JP7205414B2 - 回転電機制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機制御装置に関する。
従来、複数の制御部にてモータの駆動を制御する回転電機制御装置が知られている。例えば特許文献1では、2つの制御部が設けられており、1つのマスター制御部にて演算される指令値をスレーブ制御部に送信することで、2系統を協調動作させている。
特開2018-130007号公報
特許文献1では、マイコン間通信異常が生じた場合、独立駆動制御に移行する。独立駆動制御では、正常時の協調駆動と同等のトルクを出力可能であるため、故障が発生していることをユーザが認知できない虞がある。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常発生時の出力特性を適切に制御可能な回転電機制御装置を提供することにある。
本発明の回転電機制御装置は、モータ巻線(180、280)を有する回転電機(80)の駆動を制御するものであって、複数のインバータ部(120、220)と、複数の制御部(150、250)と、を備える。インバータ部は、モータ巻線の通電を切り替える。
制御部は、相互に通信可能であって、モード選択部(152、252)、および、駆動制御部(151、251)を有する。モード選択部は、駆動モードを選択する。駆動制御部は、選択された駆動モードにて、対応して設けられるインバータ部を制御する。また、対応するインバータ部と制御部との組み合わせを系統とする。
駆動モードには、協調駆動モード、独立駆動モード、および、片系統駆動モードが含まれる。協調駆動モードは、通信により他の制御部から取得された値、および、自身の制御部にて演算した値を用いて複数系統にてモータ巻線への通電を制御する。独立駆動モードは、他の制御部から取得された値を用いず、複数系統にてモータ巻線への通電を制御する。片系統駆動モードは、他の制御部から取得された値を用いず、1系統にてモータ巻線への通電を制御する。
制御部は、制御部間の通信が正常である場合、駆動モードを協調駆動モードとし、制御部間の通信が異常である場合、駆動モードを独立駆動モードとし、回転電機の出力特性を、協調駆動モードとは異ならせ、制御部間の通信異常発生後、出力維持判定条件が成立している間、協調駆動モードと同等の出力特性を維持し、出力維持判定条件が非成立となった場合、出力特性を変更する。これにより、異常発生時の出力特性を適切に制御することができる。
第1実施形態によるステアリングシステムの概略構成図である。 第1実施形態による駆動装置の断面図である。 図2のIII-III線断面図である。 第1実施形態によるECUを示すブロック図である。 第1実施形態による電源リレーを説明する回路図である。 第1実施形態による第1制御部での駆動モード選択処理を説明するフローチャートである。 第1実施形態による第2制御部での駆動モード選択処理を説明するフローチャートである。 第1実施形態による出力特性の変更を説明する説明図である。 第1実施形態による出力特性の変更を説明する説明図である。 第2実施形態による駆動モード選択処理を説明するフローチャートである。 第3実施形態による駆動モード選択処理を説明するフローチャートである。 第3実施形態による出力特性の変更を説明する説明図である。 第3実施形態による出力特性の変更を説明する説明図である。 第3実施形態による出力特性の変更を説明する説明図である。 第4実施形態による駆動モード選択処理を説明するフローチャートである。 第4実施形態による駆動モードの変更を説明するタイムチャートである。 第4実施形態による車両の走行軌跡を説明する説明図である。
以下、本発明による回転電機制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、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。
(第1実施形態)
第1実施形態を図1~図9に示す。図1に示すように、回転電機制御装置としてのECU10は、回転電機であるモータ80の駆動を制御するものであって、モータ80とともに、例えば車両900(図17参照)のステアリング操作を補助するための操舵装置としての電動パワーステアリング装置8に適用される。
図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム90の構成を示す。ステアリングシステム90は、操舵部材であるステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、および、電動パワーステアリング装置8等を備える。
ステアリングホイール91は、ステアリングシャフト92と接続される。ステアリングシャフト92には、操舵トルクを検出するトルクセンサ94が設けられる。トルクセンサ94は、第1センサ部194および第2センサ部294を有しており、各々自身の故障検出ができるセンサが二重化されている。ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
運転者がステアリングホイール91を回転させると、ステアリングホイール91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換される。一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
電動パワーステアリング装置8は、モータ80、モータ80の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える動力伝達部としての減速ギア89、および、ECU10等を備える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、所謂「コラムアシストタイプ」であり、ステアリングシャフト92が駆動対象といえる。モータ80の回転をラック軸97に伝える所謂「ラックアシストタイプ」等としてもよい。
図1~図4に示すように、モータ80は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、電源としてのバッテリ101、201から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア89を正逆回転させる。モータ80は、3相ブラシレスモータであって、ロータ860およびステータ840を有する。
モータ80は、第1モータ巻線180および第2モータ巻線280を有する。モータ巻線180、280は電気的特性が同等であり、共通のステータ840に、互いに電気角30[deg]ずらしてキャンセル巻きされる。これに応じて、モータ巻線180、280には、位相φが30[deg]ずれた相電流が通電されるように制御される。通電位相差を最適化することで、出力トルクが向上する。また、6次のトルクリプルを低減することができ、騒音、振動の低減することができる。また、電流も分散されることで発熱が分散、平準化されるため、各センサの検出値やトルク等、温度依存の系統間誤差を低減可能であるとともに、通電可能な電流量を増やすことができる。なお、モータ巻線180、280は、キャンセル巻きされていなくてもよく、電気的特性が異なっていてもよい。
以下、第1モータ巻線180の通電制御に係る第1インバータ部120および第1制御部150等の組み合わせを第1系統L1、第2モータ巻線280の通電制御に係る第2インバータ部220および第2制御部250等の組み合わせを第2系統L2とする。また、第1系統L1に係る構成を主に100番台で付番し、第2系統L2に係る構成を主に200番台で付番する。また、第1系統L1および第2系統L2において、同様または類似の構成には、下2桁が同じとなるように付番する。以下適宜、「第1」を添え字の「1」、「第2」を添え字の「2」として記載する。
駆動装置40は、モータ80の軸方向の一方側にECU10が一体的に設けられており、いわゆる「機電一体型」であるが、モータ80とECU10とは別途に設けられていてもよい。ECU10は、モータ80の出力軸とは反対側において、シャフト870の軸Axに対して同軸に配置されている。ECU10は、モータ80の出力軸側に設けられていてもよい。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ECU10とモータ80とを効率的に配置することができる。
モータ80は、ステータ840、ロータ860、および、これらを収容するハウジング830等を備える。ステータ840は、ハウジング830に固定されており、モータ巻線180、280が巻回される。ロータ860は、ステータ840の径方向内側に設けられ、ステータ840に対して相対回転可能に設けられる。
シャフト870は、ロータ860に嵌入され、ロータ860と一体に回転する。シャフト870は、軸受835、836により、ハウジング830に回転可能に支持される。シャフト870のECU10側の端部は、ハウジング830からECU10側に突出する。シャフト870のECU10側の端部には、マグネット875が設けられる。
ハウジング830は、リアフレームエンド837を含む有底筒状のケース834、および、ケース834の開口側に設けられるフロントフレームエンド838を有する。ケース834とフロントフレームエンド838とは、ボルト等により互いに締結されている。リアフレームエンド837には、リード線挿通孔839が形成される。リード線挿通孔839には、モータ巻線180、280の各相と接続されるリード線185、285が挿通される。リード線185、285は、リード線挿通孔839からECU10側に取り出され、基板470に接続される。
ECU10は、カバー460、カバー460に固定されているヒートシンク465、ヒートシンク465に固定されている基板470、および、基板470に実装される各種の電子部品等を備える。カバー460は、外部の衝撃から電子部品を保護したり、ECU10の内部への埃や水等の浸入を防止したりする。カバー460は、カバー本体461、および、コネクタ部103、203が一体に形成される。コネクタ部103、203は、カバー本体461と別体であってもよい。コネクタ部103、203の端子463は、図示しない配線等を経由して基板470と接続される。コネクタ数および端子数は、信号数等に応じて適宜変更可能である。コネクタ部103、203は、駆動装置40の軸方向の端部に設けられ、モータ80と反対側に開口する。
基板470は、例えばプリント基板であり、リアフレームエンド837と対向して設けられる。基板470には、2系統分の電子部品が系統ごとに独立して実装されており、完全冗長構成をなしている。本実施形態では、1枚の基板470に電子部品が実装されているが、複数枚の基板に電子部品を実装するようにしてもよい。
基板470の2つの主面のうち、モータ80側の面をモータ面471、モータ80と反対側の面をカバー面472とする。図3に示すように、モータ面471には、インバータ部120を構成するスイッチング素子121、インバータ部220を構成するスイッチング素子221、角度センサ126、226、カスタムIC135、235等が実装される。角度センサ126、226は、マグネット875の回転に伴う磁界の変化を検出可能なように、マグネット875と対向する箇所に実装される。
カバー面472には、コンデンサ128、228、インダクタ129、229、および、制御部150、250を構成するマイコン等が実装される。図3では、制御部150、250を構成するマイコンについて、それぞれ「150」、「250」を付番した。コンデンサ128、228は、バッテリ101、201から入力された電力を平滑化する。また、コンデンサ128、228は、電荷を蓄えることで、モータ80への電力供給を補助する。コンデンサ128、228、および、インダクタ129、229は、フィルタ回路を構成し、バッテリを共用する他の装置から伝わるノイズを低減するとともに、駆動装置40からバッテリを共用する他の装置に伝わるノイズを低減する。なお、図3中には図示を省略しているが、電源リレー122、222、モータリレー125、225、および、電流センサ127、227等についても、モータ面471またはカバー面472に実装される。
図4に示すように、ECU10は、インバータ部120、220、および、制御部150、250等を備える。ECU10には、コネクタ部103、203が設けられる。第1コネクタ部103には、第1電源端子105、第1グランド端子106、第1IG端子107、第1通信端子108、および、第1トルク端子109が設けられる。
第1電源端子105は、図示しないヒューズを経由して第1バッテリ101に接続される。第1電源端子105を経由して第1バッテリ101の正極から供給された電力は、電源リレー122、インバータ部120、および、モータリレー125等を経由して、第1モータ巻線180に供給される。第1グランド端子106は、ECU10の内部の第1系統のグランドである第1グランドGND1と、ECU10の外部の第1系統のグランドである第1外部グランドGB1とに接続される。車のシステムにおいては金属ボデーが共通のGNDプレーンとなっており、第1外部グランドGB1はGNDプレーン上の接続ポイントの1つを示し、第2バッテリ201の負極もこのGNDプレーン上の接続ポイントに接続される。
第1IG端子107は、イグニッションスイッチ等である車両900の始動スイッチと連動してオンオフ制御される第1スイッチを経由して第1バッテリ101の正極と接続される。第1IG端子107を経由して第1バッテリ101から供給された電力は、第1カスタムIC135に供給される。第1カスタムIC135には、第1ドライバ回路136、第1回路電源137、図示しないマイコン監視モニタ、および、図示しない電流モニタアンプ等が含まれる。
第1通信端子108は、第1車両通信回路111と、第1車両通信網195とに接続される。第1車両通信網195と第1制御部150とは、第1車両通信回路111を経由して、送受信が可能に接続される。また、第1車両通信網195と第2制御部250とは、情報を受信可能に接続され、第2制御部250が故障しても、第1制御部150を含む第1車両通信網195に影響がないように構成される。
第1トルク端子109は、トルクセンサ94の第1センサ部194と接続される。第1センサ部194の検出値は、第1トルク端子109および第1トルクセンサ入力回路112を経由して、第1制御部150に入力される。ここで第1センサ部194および第1制御部150は、このトルクセンサ入力回路系の故障が検出されるように構成される。
第2コネクタ部203には、第2電源端子205、第2グランド端子206、第2IG端子207、第2通信端子208、および、第2トルク端子209が設けられる。第2電源端子205は、図示しないヒューズを経由して第2バッテリ201の正極に接続される。第2電源端子205を経由して第2バッテリ201から供給された電力は、電源リレー222、インバータ部220、および、モータリレー225等を経由して、第2モータ巻線280に供給される。第2グランド端子206は、ECU10の内部の第2系統のグランドである第2グランドGND2と、ECU10の外部の第2系統のグランドである第2外部グランドGB2とに接続される。車のシステムにおいては金属ボデーが共通のGNDプレーンとなっており、第2外部グランドGB2はGNDプレーン上の接続ポイントの1つを示し、さらに、第2バッテリ201の負極もこのGNDプレーン上の接続ポイントに接続される。ここで、少なくとも異なった系統は、GNDプレーン上の同一の接続ポイントに接続しないよう構成される。
第2IG端子207は、車両900の始動スイッチと連動してオンオフ制御される第2スイッチを経由して第2バッテリ201の正極と接続される。第2IG端子207を経由して第2バッテリ201から供給された電力は、第2カスタムIC235に供給される。第2カスタムIC235には、第2ドライバ回路236、第2回路電源237、図示しないマイコン監視モニタ、および、図示しない電流モニタアンプ等が含まれる。
第2通信端子208は、第2車両通信回路211と、第2車両通信網295とに接続される。第2車両通信網295と第2制御部250とは、第2車両通信回路211を経由して、送受信が可能に接続される。また、第2車両通信網295と第1制御部150とは情報を受信可能に接続され、第1制御部150が故障しても、第2制御部250を含む第2車両通信網295に影響がないように構成される。
第2トルク端子209は、トルクセンサ94の第2センサ部294と接続される。第2センサ部294の検出値は、第2トルク端子209および第2トルクセンサ入力回路212を経由して、第2制御部250に入力される。ここで第2センサ部294および第2制御部250は、このトルクセンサ入力回路系の故障が検出されるように構成される。
図4では、通信端子108、208は、それぞれ別途の車両通信網195、295に接続されているが、同一の車両通信網に接続されてもよい。また、図4では、車両通信網195、295として、CAN(Controller Area Network)を例示しているが、CAN-FD(CAN with Flexible Data rate)やFlexRay等、CAN以外の規格のものを用いてもよい。
第1インバータ部120は、スイッチング素子121を有する3相インバータであって、第1モータ巻線180の電力を変換する。第2インバータ部220は、スイッチング素子221を有する3相インバータであって、第2モータ巻線280の電力を変換する。
第1電源リレー122は、第1電源端子105と第1インバータ部120との間に設けられる。第1モータリレー125は、第1インバータ部120と第1モータ巻線180との間の各相に設けられる。第2電源リレー222は、第2電源端子205と第2インバータ部220との間の各相に設けられる。第2モータリレー225は、第2インバータ部220と第2モータ巻線280との間に設けられる。
本実施形態では、スイッチング素子121、221、電源リレー122、222、および、モータリレー125、225は、いずれもMOSFETであるが、IGBT等の他の素子を用いてもよい。図5に示すように、第1電源リレー122をMOSFETのように寄生ダイオードを有する素子で構成する場合、寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように2つの素子123、124を直列に接続することが望ましい。第2電源リレー222も同様であるので図示を省略する。これにより、バッテリ101、201が誤って逆向きに接続された場合に、逆向きの電流が流れるのを防ぐことができる。電源リレー122、222は、メカリレーであってもよい。
図4に示すように、第1スイッチング素子121、第1電源リレー122および第1モータリレー125は、第1制御部150によりオンオフ作動が制御される。第2スイッチング素子221、第2電源リレー222および第2モータリレー225は、第2制御部250によりオンオフ作動が制御される。
第1角度センサ126は、モータ80の回転角を検出し、検出値を第1制御部150に出力する。第2角度センサ226は、モータ80の回転角を検出し、検出値を第2制御部250に出力する。ここで、第1角度センサ126と第1制御部150、および第2角度センサ226と第2制御部250は、各々の角度センサ入力回路系の故障が検出されるように構成される。
第1電流センサ127は、第1モータ巻線180の各相に通電される電流を検出する。第1電流センサ127の検出値は、カスタムIC135内の増幅回路にて増幅され、第1制御部150に出力される。第2電流センサ227は、第2モータ巻線280の各相に通電される電流を検出する。第2電流センサ227の検出値は、カスタムIC235内の増幅回路にて増幅され、第2制御部250に出力される。
第1ドライバ回路136は、第1制御部150からの制御信号に基づき、第1スイッチング素子121、第1電源リレー122および第1モータリレー125を駆動する駆動信号を各素子に出力する。第2ドライバ回路236は、第2制御部250からの制御信号に基づき、第2スイッチング素子221、第2電源リレー222および第2モータリレー225を駆動する駆動信号を各素子に出力する。
回路電源137は、電源端子105およびIG端子107に接続され、第1制御部150に電力を供給する。回路電源237は、電源端子205およびIG端子207に接続され、第2制御部250に電力を供給する。
制御部150、250は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しない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。制御部150、250における各処理は、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であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。ここで、第1制御部150、および第2制御部250は、例えばロックドステップデュアルマイコン等を使用し、各々の自身の故障が検出されるように構成される。
第1制御部150は、駆動制御部151、モード選択部152、および、異常監視部155を有する。駆動制御部151は、第1スイッチング素子121のオンオフ作動を制御することで、第1モータ巻線180の通電を制御する。また、駆動制御部151は、第1電源リレー122および第1モータリレー125のオンオフ作動を制御する。
第2制御部250は、駆動制御部251、モード選択部152、および、異常監視部255を有する。駆動制御部251は、第2スイッチング素子221のオンオフ作動を制御することで、第2モータ巻線280の通電を制御する。また、駆動制御部251は、第2電源リレー222および第2モータリレー225のオンオフ作動を制御する。駆動制御部151、251は、例えば電流フィードバック制御によりモータ80の駆動を制御するが、モータ制御の制御手法の詳細は、電流フィードバック制御以外であってもよい。
モード選択部152、252は、モータ80の駆動制御に係る駆動モードを選択する。本実施形態の駆動モードには、協調駆動モード、独立駆動モード、および、片系統駆動モードが含まれ、通常時、協調駆動モードによりモータ80の駆動を制御する。
協調駆動モードでは、制御部150、250が共に正常であって、マイコン間通信が正常であるとき、少なくとも1つの値を系統間にて共有して、各系統を協調させてモータ80の駆動を制御する。本実施形態では、制御情報として電流指令値、電流検出値および電流制限値を共有する。また本実施形態では、第1制御部150をマスター制御部、第2制御部250をスレーブ制御部とし、第1制御部150は、電流指令値を第2制御部250へ送信し、制御部150、250にて同一の電流指令値を用いることで電流指令値を共有する。共有される電流指令値は、電流制限後の値であってもよいし、電流制限前の値としてもよい。本実施形態では、協調駆動モードにおいて、2系統の電流和と電流差を制御する、いわゆる「和と差の制御」にて電流制御を行う。
独立駆動モードでは、他系統の制御情報を用いず、各系統が独立して、2系統にてモータ80の駆動を制御する。片系統駆動モードでは、一方の系統を停止し、他系統の制御情報を用いず、1系統にてモータ80の駆動を制御する。
異常監視部155は、自系統である第1系統L1の異常の監視を行う。また、自系統にて自系統を停止すべき異常が生じた場合、第1制御部150は、第1インバータ部120、第1電源リレー122および第1モータリレー125の少なくとも1つをオフにする。
また、異常監視部155は、第2制御部250との通信状態、および、第2系統L2の動作状態を監視する。第2系統L2の動作状態の監視方法として第2系統L2の異常を検出したときに自系統を停止する回路(例えば、第2インバータ部220、第2電源リレー222、および第2モータリレー225)またはマイコン間通信に係る通信線のうち、少なくとも1つの状態を監視し、非常停止しているか否かを判断する。本実施形態では、第2ドライバ回路236から第2電源リレー222に出力される第2リレーゲート信号Vrg2を取得する他系統リレー監視回路139が設けられ、第2リレーゲート信号Vrg2に基づいて第2電源リレー222の状態を監視する。
異常監視部255は、自系統である第2系統L2の異常の監視を行う。また、自系統にて自系統を停止すべき異常が生じた場合、第2制御部250は、第2インバータ部220、第2電源リレー222および第2モータリレー225の少なくとも1つをオフにする。
異常監視部255は、第1制御部150との通信状態、および、第1系統L1の動作状態を監視する。第1系統L1の動作状態の監視方法として第1系統L1の異常を検出したときに自系統を停止する回路(例えば、第1インバータ部120、第1電源リレー122、および第1モータリレー125)またはマイコン間通信に係る通信線のうち、少なくとも1つの状態を監視し、非常停止しているか否かを判断する。本実施形態では、第1ドライバ回路136から第1電源リレー122に出力される第1リレーゲート信号Vrg1を取得する他系統リレー監視回路239が設けられ、第1リレーゲート信号Vrg1に基づいて第1電源リレー122の状態を監視する。
第2制御部250における第1系統L1の監視において、他系統リレー情報として、リレーゲート信号Vrg1に替えて、電源リレー122を構成する2つの素子123、124の中間電圧、制御部150から出力されるリレー駆動信号、または、電源リレー122とインバータ部120との間のリレー後電圧を用いてもよい。第1制御部150における第2系統L2の監視についても同様である。
以下、他系統リレー監視回路から取得される情報を「他系統リレー情報」、他系統リレー情報に基づいて他系統の動作状態を監視することを「他系統リレー監視」、監視されるリレーを「他系統リレー」という。また、他系統リレーがオンされているべきタイミングにて、他系統リレーがオフである旨の情報が取得された場合、「他系統リレー情報が異常である」とする。
異常監視部155、255は、マイコン間通信異常が生じており、かつ、他系統リレー情報が異常である場合、他系統の制御部が異常であると判定し、正常系統での片系統駆動に移行し、モータ80の駆動制御を継続する。また、異常監視部155、255は、マイコン間通信異常が生じており、かつ、他系統リレー情報が正常である場合、他系統の制御部は正常であって、マイコン間通信異常が生じていると判定する。すなわち、本実施形態では、マイコン間通信状態および他系統リレー監視により、生じている異常が、他系統の制御部の異常なのか、マイコン間通信異常なのか、を切り分けている。
マイコン間通信に異常が生じたとしても、制御部150、250が正常であれば、独立駆動モードにて2系統を用いてモータ80の駆動制御が可能である。ここで、2系統での独立駆動を継続した場合、正常時と出力特性を変えずに制御を継続すると、正常時と同等のトルクを出力可能であって、異常が発生していることをユーザが認知できない虞がある。また、独立駆動モードで使われ続けた場合を見越し、二次故障以降の異常が生じた場合の動作検証や信頼性評価等が必要になる。
そこで、マイコン間通信異常が生じた場合、モータ80の出力特性を正常時とは変化させることで、電動パワーステアリング装置8に異常が生じていることをユーザに認知させやすくしている。本実施形態では、マイコン間通信異常が生じた場合、片系統駆動とする。片系統駆動では、2系統駆動時よりモータ80の出力上限が制限されることで、出力特性が変化する。本実施形態では、第1制御部150をマスター制御部、第2制御部250をスレーブ制御部としているので、マイコン間通信異常が生じた場合、スレーブ系統である第2系統L2を停止し、マスター系統である第1系統L1を用いてモータ80の駆動制御を継続する。
第1制御部150での駆動モード選択処理を図6、第2制御部250での駆動モード選択処理を図7に示す。実際には、マイコン間通信以外の要素も考慮したモード選択が行われるが、ここでは、主にマイコン間通信状態に着目して簡略的に記載する。また、各判定は1回での判定ではなく、所定時間継続や、所定時間内に所定回数積算にて判定するようにしてもよい。後述の実施形態に係る制御フローについても同様である。以下、ステップS101の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。他のステップも同様である。
図6に示すように、S101では、第1制御部150は、マイコン間通信が正常か否か判断する。マイコン間通信が正常であると判断された場合(S101:YES)、S102へ移行し、駆動モードを協調駆動モードとする。マイコン間通信が正常ではないと判断された場合(S101:NO)、S103へ移行し、駆動モードを片系統駆動モードとする。S104では、第1制御部150は、出力特性を変更する。出力特性変更の詳細は後述する。
本実施形態では、マイコン間通信異常時には、第1系統L1での片系統駆動とする。また、第2制御部250が異常である場合にも第1系統L1での片系統駆動とする。すなわち、第1制御部150では、マイコン間通信異常が検出された場合、第2制御部250の異常により第2制御部250からの情報が取得できないのか、第2制御部250は正常であって通信異常により第2制御部250からの情報が取得できないのか、を切り分ける必要がない。したがって、第1制御部150では、マイコン間通信異常時のモード選択において、他系統リレー情報を参照することなく、片系統駆動モードに移行して差し支えない。
図7に示すように、S201では、第2制御部250は、マイコン間通信が正常か否か判断する。マイコン間通信が正常であると判断された場合(S201:YES)、S202へ移行し、駆動モードを協調駆動モードとする。マイコン間通信が正常ではないと判断された場合(S201:NO)、S203へ移行する。
S203では、第2制御部250は、他系統リレー情報が正常か否か判断する。他系統リレー情報が正常であると判断された場合(S203:YES)、すなわち第1制御部150が正常であって、マイコン間通信異常が生じている場合、S204へ移行し、駆動モードを駆動停止とする。これにより、第1系統L1を用いた片系統駆動にてモータ80が駆動される。
他系統リレー情報が正常ではないと判断された場合(S203:NO)、すなわち、第1制御部150の異常によりマイコン間通信および他系統リレー情報が異常の場合、S205へ移行し、駆動モードを片系統駆動モードとする。これにより、第2系統L2を用いてモータ80が駆動される。S206では、第2制御部250は、出力特性を変更する。
出力特性の変更を図8および図9に基づいて説明する。図8および図9では、横軸を操舵トルクTs、縦軸をアシストトルクTaとする。本実施形態では、協調駆動モードでのアシストトルクを破線、片系統駆動モードでのアシストトルクを実線で示す。ここでは第1系統L1にて片系統駆動するものとして説明する。また、協調駆動モードにおいて、第1系統L1の出力と第2系統L2の出力が等しいものとする。
アシストトルクTaは、操舵トルクTsに応じ、マップ等により設定される。図8に示すように、アシストトルクTaは、操舵トルクTsが上限到達値Ts2までの範囲において、操舵トルクTsが大きくなるにつれて大きくなり、操舵トルクTsが上限到達値Ts2以上の範囲において、出力上限値Ta_max2となる。図8では、アシストトルクTaは、出力上限値Ta_max2までの範囲にて、操舵トルクTsの増加に伴って線形的に増加しているが、非線形で増加するようにしてもよい。図9および図12~図14も同様である。
第1系統L1と第2系統L2とで性能等が同じであれば、協調駆動モードにおいて、第1系統L1と第2系統L2とで1/2ずつモータ80の出力を担う。図8に示すように、片系統駆動モードにおいて、第1系統L1を協調駆動時と同様に制御すると、操舵トルクTsによらず、協調駆動時のアシストトルクの1/2となる。また、片系統駆動での出力上限値Ta_max1は、協調駆動での出力上限値Ta_max2の1/2となる。これにより、操舵トルクTsが小さい場合でも、協調駆動時と出力特性が異なっているので、故障を認知させる観点にて有利である。
図9の例では、片系統駆動モードにおいて、操舵トルクTsが上限到達値Ts1までの範囲にて、操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの増加割合を2倍にすることで、操舵トルクTsに対するアシストトルクTaを協調駆動時と同じにしている。また、操舵トルクTsが上限到達値Ts1より大きい範囲において、アシストトルクTaは、操舵トルクTsによらず、片系統駆動での出力上限値Ta_max1となり、協調駆動時よりアシストトルクTaが小さくなる。
第1系統L1において、片系統駆動モードにおいて、協調駆動モードでの制御時より、操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの傾きを2倍以内の範囲にて大きくすれば、操舵トルクTsが相対的に小さい領域での出力特性を協調駆動時と近づけることができ、制御性を確保できる。また、操舵トルクTsが相対的に大きい領域にて、出力上限値が抑制されることで、運転者に故障を認知させることができる。
なお、2系統駆動での出力上限値Ta_max2より小さい範囲内であれば、片系統駆動モードでの出力上限値Ta_max1を高めてもよい。この場合、片系統駆動での出力上限値Ta_max1は、ユーザにより異常を認知可能な程度、出力上限値Ta_max2より小さいことが望ましい。また、操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの傾きは、協調駆動時の1倍以上、2倍以下の範囲にて、任意に設定してもよい。ここで、「操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの傾きを2倍にする」とは、協調駆動モードでの操舵トルクTsに対する全系統合計のアシストトルクの傾きにする、ということである。
以上説明したように、本実施形態のECU10は、モータ巻線180、280を有する80の駆動を制御するものであって、複数のインバータ部120、220と、複数の制御部150、250と、を備える。インバータ部120、220は、モータ巻線180、280の通電を切り替える。
制御部150、250は、相互に通信可能であって、モード選択部152、252、および、駆動制御部151、251を有する。モード選択部152、252は、駆動モードを選択する。駆動制御部151、251は、選択された駆動モードにて、対応して設けられるインバータ部120、220を制御する。対応して設けられるインバータ部と制御部との組み合わせを系統とする。
駆動モードには、協調駆動モード、独立駆動モードおよび片系統駆動モードが含まれる。協調駆動モードは、通信により他の制御部から取得された値、および、自身の制御部にて演算した値を用いて、複数系統にてモータ巻線180、280の通電を制御する。独立駆動モードは、他の制御部から取得された値を用いず、複数系統にてモータ巻線180、280の通電を制御する。片系統駆動モードは、他の制御部から取得された値を用いず、1系統にてモータ巻線180、280の通電を制御する。ここで、3系統以上であっても、1系統にてモータ80を駆動する駆動モードを「片系統駆動モード」とする。
制御部150、250は、制御部150、250間の通信が正常である場合、駆動モードを協調駆動モードとする。制御部150、250の通信が異常である場合、駆動モードを独立駆動モードまたは片系統駆動モードとし、モータ80の出力特性を協調駆動モードとは異ならせる。これにより、異常発生時の出力特性が適切に制御され、異常が発生したことをユーザに認知させやすくなる。
制御部150、250は、制御部150、250間の通信が異常である場合、駆動モードを片系統駆動モードとする。片系統駆動モードにおけるモータ80の出力トルクの上限である出力上限値は、協調駆動モードにおける出力上限値よりも小さい。これにより、モータ80の出力トルクが制限されるので、異常が発生したことをユーザに認知させやすくなる。
ECU10は、操舵装置である電動パワーステアリング装置8に適用される。モータ80の出力トルクであるアシストトルクTaは、出力上限値までの範囲にて、操舵トルクTsが大きくなるほど大きくなるように設定される。片系統駆動モードにおいて、モータ80の駆動に用いられる系統の操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの増加割合は、協調駆動モードでの全系統合計の増加割合を超えない範囲にて、協調駆動モードでの増加割合より大きい。これにより、出力上限値までの範囲において、協調制御時の出力特性に近づけることができるので、制御性を確保することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態を図10に示す。上記実施形態では、マイコン間通信異常が生じた場合、第1制御部150での片系統駆動とする。本実施形態では、マイコン間通信異常が生じた場合、系統選択条件に基づいて、片系統駆動にて用いる系統を選択する。本実施形態では、系統選択条件を通信正常時の温度情報とする。
本実施形態の駆動モード選択処理を図10のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、制御部150、250にて共通に実施される。S301~S303の処理は、図7中のS201~S203の処理と同様である。他系統リレー情報が正常であると判断された場合(S303:YES)、S304へ移行し、他系統リレー情報が異常であると判断された場合(S303:NO)、S306へ移行する。
S304では、制御部150、250は、通信正常時の自系統温度が他系統温度より高いか否かを判断する。自系統温度および他系統温度は、例えば自系統のスイッチング素子の温度や、自系統のスイッチング素子が実装されている領域のヒートシンク温度とすることができる。自系統温度および他系統温度は、各系統に対応する領域の温度を検出する温度センサの検出値に基づく値であってもよいし、例えば電流値等からの推定値であってもよい。自系統温度が他系統温度より高いと判断された場合(S304:YES)、S305へ移行し、駆動モードを駆動停止とする。自系統温度が他系統温度より小さいと判断された場合(S304:NO)、S306へ移行し、駆動モードを片系統駆動モードとする。S306およびS307の処理は、S205およびS206と同様であるので、説明を省略する。
なお、自系統温度と他系統温度が等しい場合、両系統共が駆動停止したり、両系統共が片系統駆動に移行したりすることを防ぐべく、自系統温度と他系統温度が等しい場合に用いる制御部を予め設定しておくことが望ましい。
本実施形態では、マイコン間通信が異常であって、制御部150、250が正常である場合、系統温度が最も低い系統を用いた片系統駆動モードにてモータ80を駆動する。これにより、温度が高い側の系統を用いる場合と比較して、過熱保護による電流制限がかかりにくく、アシスト性能を確保することができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第3実施形態)
第3実施形態を図11~図14に示す。上記実施形態では、マイコン間通信異常時、片系統駆動としているのに対し、本実施形態では、マイコン間通信異常時の駆動モードを独立駆動モードでの2系統駆動とし、協調駆動モードとは出力特性を異ならせる。本実施形態の駆動モード選択処理を図11のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、制御部150、250にて共通に実施される。
S401~S402の処理は、図7中のS201~S203の処理と同様である。他系統リレー情報が正常であると判断された場合(S403:YES)、S404へ移行し、他系統リレー情報が異常であると判断された場合(S403:NO)、S406へ移行する。S406およびS407の処理は、図2中のS205およびS206の処理と同様である。
S404は、マイコン間通信が異常であって、制御部150、250が正常である場合に移行するステップであって、制御部150、250は、駆動モードを独立駆動モードとする。S405では、制御部150、250は、出力特性を変更する。
上記実施形態にて説明した通り、マイコン間通信異常時、制御部150、250の出力特性を変えずに独立駆動モードとした場合、操舵トルクに対するアシストトルクが正常時と略同等となり、運転者が異常発生を認知できない虞がある。そこで本実施形態では、マイコン間通信異常により独立駆動とする場合、正常時とは出力特性を異ならせている。
出力特性の変更を図12~図14に基づいて説明する。図12では、出力上限値Ta_max2は、協調駆動時と同じとし、操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの傾きを協調駆動時により小さくしている。これにより、操舵トルクTsが小さい場合でも、協調駆動時と出力特性が異なっているので、故障を認知させる観点にて有利である。
図13では、操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの傾きは協調駆動時と同じとし、出力上限値Ta_max2を協調駆動時より小さくしている。これにより、操舵トルクTsが相対的に小さい領域での出力特性を協調駆動モードでの制御時と同じとすることで制御性を確保しつつ、操舵トルクTsが相対的に大きい領域にて、出力上限値が抑制されることで、運転者に故障を認知させることができる。
また、図14では、操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの傾きを協調駆動時より小さくするとともに、出力上限値を協調駆動時より小さくしている。これにより、故障を認知させる観点にて、より有利である。
本実施形態では、制御部150、250は、マイコン間通信が異常である場合、駆動モードを独立駆動モードとする。独立駆動モードにおけるモータ80の出力トルクの上限である出力上限値は、協調駆動モードにおける出力上限値よりも小さい。また、モータ80の出力トルクであるアシストトルクTaは、出力上限値までの範囲にて、操舵トルクTsが大きくなるほど大きくなるように設定されている。制御部150、250は、マイコン間通信が異常である場合、駆動モードを独立駆動モードとする。操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの増加割合は、協調駆動モードにおける増加割合より小さい。これにより、異常が生じたことをユーザに認知させやすくなる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第4実施形態)
第4実施形態を図15~図17に示す。図17は、車両900の走行軌跡を模式的に示している。図17では、目標とする走行軌跡を破線、実際の走行軌跡を実線で示す。ここでは、操舵中にマイコン間通信異常が生じた場合について説明する。図17(a)に示すように、マイコン間通信異常時に独立駆動へ移行し、出力特性を変えない場合、通信異常時も正常時と略同じように、目標とする軌跡に沿って走行可能である。その反面、ユーザが故障に気づきにくい。一方、図17(b)に示すように、操舵中に出力特性を変えた場合、ユーザが故障に気づきやすい反面、目標とする走行軌跡から逸れる虞がある。
そこで本実施形態では、マイコン間通信異常時の駆動モードを独立駆動モードとし、出力維持判定条件が成立している場合、出力特性を維持する。本実施形態の駆動モード選択処理を図15のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、制御部150、250にて共通に実施される。
図15では、図11の処理に対し、S404に続いて移行するS410が追加されている。マイコン間通信が異常であって、他系統リレー情報が正常である場合(S401:NO、かつ、S403:YES)、すなわち、マイコン間通信が異常であって、制御部150、250が正常である場合、S404にて駆動モードを独立駆動モードとする。
S404に続いて移行するS410では、制御部150、250は、出力維持判定が成立しているか否かを判断する。本実施形態では、自動運転中は、出力維持判定が成立しているとし、肯定判断する。また、舵角θsが舵角判定値θthより大きい場合、すなわち操舵中である場合、出力維持判定が成立しているとし、肯定判断する。さらにまた、車速Vが車速判定値Vthより大きい場合、すなわち走行中である場合、出力維持判定が成立しているとし、肯定判断する。舵角判定値θthおよび車速判定値Vthは、出力特性の変更により予想される走行軌跡等に応じて、任意に設定される。ここでは、出力維持判定条件として、自動運転中か否か、操舵中か否か、および、走行中か否かの3つの条件を例示したが、これらの少なくとも一部を省略してもよいし、他の出力維持判定条件を用いてもよい。出力維持判定条件が成立していると判断された場合(S410:YES)、S405の処理を行わず、出力特性を維持する。出力維持判定条件が成立していないと判断された場合(S410:NO)、S405へ移行し、出力特性を変更する。出力特性の変更詳細は、第3実施形態で説明した通りである。
本実施形態の駆動モードの変更を図16のタイムチャートに基づいて説明する。図16の例では、出力維持判定条件として、車速Vを用いるものとして説明する。図16では、共通時間軸を横軸とし、上段から、車速、出力維持判定、マイコン間通信異常、駆動モード、出力特性を示す。なお、ここでは、制御部150、250は共に正常であるものとして説明する。
時刻x1以前において、マイコン間通信が正常であるので、駆動モードを協調駆動モードとする。時刻x1にてマイコン間通信異常が生じると、駆動モードを協調駆動モードから独立駆動モードに切り替える。このとき、車速Vが車速判定値Vthより大きく、出力維持判定が成立しているので、出力特性は維持する。すなわち、操舵トルクTsに対し、協調駆動時と同等のアシストトルクTaが出力される。
時刻x2において、車速Vが車速判定値Vthより小さくなると、出力維持判定が不成立となるので、操舵トルクTsに対するアシストトルクTaの出力が協調駆動時とは異なるように、出力特性を変更する。
本実施形態では、制御部150、250は、マイコン間通信が異常である場合、駆動モードを独立駆動モードとし、マイコン間通信異常発生後、出力維持判定条件が成立している間、協調駆動モードと同等の出力特性を維持し、出力維持判定条件が非成立となった場合、出力特性変更する。ここで、「協調駆動モードと同等の出力特性」とは、図8等にて説明したアシストトルクTaを指令値とし、操舵トルクTsに応じたアシストトルク指令値が協調駆動モードと同じであればよく、制御の違いにより生じる程度の出力差は許容されるものとする。これにより、車両900の軌跡が意図しないものとなるのを回避することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
上記実施形態では、ECU10が「回転電機制御装置」、モータ80が「回転電機」、マイコン間通信が「制御部間の通信」、操舵トルクTsが「入力パラメータ」、アシストトルクTaが「出力トルク」に対応する。また、アシストトルクの出力上限値、および、操舵トルクに対するアシストトルクの傾きが「出力特性」に対応する。
(他の実施形態)
第4実施形態では、出力維持判定条件として、自動運転、操舵判定および車速判定を例示した。他の実施形態では、車両の始動スイッチがオンされてからオフされるまでを「トリップ」とし、マイコン間通信異常が生じたトリップ中は出力特性を維持し、次のトリップから出力特性を変更するようにしてもよい。すなわち、出力維持判定条件を、始動スイッチのオンオフ状態とし、マイコン間通信異常発生後、始動スイッチがオンされている状態が継続している場合、出力維持判定条件が成立していると判定し、始動スイッチがオフ後、再オンされた場合、出力維持判定条件が非成立であると判定してもよい。
上記実施形態では、協調駆動モードにおいて、電流指令値、電流検出値および電流制限値を系統間で共有する。他の実施形態では、協調駆動モードにおいて、電流制限値を共有しなくてもよい。上記実施形態では、第1制御部150をマスター制御部、第2制御部250をスレーブ制御部とし、協調駆動モードにおいて、第1制御部150にて演算された電流指令値を制御部150、250にて共通に用いる。他の実施形態では、電流指令値を共有せず、協調駆動モードにおいても、自系統の電流指令値を用いてもよい。また、電流指令値、電流検出値および電流制限値以外の値を共有してもよい。
上記実施形態では、モータ巻線、インバータ部および制御部が2つずつ設けられる。他の実施形態では、モータ巻線は、1つまたは3つ以上であってもよい。また、インバータ部および制御部が3つ以上であってもよい。また、例えば複数のモータ巻線およびインバータ部に対して1つの制御部を設ける、或いは、1つの制御部に対して複数のインバータ部およびモータ巻線を設ける、といった具合に、モータ巻線、インバータ部および制御部の数が異なっていてもよい。上記実施形態では、系統ごとに電源が設けられており、グランドが分離されている。他の実施形態では、1つの電源を複数系統にて共用してもよい。また、複数の系統が共通のグランドに接続されていてもよい。
上記実施形態では、回転電機は、3相のブラシレスモータである。他の実施形態では、回転電機は、ブラシレスモータに限らない。また、発電機の機能を併せ持つ、所謂モータジェネレータであってもよい。上記実施形態では、回転電機制御装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、回転電機制御装置を、ステアバイワイヤ装置等、操舵を司る電動パワーステアリング装置以外の操舵装置に適用してもよい。また、操舵装置以外の車載装置、または、車載以外の装置に適用してもよい。
本開示に記載の制御部及びその手法は、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。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、発明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。
8・・・電動パワーステアリング装置(操舵装置)
10・・・ECU(回転電機制御装置)
80・・・モータ(回転電機)
120、220・・・インバータ部
150、250・・・制御部
151、251・・・駆動制御部
152、252・・・モード選択部
180、280・・・モータ巻線

Claims (3)

  1. モータ巻線(180、280)を有する回転電機(80)の駆動を制御する回転電機制御装置であって、
    前記モータ巻線の通電を切り替える複数のインバータ部(120、220)と、
    駆動モードを選択するモード選択部(152、252)、および、選択された前記駆動モードにて対応して設けられる前記インバータ部を制御する駆動制御部(151、251)を有し、相互に通信可能な複数の制御部(150、250)と、
    を備え、
    対応して設けられる前記インバータ部と前記制御部との組み合わせを系統とし、
    前記駆動モードには、通信により他の前記制御部から取得された値および自身の前記制御部にて演算した値を用いて複数系統にて前記モータ巻線の通電を制御する協調駆動モード、他の前記制御部から取得された値を用いず複数系統にて前記モータ巻線の通電を制御する独立駆動モード、および、他の前記制御部から取得された値を用いず1系統にて前記モータ巻線の通電を制御する片系統駆動モードが含まれ、
    前記制御部は、
    前記制御部間の通信が正常である場合、前記駆動モードを前記協調駆動モードとし、
    前記制御部間の通信が異常である場合、前記駆動モードを前記独立駆動モードとし、前記回転電機の出力特性を前記協調駆動モードとは異ならせ、前記制御部間の通信異常発生後、出力維持判定条件が成立している間、前記協調駆動モードと同等の前記出力特性を維持し、前記出力維持判定条件が非成立となった場合、前記出力特性を変更する回転電機制御装置。
  2. 記独立駆動モードにおける前記回転電機の出力トルクの上限である出力上限値は、前記協調駆動モードにおける前記出力上限値よりも小さい請求項1に記載の回転電機制御装置。
  3. 前記回転電機の出力トルクは、前記回転電機の出力トルクの上限である出力上限値までの範囲にて、入力パラメータが大きくなるほど大きくなるように設定され
    記独立駆動モードにおける前記入力パラメータに対する出力トルクの増加割合は、前記協調駆動モードにおける前記増加割合より小さい請求項1または2に記載の回転電機制御装置。
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