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JP3866982B2 - Rotation angle detection device, detection method, and noise removal device - Google Patents
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JP3866982B2 - Rotation angle detection device, detection method, and noise removal device - Google Patents

Rotation angle detection device, detection method, and noise removal device Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転角度検出装置、検出方法およびノイズ除去装置に関し、特に被検出体である回転体に接続されたセンサから信号を検出し、この信号に基づいて回転体の回転角度を算出および出力する回転角度検出装置、検出方法およびノイズ除去装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
回転体の回転角度を検出する場合には、一般にレゾルバなどのセンサを回転体に接続し、このセンサの出力信号をコントローラで検出および処理して回転体の回転角度を求めている。
【0003】
ところが、被検出体である回転体とコントローラは離間した場所に配設されていることが多く、回転体とコントローラとを接続する信号線は比較的長い。信号線が長いとセンサの出力信号にノイズが混入しやすくなり、ノイズが混入する結果としてコントローラが誤動作する。コントローラによって回転体を制御している場合には、回転体の回転動作にも悪影響を与える。
【0004】
ノイズに対する影響を低減するため、すなわちイミュニティ性能を向上させるためには信号線をシールドする方法と、コントローラ自体のノイズ除去性能を向上させる方法がある。
【0005】
信号線をシールドする方法は広汎に実施されているが、シールド処理だけではノイズを完全には除去できない場合も多く、コントローラ自体のノイズ除去性能を向上させる取り組みがなされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
コントローラ自体のノイズ除去性能を向上させるためには、例えば、センサの出力信号に対してローパスフィルタを挿入する方法がある。ところが、ローパスフィルタを用いる場合は、ノイズを十分に除去するためにカットオフ周波数を低く設定する必要がある。カットオフ周波数を低くするに従って、検出する信号の応答性も低下するという不都合が発生する。従って、ローパスフィルタは、挙動変化の激しい回転体の回転角度をリアルタイムで精度よく検出する用途には不適である。
【0007】
また、ローパスフィルタでは、ノイズレベルが極端に大きい場合には、そのノイズを除去することは困難である。
【0008】
ノイズ除去性能を向上させるための技術として、回転体の角速度(以下、単に速度ともいう。)からノイズの有無を判断し、ノイズが混入しているときはその時点におけるセンサの出力信号を無視する技術が提案されている(例えば、特開平5−10781号公報参照)。この技術によれば、ある閾値を超える異常な速度を検出したときには、その時点におけるセンサの出力信号にはノイズが混入していると判断することができる。従って、その出力信号を無視して適当な補間を行うことによってノイズの影響を低減させる。この技術は、回転体の速度がほぼ一定である場合に有効である。
【0009】
しかしながら、例えば、電動車両の車軸回転角またはモータ回転角度を検出する場合においては、被検出体である回転体の速度レンジが非常に広いために、閾値としての異常な速度を設定することが困難である。つまり、電動車両の停止時から最高速度時までに対して一定の閾値を採用することは不適当であり、ノイズを十分に除去することができない。
【0010】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、回転体の回転角度を検出する際に、センサの回転角度信号に対して応答遅れをなくすとともに、回転角度信号にノイズが混入したときに、該ノイズのレベルに拘わらず該ノイズの影響を抑えることを可能にする回転角度検出装置および検出方法を提供することを目的とする。
【0011】
また、本発明は、連続的な任意の信号を検出する際に、信号に対して応答遅れをなくすとともに、信号にノイズが混入したときに、該ノイズのレベルに拘わらず該ノイズの影響を抑えることを可能にするノイズ除去装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る回転角度検出装置は、回転体の回転角度信号を入力し、該回転角度信号を2階微分して加速度信号を求める加速度算出部と、前記加速度信号を閾値により制限する加速度制限部と、制限した加速度信号を積分して修正速度を求めるとともに、該修正速度を積分して修正角度を求める回転角度算出部とを有することを特徴とする。
【0013】
このようにすることにより、センサの回転角度信号に対して応答遅れをなくすとともに、回転角度信号にノイズが混入したときに、該ノイズのレベルに拘わらず該ノイズの影響を抑えることができる。また、回転速度が変化する回転体に対しても適用することができる。
【0014】
この場合、前記加速度信号が前記閾値を超えるとき、前記加速度信号を前記閾値で制限した後、前記閾値を増加または減少させる閾値修正部を有していてもよい。
【0015】
また、前記閾値修正部は、前記加速度信号が前記閾値内であるとき、前記閾値を初期状態の値に再設定してもよい。
【0016】
本発明に係る回転角度検出方法は、回転体の回転角度信号を入力し、該回転角度信号を2階微分して加速度信号を求めるステップと、前記加速度信号を閾値により制限するステップと、制限した加速度信号を積分して修正速度を求めるとともに、該修正速度を積分して修正角度を求めるステップとを有することを特徴とする。
【0017】
本発明に係るノイズ除去装置は、信号を入力し、該信号を微分して1階微分値を求める第1微分機能部と、前記1階微分値を微分して2階微分値を求める第2微分機能部と、前記2階微分値を閾値により制限する閾値制限部と、制限した2階微分値を積分して中間値を求める第1積分機能部と、前記中間値を積分して修正信号を求める第2積分機能部とを有することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る回転角度検出装置および検出方法の実施の形態例を、図1〜図8を参照しながら説明する。
【0019】
本実施の形態に係る回転角度検出装置および検出方法は、基本的には、回転体の角加速度(以下、単に加速度ともいう。)を検出して、この加速度がある所定閾値を超えるときには、その時点におけるセンサの出力信号を無視し、さらに加速度を閾値で制限するようにしたものである。
【0020】
図1に示すように、本実施の形態に係る回転角度検出装置10は、電動車両100に対して適用されている。
【0021】
電動車両100は、モータ102を駆動源として走行するものであり、モータ102の回転軸102aの一端が、ディファレンシャルギア104に接続されている。回転軸102aの回転は、ディファレンシャルギア104および車軸106を介して前輪108に伝えられる。ディファレンシャルギア104には変速機能が設けられていてもよい。
【0022】
回転軸102aの他端には、回転軸102aの実回転角度θを検出するレゾルバ110が接続されている。レゾルバ110の出力信号θ0は回転角度検出装置10に供給される。
【0023】
回転角度検出装置10は、供給された出力信号θ0に基づいて、回転軸102aの回転角度を求めるとともに、インバータ112を介してモータ102の回転を制御する機能を有する。インバータ112は、外部電力(例えば、商用交流100Vまたは200V電源)から充電可能なバッテリ114から電力が供給される。電動車両100のブレーキ時に、所謂、回生ブレーキ機能によってバッテリ114を充電することも可能である。
【0024】
レゾルバ110は、入力軸の回転角変化を磁気抵抗の変化に変換して検出し、入力軸の回転角度をデジタル値として出力する。
【0025】
具体的には、図2に示すように、ステータ110aの3個の極に相対する極がそれぞれ逆相直接接続となるように、対向する一対の1次巻線110b、110cにそれぞれsin(t)およびcos(t)の交流電圧を印加する。ここで、tは時間変数である。これにより、ステータ110aの極と偏心ロータ110dとの間で磁路が形成される。
【0026】
ステータ110aの3個の極には、それぞれもう1つの2次コイルが巻回されており、各2次コイルは結合されて2次回路110eを形成している。
【0027】
被検出体である回転体が、偏心ロータ110dを回転させると、偏心ロータ110dとステータ110aとの間隙が変化することにより、トランス結合と同様の原理により2次回路110eに、実回転角度θに応じた誘起電圧(K・sin(t−δ))が発生する。ここで、Kは比例定数であり、δは位相差である。
【0028】
位相差検出部110fは、2次回路110eに発生する誘起電圧Ksin(t−δ)と1次巻線110b、110cに印加する電圧を比較して、デジタルカウントすることにより位相差δを求める。さらに、位相差検出部110fは、位相差δから偏心ロータ110dの実回転角度θを求めて出力信号θ0として出力する。この出力信号θ0は、回転軸102aの1回転あたり10000パルスの出力分解能をもつ。
【0029】
このような構成によって、レゾルバ110は応答性の高い出力が可能である。
【0030】
図3に示すように、回転角度検出装置10は、レゾルバ110の出力信号θ0を検出するとともに、該出力信号θ0に基づいてモニタ12に回転軸102aの回転角度等を出力し、さらにインバータ112を介してモータ102を制御する。
【0031】
回転角度検出装置10は、回転角度検出装置10全体の制御を行う制御手段としてのCPU14と、CPU14の処理を規定するプログラム16やデータが収容されているROM18と、CPU14の処理に応じてデータを読み書きする記憶部であるRAM20と、外部機器とのデータを送受信するIF22(インターフェース)を有する。回転角度検出装置10は、所謂、ワンチップマイコンを用いて構成すると、サイズが小さくなり好適である。
【0032】
CPU14は、IF22を介してレゾルバ110の出力信号θ0を検出するとともに、IF22を介してモニタ12およびインバータ112に信号を供給する。
【0033】
レゾルバ110の代替として、例えば、アナログ出力のポテンショメータを採用することもできる。この場合、該ポテンショメータとIF22の間にAD(Analog-Digital)変換器を挿入するとよい。
【0034】
図4に示すように、プログラム16は、前記出力信号θ0に基づいて回転軸102aの出力信号θ0を求める信号処理部26と、出力信号θ0に基づいてモータ102を制御するモータ制御部28と、修正角度θ1をモニタ12へ表示するモニタ出力部30を有する。
【0035】
信号処理部26は、出力信号θ0を2階微分して回転軸102aの推定加速度γを算出する加速度算出部32と、推定加速度γを最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINで制限する加速度制限部34とを有する。また、信号処理部26は、推定加速度γと最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINの大小関係により最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINを修正する閾値修正部36と、加速度制限部34が推定加速度γを制限する処理結果に基づいて回転軸102aの修正角度θ1を算出する回転角度算出部38を有する。
【0036】
次に、本実施の形態に係る回転角度検出装置10を用いた回転角度検出方法について、図5〜図8を参照しながら説明する。
【0037】
なお、図5のフローチャートの実行主体は、プログラム16に従って動作するCPU14である。CPU14は、電動車両100のイグニッションキー(図示せず)がオンになっている間、図5に示す処理を100[μsec]毎に連続的に実行し、このような短時間ごとの実行により、所謂、リアルタイム処理を行っている。
【0038】
図6および図7に電動車両100が走行するときのデータ一覧表200を示す。図6および図7は、回転軸102aが50000[rpm/sec]の等加速度で走行するときの例であり、回転軸102aの実回転角度θ(「θ」欄200a参照)とCPU14が処理する各パラメータ(出力信号θ0、推定速度ω、推定加速度γ、修正加速度γ1、修正速度ω1、修正角度θ1)とを、CPU14の処理時間毎に示す。また、各パラメータは初期状態において「0」であるものとする。また、図6および図7で「θ0」欄200bの中、太線枠である部分、つまり、時刻0.0021[sec]、0.0041[sec]、0.0061[sec]および0.0081[sec]でノイズが混入しているものとする。
【0039】
まず、図5のステップS1において、CPU14は、IF22を介して前記レゾルバ110の出力信号θ0を取得する。CPU14が取得する出力信号θ0の値を、「θ0」欄200b(図6参照)に示す。
【0040】
出力信号θ0は、ノイズが混入している可能性があり、回転軸102aの実回転角度θと必ずしも一致しない。
【0041】
次に、ステップS2において、加速度算出部32の機能により、出力信号θ0を微分して回転軸102aの推定速度ωを求める。この推定速度ωは、その時点における出力信号θ0から、1つ前の処理時における修正角度θ1を差し引いて求める。修正角度θ1については、ステップS10において説明する。
【0042】
求められる推定速度ωおよび修正角度θ1の値を、「ω」欄200cおよび「θ1」欄200g(図6参照)に示す。
【0043】
次に、ステップS3において、加速度算出部32の機能により、推定速度ωを微分して回転軸102aの推定加速度γを求める。この推定加速度γは、その時点における推定速度ωから、1つ前の処理時における修正速度を差し引いて求める。推定加速度γの値を、「γ」欄200d(図6参照)に示す。修正速度ω1については、ステップS9において説明する。
【0044】
次に、ステップS4において、推定加速度γを最大閾値γMAXと最小閾値γMINと比較する。最大閾値γMAXと最小閾値γMINは、初期状態において絶対値が同じ値であり、最大閾値γMAXはプラスの値、最小閾値γMINはマイナスの値である。
【0045】
最大閾値γMAXと最小閾値γMINは、回転軸102aが発生しうる最大加速度および最小加速度に対して適当な余裕をもって設定しておく。図6および図7に示す例では、初期状態において、最大閾値γMAXを「+3」、最小閾値γMINを「−3」としている。
【0046】
推定加速度γが最大閾値γMAXより大きいときには、ステップS5に移る。また、推定加速度γが最小閾値γMINより小さいときには、ステップS7に移る。推定加速度γが最大閾値γMAX〜最小閾値γMINの範囲にあるときには、ステップS11へ移る。
【0047】
ステップS5においては、加速度制限部34の機能により、修正加速度γ1をγ1←γMAXと設定し、推定加速度γに対して修正加速度γ1を最大閾値γMAXで制限した値とする。
【0048】
次に、ステップS6において、閾値修正部36の機能により、最大閾値γMAXを増加させる。つまり、推定加速度γが最大閾値γMAXより大きいということは、出力信号θ0にノイズが混入している可能性が非常に高いと考えられるが、正常な信号であることもあり得る。そこで、次回の処理時にも連続して推定加速度γが最大閾値γMAXより大きいときには、ノイズを混入しない正常な信号である可能性が高いことから、最大閾値γMAXを増加させておき、推定加速度γの制限範囲を大きくしておく。例えば、最大閾値γMAXをγMAX←γMAX+1と設定する。この後、ステップS9へ移る。
【0049】
ステップS7(推定加速度γが最小閾値γMINより小さいとき)においては、加速度制限部34の機能により、修正加速度γ1をγ1←γMINと設定し、推定加速度γに対して修正加速度γ1を最小閾値γMINで制限した値とする。
【0050】
次に、ステップS8において、閾値修正部36の機能により、最小閾値γMINを減少(絶対値を増加)させる。つまり、前記ステップS6の処理を行うのと同様の理由から、次回の処理に備えて最小閾値γMINを減少させて制限範囲を大きくしておく。例えば、最小閾値γMINをγMIN←γMIN−1と設定する。
【0051】
前記ステップS6およびステップS8の後に、ステップS9において、回転角度算出部38の機能により、修正加速度γ1を積分して修正速度ω1を求める。この修正速度ω1は、その時点における修正加速度γ1と1つ前の処理時における修正速度ω1とを加算して求める。
【0052】
次に、ステップS10において、回転角度算出部38の機能により、修正速度ω1を積分して修正角度θ1を求める。この修正角度θ1は、その時点における修正速度ω1と1つ前の処理時における修正角度θ1とを加算して求める。
【0053】
ステップS11(推定加速度γが最大閾値γMAX〜最小閾値γMINの範囲にあるとき)においては、修正加速度γ1をγ1←γとして設定する。つまり、推定加速度γが最大閾値γMAX〜最小閾値γMINの範囲内であることから、推定加速度γはノイズを混入しない値であると考えられる。従って、推定加速度γをそのまま修正加速度γ1とする。修正加速度γ1の値を「γ1」欄200e(図6および図7参照)に示す。
【0054】
次に、ステップS12において、最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINを初期値に戻す。なぜなら、推定加速度γがノイズを混入しない値であり、しかも想定された範囲内の加速度となっていることから、最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINは、当初の初期値に戻すことが適当である。
【0055】
図6および図7に示す例では、最大閾値γMAXをγMAX←「3」、最小閾値γMINをγMIN←「−3」と設定し直す。
【0056】
次に、ステップS13において、前記ステップS9と同様に、修正加速度γ1を積分して修正速度ω1を求める。
【0057】
また、その時点における推定速度ωをそのまま修正速度ω1として設定してもよい。
【0058】
次に、ステップS14において、前記ステップS10と同様に、修正速度ω1を積分して修正角度θ1を求める。
【0059】
また、その時点における出力信号θ0をそのまま修正角度θ1として設定してもよい。
【0060】
前記ステップS10およびS14が終了すると、CPU14の今回の処理を終了する。また、求めた修正角度θ1は、モータ制御部28およびモニタ出力部30に供給されて利用される。
【0061】
図6および図7において、実回転角度θと修正角度θ1との偏差を示す「偏差」欄200hから諒解されるように、実回転角度θと修正角度θ1とは、ノイズが混入する直前の時刻0.0020[sec]まで同一値であり、誤差や応答遅れがない。
【0062】
応答遅れがないので、回転角度検出装置10は、応答性の高いレゾルバ110を有効に利用することができるとともに、高速回転の被検出体に適用可能である。
【0063】
また、ノイズが混入する時刻0.0021[sec]では、推定加速度γが「51」となるが、最大閾値γMAXによって制限されて「3」となる。結果として実回転角度θと修正角度θ1との偏差は、「−2」となって小さい値に抑えられる。さらに、その次の時刻0.0022[sec]における偏差も、「−2」となっており小さい値に抑えられる。ノイズが混入した時刻0.0021[sec]から数えて2回目の処理である時刻0.0023[sec]においては偏差が0であり、偏差が0に収束する時間が短い。時刻0.0023[sec]においては、推定速度ωと修正速度ω1とがともに「17」であるので、速度に関する偏差も0である。従って、速度についても収束が速い。
【0064】
回転角度検出装置10では、ノイズレベルの大小が結果に影響を与えることがなく、より大きいノイズであっても結果は変わらない。具体的には、図6および図7の例では、時刻0.0021[sec]における出力信号θ0が、実回転角度θの「369」より大きい「419」であるが、出力信号θ0が極端に大きい値であっても修正速度ω1および修正角度θ1の値は影響を受けずに、それぞれ「21」、「371」となる。このことは、時刻0.0041[sec]における出力信号θ0が極端に大きい値である「5755」となった場合でも、偏差が「−3」と小さい値に抑えられていることからも確認できる。
【0065】
さらに、時刻0.0061[sec]に示すように、出力信号θ0が実回転角度θよりも小さい値であるときも、推定加速度γを最小閾値γMIN(γMIN=−3)によって制限することにより、偏差を小さい値「3」に抑えることができるとともに、短時間に偏差を「0」に収束させることができる。
【0066】
さらにまた、図6および図7から諒解されるように、ノイズを混入しない場合で、推定速度ωは「16」〜「25」と広いレンジの値をとる。従って、ノイズの混入を判断するために推定速度ωに対して閾値を設定することは不適当である。なぜなら、ノイズの混入した時刻0.0081[sec]における推定速度ωの値「28」と、正常時の時刻0.0100[sec]における推定速度ωの値「25」では、差が小さく、等加速度走行をさらに継続すると、推定速度ωの値は「28」にもなりうる。従って、適当な閾値を設定することが不可能であり、ノイズの有無について判別ができない。
【0067】
さらに、時刻0.0081[sec]における推定速度ωの値は、直前の時刻0.0080[sec]および0.0079[sec]における推定速度ωの値「23」および「24」とも差が小さいことから、適当な閾値を設定することができない。
【0068】
回転角度検出装置10においては、推定加速度γに対して最大閾値γMAXおよび最大閾値γMINを設定しているので、この時刻0.0081[sec]においても、推定加速度γの「5」に対して比較する最大閾値γMAX(γMAX=+3)によって明確にノイズの混入を判断することができる。
【0069】
回転角度検出装置10では、推定加速度γを最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINと比較してノイズの有無について判別している。正常時には推定加速度γは値の変動幅が小さいので、推定加速度γと最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINとを比較することによって、ノイズの有無を正確に判断することができる。
【0070】
図8は、回転軸102aが2000[rpm]の等速で走行をするときの、各パラメータをCPU14の処理時間毎に示したデータ一覧表201である。
【0071】
図8から諒解されるように、電動車両100が等速走行を行う場合もノイズの影響を十分に軽減することができる。例えば、ノイズが混入した時刻0.0021[sec]において、偏差は、「−2」となって小さい値に抑えられる。また、その後の時刻0.0023[sec]においては偏差が「0」となり、偏差が「0」に収束する時間が短い。
【0072】
上述の回転角度検出装置10は、電動車両100以外にも、例えば、ハイブリッドカー(電動モータと内燃機関等、2種類の動力源を有する車両)に適用してもよい。また、適用対象は、車両に限らず任意の回転体に適用可能であり、特に、回転速度が変化する回転体に対して有効である。
【0073】
また、加速度算出部32においては、出力信号θ0を2階微分することにより推定加速度γを求めて、この推定加速度γによりノイズの有無の判断を行うものとしたが、さらにもう一度微分を行って推定加速度の変化率を求めて、該推定加速度の変化率に基づいてノイズの有無の判断を行うようにしてもよい。
【0074】
さらに、回転角度検出装置10では、実回転角度θをレゾルバ110で検出した出力信号θ0を処理するものとしたが、レゾルバ110の代替として速度センサの出力信号に対して適用してもよい。この場合、加速度算出部32においては、2階微分により加速度の変化率を求め、求まった加速度の変化率と最大閾値および最小閾値とを比較判断すればよい。すなわち、上記の実施の形態で出力信号θ0を速度センサの出力する速度信号とみなせばよく、回転角度検出装置10は、なんら変更することなく速度センサに対しても適用可能である。
【0075】
次に、本発明に係るノイズ除去装置の実施の形態例を、図9を参照しながら説明する。
【0076】
本実施の形態に係るノイズ除去装置300は、基本的には、回転角度検出装置10と同じ構成であり、連続的な任意の信号に対してノイズを除去するようにしたものである。
【0077】
図9に示すように、ノイズ除去装置300は、連続的な任意の物理量をサンプリングした信号302を入力し、該信号302を微分して1階微分値304を求める第1微分機能部306と、1階微分値304を微分して2階微分値308を求める第2微分機能部310と、2階微分値308をプラスおよびマイナスの閾値により制限する閾値制限部312と、制限した2階微分値314を積分して中間値316を求める第1積分機能部318と、中間値316を積分して修正信号320を求める第2積分機能部322とを有する。また、ノイズ除去装置300は、図示しないコンピュータおよびプログラムによって実現されており、信号302、1階微分値304、2階微分値308、制限した2階微分値314、中間値316および修正信号320をメモリおよびレジスタに対して読み書きを行いながら処理を行う。
【0078】
信号302は、時間的に変化する任意の信号をデジタルサンプリングしたものであり、一般的な物理量に対して適用可能である。例えば、直線変位信号、速度信号、加速度信号、温度信号等、連続的に変化する物理量に対して適用可能であり、図示しない入力部によって所定時間ごとにデジタルサンプリングが行われ、信号302として第1微分機能部306に供給される。また、この信号302は、検出対象の物理量を正確にデジタルサンプリングしているとは限らず、ノイズが混入しうる。この信号302は、前記回転角度検出装置10における出力信号θ0に相当する。
【0079】
第1微分機能部306は、信号302を微分して1階微分値304を算出する。この第1微分機能部306は、前記回転角度検出装置10における加速度算出部32の第1回目の微分機能に相当する。1階微分値304は、推定速度ωに相当し、また、検出対象とする物理量の変化速度を表す。
【0080】
第2微分機能部310は、1階微分値304をさらに微分して2階微分値308を算出する。この第2微分機能部310は、前記回転角度検出装置10における加速度算出部32の第2回目の微分機能に相当し、2階微分値308は、推定加速度γに相当する。
【0081】
閾値制限部312は、2階微分値308をプラスおよびマイナスの閾値により制限する。この閾値は、検出対象の物理量の特性を勘案して設定すればよく、例えば「±3」と設定する。これにより、2階微分値308の絶対値が「3」以上のときは、この閾値によって絶対値が「3」に制限される。閾値制限部312は、前記回転角度検出装置10における加速度制限部34に相当し、閾値は、最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINに相当する。また、制限された2階微分値314は修正加速度γ1に相当する。
【0082】
この閾値制限部312の機能により、信号302に混入したノイズを正常な値と明確に区別するとともに、ノイズ成分を制限することができる。また、2階微分値308に対して閾値制限するので、検出対象とする物理量の変化速度つまり1階微分値304の取りうる値の範囲には関係なくノイズを除去することができる。また、ノイズレベルが極端に大きいときであっても、全て閾値に制限するので、ノイズレベルの影響を受けない。
【0083】
第1積分機能部318は、制限された2階微分値314を積分して中間値316を算出する。この第1積分機能部318は、前記回転角度検出装置10における回転角度算出部38の第1回目の積分機能に相当し、中間値316は修正速度ω1に相当する。
【0084】
第2積分機能部322は、中間値316を再度積分して修正信号320を算出する。この第2積分機能部322は、前記回転角度検出装置10における回転角度算出部38の第2回目の積分機能に相当し、修正信号320は修正角度θ1に相当する。
【0085】
このように、ノイズ除去装置300によれば、連続的な任意の信号302に対して応答遅れをなくすとともに、信号302にノイズが混入したときに、該ノイズのレベルに拘わらず該ノイズの影響を抑えることができる。
【0086】
本発明に係る回転角度検出装置、検出方法およびノイズ除去装置は、コンピュータおよびソフトウェアを用いた実施の形態例に限らず、アナログ回路で構成してもよい。具体的には、信号を入力して1階微分値を求める第1微分回路と、1階微分値を微分して2階微分値を求める第2微分回路とを直列に接続する。閾値により制限する機能をもつ閾値制限回路により制限された2階微分値を積分して中間値を求める第1積分回路と、中間値を積分して修正信号を求める第2積分回路とを備えるようにすればよい。
【0087】
なお、この発明に係る回転角度検出装置、検出方法およびノイズ除去装置は、上述の実施の形態例に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成およびステップを採り得ることはもちろんである。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る回転角度検出装置および検出方法によれば、回転体の回転角度を検出する際に、センサの回転角度信号に対して応答遅れをなくすとともに、回転角度信号にノイズが混入したときに、該ノイズのレベルに拘わらず該ノイズの影響を抑えることができるという効果が達成される。
【0089】
また、本発明に係るノイズ除去装置によれば、連続的な任意の信号を検出する際に、信号に対して応答遅れをなくすとともに、信号にノイズが混入したときに、該ノイズのレベルに拘わらず該ノイズの影響を抑えることができるという効果が達成される。
【0090】
さらに、本発明に係る回転角度検出装置、検出方法およびノイズ除去装置は、微分値が変化する信号に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電動車両の駆動系を示す斜視概略図である。
【図2】レゾルバの原理を示す概略ブロック図である。
【図3】本実施の形態に係る回転位置検出装置の概略機能ブロック図である。
【図4】本実施の形態に係る回転位置検出装置において実行されるプログラムの概略機能ブロック図である。
【図5】本実施の形態に係る回転位置検出方法の手順を示すフローチャートである。
【図6】電動車両が等加速度走行をしたときの、CPUが処理するパラメータの変化を示したデータ一覧表(その1)である。
【図7】電動車両が等加速度走行をしたときの、CPUが処理するパラメータの変化を示したデータ一覧表(その2)である。
【図8】電動車両が等速度走行をしたときの、CPUが処理するパラメータの変化を示したデータ一覧表である。
【図9】本実施の形態に係るノイズ除去装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
10…回転角度検出装置 14…CPU
16…プログラム 26…信号処理部
28…モータ制御部 30…モニタ出力部
32…加速度算出部 33…加速度制限部
33…加速度制限部 36…閾値修正部
38…回転角度算出部 100…電動車両
102…モータ 102a…回転軸
110…レゾルバ 200、201…データ一覧表
300…ノイズ除去装置 306…第1微分機能部
310…第2微分機能部 312…閾値制限部
318…第1積分機能部 322…第2積分機能部
γ…推定加速度 γ1…修正加速度
γMAX…最大閾値 γMIN…最小閾値
θ…実回転角度 θ1…出力信号
ω…推定速度 ω1…修正速度
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device, a detection method, and a noise removal device, and in particular, detects a signal from a sensor connected to a rotation body that is a detection object, and calculates and outputs the rotation angle of the rotation body based on the signal. The present invention relates to a rotation angle detection device, a detection method, and a noise removal device.
[0002]
[Prior art]
When detecting the rotation angle of a rotating body, generally, a sensor such as a resolver is connected to the rotating body, and an output signal of this sensor is detected and processed by a controller to obtain the rotation angle of the rotating body.
[0003]
However, the rotating body, which is the detection target, and the controller are often arranged at a distance from each other, and the signal line connecting the rotating body and the controller is relatively long. If the signal line is long, noise is likely to be mixed into the output signal of the sensor, and the controller malfunctions as a result of the noise being mixed. When the rotating body is controlled by the controller, the rotating operation of the rotating body is also adversely affected.
[0004]
In order to reduce the influence on noise, that is, to improve immunity performance, there are a method of shielding a signal line and a method of improving the noise removal performance of the controller itself.
[0005]
A method of shielding a signal line is widely used, but there are many cases where noise cannot be completely removed only by the shielding process, and efforts are being made to improve the noise removal performance of the controller itself.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to improve the noise removal performance of the controller itself, for example, there is a method of inserting a low-pass filter for the output signal of the sensor. However, when using a low-pass filter, it is necessary to set the cutoff frequency low in order to sufficiently remove noise. As the cut-off frequency is lowered, there arises a disadvantage that the response of the signal to be detected is lowered. Therefore, the low-pass filter is not suitable for an application for accurately detecting the rotation angle of a rotating body whose behavior changes drastically in real time.
[0007]
Further, with a low-pass filter, when the noise level is extremely high, it is difficult to remove the noise.
[0008]
As a technique for improving the noise removal performance, the presence / absence of noise is judged from the angular velocity (hereinafter also simply referred to as speed) of the rotating body, and when noise is mixed, the sensor output signal at that time is ignored. A technique has been proposed (see, for example, JP-A-5-10781). According to this technique, when an abnormal speed exceeding a certain threshold is detected, it can be determined that noise is mixed in the output signal of the sensor at that time. Therefore, the influence of noise is reduced by ignoring the output signal and performing appropriate interpolation. This technique is effective when the speed of the rotating body is substantially constant.
[0009]
However, for example, when detecting the axle rotation angle or the motor rotation angle of an electric vehicle, it is difficult to set an abnormal speed as a threshold because the speed range of the rotating body that is the detection target is very wide. It is. That is, it is inappropriate to adopt a certain threshold value from when the electric vehicle is stopped until the maximum speed, and noise cannot be sufficiently removed.
[0010]
The present invention has been made in consideration of such a problem. When detecting the rotation angle of the rotating body, the response delay with respect to the rotation angle signal of the sensor is eliminated, and noise is mixed in the rotation angle signal. It is an object of the present invention to provide a rotation angle detecting device and a detecting method that can suppress the influence of the noise regardless of the noise level.
[0011]
Further, the present invention eliminates a response delay with respect to a signal when detecting a continuous arbitrary signal, and suppresses the influence of the noise regardless of the noise level when noise is mixed in the signal. An object of the present invention is to provide a noise removing device that makes it possible.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
An apparatus for detecting a rotation angle according to the present invention receives a rotation angle signal of a rotating body, obtains an acceleration signal by second-order differentiation of the rotation angle signal, and an acceleration limiting unit that limits the acceleration signal with a threshold value And a rotation angle calculation unit that integrates the limited acceleration signal to obtain the correction speed and integrates the correction speed to obtain the correction angle.
[0013]
By doing so, it is possible to eliminate a delay in response to the rotation angle signal of the sensor and to suppress the influence of the noise regardless of the noise level when noise is mixed in the rotation angle signal. Further, the present invention can be applied to a rotating body whose rotation speed changes.
[0014]
In this case, when the acceleration signal exceeds the threshold value, a threshold value correction unit that increases or decreases the threshold value after limiting the acceleration signal with the threshold value may be provided.
[0015]
The threshold correction unit may reset the threshold to an initial value when the acceleration signal is within the threshold.
[0016]
The rotation angle detection method according to the present invention includes a step of inputting a rotation angle signal of a rotating body, second-order differentiation of the rotation angle signal to obtain an acceleration signal, and a step of limiting the acceleration signal by a threshold value. And integrating the acceleration signal to obtain a correction speed and integrating the correction speed to obtain a correction angle.
[0017]
The noise removing apparatus according to the present invention includes a first differentiation function unit for inputting a signal and differentiating the signal to obtain a first-order derivative value, and a second derivative value for obtaining a second-order derivative value by differentiating the first-order derivative value. A differential function unit; a threshold limiting unit that limits the second-order differential value with a threshold; a first integration function unit that integrates the limited second-order differential value to obtain an intermediate value; and a correction signal that integrates the intermediate value And a second integration function unit for obtaining
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, an embodiment of a rotation angle detection device and a detection method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0019]
The rotation angle detection device and detection method according to the present embodiment basically detects angular acceleration (hereinafter also simply referred to as acceleration) of a rotating body, and when the acceleration exceeds a certain threshold value, The output signal of the sensor at the time is ignored, and the acceleration is further limited by a threshold value.
[0020]
As shown in FIG. 1, the rotation angle detection device 10 according to the present embodiment is applied to an electric vehicle 100.
[0021]
The electric vehicle 100 travels using a motor 102 as a drive source, and one end of a rotating shaft 102 a of the motor 102 is connected to a differential gear 104. The rotation of the rotating shaft 102 a is transmitted to the front wheel 108 via the differential gear 104 and the axle 106. The differential gear 104 may be provided with a speed change function.
[0022]
A resolver 110 that detects the actual rotation angle θ of the rotating shaft 102a is connected to the other end of the rotating shaft 102a. The output signal θ 0 of the resolver 110 is supplied to the rotation angle detection device 10.
[0023]
The rotation angle detection device 10 has a function of obtaining the rotation angle of the rotation shaft 102 a based on the supplied output signal θ 0 and controlling the rotation of the motor 102 via the inverter 112. The inverter 112 is supplied with power from a battery 114 that can be charged from external power (for example, commercial AC 100V or 200V power supply). When the electric vehicle 100 is braked, the battery 114 can be charged by a so-called regenerative braking function.
[0024]
The resolver 110 detects a change in the rotation angle of the input shaft by converting it into a change in magnetic resistance, and outputs the rotation angle of the input shaft as a digital value.
[0025]
Specifically, as shown in FIG. 2, sin (t is applied to the pair of primary windings 110b and 110c facing each other so that the poles opposed to the three poles of the stator 110a are directly connected in reverse phase. ) And cos (t) are applied. Here, t is a time variable. Thereby, a magnetic path is formed between the pole of the stator 110a and the eccentric rotor 110d.
[0026]
Another secondary coil is wound around each of the three poles of the stator 110a, and the secondary coils are combined to form a secondary circuit 110e.
[0027]
When the rotor to be detected rotates the eccentric rotor 110d, the gap between the eccentric rotor 110d and the stator 110a changes, so that the actual rotation angle θ is changed to the secondary circuit 110e by the same principle as the transformer coupling. A corresponding induced voltage (K · sin (t−δ)) is generated. Here, K is a proportionality constant, and δ is a phase difference.
[0028]
The phase difference detection unit 110f compares the induced voltage Ksin (t−δ) generated in the secondary circuit 110e with the voltage applied to the primary windings 110b and 110c, and obtains the phase difference δ by digital counting. Furthermore, the phase difference detection unit 110f obtains the actual rotation angle θ of the eccentric rotor 110d from the phase difference δ and outputs it as an output signal θ0. The output signal θ0 has an output resolution of 10,000 pulses per rotation of the rotating shaft 102a.
[0029]
With such a configuration, the resolver 110 can output with high responsiveness.
[0030]
As shown in FIG. 3, the rotation angle detection device 10 detects the output signal θ0 of the resolver 110, outputs the rotation angle of the rotating shaft 102a and the like to the monitor 12 based on the output signal θ0. The motor 102 is controlled via
[0031]
The rotation angle detection device 10 includes a CPU 14 as a control unit that controls the rotation angle detection device 10 as a whole, a ROM 18 that stores a program 16 and data that defines the processing of the CPU 14, and data according to the processing of the CPU 14. It has a RAM 20 as a storage unit for reading and writing, and an IF 22 (interface) for transmitting and receiving data to and from an external device. If the rotation angle detection device 10 is configured using a so-called one-chip microcomputer, the size is preferably reduced.
[0032]
The CPU 14 detects the output signal θ0 of the resolver 110 via the IF 22 and supplies a signal to the monitor 12 and the inverter 112 via the IF 22.
[0033]
As an alternative to the resolver 110, for example, an analog output potentiometer may be employed. In this case, an AD (Analog-Digital) converter may be inserted between the potentiometer and the IF 22.
[0034]
As shown in FIG. 4, the program 16 includes a signal processing unit 26 that obtains the output signal θ0 of the rotating shaft 102a based on the output signal θ0, a motor control unit 28 that controls the motor 102 based on the output signal θ0, A monitor output unit 30 that displays the correction angle θ1 on the monitor 12 is provided.
[0035]
The signal processing unit 26 performs second-order differentiation of the output signal θ0 to calculate the estimated acceleration γ of the rotating shaft 102a, and sets the estimated acceleration γ to the maximum threshold γ. MAX And the minimum threshold γ MIN And an acceleration limiting unit 34 that limits the number of In addition, the signal processing unit 26 calculates the estimated acceleration γ and the maximum threshold γ MAX And the minimum threshold γ MIN The maximum threshold value γ MAX And the minimum threshold γ MIN And a rotation angle calculation unit 38 that calculates the correction angle θ1 of the rotation shaft 102a based on the processing result of the acceleration limiting unit 34 limiting the estimated acceleration γ.
[0036]
Next, a rotation angle detection method using the rotation angle detection device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0037]
The execution subject in the flowchart of FIG. 5 is the CPU 14 that operates according to the program 16. While the ignition key (not shown) of the electric vehicle 100 is turned on, the CPU 14 continuously executes the process shown in FIG. 5 every 100 [μsec]. So-called real-time processing is performed.
[0038]
6 and 7 show a data list 200 when the electric vehicle 100 travels. 6 and 7 are examples when the rotating shaft 102a travels at a constant acceleration of 50000 [rpm / sec], and the CPU 14 processes the actual rotation angle θ of the rotating shaft 102a (see the “θ” column 200a). Each parameter (output signal θ 0, estimated speed ω, estimated acceleration γ, corrected acceleration γ 1, corrected speed ω 1, corrected angle θ 1) is shown for each processing time of the CPU 14. Each parameter is assumed to be “0” in the initial state. Further, in FIG. 6 and FIG. 7, in the “θ0” column 200b, the portion that is a thick line frame, that is, time 0.0021 [sec], 0.0041 [sec], 0.0061 [sec], and 0.0081 [ [sec], it is assumed that noise is mixed.
[0039]
First, in step S <b> 1 of FIG. 5, the CPU 14 acquires the output signal θ <b> 0 of the resolver 110 via the IF 22. The value of the output signal θ0 acquired by the CPU 14 is shown in the “θ0” column 200b (see FIG. 6).
[0040]
The output signal θ0 may contain noise and does not necessarily match the actual rotation angle θ of the rotating shaft 102a.
[0041]
Next, in step S2, the output speed θ0 is differentiated by the function of the acceleration calculation unit 32 to obtain the estimated speed ω of the rotating shaft 102a. The estimated speed ω is obtained by subtracting the correction angle θ1 at the previous processing from the output signal θ0 at that time. The correction angle θ1 will be described in step S10.
[0042]
The values of the estimated speed ω and the correction angle θ1 that are obtained are shown in the “ω” column 200c and the “θ1” column 200g (see FIG. 6).
[0043]
Next, in step S3, the estimated speed ω of the rotating shaft 102a is obtained by differentiating the estimated speed ω by the function of the acceleration calculating unit 32. The estimated acceleration γ is obtained by subtracting the corrected speed at the previous processing from the estimated speed ω at that time. The value of the estimated acceleration γ is shown in the “γ” column 200d (see FIG. 6). The correction speed ω1 will be described in step S9.
[0044]
Next, in step S4, the estimated acceleration γ is set to the maximum threshold γ. MAX And the minimum threshold γ MIN Compare with Maximum threshold γ MAX And the minimum threshold γ MIN Is the same absolute value in the initial state, and the maximum threshold γ MAX Is a positive value, minimum threshold γ MIN Is a negative value.
[0045]
Maximum threshold γ MAX And the minimum threshold γ MIN Is set with an appropriate margin for the maximum acceleration and the minimum acceleration that can be generated by the rotating shaft 102a. In the example shown in FIGS. 6 and 7, in the initial state, the maximum threshold γ MAX "+3", minimum threshold γ MIN Is "-3".
[0046]
Estimated acceleration γ is the maximum threshold γ MAX If larger, the process proceeds to step S5. The estimated acceleration γ is the minimum threshold γ MIN When it is smaller, the process proceeds to step S7. Estimated acceleration γ is the maximum threshold γ MAX ~ Minimum threshold γ MIN If it is within the range, the process proceeds to step S11.
[0047]
In step S5, the function of the acceleration limiting unit 34 sets the corrected acceleration γ1 to γ1 ← γ. MAX And set the corrected acceleration γ1 to the maximum threshold γ with respect to the estimated acceleration γ. MAX The value restricted by.
[0048]
Next, in step S6, the threshold value correcting unit 36 functions to increase the maximum threshold value γ. MAX Increase. That is, the estimated acceleration γ is the maximum threshold γ MAX The larger value is considered that the possibility that noise is mixed in the output signal θ0 is very high, but it may be a normal signal. Therefore, the estimated acceleration γ continues to be the maximum threshold γ during the next processing. MAX If it is larger, it is likely that the signal is normal without noise, so the maximum threshold γ MAX And increase the limit range of the estimated acceleration γ. For example, the maximum threshold γ MAX Γ MAX ← γ MAX Set to +1. Thereafter, the process proceeds to step S9.
[0049]
Step S7 (the estimated acceleration γ is the minimum threshold γ MIN Is smaller), the function of the acceleration limiting unit 34 sets the corrected acceleration γ1 to γ1 ← γ. MIN The corrected acceleration γ1 is set to the minimum threshold γ with respect to the estimated acceleration γ. MIN The value restricted by.
[0050]
Next, in step S8, the minimum threshold γ is obtained by the function of the threshold correction unit 36. MIN Decrease (increase absolute value). That is, for the same reason as the process of step S6, the minimum threshold γ is prepared for the next process. MIN To increase the limit range. For example, the minimum threshold γ MIN Γ MIN ← γ MIN Set to -1.
[0051]
After step S6 and step S8, in step S9, the function of the rotation angle calculation unit 38 integrates the corrected acceleration γ1 to obtain the corrected speed ω1. The correction speed ω1 is obtained by adding the correction acceleration γ1 at that time and the correction speed ω1 at the time of the previous process.
[0052]
Next, in step S10, the correction angle θ1 is obtained by integrating the correction speed ω1 by the function of the rotation angle calculation unit 38. The correction angle θ1 is obtained by adding the correction speed ω1 at that time and the correction angle θ1 at the previous process.
[0053]
Step S11 (the estimated acceleration γ is the maximum threshold γ MAX ~ Minimum threshold γ MIN ), The corrected acceleration γ1 is set as γ1 ← γ. That is, the estimated acceleration γ is the maximum threshold γ MAX ~ Minimum threshold γ MIN Therefore, it is considered that the estimated acceleration γ is a value that does not include noise. Therefore, the estimated acceleration γ is directly used as the corrected acceleration γ1. The value of the corrected acceleration γ1 is shown in the “γ1” column 200e (see FIGS. 6 and 7).
[0054]
Next, in step S12, the maximum threshold γ MAX And the minimum threshold γ MIN To the initial value. This is because the estimated acceleration γ is a value that does not include noise, and the acceleration is within an assumed range. MAX And the minimum threshold γ MIN It is appropriate to return to the initial initial value.
[0055]
In the example shown in FIGS. 6 and 7, the maximum threshold γ MAX Γ MAX ← “3”, minimum threshold γ MIN Γ MIN ← Set “−3” again.
[0056]
Next, in step S13, as in step S9, the corrected acceleration γ1 is integrated to obtain the corrected speed ω1.
[0057]
Alternatively, the estimated speed ω at that time may be set as the corrected speed ω1 as it is.
[0058]
Next, in step S14, similarly to step S10, the correction speed ω1 is integrated to determine the correction angle θ1.
[0059]
Further, the output signal θ0 at that time may be set as the correction angle θ1 as it is.
[0060]
When the steps S10 and S14 are finished, the current processing of the CPU 14 is finished. The obtained correction angle θ1 is supplied to the motor control unit 28 and the monitor output unit 30 for use.
[0061]
6 and 7, as understood from the “deviation” column 200h indicating the deviation between the actual rotation angle θ and the correction angle θ1, the actual rotation angle θ and the correction angle θ1 are the time immediately before noise is mixed. The value is the same up to 0.0020 [sec], and there is no error or response delay.
[0062]
Since there is no response delay, the rotation angle detection device 10 can effectively use the resolver 110 with high responsiveness and can be applied to a high-speed rotation target.
[0063]
At the time 0.0021 [sec] when noise is mixed, the estimated acceleration γ is “51”, but the maximum threshold γ MAX Is limited to “3”. As a result, the deviation between the actual rotation angle θ and the correction angle θ1 becomes “−2” and is suppressed to a small value. Further, the deviation at the next time 0.0022 [sec] is also “−2”, and can be suppressed to a small value. At time 0.0023 [sec], which is the second processing from time 0.0021 [sec] when noise is mixed, the deviation is 0, and the time for the deviation to converge to 0 is short. At time 0.0023 [sec], the estimated speed ω and the corrected speed ω1 are both “17”, so the deviation regarding the speed is also zero. Therefore, the convergence is fast in terms of speed.
[0064]
In the rotation angle detection device 10, the magnitude of the noise level does not affect the result, and the result does not change even if the noise is larger. Specifically, in the example of FIGS. 6 and 7, the output signal θ0 at time 0.0021 [sec] is “419” which is larger than “369” of the actual rotation angle θ, but the output signal θ0 is extremely large. Even if the values are large, the values of the correction speed ω1 and the correction angle θ1 are not affected and become “21” and “371”, respectively. This can also be confirmed from the fact that the deviation is suppressed to a small value of “−3” even when the output signal θ 0 at time 0.0041 [sec] becomes an extremely large value “5755”. .
[0065]
Further, as shown at time 0.0061 [sec], when the output signal θ0 is a value smaller than the actual rotation angle θ, the estimated acceleration γ is set to the minimum threshold γ. MINMIN By limiting by = -3), the deviation can be suppressed to a small value “3”, and the deviation can be converged to “0” in a short time.
[0066]
Furthermore, as can be understood from FIGS. 6 and 7, the estimated speed ω takes a wide range of values from “16” to “25” when no noise is mixed. Therefore, it is inappropriate to set a threshold value for the estimated speed ω in order to determine the presence of noise. This is because the difference between the value “28” of the estimated speed ω at the time 0.0081 [sec] at which noise is mixed and the value “25” of the estimated speed ω at the normal time 0.0100 [sec] is small. If the acceleration traveling is further continued, the value of the estimated speed ω can be “28”. Accordingly, it is impossible to set an appropriate threshold value, and it is impossible to determine the presence or absence of noise.
[0067]
Further, the value of the estimated speed ω at time 0.0081 [sec] has a small difference from the values “23” and “24” of the estimated speed ω at the previous times 0.0080 [sec] and 0.0079 [sec]. Therefore, an appropriate threshold value cannot be set.
[0068]
In the rotation angle detection device 10, the maximum threshold value γ with respect to the estimated acceleration γ. MAX And the maximum threshold γ MIN Therefore, even at this time 0.0081 [sec], the maximum threshold γ to be compared with the estimated acceleration γ of “5” MAXMAX = + 3), it is possible to clearly determine the presence of noise.
[0069]
In the rotation angle detection device 10, the estimated acceleration γ is set to the maximum threshold γ. MAX And the minimum threshold γ MIN And the presence or absence of noise is determined. Since the estimated acceleration γ has a small fluctuation range when it is normal, the estimated acceleration γ and the maximum threshold γ MAX And the minimum threshold γ MIN Can be accurately determined whether or not noise is present.
[0070]
FIG. 8 is a data list 201 showing each parameter for each processing time of the CPU 14 when the rotating shaft 102a travels at a constant speed of 2000 [rpm].
[0071]
As can be understood from FIG. 8, even when the electric vehicle 100 travels at a constant speed, the influence of noise can be sufficiently reduced. For example, at time 0.0021 [sec] when noise is mixed, the deviation becomes “−2” and is suppressed to a small value. Further, at the subsequent time 0.0023 [sec], the deviation becomes “0”, and the time for the deviation to converge to “0” is short.
[0072]
In addition to the electric vehicle 100, the rotation angle detection device 10 described above may be applied to, for example, a hybrid car (a vehicle having two types of power sources such as an electric motor and an internal combustion engine). The application target is applicable not only to the vehicle but also to an arbitrary rotating body, and is particularly effective for a rotating body whose rotational speed changes.
[0073]
In the acceleration calculation unit 32, the estimated acceleration γ is obtained by second-order differentiation of the output signal θ0, and the presence / absence of noise is determined based on the estimated acceleration γ. The acceleration change rate may be obtained, and the presence or absence of noise may be determined based on the estimated acceleration change rate.
[0074]
Further, in the rotation angle detection device 10, the output signal θ 0 obtained by detecting the actual rotation angle θ by the resolver 110 is processed. However, the rotation angle detection device 10 may be applied to the output signal of the speed sensor as an alternative to the resolver 110. In this case, the acceleration calculation unit 32 may obtain the rate of change of acceleration by second-order differentiation and compare and determine the obtained rate of change of acceleration and the maximum threshold value and the minimum threshold value. That is, in the above embodiment, the output signal θ0 may be regarded as a speed signal output from the speed sensor, and the rotation angle detection device 10 can be applied to the speed sensor without any change.
[0075]
Next, an embodiment of a noise removing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0076]
The noise removal apparatus 300 according to the present embodiment has basically the same configuration as that of the rotation angle detection apparatus 10 and removes noise from a continuous arbitrary signal.
[0077]
As shown in FIG. 9, the noise removing apparatus 300 receives a signal 302 obtained by sampling a continuous arbitrary physical quantity, differentiates the signal 302 to obtain a first-order differential value 304, A second differentiation function unit 310 that obtains a second order differential value 308 by differentiating the first order differential value 304, a threshold value limiting unit 312 that limits the second order differential value 308 with positive and negative threshold values, and a limited second order differential value A first integration function unit 318 that integrates 314 to obtain an intermediate value 316; and a second integration function unit 322 that integrates the intermediate value 316 to obtain a correction signal 320. The noise removing apparatus 300 is realized by a computer and a program (not shown), and includes a signal 302, a first-order differential value 304, a second-order differential value 308, a limited second-order differential value 314, an intermediate value 316, and a correction signal 320. Performs processing while reading from and writing to memory and registers.
[0078]
The signal 302 is obtained by digitally sampling an arbitrary signal that changes with time, and can be applied to a general physical quantity. For example, the present invention can be applied to a continuously changing physical quantity such as a linear displacement signal, a speed signal, an acceleration signal, and a temperature signal. Digital sampling is performed every predetermined time by an input unit (not shown), and a first signal 302 is obtained. It is supplied to the differentiation function unit 306. In addition, the signal 302 does not necessarily accurately digitally sample the physical quantity to be detected, and may contain noise. This signal 302 corresponds to the output signal θ 0 in the rotation angle detection device 10.
[0079]
The first differentiation function unit 306 differentiates the signal 302 to calculate a first-order differential value 304. The first differentiation function unit 306 corresponds to the first differentiation function of the acceleration calculation unit 32 in the rotation angle detection device 10. The first-order differential value 304 corresponds to the estimated speed ω, and represents the change speed of the physical quantity to be detected.
[0080]
The second differentiation function unit 310 further differentiates the first-order derivative value 304 to calculate a second-order derivative value 308. The second differentiation function unit 310 corresponds to the second differentiation function of the acceleration calculation unit 32 in the rotation angle detection device 10, and the second order differential value 308 corresponds to the estimated acceleration γ.
[0081]
The threshold limiting unit 312 limits the second-order differential value 308 with positive and negative thresholds. This threshold value may be set in consideration of the characteristics of the physical quantity to be detected, and is set to “± 3”, for example. Thereby, when the absolute value of the second-order differential value 308 is “3” or more, the absolute value is limited to “3” by this threshold. The threshold limiting unit 312 corresponds to the acceleration limiting unit 34 in the rotation angle detecting device 10, and the threshold is the maximum threshold γ. MAX And the minimum threshold γ MIN It corresponds to. The limited second-order differential value 314 corresponds to the corrected acceleration γ1.
[0082]
With the function of the threshold limiting unit 312, noise mixed in the signal 302 can be clearly distinguished from a normal value, and the noise component can be limited. Further, since the threshold is limited with respect to the second-order differential value 308, noise can be removed regardless of the change rate of the physical quantity to be detected, that is, the range of values that the first-order differential value 304 can take. Even when the noise level is extremely high, all are limited to the threshold value, so that they are not affected by the noise level.
[0083]
The first integration function unit 318 integrates the limited second-order differential value 314 to calculate an intermediate value 316. The first integration function unit 318 corresponds to the first integration function of the rotation angle calculation unit 38 in the rotation angle detector 10, and the intermediate value 316 corresponds to the correction speed ω1.
[0084]
The second integration function unit 322 calculates the correction signal 320 by integrating the intermediate value 316 again. The second integration function unit 322 corresponds to the second integration function of the rotation angle calculation unit 38 in the rotation angle detection device 10, and the correction signal 320 corresponds to the correction angle θ1.
[0085]
Thus, according to the noise removal apparatus 300, the response delay is eliminated with respect to the continuous arbitrary signal 302, and when noise is mixed in the signal 302, the influence of the noise is affected regardless of the level of the noise. Can be suppressed.
[0086]
The rotation angle detection device, the detection method, and the noise removal device according to the present invention are not limited to the embodiment using a computer and software, and may be configured by an analog circuit. Specifically, a first differentiating circuit for inputting a signal to obtain a first order differential value and a second differentiating circuit for differentiating the first order differential value to obtain a second order differential value are connected in series. A first integration circuit that integrates a second-order differential value limited by a threshold limiting circuit having a function of limiting by a threshold value to obtain an intermediate value; and a second integration circuit that integrates the intermediate value to obtain a correction signal. You can do it.
[0087]
The rotation angle detection device, the detection method, and the noise removal device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various configurations and steps can be adopted without departing from the gist of the present invention. It is.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, according to the rotation angle detection device and the detection method of the present invention, when detecting the rotation angle of the rotating body, the response delay with respect to the rotation angle signal of the sensor is eliminated, and the rotation angle signal is converted into the rotation angle signal. When noise is mixed, the effect that the influence of the noise can be suppressed regardless of the level of the noise is achieved.
[0089]
Further, according to the noise removal device of the present invention, when detecting a continuous arbitrary signal, the response delay is eliminated with respect to the signal, and when noise is mixed in the signal, the noise is not affected. Thus, the effect that the influence of the noise can be suppressed is achieved.
[0090]
Furthermore, the rotation angle detection device, the detection method, and the noise removal device according to the present invention can be applied to a signal whose differential value changes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a drive system of an electric vehicle.
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating the principle of a resolver.
FIG. 3 is a schematic functional block diagram of a rotational position detection device according to the present embodiment.
FIG. 4 is a schematic functional block diagram of a program executed in the rotational position detection device according to the present embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of a rotational position detection method according to the present embodiment.
FIG. 6 is a data list (part 1) showing changes in parameters processed by a CPU when the electric vehicle travels at a constant acceleration.
FIG. 7 is a data list (part 2) showing changes in parameters processed by the CPU when the electric vehicle travels at a constant acceleration.
FIG. 8 is a data list showing changes in parameters processed by the CPU when the electric vehicle travels at a constant speed.
FIG. 9 is a schematic block diagram of a noise removal device according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10 ... Rotation angle detection device 14 ... CPU
16 ... Program 26 ... Signal processing unit
28 ... Motor control unit 30 ... Monitor output unit
32 ... Acceleration calculation unit 33 ... Acceleration limiting unit
33 ... Acceleration limiting unit 36 ... Threshold correction unit
38 ... Rotation angle calculation unit 100 ... Electric vehicle
102 ... Motor 102a ... Rotating shaft
110 ... Resolver 200, 201 ... Data list
300: Noise removing device 306: First differential function unit
310: Second differentiation function unit 312: Threshold limiting unit
318: First integration function unit 322: Second integration function unit
γ ... Estimated acceleration γ1 ... Modified acceleration
γ MAX ... maximum threshold γ MIN ... minimum threshold
θ: Actual rotation angle θ1: Output signal
ω ... Estimated speed ω1 ... Correction speed

Claims (5)

回転体の回転角度信号を入力し、該回転角度信号を2階微分して加速度信号を求める加速度算出部と、
前記加速度信号を閾値により制限する加速度制限部と、
制限した加速度信号を積分して修正速度を求めるとともに、該修正速度を積分して修正角度を求める回転角度算出部と
を有することを特徴とする回転角度検出装置。
An acceleration calculation unit that inputs a rotation angle signal of the rotating body and obtains an acceleration signal by second-order differentiation of the rotation angle signal;
An acceleration limiting unit that limits the acceleration signal with a threshold;
A rotation angle detection device comprising: a rotation angle calculation unit that integrates the limited acceleration signal to obtain a correction speed and obtains a correction angle by integrating the correction speed.
請求項1記載の回転角度検出装置において、
さらに、前記加速度信号が前記閾値を超えるとき、前記加速度信号を前記閾値で制限した後、前記閾値を増加または減少させる閾値修正部を有することを特徴とする回転角度検出装置。
The rotation angle detection device according to claim 1,
The rotation angle detecting device further includes a threshold value correcting unit that increases or decreases the threshold value after the acceleration signal is limited by the threshold value when the acceleration signal exceeds the threshold value.
請求項2記載の回転角度検出装置において、
前記閾値修正部は、前記加速度信号が前記閾値内であるとき、前記閾値を初期状態の値に再設定することを特徴とする回転角度検出装置。
The rotation angle detection device according to claim 2,
The rotation angle detection device, wherein the threshold correction unit resets the threshold to an initial value when the acceleration signal is within the threshold.
回転体の回転角度信号を入力し、該回転角度信号を2階微分して加速度信号を求めるステップと、
前記加速度信号を閾値により制限するステップと、
制限した加速度信号を積分して修正速度を求めるとともに、該修正速度を積分して修正角度を求めるステップと
を有することを特徴とする回転角度検出方法。
Inputting a rotation angle signal of the rotating body, obtaining the acceleration signal by second-order differentiation of the rotation angle signal;
Limiting the acceleration signal with a threshold;
A rotation angle detecting method comprising: integrating a limited acceleration signal to obtain a correction speed; and integrating the correction speed to obtain a correction angle.
信号を入力し、該信号を微分して1階微分値を求める第1微分機能部と、
前記1階微分値を微分して2階微分値を求める第2微分機能部と、
前記2階微分値を閾値により制限する閾値制限部と、
制限した2階微分値を積分して中間値を求める第1積分機能部と、
前記中間値を積分して修正信号を求める第2積分機能部と
を有することを特徴とするノイズ除去装置。
A first differentiation function unit for inputting a signal and differentiating the signal to obtain a first-order differential value;
A second differentiation function unit for differentiating the first-order differential value to obtain a second-order differential value;
A threshold limiting unit that limits the second-order differential value with a threshold;
A first integration function unit for integrating a limited second-order differential value to obtain an intermediate value;
And a second integration function unit for integrating the intermediate value to obtain a correction signal.
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