特許 5942613 センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5942613

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/12 20060101AFI20160616BHJP

   G01D 18/00 20060101ALI20160616BHJP

   G01D 21/00 20060101ALI20160616BHJP

   G01L 25/00 20060101ALI20160616BHJP

   G01L 3/10 20060101ALI20160616BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/12 K

   G01D18/00

   G01D21/00 G

   G01L25/00 A

   G01L3/10 305

   B62D5/04

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-128124(P2012-128124)

(22)【出願日】2012年6月5日

(65)【公開番号】特開2013-253806(P2013-253806A)

(43)【公開日】2013年12月19日

【審査請求日】2015年5月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】吉瀬 浩

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２０３０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−９７９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４７５３５４５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００５−４９０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７１０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５１２６３２５（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ３

Ｂ６２Ｄ５

Ｇ０１Ｄ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同一の検出対象について同一の状態量を検出してその検出結果に応じた検出信号を出力する複数の検出部を有するセンサＩＣを複数備え、
前記各センサＩＣは、それぞれ複数の信号線を有し、前記各信号線を介して前記検出信号を出力する
ことを特徴とするセンサ装置。

【請求項2】

各センサＩＣの複数の検出部から出力される複数の検出信号に基づいて前記検出対象の状態量をそれぞれ検出するとともに、これら複数の検出結果の比較に基づいて前記各センサＩＣからの複数の検出信号のいずれが異常であるかを特定する
請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

前記異常な検出信号を特定したとき、前記各センサＩＣの複数の検出部から出力される複数の検出信号のうち、異常な検出信号を除く残りの複数の検出信号から求められる複数の検出結果の比較に基づき前記残りの複数の検出信号のいずれが異常であるかを更に特定する
請求項２に記載のセンサ装置。

【請求項4】

前記各センサＩＣは、その電源電圧を前記検出部に対応した所定の電圧に定電圧化するレギュレータを前記複数の検出部毎に備える
請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【請求項5】

前記各センサＩＣは、前記複数の検出部に共通の発振器を備え、
前記複数の検出部は、前記共通の発振器で生成されるクロック信号を用いて前記検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部をそれぞれ備える
請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【請求項6】

前記各センサＩＣは、給電線を個別に備える
請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【請求項7】

前記各センサＩＣは、接地線を個別に備える
請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出対象の回転角やトルクなどを検出するセンサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のセンサ装置としては、特許文献１に記載の装置が知られている。特許文献１に記載のセンサ装置は、車両のステアリングシャフトの回転角を検出する検出部を備えている。検出部は、ステアリングシャフトの回転角θに応じて正弦波状に変化する＋ｓｉｎθ信号、及び余弦波状に変化する＋ｃｏｓθ信号を出力する。また、検出部は、＋ｓｉｎθ信号に対して１８０°だけ位相のずれた−ｓｉｎθ信号、及び＋ｃｏｓθに対して１８０°だけ位相のずれた−ｃｏｓθ信号も出力する。検出部から出力される４つの信号は差動増幅部に取り込まれる。差動増幅部は、＋ｓｉｎθ信号及び−ｓｉｎθ信号を差動増幅して第１の差動増幅信号（２ｓｉｎθ）を生成し、この第１の差動増幅信号を演算部に出力する。また、差動増幅部は、＋ｃｏｓθ信号及び−ｃｏｓθ信号を差動増幅して第２の差動増幅信号（２ｃｏｓθ）を生成し、この第２の差動増幅信号を演算部に出力する。演算部は、これら第１の差動増幅信号及び第２の差動増幅信号の逆正接値を演算することによりステアリングシャフトの回転角θを求める。

【0003】

一方、特許文献１に記載のセンサ装置では、＋ｓｉｎθ信号と−ｓｉｎθ信号とを加算して第１の加算信号を、また、＋ｃｏｓθ信号と−ｃｏｓθ信号とを加算して第２の加算信号を生成するようにしている。そして、第１の加算信号及び第２の加算信号のいずれかが上限側閾値を超えた場合、あるいは下限側閾値よりも小さくなった場合には、検出部に異常が生じていると判定する。このような異常検出方法によれば、検出部の異常を検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−４９０９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に記載のセンサ装置では、例えば第１の加算信号が上限側閾値を超えた場合、第１の差動増幅信号が異常値となり、ステアリングシャフトの回転角θを演算することができなくなる。また、特許文献１に記載のセンサ装置では、第１の加算信号が上限側閾値を超えた場合、＋ｓｉｎθ信号及び−ｓｉｎθ信号のいずれかが異常であることは分かるものの、それらのいずれが異常であるかを特定することはできない。仮に第１の加算信号が上限閾値を超えた要因が＋ｓｉｎθ信号の異常によるものである場合、これを特定することができれば、正常な−ｓｉｎθ信号と、＋ｃｏｓθ信号又は−ｃｏｓθ信号とを用いてステアリングシャフトの回転角θの演算を継続することができる。よって、冗長性が大幅に向上するため、異常が生じた検出信号を特定することのできるセンサ装置が望まれている。

【0006】

なお、このような課題は、ステアリングシャフトの回転角を検出するセンサ装置に限らず、ステアリングシャフトに作用するトルクを検出するセンサ装置など、任意の検出対象の状態量を検出する各種センサ装置に共通する課題である。

【0007】

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の検出信号のいずれに異常が生じているかを特定することができるとともに、製造が容易なセンサ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、同一の検出対象について同一の状態量を検出してその検出結果に応じた検出信号を出力する複数の検出部を有するセンサＩＣを複数備え、前記各センサＩＣは、それぞれ複数の信号線を有し、前記各信号線を介して前記検出信号を出力することを要旨とする。

【0009】

同構成によれば、各センサＩＣからの複数の検出信号のいずれかが異常となった場合、異常な検出信号から求められる検出結果だけが異常となり、それ以外の複数の検出信号から求められる検出結果は正常となる。このため、各検出信号から求められる検出結果を比較することで、いずれの検出信号が異常であるかを容易に特定することができる。これにより、異常な検出信号を除く残りの検出信号を用いて検出対象の状態量を検出すれば、検出対象の状態量の検出を継続することができる。よって、冗長性が向上する。また、複数の検出部を有するセンサＩＣを複数設けるだけでよいため、センサ装置の製造も容易である。

【0010】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセンサ装置において、各センサＩＣの複数の検出部から出力される複数の検出信号に基づいて前記検出対象の状態量をそれぞれ検出するとともに、これら複数の検出結果の比較に基づいて前記各センサＩＣからの複数の検出信号のいずれが異常であるかを特定することを要旨とする。

【0011】

同構成によれば、各センサＩＣからの複数の検出信号のいずれが異常であるかを容易に特定することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のセンサ装置において、前記異常な検出信号を特定したとき、前記各センサＩＣの複数の検出部から出力される複数の検出信号のうち、異常な検出信号を除く残りの複数の検出信号から求められる複数の検出結果の比較に基づき前記残りの複数の検出信号のいずれが異常であるかを更に特定することを要旨とする。

【0012】

同構成によれば、各センサＩＣからの複数の検出信号について異常な信号の特定が一旦行われた後も、その異常であると特定された検出信号を除く残りの検出信号について異常な信号の特定が更に行われる。これにより、過去に異常であると判断された全ての検出信号を除く残りの検出信号に基づいて検出対象の状態量を検出すれば、検出対象の状態量の検出を継続することができる。よって、冗長性が更に向上する。

【0015】

請求項４に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ装置において、前記各センサＩＣは、その電源電圧を前記検出部に対応した所定の電圧に定電圧化するレギュレータを前記複数の検出部毎に備えることを要旨とする。

【0016】

同構成によれば、複数のレギュレータのいずれかに異常が生じた場合、異常が生じたレギュレータに対応する検出部からの検出信号が異常となり、それ以外の検出部からの検出信号は正常となる。このため、各センサＩＣの複数の検出信号からそれぞれ求められる検出結果を比較することで、レギュレータに異常を有する検出部を容易に特定することができる。これにより、レギュレータに異常が生じた検出部からの検出信号を除く残りの検出信号に基づいて検出対象の状態量を検出すれば、検出対象の状態量を適切に検出することができる。よって、冗長性が向上する。

【0017】

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ装置において、前記各センサＩＣは、前記複数の検出部に共通の発振器を備え、前記複数の検出部は、前記共通の発振器で生成されるクロック信号を用いて前記検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部をそれぞれ備えることを要旨とする。

【0018】

同構成によれば、発振器に異常が生じると、センサＩＣから出力される検出信号のデジタル信号パターンが異常となるため、異常が生じたセンサＩＣを容易に特定することができる。これにより、異常が生じたセンサＩＣを除く残りのセンサＩＣからの検出信号を用いれば、検出対象の状態量を適切に検出することができる。よって、冗長性が向上する。また、複数の検出部に個別に発振器を設ける場合と比較すると、センサＩＣの部品点数を削減することもできる。

【0019】

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ装置において、前記各センサＩＣは、給電線を個別に備えることを要旨とする。
同構成によれば、複数のセンサＩＣの給電線のいずれかが断線しても、給電線が断線していない残りのセンサＩＣから検出信号が出力されるため、検出対象の状態量を検出することができる。よって、冗長性が向上する。

【0020】

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサ装置において、前記各センサＩＣは、接地線を個別に備えることを要旨とする。
同構成によれば、複数のセンサＩＣのいずれかの接地線が断線しても、接地線が断線していない残りのセンサＩＣから検出信号が出力されるため、検出対象の状態量を検出することができる。よって、冗長性が向上する。

【発明の効果】

【0021】

本発明のセンサ装置によれば、複数の検出信号のいずれに異常が生じているかを特定することができるとともに、製造が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】車両のパワーステアリング装置の構成を示すブロック図。

【図2】本発明のセンサ装置を適用したトルクセンサの一実施形態についてその分解斜視構造を示す斜視図。

【図3】実施形態のトルクセンサについてその２つのヨーク及び保持部材を平面上に展開した展開図。

【図4】実施形態のトルクセンサについてその電気的な構成を示すブロック図。

【図5】実施形態のトルクセンサについてその第１のセンサＩＣの電気的な構成を示すブロック図。

【図6】（ａ）は、２つのセンサＩＣから出力される検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の全てが正常であるときにそれらから求められる捩れ角の演算結果の一例を示す図表。（ｂ）は、検出信号Ｓ１１に異常が生じたときに検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４から求められる捩れ角の演算結果の一例を示す図表。

【図7】（ａ）は、信号線Ｗｓ１〜Ｗｓ４が短絡していないときにおける検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の信号パターンの一例を示す図表。（ｂ）は、信号線Ｗｓ１，Ｗｓ２間が短絡したときにおける検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の信号パターンの一例を示す図表。

【図8】実施形態のトルクセンサによる異常検出処理の手順を示すフローチャート。

【図9】本発明を適用したトルクセンサの他の例についてその第１のセンサＩＣの電気的な構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を車両のパワーステアリング装置のトルクセンサに適用した一実施形態について図１〜図８を参照して説明する。はじめに、図１を参照して、車両のパワーステアリング装置の概要を説明する。

【0024】

図１に示すように、このパワーステアリング装置は、運転者のステアリングホイール１０の操作に基づき転舵輪１８を転舵させる操舵機構１、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構２を備えている。

【0025】

操舵機構１は、ステアリングホイール１０の回転軸となるステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０の中心に連結されるコラムシャフト１２、コラムシャフト１２の下端部に連結されるインターミディエイトシャフト１３、及びインターミディエイトシャフト１３の下端部に連結されるピニオンシャフト１４からなる。ピニオンシャフト１４の下端部にはラックアンドピニオン機構１５を介してラックシャフト１６が連結されている。これにより、運転者のステアリング操作に伴いステアリングシャフト１１が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構１５を介してラックシャフト１６の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト１６の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド１７を介して転舵輪１８に伝達されることにより転舵輪１８の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

【0026】

アシスト機構２は、コラムシャフト１２にアシストトルクを付与する電動モータ２０を備えている。この電動モータ２０の回転がギア機構２１を介してコラムシャフト１２に伝達されることによりステアリングシャフト１１にモータトルクが付与され、ステアリング操作が補助される。

【0027】

また、このパワーステアリング装置には、ステアリングホイール１０の操作量や車両の状態量を検出する各種センサが設けられている。例えばコラムシャフト１２には、運転者のステアリング操作に際してステアリングシャフト１１に付与されるトルク（操舵トルク）Ｔｈを検出するトルクセンサ４が設けられている。車両には、その走行速度Ｖを検出する車速センサ５が設けられている。電動モータ２０には、その回転角θｍを検出する回転角センサ６が設けられている。これらのセンサの出力は制御装置３に取り込まれている。制御装置３は、各センサの出力に基づいて目標アシストトルクを設定し、電動モータ２０からコラムシャフト１２に付与されるアシストトルクが目標アシストトルクとなるように電動モータ２０に供給される電流をフィードバック制御する。

【0028】

次に、図２及び図３を参照して、トルクセンサ４の構造について説明する。
図２に示すように、コラムシャフト１２は、ステアリングホイール１０側のインプットシャフト１２ａとインターミディエイトシャフト１３側のロアシャフト１２ｂとをトーションバー１２ｃを介して同一軸線ｍ上で連結した構造からなる。そして、ステアリングホイール１０の操作に伴いインプットシャフト１２ａに操舵トルクＴｈが付与されると、この操舵トルクＴｈがインプットシャフト１２ａからトーションバー１２ｃを介してロアシャフト１２ｂに伝達される際にトーションバー１２ｃに捩れ変形が生じる。これにより、インプットシャフト１２ａとロアシャフト１２ｂとの間に操舵トルクＴｈに応じた相対的な回転変位が生じる。

【0029】

トルクセンサ４は、インプットシャフト１２ａの下端部に外嵌される筒状の保持部材４０、及び保持部材４０と所定の隙間を隔ててその周囲を囲むようにロアシャフト１２ｂに固定される円環状の２つのヨーク４１，４２を備えている。

【0030】

保持部材４０の外周面には、Ｎ極及びＳ極の各磁極が周方向に交互に配置された多極磁石４０ａが設けられている。
第１のヨーク４１の内周面には、軸線ｍに平行に下方に延びる爪部４１ａが形成されている。第２のヨーク４２の内周面には、軸線ｍに平行に上方に延びる爪部４２ａが形成されている。図３は、２つのヨーク４１，４２及び保持部材４０を平面上に展開した展開図である。図３に示すように、２つのヨーク４１，４２のそれぞれの爪部４１ａ，４２ａは、周方向に交互に配置されている。また、爪部４１ａ，４２ａは多極磁石４０ａに対向するように配置されている。

【0031】

図２に示すように、トルクセンサ４は、第１のヨーク４１と所定の隙間を隔ててその周囲を囲むように配置される円環状の第１の集磁リング４３、及び第２のヨーク４２と所定の隙間を隔ててその周囲を囲むように配置される円環状の第２の集磁リング４４を備えている。これらの集磁リング４３，４４は磁性材料からなる。

【0032】

第１の集磁リング４３及び第２の集磁リング４４は、それぞれ対をなすように所定の隙間を隔てて互いに対向配置される集磁部４３ａ，４４ａ、及び集磁部４３ｂ，４４ｂを備えている。集磁部４３ａ，４４ａの間、及び集磁部４３ｂ，４４ｂの間には、付与される磁気（磁界）の強度に応じた信号を出力するセンサＩＣ５０，６０がそれぞれ配置されている。

【0033】

このトルクセンサ４では、インプットシャフト１２ａに操舵トルクＴｈが入力されてインプットシャフト１２ａとロアシャフト１２ｂとの間に相対的な回転変位が生じると、保持部材４０と２つのヨーク４１，４２との位置関係が変化し、各ヨーク４１，４２に集磁される磁気が変化する。これにより、２つのセンサＩＣ５０，６０に付与される磁気の強度が変化し、インプットシャフト１２ａとロアシャフト１２ｂとの間の相対的な回転変位に応じた信号が各センサＩＣ５０，６０から出力される。換言すれば、トーションバー１２ｃの捩れ角に応じた信号が各センサＩＣ５０，６０から出力される。

【0034】

次に、図４〜図６を参照してセンサＩＣ５０，６０の構造について詳述する。
図４に示すように、第１のセンサＩＣ５０は、給電線Ｗｂ１を介して制御装置３の給電端子Ｔｂ１に接続されている。また、第１のセンサＩＣ５０は、接地線Ｗｇ１を介して制御装置３の接地端子Ｔｇ１に接続されている。第１のセンサＩＣ５０は、制御装置３の給電端子Ｔｂ１から給電線Ｗｂ１を介して印加される電圧「＋Ｖｃｃ」を動作電源としている。第１のセンサＩＣ５０は、トーションバー１２ｃの捩れ角に応じた２つの検出信号Ｓ１１，Ｓ１２を信号線Ｗｓ１，Ｗｓ２を介して制御装置３に出力する。

【0035】

図５に示すように、第１のセンサＩＣ５０は、検出信号Ｓ１１を出力する第１の検出部５１、及び検出信号Ｓ１２を出力する第２の検出部５２を備えている。
第１の検出部５１は、付与される磁気の強度に応じたホール電圧を出力するホール素子５１ａを備えている。また、第１の検出部５１は、第１のセンサＩＣ５０の電源電圧「＋Ｖｃｃ」を検出部５１に対応した所定の電圧に定電圧化するレギュレータ５１ｂ、及びレギュレータ５１ｂで生成される電圧を基にホール素子５１ａにバイアス電圧を印加するホールバイアス回路５１ｃを備えている。

【0036】

この第１の検出部５１では、ホール素子５１ａから出力される電圧信号がアンプ５１ｄで増幅された後、Ａ／Ｄ変換部（アナログ／デジタル変換部）５１ｅでアナログ信号からデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換部５１ｅは、デジタル信号の生成の際、アンプ５１ｄからのアナログ信号を所要に補正する信号処理を行う。詳しくは、Ａ／Ｄ変換部５１ｅは、第１のセンサＩＣ５０に設けられた不揮発性のメモリ５３から信号処理に必要な情報を読み込む。メモリ５３は例えばＥＥＰＲＯＭなどからなる。メモリ５３には、オフセット補正値や温度補正値などの補正に必要な各種情報が予め記憶されている。Ａ／Ｄ変換部５１ｅは、メモリ５３から読み込んだ情報に基づいてアンプ５１ｄからのアナログ信号を補正して検出信号Ｓ１１を生成した後、この検出信号Ｓ１１をアナログ信号からデジタル信号に変換する。なお、Ａ／Ｄ変換部５１ｅは、第１のセンサＩＣ５０に設けられた発振器５４からのクロック信号に基づいてデジタル信号の生成を行う。Ａ／Ｄ変換部５１ｅで生成される検出信号Ｓ１１は、その値がトーションバー１２ｃの捩れ角に対してリニアに変化する信号である。この検出信号Ｓ１１は、インターフェース５５から信号線Ｗｓ１を介して制御装置３に入力される。

【0037】

第２の検出部５２は、第１の検出部５１と基本的に同様の構造を有している。すなわち、第２の検出部５２も、ホール素子５２ａ、レギュレータ５２ｂ、ホールバイアス回路５２ｃ、アンプ５２ｄ、及びＡ／Ｄ変換部５２ｅを備えている。Ａ／Ｄ変換部５２ｅは、メモリ５３に記憶されている情報に基づいてアンプ５２ｄからのアナログ信号を補正して検出信号Ｓ１２を生成した後、この検出信号Ｓ１２をアナログ信号からデジタル信号に変換する。また、このＡ／Ｄ変換部５２ｅも、第１のセンサＩＣ５０に設けられた発振器５４からのクロック信号に基づいてデジタル信号の生成を行う。検出信号Ｓ１２も、検出信号Ｓ１１と同様に、その値がトーションバー１２ｃの捩れ角に対してリニアに変化する信号である。この検出信号Ｓ１２は、インターフェース５６から信号線Ｗｓ２を介して制御装置３に入力される。

【0038】

一方、図４に示すように、第２のセンサＩＣ６０は、給電線Ｗｂ２を介して制御装置３の給電端子Ｔｂ２に接続されている。また、第２のセンサＩＣ６０は、接地線Ｗｇ２を介して制御装置３の接地端子Ｔｇ２に接続されている。第２のセンサＩＣ６０は、制御装置３から給電線Ｗｂ２を介して印加される電圧「＋Ｖｃｃ」を動作電源としている。

【0039】

この第２のセンサＩＣ６０は、第１のセンサＩＣ５０と同様の構造からなる。すなわち、第２のセンサＩＣ６０は、第１のセンサＩＣ５０の検出信号Ｓ１１と同様の検出信号Ｓ１３を出力する。また、第２のセンサＩＣ６０は、第１のセンサＩＣ５０の検出信号Ｓ１２と同様の検出信号Ｓ１４を出力する。そして、第２のセンサＩＣ６０から出力される２つの検出信号Ｓ１３，Ｓ１４は信号線Ｗｓ３，Ｗｓ４を介して制御装置３に入力される。

【0040】

制御装置３は、２つのセンサＩＣ５０，６０から出力される検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４に基づいて上記トーションバー１２ｃの捩れ角を求める。詳しくは、制御装置３は、各センサＩＣ５０，６０からの検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４を取り込むと、所定のマップを用いて各検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４に対応するトーションバー１２ｃの捩れ角をそれぞれ演算する。そして、制御装置３は、演算された捩れ角にトーションバー１２ｃのばね定数を乗算することで操舵トルクＴｈを演算する。

【0041】

一方、本実施形態の制御装置３は、各検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４から求められた捩れ角を比較することで検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の異常を検出する。また、制御装置３は、全ての検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の信号パターンを監視することで、信号線Ｗｓ１〜Ｗｓ４間の短絡、及び各センサＩＣ５０，６０の発振器５４の異常を検出する。以下、それぞれの検出原理について説明する。

【0042】

図６（ａ）に示すように、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の全てが正常であるとき、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４からそれぞれ求められる捩れ角は全て同一の値θｎとなる。これに対し、例えば第１のセンサＩＣ５０の第１の検出部５１においてホール素子５１ａやレギュレータ５１ｂに異常が生じて、第１のセンサＩＣ５０から出力される検出信号Ｓ１１が異常となったとする。この場合、図６（ｂ）に示すように、検出信号Ｓ１２〜Ｓ１４から求められる捩れ角は同一の値θｎとなるが、検出信号Ｓ１１から求められる捩れ角はθｎと異なる値θｅとなる。よって、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４からそれぞれ求められる検出結果を比較してそれらの多数決を取れば、検出信号Ｓ１１から求められる捩れ角が異常値であることを判定することができる。これにより、検出信号Ｓ１１が異常であると特定することができる。

【0043】

一方、図７（ａ）に示すように、信号線Ｗｓ１〜Ｗｓ４の全てが短絡していない場合、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４は正常なデジタル信号パターンをそれぞれ示す。これに対し、図４に二点鎖線で示すように、例えば第１のセンサＩＣ５０の信号線Ｗｓ１，Ｗｓ２間が短絡したとする。この場合、第１のセンサＩＣ５０から信号線Ｗｓ１，Ｗｓ２に出力される検出信号Ｓ１１，Ｓ１２が干渉する。これらの検出信号Ｓ１１，Ｓ１２がデジタル信号である場合、それらが干渉すると、各検出信号Ｓ１１，Ｓ１２の信号パターンが異常となる。よって、図７（ｂ）に示すように、制御装置３に入力される検出信号Ｓ１１，Ｓ１２の信号パターンが異常となり、それ以外の検出信号Ｓ１３，Ｓ１４の信号パターンが正常となる。よって、制御装置３では、全ての検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の信号パターンを監視すれば、信号線Ｗｓ１〜Ｗｓ４の短絡を検出することができる。

【0044】

また、例えば図５に示す第１のセンサＩＣ５０の発振器５４に何らかの異常が発生したとする。この場合、第１の検出部５１のＡ／Ｄ変換部５１ｅで生成される検出信号Ｓ１１の信号パターン、及び第２の検出部５２のＡ／Ｄ変換部５２ｅで生成される検出信号Ｓ１２の信号パターンが異常となる。すなわち、図７（ｂ）に例示したように、制御装置３に入力される検出信号Ｓ１１，Ｓ１２の信号パターンが異常となり、それ以外の検出信号Ｓ１３，Ｓ１４の信号パターンが正常となる。よって、信号線Ｗｓ１〜Ｗｓ４間の短絡を検出するのと同様に、全ての検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の信号パターンを監視することで発振器５４の異常を検出することができる。

【0045】

次に、図８を参照して、制御装置３がこうした原理を利用して行う異常検出処理についてその作用とともに説明する。
図８に示すように、制御装置３はまず、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の全ての信号パターンが正常であるか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、信号線Ｗｓ１〜Ｗｓ４間が短絡した場合、あるいは２つのセンサＩＣ５０，６０に設けられた発振器５４に異常が生じた場合には、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４のうちの少なくとも２つの検出信号の信号パターンが異常となる。制御装置３は、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の中に信号パターンが異常なものが存在する場合（ステップＳ１：ＮＯ）、信号パターンが異常であると判断された検出信号の使用を禁止する（ステップＳ２）。

【0046】

また、制御装置３は、ステップＳ２の処理を実行した場合、あるいは検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４の全ての信号パターンが正常である場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、全ての検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４から捩れ角をそれぞれ演算する（ステップＳ３）。ここで、２つのセンサＩＣ５０，６０に設けられた検出部５１，５２のいずれかに異常が生じた場合、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４のいずれかが異常となる。よって、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４からそれぞれ求められる捩れ角のいずれか一つが他の演算結果と異なる値を示す。制御装置３は、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４からそれぞれ求められた捩れ角のいずれか一つが他の演算結果と異なる異常値を示した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、異常値を示した検出信号の使用を禁止する（ステップＳ５）。そして、制御装置３は、ステップＳ５の処理を実行した場合、あるいは検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４からそれぞれ求められる捩れ角が全て同一の値となった場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、所定の周期の経過後に図８に示す処理を再び実行する。

【0047】

なお、制御装置３は、ステップＳ２の処理、あるいはステップＳ５の処理で検出信号の使用を禁止した場合には、使用の禁止された検出信号を除く残りの複数の検出信号について図８に示す処理を行う。これにより、過去に使用が禁止された全ての検出信号を除く残りの検出信号について図８に示す処理が継続して行われることとなる。

【0048】

このような構成によれば、例えば第１のセンサＩＣ５０の第１の検出部５１に異常が生じて検出信号Ｓ１１が異常になった場合でも、制御装置３は、それ以外の検出信号Ｓ１２〜Ｓ１４から求められる捩れ角を用いて操舵トルクＴｈを演算することができる。さらにその後、例えば第２のセンサＩＣ６０から出力される検出信号Ｓ１４が異常になった場合でも、制御装置３は、残りの検出信号Ｓ１２，Ｓ１３から求められる捩れ角を用いて操舵トルクＴｈを演算することができる。

【0049】

また、信号線Ｗｓ１，Ｗｓ２間が短絡したり、第１のセンサＩＣ５０の発振器５４に異常が生じることにより第１のセンサＩＣ５０の検出信号Ｓ１１，Ｓ１２の信号パターンが異常となった場合でも、制御装置３は、第２のセンサＩＣ６０の検出信号Ｓ１３，Ｓ１４から求められる捩れ角を用いて操舵トルクＴｈを演算することができる。

【0050】

さらに、図４に示すように、２つのセンサＩＣ５０，６０には給電線Ｗｂ１，Ｗｂ２及び接地線Ｗｇ１，Ｗｇ２が個別に設けられているため、仮にそれらのいずれか一つが断線しても、センサＩＣ５０，６０のいずれか一方が正常に動作する。このため、制御装置３は、正常なセンサＩＣから出力される検出信号を用いれば、操舵トルクＴｈを演算することができる。

【0051】

このように本実施形態のトルクセンサ４によれば、上述した各種異常が発生しても操舵トルクＴｈを継続して演算することができるため、冗長性が向上する。
以上説明したように、本実施形態のトルクセンサ４によれば、以下のような効果が得られる。

【0052】

（１）トルクセンサ４には、トーションバー１２ｃの捩れ角を検出し、その検出結果に応じた検出信号Ｓ１１，Ｓ１２を出力する第１のセンサＩＣ５０、及び検出信号Ｓ１３，Ｓ１４を出力する第２のセンサＩＣ６０を設けた。これにより、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４からそれぞれ求められる捩れ角を比較することで、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４のいずれが異常であるかを特定することができる。よって、異常な検出信号を除く残りの検出信号を用いて捩れ角を検出すれば、操舵トルクＴｈの検出を継続することができるため、冗長性が向上する。また、２つの検出信号Ｓ１１，Ｓ１２を出力する第１のセンサＩＣ５０と同様の構造を有する第２のセンサＩＣ６０を設けるだけでよいため、トルクセンサ４の製造も容易である。

【0053】

（２）制御装置３では、各センサＩＣ５０，６０からの検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４に基づいて捩れ角をそれぞれ検出し、検出した捩れ角の比較に基づいて検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４のいずれが異常であるかを特定することとした。これにより、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４のいずれが異常であるかを容易に特定することができる。

【0054】

（３）制御装置３では、異常な検出信号を特定したとき、特定した異常な検出信号を除く残りの検出信号から捩れ角をそれぞれ検出し、検出した捩れ角の比較に基づき残りの検出信号のいずれが異常であるかを更に特定することとした。これにより、過去に異常であると判断された全ての検出信号を除く残りの検出信号に基づいて捩れ角を検出すれば、操舵トルクＴｈの検出を継続することができるため、冗長性が更に向上する。

【0055】

（４）各センサＩＣ５０，６０では、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４をデジタル信号として制御装置３に出力することとした。これにより、制御装置３では、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４のそれぞれの信号パターンを監視すれば、信号線Ｗｓ１〜Ｗｓ４間の短絡を容易に検出することができる。よって、短絡が検出された信号線を除く残りの信号線から出力される検出信号に基づいて捩れ角を検出すれば、操舵トルクＴｈの検出を継続することができるため、冗長性が更に向上する。

【0056】

（５）各センサＩＣ５０，６０には、レギュレータ５１ｂ，５２ｂを検出部５１，５２毎に設けた。これにより、レギュレータ５１ｂ，５２ｂに異常が生じたとき、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４からそれぞれ求められる捩れ角を比較することで、各センサＩＣ５０，６０の検出部５１，５２のいずれのレギュレータに異常が生じたかを容易に特定することができる。よって、レギュレータに異常が生じた検出部からの検出信号を除く残りの検出信号を用いて捩れ角を検出すれば、操舵トルクＴｈの検出を継続することができるため、冗長性が向上する。

【0057】

（６）各センサＩＣ５０，６０には、２つの検出部５１，５２に共通の発振器５４を設けた。これにより、制御装置３では、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４のそれぞれの信号パターンを監視することで、発振器５４に異常が生じたセンサＩＣを容易に特定することができる。よって、発振器５４に異常が生じたセンサＩＣとは別のセンサＩＣからの検出信号に基づいて捩れ角を検出すれば、操舵トルクＴｈの検出を継続することができるため、冗長性が更に向上する。また、２つの検出部５１，５２に個別に発振器を設ける場合と比較すると、センサＩＣ５０，６０の部品点数を削減することができる。

【0058】

（７）各センサＩＣ５０，６０には給電線Ｗｂ１，Ｗｂ２を個別に設けた。これにより、センサＩＣ５０，６０の給電線Ｗｂ１，Ｗｂ２のいずれかが断線しても、給電線が断線していないセンサＩＣから出力される検出信号を用いれば、操舵トルクＴｈの検出を継続することができる。よって、冗長性が向上する。

【0059】

（８）各センサＩＣ５０，６０には接地線Ｗｇ１，Ｗｇ２を個別に設けた。これにより、センサＩＣ５０，６０の接地線Ｗｇ１，Ｗｇ２のいずれかが断線しても、接地線が断線していないセンサＩＣから出力される検出信号を用いれば、操舵トルクＴｈの検出を継続することができる。よって、冗長性が向上する。

【0060】

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、第１のセンサＩＣ５０の検出信号Ｓ１１，Ｓ１２を２つの信号線Ｗｓ１，Ｗｓ２を介して制御装置３に別々に取り込んだが、第１のセンサＩＣ５０の検出信号Ｓ１１，Ｓ１２を一つの信号線を介して制御装置３に取り込んでもよい。詳しくは、図９に示すように、第１のセンサＩＣ５０にマルチプレクサ５７を設け、２つの検出部５１，５２のそれぞれの検出信号Ｓ１１，Ｓ１２をマルチプレクサ５７に取り込む。マルチプレクサ５７は、検出部５１，５２からの検出信号Ｓ１１，Ｓ１２をインターフェース５８を介して制御装置３に選択的に出力する。なお、第２のセンサＩＣ６０についても同様の構成を採用してもよい。このような構成でも、上記実施形態に準じた効果を得ることができる。

【0061】

・上記実施形態では、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４のそれぞれの信号パターンを利用して異常の検出を行うとともに、検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４から求められる捩れ角を利用して異常の検出を行ったが、それらの一方だけを実行してもよい。詳しくは、前者の異常検出だけを行う場合には、制御装置３が図８に例示した異常検出処理のステップＳ１及びＳ２の処理のみを実行すればよい。また、後者の異常検出だけを行う場合には、制御装置３が図８に例示した異常検出処理のステップＳ３〜Ｓ５の処理のみを実行すればよい。

【0062】

・上記実施形態では、２つのセンサＩＣ５０，６０に給電線Ｗｂ１，Ｗｂ２及び接地線Ｗｇ１，Ｗｇ２を個別に設けたが、２つのセンサＩＣ５０，６０が一つの給電線を共用したり、一つの接地線を共用してもよい。

【0063】

・上記実施形態では、センサＩＣ５０，６０において２つの検出部５１，５２に共通の発振器５４を設けたが、２つの検出部５１，５２に発振器を個別に設けてもよい。
・上記実施形態では、センサＩＣ５０，６０において２つの検出部５１，５２にレギュレータ５１ｂ，５２ｂを個別に設けたが、それらに共通のレギュレータを設けてもよい。

【0064】

・上記実施形態では、センサＩＣ５０，６０から出力される検出信号Ｓ１１〜Ｓ１４がデジタル信号であったが、これらはアナログ信号であってもよい。
・上記実施形態では、本発明のセンサ装置をトルクセンサ４に適用したが、例えば上述した特許文献１のセンサ装置のようにステアリングシャフト１１の回転角を検出する装置など、適宜のセンサ装置に適用してもよい。また、本発明は車両に設けられるセンサ装置に限らず、車両以外の任意のセンサ装置に適用可能である。その際、検出対象に応じてセンサＩＣ５０，６０の検出部５１，５２の構造を適宜変更してもよい。例えば、検出部５１，５２に設けられるホール素子５１ａ，５２ａを磁気抵抗素子などに変更してもよい。要は、同一の検出対象について同一の状態量を検出し、その検出結果に応じた２つの検出信号を出力するセンサＩＣを２つ備えるものであればよい。

【0065】

・上記実施形態では、各センサＩＣ５０，６０に２つの検出部５１，５２を設けたが、３つ以上の検出部を設けてもよい。また、センサ装置に３つ以上のセンサＩＣを設けてもよい。

【符号の説明】

【0066】

Ｓ１１〜Ｓ１４…検出信号、Ｗｂ１，Ｗｂ２…給電線、Ｗｇ１，Ｗｇ２…接地線、Ｗｓ１〜Ｗｓ４…信号線、４…トルクセンサ、５０，６０…センサＩＣ、５１，５２…第１の検出部、５１ｂ，５２ｂ…レギュレータ、５１ｅ，５２ｅ…Ａ／Ｄ変換部（アナログ／デジタル変換部）、５４…発振器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】