CN104210543B - 促动器控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种促动器控制装置，该装置即使在将生成促动器的控制所使用的电信号的电子设备多重化的情况下，也能够抑制该电子设备与控制装置之间的通信路径数量的增大。转矩传感器(52)以及旋转角传感器(53)分别被双重化。转矩传感器(52a)以及旋转角传感器(53b)经由SPI通信线(61)、旋转角传感器(53a)以及转矩传感器(52b)经由SPI通信线(62)与微型计算机(42)连接。另外，转矩传感器(52a、52b)以及旋转角传感器(53a、53b)经由CS信号线(71～74)与微型计算机连接。微型计算机通过CS信号线选择自身的通信对象，由此能够分别在SPI通信线(61、62)中接收多种电信号。

Description

促动器控制装置
本申请主张于2013年6月4日提出的日本专利申请2013-117868号的优先权，并在此引用其全部内容。
技术领域
本发明涉及促动器控制装置。
背景技术
以往，已知有通过对车辆的转向操作机构赋予电机的动力来辅助驾驶员的转向操作的电动动力转向装置。该电动动力转向装置的控制装置通过各种传感器，获取例如转向操作转矩、车速以及实际对电机供给的电流的值。而且该控制装置根据转向操作转矩以及车速求出目标电流值，并按照使实际的电流值与目标电流值一致的方式对电机进行反馈控制。
电动动力转向装置要求较高的可靠性，所以针对传感器的异常而施行各种对策。例如在日本特开2000－185657号公报的装置中，具备两个转矩传感器。根据该装置，即使在两个转矩传感器中的一个转矩传感器产生了异常的情况下，也能够通过利用由剩下的正常的转矩传感器生成的传感器信号来继续向转向操作系统赋予转向操作辅助力。
然而，在日本特开2000－185657号公报的电动动力转向装置中，两个转矩传感器分别与控制装置连接，所以在控制装置除了设置用于连接主要的转矩传感器的端子之外还需要设置用于连接备用(backup)用的转矩传感器的端子。另外，对于其他的传感器也在研究多重化，所以传感器的数量越增加控制装置所应该确保的端子的数量变越多。这一点对基于通过包括传感器的各种电子设备而获取的信息来进行某些促动器的控制的控制装置来说也相同。
发明内容
本发明的目的之一在于提供即使在将生成供促动器的控制用的电信号的电子设备多重化的情况下也能够抑制该电子设备与控制装置之间的通信路径数量增大的促动器控制装置。
本发明的一方式的促动器控制装置具备：第1电子设备，其生成供促动器的控制用的电信号；第2电子设备，其具有与上述第1电子设备不同的功能且生成供上述促动器的控制用的电信号；第3电子设备，其具有与上述第2电子设备相同的功能且生成供上述促动器的控制用的电信号；第4电子设备，其具有与上述第1电子设备相同的功能且生成供上述促动器的控制用的电信号；控制部，其基于由上述第1～第4电子设备生成的电信号控制促动器；第1串行总线，其将上述第1以及第2电子设备与上述控制部连接；以及第2串行总线，其将上述第3以及第4电子设备与上述控制部连接。
根据该结构，每两个地设置具有相同功能的电子设备，所以即使在同种的两个电子设备中的任意一个产生了异常的情况下，控制部也能够使用由剩下的电子设备生成的电信号来继续促动器的控制。另外，对于具有不同功能的两个电子设备而言，将它们作为一组经由单一串行总线与控制部连接。即，两个电子设备共用单一串行总线，从而能够抑制各电子设备与控制部之间的通信路径数量的增大。并且即使在两个串行总线中的任意一个产生了某些异常的情况下，控制部也能够通过未产生异常的剩下的串行总线来分别获取由不同种类的两个电子设备生成的电信号。
本发明的其他方式也可以在上述促动器控制装置中，上述控制部使用由上述第1以及第3电子设备生成的电信号来控制上述促动器，并将由上述第2以及第4电子设备生成的电信号作为备用来使用。
根据该结构，与使用由第1以及第2电子设备生成的电信号的情况相比，控制部能够迅速地控制促动器。在使用由第1以及第2电子设备生成的电信号的情况下，控制部需要经由同一串行总线获取两种电信号。即，控制部不能够同时获取两种电信号。因此控制部即使获取了任意一个电信号，若不等待获取剩下的电信号，则也不能够控制促动器。与此相对，在使用由第1以及第3电子设备生成的电信号的情况下，控制部能够经由两个串行总线分别获取不同的两个电信号，所以能够立即控制促动器。
本发明的另一其他方式也可以在上述促动器控制装置中，具备：第5电子设备，其具有与上述第1电子设备相同的功能且生成共上述促动器的控制用的电信号；第6电子设备，其具有与上述第2电子设备相同的功能且生成供上述促动器的控制用的电信号；以及第3串行总线，其将上述第5以及第6电子设备与上述控制部连接。
这样，通过利用第1～第3串行总线将具有相同功能的三个电子设备分别独立地与控制部连接，能够进行基于多数表决的各电子设备的故障判定。例如，若由具有相同功能的三个电子设备生成的三个电信号中两个相同而一个不同，则可知在生成该一个电信号的电子设备存在异常。
根据本发明，即使在将生成供促动器的控制用的电信号的电子设备多重化的情况下，也能够抑制该电子设备与控制装置之间的通信路径数量的增大。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述以及其它特征、优点会变得更加清楚，其中，对相同的要素标注相同的附图标记，其中：
图1是表示一实施方式中的电动动力转向装置的结构的框图。
图2是表示一实施方式中的电子控制装置与各传感器的连接状态的框图。
图3是表示电子控制装置与各传感器的其他连接状态的框图。
图4是表示其他实施方式的电子控制装置与各传感器的连接状态的框图。
图5是表示其他实施方式的电子控制装置与各传感器的连接状态的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对将本发明的促动器控制装置具体化并应用于车辆的电动动力转向装置的一实施方式进行说明。
＜电动动力转向装置的概要＞
如图1所示，电动动力转向装置10具备：转向操作机构20，其基于驾驶员的转向操作使转向轮26转向；转向操作辅助机构30，其辅助驾驶员的转向操作；以及ECU(电子控制装置)40，其控制转向操作辅助机构30的动作。电动动力转向装置的简称为EPS。
转向操作机构20具备被驾驶员操作的方向盘21、以及与方向盘21一体旋转的转向轴22。转向轴22由与方向盘21连结的柱轴22a、与柱轴22a的下端部连结的中间轴22b、以及与中间轴22b的下端部连结的小齿轮轴22c构成。小齿轮轴22c的下端部与向与小齿轮轴22c交叉的方向延伸的齿条轴23(准确地说是形成齿条齿的部分23a)啮合。因此，转向轴22的旋转运动通过由小齿轮轴22c以及齿条轴23构成的齿轮齿条机构24转换成齿条轴23的往复直线运动。该往复直线运动经由分别与齿条轴23的两端连结的横拉杆25而分别传递至左右的转向轮26，由此变更这些转向轮26的转向角。
转向操作辅助机构30具备作为转向操作辅助力的产生源的电机31。作为电机31采用无刷电机等。电机31的旋转轴31a经由减速机构32与柱轴22a连结。减速机构32将电机31的旋转减速，并将该减速后的旋转力传递至柱轴22a。即，将电机的转矩作为转向操作辅助力(协助力)赋予给转向轴22，由此辅助驾驶员的转向操作。
ECU40获取设置于车辆的各种传感器的检测结果作为表示驾驶员的要求或者行驶状态的信息，并根据这些获取的各种信息控制电机31。作为各种传感器，例如有车速传感器51、转矩传感器52以及旋转角传感器53。车速传感器51设置于车辆，检测车速(车辆的行驶速度)V。转矩传感器52设置于柱轴22a，检测对转向轴22赋予的转向操作转矩τ。旋转角传感器53设置于电机31，检测旋转轴31a的旋转角θ。ECU40基于车速V以及转向操作转矩τ，运算目标辅助转矩。ECU40控制电机31，该控制方法是基于电机31的旋转角θ的矢量控制。另外ECU40按照从电机31赋予给柱轴22a的辅助转矩成为目标辅助转矩的方式来对供给至电机31的电流进行反馈控制。
在本实施方式中，从确保电动动力转向装置10的动作可靠性的观点考虑，转矩传感器52以及旋转角传感器53分别被双重化。
即，如图2所示，转矩传感器52具备主要的转矩传感器52a以及备用用的转矩传感器52b。这些转矩传感器52a、52b分别是带SPI的数字转矩传感器，生成与检测出的转向操作转矩τ对应的数字信号。SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)是同步式的串行通信标准的一种。
另外，旋转角传感器53具备主要的旋转角传感器53a以及备用用的旋转角传感器53b。这些旋转角传感器53a、53b分别是带SPI的数字旋转角传感器，生成与检测出的旋转角θ对应的数字信号。
＜ECU的结构＞
接下来，对ECU的结构进行说明。
如图2所示，ECU40具备电机驱动电路(逆变电路)41以及微型计算机42。
电机驱动电路41基于由微型计算机42生成的电机驱动信号(PWM信号)将从电池等直流电源供给的直流电力转换成三相交流电力。该转换后的三相交流电力被供给至电机31。
微型计算机42分别以决定的取样周期获取车速传感器51、转矩传感器52以及旋转角传感器53的检测结果，并基于这些检测结果生成电机驱动信号。另外微型计算机42具有转矩传感器52以及旋转角传感器53的故障检测功能。
＜接线方法＞
转矩传感器52a、52b、旋转角传感器53a、53b以及微型计算机42的接线方法如下。
如图2所示，主要的转矩传感器52a以及备用用的旋转角传感器53b分别经由SPI通信线(SPI总线)61与微型计算机42的SPI端子TSPI1连接。准确地说，SPI通信线61具有从设定在其中途的分支点P1分支的分支线61a。旋转角传感器53b经由分支线61a与SPI通信线61的分支点P1连接。对于两个设备(转矩传感器52a、旋转角传感器53b)与微型计算机42而言，在转矩传感器52a与微型计算机42之间以及旋转角传感器53b与微型计算机42之间共用一个SPI通信线61来进行数字信号的授受。
主要的旋转角传感器53a以及备用用的转矩传感器52b分别经由SPI通信线62与微型计算机42的SPI端子TSPI2连接。准确地说，SPI通信线62具有从设定在其中途的分支点P2分支的分支线62a。转矩传感器52b经由分支线62a与SPI通信线62的分支点P2连接。在两个设备(旋转角传感器53a、转矩传感器52b)与微型计算机42之间共用一个SPI通信线62来进行数字信号的授受。
其中，SPI通信线61、62分别由SCK(串行时钟)、SDI(串行数据输入)、SDO(串行数据输出)这三根通信线构成，但在本实施方式中，为了便于说明，以单一的实线图示。
另外，两个转矩传感器52a、52b分别经由CS(Chip Select：芯片选择)信号线71、72与微型计算机42的CS端子TCS1、TCS2连接。两个旋转角传感器53a、53b分别经由CS信号线73、74与微型计算机42的CS端子TCS3、TCS4连接。这些CS信号线71～74用于微型计算机42选择(或者特定)自身的通信对象。
作为SPI通信的主设备的微型计算机42通过激活连接各CS信号线71～74的各CS端子TCS1～TCS4，例如将逻辑电平成设为低电平，来选择作为SPI通信的从设备(slave device)的各传感器作为通信对象。另外，微型计算机42经由SPI通信线61、62进行针对选择出的各传感器的控制。例如，微型计算机42经由SPI通信线61、62，向各传感器发送时钟信号、获取各传感器的检测结果。
由以上所述的转矩传感器52、旋转角传感器53、SPI通信线61、62以及微型计算机42构成促动器控制装置。
＜微型计算机的动作＞
接下来，对微型计算机42的动作进行说明。
微型计算机42通过以规定周期交替地激活与转矩传感器52a以及旋转角传感器53b连接的两个CS端子TCS1、TCS4，来经由SPI通信线61交替地获取转矩传感器52a以及旋转角传感器53b的检测结果。另外，微型计算机42通过以规定周期交替地激活与旋转角传感器53a以及转矩传感器52b连接的两个CS端子TCS3、TCS2，来经由SPI通信线62交替地获取旋转角传感器53a以及转矩传感器52b的检测结果。切换SPI通信线61的CS端子TCS1、TCS4的周期与切换SPI通信线62的CS端子TCS3、TCS2的周期相同。因此，微型计算机42在同时获取了转矩传感器52a以及旋转角传感器53a的检测结果之后，同时获取转矩传感器52b以及旋转角传感器53b的检测结果。
微型计算机42基于转矩传感器52a以及转矩传感器52b的检测结果进行转矩传感器52的故障检测。另外，微型计算机42基于旋转角传感器53a以及旋转角传感器53b的检测结果进行旋转角传感器53的故障检测。作为具体的检测方法，适当地采用对两个检测结果进行比较并在其差超过允许范围的情况下判断为故障等公知的方法。
微型计算机42在未检测到转矩传感器52以及旋转角传感器53的异常时，基于主要的转矩传感器52a以及旋转角传感器53a的检测结果生成电机驱动信号。这样微型计算机42通过使用同时获取的转矩传感器52a以及旋转角传感器53a的检测结果，能够迅速且准确地生成电机驱动信号。
另一方面，在使用转矩传感器52a以及旋转角传感器53b的检测结果生成电机驱动信号的情况下，以一根SPI通信线进行通信，所以在各个检测到检测结果的时间上产生偏移。同样地，在使用转矩传感器52b以及旋转角传感器53a的检测结果生成电机驱动信号的情况下，在各个检测到检测结果的时间上也产生偏移。由于该时间的偏移，所以生成准确的电机驱动信号变得困难。另外在这些情况下，即使获取了转矩传感器与旋转角传感器的哪个一个的传感器的检测结果，也需要等待获取剩下的传感器的检测结果来生成电机驱动信号，所以迅速地生成电机驱动信号变得困难。
此外，微型计算机42在检测到主要的转矩传感器52a或者旋转角传感器53a的异常时，代替检测到异常的传感器的检测结果而使用备用用的转矩传感器52b或者旋转角传感器53b的检测结果来生成电机驱动信号。
＜接线方法的作用＞
接下来，对图2所示的接线方法的作用进行说明。
转矩传感器52a以及旋转角传感器53b经由SPI通信线61与同一个SPI端子TSPI1连接。另外，转矩传感器52b以及旋转角传感器53a经由SPI通信线62与同一个SPI端子TSPI2连接。即，以功能不同的两个传感器为一组的两组传感器组与微型计算机42之间的通信路径是完全独立的双重系统。因此，即使在两个系统的通信路径中的任意一个产生了异常的情况下，微型计算机42也能够经由剩下的通信路径获取转矩传感器52a及旋转角传感器53b、或者转矩传感器52b及旋转角传感器53a的检测结果。
这里，也有如以下那样对转矩传感器52a、52b、旋转角传感器53a、53b以及微型计算机进行接线的方法。
即，如图3所示，两个转矩传感器52a、52b经由同一个SPI通信线61与同一个SPI端子TSPI1连接。另外，两个旋转角传感器53a、53b经由同一个SPI通信线62与同一个SPI端子TSPI2连接。这样也能够实现：即使在两个转矩传感器52a、52b中的任意一个或者两个旋转角传感器53a、53b中的任意一个产生了异常的情况下，微型计算机42也能够使用剩下的转矩传感器或者旋转角传感器来生成电机驱动信号。
但是在该情况下，在两个系统的通信路径中的任意一个产生了异常的情况下，微型计算机42只能够获取转向操作转矩τ或者旋转角θ中的任意一个，所以生成适当的电机驱动信号变得困难。在这一点上，根据前面的图2所示的接线方法没有任何问题。
＜实施方式的效果＞
因此，根据本实施方式，能够得到以下效果。
1)为了维持电动动力转向装置10的功能分别将生成特别重要信号的转矩传感器52以及旋转角传感器53设成双重系统。因此，即使在两个转矩传感器52a、52b中的一个产生了异常的情况下，也能够使用剩下的正常的转矩传感器的检测结果来继续电机31的控制。关于旋转角传感器53也相同。
2)并且，以功能不同的两种传感器(转矩传感器、旋转角传感器)为一组的两组传感器组经由两个独立的SPI通信线61、62分别与微型计算机42连接。微型计算机42通过各CS端子TCS1～TCS4的激活化来选择通信对象，由此能够以单一的SPI通信线61、62授受多个信号(转向操作转矩τ、旋转角θ)。因此，与将两个转矩传感器52a、52b以及两个旋转角传感器53a、53b分别独立地经由SPI通信线与微型计算机42连接的情况相比，能够减少在微型计算机42中分配的端子数量(准确地说，是SPI端子的数量)。因此，能够构建抑制两组传感器组与微型计算机42之间的通信路径数量且两组传感器组与微型计算机42之间的通信路径相互独立的电动动力转向装置10。
3)转矩传感器52a、52b以及旋转角传感器53a、53b是生成与各自检测出的物理量对应的数字信号的数字传感器。由各传感器生成的数字信号经由SPI通信线61、62被微型计算机42获取。与在各传感器与微型计算机42之间授受模拟信号的情况相比，能够实现针对噪声的耐受性的提高。另外，也考虑对在各传感器与微型计算机42之间授受的信息附加各传感器的检测结果以外的信息。在这一点中，与模拟通信方式相比也优选采用数字通信方式。
＜其他实施方式＞
此外，上述实施方式也可以如以下那样进行变更并实施。
A)在上述的一实施方式中，分别将转矩传感器52以及旋转角传感器53设成双重系统，但也可以设成三重系统。即，如图4所示，追加设置第三组的转矩传感器52c以及旋转角传感器53c。将这些转矩传感器52c以及旋转角传感器53c经由SPI通信线63与微型计算机42连接。另外，转矩传感器52c以及旋转角传感器53c分别经由CS信号线75、76与微型计算机42连接。这样一来，通过对三个转矩传感器52a、52b、52c的检测结果进行多数表决、以及对三个旋转角传感器53a、53b、53c的检测结果进行多数表决，能够实现电动动力转向装置10的可靠性的提高。例如在三个转矩传感器52a、52b、52c的检测结果中的两个相同而一个不同的情况下，可知该不同的一个检测结果错误。进而，也能够特定产生异常的转矩传感器。关于旋转角传感器53a～53c也相同。
B)在上述的一实施方式中，设转矩传感器52以及旋转角传感器53为一组，但也可以适当地变更传感器的组合。例如也可以将检测对电机31供给的电流的电流传感器、检测电机驱动电路41或者电机31的温度的温度传感器以及检测电机31的各相电压的电压传感器等其他的传感器双重化。而且，以功能不同的两个传感器为一组，经由SPI通信线与微型计算机42连接。
C)在上述的一实施方式中，针对一个SPI端子连接功能不同的两个传感器(转矩传感器以及旋转角传感器)，但也可以连接三个以上的传感器。例如也能够在将车速传感器51双重化之后，以转矩传感器、旋转角传感器以及车速传感器为一组来与一个SPI端子连接。其中，能够连接于一个SPI端子的传感器的数量基于产品规格等根据所允许的通信速度来决定。
D)在上述的一实施方式中，针对一个SPI端子连接功能不同的两个传感器(转矩传感器以及旋转角传感器)，但连接的并不局限于各种传感器，只要是能够生成在微型计算机42中使用的数字信号的电子设备即可。例如，假定设置接替执行微型计算机42的一部分的功能或监视微型计算机42的异常的次级微型计算机(子微型计算机)。而且，也考虑设置用于作为上述次级微型计算机的备用的微型计算机(备用用子微型计算机)。在该情况下，也可以采用下面的接线方法。
即，如图5所示，将一组的次级微型计算机81a以及转矩传感器52b经由SPI通信线61与主要的微型计算机42连接。另外将一组的次级微型计算机81b以及转矩传感器52a经由SPI通信线62与微型计算机42连接。在该情况下，微型计算机81a、81b也成为促动器控制装置的结构要素。
E)在上述的一实施方式中，作为连接各传感器与微型计算机42的串行总线(串行通信线)采用了SPI，但也可以代替其而采用I2C(Inter-Integrated-Circuit：内置集成电路)。I2C是使用SCL(串行时钟)以及双向的SDA(串行数据)这两根信号线进行通信的、同步式的串行通信。I2C总线能够与SPI总线相同地与多个从设备(在上述的一实施方式中，为转矩传感器以及旋转角传感器)连接。成为主设备的微型计算机42指定独立地设定的从设备的地址来选择通信对象。
F)在上述的一实施方式中，将促动器控制装置具体化成电动动力转向装置10，但也能够应用于其他的电气设备。例如也可以作为车辆用的电动泵的控制装置来应用。电动泵的控制装置获取发动机转速、油温以及油压等信息，并通过基于这些信息的电机控制来控制油的排出流量。另外，也可以应用于四轮驱动车的驱动力分配装置。作为该驱动力分配装置的控制装置获取轮速以及节气门开度等信息，并通过基于这些信息的针对电磁螺线管的供电控制，控制成对的离合器片间的摩擦接触力，由此调节针对前后车轮的变速器的驱动力的分配比例。另外，并不局限于车载设备。例如也能够作为加工中心等的工作设备的控制装置来应用。

Claims (10)

1.一种促动器控制装置，其特征在于，具备：
第1电子设备，其生成用于促动器的控制的电信号；
第2电子设备，其具有与所述第1电子设备不同的功能且生成供所述促动器的控制用的电信号；
第3电子设备，其具有与所述第2电子设备相同的功能且生成供所述促动器的控制用的电信号；
第4电子设备，其具有与所述第1电子设备相同的功能且生成供所述促动器的控制用的电信号；
控制部，其基于由所述第1～第4电子设备生成的电信号控制促动器；
第1串行总线，其将所述第1以及第2电子设备与所述控制部连接；以及
第2串行总线，其将所述第3以及第4电子设备与所述控制部连接。
2.根据权利要求1所述的促动器控制装置，其特征在于，
所述控制部使用由所述第1以及第3电子设备生成的电信号来控制所述促动器，并将由所述第2以及第4电子设备生成的电信号作为备用来使用。
3.根据权利要求1或者2所述的促动器控制装置，其特征在于，还具备：
第5电子设备，其具有与所述第1电子设备相同的功能且生成供所述促动器的控制用的电信号；
第6电子设备，其具有与所述第2电子设备相同的功能且生成供所述促动器的控制用的电信号；以及
第3串行总线，其将所述第5以及第6电子设备与所述控制部连接。
4.根据权利要求1所述的促动器控制装置，其特征在于，还具备：
缺省追加电子设备，其是具有与所述第1、第2电子设备不同的功能且生成供所述促动器的控制用的电信号的多种追加电子设备，作为缺省设备发挥作用；
备用追加电子设备，其是具有与所述缺省追加电子设备相同的功能且生成供所述促动器的控制用的电信号的多种追加电子设备，作为备用设备发挥作用；
第1串行总线，其将所述第1以及第2电子设备与所述控制部连接，并且将缺省追加电子设备与所述控制部连接；以及
第2串行总线，其将所述第3以及第4电子设备与所述控制部连接，并且将备用追加电子设备与所述控制部连接。
5.根据权利要求1所述的促动器控制装置，其特征在于，
第1电子设备是代行所述控制部的一部分功能或者监视所述控制部异常的次级控制部，
第4电子设备是用于作为所述次级控制部的备用的备用用控制部。
6.根据权利要求1所述的促动器控制装置，其特征在于，
所述促动器是作为电动动力转向装置的驱动源的电机。
7.根据权利要求1所述的促动器控制装置，其特征在于，
第1以及第4电子设备是检测转向操作转矩的转矩传感器，
第2以及第3电子设备是检测产生转向操作辅助力的电机的旋转角的旋转角传感器。
8.根据权利要求3所述的促动器控制装置，其特征在于，
第5电子设备是检测转向操作转矩的转矩传感器，
第6电子设备是检测产生转向操作辅助力的电机的旋转角的旋转角传感器。
9.根据权利要求1所述的促动器控制装置，其特征在于，
所述促动器是作为车辆用的电动泵的驱动源的电机。
10.根据权利要求1所述的促动器控制装置，其特征在于，
所述促动器是四轮驱动车的驱动力分配装置的电磁螺线管。
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