JP2006193050A - 制御装置およびそれを備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

制御装置およびそれを備えた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】割込周期がずれる異常時にも制御処理の継続が可能であり、また、正確な制御周期での制御処理を可能とする。
【解決手段】第1タイマ21は、所定の制御周期を計時してCPU30に割込を与える。CPU30は、割込を受けると、操舵トルクおよび車速に応じて電動モータを制御するための制御処理を実行する。第2タイマ22は、制御周期よりも長い異常判定周期を計時する。割込周期判定手段38は、第1タイマ21による割込発生周期が前記制御周期と一致しているかどうかを判定する。この割込周期判定手段38によって、前記割込発生周期と前記制御周期とが不一致であると判定されると、計時修正部36は、当該割込発生周期と前記制御周期との偏差に応じて、第1タイマ21の計時開始タイミングを修正する。
【選択図】 図2

Description

この発明は、周期的に割込処理を実行する制御装置、およびこのような制御装置を備えた電動パワーステアリング装置に関する。
従来から、ステアリングホイールの操作に応じて電動モータを駆動し、この電動モータの動力を操舵機構に伝達することによって操舵補助を行う電動パワーステアリング装置が車両に搭載されて用いられている。この電動パワーステアリング装置は、たとえば、前記の電動モータと、この電動モータを制御する電動パワーステアリング用ECU(電子制御ユニット)とを備えている。
電動パワーステアリング用ECUは、たとえば、前記電動モータにバッテリからの電力を供給するモータ駆動回路と、このモータ駆動回路にPWM駆動パルスを与えるPWM駆動パルス生成回路と、このPWM駆動パルス生成回路に対してPWMデューティを表す制御信号を与えるマイクロコンピュータとを含む。
マイクロコンピュータは、CPUとその周辺回路とで構成されている。この周辺回路には、一定の制御周期毎にマイクロコンピュータに割込を与えるタイマが備えられている。CPUは、タイマからの割込が与えられたことに応答して、電動モータを制御するための制御処理を実行する。これにより、一定の制御周期毎に制御処理を行うことができるようになっている。
CPUが暴走したときに、これをリセットするために、マイクロコンピュータには、カスタムICからなるリセット回路が付設されている。CPUは、制御処理の実行のたびに、監視パルスを生成してリセット回路に与える。リセット回路は、監視パルスの周期(時間間隔)を監視していて、この周期が一定時間を超えると、CPUにリセット信号を与える。これにより、CPUが暴走して、監視パルスを生成できないか、長時間に渡って監視パルスを生成しない異常状態に陥ると、リセット回路によってCPUがリセットされることにより、正常状態へと復帰するようになっている。
特開平8−6822号公報
しかし、前述のような構成では、タイマの異常等に起因して制御周期にずれが生じると、マイクロコンピュータをリセットするほかに対策がなく、電動パワーステアリング装置は、即座に、システム停止状態となる。これにより、操舵補助が突然停止されることになるため、運転者に著しい不快感を与えるおそれがある。
また、カスタムICからなるリセット回路には、さほど高精度のものが用いられるわけではなく、監視パルスの時間間隔が、制御周期に対して比較的大きなマージンをとって定めた一定時間を超えた場合に、CPUがリセットされることになる。そのため、制御周期の多少のずれは許容せざるを得ず、必ずしも適切な制御周期での制御処理を保証することができない。
そこで、この発明の目的は、制御周期がずれる異常時にも制御処理の継続が可能であり、また、正確な制御周期で制御処理を実行することができる制御装置、およびこのような制御装置を備えた電動パワーステアリング装置を提供することである。
前記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、所定の制御周期を計時して割込を発生する第1計時手段(21)と、この第1計時手段が割込を発生する周期を監視するために計時動作を行う第2計時手段(22)と、前記第1計時手段からの割込を受けて所定の制御処理を実行する制御手段(31)と、前記第1計時手段による割込発生時における前記第2計時手段の計時結果を参照して、前記第1計時手段による割込発生周期が前記制御周期と一致しているかどうかを判定する割込周期判定手段(38)と、この割込周期判定手段によって、前記割込発生周期と前記制御周期とが不一致であると判定されたときに、当該割込発生周期と前記制御周期との偏差に応じて、前記第1計時手段による計時動作を修正する計時修正手段(36)とを含むことを特徴とする制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下この項において同じ。
この構成によれば、第1計時手段は所定の制御周期を計時して割込を発生し、この割込を受けて、制御手段により、所定の制御処理が実行される。これにより、制御手段は、制御周期毎に所定の制御処理を実行できる。一方、第1計時手段が割込を発生する周期は、第2計時手段の計時結果を用いて監視される。すなわち、第1計時手段による割込発生時における第2計時手段の計時結果に基づき、第1計時手段による割込発生周期が制御周期と一致しているかどうかが判定される。これが不一致のときには、割込発生周期と制御周期との偏差に応じて、第1計時手段による計時動作が修正される。その結果、第1計時手段の割込発生周期が所定の制御周期からずれている場合であっても、制御手段には、制御周期毎に割込が与えられることになる。これにより、制御手段は、引き続き、制御周期毎に前記所定の制御処理を継続することができる。それとともに、割込発生周期のずれが補正されるので、正確な制御周期で制御処理を行うことができる。
前記第1計時手段は、前記制御周期を計時する毎にリセットされて計時を再開するものであってもよい。この場合に、前記計時修正手段は、前記割込発生周期と前記制御周期との偏差に応じて、前記第1計時手段による計時開始(再開)タイミングを制御するものであることが好ましい。この構成によれば、第1計時手段が制御周期の計時を完了する以前に割込を発生する異常が生じると、計時修正手段は、第1計時手段の計時開始タイミングをずらすことにより、割込発生周期を制御周期と一致させる。こうして、第1計時手段に異常が生じた場合でも、正確な制御周期で割込を発生させることができる。
また、前記第2計時手段は、前記第1計時手段よりも長い異常判定周期を計時する毎にリセットされて計時を再開するものであってもよい。この場合に、前記割込周期判定手段は、前回の割込発生時の前記第2計時手段の計時結果と、今回の割込発生時の前記第2計時手段の計時結果との差を前記割込発生周期として求める割込周期演算手段(33)と、この割込周期演算手段によって演算された割込発生周期と前記制御周期とを比較判定する比較手段(37)とを含むものであることが好ましい。前記比較手段は、割込周期演算手段によって演算された割込発生周期と前記制御周期との偏差を求める偏差演算手段(34)と、この偏差演算手段によって求められた偏差が実質的に零かどうかを判定する判定手段(35)とを含むものであってもよい。このような構成より、第2計時手段の計時結果に基づいて、第1計時手段による割込発生周期の異常を監視することができる。
請求項2記載の発明は、前記第1計時手段は、前記制御周期を計時する毎にリセットされて計時を再開するものであり、前記第2計時手段は、前記制御周期よりも長い異常判定周期を計時する毎に異常判定割込を発生するものであり、前記第1計時手段が前記異常判定周期内に発生する割込回数を計数する割込回数計数手段(41)と、前記第2計時手段からの異常判定割込を受けて、前記割込回数計数手段によって計数された割込回数が所定の下限しきい値に達しているかどうかを判定し、前記割込回数が前記下限しきい値に達していない場合に、割込停止異常が生じていると判定する割込停止判定手段(42)とをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の制御装置である。
この構成によれば、第2計時手段によって計時される異常判定周期内に第1計時手段が発生する割込回数が所定の下限しきい値に達していない場合に、割込停止異常が生じていると判定される。すなわち、第1計時手段からの割込が発生されていないか、この割込の発生周期が通常時よりも長くなっている異常(割込停止異常)が検出されることになる。
請求項3記載の発明は、前記制御手段が前記第1計時手段からの割込を受けて前記所定の制御処理を実行する毎に監視パルスを発生する監視パルス発生手段(32)と、この監視パルス発生手段によって発生される監視パルスの発生周期を監視し、この監視パルスの発生周期が所定のパルス周期異常判定時間に達したことに応答して当該制御装置をリセットするリセット手段(11)と、前記割込停止判定手段が割込停止異常が生じていると判定したことに応答して前記監視パルス発生手段による監視パルスの発生を禁止するパルス発生禁止手段(44)とをさらに含むことを特徴とする請求項2記載の制御装置である。
この構成によれば、割込停止異常が発生すると、監視パルスが発生されなくなり、その結果、リセット手段によって当該制御装置がリセットされることになる。こうして、第1計時手段からの割込が停止してしまった場合には、当該制御装置をリセットすることができる。
また、前記第1計時手段が、前記制御周期を計時する毎にリセットされて計時を再開するものであり、前記第2計時手段が、前記第1計時手段よりも長い異常判定周期を計時する毎に異常判定割込を発生するものである場合には、前記第2計時手段が前記異常判定周期を計時する間に前記第1計時手段が発生する割込回数を計時する割込回数計数手段(41)と、この割込回数計数手段によって計数された割込回数が所定の上限しきい値に達したときに、前記第2計時手段による異常判定割込発生に異常が生じていると判定する計時異常判定手段(42)とを含む構成としてもよい。この構成により、第2計時手段による異常判定割込が発生されないか、またはこの異常判定割込の発生周期が通常よりも長くなった場合に、異常が生じているものと判定することができる。
この場合には、さらに、前記制御手段が前記第1計時手段からの割込を受けて前記所定の制御処理を実行する毎に監視パルスを発生する監視パルス発生手段(32)と、この監視パルス発生手段によって発生される監視パルスの発生周期を監視し、この監視パルスの発生周期が所定のパルス周期異常判定時間に達したことに応答して当該制御装置をリセットするリセット手段(11)と、前記計時異常判定手段が第2計時手段による異常判定割込発生に異常が生じていると判定したことに応答して前記監視パルス発生手段による監視パルスの発生を禁止するパルス発生禁止手段(44)とをさらに含むことが好ましい。これにより、第2計時手段の異常判定割込の発生に異常が生じたときに、当該制御装置をリセットすることができる。
請求項4記載の発明は、操舵のための操作部材(1)の操作量を検出する操作量検出手段(3)と、操舵機構(2)に操舵補助力を与えるための動力を発生する電動モータ(M)と、この電動モータを制御するための前記請求項1ないし3のいずれかに記載の制御装置(10)とを含み、前記制御手段は、前記操作量検出手段によって検出された操作量に応じて前記電動モータを駆動制御するための制御処理を実行するものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
この構成によれば、第1計時手段による割込の発生周期にずれが生じたときには、この第1計時手段による計時動作を修正することにより、所定の制御周期で割込が発生し、これに応じて電動モータを駆動制御するための制御処理が行われる状態を継続することができる。こうして、電動パワーステアリング装置による操舵補助が突然停止される事態を回避して、運転者に著しい不快感を与えることを回避できる。それとともに、第1計時手段による割込発生周期のずれによらずに、正確な制御周期で電動モータを駆動制御できるため、優れた操舵フィーリングを実現することができる。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成例を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両に搭載されて用いられ、操舵のための操作部材としてのステアリングホイール1の操作に応じて電動モータMを駆動し、この電動モータMが発生する動力を操舵機構2に機械的に伝達することによって操舵補助を行うものである。
この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール1に加えられた操舵トルクを操作量として検出する操作量検出手段としてのトルクセンサ3と、制御装置としての電動パワーステアリング用ECU(電子制御ユニット)10とを備えている。ECU10には、車両の速度(車速)を検出する車速センサ4の出力信号が与えられている。そして、このECU10は、トルクセンサ3および車速センサ4からの信号に基づき、電動モータMを駆動制御する。
ECU10は、マイクロコンピュータ20と、PWM(パルス幅変調)パルス生成回路15と、モータ駆動回路16と、電流検出回路17とを備えている。マイクロコンピュータ20は、操舵トルク、車速および電動モータMに流れる電流に基づいて、電動モータMを制御するための制御信号を生成して、PWMパルス生成回路15に与える。PWMパルス生成回路15は、与えられた制御信号に対応するデューティのPWMパルスを生成してモータ駆動回路16に入力する。このモータ駆動回路16は、PWMパルス生成回路15から与えられるPWMパルスに基づいてオン/オフされる複数のスイッチング素子を含み、前記制御信号に対応する電流を電動モータMに供給する。そして、モータ駆動回路16から電動モータMに供給される電流(モータ電流)が、電流検出回路17によって検出されて、その検出結果がマイクロコンピュータ20にフィードバックされるようになっている。
マイクロコンピュータ20は、CPU30と、その周辺回路とを含む。周辺回路には、CPU30に動作クロックを供給するクロック発生器23と、トルクセンサ3からの信号をディジタル信号に変換するA/D変換器24と、車速センサ4からの信号をディジタル信号に変換するA/D変換器25と、CPU30の動作プログラム等を記憶したメモリ26とが含まれている。さらに、前記周辺回路には、所定の制御周期を計時してCPU30に対する割込を発生する第1タイマ21と、前記制御周期よりも長い異常判定周期を計時する毎に異常判定割込をCPU30に与える第2タイマ22とが含まれている。
第1タイマ21は、所定の制御周期(200μ秒)を計時する毎にリセットされて計時を再開するものである。また、第2タイマ22は、前記制御周期よりも長い異常判定周期(たとえば5m秒)を計時する毎にリセットされて計時を再開するものである。
CPU30は、メモリ26に記憶された動作プログラムに基づいて、電動モータMを制御するための制御処理を実行する。この制御処理は、第1タイマ21からの割込が与えられる毎に実行される。これによって、電動モータMを駆動制御するための制御処理が前記制御周期毎に繰り返し実行されることになる。
ECU10には、さらに、リセット回路11が備えられている。CPU30は、前記の制御処理を実行する毎にリセット回路11に対して監視パルスを与える。リセット回路11は、この監視パルスによってリセットされて計時を再開するタイマ回路(いわゆるウォッチドッグタイマ)からなり、所定のパルス周期異常判定時間まで計時すると、CPU30にリセット信号を与える。すなわち、CPU30が暴走して、パルス周期異常判定時間にわたって監視パルスを生成することができない状態に至ると、リセット回路11によってCPU30がリセットされ、その結果、マイクロコンピュータ20を初期化するためのリセット処理が行われることになる。
図2は、CPU30の機能的な構成を説明するためのブロック図である。CPU30は、メモリ26に記憶されたプログラムを実行することにより、実質的に複数の機能処理部としての働きを有することになる。この複数の機能処理部には、トルクセンサ3が検出する操舵トルクおよび車速センサ4が検出する車速に基づいて電動モータMに供給すべき目標電流値を演算し、この目標電流値を達成するための制御信号をPWMパルス生成回路15に与えるための制御部31が含まれている。
さらに、前記複数の機能処理部には、制御部31が前記の制御処理を実行する毎に監視パルスを発生する監視パルス発生部32が含まれている。また、前記複数の機能処理部には、第1タイマ21が割込を発生する毎に第2タイマ22の計時結果を参照して割込発生周期を求める割込周期演算部33と、求められた割込発生周期と前記制御周期との偏差を演算する偏差演算部34と、この偏差が実質的に零かどうかを判定する判定部35と、前記偏差が実質的に零でない場合、偏差演算部34によって求められた偏差に基づいて第1タイマ21の計時開始タイミングを修正する計時修正部36とが含まれている。
割込周期演算部33は、前回の割込発生時の第2タイマの計時結果と、今回の割込発生時の第2タイマの計時結果との差を割込発生周期として求めるものである。偏差演算部34および判定部35は、割込周期演算部33によって演算された割込発生周期と前記制御周期とを比較判定する比較手段37を構成している。そして、この比較手段37と割込周期演算部33とによって、割込周期判定手段38が構成されている。
計時修正部36は、偏差演算部34によって求められた偏差に基づいて第1タイマ21の計時開始(再開)タイミングを補正するものであり、これにより、第1タイマ21から制御部31に与えられる割込が、所定の制御周期で正確に発生されることになる。
CPU30のプログラム処理によって実現される前記複数の処理部には、さらに、第2タイマ22が計時する異常判定周期内に第1タイマ21が発生する割込回数を計数する割込回数計数手段としての割込回数カウンタ41と、この割込回数カウンタ41によって計数された割込回数を所定の下限しきい値と比較する割込停止判定部42と、前記割込回数カウンタ41によって計数された割込回数を所定の上限しきい値と比較する計時異常判定手段としてのタイマ異常判定部43と、割込停止判定部42およびタイマ異常判定部43による判定結果を受けて、監視パルス発生部32による監視パルスの発生を禁止するパルス発生禁止部44とが含まれている。割込回数カウンタ41は、第1タイマ21が割込を発生する毎にカウントアップし、第2タイマ22からの異常判定割込によってリセットされるカウンタである。
割込停止判定部42は、割込回数カウンタ41によって計数された割込回数が下限しきい値に達していない場合に、第1タイマ21からの割込発生が停止している異常(割込停止異常)が生じていると判定し、パルス発生禁止部44に対して監視パルスの発生を停止させるための指令を与える。一方、タイマ異常判定部43は、割込回数カウンタ41によって計数された割込回数が所定の上限しきい値に達している場合に、パルス発生禁止部44に対して監視パルスの発生を停止させるための指令を与える。
前記上限しきい値は、前記下限しきい値よりも大きく定められている。また、前記上限しきい値は、第2タイマ22によって計時される異常判定周期内に正常な状態の第1タイマ21が発生する可能性のある割込回数に等しいか、それよりも僅かに多い値に定められている。タイマ異常判定部43において、割込発生回数が上限しきい値に達していると判定される場合とは、第2タイマ22に異常が生じている場合である。この場合、割込回数カウンタ41のカウント値がリセットされないので、その計数値が前記上限しきい値に達することになる。
第1タイマ21からの割込発生周期にずれや異常が生じると、計時修正部36によって第1タイマ21の計時開始タイミングがずらされる。これにより、制御部31は、第1タイマ21の異常によらずに、前記制御周期毎に割込を受けることになる。
図3は、実際の動作例を説明するためのタイムチャートであり、図3(a)は第1タイマ21の計時時間(タイマ値)の時間変化を示し、図3(b)は、第2タイマ22の計時時間(タイマ値)の時間変化を示している。
第2タイマ22は、異常判定周期(たとえば5m秒)にわたって計時を継続した後に、リセットされて計時を再開するように繰り返し動作するようになっている。一方、第1タイマ21は、異常判定周期よりもはるかに短い制御周期(たとえば200μ秒)にわたって計時を継続した後にリセットされて計時を再開するように繰り返し動作するようになっている。
したがって、第2タイマ22によって計時される異常判定周期内において、第1タイマ21は、制御周期ずつの計時を繰り返し実行して、制御部31に対して制御周期毎に割込を与える。この割込のタイミング毎に、第2タイマ22のタイマ値が取得されて、割込周期演算部33(図2参照)により、割込発生周期が求められることになる。
第1タイマ21に何らかの異常が発生して、参照符号A1で示すように、この第1タイマ21が、その計時動作の開始から、制御周期よりも短い時間(たとえば100μ秒)で割込を発生する異常状態に陥った場合を想定する。この場合、割込周期演算部33、偏差演算部34および判定部35の働きによって、割込発生周期に異常が生じたことが直ちに検出される。
このとき、計時修正部36は、偏差演算部34によって求められる偏差(200μ秒−100μ秒)の分だけ、第1タイマ21の計時開始タイミングを遅延させるように、この第1タイマ21を制御する。その結果、参照符号A2で示すように、前記偏差の分(100μ秒)の停止時間の後に、第1タイマ21が計時を開始し、100μ秒後に再び割込を発生する。したがって、ただちに、所定の制御周期(200μ秒)毎に割込が発生して制御部31に与えられる状態に復帰することになる。こうして、第1タイマ21に異常が生じた場合であっても、制御部31は、所定の制御周期毎に電動モータMを駆動制御するための制御処理を継続することができ、いわゆる延命制御を行うことができる。
ただし、第1タイマ21に異常が生じているため、永続的に制御をするのは不都合であるので、操舵補助力を少しずつ低下させることで、運転者に与える不快感を低減させる。
一方、参照符号A3で示すように、第1タイマ21に異常が発生して、割込が全く発生されなくなる場合も考えられる。この場合には、第2タイマ22によって計時される異常判定周期内における割込発生回数が所定の下限しきい値に満たなくなり、パルス発生禁止部44(図2参照)によって、監視パルスの発生が禁止される。これにより、リセット回路11(図1参照)の働きによって、マイクロコンピュータ20がリセットされて初期化されることになる。
以上のように、この実施形態によれば、第1タイマ21による割込発生周期にずれが生じれば、このずれが計時修正部36などの働きによって修正されるので、いわゆる延命制御が可能であり、かつ、制御部31に、正確な制御周期で制御処理を実行させることができる。これにより、電動モータMの駆動制御が突然停止して操舵補助が中止されることにより運転者に著しい不快感を与えることを防止できるとともに、通常時には、正確な制御周期による電動モータMの制御によって、優れた操舵フィーリングを実現することができる。
一方、第1タイマ21からの割込の発生が停止した場合や、第2タイマ22に故障が生じた場合には、CPU30からの監視パルスの発生が禁止されることにより、リセット回路11の働きによって、マイクロコンピュータ20を確実にリセットすることができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、前記の実施形態では、この発明が電動パワーステアリング装置に適用された例について説明したが、この発明に係る制御装置は、電動パワーステアリング装置以外の制御装置に対しても同様に適用することができるものである。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成例を説明するためのブロック図である。 前記電動パワーステアリング装置の制御装置としてのECUに備えられたCPUの機能的な構成を説明するためのブロック図である。 実際の動作例を説明するためのタイムチャートである。
符号の説明
1…ステアリングホイール、20…マイクロコンピュータ、37…比較手段、38…割込周期判定手段

Claims (4)

  1. 所定の制御周期を計時して割込を発生する第1計時手段と、
    この第1計時手段が割込を発生する周期を監視するために計時動作を行う第2計時手段と、
    前記第1計時手段からの割込を受けて所定の制御処理を実行する制御手段と、
    前記第1計時手段による割込発生時における前記第2計時手段の計時結果を参照して、前記第1計時手段による割込発生周期が前記制御周期と一致しているかどうかを判定する割込周期判定手段と、
    この割込周期判定手段によって、前記割込発生周期と前記制御周期とが不一致であると判定されたときに、当該割込発生周期と前記制御周期との偏差に応じて、前記第1計時手段による計時動作を修正する計時修正手段とを含むことを特徴とする制御装置。
  2. 前記第1計時手段は、前記制御周期を計時する毎にリセットされて計時を再開するものであり、
    前記第2計時手段は、前記制御周期よりも長い異常判定周期を計時する毎に異常判定割込を発生するものであり、
    前記第1計時手段が前記異常判定周期内に発生する割込回数を計数する割込回数計数手段と、
    前記第2計時手段からの異常判定割込を受けて、前記割込回数計数手段によって計数された割込回数が所定の下限しきい値に達しているかどうかを判定し、前記割込回数が前記下限しきい値に達していない場合に、割込停止異常が生じていると判定する割込停止判定手段とをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の制御装置。
  3. 前記制御手段が前記第1計時手段からの割込を受けて前記所定の制御処理を実行する毎に監視パルスを発生する監視パルス発生手段と、
    この監視パルス発生手段によって発生される監視パルスの発生周期を監視し、この監視パルスの発生周期が所定のパルス周期異常判定時間に達したことに応答して当該制御装置をリセットするリセット手段と、
    前記割込停止判定手段が割込停止異常が生じていると判定したことに応答して前記監視パルス発生手段による監視パルスの発生を禁止するパルス発生禁止手段とをさらに含むことを特徴とする請求項2記載の制御装置。
  4. 操舵のための操作部材の操作量を検出する操作量検出手段と、
    操舵機構に操舵補助力を与えるための動力を発生する電動モータと、
    この電動モータを制御するための前記請求項1ないし3のいずれかに記載の制御装置とを含み、
    前記制御手段は、前記操作量検出手段によって検出された操作量に応じて前記電動モータを駆動制御するための制御処理を実行するものであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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