JP7102923B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用制御装置に関する。

従来、たとえば特許文献１に記載されるように、車両の操舵機構に付与されるアシストトルクの発生源であるモータを制御する操舵制御装置が知られている。操舵制御装置は、制御部（マイコン）および回転監視部を有している。制御部は、操舵トルクおよび車速に基づきモータに発生させるトルクのベース値を演算し、当該演算されるベース値とトルクセンサを通じて検出される操舵トルクとの和に基づき転舵輪の目標転舵角を設定する。制御部は、モータの回転量に基づき演算される転舵輪の転舵角を目標転舵角に一致させるフィードバック制御を通じてベース値に対する補正量を演算し、当該演算される補正量をベース値に加算することによりモータに対するトルク指令値を演算する。制御部は、モータのトルクをトルク指令値に制御するためにインバータを通じてモータへの給電を制御する。モータのトルクは、減速機構を介して転舵軸に伝達される。

この操舵制御装置では、イグニッションスイッチがオフされたとき、制御部への電力供給が遮断される。ここで、制御部への電力の供給が遮断されている場合であれ、何らかの外力によってステアリングホイールが回転し、転舵輪が転舵することが考えられる。このため、イグニッションスイッチがオフされている場合であれ転舵角、ひいてはモータの回転量を監視する必要がある。しかし、制御部への電力の供給が遮断されている場合、制御部はモータの回転量を把握することができない。そこで、操舵制御装置には回転監視部が設けられている。回転監視部には、イグニッションスイッチがオフされている場合であれ電力が供給される。回転監視部は、イグニッションスイッチがオフされている期間におけるモータの回転量を検出する。制御部は、イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態へ切り替えられたとき、イグニッションスイッチがオフされている期間に検出されたモータの回転量を使用して制御部への電力供給が遮断される直前の転舵角を補正することにより、正しい転舵角を把握することができる。

特開２０１７－２４５５６号公報

近年では、操舵制御装置に対する機能安全要求を満たすために、回転監視部に自己検査機能を組み込むことが検討されている。しかし、自己検査機能を実行しているときには、回転監視部のロジック回路を検査するため、回転監視部におけるモータの回転を監視する機能が停止する。また、回転監視部はイグニッションスイッチのオンオフ状態にかかわらず動作する。したがって、回転監視部の動作状態あるいは制御部の動作状態を考慮して、自己検査機能の適切な実行タイミングを設定することが要求される。

本発明の目的は、適切なタイミングで自己検査を行うことができる車両用制御装置を提供することにある。

上記目的を達成し得る車両用制御装置は、第１の回路、第２の回路、および第３の回路を有している。第１の回路は、常に給電されて、検出対象の状態量を検出する。第２の回路は、車両電源がオンされることにより起動して、前記第１の回路により検出される前記状態量を使用して特定の処理を行う。第３の回路は、前記第２の回路の起動前に前記第１の回路の検査を実行する。

この構成によれば、第２の回路が起動する前に、第３の回路によって第１の回路の検査が実行される。このため、車両用制御装置に対する機能安全要求を満たすことができる。ここで、第３の回路によって第１の回路の検査が行われているとき、第１の回路の機能は停止する。このため、第２の回路が動作しているときには第１の回路の検査を行うことはできない。したがって、第１の回路には常に給電されることを前提として、第２の回路が起動する前の期間は、第３の回路による検査の実行タイミングとして好適である。したがって、車両用制御装置においては、適切なタイミングで自己検査が行われる。

上記の車両用制御装置において、前記第３の回路は、前記第１の回路に組み込まれていることが好ましい。
上記の車両用制御装置において、前記第２の回路は、車両電源がオンされることに伴う電源の投入時に内部状態を初期化するリセット機能を有するとともに、電源が立ち上がってリセット状態が解除されることを契機として起動するものであってもよい。この場合、前記第３の回路は、前記第２の回路がリセット状態である期間において前記第１の回路の検査を実行することが好ましい。

この構成によれば、車両電源がオフされている期間に第３の回路による検査を行う場合に比べて、車両電源がオフされている期間における電力消費の増大を抑制することができる。

上記の車両用制御装置において、前記検出対象の状態量は、車両電源がオフされているときであれ変化するおそれのある状態量であって、前記第１の回路は、定められたサンプリング間隔で前記状態量を検出するようにしてもよい。この場合、前記第３の回路は、前記第２の回路の起動前、かつ前記第１の回路のサンプリング間隔内の期間において前記第１の回路の検査を実行することが好ましい。

この構成によれば、第２の回路が特定の処理に使用する状態量は、車両電源がオフされているときであれ位置が変化するおそれがある。このため、第１の回路は、車両電源がオフされているときであれ状態量を監視する必要がある。ここで、第３の回路によって第１の回路の検査が行われているとき、第１の回路の機能は停止する。このため、第１の回路による状態量のサンプリング間隔内の期間は、第３の回路による検査の実行タイミングとして好適である。第１の回路の状態量の検出動作、および第２の回路の動作を妨げることなく、第３の回路は第１の回路の検査を行うことができる。

上記の車両用制御装置において、前記検査回路は、前記第２の回路の検査を複数回に分割して実行するようにしてもよい。
上記の車両用制御装置において、前記検出対象は車両の操舵機構に付与されるトルクの発生源であるモータであって、当該モータの回転に応じた電気信号を生成するセンサが車載されていることを前提として、第１の回路、第２の回路および第３の回路を、つぎのように構成してもよい。すなわち、前記第１の回路は、前記センサを通じて取得される前記電気信号に基づき前記状態量の変化として前記モータの回転数を検出する回転検出回路、および前記回転検出回路の動作を制御するロジック回路で構成された制御回路を有していてもよい。前記第２の回路は、前記モータを操舵状態に応じて制御するとともに、前記センサを通じて取得される電気信号に基づき演算される前記モータの相対回転角、および前記回転検出回路を通じて取得される前記モータの回転数を使用して、前記特定の処理として絶対操舵角を演算するマイクロコンピュータであってもよい。前記第３の回路は、前記第１の回路における前記制御回路の検査を実行するようにしてもよい。

この構成によれば、第１の回路およびマイクロコンピュータの動作を妨げることなく、第１の回路に対する機能安全要求を満たすことができる。

本発明の車両用制御装置によれば、適切なタイミングで自己検査を行うことができる。

車両用制御装置の一実施の形態が搭載される電動パワーステアリング装置の概略を示す構成図。 一実施の形態の車両用制御装置のブロック図。 一実施の形態の車両用制御装置における監視回路のブロック図。 （ａ）～（ｇ）は、一実施の形態における自己検査の実行タイミングを説明するためのタイミングチャート。

以下、車両用制御装置を電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という。）のＥＣＵ（電子制御装置）に具体化した一実施の形態を説明する。
＜ＥＰＳの概略構成＞
図１に示すように、ＥＰＳ１０は、運転者のステアリング操作に基づいて転舵輪を転舵させる操舵機構２０、運転者のステアリング操作を補助する操舵補助機構３０、および操舵補助機構３０の作動を制御するＥＣＵ４０を備えている。

操舵機構２０は、運転者により操作されるステアリングホイール２１、およびステアリングホイール２１と一体回転するステアリングシャフト２２を備えている。ステアリングシャフト２２は、ステアリングホイール２１に連結されたコラムシャフト２２ａ、コラムシャフト２２ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト２２ｂ、およびインターミディエイトシャフト２２ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト２２ｃからなる。ピニオンシャフト２２ｃの下端部は、ピニオンシャフト２２ｃに交わる方向へ延びるラック軸２３（正確には、ラック歯が形成された部分２３ａ）に噛合されている。したがって、ステアリングシャフト２２の回転運動は、ピニオンシャフト２２ｃおよびラック軸２３からなるラックアンドピニオン機構２４によりラック軸２３の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラック軸２３の両端にそれぞれ連結されたタイロッド２５を介して左右の転舵輪２６，２６にそれぞれ伝達されることにより、これら転舵輪２６，２６の転舵角θ_ｗが変更される。

操舵補助機構３０は、操舵補助力（アシスト力）の発生源であるモータ３１を備えている。モータ３１としては、たとえば三相のブラシレスモータが採用される。モータ３１は、減速機構３２を介してコラムシャフト２２ａに連結されている。減速機構３２はモータ３１の回転を減速し、当該減速した回転力をコラムシャフト２２ａに伝達する。すなわち、ステアリングシャフト２２にモータ３１のトルクが操舵補助力として付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

ＥＣＵ４０は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果を運転者の要求、走行状態および操舵状態を示す情報（状態量）として取得し、これら取得される各種の情報に応じてモータ３１を制御する。各種のセンサとしては、たとえば車速センサ５１、トルクセンサ５２および回転角センサ５３が挙げられる。車速センサ５１は車速（車両の走行速度）Ｖを検出する。トルクセンサ５２は、たとえばコラムシャフト２２ａに設けられている。トルクセンサ５２はステアリングシャフト２２に付与される操舵トルクτを検出する。回転角センサ５３はモータ３１に設けられている。回転角センサ５３はモータ３１の回転角θ_ｍに応じた電気信号Ｓ_θを生成する。

ＥＣＵ４０は、回転角センサ５３により生成される電気信号Ｓ_θに基づきモータ３１の回転角θ_ｍを検出し、当該検出される回転角θ_ｍを使用してモータ３１をベクトル制御する。また、ＥＣＵ４０は、モータ３１の回転角θ_ｍに基づきステアリングホイール２１の回転角度である操舵角θ_ｓを演算する。ＥＣＵ４０は操舵トルクτ、車速Ｖおよび操舵角θ_ｓに基づき目標アシストトルクを演算し、当該演算される目標アシストトルクを操舵補助機構３０に発生させるための駆動電力をモータ３１に供給する。

＜ＥＣＵの構成＞
図２に示すように、ＥＣＵ４０は、駆動回路（インバータ）４１、マイクロコンピュータ４２、監視回路４３および電源検出部４４を有している。

駆動回路４１、マイクロコンピュータ４２および監視回路４３には、それぞれ車両に搭載されるバッテリなどの直流電源６１から電力が供給される。マイクロコンピュータ４２と直流電源６１（正確には、そのプラス端子）との間は、第１の給電線６２により接続されている。第１の給電線６２には、イグニッションスイッチなどの車両の電源スイッチ６３が設けられている。この電源スイッチ６３は、車両の走行用駆動源（エンジンなど）を作動させる際に操作される。第１の給電線６２において、電源スイッチ６３とマイクロコンピュータ４２との間には第１の接続点６４が設定されている。第１の接続点６４と駆動回路４１との間は、第２の給電線６５により接続されている。第１の給電線６２において、直流電源６１と電源スイッチ６３との間には、第２の接続点６６が設定されている。第２の接続点６６と監視回路４３との間は、第３の給電線６７により接続されている。電源スイッチ６３がオンされたとき、直流電源６１の電力は第１の給電線６２を介してマイクロコンピュータ４２に供給されるとともに、第２の給電線６５を介して駆動回路４１に供給される。また、監視回路４３には第３の給電線６７を介して直流電源６１の電力が供給される。回転角センサ５３には図示しない給電線を介して直流電源６１の電力が供給される。

駆動回路４１は、直列に接続された２つの電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）などのスイッチング素子を基本単位であるレグとして、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各相に対応する３つのレグが並列接続されてなるＰＷＭインバータである。駆動回路４１は、マイクロコンピュータ４２により生成される制御信号に基づいて、直流電源６１から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。当該三相交流電力は図示しない各相の給電経路を介してモータ３１（正確には、各相のモータコイル）に供給される。

マイクロコンピュータ４２は、操舵トルクτおよび車速Ｖに基づきモータ３１に発生させるべき目標アシストトルクの基礎成分を演算する。また、マイクロコンピュータ４２は、回転角センサ５３により生成される電気信号Ｓ_θに基づきモータ３１の回転角θ_ｍを演算するとともに、当該演算される回転角θ_ｍに基づき操舵角θ_ｓを演算する。マイクロコンピュータ４２は、当該演算される操舵角θ_ｓに基づき目標アシストトルクの基礎成分に対する補償制御の一環として各種の補償成分を演算する。これらの補償成分には、たとえばステアリングホイール２１を中立位置に復帰させるためのステアリング戻し制御成分が含まれる。マイクロコンピュータ４２は、目標アシストトルクの基礎成分および各種の補償成分を合算することにより得られる最終的な目標アシストトルクの値に応じた電流指令値を演算する。そしてマイクロコンピュータ４２は、モータ３１に供給される実際の電流値を電流指令値に追従させる電流フィードバック制御を実行することにより駆動回路４１に対する制御信号を生成する。この制御信号は、駆動回路４１の各スイッチング素子のオンデューティ（デューティ比）を規定する。オンデューティとは、パルス周期に占めるスイッチング素子のオン時間の割合をいう。

なお、モータ３１に供給される実際の電流値は、駆動回路４１とモータ３１との間の給電経路に設けられる図示しない電流センサを介して検出される。駆動回路４１を通じて制御信号に応じた電流がモータ３１に供給されることにより、モータ３１は目標アシストトルクに応じたトルクを発生する。モータ３１のトルクは、運転者による操舵を補助するアシスト力として、減速機構３２を介して車両の操舵機構（本例ではコラムシャフト２２ａ）に付与される。

監視回路４３は、回転角センサ５３により生成される電気信号Ｓ_θに基づきモータ３１の回転数を演算する。監視回路４３は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として設けられている。監視回路４３については、後に詳述する。

電源検出部４４は、電源スイッチ６３がオンされた状態（車両電源オン）であるかオフされた状態（車両電源オフ）であるかを検出する。電源検出部４４は、電源スイッチ６３（車両電源）のポジションに基づき電源スイッチ６３の状態を検出してもよいし、第１の給電線６２における電源スイッチ６３とマイクロコンピュータ４２との間の電圧に基づき電源スイッチ６３の状態を検出してもよい。電源検出部４４は、電源スイッチ６３がオンされた状態かオフされた状態かを示す電気信号Ｓ_ＩＧを生成する。

＜操舵角の検出処理＞
つぎに、操舵角θ_ｓの検出処理について詳細に説明する。
回転角センサ５３としては、たとえば磁気センサの一種であるＭＲセンサ（磁気抵抗効果センサ）が採用される。ＭＲセンサは、モータ３１の出力軸の端部に設けられる１対の磁極（Ｎ極、Ｓ極）を有するバイアス磁石の磁界方向に応じた電気信号Ｓ_θを生成する。電気信号Ｓ_θは、モータ３１の回転角θ_ｍに対して正弦波状に変化する正弦信号（ｓｉｎ信号）、およびモータ３１の回転角θ_ｍに対して余弦波状に変化する余弦信号（ｃｏｓ信号）を含む。これら正弦信号および余弦信号は、それぞれモータ３１がバイアス磁石の１磁極対分に相当する角度（ここでは３６０°）だけ回転する期間を１周期とする信号である。マイクロコンピュータ４２は、正弦信号および余弦信号の逆正接値を演算することによりモータ３１の回転角θ_ｍを検出する。

ただし、回転角センサ５３により生成される電気信号Ｓ_θ（正弦信号および余弦信号）に基づき演算されるモータ３１の回転角θ_ｍは相対角である。これに対し、たとえばステアリング戻し制御に使用される操舵角θ_ｓは絶対角である。そこでマイクロコンピュータ４２は、たとえば次式（Ａ）にモータ３１の回転角θ_ｍ（電気角）を適用することにより操舵角θ_ｓを絶対値で演算する。

操舵角（絶対角）θ_ｓ＝（θ_ｍ＋Ｎ×３６０°）／Ｇｒ …（Ａ）
ただし、「Ｎ」は回転角θ_ｍの一周期、すなわち電気角で０°から３６０°まで変化することを１回転として定義した場合の回転数（周期数）である。この回転数Ｎは、監視回路４３を通じて取得される。また、「Ｇｒ」はモータ３１の回転を減速する減速機構３２のギヤ比（減速比）である。ギヤ比Ｇｒを示す情報はマイクロコンピュータ４２の図示しない記憶装置に記憶されている。

＜電源スイッチがオフされるとき＞
ここで、マイクロコンピュータ４２は電源スイッチ６３がオフされるとき、その直前におけるモータ３１の回転角θ_ｍおよび監視回路４３を通じて取得される回転数Ｎを図示しない記憶装置に記憶する。これは、電源スイッチ６３が再びオンされたとき、正確な操舵角θ_ｓを演算するためである。

ところが、電源スイッチ６３がオフされている間、何らかの理由によりステアリングホイール２１が操作されることが懸念される。この場合、マイクロコンピュータ４２への給電が停止される直前に記憶装置に記憶されたモータ３１の回転角θ_ｍおよび回転数Ｎが実際の回転角θ_ｍおよび回転数Ｎと異なることにより、電源スイッチ６３が再びオンされたとき、正確な操舵角θ_ｓが得られないおそれがある。このため、電源スイッチ６３がオフされているときであれ、モータ３１の回転数Ｎを監視することが好ましい。

そこで本実施の形態では、電源スイッチ６３がオフされているときであれ、回転角センサ５３および監視回路４３への給電をそれぞれ継続することにより、モータ３１の回転数Ｎを計数し続ける。また、回転数Ｎの検出信頼性を確保するために、監視回路４３には自己の異常検出機能を有することも要求される。これは、電源スイッチ６３がオフされている間、直流電源６１の消耗（電力消費）を抑えるために、マイクロコンピュータ４２への給電が遮断されるからである。監視回路４３の具体的な構成は、つぎの通りである。

＜監視回路＞
図３に示すように、監視回路４３は、電源回路７１、回転検出回路７２、第１の異常検出回路７３、第２の異常検出回路７４、制御回路７５、およびインターフェイス７６を有している。

電源回路７１は、直流電源６１から供給される電力を監視回路４３の各部（７２，７３，７４，７５，７６）、回転角センサ５３、および図示しない他の電気回路の動作に適した電力に変換する。ちなみに、当該他の電気回路には、トルクセンサ５２など、電源スイッチ６３がオンされているときに使用あるいは動作するものが含まれることがある。

回転検出回路７２は、回転角センサ５３により生成される電気信号Ｓ_θである正弦信号および余弦信号を定められたサンプリング周期で取り込み、当該取り込まれる正弦信号および余弦信号に基づきモータ３１の回転方向Ｄおよび回転数Ｎを演算する。回転検出回路７２は、モータ３１の回転方向Ｄおよび回転数Ｎを含む回転検出信号Ｓ_ｒ０を生成する。

回転検出回路７２は、つぎのようにしてモータ３１の回転方向Ｄを検出する。すなわち、回転検出回路７２は、正弦信号および余弦信号の値の組である座標（ｃｏｓθ_ｍ，ｓｉｎθ_ｍ）をｃｏｓθ_ｍとｓｉｎθ_ｍとの直交座標系にプロットし、当該プロットされる座標が位置する象限の移り変わりに基づきモータ３１の回転方向Ｄを検出する。ちなみに、回転検出回路７２は、ｓｉｎθ_ｍおよびｃｏｓθ_ｍの値の正負に基づき、当該プロットされる座標が位置する象限を判定する。回転検出回路７２は、座標がたとえば第１象限から第２象限へ遷移したとき、モータ３１の回転方向Ｄは正方向である旨判定する。また、回転検出回路７２は、座標がたとえば第１象限から第４象限へ遷移したとき、モータ３１の回転方向Ｄは逆方向である旨判定する。

回転検出回路７２は、つぎのようにしてモータ３１の回転数Ｎを検出する。すなわち、回転検出回路７２はカウンタを有している。回転検出回路７２は、正弦信号および余弦信号の値の組である座標（ｃｏｓθ_ｍ，ｓｉｎθ_ｍ）の位置する象限が切り替わる毎にカウント値を一定値（たとえば１，２などの正の自然数）ずつ増加または減少させる。モータ３１の回転方向Ｄが正方向であるとき、回転検出回路７２は座標が一象限だけ遷移する毎にカウント値を一定値ずつ増加させる。また、モータ３１の回転方向Ｄが逆方向であるとき、回転検出回路７２は座標が一象限だけ遷移する毎にカウント値を一定値ずつ減少させる。回転検出回路７２は、当該カウント値に基づきモータ３１の回転数Ｎを検出する。

第１の異常検出回路７３は、回転検出回路７２の異常を検出する。第１の異常検出回路７３は、回転検出回路７２により生成される回転検出信号Ｓ_ｒ０を取り込み、当該取り込まれる回転検出信号Ｓ_ｒ０に含まれるモータ３１の回転数Ｎおよび回転方向Ｄに基づき、回転検出回路７２の異常を検出する。第１の異常検出回路７３は、回転検出回路７２の異常の検出結果として、回転検出回路７２が正常か異常かを示す第１の異常検出信号Ｓ_ｒ１を生成する。

第１の異常検出回路７３は、たとえばモータ３１が正常に回転しているとき、直交座標系にプロットされる座標（ｃｏｓθ_ｍ，ｓｉｎθ_ｍ）は１象限ずつ遷移することを利用して、回転検出回路７２の異常を検出する。すなわち、座標がいきなり２つ先の象限（直交座標系において互いに対角に位置する象限）へ遷移することはあり得ない。たとえばモータ３１が正転する場合、第１象限に位置していた座標が第２象限をとばして第３象限へ遷移することはない。このため、座標が２つ先の象限へ遷移するとき、これを異常として検出することができる。

第２の異常検出回路７４は、電源回路７１の異常を検出する。第２の異常検出回路７４は、たとえば電源回路７１の出力電圧を取り込み、当該取り込まれる出力電圧としきい値との比較を通じて当該出力電圧の異常を検出する。第２の異常検出回路７４は、電源回路７１の異常の検出結果として、電源回路７１が正常か異常かを示す第２の異常検出信号Ｓ_ｒ２を生成する。

制御回路７５は、電源検出部４４により生成される電気信号Ｓ_ＩＧを取り込み、当該取り込まれる電気信号Ｓ_ＩＧに基づき電源スイッチ６３がオンしている状態かオフしている状態かを判定する。制御回路７５は、電源スイッチ６３の状態に応じて、回転検出回路７２の動作を制御する。具体的には、制御回路７５は、電源スイッチ６３の状態に応じて、回転検出回路７２に対する動作制御信号Ｓ_ｃを生成する。動作制御信号Ｓ_ｃは、回転検出回路７２を定められたサンプリング間隔で間欠動作させるための指令信号である。回転検出回路７２は、動作制御信号Ｓ_ｃに従って動作することにより、回転角センサ５３により生成される電気信号Ｓ_θを、定められたサンプリング間隔でサンプリングする。

制御回路７５は、ロジック回路（論理回路）で構成されている。制御回路７５は、インターフェイス７６を通じて、マイクロコンピュータ４２との間で各種の情報を授受する。インターフェイス７６としては、たとえばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）が採用される。ＳＰＩは、同期式のシリアル通信の規格の一種である。制御回路７５は、回転検出回路７２により生成される回転検出信号Ｓ_ｒ０、第１の異常検出回路７３により生成される第１の異常検出信号Ｓ_ｒ１、および第２の異常検出回路７４により生成される第２の異常検出信号Ｓ_ｒ２を、インターフェイス７６を通じてマイクロコンピュータ４２へ送信する。

＜マイクロコンピュータの動作＞
つぎに、電源投入時のマイクロコンピュータ４２の動作を説明する。
マイクロコンピュータ４２は、電源スイッチ６３がオンされたとき、第１の異常検出回路７３による異常検出結果である第１の異常検出信号Ｓ_ｒ１、および第２の異常検出回路７４による異常検出結果である第２の異常検出信号Ｓ_ｒ２を取り込む。マイクロコンピュータ４２は、第１の異常検出信号Ｓ_ｒ１に基づき回転検出回路７２が異常かどうかを判定するとともに、第２の異常検出信号Ｓ_ｒ２に基づき電源回路７１が異常かどうかを判定する。マイクロコンピュータ４２は、回転検出回路７２および電源回路７１の双方が異常ではない旨判定されるとき、電源スイッチ６３がオフされていた期間のモータ３１の回転数Ｎを加味して操舵角θ_ｓを絶対値で演算する。

電源スイッチ６３がオフされている間の回転数Ｎ（カウント値）が分かれば、前回電源スイッチ６３がオフされてから今回電源スイッチ６３がオンされるまでの間の回転角θ_ｍが分かる。マイクロコンピュータ４２は、電源スイッチ６３がオフされた後、再び電源スイッチ６３がオンされたとき、前回電源スイッチ６３がオフされるときに記憶した回転角θ_ｍ（相対角）に、電源スイッチ６３がオフされている間の回転角（変化角度）を加算することにより、現在の回転角θ_ｍを検出する。マイクロコンピュータ４２は、現在の回転角θ_ｍを使用して操舵角（絶対角）を演算する。そして、マイクロコンピュータ４２は、モータ３１の現在の回転角θ_ｍを使用してモータ３１への給電を制御する。また、マイクロコンピュータ４２は、操舵角θ_ｓを使用してステアリング戻し制御などの補償制御を実行する。

なお、マイクロコンピュータ４２は、回転検出回路７２および電源回路７１の少なくとも一方が異常である旨判定されるとき、たとえば電源スイッチ６３がオフされていた期間の回転数Ｎを無効とする。これは、回転検出回路７２の異常が検出されるときはもちろんのこと、異常が検出された電源回路７１の電力に基づき回転検出回路７２が動作するとき、当該回転検出回路７２により演算されるモータ３１の回転数Ｎに対する信頼性が懸念されるからである。このため、マイクロコンピュータ４２は、回転検出回路７２および電源回路７１の双方が異常ではない旨判定されるときまで、回転検出回路７２により検出される回転数Ｎを使用しない。これにより、誤っているおそれのあるモータ３１の回転数Ｎに基づき誤った操舵角（絶対角）θ_ｓが演算されることを回避できる。

マイクロコンピュータ４２は、回転検出回路７２および電源回路７１の少なくとも一方が異常であるとき、電源スイッチ６３がオフされていた期間の回転数Ｎを加味せず、回転角センサ５３を通じて検出されるモータ３１の回転角θ_ｍを使用してモータ３１への給電を制御する。また、マイクロコンピュータ４２は、回転検出回路７２および電源回路７１の少なくとも一方が異常であるとき、ステアリング戻し制御などの操舵角θ_ｓに基づく補償制御の実行を停止する。これは、正しい回転数Ｎが分からなければ正しい操舵角（絶対角）θ_ｓを演算すること、ひいては適切な補償制御を実行することができないからである。信頼性が懸念される操舵角θ_ｓを使用する補償制御の実行が回避されることにより、より安全性を優先させた操舵制御が実行可能である。

＜検査回路＞
ここで、監視回路４３、ひいてはＥＣＵ４０に対する機能安全要求を満たすために、監視回路４３には自己検査機能が組み込まれている。具体的には、つぎの通りである。

図３に示すように、監視回路４３は、制御回路７５の検査を行う検査回路７７を有している。検査回路７７としては、たとえばＢＩＳＴ（Built-In Self-Test）回路が採用される。検査回路７７は、検査対象である制御回路７５に対するテストパターン（疑似乱数パターン）を発生する回路、およびテスト結果を判定する回路を有している。検査回路７７は、テストパターンを自動生成し、当該テストパターンを制御回路７５に与える。つぎに、検査回路７７は、制御回路７５の応答出力をテスト結果として取り込み、当該取り込まれるテスト結果と期待値とを照合する。そして検査回路７７は、テスト結果と予め定められた期待値との照合結果に基づきテスト結果の良否を判定し、当該判定の結果を制御回路７５へ出力する。

検査回路７７によって制御回路７５の検査が行われている場合、制御回路７５、ひいては監視回路４３の機能が停止する。このため、検査回路７７による検査の実行タイミングは、監視回路４３を動作させるべき状況、あるいはマイクロコンピュータ４２の動作状態などを考慮して設定する必要がある。

＜マイクロコンピュータおよび監視回路の動作状態＞
つぎに、電源投入時におけるマイクロコンピュータ４２および監視回路４３の動作状態を説明する。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、電源スイッチ６３がオンされると（時刻ｔ１）、少し遅れてマイクロコンピュータ４２の電源が立ち上がる（時刻ｔ２）。
ここで、マイクロコンピュータ４２に電源が投入された直後は、マイクロコンピュータ４２の内部状態が不安定であるため正常に動作しないおそれがある。このため、マイクロコンピュータ４２の動作を正常に開始させるためには、電源投入時にマイクロコンピュータ４２の内部状態をリセット（初期化）する必要がある。したがって、マイクロコンピュータ４２には、リセット回路（Power on Reset回路）４２ａ（図３参照）が設けられている。

図４（ｃ）に示すように、リセット回路４２ａは、マイクロコンピュータ４２に電源が投入されたとき（時刻ｔ２）、ローレベル（Ｌ）のリセット信号を発生する。このリセット信号の発生を契機としてマイクロコンピュータ４２の初期化が行われる。リセット信号の信号レベル（電圧）は、時間の経過に対して徐々にローレベルからハイレベル（Ｈ）へ向けて上昇する。ローレベルのリセット信号が発生しているとき、マイクロコンピュータ４２はリセット状態（初期化された状態）に維持される。

図４（ｄ）に示すように、ローレベルのリセット信号が発生しているとき、マイクロコンピュータ４２の動作は停止している。
ちなみに、マイクロコンピュータ４２のリセット回路４２ａにより生成されるローレベルのリセット信号は、インターフェイス７６を介して監視回路４３の制御回路７５に取り込まれる。制御回路７５は、ローレベルのリセット信号が検出されることにより、マイクロコンピュータ４２のリセット回路４２ａがローレベルのリセット信号を発生させていることを認識することができる。

図４（ｃ）に示すように、リセット回路４２ａは、マイクロコンピュータ４２の電源電圧が基準電圧を超えて動作電圧範囲内の安定した状態に至ったとき（時刻ｔ３）、ハイレベルのリセット信号を生成する。リセット信号の信号レベルがローレベルからハイレベルへ切り替わることにより、マイクロコンピュータ４２のリセット状態が解除される。図４（ｄ）に示すように、リセット状態が解除されることにより、マイクロコンピュータ４２は起動する。

図４（ｅ）に示すように、監視回路４３は、電源スイッチ６３のオンオフ状態、およびマイクロコンピュータ４２の電源状態にかかわらず動作する。ただし、図４（ｆ）に示すように、電源スイッチ６３がオフされている期間を含め、電源スイッチ６３がオフからオンへ切り替えられるまでの期間（時刻ｔ１までの期間）において、監視回路４３は、第１のサンプリング間隔ΔＴａで回転角センサ５３により生成される電気信号Ｓ_θを取り込む。監視回路４３は、電源スイッチ６３がオフからオンへ切り替わったとき（時刻ｔ１）、回転角センサ５３により生成される電気信号Ｓ_θのサンプリング間隔を第１のサンプリング間隔ΔＴａから第２のサンプリング間隔ΔＴｂへ切り替える。

ちなみに、第２のサンプリング間隔ΔＴｂは、第１のサンプリング間隔ΔＴａよりも短い間隔である。これは、電源スイッチ６３がオンされているときは、電源スイッチ６３がオフされているときに比べて、消費電力の低減に対する要求水準が低いからである。たとえば、ガソリン自動車の場合、エンジンが作動しているとき、オルタネータによって発電される電力が直流電源６１に充電される。このため、エンジンが停止している場合に比べて消費電力の低減に対する要求水準が低い。

＜検査の実行タイミング＞
つぎに、検査回路７７による検査の実行タイミングについて説明する。検査回路７７による検査の実行タイミングは、つぎの（Ｂ１）～（Ｂ３）の制約を受ける。

（Ｂ１）検査回路７７による制御回路７５の検査を実行しているとき、制御回路７５，ひいては監視回路４３全体の機能が停止する。マイクロコンピュータ４２は監視回路４３により検出されるモータ３１の回転数を使用するため、マイクロコンピュータ４２が起動した後（図４の時刻ｔ３以降）は、検査回路７７による検査を実行することが困難である。

（Ｂ２）また、監視回路４３は、電源スイッチ６３のオンオフに関わらず動作させる必要がある。このため、検査回路７７による検査は、監視回路４３の動作を妨げないタイミングで実行することが要求される。

（Ｂ３）特に、電源スイッチ６３がオフされている場合においては、直流電源６１の消耗（電力消費）を抑える観点から、電源スイッチ６３がオンされている場合に比べて、消費電力の低減に対する要求水準が高い。ここで検査回路７７は、直流電源６１の電力を消費して制御回路７５の検査を行うものである。このため、電源スイッチ６３がオフされている場合における消費電力の低減に対する要求水準によっては、検査回路７７による検査を実行するタイミングとしては妥当でない状況が想定される。

したがって、検査回路７７による検査の実行タイミングとしては、つぎの（Ｃ１）～（Ｃ３）の条件をすべて満たすことが好ましい。
（Ｃ１）マイクロコンピュータ４２が起動する前の期間。

（Ｃ２）監視回路４３の動作を妨げない期間。
（Ｃ３）検査回路７７による電力消費が問題になりにくい期間。
したがって、本実施の形態では、検査回路７７による検査の実行タイミングとして、電源スイッチ６３がオンされた後、マイクロコンピュータ４２がリセット状態に維持されている期間であって、監視回路４３のサンプリング間隔内の期間に設定されている。

マイクロコンピュータ４２がリセット状態であるとき、マイクロコンピュータ４２の動作は停止している。このため、検査回路７７による検査がマイクロコンピュータ４２の動作に影響を及ぼすことがない。また、監視回路４３のサンプリング間隔内において検査を実行することにより、監視回路４３の動作を妨げることもない。さらに、電源スイッチ６３がオンした状態であるため、検査回路７７による電力消費が問題になりにくい。

図４（ｇ）に示すように、検査回路７７は、マイクロコンピュータ４２がリセット状態に維持される時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間であって、第２のサンプリング間隔ΔＴｂ内の期間に制御回路７５の検査を実行する。検査回路７７は、制御回路７５を通じてマイクロコンピュータ４２がリセット状態であることが認識されるとき、制御回路７５を通じて取得される回転検出回路７２のサンプリングタイミングに重ならないタイミングで制御回路７５の検査を実行する。検査回路７７による制御回路７５の検査時間は、第２のサンプリング間隔ΔＴｂよりも短い時間に設定されている。

ちなみに、検査回路７７は、制御回路７５の検査の内容、あるいは検査に必要とされる時間によっては、検査を複数回に分割して実行するようにしてもよい。図４（ｇ）には、検査回路７７が検査を２回に分けて実行する例が示されている（時刻ｔ４、時刻ｔ５）。各回の検査時間は、第２のサンプリング間隔ΔＴｂよりも短い時間に設定されている。

＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）監視回路４３には、自己検査機能として検査回路７７が組み込まれている。このため、監視回路４３、ひいてはＥＣＵ４０に対する機能安全要求を満たすことができる。

（２）検査回路７７は、電源スイッチ６３がオンされた後、マイクロコンピュータ４２がリセット状態に維持されている期間であって、監視回路４３のサンプリング間隔内に検査を実行する。このため、検査回路７７は、マイクロコンピュータ４２の動作、および監視回路４３の動作を妨げることなく、適切なタイミングで制御回路７５の検査を実行することができる。

（３）検査回路７７は、電源スイッチ６３がオンされた後に検査を実行する。このため、電源スイッチ６３がオフされている期間における直流電源６１の電力消費の増大を抑えることができる。

＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・本実施の形態では、マイクロコンピュータ４２には直流電源６１から電力が供給されるようにしたが、監視回路４３の電源回路７１からマイクロコンピュータ４２へ電力を供給するようにしてもよい。この場合、電源回路７１には、直流電源６１から供給される電力（電圧）をマイクロコンピュータ４２の動作に適した電力（電圧）に変換する機能をもたせる。電源回路７１は、電源スイッチ６３がオンしている期間、マイクロコンピュータ４２に電力を供給する。ちなみに、電源回路７１は、自ら電源検出部４４により生成される電気信号Ｓ_ＩＧを取り込み、当該取り込まれる電気信号Ｓ_ＩＧに基づき電源スイッチ６３がオンしている状態かオフしている状態かを判定してもよい。また、電源回路７１は、制御回路７５から電源スイッチ６３がオンしている状態かオフしている状態かの判定結果を取り込むようにしてもよいし、制御回路７５からの給電指令に基づきマイクロコンピュータ４２へ電力を供給するようにしてもよい。

・本実施の形態では、マイクロコンピュータ４２にリセット回路４２ａが内蔵されているところ、図３に二点鎖線で示すように、監視回路４３にリセット制御回路（リセット回路）７８を設けてもよい。リセット制御回路７８は、マイクロコンピュータ４２の電源電圧を監視する。たとえば監視回路４３として、電源回路７１からマイクロコンピュータ４２へ電力を供給する構成を採用した場合、リセット制御回路７８は、電源回路７１からマイクロコンピュータ４２への給電電圧を取り込んでもよい。リセット制御回路７８は、マイクロコンピュータ４２に電源が投入されたとき（図４：時刻ｔ２）、ローレベルのリセット信号を発生する。このローレベルのリセット信号がマイクロコンピュータ４２（正確には、そのリセット端子）に供給されることにより、マイクロコンピュータ４２の初期化が行われる。リセット制御回路７８は、マイクロコンピュータ４２の電源電圧が基準電圧を超えて動作電圧範囲内の安定した状態に至るまで、すなわちマイクロコンピュータ４２が安定して動作可能となる状態に至るまでの所定期間（図４：時刻ｔ２～時刻ｔ３の期間）だけリセット信号の信号レベルをローレベルに維持する。この後、リセット制御回路７８は、マイクロコンピュータ４２の電源電圧が基準電圧を超えて動作電圧範囲内の安定した状態に至ったとき（図４：時刻ｔ３）、ハイレベルのリセット信号を生成する。リセット信号の信号レベルがローレベルからハイレベルへ切り替わることにより、マイクロコンピュータ４２のリセット状態が解除される。これにより、マイクロコンピュータ４２は動作を開始する。ちなみに、リセット制御回路７８は、制御回路７５に設けてもよい。また、監視回路４３あるいはその制御回路７５にリセット制御回路７８を設ける場合、マイクロコンピュータ４２としてリセット回路４２ａを割愛した構成を採用してもよい。

・第１の異常検出回路７３および第２の異常検出回路７４の検査を行う検査回路を監視回路４３に組み込んでもよい。また、マイクロコンピュータ４２の検査を行う検査回路をマイクロコンピュータ４２に組み込んでもよい。

・監視回路４３として、第１の異常検出回路７３および第２の異常検出回路７４の少なくとも一方を割愛した構成を採用してもよい。このようにすれば、回転検出回路７２および電源回路７１の少なくとも一方の異常を検出することはできなくなるものの、電源スイッチ６３がオフされている期間、第１の異常検出回路７３および第２の異常検出回路７４の少なくとも一方を動作させるために必要とされる電力の分だけ、消費電力を低減することができる。

・マイクロコンピュータ４２により演算される操舵角θ_ｓ（絶対角）は、ＥＰＳ１０だけでなく他の車載システムの制御装置で使用してもよい。他の車載システムとしては、たとえば車両安定性制御システムあるいは各種の運転支援システムなどが挙げられる。

・本実施の形態では、マイクロコンピュータ４２として、操舵角θ_ｓに基づく補償制御を実行する構成を採用したが、製品仕様などによっては操舵角θ_ｓに基づく補償制御を実行しない構成を採用してもよい。ただし、この場合であれ、ＥＣＵ４０あるいはマイクロコンピュータ４２に操舵角θ_ｓの演算機能を持たせてもよい。操舵角θ_ｓは、ＥＰＳ１０で使用されなくても他の車載システムで使用されることがある。

・本実施の形態では、監視回路４３における制御回路７５の検査を行う検査回路７７を監視回路４３に組み込んだが、検査回路７７を監視回路４３とは別個の独立した集積回路として設けてもよい。

・ＥＰＳ１０の仕様によっては、電源スイッチ６３がオフされている期間においてモータ３１の回転数を検出することが要求されないことも考えられる。この場合、電源スイッチ６３がオフされている期間を含むマイクロコンピュータ４２の起動前（図４における時刻ｔ３まで）であれば、適宜のタイミングで検査回路７７による検査を実行することが可能である。

・監視回路４３の監視対象（検出対象）は、モータ３１に限らない。
・本実施の形態では、ＥＰＳ１０として、モータ３１のトルクをステアリングシャフト２２（コラムシャフト２２ａ）に伝達するタイプを例に挙げたが、モータ３１のトルクをラック軸２３に伝達するタイプであってもよい。

・本実施の形態では、車両用制御装置をＥＰＳ１０のＥＣＵ４０に具体化したが、ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達経路を断続するクラッチ機能を有するステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式の操舵装置の制御装置に具体化してもよい。ステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達経路が接続された状態において、ＥＰＳ１０と同様の課題を有する。

２０…操舵機構、３１…モータ（検出対象）、４０…ＥＣＵ（車両用制御装置）、４２…マイクロコンピュータ（第２の回路）、４３…監視回路（第１の回路）、５３…回転角センサ（センサ）、７１…電源回路、７２…回転検出回路、７５…制御回路、７７…検査回路（第３の回路）。

Claims (5)

1. 常に給電されて、検出対象の状態量を検出する第１の回路と、
   車両電源がオンされることにより起動して、前記第１の回路により検出される前記状態量を使用して特定の処理を行う第２の回路と、
   前記第２の回路の起動前に前記第１の回路の検査を実行する第３の回路と、を有し、
   前記検出対象は車両の操舵機構に付与されるトルクの発生源であるモータであって、当該モータの回転に応じた電気信号を生成するセンサが車載されていることを前提として、
   前記第１の回路は、前記センサを通じて取得される前記電気信号に基づき前記状態量の変化として前記モータの回転数を検出する回転検出回路、および前記回転検出回路の動作を制御するロジック回路で構成された制御回路を有し、
   前記第２の回路は、前記モータを操舵状態に応じて制御するとともに、前記センサを通じて取得される電気信号に基づき演算される前記モータの相対回転角、および前記回転検出回路を通じて取得される前記モータの回転数を使用して、前記特定の処理として絶対操舵角を演算するマイクロコンピュータであり、
   前記第３の回路は、前記第１の回路における前記制御回路の検査を実行する車両用制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用制御装置において、
   前記第３の回路は、前記第１の回路に組み込まれている車両用制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用制御装置において、
   前記第２の回路は、車両電源がオンされることに伴う電源の投入時に内部状態を初期化するリセット機能を有するとともに、電源が立ち上がってリセット状態が解除されることを契機として起動し、
   前記第３の回路は、前記第２の回路がリセット状態である期間において前記第１の回路の検査を実行する車両用制御装置。
4. 請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の車両用制御装置において、
   前記検出対象の状態量は、車両電源がオフされているときであれ変化するおそれのある状態量であって、
   前記第１の回路は、定められたサンプリング間隔で前記状態量を検出し、
   前記第３の回路は、前記第２の回路の起動前、かつ前記第１の回路のサンプリング間隔内の期間において前記第１の回路の検査を実行する車両用制御装置。
5. 請求項１～請求項４のうちいずれか一項に記載の車両用制御装置において、
   前記第３の回路は、前記第１の回路の検査を複数回に分割して実行する車両用制御装置。

Images