JP2020060477A - 回転検出装置、操舵システム - Google Patents

回転検出装置、操舵システム Download PDF

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Abstract

【課題】検出対象の回転に応じて検出される回転回数に異常が生じている場合でも、回転回数の異常による駆動対象に対する悪影響を抑制しつつ、回転情報の演算を継続させることが可能な回転検出装置、及びこの回転検出装置を備える操舵システムを提供する。【解決手段】回転検出装置41の第1制御部60は、所定の回転角と、回数演算部54a,54bにより演算された回転回数とに基づいて、演算された回転回数の異常の有無を監視する。第1,第2制御部60,61は、自系統の回転回数に異常が生じていると判定した場合に、自系統とは異なる他系統の第2制御部61により演算された回転情報を出力する。【選択図】図3

Description

検出対象の回転に応じた検出値を出力する回転検出装置、及び回転検出装置を備える操舵システムに関する。
従来、検出対象の回転を検出し、検出値に基づいて検出対象の回転に伴う回転情報を演算する回転検出装置が知られている。特許文献1には、モータを検出対象とし、このモータの回転角及び回転回数をそれぞれ検出する回転検出装置が記載されている。特許文献1に記載された回転検出装置は、モータの回転回数と回転角とを比較して、回転回数の異常の有無を判定することが記載されている。
特許第5958572号公報
回転検出装置により検出される回転回数が異常である場合、この回転回数に基づいて回転情報を適正に演算できなくなるおそれがある。そのため、回転回数の異常が生じる場合に、回転情報の演算を強制的に停止させることが考えられる。しかし、回転情報の演算を停止することにより、この回転情報を用いた駆動対象の制御の停止を余儀なくされる場合がある。
本発明は、上記課題に鑑みたものであり、検出対象の回転に応じて検出される回転回数に異常が生じている場合でも、回転回数の異常による駆動対象に対する悪影響を抑制しつつ、回転情報の演算を継続させることが可能な回転検出装置、及びこの回転検出装置を備える操舵システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために第1の本発明では、検出対象の回転を検出するセンサ素子からの出力値に基づいて前記検出対象が所定角度毎に回転する回数を示す回転回数を演算する回数演算部と、前記センサ素子からの出力値に基づいて前記検出対象の回転角を演算する角度演算部とを有する検出部と、演算された前記回転回数及び演算された前記回転角に基づいて、前記検出対象の回転に応じた回転情報を演算する情報演算部と、を備える回転検出装置に関するものである。回転検出装置の前記検出部及び前記情報演算部は複数あり、前記検出部と、当該検出部により演算された前記回転回数及び前記回転角に基づいて前記回転情報を演算する前記情報演算部との組合せを系統とすると、複数の前記系統のうち、前記回転情報を出力する組合せとして予め定められた自系統での前記情報演算部により演算された前記回転情報を出力する出力制御部と、所定の前記回転角と、前記回数演算部により演算された前記回転回数とに基づいて、前記回数演算部により演算された前記回転回数の異常の有無を監視する監視部と、を備える。前記出力制御部は、前記監視部により前記自系統の前記回転回数に異常が生じていると判定された場合に、前記自系統とは異なる他系統の前記情報演算部により演算された前記回転情報を出力する。
上記のように構成された発明では、所定の回転角と、回数演算部により演算される回転位置との比較結果に基づいて、それぞれの回転回数の異常の有無が監視される。そして、情報演算部のうち、自系統での回転回数に異常が生じていると判定された場合に、自系統とは異なる他系統の情報演算部により演算された回転情報が出力される。この場合、検出部により検出された回転回数に異常が生じている場合でも、回転回数の異常による駆動対象に対する悪影響を抑制しつつ、回転情報の演算を継続することができる。
第2の本発明に回転検出装置は、前記検出部及び前記情報演算部は複数あり、前記検出部と、当該検出部により演算された前記回転回数及び前記回転角に基づいて前記回転情報を演算する前記情報演算部との組合せを系統とすると、複数の前記系統のうち、前記回転情報を出力する組合せとして予め定められた自系統での前記情報演算部により演算された前記回転情報を出力する出力制御部と、所定の前記回転角と、前記回数演算部により演算された前記回転回数とに基づいて、前記回数演算部により演算された前記回転回数の異常の有無を監視する監視部と、を備える。前記出力制御部は、前記監視部により前記自系統の前記回転回数の異常が生じていると判定された場合に、前記自系統とは異なる他系統の前記検出部で演算された前記回転回数と、前記自系統の前記検出部で演算された前記回転角とを用いて前記自系統の前記情報演算部に前記回転情報を演算させる。
上記のように構成された第2の発明では、検出部により検出された回転回数に異常が生じている場合でも、回転回数の異常による駆動対象に対する悪影響を抑制しつつ、回転情報の演算を継続することができる。
操舵システムの構成図。 回転角と、回転回数及び絶対角との関係を説明する図。 反力側検出装置の構成図。 回転回数の異常判定を説明する図。 転舵側検出装置の構成図。 反力側絶対角の演算手順を説明するフローチャート。 中立位置の演算手順を説明するフローチャート。 第2実施形態に係る中立位置の演算手順を説明するフローチャート。 第3実施形態に係る回転回数の異常判定を説明する図。 第3実施形態に係る反力側絶対角の演算手順を説明するフローチャート。 第4実施形態に係る反力側絶対角の演算手順を説明するフローチャート。 変形例としてのモータの構成を説明する図。 変形例としてのモータの構成を説明する図。
(第1実施形態)
以下、本実施形態に係る操舵システムとして、車両に適用されるステアバイワイヤ方式の操舵システムを説明する。図1に示す操舵システム100は、運転者の操舵を受け付ける操舵装置10と、操舵装置10が受け付けた操舵量に応じて、車輪16を転舵する転舵装置20とを備えている。
操舵装置10は、運転者の操作により回転するステアリング11と、ステアリング11の回転に伴って回転するステアリングシャフト12と、反力側モータ13とを備えている。反力側モータ13は、操舵側減速機14を介してステアリングシャフト12に連結されており、運転者のステアリング11の操作に応じた反力を付与する。本実施形態では、反力側モータ13は、交流電力により回転駆動する交流モータである。また、反力側モータ13は、インバータ15を介してバッテリ接続されている。インバータ15は、バッテリからの直流電力を交流電力に変換し、反力側モータ13に給電する。
本実施形態では、ステアリングシャフト12の先端側には、クラッチ12bを介してピニオン軸12aが設けられている。車両の通常の運転時ではクラッチ12bは開状態となっており、ステアリングシャフト12の回転はピニオン軸12aへ伝達されない。例えば、操舵システム100の異常時等によりクラッチ12bが閉状態となることにより、ステアリングシャフト12の回転は、ピニオン軸12aへ伝達される。
転舵装置20は、車輪16の向きを変化させるラック軸21と、転舵側モータ22とを備えている。ラック軸21の両端には、タイロッドを介して車輪16が連結されている。転舵側モータ22は、転舵側減速機23を介してラック軸21に連結されており、ラック軸21に対して車輪16の向きを変化させる力である転舵力を付与する。転舵側モータ22は、インバータ24を介してバッテリに接続されている。インバータ24は、バッテリからの直流電力を交流電力に変換し、転舵側モータ22に給電する。
本実施形態では、ピニオン軸12aは、ラック軸21に噛み合っており、クラッチ12bの開状態では、ステアリングシャフト12はラック軸21に機械的に連結されていない状態である。そのため、運転者のステアリング11の操作に伴うステアリングシャフト12の回転は、ラック軸21の直線運動に変換されない。一方、クラッチ12bの閉状態では、ステアリングシャフト12はラック軸21に機械的に連結された状態である。そのため、運転者のステアリング11の操作に伴うステアリングシャフト12の回転運動は、ラック軸21の直線運動に変換される。
操舵装置10のステアリングシャフト12には、運転者の操舵に応じた操舵トルクを検出するトルクセンサ17が設けられている。また、転舵装置20のラック軸21には、ラック軸21の直線移動量である変位量Xを検出するラックストロークセンサ25が設けられている。
操舵システム100は、反力側制御部としての反力側ECU40と、転舵側制御部としての転舵側ECU45とを備えている。反力側ECU40及び転舵側ECU45は、図示しない中央処理装置(CPU(Central Processing Unit))及びメモリをそれぞれ備えており、メモリに記憶されたプログラムをCPUが実行することによって、反力側モータ13や転舵側モータ22への給電が制御される。
反力側ECU40は、運転者の操舵に伴うステアリングシャフト12の回転量(絶対角)を示す反力側絶対角A1と、操舵トルクThと、車速Vcとに基づいて、反力側モータ13に対するトルクの指令値である反力トルク指令値を演算する。更に、この反力トルク指令値に基づいて、インバータ15を操作するための操作信号を演算する。絶対角は、車両を直進走行させる場合のステアリング11の角度を中立位置とし、この中立位置から、車輪16を左右のいずれかの操舵限界角度まで操舵する場合の回転角度を示す値である。
反力側ECU40は、回転検出装置として、反力側モータ13の回転状態を示す検出値により反力側絶対角A1を演算する反力側検出装置41を備えている。反力側検出装置41は、検出値として、反力側モータ13の回転角θm、及び反力側モータ13が所定角度を回転した回数を示す回転回数TCとを演算する。例えば、反力側モータ13には、ロータ又は回転軸と一体となって回転するマグネットが設けられており、反力側検出装置41は、このマグネットが回転することによる磁界の変化により反力側モータ13の回転角θmや回転回数TCを演算する。
転舵側ECU45は、ステアリングシャフト12の回転量(絶対角)を示す転舵側絶対角A2と、変位量Xと、操舵トルクThと、車速Vcとに基づいて、転舵側モータ22に対するトルクの指令値である転舵トルク指令値を演算する。そして、この転舵トルク指令値に基づいて、インバータ24を操作するための操作信号を演算する。
転舵側ECU45は、回転検出装置として、転舵側モータ22の回転状態を示す検出値により転舵側絶対角A2を演算する転舵側検出装置46を備えている。転舵側検出装置46は、検出値として、転舵側モータ22の回転角θmと、転舵側モータ22が所定角度を回転した回数を示す回転回数TCとを演算する。例えば、転舵側モータ22には、ロータ又は回転軸と一体となって回転するマグネットが設けられており、転舵側検出装置46は、このマグネットが回転することによる磁界の変化により転舵側モータ22の回転角θmや回転回数TCを演算する。
図2(a)は、回転角θmを示し、図2(b)は、回転回数TCを示し、図2(c)は絶対角Aを示している。ステアリングシャフト12は、車輪16を中立位置から左右いずれかの操舵限界角度まで操舵する間に、1回転よりも多く回転するようにギア比が定められている。これに対して、回転角θmは、各モータ13,22が1回転(即ち、360°)するまでの回転角を示している。そのため、回転角θmは、絶対角Aに対して相対的な角度であると言える。また、回転回数TCは、各モータ13,22の1回転(360°)を、180度以下の所定回転角毎に分割した角度領域毎にカウントアップされる値であり、本実施形態では、各モータ13,22が90度回転する毎にカウントアップされる。
本実施形態では、下記式(1)を用いて、回転角θmと回転回数TCとから絶対角Aを算出する。
A=INT(TC/k)×360+θm … (1)
「INT(TC/k)」は、回転回数TCを、各モータ13,22の1回転当たりの回転回数TCであるkで割った商の整数部を示す。例えば、回転回数TCの角度領域を定めるカウント間隔が90°であれば、kは4となる。
反力側ECU40は、一定速度で直進進行を一定時間行ったときに反力側検出装置41により演算される反力側絶対角A1を用いて、反力側モータ13を制御するために用いるステアリング11の中立位置Maを学習する。転舵側ECU45は、一定速度で直進進行を一定時間行ったときに転舵側検出装置46により演算される転舵側絶対角A2を用いて、転舵側モータ22を制御するために用いるステアリング11の中立位置Mbを学習する。
ここで、各検出装置41,46により演算される回転回数TCに異常が生じている場合、この回転回数TCと回転角とにより演算される回転情報である絶対角Aが適正な値とならず、各モータ13,22の制御が適正に実施できなくなるおそれがある。そのため、車両の安全を考慮して、回転回数TCの異常を判定した場合に、絶対角Aの演算を強制的に停止させることが考えられる。しかし、この場合、操舵システム100に対する制御を実施できなくなるため、車両の停止を余儀なくされることが懸念される。
そこで、反力側検出装置41及び転舵側検出装置46は、回転回数TCを含む検出値の異常を判定した場合に、異常な回転回数TCを用いることなく演算した絶対角Aを、各モータ13,22を制御するための絶対角Aとして出力するようにしている。
次に、反力側検出装置41及び転舵側検出装置46の具体的な構成を説明する。図3に示すように、反力側検出装置41は、反力側モータ13の回転に応じた検出値を演算する第1検出部50a及び第2検出部50bと、第1制御部60と、第2制御部61とを備えている。
第1検出部50aは、主センサ素子51aと、副センサ素子52aと、角度演算部53aと、回数演算部54aと、角度演算部55aと、自己診断部56aと、通信部57aとを備えている。
角度演算部53aは、主センサ素子51aからの出力値に基づいて反力側モータ13の回転角θmを演算する。角度演算部55aは、副センサ素子52aからの出力値に基づいて反力側モータ13の回転角θmを演算する。回数演算部54aは、主センサ素子51aからの出力値に基づいて反力側モータ13の回転回数TCを演算する。なお、角度演算部53aが演算する回転角を回転角θm1とし、角度演算部55aが演算する回転角を回転角θm2とすることで、両者を区別する場合がある。
自己診断部56aは、各センサ素子51a,52a、各角度演算部53a,55a及び回数演算部54aの天絡や地絡等の電源異常を監視する。そして、自己診断部56aは、自己診断の結果をステータス信号SSとして出力する。
通信部57aは、例えばシリアルインターフェースにより構成され、第1制御部60との間で通信が可能である。通信部57aは、回転角θm、回転回数TC、ステータス信号SSを受信し、各値θm,TC、SSを含む出力信号を生成する。通信部57aは、SPI(Serial Peripheral Interface)通信等のデジタル通信により、出力信号を第1制御部60に出力する。本実施形態では、通信部57aは、第1制御部60からの要求により、出力信号を第1制御部60に出力する。出力信号の通信フレームには、回転角θm、回転回数TC、ステータス信号SSに加え、ランカウンタ信号および誤り検出信号としてのCRC信号等が含まれる。なお、誤り検出信号は、例えばチェックサム信号等、CRC信号以外のものであってもよい。
第2検出部50bは、主センサ素子51bと、副センサ素子52bと、角度演算部53bと、回数演算部54bと、角度演算部55bと、自己診断部56bと、通信部57bとを備えている。第2検出部50bを構成する各部51b〜57bの機能は、第1検出部50aを構成する各部51a〜57aの機能と同じであるため、その説明を省略する。
第1制御部60は、第1検出部50aに接続されており、第1検出部50aから出力された出力信号に含まれる回転角θm1及び回転回数TC1を用いて、反力側絶対角A1を演算する。第2制御部61は、第2検出部50bに接続されており、第2検出部50bから出力された出力信号に含まれる回転角θm2及び回転回数TC2を用いて、反力側絶対角A1を演算する。
第1制御部60と第2制御部61とは、周知のマイコン間通信を用いて通信することができる。第1制御部60と第2制御部61との間で出力信号を通信する場合、通信に用いるフレームには、ランカウンタ信号および誤り検出信号としてのCRC信号等が含まれる。そのため、CRC信号を用いることにより第1制御部60と第2制御部61との間に通信異常が生じている状況であるか否かを判定することができる。なお、誤り検出信号は、例えばチェックサム信号等、CRC信号以外のものであってもよい。
第1,第2制御部60,61は、情報演算部に相当し、回転角θmと回転回数TCとを用いて絶対角を演算する。本実施形態では、第1,第2検出部50a〜50dと、この第1,第2検出部50a〜50dにより演算された検出値θm,TCを用いて絶対角を演算する第1,第2制御部60,61との組合せを系統と称す。そして、複数の系統のうち、反力側モータ13の演算に用いる絶対角を出力する組合せとして予め定められた系統を自系統と称す。
第1,第2制御部60,61は、回転角θmと、回数演算部54a,54bにより演算された回転回数TCとに基づいて、回転回数TCの異常の有無を監視する。本実施形態では、第1,第2制御部60,61は、角度演算部53a〜55bにより演算された回転角θmに基づいて、反力側モータ13の回転回数TCとして想定される想定回数ATを演算し、演算された回転回数TCと、想定回数ATとが異なる場合に、回転回数TCが異常であると判定する。そのため、第1,第2制御部60,61は監視部に相当する。
図4は、回転回数TCのカウント間隔を90°とする場合の、回転回数TCと回転角θmとの関係を説明する図であり、図4(a)は、回転回数TCが正常である場合の関係を示し、図4(b)は、回転回数TCが異常である場合の関係を示している。角度演算部53aにより演算された回転角を「θm1」とし、回数演算部54aにより演算された回転回数を「TC1」として示している。
角度演算部53aにより演算された回転角θm1が、図4(a)に示すように、90°以上、180°以下(例えば、θm=130°)である場合において、回転回数TC1が正常であれば、回転角θm1により想定される想定回数ATと回転回数TC1とは同じ値になる。一方、図4(b)に示すように、回転回数TC1が異常であれば、回転角θm1により想定される想定回数ATと回転回数TC1とは異なる値となる。なお、図4(b)では、想定回数ATが「1」であるのに対して、回転回数TC1が「0」となっている。
第1,第2制御部60,61は、まず、回転角θm1から想定できる回転回数TCの想定回数ATを特定する。例えば、第1,第2制御部60,61は、回転角θmと、想定回数ATとの対応関係をテーブルとして記憶しており、このテーブルを参照することにより、回転角θmから想定回数ATを参照する。
本実施形態では、第1,第2制御部60,61は、回転回数TCを想定回数ATと比較ができるように、回転回数TCを反力側モータ13の1回転内の値に正規化する。具体的には、下記式(2)を用いて回転回数TCを、正規化した被判定値MODに変換する。
MOD=MOD(TC,k) … (2)
「MOD(TC,k)」は、回転回数TCを、反力側モータ13の1回転当たりの回転回数であるkで割った余りを示す。本実施形態ではk=4である。
回転角θmが、回転回数TCのカウント間隔の倍数と一致する場合、回転角θmと回転回数TCとの間の誤差により、この回転角θmにより想定される想定回数ATは、回転回数TCを区画する境界Bに面する2つの回転回数TCのいずれかとなる。図4(c)では、回転角θm1がカウント間隔である90°の倍数である180°(=90°×2)となっているため、回転角θmと回転回数TCとの間の誤差を考慮すると、想定回数ATは、1又は2のいずれかとなる。このような場合、回転角θmにより想定される想定回数ATを、境界Bに面する2つの想定回数ATとする。図4(c)では、想定回数ATを、1及び2に設定している。なお、回転角θmと回転回数TCとの間の誤差は、例えば、各検出値θm,TCを演算する回路の特性に起因して生じる。
第1制御部60が反力側モータ13を制御するための反力側絶対角A1を演算する場合において、自系統の回転回数TCに異常が生じていると判定すると、他系統である第2制御部61により演算された反力側絶対角A1を、反力側モータ13を制御するための絶対角として出力する。なお、第2制御部61が反力側モータ13を制御するための反力側絶対角A1を演算する場合において、自系統の回転回数TCに異常が生じていると判定すると、他系統である第1制御部60により演算された反力側絶対角A1を、反力側モータ13を制御するための絶対角として出力する。
図5に示すように、転舵側ECU45の転舵側検出装置46は、転舵側モータ22の回転に応じた検出値θm,TCを演算する第1検出部50cと、第2検出部50dとを備えている。転舵側検出装置46が備える、第1,第2検出部50c,50dは、検出対象が転舵側モータ22に置き換わっただけであり、その機能は、反力側検出装置41が備える第1,第2検出部50a,50bの機能と同じである。そのため、転舵側検出装置46の具体的な説明を省略する。
転舵側検出装置46の第1制御部62は、第1検出部50cにより検出された出力信号に含まれる検出値θm,TCを用いて、転舵側絶対角A2を演算する。第2制御部63は、第2検出部50dにより検出された出力信号に含まれる検出値θm,TCを用いて、転舵側絶対角A2を演算する。
転舵側検出装置46の第1,第2制御部62,63は、回転角θmと回転回数TCとの比較結果を用いて、転舵側絶対角A2の演算に用いる回転回数TCの異常の有無を監視している。転舵側検出装置46の第1,第2制御部62,63が実施する回転回数TCの異常の有無の判定は、反力側検出装置41の第1,第2制御部60,61が実施する回転回数TCの異常の有無の判定を流用することができるため、その説明を省略する。第1制御部62は、転舵側絶対角A2の演算に用いる回転回数TCに異常が生じていると判定した場合に、第2制御部63により演算された転舵側絶対角A2を、転舵側モータ22を制御する絶対角として出力する。第2制御部63は、転舵側絶対角A2の演算に用いる回転回数TCに異常が生じていると判定した場合に、第1制御部62により演算された転舵側絶対角A2を、転舵側モータ22を制御する絶対角として出力する。
反力側検出装置41及び転舵側検出装置46には、定電圧源71、72を経由してバッテリ200から電力が供給される。本実施形態では、各回数演算部54a〜54dには、SMRリレー73を経由せず、バッテリ200からの電力が定電圧源71を介して供給される。即ち、各回数演算部54a〜54dは、イグニッションスイッチがオフされていることによりSMRリレー73が開状態である場合でも、バッテリ200からの電力の供給が継続され、回転回数TCを演算することができる。一方、各角度演算部53a〜53d,55a〜55dには、SMRリレー73が開状態であるときは、バッテリ200からの電力が供給されず、回転角θmを演算することができない。
次に、反力側ECU40により実施される反力側絶対角A1の演算を、図6を用いて説明する。図6に示す処理は、反力側検出装置41の第1制御部60により所定周期で繰り返し実施される。
ステップS11では、第1検出部50aから出力された出力信号を取得する。ステップS12では、出力信号に含まれる検出値θmのうち、反力側絶対角A1の演算に用いる回転角θmを用いて想定回数ATを設定する。
ステップS13では、反力側絶対角A1の演算に用いる回転回数TCを正規化する値である被判定値MODを演算する。
ステップS14では、ステップS12で設定した想定回数ATと、ステップS13で演算した被判定値MODとを用いて、反力側絶対角A1の演算に用いる回転回数TCが異常であるか否かを判定する。ステップS11〜S14が監視部に相当する。
ステップS14の判定により反力側絶対角A1の演算に用いる回転回数TCに異常が生じていないと判定すると、ステップS17では、ステップS11で取得した出力信号に含まれる回転角θmと回転回数TCとを用いて演算した反力側絶対角A1を、反力側モータ13を制御する絶対角として出力する。そのため、自系統である第1検出部50aにより演算された回転角θmと回転回数TCとを用いて反力側絶対角A1を演算することとなる。ステップS15,S17が出力制御部に相当する。
ステップS18は、異常通知フラグF1をロー状態とする。異常通知フラグF1は、回転回数TCを演算する回数演算部の異常の有無を示し、ハイ状態で回数演算部に異常が生じていることを示し、ロー状態で回数演算部に異常が生じていないことを示す。
ステップS14の判定により回転回数TCに異常が生じていると判定すると、ステップS15では、他系統である第2制御部61から通信により取得した反力側絶対角A1を、反力側モータ13を制御する絶対角として出力する。
反力側検出装置41に異常が生じている状況では、車両の安全性を考慮して、速やかに運転者に通知を行うことが望ましい。そのため、ステップS16では、反力側検出装置41に異常が生じた状況であることを示す異常通知フラグF1をハイ状態に設定する。そして、図6の処理を一旦終了する。
次に、図6の処理により演算された反力側絶対角A1を用いた中立位置Maの設定を、図7を用いて説明する。図7に示す処理は、イグニッションスイッチがオンとなったことを条件に、反力側ECU40により実施される。
ステップS21では、異常通知フラグF1がロー状態となっているか否かを判定する。異常通知フラグF1がロー状態となっていると判定すると、ステップS22に進む。この場合、反力側検出装置41に異常が生じてないため、ステップS22では、反力側絶対角A1を用いて、中立位置Maを学習する。
反力側は転舵側と比べて、反力側検出装置41の異常が車両の走行に与える影響が低いと考えられる。そこで、ステップS21において、異常通知フラグF1がハイ状態となっていると判定すると、ステップS23では、運転者による中立位置Maの入力を受け付けることにより、車両の走行を優先させる。例えば、車両の走行を優先させることにより、運転者は速やかに車両を整備工場等まで走行させて、サービスマン等に反力側検出装置41の異常を修理させることができる。
そして、図6の処理を一旦終了する。
以上説明した本実施形態では以下の効果を奏することができる。
・第1,第2制御部60,61は、所定の回転角θmと、回数演算部54a,54bにより演算された回転回数TCとの比較結果に基づいて、第1,第2検出部50a,50bにより演算された回転回数TCの異常の有無を監視している。そして、自系統の検出部により演算された回転回数TCに異常が生じていると判定した場合に、自系統とは異なる他系統の第2制御部61で演算された反力側絶対角A1が出力される。これにより、各検出部50a,50bにより検出された回転回数TCに異常が生じている場合でも、回転回数TCの異常による車両の走行に対する悪影響を抑制しつつ、絶対角の演算を継続することができる。
・第1,第2制御部60,61は、角度演算部53a〜55bにより演算された回転角θmに基づいて、反力側モータ13の回転回数TCとして想定される想定回数ATを演算し、回数演算部54a,54bにより演算された回転回数TCと、想定回数ATとが異なる場合に、回転回数TCが異常であると判定する。言い換えると、実際の反力側モータ13の回転に伴う回転角θmにより演算した想定回数ATを用いて、回転回数TCの異常の有無が判定される。これにより、各検出部50a,50bにより演算される実際の回転角θmに合わせた回転回数TCの異常の有無を好適に判定することができる。
・反力側ECU40は、反力側検出装置41の異常を判定した場合に、運転者により入力された値を中立位置Maとして記憶する。この場合、車両の走行が不可能となるのを回避することができる。
(第1実施形態の変形例)
・反力側ECU40は、異常通知フラグF1がハイ状態である場合に、ステップS15で演算した反力側絶対角A1を用いて、反力側モータ13の中立位置Maの学習を継続してもよい。この場合、車両の走行が不可能となるのを回避することができる。
・第1,第2制御部60,61は、回数演算部54a,54bにより演算された回転回数TCに基づいて、反力側モータ13の回転角θmとして想定される想定回転角Aθを演算し、角度演算部53a〜55bにより演算された回転角θmと、想定回転角Aθとの相違度合が所定度合よりも大きい場合に、回転回数TCが異常であると判定してもよい。
この場合、図6のステップS12では、反力側絶対角A1の演算に用いる回転角θmを取得する。ステップS13では、反力側絶対角A1の演算に用いる回転回数TCを用いて想定回転角Aθを設定する。例えば、第1,第2制御部60,61は、回転回数TCと想定回転角Aθとの対応関係を定めるテーブルを記憶しておき、このテーブルを参照することにより回転回数TCに応じた想定回転角Aθを取得する。ステップS14では、ステップS12で取得した回転角θmと、ステップS13で設定した想定回転角Aθとの相違度合を判定する。具体的には、想定回転角Aθと回転角θmとの角度差が所定のしきい値以下であれば、相違度合が小さいとして、回転回数TCに異常が生じていないと判定する。一方、想定回転角Aθと回転角θmとの角度差が所定のしきい値よりも大きい場合、相違度合が大きいとして、回転回数TCに異常が生じていると判定する。相違度合を判定するためのしきい値は、例えば、回転角θmの誤差を考慮して定められればよい。
(第2実施形態)
第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第2実施形態と第1実施形態とで同じ箇所には、同一の符号を付しており、その説明は繰り返さない。
車両の操舵制御において、転舵側は反力側と比べて、転舵側検出装置46の異常が車両の走行に与える影響が高いと考えられる。そこで、本実施形態では、転舵側検出装置46の回数演算部54c,54dに異常が生じていると判定した場合に、車両の安全性を考慮して、転舵側検出装置46の異常が生じている場合の中立位置Mbの設定を反力側と比べて異なるものとしている。
図8に示す処理は、転舵側ECU45により所定周期で実施される。図8に示す処理は、例えば、車両のイグニッションスイッチがオンされたことを条件に、転舵側ECU45により実施される。
ステップS31では、異常通知フラグF2がロー状態となっているか否かを判定する。なお、異常通知フラグF2は、転舵側検出装置46の第1制御部62が図6の処理を実施することにより、ステップS16,S18で設定される。異常通知フラグF2がロー状態となっていると判定すると、ステップS32に進み、転舵側絶対角A2を用いて中立位置Mbを学習する。
一方、異常通知フラグF2がハイ状態となっていると判定すると、ステップS33では、運転者に対して警報を通知する。例えば、車室内にモニターが設置されている場合に、モニターに転舵側検出装置46に異常が生じていることを示すアイコン等を表示させる。ステップS33が警告実施部に相当する。
ステップS34では、運転者から車輪16の向きを原点に復帰させる入力を受け付けたか否かを判定する。車輪16の原点は、車両が直進走行する向きとして予め定められた車輪16の向きである。運転者から車輪16の向きを原点に復帰させる入力を受け付けた場合、ステップS35に進み、車輪16の向きを原点に応じた向きとして予め定められた向きとなるように転舵側モータ22の回転を制御する。
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏する。
・転舵側は反力側と比べて、転舵側検出装置46の異常が車両の走行に与える影響が高いと考えられる。そこで、転舵側ECU45は、転舵側検出装置46の回数演算部54c,54dに異常が生じていることを判定した場合に、運転者への警告を行うこととした。この場合、転舵側検出装置46の異常により、運転者に車両の転舵に悪影響を及ぼすおそれがあることを認識させることができる。
・転舵側ECU45は、転舵側検出装置46に異常が生じていることを判定した場合は、運転者の入力に応じて、車輪16を車両が直進走行する場合の向きとして予め定められた向きに変更させるように、転舵側モータ22を制御することとした。この場合、転舵側検出装置46の演算部に異常が生じている場合でも、車輪16の向きを原点に戻した状態で車両の走行を継続させることができる。
(第3実施形態)
第3実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第3実施形態と第1実施形態とで同じ箇所には、同一の符号を付しており、その説明は繰り返さない。
回転回数TCの異常として、各モータ13,22を回転させても回転回数TCが所定の値から変化しない固着や、ある範囲の値だけを検出しない検出抜けが生じる場合がある。図9は、本実施形態での異常な回転回数TCの判定原理を説明する図である。例えば、反力側モータ13の回転角θmが、初期位置P0から360°までの範囲で変化する場合、想定回数ATは、0,1,2,3の順に変化するため、回転回数TCが正常であれば、回転回数TC(MOD)も、0,1,2,3の順に変化する。一方で、例えば、回転回数TCが「1」から変化しない場合、回転回数TCに固着が生じている。また、回転回数TCが、0,2,3と変化する場合、回転回数TCは「1」に変化しておらず、検出抜けが生じている。
本実施形態では、第1,第2制御部60,61は、反力側モータ13を所定の回転角θmを示す判定用回転角Dθだけ回転させる間に、回数演算部54a,54bにより演算された回転回数TCが、判定用回転角Dθに対応する全ての回転回数TCの値に変化していない場合に、回転回数TCが異常であると判定する。
本実施形態の反力側絶対角A1の演算手順を、図10を用いて説明する。図10に示す処理は、第1制御部60により所定周期で繰り返し実施される。なお、本実施形態では、判定用回転角Dθを360°以上の値としている。
ステップS41では、反力側モータ13の回転を開始する。ステップS42では、現在の回転回数TCを正規化した被判定値MOD(=MOD(TC,k))を演算する。
ステップS43〜S50では、ステップS41で演算した被判定値MODが、反力側モータ13を判定用回転角Dθだけ回転させる場合の角度範囲に応じた全ての値に変化したか否かを判定する。具体的には、ステップS43では、被判定値MODが「0」であるか否かを判定する。ステップS43を否定判定してステップS45に進む場合、被判定値MODが「1」であるか否かを判定する。ステップS45を否定判定して、ステップS47に進む場合、被判定値MODが「2」であるか否かを判定する。ステップS47を否定判定して、ステップS49に進む場合、被判定値MODが「3」であるか否かを判定する。
ステップS43を肯定判定する場合、ステップS44に進み、被判定値MODが「0」に変化したことを示す判定フラグF10をハイ状態に変化させる。ステップS45を肯定判定する場合、ステップS46に進み、被判定値MODが「1」に変化したことを示す判定フラグF11をハイ状態に変化させる。ステップS47を肯定判定する場合、ステップS48に進み、被判定値MODが「2」に変化したことを示す判定フラグF12をハイ状態に変化させる。ステップS49を肯定判定する場合、ステップS50に進み、被判定値MODが「3」に変化したことを示す判定フラグF13をハイ状態に変化させる。
ステップS44,S46,S48,S50の後、又はステップS49を否定判定した場合、ステップS51に進む。ステップS51では、角度演算部53a,55aにより演算された回転角θmの変化量が角度判定値TH1以上となったか否かを判定する。回転角θmの変化量は、現在の回転角θmから図10の処理を開始した際の初期位置P0を引いた値を示す。本実施形態では、回転範囲を360°以上の値としているため、角度判定値TH1は、360°よりも大きな値となる。ここでは、回転角θmの変化量が角度判定値TH1を越えていないとして、ステップS42に戻る。
その後、回転角θmの変化量が角度判定値TH1以上となることで、ステップS51を肯定判定して、ステップS52に進む。ステップS52では、被判定値MODが判定用回転角Dθに応じた全ての回転回数TCに変化したか否かを判定する。本実施形態では、判定フラグF10〜F13の全てがハイ状態となっていれば、被判定値MODが想定さる全ての回転回数TCに変化したと判定する。なお、ステップS52を肯定判定する場合に、判定フラグF10〜F13をロー状態に変化させればよい。
ステップS53に進む場合、回転回数TCを正常と判定し、第1検出部50aからの検出値TC,θmにより演算した反力側絶対角A1を反力側モータ13の制御に用いる絶対角として出力する。そして、図9の処理を一旦終了する。一方、ステップS52において、被判定値MODが想定される全ての回転回数TCに変化していないと判定すると、ステップS54に進み、他系統の制御部である第2制御部61により演算された反力側絶対角A1を、反力側モータ13の制御に用いる絶対角として出力する。そして、図10の処理を一旦終了する。
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏する。
第1,2制御部60,61は、反力側モータ13を判定用回転角Dθだけ回転させる間に、被判定値MODが、この判定用回転角Dθに対応する全ての回転回数TCに変化していない場合に、回転回数TCが異常であると判定することとした。この場合、回転回数TCの異常として、回転回数TCの固着や検出抜けを判定することができる。
(第4実施形態)
第4実施形態では、第1実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第4実施形態と第1実施形態とで同じ箇所には、同一の符号を付しており、その説明は繰り返さない。
本実施形態では、第1制御部60は、自系統の回数演算部54aにより演算された回転回数TCの異常を判定した場合に、他系統である第2制御部61により演算されている回転回数TCを用いて絶対角Aを演算する。
図11を用いて、本実施形態に係る反力側絶対角A1の演算手順を説明する。図11に示す処理は、第1制御部60により所定周期で繰り返し実施される。
ステップS14において、回転回数TCが異常であると判定すると、ステップS60に進む。ステップS60では、第2制御部61から他系統の第2検出部50bにより検出された回転回数TC2を通信により取得する。
ステップS61では、ステップS60で取得した回転回数TC2と、第1検出部50aにより検出した回転角θm1とを用いて、反力側絶対角A1を演算する。そして、図11の処理を一旦終了する。
以上説明した本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
(その他の実施形態)
・操舵システム100は、ステアバイワイヤ方式の操舵システム以外にも、電動アシスト方式の電動パワーステアリングであってもよい。この場合において、検出対象となるモータを図12,図13に示す構成としてもよい。
図12および図13に示すように、モータ80は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、バッテリ200から電力が供給されることにより駆動し、減速ギアを正逆回転させる。モータ80は、3相ブラシレスモータであって、ロータ860およびステータ840を有する。
モータ80は、巻線組としての第1モータ巻線180および第2モータ巻線280を有する。モータ巻線180、280は、電気的特性が同等であり、共通のステータ840に、互いに電気角を30[deg]ずらしてキャンセル巻きされる。これに応じて、モータ巻線180、280には、位相φが30[deg]ずれた相電流が通電されるように制御される。通電位相差を最適化することで、出力トルクが向上する。また、6次のトルクリプルを低減することができる。さらにまた、位相差通電により、電流が平均化されるため、騒音、振動のキャンセルメリットを最大化することができる。また、発熱についても平均化されるため、各センサの検出値やトルク等、温度依存の系統間誤差を低減可能であるとともに、通電可能な電流量を平均化できる。
以下、第1モータ巻線180の駆動制御に係る第1駆動回路120、第1センサ部130および第1制御部170等の組み合わせを第1系統L1、第2モータ巻線280の駆動制御に係る第2駆動回路220、第2センサ部230および第2制御部270等の組み合わせを第2系統L2とする。また、第1系統L1に係る構成を主に100番台で付番し、第2系統L2に係る構成を主に200番台で付番する。また、第1系統L1および第2系統L2において、同様の構成には、下2桁が同じとなるように付番する。以下適宜、「第1」を添え字の「1」、「第2」を添え字の「2」として記載する。
駆動装置400は、モータ80の軸方向の一方側にECU90が一体的に設けられており、いわゆる「機電一体型」であるが、モータ80とECU90とは別途に設けられていてもよい。ECU90は、モータ80の出力軸とは反対側において、シャフト870の軸Axに対して同軸に配置されている。ECU90は、モータ80の出力軸側に設けられていてもよい。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ECU90とモータ80とを効率的に配置することができる。
モータ80は、ステータ840、ロータ860、および、これらを収容するハウジング830等を備える。ステータ840は、ハウジング830に固定されており、モータ巻線180、280が巻回される。ロータ860は、ステータ840の径方向内側に設けられ、ステータ840に対して相対回転可能に設けられる。
シャフト870は、ロータ860に嵌入され、ロータ860と一体に回転する。シャフト870は、軸受835、836により、ハウジング830に回転可能に支持される。シャフト870のECU90側の端部は、ハウジング830からECU90側に突出する。シャフト870のECU90側の端部には、検出対象としてのマグネット875が設けられる。
ハウジング830は、リアフレームエンド837を含む有底筒状のケース834、および、ケース834の開口側に設けられるフロントフレームエンド838を有する。ケース834とフロントフレームエンド838とは、ボルト等により互いに締結されている。リアフレームエンド837には、リード線挿通孔839が形成される。リード線挿通孔839には、モータ巻線180、280の各相と接続されるリード線185、285が挿通される。リード線185、285は、リード線挿通孔839からECU90側に取り出され、基板470に接続される。
ECU90は、カバー460、カバー460に固定されているヒートシンク465、ヒートシンク465に固定されている基板470、および、基板470に実装される各種の電子部品等を備える。
カバー460は、外部の衝撃から電子部品を保護したり、ECU90の内部への埃や水等の浸入を防止したりする。カバー460は、カバー本体461、および、コネクタ部462が一体に形成される。なお、コネクタ部462は、カバー本体461と別体であってもよい。コネクタ部462の端子463は、図示しない配線等を経由して基板470と接続される。コネクタ数および端子数は、信号数等に応じて適宜変更可能である。コネクタ部462は、駆動装置400の軸方向の端部に設けられ、モータ80と反対側に開口する。
基板470は、例えばプリント基板であり、リアフレームエンド837と対向して設けられる。基板470には、2系統分の電子部品が系統ごとに独立して実装されており、完全冗長構成をなしている。本実施形態では、1枚の基板470に電子部品が実装されているが、複数枚の基板に電子部品を実装するようにしてもよい。
基板470の2つの主面のうち、モータ80側の面をモータ面471、モータ80と反対側の面をカバー面472とする。図3に示すように、モータ面471には、駆動回路120を構成するスイッチング素子121、駆動回路220を構成するスイッチング素子221、検出部としての回転角センサ30、カスタムIC159、259等が実装される。回転角センサ30は、マグネット875の回転に伴う磁界の変化を検出可能なように、マグネット875と対向する箇所に実装される。
カバー面472には、コンデンサ128、228、インダクタ129、229、および、制御部170、270を構成するマイコン等が実装される。図3では、制御部170、270を構成するマイコンについて、それぞれ「170」、「270」を付番した。コンデンサ128、228は、バッテリ191、291から入力された電力を平滑化する。また、コンデンサ128、228は、電荷を蓄えることで、モータ80への電力供給を補助する。コンデンサ128、228、および、インダクタ129、229は、フィルタ回路を構成し、バッテリ191、291を共用する他の装置から伝わるノイズを低減すると共に、駆動装置400からバッテリ191、291を共用する他の装置に伝わるノイズを低減する。なお、図示しない電源リレー、モータリレー、および、電流センサ等についても、モータ面471またはカバー面472に実装される。
・ステアリングシャフト12を検出対象としてもよい。この場合、操舵システム100は、各モータ13,22の回転角θm及び回転回数TCに換えて、ステアリングシャフト12の回転角θm,回転回数TCを検出する複数の回転角検出装置を備えていればよい。
・反力側検出装置41及び転舵側検出装置46が2つの検出部を備えることに換えて、3つ以上の検出部を備えていてもよい。この場合において、各検出部により検出した回転角θmと回転回数TCを用いて回転回数TCの異常の有無を判定すればよい。
・各検出部50a〜50dは、角度演算部53a〜55dと、回数演算部54a〜54dとを1つずつ備える構成であってもよい。
・第1,第2制御部60,61は、検出信号に含まれる誤り検出信号を用いることにより、検出値θm,TCの異常の有無を判定してもよい。この場合、ステップS12〜S14において、誤り検出信号を用いて検出値θm,TCの異常を判定した場合に、ステップS14を肯定判定して、ステップS15に進めばよい。
・回転情報は、絶対角以外にも、検出対象の回転角θmと回転回数TCとを用いて演算可能なものであればどのような情報であってもよい。例えば、回転情報として、中立位置を直接演算するものであってもよい。
10…操舵装置、13…反力側モータ、20…転舵装置、22…転舵側モータ、41…反力側検出装置、46…転舵側検出装置、53…回転角演算部、54…回数演算部、55…回転角演算部、60〜63…第1,第2制御部、100…操舵システム。

Claims (12)

  1. 検出対象(12,13,22)の回転を検出するセンサ素子(51a〜52d)からの出力値に基づいて前記検出対象が所定角度毎に回転する回数を示す回転回数を演算する回数演算部(54a〜54d)と、前記センサ素子からの出力値に基づいて前記検出対象の回転角を演算する角度演算部(53a〜53d,55a〜55d)とを有する検出部(50a〜50d)と、
    演算された前記回転回数及び演算された前記回転角に基づいて、前記検出対象の回転に応じた回転情報を演算する情報演算部(60,61)と、を備える回転検出装置(41,46)であって、
    前記検出部及び前記情報演算部は複数あり、前記検出部と、当該検出部により演算された前記回転回数及び前記回転角に基づいて前記回転情報を演算する前記情報演算部との組合せを系統とすると、複数の前記系統のうち、前記回転情報を出力する組合せとして予め定められた自系統での前記情報演算部により演算された前記回転情報を出力する出力制御部と、
    所定の前記回転角と、前記回数演算部により演算された前記回転回数とに基づいて、前記回数演算部により演算された前記回転回数の異常の有無を監視する監視部と、
    を備え、
    前記出力制御部は、前記監視部により前記自系統の前記回転回数に異常が生じていると判定された場合に、前記自系統とは異なる他系統の前記情報演算部により演算された前記回転情報を出力する回転検出装置。
  2. 検出対象(12,13,22)の回転を検出するセンサ素子(51a〜51d)からの出力値に基づいて前記検出対象が所定角度毎に回転する回数を示す回転回数を演算する回数演算部(54a〜54d)と、前記センサ素子からの出力値に基づいて前記検出対象の回転角を演算する角度演算部(53a〜53d,55a〜55d)とを有する検出部(50a〜50d)と、
    演算された前記回転回数及び演算された前記回転角に基づいて、前記検出対象の回転に応じた回転情報を演算する情報演算部(60,61)と、を備える回転検出装置(41,46)であって、
    前記検出部及び前記情報演算部は複数あり、前記検出部と、当該検出部により演算された前記回転回数及び前記回転角に基づいて前記回転情報を演算する前記情報演算部との組合せを系統とすると、複数の前記系統のうち、前記回転情報を出力する組合せとして予め定められた自系統での前記情報演算部により演算された前記回転情報を出力する出力制御部と、
    所定の前記回転角と、前記回数演算部により演算された前記回転回数とに基づいて、前記回数演算部により演算された前記回転回数の異常の有無を監視する監視部と、
    を備え、
    前記出力制御部は、前記監視部により前記自系統の前記回転回数の異常が生じていると判定された場合に、前記自系統とは異なる他系統の前記検出部で演算された前記回転回数と、前記自系統の前記検出部で演算された前記回転角とを用いて前記自系統の前記情報演算部に前記回転情報を演算させる回転検出装置。
  3. 前記監視部は、前記角度演算部により演算された前記回転角に基づいて、前記検出対象の前記回転回数として想定される想定回数を演算し、前記回数演算部により演算された前記回転回数と、前記想定回数とが異なる場合に、前記回転回数が異常であると判定する請求項1又は2に記載の回転検出装置。
  4. 前記監視部は、前記回数演算部により演算された前記回転回数に基づいて、前記検出対象の前記回転角として想定される想定回転角を演算し、前記角度演算部により演算された前記回転角と、前記想定回転角との相違度合が所定度合よりも大きい場合に、前記回転回数が異常であると判定する請求項1又は2に記載の回転検出装置。
  5. 前記監視部は、前記検出対象を所定の回転角を示す判定用回転角だけ回転させる間に、前記回数演算部により演算された前記回転回数が、前記判定用回転角に対応する全ての回転回数に変化していない場合に、前記回転回数が異常であると判定する請求項1又は2に記載の回転検出装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転検出装置と、運転者によるステアリングの操作を受け付ける操舵装置(10)と、車輪を転舵する転舵装置(20)と、を備える操舵システム(100)であって、
    前記操舵装置は、前記検出対象として、運転者による前記ステアリングに操作に応じて前記ステアリングに反力を付与する反力側モータ(13)を有し、
    前記転舵装置は、前記検出対象として、前記転舵装置に車輪を転舵させる力を付与する転舵側モータ(22)を有し、
    前記回転検出装置として、前記転舵側モータの前記回転回数を検出する転舵側検出装置(41)、及び前記反力側モータの前記回転回数を検出する反力側検出装置(42)を備える操舵システム。
  7. 前記回転情報は、前記反力側検出装置の前記回転回数に基づいて演算される前記ステアリングの回転量を示す絶対角であって、
    前記絶対角に基づいて、車両が直進走行する場合の前記ステアリングの回転角を示す中立位置を演算し、演算した前記中立位置に基づいて前記反力側モータの駆動を制御する反力側制御部(40)を備える請求項6に記載の操舵システム。
  8. 前記反力側制御部は、前記反力側検出装置の前記監視部により前記回転回数が異常と判定された場合に、前記情報演算部により演算された前記絶対角に基づいて、前記反力側モータの駆動を制御するための前記中立位置を演算する請求項7に記載の操舵システム。
  9. 前記反力側制御部は、前記反力側検出装置の前記監視部により前記回転回数が異常と判定された場合に、運転者により入力された値を前記中立位置に設定する請求項7に記載の操舵システム。
  10. 前記回転情報は、前記転舵側検出装置の前記回転回数に基づいて演算される前記ステアリングの回転量を示す絶対角であって、
    前記絶対角に基づいて、車両が直進走行する場合の前記ステアリングの回転角を示す中立位置を演算し、演算した前記中立位置に基づいて前記転舵側モータの駆動を制御する転舵側制御部(45)を備える請求項6〜9のいずれか一項に記載の操舵システム。
  11. 前記転舵側制御部は、前記転舵側検出装置の前記監視部により前記回転回数が異常と判定された場合に、運転者の入力に応じて、前記車輪を車両が直進走行する場合の向きとして予め定められた向きに変更させるように、前記転舵側モータを制御する請求項10に記載の操舵システム。
  12. 前記転舵側検出装置の前記監視部により前記回転回数が異常と判定された場合に、運転者への警告を行う警告実施部を備える請求項6〜11のいずれか一項に記載の操舵システム。
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