JP2006268884A - アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズによる誤動作を防止できるアクチュエータ制御装置を提供する。
【解決手段】 ノイズを検出した際に（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、過電流検出のしきい値を通常の基準値よりも高めて（Ｓ１０４）、保護動作開始を判断するため（Ｓ１１２）、ノイズにより保護動作が誤って開始されるのを防ぐことができる。また、過電流検出時間を通常の基準時間より長くし（Ｓ１０６）、保護動作開始を判断するため（Ｓ１１２）、ノイズにより保護動作が誤って開始されるのを防ぐことができる。これにより、ノイズによる誤動作を防止できるアクチュエータ制御装置を提供できる。
【選択図】 図９

Description

この発明は、入力値に対応させてアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置に関するものである。

入力値に対応させてアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置、例えば、電気式動力舵取装置は、トルクセンサにより操舵トルクを検出し、操舵トルクに応じてモータを駆動することで操舵アシストを行っている。ここで、トルクセンサは、車両の操舵ステアリングに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に配設されたトーションバーの捻れ量から操舵トルクを検出している。そして、電気式動力舵取装置の制御装置が、該検出した操舵トルクに応じて、モータを駆動し操舵をアシストする。

係るアクチュエータ制御装置、特に車載されるアクチュエータ制御装置においては、電波ノイズにより誤動作が生じないように対策が取られている。ここで、ノイズ低減策としては、信号ラインのインピーダンスを下げる、信号ラインにＥＭフィルタ等のノイズ吸収素子を付ける、グランド、電源を供給するための配線Ｖｃｃパターンを大きく取る等の種々の対策が採用されている。
特開平０５−２８６４５２号公報 特開昭６１−２４８１０２号公報 特開昭６２−０５７００１号公報 実開昭６０−１１２８０３号公報 特開平０４−０３３１０１号公報

しかしながら、上述したノイズ低減策は、各信号ラインに対策素子を付加したり、大面積のグランド、Ｖｃｃパターンを設ける必要があり、基板を大型化させ、また、多層基板が必要となり、コスト上昇の原因となった。さらに、電波ノイズ対策を施しても、照射される電界強度が高くなれば、誤動作が避けられなかった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ノイズによる誤動作を防止できるアクチュエータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、第１入力に対応させてアクチュエータを制御すると共に、第２の入力に応じて保護動作を行うアクチュエータ制御装置において、
ノイズを検出した際に、第２の入力に応じた保護動作開始の判断方法を変更することを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、ノイズを検出した際に、第２の入力に応じた保護動作開始の判断方法を変更するため、ノイズにより保護動作が誤って開始されるのを防ぐことができる。

請求項２の発明は、前記第２の入力に応じた保護動作開始の判断方法の変更は、保護動作開始の第２入力値のしきい値を高めることにより行うことを技術的特徴とする。

請求項２の発明では、ノイズを検出した際に、保護動作開始の第２入力値のしきい値を高めて、第２の入力に応じて保護動作開始を判断するため、ノイズにより保護動作が誤って開始されるのを防ぐことができる。

請求項３の発明は、前記第２の入力に応じた保護動作開始の判断方法の変更は、しきい値を越える前記第２の入力の継続時間を長くすることにより行うことを技術的特徴とする。

請求項３の発明では、ノイズを検出した際に、しきい値を越える第２の入力の継続時間を長くし、第２の入力に応じて保護動作開始を判断するため、ノイズにより保護動作が誤って開始されるのを防ぐことができる。

以下、本発明のアクチュエータ制御装置の第１参考例に係る電気式動力舵取装置について図を参照して説明する。この第１参考例は、後述する第１実施形態の前提となる構成を備えている。
図１は第１参考例の電気式動力舵取装置の制御構成を示すブロック図である。電気式動力舵取装置は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１２と、トルクセンサ１２からの操舵トルク及び車速センサ１４からの車速に基づきモータ指令トルク（操舵アシスト量）を演算する制御装置２０と、該制御装置２０からのモータ指令トルクに応じてモータＭを制御するモータ駆動回路３０とからなる。

トルクセンサ１２は、車両の操舵ステアリングに連結された入力軸と操舵機構に連結された出力軸との間に配設されたトーションバーの捻れ量から操舵トルクを検出する。制御装置２０は、ＣＰＵ２２と、該ＣＰＵ２２とトルクセンサ１２及び車速センサ１４とを接続するためのインターフェイス２４とから構成されている。

該制御装置２０とモータ駆動回路３０の制御系について、図２のブロック図に示す。トルクセンサ１２からの出力（操舵トルク：電圧値）は、ノイズを除去すると共にＡ／Ｄ変換を行うフィルタ回路４２を介して位相補償手段４４へ出力される。該位相補償手段４４は、検出値を微分することで位相を進め、操舵アシストの遅れを補償する。即ち、検出値に基づき指令値を演算すると、演算完了までに一定の時間がかかり、この一定時間が、検出値に対する指令値の遅れとなるため、現在の検出値に基づいて指令値を求めると、操舵アシストを適正に制御し得ない。このため、該位相補償手段４４が操舵トルクＴsの位相を進める。

一方、車速センサ１４からの車速値は、車速パルス検出手段６０にて波形成形され、車速重み関数決定手段６２にて、重み付け関数にて車速に応じた重み付けが行われる。即ち、図３中に示す重み付け関数のマップ６２ＡがＣＰＵ２２のＲＯＭ等に記憶されており、車速に応じて記憶されたマップを検索することで、例えば、車速０ｋｍ／ｈの際には“１”を出力し、１００ｋｍ／ｈの際には“０．２”を出力する。これにより、操舵アシスト量を車速に応じて重み付けを行うことでステアリングを操作する際、低速時に操舵を軽く、反対に、高速時に操舵を重くしている。

また、第１参考例の電気式動力舵取装置においては、操舵トルクが所定値よりも小さいときには、該操舵トルクに応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設ける。即ち、不感帯を設けることで、中、高速走行時のステアリング中立付近での剛性感を高め、操舵フィーリングを高めている。このため、図３に示ようにトルクセンサ１２からの操舵トルクＴsに応じて、操舵トルクＴs−モータ指令トルクＴmのマップ４６Ａを検索して、指令トルクＴmが決定される。ここで、該操舵トルクＴs−モータ指令トルクＴmのマップ４６Ａには、不感帯が設定されており、不感帯幅よりも小さな操舵トルクのときは、指令トルクＴmが０として出力される。

アシストトルク決定手段４６は、該位相補償手段４４からの操舵トルクＴsと、車速重み関数決定手段６２からの重み付け値Ｗaから、モータＭによるアシスト量を決定する。即ち、アシストトルク決定手段４６は、図３中を参照して上述した操舵トルクＴs−モータ指令トルクＴmのマップ４６Ａと、ノード４６Ｂとの機能を有しており、入力された操舵トルクＴsに対応するモータ指令トルクＴmをマップを検索して求め、ノード４６Ｂにて、該検索したモータ指令トルクＴmと車速重み関数決定手段６２からの重み付け値Ｗaとを積算、即ち、モータ指令トルクＴmを車速で補正し、補正したモータ指令トルクＴm’を出力する。

電流指令決定手段４８は、アシストトルク決定手段４６からのモータ指令トルクＴm’をモータＭにて発生させるための電流指令値を決定する。この電流値が、モータ電流をフィードバックするノード４９を介して増幅手段５０へ出力される。該増幅手段５０は、入力された値を増幅してＰＷＭ回路５２へ出力する。ＰＷＭ回路５２は、増幅手段５０により出力された値に応じて、バッテリ（図示せず）からの電圧をＯＮ−ＯＦＦするＰＷＭ制御を行い、モータ指令トルクＴm’に応じたトルクを発生させ、操舵をアシストする。モータ出力は、ゲインＫで、ノード４９へフィードバックされる。

なお、上述したフィルタ回路４２、位相補償手段４４、アシストトルク決定手段４６、車速パルス検出手段６０、車速重み関数決定手段６２の機能を、図１中の制御装置２０が果たし、電流指令決定手段４８、ノード４９，増幅手段５０、ＰＷＭ回路５２をモータ駆動回路３０が備える。

第１参考例のＣＰＵ２２は、１チップのマイクロコンピュータから成り、入力端子を利用してノイズレベルを検出するように構成されている。
このノイズレベル検出のための構成について、図４（Ａ）を参照して説明する。ＣＰＵ２２には、入力端子Ｐｉ１〜Ｐｉ８と、出力端子Ｐｏ１〜Ｐｏ６が設けられており、入力端子Ｐｉ８は、Ａ／Ｄ変換入力として構成されている。該入力端子Ｐｉ８には、５Ｖの定電圧とアースとの間に同じ抵抗値の抵抗Ｒ１、Ｒ２がラインＬ１を介して接続されており、２．５Ｖが印加される。ここで、該ＣＰＵ２２は、入力端子Ｐｉ８での電圧レベルを監視しており、電波ノイズが重畳することで、電圧レベルが変動すると、ノイズ有りと判断し、後述するノイズ対策処理を開始する。

図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）は、図４（Ａ）の構成の改変例を示している。図４（Ｂ）に示す接続例では、ＣＰＵ２２の入力端子Ｐｉ８には、抵抗Ｒ３を介してアース（又は電源Ｖｃｃ）が接続されている。また、図４（Ｃ）に示す接続例では、細くて長いハイインピーダンスのラインＬ２（好ましくは、パターンを蛇行させインダクタンスを上げる）が接続されている。更に、図４（Ｄ）に示す例では、コンデンサＣと接地された抵抗Ｒ４からなるハイパスフィルタに接続され、該ハイパスフィルタを介して高周波ノイズのみが入力端子Ｐｉ８へ印加されるように構成されている。図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）に示す接続例でも、図４（Ａ）と同様に１チップのマイクロコンピュータからなるＣＰＵ２２の入力端子にてノイズを検出することができる。

なお、図４に示す接続例以外にも、バスバー、又は、マイクロコンピュータの空端子（足）を用いて、ノイズを検出することができ、更に、マイクロコンピュータのＡ／Ｄ端子ではなく、デスクリートにＡ／Ｄ変換回路を構成し、このＡ／Ｄ変換回路の出力をＣＰＵに接続することも可能である。

引き続き、第１参考例に係る電気式動力舵取装置のＣＰＵ２２によるノイズ検出及びノイズ対策処理について、図５及び図６のフローチャートを参照して説明する。なお、このノイズ検出及びノイズ対策処理は所定時間間隔で行われる。 図５は、ノイズ検出処理を示している。ＣＰＵ２２は、入力端子Ｐｉ８の電圧レベルに基づき電波ノイズが信号線に重畳しているかを判断する（Ｓ１２）。ここで、電圧レベルが上述した２．５Ｖ±０．１Ｖ以上変化しているときには（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ノイズ検出フラグをセットする（Ｓ１４）。一方、電圧レベルの変動が上述した±０．１Ｖ未満のときには（Ｓ１２：Ｎｏ）、ノイズ検出フラグをクリアする（Ｓ１６）。以上が、後述する第１実施形態の前提となる構成である。

図６を参照して、ノイズ対策処理について説明する。先ず、ノイズ検出フラグがセットされているかを判断する（Ｓ２０）。ノイズ検出フラグが設定されていないときには（Ｓ２０：Ｎｏ）、モータＭに過電流が流れ、フェイルセーフ動作を行う必要があるかを判断する（Ｓ２２）。ここで、フェイルセーフ動作の必要がない場合には（Ｓ２２：Ｎｏ）、処理を終了する。一方、フェイルセーフ動作の必要がある際には（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、フェイルセーフ処理、例えば、モータ電流の停止等の処理を行う（Ｓ２４）。

一方、上述したノイズ検出フラグがセットされているかのＳ２０の判断において、ノイズ検出フラグが設定されている際には（Ｓ２０）、フェイルセーフの検出を行わないようにＳ２６へ進む。該Ｓ２６では、制御定数を変更することで、フィードバックの応答性を下げ、ノイズの影響を低減させる。具体的には、図２中に示すモータ出力のフィードバックゲインＫの値を下げる。更に、動作制御レベルを変更することで、ノイズの影響を低減させる（Ｓ２８）。具体的には、最大出力として１２００Ｗまで発生させるモータＭに、ノイズフラグが設定されている間は、最大出力８００Ｗまでに留め、操舵アシストを行う。

この第１参考例では、ノイズを検出する入力端子Ｐｉ８に接続されたラインＬ１上の電圧レベルに基づきノイズを検出するため、センサを用いることなくノイズレベルを検出することができる。また、ノイズを検出した際に、制御方法（制御定数）を変更し、応答性を下げるため、ノイズによる誤動作を防止することができる。また、ノイズを検出した際に、制御動作レベル（モータ最大出力）を１２００Ｗから８００Ｗまで狭めるため、ノイズにより大きな誤動作が生じることを防止できる。特に、ノイズを検出した際に、フェイルセーフの検出を中止するため、ノイズによるフェイルセーフの誤動作を防止することができる。更に、従来技術において行われていたノイズ軽減のための素子の付加、パターンの拡大を必要としないため、制御回路２０を廉価且つ小型に形成することができる。

引き続き、本発明の第２参考例に係る電気式動力舵取装置について説明する。第２参考例の電気式動力舵取装置は、ノイズ対策処理を除き、第１参考例と同様であるため、当該ノイズ対策処理についてのみ図７を参照して説明する。
ＣＰＵ２２は、ノイズ検出フラグがセットされているかを判断する（Ｓ６２）。ここで、ノイズ検出フラグが設定されていないときには（Ｓ６２：Ｎｏ）、入力に対する出力を決定する（Ｓ６６）。具体的には、図３を参照して上述したように、入力された操舵トルクＴsに対応するモータ指令トルクＴmをマップを検索して求め、モータ指令トルクＴmを車速で補正し、補正したモータ指令トルクＴm’を出力する。

一方、ノイズ検出フラグが設定されている際には（Ｓ６２：Ｙｅｓ）、検出した車速値にノイズが重畳して信頼性が低下しているため、モータ指令トルクＴmの車速による補正を停止し、モータ指令トルクＴm’を出力する（Ｓ６４）。

この第２参考例では、ノイズを検出した際に、モータの補正制御を停止するため、ノイズによる誤動作を防止することができる。この第２参考例では、補正制御を中止したが、この代わりに、モータＭによるアシストそのものを中止することも可能である。

第３参考例に係る電気式動力舵取装置のノイズ対策処理について、図８を参照して説明する。この第３参考例では、ノイズを検出した際に、モータＭによる操舵アシスト量を固定量にする。そして、この固定量に切り替える際に、運転者に違和感を与えないように徐々に固定量まで移行する。
ＣＰＵ２２は、先ず、ノイズ検出フラグが設定されているかを判断し（Ｓ８２）、設定されていないときには（Ｓ８２：Ｎｏ）、第２参考例のＳ６６と同様に、入力（操舵トルクＴs）に対する出力（モータ指令トルクＴm）を決定する（Ｓ８８）。

一方、ノイズ検出フラグが設定されているときには（Ｓ８２：Ｙｅｓ）、現在のモータ指令トルク値が予め定められた固定値であるか判断する（Ｓ８４）。モータ指令トルク値が固定値と異なる際には（Ｓ８４：Ｎｏ）、モータ指令トルク値が固定値よりも大きいかを判断し（Ｓ８６）、現出力（モータ指令トルク値）が固定値よりも大きい場合には（Ｓ８６：Ｙｅｓ）、現出力（モータ指令トルク値）から所定値α下げた値を出力とする（Ｓ９４）。反対に、現出力（モータ指令トルク値）が固定値よりも小さい場合には（Ｓ８６：Ｎｏ）、現出力を所定値α上げる（Ｓ９２）。このαの加算、又は、減算を繰り返し、現在のモータ指令トルク値が固定値に等しくなると（Ｓ８４：Ｙｅｓ）、出力を固定値にする（Ｓ９０）。そして、ノイズ検出フラグがクリアされると（Ｓ８２：Ｎｏ）、上述したように入力に対して出力を決定する（Ｓ８８）。なお、ノイズ検出フラグがクリアされ、再び入力に対して出力を決定する場合には、固定値から徐々に、当該入力に応じて決定される出力値へ移行させるのが好適である。

第３参考例では、ノイズを検出した際に、アクチュエータの制御を固定制御にするため、ノイズによる誤動作を防止することができる。また、固定制御にする際に、出力値を徐々に変えていくため、運転者に違和感を与えることがない。

[第１実施形態]
第１実施形態に係る電気式動力舵取装置のノイズ対策処理について、図９を参照して説明する。この第１実施形態では、前述した第１参考例の構成を前提とし、ノイズを検出した際に、モータＭに過電流が流れているかの判断を、誤りを避けるため基準を高めて判断を行う。
ＣＰＵ２２は、先ず、ノイズ検出フラグが設定されているかを判断し（Ｓ１０２）、設定されていないときには（Ｓ１０２：Ｎｏ）、過電流検出のしきい値ＩMを基準値Ａ（例えば、１００Ａ）に設定し（Ｓ１０８）、更に、過電流検出時間を基準値Ｃ（例えば、１秒）に設定し、基準値Ａ以上の電流が時間Ｃ以上継続するかで過電流が流れたかを判断する（Ｓ１１２）。そして、過電流が流れたと判断した際に（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、図示しない過電流の警告灯を点灯する（Ｓ１１４）。

一方、ノイズ検出フラグが設定されているときには（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、過電流検出のしきい値ＩMを上述した基準値Ａよりも高いＢ（例えば、１２０Ａ）に設定し（Ｓ１０４）、更に、過電流検出時間を基準値Ｃよりも長いＤ（例えば、２秒）に設定し、基準値Ｂ以上の電流が時間Ｄ以上継続するかで過電流かを判断する（Ｓ１１２）。そして、過電流が流れたと判断した際に（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、図示しない過電流の警告灯を点灯する（Ｓ１１４）。

第１実施形態では、ノイズを検出した際に、電圧検出のしきい値ＩMを高めて、また、しきい値を越える電流の継続時間を長くし、過電流かを判断するため、ノイズにより誤って警告灯が点灯されるのを防ぐことができる。なお、第１実施形態では、しきい値を越える電流の継続時間を長くして判断したが、この代わりに、判定に必要とするサンプリングの回数を増やすことも可能である。

第４参考例に係る電気式動力舵取装置のノイズ対策処理について、図１０を参照して説明する。この第４参考例では、ノイズレベルに応じて出力を補正する。
ＣＰＵ２２は、図３を参照して上述したように、入力された操舵トルクＴsに対応するモータ指令トルクＴmをマップを検索して求め、モータ指令トルクＴmを車速で補正し、補正したモータ指令トルクＴm’を算出する（Ｓ１２２）。次に、ノイズが検出されるかを判断し（Ｓ１２４）、ノイズが検出されないときには（Ｓ１２４：Ｎｏ）、処理を終了する。

一方、ノイズが検出された場合には（Ｓ１２４：Ｙｅｓ）、ノイズレベルを判断する（Ｓ１２６）。例えば、図４（Ａ）を参照して上述した接続例において、入力端子Ｐｉ８で２．６Ｖが検出された際には、レベル１０と判断し、該レベル１０に応じて出力（モータ指令トルクＴm’）を補正する（Ｓ１２８）。即ち、ノイズの重畳により操舵トルクＴs値が高く検出されているため、ノイズレベルに応じて、操舵トルクＴsに応じたモータ指令トルクＴm’を下げるように補正する。

第５参考例に係る電気式動力舵取装置のノイズ対策処理について、図１１を参照して説明する。この第５参考例では、ノイズレベルに応じてノイズへの対応方法を異ならしめる。

先ず、ノイズが検出されないときには（Ｓ１４０：Ｎｏ）、入力された操舵トルクＴsに対応するモータ指令トルクＴmをマップを検索して求め、モータ指令トルクＴmを車速で補正し、補正したモータ指令トルクＴm’を算出する（Ｓ１４２）。

一方、ノイズが検出された際には（Ｓ１４０：Ｙｅｓ）、ノイズレベルが高いか否かを判断し（Ｓ１４４）、ノイズレベルが低い際には（Ｓ１４４：Ｎｏ）、入力されるアナログ値の誤差が大きくなっているため、第２参考例のＳ６４と同様に、車速によるモータ指令トルクＴm’の補正を停止する（Ｓ１４８）。一方、ノイズレベルが高いときには（Ｓ１４４：Ｙｅｓ）、入力されるアナログ値の信頼性が非常に低くなっているため、第３参考例のＳ９０と同様にモータ指令トルクＴm’を固定値とする（Ｓ１４６）。

上述した実施形態では、本発明のアクチュエータ制御装置を電気式動力舵取装置に適用する例を挙げたが、本発明の構成は種々のアクチュエータの制御装置に適用可能であることは言うまでもない。

本発明の第１参考例に係る電気式動力舵取装置の制御構成を示すブロック図であり、本発明の第１実施形態の前提となる構成である。 制御装置とモータ駆動回路との制御系のブロック図であり、本発明の第１実施形態の前提となる構成である。 アシストトルク決定手段及び車速重み関数決定手段に保持されているマップの内容を示す説明図であり、本発明の第１実施形態の前提となる構成である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、ＣＰＵを構成するマイクロコンピュータの入力端子への接続例を示す回路図であり、本発明の第１実施形態の前提となる構成である。 第１参考例のＣＰＵによるノイズ検出処理のフローチャートである。 第１参考例のＣＰＵによるノイズ対策処理のフローチャートである。 第２参考例のＣＰＵによるノイズ対策処理のフローチャートである。 第３参考例のＣＰＵによるノイズ対策処理のフローチャートである。 第１実施形態のＣＰＵによるノイズ対策処理のフローチャートである。 第４参考例のＣＰＵによるノイズ対策処理のフローチャートである。 第５参考例のＣＰＵによるノイズ対策処理のフローチャートである。

符号の説明

１２ トルクセンサ
１４ 車速センサ
２０ 制御装置
２２ ＣＰＵ
３０ モータ駆動回路
４２ フィルタ回路
４４ 位相補償手段
４６ アシストトルク決定手段
６２ 車速重み関数決定手段
Ｐｉ８ 入力端子
Ｌ１ ライン

Claims (3)

1. 第１入力に対応させてアクチュエータを制御すると共に、第２の入力に応じて保護動作を行うアクチュエータ制御装置において、
   ノイズを検出した際に、第２の入力に応じた保護動作開始の判断方法を変更することを特徴とするアクチュエータ制御装置。
2. 前記第２の入力に応じた保護動作開始の判断方法の変更は、保護動作開始の第２入力値のしきい値を高めることにより行うことを特徴とする請求項１のアクチュエータ制御装置。
3. 前記第２の入力に応じた保護動作開始の判断方法の変更は、しきい値を越える前記第２の入力の継続時間を長くすることにより行うことを特徴とする請求項１のアクチュエータ制御装置。

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