(57)【要約】【課題】低コストと高信頼性を両立する車両制御装置を提供する。【解決手段】制御対象３から出力された制御対象状態信号Ｓ２を監視手段１２に入力し、監視手段１２が、制御指令値Ｓ１と制御対象状態信号Ｓ２とを比較することにより、制御対象３が制御指令値Ｓ１どおり正常に動作しているか否かを判断する。監視手段１２は、制御対象３が正常に動作していないと判断した場合には、故障検出信号Ｓ５をアクチュエータ駆動手段１３に出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御指令値を出力する制御指令値演算装置と、
前記制御指令値演算装置と通信ネットワークを介して接続され、ステアリングモータの駆動信号を出力するメインマイクロコンピュータと、
前記メインマイクロコンピュータとは独立して、前記制御指令値演算装置と前記通信ネットワークを介して接続される監視マイクロコンピュータと、
前記駆動信号が入力され、当該駆動信号に基づいて前記ステアリングモータを駆動させるための３相ブリッジ回路と、を備え、
前記マイクロコンピュータは、前記制御指令値と、前記ステアリングモータの回転状態を示す回転状態信号とが入力され、当該制御指令値及び当該回転状態信号に基づいて前記駆動信号を演算し、
前記監視用マイクロコンピュータは、前記通信ネットワークを介して前記制御指令信号を取得して当該制御指令信号が変化してから予め記憶した所定時間が経過した後に比較演算トリガ信号を出力する比較演算トリガ信号生成部と、当該比較演算トリガ信号出力に応じて当該制御指令信号と当該回転状態信号とを比較する比較演算部と、を有して、当該比較演算部の比較結果に基づいて、故障検出信号を出力する、車両用ステアリング制御装置。
【請求項２】
前記制御指令値は、ステアリング操作量を計測する操舵角センサの信号値に基づいて演算された舵角指令値であり、
前記回転状態信号は、前記ステアリングモータの回転力によるステアリングの舵角変化を検出するための舵角センサ、もしくは、前記ステアリングモータの回転位置を検出するためのモータ回転子位置検出センサに基づく舵角信号である、請求項１記載の車両用ステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御装置に関し、特に、車両の駆動，操舵，制動を電子制御により行う車両制御システムにおいて、モータ等のアクチュエータを制御する車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の運転快適性や安全性の向上を目指して、機械的な結合ではなく、電子制御により、運転者のアクセル，ステアリング，ブレーキなどの操作を車両の駆動力，操舵力，制動力発生機構に反映させる車両制御システム（Ｘ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステム）の開発が活発になっている。このようなシステムには、車両の駆動，操舵，制動に関する機能が失陥することのないように、高い信頼性が求められる。
【０００３】
システム全体の高信頼化のためには、本システムを構成する制御装置についても、高い信頼性を実現する必要がある。特に、モータを制御する制御装置に関しては、これまでに様々なフェールセーフ方式が提案されてきた。このフェールセーフ方式には、第一のマイコン（メインマイコン）の動作を、第二のマイコン（監視マイコン）により監視する冗長化構成を適用することが多い。
【０００４】
例えば、監視マイコンがメインマイコンに例題を出題し、メインマイコンはその例題の解答を演算して監視マイコンに送信し、監視マイコンが、前もって記憶している解答とメインマイコンからの解答を比較することにより、メインマイコンの動作が正常か否かをチェックする例題演算方式などが公知である。
【０００５】
また、第二のマイコンが、モータのｄ軸電流の大きさを演算して、これが所定値より大きい状態かどうかで、第一のマイコンが正常動作しているか否かを判定する電動パワーステアリング装置の例が、特開２００２−３５４８７１号公報に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５４８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本システムの実用化に向けた課題は、車両制御装置等のコストを大幅に増加させることなく、高い信頼性を実現することである。
【０００８】
この点、公知の例題演算方式では、メインマイコンに比べて監視マイコンの演算負荷を小さくできるため、冗長化構成にしてもマイコンのコストはそれほど増加することはない。しかしながら、この方式の車両制御装置を上記のような高い信頼性が求められる車両制御システムに適用する場合、十分な故障検出精度が得られるような例題を作ることができるのかという問題が生じる。また、基本的にはマイコンの演算部分のチェックを主に行うため、最終的なモータ出力が正しいことを保証できるのかという問題も存在する。
【０００９】
一方、特開２００２−３５４８７１号公報に開示されている技術では、信頼性は十分高いと考えられるが、第二のマイコンも第一のマイコンと同様に、電気角の演算や、ｕｖｗ座標からｄｑ座標への変換演算が必要であり、上記例題演算方式における監視マイコンと比較すると高い演算能力が必要になるため、冗長化によるマイコンのコスト増が問題となる。
【００１０】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、演算能力がそれほど高くない安価な監視マイコンを用いても、高い信頼性を得ることができる車両制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明に係る車両制御装置は、外部から第１信号が入力され、駆動信号を出力する制御回路と、該制御回路から該駆動信号が入力され、外部へ第２信号を出力するアクチュエータ駆動回路と、該第１信号と外部からの第３信号とを比較して、その差が所定値以上になった場合に、故障検出信号を該アクチュエータ駆動回路へ出力する監視回路とを有する。
【００１２】
好ましくは、該監視回路は、該第１信号と該第３信号とを比較する比較演算部と、該比較演算部における比較演算を開始させるトリガ信号を生成する比較演算トリガ信号生成部とを有する。
【００１３】
好ましくは、該監視回路は、外部から該制御回路を介して該第１信号が入力されるように構成されている。
【００１４】
好ましくは、該監視回路は、該制御回路に対して正常動作確認信号を送信するように構成されており、さらに好ましくは、該正常動作確認信号は定期的に送信され、該制御回路が該正常動作確認信号を所定期間受信できない場合、該制御回路から第２故障検出信号が出力され、該監視回路からの該故障検出信号と該制御回路からの該第２故障検出信号とのいずれか一方が出力されることにより、外部のアクチュエータへの通電を遮断するように構成されている。
【００１５】
また、好ましくは、該車両制御装置は、該駆動信号と該故障検出信号との論理積をとることにより、該制御回路と該監視回路のいずれか一方が故障しても外部のアクチュエータへの通電を遮断するように構成されている。
【００１６】
一実施形態としては、該第１信号は外部から入力される制御指令値であり、該第３信号は外部の制御対象から出力される制御対象状態信号である。
【００１７】
さらに具体的な一実施形態としては、該車両制御装置は、ステアリング操作量に応じて操舵力を発生させるステアリングモータを制御する装置であり、該制御指令値は、ステアリング操作量を計測するセンサの信号値に基づいて生成された車両の舵角指令値である。
【００１８】
また、別の実施形態としては、該車両制御装置は、ブレーキ力発生用のモータを制御する装置であり、該制御指令値は、ブレーキペダル操作量を計測するブレーキペダル位置センサの信号値に基づきブレーキパッドをディクスロータに押し付ける力の指令値である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、低コストで高信頼の車両制御装置を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の車両制御装置の基本構成を示すブロック図。
【図２】制御手段の機能を示すブロック図。
【図３】監視手段の機能を示すブロック図。
【図４】比較演算トリガ信号生成タイミングの説明図。
【図５】本発明第１の実施例に関する車両制御装置の構成図。
【図６】メインマイコンと監視マイコンの制御ブロック図。
【図７】本発明第２の実施例に関する車両制御装置の構成図。
【図８】本発明第３の実施例に関する車両制御装置の構成図。
【図９】制御手段と監視手段の機能を示すブロック図。
【図１０】本発明第４の実施例に関する車両制御装置の構成図。
【図１１】本発明第５の実施例に関する車両制御装置の構成図。
【図１２】本発明第６の実施例に関する車両制御装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づき、本発明の車両制御装置の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は本発明の車両制御装置の基本構成を示したものである。本発明の車両制御装置１は、制御手段１１，監視手段１２、およびアクチュエータ駆動手段１３から構成される。アクチュエータ駆動手段１３は、アクチュエータ２を駆動し、これにより、制御対象３を動作させる。制御手段１１には、制御指令値Ｓ１，制御対象状態信号Ｓ２、およびアクチュエータ状態信号Ｓ３が入力され、これらの信号に基づいて、制御手段１１はアクチュエータ駆動手段１３を駆動するための駆動信号Ｓ４を出力する。監視手段１２には、制御指令値Ｓ１、および制御対象状態信号Ｓ２が入力される。監視手段１２は、二つの入力信号の比較チェックを行い、その結果に応じて、アクチュエータ駆動手段１３に故障検出信号Ｓ５を出力する。
【００２３】
図２，図３に、それぞれ制御手段１１と監視手段１２の機能ブロック図を示す。制御手段１１は、制御指令値Ｓ１と制御対象状態信号Ｓ２が一致するように、アクチュエータの制御量を演算するアクチュエータ制御量演算部１１１と、当該アクチュエータ制御量とアクチュエータ状態信号Ｓ３が一致するようにアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部１１２から成る。また、監視手段１２は、制御指令値Ｓ１と制御対象状態信号Ｓ２の一致チェックを行い、ある許容誤差範囲を超えて不一致となった場合に、アクチュエータ駆動手段１３に故障検出信号Ｓ５を出力する比較演算部１２２と、比較演算部１２２における一致チェック演算を開始させるためのトリガ信号を生成する比較演算トリガ信号生成部１２１から構成される。
【００２４】
比較演算トリガ信号生成部１２１では、図４に示すように、制御指令値Ｓ１が変化してから、予め記憶してある時間τ後、または出力応答モデル演算などにより導かれる時間τ後に、比較演算部１２２に比較演算トリガ信号を出力する。
【００２５】
これにより、制御指令値Ｓ１が変化してから、実際に制御対象３が動作するまでの遅れ時間を考慮した一致チェックが可能となる。
【００２６】
本形態の特徴は、監視手段１２に制御対象状態信号Ｓ２を入力し、当該信号と制御指令値Ｓ１を比較することにより、制御対象が制御指令値通りに動作しているか、すなわち制御対象の動作の合理性を判断する点にある。本形態により、監視手段１２に高度な演算を行わせることなく、制御手段１１，アクチュエータ駆動手段１３，アクチュエータ２，制御対象３のいずれかが故障した場合でも、その故障を検出することができる。
【００２７】
このように、監視手段に制御対象の状態信号を入力し、当該信号と制御指令値を比較することにより、制御対象が制御指令値通りに動作しているか否かを判断する構成としているため、監視手段に高度な演算を行わせる必要がない。したがって、低コストで高信頼の車両制御装置を実現させることができる。
【実施例１】
【００２８】
図５に本発明第１の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例は、機械的な結合ではなく、電子制御により、運転者のステアリング操作を車両の操舵力発生機構に反映させる車両制御システム（Ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステム）において、操舵力発生用のモータを制御する車両制御装置に関するものである。
【００２９】
本システムは、運転者によるステアリング操作量を計測する操舵角センサ２１の信号値に基づいて、車両の舵角指令値Ｓ１Ａを演算する制御指令値演算装置４および三相モータ２Ａを制御するモータ制御装置１Ａ、およびこれらの二つの装置を結ぶ通信ネットワーク５から構成される。舵角指令値Ｓ１Ａは、通信ネットワーク５を経由して、モータ制御装置１Ａに入力される。
【００３０】
モータ制御装置１Ａは、制御手段としてメインマイコン１１Ａ，監視手段として監視マイコン１２Ａ，アクチュエータ駆動手段として三相ブリッジ回路１３Ａ、および通信ネットワーク５上のデータを受信または通信ネットワーク５上にデータを送信するための通信ドライバ１４から構成される。本実施例では、メインマイコン１１Ａと監視マイコン１２Ａが独立に通信ネットワーク５にアクセスできるように、通信ドライバ１４を二つ備えている。通信プロトコルなどを解釈し、通信の制御を行う通信コントローラは、各々のマイコンに内蔵されているものとする。メインマイコン１１Ａには、舵角指令値Ｓ１Ａのほかに、アクチュエータ状態信号Ｓ３として、三相モータ２Ａの回転子位置を検出するセンサ２４の信号、当該モータの電流を検出する回路２３からの信号、および舵角センサ信号Ｓ２Ａとして、舵角センサ２２の信号が入力される。また、監視マイコン１２Ａには、舵角指令値Ｓ１Ａのほかに、舵角センサ信号Ｓ２Ａとして、舵角センサ２２の信号が入力される。
【００３１】
監視マイコン１２Ａは、舵角指令値Ｓ１Ａと舵角センサ２２の信号Ｓ２Ａの一致チェックを行い、ある許容誤差範囲を超えて不一致となった場合は、三相ブリッジ回路１３Ａに故障検出信号Ｓ５を出力し、三相モータ２Ａへの電源ＶＢの供給を停止する。故障検出信号Ｓ５は、メインマイコン１１Ａの通信ドライバ１４にも送られ、メインマイコン１１Ａの通信ネットワーク５へのアクセスを禁止する。このように、故障検出時に監視マイコン１２Ａが故障検出信号Ｓ５を出力することにより、本モータ制御装置１Ａをフェールセーフとなるように構成することができる。故障時は、三相モータ２Ａは動作しないため、図示していないが、別に備えてあるメカニカルバックアップ機構などを用いて操舵を継続できるようにシステムを構成する必要があるが、このフェールオペラティブ性については本明細書では詳述しない。
【００３２】
図６に、メインマイコン１１Ａと監視マイコン１２Ａの制御ブロック図を示す。メインマイコン１１Ａに関しては、アクチュエータ制御量演算部１１１は、トルク指令発生部３１と電流指令発生部３２から構成されており、アクチュエータ制御部１１２は、電流制御部３３，ｄｑ座標からｕｖｗ座標への座標変換演算部３４，三相ＰＷＭタイマ３５，ｕｖｗ座標からｄｑ座標への座標変換演算部３６から構成される。三相モータの制御フローについては公知であるため、本明細書では詳述しない。
【００３３】
監視マイコン１２Ａは、前述したように、比較演算トリガ信号生成部１２１と比較演算部１２２から構成される。比較演算トリガ信号生成部１２１は、比較演算部１２２における一致チェック演算を開始させるためのトリガ信号を生成し、比較演算部１２２は、当該トリガ信号を受けて、舵角指令値Ｓ１Ａと舵角センサ２２の信号Ｓ２Ａの一致チェックを行い、ある許容誤差範囲を超えて不一致となった場合に、アクチュエータ駆動手段１３に故障検出信号Ｓ５を出力する。
【００３４】
以上述べたように、本実施例によれば、監視マイコンに座標変換演算など高度な演算を行わせる必要がないため、８ビットや１６ビットといった安価なマイコンを使用することができ、かつ、メインマイコン，三相ブリッジ回路，三相モータ，制御対象のいずれかが故障した場合でも、その故障を検出することができるので、低コストで信頼性の高い車両制御装置を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００３５】
図７に本発明第２の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例は、本発明第１の実施例と基本的な構成は同一であるが、通信ドライバ１４が一つである点が異なる。舵角指令値Ｓ１Ａは、通信ドライバ１４により受信された後、メインマイコン１１Ａ，監視マイコン１２Ａの両方に入力される。
【実施例３】
【００３６】
図８に本発明第３の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例では、シリアル通信によりメインマイコン１１Ａと監視マイコン１２Ａとの間でデータを送受信することができるように構成されている。監視マイコン１２Ａは、メインマイコン１１Ａに通信ネットワーク５経由で入力された舵角指令値Ｓ１Ａを、シリアル通信経由でメインマイコン１１Ａから受信する。本実施例においては、本発明第１及び第２の実施例と異なり、監視マイコンには、通信ネットワークにアクセスするためのインタフェース回路が不要になるため、車両制御装置のコストをさらに下げることができる。
【００３７】
本実施例では、図９に示すように、制御指令値Ｓ１が変化してから、実際に制御対象が動作するまでの遅れ時間を考慮した一致チェックを行うために、メインマイコン１１Ａに、制御指令値Ｓ１が変化してから、予め記憶してある時間τ後、または出力応答モデル演算などにより導かれる時間τ後に、シリアル通信により制御指令値Ｓ１を監視マイコン１２Ａに送信する通信トリガ信号生成部１１３を設けている。
【００３８】
これにより、監視マイコン１２Ａには、比較演算トリガ信号生成機能が不要となり、監視マイコンの演算負荷をさらに減らすことができる。
【実施例４】
【００３９】
図１０に本発明第４の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例は、本発明第３の実施例の構成に、さらに監視マイコン１２Ａの監視機能を加えたものである。監視マイコン１２Ａは、メインマイコン１１Ａにシリアル通信経由で、定期的に監視マイコン正常動作確認用信号Ｓ６を送信する。メインマイコン１１Ａは、この監視マイコン正常動作確認用信号Ｓ６が、所定期間受信できない状態が続いた場合は、監視マイコン１２Ａに故障が発生したと判断し、三相ブリッジ回路１３Ａに故障検出信号Ｓ５を出力し、三相モータ２Ａへの電源ＶＢの供給を停止する。
【００４０】
監視マイコン１２Ａからの故障検出信号Ｓ５とメインマイコン１１Ａからの故障検出信号Ｓ５との論理積をとって三相ブリッジ回路１３Ａに入力することにより、いずれか一方のマイコンが故障しても、三相モータ２Ａへの通電を遮断することができる。
【実施例５】
【００４１】
図１１に本発明第５の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例では、監視マイコン１２Ａが出力する故障検出信号Ｓ５と、メインマイコン１１Ａからの三相ブリッジ回路１３Ａのゲートをオンオフ制御する駆動信号Ｓ４との論理積をとって三相ブリッジ回路１３Ａを制御する。
【００４２】
このような構成をとることにより、いずれか一方のマイコンが故障しても、三相モータ２Ａへの通電を遮断することができる。
【実施例６】
【００４３】
図１２に本発明第６の実施例に関する車両制御装置を示す。本実施例は、機械的な結合ではなく、電子制御により、運転者のブレーキペダル操作を車両のブレーキ力発生機構に反映させる車両制御システム（Ｂｒａｋｅ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステム）において、ブレーキ力発生用のモータを制御する車両制御装置に関するものである。
【００４４】
本システムは、運転者によるブレーキペダル操作量を計測するブレーキペダル位置センサ２５の信号値に基づいて、ブレーキパッドをディスクロータに押し付ける力の指令値（推力指令値）Ｓ１Ｂを演算する制御指令値演算装置４および三相モータ２Ａを制御するモータ制御装置１Ａ、およびこれらの二つの装置を結ぶ通信ネットワーク５から構成される。推力指令値Ｓ１Ｂは、通信ネットワーク５を経由して、モータ制御装置１Ａに入力される。
【００４５】
モータ制御装置１Ａは、制御手段としてメインマイコン１１Ａ，監視手段として監視マイコン１２Ａ，アクチュエータ駆動手段として三相ブリッジ回路１３Ａ、および通信ネットワーク５上のデータを受信または通信ネットワーク５上にデータを送信するための通信ドライバ１４から構成される。メインマイコン１１Ａには、推力指令値Ｓ１Ｂのほかに、アクチュエータ状態信号Ｓ３として、三相モータ２Ａの回転子位置を検出するセンサ２４の信号、当該モータの電流を検出する回路２３からの信号、および推力センサ信号Ｓ２Ｂとして、ブレーキパッドをディスクロータに押し付ける力を検出するセンサ（推力センサ）２６の信号が入力される。また、監視マイコン１２Ａには、推力指令値Ｓ１Ｂのほかに、推力センサ信号Ｓ２Ｂとして、推力センサ２６の信号が入力される。
【００４６】
監視マイコン１２Ａは、推力指令値Ｓ１Ｂと推力センサ２６の信号Ｓ２Ｂの一致チェックを行い、ある許容誤差範囲を超えて不一致となった場合は、三相ブリッジ回路１３Ａに故障検出信号Ｓ５を出力し、三相モータ２Ａへの電源ＶＢの供給を停止する。
【００４７】
また、メインマイコン１１Ａも、監視マイコン１２Ａの故障を検出した場合は、三相ブリッジ回路１３Ａに故障検出信号Ｓ５を出力することは本発明第４の実施例で説明したとおりである。
【００４８】
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。上記実施例では、運転者のステアリング操作及びブレーキペダル操作における電子制御を具体的に説明したが、例えば、アクセルペダル操作の際における電子制御にも適用可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１…車両制御装置、１Ａ…モータ制御装置、２…アクチュエータ、２Ａ…三相モータ、３…制御対象、４…制御指令値演算装置、５…通信ネットワーク、１１…制御手段、１１Ａ…メインマイコン、１２…監視手段、１２Ａ…監視マイコン、１３…アクチュエータ駆動手段、１３Ａ…三相ブリッジ回路、１４…通信ドライバ、２１…操舵角センサ、２２…舵角センサ、２３…モータ電流検出回路、２４…モータ回転子位置検出センサ、２５…ブレーキペダル位置センサ、２６…推力センサ、３１…トルク指令発生部、３２…電流指令発生部、３３…電流制御部、３４…ｄｑ座標からｕｖｗ座標への座標変換演算部、３５…三相ＰＷＭタイマ、３６…ｕｖｗ座標からｄｑ座標への座標変換演算部、１１１…アクチュエータ制御量演算部、１１２…アクチュエータ制御部、１１３…通信トリガ信号生成部、１１４…制御手段の通信制御部、１２１…比較演算トリガ信号生成部、１２２…比較演算部、１２３…監視手段の通信制御部、Ｓ１…制御指令値、Ｓ１Ａ…舵角指令値、Ｓ１Ｂ…推力指令値、Ｓ２…制御対象状態信号、Ｓ２Ａ…舵角センサ信号、Ｓ２Ｂ…推力センサ信号、Ｓ３…アクチュエータ状態信号、Ｓ４…駆動信号、Ｓ５…故障検出信号、Ｓ６…監視マイコン正常動作確認用信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010137860.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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