DE102016219078B4

DE102016219078B4 - Drehwinkelerfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016219078B4
Application number: DE102016219078.4A
Authority: DE
Inventors: Toshimitsu Sakai; Masaya Taki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2036-10-01
Also published as: JP2017067695A; JP6555062B2; DE102016219078A1

Abstract

Drehwinkelerfassungsvorrichtung mit:- mehreren A/D-Wandlern (41, 42), die jeweils ein Cosinussignal und ein Sinussignal erfassen, die in analoger Form in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel eines Erfassungsobjekts durch mehrere Drehwinkelsensorelemente (31, 32, 33) mit einer Redundanz ausgegeben werden, und das Cosinussignal und das Sinussignal in einen Cosinuswert und einen Sinuswert in digitaler Form sukzessive mit einer bestimmten Wandlungsperiode wandeln; und- einer Winkelrechenverarbeitungseinheit (51), die den Drehwinkel an einem Referenzzeitpunkt berechnet, indem sie eine Arcustangensoperation auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes ausführt, wobei- die Winkelrechenverarbeitungseinheit mehrere Drehwinkel auf mehrere Rechenweisen als einen Hauptrechenwert und einen Nebenrechenwert berechnet, die untereinander austauschbar sind, wenn eines der Drehwinkelsensorelemente oder einer der mehreren A/D-Wandler ausfällt; und- die Winkelrechenverarbeitungseinheit die mehreren Drehwinkel auf die mehreren Rechenweisen berechnet, bei denen relative Wandlungszeitpunkte des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die zur Berechnung verwendet werden, verschieden sind, oder Extrahierungsverfahren des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die zur Berechnung verwendet werden, verschieden sind, auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die an einem oder mehreren Wandlungszeitpunkten gewandelt werden, die bezüglich des Referenzzeitpunkts als eine Mitte auf einer Zeitachse zeitlich symmetrisch sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung.
Eine herkömmliche Drehwinkelerfassungsvorrichtung wandelt ein Cosinussignal und ein Sinussignal in analoger Form, die von einem Drehwinkelsensorelement ausgegeben werden, in einen Cosinuswert und einen Sinuswert in digitaler Form und beurteilt den Arcustangens dieser Werte, um den Drehwinkel eines Objekts, das zu erfassen ist, zu erfassen.
Das Patentdokument 1 ( JP 5126325 B1 ) beispielsweise offenbart eine Konfiguration mit mehreren Drehwinkelsensorelementen, um eine Redundanz zu erzielen, so dass, im Falle eines Ausfalls von irgendeinem der Sensorelemente, Werte, die von einem der Sensorelemente, das normal arbeitet, ausgegeben werden, zur Berechnung des Drehwinkels verwendet werden können.
Ein A/D-Wandler mit einer simultanen Abtast- und Haltefunktion kann Cosinussignale und Sinussignale, die von solchen mehreren Drehwinkelsensorelementen ausgegeben werden, gleichzeitig in Cosinuswerte und Sinuswerte wandeln. Bedauerlicherweise weisen einige A/D-Wandler keine simultane Abtast- und Haltefunktion auf. Andere A/D-Wandler weisen gegebenenfalls eine gleichzeitige Abtast- und Haltefunktion auf, die Funktion ist jedoch gegebenenfalls bevorzugt für eine A/D-Wandlung von anderen physikalischen Größen, wie beispielsweise Strom, ausgelegt und somit gegebenenfalls nicht im Stande, den Drehwinkel zu handhaben.
In solchen Fällen wandelt ein A/D-Wandler Cosinussignale und Sinussignale von mehreren Drehwinkelsensorelementen sukzessive, was eine Differenz im Zeitpunkt der Wandlung zur Erzeugung von Cosinuswerten und Sinuswerten zur Folge hat. Wenn irgendeines der Drehwinkelsensorelemente oder irgendein A/D-Wandler ausfällt, werden gegebenenfalls Sensorwerte verschieden von denjenigen, die im normalen Betrieb verwendet werden, für eine Verwendung bei der Winkelberechnung gewählt. Da der Wandlungszeitpunkt dieser Sensorwerte von denjenigen im normalen Betrieb verschieden sein kann, nimmt gegebenenfalls die Genauigkeit, mit der der Drehwinkel an einem Referenzzeitpunkt berechnet wird, ab.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist bekannt aus der DE 11 2011 104 630 T5 und der US 9 157 835 B2 .
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Drehwinkel auf der Grundlage von Signalen von mehreren Drehwinkelsensorelementen berechnet, die vorgesehen sind, um eine Redundanz zu erzielen, und die den Drehwinkel an einem Referenzzeitpunkt berechnen kann, und zwar mit einer verbesserten Genauigkeit im Falle eines Ausfalls von irgendeinem der Drehwinkelsensorelemente oder irgendeinem A/D-Wandler.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 11.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung auf: mehrere A/D-Wandler, die jeweils ein Cosinussignal und ein Sinussignal erfasst, die in analoger Form in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel eines Erfassungsobjekts von mehreren Drehwinkelsensorelementen mit Redundanz ausgegeben werden, und das Cosinussignal und das Sinussignal sukzessive in einem bestimmten Wandlungszyklus in einen Cosinuswert und einen Sinuswert in digitaler Form wandeln; und eine Winkelrechenverarbeitungseinheit, die den Drehwinkel an einem Referenzzeitpunkt berechnet, indem sie eine Arcustangensoperation auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes ausführt. Die Winkelrechenverarbeitungseinheit berechnet mehrere Drehwinkel auf mehrere Rechenweisen als einen Hauptrechenwert und einen Nebenrechenwert, die untereinander austauschbar sind, wenn eines der Drehwinkelsensorelemente oder ein A/D-Wandler ausfällt. Die Winkelrechenverarbeitungseinheit berechnet die mehreren Drehwinkel auf die mehreren Rechenweisen, bei denen relative Wandlungszeitpunkte des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die zur Berechnung verwendet werden, verschieden sind, oder Extrahierungsverfahren des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die zur Berechnung verwendet werden, verschieden sind, auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die an einem oder mehreren Wandlungszeitpunkten gewandelt werden, die bezüglich des Referenzzeitpunkts als eine Mitte auf einer Zeitachse zeitlich symmetrisch sind.
Hierin bedeuten der Effekt, dass ein A/D-Wandler eine „A/D-Wandlung sukzessive“ ausführt, dass eine simultane Abtast- und Haltefunktion wenigstens für den Drehwinkel nicht verfügbar ist, so dass der A/D-Wandler Cosinussignale oder Sinussignale nicht gleichzeitig wandeln kann.
Ein Hauptrechenwert wird beispielsweise mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert berechnet, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an dem Referenzzeitpunkt simultan erfolgt. Ein Nebenrechenwert wird mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert berechnet, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an symmetrischen Zeitpunkten um den Referenzzeitpunkt herum erzeugt werden. Dies kann beschrieben sein als der Hauptrechenwert und der Nebenrechenwert werden mit „Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet, die per Wandlung an verschiedenen relativen Zeitpunkten erzeugt werden“.
Ferner wird beispielsweise ein Hauptrechenwert mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert berechnet, die, so wie sie sind, von einem Drehwinkelsensorelement stammen bzw. bezogen werden. Ein Nebenrechenwert wird mit einem Mittelwert von Cosinuswerten, die von mehreren Drehwinkelsensorelementen stammen, und einem Mittelwert von Sinuswerten, die von den mehreren Drehwinkelsensorelementen stammen, berechnet. Dies kann beschrieben sein als der Hauptrechenwert und der Nebenrechenwert werden mit „Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet, die anhand von verschiedenen Extrahierungsverfahren erzeugt werden“.
Es sollte beachtet werden, dass die Bezeichnungen „Hauptrechenwert“ und „Nebenrechenwert“ lediglich eine Kategorisierung zur Vereinfachung der Beschreibung darstellen.
Bei der obigen Drehwinkelerfassungsvorrichtung werden Drehwinkel mit Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet, die per Wandlung erzeugt werden, die an einem oder mehreren symmetrischen Zeitpunkten bezüglich des Referenzzeitpunkts auf einer Zeitachse erfolgt; auf diese Weise kann ein Drehwinkel am Referenzzeitpunkt mit einer verbesserten Genauigkeit unabhängig von einer Differenz im Zeitpunkt der Wandlung zur Erzeugung von Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet werden.
Eine Konfiguration, bei der Drehwinkel mit Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet werden, die von mehreren Drehwinkelsensorelementen stammen, die jedoch durch eine Wandlung, die an konstanten relativen Zeitpunkten erfolgt, und durch ein einziges Extrahierungsverfahren erzeugt werden, kann eine Redundanz erzielen, lässt jedoch eine Adaptation vermissen. Demgegenüber können, erfindungsgemäß, Drehwinkel in Abhängigkeit des Ausfalls von irgendeinem von Drehwinkelsensorelementen oder irgendeinem von A/D-Wandlern unter Verwendung von Werten, die durch eine Wandlung, die an verschiedenen relativen Zeitpunkten erfolgt, oder durch verschiedene Extrahierungsverfahren erzeugt werden, und unter Verwendung adaptierter Wandlungssequenzen und, für den Fall, dass mehrere A/D-Wandler vorhanden sind, adaptierten Teilens der Wandlung unter den mehreren A/D-Wandlern effektiv berechnet werden.
Die obige Aufgabe, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt/zeigen:

1 eine schematische Konfiguration einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung mit einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
3A bis 3C beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform;
4A bis 4C beispielhafte Diagramme der Winkelrechenverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Winkelfehlers in der Winkelrechenverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7A bis 7C beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung gemäß der zweiten Ausführungsform;
8A bis 8B beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung gemäß einer dritten Ausführungsform;
9 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
10A bis 10C beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung gemäß der vierten Ausführungsform;
11 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
12A bis 12C beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung gemäß der fünften Ausführungsform;
13 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
14A bis 14C beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung gemäß der sechsten Ausführungsform;
15 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform;
16A bis 16C beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung gemäß der siebten Ausführungsform;
17 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel (ein Vergleichsbeispiel für einen Vergleich mit der vierten Ausführungsform);
18A bis 18C beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel;
19 ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel (ein Vergleichsbeispiel für einen Vergleich mit der fünfte Ausführungsform); und
20A bis 20B beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel.

Nachstehend sind einige Ausführungsformen der Drehwinkelerfassungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen sind im Wesentlichen gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht wiederholt beschrieben. Die Bezeichnung „die vorliegende Ausführungsform“ umfasst jede der ersten bis siebten Ausführungsform.
(Konfiguration der elektrischen Servolenkungsvorrichtung)
Nachstehend ist zunächst eine Konfiguration einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung mit einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Kürze beschrieben.
1 zeigt eine Abbildung einer Gesamtkonfiguration eines Lenksystems 100 mit einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 90. Die in der 1 gezeigte elektrische Servolenkungsvorrichtung 90 ist vom Säulentyp, obgleich die vorliegende Ausführungsform ebenso auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangentyp anwendbar ist.
Das Lenksystem 100 weist ein Lenkrad 91, eine Lenkwelle 92, einen Drehmomentsensor 93, ein Zahnradgetriebe 96, eine Zahnstange 97, Räder 98 und die elektrische Servolenkungsvorrichtung 90 auf.
Das Lenkrad 91 ist mit der Lenkwelle 92 verbunden. Der Drehmomentsensor 93 ist an der Lenkwelle 92 angeordnet, um ein Lenkmoment zu erfassen. Das Zahnradgetriebe 96 ist an einem Ende der Lenkwelle 92 angeordnet und befindet sich in Eingriff mit der Zahnstange 97. Die Enden der Zahnstange 97 sind über Spurstangen oder dergleichen mit einem Paar der Räder 98 verbunden. Wenn ein Fahrer das Lenkrad 91 dreht, wird die Lenkwelle 92 gedreht. Die Drehbewegung der Lenkwelle 92 wird über das Zahnradgetriebe 96 in eine lineare Bewegung der Zahnstange 97 gewandelt, um so die Räder 98 in einem Winkel entsprechend einer Versetzung der Zahnstange 97 zu lenken.
Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 90 weist beispielsweise eine ECU 20, einen Drehwinkelsensor 30, einen Stromsensor 70 und einen Motor 80 auf. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 90 überträgt ein Hilfsmoment, das vom Motor 80 erzeugt wird, über ein Untersetzungsgetriebe 94 auf die Lenkwelle 92.
Die ECU 20 weist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 50 und eine Motorantriebssteuereinheit 60 auf.
Die Motorantriebssteuereinheit 60 weist beispielsweise eine Stromsteuerschaltung und einen Inverter auf und gibt eine Antriebsleistung über eine Stromleitung 81 an den Motor 80. Der Stromsensor 70 erfasst einen Strom, der durch die Stromleitung 81 zum Motor 80 fließt, und gibt ein analoges Spannungssignal aus.
Der Drehwinkelsensor 30, der beispielsweise aus einem MR-Element aufgebaut ist, erfasst eine Änderung in einem Magnetfeld eines Magneten 85, der an einer Welle 84 des Motors 80 befestigt ist, und gibt analoge Spannungssignale in der Form eines Cosinussignals und eines Sinussignals in Kombination aus. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Motorwelle 84 einem „zu erfassenden Objekt“. Der Drehwinkelsensor 30 kann alternativ ein Resolver oder dergleichen sein.
Eine A/D-Wandlungseinheit 40, die einen oder mehrere A/D-Wandler aufweist, ist vorgesehen, um sowohl für die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 50 als auch für die Motorantriebssteuereinheit 60 zu arbeiten. Jeder des einen oder der mehreren A/D-Wandler der A/D-Wandlungseinheit 40 führt eine A/D-(Analog-zu-digital)-Wandlung an Spannungssignalen aus, die von dem Drehwinkelsensor 30, dem Stromsensor 70 und dergleichen empfangen werden. D.h., jeder A/D-Wandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt die A/D-Wandlung an einem Cosinussignal und an einem Sinussignal aus und führt die A/D-Wandlung parallel an einer anderen physikalischen Größe aus. Jeder A/D-Wandler kann die A/D-Wandlung in gleicher Weise ebenso an einem Drehmomentsignal vom Drehmomentsensor 93 ausführen, obgleich dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist.
Die A/D-Wandlungseinheit 40 wandelt ein Cosinussignal und ein Sinussignal vom Drehwinkelsensor 30 in einen Cosinuswert und einen Sinuswert, die digital sind. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 50 beurteilt den Arcustangens mit dem digitalen Cosinuswert und dem digitalen Sinuswert, um einen Drehwinkel θ an einem Referenzzeitpunkt zu erhalten, und gibt das Ergebnis an die Motorantriebssteuereinheit 60. Die positive und negative Eigenschaft eines Cosinussignals und eines Sinussignals können, wie jeweils anwendbar, bestimmt werden. D.h., ein Cosinussignal und ein Sinussignal sind hierin als ein (-cos) Signal bzw. ein (-sin) Signal umfassend auszufassen. Eine Wandlung vom mechanischen Winkel zum elektrischen Winkel ist bekannt und somit nicht näher beschrieben.
Die Motorantriebssteuereinheit 60 empfängt Information, einschließlich eines Lenkmoments, das durch den Drehmomentsensor 93 erfasst wird, eines Stromes, der durch den Stromsensor 70 erfasst wird, und eines Drehwinkels θ, der durch die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 50 berechnet wird. Die Motorantriebssteuereinheit 60 steuert die dem Motor 80 zugeführte Energie auf der Grundlage dieser Information.
Jeder Prozess in der ECU 20 kann durch Software gehandhabt werden, wenn eine CPU ein in einem Microcomputer gespeichertes Programm ausführt, oder durch Hardware gehandhabt werden, wenn eine bestimmte elektronische Schaltung eine Aufgabe ausführt. Die ECU 20 und der Motor 80 können integriert sein.
Die vorliegende Ausführungsform nimmt an, dass der Drehwinkelsensor 30 mehrere Drehwinkelsensorelemente aufweist, die vorgesehen sind, um eine Redundanz zu erzielen, in der Konfiguration, die vorstehend beschrieben ist. Auf diese Weise können, wenn eines der Drehwinkelsensorelemente ausfällt, Sensorwerte von einem der Drehwinkelsensorelemente, das normal arbeitet, zur Berechnung eines Drehwinkels verwendet werden.
Die vorliegende Ausführungsform nimmt ferner an, dass eine simultane Abtast- und Haltefunktion nicht für die A/D-Wandlung eines Cosinussignals und eines Sinussignals vom Drehwinkelsensor 30 verfügbar ist. Die A/D-Wandlungseinheit 40 weist beispielsweise gegebenenfalls keine simultane Abtast- und Haltefunktion auf. Praxisnaher beschrieben, die simultane Abtast- und Haltefunktion, die eine bestimmte Anzahl von Signalen verarbeiten kann, ist gegebenenfalls vorgesehen, jedoch die A/D-Wandlung eines Stromes priorisierend und somit nicht mehr im Stande, den Drehwinkel zu handhaben. Für gewöhnlich priorisiert die Antriebssteuerung eines Motors eine Simultanität des Stromes.
Folglich führt jeder A/D-Wandler die A/D-Wandlung an mehreren Cosinussignalen und Sinussignalen, die von den mehreren Drehwinkelsensorelementen erfasst werden, sukzessive aus. Dieser Betrieb resultiert in einer Differenz des Zeitpunkts der Wandlung um eine Zeitspanne entsprechend einem Wandlungszyklus. Wenn eines der Drehwinkelsensorelemente oder einer der A/D-Wandler ausfällt, werden gegebenenfalls Sensorwerte verschieden von denjenigen, die im normalen Betrieb verwendet werden, zur Verwendung bei der Winkelberechnung gewählt. Da der Wandlungszeitpunkt dieser Sensorwerte von demjenigen im normalen Betrieb verschieden sein kann, kann sich die Genauigkeit, mit der ein Drehwinkel am Referenzzeitpunkt berechnet wird, verschlechtern.
Wenn die Anzahl von A/D-Wandlern erhöht wird, um die Anzahl der Drehwinkelsensorelemente zu verdoppelt, so dass jeder A/D-Wandler ein Cosinussignal und ein Sinussignal von einem der Drehwinkelsensorelemente wandelt, kann die Simultanität erfüllt werden. Solch eine Erhöhung der Anzahl von A/D-Wandlern ist jedoch nicht realistisch. Folglich besteht Bedarf daran, die Simultanität des Timings bzw. Zeitpunkts der Wandlung zur Erzeugung von Cosinuswerten und Sinuswerten, die von mehreren Drehwinkelsensorelementen stammen, mit der minimalen Anzahl von A/D-Wandlern zu erfüllen.
Als Antwort auf diese Herausforderung ist es Aufgabe der vorliegenden Ausführungsform, eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Drehwinkel an einem Referenzzeitpunkt mit einer verbesserten Genauigkeit unter Verwendung adaptierter Sequenzen der Wandlung durch einen A/D-Wandler, der in der A/D-Wandlungseinheit 40 enthalten ist, und für den Fall, dass mehrere A/D-Wandler vorhanden sind, adaptierten Teilens der Wandlung unter den A/D-Wandlern berechnet.
Nachstehend sind bestimmte Konfigurationen, um der Herausforderung gerecht zu werden, für jede Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 und die anschließenden Blockdiagramme und beispielhafte Diagramme einer Winkelrechenverarbeitung näher beschrieben.
Nachstehend sind die Bezugszeichen in jedem Blockdiagramm für jede Ausführungsform beschrieben. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung weist ein Bezugszeichen „50“ gefolgt von einer dritten Stelle zur Kennzeichnung der Nummer der Ausführungsform auf. Der Drehwinkelsensor mit den mehreren Drehwinkelsensorelementen weist ein Bezugszeichen „30“ gefolgt von einer dritten Stelle zur Kennzeichnung der Anzahl der Drehwinkelsensorelemente auf. Die A/D-Wandlungseinheit mit dem einen oder den mehreren A/D-Wandlern weist ein Bezugszeichen „40“ gefolgt von einer dritten Stelle zur Kennzeichnung der Anzahl der A/D-Wandler auf. Ein Drehwinkelsensor mit drei Drehwinkelsensorelementen ist beispielsweise durch „303“ gekennzeichnet, und eine A/D-Wandlungseinheit mit zwei A/D-Wandlern ist beispielsweise durch „402“ gekennzeichnet.
Eine Winkelberechnungseinheit 51 und eine Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 empfangen in verschiedenen Ausführungsformen, genau genommen, verschiedene Werte, sind jedoch mit den gleichen Bezugszeichen „51“ bzw. „52“ versehen.
Eine hierin gemeine Annahme ist, dass die Drehwinkelsensorelemente und die A/D-Wandler für den Fall, dass die A/D-Wandlungseinheit die mehreren A/D-Wandler aufweist, die gleichen Spezifikationen und die gleiche Leistung aufweisen. Die A/D-Wandler sind miteinander synchronisiert. Die Drehwinkelsensorelemente weisen jeweils ein Präfix „erstes“, „zweites“ oder dergleichen auf. Die A/D-Wandler weisen jeweils ein Suffix (1), (2) oder dergleichen auf.
Die Bezeichnung „Drehwinkelsensorelement“ kann, wie jeweils anwendbar, einfach als „Sensorelement“ bezeichnet sein. Ein Cosinuswert und ein Sinuswert können, wie jeweils anwendbar, kollektiv als „Sensorwerte“ bezeichnet sein. Die Bezeichnung „Drehwinkel“ bezieht sich im Grunde auf einen wahren Drehwinkel. Der Wert, der durch die Winkelberechnungseinheit 51 durch die Beurteilung des Arcustangens erhalten wird, ist als ein „Rechenwinkel bzw. berechneter Winkel“ oder einfach als ein „Winkel“ bezeichnet. Eine Beschreibung hinsichtlich „eines Winkel, der mit Sensorwerten berechnet wird, die von einem Sensorelement stammen“, kann als ein „berechneter Winkel oder Rechenwinkel basierend auf einem Sensorelement“ erfolgen.
In der Beschreibung der Winkelrechenverarbeitung ist ein Wandlungszeitpunkt, der als eine Referenz dient, als der „Referenzzeitpunkt“ bezeichnet. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 50 muss einen Winkel berechnen, der mit dem wahren Drehwinkel an dem Referenzzeitpunkt übereinstimmt.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend ist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, weist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 501 gemäß der ersten Ausführungsform eine A/D-Wandlungseinheit 402 mit zwei A/D-Wandlern 41 und 42 auf. Die zwei A/D-Wandler 41 und 42 erfassen Cosinussignale und Sinussignale von drei Sensorelementen 31, 32 und 33, die in einem Drehwinkelsensor 303 enthalten sind.
Um die Beschreibung der Winkelrechenverarbeitung zu vereinfachen, sind die Sensorelemente in Übereinstimmung mit dem Zeitpunkt einer Wandlung, um Sensorwerte zu erzeugen, in ein „primäres Sensorelement“ und andere „sekundäre Sensorelement(e)“ kategorisiert. Die Sensorwerte, die von dem primären Sensorelement stammen, werden durch eine Wandlung erzeugt, die an dem Referenzzeitpunkt erfolgt. Diese Kategorisierung der Sensorelemente erfolgt lediglich in Übereinstimmung mit der Differenz im Zeitpunkt der Wandlung und ist nicht mit irgendetwas anderem, wie beispielsweise einer Priorität der Sensorwerte, verknüpft.
In der ersten Ausführungsform entspricht das zweite Sensorelement 32 dem „primären Sensorelement“ und entsprechen das erste Sensorelement 31 und das dritte Sensorelement 33 „sekundären Sensorelementen“.
Das zweite Sensorelement 32, das das primäre Sensorelement ist, gibt ein Cos2-Signal und ein Sin2-Signal aus. Das Cos2-Signal wird durch den A/D-Wandler (1) 41 erfasst, und das Sin2-Signal wird durch den A/D-Wandler (2) 42 erfasst.
Das erste Sensorelement 31, das ein sekundäres Sensorelement ist, gibt ein Cos1-Signal und ein Sin1-Signal aus, die durch den A/D-Wandler (1) 41 erfasst werden. Das dritte Sensorelement 33, das ein weiteres sekundäres Sensorelement ist, gibt ein Cos3-Signal und ein Sin3-Signal aus, die durch den A/D-Wandler (2) 42 erfasst werden.
Die A/D-Wandler 41 und 42 führen eine A/D-Wandlung an den erfassten Cosinus- und Sinussignalen in vorbestimmten Sequenzen aus und geben Cosinuswerte und Sinuswerte aus. Die Symbole T1, T2 und T3 beschreiben sequentielle Wandlungszeitpunkte auf einer Zeitachse in der vorstehend beschriebenen Sequenz. In der ersten Ausführungsform entspricht der Wandlungszeitpunkt T2 dem „Referenzzeitpunkt“. Die Bezeichnung „Zeitpunkt oder Timing“ kann nachstehend, sofern es als angemessen erachtet ist, in der Bezeichnung „Zeitpunkt bzw. Timing T“ ausgelassen sein.
Ein Cosinuswert und ein Sinuswert, die durch die A/D-Wandlung erzeugt werden, die beispielsweise an dem Cos1-Signal und dem Sin1-Signal von dem ersten Sensorelement 31 erfolgt, sind als „Vcos1“ und „Vsin1“ gekennzeichnet.
Die 3A bis 4F zeigen Sequenzen einer Wandlung der Signale durch die A/D-Wandler 41 und 42 auf einer Zeitachse. In den Figuren kennzeichnet „AD1“ den A/D-Wandler (1) 41 und kennzeichnet „AD2“ den A/D-Wandler (2) 42.
Jeder der Wandlungszeitpunkte T1, T2 und T3 ist jeweils für eine bestimmte Wandlungsperiode ΔT definiert.
Hierin ist ein Wandlungszeitpunkt, der N Wandlungsperiode(n) ΔT vor dem Referenzzeitpunkt auftritt (wobei N eine natürliche Zahl ist), als ein „Vor-Zeitpunkt“ bezeichnet, und ist ein Wandlungszeitpunkt, der N Wandlungsperiode(n) ΔT nach dem Referenzzeitpunkt auftritt, als ein „Nach-Zeitpunkt“ bezeichnet. Der Zeitpunkt T1 entspricht einem Vor-Zeitpunkt des Referenzzeitpunkts T2 mit N = 1, und T3 entspricht einem Nach-Zeitpunkt des Referenzzeitpunkts T2 mit N = 1. Vor-Zeitpunkte und Nach-Zeitpunkte liegen auf einer Zeitachse symmetrisch um den Referenzzeitpunkt T2.
Folglich kann T1 als (T2 - ΔT) beschrieben werden und kann T3 als (T2 + ΔT) beschrieben werden.
Der A/D-Wandler (1) 41 führt die A/D-Wandlung aus, um Vcos1 an dem Vor-Zeitpunkt T1 zu erzeugen, Vcos2 an dem Referenzzeitpunkt T2 zu erzeugen und Vsin1 an dem Nach-Zeitpunkt T3 zu erzeugen, und zwar in der vorstehend dargelegten Reihenfolge.
Der A/D-Wandler (2) 42 führt die A/D-Wandlung aus, um Vsin3 an dem Vor-Zeitpunkt T1 zu erzeugen, Vsin2 an dem Referenzzeitpunkt T2 und Vcos3 an dem Nach-Zeitpunkt T3 zu erzeugen, und zwar in der vorstehend beschriebenen Reihenfolge.
Hierin werden Vcos2 und Vsin2, die von dem zweiten Sensorelement 32 stammen, das ein primäres Sensorelement ist, per Wandlung erzeugt, die am Referenzzeitpunkt T2 simultan erfolgt. Die Werte Vcos1 und Vsin1, die von dem ersten Sensorelement 31 stammen, das ein sekundäres Sensorelement ist, werden per Wandlung erzeugt, die an dem Vor-Zeitpunkt T1 und an dem Nach-Zeitpunkt T3 separat erfolgt. In gleicher Weise werden Vsin3 und Vcos3, die von dem dritten Sensorelement 33 stammen, per Wandlung erzeugt, die an dem Vor-Zeitpunkt T1 und an dem Nach-Zeitpunkt T3 separat erfolgt.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Cosinuswert und ein Sinuswert, die von jedem Sensorelement stammen, per Wandlung erzeugt werden, die an symmetrischen Zeitpunkten um den Referenzzeitpunkt auf einer Zeitachse erfolgt.
Ferner führt, an dem Vor-Zeitpunkt T1, der A/D-Wandler (1) 41 die Wandlung aus, um einen Cosinuswert zu erzeugen, und der A/D-Wandler (2) 42 die Wandlung aus, um einen Sinuswert zu erzeugen. An dem Nach-Zeitpunkt T3 führt der A/D-Wandler (1) 41 die Wandlung aus, um einen Sinuswert zu erzeugen, und der A/D-Wandler (2) 42 die Wandlung aus, um einen Cosinuswert zu erzeugen. D.h., der A/D-Wandler 41 führt die Wandlung aus, um einen Cosinuswert und einen Sinuswert zu erzeugen, die von dem ersten Sensorelement 31 stammen, der Reihe nach an dem Vor-Zeitpunkt T1 und dem Nach-Zeitpunkt T3, und der A/D-Wandler 42 führt die Wandlung aus, um einen Cosinuswert und einen Sinuswert zu erzeugen, die von dem dritten Sensorelement 33 stammen, an dem Vor-Zeitpunkt T1 und dem Nach-Zeitpunkt T3 in einer entgegengesetzten Reihenfolge.
Ferner werden ein Cosinuswert und ein Sinuswert, die von dem ersten Sensorelement 31 stammen, das ein sekundäres Sensorelement ist, per Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (1) 41 erfolgt, und werden ein Cosinuswert und ein Sinuswert, die von dem dritten Sensorelement 33 stammen, das ein weiteres sekundäres Sensorelement ist, per Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (2) 42 erfolgt. D.h., ein Cosinuswert und ein Sinuswert, die von einem identischen sekundären Sensorelement stammen, werden per Wandlung erzeugt, die durch einen identischen A/D-Wandler an dem Vor-Zeitpunkt T1 und dem Nach-Zeitpunkt T3 erfolgt.
Die erste Ausführungsform ist durch die vorstehend beschriebenen Merkmale gekennzeichnet. Die Sequenz der Wandlung, um Sensorwerte zu erzeugen, die von den Sensorelementen 31, 32 und 33 stammen, und das Teilen der Wandlung unter den A/D-Wandlern 41 und 42 werden, wie vorstehend beschrieben, in der ersten Ausführungsform adaptiert. Bevor die operativen Vorteile beschrieben werden, die durch die Adaptation hervorgebracht werden, ist nachstehend die Winkelrechenverarbeitung in einer Winkelberechnungseinheit 51 beschrieben.
Im normalen Betrieb gemäß der 3A berechnet die Winkelberechnungseinheit 51 drei Winkel θ₂₂ , θ₁₁ und θ₃₃ . Der Winkel „θ₂₂ “ beispielsweise weist einen Index „22“ auf, der einen Rechenwinkel (d.h. berechneten Winkel) basierend auf Vcos2, dem Cosinuswert, der von dem zweiten Sensorelement 32 stammt, und Vsin2, dem Sinuswert, der von dem zweiten Sensorelement 32 stammt, kennzeichnet. Die vorliegende Ausführungsform nimmt keine Berechnung eines Winkels mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert von verschiedenen Sensorelementen an, so dass ein Index in der vorliegenden Ausführungsform im Grunde aus zwei identischen Zahlen besteht. Ein Index „aa“ bei „θ_aa“ gemäß einer zweiten oder weiteren Ausführungsform kennzeichnet einen Rechenwinkel, der auf einem Mittelwert von Cosinuswerten und einem Mittelwert von Sinuswerten basiert.
Zur Vereinfachung der Beschreibung der Winkelrechenverarbeitung sind die Bezeichnungen „Hauptrechenwert“ und „Nebenrechenwert“ definiert. Die Winkelberechnungseinheit 51 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist durch eine Berechnung von mehreren Winkeln mit Cosinuswerten und Sinuswerten gekennzeichnet, die durch eine Wandlung an verschiedenen relativen Zeitpunkten oder durch verschiedene Extrahierungsverfahren erzeugt werden. Der Einfachheit halber sind die mehreren Winkel in einen „Hauptrechenwert“ und einen „Nebenrechenwert“ kategorisiert. Ein Hauptrechenwert und ein Nebenrechenwert sind im Falle eines Ausfalls von einem der Drehwinkelsensorelemente oder einem der A/D-Wandler (untereinander) austauschbar. Es sollte beachtet werden, dass die Bezeichnung „Haupt“ und „Neben“ nicht im wörtlichen Sinne zu verstehen sind.
In der ersten Ausführungsform ist ein Rechenwinkel θ₂₂ basierend auf dem primären Sensorelement ein Hauptrechenwert und sind Rechenwinkel θ₁₁ und θ₃₃ basierend auf den sekundären Sensorelementen Nebenrechenwerte.
Der Winkel θ₂₂ , der der Hauptrechenwert ist, wird mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert berechnet, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an dem Referenzzeitpunkt T2 simultan erfolgt.
Der Winkel θ₁₁ und der Winkel θ₃₃ , die Nebenrechenwerte sind, werden jeweils mit einem eines Cosinuswertes und eines Sinuswertes, der durch die Wandlung erzeugt wird, die an dem Vor-Zeitpunkt T1 erfolgt, und dem anderen des Cosinuswertes und des Sinuswertes, der durch die Wandlung erzeugt wird, die an dem Nach-Zeitpunkt T3 erfolgt, berechnet. Genauer gesagt, die Wandlung, um einen Cosinuswert und einen Sinuswert zu erzeugen, die bei der Berechnung von jedem der Winkel θ₁₁ und θ₃₃ verwendet werden, erfolgt an Zeitpunkten, die zwei Wandlungsperioden ΔT voneinander entfernt liegen.
Folglich werden ein Hauptrechenwert und ein Nebenrechenwert in der ersten Ausführungsform mit Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet, die per Wandlung an verschiedenen relativen Zeitpunkten erzeugt werden.
Die Winkelberechnungseinheit 51 beurteilt den Arcustangens mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert, um jeden der Winkel θ₂₂ , θ₁₁ und θ₃₃ zu berechnen. Die Beurteilung der Arcustangens kann nicht durch einen einfachen Ausdruck der Division beschrieben werden. Die Beurteilung ist, wie in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt, in verschiedene Fälle aufgegliedert, in Übereinstimmung mit der positiven und negativen Eigenschaft eines Cosinuswertes (Vcos) und eines Sinuswertes (Vsin). Ein Rechenwinkel ist nachstehend in der Form der Funktion ATAN(Vcos, Vsin) dargestellt.

[Tabelle 1]

Definition von θ = ATAN(Vcos, Vsin), wobei R = (Vsin/Vcos), -90 < arctanR < 90
Vcos	Vsin	θ (Einheit:[Grad])	(Bereich von θ)
Vcos > 0	Vsin ≥ 0	θ = arctan R	(0 ≤ θ < 90)
Vcos = 0	Vsin > 0	θ = 90
Vcos < 0	Vsin ≥ 0	θ = arctan R + 180	(90 < θ ≤ 180)
Vcos < 0	Vsin < 0	θ = arctan R + 180	(180 < θ < 270)
Vcos = 0	Vsin < 0	θ = 270
V cos > 0	Vsin < 0	θ = arctan R + 360	(270 < θ < 360)

Der Winkel θ₂₂ , der ein Hauptrechenwert ist, wird durch die Gleichung (2) beschrieben. Die Winkel θ₁₁ und θ₃₃ , die Nebenrechenwerte sind, werden durch die Gleichungen (1) und (3) beschrieben. Das Symbol ω beschreibt eine Winkelgeschwindigkeit. In den nachfolgenden Ausdrücken weisen ein Cosinuswert und ein Sinuswert eine Basisamplitude von „1“ auf. $\begin{array}{l} θ_{11} = ATAN (Vcos1, Vsin1) \\ = ATAN (cos (ω T 1), sin (ω T 3)) \\ = ATAN (cos (ω T 2 - ω Δ T), sin (ω T 2 + ω Δ T)) \end{array}$
$\begin{matrix} θ_{22} = ATAN (Vcos2, Vsin2) \\ = ATAN (cos (ω T 2), sin (ω T2)) \end{matrix}$
$\begin{array}{l} θ_{33} = ATAN (Vcos3, Vsin3) \\ = ATAN (cos (ω T3), sin (ω T1)) \\ = ATAN (cos (ω T 2 - ω Δ T), sin (ω T 2 + ω Δ T)) \end{array}$
In dem Bereich von 0 ≤ θ ≤ 90[Grad] beispielsweise sind die Cosinusfunktion, die monoton abnimmt, und die Sinusfunktion, die monoton zunimmt, invers korreliert. In anderen Bereichen sind der Absolutwert der Cosinusfunktion und der Absolutwert der Sinusfunktion stets invers korreliert. Folglich nehmen, wenn das Vorzeichen von ωΔT im Nenner und dasjenige im Zähler jeweils entgegengesetzt sind, wie in den Gleichungen (1) und (3), die Werten des Nenners und des Zählers beide zu oder ab, die Zunahme oder Abnahme kompensierend.
Folglich sind die Werte der Winkel θ₁₁ und θ₃₃ näher zu demjenigen des Winkels θ₂₂ als derjenige eines Winkels, der mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert berechnet wird, die per Wandlung an dem Vor-Zeitpunkt T1 erzeugt werden, oder derjenige eines Winkels, der mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert berechnet wird, die per Wandlung an dem Nach-Zeitpunkt T3 erzeugt werden. Wenn ωΔT ausreichend gering ist, stimmen die Winkel θ₁₁ und θ₃₃ mit dem Winkel θ₂₂ überein, mit einer verbesserten Genauigkeit.
Wie in 5 gezeigt, werden, wenn ωΔT ausreichend gering ist, ein Fehler zwischen dem Winkel θ₁₁ und dem Winkel θ₂₂ und ein Fehler zwischen dem Winkel θ₃₃ und dem Winkel θ₂₂ durch die Funktion (±cos2θ) mit ωΔT als die Amplitude approximiert.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit ω beispielsweise 2000 [Grad/s] beträgt und die A/D-Wandlungsperiode ΔT 1 [µs] beträgt, ist ωΔT = 0,002 [Grad]. D.h., ein Fehler zwischen einem Nebenrechenwert und einem Hauptrechenwert liegt in der ersten Ausführungsform innerhalb von maximal 0,002 [Grad].
Ferner kann durch die Berechnung des Mittelwertes des Winkels θ₁₁ und des Winkels θ₃₃ ein Fehler kompensiert werden.
Nachstehend ist erneut auf die 2 Bezug genommen. Im normalen Betrieb werden die drei Winkel θ₂₂ , θ₁₁ und θ₃₃ , die durch die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet werden, an die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 ausgegeben. Die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 berechnet einen finalen Winkel θ_fix auf der Grundlage der Winkel θ₂₂ , θ₁₁ und θ₃₃ . In der vorliegenden Ausführungsform kann die Berechnung des finalen Winkels θ_fix durch die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 auf beliebige Weise erfolgen. Es kann beispielsweise der arithmetische oder gewichtete Mittelwert von Winkeln berechnet werden. Alternativ kann einer der Winkel gewählt werden.
Zusätzlich empfängt die Winkelberechnungseinheit 51 „Sensorelement-Fehlerinformation“ über einen Fehler bzw. Ausfall eines beliebigen der Drehwinkelsensorelemente 31, 32 und 33 und „A/D-Wandler-Fehlerinformation“ über einen Fehler bzw. Ausfall eines beliebigen der A/D-Wandler 41 und 42. Hierin kann eine Fehlerdiagnose an jedem beliebigen Teil auf jede beliebige Weise erfolgen. Was in der vorliegenden Ausführungsform von Bedeutung ist, ist, dass resultierende Fehlerinformation an die Winkelberechnungseinheit 51 gegeben wird.
Wenn die Fehlerinformation empfangen wird, wählt die Winkelberechnungseinheit 51 einen Rechenwinkel, der auszugeben ist, so dass eines der Drehwinkelsensorelemente, das normal arbeitet, und einer der A/D-Wandler, der normal arbeitet, verwendet werden.
Wie in 3B gezeigt, kann, im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32, der Winkel θ₂₂ , der ein Hauptrechenwert ist, nicht berechnet werden. Folglich werden die Winkel θ₁₁ und θ₃₃ , die Nebenrechenwerte sind, ausgegeben.
Wie in 3C gezeigt, kann, im Falle eines Ausfalls des dritten Sensorelements 33, der Winkel θ₃₃ nicht berechnet werden. Folglich werden der Winkel θ₂₂ und der Winkel θ₁₁ ausgegeben. Wie in 4A gezeigt, kann, im Falle eines Ausfalls des ersten Sensorelements 31, der Winkel θ₁₁ nicht berechnet werden. Folglich werden der Winkel θ₂₂ und der Winkel θ₃₃ ausgegeben.
Im Falle eines Ausfalls irgendeines der Drehwinkelsensorelemente 31, 32 und 33 werden, wie vorstehend beschrieben, zwei Rechenwinkel von der Winkelberechnungseinheit 51 an die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 ausgegeben. Die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 kann den finalen Winkel θ_fix auf beliebige Weise auf der Grundlage der zwei Rechenwinkel berechnen. Im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32 kann beispielsweise der Mittelwert des Winkels θ₁₁ und des Winkels θ₃₃ berechnet werden.
Wie in 4B gezeigt, können, im Falle eines Ausfalls des A/D-Wandlers (2) 42, der Winkel θ₂₂ und der Winkel θ₃₃ nicht berechnet werden. Folglich wird der Winkel θ₁₁ ausgegeben. Wie in 4C gezeigt, können, im Falle eines Ausfalls des A/D-Wandlers (1) 41, der Winkel θ₂₂ und der Winkel θ₁₁ nicht berechnet werden. Folglich wird der Winkel θ₃₃ ausgegeben.
Im Falle eines Ausfalls irgendeines der A/D-Wandler 41 und 42 wird, wie vorstehend beschrieben, ein Rechenwinkel von der Winkelberechnungseinheit 51 an die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 ausgegeben. Folglich gibt die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 den einen Rechenwinkel als den finalen Winkel θ_fix aus.
Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 501 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform bringt die nachstehend beschriebenen Vorteile hervor.

(1) Die Winkel θ₁₁ , θ₂₂ und θ₃₃ basierend auf den Drehwinkelsensorelementen 31, 32 und 33 werden mit Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet, die durch die Wandlung erzeugt werden, die von den zwei A/D-Wandlern 41 und 42 an symmetrischen Zeitpunkten um den Referenzzeitpunkt T2 auf einer Zeitachse ausgeführt wird. Im Falle eines Ausfalls irgendeines der Drehwinkelsensorelemente 31, 32 und 33 oder irgendeines der A/D-Wandlers 41 und 42, ermöglicht dieser Betrieb der Winkelberechnungseinheit 51, einen Drehwinkel an dem Referenzzeitpunkt T2 mit verbesserter Genauigkeit unabhängig von einer Differenz im Zeitpunkt der Wandlung zur Erzeugung der Cosinuswerte und der Sinuswerte zu berechnen.
(2) Die A/D-Wandler 41 und 42 führen eine Wandlung aus, um Cosinuswerte und Sinuswerte zu erzeugen, die von dem ersten Sensorelement 31 und von dem dritten Sensorelement 33 stammen, und zwar an dem Vor-Zeitpunkt T1 und an dem Nach-Zeitpunkt T3 in jeweils entgegengesetzten Sequenzen. Dieser Betrieb ermöglicht die Berechnung von zwei Winkeln mit verschiedenen Gleichungen, d.h. des Winkels θ₁₁ und des Winkels θ₃₃ . Durch die Berechnung des Mittelwertes des Winkels θ₁₁ und des Winkels θ₃₃ kann ein Fehler kompensiert und so ein Winkel mit noch höherer Genauigkeit erzielt werden.
(3) Ein Cosinuswert und ein Sinuswert, die von einem identischen sekundären Sensorelement stammen, werden per Wandlung erzeugt, die von einem identischen A/D-Wandler an dem Vor-Zeitpunkt T1 und an dem Nach-Zeitpunkt T3 ausgeführt wird. Im Falle eines Ausfalls irgendeines der A/D-Wandler, ermöglicht dieser Betrieb der Winkelberechnungseinheit 51, einen Nebenrechenwert mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert zu berechnen und auszugeben, die durch die Wandlung erzeugt werden, die von dem anderen der A/D-Wandler ausgeführt wird.
(4) Insbesondere die elektrische Servolenkungsvorrichtung 90 zur Ansteuerung des Hilfsmotors 80 benötigt eine verbesserte Steuerbarkeit und Zuverlässigkeit. Folglich ist es, im Falle eines Ausfalls eines Drehwinkelsensorelements oder eines A/D-Wandlers beliebiger Art, wünschenswert, dass ein Drehwinkel mit einer Genauigkeit gleich derjenigen im normalen Betrieb berechenbar ist. Bei einer Konfiguration, bei der der A/D-Wandler dazu ausgelegt ist, gleichzeitig die A/D-Wandlung an einem Strom auszuführen, ist die simultane Abtast- und Haltefunktion in vielen Fällen gegebenenfalls nicht für den Drehwinkel verfügbar. Folglich ist die erste Ausführungsform insbesondere für die elektrische Servolenkungsvorrichtung 90 effektiv.

(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend ist eine zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 6 und die 7A bis 7C beschrieben.
Wie in 6 gezeigt, weist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 502 gemäß der zweiten Ausführungsform, gleich der ersten Ausführungsform, eine A/D-Wandlungseinheit 402 mit zwei A/D-Wandlern 41 und 42 auf. Die zwei A/D-Wandler 41 und 42 erfassen Cosinussignale und Sinussignale von drei Sensorelementen 31, 32 und 33, die in einem Drehwinkelsensor 303 enthalten sind. Gleich der ersten Ausführungsform entspricht das zweite Sensorelement 32 einem primären Sensorelement und entsprechen das erste Sensorelement 31 und das dritte Sensorelement 33 sekundären Sensorelementen.
In der zweiten Ausführungsform wird ein Ausfall der A/D-Wandler 41 und 42 nicht berücksichtigt.
Das zweite Sensorelement 32, das das primäre Sensorelement ist, gibt ein Cos2-Signal und ein Sin2-Signal aus. Das Cos2-Signal wird durch den A/D-Wandler (1) 41 erfasst; das Sin2-Signal wird durch den A/D-Wandler (2) 42 erfasst.
Das erste Sensorelement 31 und das dritte Sensorelement 33, die die sekundären Sensorelemente sind, geben Cosinussignale aus, d.h. ein Cos1-Signal und ein Cos3-Signal, die durch den A/D-Wandler (1) 41 erfasst werden. Das erste Sensorelement 31 und das dritte Sensorelement 33 geben Sinussignale aus, d.h. ein Sin1-Signal und ein Sin3-Signal, die durch den A/D-Wandler (2) 42 erfasst werden.
Der A/D-Wandler (1) 41 führt die A/D-Wandlung aus, um Vcos1 an dem Vor-Zeitpunkt T1, Vcos2 an dem Referenzzeitpunkt T2 und Vcos3 an dem Nach-Zeitpunkt T3 in der vorstehend dargelegten Sequenz zu erzeugen.
Der A/D-Wandler (2) 42 führt die A/D-Wandlung aus, um Vsin1 an dem Vor-Zeitpunkt T1, Vsin2 an dem Referenzzeitpunkt T2 und Vsin3 an dem Nach-Zeitpunkt T3 in der vorstehend dargelegten Sequenz zu erzeugen.
Im normalen Betrieb gemäß 7A berechnet eine Winkelberechnungseinheit 51 einen Winkel θ₂₂ an dem Referenzzeitpunkt T2, der der Hauptrechenwert ist, mit Vcos2 und Vsin2. Die Werte Vcos2 und Vsin2 stammen von dem zweiten Sensorelement 32, das das primäre Sensorelement ist, und werden durch die Wandlung erzeugt, die an dem Referenzzeitpunkt T2 erfolgt.
Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet einen Mittelwert Vcos_avr von Vcos1 und Vcos3. Der Wert Vcos1 stammt von dem ersten Sensorelement 31, das ein sekundäres Sensorelement ist, und wird durch die Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (1) 41 an dem Vor-Zeitpunkt T1 ausgeführt wird. Der Wert Vcos3 stammt von dem dritten Sensorelement 33, das ein sekundäres Sensorelement ist, und wird durch die Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (1) 41 an dem Nach-Zeitpunkt T3 ausgeführt wird. Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet ebenso einen Mittelwert Vsin_avr von Vsin1 und Vsin3. Der Wert Vsin1 wird durch die Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (2) 42 an dem Vor-Zeitpunkt T1 ausgeführt wird. Der Wert Vsin3 wird durch die Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (2) 42 an dem Nach-Zeitpunkt T3 ausgeführt wird.
Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet ferner einen Winkel θ_aa an dem Referenzzeitpunkt T2, der ein Nebenrechenwert ist, mit dem Mittelwert Vcos_avr und dem Mittelwert Vsin_avr.
In der zweiten Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben, ein Hauptrechenwert mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert berechnet, die, so wie sie sind, von einem Sensorelement stammen, und ein Nebenrechenwert mit einem Mittelwert von Cosinuswerten, die von mehreren Sensorelementen stammen, und einem Mittelwert von Sinuswerten, die von den mehreren Sensorelementen stammen, berechnet.
Genauer gesagt, ein Hauptrechenwert und ein Nebenrechenwert in der zweiten Ausführungsform werden mit Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet, die durch eine Wandlung, die an verschiedenen relativen Zeitpunkten erfolgt, und durch verschiedene Extrahierungsverfahren erzeugt werden.
Der Mittelwert Vcos_avr von Vcos1 und Vcos3 und der Mittelwert Vsin_avr von Vsin1 und Vsin3 können durch die Gleichungen (4) und (5) beschrieben werden, in Übereinstimmung mit Summe-zu-Produkt-Gleichungen der trigonometrischen Funktionen. Die Winkelgeschwindigkeit wird durch ω beschrieben.
In der Annahme, dass ωΔT in den vierten Zeilen der Gleichungen (4) und (5) ausreichend gering ist, d.h. in der Annahme, dass „ωΔT ≈ 0“, stimmen die Mittelwerte Vcos_avr und Vsin_avr weitestgehend mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert an dem Referenzzeitpunkt T2 (d.h. Vcos2 und Vsin2) überein. $\begin{array}{l} Vcos_avr = (Vcos1 + Vcos3) /2 \\ = {cos (ω T 1) + cos (ω T 3)} / 2 \\ = {cos (ω T2 - ω Δ T) + cos (ω T 3 + ω Δ T)} / 2 \\ = {2cos (ω T2) \times cos (ω Δ T)} / 2 \\ \approx cos (ω T 2) \end{array}$
$\begin{array}{l} Vsin_avr = (Vsin1 + Vsin3) /2 \\ = {sin (ω T 1) + sin (ω T 3)} / 2 \\ = {sin (ω T2 - ω Δ T) + sin (ω T 3 + ω Δ T)} / 2 \\ = {2sin (ω T2) \times cos (ω Δ T)} / 2 \\ \approx sin (ω T 2) \end{array}$
Der Winkel θ_aa kann durch die Gleichung (6) beschrieben werden. $θ_{aa} = ATAN (Vcos_avr, Vsin_avr)$
Der Winkel θ_aa , der anhand der vorstehend dargelegten Gleichung berechnet wird, stimmt weitestgehend mit dem Winkel θ₂₂ überein, der direkt aus Vcos2 und Vsin2 berechnet wird. Folglich kann ein geschätzter Fehler hierin als im Wesentlichen null angenommen werden. Folglich stimmt der Winkel θ_aa , der in der zweiten Ausführungsform der Nebenrechenwert ist, mit dem Winkel θ₂₂ überein, der der Hauptrechenwert ist, wobei die Genauigkeit verbessert und eine hervorragende Austauschbarkeit im Falle eines Ausfalls von irgendeinem der Drehwinkelsensorelemente bereitgestellt wird.
Insbesondere kann, wie in 7B gezeigt, der Winkel θ₂₂ , der der Hauptrechenwert ist, im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32 nicht berechnet werden. Folglich wird der Winkel θ_aa , der der Nebenrechenwert ist, ausgegeben. Wie in 7C gezeigt, kann, im Falle eines Ausfalls des ersten Sensorelements 31 oder des dritten Sensorelements 33, der Winkel θ_aa nicht berechnet werden. Folglich wird der Winkel θ₂₂ ausgegeben.
In der zweiten Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben, im Falle eines Ausfalls von irgendeinem der Drehwinkelsensorelemente 31, 32 und 33, ein Rechenwinkel durch die Winkelberechnungseinheit 51 an eine Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 ausgegeben. Folglich gibt die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 den einen Rechenwinkel als den finalen Winkel θ_fix aus. Sowohl der Winkel θ₂₂ als auch der Winkel θ_aa beschreiben den wahren Drehwinkel an dem Referenzzeitpunkt T2 mit einer verbesserten Genauigkeit.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine dritte Ausführungsform als eine Modifikation der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 8A und 8B beschrieben. Die dritte Ausführungsform entspricht der zweiten Ausführungsform, mit Ausnahme davon, dass die Arten von Signalen, die die A/D-Wandler 41 und 42 von den sekundären Sensorelementen 31 und 33 erfassen, und die Wandlungssequenz ähnlich denjenigen der ersten Ausführungsform sind.
In der dritten Ausführungsform erfasst eine A/D-Wandlungseinheit 402 Signale von einem Drehwinkelsensor 303 auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform gemäß der 2. Folglich ist für die dritte Ausführungsform kein individuelles Blockdiagramm gezeigt. Im normalen Betrieb gibt eine Winkelberechnungseinheit 51 einen Winkel θ_aa und einen Winkel θ₂₂ an eine Winkelabschlussbestimmungseinheit 52, gleich der zweiten Ausführungsform gemäß der 6.
Die dritte Ausführungsform weist dahingehend eine Eigenschaft der ersten Ausführungsform auf, dass „ein Cosinuswert und ein Sinuswert, die von einem identischen sekundären Sensorelement stammen, per Wandlung erzeugt werden, durch einen identischen A/D-Wandler an dem Vor-Zeitpunkt T1 und an dem Nach-Zeitpunkt T3 erfolgt“.
Wie in 8A gezeigt, ist eine Verarbeitung, die in der dritten Ausführungsform im normalen Betrieb angewandt wird, um den Winkel θ₂₂ und den Winkel θ_aa zu berechnen, gleich derjenigen der zweiten Ausführungsform gemäß der 7A. Die Verarbeitung, die in der dritten Ausführungsform im Falle eines Ausfalls von einem der Sensorelemente 31 bis 33 angewandt wird, ist ebenso gleich derjenigen der zweiten Ausführungsform gemäß den 7B und 7C.
Wie in 8B gezeigt, kann, im Falle eines Ausfalls von einem der A/D-Wandler 41 und 42, die Winkelberechnungseinheit 51 den Winkel θ₂₂ oder den Winkel θ_aa nicht berechnen und so keinen Winkel an die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 ausgeben. Folglich wird, in der dritten Ausführungsform, im Falle eines Ausfalls von einem der A/D-Wandler 41 und 42, eine Rechenverarbeitung gleich derjenigen der ersten Ausführungsform angewandt. Im Falle eines Ausfalls eines A/D-Wandlers (2) 42 wird der Winkel θ₁₁ mit Vcos1 und Vsin1 berechnet, die per Wandlung durch den A/D-Wandler (1) 41 erzeugt werden.
Die dritte Ausführungsform kombiniert, wie vorstehend beschrieben, die Eigenschaften der zweiten und dritten Ausführungsform, um einen Rechenwinkel ausgeben zu können, der auch im Falle eines Ausfalls von einem der A/D-Wandler 41 und 42 geeignet ist.
(Vierte Ausführungsform)
Nachstehend sind eine vierte und eine fünfte Ausführungsform verglichen mit jeweiligen Vergleichsbeispielen beschrieben.
Zunächst ist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 9 und die 10A bis 10C beschrieben. Ein erstes Vergleichsbeispiel als Vergleich zur vierten Ausführungsform ist unter Bezugnahme auf die 17 und die 18A bis 18C beschrieben.
Wie in den 9 und 17 beschrieben, weisen eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 504 gemäß der vierten Ausführungsform und eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 594 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel jeweils eine A/D-Wandlungseinheit 401 mit einem A/D-Wandler 41 auf. In den 9 und 17 ist solch eine Konfiguration einer A/D-Wandlungseinheit mit einem A/D-Wandler durch ein Symbol „41(401)“ gekennzeichnet. Der A/D-Wandler 41 erfasst Cosinussignale und Sinussignalen, insgesamt sechs, von drei Sensorelementen 31, 32 und 33, die in einem Drehwinkelsensor 303 enthalten sind.
In der vierten Ausführungsform wird der Ausfall des A/D-Wandlers 41 nicht berücksichtigt.
Der A/D-Wandler 41 gemäß der vierten Ausführungsform und dem ersten Vergleichsbeispiel führen die A/D-Wandlung an den sechs Signalen in verschiedenen Sequenzen aus. Im ersten Vergleichsbeispiel werden Cosinuswerte und Sinuswerte, die von verschiedenen Sensorelementen stammen, per Wandlung erzeugt, die an konstanten relativen Zeitpunkten erfolgt. In der vierten Ausführungsform werden Cosinuswerte und Sinuswerte, die von verschiedenen Sensorelementen stammen, per Wandlung erzeugt, die an verschiedenen relativen Zeitpunkten erfolgt.
Nachstehend ist ein Konzept der in der vierten und fünften Ausführungsformen verwendeten Wandlungszeitpunkte beschrieben.
In den 10A bis 10C beispielsweise beträgt die Anzahl von Malen, die die A/D-Wandlung sukzessive erfolgt, sechs, was eine gerade Zahl ist. Für den Fall, dass die Anzahl von Malen, die die A/D-Wandlung sukzessive erfolgt, eine gerade Zahl ist, wird ein Referenzzeitpunkt Tc als ein mittlerer Zeitpunkt zwischen den Wandlungszeitpunkten definiert. Genauer gesagt, der Referenzzeitpunkt Tc ist ein Zeitpunkt, der von dem vorhergehenden und nachfolgenden Wandlungszeitpunkt um 0,5 Wandlungsperioden ΔT verschoben ist.
Die Wandlungszeitpunkte, die vor und nach dem Referenzzeitpunkt Tc auftreten und von dem Referenzzeitpunkt Tc auf einer Zeitachse abstandsgleich sind, sind hierin auch definiert. Ein Wandlungszeitpunkt, der (N-0,5) Wandlungsperioden ΔT (wobei N eine natürliche Zahl) vor dem Referenzzeitpunkt Tc auftritt, ist als „halber Vor-Zeitpunkt“ definiert. Ein Wandlungszeitpunkt, der (N-0,5) Wandlungsperioden ΔT nach dem Referenzzeitpunkt Tc auftritt, ist als „halber Nach-Zeitpunkt“ definiert.
In der vierten Ausführungsform ist ein mittlerer Zeitpunkt zwischen T3 und T4 als der Referenzzeitpunkt Tc definiert. Folglich entsprechen die Zeitpunkte T1, T2 und T3 halben Vor-Zeitpunkte, mit N = 3, N = 2 und N = 1. Die Zeitpunkte T4, T5 und T6 entsprechen halben Nach-Zeitpunkten, mit N = 1, N = 2 und N = 3. Jeder der halben Vor-Zeitpunkte und ein entsprechender der halben Nach-Zeitpunkte sind um den Referenzzeitpunkt Tc auf der Zeitachse symmetrisch.
In den Figuren für die vierte und fünfte Ausführungsformen beschreibt „Tc ± (N - 0,5)ΔT“ einen halben Vor-Zeitpunkt oder einen halben Nach-Zeitpunkt.
T3 wird beispielsweise durch (Tc - 0,5ΔT) beschrieben; T4 durch (Tc + 0,5ΔT) beschrieben. Der Zeitpunkt T2 wird durch (Tc - 1,5ΔT) beschrieben; T5 durch (Tc + 1,5ΔT) beschrieben. Der Zeitpunkt T1 wird durch (Tc - 2.5ΔT) beschrieben; T6 durch (Tc + 2,5ΔT) beschrieben.
Solch eine Kennzeichnung ist in den Figuren für die Vergleichsbeispiele, die nicht auf dem Konzept symmetrischen Wandlungszeitpunktes basieren, nicht vorgesehen. Der Referenzzeitpunkt Tc ist in den Figuren für die Vergleichsbeispiele jedoch zum Zwecke des Vergleichs angezeigt.
Im ersten Vergleichsbeispiel werden Cosinussignale und Sinussignale von den Sensorelementen 31, 32 und 33 in der vorstehend dargelegten Sequenz gewandelt. D.h., die A/D-Wandlung erfolgt, um Vcos1 an T1, Vsin1 an T2, Vcos2 an T3, Vsin2 an T4, Vcos3 an T5 und Vsin3 an T6 zu erzeugen. Anschließend berechnet eine Winkelberechnungseinheit 51 einen Winkel mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert, die von jedem Sensorelement stammen und per Wandlung erzeugt werden, die an den sequentiellen Zeitpunkten erfolgt.
Im Falle des ersten Vergleichsbeispiels gemäß der 18A stellt der Rechenwinkel θ₂₂ basierend auf Vcos2 und Vsin2 weitestgehend den Drehwinkel am Referenzzeitpunkt Tc dar.
Der Rechenwinkel θ₁₁ basierend auf Vcos1 und Vsin1 beschreibt einen Drehwinkel an einem Zeitpunkt vor dem Referenzzeitpunkt Tc; der Rechenwinkel θ₃₃ basierend auf Vcos3 und Vsin3 beschreibt einen Drehwinkel an einem Zeitpunkt nach dem Referenzzeitpunkt Tc. Folglich beschreiben der Winkel θ₁₁ und der Winkel θ₃₃ den Drehwinkel am Referenzzeitpunkt Tc nicht unbedingt genau.
Im normalen Betrieb wird beispielsweise angenommen, dass eine Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 den Winkel θ₂₂ als den finalen Winkel θ_fix wählt. Im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32 und des dritten Sensorelements 33 wird, wie in 18B gezeigt, unausweichlich der Winkel θ₁₁ verwendet. Im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32 und des ersten Sensorelements 31 wird, wie in 18C gezeigt, der Winkel θ₃₃ verwendet.
Im Falle eines Ausfalls eines Sensorelements wählt die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52, wie vorstehend beschrieben, einen Rechenwinkel, der auf einem Zeitpunkt basiert, der sich in Abhängigkeit des ausgefallenen Sensorelements ändert. Folglich kann sich die Steuerbarkeit in einer Zeitspanne vor und nach dem Auftreten eines Fehlers verschlechtern.
In der vierten Ausführungsform werden die gewandelten Werte an T1 und T5 im ersten Vergleichsbeispiel gewechselt, so dass die A/D-Wandlung erfolgt, um Vcos3 an T1 und Vcos1 an T5 zu erzeugen. Eine Winkelberechnungseinheit 51 berechnet den Winkel θ₂₂ , der ein Hauptrechenwert ist, mit Vcos2 und Vsin2, die von dem zweiten Sensorelement 32 stammen und durch die Wandlung erzeugt werden, die an sequentiellen Zeitpunkten erfolgt. Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet ebenso den Winkel θ₁₁ , der ein Nebenrechenwert ist, mit Vsin1 und Vcos1, die von dem ersten Sensorelement 31 stammen und durch die Wandlung erzeugt werden, die an beabstandeten Zeitpunkten erfolgt. Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet ebenso den Winkel θ₃₃ , der ein weiterer Nebenrechenwert ist, mit Vcos3 und Vsin3, die von dem dritten Sensorelement 33 stammen und durch die Wandlung erzeugt werden, die an beabstandeten Zeitpunkten erfolgt.
Folglich werden ein Hauptrechenwert und ein Nebenrechenwert in der vierten Ausführungsform mit Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet, die per Wandlung erzeugt werden, die an verschiedenen relativen Zeitpunkten erfolgt.
Wie in 10A gezeigt, werden die Rechenwinkel θ₂₂ , θ₁₁ und θ₃₃ in der vierten Ausführungsform mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert berechnet, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an symmetrischen Zeitpunkten um den Referenzzeitpunkt Tc erfolgt. Folglich beschreiben die Rechenwinkel θ₂₂ , θ₁₁ und θ₃₃ jeweils den Drehwinkel an dem Referenzzeitpunkt Tc mit einer weitgehend gleichwertigen Genauigkeit.
Im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32 und des dritten Sensorelements 33 gemäß der 10B wählt eine Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 den Rechenwinkel θ₁₁ anstelle von θ₂₂ und basiert der Rechenwinkel θ₁₁ auf einem Zeitpunkt entsprechend demjenigen des Winkels θ₂₂ . In gleicher Weise wählt, im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32 und des ersten Sensorelements 31 gemäß der 10C die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 den Rechenwinkel θ₃₃ anstelle von θ₂₂ und basiert der Rechenwinkel θ₃₃ auf einem Zeitpunkt entsprechend demjenigen des Winkels θ₂₂ .
Folglich kann eine Verschlechterung in der Steuerbarkeit in einer Zeitspanne vor und nach dem Auftreten eines Fehlers in der vierten Ausführungsform verglichen mit dem ersten Vergleichsbeispiel in geeigneter Weise verhindert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 11 und die 12A bis 12C beschrieben. Ein zweites Vergleichsbeispiel als Vergleich mit der fünften Ausführungsform ist unter Bezugnahme auf die 19 und die 20A und 20B beschrieben.
Wie in den 11 und 19 gezeigt, weisen eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 505 gemäß der fünften Ausführungsform und eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 595 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel jeweils eine A/D-Wandlungseinheit 403 mit drei A/D-Wandlern 41, 42 und 43 auf. Die drei A/D-Wandler 41, 42 und 43 erfassen jeweils ein Cosinussignal und ein Sinussignal von einem entsprechenden der drei Sensorelemente 31, 32 und 33, die in einem Drehwinkelsensor 303 enthalten sind.
In der fünften Ausführungsform ist ein mittlerer Zeitpunkt zwischen T1 und T2 als der Referenzzeitpunkt Tc definiert.
In der fünften Ausführungsform wandelt der A/D-Wandler (1) 41 Signale in Vcos1 an T1 und Vsin1 an T2 und wandelt der A/D-Wandler (2) 42 Signale in Vcos2 an T1 und Vsin2 an T2. Im zweiten Vergleichsbeispiel führen der A/D-Wandler (1) 41 und der A/D-Wandler (2) 42 die Signalwandlung auf die gleiche Weise aus. In der fünften Ausführungsform führt der A/D-Wandler (3) 43 die Wandlung aus, um Vsin3 an T1 und Vcos3 an T2 zu erzeugen. Im zweiten Vergleichsbeispiel ist diese Sequenz entgegengesetzt. Dies ist jedoch nicht von Bedeutung; die Sequenz im zweiten Vergleichsbeispiel kann derjenigen der fünften Ausführungsform entsprechen.
Von Bedeutung ist, dass, in der fünften Ausführungsform, wie in der zweiten und dritten Ausführungsform, der Winkel θ₂₂ mit einem Cosinuswert und einem Sinuswert berechnet wird, die von einem primären Sensorelement stammen, und dass der Rechenwinkel θ_aa mit einem Mittelwert von Cosinuswerten, die von zwei sekundären Sensorelementen stammen, und einem Mittelwert von Sinuswerten, die von den zwei sekundären Sensorelementen stammen, berechnet wird. D.h., in der fünften Ausführungsform werden, wie in der zweiten und dritten Ausführungsform, der Winkel θ₂₂ , der ein Hauptrechenwert ist, und der Rechenwinkel θ_aa , der ein Nebenrechenwert ist, mit Cosinuswerten und Sinuswerten berechnet, die anhand verschiedener Extrahierungsverfahren erzeugt werden.
Demgegenüber werden, im zweiten Vergleichsbeispiel, ein Cosinuswert und ein Sinuswert, die von jedem der Sensorelemente stammen, so wie sie sind verwendet; die Cosinuswerte und Sinuswerte werden anhand eines einzigen Extrahierungsverfahrens erzeugt. Im Klartext, im zweiten Vergleichsbeispiel wird die Berechnung der Winkel auf der Grundlage von mehreren Sensorelementen überhaupt nicht angepasst.
Wie in 20A gezeigt, berechnet, im normalen Betrieb im zweiten Vergleichsbeispiel, eine Winkelberechnungseinheit 51 die Winkel θ₁₁ , θ₂₂ und θ₃₃ mit Cosinuswerten und Sinuswerten, die von den Sensorelementen 31, 32 und 33 stammen. Jeder der Cosinuswerte wird durch die Wandlung erzeugt, die an dem Zeitpunkt T1 erfolgt, und jeder der Sinuswerte wird durch die Wandlung erzeugt, die an dem Zeitpunkt T2 erfolgt.
Im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32 oder des A/D-Wandlers (2) 42 kann die Winkelberechnungseinheit 51 den Winkel θ₂₂ nicht berechnen und gibt die Winkelberechnungseinheit 51 somit den Winkel θ₁₁ oder θ₃₃ aus. Im Falle eines Ausfalls des ersten Sensorelements 31 oder des dritten Sensorelements 33 oder des A/D-Wandlers (1) 41 oder des A/D-Wandlers (3) 43 erfolgt die gleiche Verarbeitung.
Im Falle der fünften Ausführungsform berechnet, im normalen Betrieb gemäß der 12A, eine Winkelberechnungseinheit 51 den Winkel θ₂₂ , der ein Hauptrechenwert ist, mit Vcos2 und Vsin2, die von dem zweiten Sensorelement 32 stammen. Der Wert Vcos2 wird durch die Wandlung erzeugt, die an dem halben Vor-Zeitpunkt T1 erfolgt. Der Wert Vsin2 wird durch die Wandlung erzeugt, die an dem halben Nach-Zeitpunkt T2 erfolgt. In diesem Punkt liegt keine Differenz zwischen der fünften Ausführungsform und dem zweiten Vergleichsbeispiel vor.
Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet einen Mittelwert Vcos_avr von Vcos1 und Vcos3. Der Wert Vcos1 stammt von dem ersten Sensorelement 31 und wird durch die Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (1) 41 an dem halben Vor-Zeitpunkt T1 erfolgt. Der Wert Vcos3 stammt von dem dritten Sensorelement 33 und wird durch die Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (3) 43 an dem halben Nach-Zeitpunkt T2 erfolgt.
Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet ebenso einen Mittelwert Vsin_avr von Vsin3 und Vsin1. Der Wert Vsin3 wird durch die Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (3) 43 an dem halben Vor-Zeitpunkt T1 ausgeführt wird. Der Wert Vsin1 wird durch die Wandlung erzeugt, die durch den A/D-Wandler (1) 41 an dem halben Nach-Zeitpunkt T2 ausgeführt wird. Anschließend berechnet die Winkelberechnungseinheit 51 den Winkel θ_aa , der ein Nebenrechenwert ist, mit dem Mittelwert Vcos_avr und dem Mittelwert Vsin_avr.
Hierin weist der Winkel θ₂₂ , der auf einem Cosinuswert und einem Sinuswert basiert, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an diskreten Zeitpunkten erfolgt, einen Winkelfehler gemäß der 5 auf, wohingegen der Winkel θ_aa , der auf Mittelwerten basiert, im Wesentlichen keinen Fehler aufweist. Folglich kann, im normalen Betrieb, wenn sowohl der Winkel θ₂₂ als auch der Winkel θ_aa berechnet werden können, die Winkelabschlussbestimmungseinheit 52 den Winkel θ_aa , der ein Nebenrechenwert ist, anstelle des Winkels θ₂₂ , der ein Hauptrechenwert ist, wählen.
Wie hier ersichtlich wird, stellen die Bezeichnungen „Hauptrechenwert“ und „Nebenrechenwert“, so wie sie hierin verwendet werden, lediglich eine Kategorisierung zur Vereinfachung der Beschreibung bereit und sind die Bezeichnungen bei einer tatsächlichen Anwendung nicht mit einer Priorität verknüpft.
Wie in 12B gezeigt, kann, im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32 oder des A/D-Wandlers (2) 42, der Winkel θ₂₂ nicht berechnet werden. Folglich wird der Winkel θ_aa ausgegeben. Wie in 12C gezeigt, kann, im Falle eines Ausfalls des ersten Sensorelements 31 oder des dritten Sensorelements 33, oder des A/D-Wandlers (1) 41 oder des A/D-Wandlers (3) 43, der Winkel θ_aa nicht berechnet werden. Folglich wird der Winkel θ₂₂ ausgegeben.
In der fünften Ausführungsform werden, wie vorstehend beschrieben, Cosinuswerte und Sinuswerte zur Verwendung bei der Berechnung anhand verschiedener Extrahierungsverfahren erzeugt. Folglich kann, im Falle eines Ausfalls, die Art der Verarbeitung in Abhängigkeit davon geändert werden, welches Drehwinkelsensorelement oder welcher A/D-Wandler ausgefallen ist. Folglich erzielt, gegenüber dem zweiten Vergleichsbeispiel, bei dem keine Anpassung erfolgt, die fünfte Ausführungsform eine geeignete Verarbeitung in Abhängigkeit eines Fehlers.
(Sechste Ausführungsform)
Nachstehend ist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 13 und die 14A bis 14C beschrieben. Die sechste Ausführungsform unterscheidet dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass Signale von einem sekundären Sensorelement erfasst werden.
Wie in 13 gezeigt, weist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 506 gemäß der sechsten Ausführungsform, gleich der ersten Ausführungsform, eine A/D-Wandlungseinheit 402 mit zwei A/D-Wandlern 41 und 42 auf. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass die zwei A/D-Wandler 41 und 42 Cosinussignale und Sinussignalen von zwei Drehwinkelsensorelementen 31 und 32 erfassen, die in einem Drehwinkelsensor 302 enthalten sind.
Das zweite Sensorelement 32, das ein primäres Sensorelement ist, gibt ein Cos2-Signal und ein Sin2-Signal aus. Das Cos2-Signal wird durch den A/D-Wandler (1) 41 erfasst; das Sin2-Signal wird durch den A/D-Wandler (2) 42 erfasst. Das erste Sensorelement 31, das ein sekundäres Sensorelement ist, gibt ein Cos1-Signal und ein Sin1-Signal aus. Das Cos1-Signal und das Sin1-Signal werden sowohl durch den A/D-Wandler (1) 41 als auch den A/D-Wandler (2) 42 erfasst.
D.h., der A/D-Wandler (2) 42 erfasst das Cos1-Signal und das Sin1-Signal von dem ersten Sensorelement 31 anstelle von Signalen von dem dritten Sensorelement 33 gemäß der ersten Ausführungsform. Anschließend führt der A/D-Wandler (2) 42 die A/D-Wandlung aus, um Vsin1 an dem Vor-Zeitpunkt T1, Vsin2 an dem Referenzzeitpunkt T2 und Vcos1 an dem Nach-Zeitpunkt T3, in dieser Reihenfolge, zu erzeugen.
Im normalen Betrieb gemäß der 14A ersetzen Vsin1 und Vcos1 die Signale Vsin3 und Vcos3, die durch die Wandlung durch den A/D-Wandler (2) 42 erzeugt werden, in der ersten Ausführungsform gemäß der 3A. Hierin ist ein Nebenrechenwert, der über eine Gleichung (1x) berechnet wird, die der Gleichung (3) entspricht, zur Unterscheidung von dem Winkel θ₁₁ , der über die Gleichung (1) berechnet wird, als „θ_11x “ gekennzeichnet. $\begin{array}{l} θ_{11 x} = ATAN (Vcos1, Vsin1) \\ = ATAN (cos (ω T3), sin (ω T1)) \\ = ATAN (cos (ω T 2 + ω Δ T), sin (ω T 2 - ω Δ T)) \end{array}$
Die Verarbeitung, die in der sechsten Ausführungsform im Falle eines Ausfalls des zweiten Sensorelements 32 angewandt wird, ist gleich derjenigen, die in der 3B gezeigt ist.
Wie in 14B gezeigt, können, im Falle eines Ausfalls des ersten Sensorelements 31, der Winkel θ₁₁ oder θ_11x die beide Nebenrechenwerte sind, nicht berechnet werden. Folglich wird der Winkel θ₂₂ , der ein Hauptrechenwert ist, ausgegeben.
Die Verarbeitung, die im Falle eines Ausfalls des A/D-Wandlers (2) 42 gemäß der 14C angewandt wird, ist gleich derjenigen in der 3E. Die Verarbeitung, die im Falle eines Ausfalls des A/D-Wandlers (1) 41 angewandt wird, ist gleich derjenigen in der 3F.
Gemäß einer Konfiguration mit zwei Drehwinkelsensorelementen kann die sechste Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, operative Vorteile gleich denjenigen in der ersten Ausführungsform erzielen.
(Siebte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 15 und die 16A bis 16C beschrieben. Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass Signale von vier sekundären Sensorelementen erfasst werden.
Wie in 15 gezeigt, weist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 507 gemäß der siebten Ausführungsform, gleich der ersten Ausführungsform, eine A/D-Wandlungseinheit 402 mit zwei A/D-Wandlern 41 und 42 auf. Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass die zwei A/D-Wandler 41 und 42 Cosinussignale und Sinussignalen von fünf Drehwinkelsensorelementen 31, 32, 33, 34 und 35 erfassen, die in einem Drehwinkelsensor 305 enthalten sind.
In der siebten Ausführungsform entspricht das dritte Sensorelement 33 einem primären Sensorelement und entsprechen die verbleibenden vier Sensorelemente 31, 32, 34 und 35 sekundären Sensorelementen.
Das dritte Sensorelement 33, das ein primäres Sensorelement ist, gibt ein Cos3-Signal und ein Sin3-Signal aus. Das Cos3-Signal wird durch den A/D-Wandler (1) 41 erfasst; das Sin3-Signal wird durch den A/D-Wandler (2) 42 erfasst.
Das erste Sensorelement 31, das ein sekundäres Sensorelement ist, gibt ein Cos1-Signal und ein Sin1-Signal aus, die durch den A/D-Wandler (1) 41 erfasst werden. Das zweite Sensorelement 32, das ein weiteres sekundäres Sensorelement ist, gibt ein Cos2-Signal und ein Sin2-Signal aus, die ebenso durch den A/D-Wandler (1) 41 erfasst werden. Das vierte Sensorelement 34, das ein weiteres sekundäres Sensorelement ist, gibt ein Cos4-Signal und ein Sin4-Signal aus, die durch den A/D-Wandler (2) 42 erfasst werden. Das fünfte Sensorelement 35, das ein weiteres sekundäres Sensorelement ist, gibt ein Cos5-Signal und ein Sin5-Signal aus, die ebenso durch den A/D-Wandler (2) 42 erfasst werden.
In der siebten Ausführungsform entspricht der Wandlungszeitpunkt T3 dem Referenzzeitpunkt.
Die Zeitpunkte T1 und T2 entsprechen den Vor-Zeitpunkten, mit N = 2 bzw. N = 1. Die Zeitpunkte T4 und T5 entsprechen den Nach-Zeitpunkten, mit N = 1 bzw. N = 2. Folglich sind der Vor-Zeitpunkt T1 und der Nach-Zeitpunkt T5 um den Referenzzeitpunkt T3 auf einer Zeitachse symmetrisch, der Vor-Zeitpunkt T2 und der Nach-Zeitpunkt T4 sind um den Referenzzeitpunkt T3 auf der Zeitachse symmetrisch.
Der A/D-Wandler (1) 41 führt die A/D-Wandlung aus, um Vcos1 an dem Vor-Zeitpunkt T1, Vcos2 an dem Vor-Zeitpunkt T2, Vcos3 an dem Referenzzeitpunkt T3, Vsin2 an dem Nach-Zeitpunkt T4 und Vsin1 an dem Nach-Zeitpunkt T5 zu erzeugen.
Der A/D-Wandler (2) 42 führt die A/D-Wandlung aus, um Vsin5 an dem Vor-Zeitpunkt T1, Vsin4 an dem Vor-Zeitpunkt T2, Vsin3 an dem Referenzzeitpunkt T3, Vcos4 an dem Nach-Zeitpunkt T4 und Vcos5 an dem Nach-Zeitpunkt T5 zu erzeugen.
Wie in 16A gezeigt, berechnet, im normalen Betrieb, eine Winkelberechnungseinheit 51 fünf verschiedene Winkel θ₁₁ , θ₂₂ , θ₃₃ , θ₄₄ und θ₅₅ auf der Grundlage der fünf Sensorelemente 31 bis 35.
Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet den Winkel θ₃₃ , der ein Hauptrechenwert ist, mit Vcos3 und Vsin3, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an dem Referenzzeitpunkt T3 erfolgt.
Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet den Winkel θ₂₂ , der ein Nebenrechenwert ist, mit Vcos2 und Vsin2, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an dem Vor-Zeitpunkt T2 und dem Nach-Zeitpunkt T4 erfolgt. Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet den Winkel θ_aa , der ein Nebenrechenwert ist, mit Vsin4 und Vcos4, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an dem Vor-Zeitpunkt T2 und dem Nach-Zeitpunkt T4 erfolgt.
In gleicher Weise berechnet die Winkelberechnungseinheit 51 den Winkel θ₁₁ , der ein Nebenrechenwert ist, mit Vcos1 und Vsin1, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an dem Vor-Zeitpunkt T1 und dem Nach-Zeitpunkt T5 erfolgt. Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet den Winkel θ₅₅ , der ein Nebenrechenwert ist, mit Vsin5 und Vcos5, die durch die Wandlung erzeugt werden, die an dem Vor-Zeitpunkt T1 und dem Nach-Zeitpunkt T5 erfolgt.
Eine Verarbeitung, die in der siebten Ausführungsform im Falle eines Ausfalls des dritten Sensorelements 33 angewandt wird, ist gleich derjenigen, die in der 3B gezeigt ist.
Wie in 16B gezeigt, können, im Falle eines Ausfalls von beispielsweise dem vierten Sensorelement 34 und dem fünften Sensorelement 35, die verbleibenden Winkel θ₁₁ , θ₂₂ und θ₃₃ ausgegeben werden. Die siebte Ausführungsform kann die Funktion zur Erfassung eines Drehwinkels auch im Falle eines Ausfalls von bis zu vier aus fünf Drehwinkelsensorelementen aufrechterhalten, um so eine verbesserte Zuverlässigkeit bereitzustellen.
Wie im beispielhaften Falle eines Ausfalls des A/D-Wandlers (2) 42 in der 16C gezeigt, ist die Verarbeitung, die im Falle eines Ausfalls von einem der A/D-Wandler angewandt wird, gleich derjenigen in der ersten Ausführungsform.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass, in der siebten Ausführungsform, die Winkelberechnungseinheit 51 zwei Rechenwinkel, d.h. den Winkel θ₂₂ und den Winkel θ₁₁ , im Falle eines Ausfalls des A/D-Wandlers (2) 42 ausgeben kann und zwei Rechenwinkel, d.h. den Winkel θ₄₄ und den Winkel θ₃₃ , im Falle eines Ausfalls des A/D-Wandlers (1) 41 ausgeben kann. Diese Verarbeitung ermöglicht es einer Winkelabschlussbestimmungseinheit 52, den finalen Winkel θ_fix auf der Grundlage von mehreren Rechenwinkeln zu berechnen.
Die Konfiguration in der siebten Ausführungsform kann erweitert werden, um eine Konfiguration mit einer erhöhten Anzahl von Drehwinkelsensorelementen bereitzustellen.
(Weitere Ausführungsformen)
Die obigen Ausführungsformen beschreiben Beispiele, bei denen die „mehreren Drehwinkelsensorelemente“ zwei, drei und fünf Drehwinkelsensorelemente umfassen und der „eine oder die mehreren A/D-Wandler“ einen, zwei und drei A/D-Wandler umfassen. Die kombinierbaren Anzahlen von Drehwinkelsensorelementen und A/D-Wandlern sind jedoch nicht hierauf beschränkt und können, wie jeweils als anwendbar erachtet, beliebige Anzahlen umfassen. Es können beispielsweise zwei Konfigurationen, die jeweils drei Drehwinkelsensorelemente und zwei A/D-Wandler aufweisen, parallel vorgesehen sein, so dass insgesamt sechs Drehwinkelsensorelemente und vier A/D-Wandler vorgesehen sind.
Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf beschränkt, auf eine elektrische Servolenkungsvorrichtung angewandt zu werden, sondern kann in jedem beliebigen System eingesetzt werden, in dem ein Drehwinkelsensor ein Sinussignal und ein Cosinussignal in analoger Form in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts ausgibt. Die Erfindung ist insbesondere bei einem System von Nutzen, bei dem ein A/D-Wandler dazu ausgelegt ist, gleichzeitig eine A/D-Wandlung an einer anderen physikalischen Größe, wie beispielsweise ein Strom, auszuführen, so dass dessen simultane Abtast- und Haltefunktion für einen Drehwinkel nicht verfügbar ist.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend in Verbindung mit ihren Ausführungsformen beschrieben ist, sollte wahrgenommen werden, dass sie nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung soll derart verstanden werden, dass sie verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit umfasst. Ferner sollen, obgleich die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einziges Element aufweisen, ebenso als mit im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet verstanden werden.
Vorstehend ist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung beschrieben.
Eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung weist auf: einen A/D-Wandler 41, 42, der Cosinus- und Sinussignale in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel eines Erfassungsobjekts von Drehwinkelsensorelementen 31, 32, 33 erfasst und die Cosinus- und Sinussignale mit einer Wandlungsperiode in Cosinus- und Sinuswerte wandelt; und eine Winkelrechenverarbeitungseinheit 51, die den Drehwinkel an einem Referenzzeitpunkt berechnet, indem sie eine Arcustangensoperation auf der Grundlage der Cosinus- und Sinuswerte ausführt. Die Winkelrechenverarbeitungseinheit berechnet Drehwinkel auf verschiedene Rechenweisen als Haupt- und Nebenrechenwerte, die austauschbar sind, wenn ein Drehwinkelsensorelement oder der A/D-Wandler ausfallen, auf der Grundlage der Cosinus- und Sinuswerte, die an einem oder mehreren Wandlungszeitpunkten gewandelt werden, die zu dem Referenzzeitpunkt als eine Mitte auf einer Zeitachse zeitlich symmetrisch sind. Bei den Rechenweisen sind relative Wandlungszeitpunkte oder Extrahierungsverfahren der Cosinus- und Sinuswerte verschieden.

Claims

Drehwinkelerfassungsvorrichtung mit: - mehreren A/D-Wandlern (41, 42), die jeweils ein Cosinussignal und ein Sinussignal erfassen, die in analoger Form in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel eines Erfassungsobjekts durch mehrere Drehwinkelsensorelemente (31, 32, 33) mit einer Redundanz ausgegeben werden, und das Cosinussignal und das Sinussignal in einen Cosinuswert und einen Sinuswert in digitaler Form sukzessive mit einer bestimmten Wandlungsperiode wandeln; und - einer Winkelrechenverarbeitungseinheit (51), die den Drehwinkel an einem Referenzzeitpunkt berechnet, indem sie eine Arcustangensoperation auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes ausführt, wobei - die Winkelrechenverarbeitungseinheit mehrere Drehwinkel auf mehrere Rechenweisen als einen Hauptrechenwert und einen Nebenrechenwert berechnet, die untereinander austauschbar sind, wenn eines der Drehwinkelsensorelemente oder einer der mehreren A/D-Wandler ausfällt; und - die Winkelrechenverarbeitungseinheit die mehreren Drehwinkel auf die mehreren Rechenweisen berechnet, bei denen relative Wandlungszeitpunkte des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die zur Berechnung verwendet werden, verschieden sind, oder Extrahierungsverfahren des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die zur Berechnung verwendet werden, verschieden sind, auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die an einem oder mehreren Wandlungszeitpunkten gewandelt werden, die bezüglich des Referenzzeitpunkts als eine Mitte auf einer Zeitachse zeitlich symmetrisch sind.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die mehreren A/D-Wandler jeweils wechselseitig synchronisierte A/D-Wandlungszeitpunkte aufweisen; - die mehreren A/D-Wandler jeweils das Cosinussignal und das Sinussignal, die von einem bestimmten der Drehwinkelsensorelemente als ein primäres Sensorelement ausgegeben werden, in den Cosinuswert und den Sinuswert simultan an dem Referenzzeitpunkt wandeln; - ein Wandlungszeitpunkt, der N Wandlungsperioden vor dem Referenzzeitpunkt auftritt, als ein Vor-Zeitpunkt definiert ist; - ein Wandlungszeitpunkt, der N Wandlungsperioden nach dem Referenzzeitpunkt auftritt, als ein Nach-Zeitpunkt definiert ist; - N eine natürliche Zahl ist; - die Winkelrechenverarbeitungseinheit den Hauptrechenwert auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes berechnet, die von dem primären Sensorelement stammen und an dem Referenzzeitpunkt gewandelt werden; - die Winkelrechenverarbeitungseinheit den Nebenrechenwert auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes berechnet, die von jedem von einem oder mehreren sekundären Sensorelementen stammen und an dem Vor-Zeitpunkt und an dem Nach-Zeitpunkt gewandelt werden; und - das eine oder die mehreren sekundären Sensorelemente aus den Drehwinkelsensorelementen verschieden von dem primären Sensorelement gewählt werden.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die Winkelrechenverarbeitungseinheit den Nebenrechenwert auf der Grundlage von einem des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die von dem einen oder den mehreren sekundären Sensorelementen stammen und an dem Vor-Zeitpunkt gewandelt werden, und dem anderen des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die von dem einen oder den mehreren sekundären Sensorelementen stammen und an dem Nach-Zeitpunkt gewandelt werden, berechnet.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die mehreren A/D-Wandler jeweils das Cosinussignal und das Sinussignal, die von dem einen oder den mehreren sekundären Sensorelementen ausgegeben werden, in den Cosinuswert und den Sinuswert in wechselseitig entgegengesetzten Sequenzen an dem Vor-Zeitpunkt und an dem Nach-Zeitpunkt wandeln.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - das eine oder die mehreren sekundären Sensorelemente mehrere sekundäre Sensorelemente aufweisen; und - die Winkelrechenverarbeitungseinheit den Nebenrechenwert auf der Grundlage eines Mittelwertes der Sinuswerte und eines Mittelwertes der Cosinuswerte berechnet; - die Sinuswerte von den mehreren sekundären Sensorelementes stammen und per Wandlung an dem Vor-Zeitpunkt und an dem Nach-Zeitpunkt erhalten werden; und - die Cosinuswerte von den mehreren sekundären Sensorelementen stammen und per Wandlung an dem Vor-Zeitpunkt und an dem Nach-Zeitpunkt erhalten werden.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass - der Cosinuswert und der Sinuswert, die von einem identischen des einen oder der mehreren sekundären Sensorelemente stammen, per Wandlung mit einem identischen der mehreren A/D-Wandler an dem Vor-Zeitpunkt und an dem Nach-Zeitpunkt erhalten werden.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Wandlungszeitpunkt, der (N-0,5) Wandlungsperioden vor dem Referenzzeitpunkt auftritt, als ein halber Vor-Zeitpunkt definiert ist; - ein Wandlungszeitpunkt, der (N-0,5) Wandlungsperioden nach dem Referenzzeitpunkt auftritt, als ein halber Nach-Zeitpunkt definiert ist; - der halbe Vor-Zeitpunkt und der halbe Nach-Zeitpunkt den Referenzzeitpunkt als eine Mitte auf einer Zeitachse zwischen sich anordnen; - N eine natürliche Zahl ist; - die Winkelrechenverarbeitungseinheit den Hauptrechenwert und den Nebenrechenwert auf der Grundlage der Cosinuswerte und der Sinuswerte berechnet, die per Wandlung an dem halben Vor-Zeitpunkt und an dem halben Nach-Zeitpunkt erhalten werden.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - die mehreren A/D-Wandler drei oder mehr als drei A/D-Wandler mit wechselseitig synchronisierten A/D-Wandlungszeitpunkten aufweisen; - einer der drei oder mehr als drei A/D-Wandler das Cosinussignal und das Sinussignal, die von einem bestimmten der Drehwinkelsensorelemente als ein primäres Sensorelement ausgegeben werden, an dem halben Vor-Zeitpunkt und dem halben Nach-Zeitpunkt in den Cosinuswert und den Sinuswert wandelt; - der andere der drei oder mehr als drei A/D-Wandler das Cosinussignal und das Sinussignal, die von jedem von mehreren sekundären Sensorelementen ausgegeben werden, an dem halben Vor-Zeitpunkt und dem halben Nach-Zeitpunkt in den Cosinuswert und den Sinuswert wandeln; - die mehreren sekundären Sensorelemente aus den Drehwinkelsensorelementen verschieden von dem primären Sensorelement gewählt werden; - die Winkelrechenverarbeitungseinheit den Hauptrechenwert auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes berechnet, die von dem primären Sensorelement stammen und an dem halben Vor-Zeitpunkt und dem halben Nach-Zeitpunkt gewandelt werden; - die Winkelrechenverarbeitungseinheit den Nebenrechenwert auf der Grundlage eines Mittelwertes der Cosinuswerte und eines Mittelwertes der Sinuswerte berechnet; - die Sinuswerte von den mehreren sekundären Sensorelementen stammen und per Wandlung an dem Vor-Zeitpunkt und dem Nach-Zeitpunkt erhalten werden; und - die Cosinuswerte von den mehreren sekundären Sensorelementen stammen und per Wandlung an dem Vor-Zeitpunkt und dem Nach-Zeitpunkt erhalten werden.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - die mehreren A/D-Wandler jeweils gleichzeitig eine A/D-Wandlung an einer physikalischen Größe zusätzlich zu einer A/D-Wandlung an dem Cosinussignal und dem Sinussignal ausführen.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - die Drehwinkelerfassungsvorrichtung den Drehwinkel eines Motors (80) erfasst, der ein Hilfsmoment in einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung (90) für ein Fahrzeug ausgibt; und - die mehreren A/D-Wandler jeweils die A/D-Wandlung an der physikalischen Größe ausführen, die ein durch den Motor fließender Strom ist.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung mit: - einem A/D-Wandler (41), der ein Cosinussignal und ein Sinussignal erfasst, die in analoger Form in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel eines Erfassungsobjekts durch mehrere Drehwinkelsensorelemente (31, 32, 33) mit einer Redundanz ausgegeben werden, und das Cosinussignal und das Sinussignal in einen Cosinuswert und einen Sinuswert in digitaler Form sukzessive mit einer bestimmten Wandlungsperiode wandelt; und - einer Winkelrechenverarbeitungseinheit (51), die den Drehwinkel an einem Referenzzeitpunkt berechnet, indem sie eine Arcustangensoperation auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes ausführt, wobei - die Winkelrechenverarbeitungseinheit mehrere Drehwinkel auf mehrere Rechenweisen als einen Hauptrechenwert und einen Nebenrechenwert berechnet, die untereinander austauschbar sind, wenn eines der Drehwinkelsensorelemente ausfällt; und - die Winkelrechenverarbeitungseinheit die mehreren Drehwinkel auf die mehreren Rechenweisen berechnet, bei denen relative Wandlungszeitpunkte des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die zur Berechnung verwendet werden, verschieden sind, oder Extrahierungsverfahren des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die zur Berechnung verwendet werden, verschieden sind, auf der Grundlage des Cosinuswertes und des Sinuswertes, die an einem oder mehreren Wandlungszeitpunkten gewandelt werden, die bezüglich des Referenzzeitpunkts als eine Mitte auf einer Zeitachse zeitlich symmetrisch sind.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Wandlungszeitpunkt, der (N-0,5) Wandlungsperioden vor dem Referenzzeitpunkt auftritt, als ein halber Vor-Zeitpunkt definiert ist; - ein Wandlungszeitpunkt, der (N-0,5) Wandlungsperioden nach dem Referenzzeitpunkt auftritt, als ein halber Nach-Zeitpunkt definiert ist; - der halbe Vor-Zeitpunkt und der halbe Nach-Zeitpunkt den Referenzzeitpunkt als eine Mitte auf einer Zeitachse zwischen sich anordnen; - N eine natürliche Zahl ist; - die Winkelrechenverarbeitungseinheit den Hauptrechenwert und den Nebenrechenwert auf der Grundlage der Cosinuswerte und der Sinuswerte berechnet, die per Wandlung an dem halben Vor-Zeitpunkt und an dem halben Nach-Zeitpunkt erhalten werden.