JP7252881B2 - モータ駆動システム - Google Patents

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、情報を互いに送受信する構成を想定する。第１アクチュエータの一方の制御演算部が故障した場合やアクチュエータ間の通信が故障した場合、対をなす第２アクチュエータの制御演算部に入力される情報も異常値となるか、又は情報が入力されない。そのため、対をなす第２アクチュエータの制御演算部により制御されるモータ駆動部が誤出力し、システムが誤動作するおそれがある。したがって、フェールセーフの視点から問題がある。

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、第１アクチュエータもしくは第２アクチュエータのうちいずれか一方の故障、又はアクチュエータ間通信の故障による他方のアクチュエータの誤出力を防止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。

二つのアクチュエータ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に故障が発生したとき、故障が発生した系統の各アクチュエータの制御演算部はモータ駆動制御を停止する。そして、両方のアクチュエータにおいて正常な系統の制御演算部によりモータ駆動制御を継続する。

これにより本発明では、第１アクチュエータもしくは第２アクチュエータのうちいずれか一方の故障、又は、いずれか一系統のアクチュエータ間通信の故障の場合、当該故障による他方のアクチュエータの誤出力が防止され、システムの誤動作が回避される。また、両方のアクチュエータにおいて正常な系統の制御演算部によりモータ駆動制御が継続されるため、駆動機能を確保することができる。よって、フェールセーフ機能が適切に実現される。

特に、二つのアクチュエータ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、且つ当該系統のアクチュエータ間通信が正常であるとき、故障が発生した系統の制御演算部は、他方のアクチュエータの対をなす系統の制御演算部に異常信号を送信する。異常信号を受信した制御演算部は、モータ駆動制御を停止する。これにより、故障が発生した系統と対をなす系統の制御演算部において、モータ駆動制御を迅速に停止することができる。

第１実施形態による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異常信号の送信を示す図。 故障発生時におけるモータ駆動制御の停止処理のフローチャート。 （ａ）一系統の故障発生時における出力変化を示すタイムチャート、（ｂ）二系統合計電流指令値と電流制限値との関係を示す図。 第２実施形態によるモータ駆動システムの模式図。 第３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４実施形態によるモータ駆動システムの模式図。 他の実施形態によるモータ駆動システムの全体構成図。

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。複数の実施形態で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。また、第１～第４実施形態を包括して「本実施形態」という。

（第１実施形態）
図１に、車両の転舵システム９０１に適用されるモータ駆動システム８０１を示す。車両としては、ドライバがハンドル操作しない自動運転車両や無人車両が想定される。操舵指令部９１５は、予め決められたルートプログラムや、ナビゲーション装置による目的地までのルート情報に従って、モータ駆動システム８０１に転舵指令を出力する。二点鎖線で示すダミーハンドル９１０が転舵指令に応じて疑似的に回転動作してもよい。

この車両は、左輪９９Ｌと右輪９９Ｒとが独立に転舵する。モータ駆動システム８０１は、左輪転舵用の第１アクチュエータ１０と右輪転舵用の第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、操舵指令部９１５からの左輪転舵指令ＣｓｔＬに基づいて左輪９９Ｌの転舵トルクＴｓｔＬを出力する。第２アクチュエータ２０は、操舵指令部９１５からの右輪転舵指令ＣｓｔＲに基づいて右輪９９Ｒの転舵トルクＴｓｔＲを出力する。

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。図示を省略するが、制御演算部１６１、１６２は、操舵指令部９１５からの転舵指令ＣｓｔＬに加え、フィードバックされた実際の転舵角やその相関量に基づいて駆動信号を生成してもよい。

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左右独立転舵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２実施形態以下の各構成図も図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、転舵指令部９１５からの指令信号や、実際の転舵角を示す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、図４及び図５（ａ）、（ｂ）を参照し、第１アクチュエータ１０の第１系統で故障が発生する場合を例として、モータ駆動システム８０１の動作について説明する。図３には、図２のモータ駆動システム８０１において故障発生時に異常信号が送信される例が示されている。図４のフローチャートの説明で、記号「Ｓ］はステップを意味する。

図５（ａ）、（ｂ）では、電流フィードバック制御によるモータ駆動を想定し、各系統の制御演算部による制限後の電流指令値により、故障発生時におけるモータ駆動部の出力変化を表す。各アクチュエータ１０、２０において電流指令値に追従してモータ駆動部のインバータから多相巻線に電流が流れることで、各アクチュエータ１０、２０のモータ駆動部は所望のトルクを出力する。

図５（ａ）に示すように、時刻ｔｘ以前の正常時、第１アクチュエータ１０の第１系統及び第２系統のモータ駆動部１７１、１７２には、電流制限値Ｉ＿ｌｉｍ以下の互いに同等の電流Ｉ₀１が流れている。また、第２アクチュエータ２０の第１系統及び第２系統のモータ駆動部２７１、２７２には、電流制限値Ｉ＿ｌｉｍ以下の互いに同等の電流Ｉ₀２が流れている。第１アクチュエータ１０の正常時電流Ｉ₀１と第２アクチュエータ２０の正常時電流Ｉ₀２との関係は、各アクチュエータ１０、２０の用途や特性により、相関が有ってもよいし無くてもよい。以下、第１系統と第２系統との間で同等であるという点のみに着目し、アクチュエータ１０、２０を区別せず、正常時電流を単に「Ｉ₀」と記す。

そして、時刻ｔｘに第１アクチュエータ１０の第１系統で故障が発生すると想定し、このとき、図４のＳ１でＹＥＳと判断されるものとする。また、第１系統のアクチュエータ間通信ＣＬ１に故障が発生した場合もＳ１でＹＥＳと判断される。Ｓ１でＹＥＳの場合、Ｓ２で第２アクチュエータ２０の第１系統の制御演算部２６１は、Ｓ２１またはＳ２２の２通りのステップにより、第１アクチュエータ１０の第１系統での故障発生を認識する。なお、Ｓ２１では、アクチュエータ間通信が正常であることを前提とする。

Ｓ２１では、図３に示すように、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１系統の制御演算部２６１に異常信号を送信する。つまり、「故障が発生したアクチュエータにおける故障が発生した系統の制御演算部」から他方のアクチュエータの同系統の制御演算部に異常信号を送信する。異常信号を受信した第２アクチュエータ２０の制御演算部２６１は、Ｓ３でモータ駆動制御を停止する。したがってＳ３では、両方のアクチュエータ１０、２０の第１系統の制御演算部１６１、２６１がモータ駆動制御を共に停止する。

また、Ｓ２２では、第２アクチュエータ２０の第１系統の制御演算部２６１が第１アクチュエータ１０の第１系統の故障を検知する。Ｓ３では、第１アクチュエータ１０の第１系統の制御演算部１６１がモータ駆動制御を停止すると共に、故障を検知した第２アクチュエータ２０の第１系統の制御演算部２６１が、自身によるモータ駆動制御を停止する。なお、第１系統のアクチュエータ間通信ＣＬ１に故障が発生したことを第２アクチュエータ２０の第１系統の制御演算部２６１が検知した場合も同様に、自身によるモータ駆動制御を停止する。

Ｓ４では、両方のアクチュエータ１０、２０において正常な第２系統の制御演算部１６２、２６２によりモータ駆動を継続する。Ｓ５で、正常側系統である第２系統の制御演算部１６２、２６２は、故障側系統である第１系統のモータ駆動部１７１、２７１の出力を補うように、第２系統のモータ駆動部１７２、２７２の出力を、両系統の正常時に対して増加させる。

図５（ａ）に示すように、時刻ｔｘに駆動制御が停止され、第１系統の電流Ｉ₀は０になる。そこで第２系統のモータ駆動部１７２、２７２により、二点鎖線で示すように正常時の２倍の電流（２Ｉ₀）を通電可能であれば、故障前の二系統の合計出力を完全に維持することができる。ただし、正常時の２倍の電流（２Ｉ₀）が電流制限値Ｉ＿ｌｉｍを超える場合、実線で示すように、第２系統の電流を電流制限値Ｉ＿ｌｉｍまで増加させてもよい。或いは、一点鎖線で示すように、第２系統の電流を正常時電流Ｉ₀と電流制限値Ｉ＿ｌｉｍとの間の値まで増加させてもよい。

いずれの例でも「第１系統のモータ駆動部の出力を補うように、第２系統のモータ駆動部の出力を、両系統の正常時に対して増加させる」制御に該当する。すなわち、故障前の二系統の合計出力を完全に維持する場合に限らず、第２系統の電流を正常時電流に対し少しでも増加させることで、第１系統のモータ駆動部の出力の少なくとも一部が補われると解釈する。第２系統のモータ駆動部の出力を適度に増加させることで、過大な電流による発熱を防止することができる。

また、図５（ｂ）に示すように、両系統の正常時における電流制限値Ｉ＿ｌｉｍ＿ｄに対し、一系統の故障時における正常系統の電流制限値Ｉ＿ｌｉｍ＿ｓを増加させるようにしてもよい。これにより、二系統合計電流指令値Ｉ^*がより大きい領域まで、第２系統の一系統駆動により第１系統のモータ駆動部の出力を補うことができる。

続いて、図４のＳ１でＮＯの場合の処理について説明する。Ｓ６では、第１アクチュエータ１０内又は第２アクチュエータ２０内の系統間通信ＣＭ１、ＣＭ２が故障したか判断される。Ｓ６でＹＥＳの場合、第１アクチュエータ１０の各系統の制御演算部１６１、１６２、及び、第２アクチュエータ２０の各系統の制御演算部２６１、２６２は、Ｓ７で、モータ駆動制御を停止することなく、自系統のみの情報に基づいてモータ駆動制御を継続する。系統間通信ＣＭ１、ＣＭ２も正常の場合、Ｓ６でＮＯと判断され、正常時のモータ駆動制御が継続される。

特許文献１の従来技術では、失陥したＥＣＵが直接制御するモータのみを停止し、互いに通信して対をなすＥＣＵが制御するモータについては、そのまま制御を継続する。この構成では、例えば第１アクチュエータ１０の第１系統が故障した場合に第２アクチュエータ２０の第１系統の制御演算部２６１により制御されるモータ駆動部２７１が誤出力し、システムが誤動作するおそれがある。

それに対し、本実施形態では、第１アクチュエータ１０もしくは第２アクチュエータ２０のうちいずれか一方の故障、又は、アクチュエータ間通信の故障の場合、当該故障による他方のアクチュエータの誤出力が防止され、システムの誤動作が回避される。また、両方のアクチュエータ１０、２０において正常な系統の制御演算部によりモータ駆動制御が継続されるため、駆動機能を確保することができる。よって、フェールセーフ機能が適切に実現される。

ここで、故障が発生した情報を他方のアクチュエータが取得する手段として、故障したアクチュエータ側の制御演算部から異常信号を送信することで、モータ駆動制御を迅速に停止することができる。或いは、正常なアクチュエータ側の制御演算部が故障を検知することで、アクチュエータ間通信が故障の場合にも故障情報を認識することができる。さらに両方の手段を併用することで、より迅速、確実にモータ駆動制御の停止処理を実行することができ、信頼性がより向上する。

また、同じアクチュエータ内の二系統の制御演算部が系統間通信により相互に情報を送受信することで、正常時には二系統のモータ駆動部を協調動作させ、出力バランスの良いモータ駆動を実現することができる。ただし、系統間通信のみの故障時には、制御演算部はモータ駆動制御を停止することなく、自系統のみの情報に基づいてモータ駆動制御を継続する。これにより、系統間での出力バランスが多少偏る可能性はあるとしても、二系統の合計出力をできるだけ高く維持することができる。さらに、冗長性も維持することができる。

次に、第１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２～第４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２～第４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２～第４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２実施形態）
図６に示す第２実施形態のモータ駆動システム８０２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。例えばモータ駆動システム８０２は、第１実施形態による左右独立転舵用の第１、第２アクチュエータ１０、２０に加え、ステアバイワイヤシステムにおいて反力トルクを生成する第３アクチュエータ３０を「追加のアクチュエータ」として備えている。第３アクチュエータ３０は、操舵トルク及び路面反力に応じた反力トルクをハンドル９１に付与することで、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に故障が発生したときを想定する。このとき、故障が発生した系統の各アクチュエータ１０、２０、３０の制御演算部はモータ駆動制御を停止する。そして、全てのアクチュエータ１０、２０、３０において正常な系統の制御演算部によりモータ駆動制御を継続する。第２実施形態では、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

（第３実施形態）
図７に示す第３実施形態のモータ駆動システム８０３は、左右前後の四輪が独立に転舵し且つ反力アクチュエータを備えていない車両に適用され、冗長二系統構成の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８０３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。例えば第１アクチュエータ１０及び第２アクチュエータ２０は左前輪及び右前輪を転舵させ、第３アクチュエータ３０及び第４アクチュエータ４０は左後輪及び右後輪を転舵させる。

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に故障が発生したときを想定する。このとき、故障が発生した系統の各アクチュエータ１０、２０、３０、４０の制御演算部はモータ駆動制御を停止する。そして、全てのアクチュエータ１０、２０、３０、４０において正常な系統の制御演算部によりモータ駆動制御を継続する。第３実施形態では、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

第３実施形態の変形例として、第２実施形態と同様の反力アクチュエータを第５アクチュエータとしてさらに追加してもよい。その場合も同様に、五つのアクチュエータの同系統の制御演算部は、アクチュエータ間通信により相互に情報を送受信する。故障発生時、故障が発生した系統の各アクチュエータの制御演算部はモータ駆動制御を停止し、全てのアクチュエータにおいて正常な系統の制御演算部によりモータ駆動制御を継続する。

ここで図８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８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８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８（ａ）に、図７のモータ駆動システム８０３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８（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８（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８（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４実施形態）
図９に示す第４実施形態のモータ駆動システム８０４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。

冗長三系統構成のモータ駆動システム８０４において、例えば第１アクチュエータ１０Ｔの第１系統１０１及び第２アクチュエータ２０Ｔの第２系統２０２で同時に故障が発生した時、各アクチュエータ１０Ｔ、２０Ｔの第１系統の制御演算部１６１、２６１及び第２系統の制御演算部１６２、２６２はモータ駆動制御を停止する。そして、両方のアクチュエータ１０Ｔ、２０Ｔにおいて正常である第３系統の制御演算部１６３、２６３によりモータ駆動制御を継続する。

第４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２、第３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。なお、一部系統が故障し、残る正常系統のみでモータ駆動制御を継続する場合の処理について、例えば故障前後の動作系統数の比に基づき、出力増加程度や上限を切り替えてもよい。

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８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）車両の自動転舵システムやステアバイワイヤシステムに適用される上記実施形態とは別の実施形態として、図１０に、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）用ツインモータ駆動システム８０５の例を示す。一般的に電動パワーステアリングシステムでは、コラム又はラックのいずれか一方に操舵アシストモータが設けられる。ただし、特開２００４－８２７９８号公報等に開示されているように、高出力化や操舵性の向上を目的として、コラム及びラックの両方に２台の操舵アシストモータを設ける構成が知られている。

図１０に示すステアリングシステム９０５は、図１に示す自動転舵システム９０１とは異なり、ドライバが自ら操舵する操舵機構と転舵機構とが機械的に連結されている。ステアリングシステム９０５は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９３、インターミディエイトシャフト９５、ラック９７等を含む。ハンドル９１は、ステアリングシャフト９３を介してインターミディエイトシャフト９５と接続されている。インターミディエイトシャフ９５の端部では、ラックアンドピニオン機構により回転が往復運動に変換されてラック９７に伝達される。ラック９７が往復するとナックルアーム９８を介して車輪９９が転舵される。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。

ツインモータ駆動システム８０５において、冗長二系統構成の第１アクチュエータ１０は、コラム９２に設けられ、コラム９２に内包されたステアリングシャフト９３を回転させる。冗長二系統構成の第２アクチュエータ２０は、ラック９７に設けられ、ラックアンドピニオン機構を介してラック９７を往復させる。各アクチュエータ１０、２０には、操舵トルクセンサ９４が検出した操舵トルクＴｓが入力される。

なお、ステアリングシャフト９３における操舵トルクセンサ９４の位置は、第１アクチュエータ１０との接続部に対しハンドル９１側でもよい。好ましくは、操舵トルクＴｓの情報は、第１アクチュエータ１０の各系統の制御演算部１６１、１６２、及び、第２アクチュエータ２０の各系統の制御演算部２６１、２６２に冗長的に入力される。

この実施形態では、第１アクチュエータ１０及び第２アクチュエータ２０が協働して操舵アシストトルクを出力することで高出力の操舵アシスト機能が実現される。例えば第１アクチュエータ１０の第１系統で故障が発生した時、各アクチュエータ１０、２０の第１系統の制御演算部１６１、２６１はモータ駆動制御を停止する。そして、両方のアクチュエータ１０、２０において正常である第２系統の制御演算部１６２、２６２によりモータ駆動制御を継続する。これにより、一部の故障発生時にも操舵アシスト機能を維持することができる。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系統間通信が行われ、制御演算部への情報が冗長的に入力され、片系統駆動時にモータ駆動部の出力が増加される。しかし他の実施形態では、一方のアクチュエータのみで系統間通信が行われてもよく、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。或いは、一方のアクチュエータのみで、片系統駆動時にモータ駆動部の出力が増加されるようにしてもよい。また、システムの要求がない場合、いずれの系統でも系統間通信、情報の冗長入力、一系統駆動時における出力増加処理が行われなくてもよい。上記実施形態では、故障が発生した情報を他方のアクチュエータが取得する手段として、故障したアクチュエータ側の制御演算部から異常情報を送信する。しかし他の実施例として、故障したアクチュエータ側の制御演算部がアクチュエータ間通信を停止してもよい。

（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、
８０１－８０５・・・モータ駆動システム。

Claims (13)

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、
   二つの前記アクチュエータ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、いずれかの系統の前記アクチュエータ間通信に故障が発生したとき、故障が発生した系統の各前記アクチュエータの前記制御演算部はモータ駆動制御を停止し、両方の前記アクチュエータにおいて正常な系統の前記制御演算部によりモータ駆動制御を継続するモータ駆動システム。
2. 二つの前記アクチュエータ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、且つ当該系統のアクチュエータ間通信が正常であるとき、
   故障が発生した前記アクチュエータにおける故障が発生した系統の前記制御演算部は、他方の前記アクチュエータの対をなす系統の前記制御演算部に異常信号を送信し、前記異常信号を受信した前記制御演算部は、モータ駆動制御を停止する請求項１に記載のモータ駆動システム。
3. 各前記アクチュエータの各系統の前記制御演算部は、
   他方の前記アクチュエータの対をなす系統で故障が発生したこと、又は、自系統のアクチュエータ間通信に故障が発生したことを検知した場合、自身によるモータ駆動制御を停止する請求項１または２に記載のモータ駆動システム。
4. 前記第１アクチュエータ又は前記第２アクチュエータの少なくとも一方において、
   同じ前記アクチュエータ内の複数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する請求項１～３のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
5. 前記系統間通信が故障したとき、各系統の前記制御演算部は、自系統のみの情報に基づいてモータ駆動制御を継続する請求項４に記載のモータ駆動システム。
6. 前記第１アクチュエータ又は前記第２アクチュエータの少なくとも一方において、各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１～５のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
7. 前記第１アクチュエータ又は前記第２アクチュエータの少なくとも一方において、
   正常側系統の前記制御演算部は、故障側系統の前記モータ駆動部の出力を補うように、正常側系統の前記モータ駆動部の出力を、両系統の正常時に対して増加させる請求項１～６のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
8. 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、
   三つ以上の前記アクチュエータ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、いずれかの系統の前記アクチュエータ間通信に故障が発生したとき、
   故障が発生した系統の各前記アクチュエータの前記制御演算部はモータ駆動制御を停止し、全ての前記アクチュエータにおいて正常な系統の前記制御演算部によりモータ駆動制御を継続する請求項１～７のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
9. 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１～８のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
10. 左輪と右輪とが独立に転舵する車両の転舵システムに適用され、
    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、それぞれ左輪転舵用及び右輪転舵用のアクチュエータである請求項１～７のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
11. 車両のステアバイワイヤシステムに適用され、
    一つの前記追加のアクチュエータ（３０）は、反力トルクを生成するアクチュエータである請求項８に記載のモータ駆動システム。
12. 四輪が独立に転舵する車両の転舵システムに適用され、
    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、それぞれ左前輪及び右前輪を転舵させるアクチュエータであり、二つの前記追加のアクチュエータ（３０、４０）は、それぞれ左後輪及び右後輪を転舵させるアクチュエータである請求項８に記載のモータ駆動システム。
13. 車両の電動パワーステアリングシステムに適用され、
    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、それぞれコラム及びラックに設けられた２台の操舵アシストモータとして機能する請求項１～７のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。

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