JP2009056820A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置の制御装置に搭載されるＣＰＵの処理負荷を、ＣＰＵの処理負荷を増加させることなく計測することが可能な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】操舵補助モータ２０を制御するＣＰＵ１０１を有する主ＭＣＵ１００と、主ＭＣＵ１００のＣＰＵ１０１の処理負荷を計測する監視ＭＣＵ１５０とを備え、主ＭＣＵ１００は、監視ＭＣＵ１５０で計測されたＣＰＵ１０１の処理負荷に基づいて、その優先順位に従ってタスクを実行する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、詳細には、ＣＰＵの処理負荷を、ＣＰＵの処理負荷を増加させることなく計測することが可能な電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

乗用車やトラック等の車両の操舵力を軽減するため、操舵補助モータによって操舵を補助する、いわゆる電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置がある。電動パワーステアリング装置では、操舵補助モータの駆動力を、減速機を介してギヤまたはベルト等の伝送機構により、ステアリングシャフトまたはラック軸に補助力を付与するようになっている。かかる電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵補助トルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティー比の調整で行っている。また、電動パワーステアリング装置では、その信頼性を向上させるために、操舵補助モータを制御する第１および第２のマイコンを搭載し、操舵補助モータを制御するマイコンの冗長系を構成したものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

近時、電動パワーステアリング装置では、処理の増加やその高速化に伴い、電動パワーステアリング装置のコントロールユニットに搭載されるＣＰＵの処理負荷が常に高い状態にある。ここで、ＣＰＵの処理負荷を計測するために、ＣＰＵ内に処理負荷計測のロジックを新たに設けることが考えられるが、更にＣＰＵの処理負荷が増加してしまう。

特開２００２−３５４８７１号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置の制御装置に搭載されるＣＰＵの処理負荷を、ＣＰＵの処理負荷を増加させることなく計測することが可能な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電動パワーステアリング装置の制御装置に搭載されるＣＰＵの処理負荷を低減させることが可能な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決して、本発明の目的を達成するために、本発明は、少なくとも車両のステアリング系に発生する操舵トルクに基づいて演算した電流指令値と、前記ステアリング系に操舵補助力を付与する操舵補助モータの電流検出値とに基づいて、前記操舵補助モータを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、前記操舵補助モータを制御し、故障検出機能、フェールセーフ機能、および故障情報記憶機能を備えたＣＰＵを有する主制御部と、前記主制御部のＣＰＵの処理負荷を計測する監視制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記主制御部は、前記監視制御部で計測された前記ＣＰＵの処理負荷に基づいて、その優先順位に従ってタスクを実行することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記主制御部は、前記ＣＰＵの処理負荷が高処理負荷状態の場合には、優先順位が高いタスクを実行し、優先順位が中のタスクを動作周期より長い周期で実行し、優先順位が低いタスクを実行しないことが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記主制御部は、前記ＣＰＵのタスク処理中・非処理中を示す処理負荷計測用情報を前記監視制御部に送信し、前記監視制御部は、前記処理負荷計測用情報に基づいて、前記主制御部の処理負荷を計測し、当該計測した処理負荷に応じた処理負荷通知用情報を前記主制御部に送信することが望ましい。

本発明によれば、少なくとも車両のステアリング系に発生する操舵トルクに基づいて演算した電流指令値と、前記ステアリング系に操舵補助力を付与する操舵補助モータの電流検出値とに基づいて、前記操舵補助モータを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、前記操舵補助モータを制御し、故障検出機能、フェールセーフ機能、および故障情報記憶機能を備えたＣＰＵを有する主制御部と、前記主制御部のＣＰＵの処理負荷を計測する監視制御部と、を備えているので、電動パワーステアリング装置の制御装置に搭載されるＣＰＵの処理負荷を、ＣＰＵの処理負荷を増加させることなく計測することが可能な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することが可能となるという効果を奏する。

また、本発明によれば、前記主制御部は、前記監視制御部で計測された前記ＣＰＵの処理負荷に基づいて、その優先順位に従ってタスクを実行することとしたので、電動パワーステアリング装置の制御装置に搭載されるＣＰＵの処理負荷を低減させることが可能となる。

以下に、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を示す図である。図１において、操向ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａおよび４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助する操舵補助モータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。ここで、操舵補助モータ２０は、例えば、ブラシレスモータやブラシモータである。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４から内蔵の電源リレー１３を経て電力が供給され、イグニションキー１１からイグニション信号が供給される。また、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいて、操舵補助モータ２０の電流指令値を演算し、操舵補助モータ２０の電流検出値と電流指令値とに基づいて、操舵補助モータ２０の電流検出値が電流指令値に追従するように操舵補助モータ２０を駆動制御する。

図２は、図１のコントロールユニット３０のハードウェア構成例を示す図である。コントロールユニット３０は、図２に示すように、主ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット：主制御部）１００と、監視ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット：監視制御部）１５０と、ＦＥＴプリドライバ回路１１０と、モータ駆動回路（インバータ）１２０と、電流検出回路１３０と、位置検出回路１４０等を備えている。

主ＭＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１（制御手段）、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ（メモリ）１０３、ＥＥＰＲＯＭ１０４、Ａ／Ｄ変換器１０５、ＣＡＮドライバ１０６、バス１０７等を備えている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納された各種プログラムを実行して電動パワーステアリング装置を制御する。

ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１が実行する各種プログラムを格納する。具体的には、ＲＯＭ１０２には、操舵補助モータ２０を制御するモータ制御処理（操舵補助処理）を実行するための制御プログラム等が格納されている。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１がプログラムを実行する場合にその作業領域として使用され、処理過程で必要とするデータや処理結果が記憶される。

ＥＥＰＲＯＭ１０４は、電源遮断後においても記憶内容を保持可能なメモリであり、ハードウェア固有の補正値等が格納されている。Ａ／Ｄ変換器１０５は、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴ、電流検出回路１３０からの操舵補助モータ２０の電流検出値Ｉｍ、および位置検出回路１４０からのモータ回転角信号θ等を入力し、デジタル信号に変換する。

ＣＡＮドライバ１０６は、ＣＡＮバス１６０に接続されており、ＣＡＮバス１６０を介して他のユニットやセンサとＣＡＮ通信を行うためのインターフェースである。例えば、ＣＡＮドライバ１０６は、車速センサ１２からの車速Ｖ（車速パルス）をＣＡＮ通信で受信する。

ＦＥＴプリドライバ回路１１０は、主ＭＣＵ１００から入力されるＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号を、各相正負の通電信号（Ｕp、Ｕn、Ｖp、Ｖn、Ｗp、Ｗn）に変換して、モータ駆動回路１２０に出力する。

モータ駆動回路１２０は、一対のＦＥＴスイッチング素子からなるブリッジ回路をＵ相用，Ｖ相用，Ｗ相用として３相分備えており、各ＦＥＴスイッチング素子には還流ダイオードが並列接続されている。このブリッジ回路には、バッテリ１４から電源リレー１３を介して直流電圧が印加される。各ＦＥＴスイッチング素子の制御端子（ゲート端子）には、ＦＥＴプリドライバ回路１１０から通電信号が入力される。モータ駆動回路１２０に印加される直流電圧は、モータ駆動回路１２０内のＦＥＴスイッチング素子のスイッチング動作によって３相の交流電圧に変換され、それにより操舵補助モータ２０が駆動される。このブリッジ回路には、シャント抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されている。このシャント抵抗Ｒ１，Ｒ２に電流検出回路１３０が接続され、これによって、操舵補助モータ２０の電流検出値Ｉｍを検出するようになっている。

位置検出回路１４０は、位置センサ２１からの出力信号をモータ回転角信号θとして、Ａ／Ｄ変換器１０５に出力する。

監視ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット：監視制御部）１５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器、インターフェース等を備えている。監視ＭＵＣ１５０は、主ＭＣＵ１００のＣＰＵ１０１の暴走等を監視する。上記主ＭＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１のタスク処理中・非処理中を示すパルス状の処理負荷計測用信号を監視ＭＣＵ１５０に送信する。監視ＭＣＵ１５０は、主ＭＣＵ１００から送信される処理負荷計測用信号のパルス幅に基づいて、ＣＰＵ１０１の処理負荷を計測し、計測した負荷処理に応じた処理負荷通知用信号を主ＭＣＵ１００に送信する。主ＭＣＵ１００は、監視ＭＣＵ１５０から入力される処理負荷通知用信号に基づいて、その優先順位に従ってタスク（＝ジョブ、プロセス、処理）を実行する。

つぎに、図３〜図５を参照して、監視ＭＣＵ１５０がＣＰＵ１０１の処理負荷を計測し、主ＭＣＵ１００（ＣＰＵ１０１）は、監視ＭＣＵ１５０で計測された処理負荷に基づいて、タスクを実行する動作を詳細に説明する。

図３は、処理負荷計測用信号のタイミングチャートを示す図である。同図において、Ｔ１はＣＰＵ１０１の動作周期を示しており、斜線部分はＣＰＵ１０１がタスクの実行中であることを示している。主ＭＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１がタスク実行中は「Ｈ」、タスク非実行中は「Ｌ」となるパルス状の処理負荷計測用信号を監視ＭＣＵ１５０に送信する。

図４は、監視ＭＣＵの動作を説明するためのフローチャートである。同図において、監視ＭＣＵ１５０は、主ＭＣＵ１００から入力される処理負荷計測用信号のパルス幅を測定し（ステップＳ１）、パルス幅に基づいて、ＣＰＵ１０１の処理負荷を算出する（ステップＳ２）。監視ＭＣＵ１５０は、処理負荷≧Ｘ（％）であるか否かを判定し（ステップＳ３）、処理負荷≧Ｘ（％）である場合には（ステップＳ３の「Ｙｅｓ」）、主ＭＣＵ１００に処理負荷通知用信号「Ｈ」を送信する一方（ステップＳ４）、処理負荷≧Ｘ（％）でない場合には（ステップＳ４の「Ｎｏ」）、処理負荷通知用信号「Ｌ」を送信する（ステップＳ５）。

図５は、主ＭＣＵ１００の動作を説明するためのフローチャートである。図５において、タスクＡ〜Ｃは優先順位が異なっており、タスクＡは優先順位が「高」、タスクＢは優先順位が「中」、タスクＣは優先順位が「低」に設定されている。

同図において、まず、主ＭＣＵ１００は、タイマカウント値Ｔを「０」にリセットした後（ステップＳ１１）、タイマカウント値Ｔのカウントを開始すると共に、処理負荷計測用信号を「Ｈ」にし（ステップＳ１２）、優先度の高いタスクＡを実行する（ステップＳ１３）。

つぎに、主ＭＣＵ１００は、監視ＭＣＵ１５０から入力される処理負荷通知用信号が「Ｈ」であるか否かを判断し（ステップＳ１４）、処理負荷通知用信号＝Ｈの場合には（ステップＳ１４の「Ｙｅｓ」）、周期カウントＦＬＡＧ＝１であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、周期カウントＦＬＡＧは、ＣＰＵ１０１の動作周期より長い周期、すなわち、１周期おきにタスクＢを実行するためのフラグである。

主ＭＣＵ１００は、周期カウントＦＬＡＧ＝１である場合には（ステップＳ１５の「Ｙｅｓ」）、周期カウントＦＬＡＧ＝０とした後（ステップＳ１６）、タスクＢを実行して（ステップＳ１７）、ステップＳ２１に移行する。また、周期カウントＦＬＡＧ＝１でない場合には（ステップＳ１５の「Ｎｏ」）、周期カウントＦＬＡＧ＝１とした後（ステップＳ１８）、ステップＳ２１に移行する。

他方、ステップＳ１４において、処理負荷通知用信号＝Ｈでない場合には（ステップＳ１４の「Ｎｏ」）、タスクＢ、タスクＣを実施した後（ステップＳ１９，２０）、ステップＳ２１に移行する。

ステップＳ２１では、タイマカウント値Ｔ≧Ｔ１ｍｓとなったか否かを判断し、タイマカウント値≧Ｔ１ｍｓでない場合には（ステップＳ２１の「Ｎｏ」）、処理負荷計測用信号を「Ｌ」にし（ステップＳ２２）、タイマカウント値Ｔ≧Ｔ１ｍｓとなった場合には（ステップＳ２１の「Ｙｅｓ」）、ステップＳ１１に戻る。

図６は、ＣＰＵ１０１が制御プログラムを実行することにより実現する機能（制御プログラムの機能構成）を示す図である。

ＣＰＵ１０１は、図６に示すように、操舵トルクＴと車速Ｖに基づいて操舵補助トルク指令値を算出するトルク制御系モジュール５００と、各種のトルク補償を行う補償制御系モジュール５１０と、モータ電流のＦＢ（フィードバック）制御を行うモータ電流制御系モジュール５２０と、操舵補助モータ２０のモータ電流のＦＦ（フィードフォワード）制御を行うモータ電流補助制御系モジュール５３０等を備えている。つぎに、動作の概略を説明する。

まず、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと、車速センサ１２で検出された車速Ｖとがアシストマップ５０１に入力され操舵補助指令値が算出される。さらに、補償制御系モジュール５１０で演算される補償値、例えば、収斂性、慣性、およびＳＡＴなどの補償値を、加算部５０２で操舵補助指令値に加算してトルク指令値Ｔｒｅｆが決定される。トルク指令値Ｔｒｅｆは、位相補償部５０３で位相補償された後、電流指令値演算部５４０に入力される。そして、トルク指令値Ｔｒｅｆに基づいて電流指令値演算部５４０で電流指令値Ｉｒｅｆが決定される。なお、ブラシレスモータでは、トルク指令値Ｔｒｅｆの他に回転子のロータ角度も電流指令値演算部５４０に入力して電流指令値Ｉｒｅｆが決定される。

一方、操舵補助モータ２０のモータ電流は、電流検出値Ｉｍとして、電流検出回路１３０で検出され、電流指令値Ｉｒｅｆとともに減算部５２１へ入力される。減算部５２１では、それらの偏差ΔＩ＝Ｉｒｅｆ−Ｉｍが算出され、ＰＩ（比例積分）制御部５２２に入力される。ＰＩ（比例積分）制御部５２２では、偏差ΔＩの比例積分出力として、電圧制御値Ｖｒｅｆが出力される。また、電流指令値Ｉｒｅｆは、補助値演算部５３１に入力される。補助値演算部５３１で演算される補助値、例えば、Ｄｅａｄ Ｔｉｍｅ、ＥＭＦ（逆起電力）、および弱め界磁制御の補助値が、加算部５３５で電圧制御値Ｖｒｅｆに加算される。加算部５３５の出力は、ＰＷＭ制御部５５０に入力されて、ＰＷＭ処理され、ＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号がＦＥＴプリドライバ回路１１０に出力され、ＦＥＴプリドライバ回路１１０およびモータ駆動回路１２０を介して、操舵補助モータ２０が駆動される。

以上説明したように、本実施例によれば、操作補助モータ２０を制御するＣＰＵ１０１を有する主ＭＣＵ１００と、主ＭＣＵ１００のＣＰＵ１０１の処理負荷を計測する監視ＭＣＵ１５０とを備えているので、電動パワーステアリング装置の制御装置に搭載されるＣＰＵの処理負荷を、ＣＰＵの処理負荷を増加させることなく計測することが可能となる。付言すると、ＣＰＵの処理負荷を計測するために、ＣＰＵ内に処理負荷計測のロジックを設ける場合に比して、ＣＰＵの処理負荷を増加させることなく、ＣＰＵの処理負荷を計測することが可能となる。

また、本実施例によれば、主ＭＣＵ１００は、監視ＭＣＵ１５０で計測されたＣＰＵ１０１の処理負荷に基づいて、その優先順位に従ってタスクを実行することとしたので、電動パワーステアリング装置の制御装置に搭載されるＣＰＵの処理負荷を低減させることが可能となる。

また、本実施例によれば、主ＭＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１の処理負荷が高処理負荷状態の場合には、優先順位の高いタスクを実行し、優先順位の中のタスクを動作周期より長い周期で実行し、優先順位の低いタスクを実行しないこととしたので、ＣＰＵ１０１が高処理負荷状態の場合には、優先順位の高いタスクから実行することができ、ＣＰＵの高処理負荷状態を解消することが可能となる。

また、本実施例によれば、主ＭＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１のタスク処理中・非処理中を示す処理負荷計測用信号を監視ＭＣＵ１５０に送信し、監視ＭＣＵ１５０は、主ＭＣＵ１００から入力される処理負荷計測用信号のパルス幅に基づいて、主ＭＣＵ１００のＣＰＵ１０１の処理負荷を計測し、当該計測した処理負荷を主ＭＣＵ１００に送信することとしたので、簡単な方法でかつ高精度に主ＭＣＵのＣＰＵの処理負荷を計測することが可能となる。

なお、上記実施例では、ＣＰＵ１０１のタスク処理中・非処理中を示す処理負荷計測用信号のパルス幅に基づいて、ＣＰＵ１０１の処理負荷を計測することとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、ＣＰＵ１０１の処理負荷を計測するために他の方法を使用することにしてもよい。例えば、一定期間内にＣＰＵ１０１がタスクを実行した時間割合（負荷率）に基づいて処理負荷を計測することにしてもよい。また、本実施例は、主ＭＣＵ１００に、シングルタスクＯＳおよびマルチタスクＯＳのいずれを搭載した場合でも適用可能である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、電動パワーステアリング装置の制御装置に搭載されるＣＰＵの処理負荷を低減する場合に広く利用可能である。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を示す図である。 図１のコントロールユニットのハードウェア構成を示す図である。 処理負荷計測用信号のタイミングチャートの一例を示す図である。 監視ＭＣＵの処理を説明するためのフローチャートである。 監視ＭＣＵの動作を説明するためのフローチャートである。 図２の主ＭＣＵの機能構成図である。

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
４ａ，４ｂ ユニバーサルジョイント
５ ピニオンラック機構
６ タイロッド
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ バッテリ
２０ 操舵補助モータ
３０ コントロールユニット
１００ 主ＭＣＵ（主制御部）
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ ＥＥＰＲＯＭ
１０５ Ａ／Ｄ変換器
１０６ ＣＡＮドライバ
１０７ 内部バス
１１０ ＦＥＴプリドライバ回路
１２０ モータ駆動回路（インバータ）
１３０ 電流検出回路
１４０ 位置検出回路
１５０ 監視ＭＣＵ（監視制御部）
１６０ ＣＡＮバス
５００ トルク制御系モジュール
５１０ 補償制御系モジュール
５２０ モータ電流制御系モジュール
５３０ モータ電流補助制御系モジュール

Claims (4)

1. 少なくとも車両のステアリング系に発生する操舵トルクに基づいて演算した電流指令値と、前記ステアリング系に操舵補助力を付与する操舵補助モータの電流検出値とに基づいて、前記操舵補助モータを制御する電動パワーステアリングの制御装置において、
   前記操舵補助モータを制御し、故障検出機能、フェールセーフ機能、および故障情報記憶機能を備えたＣＰＵを有する主制御部と、
   前記主制御部のＣＰＵの処理負荷を計測する監視制御部と、
   を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 前記主制御部は、前記監視制御部で計測された前記ＣＰＵの処理負荷に基づいて、その優先順位に従ってタスクを実行することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 前記主制御部は、前記ＣＰＵの処理負荷が高処理負荷状態の場合には、優先順位が高いタスクを実行し、優先順位が中のタスクを前記ＣＰＵの動作周期より長い周期で実行し、優先順位が低いタスクを実行しないことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 前記主制御部は、前記ＣＰＵがタスク処理中・非処理中を示す処理負荷計測用情報を前記監視制御部に送信し、
   前記監視制御部は、前記処理負荷計測用情報に基づいて、前記主制御部の処理負荷を計測し、当該計測した処理負荷に応じた処理負荷通知用情報を前記主制御部に送信することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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