JP2009300222A

JP2009300222A - 角変位センサの異常検出装置

Info

Publication number: JP2009300222A
Application number: JP2008154217A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Kawakami; 文宏川上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】精度良く異常検出を行うことができる角変位センサの異常検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の角変位センサの異常検出装置としての制御回路２は、レゾルバ１から出力されるｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号に基づいて、ｓｉｎ相位相及びｃｏｓ相位相の相互の位相差を求め、これを閾値と比較してレゾルバ１の異常の有無を判定するものである。位相差をとることにより温度変化の影響が排除されるので、閾値に余裕をみる必要が無くなる。従って、位相差を、厳しい閾値と比較することにより、精度良くレゾルバ１の異常検出を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、角変位センサの出力信号の異常を検出する装置に関する。

角変位センサの一つであるレゾルバは、例えば自動車のパワーステアリング装置用のトルクセンサとして使用されている（例えば、特許文献１参照。）。１相入力２相出力式のレゾルバからは、１相（ｓｉｎ）の励磁入力の下、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号の２相信号が出力される。これら２相信号の二乗和は、ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θ＝１の定理により、電気角に関係なく定数となるはずである。そこで、当該定数に許容誤差を勘案した範囲に二乗和が収まるかどうかを監視すれば、レゾルバの異常を検出することができる（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−３０９１６５号公報（第３頁）特開２００７−２９２６９７号公報（第２頁）

上記レゾルバは、温度によって出力信号の振幅が変化する温度特性を有する。従って、上記二乗和の値も温度によって変化する。自動車のように、使用温度範囲が広い場合、レゾルバの異常検出に際しては、使用温度範囲や温度特性を十分考慮して、正常と判断する値の範囲を広く設定する必要がある。しかしながら、このような余裕をみた設定をする結果、真の異常を、温度特性による変動と識別できない場合も生じ、異常検出の精度が悪くなるという問題点がある。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、精度良く異常検出を行うことができる角変位センサの異常検出装置を提供することを目的とする。

本発明の角変位センサの異常検出装置は、角変位センサから出力されるｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号に基づいて、ｓｉｎ相位相及びｃｏｓ相位相の相互の位相差を求め、これを閾値と比較して前記角変位センサの異常の有無を判定するものである。

上記のように構成された角変位センサの異常検出装置は、温度変化によってｓｉｎ相位相及びｃｏｓ相位相が変化するが、変化率が振幅に比べて小さく、しかも変化の方向が同じである。従って、位相差をとることにより、温度変化の影響は相殺される。温度変化の影響が排除されれば、閾値に余裕をみる必要が無くなるので、位相差を、厳しい閾値と比較することにより、精度良く角変位センサの異常検出を行うことができる。

また、上記異常検出装置においては、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号にそれぞれ少なくとも３個のサンプリングポイントを設定して、各信号のｓｉｎ成分及びｃｏｓ成分を求め、これらの成分に基づいてｓｉｎ相位相及びｃｏｓ相位相を求めるようにしてもよい。
この場合、３個のサンプリングポイントがあれば、角変位センサの異常を検出することができるので、異常検出装置における演算負担が軽い。

本発明の角変位センサの異常検出装置によれば、位相差をとることにより温度変化の影響が排除されるので、閾値に余裕をみる必要が無くなる。従って、位相差を、厳しい閾値と比較することにより、精度良く角変位センサの異常検出を行うことができる。

図１は、角変位センサとしてのレゾルバ１の等価回路と、レゾルバ１に接続された回転角検出装置であると共に本発明の一実施形態に係る異常検出装置でもある制御回路２とを示す回路図である。制御回路２は、主としてマイクロコンピュータであり、Ａ／Ｄコンバータも含んでいる。レゾルバ１は、回転角の検出対象物（図示せず。）と共に回転するロータ１１と、励磁入力が供給される入力側のステータ１２と、ｓｉｎ及びｃｏｓの２相信号が出力される出力側のステータ１３とを備えている。制御回路２は、２相信号からｔａｎθ（θは回転角）を求め、その逆正接により、回転角θを求める。

ここで、励磁信号をｓｉｎωｔ（ω：角周波数、ｔ：時間）とすると、ステータ１３から出力される２相信号は、
ｓｉｎ信号：ｓｉｎ（ωｔ＋α）・ｓｉｎθ ．．．（１）
ｃｏｓ信号：ｓｉｎ（ωｔ＋β）・ｃｏｓθ ．．．（２）
となる。ここで、αはｓｉｎ位相（ｓｉｎ相位相）、βはｃｏｓ位相（ｃｏｓ相位相）、θはロータ１１の回転角である。ｓｉｎ位相及び、ｃｏｓ位相は、共に温度により同一の方向に同じように変化する。従って、両位相の位相差は温度に関わらず一定である、といえる。

一方、典型的な異常原因として、ステータ内の線間短絡があり、図１の点線に示すように励磁信号の信号線とｓｉｎ信号の信号線とが互いに抵抗を介して電気的に接続された故障の状態となった、とする。ここで、図２は、横軸を時間、縦軸を電圧としたときの、励磁信号（上）、並びに、励磁信号に基づくｓｉｎ信号（中）及びｃｏｓ信号（下）を、並べて表示するグラフである。ｓｉｎ信号に関しては、破線が正常な状態を、実線が故障の状態を、それぞれ示している。なお、ここではロータ１１は停止しているものとする。

励磁信号に対して、ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号は、それぞれ位相がずれている。制御回路２は、ｓｉｎ信号のサンプリングポイントを、ＡＤ＿ｓ［０］，ＡＤ＿ｓ［１］，ＡＤ＿ｓ［２］，ＡＤ＿ｓ［３］とし、ｃｏｓ信号のサンプリングポイントをＡＤ＿ｃ［０］，ＡＤ＿ｃ［１］，ＡＤ＿ｃ［２］，ＡＤ＿ｃ［３］とする。次に、制御回路２は、以下の演算を行う。

上記式（３）、（４）より、ｓｉｎ位相（ｓｉｎ相位相）θ_sinは、
θ_sin＝ｔａｎ^-1（ｂ_sin／ａ_sin）．．．（５）
となる。同様に、制御回路２は、以下の演算を行う。

上記式（６）、（７）より、ｃｏｓ位相（ｃｏｓ相位相）θ_cosは、
θ_cos＝ｔａｎ^-1（ｂ_cos／ａ_cos）．．．（８）
となる。従って、位相差θは、
θ＝θ_sin−θ_cos ．．．（９）
として求めることができる。そこで、制御回路２は、この位相差θが所定の閾値θ_th以内にあれば、レゾルバは異常なし、当該閾値を超えればレゾルバは異常、と判定する。位相差θには温度変化の影響がほとんど出ないので、精度良く、異常検出を行うことができる。

図３は、励磁信号の信号線とｓｉｎ信号の信号線とが互いに抵抗を介して電気的に接続された状態における、位相及び位相差の一例を示すグラフである。図において、正常なｃｏｓ位相は一定の位相（約１５０度）であるが、異常なｓｉｎ位相は図示のような、電気角１８０度で反転する弓形になる。従って、位相差は、さらに大きく反った弓形となる。この位相差が、正常時の位相差を基準とした閾値以内にあれば、レゾルバは異常なし、当該閾値を超えればレゾルバは異常、となる。なお、０，９０，１８０，２７０度においては演算の精度が低下したり値が不連続になったりするので、これらの角度及びその近傍は避けて、その他の角度領域で閾値との比較を行うことが必要である。

以上のように、本実施形態に係るレゾルバの異常検出装置としての制御回路２においては、温度変化によってｓｉｎ相位相及びｃｏｓ相位相が変化するが、変化率が振幅に比べて小さく、しかも変化の方向が同じである。従って、位相差をとることにより、温度変化の影響は相殺される。温度変化の影響が排除されれば、閾値に余裕をみる必要が無くなるので、位相差を、厳しい閾値と比較することにより、精度良くレゾルバ１の異常検出を行うことができる。パワーステアリング装置のトルクセンサとして使用されるレゾルバの場合、異常検出の精度が向上することにより、従来は困難であったセンサハーネスの抵抗を介した短絡の、検出能力が大幅に向上する。

また、上記実施形態では４個のサンプリングポイントを設けたが、少なくとも３個のサンプリングポイントがあれば位相の演算は可能である。すなわち、制御回路２は、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号にそれぞれ少なくとも３個のサンプリングポイントを設定して、各信号のｓｉｎ成分及びｃｏｓ成分を求め、これらの成分に基づいてｓｉｎ相位相及びｃｏｓ相位相を求めるようにしてもよい。このように、少なくとも３個のサンプリングポイントがあれば、レゾルバ１の異常を検出することができるので、制御回路２における演算負担が軽い。

なお、上記実施形態では、励磁信号の信号線とｓｉｎ信号の信号線とが互いに抵抗を介して電気的に接続された状態について説明したが、励磁信号の信号線とｃｏｓ信号の信号線とが互いに抵抗を介して電気的に接続された状態であっても、同様に、制御回路２による異常検出を行うことができる。

また、上記のようなレゾルバの異常検出装置（制御回路２）は、各種軸倍角のレゾルバに適用可能であり、さらに、レゾルバに限らず、角変位に応じてｓｉｎθ，ｃｏｓθの信号を出力する各種角変位センサ（例えばＭＲセンサ）に適用可能である。

角変位センサとしてのレゾルバの等価回路と、レゾルバに接続された回転角検出装置であると共に本発明の一実施形態に係る異常検出装置でもある制御回路とを示す回路図である。横軸を時間、縦軸を電圧としたときの、励磁信号、並びに、励磁信号に基づくｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を、並べて表示するグラフである。励磁信号の信号線とｓｉｎ信号の信号線とが互いに抵抗を介して電気的に接続された状態における、位相及び位相差の一例を示すグラフである。

符号の説明

１レゾルバ（角変位センサ）
２制御回路（異常検出装置）

Claims

角変位センサから出力されるｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号に基づいて、ｓｉｎ相位相及びｃｏｓ相位相の相互の位相差を求め、これを閾値と比較して前記角変位センサの異常の有無を判定することを特徴とする角変位センサの異常検出装置。
ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号にそれぞれ少なくとも３個のサンプリングポイントを設定して、各信号のｓｉｎ成分及びｃｏｓ成分を求め、これらの成分に基づいてｓｉｎ相位相及びｃｏｓ相位相を求める請求項１記載の角変位センサの異常検出装置。