JPWO2015125235A1 - モータ回転角度検出装置及びこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

モータ回転角度検出装置に関わり、モータ１の回転角度を検出する複数のモータ回転角度検出器６,７と、モータ回転角度情報を有し正常なモータ回転角度を判定する正常角度判定装置８とを備え、前記複数のモータ回転角度検出器６,７の出力間に差異が発生した場合に、前記正常角度判定装置８は、前記各モータ回転角度検出器６,７の出力と、前記正常角度判定装置８の有するモータ回転角度情報とをそれぞれ比較して、正常な前記モータ回転角度検出器を特定して、正しいモータ回転角度を判定する。

Description

本発明は、モータを駆動制御するためのモータ回転角度検出装置及びこれを用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。

ブラシレスモータのようなモータでは、モータの回転角度を検出するために回転センサが設けられ、この回転センサで検出したモータ回転角度に応じてモータ電流を制御している。このような制御系では回転センサが故障して、モータ回転角度の正しい情報が得られない場合には、モータ制御が継続できなくなる。従来、このようなセンサ故障に対しては、特許文献１にあるように、センサを二重化して、それぞれについて断線又はショートが発生した場合にそのセンサの異常を検出する手法がとられている。

特開平４−２１４９４９号公報

しかし、前記従来技術では、二重化されたセンサは同一対象物の位置をそれぞれ検出するセンサではあるが、メインセンサとサブセンサの出力が互いに逆方向に変化することを前提としており、そのような特性を持たないセンサの場合、又は故障モードとして断線又はショート以外の場合には、異常を検出できないという問題がある。そのため複数のセンサを有していたとしても、その中のセンサに異常が発生した場合に、どのセンサに故障が発生しているかを特定できず、正しい出力を継続することができない問題がある。
本発明は、前記問題点に鑑み、複数のモータ回転角度検出器のいずれかで異常が発生した場合でも、正しいモータ回転角度を出力し続けることができるモータ回転角度検出装置を提供することを目的とする。

本発明のモータ回転角度検出装置は、モータの回転角度を検出する複数のモータ回転角度検出器と、モータ回転角度情報を有し正常なモータ回転角度を判定する正常角度判定装置とを備え、前記複数のモータ回転角度検出器の出力間に差異が発生した場合に、前記正常角度判定装置は、前記各モータ回転角度検出器の出力と、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報とをそれぞれ比較して、差異が小さい方の前記モータ回転角度検出器を正常な前記モータ回転角度検出器として特定して、正しいモータ回転角度を判定し得るようにしたものである。

本発明に係わるモータ回転角度検出装置は、複数のモータ回転角度検出器を備え、その中のいずれかのモータ回転角度検出器に異常が発生した場合に、正常角度判定装置によって正常なモータ回転角度検出器を特定することにより、正しいモータ回転角度を判定し出力することが可能になる。
本発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の本発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

本発明の実施の形態１のモータ回転角度検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた場合におけるモータ制御系のブロック図である。 実施の形態１におけるモータとコントロールユニットが一体化した電動パワーステアリング装置用のモータコントローラの断面図である。 図２の回転センサ周辺を拡大した断面図である。 図２の回転センサ周辺を拡大した他の断面図である。 図２の回転センサ周辺を拡大したさらに他の断面図である。 実施の形態１のモータ回転角度検出装置におけるイグニッションオン時のブロック図である。 実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１の別の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１のさらに別の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態２のモータ回転角度検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた場合におけるモータ制御系のブロック図である。 実施の形態２の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態３のモータ回転角度検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた場合におけるモータ制御系のブロック図である。 実施の形態３のモータ回転角度検出装置における回転センサの配置を示す断面図である。 実施の形態３のモータ回転角度検出装置における回転センサの配置を示す他の断面図である。 リサージュ円を示す図である。 実施の形態４のモータ回転角度検出装置における回転センサの配置を示す断面図である。 実施の形態４の動作を説明するフローチャートである。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１によるモータ回転角度検出装置を図に基づいて説明する。各図において同一符号は、同一又は相当部分を示す。図１は実施の形態１のモータ回転角度検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた場合におけるモータ制御系のブロック図である。コントロールユニット２によってモータ１を駆動制御する。コントロールユニット２は、モータ１を駆動するインバータ４と、モータ制御を行うマイクロコンピュータ３と、そのマイクロコンピュータ３の指示によってインバータ４へ電圧指令を行うプリドライバ５と、モータ回転角度検出装置１０で構成される。前記モータ回転角度検出装置１０は、モータ１の回転角度を検出するメイン回転センサ６と、サブ回転センサ７と、冗長回転センサ９を用いた正常角度判定装置８とで構成される。正常角度判定装置８により、判定した正常なモータ回転角度１４を出力し、出力したモータ回転角度を用いて必要なアシストトルクをマイクロコンピュータ３が演算（モータ制御演算１５）しプリドライバ５を介してインバータ４によってモータ１を駆動させる。

実施の形態１の電動パワーステアリング装置では、車両のイグニッション（スイッチ）オン時とイグニッション（スイッチ）オフ時において動作が変わるため分けて説明する。

最初に、イグニッションオン時について説明する。イグニッションオン時に、電動パワーステアリング装置では、車両のステアリングホイールに印加された操舵トルクをトルクセンサで検出し、この操舵トルクに対応する補助操舵トルクを電動モータで発生させて車輪の操舵を行う。モータ制御について説明する。イグニッション信号１１によってマイクロコンピュータ３が起動し、モータ制御を開始する。モータ１のロータの回転位置をメイン回転センサ６によって検出し、検出したモータ回転角度を用いて必要なアシストトルクをマイクロコンピュータ３が演算（モータ制御演算１５）し、プリドライバ５を介してインバータ４によってモータ１を駆動させる。

回転センサについて図２を用いて説明する。図２はモータ１とコントロールユニット２が一体化した電動パワーステアリング装置用のモータコントローラの断面図である。モータケース３３の内部には、ロータ３２とステータ３１があり、そのモータ１の出力軸の反対側にコントロールユニット２が配置される。コントロールユニット２の構成は、ヒートシンク３４上にインバータ４がパワーモジュールとして実装されており、インバータ４の制御を行うマイクロコンピュータ３が制御基板３５上に実装されている。回転センサはヒートシンク３４を挟んで制御基板３５とは反対側、つまりモータ１に近い側の回転センサ基板１７に実装されている。回転センサ基板１７と制御基板３５間は、信号端子１６を介して接続され、信号が伝達され、電源が供給される。

回転センサ基板１７上にメイン回転センサ6が実装されている。メイン回転センサ6は、モータのシャフト２１のシャフトエンドに設置したセンサ用の磁石２０に対向して実装されている。モータのシャフト２１が回転するとその先端に設置された磁石２０も回転し、磁石２０が作る磁界も回転に合わせて変化する。メイン回転センサ６は、例えば磁気抵抗素子であり、磁石２０の回転磁界を検出するセンサである。メイン回転センサ６は、ホール素子でもよい。

磁気抵抗素子の構成は、回転角度に応じて９０°位相がずれるように配置した少なくとも一組の磁気検出素子（ＭＲ素子，ホール素子）からなるブリッジ回路である。このように構成したモータ回転角度検出器は、モータ１の回転角度θに対応する正弦波（sinθ）及び余弦波（cosθ）の信号がマイクロコンピュータ３に出力される。この信号がマイクロコンピュータ３に出力され、この角度情報をもとにマイクロコンピュータ３で逆正接関数（arctanθ）の演算処理を行うことで回転角度を得る。

図３は図２の回転センサ周辺を拡大した断面図である。磁石２０に対向する位置に回転センサ基板１７があり、回転センサ基板１７の磁石２０に近い一面で、モータの軸（回転軸）の延長上にメイン回転センサ６とサブ回転センサ７を実装する。この場合、メイン回転センサ6とサブ回転センサ７を同一パッケージ１２のリードフレーム１３上の両面に実装する。回転センサはセンサの中心軸と検出対象のモータの軸がずれてしまうと検出精度が低下する。しかし、図３のように実装することで、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の中心軸が検出対象のモータの軸と揃うことになり、両センサの出力値の精度が向上する。回転センサ基板１７の磁石２０から遠い他面で、モータの軸の延長上に冗長回転センサ９を実装する。冗長回転センサ９は舵角センサとして機能させることができる。

また、図４のように、回転センサ基板１７上の回転センサの配置を図３と逆にする、つまり磁石２０に近い一面に冗長回転センサ９を、遠い他面にメイン回転センサ６とサブ回転センサ７を、モータの軸の延長上に実装することも可能である。冗長回転センサ９は舵角センサとして機能させることができる。また、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の位置の入れ替えも用途によっては可能である。例えば、磁石２０からの距離によっては均一な磁束密度が得られる位置があり、均一磁界の方が検出精度が向上する場合がある。また、使用する磁気抵抗素子によっては、強い磁界では出力が飽和してしまう場合（例えば、ホール素子）や、強い磁界で素子自体が破壊してしまう場合（例えば巨大磁気抵抗素子）もあるため、システムとして、最適な精度のものを構築するために、これらメイン回転センサ６とサブ回転センサ７と冗長回転センサ９の実装位置を入れ替える場合もある。

また、図５に示すように、磁石２０に近い一面にメイン回転センサ６とサブ回転センサ７を隣接して並べる場合もある。この場合はどちらか一方のみしかモータの軸の延長上にセンサの中心軸を合わせることができないが、両センサ共に同じ向きから磁石２０の回転磁界を検出するため、出力の回転方向が揃い制御時や故障判定時において、回転角度を用いた処理が容易になる。逆に図３のように、メイン回転センサ6とサブ回転センサ7を裏表で実装した場合は、センサの仕様によっては、両センサの出力が逆方向の回転になり、処理が複雑化する可能性がある。

図３において冗長回転センサ９について説明する。冗長回転センサ9は、回転センサ基板１７上において、磁石２０に遠い他面に実装されている。回転センサ基板１７の両面に３つの回転センサを実装することで、これら３つの回転センサがモータの軸の延長上に並ぶことになり、センサ検出精度が向上する。冗長回転センサ９の機能については以下の故障発生時で説明する。

ここで、回転センサに故障が発生した場合について正常角度判定装置（ユニット）８の動作について説明する。図６は実施の形態１のモータ回転角度検出装置におけるイグニッションオン時のブロック図である。メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の両センサを用いて回転角度を検出し、それらの回転センサの出力値を比較する。その比較した出力値に所定値（例えば、１０％）以上の差異がある場合は、どちらかのセンサに故障が発生したことがわかる。なお、各実施の形態で、出力間に差異があるとは、所定値（例えば、１０％）以上の差異があることを意味である。

回転センサの故障モードによっては、それぞれのセンサに設けている故障検出判定値では故障を検出しきれない場合がある。断線又はショートの場合は、センサ出力値が最小値又は最大値に貼りつくことになり、検出可能である。しかし、センサ出力値がセンサ出力範囲の中間値で固定されてしまう故障もあり、その場合にはセンサ出力が正常範囲内のため異常と検出されない。そのため、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７とで二重に回転センサを設けることで、それらの出力値を比較して正常範囲内で出力値が固定されるような異常に対しても検出することが可能になる。

しかし、この時点ではどちらが故障したかまでは特定はできない。そこで冗長回転センサ９の出力値と比較する。二重故障がないとした場合には、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の各出力と、冗長回転センサ９から取得した正常角度判定装置８のモータ回転角度情報とを比較して、差異が小さい方のモータ回転角度検出器を正常なモータ回転角度検出器として特定して、正しいモータ回転角度が判定できる。

電動パワーステアリング装置においては、従来はシステム内に故障が発生した場合はそれを検出し、アシストをオフしていた。しかし近年は自動車の自動運転や、自動駐車のようなドライバがステアリングを操舵するのではなく、システムがステアリングを操舵することが求められている。このようにドライバがハンドルを直接握っていない場合に、電動パワーステアリング装置に故障が発生し、アシストオフした場合は、ハンドルロックやセルフアシストと同じように車体のコントロールができず事故を引き起こす可能性がある。そのため、システム内で故障した場合にアシストをオフするのではなく、故障を検出し、かつアシストを継続できるシステムが求められている。

本発明では、モータの回転角度を検出する複数のモータ回転角度検出器（メイン回転センサとサブ回転センサ）と、モータ回転角度情報（冗長回転センサ）を有し正常なモータ回転角度を判定する正常角度判定装置とを備え、前記複数のモータ回転角度検出器の出力間に差異が発生した場合に、前記正常角度判定装置は、前記各モータ回転角度検出器の出力と、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報とをそれぞれ比較して、差異が小さい方の前記モータ回転角度検出器を正常な前記モータ回転角度検出器として特定して、正しいモータ回転角度を判定し得るようにしたものである。なお、前記複数のモータ回転角度検出器の出力間に差異が発生しない場合には、前記正常角度判定装置は、前記各モータ回転角度検出器の出力と、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報とをそれぞれ比較する必要はない。そのため、前記複数のモータ回転角度検出器の出力間に差異が発生しない場合には、動作の負担が少ない。

図７は実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。メイン回転センサから（回転角度）出力Ａ、サブ回転センサから出力Ｂ、冗長回転センサから出力Ｃを得る（Ｓ１）（Ｓはステップを示し、以下同じである）。Ｓ２で、ＡとＢを比較し、差異がなければ（Ｓ２ Yes）、Ａ又はＢを正しいモータ回転角度として出力する（Ｓ３）。Ｓ２でＡとＢを比較し、差異が発生すれば（Ｓ２ No）、正常角度判定装置は、|Ａ−Ｃ|＞|Ｂ−Ｃ|を判断し（Ｓ４）、Ｓ４ Yesならば、Ａ：異常，Ｂ：正常として、Ｂを正しいモータ回転角度として出力する（Ｓ５）。さらにＢとＣを比較して差異が発生すれば（Ｓ６ No）、モータ回転角度検出装置が故障と判定する（Ｓ７）。なお、Ｓ６でＢとＣを比較して差異が発生しなければ、Ｓ６を定期的に検査する。一方、Ｓ４ Noならば、Ａ：正常，Ｂ：異常として、Ａを正しいモータ回転角度として出力する（Ｓ８）。さらにＳ９でＡとＣを比較して差異が発生すれば（Ｓ９ No）、モータ回転角度検出装置が故障と判定する（Ｓ１０）。

さらに、正常角度判定装置は、各モータ回転角度検出器の出力と、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報とをそれぞれ比較して、いずれかにおいて、前記正常角度判定装置のモータ回転角度情報が前記モータ回転角度検出器の出力と所定値以上異なる場合は、前記正常角度判定装置は、その異常を電動パワーステアリング装置の外部に知らせるものである。

回転センサが３つ搭載されているため、１つに故障が発生した場合においては、どのセンサが故障しているかを特定でき、残った回転センサにてアシストを継続することが可能になる。回転センサの故障を検出してから、システムがアシストを継続するという目的のために、実施の形態１では以下のような実現方法をとっている。

メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の出力を比較して両センサの出力が所定値以上異なることで故障を検出した場合に、冗長回転センサ９の出力を用いて、メイン回転センサ６の出力とサブ回転センサ７の出力とをそれぞれ比較して、差異が小さい方の回転センサを、正常な回転センサと特定し、正常な回転センサの出力を回転角度として用いることでアシストを継続する。

図３のように、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７を回転センサ基板１７の磁石２０から近い側の面に実装すると、検出する磁束密度が高く、回転角度の検出精度が高くなる。冗長回転センサ９を回転センサ基板１７の磁石２０から遠い側の面に実装すると、検出する磁束密度が低下し、回転角度の検出精度が低下する場合がある。この時、冗長回転センサ９の用途として、冗長回転センサ９の出力と、メイン回転センサ６の出力，サブ回転センサ７の出力とをそれぞれ比較して、どちらの回転センサ（メイン回転センサ６又はサブ回転センサ７）が正常かの判定に用いる場合には、荒い精度の角度でも問題はない。そのため、精度の高い正常な回転センサ（メイン回転センサ６又はサブ回転センサ７）を特定でき、高い精度でアシストが継続可能になる。

また別の方法として、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の出力を比較して、両センサの出力に所定値以上の差異がある故障を検出した場合に、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７のどちらの出力も用いず、冗長回転センサ９の出力を正常な回転センサの角度として用いることでアシストを継続する。メイン回転センサ6とサブ回転センサ7が同一パッケージに入っている場合等では、電源故障やピン間ショート等によって同時に故障する可能性があるため、それらを懸念して冗長回転センサ9の値を正常なモータ回転角度として用いることも可能である。このように、故障がメイン回転センサ６とサブ回転センサ７のいずれかで発生した場合に、用いる回転角度については、アシストを継続することが目的のため、故障発生前のような高精度な回転角度による滑らかなアシスト制御を求められていない場合が多く、冗長回転センサの回転角度を用いて精度を落とすことも可能である。

図８は実施の形態１の別の動作を説明するフローチャートである。図７のフローチャートと異なる点を説明する。Ｓ４で正常角度判定装置は、|Ａ−Ｃ|＞|Ｂ−Ｃ|を判断し、Ｓ４ Yesならば、Ａ：異常，Ｂ：正常となるが、Ｃを正しいモータ回転角度として出力する（Ｓ５−１）。一方、Ｓ４ Noならば、Ａ：正常，Ｂ：異常となるが、Ｃを正しいモータ回転角度として出力する（Ｓ８−１）。このように、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７のいずれかで故障が発生したと判定したときは、冗長回転センサ９の出力を正しいモータ回転角度として出力するようにしてもよい。

また、図３に示すように、冗長回転センサ９が回転センサ基板１７の磁石２０から遠い側の面に実装されているため、回転角度の検出精度も低下する場合がある。このような場合においても、故障後の回転角度として用いる分には冗長回転センサ９は十分な精度を持つセンサとなる。

ここで、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の出力値は、前述したように、それぞれモータ１の回転角度θに対応する正弦波（sinθ）及び余弦波（cosθ）の信号であるが、冗長回転センサ９においては、センサ自身に演算部を設けることで、マイクロコンピュータ３で行っていた逆正接関数（arctanθ）の演算処理もセンサ内で行い、その演算によって得られた回転角度をデジタル通信で送るセンサとしてもよい。ここでのデジタル通信はＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）やＰＷＭ等のパルス出力方式である。つまり異常を判定するための冗長回転センサ９と被判定センサであるメイン回転センサ６とサブ回転センサ７は出力の形式が異なることになる。これにより正常角度判定装置８は被判定センサの後段の演算処理も含めて判定することが可能になる。

また、正弦波を出力するアナログ出力方式と、演算後の回転角度を出力するデジタル出力方式では根本的に方式が異なるので、故障が起きる場合のコモンコーズ（共通原因common cause）の故障を低減可能となる。例えば、出力値を送信するラインにノイズが混入して異常となるような場合には、アナログセンサではＡＤ値に対してすぐに影響を受けてしまうが、デジタル出力センサではＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）等を通信信号に設けることで伝送ラインでのノイズの影響を小さくすることも可能である。

また、正常角度判定装置８は、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の出力間に差異が発生した場合に、正常な回転センサを特定するが、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の両センサの回転角度間に差異が発生する前から、冗長回転センサ９の回転角度と、メイン回転センサ６の回転角度，サブ回転センサ７の回転角度とをそれぞれ比較し、冗長回転センサ９の回転角度が、メイン回転センサ６の回転角度とサブ回転センサ７の回転角度のいずれとも差異が発生した場合には、正常角度判定装置８の異常が発生したとマイクロコンピュータ３が判断する。これにより、正常角度判定装置８による誤判定を防止することが可能となる。

図９は実施の形態１のさらに別の動作を説明するフローチャートである。図７のフローチャートと異なる点を説明する。Ｓ２２でＣとＡ、ＣとＢとをそれぞれ比較し、いずれも差異がなければ（Ｓ２２ Yes）、Ａ又はＢを正しいモータ回転角度として出力する（Ｓ２３）。一方、いずれとも差異が発生した場合（Ｓ２２ No）には、正常角度判定装置８が故障と判定する（Ｓ２４）。さらにＡとＢに差異があれば（Ｓ２５ No）、モータ回転角度検出装置が故障したと判定する（Ｓ２６）。

次に、回転センサの一重故障後にセンサ出力を使用するために、二重故障に対してもモータ回転角度検出装置の信頼性を上げる必要がある。メイン回転センサ６とサブ回転センサ７のうち、仮にメイン回転センサ６が故障したとすると、その後は正常と特定したサブ回転センサ７に故障が発生したか否かをさらに検出するために、サブ回転センサ７と冗長回転センサ９の出力間に差異がないことを確認する。差異が発生した場合には外部にモータ回転角度検出装置が異常であることを知らせる必要がある。これによって一重故障時には正常側センサを特定し、正常なモータ回転角度を出力し、正常と特定された回転センサのモータ回転角度に対しては、故障がないことを確認し、異常がある場合には異常を外部に知らせることで、異常な回転角度を用いることを防げるとよい。

イグニッションオン時の機能としては、図６に示すブロック図のみでも実現可能である。図１は図６に対してイグニッション信号１１に応じて回転センサの挙動が変わるブロックになっている。

次にイグニッションオフ時について説明する。イグニッションオフ時は電動パワーステアリング装置ではアシストが必要ない。しかし、近年電動パワーステアリング装置に舵角センサの機能を搭載させる要求がある。電動パワーステアリング装置の電動モータはステアリング軸にギアを介してつながっているため、電動パワーステアリング装置のモータの回転角度からステアリング角度、すなわちステアリングの舵角が検出可能になる。

イグニッションオン時はモータを制御し、モータ回転角度を検出しているため、そこから舵角を演算することになり、その舵角を車両中の他の機器に送信することが可能になる。ところで、イグニッションオフ時にはモータを制御していなく、モータ回転角度を検出していない。しかし、イグニッションオフ時にもハンドルが回されることがあるため、電動パワーステアリング装置にて舵角を正確に検出するためには、イグニッションオフの期間においてもモータの回転角度を検出しておく必要がある。

図１において、イグニッションオフ時のブロック図（システム）の動作について説明する。冗長回転センサ９による正常角度判定装置８は、イグニッションオン時には、メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の正常側を特定する機能を持つが、イグニッション信号によってイグニッションオフ状態を検出した場合には、舵角センサとして機能する。

イグニッションオフ時に冗長回転センサ９を間欠的に起動し、モータ回転角度検出を継続することで、イグニッションオフ時にハンドルが回された場合にも問題なく舵角を検出することが可能になる。間欠的に起動し、検出することで、消費電流を低減することが可能となる。これはイグニッションオフ時のように、エンジンが動いておらずオルタネータによるバッテリーへのチャージがなく、消費電流の低減が必要な場合においては有効な手段となる。

通常、磁石２０からの距離が遠い程、回転センサが検出する磁束密度が小さくなるため、回転センサの出力精度が落ちる。しかし、冗長回転センサを舵角センサとして用いる場合は、モータ制御に用いるセンサほど精度が必要でないため、図３に示すように、冗長回転センサ９を回転センサ基板１７の磁石２０から遠い側の面に実装することも可能である。

実施の形態２.
以下の実施の形態では、実施の形態１との差分を主に説明する。回転センサの故障を検出してからシステムがアシストを継続するという目的のために、実施の形態２では以下のような実現方法をとっている。

図１０は実施の形態２のモータ回転角度検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた場合におけるモータ制御系のブロック図である。メイン回転センサ６，サブ回転センサ７及び冗長回転センサ９の３つの回転センサの出力を常に比較しておき、その中のどれかに他と異なる出力を示すセンサがある場合には、多数決を用いて多い側の出力を正常な回転角度として用いることでアシスト継続する。

また、多数決を用いる際には、少なくとも３つ以上のセンサが必要であるが、最終的に２つになった時にセンサ出力間に差異（つまり、所定値、例えば、１０％以上の差異）が発生した場合には、モータ回転角度検出装置の異常として、外部のマイコンへ連絡する。これにより一重故障が起きた際には、正常な回転角度センサを特定し、継続して正しい回転角度を出力することが可能になるが、更に故障が起きたとして、最終的に正しい回転角度センサが特定できない状態になった場合には、モータ回転角度検出装置の異常としてマイコンへ連絡することで異常な回転角度を用いることを防ぐことが可能となる。

図１１は実施の形態２の動作を説明するフローチャートである。図７のフローチャートと異なる点を説明する。Ｓ２でＡとＢを比較し、差異が発生していなければ（Ｓ２ Yes）、Ｓ３３でＡとＣを比較し、差異が発生していなければ（Ｓ３３ Yes）、回転角度出力Ａ，Ｂ，Ｃのいずれかを出力する（Ｓ３４）。Ｓ３３で差異が発生すれば（Ｓ３３ No）、Ａ，Ｂ：正常，Ｃ：異常として、Ａ又はＢを出力する（Ｓ３５）。さらにＡとＢ間に差異が発生すれば（Ｓ３６ No）、モータ回転角度検出装置の故障と判定する（Ｓ３７）。一方、Ｓ２で、ＡとＢを比較し、差異が発生すれば（Ｓ２ No）、Ｓ３８でＢとＣを比較し、差異が発生していなければ（Ｓ３８ Yes）、Ｂ，Ｃ：正常，Ａ：異常として、Ｂ又はＣを出力する（Ｓ３９）。さらにＢとＣ間に差異が発生すれば（Ｓ４０ No）、モータ回転角度検出装置の故障と判定する（Ｓ４１）。他方、Ｓ３８で、ＢとＣを比較して、差異が発生すれば（Ｓ３８ No）、Ａ，Ｃ：正常，Ｂ：異常として、Ａ又はＣを出力する（Ｓ４２）。さらにＡとＣ間に差異が発生すれば（Ｓ４３ No）、モータ回転角度検出装置の故障と判定する（Ｓ４４）。

図３や図４のように、回転センサ基板１７上に回転センサが複数個配置されている場合は、イグニッションオフ時に継続して回転角度を計測するセンサはどれであってもよい。これにより、どれかのセンサに故障が起きた際には、正常角度判定装置により正常と判定されたセンサにて、イグニッションオフ時に回転角度の検出を継続することによって、舵角センサとしても故障発生時に正常な出力を発生し続けることが可能になる。

実施の形態３.
図１２は実施の形態３のモータ回転角度検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた場合におけるモータ制御系のブロック図である。メイン回転センサ６とサブ回転センサ７の出力間に差異が発生した場合に、正常角度判定装置８において、マイクロコンピュータで計算された角度（モータ回転角度情報）を用いて、正常側の判定を行う。

モータのシャフトエンドに対向して設置されるセンサは、モータのシャフトの軸の延長上に置くことが望ましく、実装個数が制限される。そのため、正常角度判定装置８のモータ回転角度情報の取得用に冗長回転センサを置けない場合又はコストアップが無理な場合はソフトウェアで処理を行う。

構成について、図１３で説明する。図１３は実施の形態３のモータ回転角度検出装置における回転センサの配置を示す断面図である。図１３では、回転センサ基板１７の両面にメイン回転センサ６とサブ回転センサ７を実装している。図３で示したような同一パッケージ１２内に２つのセンサを内装できる回転センサがない場合には、図１３のように２つのセンサを基板上に実装する。この場合、冗長回転センサを実装するスペースがなくなるため、ソフトウェアにて正常角度判定装置のモータ回転角度情報を取得する必要が出てくる。又は、回転センサ基板１７の両面が使えず、図１４のように回転センサ基板１７の一面に２つのセンサを実装する場合もある。この場合においても冗長回転センサを実装するスペースがなくなるため、ソフトウェアにて正常角度判定装置のモータ回転角度情報を取得する必要が出てくる。

マイクロコンピュータ３で計算される角度（モータ回転角度情報）について説明する。回転センサの出力以外でモータ回転角度情報を推定する方法としては、以下のような方法がある。モータ１が回転している場合には、モータ１は誘起電圧を発生する。この誘起電圧はモータの回転速度や回転角度に応じて大きさが変わるため、この誘起電圧から、モータ回転速度、モータ回転位置を推定することが可能である。図１２に示すように、モータ１の誘起電圧を検出する誘起電圧検出器４０によって得た誘起電圧を用いて、角度推定ユニット４１にてモータ回転角度を推定する。

推定されたモータ回転角度の検出精度は、モータ回転センサとして専用に設けられたメイン回転センサ６や、サブ回転センサ７には劣るが、正常角度判定装置としては十分な精度を持つことが可能である。また、故障が発生した場合に用いるモータ回転角度情報は、回転角度の精度を落とすことも許容される。そのため、メイン回転センサ６又はサブ回転センサ７が故障したとき、アシスト継続するためのバックアップ時のモータ回転角度としても用いることができる。

また、別の方法としては、モータ回転角度情報として、図１５に示すリサージュ円を用いる。回転センサは、モータ1の回転角度θに対応する正弦波（sinθ）及び余弦波（cosθ）の信号がマイクロコンピュータ３に出力される。図１５に示すように、これらsinθとcosθで作られるリサージュ円に対して正常範囲を設けることで、被判定センサの異常を検出することが可能になる。例えば、メイン回転センサ６のsinθの値が異常になった場合、リサージュ円の半径に対して、回転センサが正常な場合に出力する上限値と下限値を設けておけば、その範囲を逸脱する場合には異常な角度となるので、異常が検出可能になる。また、この上限値と下限値の範囲を任意に調整することで、異常を判定したい角度範囲も任意に設定することが可能となる。

また、イグニッションオフ時にメイン回転センサ６や、サブ回転センサ７のどちらかを間欠的に起動し、モータ回転角度検出を継続することで、イグニッションオフ時にハンドルが回された場合にも問題なく舵角を検出することが可能になる。間欠的に起動し検出することで、消費電流を低減することが可能となる。

実施の形態４.
図１６は実施の形態４のモータ回転角度検出装置における回転センサの配置を示す断面図である。図１６では、センサ基板１７の両面に回転センサを実装する。一面に第１メイン回転センサ６と第１サブ回転センサ７を実装し、他面に第２メイン回転センサ４２と第２サブ回転センサ４３を実装する。この場合、第１メイン回転センサ６と第１サブ回転センサ７の出力を比較することで、どちらかのセンサに異常が発生したことを検出できる。同様に、第２メイン回転センサ４２と第２サブ回転センサ４３の出力を比較することで、どちらかのセンサに異常が発生したことを検出できる。

実施の形態４では、第１メイン回転センサ６と第１サブ回転センサ７が同一パッケージで、第２メイン回転センサ４２と第２サブ回転センサ４３が同一パッケージである。第１メイン回転センサ６と第１サブ回転センサ７間で差異が発生した場合、第２メイン回転センサ４２と第２サブ回転センサ４３間で差異が発生してなければ、第２メイン回転センサ４２と第２サブ回転センサ４３のいずれかを正常なモータ回転角度として用いる。つまり、故障が発生した際にも、複数ある回転センサのうち差異の小さい２つの回転センサ側の出力を用いて、正常出力を継続することができる。

第１メイン回転センサ６と第１サブ回転センサ７が同一パッケージに入っている場合等では、電源故障やピン間ショート等によって同時に故障している可能性があるため、その場合には、別パッケージの第２メイン回転センサ４２と第２サブ回転センサ４３のいずれかを正常なモータ回転角度として用いることで信頼性が向上する。また、第１メイン回転センサ６と第１サブ回転センサ７間に差異が発生した後に、第２メイン回転センサ４２と第２サブ回転センサ４３間で差異が発生した場合のように、最終的に正しい回転角度センサが特定できない状態になった場合には、モータ回転角度検出装置の異常として外部のマイコンへ連絡することで異常な回転角度を用いることを防ぐことが可能となる。

図１７は実施の形態４の動作を説明するフローチャートである。第１メイン回転センサから（回転角度）出力Ａ、第１サブ回転センサから出力Ｂ、第２メイン回転センサから出力Ｃ、第２サブ回転センサから出力Ｄを得る（Ｓ５１）。Ｓ５２で、ＡとＢを比較し、差異がなければ（Ｓ５２ Yes）、Ｓ５３でＣとＤを比較し、差異がなければ（Ｓ５３ Yes）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれかを正常な回転角度として出力する（Ｓ５４）。一方、Ｓ５２でＡとＢを比較し、差異が発生すれば（Ｓ５２ No）、Ｓ５５でＣとＤを比較し、差異がなければ（Ｓ５５ Yes）、Ａ，Ｂ：異常，Ｃ，Ｄ：正常として、Ｃ又はＤを正常な回転角度として出力する（Ｓ５６）。また、Ｓ５５でＣとＤを比較し、差異が発生すれば（Ｓ５５ No）、モータ回転角度検出装置の故障と判定する（Ｓ５７）。他方、Ｓ５３でＣとＤを比較し、差異が発生すれば（Ｓ５３ No）、Ａ，Ｂ：正常，Ｃ，Ｄ：異常として、Ａ又はＢを正常な回転角度として出力する（Ｓ５８）。さらに、Ｓ５９で、ＡとＢを比較し、差異が発生すれば（Ｓ５９ No）、モータ回転角度検出装置の故障と判定する（Ｓ６０）。

また、電動パワーステアリング装置において、イグニッションオフ時には、これらの回転センサの内、１つ又は２つのセンサを実施の形態１で説明したように、間欠的に動作させて回転角度を検出継続させる。これにより舵角を検出することが可能になる。また１つではなく２つのセンサを舵角センサとして動作させることで、両回転センサの出力に差異があるときは、これらの舵角センサの回転角度に異常があることを検出できる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (21)

1. モータの回転角度を検出する複数のモータ回転角度検出器と、
   モータ回転角度情報を有し正常なモータ回転角度を判定する正常角度判定装置とを備え、
   前記複数のモータ回転角度検出器の出力間に差異が発生した場合に、前記正常角度判定装置は、前記各モータ回転角度検出器の出力と、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報とをそれぞれ比較して、差異が小さい方の前記モータ回転角度検出器を正常な前記モータ回転角度検出器として特定して、正しいモータ回転角度を判定し得るようにしたモータ回転角度検出装置。
2. 前記複数のモータ回転角度検出器は、メイン回転センサとサブ回転センサであり、
   前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報は、冗長回転センサから取得するものであり、
   前記メイン回転センサと前記サブ回転センサの出力間に所定値以上の差異が発生した場合に、前記正常角度判定装置は、前記メイン回転センサと前記サブ回転センサの各出力と、前記冗長回転センサから取得した前記正常角度判定装置のモータ回転角度情報とを比較して、
   差異が小さい方の前記モータ回転角度検出器を正常な前記モータ回転角度検出器として特定して、正しいモータ回転角度を判定し得るようにした請求項１記載のモータ回転角度検出装置。
3. 前記複数のモータ回転角度検出器のモータ回転角度の精度は、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報の精度より高いことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモータ回転角度検出装置。
4. 前記複数のモータ回転角度検出器の出力間に差異が発生した場合に、前記正常角度判定装置は、前記各モータ回転角度検出器の出力と、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報とをそれぞれ比較して、差異が小さい方の前記モータ回転角度検出器を正常な前記モータ回転角度検出器として特定し、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報をモータ回転角度として出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ回転角度検出装置。
5. 前記複数のモータ回転角度検出器の出力間に差異が発生した場合に、前記正常角度判定装置は、前記各モータ回転角度検出器の出力と、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報とをそれぞれ比較して、差異が小さい方の前記モータ回転角度検出器を正常な前記モータ回転角度検出器として特定して、
   正常と特定した前記モータ回転角度検出器が１つになった場合において、正常と特定した前記モータ回転角度検出器の出力と前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報との間に差異が発生したとき、その異常を外部に知らせることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ回転角度検出装置。
6. 前記正常角度判定装置は、前記各モータ回転角度検出器の出力と、前記正常角度判定装置の有するモータ回転角度情報とをそれそれ比較し、いずれかにおいて、前記正常角度判定装置のモータ回転角度情報が前記モータ回転角度検出器の出力と所定値以上異なる場合は、前記正常角度判定装置は、その異常を外部に知らせることを特徴とする請求項１記載のモータ回転角度検出装置。
7. 前記モータ回転角度検出器は、磁気検出素子であり、前記モータのシャフトエンドに取り付けられた磁石に対向して配置した基板に実装され、前記磁石の磁界変化を検出して、モータの回転角度を取得し、
   前記正常角度判定装置が有するモータ回転角度情報は、前記モータを制御するコントロールユニットのマイクロコンピュータによって演算されて取得されたモータ回転角度情報であることを特徴とする請求項１記載のモータ回転角度検出装置。
8. 前記モータ回転角度検出器は、前記基板の一面に１つ備えられ、その他面に１つ備えられたことを特徴とする請求項７記載のモータ回転角度検出装置。
9. 前記モータ回転角度検出器は、前記基板の一面に２つ備えられたことを特徴とする請求項７記載のモータ回転角度検出装置。
10. 前記モータ回転角度検出器のメイン回転センサとサブ回転センサ、及び前記正常角度判定装置がモータ回転角度情報を取得する冗長回転センサは、磁気検出素子であり、前記モータのシャフトエンドに取り付けられた磁石に対向して配置した基板に実装され、前記磁石の磁界変化を検出することを特徴とする請求項２記載のモータ回転角度検出装置。
11. 前記メイン回転センサ，前記サブ回転センサ及び前記冗長回転センサは、その中の２つを前記基板の一面に、残りの１つをその他面に実装されたことを特徴とする請求項１０記載のモータ回転角度検出装置。
12. 前記基板の一面に実装された前記２つの回転センサは、共に前記モータの軸の延長上に配置されたことを特徴とする請求項１１記載のモータ回転角度検出装置。
13. 前記基板の一面に実装された前記２つの回転センサと、その他面に実装された１つの前記回転センサのうちの少なくとも２つの回転センサは、前記モータの軸の延長上に配置されたことを特徴とする請求項１１記載のモータ回転角度検出装置。
14. 前記基板の前記モータのシャフトエンドから遠い側の面に実装された回転センサは、前記正常角度判定装置がモータ回転角度情報を取得する前記冗長回転センサであることを特徴とする請求項１０に記載のモータ回転角度検出装置。
15. 前記メイン回転センサ，前記サブ回転センサ及び冗長回転センサのうちの少なくとも２つは、出力の形式が異なることを特徴とする請求項１０記載のモータ回転角度検出装置。
16. モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出器を少なくとも３つ備え、少なくとも３つの前記モータ回転角度検出器が出力するモータ回転角度間に差異が発生した場合は、少なくとも３つの前記モータ回転角度検出器が出力するモータ回転角度のうち、差異の小さい２つの前記モータ回転角度検出器を正常と特定し、
    正常と特定した前記モータ回転角度検出器の２つにおいて、その２つの前記モータ回転角度検出器が出力する回転角度間に差異が発生した場合には、その異常を外部に知らせることを特徴とするモータ回転角度検出装置。
17. モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出器を少なくとも４つ備え、４つの前記モータ回転角度検出器を２つずつの組にし、その二組のいずれかの組において、前記モータ回転角度検出器が出力するモータ回転角度間に差異が発生した場合は、差異が発生していない組の前記モータ回転角度検出器を正常と特定し、正常と特定した一組の前記モータ回転角度検出器において、その組の前記モータ回転角度検出器が出力するモータ回転角度間に差異が発生した場合には、その異常を外部に知らせることを特徴とするモータ回転角度検出装置。
18. 請求項１，請求項１６及び請求項１７のいずれか１項に記載のモータ回転角度検出装置を用い、前記モータを駆動用モータとする電動パワーステアリング装置において、前記モータ回転角度検出器のうちの少なくとも一つは、車両のイグニッションオフ時に、モータ回転角度の検出を継続することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
19. 請求項２記載のモータ回転角度検出装置を用い、前記モータを駆動用モータとする電動パワーステアリング装置において、前記冗長回転センサは、車両のイグニッションオン時には前記正常角度判定装置のモータ回転角度情報を得る回転センサとして動作し、車両のイグニッションオフ時に、モータ回転角度の検出を継続することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
20. 請求項１０記載のモータ回転角度検出装置を用い、前記モータを駆動用モータとする電動パワーステアリング装置において、前記メイン回転センサ，前記サブ回転センサ及び前記冗長回転センサのいずれかは、前記基板の前記モータのシャフトエンドから遠い側の面に実装され、車両のイグニッションオフ時にモータ回転角度の検出を継続することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
21. 車両のイグニッションオフ時にモータ回転角度の検出を継続することで得られたモータ回転角度から舵角情報を算出することを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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