JP2017067695A - 回転角検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転角検出装置501のAD変換器41、42は、複数の回転角センサ素子31、32、33が検出対象の回転角に応じてアナログ出力したcos信号及びsin信号を取得し、デジタル値であるcos値及びsin値に一定の変換周期で逐次的に変換する。角度算出処理部51は、いずれかの回転角センサ素子又はAD変換器の故障時に代替可能な複数通りの角度を算出する。角度の算出は、基準タイミングを時間軸での中心としたとき前後対称となる一つ又は複数の変換タイミングで変換されたcos値及びsin値に基づいて行われる。また、算出に用いられるcos値及びsin値の相対的な変換タイミングが異なる。
【選択図】図2
Description
また、例えば特許文献1には、複数の回転角センサ素子を冗長的に設け、いずれかの回転角センサ素子が故障したとき、正常な回転角センサ素子のセンサ値を用いて回転角を算出可能とした構成が開示されている。
一つ以上のAD変換器は、冗長的に設けられた複数の回転角センサ素子(31、32、33)が検出対象の回転角に応じてアナログ出力したcos信号及びsin信号を取得し、デジタル値であるcos値及びsin値に一定の変換周期で逐次的に変換する。
ここで、AD変換器が「逐次的にAD変換する」とは、少なくとも回転角について同時サンプルホールド機能を使用することができず、一つのAD変換器が複数のcos信号又はsin信号を同時変換することができないことを意味する。
角度算出処理部は、いずれかの回転角センサ素子又はAD変換器の故障時に代替可能な主位的算出値及び予備的算出値として、複数通りの角度を算出する。これらの角度の算出は、基準タイミングを時間軸での中心としたとき前後対称となる一つ又は複数の変換タイミングで変換されたcos値及びsin値に基づいて行われる。また、これらの角度は、算出に用いられるcos値及びsin値の相対的な変換タイミング、又は、算出に用いられるcos値及びsin値の抽出方法が異なる。
また、例えば主位的算出値は、一つの回転角センサ素子によるcos値及びsin値をそのまま用いて算出され、予備的算出値は、複数の回転角センサ素子によるcos値の平均値及びsin値の平均値を用いて算出される。このことを「算出に用いられるcos値及びsin値の抽出方法が異なる」という。
なお、「主位的算出値」及び「予備的算出値」という用語は便宜的な区分に過ぎない。
また、複数の回転角センサ素子によるcos値及びsin値について、相対的な変換タイミングや抽出方法が同一の値のみを用いて回転角を算出する構成では、単なる冗長に過ぎず工夫がない。それに対し本発明では、相対的な変換タイミング又は抽出方法の異なる値を用い、変換順序やAD変換器が複数の場合の変換分担を工夫することにより、回転角センサ素子又はAD変換器の故障状況に応じて効果的に回転角を算出することができる。
(電動パワーステアリング装置の構成)
最初に、本実施形態の回転角検出装置が適用される電動パワーステアリング装置の概略構成について説明する。
図1に、電動パワーステアリング装置90を含むステアリングシステム100の全体構成を示す。なお、図1に示す電動パワーステアリング装置90はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。
ハンドル91にはステアリングシャフト92が接続されている。トルクセンサ93は、ステアリングシャフト92の途中に設けられ、操舵トルクを検出する。ステアリングシャフト92の先端に設けられたピニオンギア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が設けられる。運転者がハンドル91を回転させると、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によりラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の変位量に応じた角度に一対の車輪98が操舵される。
ECU20は、回転角検出装置50及びモータ駆動制御部60を含む。
回転角センサ30は、例えばMR素子で構成され、モータ80のシャフト84に取り付けられた磁石85の磁界変化を検出し、cos信号及びsin信号の組み合せとしてアナログ電圧信号を出力する。本実施形態では、モータシャフト84が「検出対象」に相当する。なお、その他の回転角センサ30として、レゾルバ等を用いてもよい。
なお、ECU20における各処理は、マイコン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く、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。また、ECU20とモータ80とは一体に構成されてもよい。
また、本実施形態では、回転角センサ30からのcos信号及びsin信号のAD変換に、同時サンプルホールド機能を使用できないことを前提とする。例えば、AD変換部40がそもそも同時サンプルホールド機能を有していない場合もある。しかし、より現実的には、同時サンプルホールド機能の使用可能信号数を電流のAD変換に優先的に使用する結果、回転角について使用する余地が無いという場合が想定される。一般にモータの駆動制御では、電流の同時性の方が優先されるためである。
この課題に対し、本実施形態では、AD変換部40を構成するAD変換器における変換順序やAD変換器が複数の場合の変換分担を工夫することにより、基準タイミングにおける回転角を精度良く算出する回転角検出装置を提供することを目的とする。
まず、各実施形態のブロック図に記載する符号について説明する。回転角検出装置の符号は、「50」に続く3桁目に実施形態の番号を付す。複数の回転角センサ素子を含む回転角センサの符号は、「30」に続く3桁目に回転角センサ素子の数を記す。同様に、一つ以上のAD変換器を含むAD変換部の符号は、「40」に続く3桁目にAD変換器の数を記す。例えば、回転角センサ素子を3個含む回転角センサは「303」、AD変換器を2個含むAD変換部は「402」と記す。
角度算出部51及び角度確定部52は、厳密には、実施形態毎に入出力される値が異なるものであるが、同じ符号「51」、「52」を共通に用いる。
また、角度算出処理の説明において基準となる変換タイミングを「基準タイミング」という。回転角検出装置50は、基準タイミングにおける真の回転角に一致するように角度を算出することが求められる。
本発明の第1実施形態の回転角検出装置について図2〜図5を参照して説明する。
図2に示すように、第1実施形態の回転角検出装置501は、2個のAD変換器41、42を含むAD変換部402を備える。2個のAD変換器41、42は、回転角センサ303の3個のセンサ素子31、32、33からcos信号及びsin信号を取得する。
第1実施形態では、第2センサ素子32が「メインセンサ素子」に相当し、第1センサ素子31及び第3センサ素子33が「サブセンサ素子」に相当する。
サブセンサ素子である第1センサ素子31からのcos1信号及びsin1信号は、AD変換器(1)41に取得される。サブセンサ素子である第3センサ素子33からのcos3信号及びsin3信号は、AD変換器(2)42に取得される。
また、例えば、第1センサ素子31からのcos1信号及びsin1信号がAD変換されたcos値及びsin値を、「Vcos1、Vsin1」というように記す。
変換タイミングT1、T2、T3は、一定の変換周期ΔT毎に規定される。
本明細書では、基準タイミングに対し、変換周期ΔTのN周期前(Nは自然数)の変換タイミングを「プリタイミング」といい、N周期後の変換タイミングを「ポストタイミング」という。基準タイミングT2に対し、T1は、N=1でのプリタイミングに相当し、T3は、N=1でのポストタイミングに相当する。基準タイミングT2を時間軸での中心としたとき、プリタイミング及びポストタイミングは、前後対称の関係となる。
したがって、T1は(T2−ΔT)、T2は(T2+ΔT)と表される。
AD変換器(2)42は、プリタイミングT1にVsin3、基準タイミングT2にVsin2、ポストタイミングT3にVcos3の順にAD変換する。
つまり、どのセンサ素子についても、cos値及びsin値が基準タイミングを中心として前後対称の変換タイミングで変換される点が本実施形態に共通の特徴である。
これらの点は、第1実施形態の特徴である。このように第1実施形態では、センサ素子31、32、33からの各センサ値の変換順序や複数のAD変換器41、42での変換分担について、いくつか工夫がなされている。その工夫によって得られる作用効果の説明に移る前に、角度算出部51における角度算出処理について説明する。
主位的算出値である角度θ22は、基準タイミングT2で同時に変換されたcos値及びsin値に基づいて算出される。
予備的算出値である角度θ11及び角度θ33は、プリタイミングT1におけるcos値又はsin値の一方と、ポストタイミングT3におけるcos値又はsin値の他方とに基づいて算出される。つまり、角度θ11、θ33の算出に用いられるcos値及びsin値は、変換周期ΔTの2周期の間隔を隔てたタイミングで変換された値である。
よって、第1実施形態の主位的算出値及び予備的算出値は、算出に用いられるcos値及びsin値の相対的な変換タイミングが異なる。
θ11=ATAN(Vcos1,Vsin1)
=ATAN(cos(ωT1),sin(ωT3))
=ATAN(cos(ωT2−ωΔT),sin(ωT2+ωΔT))
・・・(1)
θ22=ATAN(Vcos2,Vsin2)
=ATAN(cos(ωT2),sin(ωT2)) ・・・(2)
θ33=ATAN(Vcos3,Vsin3)
=ATAN(cos(ωT3),sin(ωT1))
=ATAN(cos(ωT2+ωΔT),sin(ωT2−ωΔT))
・・・(3)
したがって、プリタイミングT1で変換されたcos値及びsin値同士を用いて算出した角度や、ポストタイミングT3で変換されたcos値及びsin値同士を用いて算出した角度に比べ、角度θ11、θ33は、角度θ22に近い値となる。ωΔTが十分に小さい場合には、角度θ11、θ33は、角度θ22に精度良く一致する。
例えば、角速度ωが2000[deg/s]、AD変換周期ΔTが1[μs]のとき、ωΔT=0.002[deg]となる。すなわち、第1実施形態における予備的算出値と主位的算出値との誤差は、最大でも0.002[deg]以内におさまる。
さらに角度θ11と角度θ33との平均値を演算すれば、誤差を相殺することができる。
故障情報を取得した角度算出部51は、それに応じて、故障していない正常な回転角センサ素子及びAD変換器を用いるように、出力する算出角度を選択する。
図3(c)に示すように、第3センサ素子33の故障時には、角度θ33が算出不能となるため、角度θ22又は角度θ11を出力する。同様に図4(d)に示すように、第1センサ素子31の故障時には、角度θ11が算出不能となるため、角度θ22又は角度θ33を出力する。
このように、いずれかの回転角センサ素子31、32、33の故障時には、二つの算出角度が角度算出部51から角度確定部52に出力される。二つの算出角度に基づき、角度確定部52がどのように確定角度θ_fixを演算するかについては問わない。例えば、第2センサ素子32の故障時には、角度θ11と角度θ33との平均値を算出してもよい。
このように、いずれかのAD変換器41、42の故障時には、一つの算出角度が角度算出部51から角度確定部52に出力される。したがって、角度確定部52は、唯一の算出角度を確定角度θ_fixとして出力する。
(1)回転角センサ素子31、32、33による算出角度θ11、θ22、θ33は、二つのAD変換器41、42にて、基準タイミングT2を時間軸の中心としたとき前後対称となる変換タイミングで変換されたcos値及びsin値に基づいて算出される。
これにより、角度算出部51は、いずれかの回転角センサ素子31、32、33又はAD変換器41、42の故障時に、各cos値及びsin値の変換タイミングのずれに関わらず、基準タイミングT2における回転角を精度良く算出することができる。
次に、第2実施形態について、図6、図7を参照して説明する。
図6に示すように、第2実施形態の回転角検出装置502は、第1実施形態と同様に、2個のAD変換器41、42を含むAD変換部402を備える。2個のAD変換器41、42は、回転角センサ303の3個のセンサ素子31、32、33からcos信号及びsin信号を取得する。第1実施形態と同じく、第2センサ素子32がメインセンサ素子に相当し、第1センサ素子31及び第3センサ素子33がサブセンサ素子に相当する。
なお、第2実施形態では、AD変換器41、42の故障を考慮しない。
サブセンサ素子である第1センサ素子31、第3センサ素子33からの両cos信号、すなわちcos1信号及びcos3信号は、AD変換器(1)41に取得される。また、両sin信号、すなわちsin1信号及びsin3信号は、AD変換器(2)42に取得される。
AD変換器(2)42は、プリタイミングT1にVsin1、基準タイミングT2にVsin2、ポストタイミングT3にVsin3の順にAD変換する。
角度算出部51は、サブセンサ素子である第1センサ素子31及び第3センサ素子33について、AD変換器(1)41にてプリタイミングT1に変換されたVcos1とポストタイミングT3に変換されたVcos3との平均値Vcos_avrを算出する。また、AD変換器(2)42にてプリタイミングT1に変換されたVsin1とポストタイミングT3に変換されたVsin3との平均値Vsin_avrを算出する。
さらに、角度算出部51は、平均値Vcos_avr及び平均値Vsin_avrに基づいて、基準タイミングT2における角度θaaを予備的算出値として算出する。
つまり、第2実施形態の主位的算出値及び予備的算出値は、算出に用いられるcos値及びsin値の相対的な変換タイミングが異なると共に、cos値及びsin値の抽出方法が異なる。
式(4)、(5)の第4行でωΔTが十分に小さい、すなわち、「ωΔT≒0」と仮定すると、平均値Vcos_avr及びVsin_avrは、基準タイミングT2におけるcos値及びsin値(すなわち、Vcos2及びVsin2)にほぼ一致する。
={cos(ωT1)+cos(ωT3)}/2
={cos(ωT2−ωΔT)+cos(ωT2+ωΔT)}/2
={2cos(ωT2)×cos(ωΔT)}/2
≒cos(ωT2) ・・・(4)
={sin(ωT1)+sin(ωT3)}/2
={sin(ωT2−ωΔT)+sin(ωT2+ωΔT)}/2
={2sin(ωT2)×cos(ωΔT)}/2
≒sin(ωT2) ・・・(5)
θaa=ATAN(Vcos_avr,Vsin_avr) ・・・(6)
上記式により算出される角度θaaは、Vcos2及びVsin2から直接算出した角度θ22にほぼ一致し、このときの推定誤差は、実質上ゼロと見なすことができる。よって、第2実施形態の予備的算出値としての角度θaaは、主位的算出値としての角度θ22に高い精度で一致し、いずれかの回転角センサ素子の故障時における代替性に優れる。
このように、第2実施形態では、いずれかの回転角センサ素子31、32、33の故障時に一つの算出角度が角度算出部51から角度確定部52に出力される。したがって、角度確定部52は、唯一の算出角度を確定角度θ_fixとして出力する。このとき出力される角度θ22又は角度θaaのいずれも、基準タイミングT2における真の回転角を精度良く反映するものである。
続いて、第2実施形態の変形例である第3実施形態について図8を参照する。第3実施形態は、第2実施形態に対し、AD変換器41、42がサブセンサ素子31、33から取得する信号の種類及び順序を、第1実施形態と同じ構成に変更したものである。
第3実施形態は、AD変換部402が回転角センサ303から信号を取得する構成に関して第1実施形態の図2と同一であるため、個別のブロック図を省略する。なお、正常時に角度算出部51から角度確定部52へ出力される算出角度については、第2実施形態の図6と同様に、角度θaa及び角度θ22が出力される。
第3実施形態は、第1実施形態の「同一のサブセンサ素子によるcos値及びsin値は、同一のAD変換器によって、プリタイミングT1及びポストタイミングT3において変換される。」という特徴を共有する。
ところで、図8(b)に示すように、一方のAD変換器41、42の故障時には、角度算出部51において角度θ22及び角度θaaのいずれも算出不能となり、角度確定部52への出力ができなくなる。そこで、第3実施形態では、一方のAD変換器41、42の故障時、第1実施形態と同様の算出処理を実施する。例えば、AD変換器(2)42の故障時、AD変換器(1)41で変換されたVcos1及びVsin1を用いて角度θ11を算出する。
このように第3実施形態は、第2実施形態及び第1実施形態の特徴を兼ね備え、AD変換器41、42の故障時にも算出角度を適正に出力することができる。
次に、第4及び第5実施形態について、それぞれ比較例と対比しつつ説明する。
まず、第4実施形態の回転角検出装置について図9、図10を参照する。また、第4実施形態と対比される第1比較例について図17、図18を参照する。
図9及び図17に示すように、第4実施形態の回転角検出装置504、及び、第1比較例の回転角検出装置594は、いずれも1個のAD変換器41を含むAD変換部401を備える。図9及び図17では、「41(401)」というように符号を記す。AD変換器41は、回転角センサ303の3個のセンサ素子31、32、33から計6つのcos信号及びsin信号を取得する。
なお、第4実施形態では、AD変換器41の故障を考慮しない。
例えば図10に示される逐次的なAD変換処理数は6、すなわち偶数である。このように逐次的なAD変換処理数が偶数の場合の基準タイミングTcは、変換タイミング同士の中間タイミング、すなわち、前後の変換タイミングから変換周期ΔTの0.5周期分の期間ずれたタイミングとなる。
本明細書では、基準タイミングTcを時間軸での中心として跨ぐ変換タイミングについて、基準タイミングTcに対し、変換周期ΔTの(N−0.5)周期前(Nは自然数)の変換タイミングを「ハーフプリタイミング」という。また、基準タイミングTcに対し、変換周期ΔTの(N−0.5)周期後の変換タイミングを「ハーフポストタイミング」という。
第4実施形態及び第5実施形態の図では、「Tc±(N−0.5)ΔT」の表記により、ハーフプリタイミング及びハーフポストタイミングを表現する。
例えばT3は(Tc−0.5ΔT)、T4は(Tc+0.5ΔT)と表される。また、T2は(Tc−1.5ΔT)、T5は(Tc+1.5ΔT)と表される。同様に、T1は(Tc−2.5ΔT)、T6は(Tc+2.5ΔT)と表される。
一方、前後対称の概念を有しない比較例の図には、この表記を使用しない。ただし、基準タイミングTcについては、対照のため比較例にも表記する。
一方、Vcos1及びVsin1に基づく算出角度θ11は、基準タイミングTcよりも前のタイミングにおける回転角を反映し、Vcos3及びVsin3に基づく算出角度θ33は、基準タイミングTcよりも後のタイミングにおける回転角を反映する。したがって、角度θ11及び角度θ33のいずれも、基準タイミングTcにおける回転角を正確に反映したものとはならない。
このように、センサ素子の故障発生時に角度確定部52が選択する算出角度を切り替える場合、どのセンサ素子の故障かにより、算出角度に反映されるタイミングが変化する。よって、故障発生前後において制御性が低下するおそれがある。
よって、第4実施形態の主位的算出値及び予備的算出値は、算出に用いられるcos値及びsin値の相対的な変換タイミングが異なる。
よって、第4実施形態は、第1比較例に比べ、故障発生前後における制御性の低下を好適に防止することができる。
次に、第5実施形態の回転角検出装置について図11、図12を参照する。また、第5実施形態と対比される第2比較例について図19、図20を参照する。
図11及び図19に示すように、第5実施形態の回転角検出装置505、及び、第2比較例の回転角検出装置595は、いずれも3個のAD変換器41、42、43を含むAD変換部403を備える。3個のAD変換器41、42、43は、回転角センサ303の3個のセンサ素子31、32、33から、それぞれcos信号及びsin信号を取得する。
第5実施形態と第2比較例とは、信号の変換に関し、AD変換器(1)41及びAD変換器(2)42において、いずれもT1にVcos1及びVcos2を変換し、T2にVsin1及びVsin2を変換する点で共通である。一方、AD変換器(3)43において、第5実施形態ではT1にVsin3、T2にVcos3の順に変換しているのに対し、第2比較例では逆転している。しかし、この点は重要でなく、第2比較例でも第5実施形態と同じ順に変換してもよい。
一方、第2比較例では、いずれのセンサ素子についても、一つのセンサ素子のcos値及びsin値をそのまま用いるため抽出方法が単一である。平たく言えば、第2比較例では、複数のセンサ素子による角度算出に関して何らの工夫も存在しない。
そして、第2センサ素子32又はAD変換器(2)42の故障時には、角度θ22が算出不能となるため、角度θ11又はθ33を出力する。第1センサ素子31もしくは第3センサ素子33の故障時、又は、AD変換器(1)41もしくはAD変換器(3)43の故障時にも全く同じ処理が実施される。
また、AD変換器(3)43にてハーフプリタイミングT1に変換されたVsin3とAD変換器(1)41にてハーフポストタイミングT2に変換されたVsin1との平均値Vsin_avrを算出する。そして、平均値Vcos_avr及び平均値Vsin_avrに基づいて、角度θaaを予備的算出値として算出する。
この例で明らかなように、本明細書における「主位的算出値」及び「予備的算出値」という用語は、単に便宜的な区分であり、実際の使用における優先度とは関係がない。
このように、第5実施形態では、算出に用いられるcos値及びsin値について異なる抽出方法を併用しているため、どの回転角センサ素子又はAD変換器が故障するかによって、故障時の処理を変えることができる。よって、何ら工夫が存在しない第2比較例に比べ、故障の状況に応じて適切な処理を使い分けることができる。
第6実施形態の回転角検出装置について図13、図14を参照する。第6実施形態は、第1実施形態に対し、1個のサブセンサ素子から信号を取得するものである。
図13に示すように、第6実施形態の回転角検出装置506は、第1実施形態と同様に2個のAD変換器41、42を含むAD変換部402を備える。ただし、第1実施形態に対し、2個のAD変換器41、42は、回転角センサ302の2個の回転角センサ素子31、32からcos信号及びsin信号を取得する。
すなわち、AD変換器(2)42は、第1実施形態での第3センサ素子33に代えて、第1センサ素子31からのcos1信号及びsin1信号を取得する。そして、AD変換器(2)42は、プリタイミングT1にVsin1、基準タイミングT2にVsin2、ポストタイミングT3にVcos1の順にAD変換する。
θ11x=ATAN(Vcos1,Vsin1)
=ATAN(cos(ωT3),sin(ωT1))
=ATAN(cos(ωT2+ωΔT),sin(ωT2−ωΔT))
・・・(1x)
図14(b)に示すように、第1センサ素子31の故障時には、予備的算出値である角度θ11、θ11Xは共に算出不能であるため、主位的算出値である角度θ22を出力する。
図14(c)に示すように、AD変換器(2)42の故障時の処理は、図3(e)と同様である。また、AD変換器(1)41の故障時の処理は、図3(f)と同様である。
このように、回転角センサ素子の数が2個の構成でも、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。
第7実施形態の回転角検出装置について図15、図16を参照する。第7実施形態は、第1実施形態に対し、4個のサブセンサ素子から信号を取得するものである。
図15に示すように、第7実施形態の回転角検出装置507は、第1実施形態と同様に2個のAD変換器41、42を含むAD変換部402を備える。ただし、第1実施形態に対し、2個のAD変換器41、42は、回転角センサ305の5個の回転角センサ素子31、32、33、34、35からcos信号及びsin信号を取得する。
第7実施形態では、第3センサ素子33がメインセンサ素子に相当し、残り4個のセンサ素子31、32、34、35がサブセンサ素子に相当する。
サブセンサ素子である第1センサ素子31からのcos1信号及びsin1信号、並びに第2センサ素子32からのcos2信号及びsin2信号は、AD変換器(1)41に取得される。また、サブセンサ素子である第4センサ素子34からのcos4信号及びsin4信号、並びに第5センサ素子35からのcos5信号及びsin5信号は、AD変換器(2)42に取得される。
また、T1、T2がそれぞれ、N=2、N=1でのプリタイミングに相当し、T4、T5がそれぞれ、N=1、N=2でのポストタイミングに相当する。したがって、基準タイミングT3に対し、プリタイミングT1とポストタイミングT5とが前後対称であり、プリタイミングT2とポストタイミングT4とが前後対称の関係となる。
AD変換器(2)42は、プリタイミングT1にVsin5、プリタイミングT2にVsin4、基準タイミングT3にVsin3、ポストタイミングT4にVcos4、ポストタイミングT5にVcos5の順にAD変換する。
角度算出部51は、基準タイミングT3に変換されたVcos3及びVsin3に基づいて、角度θ33を主位的算出値として算出する。
また、プリタイミングT2及びポストタイミングT4に変換されたVcos2及びVsin2、並びに、Vsin4及びVcos4に基づいて、角度θ22及び角度θ44を予備的算出値として算出する。
同様に、プリタイミングT1及びポストタイミングT5に変換されたVcos1及びVsin1、並びに、Vsin5及びVcos5に基づいて、角度θ11及び角度θ55を予備的算出値として算出する。
図16(b)に示すように、例えば第4センサ素子34及び第5センサ素子35の故障時には、残りの角度θ11、θ22、θ33を出力可能である。第7実施形態では、5個中4個までの回転角センサ素子が故障しても回転角検出機能を維持することができるため、信頼性を向上させることができる。
ただし、第7実施形態では、角度算出部51は、AD変換器(2)42の故障時には角度θ22及び角度θ11、AD変換器(1)41の故障時には角度θ44及び角度θ55というように、二つの算出角度を出力することができる。したがって、角度確定部52は、複数の算出角度に基づいて確定角度θ_fixを演算することができる。
第7実施形態の構成は、更に回転角センサ素子の数を増した構成に拡張可能である。
上記実施形態では、「複数の回転角センサ素子」の数が2個、3個、5個の例、及び、「一つ以上のAD変換器」の数が1個、2個、3個の例を示している。回転角センサ素子の数、及びそれに対するAD変換器の数は、これに限らず、適宜設定してよい。例えば、「3個の回転角センサ素子に対し2個のAD変換器」を備える構成を2組並列に設け、「6個の回転角センサ素子に対し4個のAD変換器」を備える構成としてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
41、42、43・・・AD変換器、
501〜507 ・・・回転角検出装置、
80・・・モータ、
90・・・電動パワーステアリング装置。
Claims (10)
- 冗長的に設けられた複数の回転角センサ素子(31、32、33)が検出対象の回転角に応じてアナログ出力したcos信号及びsin信号を取得し、デジタル値であるcos値及びsin値に一定の変換周期で逐次的に変換する一つ以上のAD変換器(41、42)と、
複数のcos値及びsin値に基づくアークタンジェント演算により、基準タイミングにおける回転角を算出する角度算出処理部(51)と、
を備え、
前記角度算出処理部は、
いずれかの前記回転角センサ素子又は前記AD変換器の故障時に代替可能な主位的算出値及び予備的算出値として、
前記基準タイミングを時間軸での中心としたとき前後対称となる一つ又は複数の変換タイミングで変換されたcos値及びsin値に基づいて、算出に用いられるcos値及びsin値の相対的な変換タイミング、又は、算出に用いられるcos値及びsin値の抽出方法が異なる複数通りの角度を算出する回転角検出装置。 - AD変換タイミングが互いに同期し、前記複数の回転角センサ素子のうち特定のメインセンサ素子によるcos値及びsin値を前記基準タイミングで同時に変換可能な複数の前記AD変換器を備え、
前記基準タイミングに対し、前記変換周期のN周期前(Nは自然数)の変換タイミングをプリタイミングとし、N周期後の変換タイミングをポストタイミングとすると、
前記角度算出処理部は、
前記メインセンサ素子による前記基準タイミングでのcos値及びsin値に基づいて前記主位的算出値を算出し、
前記複数の回転角センサ素子のうち前記メインセンサ素子以外の一つ以上のサブセンサ素子による前記プリタイミング及び前記ポストタイミングでのcos値及びsin値に基づいて前記予備的算出値を算出する請求項1に記載の回転角検出装置。 - 前記角度算出処理部は、
前記サブセンサ素子による前記プリタイミングにおけるcos値又はsin値の一方と、前記ポストタイミングにおけるcos値又はsin値の他方とに基づいて前記予備的算出値を算出する請求項2に記載の回転角検出装置。 - 複数の前記AD変換器は、
前記プリタイミング及び前記ポストタイミングにおいて、前記サブセンサ素子のcos値及びsin値を、互いに逆の順序で変換する請求項3に記載の回転角検出装置。 - 前記角度算出処理部は、
複数の前記サブセンサ素子による前記プリタイミング及び前記ポストタイミングにおけるsin値の平均値とcos値の平均値とに基づいて前記予備的算出値を算出する請求項2に記載の回転角検出装置。 - 同一の前記サブセンサ素子によるcos値及びsin値は、同一の前記AD変換器によって、前記プリタイミング及び前記ポストタイミングにおいて変換される請求項3〜5のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記基準タイミングを時間軸での中心として跨ぐ変換タイミングについて、前記基準タイミングに対し、前記変換周期の(N−0.5)周期前(Nは自然数)の変換タイミングをハーフプリタイミングとし、(N−0.5)周期後の変換タイミングをハーフポストタイミングとすると、
前記角度算出処理部は、
前記ハーフプリタイミング及び前記ハーフポストタイミングでのcos値及びsin値に基づいて、前記主位的算出値及び前記予備的算出値を算出する請求項1に記載の回転角検出装置。 - AD変換タイミングが互いに同期する三つ以上の前記AD変換器を備え、
一つの前記AD変換器は、前記ハーフプリタイミング及び前記ハーフポストタイミングにおいて、前記複数の回転角センサ素子のうち特定のメインセンサ素子によるcos値及びsin値を変換し、
他の複数の前記AD変換器は、前記ハーフプリタイミング及び前記ハーフポストタイミングにおいて、前記複数の回転角センサ素子のうち前記メインセンサ素子以外の複数のサブセンサ素子によるcos値及びsin値を変換し、
前記角度算出処理部は、
前記メインセンサ素子による前記ハーフプリタイミング及び前記ハーフポストタイミングにおけるcos値及びsin値に基づいて前記主位的算出値を算出し、
複数の前記サブセンサ素子による前記ハーフプリタイミング及び前記ハーフポストタイミングにおけるcos値の平均値とsin値の平均値とに基づいて前記予備的算出値を算出する請求項7に記載の回転角検出装置。 - 前記AD変換器は、前記cos信号及びsin信号のAD変換以外に他の物理量のAD変換を併行して実施する請求項1〜8のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 車両の電動パワーステアリング装置(90)においてアシストトルクを出力するモータ(80)の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記AD変換器は、前記他の物理量として前記モータに通電される電流をAD変換する請求項9に記載の回転角検出装置。
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