WO2018061254A1 - アクチュエータシステム、異常検知装置 - Google Patents

アクチュエータシステム、異常検知装置 Download PDF

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WO2018061254A1
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actuator
abnormality detection
control signal
output
motor
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PCT/JP2017/011466
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勝　康夫
佐々木　光雄
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type

Definitions

  • the present invention relates to an actuator system and an abnormality detection device.
  • Patent Document 1 discloses a steering mechanism that is mechanically disconnected from a steering member and includes a plurality of steering actuators that drive a steering shaft, and a single or a plurality of steering mechanisms that apply a steering reaction force to the steering member.
  • a plurality of control systems that enable data communication between both control means by wired means and wireless means, and that control the controlled steering actuator and reaction force actuator based on the data communicated by the wired means or wireless means.
  • each control system includes a disconnection determination unit that determines whether or not the wired unit is disconnected, and a case where the disconnection determination unit does not determine that the disconnection is a disconnection.
  • a communication switching means for allowing data communication by the wired means and switching the wired means to perform the data communication by the wireless means when the disconnection judging means judges that the disconnection has occurred.
  • the communication path is made redundant by the wired means and the wireless means, but it is not assumed that a failure occurs in the wireless means. Abnormality cannot be detected.
  • An actuator system includes an actuator that can be driven in both directions, first and second actuator controllers that output control signals to the actuator, and the first and second actuator controllers.
  • An abnormality detection unit that controls the second actuator control unit, the abnormality detection unit causing the first actuator control unit to output a first control signal that drives the actuator in a first direction, and the second actuator control unit. The abnormality is detected by outputting a second control signal for driving the actuator in a second direction that is a direction paired with the first direction.
  • An abnormality detection device is an abnormality used in an actuator system including an actuator that can be driven in both directions, and first and second actuator controllers that output control signals to the actuator.
  • the abnormality detection device includes an abnormality detection unit that controls the first and second actuator control units, and the abnormality detection unit adds the first actuator to the first actuator control unit. Outputting a first control signal for driving in the direction, and causing the second actuator control unit to output a second control signal for driving the actuator in a second direction which is a direction paired with the first direction. An abnormality is detected.
  • FIG. 1 is a diagram showing an external appearance of the electric power steering system 100.
  • the electric power steering system 100 assists the steering of the steering wheel 201 operated by the user.
  • the electric power steering system 100 includes a motor 1, a steering angle sensor 4, an inverter 5, an ECU 6, a steering torque sensor 9, and an abnormality detection device 300.
  • a steering shaft 202 is connected to the steering wheel 201.
  • a pinion shaft 204 is connected to the end of the steering shaft 202 opposite to the steering wheel 201 via a torsion bar 203.
  • a torsion bar 203 is provided between the steering shaft 202 and the pinion shaft 204.
  • the steering torque sensor 9 detects the user's steering torque based on the torsion amount of the torsion bar 203.
  • a pinion 205 attached to the tip of the pinion shaft 204 meshes with the rack teeth 206.
  • the rack teeth 206 are attached to a rack bar 207, and have steered wheels 208 at both ends of the rack bar 207.
  • the rack bar 207 is driven in a linear direction when a driving force is applied from the motor 1 via the speed reducer 209. That is, the motor 1 assists the operation of the rack bar 207 when the user steers the steering wheel 201.
  • assisting the steering of the steering wheel 201 by the motor 1 is also referred to as “steering
  • the steering angle sensor 4 detects the steering angle of the steering wheel 201 by the user by detecting the rotation of the steering shaft 202.
  • the steering torque sensor 9 detects the user's steering torque based on the torsion amount of the torsion bar 203. Since the steering torque is detected by the twist of the steering shaft 202 and the pinion shaft 204, the steering torque is not only when the steering wheel 201 is steered by the user but also when the rotation of the motor 1 is transmitted to the pinion shaft 204. Detected. However, when the user does not hold the steering wheel 201, the steering shaft 202 easily follows the movement of the pinion shaft 204, so that the steering torque is difficult to be detected.
  • the steering angle sensor 4 detects the steering angle of the steering wheel 201 and outputs it to the abnormality detection device 300 and the ECU 6.
  • the ECU 6 operates the motor 1 via the inverter 5 based on the outputs of the steering angle sensor 4 and the abnormality detection device 300.
  • the steering torque sensor 9 outputs the detected steering torque to the ECU 6 and the abnormality detection device 300.
  • FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the electric power steering system 100.
  • the electric power steering system 100 is duplicated in the first system A and the second system B, and both perform the same operation.
  • the electric power steering system 100 includes a first system A, a second system B, and an abnormality detection device 300.
  • the first system A includes a first motor 11, a first motor rotation sensor 12, a first motor torque sensor 13, a first steering angle sensor 14, a first inverter 15, a first ECU 16, and a first steering torque.
  • the second system B includes a second motor 21, a second motor rotation sensor 22, a second motor torque sensor 23, a second steering angle sensor 24, a second inverter 25, a second ECU 26, and a second steering torque.
  • the first ECU 16 includes a first signal generator 17 and a first abnormal system determination unit 18.
  • the second ECU 26 includes a second signal generator 27 and a second abnormal system determination unit 28.
  • the first motor 11 and the second motor 21 are two virtual motors, and the physical configuration is included in the motor 1.
  • the 1st motor 11 and the 2nd motor 21 share a rotor and a stator, and do not share a winding.
  • the winding positions of the first motor 11 and the second motor 21 are different.
  • the first motor 11 rotates based on a control signal input from the first inverter 15.
  • the second motor 21 rotates based on the control signal input from the second inverter 25.
  • the first motor 11 and the second motor 21 are virtual motors as described above, and are physically one motor 1. For this reason, if sine waves having the same voltage amplitude and frequency and different phases of 180 degrees are simultaneously input to the first motor 11 and the second motor 21, the torques of the two antagonize and no torque is generated in the motor 1.
  • the first motor rotation sensor 12 and the second motor rotation sensor 22 are both motor rotation sensors built in the motor 1 and detect the rotation of the motor 1. Since the first motor rotation sensor 12 and the second motor rotation sensor 22 have different attachment positions but have the same measurement target, the measurement result of the other sensor can be calculated by numerical conversion depending on the difference in the attachment positions.
  • the first motor rotation sensor 12 and the second motor rotation sensor 22 are collectively referred to as a motor rotation sensor 2.
  • the first motor torque sensor 13 and the second motor torque sensor 23 are both torque sensors built in the motor 1 and detect the rotational torque of the motor 1.
  • the first motor torque sensor 13 and the second motor torque sensor 23 are collectively referred to as a motor torque sensor 3.
  • the first rudder angle sensor 14 and the second rudder angle sensor 24 are independent sensors that constitute the rudder angle sensor 4.
  • the first steering angle sensor 14 and the second steering angle sensor 24 both detect the steering angle of the steering wheel 201.
  • the steering angle sensor 4 outputs the detected steering angle to the abnormality detection device 300 and the ECU 6.
  • the first steering torque sensor 19 and the second steering torque sensor 29 are independent sensors constituting the steering torque sensor 9. Both the first steering torque sensor 19 and the second steering torque sensor 29 detect the steering torque based on the torsion amount of the torsion bar 203 shown in FIG.
  • the first inverter 15 and the second inverter 25 are independent inverters constituting the inverter 5.
  • the first inverter 15 inputs a control signal such as a sine wave having a predetermined voltage amplitude, frequency, and phase to the first motor 11 based on an operation command output from the first ECU 16, such as a PWM signal.
  • the second inverter 25 inputs a control signal such as a sine wave having a predetermined voltage amplitude, frequency and phase to the second motor 21 based on an operation command output from the second ECU 26, such as a PWM signal.
  • the inverter 5 feeds back the current value to the ECU 6 for feedback control.
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 are independent ECUs constituting the ECU 6.
  • the ECU 6 generates a PWM signal based on two types of operation commands described later received from the abnormality detection device 300 and outputs the PWM signal to the inverter 5.
  • the ECU 16 and the ECU 26 have a time synchronization function, and both timers are synchronized as appropriate. Therefore, the ECU 16 and the ECU 26 can execute a process that requires matching of timing as will be described later.
  • the first ECU 16 includes a CPU, a ROM, a RAM, and a PWM signal generation circuit (not shown).
  • the first ECU 16 functions as the first signal generator 17 and the first abnormal system determination unit 18 when the CPU executes a program stored in the ROM using data stored in the RAM.
  • the first signal generator 17 outputs a PWM signal to the first inverter 15 in consideration of the feedback current value from the first inverter 15.
  • the first abnormal system determination unit 18 determines which of the first system A and the second system B is abnormal. The operation of the first abnormal system determination unit 18 will be described later.
  • the second ECU 26 includes a CPU, ROM, RAM, and PWM signal generation circuit (not shown).
  • the second ECU 26 functions as the second signal generator 27 and the second abnormal system determination unit 28 when the CPU executes a program stored in the ROM using data stored in the RAM.
  • the second signal generator 27 outputs a PWM signal to the second inverter 25 in consideration of the feedback current value from the second inverter 25.
  • the second abnormal system determination unit 28 determines which of the first system A and the second system B is abnormal. The operation of the second abnormal system determination unit 28 will be described later.
  • the abnormality detection device 300 is an ECU including the abnormality detection unit 30.
  • the abnormality detection device 300 includes a CPU, a ROM, and a RAM (not shown), and the CPU executes a program stored in the ROM using data stored in the RAM, whereby processing described later as the abnormality detection unit 30 is performed. Execute. Outputs of the motor torque sensor 3 and the steering angle sensor 4 are input to the abnormality detection device 300.
  • the abnormality detection device 300 outputs an abnormality detection command and an abnormal system determination command to be described later to the ECU 6.
  • the processing by the abnormality detection unit 30 is roughly divided into an abnormality detection process for detecting the occurrence of a problem and an abnormal system determination process for determining which system has an abnormality.
  • the abnormality detection process will be described.
  • the abnormality detection unit 30 determines whether or not the steering assist is effective, that is, whether or not the assist of steering of the steering wheel 201 by the motor 1 is effective. Is output to start the abnormality detection process. Whether or not the steering assist is effective can be determined based on the outputs of various sensors. For example, the first motor rotation sensor 12, the first motor torque sensor 13, the first steering angle sensor 14, and the first steering torque.
  • the outputs of the sensor 19, the second motor rotation sensor 22, the second motor torque sensor 23, the second steering angle sensor 24, and the second steering torque sensor 29 can be used. Of these, the determination may be made based only on the output of one sensor, or may be made based on the outputs of a plurality of sensors.
  • the ECU 6 that has received the abnormality detection command causes the signal generator 7 to output a predetermined PWM signal.
  • the control signal output from the first inverter 15 by the PWM signal is referred to as a “first control signal”
  • the control signal output from the second inverter 25 by the PWM signal is referred to as a “second control signal”.
  • the first control signal and the second control signal are sine waves having the same voltage amplitude and frequency and different phases by 180 degrees.
  • the output of the first control signal by the first inverter 15 and the output of the second control signal by the second inverter 25 are performed simultaneously. This simultaneity can be realized as follows, for example.
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 receive information on the time at which the process should be executed from the abnormality detection unit 30, and the first ECU 16 and the second ECU 26 output a PWM signal at that time. This is because the first ECU 16 and the second ECU 26 have synchronized time information as described above.
  • the first motor 11 to which the first control signal is input and the second motor 21 to which the second control signal is input each generate rotational torque.
  • the first motor 11 and the second motor 21 are both physically the motor 1, and the motor 1 is based on the torque generated by the first motor 11 and the magnitude of the torque generated by the second motor 21. Operate. However, it is assumed that the torque generated by the first motor 11 and the second motor 21 is larger than at least a loss due to friction of the bearing portion of the motor 1, that is, so-called friction torque. If there is no problem in the electric power steering system 100, the motor 1 antagonizes the torque because both torques are the same over the entire period.
  • the torque generated by the first motor 11 and the torque generated by the second motor 21 cancel each other, the motor 1 is in an equilibrium state, and no rotational torque is generated.
  • the torques of the two are not the same.
  • the torques of the two do not antagonize and are detected.
  • the torque is similarly detected when the winding resistances of the first motor 11 and the second motor 21 are different due to deterioration over time.
  • the abnormality detection unit 30 monitors the output of the motor torque sensor 3 and determines that an abnormality is detected when the output of the motor torque sensor 3 exceeds a predetermined value, that is, when the motor 1 is not in an equilibrium state. When the output of the torque sensor 3 does not exceed a predetermined value, that is, when the motor 1 is in an equilibrium state, it is determined that no abnormality has occurred. However, the abnormality detection unit 30 determines whether the motor 1 is in an equilibrium state using the output of the motor rotation sensor 2, the steering angle sensor 4, or the steering torque sensor 9 instead of the motor torque sensor 3. Also good.
  • the motor rotation sensor 2 or the steering angle sensor 4 For example, based on the output of the motor rotation sensor 2 or the steering angle sensor 4, at least one of the rotation speed, rotation amount, and rotation acceleration of the motor 1 is detected, and whether the motor 1 is in an equilibrium state based on these detection results It can be determined whether or not. It is also possible to detect the rotational torque of the motor 1 based on the output of the steering torque sensor 9 and determine whether or not the motor 1 is in an equilibrium state based on the detection result. Alternatively, the stroke of the rack bar 207 may be detected, and it may be determined whether the motor 1 is in an equilibrium state based on the detection result. The above is the abnormality detection process. Next, the abnormal system determination process will be described.
  • the outline of the abnormal system determination process is as follows.
  • the abnormality detection unit 30 that has determined that an abnormality has occurred by the abnormality detection process outputs an abnormal system determination command to the ECU 6.
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 that have received the abnormal system determination command cause the first inverter 15 and the second inverter 25 to output PWM signals for shifting the output timing of the first control signal and the second control signal, respectively. Output.
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 are the ratio of the magnitudes of the first control signal and the second control signal, that is, the magnitude of the voltage amplitude.
  • the PWM signal for changing the ratio from 1: 1 to 2: 1 or 1: 0 may be output.
  • the second control signal is again set to 0: 1. Only output.
  • the first abnormal system determination unit 18 and the second abnormal system determination unit 28 determine whether an abnormality has occurred in the first system A or the second system B based on the output PWM signal and the output of the motor torque sensor 3. to decide. Then, the first abnormal system determination unit 18 and the second abnormal system determination unit 28 output the determination result to the abnormality detection device 300.
  • a specific example of the abnormal system determination process is as follows, for example.
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 output the PWM signal so that the output of the second control signal is started when the first control signal is output first and a predetermined time of the first control signal is output. .
  • the torque corresponding to the operation of the first motor 11 is the motor torque sensor 3. Should be detected by.
  • the first abnormal system determination unit 18 and the second abnormal system determination unit 28 are abnormal in the first system A when the torque detected by the motor torque sensor 3 at this time differs from the assumed torque by a predetermined value or more, to decide.
  • the abnormality detection apparatus 300 When the first abnormal system determination unit 18 and the second abnormal system determination unit 28 determine that there is an abnormality in the first system A, the abnormality detection apparatus 300 is notified of this.
  • the first abnormal system determination unit 18 and the second abnormal system determination unit 28 switch the output timings of the first control signal and the second control signal and output them.
  • PWM signals for output are output to the first inverter 15 and the second inverter 25, respectively. That is, contrary to the above-described example, the PWM signal is output so that the second control signal is output first and the output of the first control signal is started when a predetermined time of the second control signal is output. Output.
  • the presence or absence of abnormality in the second system B is determined, and when it is determined that there is an abnormality, the abnormality detection device 300 is notified of that fact.
  • the abnormality detection device 300 stops the processing system that is determined to be abnormal, that is, the first system A or the second system B. Thereafter, steering assist is performed using only the processing system that is not stopped.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the abnormality detection unit 30.
  • the execution subject of each step described below is the CPU of the abnormality detection apparatus 300.
  • the abnormality detection unit 30 operates when the vehicle on which the electric power steering system 100 is mounted, that is, when the electrical components of the vehicle are turned on and when the vehicle is stopped for a predetermined time thereafter.
  • the CPU determines whether or not steering assist, that is, assisting the steering of the steering wheel 201 by the motor 1 is effective. Whether or not the steering assist is effective can be determined from the output of the steering angle sensor 4 and the operation status of the motor 1.
  • the execution of the program whose operation is shown in the flowchart of FIG. 3 is terminated, and when it is determined that the steering assist is not effective, the process proceeds to step S502.
  • step S502 the CPU transmits an abnormality detection command to the ECU 6.
  • step S503 it is determined whether or not the output of the sensor value of the motor 1 is equal to or greater than a predetermined value.
  • This sensor value is one of the first motor torque sensor 13, the second motor torque sensor 23, the first motor rotation sensor 12, and the second motor rotation sensor 22. If it is determined that the sensor value output is greater than or equal to the predetermined value, the process proceeds to step S504. If it is determined that the sensor value output is less than the predetermined value, execution of the program whose operation is shown in the flowchart of FIG. . Note that making an affirmative determination in this step means that an abnormality has been detected.
  • step S504 the CPU transmits an abnormal system determination command to the ECU 6.
  • step S505 the CPU receives the determination result from ECU 6.
  • step S506 based on the determination result received in step S505, the system determined to be abnormal, that is, the first system A or the second system B is stopped. However, if it is determined in step S505 that there is no abnormality in any system, neither system is stopped.
  • the execution of the program whose operation is shown in the flowchart of FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the first ECU 16 and the second ECU 26.
  • the execution subject of each step described below is the CPU of each of the first ECU 16 and the second ECU 26.
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 execute a program whose operation is represented by the flowchart of FIG. 4 at predetermined time intervals. However, this program may be executed with a trigger from receiving any command from the abnormality detection apparatus 300.
  • step S601 it is determined whether an abnormality detection command has been received from the abnormality detection device 300. If it is determined that the abnormality detection command has been received, the process proceeds to step S602. If it is determined that the abnormality detection command has not been received, the process proceeds to step S603. In step S602, the first ECU 16 and the second ECU 26 output a PWM signal so that the output of the first control signal by the first inverter 15 and the output of the second control signal by the second inverter 25 are performed simultaneously. The process proceeds to S603.
  • step S ⁇ b> 603 it is determined whether an abnormal system determination command is received from the abnormality detection device 300. If it is determined that an abnormal system determination command has been received, the process proceeds to step S604. If it is determined that an abnormal system determination command has not been received, execution of the program whose operation is shown in the flowchart of FIG. 4 is terminated.
  • step S604 the first ECU 16 and the second ECU 26 cause the first inverter 15 and the second inverter 25 to output the first control signal and the second control signal, respectively, at different timings. For example, the PWM signal is output so that the output of the second control signal is started when the first control signal is output first and a predetermined time of the first control signal is output.
  • the first control signal and the second control signal may be output by changing the amplitude ratio instead of shifting the output timing.
  • step S605 the difference between the torque detected by the motor torque sensor 3 and the assumed torque is evaluated, and if it is determined that the detected torque is not less than the predetermined value, the process proceeds to step S606. If it is determined that the detected torque is different from the assumed torque by a predetermined value or more, the process proceeds to step S608.
  • step S606 the first ECU 16 and the second ECU 26 output the second control signal in advance so that the outputs are reversed in chronological order with respect to step S604.
  • the PWM signal is output so that the output of the first control signal is started.
  • step S607 the difference between the torque detected by the motor torque sensor 3 and the assumed torque is evaluated, and if it is determined that the detected torque is not less than a predetermined value, the process proceeds to step S609. If it is determined that the detected torque is different from the assumed torque by a predetermined value or more, the process proceeds to step S610.
  • step S608 which is executed when a negative determination is made in step S605, it is determined that there is an abnormality in the first system A, and the determination result is output to the abnormality detection device 300, and the operation is shown in the flowchart of FIG. The execution of is terminated.
  • step S609 which is executed when an affirmative determination is made in step S607, it is determined that there is no abnormality in both the first system A and the second system B, and this determination result is output to the abnormality detection device 300, and FIG.
  • the execution of the program whose operation is shown in the flowchart of FIG.
  • step S610 which is executed when a negative determination is made in step S607, it is determined that there is an abnormality in the second system B, and this determination result is output to the abnormality detection device 300, and the operation is shown in the flowchart of FIG. The execution of is terminated.
  • An actuator system such as an electric power steering system 100, includes a motor 1 that can be driven bidirectionally, and first and second actuator control units that output control signals to the motor 1, such as a first inverter 15 and a second one.
  • the inverter 25 and the abnormality detection part 30 which controls the inverter 5 via ECU6 are provided.
  • the abnormality detection unit 30 causes the first inverter 15 to output a first control signal that drives the motor 1 in a first direction, for example, clockwise, and causes the second inverter 25 to pair the motor 1 with the first direction.
  • An abnormality is detected by outputting a second control signal for driving in the second direction, for example, the counterclockwise direction.
  • the redundant configuration is operating properly by evaluating the result of canceling out each action, or either Can detect if there is any problem with the configuration. That is, the presence / absence of an abnormality in the redundant configuration can be detected based on one operation command.
  • the abnormality detection unit 30 detects an abnormality based on the equilibrium state of the motor 1 when the first and second control signals are output. Therefore, the presence / absence of an abnormality can be easily detected by a simple determination as to whether or not the vehicle is in an equilibrium state.
  • the abnormality detection unit 30 causes the first inverter 15 and the second inverter 25 to output signals of the same magnitude at the same timing as the first and second control signals, respectively. Therefore, the presence / absence of an abnormality can be detected based on whether or not the sum of the output torques of the first motor 11 and the second motor 21 is always zero. Furthermore, evaluation in a transient state is also possible.
  • the abnormality detection unit 30 causes the first inverter 15 and the second inverter 25 to output amplitude signals having opposite phases as the first and second control signals, respectively. Therefore, one of the two signals output to the first motor 11 and the second motor 21 can be easily created based on one.
  • the torque generated in the motor 1 by the first control signal and the torque generated in the motor 1 by the second control signal are larger than the friction torque of the motor 1. Therefore, the motor 1 operates when there is some problem in the first system A or the second system B. Therefore, the abnormality can be detected by detecting the movement of the motor 1.
  • the electric power steering system 100 is incorporated in the vehicle, and the abnormality detection unit 30 is connected to the first inverter 15 and the second inverter 25 when the vehicle is started, that is, when the power supply of the electrical components is turned on.
  • the first control signal and the second control signal are output. Therefore, abnormality detection can be performed before the vehicle departs.
  • the abnormality detection unit 30 is a motor torque sensor 3 that detects the rotational torque of the motor 1, a motor rotation sensor 2 that detects the rotation of the motor 1, or a steering wheel 201 provided in a vehicle by a user and the motor 1 Based on the output of the steering angle sensor 4 that detects the steering angle based on the rotation, at least one of the rotational torque, rotational speed, rotational amount, and rotational acceleration of the motor 1 is detected to determine the equilibrium state of the motor 1. it can. Therefore, even when the user does not hold the steering wheel 201, the equilibrium state can be determined.
  • the abnormality detection unit 30 detects the rotational torque of the motor 1 based on the output of the steering torque sensor 9 that detects the steering torque generated by the steering of the steering wheel 201 and the rotation of the motor 1 provided in the vehicle. It is also possible to judge the equilibrium state. Therefore, when the user holds the steering wheel 201, the equilibrium state can be determined using a steering torque having higher sensitivity than the motor rotation sensor 2 and the steering angle sensor 4.
  • the abnormality detection unit 30 shifts the timing of outputting the first control signal and the second control signal, or makes the first control signal and the second control signal different in magnitude. Thus, it is specified which of the first system A including the first inverter 15 and the second system B including the second inverter 25 is abnormal. Therefore, it is possible to specify not only the presence / absence of abnormality but also whether the first system A or the second system B is abnormal. (10) The abnormality detection unit 30 stops the system including the inverter 5 that is identified as having an abnormality, that is, the first system A or the second system B. Therefore, electric power steering system 100 can be operated using only a system in which no abnormality is detected.
  • the abnormality detection device 300 includes the motor 1 that can be driven bidirectionally, and first and second actuator control units that output control signals to the motor 1, such as the first inverter 15 and the second inverter 25. It is used in the electric power steering system 100 provided.
  • the abnormality detection device 300 includes an abnormality detection unit 30 that controls the first inverter 15 and the second inverter 25 via the ECU 6.
  • the abnormality detection unit 30 causes the first inverter 15 to output a first control signal that drives the motor 1 in a first direction, for example, clockwise, and causes the second inverter 25 to pair the motor 1 with the first direction.
  • An abnormality is detected by outputting a second control signal for driving in the second direction, for example, the counterclockwise direction.
  • the embodiment described above may be modified as follows.
  • (Modification 1) The time during which the first ECU 16 and the second ECU 26 output the PWM signal is not more than a predetermined time that is sufficiently shorter than the time until the rated rotational speed is reached, and may be a time that allows so-called inching operation. Even when there is an abnormality in any of the processing systems, it is possible to reduce the amount of rotation of the steering wheel 201 and reduce the user's uncomfortable feeling.
  • the abnormality detection device 300 may cause the motor 1 to output the control signal in multiple times by causing the first ECU 16 and the second ECU 26 to output the PWM signal in multiple times. Even if there is an abnormality in any of the processing systems, the static friction force is larger than the dynamic friction force, so that the amount of rotation of the steering wheel 201 can be suppressed and the user's uncomfortable feeling can be reduced.
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 may be physically one ECU. Further, the abnormality detection unit 30 may be configured integrally with the first ECU 16 or the second ECU 26. (Modification 4) When the determination result is output from the ECU 6, the abnormality detection device 300 may output the determination result to another abnormality detection device provided in the same vehicle. (Modification 5) In the electric power steering system 100, the motor may not be duplicated. That is, there may be a configuration in which only one set of windings exists and the voltages input from the first inverter 15 and the second inverter 25 are input to the same winding.
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 use synchronized timers to ensure the simultaneity of processing, but output a PWM signal after a predetermined time has elapsed after receiving an abnormality detection command from the abnormality detection device 300. Thus, the simultaneity of processing may be ensured.
  • the abnormality detection method described in the first embodiment can also be applied to other actuators that can be steered in both directions, such as a drive motor.
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 that have received the abnormal system determination command may perform control signal output and abnormality determination as follows. That is, the first ECU 16 first outputs a first control signal to determine abnormality of the first system A based on the output of the motor torque sensor 3, and then the second ECU 26 outputs a second control signal to output a motor torque sensor. The abnormality of the second system A may be determined based on the output of 3. (Modification 9)
  • the first ECU 16 and the second ECU 26 that have received the abnormality detection command may immediately stop the output of the PWM signal when the motor torque sensor 3 detects torque after outputting the PWM signal to the inverter 5. This is because it is possible to detect that the torque is detected and not in an equilibrium state, so that it is possible to prevent the user from feeling uncomfortable by generating torque more than necessary.
  • the program is stored in a ROM (not shown), the program may be stored in a nonvolatile memory. Further, the abnormality detection device 300 or the ECU 6 may include an input / output interface (not shown), and a program may be read from another device via a medium that can use the input / output interface when necessary.
  • the medium refers to, for example, a storage medium that can be attached to and detached from the input / output interface, or a communication medium, that is, a wired, wireless, or optical network, or a carrier wave or digital signal that propagates through the network.
  • part or all of the functions realized by the program may be realized by a hardware circuit or FPGA.

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Abstract

アクチュエータシステムは、双方向に駆動可能なアクチュエータと、アクチュエータに制御信号を出力する第１および第２のアクチュエータ制御部と、第１および第２のアクチュエータ制御部を制御する異常検知部と、を備え、異常検知部は、第１のアクチュエータ制御部にアクチュエータを第１方向へ駆動させる第１の制御信号を出力させ、第２のアクチュエータ制御部にアクチュエータを第１方向と対となる方向である第２方向へ駆動させる第２の制御信号を出力させることにより異常を検知する。

Description

アクチュエータシステム、異常検知装置
　本発明は、アクチュエータシステム、および異常検知装置に関する。
　装置の動作に欠かせないアクチュエータは、可用性を向上させるために冗長化された構成、たとえば系統の二重化が施される。
　特許文献１には、操舵部材と機械的に非連結であって、転舵軸を駆動する複数の転舵アクチュエータを備えた舵取機構と、前記操舵部材に操舵反力を付与する単数又は複数の反力アクチュエータと、前記転舵アクチュエータと前記反力アクチュエータのうち、支配下の転舵アクチュエータと支配下の反力アクチュエータをそれぞれ制御する第１制御手段と第２制御手段とをそれぞれ含み、前記両制御手段間を有線手段と無線手段でデータ通信可能にされ、前記有線手段又は無線手段で通信されたデータに基づいて、支配下の転舵アクチュエータ及び反力アクチュエータを制御する複数の制御システムを備え、前記各制御システムは、前記有線手段が断線しているか否かを判定する断線判定手段と、前記断線判定手段が断線と判定しない場合には、前記有線手段にてデータ通信を許容し、前記断線判定手段が断線と判定した場合には、前記有線手段から前記無線手段にて前記データ通信を行うように切り換える通信切換手段を備えたことを特徴とする車両用操舵装置が開示されている。
日本国特開２００４－３３８５６３号公報
　特許文献１に記載されている発明では、有線手段と無線手段による通信経路の冗長化が行われているが、無線手段に障害が発生することは想定されておらず、冗長化された構成の異常を検知することができない。
　本発明の第１の態様によるアクチュエータシステムは、双方向に駆動可能なアクチュエータと、前記アクチュエータに制御信号を出力する第１および第２のアクチュエータ制御部と、前記第１および第２のアクチュエータ制御部を制御する異常検知部と、を備え、前記異常検知部は、前記第１のアクチュエータ制御部に前記アクチュエータを第１方向へ駆動させる第１の制御信号を出力させ、前記第２のアクチュエータ制御部に前記アクチュエータを前記第１方向と対となる方向である第２方向へ駆動させる第２の制御信号を出力させることにより異常を検知する。
　本発明の第２の態様による異常検知装置は、双方向に駆動可能なアクチュエータと、前記アクチュエータに制御信号を出力する第１および第２のアクチュエータ制御部と、を備えるアクチュエータシステムにおいて使用される異常検知装置であって、前記異常検知装置は、前記第１および第２のアクチュエータ制御部を制御する異常検知部を備え、前記異常検知部は、前記第１のアクチュエータ制御部に前記アクチュエータを第１方向へ駆動させる第１の制御信号を出力させ、前記第２のアクチュエータ制御部に前記アクチュエータを前記第１方向と対となる方向である第２方向へ駆動させる第２の制御信号を出力させることにより異常を検知する。
　本発明によれば、冗長化された構成の異常を検知することができる。
電動パワーステアリングシステムの外観を示す図 電動パワーステアリングシステムの詳細な構成を示す図 異常検知部の動作を表すフローチャート 第１ＥＣＵと第２ＥＣＵの動作を表すフローチャート
（実施の形態）
　以下、図１～図４を参照して、電動パワーステアリングシステム１００の実施の形態を説明する。
（構成）
　図１は、電動パワーステアリングシステム１００の外観を示す図である。電動パワーステアリングシステム１００は、ユーザにより操作されるステアリングホイール２０１の操舵を補助する。電動パワーステアリングシステム１００は、モータ１と、舵角センサ４と、インバータ５と、ＥＣＵ６と、操舵トルクセンサ９と、異常検知装置３００とを備える。
　ステアリングホイール２０１には、ステアリングシャフト２０２が接続される。ステアリングシャフト２０２のステアリングホイール２０１と反対側の端部には、トーションバー２０３を介してピニオンシャフト２０４が接続される。ステアリングシャフト２０２とピニオンシャフト２０４との間にはトーションバー２０３が設けられる。操舵トルクセンサ９は、トーションバー２０３のねじれ量に基づいてユーザの操舵トルクを検出する。ピニオンシャフト２０４の先端に取り付けられるピニオン２０５は、ラック歯２０６と噛み合う。ラック歯２０６はラックバー２０７に取り付けられており、ラックバー２０７の両端には転舵輪２０８を有する。このラックバー２０７は減速器２０９を介してモータ１から駆動力が与えられることで、直線方向に駆動される。すなわちモータ１は、ユーザがステアリングホイール２０１を操舵することによるラックバー２０７の動作を補助する。以下では、モータ１によるステアリングホイール２０１の操舵の補助を「操舵アシスト」とも呼ぶ。
　舵角センサ４は、ステアリングシャフト２０２の回転を検出することにより、ユーザによるステアリングホイール２０１の操舵角を検出する。操舵トルクセンサ９は、トーションバー２０３のねじれ量に基づいてユーザの操舵トルクを検出する。操舵トルクはステアリングシャフト２０２とピニオンシャフト２０４のねじれにより検出されるので、ユーザによりステアリングホイール２０１が操舵される場合だけでなく、モータ１の回転がピニオンシャフト２０４に伝達される場合にも操舵トルクが検出される。ただし、ユーザがステアリングホイール２０１を保持していない場合は、ピニオンシャフト２０４の動きにステアリングシャフト２０２が容易に追従するため操舵トルクは検出されにくい。
　舵角センサ４は、ステアリングホイール２０１の操舵角を検出し、異常検知装置３００およびＥＣＵ６に出力する。ＥＣＵ６は、舵角センサ４および異常検知装置３００の出力に基づきインバータ５を介してモータ１を動作させる。操舵トルクセンサ９は、検出する操舵トルクを、ＥＣＵ６および異常検知装置３００に出力する。
　図２は、電動パワーステアリングシステム１００の詳細な構成を示す図である。電動パワーステアリングシステム１００は構成が第１系統Ａと第２系統Ｂとに二重化されており、両者は同様の動作を行う。電動パワーステアリングシステム１００は、第１系統Ａ、第２系統Ｂ、および異常検知装置３００を備える。
　第１系統Ａは、第１モータ１１と、第１モータ回転センサ１２と、第１モータトルクセンサ１３と、第１舵角センサ１４と、第１インバータ１５と、第１ＥＣＵ１６と、第１操舵トルクセンサ１９とを備える。第２系統Ｂは、第２モータ２１と、第２モータ回転センサ２２と、第２モータトルクセンサ２３と、第２舵角センサ２４と、第２インバータ２５と、第２ＥＣＵ２６と、第２操舵トルクセンサ２９とを備える。第１ＥＣＵ１６は、第１信号発生器１７と第１異常系統判定部１８とを備える。第２ＥＣＵ２６は、第２信号発生器２７と第２異常系統判定部２８とを備える。
　第１モータ１１および第２モータ２１は仮想的な２つのモータであり、物理的な構成はいずれもモータ１に含まれる。第１モータ１１および第２モータ２１はロータやステータを共有し、巻き線を共有しない。第１モータ１１と第２モータ２１とは巻き線位置が異なる。第１モータ１１は、第１インバータ１５から入力される制御信号に基づき回転する。第２モータ２１は、第２インバータ２５から入力される制御信号に基づき回転する。ただし第１モータ１１および第２モータ２１は前述のとおり仮想的なモータであり、物理的には１つのモータ１である。そのため、仮に第１モータ１１と第２モータ２１に電圧振幅と周波数が等しく位相が１８０度異なる正弦波が同時に入力されると、両者のトルクが拮抗してモータ１にトルクは生じない。
　第１モータ回転センサ１２と第２モータ回転センサ２２は、いずれもモータ１に内蔵されるモータ回転センサでありモータ１の回転を検出する。第１モータ回転センサ１２と第２モータ回転センサ２２は取り付け位置が異なるが測定対象は同一なので、その取り付け位置の違いに依存する数値的変換により、他方のセンサの測定結果を算出できる。以下では、第１モータ回転センサ１２と第２モータ回転センサ２２とをまとめてモータ回転センサ２と呼ぶ。
　第１モータトルクセンサ１３と第２モータトルクセンサ２３は、いずれもモータ１に内蔵されるトルクセンサでありモータ１の回転トルクを検出する。以下では、第１モータトルクセンサ１３と第２モータトルクセンサ２３とをまとめてモータトルクセンサ３と呼ぶ。
　第１舵角センサ１４と第２舵角センサ２４は、舵角センサ４を構成する独立したセンサである。第１舵角センサ１４と第２舵角センサ２４はいずれも、ステアリングホイール２０１の舵角を検出する。舵角センサ４は、検出した舵角を異常検知装置３００およびＥＣＵ６に出力する。第１操舵トルクセンサ１９と第２操舵トルクセンサ２９は、操舵トルクセンサ９を構成する独立したセンサである。第１操舵トルクセンサ１９と第２操舵トルクセンサ２９はいずれも、図１に示したトーションバー２０３のねじれ量に基づき操舵トルクを検出する。
　第１インバータ１５と第２インバータ２５は、インバータ５を構成する独立したインバータである。第１インバータ１５は、第１ＥＣＵ１６から出力される動作指令、たとえばＰＷＭ信号に基づき第１モータ１１に制御信号、たとえば所定の電圧振幅、周波数、位相を有する正弦波を入力する。第２インバータ２５は、第２ＥＣＵ２６から出力される動作指令、たとえばＰＷＭ信号に基づき第２モータ２１に制御信号、たとえば所定の電圧振幅、周波数、位相を有する正弦波を入力する。インバータ５は、フィードバック制御用にＥＣＵ６に電流値をフィードバックする。
　第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は、ＥＣＵ６を構成する独立したＥＣＵである。ＥＣＵ６は、異常検知装置３００から受信する後述の２種類の動作指令に基づきＰＷＭ信号を生成してインバータ５に出力する。ＥＣＵ１６とＥＣＵ２６は時刻同期機能を備え、両者のタイマは適宜同期される。そのため、ＥＣＵ１６とＥＣＵ２６は後述するようにタイミングの一致性が要求される処理を実行できる。
　第１ＥＣＵ１６は、不図示のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＰＷＭ信号生成回路を備える。第１ＥＣＵ１６はＲＡＭに格納されるデータを用いてＲＯＭに格納されるプログラムをＣＰＵが実行することにより、第１信号発生器１７および第１異常系統判定部１８として機能する。第１信号発生器１７は、第１インバータ１５からのフィードバック電流値を考慮して、第１インバータ１５にＰＷＭ信号を出力する。第１異常系統判定部１８は、第１系統Ａと第２系統Ｂのどちらに異常があるかを判定する。第１異常系統判定部１８の動作は後述する。
　第２ＥＣＵ２６は、不図示のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＰＷＭ信号生成回路を備える。第２ＥＣＵ２６はＲＡＭに格納されるデータを用いてＲＯＭに格納されるプログラムをＣＰＵが実行することにより、第２信号発生器２７および第２異常系統判定部２８として機能する。第２信号発生器２７は、第２インバータ２５からのフィードバック電流値を考慮して、第２インバータ２５にＰＷＭ信号を出力する。第２異常系統判定部２８は、第１系統Ａと第２系統Ｂのどちらに異常があるかを判定する。第２異常系統判定部２８の動作は後述する。
　異常検知装置３００は、異常検知部３０を備えるＥＣＵである。異常検知装置３００は、不図示のＣＰＵ，ＲＯＭ，およびＲＡＭを備え、ＲＡＭに格納されるデータを用いてＲＯＭに格納されるプログラムをＣＰＵが実行することにより、異常検知部３０として後述する処理を実行する。異常検知装置３００には、モータトルクセンサ３、および舵角センサ４の出力が入力される。異常検知装置３００は、後述する異常検知指令、および異常系統判別指令をＥＣＵ６に出力する。
（動作の概要）
　異常検知部３０による処理は、問題の発生を検知する異常検知処理と、いずれの系統に異常があるかを判別する異常系統判定処理とに大別される。まず異常検知処理を説明する。
　まず異常検知部３０は、操舵アシストが有効であるか否か、すなわちモータ１によるステアリングホイール２０１の操舵の補助が有効であるか否かを判断し、有効でないと判断すると、ＥＣＵ６に異常検知指令を出力して異常検知処理を開始する。操舵アシストが有効であるか否かは、様々なセンサの出力に基づき判断することができ、たとえば第１モータ回転センサ１２、第１モータトルクセンサ１３、第１舵角センサ１４、第１操舵トルクセンサ１９、第２モータ回転センサ２２、第２モータトルクセンサ２３、第２舵角センサ２４、および第２操舵トルクセンサ２９の出力を利用できる。このうち１つのセンサの出力のみに基づいて判断してもよいし、複数のセンサの出力に基づき判断してもよい。
　異常検知指令を受信したＥＣＵ６は、信号発生器７に所定のＰＷＭ信号を出力させる。以下では、このＰＷＭ信号により第１インバータ１５が出力する制御信号を「第１の制御信号」と呼び、このＰＷＭ信号により第２インバータ２５が出力する制御信号を「第２の制御信号」と呼ぶ。第１の制御信号と第２の制御信号は、電圧振幅と周波数が等しく、位相が１８０度異なる正弦波である。第１インバータ１５による第１の制御信号の出力と、第２インバータ２５による第２の制御信号の出力は同時に行われる。この同時性はたとえば以下のように実現することができる。すなわち、第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は異常検知部３０から処理を実行すべき時刻の情報が入力され、その時刻に第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６がＰＷＭ信号を出力する。前述のとおり、第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は同期された時刻情報を保有しているからである。
　第１の制御信号が入力された第１モータ１１と、第２の制御信号が入力された第２モータ２１はそれぞれ回転トルクを発生させる。前述のとおり第１モータ１１と第２モータ２１はいずれも物理的にはモータ１であり、モータ１は第１モータ１１が発生させるトルクと、第２モータ２１が発生させるトルクの大きさに基づき動作する。ただし第１モータ１１および第２モータ２１が発生させるトルクは、少なくともモータ１の軸受部分の摩擦による損失、いわゆる摩擦トルクよりも大きいこととする。モータ１は、電動パワーステアリングシステム１００に問題がなければ両者のトルクが全周期にわたって同一なのでトルクは拮抗する。換言すると、第１モータ１１が発生させたトルクと第２モータ２１が発生させたトルクが相殺して、モータ１が均衡状態となり、回転トルクは発生しない。しかし電動パワーステアリングシステム１００に何らかの問題があり両者のトルクが同一でないと、換言すると両者のトルクのバランスが崩れると、いずれかの方向の回転トルクが生じてモータトルクセンサ３により検出される。たとえば、第１モータ１１および第２モータ２１を構成する巻き線の巻き線抵抗が経年劣化により異なる場合にも両者のトルクが拮抗せずトルクが検出される。なお、経年劣化により第１モータ１１と第２モータ２１の巻き線抵抗が異なった場合にも同様にトルクが検出される。
　異常検知部３０はモータトルクセンサ３の出力を監視し、モータトルクセンサ３の出力が所定の値を上回る場合、すなわちモータ１が均衡状態ではない場合に異常を検知していると判断し、モータトルクセンサ３の出力が所定の値を上回らない場合、すなわちモータ１が均衡状態である場合に異常が発生していないと判断する。ただし異常検知部３０は、モータトルクセンサ３の代わりにモータ回転センサ２、舵角センサ４、操舵トルクセンサ９のいずれかの出力を用いてモータ１が均衡状態であるか否かを判断してもよい。たとえば、モータ回転センサ２または舵角センサ４の出力に基づき、モータ１の回転速度、回転量、回転加速度の少なくとも１つを検出し、これらの検出結果を基にモータ１が均衡状態であるか否かを判断することができる。また、操舵トルクセンサ９の出力に基づき、モータ１の回転トルクを検出し、その検出結果を基にモータ１が均衡状態であるか否かを判断することもできる。あるいは、ラックバー２０７のストロークを検出し、その検出結果に基づいてモータ１が均衡状態であるか否かを判断してもよい。以上が異常検知処理である。続いて異常系統判定処理を説明する。
　異常系統判定処理の概要は以下のとおりである。
　異常検知処理により異常が発生していると判断した異常検知部３０は、ＥＣＵ６に異常系統判別指令を出力する。異常系統判別指令を受信した第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は、第１の制御信号と第２の制御信号の出力タイミングをずらして出力させるためのＰＷＭ信号を、第１インバータ１５と第２インバータ２５にそれぞれ出力する。ただし第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は、第１の制御信号と第２の制御信号の出力タイミングをずらす代わりに、第１の制御信号と第２の制御信号の大きさの比率、すなわち電圧振幅の大きさの比率を１：１から２：１や１：０などに変更して出力させるためのＰＷＭ信号を出力してもよい。ただし１：０とする場合は、第１の制御信号に基づき第１系統Ａに異常がないと判断されたら第２系統Ｂに異常があるとみなすか、再度０：１として第２の制御信号のみを出力する。第１異常系統判定部１８および第２異常系統判定部２８は、出力したＰＷＭ信号およびモータトルクセンサ３の出力に基づき、異常が第１系統Ａと第２系統Ｂのどちらに発生しているかを判断する。そして第１異常系統判定部１８および第２異常系統判定部２８は、判断結果を異常検知装置３００に出力する。
　異常系統判定処理の具体例はたとえば以下のとおりである。
　第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は、第１の制御信号が先に出力され、第１の制御信号の所定の時間分が出力されたら第２の制御信号の出力が開始されるようにＰＷＭ信号を出力する。この場合は、第２の制御信号の出力が開始されるまでは第１の制御信号に基づき第１モータ１１のみが動作するので、この第１モータ１１の動作に対応するトルクがモータトルクセンサ３により検出されるはずである。第１異常系統判定部１８および第２異常系統判定部２８は、このときモータトルクセンサ３により検出されるトルクが想定されるトルクと所定値以上異なる場合に、第１系統Ａに異常があると判断する。第１異常系統判定部１８および第２異常系統判定部２８は、第１系統Ａに異常があると判断すると異常検知装置３００にその旨を通知する。第１系統Ａに異常があると判断しない場合は、第１異常系統判定部１８および第２異常系統判定部２８は、第１の制御信号と第２の制御信号の出力タイミングを入れ替えて出力させるためのＰＷＭ信号を第１インバータ１５と第２インバータ２５にそれぞれ出力する。すなわち上述の例とは逆に、第２の制御信号が先に出力され、第２の制御信号の所定の時間分が出力されたら第１の制御信号の出力が開始されるようにＰＷＭ信号を出力する。そして先ほどと同様に、第２系統Ｂの異常の有無を判断し、異常があると判断する場合は異常検知装置３００にその旨を通知する。
　異常検知装置３００は、判断結果がＥＣＵ６から出力されると、異常があると判断された処理系統、すなわち第１系統Ａまたは第２系統Ｂを停止させる。そしてこれ以後は、停止させていない処理系統のみを用いて操舵アシストを行う。
（フローチャート）
　図３は、異常検知部３０の動作を表すフローチャートである。以下に説明する各ステップの実行主体は異常検知装置３００のＣＰＵである。異常検知部３０は、電動パワーステアリングシステム１００を搭載する車両の起動時、すなわち車両の電装品の電源がＯＮにされた際、およびその後所定の時間、車両が停車している際に動作する。
　ステップＳ５０１では、ＣＰＵは、操舵アシスト、すなわちモータ１によるステアリングホイール２０１の操舵の補助が有効であるか否かを判断する。操舵アシストが有効であるか否かは、舵角センサ４の出力やモータ１の動作状況から判断可能である。操舵アシストが有効であると判断する場合は図３のフローチャートで動作が示されるプログラムの実行を終了し、操舵アシストが有効でないと判断する場合はステップＳ５０２に進む。
　ステップＳ５０２では、ＣＰＵはＥＣＵ６に異常検知指令を送信する。続くステップＳ５０３ではモータ１のセンサ値の出力が所定値以上であるか否かを判断する。このセンサ値とは、第１モータトルクセンサ１３、第２モータトルクセンサ２３、第１モータ回転センサ１２、第２モータ回転センサ２２のいずれかである。センサ値の出力が所定値以上であると判断する場合はステップＳ５０４に進み、センサ値の出力が所定値未満であると判断する場合は図３のフローチャートで動作が示されるプログラムの実行を終了する。なお本ステップにおいて肯定判定をすることは、異常を検知したことを意味する。
　続くステップＳ５０４では、ＣＰＵはＥＣＵ６に異常系統判別指令を送信する。続くステップＳ５０５では、ＣＰＵはＥＣＵ６から判定結果を受信する。続くステップＳ５０６では、ステップＳ５０５において受信した判定結果に基づき、異常があると判定された系統、すなわち第１系統Ａまたは第２系統Ｂを停止させる。ただしステップＳ５０５においていずれの系統にも異常がないと判定された場合には、いずれの系統も停止させない。以上で図３のフローチャートで動作が示されるプログラムの実行を終了する。
　図４は、第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６の動作を表すフローチャートである。以下に説明する各ステップの実行主体は第１ＥＣＵ１６および第２ＥＣＵ２６のそれぞれのＣＰＵである。第１ＥＣＵ１６および第２ＥＣＵ２６は、所定の時間ごとに図４のフローチャートにより動作が表されるプログラムを実行する。ただし異常検知装置３００から何らかの指令を受信したことをトリガーとしてこのプログラムを実行してもよい。
　ステップＳ６０１では、異常検知装置３００から異常検知指令を受信したか否かを判断する。異常検知指令を受信したと判断する場合はステップＳ６０２に進み、異常検知指令を受信していないと判断する場合はステップＳ６０３に進む。ステップＳ６０２では、第１ＥＣＵ１６および第２ＥＣＵ２６は、第１インバータ１５による第１の制御信号の出力と、第２インバータ２５による第２の制御信号の出力は同時に行われるようにＰＷＭ信号を出力してステップＳ６０３に進む。
　ステップＳ６０３では、異常検知装置３００から異常系統判別指令を受信したか否かを判断する。異常系統判別指令を受信したと判断する場合はステップＳ６０４に進み、異常系統判別指令を受信していないと判断する場合は、図４のフローチャートで動作が示されるプログラムの実行を終了する。
　ステップＳ６０４では、第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は、第１インバータ１５および第２インバータ２５に対して、第１の制御信号と第２の制御信号を、互いにタイミングをずらしてそれぞれ出力させる。たとえば、第１の制御信号が先に出力され、第１の制御信号の所定の時間分が出力されたら第２の制御信号の出力が開始されるようにＰＷＭ信号を出力する。なお前述のように、出力タイミングをずらす代わりに振幅の比率を変えて、第１の制御信号と第２の制御信号を出力させてもよい。続くステップＳ６０５では、モータトルクセンサ３により検出されたトルクと想定されるトルクの差を評価し、検出されたトルクが想定されるトルクと所定値未満の差しかないと判断する場合はステップＳ６０６に進み、検出されたトルクが想定されるトルクと所定値以上の差があると判断する場合はステップＳ６０８に進む。
　ステップＳ６０６では、第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は、ステップＳ６０４とは時系列的に逆の出力となるように、すなわち第２の制御信号が先に出力され、第２の制御信号の所定の時間分が出力されたら第１の制御信号の出力が開始されるようにＰＷＭ信号を出力する。続くステップＳ６０７では、モータトルクセンサ３により検出されたトルクと想定されるトルクの差を評価し、検出されたトルクが想定されるトルクと所定値未満の差しかないと判断する場合はステップＳ６０９に進み、検出されたトルクが想定されるトルクと所定値以上の差があると判断する場合はステップＳ６１０に進む。
　ステップＳ６０５において否定判定されると実行されるステップＳ６０８では、第１系統Ａに異常があると判定するとともにこの判定結果を異常検知装置３００に出力して、図４のフローチャートで動作が示されるプログラムの実行を終了する。
　ステップＳ６０７において肯定判定されると実行されるステップＳ６０９では、第１系統Ａおよび第２系統Ｂのいずれにも異常がないと判定するとともにこの判定結果を異常検知装置３００に出力して、図４のフローチャートで動作が示されるプログラムの実行を終了する。
　ステップＳ６０７において否定判定されると実行されるステップＳ６１０では、第２系統Ｂに異常があると判定するとともにこの判定結果を異常検知装置３００に出力して、図４のフローチャートで動作が示されるプログラムの実行を終了する。
　上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）アクチュエータシステム、たとえば電動パワーステアリングシステム１００は、双方向に駆動可能なモータ１と、モータ１に制御信号を出力する第１および第２のアクチュエータ制御部、たとえば第１インバータ１５および第２インバータ２５と、ＥＣＵ６を介してインバータ５を制御する異常検知部３０と、を備える。異常検知部３０は、第１インバータ１５にモータ１を第１方向、たとえば時計回り方向へ駆動させる第１の制御信号を出力させ、第２インバータ２５にモータ１を第１方向と対となる方向である第２方向、たとえば反時計回り方向へ駆動させる第２の制御信号を出力させることにより異常を検知する。
　そのため、冗長化された構成を用いて相反する動作をさせることにより、それぞれの作用が相殺された結果を評価することで冗長化されたそれぞれの構成が適正に動作しているか、それともいずれかの構成に何らかの問題があるかを検知できる。すなわち、冗長化された構成の異常の有無を１回の動作指令に基づき検知することができる。
（２）異常検知部３０は、第１および第２の制御信号が出力されたときのモータ１の均衡状態に基づき異常を検知する。そのため、均衡状態であるか否かという簡易な判断により異常の有無を容易に検知することができる。
（３）異常検知部３０は、第１インバータ１５および第２インバータ２５に、第１および第２の制御信号として、同一のタイミングで同一の大きさの信号をそれぞれ出力させる。そのため、第１モータ１１と第２モータ２１の出力トルクの和が常時ゼロであるか否かにより異常の有無を検知できる。さらに、過渡状態における評価も可能となる。
（４）異常検知部３０は、第１インバータ１５および第２インバータ２５に、第１および第２の制御信号として、逆位相の振幅信号をそれぞれ出力させる。そのため、第１モータ１１と第２モータ２１に出力する２つの信号のうち、一方に基づき他方を容易に作成することができる。
（５）第１の制御信号によりモータ１に生じるトルク、および第２の制御信号によりモータ１に生じるトルクは、モータ１の摩擦トルクよりも大きい。そのため、第１系統Ａまたは第２系統Ｂに何らかの問題があった場合にモータ１が動作するので、モータ１の動きを検出することにより異常を検知することができる。
（６）電動パワーステアリングシステム１００は車両に組み込まれ、異常検知部３０は、車両の起動の際に、すなわち電装品の電源がオンにされた際に第１インバータ１５および第２インバータ２５に第１の制御信号および第２の制御信号を出力させる。そのため、車両の発車前に異常検知を行うことができる。
（７）異常検知部３０は、モータ１の回転トルクを検出するモータトルクセンサ３、モータ１の回転を検出するモータ回転センサ２、または車両に備えられるステアリングホイール２０１のユーザによる操舵およびモータ１の回転に基づく操舵角を検出する舵角センサ４の出力に基づき、モータ１の回転トルク、回転速度、回転量、および回転加速度の少なくとも１つを検出し、モータ１の均衡状態を判断することができる。そのため、ユーザがステアリングホイール２０１を保持していない場合でも均衡状態を判断することができる。
（８）異常検知部３０は、車両に備えられるステアリングホイール２０１の操舵およびモータ１の回転により生じる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ９の出力に基づき、モータ１の回転トルクを検出し、モータ１の均衡状態を判断することもできる。そのため、ユーザがステアリングホイール２０１を保持している場合は、モータ回転センサ２や舵角センサ４よりも感度の高い操舵トルクを用いて均衡状態を判断することができる。
（９）異常検知部３０は、異常を検知すると第１の制御信号および第２の制御信号を出力させるタイミングをずらす、または第１の制御信号と第２の制御信号との大きさを異ならせることにより、第１インバータ１５を含む第１系統Ａと第２インバータ２５を含む第２系統Ｂのいずれに異常が発生しているかを特定する。そのため、異常の有無だけでなく第１系統Ａと第２系統Ｂのいずれに異常が発生しているかを特定することができる。
（１０）異常検知部３０は、異常が発生していると特定したインバータ５を含む系統、すなわち第１系統Ａまたは第２系統Ｂを停止させる。そのため、異常が検知されない系統のみを使用して電動パワーステアリングシステム１００を動作させることができる。
（１１）異常検知装置３００は、双方向に駆動可能なモータ１と、モータ１に制御信号を出力する第１および第２のアクチュエータ制御部、たとえば第１インバータ１５および第２インバータ２５と、を備える電動パワーステアリングシステム１００において使用される。異常検知装置３００は、ＥＣＵ６を介して第１インバータ１５および第２インバータ２５を制御する異常検知部３０を備える。異常検知部３０は、第１インバータ１５にモータ１を第１方向、たとえば時計回り方向へ駆動させる第１の制御信号を出力させ、第２インバータ２５にモータ１を第１方向と対となる方向である第２方向、たとえば反時計回り方向へ駆動させる第２の制御信号を出力させることにより異常を検知する。
　上述した実施の形態を以下のように変形してもよい。
（変形例１）
　第１ＥＣＵ１６および第２ＥＣＵ２６がＰＷＭ信号を出力する時間は、定格回転数に達するまでの時間に比して十分に短い所定の時間以下であり、いわゆる寸動運転をさせる程度の時間でよい。いずれかの処理系統に異常があった場合でも、ステアリングホイール２０１が回転する量を抑えてユーザの違和感を低減することができる。
（変形例２）
　異常検知装置３００は、第１ＥＣＵ１６および第２ＥＣＵ２６にＰＷＭ信号を複数回に分割して出力させることにより、モータ１に複数回に分けて制御信号を出力させてもよい。いずれかの処理系統に異常があった場合でも、動摩擦力よりも静止摩擦力が大きいのでステアリングホイール２０１が回転する量を抑えてユーザの違和感を低減することができる。
（変形例３）
　第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６が物理的に１つのＥＣＵであってもよい。また、異常検知部３０が第１ＥＣＵ１６または第２ＥＣＵ２６と一体に構成されてもよい。
（変形例４）
　異常検知装置３００は、判断結果がＥＣＵ６から出力されると、同一の車両に備えられる他の異常検知装置に判断結果を出力してもよい。
（変形例５）
　電動パワーステアリングシステム１００は、モータが２重化されていなくてもよい。すなわち巻き線が１組しか存在せず、第１インバータ１５と第２インバータ２５から入力された電圧が同一の巻き線に入力される構成でもよい。
（変形例６）
　第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は、処理の同時性を確保するために同期されたタイマを用いたが、異常検知装置３００から異常検知指令を受信してから所定の時間が経過した後にＰＷＭ信号を出力することで、処理の同時性を確保してもよい。
（変形例７）
　第１の実施の形態において説明した異常検知手法は、双方向に操舵可能な他のアクチュエータ、たとえば駆動モータなどにも適用することができる。
（変形例８）
　異常系統判別指令を受信した第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は、制御信号の出力および異常の判断を以下のように行ってもよい。すなわち、まず第１ＥＣＵ１６が第１の制御信号を出力させてモータトルクセンサ３の出力に基づき第１系統Ａの異常を判定し、次に第２ＥＣＵ２６が第２の制御信号を出力させてモータトルクセンサ３の出力に基づき第２系統Ａの異常を判定してもよい。
（変形例９）
　異常検知指令を受信した第１ＥＣＵ１６と第２ＥＣＵ２６は、インバータ５にＰＷＭ信号出力した後にモータトルクセンサ３がトルクを検出した場合に、ＰＷＭ信号の出力を即座に停止してもよい。トルクが検出されたことで均衡状態にないことは検知できたので、必要以上にトルクを発生させてユーザに違和感を与えることを防止するためである。
　プログラムは不図示のＲＯＭに格納されるとしたが、プログラムは不揮発性メモリに格納されていてもよい。また、異常検知装置３００やＥＣＵ６が不図示の入出力インタフェースを備え、必要なときに入出力インタフェースが利用可能な媒体を介して、他の装置からプログラムが読み込まれてもよい。ここで媒体とは、例えば入出力インタフェースに着脱可能な記憶媒体、または通信媒体、すなわち有線、無線、光などのネットワーク、または当該ネットワークを伝搬する搬送波やディジタル信号、を指す。また、プログラムにより実現される機能の一部または全部がハードウエア回路やＦＰＧＡにより実現されてもよい。
　上述した実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
　上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１６年第１９１１１８号（２０１６年９月２９日出願）
　　　　１　…　モータ
　　　　２　…　モータ回転センサ
　　　　３　…　モータトルクセンサ
　　　　４　…　舵角センサ
　　　　５　…　インバータ
　　　　９　…　操舵トルクセンサ
　　　１２　…　第１モータ回転センサ
　　　１３　…　第１モータトルクセンサ
　　　１４　…　第１舵角センサ
　　　１５　…　第１インバータ
　　　１７　…　第１信号発生器
　　　１８　…　第１異常系統判定部
　　　１９　…　第１操舵トルクセンサ
　　　２２　…　第２モータ回転センサ
　　　２３　…　第２モータトルクセンサ
　　　２４　…　第２舵角センサ
　　　２５　…　第２インバータ
　　　２７　…　第２信号発生器
　　　２８　…　第２異常系統判定部
　　　２９　…　第２操舵トルクセンサ
　　　３０　…　異常検知部
　　１００　…　電動パワーステアリングシステム
　　３００　…　異常検知装置

Claims (14)

  1. 　双方向に駆動可能なアクチュエータと、
    　前記アクチュエータに制御信号を出力する第１および第２のアクチュエータ制御部と、
    　前記第１および第２のアクチュエータ制御部を制御する異常検知部と、を備え、
    　前記異常検知部は、前記第１のアクチュエータ制御部に前記アクチュエータを第１方向へ駆動させる第１の制御信号を出力させ、前記第２のアクチュエータ制御部に前記アクチュエータを前記第１方向と対となる方向である第２方向へ駆動させる第２の制御信号を出力させることにより異常を検知するアクチュエータシステム。
  2. 　請求項１に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記異常検知部は、前記第１および第２の制御信号が出力されたときの前記アクチュエータの均衡状態に基づき異常を検知するアクチュエータシステム。
  3. 　請求項２に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記異常検知部は、前記第１および前記第２のアクチュエータ制御部に、前記第１および第２の制御信号として、同一のタイミングで同一の大きさの信号をそれぞれ出力させるアクチュエータシステム。
  4. 　請求項３に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記異常検知部は、前記第１および前記第２のアクチュエータ制御部に、前記第１および第２の制御信号として、逆位相の振幅信号をそれぞれ出力させるアクチュエータシステム。
  5. 　請求項１に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記第１の制御信号により前記アクチュエータに生じるトルク、および前記第２の制御信号により前記アクチュエータに生じるトルクは、前記アクチュエータの摩擦トルクよりも大きいアクチュエータシステム。
  6. 　請求項１に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記アクチュエータシステムは装置に組み込まれ、
    　前記異常検知部は、前記装置の起動の際に前記第１および前記第２のアクチュエータ制御部に前記第１および前記第２の制御信号を出力させるアクチュエータシステム。
  7. 　請求項２に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記アクチュエータは、車両に搭載されるパワーステアリング用モータであって、
    　前記異常検知部は、前記パワーステアリング用モータにより直線方向に駆動される前記車両のラックバーのストロークと、前記パワーステアリング用モータの回転トルク、回転速度、回転量、および回転加速度と、の少なくとも１つに基づき、前記パワーステアリング用モータの均衡状態を判断するアクチュエータシステム。
  8. 　請求項７に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記異常検知部は、前記パワーステアリング用モータの回転トルクを検出するモータトルクセンサ、前記パワーステアリング用モータの回転を検出する回転センサ、または前記車両に備えられるステアリングホイールの操舵および前記パワーステアリング用モータの回転に基づく操舵角を検出する舵角センサの出力に基づき、前記パワーステアリング用モータの回転トルク、回転速度、回転量、および回転加速度の少なくとも１つを検出し、前記パワーステアリング用モータの均衡状態を判断するアクチュエータシステム。
  9. 　請求項７に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記異常検知部は、前記車両に備えられるステアリングホイールの操舵および前記パワーステアリング用モータの回転により生じる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサの出力に基づき、前記パワーステアリング用モータの回転トルクを検出し、前記パワーステアリング用モータの均衡状態を判断するアクチュエータシステム。
  10. 　請求項１に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記異常検知部は、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号を出力させる時間は、所定の時間以下であるアクチュエータシステム。
  11. 　請求項１に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記異常検知部は、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号を複数回に分割して出力させるアクチュエータシステム。
  12. 　請求項３に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記異常検知部は、異常を検知すると前記第１の制御信号および前記第２の制御信号を出力させるタイミングをずらす、または前記第１の制御信号と前記第２の制御信号との大きさを異ならせることにより、前記第１および第２のアクチュエータ制御部のいずれに異常が発生しているかを特定するアクチュエータシステム。
  13. 　請求項１２に記載のアクチュエータシステムにおいて、
    　前記異常検知部は、異常が発生していると特定した前記第１または第２のアクチュエータ制御部を停止させるアクチュエータシステム。
  14. 　双方向に駆動可能なアクチュエータと、前記アクチュエータに制御信号を出力する第１および第２のアクチュエータ制御部と、を備えるアクチュエータシステムにおいて使用される異常検知装置であって、
    　前記異常検知装置は、前記第１および第２のアクチュエータ制御部を制御する異常検知部を備え、
    　前記異常検知部は、前記第１のアクチュエータ制御部に前記アクチュエータを第１方向へ駆動させる第１の制御信号を出力させ、前記第２のアクチュエータ制御部に前記アクチュエータを前記第１方向と対となる方向である第２方向へ駆動させる第２の制御信号を出力させることにより異常を検知する異常検知装置。
     
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