JP5375796B2 - 回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
また、例えば出力信号を増幅するオペアンプの前後が短絡した場合等、正常な場合の出力信号の振幅の最大値と最小値との中間値が出力され続ける中間値固着異常が生じることがある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力信号の振幅の最大値と最小値との中間値が出力され続ける中間値固着異常が生じていることを適切に判断することができる回転角検出装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明では、センサ素子組から出力される出力信号をセンサ素子組毎に取得しているので、例えば1つの出力信号に異常が生じたとしても他の出力信号を各種演算に用いることができる。また、センサ素子組毎に取得される出力信号に基づいて算出される第1の値に基づき、中間値固着異常が生じているか否かを適切に判断することができる。
また、第2の値は、出力信号そのもの、または、出力信号に所定値を加算または減算した値である出力信号相当値である。すなわち、第2の値は、出力信号に中間値固着異常が生じていない場合、+cos信号、−cos信号、+sin信号、または−sin信号となり、中間値固着異常が生じている場合、定数となる。そこで、異常信号特定手段は、出力信号または出力信号相当値が第3の所定範囲内である場合、当該出力信号または出力信号相当値に対応する出力信号に中間値固着異常が生じていると特定する。これにより、中間値固着異常が生じている出力信号を簡易な方法で特定することができる。なお、第3の所定範囲は、第1の所定範囲および第2の所定範囲を同一の範囲としてもよいし、異なる範囲としてもよい。
請求項4に記載の発明では、出力信号取得手段により取得される出力信号は、+cos信号、−cos信号、+sin信号、および−sin信号を含む。これにより、出力信号の一部に異常が生じた場合でも、+cos信号または−cos信号のいずれか一方、および、+sin信号または−sin信号のいずれか一方が正常であれば、被検出部の回転角度の算出を継続することができる。
請求項6に記載の発明では、第1の値は、+sin信号および−sin信号に基づいて算出されるsin信号演算値である。中間値固着判断手段は、sin信号演算値が第2の所定範囲から外れた場合、+sin信号または−sin信号に中間値固着異常が生じていると判断する。これにより、+sin信号または−sin信号に中間値固着異常が生じていることを適切に判断することができる。なお、第1の所定範囲と第2の所定範囲は、同一の範囲としてもよいし、異なる範囲としてもよい。
(一実施形態)
図1に示すように、本発明の一実施形態による回転角検出装置10は、車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置1(以下、適宜「EPS」という。)に適用される。
第1ブリッジ回路11は、第1ハーフブリッジ14および第2ハーフブリッジ15を有する。第1ハーフブリッジ14は、2つのセンサ素子21、22から構成される。センサ素子21、22の接続点である中点31は、増幅部40の第1オペアンプ41に接続する。第2ハーフブリッジ15は、2つのセンサ素子23、24から構成される。センサ素子23、24の接続点である中点32は、増幅部40の第2オペアンプ42に接続する。
第2ブリッジ回路12は、第3ハーフブリッジ16および第4ハーフブリッジ17を有する。第3ハーフブリッジ16は、2つのセンサ素子25、26から構成される。センサ素子25、26の接続点である中点33は、増幅部40の第3オペアンプ43に接続する。第4ハーフブリッジ17は、2つのセンサ素子27、28から構成される。センサ素子27、28の接続点である中点34は、増幅部40の第4オペアンプ44に接続する。
なお、ハーフブリッジ14〜17のそれぞれが「センサ素子組」に対応している。本実施形態では、1つの出力信号を出力するセンサ素子組を便宜上、「ハーフブリッジ」としているが、ブリッジ回路を構成するセンサ素子組は、2組に限定されることはなく、また、センサ素子組を構成するセンサ素子数も2つに限定されることはない。
第1オペアンプ41は、第1ハーフブリッジ14の中点31から出力される信号を増幅し、+cos信号である出力信号Vx1を制御部50に出力する。第2オペアンプ42は、第2ハーフブリッジ15の中点32から出力される信号を増幅し、+sin信号である出力信号Vy1を制御部50に出力する。第3オペアンプ43は、第3ハーフブリッジ16の中点33から出力される信号を増幅し、−cos信号である出力信号Vx2を制御部50に出力する。第4オペアンプ44は、第4ハーフブリッジ17の中点34から出力される信号を増幅し、−sin信号である出力信号Vy2を制御部50に出力する。
Vx1= Kcosθ+2.5 …(1)
Vx2=−Kcosθ+2.5 …(2)
Vy1= Ksinθ+2.5 …(3)
Vy2=−Ksinθ+2.5 …(4)
C1=(Vx1−2.5)+(Vx2−2.5) …(11)
C2=Vx1−2.5 …(12)
C3=Vx2−2.5 …(13)
C4=(Vy1−2.5)+(Vy2−2.5) …(14)
C5=Vy1−2.5 …(15)
C6=Vy2−2.5 …(16)
C1=0 …(21)
C2= Kcosθ …(22)
C3=−Kcosθ …(23)
C4=0 …(24)
C5= Ksinθ …(25)
C6=−Ksinθ …(26)
演算値C4が0を含む第2の所定範囲内である場合、演算値C4は正常値であって、演算値C4の算出に用いた+sin信号Vy1および−sin信号Vy2に中間値固着異常が生じていないと判断する。演算値C4が0を含む第2の所定範囲から外れている場合、演算値C4は異常値であって、演算値C4の算出に用いた+sin信号Vy1または−sin信号Vy2に中間値固着異常が生じていると判断する。
演算値C1が異常値であって、+cos信号Vx1に中間値固着異常が生じている場合、演算値C2は0となる。そこで、演算値C2が0を含む第3の所定範囲内である場合、演算値C2は異常値であって、演算値C2の算出に用いた+cos信号Vx1に中間値固着異常が生じていると特定する。
演算値C1が異常値であって、−cos信号Vx2に中間値固着異常が生じている場合、演算値C3は0となる。そこで、演算値C3が0を含む第3の所定範囲内である場合、演算値C3は異常値であって、演算値C3の算出に用いた−cos信号Vx2に中間値固着異常が生じていると特定する。
演算値C4が異常値であって、−sin信号Vy2に中間値固着異常が生じている場合、演算値C6は0となる。そこで、演算値C6が0を含む第3の所定範囲内である場合、演算値C6は異常値であって、演算値C6の算出に用いた−sin信号Vy2に中間値固着異常が生じていると特定する。
また本実施形態では、演算値C2、C3、C4、C5が「第2の値」および「出力信号相当値」に対応する。また、演算値C2、C3、C4、C5の異常判定に係る第3の所定範囲の幅は、出力信号Vx1、Vx2、Vy1、Vy2の振幅Kよりも十分に小さい値である。また、演算値C2、C3、C4、C5の異常判定に係る第3の所定範囲は、演算値毎に異なる範囲としてもよい。また、第3の所定範囲は、第1の所定範囲および第2の所定範囲と同一の範囲であってもよいし、異なる範囲であってもよい。
なお、第1の所定範囲、第2の所定範囲、および第3の所定範囲は、センサ誤差等を考慮し、適宜設定可能である。
+sin信号Vy1が2.5V固着となる中間値固着異常が生じている場合、図5(a)に示すように、演算値C4は、−Ksinθとなる。第2の所定範囲の下限値をS1、上限値をS2とすると、演算値C4が下限値S1未満、または、演算値C4が上限値S2より大きい角度範囲において、演算値C4が異常値であると判定され、+sin信号Vy1または−sin信号Vy2に中間値固着異常が生じていると判断することができる。
最初のステップS101(以下、「ステップ」を省略し、単に記号「S」で示す。)では、4つの出力信号Vx1、Vx2、Vy1、Vy2を取得する。
S102では、上記式(11)〜(16)の演算を実施し、演算値C1〜C6を算出する。
S105では、演算値C2の算出に用いた+cos信号Vx1に中間値固着異常が生じていると特定する。
S107では、演算値C3の算出に用いた−cos信号Vx2に中間値固着異常が生じていると特定する。
S110では、演算値C5の算出に用いた+sin信号Vy1に中間値固着異常が生じていると特定する。
S112では、演算値C6の算出に用いた−sin信号Vy2に中間値固着異常が生じていると特定する。
S114では、4つの出力信号を用いて被検出部87の回転角度θの角度演算を行う。
S115では、中間値固着異常が生じていると特定された出力信号以外の出力信号を用いて被検出部87の回転角度θの角度演算を行う。
全ての出力信号Vx1、Vx2、Vy1、Vy2に中間値固着が生じていない場合(S113:NO)、4つの出力信号Vx1、Vx2、Vy1、Vy2を用いて検出部87の回転角度θの角度演算を行う(S114)。全ての出力信号Vx1、Vx2、Vy1、Vy2に中間値固着が生じていない場合、以下の式に示すように、sin信号同士またはcos信号同士を減算することにより、オフセット値を消去する。なお、2つの信号を減算することにより、オフセット値だけでなく、温度特性等による誤差を消去することができる。
Vx1−Vx2=2Kcosθ …(21)
Vy1−Vy2=2Ksinθ …(22)
φ=arctan{(Vy1−Vy2)/(Vx1−Vx2)} …(23)
φ=arctan{(Vx1−Vx2)/(Vy1−Vy2)} …(24)
Vx2a=Vx2−2.5=−Bcosθ
−2Vx2a=2Bcosθ …(25)
φ=arctan{(Vy1−Vy2)/(−2Vx2a)} …(26)
φ=arctan{(−2Vx2a)/(Vy1−Vy2)} …(27)
制御部50は、取得された出力信号Vx1、Vx2に基づいて算出される演算値C1に基づき、演算値C1の算出に用いた出力信号である出力信号Vx1、Vx2に中間値固着異常が生じているか否かを判断する(S103)。また、制御部50は、取得された出力信号Vy1、Vy2に基づいて算出される演算値C4に基づき、演算値C4の算出に用いた出力信号である出力信号Vy1、Vy2に中間値固着異常が生じているか否かを判断する(S108)。
制御部50は、中間値固着異常が生じていると特定された出力信号以外の出力信号に基づき、被検出部87の回転角度θを算出する(S115)。これにより、誤った角度を算出することなく被検出部87の回転角度θの算出を継続することができる。
また、出力信号Vx1が+cos信号であり、出力信号Vx2が−cos信号であり、出力信号Vy1が+sin信号であり、出力信号Vy2が−sin信号である。これにより、出力信号の一部に異常が生じた場合でも、+cos信号Vx1または−cos信号Vx2のいずれか一方、および、+sin信号Vy1または−sin信号Vy2のいずれか一方が正常であれば、被検出部87の角度の算出を継続することができる。
(ア)上記実施形態では、第2の値は、出力信号から所定値を減算した値であったが、他の実施形態では出力信号に所定値を加算した値であってもよい。また、第2の値は、出力信号そのものであってもよい。
(イ)上記実施形態では、cos信号およびsin信号の振幅が1であり、増幅部40において加算されるオフセット値は2.5であった。他の実施形態では、制御部50にて出力信号を取得可能な範囲において、振幅およびオフセット値は適宜設定することができる。
また、上記実施形態では、取得される+cos信号、−cos信号、+sin信号、および−sin信号の振幅は等しかったが、他の実施形態では、取得される信号の振幅は、出力信号毎に異なっていてもよい。この場合、それぞれの出力信号の振幅がわかっていれば、制御部において演算処理を行い、振幅を補正することにより、上記実施形態と同様にして中間値固着異常が生じている出力信号を特定することができる。
(ウ)上記実施形態では、2つのブリッジ回路が別々の電源に接続されていたが、他の実施形態では、2つのブリッジ回路が同一の電源に接続されていてもよい。また、一方のブリッジ回路から取得される出力信号が+cos信号および−cos信号であり、他方のブリッジ回路から取得される出力信号が+sin信号および−sin信号であってもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10・・・回転角検出装置
11・・・第1ブリッジ回路(回路部)
12・・・第2ブリッジ回路(回路部)
14〜17・・・ハーフブリッジ(センサ素子組)
21〜28・・・センサ素子
40・・・増幅部
50・・・制御部(出力信号取得手段、回転角度算出手段、中間値固着判断手段、異常信号特定手段)
80・・・モータ
87・・・被検出部
90・・・ステアリングシステム
Claims (8)
- 被検出部の回転に応じて変化する回転磁界を感知し前記被検出部の回転角度に応じてインピーダンスが変化するセンサ素子により構成される複数のセンサ素子組を有する回路部と、
複数の前記センサ素子組から出力される出力信号を前記センサ素子組毎に取得する出力信号取得手段と、
前記出力信号取得手段により取得された前記出力信号に基づき、前記被検出部の回転角度を算出する回転角度算出手段と、
前記出力信号取得手段により取得された前記出力信号に基づいて算出される第1の値に基づき、前記第1の値の算出に用いた前記出力信号において前記出力信号に異常がない場合の振幅の最大値と最小値との中間値が出力され続ける中間値固着異常が生じているか否かを判断する中間値固着判断手段と、
前記出力信号取得手段により取得された前記出力信号に基づく値である第2の値に基づき、前記中間値固着異常が生じている前記出力信号を特定する異常信号特定手段と、
を備え、
前記第2の値は、前記出力信号そのもの、または、前記出力信号に所定値を加算または減算した値である出力信号相当値であり、
前記異常信号特定手段は、前記出力信号または前記出力信号相当値が第3の所定範囲内である場合、当該出力信号または前記出力信号相当値に対応する前記出力信号に前記中間値固着異常が生じていると特定することを特徴とする回転角検出装置。 - 前記回転角度算出手段は、前記異常信号特定手段により前記中間値固着異常が生じていると特定された前記出力信号以外の前記出力信号に基づき、前記被検出部の回転角度を算出することを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。
- 前記出力信号取得手段に取得される前記出力信号は、4以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の回転角検出装置。
- 前記出力信号取得手段により取得される前記出力信号は、+cos信号、−cos信号、+sin信号、および−sin信号を含むことを特徴とする請求項3に記載の回転角検出装置。
- 前記第1の値は、前記+cos信号および前記−cos信号に基づいて算出されるcos信号演算値であり、
前記中間値固着判断手段は、前記cos信号演算値が第1の所定範囲から外れた場合、前記+cos信号または前記−cos信号に前記中間値固着異常が生じていると判断することを特徴とする請求項4に記載の回転角検出装置。 - 前記第1の値は、前記+sin信号および前記−sin信号に基づいて算出されるsin信号演算値であり、
前記中間値固着判断手段は、前記sin信号演算値が第2の所定範囲から外れた場合、前記+sin信号または前記−sin信号に前記中間値固着異常が生じていると判断することを特徴とする請求項4または5に記載の回転角検出装置。 - 前記第1の値および前記第2の値は、合わせて6以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転角検出装置を用いた電動パワーステアリング装置。
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