JP6579006B2 - センサ装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献1では、一方のトルクセンサの異常が検出された場合、両方のトルクセンサの検出値の比較による異常検出を行うことができず、異常検出精度が低下する虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一部のセンサ素子に異常が生じた場合であっても異常検出および物理量演算を継続可能なセンサ装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
センサ部は、複数のセンサ素子(11、12、21、22)、および、信号処理部(13、23)を有する。信号処理部は、センサ素子の検出値に応じた検出信号を含む出力信号を生成して送信する。
これにより、一部のセンサ素子に異常が生じた場合であっても、2つ以上のセンサ素子が正常であれば、信号比較による異常監視、および、トルク演算を継続可能である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図6に示す。
図1に示すように、センサ装置1は、複数のセンサ部10、20と、複数の制御部としてのマイコン50、60を備える。センサ部10、20はセンサユニット5に含まれ、マイコン50、60はECU40に含まれる。
図2に示すように、センサユニット5およびECU40は、例えば車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置80に適用される。図2は、電動パワーステアリング装置80を備えるステアリングシステム90の全体構成を示すものである。
第1センサ部10には、通信端子101が設けられ、通信線31にて第1マイコン50と接続される。これにより、第1センサ部10と第1マイコン50とは、信号等を授受可能である。第2センサ部20には、通信端子201が設けられ、通信線32にて第2マイコン60と接続される。これにより、第2センサ部20と第2マイコン60とは、信号等を授受可能である。
また、センサ部10、20は、それぞれ図示しない電源線およびグランド線により、ECU40と接続される。これにより、センサ部10、20には、ECU40側から給電される。
A/D変換部14は、センサ素子11の検出値をデジタル信号に変換し、A/D変換部15は、センサ素子12の検出値をデジタル信号に変換する。以下、センサ素子11の検出値に応じた信号を信号1A、センサ素子12の検出値に応じた信号を信号1Bとする。
通信部17は、第1マイコン50から送信される信号送信トリガTRGs1を受信する。通信部17は、信号送信トリガTRGs1を受信すると、これに応じて出力信号Sg1を第1マイコン50に送信する。
A/D変換部24は、センサ素子21の検出値をデジタル信号に変換し、A/D変換部25は、センサ素子22の検出値をデジタル信号に変換する。以下、センサ素子21の検出値に応じた信号を信号2A、センサ素子22の検出値に応じた信号を信号2Bとする。
演算部26は、信号2A、2Bを含む出力信号Sg2を生成する。
通信部27は、第2マイコン60から送信される信号送信トリガTRGs1を受信する。通信部27は、信号送信トリガTRGs1を受信すると、これに応じて出力信号Sg2を第2マイコン60に送信する。
センサ通信部51は、第1センサ部10に信号送信トリガTRGs1を送信し、信号送信トリガTRGs1に応じて第1センサ部10から送信される出力信号Sg1を受信する。
指令演算部55は、アシストトルクTa1に基づき、モータ81の駆動に係る指令値を演算する。
センサ通信部61は、第2センサ部20に信号送信トリガTRGs2を送信し、信号送信トリガTRGs2に応じた第2センサ部20から送信される出力信号Sg2を受信する。
異常監視部62は、出力信号Sg2に含まれる信号2A、2B、および、第1マイコン50から取得される信号1A、1Bの少なくとも2つを用い、センサ素子21、22の異常を監視する。
指令演算部65は、アシストトルクTa2に基づき、モータ81の駆動に係る指令値を演算する。
本実施形態では、操舵トルクTs1、Ts2は、正常であれば同じ値となるが、検出誤差程度の差は許容される。また、アシストトルクTa1、Ta2は、モータ81として出力すべきアシストトルクTaの1/2とする。すなわち、Ta=Ta1+Ta2である。
図3に示すフローチャートに基づき、トルク演算処理を説明する。この処理は、イグニッションスイッチ等である始動スイッチがオンされている期間に、マイコン50にて所定の間隔で実行される。なお、始動スイッチがオンされた直後の異常判定状態は、「正常」であるものとする。
以下、例えば「ステップS101」の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。S101以外のステップも同様である。
S102では、センサ通信部51は、信号送信トリガTRGs1を第1センサ部10に送信する。
S104では、マイコン50、60は、マイコン間通信を行う。詳細には、マイコン間通信部57は、信号1A、1Bを含む信号をマイコン間通信部67に送信し、マイコン間通信部67から送信される信号2A、2Bを含む信号を受信する。また、マイコン間通信部67は、信号1A、1Bを含む信号をマイコン間通信部57から受信し、信号2A、2Bを含む信号をマイコン間通信部57に送信する。信号1A、1Bを含む信号、および、信号2A、2Bを含む信号の送受信順は、問わない。また、信号1A、1Bを含む信号は、出力信号Sg1そのものであってもよいし、信号1A、1Bを含む出力信号Sg1とは別の信号であってもよい。信号2A、2Bを含む信号についても同様、出力信号Sg2そのものとしてもよいし、別の信号としてもよい。
本実施形態では、異常判定状態が「停止」以外であれば、異常判定状態によらず、所定の周期での定期通信により、他系統の信号を取得している。
S107では、トルク演算部53は、操舵トルクTs1に基づき、アシストトルクTa1を演算する。
S151では、異常監視部52は、異常判定状態が異常検出か否かを判断する。異常判定状態が異常検出であると判断された場合(S151:YES)、S156へ移行する。異常判定状態が異常検出ではないと判断された場合(S151:NO)、S152へ移行する。
信号C、Dの一方が正信号、他方が反転信号である場合、正常である場合の信号C、Dの和をT、異常判定閾値をZ1とすると、信号C、Dの和がT−Z1以上、T+Z1以下の場合、正常判定し、T−Z1未満、または、T+Z1より大きい場合、異常判定する。すなわち、(T−Z1)≦(C+D)≦(T+Z1)で正常判定し、(C+D)<(T−Z1)または(T+Z1)<(C+D)で異常判定する。
2つの信号の和や差等の演算値と判定閾値との比較を行うことは、「信号を比較する」という概念に含まれるものとする。
S154では、異常監視部52は、異常判定状態を継続する。すなわち、信号1A、1Bが正常であれば、異常判定状態として「正常」を継続する。また、信号1Aまたは信号1Bの異常が特定されていれば、異常判定状態として「A異常」または「B異常」を継続する。
S155では、異常監視部52は、異常判定状態を「異常検出」とする。
S158では、異常監視部52は、異常判定状態を停止とする。
S160では、異常監視部52は、異常判定状態をA異常とする。
S161では、異常監視部52は、異常判定状態をB異常とする。
なお、図5等では、第1マイコン50と第2マイコン60とが同期しているものとして記載しているが、第1マイコン50と第2マイコン60とは、必ずしも完全に同期している必要はなく、演算周期に影響を与えない程度のずれは許容されるものとする。
時刻x14から時刻x15において、第2マイコン60は信号2A、2Bを含む信号を第1マイコン50に送信し、第1マイコン50は信号2A、2Bを含む信号を第2マイコン60から受信する。
時刻x21〜時刻x29では、時刻x11〜時刻x19と同様の処理が行われる。信号1A、1B、2A、2Bが正常であれば、同様の処理が繰り返される。
時刻x41〜時刻x45の処理は、時刻x31〜時刻x35の処理と同様である。異常が検出された次の信号周期では、時刻x45〜時刻x46において、第1マイコン50は、信号1A、1B、2A、2Bを用い、センサ素子11、12のどちらが異常かを特定する。第1マイコン50は、異常特定後の時刻x47から時刻x48にて、正常である信号を用いて操舵トルクTs1を演算し、時刻x48から時刻x49にて、アシストトルクTa1を演算する。
時刻x31〜時刻x39、時刻x41〜時刻x49における第2系統側の処理は、図5の時刻x11〜x19の処理と同様である。
センサ素子11が異常であると特定された場合、第1マイコン50では、信号1Aに替えて、信号2Aを用いる。詳細には、信号1B、2Aの比較により異常判定を行い、正常であれば信号1B、2Aを用いて操舵トルクTs1およびアシストトルクTa1を演算する。信号1B、2Aが正常であれば、同様の処理が繰り返される。
第1センサ部10は、複数のセンサ素子11、12、および、センサIC13を有する。センサIC13は、センサ素子11、12の検出値に応じた検出信号である信号1A、1Bを含む出力信号Sg1を生成して送信する。第2センサ部20は、複数のセンサ素子21、22、および、センサIC23を有する。センサIC23は、センサ素子21、22の検出値に応じた検出信号である信号2A、2Bを含む出力信号Sg2を生成して送信する。
第2マイコン60は、センサ通信部61、異常監視部62、および、トルク演算部63を有する。センサ通信部61は、対応して設けられる第2センサ部20から送信される出力信号Sg2を受信する。異常監視部62は、第2センサ部20の異常を監視する。トルク演算部63は、正常である少なくとも1つの検出信号に基づいて物理量である操舵トルクTs2を演算する。
ここで、「対応して設けられる」とは、第1センサ部10と第1マイコン50とが通信可能であり、第2センサ部20と第2マイコン60とが通信可能であることを意味する。
第2マイコン60は、自身が第2センサ部20から受信した出力信号Sg2に含まれる信号2A、2Bと、第1マイコン50が第1センサ部10から受信した出力信号Sg1に含まれる信号1A、1Bとを、第1マイコン50との間で相互に送受信可能である。
これにより、自系統のセンサ素子の異常を適切に検出することができる。
マイコン50、60間の通信を所定の周期での定期通信とすることで、マイコン50、60における制御構成を簡素化することができる。
すなわち本実施形態のセンサ装置1は、トルクセンサであって、トルク(本実施形態では操舵トルクTs1、Ts2)を適切に検出することができる。
トルク演算部53、63は、物理量として操舵トルクTs1、Ts2を演算する。
第1マイコン50は、操舵トルクTs1に基づいてモータ81の駆動制御に係る指令値を演算する指令演算部45を有する。第2マイコン60は、操舵トルクTs2に基づいてモータ81の駆動制御に係る指令値を演算する指令演算部45を有する。
センサ装置1では、センサ素子11、12、21、22の異常が適切に監視されているので、操舵トルクTsが適切に演算される。これにより、操舵トルクTsに基づき、アシストトルクTaが適切に演算され、モータ81の駆動を適切に制御することができる。
第1マイコン50において、第2マイコン60が「他系統制御部」に対応し、信号1A、1Bが「自センサ信号」、信号2A、2Bが「他センサ信号」に対応する。
第2マイコン60において、第1マイコン50が「他系統制御部」に対応し、信号2A、2Bが「自センサ信号」、信号1A、1Bが「他センサ信号」に対応する。
また、センサ通信部51、61が「通信部」に対応する。
本発明の第2実施形態を図7〜図10に示す。
上記実施形態では、異常判定状態が停止以外であれば、異常判定状態によらず他系統の信号を取得しているのに対し、本実施形態では、異常判定状態に応じて他系統の信号を取得する点が異なる。センサユニット5およびECU40の構成等は上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、センサ部10、20における処理は、上記実施形態と同様である。
本実施形態においても、第1系統での処理と第2系統での処理とは、略同様であるので、以下、主に第1系統での処理として説明する。
S201〜S203の処理は、図3中のS101〜S103の処理と同様である。
S204では、マイコン間通信部57は、異常判定状態が正常か否かを判断する。異常判定状態が正常であると判断された場合(S204:YES)、S213へ移行する。異常判定状態が正常ではないと判断された場合(S204:NO)、S205へ移行する。
S208では、マイコン間通信部57は、他系統の信号Aである信号2Aを含む信号を第2マイコン60から受信する。
S210では、マイコン間通信部57は、他系統の信号Bである信号2Bを含む信号を第2マイコン60から受信する。
S212では、マイコン間通信部57は、他系統の信号A、Bである信号2A、2Bを含む信号を第2マイコン60から受信する。なお、S208、S210およびS212で受信する信号は、信号2A、2Bを含む同じ信号としても差し支えない。
S215は図3中のS105と同様、図4の異常判定処理を行う。また、S216、S217の処理は、図3中のS106、S107の処理と同様である。
また、時刻x61〜x67の処理は、時刻x51〜x57の処理と同様であり、異常判定状態が正常であれば、同様の処理が繰り返される。
時刻x81〜時刻x83の処理は、時刻x71〜時刻x73の処理と同様である。
時刻x83〜時刻x84において、第1マイコン50は異常検出トリガTRGeを第2マイコン60に送信し、第2マイコン60は異常検出トリガTRGeを第1マイコン50から受信する。
時刻x83〜時刻x84において、第2マイコン60は信号2A、2Bを含む信号第1マイコン50に送信し、第1マイコン50は信号2A、2Bを含む信号を第2マイコン60から受信する。
この例では、第2系統は正常であるので、第2マイコン60では、信号2A、2Bの比較による異常判定、および、信号2A、2Bを用いたトルク演算が継続される。図10についても同様である。
図10中の時刻x91〜時刻93の処理は、正常時の時刻x51〜x53の処理と同様である。
時刻x81〜時刻x89(図9参照)の信号周期にて、センサ素子11が異常であると特定された場合、時刻x93〜時刻x94において、第1マイコン50はA異常トリガTRGaを第2マイコン60に送信し、第2マイコン60はA異常トリガTRGaを第1マイコン50から受信する。時刻x94〜時刻x95において、第2マイコン60は信号2Aを含む信号を第1マイコン50に送信し、第1マイコン50は信号2Aを含む信号を第2マイコン60から受信する。
時刻x101〜時刻x109の処理は、時刻x91〜時刻x99の処理と同様であり、信号1B、2Aが正常であれば、同様の処理が繰り返される。
マイコン50、60間の通信をトリガ信号に応じたイベント通信とすることで、通信負荷を低減可能である。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(ア)出力信号
上記実施形態では、1つのセンサ部に設けられる2つのセンサ素子の検出信号は、一方を正信号、他方を反転信号とする。他の実施形態では、複数のセンサ素子の検出信号は、正常であれば同値となるようにしてもよい。すなわち、複数の検出信号が正信号であってもよいし、反転信号であってもよいということである。
上記実施形態では、一方の系統にてセンサ素子の異常が検出された場合、他系統の全てのセンサ素子に対応する信号を取得し、異常特定を行う。他の実施形態では、センサ素子の異常が検出された場合、少なくとも1つの信号を他系統から取得し、異常特定を行ってもよい。具体的には、例えば、第1系統にて異常が検出された場合、第2系統側から信号2Aまたは信号2Bの一方を取得してもよい。例えば信号2Aを取得する場合、第1マイコン50にて、信号1Aと信号2Aとの比較、および、信号1Bと信号2Aとの比較を行うことで、異常である信号を特定可能である。また、比較する信号が反転値であれば加算値に基づいて異常判定を行い、同値であれば差分値に基づいて異常判定を行う。
上記実施形態では、第1系統にて信号1Aが異常である場合、第2系統から信号2Aを取得する。他の実施形態では、異常が生じている素子が特定された場合に他系統から取得する信号は、他系統のいずれの信号であってもよい。具体的には、例えば信号1Aが異常である場合、信号2Aに替えて、信号2Bを取得してもよい、ということである。
上記実施形態のセンサ装置には、2組のセンサ部および制御部が設けられる。他の実施形態では、センサ部および制御部を3組以上設けてもよい。また、上記実施形態では、1つの制御部に対し、1つのセンサ部が設けられる。他の実施形態では、1つの制御部に対し、複数のセンサ部を設けてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10、20・・・センサ部
11、12、21、22・・・センサ素子
13、23・・・センサIC(演算部)
50、60・・・マイコン(制御部)
51、61・・・センサ通信部(通信部)
52、62・・・異常監視部
53、63・・・トルク演算部(物理量演算部)
Claims (9)
- 複数のセンサ素子(11、12、21、22)、および、前記センサ素子の検出値に応じた検出信号を含む出力信号を生成して送信する信号処理部(13、23)を有する複数のセンサ部(10、20)と、
対応して設けられる前記センサ部から送信される前記出力信号を受信する通信部(51、61)、前記センサ部の異常を監視する異常監視部(52、62)、および、正常である少なくとも1つの前記検出信号に基づいて物理量を演算する物理量演算部(53、63)を有する複数の制御部(50、60)と、
を備え、
前記制御部は、自身が前記センサ部から受信した前記出力信号に含まれる前記検出信号である自センサ信号と、他の前記制御部である他系統制御部が前記センサ部から受信した前記出力信号に含まれる前記検出信号である他センサ信号とを、前記他系統制御部との間で相互に送受信可能であって、
前記自センサ信号と前記他センサ信号とは、代行可能な信号であるセンサ装置。 - 前記異常監視部は、複数の前記自センサ信号に基づき、前記センサ素子の異常を検出する請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記異常監視部は、前記自センサ信号に基づいて前記センサ素子の異常が検出された場合、前記自センサ信号および少なくとも1つの前記他センサ信号を用いて異常である前記センサ素子を特定する請求項2に記載のセンサ装置。
- 前記異常監視部は、異常である前記センサ素子が特定された場合、前記自センサ信号および前記他センサ信号のうち正常である少なくとも2つの信号により異常監視を継続する請求項3に記載のセンサ装置。
- 前記制御部は、所定の周期で前記他系統制御部から前記他センサ信号を受信する請求項1〜4のいずれか一項に記載のセンサ装置。
- 前記制御部は、前記他センサ信号の取得が必要な場合、前記他系統制御部にトリガ信号を送信し、前記トリガ信号に応じて前記他系統制御部から送信される前記他センサ信号を受信する請求項1〜4のいずれか一項に記載のセンサ装置。
- 前記センサ素子は、検出対象の磁束を検出する磁気検出素子である請求項1〜6のいずれか一項に記載のセンサ装置。
- 前記センサ素子は、トルクに応じて変化する磁束の変化を検出するものであって、
前記物理量演算部は、前記物理量としてトルクを演算する請求項7に記載のセンサ装置。 - 請求項8に記載のセンサ装置と、
運転者による操舵部材(91)の操舵を補助するアシストトルクを出力するモータ(81)と、
前記モータのトルクを駆動対象(92)に伝達する動力伝達部(82)と、
を備え、
前記物理量演算部は、前記物理量として操舵トルクを演算し、
前記制御部は、前記操舵トルクに基づいて前記モータの駆動制御に係る指令値を演算する指令演算部(55、65)を有する電動パワーステアリング装置。
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