CN103913189B - 旋转角传感器的异常检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是旋转角传感器的异常检测装置,基于电信号S1、S2的加法值、以及电信号S3、S4的加法值来检测sin系统以及cos系统的电信号的某一个发生异常的第一检测结果、通过对利用振幅A与温度的相关关系并基于电信号S1、S3计算出的第一温度、同样基于电信号S2、S4计算出的第二温度、和通过温度传感器(91)检测出的第三温度的比较,检测出+系统以及-系统的电信号的哪一个产生异常的第二检测结果,微型计算机(42)基于第一以及第二检测结果来确定出异常信号。

Description

旋转角传感器的异常检测装置

技术领域

[0001] 本申请主张于2013年1月8日提出的日本专利申请2013-001077号的优先权,并在 此引用其全部内容。

[0002] 本发明涉及旋转角传感器的异常检测装置。

背景技术

[0003] 以往,例如日本特开2011 — 95094号公报(图14)所记载那样,作为检测马达等的旋 转轴的旋转角的旋转角传感器,公知有利用了磁传感器的装置。该磁传感器具有分别包含 四个磁阻元件的两个电桥电路。两个电桥电路分别生成与由设置于旋转轴的磁铁产生的磁 场的方向对应的电信号。第一电桥电路生成与旋转轴的旋转角度的余弦分量对应的两个电 信号,第二电桥电路生成与旋转轴的旋转角度的正弦分量对应的两个电信号。微型计算机 基于与余弦分量对应的两个电信号的差分求出旋转角度的余弦分量,基于与正弦分量对应 的两个电信号的差分求出旋转角度的正弦分量。微型计算机基于余弦分量以及正弦分量, 通过运算反正切而得到旋转轴的旋转角。

[0004] 微型计算机为了确保旋转角的检测可靠性,检测磁传感器有无异常。微型计算机 在磁传感器正常时,利用余弦分量以及正弦分量的平方和(=Sin29+C〇S29)的值为恒定值, 来检测磁传感器有无异常。微型计算机在平方和的值超出允许范围时,判断为磁传感器产 生异常。

[0005] 如图6所示,以确定的取样周期将微型计算机所获取的余弦分量以及正弦分量分 别描画于c〇S0与Sin0的正交坐标系时,若余弦分量以及正弦分量分别正常,则该曲线的轨 迹描绘半径RO的圆。在该半径RO的正常圆的内外以恒定的宽度设定有平方和的值的允许范 围。在半径RO的正常圆的外侧设定有作为允许范围的上限的半径Rl的上限圆,同样在内侧 设定有作为允许范围的下限的半径R2的下限圆。在余弦分量以及正弦分量被描画在c〇S0与 sin0的正交坐标系中的上限圆的外侧或者下限圆的内侧时,微型计算机检测为磁传感器产 生异常。

[0006] 然而,在基于余弦分量以及正弦分量的平方和的值来检测磁传感器的异常的情况 下,存在如下的问题。由磁传感器生成的电信号受温度的影响。由两个电桥电路分别生成的 共计四个电信号的振幅根据每一时刻的环境温度而发生变化。因此,需要加上与由于磁传 感器的温度特性而引起的振幅变化量相应的量来设定应当理解为正常的平方和的值的允 许范围。其结果为,有可能使本来应该为异常的平方和的值包含于允许范围。

发明内容

[0007] 本发明的目的之一在于提供能够提高磁传感器的异常检测能力的旋转角传感器 的异常检测装置。

[0008] 作为本发明的一个方式的旋转角传感器的异常检测装置具有:磁传感器,其根据 作为检测对象的旋转轴的旋转而生成相位不同的四个电信号;和控制电路,其基于由该磁 传感器生成的四个电信号求出上述旋转轴的旋转角。另外,上述四个电信号包括相位偏移 了 180°的正负两个正弦信号、和相位偏移了 180°的正负两个余弦信号。

[0009] 以这样的构成为前提,旋转角传感器的异常检测装置还具备温度传感器,其检测 上述磁传感器的周围温度。另外,上述控制电路具有第一以及第二检测功能。

[0010] 第一检测功能是基于正负两个正弦信号的加法值以及正负两个余弦信号的加法 值来检测两个正弦信号的哪一个,或者两个余弦信号的哪一个产生异常的功能。

[0011] 第二检测功能是通过第一〜第三温度的比较,来检测正的正弦信号以及正的余弦 信号中的哪一个,或者负的正弦信号以及负的余弦信号的哪一个产生异常的功能。这里,第 一温度是基于由正的正弦信号以及正的余弦信号的平方和值得到的振幅与温度的相关关 系而计算出的温度。第二温度是基于由负的正弦信号以及负的余弦信号的平方和值得到的 振幅与温度的相关关系而计算出的温度。第三温度是通过上述温度传感器检测出的温度。

[0012] 而且控制电路通过上述第一以及第二检测功能的检测结果的比较,来确定是上述 四个电信号中的哪一个产生了异常。

[0013] 根据该构成,能够确定由磁传感器生成的四个电信号的哪一个产生了异常。例如 考虑正的正弦信号产生异常的情况。此时,根据第一检测功能,正的正弦信号与负的正弦信 号的加法值不是逻辑值(=〇),所以可知正的正弦信号以及负的正弦信号的某一方产生异 常。另外,根据第二检测功能,基于正的正弦信号以及正的余弦信号的平方和值计算出的第 一温度与第二以及第三温度分别不同,所以可知正的正弦信号以及正的余弦信号的某一方 产生异常。因此,若对第一以及第二检测功能的检测结果进行比较,则可知正的正弦信号产 生异常。

[0014] 另外,还具有如下优点。即,不进行基于容易受到温度的影响的振幅的比较(平方 和值的比较等),而是通过与该振幅成相关关系的温度的比较来检测旋转角传感器的异常, 从而该异常的有无的判定结果难以受到温度的影响。异常的有无的判定结果难以被温度左 右,所以提高旋转角传感器的异常检测能力。

[0015] 根据上述方式的旋转角传感器的异常检测装置,能够确定出由磁传感器生成的四 个电信号的哪一个产生了异常。因此,上述控制电路能够进行所谓的支援控制。所谓支援控 制是指在检测出上述四个电信号的某一方产生了异常时,使用剩余的正常的正的正弦信号 以及余弦信号、或者负的正弦信号以及余弦信号来求出上述旋转角的控制。

[0016] 上述支援控制的执行中,优选上述控制电路通过将基于由上述剩余的正常的正或 者负的正弦信号以及余弦信号的平方和值得到的振幅与温度的相关关系计算出的温度、与 通过上述温度传感器检测出的第三温度进行比较,来检测上述剩余的正常的正或者负的正 弦信号以及余弦信号的哪一个产生了异常。

[0017] 根据该构成,不会受到温度的影响,而能够适当地进行支援控制中的异常的检测。

[0018] 在上述方式的旋转角传感器的异常检测装置中,上述旋转轴也可以是马达的旋转 轴。此时,作为上述温度传感器,能够利用设为上述马达的驱动电路的过热保护用的传感 器。

[0019] 若这样,无需设置用于检测磁传感器的异常的专用的温度传感器。

[0020] 根据上述构成,能够提高磁传感器的异常检测能力。

附图说明

[0021] 通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述,本发明上述的和其 它的特点和优点得以进一步明确。其中,附图标记表示本发明的要素,其中,

[0022]图1是表示电动动力转向装置的构成的框图。

[0023] 图2是表示电子控制装置(ECU)的构成的框图。

[0024] 图3是安装有旋转角传感器的马达的主要部位剖视图。

[0025] 图4是旋转角传感器的立体图。

[0026] 图5是表示磁传感器的等效电路的电路图。

[0027] 图6是表示由磁传感器生成的余弦分量(cos)与正弦分量(sin)的平方和值的允许 范围的李沙育图。

具体实施方式

[0028] 以下,对将旋转角传感器的异常检测装置应用于电动动力转向装置的一个实施方 式进行说明。

[0029] 如图1所示,电动动力转向装置(EPS) 10具备:转向操作机构20,其基于驾驶员的转 向操作来使转向轮转向;转向操作辅助机构30,其辅助驾驶员的转向操作;以及ECU40,其控 制转向操作辅助机构30的工作。

[0030] 转向操作机构20具备由驾驶员操作的方向盘21、以及与方向盘21—体旋转的转向 轴22。转向轴22由与方向盘21的中心连结的柱轴22a、与柱轴22a的下端部连结的中间轴 22b、以及与中间轴22b的下端部连结的小齿轮轴22c构成。小齿轮轴22c的下端部和向与小 齿轮轴22c相交的方向延伸的齿条轴23的形成了齿条齿的部分23a啮合。因此,转向轴22的 旋转运动被由小齿轮轴22c以及齿条轴23构成的齿轮齿条副机构24转换为齿条轴23的往复 直线运动。通过将该往复直线运动经由分别与齿条轴23的两端连结的拉杆25而分别左右传 递至的转向轮26、26,来变更这些转向轮26、26的转向角。通过变更转向轮26、26的转向角来 变更车辆的行进方向。

[0031] 转向操作辅助机构30具备作为转向操作辅助力的产生源的马达31。作为马达31, 采用无刷马达等三相交流马达。马达31的旋转轴31a经由减速机构32与柱轴22a连结。减速 机构32对马达31的旋转进行减速,并将该减速后的旋转力传递到柱轴22a。通过向转向轴22 赋予马达的转矩作为转向操作辅助力,来辅助驾驶员的转向操作。

[0032] ECU40获取设置于车辆的各种传感器的检测结果作为表示驾驶员的请求或者行驶 状态的信息,并根据这些获取的各种信息来控制马达31。作为各种传感器具有例如车速传 感器51、转矩传感器52以及旋转角传感器53。车速传感器51设置于车辆来检测车速V。转矩 传感器52设置于柱轴22a。转矩传感器52检测随着驾驶员的转向操作而赋予转向轴22的转 向操作转矩Th。旋转角传感器53设置于与马达31的减速机构32相反的一侧的端部来生成与 旋转轴31a的旋转角Θ对应的电信号Sl〜SLE⑶40基于由旋转角传感器53生成的电信号Sl 〜S4来检测旋转角Qc3EClMO基于车速V、转向操作转矩Th以及旋转角Θ,来运算目标辅助转 矩。E⑶40对供给至马达31的电流进行反馈控制,以便使从马达31赋予至柱轴22a的辅助转 矩成为目标辅助转矩。

[0033] 对ECU的构成进行说明。

[0034] 如图2所示,E⑶40具备驱动电路(逆变器电路)41以及微型计算机42。

[0035] 驱动电路41是以串联连接的两个场效应型晶体管(FET)等开关元件作为基本单位 (臂),与三相(U,V,W)的各相对应的三个臂并联而成的公知的PWM逆变器。驱动电路41通过 基于由微型计算机42生成的马达控制信号Sc来开关各开关元件,从而将由电池等直流电源 供给的直流电流转换为三相交流电流。该转换而得的三相交流电流经由各相的供电线路43 而被供给至马达31。各相的供电线路43设置有电流传感器44。这些电流传感器44检测各相 的供电线路43产生的实际的电流值I。此外,在图2中,为了便于说明,将各相的供电线路43 以及各相的电流传感器44分别统合为一个来图示。

[0036] 微型计算机42基于车速V以及转向操作转矩Th,来运算与使转向操作辅助机构30 应该产生的目标辅助转矩对应的电流指令值。微型计算机42基于该电流指令值、实际的电 流值I以及马达31的旋转角Θ以实际的电流值I追随电流指令值的方式进行电流的反馈控 制。微型计算机42求出电流指令值与实际的电流值I的偏差,以消除该偏差的方式生成马达 控制信号Sc (PWM驱动信号)。马达控制信号Sc规定驱动电路41的各开关元件的开启占空比 (on duty)。通过驱动电路41将与马达控制信号Sc对应的电流供给至马达31,从而马达31产 生与目标辅助转矩对应的旋转力。

[0037] 对旋转角传感器的机械构成进行说明。

[0038] 如图3所示,旋转角传感器53设置在安装于马达31的与减速机构32相反的一侧的 端部(图3中的上部)的壳体61的内部。旋转角传感器53具有偏置磁铁62、和作为磁传感器的 MR传感器(磁阻效应传感器)63。偏置磁铁62固定于旋转轴31a的端部。MR传感器63设置于固 定在壳体61的内底面的基板64 JR传感器63在沿着旋转轴的轴线6的方向上与偏置磁铁62 对置。基板64还设置有E⑶40以及温度传感器91。

[0039] 如图4所示,偏置磁铁62是在径向上N极以及S极被磁化的圆柱状的二极磁铁。通过 该偏置磁铁6 2,对M R传感器6 3赋予以从N极朝向S极的实线的箭头6 6表不的方向的偏置磁 场。例如在旋转轴31a从图中的位置向以箭头67表示的方向旋转了角度Θ时,偏置磁铁62也 向以箭头67表示的方向旋转角度Θ。由此,向MR传感器63赋予的偏置磁场的方向从以实线的 箭头66表示的方向变化到以将轴线65为中心旋转了角度Θ的双点划线的箭头68表示的方 向。这样,向MR传感器63赋予的磁场的方向根据旋转轴31a的旋转角Θ而发生变化。

[0040] 对MR传感器进行详细说明。

[0041] MR传感器63检测由偏置磁铁62赋予的偏置磁场的方向,并生成与该方向对应的电 信号Sl〜S4。

[0042] 如图5所示,MR传感器63具备第一电桥电路70、以及第二电桥电路80。第一电桥电 路70是四个磁阻元件71〜74被配置为电桥状,第二电桥电路80是四个磁阻元件81〜84被配 置为电桥状。

[0043] 第一电桥电路70由串联连接了四个磁阻元件中的两个磁阻元件71、72的半桥电路 70a、以及串联连接了剩余的两个磁阻元件73、74的半桥电路70b构成。两个半桥电路70a、 70b的第一端部分别与电源(电源电压+Vcc)连接。两个半桥电路70a、70b的第二端部分别接 地。第一电桥电路70将两个磁阻元件71、72的中点电位作为第一电信号Sl输出,将两个磁阻 元件73、74的中点电位作为第二电信号S2输出。

[0044] 在偏置磁铁62与旋转轴31a—起旋转而向各磁阻元件71〜74赋予的偏置磁场的方 向发生变化时,各磁阻元件71〜74的电阻值根据该变化而发生变化。由于各磁阻元件71〜 74的电阻值发生变化,第一以及第二电信号S1、S2分别变化。即,第一以及第二电信号S1、S2 分别根据旋转轴31a的旋转角Θ而发生变化。

[0045] 在本例中,通过适当地调整各磁阻元件71〜74的配置(基准方向),第一以及第二 电信号S1、S2分别成为以如下方式变化的信号。第一电信号Sl是相对于旋转轴31a的旋转角 Θ正弦波状地变化的振幅A的sin信号。第二电信号是与第一电信号Sl偏移了 180°相位的振 幅A的一sin信号。第一以及第二电信号S1、S2能够以下式(1)、(2)表示。

Figure CN103913189BD00071

[0048] 第二电桥电路80是与第一电桥电路70相同的电路构成。第二电桥电路80也是由串 联了两个磁阻元件81、82的半桥电路80a、以及串联了两个磁阻元件83、84的半桥电路80b构 成。两个半桥电路80a、80b的第一端部分别与电源连接。两个半桥电路80a、80b的第二端部 分别接地。第二电桥电路80将两个磁阻元件81、82的中点电位作为第三电信号S3输出,另外 将两个磁阻元件83、84的中点电位作为第四电信号S4输出。

[0049] 虽然未图示,但第一以及第二电桥电路70、80被设置在相同的传感器基板上并且 为同心状。第二电桥电路80相对于第一电桥电路70向旋转轴31a的旋转方向偏移了规定角 度(45°)而配置。由此,第三电信号S3成为相对于第一电信号Sl延迟了90°相位的振幅A的 cos信号。另外,第四电信号S4成为相对于第三电信号S3偏移了 180°的相位的振幅A的一 cos 信号。即,第三以及第四电信号S3、S4能够以下式(3)、(4)表示。

Figure CN103913189BD00072

[0052] 对旋转角的检测处理进行说明。

[0053] 微型计算机42分别以规定的取样周期来获取从第一电桥电路70输出的第一以及 第二电信号S1、S2、以及从第二电桥电路80输出的第三以及第四电信号S3、S4。微型计算机 42如下式(5)、⑹所不,分别运算第一电信号Sl与第二电信号S2的差分、以及第三电信号S3 与第四电信号S4的差分。由此,得到第一〜第四电信号Sl〜S4的2倍振幅、2A的信号。而且微 型计算机42如下式(7)所示通过基于两个差值来运算反正切值,从而检测旋转轴31a的旋转 角

[0054] 第一差值(正弦分量)=Sl — S2 = 2Asin0 (5)

[0055] 第二差值(余弦分量)=S3 —S4 = 2Acos0 ⑹

[0056] Θ =Arctan (2Asin9/2Acos9) (7)

[0057] 但是,微型计算机42通过如下式⑻所示,基于第一电信号SI以及第三电信号S3运 算反正切值,或者如下式(9)所示基于第二电信号S2以及第四电信号S4运算反正切值,从而 也能够检测旋转轴31a的旋转角Θ。

Figure CN103913189BD00073

[0060]微型计算机42具有各种异常检测功能。例如,具有保护驱动电路41以使之不会过 热的功能、以及检测MR传感器63的异常的功能。

[0061] 对驱动电路41的过热保护功能进行说明。驱动电路41的各开关元件通过伴随马达 控制信号Sc的施加而通电从而发热。其结果,各开关元件的温度上升从而有可能达到过热 状态。在本例的电动动力转向装置10中,为了防止由该过热引起的开关元件的烧损,而采用 如下构成。

[0062] 如图3所示,在设置有驱动电路41的基板64设置有温度传感器91。

[0063] 如图5的下部所示,温度传感器91构成为热敏电阻92与上拉(pull up)电阻93的分 压电路。在恒定电压源(电压Vp,例如5V)与大地之间,按上拉电阻93、热敏电阻92的顺序串 联上拉电阻93以及热敏电阻92。热敏电阻92是随着温度的变化而电阻值发生变化的电阻元 件。若随着温度变化热敏电阻92的电阻值发生变化,则分别流过热敏电阻92以及上拉电阻 93的电流发生变化,并在热敏电阻92以及上拉电阻93中分别产生与该电流的变化对应的电 压。微型计算机42获取根据温度变化而在热敏电阻92中产生的电压来作为电信号Sth,基于 该获取的电信号Sth来检测壳体61的内部温度。顺便说明,由于在热敏电阻92的电压与温度 之间存在相关性,所以若知道了热敏电阻92的电压便也知道温度。

[0064] 微型计算机42通过壳体61的内部温度来间接地检测驱动电路41的温度有无异常。 微型计算机42在检测出的温度超过阈值温度时,例如以限制供给至马达31的电流的方式, 生成马达控制信号Sc。通过减少供给至马达31的电流来降低驱动电路41的温度,抑制了各 开关元件过热。

[0065] 微型计算机42还监视温度传感器91有无异常。微型计算机42以确定的取样周期获 取电信号Sth,在该获取的电信号Sth的值(电压值)近似恒定电压源的电压Vp时,检测出由 温度传感器91断线等引起的、所谓的开路状态。另外,微型计算机42在获取的电信号Sth的 值近似大地的电位(OV)时,检测出温度传感器91是短路的状态。

[0066] 对MR传感器63的异常检测功能进行说明。

[0067] 通常时,微型计算机42监视第一〜第四电信号Sl〜S4有无异常(一次故障监视)。

[0068] 第一以及第二电信号S1、S2相互相差180°相位。因此,理论上,下式(10)成立。第三 以及第四电信号S3、S4也相互相差180°相位。因此,理论上,下式(11)成立。

Figure CN103913189BD00081

[0071] 在式(10)不成立时可知第一电信号Sl或者第二电信号S2异常。在式(11)不成立时 可知第三电信号S3或者第四电信号S4异常。此外,实际上考虑误差,设定将零作为基准的允 许范围,在第一以及第二电信号SI、S2的加法值、以及第三以及第四电信号S3、S4的加法值 超过该允许范围(上下限的范围)时,微型计算机42判定为异常。

[0072] 在检测为第一电信号Sl或第二电信号S2,或者第三电信号S3或第四电信号S4异常 时,还考虑停止由微型计算机42进行的马达31的控制。但是,在电动动力转向装置10中,从 避免转向操作感的突然变化且维持没有不协调的自然的转向操作感的观点来看,优选尽量 持续转向操作辅动力的赋予。

[0073] 只要第一〜第四电信号Sl〜S4的某一个产生了异常的状态,则使用具有与该异常 信号的符号相反的符号的两个正常的sin信号以及cos信号能够求出旋转角Θ。通过基于该 旋转角Θ对马达31进行支援控制,能够持续转向操作辅动力的赋予。

[0074] 为了进行基于两个sin信号以及cos信号的马达31的支援控制,需要确定出产生了 异常的信号。这一点,微型计算机42通过基于式(10)、(11)的监视,能够检测出是第一电信 号Sl或是第二电信号S2异常,或者是第三电信号S3或是第四电信号S4异常。例如在第一电 信号Sl产生了异常的情况下,微型计算机42基于式(10)不成立,而检测出第一电信号Sl或 者第二电信号S2异常。但是,在该时刻,不能够确定出是第一以及第二电信号S1、S2的哪一 个产生异常。

[0075] 在本例中,以如下方式确定出是第一〜第四电信号Sl〜S4的哪一个产生了异常。

[0076] 在本例中,着眼于MR传感器63的环境温度、与第一〜第四电信号的振幅之间存在 相关性,以如下方式确定出产生了异常的信号。

[0077] 微型计算机42首先利用MR传感器63的振幅/温度特性,基于+系统的第一以及第三 电信号SI、S3运算第一温度Tl,基于一系统的第二以及第四电信号S2、S4运算第二温度T2。 这里为了便于说明省略,但第一以及第二温度T1、T2利用后述的式(18)计算出。将基于第一 以及第三电信号S1、S3的平方和的值计算出的振幅A应用于式(18)时的温度Ta是第一温度 T1。将基于第二以及第四电信号S2、S4的平方和的值计算出的振幅A应用于式(18)时的温度 Ta是第二温度T2。

[0078] 通过将这些第一以及第二温度T1、T2,以及通过温度传感器91求出的第三温度T3 相互比较,能够分开检测MR传感器63的异常与温度传感器91的异常。但是,作为其前提,优 选温度传感器91被设置在与MR传感器63相同程度的温度的环境中。在如上所述的本例中, 温度传感器91以及MR传感器63分别设置于相同的壳体61的内部。因此,在MR传感器63以及 温度传感器91分别正常时,第一〜第三温度Tl〜Τ3成为相互近似的值。

[0079] 微型计算机42利用计算出的第一〜第三温度Tl〜T3确定出异常的电信号。例如, 在第一电信号Sl产生异常时,基于第一以及第三电信号S1、S3得到的第一温度Tl的值也成 为异常。微型计算机42通过对第一〜第三温度Tl〜T3进行相互比较,来检测第一温度Tl的 异常。若第二温度T2与第三温度T3是相互近似的值,且只有第一温度Tl与第二以及第三温 度T2、T3的值存在较大差异,则可知第一温度Tl异常。在第一温度Tl异常时,在成为第一温 度Tl的计算的基础的第一电信号Sl或者第三电信号S3有可能存在异常。

[0080] 微型计算机42将像这样得到的有可能存在异常的电信号的共同满足两个条件即 条件A、条件B的电信号确定为产生了异常的电信号。

[0081] 条件A是Sin系统的电信号。这里,Sin系统的电信号是第一电信号Sl以及第二电信 号S2。

[0082] 条件B是+系统的电信号。这里,+系统的电信号是第一电信号Sl以及第三电信号 S3 〇

[0083]如表1所不,共同满足上述的条件A、B的电信号只是第一〜第四电信号Sl〜S4中的 第一电信号S1。因此,微型计算机42能够确定出第一电信号Sl产生了异常。

[0084]表1

[0085]

Figure CN103913189BD00101

[0086] 这里以在第一电信号SI产生了异常的情况为例进行了说明,但若是其他的第二〜 第四电信号S2〜S4中的任意一个产生了异常时,与上述同样能够确定出产生了异常的电信 号。通过微型计算机42能够确定出产生异常的电信号,从而可知关于马达31的控制,能够从 通常控制移至支援控制。

[0087] 对一个系统故障时的支援控制进行说明。此外,在本例中,虽然存在+系统以及一 系统的二个系统的电信号,但将这些二个系统的电信号中的一个系统产生了异常的状态称 为一个系统故障。

[0088] 微型计算机42在检测为第一〜第四电信号Sl〜S4中的任意一个为异常时,利用剩 余的正常的电信号中的相同符号的电信号运算旋转轴31a的旋转角Θ (支援控制)。

[0089] 例如,在第一电信号Sl或者第三电信号S3被检测出异常时,微型计算机42通过将 正常的一系统的第二以及第四电信号S2、S4应用于式(9)来运算旋转轴31a的旋转角Θ。同 样,在第二电信号S2或者第四电信号S4被检测出异常时,微型计算机42通过将正常的+系统 的第一以及第三电信号SI、S3应用于式(8)来运算旋转轴31a的旋转角Θ。

[0090] 这里如上所述,通过确定出第一电信号Sl产生异常,微型计算机42从通常控制移 至支援控制。这里由于第一电信号Sl异常,所以微型计算机42通过将正常的第二〜第四电 信号S2〜S4中的一系统的第二电信号S2以及第四电信号S4应用于式(9),来运算旋转角Θ。

[0091] 顺便说名,所谓通常控制是指如上所述使用第一〜第四电信号Sl〜S4的全部并基 于式(5)、(6)、⑺计算旋转轴31a的旋转角Θ的控制。

[0092] 在支援控制的执行中,微型计算机42监视支援控制所使用的正常的两个电信号有 无异常。这里如上所述,由于第一电信号Sl产生异常,所以支援控制使用第二以及第四电信 号S2、S4。

[0093] 微型计算机42利用如下记载的性质C、性质D,来监视有无异常。

[0094] 性质C sin系统的电信号的平方值与cos系统的电信号的平方值的和,以下称为平 方和的值为恒定值。

[0095] 性质D第一〜第四电信号Sl〜S4的振幅A与温度之间存在相关关系。

[0096] 微型计算机42首先基于式(12),运算当前支援控制所使用的正常的第二以及第四 电信号S2、S4的平方和的值。

Figure CN103913189BD00111

[0099] 接下来,微型计算机42根据正常的第二以及第四电信号S2、S4的平方和的运算结 果求出振幅A。

[0100] 若第二以及第四电信号S2、S4正常,则下式(13)成立。

Figure CN103913189BD00112

[0102] 因此,式(12)能够以如下方式表示。

Figure CN103913189BD00113

[0104]如下式(14)所示,微型计算机42通过运算作为平方和的运算结果的A2的平方根从 而得到第二以及第四电信号S2、S4的振幅A。

Figure CN103913189BD00114

[0106]接下来,微型计算机42如下式(15)所示,通过对振幅A加倍来求出第二以及第四电 信号S2、S4的峰峰值App。

Figure CN103913189BD00115

[0108] 这里,振幅A能够以下式(16)来表示。

Figure CN103913189BD00116

[0110] 其中,AO是环境的温度为常温(25°C)时由MR传感器63生成的第一〜第四电信号Sl 〜S4的振幅。在该常温下的振幅AO的值被预先存储于微型计算机42的存储装置42a。另外,α 是反映振幅对温度的变化率的系数(振幅/温度系数)。该系数是基于MR传感器63的规格定 义的值,具有一些偏差。在本例中,系数α被设定为该偏差的中央值(Typ值)。另外,Ta是MR传 感器63的环境温度。

[0111] 像这样,在式(16)中,常温下的振幅A0、系数α以及振幅A分别是已知的值。因此,能 够基于式(16)求出温度Ta。

[0112] 在本例中为了确保动态范围,作为式(16)中的振幅A使用第二以及第四电信号S2、 S4的峰峰值App。因此,式(16)能够以下式(17)来表示。

Figure CN103913189BD00117

[0114] 若将式(17)对温度Ta进行变形,则能够以下式(18)来表示。

Figure CN103913189BD00118

[0116] 微型计算机42能够基于式(18),根据振幅A得到温度Ta (推定温度)。

[0117] 如上所述,对于系数α,使用其偏差的中央值,所以虽然通过式(18)求出的温度Ta 仅存在中央值与偏差的上下限的差的量,但是也存在偏差。

[0118] 微型计算机42通过将基于式(18)计算出的温度Ta、与通过温度传感器91检测出的 温度(第三温度T3)进行比较,来监视有无异常。微型计算机42在温度Ta与第三温度T3的差 分Δ T超过阈值温度差Δ Tth时,判定为以前正常的第二电信号S2或者第四电信号S4、或者 温度传感器91产生了异常。此时,微型计算机42停止马达31的控制。阈值温度差ATth被预 先存储于存储装置42a。

[0119] 如上所述,通过将第一以及第二温度T1、T2、以及通过温度传感器91求出的第三温 度Τ3相互地进行比较,能够分开检测MR传感器63的异常与温度传感器91的异常。微型计算 机42在检测出温度传感器91的异常后,在检测出第一以及第二温度Τ1、Τ2的哪个异常时,也 停止马达31的控制。

[0120] 在本例中对于支援控制中的异常检测,通过对基于支援控制所使用的正常的两个 电信号并使用式(12)〜式(18)计算出的温度Ta、与基于通过温度传感器91生成的电信号 Sth计算出的温度(第三温度T3)的比较来进行。作为第三温度T3的比较对象的温度Ta的偏 差是被设定为中央值的上述的系数α (振幅/温度系数)的偏差量。由于系数α的偏差而引起 的温度Ta的偏差的程度与受温度的影响的sin信号以及cos信号的平方和的值的偏差的程 度相比较低。因此,与基于平方和的值来检测MR传感器63的异常的情况不同,能够适当地设 定应当理解为正常的温度的允许范围(阈值温度差ΔΤ的上下限值)。即,能够避免本来应该 为异常的温度包含于允许范围。

[0121] 对于微型计算机42基于由温度传感器91生成的电信号Sth的值(电压值),分别检 测温度传感器91的断线以及短路,如上所述。在本例中,还能够进一步检测温度传感器91的 中间故障(漂移)。所谓中间故障是指与断线或者短路不同,未产生极端的输出变动的故障。 中间故障例如是由于传感器性能随年久而推移而降低所以检测误差逐渐增大等而产生的。

[0122] 微型计算机42以如下方式检测温度传感器91的中间故障。微型计算机42通过对为 了检测MR传感器63的异常而计算出的第一〜第三温度Tl〜T3相互地进行比较,来检测温度 传感器91的中间故障。微型计算机42在以下的三个条件E、F、G全部成立时,检测为温度传感 器91发生中间故障。

[0123] 条件E电信号Sth的值#Vp (恒定电压源的电压:例如5V)

[0124] 条件F电信号Sth的值#大地电位(例如0V)

[0125] 条件G第一温度Tl =第二温度T2#第三温度Τ3

[0126] 通常,微型计算机42以如下的方式进行驱动电路41的温度补偿控制。微型计算机 42基于上述的电流指令值来推定驱动电路41的温度上升量ATcL微型计算机42以通过温度 传感器91得到的第三温度T3加上该推定出的温度上升量ATd而得到的温度不超过构成驱 动电路41的各开关元件的额定温度Tmax的方式,来使驱动电路41动作。第三温度T3、温度上 升量A Td以及额定温度Tmax的关系表示为下式(19)。

[0127] T3+ATcKTmax (19)

[0128] 微型计算机42在温度传感器91的断线、短路或者中间故障被检测出时,例如利用 第一温度Tl或者第二温度T2来进行驱动电路41的温度补偿控制。代替式(19)中的第三温度 T3,使用第一温度Tl或者第二温度T2。这样,在温度传感器91产生了异常的情况下,能够持 续地进行驱动电路41的温度补偿控制。

[0129] 对于代替基于第一〜第三温度Tl〜T3的比较的异常检测,可否采用基于与上述的 现有技术相同的平方和值的MR传感器63的异常检测方法进行研究。

[0130] 这一点,通过利用温度传感器91来修正第一〜第四电信号Sl〜S4的振幅A,也能够 基于平方和的值来检测MR传感器63的异常。

[0131] 若基于通过温度传感器91检测出的温度消除式(16)的温度Ta的项(=±α · Ta), 则得到本来的振幅AO。因此,若通过温度传感器91检测出的温度是准确,则能够缩小之前的 图6所示的平方和的值的允许范围。在将实际检测出的第一以及第三电信号S1、S3,或者第 二以及第四电信号S2、S4描画于之前的图6所示的c〇S0以及Sin0的正交坐标系时,只要可以 看出该曲线偏离半径RO的正常圆多少即可。

[0132] 但是,在通过温度传感器91检测出的温度不准确的情况下不能够进行准确的修 正。在本例中,即使温度传感器91只有一个,只要MR传感器63正常,则通过第一〜第三温度 Tl〜T3的比较能够检测出温度传感器91有无异常。与此相对,在未进行第一〜第三温度Tl 〜T3的比较的情况下,检测温度的单元只有温度传感器91。通过微型计算机42检测出的温 度传感器91的异常只有断线以及短路。因此,通过温度传感器91得到的温度是否是准确的 值不明确。

[0133] 因此,考虑再设置一个温度传感器91。在该情况下,通过利用两个温度传感器91、 91得到的两个温度的比较,能够监视这些温度有无异常。但是,由于添加温度传感器91而导 致故障率倍增,伴随与此若两个温度传感器91、91某一个发生故障则其结果,不清楚是否是 准确的温度。因此,不采用只基于平方和值的MR传感器63的异常检测方法。

[0134] 根据本实施方式,能够得到以下的有效的效果。

[0135] 微型计算机42具有利用两个式(10)、(11)的第一异常检测功能、和通过第一〜第 三温度Tl〜T3的比较的第二异常检测功能。微型计算机42通过利用第一以及第二异常检测 功能的检测结果的比较,能够确定出是第一〜第四电信号Sl〜S4的哪一个产生异常。

[0136] 不进行基于容易受到温度的影响的振幅的比较(平方和值的比较等),而通过与该 振幅成相关关系的温度的比较来检测旋转角传感器53即MR传感器63的异常,从而该异常的 有无的判定结果难以受到温度的影响。异常的有无的判定结果难以被温度左右,所以提高 旋转角传感器53的异常检测能力。

[0137] 由于能够确定出第一〜第四电信号Sl〜S4的哪一个产生异常,所以微型计算机42 能够从通常控制移至支援控制。

[0138] 利用驱动电路41的过热保护用的温度传感器91,来进行支援控制中的异常检测。 因此,无需添加设置MR传感器63的异常检测用的温度传感器。故障率等也能够维持在以往 程度。

[0139] 通过第一〜第三温度Tl〜T3的比较,不仅能检测出MR传感器63产生了异常,还能 够检测出温度传感器91产生异常。因此,能够防止错误地进行驱动电路41的过热保护。

[0140] 在第一〜第四电信号Sl〜S4全部正常的情况下,在温度传感器91产生了异常时, 利用基于第一〜第四电信号Sl〜S4计算出的第一以及第二温度T1、T2的至少一方,能够支 援温度传感器91。即,在温度传感器91产生了异常的情况下,能够适当地进行驱动电路41的 过热保护。

[0141] 此外,上述实施方式也可以以如下的方式变更来实施。

[0142] · MR传感器63可以是使用了TMR (隧道磁阻元件)的传感器,也可以是使用了GMR (巨大磁阻元件)的传感器。只要是根据伴随旋转轴31a的旋转的偏置磁场的变化而生成四 个电信号Sl〜S4的磁传感器即可,则能够作为本例的MR传感器63而采用。

[0143] •本例的温度传感器91是利用了热敏电阻92的传感器,但也可以是利用了热电对 等传感器。

[0144] •在本例中,如式(17)所示,计算出电信号的峰峰值App,但也可以不计算峰峰值 App。在该情况下,能够使用通过式(16)计算出的振幅A,并基于式(18)计算温度Ta。

[0145] •在本例中,对检测马达31的旋转轴31a的旋转角Θ的旋转角传感器53进行了说 明,但例如还可以将本例应用为检测转向轴22的旋转角的旋转角传感器的异常检测装置。 另外,旋转角传感器的检测对象并不限于设置于车辆的旋转轴。

[0146] 接下来,对根据上述实施方式能够把握的构成在以下进行补充。

[0147] 在具有:磁传感器,其根据作为检测对象的马达旋转轴的旋转而生成相位不同的 四个电信号;和控制电路,其基于由该磁传感器生成的四个电信号求出上述旋转轴的旋转 角,且上述四个电信号包括相位偏移了 180°的正负两个正弦信号、与相位偏移了 180°的正 负两个余弦信号的旋转角传感器中,

[0148] 具备温度传感器,该温度传感器检测上述磁传感器的周围温度,上述控制电路通 过对基于由正的正弦信号以及正的余弦信号的平方和值得到的振幅与温度的相关关系计 算出的第一温度、基于由负的正弦信号以及负的余弦信号的平方和值得到的振幅与温度的 相关关系计算出的第二温度、和通过上述温度传感器检测出的第三温度的比较,来检测上 述温度传感器有无异常。

[0149] 根据该构成,通过对第一〜第三温度相互地进行比较,能够检测温度传感器有无 异常。

[0150] 上述马达作为电动动力转向装置的驱动源而发挥作用。

Claims (3)

1. 一种旋转角传感器的异常检测装置,具备: 磁传感器,其根据作为检测对象的旋转轴的旋转而生成相位不同的四个电信号; 温度传感器,其检测所述磁传感器的周围温度;以及 控制电路,其基于由所述磁传感器生成的四个电信号求出所述旋转轴的旋转角,其中 所述四个电信号包括相位偏移了 180°的正负两个正弦信号和相位偏移了 180°的正负 两个余弦信号, 所述控制电路具备: 第一检测单元,基于正负两个正弦信号的加法值以及正负两个余弦信号的加法值来检 测两个正弦信号的哪一个,或者两个余弦信号的哪一个产生异常; 第二检测单元,通过基于由正的正弦信号以及正的余弦信号的平方和值得到的振幅与 温度的相关关系而计算出的第一温度、基于由负的正弦信号以及负的余弦信号的平方和值 得到的振幅与温度的相关关系而计算出的第二温度以及通过所述温度传感器检测出的第 三温度这三者间的比较,来检测正的正弦信号以及正的余弦信号中的哪一个,或者负的正 弦信号以及负的余弦信号中的哪一个产生异常, 所述控制电路通过比较所述第一检测单元以及第二检测单元的检测结果,来确定所述 四个电信号中的哪一个产生了异常。
2. 根据权利要求1所述的旋转角传感器的异常检测装置,其中 所述控制电路在检测出所述四个电信号的任意一个产生了异常时,进行使用剩余的正 常的正的正弦信号以及正的余弦信号,或者负的正弦信号以及负的余弦信号来求出所述旋 转角的支援控制, 所述控制电路在所述支援控制的执行中,通过基于由所述剩余的正常的正的正弦信号 以及正的余弦信号的平方和值,或者由所述剩余的正常的负的正弦信号以及负的余弦信号 的平方和值得到的振幅与温度的相关关系而计算出的温度和通过所述温度传感器检测出 的第三温度这二者之间的比较,来检测所述剩余的正常的正或者负的正弦信号以及余弦信 号的哪一个产生了异常。
3. 根据权利要求1或2所述的旋转角传感器的异常检测装置,其中, 所述旋转轴是马达的旋转轴, 所述温度传感器被设置为用于所述马达的驱动电路的过热保护。
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