JP5140122B2 - 電動パワーステアリングの制御装置 - Google Patents
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Description
そしてこの場合、バッテリ寿命の観点からバックアップ期間のバッテリの消費電流の低減が極めて重要となる。このバッテリの消費電流の低減に付いては従来からレゾルバの励磁コイルを間欠的に励磁する手法が知られており、例えば特許文献1では、主電源がオンしている間には通常の連続した正弦波でレゾルバを励磁し、主電源がオフされた間はバッテリでバックアップされた回路にてレゾルバをパルス波により間欠的に励磁し、この励磁と同期して検出コイルの出力をサンプルホールドする方法によりバッテリの消費電流を低減する方法が提案されている。
以下、この発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリングの制御装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一または相当する部分に付いては同一符号を付して説明する。
図1はブラシレスモータにて操舵力をアシストする、この発明に係る電動パワーステアリング装置を模式的に表した全体ブロック図である。
図2はブラシレスモータが連続して正転を続けた場合のチャートであって、(A)はブラシレスモータ6の0度から360度の回転角を示し、(B)は回転角(A)が360度を過ぎる毎にカウントアップされる回転数を表し、(C)は操舵軸2の回転角(操舵角)を表している。図2より、回転数(B)に360度を乗じて回転角(A)を加算し、これを減速ギア7の減速比で割れば、操舵軸2の操舵角(C)が得られることが解かる。
コントローラ5は、自動車のKEYスイッチ12がオンしている間に動作する主回路100と、自動車のバッテリ11により常時バックアップされて動作するバックアップ回路200から構成される。ブラシレスモータ6に内設されているレゾルバ61は主回路100とバックアップ回路200の両方の回路に接続されており、両方の回路はシリアル通信により接続されている。
図4にて区間T1ではKEYスイッチ12がオフされており、レゾルバ61の回転数(B)がバックアップ回路200により計測されている。次に区間T2にてKEYスイッチ12がオンされると主回路100が起動し、バックアップ回路200にて計測された回転数(B)がシリアル通信を介して主回路100に受信される。主回路100はレゾルバ61の信号を処理して回転角(A)を求め、前述した算出方法に従ってバックアップ回路200から受信した回転数(B)に360度を乗じて自身で算出した回転角(A)を加算した後に減速ギア7の減速比で割って操舵軸の操舵角(C)を求める。この様に、KEYスイッチ12がオフされている間は、レゾルバ61の回転数のみを検出しておけば操舵軸の操舵角(C)が求まる。
図5はレゾルバ61の励磁波形を示すチャート図であって、区間(Ta)と区間(Tc)は主回路100がオフしている区間を表し、区間(Tb)は主回路100がオンしている区間を表している。主回路100がオフしている区間(Ta)と(Tc)では、前述したバッテリ11の消費電流を低減する為に、バックアップ回路200により間欠的に励磁が行われ、主回路100がオンしている区間(Tb)では連続した正弦波による通常の励磁が行われる。
図7の制御装置は、自動車のKEYスイッチ12がオンしている間に動作する主回路100と、自動車のバッテリ11により常時バックアップされて動作するバックアップ回路200から構成され、主回路100は、主電源101、CPU102、ブラシレスモータ6を駆動するインバータ104、ブラシレスモータ6に内設されるレゾルバ61とCPU102とのレゾルバインターフェース(I/F)回路103等から構成される。この主回路100は自動車のKEYスイッチ12がオンされている間に動作して、CPU102からの制御によりインバータ104を介してブラシレスモータ6を駆動する。
図8に上記したクロックCK、励磁パルスPexc、励磁波形Vexcの発生タイミングを示す。
そして主回路100を構成するCPU102が起動した後に回転数カウンタ(A)211の値をシリアル通信I/F回路218を介してCPU102に送信し、CPU102は回転数カウンタの値を基にして操舵角を算出する。
高回転検出器214は、ブラシレスモータ6の3相の端子の起電圧Vu、Vv、Vwにより回転数の高低を判定する。即ち、ブラシレスモータ6が何らかの外力により回されている場合、回転数が高ければ起電圧も高く、回転数が低ければ起電圧も低いので、この起電圧からブラシレスモータ6の回転数の高低を判定できる。
即ち、バックアップ回路200には、自身の回路電源として、バッテリ11の電圧から所定の定電圧を得る定電圧電源215が備わっている。低電圧検出器216は、この定電圧電源215の出力電圧Vccを監視して、この出力電圧Vccがバックアップ回路200が正常に動作する電圧VLよりも低下した時に内蔵するフリップフロップBFFをリセットする。
図11において、レゾルバ61の検出コイルの+端はコンパレータ206の+入力に接続され、検出コイルの−端はコンパレータ206の−入力に接続される。各入力にはプルアップダウン回路207のスイッチ素子S1、S2により電源に接続されるプルアップ抵抗と、スイッチ素子S3、S4によりグランドに接続されるプルダウン抵抗とが接続されている。尚、図11ではスイッチ素子を模式的に機械的スイッチの記号を用いて表しているが、実際には電子スイッチが用いられる。
レゾルバ61の検出信号SIN、COSの正負を検出する通常の動作では、コンパレータ206の各入力は、図11(a)に示す様に、スイッチ素子S1、S2がオンされて、+側、−側ともにプルアップ接続されて両入力には等しくバイアス電圧が加わる様になっている。
模擬入力はCPU102からシリアル通信I/F回路218を介して送信される指令信号によって、プルアップダウン回路207のスイッチ素子S1〜S4のオン、オフを制御してコンパレータ206の入力に所定の電圧を付加して模擬入力を設定するもので、この意味でプルアップダウン回路207は模擬入力設定回路としても機能する。
まずレゾルバ61の接続の断線、又は地絡を検出する場合は、図11(b)に示す様に、このテストパルスによりスイッチ素子S1、S4をオンして、検出コイルの+側をプルアップし、−側をプルダウンする。+側がプルアップされているので正常時には−側にも電圧の上昇が検出できるのであるが、バックアップ回路200からレゾルバ61の検出コイル迄の配線に断線が発生している場合、又はグランドへの地絡が生じている場合には+側の電圧が−側に伝わらないので、接続監視回路217はこの−側の電圧を監視して、この電圧が所定値以下である場合には異常と判定して、断線・地絡検出パルスERR2を出力して異常検出カウンタ213を+1にインクリメントする。
ここで発生するテストパルスは間欠励磁のパルスの発生と同期している必要は無く、発生間隔を励磁パルスの発生間隔に比べて長く設定する事によりバッテリの消費電流を低減している。
バックアップ回路200は、CPU102が起動した後も間欠励磁による回転数計測を継続し、この間欠励磁に同期した同期信号SYNCをCPU102に送信する。CPU102はこの同期信号SYNCを受けてその周期を計測し、この周期が所定の範囲内であれば正常と判定して通常の処理を行い、所定の範囲外であればバックアップ回路200の動作が異常と判定して周辺機器10に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにする。
即ち、CPU102は通常の励磁によるレゾルバ61の検出コイルからの信号をレゾルバI/F回路103を介して入力して信号処理することにより、ブラシレスモータ6の回転角と回転数から操舵角を算出するのと並行して、バックアップ回路200に対する以下の故障診断を行う。
このようにしてコンパレータ206の入力に2つの検出コイルの検出電圧の正負に相当する電圧を順次加えることによって、ブラシレスモータ6が回転する時に相当する信号をコンパレータ206の出力に得ることが出来る。
この場合には、領域の遷移が例えば、第1象限から第3象限のように隣接する象限を飛び越えて設定する。主回路100を構成するCPU102の起動後に、CPU102はシリアル通信I/F回路218を介してコンパレータ206に模擬入力を与えることにより領域判定の象限の遷移に異常な遷移を発生させて異常検出カウンタ213の値を増減させる。更にCPU102はシリアル通信I/F回路218を介して異常検出カウンタ213の値を受信し、この受信した異常検出カウンタ213の値がCPU102から与えた象限の異常遷移と一致していればバックアップ回路200は正常であると判定して以降も通常の処理を行い、一致しなければ異常と判定して周辺機器10に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにする。
図11(b)に示す様に、プルアップダウン回路207のスイッチ素子S1、S4をオンして、コンパレータ206の+入力の抵抗をプルアップし、−入力の抵抗をプルダウンすると、コンパレータ206にはレゾルバ61の配線が断線または地絡した場合に相当する出力が得られる。
主回路100を構成するCPU102の起動後に、CPU102はシリアル通信I/F回路218を介してレゾルバ61の検出コイルの接続が異常である場合に相当する上記した模擬入力を与えることにより異常検出カウンタ213の値を増減させる。更にCPU102はシリアル通信I/F回路218を介して異常検出カウンタ213の値を受信し、この受信した異常検出カウンタ213の値がCPU102から与えた模擬入力と一致していればバックアップ回路200は正常であると判定して以降も通常の処理を継続し、一致しなければ異常と判定して周辺機器10に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにする。
また、制御装置の主回路100を構成するCPU102が起動した後はバックアップ回路200をアナログスイッチ206などのスイッチ手段にて切断することによりバックアップ回路200の主回路100への影響を排除することができる。
また、レゾルバ61の2つの検出コイルの信号の正負をコンパレータ206で判定して、2つの信号の正負の組み合わせから成る4つの領域の象限の遷移状態から回転数の増減を検出すると共に遷移状態の異常を検出して異常検出カウンタ213でカウントすることにより、操舵角の異常を検出できる。さらに接続監視回路217により、レゾルバ信号の接続状態の異常を検出して異常検出カウンタ213でカウントすることにより、接続状態の異常を検出できる。
3:トーションバー、 4:トルクセンサ、
5:コントローラ(ECU) 6:ブラシレスモータ、
61:レゾルバ、 7:減速ギア、
8:車軸、 10:外部の周辺機器、
11:バッテリ、 12:KEYスイッチ、
100:主回路、 101:主電源、
102:CPU、 103:レゾルバI/F回路、
104:インバータ
200:バックアップ回路、 201:発振器、
202:タイミング発生器、 203:ロウパスフィルタ、
204:バッファアンプ、 205:アナログスイッチ、
206:コンパレータ、 207:プルアップダウン回路、
208:ラッチ、 209:ラッチ、
210:デコーダ、 211:回転数カウンタ、
212:回転数カウンタ、 213:異常検出カウンタ、
214:高回転検出器、 215:電源、
216:低電圧検出器、 217:接続監視回路、
218:シリアル通信I/F回路。
Claims (10)
- 自動車の操舵力をブラシレスモータによりアシストする電動パワーステアリング装置において、前記ブラシレスモータの回転数と回転角を、前記ブラシレスモータの励磁コイルと互いに90度位相の異なる2つの検出コイルから成るレゾルバにより検出すると共に、検出された回転数と回転角から前記ブラシレスモータにギアを介して接続された操舵軸の操舵角を算出し、この操舵角を外部の周辺機器に対して送信し、前記電動パワーステアリング装置の主電源がオフされて主回路が遮断されアシスト機能が停止している間は、自動車のバッテリにより電源がバックアップされたバックアップ回路により前記励磁コイルを間欠的に励磁して前記ブラシレスモータの回転数を計測し、前記主電源がオンして主回路を構成するCPUが動作を開始した後に前記バックアップ回路で計測した回転数をシリアル通信を介して前記CPUが受信して以降のCPUによる回転数計測を継続し、次に主電源がオフされる時には前記CPUによる回転数計測値をシリアル通信を介して前記バックアップ回路が受信して以降のバックアップ回路の間欠励磁による回転数計測を継続し、前記間欠励磁の間欠周期を前記ブラシレスモータの端子電圧に応じて、前記端子電圧が所定値以下の場合は間欠周期を長く設定し、前記端子電圧が所定値以上の場合は間欠周期を短く設定するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリングの制御装置。
- 主回路を構成するCPUによるレゾルバ信号処理によって回転数計測が行われている間は、バックアップ回路とレゾルバとの間をスイッチ手段により切断するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
- バックアップ回路は、バッテリ電圧または自身の電源の出力電圧を監視して、この電圧が前記バックアップ回路が正常に動作するのに必要な電圧を下回る時にそのことを記憶し、主回路を構成するCPUが起動した後はその結果をシリアル通信を介して前記CPUに送信し、前記CPUはこの電圧の低下を検知した場合には操舵角算出に際して所定の初期化処理を行うようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
- バックアップ回路は、所定の周期で所定の幅の励磁パルスを出力し、これをロウパスフィルタに通して得た励磁信号によりレゾルバの励磁コイルを励磁すると共に、前記レゾルバの2つの検出コイルの各々の両端電圧差の正負をコンパレータで判定してその結果を前記励磁パルスの終端のタイミングでラッチし、このラッチの出力で知られる2つの検出コイルの正負の組み合わせから前記レゾルバの1回転を90度毎に4分割した領域を判定し、この領域の象限が第4象限から第1象限に遷移した時に前記レゾルバが正方向に1回転したとして回転数カウンタの値を+1し、この領域の象限が第1象限から第4象限に遷移した時に前記レゾルバが逆方向に1回転したとして回転数カウンタの値を−1し、更にこの領域が隣接する象限を飛び超えて遷移した時に異常と判定して異常検出カウンタの値を+1し、主回路を構成するCPUが起動した後に前記回転数カウンタと前記異常検出カウンタの値をシリアル通信を介して前記CPUに送信し、前記CPUは前記回転数カウンタの値を基にして操舵角を算出すると共に、前記異常検出カウンタが所定の値以上である場合には周辺機器に対して操舵角検出が異常である旨の信号を送信するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
- バックアップ回路は、間欠励磁とは異なるタイミングにて検出コイルの+端にテストパルスを加えると共に前記検出コイルの−端の電圧を監視し、この電圧が所定の範囲内に無い場合に異常と判定して異常検出カウンタの値を+1し、主回路を構成するCPUが起動した後は前記異常検出カウンタの値をシリアル通信を介して前記CPUに送信し、前記CPUは前記異常検出カウンタの値が所定値以下であれば通常の処理を継続し、前記異常検出カウンタの値が所定値以上であれば周辺機器に対して異常である旨の信号を送信するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
- バックアップ回路は回転数カウンタを2つ備え、2つの回転数カウンタの一方はカウンタの+1と−1が、他方の回転数カウンタとは逆に動作し、この2つの回転数カウンタの値をシリアル通信を介して受信した主回路を構成するCPUは、前記2つの回転数カウンタの値の和が操舵角の中点を表す所定の値である場合は回転数カウンタの値が正常であると判定して通常の処理を継続し、前記2つの回転数カウンタの値の和が操舵角の中点を表す所定の値と異なる場合には異常と判定して、周辺機器に対して操舵角が異常である旨の信号を送信するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
- バックアップ回路は、主回路を構成するCPUの起動後にこのCPUに対して励磁パルスと同期した同期信号を送信し、前記CPUはこの同期信号の周期を計測して、この周期が所定内であれば正常と判定して通常の処理を行い、所定外であれば異常と判定して周辺機器に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
- バックアップ回路のコンパレータの入力に所定の電圧を付加して模擬入力を設定する模擬入力設定回路を備え、主回路を構成するCPUの起動後に、前記CPUはシリアル通信を介してこの模擬入力を与えることにより領域判定の象限を順次遷移させて回転数カウンタの値を増減させ、更にシリアル通信を介して前記回転数カウンタの値を受信し、この受信した回転数カウンタの値が前記CPUから与えた象限の遷移と一致していればバックアップ回路は正常であると判定して以降も通常の処理を行い、一致しなければ異常と判定して周辺機器に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
- バックアップ回路のコンパレータの入力に所定の電圧を付加して模擬入力を設定する模擬入力設定回路を備え、主回路を構成するCPUの起動後に、前記CPUはシリアル通信を介してこの模擬入力を与えることにより領域判定の象限の遷移に異常な遷移を発生させて異常検出カウンタの値を増減させ、更にシリアル通信を介して前記異常検出カウンタの値を受信し、この受信した異常検出カウンタの値が前記CPUから与えた象限の異常遷移と一致していればバックアップ回路は正常であると判定して以降も通常の処理を行い、一致しなければ異常と判定して周辺機器に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
- バックアップ回路のコンパレータの入力に所定の電圧を付加して模擬入力を設定する模擬入力設定回路を備え、主回路を構成するCPUの起動後に、前記CPUはシリアル通信を介してこの模擬入力を与えることによりレゾルバの検出コイルの接続が異常である場合に相当する模擬入力を与えて異常検出カウンタの値を増減させ、更にシリアル通信を介して前記異常検出カウンタの値を受信し、この受信した異常検出カウンタの値が前記CPUから与えた模擬入力と一致していればバックアップ回路は正常であると判定して以降も通常の処理を継続し、一致しなければ異常と判定して周辺機器に対して検出した操舵角が異常である旨の信号を送信するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリングの制御装置。
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