JP4561160B2

JP4561160B2 - 回転角検出装置及び電気式動力舵取装置

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Publication number: JP4561160B2
Application number: JP2004121601A
Authority: JP
Inventors: 貴嗣浅野; 寿男高野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-04-16
Also published as: EP1586864B1; EP1586864A2; JP2005308399A; DE602005004323T2; DE602005004323D1; EP1586864A3; US7122983B2; US20050237016A1

Description

本発明は、レゾルバを用いて被検出対象の回転角を検出する回転角検出装置、及び、ステアリングホイールに連結されたトーションバーにレゾルバを取り付け、レゾルバで求めた回転角に基づき操舵トルクを検出し、アシスト量を決定してモータを制御して操舵をアシストする電気式動力舵取装置に関するものである。

従来より、ステアリング軸に連結された操舵機構へモータによるアシスト力を与えることにより、ステアリングホイールによる操舵力を軽減させる電気式動力舵取装置が知られている。このような電気式動力舵取装置において、トーションバーの捻れから操舵トルクを求めるトルクセンサが用いられることがある。この種のトルクセンサの回転角センサとしては、機械的信頼性の高いレゾルバが一般的に用いられている。係る構成の電気式動力舵取装置として、特許文献１がある。

レゾルバからの出力は、sin相、cos相の交流アナログ信号であるため、ＣＰＵによる処理を可能にするため、一般的に、sin相、cos相信号にオフセット電圧印加回路でオフセット電圧を印加して嵩上げして直流アナログ信号に変換した後、Ａ／Ｄ変換器を介してデジタル信号に変換している。特許文献２には、レゾルバの断線を検出する構成が示されている。特許文献３には、センサの断線、地絡を検出する構成が示されている。
特開平１１−３２１６８９号公報特開２０００−１３２２２６号公報特開平１１−３７７９７号公報

電気式動力舵取装置では、信頼性を高めるために、操舵トルクを検出するレゾルバとＣＰＵとの間で断線及び地絡を検出し、断線、地絡が発生した際には、徐々にアシスト力を低下させる等の対応を取ることが望ましい。例えば、振動等によりハーネスが外れて断線が生じたり、車両が縁石に乗り上げた際に配線が車体側と接触して地絡が生じた際には、レゾルバからの信号による操舵のアシストを停止する必要がある。

断線、地絡を検出する方法として、オフセット電圧印加回路にてオフセット電圧を印加したレゾルバからの信号が、正常時に対して断線、地絡時に電位が変化するため、これにより検出することができる。断線の際は、レゾルバを構成する出力コイルの直流分抵抗値が無限大になり電位変化が大きいため、正確に検出することができる。しかしながら、電圧変化で地絡を検出しようとしても、レゾルバを構成する出力コイルの直流分抵抗値は小さく地絡により零になっても電位の変化量が小さいために、レゾルバ自体、電子回路の特性のバラツキ、温度変化により、上記電圧の変化量が正常時の信号電位のバラツキの中に含まれてしまい、誤フェイル検出による操舵アシスト停止の危険性を考慮すると、地絡は事実上検出することができなかった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、レゾルバの地絡を誤り無く検出できる回転角検出装置、及び、電気式動力舵取装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、回転角を検出する被検出対象に取り付けられたレゾルバ３５と、
前記レゾルバ３５からの出力に直流オフセット電圧を印加する直流オフセット電圧印加回路６４Ａと、
前記直流オフセット電圧印加回路６４Ａからの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記レゾルバに励磁電圧を印加すると共に、前記Ａ／Ｄ変換器からの出力に基づいて前記レゾルバの回転角を検出する演算器６２とを備える回転角検出装置において、
前記直流オフセット電圧印加回路６４Ａが、差動増幅器ＯＰ１と、該差動増幅器ＯＰ１の反転入力と基準電位との間に接続された第１抵抗Ｒ１と、該差動増幅器ＯＰ１の出力と前記反転入力との間に接続された負帰還用の第２抵抗Ｒ２と、基準電位に接続されたレゾルバと差動増幅器ＯＰ１の非反転入力との間に直列に接続された第３抵抗Ｒ３と、オフセット電位と前記非反転入力との間に接続された第４抵抗Ｒ４とからなり、
前記差動増幅器ＯＰ１の出力Ｖoutが、前記第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値、前記レゾルバ出力コイルの直流抵抗分のバラツキにより生じ得る前記レゾルバの非地絡の際の最低出力電位Ｖout Minと、前記レゾルバ３５の地絡の際の最高電位Ｖout Maxとの差が、前記演算器側での誤地絡検出と成らないための所定のマージン以上となるように、前記第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値を設定したことを技術的特徴とする。

請求項３の発明は、ステアリング軸２２に取り付けられたトーションバー３１と、
前記トーションバーの捻れに相当する回転角を検出するレゾルバ３５と、
前記ステアリング軸２２に連結された操舵機構による操舵をアシストするモータ４０と、
前記レゾルバ３５からの出力に直流オフセット電圧を印加する直流オフセット電圧印加回路６４Ａと、前記直流オフセット電圧印加回路６４Ａからの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記レゾルバに励磁電圧を印加すると共に、前記Ａ／Ｄ変換器からの出力に基づいて前記レゾルバで検出した前記トーションバーの捻れ角を演算する捻れ角演算手段６２と、
演算された捻れ角からアシスト量を決定して前記モータを制御するモータ制御手段６２とを備える電気式動力舵取装置において、
前記直流オフセット電圧印加回路６４Ａが、差動増幅器ＯＰ１と、該差動増幅器ＯＰ１の反転入力と基準電位との間に接続された第１抵抗Ｒ１と、該差動増幅器ＯＰ１の出力と前記反転入力との間に接続された負帰還用の第２抵抗Ｒ２と、基準電位に接続されたレゾルバと差動増幅器ＯＰ１の非反転入力との間に直列に接続された第３抵抗Ｒ３と、オフセット電位と前記非反転入力との間に接続された第４抵抗Ｒ４とからなり、
前記差動増幅器ＯＰ１の出力が、前記第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値、前記レゾルバ出力コイルの直流抵抗分のバラツキにより生じ得る前記レゾルバの非地絡の際の最低出力電位Ｖout Minと、前記レゾルバの地絡の際の最高電位Ｖout Maxとの差が、前記演算器側での誤地絡検出と成らないための所定のマージン以上となるように、前記第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値を設定したことを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、差動増幅器の出力が、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値、レゾルバ出力コイルの直流抵抗分のバラツキにより生じ得るレゾルバの非地絡の際の最低出力電位と、レゾルバの地絡の際の最高電位との差が、演算器側での誤地絡検出と成らないための所定のマージン以上となるように、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値を設定してある。即ち、レゾルバの非地絡の際の最低出力電位Ｖout Minと、レゾルバの地絡の際の最高電位Ｖout Maxとの差が、誤地絡検出と成らないための所定のマージン以上あるため、レゾルバの地絡を差動増幅器の出力電位Ｖoutに基づき、誤り無く検出することができる。

請求項２の発明では、先ず、レゾルバの非地絡の際の最低出力電位Ｖout Minと、レゾルバの地絡の際の最高電位Ｖout Maxとの差が所定のマージン以上となるように、レゾルバ出力コイルの直流抵抗分に対する第３抵抗Ｒ３の倍率Ｋを定める。そして、倍率Ｋにより定めらた第３抵抗Ｒ３の値から、最低出力電位と最高電位との差が所定のマージン以上となるように定められる差動増幅器のゲインＧainが所定範囲となるように定める。そして、ゲインＧainから第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第４抵抗Ｒ４の値を設定する。先ず、レゾルバ出力コイルの直流抵抗分Ｒdcに対する第３抵抗Ｒ３の倍率Ｋを例えば、４倍以下と低く定めるため、地絡によりレゾルバの直流分抵抗Ｒdcが零になった際に、レゾルバの非地絡時に対して差動増幅器の出力が相対的に大きく変化する。これにより、レゾルバの非地絡の際の最低出力電位Ｖout Minと、レゾルバの地絡の際の最高電位Ｖout Maxとの差を所定のマージン以上となるように設定することが可能となる。

請求項３の発明では、差動増幅器の出力が、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値、レゾルバ出力コイルの直流抵抗分のバラツキにより生じ得るレゾルバの非地絡の際の最低出力電位と、レゾルバの地絡の際の最高電位との差が、演算器側での誤地絡検出と成らないための所定のマージン以上となるように、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値を設定してある。即ち、レゾルバの非地絡の際の最低出力電位Ｖout Minと、レゾルバの地絡の際の最高電位Ｖout Maxとの差が、誤地絡検出と成らないための所定のマージン以上あるため、レゾルバの地絡を差動増幅器の出力電位Ｖoutに基づき、誤り無く検出することができる。

以下、本発明の電気式動力舵取装置の実施形態について図を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る電気式動力舵取装置２０の主な構成を図１〜図４に基づいて説明する。図１および図４に示すように、電気式動力舵取装置２０は、主に、ステアリングホイール２１、ステアリング軸２２、ピニオン軸２３、ラック軸２４、トルクセンサ３０、モータ４０、モータレゾルバ４４、ボールねじ機構５０、ＥＣＵ６０等から構成されており、ステアリングホイール２１による操舵状態を検出し、その操舵状態に応じたアシスト力をモータ４０により発生させて運転者による操舵をアシストするものである。なお、ラック軸２４の両側には、それぞれタイロッド等を介して図略の車輪が連結されている。

即ち、図１および図２に示すように、ステアリングホイール２１には、ステアリング軸２２の一端側が連結され、このステアリング軸２２の他端側には、ピニオンハウジング２５内に収容されたピニオン軸２３の入力軸２３ａおよびトーションバー（弾性部材）３１がピン３２により連結されている。またこのトーションバー３１の他端側３１ａには、ピニオン軸２３の出力軸２３ｂがスプライン結合によって連結されている。

このピニオン軸２３の入力軸２３ａはベアリング３３ａにより、また出力軸２３ｂもベアリング３３ｂにより、それぞれピニオンハウジング２５内を回動自在に軸受されており、さらに入力軸２３ａとピニオンハウジング２５との間には、第１レゾルバ３５が、また出力軸２３ｂとピニオンハウジング２５との間には、第２レゾルバ３７が、それぞれ設けられている。第１レゾルバ３５および第２レゾルバ３７は、ステアリングホイール２１による操舵角を検出し得るもので、端子３９を介してＥＣＵ６０にそれぞれ電気的に接続されている（図４参照）。

ピニオン軸２３の出力軸２３ｂの端部には、ピニオンギヤ２３ｃが形成されており、このピニオンギヤ２３ｃにはラック軸２４のラック溝２４ａが噛合可能に連結されている。これにより、ラックアンドピニオン機構を構成している。

このように構成することにより、ステアリング軸２２とピニオン軸２３とをトーションバー３１により相対回転可能に連結することができるとともに、ステアリング軸２２の回転角、即ちステアリングホイール２１の回転角（機械角）θmを、第１レゾルバ３５による第１操舵角（電気角）θe1および第２レゾルバ３７による第２操舵角（電気角）θe2によって、検出することができる。また、第１操舵角θe1と第２操舵角θe2との角度差からトーションバー３１の捻れ量（操舵トルクに対応するもの）を捻れ角として検出することができる。

図１および図３に示すように、ラック軸２４は、ラックハウジング２６およびモータハウジング２７内に収容されており、その中間部には、螺旋状にボールねじ溝２４ｂが形成されている。このボールねじ溝２４ｂの周囲には、ラック軸２４と同軸に回転可能にベアリング２９により軸受される円筒形状のモータ軸４３が設けられている。このモータ軸４３は、ステータ４１や励磁コイル４２等とともにモータ４０を構成するもので、ステータ４１に巻回された励磁コイル４２により発生する界磁が、回転子に相当するモータ軸４３の外周に設けられた永久磁石４５に作用することより、モータ軸４３が回転し得るように構成されている。

モータ軸４３は、その内周にボールねじナット５２が取り付けられており、このボールねじナット５２にも、螺旋状にボールねじ溝５２ａが形成されている。そのため、このボールねじナット５２のボールねじ溝５２ａとラック軸２４のボールねじ溝２４ｂとの間に多数のボール５４を転動可能に介在させることによって、モータ軸４３の回転によりラック軸２４を軸方向に移動可能なボールねじ機構５０を構成することができる。

即ち、両ボールねじ溝２４ｂ、５２ａ等から構成されるボールねじ機構５０により、モータ軸４３の正逆回転の回転トルクをラック軸２４の軸線方向における往復動に変換することができる。これにより、この往復動は、ラック軸２４とともにラックアンドピニオン機構を構成するピニオン軸２３を介してステアリングホイール２１の操舵力を軽減するアシストカとなる。

なお、モータ４０のモータ軸４３とモータハウジング２７との間には、モータ軸４３の回転角（電気角）θMeを検出し得るモータレゾルバ４４が設けられており、このモータレゾルバ４４は図略の端子を介してＥＣＵ６０に電気的に接続されている（図４参照）。

図４は、第１実施形態の電気式動力舵取装置２０の制御構成を示している。ＥＣＵ６０は、出力ポート６０ａ、６０ｂ、６０ｃから第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７、モータレゾルバ４４に励磁信号を与える。上述した第１レゾルバ３５のsin出力端子３５sからのsin相出力と、cos出力端子３５cからのcos相出力、及び、第２レゾルバ３７のsin出力端子３７sからのsin相出力と、cos出力端子３７cからのcos相出力が、電気式動力舵取装置２０のＥＣＵ６０に入力される。各sin相出力、cos相出力は、ＥＣＵ６０のバッファ６４を介して直流オフセット電圧が印加され、ＣＰＵ６２のＡ／Ｄ変換器側へ入力され、Ａ／Ｄ変換される。ＣＰＵ６２は、Ａ／Ｄ変換したsin相出力、cos相出力から第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７の回転角を検出して操舵トルクＴを演算し、操舵トルクＴに応じて操舵力をアシストするためのアシスト指令をモータ駆動回路７０側に出力する。モータ駆動回路７０は、アシスト指令に応じたトルクをモータ４０に発生させる。モータ４０の回転角は、モータレゾルバ４４により検出され、sin出力端子４４sからのsin相出力と、cos出力端子４４cからのcos相出力がモータ駆動回路７０へフィードバックされると共に、ＥＣＵ６０へも出力される。ＥＣＵ６０は、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７、モータレゾルバ４４からの出力に基づき、それぞれ操舵角を演算すると共に操舵角に応じて上述した操舵力のアシスト量を補正し、また、レゾルバの地絡を検出する。

ここで、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７およびモータレゾルバ４４の構成を図５(A) に基づいて説明する。なお、これらのレゾルバは、構成がほぼ同様であるので、共通部分については第１レゾルバ３５を代表して説明する。

図５(A) に示すように、第１レゾルバ３５は、第１ヨークYK1 、第２ヨークYK2 、第３ヨークYK3 および第４ヨークYK4 と、第１コイルCL1 、第２コイルCL2 、第３コイルCL3 および第４コイルCL4 とから構成されるレゾルバである。

第１ヨークYK1 は、ピニオンハウジング２５の内周に沿って円環状に形成されており、当該ピニオンハウジング２５に固定されている。また、第１ヨークYK1 の内周には、第１コイルCL1 が巻回されている。一方、第２ヨークYK2 は、第１ヨークYK1 と同様、円環状に形成されており、第１ヨークYK1 と対向するようにピニオン軸２３の入力軸２３ａの外周に固定されて、第２コイルCL2 が巻回されている。これにより、第２ヨークYK2 は入力軸２３ａと一体に回転できる。

第３ヨークYK3 は、第２ヨークYK2 と入力軸２３ａの軸方向にずれて、入力軸２３ａの外周上に固定されており、入力軸２３ａと一体に回転可能に構成されている。この第３ヨークYK3 には、第３コイルCL3 が巻回されており、この第３コイルCL3 は、第２ヨークYK2 の第２コイルCL2 に電気的に並列接続されている。一方、第４ヨークYK4 は、第１ヨークYK1 と同様、ピニオンハウジング２５の内周に沿って円環状に形成されており、当該ピニオンハウジング２５に固定されている。なお、第４コイルCL4 は、位相を９０度ずらした２種類のコイルから構成されている。

なお、第２レゾルバ３７は、第２ヨークYK2 および第３ヨークYK3 と第２コイルCL2 および第３コイルCL3 とが出力軸２３ｂに設けられている点が第１レゾルバ３５と異なる以外は、第１レゾルバ３５と同様に構成されている。

また、モータレゾルバ４４は、第１ヨークYK1 および第４ヨークYK4 と第１コイルCL1 および第４コイルCL4 とがモータハウジング２７に設けられている点と、第２ヨークYK2 および第３ヨークYK3 と第２コイルCL2 および第３コイルCL3 とがモータ軸４３に設けられている点が第１レゾルバ３５と異なる以外は、第１レゾルバ３５と同様に構成されている。

次に、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７およびモータレゾルバ４４の電気的特性を図５(B) に基づいて説明する。なお、これらのレゾルバは、電気的特性がほぼ同様であるので、ここでは第１レゾルバ３５を代表して説明する。

第１レゾルバ３５は、前述したように、第１コイルCL1 〜第４コイルCL4 により構成され、これらの各コイルは図５(B) に示すような回路図による接続関係を持つ、いわゆる１相励磁２相出力（電圧検出）型のレゾルバである。そのため、ＥＣＵ６０の出力ポート６０ａから出力される励磁信号Ｅ１を、トランスである第１コイルCL1 および第２コイルCL2 に与え、さらに１相の励磁コイルである第３コイルCL3 に与えることにより、２相の出力コイルである第４コイルCL4 から検出角度θ（電気角）に応じたレゾルバ出力信号Ｅ２（図４中のsin相出力）、Ｅ３（図４中のcos相出力）を得ることができる。そして、このような第１レゾルバ３５から出力されるレゾルバ出力信号は、 sin相信号および cos相信号により構成されるアナログ交流信号であるため、図４に示すようにＥＣＵ６０のバッファ６４を介して直流オフセット電圧が印加されて直流のアナログ信号に変換された後、ＣＰＵ６２のＡ／Ｄ変換器側へ入力され、Ａ／Ｄ変換されることにより、ＣＰＵ６２により処理可能なディジタル信号に変換される。

sin相信号および cos相信号に直流オフセット電圧を印加するバッファ６４の構成について図６を参照して説明する。
バッファ６４は、図６（Ａ）に示す第１レゾルバ３５のsin相信号に直流オフセット電圧を印加する直流オフセット電圧印加回路６４Ａと、図６（Ｂ）に示す該直流オフセット電圧印加回路６４Ａのためのオフセット電圧（２．５Ｖ）を生成するオフセット電圧生成回路６４Ｂとから成る。

直流オフセット電圧印加回路６４Ａは、第１差動増幅器ＯＰ１と、該第１差動増幅器ＯＰ１の反転入力とアース（基準電位）との間に接続された第１抵抗Ｒ１と、該第１差動増幅器ＯＰ１の出力と反転入力との間に接続された負帰還用の第２抵抗Ｒ２と、アース（基準電位）に接続されたレゾルバ３５と第１差動増幅器ＯＰ１の非反転入力との間に直列に接続された第３抵抗Ｒ３と、オフセット電位と非反転入力との間に接続された第４抵抗Ｒ４とからなる。図中でレゾルバ３５の出力コイルの直流抵抗分をＲdcで示している。

オフセット電圧生成回路６４Ｂは、第２差動増幅器ＯＰ２と、電源Ｖcc（５Ｖ）を分圧する第５抵抗Ｒ５、第６抵抗Ｒ６とから成り、第６抵抗Ｒ６はアースに接続され、第５抵抗Ｒ５と第６抵抗Ｒ６とで分圧された電位は第２差動増幅器ＯＰ２の非反転入力に接続され、第２差動増幅器ＯＰ２の出力は反転入力に接続されることで負帰還されている。ここで、第５抵抗Ｒ５と第６抵抗Ｒ６の値を同一にすることで、第２差動増幅器ＯＰ２から電源Ｖcc（５Ｖ）の半分である２．５Ｖ（オフセット電圧）が出力される。

直流オフセット電圧印加回路６４Ａの出力ＶoutのＤＣ電圧計算式を以下に示す。
ここで、第１差動増幅器ＯＰ１の非反転入力への印加電圧Ｖｉは次式で表される。
Ｖｉ＝ＯＦＦＳＥＴ×（Ｒdc＋Ｒ３）／（Ｒdc＋Ｒ３＋Ｒ４）
出力Ｖoutは次式で表される。
Ｖout＝Ｖｉ×（Ｒ２＋Ｒ１）／Ｒ１
従って、
Ｖout＝｛ＯＦＦＳＥＴ×（Ｒdc＋Ｒ３）／（Ｒdc＋Ｒ３＋Ｒ４）｝
×（Ｒ２＋Ｒ１）／Ｒ１

ここで、（ａ）Ｒ５＝Ｒ６、（ｂ）Ｒ１＝Ｒ３、（ｃ）Ｒ２＝Ｒ４とすると、短絡時（図６（Ａ）中のスイッチＳＷの接続状態）は、レゾルバ３５の直流抵抗分をＲdcが０となるため、Ｖout＝２．５ [Ｖ] となる。

第１実施形態では、第３抵抗Ｒ３の抵抗値をＲdc（３０Ω程度）に対して倍率Ｋを小さくし、正常時の出力Ｖoutを２．５Ｖからシフトさせることで、地絡を出力Ｖoutから正確に検出できるようにする。

数１の式でＲ４／Ｒ３＝Ｒ１／Ｒ２＝Ｇainとすると、次の様に表すことができる。
Ｖout＝ＯＦＦＳＥＴ×（１＋Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒdc））^−１×（１＋Ｒ２／Ｒ１）
＝ＯＦＦＳＥＴ×（１＋（Ｒ３・Ｇain）／（Ｒ３＋Ｒdc））^−１
×（１＋Ｇain）

上述したように第３抵抗Ｒ３の抵抗値をＲdc（３０Ω程度）に対する倍率Ｋとすれば、倍率ＫとＧainとの２変数で、地絡を検出可能にするための条件を導くことができる。
ここで、地絡検出可能とは、図１０に示すように、正常時（Ｒdc≠０）の出力Ｖoutの電圧範囲（上限から下限まで）と地絡時（Ｒdc＝０）の出力Ｖoutの電圧範囲（上限から下限まで）とが、即ち、正常時の出力Ｖoutの電圧範囲（下限）と地絡時の出力Ｖoutの電圧範囲（上限）とが、所定のマージン（例えば０．１１Ｖ）を確保して重複しないことを意味する。即ち、全温度（−４０〜１２５°）で構成部品を特性の最悪なものを組み合わせても所定のマージン（例えば０．１１Ｖ）を確保でき、正常、地絡が分別可能であることを言う。なお、０．１１Ｖの内訳は、自動車で発生するノイズ０．１０Ｖに、Ａ／Ｄ変換の際の誤差０．０１Ｖを加えたものである。

出力Ｖoutが上限（Ｖout Max）、下限（Ｖout Min）となる組み合わせは、次式により決まる。

出力Ｖoutがばらつく原因を図１１中に示す。数２中の上限（Ｖout Max）、下限（Ｖout Min）となる組み合わせを用いて各構成部材の上限値、下限値を定める。

上述したように第３抵抗Ｒ３の抵抗値をＲdc（３０Ω程度）に対する倍率ＫとＧainとの２変数で、正常時の出力Ｖoutの電圧範囲（下限）と地絡時の出力Ｖoutの電圧範囲（上限）とが、所定のマージン（例えば０．１１Ｖ）を確保できる範囲を図７中に示す。なお、第１実施形態では、Ｒ４／Ｒ３＝Ｒ１／Ｒ２とする。例えば、Ｇainが２．７の時には、倍率Ｋが４．０以下の場合に、即ち、第３抵抗Ｒ３の抵抗値を１２０Ω以下にすれば、所定のマージン（０．１１Ｖ）を確保でき、地絡の検出が可能である。同様に、Ｇainが１０．８の時には、倍率Ｋが３．５以下の場合に、即ち、第３抵抗Ｒ３の抵抗値を１０５Ω以下にすれば、所定のマージンを確保できる。

図８は、実施形態においてＫ＝２、Ｇain＝８．１に設定した際における、温度変化に伴う正常時の出力Ｖoutの電圧範囲（上限から下限まで）と地絡時の出力Ｖoutの電圧範囲（上限から下限まで）を示している。図７に表されている条件が成立しているため、常に所定のマージン（例えば０．１１Ｖ）を確保できている。ここで、正常時の出力Ｖoutの電圧範囲の方が温度に伴い大きく変化しているのは、温度変化が大きいレゾルバ３５の直流抵抗分をＲdcを含むためである。なお、倍率Ｋは、地絡検出が可能な範囲で大きい値を設定した方が、オフセット電流がレゾルバを介してアース側に流れる量が小さくなり、オフセット電圧生成回路６４Ｂを小さくできるので好適である。

一方、図９は、Ｋ＝１１、Ｇain＝２．７に設定した際における、温度変化に伴う正常時の出力Ｖoutの電圧範囲（上限から下限まで）と地絡時の出力Ｖoutの電圧範囲（上限から下限まで）を示している。図７に表されている条件が成立していないため、正常時の出力Ｖoutと地絡時の出力Ｖoutの電圧範囲とが重複しており、地絡を検出することができないことが分かる。

図１２を参照して第１実施形態の電気式動力舵取装置のＥＣＵ６０による正常時、地絡時の制御について説明する。
先ず、各レゾルバ３５、３７、４４からのsin相、cos相信号をバッファ６４を介して入力し（Ｓ１２）、出力Ｖoutから地絡が発生しているか判断する（Ｓ１４）。地絡が発生していない際には（Ｓ１４：Ｎｏ）、通常の制御、即ち、検出された回転角に応じて操舵のアシストを行う（Ｓ１８）。ここでは、第１レゾルバ３５で検出した回転角と第２レゾルバ３７で検出した回転角の差分からトーションバー３１の捻れ角を演算して、演算された捻れ角からアシスト量を決定してモータ４０を制御する。一方、第１レゾルバ３５、第２レゾルバ３７、モータレゾルバ４４の何れかに地絡が発生した際には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、地絡時の制御、即ち、正常の値として記憶している過去のデータ中で最も新しい回転角に応じて操舵のアシストを行い、このアシスト量を徐々に低減させてゼロにする（Ｓ１６）。

第１実施形態では、レゾルバの非地絡の際の最低出力電位Ｖout Minと、レゾルバの地絡の際の最高電位Ｖout Maxとの差が所定のマージン以上となるように、レゾルバ出力コイルの直流抵抗分Ｒdcに対する第３抵抗Ｒ３の倍率Ｋを定める。そして、倍率Ｋにより定められた第３抵抗Ｒ３の値から、最低出力電位と最高電位との差が所定のマージン以上となるように定められる差動増幅器のゲインＧainが所定範囲となるように定める。そして、ゲインＧainから第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第４抵抗Ｒ４の値を設定する。好適には、Ｒ４／Ｒ３＝Ｒ１／Ｒ２とすることで、差動増幅器を安定して動作させることができる。先ず、レゾルバ出力コイルの直流抵抗分Ｒdcに対する第３抵抗Ｒ３の倍率Ｋを、例えば、４倍以下と低く定めることで、地絡によりレゾルバの直流分抵抗Ｒdcが零になった際に、レゾルバの非地絡時に対して差動増幅器の出力が相対的に大きく変化する。これにより、レゾルバの非地絡の際の最低出力電位Ｖout Minと、レゾルバの地絡の際の最高電位Ｖout Maxとの差を所定のマージン以上となるように設定することが可能となる。

即ち、第１実施形態では、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値、レゾルバ出力コイルの直流抵抗分Ｒdcのバラツキにより生じ得るレゾルバの非地絡の際の第１差動増幅器ＯＰ１の最低出力電位Ｖout Minと、レゾルバの地絡の際の第１差動増幅器ＯＰ１の最高電位Ｖout Maxとの差が、ＣＰＵ６２側で誤地絡検出と成らないための所定のマージン（例えば０．１１Ｖ）以上となるように、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４の値を設定してある。即ち、レゾルバの非地絡の際の最低出力電位Ｖout Minと、レゾルバの地絡の際の最高電位Ｖout Maxとの差が、誤地絡検出と成らないための所定のマージン以上あるため、レゾルバの地絡を第１差動増幅器ＯＰ１の出力電位Ｖoutに基づき、ＣＰＵ６２側で誤り無く検出することができる。

上述した実施形態では、電気式動力舵取装置のステアリング軸の回転角、トーションバーの捻れ角、モータの回転検出に用いるレゾルバの地絡検出を例に挙げたが、本発明の構成は、種々のレゾルバを用いる回転角検出装置に適用可能である。更に、上述した実施形態では、バッファ６４の出力をＡ／Ｄ変換したが、Ａ／Ｄ変換する代わりに、コンパレータを用いて閾値との比較で地絡検出を行うことも可能である。

本発明の第１実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成を示す構成図である。図２は図１に示す一点鎖線IIによる楕円内の拡大図である。図１に示す一点鎖線III による楕円内の拡大図である。本実施形態の電気式動力舵取装置を制御するＥＣＵとレゾルバとの接続構成を示すブロック図である。図５(A) は第１実施形態の電気式動力舵取装置に用いられるレゾルバの構成を示す説明図で、図５(B) は同レゾルバの回路図である。図６（Ａ）は直流オフセット電圧印加回路の回路図であり、図６（Ｂ）はオフセット電圧生成回路の回路図である。倍率ＫとＧainとの２変数で、正常時の出力Ｖoutの電圧範囲（下限）と地絡時の出力Ｖoutの電圧範囲（上限）とが所定のマージン（０．１１Ｖ）を確保できる範囲を示すグラフである。Ｋ＝２、Ｇain＝８．１に設定した際における、温度変化に伴う正常時の出力Ｖoutの電圧範囲と地絡時の出力Ｖoutの電圧範囲を示すグラフである。実施形態においてＫ＝１１、Ｇain＝２．７に設定した際における、温度変化に伴う正常時の出力Ｖoutの電圧範囲と地絡時の出力Ｖoutの電圧範囲を示すグラフである。地絡検出可能な正常時（Ｒdc≠０）の出力Ｖoutの電圧範囲（上限から下限まで）と地絡時（Ｒdc＝０）の出力Ｖoutの電圧範囲（上限から下限まで）とを示すグラフである。出力Ｖoutがばらつく原因を示す図表である。第１実施形態に係る電気式動力舵取装置のＥＣＵによる正常時、地絡時の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

２０電気式動力舵取装置
２１ステアリングホイール
２２ステアリング軸
２３ピニオン軸
３０トルクセンサ
３１トーションバー
３５第１レゾルバ
３７第２レゾルバ
４０モータ
４４モータレゾルバ
５０ボールねじ機構
６０ＥＣＵ
６４バッファ
６４Ａ直流オフセット電圧印加回路
ＯＰ１第１差動増幅器
Ｒdc レゾルバの出力コイルの直流分抵抗

Claims

回転角を検出する被検出対象に取り付けられたレゾルバと、
前記レゾルバからの出力に直流オフセット電圧を印加する直流オフセット電圧印加回路と、
前記直流オフセット電圧印加回路からの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記レゾルバに励磁電圧を印加すると共に、前記Ａ／Ｄ変換器からの出力に基づいて前記レゾルバの回転角を検出する演算器とを備える回転角検出装置において、
前記直流オフセット電圧印加回路が、差動増幅器と、該差動増幅器の反転入力と基準電位との間に接続された第１抵抗と、該差動増幅器の出力と前記反転入力との間に接続された負帰還用の第２抵抗と、基準電位に接続されたレゾルバと差動増幅器の非反転入力との間に直列に接続された第３抵抗と、オフセット電位と前記非反転入力との間に接続された第４抵抗とからなり、
前記差動増幅器の出力が、前記第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗、第４抵抗の値、前記レゾルバ出力コイルの直流抵抗分のバラツキにより生じ得る前記レゾルバの非地絡の際の最低出力電位と、前記レゾルバの地絡の際の最高電位との差が、前記演算器側での誤地絡検出と成らないための所定のマージン以上となるように、前記第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗、第４抵抗の値を設定したことを特徴とする回転角検出装置。
前記最低出力電位と前記最高電位との差が前記所定のマージン以上となるように、前記レゾルバ出力コイルの直流抵抗分に対する前記第３抵抗の倍率を定め、
前記倍率により定められた第３抵抗の値から、前記最低出力電位と前記最高電位との差が前記所定のマージン以上となるように定められる前記差動増幅器のゲインが所定範囲となるように、前記第１抵抗、第２抵抗、第４抵抗の値を設定したことを特徴とする請求項１の回転角検出装置。
ステアリング軸に取り付けられたトーションバーと、
前記トーションバーの捻れに相当する回転角を検出するレゾルバと、
前記ステアリング軸に連結された操舵機構による操舵をアシストするモータと、
前記レゾルバからの出力に直流オフセット電圧を印加する直流オフセット電圧印加回路と、前記直流オフセット電圧印加回路からの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記レゾルバに励磁電圧を印加すると共に、前記Ａ／Ｄ変換器からの出力に基づいて前記レゾルバで検出した前記トーションバーの捻れ角を演算する捻れ角演算手段と、
演算された捻れ角からアシスト量を決定して前記モータを制御するモータ制御手段とを備える電気式動力舵取装置において、
前記直流オフセット電圧印加回路が、差動増幅器と、該差動増幅器の反転入力と基準電位との間に接続された第１抵抗と、該差動増幅器の出力と前記反転入力との間に接続された負帰還用の第２抵抗と、基準電位に接続されたレゾルバと差動増幅器の非反転入力との間に直列に接続された第３抵抗と、オフセット電位と前記非反転入力との間に接続された第４抵抗とからなり、
前記差動増幅器の出力が、前記第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗、第４抵抗の値、前記レゾルバ出力コイルの直流抵抗分のバラツキにより生じ得る前記レゾルバの非地絡の際の最低出力電位と、前記レゾルバの地絡の際の最高電位との差が、前記演算器側での誤地絡検出と成らないための所定のマージン以上となるように、前記第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗、第４抵抗の値を設定したことを特徴とする電気式動力舵取装置。