旋转角检测装置和电动动力转向装置的制作方法

专利名称：旋转角检测装置和电动动力转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转角检测装置和电动动力转向装置。
技术背景
作为车辆用动力转向装置，存在基于在转向中产生的转向角而进行动力辅助控制 的结构。另外，作为使用转向角(转向速度)的动力辅助控制的方式，例如能够举出使转向 回到中立位置的转向回归控制、抑制转向角的急剧变化的阻尼补偿控制等。而且，转向角的 检测一般是例如日本特开平6-127417号公报所公开的那样通过在转向传感器中使用输出 ABZ相的脉冲信号的旋转角传感器而进行。
但是，在这样的脉冲式的旋转角传感器中，存在检测精度的提高和尺寸的小型化 难以兼顾的问题。于是，例如日本特开2007-256250号公报所示的那样，提出了通过使用磁 检测元件，能够输出根据检测对象的旋转角而输出电平变化的正弦信号和余弦信号的旋转 角传感器。通过在转向传感器中使用这样的磁旋转角传感器，能够达到尺寸的小型化并高 精度地检测出转向角。
但是，基于旋转角传感器的输出信号检测出的旋转角，基本上是作为其检测对象 的旋转轴的机械角360°的范围内的相对角(电角)，与此相对，由转向装置的旋转产生的 转向角是包含超过机械角360°的范围的绝对角。因此，在很多情况下，转向角的检测通过 对基于转向传感器的输出信号检测出的相对角的变化进行计数而进行。
但是，上述那样的基于正弦信号和余弦信号的旋转角检测需要在现有的基于脉冲 信号的旋转角检测中不需要的A/D转换、复杂的运算处理。因此，在从点火断开(IG断开) 到再次起动之间也应该保持转向角检测的连续性(再现性)，在IG断开后也需要继续进行 上述那样的相对角变化的计数，于是电力消耗增大，结果导致车载电源的消耗加快。
关于这一点，上述日本特开2007-256250号公报或者日本特表2007-533975号公 报等所记载的旋转角检测装置，根据绝对角使构成旋转角传感器的磁转子和磁检测元件的 轴向距离变化。于是，通过使通过磁检测元件的磁通密度的矢量长度根据绝对角连续变化， 能够检测绝对角而不进行上述的旋转角变化的计数。
但是，由于设置这样的变更轴向距离的机械结构，结构变得复杂，导致制造成本上 升。而且，可动部的存在可能会成为导致可靠性下降的主要原因，对于这一点还存在改善的 余地。发明内容
本发明的一个目的在于提供具有高检测精度，并且能够以简单结构且节省电力地 连续检测检测对象的绝对角的旋转角检测装置和电动动力转向装置。
本发明的一个方式的旋转角检测装置包括旋转角传感器，其输出输出电平根据 检测对象的旋转角而变化的正弦信号和余弦信号；第一旋转角检测器，其基于上述正弦信 号和余弦信号检测上述旋转角。此外，上述旋转角检测装置还包括脉冲信号生成器，其基 于上述正弦信号和余弦信号，生成具有与规定的上述旋转角对应的边沿，并且各自的上述 规定的旋转角以相互不重复且具有均等间隔的方式设定的三相脉冲信号；以及第二旋转角 检测器，其基于上述各脉冲信号检测上述旋转角。
通过检测这样的三相脉冲信号的边沿(下降和上升)，能够按照与在电角360°中 产生的边沿数对应的电角精度(例如边沿数为“6”时电角度60°的精度)检测检测对象的 旋转角变化。通过对累计进行计数能够检测出绝对角。而且，在基于脉冲信号的旋转角检 测中，不需要基于正弦信号和余弦信号的旋转角检测那样的A/D转换和复杂的运算处理。
由此，根据上述结构，能够利用第一旋转角检测器，基于正弦信号和余弦信号进行 高精度的绝对角检测，并且，在该第一旋转角检测器停止时，通过第二旋转角检测器进行的 基于三相脉冲信号的检测，能够抑制电力消耗，并且继续进行绝对角检测。结果，能够以简 单的结构且节省电力地连续检测检测对象的绝对角。
在上述方式中，可以是，上述脉冲信号生成器包括分压电路，其由电阻值相等的 四个电阻串联连接而成，并且被施加与上述正弦信号和余弦信号的最大值相当的电压；第 一比较器，其以上述分压电路输出的各分压信号中的高电位信号和上述余弦信号作为输 入；第二比较器，其以上述分压电路输出的各分压信号中的中电位信号和上述正弦信号作 为输入；以及第三比较器，其以上述分压电路输出的各分压信号中的低电位信号和上述余 弦信号作为输入。
根据上述结构，能够以简单的结构且节省电力地生成具有与规定的旋转角(电 角)对应的边沿，并且各自的与各边沿对应的规定的旋转角以相互不重复并且为均等间隔 的方式设定的三相脉冲信号。
在上述方式中，可以是，上述第一旋转角检测器利用在该第一旋转角检测器停止 时上述第二旋转角检测器继续进行检测而得的基于上述各脉冲信号的第二旋转角，对该起 动时进行运算的上述旋转角的初始值进行修正。
根据上述结构，能够在第一旋转角检测器起动之后，立即高精度地进行绝对角的 检测。
在上述方式中，可以包括起动器，其在检测出上述边沿后使上述第二旋转角检测 器起动。
S卩，基于各脉冲信号的旋转角检测，基于边沿的检测而进行，尤其是在非边沿检测 时，不会发生运算处理。由此，根据上述结构，能够继续进行绝对角检测并且大幅抑制电力 消耗。
在上述方式中，可以具有第一异常判定器，其对上述第一旋转角检测器取得的上 述正弦信号和余弦信号的异常进行判定；以及第二异常判定器，其对上述第二旋转角检测 器取得的上述各脉冲信号的异常进行判定。
根据上述结构，能够更高精度地检测在旋转角检测中产生的问题。而且，也能够推 测产生该问题的原因。具体地说，例如，在第一旋转角检测器由数字处理装置构造的情况 下，在虽然正弦信号和余弦信号异常，但各脉冲信号为正常时，能够推测为该第一旋转角检测器在取得正弦信号和余弦信号时进行的A/D转换(A/D转换器(电路))存在问题。此外， 在仅是脉冲异常的情况下，能够推测为该脉冲信号生成器存在问题。而且，在正弦信号和余 弦信号以及各脉冲信号均异常的情况下，能够推测为旋转角传感器存在故障。
可以将上述方式的旋转角检测装置用于检测在转向中所产生的转向角的电动动 力转向装置
根据上述结构，能够保证从IG断开到再起动的过程中的转向角检测的连续性(再 现性)。结果，能够在再起动之后立即实现良好的转向特性和转向反馈。
在上述方式的电动动力转向装置中可以是，使用基于上述正弦信号和余弦信号检 测出的第一转向角进行动力辅助控制，并且，在上述第一旋转角检测器取得的上述正弦信 号和余弦信号异常的情况下，在上述第二旋转角检测器取得的上述各脉冲信号正常时，使 用基于该各脉冲信号检测出的第二转向角继续进行上述动力辅助控制。
根据上述结构，如果在转向角检测中产生问题的原因在于由数字处理装置构成的 第一旋转角检测器取得正弦信号和余弦信号时进行的A/D转换，则基于各脉冲信号进行的 第二转向角的检测不存在任何问题。由此，根据上述结构，能够继续维持其优异的转向特性 和转向反馈。


本发明的上述特征和优点以及其它的特征和优点，通过参考附图的下述实施方式 的说明会变得更为明确，在附图中对于相似的元件标注相同的符号。
图1是电动动力转向装置(EPS)的概略结构图2是示意性地表示EPS的电结构的框图3是表示基于正弦信号和余弦信号检测转向角的处理顺序的流程图4是表示正弦信号和余弦信号的波形与各分压信号的输出电平的关系的说明 图5是表示基于正弦信号和余弦信号生成的三相脉冲信号的波形和由与各边沿 对应的规定的旋转角划分的各区域(第一区域 第六区域)的说明图6是表示基于三相脉冲信号的输出电平的!Bbit信号的合计值(二进制)与各 区域的对应的说明图7是三相脉冲生成器的电路图8是表示基于点火断开(IG断开)时的继续产生的三相脉冲信号检测转向角的 处理顺序的流程图9是表示基于通过IG导通而起动时的三相脉冲信号检测第二转向角，以及基于 使用该第二转向角的正弦信号和余弦信号修正转向角初始值的处理顺序的流程图10是表示第二实施方式的基于IG导通后的三相脉冲信号检测第二转向角的处 理顺序的流程图11是表示正弦信号和余弦信号的异常判定的处理顺序的流程图12是表示三相脉冲信号的异常判定的处理顺序的流程图13是表示基于对正弦信号和余弦信号以及三相脉冲信号的异常判定结果变更 控制的处理顺序的流程图14是另一例子的EPS的概略结构图；以及
图15是示意性地表示另一例子的EPS的电结构的框图。
具体实施方式
以下依据

本发明的第一实施方式。
如图1所示，在本实施方式的电动动力转向装置(EPS)I中，固定有转向装置2的 转向轴3经由齿轮齿条机构4与齿条轴5连结，伴随转向操作的转向轴3的旋转，由齿轮齿 条机构4变换为齿条轴5的往复直线运动。转向轴3通过连结柱轴3a、中间轴北和齿轮轴 3c而成。而且，伴随该转向轴3的旋转的齿条轴5的直线运动，经由连结于该齿条轴5的两 端的联杆6传递至未图示的转向节，由此变更转向轮7的转角即车辆的行驶方向。
此外，EPSl包括EPS致动器10，其为对转向系统施加用于辅助转向操作的辅助力 的转向力辅助装置；以及ECU11，其为控制该EPS致动器10的动作的控制器。
EPS致动器10构成为作为驱动源的电动机12经由减速机构13与柱轴3a驱动并 连结的转向柱助力型的EPS致动器。作为电动机12采用带刷的直流电动机。而且EPS致 动器10构成为，使电动机12的旋转减速再传递至柱轴3a，由此将该电动机转矩作为辅助力 施加于转向系统。
在E⑶11上连接有转矩传感器14、车速传感器15和转向传感器(转向角传感 器)16。ECUll基于各传感器所输出的传感器信号，检测转向转矩τ和车速V以及转向角 θ s。然后，本实施方式的ECUll基于这些各状态量，通过对作为该驱动源的电动机12供给 驱动电力，控制上述EPS致动器10的动作，由此控制施加于该转向系统的辅助力(动力辅 助控制)。
更详细地说，如图2所示，E⑶11中设置有微机21，和基于该微机21输出的电动机 控制信号向电动机12供给驱动电力的驱动电路22，上述各传感器输出的传感器信号被输 入该微机21。
微机21基于利用各传感器信号检测出的转向转矩τ、车速V和转向角θ8，输出 用于进行上述动力辅助控制的电动机控制信号。
微机21基于检测出的转向转矩τ和车速V运算应该施加于转向系统的目标辅助 力的基础成分。此外，微机21基于检测出的转向角θ s运算各种补偿成分。另外，作为基 于该转向角θ s的补偿成分，例如是用于使转向装置回到中立位置的转向装置回归补偿成 分、用于抑制转向角的急剧变化的阻尼补偿成分等。
而且，微机21运算与上述目标辅助力的基础成分和补偿成分对应的电流指令值。
微机21基于电流传感器23的输出信号检测电动机12的实际电流I，进行使该实 际电流I跟踪上述电流指令值的电流反馈控制，由此生成向驱动电路22输出的电动机控制 信号。在ECUll中，基于该电动机控制信号的驱动电力被供给至电动机12，由此进行动力辅 助控制。
接着，说明本实施方式的转向角检测的方式。
如图1所示，作为转向传感器16，采用磁旋转角传感器，该磁旋转角传感器包括 磁转子25，其与固定有转向装置2的柱轴3a —体旋转；以及两个磁检测元件(霍尔IC) 26a, 26b，其输出与由该磁转子25的旋转产生的磁通变化对应的传感器信号。
这些磁检测元件^5a、26b构成为，输出电平分别根据设置有上述磁转子25的柱 轴3a的旋转角即转向装置2产生的转向角θ s而变化，并且输出相互间相位偏移1/4周期 (电角90° )的传感器信号。
转向传感器16将这些各磁检测元件^a、26b输出的两个传感器信号，作为正弦信 号S_sin和余弦信号S_cos输出至EOTl 1。于是，构成第一旋转角检测器的EOTl 1 (微机21) 基于输入的正弦信号S_sin和余弦信号S_cos检测作为绝对角的转向角θ s。
以下详细进行叙述。如图3的流程图所示，微机21当取得转向传感器16输出的 正弦信号S_sin和余弦信号S_cos的各个值V1、V2时(步骤101)，基于下面的式(1)，运算 与这些值VI、V2对应的电角θ e (步骤102)。另外，在下式中，arctan表示反正切函数。
θ e = arctan (V1/V2)......(1)
接着，微机21从存储器(未图示)中读出在上一次的运算周期中求得的电角的 值，即电角前次值θ e_m(步骤103)，基于该电角前次值θ e_m和上述步骤102中运算得出 的电角θ e的比较，判定该电角θ e的值是否为表示电角一周(电角360°的一周)的值 (步骤104)。
S卩，因为电角θ e为相对角，所以在其值增加至超过359°的情况下(+方向)的下 一值成为0°，同样在减少而超过0°的情况下(-方向)的下一值成为359°。本实施方式 中，将电角θ e通过作为该变化点的0° (360° )而变化的情况定义为“电角一周”，在上述 步骤104中，判定在此次的运算周期得到的电角θ e是否表示该电角一周的情况。并且，通 过计测(计数)该转数，运算与作为检测对象的转向装置2—起一体旋转的旋转轴，即设置 有转向传感器16的柱轴3a的电角换算下的绝对角(电角换算绝对角θ e_ab)。
具体地说，微机21在电角ee的值表示电角一周(步骤104:是)并且其变化方向 为+的情况下，即在电角9e的值为0°、电角前次值ee_m为359°的情况下(步骤105 是)，使该转数计测用的计数器增加(N = N+1，步骤106)。此外，在其变化方向为-的情况 下，即在电角θ e的值为359°、电角前次值ee_m为0°的情况下(步骤105 否)，使该计 数器减少(N = N-I，步骤107)。另外，在上述步骤104中，在电角θ e的值不表示电角一周 的情况下(步骤104:否)，不进行上述步骤105 步骤107的处理。然后，微机21基于这 样计测出的表示电角360°的转数的计数值N和电角θ e，运算设置有转向传感器16的柱 轴3a的电角换算绝对角θ e_ab ( θ e_ab = (360 X N)+θ e，步骤108)。
微机21将在步骤108中运算得出的电角换算绝对角θ e_ab换算为机械角，S卩，通 过除以电角倍率α，运算作为机械角的绝对角的转向角es(es= ee_ab/a，步骤109)。 在该转向角θ S的运算后，更新电角前次值ee_m(ee= ee_m，步骤120)。
微机21构成为，将这样基于上述转向传感器16输出的正弦信号S_sin和余弦信 号5_(308检测(运算)出的转向角θ s用于动力辅助控制。
此外，如图2所示，E⑶11具有三相脉冲生成器30，该三相脉冲生成器30基于图4 所示的输出电平正弦波状和余弦波状变化的正弦信号S_sin和余弦信号S_cos，分别生成 图5所示的具有与规定的旋转角(电角)对应的边沿的三相脉冲信号P1、P2、P3。
具体地说，脉冲信号Pl在60°、300°具有下降沿和上升沿，脉冲信号P2在 180°、0° (360° )具有下降沿和上升沿，脉冲信号P3在120° ,240°具有下降沿和上升 沿。于是，微机21具有作为第二旋转角检测器的功能，该第二旋转角检测器像这样基于各自的与各边沿对应的规定的旋转角以相互不重复并且为均等间隔的方式设置的三相脉冲 信号P1、P2、P3，运算在转向装置2中所产生的转向角(第二转向角θ s’)。
如图5和图6所示，微机21对于三相脉冲生成器30输出的各脉冲信号Ρ1、Ρ2、Ρ3， 识别为在输出电平为Hi时为1、在输出电平为Lo时为O的!Bbit信号。
具体地说，在本实施方式中，脉冲信号Pl与bit2对应，脉冲信号P2与bit 1对应， 脉冲信号P3与bitO对应。微机21基于该!Bbit信号的合计值(3bit合计值Vsum 二进 制)，运算与作为检测对象的转向装置2 —起一体旋转的旋转轴即设置有转向传感器16的 柱轴3a的电角换算下的绝对角(第二电角换算绝对角θ e_ab')。
如上所述，与各脉冲信号P1、P2、P3的边沿(下降和上升)对应的规定的旋转角以 相互不重复并且为均等间隔的方式设定(参照图5)。于是，各脉冲信号PI、P2、P3的上述 :3bit合计值Vsum，表示与被对应于各边沿的规定的旋转角划分的各区域(第一区域 第六 区域)对应的固有的值。
具体地说，如图6所示，3bit合计值Vsum在“第一区域(0° (360° ) 60° )，， 中为7，在“第二区域(60° 120° )”中为3，在“第三区域(120° 180° )”中为2。同 样地，在“第四区域(180° )”中为0，在“第五区域040° 300° )”中为1，在 “第六区域(300° 360° )”中为5。
微机21利用该关系，以电角60°的精度检测出设置有转向传感器16的柱轴3a的 旋转角即在转向装置2中所产生的转向角(第二转向角θ s’)，对该旋转角变化进行计测 (计数)，由此运算上述第二电角换算绝对角θ e_ab'。进一步，通过将该第二电角换算绝对 角9e_ab’换算为机械角，作为基于上述各脉冲信号P1、P2、P3检测出的转向角，运算出第 二转向角θ s’。
进一步详细叙述的话，如图7所示，三相脉冲生成器30包括分压电路31，其将电 阻值相等的四个电阻Rl R4串联连接而构成；以及三个比较器32、33、34，其分别将具有 与各电阻Rl R4间的各分压相等的输出电平并且将由该分压电路31输出的各分压信号 (Vh、Vm、Vl)作为输入。
对分压电路31施加与表示上述正弦信号S_sin和余弦信号S_cos的输出电平的 各值VI、V2的最大值相当的电压Vb (参照图4)。此外，对各比较器32、33、34分别输入对 应的正弦信号S_sin或余弦信号S_cos。具体地说，对比较器32输入具有与分压电路31中 配置在最高电位侧(电源侧)的电阻R1、R2间的分压(3/4XVb)相等的输出电平的分压信 号即高电位信号Vh以及余弦信号S_cos。此外，对比较器33输入具有与电阻R2、R3间的 分压(l/2XVb)相等的输出电平的中电位信号Vm以及正弦信号S_sin，对比较器34输入具 有与配置在最低电位侧(接地侧)的电阻R3、R4间的分压(l/4XVb)相等的输出电平的低 电位信号Vl以及余弦信号S_cos。然后，三相脉冲生成器30将这些各比较器32、33、34基 于比较而输出的信号分别作为上述各脉冲信号Pl、P2、P3输出。
S卩，如图4所示，余弦信号5_(08的输出电平(值V2)超过上述高电位信号Vh的 输出电平(3/4XVb)的范围为上述第一区域、第六区域，超过上述低电位信号Vl的输出电 平(l/4XVb)的范围为上述第一区域、第二区域、第五区域、第六区域。此外，正弦信号3_ sin的输出电平(值VI)超过上述中电位信号Vm的输出电平(l/2XVb)的范围为上述第一 区域、第二区域、第三区域。这样，在分别对应的第一区域、第六区域，以及第一区域、第二区8域、第五区域、第六区域，以及第一区域、第二区域、第三区域中为Hi的比较器32、33、34的 输出作为上述各脉冲信号P1、P2、P3输入微机21 (参照图5)。
微机21在IG断开时，使用这些各脉冲信号PI、P2、P3，监视在作为检测对象的转 向装置2中所产生的旋转角变化，由此基于该各脉冲信号P1、P2、P3继续进行转向角检测。
详细叙述如下。微机21通过IG断开来停止主要的运算处理而成为休眠状态。该 微机21具有在这样的休眠状态下通过检测出输入的各脉冲信号P1、P2、P3的边沿而自动起 动的功能。
微机21利用该作为起动器的功能，在休眠时检测出各脉冲信号P1、P2、P3中的任 一个边沿的情况下，以节电模式起动。然后，继续进行基于各脉冲信号P1、P2、P3的转向角 检测，详细而言，继续进行在作为检测对象的转向装置2中所产生的旋转角变化的计测(计 数)。
进一步详细叙述。如图8的流程图所示，微机21，当如上所述在从三相脉冲生成器 30输入的各脉冲信号PI、P2、P3中的任一个中检测出边沿时(步骤201 是)，则以用于执 行基于该各脉冲信号P1、P2、P3的转向角检测的节电模式起动(节电起动，步骤202)。
此处，微机21的节电模式构成为，仅供给用于执行基于各脉冲信号P1、P2、P3的转 向角检测所需要的最小的电力。因此，向用于取得作为正弦波状和余弦波状的模拟信号输 入的正弦信号S_sin和余弦信号S_cos的各值V1、V2 (输出电平)的内置于微机21的A/D 转换器等，构成用于执行基于该正弦信号S_sin和余弦信号S_cos的转向角检测的第一转 向角检测器的部分的电力供给保持停止。
另外，在上述步骤201中，没有检测出各脉冲信号P1、P2、P3的边沿的情况下(步 骤201 否)，不进行步骤202以后的处理。
接着，微机21取得各脉冲信号P1、P2、P3的;Bbit合计值Vsum (步骤203)，从存储 器(省略图示)读出在前次的节电起动时求得的:3bit合计值的前次值Vsum_m(步骤204)， 基于这些!Bbit合计值Vsum和前次值Vsum_m，判定旋转角变化的方向。
各脉冲信号PI、P2、P3的任一个的边沿的产生，表示具有基于该各脉冲信号P1、 P2、P3能够确定的电角60°的范围的上述各区域(参照图4 图6，第一区域 第六区域) 的转移，即作为检测对象的转向装置2 (设置有转向传感器16的柱轴3a)的旋转角变化。由 此，能够根据上述:3bit合计值Vsum和前次值Vsum_m确定旋转方向。
例如，在通过此次的运算求得的!Bbit合计值Vsum为2的情况下(参照图6)，如果 前次值Vsum_m为3，则其变化方向为+，如果前次值Vsum_m为0，则其变化方向为_。然后， 微机21通过像这样确定变化方向，计测(计数)通过各脉冲信号P1、P2、P3中的边沿的产 生而检测出的旋转角变化。
具体地说，微机21在变化方向为+的情况下(步骤205:是)，使以电角60°的精 度计测旋转角变化的第二计数器增加(η = n+l，步骤206)，在其变化方向为-的情况下(步 骤205 否)，则减少(η = η-1，步骤207)。
微机21在上述步骤206或步骤207中对旋转角变化进行计数之后，利用在此次的 运算中取得的:3bit合计值Vsum，更新前次值Vsum_m (Vsum_m = Vsum,步骤208)。然后，再 次向休眠状态转移(步骤209)，由此能够以极为省电的方式监视各脉冲信号PI、P2、P3中 的边沿的产生。
此外，在通过IG导通而起动时，使用这样在IG断开时继续更新的第二计数器的 值，即以电角60°的精度表示旋转角变化的累计的第二计数值n，由此运算基于各脉冲信 号P1、P2、P3的第二转向角θ8’。然后，使用该第二转向角θ s’对基于上述正弦信号S_ sin和余弦信号S_cos检测出的转向角θ s的初始值进行修正，由此能够保证从IG断开到 再起动的过程中的转向角检测的连续性(再现性)。
下面进行详细叙述。如图9所示，微机21当通过IG导通而起动时(步骤301)，取 得在上述IG断开时继续更新的第二计数值η (步骤302)。
接着，微机21通过使用以电角60°的精度表示旋转角变化的累计的第二计数值 η，作为检测对象即转向装置2 (设置有转向传感器16的柱轴3a)的电角换算下的绝对角， 运算第二电角换算绝对角ee_ab’(ee_ab’=60Xn，步骤30；3)。然后，将该第二电角换算 绝对角θ e_ab’换算为机械角，即除以电角倍率α，由此运算作为基于上述各脉冲信号P1、 Ρ2、Ρ3检测出的转向角的第二转向角θ s’(θ s’= ee_ab’ /α，步骤304)。
接着，微机21运算转向角初始值θ 0作为基于上述正弦信号S_sin和余弦信号 S_cos检测出的转向角θ s的初始值(步骤305)。该转向角初始值Θ0通过与通常的基于 正弦信号S_sin和余弦信号S_cos的转向角θ s的检测同样的处理顺序进行运算(参照图 3)。微机21通过比较该转向角初始值θ 0和在上述步骤304中检测出(运算)的基于上 述三相脉冲信号Ρ1、Ρ2、Ρ3的第二转向角θ s’，判定是否需要修正该转向角初始值Θ0。
关于对该转向角初始值θ 0进行修正的必要性的判定，通过在其与作为比较对象 的第二转向角θ s’之间是否存在电角360°以上的差而进行。仅在判定为需要修正的情 况下(步骤306:是)，基于与第二转向角θ8’的比较，更新作为转向角初始值θ0的运算 的基础的计数值N，即，更新电角360°的转数，由此进行该转向角初始值Θ0的修正(步骤 307)。
以上，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
DECUll (微机21)基于由磁旋转角传感器构成的转向传感器16输出的正弦信号 S_sin和余弦信号S_cos，检测作为绝对角的转向角θ s。此外，E⑶11具有三相脉冲生成器 30，该三相脉冲生成30基于正弦信号S_sin和余弦信号S_cos，生成具有与规定的旋转角 (电角)对应的边沿并且与各自的各边沿对应的规定的旋转角以相互不重复并且为均等间 隔的方式设定的三相脉冲信号P1、P2、P3。于是，微机21具有作为基于这些各脉冲信号P1、 P2、P3运算转向角(第二转向角θ s’)的第二旋转角检测器的功能。
S卩，通过检测各脉冲信号Ρ1、Ρ2、Ρ3的边沿(下降和上升)，能够以电角60°的精 度检测设置有转向传感器16的柱轴3a的旋转角变化，通过对其累计进行计数，能够检测出 作为绝对角的转向装置2的转向角(第二转向角θ s’)。而且，在这样的基于脉冲信号的 旋转角检测中，不需要基于正弦信号S_sin和余弦信号S_cos检测旋转角的A/D转换和复 杂的运算处理。
由此，根据上述结构，通过基于正弦信号S_sin和余弦信号S_cos进行检测，能够 高精度地检测出转向角θ s,并且通过在IG断开时基于三相脉冲信号Ρ1、Ρ2、Ρ3进行检测， 能够抑制电力消耗，继续进行转向角检测(第二转向角θ s’)。结果，能够以简单结构且节 省电力地保证从IG断开到再起动的过程中的转向角检测的连续性(再现性)。
2)微机21在通过IG导通而起动时，使用基于各脉冲信号PI、Ρ2、Ρ3检测出的作为第二旋转角的第二转向角θ s’，修正基于上述正弦信号S_sin和余弦信号S_cos检测出 的转向角θ s的初始值。由此，能够在再起动之后立即高精度地检测转向角θ s。
3)微机21具有作为在IG断开时的休眠状态中通过检测出输入的各脉冲信号Ρ1、 Ρ2、Ρ3的边沿而自动起动的起动器的功能。
S卩，基于各脉冲信号的旋转角检测是基于边沿的检测进行的，尤其是在非边沿检 测时不会产生运算处理。由此，根据上述结构，能够继续进行转向角检测并且能够大幅地抑 制电力消耗。
4)三相脉冲生成器30包括分压电路31，其由电阻值相等的四个电阻Rl R4串 联连接而成；以及三个比较32、33、34，其分别输入具有与各电阻Rl R4间的各分压相等 的输出电平的各分压信号(Vh、Vm、Vl)。对分压电路31施加与上述正弦信号S_sin和余弦 信号S_cos(表示它们的输出电平的各值V1、V2)的最大值相当的电压Vb。此外，对比较器 32输入分压电路31作为分压信号输出的高电位信号Vh和余弦信号S_cos，对比较器33输 入作为分压信号的中电位信号Vm和正弦信号S_sin，对比较器34输入作为分压信号的低电 位信号Vl和余弦信号S_cos。然后，作为脉冲信号生成器的三相脉冲生成器30将这些各比 较器32、33、34基于比较而输出的信号分别作为上述各脉冲信号P1、P2、P3来输出。
根据上述结构，能够以简单结构且节省电力地生成具有与规定的旋转角(电角) 对应的边沿并且各自的与各边沿对应的规定的旋转角以相互不重复且为均等间隔的方式 设定的三相脉冲信号PI、P2、P3。
以下，依据

本发明的第二实施方式。另外，为了方便说明，对与上述第一 实施方式相同的结构，标注相同的符号，省略其说明。
微机21在通过IG导通而起动后，基于转向传感器16输出的正弦信号S_sin和余 弦信号S_cos进行转向角θ8的检测(参照图3)，并且，基于三相脉冲生成器30生成的三 相脉冲信号Ρ1、Ρ2、Ρ3进行第二转向角θ s’的检测。
具体地说，如图10的流程图所示，微机21当在从三相脉冲生成器30输入的各脉 冲信号Ρ1、Ρ2、Ρ3的任一个中检测出边沿时(步骤401 是)，首先取得!Bbit合计值Vsum(步 骤40幻。微机21接着从存储器(未图示)中读出各脉冲信号P1、P2、P3的前次值Vsum_ m (步骤40 ，判定使得产生该边沿的旋转角变化的方向是否为+ (步骤404)。然后，在其变 化方向为+的情况下(步骤404:是)，使以电角60°的精度计测旋转角变化的第二计数器 增加(n = n+l，步骤40 ，在其变化方向为-的情况下(步骤404:否)，使第二计数器减少 (η = η-1，步骤 406)。
微机21使用该第二计数值η运算第二电角换算绝对角ee_ab，( θ e_ab'= 60Xn，步骤407)。然后，通过将该第二电角换算绝对角θ e_ab’换算为机械角，作为基于上 述各脉冲信号P1、P2、P3检测出的转向角，运算第二转向角θ8’ (θ8' = ee_ab’/a，步 骤 408)。
微机21在这样运算出第二转向角θ S’之后，利用在此次运算中取得的;3bit合计 值Vsum，更新前次值Vsum_m(Vsum_m = Vsum,步骤409)。而且，在上述步骤401中没有在各 脉冲信号P1、P2、P3中检测出边沿的情况下(步骤401 否)，不进行步骤402以下的处理。
微机21具有对从转向传感器16取得的正弦信号S_sin和余弦信号S_cos以及从 三相脉冲生成器30取得的三相脉冲信号P1、P2、P3进行异常判定的功能。
以下详细进行叙述。作为第一异常判定器的微机21，在存在其取得的正弦信号S_ sin和余弦信号S_cos中仅任意一方发生变化的状态的情况下，判定为该正弦信号S_sin和 余弦信号S_cos异常。
如图11的流程图所示，微机21判断正弦信号S_sin (的值VI)是否发生变化(步 骤501)，在存在变化的情况下(步骤501 是)，判断余弦信号S_cos的值V2是否也存在变 化(步骤50 。然后，在余弦信号S_cos存在变化的情况下(步骤502 是)判定为正常 (步骤50 ，在余弦信号S_cos不存在变化的情况下(步骤502:否)判定为异常(步骤 504)。
在上述步骤501中，在正弦信—定的情况下(步骤501 否)，接着判断余 弦信号S_cos是否也一定(步骤505)。然后，在余弦信号S_cos —定的情况下(步骤505 是)判定为正常(步骤503)，在余弦信号S_cos不是一定的情况下(步骤505 否)判定为 异常(步骤504)。
作为第二异常判定器的微机21，基于表示三相脉冲信号PI、P2、P3的各输出电平 的上述!Bbit合计值Vsum，判定其异常。
具体地说，如图12的流程图所示，微机21当取得!Bbit合计值Vsum (步骤601)时， 判断其值是否为4或6 (步骤602)。然后，在!Bbit合计值Vsum为4或6的情况下(步骤 602 是)，判定为各脉冲信号P1、P2、P3异常(步骤603)，在!Bbit合计值Vsum为这之外的 值的情况下(步骤602 否)判定为正常(步骤604)。
S卩，如图6所示，3bit合计值Vsum为与对应于三相脉冲信号PI、P2、P3的各边沿 的规定的旋转角间的各区域(第一区域 第六区域)分别对应的固有的值，即7、3、2、0、1、 5这六个值。即，如果脉冲信号P1、P2、P3正常，则不会表示由!Bbit的二进制数表示的0 7中的剩余的两个值，即4、6。由此，在!Bbit合计值Vsum为4或6的情况下，能够判定为各 脉冲信号P1、P2、P3异常。
E⑶11 (微机21)，基本上使用基于上述正弦信号S_sin和余弦信号S_cos检测出 的第一转向角即转向角θ s，进行动力辅助控制的各种补偿控制。然后，通过上述异常判断， 在判定为微机21取得的正弦信号S_sin和余弦信号S_cos异常的情况下，在三相脉冲信号 P1、P2、P3正常时，使用基于各脉冲信号P1、P2、P3检测出的第二转向角即第二转向角θ8’， 继续进行动力辅助控制。
S卩，由微机21进行的正弦信号S_sin和余弦信号S_cos的输出电平的取得，必然 会经由A/D转换。由此，即使是在来自转向传感器16的输出阶段中不存在异常的情况下， 在A/D转换时也可能产生异常。例如A/D转换器(电路)的故障等。
但是，在取得各脉冲信号P1、P2、P3时不需要A/D转换。因此，在不能够取得正常 的正弦信号S_sin和余弦信号S_cos的情况下，也可能正常取得各脉冲信号P1、P2、P3。此 时，如上所述，切换在动力辅助控制中使用的转向角(θ S、θ s’)而继续进行动力辅助控制 的各种补偿控制，由此能够维持转向特性和转向反馈。
接着，说明对于正弦信号S_sin和余弦信号S_cos以及三相脉冲信号P1、P2、P3的 异常判定，以及切换在基于该判定结果的动力辅助控制中使用的转向角(θ S、θ s’)的处理顺序。
如图13的流程图所示，微机21首先对正弦信号S_sin和余弦信号S_cos进行异12常判定(步骤701)，接着对三相脉冲信号P1、P2、P3进行异常判定(步骤70 ，接着判断正 弦信号S_sin和余弦信号S_cos是否异常(步骤703)。在正弦信号S_sin和余弦信号S_ cos没有异常的情况下(步骤703 否)，使用基于该正弦信号S_sin和余弦信号S_cos检 测出的第一转向角即转向角θ s进行动力辅助控制(通常控制，步骤704)。
在上述步骤703中，在判定为正弦信号S_sin和余弦信号S_cos异常的情况下(步 骤703:是)，接着判定三相脉冲信号P1、P2、P3是否异常(步骤70幻。在各脉冲信号P1、 P2、P3没有异常的情况下(步骤705 否)，使用基于该各脉冲信号P1、P2、P3检测出的第二 转向角即第二转向角θ S’继续进行动力辅助控制(通常控制，步骤706)。
在上述步骤705中，判定为各脉冲信号Ρ1、Ρ2、Ρ3异常的情况下(步骤705:是)， 停止在动力辅助控制中的转向角(es、θ S’这两者)的使用(步骤707)。
以下，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
1)微机21具有对于从转向传感器16取得的正弦信和余弦信号S_cos以 及从三相脉冲生成器30取得的三相脉冲信号PI、P2、P3进行异常判定的功能。
根据上述结构，能够更高精度地检测在转向角检测中产生的问题。而且，也能够推 测产生该问题的原因。例如，在正弦信号S_sin和余弦信号S_cos异常的情况下，在各脉冲 信号PI、P2、P3正常时，能够推测为作为数字处理装置的微机21在取得该正弦信号S_sin 和余弦信号S_cos (的输出电平)时进行的A/D转换(A/D转换器(电路))存在问题。此 外，在仅是脉冲信号P1、P2、P3异常的情况下，能够推测为该三相脉冲生成器30存在故障。 而且，在正弦信号S_sin和余弦信号S_cos以及各脉冲信号P1、P2、P3均异常的情况下，能 够推测为转向传感器16存在故障。
2)微机21在!Bbit合计值Vsum的值为4或6时，判定为各脉冲信号P1、P2、P3异堂巾ο
S卩，在各脉冲信号P1、P2、P3正常时，3bit合计值Vsum能够取得的值，是与对应于 各脉冲信号P1、P2、P3的各边沿的规定的旋转角间的各区域(第一区域 第六区域)分别 对应的六个值，不是剩余的两个值即4或6。由此，根据上述结构，能够以简单的结构容易地 判断各脉冲信号P1、P2、P3的异常。
3) EOTl 1 (微机21)基本上使用基于正弦信号S_sin和余弦信号S_cos检测出的作 为第一转向角的转向角θ s，进行动力辅助控制。在判定为正弦信号S_sin和余弦信号S_ cos异常的情况下，在三相脉冲信号P1、P2、P3正常时，使用基于各脉冲信号P1、P2、P3检测 出的第二转向角即第二转向角θ s’，由此能够继续进行动力辅助控制。
S卩，如果在转向角检测中产生的问题的原因在于作为数字处理装置的微机21在 取得正弦信号S_sin和余弦信号S_cos (的输出电平)时进行的A/D转换，则基于各脉冲信 号P1、P2、P3的第二转向角θ s’的检测不存在任何问题。由此，根据上述结构，能够继续维 持其优异的转向特性和转向反馈。
另外，上述各实施方式也可以进行以下的变更。
上述各实施方式中，将本发明具体化为所谓的转向柱型的EPS1，但本发明也可以 应用于齿轮助力型、齿条助力型等的EPS中。
上述各实施方式采用基于作为转向传感器16的设置于柱轴3a的旋转角传感器所 输出的正弦信号S_sin和余弦信号S_cos，检测在转向装置2中所产生的转向角θ s的结构。但是并不限定于此，如图14和图15的EPS40所示，也可以是采用通过换算作为EPS致 动器41的驱动源的电动机42的旋转角θ m而检测转向角θ s的结构的实施方式。
S卩，在该EPS40中，作为电动机42采用无刷电机，作为第一旋转角检测器的 ECU43(微机44)基于设置于该电动机42的旋转角传感器(电动机解算器)45输出的正弦 信号S_sin和余弦信号S_cos，检测该电动机42的旋转角em。微机44在检测旋转角0m 的同时，利用各电流传感器46u、46v、46w检测作为电动机42的实际电流的各相电流值Iu、 Iv、1 。然后，微机44基于构成EPS致动器41的减速机构13的减速比，将电动机42的旋 转角θ m换算为设置有转向装置2的转向轴3 (柱轴3a)的旋转角，由此检测在该转向装置 2中所产生的转向角θ s。
在这样的结构中，也可以将构成电动机解算器的旋转角传感器45输出的正弦信 号S_sin和余弦信号S_cos作为三相脉冲生成器30的输入。由此，能够与上述各实施方式 同样地生成三相脉冲信号PI、P2、P3，并且能够进行基于该各脉冲信号PI、P2、P3的转向角 检测。另外，此时，在运算作为第二转向角的第二转向角θ 8’时，也需要进行考虑减速机构 13的减速比的换算处理。
在上述实施方式中，微机21对于三相脉冲生成器30输出的各脉冲信号Pl、Ρ2、Ρ3， 将其识别为在输出电平为Hi时为1、在输出电平为Lo时为0的!Bbit信号。而且，3bit合 计值Vsum设定为与对应于三相脉冲信号PI、P2、P3的各边沿的规定的旋转角间的各区域 (第一区域 第六区域)分别对应的固有的值，S卩7、3、2、0、1、5这六个值(参照图6)。但 是，并不限定于此，也可以以该:3bit信号的0、1相反的方式构成微机21和三相脉冲生成器 30。另外，此时，在上述第二实施方式中的各脉冲信号P1、P2、P3的异常判定中用作异常值 的值即4、6分别变为3、1。
在上述各实施方式中，三相脉冲生成器30包括分压电路31，其将电阻值相等的 四个电阻Rl R4串联连接而构成；以及三个比较器32、33、34，其分别将具有与各电阻 Rl R4间的各分压相等的输出电平的各分压信号(Vh、Vm、Vl)作为输入，但并不限定于该结构。
此外，通过变更构成分压电路的电阻和与其对应的比较器，可以设置能够输出2 相或4相以上的脉冲信号的脉冲生成器。
在上述第二实施方式中，在存在仅是正弦信号S_sin和余弦信号S_cos中的任意 一方发生变化的状态的情况下，判定为该正弦信号S_sin和余弦信号S_cos异常，但其异常 判定方法并不限定于此。
此外，在上述第二实施方式中，在!Bbit合计值Vsum的值为4、6的情况下，判定为 各脉冲信号PI、P2、P3异常，但是各脉冲信号PI、P2、P3的异常判定也并不限定于此。
权利要求
1.一种旋转角检测装置，其包括旋转角传感器，其输出输出电平根据检测对象的旋转角而变化的正弦信号和余弦信号；第一旋转角检测器，其基于所述正弦信号和余弦信号检测所述旋转角； 脉冲信号生成器，其基于所述正弦信号和余弦信号，生成具有与规定的所述旋转角对 应的边沿，并且各自的所述规定的旋转角以相互不重复且具有均等间隔的方式设定的三相 脉冲信号；以及第二旋转角检测器，其基于所述各脉冲信号检测所述旋转角。
2.如权利要求1所述的旋转角检测装置，其中， 所述脉冲信号生成器包括分压电路，其由电阻值相等的四个电阻串联连接而成，并且被施加与所述正弦信号和 余弦信号的最大值相当的电压；第一比较器，其以所述分压电路输出的各分压信号中的高电位信号和所述余弦信号作 为输入；第二比较器，其以所述分压电路输出的各分压信号中的中电位信号和所述正弦信号作 为输入；以及第三比较器，其以所述分压电路输出的各分压信号中的低电位信号和所述余弦信号作 为输入。
3.如权利要求2所述的旋转角检测装置，其中，所述第一旋转角检测器利用在该第一旋转角检测器停止时所述第二旋转角检测器继 续进行检测而得的基于所述各脉冲信号的第二旋转角，对所述第一转角检测器起动时进行 运算的所述旋转角的初始值进行修正。
4.如权利要求3所述的旋转角检测装置，其中，还包括起动器，该起动器在检测出所述边沿后使所述第二旋转角检测器起动。
5.如权利要求1至4中任一项所述的旋转角检测装置，其中，还包括第一异常判定器，其对所述第一旋转角检测器取得的所述正弦信号和余弦信号的异常 进行判定；以及第二异常判定器，其对所述第二旋转角检测器取得的所述各脉冲信号的异常进行判定。
6.一种电动动力转向装置，其使用权利要求1 4中任一项所述的旋转角检测装置，检 测转向中所产生的旋转角。
7.一种电动动力转向装置，其使用权利要求5所述的旋转角检测装置检测转向中所产 生的转向角，其中，使用基于所述正弦信号和余弦信号检测出的第一转向角进行动力辅助控制，并且， 在所述第一旋转角检测器取得的所述正弦信号和余弦信号异常的情况下，在所述第二 旋转角检测器取得的所述各脉冲信号正常时，使用基于该各脉冲信号检测出的第二转向角 继续进行所述动力辅助控制。
全文摘要
本发明提供旋转角检测装置和电动动力转向装置。本发明的旋转角检测装置中，ECU(11)基于转向传感器输出的正弦信号(S_sin)和余弦信号(S_cos)，检测作为绝对角的转向角(θs)。此外，ECU(11)具有三相脉冲生成器(30)，其基于正弦信号(S_sin)和余弦信号(S_cos)，生成具有与规定的旋转角对应的边沿，并且各自的与各边沿对应的规定的旋转角以相互不重复并且为均等间隔的方式设定的三相脉冲信号(P1、P2、P3)。而且，微机(21)具有作为基于这些各脉冲信号(P1、P2、P3)运算转向角的第二转向角检测器的功能。
文档编号G01B7/30GK102032866SQ201010502420
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年10月6日
发明者富田晃弘 申请人:株式会社捷太格特