WO2017203596A1 - 電子制御装置及びその動作制御方法 - Google Patents

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英司 岩見
山本　宗法
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention includes an electronic control device having at least two sets of detection means, such as an electronic control device for an electric power steering apparatus for a vehicle, and having redundancy for switching one of the detection means to the other detection means when an abnormality occurs. And an operation control method thereof.
  • the conventional electronic control device has at least two sets of detection means as a configuration having a redundant system, and both are taken in the same way to detect an abnormality. When an abnormality occurs, the abnormal side is not used, and only the normal side is used. The control was continued.
  • the control device disclosed in Patent Document 1 includes three current sensors in an inverter circuit, and has sensor abnormality determination means for determining normality and abnormality based on currents detected by these current sensors. Control was continued using this sensor. Further, the control device of Patent Document 2 includes two sets of drive circuits, and when one power supply abnormality occurs, the control device switches to the other and continues power supply.
  • the abnormality determination means can switch to one of the sensors and the drive circuit when the abnormality occurs and control can be continued, and in this sense, it has redundancy.
  • the determination method of the abnormality determination means as described in Patent Document 1, even if the possibility of abnormality is detected, it takes multiple counters and time to determine that it is abnormal. The control during this time uses the past means that were normal.
  • the present invention provides an electronic control device that can reduce the influence of an abnormality by reducing the time lag from detecting the possibility of abnormality to switching to the other and reducing the CPU load for abnormality determination. And an operation control method thereof.
  • the electronic control device of the present invention has at least two sets of detection means, and the control unit that controls the object using information of these detection means includes abnormality determination means for determining abnormality of the detection means.
  • the control unit executes control for one set of the detection means, and the abnormality determination means detects an abnormality at a normal speed for the execution, and the other group detects an abnormality at a speed lower than the normal speed. If the detection means detects a sign of abnormality in the normal speed detection means, the control unit switches to the remaining normal group and continues control, and the abnormality determination means detects the remaining normal group at the normal speed. On the other hand, the abnormal group continuously detects abnormalities at a speed lower than the normal speed.
  • the control unit switches to the remaining normal group and continues the control, and the abnormality determination unit determines the remaining normal group. While detecting abnormalities at normal speed, the abnormal group continuously detects abnormalities at speeds below the normal speed, so it can be quickly switched to the normal side by detecting abnormal signs and detected at normal speed and speeds below the normal speed. Therefore, the load on the CPU can be reduced.
  • Embodiment 1 is a schematic circuit diagram showing an overall configuration in a first embodiment of the present invention. It is a wave form diagram which shows the signal waveform of the rotation angle sensor in Embodiment 1 of this invention. It is a flowchart figure which shows the process of the abnormality determination means in Embodiment 1 of this invention. It is a principal part flowchart figure which shows the process of the abnormality determination means in Embodiment 1 of this invention. It is a principal part flowchart figure which shows the process of the abnormality determination means in Embodiment 2 of this invention. It is a perspective view which shows an example of the rotation angle sensor in Embodiment 3 of this invention. It is a principal part flowchart figure which shows the process of the abnormality determination means in Embodiment 3 of this invention. It is a schematic circuit diagram which shows the whole structure in Embodiment 4 of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing an electronic control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Sensors 5a and 5b are provided as detection means 5
  • CPU 10 is provided as a control unit
  • abnormality determination means 15 is provided as one function within CPU 10.
  • an electrical signal is supplied from the drive unit 3 to the target unit 2 such as a motor via the first-stage drive circuit 11.
  • the detection means 5 is two sensors 5a and 5b having substantially the same configuration and performance, and information on these sensors is input to the interface circuits 13a and 13b and transmitted to the CPU 10, respectively.
  • the CPU 10 has a built-in abnormality determination unit 15, and information on the sensors 5 a and 5 b is also input to the abnormality determination unit 15.
  • the CPU 10 further includes a switching means 10a for selecting one of the sensor information, and a control amount calculation means 10b for calculating a control amount based on the selected information.
  • Information on both sensors 5a and 5b is input to the abnormality determination means 15, and is input to the abnormality determination unit 15c via the abnormality monitoring units 15a and 15b.
  • the abnormality monitoring unit 15a performs a process at the same normal speed and outputs the result to the abnormality determination unit 15c.
  • the abnormality monitoring unit 15b performs processing at a slow speed below the normal speed and outputs the processed data to the abnormality determination unit 15c.
  • the switching means 10a is connected to a switch on the sensor 5a side so as to select the sensor 5a, but not connected to the sensor 5b side. Therefore, only the sensor 5a is used for the control amount calculation means 10b, and the control amount calculation for the sensor 5b is not performed.
  • the abnormality determination unit 15c monitors and checks whether or not an abnormality has occurred in the sensor 5a information input at the normal speed, and determines selection of a sensor to be used for control. As soon as an abnormality is detected in the information of the sensor 5a, a signal 15d is output to the switching means 10a, and the switch is switched downward as indicated by an arrow in the figure. Almost simultaneously, this signal 15d is also transmitted to the abnormality monitoring units 15a and 15b, and the abnormality monitoring of the sensor 5a, which has been the normal speed until now, is performed at a speed lower than the normal speed, while the abnormality of the sensor 5b which has been the speed lower than the normal speed. Monitoring is changed to normal speed.
  • the normal speed and the speed equal to or lower than the normal speed mean a period of information fetching and calculation processing of the CPU 10. At normal speed, for example, it is fetched every time along the control amount calculation cycle, and new sensor information is always acquired. On the other hand, the speed below the normal speed is not to acquire data at the normal speed or to acquire the data every time but to acquire the normal speed only once every plural times.
  • the sensor information used for the control amount calculation takes in data at a normal speed (cycle) according to the calculation speed, and the other sensor is not currently used directly for control. (Period). Both the abnormality determinations of the sensors 5a and 5b are checked in the same manner. However, since the input cycles are different, the normal speed sensor can detect the abnormality earlier. Therefore, when an abnormality is detected, the control is immediately switched to the other sensor and the control is continued. Further, the abnormality determination unit 15c detects a sign of abnormality in the sensor 5a, and the switching signal 15d is output even when the abnormality has not yet been determined.
  • FIG. 2 is an overall circuit diagram composed of a motor 2 and a control unit 1 in which the present invention is employed in an electronic control device of an electric power steering device for a vehicle.
  • the motor 2 is a three-phase brushless motor, and a rotation angle sensor 5 that detects the rotation angle of the motor for the brushless motor 2 is disposed in the vicinity of the output shaft of the motor.
  • sensors 8 such as a battery 6 mounted on the vehicle, an ignition switch 7, a vehicle speed sensor and a torque sensor for detecting steering torque of the handle are installed.
  • inverter circuit 3 in which switching elements for supplying current to the motor 2 are connected to each phase.
  • a constant power supply circuit 18, various input circuits 12, a CPU 10, a drive circuit 11, a rotation angle detection circuit 13 of the rotation angle sensor 5, and the like are mounted on the control board 4.
  • a filter 17, a power switching element 14 that serves as a power relay, and the like are mounted on the control board 4.
  • each part in the control unit 1 is as follows.
  • a constant voltage is applied to the CPU 10, the input circuit 12, the drive circuit 11, the rotation angle detection circuit 13 and the like by the constant power circuit 18.
  • power for the inverter circuit 3 is supplied from the battery 6 via the filter 17.
  • Information from sensors 8 such as a vehicle speed sensor and a torque sensor is sent to the CPU 10 via the input circuit 12, and the CPU 10 calculates a control amount for supplying power to the motor 2 based on these information, and drives as output. It is output via the circuit 11. Further, the voltage or current of each part in the inverter circuit 3 is detected and transmitted to the CPU 10 through the input circuit 12.
  • a power switching element 14 having a relay function for opening and closing is inserted in the + B power line.
  • the switching element 14 is, for example, an FET, and the parasitic diode has elements arranged in series in the forward direction and the reverse direction of the current supply. With this switching element, the power supply can be forcibly cut off when a failure occurs in the inverter circuit 3 or the motor 2.
  • the driving of the switching element 14 is also controlled by the CPU 10 via the drive circuit 11.
  • the inverter circuit 3 includes the same switching elements 31, 32, shunt resistors 33, and three-phase windings (U phase, V phase, W phase) of the motor 2 with respect to the arm circuits 3U, 3V, 3W of the respective phases. It is composed of a capacitor 30 and the like. Two switching elements 31 and 32 constituting the upper and lower arms are provided in series, and a motor relay switching element 34 having a relay function for opening and closing between the motor winding and the switching element, respectively. Since the upper and lower arm switching elements 31 and 32 are PWM-driven based on a command from the CPU 10, the capacitor 30 is also connected in the vicinity for the purpose of noise suppression. A shunt resistor 33 is also connected to detect the current flowing through the motor 2.
  • the voltage between the switching elements 31 and 32 of the upper and lower arms or the terminal of the motor winding (U phase, V phase, W phase) and the voltage of the shunt resistor 33 are transmitted to the CPU 10 to control the CPU 10 control command value (target Value) and the actual current and voltage values are grasped, so-called feedback control is performed, and failure determination of each part is also performed.
  • the CPU 10 calculates the rotation position or speed of the motor by detecting the rotation angle with the rotation angle sensor 5 and uses it for the coil current supply timing.
  • the rotation angle sensor 5 includes two sensors a and b having the same structure and performance. Further, the signals detected by the rotation angle sensors a and b are transmitted to the rotation angle detection circuit 13, respectively, converted into voltage levels that can be input by the CPU 10, and output.
  • the sensors 5a and 5b in FIG. 1 correspond to the rotation angle sensors a and b in FIG. 2, and the other parts in FIG.
  • the description of the rotation angle sensors a and b and the rotation angle detection circuit will be continued.
  • a resolver type, a magnetoresistive (MR) element type, or the like that detects a change in the magnetic field according to the rotation of the output shaft can be used.
  • the waveforms detected by the rotation angle sensors a and b are two types of signals, a sin signal and a cos signal 5d along the time axis as shown in FIG.
  • the rotation angle detection circuit 13 also has a two-circuit configuration of interface circuits 13a and 13b as shown in FIG.
  • the rotation angle detection circuit 13 When all four of these signals are normal to the rotation angle sensors a and b and the rotation angle detection circuit 13, they are input to the CPU 10, but if they are normal, the results of both are the same and the two sets are always simultaneously. There is no need to detect and acquire. Therefore, only one set is acquired at the normal speed, and the other is acquired at a speed lower than the normal speed, for example, 1/10.
  • the signal of the rotation angle sensor 5 can detect a signal of 360 degrees and one cycle by one rotation of the output shaft of the motor 2. If the amplitudes of the sin signal 5c and the cos signal 5d of the rotation angle sensor 5 are acquired, the angle can be easily calculated from these, and the CPU 10 outputs a control amount command in accordance with the angle.
  • the rotation angle sensor 5 is for detecting the rotation angle of the output shaft of the motor 2.
  • the accuracy of the rotation angle sensor 5 has a great influence on the control, and it is detected at a faster speed (control calculation cycle) and the power supply timing of the motor 2 is detected. Must be usable. Therefore, rotation angle calculation and abnormality determination are processed in an interrupt routine different from the main routine in the CPU 10 software.
  • This flowchart is shown in FIGS.
  • the flowchart of FIG. 4 is started by an interruption cycle, for example, interruption every 100 ⁇ sec.
  • step S1 a sin signal (5c in FIG. 3) and a cos signal (5d in FIG.
  • step 3 the selection state of the rotation angle sensor is checked. Since there are two rotation angle sensors, it is determined which sensor is selected as the normal speed for control. When the rotation angle sensor a is selected (YES), the abnormality detection process of the rotation angle sensor a is performed. When the rotation angle sensor a is not selected (NO), the abnormality detection process of the rotation angle sensor b is performed. . Since the rotation angle sensors a and b have substantially the same function and performance, the processing is also the same, so the description will be continued together.
  • the sensor a abnormality detection is performed to check whether the waveform (voltage) of the sensor a input in step S4 is normal.
  • sensor b abnormality detection is performed to check whether the waveform (voltage) of the sensor b input in step S13 is normal.
  • an abnormality detection method there is a detection of a voltage (amplitude) outside a predetermined range.
  • the amplification factor of the rotation angle detection circuit 13 is set so that the amplitude changes between 1 and 4V, for example, 0V or 5V If the voltage is fixed at, it can be judged as abnormal. Further, when the rotation of the motor 2 is controlled, if the captured value does not change from the previous captured value or only one of them changes and the other does not change, it can be determined that the signal that has not changed is abnormal. That is, an abnormality can be detected by a change from the previous value.
  • step S5 checks whether there is an abnormality. If the rotation angle sensor a is abnormal (YES), the sensor a abnormality detection flag is set in step S6. This abnormality detection flag is used for a sensor selection process described later. In step S7, since the rotation angle sensor a is determined to be abnormal, the number of abnormalities when the sensor a is used is incremented. In step S8, since the sensor a is not abnormal, the sensor a abnormality detection flag is reset, and in step 9, the abnormality frequency when the sensor a is used is cleared to zero. Similarly, in step S14 to S18, the rotation angle sensor b performs setting and resetting of the sensor b abnormality flag, and processing for counting the number of abnormalities when the sensor b is used.
  • step S10 abnormality determination processing for the selected sensor is performed.
  • step S10 it is checked whether or not the number of abnormalities when using the sensor a is equal to or greater than a predetermined number (X times). If the number of abnormalities is greater than or equal to the predetermined number (YES), the sensor a abnormality determination flag is set in step S11.
  • This abnormality confirmation flag is set when it is determined that the sensor is definitely abnormal, and means that it cannot be used for further control.
  • the predetermined number of times (X times) is set within a range where there is no problem in safety even if the control is continued with an abnormal sensor input signal.
  • step 12 the abnormal number of times of use of the unselected sensor b is cleared to zero.
  • step S19 to S21 the rotation angle sensor b performs the process of setting the sensor b abnormality determination flag and clearing the number of abnormal times 0 when the sensor a is used.
  • step S22 it is checked whether or not it is the timing of periodic processing that is equal to or greater than the normal cycle. If it is the timing of a cycle longer than the normal cycle (YES), the processing of FIG. 5 described later is executed.
  • the periodic process equal to or greater than the normal period means a process that is executed in a normal period or a period slower than the normal period.
  • steps S23 to S26 selection processing of sensors used for control is performed.
  • S23 as a determination result in the above-described abnormality determination process, the set / clear state of the sensor a abnormality detection flag and the sensor a abnormality determination flag is confirmed. If both are cleared (YES), the sensor a is selected in step S24. . In other cases (NO), the set / clear state of the sensor b abnormality detection flag and the sensor b abnormality confirmation flag is confirmed in step S25. If both are cleared (YES), the sensor b is selected in step S26. In other cases (NO), the sensor is not switched. In other words, in the case of a primary failure, the behavior at the time of abnormality is suppressed by instantaneously switching to the other sensor, and in the case of a secondary failure where the other sensor is already abnormal, the sensor used for control The control is continued.
  • step S27 the rotation angle is calculated by arctan using sin and cos voltage signals acquired from the selected sensor (5e in FIG. 3). Up to this point, the abnormality detection and switching processing of the rotation angle sensor 5 is performed, and then processing for exiting the interrupt routine is performed in step S28, and the interrupt routine is terminated.
  • step S22 of FIG. 4 it is checked whether T time or a predetermined number of times has passed.
  • the processing is repeated at 100 ⁇ sec. Therefore, the rotation angle sensor is detected and acquired by the normal cycle, but the process of FIG. 5 corresponds to a process of a speed (cycle) equal to or lower than the normal speed.
  • T time has not passed (NO)
  • Step S30 determines the selection state of the sensor. If the rotation angle sensor a is not selected (NO), the sensor a abnormality detection is performed to check whether the sensor a is normal in step S31. Similarly, when the rotation angle sensor a is selected (YES), the sensor b abnormality is detected in step S40.
  • Steps 31 to 39 and steps 40 to 48 are abnormality determination processing similar to steps S4 to S12 and steps S13 to S21 in FIG. 4, but the abnormality determination processing after abnormality detection is different. This step is executed only once every 10 times in FIG. 4, and FIG.
  • the abnormality determination counter when the sensor is not used is provided as a counter different from the abnormality counter when the sensor is used in FIG.
  • the above is the processing of the abnormality determination unit 15 of the CPU 10, the switching unit of the CPU 10, and the acquisition and selection processing of the rotation angle sensor information.
  • one sensor information is acquired at a normal speed (cycle), and abnormality detection and control amount switching processing are performed, so that the software processing uses two sensors.
  • the load is not doubled, and the overall processing time can be shortened.
  • the abnormality determination the instantaneous determination result is normal, and it is used for switching the abnormality sensor, and the abnormality determination is accurately performed over a predetermined time, so an unstable time is required for the control from the detection of the abnormality sign to the abnormality determination. It can be shortened and continuity of control can be secured.
  • the present invention has at least two sets of detection means, and the control unit that controls the object using information of these detection means includes an abnormality determination means that determines abnormality of the detection means.
  • the control unit executes control for one set of the detection means,
  • the abnormality determination means detects an abnormality at a normal speed for the execution, detects an abnormality at a speed lower than the normal speed for the remaining pairs,
  • the control unit switches to the remaining normal group and continues control
  • the abnormality determination means detects an abnormality of the remaining normal group at a normal speed, while the abnormal group continuously detects an abnormality at a speed lower than the normal speed.
  • the present invention includes a detection unit including at least two sets of sensors, and the control unit that controls the object using information of the detection unit includes an abnormality determination unit that determines abnormality of the detection unit.
  • the abnormality determination means is configured inside the CPU, A first step of detecting an abnormality of the detection means A of the set selected at a normal speed corresponding to the control amount calculation period of the control unit among the two sets of detection means; A second step of determining that the detection means A is abnormal if the number of abnormalities of the detection means A is not less than a predetermined number of times; A third step of detecting an abnormality in the remaining sets of detection means B at a speed equal to or lower than the normal speed; A fourth step of determining that the detection means B is abnormal if the number of abnormalities of the detection means B is equal to or greater than a predetermined number of times; Based on the determination results of abnormality detection and abnormality determination in the first step to the
  • the electronic control device and the operation control method thereof according to the present invention are configured as described above, As soon as signs of abnormality are detected at the normal speed (cycle), control is continued by switching to the detection means on the normal side, while at the speed (cycle) below the normal speed, detection of the abnormal side is continued at least. If the abnormality is detected continuously, it is determined that the abnormality has been confirmed, so that the abnormality can be dealt with more quickly, ensuring continuity of control, and normal speed until the abnormality is confirmed. By continuously detecting at the following speeds (cycles), the CPU load can be reduced.
  • the present invention can be used not only for a rotation angle sensor but also for a torque sensor, a voltage / current detection circuit, and the like.
  • Embodiment 2 a second embodiment will be described.
  • the selection is switched to the normal sensor, and the normal cycle or a process with a cycle slower than the normal cycle (FIG. 4).
  • the process of resetting the abnormality detection is executed in step S35, and the selection is switched to the sensor a again.
  • the abnormality is not determined and normal determination is made, so that the sensor is frequently switched. Therefore, once the sensor is switched, the frequent switching is prevented by using the sensor for a while.
  • the flowchart of FIG. 6 is an improvement of a part of FIG. 5, and the same processes are denoted by the same reference numerals.
  • step S30 In the processing of the normal cycle or a cycle slower than the normal cycle, whether or not the sensor a is selected is confirmed in step S30. If the sensor a is not selected (NO), the abnormality of the sensor a is detected in step S31, and step S32 To check whether sensor a is abnormal. If there is no abnormality in sensor a (NO), the normal number of times of sensor a is incremented in step S50, and if the normal number of times of sensor a continues Z times in step 51 (YES), the sensor a abnormality detection flag is reset in step S35. . On the other hand, if the sensor a is abnormal in step S32 (YES), the normal number of times of sensor a is cleared to 0 in step S52. For the sensor b, similarly, the reset determination process for the abnormality detection flag of the sensor b is performed in steps S53 to S54 and S55. The other steps are the same as those in FIG.
  • FIG. 7 shows the structure of the motor part, the rotation angle sensor a, and the rotation angle sensor b part of FIG. 2 of the first embodiment.
  • the rotation angle sensor As the rotation angle sensor, the rotation angle of the motor is changed by the resistance change according to the direction of the magnetic field. It is explanatory drawing at the time of using the magnetoresistive (MR) sensor which detects this.
  • MR magnetoresistive
  • 2a is a shaft of the motor 2
  • 2b is a magnet attached so that the direction of the magnetic field changes when the rotation angle of the motor 2 changes.
  • This is a substrate on which the rotation angle sensors 5a and 5b that change the resistance and output an angle signal corresponding to the change in the resistance are mounted.
  • the rotation angle sensor 5a when two sets of rotation angle sensors are attached, in order to measure the direction of the magnetic field that changes due to the rotation of the shaft 2a, it is necessary to mount the rotation angle sensor on the extension line of the shaft axis. For example, as shown in FIG. In this way, it is mounted on both sides of the substrate 2c. In general, since the strength of the magnetic field decreases with distance, even if the same rotation angle sensor 5a and rotation angle sensor 5b are used, the rotation angle sensor 5a having a smaller distance from the magnet is more angular. It is considered that the detection accuracy of is good.
  • the flowchart of FIG. 8 is a partial modification of the flowchart of FIG.
  • step S32 If it is determined in step S32 that the sensor a is not abnormal (NO), the process proceeds to step S60, and it is determined whether the difference between the sensor a and the sensor b is equal to or less than a predetermined value. If it is determined that it is below the predetermined value (YES), even if the rotation angle sensor signal is switched, it is determined that the torque fluctuation at the time of fluctuation is sufficiently small, the sensor a abnormality detection flag is reset in step S35, and the rotation angle The sensor signal is switched to the rotation angle sensor 5a originally used. Similarly, the sensor b abnormality detection flag is reset for the sensor b in steps S61 and S44.
  • step S60 if the difference between the sensor a and the sensor b is greater than or equal to a predetermined value in step S60 (NO), it is determined that the torque fluctuation is large when the sensor signal is switched, and the process proceeds directly to step S36.
  • the same determination process is performed for the sensor b in step S61. Since it is exactly the same as the first embodiment below, the description is omitted.
  • the abnormal sensor is continuously monitored at least, and if it is determined that there is no abnormality, if the deviation between the two sets of sensor signals is within a predetermined value, By switching to the original sensor signal, it is possible to control the torque fluctuation of the motor sufficiently small and with high detection accuracy.
  • Embodiment 4 will be described with reference to FIG. FIG. 9 corresponds to FIG. 2 of the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals.
  • the motor 2 includes two sets of three-phase coil windings, so that the inverter circuit 3 also has two sets (3a, 3b) independently and two sets of drive circuits (11a, 11b). Further, two sets (a, b) of rotation angle sensors for detecting the rotation angle of the motor 2 are provided, and two sets of rotation angle detection circuits 1 and 2 (13a, 13b) are also provided.
  • the inverter circuit 3a for one set (U, V, W) of the motor 2, the inverter circuit 3a, the drive circuit 11a, the rotation angle sensor a, the rotation angle detection circuit 13a, and similarly to the other (X, Y, Z) of the motor 2
  • an inverter circuit 3b, a drive circuit 11b, a rotation angle sensor b, and a rotation angle detection circuit 13b are provided. Therefore, in the first and second embodiments, when the rotation angle sensors a and b are switched, the drive circuits 11a and 11b and the inverter circuits 3a and 3b are also switched in synchronization with the rotation angle sensors a and b. The power supply is also switched.
  • the redundancy extends not only to the sensor but also to the drive circuit and the motor that is the object, and it is possible to have a complete duplex system redundancy.
  • the CPU 10 detects not only the sensor but also the drive circuits 11a and 11b and the inverter circuits 3a and 3b. If these output circuits are abnormal, the CPU 10 not only switches to the normal side but also switches the sensors dependently. It is also possible.
  • the switching method can also be performed using both the normal period or a period slower than the normal period as described in the first and second embodiments.
  • the present invention is not limited to the embodiments, and various design changes can be made.
  • the embodiments can be freely combined or the embodiments can be combined. Modifications and omissions can be made as appropriate.
  • control unit section 2 motor, 3 inverter circuit, 3U, 3V, 3W each phase arm circuit, 4 control board, 5, 5a, 5b rotation angle sensor, 8 sensors, 10 CPU, 10a switching means, 10b control amount Calculation means, 11, 11a, 11b drive circuit, 12 input circuit, 13 rotation angle detection circuit, 13a, 13b interface circuit, 14 switching element for power supply, 15 abnormality determination means, 15a, 15b abnormality monitoring part, 15c abnormality determination part, 17 filters, 18 constant power source circuits, 30 capacitors, 31, 32, 34 switching elements

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Abstract

少なくとも２組の検出手段を有し、この検出手段の異常を判定し、異常検出時に正常組に切替えて制御継続する電子制御装置において、正常組に切替えるまでの時間短縮と、制御処理負荷を軽減する装置を提供する。 異常判定手段（１５）は、検出手段（５ａ,５ｂ）の１組に対して通常速度で異常を検出し、残りの組には通常速度以下の速度で異常を検出し、通常速度で検出手段（５ａ,５ｂ）に異常の兆候を検出した場合、ＣＰＵ（１０）は残りの正常組に切り替えて制御を継続するとともに、異常判定手段（１５）は、残りの正常組を通常速度で異常を検出する一方、異常組は通常速度以下の速度で異常を継続して検出する。

Description

電子制御装置及びその動作制御方法
　この発明は、例えば、車両用の電動パワーステアリング装置の電子制御装置等のように、少なくとも２組の検出手段を有し、一方が異常時に他方の検出手段に切り替える冗長性を有した電子制御装置及びその動作制御方法に関するものである。
　従来の電子制御装置では、冗長系を有する構成として少なくとも２組の検出手段を有し、両者を同様に取り込み、異常を検出し、異常発生時には異常側を使用せず、正常側のみを使用して制御を継続するものであった。
特開平９－２３５０１号公報 特許第３６７９７００号公報
　特許文献１に開示された制御装置では、インバータ回路に３個の電流センサを備え、これらの電流センサによる検出電流に基づき正常、異常を判定するセンサ異常判定手段を有し、特定した異常センサ以外のセンサを利用して制御を継続していた。
また特許文献２の制御装置では、駆動回路を２組備え、一方の給電異常が発生した場合には他方に切り替えて給電を継続するものであった。
　特許文献１、２においては、異常判定手段により、一方のセンサや駆動回路の異常時他方に切り替えて制御を継続することができ、この意味では冗長性を備えるものではあった。
しかし、異常判定手段の判定方法においては、特許文献１に記載のように、異常の可能性を検出したとしても、異常であると断定するには複数回のカウンタ、時間を要していた。この間の制御は正常であった過去の手段を利用しているものである。また、２組の異常を例えばＣＰＵのソフトウエア処理において２組同様に検出する方法であった。
このため、上記のような従来の制御装置においては、異常の可能性を検出して他方に切り替えるまでのタイムラグによる悪影響や異常判定のためのＣＰＵ負荷の増加等を招く惧れがあった。
　この発明は、上記のような点に鑑み、異常の可能性を検出して他方に切り替えるまでのタイムラグを短縮することによる異常時の影響低減、及び、異常判定のＣＰＵ負荷を軽減できる電子制御装置及びその動作制御方法を提供することを目的とするものである。
　この発明の電子制御装置は、少なくとも２組の検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置において、
前記検出手段の１組に対して前記制御部が制御を実行し、前記異常判定手段は、前記実行のために通常速度で異常を検出し、残りの組には通常速度以下の速度で異常を検出し、通常速度の前記検出手段に異常の兆候を検出した場合、前記制御部は残りの正常組に切り替えて制御を継続するとともに、前記異常判定手段は、残りの正常組を通常速度で異常を検出する一方、異常組は通常速度以下の速度で異常を継続して検出するものである。
　この発明の電子制御装置によれば、通常速度で検出手段に異常の兆候を検出した場合、制御部は残りの正常組に切り替えて制御を継続するとともに、異常判定手段は、残りの正常組を通常速度で異常を検出する一方、異常組は通常速度以下の速度で異常を継続して検出するので、異常兆候検出により素早く正常側に切替えができ、通常速度と通常速度以下の速度とで検出を分担するのでＣＰＵの負荷を低減することができる。
この発明の実施の形態１における全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における全体構成を示す概略回路図である。 この発明の実施の形態１における回転角センサの信号波形を示す波形図である。 この発明の実施の形態１における異常判定手段の処理を示すフローチャート図である。 この発明の実施の形態１における異常判定手段の処理を示す要部フローチャート図である。 この発明の実施の形態２における異常判定手段の処理を示す要部フローチャート図である。 この発明の実施の形態３における回転角センサの一例を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３における異常判定手段の処理を示す要部フローチャート図である。 この発明の実施の形態４における全体構成を示す概略回路図である。
実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１における電子制御装置を示す概略の全体構成図である。検出手段５としてセンサ５ａ,５ｂ、制御部としてＣＰＵ１０を備え、ＣＰＵ１０内部の１つの機能として異常判定手段１５を有している。
ＣＰＵ１０の制御指令は、初段の駆動回路１１を介して駆動部３からモータ等の対象部２へ電気信号が供給されている。
検出手段５は、２個のほぼ同一の構成・性能を有するセンサ５ａ,５ｂであり、これらセンサの情報はインターフェース回路１３ａ，１３ｂにそれぞれ入力され、ＣＰＵ１０へそれぞれ伝達される。
ＣＰＵ１０は、異常判定手段１５が内蔵され、この異常判定手段１５にもセンサ５ａ,５ｂの情報がそれぞれ入力されている。
ＣＰＵ１０にはさらに両センサ情報のどちらか一方を選択する切替え手段１０ａが内蔵され、この選択された情報に基づき制御量を演算する制御量演算手段１０ｂも内蔵されている。
　以上の構成においてＣＰＵ１０の動作について説明する。
異常判定手段１５に両センサ５ａ,５ｂの情報がそれぞれ入力され、異常監視部１５ａ，１５ｂを介して、異常判定部１５ｃに入力されている。
例えばセンサ５ａが制御量演算手段１０ｂと同様な通常速度で処理されているとすると、異常監視部１５ａは同様な通常速度で処理を行い、異常判定部１５ｃに出力している。
一方異常監視部１５ｂはその通常速度以下のゆっくりした速度で処理を行い異常判定部１５ｃに出力している。
センサ５ａを選択するように切替え手段１０ａはセンサ５ａ側にスイッチが接続され、一方センサ５ｂ側とは接続されていない。
従って制御量演算手段１０ｂにはセンサ５ａのみが利用され、センサ５ｂに対する制御量演算は行われないことになる。
　異常判定部１５ｃは、通常速度で入力されるセンサ５ａ情報に異常の発生がないか否かを特に注意して監視、チェックし、制御に使用するセンサの選択を決定する。
センサ５ａの情報に異常を検出するとすぐに切替え手段１０ａに信号１５ｄが出力され、スイッチは図中の矢印のとおり下方向へ切替える。
ほぼ同時にこの信号１５ｄは異常監視部１５ａ，１５ｂへも伝達され、いままで通常速度であったセンサ５ａの異常監視は通常速度以下の速度に、一方通常速度以下の速度であったセンサ５ｂの異常監視は通常速度に変更される。
通常速度、通常速度以下の速度とはこの場合、ＣＰＵ１０の情報取り込み及び演算処理の周期を意味している。通常速度では例えば制御量演算周期に沿って毎回取り込み、常に新しいセンサ情報を取得するものである。一方通常速度以下の速度とは通常速度でデータを取得、または毎回データを取り込むのではなく、通常速度の取り込み複数回に１回のみ取得するものである。
　以上のように、制御量演算に使用するセンサ情報はその演算速度に沿った通常速度（周期）でデータを取り込み、他方のセンサは現在制御に直接は使用されていないので、通常速度以下の速度（周期）で取り込んでいる。
センサ５ａ,５ｂの異常判定は、両方とも同様にチェックされるが、入力周期が異なるため通常速度のセンサの方がより早く異常を検出できる。そのため異常を検出すると即時他方のセンサに切り替えて制御を継続するものである。
さらに異常判定部１５ｃはセンサ５ａに異常の兆候を検出し、未だ異常確定と判定していない場合であっても、切替え信号１５ｄが出力される。そのため異常判定確定までの時間を待つ必要がなく、異常の兆候のみでセンサが切り替わるので制御の継続性は確保できる。
また、両センサの異常を一方は通常速度で、他方は通常速度以下の速度でチェックするのでＣＰＵの処理負荷は両方を通常速度で処理する場合と比較して軽減できるものである。
　次に具体的な装置及びその回路で詳細に説明する。
図２はこの発明を車両用の電動パワーステアリング装置の電子制御装置に採用したもので、モータ２と制御ユニット部１から構成された全体回路図である。
モータ２はここでは３相ブラシレスモータであり、ブラシレスモータ２のためにモータの回転角を検出する回転角センサ５がモータの出力軸近傍に配置されている。
制御ユニット部１の外部には、車両に搭載されたバッテリ６、イグニッションスイッチ７、車速センサ・ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ等のセンサ類８が設置されている。
また、制御ユニット部１内には、モータ２に電流を供給するスイッチング素子が各相に接続されたいわゆるインバータ回路３がある。定電源回路１８、各種入力回路１２、ＣＰＵ１０、駆動回路１１、回転角センサ５の回転角検出回路１３等が制御基板４に搭載されている。その他にフィルタ１７、電源リレーの役目をする電源用スイッチング素子１４等々も存在している。
　制御ユニット部１内の前記各部位の動作概略は、イグニッションスイッチ７がドライバーにより投入されると、定電源回路１８によりＣＰＵ１０、入力回路１２、駆動回路１１、回転角検出回路１３等に定電圧が供給される。
また、インバータ回路３用の電源はフィルタ１７を介してバッテリ６から供給される。車速センサ、トルクセンサ等のセンサ類８からの情報は、入力回路１２を介してＣＰＵ１０に送られ、これらの情報に基づきモータ２へ電力を供給する制御量をＣＰＵ１０が演算し、出力としての駆動回路１１を介して出力される。
また、インバータ回路３内の各部の電圧、又は電流を検出するとともに入力回路１２を介してＣＰＵ１０に伝達される。＋Ｂ電源ラインには開閉するリレー機能を有した電源用スイッチング素子１４が挿入されている。
このスイッチング素子１４は例えばＦＥＴであり、寄生ダイオードは電流供給の順方向と逆方向の素子が直列に配置されている。このスイッチング素子により、インバータ回路３、又はモータ２に故障が発生した場合などに電力供給を強制的に遮断することができる。このスイッチング素子１４の駆動もＣＰＵ１０が駆動回路１１を介して制御する。
　インバータ回路３は、モータ２の３相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のために各相のアーム回路３Ｕ，３Ｖ，３Ｗに対して同一のスイッチング素子３１，３２、シャント抵抗３３、コンデンサ３０等から構成されている。上下アームを構成するスイッチング素子３１，３２が直列に２個と、モータ巻線と前記スイッチング素子間を開閉するリレー機能を有したモータリレー用スイッチング素子３４をそれぞれ備えている。
上下アーム用スイッチング素子３１，３２はＣＰＵ１０の指令に基づきＰＷＭ駆動されるため、ノイズ抑制の目的でコンデンサ３０も近傍で接続されている。またモータ２に流れる電流を検出するためにシャント抵抗３３も接続されている。上下アームのスイッチング素子３１，３２の間、又はモータ巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の端子の電圧、及びシャント抵抗３３の電圧がＣＰＵ１０に伝達されて、ＣＰＵ１０の制御指令値（目標値）と実際の電流、電圧値の差異を把握し、いわゆるフィードバック制御が行われ、さらに各部の故障判定も行っている。
回転角センサ５により回転角を検出してモータの回転位置、又は速度をＣＰＵ１０は算出し、コイル電流供給タイミングに利用している。
ここで冗長性を増すために回転角センサ５は、同一の構造・性能であるセンサａ，ｂが２個配置されている。さらに回転角センサａ，ｂで検出された信号がそれぞれ回転角検出回路１３へ伝達され、ＣＰＵ１０が入力可能な電圧レベルに変換されてそれぞれ出力される。
　図１のセンサ５ａ,５ｂは図２の回転角センサａ，ｂに相当し、図１のその他の部位についても相当部位には図２で同一符号としている。回転角センサａ，ｂ及び回転角検出回路について説明を続ける。
モータ２の出力軸の回転角を検出するため回転角センサａ，ｂは、例えば出力軸の回転に応じた磁界の変化を検出するレゾルバタイプ、磁気抵抗（ＭＲ）素子タイプ等が使用できる。
各回転角センサａ，ｂにより検出された波形は、図３に示したように時間軸に沿ってｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号５ｄの２種類の信号である。
これらの信号、計４本が回転角検出回路１３へ入力されて、ＣＰＵ１０のＡ／Ｄ入力ポートが取得できる電圧波形に変換されて出力される。
回転角検出回路１３も図１に示したようにインターフェース回路１３ａ，１３ｂの２回路構成である。
回転角センサａ，ｂ、回転角検出回路１３に対して、これらの信号４本すべて正常な場合はＣＰＵ１０に入力されているが、正常であれば両者の結果は同一であり２組を常に同時に検出、取得する必要性はない。
そのため１組のみ通常速度で取得し、他方は通常速度以下の速度例えば１／１０の速度で取得するようにしている。ここでは、図３の波形５ｅに示したように、回転角センサ５の信号はモータ２の出力軸１回転で３６０度１周期の信号が検出できるものとする。
回転角センサ５のｓｉｎ信号５ｃ、ｃｏｓ信号５ｄの振幅を取得すれば、これらから簡単に角度を算出でき、この角度に応じてＣＰＵ１０は、制御量指令を出力する。
　次にＣＰＵ１０の回転角検出、及び異常判定手段１５の機能について図３～図５を用いて説明する。
回転角センサ５はモータ２の出力軸の回転角を検出するためのものであり、その精度は制御に影響大であり、より早い速度（制御演算周期）で検出しモータ２の電力供給タイミングに使用できるようにしなければならない。
そのためＣＰＵ１０のソフトウエアの内メインルーチンとは異なる割り込みルーチンにて回転角演算、異常判定が処理される。このフローチャートを図４、図５に示した。
割り込み周期、例えば時間１００μｓｅｃ毎の割り込みにより図４のフローチャートが開始される。
まずステップＳ１にて回転角センサａのｓｉｎ信号（図３の５ｃ）、ｃｏｓ信号（図３の５ｄ）を入力しデータを格納する。同様にステップ２で回転角センサｂのｓｉｎ，ｃｏｓ信号を入力しデータを格納する。
次にステップ３では、回転角センサの選択状態をチェックする。回転角センサは２個あるため、制御用として通常速度に選択されているセンサがどちらかを判別する。
回転角センサａが選択されていると（ＹＥＳ）、回転角センサａの異常検出処理を行い、回転角センサａが選択されていないと（ＮＯ）、回転角センサｂの異常検出処理が行われる。回転角センサａ，ｂはほぼ同一機能・性能を有するものであるため、その処理も同一となるため一緒に説明を続ける。
　回転角センサａが選択されている場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４で入力したセンサａの波形（電圧）が正常か否かをチェックするセンサａ異常検出を行う。
一方で、回転角センサａが選択されていない場合（ＮＯ）、ステップＳ１３で入力したセンサｂの波形（電圧）が正常か否かをチェックするセンサｂ異常検出を行う。
異常検出の方法として所定範囲外の電圧（振幅）の検出がある。センサ波形はＣＰＵ１０のＡ／Ｄ入力ポートへ伝達されているので、例えば振幅が１～４Ｖの間を変化するように回転角検出回路１３の増幅率が設定されているとすると、０Ｖ、又は５Ｖに電圧が固定された場合は異常と判断できる。
また、モータ２を回転制御させている場合に、取り込み値が前回取り込み値と変化ない、または一方のみ変化し、他方は変化しない場合、変化していない信号は異常と判断できる。つまり前回値との変化で異常が検出できる。
　次にステップＳ５は異常の有無をチェックする。回転角センサａが異常である場合（ＹＥＳ）、ステップＳ６でセンサａ異常検出フラグをセットする。この異常検出フラグは、後述されるセンサ選択処理に使用されるものである。
さらにステップＳ７では回転角センサａが異常判定されたので、センサａ使用時異常回数をインクリメントする。
ステップＳ８は、センサａが異常でなかったので、センサａ異常検出フラグをリセットするとともに、ステップ９でセンサａ使用時異常回数を０クリアする。回転角センサｂも同様にステップＳ１４～Ｓ１８においてセンサｂ異常フラグのセット、リセット、センサｂ使用時異常回数カウント処理を行う。
　次にステップＳ１０～Ｓ１２、及び、Ｓ１９～Ｓ２１は選択中のセンサの異常確定処理を行う。
Ｓ１０はセンサａ使用時異常回数が所定回数（Ｘ回）以上であるか否かをチェックする。異常回数が所定回数以上の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１１でセンサａ異常確定フラグをセットする。
この異常確定フラグは、センサが確実に異常であると判定されたときにセットされ、これ以上制御用として使用することができないことを意味するものである。ここで、所定回数（Ｘ回）は、異常なセンサ入力信号で制御を続行しても安全上問題ない範囲で設定するものである。
次に、ステップ１２では、選択していないセンサｂの使用時異常回数を０クリアする。回転角センサｂも同様にステップＳ１９～Ｓ２１においてセンサｂ異常確定フラグのセット、センサａの使用時異常回数０クリア処理を行う。
　次にステップＳ２２では、通常周期以上の周期処理のタイミングであるか否かをチェックする。通常周期以上の周期のタイミングである場合（ＹＥＳ）、後述する図５の処理を実行する。通常周期以上の周期処理とは、通常周期または通常周期よりも遅い周期で実行される処理を意味する。
　次にステップＳ２３～Ｓ２６では、制御に使用するセンサの選択処理を行う。Ｓ２３では、上述の異常判定処理における判定結果として、センサａ異常検出フラグ、センサａ異常確定フラグのセット／クリア状態を確認し、いずれもクリアの場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２４でセンサａを選択する。それ以外の場合（ＮＯ）、ステップＳ２５でセンサｂ異常検出フラグ、センサｂ異常確定フラグのセット／クリア状態を確認し、いずれもクリアの場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２６でセンサｂを選択する。それ以外の場合（ＮＯ）はセンサの切替えを行わない。
つまり、1次故障の場合は瞬時に他方のセンサに切替えることで異常時挙動を抑制し、既に他方のセンサが異常となっている２次故障の場合については、制御用として使用しているセンサで制御を続行するものである。
　次にステップＳ２７では、選択したセンサから取得したｓｉｎ、ｃｏｓの電圧信号を用いてａｒｃｔａｎにより回転角を演算する（図３の５ｅ）。
ここまでが回転角センサ５の異常検出と切替え処理であり、その後ステップＳ２８で割り込みルーチンを抜けるための処理を行い、割り込みルーチンを終了する。
　次に通常周期又は通常周期よりも遅い周期の処理を図５を用いて説明する。
図４のステップＳ２２にて、Ｔ時間、又は所定回数を経ったか否かをチェックする。図４は、例えば１００μｓｅｃでくり返し処理されている。そのため通常周期により回転角センサを検出、取得するものであるが、図５の処理は通常速度以下の速度（周期）の処理に相当するものである。
Ｔ時間経っていない場合（ＮＯ）、図４の処理を行い、例えばＴ時間＝１ｍｓｅｃ経った場合（ＹＥＳ）に以下の処理を実行する。
　通常速度以下の速度（周期）の処理では、制御用として選択されていないセンサの異常判定、及び、正常判定を行う。ステップＳ３０はセンサの選択状態を判定する。
回転角センサａが選択されていない場合（ＮＯ）、ステップＳ３１でセンサａが正常か否かをチェックするセンサａ異常検出を行う。同様に、回転角センサａが選択されている場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４０でセンサｂ異常検出を行う。ステップ３１～３９、及び、ステップ４０～４８は図４のステップＳ４～Ｓ１２、及び、ステップＳ１３～Ｓ２１と同様の異常判定処理であるが、異常検出後の異常確定処理が異なる。
このステップは図４の１０回に１度しか実行されない点と、図４は異常なセンサ入力信号で制御を続行しても安全上問題ない範囲で設定された時間で異常確定を行うのに対し、図５では選択されていないセンサに対する異常確定のため、図４よりも通常速度以下の速度で長い時間をかけて異常確定を判定するものである。
したがって、図５では、図４のセンサ使用時異常回数カウンタとは別のカウンタとして、センサ未使用時異常回数カウンタを設けて故障確定の判定を行っている。例えば、図４のセンサ使用時異常確定回数Ｘを１０回、図５のセンサ未使用時異常確定回数Ｙを１０回とすると、図４の異常確定時間は、１００μｓｅｃ＊１０回＝１ｍｓｅｃであるのに対し、図５の異常確定回数は、１ｍｓｅｃ＊１０回＝１０ｍｓｅｃとなる。
　以上がＣＰＵ１０の異常判定手段１５の処理と、ＣＰＵ１０の切替え手段、及び回転角センサ情報の取得、選択処理である。
前述のようにＣＰＵ１０の処理において、通常速度（周期）で一方のセンサ情報を取得し、異常検出、制御量利用への切替え処理を行うことで、ソフトウエアの処理が２個のセンサを使用しているにもかかわらず２倍の負荷とならず、全体の処理時間の短縮を図ることができた。
さらに異常判定として瞬時判定結果は正常、異常センサの切替えに使用し、異常確定には所定の時間をかけて正確に判定するので、異常の兆候検出から異常確定までの制御に不安定な時間を短縮でき、制御の継続性を確保できる。
　異常の兆候として、これまでの説明は１度の異常データ取得のみで切替え処理を行うものであった。
しかし、その対象物（モータ２の回転）、検出物（回転角センサ）によってはもう少し時間的余裕のある場合がある。
この実施の形態１の対象物、検出物ではモータ２の回転制御の連続性が途切れることにより、ドライバーへ気づかれること、さらにはドライバーとは無関係に操舵性能、ノイズ・振動へ発展しない程度の期間であれば、許容できる。
一方モータの回転面から判断すると、モータトルク制御に使用されるｄｑ軸制御では、ｑ軸通電時に９０度位相差によりｄ軸に通電され、結果として界磁磁束が変化し、モータ回転を抑制するように作用する。
９０度位相差は理論上トルクは零となってしまう。そのため９０度位相差未満に数値を閾値として選択できる。
電動パワーステアリング装置のモータ最大回転数を例えば５０００ｒｐｍとし、９０度未満の移動までに異常を検出するものとすると、
５０００ｒｐｍ　→１２ｍｓｅｃ／回転　→３ｍｓｅｃ／９０度
３ｍｓｅｃ未満で検出することが必要となる。
　そのため異常電圧をＣＰＵ１０が取得した場合、１００μｓｅｃのルーチン１０回連続して検出した場合に異常の兆候と判定するとしても
１００μｓｅｃ＊１０回＝１ｍｓｅｃ
となり、通常の電動パワーステアリング装置のモータ回転数として実用上問題のない回転数も異常を充分検出できる。
そこで図４の割り込みルーチンにおいて、毎回異常をチェックしなくても２回に１回のチェックとすることも可能である。
１００μｓｅｃ＊２＊１０回＝２ｍｓｅｃ
複数回（１０回）の異常検出によるチェックが可能であり、ノイズによる誤検出抑制と異常判定処理も間引くことが可能で、ＣＰＵ１０のソフトウエア処理負荷を軽減できる。
　以上のように、この発明は、少なくとも２組の検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置において、
前記制御部は、前記検出手段の１組に対して制御を実行し、
前記異常判定手段は、前記実行のために通常速度で異常を検出し、残りの組には通常速度以下の速度で異常を検出し、
通常速度の前記検出手段に異常の兆候を検出した場合、前記制御部は残りの正常組に切り替えて制御を継続するとともに、
前記異常判定手段は、残りの正常組を通常速度で異常の検出を行う一方、異常組は通常速度以下の速度で異常を継続して検出するものである。
　また、この発明は、少なくとも２組のセンサを含む検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置の動作制御方法において、
前記異常判定手段は、ＣＰＵの内部に構成され、
前記２組の検出手段のうち、前記制御部の制御量演算周期に相当する通常速度で選択された組の検出手段Ａの異常を検出する第１ステップと、
前記検出手段Ａの異常回数が所定回数以上であれば、前記検出手段Ａが異常であると確定する第２ステップと、
通常速度以下の速度で残りの組の検出手段Ｂの異常を検出する第３ステップと、
前記検出手段Ｂの異常回数が所定回数以上であれば、前記検出手段Ｂが異常であると確定する第４ステップと、
前記第１ステップから第４ステップにおける異常検出及び異常確定の判定結果に基づき、制御に使用する検出手段Ａが異常検出または異常確定しており、残りの組の検出手段Ｂが異常検出も異常確定もしていない場合には、制御に使用する検出手段を前記検出手段Ａから前記検出手段Ｂに切り替える第５ステップを含むものである。
　この発明の電子制御装置及びその動作制御方法は、以上のように構成されているので、
通常の速度（周期）で異常の兆候を検出するとすぐに、正常側の検出手段に切り替えて制御を継続し、一方通常速度以下の速度（周期）では異常側の検出を少なくとも継続して確認し、異常が継続して検出された場合に異常確定と判断することにより、異常に対してより早く対応ができ、制御の連続性を確保することができるとともに、その異常が確定するまでは通常速度以下の速度（周期）で継続して検出することにより、ＣＰＵの負荷を削減できる効果を奏するものである。
なお、回転角センサのみならず、例えばトルクセンサ、電圧・電流検出回路等々に同様に利用可能である。
実施の形態２．
　次に実施の形態２について説明する。
実施の形態１では、通常周期の割り込みルーチン（図４）にてセンサａが異常検出となった場合に正常側のセンサに選択が切り替えられ、通常周期又は通常周期よりも遅い周期の処理（図５）で、異常側のセンサ状態がチェックされ、正常と判定された場合には異常検出をリセットする処理をステップＳ３５で実行し、再びセンサａに選択が切り替わる仕様であった。
ここで、一過性のノイズ混入によりセンサが異常検出された状況では、異常確定には至らず正常判定されるため、度々センサの切替えが発生してしまう。そのため、一旦センサ切替えを行った場合は、しばらくの間はそのセンサを使用することで、この頻発する切替えを防止するものである。
図６のフローチャートは図５の一部を改良したもので、同一処理は同一符号を付けている。
　通常周期又は通常周期よりも遅い周期の処理において、ステップＳ３０でセンサａの選択有無を確認し、センサａが選択されていない場合（ＮＯ）、ステップＳ３１でセンサａの異常検出を行い、ステップＳ３２でセンサａ異常有無を確認する。
センサａに異常がない場合（ＮＯ）、ステップＳ５０でセンサａ正常回数をインクリメントし、ステップ５１でセンサａ正常回数がＺ回継続したとき（ＹＥＳ）、ステップＳ３５でセンサａ異常検出フラグをリセットする。
一方、ステップＳ３２でセンサａに異常がある場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５２でセンサａ正常回数を0クリアする。
センサｂについても、同様にステップＳ５３～Ｓ５４、Ｓ５５においてセンサｂの異常検出フラグのリセット判定処理を行う。その他のステップについては、図６と同一処理であるため説明を省略する。
　以上のように、通常周期では一旦センサａ，ｂの切替えを行った場合、通常周期又は通常周期よりも遅い周期で一定期間の正常状態確認後に切替えがリセットされるので、例えば最初の切替えは１００μｓｅｃ毎に実行されたとしても、次の切替えは通常周期又は通常周期よりも遅い周期のＺ回数後となり、Ｚ＝５回とすると、最も早い切替えが発生した場合であっても５ｍｓｅｃ毎の間隔となる。
このように、タイマ機能を通常周期又は通常周期よりも遅い周期のルーチンの異常リセット機能に挿入することにより、切替えが頻繁に発生しない仕組みを簡単に実現できる。
実施の形態３．
　次に実施の形態３について、図7を用いて説明する。
図7は実施の形態１の図２のモータ部分と回転角センサa、回転角センサbの部分の構造を示したもので、回転角センサとして、磁界の向きによる抵抗の変化でモータの回転角を検出する磁気抵抗（ＭＲ）センサを用いた場合の説明図である。
図7において、２ａはモータ２のシャフト、２ｂはモータ２の回転角度が変化したときに磁界の向きが変わるように取り付けられた磁石であり、２ｃは、磁界の向きの変化により、センサ内部の抵抗が変化し、その抵抗の変化に応じた角度信号を出力する回転角センサ５ａおよび５bを実装する基板である。
　ここで、２組の回転角センサを取り付ける場合、シャフト２ａの回転により変化する磁界の向きを測定するため、シャフト軸の延長線上に回転角センサを実装する必要があり、例えば、図7に示すように基板２ｃの両側に実装している。
一般的に、磁界の強さは距離に応じて小さくなるため、回転角センサ５ａと回転角センサ５ｂで同じものを使用していても、磁石からの距離が小さい回転角センサ５ａの方が角度の検出精度がよいと考えられる。
　一方、実施の形態１で説明したように、回転角センサ５ａと回転角センサ５ｂがしきい値９０°以内のときに異常でないと判定して、元々使用していたセンサ信号によるモータの回転角に切り替えた時に、回転角の偏差が大きいと、角度に応じて演算している各相のモータ電流が急変するため、トルク変動が発生する。
そこで、回転角センサ５ａと回転角センサ５ｂの偏差が十分小さいときに切替え判定することにより、復帰時のセンサ切替え時のトルク変動が小さく、検出精度がよいセンサに切り替えることができる。
　次にフローチャートを用いて、本実施の形態３を説明する。図８のフローチャートは図６のフローチャートに一部変更したものであり、同一処理は同一符号をつけているため、説明が同じ部分は省略する。
　ステップＳ３２にて、センサaが異常でないと判定した場合（ＮＯ）、ステップＳ６０に進み、センサaとセンサbの偏差が所定値以下であるかどうか判定する。
所定値以下であると判定した場合（ＹＥＳ）、回転角センサ信号を切替えても、変動時のトルク変動が十分小さいものと判定し、ステップＳ３５にてセンサａ異常検出フラグをリセットし、回転角センサ信号を元々使用していた回転角センサ５ａに切り替える。
同様に、センサｂについてもステップＳ６１、Ｓ４４でセンサｂ異常検出フラグのリセット処理を行う。
　一方、ステップＳ６０にて、センサaとセンサbの偏差が所定値以上である場合（ＮＯ）、センサ信号を切り替えるとトルク変動が大きいものと判定し、そのままステップＳ３６に進む。
センサｂについても、ステップＳ６１で同様の判定処理を行う。以下実施の形態１と全く同じため、説明を省略する。
　以上のように、２組の検出手段を有し、片方の検出手段の方が精度のよい場合でも、通常の速度（周期）で異常の兆候を検出するとすぐに、正常側の検出手段に切替えて制御を継続し、一方通常速度以下の速度（周期）では異常側のセンサを少なくとも継続して監視し、異常でないと判定された場合に、２組のセンサ信号の偏差が所定値以内なら、元のセンサ信号に切り替えることにより、モータのトルク変動が十分小さく、かつ検出精度よく制御することが可能である。
実施の形態４．
　次に実施の形態４について図９を用いて説明する。図９は実施の形態１の図２に相当するもので同等部位に同一符号を付している。
モータ２は３相コイル巻線を２組備え、そのためインバータ回路３も独立に２組（３ａ、３ｂ）、駆動回路も２組（１１ａ、１１ｂ）有している。
さらにこのモータ２の回転角を検出する回転角センサ）も２組（ａ，ｂ）備え、回転角検出回路もそれぞれ２組１、２（１３ａ、１３ｂ）有している。
　つまり、モータ２の１組（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に対してインバータ回路３ａ、駆動回路１１ａ、回転角センサａ、回転角検出回路１３ａ、同様にモータ２の他方（Ｘ，Ｙ、Ｚ）に対して、インバータ回路３ｂ、駆動回路１１ｂ、回転角センサｂ、回転角検出回路１３ｂをそれぞれ備えている。
従って実施の形態１、及び２において、回転角センサａ，ｂの切替えを行った場合、それに同期して駆動回路１１ａ，１１ｂ、インバータ回路３ａ，３ｂも切替え、その結果モータ２のコイル巻線への電力供給も切り替えるものである。
　これにより、冗長性がセンサのみならず、駆動回路、対象物であるモータにも及ぶことになり、完全２重系の冗長性を有することが可能となる。またＣＰＵ１０はセンサのみならず駆動回路１１ａ，１１ｂ、インバータ回路３ａ，３ｂの異常検出も行うことにより、これらの出力回路が異常の場合は、正常側に切替えるのみでなく、センサも従属的に切り替えることも可能である。その切り替え方法は、実施の形態１、２で示したように通常周期又は通常周期よりも遅い周期の両方を利用して行うこともできる。
　なお、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
１　制御ユニット部、２　モータ、３　インバータ回路、３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ　各相のアーム回路、４　制御基板、５，５ａ,５ｂ　回転角センサ、８　センサ類、１０　ＣＰＵ、１０ａ　切替え手段、１０ｂ　制御量演算手段、１１，１１ａ，１１ｂ　駆動回路、１２　入力回路、１３　回転角検出回路、１３ａ，１３ｂ　インターフェース回路、１４　電源用スイッチング素子、１５　異常判定手段、１５ａ，１５ｂ　異常監視部、１５ｃ　異常判定部、１７　フィルタ、１８　定電原回路、３０　コンデンサ、３１,３２,３４　スイッチング素子　

Claims (11)

  1. 　少なくとも２組の検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置において、
    前記制御部は、前記検出手段の１組に対して制御を実行し、
    前記異常判定手段は、前記実行のために通常速度で異常を検出し、残りの組には通常速度以下の速度で異常を検出し、
    通常速度の前記検出手段に異常の兆候を検出した場合、前記制御部は残りの正常組に切り替えて制御を継続するとともに、
    前記異常判定手段は、残りの正常組を通常速度で異常の検出を行う一方、異常組は通常速度以下の速度で異常を継続して検出することを特徴とする電子制御装置。
  2. 　前記異常判定手段は、異常の兆候と異常確定の少なくとも２種類の判定状態を有し、
    異常の兆候は異常を最初に検出したものを意味し、その後通常速度以下の速度でその異常を検出し続けた場合に異常確定と判断することを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
  3. 　前記異常判定手段は、異常の兆候を検出し異常と判定するまでに前記制御部が正常組に切替えを行った後に異常組に対して通常速度以下の速度で異常検出を続け、その結果、異常であると判定できなかった場合であっても、前記制御部は現状のどおりの組に対して制御を継続することを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
  4. 　前記制御部は、一旦正常組に切替えを行った場合、所定時間以内にその正常組に異常の兆候が検出されたとしても、前記所定時間以内は再度切替えは実施しない、又は異常組が正常と判定されたとしても、前記所定時間以内は再度切替えを実施しないことを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
  5. 　前記異常判定手段は、異常の兆候を検出し異常と判定するまでに前記制御部が正常組に切替えを行った後に異常組に対して通常速度以下の速度で異常検出を続け、その結果、異常であると判定できなかった場合に、前記２組の検出手段の出力値の偏差が所定値以下の場合に、前記制御部は、再度切り替えて制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
  6. 　前記対象物を駆動する出力回路を２組有し、前記検出手段は前記出力回路にそれぞれ１個ずつ備え、前記制御部は、前記検出手段の一方から他方に切替えを行った場合、前記出力回路もほぼ同時に一方から他方へ切替えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電子制御装置。
  7. 　前記制御部は、電動パワーステアリング装置のモータを制御するものであって、前記検出手段は、前記モータの回転角を検出する回転角センサであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電子制御装置。
  8. 　少なくとも２組のセンサを含む検出手段を有し、これらの検出手段の情報を使用して対象物を制御する制御部は、前記検出手段の異常を判定する異常判定手段を備え、異常時には正常組で制御を継続する電子制御装置の動作制御方法において、
    前記異常判定手段は、ＣＰＵの内部に構成され、
    前記２組の検出手段のうち、前記制御部の制御量演算周期に相当する通常速度で選択された組の検出手段Ａの異常を検出する第１ステップと、
    前記検出手段Ａの異常回数が所定回数以上であれば、前記検出手段Ａが異常であると確定する第２ステップと、
    通常速度以下の速度で残りの組の検出手段Ｂの異常を検出する第３ステップと、
    前記検出手段Ｂの異常回数が所定回数以上であれば、前記検出手段Ｂが異常であると確定する第４ステップと、
    前記第１ステップから第４ステップにおける異常検出及び異常確定の判定結果に基づき、制御に使用する検出手段Ａが異常検出または異常確定しており、残りの組の検出手段Ｂが異常検出も異常確定もしていない場合には、制御に使用する検出手段を前記検出手段Ａから前記検出手段Ｂに切り替える第５ステップを含む
    ことを特徴とする電子制御装置の動作制御方法。
  9. 　前記第３ステップの異常検出において、異常であると判定できなかった場合には前記２組の検出手段の偏差が所定値以下の場合に異常検出を解除することを特徴とする請求項８記載の電子制御装置の動作制御方法。
  10. 　前記対象物を駆動する出力回路を２組有し、前記検出手段は前記出力回路にそれぞれ１個ずつ備え、前記制御部は、前記検出手段の一方から他方に切替えを行った場合、前記出力回路もほぼ同時に一方から他方へ切替えることを特徴とする請求項８または９に記載の電子制御装置の動作制御方法。
  11. 　前記制御部は、電動パワーステアリング装置のモータを制御するものであって、前記検出手段は、前記モータの回転角を検出する回転角センサであることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の電子制御装置の動作制御方法。
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