JP7234055B2

JP7234055B2 - 電流方向判定装置

Info

Publication number: JP7234055B2
Application number: JP2019122417A
Authority: JP
Inventors: 健一中川; 宏二小澤; 敦板山
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: JP2021010222A

Description

本発明は、電流方向判定装置に関する。

従来、車両に搭載されて、電動モータの動力によりステアリング機構の操舵をアシストする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）が知られている。

電動パワーステアリング装置の制御では、ハンドル（ステアリングホイール）に加えられる操舵トルクの向きおよび大きさ、ならびに車速に応じた目標電流値が設定される。そして、目標電流値に基づいて、電動モータがフィードバック制御される。これにより、操舵状態に応じた動力が電動モータから出力され、その動力が操舵補助力としてステアリング機構に与えられる。

その一方で、かかる制御を実行するメインＣＰＵ（Central Processing Unit）とは別のサブＣＰＵにより、不正アシストとなる異常制御が行われていないか監視されている。この不正アシスト監視では、サブＣＰＵにより、メインＣＰＵによる電動モータの駆動方向が判定される。また、電動モータに流れる電流が検出される。そして、電動モータの駆動方向および電流値から、不正アシストとなる異常制御が行われているか否かが判定される。

たとえば、電動モータがブラシ付きＤＣモータである場合、電動モータの駆動回路には、図５に示されるＨブリッジ回路１０１を用いることができる。Ｈブリッジ回路１０１は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の直列回路とスイッチＳＷ３，ＳＷ４の直列回路とを並列に設けた構成の回路である。スイッチＳＷ１，ＳＷ３に直流電源が接続され、スイッチＳＷ２，ＳＷ４が抵抗Ｒを介してグランドに接続される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接続点とスイッチＳＷ３，ＳＷ４の接続点とに、電動モータＭが接続される。

スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオンにされ、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフにされることにより、電動モータＭを右方向に回転させる右方向の電流（右電流）が電動モータＭに流れる。一方、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオンにされ、スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオフにされると、電動モータＭを左方向に回転させる左方向の電流（左電流）が電動モータＭに流れる。

そのため、メインＣＰＵからスイッチＳＷ１に制御パルス信号が出力されているときは、メインＣＰＵによる電動モータＭの駆動方向が右方向となり、メインＣＰＵからスイッチＳＷ１に制御パルス信号が出力されていないときは、メインＣＰＵによる電動モータＭの駆動方向が左方向となる。このことから、サブＣＰＵにより、メインＣＰＵからスイッチＳＷ１に出力される制御パルス信号のエッジが検出されて、そのエッジが検出されるときには、電動モータＭの駆動方向が右方向であると判定され、エッジが検出されないときには、電動モータＭの駆動方向が左方向であると判定される。

また、サブＣＰＵにより、抵抗Ｒを流れる電流が検出される。しかしながら、その検出される電流の値には、電動モータＭに流れる電流の方向に応じた符号は付かない。そのため、サブＣＰＵにより、たとえば、電動モータＭの駆動方向が右方向であると判定しているときには、電流値に正の符号が付与され、駆動方向が左方向であると判定しているときには、電流値に負の符号が付される。そして、その符号が付された電流値が正常値であれば、不正アシストとなる異常制御は行われていないと判定され、符号が付された電流値が異常値であれば、不正アシストとなる異常制御が行われていると判定される。

特開２０１６－２０８５９５号公報

ところが、メインＣＰＵからスイッチＳＷ１への制御パルス信号の出力が停止された直後は、電動モータＭに右電流が流れている。このときに電動モータＭの駆動方向の判定および電流値の検出が行われると、サブＣＰＵにより、スイッチＳＷ１への制御パルス信号のエッジが検出されないので、電動モータＭの駆動方向が左方向と判定され、この判定に従って、右電流値の電流値であるにもかかわらず、その電流値に負の符号が付される。当該電流値は、右電流値としては正常値であっても、負の符号が付された電流値としては異常値を示す場合がある。この場合、不正アシストとなる異常制御が行われていると誤判定される。

本発明の目的は、電動モータに流れる電流の方向を正確に判定できる、電流方向判定装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る電流方向判定装置は、電動モータの右駆動時にオンにされ、非駆動時にオフにされる第１スイッチと、電動モータの左駆動時にオンにされ、非駆動時にオフにされる第２スイッチとを備える駆動回路から電動モータに電流が供給され、第１スイッチのオン、第１スイッチおよび第２スイッチのオフならびに第２スイッチのオンが所定周期で切り替えられる構成において、電動モータに流れる電流の方向を判定する装置であって、第１スイッチのオンからの経過時間を計測する第１タイマと、第２スイッチのオンからの経過時間を計測する第２タイマと、第１タイマによる計測時間および第２タイマによる計測時間の両方が０である場合、電動モータが非駆動状態であると判定し、第１タイマによる計測時間が所定周期以上に設定された閾値以下である場合、電動モータが右駆動状態であると判定し、第２タイマによる計測時間が閾値以下である場合、電動モータが左駆動状態であると判定する第１判定手段と、第１判定手段により電動モータが右駆動状態であると判定された場合に、電動モータに流れる電流の方向を右駆動の方向と判定し、第１判定手段により電動モータが左駆動状態であると判定された場合に、電動モータに流れる電流の方向を左駆動の方向と判定し、第１判定手段により電動モータが非駆動状態であると判定された場合に、電動モータに流れる電流の方向を前回の判定方向と同一方向と判定する第２判定手段とを含む。

この構成によれば、第１スイッチのオンからの経過時間が閾値を超えるまでは、電動モータに流れる電流の方向が右駆動の方向であると判定される。また、第２スイッチのオンからの経過時間が閾値を超えるまでは、電動モータに流れる電流の方向が左駆動の方向であると判定される。第１スイッチおよび第２スイッチの両方がオフであるときには、電動モータに流れる電流の方向が前回判定した方向と同一方向であると判定される。これにより、第１スイッチおよび第２スイッチの各オフ直後に電動モータに流れる電流の方向が誤判定されることを抑制でき、電動モータに流れる電流の方向を正確に判定することができる。

本発明によれば、電動モータに流れる電流の方向を正確に判定することができる。

本発明の一実施形態に係る電流方向判定装置が適用されたモータ制御装置の構成を示す図である。電流方向判定処理の流れを示すフローチャートである。電流方向判定処理で使用される真理値表Ａである。電流方向判定処理で使用される真理値表Ｂである。Ｈブリッジの構成を示す回路図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜モータ制御装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電流方向判定装置が適用されたモータ制御装置１の構成を示す図である。

モータ制御装置１は、たとえば、車両に搭載されて、ステアリング機構の操舵をアシストする電動パワーステアリング装置の操舵補助力の動力源である電動モータＭを制御するものである。

モータ制御装置１は、電動モータＭを駆動する駆動回路（モータドライバ）２を備えている。電動モータＭは、ブラシ付きＤＣモータであり、駆動回路２は、Ｈブリッジ回路からなる。Ｈブリッジ回路の構成は、図５に示される構成であり、前述したとおりであるから、ここでの説明を省略する。また、以下の説明では、図５に示される構成が駆動回路２の構成であるとして、図５に示されている参照符号をそのまま使用する。

モータ制御装置１は、メインＣＰＵ３およびサブＣＰＵ４を備えている。メインＣＰＵ３およびサブＣＰＵ４は、たとえば、個別のマイコン（マイクロコントローラユニット）に内蔵されている。マイコンには、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリがさらに内蔵されている。

メインＣＰＵ３は、電動モータＭを制御する。具体的には、メインＣＰＵ３は、車両のステアリングホイールに加えられる操舵トルクの向きおよび大きさ、ならびに車速に応じた目標電流値を設定する。そして、その目標電流値の電流が電動モータＭに供給されるように、目標電流値に応じたデューティの制御パルス信号を駆動回路２に出力する。電動モータＭを右方向（ステアリング機構に右方向の操舵補助力が付与される方向）に駆動する場合、メインＣＰＵ３は、スイッチＳＷ１，ＳＷ４に制御パルス信号を出力する。一方、電動モータＭを左方向（ステアリング機構に左方向の操舵補助力が付与される方向）に駆動する場合、メインＣＰＵ３は、スイッチＳＷ２，ＳＷ３に制御パルス信号を出力する。これにより、操舵状態に応じた動力が電動モータＭから出力され、その動力が操舵補助力としてステアリング機構に与えられる。

そのため、メインＣＰＵ３の暴走などにより、電動モータＭの制御に異常が発生すると、ステアリングホイールの操作に反する操舵補助力がステアリング機構に与えられる可能性がある。そこで、サブＣＰＵ４は、不正アシストとなる異常制御が行われていないかを監視している。不正アシスト監視のため、サブＣＰＵ４は、メインＣＰＵ３から駆動回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２に与えられる信号をサンプリングする。また、サブＣＰＵ４は、駆動回路２の抵抗Ｒに流れる電流の値、つまり電動モータＭに流れる電流の値（以下、「モータ電流値」という。）を検出する。

また、サブＣＰＵ４は、次に説明する電流方向判定処理により、電動モータＭに流れる電流の方向を判定する。そして、電流の方向が電動モータＭを右方向に回転させる右方向であると判定した場合、モータ電流値に正の符号を付し、電流の方向が電動モータＭを右方向に回転させる右方向であると判定した場合、モータ電流値に負の符号を付す。サブＣＰＵ４は、その符号を付した電流値が正常値であれば、不正アシストとなる異常制御は行われていないと判定し、符号を付した電流値が異常値であれば、不正アシストとなる異常制御が行われていると判定する。

なお、駆動回路２のスイッチＳＷ１～ＳＷ４が半導体デバイスで構成される場合、たとえば、スイッチＳＷ１，ＳＷ３には、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴが採用され、スイッチＳＷ２，ＳＷ４には、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴが採用される。

＜電流方向判定処理＞
図２は、サブＣＰＵ４により実行される電流方向判定処理の流れを示すフローチャートである。図３は、電流方向判定処理で使用される真理値表Ａである。図４は、電流方向判定処理で使用される真理値表Ｂである。

一定周期での割り込みタイミングまたはＡ／Ｄ変換直前のタイミングが到来すると、サブＣＰＵ４により、図２に示される電流方向判定処理が実行される。一定周期は、たとえば、サブＣＰＵ４が駆動回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２に与えられる信号をサンプリングするサンプリング周期である。メインＣＰＵ３は、一定の駆動切替周期（所定周期）で、制御パルス信号をスイッチＳＷ１，ＳＷ４に出力する右駆動状態と、制御パルス信号をスイッチＳＷ２，ＳＷ３に出力する左駆動状態と、制御パルス信号を出力しない非駆動状態とに切り替える。サンプリング周期は、駆動切替周期の１／２未満に設定される。Ａ／Ｄ変換は、サブＣＰＵ４により駆動回路２の抵抗Ｒに流れる電流のデジタル値への変換（モータ電流値の検出）であり、一定の検出周期で実行される。

電流方向判定処理では、まず、駆動回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２に与えられる信号がサンプリングされる。そして、信号の立ち上がりまたは立ち下がりのエッジが検出される。スイッチＳＷ１に与えられる信号にエッジが検出される場合、メインＣＰＵ３からスイッチＳＷ１に制御パルス信号が出力されている右駆動状態であり、電動モータＭの駆動方向が右方向（右駆動方向）であると判定できる。また、スイッチＳＷ２に与えられる信号にエッジが検出される場合、メインＣＰＵ３からスイッチＳＷ２に制御パルス信号が出力されている左駆動状態であり、電動モータＭの駆動方向が左方向（左駆動方向）であると判定できる。スイッチＳＷ１，ＳＷ２に与えられる信号にエッジが検出されない場合、メインＣＰＵ３から制御パルス信号が出力されていない非駆動状態であると判定できる。制御上、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に制御パルス信号が同時に与えられることはないので、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に与えられる信号の両方にエッジが検出される場合はない。

サブＣＰＵ４には、図１に示されるように、右タイマ５および左タイマ６が接続されている。スイッチＳＷ１に与えられる信号にエッジが検出されると、右タイマ５が始動されて、右タイマ５による経過時間の計測が開始される。また、スイッチＳＷ２に与えられる信号にエッジが検出された場合には、左タイマ６が始動されて、左タイマ６による経過時間の計測が開始される。

その後、右タイマ５の計測値（以下、「右タイマ値」という。）および左タイマ６の計測値（以下、「左タイマ値」という。）が取得される。そして、図３に示される真理値表Ａが参照されて、右タイマ値および左タイマ値から、電動モータＭの駆動方向が決定される（ステップＳ１）。

図３に示される真理値表Ａの内容は、所定周期、つまり駆動切替周期が５０μｓである場合の一例である。真理値表Ａの内容に従うと、たとえば、右タイマ値が０～５５μｓの範囲内であり、左タイマ値が０μｓである場合、電動モータＭの駆動方向が右駆動方向であると決定される。また、右タイマ値が０μｓであり、左タイマ値が０～５５μｓの範囲内である場合、電動モータＭの駆動方向が左駆動方向であると決定される。左タイマ値および右タイマ値の両方が０μｓである場合、電動モータＭが非駆動状態であると決定される。それら以外の右タイマ値と左タイマ値との組合せは、何らかの異常が発生していない限りは存在しないが、真理値表Ａに従って、右タイマ値および左タイマ値の組合せに応じた駆動方向に決定される。なお、電動モータＭが非駆動状態である場合、その駆動方向を「非駆動方向」とする。

駆動方向の決定後、Ａ／Ｄ変換直前のタイミングであるか否かが判断される（ステップＳ２）。

そして、今回の電流方向判定処理がＡ／Ｄ変換直前のタイミングで開始された場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、図４に示される真理値表Ｂが参照されて、前回の電流方向判定処理で決定された駆動方向（以下、「前回駆動方向」という。）および今回の電流方向判定処理で決定された駆動方向（以下、「今回駆動方向」という。）から、電動モータＭに流れる電流の方向が決定される（ステップＳ３）。

たとえば、前回駆動方向が右駆動方向であり、今回駆動方向が右駆動方向である場合、電動モータＭに流れる電流の方向が右方向（右電流）であると判定される。前回駆動方向が右駆動方向であり、今回駆動方向が非駆動方向である場合、電動モータＭに流れる電流の方向が右方向（右電流）であると判定される。前回駆動方向が右駆動方向であり、今回駆動方向が左駆動方向である場合、電動モータＭに流れる電流の方向が左方向（左電流）であると判定される。また、前回駆動方向が左駆動方向であり、今回駆動方向が右駆動方向である場合、電動モータＭに流れる電流の方向が右方向（右電流）であると判定される。前回駆動方向が左右駆動方向であり、今回駆動方向が非駆動方向である場合、電動モータＭに流れる電流の方向が左方向（左電流）であると判定される。前回駆動方向が左駆動方向であり、今回駆動方向が左駆動方向である場合、電動モータＭに流れる電流の方向が左方向（左電流）であると判定される。

一方、Ａ／Ｄ変換直前のタイミングでない場合、つまり今回の電流方向判定処理が割り込みタイミングで開始された場合（ステップＳ２のＮＯ）、電動モータＭに流れる電流の方向を決定する処理（ステップＳ３）がスキップされる。今回の電流方向判定処理がＡ／Ｄ変換直前のタイミングで開始されていない場合、次のＡ／Ｄ変換直前のタイミングで電流方向判定処理が実行されるまでの間に、モータ電流値が新たに検出されることはない。したがって、電流方向決定の処理がスキップされることにより、その処理が無駄に実行されることを抑制でき、サブＣＰＵ４の負荷を軽減することができる。

その後、今回駆動方向が非駆動方向であるか否かが判断される（ステップＳ４）。そして、今回駆動方向が非駆動方向である場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、前回駆動方向がそのまま継続して前回駆動方向として保持される（ステップＳ５）。今回駆動方向が非駆動方向でない場合には（ステップＳ４のＮＯ）、今回駆動方向が前回駆動方向として保持される（ステップＳ６）。そして、電流方向判定処理が終了される。

＜作用効果＞
この電流方向判定処理によれば、メインＣＰＵ３からスイッチＳＷ１に制御パルス信号が出力されることによるスイッチＳＷ１のオンが検出されてからの経過時間が駆動切替周期以上に設定された閾値の一例である５５μｓを超えるまでは、電動モータＭに流れる電流の方向が右駆動の方向であると判定される。また、メインＣＰＵ３からスイッチＳＷ２に制御パルス信号が出力されることによるスイッチＳＷ２のオンが検出されてからの経過時間が５５μｓを超えるまでは、電動モータＭに流れる電流の方向が左駆動の方向であると判定される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２の両方に制御パルス信号が出力されておらず、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２の両方がオフであるときには、電動モータＭに流れる電流の方向が前回判定した方向と同一方向であると判定される。これにより、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２の各オフ直後に電動モータＭに流れる電流の方向が誤判定されることを抑制でき、電動モータＭに流れる電流の方向を正確に判定することができる。その結果、不正アシストとなる異常制御が行われているか否かを正確に判定することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、駆動回路２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２に与えられる信号がサンプリングされるとしたが、スイッチＳＷ１に与えられる信号に代えて、スイッチＳＷ４に与えられる信号がサンプリングされ、スイッチＳＷ２に与えられる信号に代えて、スイッチＳＷ３に与えられる信号がサンプリングされて、前述と同様の処理が実行されてもよい。

前述の実施形態では、モータ制御装置１が電動パワーステアリング装置の電動モータＭを制御するものであるとした。しかし、モータ制御装置１は、電動パワーステアリング装置以外の装置に備えられる電動モータを制御するものであってもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

２：駆動回路
４：サブＣＰＵ（電流方向判定装置）
５：右タイマ（第１タイマ）
６：左タイマ（第２タイマ）
Ｍ：電動モータ
ＳＷ１：スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２：スイッチ（第２スイッチ）

Claims

電動モータの右駆動時にオンにされ、非駆動時にオフにされる第１スイッチと、前記電動モータの左駆動時にオンにされ、非駆動時にオフにされる第２スイッチとを備える駆動回路から前記電動モータに電流が供給され、前記第１スイッチのオン、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのオフならびに前記第２スイッチのオンが所定周期で切り替えられる構成において、前記電動モータに流れる電流の方向を判定する装置であって、
前記第１スイッチのオンからの経過時間を計測する第１タイマと、
前記第２スイッチのオンからの経過時間を計測する第２タイマと、
前記第１タイマによる計測時間および前記第２タイマによる計測時間の両方が０である場合、前記電動モータが非駆動状態であると判定し、前記第１タイマによる計測時間が前記所定周期以上に設定された閾値以下である場合、前記電動モータが右駆動状態であると判定し、前記第２タイマによる計測時間が前記閾値以下である場合、前記電動モータが左駆動状態であると判定する第１判定手段と、
前記第１判定手段により前記電動モータが右駆動状態であると判定された場合に、前記電動モータに流れる電流の方向を右駆動の方向と判定し、前記第１判定手段により前記電動モータが左駆動状態であると判定された場合に、前記電動モータに流れる電流の方向を左駆動の方向と判定し、前記第１判定手段により前記電動モータが非駆動状態であると判定された場合に、前記電動モータに流れる電流の方向を前回の判定方向と同一方向と判定する第２判定手段とを含む、電流方向判定装置。