(57)【要約】【課題】  レゾルバの異常検出に留まらず、そのシステムに及ぼす影響が重大化否かを判断してシステムの可用性を高める技術を提供することを目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するために本発明では以下の手段を講じる。（１）レゾルバからの信号の振幅を監視し、sinθ2＋cosθ2の値が１より外れていないかと監視する。（２）（１）で、sinθ2＋cosθ2の値が１より外れている場合には、sinθ，cosθをそれぞれ直交座標上に、座標（sinθ，cosθ）をプロットし、所定の時間内に４つの象限すべてに座標（sinθ，cosθ）のプロットが存在する場合には正常、そうでない場合には異常とみなしモータ駆動禁止とする。【選択図】図１
2010112899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、該モータと回転軸を介して連結されるレゾルバを有し、該回転軸の電気角での回転角の正弦および余弦に比例する該レゾルバからのレゾルバ正弦振幅信号及びレゾルバ余弦振幅信号を入力する制御システムに用いられるレゾルバ異常検出方法であって、
該レゾルバ正弦振幅信号の振幅と該レゾルバ余弦振幅信号の振幅とが第１の関係にあるとき、かつ該レゾルバ正弦振幅信号の振幅と該レゾルバ余弦振幅信号の振幅とを軸として直行座標上にプロットしたとき、
一定の時間の間に存在しない象限がある場合にはモータ駆動を禁止することを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項２】
請求項１記載のレゾルバ異常検出方法であって、
前記第１の関係が、前記レゾルバ正弦振幅信号の振幅の２乗と、前記レゾルバ余弦振幅信号の振幅の２乗との和が第１の所定の範囲を逸脱していることであることを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項３】
請求項１記載のレゾルバ異常検出方法であって、
前記第１の関係が、
前記レゾルバ正弦振幅信号の振幅の絶対値と、前記レゾルバ余弦振幅信号の振幅の絶対値のいずれかが第１の所定の値より大きいか、
もしくは、前記レゾルバ正弦振幅信号の振幅の絶対値と、前記レゾルバ余弦振幅信号の振幅の絶対値のいずれもが第２の所定の値より小さいこと、
であることを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項４】
請求項１記載のレゾルバ異常検出方法であって、
前記第１の関係が、該レゾルバ正弦振幅信号の振幅と該レゾルバ余弦振幅信号の振幅とを軸として直行座標上にプロットしたとき、原点Ｏを中心にもつ所定の直径の円周よりも、予め定められた第３の所定の値以上の距離をもつことであることを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項５】
請求項１記載のレゾルバ異常検出方法であって、
前記第１の関係が、該レゾルバ正弦振幅信号の振幅と該レゾルバ余弦振幅信号の振幅とを軸として直行座標上にプロットしたとき、原点Ｏを重心にもつ所定の大きさの正多角形の辺よりも、予め定められた第４の所定の値以上の距離をもつことであることを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項６】
請求項１記載のレゾルバ異常検出方法であって、
前記レゾルバ正弦振幅信号の振幅と前記レゾルバ余弦振幅信号の振幅とが第２の関係にあるときにはモータ駆動を禁止することを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項７】
請求項６記載のレゾルバ異常検出方法であって、
前記第２の関係が、前記レゾルバ正弦振幅信号の振幅の２乗と、前記レゾルバ余弦振幅信号の振幅の２乗との和が第２の所定の範囲を逸脱していることであることを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項８】
請求項６記載のレゾルバ異常検出方法であって、
前記第２の関係が、前記レゾルバ正弦振幅信号の振幅の絶対値と、前記レゾルバ余弦振幅信号の振幅の絶対値のいずれもが第２の所定の範囲を逸脱していることであることを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項９】
請求項６記載のレゾルバ異常検出方法であって、
前記第２の関係が、該レゾルバ正弦振幅信号の振幅と該レゾルバ余弦振幅信号の振幅とを軸として直行座標上にプロットしたとき、原点Ｏを中心にもつ所定の直径の円周よりも、予め定められた第５の所定の値以上の距離をもつことであることを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項１０】
請求項６記載のレゾルバ異常検出方法であって、
前記第２の関係が、該レゾルバ正弦振幅信号の振幅と該レゾルバ余弦振幅信号の振幅とを軸として直行座標上にプロットしたとき、原点Ｏを重心にもつ所定の大きさの正多角形の辺よりも、予め定められた第６の所定値以上の距離をもつことであることを特徴とするレゾルバ異常検出方法。
【請求項１１】
モータと該モータと回転軸を介して連結されるレゾルバと、
モータを駆動するモータ駆動回路と、
レゾルバからの信号により該モータ駆動回路を制御するためのモータ制御回路と、を有し、
請求項１記載のレゾルバ異常検出方法を用いていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１２】
モータと該モータと回転軸を介して連結されるレゾルバと、
モータを駆動するモータ駆動回路と、
減速ギア，コラムシャフト，ピニオン，ラックと、それらを介して機械的に連結される車輪の舵取り機構と、
該コラムシャフトを介して機械的に連結されるステアリングホイールと、トルクセンサと、
該レゾルバからの信号と、該トルクセンサからの信号により該モータを駆動制御するための駆動制御回路部と、を有し、
請求項１記載のレゾルバ異常検出方法を用いていることを特徴とする電動パワーステアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレゾルバ／デジタル変換器にかかり、特に故障検出機能を有するレゾルバ／デジタル変換器または、レゾルバ／デジタル変換器の故障検出機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーボ制御系では回転角を検出しフィードバック制御を実施するために回転角度センサが必要である。またブラシレスモータ制御においてはモータの回転角に応じてモータのコイルに電流を通電させる必要があるために、サーボ制御系に限らず回転角度センサが必要である。回転角度センサとして従来からレゾルバが、その単純な構成に起因する堅牢さ、耐環境性から広く用いられている。
【０００３】
また電動パワーステアリング，x-by-wire特にsteer-by-wire，fly-by-wireなどに適用するサーボ制御系では安全性，信頼性が要求されるために、故障検出機能が要求される。
【０００４】
文献１：特開平９−２８０８９０号公報によればsinθ2＋cosθ2＝１というレゾルバの出力である三角関数の性質を利用してレゾルバの故障を検出している。また、文献２：特開２００５−３０８６３４号公報によれば、判定域を正多角形として演算を簡略化している。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２８０８９０号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術によれば、レゾルバからのあるいはレゾルバへの信号が断線すると、レゾルバからの信号が異常となりsinθ，cosθの間の関係が成立しなくなるためsinθ2＋cosθ2の値が１よりはずれるため故障として検出しマイクロコンピュータに通知することが可能となる。
【０００７】
以上述べた従来技術では、異常の検出だけでなくさらにその異常が実際のシステムの動作に及ぼす影響の重軽の判断という面で更なる考慮が望ましい。システムの動作に重大な影響を及ぼす故障であるかどうかの判断は、安全性を確保しながらシステムをすぐには動作停止にせずにシステムの可用性（availability）を高める上で重要である。特に、車重の大きな自動車に適用される電動パワーステアリングでは、制御異常により危険な事象が発生しない限りモータによるアシストを継続することは、安全確保の見地から望ましいことである。
【０００８】
そこで本発明では、レゾルバの異常検出に留まらず、そのシステムに及ぼす影響が重大か否かを判断してシステムの可用性を高める技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、モータと、該モータと回転軸を介して連結されるレゾルバを有し、該回転軸の電気角での回転角の正弦および余弦に比例する該レゾルバからのレゾルバ正弦振幅信号及びレゾルバ余弦振幅信号を入力する制御システムに用いられるレゾルバ異常検出方法であって、該レゾルバ正弦振幅信号の振幅と該レゾルバ余弦振幅信号の振幅とが第１の関係にあるとき、かつ該レゾルバ正弦振幅信号の振幅と該レゾルバ余弦振幅信号の振幅とを軸として直行座標上にプロットしたとき、一定の時間の間に存在しない象限がある場合にはモータ駆動を禁止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように本発明によれば、システムの動作の安全性に影響を及ぼさないレゾルバの故障と、システムの動作の安全性に影響を及ぼすレゾルバの故障とを区別することができ、システムの動作の安全性に影響を及ぼさないレゾルバの故障の場合には動作継続が可能となり、安全性を確保しながらシステムの可用性を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の最良の形態を、本発明の原理とともに、以下に説明する。
（１）レゾルバからの信号の振幅を監視し、sinθ2＋cosθ2の値が１より外れていないか監視する。
（２）（１）で、sinθ2＋cosθ2の値が１より外れている場合には、sinθ，cosθをそれぞれ直交座標上に、座標（sinθ，cosθ）をプロットし、所定の時間内に４つの象限すべてに座標（sinθ，cosθ）のプロットが存在する場合には正常、そうでない場合には異常とみなしモータ駆動禁止とする。
【００１２】
レゾルバの異常により起因するシステムへの影響は、モータの磁極位置検出誤差によるトルク変動である。磁極位置検出誤差とトルク変動の関係は次式で示される。
【００１３】
τｍ＝Ｋ・ｉｑ・cosθｅ
但し
τｍ：モータ出力トルク
Ｋ：トルク定数
ｉｑ：ｑ軸電流
θｅ：磁極位置検出誤差
この式より、｜θｅ｜＜±９０°の範囲内であれば磁極位置検出誤差によりトルク変動が発生し、制御性，操作性が悪化するに留まることがわかる。さらに、｜θｅ｜＞±９０°となるとcosθｅの値が負となり、ｉｑとτｍの符号が逆転するため、モータを回転させようとする方向と逆方向に回る状態になることがわかる。フィードバック制御系でこのような状態が発生するとフィードバックの極性が逆転するため、ネガティブフィードバックがポジティブフィードバックとなり制御系が発散してしまうことになる。このような状態が例えば電動パワーステアリング装置で発生すると、勝手にステアリングをまわしてしまうセルフステアなどの現象となる。このような現象は絶対に避けなければならない。
【００１４】
レゾルバが正常なときにはsinθ，cosθ直交座標上での座標（sinθ，cosθ）のプロット、すなわちリサージュ軌跡は図３の軌跡Ａにように原点Ｏを中心とした単位円を描き、レゾルバに故障が発生した場合には軌跡Ｂ，軌跡Ｃのように単位円から外れることが知られている。さらにレゾルバの故障解析の結果、｜θｅ｜＜±９０°のときにはリサージュ軌跡の内部に原点Ｏを含み、｜θｅ｜＞±９０°の場合にはリサージュ軌跡の内部に原点Ｏを含まないことがわかった。
【００１５】
ここで、原点Ｏをリサージュ軌跡の内部に含むということはリサージュ軌跡が４象限すべてを通過することになり、原点Ｏをリサージュ軌跡の内部に含まないことはリサージュ軌跡が４象限の内いずれかの象限を通過しないことになる。
【００１６】
従って、sinθ，cosθ直交座標上に、座標（sinθ，cosθ）をプロットし、所定の時間内に４つの象限すべてに座標（sinθ，cosθ）のプロットが存在する場合には正常、そうでない場合には異常とみなすことができる。但し、電動パワーステアリングの場合、直進時にはθがほぼ一定で、所定の時間内に座標（sinθ，cosθ）のプロットが４つの象限すべてを通過しない場合が起こりうるので、これだけでは異常と判定できず、他の診断、例えば上記（１）の診断と組み合わせて判定すべきである。
【００１７】
以下図に従い、本発明の実施例について説明を加える。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の基本的実施例である。レゾルバ１は励磁信号生成部２からの励磁信号ｆ（ｔ）が１次巻線に印加すると、レゾルバ１とモータ５に取り付けられた回転軸７の回転角度θに応じて、信号ｆ（ｔ）sinθ，ｆ（ｔ）cosθが２次巻線に誘起される。なお、励磁信号生成部２，モータ５，回転軸７は図１には図示していないが図８，図９に示してある。レゾルバ１の２次巻線に誘起された信号ｆ（ｔ）sinθ，ｆ（ｔ）cosθはＡ／Ｄ変換器１１でデジタル信号に変換され、誤り検出機能１２に入力される。誤り検出機能１２では他の診断１２９とともにリサージュ軌跡振幅判定１２１とリサージュ軌跡象限判定１２２を実行する。リサージュ軌跡振幅判定１２１で検出域１と判断されかつリサージュ軌跡象限判定１２２で異常と判定されたときにはモータ駆動禁止と判断される。また、他の診断１２９で異常と判断された場合もモータ駆動禁止と判断される。
【００１９】
また、誤り検出機能１２はマイコン１０内でソフトウェアで実現され、Ａ／Ｄ変換器１１もマイコン１０内蔵のものを用いるのがハードウェア量を削減できるので望ましい。
【００２０】
以上述べた本実施例によれば、システムの動作の安全性に影響を及ぼさないレゾルバの故障と、システムの動作の安全性に影響を及ぼすレゾルバの故障とを区別することができ、システムの動作の安全性に影響を及ぼさないレゾルバの故障の場合には動作継続が可能となり、安全性を確保しながらシステムの可用性を高めることが可能となる。なお、システムの動作の安全性に影響を及ぼさないレゾルバの故障の場合には警告ランプを点灯させたりモータの駆動出力を制限したりすることも可能である。
【実施例２】
【００２１】
図２はリサージュ軌跡振幅判定１２１の実施例である。
【００２２】
信号ｆ（ｔ）sinθ，ｆ（ｔ）cosθからsinθ，cosθ直交座標上に、座標（sinθ，cosθ）をプロットし、そのプロットが検出域１にかかった場合には異常とみなす。
【００２３】
なお、検出域１は本実施例えば単位円（ｆ（ｔ）の振幅で正規化すれば単位円となる。本実施例ではｆ（ｔ）の振幅も含めて半径ｒ０の円としている。）の内外に一定の幅を持たせて設定してある。この一定の幅は、レゾルバや電子回路の個体差や、温度特性，経時劣化を考慮して決定すればよい。なお、図２では、正常時の半径の中心値をｒ０、上限をｒ１、下限をｒ２としている。
【実施例３】
【００２４】
図３はリサージュ軌跡象限判定１２２の検出原理である。レゾルバが正常なときにはsinθ，cosθ直交座標上に座標（sinθ，cosθ）のプロット、すなわちリサージュ軌跡は図３の軌跡Ａのように単位円を描き、レゾルバに故障が発生した場合には軌跡Ｂ，軌跡Ｃのように単位円から外れることが知られている。さらにレゾルバの故障解析の結果、｜θｅ｜＜±９０°のときにはリサージュ軌跡の内部に原点Ｏを含み、｜θｅ｜＞±９０°の場合にはリサージュ軌跡の内部に原点Ｏを含まないことがわかっている。
【００２５】
図４はリサージュ軌跡象限判定１２２の実施例である。軌跡ＡおよびＢのように所定の時間内に４つの象限すべてを通過する場合には正常とみなし、軌跡２のように２つの象限しか通過しない場合には異常とみなす。
【００２６】
なお、各象限にあるかどうかは、以下のようにsinθ，cosθの正負から判断できる。
【００２７】
第１象限：  sinθ＞０，cosθ＞０
第２象限：  sinθ＞０，cosθ＜０
第３象限：  sinθ＜０，cosθ＜０
第４象限：  sinθ＜０，cosθ＞０
【００２８】
また、所定の時間内に４つの象限すべてを通過しているかの判定は、例えば、各証言を通過した時刻を夫々記憶しておき、現在時刻との差が所定の時間以内であるかどうかで判断することができる。
【実施例４】
【００２９】
図５はリサージュ軌跡象限判定１２２の検出域を正方形とした実施例である。本実施例によれば、sinθ，cosθの絶対値が所定の範囲内にあるかどうかの判定だけで異常を検出することができるので、検出域を円とする場合よりも演算量を削減することができる。この場合には以下の論理式で判断ができる。
【００３０】
｜sinθ｜＞ｂかつ｜cosθ｜＞ｂ、
かつ
（｜sinθ｜＜ａまたは｜cosθ｜＞＜ａ）
ならば正常、
それ以外ならば異常。
【００３１】
同様にして、他に検出域を正多角形にすることも可能である。
【実施例５】
【００３２】
図６，図７はリサージュ軌跡振幅判定１２１の検出域を検出域１，検出域２と２段階にした実施例である。図６ではリサージュ軌跡振幅判定１２１で検出域２と判定された場合にはリサージュ軌跡象限判定１２２の結果に関わらずモータ駆動禁止とし、検出域１と判定された場合には、リサージュ軌跡象限判定１２２でも異常と判定された場合にモータ駆動禁止とする。
【００３３】
検出域２は図７に示すように検出域１よりも振幅の小さな領域（半径ｒ３の円内）に設定されており、レゾルバからの信号の振幅が小さくなり、Ｓ／Ｎが低下して｜θｅ｜＞±９０°となる場合にモータ駆動禁止を禁止するようにしている。
【００３４】
本実施例のように検出域を２段階にする方法は正方形や正多角形とした場合にも同様に適用可能である。
【実施例６】
【００３５】
図８は本発明をモータ制御システムに適用した実施例である。
【００３６】
マイコン１０はモータドライバ４を制御し、モータドライバ４はモータ５を駆動する。モータ５の回転軸７はレゾルバ１と制御対象６に接続されている。レゾルバ１は回転軸７を介してモータ５の回転角度（磁極位置）を検出して、その結果に基づき、マイコン１０はモータドライバ４によりモータ５を駆動して制御する。また、モータ５は回転軸７を介して制御対象６を制御する。
【００３７】
誤り検出機能１２によりモータ駆動禁止停止になった場合には制御システムはモータ５の駆動を停止する。この場合モータ５の駆動を停止する方法はいくつか考えられるが、モータドライバ４への制御信号を遮断する方法，モータドライバ４への電源供給を停止する方法，モータドライバ４からモータ５への出力を遮断する方法などがある。
【実施例７】
【００３８】
図９は本発明を電動パワーステアリングに適用した実施例である。
【００３９】
制御対象６として減速ギア，コラムシャフト，ピニオン，ラックを介して車輪の舵取り機構に機械的に接続されているとともに、コラムシャフトはステアリングホイール８，トルクセンサ９に機械的に接続されている。ステアリングホイール８を介しての運転者からの操作入力はトルクセンサ９によって検出され、トルクセンサ９の検出信号はマイコン１０に入力され、マイコン１０はトルクセンサ９によって検出された運転者の操作トルク（操舵力）に応じてモータ５の出力トルクを制御することにより、運転者の操舵を補助する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の基本的実施例。
【図２】リサージュ軌跡振幅判定１２１の実施例である実施例。
【図３】リサージュ軌跡象限判定１２２の検出原理。
【図４】リサージュ軌跡象限判定１２２の実施例。
【図５】リサージュ軌跡象限判定１２２の検出域を正方形とした実施例。
【図６】リサージュ軌跡振幅判定１２１の検出域を２段階にした実施例。
【図７】リサージュ軌跡振幅判定１２１の検出域を２段階にした実施例。
【図８】モータ制御システムの実施例。
【図９】電動パワーステアリングの実施例。
【符号の説明】
【００４１】
１  レゾルバ
２  励磁信号生成部
３  変換トリガ生成部
４  モータドライバ
５  モータ
６  制御対象
７  回転軸
８  ステアリングホイール
９  トルクセンサ
１０  マイコン
１１  Ａ／Ｄ変換器
１２  誤り検出機能
１２１  リサージュ軌跡振幅判定
１２２  リサージュ軌跡象限判定
１２３  ＡＮＤ（論理積）
１２４  ＯＲ（論理和）
【図１】
2010112899.tif 000003
【図２】
2010112899.tif 000004
【図３】
2010112899.tif 000005
【図４】
2010112899.tif 000006
【図５】
2010112899.tif 000007
【図６】
2010112899.tif 000008
【図７】
2010112899.tif 000009
【図８】
2010112899.tif 000010
【図９】
2010112899.tif 000011