WO2011158876A1

WO2011158876A1 - 電子制御装置

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Publication number: WO2011158876A1
Application number: PCT/JP2011/063725
Authority: WO
Inventors: 金川信康; 小林良一; 小関知延; 本田啓介; 上原淳
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2011-12-22
Also published as: JP2014193720A; EP2583879B1; JP5855167B2; US9020704B2; US20140229074A1; US8738232B2; JPWO2011158876A1; EP2583879A4; EP2583879A1; US20130090813A1; JP5563077B2

Abstract

　電子制御装置は、制御部２と、制御部２に電源を供給する複数の電源供給部１－１、１－２と、複数の電源供給部１－１、１－２の異常を検出する電源異常検出部３を有する。そして、制御部２は、複数の電源供給部１－１、１－２の全てに異常がないときは、複数の電源供給部１－１、１－２から供給される電力により動作する通常モードで動作し、複数の電源供給部１－１、１－２の少なくとも一つが異常であるときは、残存する正常な電源供給部から供給される電力により動作する消費電力の小さい省エネモードで動作する。これにより、回路規模、寸法、重量、コストの増加を抑えながら、故障時の動作継続性を有する電子制御装置を得る。

Description

電子制御装置

　本発明は、電子制御装置にかかり、例えば故障時に動作を継続可能な自動車用の電子制御装置に関する。

　制御の自動化が進み、電子制御装置の安全性、信頼性の要求が高まってきている。電子制御装置の安全性を確保するために、異常発生時に直ちにその異常を検出して動作を停止することが求められている。さらに最近は、故障発生時においても安全性を確保しながら動作を継続することが求められている。例えば、自動車用電動パワーステアリング装置の例を挙げれば、異常発生時にはセルフステアなどの危険な動作を防ぐために、その恐れがある場合には直ちに動作を停止、すなわち電動モータによる操舵力アシストを停止することが求められている。

　さらに最近では技術の進歩に伴う性能向上により、車重のより大きな車両にも電動パワーステアリング装置が採用されるようになってきている。その結果、異常発生時に電動モータによる操舵力アシストを停止した場合には、車重のより大きな車両では大きな操舵力が要求され、人力による操舵が困難となる。従って、このような車重のより大きな車両に用いられる電動パワーステアリング装置は、異常発生時にも安全性を確保しながら動作を継続することが求められる。

　制御対象の制御を司る第１マイコンの故障を検出するためには、第１マイコンとは別に監視用のマイコンを設けて、監視マイコンと第１マイコンとの間で相互チェックを実行する方法が広く用いられている。また、第１マイコンを冗長化（二重化）して、その出力を比較チェックする方法が広く用いられている。

　また、第１マイコンを二重化しなくとも、制御のための論理回路やデータパスをパリティや誤り検出訂正符号などの冗長符号論理で構成したり、検査回路を持たせることによりセルフチェッキングしたり、特許文献１に示されるように、第１マイコンとは別にトルク監視機能を設け、過大な操舵トルクがトルクセンサから入力された場合に第１マイコンの異常とみなすことも可能である。さらに、故障発生時に電子制御装置の安全性を確保しながら動作を継続するためには制御装置を構成する各サブシステムを冗長化する手法が広く採用されている。
特開2005-315840号公報

　上記従来技術の内、動作を継続するためにサブシステムを冗長化する手法では回路規模、寸法、重量、コスト削減についてさらなる考慮が必要である。サブシステムを冗長化する手法では、回路規模、寸法、重量、コストの増加が懸念される。

　本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回路規模、寸法、重量、コストの増加を抑えながら、故障時の動作継続性を有する電子制御装置を提供することである。

　上記目的を達成するために本発明では以下の手段を講じる。

(1) 電源供給機能即ち、バッテリまたは発電機に接続された一定の電圧を供給する電圧調整器（レギュレータ）を複数備え、複数の電圧調整器が全て正常な場合には、複数の電圧調整器から供給される電力により制御部を動作させ、故障した電圧調整器がある場合には、以下の(2)(3)のいずれかの方法により制御部の消費電力を低減させて、残存する正常な圧調整器から供給される電力により制御部を動作させる。

(2) 故障した電圧調整器がある場合には制御部を構成するプロセッサの動作クロックを低減させる。

(3) 上記(2)に代えて、制御部を、主系の制御部と、それよりも簡単な機能を有し、回路規模の小さな従系の制御部より構成させ、複数の電圧調整器が全て正常で、かつ主系の制御部が正常である場合には主系の制御部を動作させ、故障した電圧調整器がある場合または、主系の制御部が故障した場合には、従系の制御部を動作させる。

　以上述べた手段のうち、(1)により電源部の冗長化と容量の分割をすることにより、個々の電源部の容量を小さなものとすることができ、冗長化による回路規模の増加を抑えることができる。さらに(3)により、電源部の故障時に主系の制御部の故障時に備えた従系の制御部を処理機能の消費電力削減の手段としても活用することができる。本明細書は、本願の優先権の基礎である日本国特許出願2010-139566号の明細書及び／または図面に記載されている内容を包含する。

実施例１について説明する構成図。実施例２について説明する構成図。ダイオードの構成の一例を説明する図。実施例３について説明する構成図。実施例４について説明する構成図。故障時における各部の動作状態を説明する図。実施例５について説明する構成図。排他的論理和回路の構成について説明する図。各部の故障に対するシステムの動作を説明する図。実施例６の一例について説明する図。実施例６の他の一例について説明する図。半導体チップへの実装方法の一例を示す図。半導体チップへの実装方法の一例を示す図。半導体チップへの実装方法の一例を示す図。半導体チップへの実装方法の一例を示す図。半導体チップへの実装方法の一例を示す図。半導体チップへの実装方法の一例を示す図。電動パワーステアリング装置の構成を説明する図。第２制御部の一例を示す図。座標変換部1の構成を説明する図。第２制御部の一例を示す図。第２制御部の一例を示す図。乗算部の一例を示す図。ＰＷＭ出力指令の一例を示す図。下アームＯＮ指令の一例を示す図。乗算部の出力波形の一例を示す図。乗算部の出力波形の他の一例を示す図。第２制御異常検出部の一例を示す図。乗算器の実施例を説明する図。ＣＭＰの実施例を説明する図。ＯＮ許容条件を磁極位置から直接求める実施例を説明する図。ＯＮ許容条件を磁極位置から直接求める実施例を説明する図。ＯＮ許容条件を磁極位置から直接求める実施例を説明する図。ＯＮ許容条件を磁極位置から直接求める実施例を説明する図。ＯＮ許容条件を磁極位置から直接求める実施例を説明する図。ＯＮ許容条件を磁極位置から直接求める実施例を説明する図。ＯＮ許容条件を磁極位置から直接求める実施例を説明する図。本発明によるパワーステアリング制御装置の構成図。

１－１、１－２　電源供給部
２　制御部
２’　消費電力低減手段
２―１　第１制御部
２―２　第２制御部
３　電源異常検出部
３―１　第１制御異常検出部
３―２　第２制御異常検出部
６　ドライバ（３φブリッジ）
８　モータ
１１　回転角センサ
１２　トルクセンサ
１３　電流センサ
１８　切替スイッチ（選択切替部）
２１　座標変換部
２２　位相変換部
２３　トルク変換部
２４　乗算部

　以下、各実施例について図面を参照しつつ説明する。

　図１は、実施例１の構成を説明する図である。

　実施例１は、本実施の形態に係わる自動車用の電子制御装置の基本的な構成例である。

　電子制御装置は、制御部２と、２つの電源供給部１－１、１－２と、プリドライバ５と、ドライバ６と、モータ８と、電源異常検出部３を有している。

　２つの電源供給部１－１、１－２は、例えば、バッテリまたは発電機に接続された一定の電圧を供給する電圧調整器（レギュレータ）からなり、それぞれダイオードＤ１、Ｄ２を介して制御部２に接続されており、制御部２に電力を供給する。

　制御部２は、２つの電源供給部１－１、１－２から電源の供給を受けて、制御信号（３相、上下アームでそれぞれ６本）をプリドライバ５に出力する。プリドライバ５は、制御部２から入力された制御信号に従いドライバ６を駆動する。

　ドライバ６は、メインリレー７－０を介して図示しないバッテリまたは発電機に接続されており、バッテリまたは発電機から供給される電力をスイッチングすることで、相出力リレー７－１を介してモータ８に電流を出力し、モータ８を駆動する。

　メインリレー７－０と、相出力リレー７－１は、制御部２、プリドライバ５、ドライバ６、モータ８に異常が発生したときに、ドライバ６とモータ８の動作を停止させて、安全を確保するためのものである。

　電源異常検出部３では、電源供給部１－１、１－２の出力電圧を監視し、出力電圧が規定範囲を逸脱するなどにより、電源供給部１－１、１－２のいずれかが異常であると判断したときには、制御部２に電力低減信号３０を出力する。

　制御部２は、複数の電源供給部１－１、１－２の全てに異常がないときは、複数の電源供給部１－１、１－２から供給される電力により動作する通常モードで動作する。そして、複数の電源供給部１－１、１－２のいずれか一つが異常であるときは、残存する正常な電源供給部から供給される電力により動作する消費電力の小さい省エネモードで動作する。

　制御部２は、内部機能として消費電力低減手段２’を有している。消費電力低減手段２’は、電源異常検出部３から電力低減信号３０を入力すると、制御部２の消費電力を低減する処理を行う。

　図２は、実施例２の構成を説明する図であり、制御部の消費電力を低減する方法の一実施例を示している。電源異常検出部３は、電源供給部１－１、１－２のいずれか一つが異常であるときには電力低減信号３０として、クロック低減信号３０ａ及びパラメータ変更信号３０ｂを出力する。制御部２の消費電力低減手段２’は、クロック低減手段２ａと、パラメータ変更手段２ｂを有している。クロック低減手段２ａは、電源異常検出部３から入力したクロック低減信号３０ａに基づき、制御部２の動作クロック周波数を低減して消費電力を低減させる。なお、動作クロック周波数を低減した場合には、そのままでは制御部２の動作における時間スケールが変化してしまう。そこで、パラメータ変更手段２ｂは、電源異常検出部３から入力したパラメータ切替信号３０ｂに従って、例えば、下記の（１）～（３）等の方法によるパラメータの変更を行う。

　(1) タイマーの分周比を切り替えて時間スケールが変化しないようにする。

　(2) 積分係数、微分係数等の制御パラメータを変更して、時間スケールの変化に対応させる。

　(3) 実行する制御アルゴリズムを切り替える。

　上記方法のうち、(1)は処理時間に余裕があり、動作クロック周波数を低減しても所定の制御周期以内に処理が終了できる場合であり、(2)は動作クロック周波数を低減したことにより制御周期が長くなっても、制御性に大きな影響がない場合であり、(3)は処理時間に余裕がなく、処理アルゴリズムを切り替えないと必要な制御性が確保できない場合である。

　なお、ダイオードＤ１、Ｄ２は、図３に示すようにＭＯＳＦＥＴとすることにより順方向電圧降下を低減させることができる上、ゲートを制御することにより、電源供給部１－１、１－２の出力電圧が規定よりも高くなる故障モードにも対応することができる。

　本実施例は、図４に示すように、制御部の消費電力を低減する方法として、第２制御部２－２（従系の制御部）を第１制御部２－１（主系の制御部）よりも簡単な制御方式とし、回路規模を小さくするだけでなく、消費電力を削減した構成とし、第１制御部２－１から第２制御部２－２に切り替えるものである。

　電源供給部１－１、１－２からは、ダイオードＤ１、Ｄ２を介して第１制御部２―１、第２制御部２―２、第１制御異常検出部３―１、第２制御異常検出部３―２に電源が供給されている。第１制御部２―１、第２制御部２―２からの制御信号（３相、上下アームでそれぞれ６本）は、論理積４２、４３、論理和４４を介してプリドライバ５に出力され、最終的にドライバ６がモータ８を駆動する。

　第１制御異常検出部３―１は、第１制御部２―１、電源供給部１－１、１－２の診断をして正常異常の判断をし、全てが正常なときに出力をＯＮとして、第１制御部２―１からの制御信号を論理積４２、論理和４４を介してプリドライバ５に出力させる。

　第２制御異常検出部３―２は、第１制御部２―１、第２制御部２―２、電源供給部１－１、１－２の診断をして正常異常の判断をし、第１制御部２―１、電源供給部１－１、１－２のいずれか一つが異常で、第２制御部２―２が正常な場合に出力をＯＮとして、第２制御部２―２からの制御信号を論理積４３、論理和４４を介してプリドライバ５に出力させる。

　以上述べた実施例によれば、第２制御部２―２を設けることにより、第１制御部２―１の故障だけでなく電源供給部１－１、１－２の故障にも対応することができる電子制御装置を実現することができる。

　本実施例は、図５に示すように、メインリレー７－０と相出力リレー７－１をＥＣＵ異常検出部３－３で制御する実施例である。

　ＥＣＵ異常検出部３－３では、第１制御部２―１からの制御信号または、第２制御部２―２からの制御信号のいずれかが正常である場合には、メインリレー７－０をＯＮさせて、ドライバ６に電源を供給し、相出力リレー７－１をＯＮさせて出力をモータ８に供給して駆動する。

　第１制御部２―１からの制御信号、第２制御部２―２からの制御信号のどちらも正常でない場合には、メインリレー７－０をＯＦＦさせて、ドライバ６への電源供給を停止し、相出力リレー７－１をＯＦＦさせて出力を遮断し、モータ８の駆動を停止する。

　以上述べた実施例によれば、モータ８を正常に駆動できない場合には、駆動を停止させることができるので、モータ８を誤って駆動する危険性を回避することができる。

　図６は、故障時における各部の動作状態を説明する図である。

　Ｃａｓｅ１では、電源供給部１－１、１－２、第１制御部２―１、第２制御部２―２の全てが正常（Ｙ）であるため、第１制御部２―１が出力する制御信号が選択され（第１制御部２－１出力選択（Ｙ））、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＮ（Ｙ）されて、ドライバ６によりモータ８が駆動される。

　Ｃａｓｅ２では、第２制御部２―２が異常（Ｎ）となるが、第１制御部２―１の動作には支障がないので第１制御部２―１が出力する制御信号が選択され（第１制御部２－１出力選択（Ｙ））、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＮ（Ｙ）されて、ドライバ６によりモータ８が駆動される。

　Ｃａｓｅ３では、第１制御部２―１が異常（Ｎ）となり、第２制御部２―２が出力する制御信号が選択され（第２制御部２－２出力選択（Ｙ）かつ第１制御部２－１出力選択（Ｎ））、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＮされて、ドライバ６によりモータ８が駆動される。

　Ｃａｓｅ４では、第１制御部２―１、第２制御部２―２共に異常（Ｎ）となり、正常な制御信号を得ることができないので、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＦＦされて、ドライバ６によるモータ８の駆動が停止される。

　Ｃａｓｅ５では、電源供給部１－２が異常（Ｎ）となり、第１制御部２―１を動作させるだけの電力を供給することができないので、第２制御部２―２が出力する制御信号が選択され（第２制御部２－２出力選択（Ｙ）かつ第１制御部２－１出力選択（Ｎ））、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＮされて、ドライバ６によりモータ８が駆動される。

　Ｃａｓｅ６では、電源供給部１－２、第２制御部２―２が共に異常（Ｎ）となり、第１制御部２―１を動作させるだけの電力を供給することができず、第１制御部２―１、第２制御部２―２のいずれからも正常な制御信号を得ることができないので、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＦＦされて、ドライバ６によるモータ８の駆動が停止される。

　Ｃａｓｅ７では、電源供給部１－２、第１制御部２―１がともに異常（Ｎ）となり、第１制御部２―１を動作させるだけの電力を供給することができず、第１制御部２―１自体も正常に動作することができないため、第２制御部２―２が出力する制御信号が選択され（第２制御部２－２出力選択（Ｙ））、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＮされて、ドライバ６によりモータ８が駆動される。

　Ｃａｓｅ８では、電源供給部１－２、第１制御部２―１、第２制御部２―２が共に異常（Ｎ）となり、第１制御部２―１、第２制御部２―２のいずれからも正常な制御信号を得ることができないので、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＦＦされて、ドライバ６によるモータ８の駆動が停止される。

　Ｃａｓｅ９では、電源供給部１－１が異常となり、第１制御部２―１を動作させるだけの電力を供給することができないので、第２制御部２―２が出力する制御信号が選択され（第２制御部２－２出力選択（Ｙ））、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＮされて、ドライバ６によりモータ８が駆動される。

　Ｃａｓｅ１０では、電源供給部１－１、第２制御部２―２が異常（Ｎ）となり、第１制御部２―１を動作させるだけの電力を供給することができず、第１制御部２―１、第２制御部２―２のいずれからも正常な制御信号を得ることができないので、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＦＦされて、ドライバ６によるモータ８の駆動が停止される。

　Ｃａｓｅ１１では、電源供給部１－１、第１制御部２―１が異常となり、第１制御部２―１を動作させるだけの電力を供給することができず、第１制御部２―１自体も正常に動作することができないため、第２制御部２―２が出力する制御信号が選択され（第２制御部２－２出力選択（Ｙ））、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＮされて、ドライバ６によりモータ８が駆動される。

　Ｃａｓｅ１２では、電源供給部１－１、第１制御部２―１、第２制御部２―２が共に異常となり、第１制御部２―１、第２制御部２―２のいずれからも正常な制御信号を得ることができないので、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＦＦされて、ドライバ６によるモータ８の駆動が停止される。

　Ｃａｓｅ１３では、電源供給部１－１、電源供給部１－２がともに異常となり、第１制御部２―１、第２制御部２―２のいずれにも電源が供給されず、正常な制御信号を得ることができないので、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＦＦされて、ドライバ６によるモータ８の駆動が停止される。

　Ｃａｓｅ１４では、電源供給部１－１、電源供給部１－２、第２制御部２―２がともに異常となり、第１制御部２―１、第２制御部２―２のいずれにも電源が供給されず、正常な制御信号を得ることができないので、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＦＦされて、ドライバ６によるモータ８の駆動が停止される。

　Ｃａｓｅ１５では、電源供給部１－１、電源供給部１－２、第１制御部２―１がともに異常となり、第１制御部２―１、第２制御部２―２のいずれにも電源が供給されず、正常な制御信号を得ることができないので、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＦＦされて、ドライバ６によるモータ８の駆動が停止される。

　Ｃａｓｅ１６では、電源供給部１－１、電源供給部１－２、第１制御部２―１、第２制御部２―２がともに異常となり、第１制御部２―１、第２制御部２―２のいずれにも電源が供給されず、正常な制御信号を得ることができないので、メインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＦＦされて、ドライバ６によるモータ８の駆動が停止される。

　また、Ｃａｓｅ２～１６の時に電子制御装置が異常であることを示すために警告灯を点灯させることも考えられる。

　図７はＥＣＵ異常検出部３－３を排他的論理和４１で実現した実施例である。

　第１制御異常検出部３―１、第２制御異常検出部３―２の出力を排他的論理和４１の入力とし、その出力でメインリレー７－０、相出力リレー７－１をＯＮさせる。第１制御異常検出部３―１、第２制御異常検出部３―２が正常な場合には、第１制御異常検出部３―１、第２制御異常検出部３―２のいずれかの出力（選択信号）がＯＮとなる。それ以外の場合は、第１制御異常検出部３―１、第２制御異常検出部３―２のいずれかが異常であるか、第１制御部２―１、第２制御部２―２のいずれからも正常な制御信号を得ることができない場合である。従ってこの場合にはメインリレー７－０、相出力リレー７－１を遮断することによりドライバ６によるモータ８の駆動が停止し、電子制御装置の安全性を確保することができる。

　また、排他的論理和４１を図８（ａ）に示すようにＭＯＳトランジスタＱ１～Ｑ４を用いた回路４２で構成することにより、排他的論理輪４１の出力の固着（stuck-at）故障によりメインリレー７－０、相出力リレー７－１がＯＮとなったままとなることを防止することができる。

　図８は、排他的論理和の構成の一例を示す図であり、図８（ａ）は回路図、図８（ｂ）は回路の動作表である。図８（ｂ）の表に示すように、ｉｎａとｉｎｂがＨｉとＨｉのときは、第１制御異常検出部３－１と第２制御異常検出部３－２の異常と判断する。

　図９は各部の故障に対してシステムがどのように対応するかを示したものである。

　電源供給部1-1、電源供給部1-2の故障は、第１制御異常検出部3-1により検出され、消費電力の少ない第２制御部2-2に切り替えて動作を継続させる。第１制御部2-1の故障は、第１制御異常検出部3-1により検出され、第２制御部2-2に切り替えて動作を継続させる。

　第２制御部2-2の故障は、第２制御異常検出部3-２により検出され、第１制御部2-1、電源正常の場合には動作継続させ、それ以外の場合にはメインリレー７－０、相出力リレー７－１を遮断することによりドライバ６によるモータ８の駆動が停止し、電子制御装置の安全性を確保する。第１制御異常検出部3-1、第２制御異常検出部3-2の故障は、ECU異常検出部3-3（排他的論理和41）により検出され、メインリレー７－０、相出力リレー７－１を遮断することによりドライバ６によるモータ８の駆動が停止し、電子制御装置の安全性を確保する。

　ECU異常検出部3-3（排他的論理和41）の故障は、図８（ａ）に示すQ1～Q4によるフェールセーフな構成によりマスクされ、メインリレー７－０、相出力リレー７－１を遮断することによりドライバ６によるモータ８の駆動が停止し、電子制御装置の安全性を確保する。

　図１０は電源供給部１－１、１－２を直列接続した実施例である。レギュレータの電圧降下に伴う損失を減らすためにスイッチングレギュレータが広く用いられているが、スイッチングレギュレータは構成部品が多く、コイル等の集積化が困難な部品を必要とするために、その機能を集約した方がスケールメリットでコスト、重量、寸法を削減することができる。従って、本発明のアプローチである電源を並列に分割する場合にはコスト、重量、寸法の増加を伴う可能性がある。そのため、本実施例では、電源供給部１－１をスイッチングレギュレータとし、それに直列にリニアレギュレータにより構成される電源供給部１－２を接続する構成としている。リニアレギュレータにより構成される電源供給部１－２の出力を5.0Ｖとし、その入力、即ちスイッチングレギュレータにより構成される電源供給部１－１の出力電圧をそれよりもわずかに高い電圧（例えば5.5Ｖ）とする。

　スイッチングレギュレータにより構成される電源供給部１－１が故障した場合には、バッテリから供給される電圧は電源供給部１－１をバイパスして電源供給部１－２に印加される。その結果、電源供給部１－２での発熱が増加する。そこで本発明の提供する方法で制御部２（第１制御部２―１）の消費電力を削減することで電源供給部１－２での発熱を削減させる。

　また、電源供給部１－２が故障した場合には、電源供給部１－１の出力は電源供給部１－２をバイパスして負荷である制御部２に供給される。この時印加電圧は5.0Ｖよりもわずかに高い電圧（例えば5.5Ｖ）となり、制御部２での発熱が増加する。そこで本発明の提供する方法で制御部２の消費電力を削減することで制御部２での発熱を削減させる。

　なお、電源供給部１－２が故障した場合には、電源供給部１－１の出力は電源供給部１－２をバイパスして負荷である制御部２に供給するとともに、電源供給部１－１の出力を5.0Ｖよりもわずかに高い電圧（例えば5.5Ｖ）から、5.0Ｖに切り替えることも可能である。この場合には、供給される電源のリップルが増加するが、制御部２での発熱が増加することを避けることができる。

　また図１１に示すように、電源供給部１―３により制御部２で必要なより低い電圧の電源（マイコンコア動作電源）を供給することも可能である。この場合、電源供給部１―３はスイッチドキャパシタにより構成するのが、効率、コスト、寸法等の面で望ましい。

　図１２～１７は本発明をＬＳＩにより実現する際のチップ分割方法の実施例である。

　図１２は、第１の半導体チップに第１制御部２―１、第２の半導体チップに第１制御異常検出部３―１と第２制御部２―２、第３の半導体チップに電源供給部１－１、１―２、第２制御異常検出部３―２、論理積４２、４３、論理和４４、プリドライバ５を実装した実施例である。第１の半導体チップは、メインマイコン、第２の半導体チップはサブマイコン、第３の半導体チップは、ＡＳＩＣなどのＬＳＩにより構成するのが望ましい。

　図１３は、第１の半導体チップに第１制御部２―１、第１制御異常検出部３―１、第２の半導体チップに第２制御部２―２、第３の半導体チップに電源供給部１－１、１―２、第２制御異常検出部３―２、論理積４２、４３、論理和４４、プリドライバ５を実装した実施例である。第１の半導体チップは、メインマイコン、特にセルフチェッキング機能を有するセーフティマイコン、第２の半導体チップはサブマイコン、第３の半導体チップはＡＳＩＣなどのＬＳＩにより構成するのが望ましい。

　図１４は、第１の半導体チップに第１制御部２―１、第２の半導体チップに第１制御異常検出部３―１と第２制御異常検出部３―２、第３の半導体チップに電源供給部１－１、１―２、第２制御部２―２、論理積４２、４３、論理和４４、プリドライバ５を実装した実施例である。第１の半導体チップは、メインマイコン、第２の半導体チップはサブマイコン、第３の半導体チップはＡＳＩＣなどのＬＳＩにより構成するのが望ましい。

　図１５は、第１の半導体チップに第１制御部２―１、第２の半導体チップに第１制御異常検出部３―１、第３の半導体チップに電源供給部１－１、１―２、第２制御部２―２と第２制御異常検出部３―２、論理積４２、４３、論理和４４、プリドライバ５を実装した実施例である。第１の半導体チップは、メインマイコン、第２の半導体チップはサブマイコン、第３の半導体チップはＡＳＩＣなどのＬＳＩにより構成するのが望ましい。

　図１６は、第１の半導体チップに第１制御部２―１、第１制御異常検出部３―１、第３の半導体チップに電源供給部１－１、１―２、第２制御部２―２と第２制御異常検出部３―２、論理積４２、４３、論理和４４、プリドライバ５を実装した実施例である。第１の半導体チップは、メインマイコン特にセルフチェッキング機能を有するセーフティマイコン、第３の半導体チップはＡＳＩＣなどのＬＳＩにより構成するのが望ましい。

　図１７は、第１の半導体チップに第１制御部２―１、第３の半導体チップに電源供給部１－１、１―２、第１制御異常検出部３―１、第２制御部２―２と第２制御異常検出部３―２、論理積４２、４３、論理和４４、プリドライバ５を実装した実施例である。第１の半導体チップは、メインマイコン、第３の半導体チップはＡＳＩＣなどのＬＳＩにより構成するのが望ましい。

　図１８は、本実施の形態における電動パワーステアリング装置の構成を説明する図である。電動パワーステアリング装置は、自動車の操舵系にモータ８による操舵補助力を与えるものであり、モータ８、回転角センサ１１、トルクセンサ１２、電流センサ１３、第１制御部２－１、異常検出部３－１、３－２、第２制御部２－２、切替スイッチ（選択切替部）１８、３φブリッジ（３相ブリッジ）６を有している。

　モータ８は、例えば操舵系のステアリングギヤボックスに設けられており、ステアリングシャフト等に操舵補助力を与えるように構成されている。回転角センサ１１は、モータ８に取り付けられており、モータ８の回転角（磁極位置）を検出する。

　トルクセンサ１２は、電動パワーステアリング装置のステアリング（図示せず）に取り付けられており、ステアリングが受ける操舵トルクを検出する。電流センサ１３は、モータ８に取り付けられており、モータ８に流れるモータ電流を検出する。

　第１制御部２－１は、回転角センサ１１で検出した回転角と、トルクセンサ１２で検出した操舵トルクと、電流センサ１３で検出したモータ電流に基づいてモータ８を制御する。第１制御部２－１は、マイコン（ＭＰＵ）によって構成されており、モータ電流を使用する閉ループ制御を行う。

　第２制御部２－２は、第１制御部２－１に異常が発生した場合に、第１制御部２－１に代えて、回転角センサ１１で検出した回転角と、トルクセンサ１２で検出した操舵トルクに基づいてモータ８を制御する。第２制御部２－２は、後述するようにハードロジックにより構成され、モータ電流を使用しない開ループ制御を行う。

　異常検出部３－１、３－２は、第１制御部２－１と第２制御部２－２の異常を各々検出する。異常検出部３－１によって第１制御部２－１が正常であると判断された場合、切替スイッチ１８は、第１制御部２－１の出力を選択して３φブリッジ（ドライバ）６を駆動し、モータ８を駆動する。

　また、異常検出部３－１によって第１制御部２－１が異常と判断され、かつ異常検出部３－２によって第２制御部２－２が正常であると判断された場合には、切替スイッチ１８は、第２制御部２－２の出力を選択して３φブリッジ６を駆動し、モータ８を駆動する。

　図１９は図１８における第２制御部の詳細な構成を説明する図である。第２制御部２－２は、回転角センサ１１で検出した回転角と、トルクセンサ１２で検出した操舵トルクに基づいて、操舵系の操舵力を検出し、検出した操舵力に比例したＰＷＭ電流をモータ８に出力する制御を行う。

　第２制御部２－２は、アナログ回路及びデジタル回路を含むハードロジック（固定論理回路）によって構成されており、図１９に示すように、座標変換部２１と、位相変換部２２と、トルク変換部２３と、乗算部２４を有している。

　座標変換部２１は、回転角センサ１１より入力されたsinθ信号Ｂとcosθ信号Ｃを、３相のsin信号（例えばＵ：sinθ、Ｖ：sin（θ＋２π／３）、Ｗ：sin（θ＋４π／３））に座標変換する。位相変換部２２は、座標変換部２１で座標変換された３相sin信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）をデジタル位相信号（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）に変換する。

　トルク変換部２３は、トルクセンサ１２から入力されるアナログのトルク信号Ａをデジタルトルク信号Ａ１に変換する。乗算部２４は、デジタル位相信号（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）にデジタルトルク信号Ａ１を乗算して、モータ駆動信号である各相の駆動信号Ｕｏ，Ｖｏ，Ｗｏを算出し、切り替えスイッチ１８に出力する処理を行う。

　図２０は、図１９に示す座標変換部２１の詳細な構成を示す図である。座標変換部２１では、回転角センサ１１より入力されたsinθ信号、cosθ信号に重み付けをして加算して、それぞれ位相が120°異なるＵ，Ｖ，Ｗの３相の信号を生成する。

　図２１は、第２制御部の具体例を示す図である。具体例１の第２制御部２－２は、磁極位置情報を３値のデジタル信号、目標トルク情報を３値のＰＷＭ信号で表現する構成を有する。座標変換部２１は、図２１に示すように、回転角センサ１１から入力されたsinθ信号Ｂとcosθ信号Ｃを３相sin信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に変換する。ここでは、各位相がsin信号から0,2/3π,4/3π進んだsin波形を有する３相sin信号に変換する（Ｕ：sinθ、Ｖ：sin（θ＋２π／３）、Ｗ：sin（θ＋４π／３））。

　位相変換部２２１は、これらの３相sin信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を、該３相sin信号の大きさに応じて、（－１，０，１）の３値のいずれかを有するデジタル位相信号（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）に変換する。

　トルク変換部２３１は、トルクセンサ１２から送信されるアナログのトルク信号Ａに基づいて、トルク信号Ａの大きさに比例するデューティ比のＰＷＭ波形を有するデジタルトルク信号Ａ１に変換する。

　そして、乗算部２４は、位相変換部２２１により変換されたデジタル位相信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）と、トルク変換部２３１により変換されたＰＷＭ波形のデジタルトルク信号Ａ１とを乗算して、各相の駆動信号Ｕｏ，Ｖｏ，Ｗｏを算出し、モータ制御信号として出力する。

　具体例１の第２制御部２－２によれば、３相sin信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を位相変換部２２１によって（－１，０，１）の３値のデジタル位相信号（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）に変換することにより、以降の信号をデジタル信号として扱うことができる上に、同じデジタル信号でも、３値とすることで多値と比べて演算（積）回路を簡単にすることができる。

　さらに、トルク信号Ａをトルク変換部２３１によってＰＷＭ波形のデジタルトルク信号Ａ１とすることで、以降の信号をデジタル信号として扱うことができる上に、同じデジタルトルク信号であっても２、３値とすることで多値と比べて演算（積）回路を簡単にすることができる。

　この具体例１によれば、簡単な回路で、第１制御部２－１の異常時に、トルク信号（運転者の操舵力）に比例してモータ８の出力トルクを制御することができ、運転者の意図するままの滑らかな制御を継続させることができる。

　以上に示した第２制御部２－２を、図１８に示すように第１制御部２－１と組み合わせることで、第１制御部２－１も第２制御部２－２も原理的には同じ動作を実現するので、第１制御部２－１の故障時には、第２制御部２－２がその機能を代替することができる。

　図２２は、第２制御部の一例を示す図である。ここでは、回転角センサ１１より入力されたsinθ信号Ｂとcosθ信号Ｃに基づき生成された３相sin信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）からＰＷＭ信号を生成し、トルクセンサ１２から送信されるアナログのトルク信号Ａを、トルク変換部２３２で、左、中、右を示す（－１，０，１）のいずれかとなる３値のデジタルトルク信号Ａ１に変換する。

　乗算部２４は、３相sin信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）により生成されたＰＷＭ信号（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）と、トルク信号Ａにより生成された３値のデジタルトルク信号Ａ１を乗算して、各相の駆動信号（Ｕｏ，Ｖｏ，Ｗｏ）を出力する。

　本実施例では、トルク信号Ａをトルク変換部２３２によって（－１，０，１）の３値のデジタルトルク信号Ａ１に変換することにより、以降の信号をデジタル信号として扱うことができる上に、同じデジタル信号でも、多値ではなく３値とすることで多値と比べて演算（積）回路を簡単にすることができる。

　さらに、前記３相sin信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）からＰＷＭ信号（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）を生成することで、以降の信号をデジタル信号として扱うことができる上に、同じデジタル信号でも、２値または３値とすることで多値と比べて演算（積）回路を簡単にすることができる。

　上記構成を有する電動パワーステアリング装置は、自動車の操舵系に操舵補助力を与えるモータ８のモータ電流と、モータ８の回転角と、操舵トルクに基づいてモータ８を制御する第１制御部２－１と、第１制御部２－１に異常が発生した場合に、第１制御部２－１に代えて、モータ８の回転角と操舵トルクに基づいてモータ８を制御する第２制御部２－２とを備えており、第１制御部２－１によってモータ電流を使用する閉ループ制御を行い、第１制御部に異常が発生した場合には、第２制御部によってモータ電流を使用しない開ループ制御を行う。

　したがって、第１制御部２－１よりも第２制御部２－２の構成を簡素化でき、閉ループ制御を行う制御部を２つ有する従来装置よりも、装置全体の構成を簡素化することができる。したがって、電動パワーステアリング装置１の冗長化をより単純な構造で、より安価に実現することができる。

　また、本実施例によれば、簡単な回路で、第１制御部２－１の異常時に、モータ８の磁極位置に従って、滑らかにモータ出力トルクを制御することができ、トルクリップルの小さなモータ制御継続を実現することができる。

　図２３は、乗算部２４、特に図２１の実施例に好適な乗算部２４の実施例である。

　図２３に示す表は、縦の列が入力ｉｎ１、横の列が入力ｉｎ２、交点が出力値を示している。図２１に示す第２制御部の構成では、入力ｉｎ１は、１、０、―１の３値、入力ｉｎ２は、Ｐ（トルクセンサ入力値（正）に比例したＰＷＭ値），０、―Ｐ（トルクセンサ入力値（負）に比例したＰＷＭ値）の３値で、出力はＰ（図２４に示すＰＷＭ出力指令），０，Ｌ（図２５に示す下アームＯＮ指令）である。本実施例による出力波形の例を図２６、図２７に示す。図２６はトルクセンサ出力値が正の場合で、図２７はトルクセンサ出力値が負の場合である。

　図２８は、第２制御異常検出部３－２の実施例である。第２制御異常検出部３－２は第２制御部２―２よりも簡単な回路とするために、図２８に示すようにトルクセンサ信号１２－１、１２－２、磁極位置情報ともに２値化して各相の制御信号Ｕｏ，Ｖｏ，ＷｏがＯＮとなるのを許容する信号Ｕｒ、Ｖｒ、Ｗrを生成する。ＣＭＰでは各相の制御信号Ｕｏ，Ｖｏ，Ｗｏが許容されるときにＯＮとなっているかどチェックすることで第２制御部２―２の診断を行う。図２９は、乗算器１０４―１～１０４―２の実施例で、図３０は、ＣＭＰの実施例である。

　また、各相の制御信号Ｕｏ，Ｖｏ，ＷｏがＯＮとなるのを許容される条件を、磁極位置から直接求めることも可能である。図３１は、Ｕ、Ｖ、Ｗ信号を２値化したＵ*、Ｖ*、Ｗ*の値と磁極位置、さらには回転角センサ１１からのｓｉｍθ、ｃｏｓθとの関係を示したグラフである。図３１のグラフを用いて、各相の制御信号Ｕｏ，Ｖｏ，Ｗｏがとる値（Ｐ，０，Ｌ）とｓｉｍθ、ｃｏｓθ、トルクτにより第２制御部２―２の動作の正常、異常を判定すると、図３２～図３４に示す結果を得る。

　さらに判定を簡略化するために、図３１を象限判定、即ち、ｓｉｍθ、ｃｏｓθの値の正負の判定だけにすると、図３５～図３７に示す結果を得る。

　図３８は、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した実施例である。

　ドライバ６により駆動されるモータ８は、ステアリングホィール１０のシャフト９及びかじ取り機能１４に操舵トルクを与えて、人力によるステアリングホィール１０への操舵を補助する。

　電動パワーステアリング装置では、シャフト９に取り付けられたトルクセンサ１２の出力１２―１、１２―２、モータ８と同心に取り付けられた回転角センサ１１の出力１１―１、１１―２及び、電流センサ１３の測定値が第１制御部２―１に入力される。そして、ステアリングホィール１０に加えられた操舵力をトルクセンサ１２が測定し、それに比例したトルクをモータ８が出力するように制御することにより、人力によるステアリングホィール１０への操舵を補助する。

　本実施例により、ハードウェア量の増加を招かずに、故障発生時においても操舵補助操作を継続させることができ、また、正常な動作ができない場合にはモータ８による操舵アシストを確実に停止することで安全性を確保することができる。

　上記した電子制御装置によれば、ハードウェア量の増加を招かずに、故障発生時においても電子制御装置の動作を継続させることができ、また、正常な動作ができない場合にはその動作を確実に停止させることにより安全性を確保することができる。

　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

Claims

　制御部と、該制御部に電源を供給する複数の電源供給部と、該複数の電源供給部の異常を検出する電源異常検出部を有し、
　前記制御部は、前記複数の電源供給部の全てに異常がないときは、前記複数の電源供給部から供給される電力により動作する通常モードで動作し、前記複数の電源供給部の少なくとも一つが異常であるときは、残存する正常な電源供給部から供給される電力により動作する消費電力の小さい省エネモードで動作することを特徴とする電子制御装置。
　前記複数の電源供給部は、バッテリまたは発電機に接続された一定の電圧を供給する電圧調整器であることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
　前記制御部は、前記省エネモードにおいて前記制御部を構成するプロセッサの動作クロックを低減させるクロック低減手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
　前記制御部は、前記省エネモードにおいて前記制御部での制御パラメータを変更するパラメータ変更手段を有することを特徴とする請求項３に記載の電子制御装置。
　前記制御部は、主系の制御部と従系の制御部とを有し、前記通常モードでは前記主系の制御部を動作させ、前記省エネモードでは前記従系の制御部を動作させることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
　前記該従系の制御部は、前記主系の制御部よりも回路規模が小さいことを特徴とする　請求項５に記載の電子制御装置。
　前記従系の制御部は、固定論理回路により構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電子制御装置。
　前記複数の電源供給部の全てに異常がない状態で、前記主系の制御部に故障が発生した場合には、前記従系の制御部を動作させることを特徴とする請求項５に記載の電子制御装置。
　前記複数の電源供給部は並列接続され、出力電流を分担していることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
　前記複数の電源供給部は直列接続され、降下電圧を分担していることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
　前記制御部は、シャフトに取り付けられたトルクセンサの出力と、モータと同心に取り付けられた回転角度センサの出力と、電流センサの測定値を入力として動作し、
　前記制御部により駆動されるモータは、ステアリングホィール、シャフトそしてかじ取り機能に操舵トルクを与えることを特徴とする請求項１記載の電子制御装置を用いた電動パワーステアリング制御装置。
　自動車の操舵系に操舵補助力を与えるモータと、
　該モータに流れるモータ電流を検知する電流センサと、
　前記モータの回転角を検知する回転角センサと、
　前記操舵系に伝達される操舵トルクを検知するトルクセンサと、
　前記モータ電流と前記回転角と前記操舵トルクに基づいて前記モータを制御する第１制御部と、
　該第１制御部に異常が発生した場合に、前記第１制御部に代えて、前記回転角と前記操舵トルクに基づいて前記モータを制御する第２制御部と、
　を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
　前記第２制御部は、前記回転角と前記操舵トルクに基づいて前記操舵系の操舵力を検出し、該検出した操舵力に比例したＰＷＭ電流を前記モータに出力することを特徴とする請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記第２制御部は、アナログ回路及びデジタル回路を含むハードロジック（固定論理回路）によって構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記回転角センサは、前記回転角に応じたsin信号とcos信号を出力し、
　前記第２制御部は、
　該回転角センサから入力されるsin信号とcos信号を３相sin信号に座標変換する座標変換部と、
　該座標変換部により座標変換された３相sin信号を、デジタル位相信号に変換する位相変換部と、
　前記トルクセンサから入力されるトルク信号をデジタルトルク信号に変換するトルク変換部と、
　前記デジタル位相信号と前記デジタルトルク信号を乗算してモータ駆動信号を算出する乗算部と、
　を備えることを特徴とする請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記座標変換部は、各位相が前記sin信号から0,2/3π,4/3π進んだsin波形を有する３相sin信号を出力することを特徴とする請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記トルク変換部は、前記トルク信号を該トルク信号の大きさに比例するデューティー比のＰＷＭ波形を有するデジタルトルク信号に変換することを特徴とする請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記位相変換部は、前記３相sin信号を該３相sin信号の波形の大きさに応じて、－１、０、１のいずれかの値を有するデジタル位相信号に変換することを特徴とする請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記位相変換部は、前記３相sin信号の波形の大きさが、第１閾値以上であれば、１を出力し、第２閾値以下であれば、－１を出力し、上記第１閾値より小さく、第２閾値より大きければ、0を出力することを特徴とする請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記第１閾値は前記第２閾値よりも大きいことを特徴とする請求項１９に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記トルク変換部は、前記トルク信号を該トルク信号の大きさに応じて、－１、０、１のいずれかの値を有するデジタルトルク信号に変換することを特徴とする請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記トルク変換部は、前記トルク信号の大きさが、第１閾値以上であれば、１を出力し、第２閾値以下であれば、－１を出力し、上記第１閾値より小さく、第２閾値より大きければ、０を出力することを特徴とする請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
　第１閾値は第２閾値より大きいことを特徴とする請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記位相変換部は、前記３相sin信号の波形の大きさに比例するデューティー比のPWM波形を有するデジタル位相信号を出力することを特徴とする請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
　前記第１制御部の異常を検出する異常検出部と、
　該異常検出部により異常が検出されるまでは前記第１制御部による前記モータの制御を選択し、前記異常検出部により異常が検出された場合に前記第１制御部の代わりに前記第２制御部による前記モータの制御を選択する選択切替部と、
　を有することを特徴とする請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。