JP2015046770A - 電子制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 センサから制御ユニットまで伝送されるデータの信頼性を向上させることができる電子制御システムを提供する。
【解決手段】 トルクセンサ41は、操舵トルク値をデジタルデータに変換するホールIC51およびデジタル化回路53、ホールIC52およびデジタル化回路54を有する。またトルクセンサ41は、デジタル化回路53が出力する通常データ、および、デジタル化回路54が出力するデータを反転させたものである監視データ、を互いに関連付けて配線56へ送り出すインターフェース回路55を有する。制御ユニット44は、伝送された通常データと、当該通常データに関連付けられた監視データを反転させたものとが不一致のとき、ホールIC51、52、デジタル化回路53、54、インターフェース回路55および配線56のうち少なくとも1つが異常であると判定するマイクロコントローラ46を有する。
【選択図】図3

Description

本発明は、センサから伝送されるデータに基づき制御ユニットがデータ処理を行うよう構成された電子制御システムに関する。
センサから制御ユニットまでデータを伝送するとき、伝送すべきデータであるポジティブデータと共に、ポジティブデータを反転させたネガティブデータを伝送する方法が知られている。これによれば、制御ユニットは、ポジティブデータおよびネガティブデータの対応するビット同士を比較することによって、伝送途中にデータが変化したか否か、すなわち伝送されたデータが誤っているか否かを判定することができる。
特許文献1では、センサは、ポジティブデータとネガティブデータとを別個のデータ発生回路で発生させている。これにより、制御ユニットは、データ発生回路の故障に起因したデータの誤りを検出することができる。
特開昭60−93844号公報
特許文献1では、ポジティブデータおよびネガティブデータは、データ設定回路に設定される同一のデータが基になっている。データ設定回路に設定されるデータは、センサの検出手段が出力する電気信号が変換されたものである。そのため、センサの検出手段が故障したとき、ポジティブデータおよびネガティブデータは、データ設定回路に設定される誤ったデータに基づき作られる。このとき伝送されるデータは制御ユニットにより正しいと判断される。したがって、センサの検出手段の故障に起因したデータの誤りを検出することができず、制御ユニットに伝送されるデータの信頼性が低いという問題がある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサから制御ユニットまで伝送されるデータの信頼性を向上させることができる電子制御システムを提供することである。
本発明は、センサおよび制御ユニットを備え、センサから伝送路を介して制御ユニットまでデータを伝送可能な電子制御システムである。
センサは、第1検出手段および第2検出手段と、出力手段とを有している。第1検出手段および第2検出手段は、検出対象の状態を示す物理量をデジタルデータに変換する。出力手段は、第1検出手段が出力するデジタルデータである通常データ、および、第2検出手段が出力するデジタルデータを無条件に或いは所定の条件を満たすとき反転させたものである監視データ、を互いに関連付けて順に伝送路へ送り出す。
制御ユニットは、異常判定手段を有している。異常判定手段は、伝送された監視データが反転させられたものである場合には、当該監視データを反転させたものと通常データとが不一致であるとき、第1検出手段、第2検出手段、出力手段および伝送路のうち少なくとも一つが異常であると判定する。また、異常判定手段は、伝送された監視データが反転させられていないものである場合には、当該監視データと通常データとが不一致であるとき、第1検出手段、第2検出手段、出力手段および伝送路のうち少なくとも一つが異常であると判定する。
本発明によれば、通常データは、第1検出手段が出力するデジタルデータが基になっており、また監視データは、第2検出手段が出力するデジタルデータが基になっている。そのため、制御ユニットは、例えば第1検出手段が故障したとき、伝送されてきた通常データおよび監視データの対応するビット同士が不一致であることをもって、データが誤りであることを検知することができる。したがって、センサから制御ユニットまで伝送されるデータの信頼性を向上させることができる。
本発明の第1実施形態による電子制御システムが適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を説明する図である。 図1の電子制御システムの構成を説明するブロック図である。 図2のトルクセンサの構成を説明するブロック図である。 図3のインターフェース回路が配線へ送り出すデータのフレーム構成を示す図である。 図3のインターフェース回路が配線へ出力するパルス信号を示す図である。 図5のパルス信号のうち、ステータスパルス、通常データパルス、監視データパルス、および、誤り検出パルスに関し、ビット列が示す数値とパルス周期との関係を示す図である。 図4の通常データおよび監視データのビット列とパルス周期との関係を示す表である。 本発明の第2実施形態による電子制御システムのトルクセンサの構成を説明するブロック図である。 図8のインターフェース回路が配線へ出力する通常データおよび監視データのビット列とパルス周期との関係を示す表である。 本発明の第3実施形態による電子制御システムのトルクセンサの構成を説明するブロック図である。 本発明の他の実施形態による電子制御システムが適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を説明する図である。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による電子制御システムが適用された電動パワーステアリング装置を図1に示す。電動パワーステアリング装置10は、ステアリングシステム90に設けられている。ステアリングシステム90は、車両の進行方向を変えるために車輪91を操作するものであり、ハンドル92、ステアリング軸93、ラックピニオン機構94、および、タイロッド95を備えている。ハンドル92からステアリング軸93に伝わる回転運動は、ラックピニオン機構94により直線運動に変換され、タイロッド95を介して車輪91に伝わることによって、車輪91の向きを変える。電動パワーステアリング装置10は、運転者によるハンドル操作をアシストするためのものである。
先ず、電動パワーステアリング装置10の概略構成を図1、図2を参照して説明する。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置10は、モータ20、減速機30、および、電子制御システム40を備えている。
モータ20は、アシストトルクを発生させる。本実施形態では、モータ20は三相ブラシレスモータである。
減速機30は、モータ20の回転を減速してステアリング軸93に伝達する。本実施形態では、減速機30は歯車減速機である。
電子制御システム40は、トルクセンサ41、車速センサ42、回転角センサ43、および、制御ユニット44を備えている。トルクセンサ41は、ステアリング軸93に入力される操舵トルクを検出する。車速センサ42は、車両の速度すなわち車速を検出する。回転角センサ43は、モータ20の回転角を検出する。制御ユニット44は、各センサから伝送されるデータに基づきモータ20の駆動を制御する。
本実施形態では、トルクセンサ41、車速センサ42、回転角センサ43は、制御ユニット44に対しある程度離れた位置に設けられており、「伝送路」としての配線56、57、58を含むハーネスによって制御ユニット44に接続されている。図1および以降の図では、配線56、57、58以外にハーネスに含まれる電源線などの図示を省略している。
図2に示すように、制御ユニット44は、電流検出回路45、マイクロコントローラ46、および、モータ駆動回路47を有している。電流検出回路45は、モータ20の駆動電流を検出し、その電流検出値をマイクロコントローラ46に出力する。マイクロコントローラ46は、各センサから伝送されるデータに基づき、モータ20の駆動電流の目標値である電流目標値を算出し、その電流目標値と電流検出値とを比較して電流指令値を決定する。モータ駆動回路47は、電流指令値に基づきモータ20を駆動する。
次に、電子制御システム40のトルクセンサ41およびマイクロコントローラ46の構成を図3、図4、図5を参照して詳細に説明する。
図3に示すように、トルクセンサ41は、ホールIC51、52、デジタル化回路53、54、および、インターフェース回路55を有している。
ホールIC51、52は、操舵トルク値を電気信号(アナログ信号)に変換する。デジタル化回路53、54は、ホールIC51、52が出力する電気信号をデジタルデータに変換する。ホールIC51およびデジタル化回路53は、特許請求の範囲に記載の「第1検出手段」を構成し、ホールIC52およびデジタル化回路54は、特許請求の範囲に記載の「第2検出手段」を構成している。
インターフェース回路55は、デジタル化回路53が出力するデジタルデータである通常データ、および、デジタル化回路54が出力するデジタルデータを反転させたものである監視データ、を互いに関連付けて順に配線56へ送り出す。本実施形態では、通常データおよび監視データは、操舵トルク値を表すビット列から4ビット毎に分割されたものであり、いくつかのデータと共にフレームに格納された状態で送り出される。インターフェース回路55は、特許請求の範囲に記載の「出力手段」に相当する。
図4に示すように、フレームに格納されるデータは、同期データ61、ステータスデータ62、3つの通常データ63、3つの監視データ64、誤り検出データ65、および、エンドデータ66である。同期データ61は、フレームの始まりを示す。ステータスデータ62は、フレームの情報を示す。誤り検出データ65は、伝送の途中のエラーをチェックするためのものであり、その方法には例えば巡回冗長検査(CRC)が採用される。エンドデータ66は、フレームの終わりを示す。
フレームに格納されるデータは、米国自動車技術会規格SAE−J2716に準拠したパルス信号の形で伝送される。つまり、トルクセンサ41と制御ユニット44との間ではSENT方式によってデータが伝送されている。上記「SENT」とは、Single Edge Nibble Transmission(シングルエッジニブル伝送)のことである。このパルス信号は、図5に示すような0Vと5Vとを繰り返すパルス信号であり、先頭から順に、同期データを表す同期パルス71、ステータスデータを表すステータスパルス72、通常データを表す3つの通常データパルス73、監視データを表す3つの監視データパルス74、誤り検出データを表す誤り検出パルス75、および、エンドデータを表すエンドパルス76から構成されている。図5において、時間軸の単位は[tick]である。本実施形態では、例えば1[tick]=1.5[μs]に設定される。
図5に示すように、パルス信号は、電圧が立ち下がるとき所定の閾値を通過する時点(同期パルス71の場合、時点t1)から、電圧が立ち上がったのち、再び立ち下がるとき閾値を通過する時点(同期パルス71の場合、時点t2)までが一区切りである。つまり、時点t1〜時点t2が同期パルス71であり、時点t2〜時点t3がステータスパルス72であり、時点t3〜時点t4が第1の通常データパルス73であり、時点t4〜時点t5が第2の通常データパルス73であり、時点t5〜時点t6が第3の通常データパルス73であり、時点t6〜時点t7が第1の監視データパルス74であり、時点t7〜時点t8が第2の監視データパルス74であり、時点t8〜時点t9が第3の監視データパルス74であり、時点t9〜時点t10が誤り検出パルス75であり、時点t10〜時点t11がエンドパルス76である。閾値は例えば2.5Vに設定される。
図5に示すパルス信号のパルス72、73、74、75は、図6に示すように、対応するデータのビット列が示す数値が1大きくなる毎にパルス周期が所定時間長くなるように設定される。
具体的には、パルス72、73、74、75に対応するデータのビット列は「0000」〜「1111」の16通りであり、これらビット列が示す数値(10進数)は「0」〜「15」である。ビット列が示す数値が「0」の場合、パルス周期は12[tick]に設定される。ビット列が示す数値が「1」の場合、パルス周期は13[tick]に設定される。以降、ビット列が示す数値が1大きくなる毎にパルス周期が1[tick]長くなるように設定される。
図7には、通常データおよび監視データのビット列と、通常データパルスおよび監視データパルスのパルス周期との関係をまとめて示す。例えば、通常データのビット列が「0000」のとき、当該通常データと同時に作られる監視データのビット列は「1111」となる。このとき、通常データパルスのパルス周期は12[tick]であり、監視データパルスのパルス周期は27[tick]である。両者のパルス周期の合計は39[tick]となる。
また例えば、通常データのビット列が「0001」のとき、当該通常データと同時に作られる監視データのビット列は「1110」となる。このとき、通常データパルスのパルス周期は13[tick]であり、監視データパルスのパルス周期は26[tick]である。両者のパルス周期の合計は39[tick]となる。
このように、通常データパルスのパルス周期と監視データパルスのパルス周期との合計は常に39[tick]となる。
図3に戻って、制御ユニット44のマイクロコントローラ46は、伝送された通常データ63(図4)と、当該フレームに関連付けられた監視データ64(図4)を反転させたものとが不一致のとき、ホールIC51、52、デジタル化回路53、54、インターフェース回路55、および、配線56のうち少なくとも1つが異常であると判定する。本実施形態では、マイクロコントローラ46は、上記異常を判定したとき、通常データ63から得られる操舵トルク値および他のセンサ値に基づく電流目標値の算出を止め、ハンドル操作のアシストを停止し、ステアリングシステム90をマニュアルステアリング状態とする。マイクロコントローラ46は、特許請求の範囲に記載の「異常判定手段」に相当する。
以上説明したように、第1実施形態による電子制御システム40のトルクセンサ41は、ステアリング軸93に入力される操舵トルク値をデジタルデータに変換する2つの検出手段を有している。一方の検出手段はホールIC51およびデジタル化回路53から構成され、他方の検出手段はホールIC52およびデジタル化回路54から構成されている。
またトルクセンサ41は、デジタル化回路53が出力するデジタルデータである通常データ、および、デジタル化回路54が出力するデジタルデータを反転させたものである監視データ、をフレームに格納した状態で配線56へ送り出すインターフェース回路55を有している。
電子制御システム40の制御ユニット44は、伝送された通常データと、当該通常データに関連付けられた監視データを反転させたものとが不一致であるとき、ホールIC51、52、デジタル化回路53、54、インターフェース回路55、および、配線56のうち少なくとも1つが異常であると判定するマイクロコントローラ46を有している。
このように構成された第1実施形態によれば、通常データは、ホールIC51が検出しデジタル化回路53が出力するデジタルデータが基になっており、また監視データは、ホールIC52が検出しデジタル化回路54が出力するデジタルデータが基になっている。そのため、制御ユニット44は、例えばホールIC51が故障したとき、伝送されてきた通常データおよび監視データの対応するビット同士が不一致であることをもって、データが誤りであることを検知することができる。したがって、トルクセンサ41から制御ユニット44まで伝送されるデータの信頼性を向上させることができる。
また、第1実施形態では、通常データおよび監視データは、通常データを表す通常データパルス73、および、監視データを表す監視データパルス74、を含むパルス信号の形で伝送される。このパルス信号は、米国自動車技術会規格SAE−J2716に準拠した信号であり、通常データパルスおよび監視データパルスは、対応するデータのビット列が示す数値が1大きくなる毎にパルス周期が1[tick]長くなるように設定される。これにより、通常データパルスのパルス周期と監視データパルスのパルス周期との合計は常に39[tick]となる。したがって、データを伝送するのにかかる時間のばらつきが少なくなり、データ伝送を安定的に行うことができる。
また、第1実施形態では、データをSENT方式で伝送しているので、トルクセンサ41と制御ユニット44とを接続するハーネスの配線の本数は3本(VDD、GND、OUT)で済む。これに対し、データの伝送を他のシリアル通信、例えばSPI通信で行う場合、ハーネスの配線の本数は5本(VDD、GND、CLK、SCI、SCO)も必要である。したがって、第1実施形態によればハーネスのコストを削減することができる。
ここで、データをSENT方式で伝送する場合、SPI通信と比べると伝送速度の低下が懸念される。通常、例えばビット列が「1111」のデータを2つ並べてSENT方式で伝送するとき、各パルス周期の合計は54[tick]となる。それに対し、第1実施形態では、上記2つのデータのうち一方を反転させて伝送するので、各パルス周期の合計は39[tick]と短くなる。したがって、第1実施形態によれば、データをSENT方式で伝送しつつも、伝送速度を向上させることができる。
また、第1実施形態では、電子制御システム40は、電動パワーステアリング装置10に適用されている。つまり、電子制御システム40のトルクセンサ41は、ステアリング軸93に入力される操舵トルクを検出し、制御ユニット44は、トルクセンサ41から伝送されるデータ等に基づきモータ20の駆動を制御する。そのため、トルクセンサ41から制御ユニット44まで伝送されるデータの信頼性が向上することによって、モータ20をより安全に制御することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態による電子制御システムについて図8、図9を参照して説明する。第2実施形態による電子制御システム80のトルクセンサ81のインターフェース回路82は、所定の条件を満たすとき、デジタル化回路54が出力するデジタルデータを反転させたものを監視データとし、所定の条件を満たさないとき、デジタル化回路54が出力するデジタルデータを監視データとする。上記所定の条件とは、“デジタル化回路54が出力する4ビットのデジタルデータが「1000」〜「1111」である”という条件である。
図9には、通常データおよび監視データのビット列と、通常データパルスおよび監視データパルスのパルス周期との関係をまとめて示す。例えば、通常データのビット列が「0000」のとき、当該通常データと同時に作られる監視データのビット列は「0000」となる。このとき、通常データパルスのパルス周期は12[tick]であり、監視データパルスのパルス周期は12[tick]である。両者のパルス周期の合計は24[tick]となる。
以降、通常データのビット列が「0111」になるまでは、両者のパルス周期の合計は2[tick]ずつ長くなっていく。
通常データのビット列が「1000」のとき、当該通常データと同時に作られる監視データのビット列は「0111」となる。このとき、通常データパルスのパルス周期は20[tick]であり、監視データパルスのパルス周期は19[tick]である。両者のパルス周期の合計は39[tick]となる。
以降、通常データパルスのパルス周期と監視データパルスのパルス周期との合計は常に39[tick]となる。
第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、ホールIC51の故障に起因するデータが誤りを検知することができ、伝送されるデータの信頼性を向上させることができる。さらに、第2実施形態では、通常データのビット列が「1000」〜「1111」のとき、通常データパルスのパルス周期と監視データパルスのパルス周期との合計は常に39[tick]となり、通常データのビット列が「0000」〜「1000」のとき、通常データパルスのパルス周期と監視データパルスのパルス周期との合計は39[tick]よりも短くなる。そのため、データを伝送するのにかかる時間を全体的に短くすることができる。したがって、第2実施形態によれば、データをSENT方式で伝送しつつも、伝送速度を一層向上させることができる。
(第3実施形態)
第3実施形態による電子制御システムについて図10を参照して説明する。第3実施形態による電子制御システム85には、トルクセンサおよび配線は2系統設けられている。1系統目はトルクセンサ41および配線56であり、2系統目はトルクセンサ86および配線87である。トルクセンサ86および配線87は、トルクセンサ41および配線56と同じ構成である。
トルクセンサ41が配線56を介して制御ユニット88のマイクロコントローラ89に伝送するデータは、電動パワーステアリング装置のモータの電流目標値を算出するために用いられる。そして、トルクセンサ86が配線87を介してマイクロコントローラ89に伝送するデータは、トルクセンサ41が伝送するデータの監視に用いられる。
第3実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、トルクセンサ86が伝送するデータを用いて、トルクセンサ41が伝送するデータの監視を行っていることから、トルクセンサ41が伝送するデータの信頼性をさらに高めることができる。さらに、トルクセンサ41の異常を判定したとき、トルクセンサ41を停止し、トルクセンサ86が伝送するデータに基づきモータ20を制御すれば、アシストトルクを停止することなく、信頼性を向上させた状態でアシストを継続することができる。
(他の実施形態)
本発明の他の実施形態では、トルクセンサから制御ユニットまで伝送されるデータは、米国自動車技術会規格SAE−J2716に準拠した信号以外の信号の形で伝送されてもよい。
本発明の他の実施形態では、マイクロコントローラは、トルクセンサまたは配線の異常を判定したとき、アシストトルクを低減させたり、車速によらずアシスト量を一定とするなど、ハンドル操作のアシストを制限することとしてもよい。
本発明の他の実施形態では、図11に示すように、モータ20および回転角センサ101が制御ユニット102と一体に設けられてもよい。この場合、回転角センサ101は、例えば制御ユニット102の基板に搭載される。
本発明の他の実施形態では、電子制御システムは、トルクセンサ以外のセンサを備えるものであってもよいし、電動パワーステアリング装置のモータ以外の機器を制御する制御ユニットを備えるものであってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
40、80、85・・・電子制御システム
41、81、86・・・トルクセンサ(センサ)
44、88 ・・・制御ユニット
46、89 ・・・マイクロコントローラ(異常判定手段)
51 ・・・ホールIC(第1検出手段)
52 ・・・ホールIC(第2検出手段)
53 ・・・デジタル化回路(第1検出手段)
54 ・・・デジタル化回路(第2検出手段)
55、82 ・・・インターフェース回路(出力手段)
56、87 ・・・配線(伝送路)
63 ・・・通常データ
64 ・・・監視データ
93 ・・・ステアリング軸

Claims (6)

  1. センサ(41、81、86)および制御ユニット(44、88)を備え、前記センサから伝送路(56、87)を介して前記制御ユニットまでデータを伝送可能な電子制御システム(40、80、85)であって、
    前記センサは、
    検出対象(93)の状態を示す物理量をデジタルデータに変換する第1検出手段(51、53)および第2検出手段(52、54)と、
    前記第1検出手段が出力するデジタルデータである通常データ(63)、および、前記第2検出手段が出力するデジタルデータを無条件に或いは所定の条件を満たすとき反転させたものである監視データ(64)、を互いに関連付けて順に伝送路へ送り出す出力手段(55、82)と、
    を有し、
    前記制御ユニットは、
    伝送された前記監視データが反転させられたものである場合には、当該監視データを反転させたものと前記通常データとが不一致であるとき、前記第1検出手段、前記第2検出手段、前記出力手段および前記伝送路のうち少なくとも一つが異常であると判定し、伝送された前記監視データが反転させられていないものである場合には、当該監視データと前記通常データとが不一致であるとき、前記第1検出手段、前記第2検出手段、前記出力手段および前記伝送路のうち少なくとも一つが異常であると判定する異常判定手段(46、89)
    を有していることを特徴とする電子制御システム。
  2. 前記通常データおよび前記監視データは、前記通常データを表す通常データパルス(73)、および、前記監視データを表す監視データパルス(74)、を含むパルス信号の形で伝送され、
    前記通常データパルスおよび前記監視データパルスは、対応するデータのビット列が示す数値が1大きくなる毎にパルス周期が所定時間長くなるように設定されることを特徴とする請求項1に記載の電子制御システム。
  3. 前記パルス信号は、米国自動車技術会規格SAE−J2716に準拠した信号であることを特徴とする請求項2に記載の電子制御システム。
  4. 前記センサおよび前記伝送路は2系統設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子制御システム。
  5. 前記センサは、電動パワーステアリング装置(10)のステアリング軸(93)に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサであり、
    前記制御ユニットは、少なくとも前記センサが検出する操舵トルクに基づき前記電動パワーステアリング装置のモータ(20)の駆動電流の目標値を算出する目標値算出手段(46、89)と、前記目標値に応じて前記モータを駆動するモータ駆動手段(47)と、を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子制御システム。
  6. 前記制御ユニットは、前記モータの回転角を検出する回転角センサを一体に含むことを特徴とする請求項5に記載の電子制御システム。
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