JP2011117786A - トルク検出装置及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホイールに加えられる操舵トルクが小さい領域における操舵トルクを精度高く検出することができる技術を提供する。
【解決手段】乗り物のステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出装置であって、操舵トルクに応じたアナログの電気信号を、互いに異なる増幅率で出力する複数のトルクセンサと、複数のトルクセンサから出力されたアナログの電気信号をデジタルの値に変換するＡ／Ｄ変換部と、乗り物の速度に応じて複数のトルクセンサ内のいずれのトルクセンサから出力された電気信号を用いるかを選択し（ステップ６０２）、選択したトルクセンサから出力されＡ／Ｄ変換部にて変換されたデジタルの値（Ｄ１あるいはＤ２）を用いてトルクを算出する（ステップ６０４あるいはステップ６０６）トルク演算部とを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、トルク検出装置及びパワーステアリング装置に関する。

近年、乗り物の操舵力を軽減するためのパワーステアリング装置に好適なトルク検出装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、以下のように構成されたトルク検出装置が記載されている。すなわち、特許文献１に記載のトルクセンサは、磁歪式トルクセンサ、増幅部、Ａ／Ｄ変換部、制御部等を備え、磁歪式トルクセンサは、ステアリング軸に加わるトルク値を電気的なアナログ信号に変換する。増幅部は、磁歪式トルクセンサで変換されたアナログ信号を、異なる３つの増幅率で増幅してアナログ信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部は、増幅部で増幅されたアナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換する。制御部は、Ａ／Ｄ変換部で変換された複数のデジタル信号を入力し、その内の１つのデジタル信号を過大トルクの判定に用い、その内の１つのデジタル信号を通常のパワーステアリング装置制御用のトルク値信号として出力し、他の１つのデジタル信号をトルク値が零であるときのアナログ信号の調整に用いる。

特開２０００−３５５２８０号公報

乗り物の速度がある程度以上である走行時の操舵フィーリングを向上させるためには、加えられる操舵トルクが小さい領域における操舵トルクを精度高く検出することが重要となる。
それゆえ、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを全て検出可能であるとともに、操舵トルクが小さい領域における操舵トルクを精度高く検出可能であることが望まれる。

かかる目的のもと、本発明は、乗り物のステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出装置であって、前記操舵トルクに応じたアナログの電気信号を、互いに異なる増幅率で出力する複数のトルクセンサと、前記複数のトルクセンサから出力されたアナログの電気信号をデジタルの値に変換する変換手段と、前記乗り物の速度に応じて前記複数のトルクセンサ内のいずれのトルクセンサから出力された電気信号を用いるかを選択する選択手段と、前記選択手段が選択したトルクセンサから出力され前記変換手段にて変換されたデジタルの値を用いてトルクを算出する算出手段と、を備えることを特徴とするトルク検出装置である。

ここで、前記複数のトルクセンサには、第１のトルクセンサと、当該第１のトルクセンサの増幅率よりも大きな増幅率を有する第２のトルクセンサとが含まれ、前記選択手段は、前記乗り物の速度が予め定められた速度以下である場合には前記第１のトルクセンサから出力された電気信号を用い、当該予め定められた速度より大きい場合には前記第２のトルクセンサから出力された電気信号を用いることが好適である。
また、前記第１のトルクセンサの増幅率と前記第２のトルクセンサの増幅率との比は、当該第１のトルクセンサにて検出すべき前記操舵トルクの最大値と当該第２のトルクセンサが選択される前記予め定められた速度以下にて加えられると想定される前記操舵トルクの最大値との比に基づいて定められることが好適である。

また、他の観点から捉えると、本発明は、乗り物のステアリングホイールに連結される第１の回転軸と、トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸と、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対回転角度に応じたアナログの電気信号を、互いに異なる増幅率で出力する複数のトルクセンサと、前記複数のトルクセンサから出力されたアナログの電気信号をデジタルの値に変換する変換手段と、前記乗り物の速度に応じて前記複数のトルクセンサ内のいずれのトルクセンサから出力された電気信号を用いるかを選択する選択手段と、前記選択手段が選択したトルクセンサから出力され前記変換手段にて変換されたデジタルの値を用いてトルクを算出する算出手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置である。

ここで、前記複数のトルクセンサには、第１のトルクセンサと、当該第１のトルクセンサの増幅率よりも大きな増幅率を有する第２のトルクセンサとが含まれ、前記選択手段は、前記乗り物の速度が予め定められた速度以下である場合には前記第１のトルクセンサから出力された電気信号を用い、当該予め定められた速度より大きい場合には前記第２のトルクセンサから出力された電気信号を用いることが好適である。
また、前記第１のトルクセンサの増幅率と前記第２のトルクセンサの増幅率との比は、当該第１のトルクセンサにて検出すべき前記操舵トルクの最大値と当該第２のトルクセンサが選択される前記予め定められた速度以下にて加えられると想定される前記操舵トルクの最大値との比に基づいて定められることが好適である。

本発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを全て検出できるとともに、操舵トルクが小さい領域における操舵トルクを精度高く検出することができる。

実施の形態に係るトルク検出装置を適用した電動パワーステアリング装置の断面図である。 図１におけるＸ部の拡大図である。 実施の形態に係るトルク検出装置の主要部品の概略構成図である。 トルク検出装置を、図１におけるＹ方向から見た図である。 第１の回転軸と第２の回転軸とが相対変位する前のトルク検出装置の状態を示す図である。 図４で見た場合に、磁石（第１の回転軸）がヨーク（第２の回転軸）に対して反時計回転方向に回転した状態を示す図である。 図４で見た場合に、磁石がヨークに対して時計回転方向に回転した状態を示す図である。 磁石（第１の回転軸）とヨーク（第２の回転軸）との相対角度と第１の磁気センサおよび第２の磁気センサが検出する磁束密度との関係を示す図である。 第１の磁気センサおよび第２の磁気センサが出力する電気信号と、検出する磁束密度およびこの磁束密度に対応する操舵トルクとの関係を示す図である。 トルク演算部が行うトルク演算処理の手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係るトルク検出装置１を適用した電動パワーステアリング装置（以下、単に「ＥＰＳ装置」と称す。）１００の断面図である。図２は、図１におけるＸ部の拡大図である。図３は、実施の形態に係るトルク検出装置１の主要部品の概略構成図である。図４は、トルク検出装置１を、図１におけるＹ方向から見た図である。なお、図３，図４においては、後述するブラケット６０は省略している。

トルク検出装置１は、ハウジング１１０に回転可能に支持された第１の回転軸１２０と、同じくハウジング１１０に回転可能に支持された第２の回転軸１３０との相対角度を検出し、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度に基づいて第１の回転軸１２０および第２の回転軸１３０のいずれか一方の回転軸に加えられたトルクを検出する装置である。

ハウジング１１０は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム（車体）に固定される部材であり、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２とが、例えばボルトなどにより結合されて構成される。
第１の回転軸１２０は、ステアリングホイール（不図示）が連結される回転軸であり、軸受１１３を介して第１ハウジング１１１に回転可能に支持されている。

第２の回転軸１３０は、トーションバー１４０を介して第１の回転軸１２０に同軸的に結合されているとともに軸受１１４を介して第２ハウジング１１２に回転可能に支持されている。また、第２の回転軸１３０に形成されたピニオン１３１が、車輪に連結されるラック軸（不図示）のラック（不図示）と噛み合っている。そして、第２の回転軸１３０の回転運動がピニオン１３１、ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。
また、第２の回転軸１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、第２ハウジング１１２に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。

以上のように構成されたＥＰＳ装置１００においては、トルク検出装置１が、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度に基づいてステアリングホイールに加えられた操舵トルクＴを検出する。そして、トルク検出装置１が検出した操舵トルクＴに基づいて電動モータ１６０の駆動を制御し、電動モータ１６０の発生トルクをウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転軸１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。

以下に、トルク検出装置１について詳述する。
トルク検出装置１は、第１の回転軸１２０に取り付けられる磁石１０と、磁石１０が形成する磁界内に配置されたヨーク３０と、ヨーク３０に生じる磁束密度を検出する磁気センサ４０と、磁気センサ４０からの出力値に基づいて操舵トルクＴを演算するトルク演算部５０とを有している。

磁石１０は、円筒状であり、図３に示すように、第１の回転軸１２０の周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるとともに周方向に着磁されている。この磁石１０は、カラー１１を介して第１の回転軸１２０に取り付けられている。つまり、磁石１０がカラー１１に固定されており、カラー１１が第１の回転軸１２０に固定されている。そして、磁石１０は第１の回転軸１２０とともに回転する。なお、磁石１０の第１の回転軸１２０の軸方向の長さは、ヨーク３０の長さよりも長い。

ヨーク３０は、磁石１０の外側に配置されており、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２とから構成されている。第１のヨーク３１および第２のヨーク３２は、第２の回転軸１３０に取り付けられる。
第１のヨーク３１は、磁石１０の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第１の円環部３１ａと、この第１の円環部３１ａから第１の回転軸１２０の軸方向に延びるように形成された複数の第１の突起部３１ｂとを有している。第２のヨーク３２は、磁石１０の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第２の円環部３２ａと、この第２の円環部３２ａから第１の回転軸１２０の軸方向に延びるように形成された複数の第２の突起部３２ｂとを有している。

第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂは、磁石１０のＮ極およびＳ極と同数形成されている。つまり、磁石１０のＮ極およびＳ極がそれぞれ例えば１２個である場合には、第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂもそれぞれ１２個形成されている。そして、この第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂは、第１の回転軸１２０の回転半径方向においては、図２，図４に示すように、磁石１０の外周面と対向するようにこの外周面よりもやや外側に配置されており、これら第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂの磁石１０と対向する面は、第１の回転軸１２０の回転軸に直交する方向に見ると長方形である。

また、第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂと第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂとは、第１の回転軸１２０の周方向に交互に配置されている。
そして、本実施の形態に係るトルク検出装置１においては、ステアリングホイール（トーションバー１４０）に操舵トルクＴが加わっていない状態、つまりトーションバー１４０に捩れが生じていない初期状態のときに、図４に示すように、第１の回転軸１２０の周方向において、時計回転方向に見た場合に磁石１０のＮ極とＳ極との境界線と第１の突起部３１ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。また、時計回転方向に見た場合に磁石１０のＳ極とＮ極との境界線と第２の突起部３２ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。そして、トーションバー１４０に操舵トルクＴが加わってトーションバー１４０に捩れが生じ、第１の突起部３１ｂが磁石１０のＮ極あるいはＳ極と対向する場合に、第２の突起部３２ｂは、第１の突起部３１ｂが対向する極性とは異なる極性の磁極に対向する。

このヨーク３０は、図２に示すように、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２とが、インサートモールド成形により一体化されている。そして、インサートモールド成形する際にブラケット６０をも一体成形している。ブラケット６０は、第２の回転軸１３０の軸方向に伸びる薄肉円筒状の軸方向部位６１と、軸方向部位６１から第２の回転軸１３０の回転半径方向に伸びる円板状の半径方向部位６２とを有する。そして、ブラケット６０の軸方向部位６１が第２の回転軸１３０に圧入、溶接、ねじ止めあるいはかしめされることにより、軸方向部位６１が第２の回転軸１３０に固定されている。これにより、ヨーク３０も第２の回転軸１３０に固定される。
なお、ヨーク３０を成形する際には、第１のヨーク３１、第２のヨーク３２として同じ部品を使用し、配置方向を変えるだけにすることにより部品の種類が増えるのを抑制することが可能となる。

磁気センサ４０は、第１の磁気センサ４１と第２の磁気センサ４２とから構成される。
第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２は、それぞれハウジング１１０に固定されており、第１の回転軸１２０の軸方向において、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａと第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａとの間に配置されている。そして、第１の磁気センサ４１と第２の磁気センサ４２とは、第１の回転軸１２０の周方向に異なる位置に配置されている。

第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２は、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度に比例する値の電気信号（例えば電圧信号）に変換して出力するセンサであり、例えば、ホールＩＣである。そして、第１の磁気センサ４１は、検出した磁束密度を電気信号に変換した値に係数γ１を乗じて電気信号Ｅ１として出力する。つまり、第１の磁気センサ４１は、検出した磁束密度を電気信号に変換した値を増幅率γ１で増幅して電気信号Ｅ１として出力する。また、第２の磁気センサ４２は、検出した磁束密度を電気信号に変換した値に係数γ２を乗じて電気信号Ｅ２として出力する。つまり、第２の磁気センサ４２は、検出した磁束密度を電気信号に変換した値を増幅率γ２で増幅して電気信号Ｅ２として出力する。

そして、本実施の形態においては、γ２はγ１よりも大きな値に設定されている。つまり、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２は同じ磁束密度を検出し、第２の磁気センサ４２は、第１の磁気センサ４１の出力値Ｅ１のγ２／γ１（１より大きな値）倍の値を出力する。
また、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２が出力する電気信号の大きさの範囲は同じである。それゆえ、第２の磁気センサ４２が検出する磁束密度の範囲は、第１の磁気センサ４１が検出する磁束密度の範囲のγ１／γ２（１より小さな値）倍である。
そして、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２は、それぞれ予め定められた周期で磁束密度を検出し、検出した磁束密度に比例する値の電気信号を出力する。

以上のように構成されたトルク検出装置１の第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２の出力について説明する。
図５は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０とが相対変位する前のトルク検出装置１の状態を示す図である。図５（ａ）は、磁石１０とヨーク３０との関係を、図１におけるＹ方向に見た図である。図５（ｂ）は、磁石１０およびヨーク３０を、（ａ）におけるＺ方向に見た図である。

ステアリングホイールに操舵トルクＴが加わっていない状態、つまりトーションバー１４０に捩れが生じていない初期状態のときは、図４、図５（ａ）に示すように、第１の回転軸１２０の周方向において、ヨーク３０の突起部である第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂの周方向の中心と、磁石１０のＮ極とＳ極との境界線とが一致する。かかる場合、第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂの各突起部には、磁石１０のＮ極とＳ極とから同数の磁力線が出入りする。そのため、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａと第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａとの間には磁束密度差が生じないので、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２が検出する磁束密度はゼロとなる。

ステアリングホイールに操舵トルクＴが入力されてトーションバー１４０に捩れが生じると、磁石１０とヨーク３０との周方向の相対位置が変化する。
図６は、図４で見た場合に、磁石１０（第１の回転軸１２０）がヨーク３０（第２の回転軸１３０）に対して反時計回転方向に回転した状態を示す図である。図７は、図４で見た場合に、磁石１０がヨーク３０に対して時計回転方向に回転した状態を示す図である。それぞれの図において、（ａ）は磁石１０とヨーク３０との関係を、図１におけるＹ方向から見た図である。（ｂ）は磁石１０およびヨーク３０を、（ａ）におけるＺ方向に見た図である。
また、図８は、磁石１０（第１の回転軸１２０）とヨーク３０（第２の回転軸１３０）との相対角度と第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２が検出する磁束密度との関係を示す図である。

図６および図７に示すように、トーションバー１４０が捩れると、第１の回転軸１２０の周方向において、ヨーク３０の第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂの周方向の中心と、磁石１０のＮ極とＳ極との境界線とが一致しなくなる。つまり、初期状態に比べて、磁石１０のいずれかの磁極がヨーク３０の第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂと対向する領域が増加する。

より具体的には、図６の状態においては、第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂは、磁石１０のＮ極と対向する領域が増加し、第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、磁石１０のＳ極と対向する領域が増加する。そのため、磁石１０のＮ極から第１の突起部３１ｂに向かう磁力線が、第１の突起部３１ｂから磁石１０のＳ極に向かう磁力線よりも増加する。また、第２の突起部３２ｂから磁石１０のＳ極に向かう磁力線が、磁石１０のＮ極から第２の突起部３２ｂに向かう磁力線よりも増加する。これにより、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａから第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａへ向かう磁束密度が増加する。

そして、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａから第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａへ向かう方向をプラスの方向とすると、初期状態から、図４で見た場合に、磁石１０（第１の回転軸１２０）がヨーク３０（第２の回転軸１３０）に対して時計回転方向に回転するにしたがって、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２が検出する磁束密度がプラスの方向へ大きくなる。

また、図７の状態においては、第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂは、磁石１０のＳ極と対向する領域が増加し、第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、磁石１０のＮ極と対向する領域が増加する。そのため、第１の突起部３１ｂから磁石１０のＳ極に向かう磁力線が、磁石１０のＮ極から第１の突起部３１ｂに向かう磁力線よりも増加する。また、磁石１０のＮ極から第２の突起部３２ｂに向かう磁力線が、第２の突起部３２ｂから磁石１０のＳ極に向かう磁力線よりも増加する。これにより、第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａから第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａへ向かう磁束密度が増加する。それゆえ、初期状態から、図４で見た場合に、磁石１０（第１の回転軸１２０）がヨーク３０（第２の回転軸１３０）に対して反時計回転方向に回転するにしたがって、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２が検出する磁束密度がマイナスの方向へ大きくなる。

図８においては、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０とを、両方向に磁極１個（α度）分相対的に回転させた場合の磁束密度の変化を示している。そして、トーションバー１４０が両方向に１／３×α度捩れることを許容する仕様にすることで、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２は、トーションバー１４０の捩れ角に比例する磁束密度を検出することができる。言い換えれば、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクＴに比例する磁束密度を検出することができる。

そして、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２は、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度に比例する値の電気信号に変換し、それぞれ増幅率γ１およびγ２で出力する。図９は、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２が出力する電気信号と、検出する磁束密度およびこの磁束密度に対応する操舵トルクＴとの関係を示す図である。

トルク演算部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。トルク演算部５０は、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２から出力されたアナログ信号である電気信号Ｅ１およびＥ２がそれぞれＡ／Ｄ変換部（不図示）にてデジタル信号に変換されたデジタル値Ｄ１およびＤ２を取得する。そして、トルク演算部５０は、操舵トルクＴを演算するにあたって第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２のいずれのセンサからの出力値に基づくデジタル値（Ｄ１あるいはＤ２）を用いて操舵トルクＴを演算するかを選択するとともに、選択したセンサからの出力値に基づくデジタル値（Ｄ１あるいはＤ２）を用いて操舵トルクＴを演算し、演算した操舵トルクＴを出力する。

このトルク演算部５０は、例えば、ハウジング１１０の外側に設けられてＥＰＳ装置１００の電動モータ１６０を制御する機能をも有する電子制御ユニット（以下、単に「ＥＣＵ」と称す。）により実現される。かかる場合、ＥＣＵは、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、トルク演算部５０と、電動モータ１６０を制御するモータ制御部（不図示）とを有する。そして、ＥＣＵは、Ａ／Ｄ変換部にて変換されたデジタル値Ｄ１およびＤ２をＲＡＭに記憶し、記憶したデジタル値Ｄ１あるいはＤ２に基づいてトルク演算部５０にて操舵トルクＴを算出する。そして、ＥＣＵは、算出された操舵トルクＴに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１６０が供給するのに必要となる目標電流を算出し、算出した目標電流に基づいてフィードバック制御を行い、電動モータ１６０を制御するための信号を生成するなど、電動モータ１６０の作動を制御するための一連のＥＰＳ制御処理を実行する。

そして、トルク演算部５０が、操舵トルクＴを演算するにあたって第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２のいずれのセンサからの出力値に基づくかを選択するにあたっては、このトルク検出装置１が適用されたＥＰＳ装置１００が搭載された乗り物の速度Ｖに基づく。より具体的には、速度Ｖが予め定められた速度ＶＴ以下である場合には、第１の磁気センサ４１からの出力値に基づき、速度Ｖが予め定められた速度ＶＴより大きい場合には、第２の磁気センサ４２からの出力値に基づく。

ここで、ＥＰＳ装置１００においては、想定される操舵トルクＴの範囲、あるいは性能保証すべき操舵トルクＴの範囲を考慮して、トルク検出装置１にて検出すべき操舵トルクＴの範囲が定められ、これにより、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間の磁束密度（第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度）と、この磁束密度を検出する磁気センサから出力される電気信号との関係が定められる。

それゆえ、例えば、第１の磁気センサ４１のみを用いる場合には、第１の磁気センサ４１から出力された電気信号Ｅ１をＡ／Ｄ変換部にてデジタル信号に変換したデジタル値Ｄ１に基づいてＥＰＳ制御処理を行う場合、想定される最大の操舵トルクＴ、あるいは性能保証すべき最大の操舵トルクＴに電気信号Ｅ１の最大値Ｅｍａｘを合わせる必要がある。それゆえ、第１の磁気センサ４１のみを用いる場合には、検出トルクが小さい領域に割り当てられるデジタル信号も制限され、量子化誤差を小さくすることが制限される。そして、ＥＰＳ装置１００の特性上、電気信号Ｅ１の最大値Ｅｍａｘに合わせられた最大の操舵トルクＴｍａｘの、例えば１／４以下の検出トルクが小さい領域となるのは、ＥＰＳ装置１００が搭載された乗り物がある程度の速度（この乗り物の仕様によりけりではあるが、例えば３０ｋｍ／ｈ）以上で走行しているときである。その結果、ＥＰＳ装置１００が搭載された乗り物がある程度の速度以上で走行しているときの操舵フィーリングを向上させる上で重要となる、検出トルクが小さい領域におけるトルク検出精度の向上が抑制される。

そこで、本実施の形態においては、第１の磁気センサ４１に加えて、第１の磁気センサ４１の増幅率γ１よりも大きな増幅率γ２を有する第２の磁気センサ４２を備え、速度Ｖが、予め定められた速度ＶＴより大きい場合には、トルク演算部５０が操舵トルクＴを演算するにあたって、増幅率が大きい第２の磁気センサ４２からの出力値に基づくようにする。これにより、第２の磁気センサ４２からの出力値に基づく場合は、第１の磁気センサ４１からの出力値に基づく場合に比して、１ビット当たりの検出トルクがγ１／γ２（γ１／γ２は１より小さい値）倍となり、トルク検出精度を向上させることができる。

また、トルク演算部５０は、第１の磁気センサ４１および第２の磁気センサ４２のいずれのセンサからの出力値に基づくかによって、トルク演算する際に用いる演算式を変更する。
例えば、第１の磁気センサ４１から出力される０〜Ｅｍａｘの電圧信号で、±ＴｍａｘというＴｍａｘの２倍の範囲のトルクを検出する場合には、第１の磁気センサ４１から出力された電気信号Ｅ１をＡ／Ｄ変換部にて変換したデジタル信号Ｄ１を以下の式（１）に代入することにより算出する。
Ｔ＝（（２×Ｔｍａｘ）／Ｅｍａｘ）×Ｄ１−Ｔｍａｘ・・・（１）

また、第２の磁気センサ４２から出力される０〜Ｅｍａｘの電圧信号で、±（Ｔｍａｘ×（γ１／γ２））という（Ｔｍａｘ×（γ１／γ２））の２倍の範囲のトルクを検出する場合には、第２の磁気センサ４２から出力された電気信号Ｅ２をＡ／Ｄ変換部にて変換したデジタル信号Ｄ２を以下の式（２）に代入することにより算出する。
Ｔ＝（（２×Ｔｍａｘ×（γ１／γ２））／Ｅｍａｘ）×Ｄ２−Ｔｍａｘ×（γ１／γ２）・・・（２）

以下、フローチャートを用いて、トルク演算部５０が行うトルク演算処理について説明する。
図１０は、トルク演算部５０が行うトルク演算処理の手順を示すフローチャートである。トルク演算部５０は、例えば、予め定められた周期にてこのトルク演算処理を行う。
トルク演算部５０は、先ず、速度Ｖを読み込む（ステップ６０１）。これは、乗り物に搭載されてこの乗り物の速度を検出する速度センサ（不図示）から予め入力され、ＲＡＭの予め定められた領域に記憶された値を速度Ｖとして読み込む処理である。
その後、トルク演算部５０は、ステップ６０１にて読み込んだ速度Ｖが予め定められた速度ＶＴ以下であるか否かを判別する（ステップ６０２）。そして、ステップ６０２にて肯定判定された場合には、ＲＡＭから、第１の磁気センサ４１から入力されＡ／Ｄ変換部にてデジタル信号に変換されたデジタル値Ｄ１を読み込む（ステップ６０３）。その後、ステップ６０３にて読み込んだデジタル値Ｄ１を上述した式（１）に代入することにより操舵トルクＴを算出する（ステップ６０４）。

他方、ステップ６０２にて否定判定された場合には、ＲＡＭから、第２の磁気センサ４２から入力されＡ／Ｄ変換部にてデジタル信号に変換されたデジタル値Ｄ２を読み込む（ステップ６０５）。その後、ステップ６０５にて読み込んだデジタル値Ｄ２を上述した式（２）に代入することにより操舵トルクＴを算出する（ステップ６０６）。
そして、トルク演算部５０は、ステップ６０４あるいはステップ６０６にて算出した操舵トルクＴを、ＥＰＳ制御処理を行う部位に出力する（ステップ６０７）。

トルク演算部５０は、このようにして第１の磁気センサ４１あるいは第２の磁気センサ４２の検出値に基づいて操舵トルクＴを演算する。そして、演算した操舵トルクＴをトルク検出装置１の検出値としてＥＰＳ制御処理を行う部位へ向けて出力する。
それゆえ、本実施の形態に係るトルク検出装置１によれば、第１の磁気センサ４１のみを用いて検出する構成よりも、予め定められた速度ＶＴより大きい速度において加えられる操舵トルクＴをより精度高く検出することができる。したがって、予め定められた速度ＶＴより大きい速度での操舵フィーリングを向上させることができる。

なお、以上のように構成されたトルク検出装置１の磁気センサ４０は、増幅率が異なる第１の磁気センサ４１と第２の磁気センサ４２の２つの磁気センサから構成されるが、増幅率が異なる３つ以上の磁気センサから構成されていてもよい。そして、閾値となる速度を磁気センサの個数分設けて、速度に応じて用いる磁気センサを選択することで、より広範囲の速度におけるトルク検出精度を向上させることができるとともに、１ビット当たりの検出トルクをより小さくすることができ、よりきめ細かく操舵トルクＴを検出することができる。

また、上述したトルク検出装置１は、増幅率が異なる２つの磁気センサを備えているが、かかる態様に限定されず、単に１つの磁気センサを備えるとともにこの磁気センサからの出力信号を、Ａ／Ｄ変換部の前段で異なる増幅率で増幅する複数の増幅器を備え、速度に応じていずれの増幅器からの出力に基づいて操舵トルクＴを算出するかを選択するようにしてもよい。

また、上述したトルク検出装置１は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度に応じて磁束密度を変化させる磁石１０およびヨーク３０と、検出した磁束密度に応じて操舵トルクＴに応じた電圧を出力する磁気センサとを用いているが、特にかかる態様に限定されない。例えば、トルク検出装置１は、２つのコイルを有し、ステアリングホイールの操作に応じてこれら２つのコイルのインダクタンスを変化させる機構と、これらのインダクタンスの変化に基づいて操舵トルクＴに応じた電圧を出力するトルク検出回路とを備える構成でもよい。かかる構成においては、トルク検出回路からの出力信号を異なる増幅率で増幅する複数の増幅器を備え、速度に応じていずれの増幅器からの出力に基づいて操舵トルクＴを算出するかを選択するようにしてもよい。

１…トルク検出装置、１０…磁石、３０…ヨーク、３１…第１のヨーク、３２…第２のヨーク、４０…磁気センサ、４１…第１の磁気センサ、４２…第２の磁気センサ、５０…トルク演算部、６０…ブラケット、１００…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ装置）、１１０…ハウジング、１２０…第１の回転軸、１３０…第２の回転軸、１４０…トーションバー、１５０…ウォームホイール、１６０…電動モータ

Claims (6)

1. 乗り物のステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルク検出装置であって、
   前記操舵トルクに応じたアナログの電気信号を、互いに異なる増幅率で出力する複数のトルクセンサと、
   前記複数のトルクセンサから出力されたアナログの電気信号をデジタルの値に変換する変換手段と、
   前記乗り物の速度に応じて前記複数のトルクセンサ内のいずれのトルクセンサから出力された電気信号を用いるかを選択する選択手段と、
   前記選択手段が選択したトルクセンサから出力され前記変換手段にて変換されたデジタルの値を用いてトルクを算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記複数のトルクセンサには、第１のトルクセンサと、当該第１のトルクセンサの増幅率よりも大きな増幅率を有する第２のトルクセンサとが含まれ、
   前記選択手段は、前記乗り物の速度が予め定められた速度以下である場合には前記第１のトルクセンサから出力された電気信号を用い、当該予め定められた速度より大きい場合には前記第２のトルクセンサから出力された電気信号を用いることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
3. 前記第１のトルクセンサの増幅率と前記第２のトルクセンサの増幅率との比は、当該第１のトルクセンサにて検出すべき前記操舵トルクの最大値と当該第２のトルクセンサが選択される前記予め定められた速度以下にて加えられると想定される前記操舵トルクの最大値との比に基づいて定められることを特徴とする請求項２に記載のトルク検出装置。
4. 乗り物のステアリングホイールに連結される第１の回転軸と、
   トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸と、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対回転角度に応じたアナログの電気信号を、互いに異なる増幅率で出力する複数のトルクセンサと、
   前記複数のトルクセンサから出力されたアナログの電気信号をデジタルの値に変換する変換手段と、
   前記乗り物の速度に応じて前記複数のトルクセンサ内のいずれのトルクセンサから出力された電気信号を用いるかを選択する選択手段と、
   前記選択手段が選択したトルクセンサから出力され前記変換手段にて変換されたデジタルの値を用いてトルクを算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
5. 前記複数のトルクセンサには、第１のトルクセンサと、当該第１のトルクセンサの増幅率よりも大きな増幅率を有する第２のトルクセンサとが含まれ、
   前記選択手段は、前記乗り物の速度が予め定められた速度以下である場合には前記第１のトルクセンサから出力された電気信号を用い、当該予め定められた速度より大きい場合には前記第２のトルクセンサから出力された電気信号を用いることを特徴とする請求項４に記載のパワーステアリング装置。
6. 前記第１のトルクセンサの増幅率と前記第２のトルクセンサの増幅率との比は、当該第１のトルクセンサにて検出すべき前記操舵トルクの最大値と当該第２のトルクセンサが選択される前記予め定められた速度以下にて加えられると想定される前記操舵トルクの最大値との比に基づいて定められることを特徴とする請求項５に記載のパワーステアリング装置。

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