(57)【要約】  検出対象の回転に従って互いに９０度位相の異なる第１および第２の正弦波信号を出力する角度センサと、前記第１および第２の正弦波信号に基づき前記検出対象の回転角度に応じた角度信号を演算する角度算出部と、前記第１および第２の正弦波信号に基づき角度センサの異常を判定する角度センサ異常判定部を有し、前記角度センサ異常判定部は、前記第１および第２の正弦波信号の二乗和平方根に基づいて振幅信号を演算する振幅信号演算部と、前記第１の正弦波信号と前記振幅信号に基づいて第１の角度信号を演算する第１の角度信号演算処理部と、前記第２の正弦波信号と前記振幅信号に基づいて第２の角度信号を演算する第２の角度信号演算処理部と、前記第１および第２の角度信号の誤差に基づいて、前記角度センサの異常を判定する異常判定処理部と、を備えた角度検出装置を得る。
2017187601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の回転に従って互いに９０度位相の異なる第１の正弦波信号と第２の正弦波信号を出力する角度センサと、
前記第１の正弦波信号および前記第２の正弦波信号に基づき検出対象回転角度に対応した角度信号を演算する角度算出部と、
前記第１の正弦波信号および前記第２の正弦波信号に基づき前記角度センサの異常を判定する角度センサ異常判定部を有し、
前記角度センサ異常判定部は、
前記第１の正弦波信号と前記第２の正弦波信号とをそれぞれ二乗して加算した値である二乗和平方根に基づいて振幅信号を演算する振幅信号演算部と、
前記第１の正弦波信号と前記振幅信号に基づいて第１の角度信号を演算する第１の角度信号演算処理部と、
前記第２の正弦波信号と前記振幅信号に基づいて第２の角度信号を演算する第２の角度信号演算処理部と、
前記第１の角度信号と前記第２の角度信号との誤差に基づいて、前記角度センサの異常を判定する異常判定処理部と、
を備えた角度検出装置。
【請求項２】
前記第１の正弦波信号の符号および前記第２の正弦波信号の符号に従って、前記第１の角度信号または前記第２の角度信号を補正する補正処理部を有する、請求項１に記載の角度演算装置。
【請求項３】
前記補正処理部は、
前記第１の正弦波信号の符号が正かつ前記第２の正弦波信号の符号が負の場合には、前記第１の角度信号の符号を反転させた値に１８０度を加算した値に前記第１の角度信号を補正し、
前記第１の正弦波信号の符号が負かつ前記第２の正弦波信号の符号が負の場合には、前記第１の角度信号値に１８０度を加算した値に前記第１の角度信号を補正し、
前記第１の正弦波信号の符号が負かつ前記第２の正弦波信号の符号が正の場合には、前記第１の角度信号の符号を反転させた値に前記第１の角度信号を補正する、
請求項２に記載の角度演算装置。
【請求項４】
前記補正処理部は、
前記第１の正弦波信号の符号が正かつ前記第２の正弦波信号の符号が負の場合には、前記第２の角度信号の符号を反転させた値に１８０度を減算した値に前記第２の角度信号を補正し、
前記第１の正弦波信号の符号が負かつ前記第２の正弦波信号の符号が負の場合には、前記第２の角度信号値から１８０度減算した値に前記第２の角度信号を補正し、
前記第１の正弦波信号の符号が負かつ前記第２の正弦波信号の符号が正の場合には、前記第２の角度信号値の符号を反転させた値に前記第２の角度信号を補正する、
請求項２に記載の角度演算装置。
【請求項５】
前記振幅信号演算部は、
前記二乗和平方根を、予め設定された遮断周波数を持つ高域遮断フィルタを通過させた値を前記振幅信号とし、前記設定された遮断周波数は、前記第１の正弦波信号または第２の正弦波信号の振幅値の発熱による変動周波数より高い、請求項１から４までのいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記異常判定処理部は、前記振幅信号と前記二乗和平方根との差が予め設定された設定値以上となった場合に、前記角度センサを異常と判定する、請求項５に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記検出対象は永久磁石型同期回転機であって、
前記角度信号に基づいて前記検出対象に印加する電圧を演算する電圧演算印加部を有し、
前記電圧演算印加部が前記電圧を前記検出対象に出力し、
前記異常判定処理部は、前記第１の角度信号と前記第２の角度信号との差が前記検出対象の電気角で９０度未満の予め設定された設定値を超えた場合に、前記角度センサが異常と判定する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の前記角度検出装置と、
前記角度検出装置の前記検出対象である前記永久磁石型同期回転機と、
前記永久磁石型同期回転機から操舵トルクを補助するトルクを受けるステアリング機構と、
を備え、
前記ステアリング機構が、ステアリング機構の操舵トルクを検出するトルク検出器を含み、
前記角度検出装置の前記電圧演算印加部が、前記トルク検出器の操舵トルクに基づいて、前記永久磁石型同期回転機に印加する電圧を演算して印加し、
前記角度検出装置の前記異常判定処理部が前記角度センサが異常と判定した時に、前記電圧演算印加部が前記永久磁石型同期回転機への電圧の出力を止める、電動パワーステアリングの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、角度検出装置および電動パワーステアリングの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ケーシング内に設けたスタブシャフトとピニオンとをトーションバーで連結するとともに、これらスタブシャフトとピニオンとの相対回転角から操舵トルクを電気的に検出し、その検出した操舵トルクに応じて電動機の出力を制御する電動パワーステアリング装置において、ケーシング内には、スタブシャフトとピニオンとの相対回転角を検出するレゾルバを設け、このレゾルバには故障検出手段を接続するとともに、この故障検出手段は、レゾルバが検出したｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号に基づいて、ベクトルＡ＝ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θを演算し、このベクトルＡが、あらかじめ設定した正常な範囲内にあるかどうかを監視するとともに、ベクトルＡが正常な範囲を超えたときに、レゾルバの故障と判定する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３５１８４８号公報  請求項１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号の振幅はレゾルバ等の角度センサやその検出回路の温度によって変動する。よって、故障していないにも関わらず温度変動によってベクトルＡが正常範囲から逸脱し、レゾルバを故障と誤判定してしまう恐れがある。【０００５】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、温度変化等の影響により検出された正弦波信号および正弦波信号の振幅が変動した場合においても、正しく故障を検知できる角度検出装置および電動パワーステアリングの制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、検出対象の回転に従って互いに９０度位相の異なる第１の正弦波信号と第２の正弦波信号を出力する角度センサと、前記第１の正弦波信号および前記第２の正弦波信号に基づき検出対象回転角度に対応した角度信号を演算する角度算出部と、前記第１の正弦波信号および前記第２の正弦波信号に基づき前記角度センサの異常を判定する角度センサ異常判定部を有し、前記角度センサ異常判定部は、前記第１の正弦波信号と前記第２の正弦波信号とをそれぞれ二乗して加算した値である二乗和の平方根に基づいて振幅信号を演算する振幅信号演算部と、前記第１の正弦波信号と前記振幅信号に基づいて第１の角度信号を演算する第１の角度信号演算処理部と、前記第２の正弦波信号と前記振幅信号に基づいて第２の角度信号を演算する第２の角度信号演算処理部と、前記第１の角度信号と前記第２の角度信号との誤差に基づいて、前記角度センサの異常を判定する異常判定処理部と、を備えた角度検出装置等にある。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、温度変化等の影響により検出された第１の正弦波信号および第２の正弦波信号の振幅が変動した場合においても、正しく故障を検知できる角度検出装置および電動パワーステアリングの制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１における角度検出装置の全体構成の一例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における第１の正弦波信号Ｓ１(θ)と第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の回転角度１周期に対する波形図である。
【図３】この発明の実施の形態１における第１の除算正弦波信号Ｓ１(θ)’と第１の角度信号θ１を示す波形図である。
【図４】この発明の実施の形態１における第２の除算正弦波信号Ｓ２(θ)’と第２の角度信号θ２を示す波形図である。
【図５】この発明の実施の形態１における第１の正弦波信号Ｓ１(θ)の符号および第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の符号に応じた補正後の第１の補正角度信号θ１’の値を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１における補正後の第１の補正角度信号θ１’と第２の角度信号θ２を示す波形図である。
【図７】この発明の実施の形態１における角度検出装置の各部の信号のタイムチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２における角度検出装置の全体構成の一例を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２における第１の正弦波信号Ｓ１(θ)の符号および第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の符号に応じた補正後の第２の補正角度信号θ２’の値を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における角度検出装置の各部の信号のタイムチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態３における角度検出装置に係る故障発生時の動作を説明するための各部の信号のタイムチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態３における角度検出装置の全体構成の一例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態３における角度検出装置の故障発生時の各部の信号のタイムチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態４における角度検出装置の全体構成の一例を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態５における角度検出装置の全体構成の一例を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態５における角度検出装置に係る永久磁石型同期回転機の制御を説明するための図である。
【図１７】この発明の実施の形態５における角度検出装置に係る永久磁石型同期回転機の制御を説明するための図である。
【図１８】この発明の実施の形態のいずれかの角度検出装置を備えたこの発明の実施の形態６における電動パワーステアリングの制御装置の構成の一例を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態のいずれかの角度検出装置を備えたこの発明の実施の形態６における電動パワーステアリングの制御装置の構成の一例を示す図である。
【図２０】この発明における角度検出装置の演算処理部をコンピュータで構成する場合のコンピュータの概略的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明による角度検出装置では、検出された互いに９０度位相の異なる第１の正弦波信号と第２の正弦波信号について、
第１の正弦波信号と第２の正弦波信号の二乗和平方根である振幅信号を求め、
第１の正弦波信号と振幅信号に基づいて第１の角度信号を求め、かつ
第２の正弦波信号と振幅信号に基づいて第２の角度信号を求めるようにして、各正弦波信号から求まるそれぞれの角度信号の比較結果に従って故障を判定する構成とすることで、第１の正弦波信号、第２の正弦波信号の振幅が変動した場合においても、正しく故障を検知できる。
【００１０】
以下、この発明による角度検出装置および電動パワーステアリングの制御装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、また重複する説明は省略する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における角度検出装置の全体構成の一例を示す図である。
検出対象１００は、回転機である。ただし、検出対象１００は回転機に限らず、例えば自動車におけるステアリング、タイヤ、および鉄道車両における車輪、水車等、１軸の周りを回転する回転体ならば何でも良い。
【００１２】
続いて、角度検出装置１ａについて述べる。角度検出装置１ａは、角度センサ２、角度算出部３、角度センサ異常判定部４ａから構成される。以下、それぞれについて述べる。
例えば磁気抵抗(ＭＲ：Magnetic Resistance)センサからなる角度センサ２は、検出対象１００の検出対象回転角度θに応じて、位相が互いに９０度ずれた第１の正弦波信号Ｓ１(θ)、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)を出力する。図２は、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の回転角度１周期に対する波形図である。両者の振幅はほぼ同一とする。ただし、角度センサ２は互いに位相の異なる２つの正弦波信号を出力するセンサであればよく、例えばレゾルバを用いてもよい。
【００１３】
角度算出部３は、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)および第２の正弦波信号Ｓ２(θ)に基づいて、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)を第２の正弦波信号Ｓ２(θ)で除算した値に対して逆正接演算を行うことで、角度信号θｒを演算する。
角度センサ異常判定部４ａは、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)に基づいて、角度センサ２を異常と判定する異常判定信号ＡＤを出力する。以下、角度センサ異常判定部４ａについて述べる。
【００１４】
振幅信号演算部５は、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)を二乗した値と第２の正弦波信号Ｓ１(θ)を二乗した値の和によって、二乗和を演算し、その二乗和の平方根を演算することで、振幅信号ＡＭを演算する。
除算部６は、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)を振幅信号ＡＭで除算し、第１の除算正弦波信号Ｓ１(θ)’を出力する。
除算部７は、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)を振幅信号ＡＭで除算し、第２の除算正弦波信号Ｓ２(θ)’を出力する。
ここでは、角度センサ２から出力された正弦波信号を除算しているが、中央値がオフセットしている場合には、オフセット分を減算した正弦波信号を用いることは言うまでも無い。
【００１５】
第１の角度信号演算部８は、除算部６で出力された第１の除算正弦波信号Ｓ１(θ)’に対し、逆正弦演算を行うことで第１の角度信号θ１を演算する。図３の(ａ)に第１の除算正弦波信号Ｓ１(θ)’、(ｂ)に第１の角度信号θ１、のそれぞれの波形図を示す。横軸は、回転対象回転角度θであり、第１の角度信号θ１の値域は図３の(ｂ)の縦軸に示すように−９０度から９０度となっている。
第２の角度信号演算部９は、除算部７で出力された第２の除算正弦波信号Ｓ２(θ)’に対し、逆余弦演算を行うことで第２の角度信号θ２を演算する。図４の(ａ)に第２の除算正弦波信号Ｓ２(θ)’、(ｂ)に第２の角度信号θ２、のそれぞれの波形図を示す。横軸は、回転対象回転角度θであり、第２の角度信号θ２の値域は図４の(ｂ)の縦軸に示すように０度から１８０度となっている。
【００１６】
符号判定部１０は、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)の符号を判定し、Ｓ１(θ)が０以上ならば符号正、０未満ならば符号負とする。
符号判定部１１は、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の符号を判定し、Ｓ２(θ)が０以上ならば符号正、０未満ならば符号負とする。
【００１７】
補正部１２は、符号判定部１０より出力された第１の正弦波信号Ｓ１(θ)の符号、符号判定部１１より出力された第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の符号に応じて、第１の角度信号θ１を第１の補正角度信号θ１’として補正し出力する。
図５は、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)の符号、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の符号に応じた補正後の第１の補正角度信号θ１’の値を示す図である。図５のように補正することによって、補正前は、値域が−９０度から９０度であったのが、第２の角度信号θ２と同様に、値域が０度から１８０度へと補正される。補正後の第１の補正角度信号θ１’の波形図を図６の(ａ)に示し、第２の角度信号θ２の波形図を図６の(ｂ)に示す。なお、回転角度は１周期が３６０度となっているため、図５に３６０×ｎ(ｎ：正の整数)を加えた値で補正した場合もこの発明に含まれることは言うまでもない。
【００１８】
減算部１４は、補正部１２にて補正された第１の補正角度信号θ１’と、第２の角度信号演算部９からの第２の角度信号θ２との差を演算することで、角度誤差Δθを演算する。
異常判定部１３は、角度誤差Δθの絶対値に基づいて、正常時の角度誤差ではあり得ない数値となった場合、すなわち角度誤差Δθの絶対値が設定された閾値以上の場合に角度センサ２を異常と判定し、異常を示す異常判定信号ＡＤを出力する。
【００１９】
この発明における角度検出装置においては、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)に基づいて第１の角度信号θ１を演算し、且つ第２の正弦波信号Ｓ２(θ)に基づいて第２の角度信号θ２を演算する構成とした。
これにより、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)に異常が生じた場合は第１の角度信号θ１が異常となり、第１の角度信号θ１と第２の角度信号θ２との角度誤差Δθが増大し、角度センサ２の異常を検知できる。
同様に、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)に異常が生じた場合は第２の角度信号θ２が異常となり、第２の角度信号θ２と第１の角度信号との角度誤差Δθが増大し、角度センサ２の異常を検知できる。
【００２０】
以下、この実施の形態１の先行技術に対する効果について述べる。
図７は、この発明の実施の形態１における角度検出装置の各部の信号のタイムチャートを示す。
(ａ)が第１の正弦波信号Ｓ１(θ)および第２の正弦波信号Ｓ２(θ)、
(ｂ)が振幅信号ＡＭ、
(ｃ)が第１の補正角度信号θ１’、
(ｄ)が第２の角度信号θ２、
(ｅ)が角度誤差Δθ
を示す。横軸は時刻である。図７に示すように、角度センサ２の温度変動等によって、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)および第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の振幅が時間の経過と共に小さくなるように変動した場合においても、角度誤差Δθはほぼ０を維持しており、故障の誤検出は生じない。
しかし、上述の特許文献１によると、ベクトルＡ＝ｓｉｎ2θ＋ｃｏｓ2θを演算し、このベクトルＡが、予め設定した正常な範囲内にあるかどうかを監視するとともに、ベクトルＡが正常な範囲を超えたときに、レゾルバを故障と判定するので、図７の(ｂ)のように角度センサ２の温度変動によって振幅信号ＡＭが変動してしまうと故障を誤検出してしまう。
【００２１】
以上のことから、この発明における実施の形態１の構成によって、角度センサ２の温度変動等によって振幅信号ＡＭが変動した場合においても、角度センサ２の故障を誤検出することがないといった従来にない顕著な効果を奏する。
ただし、実施の形態１では補正部１２を用いて第１の角度信号θ１を第１の補正角度信号θ１’に補正したが、図３、図４より、第１の角度信号θ１と第２の角度信号θ２は検出対象回転角度θが０度以上９０度未満ならば一致するので、この範囲でのみ角度センサ２の故障検出を行う場合は、θ１とθ２が一致するので、補正部１２は不要である。すなわち、補正部１２はこの発明の実施の形態１において必須の構成ではないことは言うまでもない。
【００２２】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２における角度検出装置の全体構成の一例を示す図である。
実施の形態２が実施の形態１と異なるのは、図８に示す角度検出装置１ｂにおいて、角度センサ異常判定部４ｂにおける補正部２１２および減算部１４ｂである。実施の形態２においては、第１の角度信号θ１に対する補正は行わず、第１の角度信号演算部８によって演算された値をそのまま減算部１４ｂに入力する。
一方、第２の角度信号θ２に対して補正部２１２による補正を実施し、補正後の第２の補正角度信号θ２’を減算部１４ｂに入力する。
【００２３】
図９は、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)の符号、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の符号に応じた補正後の第２の補正角度信号θ２’の値を示す図である。図９のように補正することによって、補正前は、値域が０度から１８０度であったのが、第１の角度信号θ１と同様に、値域が−９０度から９０度へと補正される。なお、回転角度は１周期が３６０度となっているため、図９に３６０×ｎ(ｎ：正の整数)を加えた値で補正した場合もこの発明に含まれることは言うまでもない。
【００２４】
図１０は、この発明の実施の形態２における角度検出装置の各部の信号のタイムチャートを示す。
(ａ)が第１の正弦波信号Ｓ１(θ)および第２の正弦波信号Ｓ２(θ)、
(ｂ)が振幅信号ＡＭ、
(ｃ)が第１の角度信号θ１、
(ｄ)が第２の補正角度信号θ２’、
(ｅ)が角度誤差Δθ
を示す。横軸は時刻である。図１０より、図７と同様に、角度センサ２の温度変動等によって、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)および第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の振幅が変動した場合においても、角度誤差Δθはほぼ０を維持しており、故障の誤検出は生じない。
【００２５】
以上のことから、この実施の形態２では、第２の角度信号θ２を第１の角度信号θ１の値域と一致するように補正することによっても実施の形態１と同じ効果が得られる。
ただし、実施の形態２では補正部２１２を用いて第２の角度信号θ２を第２の補正角度信号θ２’に補正したが、図３、図４より、第１の角度信号θ１と第２の角度信号θ２は検出対象回転角度θが０度以上９０度未満ならば一致するので、この範囲でのみ角度センサ２の故障検出を行う場合は、θ１とθ２が一致するので、補正部２１２は不要である。すなわち、補正部２１２はこの発明の実施の形態２において必須の構成ではないことは言うまでもない。
【００２６】
実施の形態３．
図１１は、実施の形態２の構成において、故障発生時刻ｔｆにて、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)が検出対象回転角度θによらず０に固着した場合の、図１０に対応する角度検出装置の各部の信号のタイムチャートを示す。故障発生時刻ｔｆ以降、第１の角度信号θ１と第２の補正角度信号θ２’が共に０度で固着してしまう不具合がある。これは、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)が低下するにつれて振幅信号ＡＭが低下することに起因する。
【００２７】
図１２にこの発明の実施の形態３における角度検出装置の全体構成の一例を示す。図１３には、この発明の実施の形態３における角度検出装置の故障発生時の各部の信号のタイムチャートを示す。上記の状況から、実施の形態３では、図１２に示す角度検出装置１ｃにおける角度センサ異常判定部４ｃの振幅信号演算部３０５において、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)および第２の正弦波信号Ｓ２(θ)から得た二乗和平方根を、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)または第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の振幅の発熱による変動周波数よりも高い予め設定された遮断周波数を持つ高域遮断フィルタＨＣＦを通過させてフィルタ処理した値を振幅信号ＡＭとする。
【００２８】
このような、例えば遮断周波数１０Ｈｚ以下の高域遮断フィルタＨＣＦを用いることで、図１３に示すように、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の瞬時値の短期間変動で生じる二乗和平方根ＳＳの変動を遮断し、かつ、振幅の発熱による変動を通過させた値を振幅信号ＡＭとする。これによって、故障が生じていない第２の正弦波信号Ｓ２(θ)に基づく第２の補正角度信号θ２’’は正常に動作し、故障が発生した第１の正弦波信号Ｓ１(θ)に基づく第１の角度信号θ１との角度誤差Δθが発生し、故障を検知できる。
【００２９】
以上のことから、この実施の形態３の構成によれば、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)、第２の正弦波信号Ｓ２(θ)の一方が０に固着するような故障を生じた場合においても、角度センサ２の故障を検知することが可能となる。
【００３０】
なおこの実施の形態３を実施の形態１で実施する場合には、図１の振幅信号演算部５に同様に破線で示すように高域遮断フィルタＨＣＦを設ける。
【００３１】
実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４における角度検出装置の全体構成の一例を示す図である。実施の形態４が実施の形態３と異なるのは、図１４に示す角度検出装置１ｄにおいて、角度センサ異常判定部４ｄにおける振幅信号演算部４０５および異常判定部４１３である。
振幅信号演算部４０５は、振幅信号ＡＭから二乗和平方根ＳＳを減算した値を異常判定部４１３へ出力する。それ以外については、振幅信号演算部３０５と同一である。
異常判定部４１３は、上述の実施の形態の異常判定部１３での機能に加え、振幅信号ＡＭから二乗和平方根ＳＳを減算した値に基づいて、異常判定信号ＡＤを出力する機能を追加している。これは、実施の形態３で述べた図１３における、第１の正弦波信号Ｓ１(θ)が０に固着する故障発生時刻ｔｆ後において、二乗和平方根ＳＳと振幅信号ＡＭとに乖離が発生しており、その乖離を検出しても角度センサ２の故障を検知することが可能なためである。
【００３２】
以上のことから、実施の形態４においては、振幅信号演算部４０５にて振幅信号と二乗和平方根の減算値ＡＭ−ＳＳを出力し、異常判定部４１３にてその減算値ＡＭ−ＳＳに基づいて、振幅信号ＡＭと二乗和平方根ＳＳの差すなわち減算値ＡＭ−ＳＳの絶対値が予め設定された設定値以上となった場合に、前記角度センサ(２)を異常、故障と判定する、角度センサ２の故障を検知する構成としたことで、角度センサ２の故障の検知能力が向上するといった効果を奏する。
【００３３】
なおこの実施の形態４を実施の形態１で実施する場合には、図１の振幅信号演算部５で同様に振幅信号ＡＭから二乗和平方根ＳＳを減算した値を異常判定部１３へ出力し、異常判定部１３で減算した値に基づいて、異常判定信号ＡＤを出力する。
【００３４】
実施の形態５．
図１５にこの発明の実施の形態５における角度検出装置の全体構成の一例の図を示す。実施の形態５が実施の形態４と異なるのは、図１５において、検出対象１００として設けられた回転機６０１と、角度検出装置１ｅにおける電圧演算印加部５５０および角度センサ異常判定部４ｅ内の異常判定部５１３である。
回転機６０１は、多相端子を持つ永久磁石型同期回転機(ＰＭＳＭ)であり、埋込磁石型、表面磁石型のどちらを用いても良い。
【００３５】
電圧演算印加部５５０は、回転機６０１を駆動するための電圧Ｖを演算し、インバータやマトリックスコンバータ等の公知技術の交流出力形変換器を用いて、電圧を回転機６０１の多相端子へ出力する。電圧の演算方法としては、制御指令ＣＣとして回転機６０１の電流指令を設定し、回転二軸座標(ｄ−ｑ座標)の電流指令と、回転機６０１で電流センサ等で検出される多相巻線を流れる電流を角度信号θｒを用いて回転二軸座標(ｄ−ｑ座標) 上に座標変換した電流(共に図示省略)との偏差に基づいて、その偏差を零とすべく比例積分制御によって電圧Ｖを演算する電流フィードバック制御、などの公知技術を使用する。
【００３６】
続いて、異常判定部５１３について述べる。異常判定部５１３においては、第１の角度信号θ１と第２の角度信号θ２との角度誤差Δθが回転機６０１の電気角で９０度未満の予め定められた設定値を超えた場合に異常を示す異常判定信号ＡＤを電圧演算印加部５５０に出力する。
そして電圧演算印加部５５０では、異常判定部５１３より異常を示す異常判定信号ＡＤを受け取ると、電圧演算印加部５５０における交流出力形変換器からの回転機６０１への電圧Ｖの印加を停止する。
【００３７】
以下、第１の角度信号θ１と第２の角度信号θ２との角度誤差Δθが回転機６０１の電気角で９０度を超えた場合に電圧Ｖの印加の停止を行う根拠について説明する。
永久磁石型同期回転機の制御は一般に、回転二軸座標(ｄ−ｑ座標)で行われるので、本説明においてもこれを用いる。図１６，図１７は永久磁石型同期回転機の制御を説明するための回転二軸座標を示す図である。図１６，図１７において、ｄ−ｑ軸座標は回転機６０１における真の磁束(ｄ)軸−トルク(ｑ)軸座標である。これに対し、９０度未満の角度誤差Δθが存在する場合の、電圧演算印加部５５０が認識する回転二軸座標は図１６，図１７のｄｃ−ｑｃ軸座標となる。
一般に、永久磁石型同期回転機ではｑ軸電流を通電することによって、永久磁石型同期回転機を加減速運転させるので、この例においても、ｑｃ軸座標に電流を通電する場合を考える。なお、弱め磁束制御やリラクタンストルクを利用した永久磁石型同期回転機においてはｄ軸電流も通電するが、ここでは説明を簡単にするために考えないこととする。
【００３８】
この場合、図１６に示すように、角度誤差Δθは９０度未満なので、ｑｃ軸座標に符号正方向通電された制御指令に基づく電流ベクトルＩ１のｑ軸方向成分は、Ｉ１と同じく符号正方向であり、制御指令と同方向に回転機６０１のトルクまたは速度・位置を制御することが可能である。
一方、図１７は、角度誤差Δθが９０度を超えた場合の回転二軸座標である。この場合、制御指令に基づく電流ベクトルＩ１はｑｃ軸座標において符号正方向に通電されているにもかかわらず、ｑ軸座標で観測すると符号負方向に通電されており、制御指令とは異なる方向に回転機６０１が動作し、暴走に至る。
【００３９】
従って、この実施の形態５において異常判定部５１３は、第１の角度信号θ１と第２の角度信号θ２との角度誤差Δθが回転機６０１の電気角で９０度未満の予め定められた設定値を超えた場合に角度センサ２を異常と判定し、異常を示す異常判定信号ＡＤを出力する。これにより、この異常を示す異常判定信号ＡＤを受けた電圧演算印加部５５０が回転機６０１への電圧Ｖの印加を停止することで、回転機６０１を安全に動作させることが可能となる。
【００４０】
実際には角度誤差Δθが回転機６０１の電気角で９０度を超えた場合に異常とすればよいが、この発明では安全性を考慮して余裕を持たせて、角度誤差Δθが回転機６０１の電気角で９０度未満の予め定められた設定値を超えた場合に角度センサ２を異常と判定している。
【００４１】
実施の形態６．
図１８、図１９に上記各実施の形態のいずれかによる角度検出装置を備えたこの発明の実施の形態６における電動パワーステアリングの制御装置の構成の一例を示す。図１８は角度検出装置の部分、図１９は図１８の左側に接続されるハンドルを含むステアリング機構ＳＴを示す。ステアリング機構ＳＴは図１８の角度検出装置によって制御される回転機６０１から操舵トルクの補助トルクを受ける。図１８では角度検出装置の一例として図１５に示した実施の形態５による角度検出装置が示されている。
【００４２】
次に、この発明の実施の形態６に係る電動パワーステアリングの制御装置について説明する。実施の形態５においては、角度検出装置１ｆについて説明したが、角度検出装置によって制御される回転機６０１により操舵トルクを補助するトルクを発生させるように電動パワーステアリングの制御装置を構成するようにしても良い。
【００４３】
図１８において、運転手は、ハンドル７７１を左右に回転させて前輪７７２の操舵を行う。トルク検出器７７３は、ステアリング機構ＳＴの操舵トルクを検出し、操舵トルクＴを電圧演算印加部６５０に出力する。電圧演算印加部６５０は、実施の形態５で述べた電圧演算印加部５５０における制御指令ＣＣを操舵トルクＴに置き換え、操舵トルクＴに基づいて、そのトルクを補助するトルクを回転機６０１が発生するように、トルク検出器７７３の操舵トルクＴに基づいて、回転二軸座標(ｄ−ｑ座標)の電流指令を決定する。そして、それら回転二軸座標(ｄ−ｑ座標)の電流指令と、回転機６０１で電流センサ等で検出される多相巻線を流れる電流を角度信号θｒを用いて回転二軸座標(ｄ−ｑ座標) 上に座標変換した電流(共に図示省略)との偏差に基づいて、その偏差を零とすべく比例積分制御によって、回転機６０１に印加する電圧Ｖを演算して印加する。電圧Ｖが印加された回転機６０１は、ギア７７４を介して操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する。
【００４４】
このような電動パワーステアリング装置において、ｑ軸電流で示されるアシストトルク電流の符号は、運転者の操舵方向である操舵トルクＴの方向によって変わる。例えば、運転者が左側にハンドル７７１を回す操舵を行ったときのアシストトルク電流の符号を正とすれば、運転者が右側にハンドル７７１を回す操舵を行ったときのアシストトルク電流の符号は負となる。
【００４５】
電動パワーステアリング装置において、絶対に避ける必要があるアシストとして、逆アシストがある。これは、運転者の操舵方向と逆方向に回転機６０１がアシストトルクを発生してしまい、運転者のハンドルの意図とは逆方向に操舵輪である前輪７７２が旋回してしまうことである。
【００４６】
そこで、この実施の形態６における電動パワーステアリング装置においても、実施の形態５で述べたように、異常判定部５１３において第１の角度信号θ１と第２の角度信号θ２との角度誤差Δθが９０度未満の予め定められた設定値を超えた場合に、異常を示す異常判定信号ＡＤを出力する。これにより、この異常を示す異常判定信号ＡＤを受けた電圧演算印加部６５０が回転機６０１への電圧Ｖの印加を停止する。これによって、逆アシストを避けることが可能な安全な電動パワーステアリングの制御が実現できる。
【００４７】
なお、上記各実施の形態において、
除算部６と第１の角度信号演算部８が第１の角度信号演算処理部(６，８)を構成し、
除算部７と第２の角度信号演算部９が第２の角度信号演算処理部(７，９)を構成し、
減算部１４，１４ｂと、異常判定部(１３，４１３，５１３)が異常判定処理部(13,413,513,14,14b)を構成し、
符号判定部１０，１１と補正部１２，２１２が補正処理部(10,11,12,212)を構成する。
【００４８】
また上記各実施の形態の角度センサ異常判定部４−４ｅ、角度算出部３、さらに電圧演算印加部５５０、６５０の演算処理部分については、例えば１つのコンピュータで構成することができる。この場合のコンピュータの概略的構成の一例を図２０に示す。
【００４９】
コンピュータ１０００において、
角度センサ２からの第１の正弦波信号Ｓ１(θ)および第２の正弦波信号Ｓ２(θ)、
外部からの制御指令ＣＣ、
トルク検出器７７３からの操舵トルクＴ、
等の入力信号、
角度算出部３の角度信号θｒ、
外部または電圧演算印加部６５０への異常判定信号ＡＤ、
等の出力信号、
の入出力はインタフェース１０１を介して行われる。
【００５０】
メモリ１０３には、上記説明でブロックとして図示されて説明された各機能ブロックおよび上述の定義された機能部分、のための各種機能のプログラム、および処理に必要な情報、データ等が格納または予め格納されている。プロセッサ１０２はインタフェース１０１を介して入力された信号に対して、メモリ１０３に格納された各種プログラム、情報、データに従って演算処理を行い、処理結果をインタフェース１０１を介して出力する。
また、上述の各種機能は１つの、または適当な機能毎にそれぞれに、ディジタル回路で構成するようにしてもよい。
【００５１】
またこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。
【産業上の利用の可能性】
【００５２】
この発明による角度検出装置は、種々の分野における１軸の周りを回転する回転体のための角度検出装置に適用可能である。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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