JP2009300222A - Device for detecting abnormal condition in angular displacement sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、角変位センサの出力信号の異常を検出する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for detecting an abnormality in an output signal of an angular displacement sensor.
角変位センサの一つであるレゾルバは、例えば自動車のパワーステアリング装置用のトルクセンサとして使用されている(例えば、特許文献1参照。)。1相入力2相出力式のレゾルバからは、1相(sin)の励磁入力の下、sin信号及びcos信号の2相信号が出力される。これら2相信号の二乗和は、sin2θ+cos2θ=1の定理により、電気角に関係なく定数となるはずである。そこで、当該定数に許容誤差を勘案した範囲に二乗和が収まるかどうかを監視すれば、レゾルバの異常を検出することができる(例えば、特許文献2参照。)。 A resolver, which is one of angular displacement sensors, is used, for example, as a torque sensor for a power steering device of an automobile (see, for example, Patent Document 1). From a one-phase input / two-phase output type resolver, a two-phase signal of a sin signal and a cos signal is output under a one-phase (sin) excitation input. The sum of squares of these two-phase signals should be a constant regardless of the electrical angle according to the theorem of sin 2 θ + cos 2 θ = 1. Therefore, it is possible to detect an abnormality of the resolver by monitoring whether or not the sum of squares is within a range in which an allowable error is taken into consideration for the constant (see, for example, Patent Document 2).
上記レゾルバは、温度によって出力信号の振幅が変化する温度特性を有する。従って、上記二乗和の値も温度によって変化する。自動車のように、使用温度範囲が広い場合、レゾルバの異常検出に際しては、使用温度範囲や温度特性を十分考慮して、正常と判断する値の範囲を広く設定する必要がある。しかしながら、このような余裕をみた設定をする結果、真の異常を、温度特性による変動と識別できない場合も生じ、異常検出の精度が悪くなるという問題点がある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、精度良く異常検出を行うことができる角変位センサの異常検出装置を提供することを目的とする。
The resolver has a temperature characteristic in which the amplitude of the output signal changes with temperature. Therefore, the value of the sum of squares also varies with temperature. When the operating temperature range is wide as in an automobile, it is necessary to set a wide range of values that are determined to be normal in consideration of the operating temperature range and temperature characteristics when detecting the abnormality of the resolver. However, as a result of setting with such a margin, there is a case where a true abnormality cannot be distinguished from a fluctuation due to temperature characteristics, and there is a problem that the accuracy of abnormality detection deteriorates.
In view of such a conventional problem, an object of the present invention is to provide an abnormality detection device for an angular displacement sensor that can accurately detect an abnormality.
本発明の角変位センサの異常検出装置は、角変位センサから出力されるsin信号及びcos信号に基づいて、sin相位相及びcos相位相の相互の位相差を求め、これを閾値と比較して前記角変位センサの異常の有無を判定するものである。 The abnormality detection device for an angular displacement sensor according to the present invention obtains a mutual phase difference between a sin phase phase and a cos phase based on a sin signal and a cos signal output from the angular displacement sensor, and compares this with a threshold value. The presence or absence of abnormality of the angular displacement sensor is determined.
上記のように構成された角変位センサの異常検出装置は、温度変化によってsin相位相及びcos相位相が変化するが、変化率が振幅に比べて小さく、しかも変化の方向が同じである。従って、位相差をとることにより、温度変化の影響は相殺される。温度変化の影響が排除されれば、閾値に余裕をみる必要が無くなるので、位相差を、厳しい閾値と比較することにより、精度良く角変位センサの異常検出を行うことができる。 In the abnormality detection device for an angular displacement sensor configured as described above, the sin phase phase and the cos phase phase change due to a temperature change, but the rate of change is smaller than the amplitude and the direction of change is the same. Therefore, by taking the phase difference, the influence of the temperature change is canceled out. If the influence of the temperature change is eliminated, it is not necessary to allow a margin for the threshold value. Therefore, the abnormality of the angular displacement sensor can be accurately detected by comparing the phase difference with a strict threshold value.
また、上記異常検出装置においては、sin信号及びcos信号にそれぞれ少なくとも3個のサンプリングポイントを設定して、各信号のsin成分及びcos成分を求め、これらの成分に基づいてsin相位相及びcos相位相を求めるようにしてもよい。
この場合、3個のサンプリングポイントがあれば、角変位センサの異常を検出することができるので、異常検出装置における演算負担が軽い。
In the abnormality detection apparatus, at least three sampling points are set for each of the sin signal and the cos signal, the sin component and the cos component of each signal are obtained, and the sin phase phase and the cos phase are determined based on these components. The phase may be obtained.
In this case, if there are three sampling points, an abnormality of the angular displacement sensor can be detected, so the calculation burden on the abnormality detection device is light.
本発明の角変位センサの異常検出装置によれば、位相差をとることにより温度変化の影響が排除されるので、閾値に余裕をみる必要が無くなる。従って、位相差を、厳しい閾値と比較することにより、精度良く角変位センサの異常検出を行うことができる。 According to the abnormality detection device for an angular displacement sensor of the present invention, the influence of the temperature change is eliminated by taking the phase difference, so that it is not necessary to allow a margin for the threshold value. Therefore, the abnormality of the angular displacement sensor can be detected with high accuracy by comparing the phase difference with a strict threshold value.
図1は、角変位センサとしてのレゾルバ1の等価回路と、レゾルバ1に接続された回転角検出装置であると共に本発明の一実施形態に係る異常検出装置でもある制御回路2とを示す回路図である。制御回路2は、主としてマイクロコンピュータであり、A/Dコンバータも含んでいる。レゾルバ1は、回転角の検出対象物(図示せず。)と共に回転するロータ11と、励磁入力が供給される入力側のステータ12と、sin及びcosの2相信号が出力される出力側のステータ13とを備えている。制御回路2は、2相信号からtanθ(θは回転角)を求め、その逆正接により、回転角θを求める。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a
ここで、励磁信号をsinωt(ω:角周波数、t:時間)とすると、ステータ13から出力される2相信号は、
sin信号: sin(ωt+α)・sinθ ...(1)
cos信号: sin(ωt+β)・cosθ ...(2)
となる。ここで、αはsin位相(sin相位相)、βはcos位相(cos相位相)、θはロータ11の回転角である。sin位相及び、cos位相は、共に温度により同一の方向に同じように変化する。従って、両位相の位相差は温度に関わらず一定である、といえる。
Here, when the excitation signal is sin ωt (ω: angular frequency, t: time), the two-phase signal output from the stator 13 is
sin signal: sin (ωt + α) · sinθ. . . (1)
cos signal: sin (ωt + β) · cos θ. . . (2)
It becomes. Here, α is a sin phase (sin phase phase), β is a cos phase (cos phase phase), and θ is a rotation angle of the rotor 11. Both the sin phase and the cos phase change in the same direction in the same direction depending on the temperature. Therefore, it can be said that the phase difference between the two phases is constant regardless of the temperature.
一方、典型的な異常原因として、ステータ内の線間短絡があり、図1の点線に示すように励磁信号の信号線とsin信号の信号線とが互いに抵抗を介して電気的に接続された故障の状態となった、とする。ここで、図2は、横軸を時間、縦軸を電圧としたときの、励磁信号(上)、並びに、励磁信号に基づくsin信号(中)及びcos信号(下)を、並べて表示するグラフである。sin信号に関しては、破線が正常な状態を、実線が故障の状態を、それぞれ示している。なお、ここではロータ11は停止しているものとする。 On the other hand, as a typical cause of abnormality, there is a short circuit between the lines in the stator, and the signal line of the excitation signal and the signal line of the sin signal are electrically connected to each other via a resistor as shown by the dotted line in FIG. Suppose that a failure occurs. Here, FIG. 2 is a graph that displays the excitation signal (upper) and the sin signal (middle) and the cosine signal (lower) based on the excitation signal side by side when the horizontal axis is time and the vertical axis is voltage. It is. Regarding the sin signal, a broken line indicates a normal state, and a solid line indicates a failure state. Here, the rotor 11 is assumed to be stopped.
励磁信号に対して、sin信号、cos信号は、それぞれ位相がずれている。制御回路2は、sin信号のサンプリングポイントを、AD_s[0],AD_s[1],AD_s[2],AD_s[3]とし、cos信号のサンプリングポイントをAD_c[0],AD_c[1],AD_c[2],AD_c[3]とする。次に、制御回路2は、以下の演算を行う。
The sin signal and the cos signal are out of phase with respect to the excitation signal. The
上記式(3)、(4)より、sin位相(sin相位相)θsinは、
θsin=tan-1(bsin/asin) ...(5)
となる。同様に、制御回路2は、以下の演算を行う。
From the above equations (3) and (4), the sin phase (sin phase phase) θ sin is
θ sin = tan −1 (b sin / a sin ). . . (5)
It becomes. Similarly, the
上記式(6)、(7)より、cos位相(cos相位相)θcosは、
θcos=tan-1(bcos/acos) ...(8)
となる。従って、位相差θは、
θ=θsin−θcos ...(9)
として求めることができる。そこで、制御回路2は、この位相差θが所定の閾値θth以内にあれば、レゾルバは異常なし、当該閾値を超えればレゾルバは異常、と判定する。位相差θには温度変化の影響がほとんど出ないので、精度良く、異常検出を行うことができる。
From the above equations (6) and (7), the cos phase (cos phase phase) θ cos is
θ cos = tan −1 (b cos / a cos ). . . (8)
It becomes. Therefore, the phase difference θ is
θ = θ sin −θ cos . . . (9)
Can be obtained as Therefore, the
図3は、励磁信号の信号線とsin信号の信号線とが互いに抵抗を介して電気的に接続された状態における、位相及び位相差の一例を示すグラフである。図において、正常なcos位相は一定の位相(約150度)であるが、異常なsin位相は図示のような、電気角180度で反転する弓形になる。従って、位相差は、さらに大きく反った弓形となる。この位相差が、正常時の位相差を基準とした閾値以内にあれば、レゾルバは異常なし、当該閾値を超えればレゾルバは異常、となる。なお、0,90,180,270度においては演算の精度が低下したり値が不連続になったりするので、これらの角度及びその近傍は避けて、その他の角度領域で閾値との比較を行うことが必要である。 FIG. 3 is a graph showing an example of a phase and a phase difference in a state where the signal line of the excitation signal and the signal line of the sin signal are electrically connected to each other via a resistor. In the figure, the normal cos phase is a constant phase (about 150 degrees), but the abnormal sin phase has an arcuate shape that reverses at an electrical angle of 180 degrees as shown. Accordingly, the phase difference becomes a bow having a larger curvature. If this phase difference is within the threshold value based on the normal phase difference, the resolver is not abnormal, and if it exceeds the threshold value, the resolver is abnormal. It should be noted that, at 0, 90, 180, and 270 degrees, the accuracy of calculation decreases and the value becomes discontinuous. Therefore, these angles and the vicinity thereof are avoided, and comparison with threshold values is performed in other angle regions. It is necessary.
以上のように、本実施形態に係るレゾルバの異常検出装置としての制御回路2においては、温度変化によってsin相位相及びcos相位相が変化するが、変化率が振幅に比べて小さく、しかも変化の方向が同じである。従って、位相差をとることにより、温度変化の影響は相殺される。温度変化の影響が排除されれば、閾値に余裕をみる必要が無くなるので、位相差を、厳しい閾値と比較することにより、精度良くレゾルバ1の異常検出を行うことができる。パワーステアリング装置のトルクセンサとして使用されるレゾルバの場合、異常検出の精度が向上することにより、従来は困難であったセンサハーネスの抵抗を介した短絡の、検出能力が大幅に向上する。
As described above, in the
また、上記実施形態では4個のサンプリングポイントを設けたが、少なくとも3個のサンプリングポイントがあれば位相の演算は可能である。すなわち、制御回路2は、sin信号及びcos信号にそれぞれ少なくとも3個のサンプリングポイントを設定して、各信号のsin成分及びcos成分を求め、これらの成分に基づいてsin相位相及びcos相位相を求めるようにしてもよい。このように、少なくとも3個のサンプリングポイントがあれば、レゾルバ1の異常を検出することができるので、制御回路2における演算負担が軽い。
In the above embodiment, four sampling points are provided. However, if there are at least three sampling points, the phase can be calculated. That is, the
なお、上記実施形態では、励磁信号の信号線とsin信号の信号線とが互いに抵抗を介して電気的に接続された状態について説明したが、励磁信号の信号線とcos信号の信号線とが互いに抵抗を介して電気的に接続された状態であっても、同様に、制御回路2による異常検出を行うことができる。
In the above embodiment, the excitation signal signal line and the sin signal signal line are electrically connected to each other via a resistor. However, the excitation signal signal line and the cos signal signal line are connected to each other. Even in the state where they are electrically connected to each other via a resistor, the abnormality detection by the
また、上記のようなレゾルバの異常検出装置(制御回路2)は、各種軸倍角のレゾルバに適用可能であり、さらに、レゾルバに限らず、角変位に応じてsinθ,cosθの信号を出力する各種角変位センサ(例えばMRセンサ)に適用可能である。 The resolver abnormality detection device (control circuit 2) as described above can be applied to resolvers with various shaft angle multipliers, and is not limited to resolvers, and can output various signals of sin θ and cos θ according to angular displacement. It is applicable to an angular displacement sensor (for example, MR sensor).
1 レゾルバ(角変位センサ)
2 制御回路(異常検出装置)
1 Resolver (angular displacement sensor)
2 Control circuit (Abnormality detection device)
Claims (2)
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JP2008154217A JP2009300222A (en) | 2008-06-12 | 2008-06-12 | Device for detecting abnormal condition in angular displacement sensor |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101338438B1 (en) | 2011-12-08 | 2013-12-10 | 기아자동차주식회사 | System for wiring mismatch detection of resolver on green car and method thereof |
JP2018112450A (en) * | 2017-01-11 | 2018-07-19 | トヨタ自動車株式会社 | Rotational angle detection device |
US10620400B2 (en) | 2015-09-30 | 2020-04-14 | Fujifilm Corporation | Position detection device for movable lens, lens device, imaging device, position detection method for movable lens, and non-transitory computer readable medium storing a position detection program for movable lens |
-
2008
- 2008-06-12 JP JP2008154217A patent/JP2009300222A/en active Pending
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