JP2010137860A - 車両制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】低コストと高信頼性を両立する車両制御装置を提供する。
【解決手段】制御対象3から出力された制御対象状態信号S2を監視手段12に入力し、監視手段12が、制御指令値S1と制御対象状態信号S2とを比較することにより、制御対象3が制御指令値S1どおり正常に動作しているか否かを判断する。監視手段12は、制御対象3が正常に動作していないと判断した場合には、故障検出信号S5をアクチュエータ駆動手段13に出力する。
【選択図】 図1

Description

本発明は制御装置に関し、特に、車両の駆動,操舵,制動を電子制御により行う車両制御システムにおいて、モータ等のアクチュエータを制御する車両制御装置に関する。

近年、自動車の運転快適性や安全性の向上を目指して、機械的な結合ではなく、電子制御により、運転者のアクセル,ステアリング,ブレーキなどの操作を車両の駆動力,操舵力,制動力発生機構に反映させる車両制御システム(X−by−Wireシステム)の開発が活発になっている。このようなシステムには、車両の駆動,操舵,制動に関する機能が失陥することのないように、高い信頼性が求められる。

システム全体の高信頼化のためには、本システムを構成する制御装置についても、高い信頼性を実現する必要がある。特に、モータを制御する制御装置に関しては、これまでに様々なフェールセーフ方式が提案されてきた。このフェールセーフ方式には、第一のマイコン(メインマイコン)の動作を、第二のマイコン(監視マイコン)により監視する冗長化構成を適用することが多い。

例えば、監視マイコンがメインマイコンに例題を出題し、メインマイコンはその例題の解答を演算して監視マイコンに送信し、監視マイコンが、前もって記憶している解答とメインマイコンからの解答を比較することにより、メインマイコンの動作が正常か否かをチェックする例題演算方式などが公知である。

また、第二のマイコンが、モータのd軸電流の大きさを演算して、これが所定値より大きい状態かどうかで、第一のマイコンが正常動作しているか否かを判定する電動パワーステアリング装置の例が、特開2002−354871号公報に開示されている。

特開2002−354871号公報

本システムの実用化に向けた課題は、車両制御装置等のコストを大幅に増加させることなく、高い信頼性を実現することである。

この点、公知の例題演算方式では、メインマイコンに比べて監視マイコンの演算負荷を小さくできるため、冗長化構成にしてもマイコンのコストはそれほど増加することはない。しかしながら、この方式の車両制御装置を上記のような高い信頼性が求められる車両制御システムに適用する場合、十分な故障検出精度が得られるような例題を作ることができるのかという問題が生じる。また、基本的にはマイコンの演算部分のチェックを主に行うため、最終的なモータ出力が正しいことを保証できるのかという問題も存在する。

一方、特開2002−354871号公報に開示されている技術では、信頼性は十分高いと考えられるが、第二のマイコンも第一のマイコンと同様に、電気角の演算や、uvw座標からdq座標への変換演算が必要であり、上記例題演算方式における監視マイコンと比較すると高い演算能力が必要になるため、冗長化によるマイコンのコスト増が問題となる。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、演算能力がそれほど高くない安価な監視マイコンを用いても、高い信頼性を得ることができる車両制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る車両制御装置は、外部から第1信号が入力され、駆動信号を出力する制御回路と、該制御回路から該駆動信号が入力され、外部へ第2信号を出力するアクチュエータ駆動回路と、該第1信号と外部からの第3信号とを比較して、その差が所定値以上になった場合に、故障検出信号を該アクチュエータ駆動回路へ出力する監視回路とを有する。

好ましくは、該監視回路は、該第1信号と該第3信号とを比較する比較演算部と、該比較演算部における比較演算を開始させるトリガ信号を生成する比較演算トリガ信号生成部とを有する。

好ましくは、該監視回路は、外部から該制御回路を介して該第1信号が入力されるように構成されている。

好ましくは、該監視回路は、該制御回路に対して正常動作確認信号を送信するように構成されており、さらに好ましくは、該正常動作確認信号は定期的に送信され、該制御回路が該正常動作確認信号を所定期間受信できない場合、該制御回路から第2故障検出信号が出力され、該監視回路からの該故障検出信号と該制御回路からの該第2故障検出信号とのいずれか一方が出力されることにより、外部のアクチュエータへの通電を遮断するように構成されている。

また、好ましくは、該車両制御装置は、該駆動信号と該故障検出信号との論理積をとることにより、該制御回路と該監視回路のいずれか一方が故障しても外部のアクチュエータへの通電を遮断するように構成されている。

一実施形態としては、該第1信号は外部から入力される制御指令値であり、該第3信号は外部の制御対象から出力される制御対象状態信号である。

さらに具体的な一実施形態としては、該車両制御装置は、ステアリング操作量に応じて操舵力を発生させるステアリングモータを制御する装置であり、該制御指令値は、ステアリング操作量を計測するセンサの信号値に基づいて生成された車両の舵角指令値である。

また、別の実施形態としては、該車両制御装置は、ブレーキ力発生用のモータを制御する装置であり、該制御指令値は、ブレーキペダル操作量を計測するブレーキペダル位置センサの信号値に基づきブレーキパッドをディクスロータに押し付ける力の指令値である。

本発明によれば、低コストで高信頼の車両制御装置を実現させることができる。

本発明の車両制御装置の基本構成を示すブロック図。 制御手段の機能を示すブロック図。 監視手段の機能を示すブロック図。 比較演算トリガ信号生成タイミングの説明図。 本発明第1の実施例に関する車両制御装置の構成図。 メインマイコンと監視マイコンの制御ブロック図。 本発明第2の実施例に関する車両制御装置の構成図。 本発明第3の実施例に関する車両制御装置の構成図。 制御手段と監視手段の機能を示すブロック図。 本発明第4の実施例に関する車両制御装置の構成図。 本発明第5の実施例に関する車両制御装置の構成図。 本発明第6の実施例に関する車両制御装置の構成図。

以下、図面に基づき、本発明の車両制御装置の実施形態について説明する。

図1は本発明の車両制御装置の基本構成を示したものである。本発明の車両制御装置1は、制御手段11,監視手段12、およびアクチュエータ駆動手段13から構成される。アクチュエータ駆動手段13は、アクチュエータ2を駆動し、これにより、制御対象3を動作させる。制御手段11には、制御指令値S1,制御対象状態信号S2、およびアクチュエータ状態信号S3が入力され、これらの信号に基づいて、制御手段11はアクチュエータ駆動手段13を駆動するための駆動信号S4を出力する。監視手段12には、制御指令値S1、および制御対象状態信号S2が入力される。監視手段12は、二つの入力信号の比較チェックを行い、その結果に応じて、アクチュエータ駆動手段13に故障検出信号S5を出力する。

図2,図3に、それぞれ制御手段11と監視手段12の機能ブロック図を示す。制御手段11は、制御指令値S1と制御対象状態信号S2が一致するように、アクチュエータの制御量を演算するアクチュエータ制御量演算部111と、当該アクチュエータ制御量とアクチュエータ状態信号S3が一致するようにアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部112から成る。また、監視手段12は、制御指令値S1と制御対象状態信号S2の一致チェックを行い、ある許容誤差範囲を超えて不一致となった場合に、アクチュエータ駆動手段13に故障検出信号S5を出力する比較演算部122と、比較演算部122における一致チェック演算を開始させるためのトリガ信号を生成する比較演算トリガ信号生成部121から構成される。

比較演算トリガ信号生成部121では、図4に示すように、制御指令値S1が変化してから、予め記憶してある時間τ後、または出力応答モデル演算などにより導かれる時間τ後に、比較演算部122に比較演算トリガ信号を出力する。

これにより、制御指令値S1が変化してから、実際に制御対象3が動作するまでの遅れ時間を考慮した一致チェックが可能となる。

本形態の特徴は、監視手段12に制御対象状態信号S2を入力し、当該信号と制御指令値S1を比較することにより、制御対象が制御指令値通りに動作しているか、すなわち制御対象の動作の合理性を判断する点にある。本形態により、監視手段12に高度な演算を行わせることなく、制御手段11,アクチュエータ駆動手段13,アクチュエータ2,制御対象3のいずれかが故障した場合でも、その故障を検出することができる。

このように、監視手段に制御対象の状態信号を入力し、当該信号と制御指令値を比較することにより、制御対象が制御指令値通りに動作しているか否かを判断する構成としているため、監視手段に高度な演算を行わせる必要がない。したがって、低コストで高信頼の車両制御装置を実現させることができる。

図5に本発明第1の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例は、機械的な結合ではなく、電子制御により、運転者のステアリング操作を車両の操舵力発生機構に反映させる車両制御システム(Steer−by−Wireシステム)において、操舵力発生用のモータを制御する車両制御装置に関するものである。

本システムは、運転者によるステアリング操作量を計測する操舵角センサ21の信号値に基づいて、車両の舵角指令値S1Aを演算する制御指令値演算装置4および三相モータ2Aを制御するモータ制御装置1A、およびこれらの二つの装置を結ぶ通信ネットワーク5から構成される。舵角指令値S1Aは、通信ネットワーク5を経由して、モータ制御装置1Aに入力される。

モータ制御装置1Aは、制御手段としてメインマイコン11A,監視手段として監視マイコン12A,アクチュエータ駆動手段として三相ブリッジ回路13A、および通信ネットワーク5上のデータを受信または通信ネットワーク5上にデータを送信するための通信ドライバ14から構成される。本実施例では、メインマイコン11Aと監視マイコン12Aが独立に通信ネットワーク5にアクセスできるように、通信ドライバ14を二つ備えている。通信プロトコルなどを解釈し、通信の制御を行う通信コントローラは、各々のマイコンに内蔵されているものとする。メインマイコン11Aには、舵角指令値S1Aのほかに、アクチュエータ状態信号S3として、三相モータ2Aの回転子位置を検出するセンサ24の信号、当該モータの電流を検出する回路23からの信号、および舵角センサ信号S2Aとして、舵角センサ22の信号が入力される。また、監視マイコン12Aには、舵角指令値S1Aのほかに、舵角センサ信号S2Aとして、舵角センサ22の信号が入力される。

監視マイコン12Aは、舵角指令値S1Aと舵角センサ22の信号S2Aの一致チェックを行い、ある許容誤差範囲を超えて不一致となった場合は、三相ブリッジ回路13Aに故障検出信号S5を出力し、三相モータ2Aへの電源VBの供給を停止する。故障検出信号S5は、メインマイコン11Aの通信ドライバ14にも送られ、メインマイコン11Aの通信ネットワーク5へのアクセスを禁止する。このように、故障検出時に監視マイコン12Aが故障検出信号S5を出力することにより、本モータ制御装置1Aをフェールセーフとなるように構成することができる。故障時は、三相モータ2Aは動作しないため、図示していないが、別に備えてあるメカニカルバックアップ機構などを用いて操舵を継続できるようにシステムを構成する必要があるが、このフェールオペラティブ性については本明細書では詳述しない。

図6に、メインマイコン11Aと監視マイコン12Aの制御ブロック図を示す。メインマイコン11Aに関しては、アクチュエータ制御量演算部111は、トルク指令発生部31と電流指令発生部32から構成されており、アクチュエータ制御部112は、電流制御部33,dq座標からuvw座標への座標変換演算部34,三相PWMタイマ35,uvw座標からdq座標への座標変換演算部36から構成される。三相モータの制御フローについては公知であるため、本明細書では詳述しない。

監視マイコン12Aは、前述したように、比較演算トリガ信号生成部121と比較演算部122から構成される。比較演算トリガ信号生成部121は、比較演算部122における一致チェック演算を開始させるためのトリガ信号を生成し、比較演算部122は、当該トリガ信号を受けて、舵角指令値S1Aと舵角センサ22の信号S2Aの一致チェックを行い、ある許容誤差範囲を超えて不一致となった場合に、アクチュエータ駆動手段13に故障検出信号S5を出力する。

以上述べたように、本実施例によれば、監視マイコンに座標変換演算など高度な演算を行わせる必要がないため、8ビットや16ビットといった安価なマイコンを使用することができ、かつ、メインマイコン,三相ブリッジ回路,三相モータ,制御対象のいずれかが故障した場合でも、その故障を検出することができるので、低コストで信頼性の高い車両制御装置を提供することが可能となる。

図7に本発明第2の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例は、本発明第1の実施例と基本的な構成は同一であるが、通信ドライバ14が一つである点が異なる。舵角指令値S1Aは、通信ドライバ14により受信された後、メインマイコン11A,監視マイコン12Aの両方に入力される。

図8に本発明第3の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例では、シリアル通信によりメインマイコン11Aと監視マイコン12Aとの間でデータを送受信することができるように構成されている。監視マイコン12Aは、メインマイコン11Aに通信ネットワーク5経由で入力された舵角指令値S1Aを、シリアル通信経由でメインマイコン11Aから受信する。本実施例においては、本発明第1及び第2の実施例と異なり、監視マイコンには、通信ネットワークにアクセスするためのインタフェース回路が不要になるため、車両制御装置のコストをさらに下げることができる。

本実施例では、図9に示すように、制御指令値S1が変化してから、実際に制御対象が動作するまでの遅れ時間を考慮した一致チェックを行うために、メインマイコン11Aに、制御指令値S1が変化してから、予め記憶してある時間τ後、または出力応答モデル演算などにより導かれる時間τ後に、シリアル通信により制御指令値S1を監視マイコン12Aに送信する通信トリガ信号生成部113を設けている。

これにより、監視マイコン12Aには、比較演算トリガ信号生成機能が不要となり、監視マイコンの演算負荷をさらに減らすことができる。

図10に本発明第4の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例は、本発明第3の実施例の構成に、さらに監視マイコン12Aの監視機能を加えたものである。監視マイコン12Aは、メインマイコン11Aにシリアル通信経由で、定期的に監視マイコン正常動作確認用信号S6を送信する。メインマイコン11Aは、この監視マイコン正常動作確認用信号S6が、所定期間受信できない状態が続いた場合は、監視マイコン12Aに故障が発生したと判断し、三相ブリッジ回路13Aに故障検出信号S5を出力し、三相モータ2Aへの電源VBの供給を停止する。

監視マイコン12Aからの故障検出信号S5とメインマイコン11Aからの故障検出信号S5との論理積をとって三相ブリッジ回路13Aに入力することにより、いずれか一方のマイコンが故障しても、三相モータ2Aへの通電を遮断することができる。

図11に本発明第5の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例では、監視マイコン12Aが出力する故障検出信号S5と、メインマイコン11Aからの三相ブリッジ回路13Aのゲートをオンオフ制御する駆動信号S4との論理積をとって三相ブリッジ回路13Aを制御する。

このような構成をとることにより、いずれか一方のマイコンが故障しても、三相モータ2Aへの通電を遮断することができる。

図12に本発明第6の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例は、機械的な結合ではなく、電子制御により、運転者のブレーキペダル操作を車両のブレーキ力発生機構に反映させる車両制御システム(Brake−by−Wireシステム)において、ブレーキ力発生用のモータを制御する車両制御装置に関するものである。

本システムは、運転者によるブレーキペダル操作量を計測するブレーキペダル位置センサ25の信号値に基づいて、ブレーキパッドをディスクロータに押し付ける力の指令値(推力指令値)S1Bを演算する制御指令値演算装置4および三相モータ2Aを制御するモータ制御装置1A、およびこれらの二つの装置を結ぶ通信ネットワーク5から構成される。推力指令値S1Bは、通信ネットワーク5を経由して、モータ制御装置1Aに入力される。

モータ制御装置1Aは、制御手段としてメインマイコン11A,監視手段として監視マイコン12A,アクチュエータ駆動手段として三相ブリッジ回路13A、および通信ネットワーク5上のデータを受信または通信ネットワーク5上にデータを送信するための通信ドライバ14から構成される。メインマイコン11Aには、推力指令値S1Bのほかに、アクチュエータ状態信号S3として、三相モータ2Aの回転子位置を検出するセンサ24の信号、当該モータの電流を検出する回路23からの信号、および推力センサ信号S2Bとして、ブレーキパッドをディスクロータに押し付ける力を検出するセンサ(推力センサ)26の信号が入力される。また、監視マイコン12Aには、推力指令値S1Bのほかに、推力センサ信号S2Bとして、推力センサ26の信号が入力される。

監視マイコン12Aは、推力指令値S1Bと推力センサ26の信号S2Bの一致チェックを行い、ある許容誤差範囲を超えて不一致となった場合は、三相ブリッジ回路13Aに故障検出信号S5を出力し、三相モータ2Aへの電源VBの供給を停止する。

また、メインマイコン11Aも、監視マイコン12Aの故障を検出した場合は、三相ブリッジ回路13Aに故障検出信号S5を出力することは本発明第4の実施例で説明したとおりである。

以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。上記実施例では、運転者のステアリング操作及びブレーキペダル操作における電子制御を具体的に説明したが、例えば、アクセルペダル操作の際における電子制御にも適用可能であることはいうまでもない。

1…車両制御装置、1A…モータ制御装置、2…アクチュエータ、2A…三相モータ、3…制御対象、4…制御指令値演算装置、5…通信ネットワーク、11…制御手段、11A…メインマイコン、12…監視手段、12A…監視マイコン、13…アクチュエータ駆動手段、13A…三相ブリッジ回路、14…通信ドライバ、21…操舵角センサ、22…舵角センサ、23…モータ電流検出回路、24…モータ回転子位置検出センサ、25…ブレーキペダル位置センサ、26…推力センサ、31…トルク指令発生部、32…電流指令発生部、33…電流制御部、34…dq座標からuvw座標への座標変換演算部、35…三相PWMタイマ、36…uvw座標からdq座標への座標変換演算部、111…アクチュエータ制御量演算部、112…アクチュエータ制御部、113…通信トリガ信号生成部、114…制御手段の通信制御部、121…比較演算トリガ信号生成部、122…比較演算部、123…監視手段の通信制御部、S1…制御指令値、S1A…舵角指令値、S1B…推力指令値、S2…制御対象状態信号、S2A…舵角センサ信号、S2B…推力センサ信号、S3…アクチュエータ状態信号、S4…駆動信号、S5…故障検出信号、S6…監視マイコン正常動作確認用信号。

Claims (2)

  1. 制御指令値を出力する制御指令値演算装置と、
    前記制御指令値演算装置と通信ネットワークを介して接続され、ステアリングモータの駆動信号を出力するメインマイクロコンピュータと、
    前記メインマイクロコンピュータとは独立して、前記制御指令値演算装置と前記通信ネットワークを介して接続される監視マイクロコンピュータと、
    前記駆動信号が入力され、当該駆動信号に基づいて前記ステアリングモータを駆動させるための3相ブリッジ回路と、を備え、
    前記マイクロコンピュータは、前記制御指令値と、前記ステアリングモータの回転状態を示す回転状態信号とが入力され、当該制御指令値及び当該回転状態信号に基づいて前記駆動信号を演算し、
    前記監視用マイクロコンピュータは、前記通信ネットワークを介して前記制御指令信号を取得して当該制御指令信号が変化してから予め記憶した所定時間が経過した後に比較演算トリガ信号を出力する比較演算トリガ信号生成部と、当該比較演算トリガ信号出力に応じて当該制御指令信号と当該回転状態信号とを比較する比較演算部と、を有して、当該比較演算部の比較結果に基づいて、故障検出信号を出力する、車両用ステアリング制御装置。
  2. 前記制御指令値は、ステアリング操作量を計測する操舵角センサの信号値に基づいて演算された舵角指令値であり、
    前記回転状態信号は、前記ステアリングモータの回転力によるステアリングの舵角変化を検出するための舵角センサ、もしくは、前記ステアリングモータの回転位置を検出するためのモータ回転子位置検出センサに基づく舵角信号である、請求項1記載の車両用ステアリング制御装置。
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