JP5315212B2 - 回転角度センサ異常検出装置、モータ制御システム、電動パワーステアリング - Google Patents
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Description
本発明によるモータ制御システムは、上記の回転角度センサ異常検出装置と、前記回転軸と連結されたモータと、前記回転軸に設置された磁石と、前記モータを駆動するモータ駆動回路と、前記回転角の検出結果に基づいて前記モータ駆動回路による前記モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路とを備え、前記回転角度センサ異常検出装置が有する前記磁界センサは、前記回転軸の回転に従って前記磁石の回転位置が変化することにより生じる磁界変化を検出し、前記異常検出手段により前記磁界センサの異常が検出されると、その検出結果に応じて前記モータの駆動を禁止することを特徴とする。
本発明による電動パワーステアリングは、上記の回転角度センサ異常検出装置と、前記回転軸と連結されたモータと、前記回転軸に設置された磁石と、前記モータを駆動するモータ駆動回路と、前記モータとコラムシャフトを介して機械的に接続される車輪の舵取り機構と、前記コラムシャフトと機械的に接続されるステアリングホイールと、前記ステアリングホイールを介して入力される操作を検出するトルクセンサと、前記トルクセンサによる前記操作の検出結果と前記回転角の検出結果とに基づいて、前記モータ駆動回路による前記モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路とを備え、前記回転角度センサ異常検出装置が有する前記磁界センサは、前記回転軸の回転に従って前記磁石の回転位置が変化することにより生じる磁界変化を検出し、前記異常検出手段により前記磁界センサの異常が検出されると、その検出結果に応じて前記モータの駆動を禁止することを特徴とする。
本発明の一実施の形態を、本発明の原理とともに、以下に説明する。
(1)レゾルバからの信号の振幅を監視し、sin2θ+cos2θの値が1より外れていないか監視する。
(2)(1)で、sin2θ+cos2θの値が1より外れている場合には、sinθ、cosθをそれぞれ直交座標上に、座標(sinθ,cosθ)をプロットし、所定の時間内に4つの象限すべてに座標(sinθ,cosθ)のプロットが存在する場合には正常、そうでない場合には異常とみなしモータ駆動禁止とする。
但し
τm:モータ出力トルク
K:トルク定数
iq:q軸電流
θe:磁極位置検出誤差
この式より、−90°<θe<+90°の範囲内であれば磁極位置検出誤差によりトルク変動が発生しても、制御性、操作性が悪化するに留まることがわかる。さらに、θe<−90°またはθe>+90°となるとcosθeの値が負となり、iqとτmの符号が逆転するため、モータを回転させようとする方向と逆方向に回る状態になることがわかる。フィードバック制御系でこのような状態が発生するとフィードバックの極性が逆転するため、ネガティブフィードバックがポジティブフィードバックとなり制御系が発散してしまうことになる。このような状態が例えば電動パワーステアリング装置で発生すると、勝手にステアリングをまわしてしまうセルフステアなどの現象となる。このような現象は絶対に避けなければならない。
第2象限: sinθ<0,cosθ>0
第3象限: sinθ<0,cosθ<0
第4象限: sinθ>0,cosθ<0
本実施形態では、図2に示した検出域1に換えて、リサージュ軌跡振幅判定121の検出域を正方形とした場合の例を説明する。図5は本実施形態におけるリサージュ軌跡振幅判定121での処理内容を説明するための図である。本実施形態によれば、sinθ、cosθの絶対値が所定の範囲内にあるかどうかの判定だけで異常を検出することができるので、第1の実施の形態において図3で説明したように検出域を円とする場合よりも演算量を削減することができる。この場合には以下の論理式で判断ができる。
かつ
|sinθ|>aかつ|cosθ|>a
ならば正常、
それ以外ならば異常。
本実施形態では、リサージュ軌跡振幅判定121の検出域を検出域1、検出域2と2段階にした場合の例を説明する。図6は本実施形態によるレゾルバ異常を検出する装置の基本的構成例を示す図である。図7は本実施形態におけるリサージュ軌跡振幅判定121での処理内容を説明するための図である。図6ではリサージュ軌跡振幅判定121で検出域2と判定された場合にはリサージュ軌跡象限判定122の結果に関わらずモータ駆動禁止とし、検出域1と判定された場合には、リサージュ軌跡象限判定122でも異常と判定された場合にモータ駆動禁止とする。
本実施形態では、リサージュ軌跡象限判定122における誤判定の確率をより低くする方法を説明する。図10は本実施形態によるリサージュ軌跡象限判定122における処理内容を説明するための図である。ここでは、リサージュ軌跡が4つの象限のうち1つの象限を通過していない場合に、当該象限に隣接する2つの象限の軌跡同士を直線で結ぶことにより、当該象限の軌跡を補間する。そして、補間した分を加えた軌跡が原点を囲むかどうかでレゾルバの正常、異常を判断する。
a=(y2−y1)/(x2−x1) (1)
b=(x2y1−x1y2)/(x2−x1) (2)
以上説明した各実施の形態では、レゾルバの診断方法について説明したが、回転角度センサの診断方法に対しても本発明を適用することが可能である。その方法を本発明の第5の実施の形態として以下に説明する。図14は、本実施形態による回転角度センサの異常を検出する装置の基本的構成例を示す図である。本装置は、第1の実施の形態として図1に示した装置におけるレゾルバ1の代わりに、回転軸7の回転に応じて発生する磁界変化を回転角度の変化として検出することで回転角度センサとして作用する磁界センサ201を備えている。この磁界センサ201の異常を検出してモータの駆動を禁止する。
Δθ1=θf−θp=θ,Δθ2=θf−θp=θ+π (4)
(a)b<5 の時は、リサージュ波形は原点を含む。すなわち、角度ズレは90度より小さい。
(b)b=5 の時は、リサージュ波形は原点上を通る。
(c)b>5 の時は、リサージュ波形は原点を通らない。すなわち、角度ズレは90度より大きい。
2 励磁信号生成部
3 変換トリガ生成部
4 モータドライバ
5 モータ
6 制御対象
7 回転軸
8 ステアリングホイール
9 トルクセンサ
10 マイコン
11 A/D変換器
12 誤り検出機能
13 演算部
14A,14B 検出回路
15 正極性出力回路
16 負極性出力回路
20 外部磁界方向
21 自由磁性層
22 スペーサ層
23 固定磁性層
30 COSブリッジ
40 SINブリッジ
100 モータ部
101 フレーム
102 第1ブラケット
103 第2ブラケット
106,107 軸受
110 ステータ
111 ステータコア
112 ステータコイル
121 リサージュ軌跡振幅判定
122 リサージュ軌跡象限判定
123 AND(論理積)
124 OR(論理和)
130 ロータ
200 回転角検出部
201 磁界センサ
202 センサ磁石
203 ハウジング
Claims (6)
- 回転軸が回転することにより生じる磁界変化を検出し、前記回転軸の回転角の正弦に応じた正弦信号と、前記回転軸の回転角の余弦に応じた余弦信号とを出力する磁界センサと、
前記磁界センサより出力される前記正弦信号および前記余弦信号のリサージュ波形に基づいて、前記磁界センサの異常を検出する異常検出手段とを備えた回転角度センサ異常検出装置であって、
前記異常検出手段は、前記リサージュ波形の振幅と、前記リサージュ波形が通過する象限とに基づいて、前記磁界センサの異常の有無を検出する際に、前記リサージュ波形の振幅が所定の第1の検出域内にあり、かつ所定時間内に前記リサージュ波形が通過しない象限がある場合に、前記磁界センサの異常を検出することを特徴とする回転角度センサ異常検出装置。 - 回転軸が回転することにより生じる磁界変化を検出し、前記回転軸の回転角の正弦に応じた正弦信号と、前記回転軸の回転角の余弦に応じた余弦信号とを出力する磁界センサと、
前記磁界センサより出力される前記正弦信号および前記余弦信号のリサージュ波形に基づいて、前記磁界センサの異常を検出する異常検出手段とを備えた回転角度センサ異常検出装置であって、
前記異常検出手段は、前記リサージュ波形の振幅と、前記リサージュ波形が通過する象限とに基づいて、前記磁界センサの異常の有無を検出する際に、前記リサージュ波形の振幅が所定の第1の検出域内にあり、かつ所定時間内に前記リサージュ波形がいずれか一つの象限を通過しない場合に、当該象限に隣接する二つの象限におけるリサージュ波形に基づいて当該象限のリサージュ波形を補間し、補間後のリサージュ波形が原点を囲まないときに、前記磁界センサの異常を検出することを特徴とする回転角度センサ異常検出装置。 - 請求項2に記載の回転角度センサ異常検出装置において、
前記異常検出手段は、前記隣接する二つの象限におけるリサージュ波形の軌跡同士を直線で結ぶことにより当該象限のリサージュ波形を補間し、
前記直線のy切片の正負に基づいて前記補間後のリサージュ波形が原点を囲むか否かを判断することを特徴とする回転角度センサ異常検出装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転角度センサ異常検出装置において、
前記異常検出手段は、前記リサージュ波形の振幅が所定の第2の検出域内にある場合は、所定時間内に前記リサージュ波形が通過しない象限があるか否かに関わらず、前記磁界センサの異常を検出することを特徴とする回転角度センサ異常検出装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転角度センサ異常検出装置と、
前記回転軸と連結されたモータと、
前記回転軸に設置された磁石と、
前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記回転角の検出結果に基づいて前記モータ駆動回路による前記モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路とを備え、
前記回転角度センサ異常検出装置が有する前記磁界センサは、前記回転軸の回転に従って前記磁石の回転位置が変化することにより生じる磁界変化を検出し、
前記異常検出手段により前記磁界センサの異常が検出されると、その検出結果に応じて前記モータの駆動を禁止することを特徴とするモータ制御システム。 - 請求項1〜5いずれか一項に記載の回転角度センサ異常検出装置と、
前記回転軸と連結されたモータと、
前記回転軸に設置された磁石と、
前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記モータとコラムシャフトを介して機械的に接続される車輪の舵取り機構と、
前記コラムシャフトと機械的に接続されるステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールを介して入力される操作を検出するトルクセンサと、
前記トルクセンサによる前記操作の検出結果と前記回転角の検出結果とに基づいて、前記モータ駆動回路による前記モータの駆動を制御するモータ駆動制御回路とを備え、
前記回転角度センサ異常検出装置が有する前記磁界センサは、前記回転軸の回転に従って前記磁石の回転位置が変化することにより生じる磁界変化を検出し、
前記異常検出手段により前記磁界センサの異常が検出されると、その検出結果に応じて前記モータの駆動を禁止することを特徴とする電動パワーステアリング。
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