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Diese
Anmeldung basiert auf Anmeldung Nr. 2001-115250, eingereicht in
Japan am 13.04.2001, deren Inhalt hiermit mittels Bezugnahme einbezogen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anomalieerfassungsvorrichtung
und ein Verfahren zum Erfassen von Anomalie in einer Positionserfassungsvorrichtung,
die anwendbar ist für
sowohl Drehpositionserfassung als auch lineare Positionserfassung,
einschließlich
eines Drehpositionsdetektors wie etwa einen positionserfassenden
Resolver, eine positionserfassende Synchronisiereinrichtung etc., und
eines linearen Positionsdetektors, der die Positionserfassungsprinzipien ähnlich jenen
für Drehpositionserfassung
verwendet. Spezieller bezieht sie sich auf Anomaliebestimmung und
Verarbeiten in einer derartigen Positionserfassungsvorrichtung in
einem elektrisch betriebenen oder motorisierten Servolenkungssystem
zum Unterstützen
des Lenkaufwands eines Bedieners, ausgeübt auf ein Lenkrad mittels
eines elektrischen Motors.
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In
der Vergangenheit wurde ein Resolver, ein typischer von solchen
Arten von Positionsdetektoren, zur Drehpositionserfassung, in den
Ausgangssignale von zwei orthogonal angeordneten Wicklungsgliedern
in einen Resolver-Digital-Wandler
(nachstehend einfach als R/D-Wandler bezeichnet) eingegeben werden,
eingesetzt. Durch die Verwendung dieser Positionserfassungsvorrichtung
wird ein Motor für
ein motorisiertes Servolenkungssystem gesteuert, um zu rotieren.
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Eine
derartige Einrichtung zur Drehpositionserfassung ist aus
EP 0 978 947 A2 bekannt.
Gemäß diesem
Dokument wird vorgeschlagen, ein getaktetes Referenzsignal für die Drehpositionserfassung
zu verwenden, das auf dem Zeittakt einer CPU basiert. Die Ausgangssignale
eines Resolvers werden abgetastet und zur Phase des Referenzsignals
in Beziehung gesetzt. Die Abweichung zur Referenzphase ermöglicht die
Bestimmung der Drehposition.
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In
JP 1-262415 A wird eine Einrichtung zum Ermitteln eines Drehwinkels
beschrieben. Darin werden die Ausgangssignale eines Resolvers demoduliert
und über
einen Multiplexer und A/D-Wandler einer CPU zugeführt, welche
die Winkelinformation berechnet und eine Spannung ausgibt, die dem
Winkel proportional ist. Das Ergebnis wird mit Hilfe eines Komparators
mit einer vorbestimmten konstanten Spannung verglichen. Bei einer
Abweichung der zu vergleichenden Werte wird ein Alarm ausgelöst.
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JP
2000-39337 A beschreibt eine Einrichtung zum Erfassen der Abweichung
eines Drehwinkels basierend auf den Ausgangssignalen von Resolvern.
Mit Hilfe einer CPU wird die Phase eines sinusförmigen Referenzsignals berechnet,
die mit den abgetasteten Phasenwerten der Resolver-Ausgangssignale verglichen
wird, wodurch eine Bestimmung des Drehwinkels ermöglicht wird.
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In
JP 3-238317 A wird ein System zur Ermittlung von Drahtbrüchen mit
Hilfe eines magnetischen Resolvers beschrieben. Dazu wird die Amplitude
des Resolver-Ausgangsignals
mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen. Bei einer Unterschreitung dieses
Referenzwertes wird ein Drahtbruch detektiert und ein Signal ausgelöst.
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US 6 191 550 B1 beschreibt
eine Einrichtung zum Ermitteln von Winkel-Abweichungen in einem Drehsensor.
Die Phase eines Referenzsignals eines Schwingkreises wird dabei
mit der Phase des Resolver-Ausgangssignals in Beziehung gesetzt
und mit Hilfe einer Recheneinheit eine Abweichung des Drehwinkels
ermittelt.
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In
US 5 691 611 A ist
ein System zum Ermitteln von Abweichungen der Drehgeschwindigkeit
in einem Motor beschrieben. Dazu wird das Ausgangssignal eines Resolvers
benutzt, um mit Hilfe eines R/D-Konverters und einer CPU die Drehgeschwindigkeit
des Motors zu berechnen und durch Vergleich mit einem Referenzwert
eine Abweichung zu ermitteln.
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JP
3-78668 beschreibt eine Positionserfassungsvorrichtung zur gleichzeitigen
Erfassung von Unterbrechungen in drei Leitungen. Das sinusförmige Resolver-Erregersignal
wird mit den Ausgangssignalen eines Resolvers kombiniert, wodurch
es mit Hilfe von Vergleichskreisen möglich wird, Unterbrechungen
des Resolvers zu ermitteln.
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JP 2 687 651 B2 offenbart
einen magnetischen Resolver, bei dem Abnormalitäten, wie z.B. Drahtbrüche, erkannt
werden können.
Dazu werden die Spitzenwerte der Amplitude des Resolver-Ausgangssignals
permanent durch den Spitzenwertdetektor überwacht, und mit vorbestimmten
oberen oder unteren Referenzwerten verglichen. Bei einer Abnormalität, d.h.
bei einem Wert außerhalb
des Referenzbereichs, wird ein Fehlersignal ausgegeben.
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DE 31 41 015 C2 beschreibt
einen Drehwinkeldetektor, bei dem der Rotor exzentrisch im Stator angeordnet
ist, so dass sich die Reluktanz zweier gegenüberliegender Statorpole in
Abhängigkeit
vom Drehwinkel verändert,
und die Reluktanzänderung der
beiden Pole eines Polpaares differentialartig erfolgt.
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Ein
Beispiel eines herkömmlichen
Resolvers ist in 11 dargestellt.
In 11 hat der Resolver 10 ein
einzelnes Primärwicklungsglied,
in das ein Erregersignal (sinωt) 14,
welches eine Sinuskurvenspannung zur Erregung des Resolvers ist,
von einem Schwingkreis 12 eingegeben wird. Der Resolver 10 hat
auch zwei Sekundärwindungsglieder,
angeordnet in einem gegenseitig orthogonalen Verhältnis mit
Bezug aufeinander, um Induktionssignale 16, 18 auszugeben,
die zum Beispiel durch Amplitudenmodulieren des Erregersignals 14 mit
cosθ bzw.
sinθ in Übereinstimmung
mit der Drehposition θ des
Motors des motorisierten Servolenkungssystems generiert werden.
Nachstehend wird das Ausgangssignal der Sekundärwicklungsglieder, generiert
durch Amplitudenmodulation mit cosθ als ein Cos-Signal 16 bezeichnet,
und das Ausgangssignal der Sekundärwindungen, generiert durch
Amplitudenmodulation mit sinθ, wird
als ein Sin-Signal 18 bezeichnet. Diese zwei Ausgangssignale 16 und 18 werden
in den R/D-Wandler 20 eingegeben, welcher dann ein digitales
Signal generiert, das die erfasste Drehposition repräsentiert.
Das digitale Signal dieser Drehposition θ wird in einen Steuerabschnitt 22 zur
Verwendung in der vorgeschriebenen Steuerung eingegeben.
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Wenn
es eine Unterbrechung im Resolver gibt, können Fehlfunktionen von verschiedenen Steuermechanismen
verursacht werden und deshalb muss eine derartige Unterbrechung
sofort erfasst werden. Um Anomalie im Resolver zu erfassen, wurde
herkömmlich
ein Verfahren des individuellen Erfassens des Erregersignals 14,
des Cos-Signals 16 bzw. des Sin-Signals 18 implementiert.
Außerdem wurde
auch ein anderes Verfahren des gleichzeitigen Erfassens von Unterbrechungen
in Signalleitungen für
diese drei Signale vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist vorteilhaft
darin, dass gleichzeitige Erfassung von Unterbrechungen in den drei
Signalleitungen dazu dient, die Anzahl von Komponentenelementen zu
reduzieren und eine preiswerte Erfassung von unterbrochenen Leitungen
im Vergleich mit dem zuvor erwähnten
Verfahren zur individuellen Erfassung von unterbrochenen Leitungen
bereitzustellen. Ein beispielhaftes Verfahren des gleichzeitigen
Erfassens von Unterbrechungen in drei Leitungen wird zum Beispiel
in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 3-78668 offengelegt.
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12 veranschaulicht den Aufbau
einer konventionellen Positionserfassungsvorrichtung zur gleichzeitigen
Erfassung von Unterbrechungen in drei Leitungen. In 12 werden zwei Erregersignale, zugeführt zu einem
Resolver 102 von einem Schwingkreis 100, verstärkungsangepasst
in Signale Vsinωt
mittels eines Verstärkers 104,
welche dann in einen Zweiweggleichrichterkreis 106 eingegeben werden,
worin sie in eine Gleichspannung zweiweggleichgerichtet werden.
Das Ausgangssignal des Zweiweggleichrichterkreises 106 wird
in einen Komparator- oder Vergleichskreis 108 eingegeben.
Auch wird ein Sin-Signal 18, ausgegeben vom Resolver 102,
mittels eines Verstärkers 110 in
ein Signal Vsinθsinωt verstärkungsangepasst,
welches dann in einen Phasenschieberkreis 112 eingegeben
wird, wo das Signal Vsinθsinωt durch
Phasenverschieben sinωt
in ein Signal Vsinθcosωt phasenverschoben wird,
welches von dort wiederum in einen Additionskreis 114 ausgegeben
wird.
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Andererseits
wird ein Cos-Signal 16, ausgegeben vom Resolver 102,
in ein Signal Vcosθsinωt verstärkungsangepasst
mittels eines Verstärkers 116,
welches dann in den Additionskreis 114 eingegeben wird.
Im Additionskreis 114 werden die Signale Vsinθcosωt und Vcosθsinωt summiert,
um ein Kombinationssignal Vsin(ωt+θ) als seinen
Ausgang bereitzustellen. Da sich dieses Signal Vsin(ωt+θ) um eine
Phase θ vom
Erregersignal Vsinωt
verschiebt, wenn es mittels eines Zweiweggleichrichters 118 in eine
Gleichspannung zweiweggleichgerichtet wird, stellt er das gleiche
Gleichstromsignal als den Ausgang des Zweiweggleichrichterkreises 106 bereit. Danach
wird auch der Ausgang des Zweiweggleichrichters 118 in
den Vergleichskreis 108 eingegeben, wo die Ausgangsspannung
des Zweiweggleichrichterkreises 106 und die Ausgangsspannung
des Zweiweggleichrichterkreises 118 zur Bestimmung einer Unterbrechung
im Resolver 102 miteinander verglichen werden. Wenn im
Resolver 102 eine Unterbrechung generiert wird, werden
die Ausgangsgleichspannungen von den Zweiweggleichrichterkreisen 106, 118 ungleich,
wodurch die Unterbrechung des Resolvers 102 erfasst werden
kann.
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In
der konventionellen Anomalieerfassungsvorrichtung für die wie
oben aufgebaute Positionserfassungsvorrichtung werden die Zweiweggleichrichterkreise,
jeder mit einem komplizierten Aufbau, benötigt, wodurch die Anzahl der
Komponentenelemente und daher auch die Herstellungskosten erhöht werden.
Außerdem
wird beispielsweise im Falle, dass der Resolver mit der unterbrochenen
Signalleitung für
das Sin-Signal rotiert, ermittelt, dass der Resolver in einer Drehposition
oder einem Winkel von 0 oder 180 Grad normal ist und in allen anderen
Drehpositionen oder Winkeln anomal ist. Deshalb werden Bestimmungen
der Normalität
und Anomalie wiederholt, was es somit unmöglich macht, die Anomalie des
Resolvers eindeutig zu bestimmen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist gedacht, um die oben erwähnten Probleme
zu vermeiden und hat als ihr Ziel, eine Anomalieerfassungsvorrichtung
und ein Verfahren für
eine Positionserfassungsvorrichtung bereitzustellen, welche im Stande
ist, Anomalieerfassung mit verbesserter Genauigkeit bei geringen Kosten
durch Erkennen von Anomalie basierend auf einen Spitzenwert eines
phasenmodulierten Signals, erhalten entsprechend der Drehposition
eines rotierenden Elements wie etwa eines Motors, dessen Drehposition
zu erfassen ist, durchzuführen.
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Unter
Berücksichtigung
des obigen Ziels gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich die Erfindung in
einer Anomalieerfassungsvorrichtung für eine Positionserfassungseinrichtung, in
der mindestens ein Erregersignal mit einer vorbestimmten periodischen
Wellenform einer Primärwicklung
eines Positionserfassungssensors zugeführt wird, um dadurch mindestens
ein Ausgangssignal in der Form eines phasenmodulierten Signals entsprechend
einer Drehposition eines Drehglieds von einer Sekundärwicklung
des Positionserfassungssensors zu generieren, direkt oder nach dem
es Phasenverschiebung und arithmetischen Operationen unterzogen
wurde, wobei die Vorrichtung einen Anomalieerfassungsabschnitt zum
Bestimmen einer Anomalie der Positionserfassungsvorrichtung umfasst,
wenn das phasenmodulierte Signal einen Spitzenwert hat, der außerhalb
eines vorbestimmten Bereichs ist. Somit ist es möglich, eine genaue und preiswerte
Anomalieerfassungsvorrichtung ohne Verwendung jedwedes Zweiweggleichrichterkreises
und dergleichen zu erzielen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst der Anomalieerfassungsabschnitt:
einen Spitzenwerthaltekreis zum Erfassen eines Spitzenwerts des
phasenmodulierten Signals und seines Haltens für eine vorbestimmte Zeitdauer;
und einen Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt zum
Bestimmen einer Anomalie, wenn der Spitzenwerthaltewert des Spitzenwerthaltekreises
außerhalb
eines vorbestimmten Bereichs ist. Somit kann die Anomalieerfassung
mit hoher Genauigkeit durchgeführt
werden.
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In
einer anderen bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung umfasst
der Spitzenwerthaltekreis einen Kondensator zum Einstellen einer
Zeitkonstante, die zum Halten des Spitzenwerts des Spitzenwerthaltekreises
verwendet wird, auf einen Wert, der ausreichend größer ist
als eine Periode des phasenmodulierten Signals. Dies dient einer
hochgenauen Anomalieerfassung.
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In
einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung wird
der Spitzenwerthaltewert des Spitzenwerthaltekreises direkt in den Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt
eingegeben.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung
gibt der Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt ein
Rücksetzsignal
zum Rücksetzen
des Spitzenwerthaltewerts des Spitzenwerthaltekreises aus, wodurch
der Haltewert des Spitzenwerthaltekreises genau zurückgesetzt
werden kann.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung
umfasst der Anomalieerfassungsabschnitt einen Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt,
welcher mittels Softwareverarbeitung das phasenmodulierte Signal
einnimmt, einen Spitzenwert des phasenmodulierten Signals berechnet
und Anomalie feststellt, wenn der Spitzenwert außerhalb eines vorbestimmten
Bereichs ist. Somit kann die Vorrichtung dadurch zu geringen Kosten
bereitgestellt werden, dass es unnötig gemacht wird, den Spitzenwerthaltekreis
separat zu verwenden.
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In
einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung wird
der Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt allein bereitgestellt.
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In
einer Ausführungsform
wird der Anomaliebestimmungsabschnitt getrennt bereitgestellt von
einem Steuerelement, welches ein Objekt steuert, dessen Position
zu erfassen ist. Dies macht es möglich, die
vorliegende Erfindung leicht für
eine Vielzahl von Vorrichtungsarten anzuwenden.
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In
einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung wird
der Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt in ein Steuerelement
eingebaut, das ein Objekt steuert, dessen Position zu erfassen ist.
Somit kann das Objekt, dessen Position zu erfassen ist, leicht mit
dem Steuerabschnitt in Verbindung gebracht werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung bestimmt
der Anomalieerfassungsabschnitt eine Anomalie der Positionserfassungsvorrichtung,
wenn der Zustand, in dem der Spitzenwert oder der Spitzenwerthaltewert
außerhalb
eines vorbestimmten Bereichs ist, für eine vorbestimmte Zeitdauer
andauert. Entsprechend kann eine Anomalieerfassung mit einer weiter
verbesserten Genauigkeit durchgeführt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung zählt der
Anomalieerfassungsabschnitt die Anzahl von kumulativen Häufigkeiten des
Zustands, in dem der Spitzenwert oder Spitzenwerthaltewert außerhalb
eines vorbestimmten Bereichs ist, und bestimmt eine Anomalie der
Positionserfassungsvorrichtung, wenn die so gezählte Anzahl von kumulativen
Häufigkeiten
gleich oder größer einem
vorbestimmten Wert wird. Dies dient dazu, die Genauigkeit bei Anomalieerfassung
zu verbessern.
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In
einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung ist ein
Objekt, dessen Position durch den Positionserfassungssensor zu erfassen ist,
ein Motor zum Unterstützen
eines Lenkaufwands eines Bedieners und der Positionserfassungssensor erfasst
eine Drehposition des Motors, und wenn der Anomalieerfassungsabschnitt
eine Anomalie der Positionserfassungsvorrichtung feststellt, agiert
eine Steuereinheit mit einem Motorsteuerkreis zum Ansteuern des
Motors in einer gesteuerten Weise, um die Steuerung zum Ansteuern
des Motors zu stoppen und dadurch das Ansteuern des Motors zu verhindern.
Somit ist es möglich,
Funktionsstörungen
in der Motorantriebsregelung für
einen Motor, der den Lenkaufwand des Bedieners unterstützt, zu
stoppen.
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In
einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung umfasst
in der Positionserfassungsvorrichtung die Primärwicklung des Positionserfassungssensors
ein einzelnes Primärwicklungsglied;
die Sekundärwicklung
des Positionserfassungssensors umfasst zwei Sekundärwicklungsglieder,
angeordnet in einem orthogonalen Verhältnis mit Bezug aufeinander;
und ein Erregersignal mit einer vorbestimmten periodischen Wellenform
wird dem einzelnen Primärwicklungsglied
zugeführt,
wodurch entsprechend Signale, die in den zwei gegeneinander orthogonalen
Sekundärwicklungsgliedern
induziert werden, Phasenverschiebung und arithmetischen Operationen
unterzogen werden, um ihre unnötigen
Abschnitte miteinander aufzuheben, um dadurch ein phasenmoduliertes
Signal entsprechend der Drehposition des Drehglieds bereitzustellen.
Bei dieser Anordnung ist es möglich,
eine preiswerte Positionserfassungsvorrichtung mit einem einfachen Aufbau
bereitzustellen.
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In
einer weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung umfasst
in der Positionserfassungsvorrichtung die Primärwicklung des Positionserfassungssensors
zwei Primärwicklungsglieder,
angeordnet in einem orthogonalen Verhältnis mit Bezug aufeinander;
die Sekundärwicklung
des Positionserfassungssensors umfasst ein einzelnes Sekundärwicklungsglied;
und zwei Erregersignale mit Wellenformen mit einer Phasenverschiebung
von 90 Grad bezüglich
einander werden den zwei gegeneinander orthogonalen Primärwicklungsgliedern
zugeführt, wodurch
ein phasenmoduliertes Signal entsprechend der Drehposition des Drehglieds
in dem einzelnen Sekundärwicklungsglied
induziert wird. Bei dieser Anordnung ist es möglich, eine preiswerte Positionserfassungsvorrichtung
mit einem weiter vereinfachten Aufbau vorzusehen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung befindet sich die Erfindung
in einem Anomalieerfassungsverfahren für eine Positionserfassungsvorrichtung,
in der mindestens ein Erregersignal mit einer vorbestimmten Wellenform
einer Primärwicklungsseite
eines Positionserfassungssensors zugeführt wird, wodurch eine Sekundärwicklungsseite
des Positionserfassungssensors mindestens ein Ausgangssignal in
der Form eines phasenmodulierten Signals entsprechend einer Drehposition eines
Drehglieds generiert, direkt oder nachdem es Phasenverschiebung
und arithmetischen Operationen unterzogen wurde, wobei das Verfahren
einen Schritt zum Bestimmen einer Anomalie der Positionserfassungsvorrichtung
umfasst, wenn das phasenmodulierte Signal einen Spitzenwert hat,
welcher außerhalb
eines vorbestimmten Bereichs ist. Somit ist es möglich, ein sehr genaues Anomalieerfassungsverfahren
zum Erfassen einer Anomalie einer Positionserfassungsvorrichtung
bereitzustellen.
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Die
obigen und andere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden einem Durchschnittsfachmann beim Verfolgen der
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen leichter offensichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht, die den Aufbau eines motorisierten Servolenksystems,
ausgerüstet
mit einer Anomalieerfassungsvorrichtung für eine Positionserfassungseinrichtung
in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 ist
eine grundsätzliche
Ansicht für
einen Spitzenwerthaltekreis gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Zeitdiagramm zum Erklären
eines Spitzenwerthaltebetriebs gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Modifikation der Anomalieerfassungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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5 ist
eine andere grundsätzliche
Ansicht für
einen Spitzenwerthaltekreis der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer anderen Modifikation der Anomalieerfassungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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7 ist
ein Flussdiagramm zum Erläutern des
Betriebs der Anomalieerfassungsvorrichtung von 6 gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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8 ist
ein Zeitdiagramm zum Erläutern
eines Spitzenwerthaltebetriebs gemäß einem anderen Beispiel der
vorliegenden Erfindung.
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9 ist
ein Zeitdiagramm zum Erläutern
einer Anomaliebestimmung gemäß einem
anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine Ansicht, die ein motorisiertes Servolenkungssystem, ausgerüstet mit
einer Anomalieerfassungsvorrichtung für eine Positionserfassungsvorrichtung
in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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11 ist
eine Ansicht, die den Aufbau eines Resolvers darstellt, der ein
Beispiel eines konventionellen Positionssensors ist.
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12 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer konventionellen Anomalieerfassungsvorrichtung
für eine
Positionserfassungsvorrichtung darstellt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Nun
werden die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen detailliert beschrieben.
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Ausführungsform 1
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1 veranschaulicht
den Aufbau eines motorisierten Servolenkungssystems, ausgerüstet mit einer
Anomalieerfassungsvorrichtung für
eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das motorisierte Servolenkungssystem
umfasst schematisch einen Lenkdrehmomentsensor 1 zum Erfassen
eines Lenkaufwands eines Bedieners oder einer Kraft, ausgeübt auf ein
Lenkrad (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs wie etwa eines Autos, eine
Antriebsquelle in der Form eines bürstenlosen Motors 3,
der angesteuert wird zu rotieren durch elektrischen Strom, der dazu
in Übereinstimmung
mit der Drehposition oder der Umdrehungsgeschwindigkeit des Lenkrads
zur Lenkunterstützung
zugeführt
wird, einen Positionssensor 10 wie etwa zum Beispiel einen
Resolver zum Erfassen der Drehposition des Motors 3 und
eine Steuereinheit 2 zum Steuern des Motors 3.
Die Steuereinheit 2 bestimmt ein Zieldrehmoment, das durch den
Motor 3 zu unterstützen
ist, basierend auf dem Lenkdrehmoment, erfasst durch den Lenkdrehmomentsensor 1,
erfasst die Drehposition des Motors 3 basierend auf dem
Signal vom Positionssensor 10, bestimmt ein Stromversorgungsmuster
zum Zuführen
eines Stroms mit einem Wert, der mit dem Zieldrehmoment im Einklang
mit der Motorposition übereinstimmt
und gibt den so bestimmten Strom an einen Motorsteuerkreis 5 aus.
Der Motorsteuerkreis 5 führt den Strom dem Motor 3 zu,
so dass der Motor 3 dadurch angesteuert wird zu rotieren,
wobei er eine Drehkraft generiert, die als eine Hilfskraft zum Lenken
agiert.
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Nun
dem Positionssensor 10 zugewandt, hat der Positionssensor 10 eine
Primärwicklung 11,
die ein einzelnes Primärwicklungsglied
umfasst, und eine Sekundärwicklung 13,
die zwei Sekundärwicklungsglieder
umfasst, angeordnet in einem gegeneinander orthogonalen Verhältnis in
Bezug aufeinander. Ein Erregersignal Fsinωt, ausgegeben von einem Schwingkreis 12,
wird in eine Eingangsseite oder Primärwicklung 11 des Positionssensors 10 eingegeben,
so dass ein Cos-Signal 16 und ein Sin-Signal 18,
die amplitudenmodulierte Signale einschließlich einer Positionsinformation
sind, als Induktionssignale von der Ausgangsseite oder Sekundärwicklung 13, die
aus zwei gegeneinander orthogonalen Wicklungsgliedern besteht, ausgegeben
werden. Das Sin-Signal 18, ausgegeben vom Resolver 10,
wird durch einen Verstärker 22 verstärkungsangepasst
in ein Signal Vsinθsinωt, welches
dann in einen Phasenschieberkreis 23 eingegeben wird, wie
in 1 durch eine durchgehende Linie dargestellt. Die
Phase sinωt
des Signals Vsinθsinωt wird durch
den Phasenschieberkreis 23 in ein Signal Vsinθcosωt verschoben,
welches von dort in einen Additionskreis 24 ausgegeben
wird. Andererseits wird das Cos-Signal 16,
ausgegeben vom Resolver 10, durch einen Verstärker 21 verstärkungsangepasst
in ein Signal Vcosθsinωt, welches
direkt in den Additionskreis 24 eingegeben wird.
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Der
Additionskreis 24 addiert die Signale Vsinθcosωt und Vcosθsinωt zueinander,
um ein Kombinationssignal Vsin(ωt+θ) als seinen
Ausgang bereitzustellen. Dieses Kombinationssignal ist ein Signal,
das um eine Phase θ vom
Erregersignal Fsinωt verschoben
ist. Deshalb kann durch Erfassen einer Phasendifferenz zwischen
dem Erregersignal Fsinωt und
dem Kombinationssignal Vsin(ωt+θ) mittels
eines Phasenerfassungskreises 25 die Drehposition θ des Motors 3 erfasst
werden. Außerdem
kann anstelle des Additionskreises 24 ein Subtraktionskreis
eingesetzt werden, und in diesem Fall wird das Kombinationssignal
Vsin(ωt+θ) durch
ein Kombinationssignal Vsin(ωt – θ) ersetzt. Überdies,
obwohl nur ein Phasenverschiebungskreis 23 zur Vereinfachung
der gesamten Schalttechnik vorgesehen ist, kann stattdessen ein
Paar von Phasenverschiebungskreisen, einer für jede Phase, wie durch eine
gestrichelte Linie in 1 angezeigt, in einer derartigen
Weise eingesetzt werden, dass die Signale von zwei Phasen relativ
um 90 Grad in Bezug aufeinander verschoben sind, bevor sie in den
Additionskreis 24 (oder Subtraktionskreis) eingegeben werden.
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Zu
dieser Zeit hat das Kombinationssignal Vsin(ωt+θ) eine konstante Amplitude
unabhängig von θ. Spitzenwerte
des Kombinationssignals Vsin(ωt+θ) werden
als ein Spitzenwertsignal mittels eines Spitzenwerthaltekreises 26 erfasst. 2 veranschaulicht
das Prinzip des Betriebs des Spitzenwerthaltekreises 26.
Der in 2 gezeigte Kreis muss Spitzenwerterfassung und
Entladung mit einer Zeitkonstante RC ausführen. Auch ist die Wellenform zu
dieser Zeit in 3 veranschaulicht. Die Werte
eines Widerstands R und eines Kondensators C, die miteinander parallel
verbunden sind, wie in 2 gezeigt, können derart eingestellt werden,
um die Zeitkonstante ausreichend größer als eine Periode oder Zyklus
2π/ϖ des
phasenmodulierten Signals (die gleiche wie die Periode oder der
Zyklus des Erregersignals) zu machen, wodurch die beabsichtigten
Wirkungen mit einer einfachen Schaltung bereitgestellt werden.
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Im
Normalzustand schwingt das Kombinationssignal mit einer konstanten
Amplitude. Somit wird sich das Spitzenwertsignal auch nahe der Umgebung eines
Maximalwerts ändern.
Das Kombinationssignal wird jedoch in seiner Amplitude gestoppt
oder verringert wegen einer Unterbrechung des Resolvers oder Positionssensors 10,
eines Fehlers in den Verstärkerkreisen 21, 22,
des Phasenverschiebungskreises 23 und des kombinierenden
(Addition oder Subtraktion) Kreises 24. Zu dieser Zeit
nimmt das Spitzenwertsignal allmählich
ab, während
die Amplitude des Kombinationssignals klein wird (siehe 3).
Dieses Signal wird von einer analogen in eine digitale Form umgewandelt
und eingegeben in einen Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27,
der in ein Steuerelement in der Form einer Steuer-CPU 4,
gezeigt in 1, eingebaut ist, oder in einen
Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27,
der unabhängig
oder getrennt von der Steuer-CPU 4 als ein Anomalieerfassungsmittel, wie
in 4 gezeigt, vorgesehen ist und dessen Funktion
durch ein Programm oder Programme, ausgeführt durch eine CPU wie in der
Steuer-CPU 4, durchgeführt
wird. Wenn durch den Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27 festgestellt
wird, dass das Spitzenwertsignal kleiner als ein vorbestimmter Referenzwert
(Spitzenwertreferenzwert) ist, wird die Positionserfassungsvorrichtung
anomal zu sein bestimmt. In diesem Fall generiert zum Beispiel der Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27 einen
Befehl an den Motorsteuerkreis 5 zum Stoppen des Betriebs
des Motors 3, um dadurch eine Funktionsstörung des
Motors 3 zu verhindern.
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Ferner,
obwohl das Prinzip des Spitzenwerthaltekreises 26 unter
Verwenden der Zeitkonstante RC in 2 dargestellt
wurde, kann dem Spitzenwerthaltekreis 26 ein Rücksetzkreis
wie etwa zum Beispiel ein Schalterkreis unter Verwenden eines Transistors
zum Zurücksetzen
eines Spitzenwerthaltebetriebs hinzugefügt werden, wie in einer prinzipiellen
Ansicht von 5 dargestellt wird. Zum Beispiel kann
das Rücksetzen
in einer derartigen Weise vorgenommen werden, dass ein Rücksetzsignal
ausgegeben wird durch die Steuer-CPU 4, die darin den Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27 von 1 eingliedert,
oder durch die Überwachungs-CPU
oder einen Mikrocomputer, der separat den Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27,
gezeigt in 4, ausmacht, zu der Zeit, wenn
das aus einer analogen in eine digitale Form umgewandelte Spitzenwertsignal
in die CPU 4 oder die Überwachungs-CPU
oder einen Mikrocomputer eingegeben worden ist.
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Obwohl
im obigen Aufbau das Spitzenwertsignal gebildet wird durch Halten
des Spitzenwerts, durchgeführt
durch den Spitzenwerthaltekreis, kann das Kombinationssignal (phasenmoduliertes
Signal) aus dem kombinierenden Kreis in der Form des Additions-
oder Subtraktionskreises 24, wie in 6 gezeigt,
oder ein phasenmoduliertes Signal (siehe 10) eines
Verstärkerkreises 21a,
der später
zu beschreiben ist, stattdessen direkt in den Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27 innerhalb
der Steuer-CPU 4, wie in 1 gezeigt,
oder in den Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27,
zusammengesetzt aus einer separaten CPU oder dergleichen, wie in 4 gezeigt,
bei einer hohen Geschwindigkeit eingenommen werden, während es
einer A/D-Wandlung unterzogen wird, wodurch Berechnungen oder arithmetische
Operationen zum Finden eines Maximalwerts oder Spitzenwertsignals
innerhalb einer derartigen CPU durchgeführt werden können, wodurch
so ein Spitzenwert bereitgestellt wird.
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Nun
wird ein Bezug zum Betrieb der ersten Ausführungsform hergestellt, wenn
ein Verarbeiten direkt durch den Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27,
eingebaut in die CPU, gemäß einem
Flussdiagramm von 7 durchgeführt wird. Zuerst wird in Schritt
S1 das phasenmodulierte Signal, ausgegeben durch den Additionskreis 24 oder
dergleichen, A/D-gewandelt und in den Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27 eingegeben.
Diesbezüglich
wird jedoch die A/D-Wandlung und das Eingeben des phasenmodulierten
Signals bei einem derartigen Takt durchgeführt, zu dem das phasenmodulierte
Signal ein Maximalwert wird. In Schritt S2 wird das Eingangssignal Sa
mit einem Anomalieerfassungswert Sc verglichen. Wenn das Eingangssignal
Sa in der Größe größer als
der Anomalieerfassungswert ist, geht der Steuerprozess zu Schritt
S4, und anderenfalls wird eine Verarbeitung in Schritt S3 ausgeführt. In
Schritt S3 wird das modulierte Signal Sa einer digitalen Tiefpassfilterung
(low-pass filtering, LPF) mit einer ausreichend großen Zeitkonstante
unterzogen, wie im Verfahren beschrieben und mit Bezug auf den Spitzenwerthaltekreis
gezeigt, und es wird dann als ein Spitzenwertsignal Sp an Schritt
S5 ausgegeben. Andererseits wird in Schritt S4 das Signal Sa als
ein Spitzenwertsignal Sp an Schritt S5 ausgegeben, wie es ist.
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In
Schritt S5 wird bestimmt, ob der Spitzenwert Sp gleich oder kleiner
einem vorbestimmten Referenzwert ist oder ob der Spitzenwert Sp
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, wie später gemäß 9 beschrieben
wird. Wenn die Antwort in Schritt S5 positiv ist (d.h., Sp ≤ dem vorbestimmten
Referenzwert oder Sp ist innerhalb des vorbestimmten Bereichs),
fährt der
Steuerprozess dann zu Schritt S6 fort, und anderenfalls geht er
zu Schritt S7. In Schritt S6 wird ein Fehlerzähler f auf eine Anzahl 0 zurückgesetzt
und in Schritt S7 wird der Fehlerzähler f um "1" hochgezählt. In
Schritt S8 wird bestimmt, ob die Anzahl oder der Wert des Fehlerzählers f
gleich oder größer einem
ersten vorbestimmten Wert (auch einfach als ein vorbestimmter Wert
1 bezeichnet) ist. Wenn die Antwort in Schritt S8 positiv ist (d.h.,
die Anzahl ≥ vorbestimmter
Wert 1), wird festgestellt, dass es eine Möglichkeit gibt, dass Anomalie
aufgetreten ist und es wird eine Verarbeitung in Schritt S9 ausgeführt. In
Schritt S9 wird ein Auftreten einer Anomalie festgestellt, wodurch
das Ansteuern des Motors 3 zeitweilig gestoppt wird. Anschließend wird
in Schritt S10 eine Bestimmung bezüglich dessen vorgenommen, ob
die Anzahl oder der Wert des Fehlerzählers f gleich oder größer einem
zweiten vorbestimmten Wert (auch einfach als ein vorbestimmter Wert
2 bezeichnet) ist. Wenn die Antwort in Schritt S10 positiv ist (d.h.,
die Anzahl ≥ vorbestimmter
Wert 2), wird dann in Schritt S11 festgestellt, dass der anomale
Zustand festgelegt wurde und es wird eine vorgeschriebene Verarbeitung,
auf die später
Bezug genommen wird, durchgeführt.
Hier ist zu bemerken, dass um eine derartige Anomaliebestimmung
mit größerer Zuverlässigkeit
als mit dem ersten vorbestimmten Wert vorzunehmen, der zweite vorbestimmte
Wert eingestellt wird, um größer als
der erste vorbestimmte Wert zu sein. Nachdem die Feststellung von
Anomalie festgelegt wurde, wird in Schritt S11 mindestens eine der
folgenden Operationen ausgeführt:
das ist, es wird eine Warnleuchte (W/L) eingeschaltet, oder ein Relais
zum Ein- und Ausschalten der Energiezuführung zum Ansteuern des Motors 3 wird
ausgeschaltet.
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Gemäß der Verarbeitung
in den Schritten S3 und S4 kann ein Spitzenwert erhalten werden
durch Durchführen
von digitalem Tiefpassfiltern (LPF) mit einer Zeitkonstante, die
größer als die
Schwingungsperiodendauer oder deren Zyklus ist, während ein Maximalwert
des phasenmodulierten Signals genommen wird. Außerdem wird zum Zweck des Verhinderns
einer Anomaliebestimmung wegen zeitweiliger Signalstörungen,
die durch Rauschen etc. verursacht werden können, das Auftreten eines anomalen
Zustands gezählt,
sodass die Feststellung von Anomalie so lange nicht vorgenommen
wird, wie die Anzahl kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist.
Zusätzlich dient
die Bereitstellung des ersten und zweiten vorbestimmten Werts dem
Vermeiden irrtümlicher
Feststellung von Anomalie mit hoher Redundanz, und sogar bei Auftreten
von Anomalie kann eine Primäranomalieverarbeitung
mit der Verwendung des ersten vorbestimmten Werts durchgeführt werden,
wodurch es ermöglicht
wird, dass schnelle Ausführen
einer Fehlfunktion in der frühen
Phase zu verhindern.
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Übrigens
wird es im oben erwähnten
motorisierten Servolenkungssystem, welches durch den Bediener des
Fahrzeugs oder Fahrer betrieben wird, eine Zeitverzögerung in
der abschließenden
oder definitiven Feststellung von Anomalie geben, aber es ist unter
allen Umständen
erforderlich, jegliche irrtümliche
oder unrichtige Bestimmung von Anomalie zu vermeiden. Deshalb ist
es ein wünschenswerter
Weg des Bestimmens von Anomalie, dass eine Bestimmung von Anomalie
vorgenommen wird, wobei somit das Ansteuern des Motors gestoppt
wird, wenn der Zustand, in dem das Anomalieerfassungssignal unterhalb
eines vorbestimmten Referenzwerts ist, für eine bestimmte Zeitdauer
angedauert hat, eher als der Fall, wo eine Anomaliebestimmung sofort
vorgenommen wird, wenn der Spitzenwert oder Spitzenwerthaltewert
(siehe 8) des Anomalieerfassungssignals (d.h., Kombinationssignal
oder phasenmoduliertes Signal) gleich oder kleiner dem vorbestimmten
Referenzwert ist. Im Ergebnis kann eine Anomaliebestimmung unberührt bleiben,
sogar wenn das Anomalieerfassungssignal zeitweilig irrtümlich ist oder
durch den Einfluss von Rauschen etc. gestört wird, aber bald in den Normalzustand
zurückkehrt.
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Als
ein konkretes Beispiel eines derartigen Falles, wenn das Cos-Signal
des Positionssensors 10 zum Beispiel unterbrochen wird,
wird das Kombinationssignal Vsinθsinωt und deshalb,
wenn θ 0
oder 180 Grad annimmt, wird der Spitzenwert des Kombinationssignals
0, wohingegen, wenn θ 90
oder 270 Grad annimmt, wird der Spitzenwert des Kombinationssignals
V, der im normalen Betrieb eingenommen wird. In dem oben erwähnten motorisierten
Servolenkungssystem wird jedoch das Lenkrad häufig zusätzlich zum unveränderlichen
Festhalten nach links oder rechts gesteuert, wodurch der Motor veranlasst
wird, viele Male zu rotieren. Aus diesem Grund nimmt der Motor häufig nicht
nur 90 oder 270 Grad ein, in denen Anomalieerfassung unmöglich ist,
sondern auch 0 oder 180 Grad, in denen Anomalieerfassung möglich ist.
In einer derartigen Situation werden gemäß dem oben erwähnten konventionellen
Anomalieerfassungsverfahren die Bestimmung von Normalität und die
Bestimmung von Anomalie wiederholt, sodass ein Fehler nicht bestimmt
festgestellt werden kann. Im Vergleich dazu wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Anzahl von Anomaliebestimmungen gezählt, wie
in 8 erläutert,
sodass Anomalie bestimmt oder definitiv festgestellt wird, wenn
die Anzahl einen vorbestimmten Wert erreicht. Somit wird, wenn unter
Bezug auf oben Normalitäts- und Anomaliebestimmungen
wiederholt werden, die Anzahl schließlich den vorbestimmten Wert überschreiten und
deshalb ist die Anomaliefeststellung bestimmt, wobei es dadurch
möglich
gemacht wird, die Anomalie der Positionserfassung zu bestimmen,
sogar wenn danach eine Normalitätsfeststellung
vorgenommen wird. Entsprechend kann eine unkorrekte Anomaliebestimmung,
wenn sie vorübergehend
wegen Rauschen oder dergleichen vorgenommen wurde, ohne festgestellt
zu werden schnell zurückgesetzt
werden, wodurch es möglich
ist, allein eine tatsächliche
oder echte Anomalie richtig festzustellen. Einhergehend damit wird
die Bestimmung von Anomalie mit hoher Genauigkeit möglich.
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Um
ferner zu verhindern, dass eine Feststellung von Anomalie, wenn
sie vorübergehend
durch einen Fehler wegen Rauschen oder dergleichen vorgenommen wurde,
als eine solche sofort festgestellt wird, kann Anomalie bestimmt
festgestellt werden, wenn der Zustand, der als anomal bestimmt worden ist,
d.h. der Zustand, in dem das Anomalieerfassungssignal gleich oder
kleiner einem vorbestimmten Referenzwert ist, für eine vorbestimmte Zeitdauer
andauert.
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Obwohl
darüber
hinaus im oben beschriebenem Beispiel Anomalie erkannt wird, wenn
das Anomalieerfassungssignal (d.h. Kombinationssignal oder phasenmoduliertes
Signal) gleich oder kleiner dem vorbestimmten Referenzwert ist,
kann eine andere Anordnung in einer derartigen Weise hergestellt
werden, dass ein Bereich zwischen einem vorbestimmten oberen Spitzenwertreferenzwert
(oberer Grenzwert) und einem vorbestimmten unteren Spitzenwertreferenzwert
(unterer Grenzwert) als ein vorbestimmter Bereich definiert wird,
zum Beispiel wie in 9 gezeigt, und Anomalie wird
erkannt, wenn das Anomalieerfassungssignal außerhalb dieses Bereichs ist.
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Es
kann leicht erreicht werden, die Anzahl von Anomaliebestimmungen
im Anomalieerfassungsbestimmungsverarbeitungsabschnitt 27 zu
zählen,
und die Dauer des Zustands, der als anomal bestimmt ist, zu messen,
zum Beispiel durch Erzeugen des Zählers und des Zeitgebers mit Software.
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Ausführungsform 2
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10 veranschaulicht
den Aufbau eines motorisierten Servolenkungssystems unter Verwendung
einer Anomalieerfassungsvorrichtung für eine Positionserfassungsvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur werden die gleichen
oder entsprechende Teile wie jene der oben erwähnten Ausführungsform durch die gleichen
Zeichen identifiziert. In der oben erwähnten ersten Ausführungsform
wurde ein Positionssensor beschrieben, in dem ein einphasiges Erregersignal
allein dem Positionssensor übergeben wird,
um zweiphasige phasenmodulierte Signale auszugeben, aber eine Vorrichtung
gemäß dieser zweiten
Ausführungsform,
wie in 10 gezeigt, ist derart aufgebaut,
dass ein erstes Erregersignal Fsinωt einem von zweiphasigen gegeneinander
orthogonal angeordneten Wicklungsgliedern einer Eingangsseite oder
Primärwicklung 11 zugeführt wird und
ein zweites Erregersignal Fcosωt
dem anderen Primärwicklungsglied
zugeführt
wird, wodurch ein Induktionssignal sin(ωt+θ) durch eine Ausgangsseite oder
Sekundärwicklung 13 in Übereinstimmung
mit einer erfassten Drehposition θ eines rotierenden Elements
in der Form eines Motors 3 generiert wird. Wenn das so
generierte Induktionssignal sin(ωt+θ) vom Verstärkerkreis 21a verstärkt und
ausgegeben wird, wird ein Signal Vsin(ωt+θ) wie in der oben erwähnten ersten
Ausführungsform
erhalten.
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Somit
ist es auch in dieser zweiten Ausführungsform möglich, die
Position θ mittels
eines Phasenerfassungskreises 25 wie in der oben erwähnten ersten
Ausführungsform
zu erfassen und deshalb kann eine Anomaliebestimmung durch Erfassen
eines Spitzenwerts des verstärkten
phasenmodulierten Signals Vsin(ωt+θ) ähnlich zur
oben erwähnten
ersten Ausführungsform
vorgenommen werden.
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Während die
Erfindung im Sinne von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden
ist, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass die Erfindung
mit Modifikationen innerhalb des Sinns und Bereichs der hinzugefügten Patentansprüche ausgenutzt
werden kann.