WO2016059903A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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sensor
electric power
steering
diagnosis
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智宗 久永
中村　文俊
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日本精工株式会社
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering apparatus having a redundant system configuration, and more particularly to a configuration in which a steering angle is calculated from two independent torque sensors and two angle sensors, respectively, and independent detection signals are compared and diagnosed.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus that performs individual diagnosis of each detection signal and can continue functions such as assist without impairing reliability.
  • An electric power steering device that applies a steering assist force (assist force) to a steering mechanism of a vehicle by a rotational force of a motor, a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer.
  • a steering assist force is applied to the vehicle.
  • Such a conventional electric power steering device (EPS) performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the torque of the steering assist force.
  • the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small.
  • the adjustment of the motor applied voltage is a duty of PWM control. It is done by adjusting.
  • a column shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of a handle 1 is a reduction gear 3, universal joints 4a and 4b, a pinion rack mechanism 5,
  • the tie rods 6a and 6b are connected to the steered wheels 8L and 8R via the hub units 7a and 7b.
  • the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque Th of the handle 1, and a motor 20 that assists the steering force of the handle 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3.
  • the column shaft 2 is provided with a steering angle sensor 14 that detects the steering angle ⁇ .
  • the control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11.
  • the control unit 30 calculates the current command value of the assist (steering assist) command based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12, and the calculated current command value
  • the current supplied to the motor 20 is controlled by the voltage control value Vref that has been compensated for.
  • the control unit 30 is connected to a CAN (Controller Area Network) 40 that transmits and receives various types of vehicle information, and the vehicle speed Vel can also be received from the CAN 40.
  • the control unit 30 can be connected to a non-CAN 41 that exchanges communications, analog / digital signals, radio waves, and the like other than the CAN 40.
  • control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU and MCU). General functions executed by a program inside the CPU are shown in FIG. The structure is
  • the function and operation of the control unit 30 will be described with reference to FIG. 2.
  • the steering torque Th from the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel from the vehicle speed sensor 12 are input to the current command value calculation unit 31, and the current command value calculation unit 31.
  • the calculated current command value Iref1 is added by the adding unit 32A and the compensation signal CM from the compensating unit 34 for improving the characteristics, and the added current command value Iref2 is limited to the maximum value by the current limiting unit 33.
  • the current command value Irefm whose maximum value is limited is input to the subtraction unit 32B and subtracted from the motor current detection value Im.
  • the motor 20 is PWM driven via the inverter 37 with the PWM signal calculated and duty calculated.
  • the motor current value Im of the motor 20 is detected by the motor current detection means 38, and is input to the subtraction unit 32B and fed back.
  • the compensation unit 34 adds the detected or estimated self-aligning torque (SAT) 343 to the inertia compensation value 342 by the addition unit 344, and further adds the convergence control value 341 to the addition result by the addition unit 345.
  • the addition result is input as a compensation signal CM to the adding unit 32A to improve the characteristics.
  • a sensor as shown in FIG. 3 is mounted on the column shaft 2 and various detection signals are output. That is, a Hall IC sensor 21 as an angle sensor and a 20 ° rotor sensor 22 as an input side torque sensor are mounted on the input shaft 2A on the handle 1 side of the column shaft 2.
  • the Hall IC sensor 21 outputs an AS_IS angle ⁇ h with a cycle of 296 °, and the AS_IS angle ⁇ h is input to the steering angle calculation unit 40.
  • the 20 ° rotor sensor 22 mounted on the handle 1 side of the torsion bar 23 outputs TS_IS angles ⁇ s1 (main) and ⁇ s2 (sub) of a 20 ° period, and the TS_IS angle ⁇ s1 is input to the steering angle calculation unit 40.
  • the output shaft 2B of the handle shaft 2 is equipped with a 40 ° rotor sensor 24 as an output side torque sensor, and TS_OS angles ⁇ r1 (main) and ⁇ r2 (sub) are output from the 40 ° rotor sensor 24, and TS_OS
  • the angle ⁇ r1 is input to the rudder angle calculation unit 40.
  • the steering angle calculator 40 calculates and outputs an absolute steering angle ⁇ ab based on the AS_IS angle ⁇ h, the TS_IS angle ⁇ s1, the TS_OS angle ⁇ r1, and the steering angular velocity ⁇ .
  • FIG. 4 shows an example of the signal period of the detection signal of each sensor
  • FIG. 4A shows the signal period (296 °) of the AS_IS angle ⁇ h that is the detection signal from the Hall IC sensor 21.
  • 4 (B) shows the signal period (20 °) of the TS_IS angle ⁇ s1, which is a detection signal from the 20 ° rotor sensor 22, and
  • FIG. 4 (C) shows the TS_OS angle, which is a detection signal from the 40 ° rotor sensor 24.
  • the signal period (40 °) of ⁇ r1 is shown. The zero point adjustment of these three sensors is performed by calibration at the time of assembly.
  • a redundancy device for example, there is a detection signal processing method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-32240 (Patent Document 1), and its application to a steering system of an automobile is described.
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 48633953 (Patent Document 2), a first output signal output from the first sensor element and a second output signal output from the second sensor element are connected to the output terminal.
  • a second conversion processing unit for converting into a second physical quantity, and the second conversion processing unit is disclosed as a physical quantity sensor arranged in a second package.
  • JP-A-6-32240 Japanese Patent No. 48633953 JP 2006-76333 A
  • Patent Document 1 performs processing according to a function in a redundant system and is compared outside the computer, when applied to an electric power steering apparatus, a communication line therefor must be secured. Don't be.
  • the sensor of patent document 2 has the output terminal from each sensor element, the 1st conversion process part is arrange
  • it has a redundant configuration, a diagnosis method and a function restriction method for function continuation are not disclosed.
  • the present invention has been made under the circumstances as described above.
  • the object of the present invention is to improve reliability in a redundant system, to compare and diagnose independent detection signals, and to individually diagnose each detection signal.
  • An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that can perform functions without losing reliability.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus that assists and controls a steering system by calculating a current command value using at least a steering torque and driving a motor based on the current command value.
  • At least two independent torque sensors and angle sensors each having a function of calculating and using the steering angle from the torque sensor and the angle sensor, comparing and diagnosing independent signals, and individually
  • the diagnosis is also performed, the angle sensor signal is not used when it is determined as abnormal in the comparative diagnosis, and the angle sensor signal is treated as a downgrade when at least one of the individual diagnoses is determined as abnormal, This is achieved by not using the angle sensor signal when two or more of the individual diagnoses are determined to be abnormal.
  • the object of the present invention is to continue a function that can be continued even if reliability is lowered by using only the normal side of the angle sensor when at least one of the individual diagnoses is determined to be abnormal. If at least one of the individual diagnoses is determined to be abnormal, the output is further restricted, or the output restriction is an active return function, or This is achieved more effectively by using a calibration signal indicating the vehicle neutral position in the steering angle calculation or by writing the calibration signal to the EEPROM after the EPS is incorporated in the vehicle. .
  • the torque sensor system and the angle sensor system are made redundant, and the independent detection signals are compared and diagnosed, and the individual diagnosis of each detection signal is also performed to detect the abnormality (failure of the angle sensor).
  • the steering angle control output limitation
  • the steering angle control is carried out by continuing the function by using the normal steering angle among the two calculated steering angles, and abnormality of the two angle sensors is determined. In this case, the steering angle value is invalid. Therefore, reliability is improved.
  • the assist is stopped to ensure safety.
  • the present invention is a redundant system in which a torque sensor system, an angle sensor system, and a rudder angle calculation unit are multiplexed in order to improve the reliability of an electric power steering apparatus, and includes at least two independent torque sensors and angle sensors (In the configuration in which the steering angle is calculated from the steering angle sensor), the independent signals are subjected to comparative diagnosis (torque sensor comparison diagnosis, steering angle comparison diagnosis, angle sensor comparison diagnosis) and individual diagnosis of each detection signal is also performed.
  • the steering angle is used in steering wheel return control as an active return function for improving the running stability and steering performance of the vehicle, and reliability is particularly required.
  • the comparative diagnosis is NG (abnormal or faulty)
  • the steering angle value is treated as invalid and the angle sensor signal is not used.
  • the angle sensor signal is treated as a downgrade, and even if the reliability is reduced by using only the normal side, the function that can be continued is continued and the output is limited. (For example, the output of the active return function is limited and continued). However, functions that can lead to serious events are suspended.
  • the angle sensor signal is not used as in the comparative diagnosis. Even in cases where the torque sensor signal is not used for rudder angle calculation (absolute angle sensor), it is the same even if the structure is changed.
  • sensor power supply abnormality or signal abnormality communication error, disconnection, etc.
  • FIG. 5 shows an installation example of various sensors according to the present invention and a signal processing example corresponding to FIG. 3, and the AS_IS angle from the Hall IC sensor 21 which is an angle sensor (steering angle sensor) is an angle sensor circuit 102.
  • the angle sensor circuit 102 outputs the angle sensor angle ⁇ h1 (296 ° cycle), and the angle sensor circuit 112 outputs the angle sensor angle ⁇ h2 (296 ° cycle).
  • the TS_IS angle from the input-side rotor sensor 22 that is a torque sensor is input to the torque sensor circuits 101 and 111
  • the TS_OS angle from the output-side rotor sensor 24 is input to the torque sensor circuits 101 and 111.
  • the torque sensor circuit 101 outputs an input side torque sensor angle ⁇ s1 (20 ° cycle) and an output side torque sensor angle ⁇ r1 (40 ° cycle), and the torque sensor circuit 111 outputs an input side torque sensor angle ⁇ s2 (20 ° cycle) and output side torque sensor angle ⁇ r2 (40 ° cycle).
  • FIG. 6 shows a configuration example of the signal processing circuit of the present invention.
  • Torque sensor angles ⁇ s1 and ⁇ r1 from the torque sensor circuit 101 are input to the torque sensor diagnosis unit 103, and the torque sensor angle ⁇ s2 from the torque sensor circuit 111 and ⁇ r2 is input to the torque sensor diagnosis unit 113.
  • the angle sensor angle ⁇ h1 from the angle sensor circuit 102 is input to the angle sensor diagnosis unit 104, and the angle sensor angle ⁇ h2 from the angle sensor circuit 112 is input to the angle sensor diagnosis unit 114. If there is no abnormality in each diagnosis unit, the input signal is output as it is and input to the steering angle calculation units 100 and 110, respectively.
  • the torque sensor angles ⁇ s1 and ⁇ r1 from the torque sensor diagnosis unit 103 are input to the rudder angle calculation unit 100 and the torque sensor general diagnosis unit 121, and the torque sensor angles ⁇ s2 and ⁇ r2 from the torque sensor diagnosis unit 113 are input.
  • the angle sensor angle ⁇ h1 from the angle sensor circuit 104 is input to the steering angle calculation unit 100 and also input to the angle sensor comprehensive diagnosis unit 122, and the angle sensor angle ⁇ h2 from the angle sensor circuit 114 is input to the steering angle calculation unit 110.
  • the angle sensor integrated diagnosis unit 122 is input to the steering angle calculation unit 110.
  • a steering signal CR1 for correcting the vehicle neutral position is input to the steering angle calculation unit 100, and a calibration signal CR2 for correcting the vehicle neutral position is input to the steering angle calculation unit 110.
  • the calibration signals CR1 and CR2 are written and stored in an EEPROM or the like after the EPS is incorporated into the vehicle.
  • a steering angle ⁇ 1 is output from the steering angle calculation unit 100, a steering angle ⁇ 2 is output from the steering angle calculation unit 110, and the steering angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are input to the steering angle diagnosis unit 120.
  • the steering angle diagnosis unit 120 outputs a diagnosis result SD
  • the torque sensor comprehensive diagnosis unit 121 outputs a diagnosis result TD
  • the angle sensor comprehensive diagnosis unit 122 outputs a diagnosis result AD.
  • rudder angle calculation units 100 and 110 have the same configuration, and a configuration example of the rudder angle calculation unit 100 will be described with reference to FIG.
  • the angle sensor angle ⁇ h1 is subtracted and input to the subtractor 132, the torque sensor angle ⁇ r1 is input to the angle difference calculator 131, the vernier calculator 133, and the relative rudder angle calculator 135, and the torque sensor angle ⁇ s1 is input to the angle difference calculator 131.
  • the steering angle ⁇ br sensor-based absolute steering angle
  • calculated by the vernier calculation unit 133 is input to the initial steering angle calculation unit 134, and the calculated steering angle initial value ⁇ int is output.
  • the steering angle initial value ⁇ int is input to the adding unit 136, and the relative steering angle Re1_OS calculated by the relative steering angle calculating unit 135 is also input to the adding unit 136.
  • the subtraction unit 138 receives the calibration signal CR1 by subtraction, and the corrected steering angle ⁇ 1 is output from the steering angle calculation unit 100.
  • the absolute steering angle ⁇ c from the absolute value conversion unit 137 is the steering angle position on the EPS column (sensor), when the EPS column is attached to the vehicle and used, the steering angle 0 on the vehicle (vehicle neutral position) is 0. The point needs to be corrected.
  • the absolute steering angle ⁇ c is corrected using the calibration signal CR1 so that the vehicle neutral position and the steering angle 0 point coincide with each other, and the steering angle ⁇ 1 is output.
  • the vernier calculation uses a phase difference between sensor signals having different periods (for example, 40 ° period, 296 ° period), and the periodic position “0 to 36” (steering angle 0 °) of the rotor sensor 24 on the output shaft side. It is an operation for obtaining the number of rotations). As a result, it is possible to correctly determine the position of the rotor sensor 24 in the steering angle region “0 to 1480 °”.
  • each detection signal torque sensor # 1 (rotor sensor 22, torque sensor circuit 101) and diagnosis of torque sensor # 2 (rotor sensor 24, torque sensor circuit 111), angle sensor # 1 (Hall IC sensor 21, angle)
  • the sensor circuit 102) and the angle sensor # 2 diagnoses that can be made independently for each sensor signal and are received from the torque sensor by communication.
  • a communication error is determined by non-reception, CRC error, frame error, and the like. Further, it is determined that an error (including a failure) is caused by an error in the power supplied to the sensor, A / D conversion of the power, and the converted value being out of range.
  • the comparative diagnosis is performed as follows, for example, in order to detect an offset / gain failure of the sensor value.
  • Torque sensor comprehensive diagnosis Torque value obtained from torque sensor # 1 ⁇ Torque value obtained from torque sensor # 2
  • Rudder angle diagnosis Rudder angle obtained from torque sensor # 1 and angle sensor # 1-Rudder angle obtained from torque sensor # 2 and angle sensor # 2
  • the diagnosis of the angle sensors # 1 and # 2 can specify which sensor has an abnormality (including a failure). In this case, it is possible to calculate the steering angle using data from the remaining sensors and continue the control. However, comparison checks with high detection coverage cannot be performed. As a result, the reliability is lowered, so the function is limited.
  • a function limitation for example, it is conceivable to suppress the output by multiplying the output of the active return function (using the steering angle and smoothing the steering wheel return) by a limiting gain. This reduces the smoothness of returning the handle, but has the advantage of ensuring more comfort than stopping the function.
  • the comparative diagnosis is abnormal, it cannot be determined whether any of the sensors has an abnormality (or failure), so the function relating to the steering angle is stopped and the assist is continued.
  • the diagnosis of the torque sensors # 1 and # 2 it is possible to determine which sensor has an abnormality or failure, but this is excluded because the assist of the EPS is stopped.
  • the steering angle calculation unit 100 calculates the steering angle ⁇ 1 as described above based on the torque sensor angles ⁇ s1, ⁇ r1, the angle sensor angle ⁇ h1, and the calibration signal CR1, and the steering angle calculation unit 110 calculates the torque sensor angles ⁇ s2, ⁇ r2.
  • the steering angle ⁇ 2 is calculated as described above based on the angle sensor angle ⁇ h2 and the calibration signal CR2.
  • the torque sensor diagnostic unit 103 individually diagnoses the rotor sensor 22 and the torque sensor circuit 101 (step S1), and the torque sensor diagnostic unit 113 individually diagnoses the rotor sensor 24 and the torque sensor circuit 111.
  • the torque sensor comprehensive diagnosis unit 121 performs a comparative diagnosis of the torque sensors (the rotor sensor 22 and the torque sensor circuit 101, the rotor sensor 24 and the torque sensor circuit 111) (step S3).
  • the order of the individual diagnosis of the torque sensor is arbitrary.
  • step S4 it is determined whether any of individual diagnosis and comparative diagnosis of the torque sensor is abnormal (step S4), and if any is abnormal, the assist is stopped (step S5).
  • step S4 If it is determined in step S4 that there is no abnormality, the angle sensor diagnosis unit 104 individually diagnoses the Hall IC sensor 21 and the angle sensor circuit 102 as angle sensors (step S10).
  • the angle sensor diagnostic unit 114 individually diagnoses the Hall IC sensor 21 and the angle sensor circuit 112 as angle sensors (step S11), and determines whether any of the individual diagnoses of the angle sensor is abnormal (step S11). S12). Note that the order of the individual diagnosis of the angle sensor is arbitrary.
  • the angle sensor comprehensive diagnosis unit 123 performs a comparative diagnosis of the angle sensor Hall IC sensor 21 and the angle sensor circuit 102, the Hall IC sensor 21 and the angle sensor circuit 114 (step S13), and further The steering angle diagnosis unit 120 performs steering angle diagnosis (step S14).
  • step S13 when both are normal and normal (step S15), the steering angle ⁇ 1 calculated by the steering angle calculation unit 100 is set as the steering angle value. (Step S16), the steering angle control is validated (Step S17).
  • step S12 If it is determined in step S12 that one of them is abnormal, it is first determined whether or not the angle sensor # 1 (Hall IC sensor 21, angle sensor circuit 102) is abnormal (step S20). If # 1 is not abnormal, the steering angle ⁇ 1 calculated by the steering angle calculation unit 100 is set as the steering angle value (step S21), and the steering angle control is limited (step S22). If the angle sensor # 1 is abnormal, it is determined whether or not the angle sensor # 2 (Hall IC sensor 21, angle sensor circuit 112) is abnormal (step S30). If the angle sensor # 2 is not abnormal The steering angle ⁇ 2 calculated by the steering angle calculation unit 110 is set as a steering angle value (step S31), and the steering angle control is limited (step S22).
  • step S15 If it is determined that one of the above is abnormal in step S15, or if the angle sensor # 2 is determined to be abnormal in step S30, the steering angle value is invalidated (step S32), and the steering angle control is invalidated (step S32). Step S33).
  • the Hall IC sensor is used as the angle sensor (steering angle sensor), but another sensor may be used.

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Abstract

【課題】冗長系システムで信頼性を向上し、独立した検出信号同士を比較診断すると共に、各検出信号の個別診断をも行い、信頼性を損なうことなく機能継続が可能な電動パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、少なくとも２つのそれぞれ独立したトルクセンサ及び角度センサを備え、トルクセンサ及び角度センサからそれぞれ舵角を演算して利用する機能を有し、独立した信号同士を比較診断すると共に、各個別信号の個別診断も行い、比較診断で異常と判定された場合には角度センサ信号を使用せず、個別診断の少なくとも１つが異常と判定された場合には角度センサ信号をダウングレードとして扱い、個別診断の２つ以上が異常と判定された場合には角度センサ信号を使用しない。

Description

電動パワーステアリング装置
　本発明は、冗長系システムの構成を有する電動パワーステアリング装置に関し、特にそれぞれ独立した２つのトルクセンサと２つの角度センサからそれぞれ舵角を演算する構成であり、独立した検出信号同士を比較診断すると共に、各検出信号の個別診断をも行い、信頼性を損なうことなくアシスト等の機能継続が可能な電動パワーステアリング装置に関する。
　車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ制御のデューティの調整で行っている。
　電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。また、コラム軸２には、操舵角θを検出する舵角センサ１４が設けられている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。
　コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。
　このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。
　図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは電流指令値演算部３１に入力され、電流指令値演算部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａで、特性を改善するための補償部３４からの補償信号ＣＭと加算され、加算された電流指令値Ｉｒｅｆ２が電流制限部３３で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。
　減算部３２Ｂでの減算結果Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ－Ｉｍ）はＰＩ制御部３５でＰＩ制御され、ＰＩ制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力されてキャリア信号ＣＦに同期してデューティを演算され、デューティを演算されたＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出手段３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。
　補償部３４は、検出若しくは推定されたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３を加算部３４４で慣性補償値３４２と加算し、その加算結果に更に加算部３４５で収れん性制御値３４１を加算し、その加算結果を補償信号ＣＭとして加算部３２Ａに入力し、特性改善する。
　トーションバーを具備する電動パワーステアリング装置では、複数箇所で角度を検出する必要があり、例えば図３に示すようなセンサがコラム軸２に装着されて、各種検出信号が出力される。即ち、コラム軸２のハンドル１側の入力シャフト２Ａには、角度センサとしてのホールＩＣセンサ２１及び入力側トルクセンサとして２０°ロータセンサ２２が装着されている。ホールＩＣセンサ２１は２９６°周期のＡＳ＿ＩＳ角度θｈを出力し、ＡＳ＿ＩＳ角度θｈは舵角演算部４０に入力される。トーションバー２３よりもハンドル１側に装着された２０°ロータセンサ２２は、２０°周期のＴＳ＿ＩＳ角度θｓ１（主）及びθｓ２（副）を出力し、ＴＳ＿ＩＳ角度θｓ１は舵角演算部４０に入力される。また、ハンドル軸２の出力シャフト２Ｂには、出力側トルクセンサとして４０°ロータセンサ２４が装着されており、４０°ロータセンサ２４からＴＳ＿ＯＳ角度θｒ１（主）及びθｒ２（副）が出力され、ＴＳ＿ＯＳ角度θｒ１は舵角演算部４０に入力される。舵角演算部４０は、ＡＳ＿ＩＳ角度θｈ、ＴＳ＿ＩＳ角度θｓ１、ＴＳ＿ＯＳ角度θｒ１及び舵角速度ωに基づいて、絶対値の舵角θａｂを演算して出力している。
　図４は各センサの検出信号の信号周期の一例を示しており、図４（Ａ）はホールＩＣセンサ２１からの検出信号であるＡＳ＿ＩＳ角度θｈの信号周期（２９６°）を示しており、図４（Ｂ）は２０°ロータセンサ２２からの検出信号であるＴＳ＿ＩＳ角度θｓ１の信号周期（２０°）を示しており、図４（Ｃ）は４０°ロータセンサ２４からの検出信号であるＴＳ＿ＯＳ角度θｒ１の信号周期（４０°）を示している。これら３つのセンサの０点調整は、組立時にキャリブレーションして調整する。
　このような電動パワーステアリング装置では、近年、信頼性向上が一層求められており、装置や部品の冗長化が実施されている。かかる冗長化装置として、例えば特開平６－３２２４０号公報（特許文献１）に示される検出信号処理方法があり、自動車の操舵システムへの適用が述べられている。また、特許第４８６３９５３号公報（特許文献２）には、出力端子に接続され、第１のセンサエレメントが出力する第１の出力信号と、第２のセンサエレメントが出力する第２の出力信号を、第２の物理量に変換する第２の変換処理部とを備え、第２の変換処理部は、第２のパッケージ内に配置された物理量センサが開示されている。
特開平６－３２２４０号公報 特許第４８６３９５３号公報 特開２００６－７６３３３号公報
　しかしながら、特許文献１の処理方法は、冗長系で関数に従った処理がなされており、コンピュータ外部で比較されているので、電動パワーステアリング装置へ適用した場合、そのための通信ラインを確保しなければならない。また、特許文献２のセンサは、センサエレメントからそれぞれ出力端子が出ており、第１の変換処理部が第１のパッケージ内に配置され、第２の変換処理部が第２のパッケージ内に配置されている。従って、装置全体が大型化してしまい、小型軽量化が求められる、電動パワーステアリング装置には適さない。また、冗長系の構成となっているが、機能継続のための診断方法と機能制限方法が開示されていない。
　本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、冗長系システムで信頼性を向上し、独立した検出信号同士を比較診断すると共に、各検出信号の個別診断をも行い、信頼性を損なうことなく機能継続が可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。
　本発明は、少なくとも操舵トルクを用いて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、少なくとも２つのそれぞれ独立したトルクセンサ及び角度センサを備え、前記トルクセンサ及び角度センサからそれぞれ舵角を演算して利用する機能を有し、独立した信号同士を比較診断すると共に、各個別信号の個別診断も行い、前記比較診断で異常と判定された場合には前記角度センサ信号を使用せず、前記個別診断の少なくとも１つが異常と判定された場合には前記角度センサ信号をダウングレードとして扱い、前記個別診断の２つ以上が異常と判定された場合には前記角度センサ信号を使用しないことにより達成される。
　また、本発明の上記目的は、前記個別診断の少なくとも１つが異常と判定された場合、前記角度センサの正常側のみを使用することで、信頼性が低下しても継続可能な機能を継続するようになっていることにより、或いは前記個別診断の少なくとも１つが異常と判定された場合、更に出力制限を行うようになっていることにより、或いは前記出力制限がアクティブリターン機能であることにより、或いは前記舵角演算に、車両中立位置を示すキャリブレーション信号を用いることにより、或いはＥＰＳを車両に組み込んで後に前記キャリブレーション信号をＥＥＰＲＯＭに書き込むようになっていることにより、より効果的に達成される。
　本発明の電動パワーステアリング装置によれば、トルクセンサ系及び角度センサ系を冗長系とし、独立した検出信号同士を比較診断すると共に、各検出信号の個別診断をも行い、角度センサの異常（故障を含む）の場合には、２つの演算された舵角のうち、正常な舵角を用いることによる機能継続で舵角制御（出力制限）を実施し、２つの角度センサの異常が判定された場合には、舵角値を無効としている。従って、信頼性の向上となる。
　また、トルクセンサ系の診断で異常が判定された場合にはアシスト停止とし、安全性を確保している。
電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 電動パワーステアリング装置とセンサの装着例及びその検出信号の関係を示す図である。 各センサの信号周期の一例を示す波形図である。 本発明のセンサ及びその検出系を示す構成図である。 本発明の診断処理部の構成例を示すブロック図である。 舵角演算部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートの一部である。 本発明の動作例を示すフローチャートの一部である
　本発明は、電動パワーステアリング装置の信頼性を向上するためにトルクセンサ系及び角度センサ系並びに舵角演算部を多重化した冗長系システムであり、少なくとも２つのそれぞれ独立したトルクセンサと角度センサ（舵角センサ）から舵角をそれぞれ演算する構成で、独立した信号同士を比較診断（トルクセンサ比較診断、舵角比較診断、角度センサ比較診断）すると共に、各検出信号の個別診断も行う。
　舵角は、車両の走行安定性や操舵性向上のためのアクティブリターン機能として、ハンドル戻り制御などで使用され、特に信頼性が要請される。
　比較診断がＮＧ（異常若しくは故障）であれば舵角値を無効として扱い、角度センサ信号を使用しない。１つの各個別診断がＮＧであれば、角度センサ信号をダウングレードとして扱い、正常側のみを使用することで信頼度が落ちても、継続可能な機能は継続し、出力制限を行うなどの処理を併せて実施する（例えばアクティブリターン機能の出力を制限して継続）。ただし、重大事象に至る可能性ある機能は停止する。複数の各個別診断がＮＧ（異常若しくは故障）の場合には、比較診断と同様に角度センサ信号を使用しない。また、舵角演算にトルクセンサ信号を使用しないケース（絶対角センサ）でも、構造が変わるのみで同等であり、各個別診断の例として、センサ電源の異常や信号異常（通信エラー、断線など）等がある。
　以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
　図５は、本発明の各種センサの設置例とその信号処理例を図３に対応させて示しており、角度センサ（舵角センサ）であるホールＩＣセンサ２１からのＡＳ＿ＩＳ角度は角度センサ回路１０２及び１１２に入力され、角度センサ回路１０２からは角度センサ角度θｈ１（２９６°周期）が出力され、角度センサ回路１１２からは角度センサ角度θｈ２（２９６°周期）が出力される。また、トルクセンサである入力側のロータセンサ２２からのＴＳ＿ＩＳ角度はトルクセンサ回路１０１及び１１１に入力され、出力側のロータセンサ２４からのＴＳ＿ＯＳ角度はトルクセンサ回路１０１及び１１１に入力される。トルクセンサ回路１０１からは入力側のトルクセンサ角度θｓ１（２０°周期）及び出力側のトルクセンサ角度θｒ１（４０°周期）が出力され、トルクセンサ回路１１１からは入力側のトルクセンサ角度θｓ２（２０°周期）及び出力側のトルクセンサ角度θｒ２（４０°周期）が出力される。
　なお、トルクセンサ回路１０１及び１１１、角度センサ回路１０２及び１１２には、別途電源回路から電力が供給されている。
　図６は本発明の信号処理回路の構成例を示しており、トルクセンサ回路１０１からのトルクセンサ角度θｓ１及びθｒ１はトルクセンサ診断部１０３に入力され、トルクセンサ回路１１１からのトルクセンサ角度θｓ２及びθｒ２はトルクセンサ診断部１１３に入力される。角度センサ回路１０２からの角度センサ角度θｈ１は角度センサ診断部１０４に入力され、角度センサ回路１１２からの角度センサ角度θｈ２は角度センサ診断部１１４に入力される。各診断部で異常がなければ入力された信号がそのまま出力され、それぞれ舵角演算部１００及び１１０に入力される。
　即ち、トルクセンサ診断部１０３からのトルクセンサ角度θｓ１及びθｒ１は舵角演算部１００に入力されると共に、トルクセンサ総合診断部１２１に入力され、トルクセンサ診断部１１３からのトルクセンサ角度θｓ２及びθｒ２は舵角演算部１１０に入力されると共に、トルクセンサ総合診断部１２１に入力される。また、角度センサ回路１０４からの角度センサ角度θｈ１は舵角演算部１００に入力されると共に、角度センサ総合診断部１２２に入力され、角度センサ回路１１４からの角度センサ角度θｈ２は舵角演算部１１０に入力されると共に、角度センサ総合診断部１２２に入力される。
　舵角演算部１００には、車両中立位置を更正するキャリブレーション信号ＣＲ１が入力され、舵角演算部１１０には車両中立位置を更正するキャリブレーション信号ＣＲ２が入力される。キャリブレーション信号ＣＲ１及びＣＲ２は、ＥＰＳを車両に組み込んでからＥＥＰＲＯＭ等に書き込まれて格納されている。舵角演算部１００からは舵角θ１が出力され、舵角演算部１１０からは舵角θ２が出力され、舵角θ１及びθ２は舵角診断部１２０に入力される。舵角診断部１２０からは診断結果ＳＤが出力され、トルクセンサ総合診断部１２１からは診断結果ＴＤが出力され、角度センサ総合診断部１２２からは診断結果ＡＤが出力される。
　また、舵角演算部１００及び１１０は同一構成であり、ここでは舵角演算部１００の構成例を図７に示して説明する。
　角度センサ角度θｈ１は減算部１３２に減算入力され、トルクセンサ角度θｒ１は角度差演算部１３１、バーニア演算部１３３及び相対舵角演算部１３５に入力され、トルクセンサ角度θｓ１は角度差演算部１３１に入力される。角度差演算部１３１で演算された角度差θａ（＝θｓ１－θｒ１）は減算部１３２に加算入力され、減算部１３２で減算された角度ＡＳ＿ＯＳ（＝θａ－θｈ１）はバーニア演算部１３３に入力される。バーニア演算部１３３で演算された舵角θｂｒ（センサ基準の絶対舵角）は初期舵角演算部１３４に入力され、演算された舵角初期値θｉｎｔが出力される。舵角初期値θｉｎｔは加算部１３６に入力され、相対舵角演算部１３５で演算された相対舵角Ｒｅ１＿ＯＳも加算部１３６に入力される。加算部１３６の加算で得られたステアリング舵角θｂ（＝θｉｎｔ＋Ｒｅ１＿ＯＳ）は絶対値化部１３７に入力され、絶対値舵角θｃが減算部１３８に加算入力される。減算部１３８にはキャリブレーション信号ＣＲ１が減算入力され、更正された舵角θ１が舵角演算部１００から出力される。
　絶対値化部１３７からの絶対舵角θｃはＥＰＳコラム（センサ）上での舵角位置となるため、ＥＰＳコラムを車両に取付けて使用する場合、車両上（車両中立位置）での舵角０点を更正する必要がある。車両中立位置と舵角０点が一致するように、キャリブレーション信号ＣＲ１を用いて絶対舵角θｃを更正して舵角θ１を出力する。
　なお、バーニア演算は周期の異なるセンサ信号（例えば４０°周期、２９６°周期）同士の位相差を利用して、出力軸側にあるロータセンサ２４の周期位置「０～３６」（舵角０°から何回転目か）を求める演算である。これにより、ロータセンサ２４が舵角領域「０～１４８０°」のどの位置であるか、を正しく判定することができる。
　各検出信号の個別診断（トルクセンサ＃１（ロータセンサ２２、トルクセンサ回路１０１）及びトルクセンサ＃２（ロータセンサ２４、トルクセンサ回路１１１）の診断、角度センサ＃１（ホールＩＣセンサ２１、角度センサ回路１０２）及び角度センサ＃２（ホールＩＣセンサ２１、角度センサ回路１１２）の診断）は、各センサの信号毎に独立してできる診断であり、トルクセンサから通信で受信している場合の通信異常は、未受信、ＣＲＣエラー、フレームエラー等で判定する。また、センサへ供給している電源エラーや、電源をＡ／Ｄ変換し、変換された値が範囲外であることなどを異常（故障を含む）と判定する。
　比較診断（トルクセンサ総合診断、角度センサ総合診断、舵角診断）は、センサ値のオフセット／ゲイン故障などを検出するために、例えば以下のように行う。
 
（１）トルクセンサ総合診断
｜トルクセンサ＃１から求めたトルク値－トルクセンサ＃２から求めたトルク値｜＞所定値（例えば１Ｎｍ）の場合を異常と判定する。
（２）舵角診断
｜トルクセンサ＃１及び角度センサ＃１から求めた舵角－トルクセンサ＃２及び角度センサ＃２から求めた舵角｜＞所定値（例えば５°）の場合を異常と判定する。
（３）角度センサ総合診断
｜角度センサ＃１から求めた角度値－角度センサ＃２から求めた角度値｜＞所定値（例えば５°）の場合を異常と判定する。
 
　上記診断において、角度センサ＃１及び＃２の診断では、どちらのセンサに異常（故障を含む）が発生したかを特定することができる。この場合は、残りのセンサからのデータを使用して舵角を演算し、制御を継続することが可能である。ただし、検出カバレッジの高い比較チェックを実施できなくなる。これによって信頼性が低下してしまうため、機能に制限を設けている。機能の制限として、例えばアクティブリターン機能（舵角を使用し、ハンドル戻りをスムーズにする）の出力に制限ゲインを乗算し、出力を抑えることが考えられる。これによって、ハンドル戻りのスムーズさが低下するが、機能を停止するよりも快適性を確保できる利点がある。
　また、比較診断が異常である場合は、いずれかのセンサに異常（若しくは故障）があるかを判別できないため、舵角に関する機能を停止してアシストを継続する。トルクセンサ＃１及び＃２の診断でも、どちらのセンサに異常若しくは故障があるか判別可能であるが、ＥＰＳのアシストを停止してしまうため、除外している。
　このような構成及び機能において、その動作例を図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。
　舵角演算部１００は、トルクセンサ角度θｓ１、θｒ１及び角度センサ角度θｈ１並びにキャリブレーション信号ＣＲ１に基づいて上述のように舵角θ１を演算し、舵角演算部１１０は、トルクセンサ角度θｓ２、θｒ２及び角度センサ角度θｈ２並びにキャリブレーション信号ＣＲ２に基づいて上述のように舵角θ２を演算する。
　診断動作として、先ずトルクセンサ診断部１０３はロータセンサ２２及びトルクセンサ回路１０１の診断を個別に行い（ステップＳ１）、トルクセンサ診断部１１３はロータセンサ２４及びトルクセンサ回路１１１の診断を個別に行い（ステップＳ２）、トルクセンサ総合診断部１２１はトルクセンサ（ロータセンサ２２及びトルクセンサ回路１０１、ロータセンサ２４及びトルクセンサ回路１１１）の比較診断を行う（ステップＳ３）。なお、トルクセンサの個別診断の順番は任意である。
　そして、トルクセンサの個別診断及び比較診断のいずれかが異常であるかを判定し（ステップＳ４）、いずれかが異常であればアシスト停止とする（ステップＳ５）。
　上記ステップＳ４の異常有無判定において、異常がないと判定された場合には、角度センサ診断部１０４は角度センサとしてのホールＩＣセンサ２１及び角度センサ回路１０２の診断を個別に行い（ステップＳ１０）、角度センサ診断部１１４は角度センサとしてのホールＩＣセンサ２１及び角度センサ回路１１２の診断を個別に行い（ステップＳ１１）、角度センサの個別診断のいずれかが異常であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。なお、角度センサの個別診断の順番は任意である。異常有無の判定の結果、異常がなければ角度センサ総合診断部１２３は角度センサホールＩＣセンサ２１及び角度センサ回路１０２、ホールＩＣセンサ２１及び角度センサ回路１１４の比較診断を行い（ステップＳ１３）、更に舵角診断部１２０は舵角診断を行う（ステップＳ１４）。
　角度センサ総合診断（ステップＳ１３）及び舵角診断（ステップＳ１４）において、いずれも異常がなく正常な場合には（ステップＳ１５）、舵角演算部１００で演算された舵角θ１を舵角値とし（ステップＳ１６）、舵角制御を有効とする（ステップＳ１７）。
　上記ステップＳ１２において、いずれかが異常と判定された場合には、先ず角度センサ＃１（ホールＩＣセンサ２１、角度センサ回路１０２）が異常であるか否かを判定し（ステップＳ２０）、角度センサ＃１が異常でない場合には、舵角演算部１００で演算された舵角θ１を舵角値とし（ステップＳ２１）、舵角制御を制限する（ステップＳ２２）。角度センサ＃１が異常である場合には、角度センサ＃２（ホールＩＣセンサ２１、角度センサ回路１１２）が異常であるか否かを判定し（ステップＳ３０）、角度センサ＃２が異常でない場合には、舵角演算部１１０で演算された舵角θ２を舵角値とし（ステップＳ３１）、舵角制御を制限する（ステップＳ２２）。
　上記ステップＳ１５においていずれかが異常と判定された場合、上記ステップＳ３０において角度センサ＃２が異常と判定された場合には舵角値を無効とし（ステップＳ３２）、舵角制御を無効とする（ステップＳ３３）。
　なお、上述では角度センサ（舵角センサ）としてホールＩＣセンサを用いているが、他のセンサであっても良い。
１　　　　　　　　ハンドル
２　　　　　　　　コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０　　　　　　　トルクセンサ
１２　　　　　　　車速センサ
１３　　　　　　　バッテリ
１４　　　　　　　舵角センサ
２０　　　　　　　モータ
２１　　　　　　　ホールＩＣセンサ（角度センサ、舵角センサ）
２２、２４　　　　ロータセンサ（トルクセンサ）
２３　　　　　　　トーションバー
３０　　　　　　　コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１　　　　　　　電流指令値演算部
３５　　　　　　　ＰＩ制御部
３６　　　　　　　ＰＷＭ制御部
１００、１１０　　舵角演算部
１０１、１１１　　トルクセンサ
１０２、１１２　　角度センサ
１０３，１１３　　トルクセンサ診断部
１０４，１１４　　角度センサ診断部
１０５、１１５　　キャリブレーション信号発生部
１２０　　　　　　舵角診断部
１２１　　　　　　トルクセンサ総合診断部
１２２　　　　　　角度センサ総合診断部
１３１　　　　　　角度差演算部
１３３　　　　　　バーニア演算部
１３５　　　　　　相対舵角演算部

Claims (6)

  1. 少なくとも操舵トルクを用いて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
    少なくとも２つのそれぞれ独立したトルクセンサ及び角度センサを備え、前記トルクセンサ及び角度センサからそれぞれ舵角を演算して利用する機能を有し、
    独立した信号同士を比較診断すると共に、各個別信号の個別診断も行い、
    前記比較診断で異常と判定された場合には前記角度センサ信号を使用せず、
    前記個別診断の少なくとも１つが異常と判定された場合には前記角度センサ信号をダウングレードとして扱い、前記個別診断の２つ以上が異常と判定された場合には前記角度センサ信号を使用しない、
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記個別診断の少なくとも１つが異常と判定された場合、前記角度センサの正常側のみを使用することで、信頼性が低下しても継続可能な機能を継続するようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記個別診断の少なくとも１つが異常と判定された場合、更に出力制限を行うようになっている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記出力制限がアクティブリターン機能である請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記舵角演算に、車両中立位置を示すキャリブレーション信号を用いる請求項１乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  6. ＥＰＳを車両に組み込んで後に前記キャリブレーション信号をＥＥＰＲＯＭに書き込むようになっている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
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