WO2019142875A1 - 電動パワーステアリング装置、及び回転角検出方法 - Google Patents

電動パワーステアリング装置、及び回転角検出方法 Download PDF

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WO2019142875A1
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cosine
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恭正 瓜生
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日本精工株式会社
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering apparatus and a rotation angle detection method.
  • the electric power steering apparatus has a steering assist control function of applying an assist steering force generated by a motor to a steering mechanism of a vehicle.
  • EPS electric power steering
  • the electric power steering apparatus in order to enhance the accuracy of the steering assist control, it is necessary to detect the position (rotational angle) of the motor with high accuracy.
  • a position sensor for detecting a position (rotation angle) of a motor a resolver is widely used because of its robustness and environmental resistance resulting from a simple configuration (for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an electric power steering apparatus capable of detecting a rotation angle with high accuracy, and a rotation angle detection method.
  • a motor is provided on a column axis of steering, and drive control of the motor is performed using a rotation angle detected by a rotation angle detection device.
  • the electric power steering apparatus performs torque control of the steering force of the steering
  • the rotation angle detection apparatus includes an annular resolver stator and an inner periphery of the resolver stator per one rotation around an axis.
  • a resolver rotor having a plurality of poles with a plurality of gaps varying between the gaps, and outputting a sine wave signal and a cosine wave signal of an electrical angle according to the rotation of the resolver rotor, the sine wave signal and the cosine wave
  • a position detection unit for detecting the position of the motor based on a wave signal, and a first correction for correcting the sine wave signal and the cosine wave signal
  • a correction operation processing unit that corrects the offset voltage and gain of the cosine wave signal and corrects the phases of the sine wave signal and the cosine wave signal based on the second correction value; and an output signal of the correction operation processing unit And an angle calculation unit for calculating the rotation angle of the motor based on the correction value calculation process for calculating the first correction value and the second correction value, wherein the correction calculation processing unit calculates the sine wave signal.
  • the first correction value is calculated based on the maximum value and the minimum value of the cosine wave signal, and the offset voltage and gain of the sine wave signal and the cosine wave signal are corrected based on the first correction value.
  • Sine wave signal and A first sine wave signal is obtained, and a second sine wave signal and a second cosine wave signal obtained by respectively advancing the phases of the first sine wave signal and the first cosine wave signal by 45 degrees with each other are obtained, and the second sine wave Calculating a second correction value based on a signal and a maximum value and a minimum value of the second cosine wave signal, and correcting the sine wave signal and the cosine wave signal based on the first correction value;
  • a first sine wave signal and a first cosine wave signal obtained by correcting an offset voltage and a gain of the sine wave signal and the cosine wave signal are obtained, and the phase of the first sine wave signal and the first cosine wave signal is an electrical angle.
  • the third wave signal and the third cosine wave signal Obtaining a fourth sine wave signal and a fourth cosine wave signal obtained by respectively delaying the phases of the third sine wave signal and the third cosine wave signal by 45 degrees in electrical angle, and the angle calculation unit calculates the fourth sine wave signal
  • the rotation angle of the motor is calculated based on the wave signal and the fourth cosine wave signal.
  • a motor is provided on a column axis of steering, and drive control of the motor is performed using a rotation angle detected by a rotation angle detection device.
  • the electric power steering apparatus performs torque control of the steering force of the steering
  • the rotation angle detection apparatus includes an annular resolver stator and an inner periphery of the resolver stator per one rotation around an axis.
  • a resolver rotor having a plurality of poles with a plurality of gaps varying between the gaps, and outputting a sine wave signal and a cosine wave signal of an electrical angle according to the rotation of the resolver rotor, the sine wave signal and the cosine wave
  • a position detection unit for detecting the position of the motor based on a wave signal, and a first correction for correcting the sine wave signal and the cosine wave signal
  • a correction operation processing unit that corrects the offset voltage and gain of the cosine wave signal and corrects the phases of the sine wave signal and the cosine wave signal based on the second correction value; and an output signal of the correction operation processing unit And an angle calculation unit for calculating the rotation angle of the motor based on the correction value calculation process for calculating the first correction value and the second correction value, wherein the correction calculation processing unit calculates the sine wave signal.
  • the first correction value is calculated based on the maximum value and the minimum value of the cosine wave signal, and the offset voltage and gain of the sine wave signal and the cosine wave signal are corrected based on the first correction value.
  • Sine wave signal and A first sine wave signal is obtained, and a second sine wave signal and a second cosine wave signal obtained by respectively delaying the phases of the first sine wave signal and the first cosine wave signal by 45 degrees by an electrical angle are obtained, and the second sine wave
  • the first correction value is used. Based on the first sine wave signal and the first cosine wave signal corrected for the offset voltage and the gain of the sine wave signal and the cosine wave signal, a phase of the first sine wave signal and the first cosine wave signal is calculated.
  • a second sine wave signal and a second cosine wave signal delayed by 45 degrees by an electrical angle are obtained, and a gain of the second sine wave signal and the second cosine wave signal is corrected at least based on the second correction value.
  • 3 sine wave signal and third cosine Wave signals are obtained, and fourth sine wave signals and fourth cosine wave signals obtained by respectively advancing the phases of the third sine wave signal and the third cosine wave signal by 45 degrees in electric angle are obtained, and the angle calculation unit A rotation angle of the motor is calculated based on a fourth sine wave signal and the fourth cosine wave signal.
  • the correction arithmetic processing unit may calculate an average value of maximum values of the plurality of sine wave signals of a plurality of cycles detected in a predetermined cycle of a mechanical angle of the motor SIN0_MAX, the sine of a plurality of cycles Assuming that the average value of the minimum values of the wave signals is SIN0_MIN, the average value of the maximum values of the cosine wave signals of a plurality of cycles is COS0_MAX, and the average value of the minimum values of the cosine wave signals of a plurality of cycles is COS0_MIN.
  • the first offset correction values SIN_OFFSET1 and COS_OFFSET1 which are the first correction values are calculated using (2) and (2).
  • SIN_OFFSET1 (SIN0_MAX + SIN0_MIN) / 2 (1)
  • COS_OFFSET1 (COS0_MAX + COS0_MIN) / 2 (2)
  • the correction arithmetic processing unit calculates the first gain correction values SIN_GAIN1 and COS_GAIN1 which are the first correction values using the following equations (3) and (4), and the following equations In (3) and (4), N is preferably a natural number.
  • SIN_GAIN1 N / (SIN0_MAX-SIN0_MIN) (3)
  • COS_GAIN1 N / (COS0_MAX-COS0_MIN) (4)
  • a first sine wave is generated using the following equations (5) and (6).
  • the signal SIN1 and the first cosine wave signal COS1 are calculated.
  • SIN1 SIN_GAIN1 ⁇ (SIN0-SIN_OFFSET1) (5)
  • COS1 COS_GAIN1 ⁇ (COS0 ⁇ COS_OFFSET1) (6)
  • the correction arithmetic processing unit calculates the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 using the following equations (7) and (8), and the second sine wave is calculated.
  • the maximum value of the wave signal is SIN2_MAX
  • the minimum value of the second sine wave signal is SIN2_MIN
  • the maximum value of the second cosine wave signal is COS2_MAX
  • the minimum value of the second cosine wave signal is COS2_MIN
  • the second offset correction values SIN_OFFSET2 and COS_OFFSET2 which are the second correction values are calculated using 9) and (10)
  • the second correction values which are the second correction values are calculated using equations (11) and (12) below.
  • COS2 COS1 + SIN1 (8)
  • SIN_OFFSET2 (SIN2_MAX + SIN2_MIN) / 2 (9)
  • COS_OFFSET2 (COS2_MAX + COS2_MIN) / 2 (10)
  • SIN_GAIN2 N / (SIN2_MAX-SIN2_MIN) (11)
  • COS_GAIN2 N / (COS2_MAX-COS2_MIN) (12)
  • the correction arithmetic processing unit calculates the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 using the following equations (13) and (14), and the following equation (15)
  • the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 are calculated using (16).
  • SIN3 SIN_GAIN2 ⁇ (SIN2-SIN_OFFSET1) (13)
  • COS3 COS_GAIN2 ⁇ (COS2-COS_OFFSET1) (14)
  • COS4 COS3-SIN3 (16)
  • the correction arithmetic processing unit calculates the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 using the following equations (17) and (18), and the following equation (19)
  • the second gain correction values SIN_GAIN2 and COS_GAIN2 which are the second correction values are calculated using Eq. (20) and (20), and in the following formulas (19) and (20), N is preferably a natural number.
  • COS2 COS1 + SIN1 (18)
  • SIN_GAIN2 N / (SIN2_MAX-SIN2_MIN) (19)
  • COS_GAIN2 N / (COS2_MAX-COS2_MIN) (20)
  • the correction arithmetic processing unit calculates the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 using the following equations (21) and (22), and the following equation (23)
  • the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 are calculated by using (24).
  • COS3 COS_GAIN2 ⁇ COS2 (22)
  • COS4 COS3-SIN3 (24)
  • the correction arithmetic processing unit calculates the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 using the following equations (7) ′ and (8) ′, and Assuming that the maximum value of the two sine wave signals is SIN2_MAX, the minimum value of the second sine wave signals is SIN2_MIN, the maximum value of the second cosine wave signals is COS2_MAX, and the minimum value of the second cosine wave signals is COS2_MIN.
  • the second offset correction values SIN_OFFSET2 and COS_OFFSET2 which are the second correction values are calculated using the equations (9) ′ and (10) ′, and the second offset correction values SIN_OFFSET2 and COS_OFFSET2 are calculated using the equations (11) ′ and (12) ′. 2)
  • the second gain correction values SIN_GAIN2 and COS_GAIN2 which are correction values are calculated, and in the following formulas (11) ′ and (12) ′, N is a natural number. It is preferable.
  • COS2 COS1-SIN1 (8) '
  • SIN_OFFSET2 (SIN2_MAX + SIN2_MIN) / 2 (9) '
  • COS_OFFSET2 (COS2_MAX + COS2_MIN) / 2 (10) '
  • SIN_GAIN2 N / (SIN2_MAX-SIN2_MIN) (11) '
  • COS_GAIN2 N / (COS2_MAX-COS2_MIN) (12) '
  • the correction arithmetic processing unit calculates the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 using the following equations (13) ′ and (14) ′, and the following equation It is preferable to calculate the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 using (15) ′ and (16) ′.
  • SIN3 SIN_GAIN2 ⁇ (SIN2-SIN_OFFSET2) (13) '
  • COS3 COS_GAIN2 ⁇ (COS2-COS_OFFSET2) (14) '
  • COS4 COS3 + SIN3 (16) '
  • the correction arithmetic processing unit calculates the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 using the following equations (17) ′ and (18) ′, and the following equation
  • the second gain correction values SIN_GAIN2 and COS_GAIN2 which are the second correction values are calculated using (19) ′ and (20) ′, and in the following formulas (19) ′ and (20) ′, N is a natural number Is preferred.
  • COS2 COS1-SIN1 (18) '
  • SIN_GAIN2 N / (SIN2_MAX-SIN2_MIN) (19) '
  • COS_GAIN2 N / (COS2_MAX-COS2_MIN) (20) '
  • the correction arithmetic processing unit calculates the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 using the following equations (21) ′ and (22) ′, and the following equation It is preferable to calculate the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 using (23) ′ and (24) ′.
  • COS3 COS_GAIN2 ⁇ COS2 (22) '
  • COS4 COS3 + SIN3 (24) '
  • the angle calculation unit preferably calculates the rotation angle based on the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4.
  • position detection (rotational angle) of the motor can be calculated with high accuracy.
  • a rotation angle detection method in which a plurality of clearances between an inner periphery of an annular resolver stator change a plurality of times per one rotation around an axial center of a motor. And correcting a sine wave signal and a cosine wave signal of an electrical angle output according to the rotation of a resolver rotor having the following poles, and detecting a rotation angle of the motor based on the correction result, A first correction value for correcting the offset voltage and gain of the sine wave signal and the cosine wave signal is calculated based on the sine wave signal and the maximum value and the minimum value of the cosine wave signal, and the first correction value is calculated.
  • a phase of the first sine wave signal and the first cosine wave signal is calculated. Electricity The second sine wave signal and the second cosine wave signal advanced by 45 degrees by angle are obtained, and the sine wave signal and the cosine wave are calculated based on the maximum value and the minimum value of the second sine wave signal and the second cosine wave signal.
  • Each phase of the 3 cosine wave signal A correction processing step for obtaining a fourth sine wave signal and a fourth cosine wave signal delayed by 45 degrees in a corner, and a rotation angle for calculating the rotation angle of the motor based on the fourth sine wave signal and the fourth cosine wave signal And calculating steps.
  • a rotation angle detection method in which a plurality of clearances between an inner periphery of an annular resolver stator change a plurality of times per one rotation around an axial center of a motor. And correcting a sine wave signal and a cosine wave signal of an electrical angle output according to the rotation of a resolver rotor having the following poles, and detecting a rotation angle of the motor based on the correction result, A first correction value for correcting the offset voltage and gain of the sine wave signal and the cosine wave signal is calculated based on the sine wave signal and the maximum value and the minimum value of the cosine wave signal, and the first correction value is calculated.
  • a phase of the first sine wave signal and the first cosine wave signal is calculated.
  • Electricity A second sine wave signal and a second cosine wave signal delayed by 45 degrees in angle are obtained, and the sine wave signal and the cosine wave are calculated based on the maximum value and the minimum value of the second sine wave signal and the second cosine wave signal.
  • Each phase of the 3 cosine wave signal A correction processing step for obtaining a fourth sine wave signal and a fourth cosine wave signal advanced by 45 degrees in electrical angle, and a rotation for calculating a rotation angle of the motor based on the fourth sine wave signal and the fourth cosine wave signal And an angle calculating step.
  • FIG. 1A is a diagram showing the configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a perspective view of the electric power steering apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 1C is an enlarged perspective view of a portion of the electric motor and the ECU (control unit) shown in FIG. 1B.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a hardware configuration of a control unit that controls the electric power steering apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing a functional configuration of a control unit that controls the electric power steering apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a schematic view showing a first example of a resolver.
  • FIG. 4B is a schematic view showing a second example of the resolver.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between position detection signals and phase angles in the resolver of the first example shown in FIG. 4A.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of an ideal sine wave signal waveform and a cosine wave signal waveform, and a sine wave signal waveform and a cosine wave signal waveform output from a resolver.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a schematic block configuration of a correction calculation processing unit in the position detection unit according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of a correction value calculation process procedure of the position detection signal in the initial calibration of the electric power steering apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a conceptual view of the offset correction value.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram of gain correction values.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram of gain correction values.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the primary correction processing result.
  • FIG. 12 is a vector diagram after phase conversion processing when there is no phase shift between the first sine wave signal and the first cosine wave signal in the embodiment.
  • FIG. 13 is a vector diagram after phase conversion processing in the case where a phase shift of ⁇ occurs between the first sine wave signal and the first cosine wave signal in the embodiment.
  • FIG. 14 is a flow chart showing an example of a correction processing procedure of the position detection signal at the time of actual operation of the electric power steering apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of correction by the second correction process according to the embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of the secondary correction processing result.
  • FIG. 17 is a diagram showing an electrical angle error when the correction value calculation process and the correction process according to the embodiment are not performed.
  • FIG. 18 is a diagram showing an electrical angle error when primary correction processing in correction value calculation processing and correction processing according to the embodiment is performed.
  • FIG. 19 is a diagram showing an electrical angle error when the primary correction process and the secondary correction process in the correction value calculation process and the correction process according to the embodiment are performed.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of a schematic block configuration of a correction calculation processing unit in a position detection unit according to a modification of the embodiment.
  • FIG. 21 is a vector diagram after phase conversion processing when there is no phase shift between the first sine wave signal and the first cosine wave signal in the modification of the embodiment.
  • FIG. 22 is a vector diagram after phase conversion processing when there is a phase shift of ⁇ between the first sine wave signal and the first cosine wave signal in the modification of the embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating an example of correction by the second correction process according to the modification of the embodiment.
  • FIG. 1A is a diagram showing the configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a perspective view of the electric power steering apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 1C is an enlarged perspective view of a portion of the electric motor and the ECU (control unit) shown in FIG. 1B.
  • the electric power steering apparatus 100 has a motor 20 for applying an auxiliary steering force to a steering mechanism of a vehicle, and controls driving of the motor 20 based on a steering assist command value calculated using at least a steering torque and a vehicle speed for the steering mechanism. By doing this, the steering force of the steering 1 is torque controlled.
  • the electric power steering apparatus 100 is mounted on a vehicle to assist the driver of the vehicle to operate the steering 1.
  • a column shaft 2 of the steering wheel 1 is rotatably supported about a rotation center axis Z, and is connected to a tie rod 6 of a steering wheel via a reduction gear 3, universal joints 4a and 4b, and a rack and pinion mechanism 5.
  • the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque T of the steering 1.
  • a reduction gear 3 is attached to the column shaft 2.
  • the reduction gear 3 increases the torque generated by the motor 20 and transmits it to the column shaft 2. With such a structure, the steering force of the steering 1 is assisted by the torque generated by the motor 20.
  • the electric power steering apparatus 100 is a column assist type apparatus that transmits the torque of the motor 20 to the column shaft 2.
  • the motor 20 is provided on the column shaft 2 of the steering 1.
  • the motor 20 is, for example, a brushless motor or a brush motor.
  • An ECU (Electronic Control Unit, hereinafter referred to as a control unit) 30 for controlling the electric power steering apparatus 100 receives supply of power from the battery 14 via a power supply relay 13 built therein, and is transmitted from the ignition switch 11 Receive an ignition signal.
  • the control unit 30 also calculates a current command value of the motor 20 based on the steering torque T detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed (vehicle speed) V detected by the vehicle speed sensor 12.
  • the control unit 30 drives and controls the motor 20 based on the value (current detection value) of the current supplied to the motor 20 and the current command value so that the current detection value of the motor 20 follows the current command value.
  • the control unit 30 is a device that controls the electric power steering device 100 (a control device of the electric power steering device).
  • the motor 20 and the ECU 30 are disposed close to each other.
  • the motor 20 includes a motor case 21 and a motor flange 22.
  • the motor case 21 is a substantially cylindrical member, and is formed of, for example, metal.
  • the motor case 21 incorporates a rotor, a stator, and the like (not shown).
  • the rotor rotates about an axial center X.
  • the stator is wound with a coil. For example, three-phase alternating current is supplied to the coil.
  • the motor flange 22 is a member that closes the opening at one end of the motor case 21.
  • the motor flange 22 is disposed at the lower end of the motor case 21.
  • the ECU 30 is incorporated in a housing 32 formed in a box shape, for example, of metal.
  • the housing 32 has a fixing portion 32a.
  • the fixing portion 32a is fixed to the motor flange 22 by a fastening member such as a bolt, for example.
  • the ECU 30 is disposed in the vicinity of the motor 20.
  • the motor 20 is provided with a resolver 25 which is a position sensor for detecting the position (rotational angle) of the motor 20.
  • the resolver 25 will be described later.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a hardware configuration of a control unit that controls the electric power steering apparatus according to the embodiment.
  • the control unit 30 includes a power supply relay 13, a control computer (MCU) 110, a motor drive circuit 15, a motor current detection circuit 16, a position detection unit 17 and the like.
  • a control computer 110 of the electric power steering apparatus 100 includes a central processing unit (CPU) 101, a random access memory (RAM) 102 as a first storage device, a read only memory (ROM) 103 as a second storage device, and an EEPROM (read only memory).
  • CPU central processing unit
  • RAM random access memory
  • ROM read only memory
  • EEPROM read only memory
  • An Electrically Erasable Programmable ROM (ROM) 104, an interface (I / F) 105, an A / D (Analog / Digital) converter 106, a PWM (Pulse Width Modulation) controller 107, and the like are connected to the bus 108.
  • the CPU 101 corresponds to a processing device and executes the computer program for control of the electric power steering apparatus 100 stored in the ROM 103 (hereinafter referred to as a control program) to control the electric power steering apparatus 100.
  • the ROM 103 stores a control program, a diagnostic computer program (hereinafter referred to as a diagnostic program) for diagnosing the RAM 102 and the ROM 103, and data used for control and diagnosis of the electric power steering apparatus 100. Further, the RAM 102 is used as a work memory for operating the control program and the diagnostic program.
  • the EEPROM 104 stores control data and the like input and output by the control program. The control data is used on the control program developed in the RAM 102 after the control unit 30 is powered on, and is overwritten on the EEPROM 104 at a predetermined timing.
  • the ROM 103, the RAM 102, the EEPROM 104, and the like are storage devices for storing information, and are storage devices (primary storage devices) to which the CPU 101 can directly access.
  • the EEPROM 104 is an average value and a minimum value of maximum values of position detection signals in each cycle of an electrical angle detected in one cycle of the mechanical angle of the motor 20 in correction value calculation processing and correction processing described later. It functions as a storage unit that stores an average value, a first correction value, a second correction value, and the like. The position detection signal, the first correction value, and the second correction value will be described later.
  • the A / D converter 106 receives the steering torque T from the torque sensor 10, the current detection value Im of the motor 20 from the motor current detection circuit 16, the signal of the rotation angle ⁇ of the motor 20 from the position detection unit 17, etc. , Convert to digital signal.
  • the interface 105 is connected to an in-vehicle network such as a CAN (Controller Area Network).
  • the interface 105 is for receiving a signal (vehicle speed pulse) of the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 12.
  • the PWM controller 107 outputs a PWM control signal of each phase of UVW based on the current command value to the motor 20.
  • the motor drive circuit 15 is configured by an inverter circuit or the like, and drives the motor 20 based on a signal output from the PWM controller 107.
  • the motor current detection circuit 16 detects the value (current detection value) Im of the current supplied to the motor 20 and outputs it to the A / D converter 106.
  • the position detection unit 17 performs position detection processing for obtaining the rotation angle ⁇ of the motor 20 from the position detection signal output from the position sensor 25 (in the present embodiment, the resolver), and outputs the position detection processing to the A / D converter 106.
  • the position detection unit 17 corrects the position detection signal output from the position sensor 25 and performs position detection processing based on the corrected signal.
  • the position detection unit 17 may be configured as a circuit, or may be implemented as the control computer 110 shown in FIG. 2, more specifically, the CPU 101. Details of the correction method of the position detection signal in the position sensor 25 and the position detection unit 17 will be described later.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing a functional configuration of a control unit that controls the electric power steering apparatus according to the embodiment. Control of the electric power steering apparatus 100 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the control unit 30 has an assist function unit 31.
  • the assist function unit 31 has a current command value calculation unit 31a and a current control unit 31b.
  • the current command value calculation unit 31a calculates a current command value I corresponding to the steering torque T and the vehicle speed V.
  • the current control unit 31b executes at least one of proportional control, differential control, and integral control so that the deviation between the current command value I and the current detection value Im approaches 0, and approaches the current command value I.
  • the duty ratio D of the gate drive signal of the motor drive circuit 15 is calculated so that the controlled current Im is generated.
  • the motor drive circuit 15 outputs, to the motor 20, a current subjected to PWM control in accordance with the duty ratio D calculated by the current control unit 31b.
  • the motor current detection circuit 16 detects the current Im flowing in the motor 20.
  • the assist function unit 31 shown in FIG. 3 is realized by the control computer 110 shown in FIG. 2, more specifically, the CPU 101.
  • FIG. 4A is a schematic view showing a first example of a resolver.
  • FIG. 4B is a schematic view showing a second example of the resolver.
  • a position detection signal that is a signal for detecting the position of the motor 20 is output from a resolver (position sensor) 25 shown in FIG. 4A or 4B.
  • the resolver 25 includes an annular resolver stator 251 and a resolver rotor 252 that rotates around an axial center X of the motor shaft 20 a along the inner periphery of the resolver stator 251 as a schematic configuration.
  • a 4-pole resolver 25 is illustrated in the first example shown in FIG. 4A.
  • a 3-pole resolver 25 is illustrated in the second example shown in FIG. 4B.
  • the resolver stator 251 is configured by laminating a plurality of stator cores, and an armature winding 251 b is wound around each of a plurality of teeth 251 a equally distributed along the outer periphery of the resolver rotor 252.
  • FIG. 4A and FIG. 4B illustrate a configuration having ten teeth 251a, the present disclosure is not limited by the number of teeth 251a.
  • the resolver rotor 252 is configured by laminating a plurality of rotor cores. As the resolver rotor 252 rotates about the axial center X of the motor shaft 20a, the gap d between the resolver stator 251 and the resolver rotor 252 changes, and the sine supplied to the armature winding 251b of the resolver stator 251 A sine wave signal and a cosine wave signal corresponding to the wavelike excitation signal are output as a position detection signal of an electrical angle.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between position detection signals and phase angles in the resolver of the first example shown in FIG. 4A.
  • A shown in FIG. 5 shows an ideal waveform of a sine wave signal as a position detection signal
  • (b) shown in FIG. 5 shows an ideal waveform of a cosine wave signal as a position detection signal.
  • C shown in FIG. 5 shows the electrical angle of the position detection signal
  • (d) shown in FIG. 5 shows the mechanical angle of the motor 20.
  • the resolver 25 detects position detection signals (sine wave signal sin ⁇ e and cosine wave signal cos ⁇ e) for 4 cycles 4Te in electrical angle.
  • the number of periods Te of the position detection signal of the electrical angle detected in one period Tm of the mechanical angle ⁇ m of the motor 20 is determined by the shape of the resolver rotor 252 seen in the axial direction.
  • the gap d between the resolver stator 251 and the resolver rotor 252 changes four times in one cycle Tm of the mechanical angle ⁇ m of the motor 20. That is, the resolver 25 of the first example shown in FIG.
  • the resolver 25 of the second example shown in FIG. 4B is a 3-pole resolver that outputs position detection signals for 3 periods 3Te in electrical angle in one period Tm of the mechanical angle ⁇ m of the motor 20.
  • the present embodiment is directed to the case where the number of poles of the resolver 25 is two or more, and the number of poles of the resolver 25 may be two or five or more.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of an ideal sine wave signal waveform and a cosine wave signal waveform, and a sine wave signal waveform and a cosine wave signal waveform output from a resolver.
  • the signal waveform is illustrated.
  • (A) shown in FIG. 6 shows a waveform of an ideal sine wave signal sin ⁇ id
  • (b) shown in FIG. 6 shows a waveform of an ideal cosine wave signal cos ⁇ id
  • FIG. 6 shows an example of the actual sine wave signal sin ⁇ re output from the resolver 25, and (d) shown in FIG. 6 shows an example of the actual cosine wave signal cos ⁇ re output from the resolver 25.
  • C) and (d) shown in FIG. 6 show an example in which the 4-pole resolver 25 of the first example shown in FIG. 4A is decentered from the axial center X (see FIG. 4A) of the motor shaft 20a.
  • the actual sine wave signal sin ⁇ re and the actual cosine wave signal cos ⁇ re output from the resolver 25 are the ideal sine wave signal sin ⁇ id and the ideal cosine wave signal.
  • the phase shift ⁇ and the offsets sin_offset and cos_offset are included for cos ⁇ id.
  • the actual sine wave signal sin ⁇ re and the actual cosine wave signal cos ⁇ re output from the resolver 25 have maximum values sin_max 1 and 2 respectively for each period Te of the electrical angle ⁇ e. , 3, 4, cos_max 1, 2, 3, 4 and the minimum values sin_min 1, 2, 3, 4 and cos_min 1, 2, 3, 4 have different values.
  • the cycle of the mechanical angle ⁇ m of the motor 20 for detecting the maximum value and the minimum value of the sine wave signal sin ⁇ re and the maximum value and the minimum value of the cosine wave signal cos ⁇ re may be a plurality of cycles of two or more cycles.
  • the maximum value and the minimum value of sine wave signal sin ⁇ re for 8 cycles 8Te in electrical angle ⁇ e and the maximum value and the minimum value of cosine wave signal cos ⁇ re are detected
  • the average value of the average value and the minimum value of the maximum values of the maximum values of the sine wave signals sin ⁇ re for 8 periods of 8 Te, and the average value of the average values and the minimum values of the maximum values of the cosine wave signal cos ⁇ re It may be.
  • the present disclosure is not limited by the cycle of the mechanical angle ⁇ m of the motor 20 that detects the maximum value and the minimum value of the sine wave signal sin ⁇ re and the maximum value and the minimum value of the cosine wave signal cos ⁇ re.
  • the average value of the average value and the minimum value of the maximum values of the sine wave signals sin ⁇ re for a plurality of cycles detected in a predetermined cycle of the mechanical angle ⁇ m of the motor 20 and the average of the maximum values of the cosine wave signal cos ⁇ re By performing the following correction value calculation processing and correction processing on the actual sine wave signal sin ⁇ re and the actual cosine wave signal cos ⁇ re output from the resolver 25 using the average value of the value and the minimum value, as shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a schematic block configuration of a correction calculation processing unit in the position detection unit according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of a correction value calculation process procedure in the initial calibration of the electric power steering apparatus according to the embodiment.
  • the correction value calculation processing procedure according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the correction value calculation processing procedure when the 4-pole resolver 25 of the first example shown in FIG. 4A is used will be illustrated.
  • the position detection unit 17 includes a correction calculation processing unit 171 and an angle calculation unit 172.
  • the correction calculation processing unit 171 performs correction value calculation processing and correction processing of the position detection signal output from the resolver 25.
  • the processing in the correction calculation processing unit 171 includes a primary correction process 1711 and a secondary correction process 1712.
  • the angle calculation unit 172 calculates position information (rotation angle ⁇ ) used to control the motor 20 based on the signal output from the correction calculation processing unit 171.
  • the ECU 30 rotates the steering wheel 1 in a predetermined direction from the steering neutral position P0 at a predetermined speed (for example, a speed at which the rotational speed of the motor 20 is low about 100 rms).
  • the sine wave signal SIN 0 and the cosine wave signal COS 0 detected by the resolver 25 are input to the position detection unit 17.
  • the correction calculation processing unit 171 obtains the input sine wave signal SIN0 and cosine wave signal COS0 (step S101).
  • the correction operation processing unit 171 obtains the average value of the average value and the minimum value of the maximum values of the acquired sine wave signal SIN0, and the average value of the average and the minimum values of the maximum values of the cosine wave signal COS0, and stores them in the EEPROM 104. (Step S102). Specifically, the correction operation processing unit 171 performs sampling processing on the input sine wave signal SIN0 and cosine wave signal COS0, and averages the average value and the minimum value of the maximum values of the sine wave signal SIN0, and cosine wave The average of the maximum value and the minimum value of the maximum value of the signal COS0 is determined and stored in the EEPROM 104.
  • the correction calculation processing unit 171 performs a correction value calculation process on the input sine wave signal SIN0 and cosine wave signal COS0.
  • the correction operation processing unit 171 combines a first offset correction value and a first gain correction value (hereinafter, the first offset correction value and the first gain correction value with respect to the sine wave signal SIN0 and the cosine wave signal COS0 into a “first correction value ) Is stored in the EEPROM 104 (step S103).
  • the first offset correction value (SIN_OFFSET1, COS_OFFSET1) in step S103 is the average of the maximum values of the sine wave signal SIN0 as SIN0_MAX, the average of the minimum values of the sine wave signal SIN0 as SIN0_MIN, the average of the maximum values of the cosine wave signal COS0 Assuming that the value is COS0_MAX and the average value of the minimum values of the cosine wave signal COS0 is COS0_MIN, the following equation (1) and equation (2) are obtained.
  • SIN_OFFSET1 (SIN0_MAX + SIN0_MIN) / 2 (1)
  • COS_OFFSET1 (COS0_MAX + COS0_MIN) / 2 (2)
  • FIG. 9 is a conceptual view of the offset correction value.
  • the first offset correction value SIN_OFFSET1 is equal to the offset voltage of the sine wave signal SIN0. That is, the offset voltage of the sine wave signal SIN0 is corrected by subtracting the first offset correction value SIN_OFFSET1 from the sine wave signal SIN0.
  • the first offset correction value COS_OFFSET1 is equal to the offset voltage of the cosine wave signal COS0. That is, the offset voltage of the cosine wave signal COS0 is corrected by subtracting the first offset correction value COS_OFFSET1 from the cosine wave signal COS0.
  • the first gain correction values (SIN_GAIN1, COS_GAIN1) in step S102 are expressed by the following equations (3) and (4).
  • N is a natural number.
  • SIN_GAIN1 N / (SIN0_MAX-SIN0_MIN) (3)
  • COS_GAIN1 N / (COS0_MAX-COS0_MIN) (4)
  • FIG. 10 is a conceptual diagram of gain correction values.
  • the gain of the sine wave signal SIN0 is corrected by multiplying the first gain correction value SIN_GAIN1 by a value obtained by subtracting the first offset correction value SIN_OFFSET1 from the sine wave signal SIN0.
  • the gain of the cosine wave signal COS0 is corrected by multiplying the first gain correction value COS_GAIN1 by a value obtained by subtracting the first offset correction value COS_OFFSET1 from the cosine wave signal COS0.
  • N 2
  • the cosine wave signal COS0 is also normalized to the level "1".
  • the correction calculation processing unit 171 acquires again the sine wave signal SIN0 and the cosine wave signal COS0 that are input (step S104).
  • the correction operation processing unit 171 corrects the acquired sine wave signal SIN0 and cosine wave signal COS0 using the first correction value calculated in step S103 (hereinafter, also referred to as "first correction processing") (step S105). . Specifically, the sine wave signal SIN0 and the cosine wave signal COS0 are corrected using the following equations (5) and (6) to obtain a first sine wave signal SIN1 and a first cosine wave signal COS1.
  • the first correction process using the equations (5) and (6) is a primary correction process 1711 shown in FIG.
  • SIN1 SIN_GAIN1 ⁇ (SIN0-SIN_OFFSET1) (5)
  • COS1 COS_GAIN1 ⁇ (COS0 ⁇ COS_OFFSET1) (6)
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the primary correction processing result.
  • the first correction processing 1711 shows the first sine wave signal SIN1 in which the offset voltage and gain of the sine wave signal SIN0 which is the position detection signal are corrected.
  • the example which the phase shift has produced is shown.
  • the first cosine wave signal COS1 similarly has a phase shift of ⁇ .
  • the correction operation processing unit 171 calculates the first sine wave signal SIN1 and the first cosine wave signal obtained by the above equations (5) and (6) using the following equations (7) and (8).
  • the phase conversion processing of COS1 is performed (step S106), and the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 are calculated.
  • COS2 COS1 + SIN1 (8)
  • FIG. 12 is a vector diagram after phase conversion processing when there is no phase shift between the first sine wave signal and the first cosine wave signal in the embodiment.
  • FIG. 13 is a vector diagram after phase conversion processing in the case where a phase shift of ⁇ occurs between the first sine wave signal and the first cosine wave signal in the embodiment.
  • offset correction and gain correction are performed on the first sine wave signal SIN2 that is the result of the equation (7) and the first cosine wave signal COS2 that is the result of the equation (8).
  • the magnitudes of the vectors of the signals after the offset correction and the gain correction are corrected to be equal.
  • the correction calculation processing unit 171 calculates a second offset correction value and a second gain correction value (hereinafter, referred to as a second offset correction value and a second gain), which are correction values for the phase conversion processing results of the equations (7) and (8).
  • the correction values are collectively calculated and also referred to as “second correction value” and stored in the EEPROM 104 (step S107), and the correction value calculation processing is ended.
  • the second offset correction value (SIN_OFFSET2, COS_OFFSET2) in step S107 is the maximum value of the second sine wave signal SIN2 as SIN2_MAX, the minimum value of the second sine wave signal SIN2 as SIN2_MIN, and the maximum value of the second cosine wave signal COS2 as COS2_MAX.
  • the minimum value of the second cosine wave signal COS2 is defined as COS2_MIN, the following equation (9) and equation (10) are used.
  • SIN_OFFSET2 (SIN2_MAX + SIN2_MIN) / 2 (9)
  • COS_OFFSET2 (COS2_MAX + COS2_MIN) / 2 (10)
  • the second gain correction values (SIN_GAIN2, COS_GAIN2) in step S107 are expressed by the following equations (11) and (12).
  • N is a natural number.
  • SIN_GAIN2 N / (SIN2_MAX-SIN2_MIN) (11)
  • COS_GAIN2 N / (COS2_MAX-COS2_MIN) (12)
  • the first sine wave signal SIN1 and the first cosine wave signal COS1 after the primary correction processing are calculated using the equations (7) and (8) described above.
  • the phase conversion processing is performed, and the offset correction and the gain correction are performed on the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 after the phase conversion processing, using the equations (11) and (12).
  • the phase conversion processing in the opposite direction to the above equations (7) and (8) on the signal after offset correction and gain correction the phase shift between the sine wave signal and the cosine wave signal can be obtained. It can be eliminated.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of a correction processing procedure at the time of actual operation of the electric power steering apparatus according to the embodiment.
  • the sine wave signal SIN0 and the cosine wave signal COS0 detected by the resolver 25 are input to the position detection unit 17.
  • the correction calculation processing unit 171 obtains the input sine wave signal SIN0 and cosine wave signal COS0 (step S201).
  • the correction calculation processing unit 171 performs the first correction processing described in the correction value calculation processing described above on the acquired sine wave signal SIN0 and cosine wave signal COS0 (step S202). Specifically, the sine wave signal SIN0 and the cosine wave signal COS0 are corrected using the equations (5) and (6) described above, and the first sine wave signal SIN1 and the first cosine wave signal COS1 are obtained.
  • the first correction process using the equations (5) and (6) corresponds to the primary correction process 1711 shown in FIG.
  • the correction calculation processing unit 171 calculates the first sine wave signal SIN1 and the first cosine wave signal obtained by the above equations (5) and (6) using the equations (7) and (8) described above. Phase conversion processing of COS1 is performed (step S203).
  • the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 in which the phases of the first sine wave signal SIN1 and the first cosine wave signal COS1 are each advanced by 45 degrees are obtained.
  • the correction calculation processing unit 171 corrects the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 obtained in step S203 using the second correction value calculated in the above-described correction value calculation process (hereinafter, referred to as Also referred to as "second correction processing" (step S204). Specifically, the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 are corrected using the following equations (13) and (14), and the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 are corrected.
  • second correction processing step S204
  • COS3 COS_GAIN2 ⁇ (COS2-COS_OFFSET2) (14)
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of correction by the second correction process according to the embodiment. As shown in FIG. 15, the magnitudes of the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 are corrected. Thereby, the magnitudes of the corrected third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 are normalized.
  • the correction calculation processing unit 171 calculates the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal obtained by the above equations (13) and (14) using the following equations (15) and (16).
  • the inverse phase conversion processing in the opposite direction to the above-described equations (7) and (8) is performed on COS3 (step S205), and the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 are calculated.
  • COS4 COS3-SIN3 (16)
  • the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 in which the phases of the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 are each delayed by 45 degrees are obtained. That is, the phases advanced by 45 degrees in step S203 are returned.
  • step S203, step S204, and step S205 described above correspond to the secondary correction process 1712 shown in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of the secondary correction processing result.
  • FIG. 16 illustrates an example in which the phase shift of the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 is eliminated by the secondary correction processing 1712.
  • the sine wave signal and the cosine wave signal detected by the resolver 25 are corrected by the process from step S201 to step S205 described above. Specifically, the offset voltage and gain of the sine wave signal and the cosine wave signal are corrected by the primary correction processing 1711 of the correction calculation processing unit 171, and the sine wave signal and the gain are corrected by the secondary correction processing 1712 of the correction calculation processing unit 171. The phase shift of the cosine wave signal is corrected.
  • the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 corrected by the correction calculation processing unit 171 are output to the angle calculation unit 172.
  • the angle calculation unit 172 calculates a rotation angle ⁇ which is position information of the motor 20 based on the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 output from the correction calculation processing unit 171.
  • the first correction value (the first offset correction value, the first gain correction value) and the second correction process 1712 used in the primary correction process 1711 in the initial calibration of the electric power steering apparatus 100.
  • a second correction value (a second offset correction value, a second gain correction value) to be used in Then, during actual operation of electric power steering apparatus 100, the first correction value (first offset correction value, first gain correction value) and the second correction value (second offset correction value, second gain correction value) are used.
  • the position calculation (rotational angle) of the motor can be calculated with high accuracy in the angle calculation unit 172. Therefore, the accuracy of the steering assist control in the electric power steering apparatus 100 can be enhanced.
  • the offset voltage can be sufficiently corrected by the first offset correction value in the primary correction processing 1711.
  • the secondary correction process 1712 does not necessarily have to be performed using the second offset correction value.
  • the second offset correction value is not used in the secondary correction processing 1712 will be described.
  • description is abbreviate
  • step S106 of the correction value calculation process shown in FIG. 8 the correction operation processing unit 171 uses the following equations (17) and (18) as in the case of the equations (7) and (8).
  • COS2 COS1 + SIN1 (18)
  • the correction calculation processing unit 171 calculates a second gain correction value (a second gain correction value (a second correction value) corresponding to the result of the phase conversion process of the equations (17) and (18) in step S107 of the correction value calculation process
  • the correction value is calculated and stored in the EEPROM 104.
  • the second gain correction value (SIN_GAIN2, COS_GAIN2) in step S107 is expressed by the following equations (19) and (20). In the following equations (19) and (20), N is a natural number.
  • SIN_GAIN2 N / (SIN2_MAX-SIN2_MIN) (19)
  • COS_GAIN2 N / (COS2_MAX-COS2_MIN) (20)
  • the correction calculation processing unit 171 calculates the second gain correction value (second value) calculated in the correction value calculation process in the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 in step S204 of the correction process shown in FIG. It corrects using a correction value).
  • the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 are corrected using the following equations (21) and (22), and the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 are corrected.
  • COS3 COS_GAIN2 ⁇ COS2 (22)
  • step S205 of the correction process shown in FIG. 14 the correction operation processing unit 171 uses the following equations (23) and (24) as in the above equations (15) and (16).
  • the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 determined by the equations (21) and (22) are subjected to phase conversion processing in the opposite direction to the equations (17) and (18) described above.
  • the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 are calculated.
  • COS4 COS3-SIN3 (24)
  • the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 in which the phases of the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 are each delayed by 45 degrees are obtained. That is, the phases advanced by 45 degrees in step S203 are returned.
  • FIG. 17 is a diagram showing an electrical angle error when the correction value calculation process and the correction process according to the embodiment are not performed.
  • FIG. 18 is a diagram showing an electrical angle error when primary correction processing in correction value calculation processing and correction processing according to the embodiment is performed.
  • FIG. 19 is a diagram showing an electrical angle error when the primary correction process and the secondary correction process in the correction value calculation process and the correction process according to the embodiment are performed.
  • the electrical angle error changes in the range of ⁇ 1.2 [deg].
  • the electrical angle error can be reduced by performing the primary correction process in the correction value calculation process and the correction process according to the embodiment.
  • the electrical angle error is in the range of ⁇ 0.4 [deg]. It is changing.
  • the electrical angle error can be further reduced by performing the primary correction process and the secondary correction process in the correction value calculation process and the correction process according to the embodiment.
  • TMR Tanel Magneto Resistance
  • the error component of the detected value of resolver affects the fluctuation of angular velocity and angular acceleration of motor rotation
  • the control accuracy of the motor may be reduced.
  • high detection accuracy can be obtained by performing offset correction and gain correction in the primary correction process and further performing phase correction in the secondary correction process.
  • the 3-pole resolver is changed.
  • the inclination of the electrical angle is larger than that of the configuration used, and the sensitivity to the error component of the detected value of the resolver is increased accordingly.
  • the influence exerted as the fluctuation of the angular velocity or the angular acceleration of the rotation of the motor becomes large, and the possibility of lowering the control accuracy of the motor becomes high.
  • high detection accuracy can be obtained by performing offset correction and gain correction in the primary correction process and further performing phase correction in the secondary correction process.
  • the primary correction process and the secondary correction process according to the present embodiment are effective when the accuracy of the sine wave signal and the cosine wave signal output from the resolver is low. Therefore, the degree of freedom in selecting a resolver is increased, and a lower price resolver can be adopted.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of a schematic block configuration of a correction calculation processing unit in a position detection unit according to a modification of the embodiment.
  • the same referential mark is attached to the same component as embodiment mentioned above, and description is abbreviate
  • the position detection unit 17a includes a correction calculation processing unit 171a and an angle calculation unit 172.
  • the correction calculation processing unit 171 a performs correction value calculation processing and correction processing of the position detection signal output from the resolver 25.
  • the processing in the correction calculation processing unit 171a includes a primary correction process 1711 and a secondary correction process 1712a.
  • step S106 in the correction value calculation process and the process of step S205 in the correction process are different from those in the above-described embodiment.
  • description is abbreviate
  • step S106 of the correction value calculation process shown in FIG. 8 the correction operation processing unit 171 a is obtained by the above-mentioned equations (5) and (6) using the following equations (7) ′ and (8) ′.
  • Phase conversion processing of the first sine wave signal SIN1 and the first cosine wave signal COS1 is performed (step S106), and the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 are calculated.
  • COS2 COS1-SIN1 (8) '
  • FIG. 21 is a vector diagram after phase conversion processing when there is no phase shift between the first sine wave signal and the first cosine wave signal in the modification of the embodiment.
  • FIG. 22 is a vector diagram after phase conversion processing when there is a phase shift of ⁇ between the first sine wave signal and the first cosine wave signal in the modification of the embodiment.
  • the offset correction is performed on the first sine wave signal SIN2 which is the result of the above equation (7) ′ and the first cosine wave signal COS2 which is the result of the above equation (8) ′.
  • the gain correction the magnitudes of the vectors of the signals after the offset correction and the gain correction are corrected to be equal.
  • the following correction value calculation processing procedure is the same as that of the embodiment described above.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating an example of correction by the second correction process according to the modification of the embodiment. As shown in FIG. 23, the magnitudes of the second sine wave signal SIN2 and the second cosine wave signal COS2 are corrected. Thereby, the magnitudes of the corrected third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 are normalized.
  • step S107 of the correction value calculation process shown in FIG. 8 the correction operation processing unit 171a uses the following equations (15) ′ and (16) ′ to obtain the equations (13) and (14).
  • the obtained third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 are subjected to reverse phase conversion processing in the opposite direction to the equations (7) ′ and (8) ′ described above (step S205), and the fourth sine The wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 are calculated.
  • COS4 COS3 + SIN3 (16) '
  • the fourth sine wave signal SIN4 and the fourth cosine wave signal COS4 in which the phases of the third sine wave signal SIN3 and the third cosine wave signal COS3 are each advanced by 45 degrees are obtained. That is, in step S203, the phases delayed by 45 degrees are returned.
  • the resolver 25, the position detection unit 17, and the EEPROM 104 constitute a rotation angle detection device.
  • the rotation angle detection device constitutes a motor control device that drives and controls the motor 20.
  • the motor 20 is provided on the column shaft 2 of the steering 1 and the motor using the rotation angle detected by the rotation angle detection apparatus By controlling to drive 20, the torque of the steering force of the steering 1 is controlled.
  • the rotation angle detection device includes an annular resolver stator 251, and a resolver rotor 252 having a plurality of poles in which a gap d between the inner periphery of the resolver stator 251 changes a plurality of times per one rotation around the axial center.
  • a position detector 17 for detecting the position of the motor 20 based on the resolver 25 which outputs a sine wave signal and a cosine wave signal of an electrical angle according to the rotation of the resolver rotor 252 and the sine wave signal and the cosine wave signal.
  • a storage unit EEPROM 104 in which a first correction value and a second correction value for correcting a sine wave signal and a cosine wave signal are stored.
  • the position detection units 17 and 17a calculate the first correction value and the second correction value, and correct the offset voltage and gain of the sine wave signal and the cosine wave signal based on the first correction value to obtain the second correction value.
  • Correction arithmetic processing units 171 and 171a for correcting the phases of sine wave signals and cosine wave signals, and an angle arithmetic unit 172 for calculating the rotation angle of the motor 20 based on the output signals of the correction arithmetic processors 171 and 171a; Equipped with
  • the correction calculation processing unit 171 calculates the first correction value based on the maximum value and the minimum value of the sine wave signal and the cosine wave signal.
  • the first sine wave signal and the first cosine wave signal which are calculated and corrected for the offset voltage and the gain of the sine wave signal and the cosine wave signal, are calculated based on the first correction value, and the first sine wave signal and the first cosine wave signal are calculated.
  • the second sine wave signal and the second cosine wave signal are obtained by respectively advancing the phase of 45 ° in electrical angle, and the second correction value is calculated based on the maximum value and the minimum value of the second sine wave signal and the second cosine wave signal. calculate.
  • the first correction is performed based on the maximum value and the minimum value of the sine wave signal and the cosine wave signal.
  • a first sine wave signal and a first cosine wave signal obtained by correcting the offset voltage and gain of the sine wave signal and the cosine wave signal based on the first correction value, and calculating the first sine wave signal and the first cosine wave.
  • a second sine wave signal and a second cosine wave signal are obtained by respectively delaying the phase of the wave signal by 45 degrees in electrical angle, and the second correction is performed based on the maximum value and the minimum value of the second sine wave signal and the second cosine wave signal. Calculate the value.
  • the correction operation processing unit 171 is configured to correct the offset voltage and the gain of the sine wave signal and the cosine wave signal based on the first correction value in the correction process of correcting the sine wave signal and the cosine wave signal.
  • the first sine wave signal and the first cosine wave signal are obtained, and the second sine wave signal and the second cosine wave signal are obtained by advancing the phase of the first sine wave signal and the first cosine wave signal by 45 degrees in electrical angle, respectively.
  • the third sine wave signal and the third cosine wave signal obtained by correcting the gains of at least the second sine wave signal and the second cosine wave signal are obtained based on the two correction values, and the third sine wave signal and the third cosine wave signal are obtained.
  • a fourth sine wave signal and a fourth cosine wave signal, each having a phase delayed by 45 electrical degrees, are obtained.
  • the angle calculation unit 172 calculates the rotation angle of the motor 20 based on the fourth sine wave signal and the fourth cosine wave signal.
  • the correction operation processing unit 171a corrects the offset voltage and the gain of the sine wave signal and the cosine wave signal based on the first correction value.
  • the first sine wave signal and the first cosine wave signal are obtained, and the second sine wave signal and the second cosine wave signal obtained by respectively delaying the phases of the first sine wave signal and the first cosine wave signal by 45 electrical degrees are obtained.
  • the third sine wave signal and the third cosine wave signal obtained by correcting the gains of at least the second sine wave signal and the second cosine wave signal are obtained based on the two correction values, and the third sine wave signal and the third cosine wave signal are obtained.
  • a fourth sine wave signal and a fourth cosine wave signal, each of which the phase is advanced 45 degrees in electrical angle, are obtained.
  • the angle calculation unit 172 calculates the rotation angle of the motor 20 based on the fourth sine wave signal and the fourth cosine wave signal.
  • the resolver rotor has a plurality of poles in which the gap d between the ring 20 and the inner periphery of the annular resolver stator 251 changes a plurality of times per round around the axis of the motor 20.
  • 2nd string A correction value calculation process step of obtaining a signal and calculating a second correction value for correcting the phase of the sine wave signal and the cosine wave signal based on the maximum value and the minimum value of the second sine wave signal and the second cosine wave signal And determining a first sine wave signal and a first cosine wave signal in which offset voltages and gains of the sine wave signal and the cosine wave signal are corrected based on the first correction value, and the first sine wave signal and the first cosine wave signal A second sine wave signal and a second cosine wave signal whose phases are each advanced 45 degrees in electrical angle are obtained, and a gain of at least the second sine wave signal and the second cosine wave signal is corrected based on the second correction value.
  • Correction processing to obtain the third sine wave signal and the third cosine wave signal, and to delay the phase of the third sine wave signal and the third cosine wave signal by 45 degrees by the electrical angle to obtain the fourth sine wave signal and the fourth cosine wave signal Step, fourth sine wave signal and Based on the cosine wave signal, having a rotation angle calculating step of calculating a rotation angle of the motor 20.
  • the resolver rotor has a plurality of poles in which the gap d between the ring 20 and the inner periphery of the annular resolver stator 251 changes a plurality of times per round around the axis of the motor 20.
  • the first sine wave signal and the first cosine wave signal are obtained by correcting the offset voltage and the gain of the sine wave signal and the cosine wave signal based on the processing step and the first correction value, and the first sine wave signal and the first cosine wave
  • a second sine wave signal and a second cosine wave signal are obtained by respectively delaying the phase of the signal by 45 degrees in electrical angle, and at least the gain of the second sine wave signal and the second cosine wave signal is corrected based on the second correction value.
  • the third sine wave signal and the third cosine wave signal are obtained, and the fourth sine wave signal and the fourth cosine wave signal are obtained by advancing the phase of the third sine wave signal and the third cosine wave signal by 45 degrees with respect to the electrical angle.
  • offset voltages, gains, and phases of the sine wave signal SIN0 and the cosine wave signal COS0 can be corrected using the first correction value and the second correction value. Therefore, the position detection (rotation angle ⁇ ) of the motor 20 can be calculated with high accuracy in the angle calculation unit 172. Therefore, the motor 20 can be driven and controlled with high accuracy, and the accuracy of the steering assist control in the electric power steering apparatus 100 can be enhanced.
  • the configuration in which the correction operation processing units 171 and 171a are provided in the position detection unit 17 is exemplified.
  • the correction operation processing units 171 and 171a are not limited to the position detection units 17 and 17a. May be different components.
  • the first correction value and the second correction value are stored in the EEPROM 104
  • a storage unit is provided in addition to the EEPROM 104, and the first correction value and the second correction value are stored in the storage unit. It may be The present disclosure is not limited by the configuration of the correction calculation processing units 171 and 171a and the manner in which the first correction value and the second correction value are stored.

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Abstract

回転角を高精度に検出することができる電動パワーステアリング装置、及び回転角検出方法を提供する。電動パワーステアリング装置は、モータがステアリングのコラム軸に設けられ、回転角検出装置により検出された回転角を用いてモータを駆動制御することにより、ステアリングの操舵力をトルク制御する。回転角検出装置は、円環状のレゾルバステータと、軸心周りの1周当たり、当該レゾルバステータの内周との間の間隙dが複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータとを備え、レゾルバロータの回転に応じて電気角の正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバと、正弦波信号及び余弦波信号に基づき、モータの位置を検出する位置検出部と、正弦波信号及び余弦波信号を補正するための第1補正値及び第2補正値が記憶される記憶部(EEPROM)と、を備える。

Description

電動パワーステアリング装置、及び回転角検出方法
 本発明は、電動パワーステアリング装置、及び回転角検出方法に関する。
 乗用車やトラック等の車両の操舵力を軽減するため、モータによって操舵を補助する、いわゆる電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)装置がある。電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構にモータが発生する補助操舵力を付与する操舵補助制御機能を有している。このような電動パワーステアリング装置において、操舵補助制御の精度を高めるためには、モータの位置(回転角)を高精度に検出する必要がある。また、モータの位置(回転角)を検出する位置センサとしては、単純な構成に起因する堅牢さや耐環境性から、レゾルバが広く用いられる(例えば、特許文献1)。
特開2011-097679号公報
 特に、ステアリングに直結されたコラム軸に設けられた減速機を介してステアリングに補助操舵力を付与するコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置では、モータのトルクリップル等によって発生する振動がステアリングに伝達し易い。
 本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、回転角を高精度に検出することができる電動パワーステアリング装置、及び回転角検出方法を提供すること、を目的としている。
 上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、モータがステアリングのコラム軸に設けられ、回転角検出装置により検出された回転角を用いて前記モータを駆動制御することにより、前記ステアリングの操舵力をトルク制御する電動パワーステアリング装置であって、前記回転角検出装置は、円環状のレゾルバステータと、軸心周りの1周当たり、当該レゾルバステータの内周との間の間隙が複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータとを備え、前記レゾルバロータの回転に応じて電気角の正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバと、前記正弦波信号及び前記余弦波信号に基づき、前記モータの位置を検出する位置検出部と、前記正弦波信号及び前記余弦波信号を補正するための第1補正値及び第2補正値が記憶される記憶部と、を備え、前記位置検出部は、前記第1補正値及び前記第2補正値を算出すると共に、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正し、前記第2補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の位相を補正する補正演算処理部と、前記補正演算処理部の出力信号に基づき、前記モータの回転角を算出する角度演算部と、を備え、前記補正演算処理部は、前記第1補正値及び前記第2補正値を算出する補正値算出処理において、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記第1補正値を算出し、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記第2補正値を算出し、前記正弦波信号及び前記余弦波信号を補正する補正処理において、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2補正値に基づき、少なくとも、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、前記第3正弦波信号及び前記第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求め、前記角度演算部は、前記第4正弦波信号及び前記第4余弦波信号に基づき、前記モータの回転角を算出する。
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値、及び、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を得ることができる。また、第1補正値及び第2補正値を用いて、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、ゲイン、及び位相を補正することができる。従って、角度演算部においてモータの位置検出(回転角)を高精度に算出することができる。このため、モータを高精度に駆動制御することができ、電動パワーステアリング装置における操舵補助制御の精度を高めることができる。
 上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、モータがステアリングのコラム軸に設けられ、回転角検出装置により検出された回転角を用いて前記モータを駆動制御することにより、前記ステアリングの操舵力をトルク制御する電動パワーステアリング装置であって、前記回転角検出装置は、円環状のレゾルバステータと、軸心周りの1周当たり、当該レゾルバステータの内周との間の間隙が複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータとを備え、前記レゾルバロータの回転に応じて電気角の正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバと、前記正弦波信号及び前記余弦波信号に基づき、前記モータの位置を検出する位置検出部と、前記正弦波信号及び前記余弦波信号を補正するための第1補正値及び第2補正値が記憶される記憶部と、を備え、前記位置検出部は、前記第1補正値及び前記第2補正値を算出すると共に、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正し、前記第2補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の位相を補正する補正演算処理部と、前記補正演算処理部の出力信号に基づき、前記モータの回転角を算出する角度演算部と、を備え、前記補正演算処理部は、前記第1補正値及び前記第2補正値を算出する補正値算出処理において、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記第1補正値を算出し、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記第2補正値を算出し、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の位相を補正する補正処理において、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2補正値に基づき、少なくとも、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、前記第3正弦波信号及び前記第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求め、前記角度演算部は、前記第4正弦波信号及び前記第4余弦波信号に基づき、前記モータの回転角を算出する。
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値、及び、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を得ることができる。また、第1補正値及び第2補正値を用いて、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、ゲイン、及び位相を補正することができる。従って、角度演算部においてモータの位置検出(回転角)を高精度に算出することができる。このため、モータを高精度に駆動制御することができ、電動パワーステアリング装置における操舵補助制御の精度を高めることができる。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、前記モータの機械角の所定周期において検出される、複数周期の前記正弦波信号の最大値の平均値をSIN0_MAX、複数周期の前記正弦波信号の最小値の平均値をSIN0_MIN、複数周期の前記余弦波信号の最大値の平均値をCOS0_MAX、複数周期の前記余弦波信号の最小値の平均値をCOS0_MINとしたとき、下記式(1)、(2)を用いて、前記第1補正値である第1オフセット補正値SIN_OFFSET1、COS_OFFSET1を算出することが好ましい。
 SIN_OFFSET1=(SIN0_MAX+SIN0_MIN)/2・・・(1)
 COS_OFFSET1=(COS0_MAX+COS0_MIN)/2・・・(2)
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧を補正するための補正値が得られる。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、下記式(3)、(4)を用いて、前記第1補正値である第1ゲイン補正値SIN_GAIN1、COS_GAIN1を算出し、下記式(3)及び(4)において、Nは自然数であることが好ましい。
 SIN_GAIN1=N/(SIN0_MAX-SIN0_MIN)・・・(3)
 COS_GAIN1=N/(COS0_MAX-COS0_MIN)・・・(4)
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号のゲインを補正するための補正値が得られる。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、前記正弦波信号をSIN0、前記余弦波信号をCOS0としたとき、下記式(5)、(6)を用いて、第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1を算出することが好ましい。
 SIN1=SIN_GAIN1×(SIN0-SIN_OFFSET1)・・・(5)
 COS1=COS_GAIN1×(COS0-COS_OFFSET1)・・・(6)
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインが補正される。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、下記式(7)、(8)を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出し、前記第2正弦波信号の最大値をSIN2_MAX、前記第2正弦波信号の最小値をSIN2_MIN、前記第2余弦波信号の最大値をCOS2_MAX、前記第2余弦波信号の最小値をCOS2_MINとしたとき、下記式(9)、(10)を用いて、前記第2補正値である第2オフセット補正値SIN_OFFSET2、COS_OFFSET2を算出し、下記式(11)、(12)を用いて、前記第2補正値である第2ゲイン補正値SIN_GAIN2、COS_GAIN2を算出し、下記式(11)及び(12)において、Nは自然数であることが好ましい。
 SIN2=SIN1-COS1・・・(7)
 COS2=COS1+SIN1・・・(8)
 SIN_OFFSET2=(SIN2_MAX+SIN2_MIN)/2・・・(9)
 COS_OFFSET2=(COS2_MAX+COS2_MIN)/2・・・(10)
 SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(11)
 COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(12)
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための補正値が得られる。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、下記式(13)、(14)を用いて、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を算出し、下記式(15)、(16)を用いて、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出することが好ましい。
 SIN3=SIN_GAIN2×(SIN2-SIN_OFFSET1)・・・(13)
 COS3=COS_GAIN2×(COS2-COS_OFFSET1)・・・(14)
 SIN4=SIN3+COS3・・・(15)
 COS4=COS3-SIN3・・・(16)
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号の位相が補正される。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、下記式(17)、(18)を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出し、下記式(19)、(20)を用いて、前記第2補正値である第2ゲイン補正値SIN_GAIN2、COS_GAIN2を算出し、下記式(19)及び(20)において、Nは自然数であることが好ましい。
 SIN2=SIN1-COS1・・・(17)
 COS2=COS1+SIN1・・・(18)
 SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(19)
 COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(20)
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための補正値が得られる。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、下記式(21)、(22)を用いて、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を算出し、下記式(23)、(24)を用いて、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出することが好ましい。
 SIN3=SIN_GAIN2×SIN2・・・(21)
 COS3=COS_GAIN2×COS2・・・(22)
 SIN4=SIN3+COS3・・・(23)
 COS4=COS3-SIN3・・・(24)
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号の位相が補正される。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、下記式(7)’、(8)’を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出し、前記第2正弦波信号の最大値をSIN2_MAX、前記第2正弦波信号の最小値をSIN2_MIN、前記第2余弦波信号の最大値をCOS2_MAX、前記第2余弦波信号の最小値をCOS2_MINとしたとき、下記式(9)’、(10)’を用いて、前記第2補正値である第2オフセット補正値SIN_OFFSET2、COS_OFFSET2を算出し、下記式(11)’、(12)’を用いて、前記第2補正値である第2ゲイン補正値SIN_GAIN2、COS_GAIN2を算出し、下記式(11)’及び(12)’において、Nは自然数であることが好ましい。
 SIN2=SIN1+COS1・・・(7)’
 COS2=COS1-SIN1・・・(8)’
 SIN_OFFSET2=(SIN2_MAX+SIN2_MIN)/2・・・(9)’
 COS_OFFSET2=(COS2_MAX+COS2_MIN)/2・・・(10)’
 SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(11)’
 COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(12)’
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための補正値が得られる。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、下記式(13)’、(14)’を用いて、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を算出し、下記式(15)’、(16)’を用いて、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出することが好ましい。
 SIN3=SIN_GAIN2×(SIN2-SIN_OFFSET2)・・・(13)’
 COS3=COS_GAIN2×(COS2-COS_OFFSET2)・・・(14)’
 SIN4=SIN3-COS3・・・(15)’
 COS4=COS3+SIN3・・・(16)’
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号の位相が補正される。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、下記式(17)’、(18)’を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出し、下記式(19)’、(20)’を用いて、前記第2補正値である第2ゲイン補正値SIN_GAIN2、COS_GAIN2を算出し、下記式(19)’及び(20)’において、Nは自然数であることが好ましい。
 SIN2=SIN1+COS1・・・(17)’
 COS2=COS1-SIN1・・・(18)’
 SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(19)’
 COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(20)’
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための補正値が得られる。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記補正演算処理部は、下記式(21)’、(22)’を用いて、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を算出し、下記式(23)’、(24)’を用いて、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出することが好ましい。
 SIN3=SIN_GAIN2×SIN2・・・(21)’
 COS3=COS_GAIN2×COS2・・・(22)’
 SIN4=SIN3-COS3・・・(23)’
 COS4=COS3+SIN3・・・(24)’
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号の位相が補正される。
 電動パワーステアリング装置の望ましい態様として、前記角度演算部は、前記第4正弦波信号SIN4及び前記第4余弦波信号COS4に基づき、前記回転角を算出することが好ましい。
 これにより、モータの位置検出(回転角)を高精度に算出することができる。
 上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る回転角検出方法は、モータの軸心周りの1周当たり、円環状のレゾルバステータの内周との間の間隙が複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータの回転に応じて出力される電気角の正弦波信号及び余弦波信号を補正し、当該補正結果に基づき前記モータの回転角を検出する回転角検出方法であって、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値を算出し、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を算出する補正値算出処理ステップと、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2補正値に基づき、少なくとも、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、前記第3正弦波信号及び前記第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求める補正処理ステップと、前記第4正弦波信号及び前記第4余弦波信号に基づき、前記モータの回転角を算出する回転角算出ステップと、を有する。
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値、及び、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を得ることができる。また、第1補正値及び第2補正値を用いて、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、ゲイン、及び位相を補正することができる。従って、角度演算部においてモータの位置検出(回転角)を高精度に算出することができる。
 上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る回転角検出方法は、モータの軸心周りの1周当たり、円環状のレゾルバステータの内周との間の間隙が複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータの回転に応じて出力される電気角の正弦波信号及び余弦波信号を補正し、当該補正結果に基づき前記モータの回転角を検出する回転角検出方法であって、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値を算出し、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を算出する補正値算出処理ステップと、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2補正値に基づき、少なくとも、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、前記第3正弦波信号及び前記第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求める補正処理ステップと、前記第4正弦波信号及び前記第4余弦波信号に基づき、前記モータの回転角を算出する回転角算出ステップと、を有する。
 これにより、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値、及び、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を得ることができる。また、第1補正値及び第2補正値を用いて、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧、ゲイン、及び位相を補正することができる。従って、角度演算部においてモータの位置検出(回転角)を高精度に算出することができる。
 本発明によれば、操舵補助制御の精度を高めることができる電動パワーステアリング装置、及び回転角検出方法を提供することができる。
図1Aは、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。 図1Bは、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の斜視図である。 図1Cは、図1Bに示す電動モータとECU(コントロールユニット)との部分を拡大した拡大斜視図である。 図2は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。 図3は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニットの機能的な構成を示す機能ブロック図である。 図4Aは、レゾルバの第1例を示す概略図である。 図4Bは、レゾルバの第2例を示す概略図である。 図5は、図4Aに示す第1例のレゾルバにおける位置検出信号及び位相角の関係を示す図である。 図6は、理想的な正弦波信号波形及び余弦波信号波形とレゾルバから出力される正弦波信号波形及び余弦波信号波形の一例を示す図である。 図7は、実施形態に係る位置検出部における補正演算処理部の概略ブロック構成の一例を示す図である。 図8は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の初期キャリブレーションにおける位置検出信号の補正値算出処理手順の一例を示すフローチャートである。 図9は、オフセット補正値の概念図である。 図10は、ゲイン補正値の概念図である。 図11は、一次補正処理結果の一例を示す図である。 図12は、実施形態において第1正弦波信号と第1余弦波信号との間に位相ずれが生じていない場合の位相変換処理後のベクトル図である。 図13は、実施形態において第1正弦波信号と第1余弦波信号との間にαの位相ずれが生じている場合の位相変換処理後のベクトル図である。 図14は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の実運用時における位置検出信号の補正処理手順の一例を示すフローチャートである。 図15は、実施形態に係る第2補正処理による補正例を示す図である。 図16は、二次補正処理結果の一例を示す図である。 図17は、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理を実施しない場合の電気角誤差を示す図である。 図18は、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理における一次補正処理を行った場合の電気角誤差を示す図である。 図19は、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理における一次補正処理及び二次補正処理を行った場合の電気角誤差を示す図である。 図20は、実施形態の変形例に係る位置検出部における補正演算処理部の概略ブロック構成の一例を示す図である。 図21は、実施形態の変形例において第1正弦波信号と第1余弦波信号との間に位相ずれが生じていない場合の位相変換処理後のベクトル図である。 図22は、実施形態の変形例において第1正弦波信号と第1余弦波信号との間にαの位相ずれが生じている場合の位相変換処理後のベクトル図である。 図23は、実施形態の変形例に係る第2補正処理による補正例を示す図である。
 以下、発明を実施するための形態(以下、実施形態という)につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
 図1Aは、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。図1Bは、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の斜視図である。図1Cは、図1Bに示す電動モータとECU(コントロールユニット)との部分を拡大した拡大斜視図である。電動パワーステアリング装置100は、車両のステアリング機構に補助操舵力を付与するモータ20を有し、ステアリング機構に対する操舵トルクと車速とを少なくとも用いて演算した操舵補助指令値に基づき、モータ20を駆動制御することにより、ステアリング1の操舵力をトルク制御する。
 このように、電動パワーステアリング装置100は、車両に搭載されて、車両の運転者によるステアリング1の操作を補助するものである。ステアリング1のコラム軸2は、回転中心軸Zを中心に回転可能に支持され、減速ギヤ3、ユニバーサルジョイント4a、4b、ラックアンドピニオン機構5を介して、操舵輪のタイロッド6に連結されている。コラム軸2には、ステアリング1の操舵トルクTを検出するトルクセンサ10が設けられている。また、コラム軸2には減速ギヤ3が取り付けられている。減速ギヤ3は、モータ20の発生するトルクを増加させてコラム軸2へ伝達する。このような構造によって、モータ20が発生するトルクにより、ステアリング1の操舵力が補助される。
 本実施形態において、電動パワーステアリング装置100は、コラム軸2にモータ20のトルクを伝達するコラムアシスト型の装置である。
 モータ20は、ステアリング1のコラム軸2に設けられている。モータ20は、例えば、ブラシレスモータ又はブラシモータである。電動パワーステアリング装置100を制御するECU(Electronic Control Unit、以下コントロールユニットという)30は、自身に内蔵された電源リレー13を介してバッテリ14から電力の供給を受けるとともに、イグニッションスイッチ11から送信されたイグニッション信号を受信する。また、コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTと車速センサ12で検出された車両速度(車速)Vとに基づいて、モータ20の電流指令値を演算する。コントロールユニット30は、モータ20に供給される電流の値(電流検出値)と電流指令値とに基づいて、モータ20の電流検出値が電流指令値に追従するようにモータ20を駆動制御する。このように、コントロールユニット30は、電動パワーステアリング装置100を制御する装置(電動パワーステアリング装置の制御装置)である。
 図1B及び図1Cに示すように、モータ20とECU30とは、近接して配置されている。モータ20は、モータケース21と、モータフランジ22とを備える。モータケース21は、略円筒状の部材であって、例えば金属で形成されている。モータケース21は、不図示のロータ及びステータ等を内蔵している。ロータは、軸心Xを中心に回転する。ステータは、コイルが巻かれている。コイルには、例えば三相交流が供給される。モータフランジ22は、モータケース21の一端の開口を塞ぐ部材である。モータフランジ22は、モータケース21の下側の一端に配置されている。
 ECU30は、例えば金属で箱状に形成された筐体32に内蔵されている。筐体32は、固定部32aを有する。固定部32aは、例えばボルト等の締結部材によってモータフランジ22に固定されている。これにより、ECU30は、モータ20の近傍に配置される。
 モータ20には、モータ20の位置(回転角)を検出するための位置センサであるレゾルバ25が設けられる。レゾルバ25については後述する。
 図2は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。コントロールユニット30は、図2に示すように、電源リレー13と、制御用コンピュータ(MCU)110と、モータ駆動回路15と、モータ電流検出回路16と、位置検出部17等とを備えている。電動パワーステアリング装置100の制御用コンピュータ110は、CPU(Central Processing Unit)101、第1記憶装置としてのRAM(Random Access Memory)102、第2記憶装置としてのROM(Read Only Memory)103、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)104、インターフェース(I/F)105、A/D(Analog/Digital)変換器106、PWM(Pulse Width Modulation)コントローラ107等を備え、これらがバス108に接続されている。CPU101は処理装置に相当し、ROM103に記憶された電動パワーステアリング装置100の制御用コンピュータプログラム(以下、制御プログラムという)を実行して、電動パワーステアリング装置100を制御する。
 ROM103は、制御プログラム、RAM102及びROM103を診断するための診断用コンピュータプログラム(以下、診断プログラムという)及び電動パワーステアリング装置100の制御や診断に用いるデータを記憶する。また、RAM102は、制御プログラム及び診断プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。EEPROM104は、制御プログラムが入出力する制御データ等を記憶する。制御データは、コントロールユニット30に電源が投入された後にRAM102に展開された制御プログラム上で使用され、所定のタイミングでEEPROM104に上書きされる。
 ROM103、RAM102及びEEPROM104等は、情報を記憶する記憶装置であって、CPU101が直接アクセスできる記憶装置(一次記憶装置)である。また、本実施形態において、EEPROM104は、後述する補正値算出処理及び補正処理において、モータ20の機械角の1周期で検出される電気角の各周期における位置検出信号の最大値の平均値及び最小値の平均値、第1補正値、第2補正値等を記憶する記憶部として機能する。位置検出信号、第1補正値、第2補正値については後述する。
 A/D変換器106は、トルクセンサ10からの操舵トルクT、モータ電流検出回路16からのモータ20の電流検出値Im及び位置検出部17からのモータ20の回転角θの信号等を入力し、ディジタル信号に変換する。インターフェース105は、CAN(Controller Area Network)等の車載ネットワークに接続されている。インターフェース105は、車速センサ12からの車速Vの信号(車速パルス)を受け付けるためのものである。
 PWMコントローラ107は、モータ20に対する電流指令値に基づいてUVW各相のPWM制御信号を出力する。モータ駆動回路15は、インバータ回路等により構成され、PWMコントローラ107から出力された信号に基づいてモータ20を駆動する。モータ電流検出回路16は、モータ20に供給される電流の値(電流検出値)Imを検出してA/D変換器106に出力する。
 位置検出部17は、位置センサ25(本実施形態では、レゾルバ)から出力される位置検出信号から、モータ20の回転角θを求める位置検出処理を行い、A/D変換器106に出力する。本実施形態では、位置検出部17において、位置センサ25から出力される位置検出信号を補正し、補正後の信号に基づき、位置検出処理を行う。なお、位置検出部17は、回路で構成される態様であっても良いし、図2に示す制御用コンピュータ110、より具体的にはCPU101によって実現される態様であっても良い。位置センサ25及び位置検出部17における位置検出信号の補正手法の詳細については後述する。
 図3は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニットの機能的な構成を示す機能ブロック図である。図3を用いて、電動パワーステアリング装置100の制御を説明する。図3に示すように、コントロールユニット30は、アシスト機能部31を有する。
 アシスト機能部31は、電流指令値算出部31a、電流制御部31bを有する。電流指令値算出部31aは、操舵トルクT及び車速Vに対応した電流指令値Iを算出する。電流制御部31bは、電流指令値Iと電流検出値Imとの偏差が0に近づくように、比例制御と微分制御と積分制御とのうち少なくとも一つを実行し、電流指令値Iに近づくように制御された電流Imが生成されるように、モータ駆動回路15のゲート駆動信号のデューティ比Dを演算する。モータ駆動回路15は、電流制御部31bが演算したデューティ比DにしたがってPWM制御された電流をモータ20に出力する。モータ電流検出回路16は、モータ20に流れる電流Imを検出する。
 図3に示すアシスト機能部31は、図2に示す制御用コンピュータ110、より具体的にはCPU101によって実現される。
 図4Aは、レゾルバの第1例を示す概略図である。図4Bは、レゾルバの第2例を示す概略図である。モータ20の位置検出用の信号である位置検出信号は、図4A又は図4Bに示すレゾルバ(位置センサ)25から出力される。レゾルバ25は、概略構成として、円環状のレゾルバステータ251と、このレゾルバステータ251の内周に沿って、モータシャフト20aの軸心Xを中心として回転するレゾルバロータ252とを備えている。図4Aに示す第1例では、4極のレゾルバ25を例示している。図4Bに示す第2例では、3極のレゾルバ25を例示している。
 レゾルバステータ251は、複数のステータコアが積層されて構成され、レゾルバロータ252の外周に沿って等配された複数のティース251aのそれぞれに電機子巻線251bが巻回されている。図4A及び図4Bでは、10個のティース251aを有する構成を例示しているが、ティース251aの数により、本開示が限定されるものではない。
 レゾルバロータ252は、複数のロータコアが積層されて構成される。レゾルバロータ252がモータシャフト20aの軸心Xを中心として回転することで、レゾルバステータ251とレゾルバロータ252との間の間隙dが変化し、レゾルバステータ251の電機子巻線251bに供給される正弦波状の励磁信号に応じた正弦波信号及び余弦波信号が電気角の位置検出信号として出力される。
 図5は、図4Aに示す第1例のレゾルバにおける位置検出信号及び位相角の関係を示す図である。図5に示す(a)は、位置検出信号としての正弦波信号の理想的な波形を示し、図5に示す(b)は、位置検出信号としての余弦波信号の理想的な波形を示し、図5に示す(c)は、位置検出信号の電気角を示し、図5に示す(d)は、モータ20の機械角を示している。
 図5に示す例では、モータ20の機械角θmの1周期Tmにおいて、レゾルバ25により電気角で4周期4Te分の位置検出信号(正弦波信号sinθe、余弦波信号cosθe)が検出される。モータ20の機械角θmの1周期Tmにおいて検出される電気角の位置検出信号の周期Teの数は、レゾルバロータ252を軸心方向に見た形状により決まる。図4Aに示す第1例のレゾルバ25の場合、モータ20の機械角θmの1周期Tmにおいて、レゾルバステータ251とレゾルバロータ252との間の間隙dが4回変化する。すなわち、図4Aに示す第1例のレゾルバ25は、モータ20の機械角θmの1周期Tmにおいて、電気角で4周期4Te分の位置検出信号を出力する4極のレゾルバである。また、図4Bに示す第2例のレゾルバ25の場合、モータ20の機械角θmの1周期Tmにおいて、レゾルバステータ251とレゾルバロータ252との間の間隙dが3回変化する。すなわち、図4Bに示す第2例のレゾルバ25は、モータ20の機械角θmの1周期Tmにおいて、電気角で3周期3Te分の位置検出信号を出力する3極のレゾルバである。なお、本実施形態では、レゾルバ25の極数が2以上である場合を対象としており、レゾルバ25の極数は、2極あるいは5極以上の複数極であっても良い。
 図6は、理想的な正弦波信号波形及び余弦波信号波形とレゾルバから出力される正弦波信号波形及び余弦波信号波形の一例を示す図である。図6では、図4Aに示す第1例の4極のレゾルバ25を用いた場合の理想的な正弦波信号波形及び余弦波信号波形とレゾルバ25から出力される実際の正弦波信号波形及び余弦波信号波形を例示している。図6に示す(a)は、理想的な正弦波信号sinθidの波形を示し、図6に示す(b)は、理想的な余弦波信号cosθidの波形を示し、図6に示す(c)は、レゾルバ25から出力される実際の正弦波信号sinθreの一例を示し、図6に示す(d)は、レゾルバ25から出力される実際の余弦波信号cosθreの一例を示している。図6に示す(c)及び(d)では、図4Aに示す第1例の4極のレゾルバ25において、モータシャフト20aの軸心X(図4A参照)から偏心している例を示している。
 図6の(c)及び(d)に示すように、レゾルバ25から出力される実際の正弦波信号sinθre及び実際の余弦波信号cosθreは、理想的な正弦波信号sinθid及び理想的な余弦波信号cosθidに対して、位相ずれαやオフセットsin_offset,cos_offsetを含んでいる。また、レゾルバ25が偏心している場合には、レゾルバ25から出力される実際の正弦波信号sinθre及び実際の余弦波信号cosθreは、電気角θeの各周期Te毎に、それそれ最大値sin_max1,2,3,4、cos_max1,2,3,4及び最小値sin_min1,2,3,4、cos_min1,2,3,4が異なる値となる。
 本実施形態では、例えば、図6に示す例において、少なくとも、モータ20の機械角θmの1周期Tmにおいて、電気角θeで4周期Te分の正弦波信号sinθreの最大値sin_max1,2,3,4及び最小値sin_min1,2,3,4、並びに、余弦波信号cosθreの最大値cos_max1,2,3,4及び最小値cos_min1,2,3,4を検出する。そして、これら4周期Te分の正弦波信号sinθreの最大値sin_max1,2,3,4の平均値及び最小値sin_min1,2,3,4の平均値、並びに、余弦波信号cosθreの最大値cos_max1,2,3,4の平均値及び最小値cos_min1,2,3,4の平均値を求め、EEPROM104に記憶する。なお、正弦波信号sinθreの最大値及び最小値、並びに、余弦波信号cosθreの最大値及び最小値を検出するモータ20の機械角θmの周期は、2周期以上の複数周期であっても良く、例えば、モータ20の機械角θmの2周期2Tmにおいて、電気角θeで8周期8Te分の正弦波信号sinθreの最大値及び最小値、並びに、余弦波信号cosθreの最大値及び最小値を検出し、これら8周期8Te分の正弦波信号sinθreの最大値の平均値及び最小値の平均値、並びに、余弦波信号cosθreの最大値の平均値及び最小値の平均値を求め、EEPROM104に記憶する態様であっても良い。正弦波信号sinθreの最大値及び最小値、並びに、余弦波信号cosθreの最大値及び最小値を検出するモータ20の機械角θmの周期により本開示が限定されるものではない。
 本実施形態では、モータ20の機械角θmの所定周期において検出される複数周期分の正弦波信号sinθreの最大値の平均値及び最小値の平均値、並びに、余弦波信号cosθreの最大値の平均値及び最小値の平均値を用いて、レゾルバ25から出力される実際の正弦波信号sinθre及び実際の余弦波信号cosθreに対し、以下の補正値算出処理及び補正処理を実施することで、図6の(a)及び(b)に示す理想的な正弦波信号sinθid及び理想的な余弦波信号cosθidとなるようにする。
 次に、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の補正値算出処理について説明する。
 図7は、実施形態に係る位置検出部における補正演算処理部の概略ブロック構成の一例を示す図である。図8は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の初期キャリブレーションにおける補正値算出処理手順の一例を示すフローチャートである。以下、図7及び図8に従い、実施形態に係る補正値算出処理手順について説明する。ここでは、図4Aに示す第1例の4極のレゾルバ25を用いた場合の補正値算出処理手順について例示する。
 図7に示すように、本実施形態において、位置検出部17は、補正演算処理部171と、角度演算部172とを備えている。
 補正演算処理部171は、レゾルバ25から出力される位置検出信号の補正値算出処理及び補正処理を行う。補正演算処理部171における処理は、一次補正処理1711と、二次補正処理1712とを含む。
 角度演算部172は、補正演算処理部171から出力される信号に基づき、モータ20の制御に用いる位置情報(回転角θ)を算出する。
 電動パワーステアリング装置100の初期キャリブレーションにおいて、ECU30は、ステアリング中立位置P0から所定方向に所定速度(例えば、モータ20の回転速度が100rms程度の低回転となる速度)でステアリング1を回転させる。位置検出部17には、レゾルバ25によって検出された正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0が入力される。補正演算処理部171は、入力された正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0を取得する(ステップS101)。
 補正演算処理部171は、取得した正弦波信号SIN0の最大値の平均値及び最小値の平均値、並びに、余弦波信号COS0の最大値の平均値及び最小値の平均値を求め、EEPROM104に記憶する(ステップS102)。具体的に、補正演算処理部171は、入力された正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0をサンプリング処理し、これら正弦波信号SIN0の最大値の平均値及び最小値の平均値、並びに、余弦波信号COS0の最大値の平均値及び最小値の平均値を求めて、EEPROM104に記憶する。
 補正演算処理部171は、入力された正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0に対し、補正値の算出処理を行う。
 補正演算処理部171は、正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0に対する第1オフセット補正値及び第1ゲイン補正値(以下、第1オフセット補正値及び第1ゲイン補正値をまとめて「第1補正値」ともいう)を算出し、EEPROM104に記憶する(ステップS103)。
 ステップS103における第1オフセット補正値(SIN_OFFSET1、COS_OFFSET1)は、正弦波信号SIN0の最大値の平均値をSIN0_MAX、正弦波信号SIN0の最小値の平均値をSIN0_MIN、余弦波信号COS0の最大値の平均値をCOS0_MAX、余弦波信号COS0の最小値の平均値をCOS0_MINとしたとき、以下の(1)式及び(2)式で示される。
 SIN_OFFSET1=(SIN0_MAX+SIN0_MIN)/2・・・(1)
 COS_OFFSET1=(COS0_MAX+COS0_MIN)/2・・・(2)
 図9は、オフセット補正値の概念図である。第1オフセット補正値SIN_OFFSET1は、正弦波信号SIN0のオフセット電圧に等しい。すなわち、正弦波信号SIN0から、第1オフセット補正値SIN_OFFSET1を減ずることで、正弦波信号SIN0のオフセット電圧が補正される。
 また、余弦波信号COS0においても同様に、第1オフセット補正値COS_OFFSET1は、余弦波信号COS0のオフセット電圧に等しい。すなわち、余弦波信号COS0から、第1オフセット補正値COS_OFFSET1を減ずることで、余弦波信号COS0のオフセット電圧が補正される。
 また、ステップS102における第1ゲイン補正値(SIN_GAIN1、COS_GAIN1)は、以下の(3)式及び(4)式で示される。以下の(3)式及び(4)式において、Nは自然数である。
 SIN_GAIN1=N/(SIN0_MAX-SIN0_MIN)・・・(3)
 COS_GAIN1=N/(COS0_MAX-COS0_MIN)・・・(4)
 図10は、ゲイン補正値の概念図である。第1ゲイン補正値SIN_GAIN1を正弦波信号SIN0から第1オフセット補正値SIN_OFFSET1を減じた値に乗じることで、正弦波信号SIN0のゲインが補正される。ここで、N=2である場合、正弦波信号SIN0がレベル「1」に正規化される。
 また、余弦波信号COS0においても同様に、第1ゲイン補正値COS_GAIN1を余弦波信号COS0から第1オフセット補正値COS_OFFSET1を減じた値に乗じることで、余弦波信号COS0のゲインが補正される。ここで、N=2である場合、余弦波信号COS0もレベル「1」に正規化される。
 続いて、補正演算処理部171は、入力された正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0を再度取得する(ステップS104)。
 補正演算処理部171は、取得した正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0を、ステップS103において算出した第1補正値を用いて補正(以下、「第1補正処理」ともいう)する(ステップS105)。具体的には、以下の(5)式及び(6)式を用いて、正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0を補正し、第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1を求める。これらの(5)式及び(6)式を用いた第1補正処理が、図7中に示す一次補正処理1711である。
 SIN1=SIN_GAIN1×(SIN0-SIN_OFFSET1)・・・(5)
 COS1=COS_GAIN1×(COS0-COS_OFFSET1)・・・(6)
 図11は、一次補正処理結果の一例を示す図である。図11では、一次補正処理1711では、位置検出信号である正弦波信号SIN0のオフセット電圧とゲインとが補正された第1正弦波信号SIN1を示しているが、第1正弦波信号SIN1にαの位相ずれが生じている例を示している。なお、第1余弦波信号COS1も同様に、αの位相ずれが生じている。
 続いて、補正演算処理部171は、以下の(7)式及び(8)式を用いて、上記(5)式及び(6)式で求めた第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1の位相変換処理を行い(ステップS106)、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出する。
 SIN2=SIN1-COS1・・・(7)
 COS2=COS1+SIN1・・・(8)
 これにより、第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1の位相がそれぞれ45度進んだ第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2の位相が得られる。
 図12は、実施形態において第1正弦波信号と第1余弦波信号との間に位相ずれが生じていない場合の位相変換処理後のベクトル図である。図13は、実施形態において第1正弦波信号と第1余弦波信号との間にαの位相ずれが生じている場合の位相変換処理後のベクトル図である。
 図12に示すように、第1正弦波信号SIN1と第1余弦波信号COS1との間に位相ずれが生じていない場合には、上記の(7)式のベクトル(SIN1-COS1)と、上記の(8)式のベクトル(COS1+SIN1)との大きさは等しくなる。
 一方、図13に示すように、第1正弦波信号SIN1に対して第1余弦波信号COS1がαの位相ずれを生じている場合には、上記の(7)式のベクトル(SIN1-COS1(-α))が、上記の(8)式のベクトル(COS1(-α)+SIN1)よりも大きくなる。
 本実施形態では、上記の(7)式の結果である第1正弦波信号SIN2と、上記の(8)式の結果である第1余弦波信号COS2とに対し、オフセット補正及びゲイン補正を行うことで、オフセット補正及びゲイン補正後の信号のベクトルの大きさが等しくなるように補正する。
 補正演算処理部171は、上記(7)式及び(8)式の位相変換処理結果に対する補正値である第2オフセット補正値及び第2ゲイン補正値(以下、第2オフセット補正値及び第2ゲイン補正値をまとめて「第2補正値」ともいう)を算出し、EEPROM104に記憶し(ステップS107)、補正値算出処理を終了する。
 ステップS107における第2オフセット補正値(SIN_OFFSET2、COS_OFFSET2)は、第2正弦波信号SIN2の最大値をSIN2_MAX、第2正弦波信号SIN2の最小値をSIN2_MIN、第2余弦波信号COS2の最大値をCOS2_MAX、第2余弦波信号COS2の最小値をCOS2_MINとしたとき、以下の(9)式及び(10)式で示される。
 SIN_OFFSET2=(SIN2_MAX+SIN2_MIN)/2・・・(9)
 COS_OFFSET2=(COS2_MAX+COS2_MIN)/2・・・(10)
 また、ステップS107における第2ゲイン補正値(SIN_GAIN2、COS_GAIN2)は、以下の(11)式及び(12)式で示される。以下の(11)式及び(12)式において、Nは自然数である。
 SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(11)
 COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(12)
 後述する電動パワーステアリング装置100の実運用時における補正処理において、一次補正処理後の第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1を、上述した(7)式及び(8)式を用いて位相変換処理を行い、その位相変換処理後の第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2に対し、上記の(11)式及び(12)式を用いてオフセット補正及びゲイン補正を行う。さらに、オフセット補正及びゲイン補正後の信号に対して、上記の(7)式及び(8)式とは逆方向の位相変換処理を行うことで、正弦波信号と余弦波信号との位相ずれを解消することができる。
 続いて、実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の実運用時における補正処理について、図7及び図14を参照して説明する。本実施形態において、実運用とは、例えば、実施形態に係る電動パワーステアリング装置100が搭載された車両が出荷又はユーザーに納品された後に、車両が実際に走行することを示す。図14は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の実運用時における補正処理手順の一例を示すフローチャートである。
 実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の実運用時において、位置検出部17には、レゾルバ25によって検出された正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0が入力される。補正演算処理部171は、入力された正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0を取得する(ステップS201)。
 補正演算処理部171は、取得した正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0に対して、上述した補正値算出処理において説明した第1補正処理を行う(ステップS202)。具体的には、上述した(5)式及び(6)式を用いて、正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0を補正し、第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1を求める。これらの(5)式及び(6)式を用いた第1補正処理が、図9中に示す一次補正処理1711に相当する。
 続いて、補正演算処理部171は、上述した(7)式及び(8)式を用いて、上記(5)式及び(6)式で求めた第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1の位相変換処理を行う(ステップS203)。
 これにより、第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1の位相がそれぞれ45度進んだ第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2が得られる。
 続いて、補正演算処理部171は、ステップS203により得た第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を、上述した補正値算出処理において算出した第2補正値を用いて補正(以下、「第2補正処理」ともいう)する(ステップS204)。具体的には、以下の(13)式及び(14)式を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を補正し、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を求める。
 SIN3=SIN_GAIN2×(SIN2-SIN_OFFSET2)・・・(13)
 COS3=COS_GAIN2×(COS2-COS_OFFSET2)・・・(14)
 図15は、実施形態に係る第2補正処理による補正例を示す図である。図15に示すように、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2の大きさが補正されている。これにより、補正後の第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3の大きさが正規化される。
 続いて、補正演算処理部171は、以下の(15)式及び(16)式を用いて、上記(13)式及び(14)式で求めた第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3に対し、上述した(7)式及び(8)式とは逆方向の逆位相変換処理を行い(ステップS205)、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出する。
 SIN4=SIN3+COS3・・・(15)
 COS4=COS3-SIN3・・・(16)
 これにより、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3の位相がそれぞれ45度遅れた第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4が得られる。すなわち、ステップS203においてそれぞれ45度進んだ位相を戻す。
 上述したステップS203、ステップS204、及びステップS205の処理が、図7中に示す二次補正処理1712に相当する。
 図16は、二次補正処理結果の一例を示す図である。図16では、二次補正処理1712によって、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4の位相ずれが解消した例を示している。
 以上のステップS201からステップS205までの処理により、レゾルバ25によって検出された正弦波信号及び余弦波信号が補正される。具体的には、補正演算処理部171の一次補正処理1711によって、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインが補正され、補正演算処理部171の二次補正処理1712によって、正弦波信号及び余弦波信号の位相ずれが補正される。
 補正演算処理部171によって補正された第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4は、角度演算部172に出力される。角度演算部172は、補正演算処理部171から出力された第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4に基づき、モータ20の位置情報である回転角θを算出する。
 本実施形態では、上述したように、電動パワーステアリング装置100の初期キャリブレーションにおいて、一次補正処理1711で用いる第1補正値(第1オフセット補正値、第1ゲイン補正値)及び二次補正処理1712で用いる第2補正値(第2オフセット補正値、第2ゲイン補正値)を求める。そして、電動パワーステアリング装置100の実運用時において、第1補正値(第1オフセット補正値、第1ゲイン補正値)及び第2補正値(第2オフセット補正値、第2ゲイン補正値)を用いて、入力された正弦波信号及び余弦波信号を補正する。
 これにより、角度演算部172においてモータの位置検出(回転角)を高精度に算出することができる。このため、電動パワーステアリング装置100における操舵補助制御の精度を高めることができる。
 なお、上述した実施形態では、二次補正処理1712において第2オフセット補正値を用いて補正する例を示したが、一次補正処理1711における第1オフセット補正値によって十分にオフセット電圧が補正できていれば、必ずしも第2オフセット補正値を用いて二次補正処理1712を行う必要はない。以下、二次補正処理1712において第2オフセット補正値を用いない態様について説明する。なお、以下の説明では、図8及び図14を参照して説明するが、上述した内容と同一の処理については説明を省略し、異なる処理についてのみ説明する。
 補正演算処理部171は、図8に示す補正値算出処理のステップS106において、上記(7)式及び(8)式と同じく、以下の(17)式及び(18)式を用いて、図8に示す補正値算出処理のステップS105で(5)式及び(6)式で求めた第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1の位相変換処理を行い、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出する。
 SIN2=SIN1-COS1・・・(17)
 COS2=COS1+SIN1・・・(18)
 また、補正演算処理部171は、図8に示す補正値算出処理のステップS107において、上記(17)式及び(18)式の位相変換処理結果に対する補正値である第2ゲイン補正値(第2補正値)を算出し、EEPROM104に記憶する。なお、ステップS107における第2ゲイン補正値(SIN_GAIN2、COS_GAIN2)は、以下の(19)式及び(20)式で示される。以下の(19)式及び(20)式において、Nは自然数である。
 SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(19)
 COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(20)
 また、補正演算処理部171は、図14に示す補正処理のステップS204において、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を、補正値算出処理において算出した第2ゲイン補正値(第2補正値)を用いて補正する。具体的には、以下の(21)式及び(22)式を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を補正し、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を求める。
 SIN3=SIN_GAIN2×SIN2・・・(21)
 COS3=COS_GAIN2×COS2・・・(22)
 続いて、補正演算処理部171は、図14に示す補正処理のステップS205において、上記の(15)式及び(16)式と同じく、以下の(23)式及び(24)式を用いて、上記(21)式及び(22)式で求めた第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3に対し、上述した(17)式及び(18)式とは逆方向の位相変換処理を行い、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出する。
 SIN4=SIN3+COS3・・・(23)
 COS4=COS3-SIN3・・・(24)
 これにより、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3の位相がそれぞれ45度遅れた第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4が得られる。すなわち、ステップS203においてそれぞれ45度進んだ位相を戻す。
 図17は、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理を実施しない場合の電気角誤差を示す図である。図18は、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理における一次補正処理を行った場合の電気角誤差を示す図である。図19は、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理における一次補正処理及び二次補正処理を行った場合の電気角誤差を示す図である。
 図17に示すように、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理を実施しない場合には、電気角誤差が±1.2[deg]の範囲で推移している。
 これに対し、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理において一次補正処理を行った場合には、図18に示すように、電気角誤差が±0.8[deg]の範囲で推移している。
 このように、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理における一次補正処理を行うことで、電気角誤差を小さくすることができる。
 また、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理において一次補正処理及び二次補正処理を行った場合には、図19に示すように、電気角誤差が±0.4[deg]の範囲で推移している。
 このように、実施形態に係る補正値算出処理及び補正処理における一次補正処理及び二次補正処理を行うことで、電気角誤差をより小さくすることができる。
 なお、図4Aに示した第1例の4極のレゾルバは、極対数が4つのブラスレスモータに対して採用した場合に、機械角で4つの象限にモータの電気角とレゾルバの電気角とを対応させることができるため親和性が高い。
 例えば、極対数が4つのブラスレスモータに対して、位置センサとしてTMR(Tunnel Magneto Resistance)センサを用いた場合、機械角を4分割して象限を割り出す必要があるが、図4Aに示した第1例の4極のレゾルバを位置センサとして用いた場合には、その必要はない。
 一方、レゾルバの検出値からモータの回転の角速度や角加速度を求め、モータの制御に利用しようとすると、レゾルバの検出値の誤差成分がモータの回転の角速度や角加速度の変動として影響を与え、モータの制御精度が低下する可能性がある。これに対し、本実施形態では、一次補正処理においてオフセット補正及びゲイン補正を行い、さらに、二次補正処理において位相補正を行うことにより、高い検出精度を得ることができる。
 また、例えば、図4Bに示した第2例の3極のレゾルバを用いた構成から、図4Aに示した第1例の4極のレゾルバを用いた構成に変更した場合、3極のレゾルバを用いた構成よりも電気角の傾きが大きくなり、これに伴い、レゾルバの検出値の誤差成分に対する感度が高くなる。これにより、モータの回転の角速度や角加速度の変動として与える影響が大きくなり、モータの制御精度が低下する可能性が高くなる。これに対し、本実施形態では、上述したように、一次補正処理においてオフセット補正及びゲイン補正を行い、さらに、二次補正処理において位相補正を行うことにより、高い検出精度を得ることができる。
 特に、本実施形態に係る一次補正処理及び二次補正処理は、レゾルバから出力される正弦波信号及び余弦波信号の精度が低い場合において効果的である。従って、レゾルバ選定における自由度が高くなり、より低価格なレゾルバを採用することが可能となる。
 また、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置のモータに適用する場合、車両の走行時のロードノイズやフロアノイズ等の低周波ノイズ成分が、レゾルバから出力される正弦波信号及び余弦波信号に重畳し易い。このような構成においても、本実施形態に係る一次補正処理及び二次補正処理によって高い検出精度を得ることができる。
(変形例)
 図20は、実施形態の変形例に係る位置検出部における補正演算処理部の概略ブロック構成の一例を示す図である。なお、上述した実施形態と同じ構成要素には、同じ参照符号を付して、説明を省略する。
 図20に示すように、本実施形態の変形例において、位置検出部17aは、補正演算処理部171aと、角度演算部172とを備えている。
 補正演算処理部171aは、レゾルバ25から出力される位置検出信号の補正値算出処理及び補正処理を行う。補正演算処理部171aにおける処理は、一次補正処理1711と、二次補正処理1712aとを含む。
 実施形態の変形例では、上述した実施形態に対し、補正値算出処理手順におけるステップS106の処理、及び、補正処理手順におけるステップS205の処理が異なっている。なお、以下の説明では、図8及び図14を参照して説明するが、上述した内容と同一の処理については説明を省略し、異なる処理についてのみ説明する。
 補正演算処理部171aは、図8に示す補正値算出処理のステップS106において、以下の(7)’式及び(8)’式を用いて、上記(5)式及び(6)式で求めた第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1の位相変換処理を行い(ステップS106)、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出する。
 SIN2=SIN1+COS1・・・(7)’
 COS2=COS1-SIN1・・・(8)’
 これにより、第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1の位相がそれぞれ45度遅れた第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2の位相が得られる。
 図21は、実施形態の変形例において第1正弦波信号と第1余弦波信号との間に位相ずれが生じていない場合の位相変換処理後のベクトル図である。図22は、実施形態の変形例において第1正弦波信号と第1余弦波信号との間にαの位相ずれが生じている場合の位相変換処理後のベクトル図である。
 図21に示すように、第1正弦波信号SIN1と第1余弦波信号COS1との間に位相ずれが生じていない場合には、上記の(7)’式のベクトル(SIN1+COS1)と、上記の(8)’式のベクトル(COS1-SIN1)との大きさは等しくなる。
 一方、図22に示すように、第1正弦波信号SIN1に対して第1余弦波信号COS1がαの位相ずれを生じている場合には、上記の(7)’式のベクトル(SIN1(-α)+COS1)が、上記の(8)’式のベクトル(COS1-SIN1(-α))よりも大きくなる。
 本実施形態の変形例では、上記の(7)’式の結果である第1正弦波信号SIN2と、上記の(8)’式の結果である第1余弦波信号COS2とに対し、オフセット補正及びゲイン補正を行うことで、オフセット補正及びゲイン補正後の信号のベクトルの大きさが等しくなるように補正する。以下の補正値算出処理手順は、上述した実施形態と同様である。
 図23は、実施形態の変形例に係る第2補正処理による補正例を示す図である。図23に示すように、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2の大きさが補正されている。これにより、補正後の第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3の大きさが正規化される。
 また、補正演算処理部171aは、図8に示す補正値算出処理のステップS107において、以下の(15)’式及び(16)’式を用いて、上記(13)式及び(14)式で求めた第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3に対し、上述した(7)’式及び(8)’式とは逆方向の逆位相変換処理を行い(ステップS205)、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出する。
 SIN4=SIN3-COS3・・・(15)’
 COS4=COS3+SIN3・・・(16)’
 これにより、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3の位相がそれぞれ45度進んだ第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4が得られる。すなわち、ステップS203においてそれぞれ45度遅れた位相を戻す。
 なお、上述した実施形態の変形例では、実施形態と同様に、二次補正処理1712aにおいて第2オフセット補正値を用いて補正する例を示したが、一次補正処理1711における第1オフセット補正値によって十分に位置検出信号のオフセット電圧が補正できていれば、必ずしも第2オフセット補正値を用いて二次補正処理1712aを行う必要はないことについても、上述した実施形態と同様である。
 なお、上述した実施形態及び実施形態の変形例において、レゾルバ25、位置検出部17、及びEEPROM104は、回転角検出装置を構成する。
 また、上述した実施形態及び実施形態の変形例において、回転角検出装置は、モータ20を駆動制御するモータ制御装置を構成する。
 以上説明したように、実施形態及び実施形態の変形例に係る電動パワーステアリング装置100は、モータ20がステアリング1のコラム軸2に設けられ、回転角検出装置により検出された回転角を用いてモータ20を駆動制御することにより、ステアリング1の操舵力をトルク制御する。回転角検出装置は、円環状のレゾルバステータ251と、軸心周りの1周当たり、当該レゾルバステータ251の内周との間の間隙dが複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータ252とを備え、レゾルバロータ252の回転に応じて電気角の正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバ25と、正弦波信号及び余弦波信号に基づき、モータ20の位置を検出する位置検出部17,17aと、正弦波信号及び余弦波信号を補正するための第1補正値及び第2補正値が記憶される記憶部(EEPROM104)と、を備える。位置検出部17,17aは、第1補正値及び第2補正値を算出すると共に、第1補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正し、第2補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正する補正演算処理部171,171aと、補正演算処理部171,171aの出力信号に基づき、モータ20の回転角を算出する角度演算部172と、を備える。
 具体的に、補正演算処理部171は、第1補正値及び第2補正値を算出する補正値算出処理において、正弦波信号及び余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、第1補正値を算出し、第1補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、第1正弦波信号及び第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、第2正弦波信号及び第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、第2補正値を算出する。
 または、具体的に、補正演算処理部171aは、第1補正値及び第2補正値を算出する補正値算出処理において、正弦波信号及び余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、第1補正値を算出し、第1補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、第1正弦波信号及び第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、第2正弦波信号及び第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、第2補正値を算出する。
 また、具体的に、補正演算処理部171は、正弦波信号及び余弦波信号を補正する補正処理において、第1補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、第1正弦波信号及び第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、第2補正値に基づき、少なくとも、第2正弦波信号及び第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、第3正弦波信号及び第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求める。角度演算部172は、第4正弦波信号及び第4余弦波信号に基づき、モータ20の回転角を算出する。
 または、具体的に、補正演算処理部171aは、正弦波信号及び余弦波信号を補正する補正処理において、第1補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、第1正弦波信号及び第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、第2補正値に基づき、少なくとも、第2正弦波信号及び第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、第3正弦波信号及び第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求める。角度演算部172は、第4正弦波信号及び第4余弦波信号に基づき、モータ20の回転角を算出する。
 また、実施形態に係る回転角検出方法は、モータ20の軸心周りの1周当たり、円環状のレゾルバステータ251の内周との間の間隙dが複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータ252の回転に応じて出力される電気角の正弦波信号及び余弦波信号を補正し、当該補正結果に基づきモータ20の回転角を検出する回転角検出方法であって、正弦波信号及び余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値を算出し、第1補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、第1正弦波信号及び第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、第2正弦波信号及び第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を算出する補正値算出処理ステップと、第1補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、第1正弦波信号及び第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、第2補正値に基づき、少なくとも、第2正弦波信号及び第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、第3正弦波信号及び第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求める補正処理ステップと、第4正弦波信号及び第4余弦波信号に基づき、モータ20の回転角を算出する回転角算出ステップと、を有する。
 または、実施形態に係る回転角検出方法は、モータ20の軸心周りの1周当たり、円環状のレゾルバステータ251の内周との間の間隙dが複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータ252の回転に応じて出力される電気角の正弦波信号及び余弦波信号を補正し、当該補正結果に基づきモータ20の回転角を検出する回転角検出方法であって、正弦波信号及び余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値を算出し、第1補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、第1正弦波信号及び第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、第2正弦波信号及び第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を算出する補正値算出処理ステップと、第1補正値に基づき、正弦波信号及び余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、第1正弦波信号及び第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、第2補正値に基づき、少なくとも、第2正弦波信号及び第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、第3正弦波信号及び第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求める補正処理ステップと、第4正弦波信号及び第4余弦波信号に基づき、モータ20の回転角を算出する回転角算出ステップと、を有する。
 実施形態及び実施形態の変形例に係る電動パワーステアリング装置100、及び回転角検出方法によれば、正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値、及び、正弦波信号及び余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を得ることができる。また、第1補正値及び第2補正値を用いて、正弦波信号SIN0及び余弦波信号COS0のオフセット電圧、ゲイン、及び位相を補正することができる。従って、角度演算部172においてモータ20の位置検出(回転角θ)を高精度に算出することができる。このため、モータ20を高精度に駆動制御することができ、電動パワーステアリング装置100における操舵補助制御の精度を高めることができる。
 なお、上述した実施形態及び実施形態の変形例では、位置検出部17に補正演算処理部171,171aを設ける構成を例示したが、補正演算処理部171,171aは、位置検出部17,17aとは異なる構成部であっても良い。また、第1補正値及び第2補正値は、EEPROM104に記憶される例を示したが、EEPROM104以外に記憶部を設け、この記憶部に第1補正値及び第2補正値が記憶される態様であっても良い。補正演算処理部171,171aの構成、第1補正値及び第2補正値が記憶される態様により本開示が限定されるものではない。
 1 ステアリング
 2 コラム軸
 3 減速ギヤ
 3a ギヤ(コラム軸)
 3b ギヤ(シャフト(モータ))
 4a、4b ユニバーサルジョイント
 10 トルクセンサ
 11 イグニッションスイッチ
 12 車速センサ
 14 バッテリ
 15 モータ駆動回路
 16 モータ電流検出回路
 17,17a 位置検出部
 20 モータ
 20a モータシャフト
 21 モータケース
 22 モータフランジ
 25 位置センサ(レゾルバ)
 30 コントロールユニット(ECU)
 31 アシスト機能部
 31a 電流指令値算出部
 31b 電流制御部
 32 筐体
 32a 固定部
 100 電動パワーステアリング装置(EPS)
 101 CPU
 105 インターフェース
 106 A/D変換器
 107 PWMコントローラ
 110 制御用コンピュータ(MCU)
 171,171a 補正演算処理部
 172 角度演算部
 251 レゾルバステータ
 251a ティース
 251b 電機子巻線
 252 レゾルバロータ
 1711 一次補正処理
 1712,1712a 二次補正処理

Claims (14)

  1.  モータがステアリングのコラム軸に設けられ、回転角検出装置により検出された回転角を用いて前記モータを駆動制御することにより、前記ステアリングの操舵力をトルク制御する電動パワーステアリング装置であって、
     前記回転角検出装置は、
     円環状のレゾルバステータと、軸心周りの1周当たり、当該レゾルバステータの内周との間の間隙が複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータとを備え、前記レゾルバロータの回転に応じて電気角の正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバと、
     前記正弦波信号及び前記余弦波信号に基づき、前記モータの位置を検出する位置検出部と、
     前記正弦波信号及び前記余弦波信号を補正するための第1補正値及び第2補正値が記憶される記憶部と、
     を備え、
     前記位置検出部は、
     前記第1補正値及び前記第2補正値を算出すると共に、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正し、前記第2補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の位相を補正する補正演算処理部と、
     前記補正演算処理部の出力信号に基づき、前記モータの回転角を算出する角度演算部と、
     を備え、
     前記補正演算処理部は、
     前記第1補正値及び前記第2補正値を算出する補正値算出処理において、
     前記正弦波信号及び前記余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記第1補正値を算出し、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記第2補正値を算出し、
     前記正弦波信号及び前記余弦波信号を補正する補正処理において、
     前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2補正値に基づき、少なくとも、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、前記第3正弦波信号及び前記第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求め、
     前記角度演算部は、
     前記第4正弦波信号及び前記第4余弦波信号に基づき、前記モータの回転角を算出する
     電動パワーステアリング装置。
  2.  前記補正演算処理部は、
     前記モータの機械角の所定周期において検出される、複数周期の前記正弦波信号の最大値の平均値をSIN0_MAX、複数周期の前記正弦波信号の最小値の平均値をSIN0_MIN、複数周期の前記余弦波信号の最大値の平均値をCOS0_MAX、複数周期の前記余弦波信号の最小値の平均値をCOS0_MINとしたとき、下記式(1)、(2)を用いて、前記第1補正値である第1オフセット補正値SIN_OFFSET1、COS_OFFSET1を算出する
     請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN_OFFSET1=(SIN0_MAX+SIN0_MIN)/2・・・(1)
     COS_OFFSET1=(COS0_MAX+COS0_MIN)/2・・・(2)
  3.  前記補正演算処理部は、
     下記式(3)、(4)を用いて、前記第1補正値である第1ゲイン補正値SIN_GAIN1、COS_GAIN1を算出し、下記式(3)及び(4)において、Nは自然数である
     請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN_GAIN1=N/(SIN0_MAX-SIN0_MIN)・・・(3)
     COS_GAIN1=N/(COS0_MAX-COS0_MIN)・・・(4)
  4.  前記補正演算処理部は、
     前記正弦波信号をSIN0、前記余弦波信号をCOS0としたとき、下記式(5)、(6)を用いて、第1正弦波信号SIN1及び第1余弦波信号COS1を算出する
     請求項3に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN1=SIN_GAIN1×(SIN0-SIN_OFFSET1)・・・(5)
     COS1=COS_GAIN1×(COS0-COS_OFFSET1)・・・(6)
  5.  前記補正演算処理部は、
     下記式(7)、(8)を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出し、
     前記第2正弦波信号の最大値をSIN2_MAX、前記第2正弦波信号の最小値をSIN2_MIN、前記第2余弦波信号の最大値をCOS2_MAX、前記第2余弦波信号の最小値をCOS2_MINとしたとき、下記式(9)、(10)を用いて、前記第2補正値である第2オフセット補正値SIN_OFFSET2、COS_OFFSET2を算出し、
     下記式(11)、(12)を用いて、前記第2補正値である第2ゲイン補正値SIN_GAIN2、COS_GAIN2を算出し、下記式(11)及び(12)において、Nは自然数である
     請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN2=SIN1-COS1・・・(7)
     COS2=COS1+SIN1・・・(8)
     SIN_OFFSET2=(SIN2_MAX+SIN2_MIN)/2・・・(9)
     COS_OFFSET2=(COS2_MAX+COS2_MIN)/2・・・(10)
     SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(11)
     COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(12)
  6.  前記補正演算処理部は、
     下記式(13)、(14)を用いて、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を算出し、
     下記式(15)、(16)を用いて、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出する
     請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN3=SIN_GAIN2×(SIN2-SIN_OFFSET2)・・・(13)
     COS3=COS_GAIN2×(COS2-COS_OFFSET2)・・・(14)
     SIN4=SIN3+COS3・・・(15)
     COS4=COS3-SIN3・・・(16)
  7.  前記補正演算処理部は、
     下記式(17)、(18)を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出し、
     下記式(19)、(20)を用いて、前記第2補正値である第2ゲイン補正値SIN_GAIN2、COS_GAIN2を算出し、下記式(19)及び(20)において、Nは自然数である
     請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN2=SIN1-COS1・・・(17)
     COS2=COS1+SIN1・・・(18)
     SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(19)
     COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(20)
  8.  前記補正演算処理部は、
     下記式(21)、(22)を用いて、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を算出し、
     下記式(23)、(24)を用いて、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出する
     請求項7に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN3=SIN_GAIN2×SIN2・・・(21)
     COS3=COS_GAIN2×COS2・・・(22)
     SIN4=SIN3+COS3・・・(23)
     COS4=COS3-SIN3・・・(24)
  9.  前記補正演算処理部は、
     下記式(7)’、(8)’を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出し、
     前記第2正弦波信号の最大値をSIN2_MAX、前記第2正弦波信号の最小値をSIN2_MIN、前記第2余弦波信号の最大値をCOS2_MAX、前記第2余弦波信号の最小値をCOS2_MINとしたとき、下記式(9)’、(10)’を用いて、前記第2補正値である第2オフセット補正値SIN_OFFSET2、COS_OFFSET2を算出し、
     下記式(11)’、(12)’を用いて、前記第2補正値である第2ゲイン補正値SIN_GAIN2、COS_GAIN2を算出し、下記式(11)’及び(12)’において、Nは自然数である
     請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN2=SIN1+COS1・・・(7)’
     COS2=COS1-SIN1・・・(8)’
     SIN_OFFSET2=(SIN2_MAX+SIN2_MIN)/2・・・(9)’
     COS_OFFSET2=(COS2_MAX+COS2_MIN)/2・・・(10)’
     SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(11)’
     COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(12)’
  10.  前記補正演算処理部は、
     下記式(13)’、(14)’を用いて、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を算出し、
     下記式(15)’、(16)’を用いて、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出する
     請求項9に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN3=SIN_GAIN2×(SIN2-SIN_OFFSET2)・・・(13)’
     COS3=COS_GAIN2×(COS2-COS_OFFSET2)・・・(14)’
     SIN4=SIN3-COS3・・・(15)’
     COS4=COS3+SIN3・・・(16)’
  11.  前記補正演算処理部は、
     下記式(17)’、(18)’を用いて、第2正弦波信号SIN2及び第2余弦波信号COS2を算出し、
     下記式(19)’、(20)’を用いて、前記第2補正値である第2ゲイン補正値SIN_GAIN2、COS_GAIN2を算出し、下記式(19)’及び(20)’において、Nは自然数である
     請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN2=SIN1+COS1・・・(17)’
     COS2=COS1-SIN1・・・(18)’
     SIN_GAIN2=N/(SIN2_MAX-SIN2_MIN)・・・(19)’
     COS_GAIN2=N/(COS2_MAX-COS2_MIN)・・・(20)’
  12.  前記補正演算処理部は、
     下記式(21)’、(22)’を用いて、第3正弦波信号SIN3及び第3余弦波信号COS3を算出し、
     下記式(23)’、(24)’を用いて、第4正弦波信号SIN4及び第4余弦波信号COS4を算出する
     請求項11に記載の電動パワーステアリング装置。
     SIN3=SIN_GAIN2×SIN2・・・(21)’
     COS3=COS_GAIN2×COS2・・・(22)’
     SIN4=SIN3-COS3・・・(23)’
     COS4=COS3+SIN3・・・(24)’
  13.  前記角度演算部は、
     前記第4正弦波信号SIN4及び前記第4余弦波信号COS4に基づき、前記回転角を算出する
     請求項6、請求項8、請求項10、請求項12の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
  14.  モータの軸心周りの1周当たり、円環状のレゾルバステータの内周との間の間隙が複数回変化する複数の極を有するレゾルバロータの回転に応じて出力される電気角の正弦波信号及び余弦波信号を補正し、当該補正結果に基づき前記モータの回転角を検出する回転角検出方法であって、
     前記正弦波信号及び前記余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正するための第1補正値を算出し、前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号の最大値及び最小値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の位相を補正するための第2補正値を算出する補正値算出処理ステップと、
     前記第1補正値に基づき、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のオフセット電圧及びゲインを補正した第1正弦波信号及び第1余弦波信号を求め、前記第1正弦波信号及び前記第1余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度進めた第2正弦波信号及び第2余弦波信号を求め、前記第2補正値に基づき、少なくとも、前記第2正弦波信号及び前記第2余弦波信号のゲインを補正した第3正弦波信号及び第3余弦波信号を求め、前記第3正弦波信号及び前記第3余弦波信号の位相をそれぞれ電気角で45度遅らせた第4正弦波信号及び第4余弦波信号を求める補正処理ステップと、
     前記第4正弦波信号及び前記第4余弦波信号に基づき、前記モータの回転角を算出する回転角算出ステップと、
     を有する
     回転角検出方法。
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