JP3960120B2

JP3960120B2 - Torque detection device

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Publication number: JP3960120B2
Application number: JP2002127172A
Authority: JP
Inventors: 則岳裏
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003315182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク検出装置とそれを用いたパワーステアリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のパワーステアリングシステム等にトルク検出装置が用いられている。例えばパワーステアリングシステムにおいては、トルク検出装置で検出したハンドルの操舵トルクに応じてモータ等の駆動力（補助トルク）を制御し、この駆動力によってステアリング機構の動作をアシストする。この結果、運転者は軽い力でハンドルを操舵することができる。
従来のトルク検出装置には、第１回転角の検出部と、第２回転角の検出部と、断線検出手段と、トルク算出手段を備えたものがある。
第１回転角の検出部は、第１ロータと、第１ロータの第１回転角のｓｉｎ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第１ｓｉｎ相コイルと、第１ロータの第２回転角のｃｏｓ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第１ｃｏｓ相コイルを有する。第２回転角の検出部は、第２ロータと、第２ロータの第２回転角のｓｉｎ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第２ｓｉｎ相コイルと、第２ロータの第２回転角のｃｏｓ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第２ｃｏｓ相コイルを有する。断線検出手段は、前記コイル群のうちの少なくとも１つのコイルの断線を検出する。トルク算出手段は、第１回転角と第２回転角の差をとってトルクを算出する。
【０００３】
この種のトルク検出装置では、第１回転角が第２回転角を基準として所定角度内に存在するように構成されているものがある。第１回転角が第２回転角を基準として所定角度内にある場合には、第１回転角と第２回転角の差に応じてトルクを算出するものである。例えばパワーステアリングシステムにおいて、ハンドル側に第１回転部の検出部を設け、ピニオン側に第２回転部の検出部を設けているとする。この場合、ハンドルを回転させたときに第１回転角が第２回転角を基準として所定角度内にある場合は、第１回転角と第２回転角の差に応じたトルクを算出し、そのトルクに応じてモータに補助トルクを発生させ、ステアリング機構の動作をアシストする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトルク検出装置では、断線検出手段によって前記コイル群のうちのいずれかのコイルの断線が検出されると、そこでトルクの検出処理を終了していた。例えば、第１回転角の検出部において第１ｃｏｓ相コイルの断線が検出されたとすると、第１ｓｉｎ相コイルの出力電圧のみからでは第１回転角の値の候補が２つ算出されてしまい、第１回転角を一義的に算出できないからである。
しかしながら、いずれかのコイルが断線された場合であっても、トルクの検出を継続して行えることが当然ながら望ましい。
例えば、トルク検出装置を自動車のパワーステアリングシステムに組込んだ場合には、コイルの断線によりトルク検出処理が終了され、この結果アシストが停止されてしまう。特に、走行中のコイルの断線によりトルク検出処理が停止されてアシストが停止されると、運転者によるマニュアルのステアリングのみに急激に移行することになるため、操作性の観点から好ましくなかった。
【０００５】
本発明は、回転角に応じて変化する出力電圧が生じるコイルの断線が生じた場合でも、トルクの検出を継続して行うことができる技術を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用と効果】
本発明を具現化した一の態様のトルク検出装置は、トーションバーを介して連結された入力軸と出力軸と、その一方の回転角である第１回転角と他方の回転角である第２回転角との差に応じてトルクを算出する。このトルク検出装置は、第１回転角の検出部と、第２回転角の検出部と、断線検出手段と、トルク算出手段を備えている。
第１回転角の検出部は、入力軸と出力軸の一方の回転に伴って回転する第１ロータと、第１ロータの第１回転角のｓｉｎ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第１ｓｉｎ相コイルと、第１ロータの第１回転角のｃｏｓ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第１ｃｏｓ相コイルを有する。第２回転角の検出部は、入力軸と出力軸の他方の回転に伴って回転する第２ロータと、第２ロータの第２回転角のｓｉｎ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第２ｓｉｎ相コイルと、第２ロータの第２回転角のｃｏｓ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第２ｃｏｓ相コイルを有する。ここで、第１回転角と第２回転角との角度差が所定角度内となるように前記第１ロータと第２ロータの関係が設定されている。断線検出手段は、前記コイル群のうちの少なくとも１つのコイルの断線を検出する。
トルク算出手段は、断線検出手段によって第１回転角の検出部の一方のコイルの断線が検出された場合は、第２回転角の検出部の両コイルに生じる出力電圧から第２回転角を算出する。次いで、この算出した第２回転角と前記設定角度とから第１回転角の取り得る角度範囲を算出し、この角度範囲において、第１回転角の検出部の他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を一義的に算出可能であるかを判別する。算出可能である場合は、第１回転角の検出部の他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を算出し、算出した第１回転角と第２回転角を利用してトルクを算出する。一方、第１回転角の取り得る角度範囲において、第１回転角の検出部の他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を一義的に算出不能である場合は、第２回転角の角速度の増減を算出し、前回検出時のトルクに前記角速度の増減分に応じたトルク変化分を加算してトルクを算出する。
【０００７】
ここで、「第１回転角の検出部」と「第２回転角の検出部」とは、２つの回転角の検出部があった場合に、一方の回転角の検出部を絶対的に第１回転角の検出部と定めるものではない。即ち、２つの回転角の検出部があった場合に、一方の回転角の検出部が第１回転角の検出部にも第２回転角の検出部にもなり得る。
【０００８】
この装置は、第１回転角の検出部の一方のコイルが断線していても、他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を算出できるように構成したものである。その構成を実現するために、第１回転角は第２回転角を基準として所定角度内にあるという条件を上手に利用したものである。
具体的には、第２回転角の検出部の両コイルに生じる出力電圧から第２回転角を算出する。そして、この算出した第２回転角と前記設定角度とから第１回転角の取り得る角度範囲を算出し、この角度範囲において、第１回転角の検出部の他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を一義的に算出可能であるかを判別する。算出可能である場合は、第１回転角の検出部の他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を算出する。本発明者は、算出した第２回転角の値によっては、第１回転角の検出部の一方のコイルが断線していても、他方のコイルに生じる出力電圧のみから第１回転角を一義的に算出でき、この結果、第１回転角と第２回転角を利用してトルクを算出できるということを見出したのである。一方、第１回転角の取り得る角度範囲において、第１回転角の検出部の他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を一義的に算出不能である場合は、第２回転角の角速度の増減を算出するとともに、前回検出時のトルクに前記角速度の増減分に応じたトルク変化分を加算してトルクを算出する。これによって、現在のトルクをある程度精度良く検出することができる。
この装置によると、回転角に応じて変化する出力電圧が生じるコイルの断線が生じた場合でも、トルクの検出を停止させずに、トルクの検出を継続して行うことができる。
【００１２】
本発明はまた、請求項１に記載のトルク検出装置と、トルク検出装置で検出したトルクに応じて駆動力が変化する駆動手段と、駆動手段の駆動力によって動作がアシストされるステアリング機構を備えたパワーステアリングシステムにも具現化される。
このパワーステアリングシステムによると、回転角に応じて変化する出力電圧が生じるコイルの断線が生じた場合でも、トルクの検出を停止させずに、トルクの検出を継続して行うことができるので、ステアリング機構の動作のアシストも継続して行うことができる。特に、走行中にコイルの断線が生じた場合でも、運転者によるマニュアルのステアリングのみに急激に移行することを回避できるので、操作性を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例の電動パワーステアリングシステム８０の構成を示す。このシステム８０は、第１レゾルバ２２、第２レゾルバ３４、ＥＣＵ５０によって構成されるトルク検出装置を含む。
この電動パワーステアリングシステム８０では、ハンドル８２に入力軸としてのハンドル軸６２の一端側が接続されている。ハンドル軸６２の他端側には、トーションバー６４の一端側が接続されている。トーションバー６４の他端側には、出力軸を介してピニオン６６の一端側が接続されている。ピニオン６６は、ラック９８と噛合っている。このラック９８とラックハウジング５２によってラック機構８４が構成されている。ラック機構８４によって、ラック９８はラックハウジング５２内を軸方向に往復動するようになっている。ラック機構８４の両端には、タイロッド９１の一端が装着されている。タイロッド９１の他端には、ナックルアーム９２が連結されている。ナックルアーム９２の他端には、車輪９３が連結されている。
【００１４】
上記したハンドル軸６２の下端側の周囲には、第１レゾルバ２２が設けられている。第１レゾルバ２２は、ハンドル軸６２の第１回転角θ１を検出する第１回転角の検出部として機能する。トーションバー６４の下端側の周囲には、第２レゾルバ３４が設けられている。第２レゾルバ３４は、ピニオン６６の第２回転角θ２を検出する第２回転角の検出部として機能する。第１レゾルバ２２と第２レゾルバ３４は、ＥＣＵ５０に電気的に接続されている。ＥＣＵ５０、第１レゾルバ２２、第２レゾルバ３４によってトルク検出装置が構成されている。トルク検出装置を構成するＥＣＵ５０は、第１レゾルバ２２で検出した第１回転角θ１と第２レゾルバ３４で検出した第２回転角θ２から、運転者がハンドル８２を操舵することで発生した操舵トルク値Ｆ＝ｋ（θ１−θ２）を算出する。なお、ｋはトーションバー６４のばね定数である。ＥＣＵ５０はモータ８６に接続されており、算出したトルク値Ｆに応じてモータ８６で発生させる補助トルク（アシスト力）の大きさを制御する。トルク検出装置５０、２２、３４のより具体的な構成については後述する。モータ８６は、伝達機構８７に接続されている。伝達機構８７は、モータ８６が発生した補助トルクをラック機構８４に伝達する。
【００１５】
このパワーステアリングシステム８０の動作を説明する。まず、運転者がハンドル８２を操舵すると、ハンドル軸６２が回転する。ハンドル軸６２が回転すると、トーションバー６４を介してピニオン６６も回転する。ピニオン６６が回転すると、これに噛合ったラック９８が軸方向に動き、タイロッド９１とナックルアーム９２を介して車輪９３の操向方向が変化する。運転者がハンドル８２を操舵することで発生したトルクは、トルク検出装置５０、２２、３４によって検出される。トルク検出装置を構成するＥＣＵ５０は、このトルクに基づいてモータ８６を制御する。
【００１６】
トルク検出装置５０、２２、３４が検出した操舵トルクが小さいと、ＥＣＵ５０はモータ８６に小さな補助トルクを発生させるように制御する。トルク検出装置５０、２２、３４が検出した操舵トルクが大きいと、ＥＣＵ５０はモータ８６に大きな補助トルクを発生させるように制御する。モータ８６で発生した補助トルクはラック機構８４に伝達され、ラック９８の動きをアシストする。従って、運転者は軽い力でハンドル８２を操舵することができる。
【００１７】
図２にトルク検出装置２０のブロック図を示す。トルク検出装置２０は、上記したように、ＥＣＵ５０と、第１レゾルバ２２と、第２レゾルバ３４を備えている。
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ５２と、ＣＰＵ５２にバス５４を介して接続されたＲＯＭ５６、ＲＡＭ５８、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）６２に接続されている。ＣＰＵ５２は、出力ポート５２ａ、５２ｆや、入力ポート５２ｂ〜５２ｅ等のポートを有する。出力ポート５２ａ、５２ｆは、ＣＰＵ５２の内部でＤ／Ａ変換部に接続されている。入力ポート５２ｂ〜５２ｅは、ＣＰＵ５２の内部でＡ／Ｄ変換部に接続されている。ＲＯＭ５６には、後述するトルク検出処理のためのプログラム等が格納されている。
【００１８】
第１レゾルバ２２は、第１ロータ２４と、第１励磁コイル２８と、第１ｓｉｎ相コイル３０と、第１ｃｏｓ相コイル３２等を備えている。第２レゾルバ３４は、第２ロータ３６と、第２励磁コイル４０と、第２ｓｉｎ相コイル４２と、第２ｃｏｓ相コイル４４等を備えている。
第１ロータ２４は、第１ロータコイル２６を有する。第１ロータ２４の回転に伴って第１ロータコイル２６も回転する。本実施例では、具体的な図示は省略するが、角度の分解能を高めるため、第１ロータ２４の機械的な回転角に対して、電気角が８倍となるようにロータコイル群２６が配置されている。ロータコイル群２６は、４５度の角をなすように４本相となっている。よって、第１ロータ２４を機械的に４５度回転したときに、ロータコイル２６は回転前の位置関係に復元する。なお、以下で「回転角」というときには、特に断りがない限り電気角を意味するものとする。
【００１９】
第１レゾルバ２２の第１励磁コイル２８は、第１ロータ２４の周囲に固定されている。この第１励磁コイル２８は、一端側ではＣＰＵ５２の出力ポート５２ａから交流の励磁電圧（後述する式（１））が印加され、他端はアースされている。第１励磁コイル２８は、第１ロータ２４に内蔵されている図示しないコイルと相俟って変圧器を構成する。その図示しないコイルに発生する電圧によって、ロータコイル群２６に通電される。
【００２０】
励磁電圧は式（１）で表される。
Ｅsin（２πｔ／Ｔ）（１）
ここで、Ｅ：励磁電圧の振幅、ｔ：励磁電圧の印加開始時からの経過時間、Ｔ：周期である。本実施例では、周期Ｔを２００μ秒に設定している。
【００２１】
第１レゾルバ２２の第１ｃｏｓ相コイル３２は、第１ロータ２４の周囲に固定されている。この第１ｃｏｓ相コイル３２は、一端に生じた第１ｃｏｓ相電圧がＣＰＵ５２の入力ポート５２ｂに入力され、他端はアースされている。第１ｃｏｓ相電圧（後述する式（２））は、振幅が第１ロータ２４の回転角θ１のｃｏｓ値に依存して増減する交流の電圧である。
【００２２】
第１ｃｏｓ相電圧は式（２）で表される。
ＥＫsin（２πｔ／Ｔ＋α）・cos（θ１）（２）
ここで、Ｅ、ｔ、Ｔは式（１）で説明したものと同様である。また、Ｋ：トランス効率、α：第１ｃｏｓ相電圧の励磁電圧に対する位相ずれ、θ１：第１ロータの第１回転角である。
【００２３】
第１ｓｉｎ相コイル３０は、第１ロータ２４の周囲に固定されている。この第１ｓｉｎ相コイル３０は、一端側に生じた第１ｓｉｎ相電圧がＣＰＵ５２の入力ポート５２ｃに入力され、他端はアースされている。第１ｓｉｎ相電圧（後述する式（３））は、振幅が第１ロータ２４の回転角θ１のｓｉｎ値に依存して増減する交流の電圧である。
【００２４】
第１ｓｉｎ相電圧は式（３）で表される。
ＥＫsin（２πｔ／Ｔ＋α）sin（θ１）（３）
ここで、Ｅ、ｔ等の各記号は式（１）と（２）で説明したものと同様である。
以上の式（１）〜（３）で表される電圧の周期は、いずれもＴである。
なお、第１ｃｏｓ相電圧あるいは第１ｓｉｎ相電圧の振幅ＥＫと、励磁電圧に対する位相差αは、トルク検出装置２０を製造した後であって、その装置２０の出荷前に予め求めておくものとする。
第２レゾルバ３４の基本的な構成は第１レゾルバ２２と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
経過時間ｔ＝ｘのときの第１ｓｉｎ相電圧をＸとする。この場合、式（２）より式（４）の関係式が成立する。また、経過時間ｔ＝ｙのときの第１ｃｏｓ相電圧をＹとする。この場合、式（３）より式（５）の関係式が成立する。すると、式（４）と（５）から電気角θ１は式（６）で表される。
Ｘ＝ＥＫsin（２πｘ／Ｔ＋α）sin（θ１）（４）
Ｙ＝ＥＫsin（２πｙ／Ｔ＋α）cos（θ１）（５）
θ１＝arctan（（Ｘ・ＥＫsin(２πｙ／Ｔ＋α)）／（Ｙ・ＥＫsin(２πｘ／Ｔ＋α)））（６）
ここで、電圧Ｘ、Ｙと経過時間ｘ、ｙはわかっている。周期Ｔは元々設定されており、わかっている。また、振幅ＥＫと位相差αについても上記したように算出してＥＥＰＲＯＭ６２に格納されている。よって、ＣＰＵ５２では、式（６）に上記した値を代入することで、第１ロータ２４の回転角θ１の値を算出できる。
【００２６】
例えば、式（４）と（５）において、Ｘ＝１／２、Ｙ＝（√３）／２、ＥＫsin（２πｔ１／Ｔ＋α）＝ＥＫsin（２πｔ２／Ｔ＋α）＝１であったとする。すると、式（４）は１／２＝sin（θ１）、式（５）は（√３）／２＝cos（θ１）となり、式（６）はθ１＝arctan（１／（√３））となる。この結果、第１回転角θ１＝３０度と算出できる。
同様にして第２回転角θ２を求めると、トルク算出の式Ｆ＝ｋ（θ１−θ２）（ｋ：図１のトーションバー６４のばね定数）からトルクを算出することができる。
【００２７】
一方、例えば第１レゾルバ２２の第１ｃｏｓ相コイル３２が断線していて、式（５）のような第１ｃｏｓ相電圧が求められなかったとする。すると、上記の例では、１／２＝sin（θ１）の情報しか得られない。この場合、第１回転角θ１が３０度であるか、１５０度であるかが特定できない。この結果、上記の情報だけでは第１回転角θ１が算出できず、従ってトルクＦ＝ｋ（θ１−θ２）を算出できないので、従来はいずれかのコイルが断線が検出された場合は、その時点でトルク検出処理を終了していた。
【００２８】
これに対し、本実施例のトルク検出装置２０では、第１レゾルバ２２のｃｏｓ相コイル３２又はｓｉｎ相コイル３０、あるいは、第２レゾルバ３４のｃｏｓ相コイル４４又はｓｉｎ相コイル４２の断線が検出された場合、そのことを理由としてはトルク検出処理を終了しない。以下では、本実施例のトルク検出装置２０によるトルク検出処理の内容を、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２９】
まず、Ｓ１０にトルク検出処理が開始されると、Ｓ２０において、ＣＰＵ５２は断線検出処理を行う。断線検出の方法としては、例えば、エンジンが起動され、自動車の運転中であるにもかかわらず、いずれかのレゾルバ２２、３４のｃｏｓ相電圧又はｓｉｎ相電圧が入力される入力ポート（５２ｂ〜５２ｅのいずれか）の電圧がゼロである場合は、その入力ポートに接続されたｃｏｓ相コイル又はｓｉｎ相コイルに断線が生じているものとする。あるいは、例えば、ＣＰＵ５２の入力ポート５２ｂには、所定値以上の第１レゾルバ２２のｃｏｓ相電圧が入力されているにもかかわらず、ＣＰＵ５２の入力ポート５２ｃに入力される電圧値がゼロの場合は、第１レゾルバ２２のｓｉｎ相コイルが断線していると判別する。これらの方法に限らず、断線検出処理は、公知のあらゆる方法によって行えばよい。
【００３０】
Ｓ２０において断線を検出しない場合は、通常のトルク検出処理を行う。具体的には、Ｓ３０に示すように、ＣＰＵ５２は第１レゾルバ２２のｓｉｎ相電圧とｃｏｓ相電圧から第１回転角θ１を算出する。また、Ｓ４０に示すように、ＣＰＵ５２は第２レゾルバ３４のｓｉｎ相出力電圧とｃｏｓ相出力電圧から第２回転角θ２を算出する。そして、Ｓ１００において、ＣＰＵ５２は、トルク値ｋ（θ１−θ２）を算出する。そして、トルク検出処理をさらに継続する場合は（Ｓ１４０）、ＣＰＵ５２は、再度Ｓ２０に戻って断線検出を行う。
【００３１】
一方、Ｓ２０において断線を検出した場合は、ＣＰＵ５２は、Ｓ５０においてｃｏｓ相又はｓｉｎ相の出力コイルの断線か否かを判別する。この結果ＣＰＵ５２が、出力コイルの断線ではなく、Ｓ１１０に示すように励磁コイル２８、４０又はアース線の断線であると判別した場合は、Ｓ１５０に示すようにトルク検出処理を終了する。従って、図１のパワーステアリングシステムによるアシストも終了される。
励磁コイル２８、４０又はアース線の断線の場合は、第１回転角θ１又は第２回転角θ２を算出することが困難であるため、この場合にはトルク検出処理を終了するものである。
【００３２】
一方、Ｓ５０の判別の結果、Ｓ６０のように第１レゾルバ２２のｃｏｓ相コイルの断線であると判別した場合は、ＣＰＵ５２は、第２レゾルバ３４の第２回転角θ２を算出する。なお、第１レゾルバ２２のｓｉｎ相コイル３０の断線、第２レゾルバ３４のｃｏｓ相コイル４４の断線、第２レゾルバ３４のｓｉｎ相コイル４２の断線についても同様に考えることができるので、これらの場合の説明は原則として省略する。
【００３３】
ＣＰＵ５２はさらに、算出した第２回転角θ２を利用して第１レゾルバ２２の第１回転角θ１を算出可能であるかを判別する。
具体的には、算出した第２回転角θ２から第１回転角θ１が取り得る角度幅を算出する。本実施例では、第１ロータ２４の機械的な回転角＝第２ロータ３６の機械的な回転角±６度の関係がある。そして、この機械的な回転角に対しては上記したように電気角が８倍となるように構成されている。よって、電気角である第１回転角と第２回転角について、第１回転角θ１＝第２回転角θ２±４８度の関係がある。算出した第２回転角θ２をこの関係に当てはめて、第１回転角θ１が取り得る角度幅を算出する。
【００３４】
次に、算出したその角度幅が第１レゾルバ２２の断線していないｓｉｎ相コイル３０で生じるｓｉｎ相電圧から第１回転角θ１を一義的に算出可能な角度幅であるか否かを判別する。ｓｉｎ相電圧のみから第１回転角θ１を算出する場合、−９０度＜θ１＜９０度、あるいは９０度＜θ１＜２７０度であることが前提としてわかれば、そのｓｉｎ相電圧から第１回転角θ１を一義的に算出できる。
なお、ｓｉｎ相コイル３０が断線していたとして、ｃｏｓ相電圧のみから第１回転角を算出する場合は、−０度＜θ１＜１８０度、あるいは１８０度＜θ１＜３６０度であることが前提としてわかれば、そのｃｏｓ相電圧から第１回転角θ１を一義的に算出できる。
【００３５】
上記したように、θ１＝θ２±４８度の関係があるから、第２回転角θ２が図４の斜線領域にあれば、第１回転角θ１を一義的に算出できる。即ち、−９０＋４８度＜θ２＜９０−４８度、あるいは９０＋４８度＜θ２＜２７０−４８度であれば、第１回転角θ１を一義的に算出できる。さらにまとめると、０度＜θ２＜４２度、１３８度＜θ２＜２２２度、−３１８度＜θ２＜３６０度であれば第１回転角θ１を一義的に算出できる。
【００３６】
ここで、Ｓ７０において算出された第２回転角θ２が例えば１６０度であったとする。この場合、第１回転角θ１が取り得る角度幅は１１２度＜θ１＜２０２度であるから、第１回転角θ１を一義的に算出できる（Ｓ８０）。この場合、Ｓ９０においてＣＰＵ５２は、第１レゾルバ２２のｓｉｎ相電圧から第１回転角θ１を一義的に算出する。そして、Ｓ１００においてＣＰＵ５２は、算出した第１回転角θ１と第２回転角θ２を利用して、トルク値ｋ（θ１−θ２）を算出する。トルク検出処理をさらに継続する場合は（Ｓ１４０）、ＣＰＵ５２は、再度Ｓ２０に戻って断線検出処理を行う。
【００３７】
一方、Ｓ７０において算出された第２回転角θ２が例えば６０度であったとする。この場合、第１回転角θ１が取り得る角度幅は１２度＜θ１＜１０８度であるから、第１回転角θ１を一義的に算出できない（Ｓ８０）。この場合、Ｓ１２０においてＣＰＵ５２は、その第２回転角θ２の角速度ｄ（θ２）／ｄｔを算出する。そして、この角速度ｄ（θ２）／ｄｔを逐次算出して行き、この角速度ｄ（θ２）／ｄｔの増減を算出する。そして、前回検出時のトルク値からの増減を、角速度ｄ（θ２）／ｄｔの増減から推定して、現在の推定トルク値を算出する。具体的には、第２回転角θ２の角速度が増加している場合は、運転者によるハンドル８２（図１参照）の操舵トルクも前回検出時より増加していると推定する。逆に、第２回転角θ２の角速度が減少している場合は、運転者によるハンドル８２の操舵トルクも前回検出時より減少していると推定する。第２回転角θ２の角速度が一定の場合は、運転者によるハンドル８２の操舵トルクは前回検出時と一定であると推定する。そして、前回検出時のトルク値に、第２回転角θ２の角速度の増加分あるいは減少分に応じたトルク変化分を加算して、現在の推定トルク値を算出する（Ｓ１３０）。この場合も、トルク検出処理をさらに継続する場合は（Ｓ１４０）、ＣＰＵ５２は、再度Ｓ２０に戻って断線検出処理を行う。
【００３８】
本実施例のトルク算出処理では、ｃｏｓ相コイル３２、４４やｓｉｎ相コイル３０、４２の断線が検出された場合でも、フェイル判定プログラムの一部を無効にしてトルク算出処理を継続する。この無効にした一部のプログラムが別の箇所の故障検出も行うものである場合、その別の箇所の故障を検出できない場合が生じ得る。
このように、フェイル判定プログラムの一部の無効にすると２重故障を検出できないようにトルク検出装置２０が構成されている場合は、以下のような一定条件下においてのみコイル断線後のトルク算出処理を継続するようにしてもよい。
【００３９】
例えば、自動車の走行中にｃｏｓ相コイル３２、４４やｓｉｎ相コイル３０、４２の断線が生じた場合は、その断線後の所定の短時間だけトルク算出処理を継続するようにしてもよい。走行中において、断線後の短時間だけトルク算出処理を継続するようにすると、その断線によりアシストが停止されて運転者によるマニュアルのステアリングのみに急激に移行することを回避できるので、操作性を向上させることができる。また、断線後の短時間だけトルク算出処理を継続し、その後は無効にした一部のフェイル判定プログラムを復活して実行させることで、２重故障が検出できないという事態を回避できる。
【００４０】
また、自動車の停止中や非常に低速の走行時においてのみコイル断線後のトルク算出処理を継続するようにしてもよい。自動車の走行開始前のハンドル操作（いわゆるすえぎり）や、非常に低速の走行時のハンドル操作においては、大きな操舵力が必要であり、パワーステアリングによるアシストが強く求められる。よって、この場合には、コイル断線後のトルク算出処理を継続することで、運転者のアシストの要求に応えることができる。また、自動車の停止中や非常に低速の走行時においては、２重故障が検出できなくても危険性が低いので、フェイル判定プログラムの一部の無効にすると２重故障を検出できないように構成されていても、コイル断線後のトルク算出処理を継続することによる問題は非常に小さい。
【００４１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば上記実施例では、レゾルバとして、例えば第１レゾルバ２２について励磁コイル２８により励磁されるコイル（ロータコイル）２６がロータ２４側に１本設けられ、２本の出力コイル３０、３２がロータ２４の周囲に固定された構成を例にして説明したが、励磁コイルにより励磁される２本のコイルがロータの周囲に固定され、１本又は２本の出力コイルがロータ側に設けられた構成であっても構わない。
【００４２】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のトルク検出装置を含む電動パワーステアリングシステムの構成を示す。
【図２】本実施例のトルク検出装置のブロック図を示す。
【図３】本実施例のトルク検出装置によるトルク検出処理のフローチャートを示す。
【図４】第１回転角を一義的に算出できる第２回転角の領域を示す。
【符号の説明】
２０：トルク検出装置
２２：第１レゾルバ（第１回転角の検出部又は第２回転角の検出部の一例）
２４：第１ロータ
３０：第１ｓｉｎ相コイル
３２：第１ｃｏｓ相コイル
３４：第２レゾルバ（第２回転角の検出部又は第１回転角の検出部の一例）
３６：第２ロータ
４２：第２ｓｉｎ相コイル
４４：第２ｃｏｓ相コイル
５０：ＥＣＵ（断線検出手段の一例、トルク算出手段の一例）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque detector and a power steering system using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a torque detection device has been used in a power steering system of an automobile. For example, in a power steering system, a driving force (auxiliary torque) of a motor or the like is controlled according to the steering torque detected by a torque detection device, and the operation of the steering mechanism is assisted by this driving force. As a result, the driver can steer the steering wheel with a light force.
Some conventional torque detection devices include a first rotation angle detection unit, a second rotation angle detection unit, a disconnection detection unit, and a torque calculation unit.
The first rotation angle detector includes a first rotor, a first sin-phase coil that generates an output voltage whose amplitude changes according to a sin value of the first rotation angle of the first rotor, and a second rotation angle of the first rotor. A first cos phase coil that generates an output voltage whose amplitude changes in accordance with the cos value of. The second rotation angle detector includes a second rotor, a second sin-phase coil that generates an output voltage whose amplitude changes in accordance with a sin value of the second rotation angle of the second rotor, and a second rotation angle of the second rotor. And a second cos phase coil that generates an output voltage whose amplitude changes in accordance with the cos value. The disconnection detecting means detects disconnection of at least one coil in the coil group. The torque calculation means calculates the torque by taking the difference between the first rotation angle and the second rotation angle.
[0003]
Some torque detection devices of this type are configured such that the first rotation angle exists within a predetermined angle with respect to the second rotation angle. When the first rotation angle is within a predetermined angle with respect to the second rotation angle, torque is calculated according to the difference between the first rotation angle and the second rotation angle. For example, in the power steering system, it is assumed that the detection unit of the first rotation unit is provided on the handle side and the detection unit of the second rotation unit is provided on the pinion side. In this case, if the first rotation angle is within a predetermined angle with respect to the second rotation angle when the handle is rotated, a torque corresponding to the difference between the first rotation angle and the second rotation angle is calculated. An auxiliary torque is generated in the motor in accordance with the torque to assist the operation of the steering mechanism.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional torque detection device, when the disconnection detecting means detects the disconnection of any one of the coils in the coil group, the torque detection process ends there. For example, if the disconnection of the first cos phase coil is detected in the first rotation angle detection unit, two candidates for the first rotation angle value are calculated only from the output voltage of the first sin phase coil. This is because the rotation angle cannot be calculated uniquely.
However, it is naturally desirable that the torque can be continuously detected even if any of the coils is disconnected.
For example, when the torque detection device is incorporated in a power steering system of an automobile, the torque detection process is terminated due to the disconnection of the coil, and as a result, the assist is stopped. In particular, if the torque detection process is stopped and the assist is stopped due to the disconnection of the coil during traveling, the shift is suddenly made only to manual steering by the driver, which is not preferable from the viewpoint of operability.
[0005]
An object of the present invention is to realize a technique capable of continuously detecting torque even when a coil breakage occurs in which an output voltage that changes according to a rotation angle occurs.
[0006]
[Means for solving the problem, operation and effect]
 A torque detection device according to an aspect of the present invention includes:Torque is calculated according to the difference between the input shaft connected to the torsion bar and the output shaft, and the first rotation angle that is one of the rotation angles and the second rotation angle that is the other rotation angle. This torque detection deviceA first rotation angle detection unit, a second rotation angle detection unit, a disconnection detection unit, and a torque calculation unit are provided.
 The first rotation angle detector isRotates with rotation of one of input shaft and output shaftA first rotor, a first sin phase coil that generates an output voltage whose amplitude changes according to a sin value of the first rotation angle of the first rotor,First rotation angleA first cos phase coil that generates an output voltage whose amplitude changes in accordance with the cos value of. The second rotation angle detector isRotates with the other rotation of the input shaft and output shaftThe second rotor, a second sin phase coil that generates an output voltage whose amplitude changes according to the sin value of the second rotation angle of the second rotor, and the amplitude of the second rotor that changes according to the cos value of the second rotation angle of the second rotor. A second cos phase coil for generating an output voltage. here,The relationship between the first rotor and the second rotor is set so that the angle difference between the first rotation angle and the second rotation angle is within a predetermined angle.. The disconnection detecting means detects disconnection of at least one coil in the coil group.
 The torque calculation means calculates the second rotation angle from the output voltage generated in both coils of the second rotation angle detection section when the disconnection detection means detects the disconnection of one coil of the first rotation angle detection section. To do.Next, an angle range that can be taken by the first rotation angle is calculated from the calculated second rotation angle and the set angle, and in this angle range,The first rotation angle can be uniquely calculated from the output voltage generated in the other coil of the first rotation angle detection unit.NohDetermine if it exists. Can be calculatedNohIn some cases, the first rotation angle is calculated from the output voltage generated in the other coil of the first rotation angle detection unit, and the torque is calculated using the calculated first rotation angle and second rotation angle.On the other hand, if the first rotation angle cannot be uniquely calculated from the output voltage generated in the other coil of the first rotation angle detection unit within the range of angles that the first rotation angle can take, the angular velocity of the second rotation angle The torque change is calculated by adding the torque change corresponding to the increase / decrease of the angular velocity to the torque at the previous detection.
[0007]
Here, the “first rotation angle detection unit” and the “second rotation angle detection unit” mean that when there are two rotation angle detection units, the one rotation angle detection unit is absolutely the first rotation angle detection unit. It is not defined as a detection unit for one rotation angle. That is, when there are two rotation angle detection units, the one rotation angle detection unit can be the first rotation angle detection unit or the second rotation angle detection unit.
[0008]
 Even if one coil of the detection part of the 1st rotation angle is disconnected, this device,The first rotation angle can be calculated from the output voltage generated in the other coil. In order to realize the configuration, the first rotation angle is well utilized under the condition that the first rotation angle is within a predetermined angle with respect to the second rotation angle.
 Specifically, the second rotation angle is calculated from output voltages generated in both coils of the second rotation angle detection unit. AndAn angle range that the first rotation angle can take is calculated from the calculated second rotation angle and the set angle, and in this angle range,The first rotation angle can be uniquely calculated from the output voltage generated in the other coil of the first rotation angle detection unit.NohDetermine if it exists. Can be calculatedNohIn some cases, the first rotation angle is calculated from the output voltage generated in the other coil of the first rotation angle detection unit. Depending on the calculated value of the second rotation angle, the inventor can uniquely determine the first rotation angle only from the output voltage generated in the other coil even if one coil of the first rotation angle detection unit is disconnected. As a result, it has been found that the torque can be calculated using the first rotation angle and the second rotation angle.On the other hand, if the first rotation angle cannot be uniquely calculated from the output voltage generated in the other coil of the first rotation angle detection unit within the range of angles that the first rotation angle can take, the angular velocity of the second rotation angle Is calculated, and the torque is calculated by adding a torque change corresponding to the increase / decrease in the angular velocity to the torque at the previous detection. As a result, the current torque can be detected with a certain degree of accuracy.
 According to this device, even when a coil breakage occurs in which an output voltage that changes according to the rotation angle occurs, torque detection can be continuously performed without stopping torque detection.
[0012]
 The present invention also providesClaim 1The present invention is also embodied in a power steering system including a torque detection device, a driving unit whose driving force changes according to the torque detected by the torque detection device, and a steering mechanism whose operation is assisted by the driving force of the driving unit..
 According to this power steering system, even when a coil breakage that generates an output voltage that changes in accordance with the rotation angle occurs, torque detection can be continuously performed without stopping torque detection. The mechanism operation can be continuously assisted. In particular, even when a coil breakage occurs during traveling, it is possible to avoid abrupt transition to only manual steering by the driver, so that operability can be improved.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
 FIG. 1 shows a configuration of an electric power steering system 80 according to an embodiment of the present invention. The system 80 includes a torque detection device that includes the first resolver 22, the second resolver 34, and the ECU 50.
 In this electric power steering system 80, the handle 82 is attached to the handle 82.As an input axisOne end side of the handle shaft 62 is connected. One end side of the torsion bar 64 is connected to the other end side of the handle shaft 62. One end side of the pinion 66 is connected to the other end side of the torsion bar 64 via an output shaft. The pinion 66 meshes with the rack 98. A rack mechanism 84 is constituted by the rack 98 and the rack housing 52. By the rack mechanism 84, the rack 98 reciprocates in the rack housing 52 in the axial direction. One end of a tie rod 91 is attached to both ends of the rack mechanism 84. A knuckle arm 92 is connected to the other end of the tie rod 91. A wheel 93 is connected to the other end of the knuckle arm 92.
[0014]
A first resolver 22 is provided around the lower end side of the handle shaft 62 described above. The first resolver 22 functions as a first rotation angle detector that detects the first rotation angle θ1 of the handle shaft 62. A second resolver 34 is provided around the lower end side of the torsion bar 64. The second resolver 34 functions as a second rotation angle detection unit that detects the second rotation angle θ 2 of the pinion 66. The first resolver 22 and the second resolver 34 are electrically connected to the ECU 50. The ECU 50, the first resolver 22, and the second resolver 34 constitute a torque detection device. The ECU 50 that constitutes the torque detector is a steering torque generated by the driver steering the handle 82 from the first rotation angle θ1 detected by the first resolver 22 and the second rotation angle θ2 detected by the second resolver 34. The value F = k (θ1-θ2) is calculated. Note that k is a spring constant of the torsion bar 64. The ECU 50 is connected to the motor 86, and controls the magnitude of auxiliary torque (assist force) generated by the motor 86 in accordance with the calculated torque value F. More specific configurations of the torque detection devices 50, 22, and 34 will be described later. The motor 86 is connected to the transmission mechanism 87. The transmission mechanism 87 transmits the auxiliary torque generated by the motor 86 to the rack mechanism 84.
[0015]
The operation of the power steering system 80 will be described. First, when the driver steers the handle 82, the handle shaft 62 rotates. When the handle shaft 62 rotates, the pinion 66 also rotates through the torsion bar 64. When the pinion 66 rotates, the rack 98 engaged therewith moves in the axial direction, and the steering direction of the wheel 93 changes via the tie rod 91 and the knuckle arm 92. Torque generated when the driver steers the steering wheel 82 is detected by the torque detection devices 50, 22, and 34. ECU50 which comprises a torque detection apparatus controls the motor 86 based on this torque.
[0016]
When the steering torque detected by the torque detectors 50, 22, 34 is small, the ECU 50 controls the motor 86 to generate a small auxiliary torque. When the steering torque detected by the torque detectors 50, 22, 34 is large, the ECU 50 controls the motor 86 to generate a large auxiliary torque. The auxiliary torque generated by the motor 86 is transmitted to the rack mechanism 84 and assists the movement of the rack 98. Therefore, the driver can steer the handle 82 with a light force.
[0017]
FIG. 2 shows a block diagram of the torque detector 20. As described above, the torque detection device 20 includes the ECU 50, the first resolver 22, and the second resolver 34.
The ECU 50 is connected to a CPU 52, a ROM 56, a RAM 58, and an EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) 62 connected to the CPU 52 via a bus 54. The CPU 52 has ports such as output ports 52a and 52f and input ports 52b to 52e. The output ports 52a and 52f are connected to the D / A converter inside the CPU 52. The input ports 52b to 52e are connected to the A / D converter within the CPU 52. The ROM 56 stores a program for torque detection processing described later.
[0018]
The first resolver 22 includes a first rotor 24, a first excitation coil 28, a first sin phase coil 30, a first cos phase coil 32, and the like. The second resolver 34 includes a second rotor 36, a second excitation coil 40, a second sin phase coil 42, a second cos phase coil 44, and the like.
The first rotor 24 has a first rotor coil 26. As the first rotor 24 rotates, the first rotor coil 26 also rotates. In the present embodiment, although not specifically illustrated, the rotor coil group 26 is arranged so that the electrical angle is eight times the mechanical rotation angle of the first rotor 24 in order to increase the resolution of the angle. Has been. The rotor coil group 26 has four phases so as to form an angle of 45 degrees. Therefore, when the first rotor 24 is mechanically rotated 45 degrees, the rotor coil 26 is restored to the positional relationship before the rotation. In the following description, “rotation angle” means an electrical angle unless otherwise specified.
[0019]
The first exciting coil 28 of the first resolver 22 is fixed around the first rotor 24. The first excitation coil 28 is applied with an alternating excitation voltage (formula (1) to be described later) from the output port 52a of the CPU 52 at one end, and is grounded at the other end. The first excitation coil 28 forms a transformer in combination with a coil (not shown) built in the first rotor 24. The rotor coil group 26 is energized by a voltage generated in the coil (not shown).
[0020]
The excitation voltage is expressed by equation (1).
Esin (2πt / T) (1)
Here, E: amplitude of excitation voltage, t: elapsed time from the start of application of excitation voltage, and T: period. In this embodiment, the period T is set to 200 μsec.
[0021]
The first cos phase coil 32 of the first resolver 22 is fixed around the first rotor 24. In the first cos phase coil 32, the first cos phase voltage generated at one end is input to the input port 52b of the CPU 52, and the other end is grounded. The first cos phase voltage (formula (2) described later) is an AC voltage whose amplitude increases or decreases depending on the cos value of the rotation angle θ1 of the first rotor 24.
[0022]
The first cos phase voltage is expressed by equation (2).
EKsin (2πt / T + α) · cos (θ1) (2)
Here, E, t, and T are the same as those described in Expression (1). K: transformer efficiency, α: phase shift of the first cos phase voltage with respect to the excitation voltage, and θ1: first rotation angle of the first rotor.
[0023]
The first sin phase coil 30 is fixed around the first rotor 24. In the first sin phase coil 30, the first sin phase voltage generated at one end side is input to the input port 52c of the CPU 52, and the other end is grounded. The first sin phase voltage (formula (3) described later) is an AC voltage whose amplitude increases or decreases depending on the sin value of the rotation angle θ1 of the first rotor 24.
[0024]
The first sin phase voltage is expressed by Equation (3).
EKsin (2πt / T + α) sin (θ1) (3)
Here, symbols such as E and t are the same as those described in equations (1) and (2).
The period of the voltage represented by the above formulas (1) to (3) is T.
Note that the amplitude EK of the first cos phase voltage or the first sin phase voltage and the phase difference α with respect to the excitation voltage are obtained in advance after the torque detection device 20 is manufactured and before the device 20 is shipped. .
Since the basic configuration of the second resolver 34 is the same as that of the first resolver 22, the description thereof is omitted.
[0025]
Let X be the first sin phase voltage when the elapsed time t = x. In this case, the relational expression (4) is established from the expression (2). Further, the first cos phase voltage when the elapsed time t = y is Y. In this case, the relational expression of Expression (5) is established from Expression (3). Then, from the equations (4) and (5), the electrical angle θ1 is expressed by the equation (6).
X = EKsin (2πx / T + α) sin (θ1) (4)
Y = EKsin (2πy / T + α) cos (θ1) (5)
θ1 = arctan ((X · EKsin (2πy / T + α)) / (Y · EKsin (2πx / T + α))) (6)
Here, the voltages X and Y and the elapsed times x and y are known. The period T is originally set and is known. The amplitude EK and the phase difference α are also calculated as described above and stored in the EEPROM 62. Therefore, the CPU 52 can calculate the value of the rotation angle θ1 of the first rotor 24 by substituting the above-described value into the equation (6).
[0026]
For example, in equations (4) and (5), it is assumed that X = 1/2, Y = (√3) / 2, EKsin (2πt1 / T + α) = EKsin (2πt2 / T + α) = 1. Then, Equation (4) is 1/2 = sin (θ1), Equation (5) is (√3) / 2 = cos (θ1), and Equation (6) is θ1 = arctan (1 / (√3)). It becomes. As a result, the first rotation angle θ1 = 30 degrees can be calculated.
Similarly, when the second rotation angle θ2 is obtained, the torque can be calculated from the torque calculation formula F = k (θ1−θ2) (k: the spring constant of the torsion bar 64 in FIG. 1).
[0027]
On the other hand, for example, it is assumed that the first cos phase coil 32 of the first resolver 22 is disconnected and the first cos phase voltage as expressed by the equation (5) cannot be obtained. Then, in the above example, only ½ = sin (θ1) information can be obtained. In this case, it cannot be specified whether the first rotation angle θ1 is 30 degrees or 150 degrees. As a result, the first rotation angle θ1 cannot be calculated with the above information alone, and therefore the torque F = k (θ1−θ2) cannot be calculated. Conventionally, if any one of the coils is detected to be disconnected, the time point The torque detection process was finished.
[0028]
On the other hand, in the torque detector 20 of the present embodiment, the disconnection of the cos phase coil 32 or the sin phase coil 30 of the first resolver 22 or the cos phase coil 44 or the sin phase coil 42 of the second resolver 34 is detected. If this is the case, the torque detection process is not terminated for that reason. Below, the content of the torque detection process by the torque detection apparatus 20 of a present Example is demonstrated with reference to the flowchart of FIG.
[0029]
First, when the torque detection process is started in S10, the CPU 52 performs a disconnection detection process in S20. As a method for detecting disconnection, for example, an input port (52b to 52e) to which the cos phase voltage or the sin phase voltage of any of the resolvers 22 and 34 is input even though the engine is started and the automobile is in operation. Is zero), it is assumed that the cos phase coil or sin phase coil connected to the input port is disconnected. Alternatively, for example, when the voltage value input to the input port 52c of the CPU 52 is zero even though the cos phase voltage of the first resolver 22 is input to the input port 52b of the CPU 52 at a predetermined value or more. Then, it is determined that the sin phase coil of the first resolver 22 is disconnected. The disconnection detection process is not limited to these methods, and any known method may be used.
[0030]
When disconnection is not detected in S20, normal torque detection processing is performed. Specifically, as shown in S 30, the CPU 52 calculates the first rotation angle θ 1 from the sin phase voltage and the cos phase voltage of the first resolver 22. Further, as shown in S 40, the CPU 52 calculates the second rotation angle θ 2 from the sin phase output voltage and the cos phase output voltage of the second resolver 34. In S100, the CPU 52 calculates a torque value k (θ1-θ2). And when continuing a torque detection process (S140), CPU52 returns to S20 again and performs a disconnection detection.
[0031]
On the other hand, when the disconnection is detected in S20, the CPU 52 determines whether or not the output coil of the cos phase or the sin phase is disconnected in S50. As a result, when the CPU 52 determines that the exciting coils 28 and 40 or the ground wire is disconnected as shown in S110, not the disconnection of the output coil, the torque detection process is ended as shown in S150. Therefore, the assist by the power steering system of FIG. 1 is also terminated.
In the case of the disconnection of the exciting coils 28 and 40 or the ground wire, it is difficult to calculate the first rotation angle θ1 or the second rotation angle θ2, and in this case, the torque detection process is terminated.
[0032]
On the other hand, as a result of the determination in S50, when it is determined that the cos phase coil of the first resolver 22 is disconnected as in S60, the CPU 52 calculates the second rotation angle θ2 of the second resolver 34. Note that the disconnection of the sin phase coil 30 of the first resolver 22, the disconnection of the cos phase coil 44 of the second resolver 34, and the disconnection of the sin phase coil 42 of the second resolver 34 can be considered in the same manner. The explanation of is omitted in principle.
[0033]
Further, the CPU 52 determines whether the first rotation angle θ1 of the first resolver 22 can be calculated using the calculated second rotation angle θ2.
Specifically, an angular width that the first rotation angle θ1 can take is calculated from the calculated second rotation angle θ2. In the present embodiment, there is a relationship that the mechanical rotation angle of the first rotor 24 = the mechanical rotation angle of the second rotor 36 ± 6 degrees. Then, as described above, the electrical angle is configured to be 8 times the mechanical rotation angle. Therefore, the first rotation angle and the second rotation angle, which are electrical angles, have a relationship of first rotation angle θ1 = second rotation angle θ2 ± 48 degrees. The calculated second rotation angle θ2 is applied to this relationship, and the angular width that the first rotation angle θ1 can take is calculated.
[0034]
Next, it is determined whether or not the calculated angular width is an angular width capable of uniquely calculating the first rotation angle θ1 from the sin phase voltage generated in the sin phase coil 30 of the first resolver 22 that is not disconnected. . When calculating the first rotation angle θ1 from only the sin phase voltage, if it is assumed that −90 degrees <θ1 <90 degrees, or 90 degrees <θ1 <270 degrees, the first rotation angle is calculated from the sin phase voltage. θ1 can be uniquely calculated.
Note that, assuming that the sin phase coil 30 is disconnected, when calculating the first rotation angle from only the cos phase voltage, it is assumed that −0 degrees <θ1 <180 degrees, or 180 degrees <θ1 <360 degrees. As a result, the first rotation angle θ1 can be uniquely calculated from the cos phase voltage.
[0035]
As described above, since there is a relationship of θ1 = θ2 ± 48 degrees, if the second rotation angle θ2 is in the hatched area in FIG. 4, the first rotation angle θ1 can be uniquely calculated. That is, if -90 + 48 degrees <θ2 <90-48 degrees, or 90 + 48 degrees <θ2 <270-48 degrees, the first rotation angle θ1 can be uniquely calculated. In summary, the first rotation angle θ1 can be uniquely calculated when 0 degree <θ2 <42 degrees, 138 degrees <θ2 <222 degrees, and −318 degrees <θ2 <360 degrees.
[0036]
Here, it is assumed that the second rotation angle θ2 calculated in S70 is, for example, 160 degrees. In this case, since the angle width that the first rotation angle θ1 can take is 112 degrees <θ1 <202 degrees, the first rotation angle θ1 can be uniquely calculated (S80). In this case, in S 90, the CPU 52 uniquely calculates the first rotation angle θ 1 from the sin phase voltage of the first resolver 22. In S100, the CPU 52 calculates a torque value k (θ1-θ2) using the calculated first rotation angle θ1 and second rotation angle θ2. When continuing the torque detection process (S140), the CPU 52 returns to S20 again to perform the disconnection detection process.
[0037]
On the other hand, it is assumed that the second rotation angle θ2 calculated in S70 is, for example, 60 degrees. In this case, since the angle width that the first rotation angle θ1 can take is 12 degrees <θ1 <108 degrees, the first rotation angle θ1 cannot be uniquely calculated (S80). In this case, in S120, the CPU 52 calculates the angular velocity d (θ2) / dt of the second rotation angle θ2. Then, the angular velocity d (θ2) / dt is sequentially calculated, and the increase / decrease of the angular velocity d (θ2) / dt is calculated. Then, the increase / decrease from the torque value at the previous detection is estimated from the increase / decrease in angular velocity d (θ2) / dt, and the current estimated torque value is calculated. Specifically, when the angular velocity of the second rotation angle θ2 is increasing, it is estimated that the steering torque of the steering wheel 82 (see FIG. 1) by the driver has also increased since the previous detection. Conversely, when the angular velocity of the second rotation angle θ2 is decreasing, it is estimated that the steering torque of the steering wheel 82 by the driver is also decreasing compared to the previous detection. When the angular velocity of the second rotation angle θ2 is constant, it is estimated that the steering torque of the handle 82 by the driver is constant from the previous detection. Then, the current estimated torque value is calculated by adding the torque change corresponding to the increase or decrease of the angular velocity of the second rotation angle θ2 to the torque value at the previous detection (S130). Also in this case, when the torque detection process is further continued (S140), the CPU 52 returns to S20 again to perform the disconnection detection process.
[0038]
In the torque calculation process of the present embodiment, even when the disconnection of the cos phase coils 32 and 44 and the sin phase coils 30 and 42 is detected, a part of the fail determination program is invalidated and the torque calculation process is continued. If this invalidated part of the program also detects a failure at another location, a failure at that other location may not be detected.
As described above, when the torque detection device 20 is configured so that a double failure cannot be detected if a part of the fail determination program is disabled, torque calculation processing after coil disconnection is performed only under certain conditions as described below. May be continued.
[0039]
For example, when the disconnection of the cos phase coils 32 and 44 and the sin phase coils 30 and 42 occurs during traveling of the automobile, the torque calculation process may be continued for a predetermined short time after the disconnection. If the torque calculation process is continued for a short time after the disconnection while driving, the assist is stopped due to the disconnection and it is possible to avoid a sudden shift to only manual steering by the driver, improving operability. Can be made. Further, by continuing the torque calculation process only for a short time after the disconnection, and then restoring and executing some of the invalid fail determination programs, it is possible to avoid a situation in which a double failure cannot be detected.
[0040]
Further, the torque calculation process after the coil disconnection may be continued only when the automobile is stopped or when traveling at a very low speed. A steering operation before the start of traveling of the automobile (so-called slipping) and a steering wheel operation when traveling at a very low speed require a large steering force, and an assist by power steering is strongly demanded. Therefore, in this case, by continuing the torque calculation process after the coil disconnection, the driver's request for assistance can be met. Also, when the vehicle is stopped or running at a very low speed, even if a double failure cannot be detected, the risk is low. Therefore, if a part of the fail judgment program is disabled, a double failure cannot be detected. Even if it is, the problem by continuing the torque calculation process after coil disconnection is very small.
[0041]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, in the above embodiment, as the resolver, for example, one coil (rotor coil) 26 that is excited by the exciting coil 28 for the first resolver 22 is provided on the rotor 24 side, and the two output coils 30 and 32 are the rotor 24. The configuration fixed to the periphery has been described as an example. However, the configuration is such that two coils excited by the excitation coil are fixed around the rotor and one or two output coils are provided on the rotor side. It doesn't matter.
[0042]
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a configuration of an electric power steering system including a torque detector of the present embodiment.
FIG. 2 is a block diagram of a torque detection device according to the present embodiment.
FIG. 3 shows a flowchart of torque detection processing by the torque detection device of the present embodiment.
FIG. 4 shows a region of a second rotation angle where the first rotation angle can be uniquely calculated.
[Explanation of symbols]
20: Torque detection device
22: First resolver (an example of a first rotation angle detection unit or a second rotation angle detection unit)
24: First rotor
30: 1st sin phase coil
32: 1st cos phase coil
34: Second resolver (an example of a second rotation angle detection unit or a first rotation angle detection unit)
36: Second rotor
42: Second sin phase coil
44: Second cos phase coil
50: ECU (an example of disconnection detection means, an example of torque calculation means)

Claims

トーションバーを介して連結された入力軸と出力軸と、その一方の回転角である第１回転角と他方の回転角である第２回転角との差に応じてトルクを算出するトルク検出装置であって、
第１回転角の検出部と、第２回転角の検出部と、断線検出手段と、トルク算出手段を備え、
第１回転角の検出部は、前記入力軸と出力軸の一方の回転に伴って回転する第１ロータと、第１ロータの第１回転角のｓｉｎ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第１ｓｉｎ相コイルと、第１ロータの第１回転角のｃｏｓ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第１ｃｏｓ相コイルを有し、
第２回転角の検出部は、前記入力軸と出力軸の他方の回転に伴って回転する第２ロータと、第２ロータの第２回転角のｓｉｎ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第２ｓｉｎ相コイルと、第２ロータの第２回転角のｃｏｓ値に応じて振幅が変化する出力電圧が生じる第２ｃｏｓ相コイルを有し、
第１回転角と第２回転角との角度差が所定角度内となるように前記第１ロータと第２ロータの関係が設定されており、
断線検出手段は、前記コイル群のうちの少なくとも１つのコイルの断線を検出し、
トルク算出手段は、断線検出手段によって第１回転角の検出部の一方のコイルの断線が検出された場合は、第２回転角の検出部の両コイルに生じる出力電圧から第２回転角を算出し、
この算出した第２回転角と前記設定角度とから第１回転角の取り得る角度範囲を算出し、この角度範囲において、第１回転角の検出部の他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を一義的に算出可能であるかを判別し、算出可能である場合は、第１回転角の検出部の他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を算出し、算出した第１回転角と第２回転角を利用してトルクを算出し、
前記第１回転角の取り得る角度範囲において、第１回転角の検出部の他方のコイルに生じる出力電圧から第１回転角を一義的に算出不能である場合は、第２回転角の角速度の増減を算出し、前回検出時のトルクに前記角速度の増減分に応じたトルク変化分を加算してトルクを算出することを特徴とするトルク検出装置。 Torque detection device that calculates torque according to a difference between an input shaft and an output shaft connected via a torsion bar and a first rotation angle that is one of the rotation angles and a second rotation angle that is the other rotation angle Because
A first rotation angle detection unit, a second rotation angle detection unit, a disconnection detection unit, and a torque calculation unit;
The first rotation angle detector includes a first rotor that rotates with the rotation of one of the input shaft and the output shaft, and an output voltage that changes in amplitude according to a sin value of the first rotation angle of the first rotor. A first sin phase coil that is generated, and a first cos phase coil that generates an output voltage whose amplitude changes according to the cos value of the first rotation angle of the first rotor,
The second rotation angle detector includes a second rotor that rotates in accordance with the rotation of the other of the input shaft and the output shaft, and an output voltage that changes in amplitude according to a sin value of the second rotation angle of the second rotor. A second sin phase coil that is generated, and a second cos phase coil that generates an output voltage whose amplitude changes in accordance with the cos value of the second rotation angle of the second rotor,
The relationship between the first rotor and the second rotor is set so that the angle difference between the first rotation angle and the second rotation angle is within a predetermined angle;
The disconnection detecting means detects disconnection of at least one coil in the coil group,
The torque calculation means calculates the second rotation angle from the output voltage generated in both coils of the second rotation angle detection section when the disconnection detection means detects the disconnection of one coil of the first rotation angle detection section. And
An angle range that can be taken by the first rotation angle is calculated from the calculated second rotation angle and the set angle, and in this angle range, the first rotation is determined from the output voltage generated in the other coil of the first rotation angle detector. corner to determine a uniquely calculate available-a, when it is calculated available-from the output voltage generated in the other coil of the detecting portion of the first rotation angle to calculate a first rotation angle was calculated second Calculate the torque using the 1st rotation angle and the 2nd rotation angle ,
If the first rotation angle cannot be uniquely calculated from the output voltage generated in the other coil of the first rotation angle detector within the angular range that the first rotation angle can take, the angular velocity of the second rotation angle can be calculated. A torque detection device that calculates an increase / decrease and calculates a torque by adding a torque change corresponding to the increase / decrease of the angular velocity to the torque at the previous detection .

請求項１に記載のトルク検出装置と、トルク検出装置で検出したトルクに応じて駆動力が変化する駆動手段と、駆動手段の駆動力によって動作がアシストされるステアリング機構を備えたパワーステアリングシステム。A power steering system comprising: the torque detection device according to claim 1; a drive unit that changes driving force according to the torque detected by the torque detection device; and a steering mechanism that is assisted by the drive force of the drive unit.