JP4023300B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散型のモータ制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、次のような分散型のモータ制御装置が知られている。即ち、図9に示すように、例えば電動パワーステアリング装置のモータ制御装置100は、操舵トルクT及び車速V等に基づいてモータ指令値を演算する第1のMPU(Micro Processing Unit)101と、この第1のMPU101により算出されたモータ指令値に基づいてモータ102を駆動する第2のMPU103とを備えている。第1のMPU101のポート101aと第2のMPU103のポート103aとの間はシリアル通信ライン104により相互に接続されている。
【0003】
次に、前述のように構成された従来のモータ制御装置の動作を図10(a),(b)に示すフローチャートに従って説明する。
図10(a)に示すように、第1のMPU101はまず各種のセンサにより検出されたセンサ信号を読み込む。即ち、トルクセンサ(図示略)により検出された操舵トルクT及び車速センサ(図示略)により検出された車速Vを読み込む(S301)。次に、第1のMPU101は、操舵トルクT及び車速Vに基づいて予め記憶された特性マップを参照してモータ指令値(アシスト指令電流値)を演算する(S302)。そして、第1のMPU101は算出したモータ指令値(例えば8ビットのデータ)をシリアル通信ライン104により第2のMPU103へ送る(S303)。モータ指令値は直列的に1ビットずつ第2のMPU103へ送られる。以後、第1のMPU101はS301〜S303の処理を所定の制御周期毎に繰り返す。
【0004】
一方、第2のMPU103においては、次のような処理が行われる。即ち、図10(b)に示すように、第2のMPU103はまずシリアル通信が正常に行われているか否かを判断する(S401)。例えば第2のMPU103はサムチェック等によりシリアル通信の正常異常を判定する。そして、シリアル通信が正常に行われていると判断したとき(S401でYES)、第2のMPU103はシリアル通信ライン104により送られてきたデータ、即ちモータ指令値を受信し(S402)、この受信したモータ指令値に基づいてモータ102を駆動制御する。
【0005】
シリアル通信が正常に行われていないと判断したとき(S401でNO)、第2のMPU103はモータ102の駆動制御を停止する(S404)。シリアル通信が異常の場合、第2のMPU103へのデータ送信が途切れ、第2のMPU103はモータ指令値(目標値)を認識不能となる。そして、モータ指令値が不明な状態でモータ102が駆動制御された場合、当該モータ102は予期しない挙動を示すおそれがある。このため、モータ102を停止させるのである。以後、第2のMPU103はS401及びS402の処理を所定の制御周期毎に繰り返す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来のモータ制御装置には次のような問題があった。即ち、この従来のモータ制御装置はシリアル通信が正常に行われていないと判断したときにはモータ102の駆動制御を停止するようにしていた。これにより、モータ102の予期しない挙動は回避できるものの、モータ駆動制御の信頼性が損なわれるという問題があった。このモータ制御装置が例えば電動パワーステアリング装置に使用されている場合、モータ102が停止されることにより操舵性能が著しく低下する。
【0007】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、モータ駆動制御の信頼性を確保することができるモータ制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、モータ指令値を演算する第1のMPUと、第1のMPUにより算出されたモータ指令値に基づいてモータを駆動制御する第2のMPUと、第1のMPUと第2のMPUとの間を接続するシリアル通信ラインとを備えたモータ制御装置において、前記第1のMPUと第2のMPUとの間には前記シリアル通信ラインとは別にパラレル通信ラインを設け、前記第2のMPUはシリアル通信ライン及びパラレル通信ラインによりそれぞれ送られてきたモータ指令値のうちいずれか一方に基づいてモータを駆動制御するようにしたことを要旨とする。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のモータ制御装置において、前記第2のMPUにはシリアル通信が正常に行われているか否かの判断を行う判断手段を備え、前記判断手段によりシリアル通信が正常に行われていると判断されたときには第2のMPUはシリアル通信ラインにより送られてきたモータ指令値に基づいてモータを駆動制御し、前記判断手段によりシリアル通信が正常に行われていないと判断されたときには第2のMPUは前記パラレル通信ラインにより送られてきたモータ指令値に基づいてモータを駆動制御するようにしたことを要旨とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置において、前記パラレル通信ラインはモータ指令値を構成するデータのうち予め設定された複数ビット分のデータラインを備え、第1のMPUは、シリアル通信ラインを介してモータ指令値を構成するデータの全ビットを第2のMPUへ送ると共に、パラレル通信ラインを介してモータ指令値を構成するデータのうち予め設定された上位複数ビットを第2のMPUへ送るようにしたことを要旨とする。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記モータ指令値は、モータ電流指令値、モータ角速度指令値及びモータ角度指令値のうち少なくとも一つであることを要旨とする。
【0012】
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、第1のMPUにより演算されたモータ指令値はシリアル通信ライン及びパラレル通信ラインによりそれぞれ第2のMPUへ送られる。そして、第2のMPUはシリアル通信ライン及びパラレル通信ラインによりそれぞれ送られてきたモータ指令値のうちいずれか一方に基づいてモータを駆動制御する。このため、シリアル通信及びパラレル通信のいずれか一方に通信異常が発生しても、第2のMPUは正常なもう一つの通信ラインによりモータ指令値を得ることができる。
【0013】
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の作用に加えて、シリアル通信が正常に行われていると判断されたとき、第2のMPUはシリアル通信ラインにより送られてきたモータ指令値に基づいてモータを駆動制御する。シリアル通信が正常に行われていないと判断されたとき、第2のMPUはパラレル通信ラインにより送られてきたモータ指令値に基づいてモータを駆動制御する。
【0014】
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は請求項2に記載の発明の作用に加えて、第1のMPUは、シリアル通信ラインを介してモータ指令値を構成するデータの全ビットを第2のMPUへ送る。また、第1のMPUは、パラレル通信ラインを介してモータ指令値を構成するデータのうち予め設定された上位複数ビットを第2のMPUへ送る。
【0015】
請求項4に記載の発明によれば、請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、第2のMPUは、モータ電流指令値、モータ角速度指令値及びモータ角度指令値のうち少なくとも一つに基づいてモータを駆動制御する。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態;EPS)
以下、本発明を電動パワーステアリング装置のモータ制御装置に具体化した第1実施形態を図1〜図4に従って説明する。
【0017】
(全体構成)
図1に示すように、電動パワーステアリング装置(EPS)1は、電動パワーステアリング制御装置(以下「制御装置2」という。)及び当該制御装置2により駆動制御される電動モータ3を備えており、この電動モータ3の出力軸にはギヤ4が固定されている。電動モータ3は三相同期式永久磁石モータで構成したブラシレスモータであり、モータ回転角センサ(例えばホール素子)5を備えている。モータ回転角センサ5は電動モータ3の回転角θm、即ち電動モータ3を構成するロータの磁極位置を示す電気角を検出し、この検出結果(モータ回転角信号)を制御装置2へ送る。
【0018】
一方、ステアリングホイール(以下、「ハンドル7」という)にはステアリングシャフト8が連結されており、同ステアリングシャフト8には減速歯車9が固定されている。この減速歯車9には前記電動モータ3のギヤ4が噛合している。ステアリングシャフト8にはトーションバー(ねじりばね)10が組み込まれており、当該トーションバー10にはトルクセンサ11が設けられている。トルクセンサ11は、運転者によりハンドル7が操舵されてステアリングシャフト8が回転した際のトーションバー10の捻れ量に基づいて、当該ハンドル7に作用する操舵トルクTを検出する。この操舵トルク信号は制御装置2へ送られる。
【0019】
前記減速歯車9にはピニオンシャフト12を介してピニオンギヤ13が固定されている。このピニオンギヤ13はラック14と噛合しており、当該ラック14の両端にはそれぞれタイロッド15が固定されている。タイロッド15の先端部にはナックルアーム16が回動可能に連結されており、両ナックルアーム16,16間にはクロスメンバ17が回動可能に連結されている。両ナックルアーム16,16にはそれぞれ前輪18が取り付けられている。
【0020】
前後左右の各車輪にはそれぞれ車速センサ19が設けられている(図1では、一方の前輪18の車速センサ19のみ図示する)。車速センサ19は車輪速(車輪の単位時間当たりの回転数、即ち回転速度)を検出し、この検出結果(車輪速信号)を制御装置2へ送る。制御装置2は車速センサ19から送られてきた車輪速信号に基づいて車速Vを演算する。
【0021】
さて、運転者によりハンドル7が回動操作されると、ステアリングシャフト8が回転する。この回転はトーションバー10、ピニオンシャフト12及びピニオンギヤ13を介してラック14へ伝達され、同ラック14の軸動に変換される。これにより、両前輪18,18が転舵される。
【0022】
このとき、制御装置2は、トルクセンサ11により検出された操舵トルクT及び車速センサ19により検出された車速Vに基づいて、所定の操舵補助トルク(アシストトルク)を発生させるように電動モータ3を正逆駆動制御する。電動モータ3の回転はギヤ4を介して減速歯車9に伝達され、当該減速歯車9により回転数が減少されてピニオンシャフト12及びピニオンギヤ13に伝達される。ピニオンギヤ13の回転はラック14に伝達され、同ラック14の軸動に変換される。このようにして、ハンドル7の回動操作による前輪18の操舵に対してアシストトルクが付与される。
【0023】
(制御装置)
次に、制御装置2の電気的構成について説明する。
図1に示すように、制御装置2は、第1のMPU(Micro Processing Unit)21、第2のMPU22、第1のROM(読み出し専用メモリ)23、第1のRAM(読み出し書き込み専用メモリ)24、第2のROM25、第2のRAM26及びモータ駆動装置27を備えている。また、制御装置2は電流センサ28を備えている。
【0024】
第1のROM23には、第1のMPU21が実行する基本アシスト制御プログラム及びハンドル戻し制御プログラム等の各種の制御プログラム、各種のデータ及び各種の特性マップ等が格納されている。各種の特性マップはそれぞれ車両モデルによる実験データ及び周知の理論計算等によって予め求められたものであり、例えば車速Vと操舵トルクTとに基づいて基本アシスト電流を求めるための基本アシストトルクマップや車速、操舵角速度及び操舵絶対角に基づいてハンドル戻し指令電流を求めるためのマップがある。
【0025】
第1のRAM24は、第1のROM23に書き込まれた各種の制御プログラムを展開して第1のMPU21が各種の演算処理を実行するためのデータ作業領域である。また、第1のRAM24は第1のMPU21が各種の演算処理を行う際の各種の演算処理結果等を一時的に記憶する。
【0026】
第1のMPU21にはトルクセンサ11及び車速センサ19がそれぞれ入出力インターフェイス(図示略)を介して接続されている。第1のMPU21はトルクセンサ11、車速センサ19及びモータ回転角センサ5から得られる各種の情報に基づいて基本アシスト制御プログラム及びハンドル戻し制御プログラム等の各種の制御プログラムを実行する。
【0027】
第2のROM25には、第2のMPU22が実行する電流制御プログラムやPWM演算プログラム等の各種の制御プログラム及び各種のデータ等が格納されている。
【0028】
第2のRAM26は、第2のMPU22に書き込まれた各種の制御プログラムを展開して第2のMPU22が各種の演算処理を実行するためのデータ作業領域である。また、第2のRAM26は第2のMPU22が各種の演算処理を行う際の各種の演算処理結果等を一時的に記憶する。
【0029】
第2のMPU22にはモータ回転角センサ5及び電流センサ28がそれぞれ入出力インターフェイス(図示略)を介して接続されている。第2のMPU22は、第1のMPU21における演算結果やモータ回転角センサ5及び電流センサ28から得られる各種の情報等に基づいて電流制御プログラムやPWM演算プログラム等の各種の制御プログラムを実行する。
【0030】
(モータ駆動装置)
図2に示すように、モータ駆動装置27は、FET(電界効果トランジスタ)31U,32Uの直列回路と、FET31V,32Vの直列回路と、FET31W,32Wの直列回路とが並列に接続されることにより構成されている。FET31U,32U間の接続点33Uは電動モータ3のU相巻線に接続され、FET31V,32V間の接続点33Vは電動モータ3のV相巻線に接続され、FET31W,32W間の接続点33Wは電動モータ3のW相巻線に接続されている。
【0031】
モータ駆動装置27と車両に搭載されたバッテリ34との間の電源ラインLp上には昇圧回路(図示略)が設けられており、当該昇圧回路は第2のMPU22からの指令信号(昇圧回路制御信号)に基づいてバッテリ34の電圧を昇圧し、これをモータ駆動装置27の各直列回路にそれぞれ印加する。
【0032】
図2に示すように、電流センサ28はモータ駆動装置27から電動モータ3へ出力される3相の励磁電流Iu,Iv,Iwをそれぞれ検出するu相電流センサ28u、v相電流センサ28v及びw相電流センサ28wを備えている。u相電流センサ28u、v相電流センサ28v及びw相電流センサ28wは検出したu相励磁電流Iu、v相励磁電流Iv及びw相励磁電流Iwをそれぞれ第2のMPU22へ送る。
【0033】
(第1及び第2のMPUの接続間係)
図2に示すように、第1のMPU21と第2のMPU22との間はシリアル通信ラインLc1とパラレル通信ラインLc2とによりそれぞれ接続されている。シリアル通信ラインLc1はメイン(主)の通信ラインであり、パラレル通信ラインLc2はサブ(副)の通信ラインである。パラレル通信ラインLc2はモータ指令値を構成するデータのうち予め設定された複数ビット分のデータラインを備えている。本実施形態では、モータ指令値のビット長は8ビットとされており、パラレル通信ラインLc2は4本のデータラインDs0〜Ds3を備えている。
【0034】
第1のMPU21は第1のポート41及び第2のポート42を備えている。第2のMPU22は第1のポート43及び第2のポート44を備えている。両第1のポート41,43はそれぞれシリアルポートであり、両第2のポート42,44はそれぞれ4ビット長(ビット位置b0〜b3)のパラレルポートである。
【0035】
第1のMPU21の第1のポート41と第2のMPU22の第1のポート43との間はシリアル通信ラインLc1により接続されている。第1のMPU21の第2のポート42と第2のMPU22の第2のポート44との間、具体的には両第2のポート42,44のビット位置b0〜b3間はそれぞれデータラインDs0〜Ds3により接続されている。
【0036】
第1のMPU21は、前記基本アシストトルクマップに基づいて、車速V及び操舵トルクTに対応した基本アシスト電流値を演算し、この演算結果(即ち、モータ指令値)を第2のMPU22へシリアル通信ラインLc1及びパラレル通信ラインLc2を介して送る。
【0037】
第2のMPU22はモータ回転角センサ5により検出された電動モータ3の回転角θmに基づいて、u相電流センサ28u、v相電流センサ28v及びw相電流センサ28wにより検出されたu相励磁電流Iu、v相励磁電流Iv及びw相励磁電流Iwをd−q変換してd軸及びq軸電流を求める。そして、第2のMPU22は第1のMPU21から送られてきた基本アシスト電流値と前記q軸電流とに基づいてPI制御値を演算する。
【0038】
第2のMPU22はPI制御値に応じたPWM演算を行い、このPWM演算の結果(モータ制御信号)をモータ駆動装置27に対して、具体的にはFET31U,32U、FET31V,32V、FET31W,32Wに対してそれぞれ出力する。モータ駆動装置27は、送られてきたPWM演算の結果に基づいて電動モータ3に対する基本アシスト電流(3相の励磁電流)の供給を3相の励磁電流路を介して行う。電動モータ3は基本アシスト電流の供給に基づいてハンドル7に対して基本アシスト力を付与する。
【0039】
(実施形態の作用)
次に、前述のように構成した電動パワーステアリング制御装置の動作を図3(a),(b)に示すフローチャートに従って説明する。図3(a)に示すフローチャートは第1のROM23に予め格納された各種の制御プログラムに従って実行される。図3(b)に示すフローチャートは第2のROM25に予め格納された各種の制御プログラムに従って実行される。尚、本実施形態では「ステップ」を「S」と略記する。
【0040】
(第1のMPUの動作)
図3(a)に示すように、第1のMPU21は、まずセンサ信号、即ちトルクセンサ11により検出された操舵トルクT及び車速センサ19により検出された車速Vを読込む(S101)。
【0041】
次に、第1のMPU21は、操舵トルクT及び車速Vに基づいてmビットのモータ指令値(アシスト指令電流値)を演算する(S102)。本実施形態において、モータ指令値は8ビット(即ち、m=8)のデータである。モータ指令値を例えば「+100」としたとき、これを符号付の2進数で表すと「01100100(B)」となる(図4に示すデータAを参照)。ちなみに、(B)は2進数であるということを示す記号である。また、最上位ビット(本実施形態では「0」)は符号ビットであり、モータ指令値の正負、即ち「+」,「−」を示す。符号ビットが「0」のときは「+」、「1」のときは「−」を示す。最上位から2桁目以降が数値を示す数値ビットである。
【0042】
次に、第1のMPU21はモータ指令値をシリアル通信ラインLc1により直列的に1ビットずつ第2のMPU22へ伝送する(103)。
また、第1のMPU21はnビットだけ右にシフト(桁下げ)したモータ指令値(いわゆる桁落ちしたモータ指令値)を第2のポート42にセットして、これをパラレル通信ラインLc2により第2のMPU22へ伝送する(S104)。
【0043】
ここで、n,mはいずれも整数でありシフト数n<モータ指令値のビット数m」の関係が成立する。本実施形態ではn=4とされている。即ち、8ビットのモータ指令値において、上位4ビットをそれぞれ4桁ずつ繰り下げる。具体的には、第1のMPU21はモータ指令値「01100100(B)」における上位4桁「0110」を第2のポート42の各ビット位置b0〜b3にそれぞれセットする。この第2のポート42にセットされたモータ指令値のデータ構成は図4に示すデータBのようになる。そして、第1のMPU21は第2のポート42にセットされたデータをパラレル通信ラインLc2により第2のMPU22へ送る。
【0044】
ちなみに、2進数においては1桁上がる毎に2n(nは桁数)ずつデータの重みが増加する。即ち、上位のビットほど電動モータ3の挙動に影響を与える。本実施形態では重みの大きい上位4ビットが優先して第2のMPU22へ送られる。以後、第1のMPU21はS101〜S104の処理を所定の制御周期毎に繰り返す。
【0045】
(第2のMPUの動作)
一方、第2のMPU22においては、次のような処理が行われる。即ち、図3(b)に示すように、第2のMPU22は、まずシリアル通信が正常に行われているか否かを判断する(S201)。
【0046】
例えば、第2のMPU22はタイムアウトエラーやオーバランエラーの有無に基づいてシリアル通信が正常か否かを判断する。予め設定された所定時間内に次のデータ(ビット)が送られてこない場合には第2のMPU22はタイムアウトエラーと判断する。データを受信中に次のデータが送られてきた場合には第2のMPU22はオーバランエラーと判断する。
【0047】
また、チェックサム(検査合計)によりシリアル通信エラーを検出するようにしてもよい。即ち、第1のMPU21はモータ指令値(8ビットのデータ)の合計の値(チェックサム)を計算し、これを添付してデータを送るようにする。第2のMPU22は送られてきたデータ列から同様にチェックサムを計算して、第1のMPU21から送られてきたチェックサムと一致するかどうかを検査する。両者が異なれば、第2のMPU22は通信系路上でデータに誤りが生じていると判断する。
【0048】
そして、シリアル通信が正常に行われていると判断したとき(S201でYES)、第2のMPU22はシリアル通信ラインLc1により送られてきたモータ指令値を受信し(S202)、このモータ指令値に基づいて電動モータ3を駆動制御する(S203)。
【0049】
一方、シリアル通信が正常に行われていないと判断したとき(S201でNO)、第2のMPU22はパラレル通信ラインLc2により送られてきたモータ指令値を受信する(S204)。即ち、第2のMPU22は第1のMPU21からパラレル通信ラインLc2を介して送られてきたモータ指令値(桁落ちしたモータ指令値;4ビット右シフトしたデータ)を第2のポート44にラッチ(保持)する。ビット化け(ビットエラー)がない場合、第2のポート44には図4に示すデータBが保持される。具体的には、第2のポート44の各ビット位置b0〜b3にはそれぞれ0,1,1,0が保持される。
【0050】
次に、第2のMPU22は、第2のポート44に保持された桁落ちしたモータ指令値(図4に示すデータB)を第1のMPU21におけるS104で右シフトされたビット数と同じビット数である4ビットだけ左へシフト(桁上げ)する。即ち、図4に示すように、第2のMPU22は第2のポート44のビット位置b3〜b0に保持されたデータ「0110」の各ビットをそれぞれ4桁繰り上げてデータBaとする。第2のMPU22は数値のないビット位置(この場合、b0〜b3)のビットを0と認識し、パラレル通信ラインLc2により送られてきたモータ指令値を「01100000」と認識する。
【0051】
そして、このモータ指令値「01100000(B)」に基づいて第2のMPU22は電動モータ3を駆動制御する(S203)。
「01100000(B)」を10進数で表すと「+96」となり、第1のMPU21において算出された本来のモータ指令値(本実施形態では「+100」)に比べると若干小さな値となるものの、電動モータ3が全く予期しない挙動(例えば逆回転する等)を示す程ではない。従って、電動モータ3の駆動制御を継続しても何ら問題はない。
【0052】
また、本来のモータ指令値により駆動制御する場合に比べて若干操舵性能は低下するものの、電動モータ3の駆動制御を停止するようにした場合に比べれば操舵性能の低下の度合いはるかに小さい。電動モータ3の駆動制御を停止させるようにした場合、電動モータ3による操舵補助がまったく行われなくなるので、操舵性能は著しく悪化する。このため、電動モータ3の駆動制御の信頼性、ひいては電動パワーステアリング装置1の信頼性が確保される。
【0053】
尚、前記S201は、シリアル通信が正常に行われているか否かの判断を行う判断手段を構成する。
(実施形態の効果)
従って、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【0054】
(1)シリアル通信ラインLc1とは別にパラレル通信ラインLc2を備えた。そして、第2のMPU22はシリアル通信ラインLc1及びパラレル通信ラインLc2によりそれぞれ送られてきたモータ指令値のうちいずれか一方に基づいて電動モータ3を駆動制御するようにした。即ち、第2のMPU22はシリアル通信が正常に行われているか否かの判断を行い、シリアル通信が正常に行われていると判断したときにはシリアル通信ラインLc1により送られてきたモータ指令値に基づいて電動モータ3を駆動制御するようにした。また、シリアル通信が正常に行われていないと判断したときには第2のMPU22はパラレル通信ラインLc2により送られてきたモータ指令値に基づいて電動モータ3を駆動制御するようにした。このため、第1のMPUと第2のMPUとの間のシリアル通信が正常に行われない場合であっても、パラレル通信からのモータ指令値に基づいて電動モータ3の駆動制御を継続することができる。このため、モータ駆動制御の信頼性を確保することができる。ひいては、電動パワーステアリング装置1の信頼性をも確保することができる。
【0055】
(2)パラレル通信ラインLc2にはモータ指令値の予め設定された複数ビット(4ビット)分のデータラインDs0〜Ds3を備えるようにした。そして、パラレル通信ラインLc2によりモータ指令値の予め設定された上位複数ビット(4ビット)を第2のMPU22へ送るようにした。モータ指令値における重みのある上位4ビットを優先して第2のMPU22へ送るようにしたので、シリアル通信の異常時に、このパラレル通信で送られてきた桁落ちしたモータ指令値に基づいて第2のMPU22が電動モータ3を駆動制御しても当該電動モータ3が予期しない挙動を示すことはない。従って、最小限のデータ(上位4ビット)をバックアップすることにより、シリアル通信の異常時において電動モータ3の駆動制御を継続することができる。また、パラレル通信ラインLc2のデータライン数をモータ指令値のビット数分設けるようにした場合と異なり、両第2のポート42,44のポート(ビット位置)をそれぞれ節約することができる。ひいては、制御装置2の製品コストを低減させることができる。
【0056】
(3)モータ指令値としてモータ電流指令値(具体的には、基本アシスト電流値)が使用されている。このため、モータを同じく電流制御するシステムに制御装置2を応用することができる。
【0057】
(第2実施形態;VGRS)
次に、本発明をギヤ比可変ステアリングシステム(VGRS)に具体化した第2実施形態を説明する。本実施形態は制御対象が電動パワーステアリング装置の電動モータではなくギヤ比可変ステアリングシステムの電動モータである点で前記第1実施形態と異なる。従って、前記第1実施形態と同様の部材構成は同一の符号を付し、その重複した説明を省略する。
【0058】
図5に示すように、ギヤ比可変ステアリングシステムのステアリングホイール(以下、ハンドル52」という。)には第1ステアリングシャフト53の一端が接続されており、この第1ステアリングシャフト53の他端にはギヤ比可変ユニット54の入力側に接続されている。ギヤ比可変ユニット54の出力側には第2ステアリングシャフト55の一端が接続されており、この第2ステアリングシャフト55の他端はステアリングギヤボックス56の入力側に接続されている。ステアリングギヤボックス56はピニオンギヤ(図示略)を備えており、このピニオンギヤはラック軸57に噛み合っている。第2ステアリングシャフト55に入力された回転運動はピニオンギヤを介してラック軸57に伝達され、当該ラック軸57の軸方向運動に変換される。
【0059】
ギヤ比可変ユニット54は第1ステアリングシャフト53と第2ステアリングシャフト55とを作動連結する減速機58及びこの減速機58を駆動する電動モータ59等を備えている。この電動モータ59の駆動により第1ステアリングシャフト53と第2ステアリングシャフト55との間の伝達比(ステアリングギヤ比)が減速機58を介して変化する。ちなみに、ステアリングギヤ比とは、本実施形態におけるラック&ピニオン方式の電動パワーステアリング装置1の場合、ハンドル7の全回転角度(ロックからロックまで)と車輪(転舵輪)の切れ角との比をいう。
【0060】
図6に示すように、ギヤ比可変ステアリングシステム51は、第1ステアリングシャフト53の回転角(即ち、操舵角θh)を検出する操舵角センサ61及び第2ステアリングシャフト55の回転角(即ち、出力角θp)を検出する出力角センサ62を備えている。また、ギヤ比可変ステアリングシステム51は、車速Vを検出する車速センサ63及び電動モータ59の回転角(電気角)を検出する回転角センサ64を備えている。
【0061】
操舵角センサ61により検出された操舵角θh、出力角センサ62により検出された出力角θp、車速センサ63により検出された車速V及び回転角センサ64により検出された電動モータ59の回転角θmはそれぞれギヤ比可変ステアリングシステム51の制御装置65へ送られる。制御装置65は操舵角θh、出力角θp、車速V及び回転角θmに基づいて電動モータ59を駆動制御する。
【0062】
即ち、制御装置65の第1のMPU21は、操舵角θh及び車速Vに基づいて、第1のROM23(図1参照)に予め格納されたモータ回転角特性マップ(図示略)を参照してギヤ比可変ユニット54における電動モータ59のモータ回転角指令値(モータ角度指令値)を演算する。モータ回転角特性マップは、車速Vの増加に対するモータ回転角指令値の変化を示したものであり、モータ回転角指令値は車速Vに応じて一義的に決まる。
【0063】
第1のMPU21は算出したモータ回転角指令値を構成するデータの全ビット(8ビット)をシリアル通信ラインLc1により直列的に1ビットずつ第2のMPU22へ伝送すると共に、パラレル通信ラインLc2によりモータ回転角指令値の上位4ビットを第2のMPU22へ送る(図3(a)のフローチャート参照)。
【0064】
第2のMPU22はシリアル通信が正常に行われているか否かを判断する。シリアル通信が正常に行われていると判断したとき、第2のMPU22はシリアル通信ラインLc1により送られてきたデータ、即ちモータ回転角指令値に基づいて電動モータ59を駆動制御する。シリアル通信が正常に行われていないと判断したとき、第2のMPU22はパラレル通信ラインLc2により送られてきた桁落ちしたモータ回転角指令値に基づいて電動モータ59を駆動制御する(図3(b)のフローチャート参照)。
【0065】
このとき、回転角センサ64により検出された電動モータ59の回転角θmは第2のMPU22へ帰還される。そして、第2のMPU22は、第1のMPU21により算出されたモータ回転角指令値と実際の電動モータ59の回転角θmとが一致するようにモータ電流をフィードバック制御する。
【0066】
車速Vに応じた伝達比(ステアリングギヤ比)が設定されることにより、ハンドル7の取り回し性能が向上する。例えば停車時や低速走行時にはハンドル7の操舵角θhに対してギヤ比可変ユニット54の出力角θpが大きくなるようにステアリングギヤ比が設定される。この結果、より少ないハンドル操作で旋回することができる。また、高速走行時にはハンドル7の操舵角θhに対してギヤ比可変ユニット54の出力角θpが小さくなるようにステアリングギヤ比が設定される。この結果、穏やかで安定感のある車両応答が実現される。
【0067】
従って、本実施形態によれば、モータ指令値としてモータ角度指令値(具体的には、モータ回転角指令値)を使用するようにしたシステムにおいて、前記第1実施形態の(1)及び(2)番目と同様の効果を得ることができる。また、モータを角度制御(位置制御)する他のシステムに制御装置65を応用することもできる。
【0068】
(第3実施形態;NC工作機械)
次に、本発明をNC工作機械に具体化した第3実施形態を説明する。本実施形態は制御対象が電動パワーステアリング装置の電動モータではなくNC工作機械のテーブル送り用の電動モータである点で前記第1実施形態と異なる。従って、前記第1実施形態と同様の部材構成は同一の符号を付し、その重複した説明を省略する。
【0069】
図7に示すように、NC工作機械71の固定テーブル72にはボールねじ73が軸受け(図示略)を介して回転可能に支持されており、このボールねじ73の外端部は送り用電動モータ74の出力軸にカップリング(図示略)を介して連結されている。また、ボールねじ73にはナット75が螺合されている。このナット75はボールねじ73の正逆回転に伴って螺進及び螺退可能とされている。ナット75の上面には移動テーブル76を介して主軸台77が一体移動可能に設けられている。主軸台77には主軸用モータ78が固定されており、主軸用モータ78の出力軸には主軸79が作動連結されている。主軸79の先端にはタップ等の工具80が取り付けられている。
【0070】
従って、送り用電動モータ74が駆動されると、ボールねじ73の回転によりナット75が当該ボールねじ73に沿って往復移動し、これに伴って移動テーブル76もボールねじ73の軸線に沿う方向(図7に示す矢印方向)へ往復移動する。主軸用モータ78が駆動されると、主軸79と共に工具80が正逆回転する。
【0071】
NC工作機械71は送り用電動モータ74の回転角θmsを検出する送り用モータ回転角センサ81、及び主軸用モータ78の回転角θmpを検出する主軸用モータ回転角センサ82を備えている。送り用モータ回転角センサ81及び主軸用モータ回転角センサ82により検出された回転角θms及び回転角θmpはそれぞれNC工作機械71の制御装置91へ送られる。
【0072】
図8に示すように、制御装置91は第1のMPU21、第2のMPU22、送り用モータ駆動装置92、主軸用モータ駆動装置93及びPLO(プログラム可能論理制御装置)94を備えている。このPLO94は第1のMPU21に接続されている。また、PLO94には入出力装置(操作盤)95が接続されている。PLO94はシーケンサ機能を備えており、第1のMPU21が実行すべきNCプログラムを判断及び選択して所定のプログラム指令により、第1のMPU21にそのNCプログラムを実行させる。
【0073】
即ち、第1のMPU21は、所定の制御周期毎にPLO94からの所定のプログラム指令に基づいて送り用電動モータ74に対するモータ指令値(モータ角度指令値;移動テーブル76の送り量)及び主軸用モータ78に対するモータ指令値(モータ角速度指令値;主軸79の回転角速度)をそれぞれ演算する。
【0074】
第1のMPU21は算出したモータ角度指令値及びモータ角速度指令値をそれぞれ構成するデータの全ビット(8ビット)をシリアル通信ラインLc1により直列的に1ビットずつ第2のMPU22へ伝送する。また、第1のMPU21はパラレル通信ラインLc2によりモータ角度指令値の上位4ビット及びモータ角速度指令値の上位4ビットをそれぞれ第2のMPU22へ送る(図3(a)のフローチャート参照)。
【0075】
第2のMPU22はシリアル通信が正常に行われているか否かを判断する。シリアル通信が正常に行われていると判断したとき、第2のMPU22はシリアル通信ラインLc1により送られてきたデータ、即ちモータ角度指令値及びモータ角速度指令値に基づいて送り用電動モータ74及び主軸用モータ78をそれぞれ駆動制御する。シリアル通信が正常に行われていないと判断したとき、第2のMPU22はパラレル通信ラインLc2により送られてきた桁落ちしたモータ角度指令値及びモータ角速度指令値に基づいて送り用電動モータ74及び主軸用モータ78をそれぞれ駆動制御する(図3(b)のフローチャート参照)。
【0076】
このとき、送り用モータ回転角センサ81により検出された回転角θms及び主軸用モータ回転角センサ82により検出された回転角θmpはそれぞれ第2のMPU22へ帰還される。第2のMPU22はこれら回転角θms,θmpに基づいて送り用電動モータ74及び主軸用モータ78のモータ電流をそれぞれフィードバック制御する。即ち、第2のMPU22は、モータ指令値(モータ角度指令値及びモータ角速度指令値)と実際のモータの回転角(電気角)θms,θmpとをそれぞれ一致させるように送り用電動モータ74及び主軸用モータ78をそれぞれ駆動制御する。
【0077】
従って、本実施形態によれば、モータ指令値としてモータ角度指令値及びモータ角速度指令値を使用するようにしたシステムにおいて、前記第1実施形態の(1)及び(2)番目と同様の効果を得ることができる。また、モータを同じく速度制御(角速度制御)する他のシステムに制御装置91を応用することもできる。
【0078】
(別例)
尚、本実施形態は以下のような別例に変更して実施してもよい。
・第1〜第3実施形態では、第1のMPU21及び第2のMPU22をそれぞれ同一の制御装置2,65,91に備えるようにしたが、例えば第1のMPU21を制御装置2,65,91の外部に設けるようにしてもよい。このようにすれば、制御装置2,65,91の小型化が図られる。
【0079】
・第1及び第2実施形態において、第1のMPU21の機能を電動パワーステアリング装置1及びギヤ比可変ステアリングシステム51以外の他のシステムのMPUに行わせるようにしてもよい。例えば、電動パワーステアリング装置1、ギヤ比可変ステアリングシステム51及びSC(スタビリティコントロール;安定性制御)等を組み合わせて統合制御するようにした車両システムにおいて、この車両システムを統合制御する統合制御ECU(電子制御装置)によりモータ指令値を演算する。そして、この演算結果を例えばCAN(ControllerArea Network)通信(即ち,自動車内LAN)により第2のMPU22へ送る。この演算結果(モータ指令値)に基づいてモータ電流制御を行い、電動パワーステアリング装置1の電動モータ3及びギヤ比可変ステアリングシステム51の電動モータ59等の駆動制御を行う。このようにすれば、制御装置2,65の小型化が図られる。
【0080】
・第1〜第3実施形態では、モータ指令値の上位4ビットをパラレル通信ラインLc2により第2のMPU22へ送るようにしたが、全ビット(本実施形態では8ビット)を送るようにしてもよい。この場合、第2のポート42,44のビット位置をそれぞれ8ビット分設けると共に、パラレル通信ラインLc2を8本のデータラインで構成する。このようにすれば、シリアル通信に異常がある場合においても、第2のMPU22には正常時と同じモータ指令値が送られ、正常時と同じように電動モータ3を駆動制御することができる。
【0081】
・第1〜第3実施形態において、パラレル通信ラインLc2で送るデータ毎にパリティチェックを行うようにしてもよい。即ち、第1のMPU21は、モータ指令値(本実施形態では、上位4ビット)の中に含まれる1( 又は0) の個数の偶奇( パリティビット) を添付してデータを転送する。第2のMPU22は添付されたパリティビットと、データ中に含まれる1( 又は0) の個数を比較して、偶奇が合わなければデータに誤りがあると判断する。このようにすれば、パラレル通信ラインLc2により送られてきたデータ(図4におけるデータB)の誤りを検出することができる。
【0082】
・本実施形態では第1のMPU21及び第2のMPU22をそれぞれ8ビットシステムとしたが、例えば16ビットシステムなど任意のビット数のシステムとしてもよい。
【0083】
(付記)
次に前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
(イ)車両の操舵系にトルク伝達可能に設けられて操舵補助トルクを発生するモータと、前記モータを駆動するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段を通電制御することにより前記モータを駆動制御するモータ制御装置とを備えた電動パワーステアリング装置において、請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載のモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。
【0084】
(ロ)ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を変化させる伝達比可変機構を備えた車両用操舵制御装置であって、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、車速を検出する車速センサと、前記伝達比可変機構を駆動する電動モータと、車速センサにより検出された車速に基づいて前記伝達比を設定すると共に操舵角センサにより検出された操舵角に基づいて前記電動モータを駆動制御する制御手段とを備えたギヤ比可変ステアリングシステムにおいて、請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載のモータ制御装置を備えたギヤ比可変ステアリングシステム。
【0085】
(ハ)第1のMPUにより演算されたデータをシリアル通信ラインを介して第2のMPUへ送るデータ伝送方法において、前記第1のMPUと第2のMPUとの間には前記シリアル通信ラインとは別にパラレル通信ラインを設け、第2のMPUはシリアル通信が正常か否かを判断し、シリアル通信が正常であると判断したときには第2のMPUはシリアル通信ラインにより送られてきたデータを受信し、シリアル通信が正常ではないと判断したときには第2のMPUはパラレル通信ラインにより送られてきたデータを受信するようにしたデータ伝送方法。
【0086】
【発明の効果】
本発明によれば、第2のMPUはシリアル通信ライン及びパラレル通信ラインによりそれぞれ送られてきたモータ指令値のうちいずれか一方に基づいてモータを駆動制御するようにしたことにより、モータ駆動制御の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図。
【図2】 第1実施形態におけるモータ制御装置の回路図。
【図3】 (a)は第1実施形態における第1のMPUのデータ送信時の処理を示すフローチャート、
(b)は第1実施形態における第2のMPUのデータ受信時の処理を示すフローチャート。
【図4】 第1実施形態における第2のMPUの第1のポート及び第2のポートにそれぞれラッチされたデータの構成を示すデータ構成図。
【図5】 第2実施形態におけるギヤ比可変ステアリングシステムの概略構成図。
【図6】 第2実施形態におけるモータ制御装置の回路図。
【図7】 第3実施形態におけるNC工作機械の概略構成図。
【図8】 第3実施形態におけるモータ制御装置の回路図。
【図9】 従来のモータ制御装置の回路図。
【図10】(a)は従来の第1のMPUのデータ送信時における処理を示すフローチャート、
(b)は従来の第2のMPUのデータ受信時における処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
3,59,74,78…電動モータ、
2,65,91…モータ制御装置を構成する制御装置、
21…第1のMPU、
22…第2のMPU、
A,B,Ba…データ、
Lc1…シリアル通信ライン、
Lc2…パラレル通信ライン、
Ds0〜Ds3…パラレル通信ラインのデータライン。
Claims (4)
- モータ指令値を演算する第1のMPUと、第1のMPUにより算出されたモータ指令値に基づいてモータを駆動制御する第2のMPUと、第1のMPUと第2のMPUとの間を接続するシリアル通信ラインとを備えたモータ制御装置において、
前記第1のMPUと第2のMPUとの間には前記シリアル通信ラインとは別にパラレル通信ラインを設け、
前記第2のMPUはシリアル通信ライン及びパラレル通信ラインによりそれぞれ送られてきたモータ指令値のうちいずれか一方に基づいてモータを駆動制御するようにしたモータ制御装置。 - 前記第2のMPUにはシリアル通信が正常に行われているか否かの判断を行う判断手段を備え、
前記判断手段によりシリアル通信が正常に行われていると判断されたときには第2のMPUはシリアル通信ラインにより送られてきたモータ指令値に基づいてモータを駆動制御し、
前記判断手段によりシリアル通信が正常に行われていないと判断されたときには第2のMPUは前記パラレル通信ラインにより送られてきたモータ指令値に基づいてモータを駆動制御するようにした請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記パラレル通信ラインはモータ指令値を構成するデータのうち予め設定された複数ビット分のデータラインを備え、
第1のMPUは、シリアル通信ラインを介してモータ指令値を構成するデータの全ビットを第2のMPUへ送ると共に、パラレル通信ラインを介してモータ指令値を構成するデータのうち予め設定された上位複数ビットを第2のMPUへ送るようにした請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記モータ指令値は、モータ電流指令値、モータ角速度指令値及びモータ角度指令値のうち少なくとも一つである請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載のモータ制御装置。
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