JP2010162982A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】制御コンピュータに搭載される一次記憶装置のエラー診断を車両状態に応じて効率よく行い、操舵制御の信頼性を向上させる。
【解決手段】車両始動後、車両の状態に基づき、操舵制御に使用する一次記憶装置の診断対象領域を、一部領域とするか全領域とするかを選択する診断領域切替え手段1012と、該診断領域切替え手段1012の選択結果に基づいた診断対象領域に対して故障診断を実行する診断手段1011とを備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、さらに詳しくは操舵制御を行うコンピュータが搭載する一次記憶装置の診断に関するものである。
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。EPS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。
EPS装置は、車両操舵という重要な役割を担うため、自動車を構成する部品のなかでも安全性、信頼性への配慮が特に必要である。そのため、EPS装置の制御を行うコンピュータが有するROMおよびRAMなどの一次記憶装置についても、異常な操舵補助を実行してしまう状態に至る前に異常を検出できるよう、随時エラー診断を行って一次記憶装置そのものや保持されている情報にエラーがないかを診断している。
車載用コンピュータのROM/RAM診断の技術としては、例えば特許文献1には、電源オンまたは電源オフ時に一次記憶装置の全域を診断単位バイト数×設定回数の1ジョブ分のバイト数ずつ所定の実行周期で診断する高速診断と、電源オンから電源オフまでの間の制御動作中は診断単位バイト数ずつ診断する低速診断を行う技術が示されている。
特許第3578638号公報
しかしながら、上記特許文献1に提供される技術によると、制御動作中においては診断速度を下げているため、一次記憶装置のどの領域についても診断から次の診断まで一様に長い時間がかかる。EPS装置においては、制御動作中に一次記憶装置の特に重要な情報が保持される領域にエラーが生じ、エラーの発見が遅れて安全対策が講じられるまでに時間がかかると、運転者を危険に晒す可能性がある。したがって、制御動作中における一次記憶装置内の重要な情報が保持される領域は、むしろ、診断速度を上げて診断されるべきである。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御コンピュータに搭載される一次記憶装置のエラー診断を車両状態に応じて効率よく行い、操舵制御の信頼性を向上させる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、操舵補助用の電動モータと、少なくとも操舵トルクおよび車速を用いて演算した操舵補助指令に基づき前記操舵補助用の電動モータを駆動制御するためのモータ駆動指令を生成する操舵制御を実行する電動パワーステアリング装置において、車両始動後、車両の状態に基づき、前記操舵制御に使用する一次記憶装置の診断対象領域を、一部領域とするか全領域とするかを選択する診断領域切替え手段と、該診断領域切替え手段の選択結果に基づいた前記診断対象領域に対して故障診断を実行する診断手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記一次記憶装置は、ROMおよびRAMであることが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、診断領域切替え手段は、車速が第1のしきい値より低く、操舵トルクが第2のしきい値より低い第一の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を全領域とし、車速が第1のしきい値より高いか、または操舵トルクが第2のしきい値より高い第二の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を一部領域と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、前記診断領域切替え手段が、車両が第一の車両状態にあると判断して一次記憶装置の診断対象領域を全領域と選択した場合、前記操舵制御に使用するCPUのCPU負荷を取得し、取得したCPU負荷を第三のしきい値と比較し、CPU負荷が第三のしきい値より小さい場合に、単位時間あたりの診断領域サイズを予め設定した単位時間あたりの診断領域サイズより増加させるように前記診断手段に故障診断を行わせる診断サイズ切替え手段をさらに備えることが望ましい。
この発明によれば、車両始動後、車両の状態に基づき、操舵制御に使用する一次記憶装置の診断対象領域を、一部領域とするか全領域とするかを切替えるようにしたので、制御コンピュータに搭載される一次記憶装置のエラー診断を車両状態に応じて効率よく行い、操舵制御の信頼性を向上させることができる。
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2は、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。 図3は、実施例1によるROM/RAM診断処理の機能構成を示す図である。 図4は、ROM/RAM領域の診断領域を説明する図である。 図5は、実施例1によるROM/RAM診断処理の動作を説明するフローチャートである。 図6は、第一の車両状態および第二の車両状態における、診断時間と診断領域の関係を説明する図である。 図7は、実施例2によるROM/RAM診断処理の機能構成を示す図である。 図8は、実施例2によるROM/RAM診断処理の動作を説明するフローチャートである。 図9は、車両が第一の車両状態にあって、CPUが高負荷状態の時と、高負荷状態ではない時における、診断時間と診断領域の関係を説明する図である。
以下に、本発明にかかる電動パワーステアリング(EPS)装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。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。
図1は、電動パワーステアリング(EPS)装置100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、ラックアンドピニオン機構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(ECU)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で検出された車両速度(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、電源リレー13と、制御コンピュータであるMCU(マイクロコントロールユニット)110と、モータ駆動回路108と、電流検出回路120と、位置検出回路130等を備えている。
EPS装置100の制御コンピュータであるMCU110は、CPU101、ROM102、RAM103、EEPROM104、インターフェース(I/F)105、A/D変換器106、PWMコントローラ107などを備え、これらがバス接続されている。CPU101は、ROM102に格納された制御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は操舵補助モータ20の制御プログラムと、ROM102およびRAM103を診断するための診断プログラムとを記憶するためのメモリとして使用され、RAM103は当該プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。EEPROM104は、制御プログラムが入出力する制御データなどが格納されており、該制御データは電源オンの後にRAM103に展開されて制御プログラムにより使用され、所定のタイミングでEEPROM104に上書きされる。ROM102、RAM103、およびEEPROM104など一次記憶装置は、このように制御プログラムおよび制御データが格納されているため、CPU101によりエラー診断が実行される。このとき、ROM102、RAM103、およびEEPROM104のすべてを診断するように構成してもよいが、ここでは、制御動作中に頻繁に使用するROM102およびRAM103を診断するとする。
A/D変換器106は、トルクセンサ10からの操舵トルクT、電流検出回路120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130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。インターフェース105は、CANなどの車載ネットワークに接続されており、車速センサ12からの車速信号V(車速パルス)を受け付けるためのものである。
PWMコントローラ107は操舵補助モータ20の電流指令値に基づきUVW各相のPWM制御信号を出力する。モータ駆動回路108は、インバータ回路などにより構成され、PWMコントローラ107から出力された信号に基づき操舵補助モータ20を駆動する。電流検出回路120は操舵補助モータ20の電流値を検出し、電流検出値ImをA/D変換器106に出力する。位置検出回路130は、レゾルバなどの位置センサ25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106に出力する。
上記構成において、CPU101が、ROM102に格納された診断プログラムを実行することにより、診断手段および診断領域切り替え手段として機能する。図3は、本実施例1にかかる電動パワーステアリング装置のROM/RAM診断処理を実行するための機能構成図である。
図3において、ROM102には、制御プログラムおよび診断プログラムなどがROM記憶領域1020に保持されている。ここで、ROM記憶領域1020は、複数のエリアA〜Eを有し、図4に示すように、これらエリアA〜Eのなかで網掛けされたエリアA,C,Dには、重要なプログラムが記憶されている。重要なプログラムとは、例えば最低限の操舵アシスト機能を実現させるプログラム部分やROM/RAM診断プログラムなどである。また、RAM103のRAM記憶領域1030は、複数のエリアF〜Iを有し、図4に示すように、これらエリアF〜Iのなかで網掛けされた一部のエリアF,Hは、ROM102のエリアA,C,Dに記憶された重要なプログラムがワークエリアとして利用する。
図3において、CPU101は、ROM102に保持されている制御プログラムを読み込んで実行することにより、CPU101内に制御手段1010を実現する。また、CPU101は診断プログラムを読み込んで実行することにより、CPU101内に診断手段1011および診断領域切替え手段1012を実現する。制御手段1010は、EPS装置100に操舵制御を実行させるための制御を行う機能である。診断領域切替え手段1012は、車速Vおよび操舵トルクVを取得し、車速Vおよび操舵トルクVに基づいて診断手段1011にROM/RAMの全領域の診断を行わせるか、あるいは重要なプログラムが記憶されているROMの一部領域と、重要なプログラムで使用されるRAMの一部領域のみの診断を行わせるかを選択する。診断手段1011は、診断領域切替え手段1012の選択結果に基づいて、ROM/RAMの限定された一部領域または全領域の診断を行う。診断手段は、ROM102については、サムチェックやパリティチェックなどによる診断を行い、RAMについては、例えば、所定のデータを書き込んで、書き込んだデータを読み出し、読み出したデータが書き込んだ所定のデータと一致するかを判定するライト/リードチェックによる診断を行う。
図5は、実施例1のROM/RAM診断処理を説明するフローチャートであり、車両始動後のROM/RAM診断手順を示すものである。図5において、ROM/RAM診断がスタートされると、まず診断領域切替え手段1012は、車速Vおよび操舵トルクTを取得し、車速Vを車速に関する所定のしきい値(数km/h)と比較し、車速が低速であるか高速であるか判断するとともに、操舵トルクTを操舵トルクに関する所定のしきい値と比較し、操舵トルクが小さい低操舵トルク状態にあるか高操舵トルク状態にあるかを判断する(ステップS51)。車両の速度が低速で、かつ操舵トルクが小さい第一の車両状態にある場合は(ステップS51、Yes)、故障発生から故障発見までに少々の遅れがあり、その間に異常な操舵補助制御が出力されたとしても直ちに運転者を危険に晒す可能性が低いため、診断時間が長くなってもよいので、診断領域切替え手段101は、ROM102の全エリアA〜E、RAM103の全エリアF〜Iを診断対象とし(ステップS54)、その旨を診断手段1011に伝える。これにより、診断手段1011は、ROM102の全エリアA〜E、RAM103の全エリアF〜Iを診断対象として、故障診断を実行する(ステップS53)。
一方、車速Vが大きいか、または操舵トルクTが大きい第二の車両状態の場合、ROM/RAM診断に時間をかけると、故障発生から故障発見までに時間がかかり、その間に異常な操舵補助制御が出力されると、運転者を危険に晒す可能性がある。この場合は、診断領域切替え手段1012は、ROM/RAM診断に時間を多く割くことができない状態であると判断する。すなわち、診断領域切替え手段1012は、ステップS51において、車両が第一の車両状態になく第二の車両状態にあると判断すると(ステップS51、No)、診断対象領域を、ROM102およびRAM103の網掛け部分である重要なエリアと設定しているエリアA、C、D、F、およびHのみの一部領域とし(ステップS52)、その旨を診断手段1011に伝える。これにより、診断手段1011は、ROM102の一部領域A、C、D、RAM103の一部領域F、Hを診断対象として、故障診断を実行する(ステップS53)。実施例1においては、車両状態に応じて、ROM/RAMの全領域診断および一部領域診断のいずれかが、車両始動後、定期的に常時実行されている。
以上のような動作により、車両状態応じて故障診断の領域を変えることによる、診断時間と診断領域との関係の差異を、図6を用いて説明する。
図6の上図は、車両が第一の車両状態にあるときの、診断時間と診断領域との関係を示している。図6の上図に示すように、車両が第一の車両状態にあるときは、全領域を診断の対象として、診断の単位時間あたりに通常の診断サイズずつ故障診断を行う。図6の下図は、車両が第二の車両状態にあるときの、診断時間と診断領域との関係を示している。図6の下図に示すように、車両が第二の車両状態にあるときは、診断領域を特に重要な一部領域のみを対象として故障診断を行うので、図6の上図において説明した第一の車両状態の場合に比較して、診断対象領域として設定された全ての領域の故障診断を終えるまでにかかる時間が短縮され、結果として診断対象領域の診断の頻度が向上することとなる。
このように、実施例1では、車両が低速で低操舵トルクの状態にある第一の車両状態にあるか、そうでない第二の車両状態にあるかを判断し、第一の車両状態にあるときは、ROM/RAMの全領域を故障診断し、車両が速やかに故障を発見する必要がある第二の車両状態にあるときは、ROM/RAMの重要なエリアである一部領域のみを故障診断するようにしているので、車両操舵に欠かせない重要なエリアについては、第一の車両状態のときの故障診断に比べて診断頻度を上げて故障診断が実行され、またその他のエリアについても車両始動時のみに行うのではなく車両停車時など車両が第一の車両状態にあるときには実行されることになり、各エリアについての故障診断の機会が増大し、これにより操舵制御の信頼性を向上させることが可能となる。
実施例2では、実施例1において診断領域切替え手段1012が車両が第一の車両状態にあると判断した場合に、さらにCPU負荷(CPU101の占有率)を検出し、該占有率が高い場合と低い場合で単位時間当たりの診断サイズを変えることを特徴とする。
図7は、本実施例にかかる電動パワーステアリング装置の、ROM/RAM診断処理にかかる機能構成図である。図7において、CPU101には、診断サイズ切替え手段1013が追加されている。診断サイズ切替え手段1013は、診断領域切替え手段1012が車両が第一の車両状態であると判断する場合、CPU101の占有率を取得し、該占有率を所定のしきい値を比較し、該占有率が低い場合は、単位時間当たりの診断サイズを該占有率が高い場合に比べて大きく設定する。診断手段1011は、診断サイズ切替え手段1013によって指定された単位時間当たりの診断サイズで、全領域についてROM/RAM診断を実行する。
次に、図8に従って実施例2についてのROM/RAM診断手順を説明する。
図8において、車両が始動され、ROM/RAM診断をスタートされると、まず診断領域切替え手段1011は、車速Vおよび操舵トルクTを取得し、車両の状態が第一の車両状態であるかどうかを判断する(ステップS81)。車速Vが大きいか、または操舵トルクTが大きいとき、診断領域切替え手段1012は、第一の車両状態ではないと判断し(ステップS81、No)、診断領域を、特に重要なエリアと設定しているエリアA、C、D、F、およびHだけの一部領域のみとし(ステップS82)、その旨を診断手段1011に伝える。これにより、診断手段1011は、ROM102の一部領域A、C、D、RAM103の一部領域F、Hを診断対象として、故障診断を実行する(ステップS87)。一方、診断領域切替え手段1012は、第一の車両状態であると判断すると(ステップS81、Yes)、診断領域をROM102の全エリアA〜E、RAM103の全エリアF〜Iを診断対象とし(ステップS83)、その旨を診断サイズ切替え手段1013に伝える。
ステップS84においては、診断サイズ切替え手段1013は、CPU101の占有率を取得し、該占有率を所定のしきい値と比較し(ステップS84)、該占有率が該しきい値を超えて、CPU101が高負荷状態であると判断する場合(ステップS84、Yes)、単位時間当たりの診断サイズを通常の診断サイズに設定する(ステップS86)。診断サイズ切替え手段1013が、CPU101の占有率がしきい値よりも低く、CPU101が高負荷状態ではないと判断する場合(ステップS84、No)、単位時間当たりの診断サイズを通常の単位時間当たりの診断サイズより大きく設定する(ステップS85)。ステップS87では、設定された対象領域について、設定された単位時間あたりの診断サイズずつROM/RAM診断が診断手段1011により実行される。
図8に示す動作により、車両が第一の車両状態にあり、CPU負荷の大小で単位時間当たりの診断サイズを変更することによる、診断時間と診断領域との関係の差異を、図9を用いて説明する。
図9の上図は、車両が第一の車両状態にあり、かつCPU101が高負荷状態であると判断されたときの、診断時間と診断領域との関係を示す図である。図9の上図においては、図6の上図と同様に、診断の単位時間あたりに通常の診断サイズずつ、全領域を対象として故障診断が実行される。図9の下図は、車両が第一の車両状態にあり、かつCPU101が高負荷状態でないと判断されるときの、診断時間と診断領域との関係を示す図である。図9の下図においては、CPU101が高負荷状態でなく、処理能力に余裕があるので、診断の単位時間あたりの診断サイズを前記する通常の診断サイズよりも大きく設定して故障診断を行うので、全領域の故障診断を終えるまでにかかる時間が短縮され、結果として全領域の診断の頻度が向上することとなる。
このように、実施例2では、実施例1による電動パワーステアリング装置の動作に加えて、診断領域を一部に限定して診断を実行する場合に、さらに制御コンピュータの負荷率であるCPUの占有率を取得し、制御コンピュータの負荷率が低い場合は単位時間当たりの診断サイズを通常より大きく設定する。これにより、実施例1による効果に加えて、制御コンピュータの負荷率が低いときに全領域のエラー診断にかかる時間を短縮し、全領域のエラー診断の頻度を向上させることができるという効果を奏する。
以上のように、本発明にかかる電動パワーステアリング装置は、制御コンピュータの一次記憶装置の診断を実行する電動パワーステアリング装置に適用して好適である。
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 ラックアンドピニオン機構
6 タイロッド
10 トルクセンサ
11 イグニションキー
12 車速センサ
13 電源リレー
14 バッテリ
20 操舵補助モータ
25 位置センサ
30 コントロールユニット
100 EPS装置
110 MCU
101 CPU
102 ROM
103 RAM
104 EEPROM
105 インターフェース
106 A/D変換器
107 PWMコントローラ
108 モータ駆動回路
120 電流検出回路
130 位置検出回路
1010 制御手段
1011 診断手段
1012 診断領域切替え手段
1013 診断サイズ切替え手段
1020 ROM記憶領域
1030 RAM記憶領域

Claims (4)

  1. 操舵補助用の電動モータと、少なくとも操舵トルクおよび車速を用いて演算した操舵補助指令に基づき前記操舵補助用の電動モータを駆動制御するためのモータ駆動指令を生成する操舵制御を実行する電動パワーステアリング装置において、
    車両始動後、車両の状態に基づき、前記操舵制御に使用する一次記憶装置の診断対象領域を、一部領域とするか全領域とするかを選択する診断領域切替え手段と、
    該診断領域切替え手段の選択結果に基づいた前記診断対象領域に対して故障診断を実行する診断手段と、
    を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記一次記憶装置は、ROMおよびRAMであ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。
  3. 診断領域切替え手段は、車速が第1のしきい値より低く、操舵トルクが第2のしきい値より低い第一の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を全領域とし、車速が第1のしきい値より高いか、または操舵トルクが第2のしきい値より高い第二の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を一部領域とすることを特徴とする請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記診断領域切替え手段が、車両が第一の車両状態にあると判断して一次記憶装置の診断対象領域を全領域と選択した場合、前記操舵制御に使用するCPUのCPU負荷を取得し、取得したCPU負荷を第三のしきい値と比較し、CPU負荷が第三のしきい値より小さい場合に、単位時間あたりの診断領域サイズを予め設定した所定の診断領域サイズより増加させるように前記診断手段に故障診断を行わせる診断サイズ切替え手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかひとつに記載の電動パワーステアリング装置。
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