位移傳感器的檢查裝置及其檢查方法與流程
本發明涉及一種位移傳感器的檢查裝置及其檢查方法。
背景技術：
日本JP2008-114612A公開了在電動動力轉向裝置中通過扭矩傳感器來檢測施加于方向盤的轉向扭矩的技術。扭矩傳感器利用電位計來檢測插裝在輸入軸與輸出軸之間的扭桿的扭曲角位移，并根據檢測值來檢測轉向扭矩。所檢測出的轉向扭矩被用在針對提供給電動馬達的電流的反饋控制中，該電動馬達將轉向輔助力施加于轉向系統。
技術實現要素：
在所述以往的技術中，電位計作為反饋用的傳感器來發揮功能。在電位計中，與作為輸入值的扭曲角位移變大成比例地，作為輸出值的電壓變大。即，電位計具有線性的輸出特性。
但是，實際上由于以電位計的滑動電阻為起因的噪聲等的影響，電位計的輸出特性包括非線性誤差。由于該非線性誤差，電位計會將從理想近似直線偏移的值作為輸出值來輸出。
非線性誤差有時包括周期性的變動，因此在將電位計作為反饋用的傳感器來使用的情況下，有可能由于規定周期的成分而發生系統振蕩。
對此，考慮使用檢查裝置來檢查電位計，該檢查裝置使用高速傅立葉變換(FFT)等來分析電位計的輸出特性中包含的特定的周期變動。但是，在這種檢查裝置中，用于分析的裝置、軟件昂貴，因此成本高、不容易實施。
本發明的目的在于提供一種位移傳感器的檢查裝置及其檢查方法，能夠廉價地檢查位移傳感器的輸出特性中包含的特定的周期變動。
本發明的一種方式是位移傳感器的檢查裝置，檢查位移傳感器的輸出特性中包含的周期變動，該位移傳感器的檢查裝置具備：數列數據獲取部，其對位移傳感器提供以固定的時間梯度連續變化的輸入并獲取輸出值的數列數據；差分運算部，其針對數列數據的各點，求出數列數據中的該點處的值與從該點前進規定評價間距的點處的值之間的差分，來運算差分后數列數據；移動平均運算部，其針對差分后數列數據的各點，求出以差分后數列數據的該點為中心的、規定數據數量的移動平均，來運算移動平均后數列數據；以及判定部，其在移動平均后數列數據的輸出值的振幅小于振幅用判定閾值的情況下，判定為位移傳感器正常。
附圖說明
圖1是表示本發明的實施方式所涉及的電位計的檢查裝置連接于電動動力轉向裝置的狀態的結構圖。
圖2是表示控制器的處理內容的流程圖。
圖3A是繪制出數列數據的圖表。
圖3B是繪制出線性評價數列的圖表。
圖3C是繪制出低頻成分抽取數列以及極低頻成分數列的圖表。
圖3D是繪制出目標頻率抽取數列的圖表。
圖4A是表示數列數據的頻率特性的圖表。
圖4B是表示極低頻成分數列的頻率特性的圖表。
圖4C是表示將圖4A和圖4B的圖表組合狀態的圖表。
圖4D是表示目標頻率抽取數列的頻率特性的圖表。
具體實施方式
以下參照附圖說明本發明的實施方式。
圖1是表示本實施方式中的電位計1的檢查裝置100連接于電動動力轉向裝置20的狀態的結構圖。
電動動力轉向裝置20具備：轉向機構2，其聯接于方向盤(未圖示)來將車輪(未圖示)轉向；扭矩傳感器3，其檢測輸入扭矩；電動馬達4，其對轉向機構2施加輔助扭矩；以及馬達控制裝置5，其被輸入扭矩傳感器3的檢測信號，并且控制電動馬達4的輸出。
轉向機構2具備聯接于方向盤的轉向軸6、形成在轉向軸6上的齒輪7、以及與齒輪7嚙合的齒條8。當由于轉向軸6的旋轉而齒輪7旋轉時，與齒輪7嚙合的齒條8在軸方向(車輛的左右方向)移動，經由聯接于齒條8的拉桿(未圖示)來使車輪轉向。
轉向機構2還具備：聯接于轉向軸6的蝸輪9、以及與蝸輪9嚙合的蝸桿10。蝸桿10聯接于電動馬達4的輸出軸。當電動馬達4旋轉驅動蝸桿10時，通過旋轉驅動蝸輪9來對轉向軸6施加輔助扭矩。
扭矩傳感器3被插裝在轉向軸6中，檢測駕駛員經由方向盤施加于轉向軸6的輸入扭矩。轉向軸6包括聯接于方向盤的輸入軸11、一端聯接于輸入軸11的扭桿12、以及聯接于扭桿12的另一端的輸出軸13。
扭矩傳感器3由作為位移傳感器的電位計1構成，檢測經由方向盤施加于轉向軸6的轉向扭矩產生的扭桿12的扭曲角位移。電位計1將與扭桿12的扭曲角位移相應的電壓信號輸出給馬達控制裝置5。
馬達控制裝置5根據從扭矩傳感器3輸入的電壓信號來運算適當的輔助扭矩，反饋控制施加給電動馬達4的電流。
電位計1的檢查裝置100具備：致動器31，其對輸入軸11施加檢查用的轉向扭矩；以及控制器32，其接收從電位計1輸出的信號并且運算處理信號。電位計1的檢查裝置100用于在工廠生產電動動力轉向裝置20并出廠之前檢查電位計1是否正常動作。
接著，說明電位計1的檢查裝置100的檢查步驟。
首先，將控制器32連接于電動動力轉向裝置20的電位計1。并且，將致動器31聯接于輸入軸11，使得能夠施加輸入扭矩。
接著，由致動器31對輸入軸11施加輸入扭矩并且由控制器32進行運算處理。致動器31對輸入軸11提供以固定的時間梯度連續變化的掃頻輸入。
圖2是表示控制器32的處理內容的流程圖。
在步驟S1中，作為數列數據獲取部的控制器32獲取輸出值的數列數據Vm(T)，該輸出值是與掃頻輸入相應地輸出的電壓值。掃頻輸入的采樣頻率Fs(次/Nm)被設定為比進行電位計1的正常判定時所用的頻率足夠高的值。
圖3A是將橫軸設為輸入扭矩(T)、將縱軸設為輸出電壓(V)來繪制數列數據Vm(T)而得到的圖表。電位計1是一次線性輸出傳感器，數列數據Vm(T)具有輸入扭矩越大則輸出電壓成比例變大的線性特性。
在圖3A的標尺中，看起來數列數據Vm(T)具有幾乎完全的線性特性，但是實際上由于在電位計1內的滑動部中產生的噪聲等的影響，某輸入扭矩中的輸出電壓的值會高于或者低于理想值并輸出。由此，圖3A的圖表包括微小的振幅在上下方向的偏差(以下，將其稱為“非線性誤差”)。
非線性誤差作為各點處的輸出值單獨地導致電位計1的檢測的精確度下降。并且，在非線性誤差具有周期性的情況下產生如下問題。即，馬達控制裝置5根據從扭矩傳感器3輸入的電壓信號來反饋控制施加到電動馬達4的電流，因此當電壓信號周期性地變動時，在反饋控制系統中有可能發生系統振蕩。特別是，在為了提高轉向輔助扭矩的助力控制時的轉向感覺或者響應性而提高扭矩傳感器3的增益來提高反饋控制系統的靈敏度的情況下，有可能發生系統振蕩。
因此，在本實施方式中，由檢查裝置100抽取數列數據Vm(T)中包含的周期性的變動成分來判定非線性誤差是否在允許范圍內，由此進行電位計1的品質管理。
回到圖2，在步驟S2中，作為差分運算部的控制器32進行局部線性評價。局部線性評價是在某個輸出評價點處抽取與相隔評價間距NLIN的點的輸出斜率的處理。具體地說，控制器32根據以下的式(1)運算Vm(n)與Vm(n+NLIN)之間的差分來導出線性評價數列Lm(T)，該Vm(n)是數列數據Vm(T)的第n個(n＝1、2、3···)點的值，該Vm(n+NLIN)是從第n個點前進規定評價間距NLIN的點的值。
Lm(n)＝Vm(n+NLIN)-Vm(n)···(1)
在運算線性評價數列Lm(T)時數列數據Vm(T)的斜坡成分會作為偏移而重疊，因此在運算出所述差分之后從各點的數據中減去所獲得的數列數據的平均值，由此來設定為線性評價數列Lm(T)。此外，評價間距NLIN是小于采樣頻率Fs的值，例如設定為采樣頻率Fs的1/10。
圖3B是將橫軸設為輸入扭矩(T)、將縱軸設為輸出電壓(mV)來繪制線性評價數列Lm(T)而得到的圖表。在數列數據Vm(T)為理想化的斜坡特性的情況下，圖3B的圖表成為固定的直線，但是實際上包括非線性誤差，因此成為如圖3B所示地上下變動的圖表。
圖4A是將橫軸設為頻率(次/Nm)、將縱軸設為振幅(dB)來繪制線性評價數列Lm(T)的數列數據而得到的圖表，表示圖3B的圖表的頻率特性。如圖4A所示，線性評價數列Lm(T)的數列數據表現為以規定的周期具有放大峰值的特性。
在此，將設為電位計1的評價對象的頻率設定為圖4A所示的頻率區域A。需要根據通過電位計1的類型和裝載電位計1的電動動力轉向裝置20的類型的組合所產生的振蕩現象來適當設定成為評價對象的頻率區域A。因此，事先在獨立的分析裝置中分析電位計1的輸入輸出特性，根據其結果來設定設為檢查裝置100的評價對象的頻率區域A。并且，評價間距NLIN被設定成在圖4A中一次放大峰值頻率落在頻率區域A內。
回到圖2，在步驟S3中，作為第一移動平均運算部的控制器32進行基于移動平均的低通濾波(LPF)處理。具體地說，控制器32根據以下的式(2)運算以第n個(n＝1、2、3···)點的數據Lm(n)為中心的規定數NLPF個點的移動平均，來導出低頻成分抽取數列LmLPF(T)。
LmLPF(n)＝(Lm(n-NLPF/2)+...+Lm(n)+...+Lm(n+NLPF/2-1))/NLPF···(2)
此外，規定數NLPF被設定為能夠使線性評價數列Lm(T)的高頻成分有效衰減的程度的值。
圖3C是將橫軸設為輸入扭矩(T)、將縱軸設為輸出電壓(mV)來繪制低頻成分抽取數列LmLPF(T)而得到的圖表。與圖3B所示的線性評價數列Lm(T)相比，如圖3C所示，低頻成分抽取數列LmLPF(T)通過基于移動平均的LPF處理，降低了高頻成分。
圖4B是將橫軸設為頻率(次/Nm)、將縱軸設為振幅(dB)來繪制低頻成分抽取數列LmLPF(T)的數列數據而得到的圖表，表示圖3C的低頻成分抽取數列LmLPF(T)的圖表的頻率特性。與圖4A所示的線性評價數列Lm(T)相比，如圖4B所示，低頻成分抽取數列LmLPF(T)大幅降低了高頻成分。
回到圖2，在步驟S4中，作為第二移動平均運算部的控制器32進行基于移動平均的極低頻成分抽取處理。具體地說，控制器32根據以下的式(3)運算以第n個(n＝1、2、3···)點的數據LmLPF(n)為中心的規定數NVLPF個點的移動平均，來導出極低頻成分數列LmVLPF(T)。
LmVLPF(n)＝(LmLPF(n-NVLPF/2)+...+LmLPF(n)+...+LmLPF(n+NVLPF/2-1))/NVLPF···(3)
此外，規定數NVLPF被設定為大于規定數NLPF的值，是能夠使低頻成分抽取數列LmLPF(T)的高頻成分有效衰減的程度的值。
與低頻成分抽取數列LmLPF(T)相比，如圖3C所示，極低頻成分數列LmVLPF(T)更降低了高頻成分。
圖4C是表示將圖4A所示的局部線性評價處理和圖4B所示的LPF處理組合狀態的圖表。在圖4C所示的圖表中，比評價對象的頻率區域A低頻的成分會以較大的振幅重疊。在電位計1的局部線性檢查中，該低頻成分成為噪聲，因此為了消除低頻成分進行后述的步驟S5的處理。
回到圖2，在步驟S5中，作為移動平均減法部的控制器32進行基于波形運算的疑似高通濾波(HPF)處理。具體地說，控制器32根據以下的式(4)從低頻成分抽取數列LmLPF(T)減去極低頻成分數列LmVLPF(T)，來導出目標頻率抽取數列LmBPF(T)。
LmBPF(n)＝LmLPF(n)-LmVLPF(n)···(4)
圖3D是將橫軸設為輸入扭矩(T)、將縱軸設為輸出電壓(mV)來繪制目標頻率抽取數列LmBPF(T)而得到的圖表。圖4D是將橫軸設為頻率(次/Nm)、將縱軸設為振幅(dB)來繪制極低頻成分數列LmVLPF(T)的數列數據而得到的圖表，表示圖3D的目標頻率抽取數列LmBPF(T)的圖表的頻率特性。
與圖4C所示的極低頻成分數列LmVLPF(T)的頻率特性相比，如圖4D所示，目標頻率抽取數列LmBPF(T)，通過疑似HPF處理，低于頻率區域A的低頻側的振幅變小。
即，通過步驟S3～S5的處理對線性評價數列Lm(T)實施帶通濾波處理，抽取成為檢查對象的頻率區域A以外的成分被衰減而得到的檢查對象波形。
回到圖2，在步驟S6中，作為判定部的控制器32進行波形評價。具體地說，控制器32在圖3D所示的目標頻率抽取數列LmBPF(T)的圖表中運算作為振幅的最大值與最小值之差的峰峰值，在峰峰值小于規定的閾值的情況下判定為電位計1的工作正常。規定的閾值被預先設定為在反饋控制系統中不會發生系統振蕩的程度的值。
當匯總以上的控制時，對輸入軸11提供掃頻輸入并且控制器32對從電位計1獲得的輸出電壓的數列數據進行線性評價，將低頻成分以及高頻成分進行濾波處理，使得從非線性誤差中抽取成為檢查對象的頻率區域A內的頻率成分。并且，控制器32根據最后殘留的檢查對象波形的峰峰值來檢查電位計1是否正常。
根據以上的實施方式，起到以下所示的效果。
針對電位計1的輸出電壓的數列數據，運算各點的與相隔規定評價間距NLIN的點的數據之間的差分來進行線性評價，然后實施移動平均處理，從非線性誤差中降低成為檢查對象的頻率區域A外的頻率成分。由此，能夠組合差分和移動平均來抽取檢查對象波形，即能夠組合差分、移動平均來根據位移傳感器的輸出值的數列數據檢測規定的周期變動，因此能夠通過簡易的運算處理來判定位移傳感器的異常。由此，不需要用于分析的昂貴裝置、軟件，因此能夠廉價地檢查電位計1。
并且，針對差分后獲得的線性評價數列Lm(T)，運算規定數NLPF個點的移動平均來導出低頻成分抽取數列LmLPF(T)。由此，能夠更可靠地消除與成為檢查對象的頻率區域A相比高頻的成分，因此能夠防止在波形評價時由于噪聲的影響而誤判定。
并且，從步驟S3中的移動平均處理后獲得的低頻成分抽取數列LmLPF(T)減去步驟S4中的移動平均處理后獲得的極低頻成分數列LmVLPF(T)，來導出目標頻率抽取數列LmBPF(T)。由此，能夠消除與成為檢查對象的頻率區域A相比低頻的成分，因此能夠防止在波形評價時由于噪聲的影響而誤判定。
并且，線性評價數列Lm(T)除了運算各點的與相隔規定評價間距NLIN的點的數據之間的差分之外，從各點的數據中減去差分后獲得的數列數據的平均值，來設定為線性評價數列Lm(T)。由此，能夠抵消在數列數據Vm(T)作為偏移被重疊的斜坡成分，因此能夠提高通過這之后進行的LPF處理以及HPF處理被抽取的檢查對象波形的精確度。由此，能夠提高電位計1的檢查精確度。
并且，在峰峰值小于規定的閾值的情況下判定為電位計1的工作為正常，該峰峰值是目標頻率抽取數列LmBPF(T)的圖表中振幅的最大值與最小值之差。由此，在規定的輸入扭矩中具有如輸出電壓局部地突出那樣的非直線特性的情況下也能夠反映到波形評價中，因此能夠提高電位計1的檢查精確度。
以上，說明了本發明的實施方式，但是所述實施方式不過是表示了本發明的應用例之一，并非是將本發明的技術范圍限定在所述實施方式的具體結構的意思。
例如，在所述實施方式中，作為位移傳感器將電位計1舉為例子，但是也可以應用于直線型編碼器等其它的位移傳感器。
并且，在所述實施方式中，在步驟S5中進行了HPF處理，但是在不需要消除與成為檢查對象的頻率區域A相比低頻的成分的情況下，也可以省略HPF處理。
并且，在所述實施方式中，為了消除高頻而在步驟S3～S4中進行了一次基于移動平均的LPF處理，但是也可以進行兩次LPF處理來更可靠地消除高頻成分。
并且，在所述實施方式中，在步驟S6中根據目標頻率抽取數列LmBPF(T)的圖表中的振幅的最大值與最小值之差即峰峰值來判定電位計1是否正常，但是也可以根據峰峰值以外的值、例如目標頻率抽取數列LmBPF(T)的圖表中的振幅的絕對值的平均值等來進行判定。
并且，在所述實施方式中，通過將差分后獲得的數列數據的平均值從各點的數據中減去來設定為線性評價數列Lm(T)，由此抵消作為偏移而重疊于數列數據Vm(T)的斜坡成分，但是在不需要抵消斜坡成分的情況下也可以不進行該減法處理。
并且，在所述實施方式中，以電位計1裝載于電動動力轉向裝置20的狀態判定電位計1是否正常，但是也可以由電位計1單體來進行相同的檢查。
本申請主張基2014年9月17日向日本國特許廳申請的日本特愿2014-189111的優先權，該申請的全部內容作為參考引入本說明書中。
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