JP6954507B1 - 回転角検出装置、電動パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、下記特許文献1には、電動モータの角度位置を検出するMR(磁気抵抗:Magnetic Resistance)センサとその出力信号を処理する計数ユニットとをそれぞれ2個ずつ備えて冗長化し、イグニションキーがオフである間に、2つのMRセンサが各々出力する正弦信号及び余弦信号に基づいて、2つの計数ユニットによって電動モータの回転数をカウントするステアリングシステムが記載されている。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、モータ回転軸の回転に応じた信号を出力するセンサを備える回転角検出装置において、電源スイッチがオフである期間の消費電力を低減することを目的とする。
電源管理部は、第1電力及び第2電力を生成する電源供給部と、電源スイッチがオンである場合に電源供給部から供給される第1電力を電源として動作して第1電力の電圧に基づく第1基準電圧と第2センサ信号とを比較し、電源スイッチがオフである場合に電源供給部から供給される第2電力を電源として動作して第2電力の電圧に基づく第2基準電圧と第2センサ信号とを比較するコンパレータと、コンパレータの出力をカウントすることによりモータ回転軸の回転数を検出するカウンタと、を備える。
また、本発明の他の態様による電動パワーステアリング装置の制御方法は、操舵角算出部が算出した操舵角に基づいて、モータにより付与する操舵補助力を制御する。
(構成)
以下、実施形態の回転角検出装置を、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与する電動パワーステアリング装置(EPS:Electric Power Steering)に適用した場合の構成例を説明する。ただし本発明は、電動パワーステアリング装置に適用される回転角検出装置に限定されず、モータ回転軸の回転に応じた信号を出力する少なくとも2つのセンサを備える回転角検出装置に広く適用可能である。
また、コラム軸の出力軸2oには、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介して連結されている。
コントローラ40は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Vhとに基づいて、アシストマップ等を用いてアシスト指令の操舵補助指令値の演算を行い、演算された操舵補助指令値に基づいてモータ20に駆動電流Iを供給する。
センサユニット30の2つのセンサは、各々独立してモータ回転軸の角度位置θ(θ=0〜360[deg])を検出し、一方のセンサからは振幅Aの第1正弦信号sin1=A×sinθ+Voff1及び第1余弦信号cos1=A×cosθ+Voff1を、他方のセンサからは振幅Aの第2正弦信号sin2=A×sinθ+Voff2及び第2余弦信号cos2=A×cosθ+Voff2を、各々コントローラ40へ出力する。電圧Voff1及びVoff2は、オフセット電圧(すなわち、第1正弦信号sin1、第1余弦信号cos1、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2の直流成分)である。第1正弦信号sin1、第1余弦信号cos1、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2の一例を図2に示す。
コントローラ40は、第1正弦信号sin1、第1余弦信号cos1、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2に基づいてモータ20のモータ回転軸の回転角θmを演算する。
磁石31は、モータ20のモータ回転軸21の出力端22と反対側の端部24に固定され、モータ回転軸21の周方向に沿って配列された異なる磁極(S極及びN極)を有している。
第1センサ33から出力される第1センサ信号は、第1正弦信号sin1及び第1余弦信号cos1を含む。第2センサ34から出力される第2センサ信号は、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2を含む。
第1センサ33及び第2センサ34は、モータ回転軸21とともに回転する磁石31に近接して配置され、磁石31から発生する磁束を検出することにより、モータ回転軸21の回転に応じた第1正弦信号sin1及び第1余弦信号cos1、並びに第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2をそれぞれ生成する。
なお、センサユニット30とコントローラ40とを一体のユニットとして形成してもよい。この場合、第1センサ33及び第2センサ34をコントローラ40に直接内蔵し、コントローラ40をモータ20の出力端22と反対側に装着してもよい。
電源管理部50は、バッテリ14からバッテリ電源Vbatの供給を受けて、センサユニット30及びコントローラ40の電源管理を行う。電源管理部50は、単一の集積回路(IC:Integrated Circuit)チップとして実装されてよい。電源管理部50は、例えばパワーマネージメントIC(Power Management Integrated Circuit)であってよい。
第1センサ電源Vs1、第2センサ電源Vs2及び電源Vmの電圧は、例えば共通の電源電圧Vcc1(図示せず)であってよい。電源電圧Vcc1は、例えば5[V]であってよい。
一方で、電源管理部50は、イグニションキー11がオフである間には、第1センサ33及びMPU60等への第1センサ電源Vs1及び電源Vmの供給を停止する。第2センサ34には所定周期Tで間欠的に第2センサ電源Vs2を供給する。イグニションキー11がオフである間に供給する第2センサ電源Vs2の電圧は、イグニションキー11がオンである間の電圧Vcc1より低くしてもよい。
また、MPU60は、第1正弦信号sin1及び第1余弦信号cos1に基づいて、モータ回転軸21の角度位置を表す角度位置情報θ1を算出する。角度位置情報θ1は、モータ回転軸21の1回転の角度範囲内における角度位置を表す(θ1=0〜360[deg])。
MPU60は、電源管理部50が生成した回転数情報(正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTc)と角度位置情報θ1に基づいて、モータ回転軸21の回転角を表す回転角情報θmを算出する。回転角情報θmは、モータ回転軸21の1回転以上のマルチターンの角度範囲における回転角を表す。
イグニションキー11がオフからオンになった時点で、MPU60は、電源管理部50から回転数情報を読み出し、回転数情報と角度位置情報θ1に基づいて回転角情報θmを算出する。
イグニションキー11がオンである間、MPU60は、イグニションキー11がオフからオンになった時点以降の角度位置情報θ1の角度変化を、イグニションキー11がオフからオンになった時点に算出した回転角情報θmに累積して、イグニションキー11がオフからオンになった時点以降の回転角情報θmを算出する。
コントローラ40は、切り増し状態である場合には駆動電流Iを増加補正して操舵補助力を増大させ、切り戻し状態である場合には駆動電流Iを減少補正して操舵補助力を減少させてもよい。MPU60の詳細は、さらに後述する。
レギュレータ51、第1電源供給部52、第2電源供給部53、第3電源供給部54及び電源制御部56は、特許請求の範囲に記載の「電源供給部」の一例である。
電源Vm及び第1センサ電源Vs1を共通化して、第1電源供給部52及び第2電源供給部53を単一の電源供給部としてもよい。すなわち、第1センサ33とMPU60等は、1つ又は複数の電源供給部から電源を供給されてもよい。
イグニションキー11がオンである間、電源制御部56は、第1電源供給部52、第2電源供給部53及び第3電源供給部54に、電源Vm、第1センサ電源Vs1及び第2センサ電源Vs2をそれぞれ発生させる。第1電源供給部52は、連続的に電源VmをMPU60等に供給する。第2電源供給部53は、連続的に第1センサ電源Vs1を第1センサ33に供給する。第3電源供給部54は、連続的に第2センサ電源Vs2を第2センサ34及び回転数検出部58に供給する。したがって、MPU60等、第1センサ33、第2センサ34及び回転数検出部58は連続して動作する。
一方で、電源制御部56は、第3電源供給部54に、所定周期Tで第2センサ電源Vs2を間欠的に発生させる。これにより、第2センサ電源Vs2が間欠的に第2センサ34及び回転数検出部58に供給される。第2センサ34及び回転数検出部58は所定周期Tで間欠的に動作する。電源制御部56は、イグニションキー11がオフである間の第2センサ電源Vs2の電圧を、イグニションキー11がオンである間よりも低くなるように設定してもよい。
回転数検出部58は、第1コンパレータ58aと、第2コンパレータ58bと、正弦カウンタ58cと余弦カウンタ58dを備える。
第2コンパレータ58bは、第2余弦信号cos2と閾値電圧Vrとを比較して、第2余弦信号cos2の正負の符号を示す符号信号Ccを生成する。符号信号Ccは、第2余弦信号cos2が閾値電圧Vr以上である場合に値「1」を有し、第2余弦信号cos2が閾値電圧Vr未満である場合に値「0」を有する。
第2正弦信号sin2と第2余弦信号cos2は、直流オフセット成分Voff2を有するので、例えば、閾値電圧Vrをオフセット電圧Voff2に設定してよい。
これら符号信号Cs及びCcは、正弦カウンタ58c及び余弦カウンタ58dに入力される。
実施形態の第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2の振幅Aは、第2センサ電源Vs2の電圧の2分の1(すなわちVs2/2)であり、直流成分が第2センサ電源Vs2の電圧の2分の1だけオフセットされ、0[V]〜第2センサ電源Vs2の電圧(すなわちVs2)までの範囲で変化する。したがって、閾値電圧Vrを第2センサ電源Vs2の電圧の2分の1(すなわちVs2/2)に設定する。
第2コンパレータ58bから出力される第2余弦信号cos2の符号信号Ccは、モータ回転軸21の角度位置が0[deg]から90[deg]まで及び270[deg]〜360[deg]までの範囲で値「1」を有し、90[deg]から270[deg]までの範囲で値「0」を有する。
図6(c)及び図6(d)を参照する。正弦カウンタ58cは、第2正弦信号sin2の符号が変化する回数を計数した正弦カウント値CNTsを算出し、余弦カウンタ58dは、第2余弦信号cos2の符号が変化する回数を計数した余弦カウント値CNTcを算出する。正弦カウンタ58c及び余弦カウンタ58dは、算出した正弦カウント値CNTsと余弦カウント値CNTcを、例えば不揮発性メモリ(図示せず)に記憶する。
また、正弦カウンタ58cは、第2余弦信号cos2の符号信号Ccが値「0」を有する間に、第2正弦信号sin2の符号信号Csの値が「1」から「0」に変化すると、正弦カウント値CNTsを1つ増加させ、第2正弦信号sin2の符号信号Csの値が「0」から「1」に変化すると、正弦カウント値CNTsを1つ減少させる。
また、余弦カウンタ58dは、第2正弦信号sin2の符号信号Csが値「1」を有する間に、第2余弦信号cos2の符号信号Ccの値が「1」から「0」に変化すると、余弦カウント値CNTcを1つ増加させ、第2余弦信号cos2の符号信号Ccの値が「0」から「1」に変化すると、余弦カウント値CNTcを1つ減少させる。
なお、本実施形態の正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcは例示であり、本発明の回転数情報は、正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcに限定されない。回転数情報は、nを2以上の自然数としてn分の1回転単位の回転数を表す回転数情報であればよい。
角度位置算出部61、カウント合計部62、回転数情報補正部63、回転数算出部64、ねじれ角算出部65、回転角情報算出部66、診断部67、及びアシスト制御部68の機能は、MPU60やコントローラ40が有する記憶装置(例えば不揮発性メモリなど)に格納されたプログラムをMPU60が実行することによって実現される。
回転角情報算出部66は、特許請求の範囲に記載の「回転角算出部」及び「操舵角算出部」の一例である。アシスト制御部68は、特許請求の範囲に記載の「モータ制御部」の一例である。
例えば角度位置算出部61は、第1正弦信号sin1及び第1余弦信号cos1の和(cos1+sin1)と差(cos1−sin1)とに基づいて、角度位置情報θ1を算出してよい。
同様に、角度位置算出部61は、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2を入力し、誤差を補償して、モータ回転軸21の1回転の角度範囲内における角度位置を表す角度位置情報θ2を算出する(θ2=0〜360[deg])。
図7を参照する。回転数情報補正部63は、角度位置情報θ1に基づいてカウント合計値CNTを補正して、カウント合計値CNTに生じた誤差を補償する。回転数情報補正部63は、誤差が補償された補正済カウント合計値CNTaを出力する。回転数情報補正部63の詳細は後述する。
ねじれ角算出部65は、トルクセンサ10が検出した操舵トルクThに基づいて、コラム軸に設けられたトーションバーのねじれ角θtを算出する。
回転角情報算出部66は、乗算器66a及び加算器66bにより回転角情報θm=(360[deg]×回転数Nr)+角度位置情報θ1を算出する。回転角情報θmの一例を図8(d)に示す。
出力軸2oの回転角θoや入力軸2iの回転角θiの回転角情報は、コントローラ40において、コラム軸が端当て状態であるか否かの判定や、操向ハンドル1が切り増し状態であるか切り戻し状態であるかの判定に用いることができる。コントローラ40は、これらの判定結果に基づいて、モータ20により出力軸2oに付与する操舵補助力を制御してもよい。また、入力軸2iの回転角θiの回転角情報は、入力軸2iが中立位置であるか否かの判定に用いてもよい。
また、診断部67は、正弦カウント値CNTsと余弦カウント値CNTcとの差に基づいて、第2センサ34又は回転数検出部58に生じた異常を判定する。例えば、正弦カウント値CNTsと余弦カウント値CNTcとの差が2以上である場合に、第2センサ34又は回転数検出部58に異常が生じたと判定する。
診断部67は、判定結果を示す診断信号Sdをアシスト制御部68に出力する。
図9に、アシスト制御部68の機能構成の一例を示す。トルクセンサ10で検出された操舵トルクTh及び車速センサ12で検出された車速Vhは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部71に入力される。電流指令値演算部71は、入力された操舵トルクTh及び車速Vhに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。
図7を参照する。アシスト制御部68は、診断部67から出力された診断信号Sdに基づいて異常の発生を検出した場合に、モータ20の駆動停止や警報出力などの所定の異常対応処理を行う。
以下、コンパレータの閾値電圧Vrに誤差がある場合を例示して、カウント合計値CNTにより生じる誤差を説明する。
この例では、第2正弦信号sin2と比較される閾値電圧Vr(2点鎖線)が設計値(理想値)よりも低くなっている。
図示するとおり、モータ回転角度が180、360、540、720、900、1080、…[deg]の時に生じるべき正弦カウント値CNTsの立ち上がり(立ち下がり)タイミングにずれが発生している。
このように、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2に含まれる誤差やコンパレータの閾値電圧Vrの誤差は、カウント合計値CNTの立ち上がり(立ち下がり)タイミングのずれという形で、カウント合計値CNTに誤差を生じる。
このモータ回転数Nrを用いて回転角情報θmを算出すると、図11(b)に示すように、1点鎖線で囲まれた箇所において回転数を誤ってしまい、回転角情報θmに誤差を生じてしまう。
図12を参照する。回転数情報補正部63は、第1象限情報算出部63aと、第2象限情報算出部63bと、象限比較部63cと、補正部63dを備える。
第2象限情報算出部63bは、回転数情報であるカウント合計値CNTに基づいて、上記の自然数nで分割した象限のいずれにモータ回転軸21の角度位置が属するかを示す第2象限情報Q2を算出する。
第1象限情報算出部63aは、角度位置情報θ1が第1象限〜第n象限の各々の角度範囲の何れかに属するかを閾値判定することによって、第1象限情報Q1を算出してよい。
第2象限情報算出部63bは、カウント合計値CNTを自然数nで除算したときの剰余(モジュロ:CNT mod n)を、第2象限情報Q2として算出してよい。
例えば象限比較部63cは、次式(1)のとおり第2象限情報Q2が象限を表す数から、第1象限情報Q1が象限を表す数を減算した差を象限差として算出してよい。
象限差=Q2−Q1 …(1)
但し、第2象限情報Q2が第1象限を示し且つ第1象限情報Q1が第4象限を示す場合には、次式(2)のとおり減算結果に4(すなわち自然数n)を加えた和を象限差として算出する。
象限差=Q2−Q1+4, 但しQ1=第4象限、Q2=第1象限 …(2)
また、第2象限情報Q2が第4象限を示し且つ第1象限情報Q1が第1象限を示す場合には、次式(3)のとおり減算結果から4(すなわち自然数n)を減じた差を象限差として算出する。
象限差=Q2−Q1−4, 但しQ1=第1象限、Q2=第4象限 …(3)
図13(b)に、象限差の一例を示す。図13(a)の第1象限情報Q1と第2象限情報Q2に応じて、象限差は「1」、「0」、「−1」のいずれかの値を有する。
例えば補正部63dは、カウント合計値CNTから象限差を減算した差を、補正済カウント合計値CNTaとして算出する。
図13(c)は、図10(c)のカウント合計値CNTから図13(b)の象限差を減じて算出した補正済カウント合計値CNTaを示す。
補正済カウント合計値CNTaに基づいてモータ回転数Nrを算出すると、図13(d)に示すようになる。図13(d)のモータ回転数Nrは、図8(c)のモータ回転数Nrと同様の結果となり、誤差が補正されていることが分かる。
次に、実施形態のモータ制御装置の動作について説明する。
(1)イグニションキーがオフの期間
電源管理部50の電源制御部56は、第1電源供給部52及び第2電源供給部53を停止し、第3電源供給部54のみを動作させる。この際に電源制御部56は、第3電源供給部54に、所定周期Tで第2センサ電源Vs2を間欠的に発生させる。
第2センサ電源Vs2が間欠的に第2センサ34及び回転数検出部58に供給される。第2センサ34及び回転数検出部58は所定周期Tで間欠的に動作する。
このように、イグニションキー11がオフの期間では、電源管理部50と第2センサ34のみが動作を継続し、その他のMPU60等や第1センサ33は動作を停止している。
電源制御部56は、第1電源供給部52及び第2電源供給部53の動作を開始する。また、電源制御部56は、第1電源供給部52、第2電源供給部53及び第3電源供給部54に、電源Vm、第1センサ電源Vs1、第2センサ電源Vs2を連続的に発生させる。電源Vm、第1センサ電源Vs1、第2センサ電源Vs2は、MPU60等、第1センサ33、第2センサ34及び回転数検出部58に連続して供給され始める。これにより、イグニションキー11がオンである期間、MPU60等、第1センサ33、第2センサ34及び回転数検出部58は連続して動作する。
回転数情報補正部63は、カウント合計値CNTを補正して補正済カウント合計値CNTaを出力し、回転数算出部64は、補正済カウント合計値CNTaから、モータ回転軸21の回転数Nrを算出する。
角度位置算出部61は角度位置情報θ1を算出し、回転角情報算出部66は、回転数Nrと角度位置情報θ1に基づいて、モータ回転軸21の回転角情報θmを算出する。
電源制御部56は、第1電源供給部52、第2電源供給部53及び第3電源供給部54を動作させ、電源Vm、第1センサ電源Vs1、第2センサ電源Vs2を連続的に発生させる。MPU60等、第1センサ33、第2センサ34及び回転数検出部58は連続して動作する。
角度位置算出部61は角度位置情報θ1を算出する。回転角情報算出部66は、イグニションキー11がオフからオンになった時点以降の角度位置情報θ1の角度変化を、イグニションキー11がオフからオンになった時点に算出した回転角情報θmに累積して、イグニションキー11がオフからオンになった時点以降の回転角情報θmを算出する。
アシスト制御部68は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Vhとに基づいてモータ20の駆動電流Iを制御する。
また、診断部67は、正弦カウント値CNTsと余弦カウント値CNTcとの差に基づいて、第2センサ34又は回転数検出部58に生じた異常を判定する。
アシスト制御部68は、診断部67から出力された診断信号Sdに基づいて異常の発生を検出した場合に、モータ20の駆動停止や警報出力などの所定の異常対応処理を行う。
(1)第1センサ33及び第2センサ34は、モータ20のモータ回転軸21の回転に応じた第1センサ信号及び第2センサ信号をそれぞれ出力する。角度位置算出部61は、第1センサ信号に基づいてモータ回転軸21の角度位置を表す角度位置情報を算出する。回転数検出部58は、第2センサ信号に基づいてモータ回転軸21の回転数を検出し回転数を表す回転数情報を出力する。回転角情報算出部66は、角度位置情報と回転数情報に基づいてモータ回転軸21の回転角を表す回転角情報を算出する。
これにより、電源スイッチがオフである期間に、外力等によりモータ回転軸21が回されても、電源スイッチがオフからオンになった時点で、マルチターンの角度範囲におけるモータ回転軸21の回転角を算出できる。
補正部63dは、第2象限情報から第1象限情報を減じた差分を回転数情報から減じることにより回転数情報を補正してよい。
これにより、第2センサ信号に基づいて算出した回転数情報に誤差が発生しても、第1センサ信号に基づいて算出した角度位置情報に基づいて、回転数情報の誤差を補正できる。その結果、回転角情報の精度を向上できる。
これにより、モータ回転軸21の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を出力するセンサを用いて、4分の1回転単位の回転数を表す回転数を検出できる。
これにより、操舵軸の操舵角を検出する角度センサを設けることなく、モータ20のモータ回転軸21の回転角情報を用いて、操舵軸の操舵角を検出できる。例えば、モータ20により操舵軸に付与する操舵補助力を、回転角情報算出部66が算出した操舵角に基づいて制御してもよい。
次に、第2実施形態の電源管理部50を説明する。第2実施形態の電源管理部50は、第1センサ電源Vs1、第2センサ電源Vs2と、及び電源Vmに加えて、電源管理部50内部のディジタル論理回路を駆動するための内部電源Vp(図14参照)を、イグニションキー信号IGに基づいて、バッテリ14からの供給電力から生成する。
イグニションキー11がオンである間、電源管理部50は、第1実施形態と同様に電源VmをMPU60等に供給する。
また、電源管理部50は、イグニションキー11がオンであるかオフであるかに関わらず、電源管理部50内部の論理回路に連続的に内部電源Vpを供給する。
例えば、イグニションキー11がオフである間に間欠的に供給される第2センサ電源Vs2の電圧は、電源電圧Vcc1より低い電源電圧Vcc2であってよい。例えば電源電圧Vcc2は3.3[V]であってよい。
第3電源供給部54は、「センサ電源供給部」の一例である。第1電源供給部52と、第2電源供給部53と、内部電源生成部55は、特許請求の範囲に記載の「電源供給部」の一例である。
動作切替信号Sigは、イグニションキー11がオンであるかオフであるかに応じて異なる値を有する。
また、電源制御部56は、駆動間隔指示信号Siを生成して第3電源供給部54へ出力する。駆動間隔指示信号Siは、イグニションキー11がオフである間に第2センサに間欠的に電源を供給する間隔、すなわち第2センサ34を駆動する駆動間隔を指示する信号である。電源制御部56の詳細は後述する。
レギュレータ51は、動作切替信号Sigに応じてレギュレータ電源VRの電圧を切り替える。例えば、動作切替信号Sigが値「1」である間(すなわちイグニションキー11がオンである間)のレギュレータ電源VRの電圧は6[V]であってよく、動作切替信号Sigが値「0」である間(すなわちイグニションキー11がオフである間)のレギュレータ電源VRの電圧は4[V]であってよい。
また、動作切替信号Sigが値「1」である間、第2電源供給部53は、連続的に第1センサ電源Vs1を第1センサ33に供給し、第3電源供給部54は、第2センサ電源Vs2を連続的に第2センサ34に供給する。
この結果、イグニションキー11がオンである間、MPU60等、第1センサ33、第2センサ34は連続して動作する。また、このときの第1センサ電源Vs1及び第2センサ電源Vs2の電圧は、電源電圧Vcc1である。
第3電源供給部54は、動作切替信号Sigが値「0」である間、電源電圧Vcc1よりも低い電源電圧Vcc2の第2センサ電源Vs2を生成する。また、第3電源供給部54は、動作切替信号Sigが値「0」である間、駆動間隔指示信号Siにより指示された駆動間隔で第2センサ電源Vs2を間欠的に生成する。
この結果、電源電圧Vcc1よりも低い電源電圧Vcc2の第2センサ電源Vs2が間欠的に第2センサ34に供給され、第2センサ34が間欠的に動作する。
センサ電源判定部57は、イグニションキー11がオフである期間(すなわち第2センサ電源Vs2が間欠的に生成される期間)に、第2センサ電源Vs2が第2センサ34に供給されているか否かを判定する。センサ電源判定部57は、回転数検出部58を、第2センサ電源Vs2が第2センサ34に供給されたタイミングで作動させるための起動信号Srを生成する。起動信号Srの値は、例えば、第2センサ電源Vs2が供給されている期間に間欠的に「1」となり、第2センサ電源Vs2が供給されていない期間に「0」となる。
回転数検出部58の第1コンパレータ58a及び第2コンパレータ58bは、イグニションキー11がオフである間、間欠的に動作して、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2と閾値電圧Vrとの比較結果に応じて符号信号Cs及びCcを変化させる。第2センサ電源Vs2が第2センサ34に供給されていない期間では、内部電源Vpによって符号信号Cs及びCcの出力を維持する。正弦カウンタ58c及び余弦カウンタ58dは、内部電源Vpを電源として動作し、正弦カウント値CNTsと余弦カウント値CNTcをそれぞれ算出する。
駆動間隔変更部56bは、モータ回転軸21の回転が検出されたか否かに基づいて駆動間隔指示信号Siを生成する。上記のとおり、駆動間隔指示信号Siは第2センサ34を間欠的に駆動する駆動間隔を指示する。
具体的には、モータ回転軸21の回転が検出されたときに、駆動間隔変更部56bは、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔を所定の最大間隔xから短縮し、その後にモータ回転軸21の回転が検出されなくなったときに、駆動間隔を最大間隔xまで延長する。最大間隔xは「第1時間間隔」の一例である。
このように、モータ回転軸21の回転が検出されたときに第2センサ34を間欠的に駆動する駆動間隔を短縮することで、正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcのカウント漏れを防止できる。
具体的には、駆動間隔変更部56bは、第1コンパレータ58aの出力である第2正弦信号sin2の符号信号Csと第2コンパレータ58bの出力である第2余弦信号cos2の符号信号Ccの変化に基づいて駆動間隔指示信号Siを生成する。
すなわち、駆動間隔変更部56bは、符号信号CsとCcとに変化が生じたときは、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔を最大間隔xから短縮する。
例えば、駆動間隔変更部56bは、第2センサ34に所定の複数回数、間欠的に電源が供給されても、符号信号Cs及びCcのいずれの変化も検出しない場合に、駆動間隔を延長し始めてもよい。
例えば、符号信号Cs及びCcのうちの一方の変化を検出したとき、駆動間隔変更部56bは所定長T1だけ駆動間隔を短縮し、その後に他方の信号の変化を検出したとき所定長T1だけ駆動時間をさらに短縮する。すなわち短縮量は、T1、(2×T1)と段階的に変化する。
このように段階的に駆動間隔を短縮することによって、駆動間隔が短くなることによる消費電力の増加を抑制しつつ、正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcのカウント漏れを防止できる。
当初の駆動間隔は最大間隔xであり、参照符号100で示すように符号信号Csが「0」から「1」に変化すると最大間隔xから(x−2.2)[ミリ秒]に短縮される。
例えば、最大間隔xを6.6[ミリ秒]とすると、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔は6.6[ミリ秒]から、4.4[ミリ秒]、2.2[ミリ秒]へと段階的に短縮される。
時間幅wが固定である場合、駆動間隔が最大間隔6.6[ミリ秒]であるときの第2センサ34の駆動期間のデューティ比は、最小間隔2.2[ミリ秒]であるときに比べて1/3となる。
また、時間幅wが220[μ秒]であり駆動間隔が最小間隔2.2[ミリ秒]である場合のデューティ比は10%となる。
図15(b)及び図15(c)の例では、参照符号100で示すように符号信号Csが「0」から「1」に変化した後に、符号信号Ccが「0」から「1」に変化せずに、再び符号信号Csが「1」から「0」に戻ることがある。
このような場合には、モータ回転軸21が速く回転していないため、駆動間隔を大きく短縮しなくても正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcのカウント漏れの虞は少ない。
例えば、駆動間隔変更部56bは、符号信号Csの変化が検出されると、符号信号Csが変化したことを示す符号信号Csの変化履歴を記憶する。
符号信号Ccの変化履歴が記憶されている状態で、符号信号Ccの変化が検出されても、駆動間隔変更部56bは駆動間隔を段階的に短縮しない。
符号信号Ccの変化履歴が記憶されている状態で、符号信号Csの変化が検出されると、駆動間隔変更部56bは駆動間隔を短縮し、符号信号Csの変化履歴を記憶する。また、符号信号Ccの変化が記憶されていない状態に変化履歴をリセットする。
駆動間隔変更部56bがソフトウエア的に実現されている場合には、符号信号Cs及びCcの変化履歴を、フラグ変数等によって記憶してもよい。
上述のとおり、駆動間隔変更部56bは、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔が短縮された後に、符号信号CsとCcに変化が生じなくなったときは、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔を最大間隔xまで延長する。
このため、駆動間隔変更部56bは、符号信号Cs又はCcのいずれかの信号の変化が最後に検出されてから、第2センサ34に間欠的に電源が供給された回数である電源供給カウントCNTrを計数する。
また、このとき駆動間隔変更部56bは、符号信号Cs、Ccの変化が記憶されていない状態に変化履歴をリセットする。
駆動間隔変更部56bは、駆動間隔が最大間隔xに至るまで駆動間隔の延長を続け、駆動間隔が最大間隔xに至ると駆動間隔の延長を停止する。
いま、図16(a)に示すように、当初、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔が(x−4.4)[ミリ秒]まで短縮されている場合を想定する。
駆動間隔変更部56bは、電源供給カウントCNTrがカウント閾値Cthである4以上であるか否かを判定する。
その後に、駆動間隔変更部56bは、電源供給カウントCNTrが1つ増加する毎に、駆動間隔を1.1[ミリ秒]ずつ延長する。
なお、上記の所定長T1、T2、駆動間隔の最大間隔x及び最小間隔、並びにカウント閾値Cthの数値例はあくまでも例示であり、本発明は上記の数値例に限定されない。所定長T1、最大間隔x及び最小間隔の値は、実際の装置構成に応じて適宜設定してよい。
このとき駆動間隔を所定長T1だけ短縮すると、駆動間隔は(x−5.5)[ミリ秒]となり、最小間隔(x−4.4)[ミリ秒]よりも短くなる。したがって、駆動間隔変更部56bは、所定長T1=2.2[ミリ秒]よりも短い1.1[ミリ秒]だけ駆動間隔を短縮して、駆動間隔を最小間隔(x−4.4)[ミリ秒]に設定する。
ステップS1においてセンサ電源判定部57は、第2センサ電源Vs2の電圧の立ち上がりを検出したか否かを判定する。第2センサ電源Vs2の電圧の立ち上がりを検出した場合(ステップS1:Y)に処理はステップS2へ進む。第2センサ電源Vs2の電圧の立ち上がりを検出しない場合(ステップS1:N)に処理は終了する。この場合に駆動間隔は変化しない。
駆動間隔変更部56bは、回転検出処理を実行して、符号信号Cs及びCcに基づいてモータ回転軸21の回転が検出されたか否かを判定する。
図18を参照して、ステップS2における回転検出処理の一例を説明する。
ステップS21において駆動間隔変更部56bは、符号信号Csが変化したことを示す符号信号Csの変化履歴があるか否かを判定する。変化履歴がある場合(ステップS21:Y)に処理はステップS24へ進む。変化履歴がない場合(ステップS21:N)に処理はステップS22へ進む。
ステップS23において駆動間隔変更部56bは、モータ回転軸21の回転が検出されたと判定して回転検出処理を終了する。
ステップS20において符号信号Csが変化しない場合(ステップS20:N)に駆動間隔変更部56bは、ステップS25において符号信号Ccが変化したか否かを判定する。
ステップS26において駆動間隔変更部56bは、符号信号Ccが変化したことを示す符号信号Csの変化履歴があるか否かを判定する。
符号信号Csの変化履歴がない場合(ステップS26:N)に処理はステップS27へ進む。
ステップS28において駆動間隔変更部56bは、モータ回転軸21の回転が検出されたと判定して回転検出処理を終了する。
ステップS4において駆動間隔変更部56bは、第2センサ34に間欠的に電源が供給された回数を計数する電源供給カウントCNTrをリセットする。
駆動間隔が最小間隔でない場合(ステップS5:N)に処理はステップS6へ進む。
ステップS6において駆動間隔変更部56bは、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔を短縮する。その後に処理は終了する。
駆動間隔が最大間隔xでない場合(ステップS7:N)に処理はステップS8へ進む。
ステップS8において駆動間隔変更部56bは、電源供給カウントCNTrがカウント閾値Cth以上であるか否かを判定する。
ステップS9において駆動間隔変更部56bは、電源供給カウントCNTrを1つ増加する。その後に処理は終了する。
ステップS11において駆動間隔変更部56bは、符号信号Cs、Ccの変化が記憶されていない状態に変化履歴をリセットする。その後に、ステップS9を経て処理は終了する。
(1)第2センサ34は、モータ20のモータ回転軸21の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を含んだ第2センサ信号を出力する。第3電源供給部54は、第2センサ34に第2センサ電源Vs2を供給する。電源制御部56は、イグニションキー11がオンである場合に第2センサ34に連続的に第2センサ電源Vs2を供給し、イグニションキー11がオフである場合に第2センサ34に間欠的に第2センサ電源Vs2を供給するように第3電源供給部54を制御する。第1コンパレータ58a及び第2コンパレータ58bは、正弦信号の変化及び余弦信号の変化を検出する。
さらに、第2センサ34の出力信号の変化に応じて第2センサ34の駆動間隔を短縮するので、モータ回転軸21の回転の検出漏れを防止できる。
さらに、第2センサ34の出力信号の変化に応じて駆動間隔を段階的に短縮するので、消費電力の増加を抑制しつつモータ回転軸21の回転の検出漏れを防止できる。
このように正弦信号及び余弦信号の検出しない場合に駆動間隔を延長するので消費電力を低減できる。
また段階的に駆動間隔を延長するので、消費電力の増加を抑制しつつモータ回転軸21の回転の検出漏れを防止できる。
例えば、駆動間隔が第3時間間隔であるときのデューティ比は10%であってよい。
また、例えば駆動間隔が第1時間間隔であるときのデューティ比は、駆動間隔が第3時間間隔であるときのデューティ比の1/3であってもよい。
これにより、イグニションキー11がオフである期間の消費電力を低減できる。
例えば、イグニションキー11がオフである場合の第2センサ電源Vs2の電圧は3.3Vであり、イグニションキー11がオンである場合の第2センサ電源Vs2の電圧は5Vであってよい。
これにより、イグニションキー11がオフである期間の消費電力を低減できる。
これにより、イグニションキー11がオフの期間において、第1センサ33、及びその出力信号を処理する角度位置算出部61及び回転角情報算出部66における電力消費を停止することができる。このため、電源スイッチがオフである期間の消費電力を低減できる。
次に、第3実施形態の電源管理部50を説明する。第2実施形態と同様に電源管理部50は、イグニションキー11がオンである間には、電源VmをMPU60等に供給する。
また、電源管理部50は、第1センサ33及び第2センサ34へ第1センサ電源Vs1及び第2センサ電源Vs2をそれぞれ供給する。イグニションキー11がオンである間に、電源管理部50は、第1センサ電源Vs1及び第2センサ電源Vs2として連続的な電力を供給する。イグニションキー11がオンである間の第1センサ電源Vs1及び第2センサ電源Vs2の電圧は、例えば共通の電源電圧Vcc1(例えばVcc1=5[V])であってよい。
イグニションキー11がオンである間に第2センサ電源Vs2及び内部電源Vpとして供給される連続的な電力は「第1電力」の一例である。
また、イグニションキー11がオフである間には、電源管理部50は、第2センサ電源Vs2として間欠的な電力を第2センサ34へ供給する。
例えば、イグニションキー11がオフである間に間欠的に供給される第2センサ電源Vs2の電圧は、電源電圧Vcc1より低い電源電圧Vcc2であってよい。例えば電源電圧Vcc2は3.3[V]であってよい。
イグニションキー11がオフである間に第2センサ電源Vs2として供給される間欠的な電力は「第2電力」の一例である。
イグニションキー11がオフである場合、第2センサ電源Vs2の電圧は、出力周期Tで到来する時間幅Wtの間欠出力期間で電源電圧Vcc2となり、間欠出力期間以外の期間では「0」となる。第2実施形態と同様に、電源管理部50は出力周期Tを動的に変更してよい。出力周期Tは、例えば2.2ミリ秒〜6.6ミリ秒であってよい。
待機期間Pwは、第2センサ電源Vs2の間欠出力の開始直後に発生する電圧変動が第2センサ34の第2センサ信号に与える影響を避けるために、第2センサ信号のサンプリングが禁止される期間である。待機期間Pwは、例えば固定値であってもよく、電源管理部50にプログラム可能な任意の値であってもよい。
アイドル期間Piの期間長は、サンプリング期間Psの開始時期を指定するためにプログラムでき、サンプリング期間Psの期間長は、第2センサ電源Vs2の間欠出力の終了時期を指定するためにプログラムできる。
例えば、第2センサ電源Vs2の供給が開始すると、コントローラ40が第2センサ34から受信する第2センサ信号の電圧は、「0」から第2センサ34に印加されている磁束に応じた値まで、ある時定数で変化する。第2センサ信号の時定数は、例えば、第2センサ34自体の電気的特性やハーネス35や入力回路のインピーダンス等によって定まる。このため、アイドル期間Piが過小であると本来の第2センサ信号よりも小さな信号をサンプリングしてしまうおそれがある。
例えば、第2センサ電源Vs2の出力を開始後100マイクロ秒が経過時に第2センサ信号が十分に大きくなるように(例えば、第2センサ電源Vs2が連続して供給される場合の第2センサ信号の99パーセント程度の大きさまで上昇するように)設計することは現実的に可能である。したがって、例えば第2センサ電源Vs2の1回の間欠出力の時間幅Wtは、100マイクロ秒以上であってよい。
ただし、イグニションキー11がオフである間には、電源管理部50は、イグニションキー11がオンである間の電圧よりも低い電圧を有する内部電源Vpを供給する。
イグニションキー11がオフである間に内部電源Vpとして供給される連続的な電力は「第3電力」の一例である。
電源制御部56は、イグニションキー信号IGに基づいて動作切替信号Sigを生成して、レギュレータ51、第1電源供給部52、第2電源供給部53及び第3電源供給部54へ出力する。
また、電源制御部56は、イグニションキー11がオフである間、第2センサ電源Vs2の間欠出力期間の開始時期を示す周期Tのタイミング信号Stを、第3電源供給部54と回転数検出部58に出力する。
レギュレータ51は、動作切替信号Sigに応じてレギュレータ電源VRの電圧を切り替える。
例えば、動作切替信号Sigが値「1」である間のレギュレータ電源VRの電圧は6[V]であってよく、動作切替信号Sigが値「0」である間のレギュレータ電源VRの電圧は4[V]であってよい。
また、動作切替信号Sigが値「1」である間、第3電源供給部54は、第2センサ電源Vs2として連続的な電力を第2センサ34と回転数検出部58に供給し、内部電源Vpとして連続的な電力を回転数検出部58に供給する。
この結果、イグニションキー11がオンである間、MPU60等、第1センサ33、第2センサ34は連続して動作する。また、このときの第1センサ電源Vs1、第2センサ電源Vs2及び内部電源Vpの電圧は、電源電圧Vcc1である。
この結果、電源電圧Vcc1よりも低い電源電圧Vcc2の第2センサ電源Vs2が間欠的に第2センサ34に供給され、第2センサ34が間欠的に動作する。
第3電源供給部54は、電源制御部56から出力されるタイミング信号Stに基づくタイミングで、間欠的に第2センサ電源Vs2を出力する。また、第3電源供給部54は、待機期間Pwと、電源管理部50に予めプログラムされたアイドル期間Piとサンプリング期間Psに応じて、第2センサ電源Vs2の1回の間欠出力の時間幅Wtを設定する。
例えば、イグニションキー11がオンであり第2センサ電源Vs2が5[V]である場合に閾値電圧Vrは2.5[V]に設定され、イグニションキー11がオフであり第2センサ電源Vs2が3.3[V]である場合に閾値電圧Vrは1.65[V]に設定されてよい。
正弦カウンタ58c及び余弦カウンタ58dは、内部電源Vpを電源として動作し、正弦カウント値CNTsと余弦カウント値CNTcをそれぞれ算出する。
このため、例えば電源管理部50は、第2正弦信号sin2又は第2余弦信号cos2のいずれか一方の変化を検出した場合に、間欠出力周期Tを短縮してよい。また電源管理部50は、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2の不変期間が継続する場合に間欠出力周期Tを延長してよい。
(1)第3実施形態の回転角検出装置は、イグニションキー11がオンの場合に電源が供給されて、モータ20のモータ回転軸21の回転に応じた第1センサ信号を出力するとともに、イグニションキー11がオフの場合に電源の供給が停止する第1センサ33と、イグニションキー11がオンの場合に電源が供給されて、第1センサ信号に基づいてモータ回転軸21の角度位置を表す角度位置情報を算出するとともに、イグニションキー11がオフの場合に電源の供給が停止する角度位置算出部61と、モータ回転軸21の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を含んだ第2センサ信号を出力する第2センサ34と、イグニションキー11がオンである場合に連続的な第1電力を第2センサ34に供給し、イグニションキー11がオフである場合に第1電力よりも小さな電圧を有する間欠的な第2電力を第2センサ34に供給するとともに、第2センサ信号に基づいてモータ回転軸の回転数を表す回転数情報を出力する電源管理部50と、イグニションキー11がオンの場合に電源が供給されて、角度位置情報と回転数情報に基づいてモータ回転軸21の回転角を表す回転角情報を算出するとともに、イグニションキー11がオフの場合に電源の供給が停止する回転角情報算出部66を備える。
さらに、間欠的に駆動される第2センサ34の第2センサ信号を取得するコンパレータ58a、58bを、第2センサ34の電源を間欠的に出力する電源管理部50に設けることで、コンパレータ58a、58bの動作を、第2センサ34の間欠駆動に同期させ易くなる。
また、コンパレータ58a、58bと第2センサ34とを同じ電源で駆動し、第2センサ信号と比較する基準電圧を、第2センサ34の電源の電圧に基づいて設定することで、イグニションキー11のオンオフに伴って第2センサ34への電源電圧が切り替わっても、コンパレータ58a、58bの正常な出力を取得できる。
イグニションキー11がオフである場合にカウンタ58c、58dの電源電圧を下げるため、イグニションキー11がオフである期間の消費電力を低減できる。
これにより、レギュレータ51からの出力電圧を切り替えることで、第3電源供給部54の出力電圧を切り替えることができる。
これにより、コンパレータ58a、58bの動作を、第2センサ34の間欠駆動に同期させ易くなる。
(6)第2電力の1回の間欠出力の時間幅Wtは、間欠的な第2電力が供給されたときの第2センサ信号の時定数に応じて設定してもよい。これにより、時間幅Wtが過小であるために本来の第2センサ信号よりも小さな信号をサンプリングするのを防止できる。
(7)第2電力の1回の間欠出力の時間幅は、例えば220マイクロ秒以下であってよい。これにより、イグニションキー11がオフである期間の消費電力を低減できる。
次に、第4実施形態のセンサユニット30及びコントローラ40を説明する。電源管理部50は、イグニションキー11がオフである間に、第2センサ電源Vs2として間欠的な電力を第2センサ34へ供給するが、センサユニット30がコントローラ40と別体のユニットとして形成され、ハーネス35を介して間欠的な第2センサ電源Vs2が第2センサ34へ供給されると、立ち上がり直後に過渡電流が流れて電源電圧が不安定になったり、電磁ノイズの発生源となることがある。このため、イグニションキー11がオフである間に、第2センサ34から得られる第2センサ信号が不安定となるおそれがある。
そこで、第4実施形態のセンサユニット30とコントローラ40には、第2センサ電源Vs2の電源ラインに、バイパスコンデンサやデカップリングコンデンサを設ける。バイパスコンデンサは、主に比較的高い周波数のノイズ成分をグラウンドに逃がす機能を果たし、デカップリングコンデンサは、主に比較的低い周波数の電圧変動を吸収して電源系を安定化させる役割を果たすが、同一のコンデンサで両方の機能を果たす場合もある。
センサユニット30側の第1センサ電源Vs1の第1センサ電源ラインVL1と第2センサ電源Vs2の第2センサ電源ラインVL2は、ハーネス35側の第1センサ電源ラインVL1と第2センサ電源ラインVL2と接続されており、コントローラ40から、それぞれ第1センサ電源Vs1及び第2センサ電源Vs2が供給される。また、センサユニット30側の第1センサ接地ラインGND1と第2センサ接地ラインGND2は、ハーネス35側の接地ラインGNDを介して、コントローラ40側の接地ライン(図示せず)に接続されている。
磁気抵抗素子Rs21、Rs22、Rs23及びRs24のピン層の磁化方向と、磁気抵抗素子Rc21、Rc22、Rc23及びRc24のピン層の磁化方向とは、90°ずれている。
また、電源端子V2COSを介して第2センサ電源ラインVL2に接続された磁気抵抗素子Rc21及びRc22の接続点と、グラウンド端子G2COSを介して第2センサ接地ラインGND2に接続された磁気抵抗素子Rc23及びRc24の接続点と、の間に第2センサ電源Vs2を供給すると、中点電位点に接続された出力端子COS2P及びCOS2Nからは、モータ回転軸21の回転に応じた正弦成分を表す差動余弦信号Sc2p及びSc2nが出力される。
第2オフセット電圧出力回路39は、例えば、分圧抵抗Rd21及びRd22によって第2センサ電源Vs2を分圧して得られた分圧電圧が非反転入力端子に入力される増幅器39aを有するボルテージフォロワ回路であってよい。例えば、分圧抵抗Rd21及びRd22の抵抗値を等しくし、第2センサ電源Vs2を1対1に分圧してよい。この場合、オフセット電圧Voff2は、第2センサ電源Vs2の電圧の2分の1(Vs2/2)となる。
第1増幅器36は、差動正弦信号Ss1p及びSs1nを増幅して、第1オフセット電圧出力回路38から出力されたオフセット電圧Voff1を付与することにより、第1正弦信号sin1を出力する。また、差動余弦信号Sc1p及びSc1nを増幅して、オフセット電圧Voff1を付与することにより、第1余弦信号cos1を出力する。
第1オフセット電圧出力回路38は、例えば、分圧抵抗Rd11及びRd12によって第1センサ電源Vs1を分圧して得られた分圧電圧が入力されるボルテージフォロワ回路であってよい。オフセット電圧Voff1は、例えば、第1センサ電源Vs1の電圧の2分の1(Vs1/2)であってよい。
第1正弦信号sin1、第1余弦信号cos1、第2正弦信号sin2、第2余弦信号cos2は、ハーネス35を介してコントローラ40へ伝送される。
電源安定性の観点からは、大きな容量のデカップリングコンデンサが望まれる。一方で、第2センサ電源Vs2が間欠的に供給されるイグニションキー11がオフの場合では、高速な信号の立ち上がりと暗電流低減の観点から小さい容量のバイパスコンデンサが望まれる。またEMC特性の観点からは、高周波領域で機能するバイパスコンデンサが望まれる。
(1)第2オフセット電圧出力回路39の入力端子
第2オフセット電圧出力回路39の入力端子と第2センサ接地ラインGND2とを接続するように(すなわち分圧抵抗Rd21、Rd22の接続点と第2センサ接地ラインGND2とを接続するように)デカップリングコンデンサC12を設けることにより、第2センサ電源Vs2が間欠的に供給される場合に、第2センサ電源Vs2がスイッチングされても、その過渡電流による電源の電圧変動は、分圧抵抗Rd21とデカップリングコンデンサC12により形成されるローパスフィルタによって遮断され、第2センサ信号の直流成分の変動が抑制される。この結果、第2センサ信号の安定性を向上できる。
第2センサ34と近接する位置において第2センサ電源ラインVL2と第2センサ接地ラインGND2とを接続するバイパスコンデンサC23及びC24を設けることにより、第2センサ電源Vs2のスイッチングにより生じた電磁ノイズが、第2センサ34に与える影響を抑制し、この結果、第2センサ信号の安定性を向上できる。
電源管理部50と近接する位置においてハーネス35の第2センサ電源ラインVL2と接地ラインGNDとを接続するデカップリングコンデンサC32(図22参照)を設けることにより、第2センサ電源Vs2がスイッチングされたときに発生する電源の電圧変動が、ハーネス35へ進入することを抑制し、ハーネス35により供給される電源を安定化できる。また、ハーネス35から生じるノイズを低減できる。
なお、イグニションキー11がオンの場合(すなわち第2センサ電源Vs2が連続的に供給されていている場合)においても、上記の3箇所(1)〜(3)にバイパスコンデンサやデカップリングコンデンサを接続することにより、外部からのノイズが第2センサ34へ及ぼす影響を抑制できるので、第2センサ信号の安定性を向上できる。
また、第1センサ33と近接する位置において第1センサ電源ラインVL1と第1センサ接地ラインGND1とを接続するバイパスコンデンサC21及びC22を設ける。
また、電源管理部50と近接する位置においてハーネス35の第1センサ電源ラインVL1と接地ラインGNDとを接続するデカップリングコンデンサC31(図22参照)を設ける。
(1)実施形態の回転角検出装置は、モータ20のモータ回転軸21の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を含んだ第1センサ信号と、モータ回転軸21の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を含んだ第2センサ信号とを出力するセンサユニット30と、センサユニット30に電源を供給するとともに第1センサ信号及び第2センサ信号に基づいてモータ回転軸21の回転角を表す回転角情報を算出するコントローラ40と、コントローラ40及びセンサユニット30を接続し、コントローラ40からセンサユニット30へ電源を伝送し、センサユニット30からコントローラ40へ第1センサ信号及び第2センサ信号を伝送するハーネス35と、を備える。
コントローラ40は、電源スイッチがオンである場合に第1センサ電源Vs1及び第2センサ電源Vs2として連続的な電力を供給し、電源スイッチがオフである場合に第1センサ電源Vs1の供給を停止するとともに第2センサ電源Vs2として間欠的な電力を供給する電源管理部50を備える。
このようなバイパスコンデンサC23及びC24を設けることにより、第2センサ電源Vs2のスイッチングにより生じた電磁ノイズが、第2センサ34に与える影響を抑制し、この結果、第2センサ信号の安定性を向上できる。
このようなデカップリングコンデンサC32を設けることにより、第2センサ電源Vs2がスイッチングされたときに発生する電源の電圧変動が、ハーネス35へ進入することを抑制し、ハーネス35により供給される電源を安定化できる。また、ハーネス35から生じるノイズを低減できる。
このようなバイパスコンデンサC22及びC22を設けることにより、第1センサ電源Vs1のスイッチングにより生じた電磁ノイズが、第1センサ33に与える影響を抑制し、この結果、第1センサ信号の安定性を向上できる。
また、例えば第2実施形態のコンパレータ58a、58bは、第3実施形態と同様に、イグニションキー11がオンである場合に第3電源供給部54から供給される連続的な第2センサ電源Vs2を電源として動作して第2センサ電源Vs2の電圧に基づく閾値電圧Vrと第2センサ信号とを比較し、イグニションキー11がオフである場合に第3電源供給部54から供給される間欠的な第2センサ電源Vs2を電源として動作して第2センサ電源Vs2の電圧に基づく閾値電圧Vrと第2センサ信号とを比較し、正弦カウンタ58c及び余弦カウンタ58dは、内部電源Vpを電源として動作してよい。
また、例えば第1実施形態〜第3実施形態のセンサユニット30及びコントローラ40に、第4実施形態と同様のバイパスコンデンサを設けてもよい。
以上の説明では、本発明の回転角検出装置を、いわゆる上流アシスト方式と呼ばれるコラムアシスト方式の電動パワーステアリング装置に適用する例について記載したが、本発明の回転角検出装置は、いわゆる下流アシスト方式の電動パワーステアリング装置に適用してもよい。以下、下流アシスト方式の電動パワーステアリング装置の例として、シングルピニオンアシスト方式、ラックアシスト方式、デュアルピニオンアシスト方式の電動パワーステアリング装置に、本発明の回転角検出装置を適用する構成例を説明する。
なお、下流アシスト方式の場合には、防水対策のためモータ20、センサユニット30、コントローラ40は別体ではなく、図23〜図25の破線で示すように一体構造のMCU(Motor Control Unit)としてよい。この場合、上記の第1センサ33と第2センサ34となるセンサICは、コントローラ40の回路基板に内蔵してよい。
ピニオンラック機構5は、ピニオン軸5A、ピニオンギア5B及びラックバー5Cを備える。入力側シャフト4Cとピニオンラック機構5とは、入力側シャフト4Cとピニオンラック機構5との間の回転角のずれによってねじれるトーションバー(図示せず)によって連結されている。トルクセンサ10は、トーションバーのねじれ角を、操向ハンドル1の操舵トルクThとして電磁気的に測定する。
ピニオン軸5Aには、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介して連結されており、センサユニット30は、上記実施形態と同様にモータ20のモータ回転軸の回転角情報を算出する。
操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20の回転軸20aに連結する駆動プーリ7Bとナット7Aに連結する従動プーリ7Cにはベルト7Dが巻きかけられており、回転軸20aの回転運動がラックバー5Cの直進運動に変換される。センサユニット30は、上記実施形態と同様にモータ20のモータ回転軸の回転角情報を算出する。
第2ピニオン軸8Aには、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介して連結されており、センサユニット30は、上記実施形態と同様にモータ20のモータ回転軸の回転角情報を算出する。
Claims (9)
- 電源スイッチがオンの場合に電源が供給されて、モータのモータ回転軸の回転に応じた第1センサ信号を出力するとともに、前記電源スイッチがオフの場合に電源の供給が停止する第1センサと、
電源スイッチがオンの場合に電源が供給されて、前記第1センサ信号に基づいて前記モータ回転軸の角度位置を表す角度位置情報を算出するとともに、前記電源スイッチがオフの場合に電源の供給が停止する角度位置算出部と、
前記モータ回転軸の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を含んだ第2センサ信号を出力する第2センサと、
前記電源スイッチがオンである場合に連続的な電力である第1電力を前記第2センサに供給し、前記電源スイッチがオフである場合に前記第1電力よりも小さな電圧を有する間欠的な電力である第2電力を前記第2センサに供給するとともに、前記第2センサ信号に基づいて前記モータ回転軸の回転数を表す回転数情報を出力する電源管理部と、
前記電源スイッチがオンの場合に電源が供給されて、前記角度位置情報と前記回転数情報に基づいて前記モータ回転軸の回転角を表す回転角情報を算出するとともに、前記電源スイッチがオフの場合に電源の供給が停止する回転角算出部と、
を備え、
前記電源管理部は、
前記第1電力及び前記第2電力を生成する電源供給部と、
前記電源スイッチがオンである場合に前記電源供給部から供給される前記第1電力を電源として動作して前記第1電力の電圧に基づく第1基準電圧と前記第2センサ信号とを比較し、前記電源スイッチがオフである場合に前記電源供給部から供給される前記第2電力を電源として動作して前記第2電力の電圧に基づく第2基準電圧と前記第2センサ信号とを比較するコンパレータと、
前記コンパレータの出力をカウントすることにより前記モータ回転軸の回転数を検出するカウンタと、
を備えることを特徴とする回転角検出装置。 - 前記電源供給部は、前記電源スイッチがオンである場合に前記第1電力を電源として前記カウンタに供給し、前記電源スイッチがオフである場合に前記第2電力と等しい電圧を有する連続的な電力である第3電力を生成して電源として前記カウンタに供給する、
ことを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 - 前記電源管理部は、前記電源スイッチがオンである場合に第1レギュレータ電圧を有する連続的な電力である第4電力を外部電源から生成するとともに、前記電源スイッチがオフである場合に前記第1レギュレータ電圧よりも低い第2レギュレータ電圧を有する連続的な電力である第5電力を前記外部電源から生成するレギュレータを備え、
前記電源供給部は、前記第4電力から前記第1電力を生成し、前記第5電力から前記第2電力及び前記第3電力を生成することを特徴とする請求項2に記載の回転角検出装置。 - 前記コンパレータと前記電源供給部とが単一の集積回路チップ内に設けられることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記第2電力の1回の間欠出力の時間幅は、前記電源スイッチがオフである場合に前記回転角検出装置に許容される消費電流に応じて設定されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
- 前記第2電力の1回の間欠出力の時間幅は、間欠的な前記第2電力が供給されたときの前記第2センサ信号の時定数に応じて設定されることを特徴とする請求項5に記載の回転角検出装置。
- 前記第2電力の1回の間欠出力の時間幅は、220マイクロ秒以下であることを特徴とする請求項5又は6に記載の回転角検出装置。
- 車両の操舵軸に設けられたトーションバーを介して連結された入力軸と出力軸との捩れ角に基づいて操舵軸に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記車両の操舵機構に操舵補助力を付与するモータと、
前記モータのモータ回転軸の回転角情報を算出する請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転角検出装置と、
前記操舵トルクに基づいて前記モータを駆動制御するモータ制御部と、
前記捩れ角と、前記減速ギアの減速比と、前記回転角情報とに基づいて、前記入力軸の操舵角を算出する操舵角算出部と、
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記操舵角算出部が算出した前記操舵角に基づいて、前記モータにより付与する前記操舵補助力を制御することを特徴とする請求項8に記載の電動パワーステアリング装置の制御方法。
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