WO2023223902A1 - 回転検出装置 - Google Patents

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WO2023223902A1
WO2023223902A1 PCT/JP2023/017514 JP2023017514W WO2023223902A1 WO 2023223902 A1 WO2023223902 A1 WO 2023223902A1 JP 2023017514 W JP2023017514 W JP 2023017514W WO 2023223902 A1 WO2023223902 A1 WO 2023223902A1
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WO
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angle
rotation
analog
rotation angle
absolute angle
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Application number
PCT/JP2023/017514
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English (en)
French (fr)
Inventor
尚 上松
敏博 藤田
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains

Definitions

  • the present disclosure relates to a rotation detection device.
  • Patent Document 1 a sensor section is provided with an angle calculation section and a rotation number calculation section, and an output signal is output to a microcomputer through digital communication such as SPI communication.
  • Patent Document 1 since information related to the rotation angle and the number of rotations is transmitted to the microcomputer by digital communication, a calculation delay occurs due to digital calculations and outputs.
  • An object of the present disclosure is to provide a rotation detection device that can calculate angle information with relatively little delay.
  • the rotation detection device of the present disclosure includes a rotation angle sensor and a control section.
  • the rotation angle sensor has at least three sensor elements that detect changes in physical quantities depending on the rotational position of a detection target.
  • the rotation detection device outputs rotation number information related to the number of rotations of a detection target according to a detection value of at least one detection element. Further, the rotation detection device outputs rotation angle information related to the rotation angle of the detection target according to the detection value of each detection element as at least one analog signal and at least one digital signal.
  • the control unit includes an absolute angle calculation unit that calculates an absolute angle that is the amount of rotation from a reference position using rotation angle information and rotation number information, and an abnormality determination unit that determines whether the rotation angle information is abnormal.
  • the absolute angle calculation unit controls the absolute angle calculated using a value determined to be normal among an analog rotation angle that is a rotation angle based on an analog signal or a digital rotation angle that is a rotation angle based on a digital signal. Output to. By outputting at least some of the detected values from the rotation angle sensor to the control unit as an analog signal, angle calculation can be performed with relatively little delay.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a steering system according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing the rotation detection device according to the first embodiment
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the absolute angle according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a time chart illustrating digital signals and analog signals according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating angle calculation processing according to the first embodiment
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating angle calculation processing according to the second embodiment
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating angle calculation processing according to the third embodiment
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating angle calculation processing according to the fourth embodiment
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating angle calculation processing according to the fifth embodiment.
  • FIGS. 1 to 5 A first embodiment is shown in FIGS. 1 to 5.
  • the rotation detection device 1 includes a rotation angle sensor 30 and a control section 60, and is applied to the electric power steering device 8.
  • FIG. 1 shows the configuration of a steering system 90 including an electric power steering device 8.
  • the steering system 90 includes a steering wheel 91 that is a steering member, a steering shaft 92, a pinion gear 96, a rack shaft 97, wheels 98, an electric power steering device 8, and the like.
  • the steering wheel 91 is connected to a steering shaft 92.
  • the steering shaft 92 is provided with a torque sensor 94 that detects steering torque.
  • a pinion gear 96 is provided at the tip of the steering shaft 92.
  • the pinion gear 96 meshes with the rack shaft 97.
  • a pair of wheels 98 are connected to both ends of the rack shaft 97 via tie rods or the like.
  • a steering shaft 92 connected to the steering wheel 91 rotates.
  • the rotational motion of the steering shaft 92 is converted into linear motion of the rack shaft 97 by the pinion gear 96.
  • the pair of wheels 98 are steered to an angle corresponding to the amount of displacement of the rack shaft 97.
  • the electric power steering device 8 includes a drive device 10 having an ECU 20 and a motor 80, and a reduction gear 89, which is a power transmission unit that reduces the rotation of the motor 80 and transmits it to the steering shaft 92. That is, the electric power steering device 8 of this embodiment is a so-called “column assist type", and the steering shaft 92 can be said to be the driving object. It may also be a so-called "rack assist type” in which the rotation of the motor 80 is transmitted to the rack shaft 97.
  • the motor 80 outputs part or all of the torque required for steering, is driven by power supplied from a battery (not shown), and rotates the reduction gear 89 in forward and reverse directions.
  • the drive device 10 is a so-called "mechanical and electrical integrated type" in which the ECU 20 is provided on one side in the axial direction of the motor 80, but the drive device 10 may be a mechanical and electrically integrated device in which the motor and the ECU are provided separately.
  • the ECU 20 and the motor 80 can be efficiently arranged in a vehicle with limited mounting space.
  • the ECU 20 is arranged coaxially with the axis of the shaft 870 on the opposite side to the output shaft of the motor 80.
  • the ECU 20 is provided with a rotation detection device 1.
  • the rotation angle sensor 30 includes detection elements 31 to 33 and a signal processing section 35.
  • the detection elements 31, 32, and 33 are provided in sensor chips 310, 320, and 330, respectively, and the signal processing section 35 is provided in a signal processing chip 350.
  • the sensor chips 310, 320, 330 and the signal processing chip 350 are sealed in the sealing part 38.
  • a plurality of detection elements may be provided on one chip and separated by an insulating section.
  • the detection elements 31 to 33 are, for example, magnetic resistance elements such as AMR sensors, TMR sensors, GMR sensors, Hall elements, etc., and detect the magnetic field of a sensor magnet (not shown) that rotates together with the shaft of the motor 80, and generate analog signals. A set of sine and cosine signals are output.
  • the detection elements 31 to 33 may be the same or may have different amplitudes, etc. Further, the performance may be different, for example, the detection element 31 has higher detection accuracy than the detection elements 32 and 33. When different types of elements are used for at least some of the detection elements 31 to 33, the failure modes are different, and the probability of simultaneous failure can be reduced.
  • the signal processing section 35 includes an AD conversion section 351, an angle calculation section 352, a rotation number calculation section 353, and a communication section 355.
  • the AD converter 351 converts the sine signal and cosine signal output from the detection element 31 into digital signals.
  • the angle calculation unit 352 uses the digitally converted detection value of the detection element 31 to calculate the motor rotation angle ⁇ m1.
  • the number of rotations calculation section 353 calculates the number of rotations TC of the motor 80 using the detection value of the detection element 31 that has been digitally converted by the AD conversion section 351.
  • the number of rotations TC can be calculated based on the count value, for example, by dividing one rotation of the motor 80 into three or more regions and counting up or down depending on the rotation direction each time the region changes.
  • the sealing portion 38 is provided with output terminals 381 to 383 and power terminals 385 to 388.
  • the output terminal 381 is connected to the terminal 601 of the control unit 60 and is used to output a digital signal including a value calculated using the detection value of the detection element 31.
  • the output terminal 382 is connected to the terminal 602 of the control unit 60 and is used to output an analog signal according to the detection value of the detection element 32.
  • the output terminal 383 is connected to the terminal 603 of the control unit 60 and is used to output an analog signal according to the detection value of the detection element 33.
  • the configuration corresponding to the detection elements 31 to 33 will be referred to as a "system,” a system that uses digital communication as a "digital system,” and a system that uses analog communication as an "analog system.”
  • one output terminal 381 to 383 and one communication line are provided for each system, but a plurality of output terminals 381 to 383 may be provided for at least some systems depending on the communication system and data system. Further, an amplifier circuit, a filter circuit, etc. may be provided as appropriate. Further, by providing an NC (Non Connection) terminal between the terminals 601 to 603, it is possible to prevent a plurality of signals from becoming abnormal due to a common cause failure such as a short circuit between adjacent terminals due to a foreign object or the like.
  • NC Non Connection
  • the power supply terminal 385 is connected to a PIG power supply 900 that is directly connected to the battery.
  • Power terminals 386 to 388 are connected to IG power supplies 901 to 903, which are connected to a battery via a vehicle starting switch (hereinafter referred to as "IG").
  • IG vehicle starting switch
  • the IG power supplies 901 to 903 are shown separately in FIG. 2, at least some of them may be a common power supply. Further, the power supply terminals 385 to 388 may be supplied with stepped-up or stepped-down power from the respective power supplies 900 to 903.
  • the power terminals 385 and 386 are connected to the sensor chip 310 and the signal processing chip 350.
  • the detection element 31, the AD conversion section 351, and the number of rotation calculation section 353 surrounded by the one-dot chain line are constantly supplied with power via the power supply terminal 385 even when the IG is off. As a result, the calculation of the number of rotations TC continues even when the IG is off.
  • the angle calculation unit 352 and the communication unit 355 are not supplied with power while the IG is off, and the processing is stopped.
  • Power terminal 387 is connected to sensor chip 320
  • power terminal 388 is connected to sensor chip 330. That is, in this embodiment, power supply terminals 385 to 388 are individually provided for each of the detection elements 31 to 33, and the power supplies are configured so that they do not interfere with each other. Furthermore, the detection elements 31 to 33 are configured to ensure insulation between the elements.
  • the control unit 60 is mainly composed of a microcomputer, and internally includes a CPU, ROM, RAM, I/O, and a bus line connecting these components, all of which are not shown.
  • Each process in the control unit 60 may be a software process in which a CPU executes a program stored in a physical memory device such as a ROM (i.e., a readable non-temporary tangible storage medium), or It may also be a hardware process using a dedicated electronic circuit.
  • the control unit 60 includes a rotation detection unit 61, a control calculation unit 69, etc. as functional blocks.
  • the rotation detection unit 61 calculates a motor rotation angle ⁇ m and an absolute angle ⁇ a based on the signal from the rotation angle sensor 30, and outputs the calculated motor rotation angle ⁇ m and absolute angle ⁇ a to other calculation units such as the control calculation unit 69.
  • the control calculation unit 69 performs various calculations related to drive control of the motor 80.
  • the absolute angle output from the rotation detection section 61 will be referred to as the output absolute angle ⁇ a_out.
  • the rotation detection section 61 includes AD conversion sections 62 and 63, an angle calculation section 64, an absolute angle calculation section 65, and an abnormality determination section 68.
  • the AD converter 62 converts the analog signal output from the detection element 32 into a digital signal.
  • the AD converter 63 converts the analog signal output from the detection element 33 into a digital signal.
  • the AD conversion units 62 and 63 are provided on the control unit 60 side, and the detection signals of the detection elements 32 and 33 are output to the control unit 60 as analog signals without being digitally converted.
  • the configuration related to signal processing of the detection elements 32 and 33 is omitted, and the configuration of the rotation angle sensor 30 is simplified.
  • the angle calculation unit 64 calculates the motor rotation angle ⁇ m2 using the digitally converted detection value of the detection element 32, and calculates the motor rotation angle ⁇ m3 using the digitally converted detection value of the detection element 33.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the absolute angle ⁇ a, which is the rotation angle from the reference position including multiple rotation information, based on the motor rotation angles ⁇ m1 to ⁇ m3 and the number of rotations TC (see FIG. 3).
  • the absolute angle ⁇ a is a value that can be converted into the steering angle ⁇ s depending on the gear ratio and the like. Note that FIG. 3 shows the case of rotating in the forward direction from the reference position.
  • the motor rotation angle ⁇ m1 based on the digital signal will be referred to as the digital rotation angle ⁇ m_d
  • the motor rotation angles ⁇ m2 and ⁇ m3 based on the analog signal will be referred to as the analog rotation angle ⁇ m_a
  • the absolute angle using the digital rotation angle ⁇ m_d in the current calculation is the digital absolute angle ⁇ a_d
  • the absolute angle using the analog rotation angle ⁇ m_a in the current calculation is the analog absolute angle ⁇ a_a. Note that when there is no distinction between digital and analog, it is simply referred to as motor rotation angle ⁇ m or absolute angle ⁇ a.
  • the abnormality determination unit 68 performs abnormality determination of motor rotation angles ⁇ m1 to ⁇ m3.
  • three detection elements 31 to 33 are provided for one control unit 60. Therefore, even if an abnormality occurs in one detection element, it is possible to identify the element in which the abnormality has occurred and continue control and abnormality monitoring based on the detected value of the normal element.
  • device abnormality means not only abnormality of the element itself but also signal abnormality including abnormality of transmission route and the like.
  • the calculated absolute angle in calculating the absolute angle ⁇ a, information on the number of rotations TC is required at least for the first calculation.
  • a digital IC is required on the rotation angle sensor 30 side to calculate the number of rotations TC, and a calculation delay occurs due to angle calculation in the digital IC and digital communication such as SPI communication. Therefore, compared to the case where the detection signal is received as an analog signal from the rotation angle sensor 30, the calculated absolute angle also includes a delay.
  • the motor rotation angle ⁇ m1 and the number of rotations TC are calculated in the rotation angle sensor 30 and sent to the control unit 60 via digital communication.
  • the absolute angle calculation is completed at time xd.
  • the absolute angle calculation is completed at time xa earlier than time xd. Note that in the first calculation, since information on the number of rotations TC is required for absolute angle calculation, digital communication becomes rate-determining.
  • an abnormality is determined by comparing the three motor rotation angles ⁇ m1 to ⁇ m3, and if either of the motor rotation angles ⁇ m2 or ⁇ m3 acquired by analog communication with a relatively small delay is normal, the motor rotation Absolute angle calculation is performed using angles ⁇ m2 and ⁇ m3.
  • step S101 the angle calculation process of this embodiment will be explained based on the flowchart of FIG. This process is performed by the control unit 60 at a predetermined cycle.
  • steps such as step S101 will be omitted and simply referred to as "S".
  • S the process is described as being applicable to a case where there are two or more digital systems, for example, two digital systems and one analog system.
  • the subscript (n-1) means the previous value.
  • the abnormality determination unit 68 performs an abnormality determination on the motor rotation angles ⁇ m1 to ⁇ m3, and determines whether there are two or more normal values. If it is determined that the normal value is less than 2 (S101: NO), the process moves to S102, and it is determined that the angle output of the motor rotation angle ⁇ m is abnormal. Further, the abnormal angle output is notified to a higher-level ECU (not shown) or the like. If it is determined that the normal value is 2 or more (S101: YES), the process moves to S103.
  • the abnormality determination unit 68 determines whether the number of rotations TC is normal. On the rotation angle sensor 30 side, when the number of rotations TC becomes abnormal due to, for example, a power failure, information indicating the TC abnormality is transmitted to the control unit 60. The abnormality determination unit 68 performs abnormality determination regarding the number of rotations TC based on information from the rotation angle sensor 30. When it is determined that the number of rotations TC is abnormal (S103: NO), the process moves to S104, and it is determined that the absolute angle calculation using the number of rotations TC is abnormal. It also notifies the higher-level ECU etc. of the absolute angle calculation abnormality.
  • the process moves to S105. Note that in this embodiment, the number of rotations TC is not used to calculate the absolute angle ⁇ a except for the first calculation, so the processes of S103 and S104 can be omitted in the second and subsequent calculations.
  • the abnormality determination unit 68 determines whether the analog rotation angle ⁇ m_a is normal. In this embodiment, if at least one of the motor rotation angles ⁇ m1 and ⁇ m2 is normal, an affirmative determination is made. If it is determined that the analog rotation angle ⁇ m_a is not normal (S105: NO), the process moves to S109. If it is determined that the analog rotation angle ⁇ m_a is normal (S105: YES), the process moves to S106.
  • the absolute angle calculation unit 65 determines whether or not it is the first calculation of the absolute angle ⁇ a. If it is determined that this is the first calculation of the absolute angle ⁇ a (S106: YES), the process moves to S107, and the analog absolute angle ⁇ a_a is calculated using the analog rotation angle ⁇ m_a and the number of rotations TC. If it is determined that this is not the first calculation of the absolute angle ⁇ a (S106: NO), the process moves to S108, and the analog absolute angle ⁇ a_a is calculated using the analog rotation angle ⁇ m_a and the previous value of the absolute angle ⁇ a. Specifically, the current value of the absolute angle ⁇ a is calculated by integrating the differences in the analog rotation angle ⁇ m_a. When both motor rotation angles ⁇ m2 and ⁇ m3 are normal, either value may be used, or a calculated value such as an average value may be used. The same applies when there are multiple values corresponding to the digital rotation angle.
  • the absolute angle calculation unit 65 determines whether or not it is the first calculation of the absolute angle ⁇ a, as in S106. If it is determined that this is the first calculation (S109: YES), the process moves to S110, and the digital absolute angle ⁇ a_d is calculated using the digital rotation angle ⁇ m_d and the number of rotations TC. If it is determined that it is not the first calculation (S109: NO), the process moves to S111, and the digital absolute angle ⁇ a_d is calculated using the digital rotation angle ⁇ m_d and the number of rotations TC.
  • the current value of the absolute angle ⁇ a is calculated by integrating the differences in the digital rotation angle ⁇ m_d.
  • the absolute angle calculation unit 65 sets the absolute angle ⁇ a calculated in S107, S108, S110, or S111 as an output absolute angle ⁇ a_out, and outputs it to the control calculation unit 69.
  • one control unit 60 is configured to be able to acquire three systems of angle information. Thereby, a normal value can be identified by comparing the motor rotation angles ⁇ m1, ⁇ m2, and ⁇ m3, and absolute angle calculation can be performed using the normal values. Furthermore, in this embodiment, if the analog rotation angle ⁇ m_a is normal, calculation delays can be suppressed by preferentially using the analog rotation angle ⁇ m_a for absolute angle calculation.
  • the rotation detection device 1 includes the rotation angle sensor 30 and the control section 60.
  • the rotation angle sensor 30 has at least three detection elements 31 to 33 that detect changes in physical quantities depending on the rotational position of the motor 80 to be detected.
  • the rotation angle sensor 30 outputs rotation angle information related to the number of rotations TC of the motor 80 according to a detection value of at least one detection element (detection element 31 in this embodiment). Further, the rotation angle sensor 30 outputs rotation angle information regarding the rotation angle of the motor 80 according to the detection values of the respective detection elements 31 to 33 as at least one analog signal and at least one digital signal.
  • the rotation angle sensor 30 includes two analog signals according to the detection values of the detection elements 32 and 33, and one digital signal including rotation angle information and rotation number information according to the detection value of the detection element 31. Output a signal.
  • the control unit 60 includes an absolute angle calculation unit 65 and an abnormality determination unit 68.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the absolute angle ⁇ a, which is the amount of rotation from the reference position, using rotation angle information related to the motor rotation angle ⁇ m and rotation number information related to the number of rotations TC.
  • the abnormality determination unit 68 determines whether the rotation angle information is abnormal. Specifically, the abnormality determination unit 68 performs abnormality determination by comparing motor rotation angles ⁇ m1, ⁇ m2, and ⁇ m3.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the absolute value determined to be normal among the analog rotation angle ⁇ m_a, which is the rotation angle based on the analog signal, or the digital rotation angle ⁇ m_d, which is the rotation angle based on the digital signal.
  • the angle is output to the control calculation section 69.
  • the control calculation unit 69 is provided inside the control unit 60 and outputs the absolute angle ⁇ a internally, but the absolute angle ⁇ a may be output outside the control unit 60.
  • the absolute angle ⁇ a can be calculated using a value specified as normal based on the detection signals of three or more detection elements 31 to 33. Furthermore, if two or more detection elements are normal, absolute angle calculation can be continued using normal angle information.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the analog absolute angle ⁇ a_a using the analog rotation angle ⁇ m_a and the number of rotations TC in the first calculation, and in the second and subsequent calculations, calculates the analog absolute angle ⁇ a_a using the previous value and Analog absolute angle ⁇ a_a is calculated using analog rotation angle ⁇ m_a. Specifically, in the second and subsequent calculations, the analog absolute angle ⁇ a_a is calculated by differentially integrating the analog rotation angle ⁇ m_a with the previous value. If the analog signal is normal, by preferentially using the analog signal, absolute angle calculation with small delay is possible, especially in the second and subsequent calculations.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the digital absolute angle ⁇ a_d using the digital rotation angle ⁇ m_d instead of the analog rotation angle ⁇ m_a. Thereby, even if the analog rotation angle ⁇ m_a is abnormal, the absolute angle calculation can be continued appropriately.
  • the rotation detection device 1 is applied to an electric power steering device 8, and the motor 80 to be detected outputs torque required for steering.
  • the steering angle can be calculated by converting the absolute angle ⁇ a by the gear ratio of the reduction gear 89 that transmits the drive of the motor 80 to the steering system 90. Thereby, the steering angle sensor can be omitted.
  • the second to fifth embodiments differ from the above embodiments in angle calculation processing, so this point will be mainly explained.
  • the angle calculation process of the second embodiment will be explained based on the flowchart of FIG.
  • the processing from S201 to S204 in FIG. 6 is similar to the processing from S101 to S104 in FIG. 5.
  • the absolute angle calculation unit 65 determines whether or not it is the first calculation of the absolute angle ⁇ a. If it is determined that this is the first calculation of the absolute angle ⁇ a (S205: YES), the process moves to S206. If it is determined that this is not the first calculation of the absolute angle ⁇ a (S205: NO), the process moves to S208.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the analog absolute angle ⁇ a_a using the analog rotation angle ⁇ m_a and the number of rotations TC in S206, and calculates the analog absolute angle ⁇ a_a using the digital rotation angle ⁇ m_d and the number of rotations TC in S207. Calculate the digital absolute angle ⁇ a_d.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the analog absolute angle ⁇ a_a using the analog rotation angle ⁇ m_a and the previous value of the absolute angle ⁇ a in S208, and calculates the digital rotation angle ⁇ m_d and the digital rotation angle ⁇ m_d in S209.
  • a digital absolute angle ⁇ a_d is calculated using the previous value of the absolute angle ⁇ a.
  • the absolute angle calculation unit 65 determines whether the analog rotation angle ⁇ m_a is normal. If it is determined that the analog rotation angle ⁇ m_a is normal (S210: YES), the process moves to S211, and the output absolute angle ⁇ a_out is set as the analog absolute angle ⁇ a_a. If it is determined that the analog rotation angle ⁇ m_a is not normal (S210: NO), the process moves to S212, and the output absolute angle ⁇ a_out is set as the digital absolute angle ⁇ a_d. In this embodiment, since the analog absolute angle ⁇ a_a and the digital absolute angle ⁇ a_d are calculated each time, the values can be easily switched depending on the abnormal situation.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates an analog absolute angle ⁇ a_a calculated using analog rotation angle ⁇ m_a as rotation angle information and a digital rotation angle ⁇ m_d as rotation angle information.
  • the digital absolute angle ⁇ a_d is calculated.
  • the absolute angle calculation unit 65 uses the previous value and the digital rotation angle ⁇ m_d to set the value calculated by differential integration using the previous value and the analog rotation angle ⁇ m_a as the analog absolute angle ⁇ a_a, and uses the previous value and the digital rotation angle ⁇ m_d.
  • the value calculated by differential integration is defined as a digital absolute angle ⁇ a_d.
  • the absolute angle calculation unit 65 When the analog rotation angle ⁇ m_a is normal, the absolute angle calculation unit 65 outputs the analog absolute angle ⁇ a_a to the control calculation unit 69 as an output absolute angle ⁇ a_out, and when all the analog rotation angles ⁇ m_a are abnormal, it outputs the analog absolute angle ⁇ a_a as a digital absolute angle. ⁇ a_d is output to the control calculation unit 69 as the output absolute angle ⁇ a_out. Even with this configuration, the same effects as in the above embodiment can be achieved.
  • the angle calculation process of the third embodiment will be explained based on the flowchart of FIG.
  • the processing from S301 to S304 is similar to the processing from S101 to S104 in FIG.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the analog absolute angle ⁇ a_a using the analog rotation angle ⁇ m_a and the number of rotations TC in S305, and calculates the digital absolute angle ⁇ a_d using the digital rotation angle ⁇ m_d and the number of rotations TC in S306. calculate.
  • the absolute angle calculation unit 65 determines whether the analog rotation angle ⁇ m_a is normal. If it is determined that the analog rotation angle ⁇ m_a is normal (S307: YES), the process moves to S308, and the output absolute angle ⁇ a_out is set as the analog absolute angle ⁇ a_a. If it is determined that the analog rotation angle ⁇ m_a is not normal (S308: NO), the process moves to S309, and the output absolute angle ⁇ a_out is set as the digital absolute angle ⁇ a_d.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates an analog absolute angle ⁇ a_a calculated using an analog rotation angle ⁇ m_a as rotation angle information, and a digital absolute angle calculated using a digital rotation angle ⁇ m_d as rotation angle information. Calculate ⁇ a_d.
  • the absolute angle calculation unit 65 outputs the analog absolute angle ⁇ a_a to the control calculation unit 69 as an output absolute angle ⁇ a_out, and when all the analog rotation angles ⁇ m_a are abnormal, it outputs the analog absolute angle ⁇ a_a as a digital absolute angle.
  • ⁇ a_d is output to the control calculation unit 69 as the output absolute angle ⁇ a_out.
  • the absolute angle ⁇ a is calculated using the number of rotations TC each time in the second and subsequent calculations. Even with this configuration, the same effects as in the above embodiment can be achieved.
  • S114 The process of S114 that follows S111 is the same as the process of S112, and if it is determined that it is not the timing to perform the comparison (S114: NO), the process from S115 onwards is skipped and it is determined that it is the timing to perform the comparison. If so (S114: YES), the process moves to S115.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the absolute angle ⁇ a using the digital rotation angle ⁇ m_d and the number of rotations TC.
  • control unit 60 calculates the absolute angle ⁇ a_e calculated by integrating the difference between the previous value and the motor rotation angle ⁇ m, and the absolute angle ⁇ a_tc calculated using the number of rotations TC. Perform value comparison.
  • the absolute angle ⁇ a_e is calculated by integrating the difference between the previous value and the motor rotation angle ⁇ m, but by periodically comparing it with the absolute angle ⁇ a_tc calculated using the rotation number TC, Calculation abnormalities due to soft errors etc. can be detected. Further, if the difference between the absolute angles ⁇ a_e and ⁇ a_tc is larger than the determination threshold, the absolute angle ⁇ a_tc may be set as the output absolute angle ⁇ a_out, or the absolute angle ⁇ a_tc may be used to perform a correction calculation. Thereby, calculation accuracy can be improved.
  • the absolute angles ⁇ a_e and ⁇ a_tc are compared in the angle calculation process of the first embodiment, but in the angle calculation process of the second embodiment, the absolute angles ⁇ a_e and ⁇ a_tc are compared. You may do so.
  • the absolute angle calculation unit 65 performs absolute angle calculation using the analog rotation angle ⁇ m_a or the digital rotation angle ⁇ m_d and the number of rotations TC at the comparison implementation timing, and the absolute angle calculated using the previous value. A comparison is made with ⁇ a_e. This makes it possible to detect calculation abnormalities due to soft errors and the like and to correct calculation errors. Further, the same effects as those of the above embodiment are achieved.
  • the angle calculation process of the fifth embodiment will be explained based on the flowchart of FIG. 9.
  • the processing from S401 to S403 is similar to the processing from S101 to S103 in FIG.
  • the control unit 60 acquires external information from which the number of rotations TC can be calculated. Determine whether it is possible to obtain it.
  • steering angle information based on a detected value of a steering sensor is used as external information.
  • the processing from S406 to S413 is similar to the processing from S104 to S111 in FIG. Note that the absolute angle calculation processing after S407 may be the calculation processing of the second embodiment or the third embodiment.
  • the absolute angle calculation unit 65 calculates the absolute angle ⁇ a using external information obtained from a source other than the rotation angle sensor 30. Thereby, even if the rotation number information is abnormal, absolute angle calculation can be continued by replacing it with external information. Further, the same effects as those of the above embodiment are achieved.
  • the rotation angle sensor is provided with three detection elements and outputs one digital signal and two analog signals.
  • the number of sensing elements may be four or more.
  • each of the analog signal and the digital signal must be at least two.
  • the rotation angle information and rotation number information based on the detection value of the detection element 31 are transmitted to the control unit as one digital signal.
  • the rotation angle information and the rotation number information may be transmitted separately.
  • a detection value of a detection element separate from the element that detects rotation angle information may be used as the rotation number information.
  • a power terminal is provided for each detection element.
  • a power supply terminal may be shared by a plurality of detection elements.
  • power is constantly supplied to the detection element 31, the AD conversion section 351, and the rotation number calculation section 353. In other embodiments, it is not necessary to constantly supply power to the detection element 31, the AD conversion section 351, and the rotation number calculation section 353.
  • the rotation angle sensor detects the rotation of the motor.
  • the rotation angle sensor may be other than the rotation angle sensor, such as a torque sensor or a steering sensor, and the detection target is not limited to the motor, but may be, for example, a steering shaft.
  • the motor is a three-phase brushless motor.
  • the motor section is not limited to a three-phase brushless motor, but may be any motor.
  • the motor section is not limited to a motor (electric motor), but may be a generator, or a so-called motor generator that has both the functions of an electric motor and a generator.
  • the rotation detection device is applied to an electric power steering device. In other embodiments, the rotation detection device may be applied to devices other than the electric power steering device.
  • the absolute angle calculation unit calculates the absolute angle using external information obtained from a source other than the rotation angle sensor when the rotation number information obtained from the rotation angle sensor is abnormal
  • the disclosure may be combined with each disclosure related to a rotation detection device.
  • the disclosure regarding the point that "the motor that is applied to the electric power steering device (8) and is the detection target outputs the torque required for steering” may be combined with each disclosure related to the rotation detection device.
  • control unit and the method described in the present disclosure are implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. may be done.
  • the controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by a processor configured with one or more dedicated hardware logic circuits.
  • the control unit and the method described in the present disclosure may be implemented using a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. It may be implemented by one or more dedicated computers configured.
  • the computer program may also be stored as instructions executed by a computer on a computer-readable non-transitory tangible storage medium. As described above, the present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various forms without departing from the spirit thereof.

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Abstract

回転角センサ(30)は、検出対象(80)の回転位置に応じた物理量の変化を検出する少なくとも3つの検出素子(31~33)を有し、少なくとも1つの検出素子(31~33)の検出値に応じた検出対象(80)の回転回数に係る回転角情報を出力し、それぞれの検出素子(31~33)の検出値に応じた検出対象(80)の回転角に係る回転角情報を少なくとも1つのアナログ信号および少なくとも1つのデジタル信号として出力する。制御部(60)は、絶対角演算部(65)および異常判定部(68)を有する。絶対角演算部(68)は、アナログ信号に基づく回転角であるアナログ回転角またはデジタル信号に基づく回転角であるデジタル回転角のうち正常であると判定された値を用いて演算された絶対角を制御演算部(69)に出力する。

Description

回転検出装置 関連出願の相互参照
 本出願は、2022年5月19日に出願された特許出願番号2022-082338号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、回転検出装置に関する。
 従来、検出素子の検出値に基づき、モータの回転角情報を生成する装置が知られている。例えば特許文献1では、センサ部に角度演算部および回転回数演算部が設けられており、SPI通信等のデジタル通信にで、出力信号をマイコンに出力する。
特開2017-191092号公報
 特許文献1では、回転角および回転回数に係る情報をデジタル通信にてマイコンに送信しているため、デジタル演算、出力に起因する演算遅延が発生する。本開示の目的は、比較的遅延の少ない角度情報を演算可能な回転検出装置を提供することにある。
 本開示の回転検出装置は、回転角センサと、制御部と、を備える。回転角センサは、検出対象の回転位置に応じた物理量の変化を検出する少なくとも3つのセンサ素子を有する。回転検出装置は、少なくとも1つの検出素子の検出値に応じた検出対象の回転回数に係る回転回数情報を出力する。また、回転検出装置は、それぞれの検出素子の検出値に応じた検出対象の回転角に係る回転角情報を、少なくとも1つのアナログ信号および少なくとも1つのデジタル信号として出力する。
 制御部は、回転角情報および回転回数情報を用いて基準位置からの回転量である絶対角を演算する絶対角演算部および、回転角情報の異常判定を行う異常判定部を有する。絶対角演算部は、アナログ信号に基づく回転角であるアナログ回転角またはデジタル信号に基づく回転角であるデジタル回転角のうち正常であると判定された値を用い演算された絶対角を制御演算部に出力する。少なくとも一部の検出値をアナログ信号で回転角センサから制御部に出力することで、比較的遅延の少ない角度演算を行うことができる。
 本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第1実施形態によるステアリングシステムの概略構成図であり、 図2は、第1実施形態による回転検出装置を示すブロック図であり、 図3は、第1実施形態による絶対角を説明する説明図であり、 図4は、第1実施形態によるデジタル信号およびアナログ信号を説明するタイムチャートであり、 図5は、第1実施形態による角度演算処理を説明するフローチャートであり、 図6は、第2実施形態による角度演算処理を説明するフローチャートであり、 図7は、第3実施形態による角度演算処理を説明するフローチャートであり、 図8は、第4実施形態による角度演算処理を説明するフローチャートであり、 図9は、第5実施形態による角度演算処理を説明するフローチャートである。
 以下、本開示による回転検出装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
   (第1実施形態)
 第1実施形態を図1~図5に示す。図1および図2に示すように、回転検出装置1は、回転角センサ30と、制御部60と、を備え、電動パワーステアリング装置8に適用される。図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム90の構成を示す。ステアリングシステム90は、操舵部材であるステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、および、電動パワーステアリング装置8等を備える。
 ステアリングホイール91は、ステアリングシャフト92と接続される。ステアリングシャフト92には、操舵トルクを検出するトルクセンサ94が設けられる。ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
 運転者がステアリングホイール91を回転させると、ステアリングホイール91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換される。一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
 電動パワーステアリング装置8は、ECU20およびモータ80を有する駆動装置10、および、モータ80の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える動力伝達部である減速ギア89等を備える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、所謂「コラムアシストタイプ」であり、ステアリングシャフト92が駆動対象といえる。モータ80の回転をラック軸97に伝える所謂「ラックアシストタイプ」等としてもよい。
 モータ80は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、図示しないバッテリから電力が供給されることにより駆動され、減速ギア89を正逆回転させる。駆動装置10は、モータ80の軸方向の一方側にECU20が設けられており、いわゆる「機電一体型」であるが、モータとECUとが別途に設けられる機電別体であってもよい。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ECU20およびモータ80を効率的に配置することができる。ECU20は、モータ80の出力軸とは反対側において、シャフト870の軸線に対して同軸に配置されている。ECU20には、回転検出装置1が設けられている。
 図2に示すように、回転角センサ30は、検出素子31~33、および、信号処理部35を有する。検出素子31、32、33は、それぞれセンサチップ310、320、330に設けられており、信号処理部35は、信号処理チップ350に設けられている。センサチップ310、320、330および信号処理チップ350は、封止部38に封止されている。また、例えば複数の検出素子を1つのチップに設け、絶縁部にて分離するようにしてもよい。
 検出素子31~33は、例えばAMRセンサ、TMRセンサ、GMRセンサ等の磁気抵抗素子やホール素子等であって、モータ80のシャフトと一体に回転する図示しないセンサマグネットの磁界を検出し、アナログ信号である1組のsin信号およびcos信号を出力する。検出素子31~33は同じであってもよいし、振幅等が異なっていてもよい。また、例えば検出素子31は検出素子32、33よりも検出精度が高い、といった具合に性能が異なっていてもよい。検出素子31~33の少なくとも一部を異なる種類の素子を用いる場合、故障モードが異なるため、同時故障の発生確率を低減することができる。
 信号処理部35は、AD変換部351、角度演算部352、回転回数演算部353、および、通信部355を有する。AD変換部351は、検出素子31から出力されるsin信号およびcos信号をデジタル信号に変換する。
 角度演算部352は、デジタル変換された検出素子31の検出値を用い、モータ回転角θm1を演算する。回転回数演算部353は、AD変換部351にてデジタル変換された検出素子31の検出値を用い、モータ80の回転回数TCを演算する。回転回数TCは、例えばモータ80の1回転を3以上の領域に分け、領域が変わるごとに回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンすることで、カウント値に基づいて演算可能である。
 封止部38には、出力端子381~383、および、電源端子385~388が設けられている。出力端子381は、制御部60の端子601と接続され、検出素子31の検出値を用いて演算された値を含むデジタル信号の出力に用いられる。出力端子382は、制御部60の端子602と接続され、検出素子32の検出値に応じたアナログ信号の出力に用いられる。出力端子383は、制御部60の端子603と接続され、検出素子33の検出値に応じたアナログ信号の出力に用いられる。以下適宜、検出素子31~33に対応する構成を「系統」、デジタル通信を用いる系統を「デジタル系統」、アナログ通信を用いる系統を「アナログ系統」とする。
 図2では、出力端子381~383および通信線は、各系統に1つずつ設けられているが、通信方式やデータ方式に応じ、少なくとも一部の系統にて複数設けるようにしてもよい。また、増幅回路やフィルタ回路等を適宜設けてもよい。また、端子601~603の間にNC(Non Connection)端子を設けることで、隣接端子間が異物等によりショートする共通原因故障により複数の信号が異常になるのを防ぐことができる。
 電源端子385は、バッテリと直接的に接続されるPIG電源900と接続される。電源端子386~388は、車両の始動スイッチ(以下「IG」)を経由してバッテリと接続されるIG電源901~903と接続される。図2ではIG電源901~903が別途に記載されているが、少なくとも一部が共通電源であってもよい。また、電源端子385~388には、各電源900~903から昇圧または降圧された電力が供給されるようにしてもよい。
 電源端子385、386は、センサチップ310および信号処理チップ350と接続される。一点鎖線で囲んだ検出素子31、AD変換部351および回転回数演算部353には、電源端子385を経由してIGオフ中も常時給電される。これにより、回転回数TCは、IGオフ中も演算が継続される。
 また、角度演算部352および通信部355には、IGオフ中は給電されず、処理を停止する。電源端子387はセンサチップ320と接続され、電源端子388はセンサチップ330と接続される。すなわち本実施形態では、各検出素子31~33ごとに電源端子385~388を個別に設けており、電源が互いに干渉しないように構成されている。また、検出素子31~33は、素子間で絶縁性が確保されるように構成されている。
 制御部60は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないCPU、ROM、RAM、I/O及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部60における各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置(すなわち、読み出し可能非一時的有形記憶媒体)に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
 制御部60は、機能ブロックとして、回転検出部61、および、制御演算部69等を有する。回転検出部61は、回転角センサ30からの信号に基づいてモータ回転角θmおよび絶対角θaを演算し、制御演算部69等の他の演算部に出力する。制御演算部69は、モータ80の駆動制御に係る各種演算を行う。以下適宜、回転検出部61から出力される絶対角を出力絶対角θa_outとする。
 回転検出部61は、AD変換部62、63、角度演算部64、絶対角演算部65、および、異常判定部68を有する。AD変換部62は、検出素子32から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。AD変換部63は、検出素子33から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。本実施形態では、AD変換部62、63は制御部60側に設けられており、検出素子32、33の検出信号は、デジタル変換されず、アナログ信号のまま制御部60に出力される。換言すると、回転角センサ30において、検出素子32、33の信号処理に係る構成が省略されており、回転角センサ30の構成が簡素化されている。
 角度演算部64は、デジタル変換された検出素子32の検出値を用いてモータ回転角θm2を演算し、デジタル変換された検出素子33の検出値を用いてモータ回転角θm3を演算する。
 絶対角演算部65は、モータ回転角θm1~θm3および回転回数TCに基づき、複数回転情報を含む基準位置からの回転角度である絶対角θaを演算する(図3参照)。絶対角θaは、ギア比等により、舵角θsに換算可能な値である。なお、図3では、基準位置から正方向に回転させる場合を示した。
 以下適宜、デジタル信号に基づくモータ回転角θm1をデジタル回転角θm_d、アナログ信号に基づくモータ回転角θm2、θm3をアナログ回転角θm_aとする。また、今回演算にてデジタル回転角θm_dを用いた絶対角をデジタル絶対角θa_d、今回演算にてアナログ回転角θm_aを用いた絶対角をアナログ絶対角θa_aとする。なお、デジタル、アナログの区別をしない場合は、単にモータ回転角θm、または、絶対角θaとする。
 異常判定部68は、モータ回転角θm1~θm3の異常判定を行う。本実施形態では、1つの制御部60に対して3つの検出素子31~33が設けられている。そのため、1つの検出素子に異常が生じた場合であっても、異常が生じた素子を特定し、正常な素子の検出値に基づく制御や異常監視を継続可能である。以下、「素子の異常」とは、素子そのものの異常に限らず、送信経路等の異常を含む信号異常を意味するものとする。
 ここで、絶対角θaの演算において、少なくとも初回演算には回転回数TCの情報が必要である。回転回数TCの演算には、回転角センサ30側にデジタルICが必要であり、デジタルICでの角度演算、および、SPI通信等でのデジタル通信に起因する演算遅延が発生する。そのため、回転角センサ30からアナログ信号で検出信号を受信する場合と比較し、演算された絶対角も遅延を含んでいる。
 具体的には、図4に示すように、時刻x0の検出された値を用い、回転角センサ30内にてモータ回転角θm1および回転回数TCを演算してデジタル通信にて制御部60に送信する場合、絶対角演算が完了するのが時刻xdである。これに対し、アナログ回転角θm_aを用いて制御部60内にて角度演算等を行う場合、時刻xdより早い時刻xaにて絶対角演算が完了する。なお、初回演算においては、絶対角演算に回転回数TCの情報が必要となるため、デジタル通信が律速となる。
 そこで本実施形態では、3つのモータ回転角θm1~θm3の比較により異常判定を行い、遅延が比較的小さいアナログ通信で取得されたモータ回転角θm2、θm3のいずれかが正常であれば、モータ回転角θm2、θm3を用いて絶対角演算を行う。
 本実施形態の角度演算処理を図5のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、制御部60にて所定の周期で実施される。以下、ステップS101等の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。なお、本実施形態では、デジタル系統が1、アナログ系統が2であるが、例えばデジタル系統が2、アナログ系統が1、といった具合にデジタル2系統以上の場合にも適用可能な処理として記載した。後述の実施形態に係る処理も同様である。また、図中、添え字の(n-1)は前回値であることを意味する。
 S101では、異常判定部68は、モータ回転角θm1~θm3の異常判定を行い、正常な値が2以上あるか否か判断する。正常な値が2未満であると判断された場合(S101:NO)、S102へ移行し、モータ回転角θmの角度出力異常であると判定する。また、図示しない上位ECU等に角度出力異常を通知する。正常な値が2以上であると判断された場合(S101:YES)、S103へ移行する。
 S103では、異常判定部68は、回転回数TCが正常か否か判定する。回転角センサ30側では、例えば電源失陥等により回転回数TCが異常となった場合、TC異常を示す情報を制御部60に送信する。異常判定部68では、回転角センサ30からの情報に基づき、回転回数TCに係る異常判定を行う。回転回数TCが異常であると判断された場合(S103:NO)、S104へ移行し、回転回数TCを用いた絶対角演算異常であると判定する。また、上位ECU等に絶対角演算異常を通知する。回転回数TCが正常であると判断された場合(S103:YES)、S105へ移行する。なお、本実施形態では、初回演算以外は絶対角θaの演算に回転回数TCを使わないので、2回目以降の演算では、S103およびS104の処理は省略可能である。
 S105では、異常判定部68は、アナログ回転角θm_aが正常か否か判断する。本実施形態では、ここでは、モータ回転角θm1、θm2の少なくとも一方が正常であれば、肯定判断される。アナログ回転角θm_aが正常でないと判断された場合(S105:NO)、S109へ移行する。アナログ回転角θm_aが正常であると判断された場合(S105:YES)、S106へ移行する。
 S106では、絶対角演算部65は、絶対角θaの初回演算か否か判断する。絶対角θaの初回演算であると判断された場合(S106:YES)、S107へ移行し、アナログ回転角θm_aおよび回転回数TCを用いてアナログ絶対角θa_aを演算する。絶対角θaの初回演算でないと判断された場合(S106:NO)、S108へ移行し、アナログ回転角θm_aおよび絶対角θaの前回値を用いてアナログ絶対角θa_aを演算する。詳細には、アナログ回転角θm_aの差分積算により、絶対角θaの今回値を演算する。モータ回転角θm2、θm3が共に正常である場合、どちらか一方の値を用いてもよいし、平均値等の演算値を用いてもよい。デジタル回転角に対応する値が複数ある場合も同様である。
 アナログ回転角θm_aが正常でないと判断された場合(S105:NO)に移行するS109では、S106と同様、絶対角演算部65は、絶対角θaの初回演算か否か判断する。初回演算であると判断された場合(S109:YES)、S110へ移行し、デジタル回転角θm_dおよび回転回数TCを用いてデジタル絶対角θa_dを演算する。初回演算でないと判断された場合(S109:NO)、S111へ移行し、デジタル回転角θm_dおよび回転回数TCを用いてデジタル絶対角θa_dを演算する。詳細には、デジタル回転角θm_dの差分積算により、絶対角θaの今回値を演算する。絶対角演算部65は、S107、S108、S110またはS111にて演算された絶対角θaを、出力絶対角θa_outとし、制御演算部69に出力する。
 本実施形態では、1つの制御部60が、3系統の角度情報を取得可能に構成されている。これにより、モータ回転角θm1、θm2、θm3の比較から正常な値を特定可能であり、正常な値を用いた絶対角演算を行うことができる。また、本実施形態では、アナログ回転角θm_aが正常であれば、絶対角演算にアナログ回転角θm_aを優先的に用いることで、演算遅延を抑制することができる。
 以上説明したように、回転検出装置1は、回転角センサ30と、制御部60と、を備える。回転角センサ30は、検出対象であるモータ80の回転位置に応じた物理量の変化を検出する少なくとも3つの検出素子31~33を有する。回転角センサ30は、少なくとも1つの検出素子(本実施形態では検出素子31)の検出値に応じたモータ80の回転回数TCに係る回転角情報を出力する。また、回転角センサ30は、それぞれの検出素子31~33の検出値に応じたモータ80の回転角に係る回転角情報を、少なくとも1つのアナログ信号、および、少なくとも1つのデジタル信号として出力する。
 本実施形態では、回転角センサ30は、検出素子32、33の検出値に応じた2つのアナログ信号、および、検出素子31の検出値に応じた回転角情報および回転回数情報を含む1つのデジタル信号を出力する。
 制御部60は、絶対角演算部65、および、異常判定部68を有する。絶対角演算部65は、モータ回転角θmに係る回転角情報および回転回数TCに係る回転回数情報を用いて、基準位置からの回転量である絶対角θaを演算する。異常判定部68は、回転角情報の異常判定を行う。詳細には、異常判定部68は、モータ回転角θm1、θm2、θm3の比較による異常判定を行う。
 絶対角演算部65、アナログ信号に基づく回転角であるアナログ回転角θm_a、または、デジタル信号に基づく回転角であるデジタル回転角θm_dのうち正常であると判定された値を用いて演算された絶対角を制御演算部69に出力する。本実施形態では、制御演算部69が制御部60の内部に設けられており、絶対角θaを内部的に出力するが、制御部60の外部に絶対角θaを出力してもよい。
 これにより、少なくとも一部の検出値をアナログ信号で回転角センサ30から制御部60に出力することで、比較的遅延の少ない角度演算を行うことができる。また、制御部60が1つである場合においても、3つ以上の検出素子31~33の検出信号に基づき、正常であると特定された値を用いて絶対角θaを演算することができる。さらにまた、2以上の検出素子が正常であれば、正常である角度情報を用いて絶対角演算を継続可能である。
 絶対角演算部65は、アナログ回転角θm_aが正常である場合、初回演算において、アナログ回転角θm_aおよび回転回数TCを用いてアナログ絶対角θa_aを演算し、2回目以降の演算において、前回値およびアナログ回転角θm_aを用いてアナログ絶対角θa_aを演算する。詳細には、2回目以降の演算において、前回値にアナログ回転角θm_aを差分積算することでアナログ絶対角θa_aを演算する。アナログ信号が正常であればアナログ信号を優先的に用いることで、特に2回目以降の演算において、遅延の小さい絶対角演算が可能である。
 絶対角演算部65は、全てのアナログ回転角θm_aが異常である場合、アナログ回転角θm_aに替えてデジタル回転角θm_dを用いてデジタル絶対角θa_dを演算する。これにより、アナログ回転角θm_aが異常である場合においても、絶対角演算を適切に継続することができる。
 回転検出装置1は、電動パワーステアリング装置8に適用され、検出対象であるモータ80は、操舵に要するトルクを出力する。絶対角θaを、モータ80の駆動をステアリングシステム90に伝達する減速ギア89のギア比で換算することで、舵角を演算可能である。これにより、舵角センサを省略可能である。
   (第2実施形態)
 第2実施形態~第5実施形態は、角度演算処理が上記実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。第2実施形態の角度演算処理を図6のフローチャートに基づいて説明する。図6中のS201~S204の処理は、図5中のS101~S104の処理と同様である。
 S205では、絶対角演算部65は、絶対角θaの初回演算か否か判断する。絶対角θaの初回演算であると判断された場合(S205:YES)、S206へ移行する。絶対角θaの初回演算でないと判断された場合(S205:NO)、S208へ移行する。
 初回演算時において、絶対角演算部65は、S206にて、アナログ回転角θm_aおよび回転回数TCを用いてアナログ絶対角θa_aを演算し、S207にて、デジタル回転角θm_dおよび回転回数TCを用いてデジタル絶対角θa_dを演算する。
 2回目以降の演算時において、絶対角演算部65は、S208にて、アナログ回転角θm_aおよび絶対角θaの前回値を用いてアナログ絶対角θa_aを演算し、S209にて、デジタル回転角θm_dおよび絶対角θaの前回値を用いてデジタル絶対角θa_dを演算する。
 S210では、絶対角演算部65は、アナログ回転角θm_aが正常か否か判断する。アナログ回転角θm_aが正常であると判断された場合(S210:YES)、S211へ移行し、出力絶対角θa_outを、アナログ絶対角θa_aとする。アナログ回転角θm_aが正常でないと判断された場合(S210:NO)、S212へ移行し、出力絶対角θa_outを、デジタル絶対角θa_dとする。本実施形態では、アナログ絶対角θa_a、および、デジタル絶対角θa_dを都度演算しているので、異常状況に応じ、値を容易に切替可能である。
 本実施形態では、絶対角演算部65は、初回演算において、回転角情報としてアナログ回転角θm_aを用いて演算されるアナログ絶対角θa_a、および、回転角情報としてデジタル回転角θm_dを用いて演算されるデジタル絶対角θa_dを演算する。また、絶対角演算部65は、2回目以降の演算において、前回値およびアナログ回転角θm_aを用いて差分積算にて演算される値をアナログ絶対角θa_aとし、前回値およびデジタル回転角θm_dを用いて差分積算にて演算される値をデジタル絶対角θa_dとする。
 絶対角演算部65は、アナログ回転角θm_aが正常である場合、アナログ絶対角θa_aを出力絶対角θa_outとして制御演算部69に出力し、全てのアナログ回転角θm_aが異常である場合、デジタル絶対角θa_dを出力絶対角θa_outとして制御演算部69に出力する。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
   (第3実施形態)
 第3実施形態の角度演算処理を図7のフローチャートに基づいて説明する。S301~S304の処理は、図5中のS101~S104の処理と同様である。絶対角演算部65は、S305にて、アナログ回転角θm_aおよび回転回数TCを用いてアナログ絶対角θa_aを演算し、S306にて、デジタル回転角θm_dおよび回転回数TCを用いてデジタル絶対角θa_dを演算する。
 S307では、絶対角演算部65は、アナログ回転角θm_aが正常か否か判断する。アナログ回転角θm_aが正常であると判断された場合(S307:YES)、S308へ移行し、出力絶対角θa_outを、アナログ絶対角θa_aとする。アナログ回転角θm_aが正常でないと判断された場合(S308:NO)、S309へ移行し、出力絶対角θa_outを、デジタル絶対角θa_dとする。
 本実施形態では、絶対角演算部65は、回転角情報としてアナログ回転角θm_aを用いて演算されるアナログ絶対角θa_a、および、回転角情報としてデジタル回転角θm_dを用いて演算されるデジタル絶対角θa_dを演算する。絶対角演算部65は、アナログ回転角θm_aが正常である場合、アナログ絶対角θa_aを出力絶対角θa_outとして制御演算部69に出力し、全てのアナログ回転角θm_aが異常である場合、デジタル絶対角θa_dを出力絶対角θa_outとして制御演算部69に出力する。
 すなわち本実施形態では、2回目以降の演算においても、都度、回転回数TCを用いて絶対角θaを演算する。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
   (第4実施形態)
 第4実施形態の角度演算処理を図8のフローチャートに基づいて説明する。図8は、図5の処理にS112~S114が追加されている。S108に続いて移行するS112では、制御部60は、回転回数TCを用いた演算値との比較実施タイミングか否か判断する。比較実施タイミングは、所定時間毎や、例えば操舵回数等の所定条件が成立した場合を任意のタイミングとして設定可能である。比較実施タイミングでないと判断された場合(S112:NO)、S113以降の処理をスキップする。比較実施タイミングであると判断された場合(S112:YES)、S113へ移行する。S113では、S107と同様、絶対角演算部65は、アナログ回転角θm_aおよび回転回数TCを用いて絶対角θaを演算する。
 S111に続いて移行するS114の処理は、S112の処理と同様であって、比較実施タイミングでないと判断された場合(S114:NO)、S115以降の処理をスキップし、比較実施タイミングであると判断された場合(S114:YES)、S115へ移行する。S115では、S110と同様、絶対角演算部65は、デジタル回転角θm_dおよび回転回数TCを用いて絶対角θaを演算する。
 S113またはS115に続いて移行するS116では、制御部60は、前回値とモータ回転角θmの差分積算により演算された絶対角θa_eと、回転回数TCを用いて演算された絶対角θa_tcとの演算値比較を行う。
 本実施形態では、2回目以降、前回値とモータ回転角θmの差分積算により絶対角θa_eを演算するが、定期的に回転回数TCを用いて演算した絶対角θa_tcとの比較を行うことで、ソフトエラー等による演算異常を検出可能である。また、絶対角θa_e、θa_tcとの差が判定閾値より大きい場合、絶対角θa_tcを出力絶対角θa_outとする、或いは、絶対角θa_tcを用いて補正演算を行うようにしてもよい。これにより、演算精度を向上可能である。なお、本実施形態では第1実施形態の角度演算処理にて、絶対角θa_e、θa_tcの比較を行うものとして説明したが、第2実施形態の角度演算処理にて、絶対角θa_e、θa_tcの比較を行ってもよい。
 本実施形態では、絶対角演算部65は、比較実施タイミングにおいて、アナログ回転角θm_aまたはデジタル回転角θm_dと回転回数TCとを用いた絶対角演算を行い、前回値を用いて演算される絶対角θa_eとの比較を行う。これにより、ソフトエラー等による演算異常の検出や演算誤差補正を行うことができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
   (第5実施形態)
 第5実施形態の角度演算処理を図9のフローチャートに基づいて説明する。S401~S403の処理は、図5中のS101~S103の処理と同様である。S403にて、回転角センサ30から取得される回転回数TCが異常であると判断された場合(S403:NO)に移行するS404では、制御部60は、回転回数TCを演算可能な外部情報を取得可能か否か判断する。本実施形態では、例えばステアリングセンサの検出値に基づく舵角情報を外部情報とする。外部情報を取得可能であると判断された場合(S404:YES)、S405へ移行し、外部情報に基づき、絶対角演算に用いる回転回数TCの代替値を演算する。また、外部情報から絶対角θaを直接的に演算し、初回演算値としてもよい。外部情報を取得不能であると判断された場合(S404:NO)、S406に移行する。
 S406~S413の処理は、図5中のS104~S111の処理と同様である。なお、S407以降の絶対角演算処理については、第2実施形態または第3実施形態の演算処理としてもよい。
 本実施形態では、絶対角演算部65は、回転角センサ30から取得される回転回数情報が異常である場合、回転角センサ30以外から取得される外部情報を用いて絶対角θaを演算する。これにより、回転回数情報が異常である場合であっても、外部情報で代替することで、絶対角演算を継続することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
   (他の実施形態)
 上記実施形態では、回転角センサには3つの検出素子が設けられており、1つのデジタル信号と2つのアナログ信号を出力する。他の実施形態では、検出素子の数は4以上であってもよい。また、アナログ信号とデジタル信号は、それぞれ1以上あればよいので、アナログ信号およびデジタル信号の少なくとも一方は2以上となる。
 上記実施形態では、検出素子31の検出値に基づく回転角情報および回転回数情報を1つのデジタル信号として制御部に送信する。他の実施形態では、回転角情報と回転回数情報とを別途に送信するようにしてもよい。また、回転回数情報は、回転角情報を検出する素子とは別途の検出素子の検出値を用いてもよい。
 上記実施形態では、検出素子ごとに電源端子が設けられている。他の実施形態では、複数の検出素子にて電源端子を共用してもよい。また上記実施形態では、検出素子31、AD変換部351および回転回数演算部353には常時給電されている。他の実施形態では、検出素子31、AD変換部351および回転回数演算部353への常時給電を行わなくてもよい。
 上記実施形態では、回転角センサは、モータの回転を検出するものである。他の実施形態では、回転角センサは、例えばトルクセンサやステアリングセンサ等、回転角センサ以外であってもよく、検出対象はモータに限らず、例えばステアリングシャフト等であってもよい。
 上記実施形態では、モータは三相ブラシレスモータである。他の実施形態では、モータ部は、三相ブラシレスモータに限らず、どのようなモータであってもよい。また、モータ部は、モータ(電動機)に限らず、発電機であってもよいし、電動機および発電機の機能を併せ持つ所謂モータジェネレータであってもよい。上記実施形態では、回転検出装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、回転検出装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
 「前記絶対角演算部は、前記回転角センサから取得される前記回転回数情報が異常である場合、前記回転角センサ以外から取得される外部情報を用いて前記絶対角を演算する」点についての開示は、回転検出装置に係る各開示と組み合わせてもよい。また、「電動パワーステアリング装置(8)に適用され、前記検出対象であるモータは、操舵に要するトルクを出力する」点についての開示は、回転検出装置に係る各開示と組み合わせてもよい。
 本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。以上、本開示は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、そ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。
 本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (8)

  1.  検出対象(80)の回転位置に応じた物理量の変化を検出する少なくとも3つの検出素子(31~33)を有し、少なくとも1つの前記検出素子の検出値に応じた前記検出対象の回転回数に係る回転回数情報を出力し、それぞれの前記検出素子の検出値に応じた前記検出対象の回転角に係る回転角情報を少なくとも1つのアナログ信号および少なくとも1つのデジタル信号として出力する回転角センサ(30)と、
     前記回転角情報および前記回転回数情報を用いて基準位置からの回転量である絶対角を演算する絶対角演算部(65)、および、前記回転角情報の異常判定を行う異常判定部(68)を有する制御部(60)と、
     を備え、
     前記絶対角演算部は、前記アナログ信号に基づく回転角であるアナログ回転角または前記デジタル信号に基づく回転角であるデジタル回転角のうち正常であると判定された値を用いて演算された前記絶対角を制御演算部(69)に出力する回転検出装置。
  2.  前記絶対角演算部は、前記アナログ回転角が正常である場合、
     初回演算において、前記回転角情報として前記アナログ回転角を用いて前記絶対角を演算し、
     2回目以降の演算において、前回値および前記アナログ回転角を用いて前記絶対角を演算する請求項1に記載の回転検出装置。
  3.  前記絶対角演算部は、全ての前記アナログ回転角が異常である場合、前記アナログ回転角に替えて前記デジタル回転角を用いて前記絶対角を演算する請求項2に記載の回転検出装置。
  4.  前記絶対角演算部は、
     初回演算において、前記回転角情報として前記アナログ回転角を用いて演算される前記絶対角であるアナログ絶対角、および、前記回転角情報として前記デジタル回転角を用いて演算される前記絶対角であるデジタル絶対角を演算し、
     2回目以降の演算において、前回値および前記アナログ回転角を用いて演算される値を前記アナログ絶対角とし、前回値および前記デジタル回転角を用いて演算される値を前記デジタル絶対角とし、
     前記アナログ回転角が正常である場合、前記アナログ絶対角を前記制御演算部に出力し、全ての前記アナログ回転角が異常である場合、前記デジタル絶対角を前記制御演算部に出力する請求項1に記載の回転検出装置。
  5.  前記絶対角演算部は、比較実施タイミングにおいて、前記アナログ回転角または前記デジタル回転角と前記回転回数情報とを用いた絶対角演算を行い、前回値を用いて演算される前記絶対角との比較を行う請求項2~4のいずれか一項に記載の回転検出装置。
  6.  前記絶対角演算部は、前記回転角情報として前記アナログ回転角を用いて演算される前記絶対角であるアナログ絶対角、および、前記回転角情報として前記デジタル回転角を用いて演算される前記絶対角であるデジタル絶対角を演算し、
     前記アナログ回転角が正常である場合、前記アナログ絶対角を前記制御演算部に出力し、全ての前記アナログ回転角が異常である場合、前記デジタル絶対角を前記制御演算部に出力する請求項1に記載の回転検出装置。
  7.  前記絶対角演算部は、前記回転角センサから取得される前記回転回数情報が異常である場合、前記回転角センサ以外から取得される外部情報を用いて前記絶対角を演算する請求項1に記載の回転検出装置。
  8.  電動パワーステアリング装置(8)に適用され、
     前記検出対象であるモータは、操舵に要するトルクを出力する請求項1に記載の回転検出装置。
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