CN101038182A - 分析器信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

提供分析器信号处理装置，减轻对分析器提供激励信号时的控制部分的负担，并能够有助于高速化和低成本。分析器信号处理装置具有控制部分(1)和分析器(2)及输入输出部分(3)，控制部分(1)具有：存储器，存储两周期的正弦波数据；以及DMA控制器，对分析器(2)发送正弦波构成的激励信号。控制部分(1)中所设置的运算部分(10)在初始设定时，发出将作为激励信号的从基准相位起一周期的正弦波数据进行DMA传送的指令，在旋转角检测时，发出将作为激励信号的从修正相位起一周期的正弦波数据进行DMA传送的指令。修正相位基于初始设定时激励信号和正弦波输出信号或余弦波输出信号的相位偏差以及分析器的旋转角度而求。

Description

分析器信号处理装置
技术领域
本发明涉及EPS-ECU(用于电动动力转向的电子控制组件)等中所使用的分析器信号处理装置。
背景技术
分析器信号处理装置被设置在作为车载电子设备的EPS-ECU中，基于来自转向轴上所连结的分析器的信号而检测转向轴的旋转角θ。
分析器(resolver)在对分析器提供的激励信号和分析器输出信号(正弦波输出信号和余弦波输出信号)之间产生分析器固有的相位偏差，所以需要在旋转角θ的检测时预先检测这种相位偏差，并在旋转角检测时取消这种值。
将分析器信号处理装置的电源接通时等的规定定时作为初始设定时，在此时检测上述相位偏差，然后，每一定时间参照上述相位偏差检测旋转角θ。再有，通常为了提高旋转角θ的检测精度，检测正弦波输出信号和余弦波输出信号的峰值。
以往的分析器信号处理装置在将激励信号提供给分析器时，在将存储了一周期正弦波的正弦波ROM的读出地址每次前进一个而读出数据时，将该数据发送到分析器(专利文献1)。此外，为了补偿相位偏差，使上述正弦波ROM的读出开始地址基于该相位偏差而被移位。
[专利文献1]专利第3368837号公报(日本)
发明内容
但是，上述分析器信号处理装置在旋转角检测时，由于将正弦波ROM的读出地址每次前进一个而读出数据，从而控制部分的负担增大，存在不能进行其他处理，或者必须使用处理能力强的元件，有作为整体成为高成本的问题。
本发明提供一种分析器信号处理装置，减轻对分析器提供激励信号时的控制部分的负担，并能够有助于高速化和低成本。
本发明的分析器信号处理装置具有：激励信号发送部件，对分析器发送正弦波构成的激励信号；以及运算部分，检测来自分析器的正弦波输出信号和余弦波输出信号的极值，并基于该值检测分析器的旋转角。
在对分析器发送正弦波的激励信号时，在分析器的两个输出端子上，被分别导出正弦波输出信号和余弦波输出信号。可通过检测这些信号的极值而求分析器的旋转角θ。
此外，在本发明的分析器信号处理装置中，具有：存储部分，存储两周期的正弦波数据；以及DMA传送部分，将从所述存储部分中所指定的相位起一周期的正弦波数据作为激励信号而以DMA方式传送到分析器。这些存储部分和DMA传送部分被包括在所述激励信号发送部件中。在分析器动作前执行初始设定时，所述指定相位被作为基准相位。所述运算部分从基准相位起对所述DMA传送部分执行激励信号的DMA传送指令，检测激励信号和正弦波输出信号或余弦波输出信号的相位偏差。
根据上述结构，激励信号通过DMA传送而被输出到分析器。因此，其处理所需要的时间是非常短的时间，运算部分的负担也变轻。
此外，运算部分在所述初始设定之后执行旋转角检测时，将相位相对于基准相位超前了所述相位偏差的位置设为修正相位，从该修正相位起对所述DMA传送部分执行激励信号的DMA传送指令，基于那时的所述极值进行旋转角θ的检测。
即使在将补偿了相位偏差部分的激励信号传送到分析器的旋转角检测时，也通过使用DMA传送，使该处理所需的时间成为非常短的时间，控制部分的负担也变轻。
根据本发明，将激励信号提供给分析器时的控制部分的负担轻，而且在将激励信号发送到分析器时仅发出DMA传送指令，所以处理步骤也变得简单，从而有助于高速化和低成本。
附图说明
图1是本发明的实施方式的EPS-ECU的主要部分方框图。
图2表示用于说明分析器信号处理的动作的波形图。
图3是概念性地表示存储器中所存储的正弦波数据的图。
图4是表示初始设定时的动作的流程图。
图5是表示角度检测时的动作的流程图。
具体实施方式
图1是作为本发明的实施方式的EPS-ECU(用于电动动力转向的电子控制组件)的主要部分方框图。
EPS-ECU被用于实现进行车辆的转向轴上所连结的分析器2的控制的分析器信号处理功能，以及用于其他电动动力转向控制的功能。这种装置包括：用于进行分析器信号处理及其他处理的控制部分(MPU)1；以及在该控制部分1和分析器2之间所连接的输入输出部分3。
控制部分1具有：运算部分10；以及存储两周期的正弦波数据的存储器(存储部分)11。存储器11中所存储的正弦波数据是其值根据波形电平而有所不同的占空比数据。控制部分1还具有：进行将存储器11中所存储的正弦波数据进行相当于一周期的DMA传送的控制的DMA控制器12(DMA传送部分)；以及生成对应于从该DMA控制器12输出的正弦波数据(占空比数据)的PWM信号的PWM信号生成电路13。控制部分1还具有运算部分10的输入端子上所连接的第1AD变换器14、第2AD变换器15、第3AD变换器16。
输入输出部分3具有：CR滤波器30，将从PWM信号生成电路13输出的PWM信号经过滤波而变换为模拟的sinωt的正弦波信号；第1放大电路31，将该正弦波信号放大为Asinωt，并将其作为激励信号输出到分析器2；以及第1输入滤波器32，除去Asinωt的信号中的噪声，并将其反馈到控制部分1的第1AD变换器14。此外，输入输出部分3具有：将从分析器2输出的正弦波输出信号和余弦波输出信号分别放大的第2放大电路33和第3放大电路34；除去由这些放大电路33、34放大过的信号中的噪声的第2AD变换器15并输入到第2AD变换器15、第3AD变换器16的第2输入滤波器35、第3输入滤波器36。如果分析器旋转角为θ，并不考虑其他相位延迟部分，则从分析器2输出到第2放大电路33的正弦波输出信号为sinθsinωt。而从分析器2输出到第3放大电路34的余弦波输出信号为cosθsinωt。
其次，考虑分析器2的相位延迟部分时如下那样。
经由分析器2输出到运算部分10的信号与未经由分析器2的信号相比，产生相当于经由分析器2部分的相位延迟φ。因此，经由分析器2，通过了第2输入滤波器35的信号变为Bsinθsin(ωt+φ)，通过了第3输入滤波器36的信号变成Bcosθsin(ωt+φ)。
控制部分1进行分析器信号处理时，执行初始设定和旋转角检测的两个模式。初始设定在分析器2的动作前只进行一次，例如在车辆的点火钥匙被操作，从而EPS-ECU开始动作时执行。旋转角检测在初始设定后每一定时间(例如每250μsec)时执行。初始设定时，通过对分析器2输出激励信号Asinωt，接收通过了来自分析器2的第2输入滤波器35的正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ)、或通过了第3输入滤波器36的余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ)，从而检测这些激励信号Asinωt和正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ)、或余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ)的信号间的相位偏差(分析器2的相位延迟)φ。在旋转角检测时，参照上述相位偏差φ，基于正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ)或余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ)而检测旋转角θ。
再有，初始设定时，将作为第1放大电路31的输出的激励信号Asinωt反馈到运算部分10，比较该反馈的信号和正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ)或余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ)，从而检测上述相位偏差φ。这样，在进行相位偏差φ的检测时，第1放大电路31的输出反馈到运算部分10的原因是，可以忽略DMA控制器12和第1放大电路31之间的信号的相位延迟。
本实施方式的控制部分1在变成进行分析器信号处理的状态时，进行初始设定→旋转角检测的动作，而在对第1AD变换器14、第2AD变换器15、第3AD变换器16发出了采样开始命令后，直至实际上开始采样处理为止，仍进行对分析器信号处理无关系的信号的AD变换处理。因此，在发出采样开始命令后经过一定时间之后(后述的采样延迟期间D1)进入各AD变换器的采样处理。但是，该期间D1因以程序进行而常常是一定的，处理时间每次没有不同，而且也没有装置间的差别。由于以上原因，在初始设定后，对第1AD变换器14、第2AD变换器15、第3AD变换器16发出采样开始命令后，求实际上进行采样处理为止的一定时间的采样延迟期间D1，并在旋转角检测时考虑该值D1而进行旋转角检测。关于它，后面论述。
图2是用于说明分析器信号处理的动作的波形图。
曲线(A)～(C)表示初始设定时的波形。曲线(A)表示采样开始命令的脉冲，曲线(B)表示激励信号Asinωt。曲线(C)表示正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ)。再有，初始设定时，控制部分1在从分析器2输出的正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ)和余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ)中，选择用于相位偏差检测的其中一个信号。但是，由于在初始设定时旋转角θ是不明的，所以如果假设θ＝90度，则余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ)为0，如果θ＝0度，则正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ)为0，因而在θ＝90度时为了相位偏差检测而选择正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ)，而在θ＝0度时为了相位偏差检测而选择余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ)。
在图2中，初始设定时，从控制部分1对第1AD变换器14、第2AD变换器15、第3AD变换器16发出采样开始命令。同时，运算部分10将用于开始读出存储器11中所存储的两周期的正弦波数据的指定相位作为基准相位。基准相位被设定在两周期的正弦波数据的最初的零相位的位置，即被设定在存储器11的开头地址。然后，对DMA控制器12指令从该基准相位起读出一周期的正弦波数据并进行DMA传送。
图3概念性地表示存储器11中所存储的正弦波数据。存储器11中所存储的正弦波数据是实际上用于生成正弦波信号的占空比数据，不是表示图3那样正弦波的本身值的数据。在图3中，基准相位是最初的零相位的位置，即，是存储器11的开头地址的位置。因此，DMA控制器12对PWM信号生成电路13传送从基准相位起一周期的正弦波数据。通过进行DMA传送，在该传送期间，运算部分10可以进行其他工作。PWM信号生成电路13将传送来的正弦波数据基于其占空比而生成PWM信号并输出到CR滤波器30。CR滤波器30将所输入的PWM信号变换为正弦波信号sinωt，并输出到第1放大电路31。在第1放大电路31，放大所输入的正弦波信号sinωt，并作为激励信号Asinωt输出到分析器2。曲线(B)表示该激励信号Asinωt。该激励信号Asinωt被输出到分析器2，同时还被输出到第1输入滤波器32。即，激励信号Asinωt被反馈到控制部分1。
分析器2基于所输入的激励信号Asinωt，生成以正弦波sinθ及余弦波cosθ调制过的分析器正弦波输出信号sinθsin(ωt+θ)及分析器余弦波输出信号cosθsin(ωt+θ)，并将它们分别输出到第2放大电路33、第3放大电路34。θ是分析器的旋转角。再有，设在初始设定时分析器2的旋转角不变化。因此，sinθ和cosθ取相同的值。
第2放大电路33、第3放大电路34放大从分析器2输入的分析器正弦波输出信号sinθsin(ωt+θ)、分析器余弦波输出信号cosθsin(ωt+θ)，分别生成正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+θ)、余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+θ)，并将它们通过用于除去噪声的第2输入滤波器35、第3输入滤波器36而输出到第2AD变换器15、第3放大电路16。曲线(C)表示正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+θ)。
第1AD变换器14对激励信号Asinωt在一周期内进行采样。将采样的结果称为激励信号采样结果。再有，采样周期是激励信号Asinωt的周期的1/100，该采样重复进行的期间R被设定为比一周期长的期间，以能够完全采样正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+θ)及余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+θ)的一周期。
控制部分1被编程，以在第1AD变换器14、第2AD变换器15、第3AD变换器16中进行采样处理时，不进行其他处理。因此，在第1AD变换器14、第2AD变换器15、第3AD变换器16中进行采样处理期间，没有运算部分10的延迟。
上述采样延迟时间D1是从采样开始命令至进行实际的采样为止的延迟时间，但在初始设定中，求该D1，进而通过采样结果而求激励信号Asinωt和正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+θ)的各自的峰值(极值)，求从采样开始命令时刻起这些峰值的检测时间P1、P2。设从激励信号Asinωt的峰值的检测时间P1中减去采样延迟时间D1所得的时间为D2。该D2是从进行实际的采样的时间至检测激励信号Asinωt的峰值为止的时间，将它称为激励信号延迟时间。再有，在采样延迟时间D1比峰值的检测时间P1长的情况下，D2成为负的值。而且，求从正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+θ)的峰值的检测时间P2中减去采样延迟时间D1和激励信号延迟时间D2的加法运算结果所得的时间(即，从P2中减去P1所得的时间)，设该时间为D3。该D3对于激励信号Asinωt，相当于上述偏差量φ和旋转角θ的相位部分，将它称为调制信号延迟时间。
在图2中，激励信号延迟时间D2和调制信号延迟时间D3的加法运算值具有以下的含义。即，在旋转角检测时，如果激励信号Asinωt超前相当于该加法运算值的相位部分，则在采样开始命令后，在经过相当于采样延迟时间D1的时刻获得正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+θ)的峰值。因此，由于将激励信号Asinωt超前相当于上述相位部分，即，在旋转角检测时，为了将激励信号Asin(ωt+φ1)(其中，φ1＝D1+D2)输出到分析器2，所以将从存储器11用于进行DMA传送的读出开始地址设为‘基准相位+(D2+D3)＝修正相位’(参照图3)。φ1相当于包含了采样延迟时间D1的分析器2的输出的时间延迟。
在以上的处理下结束初始设定。
接着，进行旋转角检测。
在结束初始设定时，立即进行旋转角检测。在旋转角检测中，为了从存储器11将正弦波数据对分析器2进行相当于一周期的DMA传送，运算部分10对于DMA控制器12发出DMA传送指令，DMA传送指令包含了表示一周期的数据传送量的数据和作为其读出开始地址的‘基准相位+(D2+D3)’的修正相位的地址。同时，对第1AD变换器14、第2AD变换器15、第3AD变换器16发出采样开始命令。
输入输出部分3对于分析器2输出激励信号Asin(ωt+φ1)。该信号通过第1输入滤波器32而反馈到第1AD变换器14。图2的曲线(D)表示该激励信号Asin(ωt+φ1)。曲线(D)所示的激励信号Asin(ωt+φ1)的峰值时刻P3比曲线(B)所示的激励信号Asinωt快相当于时间‘D2+D3’的相位φ1。从分析器2输出正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ1)，被第2AD变换器15采样。此外，还输出余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ1)，被第3AD变换器16采样。图2的曲线(E)表示正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ1)。
如上述那样，在采样开始命令后，在经过了相当于采样延迟时间D1的时刻P4获得正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ1)的峰值，所以在第2AD变换器15，在经过了时间D1的时刻进行采样。同样地，在采样开始命令后，在经过了相当于采样延迟时间D1的时刻获得余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ1)的峰值，所以在第3AD变换器16，在经过了时间D1的时刻进行采样。在获得各个峰值时，可以根据公知的方法，通过运算而求旋转角θ。因此，运算部分10从这些峰值求分析器2的旋转角θ。即，基于上述各个峰值而如下那样对旋转角θ进行运算。
这时，设正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ1)的峰值为V1，余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ1)的峰值为V2。在为峰时，sinθsin(ωt+φ1)＝1。因此，V1＝Bsinθ、V2＝Bcosθ。此时，B的值是不明的。因此，计算V1和V2的比。
V1/V2＝Bsinθ/Bcosθ＝sinθ/cosθ＝tanθ
由此，B的值被抵消。
正弦波输出信号的峰值V1被第2AD变换器15测量。然后，余弦波输出信号的峰值V2被第3AD变换器16测量。另一方面，tanθ’＝tan(θ’+π)的关系成立。此时，基于V1＝Bsinθ、V2＝Bcosθ的各自的值取正值还是取负值，决定旋转角θ的值。
因此，旋转角θ＝tan-1(V1/V2)，或旋转角θ＝(tan-1(V1/V2)+π)。
在V1和V2的值为正时，旋转角θ为tan-1(V1/V2)。在V1和V2的值为负时，旋转角θ为(tan-1(V1/V2)+π)。V1的值为正，而V2的值为负时，旋转角θ为tan-1(V1/V2)。V1的值为负，而V2的值为负时，旋转角θ为(tan-1(V1/V2)+π)。即，可基于上述峰值V1、V2而求旋转角θ。
图4、图5是表示上述动作的流程图。图4表示初始设定时的动作，图5表示旋转角检测时的动作。初始设定在分析器2的动作前仅执行一次，例如在车辆的点火钥匙被操作，从而EPS-ECU开始动作时被执行。旋转角检测在初始设定后每一定时间(例如每250μs)被执行。
在图4中，在步骤ST1，在运算部分10中，将从基准相位起一周期的正弦波数据的DMA传送指令输出到DMA控制器12，同时在步骤ST2输出采样开始命令。采样开始命令后，经过采样延迟时间D1后进行实际的采样。在步骤ST3，求激励信号Asinωt的峰的检测时间P1和正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ1)(其中，φ1＝D1+D2)的峰的检测时间P2。
根据这些值，在步骤ST4，求激励信号延迟时间D2和调制信号延迟时间D3。进而，在步骤ST5中，求分析器输出信号时间延迟φ1(＝D2+D3)。设该φ1为修正相位，并在下一个旋转角检测中作为DMA传送的正弦波数据的读出开始地址。通过以上，结束初始设定。
在图5的旋转角检测中，在步骤ST10，运算部分10对DMA控制器12输出DMA传送指令，以读出从修正相位起一周期的正弦波数据，从而对PWM信号生成电路13进行DMA传送。此时，输出到分析器2的激励信号为激励信号Asin(ωt+φ1)。在步骤ST2中，输出采样开始命令。此时，在本实施方式，没有第1AD变换器14、第2AD变换器15、第3AD变换器16的采样延迟。因而，采样延迟时间D1为零。因此，在步骤ST12中，第2AD变换器15和第3AD变换器16在经过初始设定中求出的采样延迟时间D1的时刻，进行正弦波输出信号Bsinθsin(ωt+φ1)和余弦波输出信号Bcosθsin(ωt+φ1)的采样。通过该采样获得的分析器输出，正弦波输出信号、余弦波输出信号均为峰值。然后，在步骤ST13，运算部分10通过运算求分析器2的角度θ。
通过以上的处理步骤，运算部分10在对分析器2输出激励信号时，只对DMA控制器12产生DMA传送指令即可，所以运算部分10的负担小。因此，在这部分能够进行其他的处理，能够提高EPS-ECU的动作效率。此外，程序步骤也只是DMA传送指令步骤即可。而在DMA传送中，由于仅可增加读出地址，所以在存储器11中存储一周期的正弦波数据的结构中，在从修正相位起开始正弦波数据的读出的情况下，不能输出一周期的正弦波数据，而如本实施方式那样，通过在存储器11中预先存储两周期的正弦波数据，无论修正相位的大小如何，即，无论初始设定中检测出的相位偏差的大小如何，都可将一周期的正弦波数据可靠地进行DMA传送。

Claims (2)

1.一种分析器信号处理装置，包括：激励信号发送部件，对分析器发送正弦波构成的激励信号；以及运算部分，检测来自分析器的正弦波输出信号和余弦波输出信号的极值，并基于该值检测分析器的旋转角，其特征在于：
所述激励信号发送部件包括：存储部分，存储两周期的正弦波数据；以及DMA传送部分，将从所述存储部分中所指定的相位起一周期的正弦波数据作为激励信号，以DMA方式传送到分析器，
所述运算部分在分析器动作前执行初始设定时，从基准相位起对所述DMA传送部分执行激励信号的DMA传送指令，检测激励信号和正弦波输出信号或余弦波输出信号之间的相位偏差，
在所述初始设定之后执行旋转角检测时，从相位相对于基准相位超前相当所述相位偏差部分的修正相位起，对所述DMA传送部分执行激励信号的正弦波指令，基于那时的所述极值检测所述旋转角。
2.一种分析器信号处理方法，对分析器发送正弦波构成的激励信号，检测来自分析器的正弦波输出信号和余弦波输出信号的极值，并基于该值检测分析器的旋转角，其特征在于：
在分析器动作前执行初始设定时，将从所述存储部分中所存储的两周期的正弦波数据的基准相位起一周期的正弦波数据作为激励信号，以DMA方式传送到分析器，
检测分析器和正弦波输出信号或余弦波输出信号之间的相位偏差，
在分析器初始设定后执行旋转角检测时，将相位相对于基准相位超前了所述相位差部分的位置设为修正相位，并在存储于存储部分中的两周期的正弦波数据中，将从修正相位起一周期的正弦波数据作为激励信号，以DMA方式传送到分析器，
检测来自分析器的正弦波输出信号和余弦波输出信号的极值，并基于该值检测分析器的旋转角。
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