JPWO2017122329A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

2重系に構成された二つの制御ユニットは夫々CPUを有し、夫々のCPUは互いに相手方の制御ユニットの入力情報を入手し、正常時には夫々が独立に電動モータを駆動し、入力情報に関連する異常を検知したときは、相手側の制御ユニットの入力情報を利用してモータ駆動を継続し、入力情報以外の情報に関連する異常を検知したときは、その異常の内容に応じて異常が発生した制御ユニットは駆動を継続し又は駆動を停止するよう電動モータを制御し、正常側の制御ユニットは少なくとも通常通り駆動を継続するように電動モータを制御するように構成されている。

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置、特にモータを制御する制御ユニットを冗長化構成とした電動パワーステアリング装置に関するものである。
周知のように、電動パワーステアリング装置は、運転者によりハンドルに加えられた操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに対応したアシストトルクを電動モータに発生させて運転者の操舵をアシストするように構成されている。
このような電動パワーステアリング装置に於いて、従来、電動モータに独立したステータ巻線を二組設け、制御ユニットにその二組のステータ巻線を独立に駆動できるインバータ回路を二組設け、これ等のステータ巻線を対応する夫々のインバータ回路により協働して制御するように構成された電動パワーステアリング装置があった。このような従来の電動パワーステアリング装置は、一方のステータ巻線と一方のインバータ回路の組に異常が発生したときには、他方のステータ巻線と他方のインバータ回路からなる正常な組のみでモータの駆動を継続させるように構成されている。
更に、従来、制御ユニットのインバータ回路以外の部分も2重系として、より万全に故障に備えるようにした電動パワーステアリング装置も存在している(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示された従来の電動パワーステアリング装置は、制御ユニットの構成部材の一部を成すところの、車両に搭載された外部電源としてのバッテリの正極側端子+Bに接続される接続端子、入力回路、CPU(Central Processing Unit)、出力回路、等を夫々二組ずつ備え、これ等の二組のうち一方に異常が発生すると他方の正常側でモータ制御を継続できるように構成されている。
特許第3839358号公報
特許文献1に開示された従来の電動パワーステアリング装置は、前述のように制御ユニットの構成部材の一部を夫々二組備えた冗長制御系を有しているが、このように単に制御ユニットの構成部材を二組有する冗長制御系とすることは、電動パワーステアリング装置の車両への搭載性、コスト面等から不利なことが多く、コストパフォーマンスと安全性の両方を考慮して冗長制御系を構成する必要があった。
又、冗長制御系の一方の制御系に異常が発生したときに、他方の正常な制御系のみで電動モータの制御を継続すると、電動モータの駆動が通常時と比較して不充分となることがある。しかしながら、異常の原因(内容)によっては、異常が発生していない通常時と同様の状態で、つまり通常時と比較して何ら不充分となることなく、電動モータの駆動を継続することができる場合が存在していることがある。従って、冗長制御系の一方の組に異常が発生したときに、異常の原因に関わらず一律に他方の正常な制御系のみで電動モータを制御するようにした冗長制御系を備えた従来の電動パワーステアリング装置には、まだ改良の余地が存在している。
この発明は、前述のような従来の電動パワーステアリング装置に於ける課題を解決するためになされたもので、発生した異常の内容に応じて適切に制御を継続することができ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。
この発明による電動パワーステアリング装置は、
互いに独立した二つの電機子巻線を備えた電動モータを有し、前記電動モータの駆動力により車両のステアリングを操舵する運転者の操舵力をアシストするようにした電動パワーステアリング装置であって、
前記電動モータを駆動する二つの制御ユニットを備え、
前記二つの制御ユニットは、夫々、電源回路と、少なくとも前記運転者が前記車両のステアリングに加える操舵トルクを含む入力情報が入力される入力回路と、前記電動モータを駆動するように構成されたインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動するように構成された駆動回路と、前記入力回路から出力される前記入力情報に基づき演算した制御量に基づく制御指令を前記駆動回路へ入力するCPUを備え、
前記電源回路は、自身が属する前記制御ユニットに電力を供給するように構成され、
前記二つの制御ユニットに夫々設けられた前記CPUは、
自身が属しない前記制御ユニットに於ける前記入力情報を取得できるように構成されると共に、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記入力情報に関連する異常と前記入力情報以外の情報に関連する異常とを検知する異常検知機能を有し、前記何れの異常も検知していない通常時には、前記制御指令を自身が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に与えるように構成され、
前記夫々のCPUのうちの一方のCPUが、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記入力情報に関連する異常を検知したときは、
前記入力情報に関連する異常を検知した前記一方のCPUは、自身が属しない前記制御ユニットに於ける前記入力情報を用いて制御量を演算し、その演算した制御量に基づく制御指令を、前記自身が属する制御ユニットに於ける前記駆動回路に与えるように構成されると共に、前記入力情報に関連する異常を検知していない他方のCPUは、前記通常時と同等の制御指令を自身が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に継続して与えるように構成され、
前記夫々のCPUのうちの一方のCPUが、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知したときは、
前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知した前記一方のCPUは、その検知した異常の内容に応じて、前記電動モータの駆動の停止又は継続の何れかを行う制御指令を、前記自身が属する前記制御ユニットの前記駆動回路に与えるように構成されると共に、前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知していない他方のCPUは、一方のCPUにより検知された前記異常の内容に応じた制御指令を、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に与えるように構成され、
前記二つの制御ユニットに夫々設けられた前記駆動回路は、前記与えられた制御指令に基づいて前記電動モータを制御するように自身の属する前記インバータ回路を駆動するように構成されている、
ことを特徴とする。
この発明によれば、前記電動モータを駆動する二つの制御ユニットを備え、前記二つの制御ユニットは、夫々、電源回路と、少なくとも前記操舵トルクを含む情報が入力される入力回路と、前記電動モータを駆動するように構成されたインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動するように構成された駆動回路と、前記入力回路からの入力情報に基づき演算した制御量に基づく制御指令を前記駆動回路へ入力するCPUを備え、前記電源回路は、自身が属する前記制御ユニットに電力を供給するように構成され、前記二つの制御ユニットに夫々設けられた前記CPUは、自身が属しない前記制御ユニットに於ける前記入力情報を取得できるように構成されると共に、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記入力情報に関連する異常と前記入力情報以外の情報に関連する異常とを検知する異常検知機能を有し、前記何れの異常も検知していない通常時には、前記制御指令を自身が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に与えるように構成され、前記夫々のCPUのうちの一方のCPUが、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記入力情報に関連する異常を検知したときは、前記入力情報に関連する異常を検知した前記一方のCPUは、自身が属しない前記制御ユニットに於ける前記入力情報を用いて制御量を演算し、その演算した制御量に基づく制御指令を、前記自身が属する制御ユニットに於ける前記駆動回路に与えるように構成されると共に、前記入力情報に関連する異常を検知していない他方のCPUは、前記通常時と同等の制御指令を自身が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に継続して与えるように構成され、前記夫々のCPUのうちの一方のCPUが、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知したときは、前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知した前記一方のCPUは、その検知した異常の内容に応じて、前記電動モータの駆動の停止又は継続の何れかを行う制御指令を、前記自身が属する前記制御ユニットの前記駆動回路に与えるように構成されると共に、前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知していない他方のCPUは、一方のCPUにより検知された前記異常の内容に応じた制御指令を、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に与えるように構成され、前記二つの制御ユニットに夫々設けられた前記駆動回路は、前記与えられた制御指令に基づいて前記電動モータを制御するように自身の属する前記インバータ回路を駆動するように構成されているので、何れかの制御ユニットに異常が発生しても、その発生した異常の内容に応じて、適切に電動パワーステアリングを制御することが可能となる。
この発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置の回路図である。 この発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置の構成図である。 この発明の実施の形態2による電動パワーステアリング装置の構成図である。 この発明の実施の形態3による電動パワーステアリング装置の構成図である。 この発明の実施の形態3の変形例による電動パワーステアリング装置に於ける、部分構成図である。 この発明の実施の形態3の変形例による電動パワーステアリング装置に於ける、動作を示す波形図である。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置について、図に基づいて詳細に説明する。図1は、この発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置の回路図であって、第1の制御系と第2の制御系からなる二重の冗長制御系を備えている。以下の説明では、第1の制御系に属する構成部材に「第1」を付し、第2の制御系に属する構成部材に「第2」を付して説明する。
図1に於いて、運転者による操舵トルクに対応したアシストトルクを発生する電動モータ2は、固定子に第1の電機子巻線21と第2の電機子巻線22とからなる二組の三相電機子巻線を備えた三相ブラシレスモータにより構成されている。第1の電機子巻線21は、デルタ結線された第1のU相巻線U1と第1のV相巻線V1と第1のW相巻線W1とにより構成されている。第2の電機子巻線22は、デルタ結線された第2のU相巻線U2と第2のV相巻線V2と第2のW相巻線W2とにより構成されている。第1の電機子巻線21と第2の電機子巻線22は、互いに電気角30度の位相差を有するように固定子に配置されている。
電動モータ2を制御する制御ユニットとして、第1の電機子巻線21に供給する電力を制御する第1の制御ユニット1aと、第2の電機子巻線22に供給する電力を制御する第2の制御ユニット1bとが設けられている。第1の制御ユニット1aと第2の制御ユニット1bは、夫々、車両に搭載された外部電源としてのバッテリ9の正極側端子+Bにイグニッションスイッチ7を介して接続されると共に、バッテリ9の負極側端子GNDに接続されている。
第1の制御ユニット1aは、電動モータ2の第1の電機子巻線21に電力を供給する第1のインバータ回路3aと、バッテリ9の正極側端子+Bと第1のインバータ回路3aとの間を接続/遮断するリレーとして作動する第1の電源リレー用スイッチング素子5aと、第1のインバータ回路3aの後述する各半導体スイッチング素子と第1の電源リレー用スイッチング素子5aを制御する第1の制御回路部4aと、第1のフィルタ6aとを備えている。
第1の電源リレー用スイッチング素子5aは、例えば寄生ダイオードを備えたFETを2個直列に接続して構成され、一方のFETに於ける寄生ダイオードは電流供給方向に対して順方向に接続され、他方のFETに於ける寄生ダイオードは電流供給方向に対して逆方向に接続されている。従って、もしバッテリ9を逆極性に接続した場合であっても、第1の電源リレー用スイッチング素子5aの寄生ダイオードにより、第1のインバータ回路3aの電流が流れるラインを遮断して、第1のインバータ回路3aを保護することができる。尚、第1の電源リレー用スイッチンング素子5aは、大電流が流れるため発熱を伴うので、第1のインバータ回路3aに包含させてもよい。
第1のインバータ回路3aは、第1のU相上アームスイッチング素子31Uaと第1のU相下アームスイッチング素子32Uaとの直列接続体とからなる第1のU相アームと、第1のV相上アームスイッチング素子31Vaと第1のV相下アームスイッチング素子32Vaとの直列接続体からなる第1のV相アームと、第1のW相上アームスイッチング素子31Waと第1のW相下アームスイッチング素子32Waとの直列接続体からなる第1のW相アームを備えている。各アームのスイッチング素子は、例えば、寄生ダイオードを有するMOSFETにより構成されている。
又、第1のインバータ回路3aは、第1のU相アームに並列接続された第1のU相ノイズ抑制用コンデンサ3UCaと、第1のV相アームに並列接続された第1のV相ノイズ抑制用コンデンサ3VCaと、第1のW相アームに並列接続された第1のW相ノイズ抑制用コンデンサ3WCaとを備えている。
又、第1のインバータ回路3aは、第1のU相下アームスイッチング素子32Uaに直列接続された第1のU相電流検出用シャント抵抗3URaと、第1のV相下アームスイッチング素子32Vaに直列接続された第1のV相電流検出用シャント抵抗3VRaと、第1のW相下アームスイッチング素子32Waに直列接続された第1のW相電流検出用シャント抵抗3WRaとを備えている。
更に、第1のインバータ回路3aは、第1のU相上アームスイッチング素子31Uaと第1のU相下アームスイッチング素子32Uaとの直列接続点と第1のU相巻線U1との間に接続された第1のU相モータリレー用スイッチング素子3USaと、第1のV相上アームスイッチング素子31Vaと第1のV相下アームスイッチング素子32Vaとの直列接続点と第1のV相巻線V1との間に接続された第1のV相モータリレー用スイッチング素子3VSaと、第1のW相上アームスイッチング素子31Waと第1のW相下アームスイッチング素子32Waとの直列接続点と第1のW相巻線W1との間に接続された第1のW相モータリレー用スイッチング素子3WSaとを備えている。これ等のモータリレー用スイッチング素子は、例えば寄生ダイオードを有するFETにより構成されている。
第1の制御回路部4aは、第1のCPU10aと、第1の駆動回路11aと、第1の入力回路12aと、第1の電源回路13aとを備えている。第1の駆動回路11aは、後述する第1のCPU10aからの第1の制御指令に基づく第1の駆動信号を発生して第1のインバータ回路3aの前述の各スイッチング素子31Ua、31Va、31Wa、32Ua、32Va、32Waの各制御電極に与え、これ等のスイッチング素子のオン/オフを制御する。尚、第1の駆動回路11aは、小電流しか流れないため第1の制御回路部4aに装着されているが、第1のインバータ回路3aに配置されていてもよい。
又、第1の駆動回路11aは、第1のCPU10aからの指令に基づいて前述の第1のU相モータリレー用スイッチング素子3USa、第1のV相モータリレー用スイッチング素子3VSa、及び第1のW相モータリレー用スイッチング素子3WSaをオン/オフする駆動信号を出力するように構成されており、これ等のスイッチング素子をオフとして、第1のU相巻線U1、第1のV相巻線V1、第1のW相巻線W1を第1のインバータ回路3aから遮断することができる。
更に、第1の駆動回路11aは、第1のCPU10aからの指令に基づいて前述の第1の電源リレー用スイッチング素子5aの駆動信号も出力するように構成されており、この第1の電源リレー用スイッチング素子5aをオフとして、第1のインバータ回路3aへの電源の供給を遮断することができる。
尚、第1の駆動回路11aは、小電流しか流れないため第1の制御回路部4aに装着されているが、第1のインバータ回路3aに配置されていてもよい。
第1の入力回路12aは、電動モータ2の回転子(図示せず)の回転位置を検出する第1の回転センサ17aからの第1の回転子位置検出信号と、ハンドルの近傍に搭載された操舵トルクを検出するトルクセンサや車両の走行速度を検出する速度センサ等の第1のセンサ類8aからの各種検出信号とが入力され、入力されたこれ等の検出信号を第1のCPU10aに入力する。第1のCPU10aは、入力されたそれらの検出信号に基づく情報から電動モータ2を駆動させるための制御量としての電流値に対応する第1の制御指令を演算する。
又、第1のU相電流検出用シャント抵抗3URa、第1のV相電流検出用シャント抵抗3VRa、及び第1のW相電流検出用シャント抵抗3WRaの夫々の両端間の電位差に対応する信号が、夫々、第1のU相電流検出信号、第1のV相電流検出信号、及び第1のW相電流検出信号として、第1の入力回路12aを介して第1のCPU10aに入力される。更に、第1のU相巻線U1、第1のV相巻線V1、及び第1のW相巻線W1の夫々の端子電圧等に対応する信号が、夫々、第1のU相巻線端子電圧検出信号、第1のV相巻線端子電圧検出信号、及び第1のW相巻線端子電圧検出信号として、夫々、第1の入力回路12aを介して第1のCPU10aに入力される。
第1のCPU10aは、これ等の入力された検出信号に基づく検出値と前述の演算により求めた第1の制御指令との偏差を演算し、その偏差をなくするように第1の制御指令を第1の駆動回路11aに与える。その結果、第1の電機子巻線21に供給される第1の電機子電流は、いわゆるフィードバック制御されて所望の値に制御される。
第1のCPU10aは、前述の入力された各情報に基づいて、第1のセンサ類8aのほか、第1の駆動回路11a、第1のインバータ回路3a、第1の電機子巻線21等の異常を検出する異常検出機能を有し、それ等の異常を検出した場合、その異常に応じて、例えばU相のみの電流供給を遮断するために、第1のU相上アームスイッチング素子31Ua、第1のU相モータリレー用スイッチング素子3USaをオフする指令を第1の駆動回路11aに与えることができる。或いは、前述の異常を検出した場合、その異常に応じて、電源自体を元から遮断するために第1の電源リレー用スイッチング素子5aをオフする指令を第1の駆動回路11aに与えることができる。
更に、第1のCPU10aにより前述の異常を検出した場合は、第1のCPU10aは報知手段15を動作させる信号を第1の出力回路16aを介して報知手段15に出力する。ここで、報知手段15は、例えばランプにより構成され、第1のCPU10aからの信号を受けて点灯する。
尚、第1のCPU10aには、後述する第2のセンサ類8b及び第2の回転センサ17b等からも信号が入力されるが、それらの詳細については後述する。
第1の電源回路13aは、第1の制御ユニット1aに設けられた〇印で示す第1の電源端子18aを介して、バッテリ9の正極側端子+Bに車両のイグニッションスイッチ7を介して接続されており、バッテリ9から電力の供給を受け、第1の制御ユニット1aに於ける内部電源として動作する。第1の制御ユニット1aに於ける第1の電源リレー用スイッチング素子5aは、2個の半導体スイッチング素子の直列接続体により構成され、第1の制御回路部4aに於ける第1の駆動回路11aからの駆動信号を受けて、後述するようにオン/オフが制御される。
第1のフィルタ6aは、第1のフィルタコンデンサ61aと第1のフィルタコイル62aとを備え、第1のインバータ回路3aの後述するPWM駆動によるノイズの放出を抑制するものであり、バッテリ9の正極側端子+Bと負極側端子GNDの近傍に配置されている。尚、第1のフィルタ6aは、第1の電源リレー用スイッチング素子5aを介して大電流が流れるため発熱を伴うので、第1のインバータ回路3aに包含させてもよい。
第2の制御ユニット1bは、電動モータ2の第2の電機子巻線22に電力を供給する第2のインバータ回路3bと、バッテリ9の正極側端子+Bと第2のインバータ回路3bとの間を接続/遮断するリレーとして作動する第2の電源リレー用スイッチング素子5bと、第2のインバータ回路3bの後述する各半導体スイッチング素子と第2の電源リレー用スイッチング素子5bを制御する第2の制御回路部4bと、第2のフィルタ6bとを備えている。
第2の電源リレー用スイッチング素子5bは、例えば寄生ダイオードを備えたFETを2個直列に接続して構成され、一方のFETに於ける寄生ダイオードは電流供給方向に対して順方向に接続され、他方のFETに於ける寄生ダイオードは電流供給方向に対して逆方向に接続されている。従って、もしバッテリ9を逆極性に接続した場合であっても、第2の電源リレー用スイッチング素子5bの寄生ダイオードにより、第2のインバータ回路3bの電流が流れるラインを遮断して、第2のインバータ回路3bを保護することができる。尚、第2の電源リレー用スイッチンング素子5bは、大電流が流れるため発熱を伴うので、第2インバータ回路3bに包含させてもよい。
第2のインバータ回路3bは、第2のU相上アームスイッチング素子31Ubと第2のU相下アームスイッチング素子32Ubとの直列接続体とからなる第2のU相アームと、第2のV相上アームスイッチング素子31Vbと第2のV相下アームスイッチング素子32Vbとの直列接続体からなる第2のV相アームと、第2のW相上アームスイッチング素子31Wbと第2のW相下アームスイッチング素子32Wbとの直列接続体からなる第2のW相アームを備えている。各アームのスイッチング素子は、例えば、寄生ダイオードを有するMOSFETにより構成されている。
又、第2のインバータ回路3bは、第2のU相アームに並列接続された第2のU相ノイズ抑制用コンデンサ3UCbと、第2のV相アームに並列接続された第2のV相ノイズ抑制用コンデンサ3VCbと、第2のW相アームに並列接続された第2のW相ノイズ抑制用コンデンサ3WCbとを備えている。
又、第2のインバータ回路3bは、第2のU相下アームスイッチング素子32Ubに直列接続された第2のU相電流検出用シャント抵抗3URbと、第2のV相下アームスイッチング素子32Vbに直列接続された第2のV相電流検出用シャント抵抗3VRbと、第2のW相下アームスイッチング素子32Wbに直列接続された第2のW相電流検出用シャント抵抗3WRbとを備えている。
更に、第2のインバータ回路3bは、第2のU相上アームスイッチング素子31Ubと第2のU相下アームスイッチング素子32Ubとの直列接続点と第2のU相巻線U2との間に接続された第2のU相モータリレー用スイッチング素子3USbと、第2のV相上アームスイッチング素子31Vbと第2のV相下アームスイッチング素子32Vbとの直列接続点と第2のV相巻線V2との間に接続された第2のV相モータリレー用スイッチング素子3VSbと、第2のW相上アームスイッチング素子31Wbと第2のW相下アームスイッチング素子32Wbとの直列接続点と第2のW相巻線W2との間に接続された第2のW相モータリレー用スイッチング素子3WSbとを備えている。これ等のモータリレー用スイッチング素子は、例えば寄生ダイオードを有するFETにより構成されている。
第2の制御回路部4bは、第2のCPU10bと、第2の駆動回路11bと、第2の入力回路12bと、第2の電源回路13bとを備えている。第2の駆動回路11bは、後述する第2のCPU10bからの第2の制御指令に基づく第2の駆動信号を発生して第2のインバータ回路3bの前述の各スイッチング素子31Ub、31Vb、31Wb、32Ub、32Vb、32Wbの各制御電極に与え、これ等のスイッチング素子のオン/オフを制御する。尚、第2の駆動回路11bは、小電流しか流れないため第2の制御回路部4bに装着されているが、第2のインバータ回路3bに配置されていてもよい。
又、第2の駆動回路11bは、第2のCPU10bからの指令に基づいて前述の第2のU相モータリレー用スイッチング素子3USb、第2のV相モータリレー用スイッチング素子3VSb、第2のW相モータリレー用スイッチング素子3WSbをオン/オフする駆動信号を出力するように構成されており、これ等のスイッチング素子をオフとして、第2のU相巻線U2、第2のV相巻線V2、第2のW相巻線W2を第2のインバータ回路3bから遮断することができる。
更に、第2の駆動回路11bは、第2のCPU10bからの指令に基づいて前述の第2の電源リレー用スイッチング素子5bの駆動信号も出力するように構成されており、この第2の電源リレー用スイッチング素子5bをオフとして、第2のインバータ回路3bへの電源の供給を遮断することができる。
尚、第2の駆動回路11bは、小電流しか流れないため第2の制御回路部4bに装着されているが、第2のインバータ回路3bに配置されていてもよい。
第2の入力回路12bは、電動モータ2の回転子(図示せず)の回転位置を検出する第2の回転センサ17bからの第2の回転子位置検出信号と、ハンドルの近傍に搭載された操舵トルクを検出するトルクセンサや車両の走行速度を検出する速度センサ等の第2のセンサ類8bからの各種検出信号とが入力され、入力されたこれ等の検出信号を第2のCPU10bに入力する。第2のCPU10bは、入力されたそれらの検出信号に基づく情報から電動モータ2を駆動させるための制御量としての電流値に対応する第2の制御指令を演算する。
尚、第2の回転センサ17bと前述の第1の回転センサ17aとは同一の構成であって、電動モータ2の回転子の近傍に並置されている、又、第2のセンサ類8bと前述の第1のセンサ類8aとは同一の構成であって、車両の所定部位に並置されている。
又、第2のU相電流検出用シャント抵抗3URb、第2のV相電流検出用シャント抵抗3VRb、及び第2のW相電流検出用シャント抵抗3WRbの夫々の両端間の電位差に対応する信号が、夫々、第2のU相電流検出信号、第2のV相電流検出信号、及び第2のW相電流検出信号として、第2の入力回路12bを介して第2のCPU10bに入力される。更に、第2のU相巻線U2、第2のV相巻線V2、及び第2のW相巻線W2の夫々の端子電圧等に対応する信号が、夫々、第2のU相巻線端子電圧検出信号、第2のV相巻線端子電圧検出信号、及び第2のW相巻線端子電圧検出信号として、夫々、第2の入力回路12bを介して第2のCPU10bに入力される。
第2のCPU10bは、これ等の入力された検出信号に基づく検出値と前述の演算により求めた第1の制御指令との偏差を演算し、その偏差を「0」とする第2の制御指令を第2の駆動回路11bに与える。その結果、第2の電機子巻線22に供給される第2の電機子電流は、いわゆるフィードバック制御されて所望の値に制御される。
第2のCPU10bは、前述の入力された各情報に基づいて、第2のセンサ類8bのほか、第2の駆動回路11b、第2のインバータ回路3b、第2の電機子巻線22等の異常を検出する異常検出機能を有し、それ等の異常を検出した場合、その異常に応じて、例えばU相のみの電流供給を遮断するために、第2のU相上アームスイッチング素子31Ub、第2のU相モータリレー用スイッチング素子3USbをオフする指令を第2の駆動回路11bに与えることができる。或いは、前述の異常を検出した場合、その異常に応じて、電源自体を元から遮断するために第2の電源リレー用スイッチング素子5bをオフする指令を第2の駆動回路11bに与えることができる。
更に、第2のCPU10bにより前述の異常を検出した場合は、第2のCPU10bは報知手段15を動作させる信号を第2の出力回路16bを介して前述の報知手段15に出力する。ここで、報知手段15は、前述のように例えばランプにより構成され、第2のCPU10bからの信号を受けて点灯する。
尚、第2のCPU10bには、前述の第1のセンサ類8a及び第1の回転センサ17a等からも信号が入力されるが、それらの詳細については後述する。
第2の電源回路13bは、第2の制御ユニット1bに設けられた〇印で示す第2の電源端子18bを介して、バッテリ9の正極側端子+Bに車両のイグニッションスイッチ7を介して接続されており、バッテリ9から電力の供給を受け、第2の制御ユニット1bに於ける内部電源として動作する。第2の制御ユニット1bに於ける第2の電源リレー用スイッチング素子5bは、2個の半導体スイッチング素子の直列接続体により構成され、第2の制御回路部4bに於ける第2の駆動回路11bからの駆動信号を受けて、後述するようにオン/オフが制御される。
第2のフィルタ6bは、第2のフィルタコンデンサ61bと第2のフィルタコイル62bとを備え、第2のインバータ回路3bの後述するPWM駆動によるノイズの放出を抑制するものであり、バッテリ9の正極側端子+Bと負極側端子GNDの近傍に配置されている。尚、第2のフィルタ6bは、第2の電源リレー用スイッチング素子5bを介して大電流が流れるため発熱を伴うので、第2のインバータ回路3bに包含させてもよい。
電動モータ2は、前述のように三相二組の電機子巻線21、22が夫々デルタ結線されたブラシレスモータにより構成されている。従って、前述のように回転子の回転位置を検出するための第1の回転センサ17a、及び第2の回転センサ17bが搭載されている。このように、回転センサも冗長制御系を確保するために第1の回転センサ17a、及び第2の回転センサ17bの二組の回転センサが夫々搭載されている。第1の回転センサ17a、及び第2の回転センサ17bが検出した回転子の回転情報は、各々第1の制御回路部4aの第1の入力回路12a、及び第2の制御回路部4bの第2の入力回路12bに伝達される。
尚、電動モータ2は、三相デルタ結線のブラシレスモータでなくても、三相スター結線のブラシレスモータであってもよく、更には、2極2対のブラシ付きモータであってもよい。又、電機子巻線の巻線仕様は、分布巻き、或いは集中巻きの何れでも採用することができる。更に、いわゆる2個のステータを有するタンデムモータであってもよい。又、二組の電機子巻線を協働させる構成でなくても、一組の電機子巻線のみとして所望のモータ回転数、トルクが出力できる構成としてもよい。
以上述べたこの発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置に於いて、少なくとも第1の制御ユニット1aと第1の回転センサ17aと第1の電機子巻線21は、第1の制御系を構成し、少なくとも第2の制御ユニット1bと第2の回転センサ17bと第2の電機子巻線22は、第2の制御系を構成している。第1の制御系と第2の制御系は、第1の電機子巻線21と第2の電機子巻線22に、夫々独立して電流の供給を行なうことが出来るように構成されている。
尚、図1に於ける第1の電源端子18a、第2の電源端子18b以外の○印は、第1の制御ユニット1aと第2の制御ユニット1bに夫々設けられた接続端子を示している。
以上述べたように、第1の制御ユニット1aと第2の制御ユニット1bは、夫々独立に入力情報、制御量の演算値を使用して、独立に電動モータ2を駆動できる構成されている。又、第1の制御ユニット1aと第2の制御ユニット1bの間には各種データや、情報を授受できるように通信ライン14が接続されている。この通信ライン14は、第1のCPU10aと第2のCPU10bの間を接続しており、一方の制御系のCPUが他方の制御系の状況を把握することができる。
例えば第1のCPU10aが第1の制御系の何れかの部材に異常を検出し、そのため所定のスイッチング素子をオフしたとすると、その異常検知の内容、異常が発生した部材、電動モータの駆動状況等を、第2のCPU10bへ伝達することができる。もし、一方のCPU自体に異常が発生した場合は、所定のフォーマットによる定期的な通信信号を他方のCPUが授受することができなくなり、これにより他方のCPUが一方のCPU自体の異常発生を検知することができる。
次に、制御ユニットの構成、及びCPUの機能について、さらに詳細に説明する。図2は、この発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置の構成図であって、前述の第1の制御ユニット1aと第2の制御ユニット1bを包括して制御ユニット1として表示し、第1の制御ユニット1aと第2の制御ユニット1bを構成する各回路間の相互の接続状態を示している。
制御ユニット1は、外部電源としてのバッテリ9から電力が供給され、第1のセンサ類8aと第2のセンサ類8b、及び、電動モータ2の回転子の近傍に装着された第1の回転センサ17aと第2の回転センサ17bから夫々検出信号が入力される。より具体的には、第1の入力回路12aは、インターフェース回路I/F1−1とインターフェース回路I/F1−2とを備えており、第1のセンサ類8aは、インターフェース回路I/F1−1を介して第1のCPU10aと第2のCPU10bに接続され、第1の回転センサ17aは、インターフェース回路I/F1−2を介して第1のCPU10aと第2のCPU10bに接続されている。
又、第2の入力回路12bは、インターフェース回路I/F2−1とインターフェース回路I/F2−2とを備えており、第2のセンサ類8bは、インターフェース回路I/F2−1を介して第2のCPU10bと第1のCPU10aに接続され、第2の回転センサ17bは、インターフェース回路I/F2−2を介して第2のCPU10bと第1のCPU10aに接続されている。
以上の構成により、第1のCPU10a及び第2のCPU10bは、冗長制御系に於ける自己の制御系のセンサ情報のみならず、他方の制御系のセンサ情報も取得することができる。
第1の電源回路13aは、前述のように、バッテリ9からイグニッションスイッチ7を介して第1の電源端子18aによりバッテリ9の正極側端子+Bに接続され、バッテリ9の例えばDC12[V]を受けて、第1の定電圧源19aとして例えばDC5[V]の定電圧を出力するように構成されている。第2の電源回路13bは、前述のように、バッテリ9からイグニッションスイッチ7を介して第2の電源端子18bによりバッテリ9の正極側端子+Bに接続され、バッテリ9の例えばDC12[V]を受けて、第2の定電圧源19bとして例えばDC5[V]の定電圧を出力するように構成されている。
第1の定電圧源19aと第2の定電圧源19bは、夫々独立した電源系統であり、冗長制御系を構成する他方の制御系の回路へ電源を供給する構成ではない。従って、第1の電源回路13aが第2のCPU10bへ電源を供給することはなく、第2の電源回路13bが第1のCPU10aへ電源を供給することはない。
第1のCPU10aから制御指令を受けた第1の駆動回路11aは、第1のインバータ回路3a及び第1の電源リレー用スイッチング素子5aを独立して制御する。同様に、第2のCPU10bから制御指令を受けた第2の駆動回路11bは、第2のインバータ回路3b及び第2の電源リレー用スイッチング素子5bを独立して制御する。
図2では、第1のインバータ回路3aには第1の電源リレー用スイッチング素子5aが包含され、第2のインバータ回路3bには第2の電源リレー用スイッチング素子5bが包含されるものとして図示している。又、第1のインバータ回路3aには、第1のU相電流検出用シャント抵抗3URa、第1のV相電流検出用シャント抵抗3VRa、第1のW相電流検出用シャント抵抗3WRaの各両端間の電圧及び電動モータ2の第1の電機子巻線21の端子電圧等を検出する回路の一部も内蔵されている。第2のインバータ回路3bには、第2のU相電流検出用シャント抵抗3URb、第2のV相電流検出用シャント抵抗3VRb、第2のW相電流検出用シャント抵抗3WRbの各両端間の電圧及び電動モータ2の第2の電機子巻線22の端子電圧等を検出する回路の一部も内蔵されている。
又、図2では、第1の駆動回路11aには、前述の第1のU相電流検出用シャント抵抗3URa、第1のV相電流検出用シャント抵抗3VRa、第1のW相電流検出用シャント抵抗3WRaの各両端間の電圧及び電動モータ2の第1の電機子巻線21の端子電圧等を検出する回路の他の部分が内蔵されている。更に、第2の駆動回路11bには、前述の第2のU相電流検出用シャント抵抗3URb、第2のV相電流検出用シャント抵抗3VRb、第2のW相電流検出用シャント抵抗3WRbの各両端間の電圧及び電動モータ2の第2の電機子巻線22の端子電圧等を検出する回路の他の部分が内蔵されている。
第1の駆動回路11aは、第1のインバータ回路3aへ向かう出力信号11a1と、第1のCPU10aと第2のCPU10bの双方へ向かう入力信号11a2とを発生する。第2の駆動回路11bは、第2のインバータ回路3bへ向かう出力信号11b1と、第2のCPU10bと第1のCPU10aの双方へ向かう入力信号11b2とを発生する。尚、図中、太い白抜きの矢印は、複数の配線、及び/又は、複数の情報が内蔵されていることを示している。
又、ここでは、第1の入力回路12a、及び第2の入力回路12bは、第1のセンサ類8aと第2のセンサ類8b、第1の回転センサ17aと第2の回転センサ17b、第1のインバータ回路3aと第2のインバータ回路3b、の各種電圧信号も全て含んだ総称とする。そのため図2では、一方の制御系のインバータ回路からの入力信号も自身の制御系のCPUのみならず他方の制御系のCPUへも伝達されるように接続され、更に、一方の制御系の入力回路からの入力情報は、自身の制御系のCPUのみならず他方の制御系のCPUにも入力される用に接続されている。又、一方の制御系のCPUと他方の制御系のCPUは、通信ライン14により相互に情報を伝達するように接続されている。
次に、以上のように構成された制御ユニット1に於いて、第1のCPU10a、及び第2のCPU10bの機能について更に詳細に説明する。第1のCPU10aと第2のCPU10bは、全く同一種類のCPUで構成され、ほぼ同一のソフトウエアが内蔵されている。
第1のCPU10aは、第1の入力回路12aを介して第1のセンサ類8aと第1の回転センサ17aからの入力情報、及び第1のインバータ回路3a等からの入力情報が入力され、これ等の入力情報に基づいて運転者による操舵トルクをアシストするために電動モータ2の第1の電機子巻線21へ電流を供給するための制御量を演算し、その演算結果を第1の制御指令として出力して第1の駆動回路11aに与える。
又、第1のCPU10aは、各入力情報をモニタすることにより自身の制御系の異常を検出する異常検出機能を有している。即ち、第1のCPU1aは、第1のセンサ類8a、又は第1の回転センサ17aの検出値が所定範囲外の値である場合、若しくはそれ等の検出値が急激に変化した場合に、第1のセンサ類8a、又は第1の回転センサ17aの異常を検出する。又、他方の制御系の情報を取得しているので、第2のセンサ類8b、又は第2の回転センサ17bの検出値が変化しているにもかかわらず、それに対応する第1のセンサ類8a、又は第1の回転センサ17aの検出値が固定していることで、それ等の固着異常を検出する。
又、第1のCPU1aは、所定の制御指令を出力しているにもかかわらず、第1のU相電流検出用シャント抵抗3URa、第1のV相電流検出用シャント抵抗3VRa、第1のW相電流検出用シャント抵抗3WRaのうちの少なくとも何れかのシャント抵抗の両端間の電圧の値が所定範囲外の値である場合、つまり所望の電流が流れていない場合又は大電流が流れている場合に、第1のインバータ回路3aの異常を検出する。
更に、第1のCPU1aは、第1のインバータ回路3aに於ける各相の上アームスイッチング素子31Ua、31Va、31Wa、及び各相の下アームスイッチング素子32Ua、32Va、32Waの駆動状態に対応した所定の端子電圧が、第1の電機子巻線21の少なくとの何れかの相巻線の端子から発生していない場合に、第1の電機子巻線21の異常を検出する。
又、第1のCPU1aは、第1のインバータ回路3aの各スイッチング素子の夫々のオン、オフ動作の有無をこれ等のスイッチング素子の両端間の電圧でチェックすることも可能である。以上のように、第1のCPU3aは、自身の属する制御系の各回路等の異常を夫々判断し、これを記憶することができる。
第2のCPU10bは、第2の入力回路12bを介して第2のセンサ類8bと第2の回転センサ17bからの入力情報、及び第2のインバータ回路3b等からの入力情報が入力され、これ等の入力情報に基づいて運転者による操舵トルクをアシストするために電動モータ2の第2の電機子巻線22へ電流を供給するための制御量を演算し、その演算結果を第2の制御指令として出力して第2の駆動回路11bに与える。
又、第2のCPU10bは、各入力情報をモニタすることにより自身の属する制御系の異常を検出する異常検出機能を有している。即ち、第2のCPU1bは、第2のセンサ類8b、又は第2の回転センサ17bの検出値が所定範囲外の値である場合、若しくはそれ等の検出値が急激に変化した場合に、第2のセンサ類8b、又は第2の回転センサ17bの異常を検出する。又、他方の制御系の情報を取得しているので、第2のセンサ類8a、又は第1の回転センサ17aの検出値が変化しているにもかかわらず、それに対応する第2のセンサ類8b、又は第2の回転センサ17bの検出値が固定していることで、それ等の固着異常を検出する。
又、第2のCPU1bは、所定の制御指令を出力しているにもかかわらず、第2のU相電流検出用シャント抵抗3URb、第2のV相電流検出用シャント抵抗3VRb、第2のW相電流検出用シャント抵抗3WRbのうちの少なくとも何れかのシャント抵抗の両端間の電圧の値が所定範囲外の値である場合、つまり所望の電流が流れていない場合又は大電流が流れている場合に、第2のインバータ回路3bの異常を検出する。
更に、第2のCPU1bは、第2のインバータ回路3bに於ける各相の上アームスイッチング素子31Ub、31Vb、31Wb、及び各相の下アームスイッチング素子32Ub、32Vb、32Wbの駆動状態に対応した所定の端子電圧が、第2の電機子巻線22の少なくとの何れかの相巻線の端子から発生していない場合に、第2の電機子巻線22の異常を判断することができる。
又、第2のCPU1bは、第2のインバータ回路3bの各スイッチング素子の夫々のオン、オフ動作の有無をこれ等のスイッチング素子の両端間の電圧でチェックすることも可能である。以上のように、第2のCPU3bは、自身の属する制御系の各回路等の異常を夫々判断し、これを記憶することができる。
更に、図2に示すように回路網が形成されているので、第1のCPU10a及び第2のCPU10bは、自身の属する制御系の入力情報のみならず相手方の制御系の入力情報も取得しており、自身の属する制御系のみならず相手方の制御系の異常も把握することができる。又、第1のCPU10aと第2のCPU10bは、通信ライン14で相互に接続されているので、自己のCPUでの異常の検出内容を他方のCPUへ伝達ことも可能である。
又、第1のCPU10aと第2のCPU10bは、夫々の属する制御系の入力系統関連の異常のみならず、入力情報から演算した出力情報としての制御量及び/又は制御指令の内容も相手側の制御系のCPUに送信することも可能であり、これにより、自身が演算した自身の属する制御系の制御量及び/又は制御指令の内容と、相手方の制御系のCPUが演算した制御量及び/又は制御指令の内容とを比較して、入力情報が両者略同一であるにもかかわらず、出力情報が異なるという異常も把握することができる。その結果、第1のCPU10a及び第2のCPU10bは、自身の属する制御系と相手方の属する制御系の種々の異常、及びその内容を検出することができる。又、通信ライン14が設けられていることにより、相手方の制御系のCPUから通信が途切れた場合に、相手方の制御系のCPU自体に異常が発生していることも検出することができる。
第1のCPU10a、及び第2のCPU10bは、正常時には夫々独立に入力情報から制御指令を出力し、夫々電動モータ2の対応する第1の電機子巻線21及び第2の電機子巻線22に電流を供給する。但し、電動モータ2の出力軸が所望の回転数及びトルクを出力できるように、第1のCPU10a、及び第2のCPU10bの制御指令を、相互に協働して出力する場合もあるが、この場合も基本的には独立制御である。例えば、電動モータの電機子巻線の構造によっては、制御ユニット1からの第1の電機子巻線21への出力と第2の電機子巻線22への出力との間に所定の位相差を持たせないと電動モータ2がスムーズに回転しない場合があるが、このような場合であっても、夫々のCPUが独立の制御量を演算し、実際に出力する時点で所望の位相差となるように例えば両CPUで同期を取る等の駆動制御を行なうことにより対応することができる。
第1のCPU10a、又は第2のCPU10bが自身の属する制御系の異常、特に入力系統関連の異常を検出した場合は各制御系が独立制御されているので、本来は異常発生側の制御系は電動モータの駆動を継続することができない。しかし、図2に示すように、この発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置によれば、一方の制御系の入力情報が他方の制御系のCPUに入力されるように構成されているので、一方の制御系の異常時には相手方の制御系の入力情報を利用して、電動モータ2の駆動を継続するように動作することができる。又、正常側の一方の制御系のCPUは、相手方の制御系のCPUが相手側の制御系の異常に対応して動作していることを認識することにより、例えば自身の制御量を補正することも可能である。
又、各制御系のCPUは、その他の入力系統関連の異常内容として、相手方の制御系の電源回路の出力電圧値5[V]又は入力電圧値12[V]をモニタすることにより、自身の属する制御系の電源回路の異常も把握することができる。
以上述べたように、この発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置によれば、一方の制御系の入力系統関連の異常時に於ける制御にあっては、電動モータ2を正常時と同様に駆動するように構成されているため、運転者は車両の運転状態からは全く異常を感じることはできない。そこで前述したように、報知手段15を構成するランプを点灯、点滅することで異常を運転者に知らせるように、各制御系のCPUは、自身の属する制御系の出力回路を介して報知手段15に点灯/点滅信号を出力する。
次に出力系統関連の異常の検出、及びその対処の仕方について説明する。ここで出力系統関連とは、図2に於ける第1の駆動回路11a及び第2の駆動回路11b、第1のインバータ回路3a及び第2のインバータ回路3b、更には電動モータ2の第1の電機子巻線21及び第2の電機子巻線22を指している。
出力系統関連の異常の内容としては、電動モータ2の二組の電機子巻線21、22のうちの少なくとも一方の電機子巻線に於ける、少なくとも何れかの相巻線の異常に関するもの、何れかの電源リレー用スイッチング素子5a、5bに関するもの、何れかの駆動回路11a、11bの異常に関するもの、或いはこれらの複合的な異常に関するもの等、多種多様の異常が考えられる。
そこで、異常による影響に応じて異常レベルを、異常レベル1、異常レベル2、及び異常レベル3、に区分し、異常発生時に該当する異常レベルに対応した対処を行なう。例えば、異常レベル3は、第1の電源リレー用スイッチング素子5a又は第2の電源リレー用スイッチング素子5bのオープン故障し、或いは第1のインバータ回路3a又は第2のインバータ回路3bの上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子のショート故障した場合のように、電動モータ2へ電流供給が全く不可能となるレベルの異常とする。この異常レベル3では、異常発生側の制御系は電動モータ2の駆動を停止するしか対処の仕方はなく、正常側の制御系のみで電動モータ2の駆動を継続する。
次に異常レベル1は、例えば第1の電源リレー用スイッチング素子5a又は第2の電源リレー用スイッチング素子5bのショート故障し、或いは第1のインバータ回路3aの各相のモータリレー用スイッチング素子3USa、3VSa、3WSa又は第2のインバータ回路3bの各相のモータリレー用スイッチング素子3USb、3VSb、3WSbのショート故障した場合のように、異常が発生しているが、直ちに電動モータ2の駆動に影響が及ばないレベルの異常である。このような異常レベル1では、その異常を報知手段15を介して運転者に知らせるのみで、入力系統の異常の場合と同様に通常通り電動モータ2の駆動を継続するものであり、この異常レベル1に対する対処の仕方は入力系系統の異常の場合の対処の仕方と同等である。
異常レベル2は、異常レベル1と異常レベル3の中間レベルの異常であり、電動モータ2の駆動中止までには至らないが正常な駆動はできないレベルの異常を意味している。例えば、第1のインバータ回路3a又は第2のインバータ回路3bの上アームスイッチング素子又は下アームスイッチング素子のうちの1個のみがオープン故障し、若しくは第1のインバータ回路3aの各相のモータリレー用スイッチング素子3USa、3VSa、3WSa又は第2のインバータ回路3bの各相のモータリレー用スイッチング素子3USb、3VSb、3WSbのうちの1個、のみがオープン故障した場合のようなレベルの異常である。
この異常レベル2の場合は、異常が発生した制御系に於ける電機子巻線の正常な少なくとも2つの相による二相駆動が可能である。そのため異常が発生した制御系では正常な2つの相による二相駆動を行い、一方、正常な制御系では通常通り三相駆動を継続することにより、操舵力アシストは100[%]ではないにしても、正常時の半分以上の操舵力アシストが可能である。更に、異常が発生した制御系が二相駆動中であることが通信ライン14により正常な制御系のCPUに通知されるので、正常な制御系に余裕があれば異常が発した制御系の異常な一つの相の分を補うように、正常な制御系の出力で補足することも可能である。この補足は、正常な制御系の制御量を全体的に増大する、又は異常が発生した制御系の一つの相に対応する正常側の制御系の相の制御量を増大することにより行うことができる。
又、異常を検知した場合の報知手段15への出力については、図1、図2に記載のようにどちらかの制御系のCPUからの出力に基づくものであっても、例えば報知手段15としてのランプを点灯することができるように構成されている。即ち、異常発生の検知がCPU以外、つまりCPU自体が何れの制御系とも正常に動作している場合、異常を検知した制御系のCPUから、報知手段15としてのランプを点灯若しくは点滅させ得る制御信号を出力する。この場合、異常内容に応じてその点灯モードを変更することも可能である。また、異常が1方の制御系のCPU自体に及んでいる場合、両方の制御系のCPUから報知手段15を駆動できるように構成しているので、異常が発生した制御系のCPUの代わりに正常側の制御系のCPUにより報知手段15を駆動することも可能である。
以上のように、この発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置によれば、自身の制御系の入力系統関連の情報を他方の制御系のCPUに伝達し、自身の制御系の入力系統関連の異常を検知した場合、他方の制御系の入力情報を利用して電動モータの駆動を継続することにより、電動モータの駆動を停止して車両の走行を不可能にすることなく、継続して車両を走行することができるようになり、その制御系の冗長性を向上させることができる。又、自身の制御系の出力系統関連の系の異常に関しては、できる限り自身の制御系で電動モータの駆動を継続し、正常な制御系は、異常が発生した制御系の異常に対する対応内容を認識することにより、異常が発生した制御系の動作の不足分を補充することも可能となる。
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2による電動パワーステアリング装置について説明する。図3は、この発明の実施の形態2による電動パワーステアリング装置の構成図である。図3は、実施の形態1の図2に対応する構成図であり、図2と同一符号は同一又は相当の部位を示している。図3に於いて、第1の入力回路12a、及び第2の入力回路12bからの入力系統の情報は、夫々独立に第1のCPU10a、及び第2のCPU10bへ入力される。
一方の制御系のCPUには、他方の制御系の入力情報が通信ライン14を介して所定の処理リサイクル毎に受信され、一方の制御系の入力情報は他方の制御系のCPUに通信ライン14を介して所定の処理サイクル毎に送信される。そのため、図に示す実施の形態1の場合に比べて配線が省略できるメリットがあり、又、一方の制御系のCPUが取得したデータを他方の制御系のCPUに転送するので、CPU内の機能の異常、例えばA/D変換機能を両者の比較により検証することが可能である。
又、一方の制御系に属する第1の駆動回路11aから出力される入力情報は、他方の制御系に属する第2のCPU10bのみに伝送される。更に、一方の制御系に属する第1のインバータ回路3aから出力される入力情報は、第1の駆動回路11aを介して他方の制御系に属する第2のCPU10bのみに伝送される。同様に、他方の制御系に属する第2の駆動回路11bから出力される入力情報は、一方の制御系に属する第1のCPU10aのみに伝送される。更に、他方の制御系に属する第2のインバータ回路3bから出力される入力情報は、第2の駆動回路11bを介して一方の制御系に属する第1のCPU10aのみに伝送される。
このように夫々の制御系の出力と入力は、異なる制御系のCPUで夫々チェックされるように構成されている。つまり、この発明の実施の形態2による電動パワーステアリング装置は、夫々の制御系のCPU同士が相手方の制御系をモニタしてチェックするようにした構成であり、これにより相互の制御系の監視をより強固にすることができる。尚、相手方の制御系の制御量、制御指令の出力値は、通信ライン14を介して入手することが可能である。
又、一方の制御系の駆動回路に設けられている初段駆動回路の出力を、他方の制御系のCPUからの指令に基づいて強制的に停止できる禁止(インヒビタ)端子が設けられている。即ち、第1のインバータ回路3aの各スイッチング素子を駆動する第1の駆動回路11aに設けられている第1の初段駆動回路11cは、第2のCPU10bからの指令に基づいて動作する第1の禁止端子11eからの信号により強制的に出力が停止されるように構成されている。そうするために、第1の駆動回路11aに設けられた第1の禁止端子11eは、第2のCPU10bの出力ラインに接続されている。
同様に、第2のインバータ回路3bの各スイッチング素子を駆動する第2の駆動回路11bに設けられている第2の初段駆動回路11dは、第1のCPU10aからの指令に基づいて動作する第2の禁止端子11fからの信号により強制的に出力が停止されるように構成されている。そうするために、第2の駆動回路11bに設けられた第2の禁止端子11fは、第1のCPU10aの出力ラインに接続されている。
更に、第1のインバータ回路3aには、第1の電源リレー用スイッチング素子5aをオン/オフすることができる制御端子の先端部に第1のAND回路5cが追加され、この第1のAND回路5cの2本の入力端子のうちの一方の入力端子には第1のCPU10aからの出力ラインが接続され、他方の入力端子には第2のCPU10bの出力ラインが禁止端子を介して接続されている。同様に、第2のインバータ回路3bには、第2の電源リレー用スイッチング素子5bをオン/オフすることができる制御端子の先端部に第2のAND回路5dが追加され、この第2のAND回路5dの2本の入力端子のうちの一方の入力端子には第2のCPU10bからの出力ラインが接続され、他方の入力端子には第1のCPU10aの出力ラインが禁止端子を介して接続されている。
その他の構成は、第1の実施の形態による電動パワーステアリング装置と同様である。
以上のように構成されたこの発明の実施の形態2による電動パワーステアリング装置によれば、一方の制御系の出力系統関連の回路に、他方の制御系のCPUからの強制的に出力停止用の信号ラインを接続しているので、一方の制御系のCPUが制御不可能となるような異常が発生した場合、又は前述の実施の形態1に記載の異常レベル3のような異常を検知した場合、1個のCPUでは電動モータの駆動を停止できない可能性がある状況に陥った場合であっても、他方の制御系のCPUからの指令により電動モータの駆動を停止することができる。その結果、2重系の安全性を更に高めることができる。
又、この発明の実施の形態2による電動パワーステアリング装置によれば、一方の制御系のCPUには、他方の制御系の入力情報が通信ライン14を介して受信され、一方の制御系の入力情報は他方の制御系のCPUに通信ライン14を介して送信されるように構成されているので、一方の制御系のCPUは、通信ライン14を介した他方の制御系のCPUからの通信情報が途切れるにことにより、他方の制御系のCPUに異常が発生していることを極めて簡単に認識することができる。
更に、電源回路の不良、図示していないがCPUのクロック部の異常、或いはCPUの演算異常による制御量の異常値等々の異常発生が考えられるが、このような場合、CPUの特に出力ポートの状態が電動モータの駆動をオンする側に固着してしまう可能性があるが、この発明の実施の形態2による電動パワーステアリング装置によれば、一方の制御系のインバータ回路に於ける電源リレー用スイッチング素子をオン/オフすることができる制御端子にAND回路が設けられ、このAND回路の2本の入力端子のうちの一方の入力端子に自身の制御系のCPUからの出力ラインを接続し、他方の入力端子に他方の制御系のCPUの出力ラインを禁止端子を介して接続しているので、電動モータの駆動を強制的に遮断することができる。
以上述べたように、この発明の実施の形態2による電動パワーステアリング装置によれば、入力系統関連の情報は夫々の制御系のCPUの間の通信ラインを介して情報を授受することにより、配線を簡略化することができる。又、出力系統関連の情報は互いの制御系の出力指令の結果をチェックすることにより相互監視を強化することができる。又、一方の駆動回路又は電源リレー用スイッチング素子を他方の制御系のCPUにより出力停止させることができるため、安全性がより強固となる。
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3による電動パワーステアリング装置について説明する。図4は、この発明の実施の形態3による電動パワーステアリング装置の構成図である。図4は、前述の実施の形態1に於ける図2に相当する構成図であり、それと同一符号は同一又は相当の部位を示している。
図4に於いて、第1のCPU10aと第1の駆動回路11aとの間に第1の切替え回路21aが挿入され、第2のCPU10bと第2の駆動回路11bとの間に第2の切替え回路21cが挿入されている。第1の切替え回路21aには第1のCPU10aと第2のCPU10bからの出力指令信号が入力されており、第1のCPU10aと第2のCPU10bの出力指令信号のうちの一方と選択的に接続される切替え手段としてのスイッチが内蔵されている。同様に、第2の切替え回路21cには第2のCPU10bと第1のCPU10aからの出力指令信号が入力されており、第2のCPU10bと第1のCPU10aの出力指令信号のうちの一方と選択的に接続される切替え手段としてのスイッチが内蔵されている。
第1の切替え回路21aの出力端子は、通常は第1のCPU10aと接続され、第2の切替え回路21cの出力端子は、通常は第2のCPU10bと接続されるようにスイッチングされている。第1の切替え回路21aのスイッチングは、第1のCPU10aからの第1の切替え信号21bにより切り替えることが可能である。第2の切替え回路21cのスイッチングは、第2のCPU10bからの第2の切替え信号21bにより切り替えることが可能である。
その他の構成は、前述の実施の形態1による電動パワーステアリング装置の場合と同様である。
以上のように、第1の切替え回路21a及び第2の切替え回路21cを設けたことにより、一方の制御系統に属するCPU又は出力系統関連の回路以外の部位に異常が発生した場合、他方の制御系統のCPUの駆動により電動モータ駆動を継続することが可能となる。例えば、第1のCPU10aが、自身の制御系の制御量又は出力指令等の異常を検出した場合、つまり自身の制御系の出力系統関連の回路は正常であるが、自身の制御系のその他の部位に異常が発生した場合、他方の制御系に属する第2のCPU10bの出力指令に基づいて、異常が発生した自身の制御系の出力系統関連の回路を介して電動モータ2の駆動を継続することができる。これにより、出力系統関連の回路が正常であれば、例えCPU自体が異常に陥った場合であっても、通常とほぼ同様に電動モータの駆動を継続することが可能となる。
尚、第1の切替え信号21bと第2の切替え信号21dは、自身が属する制御系のCPUと接続されているので、例えばハイレベル又はローレベルの、一方的な電圧信号で切替えるものではなく、所定周期のオンオフ信号によって通常側にスイッチングされ、その所定周期のオンオフ信号が入力されない場合に、他方の制御系のCPUに接続されるように切替わるので、CPU自身の異常時の対応が可能となる切替え機能を備えることができる。
図5Aは、この発明の実施の形態3の変形例による電動パワーステアリング装置に於ける、部分構成図である。図5Aに示す変形例は、切替え回路の変形例を示すものであって、第1の切替え回路21aを例として示しているが、第2の切替え回路21cも、同様に構成することができる。図5Aに於いて、第1の切替え回路21aへの第1の切替え信号21bは、第1の論理和回路21eから出力される。第1の論理和回路21eに於ける2つの入力端子のうち、一方の入力端子には第1のCPU10aから第1の指令信号が入力され、他方の入力端子には第2のCPU10bから第2の指令信号が入力される。
図5Bは、この発明の実施の形態3の変形例による電動パワーステアリング装置に於ける、動作を示す波形図であって、Aは、第1のCPU10aから出力される第1の指令信号10c、Bは、第2のCPU10bから出力される第2の指令信号10d、Cは、第1の論理和回路21eから出力される第1の切替え信号21b、を夫々示している。Aに示される第1の指令信号10cは、所定の周期で、ハイレベルH1の区間と、このハイレベルH1の区間より長いローレベルL1の区間とが交互に繰り返される。Bに示される第2の指令信号10dは、第1の指令信号10cと同一の所定の周期で、且つ第1の指令信号10cに対して位相がずれて発生され、ハイレベルH2の区間と、このハイレベルH2の区間より長いローレベルL2の区間とが交互に繰り返される。
図5BのAとBに示されるように、第2の指令信号10dのハイレベルH2の区間は、第1の指令信号10cがローレベルL1の区間にある時刻に発生し、第1の指令信号10cのハイレベルH1の区間は、第2の指令信号10dがローレベルL2の区間にある時刻に発生するように、第1の指令信号10cと第2の指令信号10dは位相差を持って発生される。
図5BのCに示されるように、第1の論理和回路21eの出力である第1の切替え信号21bは、第1の指令信号10cと第2の指令信号10dのうち何れか一方がハイレベルのときにハイレベルH3となり、第1の指令信号10cと第2の指令信号10dの何れもローレベルのときにローレベルL3となる。第1のCPU10aと第2のCPU10bが共に正常であれば第1の切替え信号21bが図5BのCに示されるように所定の早い周期で発生され、第1の切替え回路21aは第1のCPU10aに接続され、第1の駆動回路11aには第1のCPU10aからの制御指令が入力されるように構成されている。
更に、第1のCPU10aが正常であり図5BのAに示す第1の指令信号10cを発生し、第2のCPU10bが異常となってハイレベルH2又はローレベルL2が継続して発生した場合は、第1の論理和回路21eの出力である第1の切替え信号21bは図5Bに示される第1の指令信号10cと同一の信号となり、この場合も第1の切替え回路21aは第1のCPU10aに接続され、第1の駆動回路11aには第1のCPU10aからの制御指令が入力されるように構成されている。
このように、第1の切替え回路21aは、第1のCPU10aが正常であれば第2のCPU10bが正常であると否とにかかわらず、第1のCPU10aに接続され、第1の駆動回路11aには第1のCPU10aからの制御指令が入力される。一方、第1のCPU10aが異常となってハイレベルH1又はローレベルL1が継続して発生した場合は、第1の切替え回路21aは、第2のCPU10bに接続され、第1の駆動回路11aには第2のCPU10bからの制御指令が入力されるように構成されている。
又、第1のCPU10aからの第1の指令信号10cと第2のCPU10bからの指令信号10dが、共にハイレベルH1又はローレベルL1を継続して発生する信号となった場合は、両方のCPUが異常である可能性が大のため、第1の切替え回路21aはどちらのCPUにも接続しない第3モード接点を備えた構成としてもよい。
又、第1の切替え信号21bの周期をチェックするために、例えば、第1の切替え信号21bの周期計測回路を複数個配置して、第1の切替え信号21bの周期が「早い」、「遅い」、「その中間」に区分して第1の切替え回路21aをスイッチングさせるように構成することも可能である。
以上述べたように、この発明の実施の形態3による電動パワーステアリング装置によれば、CPUが異常時のことを考慮して切替え回路を有することで、CPU自身の異常であっても、その出力系回路を有効に使用して、モータ駆動を継続することが可能となる。
尚、この発明は前述の実施の形態1、2、及び3による電動パワーステアリング装置に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態1から3の構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。
1 制御ユニット、1a 第1の制御ユニット、1b 第2の制御ユニット、2 電動モータ、21 第1の電機子巻線、22 第2の電機子巻線、3a 第1のインバータ回路、3b 第2のインバータ回路、4a 第1の制御回路部、4b 第2の制御回路部、5a 第1の電源リレー用スイッチング素子、5b 第2の電源リレー用スイッチング素子、6a 第1のフィルタ、6b 第2のフィルタ、61a 第1のフィルタコンデンサ、61b 第2のフィルタコンデンサ、62a 第1のフィルタコイル、62b 第2のフィルタコイル、7 イグニッションスイッチ、8a 第1のセンサ類、8b 第2のセンサ類、9 バッテリ、10a 第1のCPU、10b 第2のCPU、11a 第1の駆動回路、11b 第2の駆動回路、12a 第1の入力回路、12b 第2の入力回路、13a 第1の電源回路、13b 第2の電源回路、14 通信ライン、15 報知手段、16a 第1の出力回路、16b 第2の出力回路、17a 第1の回転センサ、17b第2の回転センサ、+B バッテリの正極側端子、GND バッテリの負極側端子、21a 第1の切替え回路、21b 第2の切替え回路

Claims (9)

  1. 互いに独立した二つの電機子巻線を備えた電動モータを有し、前記電動モータの駆動力により車両のステアリングを操舵する運転者の操舵力をアシストするようにした電動パワーステアリング装置であって、
    前記電動モータを駆動する二つの制御ユニットを備え、
    前記二つの制御ユニットは、夫々、電源回路と、少なくとも前記運転者が前記車両のステアリングに加える操舵トルクを含む入力情報が入力される入力回路と、前記電動モータを駆動するように構成されたインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動するように構成された駆動回路と、前記入力回路から出力される前記入力情報に基づき演算した制御量に基づく制御指令を前記駆動回路へ入力するCPUを備え、
    前記電源回路は、自身が属する前記制御ユニットに電力を供給するように構成され、
    前記二つの制御ユニットに夫々設けられた前記CPUは、
    自身が属しない前記制御ユニットに於ける前記入力情報を取得できるように構成されると共に、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記入力情報に関連する異常と前記入力情報以外の情報に関連する異常とを検知する異常検知機能を有し、前記何れの異常も検知していない通常時には、前記制御指令を自身が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に与えるように構成され、
    前記夫々のCPUのうちの一方のCPUが、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記入力情報に関連する異常を検知したときは、
    前記入力情報に関連する異常を検知した前記一方のCPUは、自身が属しない前記制御ユニットに於ける前記入力情報を用いて制御量を演算し、その演算した制御量に基づく制御指令を、前記自身が属する制御ユニットに於ける前記駆動回路に与えるように構成されると共に、前記入力情報に関連する異常を検知していない他方のCPUは、前記通常時と同等の制御指令を自身が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に継続して与えるように構成され、
    前記夫々のCPUのうちの一方のCPUが、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知したときは、
    前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知した前記一方のCPUは、その検知した異常の内容に応じて、前記電動モータの駆動の停止又は継続の何れかを行う制御指令を、前記自身が属する前記制御ユニットの前記駆動回路に与えるように構成されると共に、前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知していない他方のCPUは、一方のCPUにより検知された前記異常の内容に応じた制御指令を、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に与えるように構成され、
    前記二つの制御ユニットに夫々設けられた前記駆動回路は、前記与えられた制御指令に基づいて前記電動モータを制御するように自身の属する前記インバータ回路を駆動するように構成されている、
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記二つの制御ユニットは、夫々自身の制御ユニットに設けられている前記インバータ回路に電源を供給する電源リレーを有し、
    前記二つの制御ユニットに於ける夫々のCPUのうちの一方のCPUが前記電動モータの駆動を停止させる必要のある異常を検知したときは、
    前記電動モータの駆動を停止させる必要のある異常を検知した前記一方のCPUは、前記電動モータを停止させる制御指令を、自身が属する前記制御ユニットに設けられた前駆駆動回路に与えるように構成され、
    前記電動モータの駆動を停止させる必要のある異常を検知していない他方のCPUは、自身が属していない前記制御ユニットに於ける前記電源リレーをオフする信号を出力するように構成されている、
    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. 前記二つの制御ユニットに設けられた夫々の前記駆動回路は、その出力を停止する禁止端子を有し
    前記二つの制御ユニットに於ける夫々のCPUのうちの一方のCPUが前記電動モータの駆動を停止させる必要のある異常を検知したときは、
    前記電動モータの駆動を停止させる必要のある異常を検知した前記一方のCPUは、前記電動モータを停止させる制御指令を自身が属する前駆駆動回路に与えるように構成され、
    前記電動モータの駆動を停止させる必要のある異常を検知していない他方のCPUは、自身が属していない前記制御ユニットに於ける前記駆動回路の前記禁止端子に出力停止信号を与えるように構成されている、
    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。
  4. 前記二つの制御ユニットは、夫々前記CPUと前記駆動回路との間に挿入された切替え回路を備え、
    前記夫々の切替え回路は、自身が属する制御ユニットに於ける前記CPUからの切替え信号、若しくは自身が属しない前記制御ユニットに於ける前記CPUからの切替え信号を受けて、自身が属する前記制御ユニットに於ける前記CPUからの制御指令と自身が属しない前記制御ユニットに於ける前記CPUからの制御指令とのうちの一方を選択し、前記選択した制御指令を自信が属する前記制御ユニットに於ける前記駆動回路に入力するように構成されている、
    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。
  5. 前記二つの制御ユニットに於ける夫々のCPUのうちの一方のCPUが前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知したとき、
    前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知した前記一方のCPUは、その検知した異常が前記電動モータの駆動を継続させる内容である場合に、前記異常の内容に応じて、前記通常時と同等の駆動力を前記電動モータに発生させる制御指令を自身が属する前記制御ユニットの前記駆動回路に与え、又は前記通常時よりレベルが低下した駆動力を前記電動モータに発生させる制御指令を自身が属する前記制御ユニットの前記駆動回路に与えるように構成され、
    前記入力情報以外の情報に関連する異常を検知していない他方のCPUは、前記一方のCPUが検知した前記入力情報以外の情報に関連する異常の内容に応じて、前記通常時と同等の制御指令を自身が属する前記制御ユニット与え、又は前記レベルが低下した駆動力を補充する駆動力を前記電動モータに発生させる制御指令を自身が属する前記制御ユニットの前記駆動回路に与えるように構成されている、
    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。
  6. 前記二つの制御ユニットに於ける夫々のCPUは、前記夫々の入力回路を介して互いに接続されている、
    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。
  7. 前記二つの制御ユニットに於ける夫々のCPUは、通信ラインにより相互に接続され、前記通信ラインを介して互いに情報を授受できるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 前記二つの制御ユニットに於ける夫々の前記駆動回路と前記インバータ回路とのうちの少なくとも一方からの情報は、自身が属しない前記制御ユニットに於ける前記CPUにも伝達するように構成されている、
    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。
  9. 前記運転者に異常の有無を報知する報知手段を備え、
    前記異常が検知されたとき、その異常の内容にかかわらず、前記何れの制御ユニットに於ける前記CPUからでも前記報知手段を作動させることができるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項1から8のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
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