JP2020164125A - 電子制御装置、電動パワーステアリング用電子制御装置および電動パワーステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧が５Ｖ以下に低下してもリセットが発生せずにシステム状態を把握することができる低コストで小型の電子制御装置を提供する。【解決手段】電子制御装置１０は、バッテリＢＴから供給される電圧によって動作する電子制御装置であって、バッテリから供給される電圧を用いて、第１の電圧をＶ１生成する第１の電圧生成回路１と、第１の電圧により動作するＣＰＵ９と、を備え、ＣＰＵは、第１の電圧を用いて、第２の電圧Ｖ２を生成する第２の電圧生成回路２と、第１の電圧を基準電圧とするＡ／Ｄ変換回路４と、第２の電圧により動作するＣＰＵコア３と、を有し、第２の電圧は、前記第１の電圧より低く、Ａ／Ｄ変換回路は、第２の電圧を第２の電圧デジタル値へ変換し、ＣＰＵコアは、第２の電圧デジタル値を監視する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御装置、電動パワーステアリング用電子制御装置および電動パワーステアリングシステムに関する。

従来は、車両のバッテリの電源電圧が５Ｖよりも低下するような状態は少なく、電圧低下時における車両搭載の電子制御装置のリセットと再起動が許容されていた。しかし、ハイブリッド自動車（HEV ; Hybrid Electric Vehicle）のような所謂エコカーの普及に伴い、アイドリングストップ機能が車両に搭載されることが多くなり、アイドリングストップ状態からエンジン再始動状態までのクランキング動作時に、電源電圧が瞬間的に５Ｖ以下まで低下する状況が想定されるようになった。そのような場合においても、電子制御装置のリセット発生が無いこと、または、電子制御装置を含むシステムの状態を把握することが必要となった。特許文献１では、バッテリから電子制御装置への電源供給ラインに、最低作動電圧以上の一定の所定電圧にまで昇圧する昇圧回路を設けている。

特許４８１６２９３号公報

特許文献１では、バッテリから電子制御装置への電源供給ラインに昇圧回路の装置が必要となりコストアップとなってしまう。また、昇圧回路用の装置の搭載スペースも必要となってしまう。電子制御装置側の中に昇圧回路を設けることも知られているが、電子制御装置のコストアップとなってしまうし、電子制御装置が大型化してしまうという課題がある。

本発明に係る電子制御装置の一つの態様は、バッテリから供給される電圧によって動作する電子制御装置であって、バッテリから供給される電圧を用いて、第１の電圧を生成する第１の電圧生成回路と、第１の電圧により動作するＣＰＵと、を備え、ＣＰＵは、第１の電圧を用いて、第２の電圧を生成する第２の電圧生成回路と、第１の電圧を基準電圧とするＡ／Ｄ変換回路と、第２の電圧により動作するＣＰＵコアと、を有し、第２の電圧は、前記第１の電圧より低く、Ａ／Ｄ変換回路は、第２の電圧を第２の電圧デジタル値へ変換し、ＣＰＵコアは、第２の電圧デジタル値を監視する、電子制御装置。

本発明に係る電動パワーステアリング用電子制御装置の一つの態様は、上記電子制御装置を、ハンドル操作を補助する電動パワーステアリング用モータの電子制御装置とした電動パワーステアリング用電子制御装置。

また、本発明に係る電動パワーステアリングシステムの一態様は、上記電動パワーステアリング用電子制御装置を備えた電動パワーステアリングシステム。

本発明の例示的な実施形態によれば、電子制御装置は、電源電圧が５Ｖ以下に低下してもリセットが発生せずにシステム状態を把握することができる、低コストの小型な電子制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子制御装置の全体構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置の詳細構成を示す図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置で実行する処理のフローチャートを示す図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置を含む電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の電子制御装置、当該電子制御装置を有する電動パワーステアリング用モータの電子制御装置、および当該電動パワーステアリング用電子制御装置を有する電動パワーステアリングシステムの実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子制御装置の全体構成を示す図である。本実施形態の電子制御装置１０は、例えば、車両に搭載されるアクチュエータ制御に用いられる電子制御装置であって、バッテリから供給される電圧を用いて、電子制御装置内で第１の電圧Ｖ１を生成する第１の電源生成回路１と、第１の電圧Ｖ１により動作するＣＰＵ９とを備える。ＣＰＵ９は、第１の電圧Ｖ１を用いて、第２の電圧Ｖ２を生成する第２の電圧生成回路２と、第１の電圧Ｖ１をリファレンス電圧とするＡ／Ｄ変換回路４と、第２の電圧により動作するＣＰＵコア３等を有する。ＣＰＵ９は、ＲＡＭやＲＯＭといったメモリや、外部との入出力インターフェース回路などの周辺回路を有しても良い。電子制御装置１０は、第１の電源Ｖ１の低下を検知して、異常信号を出力する低電圧検知回路５を有しても良い。

第１の電圧Ｖ１は、例えば５Ｖとして生成される。ＣＰＵ９は、第１の電圧Ｖ１により動作し、ＣＰＵ９の内部では、第２の電圧Ｖ２を生成する。第２の電圧Ｖ２は、例えば１．２Ｖとして生成され、ＣＰＵコア３の動作電圧である。これにより、ＣＰＵ３は、５Ｖ以下であっても動作することが可能である。

Ａ／Ｄ変換回路４は、第１の電圧Ｖ１を基準電圧として、第２の電圧Ｖ２のＡ／Ｄ変換をしている。またＡ／Ｄ変換回路４は、信号ＳＧＮ等もＡ／Ｄ変換している。信号ＳＧＮは不図示の入出力インターフェース回路等を通して０Ｖ〜５Ｖの電圧信号としてＡ／Ｄ変換回路に入力されても良い。

第１の電圧Ｖ１が変動した場合、Ａ／Ｄ変換回路４の基準電圧が変動してしまうため、信号ＳＧＮ等が変動したように認識されてしまう。電子制御装置１０は、信号ＳＧＮ等の情報を入力として、制御や故障診断を行っているので、例えば車両のアクチュエータの誤動作や、信号ＳＧＮを誤検出して異常判定を行ってしまう等、に繋がる恐れがある。

Ａ／Ｄ変換回路４は、第２の電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換している。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧より低い、所謂コア電圧である。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１が第２の電圧Ｖ２以上の電圧であれば、設計誤差を除いて変動することは無い電圧である。よって、第２の電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換をした結果が、設計誤差以上の変動を検出した場合は、Ａ／Ｄ変換回路４の基準電圧である第１の電圧Ｖ１が変動したと推定できることになる。

上述のように、電子制御装置１０において、第２の電圧Ｖ２を監視することで、Ａ／Ｄ基準電圧である第１の電圧Ｖ１の変動を監視することができる。第１の電圧Ｖ１の変動が監視できるということは、バッテリＢＴの電圧の低下が監視できるということである。よって、バッテリＢＴの電圧が低下した場合において、昇圧回路を必要とせずに、システム状態を把握することができる。

電子制御装置１０が、第１の電圧が規定値より低い場合に、異常検知信号を出力する低電圧検知回路５を備えた場合、異常信検知号をＣＰＵ９のリセット端子へ接続することができる。低電圧検知回路５は、第１の電源Ｖ１より低く、第２の電源Ｖ２より高い値を規定値として、第１の電圧が規定値より低くなった場合に異常検出をする。例えば、第１の電源Ｖ１は５Ｖであり、第２の電源Ｖ２は１．２Ｖであり、既定値は３Ｖとすることができる。なお、異常検出を複数回繰り返した場合に、異常検知信号により異常を出力しても良い。

上述のように、電子制御装置１０において、第１の電圧が、規定値以上であるときはＣＰＵ９をリセットさせないことで、ＣＰＵ９がシステム状態を把握することができるように動作を継続することができる。

昇圧回路を必要としないので、電子制御装置１０が大型化することもなく、かつ、コスト増加することなく、低コストの小型な電子制御装置を提供することができる。さらに、バッテリＢＴの電源電圧が５Ｖ以下に低下しても、リセットが発生せずにシステム状態を把握することができる、低コストの小型な電子制御装置を提供することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置について、図２を用いて説明する。本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置１０は、電子制御装置全体の制御を司るＣＰＵ９からの制御信号よりモータ駆動信号を生成し、ＦＥＴ駆動回路として機能するインバータ制御部１３、電動モータ１５に所定の駆動電流を供給するモータ駆動部であるインバータ回路１４を備える。

インバータ回路１４には、フィルタ１６と電源リレー１７を介してバッテリＢＴよりモータ駆動用の電源が供給される。フィルタ１６は、不図示の電解コンデンサとコイルからなり、電子制御装置１０への供給電源に含まれるノイズ等を吸収し、電源電圧を平滑する。電源リレー１７は、バッテリＢＴからの電力を遮断可能に構成され、例えば、機械式リレーあるいは半導体リレーで構成される。なお、フィルタ１６はインバータ回路部１４に包含させてもよい。

電動モータ１５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを備える３相ブラシレスＤＣモータである。電動モータ１５を駆動するインバータ回路１４は、複数の半導体スイッチング素子からなるＦＥＴブリッジ回路である。

なお、複数のスイッチング素子はパワー素子とも呼ばれ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子を用いる。

電源ＩＣ２０は、第１の電圧生成回路１と、低電圧検知回路５を含む。第１の電圧生成回路１は、バッテリＢＴより供給されたバッテリ電圧＋Ｂを第１の電圧Ｖ１として（例えば、ロジックレベルの電圧）に変換し、それをＣＰＵ９、インバータ制御部１３等の駆動電源として供給する。低電圧検知回路５は、第１の電圧Ｖ１を監視し、既定値以下となった場合に、異常検出したことを異常検知信号に出力する。異常検知信号は、ＣＰＵ９のリセット端子に接続されていることで、異常検出された場合にはＣＰＵ９がリセットされるが、第１の電圧が、規定値以上であるときはＣＰＵ９をリセットさせないことで、ＣＰＵ９がシステム状態を把握することができるように動作を継続することができる。例えば、第１の電源Ｖ１は５Ｖであり、第２の電源Ｖ２は１．２Ｖであり、既定値は３Ｖとすることができる。なお、異常検出を複数回繰り返した場合に、異常検知信号により異常を出力しても良い。

電子制御装置１０は、車両の各種情報を授受する車載ネットワーク（ＣＡＮ）に接続されたＣＡＮ信号線（ＣＡＮ通信バス）２７を介して、他の制御ユニット（ＥＣＵ）との間でＣＡＮプロトコルによるデータ通信を行う。ＣＡＮ信号線２７は、ＣＡＮプロトコルで使用されるＣＡＮ−Ｈライン２７ＨおよびＣＡＮ−Ｌライン２７Ｌからなる２線式の通信線である。

イグニッションスイッチ（ＩＧ-ＳＷ）３１は、その一端がバッテリＢＴに接続され、他端は電源ＩＣ２０の端子に接続されている。また、ＣＡＮ−Ｈライン２７およびＣＡＮ−Ｌライン２７は、ＣＡＮＩ／Ｆ１９に接続され、ＣＡＮＩ／Ｆ１９を介してＣＰＵ９の入力端に接続されている。

電動モータ１５には、その回転子（ロータ）の回転角度を検出する角度センサ１１が搭載され、角度センサ１１からの出力信号は、角度情報として、入力Ｉ／Ｆ１８を介して制ＣＰＵ９へ入力される。

また、図４に示すようにステアリングハンドル５２の近傍に搭載され、操舵トルクを検出するトルクセンサ５９等のセンサ類で検出された信号は、入力Ｉ／Ｆ１８を介してＣＰＵ９へ入力され、車両の走行速度等はＣＡＮ信号として９に入力される。ＣＰＵ９は、入力された検出信号に基づく情報から、電動モータ１５を駆動するための制御指令を演算する。

ＣＰＵ９は、第１の電圧Ｖ１を用いて、第２の電圧Ｖ２を生成する第２の電圧生成回路２と、第１の電圧Ｖ１をリファレンス電圧とするＡ／Ｄ変換回路４と、第２の電圧により動作するＣＰＵコア３等を有する。ＣＰＵ９は、ＲＡＭやＲＯＭといったメモリや、外部との入出力インターフェース回路などの周辺回路を有しても良い。電子制御装置１０は、第１の電源Ｖ１の低下を検知して、異常信号を出力する低電圧検知回路５を有しても良い。

第１の電圧Ｖ１は、例えば５Ｖとして生成される。ＣＰＵ９は、第１の電圧Ｖ１により動作し、ＣＰＵ９の内部では、第２の電圧Ｖ２を生成する。第２の電圧Ｖ２は、例えば１．２Ｖとして生成され、ＣＰＵコア３の動作電圧である。これにより、ＣＰＵ３は、５Ｖ以下であっても動作することが可能である。

Ａ／Ｄ変換回路４は、第１の電圧Ｖ１を基準電圧として、第２の電圧Ｖ２のＡ／Ｄ変換をしている。またＡ／Ｄ変換回路４は、信号ＳＧＮ等もＡ／Ｄ変換している。信号ＳＧＮは不図示の入出力インターフェース回路等を通して０Ｖ〜５Ｖの電圧信号としてＡ／Ｄ変換回路に入力されても良い。

第１の電圧Ｖ１が変動した場合、Ａ／Ｄ変換回路４の基準電圧が変動してしまうため、信号ＳＧＮ等が変動したように認識されてしまう。電子制御装置１０は、信号ＳＧＮ等の情報を入力として、制御や故障診断を行っているので、例えば車両のアクチュエータの誤動作や、信号ＳＧＮを誤検出して異常判定を行ってしまう等、に繋がる恐れがある。

Ａ／Ｄ変換回路４は、第２の電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換している。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧より低い、所謂コア電圧である。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１が第２の電圧Ｖ２以上の電圧であれば、設計誤差を除いて変動することは無い電圧である。よって、第２の電圧Ｖ２をＡ／Ｄ変換をした結果が、設計誤差以上の変動を検出した場合は、Ａ／Ｄ変換回路４の基準電圧である第１の電圧Ｖ１が変動したと推定できることになる。

上述のように、電子制御装置１０において、第２の電圧Ｖ２を監視することで、Ａ／Ｄ基準電圧である第１の電圧Ｖ１の変動を監視することができる。第１の電圧Ｖ１の変動が監視できるということは、バッテリＢＴの電圧の低下が監視できるということである。よって、バッテリＢＴの電圧が低下した場合において、昇圧回路を必要とせずに、システム状態を把握することができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング用電子制御装置で実行する処理のフローチャートを示す図である。電動パワーステアリング用電子制御装置のＣＰＵ９では、まずステップＳＴ１で第２の電圧Ｖ２のＡ／Ｄ変換を実行する。

次にステップＳＴ２で第２の電圧Ｖ２を判定する。ここで第２の電圧Ｖ２は所謂コア電圧であり、第１の電圧Ｖ１が第２の電圧Ｖ２以上の電圧であれば、設計誤差を除いて変動することは無い電圧である。例えば、第２の電圧Ｖ２は通常１．２Ｖであり、１．１５Ｖ〜１．３５Ｖの間の変動が設計上あり得るとする。その場合、ステップＳＴ２では、第２の電圧Ｖ２が、１．１５Ｖより低下したかを判定すれば良い。また、ステップＳＴ２で、第２の電圧Ｖ２が、１．３５Ｖより上昇した場合に異常と判定しても良い。

ステップ２で正常と判定された場合は、次のステップＳＴ３で、故障診断を実行する。ステップＳＴ３では、入力信号であるトルクセンサ５９、角度センサ１１、またはＣＡＮＩ／Ｆを介したＣＡＮデータ、等に、異常がないかの故障診断を行う。これには不図示のモータ電流を検出するための電流センサの故障診断等も含めて良い。

次にステップＳＴ４では、ステップＳＴ３で正常と判断された入力データを用いて、トルクセンサ５９の入力データに応じた制御演算を行い、モータ１５を駆動することで、車両等の運転者のハンドル操作を補助する。

なお、ステップ２で異常と判定されたその後に正常と判定された場合、規定期間はステップＳＴ３およびステップＳＴ４を行わないようにしても良い。これは、例えば、第１の電圧Ｖ１が正常である例えば５Ｖであったとして、バッテリＢＴの電圧Ｂ＋が５Ｖ以上であっても、トルクセンサ５９の駆動保証電圧が例えば７Ｖであれば、バッテリＢＴの電圧Ｂ＋が７Ｖにまで復帰するのを待つ必要があるからである。

システム状態が一度不安定となった場合に、システム状態が正常となるまでには規定期間を要することがある。例えば、入力信号であるトルクセンサ５９の入力信号デジタル値を用いた故障診断を行うと誤検出する可能性があるため監視を行わない期間を設けることで、誤検出を回避することができるし、制御演算を行うと誤った制御をする可能性があるため制御を行わない期間を設けることで意図しない制御を回避することができる。

ステップＳＴ２で異常と判定された場合は、以降のステップＳＴ３、ＳＴ４を行わず、第２の電圧Ｖ２が正常に戻って復帰するまで処理を行わない。ただし、電動パワーステアリングシステムを誤動作させないために、システムを一時停止処理をしたり、一部の制御データを初期化したり、故障診断のデータを初期化してもよく、システムを再起動してもよい。

図４は、本実施形態に係るモータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置の概略構成である。図４において電動パワーステアリングシステム５０は、電子制御装置１０、電動モータ１５、操舵部材であるステアリングハンドル５２、ステアリングハンドル５２に接続された回転軸５３、ピニオンギア５６、ラック軸５７等を備える。

回転軸５３は、その先端に設けられたピニオンギア５６に噛み合っている。ピニオンギア５６により、回転軸５３の回転運動がラック軸５７の直線運動に変換され、ラック軸５７の変位量に応じた角度に、そのラック軸５７の両端に設けられた一対の車輪５５ａ，５５ｂが操舵される。

回転軸５３には、ステアリングハンドル５２が操作された際の操舵トルクを検出するトルクセンサ５９が設けられており、検出された操舵トルクは電子制御装置１０へ送られる。電子制御装置１０は、トルクセンサ５９より取得した操舵トルク、車速センサ（不図示）からの車速等の信号に基づくモータ駆動信号を生成し、その信号を電動モータ１５に出力する。

モータ駆動信号が入力された電動モータ１５からは、ステアリングハンドル５２の操舵を補助するための補助トルクが出力され、その補助トルクが減速ギア５４を介して回転軸５３に伝達される。その結果、電動モータ１５で発生したトルクによって回転軸５３の回転がアシストされることで、運転者のハンドル操作を補助する。

上述の電動パワーステアリング用電子制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムは、バッテリ電圧低下時にも電動パワーステアリングシステムの誤動作を回避することができる。

１ 第１の電圧生成回路
２ 第２の電圧生成回路
３ ＣＰＵコア
４ Ａ／Ｄ変換回路
５ 低電圧検知回路
９ ＣＰＵ
１０ 電子制御装置
１１ 角度センサ
１３ インバータ制御部
１４ インバータ回路
１５ 電動モータ
１６ フィルタ
１７ 電源リレー
１８ 入力Ｉ／Ｆ
１９ ＣＡＮＩ／Ｆ
２７ ＣＡＮ信号線
２７ａ ＣＡＮ−Ｈライン
２７ｂ ＣＡＮ−Ｌライン
３１ イグニッションスイッチ（ＩＧ-ＳＷ）
５０ 電動パワーステアリングシステム
５２ ステアリングハンドル
５３ 回転軸
５７ ラック軸
５９ トルクセンサ
ＢＴ バッテリ
Ｖ１ 第１の電圧
Ｖ２ 第２の電圧

Claims (7)

1. バッテリから供給される電圧によって動作する電子制御装置であって、
   前記バッテリから供給される電圧を用いて、第１の電圧を生成する第１の電源生成回路と、
   前記第１の電圧により動作するＣＰＵと、
   を備え、
   前記ＣＰＵは、
   前記第１の電圧を用いて、第２の電圧を生成する第２の電圧生成回路と、
   前記第１の電圧を基準電圧とするＡ／Ｄ変換回路と、
   前記第２の電圧により動作するＣＰＵコアと、
   を有し、
   前記第２の電圧は、前記第１の電圧より低く、
   前記Ａ／Ｄ変換回路は、前記第２の電圧を第２の電圧デジタル値へ変換し、
   前記ＣＰＵコアは、前記第２の電圧デジタル値を監視する、
   電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記Ａ／Ｄ変換回路は、外部入力信号を入力信号デジタル値へ変換し、
   前記ＣＰＵコアは、前記入力信号デジタル値を監視する、
   電子制御装置。
3. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記第１の電圧が規定値より低い場合に、異常検知信号を出力する低電圧検知回路を備え、
   前記既定値は、前記第１の電圧より低く、かつ、前記第２の電圧より高い値であって、
   前記異常検知信号は、前記ＣＰＵリセット端子へ接続されている、
   電子制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子制御装置であって、
   前記第２の電圧デジタル値に異常があったとき、
   前記ＣＰＵコアは、前記入力信号デジタル値の監視を規定期間おこなわない、
   電子制御装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子制御装置であって、
   前記第２の電圧デジタル値に異常があったとき、
   前記ＣＰＵコアは、前記入力信号デジタル値を用いた制御演算をおこなわない、
   電子制御装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電子制御装置を、ハンドル操作を補助する電動パワーステアリング用モータの電子制御装置とした電動パワーステアリング用電子制御装置。
7. 請求項６に記載の電動パワーステアリング用電子制御装置を備えた電動パワーステアリングシステム。

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