JP2012046047A - 電動パワーステアリングの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低い消費電流を実現すると共に高い安全性を確保した電動パワーステアリングの制御装置を提供することを目的としている。
【解決手段】主電源がオフされている間はバッテリでバックアップされた回路２００によりブラシレスモータ６のレゾルバ６１を間欠励磁して回転数を計測して操舵角を算出するとともに、ブラシレスモータの起電圧に応じてゾルバ６１の間欠励磁の周期を切り替えるようにして消費電流を低くし、また回転数検出回路を二重系にすることにより検出値の信頼性を向上させる。
【選択図】図７

Description

この発明は自動車の操舵力をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリングの制御装置に関するものであって、特にブラシレスモータの回転角と回転数をレゾルバにより検出して、この回転数と回転角から自動車の操舵軸の操舵角を算出してブレーキ制御装置等の外部機器に送信する技術に関するものである。

従来、自動車の操舵角はハンドル内に装着された舵角センサにより検出し、検出した舵角情報を通信によりブレーキ制御装置等の関連機器に送信していた。一方、電動パワーステアリングは自動車の操舵力を操舵軸に設けたギアを介して電動モータでアシストするものなので、電動モータの回転角度をギアの減速比で割れば操舵角が得られる。この電動モータにブラシレスモータを使用した場合、ブラシレスモータにはレゾルバ等の回転センサが備わっているので、新たにセンサを付加する事なく電動モータの回転角度から換算のみによって舵角情報が得られるので、従来のハンドル内に装着した舵角センサに比べて自動車のコストを大幅に低減する事が出来る。

ところで電動パワーステアリングにおいては、主電源がオフされてアシスト機能が遮断されている間にも何らかの外力により操舵軸が回されることが有り得るので、モータの回転角から操舵の角度を得る場合にはこの主電源がオフされている間もバッテリによりバックアップされた回路にてモータの回転状態を監視しておく必要がある。
そしてこの場合、バッテリ寿命の観点からバックアップ期間のバッテリの消費電流の低減が極めて重要となる。このバッテリの消費電流の低減に付いては従来からレゾルバの励磁コイルを間欠的に励磁する手法が知られており、例えば特許文献１では、主電源がオンしている間には通常の連続した正弦波でレゾルバを励磁し、主電源がオフされた間はバッテリでバックアップされた回路にてレゾルバをパルス波により間欠的に励磁し、この励磁と同期して検出コイルの出力をサンプルホールドする方法によりバッテリの消費電流を低減する方法が提案されている。

特許第３２４８２０１号

この発明は、従来のレゾルバの間欠励磁の技術を自動車の電動パワーステアリング装置に応用するものであるが、バッテリによるバックアップは主電源がオフされている間のバッテリの消費電流を増加するものであって、自動車を長い期間放置した後のエンジンの始動性を損なうものである。また、操舵角を例えばブレーキ制御に用いた場合、舵角情報に誤りがあるとブレーキの誤作動をもたらし自動車の安全性を低下させる可能性がある。

この発明は、これらの自動車固有の使用環境、及び自動車に要求される高い安全性を考慮してなされたものであって、これらの自動車固有の課題を解決し、低い消費電流を実現すると共に高い安全性を確保した電動パワーステアリングの制御装置を提供することを目的としている。

この発明の電動パワーステアリングの制御装置は、自動車の操舵力をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング装置において、ブラシレスモータの回転数と回転角を、ブラシレスモータの励磁コイルと互いに９０度位相の異なる２つの検出コイルから成るレゾルバにより検出すると共に、検出された回転数と回転角からブラシレスモータにギアを介して接続された操舵軸の操舵角を算出し、この操舵角を外部の周辺機器に対して送信し、電動パワーステアリング装置の主電源がオフされて主回路が遮断されアシスト機能が停止している間は、自動車のバッテリにより電源がバックアップされたバックアップ回路により励磁コイルを間欠的に励磁してブラシレスモータの回転数を計測し、主電源がオンして主回路を構成するＣＰＵが動作を開始した後にバックアップ回路で計測した回転数をシリアル通信を介してＣＰＵが受信して以降のＣＰＵによる回転数計測を継続し、次に主電源がオフされる時にはＣＰＵによる回転数計測値をシリアル通信を介してバックアップ回路が受信して以降のバックアップ回路の間欠励磁による回転数計測を継続し、この間欠励磁の間欠周期をブラシレスモータの端子電圧に応じて、端子電圧が所定値以下の場合は間欠周期を長く設定し、端子電圧が所定値以上の場合は間欠周期を短く設定するようにしたものである。

この発明によれば、バッテリでバックアップされたバックアップ回路にてレゾルバを間欠的に励磁し、その間欠周期をモータの端子電圧に応じて切り替えるようにしているから低い消費電流を実現することができる。また、バックアップ回路自身による各種の監視と主回路のＣＰＵによるバックアップ回路への各種の診断を実施する様にしたので、高い安全性を確保した電動パワーステアリングの制御装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置を示す全体ブロック図である。 操舵角算出の原理を示すタイミングチャート図である。 電動パワーステアリングの制御装置（ＥＣＵ）の構成を示すブロック図である。 制御装置（ＥＣＵ）のバックアップ回路と主回路との接続を示すタイミングチャート図である。 間欠励磁と正規励磁の波形を示すタイミングチャート図である。 回転数計測の原理を示すチャート図である。 この発明の実施形態１に係る制御装置の回路構成を示すブロック図である。 この発明による間欠励磁パルスの発生方法を示すタイミングチャート図である。 この発明に使用されるモータの高回転状態を検出する高回転検出器のブロック図である。 この発明に使用される低電圧検出回路の動作を示すタイミングチャート図である。 この発明に使用されるレゾルバとコンパレータを接続するＩ／Ｆ回路の動作を示す模式図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリングの制御装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一または相当する部分に付いては同一符号を付して説明する。
図１はブラシレスモータにて操舵力をアシストする、この発明に係る電動パワーステアリング装置を模式的に表した全体ブロック図である。

図１において、ハンドル１が操作されると加えられた回転トルクにより操舵軸２に挿入されたトーションバー３が捻れを生じる。トルクセンサ４は、この捻れ角から加えられたトルクを検出してコントローラ（ＥＣＵ）５に伝える。コントローラ５はブラシレスモータ６に接続され、ブラシレスモータ６に内設されたレゾルバの信号を処理してブラシレスモータ６の回転角を求め、この回転角に応じて上記の検出されたトルクに比例した電流をブラシレスモータ６に通電する。ブラシレスモータ６は通電された電流に比例したトルクを発生して減速ギア７を介して操舵軸２にアシスト力を加える。操舵軸２の先端には歯車が取り付けられており、自動車の両輪と連結された車軸８を移動させて両輪の傾き角を変える。

この図１の様に、操舵軸２とブラシレスモータ６とは減速ギア７により繋がっているので、ブラシレスモータ６が回転した角度を減速ギア７の減速比で割れば操舵軸２の回転角が得られる。コントローラ５はレゾルバの信号を処理して求めた回転角と回転数から操舵軸２の回転角（操舵角）を求めて、通信ライン９を介してブレーキ制御装置等の外部の周辺機器１０に送信する。

次に、ブラシレスモータ６に内設されたレゾルバから求めた回転角、回転数と操舵角の関係に付いて図２に従って説明する。
図２はブラシレスモータが連続して正転を続けた場合のチャートであって、（Ａ）はブラシレスモータ６の０度から３６０度の回転角を示し、（Ｂ）は回転角（Ａ）が３６０度を過ぎる毎にカウントアップされる回転数を表し、（Ｃ）は操舵軸２の回転角（操舵角）を表している。図２より、回転数（Ｂ）に３６０度を乗じて回転角（Ａ）を加算し、これを減速ギア７の減速比で割れば、操舵軸２の操舵角（Ｃ）が得られることが解かる。

次に、コントローラ５の構成について図３に従って説明する。
コントローラ５は、自動車のＫＥＹスイッチ１２がオンしている間に動作する主回路１００と、自動車のバッテリ１１により常時バックアップされて動作するバックアップ回路２００から構成される。ブラシレスモータ６に内設されているレゾルバ６１は主回路１００とバックアップ回路２００の両方の回路に接続されており、両方の回路はシリアル通信により接続されている。

以下、このＫＥＹスイッチ１２がオンされた時の動作について図４に従って説明する。
図４にて区間Ｔ１ではＫＥＹスイッチ１２がオフされており、レゾルバ６１の回転数（Ｂ）がバックアップ回路２００により計測されている。次に区間Ｔ２にてＫＥＹスイッチ１２がオンされると主回路１００が起動し、バックアップ回路２００にて計測された回転数（Ｂ）がシリアル通信を介して主回路１００に受信される。主回路１００はレゾルバ６１の信号を処理して回転角（Ａ）を求め、前述した算出方法に従ってバックアップ回路２００から受信した回転数（Ｂ）に３６０度を乗じて自身で算出した回転角（Ａ）を加算した後に減速ギア７の減速比で割って操舵軸の操舵角（Ｃ）を求める。この様に、ＫＥＹスイッチ１２がオフされている間は、レゾルバ６１の回転数のみを検出しておけば操舵軸の操舵角（Ｃ）が求まる。

次に、レゾルバ６１に対する主回路１００による通常の励磁とバックアップ回路２００による間欠的な励磁について図５と図６に従って説明する。
図５はレゾルバ６１の励磁波形を示すチャート図であって、区間（Ｔａ）と区間（Ｔｃ）は主回路１００がオフしている区間を表し、区間（Ｔｂ）は主回路１００がオンしている区間を表している。主回路１００がオフしている区間（Ｔａ）と（Ｔｃ）では、前述したバッテリ１１の消費電流を低減する為に、バックアップ回路２００により間欠的に励磁が行われ、主回路１００がオンしている区間（Ｔｂ）では連続した正弦波による通常の励磁が行われる。

レゾルバ６１を励磁すると検出コイルにはレゾルバ６１の回転角に応じて振幅が変調された検出波形が取り出される。２つの検出コイルは位相が互いに９０度異なっており、各々の振幅はレゾルバ６１の回転角に対して正弦と余弦を成している。この検出コイルの検出電圧を余弦をＸとし、正弦をＹとしてＸＹ面上に現すと図６に示すリサージュ円が得られる。図６に示すように、検出電圧の正負の組み合わせからレゾルバ角の１回転を９０度毎に４つの領域に分割することが出来る。即ち、正弦と余弦が共に正である領域は第１象限を与え、正弦が正で余弦が負の領域は第２象限を与え、正弦と余弦が共に負である領域は第３象限を与え、正弦が負で余弦が正の領域は第４象限を与える。このように２つの検出コイルの検出電圧の正負の組み合わせによりレゾルバの１回転を９０度毎に４つの領域に区分できる。

ブラシレスモータ６が正方向に回転している場合、象限は第１、第２、第３、第４の順に遷移し、ブラシレスモータ６が逆方向に回転している場合、象限は第４、第３、第２、第１の順に遷移する。従って、間欠励磁の周期毎にこの象限の状態を監視し、第４象限から第１象限に遷移した時に回転数カウンタの値を＋１し、第１象限から第４象限に遷移した時に回転数カウンタの値を−１することにより回転数を計測できる。

以下、この発明の実施形態１に係る電動パワーステアリングの制御装置の回路構成を示す図７のブロック図について説明する。
図７の制御装置は、自動車のＫＥＹスイッチ１２がオンしている間に動作する主回路１００と、自動車のバッテリ１１により常時バックアップされて動作するバックアップ回路２００から構成され、主回路１００は、主電源１０１、ＣＰＵ１０２、ブラシレスモータ６を駆動するインバータ１０４、ブラシレスモータ６に内設されるレゾルバ６１とＣＰＵ１０２とのレゾルバインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路１０３等から構成される。この主回路１００は自動車のＫＥＹスイッチ１２がオンされている間に動作して、ＣＰＵ１０２からの制御によりインバータ１０４を介してブラシレスモータ６を駆動する。

バックアップ回路２００は、自動車のバッテリ１１により常時バックアップされている。まず、発振器２０１によりクロックＣＫを発生する。次にタイミング発生器２０２にてこのクロックＣＫを分周して得た所定の間欠励磁周期毎にクロックの周期をパルス幅とした励磁パルスＰｅｘｃを発生する。次にこの励磁パルスＰｅｘｃをロウパスフィルタ２０３に通して励磁波形Ｖｅｘｃを得てバッファアンプ２０４を介してレゾルバ６１の励磁コイルを励磁する。
図８に上記したクロックＣＫ、励磁パルスＰｅｘｃ、励磁波形Ｖｅｘｃの発生タイミングを示す。

次にレゾルバ６１の２つの検出コイルの信号ＳＩＮ、ＣＯＳをアナログスイッチ２０５等のスイッチ手段を経てコンパレータ２０６に入力する。コンパレータ２０６の入力には後述する様に模擬入力を設定する為のプルアップダウン回路２０７等のＩ／Ｆ回路が具備されている。検出コイルの検出信号ＳＩＮ、ＣＯＳの正負はコンパレータ２０６で判定されて、結果は励磁パルスＰｅｘｃの終端のタイミングで次段のラッチ（今回）２０８にラッチされる。以上の動作にて、バッファアンプ２０４とコンパレータ２０６の回路電源も消費電流を低減する為に励磁パルスＰｅｘｃにより間欠的にオンされる。

ラッチは直列に接続された２段から成り、２つの検出信号ＳＩＮ、ＣＯＳに対応して２つ備わっている。励磁パルスＰｅｘｃの終端のタイミングにて、ラッチ(今回)２０８の出力が次段のラッチ（前回）２０９に転送されると共に、コンパレータ２０６の出力がラッチ（今回）２０８にラッチされる。即ち、コンパレータ２０６の出力の前回の間欠励磁パルスＰｅｘｃによる結果と、今回の間欠励磁パルスＰｅｘｃによる結果がラッチされる。これらのラッチの出力を次段のデコーダ２１０によりデコードして、回転数カウンタ（Ａ）２１１を＋１するＵＰ信号と−１するＤＯＷＮ信号とを得る。即ち領域の象限が、前回が第４象限で今回が第１象限の時にＵＰ信号を出力して、領域の象限が、前回が第１象限で今回が第４象限の時にＤＯＷＮ信号を出力する。回転数カウンタ（Ａ）２１１はアップダウンカウンタにより構成されており、デコーダ２１０から出力されるＵＰ信号によりカウントアップされ、ＤＯＷＮ信号によりカウントダウンされる。
そして主回路１００を構成するＣＰＵ１０２が起動した後に回転数カウンタ（Ａ）２１１の値をシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介してＣＰＵ１０２に送信し、ＣＰＵ１０２は回転数カウンタの値を基にして操舵角を算出する。

ところでこの発明では、装置の冗長性を確保して信頼性を向上させる為に、回転数カウンタを２系列設けている。更に、この２系列目の回転数カウンタ（Ｂ）２１２では、ＵＰ信号とＤＯＷＮとを入れ替えて１系列目の回転数カウンタ（Ａ）２１１と２系列目の回転数カウンタ（Ｂ）２１２の値の増加と減少とが逆に動作する様にしている。従って、両カウンタの動作が正常である限り、両カウンタの値の和は常に操舵角の中点の値となる。主回路１００のＣＰＵ１０２は起動後に、この２つの回転数カウンタ２１１、２１２の値をシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介して読み取り、両者の和が操舵角の中点と一致する場合には正常と判定し、一致しない場合には異常と判定する。

更にこの発明は、図６で説明した領域遷移の監視機能も備えている。上述した様にブラシレスモータ６が回転すると通常は領域の象限を隣接する象限に順次遷移していく。この遷移が何らかの原因で、例えば第１象限から第３象限のように隣接象限を飛び越えて遷移した場合には、遷移状態が異常であるとしてデコーダ２１０から異常信号ＥＲＲ１を出力して異常検出カウンタ２１３の値を＋１にインクリメントする。主回路１００のＣＰＵ１０２起動後に、ＣＰＵ１０２はシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介してこの異常検出カウンタ２１３のカウント値を読み取り、カウント値が所定値以上であればバックアップ回路２００の動作が異常であるとして外部の周辺機器１０に対してその旨の信号を送信する。

更にこの発明は、ブラシレスモータ６の回転状態によって間欠励磁の周期を切り替えることによって、バッテリ１１の消費電流の増加を押さえつつ、ブラシレスモータ６の高速回転にも追随することができるよう高回転検出器２１４を備えている。
高回転検出器２１４は、ブラシレスモータ６の３相の端子の起電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗにより回転数の高低を判定する。即ち、ブラシレスモータ６が何らかの外力により回されている場合、回転数が高ければ起電圧も高く、回転数が低ければ起電圧も低いので、この起電圧からブラシレスモータ６の回転数の高低を判定できる。

高回転検出器２１４は、図９に示すようにダイオードと抵抗とコンデンサから成る回路網２１４ａにより端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを整流し、この整流した電圧が所定値以上であるか以下であるかを電圧比較器２１４ｂにて判定する。次段のタイミング発生器２０２では、この判定結果を受けて端子電圧が所定値以下である場合は分周比を大きく設定して間欠励磁の周期を長く設定し、端子電圧が所定値以上である場合は分周比を小さく設定して間欠励磁の周期を短く設定する。以上のように、ブラシレスモータ６の回転状態によって間欠励磁の周期を切り替えることによって、バッテリ１１の消費電流の増加を押さえるができる。

更にこの発明は、バッテリ１１が外れた場合、又はバッテリ１１の出力電圧が異常に低下した場合のように、バックアップ回路２００が動作不能となる低電圧を検出した場合に、操舵角算出に際して所定の初期化処理を行うようにした回路も備えている。
即ち、バックアップ回路２００には、自身の回路電源として、バッテリ１１の電圧から所定の定電圧を得る定電圧電源２１５が備わっている。低電圧検出器２１６は、この定電圧電源２１５の出力電圧Ｖｃｃを監視して、この出力電圧Ｖｃｃがバックアップ回路２００が正常に動作する電圧ＶＬよりも低下した時に内蔵するフリップフロップＢＦＦをリセットする。

次に、主回路１００の電源１０１がオンしてＣＰＵ１０２が起動すると、ＣＰＵ１０２はシリアル通信Ｉ／Ｆ回路１０８を介してこのフリップフロップＢＦＦの状態を読み取り、オンであれば通常の処理を行い、オフであれば回転数検出値に対して所定の初期化処理を行った後にシリアル通信Ｉ／Ｆ回路１０８を介してフリップフロップＢＦＦをセットする。その後ＣＰＵ１０２がオフして次に再起動した場合に、フリップフロップＢＦＦがセットされたままの状態であれば通常の処理を行い、リセットされていれば初期化処理を行う。このようなバッテリ１１の電圧が異常に低下した場合の低電圧検出器２１６における検出と処理の動作を示すタイミングチャートを図１０に示す。以上のように、電源電圧の低下を監視して、バッテリ１１が外れた事を検出して然るべき初期化処理を行う。

次に、コンパレータ２０６の入力を設定する為のプルアップダウン回路２０７等のＩ／Ｆ回路の動作について図１１に基づいて説明する。なお、図１１ではレゾルバ６１の１つの検出コイルについて示しているが、もう一方の検出コイルについても同様である。
図１１において、レゾルバ６１の検出コイルの＋端はコンパレータ２０６の＋入力に接続され、検出コイルの−端はコンパレータ２０６の−入力に接続される。各入力にはプルアップダウン回路２０７のスイッチ素子Ｓ１、Ｓ２により電源に接続されるプルアップ抵抗と、スイッチ素子Ｓ３、Ｓ４によりグランドに接続されるプルダウン抵抗とが接続されている。尚、図１１ではスイッチ素子を模式的に機械的スイッチの記号を用いて表しているが、実際には電子スイッチが用いられる。

各スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４はＣＰＵ１０２の起動後にＣＰＵ１０２からシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介して送信される指令信号によってオン・オフされる。これらのスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４は、後述する様にその時々の回路の働きに応じてＣＰＵ１０２からの指令に基づいてオンとオフが設定される。
レゾルバ６１の検出信号ＳＩＮ、ＣＯＳの正負を検出する通常の動作では、コンパレータ２０６の各入力は、図１１（ａ）に示す様に、スイッチ素子Ｓ１、Ｓ２がオンされて、＋側、−側ともにプルアップ接続されて両入力には等しくバイアス電圧が加わる様になっている。

次に、コンパレータ２０６の入力回路であるプルアップダウン回路２０７等のＩ／Ｆ回路に模擬入力を設定することにより、接続監視回路２１７を用いてレゾルバ信号の接続状態の故障を診断する場合について説明する。
模擬入力はＣＰＵ１０２からシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介して送信される指令信号によって、プルアップダウン回路２０７のスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４のオン、オフを制御してコンパレータ２０６の入力に所定の電圧を付加して模擬入力を設定するもので、この意味でプルアップダウン回路２０７は模擬入力設定回路としても機能する。

間欠励磁の状態では、今回の励磁と次回の励磁との間に非励磁期間が生じるので、この間にプルアップダウン回路２０７に対してテストパルスの模擬入力を加えて診断を行う。
まずレゾルバ６１の接続の断線、又は地絡を検出する場合は、図１１（ｂ）に示す様に、このテストパルスによりスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４をオンして、検出コイルの＋側をプルアップし、−側をプルダウンする。＋側がプルアップされているので正常時には−側にも電圧の上昇が検出できるのであるが、バックアップ回路２００からレゾルバ６１の検出コイル迄の配線に断線が発生している場合、又はグランドへの地絡が生じている場合には＋側の電圧が−側に伝わらないので、接続監視回路２１７はこの−側の電圧を監視して、この電圧が所定値以下である場合には異常と判定して、断線・地絡検出パルスＥＲＲ２を出力して異常検出カウンタ２１３を＋１にインクリメントする。

次に、レゾルバ６１の接続の天絡を検出する場合には、上記のテストパルスとは異なる他のタイミングにて、図１２（ｃ）に示す様にスイッチ素子Ｓ４のみをオンして、＋側の抵抗を開放状態にして−側をプルダウンして−側の電圧を監視する。正常時には−側に電圧は生じないのであるが、レゾルバ６１の検出コイルの配線に電源への天絡が生じている場合にはこれが伝わって−側に電圧が発生するので、接続監視回路２１７はこの電圧を監視して所定値以上であれば、天絡検出パルスＥＲＲ２を出力して異常検出カウンタ２１３を＋１にインクリメントする。そして主回路１００を構成するＣＰＵ１０２が起動した後は異常検出カウンタ２１３の値をシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介してＣＰＵ１０２に送信し、ＣＰＵ１０２は周辺機器１０に対して異常である旨の信号を送信するようにする。
ここで発生するテストパルスは間欠励磁のパルスの発生と同期している必要は無く、発生間隔を励磁パルスの発生間隔に比べて長く設定する事によりバッテリの消費電流を低減している。

次に、主回路１００の電源１０１がオンしてＣＰＵ１０２が起動した以降の処理に付いて説明する。
バックアップ回路２００は、ＣＰＵ１０２が起動した後も間欠励磁による回転数計測を継続し、この間欠励磁に同期した同期信号ＳＹＮＣをＣＰＵ１０２に送信する。ＣＰＵ１０２はこの同期信号ＳＹＮＣを受けてその周期を計測し、この周期が所定の範囲内であれば正常と判定して通常の処理を行い、所定の範囲外であればバックアップ回路２００の動作が異常と判定して周辺機器１０に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにする。

ＣＰＵ１０２が起動すると、まずバックアップ回路２００による２系列の回転数カウンタ２１１、２１２の計測値をシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介して読み込み、自身の回転数計測値に移植する。次にシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介してバックアップ回路２００に指令信号を送ってアナログスイッチ２０５をオフする事により、レゾルバ６１の検出コイルをバックアップ回路２００から切り離す。これにより、通常の励磁によるレゾルバ信号処理に対するバックアップ回路２００の影響が除去できると共に、バックアップ回路側でのＣＰＵ１０２による以下に説明する故障診断が可能となる。
即ち、ＣＰＵ１０２は通常の励磁によるレゾルバ６１の検出コイルからの信号をレゾルバＩ／Ｆ回路１０３を介して入力して信号処理することにより、ブラシレスモータ６の回転角と回転数から操舵角を算出するのと並行して、バックアップ回路２００に対する以下の故障診断を行う。

アナログスイッチ２０５をオフしてレゾルバ６１の検出コイルをバックアップ回路２００から切り離した状態で、コンパレータ２０６の入力回路であるプルアップダウン回路２０７のプルアップ抵抗とプルダウン抵抗の接続を、ＣＰＵ１０２からのシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介した指令信号によりオン・オフすることで、以降に説明するバックアップ回路２００に対する各種の診断を行う。

まず、図１１（ｂ）に示すように、プルアップダウン回路２０７のスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４をオンして、コンパレータ２０６の＋入力をプルアップして−入力をプルダウンすると、検出コイルのプラス出力相当の電圧がコンパレータ２０６に入力される。逆に、図１１（ｄ）に示すように、プルアップダウン回路２０７のスイッチ素子Ｓ２、Ｓ３をオンして、コンパレータ２０６の＋入力をプルダウンして−入力をプルアップすると、検出コイルのマイナス出力相当の電圧がコンパレータ２０６に入力される。
このようにしてコンパレータ２０６の入力に２つの検出コイルの検出電圧の正負に相当する電圧を順次加えることによって、ブラシレスモータ６が回転する時に相当する信号をコンパレータ２０６の出力に得ることが出来る。

主回路１００を構成するＣＰＵ１０２の起動後に、ＣＰＵ１０２はシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介して領域の象限を順次遷移させるような模擬入力を与えることにより領域判定の象限を順次遷移させて回転数カウンタ（Ａ）２１１と回転数カウンタ（Ｂ）２１２の値を増減させる。ＣＰＵ１０２はシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介して回転数カウンタ２１１、２１２の値を受信し、この受信した回転数カウンタ２１１、２１２の値がＣＰＵ１０２から与えた象限の遷移と一致していればバックアップ回路２００の動作は正常であると判定して以降も通常の処理を行い、一致しなければ異常と判定して周辺機器１０に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにする。

以上の回転数カウンタ２１１、２１２に対する診断と同様にして、異常検出カウンタ２１３の診断も行う。
この場合には、領域の遷移が例えば、第１象限から第３象限のように隣接する象限を飛び越えて設定する。主回路１００を構成するＣＰＵ１０２の起動後に、ＣＰＵ１０２はシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介してコンパレータ２０６に模擬入力を与えることにより領域判定の象限の遷移に異常な遷移を発生させて異常検出カウンタ２１３の値を増減させる。更にＣＰＵ１０２はシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介して異常検出カウンタ２１３の値を受信し、この受信した異常検出カウンタ２１３の値がＣＰＵ１０２から与えた象限の異常遷移と一致していればバックアップ回路２００は正常であると判定して以降も通常の処理を行い、一致しなければ異常と判定して周辺機器１０に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにする。

次に、接続監視回路２１７に対する診断について説明する。
図１１（ｂ）に示す様に、プルアップダウン回路２０７のスイッチ素子Ｓ１、Ｓ４をオンして、コンパレータ２０６の＋入力の抵抗をプルアップし、−入力の抵抗をプルダウンすると、コンパレータ２０６にはレゾルバ６１の配線が断線または地絡した場合に相当する出力が得られる。
主回路１００を構成するＣＰＵ１０２の起動後に、ＣＰＵ１０２はシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介してレゾルバ６１の検出コイルの接続が異常である場合に相当する上記した模擬入力を与えることにより異常検出カウンタ２１３の値を増減させる。更にＣＰＵ１０２はシリアル通信Ｉ／Ｆ回路２１８を介して異常検出カウンタ２１３の値を受信し、この受信した異常検出カウンタ２１３の値がＣＰＵ１０２から与えた模擬入力と一致していればバックアップ回路２００は正常であると判定して以降も通常の処理を継続し、一致しなければ異常と判定して周辺機器１０に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにする。

以上のようにこの発明は、パワーステアリングの制御装置の主電源がオフされている間はバッテリ１１でバックアップされたバックアップ回路２００によりブラシレスモータ６のレゾルバ６１を間欠的に励磁してブラシレスモータ６の回転数を検出するものにおいて、ブラシレスモータ６の端子で検出した起電圧によりブラシレスモータ６が回されていることを検出して間欠励磁の周期を切り替えることによりバッテリ１１の消費電流を低減することができる。
また、制御装置の主回路１００を構成するＣＰＵ１０２が起動した後はバックアップ回路２００をアナログスイッチ２０６などのスイッチ手段にて切断することによりバックアップ回路２００の主回路１００への影響を排除することができる。

さらに、バックアップ回路２００が動作不能となる低電圧を検出して記憶することで、バッテリ外れを検出したときは操舵角算出に際して初期化処理を行うことができる。
また、レゾルバ６１の２つの検出コイルの信号の正負をコンパレータ２０６で判定して、２つの信号の正負の組み合わせから成る４つの領域の象限の遷移状態から回転数の増減を検出すると共に遷移状態の異常を検出して異常検出カウンタ２１３でカウントすることにより、操舵角の異常を検出できる。さらに接続監視回路２１７により、レゾルバ信号の接続状態の異常を検出して異常検出カウンタ２１３でカウントすることにより、接続状態の異常を検出できる。

さらに、回転数検出回路を二重系にすることにより操舵角の検出値の信頼性を向上させることができる。また、バックアップ回路２００が発生する間欠励磁パルスの周期をＣＰＵ１０２が計測することにより、間欠励磁の周期発生回路の故障を検出して影響を排除することができる。また、コンパレータ２０６の入力にＣＰＵ１０２から模擬入力を与えることにより、バックアップ回路２００の回転数カウンタ、異常検出カウンタおよびレゾルバ信号の接続状態を監視する接続監視回路の故障を診断することができる。

１：ハンドル、 ２：操舵軸、
３：トーションバー、 ４：トルクセンサ、
５：コントローラ（ＥＣＵ） ６：ブラシレスモータ、
６１：レゾルバ、 ７：減速ギア、
８：車軸、 １０：外部の周辺機器、
１１：バッテリ、 １２：ＫＥＹスイッチ、
１００：主回路、 １０１：主電源、
１０２：ＣＰＵ、 １０３：レゾルバＩ／Ｆ回路、
１０４：インバータ
２００：バックアップ回路、 ２０１：発振器、
２０２：タイミング発生器、 ２０３：ロウパスフィルタ、
２０４：バッファアンプ、 ２０５：アナログスイッチ、
２０６：コンパレータ、 ２０７：プルアップダウン回路、
２０８：ラッチ、 ２０９：ラッチ、
２１０：デコーダ、 ２１１：回転数カウンタ、
２１２：回転数カウンタ、 ２１３：異常検出カウンタ、
２１４：高回転検出器、 ２１５：電源、
２１６：低電圧検出器、 ２１７：接続監視回路、
２１８：シリアル通信Ｉ／Ｆ回路。

Claims (10)

1. 自動車の操舵力をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング装置において、前記ブラシレスモータの回転数と回転角を、前記ブラシレスモータの励磁コイルと互いに９０度位相の異なる２つの検出コイルから成るレゾルバにより検出すると共に、検出された回転数と回転角から前記ブラシレスモータにギアを介して接続された操舵軸の操舵角を算出し、この操舵角を外部の周辺機器に対して送信し、前記電動パワーステアリング装置の主電源がオフされて主回路が遮断されアシスト機能が停止している間は、自動車のバッテリにより電源がバックアップされたバックアップ回路により前記励磁コイルを間欠的に励磁して前記ブラシレスモータの回転数を計測し、前記主電源がオンして主回路を構成するＣＰＵが動作を開始した後に前記バックアップ回路で計測した回転数をシリアル通信を介して前記ＣＰＵが受信して以降のＣＰＵによる回転数計測を継続し、次に主電源がオフされる時には前記ＣＰＵによる回転数計測値をシリアル通信を介して前記バックアップ回路が受信して以降のバックアップ回路の間欠励磁による回転数計測を継続し、前記間欠励磁の間欠周期を前記ブラシレスモータの端子電圧に応じて、前記端子電圧が所定値以下の場合は間欠周期を長く設定し、前記端子電圧が所定値以上の場合は間欠周期を短く設定するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
2. 主回路を構成するＣＰＵによるレゾルバ信号処理によって回転数計測が行われている間は、バックアップ回路とレゾルバとの間をスイッチ手段により切断するようにした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の制御装置。
3. バックアップ回路は、バッテリ電圧または自身の電源の出力電圧を監視して、この電圧が前記バックアップ回路が正常に動作するのに必要な電圧を下回る時にそのことを記憶し、主回路を構成するＣＰＵが起動した後はその結果をシリアル通信を介して前記ＣＰＵに送信し、前記ＣＰＵはこの電圧の低下を検知した場合には操舵角算出に際して所定の初期化処理を行うようにした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の制御装置。
4. バックアップ回路は、所定の周期で所定の幅の励磁パルスを出力し、これをロウパスフィルタに通して得た励磁信号によりレゾルバの励磁コイルを励磁すると共に、前記レゾルバの２つの検出コイルの各々の両端電圧差の正負をコンパレータで判定してその結果を前記励磁パルスの終端のタイミングでラッチし、このラッチの出力で知られる２つの検出コイルの正負の組み合わせから前記レゾルバの１回転を９０度毎に４分割した領域を判定し、この領域の象限が第４象限から第１象限に遷移した時に前記レゾルバが正方向に１回転したとして回転数カウンタの値を＋１し、この領域の象限が第１象限から第４象限に遷移した時に前記レゾルバが逆方向に１回転したとして回転数カウンタの値を−１し、更にこの領域が隣接する象限を飛び超えて遷移した時に異常と判定して異常検出カウンタの値を＋１し、主回路を構成するＣＰＵが起動した後に前記回転数カウンタと前記異常検出カウンタの値をシリアル通信を介して前記ＣＰＵに送信し、前記ＣＰＵは前記回転数カウンタの値を基にして操舵角を算出すると共に、前記異常検出カウンタが所定の値以上である場合には周辺機器に対して操舵角検出が異常である旨の信号を送信するようにした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の制御装置。
5. バックアップ回路は、間欠励磁とは異なるタイミングにて検出コイルの＋端にテストパルスを加えると共に前記検出コイルの−端の電圧を監視し、この電圧が所定の範囲内に無い場合に異常と判定して異常検出カウンタの値を＋１し、主回路を構成するＣＰＵが起動した後は前記異常検出カウンタの値をシリアル通信を介して前記ＣＰＵに送信し、前記ＣＰＵは前記異常検出カウンタの値が所定値以下であれば通常の処理を継続し、前記異常検出カウンタの値が所定値以上であれば周辺機器に対して異常である旨の信号を送信するようにした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の制御装置。
6. バックアップ回路は回転数カウンタを２つ備え、２つの回転数カウンタの一方はカウンタの＋１と−１が、他方の回転数カウンタとは逆に動作し、この２つの回転数カウンタの値をシリアル通信を介して受信した主回路を構成するＣＰＵは、前記２つの回転数カウンタの値の和が操舵角の中点を表す所定の値である場合は回転数カウンタの値が正常であると判定して通常の処理を継続し、前記２つの回転数カウンタの値の和が操舵角の中点を表す所定の値と異なる場合には異常と判定して、周辺機器に対して操舵角が異常である旨の信号を送信するようにした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の制御装置。
7. バックアップ回路は、主回路を構成するＣＰＵの起動後にこのＣＰＵに対して励磁パルスと同期した同期信号を送信し、前記ＣＰＵはこの同期信号の周期を計測して、この周期が所定内であれば正常と判定して通常の処理を行い、所定外であれば異常と判定して周辺機器に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにした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の制御装置。
8. バックアップ回路のコンパレータの入力に所定の電圧を付加して模擬入力を設定する模擬入力設定回路を備え、主回路を構成するＣＰＵの起動後に、前記ＣＰＵはシリアル通信を介してこの模擬入力を与えることにより領域判定の象限を順次遷移させて回転数カウンタの値を増減させ、更にシリアル通信を介して前記回転数カウンタの値を受信し、この受信した回転数カウンタの値が前記ＣＰＵから与えた象限の遷移と一致していればバックアップ回路は正常であると判定して以降も通常の処理を行い、一致しなければ異常と判定して周辺機器に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにした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の制御装置。
9. バックアップ回路のコンパレータの入力に所定の電圧を付加して模擬入力を設定する模擬入力設定回路を備え、主回路を構成するＣＰＵの起動後に、前記ＣＰＵはシリアル通信を介してこの模擬入力を与えることにより領域判定の象限の遷移に異常な遷移を発生させて異常検出カウンタの値を増減させ、更にシリアル通信を介して前記異常検出カウンタの値を受信し、この受信した異常検出カウンタの値が前記ＣＰＵから与えた象限の異常遷移と一致していればバックアップ回路は正常であると判定して以降も通常の処理を行い、一致しなければ異常と判定して周辺機器に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにした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の制御装置。
10. バックアップ回路のコンパレータの入力に所定の電圧を付加して模擬入力を設定する模擬入力設定回路を備え、主回路を構成するＣＰＵの起動後に、前記ＣＰＵはシリアル通信を介してこの模擬入力を与えることによりレゾルバの検出コイルの接続が異常である場合に相当する模擬入力を与えて異常検出カウンタの値を増減させ、更にシリアル通信を介して前記異常検出カウンタの値を受信し、この受信した異常検出カウンタの値が前記ＣＰＵから与えた模擬入力と一致していればバックアップ回路は正常であると判定して以降も通常の処理を継続し、一致しなければ異常と判定して周辺機器に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにした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の制御装置。

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