JP7153827B1 - 制御ユニット、操舵装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1に記載の電動機の制御システムは、主制御装置と副制御装置とにより2組の巻線を具備する電動機の駆動を制御する。主制御装置においては、d-q軸電流指令生成部、位相速度生成部は、上位制御装置から入力されるトルク指令に基づき、q軸電流指令、d軸電流指令、位相速度を演算する。q軸電流指令、d軸電流指令、位相速度は、主制御装置から副制御装置へ伝送される。また、主制御装置、副制御装置各々が有する電力変換器は、2相/3相変換部において電圧誤差を2相/3相変換した値を用いて3相交流に変換した電力により、電動機を駆動する。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、複数備える制御装置を効率的に活用することができる制御ユニット等を提供することを目的とする。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る操舵システム1の概略構成の一例を示す図である。
図2は、第1実施形態に係る制御ユニット10の概略構成の一例を示す図である。
操舵システム1は、自動車等の車両100に設けられて車両100の動作を制御する車両制御装置5と、車両100の前輪101を転動させることにより車両100の進行方向を変える操舵装置6とを備えている。操舵装置6は、電動パワーステアリング装置である。なお、図1は、車両を前方から見た図である。また、図1には、ピニオンアシスト型の装置を例示しているが、ラックアシスト型の装置やコラムアシスト型の装置であっても良い。
車両制御装置5は、CPU(不図示)、ROM(不図示)、RAM(不図示)等からなる算術論理演算回路を有している。車両制御装置5には、車両100の外界情報を検出する外界情報検出部(不図示)が接続されている。外界情報検出部は、車両100の周囲の物体の位置を計測する物体位置計測装置を構成するものである。外界情報検出部は、例えば、デジタルカメラ、及び、レーザレーダ、赤外線レーダ、ミリ波レーダ等のレーダであることを例示することができる。また、外界情報検出部は、例えば、超音波センサ、赤外線センサ等であっても良い。
操舵装置6は、車両100の進行方向を変えるために運転者が操作するステアリングホイール102と、ステアリングホイール102に一体的に設けられたステアリングシャフト103とを備えている。
操舵装置6は、左右の前輪101に連結されたタイロッド104と、タイロッド104に連結されたラック軸105とを備えている。また、操舵装置6は、ラック軸105に形成されたラック歯105aとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン106aを備えている。ピニオン106aを有するピニオンシャフト106は、トーションバー107を介して、連結シャフト108と連結されている。連結シャフト108は、自在継手等を介してステアリングシャフト103と連結されており、ステアリングホイール102の回転に連動して回転する。
制御ユニット10は、第1巻線組111に流れる電流を制御する第1制御装置20と、第2巻線組112に流れる電流を制御する第2制御装置50と、を備えている。第1制御装置20及び第2制御装置50は、それぞれ、車両制御装置5とCANを介して通信することが可能になっている。
第1制御装置20は、第1巻線組111に流す電流値を決定する第1制御部21と、決定された電流値を第1巻線組111に供給させる第1駆動部22とを有している。
第1制御部21は、CPU(不図示)、ROM(不図示)、RAM(不図示)等からなる算術論理演算回路を有している。ROMには、CPUにより実行される基本プログラム(オペレーションシステム)や各種の設定等が記憶されている。CPUは、RAMを作業エリアに使用し、ROMから読み出したアプリケーションプログラムを実行する。
また、第1制御部21は、第1設定部30が設定した目標電流It1と、第1巻線組111に実際に流れる電流との偏差が零となるようにフィードバック制御を行う第1フィードバック(以下、「FB」と称する場合がある。)部40を有する。
第2制御装置50は、第2巻線組112に流す電流値を決定する第2制御部51と、決定された電流値を第2巻線組112に供給させる第2駆動部52とを有している。
第2制御部51は、CPU(不図示)、ROM(不図示)、RAM(不図示)等からなる算術論理演算回路を有している。ROMには、CPUにより実行される基本プログラム(オペレーションシステム)や各種の設定等が記憶されている。CPUは、RAMを作業エリアに使用し、ROMから読み出したアプリケーションプログラムを実行する。
また、第2制御部51は、第2設定部60が設定した目標電流It2と、第2巻線組112に実際に流れる電流との偏差が零となるようにフィードバック制御を行う第2FB部70を有する。
図3は、第1設定部30及び第2設定部60の概略構成の一例を示す図である。
以下に、第1制御部21の第1設定部30、及び、第2制御部51の第2設定部60について説明する。
第1設定部30は、トルクセンサ109にて検知された操舵トルクTを用いて目標電流Ie1を設定する第1EPS部31を有している。第1EPS部31は、運転者によるステアリングホイール102の操舵を支援するためのトルクを、電動モータ110が発生するための目標電流Ie1を設定する。
第1EPS部31は、ROMに記憶された、運転者の操舵を支援する機能のためのプログラムや各種の設定等をCPUが読み出して実行することで目標電流Ie1を設定することを例示することができる。
第1自動部32は、衝突回避を行うための目標電流Ibを設定する衝突回避部321と、車両100が横滑りすることを抑制するための目標電流Irを設定する横滑り抑制部322と、車両100を駐車場等に停める駐車の際に前輪101の転動の支援を行うための目標電流Ipを設定する駐車支援部323と、を有する。
横滑り抑制部322は、ROMに記憶された、横滑り抑制機能のためのプログラムや各種の設定等をCPUが読み出して実行することで目標電流Irを設定する。
駐車支援部323は、ROMに記憶された、駐車支援機能のためのプログラムや各種の設定等をCPUが読み出して実行することで目標電流Ipを設定する。
また、第1設定部30は、第1自動設定部324が出力した目標電流Id1と、後述する第2自動設定部624が出力した目標電流Id2とを加算することにより得た目標電流Is1(=Id1+Id2)を出力する第1合計設定部325を有する。
ここで、自動操舵システムにおいては、車両100の自動運転制御や運転支援制御に対応して行う自動操舵の実行中に異常が発生した場合でも、運転者が操舵に復帰するまで、又は、車両100が停止するまでは、最低限の動作を継続する必要がある。最低限の動作としては、前輪101の転動角の補正制御であることを例示することができる。例えば、自動操舵制御を行っている場合であって車両100が曲がり角を曲がっているときに、第2制御部51に異常が生じた場合には、曲がり終えるまで前輪101の転動角を適切な角度(例えば車両100が車線をはみ出さない角度)に制御する必要がある。第1異常時設定部33は、例えば車両100が曲がり終えるまで、前輪101の転動角の補正制御を行うための目標電流If1を設定する。
第1異常時設定部33は、予め定められた最低限の動作を実行するためのプログラムや各種の設定等をCPUが読み出して目標電流If1を設定する。
第2設定部60は、トルクセンサ109にて検知された操舵トルクTを用いて目標電流Ie2を設定する第2EPS部61を有している。第2EPS部61は、運転者によるステアリングホイール102の操舵を支援するためのトルクを、電動モータ110が発生するための目標電流Ie2を設定する。第2EPS部61は、第1EPS部31と同様であるので、詳細な説明は省略する。
第2自動部62は、車両100が車線を維持するように前輪101の転動角の制御を行う場合の目標電流Ikを設定する維持部621と、車両100が車線を変更するように前輪101の転動角の制御を行う場合の目標電流Icを設定する変更部622と、を有する。
変更部622は、ROMに記憶された、車線変更支援機能のためのプログラムや各種の設定等をCPUが読み出して実行することで目標電流Icを設定する。
また、第2自動部62は、第2自動設定部624が出力した目標電流Id2と、第1設定部30の第1自動設定部324が出力した目標電流Id1とを加算することにより得た目標電流Is2(=Id2+Id1)を出力する第2合計設定部625を有する。
また、第1制御装置20が、第1自動設定部324において目標電流Id1を設定するとともに、目標電流Id1を設定したことに起因して第1巻線組111に目標電流Id1に対応する電流を供給することで行う電動モータ110の駆動制御を、「第1自動操舵制御」と称する場合がある。
また、第1制御装置20が、第1合計設定部325において第2自動設定部624から受信した目標電流Id2を加算するとともに、目標電流Id2を加算したことに起因して第1巻線組111に目標電流Id2に対応する電流を供給することで行う電動モータ110の駆動制御を、「第2自動操舵制御」と称する場合がある。
また、第1制御装置20が、第1異常時設定部33において目標電流If1を設定するとともに、目標電流If1を設定したことに起因して第1巻線組111に目標電流If1に対応する電流を供給することで行う電動モータ110の駆動制御を、「第1異常時制御」と称する場合がある。
図4は、操舵装置6の作用を説明するための図である。
以下の説明において、第1制御部21と第2制御部51との間の通信に異常が生じている場合を「通信異常時」と称し、第1制御部21又は第2制御部51に異常が生じている場合を「制御部異常時」と称し、通信異常時及び制御部異常時ではない時を「正常時」と称する場合がある。
正常時においては、操舵装置6の第1制御装置20、第2制御装置50は、それぞれ、EPS制御、第1自動操舵制御及び第2自動操舵制御を実行する。つまり、第1制御部21の第1設定部30においては、第1EPS部31が設定した目標電流Ie1、第1自動設定部324が設定した目標電流Id1、及び、第2自動設定部624が設定した目標電流Id2を加算した目標電流It1(=Ie1+Id1+Id2)が設定される。また、第2制御部51の第2設定部60においては、第2EPS部61が設定した目標電流Ie2、第2自動設定部624が設定した目標電流Id2、及び、第1自動設定部324が設定した目標電流Id1を加算した目標電流It2(=Ie2+Id2+Id1)が設定される。そして、第1EPS部31が設定した目標電流Ie1と第2EPS部61が設定した目標電流Ie2とは同じであるので、第1制御部21の第1設定部30が設定する目標電流It1と、第2制御部51の第2設定部60が設定する目標電流It2とは、同じ値となる。
なお、第1異常時設定部33、第2異常時設定部63は、第1制御部21及び第2制御部51に異常が生じていないので、それぞれ、目標電流If1、目標電流If2を設定しない。
第1制御部21と第2制御部51との間の通信に異常が生じていない場合には、第1制御部21の第1設定部30は、第2制御部51の第2自動設定部624が出力する目標電流Id2を受信可能であるとともに、第2制御部51の第2設定部60は、第1制御部21の第1自動設定部324が出力する目標電流Id1を受信可能である。他方、通信異常時には、第1制御部21の第1設定部30は、第2制御部51の第2自動設定部624が出力する目標電流Id2を受信できないとともに、第2制御部51の第2設定部60は、第1制御部21の第1自動設定部324が出力する目標電流Id1を受信できない。
第1制御部21及び第2制御部51は、それぞれ、自身が正常に作動するか否かを診断する機能を有する。第1制御部21及び第2制御部51は、それぞれ、自身が正常に作動しない場合には、その旨を車両制御装置5に対して送信する。そして、車両制御装置5は、第1制御部21又は第2制御部51のいずれか一方の制御部から、当該一方の制御部が正常に作動しない旨を受信した場合には、他方の制御部に対して、当該一方の制御部が正常に作動しない旨を送信する。これにより、他方の制御部は、一方の制御部に異常が生じている制御部異常時であることを把握する。例えば、車両制御装置5は、第2制御部51から、正常に作動しない旨を受信した場合には、第1制御部21に対して、第2制御部51が正常に作動しない旨を送信する。これにより、第1制御部21は、第2制御部51に異常が生じている制御部異常時であることを把握する。
そして、第1目標設定部35は、第1EPS部31が設定した目標電流Ie1と、第1異常時設定部33が設定した目標電流If1とを加算した値を、目標電流It1(=Ie1+If1)として設定する。
このように、第2制御部51に異常が生じた場合には、第1制御装置20は、自動操舵制御を行わずに、EPS制御と、異常時制御とを行う。
そして、第2目標設定部65は、第2EPS部61が設定した目標電流Ie2と、第2異常時設定部63が設定した目標電流If2とを加算した値を、目標電流It2(=Ie2+If2)として設定する。
このように、第1制御部21に異常が生じた場合には、第2制御装置50は、自動操舵制御を行わずに、EPS制御と、異常時制御とを行う。
比較例に係る第1制御装置520及び第2制御装置550においては、第1実施形態に係る第1制御装置20及び第2制御装置50に対して、それぞれ、第1設定部30に相当する第1設定部530、第2設定部60に相当する第2設定部560が異なる。以下、第1の実施形態に係る第1制御装置20及び第2制御装置50と異なる点について説明する。第1の実施形態に係る第1制御装置20及び第2制御装置50と比較例に係る第1制御装置520及び第2制御装置550とで、同じ構造、機能を有する物については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図6は、第2実施形態に係る制御ユニット810の概略構成の一例を示す図である。
図7は、第2実施形態に係る操舵装置86の作用を説明するための図である。
第2実施形態に係る操舵装置86は、第1実施形態に係る操舵装置6に対して、通信異常時にも、自動操舵制御を実行しない点が異なる。以下、第1実施形態に係る操舵装置6と異なる点について説明し、第1実施形態に係る操舵装置6と同じ機能を有するものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
制御ユニット810は、第1実施形態に係る第1制御装置20に相当する第1制御装置820と、第1実施形態に係る第2制御装置50に相当する第2制御装置850とを備えている。
第1制御装置820は、第1実施形態に係る第1制御部21に相当する第1制御部821と、第1駆動部22(図2参照)とを有している。第2制御装置850は、第1実施形態に係る第2制御部51に相当する第2制御部851と、第2駆動部52(図2参照)とを有している。
第1設定部830は、第1EPS部31と、第1実施形態に係る第1自動部32に相当する第1自動部832と、第1異常時設定部33と、第1目標設定部35とを有する。
第1自動部832は、第1実施形態に係る、衝突回避部321、横滑り抑制部322、駐車支援部323、第1自動設定部324、第1合計設定部325にそれぞれ相当する、衝突回避部841、横滑り抑制部842、駐車支援部843、第1自動設定部844、第1合計設定部845を有する。
第2設定部860は、第2EPS部61と、第1実施形態に係る第2自動部62に相当する第2自動部862と、第2異常時設定部63と、第2目標設定部65とを有する。
第2自動部862は、第1実施形態に係る、維持部621、変更部622、第2自動設定部624、第2合計設定部625にそれぞれ相当する、維持部871、変更部872、第2自動設定部874、第2合計設定部875を有する。
これにより、第2実施形態に係る操舵装置86は、通信異常時に、自動操舵制御を実行しないようにすることが可能となる。
図8は、第3実施形態に係る制御ユニット910の概略構成の一例を示す図である。
図9は、第3実施形態に係る操舵装置96の作用を説明するための図である。
第3実施形態に係る操舵装置96は、第1実施形態に係る操舵装置6に対して、電動モータ110に相当する電動モータ310、制御ユニット10に相当する制御ユニット910が異なる。以下、第1実施形態に係る操舵装置6と異なる点について説明し、第1実施形態に係る操舵装置6と同じ機能を有するものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
制御ユニット910は、第1制御装置20と、第2制御装置50と、電動モータ310の巻線組に流れる電流を制御する制御装置として第1制御装置20と第2制御装置50とを切り替える切替装置90と、を備えている。
図10は、第4実施形態に係る制御ユニット410の概略構成の一例を示す図である。
第4実施形態に係る操舵装置46は、第1実施形態に係る操舵装置6、第2実施形態に係る操舵装置86、第3実施形態に係る操舵装置96に対して、第1設定部30に相当する第1設定部930、第2設定部60に相当する第2設定部960が異なる。以下、第1実施形態に係る操舵装置6と異なる点について説明し、第1実施形態に係る操舵装置6と同じ機能を有するものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
そして、第4実施形態に係る操舵装置46においては、第1実施形態に係る操舵装置6が自動操舵制御に関連する機能を分散して実現するのと同様に、EPS制御に関連する機能を、第1EPS部940と第2EPS部970とに分散して実現することを特徴とする。
なお、第1EPS部940が、第1部941、第2部942を有し、第2EPS部970が、第3部971、第4部972を有するように分散しているが、第1EPS部940及び第2EPS部970に分散する機能の数や種類は特に限定されない。
Claims (8)
- 電動機の駆動を制御する複数の制御装置を備える制御ユニットであって、
前記複数の制御装置は、
前記複数の制御装置が正常である正常時及び前記複数の制御装置の内のいずれかの制御装置が異常である異常時の両方において、前記電動機を作動させるために用いられる一般的機能を有するとともに、
前記正常時には用いられるが前記異常時には必要でない正常時機能を分散して有している、
制御ユニット。 - 前記複数の制御装置は、それぞれ、前記異常時に前記電動機を作動させるために用いられる異常時機能を有している、
請求項1に記載の制御ユニット。 - 前記複数の制御装置の内の第1制御装置は、前記正常時機能の内の第1機能を実現するための第1制御指令値を設定し、前記複数の制御装置の内の第2制御装置は、前記正常時機能の内の第2機能を実現するための第2制御指令値を設定し、
前記第2制御装置は、設定した前記第2制御指令値を前記第1制御装置に送信し、
前記第1制御装置は、設定した前記第1制御指令値と、前記第2制御装置から受信した前記第2制御指令値とを用いて前記電動機の駆動を制御する、
請求項1に記載の制御ユニット。 - 前記第1制御装置は、設定した前記第1制御指令値を前記第2制御装置に送信し、
前記第2制御装置は、設定した前記第2制御指令値と、前記第1制御装置から受信した前記第1制御指令値とを用いて前記電動機の駆動を制御する、
請求項3に記載の制御ユニット。 - 前記第1制御装置又は前記第2制御装置のいずれか一方の制御装置は、他方の制御装置が異常である場合には、前記第1制御指令値又は前記第2制御指令値の内の自身が送信する制御指令値を用いて前記電動機の駆動を制御しない、
請求項4に記載の制御ユニット。 - 前記正常時機能は、前記電動機が搭載された車両の自動運転又は運転支援の制御に関する機能である、
請求項1に記載の制御ユニット。 - 前記一般的機能は、前記電動機が搭載された車両の操舵を支援する機能である、
請求項1に記載の制御ユニット。 - 電動機と、
前記電動機の駆動を制御する、請求項1から7のいずれか1項に記載の制御ユニットと、
を備える操舵装置。
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