JP6914003B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用などのように高い信頼性と安全性が要求される電子制御装置に関する。

従来、この種の電子制御装置において、センサをＥＣＵ（Electronic Control Unit）の筐体の外部に設ける構成では、電源ラインがハーネス上で天地絡する可能性がある。そこで、センサの電源ラインが天地絡した場合でも、他のセンサとマイクロコンピュータ（マイコンと略称する）を使って縮退動作ができるように、マイコン用とセンサ用の電源電圧を、別々のレギュレータにより生成している。このように、各々の機能専用のレギュレータを設けることで、共通原因故障を回避できる。

特開２０１１−１５２０２７号公報

しかし、故障時における縮退動作は、本来の機能に対して性能の低下が避けられず、多数のレギュレータを設けることで電源電圧のモニタ数が多くなるため、主制御装置であるマイコンの処理負荷も増大することになる。
しかも、近年は、自動運転対応として、単一の故障（電源やマイコンの故障も含む）が起きても、アシスト動作を継続することが求められているため、各回路を２系統化している。例えば特許文献１には、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置におけるアシスト用モータを駆動するインバータを２系統化することによって、１系統の故障を許容できるようにしたシステムが開示されている。
しかしながら、共通原因故障を回避する構成で２系統化を行うと、１系統に複数存在したレギュレータが、更に２倍に増えてしまうことになりコストの増加を招く。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コスト増加及び主制御装置の処理負荷の増大を抑えながら、故障時における性能の低下を抑制できる電子制御装置を提供することにある。

本発明の電子制御装置は、電動モータを駆動するインバータが２系統化されたシステムに用いられる電子制御装置であって、前記電子制御装置は、筐体と、前記筐体内の配線を、前記筐体の外部で所定の機能動作をする第１機能要素、及び前記筐体の外部で前記第１機能要素の冗長動作をする第１冗長機能要素にそれぞれ接続するコネクタと、前記筐体の内部に設けられ、前記第１機能要素とは異なる所定の機能動作をする第２機能要素と、前記筐体の内部に設けられ、前記第２機能要素の冗長動作をする第２冗長機能要素と、前記筐体内に設けられ、前記第２機能要素に動作電源を供給するとともに、前記第１機能要素に前記コネクタを介して動作電源を供給する主電源回路と、前記筐体内に設けられ、前記第２冗長機能要素に動作電源を供給するとともに、前記第１冗長機能要素に前記コネクタを介して動作電源を供給する冗長電源回路と、前記筐体内に設けられ、前記第１及び第２機能要素の出力に基づいて、第１系統のインバータを駆動するための信号を出力する第１マイクロコンピュータと、前記筐体内に設けられ、前記第１及び第２冗長機能要素の出力に基づいて、第２系統のインバータを駆動するための信号を出力する第２マイクロコンピュータと、を具備し、前記主電源回路からの電源供給に異常が発生した場合に、前記主電源回路が停止され、前記冗長電源回路から前記第１及び第２冗長機能要素に動作電源が供給され、前記第１及び第２機能要素の機能動作を前記第１及び第２冗長機能要素で継続させることを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２機能要素に主電源回路から電源を供給し、第１及び第２冗長機能要素に冗長電源回路から電源を供給するように構成したので、第１及び第２機能要素に別々の電源回路から電源を供給し、この構成を２系統化する場合に比べて電源回路を削減でき、コストの増加を抑制できる。また、２系統化したことで、故障時に一方の系統の動作を停止させて他方の系統で実質的に同じ機能動作を継続できるので、縮退動作により性能が低下したり、マイコンの処理負荷が増大したりするのを抑えることができる。従って、コスト増加及び主制御装置の処理負荷の増大を抑えながら、故障時における性能の低下を抑制できる。

本発明の参考例に係る電子制御装置のブロック図である。 図１に示した電子制御装置が適用されるＥＰＳ装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電子制御装置のブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［参考例］
図１は、本発明の参考例に係る電子制御装置の構成例を示しており、図２はこの電子制御装置が適用されるＥＰＳ装置の概略構成を示している。まず、ＥＰＳ装置について簡単に説明し、続いてこのＥＰＳ装置において操舵力をアシストするモータ（電動アクチュエータ）を制御する電子制御装置を説明する。

図２に示すように、ＥＰＳ装置は、ステアリングホイール１０、操舵トルクセンサ１１、冗長用の操舵トルクセンサ３２、ステア角センサ１２、冗長用のステア角センサ３３、アシスト用のモータ１３、及びこのモータ１３を制御する電子制御装置１４などを含んで構成されている。また、ステアリングシャフト１５を内包するステアリングコラム１６内には、操舵トルクセンサ１１，３２、ステア角センサ１２，３３及び減速機１７が設けられている。

そして、運転者がステアリング操作を行う際に、ステアリングシャフト１５に発生する操舵トルクを操舵トルクセンサ１１（または冗長用の操舵トルクセンサ３２）によって検出し、ステアリングの角度をステア角センサ１２（または冗長用のステア角センサ３３）によって検出する。これらのセンサ１１，１２（またはセンサ３２，３３）から得られた操舵トルク信号Ｓ１とステア角信号Ｓ２、及び車両で検出した車速信号Ｓ３などに基づいて、電子制御装置１４でモータ１３を駆動制御することにより、車両の走行状態に応じた操舵アシスト力をモータ１３から発生させる。これによって、ステアリングシャフト１５の先端に設けられたピニオンギア１８が回転すると、ラック軸１９が進行方向左右に水平移動することで、運転者のステアリング操作が車輪（タイヤ）２０に伝達されて車両の向きを変える。

次に、本発明の参考例に係る電子制御装置について図１により詳しく説明する。バッテリ２１の電圧（例えば１２Ｖ）は、電子制御装置１４の筐体内に設けられている６Ｖのレギュレータ（６ＶＲＥＧ）２３、プリドライバ２４、インバータ２５、モータ電流センサ２６、及び冗長用のモータ電流センサ２７にそれぞれ供給される。レギュレータ２３で降圧されて生成された６Ｖの内部電圧は、５Ｖのレギュレータ（５ＶＲＥＧ）２８、５Ｖのレギュレータ（５ＶＲＥＧ）２９、５Ｖのレギュレータ（５ＶＲＥＧ）３０、及び１Ｖのレギュレータ（１Ｖ ＲＥＧ）３１にそれぞれ供給されて、各々の機能用の電圧に降下される。

レギュレータ２８は、センサ用の主電源回路として働くもので、操舵トルクセンサ１１、ステア角センサ１２、モータ電流センサ２６及びモータ角度センサ２２にそれぞれ電源ラインを介して５Ｖの動作電源を供給する。レギュレータ２９は、センサ用の冗長電源回路として働くもので、冗長用の操舵トルクセンサ３２、冗長用のステア角センサ３３、冗長用のモータ電流センサ２７及び冗長用のモータ角度センサ３４にそれぞれ電源ラインを介して５Ｖの動作電源を供給する。

なお、上記操舵トルクセンサ１１、ステア角センサ１２、冗長用の操舵トルクセンサ３２、及び冗長用のステア角センサ３３は、電子制御装置１４の筐体の外部に設けられている。筐体にはコネクタが設けられており、これらのコネクタを介して各センサ１１，１２，３２，３３が筐体に搭載される。コネクタからレギュレータ２８または２９までの配線長は、マイコン３５からコネクタまでの配線長よりも短くなっている。

また、レギュレータ３０は、演算処理装置（または集積回路装置）用の主電源回路として働くもので、マイコン３５内のＡ／Ｄ変換器３６、及びＣＡＮドライバ３７に５Ｖの動作電源を供給する。Ａ／Ｄ変換器３６は、破線の矢印で示すように、レギュレータ２８からセンサ１１，１２に供給される電圧をＡ／Ｄ変換すると共に、レギュレータ２９からセンサ３２，３３に供給される電圧をＡ／Ｄ変換し、各レギュレータ２８，２９の出力電圧をマイコン３５でモニタするようになっている。ＣＡＮドライバ３７は、外部の他のＥＣＵ３８とマイコン３５との間で通信を行ってデータの授受を行う。
更に、レギュレータ３１は、マイコン３５内の演算部３９に１Ｖの動作電源を供給するように構成されている。

上記のような構成において、通常のアシスト動作では、マイコン３５は、プリドライバ２４にＰＷＭ信号を出力する。プリドライバ２４中の各Ｈ側ドライバとＬ側ドライバはそれぞれ、ＰＷＭ信号に基づいて、インバータ２５中の各上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子の制御端にそれぞれＰＷＭ信号に基づく駆動信号を供給して選択的にオン／オフ制御する。

そして、モータ１３をインバータ２５で駆動する際に、センサ１１，１２で検出した操舵トルク信号Ｓ１とステア角信号Ｓ２、及び車両で検出した車速信号Ｓ３などに基づいて操作量演算を行い、演算結果の操作量に応じてＰＷＭ信号のデューティを可変し、モータ１３の出力トルクをそれぞれ制御することでアシスト力を変化させる。この際、モータ電流センサ２６とモータ角度センサ２２でモータ１３の状態変化を検出する。

アシスト動作中は、マイコン３５はＡ／Ｄ変換器３６を用いて各レギュレータ２８の出力電圧をモニタしており、例えばレギュレータ２８から操舵トルクセンサ１１あるいはステア角センサ１２へ動作電源を供給する電源ラインに天地絡が発生したことを検知すると、レギュレータ２８を停止させ、センサ１１，１２から出力される操舵トルク信号Ｓ１とステア角信号Ｓ２は使用しないようにする。そして、レギュレータ２９から操舵トルクセンサ３２あるいはステア角センサ３３へ動作電源を供給し、冗長用のセンサ３２，３３を用いてアシストを継続する。この場合には、モータ電流センサ２６とモータ角度センサ２２に代えて冗長用のモータ電流センサ２７と冗長用のモータ角度センサ３４を用いて、モータ１３の状態変化を検出することになる。

このような構成によれば、操舵トルクセンサとステア角センサ、レギュレータ及びモータ電流センサとモータ角度センサを２系統備えているので、一方の系統に異常が発生しても、他方の系統で本来の機能と同様にモータを制御することができ、アシスト動作を継続することができる。よって、故障時に、縮退動作により性能の低下を招くことはない。また、マイコン３５は、センサ１１，１２またはセンサ３２，３３に動作電源を供給している一方のレギュレータ２８または２９の出力電圧をモニタすれば良いので、マイコンの処理負荷を増大させることもない。

更に、単純に２系統化するのではなく、マイコン３５に動作電源を与えるレギュレータ３０，３１は１系統しか設けないので、コストの増加も抑制できる。このように構成できるのは、レギュレータ３０，３１からマイコン３５及びＣＡＮドライバ３７への電源ラインは、電子制御装置１４の筐体の内部のみに形成され、天地絡の可能性が低いからである。
従って、コスト増加及び主制御装置の処理負荷の増大を最小限に抑えながら、故障時における性能の低下を抑制できる。

［実施形態］
図２は、本発明の実施形態に係る電子制御装置の構成例を示している。上述した参考例では１台のマイコンで１つのモータを制御したが、本実施形態では２台のマイコンで２つのモータを制御するようにしている。バッテリ２１の電圧（例えば１２Ｖ）は、電子制御装置１４の筐体内に設けられている６Ｖのレギュレータ（６ＶＲＥＧ）２３ａ、６Ｖのレギュレータ（６ＶＲＥＧ）２３ｂ、プリドライバ２４ａ、インバータ２５ａ，２５ｂ、モータ電流センサ２６、及び冗長用のモータ電流センサ２７にそれぞれ供給される。レギュレータ２３ａで降圧されて生成された６Ｖの内部電圧は、５Ｖのレギュレータ（５ＶＲＥＧ）２８、及び１Ｖのレギュレータ（１ＶＲＥＧ）３１ａにそれぞれ供給される。また、レギュレータ２３ｂで降圧されて生成された６Ｖの内部電圧は、５Ｖのレギュレータ（５ＶＲＥＧ）２９、及び１Ｖのレギュレータ（１ＶＲＥＧ）３１ｂにそれぞれ供給される。

レギュレータ２８は、主電源回路として働くもので、操舵トルクセンサ１１及びステア角センサ１２にそれぞれ電源ラインから抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して５Ｖの動作電源を供給する。また、ＣＡＮドライバ３７ａ及びマイコン３５ａ中のＡ／Ｄ変換器３６ａに電源ラインを介して５Ｖの動作電源を供給する。更に、このレギュレータ２８は、モータ電流センサ２６及びモータ角度センサ２２にそれぞれ電源ラインを介して５Ｖの動作電源を供給するようになっている。

同様に、レギュレータ２９は、冗長電源回路として働くもので、冗長用の操舵トルクセンサ３２及び冗長用のステア角センサ３３にそれぞれ電源ラインから抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して５Ｖの動作電源を供給する。また、ＣＡＮドライバ３７ｂ及びマイコン３５ｂ中のＡ／Ｄ変換器３６ｂに電源ラインを介して５Ｖの動作電源を供給する。更に、このレギュレータ２９は、冗長用のプリドライバ２４ｂ、冗長用のモータ電流センサ２７及び冗長用のモータ角度センサ３４にそれぞれ電源ラインを介して５Ｖの動作電源を供給する。
なお、上記抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、筐体に設けられているコネクタから筐体内部にサージが印加されるのを防止するためのものである。

Ａ／Ｄ変換器３６ａは、レギュレータ２８からセンサ１１，１２に供給される電圧をＡ／Ｄ変換する。また、Ａ／Ｄ変換器３６ｂは、レギュレータ２９からセンサ３２，３３に供給される電圧をＡ／Ｄ変換する。マイコン３５ａ，３５ｂはそれぞれ、これらのＡ／Ｄ変換結果に基づいて、各レギュレータ２８，２９の出力電圧をモニタするようになっている。ＣＡＮドライバ３７ａ，３７ｂはそれぞれ、外部の他のＥＣＵ３８ａ，３８ｂとマイコン３５ａ，３５ｂとの間で通信を行ってデータの授受を行う。
なお、上記操舵トルクセンサ１１、ステア角センサ１２、冗長用の操舵トルクセンサ３２、及び冗長用のステア角センサ３３は、電子制御装置１４の筐体の外部に設けられている。

また、レギュレータ３１ａは、マイコン３５ａ内の演算部３９ａ用の電源回路として働き１Ｖの動作電源を供給する。また、レギュレータ３１ｂは、マイコン３５ｂ内の演算部３９ｂ用の電源回路として働き１Ｖの動作電源を供給するように構成されている。
そして、マイコン３５ａでプリドライバ２４ａからインバータ２５ａを介してモータ１３ａを駆動制御し、マイコン３５ｂでプリドライバ２４ｂからインバータ２５ｂを介してモータ１３ｂを駆動制御する。このように、２つのモータ１３ａ，１３ｂを２系統の回路で独立して駆動するようになっている。

すなわち、通常のアシスト動作では、マイコン３５ａは、プリドライバ２４ａにＰＷＭ信号を出力する。プリドライバ２４ａ中の各Ｈ側ドライバとＬ側ドライバはそれぞれ、ＰＷＭ信号に基づいて、インバータ２５ａ中の各上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子の制御端にそれぞれＰＷＭ信号に基づく駆動信号を供給して選択的にオン／オフ制御する。

そして、モータ１３ａをインバータ２５ａで駆動する際に、センサ１１，１２で検出した操舵トルク信号Ｓ１とステア角信号Ｓ２、及び車両で検出した車速信号Ｓ３などに基づいて操作量演算を行い、演算結果の操作量に応じてＰＷＭ信号のデューティを可変し、モータ１３ａの出力トルクをそれぞれ制御することでアシスト力を変化させる。この際、モータ電流センサ２６とモータ角度センサ２２でモータ１３の状態変化を検出する。

アシスト動作中は、マイコン３５ａはＡ／Ｄ変換器３６ａを用いてレギュレータ２８の出力電圧をモニタしており、例えばレギュレータ２８から操舵トルクセンサ１１あるいはステア角センサ１２へ動作電源を供給する電源ラインに天地絡が発生したことを検知するとレギュレータ２８を停止させ、センサ１１，１２から出力される操舵トルク信号Ｓ１とステア角信号Ｓ２は使用しないようにする。そして、レギュレータ２９から操舵トルクセンサ３２あるいはステア角センサ３３へ動作電源を供給し、冗長用のセンサ３２，３３を用いてアシストを継続する。

系統の切り替えが行われると、マイコン３５ｂは、プリドライバ２４ｂにＰＷＭ信号を出力する。プリドライバ２４ｂ中の各Ｈ側ドライバとＬ側ドライバはそれぞれ、ＰＷＭ信号に基づいて、インバータ２５ｂ中の各上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子の制御端にそれぞれＰＷＭ信号に基づく駆動信号を供給して選択的にオン／オフ制御する。
モータ１３ｂをインバータ２５ｂで駆動する際に、センサ３２，３３で検出した操舵トルク信号Ｓ１とステア角信号Ｓ２、及び車両で検出した車速信号Ｓ３などに基づいて操作量演算を行い、演算結果の操作量に応じてＰＷＭ信号のデューティを可変し、モータ１３ｂの出力トルクをそれぞれ制御することでアシスト力を変化させる。この場合には、モータ電流センサ２６とモータ角度センサ２２に代えて冗長用のモータ電流センサ２７と冗長用のモータ角度センサ３４を用いて、モータ１３ｂの状態変化を検出することになる。

このような構成によれば、故障時には系統を切り替えるだけで冗長機能を利用できる。２系統の構成であるので、マイコンの処理負荷を増大させることはなく、本来の機能に対して性能の低下を招くこともない。また、各種機能のうちの１つが故障した時はもとより、主電源回路または冗長電源回路のいずれかが故障した場合にも最小限の性能低下で動作を継続させることができる。
従って、コスト増加及び主制御装置の処理負荷の増大を最小限に抑えながら、故障時における性能の低下を抑制できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することが可能である。例えば、実施形態において、２つの系統の回路を１つの筐体内に搭載する場合を例に取って説明したが、系統毎に２つの筐体に搭載しても良いのはもちろんである。

１１…操舵トルクセンサ、１２…ステア角センサ、１３，１３ａ，１３ｂ…モータ（電動アクチュエータ）、１４…電子制御装置、２３…レギュレータ、２８…レギュレータ（主電源回路）、２９…レギュレータ（冗長電源回路）、３０，３１…レギュレータ、３２…冗長用の操舵トルクセンサ、３３…冗長用のステア角センサ、３５，３５ａ，３５ｂ…マイクロコンピュータ（主制御装置）

Claims (3)

1. 電動モータを駆動するインバータが２系統化されたシステムに用いられる電子制御装置であって、
   前記電子制御装置は、
   筐体と、
   前記筐体内の配線を、前記筐体の外部で所定の機能動作をする第１機能要素、及び前記筐体の外部で前記第１機能要素の冗長動作をする第１冗長機能要素にそれぞれ接続するコネクタと、
   前記筐体の内部に設けられ、前記第１機能要素とは異なる所定の機能動作をする第２機能要素と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記第２機能要素の冗長動作をする第２冗長機能要素と、
   前記筐体内に設けられ、前記第２機能要素に動作電源を供給するとともに、前記第１機能要素に前記コネクタを介して動作電源を供給する主電源回路と、
   前記筐体内に設けられ、前記第２冗長機能要素に動作電源を供給するとともに、前記第１冗長機能要素に前記コネクタを介して動作電源を供給する冗長電源回路と、
   前記筐体内に設けられ、前記第１及び第２機能要素の出力に基づいて、第１系統のインバータを駆動するための信号を出力する第１マイクロコンピュータと、
   前記筐体内に設けられ、前記第１及び第２冗長機能要素の出力に基づいて、第２系統のインバータを駆動するための信号を出力する第２マイクロコンピュータと、
   を具備し、
   前記主電源回路からの電源供給に異常が発生した場合に、前記主電源回路が停止され、前記冗長電源回路から前記第１及び第２冗長機能要素に動作電源が供給され、
   前記第１及び第２機能要素の機能動作を前記第１及び第２冗長機能要素で継続させること
   を特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１の電子制御装置において、
   前記電動モータは、電動パワーステアリング装置におけるアシスト用であり、当該電動モータを駆動するインバータが２系統化されることによって、１系統の故障を許容できるように構成され、
   前記第１機能要素が、前記アシスト用モータの操作量演算に使用するパラメータを検出する第１センサを含み、
   前記第２機能要素が、前記第１センサで検出する前記操作量演算に使用するパラメータとは異なる状態パラメータを検出する第２センサを含み、
   前記主電源回路が第１レギュレータであり、
   前記冗長電源回路が第２レギュレータであり、
   前記第１レギュレータから前記第１機能要素及び第２機能要素の少なくとも一方の電源ラインが天地絡した場合に、当該天地絡した電源ラインに接続された機能要素に対応する冗長機能要素に前記第２レギュレータから電源を供給し、前記第１及び第２機能要素に代えて、前記第１及び第２冗長機能要素で動作を継続すること
   を特徴とする電子制御装置。
3. 請求項１の電子制御装置において、
   前記第１機能要素は、第１の電動モータの操作量演算に使用するパラメータを検出する第１センサを含み、
   前記第１冗長機能要素は、第２の電動モータの操作量演算に使用するパラメータを検出する第２センサを含むこと
   を特徴とする電子制御装置。

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