JP6580258B2 - 電子制御装置及びその動作制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、車両用の電動パワーステアリング装置の電子制御装置等のように、少なくとも２組の検出手段を有し、一方が異常時に他方の検出手段に切り替える冗長性を有した電子制御装置及びその動作制御方法に関するものである。

従来の電子制御装置では、冗長系を有する構成として少なくとも２組の検出手段を有し、両者を同様に取り込み、異常を検出し、異常発生時には異常側を使用せず、正常側のみを使用して制御を継続するものであった。

特開平９−２３５０１号公報 特許第３６７９７００号公報

特許文献１に開示された制御装置では、インバータ回路に３個の電流センサを備え、これらの電流センサによる検出電流に基づき正常、異常を判定するセンサ異常判定手段を有し、特定した異常センサ以外のセンサを利用して制御を継続していた。
また特許文献２の制御装置では、駆動回路を２組備え、一方の給電異常が発生した場合には他方に切り替えて給電を継続するものであった。

特許文献１、２においては、異常判定手段により、一方のセンサや駆動回路の異常時他方に切り替えて制御を継続することができ、この意味では冗長性を備えるものではあった。
しかし、異常判定手段の判定方法においては、特許文献１に記載のように、異常の可能性を検出したとしても、異常であると断定するには複数回のカウンタ、時間を要していた。この間の制御は正常であった過去の手段を利用しているものである。また、２組の異常を例えばＣＰＵのソフトウエア処理において２組同様に検出する方法であった。
このため、上記のような従来の制御装置においては、異常の可能性を検出して他方に切り替えるまでのタイムラグによる悪影響や異常判定のためのＣＰＵ負荷の増加等を招く惧れがあった。

この発明は、上記のような点に鑑み、異常の可能性を検出して他方に切り替えるまでのタイムラグを短縮することによる異常時の影響低減、及び、異常判定のＣＰＵ負荷を軽減できる電子制御装置及びその動作制御方法を提供することを目的とするものである。

この発明の電子制御装置は、少なくとも２組の検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置において、
前記制御部は、前記検出手段の１組を使用して制御を実行し、
前記異常判定手段は、前記実行中に通常速度で異常を検出し、残りの組には通常速度より小さい速度で異常を検出し、
通常速度の前記検出手段に異常の兆候を検出した場合、前記制御部は残りの正常組に切り替えて制御を継続するとともに、
前記異常判定手段は、残りの正常組を通常速度で異常の検出を行う一方、異常組は通常速度より小さい速度で異常を継続して検出するものである。

この発明の電子制御装置によれば、通常速度で検出手段に異常の兆候を検出した場合、制御部は残りの正常組に切り替えて制御を継続するとともに、異常判定手段は、残りの正常組を通常速度で異常を検出する一方、異常組は通常速度より小さい速度で異常を継続して検出するので、異常兆候検出により素早く正常側に切替えができ、通常速度と通常速度より小さい速度とで検出を分担するのでＣＰＵの負荷を低減することができる。

この発明の実施の形態１における全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における全体構成を示す概略回路図である。 この発明の実施の形態１における回転角センサの信号波形を示す波形図である。 この発明の実施の形態１における異常判定手段の処理を示すフローチャート図である。 この発明の実施の形態１における異常判定手段の処理を示す要部フローチャート図である。 この発明の実施の形態２における異常判定手段の処理を示す要部フローチャート図である。 この発明の実施の形態３における回転角センサの一例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３における異常判定手段の処理を示す要部フローチャート図である。 この発明の実施の形態４における全体構成を示す概略回路図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１における電子制御装置を示す概略の全体構成図である。検出手段５としてセンサ５ａ,５ｂ、制御部としてＣＰＵ１０を備え、ＣＰＵ１０内部の１つの機能として異常判定手段１５を有している。
ＣＰＵ１０の制御指令は、初段の駆動回路１１を介して駆動部３からモータ等の対象部２へ電気信号が供給されている。
検出手段５は、２個のほぼ同一の構成・性能を有するセンサ５ａ,５ｂであり、これらセンサの情報はインターフェース回路１３ａ，１３ｂにそれぞれ入力され、ＣＰＵ１０へそれぞれ伝達される。
ＣＰＵ１０は、異常判定手段１５が内蔵され、この異常判定手段１５にもセンサ５ａ,５ｂの情報がそれぞれ入力されている。
ＣＰＵ１０にはさらに両センサ情報のどちらか一方を選択する切替え手段１０ａが内蔵され、この選択された情報に基づき制御量を演算する制御量演算手段１０ｂも内蔵されている。

以上の構成においてＣＰＵ１０の動作について説明する。
異常判定手段１５に両センサ５ａ,５ｂの情報がそれぞれ入力され、異常監視部１５ａ，１５ｂを介して、異常判定部１５ｃに入力されている。
例えばセンサ５ａが制御量演算手段１０ｂと同様な通常速度で処理されているとすると、異常監視部１５ａは同様な通常速度で処理を行い、異常判定部１５ｃに出力している。
一方異常監視部１５ｂはその通常速度以下のゆっくりした速度で処理を行い異常判定部１５ｃに出力している。
センサ５ａを選択するように切替え手段１０ａはセンサ５ａ側にスイッチが接続され、一方センサ５ｂ側とは接続されていない。
従って制御量演算手段１０ｂにはセンサ５ａのみが利用され、センサ５ｂに対する制御量演算は行われないことになる。

異常判定部１５ｃは、通常速度で入力されるセンサ５ａ情報に異常の発生がないか否かを特に注意して監視、チェックし、制御に使用するセンサの選択を決定する。
センサ５ａの情報に異常を検出するとすぐに切替え手段１０ａに信号１５ｄが出力され、スイッチは図中の矢印のとおり下方向へ切替える。
ほぼ同時にこの信号１５ｄは異常監視部１５ａ，１５ｂへも伝達され、いままで通常速度であったセンサ５ａの異常監視は通常速度以下の速度に、一方通常速度以下の速度であったセンサ５ｂの異常監視は通常速度に変更される。
通常速度、通常速度以下の速度とはこの場合、ＣＰＵ１０の情報取り込み及び演算処理の周期を意味している。通常速度では例えば制御量演算周期に沿って毎回取り込み、常に新しいセンサ情報を取得するものである。一方通常速度以下の速度とは通常速度でデータを取得、または毎回データを取り込むのではなく、通常速度の取り込み複数回に１回のみ取得するものである。

以上のように、制御量演算に使用するセンサ情報はその演算速度に沿った通常速度（周期）でデータを取り込み、他方のセンサは現在制御に直接は使用されていないので、通常速度以下の速度（周期）で取り込んでいる。
センサ５ａ,５ｂの異常判定は、両方とも同様にチェックされるが、入力周期が異なるため通常速度のセンサの方がより早く異常を検出できる。そのため異常を検出すると即時他方のセンサに切り替えて制御を継続するものである。
さらに異常判定部１５ｃはセンサ５ａに異常の兆候を検出し、未だ異常確定と判定していない場合であっても、切替え信号１５ｄが出力される。そのため異常判定確定までの時間を待つ必要がなく、異常の兆候のみでセンサが切り替わるので制御の継続性は確保できる。
また、両センサの異常を一方は通常速度で、他方は通常速度以下の速度でチェックするのでＣＰＵの処理負荷は両方を通常速度で処理する場合と比較して軽減できるものである。

次に具体的な装置及びその回路で詳細に説明する。
図２はこの発明を車両用の電動パワーステアリング装置の電子制御装置に採用したもので、モータ２と制御ユニット部１から構成された全体回路図である。
モータ２はここでは３相ブラシレスモータであり、ブラシレスモータ２のためにモータの回転角を検出する回転角センサ５がモータの出力軸近傍に配置されている。
制御ユニット部１の外部には、車両に搭載されたバッテリ６、イグニッションスイッチ７、車速センサ・ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ等のセンサ類８が設置されている。
また、制御ユニット部１内には、モータ２に電流を供給するスイッチング素子が各相に接続されたいわゆるインバータ回路３がある。定電源回路１８、各種入力回路１２、ＣＰＵ１０、駆動回路１１、回転角センサ５の回転角検出回路１３等が制御基板４に搭載されている。その他にフィルタ１７、電源リレーの役目をする電源用スイッチング素子１４等々も存在している。

制御ユニット部１内の前記各部位の動作概略は、イグニッションスイッチ７がドライバーにより投入されると、定電源回路１８によりＣＰＵ１０、入力回路１２、駆動回路１１、回転角検出回路１３等に定電圧が供給される。
また、インバータ回路３用の電源はフィルタ１７を介してバッテリ６から供給される。車速センサ、トルクセンサ等のセンサ類８からの情報は、入力回路１２を介してＣＰＵ１０に送られ、これらの情報に基づきモータ２へ電力を供給する制御量をＣＰＵ１０が演算し、出力としての駆動回路１１を介して出力される。
また、インバータ回路３内の各部の電圧、又は電流を検出するとともに入力回路１２を介してＣＰＵ１０に伝達される。＋Ｂ電源ラインには開閉するリレー機能を有した電源用スイッチング素子１４が挿入されている。
このスイッチング素子１４は例えばＦＥＴであり、寄生ダイオードは電流供給の順方向と逆方向の素子が直列に配置されている。このスイッチング素子により、インバータ回路３、又はモータ２に故障が発生した場合などに電力供給を強制的に遮断することができる。このスイッチング素子１４の駆動もＣＰＵ１０が駆動回路１１を介して制御する。

インバータ回路３は、モータ２の３相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のために各相のアーム回路３Ｕ，３Ｖ，３Ｗに対して同一のスイッチング素子３１，３２、シャント抵抗３３、コンデンサ３０等から構成されている。上下アームを構成するスイッチング素子３１，３２が直列に２個と、モータ巻線と前記スイッチング素子間を開閉するリレー機能を有したモータリレー用スイッチング素子３４をそれぞれ備えている。
上下アーム用スイッチング素子３１，３２はＣＰＵ１０の指令に基づきＰＷＭ駆動されるため、ノイズ抑制の目的でコンデンサ３０も近傍で接続されている。またモータ２に流れる電流を検出するためにシャント抵抗３３も接続されている。上下アームのスイッチング素子３１，３２の間、又はモータ巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の端子の電圧、及びシャント抵抗３３の電圧がＣＰＵ１０に伝達されて、ＣＰＵ１０の制御指令値（目標値）と実際の電流、電圧値の差異を把握し、いわゆるフィードバック制御が行われ、さらに各部の故障判定も行っている。
回転角センサ５により回転角を検出してモータの回転位置、又は速度をＣＰＵ１０は算出し、コイル電流供給タイミングに利用している。
ここで冗長性を増すために回転角センサ５は、同一の構造・性能であるセンサａ，ｂが２個配置されている。さらに回転角センサａ，ｂで検出された信号がそれぞれ回転角検出回路１３へ伝達され、ＣＰＵ１０が入力可能な電圧レベルに変換されてそれぞれ出力される。

図１のセンサ５ａ,５ｂは図２の回転角センサａ，ｂに相当し、図１のその他の部位についても相当部位には図２で同一符号としている。回転角センサａ，ｂ及び回転角検出回路について説明を続ける。
モータ２の出力軸の回転角を検出するため回転角センサａ，ｂは、例えば出力軸の回転に応じた磁界の変化を検出するレゾルバタイプ、磁気抵抗（ＭＲ）素子タイプ等が使用できる。
各回転角センサａ，ｂにより検出された波形は、図３に示したように時間軸に沿ってｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号５ｄの２種類の信号である。
これらの信号、計４本が回転角検出回路１３へ入力されて、ＣＰＵ１０のＡ／Ｄ入力ポートが取得できる電圧波形に変換されて出力される。
回転角検出回路１３も図１に示したようにインターフェース回路１３ａ，１３ｂの２回路構成である。
回転角センサａ，ｂ、回転角検出回路１３に対して、これらの信号４本すべて正常な場合はＣＰＵ１０に入力されているが、正常であれば両者の結果は同一であり２組を常に同時に検出、取得する必要性はない。
そのため１組のみ通常速度で取得し、他方は通常速度以下の速度例えば１／１０の速度で取得するようにしている。ここでは、図３の波形５ｅに示したように、回転角センサ５の信号はモータ２の出力軸１回転で３６０度１周期の信号が検出できるものとする。
回転角センサ５のｓｉｎ信号５ｃ、ｃｏｓ信号５ｄの振幅を取得すれば、これらから簡単に角度を算出でき、この角度に応じてＣＰＵ１０は、制御量指令を出力する。

次にＣＰＵ１０の回転角検出、及び異常判定手段１５の機能について図３〜図５を用いて説明する。
回転角センサ５はモータ２の出力軸の回転角を検出するためのものであり、その精度は制御に影響大であり、より早い速度（制御演算周期）で検出しモータ２の電力供給タイミングに使用できるようにしなければならない。
そのためＣＰＵ１０のソフトウエアの内メインルーチンとは異なる割り込みルーチンにて回転角演算、異常判定が処理される。このフローチャートを図４、図５に示した。
割り込み周期、例えば時間１００μｓｅｃ毎の割り込みにより図４のフローチャートが開始される。
まずステップＳ１にて回転角センサａのｓｉｎ信号（図３の５ｃ）、ｃｏｓ信号（図３の５ｄ）を入力しデータを格納する。同様にステップ２で回転角センサｂのｓｉｎ，ｃｏｓ信号を入力しデータを格納する。
次にステップ３では、回転角センサの選択状態をチェックする。回転角センサは２個あるため、制御用として通常速度に選択されているセンサがどちらかを判別する。
回転角センサａが選択されていると（ＹＥＳ）、回転角センサａの異常検出処理を行い、回転角センサａが選択されていないと（ＮＯ）、回転角センサｂの異常検出処理が行われる。回転角センサａ，ｂはほぼ同一機能・性能を有するものであるため、その処理も同一となるため一緒に説明を続ける。

回転角センサａが選択されている場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４で入力したセンサａの波形（電圧）が正常か否かをチェックするセンサａ異常検出を行う。
一方で、回転角センサａが選択されていない場合（ＮＯ）、ステップＳ１３で入力したセンサｂの波形（電圧）が正常か否かをチェックするセンサｂ異常検出を行う。
異常検出の方法として所定範囲外の電圧（振幅）の検出がある。センサ波形はＣＰＵ１０のＡ／Ｄ入力ポートへ伝達されているので、例えば振幅が１〜４Ｖの間を変化するように回転角検出回路１３の増幅率が設定されているとすると、０Ｖ、又は５Ｖに電圧が固定された場合は異常と判断できる。
また、モータ２を回転制御させている場合に、取り込み値が前回取り込み値と変化ない、または一方のみ変化し、他方は変化しない場合、変化していない信号は異常と判断できる。つまり前回値との変化で異常が検出できる。

次にステップＳ５は異常の有無をチェックする。回転角センサａが異常である場合（ＹＥＳ）、ステップＳ６でセンサａ異常検出フラグをセットする。この異常検出フラグは、後述されるセンサ選択処理に使用されるものである。
さらにステップＳ７では回転角センサａが異常判定されたので、センサａ使用時異常回数をインクリメントする。
ステップＳ８は、センサａが異常でなかったので、センサａ異常検出フラグをリセットするとともに、ステップ９でセンサａ使用時異常回数を０クリアする。回転角センサｂも同様にステップＳ１４〜Ｓ１８においてセンサｂ異常フラグのセット、リセット、センサｂ使用時異常回数カウント処理を行う。

次にステップＳ１０〜Ｓ１２、及び、Ｓ１９〜Ｓ２１は選択中のセンサの異常確定処理を行う。
Ｓ１０はセンサａ使用時異常回数が所定回数（Ｘ回）以上であるか否かをチェックする。異常回数が所定回数以上の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１１でセンサａ異常確定フラグをセットする。
この異常確定フラグは、センサが確実に異常であると判定されたときにセットされ、これ以上制御用として使用することができないことを意味するものである。ここで、所定回数（Ｘ回）は、異常なセンサ入力信号で制御を続行しても安全上問題ない範囲で設定するものである。
次に、ステップ１２では、選択していないセンサｂの使用時異常回数を０クリアする。回転角センサｂも同様にステップＳ１９〜Ｓ２１においてセンサｂ異常確定フラグのセット、センサａの使用時異常回数０クリア処理を行う。

次にステップＳ２２では、通常周期以上の周期処理のタイミングであるか否かをチェックする。通常周期以上の周期のタイミングである場合（ＹＥＳ）、後述する図５の処理を実行する。通常周期以上の周期処理とは、通常周期または通常周期よりも遅い周期で実行される処理を意味する。

次にステップＳ２３〜Ｓ２６では、制御に使用するセンサの選択処理を行う。Ｓ２３では、上述の異常判定処理における判定結果として、センサａ異常検出フラグ、センサａ異常確定フラグのセット／クリア状態を確認し、いずれもクリアの場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２４でセンサａを選択する。それ以外の場合（ＮＯ）、ステップＳ２５でセンサｂ異常検出フラグ、センサｂ異常確定フラグのセット／クリア状態を確認し、いずれもクリアの場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２６でセンサｂを選択する。それ以外の場合（ＮＯ）はセンサの切替えを行わない。
つまり、1次故障の場合は瞬時に他方のセンサに切替えることで異常時挙動を抑制し、既に他方のセンサが異常となっている２次故障の場合については、制御用として使用しているセンサで制御を続行するものである。

次にステップＳ２７では、選択したセンサから取得したｓｉｎ、ｃｏｓの電圧信号を用いてａｒｃｔａｎにより回転角を演算する（図３の５ｅ）。
ここまでが回転角センサ５の異常検出と切替え処理であり、その後ステップＳ２８で割り込みルーチンを抜けるための処理を行い、割り込みルーチンを終了する。

次に通常周期又は通常周期よりも遅い周期の処理を図５を用いて説明する。
図４のステップＳ２２にて、Ｔ時間、又は所定回数を経ったか否かをチェックする。図４は、例えば１００μｓｅｃでくり返し処理されている。そのため通常周期により回転角センサを検出、取得するものであるが、図５の処理は通常速度以下の速度（周期）の処理に相当するものである。
Ｔ時間経っていない場合（ＮＯ）、図４の処理を行い、例えばＴ時間＝１ｍｓｅｃ経った場合（ＹＥＳ）に以下の処理を実行する。

通常速度以下の速度（周期）の処理では、制御用として選択されていないセンサの異常判定、及び、正常判定を行う。ステップＳ３０はセンサの選択状態を判定する。
回転角センサａが選択されていない場合（ＮＯ）、ステップＳ３１でセンサａが正常か否かをチェックするセンサａ異常検出を行う。同様に、回転角センサａが選択されている場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４０でセンサｂ異常検出を行う。ステップ３１〜３９、及び、ステップ４０〜４８は図４のステップＳ４〜Ｓ１２、及び、ステップＳ１３〜Ｓ２１と同様の異常判定処理であるが、異常検出後の異常確定処理が異なる。
このステップは図４の１０回に１度しか実行されない点と、図４は異常なセンサ入力信号で制御を続行しても安全上問題ない範囲で設定された時間で異常確定を行うのに対し、図５では選択されていないセンサに対する異常確定のため、図４よりも通常速度以下の速度で長い時間をかけて異常確定を判定するものである。
したがって、図５では、図４のセンサ使用時異常回数カウンタとは別のカウンタとして、センサ未使用時異常回数カウンタを設けて故障確定の判定を行っている。例えば、図４のセンサ使用時異常確定回数Ｘを１０回、図５のセンサ未使用時異常確定回数Ｙを１０回とすると、図４の異常確定時間は、１００μｓｅｃ＊１０回＝１ｍｓｅｃであるのに対し、図５の異常確定回数は、１ｍｓｅｃ＊１０回＝１０ｍｓｅｃとなる。

以上がＣＰＵ１０の異常判定手段１５の処理と、ＣＰＵ１０の切替え手段、及び回転角センサ情報の取得、選択処理である。
前述のようにＣＰＵ１０の処理において、通常速度（周期）で一方のセンサ情報を取得し、異常検出、制御量利用への切替え処理を行うことで、ソフトウエアの処理が２個のセンサを使用しているにもかかわらず２倍の負荷とならず、全体の処理時間の短縮を図ることができた。
さらに異常判定として瞬時判定結果は正常、異常センサの切替えに使用し、異常確定には所定の時間をかけて正確に判定するので、異常の兆候検出から異常確定までの制御に不安定な時間を短縮でき、制御の継続性を確保できる。

異常の兆候として、これまでの説明は１度の異常データ取得のみで切替え処理を行うものであった。
しかし、その対象物（モータ２の回転）、検出物（回転角センサ）によってはもう少し時間的余裕のある場合がある。
この実施の形態１の対象物、検出物ではモータ２の回転制御の連続性が途切れることにより、ドライバーへ気づかれること、さらにはドライバーとは無関係に操舵性能、ノイズ・振動へ発展しない程度の期間であれば、許容できる。
一方モータの回転面から判断すると、モータトルク制御に使用されるｄｑ軸制御では、ｑ軸通電時に９０度位相差によりｄ軸に通電され、結果として界磁磁束が変化し、モータ回転を抑制するように作用する。
９０度位相差は理論上トルクは零となってしまう。そのため９０度位相差未満に数値を閾値として選択できる。
電動パワーステアリング装置のモータ最大回転数を例えば５０００ｒｐｍとし、９０度未満の移動までに異常を検出するものとすると、
５０００ｒｐｍ →１２ｍｓｅｃ／回転 →３ｍｓｅｃ／９０度
３ｍｓｅｃ未満で検出することが必要となる。

そのため異常電圧をＣＰＵ１０が取得した場合、１００μｓｅｃのルーチン１０回連続して検出した場合に異常の兆候と判定するとしても
１００μｓｅｃ＊１０回＝１ｍｓｅｃ
となり、通常の電動パワーステアリング装置のモータ回転数として実用上問題のない回転数も異常を充分検出できる。
そこで図４の割り込みルーチンにおいて、毎回異常をチェックしなくても２回に１回のチェックとすることも可能である。
１００μｓｅｃ＊２＊１０回＝２ｍｓｅｃ
複数回（１０回）の異常検出によるチェックが可能であり、ノイズによる誤検出抑制と異常判定処理も間引くことが可能で、ＣＰＵ１０のソフトウエア処理負荷を軽減できる。

以上のように、この発明は、少なくとも２組の検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置において、
前記制御部は、前記検出手段の１組に対して制御を実行し、
前記異常判定手段は、前記実行のために通常速度で異常を検出し、残りの組には通常速度以下の速度で異常を検出し、
通常速度の前記検出手段に異常の兆候を検出した場合、前記制御部は残りの正常組に切り替えて制御を継続するとともに、
前記異常判定手段は、残りの正常組を通常速度で異常の検出を行う一方、異常組は通常速度以下の速度で異常を継続して検出するものである。

また、この発明は、少なくとも２組のセンサを含む検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置の動作制御方法において、
前記異常判定手段は、ＣＰＵの内部に構成され、
前記２組の検出手段のうち、前記制御部の制御量演算周期に相当する通常速度で選択された組の検出手段Ａの異常を検出する第１ステップと、
前記検出手段Ａの異常回数が所定回数以上であれば、前記検出手段Ａが異常であると確定する第２ステップと、
通常速度以下の速度で残りの組の検出手段Ｂの異常を検出する第３ステップと、
前記検出手段Ｂの異常回数が所定回数以上であれば、前記検出手段Ｂが異常であると確定する第４ステップと、
前記第１ステップから第４ステップにおける異常検出及び異常確定の判定結果に基づき、制御に使用する検出手段Ａが異常検出または異常確定しており、残りの組の検出手段Ｂが異常検出も異常確定もしていない場合には、制御に使用する検出手段を前記検出手段Ａから前記検出手段Ｂに切り替える第５ステップを含むものである。

この発明の電子制御装置及びその動作制御方法は、以上のように構成されているので、
通常の速度（周期）で異常の兆候を検出するとすぐに、正常側の検出手段に切り替えて制御を継続し、一方通常速度以下の速度（周期）では異常側の検出を少なくとも継続して確認し、異常が継続して検出された場合に異常確定と判断することにより、異常に対してより早く対応ができ、制御の連続性を確保することができるとともに、その異常が確定するまでは通常速度以下の速度（周期）で継続して検出することにより、ＣＰＵの負荷を削減できる効果を奏するものである。
なお、回転角センサのみならず、例えばトルクセンサ、電圧・電流検出回路等々に同様に利用可能である。

実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。
実施の形態１では、通常周期の割り込みルーチン（図４）にてセンサａが異常検出となった場合に正常側のセンサに選択が切り替えられ、通常周期又は通常周期よりも遅い周期の処理（図５）で、異常側のセンサ状態がチェックされ、正常と判定された場合には異常検出をリセットする処理をステップＳ３５で実行し、再びセンサａに選択が切り替わる仕様であった。
ここで、一過性のノイズ混入によりセンサが異常検出された状況では、異常確定には至らず正常判定されるため、度々センサの切替えが発生してしまう。そのため、一旦センサ切替えを行った場合は、しばらくの間はそのセンサを使用することで、この頻発する切替えを防止するものである。
図６のフローチャートは図５の一部を改良したもので、同一処理は同一符号を付けている。

通常周期又は通常周期よりも遅い周期の処理において、ステップＳ３０でセンサａの選択有無を確認し、センサａが選択されていない場合（ＮＯ）、ステップＳ３１でセンサａの異常検出を行い、ステップＳ３２でセンサａ異常有無を確認する。
センサａに異常がない場合（ＮＯ）、ステップＳ５０でセンサａ正常回数をインクリメントし、ステップ５１でセンサａ正常回数がＺ回継続したとき（ＹＥＳ）、ステップＳ３５でセンサａ異常検出フラグをリセットする。
一方、ステップＳ３２でセンサａに異常がある場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５２でセンサａ正常回数を0クリアする。
センサｂについても、同様にステップＳ５３〜Ｓ５４、Ｓ５５においてセンサｂの異常検出フラグのリセット判定処理を行う。その他のステップについては、図６と同一処理であるため説明を省略する。

以上のように、通常周期では一旦センサａ，ｂの切替えを行った場合、通常周期又は通常周期よりも遅い周期で一定期間の正常状態確認後に切替えがリセットされるので、例えば最初の切替えは１００μｓｅｃ毎に実行されたとしても、次の切替えは通常周期又は通常周期よりも遅い周期のＺ回数後となり、Ｚ＝５回とすると、最も早い切替えが発生した場合であっても５ｍｓｅｃ毎の間隔となる。
このように、タイマ機能を通常周期又は通常周期よりも遅い周期のルーチンの異常リセット機能に挿入することにより、切替えが頻繁に発生しない仕組みを簡単に実現できる。

実施の形態３．
次に実施の形態３について、図7を用いて説明する。
図7は実施の形態１の図２のモータ部分と回転角センサa、回転角センサbの部分の構造を示したもので、回転角センサとして、磁界の向きによる抵抗の変化でモータの回転角を検出する磁気抵抗（ＭＲ）センサを用いた場合の説明図である。
図7において、２ａはモータ２のシャフト、２ｂはモータ２の回転角度が変化したときに磁界の向きが変わるように取り付けられた磁石であり、２ｃは、磁界の向きの変化により、センサ内部の抵抗が変化し、その抵抗の変化に応じた角度信号を出力する回転角センサ５ａおよび５bを実装する基板である。

ここで、２組の回転角センサを取り付ける場合、シャフト２ａの回転により変化する磁界の向きを測定するため、シャフト軸の延長線上に回転角センサを実装する必要があり、例えば、図7に示すように基板２ｃの両側に実装している。
一般的に、磁界の強さは距離に応じて小さくなるため、回転角センサ５ａと回転角センサ５ｂで同じものを使用していても、磁石からの距離が小さい回転角センサ５ａの方が角度の検出精度がよいと考えられる。

一方、実施の形態１で説明したように、回転角センサ５ａと回転角センサ５ｂがしきい値９０°以内のときに異常でないと判定して、元々使用していたセンサ信号によるモータの回転角に切り替えた時に、回転角の偏差が大きいと、角度に応じて演算している各相のモータ電流が急変するため、トルク変動が発生する。
そこで、回転角センサ５ａと回転角センサ５ｂの偏差が十分小さいときに切替え判定することにより、復帰時のセンサ切替え時のトルク変動が小さく、検出精度がよいセンサに切り替えることができる。

次にフローチャートを用いて、本実施の形態３を説明する。図８のフローチャートは図６のフローチャートに一部変更したものであり、同一処理は同一符号をつけているため、説明が同じ部分は省略する。

ステップＳ３２にて、センサaが異常でないと判定した場合（ＮＯ）、ステップＳ６０に進み、センサaとセンサbの偏差が所定値以下であるかどうか判定する。
所定値以下であると判定した場合（ＹＥＳ）、回転角センサ信号を切替えても、変動時のトルク変動が十分小さいものと判定し、ステップＳ３５にてセンサａ異常検出フラグをリセットし、回転角センサ信号を元々使用していた回転角センサ５ａに切り替える。
同様に、センサｂについてもステップＳ６１、Ｓ４４でセンサｂ異常検出フラグのリセット処理を行う。

一方、ステップＳ６０にて、センサaとセンサbの偏差が所定値以上である場合（ＮＯ）、センサ信号を切り替えるとトルク変動が大きいものと判定し、そのままステップＳ３６に進む。
センサｂについても、ステップＳ６１で同様の判定処理を行う。以下実施の形態１と全く同じため、説明を省略する。

以上のように、２組の検出手段を有し、片方の検出手段の方が精度のよい場合でも、通常の速度（周期）で異常の兆候を検出するとすぐに、正常側の検出手段に切替えて制御を継続し、一方通常速度以下の速度（周期）では異常側のセンサを少なくとも継続して監視し、異常でないと判定された場合に、２組のセンサ信号の偏差が所定値以内なら、元のセンサ信号に切り替えることにより、モータのトルク変動が十分小さく、かつ検出精度よく制御することが可能である。

実施の形態４．
次に実施の形態４について図９を用いて説明する。図９は実施の形態１の図２に相当するもので同等部位に同一符号を付している。
モータ２は３相コイル巻線を２組備え、そのためインバータ回路３も独立に２組（３ａ、３ｂ）、駆動回路も２組（１１ａ、１１ｂ）有している。
さらにこのモータ２の回転角を検出する回転角センサ）も２組（ａ，ｂ）備え、回転角検出回路もそれぞれ２組１、２（１３ａ、１３ｂ）有している。

つまり、モータ２の１組（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に対してインバータ回路３ａ、駆動回路１１ａ、回転角センサａ、回転角検出回路１３ａ、同様にモータ２の他方（Ｘ，Ｙ、Ｚ）に対して、インバータ回路３ｂ、駆動回路１１ｂ、回転角センサｂ、回転角検出回路１３ｂをそれぞれ備えている。
従って実施の形態１、及び２において、回転角センサａ，ｂの切替えを行った場合、それに同期して駆動回路１１ａ，１１ｂ、インバータ回路３ａ，３ｂも切替え、その結果モータ２のコイル巻線への電力供給も切り替えるものである。

これにより、冗長性がセンサのみならず、駆動回路、対象物であるモータにも及ぶことになり、完全２重系の冗長性を有することが可能となる。またＣＰＵ１０はセンサのみならず駆動回路１１ａ，１１ｂ、インバータ回路３ａ，３ｂの異常検出も行うことにより、これらの出力回路が異常の場合は、正常側に切替えるのみでなく、センサも従属的に切り替えることも可能である。その切り替え方法は、実施の形態１、２で示したように通常周期又は通常周期よりも遅い周期の両方を利用して行うこともできる。

なお、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 制御ユニット部、２ モータ、３ インバータ回路、３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ 各相のアーム回路、４ 制御基板、５，５ａ,５ｂ 回転角センサ、８ センサ類、１０ ＣＰＵ、１０ａ 切替え手段、１０ｂ 制御量演算手段、１１，１１ａ，１１ｂ 駆動回路、１２ 入力回路、１３ 回転角検出回路、１３ａ，１３ｂ インターフェース回路、１４ 電源用スイッチング素子、１５ 異常判定手段、１５ａ，１５ｂ 異常監視部、１５ｃ 異常判定部、１７ フィルタ、１８ 定電原回路、３０ コンデンサ、３１,３２,３４ スイッチング素子

Claims (11)

1. 少なくとも２組の検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置において、
   前記制御部は、前記検出手段の１組を使用して制御を実行し、
   前記異常判定手段は、前記実行中に通常速度で異常を検出し、残りの組には通常速度より小さい速度で異常を検出し、
   通常速度の前記検出手段に異常の兆候を検出した場合、前記制御部は残りの正常組に切り替えて制御を継続するとともに、
   前記異常判定手段は、残りの正常組を通常速度で異常の検出を行う一方、異常組は通常速度より小さい速度で異常を継続して検出することを特徴とする電子制御装置。
2. 前記異常判定手段は、異常の兆候と異常確定の少なくとも２種類の判定状態を有し、
   異常の兆候は異常を最初に検出したものを意味し、その後通常速度より小さい速度でその異常を検出し続けた場合に異常確定と判断することを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
3. 前記異常判定手段は、異常の兆候を検出し異常と判定するまでに前記制御部が正常組に切替えを行った後に異常組に対して通常速度より小さい速度で異常検出を続け、その結果、異常であると判定できなかった場合であっても、前記制御部は現状のどおりの組に対して制御を継続することを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
4. 前記制御部は、一旦正常組に切替えを行った場合、所定時間以内にその正常組に異常の兆候が検出されたとしても、前記所定時間以内は再度切替えは実施しない、又は異常組が正常と判定されたとしても、前記所定時間以内は再度切替えを実施しないことを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
5. 前記異常判定手段は、異常の兆候を検出し異常と判定するまでに前記制御部が正常組に切替えを行った後に異常組に対して通常速度より小さい速度で異常検出を続け、その結果、異常であると判定できなかった場合に、前記２組の検出手段の出力値の偏差が所定値以下の場合に、前記制御部は、再度切り替えて制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
6. 前記対象物を駆動する出力回路を２組有し、前記検出手段は前記出力回路にそれぞれ１個ずつ備え、前記制御部は、前記検出手段の一方から他方に切替えを行った場合、前記出力回路もほぼ同時に一方から他方へ切替えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電子制御装置。
7. 前記制御部は、電動パワーステアリング装置のモータを制御するものであって、前記検出手段は、前記モータの回転角を検出する回転角センサであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電子制御装置。
8. 少なくとも２組のセンサを含む検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置の動作制御方法において、
   前記異常判定手段は、ＣＰＵの内部に構成され、
   前記２組の検出手段のうち、前記制御部の制御量演算周期に相当する通常速度で選択された組の検出手段Ａの異常を検出する第１ステップと、
   前記検出手段Ａの異常回数が所定回数以上であれば、前記検出手段Ａが異常であると確定する第２ステップと、
   通常速度より小さい速度で残りの組の検出手段Ｂの異常を検出する第３ステップと、
   前記検出手段Ｂの異常回数が所定回数以上であれば、前記検出手段Ｂが異常であると確定する第４ステップと、
   前記第１ステップから第４ステップにおける異常検出及び異常確定の判定結果に基づき、制御に使用する検出手段Ａが異常検出または異常確定しており、残りの組の検出手段Ｂが異常検出も異常確定もしていない場合には、制御に使用する検出手段を前記検出手段Ａから前記検出手段Ｂに切り替える第５ステップを含む
   ことを特徴とする電子制御装置の動作制御方法。
9. 前記第３ステップの異常検出において、異常であると判定できなかった場合には前記２組の検出手段の偏差が所定値以下の場合に異常検出を解除することを特徴とする請求項８記載の電子制御装置の動作制御方法。
10. 前記対象物を駆動する出力回路を２組有し、前記検出手段は前記出力回路にそれぞれ１個ずつ備え、前記制御部は、前記検出手段の一方から他方に切替えを行った場合、前記出力回路もほぼ同時に一方から他方へ切替えることを特徴とする請求項８または９に記載の電子制御装置の動作制御方法。
11. 前記制御部は、電動パワーステアリング装置のモータを制御するものであって、前記検出手段は、前記モータの回転角を検出する回転角センサであることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の電子制御装置の動作制御方法。

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