JP3889758B2 - ステアリング制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車などのステアリング制御装置に関するものである。

近年、電動パワーステアリング装置のモータの出力トルクを、所定の車両状態量からの信号に基づく補正信号に基づき補正し、車両の操縦安定性を向上させる機能を付加したステアリング制御装置が実用化されつつある。
従来のステアリング制御装置においては、ステアリング制御を、操舵トルクのみならず、補正信号に応じて監視することで、上述の装置に適応させた冗長系構成を実現している（たとえば、特許文献１参照）。

すなわち、特許文献１に記載の従来装置は、ステアリング系に補助操舵力を付加するモータと、ステアリング系の操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサからの操舵トルクに基づく目標電流を、所定の車両状態量からの信号に基づく補正信号に基づき補正した目標電流を演算するステアリング制御手段と、少なくとも操舵トルクに基づく基準値と目標電流とを比較してステアリング制御手段の異常の有無を検証するステアリング制御検証手段と、を備えている。また、２種類の基準値を設定し、補正信号が発生すると、基準値を切り換えている。

上記特許文献１の構成では、目標電流に基づき、モータを駆動するための演算を行うモータ制御手段の検証方法については言及されていない。
そこで、従来の他のステアリング制御装置として、ステアリング制御検証手段とは別に、モータ制御手段の異常を検証するためのモータ制御検証手段を設けることが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

すなわち、特許文献２に記載の従来装置は、操舵トルクと目標電流とを比較してステアリング制御手段の異常を判定するステアリング制御検証手段と、目標電流に対してモータ駆動回路に与える駆動信号を比較してモータ制御手段の異常を判定するモータ制御検証手段と、を備えている。
この場合、モータ制御検証手段は、目標電流の方向とモータ駆動方向指示信号との相関を監視している。

モータ駆動回路として、たとえばＨ型ブリッジ回路を用いる場合には、目標電流の方向とモータ駆動方向指示信号とは、１対１に対応しており、駆動方向指示信号を容易に生成することができる。したがって、Ｈブリッジで駆動可能なＤＣモータを用いたステアリング制御装置においては、上記特許文献２に記載の従来装置を用いてモータ駆動回路を監視することができる。

特開２０００−１９０８６２号公報 特開２００２−６７９８８号公報

従来のステアリング制御装置では、上記特許文献２のモータ制御検証手段を用いたとしても、ブラシレスモータを３相インバータで駆動する場合などのように、モータ駆動回路に与える信号からモータ駆動方向指示信号を生成することが困難な場合には、モータ駆動方向指示信号を、たとえば別途のマイコンポートから出力させる必要があり、モータ駆動回路を監視することが困難になるという課題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、車両状態量信号に基づく制御装置、すなわち操舵トルクとモータトルクとの相関が比較的低いステアリング制御装置に対して、簡単な構成で適応することができるとともに、入力系から出力系までの検証手段（冗長系）を廉価に且つ確実に構成することのできるステアリング制御装置を得ることを目的とする。
また、モータ駆動方向指示信号をモータ駆動回路から生成することが困難な３相モータに対しても、簡単な構成で適応することができるとともに、入力系から出力系までの検証手段（冗長系）を廉価に且つ確実に構成することのできるステアリング制御装置を得ることを目的とする。

この発明によるステアリング制御装置は、運転者の操舵力を操舵トルクとして検出するトルクセンサと、ステアリングにトルクを与えるモータと、モータを駆動するモータ駆動回路と、操舵トルクに基づき少なくともモータの目標電流を算出するステアリング制御手段と、目標電流に基づきモータ駆動回路に指示を与えるモータ制御手段とを備えたステアリング制御装置において、操舵トルクおよび目標電流に基づきステアリング制御手段の動作を検証するステアリング制御検証手段と、モータ駆動回路またはモータの所定の状態量に基づきモータ制御手段の動作を検証するモータ制御検証手段と、ステアリング制御手段、モータ制御手段、ステアリング制御検証手段およびモータ制御検証手段のうちの少なくとも１つの手段を含む第１および第２の制御手段とをさらに備え、トルクセンサおよびモータ駆動回路の出力端子は、第１および第２の制御手段に各々接続されたものである。

この発明によれば、操舵トルクとモータトルクとの相関が比較的低いステアリング制御装置に対して、簡単な構成で適応することができるとともに、入力系から出力系までの検証手段（冗長系）を廉価に且つ確実に構成することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るステアリング制御装置を示す回路構成図であり、自動車の電動パワーステアリングのコントローラに適用した場合のハードウェア構成例を示している。また、図２は図１内のコントローラのソフトウェア動作を説明するための機能構成を示すブロック図である。

図１において、車両に搭載されたステアリング制御装置は、コントローラ５と、コントローラ５に接続されたトルクセンサ１、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）２、モータ３およびバッテリ４と、を備えている。
トルクセンサ１は、運転者によるステアリングの操舵力を操舵トルクＴｑとして検出し、操舵トルクＴｑの検出信号をコントローラ５に入力する。

ＣＡＮ２は、車両内のコントローラ５をネットワーク接続する。
モータ３は、コントローラ５の制御下で駆動されるＤＣモータからなり、車両のステアリング（図示せず）にトルクを与えて、運転者の操舵力を補助する。
バッテリ４は、コントローラ５に給電を行う。

コントローラ５は、入力インタフェース回路５１と、モータ電流検出回路５２と、第１および第２のマイクロコントローラ（ＭＣＵ）５３、５４と、スイッチ手段５５と、モータ駆動回路５６と、ゲート駆動回路５７と、モータ電圧監視回路５８と、ＰＷＭ監視回路５９と、により構成されている。

入力インタフェース回路５１は、トルクセンサ１からの操舵トルクＴｑ、ＣＡＮ２からのネットワークなどを、第１、第２のＭＣＵ５３、５４に入力する。
モータ電流検出回路５２は、モータ３に供給されるモータ電流ｉＭを検出して第１のＭＣＵ５３に入力する。

第１のＭＣＵ５３は、入力インタフェース回路５１からの入力情報に基づきモータ電流ｉＭをフィードバック制御しながら、電動パワーステアリングのモータ３を制御する。
第２のＭＣＵ５４は、第１のＭＣＵ５３を含めて機能し、電動パワーステアリング装置の動作を検証する。

スイッチ手段５５は、バッテリ４からモータ駆動回路５６に給電しており、故障時などにおいて、第１または第２のＭＣＵ５３、５４により遮断制御されて、モータ３への通電を遮断する。
モータ駆動回路５６は、パワーＭＯＳＦＥＴ５６ａ〜５６ｄのブリッジ回路により構成され、第１のＭＣＵ５３の制御下でモータ３を駆動する。

ゲート駆動回路５７は、第１のＭＣＵ５３のポート出力を電力増幅し、パワーＭＯＳＦＥＴ５６ａ〜５６ｄの各ゲートを駆動する。
モータ電圧監視回路５８は、モータ駆動回路５６がモータ３を駆動しているときの電圧を監視し、検出電圧を第２のＭＣＵ５４に入力する。
ＰＷＭ監視回路５９は、モータ３を駆動しているときのパルス状の電圧を監視して、ＰＷＭ検出電圧を第２のＭＣＵ５４に入力する。

図２において、図１と同一または相当する部分については、図１内と同一符号を付して詳述を省略する。なお、図１内の一部の構成は、図示が省略されている。
モータ遮断手段６０は、第１および第２のＭＣＵ５３、５４とモータ３との間に挿入され、モータ３の出力を適宜遮断する。
モータ遮断手段６０は、図１内のスイッチ手段５５およびゲート駆動回路５７に相当する。

モータ駆動監視回路６１は、モータ駆動回路５６と第２のＭＣＵ５４との間に挿入され、モータ駆動回路５６またはモータ３の駆動状態を監視するための検出電圧およびＰＷＭ検出電圧を第２のＭＣＵ５４に入力する。
モータ駆動監視回路６１は、図１内のモータ電圧監視回路５８およびＰＷＭ監視回路５９に相当する。

図２において、第１のＭＣＵ５３には、ステアリング制御手段５３ａおよびモータ制御手段５３ｂが、それぞれソフトウェアとして実装されている。
ステアリング制御手段５３ａは、トルクセンサ１からの操舵トルクＴｑに基づき、モータ３の目標電流ｉｏを演算する。

モータ制御手段５３ｂは、ステアリング制御手段５３ａにより算出された目標電流ｉｏと、モータ電流検出回路５２により検出されたモータ電流ｉＭとに基づき、モータ３への供給電流をフィーバック制御する。
すなわち、モータ駆動回路５６を駆動するための指示信号を生成し、モータ駆動回路５６内のパワーＭＯＳＦＥＴ５６ａ〜５６ｄの各ゲートに指示信号を与える。

第２のＭＣＵ５４には、ステアリング制御検証手段５４ａおよびモータ制御検証手段５４ｂが、それぞれソフトウェアとして実装されている。
ステアリング制御検証手段５４ａは、操舵トルクＴｑおよび目標電流ｉｏに基づき、ステアリング制御手段５３ａの動作の妥当性を検証し、目標電流ｉｏの値が異常であると判定された場合には、モータ遮断手段６０を駆動してモータ３への給電を遮断する。

モータ制御検証手段５４ｂは、モータ駆動監視回路６１からの検出電圧およびＰＷＭ検出電圧（所定の状態量）に基づき、モータ制御手段５３ｂの動作の妥当性を検証し、検出値が異常であると判定された場合には、モータ遮断手段６０を駆動してモータ３への給電を遮断する。

より具体的には、第２のＭＣＵ５４内のステアリング制御検証手段５４ａは、操舵トルクＴｑに基づき、目標電流ｉｏを比較検証するための基準値を設定し、目標電流ｉｏが基準値を超える場合に、ステアリング制御手段５３ａが異常であると判定する。

また、ステアリング制御検証手段５４ａは、操舵トルクＴｑに基づき、目標電流ｉｏを比較検証するための複数の基準値（後述する図３、図４参照）を設定し、第２のＭＣＵ５４は、第１のＭＣＵ５３からの指示（後述する図５参照）にしたがい複数の基準値のうちの１つを選択し、目標電流ｉｏが選択された基準値を超える場合に、ステアリング制御手段５３ａが異常であると判定する。

このとき、複数の基準値のうちの少なくとも１つに対して、選択状態にある時間に制約を設けるようになっている（図５内の時間Ｔ２参照）。
また、第１のＭＣＵ５３は、所定の周期的信号により（図５内の周期Ｔ１参照）、第２のＭＣＵ５４に対して基準値選択の指示を与える。

また、モータ制御検証手段５４ｂは、モータ駆動回路５６がモータ３に印加する電圧（モータ駆動監視回路６１の検出電圧）に基づきモータ制御手段５３ｂの動作を検証する。
すなわち、モータ制御検証手段５４ｂは、モータ駆動回路５６がモータ３の各端子に印加する電圧の加算値が所定範囲外を示すときに、モータ制御手段５３ｂが異常であると判定する。

また、モータ制御手段５３ｂは、モータ３をＰＷＭ駆動し、モータ制御検証手段５４ｂは、モータ駆動回路５６がモータ３の各端子に印加するＰＷＭ信号の周期が所定範囲外を示すときに、モータ制御手段５３ｂが異常であると判定する。
また、モータ制御検証手段５４ｂは、モータ３に通流される電流に基づきモータ制御手段５３ｂの動作を検証する。

次に、図３〜図５を参照しながら、図１および図２に示したこの発明の実施の形態１による具体的な動作について説明する。
図３はこの発明の実施の形態１による操舵トルクＴｑとモータ電流ｉＭと故障判定条件（領域）との関係を示す説明図であり、ステアリング制御装置が電動パワーステアリング装置として通常動作する場合の関係を示している。

同様に、図４はこの発明の実施の形態１による操舵トルクＴｑとモータ電流ｉＭと故障判定条件（領域）との関係を示す説明図であり、ステアリング制御装置が操縦安定性制御を行う場合の関係を示している。
図５はこの発明の実施の形態１による第１のＭＣＵ５３から第２のＭＣＵ５４に送出する信号例を示す説明図である。

まず、インタフェース回路５１は、トルクセンサ１からの操舵トルクＴｑと、ＣＡＮ２からの車両状態量（車速など）とを、第１のＭＣＵ５３に入力する。
第１のＭＣＵ５３内のステアリング制御手段５３ａは、操舵トルクＴｑから、たとえば、図３の特性に基づき、モータ３に通流すべき目標電流ｉｏを演算する。

また、第１のＭＣＵ５３内のモータ制御手段５３ｂは、目標電流ｉｏと、モータ電流検出回路５２で検出されたモータ電流ｉＭとに基づき、モータ３に通流される電流をＰＩ制御などのアルゴリズムを用いてフィードバック制御する。
すなわち、モータ制御手段５３ｂは、モータ遮断手段６０内のゲート駆動回路５７を介して、モータ駆動回路５６をＰＷＭ駆動する。

なお、モータ駆動回路５６のＰＷＭ駆動は、いわゆる相補ＰＷＭ駆動であり、後述するように、モータ３の各端子に印加される電圧の和は、バッテリ４がモータ駆動回路５６に供給する電圧値とほぼ等しくなる。
モータ３は、ステアリング系に接続されており、モータ駆動回路５６を介して所望の電流が通流されると、所望のトルクを発生して運転者の操舵力を軽減させる。

さらに、第１のＭＣＵ５３は、第２のＭＣＵ５４に対し、目標電流ｉｏを所定の通信プロトコルにより送出する。
これにより、第２のＭＣＵ５４内のステアリング制御検証手段５４ａは、目標電流ｉｏと、トルクセンサ１からの操舵トルクＴｑとを比較し、所定の相関性があることを検証する。

このとき、ステアリング制御検証手段５４ａは、たとえば、目標電流ｉｏおよび操舵トルクＴｑが図３内の故障判定領域（斜線部参照）で示される範囲外（正常領域）にあるか否かを検証することにより、運転者の操舵力とモータ３の出力トルクとが、ほぼ同一方向であって、所定の相関性があることを検証する。

ステアリング制御検証手段５４ａは、目標電流ｉｏおよび操舵トルクＴｑが故障判定領域にあると判定すると、異常発生状態と見なし、モータ遮断手段６０にモータ３への通電を遮断することを指示する。
これにより、モータ遮断手段６０内のスイッチ手段５５が開放され、バッテリ４からモータ駆動回路５５への通電が遮断され、モータ３への通電は遮断される。

なお、近年のステアリング制御装置においては、電動パワーステアリング装置のモータ出力トルク（アシストトルク）を、所定の車両状態量からの信号に基づく補正信号により補正し、車両の操縦安定性を向上させる機能を付加したものが実用化されつつある。
この種のステアリング制御装置においては、運転者の操舵によらず車両を安定させるために、運転者の操舵トルクＴｑとモータ３のアシストトルクとの相関性が少なくなるように制御される。
したがって、操舵トルクＴｑとアシストトルクとが逆方向の関係にもなり得るが、操舵トルクＴｑに対して逆方向へのモータ駆動を常時許可することは、装置故障などに起因して運転者の操舵を妨げる可能性があるので好ましくない。

そこで、この発明の実施の形態１においては、車両の操縦安定性を向上させるための制御を開始する場合に、たとえば図４のように、故障判定領域（斜線部参照）を縮小して正常領域を拡大するようになっている。
この場合、第１のＭＣＵ５３は、第２のＭＣＵ５４に対して、たとえば、図５に示すように、４ｂｉｔ長で周期Ｔ１の信号（たとえば、「１０１０」、「０１０１」）により、操縦安定性制御の指示を送る。

操縦安定性制御の指示を受けた第２のＭＣＵ５４は、図４のように、ステアリング制御検証手段５４ａの故障判定領域を一時的に縮小する（正常領域を一時的に広げる）とともに、第１のＭＣＵ５３からの指示信号が周期的に（周期Ｔ１で）送出されているか否かの検証を行い、指示周期が異常になったときには、故障判定領域を図３の通常特性に復帰させる。

第２のＭＣＵ５４は、たとえば、第１のＭＣＵ５３からの指示信号が「００００」ならば、図３の通常特性に設定し、「０１０１」ならば、図４の操舵安定特性に設定する。
ただし、図４の特性に設定中であっても、Ｔ１秒後に指示信号「１０１０」が送られてこない場合には、図３の設定に戻す。
すなわち、第１のＭＣＵ５３は、通常時には、所定周期（Ｔ１秒）ごとに指示信号「００００」を送信し、操舵安定制御時には、交互の指示信号「０１０１」、「１０１０」（図５参照）を、所定周期（Ｔ１秒）で且つ最大で所定時間Ｔ２にわたって送信する。

なお、上記操縦安定性制御が実行される条件は、たとえば車両のコーナリング走行時にカウンタステア操作をするような、極限られた時間帯であるはずであり、長時間にわたって操縦安定性制御が持続する場合は異常と考えられる。
そこで、第１のＭＣＵ５３から周期的に指示信号「１０１０」、「０１０１」が送られてくる場合であっても、指示の持続時間があらかじめ定められた時間Ｔ２（＞Ｔ１）を超える場合にも、ステアリング制御検証手段５４ａの故障判定領域を図３の通常特性に復帰させる。
以上の処理により、不用意に図４の設定に切り替わることは防止される。

また、第２のＭＣＵ５４内のモータ制御手段検証手段５４ｂは、モータ駆動監視回路６１からの検出信号に基づき、第１のＭＣＵ５３内のモータ制御手段５３ｂの動作をも検証する。
モータ制御手段検証手段５４ｂは、まず、モータ駆動監視回路６１内のモータ電圧監視回路５８からの検出電圧に基づき検証する。

上述の通り、モータ駆動回路５６は相補ＰＷＭ駆動されており、２つのパワーＭＯＳＦＥＴ５６ａ、５６ｂを駆動デューティ比αで駆動するときには、他の２つのパワーＭＯＳＦＥＴ５６ｃ、５６ｄを駆動デューティ比（１−α）で駆動する。

したがって、バッテリ４がモータ駆動回路５６にバッテリ電圧ＶＢを供給する場合、モータ３の一方の端子に電圧α×ＶＢが印加されていれば、モータ３の他方の端子には、電圧（１−α）×ＶＢが印加されることになる。
ここで、配線および各パワーＭＯＳＦＥＴ５６ａ〜５６ｄの電圧降下を無視すると、モータ３の各端子電圧の和は、駆動デューティ比αによらず常にバッテリ電圧ＶＢに等しくなる。

また、モータ電圧監視回路５８は、図１のように、モータ３の各端子電圧を加算するとともに、ＰＷＭの搬送波成分を除去して、平均電圧を得るように構成されている。
したがって、モータ制御検証手段５４ｂは、モータ駆動監視回路６１内のモータ電圧監視回路５８からの検出電圧がバッテリ電圧ＶＢに相当する値であるか否かを判定することにより、モータ制御手段５３ｂの動作の妥当性を検証することができる。

すなわち、モータ制御検証手段５４ｂは、モータ電圧監視回路５８からの検出電圧が、バッテリ電圧ＶＢを中心値とする所定範囲から逸脱したときに、モータ制御手段５３ｂ、ゲート駆動回路５７、またはモータ駆動回路５６が異常であると判定し、モータ遮断手段６０内のスイッチ手段５５に遮断指示信号を出力する。
これにより、スイッチ手段５５が開放され、モータ３への通電は遮断される。

また、モータ制御検証手段５４ｂは、モータ駆動監視回路６１内のＰＷＭ監視回路５９からのＰＷＭ検出電圧に基づき、モータ制御手段５３ｂの動作の妥当性をさらに検証する。
ここで、モータ駆動回路５６におけるＰＷＭの搬送波周波数は一定であるはずなので、モータ制御検証手段５４ｂは、ＰＷＭ検出電圧に基づきＰＷＭ信号の周期を監視することにより、モータ制御手段５３ｂの動作の妥当性を検証することができる。

すなわち、モータ制御検証手段５４ｂは、ＰＷＭ信号の周期が設定値を中心とする所定範囲から逸脱したときに、モータ制御手段５３ｂ、ゲート駆動回路５７、またはモータ駆動回路５６が異常であると判定し、前述と同様にモータ３への通電を遮断する。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１、図２）による電動パワーステアリング装置においては、第２のＭＣＵ５４は、監視用の小規模なマイクロコントローラおよびハードウェアで実現できる程度の機能であり、コントローラ５の入力情報（操舵トルクＴｑ）に基づきモータ３の駆動信号を生成するまでの第１のＭＣＵ５３の主たる演算および回路動作を検証することができる。

また、第２のＭＣＵ５４は、第１のＭＣＵ５３の動作と並列に動作検証を実行しつつ、通常の電動パワーステアリング制御から車両の操縦安定性制御に至るまで、第１のＭＣＵ５３の制御動作を妨げることがなく、良好なステアリング制御装置を実現することができる。

さらに、図２の構成によれば、第１のＭＣＵ５３は、ステアリング制御手段５３ａおよびモータ制御手段５３ｂを備え、第２のＭＣＵ５４は、ステアリング制御検証手段５４ａおよびモータ制御検証手段５４ｂを備えているので、演算速度の比較的速い第１のＭＣＵ（メインＭＣＵ）５３と、演算速度の比較的遅い第２のＭＣＵ５４（サブＭＣＵ）とを用いて、ステアリング制御装置を構成する場合に適している。

なお、上記実施の形態１においては、スイッチ手段５５を、バッテリ４とモータ駆動回路５６との間に挿入したが、モータ駆動回路５６とモータ３との間に挿入してもよく、前述と同様の作用効果を奏する。

また、モータ駆動監視回路６１は、モータ駆動回路５６の出力端子の電圧を監視したが、ゲート駆動回路５７（図１参照）の入力信号や出力信号を監視する構成としてもよい。
この場合、モータ駆動回路５６に対する監視機能は前述と比べて十分とは言えないが、モータ制御手段５３ｂに対する監視機能は十分であり、第２のＭＣＵ５４は、第１のＭＣＵ５３の冗長系として機能することができる。

また、第１のＭＣＵ５３とゲート駆動回路５７との間に、ＡＮＤゲートなどの論理回路（図示せず）を設け、第１のＭＣＵ５３から第２のＭＣＵ５４への指示を第２のＭＣＵ５４が遮断できる構成としてもよい。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図２参照）においては、各制御手段５３ａ、５３ｂを第１のＭＣＵ５３に実装し、各制御検証手段５４ａ、５４ｂを第２のＭＣＵ５４に実装したが、各制御手段５３ａ、５３ｂおよび各制御検証手段５４ａ、５４ｂを、各ＭＣＵに振り分けて実装してもよい。

図６は制御機能および検証機能をそれぞれ各ＭＣＵに振り分けたこの発明の実施の形態２に係るステアリング制御装置を示す回路構成図である。
また、図７は図６内のコントローラ５Ａのソフトウェア動作を説明するための機能構成を示すブロック図である。

図６および図７において、前述（図１、図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または、符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
図６において、モータ３Ａは、３相のＤＣブラシレスモータにより構成されており、モータ３Ａには、回転子角度センサ６が設けられている。
回転子角度センサ６は、モータ３Ａの回転子角度θｒを検出してコントローラ５Ａに入力する。

回転子角度θｒは、入力インタフェース回路５１Ａを介して、第２のＭＣＵ５４Ａに入力される。
この場合、コントローラ５Ａ内のスイッチ手段５５は、バッテリ４とゲート駆動回路５７Ａとの間に設けられている。
また、モータ電流検出回路５２Ａは、３相のうちの２相分のモータ電流ｉＭ１、ｉＭ２を検出し、第２のＭＣＵ５４Ａに入力する。なお、他の１相分のモータ電流は、相電流の総和が「０」になることから、一般に演算により求めることができる。

さらに、第２のＭＣＵ５４Ａは、モータ３Ａを駆動制御しており、モータ駆動回路５６Ａに対する指示信号を、ゲート駆動回路５７Ａを介して、モータ駆動回路５６Ａ内のパワーＭＯＳＦＥＴの各ゲートに印加している。
モータ駆動回路５６Ａは、モータ３Ａの３相端子に給電するための３対（６個）のパワーＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

図７において、モータ遮断手段６０Ａは、図６内のスイッチ手段５５およびゲート駆動回路５７Ａに相当する。
この場合、第１のＭＣＵ５３Ａには、ステアリング制御手段５３ａおよびモータ制御検証手段５４ｂＡが実装され、第２のＭＣＵ５４Ａには、モータ制御手段５３ｂＡおよびステアリング制御検証手段５４ａが実装されている。

すなわち、ステアリング制御手段５３ａおよびモータ制御手段５３ｂＡは、第１および第２のＭＣＵ５３Ａ、５４Ａに振り分けられ、同様に、モータ制御検証手段５４ｂＡおよびステアリング制御検証手段５４ａは、第１および第２のＭＣＵ５３Ａ、５４Ａに振り分けられている。

第２のＭＣＵ５４Ａ内のモータ制御手段５３ｂＡは、目標電流ｉｏとモータ電流ｉＭ１、ｉＭ２とに基づき、モータ３Ａへの供給電流をフィーバック制御する。
また、第２のＭＣＵ５４Ａ内のモータ制御手段５３ｂＡは、モータ電流ｉＭ１、ｉＭ２から検出電流値ｉＭＡを算出して、第１のＭＣＵ５３Ａ内のモータ制御検証手段５４ｂＡに入力する。

モータ制御検証手段５４ｂＡは、目標電流ｉｏおよび検出電流値ｉＭＡの比較結果に基づき、モータ制御手段５３ｂＡの動作の妥当性を検証し、異常であると判定された場合には、モータ遮断手段６０Ａを駆動してモータ３Ａへの給電を遮断する。

すなわち、モータ制御検証手段５４ｂＡは、目標電流ｉｏとモータ３Ａに通流される電流との差が所定範囲外を示すときに、モータ制御手段５３ｂＡが異常であると判定する。

この場合も、前述と同様に、ステアリング制御検証手段５４ａは、ステアリング制御手段５３ａが異常であると判定した場合に、モータ遮断手段６０Ａを駆動してモータ３Ａへの通電を遮断する。
同様に、モータ制御検証手段５４ｂＡは、モータ制御手段５３ｂＡが異常であると判定した場合に、モータ遮断手段６０Ａを駆動してモータ３Ａへの通電を遮断する。

次に、図６および図７に示したこの発明の実施の形態２による具体的な動作について説明する。
図７において、まず、ステアリング制御手段５３ａで演算されたｄｑ座標上の目標電流ｉｏは、第２のＭＣＵ５４Ａ内のモータ制御手段５３ｂＡに送出される。

モータ制御手段５３ｂＡは、モータ電流検出回路５２Ａからのモータ電流ｉＭ１、ｉＭ２（相電流）を、回転子角度センサ６からの回転子角度θｒに基づき座標変換し、ｄｑ座標上の直流電流である検出電流値ｉＭＡに換算し、検出電流値ｉＭＡが目標電流ｉｏと一致するようにフィードバック制御を行う。
また、モータ制御手段５３ｂは、検出電流値ｉＭＡを第１のＭＣＵ５３Ａ内のモータ制御検証手段５４ｂＡに送出する。

これにより、モータ制御検証手段５４ｂＡは、検出電流値ｉＭＡを目標電流ｉｏと比較し、両者の差（＝ｉＭＡ−ｉｏ）が所定範囲内にあるか否かを判定することにより、モータ制御手段５３ｂＡの妥当性を検証する。

一方、第２のＭＣＵ５４Ａ内のステアリング制御検証手段５４ａは、操舵トルクＴｑおよび目標電流ｉｏに基づき、前述（図３、図４参照）と同様に故障判定領域を設定しつつ、ステアリング制御手段５３ａの動作を検証する。

このように、この発明の実施の形態２においては、第１のＭＣＵ５３Ａ内のステアリング制御手段５３ａおよびモータ制御検証手段と、第２のＭＣＵ５４Ａ内のモータ制御手段５３ｂＡおよびステアリング制御検証手段５４ａとが、それぞれの演算結果を相互通信して制御しつつ、互いの動作を監視している。

このように、第１および第２のＭＣＵ５３Ａ、５４Ａの各演算負荷を分散することにより、一方のみに過大な負荷がかかることがないので、安価なマイクロコントローラ（ＭＣＵ）を使用することができる。
また、モータ制御手段５３ｂＡを実装する第２のＭＣＵ５４Ａとして、たとえばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ディジタルシグナルプロセッサ）を使用するなど、それぞれの処理に適したプロセッサを選択することができ、最適なコントローラ設計を実現することができる。

さらに、図７の構成によれば、第１のＭＣＵ５３Ａは、ステアリング制御手段５３ａおよびモータ制御検証手段５４ｂＡを備え、第２のＭＣＵ５４Ａは、モータ制御手段５３ｂＡおよびステアリング制御検証手段５４ａを備えているので、ステアリング制御用の第１のＭＣＵ５３Ａと、モータ制御用の第２のＭＣＵ５４Ａとを用いて、ステアリング制御装置を構成する場合に適している。
なお、ステアリング制御検証手段５４ａは、ステアリング制御手段５３ａを検証するために、前述（図２参照）と同様に操舵トルクＴｑおよび目標電流ｉｏを用いたが、目標電流ｉｏの代わりに、モータ制御手段５３ｂＡからの検出電流値ｉＭＡを用いてもよい。この場合、ステアリング制御検証手段５４ａは、モータ制御検証手段５３ｂＡと同様に、モータ駆動回路５６Ａなどの回路を検証することもできる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態２では、モータ制御検証手段５４ｂＡにおいて、目標電流ｉｏとの比較対象として、モータ制御手段５３ｂＡで演算されたｄｑ座標上の検出電流値ｉＭＡを用いたが、モータ電流検出回路５２Ａからのモータ電流ｉＭ１、ｉＭ２（相電流）を直接用いてもよい。

たとえば、モータ３Ａを正弦波駆動する場合には、３相分の相電流の和が「０」となるので、３相分の相電流の和が、「０」を中心値とする所定範囲内にあるか否かを判定することにより、モータ制御手段５３ｂＡの妥当性を検証してもよい。
また、各相電流のそれぞれが所定範囲内にあるか否かを判定してもよい。

また、上記実施の形態２では、検出された回転子角度θｒを用いて座標変換後の検出電流値ｉＭＡを算出し、モータ制御検証手段５４ｂＡにより検出電流値ｉＭＡを監視する際に、回転子角度θｒを間接的に検証に用いたが、回転子角度θｒを直接検証に用いてもよい。
この場合、モータ制御検証手段５４ｂＡは、モータ３Ａの回転子角度θｒに基づきモータ制御手段５３ｂＡの動作を検証することになる。

たとえば、モータ３Ａに所定値以上の電流を通流しているにもかかわらず、回転子角度θｒの時間変化率（すなわち、モータ回転子の角速度）が「０」を中心値とする所定範囲内にある（実質的に回転していない）場合に、異常であると判定してもよい。
すなわち、モータ制御検証手段５４ｂＡは、モータ３Ａの回転子角速度に基づきモータ制御手段５３ｂＡの動作を検証する。
この場合、モータ３Ａの回転子の固着を直接的に監視することができる。

以上のように、この発明に係るステアリング制御装置によれば、センサ信号などの入力系から制御信号などの出力系までを監視するための冗長系を廉価に且つ確実に構成することができる。

なお、上記各実施の形態では、電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、電動パワーステアリング装置のみならず、種々のステアリング制御装置に適用可能な冗長系を構成することができ、同等の作用効果を奏することは言うまでもない。
また、自動車のステアリング制御装置に適用したが、船舶などの他のステアリング制御装置に適用しても同様の作用効果を奏することができる。

この発明の実施の形態１に係るステアリング制御装置をハードウェアブロックとともに示す回路構成図である。 この発明の実施の形態１によるコントローラのソフトウェア動作を説明するための機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１によるステアリング制御装置が電動パワーステアリングとして通常動作する場合の操舵トルクとモータ電流と故障判定条件との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるステアリング制御装置が操縦安定性制御を行う場合の操舵トルクとモータ電流と故障判定条件との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による第１のＭＣＵから第２のＭＣＵに送出される信号例を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係るステアリング制御装置をハードウェアブロックとともに示す回路構成図である。 この発明の実施の形態２によるコントローラのソフトウェア動作を説明するための機能構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ トルクセンサ、３、３Ａ モータ、４ バッテリ、５、５Ａ コントローラ、６ 回転子角度センサ、５１、５１Ａ 入力インタフェース回路、５２ モータ電流検出回路、５３、５３Ａ 第１のＭＣＵ（第１の制御手段）、５４、５４Ａ 第２のＭＣＵ（第２の制御手段）、５５ スイッチ手段、５６、５６Ａ モータ駆動回路、５７、５７Ａ ゲート駆動回路、５８ モータ電圧監視回路、５９ ＰＷＭ監視回路、６０、６０Ａ モータ遮断手段、６１ モータ駆動監視回路、ｉＭ、ｉＭ１、ｉＭ２ モータ電流、ｉＭＡ 検出電流値、ｉｏ 目標電流、Ｔｑ 操舵トルク、θｒ 回転子角度。

Claims (19)

1. 運転者の操舵力を操舵トルクとして検出するトルクセンサと、
   ステアリングにトルクを与えるモータと、
   前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
   前記操舵トルクに基づき少なくとも前記モータの目標電流を算出するステアリング制御手段と、
   前記目標電流に基づき前記モータ駆動回路に指示を与えるモータ制御手段と
   を備えたステアリング制御装置において、
   前記操舵トルクおよび前記目標電流に基づき前記ステアリング制御手段の動作を検証するステアリング制御検証手段と、
   前記モータ駆動回路の所定の状態量に基づき前記モータ制御手段の動作を検証するモータ制御検証手段と、
   前記ステアリング制御手段、前記モータ制御手段、前記ステアリング制御検証手段および前記モータ制御検証手段のうちの少なくとも１つの手段を含む第１および第２の制御手段とをさらに備え、
   前記トルクセンサおよび前記モータ駆動回路の出力端子は、前記第１および第２の制御手段に各々接続されたことを特徴とするステアリング制御装置。
2. 運転者の操舵力を操舵トルクとして検出するトルクセンサと、
   ステアリングにトルクを与えるモータと、
   前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
   前記操舵トルクに基づき少なくとも前記モータの目標電流を算出するステアリング制御手段と、
   前記目標電流に基づき前記モータ駆動回路に指示を与えるモータ制御手段と
   を備えたステアリング制御装置において、
   前記操舵トルクおよび前記目標電流に基づき前記ステアリング制御手段の動作を検証するステアリング制御検証手段と、
   前記モータ駆動回路の所定の状態量に基づき前記モータ制御手段の動作を検証するモータ制御検証手段と、
   前記ステアリング制御手段、前記モータ制御手段、前記ステアリング制御検証手段および前記モータ制御検証手段のうちの少なくとも１つの手段を含む第１および第２の制御手段とをさらに備え、
   前記トルクセンサにより検出された操舵トルクと、前記モータ制御手段または前記モータ制御検証手段に入力される所定のモータ状態量とが、前記第１および第２の制御手段に各々入力されることを特徴とするステアリング制御装置。
3. 運転者の操舵力を操舵トルクとして検出するトルクセンサと、
   ステアリングにトルクを与えるモータと、
   前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
   前記操舵トルクに基づき少なくとも前記モータの目標電流を算出するステアリング制御手段と、
   前記目標電流に基づき前記モータ駆動回路に指示を与えるモータ制御手段と
   を備えたステアリング制御装置において、
   前記操舵トルクおよび前記目標電流に基づき前記ステアリング制御手段の動作を検証するステアリング制御検証手段と、
   前記モータの所定の状態量に基づき前記モータ制御手段の動作を検証するモータ制御検証手段と、
   前記ステアリング制御手段、前記モータ制御手段、前記ステアリング制御検証手段および前記モータ制御検証手段のうちの少なくとも１つの手段を含む第１および第２の制御手段とをさらに備え、
   前記トルクセンサおよび前記モータ駆動回路の出力端子は、前記第１および第２の制御手段に各々接続されたことを特徴とするステアリング制御装置。
4. 運転者の操舵力を操舵トルクとして検出するトルクセンサと、
   ステアリングにトルクを与えるモータと、
   前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
   前記操舵トルクに基づき少なくとも前記モータの目標電流を算出するステアリング制御手段と、
   前記目標電流に基づき前記モータ駆動回路に指示を与えるモータ制御手段と
   を備えたステアリング制御装置において、
   前記操舵トルクおよび前記目標電流に基づき前記ステアリング制御手段の動作を検証するステアリング制御検証手段と、
   前記モータの所定の状態量に基づき前記モータ制御手段の動作を検証するモータ制御検証手段と、
   前記ステアリング制御手段、前記モータ制御手段、前記ステアリング制御検証手段および前記モータ制御検証手段のうちの少なくとも１つの手段を含む第１および第２の制御手段とをさらに備え、
   前記トルクセンサにより検出された操舵トルクと、前記モータ制御手段または前記モータ制御検証手段に入力される所定のモータ状態量とが、前記第１および第２の制御手段に各々入力されることを特徴とするステアリング制御装置。
5. 前記第１の制御手段は、前記ステアリング制御手段および前記モータ制御手段を含み、
   前記第２の制御手段は、前記ステアリング制御検証手段および前記モータ制御検証手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
6. 前記第１の制御手段は、前記ステアリング制御手段および前記モータ制御検証手段を含み、
   前記第２の制御手段は、前記モータ制御手段および前記ステアリング制御検証手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
7. 前記ステアリング制御検証手段は、
   前記操舵トルクに基づき、前記目標電流を比較検証するための基準値を設定し、
   前記目標電流が前記基準値を超える場合に、前記ステアリング制御手段が異常であると判定することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
8. 前記ステアリング制御検証手段は、前記操舵トルクに基づき、前記目標電流を比較検証するための複数の基準値を設定し、
   前記第２の制御手段は、
   前記第１の制御手段からの指示にしたがい前記複数の基準値のうちの１つを選択し、
   前記目標電流が選択された基準値を超える場合に、前記ステアリング制御手段が異常であると判定するとともに、
   前記複数の基準値のうちの少なくとも１つに対して、選択状態にある時間に制約を設けることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のステアリング制御装置。
9. 前記ステアリング制御検証手段は、前記操舵トルクに基づき、前記目標電流を比較検証するための複数の基準値を設定し、
   前記第２の制御手段は、
   前記第１の制御手段からの指示にしたがい前記複数の基準値のうちの１つを選択するとともに、
   前記目標電流が選択された基準値を超える場合に前記ステアリング制御手段が異常であると判定し、
   前記第１の制御手段は、所定の周期的信号により、前記第２の制御手段に対して前記基準値選択の指示を与えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のステアリング制御装置。
10. 前記モータ制御検証手段は、前記モータ駆動回路が前記モータに印加する電圧に基づき前記モータ制御手段の動作を検証することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
11. 前記モータ制御検証手段は、前記モータ駆動回路が前記モータの各端子に印加する電圧の加算値が所定範囲外を示すときに、前記モータ制御手段が異常であると判定することを特徴とする請求項１０に記載のステアリング制御装置。
12. 前記モータ制御手段は、前記モータをＰＷＭ駆動し、
    前記モータ制御検証手段は、前記モータ駆動回路が前記モータの各端子に印加するＰＷＭ信号の周期が所定範囲外を示すときに、前記モータ制御手段が異常であると判定することを特徴とする請求項１０に記載のステアリング制御装置。
13. 前記モータ制御検証手段は、前記モータに通流される電流に基づき前記モータ制御手段の動作を検証することを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
14. 前記モータは３相モータからなり、
    前記モータ制御検証手段は、前記モータ駆動回路から前記モータの各相に通流される電流の加算値が所定範囲外を示すときに、前記モータ制御手段が異常であると判定することを特徴とする請求項１３に記載のステアリング制御装置。
15. 前記モータ制御検証手段は、前記目標電流と前記モータに通流される電流との差が所定範囲外を示すときに、前記モータ制御手段が異常であると判定することを特徴とする請求項１３に記載のステアリング制御装置。
16. 前記モータ制御検証手段は、前記モータの回転子角度に基づき前記モータ制御手段の動作を検証することを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
17. 前記モータ制御検証手段は、前記モータの回転子角速度に基づき前記モータ制御手段の動作を検証することを特徴とする請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
18. 前記ステアリング制御検証手段は、前記ステアリング制御手段が異常であると判定した場合に、前記モータへの通電を遮断することを特徴とする請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
19. 前記モータ制御検証手段は、前記モータ制御手段が異常であると判定した場合に、前記モータへの通電を遮断することを特徴とする請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。

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