JP2018043578A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの電源回路からの電力供給が不能となった場合であっても、継続してアクチュエータの駆動制御が可能なセンサ装置を提供する。【解決手段】電動モータのモータ回転角を検出する各センサコア部17a,17b,17cに電力を供給する２つの電源IC30a,30bと、各センサコア部17a,17b,17cの出力信号を受信し、電動モータに駆動指令信号を出力するMCU23a,23bと、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、センサ装置に関する。

特許文献１には、後輪の転舵角を検出する回転角検出器および検出された後輪の転舵角に基づき転舵のためのアクチュエータを駆動制御する制御装置を冗長構成としたものが開示されている。

特開2015-58867号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、回転角検出器に電力を供給する電源回路については冗長性が確保されておらず、電源回路が故障するとアクチュエータの駆動制御を継続できないという問題があった。
本発明の目的の一つは、１つの電源回路からの電力供給が不能となった場合であっても、継続してアクチュエータの駆動制御が可能なセンサ装置を提供することにある。

本発明の一実施形態におけるセンサ装置は、車両の運転状態を検出する検出部に電力を検出する２つの電源回路と、検出部の出力信号を受信し、車両搭載機器のアクチュエータに駆動指令信号を出力するマイクロプロセッサと、を有する。

よって、１つの電源回路からの電力供給が不能となった場合であっても、継続してアクチュエータの駆動制御が可能である。

実施形態１の電動パワーステアリング装置の構成図である。 実施形態１のセンサ装置の構成図である。 実施形態１におけるモータ回転角センサ17と電源IC30との接続状態を示す図である。 実施形態２におけるモータ回転角センサ17と電源IC30との接続状態を示す図である。 実施形態３におけるトルクセンサ34と電源IC28との接続状態を示す図である。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１の電動パワーステアリング装置の構成図である。
操舵機構1は、ステアリングホイール2の回転に伴い前輪3,3を転舵させるもので、ラック＆ピニオン式のステアリングギア4を有する。ステアリングギア4のピニオンギア5は、ステアリングシャフト6を介してステアリングホイール2と連結されている。ステアリングギア4のラックギア7は、ラック軸8に設けられている。ラック軸8の両端は、タイロッド9,9を介して前輪3,3と連結されている。ステアリングシャフト6には、減速機10を介して電動モータ11が連結されている。減速機10は、ウォーム12とウォームホイール13とで構成されている。ウォーム12は電動モータ11のモータシャフト14と一体に設けられている。モータシャフト14からの回転トルクは、減速機10を介してステアリングシャフト6に伝達される。ステアリングシャフト6には、操舵トルクを検出するトルクセンサ15が設けられている。電動モータ11には、ECU16およびモータ回転角センサ17が一体に設けられている。モータ回転角センサ17は、電動モータ11の回転角（モータ回転角）を検出する。ECU16は、操舵トルク信号、モータ回転角信号および車速センサ18により検出された車速信号に基づいて、電動モータ11の駆動電流を制御し、操舵機構1にアシストトルクを付与する。

図２は、実施形態１のセンサ装置の構成図であり、センサ装置は、モータ回転角センサ16およびECU16を有する。
実施形態１の電動モータ11は、三相巻線により構成されるステータを二組（第１巻線組、第２巻線組）有する二重三相モータである。ECU16は、２重系で構成され、一方の第１系統は第１巻線組に電流を供給し、他方の第２系統は第２巻線組に電流を供給する。以下の説明において、両系統を区別する場合、第１系統に対応する部位には符号の末尾にaを付記し、第２系統に対応する部位には符号の末尾にbを付記する。
ECU16は、制御基板21およびパワー系基板22を有する。制御基板21は、エポキシ樹脂基材等の非金属基材を用いたプリント配線基板からなり、MCU23、プリドライバ24等の制御系電子部品が両面に実装されている。パワー系基板22は、熱伝達性に優れた金属回路基板を用いたもので、インバータ25が片面に実装されている。

MCU23は、トルクセンサ15の出力信号、モータ回転角センサ17の出力信号および車速信号を受信する。また、MCU23は、三相電流および過電流を監視すると共にインダクタンスの変化に基づくモータ回転角推定値を入力する。MCU23は、各信号等に応じて目標アシストトルクを演算し、プリドライバ24へ出力する。MCU23は、制御基板21に設けられた電源IC26から電力が供給されている。電源IC26は、弱電バッテリまたはイグニションラインと接続されている。なお、後述する他の電源IC28,30についても同様である。第１MCU（マイクロプロセッサ）23aおよび第２MCU（マイクロプロセッサ）23b間には、互いの状態や各信号等の情報を送受信するためのマイコン間通信線27が設けられている。
トルクセンサ15は、例えば磁歪式であり、制御基板21に設けられた電源IC28から電力が供給されている。トルクセンサ15は、第１トルクセンサ15aおよび第２トルクセンサ15bを有する。第１トルクセンサ15aは、検出信号を第１MCU23aに出力する。第２トルクセンサ15bは、検出信号を第２MCU23bへ出力する。第１トルクセンサ15aおよび第２トルクセンサ15bは、それぞれ２つのホールICを有する。プリドライバ24は、目標アシストトルクに応じた駆動指令信号をインバータ25（のゲート）に出力する。インバータ25は、駆動指令信号に応じて巻線組への通電を切り替える。インバータ25は、強電バッテリ29から電力が供給されている。

実施形態１のモータ回転角センサ17は、磁気検出素子を有する３つのセンサコア部（検出部）17a,17b,17cを有し、モータシャフト14に設けられたマグネットが回転することによる回転磁界を検出することにより、モータ回転角を検出する。第１センサコア部17aおよび第２センサコア部17bは、それぞれが１つのプロセッサパッケージ内に収容されたデュアルダイセンサのセンサコア部である。第１センサコア部17aおよび第２センサコア部17bが１つのプロセッサパッケージ内に収容されているため、センサレイアウト性がよい。第１センサコア部17aおよび第２センサコア部17bは、デジタル信号を出力し、第３センサコア部17cは、アナログ信号を出力する。第１センサコア部17aは、制御基板21に設けられた電源IC（第１の電源回路）30aから電力が供給されている。第２センサコア部17bは、電源IC（第２の電源回路）30bから電力が供給されている。第３センサコア部17cは、第１電源IC30aおよび第２電源IC30bから電力が供給されている。各センサコア部17a,17b,17cの出力信号は、第１MCU23aおよび第２MCU23bの双方で受信される。
図３は、実施形態１におけるモータ回転角センサ17と電源IC30との接続状態を示す図である。
第１電源IC30aおよび第１センサコア部17a間は、電源ライン31aで接続されている。第２電源IC30bおよび第２センサコア部17b間は、電源ライン31bで接続されている。電源ライン31aは電源ライン31cの一端と接続されている。電源ライン31bは電源ライン31dの一端と接続されている。電源ライン31cと電源ライン31dの他端同士は接続され、接続点には電源ライン31eの一端が接続されている。電源ライン31eの他端には第３センサコア部17cが接続されている。電源ライン31cには第１ダイオード（第１のダイオード）32aが設けられている。第１ダイオード32aは、第１電源IC30a側にアノードが接続され、第３センサコア部17c側にカソードが接続されている。また、電源ライン31dには第２ダイオード（第２のダイオード）32bが設けられている。第２ダイオード32bは、第２電源IC30b側にアノードが接続され、第３センサコア部17c側にカソードが接続されている。

第１MCU23aまたは第２MCU23bは、各センサコア部17a,17b,17cの出力信号を比較してセンサコア部の異常の有無を判断する。例えば、ある出力信号が他の２つの出力信号の平均値に対して所定以上乖離している場合、当該出力信号に対応するセンサコア部を異常と判断する。これにより、センサコア部の出力信号の異常判断が可能となり、異常箇所を特定できる。また、出力信号がなくなった場合にも、対応するセンサコア部を異常と判断する。第１MCU23aおよび第２MCU23bは、異常と判断したセンサコア部の出力信号を除外し、正常なセンサコア部の出力信号のみを用いて電動モータ11の駆動電流を制御する。
また、第１MCU23aまたは第２MCU23bは、１つのセンサコア部が異常と判断された場合には、残り２つのセンサコア部の出力信号を比較してセンサコア部の異常の有無を判断する。例えば、２つの出力信号間に所定以上の偏差がある場合、インダクタンスの変化に基づくモータ回転角推定値に対して所定以上乖離している出力信号に対応するセンサコア部を異常と判断する。
なお、第１MCU23aおよび第２MCU23b間にはマイコン間通信線27が設けられている。これにより、マイコン間通信により各センサコア部17a,17b,17c全ての出力信号を一方のMCU内で処理可能となるため、センサコア部の異常箇所の特定のためのボーティングが可能となる。

次に、実施形態１のセンサ装置の作用効果を説明する。
第１電源IC30aがオープン故障や地絡故障した場合、第１電源IC30aから第１センサコア17aに電力が供給されず、第１センサコア部17aはモータ回転角を検出不能となる。一方、第２センサコア部17bおよび第３センサコア部17cは、第１ダイオード32aの整流作用により、第１電源IC30aの故障の影響を受けることなく第２電源IC30bからの電力供給によりモータ回転角を検出可能である。
第２電源IC30bがオープン故障や地絡故障した場合、第２電源IC30bから第２センサコア部17bに電力が供給されず、第２センサコア部17bはモータ回転角を検出不能となる。一方、第１センサコア部17aおよび第３センサコア部17cは、第２ダイオード32bの整流作用により、第２電源IC30bの故障の影響を受けることなく第１電源IC30aからの電力供給によりモータ回転角を検出可能である。
第１センサコア部17a〜第３センサコア部17cのいずれか１つが故障した場合には、残りの２つでモータ回転角を検出可能である。

実施形態１では、モータ回転角センサ17のセンサコア部17a,17b,17cに電力を供給する２つの電源IC30a,30bを有するため、一方の電源ICからの電力供給が不能となった場合であっても、他方の電源ICから継続して電力供給が可能であるため、継続して電動モータ11の駆動制御が可能となる。さらに言えば、第１電源IC30aが故障した場合には第２センサコア部17bおよび第３センサコア部17cでモータ回転角の検出動作を継続でき、第２電源IC30bが故障した場合には第１センサコア部17aおよび第３センサコア部17cでモータ回転角の検出動作を継続できる。つまり、一方の電源ICが故障した場合、または１つのセンサコア部が故障した場合であっても、２つのセンサコア部でモータ回転角を検出できるため、モータ回転角検出の冗長性を確保できる。
第１電源IC30aおよび第３センサコア部17c間を結ぶ電源ライン31cに設けられ、第１電源IC30a側にアノードが接続され、第３センサコア部17c側にカソードが接続された第１ダイオード32aと、第２電源IC30bおよび第３センサコア部17c間を結ぶ電源ライン31dに設けられ、第２電源IC30b側にアノードが接続され、第３センサコア部17c側にカソードが接続された第２ダイオード32bと、を有する。これにより、一方の電源ICがオープン故障や地絡故障した場合であっても、他方の電源ICから第３センサコア部17cへの電力供給を継続できる。
第１センサコア部17aおよび第２センサコア部17bの出力信号はデジタル信号であり、第３センサコア部17cの出力信号はアナログ信号である。これにより、第１センサコア部17aと第３センサコア部17cとの間、および第２センサコア部17bと第３センサコア部17cとの間でモータ回転角の同期計測が可能である。よって、第１MCU23aおよび第２MCU23bは、特に同期をとることなく同じタイミングの出力信号を受信できる。

〔実施形態２〕
図４は、実施形態２におけるモータ回転角センサ17と電源IC30との接続状態を示す図である。
電源ライン31cには第１FET（第１のトランジスタ）33aが設けられている。第１FET33aは、Pチャネル型MOSFETである。第１MCU23aは、第１FET33aのゲート電圧のオンオフを切り替える。また、電源ライン31dには第２FET（第２のトランジスタ）33bが設けられている。第２FET33bもPチャネル型MOSFETである。第２MCU23bは、第２FET33bのゲート電圧のオンオフを切り替える。
第１MCU23aおよび第２MCU23bは、第１電源IC30aおよび第２電源IC30bが故障していない場合、第１FET33aをオンし、第２FET33bをオフする。これにより、第３センサコア部17cには、第１電源IC30aから電力が供給される。第１MCU23aおよび第２MCU23bは、第３センサコア部17cの電源電圧（電源ライン31eの電圧）を監視し、第３センサコア部17cに電源電圧が供給されなくなると、第１電源IC30aの故障と判断し、第１FET33aをオフすると共に第２FET33bをオンする。これにより、第３センサコア部17cには、第２電源IC30bから電力が供給される。ここで、第３センサコア部17cの電源電圧に代えて、各センサコア部17a,17b,17cの出力信号を監視し、第１センサコア部17aまたは第３センサコア部17cの出力信号がなくなったときに第１電源IC30aの故障と判断し、第１FET33aをオフすると共に第２FET33bをオンしてもよい。各センサコア部17a,17b,17cの出力信号を受信する第１MCU23aおよび第２MCU23bは、出力信号がなくなったことを認識可能であるため、出力信号がなくなったことをもって電源ICの異常の有無を判断し、第１FET30aおよび第２FET30bを切り替え制御できる。なお、第１FET33aと第２FET33bのオンタイミングを逆にしてもよい。
実施形態２では、第１電源IC30aおよび第３センサコア部17c間を結ぶ電源ライン31cに第１FET33aを設け、第２電源IC30bおよび第３センサコア部17c間を結ぶ電源ライン31dに第２FET33bを設けた。これにより、第３センサコア部17cに対して第１電源IC30aと第２電源IC30bの電力供給の切り替えが可能となる。よって、一方の電源ICが故障した場合であっても、他方の電源ICから第３センサコア部17cへの電力供給を継続できる。また、電力供給にトランジスタを用いたことにより、ダイオードを用いた場合と比べて、電圧降下を抑制できる。

〔実施形態３〕
図５は、実施形態３におけるトルクセンサ34と電源IC28との接続状態を示す図である。
実施形態３のセンサ装置は、トルクセンサ34およびECU16を有する。トルクセンサ34は、ステアリングシャフト6に設けられ、操舵トルクを検出する。トルクセンサ34は、３つのホールIC（検出部）34a,34b,34cを有する。第１電源IC（第１の電源回路）28aおよび第１ホールIC34a間は、電源ライン35aで接続されている。第２電源IC（第２の電源回路）28bおよび第２ホールIC34b間は、電源ライン35bで接続されている。電源ライン35aは電源ライン35cの一端と接続されている。電源ライン35bは電源ライン35dの一端と接続されている。電源ライン35cと電源ライン35dの他端同士は接続され、接続点には電源ライン35eの一端が接続されている。電源ライン35eの他端には第３ホールIC34cが接続されている。電源ライン35cには第１ダイオード（第１のダイオード）36aが設けられている。第１ダイオード36aは、第１電源IC28a側にアノードが接続され、第３ホールIC34c側にカソードが接続されている。また、電源ライン35dには第２ダイオード（第２のダイオード）36bが設けられている。第２ダイオード36bは、第２電源IC28b側にアノードが接続され、第３ホールIC34c側にカソードが接続されている。
各ホールIC34a,34b,34cの異常判断等、第１MCU23aおよび第２MCU23bの動作は実施形態１に準じるため、説明は割愛する。

〔他の実施形態〕
以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、マイクロプロセッサは１つでもよい。

17a 第１センサコア部（検出部）
17b 第２センサコア部（検出部）
17c 第３センサコア部（検出部）
23a 第１MCU（マイクロプロセッサ）
23b 第２MCU（マイクロプロセッサ）
27 マイコン間通信線
28a 第１電源IC（第１の電源回路）
28b 第２電源IC（第２の電源回路）
30a 第１電源IC（第１の電源回路）
30b 第２電源IC（第２の電源回路）
32a 第１ダイオード（第１のダイオード）
32b 第２ダイオード（第２のダイオード）
33a 第１FET（第１のトランジスタ）
33b 第２FET（第２のトランジスタ）
34a 第１ホールIC（検出部）
34b 第２ホールIC（検出部）
34c 第３ホールIC（検出部）
36a 第１ダイオード（第１のダイオード）
36b 第２ダイオード（第２のダイオード）

Claims (9)

1. 車両の運転状態を検出する検出部と、
   前記検出部に電力を供給する第１の電源回路と、
   前記検出部に電力を供給する第２の電源回路と、
   前記検出部の出力信号を受信すると共に、車両搭載機器のアクチュエータに駆動指令信号を出力するマイクロプロセッサと、
   を有するセンサ装置。
2. 請求項１に記載のセンサ装置は、
   前記第１の電源回路と前記検出部の間に設けられたダイオードであって、前記第１の電源回路側にアノードが接続され、前記検出部側にカソードが接続された第１のダイオードと、
   前記第２の電源回路と前記検出部の間に設けられたダイオードであって、前記第２の電源回路側にアノードが接続され、前記検出部側にカソードが接続された第２のダイオードと、
   を有するセンサ装置。
3. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   前記第１の電源回路と前記検出部の間に設けられた第１のトランジスタと、
   前記第２の電源回路と前記第２の電源回路と前記検出部の間に設けられた第２のトランジスタと、
   を有し、
   前記マイクロプロセッサは、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタのオン、オフの切り替えを行うセンサ装置。
4. 請求項３に記載のセンサ装置において、
   前記マイクロプロセッサは、前記第１のトランジスタがオン、前記第２のトランジスタがオフの状態で、前記検出部からの出力信号がなくなったとき、前記第２のトランジスタをオン状態に切り替えるセンサ装置。
5. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   前記検出部は、第１の検出部と第２の検出部を有し、
   前記第１の電源回路は前記第１の検出部および前記第２の検出部に電力を供給し、
   前記第２の電源回路は前記第１の検出部および前記第２の検出部に電力を供給し、
   前記マイクロプロセッサは、前記第１の検出部の出力信号および前記第２の検出部の出力信号を受信し、前記第１の検出部の出力信号と前記第２の検出部の出力信号を比較することにより、前記第１の検出部または前記第２の検出部の異常の有無を判断するセンサ装置。
6. 請求項５に記載のセンサ装置において、
   前記検出部は、前記第１の検出部、前記第２の検出部に加え、第３の検出部を有し、
   前記第１の電源回路は、前記第３の検出部に電力を供給し、
   前記第２の電源回路は、前記第３の検出部に電力を供給し、
   前記マイクロプロセッサは、前記第３の検出部からの出力信号を受信すると共に、前記第１の検出部の出力信号、前記第２の検出部の出力信号および前記第３の検出部の出力信号に基づき、前記第１の検出部、前記第２の検出部および前記第３の検出部のうち、どの検出部に異常が生じているかを判断するセンサ装置。
7. 請求項６に記載のセンサ装置において、
   前記第１の検出部および前記第２の検出部は、それぞれが1つのプロセッサパッケージ内に収容されたデュアルダイセンサのセンサコア部であるセンサ装置。
8. 請求項７に記載のセンサ装置において、
   前記マイクロプロセッサは、第１のマイクロプロセッサと第２のマイクロプロセッサを有し、
   前記第１のマイクロプロセッサと前記第２のマイクロプロセッサの間に設けられ、前記第１のマイクロプロセッサと前記第２のマイクロプロセッサの間で信号の通信を行うマイコン間通信線を有するセンサ装置。
9. 請求項７に記載のセンサ装置において、
   前記第１の検出部と前記第２の検出部は、デジタル信号の出力信号を出力し、
   前記第３の検出部は、アナログ信号の出力信号を出力するセンサ装置。

Images