WO2021085168A1 - モータ駆動システム - Google Patents

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WO2021085168A1
WO2021085168A1 PCT/JP2020/039039 JP2020039039W WO2021085168A1 WO 2021085168 A1 WO2021085168 A1 WO 2021085168A1 JP 2020039039 W JP2020039039 W JP 2020039039W WO 2021085168 A1 WO2021085168 A1 WO 2021085168A1
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actuator
motor drive
control calculation
calculation unit
actuators
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PCT/JP2020/039039
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弘貴 富澤
Original Assignee
株式会社デンソー
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Definitions

  • This disclosure relates to a motor drive system.
  • the one including the “reaction ECU” and the “steering reaction force motor” of Patent Document 1 is generally referred to as the "first actuator", and includes the “steering ECU” and the “steering motor”. Is generalized as “second actuator”. Further, the “reaction ECU” and “steering reaction force motor” of Patent Document 1 are referred to as “control calculation unit of the first actuator” and “motor drive unit of the first actuator”. The “steering ECU” and “steering motor” of Patent Document 1 are referred to as “control calculation unit of the second actuator” and “motor driving unit of the second actuator”.
  • the "first actuator” and the “second actuator” in the present specification may be actuators for any purpose.
  • the term “actuator” refers to a drive device in which a motor drive unit outputs torque not only by a mechanical element driven by an external drive signal but also by a drive signal generated by a control calculation unit inside the motor. means.
  • the control calculation unit and the motor drive unit in the actuator may be physically integrated or may be separately configured via a signal line.
  • An object of the present disclosure is to provide a motor drive system for preventing erroneous output of the other actuator due to a failure of either the first actuator or the second actuator, or a failure of communication between actuators.
  • the present disclosure is a motor drive system including a plurality of actuators including a first actuator and a second actuator, each of which functions as a motor that outputs torque.
  • the first actuator and the second actuator each have a plurality of redundantly provided control calculation units and a plurality of redundantly provided motor drive units.
  • the plurality of control calculation units perform calculations related to motor drive control.
  • the plurality of motor drive units drive and output torque based on the drive signals generated by the corresponding control calculation units.
  • the motor drive unit is composed of an inverter that supplies voltage, a multi-phase winding wound around a stator, a rotor having a permanent magnet, and the like.
  • a rotor or the like may be provided in common in a plurality of motor drive units.
  • the unit of the combination of the control calculation unit and the motor drive unit corresponding to each other in each actuator is defined as "system".
  • the control calculation unit of each actuator in the system in which the failure occurred Stops motor drive control. Then, the motor drive control is continued by the control calculation unit of the normal system in both actuators.
  • the control calculation unit of the system in which the failure occurs is the other actuator.
  • An abnormal signal is transmitted to the control calculation unit of the paired system.
  • the control calculation unit that has received the abnormal signal stops the motor drive control.
  • the motor drive control can be quickly stopped in the control calculation unit of the system paired with the system in which the failure has occurred.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of the motor drive system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic view of the motor drive system of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing transmission of an abnormal signal when a failure occurs.
  • FIG. 4 is a flowchart of the motor drive control stop processing when a failure occurs.
  • FIG. 5A is a time chart showing a change in output when a failure occurs in one system.
  • FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the total current command value of the two systems and the current limit value.
  • FIG. 6 is a schematic view of the motor drive system according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of the motor drive system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic view of the motor drive system of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing transmission of an abnormal signal when a failure occurs.
  • FIG. 4 is a flowchart of the motor drive control stop processing when a failure occurs.
  • FIG. 5A is a time chart showing
  • FIG. 7 is a schematic view of the motor drive system according to the third embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a connection mode of communication between the four actuators.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating the above connection form.
  • FIG. 8C is a diagram illustrating the above connection form.
  • FIG. 8D is a diagram illustrating the above connection form.
  • FIG. 9 is a schematic view of the motor drive system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an overall configuration diagram of a motor drive system according to another embodiment.
  • the motor drive system of each embodiment includes a plurality of actuators, each of which functions as a motor that outputs torque.
  • Each actuator has a plurality of redundantly provided control calculation units and a plurality of redundantly provided motor drive units.
  • the unit of the combination of the control calculation unit and the motor drive unit corresponding to each other in each actuator is defined as "system”.
  • Substantially the same configurations in a plurality of embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the first to fourth embodiments are collectively referred to as "the present embodiment".
  • FIG. 1 shows a motor drive system 801 applied to a vehicle steering system 901.
  • the steering command unit 915 outputs a steering command to the motor drive system 801 according to a predetermined route program and route information to the destination by the navigation device.
  • the dummy handle 910 indicated by the alternate long and short dash line may rotate in a pseudo manner in response to the steering command.
  • the motor drive system 801 includes a first actuator 10 for steering the left wheel and a second actuator 20 for steering the right wheel.
  • Act means “actuator”.
  • the first actuator 10 outputs the steering torque TstL of the left wheel 99L based on the left wheel steering command CstL from the steering command unit 915.
  • the second actuator 20 outputs the steering torque TstR of the right wheel 99R based on the right wheel steering command CstR from the steering command unit 915.
  • Each actuator 10 and 20 has a redundant configuration of two systems. That is, the first actuator 10 has two redundantly provided control calculation units 161 and 162, and two redundantly provided motor drive units 171 and 172.
  • the second actuator 20 has two redundantly provided control calculation units 261 and 262, and two redundantly provided motor drive units 271 and 272.
  • first system and “second system”.
  • first system may function as the main (or master) and the second system may function as the sub (or slave).
  • first system and the second system may have an equal relationship.
  • “1” is added to the end of the code for the elements of the first system, and "2" is added to the end of the code for the elements of the second system.
  • the control calculation units 161 and 162 are specifically composed of a microcomputer and an ASIC, and perform calculations related to motor drive control.
  • the control calculation units 161 and 162 may also execute controls other than the motor drive control, but the present specification does not refer to other controls. As will be described later, when the control calculation unit "stops the motor drive control", it does not matter whether or not other controls are stopped.
  • control calculation units 161 and 162 include a CPU, ROM, RAM, I / O (not shown), a bus line connecting these configurations, and the like.
  • the control calculation units 161, 162 are subjected to software processing by executing a program stored in advance in a physical memory device such as a ROM (that is, a readable non-temporary tangible recording medium) by a CPU, or by a dedicated electronic circuit. Execute control by hardware processing.
  • the motor drive units 171 and 172 drive based on the drive signals generated by the corresponding control calculation units 161 and 162, and output torque.
  • the motor drive units 171 and 172 are composed of an inverter that supplies a voltage, a multi-phase winding wound around a stator, a rotor having a permanent magnet, and the like.
  • the two motor drive units 171 and 172 cooperate to output torque.
  • the motor drive units 171 and 172 may be configured as a double-winding motor in which two systems of multi-phase windings are wound around a common stator.
  • the arrows from the control calculation unit 161 to the motor drive unit 171 and the arrows from the control calculation unit 162 to the motor drive unit 172 indicate the drive signals of each system.
  • the drive signal is an inverter switching pulse signal, and is typically a PWM signal or the like.
  • the control calculation units 161 and 162 may generate a drive signal based on the feedback actual steering angle and its correlation amount in addition to the steering command CstL from the steering command unit 915. ..
  • the term "actuator” is used as a unit drive device including a plurality of control calculation units and a plurality of motor drive units.
  • Patent Document 1 Patent No. 48487157
  • the actuator of the present embodiment may be a so-called “mechatronics-integrated” motor, in which a control calculation unit and a motor drive unit may be physically integrated.
  • the control calculation unit and the motor drive unit may be separately configured via a signal line.
  • the first system of the first actuator 10 and the first system of the second actuator 20 form a pair with each other. Further, the second system of the first actuator 10 and the second system of the second actuator 20 form a pair with each other.
  • the control calculation units of the systems paired with each other transmit and receive information to and from each other by the inter-actuator communication CL1 and CL2.
  • the second character "L" of the symbol for inter-actuator communication is derived from "local communication".
  • the "information transmitted to and received from each other" by the communication between the actuators includes at least the abnormality information of the actuators 10 and 20.
  • Abnormalities of the control calculation unit include data abnormalities, arithmetic processing abnormalities, internal communication abnormalities, synchronization abnormalities, and the like.
  • the abnormality of the motor drive unit includes an abnormality of the switching element of the inverter, a short circuit of the relay provided in the circuit, an open failure, a disconnection failure of the motor winding, and the like. When these failures occur, the actuators 10 and 20 transmit and receive the information to and from each other.
  • FIG. 2 shows a simplified schematic diagram of the motor drive system 801 of FIG.
  • the left-right independent steering system is shown as a specific application example in FIG. 1, the first actuator 10 and the second actuator 20 of the present embodiment may be motors for any purpose.
  • FIG. 2 generally shows the configuration of a “motor drive system 801 including two actuators 10 and 20 having a two-system redundant configuration”.
  • Second Embodiment The following configuration diagrams are also described with reference to FIG. In FIG. 2, a broken line frame is shown in the first system and the second system of the actuators 10 and 20, and the reference numerals are given as “1st system 101, 201” and “2nd system 102, 202”. However, in the following description, the system code may be omitted as appropriate in places that are obvious from the context.
  • the first actuator 10 is redundantly provided with the control calculation unit 161 of the first system 101 and the control calculation unit 162 of the second system 102, and the motor drive unit 171 and the second system 102 of the first system 101.
  • the motor drive unit 172 of the above is provided redundantly.
  • the second actuator 20 is redundantly provided with the control calculation unit 261 of the first system 201 and the control calculation unit 262 of the second system 202, and the motor drive unit 271 and the second system 202 of the first system 201.
  • the motor drive unit 272 of the above is provided redundantly.
  • the control calculation unit 161 of the first system 101 information If11 is redundantly input to the control calculation unit 161 of the first system 101, and information If12 is redundantly input to the control calculation unit 162 of the second system 102.
  • the information If21 is redundantly input to the control calculation unit 261 of the first system 201, and the information If22 is redundantly input to the control calculation unit 262 of the second system 202.
  • control calculation unit 161 of the first system 101 and the control calculation unit 162 of the second system 102 in the same first actuator 10 mutually transmit and receive information by the inter-system communication CM1.
  • the control calculation unit 261 of the first system 201 and the control calculation unit 262 of the second system 202 in the same second actuator 20 transmit and receive information to and from each other by the inter-system communication CM2.
  • the second character "M" of the symbol for inter-system communication is derived from "communication between microcomputers".
  • the information transmitted to each other by the inter-system communication CM1 and CM2 includes, for example, an input value from the outside, a current command value calculated by the control calculation unit, a current limit value, an actual current to be fed back, and the like.
  • abnormal signals of each system are transmitted and received to each other.
  • the first system 101 of the first actuator 10 and the first system 201 of the second actuator 20 form a pair with each other
  • the second system 102 of the first actuator 10 and the second system 202 of the second actuator 20 are paired with each other. That is, it is assumed that the systems having the same number form a pair with each other.
  • the terms “first system” and “second system” are only assigned for convenience, and it is up to you which of the two systems is the “first system” and which is the “second system”. Is.
  • the "first system of the first actuator” and the “second system of the second actuator” form a pair
  • the control calculation units of the systems paired with each other in the first actuator 10 and the second actuator 20 transmit and receive information to each other by inter-actuator communication. Therefore, the control calculation units 161 and 261 of the first system of the actuators 10 and 20 transmit and receive information to and from each other by the inter-actuator communication CL1. The control calculation units 162 and 262 of the second system of the actuators 10 and 20 transmit and receive information to and from each other by the inter-actuator communication CL2.
  • FIG. 3 shows an example in which an abnormality signal is transmitted when a failure occurs in the motor drive system 801 of FIG.
  • the symbol "S" means a step.
  • FIGS. 5A and 5B it is assumed that the motor is driven by current feedback control, and the output change of the motor drive unit at the time of failure is represented by the current command value after the limitation by the control calculation unit of each system.
  • a current flows from the inverter of the motor drive unit to the multi-phase winding in each actuator 10 and 20 following the current command value, so that the motor drive unit of each actuator 10 and 20 outputs a desired torque.
  • the motor drive units 171 and 172 of the first system and the second system of the first actuator 10 have currents I 0 1 equal to or less than the current limit value I_lim. Flowing. Further, in the first system and the second system of the motor driving part 271, 272 of the second actuator 20, the current limit I_lim following equivalent current I 0 2 together is flowing. Normal of the first actuator 10 current I 0 1 and the relationship between the normal-time current I 0 2 of the second actuator 20, depending on the use and characteristics of the actuators 10 and 20, even without may be there is a correlation Good. Hereinafter, focusing only on the fact that the first system and the second system are equivalent, the actuators 10 and 20 are not distinguished, and the normal current is simply referred to as "I 0 ".
  • an abnormality signal is transmitted from the control calculation unit 161 of the first system of the first actuator 10 to the control calculation unit 261 of the first system of the second actuator 20. That is, an abnormal signal is transmitted from the "control calculation unit of the system in which the failure has occurred in the actuator in which the failure has occurred” to the control calculation unit of the same system of the other actuator.
  • the control calculation unit 261 of the second actuator 20 that has received the abnormality signal stops the motor drive control in S3. Therefore, in S3, the control calculation units 161 and 261 of the first system of both actuators 10 and 20 both stop the motor drive control.
  • the control calculation unit 261 of the first system of the second actuator 20 detects a failure of the first system of the first actuator 10.
  • the control calculation unit 161 of the first system of the first actuator 10 stops the motor drive control, and the control calculation unit 261 of the first system of the second actuator 20 that detects the failure performs the motor drive control by itself. Stop.
  • the control calculation unit 261 of the first system of the second actuator 20 detects that a failure has occurred in the inter-actuator communication CL1 of the first system, the motor drive control by itself is stopped.
  • the motor drive is continued by the control calculation units 162 and 262 of the second system, which are normal in both actuators 10 and 20.
  • the control calculation units 162 and 262 of the second system which is the normal side system, supplement the outputs of the motor drive units 171 and 271 of the first system, which is the failure side system, so as to supplement the output of the motor drive units 172 of the second system.
  • the output of 272 is increased with respect to the normal time of both systems.
  • the drive control is stopped at time tx, and the current I 0 of the first system becomes 0. Therefore, if the motor drive unit 172, 272 of the second system can energize twice the normal current (2I 0 ) as shown by the alternate long and short dash line, the total output of the two systems before the failure is completely maintained. can do. However, when twice the normal current (2I 0 ) exceeds the current limit value I_lim, the current of the second system may be increased to the current limit value I_lim as shown by the solid line. Alternatively, as shown by the alternate long and short dash line, the current of the second system may be increased to a value between the normal current I 0 and the current limit value I_lim.
  • Both examples correspond to the control of "increasing the output of the motor drive unit of the second system with respect to the normal state of both systems so as to supplement the output of the motor drive unit of the first system". That is, not only when the total output of the two systems before the failure is completely maintained, but also by increasing the current of the second system as much as possible with respect to the normal current, at least one of the outputs of the motor drive unit of the first system Interpret that the part is supplemented. By appropriately increasing the output of the motor drive unit of the second system, it is possible to prevent heat generation due to an excessive current.
  • the current limit value I_lim_s of the normal system at the time of failure of one system may be increased with respect to the current limit value I_lim_d at the time of normal operation of both systems.
  • the output of the motor drive unit of the first system can be supplemented by one system drive of the second system until the region where the total current command value I * of the two systems is larger.
  • S6 it is determined whether the inter-system communication CM1 and CM2 in the first actuator 10 or the second actuator 20 have failed.
  • the control calculation units 161 and 162 of each system of the first actuator 10 and the control calculation units 261 and 262 of each system of the second actuator 20 do not stop the motor drive control in S7.
  • Continue motor drive control based on information only for the own system. If the inter-system communication CM1 and CM2 are also normal, it is determined as NO in S6, and the motor drive control at the normal time is continued.
  • the motor drive control can be stopped quickly by transmitting an abnormal signal from the control calculation unit on the failed actuator side.
  • the control calculation unit on the normal actuator side detects the failure, the failure information can be recognized even when the communication between the actuators is a failure. Further, by using both means in combination, the stop processing of the motor drive control can be executed more quickly and surely, and the reliability is further improved.
  • the two control calculation units in the same actuator send and receive information to and from each other through inter-system communication, so that the two motor drive units can be operated in coordination under normal conditions to realize motor drive with a good output balance. it can.
  • the control calculation unit does not stop the motor drive control, but continues the motor drive control based on the information of the own system only.
  • the total output of the two systems can be maintained as high as possible even if the output balance between the systems may be slightly biased.
  • redundancy can be maintained.
  • the motor drive systems of the second to fourth embodiments in which the number of actuators or the number of systems is different from that of the first embodiment will be described with reference to the same schematic diagram as in FIG.
  • the point that the information is redundantly input to each control calculation unit is the same as that of the first embodiment, and the illustration in each figure is omitted. Further, when there are a large number of applicable codes, the description of the codes is omitted as appropriate.
  • the reference numerals used only in the second to fourth embodiments are not described as the reference numerals in the [Category description] column and the reference codes in the claims.
  • the motor drive system 802 of the second embodiment shown in FIG. 6 includes three actuators 10, 20, and 30 having a redundant two-system configuration.
  • the third actuator 30 that generates reaction force torque in the steer-by-wire system is an "additional actuator".
  • the third actuator 30 gives the driver an appropriate steering feeling by applying a reaction torque corresponding to the steering torque and the road surface reaction force to the steering wheel 91.
  • the third actuator 30 is redundantly provided with the control calculation unit 361 of the first system 301 and the control calculation unit 362 of the second system 302. Further, the motor drive unit 371 of the first system 301 and the motor drive unit 372 of the second system 302 are redundantly provided. Further, the inter-system communication CM3 in the third actuator 30 transmits and receives information to and from the control calculation unit 361 of the first system 301 and the control calculation unit 362 of the second system 302.
  • the control calculation unit 361 of the first system 301 of the third actuator 30 mutually informs the control calculation units 161 and 261 of the first system of the first actuator 10 and the second actuator 20 by the inter-actuator communication CL1 of the first system. To send and receive.
  • the control calculation unit 362 of the second system 302 of the third actuator 30 mutually informs the control calculation units 162 and 262 of the second system of the first actuator 10 and the second actuator 20 by the inter-actuator communication CL2 of the second system. To send and receive.
  • the motor drive system 803 of the third embodiment shown in FIG. 7 is applied to a vehicle in which the four wheels on the left, right, front and rear are independently steered and does not have a reaction force actuator, and the four actuators 10 and 20 having a redundant two-system configuration are applied. , 30, 40. That is, the motor drive system 803 includes the third actuator 30 and the fourth actuator 40 as "additional actuators". For example, the first actuator 10 and the second actuator 20 steer the left front wheel and the right front wheel, and the third actuator 30 and the fourth actuator 40 steer the left rear wheel and the right rear wheel.
  • the configurations of the first and second actuators 10 and 20 conform to the first embodiment.
  • the control calculation unit 361 of the first system 301, the control calculation unit 362 of the second system 302, and the motor drive unit 371 of the first system 301 and the motor drive unit 372 of the second system 302 are used. Each is provided redundantly.
  • the control calculation unit 461 of the first system 401, the control calculation unit 462 of the second system 402, and the motor drive unit 471 of the first system 401 and the motor drive unit 472 of the second system 402 are redundant, respectively. It is provided as a target.
  • inter-system communication CM3 in the third actuator 30 transmits and receives information to and from the control calculation unit 361 of the first system 301 and the control calculation unit 362 of the second system 302.
  • the inter-system communication CM4 in the fourth actuator 40 transmits and receives information to and from the control calculation unit 461 of the first system 401 and the control calculation unit 462 of the second system 402.
  • control calculation units 161, 261, 361, and 461 of the first system of the actuators 10, 20, 30, and 40 mutually transmit and receive information by the inter-actuator communication CL1 of the first system.
  • the control calculation units 162, 262, 362, and 462 of the second system of the actuators 10, 20, 30, and 40 mutually transmit and receive information by the inter-actuator communication CL2 of the second system.
  • the same reaction force actuator as in the second embodiment may be further added as the fifth actuator.
  • the control calculation units of the same system of the five actuators transmit and receive information to and from each other by communication between the actuators.
  • the control calculation unit of each actuator of the system in which the failure has occurred stops the motor drive control, and the control calculation unit of the normal system continues the motor drive control in all the actuators.
  • 8A-8D illustrate a motor drive system with four actuators 10, 20, 30, 40.
  • the blocks of the actuators 10, 20, 30, and 40 represent the control calculation unit of the same system.
  • FIG. 8A shows a simplified connection form in the motor drive system 803 of FIG. 7.
  • the control calculation units of the four actuators 10, 20, 30, and 40 are connected in a ring shape.
  • the control calculation unit of the first actuator 10 and the control calculation unit of the fourth actuator 40, and the control calculation unit of the second actuator 20 and the control calculation unit of the third actuator 30 are the control calculation units of other actuators. It is possible to communicate via.
  • FIG. 8B shows a series type connection form.
  • the control calculation units of the actuators 10, 20, 30, and 40 can communicate with the control calculation units of all the actuators via at least the control calculation units of other actuators.
  • FIG. 8C shows a star-shaped connection form.
  • the control calculation unit of the first actuator 10 at the center in this example directly communicates with the control calculation unit of all the other actuators.
  • the control calculation units of the other actuators can communicate with each other via the control calculation unit of the first actuator 10.
  • FIG. 8D shows a mesh type connection form.
  • the control calculation units of the actuators 10, 20, 30, and 40 communicate directly with the control calculation units of all the other actuators.
  • connection form The merits and demerits of each connection form are well-known technologies in the field of communication technology, so explanations will be omitted.
  • the connection form of the actuator-to-actuator communication between the three or more actuators can be appropriately set by the above-mentioned basic form or a combination thereof.
  • the motor drive system 804 of the fourth embodiment shown in FIG. 9 includes two actuators 10T and 20T having a redundant three-system configuration.
  • the control calculation unit 163 and the motor drive unit 173 of the third system 103 are further redundantly provided.
  • the control calculation unit 263 and the motor drive unit 273 of the third system 203 are further redundantly provided.
  • the control calculation units 161, 162, and 163 of the three systems transmit and receive information to and from each other.
  • the control calculation units 261, 262, and 263 of the three systems transmit and receive information to and from each other.
  • the control calculation units 163 and 263 of the third system of the first and second actuators 10T and 20T transmit and receive information to and from each other by the inter-actuator communication CL3.
  • the control of the first system of the actuators 10T and 20T is controlled.
  • the arithmetic units 161 and 261 and the control arithmetic units 162 and 262 of the second system stop the motor drive control.
  • the motor drive control is continued by the control calculation units 163 and 263 of the third system, which are normal in both actuators 10T and 20T.
  • the two actuators may have a redundant configuration of four or more systems.
  • the same technical idea can be extended to a motor drive system including three or more actuators having a redundant configuration of three or more systems in combination with the second and third embodiments.
  • the output increase degree or the upper limit may be switched based on the ratio of the number of operating systems before and after the failure.
  • connection form (topology) of the inter-system communication of three or more systems may be interpreted by replacing the inter-actuator communication connection form shown in FIGS. 8A to 8D with the inter-system communication. That is, in the case of the ring type or the series type, the control calculation unit of each system can communicate with the control calculation unit of all systems at least via the control calculation unit of another system. In the case of the star type, the control calculation unit of one system directly communicates with the control calculation unit of all the other systems. In the case of the mesh type, the control calculation unit of each system directly communicates with the control calculation unit of all other systems. As described above, the connection form of communication between three or more systems can be appropriately set by the above-mentioned basic form or a combination thereof.
  • FIG. 10 shows an example of the twin motor drive system 805 for electric power steering (EPS).
  • EPS electric power steering
  • a steering assist motor is provided on either the column or the rack.
  • two steering assist motors are provided on both the column and the rack for the purpose of increasing the output and improving the steerability. ..
  • the steering system 905 shown in FIG. 10 is mechanically connected to a steering mechanism steered by the driver and a steering mechanism.
  • the steering system 905 includes a steering wheel 91, a steering shaft 93, an intermediate shaft 95, a rack 97 and the like.
  • the handle 91 is connected to the intermediate shaft 95 via the steering shaft 93.
  • rotation is converted into reciprocating motion by a rack and pinion mechanism and transmitted to the rack 97.
  • the wheels 99 are steered via the knuckle arm 98. Wheel 99 shows only one side, and the wheel on the other side is not shown.
  • the first actuator 10 having a redundant two-system configuration is provided in the column 92 and rotates the steering shaft 93 contained in the column 92.
  • the second actuator 20 having a redundant two-system configuration is provided in the rack 97 and reciprocates the rack 97 via a rack and pinion mechanism.
  • the steering torque Ts detected by the steering torque sensor 94 is input to the actuators 10 and 20.
  • the position of the steering torque sensor 94 on the steering shaft 93 may be on the steering wheel 91 side with respect to the connection portion with the first actuator 10.
  • the information on the steering torque Ts is redundantly input to the control calculation units 161 and 162 of each system of the first actuator 10 and the control calculation units 261 and 262 of each system of the second actuator 20.
  • the first actuator 10 and the second actuator 20 cooperate to output the steering assist torque, so that a high output steering assist function is realized.
  • the control calculation units 161 and 261 of the first system of the actuators 10 and 20 stop the motor drive control.
  • the motor drive control is continued by the control calculation units 162 and 262 of the second system, which are normal in both actuators 10 and 20.
  • the steering assist function can be maintained even when a part of the failure occurs.
  • the motor drive system of the present disclosure is not limited to vehicles, and may be applied to other vehicles, general machines, and the like.
  • inter-system communication is performed by each actuator, information is redundantly input to the control calculation unit, and the output of the motor drive unit is increased when one system is driven.
  • inter-system communication may be performed by only one actuator, and information to the control calculation unit may be redundantly input by only one actuator.
  • the output of the motor drive unit may be increased when one system is driven by using only one actuator.
  • abnormality information is transmitted from the control calculation unit on the failed actuator side as a means for the other actuator to acquire information on the occurrence of the failure.
  • the control calculation unit on the failed actuator side may stop the communication between the actuators.
  • the motor drive system of the present disclosure includes two or more actuators having a redundant configuration for outputting torque, and through communication between the actuators, the stop or continuation of the motor drive control by the control calculation unit of each actuator is switched for each system. It is a thing. However, in addition to the actuator subject to this control, other electrically actuators or hydraulic or pneumatic actuators that operate independently may exist in the entire system.
  • control calculation unit and its method described in the present disclosure are provided by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. It may be realized. Alternatively, the control calculation unit and its method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control calculation unit and its method described in the present disclosure are a combination of a processor and memory programmed to execute one or more functions and a processor composed of one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more dedicated computers configured by. Further, the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.

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Abstract

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、及び、冗長的に設けられた複数のモータ駆動部を有する。第１、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（Ｓ１）、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（Ｓ３）。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（Ｓ４）。

Description

モータ駆動システム 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１９年１０月３１日に出願された特許出願番号２０１９－１９９３０４号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、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。
　本開示の目的は、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。
　本開示は、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アクチュエータ及び第２アクチュエータ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、及び、冗長的に設けられた複数のモータ駆動部を有する。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。
　これにより本開示では、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。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態によるモータ駆動システムの全体構成図であり、 図２は、図１のモータ駆動システムの模式図であり、 図３は、故障発生時における異常信号の送信を示す図であり、 図４は、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であり、 図５Ａは、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であり、 図５Ｂは、二系統合計電流指令値と電流制限値との関係を示す図であり、 図６は、第２実施形態によるモータ駆動システムの模式図であり、 図７は、第３実施形態によるモータ駆動システムの模式図であり、 図８Ａは、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であり、 図８Ｂは、同上の接続形態を説明する図であり、 図８Ｃは、同上の接続形態を説明する図であり、 図８Ｄは、同上の接続形態を説明する図であり、 図９は、第４実施形態によるモータ駆動システムの模式図であり、 図１０は、他の実施形態によるモータ駆動システムの全体構成図である。
　以下、本開示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、図５Ａ及び図５Ｂ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５Ａ、図５Ｂ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５Ａ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５Ａ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５Ｂ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８Ａ～図８Ｄ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８Ａ～図８Ｄ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８Ａ～図８Ｄ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８Ａ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８Ｂ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８Ｃ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８Ｄ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８Ａ～図８Ｄ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、本開示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）本開示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、本開示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。
　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (9)

  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。
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