JP2018191475A - アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減することができるアクチュエータ制御装置を提供すること。【解決手段】実施形態の一態様に係るアクチュエータ制御装置は、制御部と、共用の電流センサとを備える。制御部は、複数のアクチュエータの動作を排他的に制御する。共用の電流センサは、各アクチュエータへ駆動電流を供給する各配線に流れる駆動電流を検知する。共用の電流センサは、複数本の配線が挿通される環状の磁気コアと、磁気コアに設けられ、配線に流れる駆動電流に応じた電圧を出力するホール素子とを備える。【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、アクチュエータ制御装置に関する。

従来、複数のアクチュエータの動作を排他的に制御する制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。制御装置は、例えば、各アクチュエータへ供給する駆動電流を検知して各アクチュエータの動作をフィードバック制御する場合、各アクチュエータへ駆動電流を供給する配線毎に駆動電流を検知する電流センサが設けられることが一般的である。

特開２００５−０１２９３２号公報

しかしながら、従来の制御装置は、アクチュエータへ駆動電流を供給する配線の本数と同数の電流センサを設ける必要があるため製造コストが嵩む。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、製造コストを低減することができるアクチュエータ制御装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るアクチュエータ制御装置は、制御部と、共用の電流センサとを備える。制御部は、複数のアクチュエータの動作を排他的に制御する。共用の電流センサは、各前記アクチュエータへ駆動電流を供給する各配線に流れる前記駆動電流を検知する。

実施形態の一態様に係るアクチュエータ制御装置は、製造コストを低減することができる。

図１は、実施形態に係るアクチュエータ制御装置を示す説明図である。 図２は、実施形態に係る第１電流センサを示す説明図である。 図３は、実施形態に係るアクチュエータ制御装置を車両制御システムに適用した場合の説明図である。 図４は、実施形態に係るアクチュエータ制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するアクチュエータ制御装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。図１は、実施形態に係るアクチュエータ制御装置１を示す説明図である。

図１に示すように、アクチュエータ制御装置１は、３相交流の電流によって動作する第１モータ２１および第２モータ２２へ供給する駆動電流を制御することによって、第１モータ２１および第２モータ２２の動作を排他的に制御する装置である。

つまり、アクチュエータ制御装置１は、第２モータ２２の動作を停止させた状態で第１モータ２１の動作制御を行い、第１モータ２１の動作を停止させた状態で第２モータ２２の動作制御を行う。

アクチュエータ制御装置１は、制御部１１と、第１インバータ１２と、第２インバータ１３と、第１電流センサ１４と、第２電流センサ１５とを備える。制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。

そして、制御部１１は、ＲＡＭを作業領域として使用してＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行し、第１インバータ１２および第２インバータ１３へ制御信号を出力することによって、第１モータ２１および第２モータ２２の動作を排他的に制御する。なお、制御部１１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成されてもよい。

かかる制御部１１は、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５によって検知される電流に基づいて、第１モータ２１の動作をフィードバック制御し、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５によって検知される電流に基づいて、第２モータ２２の動作をフィードバック制御する。なお、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５の一例については、図２を参照して後述する。

第１インバータ１２は、制御部１１から入力される制御信号に従って動作し、例えば、バッテリ（図示略）等の直流電源から入力される直流電流を３相の交流電流に変換して第１モータ２１へ供給する電力変換器である。

かかる第１インバータ１２は、３相の交流電流のうち、Ｕ相の駆動電流を供給する第１Ｕ相配線３１、Ｖ相の駆動電流を供給する第１Ｖ相配線３２、およびＷ相の駆動電流を供給する第１Ｗ相配線３３によって第１モータ２１と接続される。

第２インバータ１３は、制御部１１から入力される制御信号に従って動作し、例えば、バッテリ（図示略）等の直流電源から入力される直流電流を３相の交流電流に変換して第２モータ２２へ供給する電力変換器である。

かかる第２インバータ１３は、３相の交流電流のうち、Ｕ相の駆動電流を供給する第２Ｕ相配線４１、Ｖ相の駆動電流を供給する第２Ｖ相配線４２、およびＷ相の駆動電流を供給する第２Ｗ相配線４３によって第２モータ２２と接続される。

第１電流センサ１４は、第１モータ２１が駆動される場合に、第１Ｕ相配線３１を流れる電流の電流値を検知し、検知結果を制御部１１へ出力する。また、第１電流センサ１４は、第２モータ２２が駆動される場合に、第２Ｕ相配線４１を流れる電流の電流値を検知し、検知結果を制御部１１へ出力する。このように、第１電流センサ１４は、第１Ｕ相配線３１の電流検知用、および第２Ｕ相配線４１の電流検知用として共用される。

第２電流センサ１５は、第１モータ２１が駆動される場合に、第１Ｖ相配線３２を流れる電流の電流値を検知し、検知結果を制御部１１へ出力する。また、第２電流センサ１５は、第２モータ２２が駆動される場合に、第２Ｖ相配線４２を流れる電流の電流値を検知し、検知結果を制御部１１へ出力する。このように、第２電流センサ１５は、第１Ｖ相配線３２の電流検知用、および第２Ｖ相配線４２の電流検知用として共用される。

制御部１１は、第１モータ２１を駆動制御している場合に、第１電流センサ１４から入力される検知結果によって、第１モータ２１へ供給中のＵ相の電流値を取得することができる。また、制御部１１は、第２電流センサ１５から入力される検知結果によって、第１モータ２１へ供給中のＶ相の電流値を取得することができる。

なお、同じタイミングにおけるＵ相の電流値、Ｖ相の電流値、およびＷ相の電流値を加算した値は、０［Ａ］である。このため、制御部１１は、第１電流センサ１４から入力される検知結果と、第２電流センサ１５から入力される検知結果とから、第１モータ２１へ供給中のＷ相の電流値を算出して取得することができる。

これにより、制御部１１は、取得した第１モータ２１へ供給中のＵ相、Ｖ相、およびＷ相の電流値に基づいて、第１モータ２１へ供給する駆動電流をフィードバック制御することができる。

なお、制御部１１は、前述したように、第１モータ２１および第２モータ２２を排他的に駆動制御する。このため、制御部１１は、第２モータ２２についても、第１モータ２１と同様に、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５から入力される電流値の検知結果に基づいて、第２モータ２２へ供給する駆動電流をフィードバック制御することができる。

ここで、例えば、２個の３相交流モータの駆動制御を行う一般的な制御装置は、モータに駆動電流を供給する配線毎に、それぞれ電流センサが設けられる。つまり、一般的な制御装置は、２個の３相交流モータの駆動制御を行う場合、図１の例と同様に２相の電流を検出するのであれば計４個の電流センサが必要となり、製造コストが嵩む。

これに対して、アクチュエータ制御装置１は、上記のように、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５という２個の電流センサにより検知される電流によって、第１モータ２１および第２モータ２２の駆動制御を行うことができる。つまり、アクチュエータ制御装置１によれば、電流センサの個数を一般的な制御装置の２分の１に削減することができるので、製造コストを低減することができる。

次に、図２を参照して実施形態に係る第１電流センサ１４および第２電流センサ１５の一例について説明する。なお、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５は、同一の構成である。このため、ここでは、第１電流センサ１４について説明し、第２電流センサ１５については、その説明を省略する。

図２は、実施形態に係る第１電流センサ１４の説明図である。図２に示すように、第１電流センサ１４は、第１Ｕ相配線３１および第２Ｕ相配線４１が挿通される環状の磁気コア１４１と、磁気コア１４１に設けられるホール素子１４２とを備える。

かかる第１電流センサ１４は、例えば、第１Ｕ相配線３１に駆動電流Ｉが流れる場合に、磁気コア１４１内に矢印で示すように駆動電流Ｉに応じた磁束Φが発生する。そして、第１電流センサ１４は、かかる磁束Φがホール素子１４２を通過することで、ホール効果によってホール素子１４２から磁束Φに応じた電圧の検知結果信号Ｓｉｇを出力する。

こうして、第１電流センサ１４は、駆動電流Ｉに応じた電圧の検知結果信号Ｓｉｇを駆動電流Ｉの検出結果として制御部１１へ出力する。また、第１電流センサ１４は、例えば、第２Ｕ相配線４１に駆動電流が流れる場合に、駆動電流に応じた検知結果信号Ｓｉｇを駆動電流の検知結果として制御部１１へ出力する。

このように、第１電流センサ１４は、環状の磁気コア１４１へ挿通される配線に流れる駆動電流を非接触で検知することができる。このため、第１電流センサ１４は、磁気コア１４１に複数本の配線が挿通され、各配線に駆動電流が排他的に流される場合に、複数の各配線に流れる電流を検知することができる。これにより、第１電流センサ１４は、第１Ｕ相配線３１の電流検知用、および第２Ｕ相配線４１の電流検知用として共用することができる。

次に、図３を参照して、アクチュエータ制御装置１を車両制御システムに適用した場合の適用例について説明する。図３は、実施形態に係るアクチュエータ制御装置１を車両制御システムに適用した場合の説明図である。

アクチュエータ制御装置１は、例えば、車両がコーナリングする場合に、エンジンから左右の駆動輪へ伝達するトルクを電子制御により分配することによって、車両の旋回性能を向上させる車両制御システムに適用することができる。

具体的には、図３に示すように、後輪駆動の車両５０は、エンジン５１からプロペラシャフト５２、リアディファレンシャル機構（以下、「リアデフ５３」と記載する）、および左右のドライブシャフト５４を介して、左右の後輪５５へトルクが伝達される。

そして、車両５０は、エンジン５１から左右の駆動輪へ伝達するトルクを電子制御により分配する機能を実現するために、リアデフ５３の右側にクラッチ５６と第１モータ２１が内蔵され、リアデフ５３の左側にクラッチ５７と第２モータ２２が内蔵される。

右側のクラッチ５６は、第１モータ２１の回転角度に応じた強度で駆動機構を右側のドライブシャフト５４へ押し付ける。右側のドライブシャフト５４には、右側のクラッチ５６の押し付け強度が高くなるほど、大きなトルクが分配される。

同様に、左側のクラッチ５７は、第２モータ２２の回転角度に応じた強度で駆動機構を左側のドライブシャフト５４へ押し付ける。左側のドライブシャフト５４には、左側のクラッチ５７の押し付け強度が高くなるほど、大きなトルクが分配される。

さらに、車両５０は、車両５０の走行速度を検知する車速センサ６０と、車両５０の前輪５８の舵角を検知する舵角センサ６１と、鉛直軸を回転軸とする車両５０の回転角速度であるヨーレートを検知するヨーレートセンサ６２とを備える。

そして、アクチュエータ制御装置１は、例えば、車速センサ６０、舵角センサ６１、およびヨーレートセンサ６２から入力される各検知結果に基づいて、最適なトルク分配量となるように、第１モータ２１および第２モータ２２へ駆動電流を供給する。

なお、図３では、説明が煩雑になることを避けるため、第１Ｕ相配線３１および第２Ｕ相配線４１を図示し、第１Ｖ相配線３２、第１Ｗ相配線３３、第２Ｖ相配線４２、および第２Ｗ相配線４３の図示を省略している。

アクチュエータ制御装置１は、例えば、車両５０が右コーナを走行するように前輪５８が操舵される場合、第１モータ２１への駆動電流の供給を遮断した状態で、第２Ｕ相配線４１を介して第２モータ２２へ適切な電流値の駆動電流を供給する。

このとき、アクチュエータ制御装置１は、第１モータ２１への駆動電流の供給を遮断した状態で、第２Ｖ相配線４２および第２Ｗ相配線４３（図１参照）を介して第２モータ２２へ適切な電流値の駆動電流を供給する。

これにより、第２モータ２２が所定の回転角度だけ回転し、左側のクラッチ５７を左側のドライブシャフト５４に適切な強度で押し付け、図３に白抜き矢印で模式的に示すように、トルク６３〜６７の分配を行う。なお、図３に示すトルク６３〜６７は、白抜き矢印の太さが太いほど大きいことを示している。

例えば、アクチュエータ制御装置１は、エンジン５１から出力されるトルク６３のうち、６０％のトルク６４を左側のドライブシャフト５４へ分配する場合、左側への分配量が６０％となるような駆動電流を第２モータ２２へ供給する。これにより、アクチュエータ制御装置１は、エンジン５１から出力されるトルク６３の６０％のトルク６５を左側の後輪５５に伝達させることができる。

このとき、第１モータ２１は、駆動電流が供給されないので回転せず、右側のクラッチ５６を右側のドライブシャフト５４へ押し付けることはない。ただし、左右の後輪５５へ分配されるトルクの総和は、エンジン５１から出力されるトルク６３と略同一である。

このため、右側のドライブシャフト５４へは、エンジン５１から出力されるトルク６３のうち、残りの４０％のトルク６６が分配される。これにより、アクチュエータ制御装置１は、エンジン５１から出力されるトルク６３の４０％のトルク６７を左側の後輪５５に伝達させることができる。

また、アクチュエータ制御装置１は、車両５０が左コーナを走行するように前輪５８が操舵される場合には、第２モータ２２への駆動電流の供給を遮断した状態で、第１モータ２１へ適切な駆動電流を供給することによって、トルクの分配を行う。

なお、アクチュエータ制御装置１は、車両５０が直進する場合には、第１モータ２１および第２モータ２２双方への駆動電流の供給を遮断することによって、左右のドライブシャフト５４へエンジン５１から出力されるトルク６３を均等に分配する。

そして、アクチュエータ制御装置１は、第１モータ２１の駆動電流および第２モータ２２の駆動電流の検知用として共用する第１電流センサ１４および第２電流センサ１５によって検知される電流値に基づいて動作している方のモータをフィードバック制御する。

このように、アクチュエータ制御装置１は、車両５０のエンジン５１から左右の駆動輪へ伝達するトルクを電子制御により分配することによって、車両５０の旋回性能を向上させる車両制御システムに適用することができる。

次に、図４を参照して上記した車両制御システムにおけるアクチュエータ制御装置１が実行する処理について説明する。図４は、実施形態に係るアクチュエータ制御装置１が実行する処理を示すフローチャートである。アクチュエータ制御装置１は、車両５０の走行中に図４に示す処理を所定周期で繰り返し実行する。

具体的には、図４に示すように、アクチュエータ制御装置１は、まず、車両情報を取得する（ステップＳ１０１）。アクチュエータ制御装置１は、車両情報として、例えば、車両５０の走行速度、舵角、およびヨーレート等の情報を取得する。

続いて、アクチュエータ制御装置１は、モータ情報を取得する（ステップＳ１０２）。アクチュエータ制御装置１は、モータ情報として、例えば、第１モータ２１および第２モータ２２の回転角度、第１モータ２１または第２モータ２２へ供給中の駆動電流等を取得する。

その後、アクチュエータ制御装置１は、第１モータ２１および第２モータ２２のうち、駆動が必要な方のモータの駆動量を演算し（ステップＳ１０３）、今回の駆動モータが前回の駆動モータと同じ方のモータか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

そして、アクチュエータ制御装置１は、同じ方のモータであると判定した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１０７へ移す。また、アクチュエータ制御装置１は、同じ方のモータでないと判定した場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５によって検知される電流が略０［Ａ］か否かを判定する（ステップＳ１０５）。

そして、アクチュエータ制御装置１は、電流が略０［Ａ］でないと判定した場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、処理をステップＳ１０７へ移す。また、アクチュエータ制御装置１は、電流が略０［Ａ］であると判定した場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、駆動モータを切り替え（ステップＳ１０６）、処理をステップＳ１０７へ移す。

ステップＳ１０７において、アクチュエータ制御装置１は、ステップＳ１０２で取得したモータ情報に含まれる駆動電流を今回の駆動モータの駆動電流として使用して、第１モータ２１および第２モータ２２のいずれか一方のモータ制御を行い、処理を終了する。その後、アクチュエータ制御装置１は、再度ステップＳ１０１から処理を開始する。

上述したように、実施形態に係るアクチュエータ制御装置１は、制御部１１と、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５とを備える。制御部１１は、第１モータ２１および第２モータ２２の動作を排他的に制御する。

第１電流センサ１４および第２電流センサ１５は、第１モータ２１の駆動電流および第２モータ２２の駆動電流の検知用として制御部１１によって共用される。これにより、アクチュエータ制御装置１は、電流センサの個数を削減することによって製造コストを低減することができる。

なお、上記した第１モータ２１および第２モータ２２は、実施形態に係るアクチュエータの一例である。実施形態に係るアクチュエータ制御装置１は、排他的に制御されるアクチュエータであれば、例えば、単相交流の電流によって動作するアクチュエータや、直流の電流によって動作するソレノイド等、任意のアクチュエータの動作制御を行うことができる。

また、上記した実施形態では、実施形態に係るアクチュエータ制御装置１が２個のアクチュエータの動作を制御する場合を例に挙げたが、これは一例であり、実施形態に係るアクチュエータ制御装置１は、３個以上のアクチュエータの動作を制御することもできる。

また、上記した実施形態では、第１モータ２１および第２モータ２２の各３相の駆動電流のうち２相の駆動電流を第１電流センサ１４と、第２電流センサ１５とによって検知させたが、第３電流センサを設け、３相全ての駆動電流を検知させてもよい。

かかる構成とする場合、第３電流センサは、第１Ｗ相配線３３および第２Ｗ相配線４３を流れる駆動電流を検知する。これにより、アクチュエータ制御装置１は、２相の駆動電流から３相目の駆動電流を算出する処理を省略することができるため、処理負荷を低減することができ、またいずれか１つの電流センサが故障したときに残り２つの電流センサで制御ができるため、センサ故障時のバックアップを行うことができる。

また、アクチュエータ制御装置１は、第３電流センサを備える場合にも、第１モータ２１および第２モータ２２へそれぞれ駆動電流を供給する６本の各配線の全てに電流センサが設けられる場合に比べて、電流センサの個数を半分に抑えることができる。

また、上記した実施形態では、第１モータ２１および第２モータ２２のＵ相同士、Ｖ相同士を第１電流センサ１４と第２電流センサ１５とによって検知させたが、第１電流センサ１４と第２電流センサ１５とに検知させる駆動電流の組み合わせはこれに限定されない。

つまり、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５は、第１モータ２１の任意の２相の駆動電流を検知する構成であってもよい。また、第２電流センサ１５は、第２モータ２２の任意の２相の駆動電流を検知する構成であってもよい。

例えば、アクチュエータ制御装置１は、第１電流センサ１４に第１モータ２１のＵ相の駆動電流と第２モータのＶ相の駆動電流とを検知させ、第２電流センサ１５に第１モータ２１のＶ相の駆動電流と第２モータ２２のＷ相の駆動電流を検知させてもよい。

かかる構成の場合であっても、アクチュエータ制御装置１は、上記した実施形態と同様に、第１電流センサ１４および第２電流センサ１５によって検知される駆動電流に基づき、第１モータ２１および第２モータ２２の動作をフィードバック制御することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ アクチュエータ制御装置
１１ 制御部
１２ 第１インバータ
１３ 第２インバータ
１４ 第１電流センサ
１５ 第２電流センサ
２１ 第１モータ
２２ 第２モータ
３１ 第１Ｕ相配線
３２ 第１Ｖ相配線
３３ 第１Ｗ相配線
４１ 第２Ｕ相配線
４２ 第２Ｖ相配線
４３ 第２Ｗ相配線
５０ 車両
５１ エンジン
５２ プロペラシャフト
５３ リアデフ
５４ ドライブシャフト
５５ 後輪
５６ クラッチ
５７ クラッチ
５８ 前輪
６０ 車速センサ
６１ 舵角センサ
６２ ヨーレートセンサ
１４１ 磁気コア
１４２ ホール素子
Ｉ 駆動電流
Ｓｉｇ 検知結果信号
Φ 磁束

Claims (3)

1. 複数のアクチュエータの動作を排他的に制御する制御部と、
   各前記アクチュエータへ駆動電流を供給する各配線に流れる前記駆動電流を検知する共用の電流センサと
   を備えることを特徴とするアクチュエータ制御装置。
2. 前記電流センサは、
   複数本の前記配線が挿通される環状の磁気コアと、
   前記磁気コアに設けられ、前記配線に流れる前記駆動電流に応じた電圧を出力するホール素子と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
3. 前記アクチュエータは、
   ３相交流モータであり、
   前記電流センサは、
   ３相の前記駆動電流のうち少なくとも２相の前記駆動電流を供給する前記配線に流れる前記駆動電流を検知する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ制御装置。

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