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

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 Download PDF

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Abstract

電源管理部(50)は、電源スイッチ(11)がオンである場合に連続的な電力である第1電力を第2センサ(34)に供給し、電源スイッチ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電力である第2電力を第2センサ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)は、電源スイッチがオフである場合に第2電力を電源として動作して第2センサ信号をと基準電圧とを比較するコンパレータ(58a、58b)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(58c、58d)を備える。

Description

本発明は、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に関する。
従来より、モータ回転軸の回転角を検出するセンサが提案されている。また、電源スイッチがオフである間のモータの回転軸の回転数を監視する技術が提案されている。
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。
欧州特許第2050658号明細書
例えば、電動パワーステアリングシステムにおいては、イグニションキー(主電源スイッチ)がオフされてアシスト機能が停止している間にも、外力によりステアリングシャフトが回されることがある。このため、イグニションキーがオフである間も、バッテリによりバックアップされた回路によって、ステアリングシャフトに連結したモータの回転軸の回転数を監視することが好ましい。
一方で、電源スイッチがオフである間の消費電力はできるだけ少ないことが望ましい。例えば電動パワーステアリングシステムの場合は、車両に搭載されたバッテリを主電源とする。このためイグニションキーがオフである間に流れる暗電流ができるだけ少ないことが要求される。特許文献1に記載のステアリングシステムは、イグニションキーがオフである間にセンサに流れる暗電流のために消費電力の増加を招くおそれがある。
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。
上記目的を達成するために、本発明の一態様による回転角検出装置は、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、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、第1センサ信号に基づいて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、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、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、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電力を第2センサに供給し、電源スイッチ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電力である第2電力を第2センサ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と、電源スイッチ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の回転角を表す回転角情報を算出するとともに、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は、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、車両の操舵機構に操舵補助力を付与するモータと、モータのモータ回転軸の回転角情報を算出する上記の回転角検出装置と、操舵トルクに基づいてモータを駆動制御するモータ制御部と、捩れ角と、減速ギアの減速比と、回転角情報とに基づいて、入力軸の操舵角を算出する操舵角算出部と、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。
本発明によれば、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できる。
実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。 第1正弦信号、第1余弦信号、第2正弦信号及び第2余弦信号の一例を示す図である。 センサユニットの一例の概略を示す分解図である。 コントローラの構成例を示す図である。 第1実施形態の電源管理部の機能構成の一例のブロック図である。 (a)〜(d)は回転数検出部の動作の一例の説明図であり、(e)は回転数情報の一例の説明図である。 マイクロプロセッサの機能構成の一例のブロック図である。 (a)は第1正弦信号SIN1及び第1余弦信号COS1を示す図であり、(b)は角度位置情報θ1の一例を示す図であり、(c)はモータ回転数Nrを示す図であり、(d)は回転角情報θmを示す図である。 アシスト制御部の機能構成の一例のブロック図である。 (a)は第2正弦信号SIN2及び第2余弦信号COS2を示す図であり、(b)はコンパレータの閾値電圧Vrに誤差がある場合の正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcの一例を示す図であり、(c)はカウント合計値CNTの一例を示す図である。 (a)は回転数情報補正部がない場合にモータ回転数Nrに生じうる誤差の説明図であり、(b)は回転角情報θmに生じうる誤差の説明図である。 回転数情報補正部の機能構成の一例のブロック図である。 (a)は第1象限信号Q1及び第2象限信号Q2の一例を示す図であり、(b)は第1象限信号Q1と第2象限信号Q2との間の差分を示す図であり、(c)は補正済カウント合計値CNTaの一例を示す図であり、(d)は補正済カウント合計値CNTaから算出したモータ回転数Nrを示す図である。 第2実施形態の電源管理部の機能構成の一例のブロック図である。 イグニションキーがオフである間にモータ回転軸の回転を検出した場合の第2センサの駆動間隔の制御の一例の説明図である。 イグニションキーがオフである間にモータ回転軸の回転を検出しない場合の第2センサの駆動間隔の制御の一例の説明図である。 駆動間隔指示信号が指示する駆動間隔の設定方法の一例のフローチャートである。 図17の回転検出処理の一例のフローチャートである。 (a)はイグニションキーがオフである間に間欠的に出力される第2センサ電源Vs2の一例の波形を示す図であり、(b)は(a)の第2センサ電源Vs2の1回の間欠出力の波形を示す図である。 第3実施形態の電源管理部の機能構成の一例のブロック図である。 第4実施形態のセンサユニットの回路構成の一例の概略を示すブロック図である。 第4実施形態のコントローラの構成例を示す図である。 変形例の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。 変形例の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。 変形例の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。
本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
(第1実施形態)
(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。
図1を参照する。操向ハンドル1のコラム軸(操舵軸)2i及び2oは、減速ギア3、ユニバーサルジョイント4A及び4B、ピニオンラック機構5を経て操向車輪のタイロッド6に連結されている。コラム軸の入力軸2iと出力軸2oとは、入力軸2iと出力軸2o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。
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、モータ20を駆動制御する電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)である。コントローラ40には、電源であるバッテリ14からバッテリ電源Vbatが供給されると共に、電源スイッチであるイグニションキー11からイグニションキー信号IGが入力される。
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は、モータ20のモータ回転軸の回転に応じたセンサ信号を各々出力する2つのセンサを備える。
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。
コントローラ40は、モータ20のモータ回転軸の回転角θmと減速ギア3のギア比Rgとに基づいて、コラム軸の出力軸2oの回転角θoを演算する。コントローラ40は、回転角θoと操舵トルクThに基づいて、コラム軸の入力軸2iの回転角θi、すなわち操向ハンドル1の操舵角θsを演算する。
このような構成の電動パワーステアリング装置において、操向ハンドル1から伝達された運転手のハンドル操作による操舵トルクThをトルクセンサ10で検出し、操舵トルクth及び車速Vhに基づいて算出される操舵補助指令値によってモータ20は駆動制御され、運転手のハンドル操作の補助力(操舵補助力)として操舵系に付与される。
図3は、センサユニット30の一例の概略を示す分解図である。センサユニット30は、磁石31と、回路基板32とを備える。
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。
回路基板32には、磁石31から生じた磁束を検出することにより、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第1センサ33と第2センサ34を備える。
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と第2センサ34は、例えば、磁束を検出するMRセンサ(例えばTMR(Tunnel Magneto Resistance)センサ)であってよい。
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。
センサユニット30は、コントローラ40とは別体のユニットとして形成され、ハーネス35によりコントローラ40に接続される。コントローラ40は、第1センサ33及び第2センサ34をそれぞれ駆動する第1センサ電源Vs1及び第2センサ電源Vs2を、ハーネス35を経由してセンサユニット30へ供給する。センサユニット30は、第1センサ信号及び第2センサ信号を、ハーネス35を経由してからコントローラ40へ出力する。ハーネス35の長さは例えば約10cmであってよい。
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。
なお、センサユニット30の構成は、図3に示す構成に限定されるものではない。センサユニット30の第1センサ33及び第2センサ34は、MRセンサ以外の種類のセンサであってもよい。第1センサ33は、モータ回転軸21の回転に応じた信号を出力するセンサであれば足りる。第2センサ34は、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であれば足りる。
図4を参照して、コントローラ40の構成例を説明する。コントローラ40は、電源管理部50と、マイクロプロセッサ(MPU:Micro-Processing Unit)60を備える。
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。
電源管理部50は、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、第1センサ33を駆動するための第1センサ電源Vs1と、第2センサ34を駆動するための第2センサ電源Vs2と、MPU60やコントローラ40のその他の構成部品(以下「MPU60等」と表記することがある)を駆動するための電源Vmと、を生成する。
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。
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第1センサ電源Vs1、第2センサ電源Vs2及び電源Vmを、それぞれ第1センサ33、第2センサ34及びMPU60等に供給する。
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、電源管理部50は、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2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生成する。回転数情報は、第2正弦信号sin2の符号の変化を計数した正弦カウント値CNTsと、第2余弦信号cos2の符号の変化を計数した余弦カウント値CNTcを含む。正弦カウント値CNTsと余弦カウント値CNTcは、第2正弦信号sin2の符号と第2余弦信号cos2の符号の組合せによって変化する。電源管理部50の詳細は後述する。
MPU60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、モータ20の駆動電流Iを制御する。
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。
具体的には、イグニションキー11がオフである間、MPU60への電源Vmの供給が停止するので、MPU60は動作を停止する。
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。
MPU60は、回転角情報θmに減速ギア3のギア比Rgを乗じて、コラム軸の出力軸2oの回転角θoを算出する。また、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を算出し、出力軸2oの回転角θoにねじれ角θtを加算してコラム軸の入力軸2iの回転角θi(操向ハンドル1の操舵角θs)を算出する。
コントローラ40は、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。例えば、コントローラ40は、回転角情報に基づいてコラム軸が端当て状態であるか否かを判定してよい。コラム軸が端当て状態である場合には、コントローラ40は、モータ20の駆動電流Iを制限して、操舵補助力を低減するように補正してもよい。また、コントローラ40は、入力軸2iの回転角θiの回転角情報を、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。
また例えば、コントローラ40は、回転角情報に基づいて操向ハンドル1が切り増し状態であるか切り戻し状態であるかを判定してもよい。例えばコントローラ40は、コラム軸の回転角とその変化方向に基づいて、切り増し状態であるか切り戻し状態であるかを判定してもよい。またコントローラ40は、コラム軸の回転角と操舵トルクThにもとづいて、切り増し状態であるか切り戻し状態であるかを判定してもよい。
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。
次に、図5を参照して電源管理部50の機能構成の一例を説明する。電源管理部50は、レギュレータ51と、第1電源供給部52と、第2電源供給部53と、第3電源供給部54と、電源制御部56と、回転数検出部58を備える。
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。
レギュレータ51は、バッテリ電源Vbatから所定電圧のレギュレータ電源VRを発生させる。レギュレータ電源VRの電圧は例えば6Vである。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は、レギュレータ電源VRから電源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。
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。
電源制御部56は、イグニションキー信号IGに基づいて、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、それぞれ制御信号Sc1、Sc2及びSc3を出力し、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を制御する。
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。
イグニションキー11がオフである間、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を停止する。すなわち、電源Vm及び第1センサ電源Vs1の発生を停止させる。これにより、第1センサ33への第1センサ電源Vs1の供給と、MPU60等への電源Vmの供給が止まり、第1センサ33及びMPU60等の動作が停止する。
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2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2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(すなわち正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTc)を生成する。
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1コンパレータ58aは、第2正弦信号sin2と閾値電圧Vrとを比較して、第2正弦信号sin2の正負の符号を示す符号信号Csを生成する。符号信号Csは、第2正弦信号sin2が閾値電圧Vr以上である場合に値「1」を有し、第2正弦信号sin2が閾値電圧Vr未満である場合に値「0」を有する。
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。
図6(a)及び図6(b)を参照する。図6(a)の破線の波形は第2正弦信号sin2を、実線の波形は第2余弦信号cos2の例を示す。
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1コンパレータ58aから出力される第2正弦信号sin2の符号信号Csは、モータ回転軸21の角度位置が0[deg]から180[deg]までの範囲で値「1」を有し、180[deg]から360[deg]までの範囲で値「0」を有する。
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5を参照する。正弦カウンタ58c及び余弦カウンタ58dは、第2正弦信号sin2の符号信号Csと第2余弦信号cos2の符号信号Ccに基づいて、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2の符号の組み合わせの変化を計数し、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。
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。
具体的には、正弦カウンタ58cは、第2余弦信号cos2の符号信号Ccが値「1」を有する間に、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つ増加させ、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つ減少させる。
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。
余弦カウンタ58dは、第2正弦信号sin2の符号信号Csが値「0」を有する間に、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つ増加させ、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。
これにより、モータ回転軸21が1回転すると正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcは、回転方向に応じて各々2つ増減する。このため、正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcの和(以下「カウント合計値CNT」と表記することがある)は、図6(e)に示すように、モータ回転軸21が1回転する度に回転方向に応じて4つ増減する。したがって正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcの組合せやカウント合計値CNTは、4分の1回転単位の回転数を表す。このため正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcの組合せやカウント合計値CNTは、モータ回転軸21の角度位置が、モータ回転軸21の回転範囲を4分割した4象限のいずれに属するかを示す。
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。
次に、図7を参照してMPU60の機能構成の一例を説明する。MPU60は、角度位置算出部61と、カウント合計部62と、回転数情報補正部63と、回転数算出部64と、ねじれ角算出部65と、回転角情報算出部66と、診断部67と、アシスト制御部68を備える。
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。
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を入力し、これらの信号に含まれる誤差(オフセット、振幅差、位相差など)を補償する。図8(a)は、第1正弦信号sin1及び第1余弦信号cos1の一例を示す。角度位置算出部61は、誤差を補償した後の第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θ1を算出する(θ1=0〜360[deg])。角度位置情報θ1の一例を図8(b)に示す。
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。カウント合計部62は、MPU60への電源Vmの供給が開始した時点(すなわちイグニションキー11がオフからオンになった時点)で、電源管理部50の正弦カウンタ58c及び余弦カウンタ58dから、それぞれ正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcを読み出す。カウント合計部62は、正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcを加算して、図6(e)に示すようなカウント合計値CNTを算出する。
ここで、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の誤差により、正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcに誤差が生じることがある。この結果、カウント合計値CNTにも誤差が生じることがある。
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。
回転数算出部64は、補正済カウント合計値CNTaを、自然数nで除算した商をモータ回転軸21の回転数Nrとして算出する。自然数nは、モータ回転軸21の1回転当たりのカウント合計値CNTの増減数であり、本実施形態では自然数nは「4」である。回転数Nrの一例を図8(c)に示す。
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。
図7を参照する。回転角情報算出部66は、MPU60への電源Vmの供給が開始した時点(すなわちイグニションキー11がオフからオンになった時点)で、回転数算出部64が算出した回転数Nrと、角度位置算出部61が算出した角度位置情報θ1に基づいて、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情報θm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。
その後、イグニションキー11がオンである間、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。
図7を参照する。乗算器66cは、回転角情報θmに減速ギア3のギア比Rgを乗じて、コラム軸の出力軸2oの回転角θoを算出する。加算器66dは、回転角θoにトーションバーのねじれ角θtを加算してコラム軸の入力軸2iの回転角θi(操向ハンドル1の操舵角θs)を算出する。回転角情報算出部66は、回転角θo及び回転角θiの回転角情報を出力する。
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。
診断部67は、第1正弦信号sin1及び第1余弦信号cos1に基づいて算出した角度位置情報θ1と、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2に基づいて算出した角度位置情報θ2とを比較して、第1センサ33又は第2センサ34に生じた異常を判定する。例えば、角度位置情報θ1と角度位置情報θ2との差分が閾値以上である場合に、第1センサ33又は第2センサ34に異常が生じたと判定する。
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。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。
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。
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。
電流指令値Iref1は加算部72Aを経て電流制限部73に入力され、最大電流を制限された電流指令値Irefmが減算部72Bに入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差ΔI(=Irefm−Im)が演算され、その偏差ΔIが操舵動作の特性改善のためのPI(比例積分)制御部75に入力される。PI制御部75で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部76に入力され、更に駆動部としてのインバータ77を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器78で検出され、減算部72Bにフィードバックされる。
加算部72Aには補償信号生成部74からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部74は、セルフアライニングトルク(SAT)74−3と慣性74−2を加算部74−4で加算し、その加算結果に更に収れん性74−1を加算部74−5で加算し、加算部74−5の加算結果を補償信号CMとしている。
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。
次に、回転数情報補正部63について説明する。上述のとおり、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の誤差によって、回転数算出部64から出力されるカウント合計値CNTに誤差を生じることがある。
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。
図10(a)に、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2と、第1コンパレータ58a及び第2コンパレータ58bの閾値電圧Vrの例を示す。破線が第2正弦信号sin2を示し、実線が第2余弦信号cos2を示し、2点鎖線が第1コンパレータ58aで第2正弦信号sin2と比較される閾値電圧Vrを示し、1点鎖線が第2コンパレータ58bで第2余弦信号cos2と比較される閾値電圧Vrを示す。
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。
この結果、正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcは、図10(b)に示すようになる。破線が正弦カウント値CNTsを示し、実線が余弦カウント値CNTcを示す。
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。
この結果、図10(c)に示すようにカウント合計値CNTの立ち上がり(立ち下がり)タイミングにもずれが生じる。1点鎖線の囲み線で示すように、モータ回転角度が180、360、540、720、900、1080、…[deg]の時に生じるべきカウント合計値CNTの立ち上がり(立ち下がり)タイミングがずれている。
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。
カウント合計値CNTの立ち上がり(立ち下がり)タイミングがずれると、図11(a)に示すように、回転数算出部64が算出するモータ回転数Nrの立ち上がりタイミング(立ち下がり)が本来のタイミングからずれる。
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。
そこで、回転数情報補正部63は、図10(c)に示したカウント合計値CNTの立ち上がり(立ち下がり)タイミングのずれを補正する。
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1象限情報算出部63aは、角度位置情報θ1に基づいて、モータ回転軸21の回転範囲を、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1象限情報Q1を算出する。
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。
上述の通り、自然数nは、モータ回転軸21の1回転当たりのカウント合計値CNTの増減数であり、本実施形態では自然数nは「4」である。第1象限情報Q1及び第2象限情報Q2は、第1象限、第2象限、第3象限及び第4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。
図13(a)に第1象限情報Q1及び第2象限情報Q2の一例を示す。実線は第1象限情報Q1を示し、破線は第2象限情報Q2を示す。図10(c)に示すカウント合計値CNTの上がり(立ち下がり)タイミングのずれにより、1点鎖線で囲まれた箇所において、第1象限情報Q1と第2象限情報Q2に差が発生している。
図12を参照する。象限比較部63cは、第1象限情報Q1と第2象限情報Q2とを比較した比較結果を示す象限差を出力する。
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。
図12を参照する。補正部63dは、象限比較部63cが出力した象限差に応じて、カウント合計値CNTを補正し、補正済カウント合計値CNTaを算出する。
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。
図10(c)と図13(c)を比較すると、モータ回転角度が180、360、540、720、900、1080、…[deg]の時の立ち上がり(立ち下がり)タイミングのずれが補正されている。
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。
(動作)
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。
回転数検出部58が動作する期間に、正弦カウンタ58cは、第1コンパレータ58aの出力に応じて正弦カウント値CNTsをインクリメント又はデクリメントする。余弦カウンタ58dは、第2コンパレータ58bの出力に応じて余弦カウント値CNTcをインクリメント又はデクリメントする。
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。
(2)イグニションキーがオフからオンになった時点
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。
MPU60のカウント合計部62は、イグニションキー11がオフからオンになった時点で、正弦カウンタ58c及び余弦カウンタ58dから、それぞれ正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcを読み出して、カウント合計値CNTを算出する。
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。
(3)イグニションキーがオンの期間
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。
回転数検出部58は、第1コンパレータ58a及び第2コンパレータ58bの出力を定期的に計測して、正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTcをインクリメント又はデクリメントすることにより、正弦カウント値CNTs及び余弦カウント値CNTc(すなわちモータ回転数の現在値)を保持し続ける。
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。
回転角情報算出部66は、回転角情報θmと、減速ギア3のギア比Rgと、トーションバーのねじれ角θtに基づいて、コラム軸の出力軸2oの回転角θoと、入力軸2iの回転角θi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。
診断部67は、角度位置情報θ1と角度位置情報θ2とを比較して、第1センサ33又は第2センサ34に生じた異常を判定する。
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。
(第1実施形態の効果)
(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。
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、電源スイッチがオンの場合に、第1センサ33、第2センサ34、角度位置算出部61、回転数検出部58及び回転角情報算出部66へ電源を供給し、電源スイッチがオフの場合に、第1センサ33、角度位置算出部61及び回転角情報算出部66への電源供給を停止し、第2センサ34及び回転数検出部58へ電源を供給する。
これにより、電源スイッチ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。
(2)回転数検出部58は、電源スイッチがオフである間にモータ回転軸21の回転数の検出を継続してよい。回転角情報算出部66は、電源スイッチがオフからオンになった時点で回転数検出部58が出力する回転数情報と角度位置算出部61が算出する角度位置情報とに基づいて、回転角情報を算出してよい。
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。
(3)第1象限情報算出部63aは、角度位置情報に基づいて、モータ回転軸21の回転範囲をn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1象限情報を算出する(nは2以上の自然数)。第2象限情報算出部63bは、n分の1回転単位の回転数を表す回転数情報に基づいて、モータ回転軸21の回転範囲をn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象限情報を算出する。補正部63dは、第1象限情報と第2象限情報との比較結果に応じて回転数情報を補正する。
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。
(4)上記自然数nは4であり、第2センサ信号は、モータ回転軸21の回転に応じた第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2であり、回転数検出部58は、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2の符号の組み合わせの変化に基づいて回転数を検出してよい。
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。
(5)また、実施形態の電動パワーステアリング装置は、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2iと出力軸2o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10、出力軸2oに減速ギア3を介して連結され操舵軸に操舵補助力を付与するモータ20と、モータ20のモータ回転軸21の回転角情報を算出する回転角情報算出部66と、操舵トルクに基づいてモータ20を駆動制御するアシスト制御部68を備える。回転角情報算出部66は、捩れ角と、減速ギア3の減速比と、回転角情報とに基づいて入力軸2iの操舵角を算出する。
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。
(第2実施形態)
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、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を第1センサ33及び第2センサ34にそれぞれ供給する。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。
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。
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には間欠的に第2センサ電源Vs2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。
図6(a)及び図6(b)を参照する。上記のとおり、閾値電圧Vrは第2センサ電源Vs2の電圧の2分の1(すなわちVs2/2)に設定されている。したがって、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。
図14は、第2実施形態の電源管理部50の機能構成の一例のブロック図である。第1実施形態の電源管理部50の構成要素と同様の構成要素には同一の参照符号を付する。第2実施形態の電源管理部50は、内部電源生成部55とセンサ電源判定部57を備える。
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。
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。
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。
すなわち動作切替信号Sigは、イグニションキー11がオンであるかオフであるかを示す。例えば、イグニションキー11がオンであることを示す値は「1」であってよく、イグニションキー11がオフであることを示す値は「0」であってよい。
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、バッテリ電源Vbatから所定電圧のレギュレータ電源VRを発生させる。第1電源供給部52、第2電源供給部53、第3電源供給部54及び内部電源生成部55は、このレギュレータ電源VRから、電源Vm、第1センサ電源Vs1、第2センサ電源Vs2、内部電源Vpをそれぞれ発生させる。
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。
第1電源供給部52は、動作切替信号Sigが値「1」である間、連続的に電源VmをMPU60等に供給する。
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。
一方で、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)、第1電源供給部52及び第2電源供給部53は、電源Vm及び第1センサ電源Vs1の生成を停止する。これにより、第1センサ33への第1センサ電源Vs1の供給と、MPU60等への電源Vmの供給が止まり、第1センサ33及びMPU60等の動作が停止する。
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。
内部電源生成部55は、動作切替信号Sigが値「1」であるか「0」であるかに関わらず(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)、回転数検出部58に内部電源Vpを供給する。
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は、イグニションキー11がオンである間、回転数検出部58は連続的に動作し、イグニションキー11がオフである間、回転数検出部58は、センサ電源判定部57からの起動信号Srの値が「1」であるとき(すなわち第2センサ電源Vs2が第2センサ34に供給されたとき)に動作する。すなわち、回転数検出部58は間欠的に動作する。
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。
次に、電源制御部56についてさらに説明する。上述のとおり、電源制御部56は、動作切替信号Sigと駆動間隔指示信号Siとを生成することにより、レギュレータ51と、第1電源供給部52と、第2電源供給部53と、第3電源供給部54と、を制御する。電源制御部56は、作動切替部56aと、駆動間隔変更部56bを備える。
作動切替部56a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。
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応じて駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔を伸縮する。
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。
例えば、駆動間隔変更部56bは、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2の変化が検出されたか否かに応じて、駆動間隔指示信号Siを生成してよい。
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。
その後、符号信号CsとCcに変化が生じなくなったときは、駆動間隔変更部56b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。
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。
駆動間隔変更部56bは、符号信号Cs及びCcのうちの一方の信号の変化を検出し、その後に符号信号Cs及びCcのうちの他方の信号の変化を検出したとき、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔を段階的に短縮してもよい。
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。
図15(a)〜図15(c)を参照して、イグニションキー11がオフである間にモータ回転軸21の回転が検出された場合の第2センサ34の駆動間隔の制御の一例を説明する。図15(a)は所定長T1が2.2[ミリ秒]である例を示している。
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。
その後に、参照符号101で示すように符号信号Ccが「0」から「1」に変化すると、(x−2.2)[ミリ秒]から(x−4.4)[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。
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所定の最小間隔まで短縮されると、符号信号Cs及びCcの変化を検出しても、駆動間隔を最小間隔より短い値に短縮することを禁止する。例えば、図15(a)の例では最小間隔は(x−4.4)[ミリ秒]であってよい。図15(a)の例では、最大間隔xが6.6[ミリ秒]であれば最小間隔は2.2[ミリ秒]となる。
また、第2センサ34に第2センサ電源Vs2が供給される期間(すなわち第2センサ34が駆動される期間)の時間幅wは固定されていてよい。時間幅wは、例えば220[μ秒]であってよい。
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。
なお、符号信号Cs及びCcのうちの一方の信号が変化した後、その後に符号信号Cs及びCcのうちの他方の信号が変化する前に、再び符号信号Cs及びCcのうちの一方の信号が変化することがある。
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。
このような現象は、例えば、モータ回転軸21が回転して符号信号Cs及びCcのうちの一方の信号が変化した後に、同じ回転方向にモータ回転軸21が90度以上回転せずに、逆方向に回転した場合に発生する。
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。
そこで、駆動間隔変更部56bは、符号信号Cs及びCcのうちの一方の信号が変化した後、その後に符号信号Cs及びCcのうちの他方の信号が変化する前に、再び符号信号Cs及びCcのうちの一方の信号が変化しても、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔を短縮しないように構成してもよい。
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Cs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。反対に、符号信号Csの変化履歴が記憶されていない状態で、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Csの変化履歴が記憶されている状態で、符号信号Ccの変化が検出されると、駆動間隔変更部56bは駆動間隔を短縮し、符号信号Ccの変化履歴を記憶する。このとき駆動間隔変更部56bは、符号信号Cs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。
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。
反対に、符号信号Ccの変化履歴が記憶されていない状態で、符号信号Cc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Cc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。
符号信号Cs及びCcの変化履歴は、例えば駆動間隔変更部56bが論理回路等によってハードウエア的に実現されている場合には、フリップフロップ回路等によって記憶してよい。
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。
次に、イグニションキー11がオフである間にモータ回転軸21の回転が検出されない場合の駆動間隔変更部56bの動作について説明する。
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。
具体的には、所定の複数回数、第2センサ34に間欠的に電源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。
すなわち、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る度に電源供給カウントCNTrを1ずつ増加し、符号信号Cs又はCcのいずれかの信号の変化が検出されると、電源供給カウントCNTrを0にリセットする。
駆動間隔変更部56bは、電源供給カウントCNTrが所定のカウント閾値Cth以上であるか否かを判定する。電源供給カウントCNTrが所定のカウント閾値Cth以上である場合に駆動間隔変更部56bは、電源供給カウントCNTrが1つ増加する度に、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔を所定長T2だけ延長する。所定長T2は上記の所定長T1よりも短くてもよく、所定長T1と同じでもよい。
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。
図16(a)〜図16(d)を参照して、イグニションキー11がオフである間にモータ回転軸21の回転が検出されない場合の第2センサ34の駆動間隔の制御の一例を説明する。図16(a)〜図16(d)の例では、カウント閾値Cthは4であり、所定長T2は1.1[ミリ秒]である。
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。
参照符号102で示すように符号信号Csが変化すると、駆動間隔変更部56bは、電源供給カウントCNTrを0にリセットする。その後、符号信号Cs又はCcのいずれの信号の変化も検出されないと、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る度に、電源供給カウントCNTrを1つずつ増加する。
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。
電源供給カウントCNTrが4に到達すると、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、所定長T2である1.1[ミリ秒]だけ延長する。これにより駆動間隔は(x−4.4)[ミリ秒]から(x−3.3)[ミリ秒]へ延長する。
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。
その後、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔が最大間隔xまで延長されると、駆動間隔変更部56bは、駆動間隔の延長を停止する。
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。
また、符号信号Cs又はCcの変化を検出した際に、駆動間隔を所定長T1だけ短縮すると駆動間隔が最小間隔よりも短くなる場合には、駆動間隔変更部56bは、駆動間隔の短縮量を所定長T1よりも短くしてよい。同様に、符号信号Cs又はCcの変化を検出しない場合に、駆動間隔を所定長T2だけ延長すると駆動間隔が最大間隔xよりも長くなる場合には、駆動間隔の延長量を所定長T2よりも短くしてよい。
例えば上記のように所定長T1が2.2[ミリ秒]であり最小間隔が(x−4.4)[ミリ秒]である場合に、駆動間隔の延長途中で駆動間隔が(x−3.3)[ミリ秒]であるタイミングで符号信号Cs又はCcの変化を検出した場合を想定する。
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。
図17を参照して、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔の設定方法の一例を説明する。
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。
ステップS2においてセンサ電源判定部57は、起動信号Srを生成して回転数検出部58に出力する。起動信号Srによって起動した回転数検出部58内では、第1コンパレータ58a及び第2コンパレータ58bが、第2正弦信号sin2の符号信号Cs及び第2余弦信号cos2の符号信号Ccを出力する。
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S20において駆動間隔変更部56bは、符号信号Csが変化したか否かを判定する。符号信号Csが変化した場合(ステップS20:Y)に処理はステップS21へ進む。符号信号Csが変化しない場合(ステップS20:N)に処理はステップS25へ進む。
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S22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の変化履歴を記憶する。また、符号信号Ccが変化したことを示す変化履歴を、符号信号Ccの変化が記憶されていない状態にリセットする。
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。
一方で、ステップS21において変化履歴がないと判定された場合(ステップS21:N)に駆動間隔変更部56bは、ステップS24においてモータ回転軸21の回転が検出されない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。
符号信号Ccが変化した場合(ステップS25:Y)に処理はステップS26へ進む。符号信号Ccが変化ない場合(ステップS25:N)に処理はステップS24へ進む。この場合に駆動間隔変更部56bは、モータ回転軸21の回転が検出されないと判定して回転検出処理を終了する。
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。
変化履歴がある場合(ステップS26:Y)に処理はステップS24へ進む。この場合に駆動間隔変更部56bは、モータ回転軸21の回転が検出されないと判定して回転検出処理を終了する。
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S27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Ccの変化履歴を記憶する。また、符号信号Csが変化したことを示す変化履歴を、符号信号Csの変化が記憶されていない状態にリセットする。
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。
図17を参照する。モータ回転軸21の回転が検出された場合(ステップS3:Y)に処理はステップS4へ進む。モータ回転軸21の回転が検出されない場合(ステップS3:N)に処理はステップS7へ進む。
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。
ステップS5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が既に最小間隔であるか否かを判定する。駆動間隔が最小間隔である場合(ステップS5:Y)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。
ステップS3にてモータ回転軸21の回転が検出されない場合(ステップS3:N)に駆動間隔変更部56bは、ステップS7において、駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔が最大間隔xであるか否かを判定する。駆動間隔が最大間隔xである場合(ステップS7:Y)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。
電源供給カウントCNTrがカウント閾値Cth以上である場合(ステップS8:Y)に処理はステップS10へ進む。電源供給カウントCNTrがカウント閾値Cth以上でない場合(ステップS8:N)に処理はステップS9へ進む。この場合に駆動間隔は変化しない。
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S8にて電源供給カウントCNTrがカウント閾値Cth以上である場合(ステップS8:Y)に駆動間隔変更部56bは、ステップS10において駆動間隔指示信号Siが指示する駆動間隔を延長する。
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。
(第2実施形態の効果)
(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。
電源制御部56は、第2センサ34に間欠的に第2センサ電源Vs2を供給して第2センサ34を駆動する駆動間隔を、正弦信号及び余弦信号の何れの信号の変化も検出されない場合に第1時間間隔に設定し、正弦信号及び余弦信号の何れか一方の信号のみの変化を検出した場合に第1時間間隔より短い第2時間間隔に設定し、正弦信号及び余弦信号の何れか一方の信号の変化を検出した後に他方の信号の変化を検出した場合には第2時間間隔より短い第3時間間隔に設定する。
このように、イグニションキー11がオフである場合に第2センサ34を間欠的に駆動するため、電源スイッチであるイグニションキー11がオフである期間の消費電力を低減できる。
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。
(2)電源制御部56は、駆動間隔が第1時間間隔よりも短く設定されている期間中に、第2センサ電源Vs2を所定の複数回以上間欠的に供給しても正弦信号及び余弦信号のいずれの変化も検出しない場合に、駆動間隔を第1時間間隔まで段階的に延長してよい。
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。
(3)電源制御部56は、駆動間隔を短縮することにより、第2センサ34に第2センサ電源Vs2が供給される期間のデューティ比を大きくしてもよい。
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。
(4)電源制御部56は、イグニションキー11がオフである場合にセンサに供給される第2センサ電源Vs2の電圧を、イグニションキー11がオンである場合よりも下げてもよい。
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。
(5)第1センサ33は、モータ20のモータ回転軸21の回転に応じた第1センサ信号を出力する。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。
第2電源供給部53、第1電源供給部52及び内部電源生成部55は、第1センサ33、角度位置算出部61、回転数検出部58及び回転角情報算出部66へ電源を供給する。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1センサ33、角度位置算出部61及び回転角情報算出部66へ電源を供給し、イグニションキー11がオフの場合に第1センサ33、角度位置算出部61及び回転角情報算出部66への電源を停止するように第2電源供給部53及び第1電源供給部52を制御してよい。
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。
(第3実施形態)
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。
また、イグニションキー11がオンである間、電源管理部50は、電源管理部50内部のディジタル論理回路に対して、連続的な電力である内部電源Vpを供給する。例えば、イグニションキー11がオンである間の内部電源Vpの電圧は、共通の電源電圧Vcc1であってよい。すなわち内部電源Vpの電圧は、第2センサ電源Vs2と等しい電圧であってよい。
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。
一方で、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1センサ33への第1センサ電源Vs1の供給及びMPU60等への電源Vmの供給を停止する。
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。
図19(a)は、イグニションキー11がオフである間に間欠的に出力される第2センサ電源Vs2の一例の波形を示す。
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。
図19(b)は、第2センサ電源Vs2の1回の間欠出力の波形を示す図である。第2センサ電源Vs2が欠的に出力される1回の出力期間の時間幅Wtは、待機期間Pwとアイドル期間Piとサンプリング期間Psの合計である。
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及びサンプリング期間Psの期間長は、電源管理部50にプログラム可能な任意の値である。サンプリング期間Psは、イグニションキー11がオフである場合に電源管理部50が、第2センサ34の第2センサ信号のサンプリングを行う期間として指定される。
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。
第2センサ電源Vs2の間欠出力の時間幅Wtの長さは、イグニションキー11がオフである間にセンサユニット30及びコントローラ40に流れる暗電流に影響する。すなわちイグニションキー11がオフである間のセンサユニット30及びコントローラ40の消費電力に影響する。時間幅Wtが長いほど暗電流及び消費電力が大きくなり、時間幅Wtが短いほど暗電流及び消費電力を節約する。
一方で、アイドル期間Pi及びサンプリング期間Psを短くすると、間欠的に駆動される第2センサ34から出力される第2センサ信号を精度よくサンプリングすることが難しくなる。
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。
したがって、第2センサ電源Vs2の1回の間欠出力の時間幅Wtは、イグニションキー11がオフである間のセンサユニット30及びコントローラ40に許容される消費電流(暗電流)に応じて設定されることが望ましい。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220マイクロ秒以下であってよい。
また、第2センサ電源Vs2の1回の間欠出力の時間幅Wtは、イグニションキー11がオフである間に間欠的な第2センサ電源Vs2の供給が開始したときの第2センサ信号の時定数に応じて設定されることが望ましい。
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。
イグニションキー11がオフである間も、電源管理部50は、内部電源Vpとして連続的な電力を供給する。すなわち、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かかわらず連続的な電力を内部電源Vpとして供給する。
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。
例えば、イグニションキー11がオフである間の内部電源Vpの電圧は、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の電圧である電源電圧Vcc2と等しくてもよい。
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。
次に、図20を参照して電源管理部50の機能構成の一例を説明する。第1実施形態の電源管理部50の構成要素と同様の構成要素には同一の参照符号を付する。
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、バッテリ電源Vbatから所定電圧のレギュレータ電源VRを発生させる。第1電源供給部52及び第2電源供給部53は、このレギュレータ電源VRから、電源Vm及び第1センサ電源Vs1を発生させる。また、第3電源供給部54は、レギュレータ電源VRから、第2センサ電源Vs2及び内部電源Vpを発生させる。
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「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の電圧を、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の電圧よりも下げてもよい。これにより、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及び内部電源Vpの電圧を、イグニションキー11がオンである間の電圧よりも下げることができる。
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。
第1電源供給部52は、動作切替信号Sigが値「1」である間、電源Vmとして連続的な電力をMPU60等に供給し、第2電源供給部53は、第1センサ電源Vs1として連続的な電力を第1センサ33に供給する。
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。
一方で、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)、第1電源供給部52及び第2電源供給部53は、電源Vm及び第1センサ電源Vs1の生成を停止する。これにより、第1センサ33への第1センサ電源Vs1の供給と、MPU60等への電源Vmの供給が止まり、第1センサ33及びMPU60等の動作が停止する。
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Vcc2を有する間欠的な電力を第2センサ電源Vs2として出力する。
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。
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。
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、電源電圧Vcc2を有する連続的な電力を内部電源Vpとして生成する。例えば、第3電源供給部54は、電源電圧Vcc2を有する連続的な共通電力をレギュレータ電源VRから生成して、共通電力をそのまま内部電源Vpとして出力する一方で、共通電力をスイッチングして第2センサ電源Vs2を生成してもよい。
イグニションキー11がオンである間、回転数検出部58は、第2センサ電源Vs2の間欠出力周期Tよりも短い所定のサンプリング周期で回転数情報を生成する。イグニションキー11がオフである間、回転数検出部58は、間欠出力周期Tで第2センサ電源Vs2が第2センサ34に供給されたときに、間欠的に回転数情報を生成する。
第1コンパレータ58aは、第2センサ電源Vs2を電源として動作し、第2正弦信号sin2と閾値電圧Vrとを比較して、第2正弦信号sin2の正負の符号を示す符号信号Csを生成する。符号信号Csは、第2正弦信号sin2が閾値電圧Vr以上である場合に論理値「1」を有し、第2正弦信号sin2が閾値電圧Vr未満である場合に論理値「0」を有する。
閾値電圧Vrは、第2センサ電源Vs2の電圧に基づいて設定してよい。例えば、回転数検出部58は、第2センサ電源Vs2やレギュレータ電源VRの電圧を分圧して閾値電圧Vrを生成する分圧抵抗を備えてもよい。
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。
第2コンパレータ58bは、第2センサ電源Vs2を電源として動作し、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以上である場合に論理値「1」を有し、第2余弦信号cos2が閾値電圧Vr未満である場合に論理値「0」を有する。
また、イグニションキー11がオフである間には、第1コンパレータ58a及び第2コンパレータ58bは、第2正弦信号sin2及び第2余弦信号cos2を、電源制御部56から出力される周期Tのタイミング信号Stと、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と基づき定まる開始時期から始まるサンプリング期間Ps内において取得する。これにより、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。
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。
電源管理部50は、第2実施形態と同様に、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の間欠出力周期Tを動的に変更してよい。例えば、イグニションキー11がオフである間にモータ回転軸21が回転した場合、その後にモータ回転軸21がさらに速く回転して、回転数検出部58がモータ回転軸21の回転を正しく検出できなくなるおそれがある。一方で、モータ回転軸21が停止し続けている間は、間欠出力周期Tを長くすることによって消費電力を低減できる。
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。
なお、図19(a)、図19(b)及び図20を参照して説明した電源管理部50の構成例は、MPU60等に電源Vmを供給する第1電源供給部52と、第1センサ33に第1センサ電源Vs1を供給する第2電源供給部53とを備えるが、本発明は、このような構成に限定されない。電源Vmと第1センサ電源Vs1は、イグニションキー11がオンである場合に供給され、イグニションキー11がオフの場合に供給が停止すれば、電源管理部50以外の構成要素から供給されてもよい。
(第3実施形態の効果)
(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。
電源管理部50は、第1電力及び第2電力を生成する第3電源供給部54と、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、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58a、58bと、コンパレータ58a、58b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58c、58dを備える。
このように、イグニションキー11がオフである場合に第2センサ34とコンパレータ58a、58bとを間欠的に駆動するとともにこれら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。
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。
(2)第3電源供給部54は、イグニションキー11がオンである場合に第1電力を電源としてカウンタ58c、58dに供給し、イグニションキー11がオフである場合に第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カウンタ58c、58dに供給してよい。
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。
(3)電源管理部50は、イグニションキー11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、イグニションキー11がオフである場合に第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電力を外部電源から生成するレギュレータ51を備え、第3電源供給部54は、第4電力から第1電力を生成し、第5電力から第2電力及び第3電力を生成してよい。
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。
(4)コンパレータ58a、58bと第3電源供給部54とを、単一の集積回路チップ内に設けてもよい。
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。
(5)第2電力の1回の間欠出力の時間幅Wtは、イグニションキー11がオフである場合に回転角検出装置に許容される消費電流に応じて設定してもよい。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。
(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。
(第4実施形態)
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。
図21は、第4実施形態のセンサユニット30の回路構成の一例の概略を示すブロック図である。センサユニット30は、第1センサ33と、第2センサ34と、第1増幅器36と、第2増幅器37と、第1オフセット電圧出力回路38と、第2オフセット電圧出力回路39と、分圧抵抗Rd11、Rd12、Rd21及びRd22と、を備える。
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。
第2センサ34は、磁気抵抗素子Rs21、Rs22、Rs23及びRs24のブリッジ回路34aと、磁気抵抗素子Rc21、Rc22、Rc23及びRc24のブリッジ回路34bを備える。
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。
電源端子V2SIN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Rs21及びRs22の接続点と、グラウンド端子G2SIN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Rs23及びRs24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SIN2P及びSIN2N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正弦信号Ss2p及びSs2nが出力される。
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1センサ33は、第2センサ34と同一の構成を有しており、電源端子V1SIN及びV1COSが、電源端子V2SIN及びV2COSにそれぞれ対応し、グラウンド端子G1SIN及びG1COSが、グラウンド端子G2SIN及びG2COSにそれぞれ対応し、出力端子SIN1N、SIN1P、COS1N及びCOS1Pが、出力端子SIN2N、SIN2P、COS2N及びCOS2Pにそれぞれ対応し、差動正弦信号Ss1p及びSs1nが差動正弦信号Ss2p及びSs2nにそれぞれ対応し、差動余弦信号Sc1p及びSc1nが差動余弦信号Sc2p及びSc2nにそれぞれ対応する。
第2増幅器37は、差動正弦信号Ss2p及びSs2nを増幅して、第2オフセット電圧出力回路39から出力されたオフセット電圧Voff2を付与することにより、第2正弦信号sin2を出力する。また、差動余弦信号Sc2p及びSc2nを増幅して、オフセット電圧Voff2を付与することにより、第2余弦信号cos2を出力する。第2増幅器37は、非反転入力端子と反転入力端子に差動正弦信号Ss2p及びSs2nがそれぞれ入力される差動増幅器37aと、非反転入力端子と反転入力端子に差動余弦信号Sc2p及びSc2nがそれぞれ入力される差動増幅器37bを備える。
第2オフセット電圧出力回路39は、オフセット電圧Voff2をこれら差動増幅器37a及び37bの非反転入力端子に付与する。
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及び第1オフセット電圧回路38は、第2増幅器37及び第2オフセット電圧回路39と同一の構成を有する。
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。
本発明では、第2センサ電源Vs2が連続的に供給されるイグニションキー11がオンの場合と、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がオフの場合との両方で、(1)第2センサ34側の電源安定性と、(2)良好なEMC(Electromagnetic Compatibility)特性と、(3)イグニションキー11がオフの時の暗電流の低減が求められる。
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。
発明者らは、シミュレーションを繰り返すことにより、次の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設けることにより、安定的な第2センサ信号が得られることを発見した。
(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。
(2)第2センサ34に近接する位置
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。
(3)電源管理部50に近接する位置
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。
第2センサ電源Vs2の第2センサ電源ラインVL2と同様に、第1センサ電源Vs1の第1センサ電源ラインVL1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てもよい。本実施形態では、第1オフセット電圧出力回路38の入力端子と第1センサ接地ラインGND1とを接続するデカップリングコンデンサC11(図21参照)を設ける。
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。
さらに、ハーネス35とのコネクタに近接する位置において、センサユニット30側の第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、静電気放電サージ(ESD)対策用のバイパスコンデンサCe1と、センサユニット30側の第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、ESD対策用のバイパスコンデンサCe2を設けてもよい。
(第4実施形態の効果)
(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。
センサユニット30は、ハーネス35を介してコントローラ40から供給された第1センサ電源Vs1により駆動されてモータ回転軸21の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を出力する第1センサ33と、第1センサ33の出力信号を増幅して第1センサ信号として出力する第1増幅器36と、電源としてハーネス35を介してコントローラ40から供給された第2センサ電源Vs2により駆動されてモータ回転軸21の回転に応じた正弦信号及び余弦信号を出力する第2センサ34と、第2センサ34の出力信号を増幅して第2センサ信号として出力する第2増幅器37と、ハーネス35を介してコントローラ40から供給された第1センサ電源Vs1及び第2センサ電源Vs2の電圧をそれぞれ分圧する第1分圧抵抗Rd11及びRd12並びに第2分圧抵抗Rd21及びRd22と、第1分圧抵抗Rd11及びRd12並びに第2分圧抵抗Rd21及びRd22の接続点からそれぞれ分圧電圧が入力され第1増幅器36及び第2増幅器37にオフセット電圧を付与する第1オフセット電圧出力回路38及び第2オフセット電圧出力回路39と、第2オフセット電圧出力回路39の入力端子とグラウンドとを接続するデカップリングコンデンサC12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。
(2)センサユニット30は、第2センサ34と近接する位置において第2センサ電源Vs2の電源ラインとグラウンドとを接続するバイパスコンデンサC23及びC24を備えてもよい。
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。
(3)コントローラ40は、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Vs2の電源ラインとグラウンドとを接続するデカップリングコンデンサC32を備えてもよい。
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。
(4)センサユニット30は、第1センサ33と近接する位置において第1センサ電源Vs1の電源ラインとグラウンドとを接続するバイパスコンデンサC21及びC22を備えてもよい。
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。
なお、上述した第1実施形態〜第4実施形態の構成を、適宜組み合わせてもよい。例えば、第3実施形態の電源管理部50の電源制御部56は、第2実施形態の電源制御部56と同様の構成及び方法で、第2センサ34を駆動する駆動間隔を変更してもよい。
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。
(変形例)
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。
図23は、シング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示す。コラム軸2i及び2o並びにこれらを連結するトーションバー(図示せず)に代えてコラム軸2を備える。操向ハンドル1は、コラム軸2を経て、インターミディエイトシャフトの一方のユニバーサルジョイント4Aと連結されている。また、他方のユニバーサルジョイント4Bには、トーションバー(図示せず)の入力側シャフト4Cが連結されている。
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。
図24は、ラック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示す。ラックバー5Cの外周面には螺旋溝(図示せず)が形成され、これと同様のリードの螺旋溝(図示せず)がナット7Aの内周面にも形成されている。これら螺旋溝によって形成される転動路に複数の転動体が配置されることによりボールネジが形成されている。
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。
図25は、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示す。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は、ピニオン軸5A、ピニオンギア5Bに加えて、第2ピニオン軸8A、第2ピニオンギア8Bを有し、ラックバー5Cは、ピニオンギア5Bと噛合する第1ラック歯(図示せず)と、第2ピニオンギア8Bと噛合する第2ラック歯(図示せず)を有する。
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。
1…操向ハンドル、2i…コラム軸(入力軸)、2o…コラム軸(出力軸)、3…減速ギア、4A、4B…ユニバーサルジョイント、5…ピニオンラック機構、6…タイロッド、10…トルクセンサ、11…イグニションキー(電源スイッチ)、12…車速センサ、14…バッテリ、20…モータ、30…センサユニット、33…第1センサ、34…第2センサ、35…ハーネス、36…第1増幅器、37…第2増幅器、38…第1オフセット電圧出力回路、39…第2オフセット電圧出力回路、40…コントローラ、50…電源管理部、51…レギュレータ、52…第1電源供給部、53…第2電源供給部、54…第3電源供給部、55…内部電源生成部、56…電源制御部、57…センサ電源判定部、58…回転数検出部、58a…第1コンパレータ、58b…第2コンパレータ、58c…正弦カウンタ、58d…余弦カウンタ、60…マイクロプロセッサ、61…角度位置算出部、62…カウント合計部、63…回転数情報補正部、63a…第1象限情報算出部、63b…第2象限情報算出部、63c…象限比較部、63d…補正部、64…回転数算出部、65…角算出部、66…回転角情報算出部、66a、66c…乗算器、66b、66d…加算器、67…診断部、68…アシスト制御部、C11、C12、C31、C32…デカップリングコンデンサ、C21〜C24、Ce1、Ce2…バイパスコンデンサ

Claims (9)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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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