JP2021070443A - モータ駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】他の制御演算部の故障又は通信途絶のとき、正常な制御演算部による情報送受信を担保するモータ駆動システムを提供する。【解決手段】第１、第２アクチュエータは、複数の制御演算部、及びモータ駆動部を有する。いずれかの制御演算部に対し他方のアクチュエータにおける対をなす制御演算部もしくは同じアクチュエータ内の他系統の制御演算部の故障、又は、アクチュエータ間通信もしくは系統間通信の通信途絶により、当該制御演算部が正常な情報を送受信不能となった状態を「システム内通信異常状態」と定義する。システム内通信異常状態において、正常な各制御演算部は、正常時に自身が送信する情報に加え、自身が送信できなかった情報、及び、他の制御演算部から受信したアクチュエータ間通信用の情報を「代替情報」として併せて送信する。代替情報を含む情報を受信した制御演算部は、受信した情報の少なくとも一部を用いてモータ駆動制御を継続する。【選択図】図５

Description

本発明は、モータ駆動システムに関する。

従来、一般にモータが駆動されるモータ駆動システムにおいて、モータ駆動に関する演算を行う制御演算部や、制御演算部が生成した駆動信号に基づいて駆動するモータ駆動部が冗長的に複数設けられた構成が知られている。

例えば特許文献１に開示された制御システムのフェールセーフ制御装置では、２個のＥＣＵのうち１個が失陥すると、失陥したＥＣＵを停止し、正常な１個のＥＣＵで制御を続行する。また、２個のモータのうち１個が失陥すると、失陥したモータを停止し、正常な１個のモータを用いて制御を続行する。

特許第４８４８７１７号公報

特許文献１の図８、図９に開示された実施例３の装置は、それぞれが操舵反力モータの駆動を制御する２個の反力ＥＣＵ−（Ａ）、（Ｄ）、及び、それぞれが転舵モータの駆動を制御する２個の転舵ＥＣＵ−（Ｂ）、（Ｃ）を備える。例えば１個の反力ＥＣＵ−（Ａ）の失陥時には、反力ＥＣＵ−（Ａ）を停止し、正常な１個の反力ＥＣＵ−（Ｄ）及び２個の転舵ＥＣＵ−（Ｂ）、（Ｃ）、操舵反力モータ及び転舵モータの駆動制御を続行する。

本明細書では、特許文献１の「反力ＥＣＵ」及び「操舵反力モータ」を含むものを一般化して「第１アクチュエータ」といい、「転舵ＥＣＵ」及び「転舵モータ」を含むものを一般化して「第２アクチュエータ」という。また、特許文献１の「反力ＥＣＵ」及び「操舵反力モータ」を「第１アクチュエータの制御演算部」及び「第１アクチュエータのモータ駆動部」という。特許文献１の「転舵ＥＣＵ」及び「転舵モータ」を「第２アクチュエータの制御演算部」及び「第２アクチュエータのモータ駆動部」という。

すなわち、本明細書における「第１アクチュエータ」及び「第２アクチュエータ」は、どのような用途のアクチュエータであってもよい。また、「アクチュエータ」の用語は、外部からの駆動信号により駆動される機械的要素のみでなく、自身の内部に有する制御演算部が生成した駆動信号によってモータ駆動部がトルクを出力する駆動装置を意味する。なお、アクチュエータ内の制御演算部とモータ駆動部とは物理的に一体に構成されてもよく、信号線を介して別体に構成されてもよい。

ここで、特許文献１の従来技術において「第１アクチュエータの一方の制御演算部」である反力ＥＣＵ−（Ａ）と、「第２アクチュエータの一方の制御演算部」である転舵ＥＣＵ−（Ｂ）とが対をなして情報を互いに送受信し、また、「同じアクチュエータ内の複数系統の制御演算部」である反力ＥＣＵ−（Ａ）、（Ｄ）間、転舵ＥＣＵ−（Ｂ）、（Ｃ）でも情報を互いに送受信する構成を想定する。いずれかの制御演算部が故障した場合や、アクチュエータ間通信もしくは系統間通信の通信が途絶した場合、正常な制御演算部に送信されるべき情報が異常値になる可能性がある。そのため、正常な制御演算部による情報送受信が担保されず、モータ駆動制御を適切に継続できなくおそれがある。

さらに、従来技術において、全てのＥＣＵ間で故障情報や制御情報の通信を行う構成を想定する。この構成では、一つのバスで通信すると情報量が過多となる。また、複数のバスを設けようとすると入出力端子数が増大する。この傾向は、連携するアクチュエータや系統が三つ以上の場合にはより顕著になる。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、他の制御演算部の故障又は通信途絶のとき、正常な制御演算部による情報送受信を担保するモータ駆動システムを提供することにある。

本発明は、それぞれがトルクを出力するモータとして機能する第１アクチュエータ（１０）及び第２アクチュエータ（２０）を含む複数のアクチュエータを備えるモータ駆動システムである。

第１アクチュエータ及び第２アクチュエータは、それぞれ、冗長的に設けられた複数の制御演算部（１６１、１６２、２６１、２６２）、及び、冗長的に設けられた複数のモータ駆動部（１７１、１７２、２７１、２７２）を有する。複数の制御演算部は、モータ駆動制御に関する演算を行う。複数のモータ駆動部は、対応する制御演算部が生成した駆動信号に基づいて駆動しトルクを出力する。例えば多相ブラシレスモータでは、モータ駆動部は、電圧を供給するインバータ、ステータに巻回された多相巻線、永久磁石を有するロータ等により構成される。なお、多重巻線モータのように、複数のモータ駆動部においてロータ等が共通に設けられてもよい。

各アクチュエータ内で互いに対応する制御演算部とモータ駆動部との組み合わせの単位を「系統」と定義する。第１アクチュエータ及び第２アクチュエータにおける、互いに対をなす系統の制御演算部同士は、アクチュエータ間通信により相互に情報を送受信する。各アクチュエータにおいて、同じアクチュエータ内の複数系統の制御演算部は、系統間通信により相互に情報を送受信する。

いずれかの制御演算部に対し他方のアクチュエータにおける対をなす制御演算部もしくは同じアクチュエータ内の他系統の制御演算部の故障、又は、アクチュエータ間通信もしくは系統間通信の通信途絶により、当該制御演算部が正常な情報を送受信不能となった状態を「システム内通信異常状態」と定義する。システム内通信異常状態において、正常な各制御演算部は、正常時に自身が送信する情報に加え、自身が送信できなかった情報、及び、他の制御演算部から受信したアクチュエータ間通信用の情報を「代替情報」として併せて送信する。代替情報を含む情報を受信した制御演算部は、受信した情報の少なくとも一部を用いてモータ駆動制御を継続する。

本発明では、システム内通信異常状態において本来の通信経路で情報を送受信できない場合であっても、正常な制御演算部が故障を通知する情報やモータの駆動制御に用いる制御情報を代替情報として送受信することで、情報の送受信が担保される。これにより、代替情報を含む情報を受信した制御演算部は、モータ駆動制御を適切に継続することができる。

ステアバイワイヤシステムに適用される実施形態でのモータ駆動システムの全体構成図。 図１のモータ駆動システムの模式図。 故障発生時における代替情報の送信を示す図。 各実施形態による正常時の通信構成図。 第１、第２実施形態による制御演算部Ａ１故障時の代替情報の通信構成図。 第１実施形態によるＡ１−Ｂ１間通信途絶時の代替情報の通信構成図。 第２実施形態によるＡ１−Ｂ１間通信途絶時の代替情報の通信構成図。 第３実施形態による制御演算部Ａ１故障時の代替情報の通信構成図。 第３実施形態によるＡ１−Ｂ１間通信途絶時の代替情報の通信構成図。 第４実施形態によるモータ駆動システムの模式図。 第５実施形態によるモータ駆動システムの模式図。 四つのアクチュエータ間での通信の接続形態を説明する図。 第６実施形態によるモータ駆動システムの模式図。

以下、本発明のモータ駆動システムの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態のモータ駆動システムは、それぞれがトルクを出力するモータとして機能する複数のアクチュエータを備える。各アクチュエータは、冗長的に設けられた複数の制御演算部、及び、冗長的に設けられた複数のモータ駆動部を有する。各アクチュエータ内で互いに対応する制御演算部とモータ駆動部との組み合わせの単位を「系統」と定義する。

以下の第１〜第３実施形態は、「システム内通信異常状態」における「代替情報」（その意味は後述する）の通信構成に関するバリエーションである。また、第４〜第６実施形態は、システムのアクチュエータ数又は系統数に関するバリエーションであり、前述の実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以上の第１〜第６実施形態を包括して「本実施形態」という。

［第１〜第３実施形態］
図１に、車両のステアバイワイヤシステム９０に適用されるモータ駆動システム８０１を示す。車両の操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したステアバイワイヤシステム９０において、第１アクチュエータ１０は反力アクチュエータとして用いられ、第２アクチュエータ１０は転舵アクチュエータとして用いられる。ステアバイワイヤシステム９０の操舵機構は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９３、操舵トルクセンサ９４、及び第１アクチュエータ１０等を含む。ステアバイワイヤシステム９０の転舵機構は、ラック９７、ナックルアーム９８、及び第２アクチュエータ２０等を含み、第２アクチュエータ２０が出力する転舵トルクにより車輪９９を転舵させる。車輪９９は片側のみを図示し、反対側の車輪の図示を省略する。

モータ駆動システム８０１は、第１アクチュエータ１０と第２アクチュエータ２０とを備えている。以下の図中、「Ａｃｔ」は「アクチュエータ」を意味する。第１アクチュエータ１０は、ドライバの操舵トルク及び路面反力に応じた反力トルクを出力するモータとして機能する。第１アクチュエータ１０が反力を付与するようにハンドル９１を回転させることで、ドライバに適切な操舵フィーリングを与える。第２アクチュエータ２０は、車輪９９を転舵させる転舵トルクを出力するモータとして機能する。第２アクチュエータ２０が適切に車輪９９を転舵させることで、ドライバが意図した方向へ車両が偏向される。

各アクチュエータ１０、２０は二系統の冗長構成となっている。つまり、第１アクチュエータ１０は、冗長的に設けられた二つの制御演算部１６１、１６２、及び、冗長的に設けられた二つのモータ駆動部１７１、１７２を有している。第２アクチュエータ２０は、冗長的に設けられた二つの制御演算部２６１、２６２、及び、冗長的に設けられた二つのモータ駆動部２７１、２７２を有している。

以下、各アクチュエータの二つの系統を「第１系統」及び「第２系統」と表す。例えば第１系統と第２系統との間に主従関係があり、第１系統がメイン（又はマスター）、第２系統がサブ（又はスレーブ）として機能してもよい。或いは、第１系統と第２系統とが対等の関係であってもよい。第１系統の要素には符号の末尾に「１」を付し、第２系統の要素には符号の末尾に「２」を付す。

各アクチュエータ１０、２０の基本的構成は同様であるため、一方の説明で足りる点に関しては、代表として第１アクチュエータ１０の構成要素により説明する。第２アクチュエータ２０については、対応する符号を読み替えて解釈可能である。制御演算部１６１、１６２は、具体的にはマイコンやＡＳＩＣにより構成され、モータ駆動制御に関する演算を行う。なお、制御演算部１６１、１６２は、モータ駆動制御以外の制御をあわせて実行してもよいが、本明細書では他の制御について言及しない。後述するように制御演算部が「モータ駆動制御を停止」したとき、他の制御を停止するか否かは問題としない。

詳しくは、制御演算部１６１、１６２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御演算部１６１、１６２は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

モータ駆動部１７１、１７２は、対応する制御演算部１６１、１６２が生成した駆動信号に基づいて駆動し、トルクを出力する。例えば多相ブラシレスモータでは、モータ駆動部１７１、１７２は、電圧を供給するインバータ、ステータに巻回された多相巻線、永久磁石を有するロータ等により構成される。二系統のモータ駆動部１７１、１７２は、協働してトルクを出力する。例えばモータ駆動部１７１、１７２は、二系統の多相巻線が共通のステータに巻回された二重巻線モータとして構成されてもよい。

図中、制御演算部１６１からモータ駆動部１７１への矢印、及び、制御演算部１６２からモータ駆動部１７２への矢印は、各系統の駆動信号を示す。多相ブラシレスモータの場合、駆動信号はインバータのスイッチングパルス信号であり、代表的にはＰＷＭ信号等である。第１アクチュエータ１０の制御演算部１６１、１６２は、操舵トルクセンサ９４が検出した操舵トルクＴｓ及び路面反力等を取得し、それらの情報に基づいて駆動信号を生成する。転舵アクチュエータ２０の制御演算部２６１、２６２は、操舵角又は転舵角θｔやラックストロークＸｒ等を取得し、それらの情報に基づいて駆動信号を生成する。

このように、本明細書では、複数の制御演算部と複数のモータ駆動部とを含む一単位の駆動装置として「アクチュエータ」の用語を用いる。例えば特許文献１（特許第４８４８７１７号公報）では、駆動信号を演算するＥＣＵとは別に、機械的要素であるモータ本体部分のみをアクチュエータとして扱っており、本明細書とは用語の解釈が異なる。本実施形態のアクチュエータは、いわゆる「機電一体式」のモータとして、制御演算部とモータ駆動部とが物理的に一体に構成されてもよい。或いは、いわゆる「機電別体式」のモータとして、制御演算部とモータ駆動部とが信号線を介して別体に構成されてもよい。

第１アクチュエータ１０の第１系統と、第２アクチュエータ２０の第１系統とは互いに対をなす。また、第１アクチュエータ１０の第２系統と、第２アクチュエータ２０の第２系統とは互いに対をなす。第１アクチュエータ及び第２アクチュエータにおける、互いに対をなす系統の制御演算部同士は、アクチュエータ間通信ＣＬ１、ＣＬ２により相互に情報を送受信する。なお、アクチュエータ間通信の記号の２文字目の「Ｌ」は「ローカル通信」に由来する。

アクチュエータ間通信により「相互に送受信される情報」には、少なくとも各アクチュエータ１０、２０の異常情報が含まれる。制御演算部の異常には、データの異常、演算処理の異常、内部通信異常、同期異常等が含まれる。モータ駆動部の異常には、インバータのスイッチング素子等の異常、及び、回路に設けられたリレーのショート、オープン故障やモータ巻線の断線故障等が含まれる。これらの故障が発生したとき、各アクチュエータ１０、２０は、その情報を相互に送受信する。

図２に、図１のモータ駆動システム８０１を簡略化した模式図として示す。図１では、具体的な適用例としてステアバイワイヤシステムを示したが、本実施形態の第１アクチュエータ１０及び第２アクチュエータ２０は、どのような用途のモータであってもよい。図２では一般に「二系統冗長構成の二つのアクチュエータ１０、２０を備えたモータ駆動システム８０１」の構成を示す。第４〜第６実施形態の各構成図も図２に従って記載する。図２では、各アクチュエータ１０、２０の第１系統及び第２系統に破線枠を示し、「第１系統１０１、２０１」、「第２系統１０２、２０２」の符号を付す。ただし、以下の説明中、文脈から自明な箇所等では、系統の符号を適宜省略する場合がある。

図１の説明と一部重複するが、各アクチュエータ１０、２０の構成をあらためて記す。第１アクチュエータ１０は、第１系統１０１の制御演算部１６１及び第２系統１０２の制御演算部１６２が冗長的に設けられており、また、第１系統１０１のモータ駆動部１７１及び第２系統１０２のモータ駆動部１７２が冗長的に設けられている。第２アクチュエータ２０は、第１系統２０１の制御演算部２６１及び第２系統２０２の制御演算部２６２が冗長的に設けられており、また、第１系統２０１のモータ駆動部２７１及び第２系統２０２のモータ駆動部２７２が冗長的に設けられている。

図２の構成では、各アクチュエータ１０、２０において、操舵トルクＴｓの信号、操舵角又は転舵角θｔやラックストロークＸｒのフィードバック信号等の情報が各系統の制御演算部へ冗長的に入力される。つまり、一つの情報信号が分岐されて各系統の制御演算部へ入力されるのでなく、第１系統専用に生成された情報信号が第１系統に入力され、第２系統専用に生成された情報信号が第２系統に入力される。

例えば第１アクチュエータ１０について、第１系統１０１の制御演算部１６１へは情報Ｉｆ１１、第２系統１０２の制御演算部１６２へは情報Ｉｆ１２が冗長的に入力される。また、第２アクチュエータ２０について、第１系統２０１の制御演算部２６１へは情報Ｉｆ２１、第２系統２０２の制御演算部２６２へは情報Ｉｆ２２が冗長的に入力される。これにより、一方の系統の制御演算部の入力部が故障した場合、他方の系統の制御演算部が正しい情報を取得することができる。

また、同じ第１アクチュエータ１０内の第１系統１０１の制御演算部１６１と第２系統１０２の制御演算部１６２とは、系統間通信ＣＭ１により相互に情報を送受信する。同じ第２アクチュエータ２０内の第１系統２０１の制御演算部２６１と第２系統２０２の制御演算部２６２とは、系統間通信ＣＭ２により、相互に情報を送受信する。なお、系統間通信の記号の２文字目の「Ｍ」は「マイコン間通信」に由来する。系統間通信ＣＭ１、ＣＭ２により相互に送信される情報には、例えば、外部からの入力値、制御演算部が演算した電流指令値、電流制限値、フィードバックされる実電流等が含まれる。また、各系統の異常信号が相互に送受信される。

上述の通り、第１アクチュエータ１０の第１系統１０１と第２アクチュエータ２０の第１系統２０１とは互いに対をなし、第１アクチュエータ１０の第２系統１０２と第２アクチュエータ２０の第２系統２０２とは互いに対をなす。つまり、同一番号の系統同士が互いに対をなすものとする。ただし、「第１系統」及び「第２系統」の用語は便宜上割り振られているに過ぎず、二つの系統のどちらを「第１系統」とし、どちらを「第２系統」とするかは自由である。システムによっては、「第１アクチュエータの第１系統」と「第２アクチュエータの第２系統」とが対をなし、「第１アクチュエータの第２系統」と「第２アクチュエータの第１系統」とが対をなすようにしてもよい。

第１アクチュエータ１０及び第２アクチュエータ２０における、互いに対をなす系統の制御演算部同士は、アクチュエータ間通信により相互に情報を送受信する。したがって、各アクチュエータ１０、２０の第１系統の制御演算部１６１、２６１同士は、アクチュエータ間通信ＣＬ１により相互に情報を送受信する。各アクチュエータ１０、２０の第２系統の制御演算部１６２、２６２同士は、アクチュエータ間通信ＣＬ２により相互に情報を送受信する。

次に図３を参照し、図２のモータ駆動システム８０１において第１アクチュエータ１０の第１系統で故障が発生した場合のモータ駆動システム８０１の動作について説明する。このとき、本来、正常時であれば第１アクチュエータ１０の第１系統の制御演算部１６１から第２アクチュエータ２０の第２系統の制御演算部２６１に送信されるべき制御情報が異常値になる可能性がある。そのため、例えば第２系統の制御演算部２６１がモータ駆動制御を適切に継続できなくなるおそれがある。

以下、いずれかの制御演算部に対し他方のアクチュエータにおける対をなす制御演算部もしくは同じアクチュエータ内の他系統の制御演算部の故障、又は、アクチュエータ間通信もしくは系統間通信の通信途絶により、いずれかの制御演算部が正常な情報を送受信不能となった状態を「システム内通信異常状態」と定義する。

本実施形態では、システム内通信異常状態において、正常な各制御演算部は、正常時に自身が送信する情報に加え、自身が送信できなかった情報、及び、他の制御演算部から受信したアクチュエータ間通信用の情報を「代替情報」として併せて送信する。代替情報を含む情報を受信した制御演算部は、受信した情報の少なくとも一部を用いてモータ駆動制御を継続する。

図３の例では、第１アクチュエータ１０の第２系統の制御演算部１６２からアクチュエータ間通信ＣＬ２により第２アクチュエータ２０の第２系統の制御演算部２６２に代替情報を送信し、さらに、第２アクチュエータ２０の第２系統の制御演算部２６２から系統間通信ＣＭ２により第２アクチュエータ２０の第１系統の制御演算部２６１に代替情報を送信する。代替情報を含む情報を受信した第２アクチュエータ２０の第１系統の制御演算部２６１は、受信した情報の少なくとも一部を用いてモータ駆動制御を継続可能となる。

続いて図４〜図９を参照し、システム内通信異常状態における代替情報の通信構成のバリエーションを第１〜第３実施形態として説明する。ここで、説明の便宜上、四つの制御演算部１６１、１６２、２６１、２６２を次の記号で表示する。
「第１アクチュエータ１０の第１系統の制御演算部１６１」＝「制御演算部Ａ１」
「第１アクチュエータ１０の第２系統の制御演算部１６２」＝「制御演算部Ａ２」
「第２アクチュエータ２０の第１系統の制御演算部２６１」＝「制御演算部Ｂ１」
「第２アクチュエータ２０の第２系統の制御演算部２６２」＝「制御演算部Ｂ２」

つまり、第１アクチュエータ１０を「Ａ」、第２アクチュエータ２０を「Ｂ」とし、第１系統を「１」、第２系統を「２」として、アクチュエータ、系統の順に文字を並べて表す。以下の文中、「制御演算部」の記載を省略し、「Ａ１」、「Ａ２」等の記号を単独で用いる場合もある。

また、正常時にＡ１−Ａ２間、Ｂ１−Ｂ２間の系統間通信により通信される情報の頭文字を「Ｍ」、正常時にＡ１−Ｂ１間、Ａ２−Ｂ２間のアクチュエータ間通信により通信される情報の頭文字を「Ｌ」と記す。例えば「ＭＡ１」は、正常時に系統間通信により通信される制御演算部Ａ１に関する情報であり、「ＬＡ１」は、正常時にアクチュエータ間通信により通信される制御演算部Ａ１に関する情報である。なお、図４〜図９では、図２、図３に示すアクチュエータ間通信ＣＬ１、ＣＬ２、系統間通信ＣＭ１、ＣＭ２、及び、各制御演算部への入力情報Ｉｆ１１、Ｉｆ１２、Ｉｆ２１、Ｉｆ２２の図示を省略する。

図４に示すように、各実施形態の正常時には、Ａ１−Ａ２間、Ｂ１−Ｂ２間の系統間通信、及び、Ａ１−Ｂ１間、Ａ２−Ｂ２間のアクチュエータ間通信により、いずれも自身の情報が双方向に送受信される。例えばＡ１−Ｂ１間では、Ａ１からＢ１に自身の情報ＬＡ１が送信され、Ｂ１からＡ１に自身の情報ＬＢ１が送信される。こうして各制御演算部Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、入力部からの入力情報Ｉｆ１１、Ｉｆ１２、Ｉｆ２１、Ｉｆ２２に加え、系統間通信及びアクチュエータ間通信により受信した情報を用いてモータ駆動制御を行う。

次に、システム内通信異常状態の類型として、＜Ｘ＞いずれかの制御演算部の故障時、及び、＜Ｙ＞アクチュエータ間通信の通信途絶時における第１〜第３実施形態の代替情報の通信構成について順に説明する。類型＜Ｘ＞の具体例として制御演算部Ａ１の故障時、類型＜Ｙ＞の具体例としてアクチュエータ間通信Ａ１−Ｂ１間の通信途絶時における代替情報の通信構成を図示する。図５、図８では、故障した制御演算部Ａ１を破線枠で示し、制御演算部Ａ１が関与する通信を破線矢印で示す。図６、図７、図９では、途絶した通信を破線矢印で示す。

図５〜図９及び対応する文中において、自身の情報と代替情報とが併せて送信される場合、「自身の情報＋代替情報」の形式で記載する。また、図中の代替情報を一点鎖線、二点鎖線、破線の楕円で囲む。代替情報のうち、アクチュエータ間通信用情報（ＬＡ１等）は、アクチュエータ間通信及び系統間通信の両方で送信される。一方、系統間通信用情報（ＭＡ１等）は系統間通信でしか送信されない。さらに、代替情報に加えて「故障を通知する情報」の通信も必要である。

（第１実施形態）
第１実施形態の通信構成では、極力、元の情報が使用される。図５に示す類型＜Ｘ＞のＡ１故障時には、Ｂ２からＢ１に、「Ｂ２が他の制御演算部Ａ２から受信したアクチュエータ間通信用の情報」である代替情報ＬＡ２を併せた「ＭＢ２＋ＬＡ２」が送信される。また、Ｂ１からＢ２に、「Ｂ１が送信できなかった情報」である代替情報ＬＢ１を併せた「ＭＢ１＋ＬＢ１」が送信される。次いでＢ２からＡ２に、「Ｂ２が他の制御演算部Ｂ１から受信したアクチュエータ間通信用の情報」である代替情報ＬＢ１を併せた「ＬＢ２＋ＬＢ１」が送信される。

図６に示す類型＜Ｙ＞のＡ１−Ｂ１間通信途絶時には、Ａ１からＡ２に、「Ａ１が送信できなかった情報」である代替情報ＬＡ１を併せた「ＭＡ１＋ＬＡ１」が送信される。次いでＡ２からＢ２に、「Ａ２が他の制御演算部Ａ１から受信したアクチュエータ間通信用の情報」である代替情報ＬＡ１を併せた「ＬＡ２＋ＬＡ１」が送信される。次いでＢ２からＢ１に、「Ｂ２が他の制御演算部Ａ２から受信したアクチュエータ間通信用の情報」である代替情報ＬＡ１を併せた「ＭＢ２＋ＬＡ１」が送信される。

また、Ｂ１からＢ２、及び、Ｂ２からＡ２へは、図５と同様に代替情報ＬＢ１が送信される。さらにＡ２からＡ１に、「Ａ２が他の制御演算部Ｂ２から受信したアクチュエータ間通信用の情報」である代替情報ＬＢ１を併せた「ＭＡ２＋ＬＢ１」が送信される。

このように本実施形態では、システム内通信異常状態において本来の通信経路で情報を送受信できない場合であっても、正常な制御演算部が故障を通知する情報やモータの駆動制御に用いる制御情報を代替情報として送受信することで、情報の送受信が担保される。これにより、代替情報を含む情報を受信した制御演算部は、モータ駆動制御を適切に継続することができる。特に第１実施形態の利点としては、元々使用されるべき情報ＬＡ１、ＬＢ１が通信途絶時に代替情報として漏れなく送信されるため、正常時と同様の制御が可能となる。

（第２実施形態）
ただし、第１実施形態では、最大３通信に跨がって情報が伝達されるため遅延が大きくなる。また、Ａ１故障時とＡ１−Ｂ１間通信途絶時とでＢ２からＢ１への送受信情報が異なり、制御の統一性に欠けるという点に改善の余地がある。そこで次の第２、第３実施形態では、第１実施形態に対し、遅延を小さくするための通信構成が提供される。

そのうち第２実施形態では、代替情報として通信する情報を、「直接通信している隣の制御演算部の情報」までに制限する。つまり、システム内通信異常状態において、正常な各制御演算部は、自身が受信した情報のうち、直接通信している制御演算部から受信した情報のみを代替情報として他の制御演算部に送信する。

第２実施形態でのＡ１故障時における通信構成は、第１実施形態と同じく図５に示されるため説明を省略する。図７に示すＡ１−Ｂ１間通信途絶時の通信構成において、図６との相違点を四角枠で示す。Ａ１からＡ２、及び、Ａ２からＢ２への代替情報ＬＡ１の送信は図６と同様である。ただし、Ｂ２からＢ１へはＬＡ１ではなく、「Ｂ２が直接通信している制御演算部Ａ２から受信した情報ＬＡ２」のみを代替情報として「ＭＢ２＋ＬＡ２」が送信される。

また、Ｂ１からＢ２、及び、Ｂ２からＡ２への代替情報ＬＢ１の送信は図６と同様である。ただし、Ａ２からＡ１へはＬＢ１ではなく、「Ａ２が直接通信している制御演算部Ｂ２から受信した情報ＬＢ２」のみを代替情報として「ＭＡ２＋ＬＢ２」が送信される。

第２実施形態では、代替情報が最大２通信までしか跨がないため第１実施形態に比べて遅延が小さくなり、情報量を低減した通信構成でモータ駆動制御を適切に継続することができる。また、Ａ１故障時とＡ１−Ｂ１間通信途絶時とでＢ２からＢ１への送受信情報が一致し、制御の統一性が良い。

（第３実施形態）
次に第３実施形態では、システム内通信異常状態において、正常な各制御演算部は、複数系統のアクチュエータ間通信用の情報に、各系統に応じた所定の比率を乗じて足し合わせた情報を代替情報として他の制御演算部に送信する。図８、図９に示される「統合された代替情報ＬＡ_MIX、ＬＢ_MIX」は、係数α、β（０≦α≦１、０≦β≦１）を用いて、下式（１ａ）、（１ｂ）で表される。α、βの値は、モータ駆動制御における第１系統及び第２系統の寄与度等に基づいて設定される。例えばα＝β＝０．５のとき、二系統の情報の平均値が統合情報となる。
ＬＡ_MIX＝ＬＡ２×α＋ＬＡ１×（１−α） ・・・（１ａ）
ＬＢ_MIX＝ＬＢ２×β＋ＬＢ１×（１−β） ・・・（１ｂ）

図８に示すＡ１故障時の通信構成において、図５との相違点を四角枠で示す。Ｂ２からＢ１への代替情報ＬＡ２の送信、及び、Ｂ１からＢ２への代替情報ＬＢ１の送信は図５と同様である。ただし、Ｂ２からＡ２へは、「自身の情報ＬＢ２＋代替情報ＬＢ１」でなく、ＬＢ２とＬＢ１との統合情報ＬＢ_MIXが代替情報として送信される。

図９に示す類型＜Ｙ＞のＡ１−Ｂ１間通信途絶時の通信構成において、図７、図８との相違点を四角枠で示す。Ａ１からＡ２への代替情報ＬＡ１の送信は図７、図８と同様である。ただし、Ａ２からＢ２へは、「自身の情報ＬＡ２＋代替情報ＬＡ１」ではなく、ＬＡ２とＬＡ１との統合情報ＬＡ_MIXが代替情報として送信される。次いでＢ２からＢ１に、「Ｂ２が他の制御演算部Ａ２から受信したアクチュエータ間通信用の情報」である代替情報ＬＡ_MIXを併せた「ＭＢ２＋ＬＡ_MIX」が送信される。

また、Ｂ１からＢ２への代替情報ＬＢ１の送信は図７、図８と同様である。ただし、Ｂ２からＡ２へは、「自身の情報ＬＢ２＋代替情報ＬＢ１」ではなく、ＬＢ２とＬＢ１との統合情報ＬＢ_MIXが代替情報として送信される。次いでＡ２からＡ１に、「Ａ２が他の制御演算部Ｂ２から受信したアクチュエータ間通信用の情報」である代替情報ＬＢ_MIXを併せた「ＭＡ２＋ＬＢ_MIX」が送信される。

第３実施形態では、第２実施形態と同様の効果に加え、アクチュエータ間通信の送受信量を、正常時における「自身の情報」のみの送受信量と同等に抑えることができる。したがって、システム内通信異常状態において、より情報量を低減した通信構成でモータ駆動制御を適切に継続することができる。

［第４〜第６実施形態］
次に、第１〜第３実施形態に対しアクチュエータ数又は系統数の異なる第４〜第６実施形態のモータ駆動システムについて、図２と同様の模式図を参照して説明する。第４〜第６実施形態において各制御演算部への情報が冗長的に入力される点は第１〜第３実施形態に準ずるものとし、各図における図示を省略する。また、該当する符号が多数の場合等には符号の記載を適宜省略する。なお、第４〜第６実施形態にのみ用いられる符号は、［符号の説明］の欄の符号、及び、特許請求の範囲の参照符号としては記載しない。

（第４実施形態）
図１０に示す第４実施形態のモータ駆動システム８０４は、冗長二系統構成の三つのアクチュエータ１０、２０、３０を備えている。つまり、モータ駆動システム８０４は、第１、第２アクチュエータ１０、２０に加え、「追加のアクチュエータ」としての第３アクチュエータ３０を備えている。例えばモータ駆動システム８０４は、左右の転舵輪を独立して転舵させる二つの転舵アクチュエータと、一つの反力アクチュエータとを備えたステアバイワイヤシステムに適用される。

第１アクチュエータ１０及び第２アクチュエータ２０と同様に、第３アクチュエータ３０は、第１系統３０１の制御演算部３６１及び第２系統３０２の制御演算部３６２が冗長的に設けられている。また、第１系統３０１のモータ駆動部３７１及び第２系統３０２のモータ駆動部３７２が冗長的に設けられている。また、第３アクチュエータ３０内の系統間通信ＣＭ３により、第１系統３０１の制御演算部３６１と第２系統３０２の制御演算部３６２とは相互に情報を送受信する。

第３アクチュエータ３０の第１系統３０１の制御演算部３６１は、第１系統のアクチュエータ間通信ＣＬ１により、第１アクチュエータ１０及び第２アクチュエータ２０の第１系統の制御演算部１６１、２６１と相互に情報を送受信する。第３アクチュエータ３０の第２系統３０２の制御演算部３６２は、第２系統のアクチュエータ間通信ＣＬ２により、第１アクチュエータ１０及び第２アクチュエータ２０の第２系統の制御演算部１６２、２６２と相互に情報を送受信する。

三つのアクチュエータ１０、２０、３０のうちいずれかのアクチュエータにおけるいずれかの系統で故障が発生したとき、又は、いずれかの系統のアクチュエータ間通信もしくは系統間通信の通信途絶により、いずれかの制御演算部が正常な情報を送受信不能となった状態を想定する。二系統構成の「システム内通信異常状態」の定義における「他方のアクチュエータ」を「自アクチュエータ以外のいずれかのアクチュエータ」と解釈すると、この状態は「システム内通信異常状態」に該当する。システム内通信異常状態において、各アクチュエータ１０、２０、３０の正常な各制御演算部は代替情報を送信する。代替情報を含む情報を受信した制御演算部は、受信した情報の少なくとも一部を用いてモータ駆動制御を継続する。なお、代替情報の通信構成は第１〜第３実施形態のいずれに準じてもよく、それぞれ上記と同様の効果が得られる。

（第５実施形態）
図１１に示す第５実施形態のモータ駆動システム８０５は、四つのアクチュエータ１０、２０、３０、４０を備えている。つまり、モータ駆動システム８０５は、第３アクチュエータ３０及び第４アクチュエータ４０を「追加のアクチュエータ」として備えている。例えばモータ駆動システム８０５は、左右前後の転舵輪を独立して転舵させる四つの転舵アクチュエータを備えた転舵システムに適用される。

第１、第２アクチュエータ１０、２０の構成は第１実施形態に準ずる。同様に第３アクチュエータ３０は、第１系統３０１の制御演算部３６１及び第２系統３０２の制御演算部３６２、並びに、第１系統３０１のモータ駆動部３７１及び第２系統３０２のモータ駆動部３７２がそれぞれ冗長的に設けられている。第４アクチュエータ４０は、第１系統４０１の制御演算部４６１及び第２系統４０２の制御演算部４６２、並びに、第１系統４０１のモータ駆動部４７１及び第２系統４０２のモータ駆動部４７２がそれぞれ冗長的に設けられている。

また、第３アクチュエータ３０内の系統間通信ＣＭ３により、第１系統３０１の制御演算部３６１と第２系統３０２の制御演算部３６２とは相互に情報を送受信する。第４アクチュエータ４０内の系統間通信ＣＭ４により、第１系統４０１の制御演算部４６１と第２系統４０２の制御演算部４６２とは相互に情報を送受信する。

また、各アクチュエータ１０、２０、３０、４０の第１系統の制御演算部１６１、２６１、３６１、４６１は、第１系統のアクチュエータ間通信ＣＬ１により相互に情報を送受信する。各アクチュエータ１０、２０、３０、４０の第２系統の制御演算部１６２、２６２、３６２、４６２は、第２系統のアクチュエータ間通信ＣＬ２により相互に情報を送受信する。

四つのアクチュエータ１０、２０、３０、４０のうちいずれかのアクチュエータにおけるいずれかの系統で故障が発生したとき、又は、いずれかの系統のアクチュエータ間通信もしくは系統間通信の通信途絶により、いずれかの制御演算部が正常な情報を送受信不能となった状態を想定する。このシステム内通信異常状態において、各アクチュエータ１０、２０、３０、４０の正常な各制御演算部は代替情報を送信する。

ここで図１２を参照し、アクチュエータ間通信の接続形態（トポロジー）について説明する。図１２では、四つのアクチュエータ１０、２０、３０、４０を備えるモータ駆動システムを例示する。図１２において各アクチュエータ１０、２０、３０、４０のブロックは同系統の制御演算部を表す。

図１２（ａ）に、図１１のモータ駆動システム８０５における接続形態を簡略化して示す。四つのアクチュエータ１０、２０、３０、４０の制御演算部は、リング型に接続されている。この例では、第１アクチュエータ１０の制御演算部と第４アクチュエータ４０の制御演算部、及び、第２アクチュエータ２０の制御演算部と第３アクチュエータ３０の制御演算部は、他のアクチュエータの制御演算部を介して通信可能である。図１２（ｂ）に直列型の接続形態を示す。各アクチュエータ１０、２０、３０、４０の制御演算部は、少なくとも他のアクチュエータの制御演算部を介して全てのアクチュエータの制御演算部と通信可能である。

図１２（ｃ）にスター型の接続形態を示す。この例で中心にある第１アクチュエータ１０の制御演算部は、他の全てのアクチュエータの制御演算部と直接通信する。他のアクチュエータの制御演算部同士は、第１アクチュエータ１０の制御演算部を介して通信可能である。図１２（ｄ）にメッシュ型の接続形態を示す。各アクチュエータ１０、２０、３０、４０の制御演算部は、他の全てのアクチュエータの制御演算部と直接通信する。

各接続形態のメリット、デメリットは通信技術分野における周知技術であるため、説明を省略する。なお、アクチュエータが三つの場合、リング型とメッシュ型とは混同し、直列型とスター型とは混同する。このように、三つ以上のアクチュエータ間におけるアクチュエータ間通信の接続形態は、上記の基本形やそれらの組み合わせにより、適宜設定可能である。

（第６実施形態）
図１３に示す第６実施形態のモータ駆動システム８０６は、冗長三系統構成の二つのアクチュエータ１０Ｔ、２０Ｔを備えている。第１アクチュエータ１０Ｔは、第１実施形態と同様の二系統構成に加え、第３系統１０３の制御演算部１６３及びモータ駆動部１７３がさらに冗長的に設けられている。第２アクチュエータ２０Ｔは、第１実施形態と同様の二系統構成に加え、第３系統２０３の制御演算部２６３及びモータ駆動部２７３がさらに冗長的に設けられている。

第１アクチュエータ１０Ｔ内の系統間通信ＣＭ１により、三系統の制御演算部１６１、１６２、１６３は相互に情報を送受信する。第２アクチュエータ２０Ｔ内の系統間通信ＣＭ２により、三系統の制御演算部２６１、２６２、２６３は相互に情報を送受信する。また、第１、第２アクチュエータ１０Ｔ、２０Ｔの第３系統の制御演算部１６３、２６３同士は、アクチュエータ間通信ＣＬ３により相互に情報を送受信する。

この構成でも上記実施形態と同様に、システム内通信異常状態において、正常な各制御演算部は代替情報を送信する。第６実施形態の変形例として、二つのアクチュエータは四系統以上の冗長構成であってもよい。また、第４、第５実施形態と組み合わせ、三系統以上の冗長構成のアクチュエータを三つ以上備えるモータ駆動システムにも同様の技術的思想が拡張可能である。

また、三系統以上の系統間通信の接続形態（トポロジー）は、図１２に示すアクチュエータ間通信の接続形態を系統間通信に置き換えて解釈すればよい。すなわち、リング型又は直列型の場合、各系統の制御演算部は、少なくとも他系統の制御演算部を介して全ての系統の制御演算部と通信可能である。スター型の場合、一つ系統の制御演算部が、他の全ての系統の制御演算部と直接通信する。メッシュ型の場合、各系統の制御演算部は、他の全ての系統の制御演算部と直接通信する。このように、三系統以上の系統間通信の接続形態は、上記の基本形やそれらの組み合わせにより、適宜設定可能である。

（その他の実施形態）
（ａ）車両のステアバイワイヤシステムとは別の二アクチュエータシステムの適用例として、本発明のモータ駆動システムは、自動運転車両の左右の転舵輪を独立して転舵する二アクチュエータの自動転舵システムに適用されてもよい。また、２台の操舵アシストモータを備えたツインモータ式の電動パワーステアリングシステムに適用されてもよい。その他、本発明のモータ駆動システムは、車両に限らず、他の乗り物や一般機械等に適用されてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、各アクチュエータで制御演算部への情報が冗長的に入力される。しかし他の実施形態では、一方のアクチュエータのみで制御演算部への情報が冗長的に入力されてもよい。また、システムの要求がない場合、いずれの系統でも情報の冗長入力が行われなくてもよい。

（ｃ）本発明のモータ駆動システムは、トルクを出力する冗長構成のアクチュエータを二つ以上備え、アクチュエータ間の通信を通じて、各アクチュエータの制御演算部によるモータ駆動制御の停止又は継続を系統単位で切り替えるものである。ただし、この制御の対象となるアクチュエータ以外に、独立して動作する他の電気アクチュエータや油圧又はエア圧のアクチュエータがシステム全体の中に存在してもよい。

以上、本発明は上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

本開示に記載の制御演算部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御演算部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御演算部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０・・・第１アクチュエータ、
１６１、１６２・・・（第１アクチュエータの）制御演算部、
１７１、１７２・・・（第１アクチュエータの）モータ駆動部、
２０・・・第２アクチュエータ、
２６１、２６２・・・（第２アクチュエータの）制御演算部、
２７１、２７２・・・（第２アクチュエータの）モータ駆動部、
８０１、８０４−８０６・・・モータ駆動システム。

Claims (6)

1. それぞれがトルクを出力するモータとして機能する第１アクチュエータ（１０）及び第２アクチュエータ（２０）を含む複数のアクチュエータを備えるモータ駆動システムであって、
   前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータは、それぞれ、モータ駆動制御に関する演算を行う、冗長的に設けられた複数の制御演算部（１６１、１６２、２６１、２６２）、及び、対応する前記制御演算部が生成した駆動信号に基づいて駆動しトルクを出力する、冗長的に設けられた複数のモータ駆動部（１７１、１７２、２７１、２７２）を有し、
   各前記アクチュエータ内で互いに対応する前記制御演算部と前記モータ駆動部との組み合わせの単位を系統と定義すると、
   前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータにおける、互いに対をなす系統の前記制御演算部同士は、アクチュエータ間通信により相互に情報を送受信し、
   各前記アクチュエータにおいて、同じ前記アクチュエータ内の複数系統の前記制御演算部は、系統間通信により相互に情報を送受信し、
   いずれかの前記制御演算部に対し他方の前記アクチュエータにおける対をなす前記制御演算部もしくは同じアクチュエータ内の他系統の前記制御演算部の故障、又は、前記アクチュエータ間通信もしくは前記系統間通信の通信途絶により、当該制御演算部が正常な情報を送受信不能となった状態をシステム内通信異常状態と定義すると、
   前記システム内通信異常状態において、正常な各前記制御演算部は、正常時に自身が送信する情報に加え、自身が送信できなかった情報、及び、他の前記制御演算部から受信した前記アクチュエータ間通信用の情報を代替情報として併せて送信し、前記代替情報を含む情報を受信した前記制御演算部は、受信した情報の少なくとも一部を用いてモータ駆動制御を継続するモータ駆動システム。
2. 前記システム内通信異常状態において、正常な各前記制御演算部は、
   自身が受信した情報のうち、直接通信している制御演算部から受信した情報のみを前記代替情報として他の前記制御演算部に送信する請求項１に記載のモータ駆動システム。
3. 前記システム内通信異常状態において、正常な各前記制御演算部は、
   複数系統の前記アクチュエータ間通信用の情報に、各系統に応じた所定の比率を乗じて足し合わせた情報を前記代替情報として他の前記制御演算部に送信する請求項１または２に記載のモータ駆動システム。
4. 前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータの少なくとも一方において、複数系統の前記制御演算部への情報が冗長的に入力される請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
5. 前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータに加え、
   モータ駆動制御に関する演算を行う冗長的に設けられた複数の制御演算部（３６１、３６２、４６１、４６２）、及び、対応する前記制御演算部が生成した駆動信号に基づき駆動しトルクを出力する冗長的に設けられた複数のモータ駆動部（３７１、３７２、４７１、４７２）を有する一つ以上の追加のアクチュエータ（３０、４０）をさらに備え、
   前記追加のアクチュエータの前記制御演算部は、前記アクチュエータ間通信により他の前記アクチュエータの前記制御演算部と相互に情報を送受信し、
   前記システム内通信異常状態の定義における他方の前記アクチュエータを、自アクチュエータ以外のいずれかの前記アクチュエータと解釈すると、
   前記システム内通信異常状態において、正常な各前記制御演算部は前記代替情報を送信し、前記代替情報を含む情報を受信した前記制御演算部は、受信した情報の少なくとも一部を用いてモータ駆動制御を継続する請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
6. 少なくとも一つの前記アクチュエータにおいて、
   複数の前記制御演算部又は複数の前記モータ駆動部は、三系統以上が冗長的に設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。

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