JP2020102942A - モータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】異常が発生した場合にモータから付与されるトルクが不足することを抑制できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】操舵制御装置1は、第1巻線群42に対する通電を制御する第1制御部51と、第2巻線群43に対する通電を制御する第2制御部61とを備える。そして、操舵制御装置1は、第1巻線群42又は第2巻線群43で発生可能なトルクが第1定格トルク又は第2定格トルクよりも小さくなる異常が発生することにより、目標全体トルクが異常の発生していない通電系統の第1定格トルク又は第2定格トルクよりも大きくなる場合、該異常が発生していない通電系統の第1巻線群42又は第2巻線群43で第1定格トルク又は第2定格トルクを超えるトルクを発生させる。【選択図】図2

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。
従来、車両用の操舵装置には、モータを駆動源として運転者の操舵を補助するためのアシストトルクを操舵機構に付与する電動パワーステアリング装置(EPS)がある。EPSでは、冗長化等を目的に通電系統が複数の系統に分けられた巻線群を有するモータを用いるものがある。
こうしたモータを制御対象とするモータ制御装置として、例えば特許文献1には、2系統の巻線群に対応する2組のマイコン及び駆動回路を備えたものが開示されている。そして、各マイコンは、操舵機構に入力される操舵トルクに応じて対応する駆動回路を制御し、2系統の巻線群に供給する駆動電力を独立して制御する。これにより、モータ全体では各系統の巻線群で発生する磁束に応じたトルクの合計をアシストトルクとして出力する。
特開2017−229156号公報
上記のようなモータ制御装置では、各通電系統の巻線群ごとに出力可能なトルクの上限として定格トルクが設定されており、各マイコンにおいて演算される通電系統ごとの目標トルクは、モータや駆動回路の仕様等に応じて予め設定された定格トルク以下となるように演算される。こうした定格トルクは、各通電系統の巻線群ごとに出力可能なトルクの限界としてモータの構造に応じて決まる限界トルクよりも小さく、かつ据え切り時等の必要なアシストトルクが大きくなる場合に、通電による温度上昇を許容でき、十分なアシストトルクを継続して付与することができるような値に設定される。
ところが、上記従来の構成において、例えば1つの通電系統に断線又は短絡が生じる、あるいは車載電源の電源電圧が低下するといった異常が発生した時に、残りの通電系統の巻線群で発生するトルクだけでは、アシストトルクが不足するおそれがあり、なお改善の余地があった。
なお、こうした問題は、EPSにおいてアシストトルクを付与するためのモータを制御対象とする場合に限らず、例えば操舵部と転舵部との間の動力伝達が分離したステアバイワイヤ式の操舵装置において転舵輪を転舵させる転舵トルクを付与するためのモータを制御対象とする場合であっても、同様に生じ得る。
本発明の目的は、異常が発生した場合にモータから付与されるトルクが不足することを抑制できるモータ制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するモータ制御装置は、通電系統が複数の系統に分けられた巻線群を有するモータを制御対象とし、前記巻線群に対する駆動電力の供給を前記通電系統ごとに独立して制御する複数の個別制御部を備えたものにおいて、前記各個別制御部は、前記モータで発生すべき目標全体トルクを前記各通電系統の巻線群ごとに分配した目標個別トルクに基づいて制御信号を出力する制御信号出力部と、前記制御信号に基づいて前記巻線群に駆動電力を供給する駆動回路とを備え、前記目標個別トルクは、前記各通電系統の巻線群ごとに出力可能なトルクの限界として前記モータの構造に応じて決まる個別限界トルクよりも小さな値に設定された個別定格トルク以下となるように演算されるものであって、前記各通電系統の巻線群のいずれかで発生可能なトルクが前記個別定格トルクよりも小さくなる異常が発生し、前記目標全体トルクが前記異常の発生していない前記通電系統の前記個別定格トルクよりも大きくなる場合、該異常が発生していない前記通電系統の前記個別制御部は、前記巻線群に前記個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給する。
ここで、例えばモータや駆動回路が短時間で過熱状態となってもよいとすれば、モータの構造上は、各通電系統の巻線群において個別定格トルクを超えるトルクを発生させることができる。この点を踏まえ、上記構成では、各通電系統の巻線群のいずれかで発生可能なトルクが個別定格トルクよりも小さくなる異常が発生し、かつ目標全体トルクが異常の発生していない通電系統の個別定格トルクよりも大きくなる場合に、該通電系統の巻線群で個別定格トルクを超えるトルクを発生させる。そのため、モータや駆動回路が過熱状態となるまでの短い期間内は、モータから付与されるトルクが不足することを抑制できる。
上記モータ制御装置において、前記各個別制御部は、前記通電系統の断線及び短絡の少なくとも一方を含む電流異常を検出する電流異常検出部を備え、前記電流異常が検出され、前記目標全体トルクが前記異常の発生していない前記通電系統の前記個別定格トルクよりも大きい場合、前記電流異常が発生していない前記通電系統の前記個別制御部は、前記巻線群に前記個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給することが好ましい。
上記構成によれば、いずれかの通電系統内の断線又は短絡等に起因して、該通電系統の巻線群でトルクを発生させることができなくなる電流異常が発生した場合に、モータや駆動回路が過熱状態となるまでの短い期間内は、モータから付与されるトルクが不足することを抑制できる。
上記モータ制御装置において、前記各個別制御部は、他の前記通電系統の制御信号出力部の動作異常を検出する動作異常検出部を備え、前記動作異常が検出され、前記目標全体トルクが前記異常の発生していない前記通電系統の前記個別定格トルクよりも大きい場合、前記動作異常が発生していない前記通電系統の前記個別制御部は、前記巻線群に前記個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給することが好ましい。
上記構成によれば、いずれかの制御信号出力部の停止等に起因して、該制御信号出力部に対応する巻線群でトルクを発生させることができなくなる動作異常が発生した場合に、モータや駆動回路が過熱状態となるまでの短い期間内は、モータから付与されるトルクが不足することを抑制できる。
上記モータ制御装置において、前記各個別制御部には、前記通電系統ごとに個別の外部電源が接続されるものであって、前記各個別制御部は、前記外部電源の電源電圧に基づいて前記目標個別トルクを前記個別定格トルク以下に制限するための個別制限トルクを演算する個別制限トルク演算部を備え、前記各通電系統のいずれかで前記個別制限トルクが前記個別定格トルクよりも小さくなる制限状態となり、前記目標全体トルクが前記制限状態となっていない前記通電系統の前記個別定格トルクと前記制限状態となっている前記通電系統の前記個別制限トルクとの合計よりも大きくなる場合、前記制限状態となっていない前記通電系統の前記個別制御部は、前記巻線群に前記個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給することが好ましい。
上記構成によれば、いずれかの外部電源の電源電圧が低下し、該外部電源に接続される通電系統の巻線群で個別定格トルクよりも小さなトルクしか発生させることができなくなる制限状態となった場合に、モータや駆動回路が過熱状態となるまでの短い期間内は、モータから付与されるトルクが不足することを抑制できる。
上記モータ制御装置において、前記モータは、操舵機構に付与するトルクを発生するものであることが好ましい。
上記構成によれば、例えば車両の旋回途中で異常が発生しても、モータから付与されるトルクが不足することが抑制されるため、例えば車両の進行方向が狙いの方向から逸れることを抑制できる。
本発明によれば、異常が発生した場合にモータから付与されるトルクが不足することを抑制できる。
電動パワーステアリング装置の概略構成図。 第1実施形態の操舵制御装置のブロック図。 (a)は第1巻線群への通電によるモータのN−T特性を示すグラフ、(b)は第2巻線群への通電によるモータのN−T特性を示すグラフ、(c)はモータ全体のN−T特性を示すグラフ。 第1実施形態の第1及び第2マイコンのブロック図。 第2実施形態の操舵制御装置のブロック図。 第2実施形態の第1及び第2マイコンのブロック図。
(第1実施形態)
以下、モータ制御装置を操舵制御装置に具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、操舵制御装置1の制御対象となる操舵装置2は、電動パワーステアリング装置(EPS)として構成されている。操舵装置2は、運転者によるステアリングホイール3の操作に基づいて転舵輪4を転舵させる操舵機構5と、モータトルクを操舵機構5にステアリング操作を補助するためのアシストトルク(アシスト力)又は転舵輪4を転舵するための転舵トルク(転舵力)として付与するアクチュエータ6とを備えている。
操舵機構5は、ステアリングホイール3が固定されるステアリングシャフト11と、ステアリングシャフト11に連結された転舵軸としてのラック軸12と、ラック軸12が往復動可能に挿通される円筒状のラックハウジング13と、ステアリングシャフト11の回転をラック軸12の往復動に変換するラックアンドピニオン機構14とを備えている。なお、ステアリングシャフト11は、ステアリングホイール3が位置する側から順にコラム軸15、中間軸16、及びピニオン軸17を連結することにより構成されている。
ラック軸12とピニオン軸17とは、ラックハウジング13内に所定の交差角をもって配置されている。ラックアンドピニオン機構14は、ラック軸12に形成されたラック歯12aとピニオン軸17に形成されたピニオン歯17aとが噛合されることにより構成されている。また、ラック軸12の両端には、その軸端部に設けられたボールジョイントからなるラックエンド18を介してタイロッド19がそれぞれ回動自在に連結されている。タイロッド19の先端は、転舵輪4が組付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、操舵装置2では、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト11の回転がラックアンドピニオン機構14によりラック軸12の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド19を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪4の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
アクチュエータ6は、駆動源であるモータ21と、モータ21の回転を伝達する伝達機構22と、伝達機構22を介して伝達された回転をラック軸12の往復動に変換する変換機構23とを備えている。そして、アクチュエータ6は、モータ21の回転を伝達機構22を介して変換機構23に伝達し、変換機構23にてラック軸12の往復動に変換することで操舵機構5にアシストトルク又は転舵トルクを付与する。なお、本実施形態のモータ21には、例えば三相のブラシレスモータが採用され、伝達機構22には、例えばベルト機構が採用され、変換機構23には、例えばボールネジ機構が採用されている。
操舵制御装置1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、走行状態及び操舵状態を示す情報(状態量)として取得し、これらの状態量に基づいてモータ21を制御する。各種のセンサとしては、例えば車速センサ31、トルクセンサ32a,32b、及び回転角センサ33a,33bが挙げられる。車速センサ31は車速SPDを検出する。トルクセンサ32a,32bは、ピニオン軸17に設けられており、トーションバー34の捩れに基づいて操舵機構5に入力される操舵トルクTh1,Th2をそれぞれ検出する。なお、操舵トルクTh1,Th2は、トルクセンサ32a,32bが正常であれば、基本的に同一の値となる。回転角センサ33a,33bは、モータ21の回転角θ1,θ2を360°の範囲内の相対角でそれぞれ検出する。なお、回転角θ1,θ2は、回転角センサ33a,33bが正常であれば、基本的に同一の値となる。
また、操舵制御装置1は、その外部に設けられた運転支援制御装置35に接続されている。本実施形態の運転支援制御装置35は、運転支援制御として、例えば車両が走行中の走行レーンを維持して走行し易くなるように運転者のステアリング操作を支援する車線逸脱防止支援制御を実行する。運転支援制御装置35は、車線逸脱防止支援制御の実行時において、カメラ36により撮像される画像データに基づいて車両が車線内の走行を維持し得る理想的な転舵角を演算し、この理想的な転舵角と転舵輪4の実際の転舵角との偏差に応じた運転支援指令値θp1*,θp2*を演算する。なお、本実施形態の運転支援指令値θp1*,θp2*は、転舵角に換算可能な回転軸としてのピニオン軸17の回転角(ピニオン角θp)の目標値を示す値である。運転支援制御装置35には、車両の運転席近傍等に設けられる運転支援制御を実行するための操作スイッチ37に接続されており、運転支援制御装置35は、操作スイッチ37のオンオフに応じて運転支援制御を実行する。そして、運転支援制御装置35は、運転支援制御の実行時には運転支援指令値θp1*,θp2*を操舵制御装置1に出力する。
そして、操舵制御装置1は、これら各センサから入力される各状態量を示す信号及び運転支援制御装置35から入力される信号に基づいて、モータ21に駆動電力を供給することにより、アクチュエータ6の作動、すなわち操舵機構5にラック軸12を往復動させるべく付与するトルクを制御する。
次に、モータ21の構成について説明する。
図2に示すように、モータ21は、ロータ41と、ステータ(図示略)に巻回された第1巻線群42及び第2巻線群43とを備えている。第1巻線群42及び第2巻線群43は、U、V、Wの三相のコイルをそれぞれ有している。第1巻線群42と第2巻線群43とは、通電系統が分けられており、第1巻線群42は第1接続線44を介して操舵制御装置1に接続され、第2巻線群43は第2接続線45を介して操舵制御装置1に接続されている。なお、図2では、説明の便宜上、各相の第1接続線44及び第2接続線45をそれぞれ1つにまとめて図示している。
本実施形態の第1巻線群42と第2巻線群43とは、各コイルの仕様(巻線の線径や巻数等)が同一となるように構成されている。そのため、図3(a),(b)に示すように、第1巻線群42で発生する磁束とロータ41の磁束密度やステータの透磁率等のモータ21の構造とに応じて決まる個別限界トルクとしての第1限界トルクTlim1と、第2巻線群43で発生する磁束とモータ21の構造とに応じて決まる個別限界トルクとしての第2限界トルクTlim2とは等しい。そして、図3(c)に示すように、モータ21全体の全体限界トルクTlimwは、第1限界トルクTlim1と第2限界トルクTlim2との合計になる。
また、モータ21には、全体限界トルクTlimwよりも小さな値であって、据え切り時等の必要な目標全体トルクTw*が大きくなる場合に、通電による温度上昇を許容でき、十分なトルクを継続して付与することができるような値として全体定格トルクTrawが予め設定されている。同様に、図3(a)及び図3(b)に示すように、第1巻線群42には、第1限界トルクTlim1よりも小さな個別定格トルクとしての第1定格トルクTra1が予め設定され、第2巻線群43には、第2限界トルクTlim2よりも小さな個別定格トルクとしての第2定格トルクTra2が予め設定されている。これら第1定格トルクTra1と第2定格トルクTra2とは等しい。
次に、操舵制御装置1の構成について説明する。
図2に示すように、操舵制御装置1は、第1巻線群42に対する通電を制御する個別制御部としての第1制御部51と、第2巻線群43に対する通電を制御する個別制御部としての第2制御部61とを備えている。そして、操舵制御装置1は、第1巻線群42及び第2巻線群43に対する駆動電力の供給を通電系統ごとに独立して制御する。なお、第1制御部51及び第2制御部61は、図示しない中央処理装置(CPU)やメモリを備えており、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをCPUが実行することによって、各種制御を実行する。
詳しくは、第1制御部51は、第1制御信号Sc1を出力する制御信号出力部としての第1マイコン52と、第1制御信号Sc1に基づいて第1巻線群42に駆動電力を供給する第1駆動回路53とを備えている。第1マイコン52には、第1接続線44を流れる実電流値I1を検出する第1電流センサ54が接続されている。なお、図2では、説明の便宜上、各相の第1電流センサ54を1つにまとめて図示している。
第1駆動回路53には、第1電源線55を介して車両に搭載される外部電源としての車載電源(バッテリ)56に接続されている。第1電源線55には、車両の起動スイッチ(イグニッションスイッチやスタートスイッチ等)からの信号に応じてオンオフする電源リレー57が設けられている。そして、第1駆動回路53は、電源リレー57がオン状態となって第1電源線55が導通することにより、車載電源56の電源電圧に基づく駆動電力を第1巻線群42に供給することが可能となる。なお、第1マイコン52には、図示しない給電線を介して車載電源56の電力が供給される。
第1駆動回路53には、直列に接続された一対のスイッチング素子(例えば、電界効果型トランジスタ等)を基本単位(アーム)とし、これらアームを各相のコイルに対応させて並列に接続してなる周知のPWMインバータが採用されている。第1制御信号Sc1は、各スイッチング素子のオンオフ状態を規定するゲートオンオフ信号となっている。そして、第1駆動回路53は、第1制御信号Sc1に応じてスイッチング素子をオンオフさせることにより、車載電源56から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、第1接続線44を介して第1巻線群42に供給する。これにより、第1制御部51は、第1巻線群42への駆動電力の供給を通じて該第1巻線群42で発生するトルクを制御する。なお、第1制御部51は、モータ21や第1駆動回路53が過熱状態となった場合には、駆動電力の供給を停止する。
第2制御部61は、基本的に第1制御部51と同様に構成されており、第2制御信号Sc2を出力する制御信号出力部としての第2マイコン62と、第2制御信号Sc2に基づいて第2巻線群43に駆動電力を供給する第2駆動回路63とを備えている。第2マイコン62には、第2接続線45を流れる実電流値I2を検出する第2電流センサ64が接続されている。なお、図2では、説明の便宜上、各相の第2電流センサ64を1つにまとめて図示している。
本実施形態の第2駆動回路63には、第1駆動回路53と同じ車載電源56から電力が供給される。具体的には、第2駆動回路63に接続された第2電源線65は、電源リレー57と第1マイコン52との間の接続点66において第1電源線55に接続されている。そして、第2駆動回路63は、電源リレー57がオン状態となって第1電源線55及び第2電源線65が導通することにより、車載電源56の電源電圧に基づく駆動電力を第2巻線群43に供給することが可能となる。なお、第2マイコン62には、図示しない給電線を介して車載電源56の電力が供給される。
第2駆動回路63には、第1駆動回路53と同様に周知のPWMインバータが採用されており、第2制御信号Sc2は、各スイッチング素子のオンオフ状態を規定するゲートオンオフ信号となっている。そして、第2駆動回路63は、第2制御信号Sc2に応じてスイッチング素子をオンオフさせることにより、車載電源56から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、第2接続線45を介して第2巻線群43に供給する。これにより、第2制御部61は、第2巻線群43への駆動電力の供給を通じて該第2巻線群43で発生するトルクを制御する。なお、第2制御部61は、モータ21や第2駆動回路63が過熱状態となった場合には、駆動電力の供給を停止する。
次に、第1マイコン52による第1制御信号Sc1、及び第2マイコン62による第2制御信号Sc2の演算について説明する。なお、第1マイコン52及び第2マイコン62は、所定の演算周期ごとに以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行して、第1制御信号Sc1及び第2制御信号Sc2をそれぞれ演算する。
第1マイコン52には、車速SPD、操舵トルクTh1、運転支援指令値θp1*、回転角θ1及び実電流値I1が入力される。そして、第1マイコン52は、これらの状態量に基づいて第1制御信号Sc1を出力する。第2マイコン62には、車速SPD、操舵トルクTh2、運転支援指令値θp2*、回転角θ2及び実電流値I2が入力される。そして、第2マイコン62は、これらの状態量に基づいて第2制御信号Sc2を出力する。
詳しくは、図4に示すように、第1マイコン52は、第2マイコン62との間で通信を行う第1通信部71を備えている。また、第1マイコン52は、モータ21で発生すべき目標全体トルクTw*を演算する目標全体トルク演算部72と、目標全体トルクTw*のうちの第1巻線群42で発生すべき目標第1トルクT1*を演算する目標第1トルク演算部73と、第1制御信号Sc1を演算する第1制御信号演算部74とを備えている。さらに、第1マイコン52は、電流異常検出部及び動作異常検出部としての第1異常検出部75を備えている。
第1通信部71は、第1マイコン52内の各演算部、及び後述する第2マイコン62の第2通信部81との間で各種信号の授受を行う。また、第1通信部71は、後述する第2異常検出部85が出力する電流異常検出信号Ei2を目標第1トルク演算部73に出力する。
目標全体トルク演算部72には、操舵トルクTh1、車速SPD、運転支援指令値θp1*及び回転角θ1が入力される。目標全体トルク演算部72は、運転支援指令値θp1*が入力されない場合には、操舵トルクTh1及び車速SPDに基づいて目標全体トルクTw*を演算し、運転支援指令値θp1*が入力される場合には、該運転支援指令値θp1*及び回転角θ1に基づいて目標全体トルクTw*を演算する。なお、目標全体トルクTw*は、トルクを示す値として演算しても、電流を示す値として演算してもよい。また、後述する目標第1トルクT1*及び目標第2トルクT2*についても、同様にトルクを示す値として演算しても、電流を示す値として演算してもよい。
具体的には、目標全体トルク演算部72は、運転支援指令値θp1*が入力されない場合、操舵トルクTh1の絶対値が大きくなるほど、また車速SPDが低くなるほど、全体定格トルクTraw以下の範囲で、より大きな絶対値を有する目標全体トルクTw*を演算する。一方、目標全体トルク演算部72は、運転支援指令値θp1*が入力される場合、入力される回転角θ1を、例えばステアリング中立位置からのモータ21の回転数をカウントすることにより、360°を超える範囲の絶対角に換算して取得する。続いて、目標全体トルク演算部72は、絶対角に換算された回転角に伝達機構22の減速比及び変換機構23のリードに基づく換算係数を乗算することで、ピニオン角θpを演算する。そして、目標全体トルク演算部72は、ピニオン角θpを運転支援指令値θp1*に追従させるべく、ピニオン角θp及び運転支援指令値θp1*に基づいて角度フィードバック制御(例えば、PID制御)を実行することにより、全体定格トルクTraw以下の範囲で、目標全体トルクTw*を演算する。このように演算された目標全体トルクTw*は、目標第1トルク演算部73及び第1通信部71に出力される。
目標第1トルク演算部73には、目標全体トルクTw*、電流異常検出信号Ei2、及び後述する動作異常検出信号Em2が入力される。そして、目標第1トルク演算部73は、後述するようにこれらの状態量に基づいて目標第1トルクT1*を演算する。なお、目標第1トルクT1*は、モータ21で目標全体トルクTw*を発生させる上で第1巻線群42が発生すべきトルクである。
第1制御信号演算部74には、目標第1トルクT1*、実電流値I1及び回転角θ1が入力される。第1制御信号演算部74は、目標第1トルクT1*に基づいて、第1電流指令値を演算する。第1制御信号演算部74は、第1巻線群42に供給される電流の絶対値の増大に基づいて該第1巻線群42で発生するトルクの絶対値が増大することを踏まえ、目標第1トルクT1*の絶対値が大きいほど、より大きな絶対値を有する第1電流指令値を演算する。そして、第1制御信号演算部74は、実電流値I1を第1電流指令値に追従させるべく、実電流値I1及び第1電流指令値に基づいて電流フィードバック制御(例えば、PID制御)を実行することにより、第1駆動回路53に印加する電圧指令値を演算し、該電圧指令値に基づくデューティ比を有する第1制御信号(PWM信号)Sc1を演算する。このように演算された第1制御信号Sc1が第1駆動回路53に出力されることにより、第1巻線群42に第1制御信号Sc1に応じた駆動電力が供給される。これにより、第1巻線群42で目標第1トルクT1*に示されるトルクが発生する。
第1異常検出部75には、実電流値I1が入力されるとともに、第1通信部71を介して各種信号が入力される。第1異常検出部75は、目標全体トルクTw*及び実電流値I1に基づいて第1巻線群42への通電系統に断線及び短絡の電流異常が生じているか否かを判定する。一例として、第1異常検出部75は、目標全体トルクTw*がゼロよりも大きい状態であるにも関わらず、実電流値I1がゼロである状態が所定時間以上継続した場合に、断線の電流異常が生じていると判定する。また、第1異常検出部75は、目標全体トルクTw*がゼロであるにも関わらず、実電流値I1がゼロよりも大きい状態が所定時間以上継続した場合に、短絡の電流異常が生じていると判定する。そして、第1異常検出部75は、電流異常を検出した場合には、その旨を示す電流異常検出信号Ei1を第1通信部71に出力する。
また、第1異常検出部75は、第1通信部71を介した第2マイコン62との間の通信状態に基づいて、第2マイコン62の動作異常を検出する。一例として、第1異常検出部75は、第1通信部71を介して第2マイコン62の各種信号が入力されない場合には、第2マイコン62の動作異常が生じていると判定し、第2マイコン62の各種信号が入力される場合には、第2マイコン62の動作異常が生じていないと判定する。そして、第1異常検出部75は、第2マイコン62の動作異常を検出した場合には、その旨を示す動作異常検出信号Em2を目標第1トルク演算部73に出力する。
第2マイコン62は、基本的に第1マイコン52と同様に構成されており、第1通信部71との間で各種信号の授受を行う第2通信部81を備えている。また、第2マイコン62は、バックアップ用の目標全体トルク演算部82と、目標全体トルクTw*のうちの第2巻線群43で発生すべき目標第2トルクT2*を演算する目標第2トルク演算部83と、第2制御信号Sc2を演算する第2制御信号演算部84とを備えている。さらに、第2マイコン62は、電流異常検出部及び動作異常検出部としての第2異常検出部85を備えている。
第2通信部81は、第2マイコン62内の各演算部、及び第1通信部71との間で各種信号の授受を行う。また、第2通信部81は、第1通信部71を介して入力される目標全体トルクTw*及び電流異常検出信号Ei1を目標第2トルク演算部83に出力する。
目標全体トルク演算部82には、操舵トルクTh2、車速SPD、運転支援指令値θp2*及び回転角θ2が入力される。目標全体トルク演算部82は、第1マイコン52の目標全体トルク演算部72と同様の演算処理により、バックアップ用の目標全体トルクTw*を演算する。
目標第2トルク演算部83には、第2通信部81を介して目標全体トルクTw*及び電流異常検出信号Ei1が入力されるとともに、バックアップ用の目標全体トルクTw*が入力される。また、目標第2トルク演算部83には、後述する動作異常検出信号Em1が入力される。そして、目標第2トルク演算部83は、後述するようにこれらの状態量に基づいて目標第2トルクT2*を演算する。なお、目標第2トルクT2*は、モータ21で目標全体トルクTw*を発生させる上で第2巻線群43が発生すべきトルクである。
第2制御信号演算部84には、目標第2トルクT2*、実電流値I2及び回転角θ2が入力される。第2制御信号演算部84は、第1制御信号演算部74と同様の演算処理により、第2制御信号(PWM信号)Sc2を演算する。このように演算された第2制御信号Sc2が第2駆動回路63に出力されることにより、第2巻線群43に第2制御信号Sc2に応じた駆動電力が供給される。これにより、第2巻線群43で目標第2トルクT2*に示されるトルクが発生する。
第2異常検出部85は、第2通信部81に接続されている。第2異常検出部85には、実電流値I2が入力されるとともに、第2通信部81を介して各種信号が入力される。第2異常検出部85は、目標全体トルクTw*及び実電流値I2に基づいて、第1異常検出部75と同様の演算処理により、第2巻線群43への通電系統に断線及び短絡の電流異常が生じているか否かを判定する。そして、第2異常検出部85は、電流異常を検出した場合には、その旨を示す電流異常検出信号Ei2を第2通信部81に出力する。また、第2異常検出部85は、第2通信部81を介した第1マイコン52との間の通信状態に基づいて、第1異常検出部75と同様の演算処理により、第1マイコン52の動作異常を検出する。そして、第2異常検出部85は、第1マイコン52の動作異常を検出した場合には、その旨を示す動作異常検出信号Em1を目標第2トルク演算部83に出力する。
次に、目標第1トルクT1*及び目標第2トルクT2*の演算について説明する。
目標第1トルク演算部73には、目標全体トルクTw*に加え、異常時には第1通信部71を介して電流異常検出信号Ei2及び動作異常検出信号Em2が入力される。目標第1トルク演算部73は、これらの状態量に基づいて目標第1トルクT1*を演算する。
具体的には、目標第1トルク演算部73は、電流異常検出信号Ei2又は動作異常検出信号Em2が入力されない正常時は、目標全体トルクTw*の半分(50%)の値を目標第1トルクT1*とする。また、目標第1トルク演算部73は、電流異常検出信号Ei2又は動作異常検出信号Em2が入力され、かつ目標全体トルクTw*が第1定格トルクTra1以下の場合には、目標第1トルクT1*が目標全体トルクTw*と等しくなるように、正常時よりも大きな目標第1トルクT1*を演算する。一方、目標第1トルク演算部73は、電流異常検出信号Ei2又は動作異常検出信号Em2が入力され、かつ目標全体トルクTw*が第1定格トルクTra1よりも大きい場合には、第1定格トルクTra1を超えて、目標第1トルクT1*が目標全体トルクTw*と同一又は近い値となるように、正常時よりも大きな目標第1トルクT1*を演算する。つまり、第1制御部51は、第2巻線群43でトルクを発生できない場合には、第1巻線群42で正常時よりも大きなトルクを発生させ、目標全体トルクTw*の大きさによっては第1定格トルクTra1を超えるトルクを一時的に発生させる。
目標第2トルク演算部83には、目標全体トルクTw*に加え、第2通信部81を介して電流異常検出信号Ei1及び動作異常検出信号Em1が入力される。目標第2トルク演算部83は、これらの状態量に基づいて目標第2トルクT2*を演算する。なお、第1マイコン52の動作異常が発生している場合には、バックアップ用の目標全体トルクTw*に基づいて目標第2トルクT2*を演算する。そして、目標第2トルク演算部83は、電流異常検出信号Ei1又は動作異常検出信号Em1が入力されない正常時は、目標全体トルクTw*の半分(50%)の値を目標第2トルクT2*とする。また、目標第2トルク演算部83は、電流異常検出信号Ei1又は動作異常検出信号Em1が入力され、かつ目標全体トルクTw*が第2定格トルクTra2以下の場合には、目標第2トルクT2*が目標全体トルクTw*と等しくなるように、正常時よりも大きな目標第2トルクT2*を演算する。一方、目標第2トルク演算部83は、電流異常検出信号Ei1又は動作異常検出信号Em1が入力され、かつ目標全体トルクTw*が第2定格トルクTra2よりも大きい場合には、第2定格トルクTra2を超えて、目標第2トルクT2*が目標全体トルクTw*と同一又は近い値となるように、正常時よりも大きな目標第2トルクT2*を演算する。つまり、第2制御部61は、第1巻線群42でトルクを発生できない場合には、第2巻線群43で正常時よりも大きなトルクを発生させ、目標全体トルクTw*の大きさによっては第2定格トルクTra2を超えるトルクを一時的に発生させる。
次に、異常発生時におけるモータ21の動作について説明する。
一例として、図3に示すように、目標全体トルクTw*が全体定格トルクTrawの60%である場合を想定する。このとき、異常が発生していなければ、第1巻線群42において第1定格トルクTra1の60%(全体定格トルクTrawの30%)のトルクが出力されるとともに、第2巻線群43において第2定格トルクTra2の60%(全体定格トルクTrawの30%)のトルクが出力される。
ここで、例えば電流異常の発生により第2巻線群43でトルクを出力できなくなると、第1巻線群42において第1定格トルクTra1の120%のトルクが一時的に出力されることにより、モータ21全体で全体定格トルクTrawの60%のトルクが出力される。これにより、異常時においても、モータ21から付与されるトルクが不足することが一時的に抑制される。
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
(1)ここで、例えばモータ21や第1駆動回路53、あるいは第2駆動回路63が短時間で過熱状態となってもよいとすれば、モータ21の構造上は、第1巻線群42又は第2巻線群43において第1定格トルクTra1又は第2定格トルクTra2を超えるトルクを発生させることができる。この点を踏まえ、操舵制御装置1は、目標全体トルクTw*が異常の発生していない通電系統の個別定格トルク(第1定格トルクTra1又は第2定格トルクTra2)よりも大きい場合、該異常が発生していない巻線群(第1巻線群42又は第2巻線群43)で個別定格トルクを超えるトルクを発生させる。そのため、モータ21や第1駆動回路53、あるいは第2駆動回路63が過熱状態となるまでの短時間は、モータ21から付与されるトルクが不足することを一時的に抑制できる。これにより、例えば車両の旋回途中で異常が発生しても、モータ21から付与されるトルクが不足することが一時的に抑制されるため、例えば車両の進行方向が狙いの方向から逸れることを抑制できる。
(2)操舵制御装置1は、第1巻線群42への通電系統における電流異常を検出する第1異常検出部75、及び第2巻線群43への通電系統における第2異常検出部85を備えた。そして、操舵制御装置1は、電流異常が検出され、目標全体トルクTw*が電流異常の発生していない通電系統の個別定格トルクを上回る場合、該電流異常が発生していない通電系統の巻線群に個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給する。そのため、通電系統内の断線又は短絡等に起因して第1巻線群42又は第2巻線群43でトルクを発生させることができなくなる電流異常が発生した場合に、モータ21から付与されるトルクが不足することを一時的に抑制できる。
(3)操舵制御装置1は、第2マイコン62の動作異常を検出する第1異常検出部75、及び第1マイコン52の動作異常を検出する第2異常検出部85を備えた。そして、操舵制御装置1は、動作異常が検出され、目標全体トルクTw*が動作異常の発生していない通電系統の個別定格トルクを上回る場合、該動作異常が発生していない通電系統の巻線群に個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給する。そのため、第1マイコン52又は第2マイコン62の停止等に起因して、第1巻線群42又は第2巻線群43でトルクを発生させることができなくなる動作異常が発生した場合に、モータ21から付与されるトルクが不足することを一時的に抑制できる。
(第2実施形態)
次に、モータ制御装置を操舵制御装置に具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。なお、説明の便宜上、同一の構成については上記第1実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
図5に示すように、第1電源線55には、車載電源56の電源電圧Vb1を検出する第1電圧センサ91が設けられている。第1マイコン52には、車速SPD、操舵トルクTh1、運転支援指令値θp1*、回転角θ1及び実電流値I1に加え、電源電圧Vb1が入力される。
本実施形態の第2駆動回路63には、第1駆動回路53とは異なる外部電源としての車載電源106から電力が供給される。具体的には、第2駆動回路63は、第2電源線65を介して車両に搭載される車載電源106に接続されており、車載電源56には接続されていない。第2電源線65には、車両の起動スイッチからの信号に応じてオンオフする電源リレー107及び車載電源106の電源電圧Vb2を検出する第2電圧センサ101が設けられている。そして、第2駆動回路63は、電源リレー107がオン状態となって第2電源線65が導通することにより、車載電源106の電源電圧に基づく駆動電力を第2巻線群43に供給することが可能となる。なお、第2マイコン62には、図示しない給電線を介して車載電源106の電力が供給される。第2マイコン62には、車速SPD、操舵トルクTh2、運転支援指令値θp2*、回転角θ2及び実電流値I2に加え、電源電圧Vb2が入力される。
図6に示すように、本実施形態の第1マイコン52は、目標第1トルクT1*を第1定格トルクTra1以下に制限するための第1制限トルクTre1を演算する第1制限トルク演算部111を備えている。第1制限トルク演算部111には、電源電圧Vb1が入力される。そして、第1制限トルク演算部111は、車載電源56の電源電圧Vb1の低下を抑制する観点から該電源電圧Vb1に基づいて第1制限トルクTre1を演算する。具体的には、第1制限トルク演算部111は、電源電圧Vb1の絶対値が電圧閾値以下である場合に、該電源電圧Vb1の絶対値の低下に基づいて、より小さな絶対値を有する第1制限トルクTre1を演算し、電源電圧Vb1の絶対値が電圧閾値よりも大きい場合には、第1定格トルクTra1と等しい第1制限トルクTre1を演算する。なお、電圧閾値は、操舵装置2のアシスト保証電圧範囲の下限値を基準として予め設定されている。このように演算された第1制限トルクTre1は、目標第1トルク演算部73及び第1通信部71に出力される。
本実施形態の第2マイコン62は、第1マイコン52と同様に、目標第2トルクT2*を第2定格トルクTra2以下に制限するための第2制限トルクTre2を演算する第2制限トルク演算部121を備えている。第2制限トルク演算部121には、電源電圧Vb2が入力される。そして、第2制限トルク演算部121は、第1制限トルク演算部111と同様の演算処理により、電源電圧Vb2に基づいて第2制限トルクTre2を演算する。このように演算された第2制限トルクTre2は、目標第2トルク演算部83及び第2通信部81に出力される。
次に、目標第1トルク演算部73に電流異常検出信号Ei2又は動作異常検出信号Em2が入力されず、第1制限トルクTre1が第1定格トルクTra1と等しくなるとともに、第2制限トルクTre2が第2定格トルクTra2よりも小さくなる制限状態での目標第1トルクT1*の演算について説明する。この制限状態において、目標全体トルクTw*が第2制限トルクTre2と第1定格トルクTra1との合計以下の場合には、目標第1トルク演算部73は、目標第1トルクT1*が目標全体トルクTw*と等しくなるように、正常時よりも大きな目標第1トルクT1*を演算する。一方、目標第1トルク演算部73は、目標全体トルクTw*が第2制限トルクTre2と第1定格トルクTra1との合計よりも大きい場合には、第1定格トルクTra1を超えて、目標第1トルクT1*が目標全体トルクTw*と同一又は近い値となるように、正常時よりも大きな目標第1トルクT1*を演算する。なお、目標第1トルク演算部73は、電流異常検出信号Ei2又は動作異常検出信号Em2が入力される場合には、上記第1実施形態と同様に目標第1トルクT1*を演算する。
次に、目標第2トルク演算部83に電流異常検出信号Ei1又は動作異常検出信号Em1が入力されず、第2制限トルクTre2が第2定格トルクTra2と等しくなるとともに、第1制限トルクTre1が第1定格トルクTra1よりも小さくなる制限状態での目標第2トルクT2*の演算について説明する。この制限状態において、目標全体トルクTw*が第1制限トルクTre1と第2定格トルクTra2との合計以下の場合には、目標第2トルク演算部83は、目標第2トルクT2*が目標全体トルクTw*と等しくなるように、正常時よりも大きな目標第2トルクT2*を演算する。一方、目標第2トルク演算部83は、目標全体トルクTw*が第1制限トルクTre1と第2定格トルクTra2との合計よりも大きい場合には、第2定格トルクTra2を超えて、目標第2トルクT2*が目標全体トルクTw*と同一又は近い値となるように、正常時よりも大きな目標第2トルクT2*を演算する。なお、目標第2トルク演算部83は、電流異常検出信号Ei1又は動作異常検出信号Em1が入力される場合には、上記第1実施形態と同様に目標第2トルクT2*を演算する。
以上、本実施形態では、上記第1実施形態の(1)〜(3)の作用及び効果と同様の作用及び効果を有する。
(4)第1制御部51には車載電源56が接続され、第2制御部61には車載電源106が接続される。操舵制御装置1は、電源電圧Vb1に基づいて第1制限トルクTre1を演算する第1制限トルク演算部111、及び電源電圧Vb2に基づいて第2制限トルクTre2を演算する第2制限トルク演算部121を備えた。操舵制御装置1は、目標全体トルクTw*が第1制限トルクTre1又は第2制限トルクTre2と第2定格トルクTra2又は第1定格トルクTra1との合計よりも大きくなる場合、制限状態でない第1巻線群42又は第2巻線群43に第1定格トルクTra1又は第2定格トルクTra2を超えるトルクが発生するように駆動電力を供給する。そのため、電源電圧Vb1,Vb2のいずれかが低下し、第1巻線群42又は第2巻線群43で第1定格トルクTra1又は第2定格トルクTra2よりも小さなトルクしか発生させることができなくなる制限状態となった場合に、モータ21から付与されるトルクが不足することを一時的に抑制できる。
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記第2実施形態において、第1制御部51が第1異常検出部75を備えず、第2制御部61が第2異常検出部85を備えない構成としてもよい。
・上記各実施形態において、第1異常検出部75が断線及び短絡のいずれか一方のみを検出するようにしてもよい。同様に、第2異常検出部85が断線及び短絡のいずれか一方のみを検出するようにしてもよい。
・上記各実施形態では、目標全体トルクTw*及び実電流値I1に基づいて電流異常の検出を行ったが、これに限らず、例えば電流指令値と実電流値I1とに基づいて電流異常の検出を行ってもよく、その検出態様は適宜変更可能である。同様に、動作異常の検出態様も適宜変更可能である。
・上記各実施形態では、操舵制御装置1に運転支援制御装置35から運転支援指令値θp1*,θp2*が入力されない構成としてもよい。
・上記各実施形態では、各コイルの仕様が同一の第1巻線群42及び第2巻線群43を有するモータ21を制御対象としたが、これに限らず、通電系統の巻線群ごとに仕様が異なり、個別定格トルクが異なるモータを制御対象としてもよい。
・上記実施形態では、操舵装置2をEPSとして構成し、アシストトルクを付与するモータ21を制御対象としたが、これに限らず、例えば操舵装置2を操舵部と転舵部との間の動力伝達が分離したステアバイワイヤ式のものとして構成し、転舵輪を転舵させる転舵トルクを付与するモータを制御対象としてもよい。また、操舵装置以外に設けられるモータを制御対象としてもよい。
・上記各実施形態の操舵制御装置1は、通電系統が2つの系統に分けられた第1巻線群42及び第2巻線群43を有するモータ21を制御対象としたが、これに限らず、3つ以上の系統に分けられた巻線群を有するモータを制御対象としてもよい。
Ei1,Ei2…電流異常検出信号、Em1,Em2…動作異常検出信号、Sc1…第1制御信号(制御信号)、Sc2…第2制御信号(制御信号)、T1*…目標第1トルク(目標個別トルク)、T2*…目標第2トルク(目標個別トルク)、Tra1…第1定格トルク(個別定格トルク)、Tra2…第2定格トルク(個別定格トルク)、Traw…全体定格トルク、Tre1…第1制限トルク(個別制限トルク)、Tre2…第2制限トルク(個別制限トルク)、Tw*…目標全体トルク、Tlim1…第1限界トルク(個別限界トルク)、Tlim2…第2個別限界トルク(個別限界トルク)、Tlimw…全体限界トルク、Vb1,Vb2…電源電圧、1…操舵制御装置(モータ制御装置)、21…モータ、41…ロータ、42…第1巻線群、43…第2巻線群、51…第1制御部(個別制御部)、52…第1マイコン(制御信号出力部)、53…第1駆動回路(駆動回路)、56,106…車載電源、61…第2制御部(個別制御部)、62…第2マイコン(制御信号出力部)、63…第2駆動回路(駆動回路)、71…第1通信部、72,82…目標全体トルク演算部、73…目標第1トルク演算部、74…第1制御信号演算部、75…第1異常検出部(電流異常検出部、動作異常検出部)、81…第2通信部、82…目標全体トルク演算部、83…目標第2トルク演算部、84…第2制御信号演算部、85…第2異常検出部(電流異常検出部、動作異常検出部)、111…第1制限トルク演算部(個別制限トルク演算部)、121…第2制限トルク演算部(個別制限トルク演算部)。

Claims (5)

  1. 通電系統が複数の系統に分けられた巻線群を有するモータを制御対象とし、前記巻線群に対する駆動電力の供給を前記通電系統ごとに独立して制御する複数の個別制御部を備えたモータ制御装置において、
    前記各個別制御部は、
    前記モータで発生すべき目標全体トルクを前記各通電系統の巻線群ごとに分配した目標個別トルクに基づいて制御信号を出力する制御信号出力部と、
    前記制御信号に基づいて前記巻線群に駆動電力を供給する駆動回路とを備え、
    前記目標個別トルクは、前記各通電系統の巻線群ごとに出力可能なトルクの限界として前記モータの構造に応じて決まる個別限界トルクよりも小さな値に設定された個別定格トルク以下となるように演算されるものであって、
    前記各通電系統の巻線群のいずれかで発生可能なトルクが前記個別定格トルクよりも小さくなる異常が発生し、前記目標全体トルクが前記異常の発生していない前記通電系統の前記個別定格トルクの合計よりも大きくなる場合、該異常が発生していない前記通電系統の前記個別制御部は、前記巻線群に前記個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給するモータ制御装置。
  2. 請求項1に記載のモータ制御装置において、
    前記各個別制御部は、前記通電系統の断線及び短絡の少なくとも一方を含む電流異常を検出する電流異常検出部を備え、
    前記電流異常が検出され、前記目標全体トルクが前記異常の発生していない前記通電系統の前記個別定格トルクの合計よりも大きい場合、前記電流異常が発生していない前記通電系統の前記個別制御部は、前記巻線群に前記個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給するモータ制御装置。
  3. 請求項1又は2に記載のモータ制御装置において、
    前記各個別制御部は、他の前記通電系統の前記制御信号出力部の動作異常を検出する動作異常検出部を備え、
    前記動作異常が検出され、前記目標全体トルクが前記異常の発生していない前記通電系統の前記個別定格トルクの合計よりも大きい場合、前記動作異常が発生していない前記通電系統の前記個別制御部は、前記巻線群に前記個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給するモータ制御装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
    前記各個別制御部には、前記通電系統ごとに個別の外部電源が接続されるものであって、
    前記各個別制御部は、前記外部電源の電源電圧に基づいて前記目標個別トルクを前記個別定格トルク以下に制限するための個別制限トルクを演算する個別制限トルク演算部を備え、
    前記各通電系統のいずれかで前記個別制限トルクが前記個別定格トルクよりも小さくなる制限状態となり、前記目標全体トルクが前記制限状態となっていない前記通電系統の前記個別定格トルクと前記制限状態となっている前記通電系統の前記個別制限トルクとの合計よりも大きくなる場合、前記制限状態となっていない前記通電系統の前記個別制御部は、前記巻線群に前記個別定格トルクを超えるトルクが発生するように駆動電力を供給するモータ制御装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
    前記モータは、操舵機構に付与するトルクを発生するものであるモータ制御装置。
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