JP5434830B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転角検出装置に関するものである。

従来、正弦波状の励磁信号に基づき回転角に応じて振幅が変化する複数のセンサ信号を出力するレゾルバを用いた回転角検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。即ち、レゾルバには、測定精度及び耐環境性が高いという特徴がある。このため、ＥＰＳのように高い検出精度と信頼性が要求される用途では、こうしたレゾルバを用いた回転角検出装置が広く採用されている（例えば、モータ回転角センサやトルクセンサ等）。そして、例えば、特許文献２に示されるように、そのセンサ信号の出力数を三相以上に拡張することによって、その異常検出性能を含めた信頼性の更なる向上を図ることができる。

特開２００５−３５１８４８号公報 特開２０１０−４８７６０号公報

さて、上記のようなレゾルバを用いた回転角検出は、各センサ信号の振幅比に基づく正接逆関数（アークタンジェント）を用いて行われる。また、理論上、各センサ信号の振幅（ピーク・トゥ・ピーク値）の二乗和は、一定値（例えば、二相の場合は「１」）となることから、多くの場合、この各振幅の二乗和を監視することにより、その回転角検出過程についての異常判定が行われる。尚、「回転角検出過程において生ずる異常」としては、例えば、レゾルバ本体や、その信号配線の故障が挙げられる。そして、従来、その基礎となる各センサ信号の振幅については、一励磁周期（励磁信号の一周期）あたり複数回のサンプリングを実行し、その各サンプリング値に基づく最小二乗フィッテイングにより求めた正弦波形の振幅を用いる構成が一般的となっている。

例えば、図８に示す例では、その振幅変化の位相が９０°ずれた二相のセンサ信号（正弦信号Ｓ_sin，余弦信号Ｓ_cos）について、一励磁周期（Ｔ）あたり、均等間隔で４回のサンプリングを実行する（Ｐ１〜Ｐ４）。そして、これら各点において取得したサンプリング値を用いて最小二乗フィッテイングを実行することにより、その回転角検出の基礎となる各センサ信号の振幅（Ａ_sin，Ａ_cos）が演算される（θ＝arctan（Ａ_sin／Ａ_cos）、但し、「θ」は回転角、「arctan」は「アークタンジェント」）。

また、このような最小二乗フィッティングを用いた各センサ信号の振幅演算は、その一励磁周期（Ｔ）間に行う複数回のサンプリングタイミングを、当該励磁周期と同期させることが不可欠である。即ち、励磁周期の始点（各センサ信号のゼロクロス点）から各サンプリングタイミングまでの時間が演算周期毎にずれる状態、つまりサンプリングする波形位置が次第にずれていくような状態では、正確な振幅の演算はできない。従って、図８に示す例のように、ある演算周期における各サンプリング点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）が、励磁周期（Ｔ）の始点から、ぞれぞれ「１／８Ｔ，３／８Ｔ，５／８Ｔ，７／８Ｔ」であるならば、次回以降の各サンプリング点（Ｐ１´，Ｐ２´，Ｐ３´，Ｐ４´）もまた、同様に「１／８Ｔ，３／８Ｔ，５／８Ｔ，７／８Ｔ」である必要がある。そのため、従来、その各サンプリングタイミングを励磁周期に同期させるべく、当該励磁信号を出力する励磁信号出力手段と各センサ信号に基づき回転角を検出する回転角検出手段とを同一の演算装置（マイコン等）に実装することが、この分野の技術標準になっている。

しかしながら、近年、その要求される技術水準が高まることで、上記のように励磁信号出力手段及び回転角検出手段を同一の演算装置に実装することを前提とした構成が、その性能向上の妨げとなる事態も生じている。

即ち、より高い水準の信頼性を確保するためには、物理的に独立した異常判定手段を設け、客観的に、その異常判定処理を実行することが望ましい。しかしながら、通常、ＥＰＳにおいて、上記のような励磁信号出力手段及び回転角検出手段は、モータ制御用のマイコン上に実装される。従って、回転角検出過程の異常判定については、各センサ信号の振幅を基礎とする従来の回転角検出方法及び異常判定方法を用いる限り、上記のようなサンプリングタイミングと励磁周期との同期の問題から、その異常判定手段を、励磁信号出力手段と異なる演算装置に実装することができない。

更に、モータ制御用のマイコンでは、より精緻な電流制御を可能とすべく、その動作クロックの高速化が進められている。その結果、上記のような回転角検出及び異常判定処理もまた、その高速化した動作クロックに合わせた演算周期で実行されることになり、これにより生ずる演算負荷の増大が、そのマイコンの過熱を招く一因となっている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、サンプリングタイミングと励磁周期との同期の問題を解消して、より一層の性能向上を実現することができる回転角検出装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、励磁信号に基づき回転角に応じて振幅が変化する複数相のセンサ信号を出力するレゾルバと、前記励磁信号を出力する励磁信号出力手段とを備えた回転角検出装置において、前記励磁信号出力手段とは独立に設けられて、前記各センサ信号及び前記励磁信号を同一のタイミングでサンプリングする検出手段を備え、前記検出手段は、各センサ信号のサンプリング値に基づいて、回転角検出値を演算し、前記励磁信号のサンプリング値が負である場合には、前記各センサ信号のサンプリング値の符号を反転して前記回転角検出値を演算すること、を要旨とする。
請求項２に記載の発明は、前記レゾルバは、前記回転角に応じた振幅変化の位相が均等にずれるように設定された三相以上の前記センサ信号を出力するものであって、前記検出手段は、前記各センサ信号における任意の二信号の組み合わせ数に対応した複数の回転角検出値を演算し、該各回転角検出値間の差分、又は前記各回転角検出値の総和の少なくとも何れかを監視することにより異常判定を実行すること、を要旨とする。

即ち、各センサ信号のサンプリング値を用いても、振幅（ピーク・トゥ・ピーク値）を用いる場合（例えば、特許文献２参照）と同様、正接逆関数（アークタンジェント）を用いて、当該各センサ信号における任意の二信号の組み合わせ数に対応した複数の回転角検出値を求めることができる。そして、その複数の回転角検出値間の相互関係に基づく異常判定を実行することにより、各センサ信号の振幅の二乗和を監視することなく、その各回転角検出過程についての異常判定の妥当性を担保することができる。更に、各センサ信号と同一のタイミングで励磁信号をサンプリングすることにより、励磁信号出力手段とは独立に設けられた検出手段においても、各サンプリング値間の比が等しい値となる二つの回転角を区別して、全回転角範囲に亘り、適正に、各回転角検出値の演算を行うことができる。

また、サンプリングタイミングと励磁周期との同期の問題を解消して、その励磁信号出力手段とは独立に設けられた検出手段により、異常判定手段を構成することができる。その結果、当該回転角検出過程の異常判定について、その精度を向上させることができる。また、併せて、その検出手段の実装された演算装置の動作クロックとは関係なく、その励磁信号出力手段が実装された演算装置の動作クロックを高速化することができる。そして、励磁信号出力手段とモータ制御手段とが同一の演算装置に実装されている場合には、上記異常判定処理の移転により、そのモータ制御手段が実装された演算装置の負荷を軽減することができる。その結果、効果的に、その動作クロックの高速化に伴う発熱を抑えることができる。

本発明によれば、サンプリングタイミングと励磁周期との同期の問題を解消して、より一層の性能向上を実現可能とする回転角検出装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 レゾルバの概略構成図。 ＥＰＳの制御ブロック図。 本実施形態における回転角検出及びその回転角検出過程についての異常判定の態様を示す説明図。 回転角検出過程についての異常判定の処理手順を示すフローチャート。 別例のトルクセンサの概略構成及び回転角検出の態様を示す説明図。 別例のレゾルバの概略構成図。 従来の回転角検出の態様を示す説明図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３ａ、インターミディエイトシャフト３ｂ、及びピニオンシャフト３ｃを連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１１とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、駆動源であるモータ１２が減速機構１３を介してコラムシャフト３ａと駆動連結された所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータとして構成されている。尚、本実施形態のモータ１２には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に基づき回転するブラシレスモータが採用されている。そして、ＥＰＳアクチュエータ１０は、同モータ１２の回転を減速してコラムシャフト３ａに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。

一方、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速センサ１５が接続されている。そして、そのトルクセンサ１４により検出される操舵トルクτ及び車速センサ１５により検出される車速Ｖに基づいて、操舵系に付与するアシスト力の目標値（目標アシスト力）を決定する。

また、本実施形態のモータ１２には、その回転角（電気角）θを検出するためのモータ回転角センサとして、正弦波状の励磁信号Ｓ_eに基づき回転角θに応じて振幅が変化する複数相のセンサ信号を出力するレゾルバ１６が設けられている。

具体的には、図２に示すように、本実施形態のレゾルバ１６は、励磁信号Ｓ_eに基づく励磁電流が通電される励磁コイル２０と、周方向に均等間隔で配置された三相のセンサコイル２１，２２，２３とを有している。即ち、励磁信号Ｓ_eに基づく励磁コイル２０への通電により、各センサコイル２１，２２，２３には、それぞれ、その励磁コイル２０との位置関係、つまり回転角θに応じた電圧が誘起する。そして、本実施形態のレゾルバ１６は、この各センサコイル２１，２２，２３に生ずる誘起電圧に基づいて、その回転角θに応じた振幅変化の位相が均等にずれた三相のセンサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcを出力する構成となっている。

本実施形態のＥＣＵ１１は、このレゾルバ１６が出力する三相のセンサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcに基づいて、モータ１２の回転角θを検出する。そして、その回転角θを用いた電流制御の実行により、同モータ１２に対して三相の駆動電力を供給する。

即ち、本実施形態のＥＣＵ１１は、その駆動電力の供給を通じてモータ１２の作動、即ちＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する。そして、上記目標アシスト力に相当するモータトルクが発生するようにモータ電流を制御することにより、最適なアシスト力を操舵系に付与することが可能な構成となっている（パワーアシスト制御）。

次に、本実施形態のＥＰＳの電気的構成について説明する。
図３に示すように、本実施形態のＥＣＵ１１は、モータ制御信号を出力することによりモータ制御手段を構成する制御マイコン３１と、そのモータ制御信号に基づいてモータ１２に三相の駆動電力を供給する駆動回路３２とを備えている。

詳述すると、本実施形態の制御マイコン３１は、上記励磁信号Ｓ_eを出力する励磁信号出力手段としての励磁信号出力部３３、及びレゾルバ１６から入力される三相のセンサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcに基づいてモータ１２の回転角θを検出する回転角検出手段としての回転角検出部３４を備えている。また、制御マイコン３１は、上記操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、目標アシスト力に対応する電流指令値を演算する電流指令値演算部３５を備えている。具体的には、本実施形態の電流指令値演算部３５は、その入力される操舵トルクτ（の絶対値）が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、より大きなアシスト力を発生させるべき電流指令値を演算する。更に、制御マイコン３１は、駆動回路３２とモータ１２との間の電力供給経路の途中に設けられた電流センサ３６の出力信号に基づいて、モータ１２の実電流値Ｉを検出する電流検出部３７を備えている。そして、本実施形態の制御マイコン３１は、その演算される電流指令値に検出される実電流値Ｉを追従させるべく、電流フィードバック制御を実行することにより、その駆動回路３２に出力するモータ制御信号を生成する。

さらに詳述すると、本実施形態の制御マイコン３１において、電流検出部３７は、実電流値Ｉとしてモータ１２の各相電流値を検出する。そして、制御マイコン３１は、その各相電流値を二相回転座標系（ｄ／ｑ座標系）のｄ軸電流値及びｑ軸電流値に変換する（ｄ／ｑ変換）。また、電流指令値演算部３５は、その電流指令値Ｉ*としてｑ軸電流指令値を演算する（ｄ軸電流指令値はゼロ）。そして、本実施形態の制御マイコン３１は、そのｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御の実行により得られる各軸電圧指令値を、再び三相の交流座標系に写像（ｄ／ｑ逆変換）することにより、そのモータ制御信号の基礎となる各相の電圧指令値を演算する構成となっている。

（回転角検出過程の異常判定）
次に、本実施形態における回転角検出過程についての異常判定の態様について説明する。

図３に示すように、本実施形態のＥＣＵ１１は、制御マイコン３１とは独立に設けられた監視マイコン４１を備えている。尚、本実施形態の監視マイコン４１は、制御マイコン３１の動作クロックＣＬＫ１とは異なる動作クロックＣＬＫ２で作動する（ＣＬＫ１＞ＣＬＫ２）。また、本実施形態の監視マイコン４１は、レゾルバ１６の出力する各相のセンサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcを独自にサンプリングするとともに、これら各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcと同一のタイミングで、制御マイコン３１の出力する励磁信号Ｓ_eをサンプリングする。具体的には、図４に示すように、本実施形態の監視マイコン４１は、励磁信号Ｓ_eの一周期、即ち励磁周期Ｔrを基準とした場合において、当該励磁信号Ｓ_eの半周期の整数倍以外の周期（サンプリング周期Ｔs、Ｔs≠ｎ・Ｔr／２）で、これらの各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓc、及び励磁信号Ｓ_eをサンプリングする。そして、同監視マイコン４１は、これら各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃ、及び励磁信号Ｓ_eのサンプリング値Ｒに基づいて、その回転角検出過程についての異常判定を実行する。

詳述すると、上記のように、本実施形態のレゾルバ１６が出力する各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcは、その回転角θに応じた振幅変化の位相が均等間隔でずれるように設定されている。従って、これら各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃ間の比（ａ／ｂ，ｂ／ｃ，ｃ／ａ）は、以下に示す（１）〜（３）式に表すことができる。そして、これら（１）〜（３）式を変形することで、（４）〜（６）式を得る。

ａ／ｂ＝sinθ／sin（θ＋１２０°） ・・・（１）
ｂ／ｃ＝sin（θ＋１２０°）／sin（θ＋２４０°） ・・・（２）
ｃ／ａ＝sin（θ＋２４０°）／sinθ ・・・（３）
tanθ＝ａ√３／（２ｂ＋ａ） ・・・（４）
tanθ＝（ｂ＋ｃ）√３／（ｃ−ｂ） ・・・（５）
tanθ＝−ａ√３／（２ｃ＋ａ） ・・・（６）
即ち、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcの振幅（ピーク・トゥ・ピーク値）を用いる場合（例えば、特許文献２参照）と同様、そのサンプリング値ａ，ｂ，ｃを用いても、次の各式に示す正接逆関数（アークタンジェント）から、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcにおける任意の二信号の組み合わせ数に対応した３つの回転角検出値θ１，θ２，θ３が得られる。

θ１＝arctan（ａ√３／（２ｂ＋ａ）） ・・・（７）
θ２＝arctan（（ｂ＋ｃ）√３／（ｃ−ｂ）） ・・・（８）
θ３＝arctan（−ａ√３／（２ｃ＋ａ）） ・・・（９）
そして、本実施形態の監視マイコン４１は、このようにして演算される３つの回転角検出値θ１，θ２，θ３に基づいて、その回転角検出過程についての異常判定を実行する。

具体的には、本実施形態の監視マイコン４１は、各回転角検出値θ１，θ２，θ３間の差分（|θ１−θ２|，|θ２−θ３|，|θ３−θ１|）、及び各回転角検出値θ１，θ２，θ３の総和（|θ１＋θ２＋θ３|）を監視する。そして、これら各回転角検出値θ１，θ２，θ３間の差分及びその総和を、それぞれに対応して設定された所定の閾値α１，α２と比較して、これら差分又は総和の少なくとも何れか一方が適正範囲を超える場合には、その回転角検出過程において異常が生じたものと判定する。

尚、本実施形態の監視マイコン４１は、上記各回転角検出値θ１，θ２，θ３の演算に先立って、その基礎となる各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃの総和（|ａ＋ｂ＋ｃ|）を、その理論値である「０」に対応して設定された所定の閾値α０と比較する。そして、各サンプリング値ａ，ｂ，ｃの総和が、その閾値により規定される適正範囲を超える場合にも、その回転角検出過程において異常が生じたものと判定する。

また、上記のように、監視マイコン４１は、励磁信号出力手段としての励磁信号出力部３３が実装された制御マイコン３１とは独立に設けられている。このため、その各サンプリング値ａ，ｂ，ｃ間の比が等しい値となる二つの回転角、即ち、例えば、図４に示されるような「θ＝１５°」である場合と、その信号波形が反転した状態となる「θ＝１９５°」の場合とを区別することができない。

そこで、本実施形態の監視マイコン４１は、上記のように、制御マイコン３１の出力する励磁信号Ｓ_eを、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcと同一のタイミングでサンプリングする（図４）。そして、その励磁信号Ｓ_eのサンプリング値Ｒが「負」である場合には、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃの符号を反転して上記回転角検出値θ１，θ２，θ３の演算を実行することにより、全回転角範囲に亘って、適正に、その各回転角検出値θ１，θ２，θ３の演算を行うことが可能となっている。

また、本実施形態では、制御マイコン３１（に実装された回転角検出部３４）もまた、監視マイコン４１と同様に、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃに基づいて、上記各回転角検出値θ１，θ２，θ３を演算する。尚、励磁信号出力部３３を有する制御マイコン３１においては、励磁信号Ｓ_eの符号は既知であるため、同励磁信号Ｓ_eについては、そのサンプリングを行わない。そして、これら各回転角検出値θ１，θ２，θ３の平均を求めることにより、回転角θを検出する（θ＝（θ１＋θ２＋θ３）／３）。

更に、本実施形態の制御マイコン３１は、その回転角検出過程について独自の異常判定を行わず、上記監視マイコン４１が実行する異常判定の結果を示す異常信号Ｓ_trに基づいて、その異常の発生を検知する。そして、本実施形態では、これにより、当該監視マイコン４１の演算負荷を低減する構成となっている。

次に、本実施形態の監視マイコン４１が実行する異常判定の処理手順について説明する。
図５のフローチャートに示すように、監視マイコン４１は、レゾルバ１６の出力する各相のセンサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓc、及び制御マイコン３１の出力する励磁信号Ｓ_eをサンプリングすると（ステップ１０１）、先ず、その各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃの総和（の絶対値）を所定の閾値α０と比較する（ステップ１０２）。

次に、このステップ２０２において、各サンプリング値ａ，ｂ，ｃの総和が閾値α０以下である場合（|ａ＋ｂ＋ｃ|≦α０、ステップ１０２：ＹＥＳ）には、続いて励磁信号Ｓ_e（のサンプリング値Ｒ）の符号が「負」であるか否かを判定する（ステップ１０３）。そして、励磁信号Ｓ_eの符号が「負」である場合（Ｒ＜０、ステップ１０３：ＹＥＳ）には、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃの符号を反転（各値に「−１」を乗算）して（ステップ１０４）、当該各サンプリング値ａ，ｂ，ｃに基づき各回転角検出値θ１，θ２，θ３を演算する（ステップ１０５）。

また、上記ステップ１０３において、励磁信号Ｓ_eの符号が「正」であると判定した場合（ステップ１０３：ＮＯ）には、上記ステップ１０４における反転処理を実行しない。そして、上記ステップ１０１において取得した各サンプリング値ａ，ｂ，ｃに基づいて、その各回転角検出値θ１，θ２，θ３の演算を実行する（ステップ１０５）。

このようにして各回転角検出値θ１，θ２，θ３を演算すると、次に、監視マイコン４１は、その各回転角検出値θ１，θ２，θ３間の差分、及び当該各回転角検出値θ１，θ２，θ３の総和が、それぞれ適正範囲内にあるか否かを判定する。

具体的には、本実施形態の監視マイコン４１は、回転角検出値θ１，θ２間の差分（|θ１−θ２|）、及び回転角検出値θ２，θ３間の差分（|θ２−θ３|）、並びに回転角検出値θ３，θ１間の差分（|θ３−θ１|）が、それぞれ所定の閾値α１以下である否かを順に判定する（ステップ１０６〜ステップ１０８）。そして、各回転角検出値θ１，θ２，θ３間の差分が全て閾値α１以下である場合（|θ１−θ２|≦α１，ステップ１０６：ＹＥＳ、及び|θ２−θ３|≦α１，ステップ１０７：ＹＥＳ、並びに|θ３−θ１|≦α１，ステップ１０８：ＹＥＳ）には、各回転角検出値θ１，θ２，θ３の総和が所定の閾値α２以下であるか否かを判定する（ステップ１０９）。

そして、各回転角検出値θ１，θ２，θ３の総和が閾値α２以下である場合（|θ１＋θ２＋θ３|≦α２、ステップ１０９：ＹＥＳ）には、その回転角検出過程に異常はないと判定する（ステップ１１０）。

一方、上記ステップ１０２において、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃの総和が所定の閾値α０を超えると判定した場合（|ａ＋ｂ＋ｃ|＞α０、ステップ１０２：ＮＯ）、本実施形態の監視マイコン４１は、ステップ１０２〜ステップ１１０の処理を実行しない。同様に、上記ステップ１０６〜ステップ１０８の何れかにおいて、各回転角検出値θ１，θ２，θ３間の差分が所定の閾値α１を超えると判定した場合（|θ１−θ２|＞α１，ステップ１０６：ＮＯ、|θ２−θ３|＞α１，ステップ１０７：ＮＯ、又は|θ３−θ１|＞α１，ステップ１０８：ＮＯ）もまた、以降、ステップ１１０までの処理を実行しない。そして、上記ステップ１０９において、各回転角検出値θ１，θ２，θ３の総和が所定の閾値α２を超えると判定した場合（|θ１＋θ２＋θ３|＞α２、ステップ１０９：ＮＯ）にも、ステップ１１０の処理を実行しない。

そして、本実施形態の監視マイコン４１は、このように、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃの総和、又は各回転角検出値θ１，θ２，θ３間の差分、若しくは各回転角検出値θ１，θ２，θ３の総和が、適正範囲を超えると判定した場合には、その回転角検出過程に異常があると判定する（ステップ１１１）。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）ＥＣＵ１１は、励磁信号Ｓ_eを出力する制御マイコン３１とは独立に設けられた監視マイコン４１を備える。監視マイコン４１は、レゾルバ１６の出力する各相のセンサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcを独自にサンプリングし、その各サンプリング値ａ，ｂ，ｃに基づいて、該各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcにおける任意の二信号の組み合わせ数に対応した３つの回転角検出値θ１，θ２，θ３を演算する。そして、その該各回転角検出値θ１，θ２，θ３間の差分（|θ１−θ２|，|θ２−θ３|，|θ３−θ１|）、及びその総和（|θ１＋θ２＋θ３|）を監視することにより、回転角検出過程についての異常判定を実行する。また、監視マイコン４１は、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcと同一のタイミングで励磁信号Ｓ_eをサンプリングする。そして、当該励磁信号Ｓ_eのサンプリング値Ｒが「負」である場合には、上記各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃの符号を反転して、上記各回転角検出値θ１，θ２，θ３の演算を実行する。

即ち、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃを用いても、振幅（ピーク・トゥ・ピーク値）を用いる場合（例えば、特許文献２参照）と同様、正接逆関数（アークタンジェント）を用いて、当該各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcにおける任意の二信号の組み合わせ数に対応した複数の回転角検出値を求めることができる。そして、その複数の回転角検出値間の相互関係に基づく異常判定を実行することにより、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcの振幅の二乗和を監視することなく、その各回転角検出過程についての異常判定の妥当性を担保することができる。更に、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcと同一のタイミングで励磁信号Ｓ_eをサンプリングすることにより、制御マイコン３１とは独立に設けられた監視マイコン４１においても、各サンプリング値ａ，ｂ，ｃ間の比が等しい値となる二つの回転角を区別して、全回転角範囲に亘って、適正に、各回転角検出値θ１，θ２，θ３の演算を行うことができる。

従って、上記構成によれば、サンプリングタイミングと励磁周期との同期の問題を解消して、励磁信号出力手段としての励磁信号出力部３３及び回転角検出手段としての回転角検出部３４が実装された制御マイコン３１とは独立に設けられた監視マイコン４１により、その異常判定手段を構成することができる。その結果、その回転角検出過程についての異常判定の精度を向上させることができる。また、併せて、その監視マイコン４１の動作クロックＣＬＫ２とは関係なく、制御マイコン３１の動作クロックＣＬＫ１を高速化することができる。

（２）監視マイコン４１は、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃの総和（|ａ＋ｂ＋ｃ|）を、その理論値である「０」に対応して設定された所定の閾値α０と比較する。そして、各サンプリング値ａ，ｂ，ｃの総和が、その閾値により規定される適正範囲を超える場合にも、その回転角検出過程において異常が生じたものと判定する。

即ち、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcは、その回転角θに応じた振幅変化の位相が均等間隔でずれるように設定されていることから、理論上、各サンプリング値ａ，ｂ，ｃの総和は「０」となる。従って、上記構成によれば、より高精度に、その異常判定を行うことができる。

（３）制御マイコン３１は、その回転角検出過程について独自の異常判定を行わない。そして、上記監視マイコン４１が実行する異常判定の結果を示す異常信号Ｓ_trに基づいて、その異常の発生を検知する。

上記構成によれば、異常判定処理を監視マイコン４１に移転することで、モータ制御手段を構成する制御マイコン３１の負荷を軽減することができる。その結果、その動作クロックＣＬＫ１の高速化に伴う発熱を抑えることができる。

（４）制御マイコン３１（に実装された回転角検出部３４）もまた、監視マイコン４１と同様、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcのサンプリング値ａ，ｂ，ｃに基づいて、上記各回転角検出値θ１，θ２，θ３を演算する。そして、これら各回転角検出値θ１，θ２，θ３の平均を求めることにより、回転角θを検出する（θ＝（θ１＋θ２＋θ３）／３）。

上記構成によれば、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcの振幅（ピーク・トゥ・ピーク値）を演算するために行う励磁信号Ｓ_eの一周期内における複数回のサンプリング、及び最小二乗フィッティングを必要としないことから、その回転角検出に要する演算負荷を大幅に低減することができる。その結果、より効果的に、動作クロックＣＬＫ１の高速化に伴う発熱を抑えることができる。

（５）監視マイコン４１は、励磁信号Ｓ_eの一周期、即ち励磁周期Ｔrを基準とした場合において、当該励磁信号Ｓ_eの半周期の整数倍以外の周期（サンプリング周期Ｔs、Ｔs≠ｎ・Ｔr／２）で、各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓc、及び励磁信号Ｓ_eをサンプリングする。

上記構成によれば、監視マイコン４１によるサンプリングタイミングが、各信号のゼロクロス点と重複し続けるような状況が発生することを未然に回避することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、本発明をＥＰＳ１において回転角検出装置を構成するＥＣＵ１１に具体化した。しかし、これに限らず、ＥＰＳ以外の用途に用いられる回転角検出装置に具体化してもよい。

・また、ＥＰＳ用の回転角センサに具体化する場合においても、そのＥＰＳの形式については、所謂コラム型に限らず、所謂ピニオン型やラックアシスト型であってもよい。
・更に、上記実施形態では、本発明を、回転角検出装置としてのＥＣＵ１１が、モータ１２に設けられたレゾルバ１６が出力する各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcに基づき同モータ１２の回転角θを検出する構成に具体化した。しかし、これに限らず、図６に示すように、ステアリングシャフト３の途中に設けられたトーションバー４２を挟んで一対のレゾルバ４３Ａ，４３Ｂを配置してなる所謂ツインレゾルバ型のトルクセンサ４４を備える構成に適用してもよい。

即ち、回転角検出装置を構成するＥＣＵが、その各レゾルバ４３Ａ，４３Ｂが出力するセンサ信号群Ｓ_sa，Ｓ_sbに基づいて、トーションバー４２を挟んでステアリング２側の第１回転角θs、及びラック軸５側の第２回転角θpを検出する。そして、これら第１回転角θs及び第２回転角θpの差分、即ちトーションバー４２の捻れ角に基づいて操舵トルクτを検出する構成に具体化してもよい。

より具体的には、例えば、トルクセンサ４４を構成する各レゾルバ４３Ａ，４３Ｂは、それぞれ、本実施形態のレゾルバ１６と同様、回転角に応じた振幅変化の位相が均等にずれた複数相のセンサ信号（Ｓa，Ｓb，Ｓc）を上記センサ信号群Ｓ_sa，Ｓ_sbとして出力するものとする。また、その回転角検出装置を構成するＥＣＵが、本実施形態のＥＣＵ１１と同様に制御マイコン及び監視マイコンを有するとした場合、その制御マイコン上に、励磁信号Ｓ_eを出力する励磁信号出力手段、及び各センサ信号群Ｓ_sa，Ｓ_sbに基づいて上記第１回転角θs及び第２回転角θpを検出する回転角検出手段を実装する。そして、その監視マイコンが、各センサ信号群Ｓ_sa，Ｓ_sb及び励磁信号Ｓ_eを同時にサンプリングすることにより、その第１回転角θs及び第２回転角θpについての回転角検出過程についての異常判定を実行する構成とすればよい。

即ち、操舵トルク検出の基礎となるトーションバー４２両端の第１回転角θs及びラック軸５側の第２回転角θpの検出については、モータ制御において要求されるほど、その高速化（短周期化）が求められていない。従って、このような構成に適用することで、より顕著な効果を得ることができる。

・上記実施形態では、レゾルバ１６は、励磁信号Ｓ_eに基づく励磁電流が通電される励磁コイル２０と、周方向に均等間隔で配置された三相のセンサコイル２１，２２，２３とを有する（図２参照）。そして、その回転角θに応じた振幅変化の位相が均等にずれた三相のセンサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓcを出力することとした。しかし、これに限らず、その回転角θに応じた振幅変化の位相が均等にずれるように設定されているものであれば、各センサ信号の相数については、各センサ信号のサンプリング値間の比から導かれる正接逆関数（アークタンジェント）を用いて複数の回転角検出値を演算することが可能な相数、即ち三以上あれば何相あってもよい。

例えば、図７に示すレゾルバ４６のように、励磁コイル５０と、周方向に均等間隔で配置された四相のセンサコイル５１，５２，５３，５４とを備えることで、四相のセンサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓc，Ｓdを出力する構成としてもよい。尚、これら各センサ信号Ｓa，Ｓb，Ｓc，Ｓdにおける任意の二信号の組み合わせ数は「６通り」である。従って、この場合、その組み合わせ数に対応する６つ回転角検出値（θ１〜θ６）を演算することができる。

・上記実施形態では、モータ制御手段としての制御マイコン３１には、励磁信号出力手段としての励磁信号出力部３３及び回転角検出手段としての回転角検出部３４が実装され、検出手段としての監視マイコン４１には、異常判定手段が実装されることとした。しかし、これに限らず、その回転角検出手段も監視マイコン側に実装する。そして、その検出手段としての監視マイコンが検出する回転角を、モータ制御手段を構成する制御マイコンに入力する構成としてもよい。これにより、制御マイコンの演算負荷を大幅に削減することができ、その結果、より効果的に、当該制御マイコンの高速化に伴う発熱を抑えることができる。尚、この場合における回転角θの検出は、上記実施形態の制御マイコン３１と同様、各回転角検出値θ１，θ２，θ３の平均を求めるとよい（θ＝（θ１＋θ２＋θ３）／３）。

次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を効果とともに記載する。
（イ）前記検出手段は、前記各センサ信号のサンプリング値の総和を監視することにより異常判定を実行すること、を特徴とする回転角検出装置。即ち、各センサ信号は、回転角に応じた振幅変化の位相が均等間隔でずれるように設定されていることから、理論上、各サンプリング値の総和は「０」となる。従って、上記構成によれば、より高精度に、その異常判定を行うことができる。

（ロ）各回転角検出値の平均値を前記回転角として検出する回転角検出手段を備えること、を特徴とする回転角検出装置。
上記構成によれば、各センサ信号の振幅（ピーク・トゥ・ピーク値）を演算するために行う励磁信号一周期内における複数回のサンプリング、及び最小二乗フィッティングを必要としないことから、その回転角検出に要する演算負荷を大幅に低減することができる。

（ハ）前記レゾルバは、三相の前記センサ信号を出力すること、を特徴とする回転角検出装置。即ち、各センサ信号のサンプリング値間の比から導かれる正接逆関数（アークタンジェント）を用いて複数の回転角検出値を演算することが可能な最小の総数が「３」である。従って、これにより、最も簡素な構成で、サンプリングタイミングと励磁周期との同期の問題を解消することができる。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、１０…ＥＰＳアクチュエータ、１１…ＥＣＵ、１２…モータ、１６…レゾルバ、２０…励磁コイル、２１，２２，２３…センサコイル、３１…制御マイコン、３３…励磁信号出力部、３４…回転角検出部、４１…監視マイコン、４２…トーションバー、４３Ａ，４３Ｂ…レゾルバ、４４…トルクセンサ、４６…レゾルバ、５０…励磁コイル、５１，５２，５３，５４…センサコイル、Ｉ…実電流値、Ｉ*…電流指令値、θ…回転角、Ｓa，Ｓb，Ｓc（，Ｓd）…センサ信号、ａ，ｂ，ｃ…サンプリング値、α０…閾値、θ１，θ２，θ３…回転角検出値、α１，α２…閾値、Ｓ_e…励磁信号、Ｒ…サンプリング値、Ｓ_sa，Ｓ_sb…センサ信号群、θs…第１回転角、θp…第２回転角、Ｔ，Ｔr…励磁周期、Ｔs…サンプリング周期、Ｓ_tr…異常信号、ＣＬＫ１，ＣＬＫ２…動作クロック。

Claims (2)

1. 励磁信号に基づき回転角に応じて振幅が変化する複数相のセンサ信号を出力するレゾルバと、前記励磁信号を出力する励磁信号出力手段とを備えた回転角検出装置において、
   前記励磁信号出力手段とは独立に設けられて、前記各センサ信号及び前記励磁信号を同一のタイミングでサンプリングする検出手段を備え、
   前記検出手段は、各センサ信号のサンプリング値に基づいて、回転角検出値を演算し、前記励磁信号のサンプリング値が負である場合には、前記各センサ信号のサンプリング値の符号を反転して前記回転角検出値を演算すること、
   を特徴とする回転角検出装置。
2. 前記レゾルバは、前記回転角に応じた振幅変化の位相が均等にずれるように設定された三相以上の前記センサ信号を出力するものであって、
   前記検出手段は、前記各センサ信号における任意の二信号の組み合わせ数に対応した複数の回転角検出値を演算し、該各回転角検出値間の差分、又は前記各回転角検出値の総和の少なくとも何れかを監視することにより異常判定を実行すること、を特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。

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