JP5987997B2 - 中途故障診断システム及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置等の電気装置や電気設備等の故障（異常）を診断する中途故障診断システムに関し、特に統計学的手法（正規分布確率、上下限側確率）を応用して中途故障を検出し、不用意なシステムダウンを抑制し、信頼性を向上した中途故障診断システム及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。

電気機器や電気素子等を具備した電気装置や電気設備等（以下、単に「電気装置」とする）として、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｒと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電流制御値Ｅによってモータ２０に供給する電流を制御する。なお、車速ＶｅｌはＣＡＮ（Controller Area Network）等から受信することも可能である。

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴｒ及び車速センサ１２（若しくはＣＡＮからの車速Ｖｅｌは電流指令値演算部３１に入力され、電流指令値演算部１０１において操舵トルクＴｒ及び車速Ｖｅｌに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆ１が演算される。演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は、過熱保護条件によって最大値を制限する最大出力制限部３２を経て減算部３３に加算入力される。減算部３３は、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆ２とフィードバックされているモータ電流ｉとの偏差Ｉｒｅｆ３（＝Ｉｒｅｆ２−ｉ）を求め、偏差Ｉｒｅｆ３はＰＩ制御部３４でＰＩ制御され、ＰＩ制御された電圧指令値Ｅが更にＰＷＭ制御部３５に入力されてデューティを演算され、ＰＷＭ信号ＰＳでインバータ等のモータ駆動回路３６を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出手段３７で検出され、減算部３３に入力されてフィードバックされる。

かかる電動パワーステアリング装置のような電気装置の通常故障を確定する際に、故障部位にもよるが、ある故障閾値を超えて検出されることが、その検出読み込みのサンプリングで、連続して１回から数千回フェールフラグが計数された場合、その故障を確定する等の処理がなされている。不連続な場合、その連続フラグが立たないので、故障として確定することが困難である。また、上記故障閾値を小さくすれば、その連続しないフラグが連続する傾向となるが、誤検知となりかねない問題がある。

図３は従来の一般的な故障検出の例を示しており、出力電圧の和が正常時は典型的に5.10Ｖとなる性質を利用し、上限側の故障閾値が5.35Ｖに設定され、下限側の故障閾値が4.85Ｖに設定された確率密度曲線の例を示している。横軸は出力電圧の和（診断値）であり、縦軸は確率密度を示している。

この場合の故障検出の動作例は、図４のフローチャートのようになる。即ち、出力電圧の和を１ｍｓ毎に計測し（ステップＳ１）、先ず出力電圧の計測値（診断値）が下限側の故障閾値の4.85Ｖ以下であるか否かを判定し（ステップＳ２）、下限側の故障閾値の4.85Ｖ以下である場合には、フェールカウンタによる計数を行う（ステップＳ４）。また、出力電圧の計測値が下限側の故障閾値の4.85Ｖより大きい場合には、更に出力電圧が上限側の故障閾値の5.35Ｖ以上であるか否かを判定し（ステップＳ３）、出力電圧が上限側の故障閾値の5.35Ｖ以上である場合には、フェールカウンタによる計数を行う（ステップＳ４）。出力電圧の計測値が上限側の故障閾値の5.35Ｖよりも小さい場合には、上記ステップＳ１にリターンして上記動作を繰り返す。

なお、下限側の故障閾値と上限側の故障閾値の判定順序は逆であっても良い。

上述のようなフェールカウンタの計数時に、フェールカウンタが５００回連続で計数したか否かを判定し（ステップＳ５）、連続計数回数が５００回未満の場合には上記ステップＳ１にリターンして上記動作を繰り返し、連続計数回数が５００回以上となったときに故障を確定する（ステップＳ６）。

このように従来は、連続して所定回数（例えば５００回）が計数された場合に故障を確定する処理を行っているので、上下限の故障閾値を小さくすれば、その連続しないフラグが連続する傾向となるが、正常であるにも拘わらず誤検知となりかねない問題がある。

また、図５の特性図に示すように上限側の故障閾値と下限側の故障閾値との間では、フェールカウンタはフラグを計数することができず、故障閾値を超えない程度の故障を検出することができない。つまり、不可逆的な特性変化や経年劣化による特性変化等に基づく故障である中途故障（インターミッテントフェール）若しくは間欠故障（以下、単に「中途故障」とする）の検出を行うことができない。

一方、電動パワーステアリング装置の近年の車両電子制御装置の要求として、連続的な故障（パーマネントフェール）のみならず、中途故障までを検出したいとの要求がある。中途故障は検知、確定することが非常に難しく、例えば中途故障の確定が早すぎたりすると、電動パワーステアリング装置のアシスト機能が未だ使えるのに、システムダウンさせてしまうことになり、最近の車両電子制御の延命思想とも相反する事象ともなりかねない。

特開２０１２−２２０４８５号公報

電気装置（電気設備）の良否を診断するシステムとして、電気装置の正常状態及び異常（故障）状態の種類に応じて予めそれぞれの状態毎にデータを用意しておき、電気装置を診断する際に当該装置から得られたデータが、どの状態のデータに近いかを比較判定することにより、当該電気装置が正常状態か異常状態（故障）にあるかを診断する手法がある。この手法では、電気装置の正常状態及び異常状態の種類毎に予めデータを診断前に用意しておかなければならないが、正常状態のデータを用意することは比較的簡単であっても、電気装置を人為的に異常（故障）状態にして、それぞれの異常状態の種類毎にデータを得ることは極めて困難な場合が多い。

かかる問題を解決するものとして、特開２０１２−２２０４８５号公報（特許文献１）に開示された良否診断システムがある。特許文献１に記載の良否診断システムは、診断対象となる電気設備に流れる電流から特徴量を検出する特徴量検出手段と、電気設備が正常状態のときに特徴量検出手段で得られた特徴量の平均と標準偏差とを導出して記憶しておく演算記憶手段と、電気設備の診断をする際に、特徴量検出手段により得られた特徴量と演算記憶手段に記憶されている平均と標準偏差とに基づいて決定される楕円体の内側に存在する確率値を求める確率計算手段とを備え、電気設備の複数相に流れる電流を同期計測し、各相に流れる電流から各相毎の確率値を確率計算手段で導出し、各相で得られた確率値をかけ合わせる若しくは足し合わせることで得られた確率値に基づいて、電気設備が正常か異常かを診断する診断手段を備えた診断システムである。

このように特許文献１の診断システムでは、理論的に正常時には絶対超えない単一の値を故障閾値とし、その故障閾値を超えた時間（計数値）が規定の時間（計数値）により故障判定しているが、ハードウェアの中途故障は検出することができない。つまり、故障閾値を超えない程度の故障（中途故障）は検出することができない問題があり、近年の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）の要請には応えることができない。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、従来の故障閾値による故障検出に加え、故障閾値の内側に中途故障診断閾値を設定し、或いは検出分解能単位で中途故障診断閾値を任意の範囲に設定し、統計学的手法で中途故障を広範囲な領域でかつ確実に検出し、不用意なシステムダウンを抑制することができ、信頼性を向上した中途故障診断システム及びそれを搭載した高性能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、電気装置の正常時における計測値の平均値及び標準偏差から正規分布を算出し、前記計測値の診断閾値として少なくとも１つの故障閾値を設定し、前記故障閾値を超える前記計測値の回数若しくは時間を計測して、通常診断の故障確定１するフェールカウンタを具備した故障診断システムに関し、本発明の上記目的は、前記平均値と前記故障閾値の間に中途故障診断閾値を設定し、前記フェールカウンタは前記計測値が前記中途故障診断閾値を超える回数若しくは時間を計測すると共に、前記通常診断の誤故障確率と前記中途故障診断の誤故障確率とが同じになるように、前記フェールカウンタの故障確定２する計数値若しくは時間を設定することにより達成される。

本発明の上記目的は、前記故障閾値を物理的な要件１に基づいて設定することにより、或いは前記物理的な要件１が、ハードウェア特性若しくはシステム使用条件であることにより、或いは前記故障確定２する計数値若しくは時間を物理的な要件２に基づいて設定することにより、或いは前記物理的な要件２が、ハードウェア特性、システム使用条件、想定インパルスノイズ幅、機能安全上の継続許容時間の少なくとも１つであることにより、或いは前記故障閾値が上限側及び下限側に設けられ、前記平均値との間に少なくとも１つの前記中途故障診断閾値が設定されていることにより、或いは前記故障計数を連続的又は不連続で行うことにより、或いは前記中途故障診断閾値を検出分解能単位で、診断値の全ての範囲にシフトして設定できるようにすることにより、より効果的に達成される。

上記各中途故障診断システムを搭載することにより、上記目的の電動パワーステアリング装置が達成される。

本発明に係る中途故障診断システムによれば、中途故障診断閾値を故障閾値の内側（上限側：平均値＜中途故障診断閾値＜故障閾値、下限側：平均値＞中途故障診断閾値＞故障閾値）に設定し、或いは平均値及び故障閾値に関係なく、中途故障診断閾値を故障閾値の内側（若しくは外側）に検出電圧の最小分解能単位でシフトして設定し、設定された中途故障診断閾値若しくは検出分解能単位だけ離れた隣接中途故障診断閾値を超える計測値の回数若しくは時間を計測し、統計学的手法により中途診断を行うようにしている。そのため、従来の故障閾値に基づく故障診断（通常診断）に加えて、中途故障診断閾値（或いは検出分解能単位だけ離れた隣接中途故障診断閾値）に基づき、故障閾値を超えない程度の中途故障（異常を含む）の診断をもほぼ全ての領域で併せて行い得る。上限側及び下限側の中途故障診断閾値を検出分解能単位で隣接させることにより、中途故障診断閾値を診断値の全ての範囲（故障閾値を超える範囲を含めて）にシフトして設定でき、中途故障の検出不能な領域がなくなり、診断値のとり得る全領域について故障を検出することができる。このような広範囲な中途故障診断により、システム等を不用意にダウンさせることもなく、信頼性を向上させることができる。

本発明では、電圧や電流等の計測値の分布が正規分布を示すことを前提とし、単一パラメータの計測で得られた計測値の外側に存在する確率に対して、フェールカウンタ閾値でべき乗した値に基づいて、正常であるか或いは故障（異常を含む）若しくは中途故障であるかを診断することができる。

また、通常診断と中途故障診断のそれぞれについて、フェール確定した際の制御処理を個別に指定することができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 従来の故障検出の一例を説明するための特性図である。 従来の故障検出の一例を示すフローチャートである。 従来、中途故障の診断をできないことを説明するための特性図である。 本発明の構成例（実施形態１）を示すブロック図である。 故障誤検出確率の許容値の導出例を示すフローチャートである。 中途故障診断閾値の設定及び中途故障誤検出確率の導出例を示すフローチャートである。 本発明の動作例（実施形態１）を示す特性図である。 本発明の動作例（実施形態１）を示す特性図である。 本発明の動作例（実施形態２）を示す特性図である。 本発明の動作例（実施形態２）を示す他の特性図である。 本発明の動作例（実施形態２）を示す他の特性図である。 本発明の構成例（実施形態２）を示すブロック図である。

電気装置に対する従来の故障診断は、正常時には絶対に超えない値を故障閾値（上限側若しくは下限側、或いは両方）として設定し、その故障閾値を超えた時間（計数値）が規定の時間（計数値）に達した時に故障を確定することで故障検出（通常診断）を行っているので、故障閾値を超えない程度の中途故障は検出することができない。

これに対して本発明では、診断値が平均値を示す場合は無条件で正常と考え、中途故障診断閾値を故障閾値の内側（上限側：平均値＜中途故障診断閾値＜故障閾値、下限側：平均値＞中途故障診断閾値＞故障閾値）に設定し、故障閾値に基づく従来の故障検出に加えて、中途故障診断閾値に基づく統計学的手法（正規分布確率、上下限側確率）による中途故障（異常を含む）の診断を行う。或いは、上限側及び下限側の中途故障診断閾値の設定範囲として平均値以上（上限側）又は平均値以下（下限側）の値を許容する場合には、平均値及び故障閾値に関係なく、中途故障診断閾値を故障閾値の内側（若しくは外側）に検出電圧の最小分解能単位でシフトして設定し、中途故障診断閾値若しくは検出分解能単位だけ離れた隣接中途故障診断閾値を超える計測値の回数若しくは時間を計測し、中途故障診断閾値に基づく統計学的手法による中途故障の診断を行う。即ち、本発明では、電気装置の電圧等の計測値（診断値）の分布が正規分布を示すことを前提とし、単一パラメータの計測で得られた検出値の外側に存在する確率に対して、フェールカウンタ閾値でべき乗した値に基づいて、正常であるか或いは故障若しくは中途故障であるかを診断するようにしている。

一般に、正規分布確率は確率変数、平均値、標準偏差、確率変数が存在する下限及び確率変数が存在する上限から求められる。また、上側確率（１回の計測結果（診断値）が所定値以上となる確率）及び下側確率（１回の計測結果（診断値）が所定値以下となる確率）はいずれも、診断値、平均値、標準偏差、診断値が存在する下限及び診断値が存在する上限から求められる。

故障閾値を決定する際の物理的な要件として、例えばハードウェア特性（製造ばらつき幅、温度特性（温度変化による診断値への影響）、電源電圧特性（電源電圧の変化による診断値への影響）、診断値の計測ばらつき幅（計測精度）、診断値のホワイトノイズ幅、力学的振動特性（力学的振動の印加による診断値への影響））、システム使用条件（使用温度範囲（使用する場所の温度範囲）、使用電源電圧範囲（使用する電源の電圧範囲）、力学的振動条件（使用する場所の振動有無））がある。また、フェール確定する計数値を決定する際の物理的な要件として、例えばハードウェア特性（診断値の計測周期）、システム使用条件（当該システムの使用目的にあった検出時間（故障発生から検出するまでの時間））、想定インパルスノイズ幅（外来から印加される電気的ノイズによって突発的に発生する診断値上のインパルスノイズのパルス幅（検出時間がパルス幅より短いと誤検知してしまう））、機能安全上の継続許容時間（当該診断で検出する故障が継続した時に、機能不全によりシステムとして危険な状態となるまでの時間）を用いている。

本発明の実施形態１で使用する中途故障診断閾値は、診断値が平均値を示す場合は無条件で正常と考え、平均値（正常値）と故障閾値との間に設定される。つまり、本発明で使用する中途故障診断閾値は、正常値（平均値）と従来の上限側故障閾値との間に１つ、又は正常値（平均値）と従来の下限側故障閾値との間に１つ、或いは正常値（平均値）と従来の各上下限側故障閾値との間に２つ設定される。

診断値が例え平均値を示している場合でも、ある長い期間連続して同じ値を示す場合には、診断値が固着している異常状態であるといえる。本発明の実施形態２は、このような異常状態の検出機能を付加することを目的としている。実施形態２では、平均値及び故障閾値に関係なく、中途故障診断閾値を故障閾値の内側（若しくは外側）に検出電圧の最小分解能単位でシフトして設定し、中途故障診断閾値若しくは検出分解能単位だけ離れた隣接中途故障診断閾値により中途故障を診断している。

中途故障診断閾値を設定する際に問題となるのは、誤検出である。よって、中途故障診断閾値を設定しても、誤検出性が悪くならないようにする必要がある。正規分布曲線の性質上、確率変数（計測値）が∞（又は−∞）まで確率密度（頻度）は０にならない。よって、故障が無い状態でも、従来の故障閾値を低確率で超える。本発明ではこの確率を故障誤検出確率の許容値（限界）とし、中途故障診断閾値を設定した際の誤検出確率が、この故障誤検出確率の許容値と等しくなるようにすることで、誤検出性が悪くならないようにしている。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図６は本発明の構成例（実施形態１）を示しており、電動パワーステアリング等の電気装置１００には、正常時における電圧や電流等の物理量を、例えば１ｍｓ毎に計測（検出）する計測部１０１が接続されており、計測部１０１で計測（検出）された計測値（検出値）はＣＰＵやメモリ等で成る演算処理部１１０に入力される。

演算処理部１１０は、正常時に計測部１０１で計測された計測値の平均値を演算する平均値演算部１１１と、上記計測値の標準偏差を演算する標準偏差演算部１１２と、所定式に従って確率を演算する確率演算部１１３と、故障誤検出確率の許容値を演算する故障誤検出確率の許容値演算部１１４と、所望の中途故障診断閾値を設定する中途故障診断閾値設定部１１５と、中途故障の誤検出確率を演算する中途故障誤検出確率演算部１１６と、中途故障フェールカウンタ閾値を演算する中途故障フェールカウンタ閾値演算部１１７とで構成されている。電気装置１００の動作時には計測部１０１で所定部位の電圧等が計測され、その計測値が診断値として演算処理部１１０に入力される。

また、演算処理部１１０には、演算処理部１１０の演算処理結果に基づいて電気装置１００の正常、故障及び中途故障を診断する診断部１２０が接続されており、診断部１２０の診断結果は表示装置、プリンタ等の出力装置１２１に出力される。

このような構成において、故障誤検出確率の許容値αの演算は、図７のフローチャートに示すように実施される。

先ず、電気装置１００の正常品において、計測部１０１は所定部位の電圧等について複数回の計測（検出）を行い（ステップＳ１０）、計測値（検出値）の平均値を平均値演算部１１１で演算すると共に、標準偏差演算部１１２で標準偏差を演算して求める（ステップＳ１１）。上述した故障閾値は本発明においても上限側若しくは下限側、或いは両方に予め設定されており、確率演算部１１３は、上記ステップＳ１１で得た平均値及び標準偏差に基づいて、これら故障閾値以上の値を検出する確率を演算する（ステップＳ１２）。確率演算は、例えば特許文献１に開示されているような手法を利用する。ここで求めた確率は、１回の試行（計測）において故障閾値以上の値を検出する確率であり、この確率を利用して、許容値演算部１１４は故障誤検出確率の許容値αを下記数１に従って演算する（ステップＳ１３）。
（数１）
故障誤検出確率の許容値α＝Ｐ_Ｆ ^ｎ
ただし、Ｐ_Ｆは、１回の試行において故障閾値以上の値を検出する確率であり、ｎは、フェールカウンタ閾値（単位は回）である。

次に、中途故障診断閾値の設定及び中途故障誤検出確率βの演算は、図８のフローチャートに従って実施される。

先ず、中途故障診断閾値設定部１１５は中途故障診断閾値を設定する（ステップＳ２０）。中途故障診断閾値は平均値（正常値）と上限側の故障閾値との間、又は平均値と下限側の故障閾値との間、或いは平均値と上下限側の２つの故障閾値との間であれば、どのような値でも良い。次に、確率演算部１１３は、１回の計測において、計測値が上記設定した中途故障診断閾値以上又は以下の値を検出する確率を正規分布表等で演算して求める（ステップＳ２１）。上記ステップＳ２１で求めた確率は、１回の試行（計測）において中途故障診断閾値以上又は以下の値を検出する確率であり、この確率を利用して、中途故障誤検出確率演算部１１６は中途故障誤検出確率βを下記数２に従って演算する（ステップＳ２２）。
（数２）
中途故障誤検出確率の許容値β＝Ｐ_Ｔ ^Ｎ
ただし、Ｐ_Ｔは、１回の試行において中途故障診断閾値以上の値を検出する確率であり、Ｎは、フェールカウンタ閾値（単位は回）である。

次に、中途故障フェールカウンタ閾値演算部１１７は、上述のようにして求められた中途故障検出確率Ｐ_Ｔ ^Ｎと故障誤検出確率の許容値Ｐ_Ｆ ^ｎとが等しくなるような中途故障フェールカウンタ閾値Ｎを演算する。
（数３）
Ｐ_Ｔ ^Ｎ＝Ｐ_Ｆ ^ｎ
の条件より、
（数４）
ｌｏｇＰ_Ｔ ^Ｎ＝ｌｏｇＰ_Ｆ ^ｎ
が成り立ち、
（数５）
Ｎ・ｌｏｇＰ_Ｔ＝ｎ・ｌｏｇＰ_Ｆ
となる。従って、中途故障フェールカウンタ閾値Ｎは下記数６から算出することができる。
（数６）
Ｎ＝（ｎ・ｌｏｇＰ_Ｆ）／（ｌｏｇＰ_Ｔ）

正常品において故障閾値以上（若しくは以下）の値を検出する確率をＰ_Ｆ、従来の診断のフェールカウンタ閾値をｎ、中途故障診断閾値以上（若しくは以下）の値を検出する確率をＰ_Ｔ、中途故障フェールカウンタ閾値をＮとした場合、上記数６が成り立つような確率Ｐ_Ｔ、中途故障フェールカウンタ閾値値Ｎを設定することによって、診断部１２０は従来診断の耐誤検出性を保ちながら中途故障の検出が可能となる。診断結果は出力部１２１に出力される。ここでは中途故障フェールカウンタ閾値を計数値で説明しているが、時間の計測であっても良い。

これらの計数値（時間）は故障部位毎に設定でき、あるものは、その計数値を記憶して積算して使用しても良く、或いはリセットしても良い。また、パーマネントフェールとインターミッテントフェールを区別するために、車両の故障インジケータの点灯パターンを変えても良い。例えばパーマネントフェールは従来通り点灯、インターミッテントフェールは点滅させても良い。

本発明（実施形態１）では上述のように、中途故障を検出するために中途故障検出用の閾値（中途故障診断閾値）を上限側の故障閾値よりも小さい内側に設定し、連続的な故障の他に故障閾値を超えない程度の中途故障を検出できる診断機能を追加している。

具体例として図９に示すように、正常値（平均値）の5.10Ｖより大きく上限側の故障閾値5.35Ｖより小さい中途故障診断閾値5.25Ｖを上限側中途故障診断閾値として設ける場合を説明する。このような中途故障診断閾値を設定することにより、フェールカウンタが計数しない検出不能の範囲が狭くなる。出力電圧の和が5.25Ｖ以上の場合、中途故障検出用のフェールカウンタが計数する。また、出力電圧の和が正規分布を示す場合、１回の計測結果が5.25Ｖ以上の値となる確率は計算で“0.0668”と導出できる。なお、この計算を行うために、事前に正常状態における計測値の平均値と標準偏差値を実測により調べておく必要がある（例は平均値が5.1Ｖで標準偏差値が0.1Ｖの場合）。同様に従来故障閾値以上（5.35Ｖ以上）の値となる確率も計算で“0.0062”と導出できる。今、故障閾値の5.35Ｖ以上の出力電圧が500msの間、保持した場合、500回連続で計数されることになるので故障が確定する。このときの確率は、（0.0062）⁵⁰⁰である。

次に、中途故障を確定する際の計数値を設定する。設定の指針としては、中途故障機能を追加しても、追加前と比較して誤故障確率が高くならないようにする。具体的には、中途故障を確定する確率も従来の故障確定の確率と同じにする。今、中途故障検出用フェール計数値をＮとした場合、
（数７）
（0.0668）^Ｎ＝（0.0062）⁵⁰⁰
が成り立つような計数値Ｎを求める。上記数７より、フェール計数値Ｎは、下記数８で求められる。
（数８）
Ｎ＝500×（ｌｏｇ0.0062／ｌｏｇ0.0668）＝939.23

よって、中途故障検出用フェール計数値Ｎを939回に設定する。これにより中途故障診断閾値以上の値が939msの間、保持したら中途故障を確定するようにする。中途故障検出用フェール計数値Ｎの代わりに、時間の設定と検出であっても良い。

ある診断において、システムの状態によって計測値が変化する場合（電動パワーステアリングならモータ回転時とそうでないときで値が変化するような場合等）、ある定まった状態で計測した値のみを採用したい時は（電動パワーステアリングならモータが回転していない時など）、計数は不連続となる。また、電源ＯＦＦしてもカウンタリセットさせたくない場合は、不揮発性メモリに計数値を記憶することも必要である。

上述では上限側に上限側中途故障診断閾値を設定しているが、図１０に示すように、下限側に下限側中途故障診断閾値を設定しても良く、上限側、下限側の一方若しくは両方に中途故障診断閾値を設定する。

上述の実施形態１では、診断値（出力電圧の和）が平均値を示す場合は無条件で正常と考え、上限側の中途故障診断閾値の設定範囲として平均値以上（下限側では平均値以下）の値を許容していないため、平均値を含む検出不能な範囲において、診断値が固着する異常状態を検出することができない。計測した診断値が例え平均値を示している場合でも、ある長い期間連続して同じ値を示す場合には、診断値が固着している異常状態であるといえるので、実施形態２ではこのような異常状態の検出機能を付加する。

実施形態２では平均値以上（下限側では平均値以下）の値を許容することによって、図１１に示すように、上下限の中途故障診断閾値を診断値の最小分解能を隔てて（隣接して）設定する。任意の上下限側に中途故障診断閾値を設定し、その値の下限側（又は上限側）に検出可能な最小変化量（分解能）だけ隔てた値を下限側（又は上限側）中途故障診断閾値として設定するものであり、これにより計数しない領域が無くなり、診断値がとり得る全ての範囲において診断値が固着する異常状態の検出が可能となる。設定された上限側中途故障診断閾値に基づき、下限側中途故障診断閾値及び下限側中途故障用フェール計数値を設定する。その際、下限側中途故障診断閾値は上限側中途故障診断閾値と検出分解能だけ隔てた値（隣接した値）に設定する。

また、上下の中途故障診断閾値は互いに大小関係の制約を受けずに設定可能とする（図１２及び図１３参照）。図１２は上限側中途故障診断閾値と下限側中途故障診断閾値が反転した場合を示し、図１３は中途故障診断閾値が故障閾値の外側に設定された場合を示している。これは、上下それぞれの中途故障診断閾値により確定する誤フェール確定確率は、上下限それぞれの従来故障の誤フェール確定確率により決まり、これらは互いに干渉しないためである。

このような理由により、上下の中途故障診断閾値はそれぞれ任意の値に設定可能であるが、実用上の理由から、これらを隣接して設定することが望ましい。それは、診断値の全領域において診断固着の異常状態を検出させる場合、隣接して設定することにより、中途故障が確定する計数値を小さい値に設定できるためである。これにより、診断システムで使用するフェールカウンタは計数可能な値が小さいものを使用でき、コストを低く抑えることができる。

実施形態２では図１１に示すように、上限側中途故障診断閾値が平均値（5.1Ｖ）の場合、下限側中途故障診断閾値は上限側中途故障診断閾値−検出電圧の最小分解能（＝5.1-0.001=5.099Ｖ）とすることにより、検出不能な領域（計数しない領域）が無くなり、全ての領域で診断値固着の異常検出が可能となる。ただし、本診断における診断値の検出分解能が“0.001Ｖ”の 場合である。

図１４は実施形態２の構成例を図６に対応させて示しており、隣接中途故障診断閾値設定部１１５Ａが設けられており、上限側中途故障診断閾値の設定と、下限側中途故障診断閾値（＝上限側中途故障診断閾値−検出電圧の最小分解能）との設定で、隣接中途故障診断閾値を設定する。

また、図１１に示すように、上限側中途故障診断閾値が、例えば5.25 Ｖに設定された場合、下限側中途故障診断閾値＝上限側中途故障診断閾値−検出分解能＝（5.25−0.001）Ｖ＝5.249 Ｖとなり、下限側中途故障診断閾値は5.249Ｖとなる（図１１参照）。更に、上限側中途故障診断閾値と下限側中途故障診断閾値の大小関係が反転した場合、図１２に示すように、例えば上限側中途故障診断閾値が4.85Ｖで、下限側中途故障診断閾値が5.25Ｖの場合、中途故障診断閾値により確定する誤フェール確定確率は上下限それぞれの従来故障の誤フェール確定確率により決まり、これらは互いに干渉しないため、上下の中途故障診断閾値は互いに大小関係の制約を受けない。

従来故障の誤フェール確定確率と中途故障の誤フェール確定確率が同じであるならば、図１３に示すように、中途故障診断閾値を従来の故障閾値の外側に設定することも可能である。この場合、フェール確定する計数値は、中途故障の方が小さくなる。しかし、この場合、中途故障の検出という目的から外れるため、中途故障診断閾値とは呼ばず、例えば誤フェール性等価変換閾値とする。この場合の効果として、故障確定までの時間短縮（故障検出の高速化）が挙げられる。

次に、図１１に示すように上限側中途故障診断閾値を5.25Ｖに設定、下限側中途故障診断閾値を5.249Ｖに設定した場合の具体例を説明する。この場合、１回の計測結果が5.249Ｖ以下の値となる確率は計算で“0.9319”と導出できる。同様に下限側従来故障閾値以下（4.85Ｖ以下）の値となる確率も計算で“0.0062”と導出できる。今、故障閾値の4.85Ｖ以下の出力電圧が500msの間、保持した場合、500回連続で計数されることになるので故障が確定する。このときの確率は、（0.0062）⁵⁰⁰である。

次に、下限側中途故障を確定する際の計数値を設定する。具体的には、下限側中途故障を確定する確率も下限側従来故障確定確率と同じにする。今、下限側中途故障検出用フェール計数値をＮとした場合、
（数９）
（0.9319）^Ｎ＝（0.0062）⁵⁰⁰
が成り立つような計数値Ｎを求める。上記数１０より、フェール計数値Ｎは、下記数１０で求められる。
（数１０）
Ｎ＝500×（ｌｏｇ0.0062／ｌｏｇ0.9319）＝36035.89
よって、下限側中途故障検出用フェール計数値Ｎを36036回に設定する。これにより下限側中途故障診断閾値以下の値が36036msの間、保持したら下限側中途故障を確定するようにする。

上述では電圧の検出について説明しているが、診断値として電流や回転数等の物理量についても同様に適用できる。また、本発明の中途故障検出システムを電動パワーステアリング装置に適用した場合、診断の検出対象はモータの各相電流、トルクセンサのトルク値、バッテリ電圧、駆動回路印加電圧等になり、故障及び中途故障を併せて診断できる高性能な電動パワーステアリング装置を実現できる。

なお、上述で説明した電圧値等の数値は全て説明便宜上の一例であり、適宜変更可能である。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ 電流指令値演算部
３２ 最大出力制限部
３４ ＰＩ制御部
３５ ＰＷＭ制御部
３６ モータ駆動回路
１００ 電気装置
１０１ 計測部
１１０ 演算処理部
１１１ 平均値演算部
１１２ 標準偏差演算部
１１３ 確率演算部
１１４ 許容値演算部
１１５ 中途故障診断閾値設定部
１１６ 中途故障誤検出確率演算部
１１７ 中途故障フェールカウンタ閾値演算部
１２０ 診断部
１２１ 出力部

Claims (9)

1. 電気装置の正常時における計測値の平均値及び標準偏差から正規分布を算出し、前記計測値の診断閾値として少なくとも１つの故障閾値を設定し、前記故障閾値を超える前記計測値の回数を計測して、通常診断の故障確定１するフェールカウンタを具備した故障診断システムにおいて、
   前記平均値と前記故障閾値の間に中途故障診断閾値を設定し、前記フェールカウンタは前記計測値が前記中途故障診断閾値を超える回数を計測すると共に、
   前記通常診断の誤故障確率の許容値と前記中途故障診断の誤故障確率の許容値とが同じになるように、前記フェールカウンタの故障確定２する計数値を設定し、
   前記通常診断の故障確定１するフェールカウンタの計数値をｎ、前記フェールカウンタの故障確定２する計数値をＮ、前記通常診断の誤故障確率の許容値Ｐ_Ｆ ^ｎおよび前記中途故障診断の誤故障確率の許容値Ｐ_Ｔ ^Ｎとした際、
   Ｎ＝（ｎ・ｌｏｇＰ_Ｆ）／（ｌｏｇＰ_Ｔ）
   の関係を有する中途故障診断システム。
2. 前記故障閾値を物理的な要件１に基づいて設定する請求項１に記載の中途故障診断システム。
3. 前記物理的な要件１が、ハードウェア特性若しくはシステム使用条件である請求項３に記載の中途故障診断システム。
4. 前記故障確定２する計数値若しくは時間を物理的な要件２に基づいて設定する請求項１に記載の中途故障診断システム。
5. 前記物理的な要件２が、ハードウェア特性、システム使用条件、想定インパルスノイズ幅、機能安全上の継続許容時間の少なくとも１つである請求項４に記載の中途故障診断システム。
6. 前記故障閾値が上限側及び下限側に設けられ、前記平均値との間に少なくとも１つの前記中途故障診断閾値が設定されている請求項１乃至５のいずれかに記載の中途故障診断システム。
7. 前記故障計数を連続的又は不連続で行う請求項１乃至６のいずれかに記載の中途故障診断システム。
8. 前記中途故障診断閾値を検出分解能単位で、診断値の全ての範囲にシフトして設定できるようになっている請求項１乃至７のいずれかに記載の中途故障診断システム。
9. 請求項１乃至８に記載の中途故障診断システムを搭載していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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