CN111525512A - 控制设备和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制设备，包括第一系统和作为第一系统的冗余系统的第二系统并且控制要控制的设备。控制设备包括检测构成第一系统的第一系统电路的异常的第一异常检测器，以及检测构成第二系统的第二系统电路的异常的第二异常检测器。第一异常检测器通过将第一系统电路的第一预定部分的检测值与第一阈值进行比较来检测第一系统电路的异常的存在。第二异常检测器通过将第二系统电路中对应于第一预定部分的第二预定部分的检测值与不同于第一阈值的第二阈值进行比较来检测第二系统电路的异常的存在。

Description

控制设备和控制方法
相关申请的交叉引用
本申请基于2019年2月5日向日本专利局提交的日本专利申请No.2019-018974，其全部内容通过引用并入于此。
技术领域
本发明涉及一种控制设备和控制方法，更具体地说，涉及一种具有冗余系统的控制设备及其控制方法。
背景技术
传统上，已知一种与控制设备相关的技术，该控制设备具有冗余系统，并且即使在异常发生时也继续控制。例如，JP 2018-128429A公开了一种旋转检测器，该旋转检测器能够适当地监测电机的旋转信息的异常。该旋转检测器包括旋转检测单元和控制单元的两个系统，用于监测和控制电机的旋转。每个系统的旋转检测单元包括用于检测电机的旋转的两个传感器元件，并且通过自诊断来监测传感器元件的异常。控制单元根据从两个系统的旋转检测单元输出的输出信号中包括的信息检测旋转检测单元中的异常。
但是，即使实现冗余并提供了两个系统，如果每个系统都设计为具有相同的停止条件，那么可能两个系统会由于一个异常事件中的相同的原因而同时停止。例如，在预定部分的电压高于或等于阈值的条件下停止系统的情况下，当电压由于干扰(噪声)的出现而变得高于或等于阈值时，系统停止。如果各个系统被设计成具有相同的停止条件，则系统将同时停止。
发明内容
本发明是考虑到这种情况而设计的，并且提供了一种防止多个冗余系统由于共同原因而同时停止的控制设备和控制方法。
为了解决上述问题，提供了一种控制设备，包括第一系统和作为第一系统的冗余系统的第二系统，该控制设备控制要控制的设备。控制设备包括被配置为检测构成第一系统的第一系统电路的异常的第一异常检测器，以及被配置为检测构成第二系统的第二系统电路的异常的第二异常检测器。第一异常检测器通过将第一系统电路的第一预定部分的检测值与第一阈值进行比较来检测第一系统电路的异常的存在。第二异常检测器通过将第二系统电路中第二预定部分的检测值与不同于第一阈值的第二阈值进行比较来检测第二系统电路的异常的存在，第二预定部分对应于第一预定部分。
据此，可以将用于检测传感器的异常的阈值设置为系统之间不同的值。因此，可以提供防止系统同时停止的控制设备。
此外，第一系统电路可以包括被配置为检测第一预定部分的检测值的第一预定部分检测器。第二系统电路可以包括被配置为检测第二预定部分的检测值的第二预定部分检测器。第一系统电路的第一预定部分的检测值可以是由第一预定部分检测器检测的电压值。第二系统电路的第二预定部分的检测值可以是由第二预定部分检测器检测的电压值。
据此，可以将用于检测传感器异常的阈值设置为系统之间不同的值。因此，可以提供防止系统同时停止的控制设备。
此外，第一系统电路可以包括被配置为检测第一预定部分的检测值的第一预定部分检测器。第二系统电路可以包括被配置为检测第二预定部分的检测值的第二预定部分检测器。第一预定部分检测器可以配置有第一-第一预定部分检测器和对于第一-第一预定部分检测器冗余的第一-第二预定部分检测器。第二预定部分检测器可以配置有第二-第一预定部分检测器和对于第二-第一预定部分检测器冗余的第二-第二预定部分检测器。第一异常检测器可以根据第一-第一预定部分检测器的检测值和第一-第二预定部分检测器的检测值之间的差值是否小于第一阈值来检测第一预定部分检测器的异常的存在。第二异常检测器可以根据第二-第一预定部分检测器的检测值和第二-第二预定部分检测器的检测值之间的差值是否小于第二阈值来检测第二预定部分检测器的异常的存在。
据此，可以提供一种控制设备，其可靠性通过为每个系统提供冗余传感器来提高，并且其中用于检测传感器的异常的阈值在系统之间不同，从而防止系统同时停止。
此外，第一系统电路可以包括执行对外部的输出的第一输出单元。第二系统电路可以包括对于第一输出单元冗余的第二输出单元。第一系统电路的第一预定部分可以是第一输出单元的预定部分。第二系统电路的第二预定部分可以是第二输出单元的预定部分，第二预定部分与第一预定部分相同。
据此，由于提供了执行对系统电路的外部的输出的冗余输出单元，所以可以提供冗余外部系统。
为了解决上述问题，提供了一种控制方法，包括第一系统和作为第一系统的冗余系统的第二系统，该控制方法控制要控制的设备。控制方法包括通过将第一系统的第一预定部分的检测值与第一阈值进行比较来检测第一系统的异常的存在，以及通过将第二系统的第二预定部分的检测值与不同于第一阈值的第二阈值进行比较来检测第二系统的异常的存在，第二预定部分对应于第一预定部分。
据此，通过将用于检测传感器的异常的阈值设置为系统之间不同的值，可以提供防止系统同时停止的控制方法。
如上所述，根据本发明，可以提供一种能够防止多个冗余系统由于共同原因而同时停止的控制设备和控制方法。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的控制设备的方框配置图；
图2是根据本发明第一实施例的控制设备的流程图；和
图3是根据本发明第一实施例的修改的控制设备的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图描述根据本发明的实施例。
第一实施例
参照图1，将描述实施例中的控制设备1。控制设备1是用于控制安装在车辆上的用于电动转向的三相电动机(要控制的设备)的控制设备。三相电动机是对于一个转子有两个绕组、并有双冗余系统的电动机。三相电动机不限于此，并且可以是通过使用两个电动机(每个电动机对于一个转子具有一个绕组)而具有双冗余系统的电动机。除了根据实施例的三相电动机之外，要控制的设备的示例包括伴随汽车计算机化的冗余系统中的电子控制制动器(控制设备)中的电磁阀。在IT系统中，要控制的设备的示例包括不间断电源(控制设备)中的转换器和逆变器，以及服务器(控制设备)中的硬盘。
控制设备1包括冗余系统，从而对应于具有双冗余系统的电机，以便即使发生异常也能继续控制。控制设备1包括第一系统电路110以及第二系统电路210，该第一系统电路110对应于与三相电动机的一个绕组对应的系统-1系统100(第一系统)，该第二系统电路210对应于与另一个绕组对应的系统-2系统200(第二系统)。第一系统电路110和第二系统电路210由公共电池VBAT供电，从扭矩/角度传感器获取转向条件，以及驱动三相电动机以产生用于动力转向的辅助动力。
第一系统电路110包括:两个扭矩传感器信号输入电路141E、142E，其从检测转向的扭矩和旋转角度的扭矩/角度传感器获取信号；两个MR传感器141D、142D，其获取从设置在转子的旋转轴上的磁体获得的三相电动机的转子的旋转角度；微型计算机111，其从包括扭矩传感器信号输入电路141E、142E和MR传感器141D、142D的各种预定部分获取信号，以及控制三相电动机的旋转；预驱动器112，其从微型计算机111的控制信号产生PWM信号；以及桥式电路150，其通过使用PWM信号驱动三相电动机。注意，MR传感器是一种磁阻传感器。
检测作为电动转向的重要信息的转向扭矩的扭矩传感器以冗余方式提供。以冗余方式提供输入扭矩传感器信号的输入电路，即，提供扭矩传感器信号输入电路141E和142E。类似地，MR传感器141D、142D以冗余方式提供，以便获取作为电动转向的重要信息的三相电动机的旋转角度信号。以冗余方式提供的扭矩传感器信号输入电路141E和142E的输出信号被设计成相同的。类似地，以冗余方式提供的MR传感器141D和142D的输出信号被设计成相同的。类似地，以冗余方式提供的其他部分的输出被设计成相同的。微型计算机111根据从这些电路等获得的信号计算用于导通和关断桥式电路150的每个相电路中提供的半导体元件的PWM占空比值。预驱动器112根据PWM占空比值输出用于驱动桥式电路150的PWM信号。桥式电路150用作存在于第一系统电路110外部的三相电动机的输出单元(第一输出单元)，并驱动三相电动机的旋转。
微型计算机111包括检测第一系统电路110的预定部分的异常的第一异常检测器120，以及在检测值是模拟值的情况下将预定部分的检测值转换成数字值的A/D转换器130。第一系统电路110的预定部分的示例包括三相电动机的端子(PA1)、电池BAT1的端子(PB1)、电池BAT1的功率继电器的输出端子(PC1)、MR传感器141D、142D(PD1)安装在印刷板上的位置、以及其中来自扭矩传感器的输出信号被输入到控制设备1的扭矩传感器信号输入电路141E、142E(PE1)的输入侧。电压作为数字值输入到三相电动机的端子(PA1)。电压作为数字值输入到电池BAT1的端子(PB1)。电压作为数字值输入到电池BAT1的功率继电器的输出端(PC1)。根据三相电动机的旋转而变化的正弦波状电压和余弦波状电压作为数字值输入到MR传感器141D、142D(PD1)。施加到转向的扭矩作为数字值输入到扭矩传感器信号输入电路141E、142E(PE1)处。注意，三相电动机的端子(PA1)是输出单元的预定部分。这些预定部分仅是示例，不限于它们，并且可以是任何部分，只要该部分获取检测值以便检测第一系统电路110中的异常。
第一异常检测器120将第一系统电路110的预定部分(第一预定部分)的检测值与预定阈值(第一阈值)进行比较，以检测第一系统电路110中异常的存在。例如，当第一异常检测器120获取三相电动机的端子(PA1)处的电压值的检测值时，第一异常检测器120将检测值与预先确定的阈值进行比较。例如，在检测值超过预先确定的阈值的情况下，第一异常检测器120检测到第一系统电路110中的异常。类似地，当第一异常检测器120获取电池BAT1的端子(PB1)处的电压值的检测值时，第一异常检测器120将检测值与预先确定的阈值进行比较。例如，在检测值小于阈值的情况下，第一异常检测器120检测到第一系统电路110中的异常。在这种情况下，可能无法识别是控制设备1内部的电路异常还是电池异常。假设第一系统电路110中存在异常的确定包括控制设备1外部的电池中的异常。
第二系统电路210包括:两个扭矩传感器信号输入电路241E、242E，其从检测转向的扭矩和旋转角度的扭矩/角度传感器获取信号；两个MR传感器241D、242D，其获取从设置在转子的旋转轴上的磁体获得的三相电动机的转子的旋转角度；微型计算机211，其从包括扭矩传感器信号输入电路241E、242E和MR传感器241D、242D的各种预定部分获取信号，以及控制三相电动机的旋转；预驱动器212，其从微型计算机211的控制信号产生PWM信号；以及桥式电路250，其通过使用PWM信号驱动三相电动机。由于这些构件与上述第一系统电路110中的相应构件相同，因此省略其描述。
第二异常检测器220将第二系统电路210的预定部分(第二预定部分)的检测值与不同于第一系统电路110中的预定阈值(第一阈值)的预定阈值(第二阈值)进行比较，以检测第二系统电路210中异常的存在。例如，当第二异常检测器220获取另一绕组中三相电动机的端子(PA2)处的电压值的检测值时，第二异常检测器220将检测值与不同于第一系统电路110中的预定阈值的预先确定的阈值进行比较，并且例如在检测值超过预先确定的阈值的情况下，检测到第二系统电路210中的异常。注意，端子(PA2)处的电压值被设计成与端子(PB1)处的电压值相同。类似地，当第二异常检测器220获取电池BAT2的端子(PB2)处的电压值的检测值时，将检测值和与第一系统电路110中的预定阈值不同的预先确定的阈值相互进行比较。例如，在检测值小于预先确定的阈值的情况下，第二异常检测器220检测到第二系统电路210中的异常。
例如，在第一异常检测器120中三相电动机的端子(PA1)处预先确定的第一阈值是X伏，并且第二异常检测器220中三相电动机的另一绕组的端子(PA2)处预先确定的第二阈值是Y伏(Y<X)的情况下，当发生一些干扰并且在端子PA1和PA2处检测到Z伏(Y<Z<X)时，只有第二异常检测器220检测到异常并停止三相电动机的驱动。然而，由于第一异常检测器120没有检测到任何异常，所以可以继续驱动三相电动机。如上所述，通过将用于由以冗余方式提供的两个系统检测异常的阈值设置为不同的值，可以提供防止两个系统同时停止的控制设备1。
此外，控制设备1通过A/D转换器130将电池BAT1的端子(PB1)处的电压值从模拟电压值转换成数字电压值来获取第一系统电路110中的电压值。此外，控制设备1通过A/D转换器230将电池BAT2的端子(PB2)处的电压值从模拟电压值转换成数字电压值来获取第二系统电路210中的电压值。
此外，控制设备1包括作为第一预定部分检测器的MR传感器141D、142D，以及作为第二预定部分检测器的MR传感器241D、242D。MR传感器141D、142D设置在第一系统电路110中，并检测三相电动机的旋转。MR传感器241D、242D设置在第二系统电路210中，并检测三相电动机的旋转。在该实施例中，三相电动机包括定子绕组的两个系统。然而，这两个系统共用转子，并且有一个转子。MR传感器检测转子的旋转作为形成在转子前端部分的磁体磁场的变化。如上所述，优选地，在系统电路中的每一个中设置两个第一预定部分检测器和两个预定部分检测器，用于获取三相电动机的适当旋转驱动所需的信息。也就是说，这种重要的第一预定部分检测器配置有MR传感器141D(第一-第一预定部分检测器)和对于MR传感器141D冗余的MR传感器142D(第一-第二预定部分检测器)。此外，类似地，第二预定部分检测器配置有MR传感器241D(第二-第一预定部分检测器)和对于MR传感器241D冗余的MR传感器242D(第二-第二预定部分检测器)。
如上所述，在每个系统中提供冗余MR传感器的情况下，第一异常检测器120根据MR传感器141D(第一-第一预定部分检测器)的检测值和MR传感器142D(第一-第二预定部分检测器)的检测值之间的差值是否小于预定阈值(第一阈值)来检测第一预定部分检测器的异常的存在。此外，类似地，第二异常检测器220根据MR传感器241D(第二-第一预定部分检测器)的检测值和MR传感器242D(第二-第二预定部分检测器)的检测值之间的差值是否小于预定阈值(第二阈值)来检测第二预定部分检测器的异常的存在。
此外，控制设备1包括作为第一预定部分检测器的扭矩传感器信号输入电路141E、142E，以及作为第二预定部分检测器的扭矩传感器信号输入电路241E、242E。扭矩传感器信号输入电路141E、142E设置在第一系统电路110中，并从扭矩/角度传感器获取转向扭矩。扭矩传感器信号输入电路241E、242E设置在第二系统电路210中，并从扭矩/角度传感器获取转向扭矩。也就是说，这种重要的第一预定部分检测器配置有扭矩传感器信号输入电路141E(第一-第一预定部分检测器)和对扭矩传感器信号输入电路141E冗余的扭矩传感器信号输入电路142E(第一-第二预定部分检测器)。另外，类似地，第二预定部分检测器配置有扭矩传感器信号输入电路241E(第二-第一预定部分检测器)和对扭矩传感器信号输入电路241E冗余的扭矩传感器信号输入电路242E(第二-第二预定部分检测器)。
如上所述，在每个系统中提供冗余扭矩传感器信号输入电路的情况下，第一异常检测器120根据扭矩传感器信号输入电路141E(第一-第一预定部分检测器)的检测值和扭矩传感器信号输入电路142E(第一-第二预定部分检测器)的检测值之间的差值是否小于预定阈值(第一阈值)，来检测第一预定部分检测器的异常的存在。除了扭矩传感器信号输入电路本身的异常之外，第一预定部分检测器的异常还包括扭矩传感器本身的异常。此外，类似地，第二异常检测器220根据扭矩传感器信号输入电路241E(第二-第一预定部分检测器)的检测值和扭矩传感器信号输入电路242E(第二-第二预定部分检测器)的检测值之间的差值是否小于预定阈值(第二阈值)，来检测第二预定部分检测器的异常的存在。
这里，参考图2，将描述例如在每个系统中提供冗余MR传感器的情况下控制设备1的控制流程。在S100中，第一系统电路110的微型计算机111从两个MR传感器141D和142D获取信号，并计算三相电动机的旋转角度(T1和T2)。然后，微型计算机111比较T1和T2。在微型计算机111在S102中确定T1和T2之间的差值的绝对值小于预定阈值(第一阈值)的情况下，微型计算机111在S104中确定第一系统电路110正常。相反，在微型计算机111在S102中确定T1和T2之间的差值的绝对值大于或等于预定阈值(第一阈值)的情况下，微型计算机111在S106中确定第一系统电路110异常。在S108中，微型计算机111停止第一系统电路110的输出，即，使桥式电路150停止三相电动机的旋转驱动。
在S200中，第二系统电路210的微型计算机211从两个MR传感器241D和242D获取信号，并计算三相电动机的旋转角度(T3和T4)。然后，微型计算机211比较T3和T4。在微型计算机211在S202中确定T3和T4之间的差值的绝对值小于预定阈值(第二阈值≠第一阈值)的情况下，微型计算机211在S204中确定第二系统电路210正常。相反，在微型计算机211在S202中确定T3和T4之间的差值的绝对值大于或等于预定阈值(第二阈值)的情况下，微型计算机211在S206中确定第二系统电路210异常。在S208中，微型计算机211停止第二系统电路210的输出，即，使桥式电路250停止三相电动机的旋转驱动。如上所述，通过设置用于检测异常的阈值在以冗余方式提供的两个传感器之间不同，可以避免两个传感器同时被确定为异常的情况。
这里，将参照图3描述上述控制流程的修改。在S300中，第一系统电路110的微型计算机111获取电池BAT1的端子(PB1)的检测值V1。在S302中，微型计算机111将检测值V1与预定阈值(第一阈值)进行比较。在微计算机111在S302确定检测值V1超过预定阈值(第一阈值)的情况下，微计算机111在S304确定第一系统电路110正常。相反，在微计算机111在S302确定检测值V1小于或等于预定阈值(第一阈值)的情况下，微计算机111在S306确定第一系统电路110异常。在S308中，微型计算机111停止第一系统电路110的输出，即，使桥式电路150停止三相电动机的旋转驱动。
此外，在S400中，第二系统电路210的微型计算机211获取电池BAT2的端子(PB2)的检测值V2。在S402中，微型计算机211将检测值V2与预定阈值(第二阈值≠第一阈值)进行比较。在微计算机211在S402确定检测值V2超过预定阈值(第二阈值)的情况下，微计算机211在S404确定第二系统电路210正常。在微计算机211在S402中确定检测值V2小于或等于预定阈值(第二阈值)的情况下，微计算机211在S406中确定第二系统电路210异常。在S408中，微型计算机211停止第二系统电路210的输出，即，使桥式电路250停止三相电动机的旋转驱动。如上所述，通过将用于检测检测值的异常的阈值设置为在以冗余方式提供的两个系统中的对应部分之间不同，可以避免传感器被同时确定为异常的情况。
如上所述，在控制设备1中，属于各个系统的微型计算机111和211分别根据输入到微型计算机111和211的检测值旋转地驱动三相电动机，并且根据不同的标准检测各个系统的组件中的异常。结果，控制设备1可以避免系统同时停止。
此外，上面已经描述的是包括第一系统和第二系统并且控制要控制的设备的控制方法，第二系统是第一系统的冗余系统。该控制方法包括第一系统电路110(第一系统)和用于第一系统电路110的第二系统电路210(第二系统)，并且控制三相电动机。在第一系统电路110中，将诸如电池BAT1的端子(PB1)的预定部分(第一预定部分)的检测值与预先确定的阈值(第一阈值)进行比较，以检测第一系统电路110中异常的存在。在第二系统电路210中，将与电池BAT1的端子(PB1)相对应的电池BAT2的端子(PB2)的检测值与不同于第一阈值的预先确定的阈值(第二阈值)进行比较，以检测第二系统电路210中异常的存在。据此，通过将用于检测传感器的异常的阈值设置为系统之间不同的值，可以提供防止系统同时停止的控制方法。
作为思考第一阈值和第二阈值的方式，例如，一个是用于防止诸如点火或事故的危险事件的值，且另一个是用于防止性能下降的值。可替换地，一个是用于防止不可恢复事件的值，且另一个是用于防止可恢复事件的值。在异常无人看管的情况下发生的事件可以根据风险、危险、舒适等分为两个级别，并且可以设置能够防止相应事件发生的阈值。
注意，本发明不限于作为示例描述的实施例，并且可以用在不偏离权利要求的每一项中描述的内容的范围内的结构来实现。也就是说，尽管已经针对特定实施例具体示出和描述了本发明，但是应当理解，本领域技术人员可以在数量和另一种详细配置方面对上述实施例进行各种修改，而不脱离本发明的技术思想和目的的范围。
例如，在上述实施例中，第一系统电路110和第二系统电路210分别包括微型计算机111、211、预驱动器112、212和桥式电路150、250。然而，本发明不限于此。例如，可以只提供一个微型计算机，并且可以冗余方式提供预驱动器112、212和桥式电路150、250。如上所述，以冗余方式提供执行对系统电路的外部的输出的输出单元，从而可以以冗余方式提供外部系统。

Claims (5)

1.一种控制设备，包括第一系统和作为第一系统的冗余系统的第二系统，并且控制要控制的设备，所述控制设备包括：
第一异常检测器，被配置为检测构成第一系统的第一系统电路的异常；和
第二异常检测器，被配置为检测构成第二系统的第二系统电路的异常，
其中，第一异常检测器通过将第一系统电路的第一预定部分的检测值与第一阈值进行比较来检测第一系统电路的异常的存在，以及
其中，第二异常检测器通过将第二系统电路中第二预定部分的检测值与不同于所述第一阈值的第二阈值进行比较来检测第二系统电路的异常的存在，所述第二预定部分对应于所述第一预定部分。
2.根据权利要求1所述的控制设备，
其中，所述第一系统电路包括被配置为检测所述第一预定部分的检测值的第一预定部分检测器，
其中，所述第二系统电路包括被配置为检测所述第二预定部分的检测值的第二预定部分检测器，
其中，所述第一系统电路的第一预定部分的检测值是由所述第一预定部分检测器检测的电压值，以及
其中，所述第二系统电路的第二预定部分的检测值是由所述第二预定部分检测器检测的电压值。
3.根据权利要求1所述的控制设备，
其中，所述第一系统电路包括被配置为检测所述第一预定部分的检测值的第一预定部分检测器，
其中，所述第二系统电路包括被配置为检测所述第二预定部分的检测值的第二预定部分检测器，
其中，所述第一预定部分检测器被配置有第一-第一预定部分检测器和对于所述第一-第一预定部分检测器冗余的第一-第二预定部分检测器，
其中，所述第二预定部分检测器被配置有第二-第一预定部分检测器和对于所述第二-第一预定部分检测器冗余的第二-第二预定部分检测器，
其中，所述第一异常检测器根据第一-第一预定部分检测器的检测值和第一-第二预定部分检测器的检测值之间的差值是否小于第一阈值来检测第一预定部分检测器的异常的存在，以及
其中，所述第二异常检测器根据第二-第一预定部分检测器的检测值和第二-第二预定部分检测器的检测值之间的差值是否小于第二阈值来检测第二预定部分检测器的异常的存在。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，
其中，所述第一系统电路包括执行对外部的输出的第一输出单元，
其中，所述第二系统电路包括对于所述第一输出单元冗余的第二输出单元，
其中，所述第一系统电路的第一预定部分是所述第一输出单元的预定部分，以及
其中，所述第二系统电路的第二预定部分是所述第二输出单元的预定部分，所述第二预定部分与所述第一预定部分相同。
5.一种控制方法，包括第一系统和作为所述第一系统的冗余系统的第二系统，所述控制方法控制要控制的设备，所述控制方法包括:
通过将第一系统的第一预定部分的检测值与第一阈值进行比较来检测第一系统的异常的存在；以及
通过将第二系统的第二预定部分的检测值与不同于第一阈值的第二阈值进行比较来检测第二系统的异常的存在，所述第二预定部分对应于所述第一预定部分。
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