JP5310009B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、さらに詳しくは操舵制御を行うコンピュータが搭載する一次記憶装置の診断に関するものである。

乗用車やトラック等の車両の操舵力を軽減するため、操舵補助モータによって操舵を補助する、いわゆる電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）装置がある。ＥＰＳ装置では、操舵補助モータの駆動力を、減速機を介してギヤまたはベルト等の伝送機構により、ステアリングシャフトまたはラック軸に補助力を付与するようになっている。

ＥＰＳ装置は、車両操舵という重要な役割を担うため、自動車を構成する部品のなかでも安全性、信頼性への配慮が特に必要である。そのため、ＥＰＳ装置の制御を行うコンピュータが有するＲＯＭおよびＲＡＭなどの一次記憶装置についても、異常な操舵補助を実行してしまう状態に至る前に異常を検出できるよう、随時エラー診断を行って一次記憶装置そのものや保持されている情報にエラーがないかを診断している。

車載用コンピュータのＲＯＭ／ＲＡＭ診断の技術としては、例えば特許文献１には、電源オンまたは電源オフ時に一次記憶装置の全域を診断単位バイト数×設定回数の１ジョブ分のバイト数ずつ所定の実行周期で診断する高速診断と、電源オンから電源オフまでの間の制御動作中は診断単位バイト数ずつ診断する低速診断を行う技術が示されている。

特許第３５７８６３８号公報

しかしながら、上記特許文献１に提供される技術によると、制御動作中においては診断速度を下げているため、一次記憶装置のどの領域についても診断から次の診断まで一様に長い時間がかかる。ＥＰＳ装置においては、制御動作中に一次記憶装置の特に重要な情報が保持される領域にエラーが生じ、エラーの発見が遅れて安全対策が講じられるまでに時間がかかると、運転者を危険に晒す可能性がある。したがって、制御動作中における一次記憶装置内の重要な情報が保持される領域は、むしろ、診断速度を上げて診断されるべきである。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御コンピュータに搭載される一次記憶装置のエラー診断を車両状態に応じて効率よく行い、操舵制御の信頼性を向上させる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、操舵補助用の電動モータと、少なくとも操舵トルクおよび車速を用いて演算した操舵補助指令に基づき前記操舵補助用の電動モータを駆動制御するためのモータ駆動指令を生成する操舵制御を実行する電動パワーステアリング装置において、車両始動後、車両の状態に基づき、前記操舵制御に使用する一次記憶装置の診断対象領域を、一部領域とするか全領域とするかを選択する診断領域切替え手段と、該診断領域切替え手段の選択結果に基づいた前記診断対象領域に対して故障診断を実行する診断手段とを備え、前記診断領域切替え手段は、車速が第１のしきい値より低く、操舵トルクが第２のしきい値より低い第一の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を全領域とし、車速が第１のしきい値より高いか、または操舵トルクが第２のしきい値より高い第二の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を一部領域とすることを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、診断領域切替え手段は、車速が第１のしきい値より低く、操舵トルクが第２のしきい値より低い第一の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を全領域とし、車速が第１のしきい値より高いか、または操舵トルクが第２のしきい値より高い第二の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を一部領域とすることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記一次記憶装置は、ＲＯＭおよびＲＡＭであることが望ましい。

この発明によれば、車両始動後、車両の状態に基づき、操舵制御に使用する一次記憶装置の診断対象領域を、一部領域とするか全領域とするかを切替えるようにしたので、制御コンピュータに搭載される一次記憶装置のエラー診断を車両状態に応じて効率よく行い、操舵制御の信頼性を向上させることができる。

図１は、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を示す図である。 図２は、コントロールユニットのハードウェア構成を示す図である。 図３は、実施例１によるＲＯＭ／ＲＡＭ診断処理の機能構成を示す図である。 図４は、ＲＯＭ／ＲＡＭ領域の診断領域を説明する図である。 図５は、実施例１によるＲＯＭ／ＲＡＭ診断処理の動作を説明するフローチャートである。 図６は、第一の車両状態および第二の車両状態における、診断時間と診断領域の関係を説明する図である。 図７は、実施例２によるＲＯＭ／ＲＡＭ診断処理の機能構成を示す図である。 図８は、実施例２によるＲＯＭ／ＲＡＭ診断処理の動作を説明するフローチャートである。 図９は、車両が第一の車両状態にあって、ＣＰＵが高負荷状態の時と、高負荷状態ではない時における、診断時間と診断領域の関係を説明する図である。

以下に、本発明にかかる電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置１００の一般的な構成を示す図である。図１において、操向ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａおよび４ｂ、ラックアンドピニオン機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助する操舵補助モータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。ここで、操舵補助モータ２０は、例えば、ブラシレスモータやブラシモータである。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１４から内蔵の電源リレー１３を経て電力が供給され、イグニションキー１１からイグニション信号が供給される。また、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴと車速センサ１２で検出された車両速度（車速）Ｖとに基づいて、操舵補助モータ２０の電流指令値を演算し、操舵補助モータ２０の電流検出値と電流指令値とに基づいて、操舵補助モータ２０の電流検出値が電流指令値に追従するように操舵補助モータ２０を駆動制御する。

図２は、図１のコントロールユニット３０のハードウェア構成を示す図である。コントロールユニット３０は、図２に示すように、電源リレー１３と、制御コンピュータであるＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）１１０と、モータ駆動回路１０８と、電流検出回路１２０と、位置検出回路１３０等を備えている。

ＥＰＳ装置１００の制御コンピュータであるＭＣＵ１１０は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＥＥＰＲＯＭ１０４、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１０５、Ａ／Ｄ変換器１０６、ＰＷＭコントローラ１０７などを備え、これらがバス接続されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納された制御プログラムを実行して電動パワーステアリング装置を制御する。

ＲＯＭ１０２は操舵補助モータ２０の制御プログラムと、ＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３を診断するための診断プログラムとを記憶するためのメモリとして使用され、ＲＡＭ１０３は当該プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。ＥＥＰＲＯＭ１０４は、制御プログラムが入出力する制御データなどが格納されており、該制御データは電源オンの後にＲＡＭ１０３に展開されて制御プログラムにより使用され、所定のタイミングでＥＥＰＲＯＭ１０４に上書きされる。ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、およびＥＥＰＲＯＭ１０４など一次記憶装置は、このように制御プログラムおよび制御データが格納されているため、ＣＰＵ１０１によりエラー診断が実行される。このとき、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、およびＥＥＰＲＯＭ１０４のすべてを診断するように構成してもよいが、ここでは、制御動作中に頻繁に使用するＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３を診断するとする。

Ａ／Ｄ変換器１０６は、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴ、電流検出回路１２０からの操舵補助モータ２０の電流検出値Ｉｍ、および位置検出回路１３０からのモータ回転角信号θ等を入力し、デジタル信号に変換する。インターフェース１０５は、ＣＡＮなどの車載ネットワークに接続されており、車速センサ１２からの車速信号Ｖ（車速パルス）を受け付けるためのものである。

ＰＷＭコントローラ１０７は操舵補助モータ２０の電流指令値に基づきＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号を出力する。モータ駆動回路１０８は、インバータ回路などにより構成され、ＰＷＭコントローラ１０７から出力された信号に基づき操舵補助モータ２０を駆動する。電流検出回路１２０は操舵補助モータ２０の電流値を検出し、電流検出値ＩｍをＡ／Ｄ変換器１０６に出力する。位置検出回路１３０は、レゾルバなどの位置センサ２５からの出力信号をモータ回転角信号θとして、Ａ／Ｄ変換器１０６に出力する。

上記構成において、ＣＰＵ１０１が、ＲＯＭ１０２に格納された診断プログラムを実行することにより、診断手段および診断領域切り替え手段として機能する。図３は、本実施例１にかかる電動パワーステアリング装置のＲＯＭ／ＲＡＭ診断処理を実行するための機能構成図である。

図３において、ＲＯＭ１０２には、制御プログラムおよび診断プログラムなどがＲＯＭ記憶領域１０２０に保持されている。ここで、ＲＯＭ記憶領域１０２０は、複数のエリアＡ〜Ｅを有し、図４に示すように、これらエリアＡ〜Ｅのなかで網掛けされたエリアＡ，Ｃ，Ｄには、重要なプログラムが記憶されている。重要なプログラムとは、例えば最低限の操舵アシスト機能を実現させるプログラム部分やＲＯＭ／ＲＡＭ診断プログラムなどである。また、ＲＡＭ１０３のＲＡＭ記憶領域１０３０は、複数のエリアＦ〜Ｉを有し、図４に示すように、これらエリアＦ〜Ｉのなかで網掛けされた一部のエリアＦ，Ｈは、ＲＯＭ１０２のエリアＡ，Ｃ，Ｄに記憶された重要なプログラムがワークエリアとして利用する。

図３において、ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に保持されている制御プログラムを読み込んで実行することにより、ＣＰＵ１０１内に制御手段１０１０を実現する。また、ＣＰＵ１０１は診断プログラムを読み込んで実行することにより、ＣＰＵ１０１内に診断手段１０１１および診断領域切替え手段１０１２を実現する。制御手段１０１０は、ＥＰＳ装置１００に操舵制御を実行させるための制御を行う機能である。診断領域切替え手段１０１２は、車速Ｖおよび操舵トルクＶを取得し、車速Ｖおよび操舵トルクＶに基づいて診断手段１０１１にＲＯＭ／ＲＡＭの全領域の診断を行わせるか、あるいは重要なプログラムが記憶されているＲＯＭの一部領域と、重要なプログラムで使用されるＲＡＭの一部領域のみの診断を行わせるかを選択する。診断手段１０１１は、診断領域切替え手段１０１２の選択結果に基づいて、ＲＯＭ／ＲＡＭの限定された一部領域または全領域の診断を行う。診断手段は、ＲＯＭ１０２については、サムチェックやパリティチェックなどによる診断を行い、ＲＡＭについては、例えば、所定のデータを書き込んで、書き込んだデータを読み出し、読み出したデータが書き込んだ所定のデータと一致するかを判定するライト/リードチェックによる診断を行う。

図５は、実施例１のＲＯＭ／ＲＡＭ診断処理を説明するフローチャートであり、車両始動後のＲＯＭ／ＲＡＭ診断手順を示すものである。図５において、ＲＯＭ／ＲＡＭ診断がスタートされると、まず診断領域切替え手段１０１２は、車速Ｖおよび操舵トルクＴを取得し、車速Ｖを車速に関する所定のしきい値（数km/h）と比較し、車速が低速であるか高速であるか判断するとともに、操舵トルクＴを操舵トルクに関する所定のしきい値と比較し、操舵トルクが小さい低操舵トルク状態にあるか高操舵トルク状態にあるかを判断する（ステップＳ５１）。車両の速度が低速で、かつ操舵トルクが小さい第一の車両状態にある場合は（ステップＳ５１、Ｙｅｓ）、故障発生から故障発見までに少々の遅れがあり、その間に異常な操舵補助制御が出力されたとしても直ちに運転者を危険に晒す可能性が低いため、診断時間が長くなってもよいので、診断領域切替え手段１０１は、ＲＯＭ１０２の全エリアＡ〜Ｅ、ＲＡＭ１０３の全エリアＦ〜Ｉを診断対象とし（ステップＳ５４）、その旨を診断手段１０１１に伝える。これにより、診断手段１０１１は、ＲＯＭ１０２の全エリアＡ〜Ｅ、ＲＡＭ１０３の全エリアＦ〜Ｉを診断対象として、故障診断を実行する（ステップＳ５３）。

一方、車速Ｖが大きいか、または操舵トルクＴが大きい第二の車両状態の場合、ＲＯＭ／ＲＡＭ診断に時間をかけると、故障発生から故障発見までに時間がかかり、その間に異常な操舵補助制御が出力されると、運転者を危険に晒す可能性がある。この場合は、診断領域切替え手段１０１２は、ＲＯＭ／ＲＡＭ診断に時間を多く割くことができない状態であると判断する。すなわち、診断領域切替え手段１０１２は、ステップＳ５１において、車両が第一の車両状態になく第二の車両状態にあると判断すると（ステップＳ５１、Ｎｏ）、診断対象領域を、ＲＯＭ１０２およびＲＡＭ１０３の網掛け部分である重要なエリアと設定しているエリアＡ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、およびＨのみの一部領域とし（ステップＳ５２）、その旨を診断手段１０１１に伝える。これにより、診断手段１０１１は、ＲＯＭ１０２の一部領域Ａ、Ｃ、Ｄ、ＲＡＭ１０３の一部領域Ｆ、Ｈを診断対象として、故障診断を実行する（ステップＳ５３）。実施例１においては、車両状態に応じて、ＲＯＭ／ＲＡＭの全領域診断および一部領域診断のいずれかが、車両始動後、定期的に常時実行されている。

以上のような動作により、車両状態応じて故障診断の領域を変えることによる、診断時間と診断領域との関係の差異を、図６を用いて説明する。

図６の上図は、車両が第一の車両状態にあるときの、診断時間と診断領域との関係を示している。図６の上図に示すように、車両が第一の車両状態にあるときは、全領域を診断の対象として、診断の単位時間あたりに通常の診断サイズずつ故障診断を行う。図６の下図は、車両が第二の車両状態にあるときの、診断時間と診断領域との関係を示している。図６の下図に示すように、車両が第二の車両状態にあるときは、診断領域を特に重要な一部領域のみを対象として故障診断を行うので、図６の上図において説明した第一の車両状態の場合に比較して、診断対象領域として設定された全ての領域の故障診断を終えるまでにかかる時間が短縮され、結果として診断対象領域の診断の頻度が向上することとなる。

このように、実施例１では、車両が低速で低操舵トルクの状態にある第一の車両状態にあるか、そうでない第二の車両状態にあるかを判断し、第一の車両状態にあるときは、ＲＯＭ／ＲＡＭの全領域を故障診断し、車両が速やかに故障を発見する必要がある第二の車両状態にあるときは、ＲＯＭ／ＲＡＭの重要なエリアである一部領域のみを故障診断するようにしているので、車両操舵に欠かせない重要なエリアについては、第一の車両状態のときの故障診断に比べて診断頻度を上げて故障診断が実行され、またその他のエリアについても車両始動時のみに行うのではなく車両停車時など車両が第一の車両状態にあるときには実行されることになり、各エリアについての故障診断の機会が増大し、これにより操舵制御の信頼性を向上させることが可能となる。

実施例２では、実施例１において診断領域切替え手段１０１２が車両が第一の車両状態にあると判断した場合に、さらにＣＰＵ負荷（ＣＰＵ１０１の占有率）を検出し、該占有率が高い場合と低い場合で単位時間当たりの診断サイズを変えることを特徴とする。

図７は、本実施例にかかる電動パワーステアリング装置の、ＲＯＭ／ＲＡＭ診断処理にかかる機能構成図である。図７において、ＣＰＵ１０１には、診断サイズ切替え手段１０１３が追加されている。診断サイズ切替え手段１０１３は、診断領域切替え手段１０１２が車両が第一の車両状態であると判断する場合、ＣＰＵ１０１の占有率を取得し、該占有率を所定のしきい値を比較し、該占有率が低い場合は、単位時間当たりの診断サイズを該占有率が高い場合に比べて大きく設定する。診断手段１０１１は、診断サイズ切替え手段１０１３によって指定された単位時間当たりの診断サイズで、全領域についてＲＯＭ／ＲＡＭ診断を実行する。

次に、図８に従って実施例２についてのＲＯＭ／ＲＡＭ診断手順を説明する。

図８において、車両が始動され、ＲＯＭ／ＲＡＭ診断をスタートされると、まず診断領域切替え手段１０１１は、車速Ｖおよび操舵トルクＴを取得し、車両の状態が第一の車両状態であるかどうかを判断する（ステップＳ８１）。車速Ｖが大きいか、または操舵トルクＴが大きいとき、診断領域切替え手段１０１２は、第一の車両状態ではないと判断し（ステップＳ８１、Ｎｏ）、診断領域を、特に重要なエリアと設定しているエリアＡ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、およびＨだけの一部領域のみとし（ステップＳ８２）、その旨を診断手段１０１１に伝える。これにより、診断手段１０１１は、ＲＯＭ１０２の一部領域Ａ、Ｃ、Ｄ、ＲＡＭ１０３の一部領域Ｆ、Ｈを診断対象として、故障診断を実行する（ステップＳ８７）。一方、診断領域切替え手段１０１２は、第一の車両状態であると判断すると（ステップＳ８１、Ｙｅｓ）、診断領域をＲＯＭ１０２の全エリアＡ〜Ｅ、ＲＡＭ１０３の全エリアＦ〜Ｉを診断対象とし（ステップＳ８３）、その旨を診断サイズ切替え手段１０１３に伝える。

ステップＳ８４においては、診断サイズ切替え手段１０１３は、ＣＰＵ１０１の占有率を取得し、該占有率を所定のしきい値と比較し（ステップＳ８４）、該占有率が該しきい値を超えて、ＣＰＵ１０１が高負荷状態であると判断する場合（ステップＳ８４、Ｙｅｓ）、単位時間当たりの診断サイズを通常の診断サイズに設定する（ステップＳ８６）。診断サイズ切替え手段１０１３が、ＣＰＵ１０１の占有率がしきい値よりも低く、ＣＰＵ１０１が高負荷状態ではないと判断する場合（ステップＳ８４、Ｎｏ）、単位時間当たりの診断サイズを通常の単位時間当たりの診断サイズより大きく設定する（ステップＳ８５）。ステップＳ８７では、設定された対象領域について、設定された単位時間あたりの診断サイズずつＲＯＭ／ＲＡＭ診断が診断手段１０１１により実行される。

図８に示す動作により、車両が第一の車両状態にあり、ＣＰＵ負荷の大小で単位時間当たりの診断サイズを変更することによる、診断時間と診断領域との関係の差異を、図９を用いて説明する。

図９の上図は、車両が第一の車両状態にあり、かつＣＰＵ１０１が高負荷状態であると判断されたときの、診断時間と診断領域との関係を示す図である。図９の上図においては、図６の上図と同様に、診断の単位時間あたりに通常の診断サイズずつ、全領域を対象として故障診断が実行される。図９の下図は、車両が第一の車両状態にあり、かつＣＰＵ１０１が高負荷状態でないと判断されるときの、診断時間と診断領域との関係を示す図である。図９の下図においては、ＣＰＵ１０１が高負荷状態でなく、処理能力に余裕があるので、診断の単位時間あたりの診断サイズを前記する通常の診断サイズよりも大きく設定して故障診断を行うので、全領域の故障診断を終えるまでにかかる時間が短縮され、結果として全領域の診断の頻度が向上することとなる。

このように、実施例２では、実施例１による電動パワーステアリング装置の動作に加えて、診断領域を一部に限定して診断を実行する場合に、さらに制御コンピュータの負荷率であるＣＰＵの占有率を取得し、制御コンピュータの負荷率が低い場合は単位時間当たりの診断サイズを通常より大きく設定する。これにより、実施例１による効果に加えて、制御コンピュータの負荷率が低いときに全領域のエラー診断にかかる時間を短縮し、全領域のエラー診断の頻度を向上させることができるという効果を奏する。

以上のように、本発明にかかる電動パワーステアリング装置は、制御コンピュータの一次記憶装置の診断を実行する電動パワーステアリング装置に適用して好適である。

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
４ａ，４ｂ ユニバーサルジョイント
５ ラックアンドピニオン機構
６ タイロッド
１０ トルクセンサ
１１ イグニションキー
１２ 車速センサ
１３ 電源リレー
１４ バッテリ
２０ 操舵補助モータ
２５ 位置センサ
３０ コントロールユニット
１００ ＥＰＳ装置
１１０ ＭＣＵ
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ ＥＥＰＲＯＭ
１０５ インターフェース
１０６ Ａ／Ｄ変換器
１０７ ＰＷＭコントローラ
１０８ モータ駆動回路
１２０ 電流検出回路
１３０ 位置検出回路
１０１０ 制御手段
１０１１ 診断手段
１０１２ 診断領域切替え手段
１０１３ 診断サイズ切替え手段
１０２０ ＲＯＭ記憶領域
１０３０ ＲＡＭ記憶領域

Claims (3)

1. 操舵補助用の電動モータと、少なくとも操舵トルクおよび車速を用いて演算した操舵補助指令に基づき前記操舵補助用の電動モータを駆動制御するためのモータ駆動指令を生成する操舵制御を実行する電動パワーステアリング装置において、
   車両始動後、車両の状態に基づき、前記操舵制御に使用する一次記憶装置の診断対象領域を、一部領域とするか全領域とするかを選択する診断領域切替え手段と、
   該診断領域切替え手段の選択結果に基づいた前記診断対象領域に対して故障診断を実行する診断手段と、
   を備え、
   前記診断領域切替え手段は、車速が第１のしきい値より低く、操舵トルクが第２のしきい値より低い第一の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を全領域とし、車速が第１のしきい値より高いか、または操舵トルクが第２のしきい値より高い第二の車両状態にあるときに、一次記憶装置の診断対象領域を一部領域とすること
   を特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記診断領域切替え手段が、車両が第一の車両状態にあると判断して一次記憶装置の診断対象領域を全領域と選択した場合、前記操舵制御に使用するＣＰＵのＣＰＵ負荷を取得し、取得したＣＰＵ負荷を第三のしきい値と比較し、ＣＰＵ負荷が第三のしきい値より小さい場合に、単位時間あたりの診断領域サイズを予め設定した所定の診断領域サイズより増加させるように前記診断手段に故障診断を行わせる診断サイズ切替え手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記一次記憶装置は、ＲＯＭおよびＲＡＭであることを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。

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