JP6589705B2 - 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監視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9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から送信されるトリガ信号を受信し、受信したトリガ信号に応じ、出力信号Sg1を第1マイコン50に送信する。図1中では、トリガ信号を「TRG」と記載する。
センサ間通信部18は、信号1A、1Bを含む信号を第2センサ部20に送信する。また、センサ間通信部18は、第2センサ部20から送信される信号2A、2Bを含む信号を受信する。受信した信号2A、2Bは、適宜、出力信号Sg1の生成に用いられる。
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。
通信部27は、第2マイコン60から送信されるトリガ信号を受信し、受信したトリガ信号に応じ、出力信号Sg2を第2マイコン60に送信する。
センサ間通信部28は、信号2A、2Bを含む信号を第1センサ部10に送信する。また、センサ間通信部28は、第1センサ部10から送信される信号1A、1Bを含む信号を受信する。受信した信号2A、2Bは、適宜、出力信号Sg2の生成に用いられる。
本実施形態では、センサ間通信部18、28が設けられており、センサ部10、20間にて信号を授受可能である。
通信部51は、異常監視部52における異常判定結果に応じたトリガ信号を第1センサ部10に送信し、トリガ信号に応じて第1センサ部10から送信される出力信号Sg1を受信する。
異常監視部52は、出力信号Sg1に基づき、センサ素子11、12の異常を監視する。なお、センサ素子11の異常には、センサ素子11そのものの異常に限らず、配線異常や信号変換異常等が含まれるが、適宜、単にセンサ素子11の異常と記載する。センサ素子12、21、22の異常についても同様である。
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。
通信部61は、異常監視部62における異常判定結果に応じたトリガ信号を第2センサ部20に送信し、トリガ信号に応じて第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に基づき、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、60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、通信部51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(S102:YES)、S105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(S102:NO)、S103へ移行する。
S104では、通信部51は、異常判定状態がB異常か否かを判断する。「B異常」とは、信号1Bの異常が特定されている状態を意味する。第1マイコン50では信号1Bの異常が特定されている状態であり、第2マイコン60では信号2Bの異常が特定されている状態である。異常判定状態がB異常であると判断された場合(S104:YES)、S107へ移行する。異常判定状態がB異常ではないと判断された場合(S104:NO)、異常判定状態は異常検出であって、S108へ移行する。
なお、S101〜S104は、異常判定状態を振り分けるための処理であり、処理順は入れ替え可能である。
異常判定状態がA異常であると判断された場合(S103:YES)に移行するS106では、通信部51は、A異常トリガTRGaを第1センサ部10に送信する。
異常判定状態がB異常であると判断された場合(S104:YES)に移行するS107では、通信部51は、B異常トリガTRGbを第1センサ部10に送信する。
異常判定状態が異常検出である場合(S104:NO)に移行するS108では、通信部51は、異常検出トリガTRGeを第1センサ部10に送信する。
S109に続いて移行するS110では、異常判定処理を行う。ここでは、S109に続いて異常判定処理を行うものとして説明するが、例えばカウンタ等を用いて所定の頻度で異常判定処理を行ってもよい。また、図4に示す異常判定処理は、トルク演算処理とは別途に行われるようにしてもよい。
S112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Ta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。
S202では、演算部16は、センサ部間の通信タイミングか否かを判断する。通信タイミングではないと判断された場合(S202:NO)、S201に戻る。通信タイミングであると判断された場合(S202:YES)、S203へ移行する。
S204では、演算部16は、第1マイコン50からトリガ信号を受信したか否かを判断する。トリガ信号を受信していないと判断された場合(S204:NO)、S201に戻る。トリガ信号を受信したと判断された場合(S204:YES)、S205へ移行する。
なお、S205〜S207の処理は、受信したトリガ信号を振り分けるための処理であり、処理順は入れ替え可能である。また、S207に替えて、B異常トリガか否かを判断することで受信したトリガ信号の振り分けを行ってもよい。
受信したトリガ信号が異常検出トリガTRGeであると判断された場合(S206:YES)に移行するS209では、演算部16は、自系統の信号A、B、および、他系統の信号A、Bを含む出力信号Sg1を生成する。
受信したトリガ信号がB異常トリガである場合(S207:NO)に移行するS211では、演算部16は、自系統の信号1Aおよび他系統の信号2Bを含む出力信号Sg1を生成する。
なお、センサIC23での処理では、トリガ信号を第2マイコン60から取得し、トリガ信号に応じて生成された出力信号Sg2を第2マイコン60に出力する。
ここでは、第1系統での処理を中心に説明する。
自系統の信号A(ここでは信号1A)が異常であると特定されており、異常判定状態がA異常である場合、図9に示すように、時刻x51から時刻x52にて、第1マイコン50は、A異常トリガTRGaをセンサIC13に送信し、センサIC13は、A異常トリガTRGaを受信する。センサIC13がA異常トリガと受信すると、時刻x52からx53にて、センサIC13は信号2A、1Bを含む出力信号Sg1を第1マイコン50に送信し、第1マイコン50が信号2A、1Bを含む出力信号Sg1を受信する。第1マイコン50は信号2A、1Bを含む出力信号Sg1を受信すると、時刻x53からx54にて、信号2A、1Bの比較による異常判定を行う。信号2A、1Bが正常であれば、第1マイコン50は、時刻x52〜時刻x53にて取得された出力信号Sg1に含まれる信号2A、1Bの少なくとも一方に基づいて操舵トルクTs1を演算し、時刻x56〜x57にて、アシストトルクTa1を演算する。時刻x61〜x67においても同様の処理が行われる。信号2A、1Bが正常であれば、同様の処理が繰り返される。
第2系統では、自系統の信号A、Bが信号2A、2B、他系統の信号A、Bが信号1A、1Bとなり、処理の詳細は、第1センサ部10および第1マイコン50の場合と略同様である。
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、センサ素子の検出値に応じた検出信号を含む出力信号Sg1を生成する。第2センサ部20は、複数のセンサ素子、および、センサIC23を有する。センサIC23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Sg2を生成する。
第2マイコン60は、通信部61、異常監視部62、および、トルク演算部63を有する。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。
これにより、出力信号Sg1、Sg2に含める信号1A、1B、2A、2Bを適切に選択することができる。また、トリガ信号に応じて必要な信号を選択することで、常に全ての信号1A、1B、2A、2Bを出力信号Sg1、Sg2に含める場合と比較し、通信時間を短くすることができる。
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。
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Ts1、Ts2が適切に演算される。これにより、操舵トルクTs1、Ts2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。
また、信号1A、1B、2A、2Bが「検出信号」に対応する。第1系統において、信号1A、1Bが「自センサ信号」、信号2A、2Bが「他センサ信号」に対応し、第2系統において、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。
本発明の第2実施形態を図10〜図12に示す。
上記実施形態では、トリガの種類によらず、所定の周期で他系統の信号を取得しているのに対し、本実施形態では、トリガ信号の種類に応じて他系統の信号を取得している点が異なる。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、マイコン50、60における処理は、上記実施形態と略同様である。
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。
S301の処理は図5中のS201の処理と同様であり、S302〜S306の処理はS204〜S208の処理と同様である。本実施形態では、受信したトリガ信号が正常トリガである場合(S303:YES)、他系統の信号2A、2Bを取得することなく、S306にて自系統の信号1A、1Bを含む出力信号Sg1を生成する。
S308では、S209と同様、演算部16は、自系統の信号1A、1B、および、他系統の信号2A、2Bを含む出力信号Sg1を生成する。
S310では、演算部16は、S210と同様、自系統の信号1B、および、他系統の信号2Aを含む出力信号Sg1を生成する。
S312では、演算部16は、S211と同様、自系統の信号1B、および、他系統の信号2Aを含む出力信号Sg1を生成する。
S306、S308、S310、または、S312に続いて移行するS313の処理は、S212と同様である。
ここでも第1実施形態と同様、第1系統での処理を中心に説明する。
図11の時刻x71〜x77の処理は、図8の時刻x31〜x37の処理と同様である。
時刻x83〜x88の処理は、図8の時刻x42〜時刻x47の処理と同様である。
自系統の信号A(ここでは信号1A)が異常であると特定されており、異常判定状態がA異常である場合、図12に示すように、時刻x91から時刻x92にて、マイコン50は、A異常トリガTRGaをセンサIC13に送信し、センサIC13は、A異常トリガTRGaを受信する。センサIC13は、A異常トリガと受信すると、時刻x92から時刻x93にて、第2センサ部20から信号2Aを受信する。
時刻x93〜x98の処理は、図9の時刻x52〜x57の処理と同様である。また、時刻x101〜x108の処理は、時刻x91〜x98の処理と同様である。信号2A、1Bが正常であれば、同様の処理が繰り返される。
センサ部10、20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、正常時における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い、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・・・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 (10)
- 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、
前記センサ部は、他の前記制御部に対応して設けられる前記センサ部である他系統センサ部と、前記検出信号を相互に送受信可能であって、
前記信号処理部は、自身の前記センサ部内にて取得した前記検出信号である自センサ信号、および、前記他系統センサ部から受信した前記検出信号である他センサ信号のうち少なくとも2つが含まれる前記出力信号を生成し、対応して設けられる前記制御部に送信するセンサ装置。 - 前記センサ部は、対応して設けられる前記制御部からトリガ信号を受信可能であって、受信した前記トリガ信号に応じ、前記出力信号に含める前記自センサ信号および前記他センサ信号を選択する請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記センサ部は、前記トリガ信号に応じ、前記他系統センサ部から前記他センサ信号を受信する請求項2に記載のセンサ装置。
- 前記センサ部は、所定の周期で前記他系統センサ部から前記他センサ信号を受信する請求項1または2に記載のセンサ装置。
- 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1〜4のいずれか一項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を検出した場合、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5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の少なくとも2つの信号により異常監視を継続する請求項6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1〜7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8に記載のセンサ装置。 - 請求項9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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