JP2014184888A - 移動体及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの能力をより十分に発揮しつつも、バッテリの出力低下により動作停止となる事態を回避すること。
【解決手段】移動体は、冗長化された制御系によってモータを駆動することで車輪を回転させて移動する。移動体は、モータを駆動する第１の制御部１１０と、第１の制御部１１０にモータを駆動するための電力を供給する第１のバッテリ２５と、を有する第１の制御系と、第１の制御部１１０と同期してモータを駆動する第２の制御部１２０と、第２の制御部１２０にモータを駆動するための電力を供給する第２のバッテリ２６と、を有する第２の制御系を備える。第２の制御部１２０は、第１のバッテリ２５からの電力の供給に関する第１の制御部１１０の異常の検出に応じて、第２のバッテリ２６からの電力の供給に関する第２の制御部１２０の異常が同様に発生することを回避するために、モータを駆動する電力を所定の制限値以下に制限するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動体及びその制御方法に関し、特にバッテリの電力を使用することで移動体を制御する技術に関する。

特許文献１に開示されるように、人間を運ぶための車両が検討されてきている。特許文献１には、制御系が、Ａ群のコンポーネントと、Ｂ群のコンポーネントとに２重化された個人輸送車が開示されている。この個人輸送車は、Ａ群のコンポーネントとＢ群のコンポーネントのそれぞれは、プロセッサ、モータに電流を出力する増幅器、プロセッサ及びモータに電力を供給する電力源が含まれている。

特許第４１６２９９５号公報

上述した個人輸送車のように、バッテリ（電力源）を搭載し、バッテリの電力を使用してモータを駆動する移動体では、移動体の小型化・軽量化を実現するために、バッテリ及びモータを小型化・軽量化することが望まれている。しかしながら、バッテリを小型化すると、その分だけバッテリの出力性能も低くなってしてしまう。

ここで、図９に示すように、バッテリには、内部抵抗Ｒｉが存在し、より大きなトルクでモータを駆動するために電流をたくさん引けば引くほど出力電圧が低下してしまう。そして、バッテリの出力電圧が低下してしまうと、モータの駆動を制御するＥＣＵ（プロセッサ等）自体にも動作に必要な電圧が供給されなくなり、ＥＣＵが動作停止（システム断）してしまうという問題がある。特に、小型化されたバッテリは、出力性能が低い分、バッテリの出力電圧の低下が発生し易いため、ＥＣＵがシステム断し易くなってしまう。

このような問題を回避するために、モータに対する出力を、バッテリの本来の出力性能に基づいて実際に出力可能な最大値から一定の安全マージンを取った制限値までに制限する方法が考えられる。これによれば、バッテリの消費電力（引かれる電流量）を低減し、バッテリが劣化して出力性能が低下している場合であっても、バッテリの出力電圧の低下を回避することができる。しかしながら、この方法の場合、モータに対する出力が制限されるため、モータの本来の能力を十分に発揮することができなくなってしまうという問題がある。

また、この方法の場合、バッテリの出力性能のばらつき（バッテリの劣化等による変動）を考慮した保守的な制限値を設けることが好ましく、そのようにした場合には、さらにモータの本来の能力を十分に発揮することができなくなってしまう。また、バッテリの出力性能のばらつきを正確に測定することも困難であるため、個々のバッテリの状態に応じた制限値を設けることも困難である。

本発明は、上述した知見に基づいてなされたものであって、モータの能力をより十分に発揮しつつも、バッテリの出力低下により動作停止となる事態を回避することができる移動体及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる移動体は、冗長化された制御系によってモータを駆動することで車輪を回転させて移動する移動体であって、前記モータを駆動する第１の制御部と、前記第１の制御部に前記モータを駆動するための電力を供給する第１のバッテリと、を有する第１の制御系と、前記第１の制御部と同期して、前記モータを駆動する第２の制御部と、前記第２の制御部に前記モータを駆動するための電力を供給する第２のバッテリと、を有する第２の制御系と、を備え、前記第２の制御部は、前記第１のバッテリからの電力の供給に関する前記第１の制御部の異常の検出に応じて、前記第２のバッテリからの電力の供給に関する前記第２の制御部の異常が同様に発生することを回避するために、前記モータを駆動する電力を所定の制限値以下に制限するものである。

本発明の第２の態様にかかる制御方法は、冗長化された制御系によってモータを駆動することで車輪を回転させて移動する移動体の制御方法であって、第１の制御系において第１の制御部が第１のバッテリから供給される電力を使用して前記モータの駆動を開始するとともに、第２の制御系において第２の制御部が第２のバッテリから供給される電力を使用して前記第１の制御部と同期した前記モータの駆動を開始するステップと、前記第１のバッテリからの電力の供給に関する前記第１の制御部の異常を検出するステップと、前記第１の制御部の異常の検出に応じて、前記第２のバッテリからの電力の供給に関する前記第２の制御部の異常が同様に発生することを回避するために、前記第２の制御部が前記モータを駆動する電力を所定の制限値以下に制限するステップと、を備えたものである。

上述した本発明の各態様によれば、モータの能力をより十分に発揮しつつも、バッテリの出力低下により動作停止となる事態を回避することができる移動体及びその制御方法を提供することができる。

実施の形態１に係る倒立二輪車の概要構成を示す図である。 実施の形態１に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るバッテリとＥＣＵの接続関係を示す図である。 実施の形態１に係るＥＣＵの動作タイミングを示す図である 実施の形態１に係るモータ出力の制限値を示す図である。 実施の形態１に係る同時システム断防止処理を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るバッテリとＥＣＵの接続関係を示す図である。 実施の形態２に係る同時システム断防止処理を示すフローチャートである。 課題を説明するための図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。以下の実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、それに限定されるものではない。また、以下の記載及び図面では、説明の明確化のため、当業者にとって自明な事項等については、適宜、省略及び簡略化がなされている。

＜発明の実施の形態１＞
図１を参照して、本実施の形態１にかかる倒立二輪車１の概要構成について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる倒立二輪車１の概要構成を示す図である。

倒立二輪車１は、ハンドル４を把持してステップカバー３に搭乗した搭乗者が、倒立二輪車１の前後方向に荷重を作用させた際における、前後方向への倒立二輪車１の姿勢角（ピッチ角）をセンサを利用して検出し、この検出結果に基づいて、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように左右の車輪２を駆動するモータを制御する。すなわち、倒立二輪車１は、ステップカバー３に搭乗した搭乗者が前方に荷重を作用させて倒立二輪車１を前方に傾斜させると、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように前方に加速し、搭乗者が後方に荷重を作用させて倒立二輪車１を後方に傾斜させると、倒立二輪車１の倒立状態を維持するように後方に加速するように、左右の車輪２を駆動するモータを制御する。倒立二輪車１は、制御の安定性を確保するために、モータを制御する制御系が２重化されている。

なお、これらのモータの制御は、倒立二輪車１に搭載された制御装置１０によって行われる。

続いて、図２を参照して、本実施の形態１にかかる制御装置１０の構成について説明する。図２は、本実施の形態１にかかる制御装置１０の構成を示すブロック図である。

制御装置１０は、マイクロコントローラ１１、１２（以下、「マイコン」とも呼ぶ）、インバータ１３〜１６、モータ１７、１８、回転角センサ１９〜２２、ジャイロセンサ２３、２４、及びバッテリ２５、２６を有する。

制御装置１０は、倒立二輪車１の制御の安定性を確保するために、その制御系を、０系の制御系と１系の制御系とに二重化（冗長化）させた二重系システムとなっている。すなわち、０系の制御系と１系の制御系は、同一構成となっており、その構成要素における動作も同一となっている。よって、０系の制御系（マイコン１１）と１系の制御系（マイコン１２）は、原則、同期して（同一の制御内容で）倒立二輪車１の制御を実施することになる。０系の制御系は、マイコン１１、インバータ１３、１４、回転角センサ１９、２０、ジャイロセンサ２３、及びバッテリ２５を含む。０系の制御系は、０系のＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１０として機能する。１系の制御系は、マイコン１２、インバータ１５、１６、回転角センサ２１、２２、ジャイロセンサ２４、及びバッテリ２６を含む。１系の制御系は、１系のＥＣＵ１２０として機能する。

マイコン１１、１２のそれぞれは、ジャイロセンサ２３、２４のそれぞれから出力される角速度信号に基づいて、上述したように、倒立二輪車１の倒立状態を維持するようにモータ１７、１８を制御する。マイコン１１、１２のそれぞれは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶部を有し、記憶部に格納されたプログラムを実行することによって、本実施の形態におけるマイコン１１、１２のそれぞれとしての処理を実行する。すなわち、マイコン１１、１２のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、本実施の形態におけるマイコン１１、１２のそれぞれにおける処理を、ＣＰＵに実行させるためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、ＣＰＵにおける処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。

マイコン１１は、モータ１７を制御する指令値をインバータ１３に出力する。また、マイコン１１は、モータ１８を制御する指令値をインバータ１４に出力する。マイコン１２は、モータ１７を制御する指令値をインバータ１５に出力する。また、マイコン１２は、モータ１８を制御する指令値をインバータ１６に出力する。具体的には、マイコン１１、１２のそれぞれは、ジャイロセンサ２３、２４のそれぞれから出力される角速度信号が示す倒立二輪車１のピッチ軸周りの角速度（ピッチ角速度）を積分することで倒立二輪車１の前後方向の姿勢角（ピッチ角）を算出し、算出した姿勢角に基づいて倒立二輪車１の倒立状態を維持するようにモータ１７、１８を制御する指令値を生成する。

ここで、制御装置１０は、ジャイロセンサ２３、２４に代えて、倒立二輪車１の前後方向の姿勢角（ピッチ角）を検出し、検出した姿勢角を示す姿勢角信号をマイコン１１、１２のそれぞれに出力する姿勢角センサを有するようにしてもよい。姿勢角センサは、例えば、加速度センサ及びジャイロセンサによって、倒立二輪車１の姿勢角を検出するように構成される。そして、マイコン１１、１２のそれぞれは、姿勢角センサから出力された姿勢角信号が示す姿勢角に基づいて、倒立二輪車１の倒立状態を維持するようにモータ１７、１８を制御する指令値を生成するようにしてもよい。

また、マイコン１１、１２のそれぞれは、回転角センサ１９、２１のそれぞれから出力される、モータ１７の回転角を示す回転角信号に基づいて、モータ１７をフィードバック制御するように、インバータ１３、１５のそれぞれに対する指令値を生成する。また、マイコン１１、１２のそれぞれは、回転角センサ２０、２２のそれぞれから出力される、モータ１８の回転角を示す回転角信号に基づいて、モータ１８をフィードバック制御するように、インバータ１４、１６のそれぞれに対する指令値を生成する。

インバータ１３は、マイコン１１から出力された指令値に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行うことで、バッテリ２５から供給される電力から、モータ１７を駆動する駆動電流を生成してモータ１７に供給する。インバータ１４は、マイコン１１から出力された指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を行うことで、バッテリ２５から供給される電力から、モータ１８を駆動する駆動電流を生成してモータ１８に供給する。インバータ１５は、マイコン１２から出力された指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を行うことで、バッテリ２６から供給される電力から、モータ１７を駆動する駆動電流を生成してモータ１７に供給する。インバータ１６は、マイコン１２から出力された指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を行うことで、バッテリ２６から供給される電力から、モータ１８を駆動する駆動電流を生成してモータ１８に供給する。

モータ１７、１８のそれぞれは、二重巻線のモータである。モータ１７は、インバータ１３から供給される駆動電流と、インバータ１５から供給される駆動電流とに基づいて駆動される。モータ１７を駆動することによって、倒立二輪車１の左側の車輪２が回転する。モータ１８は、インバータ１４から供給される駆動電流と、インバータ１６から供給される駆動電流とに基づいて駆動される。モータ１８を駆動することによって、倒立二輪車１の右側の車輪２が回転する。

回転角センサ１９は、モータ１７の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してマイコン１１に出力する。回転角センサ２０は、モータ１８の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してマイコン１１に出力する。回転角センサ２１は、モータ１７の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してマイコン１２に出力する。回転角センサ２２は、モータ１８の回転角を検出し、検出した回転角を示す回転角信号を生成してマイコン１２に出力する。なお、回転角センサ１９〜２２として、例えばエンコーダ又はレゾルバ等のモータ１７、１８の回転角を検出可能なセンサのうち、任意のセンサを利用するようにしてよい。

ジャイロセンサ２３、２４のそれぞれは、搭乗者がステップカバー３に対して、倒立二輪車１の前後方向に荷重を作用させた際における、倒立二輪車１の前後方向に対する角速度（ピッチ軸周りの角速度、ピッチ角速度）を検出し、検出した角速度を示す角速度信号をマイコン１１、１２のそれぞれに出力する。

バッテリ２５は、ＥＣＵ１１０に対して、その動作に必要な電力を供給する。例えば、バッテリ２５は、マイコン１１の動作に必要な電力をマイコン１１に供給する。また、バッテリ２５は、モータ１７、１８に対する駆動電流の生成に必要な電力をインバータ１３、１４に供給する。

バッテリ２６は、ＥＣＵ１２０に対して、その動作に必要な電力を供給する。例えば、バッテリ２６は、マイコン１２の動作に必要な電力をマイコン１２に供給する。また、バッテリ２６は、モータ１７、１８に対する駆動電流の生成に必要な電力をインバータ１５、１６に供給する。

続いて、図３〜図５を参照して、本実施の形態１にかかる制御装置１０による同時システム断防止方法について説明する。図３は、本実施の形態１にかかる制御装置１０におけるバッテリ２５、２６とＥＣＵ１１０、１２０の接続関係を示す図である。図４は、本実施の形態１にかかるＥＣＵ１１０、１２０の動作タイミングを示す図である。図５は、本実施の形態１にかかるモータ出力の制限値を示す図である。

図３に示すように、ＥＣＵ１１０とＥＣＵ１２０は、ＥＣＵ間通信路２００を介したＥＣＵ間通信によって、相互に任意の情報を送受信しつつ、倒立二輪車１の倒立制御を実施する。なお、ＥＣＵ間通信は、厳密には、マイコン１１とマイコン１２との間の通信となる。ＥＣＵ間通信は、ＥＣＵ１１０、１２０のそれぞれが、バッテリ２５又はバッテリ２６の出力電圧低下による他系のＥＣＵの動作停止（システム断）を検出する機構として機能する。

図４に示すように、ＥＣＵ１１０、１２０のマイコン１１、１２のそれぞれは、所定の一定時間間隔毎の動作タイミングで動作して、インバータ１３〜１６に対する指令値を更新し、モータ１７、１８に対する出力（指令値に応じてインバータ１３〜１６で生成される駆動電流）を更新する処理を実行する。これは、例えば、マイコン１１、１２のそれぞれにおいて上記の一定時間間隔毎に割り込み信号を発生するタイマ（図示せず）を有するようにし、マイコン１１、１２のそれぞれが、タイマからの割り込み信号の発生に応じて動作するようにすることで実現する。

ここで、本実施の形態では、図４に示すように、マイコン１１とマイコン１２とで動作タイミング（割り込み信号の発生タイミング）の位相をずらして同期させるようにする。言い換えると、マイコン１１とマイコン１２とで動作タイミングを、所定の同一周期とし、かつ所定の位相差で位相をずらすようにする。例えば、マイコン１１とマイコン１２とで動作タイミングの位相を半周期ずらすようにしてもよい。

ここで、マイコン１１、１２の動作タイミングの位相差は、例えば、制御装置１０が有する同一のクロック発振器（図示せず）からマイコン１１とマイコン１２とにクロック信号を供給するとともに、そのクロック信号の供給開始タイミング（到達タイミング）をマイコン１１とマイコン１２とでずらすことで実現する等すればよい。また、マイコン１１、１２の動作タイミングの位相差は、その他、一般的に考え得る任意の方法によって実現するようにしてよい。

そして、ＥＣＵ１１０、１２０（マイコン１１、１２）のそれぞれは、動作タイミングで、他系のＥＣＵ（マイコン）のシステム断を検出した場合、以降のモータ１７、１８に対する出力を制限するようにする。例えば、図４に示すようにＥＣＵ１１０がシステム断した場合には、ＥＣＵ１２０は、その検出に応じて、図５に示すようにモータ１７、１８に対する出力を制限値以下に制限するようにする。

まず、ＥＣＵ１１０のマイコン１１及びＥＣＵ１２０のマイコン１２のそれぞれは、初期状態では、ＥＣＵ１１０及びＥＣＵ１２０のそれぞれで使用する電力が、バッテリ２５、２６の本来の出力性能に基づいてバッテリ２５、２６のそれぞれから供給可能として予め定めた範囲内の電力となるような、モータ１７、１８に対する出力で、モータ１７、１８を制御する。すなわち、マイコン１１、１２のそれぞれは、初期状態では、バッテリ２５、２６の実際の出力性能を最大限に引き出すように電力を使用して、モータ１７、１８を制御する。

例えば、モータ１７、１８に対する出力は、図５に示すように、低速域では、空転等を防止するために一定値以下に制限しつつも、モータ１７、１８の回転数を上げることができるようなトルクとなる出力（駆動電流）が上限値となり、高速域では、回転数を維持できるように、回転数が増加するに従って低速域のトルクよりも減少していくようなトルクとなる出力（駆動電流）が上限値となる。

そして、マイコン１１、１２のそれぞれは、他系のＥＣＵ（マイコン）のシステム断を検出した場合になって初めて、初期状態における出力の上限値に対して、バッテリ２５、２６の出力性能のばらつき（バッテリ２５、２６の劣化等）を考慮した所定の安全マージンを取った制限値以下となるように、モータ１７、１８に対する出力を制限するようにする。

例えば、マイコン１１、１２のそれぞれが有する記憶部に、モータ１７、１８の回転数と、その回転数におけるモータ１７、１８に対する出力の上限値とを対応付けた情報を予め格納しておくようにする。また、マイコン１１、１２のそれぞれが有する記憶部に、モータ１７、１８の回転数と、その回転数におけるモータ１７、１８に対する出力の制限値とを対応付けた情報を予め格納しておくようにする。そして、マイコン１１、１２は、その情報に基づいて、回転角センサ１９〜２２のそれぞれから出力された回転角信号が示す回転角を微分して算出したモータ１７、１８の回転数から、モータ１７、１８に対する出力の上限値又は制限値を特定し、特定した上限値又は制限値以下に制限してモータ１７、１８に対する出力を行う。なお、上記の情報は、回転数から上限値又は制限値を特定することができるものであれば、どのような形式のものであってもよい。例えば、回転数と、上限値又は制限値とを対応付けたテーブルであってもよく、回転数から上限値又は制限値を算出可能な数式であってもよい。

そして、マイコン１１は、回転角センサ１９から取得したモータ１７の回転角に基づいて算出したモータ１７の回転数に応じて、モータ１７に対する出力を制限する。マイコン１１は、回転角センサ２０から取得したモータ１８の回転角に基づいて算出したモータ１８の回転数に応じて、モータ１８に対する出力を制限する。また、マイコン１２は、回転角センサ２１から取得したモータ１７の回転角に基づいて算出したモータ１７の回転数に応じて、モータ１７に対する出力を制限する。マイコン１２は、回転角センサ２２から取得したモータ１８の回転角に基づいて算出したモータ１８の回転数に応じて、モータ１８に対する出力を制限する。

これによれば、例えば、バッテリ２５、２６の出力性能が劣化等によって低下してしまっており、バッテリ２５が劣化等していない状態における本来の出力性能は上回っていないが、低下後の出力性能を上回る電力が消費されることで、バッテリ２５の出力電圧低下が発生し、マイコン１１（ＥＣＵ１１０）がシステム断してしまった場合に、マイコン１２（ＥＣＵ１２０）も同様にシステム断してしまうことを防止することができる。

ここで、ＥＣＵ１１０、１２０（マイコン１１、１２）のそれぞれは、ＥＣＵ間通信において他系のＥＣＵ（マイコン）からの通信が途絶した場合に、他系のＥＣＵがシステム断したと判定する。例えば、マイコン１１、１２のそれぞれは、動作タイミングで、他系のマイコンにハートビート信号を出力するようにすることで、通信の途絶を検出するようにしてもよい。この場合、マイコン１１、１２のそれぞれは、動作タイミングで、他系のマイコンからハートビート信号の出力を受けなかった場合に、他系のマイコンがシステム断したと判定する。

このときに、本実施の形態１では、図４に示すように、マイコン１１とマイコン１２とで動作タイミングの位相をずらして同期させることで、他系のマイコンのシステム断を早期に検出することを可能としている。例えば、マイコン１１とマイコン１２とで動作タイミングの位相をずらさずに同期した場合、そのときにＥＣＵ間通信で出力された信号は、次の動作タイミングで受けることになる。すなわち、マイコン１１、１２のそれぞれは、１周期遅れて、他系のマイコンのシステム断を検出することになる。それに対して、図４に示すように、図４に示すように、マイコン１１とマイコン１２とで動作タイミングの位相をずらして同期させることで、１周期分の時間が経過するよりも早いタイミングで他系のマイコンのシステム断を検出することができる。そして、好ましくは、上述したように、位相のずれを半周期とすることで、マイコン１１及びマイコン１２のどちらがシステム断した場合でも、偏りなく早いタイミングで他系のマイコンのシステム断を検出することができる。

続いて、図６を参照して、本実施の形態１にかかる制御装置１０の同時システム断防止処理について説明する。図６は、本実施の形態１にかかる制御装置１０の同時システム断防止処理を示すフローチャートである。なお、以下では、ＥＣＵ１１０がシステム断した場合について説明するが、ＥＣＵ１２０がシステム断した場合にも同様の処理が実施される。その場合の処理は、ＥＣＵ１１０とＥＣＵ１２０の関係が逆になること以外は同様となることは自明であるため、説明は省略する。

ＥＣＵ１１０がシステム断してモータ１７、１８に対する出力を停止していない場合（Ｓ１：Ｎｏ）、ＥＣＵ１２０は、そのまま処理を継続する（Ｓ２）。すなわち、ＥＣＵ１２０のマイコン１２は、初期状態における上限値による、モータ１７、１８に対する出力の制御を継続する。

ＥＣＵ１１０がシステム断してモータ１７、１８に対する出力を停止した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１２０は、ＥＣＵ１１０がシステム断してモータ１７、１８に対する出力を停止したことを検出する（Ｓ３）。すなわち、ＥＣＵ１２０は、動作タイミング毎に、他系のＥＣＵ１１０からの通信が途絶していないか判定し、通信が途絶したと判定した場合、他系のＥＣＵ１１０がシステム断してモータ１７、１８に対する出力を停止したと判定する。

この場合、バッテリ２５、２６が劣化しており、バッテリ２５の出力性能低下によるＥＣＵ１１０のシステム断に続いて、ＥＣＵ１２０もシステム断に陥る可能性がある。そこで、ＥＣＵ１２０は、自身もシステム断しないように、ＥＣＵ１１０のシステム断の検出に応じて、モータ１７、１８に対する出力を制限値までに制限する（Ｓ４）。

以上に説明したように、本実施の形態１では、第２の制御部（例えばＥＣＵ１２０）は、第１のバッテリ（例えばバッテリ２５）からの電力の供給に関する第１の制御部（例えばＥＣＵ１１０）の異常の検出に応じて、第２のバッテリ（例えばバッテリ２６）からの電力の供給に関する第２の制御部の異常が同様に発生することを回避するために、第２のバッテリによってモータを駆動する電力を所定の制限値以下に制限するようにしている。なお、本実施の形態１では、第１のバッテリからの電力の供給に関する第１の制御部の異常として、第１の制御部の動作停止を検出するようにしている。

これによれば、第１のバッテリが劣化等によって出力性能が低下して第１の制御部が電力不足で動作停止してしまった場合、第２のバッテリの消費電力を低減することができる。そのため、第２のバッテリも出力性能が低下していたとしても、第２の制御部までも電力不足で動作停止することを回避することができる。また、第１の制御部が動作停止するまでは、モータを駆動する電力に制限を設けないため、モータの能力を十分に発揮することができる。すなわち、本実施の形態１によれば、モータの能力をより十分に発揮しつつも、バッテリの出力低下によりシステム全体として動作停止となる事態を回避することができる。

＜発明の実施の形態２＞
続いて、実施の形態２について説明する。実施の形態２にかかる倒立二輪車１の概要構成については、図１を参照して説明した実施の形態１にかかる倒立二輪車１の概要構成と同様であるため、説明を省略する。実施の形態２にかかる制御装置１０の構成についても、図２を参照して説明した実施の形態１にかかる制御装置１０の構成と同様であるため、説明を省略する。

続いて、図７を参照して、本実施の形態１にかかる制御装置１０による同時システム断防止方法について説明する。図７は、本実施の形態１にかかる制御装置１０におけるバッテリ２５、２６とＥＣＵ１１０、１２０の接続関係を示す図である。なお、以下では、図３〜図５を参照して説明した内容と同様の内容については、適宜、説明を省略する。

本実施の形態２では、図３に示すＥＣＵ間通信路２００を介したＥＣＵ間通信は、ＥＣＵ１１０、１２０のそれぞれが、バッテリ２５又はバッテリ２６の出力性能低下している場合に、自身が動作停止（システム断）する可能性があることを他系のＥＣＵに通知する機構として機能する。

本実施の形態２では、ＥＣＵ１１０、１２０のマイコン１１、１２のそれぞれは、所定の一定時間間隔毎の位相をずらして同期させた動作タイミングで動作し、モータ１７、１８に対する出力を更新する処理を実行することは、図４を参照して説明した内容と同様である。

ただし、本実施の形態２では、ＥＣＵ１１０、１２０のマイコン１１、１２のそれぞれは、動作タイミングで、モータ１７、１８に対する出力が制限値を超えた場合に、モータ１７、１８に対する出力が制限値を超えたことを通知する通知情報を他系のＥＣＵのマイコンに出力するようにする。そして、マイコン１１、１２のそれぞれは、他系のマイコンからモータ１７、１８に対する出力が制限値を超えたことを通知する通知情報の出力を受けた場合に、以降のモータ１７、１８に対する出力を制限するようにする。

例えば、図７に示すように、マイコン１１は、モータ１７、１８に対する出力が制限値を超えたことを検出した場合、マイコン１２に通知情報を出力する。マイコン１２は、マイコン１１からの通知情報の出力に応じて、図５に示すようにモータ１７、１８に対する出力を制限値以下に制限するようにする。

ここで、モータ１７、１８に対する出力が制限値を超えたか否かは、マイコン１１、１２のそれぞれが、上述の記憶部に格納された情報に基づいて、回転角センサ１９〜２２のそれぞれから出力された回転角信号が示す回転角を微分して算出したモータ１７、１８の回転数から、モータ１７、１８に対する出力の制限値を特定し、特定した制限値を、現在のモータ１７、１８に対する出力とを比較することで判定すればよい。

これによれば、マイコン１１（ＥＣＵ１１０）がシステム断していないが、バッテリ２５の出力性能のばらつきを考慮した制限値を上回る電力が消費されており、もしバッテリ２５が劣化して出力性能が低下している場合にマイコン１１のシステム断が発生する可能性があるときに、マイコン１２（ＥＣＵ１２）もシステム断してしまうことを予備的に防止することができる。

また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様、図７に示すように、ＥＣＵ１１０とＥＣＵ１２０とで動作タイミングの位相をずらして同期させることで、他系のＥＣＵのモータ１７、１８に対する出力の制限値超過を早期に検出することを可能としている。なお、上述したように、ＥＣＵ１１０とＥＣＵ１２０の動作タイミングの位相差も、任意の位相差を予め設定するようにしてよい。

続いて、図８を参照して、本実施の形態２にかかる制御装置１０の同時システム断防止処理について説明する。図８は、本実施の形態２にかかる制御装置１０の同時システム断防止処理を示すフローチャートである。なお、以下では、ＥＣＵ１１０におけるモータ１７、１８に対する出力が制限値を超えた場合について説明するが、ＥＣＵ１２０がシステム断した場合にも同様の処理が実施される。その場合の処理は、ＥＣＵ１１０とＥＣＵ１２０の関係が逆になること以外は同様となることは自明であるため、説明は省略する。

ＥＣＵ１１０は、動作タイミングで、モータ１７、１８に対する出力が制限値を超えているか否かを判定する（Ｓ１１）。言い換えると、ＥＣＵ１１０は、動作タイミングで、モータ１７、１８に対する出力が制限値よりも大きくなったか否かを判定する。

モータ１７、１８に対する出力が制限値を超えていないと判定した場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、ＥＣＵ１１０、１２０は、そのまま処理を継続する（Ｓ１２）。すなわち、ＥＣＵ１１０、１２０のマイコン１１、１２は、初期状態における上限値のままで、モータ１７、１８に対する出力の制御を継続する。

モータ１７、１８に対する出力が制限値を超えたと判定した場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１１０は、モータ１７、１８に対する出力が制限値を超えたことを通知する通知情報をＥＣＵ１２０に出力する（Ｓ１３）。

ＥＣＵ１２０は、ＥＣＵ１１０からの通知情報の出力に応じて、モータ１７、１８に対する出力を制限値までに制限する（Ｓ１４）。これによれば、ＥＣＵ１１０は、モータ１７、１８に対する出力に制限を設けずにモータの能力を十分に発揮しつつも、ＥＣＵ１２０は、バッテリ２５からの出力不足によるＥＣＵ１１０のシステム断に備えて、自身までシステム断されることを防止することができる。

なお、本実施の形態２では、さらに、ＥＣＵ１１０、１２０（マイコン１１、１２）のそれぞれが、動作タイミングで、モータ１７、１８に対する出力が制限値以下となったか否かを判定し、モータ１７、１８に対する出力が制限値以下になったと判定した場合、他系のＥＣＵ（マイコン）に、モータ１７、１８に対する出力が制限値以下となったことを通知する通知情報を出力するようにしてもよい。そして、ＥＣＵ１１０、１２０（マイコン１１、１２）のそれぞれは、モータ１７、１８に対する出力が制限値以下となったことを通知する通知情報の出力を受けた場合、モータ１７、１８に対する出力を制限値以下とする制限を解除するようにしてもよい。

以上に説明したように、本実施の形態２では、第２の制御部（例えばＥＣＵ１２０）は、第１のバッテリ（例えばバッテリ２５）からの電力の供給に関する第１の制御部（例えばＥＣＵ１１０）の異常の検出に応じて、第２のバッテリ（例えばバッテリ２６）からの電力の供給に関する第２の制御部の異常が同様に発生することを回避するために、第２のバッテリによってモータを駆動する電力を所定の制限値以下に制限するようにしている。なお、本実施の形態２では、第１の制御部からのモータを駆動する電力が制限値を超えたことを通知する通知情報の出力を検出するようにしている。

これによれば、第１のバッテリが劣化等によって出力性能が低下している場合に第１の制御部が電力不足で動作停止してしまう可能性があるときに、第２のバッテリの消費電力を低減することができる。そのため、第１の制御部が電力不足で動作停止してしまう場合に備えて、第２の制御部までも電力不足で動作停止することを予備的に回避することができる。また、第１の制御部におけるモータを駆動する電力が制限値を超えるまでは、モータを駆動する電力に制限を設けないため、モータの能力を十分に発揮することができる。すなわち、本実施の形態２によれば、モータの能力をより十分に発揮しつつも、バッテリの出力低下によりシステム全体として動作停止となる事態を回避することができる。

＜本発明の他の実施の形態＞
上記実施の形態１では、ＥＣＵ１１０、１２０のシステム断を、実際にＥＣＵ１１０、１２０がシステム断されることを検出することで検出するようにしているが、ＥＣＵ１１０、１２０がバッテリ２５、２６からの電力の出力状態の通知に基づいて判定するようにしてもよい。

具体的には、０系のＥＣＵ１１０のマイコン１１が、１系のバッテリ２６から情報を受信可能となるように、マイコン１１とバッテリ２６とをＳＭバス（System Management Bus）によって接続する。また、１系のＥＣＵ１２０のマイコン１２が、０系のバッテリ２５から情報を受信可能となるように、マイコン１２とバッテリ２５とをＳＭバスによって接続する。なお、バッテリ２５、２６のそれぞれと、ＥＣＵ１１０、１２０のそれぞれとの間の通信規格は、ＳＭバスに限られず、他の通信規格を採用するようにしてもよい。

バッテリ２５は、ＥＣＵ１１０への出力電圧を示す出力電圧情報を、ＳＭバスを介してマイコン１２に出力する。バッテリ２６は、ＥＣＵ１２０への出力電圧を示す出力電圧情報を、ＳＭバスを介してマイコン１１に出力する。

マイコン１１、１２のそれぞれは、動作タイミングで、バッテリ２６、２５から出力されている出力電圧情報を取得する。そして、マイコン１１、１２のそれぞれは、取得した電圧情報が示す他系のバッテリの出力電圧が、他系のマイコンが動作停止してしまうとして予め定めた閾値以下である場合、以降のモータ１７、１８に対する出力を制限値以下に制限する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上記の実施の形態１、２及び他の実施の形態は、いずれか２つ以上を組み合わせて実施するようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ１１０、１２０のそれぞれは、例えば、他系のＥＣＵの異常として、上記の各実施の形態における異常（システム断、モータへの出力の制限値超過、出力電圧の低下）のうち、組み合わせた実施の形態に対応する異常のいずれか１つを検出した場合に、モータ１７、１８に対する出力を制限するように動作する。

上記実施の形態では、ＥＣＵ１１０及びＥＣＵ１２０の両方が、他系のＥＣＵの異常（システム断、モータへの出力の制限値超過、出力電圧の低下）を検出し、モータ１７、１８に対する出力を制限するようにしているが、ＥＣＵ１１０及びＥＣＵ１２０のいずれか一方でのみ実施するようにしてもよい。しかしながら、好ましくは、上記実施の形態のように、ＥＣＵ１１０及びＥＣＵ１２０の両方で実施することで、よりバッテリの出力低下によりシステム全体として動作停止となる事態を回避することができるようになる。

１ 倒立二輪車
２ 車輪
３ ステップカバー
４ ハンドル
１０ 制御装置
１１、１２ マイコン
１３、１４、１５、１６ インバータ
１７、１８ モータ
１９、２０、２１、２２ 回転角センサ
２３、２４ ジャイロセンサ
２５、２６ バッテリ
１１０、１２０ ＥＣＵ

Claims (8)

1. 冗長化された制御系によってモータを駆動することで車輪を回転させて移動する移動体であって、
   前記モータを駆動する第１の制御部と、
   前記第１の制御部に前記モータを駆動するための電力を供給する第１のバッテリと、を有する第１の制御系と、
   前記第１の制御部と同期して、前記モータを駆動する第２の制御部と、
   前記第２の制御部に前記モータを駆動するための電力を供給する第２のバッテリと、を有する第２の制御系と、
   を備え、
   前記第２の制御部は、前記第１のバッテリからの電力の供給に関する前記第１の制御部の異常の検出に応じて、前記第２のバッテリからの電力の供給に関する前記第２の制御部の異常が同様に発生することを回避するために、前記モータを駆動する電力を所定の制限値以下に制限する、
   移動体。
2. 前記第２の制御部は、前記第１のバッテリからの電力の供給に関する前記第１の制御部の異常として、前記第１の制御部の動作停止を検出する、
   請求項１に記載の移動体。
3. 前記第２の制御部は、前記第１の制御部の動作停止を、前記第１の制御部との通信の途絶によって検出する、
   請求項２に記載の移動体。
4. 前記第１の制御部は、前記モータを駆動する電力が前記制限値を超えたと判定した場合、前記モータを駆動する電力が前記制限値を超えたことを通知する通知情報を前記第２の制御部に出力し、
   前記第２の制御部は、前記第１の制御部からの前記通知情報の出力によって、前記第１のバッテリからの電力の供給に関する前記第１の制御部の異常として、前記第１の制御部において前記モータを駆動する電力が前記制限値を超えたことを検出する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の移動体。
5. 前記第１のバッテリは、前記第１のバッテリの出力電圧を示す出力電圧情報を前記第２の制御部に出力し、
   前記第２の制御部は、前記第１のバッテリからの電力の供給に関する前記第１の制御部の異常として、前記第１のバッテリから前記第１の制御部に対して出力される出力電圧情報が示す出力電圧が、所定の閾値以下となることを検出する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の移動体。
6. 前記第１の制御部は、前記第２のバッテリからの電力の供給に関する前記第２の制御部の異常の検出に応じて、前記第１のバッテリからの電力の供給に関する前記第１の制御部の異常が同様に発生することを回避するために、前記モータを駆動する電力を所定の制限値以下に制限し、
   前記第１の制御部及び前記第２の制御部のそれぞれは、相互に同一周期であり位相がずれた動作タイミングで前記第２の制御部又は前記第１の制御部の異常を判定する、
   請求項１に記載の移動体。
7. 前記第１の制御部及び前記第２の制御部のそれぞれは、前記動作タイミングが半周期ずれている、
   請求項６に記載の移動体。
8. 冗長化された制御系によってモータを駆動することで車輪を回転させて移動する移動体の制御方法であって、
   第１の制御系において第１の制御部が第１のバッテリから供給される電力を使用して前記モータの駆動を開始するとともに、第２の制御系において第２の制御部が第２のバッテリから供給される電力を使用して前記第１の制御部と同期した前記モータの駆動を開始するステップと、
   前記第１のバッテリからの電力の供給に関する前記第１の制御部の異常を検出するステップと、
   前記第１の制御部の異常の検出に応じて、前記第２のバッテリからの電力の供給に関する前記第２の制御部の異常が同様に発生することを回避するために、前記第２の制御部が前記モータを駆動する電力を所定の制限値以下に制限するステップと、
   を備えた制御方法。

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