第１の軸２００ａ及び第２の軸２００ｂと同軸上に連結されており、捩れトルクが入力されたとき、自身に捩れを生じる弾性部材から構成されている。
【００１８】
次に、第１及び第２の磁石１０３ａ及び１０３ｂ、第１及び第２の回転状態検出装置１００ａ及び１００ｂ、並びに第１及び第２の回転情報算出装置１０１ａ及び１０１ｂの構成について説明する。
なお、第１の磁石１０３ａ及び第２の磁石１０３ｂ、第１の回転状態検出装置１００ａ及び第２の回転状態検出装置１００ｂ、並びに第１の回転情報算出装置１０１ａ及び第２の回転情報算出装置１０１ｂはそれぞれ同一構成を有するため、以下の説明では単に磁石１０３、回転状態検出装置１００、回転情報算出装置１０１と称して説明する。
【００１９】
回転状態検出装置１００と磁石１０３とは、トーションバー３ａの端部（第１の軸２００ａ又は第２の軸２００ｂ）に取り付けられる磁石１０３と、図示しない静止部材に取り付けられる回転状態検出装置１００とからなる磁気センサ１１０を構成し、図３に示すように、３つの磁気検出信号を回転情報算出装置１０１に出力するようになっている。なお、図３に示す、磁気センサ１１０は、径方向の断面図である。
【００２０】
更に、図４〜図７に基づき、磁気センサ１１０の詳細な構成を説明する。
ここで、図４は磁気センサ１１０の分解斜視図である。また、図５は磁気センサ１１０の磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される磁気検出信号を示す図である。また、図６は、磁気検出信号の出力原理を示す図である。
本実施形態の磁気センサ１１０は、図示しない静止部材に固定されて、回転軸の回転状態を検出するものとする。
【００２１】
以下、構成を説明する。
回転軸には円環状の磁石ホルダ３０が支持される。磁石ホルダ３０は磁性体として、磁性材料から構成されている。更に、磁石ホルダ３０には、円環状の磁石４０（磁石１０３）が支持される。磁石４０は、その半周の円周面がＳ極に着磁され、あとの半周の円周面がＮ極に着磁されている。つまり、磁石４０は、２極に着磁されている。
【００２２】
一方、図示しない静止部材には、磁路部材５０と、回路基板７０とが支持される。回路基板７０には、３つの磁気検出器６０ａ〜６０ｃがそれぞれ電気角１２０°の位相をもつように実装されている。なお、本実施形態においては、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにアナログホールＩＣを用いる。
磁性材料で構成された磁路部材５０は、磁石４０からの磁束を磁気検出器６０ａ〜６０ｃに導くための３つの磁路を形成する。この３つの磁路は、磁束の通る空隙５２と、この空隙５２を通る磁束を案内する軸方向に突設された壁５０ａから形成される。つまり、突設された壁５０ａと壁５０ａとを空隙５２を挟んで対向させることで磁路を形成する。
【００２３】
磁路部材５０は、磁路を形成する壁５０ａと壁５０ａとの間に磁気検出器６０ａ〜６０ｃを挟み込むように配置され、且つ磁路部材５０の前記突設された壁５０ａがある面とは反対側の面が、磁石４０とアキシャル対向する位置に配置される。この構成によって、磁石４０の磁束は、磁路を形成する突設された２つの壁５０ａに案内されて、磁気検出器６０ａ〜６０ｃを通過する。
【００２４】
上記のような構成の磁気センサ１１０は、図４に示すように、磁気検出器６０ａ〜６０ｃ、磁路部材５０、磁石４０、及び磁石ホルダ３０がそれぞれ軸方向に積層された構造となる。
また、磁石４０と磁路部材５０との間には空間ギャップがある。この空間ギャップは、狭い方が磁気検出器６０ａ〜６０ｃに案内される磁束の量が多くなるが、あまり狭すぎると磁石４０と磁路部材５０が接触する可能性があるので、０．１[ｍ ｍ]〜２．０[ｍｍ]くらいが望ましい。
【００２５】
そして、回転軸が回転すると、それに伴って磁石ホルダ３０及び磁石４０が回転する。この回転によって、磁石４０と磁路部材５０の磁路との位置関係（重なり具合）が周期的に変化する。この変化によって、磁気検出器６０ａ〜６０ｃを通る磁束の量及び磁極がそれぞれ変化し、磁気検出信号は、図５に示すように、それぞれが１２０°ずつ位相のずれた３つの正弦波として出力される。つまり、象限判別が可能となるので、磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される磁気検出信号ｃｏｓθ、ｃｏｓ（θ−２π／３）、ｃｏｓ（θ−４π／３）に基づいて回転角度位置θなどを算出することができる。
【００２６】
図６（ｂ）は、磁石４０と磁路部材５０との径方向の断面を軸方向から見たときの両者の位置関係を示す図であり、図６（ａ）には、図６（ｂ）中の丸で囲んだ位置にある磁気検出器６０ａの出力信号の変化が示されている。磁石４０が、図６（ｂ）に示す、１０２の位置から１０８に示す位置へと回転位置１０４〜１０６を介して順に右回転することによって、磁気検出器６０ａと磁石４０との位置関係が変化し、磁気検出器６０ａを通る磁束の量及び磁極が変化する。これにより、磁気検出器６０ａの出力も、図６（ａ）に示すように変化し、この出力の変化が正弦波を形成する。
【００２７】
このように、本実施形態では、磁気センサ１１０ａの磁石ホルダ３０と第１の軸２００ａとを回転不能に連結し、磁気センサ１１０ｂの磁石ホルダ３０と第２の軸２００ｂとを回転不能に連結した構成となる。
また、磁気検出器６０ａ〜６０ｃの信号出力部（不図示）は、回転情報算出装置１０１の信号入力部（不図示）に接続されている。
【００２８】
図３に戻って、回転情報算出装置１０１は、磁気センサ１１０から出力される３つの磁気検出信号の異常を検出する異常検出部１０１Ａと、異常検出部１０１Ａからの出力に基づき、絶対回転角度位置θ、回転角速度ω、回転方向などの回転輪（回転軸）の回転状態を示す回転情報を周期的に算出する回転情報算出部１０１Ｂと、を有して構成されている。そして、算出した回転情報は、図２の演算部１０２へと出力される。
【００２９】
また、回転情報算出装置１０１は、回転角速度ωを算出するために、回転輪の回転に応じたパルス信号を出力する不図示のパルス発生器と、そのパルス信号をカウントする不図示のパルスカウンタとを有している。
さらに、回転情報算出装置１０１は、回転方向を算出するために、算出した絶対回転角度位置θをＲＡＭに保持するようになっている。
【００３０】
また、回転情報算出装置１０１は、図示しないが、各種制御や演算処理を担う演算処理装置（Processing Unit）と、主記憶装置（Main Storage）を構成するＲＡＭ（Random Access Memory）と、読み出し専用の記憶装置であるＲＯＭ（Read Only Memory）と、前記各装置間をデータ授受可能に接続するバスとを有した構成となっている。
そして、ＲＯＭに予め記憶された専用のコンピュータプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムに記述された命令に従って演算処理装置が各種ハードウェアの制御および各種演算処理を行うことで前述した回転情報の算出処理を実現するようになっている。
【００３１】
次に、異常検出部１０１Ａにおいて、磁気検出器６０ａ〜６０ｃのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対する回転角度位置の算出に用いられる算出式について説明する。
磁気検出器６０ａ〜６０ｃのＡ相〜Ｃ相からの磁気検出信号のサンプリング値ａ、ｂ、ｃは、下式（１）で表すことができる。
Ａ相：ａ＝ｃｏｓθ，
Ｂ相：ｂ＝ｃｏｓ（θ−２π／３），
Ｃ相：ｃ＝ｃｏｓ（θ−４π／３）  ・・・（１）
上式（１）より、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの数学的関係を利用して、異常検出用の回転角度位置の算出式（後述する第１式〜第４式）を求めるための異常検出パラメータとして、下式（２）を求める。
【００３２】
【数１】
2009069106.tif 000003
【００３３】
更に、上式（２）に示す異常検出パラメータを用いて、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対して、サンプリング値ａ、ｂ、ｃを全て用いた回転角度位置の算出式である、下式（３）に示す第１式を求める。次に、上式（２）に示す異常検出パラメータを用いて、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対して、第１式を変形し、下式（３）に示すように、サンプリング値ａ及びｂのみを変数とした第２式を求める。同様に、上式（２）に示す異常検出パラメータを用いて、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対して、第１式を変形し、下式（３）に示すように、サンプリング値ａ及びｃのみを変数とした第３式、並びにサンプリング値ｂ及びｃのみを変数とした第４式を求める。
【００３４】
【数２】
2009069106.tif 000004
【００３５】
そして、上式（３）に示す第２〜第４式を用いて、異常検出部１０１Ａで異常検出処理を実行する。
図７は、異常検出部１０１Ａで実行される異常検出処理手順を示すフローチャートである。この異常検出処理は、所定時間毎に実行され、先ずステップＳ２００で、異常検出部１０１Ａは、磁気検出器６０ａ〜６０ｃから出力される、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３相の磁気検出信号について、サンプリング値ａ、ｂ、ｃを同時に取得して、ステップＳ２０２に移行する。
【００３６】
ステップＳ２０２では、異常検出部１０１Ａは、前記ステップＳ２００で取得したサンプリング値ａ及びｂと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第２式とを用いて絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2を算出して、ステップＳ２０４に移行する。
なお、θA2、θB2、θC2は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に対する第２式を用いて算出した絶対回転角度位置である。同様に、θA3、θB3、θC3は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に対する第３式を用いて算出した絶対回転角度位置であり、θA4、θB4、θC4は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に対する第４式を用いて算出した絶対回転角度位置である。つまり、下付き文字のアルファベットが磁気検出器６０ａ〜６０ｃの相の種類を表し、数字が算出式の種類を表している。
【００３７】
ステップＳ２０４では、異常検出部１０１Ａは、第２式で算出した３つの絶対回転角度位置が３つとも等しいか否かを判定する。
先ず、第２式で算出したθA2、θB2、θC2に対して、各２つの差分値「θA2-θB2」、「θA2-θC2」、「θB2-θC2」を算出する。次に、これら差分値と、予め設定されている閾値Ｅt＝±０．１[°]とを比較し、差分値が３つとも閾値Ｅtの範囲内にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しいと判定する。
【００３８】
ここで、閾値Ｅtを−０．１[°]〜＋０．１[°]の範囲にしたのは、ノイズによる誤差や、Ａ／Ｄ変換による誤差等を考慮するためである。
そして、３つの絶対回転角度位置が３つとも等しいと判定されたときには、ステップＳ２０６に移行し、上記差分値が１つでも閾値Ｅtの範囲外にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しくないと判定して後述するステップＳ２１６に移行する。
【００３９】
ステップＳ２０６では、異常検出部１０１Ａは、前記ステップＳ２００で取得したサンプリング値ａ及びｃと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第３式とを用いて絶対回転角度位置θA3、θB3、θC3を算出して、ステップＳ２０８に移行する。
ステップＳ２０８では、異常検出部１０１Ａは、第３式で算出した３つの絶対回転角度位置が３つとも等しいか否かを判定する。
【００４０】
ここでは、第３式で算出したθA3、θB3、θC3に対して、各２つの差分値「θA3-θB3」、「θA3-θC3」、「θB3-θC3」を算出し、これら差分値と、予め設定されている閾値Ｅt＝±０．１[°]とを比較し、差分値が３つとも閾値Ｅtの範囲内にあるときに、３つの絶対回転角度位置は等しいと判定する。
そして、３つの絶対回転角度位置が３つとも等しいと判定されたときには、ステップＳ２１０に移行し、上記差分値が１つでも閾値Ｅtの範囲外にあるときは、３つの絶対回転角度位置は等しくないと判定して後述するステップＳ２１４に移行する。
【００４１】
ステップＳ２１０では、異常検出部１０１Ａは、前記ステップＳ２００で取得したサンプリング値ｂ及びｃと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第４式とを用いて絶対回転角度位置θA4、θB4、θC4を算出して、ステップＳ２１２に移行する。
ステップＳ２１２では、異常検出部１０１Ａは、第２〜第４式で算出した９つの絶対回転角度位置を回転情報算出部１０１Ｂに出力してから、異常検出処理を終了する。
【００４２】
また、前記ステップＳ２０８で３つの絶対回転角度位置は等しくないと判定したときには、既にサンプリング値ａ及びｂが正常であることが分かっているので、サンプリング値ｃのみに異常が発生しているものと判断できる。したがって、ステップＳ２１４では、異常検出部１０１Ａは、第２式で算出した３つの絶対回転角度位置を回転情報算出部１０１Ｂに出力すると共に、サンプリング値ｃに異常が発生していることを示すＣ相信号異常検出フラグを外部装置等に出力してから、異常検出処理を終了する。
ステップＳ２１６では、異常検出部１０１Ａは、前記ステップＳ２０６と同様に、サンプリング値ａ及びｃと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第３式とを用いて絶対回転角度位置θA3、θB3、θC3を算出し、ステップＳ２１８に移行する。
【００４３】
ステップＳ２１８では、異常検出部１０１Ａは、前記ステップＳ２０８と同様に、第３式で算出した３つの絶対回転角度位置が３つとも等しいか否かを判定し、３つの絶対回転角度位置が３つとも等しい場合には、サンプリング値ｂのみに異常が発生しているものと判断して、ステップＳ２２０に移行する。そして、このステップＳ２２０で、異常検出部１０１Ａは、第３式で算出した３つの絶対回転角度位置を回転情報算出部１０１Ｂに出力すると共に、サンプリング値ｂに異常が発生していることを示すＢ相信号異常検出フラグを外部装置等に出力してから、異常検出処理を終了する。
【００４４】
一方、前記ステップＳ２１８で、第３式で算出した３つの絶対回転角度位置が等しくないと判定した場合には、ステップＳ２２２に移行し、前記ステップＳ２１０と同様に、前記ステップＳ２００で取得したサンプリング値ｂ及びｃと、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相に対応する第４式とを用いて絶対回転角度位置θA4、θB4、θC4を算出して、ステップＳ２２４に移行する。
【００４５】
ステップＳ２２４では、異常検出部１０１Ａは、第４式で算出した３つの絶対回転角度位置が３つとも等しいか否かを判定する。
ここでは、第４式で算出したθA4、θB4、θC4に対して、各２つの差分値「θA4-θB4」、「θA4-θC4」、「θB4-θC4」を算出し、これら差分値と、予め設定されている閾値Ｅt＝±０．１[°]とを比較し、差分値が３つとも閾値Ｅtの範囲内にあるときに、３つの絶対回転角度位置は等しいと判定する。
【００４６】
そして、３つの絶対回転角度位置が３つとも等しいと判定されたときには、サンプリング値ａのみに異常が発生しているものと判断して、ステップＳ２２６に移行する。そして、このステップＳ２２６で、異常検出部１０１Ａは、第４式で算出した３つの絶対回転角度位置を回転情報算出部１０１Ｂに出力すると共に、サンプリング値ａに異常が発生していることを示すＡ相信号異常検出フラグを外部装置等に出力してから、異常検出処理を終了する。
【００４７】
一方、前記ステップＳ２２４で、第４式で算出した３つの絶対回転角度位置が等しくないと判定した場合には、ステップＳ２２８に移行し、動作停止用の異常検出フラグを、内部の動作制御部（演算処理装置）や外部装置などに出力してから、異常検出処理を終了する。
このように、異常検出部１０１Ａでは、各サンプリング値の異常判定を行い、正常なサンプリング値を用いて算出された絶対回転角度位置のみを回転情報算出部１０１Ｂに出力するようになっている。
【００４８】
次に、回転情報算出部１０１Ｂで実行する回転情報算出処理について説明する。
図８は、回転情報算出部１０１Ｂで実行される回転情報算出処理手順を示すフローチャートである。この回転情報算出処理は、所定時間毎に実行され、先ず、ステップＳ３００で、回転情報算出部１０１Ｂは、異常検出部１０１Ａから絶対回転角度位置を取得したか否かを判定し、取得したと判定したときにはステップＳ３０２に移行し、取得していないと判定したときには、取得するまで待機する。
【００４９】
ステップＳ３０２では、回転情報算出部１０１Ｂは、前記ステップＳ３００で取得した複数の絶対回転角度位置の平均値を、最終的な回転軸の絶対回転角度位置θとして算出し、ステップＳ３０４に移行する。
ステップＳ３０４では、回転情報算出部１０１Ｂは、前記ステップＳ３０２で算出した絶対回転角度位置θと、不図示のパルスカウンタでカウントした、回転軸の回転に応じたパルス信号数とに基づき回転角速度ωを算出する。
例えば、１周を１０ビット（１０２４）に分割し、パルス発生器から、回転軸の回転に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号をパルスカウンタでカウントし、このカウント値から回転に応じた時間ｔを算出する。そして、この時間ｔと絶対回転角度位置θとにより、回転角速度ωを算出する。
【００５０】
次に、ステップＳ３０６では、回転情報算出部１０１Ｂは、前記ステップＳ３０２で算出した絶対回転角度位置θと、ＲＡＭに保持してある過去（例えば、１回前）に算出した絶対回転角度位置θとに基づき回転方向を算出して、ステップＳ３０８に移行する。
ステップＳ３０８では、回転情報算出部１０１Ｂは、前記ステップＳ３０２〜Ｓ３０６の算出結果の信号を演算部１０２に出力し、回転情報算出処理を終了する。
なお、図２において、第１の磁気センサ１１０ａ及び第１の回転情報算出装置１０１ａが第１の角度検出手段に対応し、第２の磁気センサ１１０ｂ及び第２の回転情報算出装置１０１ｂが第２の角度検出手段に対応し、演算部１０２がトルク算出手段に対応している。また、図３の異常検出部１０１Ａ及び図７の処理が異常検出手段に対応し、図３の回転情報算出部１０１Ｂ及び図８の処理が回転情報算出手段に対応している。
【００５１】
次に、本実施形態における動作及び効果について説明する。
運転者がステアリングホイール１を操作すると、ステアリングホイール１に連結された入力軸２ａが回転し、この回転に連動して第１の磁気センサ１１０ａの磁石ホルダ３０が回転する。磁石ホルダ３０には磁石４０が支持されているので、磁石ホルダ３０と共に磁石４０も回転する。そして、磁石４０が回転することにより、磁路部材５０の各磁路と磁石４０との位置関係も周期的に変化する。磁気検出器６０ａ〜６０ｃには、磁路部材５０の各磁路を介して磁石４０からの磁束が通過し、それぞれ、通過磁束に対応する磁気検出信号ｃｏｓθ、ｃｏｓ（θ−２π／３）、ｃｏｓ（θ−４π／３）が出力される。
【００５２】
そして、第１の回転情報算出装置１０１ａは、上記３相の磁気検出信号に基づいて入力軸２ａの絶対回転角度位置θ１を算出し、これを演算部１０２に出力する。
また、入力軸２ａが回転すると、この回転トルクがトーションバー３ａを介して出力軸２ｂに伝達されて出力軸２ｂが回転し、この回転に連動して第２の磁気センサ１１０ｂの磁石ホルダ３０が回転する。そして、第２の回転情報算出装置１０１ｂは、第２の磁気センサ１１０ｂから出力される３相の磁気検出信号に基づいて、出力軸２ｂの絶対回転角度位置θ２を算出し、これを演算部１０２に出力する。
【００５３】
演算部１０２は、絶対回転角度位置θ１と絶対回転角度位置θ２との差分値を算出し、当該差分値に基づいて操舵トルクＴを算出し、これをコントローラ１５に出力する。
これにより、コントローラ１５は、操舵トルクＴ及び車速Ｖに応じた電流指令値を演算し、当該電流指令値に基づいて電動モータ１２が駆動制御されることで、電動モータ１２の発生トルクが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２の回転トルクに変換されて、運転者の操舵力がアシストされる。
【００５４】
第１及び第２の磁気センサ１１０ａ及び１１０ｂでは、３相の磁気検出信号のうち、２相の磁気検出信号に基づく絶対回転角度位置の算出が可能である。また、各相の磁気検出信号の異常判定を行い、３相の磁気検出信号のうち何れか１つに異常が検出されたとき、異常が検出された相を除く２相の磁気検出信号に基づいて絶対回転角度位置を算出することができる。このように、本実施形態では、角度センサとして２重系を構成している。
【００５５】
例えば、Ｃ相の信号に異常が発生しているものとすると、サンプリング値ａ，ｂと上記（３）式に示す第２式とを用いて算出される絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2が３つとも等しいため、異常検出部１０１Ａで実行される図７の異常検出処理において、ステップＳ２０４でＹｅｓと判定してステップＳ２０６に移行する。そして、ステップＳ２０６で、サンプリング値ａ，ｃと上記（３）式に示す第３式とを用いて、絶対回転角度位置θA3、θB3、θC3が算出される。
【００５６】
次に、ステップＳ２０８で、絶対回転角度位置θA3、θB3、θC3に対して、各２つの差分値「θA3−θB3」「θA3−θC3」「θB3−θC3」を算出し、これら差分値が閾値Ｅtの範囲内にあるか否かを判定する。このとき、サンプリング値ｃに異常があることから、上記差分値のうち少なくとも１つが閾値Ｅtの範囲外となり、３つの絶対回転角度位置は等しくないと判定される。
【００５７】
その結果、ステップＳ２０８でＮｏと判定してステップＳ２１４に移行し、異常判定部１０１Ａは、サンプリング値ａ，ｂと第２式とを用いて算出した絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2を最終的な３相の磁気検出信号として回転情報算出部１０１Ｂに出力すると共に、Ｃ相信号異常検出フラグを外部装置等に出力する。
そして、回転情報算出部１０１Ｂは、３つの絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2の平均値（＝（θA2＋θB2＋θC2）／３）を算出し、これを出力用の絶対回転角度位置θとして算出する。
【００５８】
このように、サンプリング値ｃに異常が発生している場合、Ｃ相信号異常検出フラグを外部のコンピュータなどに出力することで、そこで異常個所を示すメッセージ画像等を表示装置に表示することができ、磁気検出器６０ａ〜６０ｃの何れかに異常が発生していることが解ると共に、異常の発生箇所も解るので迅速な対応が可能となる。
また、異常検出部２ａは、Ｃ相に異常があるという情報を保持し、以降は、Ａ相及びＢ相からのサンプリング値ａ及びｂのみを用いて、第２式から３つの絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2を算出し、これらを回転情報算出部２ｂに出力するようにすることもできる。つまり、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにおけるＣ相（磁気検出器６０ｃ）に異常があっても、残りのＡ相及びＢ相（磁気検出器６０ａ及び６０ｂ）が正常であれば、回転角度位置の算出処理を継続して行い、算出結果を回転情報算出部２ｂに出力することができる。
【００５９】
さらに、異常検出部１０１Ａにおいては、例えば、電源投入毎、又はサンプリングタイミング毎など定期的に異常検出処理を行うようにすることで、残り２つの相に異常が発生したときにも対応することが可能である。
同様に、Ａ相の信号に異常が発生している場合には、回転情報算出部１０１Ｂで、サンプリング値ｂ，ｃと第４式とを用いて算出される３つの絶対回転角度位置の平均値（＝（θA4＋θB4＋θC4）／３）を出力用の絶対回転角度位置θとして算出し、Ｂ相の信号に異常が発生している場合には、回転情報算出部１０１Ｂで、サンプリング値ａ，ｃと第３式とを用いて算出される３つの絶対回転角度位置の平均値（＝（θA3＋θB3＋θC3）／３）を出力用の絶対回転角度位置θとして算出するようになっている。
【００６０】
一方、すべての相の信号が正常である場合には、回転情報算出部１０１Ｂで、第２〜第４式を用いて算出される９つの絶対回転角度位置の平均値を出力用の絶対回転角度位置θとして算出するようになっている。
上記したように、本実施形態の回転情報算出装置１０１は、異常検出部１０１Ａにおいて、３相の磁気検出信号におけるサンプリング値のうちＡ相及びＢ相の値ａ、ｂ、Ａ相及びＣ相の値ａ、ｃ、並びにＢ相及びＣ相の値ｂ、ｃと、上式（３）の第２式〜第４式とに基づき、絶対回転角度位置θA2〜θA4、θB2〜θB4、θC2〜θC4を算出することが可能である。また、各算出式で算出した各３つの絶対回転角度位置の差分値と閾値Ｅtとの比較結果に基づき、サンプリング値の異常を検出することが可能である。さらに、異常があったときに、該当するサンプリング値の相に対する異常検出フラグや、動作停止用の異常検出フラグを出力することが可能である。
【００６１】
これにより、磁気検出器６０ａ〜６０ｃのどの相に異常があるのかを正確に判断することができると共に、異常検出フラグを外部装置等に出力することで、異常の有無及び異常個所を判断することができるので、迅速な対応が可能となる。また、正常な情報を算出できないときは動作を停止することができるので、出力対象の誤動作等を防ぐことが可能である。
また、本実施形態の回転情報算出装置１０１は、磁気検出器６０ａ〜６０ｃにそれぞれ対応するＡ相、Ｂ相、Ｃ相のうち、１相に異常が発生した場合に、残り２つの正常な相のサンプリング値を用いて、継続して絶対回転角度位置θ、回転角速度ω及び回転方向の算出処理を行うことが可能である。
【００６２】
これにより、１相だけに異常が発生した場合には回転情報の算出処理を継続し、出力対象の正常な動作を維持できるので、誤動作による出力対象の破損の発生等を防ぐことが可能である。
このように、上記実施形態では、２つの角度センサでトルクを検出する構成とし、当該角度センサが３つの磁気検出器からの３相の磁気検出信号を用いて回転状態を算出するので、３相の磁気検出信号のうち何れか１つに異常が発生した場合であっても、残りの２相の磁気検出信号に基づいて回転状態を検出することができる。したがって、角度センサとして２重系を構成することができ、信頼性の高いトルクセンサとすることができる。
【００６３】
また、３相の磁気検出信号の異常を検出する手段を設けることで、角度センサで検出される回転角度位置の信頼性を高めることができ、より信頼性の高いトルクセンサとすることができる。
さらに、位相の異なる３つの磁気検出信号のサンプリング値に基づいて、磁気検出器の構成する相毎に、少なくとも２通りの算出方法で回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて、前記３つの磁気検出信号の異常を検出するので、３相のうち、いずれの相の磁気検出信号に異常が発生しているのかを、容易に検出することができる。
【００６４】
また、サンプリング値ａ及びｂ、ａ及びｃ、並びにｂ及びｃの組み合わせのうち少なくとも２つの組み合わせに基づいて、当該組み合わせ毎に異なる算出方法を用いて、前記磁気検出器の相毎に、少なくとも２つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相の回転角度位置に基づき、前記３つの磁気検出信号の異常を検出するので、各相の磁気検出信号の異常を、容易且つ適正に検出することができる。
【００６５】
さらにまた、各相に対する回転角度位置同士の差分値に基づき、３つの磁気検出信号の異常を検出するので、例えば、２相の回転角度位置の差分値が所定の誤差以上である場合に異常が発生していると判断するなど、ノイズやＡ／Ｄ変換による誤差を考慮した、より正確な異常検出を行うことができる。
また、３つの磁気検出信号のうち、異常が検出された磁気検出信号以外の磁気検出信号の各相に対する、当該異常の検出に用いた回転角度位置の平均値を、最終的な回転輪の回転角度位置として算出するので、より高精度の回転角度位置を算出することができる。
【００６６】
さらに、入力軸の絶対回転角度位置と、出力軸の絶対回転角度位置との差分値から操舵トルクを算出するので、簡易な演算で操舵トルクを得ることができる。また、角度センサで絶対回転角度位置を検出するので、同時に操舵角も得ることができ、別途舵角検出装置を設ける必要がなくなる。
さらにまた、トーションバーの捩れ角より小さい誤差である２つの絶対回転角度を検出しているため、その誤差が許容範囲ならば、舵角センサとして２重系を構成することができる。
【００６７】
なお、上記実施形態においては、トルクセンサ３の異常判定機能を設けることもできる。この場合、第１及び第２の回転情報算出装置１０１ａ及び１０１ｂで算出された２つの絶対回転角度位置を比較し、トーションバー３ａの捩れ角に所定角度（例えば、±５°）以上の差があるとき、異常が発生していると判断することができる。
さらに、上記実施形態においては、第１の磁気センサ１１０ａを第１の軸２００ａ（入力軸２ａ）に連結する場合について説明したが、第１の磁気センサ１１０ａで入力軸２ａの回転角度位置を検出できれば良く、当該第１の磁気センサ１１０ａをトーションバー３ａの入力軸２ａ側端部に連結することもできる。同様に、第２の磁気センサ１１０ｂをトーションバー３ａの出力軸２ｂ側端部に連結することもできる。
【００６８】
また、上記実施形態においては、事前に異常検出パラメータから、上式（３）を求めておき、異常検出部１０１Ａでこの算出式を用いて、異常検出処理を実行する構成としたが、これに限らず、例えば、電源投入毎、又は出荷後の最初の電源投入時などに、異常検出パラメータの算出処理及び上式（３）に示す回転角度位置の算出式の生成処理を行う構成としても良い。また、一度生成した算出式は、電源が落ちるまで保持するか又は電源が落ちた後も保持し続けるようにすることで、上式（３）に示す算出式の生成処理負荷を軽減することが可能である。
【００６９】
さらに、上記実施形態においては、磁気センサ１１０と、回転情報算出装置１０１とを別々の構成としたが、これに限らず、回転情報算出装置１０１に磁気センサ１１０を含む構成としても良い。この場合、回転情報算出装置１０１を、磁気センサ１１０に組み込んで一体とする構成としても良い。
また、上記実施形態においては、回転角度位置θを、上記第２式〜第４式のいずれかで算出したＡ相〜Ｃ相に対する回転角度位置の平均値により求める構成としたが、これに限らず、回転角度位置を、３相−２相変換で２相に変換し、その比（アークタンジェント）から求める構成やその他の構成としても良い。
【００７０】
また、上記実施形態においては、磁石４０が２極に着磁された構成を説明したが、これに限らず、磁石４０を、４極以上に着磁した多極着磁の構成としても良い。この場合は、絶対回転角度位置を算出することができないが、相対回転角度位置を正確に算出することができる。
さらに、上記実施形態においては、磁気検出器６０ａ〜６０ｃがアナログホールＩＣである構成を説明したが、これに限らず、他のアナログ素子であっても良い。
【００７１】
しかしながら、ホール素子等のような一般のアナログ素子の場合、感度が低く、外部に増幅回路が必要になるが、アナログホールＩＣを使用すると、アナログホールＩＣ内部に増幅回路が組み込まれているので、外部に増幅回路を設ける必要がなくなるため、アナログホールＩＣを使うのが望ましい。
また、上記実施形態においては、磁路部材５０は薄い板状の構造としたが、これに限らず、壁５０ａの高さと同じ厚みの円弧形状の部材でもよい。しかし、板状にすることにより、軽量化及び材料コストの削減を実現できるので、板状のほうが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】トルクセンサの構成を示すブロック図である。
【図３】回転情報検出装置の構成を示すブロック図である。
【図４】磁気センサの分解斜視図である。
【図５】磁気センサの磁気検出器から出力される磁気検出信号を示す図である。
【図６】磁気検出信号の出力原理を示す図である。
【図７】異常検出部で実行する異常検出処理を示すフローチャートである。
【図８】回転情報算出部で実行する回転情報算出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…トルクセンサ、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…電動モータ、１５…コントローラ、１６…車速センサ、１００…回転情報検出装置、１０１…回転情報算出装置、１０１Ａ…異常検出部、１０１Ｂ…回転情報算出部、１０２…演算部、１１０…磁気センサ、３０…磁石ホルダ、４０…磁石、５０…磁路部材、６０ａ〜６０ｃ…磁気検出器
【図１】
2009069106.tif 000005
【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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