JP4896722B2 - ステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は自動車等の操舵系にアシストトルクを与えるためのモータを制御する電動式のステアリング制御装置に関し、特にモータ出力トルク制御部の異常を判定するための新規な技術改良に関するものである。

従来、電動式のステアリング制御装置は、データバスで相互接続されたメインＣＰＵおよびサブＣＰＵと、メインＣＰＵからの駆動信号に応じてモータを駆動するモータ駆動回路と、メインＣＰＵとモータ駆動回路との間に挿入された論理回路とを備え、メインＣＰＵからの駆動方向信号を通過させる論理回路を、サブＣＰＵの出力信号で駆動することにより、モータの駆動方向を制限するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

次に、上記特許文献１に記載された従来装置の動作について説明する。
メインＣＰＵは、トルクセンサ等の各種センサからの検出信号に基づいて、モータの駆動方向等を演算するとともに、モータ駆動方向の演算結果を、データバスを介してサブＣＰＵに送出する。
サブＣＰＵは、トルクセンサからの操舵トルク信号と、メインＣＰＵから入力されるモータ駆動方向とを比較し、両者が一致しない場合には故障（異常発生状態）と判定し、モータの駆動を禁止するための出力信号を生成する。

特許第２９１５２３４号公報

従来のステアリング制御装置は、以上のように構成されているので、例えばモータの角速度や角加速度に基づく外乱補償制御等、駆動方向と操舵トルクとが一致しないモータ駆動制御に適用することは困難であるという課題があった。
また、モータの駆動方向がメインＣＰＵからモータ駆動回路に直接的に出力されない三相モータに適用することも困難であるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で複雑な制御機能を実現し、モータ出力トルク制御部の冗長性を実現したステアリング制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係るステアリング制御装置は、運転者により操作される操舵系にアシストトルクを与えるためのモータと、少なくとも操舵系の操舵状態を検出する各種センサと、各種センサからのセンサ検出信号を取り込む入力処理部およびモータを駆動する出力処理部を有し、センサ検出信号に基づいて出力処理部に指令を与える演算処理部とを備えたステアリング制御装置において、演算処理部は、モータの目標出力トルクを演算するモータ目標出力トルク演算部と、モータの実出力トルクが目標出力トルクと一致するように、モータに流れるモータ電流をフィードバック制御して、モータへの印加電圧を演算するモータ出力トルク制御部とを有し、少なくともモータ出力トルク制御部は、複数の正演算部と、正演算部に対応した複数の副演算部とを含み、複数の副演算部の少なくとも一部の副演算部は、少なくとも一部の副演算部の演算結果と、複数の正演算部のうちの少なくとも一部の副演算部に対応した正演算部の演算結果との比較に基づいて、モータ出力トルク制御部の異常を判定するものである。

本発明によれば、簡単な構成で、モータ出力トルク制御部の冗長性を実現することができる。

本発明の実施例１に係るステアリング制御装置を示すブロック構成図である。（実施例１） 本発明の実施例１に係るロータ角度演算部副演算部の動作を示す説明図である。（実施例１） 本発明の実施例１に係るロータ角度演算部副演算部の動作を示す説明図である。（実施例１）

（実施例１）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例１について説明する。
図１は本発明の実施例１に係るステアリング制御装置を示すブロック構成図である。
図１において、ステアリング制御装置は、トルクセンサ１と、演算処理部２と、モータ３と、レゾルバ４とにより構成されている。

トルクセンサ１は、車両の操舵系の操舵状態（運転者の操舵トルクＴｓ）を検出して演算処理部２に入力する。
モータ３は、例えば永久磁石界磁の同期電動機からなり、運転者により操作される操舵系に接続されており、演算処理部２の演算結果に基づく制御信号により駆動されて、操舵系にアシストトルクを与えて運転者の操舵力を補助する。
モータ３に設けられたレゾルバ４は、角度センサとして機能し、モータ３のロータ角度位置情報を検出し、ロータ角度に関する検出信号を演算処理部２に入力する。

演算処理部２は、ステアリング制御装置の要部を構成しており、各種センサからのセンサ検出信号を取り込むための入力インターフェース回路（入力処理部）２１と、メインＣＰＵを有する第１のマイクロコントローラ（第１の演算処理部）２２と、サブＣＰＵを有する第２のマイクロコントローラ２３（第２の演算処理部）と、モータ３の相電流を検出するための電流検出回路２４と、モータ３を駆動するためのインバータ（出力処理部）２５ａとを備え、センサ検出信号に基づいてインバータ（出力処理部）２５ａに指令を与える。

第１のマイクロコントローラ２２は、目標出力トルク演算部正演算部２２１ａと、モータ出力トルク制御部２２２と、異常判定部２２３ａと、ＰＷＭ演算部２２４ａとにより構成されている。
目標出力トルク演算部正演算部２２１ａは、トルクセンサ１からの検出信号（操舵トルクＴｓ）に基づいて、モータ３の目標出力トルクに相当するｑ軸目標電流値Ｉｑ＊を演算する。

モータ出力トルク制御部２２２は、目標出力トルク演算部正演算部２２１ａで演算されたｑ軸目標電流値Ｉｑ＊（モータ３の目標出力トルク）と、電流検出回路２４からの検出信号（実相電流Ｉｕ、Ｉｖ）に基づいて演算されたｑ軸検出電流Ｉｑ（モータ３の実出力トルク）とが一致するように、モータ電流をフィードバック制御してＰＷＭ演算部２２４ａを制御する。
異常判定部２２３ａは、すべての演算結果に基づいて、第１のマイクロコントローラ２２または第２のマイクロコントローラ２３の異常を判定し、異常時にインバータ２５ａを停止させてモータ３への通電の遮断を指示する。

ＰＷＭ演算部２２４ａは、モータ出力トルク制御部２２２からのモータ相電圧信号（三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）をパルス幅変調し、三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊から生成したＰＷＭ信号をインバータ２５ａに供給する。
インバータ２５ａは、ＰＷＭ演算部２２４ａからのＰＷＭ信号により駆動されてモータ３を駆動する。

モータ出力トルク制御部２２２は、フィードバック制御部正演算部２２５ａと、印加電圧演算部正演算部２２６ａと、印加電圧演算部副演算部２２６ｂと、ロータ角度演算部正演算部２２７ａと、検出電流演算部正演算部２２８ａと、検出電流演算部副演算部２２８ｂとにより構成されている。

フィードバック制御部正演算部２２５ａは、電流検出回路２４の検出値（実相電流Ｉｕ、Ｉｖ）から演算されたｑ軸検出電流Ｉｑに基づきモータ電流をフィードバック制御する。
印加電圧演算部正演算部２２６ａは、フィードバック制御部正演算部２２５ａで演算されたｑ軸印加電圧値Ｖｑ＊およびｄ軸印加電圧値Ｖｄ＊を、モータ３の相電圧（三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）に変換する。

印加電圧演算部副演算部２２６ｂは、三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて印加電圧演算部正演算部２２６ａの異常を判定する。
ロータ角度演算部正演算部２２７ａは、レゾルバ４の出力信号に基づいてモータ３のロータ角度（電気角）θを演算する。

検出電流演算部正演算部２２８ａは、演算されたロータ角度θと、電流検出回路２４で検出されたモータ３の実相電流Ｉｕ、Ｉｖとに基づいて、ｄ軸検出電流Ｉｄおよびｑ軸検出電流Ｉｑを変換する。
検出電流演算部副演算部２２８ｂは、演算されたロータ角度θと、モータ３の実相電流Ｉｖ、Ｉｗとに基づいて、検出電流演算部正演算部２２８ａの異常を判定する。

一方、第２のマイクロコントローラ２３は、第１のマイクロコントローラ２２に対して通信線１００を介して相互接続されており、目標出力トルク演算部副演算部２２１ｂと、フィードバック制御部副演算部２２５ｂと、ロータ角度演算部副演算部２２７ｂと、ＰＷＭ異常判定部２２４ｂと、インバータ出力電圧異常判定部２５ｂと、異常判定部２２３ｂとを備えている。

目標出力トルク演算部副演算部２２１ｂは、トルクセンサ１で検出された操舵トルクＴｓと、目標出力トルク演算部正演算部２２１ａで演算されたｑ軸目標電流値Ｉｑ＊とに基づいて、第１のマイクロコントローラ２２内の目標出力トルク演算部正演算部２２１ａの異常を判定する。
フィードバック制御部副演算部２２５ｂは、モータ出力トルク制御部２２２内のフィードバック制御部正演算部２２５ａで演算されたｄ軸印加電圧値Ｖｄ＊およびｑ軸印加電圧値Ｖｑ＊に基づいて、フィードバック制御部正演算部２２５ａの異常を判定する。

ロータ角度演算部副演算部２２７ｂは、モータ出力トルク制御部２２２内のロータ角度演算部正演算部２２７ａへの入力情報（角度位置検出信号ｓｉｎθ、ｃｏｓθ）と、ロータ角度演算部正演算部２２７ａで演算されたロータ角度θとに基づいて、ロータ角度演算部正演算部２２７ａの異常を判定する。
ＰＷＭ異常判定部２２４ｂは、モータ３への印加電圧をモニタして搬送波周期を監視することにより、第１のマイクロコントローラ２２内のＰＷＭ演算部２２４ａの異常を判定する。

インバータ出力電圧異常判定部２５ｂは、モータ３への三相印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをモニタして中性点電位を監視することにより、インバータ２５ａの異常を判定する。
異常判定部２２３ｂは、第１のマイクロコントローラ２２内の異常判定部２２３ａと同様に、すべての正演算部および副演算部の演算結果から正演算部の異常の有無を判定し、いずれか１つでも異常がある場合にはインバータ２５ａによるモータ３の駆動を遮断する。

図１に示すように、演算処理部２は、複数の正演算部として、目標出力トルク演算部正演算部２２１ａと、フィードバック制御部正演算部２２５ａと、印加電圧演算部正演算部２２６ａと、ロータ角度演算部正演算部２２７ａと、検出電流演算部正演算部２２８ａとを有する。
また、演算処理部２は、正演算部に対応した複数の副演算部として、目標出力トルク演算部副演算部２２１ｂと、フィードバック制御部副演算部２２５ｂと、印加電圧演算部副演算部２２６ｂと、ロータ角度演算部副演算部２２７ｂと、検出電流演算部副演算部２２８ｂとを有する。

すなわち、演算処理部２は、それぞれ冗長系演算部を構成する目標出力トルク演算部（目標出力トルク演算部正演算部２２１ａおよび目標出力トルク演算部副演算部２２１ｂ）と、フィードバック制御部（フィードバック制御部正演算部２２５ａおよびフィードバック制御部副演算部２２５ｂ）と、印加電圧演算部（印加電圧演算部正演算部２２６ａおよび印加電圧演算部副演算部２２６ｂ）と、ロータ角度演算部（ロータ角度演算部正演算部２２７ａおよびロータ角度演算部副演算部２２７ｂ）と、検出電流演算部（検出電流演算部正演算部２２８ａおよび検出電流演算部副演算部２２８ｂ）とを有する。

また、演算処理部２内において、モータ出力トルク制御部２２２は、少なくとも、正演算部である印加電圧演算部正演算部２２６ａおよび検出電流演算部正演算部２２８ａと、副演算部である印加電圧演算部副演算部２２６ｂおよび検出電流演算部副演算部２２８ｂとを有しており、正演算部および副演算部の各演算結果に基づいて、モータ出力トルク制御部２２２の異常を判定するようになっている。

また、ここでは、一例として、正演算と等価の処理内容でかつ比較的演算量の多い副演算を実行する印加電圧演算部副演算部２２６ｂおよび検出電流演算部副演算部２２８ｂは、処理速度の速いメインＣＰＵを含む第１のマイクロコントローラ２２内に実装し、簡略化した副演算を実行する他の副演算部に関しては、メインＣＰＵよりも処理速度の遅いサブＣＰＵを含む第２のマイクロコントローラ２３内に実装している。

また、モータ３は、永久磁石界磁の同期電動機に限られることはなく、誘導機やベクトル制御以外のモータであってもよい。
図示したように、モータ３が多相（例えば、三相）モータの場合、モータ出力トルク制御部２２２内の印加電圧演算部正演算部２２６ａは、多相モータの各相への印加電圧を演算し、印加電圧演算部副演算部２２６ｂは、印加電圧演算部正演算部２２６ａの異常を判定する。

また、モータ３の種類にかかわらず、モータ出力トルク制御部２２２内のロータ角度演算部正演算部２２７ａは、モータのロータ角度θを演算し、第２のマイクロコントローラ２３内のロータ角度演算部副演算部２２７ｂは、ロータ角度演算部正演算部２２７ａの異常を判定する。

具体的には、角度センサとして機能するレゾルバ４は、モータ３のロータ角度θに関するｓｉｎθおよびｃｏｓθの情報を含む角度位置検出信号を出力し、ロータ角度演算部正演算部２２７ａは、角度位置検出信号に基づき、ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）からロータ角度θを求める。
一方、ロータ角度演算部正演算部２２７ｂは、ｓｉｎθおよびｃｏｓθの正負符号と振幅大小比較関係とに関する８通りの組み合わせから、４５°の分解能で別途のロータ角度θ’を求め、正演算部の演算結果（ロータ角度θ）と副演算部の演算結果（ロータ角度θ’）との比較により、ロータ角度演算部正演算部２２７ａの異常を判定する。

また、モータ３として三相モータを用いた場合、モータ出力トルク制御部２２２において、ｄｑ軸制御に関連した検出電流演算部正演算部２２８ａは、モータ３（三相モータ）の少なくとも二相の電流検出値（実相電流Ｉｕ、Ｉｖ）を二軸直流電流（ｄ軸検出電流Ｉｄおよびｑ軸検出電流Ｉｑ）に変換する。

一方、モータ出力トルク制御部２２２内の検出電流演算部副演算部２２８ｂは、少なくとも一相は、検出電流演算部正演算部２２８ａが用いた相電流（図１においては、実相電流Ｉｕ）を用いずに、二軸直流電流を演算する。
すなわち、検出電流演算部副演算部２２８ｂは、モータ３（三相モータ）の各相電流のうちの少なくとも二相の電流検出値を二軸直流電流に変換するが、この際に用いる二相のうちの少なくとも一相は、電流正演算部が用いない相を含むことになる。

また、モータ出力トルク制御部２２２内において、フィードバック制御部正演算部２２５ａは、モータ３（三相モータ）の各相電流（Ｉｕ、Ｉｖ）から変換された二軸直流電流（Ｉｄ、Ｉｑ）を、二軸直流電圧（Ｖｑ＊、Ｖｄ＊）に変換してフィードバック制御し、ｄｑ軸制御に関連した印加電圧演算部正演算部２２６ａは、二軸直流電圧（Ｖｑ＊、Ｖｄ＊）を、モータ３（三相モータ）の各相への印加電圧（三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）に変換する。

また、モータ出力トルク制御部２２２内の印加電圧演算部副演算部２２６ｂは、印加電圧演算部正演算部２２６ａからモータ３（三相モータ）への印加電圧に対応する三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づき実際の中性点電位を演算し、中性点電位が妥当か否かにより印加電圧演算部正演算部２２６ａの正否を判定する。
ここでは、後述するように、各副演算部は、各正演算部とは異なる数式により正演算部の検算を行うものとする。

また、第１および第２のマイクロコントローラ２２、２３は、通信線１００を介して相互通信可能に接続されており、第１のマイクロコントローラ２２内の各正演算部２２１ａ、２２５ａ、２２７ａの異常を判定するための各種データは、通信線１００を介して、第２のマイクロコントローラ２３内の各副演算部２２１ｂ、２２５ｂ、２２７ｂに入力される。

また、第１および第２のマイクロコントローラ２２、２３内の異常判定部２２３ａ、２２３ｂは、モータ３への通電および遮断を制御する通電遮断制御部を含み、通電遮断制御部によるフェイルセーフ処理機能として、複数の正演算部２２１ａ、２２５ａ、２２６ａ、２２７ａ、２２８ａのうち少なくとも１つが異常と判定された場合、または、インバータ出力電圧異常判定部２５ｂおよびＰＷＭ異常判定部２２４ｂの少なくとも１つが異常を判定した場合には、モータ３および操舵系を含む装置全体を保護するために、インバータ２５ａからモータ３への通電を遮断するように構成されている。

さらに、第１および第２のマイクロコントローラ２３の少なくとも一方は、異常判定部２２３ａ、２２３ｂと関連して、モータ３への通電遮断機能をチェックする通電遮断機能検査部を備えている。
通電遮断機能検査部は、起動時チェック機能として、ステアリング制御装置の起動後のモータ３の駆動制御が開始される前に、異常判定部２２３ａ、２２３ｂによりモータ３への通電遮断機能が正常に動作するか否かを少なくとも１回チェックし、通電遮断機能が異常と判定された場合には、同様にモータ３および操舵系を含む装置全体を保護するために、モータ３の駆動制御を禁止し、ステアリング制御動作を実行しないように構成されている。

なお、図１においては、ハードウェア構成として、複数の正演算部および副演算部のうちの副演算部の一部を、第１のマイクロコントローラ２２とは異なる第２のマイクロコントローラ２３内に構成したが、複数の正演算部および副演算部のすべてを同一のマイクロコントローラ内に構成してもよい。
また、図１の構成例に限らず、複数の正演算部および副演算部のうちの任意の一部を、第１のマイクロコントローラ２２とは異なる第２のマイクロコントローラ２３内に個別に構成してもよい。

次に、本発明の実施例１による冗長系を含むステアリング制御装置の処理動作について説明する。
まず、第１のマイクロコントローラ２２において、目標出力トルク演算部正演算部２２１ａは、トルクセンサ１で検出された操舵トルクＴｓに基づき所定の演算処理を行い、モータ３を駆動するためのｑ軸目標電流値Ｉｑ＊を算出する。
目標出力トルク演算部正演算部２２１ａで算出されたｑ軸目標電流値Ｉｑ＊は、フィードバック制御部正演算部２２５ａに入力されるとともに、通信線１００を介して、第２のマイクロコントローラ２３内に実装された目標出力トルク演算部副演算部２２１ｂに入力される。

一方、モータ出力トルク制御部２２２内のロータ角度演算部正演算部２２７ａは、レゾルバ４からの角度位置検出信号ｓｉｎθ、ｃｏｓθに基づき、ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）の演算によりロータ角度（電気角）θを算出する。
ロータ角度演算部正演算部２２７ａで算出されたロータ角度θは、印加電圧演算部正演算部２２６ａ、検出電流演算部正演算部２２６ａおよび検出電流演算部副演算部２２８ｂに供給されるとともに、通信線１００を介して、第２のマイクロコントローラ２３内に実装されたロータ角度演算部副演算部２２７ｂに入力される。また、ロータ角度演算部副演算部２２７ｂには、通信線１００を介して、電気角θの演算に用いられた角度位置検出信号ｓｉｎθ、ｃｏｓθが供給される。

検出電流演算部正演算部２２８ａは、電流検出回路２４で検出された相電流値Ｉｕ、Ｉｖと、ロータ角度演算部正演算部２２７ａで算出されたロータ角度θとに基づき、以下の式（１）を用いて三相／二相変換（ｄｑ変換）を行い、ｄ軸検出電流Ｉｄおよびｑ軸検出電流Ｉｑを算出する。

式（１）で算出された変換後のｄ軸検出電流Ｉｄおよびｑ軸検出電流Ｉｑは、二軸目標電流値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊との偏差が個別に算出された後、フィードバック制御部正演算部２２５ａに入力される。
フィードバック制御部正演算部２２５ａは、二軸目標電流値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊と、式（１）に基づく二軸検出電流Ｉｄ、Ｉｑとの偏差に基づき、ＰＩ制御を行うことにより、二軸目標印加電圧値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を生成する。
二軸目標印加電圧値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊は、印加電圧演算部正演算部２２６ａに入力される。また、ｑ軸目標印加電圧値Ｖｑ＊は、通信線１００を介して、第２のマイクロコントローラ２３内に実装されたフィードバック制御部副演算部２２５ｂに入力される。

印加電圧演算部正演算部２２６ａは、ｄｑ軸目標印加電圧値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊と電気角θとに基づき、以下の式（２）を用いて、二相／三相変換（ｄｑ逆変換）を行い、三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を算出する。

式（２）で算出された三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊は、ＰＷＭ演算部２２４ａおよび印加電圧演算部副演算部２２６ｂに入力される。
ＰＷＭ演算部２２４ａは、三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に基づいて生成したＰＷＭ信号をインバータ２５ａに供給することにより、モータ３を駆動して目標出力トルク（所要のアシストトルク）を発生させる。

次に、本発明の実施例１によるステアリング制御装置の冗長系の動作について説明する。
まず、第１のマイクロコントローラ２２内のモータ出力トルク制御部２２２の外部に位置する目標出力トルク演算部正演算部２２１ａ、ＰＷＭ演算部２２４ａおよびインバータ２５ａに関し、第２のマイクロコントローラ２３内の目標出力トルク演算部副演算部２２１ｂ、ＰＷＭ異常判定部２２４ｂおよびインバータ出力電圧異常判定部２５ｂによる異常判定（妥当性検証）動作について説明する。

第２のマイクロコントローラ２３内において、目標出力トルク演算部副演算部２２１ｂは、トルクセンサ１により検出された操舵トルクＴｓと、第１のマイクロコントローラ２２から通信線１００を介して入力されたｑ軸目標電流値Ｉｑ＊とに基づいてインターロックを行う。

ＰＷＭ異常判定部２２４ｂは、入力インターフェース回路２１を介して、パルス幅変調されたモータ３への三相印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを直接モニタし、モータ駆動信号の搬送波周期を監視する。
同様に、インバータ出力電圧異常判定部２５ｂは、入力インターフェース回路２１を介して、モータ３への三相印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを直接モニタして、三相印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの中性点電位を監視する。

以上の目標出力トルク演算部副演算部２２１ｂ、ＰＷＭ異常判定部２２４ｂおよびインバータ出力電圧異常判定部２５ｂの動作は、もっぱら第１および第２のコントローラ２２、２３の外部に現れる信号を用いて装置の妥当性を検証するものである。
すなわち、目標出力トルク演算部副演算部２２１ｂは、モータ出力トルク制御部２２２への入力信号（ｑ軸目標電流値Ｉｑ＊）と操舵トルクＴｓとの関係の妥当性を検証し、ＰＷＭ異常判定部２２４ｂおよびインバータ出力電圧異常判定部２５ｂは、モータ出力トルク制御部２２２からの出力信号（モータ３への相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）の妥当性を検証している。

次に、図１とともに図２および図３を参照しながら、モータ出力トルク制御部２２２内の演算部に関する異常判定（妥当性検証）動作について説明する。
図２および図３は第２のマイクロコントローラ２３内のロータ角度演算部副演算部２２７ｂの動作を示す説明図である。
図２および図３は、ロータ角度演算部副演算部２２７ｂで算出されるロータ角度θ’（領域Ｒ１〜Ｒ８）を示しており、図２および図３において、各領域Ｒ１〜Ｒ８は、ｓｉｎθおよびｃｏｓθの正負符号と振幅大小比較結果とに関する８通りの組み合わせにより設定されている。

図１において、第１のマイクロコントローラ２２内のフィードバック制御部正演算部２２５ａの異常を判定するフィードバック制御部副演算部２２５ｂは、前述のように、第２のマイクロコントローラ２３内に実装されている。
フィードバック制御部副演算部２２５ｂは、第１のマイクロコントローラ２２から通信線１００を介して入力されたｑ軸目標印加電圧値Ｖｑ＊が所定の正常範囲内にあるか否かを監視し、ｑ軸目標印加電圧値Ｖｑ＊が正常範囲を逸脱した場合に、フィードバック制御部正演算部２２５ａが異常であると判定する。

一方、印加電圧演算部正演算部２２６ａの異常を判定する印加電圧演算部副演算部２２６ｂは、第１のマイクロコントローラ２２内に実装されており、以下の式（３）の関係を満たすか否かに基づいて、三相目標印加電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の中性点電位（印加電圧演算部正演算部２２６ａ）の正否を監視する。

もし、式（３）を満たさない場合には、印加電圧演算部副演算部２２６ｂは、印加電圧演算部正演算部２２６ａが異常であると判定する。

一方、第１のマイクロコントローラ２２内のロータ角度演算部正演算部２２７ａの異常を判定するロータ角度演算部副演算部２２７ｂは、前述のように、第２のマイクロコントローラ２３内に実装されている。
ロータ角度演算部副演算部２２７ｂは、レゾルバ４からロータ角度演算部正演算部２２７ａへの入力情報（角度位置検出信号ｓｉｎθ、ｃｏｓθ）と、ロータ角度演算部正演算部２２７ａで算出されたロータ角度θとを、第１のマイクロコントローラ２２から通信線１００を介して取り込み、角度位置検出信号ｓｉｎθ、ｃｏｓθに基づき、ロータ角度演算部正演算部２２７ａの異常を判定する。

すなわち、ロータ角度演算部副演算部２２７ｂは、図２および図３に示すように、ｓｉｎθおよびｃｏｓθの正負符号と振幅大小比較結果とに関する８通りの組み合わせから、４５°の分解能で別途にロータ角度θ’（領域Ｒ１〜Ｒ８）を算出し、自身で算出したロータ角度θ’とロータ角度演算部正演算部２２７ａで算出されたロータ角度θとを比較し、ロータ角度θが算出領域内にあるか否かに基づいて、ロータ角度演算部正演算部２２７ａの正否を判定する。

最後に、検出電流演算部正演算部２２８ａの異常を判定する検出電流演算部副演算部２２８ｂは、第１のマイクロコントローラ２２内に実装されており、電流検出回路２４で検出した実相電流Ｉｖ、Ｉｗと、ロータ角度演算部正演算部２２７ａで演算したロータ角度（電気角）θとに基づき、以下の式（４）を用いて三相／二相変換（ｄｑ変換）を行い、ｄ軸検出電流Ｉｄおよびｑ軸検出電流Ｉｑを算出する。

検出電流演算部副演算部２２８ｂは、式（４）によるｄｑ変換結果と、前述の式（１）に基づく検出電流演算部正演算部２２８ａのｄｑ変換結果とを比較し、両者が一致するか否かにより、検出電流演算部正演算部２２８ａの正否を判定する。
以上のように、複数の正演算部に対応した複数の副演算部を用いて冗長系の演算処理を行うことにより、演算処理部２内で複数に分割されたすべての正演算部を検証することができる。

次に、フェイルセーフ機能を有する異常判定部２２３ａ、２２３ｂによるモータ３の駆動制御遮断動作について説明する。
第１および第２のマイクロコントローラ２３内の異常判定部２２３ａ、２２３ｂの少なくとも一方は、上述したすべての正演算部および副演算部の演算結果から、正演算部の異常の有無を判定し、いずれか１つでも異常があると判定された場合には、インバータ２５ａによるモータ３の駆動制御を遮断する。
これにより、前述のように、モータ３および装置全体を保護することができる。

また、第１および第２のマイクロコントローラ２２、２３の少なくとも一方は、異常判定部２２３ａ、２２３ｂと協働して、起動時の初期チェック動作を行う。
すなわち、前述のように、起動後に異常判定部２２３ａ、２２３ｂによる遮断機能が正常に機能しているかどうか調べ、もし異常があれば、インバータ２５ａからモータ３への通電を遮断してステアリング制御を動作させないようにする。
これにより、前述のように、モータ３および装置全体を保護することができる。

以上のように、本発明の実施例１によれば、例えばｄｑ軸上で永久磁石界磁の三相モータを制御する複雑な構成のモータ出力トルク制御部２２２の冗長系を比較的簡単に実現することができる。

なお、上記実施例１では、電流検出回路２４が二相電流（Ｉｕ、Ｉｖ）を検出したが、３つの相電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を検出するように構成してもよい。
この場合、検出電流演算部副演算部２２８ｂにおいて、電流検出回路２４の異常を判定することもできるという効果がある。

（実施例２）
上記実施例１では、正演算と等価の内容でかつ比較的演算量の多い副演算に関しては、処理速度の速いメインＣＰＵを含む第１のマイクロコントローラ２２内で実行し、簡略化した副演算に関しては、メインＣＰＵよりも処理速度の遅いサブＣＰＵを含む第２のマイクロコントローラ２３内で実行したが、サブＣＰＵとして比較的高速処理が可能なものを用いて、すべての副演算処理をサブＣＰＵ（第２のマイクロコントローラ２３）内で実行するように構成してもよい。
この場合、副演算として、正演算と完全に同一の演算式を用いても、十分な検証ができるという効果がある。

例えば、第２のマイクロコントローラ２３内において、ロータ角度演算部副演算部２２６ｂは、８通りの領域Ｒ１〜Ｒ８からなるロータ角度θ’（図２、図３参照）を求めるのではなく、正演算部と同一の演算を行い、角度位置検出信号ｓｉｎθおよびｃｏｓθからロータ角度θを求め、正演算部の演算結果と比較することにより、ロータ角度演算部正演算部２２６ａの異常を判定することができる。

同様に、第１のマイクロコントローラ２２内において、検出電流演算部副演算部２２８ｂは、正演算部と同一の演算を行い、三相モータの各相電流のうち少なくとも二相の電流の検出値を二軸直流電流に変換し、正演算部の演算結果と比較することにより、検出電流演算部正演算部２２８ａの異常を判定することができる。
また、印加電圧演算部副演算部２２６ｂは、正演算部と同一の演算を行い、二軸直流電圧を三相モータへの各相印加電圧に変換し、正演算部の演算結果と比較することにより、印加電圧演算部正演算部２２６ａの異常を判定することができる。

さらに、第１および第２のマイクロコントローラ２２、２３を用いたが、同一のマイクロコントローラで全ての正演算および副演算を実行してもよい。
この場合、正演算および副演算を等価な内容でかつ異なる演算処理に設定することにより、十分な検証を行うことができる。
また、単一のマイクロコントローラを用いた場合には、サブＣＰＵ（第２のマイクロコントローラ２３）が不要となり、前述の効果に加えて、さらに簡単な構成で冗長系を実現することができるという効果がある。

（実施例３）
さらに、上記実施例１において、例えば検出電流演算部副演算部２２８ｂは、検出電流演算部正演算部２２８ａの式（１）とは位相の異なる相電流の式（４）を用いてｄｑ変換を実行したが、正演算部と同じ相の電流または電圧に、位相をずらした行列を乗算してもよい。
この場合、副演算での乗算処理が増えるが、副演算のプログラム構成を正演算と完全に同一にすることができるので、前述の効果に加えて、プログラムの作成を容易にすることができるという効果がある。

すなわち、検出電流演算部副演算部２２８ｂは、三相モータの各相電流のうちの少なくとも二相の電流検出値から、正演算部と等価な演算結果が得られかつ正演算部とは異なる行列を用いて二軸直流電流を変換演算し、正演算部の演算結果との比較に基づいて正演算部の異常を判定することができる。
同様に、印加電圧演算部副演算部２２６ｂは、フィードバック制御部からの二軸直流電圧から、正演算部と等価な演算結果が得られかつ正演算部とは異なる行列を用いて、三相モータへの各相印加電圧を変換演算し、正演算部の演算結果との比較に基づいて正演算部の異常を判定することができる。

Claims (21)

1. 運転者により操作される操舵系にアシストトルクを与えるためのモータと、
   少なくとも前記操舵系の操舵状態を検出する各種センサと、
   前記各種センサからのセンサ検出信号を取り込む入力処理部および前記モータを駆動する出力処理部を有し、前記センサ検出信号に基づいて前記出力処理部に指令を与える演算処理部と
   を備えたステアリング制御装置において、
   前記演算処理部は、
   前記モータの目標出力トルクを演算するモータ目標出力トルク演算部と、
   前記モータの実出力トルクが前記目標出力トルクと一致するように、前記モータに流れるモータ電流をフィードバック制御して、前記モータへの印加電圧を演算するモータ出力トルク制御部とを有し、
   少なくとも前記モータ出力トルク制御部は、
   複数の正演算部と、
   前記正演算部に対応した複数の副演算部とを含み、
   前記複数の副演算部の少なくとも一部の副演算部は、前記少なくとも一部の副演算部の演算結果と、前記複数の正演算部のうちの前記少なくとも一部の副演算部に対応した正演算部の演算結果との比較に基づいて、前記モータ出力トルク制御部の異常を判定することを特徴とするステアリング制御装置。
2. 前記複数の副演算部のうちの少なくとも一部の副演算部は、前記少なくとも一部の副演算部に対応した正演算部とは異なる数式により、前記少なくとも一部の副演算部に対応した正演算部の検算を行うことを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御装置。
3. 前記モータは、多相モータからなり、
   前記複数の正演算部は、前記多相モータの各相への印加電圧を演算する印加電圧演算部正演算部を含み、
   前記複数の副演算部は、前記印加電圧演算部正演算部の異常を判定するための印加電圧演算部副演算部を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステアリング制御装置。
4. 前記モータは、前記モータのロータ角度を検出するための角度センサを有し、
   前記複数の正演算部は、前記ロータ角度を演算するためのロータ角度演算部正演算部を含み、
   前記複数の副演算部は、前記ロータ角度演算部正演算部の異常を判定するためのロータ角度演算部副演算部を含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
5. 前記角度センサは、前記モータのロータ角度θに関するｓｉｎθおよびｃｏｓθの情報を含む角度位置検出信号を出力し、
   前記ロータ角度演算部正演算部は、ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）から前記ロータ角度θを求め、
   前記ロータ角度演算部副演算部は、前記角度位置検出信号ｓｉｎθおよびｃｏｓθの正負符号と振幅大小比較関係とに関する８通りの組み合わせから、４５°の分解能で別途のロータ角度θ’を求め、
   前記ロータ角度θと前記別途のロータ角度θ’との比較に基づいて、前記ロータ角度演算部正演算部の異常を判定することを特徴とする請求項４に記載のステアリング制御装置。
6. 前記角度センサは、前記ロータ角度θに関するｓｉｎθおよびｃｏｓθの情報を含む角度位置検出信号を出力し、
   前記ロータ角度演算部正演算部は、ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）から前記ロータ角度θを求め、
   前記ロータ角度演算部副演算部は、前記ロータ角度演算部正演算部と同一の演算を行うことにより別途のロータ角度θ’を求め、
   前記ロータ角度θと前記別途のロータ角度θ’との比較に基づいて、前記ロータ角度演算部正演算部の異常を判定することを特徴とする請求項４に記載のステアリング制御装置。
7. 前記モータは、三相モータからなり、
   前記複数の正演算部は、前記三相モータの各相電流のうちの少なくとも二相の電流検出値を二軸直流電流に変換する検出電流演算部正演算部を含み、
   前記複数の副演算部は、前記検出電流演算部正演算部の異常を判定するための検出電流演算部副演算部を含む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. 前記検出電流演算部副演算部は、前記三相モータの各相電流のうちの少なくとも二相の電流検出値を二軸直流電流に変換し、
   前記検出電流演算部副演算部が用いる電流検出値のうちの少なくとも一相は、前記検出電流演算部正演算部が用いない相の電流検出値であることを特徴とする請求項７に記載のステアリング制御装置。
9. 前記検出電流演算部副演算部は、前記三相モータの各相電流のうちの少なくとも二相の電流検出値から、前記検出電流演算部正演算部と等価の変換結果が得られかつ前記検出電流演算部正演算部で用いる行列とは異なる行列を用いて、前記二軸直流電流に変換することを特徴とする請求項７に記載のステアリング制御装置。
10. 前記検出電流演算部副演算部は、前記検出電流演算部正演算部と同一の演算を行うことを特徴とする請求項７に記載のステアリング制御装置。
11. 前記モータは、三相モータからなり、
    前記モータ出力トルク制御部は、前記三相モータの各相電流から変換された二軸直流電流を二軸直流電圧に変換してフィードバック制御するフィードバック制御部を含み、
    前記複数の正演算部は、前記二軸直流電圧を前記三相モータの各相への印加電圧に変換する印加電圧演算部正演算部を含み、
    前記複数の副演算部は、前記印加電圧演算部正演算部の異常を判定するための印加電圧演算部副演算部を含む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。
12. 前記印加電圧演算部副演算部は、
    前記三相モータへの印加電圧の中性点電位を演算し、
    前記印加電圧演算部正演算部から前記三相モータへの印加電圧の中性点電位と、前記印加電圧演算部副演算部で演算した前記三相モータへの印加電圧の中性点電位との比較に基づいて、前記印加電圧演算部正演算部の異常を判定することを特徴とする請求項１１に記載のステアリング制御装置。
13. 前記印加電圧演算部副演算部は、
    前記フィードバック制御部からの二軸直流電圧から、前記印加電圧演算部正演算部と等価の変換結果が得られかつ前記印加電圧演算部正演算部で用いる行列とは異なる行列を用いて、前記三相モータへの印加電圧に変換し、
    前記印加電圧演算部正演算部から前記三相モータへの印加電圧と、前記印加電圧演算部副演算部で変換した前記三相モータへの印加電圧との比較に基づいて、前記印加電圧演算部正演算部の異常を判定することを特徴とする請求項１１に記載のステアリング制御装置。
14. 前記印加電圧演算部副演算部は、
    前記印加電圧演算部正演算部と同一の演算を行うことにより前記三相モータへの印加電圧を算出し、
    前記印加電圧演算部正演算部から前記三相モータへの印加電圧と、前記印加電圧演算部副演算部で算出した前記三相モータへの印加電圧との比較に基づいて、前記印加電圧演算部正演算部の異常を判定することを特徴とする請求項１１に記載のステアリング制御装置。
15. 前記モータは、三相モータからなり、
    前記複数の正演算部は、前記三相モータの各相電流から変換された二軸直流電流をフィードバック制御する電流フィードバック制御部正演算部を含み、
    前記複数の副演算部は、前記電流フィードバック制御部正演算部の異常を判定するための電流フィードバック制御部副演算部を含むことを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
16. 前記複数の副演算部は、前記複数の副演算部に対応する前記複数の正演算部と同一の演算により、前記複数の副演算部に対応する前記複数の正演算部の検算を行うことを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御装置。
17. 前記複数の正演算部および前記複数の副演算部は、同一のマイクロコントローラ内に構成された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. 前記複数の正演算部は、第１のマイクロコントローラ内に構成され、
    前記複数の副演算部は、前記第１のマイクロコントローラとは異なる第２のマイクロコントローラ内に構成された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。
19. 前記第１および第２のマイクロコントローラは、通信線を介して相互接続されており、
    前記複数の正演算部の異常判定に寄与する所定のデータは、前記通信線を介して、前記複数の副演算部に入力されることを特徴とする請求項１８に記載のステアリング制御装置。
20. 前記モータへの通電および遮断を制御する通電遮断制御部を備え、
    前記通電遮断制御部は、前記複数の副演算部により前記複数の正演算部のうちの少なくとも１つが異常と判定された場合には、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１９までのいずれか１項に記載のステアリング制御装置。
21. 前記通電遮断制御部の通電遮断機能をチェックする通電遮断機能検査部を備え、
    前記通電遮断機能検査部は、
    前記ステアリング制御装置の起動後の前記モータの駆動制御が開始される前に、前記通電遮断制御部による前記モータへの通電遮断機能を少なくとも１回チェックし、
    前記通電遮断機能が異常と判定された場合には、前記モータの駆動制御を禁止することを特徴とする請求項２０に記載のステアリング制御装置。

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