旋转角检测装置以及具备其的电动动力转向装置制造方法

旋转角检测装置以及具备其的电动动力转向装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种能够检测高精度的旋转角的旋转角检测装置以及具备其的电动动力转向装置。第1旋转角运算部（77A）的旋转角运算模式中有通常模式和简单模式。在通常模式下基于两个磁传感器（71、72）的2个取样份的输出信号来对输入轴（8）的旋转角进行运算。在简单模式中基于第1磁传感器（71）以及第2磁传感器（72）的1个取样份的输出信号、和预先设定的两磁传感器（71、72）的输出信号的振幅比，运算输入轴（8）的旋转角。在转矩运算用ECU（77）的电源被接通之后，至满足即使输入轴（8）的旋转角的前次值不存在也能够通过通常模式对输入轴（8）的旋转角θ进行运算的条件为止，利用简单模式对旋转角进行运算。在其之后利用通常模式对旋转角进行运算。
【专利说明】旋转角检测装置以及具备其的电动动力转向装置
[0001]本发明将在2012年12月12日提交的日本专利申请N0.2012-271638的公开内容，包括其说明书、附图以及摘要，通过引用全部并入本文中。
【技术领域】
[0002]本发明涉及检测旋转体的旋转角的旋转角检测装置以及具备该检测装置的电动动力转向装置。
【背景技术】
[0003]作为检测旋转体的旋转角的旋转角检测装置，已知有使用与无刷马达的旋转对应地旋转的检测用转子，对无刷马达的转子的旋转角进行检测的旋转角检测装置。具体而言，如图15所示，检测用转子201以下称为转子201，具备具有与设在无刷马达的转子上的磁极对相当的多个磁极对的圆筒状的磁铁202。两个磁传感器221、222以转子201的旋转中心轴为中心、且隔开规定的角度间隔配置在转子201的周围。从各磁传感器221、222输出具有规定的相位差的正弦波信号。基于这两个正弦波信号来检测转子201的旋转角(无刷马达的转子的旋转角)。
[0004]在该例子中，磁铁202具有5组磁极对。换句话说，磁铁102具有以等角度间隔配置的10个磁极。各磁极以转子201的旋转中心轴为中心、且以36° (电角度为180° )的角度间隔配置。另外，两个磁传感器221、222以转子201的旋转中心轴为中心、且隔开18°(电角度为90° )的角度间隔配置。
[0005]将图15中以箭头表示的方向作为检测用转子201的正方向的旋转方向。而且，若转子201沿正方向旋转，则转子201的旋转角变大，若转子201沿反方向旋转，则转子201的旋转角变小。如图16所示，从各磁传感器221、222输出以转子201旋转相当于I组磁极对的角度(72° (电角度为360° ))的期间为一周期的正弦波信号S1、S2。
[0006]与5组磁极对对应地将转子201旋转一圈的角度范围划分为5个区间，将各区间的开始位置设为0°、将结束位置设为360°，并将以此表示的转子201的旋转角称为转子201的电角度Θ。
[0007]此处，从第I磁传感器221输出SI = Al -sin Θ的输出信号，从第2磁传感器222输出S2 = A2.cos Θ的输出信号。
[0008]A1、A2为振幅。若视为两输出信号S1、S2的振幅A1、A2相互相等，则转子201的电角度Θ能够使用两输出信号S1、S2并基于下式求出。
[0009]Θ = tarf1 (sin Θ / cos θ )
[0010]= tarf1 (SI / S2)
[0011]这样，使用求出的电角度Θ来控制无刷马达。
[0012]例如参照日本特开2008-26297号公报。
[0013]在前述那样的以往的旋转角检测装置中，视为两磁传感器221、222的输出信号S1、S2的振幅Al、A2相等来对旋转角θ进行运算，但两输出信号S1、S2的振幅Al、A2根据两磁传感器221、222的温度特性的偏差以及温度变化而变化。因此，因两磁传感器221、222的温度特性的偏差以及温度变化，在转子的旋转角的检测中产生误差。

【发明内容】

[0014]本发明的目的之一在于提供一种能够检测高精度的旋转角的旋转角检测装置以及具备该检测装置的电动动力转向装置。
[0015]本发明的一方式的旋转角运算装置包括:多个传感器，其用于对旋转体的旋转角进行检测；取样器，其按照每个规时刻间，对上述多个传感器的各个的输出信号进行取样；第I运算器，其使用上述多个传感器中的至少两个传感器在两个以上的规定数量的不同的时刻所取样的多个输出信号，来对上述旋转体的旋转角进行运算；第2运算器，其使用上述多个传感器中的两个传感器的一个取样份的输出信号，简单地对上述旋转体的旋转角进行运算；以及选择器，其基于通过上述取样器取样的上述多个传感器的各个的输出信号，来选择上述第I运算器以及上述第2运算器中的任意一方，作为在上述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器。
[0016]在上述方式的旋转角运算装置中，通过第I运算器以及第2运算器中的、被选择器选择的运算器对旋转体的旋转角进行运算。第I运算器基于多个传感器中的至少两个传感器在两个以上的规定量的不同的时刻所取样的多个输出信号来对旋转体的旋转角进行运算，所以在通过第I运算器对旋转角进行运算时，与前述的以往技术相比，能够对高精度的旋转角进行运算。
[0017]上述方式的旋转角运算装置可以构成为上述选择器在从电源被接通之后至满足在假定为通过上述第I运算器对上述旋转体的旋转角进行运算的情况下，被上述第I运算器使用的上述多个输出信号中的针对相同的传感器的输出信号彼此全部不同这一条件之前，选择上述第2运算器作为在上述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器，在满足上述条件时以及满足上述条件之后，选择上述第I运算器作为在上述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器。
[0018]在该构成中，从电源被接通之后满足即使旋转体的旋转角的前次值不存在也能够利用第I运算器对旋转体的旋转角进行运算的条件为止，利用上述第2运算器对旋转体的旋转角进行运算。而且，在满足这样的条件时以及满足这样的条件之后，利用上述第I运算器对旋转体的旋转角进行运算。因此，从电源刚被接通之后，就能够对旋转体的旋转角进行运算。
[0019]上述方式的旋转角运算装置可以构成为上述选择器在满足假定为通过上述第I运算器对上述旋转体的旋转角进行运算的情况下，被上述第I运算器使用的上述多个输出信号中的针对相同的传感器的输出信号彼此全部不同这一条件时，选择上述第I运算器作为在上述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器，在不满足上述条件时，选择上述第2运算器作为在上述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器。
[0020]在该构成中，在满足即使旋转体的旋转角的前次值不存在也能够利用第I运算器对旋转体的旋转角进行运算的条件时，利用第I运算器对旋转角进行运算。另一方面，在不满足这样的条件时，利用第2运算器对旋转角进行运算。
[0021]上述方式的旋转角运算装置可以构成为在为了上述旋转体的旋转角的运算而对被上述第I运算器使用的上述多个输出信号的各个信号进行算式化的情况下，将所得到的多个算式的数量设为X，将这些算式所包含的未知数的数量设为Y，则满足Y大于X这一条件，上述第I运算器构成为，在通过将上述多个算式所包含的未知数中的规定的多个不同的未知数视为相互相等而使Y为X以下之后，通过解开由上述多个算式构成的联立方程式，从而对上述旋转体的旋转角进行运算。
[0022]在该构成中，即使在旋转体的旋转角的运算中所使用的算式的数X比这些算式所包含的未知数的数量Y少，第I运算器也能够对旋转体的旋转角进行运算。由此，在利用第I运算器对旋转角进行运算时，能够减少为了运算旋转体的旋转角而使用的算式的数量。
[0023]上述方式的旋转角运算装置可以构成为，还包括与上述旋转体的旋转对应地旋转并具有多个磁极的多极磁铁，上述多个传感器是根据上述多极磁铁的旋转，分别输出相互具有规定的相位差的正弦波信号的多个磁传感器，上述第I运算器构成为，使用上述多个传感器中的两个传感器在两个不同的时刻所取样的4个输出信号，来对上述旋转体的旋转角进行运算，上述多个算式由对上述4个输出信号进行算式化的4个算式构成，各算式包含振幅以及上述旋转体的旋转角作为未知数，上述第I运算器通过将上述4个算式所包含的未知数中的相同的传感器的取样时刻不同的两个输出信号的振幅视为相互相等而使Y为X以下。
[0024]在该构成中，第I运算器将相同的传感器的取样时刻不同的两个的输出信号的振幅视为相互相等。相同的传感器的取样时刻不同的两个输出信号的振幅有可能因温度变化的影响而成为不同的值。
[0025]然而，在相同的传感器的上述两个输出信号的取样间隔较小时，其间的温度变化非常小，所以能够将上述两个输出信号的振幅视为相等。
[0026]因此，在该构成中，在利用第I运算器对旋转角进行运算时，在较小地设定相同的传感器的上述两个输出信号的取样间隔的情况下，能够补偿因温度变化的影响所引起的上述两个输出信号的振幅的偏差。另外，在该构成中，在利用第I运算器对旋转角进行运算时，各传感器间的振幅作为各个的未知数处理，所以能够补偿各传感器间的温度特性的偏差的影响。由此，在利用第I运算器对旋转角进行运算时，能够检测高精度的旋转角。
[0027]上述方式的旋转角运算装置可以构成为还包括与上述旋转体的旋转对应地旋转并具有多个磁极的多极磁铁；上述多个传感器是根据上述多极磁铁的旋转，分别输出相互具有规定的相位差的正弦波信号的多个磁传感器，上述第I运算器构成为，使用上述多个传感器中的两个传感器在3个不同的时刻所取样的6个输出信号,来对上述旋转体的旋转角进行运算，上述多个算式由对上述6个输出信号进行算式化的6个算式构成，各算式包括振幅、上述旋转体的旋转角以及与上述多极磁铁的各磁极的磁极宽度有关的信息作为未知数，上述第I运算器通过将上述6个算式所包含的未知数中的相同的传感器的取样时刻不同的3个输出信号的振幅视为相互相等，并且将上述6个算式所包含的全部与磁极宽度有关的信息视为相互相等，从而使Y为X以下。
[0028]在该构成中，第I运算器将相同的传感器的取样时刻不同的3个输出信号的振幅视为相互相等。相同的传感器的取样时刻不同的3个输出信号的振幅有可能因温度变化的影响而成为不同的值。
[0029]然而，在相同的传感器的上述3个输出信号的取样间隔较小时，其间的温度变化非常小，所以能够将上述3个输出信号的振幅视为相等。
[0030]因此，在该构成中，在利用第I运算器对旋转角进行运算时，在较小地设定相同的传感器的上述3个输出信号的取样间隔的情况下，能够补偿因温度变化的影响而引起的上述3个输出信号的振幅的偏差。另外，在该构成中，在利用第I运算器对旋转角进行运算时，各传感器间的振幅作为各个未知数处理，所以能够补偿各传感器间的温度特性的偏差的影响。由此，在利用第I运算器对旋转角进行运算时，能够检测高精度的旋转角。
[0031]另外，在该构成中，第I运算器将在旋转角的运算中所使用的6个算式所包含的全部与磁极宽度有关的信息视为相互相等。与磁极的磁极宽度有关的信息按照每个磁极而不同。因此，表示在旋转角的运算中所使用的6个输出信号的算式所包含的与磁极宽度有关的信息未必全部都是相同的值。然而，提供在旋转角的运算中所使用的6个输出信号的传感器在对这6个输出信号进行取样的期间都检测出相同的一个磁极的情况下,表不这6个输出信号的算式所包含的与磁极宽度有关的信息全部都成为相同的值。因此，在这样的情况下，也能够补偿多极磁铁的各磁极的磁极宽度的偏差，所以能够检测更高精度的旋转角。
[0032]上述方式的旋转角运算装置中，上述第2运算器可以构成为，使用上述多个传感器中的两个传感器的一个取样份的输出信号、和预先设定的这两个传感器的输出信号的振幅比，来对上述旋转体的旋转角进行运算。
[0033]两个传感器的输出信号的振幅比几乎不受磁极的磁通密度、两个传感器的个体的偏差的影响。因此，在该构成中，在利用第2运算器简单地对旋转角进行运算的情况下，也能够减小运算误差。
[0034]本发明的一方式的电动动力转向装置包括:转向轴，其包括输入轴、输出轴以及连结这两个轴的扭杆；电动马达，其用于使转向操作辅助力产生；第I旋转角运算装置，其包括上述方式的旋转角运算装置，并用于检测上述输入轴的旋转角作为第I旋转角；第2旋转角运算装置，其包括上述方式的旋转角运算装置，并用于检测上述输出轴的旋转角作为第2旋转角；转向操作转矩运算器，其基于通过上述第I旋转角运算装置检测出的第I旋转角、和通过上述第2旋转角运算装置检测出的第2旋转角，来对赋予给上述输入轴的转向操作转矩进行运算；以及电流指令值设定器，其使用通过上述转向操作转矩运算器运算出的转向操作转矩，来设定成为应流向上述电动马达的电流的目标值的电流指令值，上述电流指令值设定器包括死区设定器，该死区设定器在上述转向操作转矩的运算所使用的上述第I旋转角以及上述第2旋转角中的至少一方是通过上述第2运算器运算出时，在上述转向操作转矩的绝对值是规定值以下的情况下，将电流指令值设定为零。
[0035]根据上述方式，利用简单模式对输入轴的旋转角以及输出轴的旋转角中的至少一方进行运算，由此即使在通过转向操作转矩运算器运算的转向操作转矩产生误差，也能够防止从电动马达产生与本来应产生的转向辅助转矩的方向相反的方向的转向辅助转矩。
[0036]在上述方式的电动动力转向装置中，上述死区设定器可以包括:在上述转向操作转矩的运算所使用的上述第I旋转角以及上述第2旋转角的双方都是通过上述第2运算器运算出时，在上述转向操作转矩的绝对值是第I规定值以下的情况下，将电流指令值设定为零的设备；以及在上述转向操作转矩的运算所使用的上述第I旋转角以及上述第2旋转角中的仅任意一方是通过上述第2运算器运算出时，在上述转向操作转矩的绝对值是比上述第I规定值小的第2规定值以下的情况下，将电流指令值设定为零的设备。[0037]根据上述方式，仅输入轴的旋转角以及输出轴的旋转角中的一方利用简单模式运算的情况下，与其双方都利用简单模式运算的情况相比，能够减小电流指令值成为零的死区的宽度。因此，容易进行与转向状况对应的转向辅助。
【专利附图】

【附图说明】
[0038]通过以下参照附图对本发明的实施方式进行描述，本发明的上述和其它特征及优点会变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素，其中:
[0039]图1是表示应用本发明的一实施方式所涉及的旋转角检测装置的电动动力转向装置的简要结构的示意图。
[0040]图2是图解地表示转矩传感器的构成的示意图。
[0041]图3是表示第I磁铁的构成以及两个磁传感器的配置的示意图。
[0042]图4是表示第I磁传感器以及第2磁传感器的输出波形的示意图。
[0043]图5是用于对在通常模式下采用第I运算方法的情况下的第I旋转角运算部的动作进行说明的流程图。
[0044]图6是用于对在通常模式下采用第I运算方法的情况下的第I旋转角运算部的其它例子的动作进行说明的流程图。
[0045]图7是用于对在通常模式下采用第2运算方法的情况下的第I旋转角运算部的动作进行说明的流程图。
[0046]图8是用于对在通常模式下采用第2运算方法的情况下的第I旋转角运算部的其它例子的动作进行说明的流程图。
[0047]图9是表示振幅比运算处理的顺序的流程图。
[0048]图10是表示相对极编号的设定处理的详细顺序的流程图。
[0049]图1lA是用于说明相对极编号的设定处理的示意图。
[0050]图1lB是用于说明相对极编号的设定处理的示意图。
[0051]图12是表示马达控制用E⑶的电构成的简图。
[0052]图13是图解地表示电动马达的构成的示意图。
[0053]图14A是表示q轴电流指令值Iq*相对于检测转向操作转矩Th的设定例的图。
[0054]图14B是表示q轴电流指令值Iq*相对于检测转向操作转矩Th的设定例的图。
[0055]图15是用于说明以往的旋转角检测装置的旋转角检测方法的示意图。
[0056]图16是表不第I磁传感器以及第2磁传感器的输出信号波形的不意图。
【具体实施方式】
[0057]以下，参照附图，详细地对本发明的实施方式进行说明。
[0058]参照图1，电动动力转向装置I具备作为用于转向操作车辆的转向操作部件的转向盘2、与该转向盘2的旋转联动地使转向轮3转向的转向机构4、和用于辅助驾驶员的转向操作的转向操作辅助机构5。转向盘2和转向机构4经由转向轴6以及中间轴7机械式地连结。
[0059]转向轴6包括与转向盘2连结的输入轴8、和与中间轴7连结的输出轴9。输入轴8和输出轴9经由扭杆10在同一轴线上能够相对旋转地被连结。即、若转向盘2被旋转，则输入轴8以及输出轴9相互相对旋转,并且沿同一方向旋转。
[0060]在转向轴6的周围设置有应用了本发明的一实施方式所涉及的旋转角检测装置的转矩传感器(转矩检测装置)11。转矩传感器11基于输入轴8以及输出轴9的相对旋转位移量来检测施加给转向盘2的转向操作转矩。由转矩传感器11所检测出的转向操作转矩被输入至马达控制用EQJ (电子控制单元！Electronic Control Unit) 12。
[0061]转向机构4由包含小齿轮轴13和作为转向轴的齿条轴14的齿轮齿条机构构成。在齿条轴14的各端部经由转向横拉杆15以及转向臂(图示略)连结有转向轮3。小齿轮轴13与中间轴7连结。小齿轮轴13与转向盘2的转向操作联动地旋转。在小齿轮轴13的前端连结有小齿轮16。
[0062]齿条轴14沿着汽车的左右方向(与前进方向正交的方向)呈直线状地延伸。在齿条轴14的轴向的中间部形成有与小齿轮16啮合的齿条17。通过该小齿轮16以及齿条17，小齿轮轴13的旋转被变换为齿条轴14的轴向移动。通过使齿条轴14沿轴向移动，能够使转向轮3转向。
[0063]若转向操作(旋转)转向盘2，则该旋转经由转向轴6以及中间轴7传递给小齿轮轴13。然后，小齿轮轴13的旋转通过小齿轮16以及齿条17被变换为齿条轴14的轴向移动。由此，使转向轮3转向。
[0064]转向操作辅助机构5包括用于产生转向操作辅助力的电动马达18、和用于将电动马达18的输出转矩传递到转向机构4的减速机构19。电动马达18在本实施方式中，由三相无刷马达构成。减速机构19由包括蜗杆轴20和与该蜗杆轴20啮合的蜗轮21的蜗轮机构构成。减速机构19被收容在作为传递机构壳体的齿轮壳体22内。
[0065]蜗杆轴20通过电动马达18被旋转驱动。另外，蜗轮21能够与转向轴6同方向旋转地连结。蜗轮21通过蜗杆轴20被旋转驱动。
[0066]若蜗杆轴20通过电动马达18被旋转驱动，则蜗轮21被旋转驱动，转向轴6旋转。而且，转向轴6的旋转经由中间轴7传递到小齿轮轴13。小齿轮轴13的旋转被变换为齿条轴14的轴向移动。由此，使转向轮3转向。即、通过电动马达18使蜗杆轴20旋转驱动，由此使转向轮3转向。
[0067]电动马达18的转子的旋转角(转子旋转角)由分解器等旋转角传感器25检测。旋转角传感器25的输出信号被输入至马达控制用ECU12。电动马达18被作为马达控制装置的马达控制用E⑶12控制。
[0068]图2是图解地表示转矩传感器11的构成的示意图。
[0069]环状的第I磁铁(多极磁铁)61能够一体旋转地连结在输入轴8。在第I磁铁61的下侧配置有根据第I磁铁61的旋转而分别输出相互具有相位差的正弦波状的信号的两个磁传感器71、72。
[0070]环状的第2磁铁(多极磁铁)62能够一体旋转地连结在输出轴9。在第2磁铁62的上侧配置有根据第2磁铁62的旋转而分别输出相互具有相位差的正弦波状的信号的两个磁传感器74、75。
[0071]各磁传感器71、72、74、75的输出信号S1、S2、S4、S5被输入到用于对施加给输入轴8的转向操作转矩进行运算的转矩运算用ECU77。转矩运算用ECU77的电源通过对点火钥匙进行接通操作而接通。在点火钥匙被进行断开操作时，表示其意思的点火钥匙断开操作信号被输入给转矩运算用ECU77。此外，作为磁传感器，例如能够使用具备霍尔元件、磁阻元件(MR元件)等具有电特性因磁场的作用而变化的特性的元件的传感器。在本实施方式中，作为磁传感器，使用霍尔元件。
[0072]由上述磁铁61、62、上述磁传感器71、72、74、75以及转矩运算用ECU77构成转矩传感器11。
[0073]转矩运算用E⑶77包括微型计算机。微型计算机具备CPU以及存储器(ROM、RAM、非易失性存储器等)，通过执行规定的程序，而作为多个功能处理部发挥作用。该多个功能处理部中包括第I旋转角运算部77A、第2旋转角运算部77B、转矩运算部77C、第I振幅比运算部77D、和第2振幅比运算部77E。
[0074]第I振幅比运算部77D在由作业者等将转矩运算用E⑶77的动作模式设定为振幅比运算模式时，基于两个磁传感器71、72的输出信号S1、S2，来检测这些输出信号S1、S2的振幅比，并存储于非易失性存储器中。第2振幅比运算部77E在由作业者等将转矩运算用E⑶77的动作模式设定为振幅比运算模式时，基于两个磁传感器74、75的输出信号S4、S5，来检测这些输出信号S4、S5的振幅比，并存储于非易失性存储器中。例如，在电动动力转向装置I出厂前，将转矩运算用ECU77的动作模式设定为振幅比运算模式。第I相位差运算部77D以及第2相位差运算部77E的动作的详细内容将在后述。
[0075]第I旋转角运算部77A基于两个磁传感器71、72的输出信号S1、S2、和存储在非易失性存储器中的这些输出信号S1、S2的振幅比来对输入轴8的旋转角(电角度θ A)进行运算。第2旋转角运算部77B基于两个磁传感器74、75的输出信号S4、S5、和存储在非易失性存储器中的这些输出信号S4、S5的振幅比来对输出轴9的旋转角(电角度Θ B)进行运
笪
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·[0076]转矩运算部77C基于通过第I旋转角运算部77A检测出的输入轴8的旋转角Θ A和通过第2旋转角运算部77B检测出的输出轴9的旋转角Θ B来对施加到输入轴8的转向操作转矩Th进行运算。具体而言，若将扭杆10的弹簧常数设为K、将设在各磁铁61、62的磁极对数设为N，则转向操作转矩Th基于下式(I)来进行运算。
[0077]Th = {( ΘΑ- ΘΒ) / N} XK(I)
[0078]由第I磁铁61、磁传感器71、72以及第I旋转角运算部77A构成用于检测输入轴8的旋转角Θ A的第I旋转角检测装置。另外，由第2磁铁62、磁传感器74、75以及第2旋转角运算部77B构成用于检测输出轴9的旋转角Θ B的第2旋转角检测装置。第I旋转角检测装置(第I旋转角运算部77A)的动作与第2旋转角检测装置(第2旋转角运算部77B)动作相同，所以以下，仅对第I旋转角检测装置(第I旋转角运算部77A)的动作进行说明。
[0079]图3是表示第I磁铁61的构成以及两个磁传感器的配置的示意图。
[0080]第I磁铁61具有在周方向上以等角度间隔配置的4组磁极对(M1、M2)、(M3、M4)、(M5、M6)、(M7、M8)。换句话说，第I磁铁61具有以等角度间隔配置的8个磁极Ml~M8。各磁极Ml~M8以输入轴8的中心轴为中心、且几乎以45° (电角度几乎为180° )的角度间隔(角度幅度)配置。各磁极Ml~M8的磁力的大小几乎相同的。
[0081]与第I磁铁61的下侧的环状端面对置地配置两个磁传感器71、72。这些磁传感器71、72以输入轴8的中心轴为中心、且以电角度为120°的角度间隔配置。以下，存在将一个磁传感器71称为第I磁传感器71,将另一个磁传感器72称为第2磁传感器72的情况。[0082]将图3中利用箭头表示的方向作为输入轴8的正方向的旋转方向。若输入轴8沿正方向旋转，则输入轴8的旋转角变大，若输入轴8沿反方向旋转，则输入轴2的旋转角变小。如图4所示，伴随着输入轴8的旋转，从各磁传感器71、72输出正弦波状的信号S1、S2。此外，图4的横轴的旋转角[deg]表示机械角。
[0083]以下，存在将第I磁传感器71的输出信号SI称为第I输出信号SI或者第I传感器值SI,将第2磁传感器72的输出信号S2称为第2输出信号S2或者第2传感器值S2的情况。
[0084]以下，为了便于说明，不是利用ΘΑ而是利用Θ表示输入轴8的旋转角。若各输出信号S1、S2视为正弦波信号,将输入轴8的旋转角设为Θ (电角度)，则第I磁传感器71的输出信号SI表示为SI = Al ?sin Θ，第2磁传感器72的输出信号S2表示为S2 = A2-sin(θ + 120)。Al、A2分别表不振幅。第I输出信号SI与第2输出信号S2的相位差为120度。
[0085]在第I旋转角运算部77A的旋转角Θ的运算模式中有通常模式和简单模式。首先，对基于通常模式的旋转角运算方法的基本观点进行说明。
[0086]基于通常模式的旋转角运算方法中有二种方法。第一种是基于两个磁传感器71、72的两个取样份的输出信号来对旋转角Θ进行运算的方法，以下称为第I运算方法。第二种是基于两个磁传感器71、72的三个取样份的输出信号来对旋转角Θ进行运算的方法，以下称为第2运算方法。
[0087]对第I运算方法的基本观点进行说明。利用C表示第I输出信号SI与第2输出信号S2的相位差(电角度)。另外，利用[η]表示此次的取样周期的编号(此次运算周期的编号)，利用[η-1]表示前次的取样周期的编号(前次运算周期的编号)。
·[0088]若使用相位差C以及取样周期的编号[η]、[η-1]，则能够分别利用下式(2a)、(2b)、(2c)、(2d)表不此次取样的第I输出信号S1、前次取样的第I输出信号S1、此次取样的第2输出信号S2以及前次取样的第2输出信号S2。
[0089]SI [n] = Al [n] sin θ [η](2a)
[0090]SI [η-1] = Al [η-1 ] sin θ [η-1 ](2b)
[0091]S2[η] = Α2[η] sin ( θ [η] + C)(2c)
[0092]S2[η-1] = Α2[η_1] sin ( θ [η-1 ] + C) (2d)
[0093]若C已知，则这4个式子所包含的未知数(Α1[η]、Α1[η-1]、Α2[η]、Α2[η-1]、θ [η]、θ [η-1])的数量为6。换句话说，未知数的数量比方程式的数量多，所以就这样，不能够解开由4个式子构成的联立方程式。
[0094]于是，通过较短地设定取样间隔(取样周期)，视为没有因两个取样期间的温度变化所引起的振幅的变化。换句话说，视为两个取样期间的第I磁传感器71的输出信号的振幅Al [η]、Al [η-1]相互相等，并利用Al表示它们。同样地，视为两个取样期间的第2磁传感器72的输出信号的振幅Α2[η]、Α2[η-1]相互相等,并利用Α2表不它们。
[0095]由此，能够分别利用下式(3a)、(3b)、(3c)以及(3d)表示上述式子(2a)、(2b)、(2c)以及(2d)。
[0096]SI [η] = Alsin θ [η](3a)
[0097]SI [η-1] = Alsin θ [η-1](3b)[0098]S2[n] = A2sin ( Θ [n] + C)(3c)
[0099]S2[n-1] = A2sin ( Θ [n-l] + C)(3d)
[0100]这4个式子所包含的未知数(Al、A2、θ [η]、θ [n-l])的数量为4个。
[0101]换句话说，未知数的数量为方程式的数量以下，所以能够解开由4个式子构成的联立方程式。因此，通过解开由上述4个式子(3a)、(3b)、(3c)以及(3d)构成的联立方程式，能够对输入轴8的旋转角θ [η]进行运算。
[0102]以下，具体地对在两磁传感器71、72间的相位差C为120度的情况进行说明。在相位差C为120度的情况下，上述4个式子(3a)、(3b)、(3c)以及(3d)能够分别利用下式(4a)、(4b)、(4c)以及(4d)表示。
[0103]SI [η] = Alsin θ [η](4a)
[0104]SI [η-1] = Alsin θ [η-1](4b)
[0105]S2[η] = A2sin ( θ [η] + 120)(4c)
[0106]S2 [η-1] = A2sin ( θ [η-1 ] + 120)(4d)
[0107]若解开由上述4个式子(4a)、(4b)、(4c)以及(4d)构成的联立方程式，则输入轴8的旋转角θ [n]利用下式(5)(以下称为“基本运算式(5)”)表示。
【权利要求】
1.一种旋转角运算装置，其特征在于，包括: 多个传感器，其用于对旋转体的旋转角进行检测； 取样器，其按照每个规定时刻对所述多个传感器的各个的输出信号进行取样； 第I运算器，其使用所述多个传感器中的至少两个传感器在两个以上的规定数量的不同的时刻所取样的多个输出信号，来对所述旋转体的旋转角进行运算； 第2运算器，其使用所述多个传感器中的两个传感器的一个取样份的输出信号，简单地对所述旋转体的旋转角进行运算；以及 选择器，其基于通过所述取样器取样的所述多个传感器的各个的输出信号，来选择所述第I运算器以及所述第2运算器中的任意一方，作为在所述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器。
2.根据权利要求1所述的旋转角运算装置，其特征在于， 所述选择器构成为，在从电源被接通之后至满足在假定为通过所述第I运算器对所述旋转体的旋转角进行运算的情况下，被所述第I运算器使用的所述多个输出信号中的针对相同的传感器的输出信号彼此全部不同这一条件之前，选择所述第2运算器作为在所述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器，在满足所述条件时以及满足所述条件之后，选择所述第I运算器作为在所述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器。
3.根据权利要求1所述的旋转角运算装置，其特征在于， 所述选择器构成为，在满足假定为通过所述第I运算器对所述旋转体的旋转角进行运算的情况下，被所述第I运算器使用的所述多个输出信号中的针对相同的传感器的输出信号彼此全部不同这一条件时，选`择所述第I运算器作为在所述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器，在不满足所述条件时，选择所述第2运算器作为在所述旋转体的旋转角的运算中所使用的运算器。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的旋转角运算装置，其特征在于， 在为了所述旋转体的旋转角的运算而对被所述第I运算器使用的所述多个输出信号的各个信号进行算式化的情况下，将所得到的多个算式的数量设为X，将这些算式所包含的未知数的数量设为Y，则满足Y大于X这一条件， 所述第I运算器构成为，在通过将所述多个算式所包含的未知数中的规定的多个不同未知数视为相互相等而使Y为X以下之后，通过解答由所述多个算式构成的联立方程式，从而对所述旋转体的旋转角进行运算。
5.根据权利要求4所述的旋转角运算装置，其特征在于， 还包括与所述旋转体的旋转对应地旋转并具有多个磁极的多极磁铁， 所述多个传感器是根据所述多极磁铁的旋转，分别输出相互具有规定的相位差的正弦波信号的多个磁传感器， 所述第I运算器构成为，使用所述多个传感器中的两个传感器在两个不同的时刻所取样的4个输出信号，来对所述旋转体的旋转角进行运算， 所述多个算式由对所述4个输出信号进行算式化的4个算式构成，各算式包含振幅以及所述旋转体的旋转角作为未知数， 所述第I运算器通过将所述4个算式所包含的未知数中的相同的传感器的取样时刻不同的两个输出信号的振幅视为相互相等而使Y为X以下。
6.根据权利要求4所述的旋转角运算装置，其特征在于， 还包括与所述旋转体的旋转对应地旋转并具有多个磁极的多极磁铁； 所述多个传感器是根据所述多极磁铁的旋转，分别输出相互具有规定的相位差的正弦波信号的多个磁传感器， 所述第I运算器构成为，使用所述多个传感器中的两个传感器在3个不同的时刻所取样的6个输出信号，来对所述旋转体的旋转角进行运算， 所述多个算式由对所述6个输出信号进行算式化的6个算式构成，各算式包括振幅、所述旋转体的旋转角以及与所述多极磁铁的各磁极的磁极宽度有关的信息作为未知数， 所述第I运算器通过将所述6个算式所包含的未知数中的相同的传感器的取样时刻不同的3个输出信号的振幅视为相互相等，并且将所述6个算式所包含的全部与磁极宽度有关的信息视为相互相等，从而使Y为X以下。
7.根据权利要求5或6所述的旋转角运算装置，其特征在于， 所述第2运算器构成为，使用所述多个传感器中的两个传感器的一个取样份的输出信号、和预先设定的这两个传感器的输出信号的振幅比，来对所述旋转体的旋转角进行运算。
8.一种电动动力转向装置，其特征在于，包括: 包括输入轴、输出轴以及连结这两个轴的扭杆的转向轴； 用于使转向操作辅助力产生的电动马达； 第I旋转角运算装置，`其包括所述权利要求1~6中任意一项所述的旋转角运算装置，并用于检测所述输入轴的旋转角作为第I旋转角； 第2旋转角运算装置，其包括所述权利要求1~7中任意一项所述的旋转角运算装置，并用于检测所述输出轴的旋转角作为第2旋转角； 转向操作转矩运算器，其基于通过所述第I旋转角运算装置检测出的第I旋转角、和通过所述第2旋转角运算装置检测出的第2旋转角，来对赋予给所述输入轴的转向操作转矩进行运算；以及 电流指令值设定器，其使用通过所述转向操作转矩运算器运算出的转向操作转矩，来设定成为应流向所述电动马达的电流的目标值的电流指令值， 所述电流指令值设定器包括死区设定器，该死区设定器在所述转向操作转矩的运算所使用的所述第I旋转角以及所述第2旋转角中的至少一方是通过所述第2运算器运算出时，在所述转向操作转矩的绝对值是规定值以下的情况下，将电流指令值设定为零。
9.根据权利要求8所述的电动动力转向装置，其特征在于， 所述死区设定器包括: 在所述转向操作转矩的运算所使用的所述第I旋转角以及所述第2旋转角的双方都是通过所述第2运算器运算出时，在所述转向操作转矩的绝对值是第I规定值以下的情况下，将电流指令值设定为零的设备；以及 在所述转向操作转矩的运算所使用的所述第I旋转角以及所述第2旋转角中的仅任意一方是通过所述第2运算器运算出时，在所述转向操作转矩的绝对值是比所述第I规定值小的第2规定值以下的情况下，将电流指令值设定为零的设备。
【文档编号】B62D119/00GK103863388SQ201310665239
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】高木刚, 狩集裕二, 冷水由信 申请人:株式会社捷太格特