(57)【要約】【課題】二系統の演算装置による非干渉化制御演算における通信負荷を低減する多相回転機の制御装置を提供する。【解決手段】二系統の演算装置（マイコン）４０１、４０２は、互いに独立して設けられ、多相巻線に流れる電流に基づき、電力変換器（インバータ）６０１、６０２から多相巻線に流す電流を制御する演算を行う。各系統の演算装置４０１、４０２は、少なくとも一種類の情報を、系統間通信により少なくとも一方向に通信する。各系統の演算装置４０１、４０２は、自系統の多相巻線に流れる電流について、系統間通信の通信周期よりも短い演算周期で電流制御演算を行う。また、各系統の演算装置４０１、４０２は、自系統の多相巻線に流れる電流について、他系統の多相巻線に流れる電流により自系統の多相巻線に発生する電圧を非干渉化するための制御量である非干渉化制御量を、自系統又は他系統の電流指令値に基づいて演算された推定電流を用いて算出する。【選択図】図６
2020195240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相巻線への通電に係る一群の構成要素の単位を系統と定義すると、二系統の多相巻線（８０１、８０２）を有する多相回転機（８０）の駆動を制御する制御装置であって、
前記二系統の多相巻線に個別に通電可能な二系統の電力変換器（６０１、６０２）と、
互いに独立して設けられ、電流検出器（７０１、７０２）により検出された多相巻線に流れる電流に基づき、前記電力変換器から多相巻線に流す電流を制御する演算を行う二系統の演算装置（４０１、４０２）と、
を備え、
各系統の前記演算装置は、
少なくとも一種類の情報を、系統間通信により少なくとも一方向に通信し、
自系統の多相巻線に流れる電流について、前記系統間通信の通信周期よりも短い周期で電流制御演算を行い、且つ、他系統の多相巻線に流れる電流により自系統の多相巻線に発生する電圧を非干渉化するための制御量である非干渉化制御量を、自系統又は他系統の電流指令値に基づいて演算された推定電流を用いて算出する多相回転機の制御装置。
【請求項２】
前記推定電流は、自系統又は他系統の電流指令値に基づいて、電流制御器及び回転機モデルにより演算される請求項１に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項３】
少なくとも一方の系統の前記演算装置は、入力される信号に基づいて電流指令値を演算し、当該電流指令値を他系統の前記演算装置へ送信する請求項１または２に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項４】
各系統の前記演算装置は、少なくとも各系統の異常情報を前記系統間通信により双方向に通信し、
自系統が正常であることを前提として、
他系統の正常時且つ通信正常時、自系統の前記演算装置が演算した電流指令値、又は、他系統の前記演算装置が演算し前記系統間通信により取得した電流指令値のうち少なくとも一方に基づいて前記推定電流を演算し、
他系統の異常時又は通信異常時、自系統の前記演算装置が演算した電流指令値に基づいて前記推定電流を演算する請求項１〜３のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項５】
各系統の前記演算装置は、自系統の多相巻線に流れる実電流に基づいて前記推定電流を補正する請求項１〜４のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項６】
各系統の前記演算装置は、他系統の多相巻線に流れる実電流に基づいて前記推定電流を補正する請求項１〜３のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項７】
各系統の前記演算装置は、各系統の多相巻線に流れる実電流、及び、各系統の異常情報を前記系統間通信により双方向に通信し、
自系統が正常であることを前提として、
他系統の正常時且つ通信正常時、他系統の実電流に基づいて前記推定電流を補正し、
他系統の異常時又は通信異常時、自系統の実電流に基づいて前記推定電流を補正する請求項１〜４のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項８】
車両に搭載される多相回転機の制御装置であって、
前記系統間通信は、車両ネットワークを経由して行われる請求項３、４または７のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項９】
前記系統間通信は、当該制御装置の内部で行われる請求項３、４または７のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二重巻線式多相回転機の二系統の多相巻線に電力変換器から通電する電流を制御する制御装置において、巻線間の磁気結合による系統間の干渉電圧を補償するように非干渉化制御演算を行う技術が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示された多重巻線回転機の制御装置は、二系統の多相巻線に流れる電流が実質的に同一であるとみなし、二系統の非干渉制御項を統合する。具体的には、自系統におけるｄｑ軸の他方の軸である相手軸の非干渉制御項に、他系統の相手軸の非干渉制御項を統合する。この制御装置は、非干渉化制御演算の入力として自系統の制御器後指令電流のみを用いることで、制御構成を簡素化し、演算負荷の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６４９７１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の制御装置は、二系統に共通の一つの演算装置を有しており、他系統の電流情報の取得にあたり、演算装置間の通信負荷を考慮する必要はない。一方、各系統の電力変換器に対応する二系統の演算装置が別々に設けられる構成では、他系統の電流情報を通信によって取得する必要がある。二系統の多相巻線の電流を制御する場合、演算装置間の通信負荷が高く、制御周期を短くできないため、制御性能が劣化するという問題がある。また、演算周期を短くするために演算装置間の通信を速くすると、通信による他の回路へのノイズが増えたり、通信がノイズの影響を受けやすくなったりする。
【０００６】
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、二系統の演算装置による非干渉化制御における通信負荷を低減する多相回転機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
多相巻線への通電に係る一群の構成要素の単位を「系統」と定義する。本発明による多相回転機の制御装置は、二系統の多相巻線（８０１、８０２）を有する多相回転機（８０）の駆動を制御する制御装置である。この多相回転機の制御装置は、二系統の電力変換器（６０１、６０２）と、二系統の演算装置（４０１、４０２）と、を備える。
【０００８】
二系統の電力変換器は、二系統の多相巻線に個別に通電可能である。二系統の演算装置は、互いに独立して設けられ、電流検出器（７０１、７０２）により検出された多相巻線に流れる電流に基づき、電力変換器から多相巻線に流す電流を制御する演算を行う。二系統の演算装置が互いに独立して設けられるとは、ハードウェア構成が物理的に分離していることを意味する。各系統の演算装置は、少なくとも一種類の情報を、系統間通信により少なくとも一方向に通信する。
【０００９】
各系統の演算装置は、自系統の多相巻線に流れる電流について、系統間通信の通信周期よりも短い周期で電流制御演算（具体的には電流フィードバック演算）を行う。また、各系統の演算装置は、他系統の多相巻線に流れる電流により自系統の多相巻線に発生する電圧を非干渉化するための制御量である非干渉化制御量を、自系統又は他系統の電流指令値に基づいて演算された推定電流を用いて算出する。
【００１０】
本発明による各系統の演算装置は、自系統の多相巻線に流れる電流についての電流制御演算を相対的に短い周期で行いつつ、相対的に長い周期で系統間通信を行う。また、各系統の演算装置は、自系統又は他系統の電流指令値に基づいて非干渉化制御を行う。自系統の電流指令値のみに基づき非干渉化制御を行う場合、他系統の電流情報を用いないため、通信負荷を低減することができる。また、系統間通信により取得した他系統の電流情報を用いて非干渉化制御を行う場合でも、電流制御演算の演算周期に対し通信周期の長い「粗い通信」を用いることで通信負荷を低減することができる。
【００１１】
好ましくは、推定電流は、自系統又は他系統の電流指令値に基づいて、電流制御器及び回転機モデルにより演算される。「回転機モデル」はいわゆる「モータモデル」である。適切な推定電流が用いられることで、電流制御の開ループゲインが低く抑えられて安定性が向上するとともに、閉ループゲインが高まり、指令値に対する出力応答性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】各実施形態による多相回転機の制御装置（ＥＣＵ）が適用される電動パワーステアリング装置の概略構成図。
【図２】二系統機電一体モータの軸方向断面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】二系統多相同軸モータの構成を示す模式図。
【図５】モータ駆動システムの全体構成図。
【図６】二系統の演算装置（マイコン）の制御ブロック図。
【図７】第１実施形態による電圧指令演算部の信号伝達を示すブロック線図。
【図８】電流指令値選択部による電流指令値の選択処理のフローチャート。
【図９】各系統の処理周期に関する第１の構成例を示すタイムチャート。
【図１０】各系統の処理周期に関する第２の構成例を示すタイムチャート。
【図１１】第２実施形態による電圧指令演算部の信号伝達を示すブロック線図。
【図１２】（ａ）図１１の制御構成における電流指令値、実電流、推定電流の関係を等価変換したブロック線図、（ｂ）電流指令値から推定電流への伝達関数を示すブロック線図、（ｃ）実電流から推定電流への伝達関数を示すブロック線図。
【図１３】（ａ）第２実施形態、（ｂ）比較例１、（ｃ）比較例２の信号伝達を示すブロック線図。
【図１４】開ループ特性を示す周波数特性図。
【図１５】閉ループ特性を示す周波数特性図。
【図１６】図１５のＸＶＩ部拡大図。
【図１７】図１５のＸＶＩＩ部拡大図。
【図１８】第３実施形態による電圧指令演算部の信号伝達を示すブロック線図。
【図１９】リレー後電圧監視回路の構成例の図。
【図２０】入力電圧に基づく自他系統の異常判定のフローチャート。
【図２１】リレー後電圧監視回路の他の構成例の図。
【図２２】各種異常の有無に応じて非干渉化制御量の算出に用いる情報を切り替えるフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の多相回転機の制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態において「多相回転機の制御装置」としてのＥＣＵは、車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストトルクを発生するモータ（すなわち多相回転機）の通電を制御する。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、以下の第１〜第３実施形態を包括して「本実施形態」という。最初に図１〜図６を参照し、各実施形態に共通する事項について説明する。
【００１４】
［電動パワーステアリング装置の構成］
図１に、電動パワーステアリング装置９０を含むステアリングシステム９９の全体構成を示す。なお、図１には、ＥＣＵ１０がモータ８０の軸方向の一方側に一体に構成されている「機電一体式」のモータ８００が図示されるが、ＥＣＵ１０とモータ８０とがハーネスで接続された「機電別体式」にも、本実施形態は同様に適用可能である。また、図１に示す電動パワーステアリング装置９０はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも、本実施形態は同様に適用可能である。
【００１５】
ステアリングシステム９９は、ハンドル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、及び、電動パワーステアリング装置９０等を含む。ハンドル９１にはステアリングシャフト９２が接続されている。ステアリングシャフト９２の先端に設けられたピニオンギア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が設けられる。運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル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によりラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。
【００１６】
電動パワーステアリング装置９０は、操舵トルクセンサ９３１、９３２、ＥＣＵ１０、モータ８０及び減速ギア９４等を含む。操舵トルクセンサ９３１、９３２は、ステアリングシャフト９２の途中に冗長的に設けられ、運転者の操舵トルクＴｓ１、Ｔｓ２を検出する。ＥＣＵ１０は、操舵トルクＴｓ１、Ｔｓ２に基づいてモータ８０が所望のアシストトルクを発生するようにモータ８０の駆動を制御する。モータ８０が出力したアシストトルクは、減速ギア９４を介してステアリングシャフト９２に伝達される。
【００１７】
モータ８０の軸方向の一方側にＥＣＵ１０が一体に構成された機電一体式モータ８００の構成について、図２、図３を参照して説明する。図２に示す形態では、ＥＣＵ１０は、モータ８０の出力側とは反対側において、シャフト８７の軸Ａｘに対して同軸に配置されている。なお、他の実施形態では、ＥＣＵ１０は、モータ８０の出力側において、モータ８０と一体に構成されてもよい。モータ８０は、３相ブラシレスモータであって、ステータ８４０、ロータ８６０、及びそれらを収容するハウジング８３０を備えている。
【００１８】
ステータ８４０は、ハウジング８３０に固定されているステータコア８４４と、ステータコア８４４の各スロット８４８に巻回された二組の３相巻線８０１、８０２とを有している。以下、３相巻線８０１、８０２への通電に係る一群の構成要素の単位を「系統」と定義する。本実施形態は、二系統の３相巻線８０１、８０２を有するモータ８０の駆動を制御する制御装置である。第１系統の３相巻線８０１からは、リード線８５１、８５３、８５５が延び出している。第２系統の３相巻線８０２からは、リード線８５２、８５４、８５６が延び出している。
【００１９】
ロータ８６０は、リア軸受８３５及びフロント軸受８３６により支持されているシャフト８７と、シャフト８７が嵌入されたロータコア８６４とを有している。ロータ８６０はステータ８４０の内側に設けられており、ステータ８４０に対して相対回転可能である。本実施形態のモータ８０は、複数の磁石８６５がロータコア８６４の外周部に埋め込まれた埋込磁石型の同期回転機（いわゆるＩＰＭＳＭ）である。シャフト８７の一端には、回転角検出用の永久磁石８８が設けられている。
【００２０】
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と、ケース８３４の一端に設けられているフロントフレームエンド８３８とを有している。ケース８３４及びフロントフレームエンド８３８は、ボルト等により互いに締結されている。各３相巻線８０１、８０２のリード線８５１、８５２等は、リアフレームエンド８３７のリード線挿通孔８３９を挿通してＥＣＵ１０側に延び、基板２３０に接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ１０は、カバー２１と、カバー２１に固定されているヒートシンク２２と、ヒートシンク２２に固定されている基板２３０と、基板２３０に実装されている各種の電子部品とを備えている。カバー２１は、外部の衝撃から電子部品を保護したり、ＥＣＵ１０内への埃や水等の浸入を防止したりする。カバー２１は、外部からの給電ケーブルや信号ケーブルが外部接続用コネクタ部２１４と、カバー部２１３とを有している。外部接続用コネクタ部２１４の給電用端子２１５、２１６は、図示しない経路を経由して基板２３０に接続されている。
【００２２】
基板２３０は、例えばプリント基板であり、リアフレームエンド８３７と対向する位置に設けられ、ヒートシンク２２に固定されている。基板２３０には、二系統分の各電子部品が系統毎に独立して設けられている。本実施形態では基板２３０は一枚であるが、他の実施形態では、二枚以上の基板を備えるようにしてもよい。基板２３０の二つの主面のうち、リアフレームエンド８３７に対向している面をモータ面２３７とし、その反対側の面、すなわちヒートシンク２２に対向している面をカバー面２３８とする。
【００２３】
モータ面２３７には、複数のスイッチング素子２４１、２４２、回転角センサ２５１、２５２、カスタムＩＣ２６１、２６２等が実装されている。本実施形態では複数のスイッチング素子２４１、２４２は各系統について６個であり、モータ駆動回路の３相上下アームを構成する。冗長的に設けられる回転角センサ２５１、２５２は、シャフト８７の先端に設けられた永久磁石８８と対向するように配置される。カスタムＩＣ２６１、２６２及びマイコン４０１、４０２は、ＥＣＵ１０の制御回路を有する。
【００２４】
カバー面２３８には、マイコン４０１、４０２、コンデンサ２８１、２８２、及び、インダクタ２７１、２７２等が実装されている。特に、第１マイコン６７１及び第２マイコン６７２は、同一の基板２３０の同一側の面であるカバー面２３８に、所定間隔を空けて配置されている。コンデンサ２８１、２８２は、電源から入力された電力を平滑化し、また、スイッチング素子２４１、２４２のスイッチング動作等に起因するノイズの流出を防止する。インダクタ２７１、２７２は、コンデンサ２８１、２８２と共にフィルタ回路を構成する。
【００２５】
図４に示すように、ＥＣＵ１０の制御対象であるモータ８０は、二系統の３相巻線８０１、８０２が同軸に設けられた二重巻線ブラシレスモータである。３相巻線８０１、８０２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］、一般化すれば、（３０±６０×ｎ）［ｄｅｇ］（ｎは整数）ずらして配置されている。
【００２６】
二系統の３相巻線８０１、８０２は互いに磁気的に結合しており、系統間の相互インダクタンスが発生する。そのため、他系統の３相巻線に流れる電流により自系統の３相巻線に発生する電圧を非干渉化する「非干渉化制御」のニーズが発生する。本明細書における「非干渉化」は、同じ系統内のｄｑ間干渉に対する非干渉化ではなく、系統間干渉に対する非干渉化を意味する。
【００２７】
［ＥＣＵ及びマイコンの構成］
図５を参照し、モータ駆動システムの全体構成について説明する。ＥＣＵ１０は、「二系統の演算装置」としての第１マイコン４０１及び第２マイコン４０２、並びに、「二系統の電力変換器」としての第１インバータ６０１及び第２インバータ６０２等を備えている。語頭の「第１」は第１系統の構成要素を示し、「第２」は第２統の構成要素を示す。また、電流、電圧、電気角等の物理量を表す記号において、末尾数字「１」は第１系統の物理量を示し、末尾数字「２」は第２系統の物理量を示す。
【００２８】
図５のシステム例では、各系統のインバータ６０１、６０２は、系統毎に設けられた二つのバッテリ１１１、１１２に接続される。なお、図１９、２１に示すように、二系統に共通の一つのバッテリ１１が設けられてもよい。各インバータ６０１、６０２は、ＭＯＳＦＥＴ等の６つのスイッチング素子が電源ラインＬｐ１、Ｌｐ２とグランドラインＬｇ１、Ｌｇ２との間にブリッジ接続されている。各インバータ６０１、６０２の入力部には、平滑コンデンサ１６１、１６２が設けられている。
【００２９】
各インバータ６０１、６０２は、自系統のマイコン４０１、４０２からの駆動信号Ｄｒ１、Ｄｒ２によりスイッチング動作し、バッテリ１１１、１１２の直流電力を変換して３相巻線８０１、８０２に供給する。こうしてインバータ６０１、６０２は、二系統の３相巻線８０１、８０２に個別に通電可能である。
【００３０】
電流検出器７０１、７０２は、各系統の３相巻線８０１、８０２に流れる相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を検出し、マイコン４０１、４０２に出力する。回転角センサ２５１、２５２は、モータ８０の電気角θ１、θ２を冗長的に検出し、マイコン４０１、４０２に出力する。ここで、電気角θ１、θ２は３０［ｄｅｇ］の位相差を有している。また、操舵トルクセンサ９３１、９３２が検出した操舵トルクＴｓ１、Ｔｓ２がマイコン４０１、４０２に入力される。
【００３１】
二つのマイコン４０１、４０２はハードウェア構成が物理的に分離し、互いに独立して設けられている。つまり、一つのマイコン内に設けられた複数のコアが協働して機能する構成ではない。各マイコン４０１、４０２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。マイコン４０１、４０２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。
【００３２】
各マイコン４０１、４０２には操舵トルクＴｓ１、Ｔｓ２が入力される。第１マイコン４０１は、第１系統の３相巻線８０１に流れる電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１のフィードバック制御により、第１インバータ６０１から３相巻線８０１に流す電流を制御する演算を行う。第２マイコン４０２は、第２系統の３相巻線８０２に流れる電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２のフィードバック制御により、第２インバータ６０２から３相巻線８０２に流す電流を制御する演算を行う。
【００３３】
第１マイコン４０１及び第２マイコン４０２は、少なくとも一種類の情報を、「系統間通信」により少なくとも一方向に、好ましくは双方向に通信する。「少なくとも一種類の情報」は、電流指令値、電流制限値、異常情報等、制御に関する何らかの情報であればよい。マイコン４０１、４０２間の系統間通信は、ＣＡＮ等の車両ネットワークを経由して行われてもよく、ＥＣＵ１０内でシリアル通信やＣＡＮ通信により行われてもよい。特に本実施形態では、通信周期が比較的長い車両ネットワークによる通信が用いられることを想定する。
【００３４】
次に図６を参照する。第１マイコン４０１の構成要素には符号の末尾に「１」を付し、第２マイコン４０２の構成要素には符号の末尾に「２」を付す。第１マイコン４０１は、トルク指令演算部４１１、電流指令値演算部４２１、電流制限値演算部４３１、フェイルセーフ部４４１、電圧指令値演算部４５１、２相３相変換部４６１、３相２相変換部４７１、及び角速度演算部４８１を含む。第２マイコン４０２は、トルク指令演算部４１２、電流指令値演算部４２２、電流制限値演算部４３２、フェイルセーフ部４４２、電圧指令値演算部４５２、２相３相変換部４６２、３相２相変換部４７２、及び角速度演算部４８２を含む。なお、図６中、インバータを「ＩＮＶ」と記す。
【００３５】
第１マイコン４０１及び第２マイコン４０２の構成は実質的に同一であるため、一方の説明で足りる部分に関しては、代表として第１マイコン４０１の構成要素の符号を用いて記す。第２マイコン４０２については、符号及び記号の末尾の「１」を「２」に置き換えて同様に解釈する。トルク指令演算部４１１は、操舵トルクＴｓ１に基づき、トルク指令ｔｒｑ１*を演算する。
【００３６】
電流指令値演算部４２１は、自系統のトルク指令ｔｒｑ１*の他、自系統及び他系統の各種情報が入力され、それらの情報に基づきｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*を演算する。各種情報の一つとして、電流制限値演算部４３１は、例えばインバータ６０１の温度や３相巻線８０１の温度等に基づき、電流指令値の上限である電流制限値Ｉ*＿ｌｉｍ１を演算する。電流制限値Ｉ*＿ｌｉｍ１は、電流指令値に代わる情報として使用される場合がある。
【００３７】
また、各種情報の一つとして、フェイルセーフ部４４１は、「制御状態」を反映した異常信号ｄｉａｇ１を生成する。本実施形態において「異常」とは、非干渉化制御のための電流情報が正常に取得できなくなる程度の異常を意味する。その意味での異常が生じ得る制御状態をフェイルセーフ部４４１は判別する。また、系統間通信において通信途絶等の異常が発生する場合もある。そのような通信異常時にも、異常を検出した系統のフェイルセーフ部４４１は異常信号ｄｉａｇ１を生成する。
【００３８】
第１系統のトルク指令ｔｒｑ１*、電流制限値Ｉ*＿ｌｉｍ１、異常信号ｄｉａｇ１は自系統の電流指令値演算部４２１に入力されると共に、系統間通信により、他系統である第２系統の電流指令値演算部４２２に送信される。同様に、第２系統のトルク指令ｔｒｑ２*、電流制限値Ｉ*＿ｌｉｍ２、異常信号ｄｉａｇ２は自系統の電流指令値演算部４２２に入力されると共に、系統間通信により、他系統である第１系統の電流指令値演算部４２１に送信される。
【００３９】
これにより電流指令値演算部４２１は、入力される信号に基づいて電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*を演算し、自系統の電圧指令値演算部４５１に出力する。また、破線矢印で示すように、自系統の電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*が、系統間通信により、他系統の電圧指令値演算部４５２に送信される。この場合、双方向の通信に限らず、一方の系統から他方の系統への一方向にのみ電流指令値が送信されてもよい。つまり、本実施形態では、少なくとも一方の系統のマイコンは、入力される信号に基づいて電流指令値を演算し、当該電流指令値を他系統のマイコンへ送信する。
【００４０】
電圧指令値演算部４５１は、電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*に実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１を追従させる電流フィードバック（図中「電流ＦＢ」）制御によりｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１*、Ｖｑ１*を演算する。また、電圧指令値演算部４５１は、他系統の３相巻線に流れる電流により自系統の３相巻線に発生する電圧を非干渉化する「非干渉化制御」を行う。非干渉化制御の詳細は、実施形態毎に詳しく後述する。
【００４１】
２相３相変換部４６１は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１*、Ｖｑ１*を３相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に座標変換する。そして、３相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に基づいて生成される駆動信号Ｄｒ１によりインバータ６０１が駆動される。３相２相変換部４７１は、相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１をｄｑ軸実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１に座標変換して電圧指令値演算部４５１にフィードバックする。
【００４２】
図６には図示を省略するが、ｄｑ軸実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１は、自系統の電圧指令値演算部４５１にフィードバックされると共に、系統間通信により、他系統の電圧指令演算部４５２に送信されてもよい。この場合、双方向の通信に限らず、一方の系統から他方の系統への一方向にのみ実電流が送信されてもよい。角速度演算部４８１は、回転角センサ２５１が検出した電気角θ１を時間微分して角速度ω１を演算し、電圧指令値演算部４５１に出力する。
【００４３】
ところで、特許文献１（特許第６４９７１０６号公報）に開示された従来技術の制御装置は、二系統に共通の一つの演算装置を用いて非干渉化制御を行うものであり、他系統の電流情報の取得にあたり、演算装置間の通信負荷を考慮する必要はない。それに対し本実施形態のように二系統のマイコン４０１、４０２間で情報を通信する構成では、非干渉化制御のための情報取得により通信負荷が高くなるという問題が発生する。
【００４４】
そこで、本実施形態のＥＣＵ１０は、二系統のマイコン４０１、４０２による非干渉化制御用における系統間通信の通信負荷を低減することを目的とする。そのための具体的な制御構成について実施形態毎に説明する。各実施形態のＥＣＵの符号は、「１０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。
【００４５】
（第１実施形態）
図７に、第１実施形態のＥＣＵ１０１における第１系統の電圧指令値演算部４５１の構成を示す。図示しない第２系統については、第１系統の説明における電流等の記号の末尾「１」が「２」に置き換えられる。電圧指令値演算部４５１の上側にはｄ軸電圧指令値Ｖｄ１*の演算に関する信号伝達が記され、下側にはｑ軸電圧指令値Ｖｑ１*の演算に関する信号伝達が記される。以下、自系統及び他系統のｄ軸同士又はｑ軸同士を「同相軸」という。また、自系統及び他系統を合わせて、ｄ軸から見たｑ軸、又は、ｑ軸から見たｄ軸を「相手軸」という。
【００４６】
図７以下の各図で、Ｒは３相巻線８０１、８０２の抵抗、Ｌは自己インダクタンス、Ｍは相互インダクタンス、ωは回転数に換算される角速度、φは逆起電圧定数である。ｓはラプラス演算子であり、Ｋω及びＫは伝達関数の定数である。ｄ軸電流指令値Ｉｄ１*からｄ軸電圧指令値Ｖｄ１*まで、及び、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１*からｑ軸電圧指令値Ｖｑ１*までの基本的な信号伝達は、例えば特許文献１の図６に開示された周知のモータ逆モデルに準ずる。
【００４７】
ｄｑ各軸において、電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*と実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１との偏差に伝達関数「Ｋω／ｓ」が乗算され、さらに伝達関数「Ｒ＋Ｌｓ」が乗算される。図７の右上に示すように、「Ｋω／ｓ」と「Ｒ＋Ｌｓ」との直列結合は、比例ゲインＫｐ及び積分ゲインＫｉを用いて表されるＰＩ制御の伝達関数「Ｋｐ＋（Ｋｉ／ｓ）」と等価である。そこで、（Ｋω／ｓ）×（Ｒ＋Ｌｓ）項を便宜上、「ＰＩ制御項」と記す。ｄ軸電圧指令値Ｖｄ１*は、ＰＩ制御項に、ωＬ項、Ｍｓ項、ωＭ項が加算又は減算されて算出される。ｑ軸電圧指令値Ｖｑ１*は、ＰＩ制御項、ωＬ項、Ｍｓ項、ωＭ項の他に、逆起電圧項であるωφ項が加算されて算出される。
【００４８】
ここで、相互インダクタンスＭを含むＭｓ項及びωＭ項は、他系統の３相巻線に流れる電流により自系統の３相巻線に発生する電圧を非干渉化するための制御量であり、以下、「非干渉化制御量」という。図中、非干渉化制御量であるＭｓ項及びωＭ項の枠を太線で記す。基本のモータ逆モデルでは、Ｍｓ項に他系統の同相軸電流が入力され、ωＭ項に他系統の相手軸電流が入力されて非干渉制御量が算出される。それに対し本実施形態では、「自系統又は他系統の電流指令値に基づいて演算された推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔ」が自系統の非干渉化制御量の算出に用いられる。
【００４９】
図７において電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*の入力部から分岐した箇所に、電流指令値選択部Ｓｅｌｄ、Ｓｅｌｑが破線で示されている。ｄ軸電指令値選択部Ｓｅｌｄは、自系統及び他系統のｄ軸電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｄ２*のいずれか一方又は両方を選択可能である。ｑ軸電指令値選択部Ｓｅｌｑは、自系統及び他系統のｑ軸電流指令値Ｉｑ１*、Ｉｑ２*のいずれか一方又は両方を選択可能である。ここで他系統の電流指令値Ｉｄ２*、Ｉｑ２*は通信により取得される。
【００５０】
ただし、常に自系統の電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*に基づいて推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔが演算される構成では、電流指令値選択部Ｓｅｌｄ、Ｓｅｌｑは無くてもよい。電流指令値選択部Ｓｅｌｄ、Ｓｅｌｑが無い場合、又は、電流指令値選択部Ｓｅｌｄ、Ｓｅｌｑで自系統の電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*が選択される場合、自系統の電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*に伝達関数「Ｋ／（Ｋ＋ｓ）」が乗算される。なお、伝達関数「Ｋ／（Ｋ＋ｓ）」は、電流制御器及びモータモデルから導かれる。演算された推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔは、自系統の非干渉化制御量の算出に用いられる。Ｍｓ項にはその軸の推定電流が入力され、ωＭ項には相手軸の推定電流が入力される。
【００５１】
このように、電圧指令値演算部４５１は、電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*に基づいて、電流制御器及びモータモデルにより、推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを演算する。そして、電圧指令値演算部４５１は、その推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを用いて非干渉化制御量を算出し、電圧指令値Ｖｄ１*、Ｖｑ１*を演算する。
【００５２】
なお、ωＬ項の算出について補足する。モータ逆モデルにおいてωＬ項は自系統の相手軸電流が入力されるｄｑ軸間の干渉項である。系統間の干渉項ではないため、本明細書における「非干渉化制御量」には含まれない。そのため、図７に実線で示すように電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*に基づく推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを用いてωＬ項を演算する構成に限らない。例えば破線で示すように、自系統の相手軸の実電流を用いてωＬ項を演算してもよい。或いは二点鎖線で示すように、自系統の電圧次元のＰＩ制御項にモータモデルの伝達関数「１／（Ｒ＋Ｌｓ）」を乗算して得られた電流を用いてωＬ項を演算してもよい。以下の第２、第３実施形態の図１１、図１８では図示を省略するが、ωＬ項を同様に演算可能である。
【００５３】
続いて図８のフローチャートを参照し、電流指令値選択部Ｓｅｌｄ、Ｓｅｌｑが各系統の制御状態又は通信異常の有無に応じて電流指令値を選択する処理について説明する。この説明では、電流についてｄ軸及びｑ軸を区別せず、第１系統及び第２系統の電流指令値を「Ｉ１*、Ｉ２*」のように記す。また、電流指令値選択部を単に「Ｓｅｌ」と記し、電流指令値選択部Ｓｅｌが選択した電流指令選択値を「Ｉ*＿ｓｅｌ」と記す。以下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。
【００５４】
Ｓ１１で電流指令値選択部Ｓｅｌは、各マイコンの４０１、４０２のフェイルセーフ部４４１、４４２が生成した異常信号ｄｉａｇ１、ｄｉａｇ２に基づき、他系統の異常又は通信異常が発生しているか否か判断する。「他系統の異常」には、第２マイコン４０２の異常、第２インバータ６０２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３相巻線８０２の断線故障等が含まれる。通信異常には通信の途絶等が含まれる。異常モードについては、あらためて図２２を参照して後述する。図８では、自系統を第１系統とし、他系統を第２系統として記号を記載する。また、自系統は正常であることを前提とする。
【００５５】
Ｓ１１でＮＯの場合、他系統が正常、且つ、通信が正常である。この場合、Ｓ１２で電流指令値選択部Ｓｅｌは、自系統の電流指令値Ｉ１*、又は、他系統の電流指令値Ｉ２*を電流指令選択値Ｉ*＿ｓｅｌとしてもよい。或いは、予め設定された優先系統の電流指令値Ｉ*＿ｄｏｍが両系統で共通に選択されてもよい。
【００５６】
また、電流指令値選択部Ｓｅｌは、自系統の電流指令値Ｉ１*及び他系統の電流指令値Ｉ２*の両方から、電流指令選択値Ｉ*＿ｓｅｌを演算してもよい。例えば電流指令値選択部Ｓｅｌは、二系統の電流指令値Ｉ１*、Ｉ２*のうち小さい方の値「ＭＩＮ（Ｉ１*、Ｉ２*）」、大きい方の値「ＭＡＸ（Ｉ１*、Ｉ２*）」、平均値「ＡＶＧ（Ｉ１*、Ｉ２*）」等の値を電流指令選択値Ｉ*＿ｓｅｌとしてもよい。
【００５７】
Ｓ１１でＹＥＳの場合、他系統が異常、又は、通信が異常であるため、他系統の電流指令値Ｉ２*を使用することができない。この場合、Ｓ１３で電流指令値選択部Ｓｅｌは、自系統の電流指令値Ｉ１*を電流指令選択値Ｉ*＿ｓｅｌとする。なお、非干渉化制御とは別に電流制限値Ｉ*＿ｌｉｍ１、Ｉ*＿ｌｉｍ２の変更処理やその他の異常処置が実施されてもよいが、ここでは省略する。
【００５８】
電圧指令値演算部４５１は、Ｓ１４で、電流指令選択値Ｉ*＿ｓｅｌに基づいて推定電流Ｉ＿ｅｓｔを演算し、Ｓ１５で推定電流Ｉ＿ｅｓｔを用いて非干渉化制御量であるＭｓ項及びωＭ項を演算する。Ｓ１６では、ＰＩ制御項及びωＬ項を含めた電圧指令値Ｖ*が演算される。
【００５９】
このように、各系統のマイコン４０１、４０２は、各系統の異常情報を双方向に送受信する。自系統が正常であることを前提とすると、各系統のマイコン４０１、４０２は、他系統の正常時且つ通信正常時、自系統のマイコンが演算した電流指令値Ｉ１*、又は、他系統のマイコンが演算し系統間通信により取得した電流指令値Ｉ２*のうち少なくとも一方に基づいて推定電流Ｉ＿ｅｓｔを演算する。特に自系統の電流指令値Ｉ１*のみに基づき非干渉化制御を行う場合、他系統の電流情報を用いないため、通信負荷を低減することができる。
【００６０】
また、各系統のマイコン４０１、４０２は、他系統の異常時又は通信異常時、自系統のマイコンが演算した電流指令値Ｉ１*に基づいて推定電流Ｉ＿ｅｓｔを演算する。これにより、他系統の正常時には、できるだけ他系統の情報を用い、系統間ばらつきによる誤差を低減する。また、他系統の異常時には、正常な自系統の情報を用いることで、推定電流Ｉ＿ｅｓｔの演算ができなくなる状況が回避される。
【００６１】
次に図９、図１０のタイムチャートを参照し、各系統のマイコン４０１、４０２による電流処理周期に関する構成例について説明する。図９、図１０において、例えば第１マイコン４０１はマスターとして動作し、第２マイコン４０２はスレーブとして動作する。例えば「長い周期」は「短い周期」の５倍の周期として図示されている。つまり、「長い周期」の処理が１回実施される間に「短い周期」の処理が例えば５回実施される。ただし、具体的な周期の比率はこれに限らない。
【００６２】
図９に示す第１の構成例では、マスターが電流指令値を演算し、スレーブに通信する。マスターから電流指令値を受信したスレーブは、電流指令値を更新する。マスター及びスレーブによる電流フィードバック演算は、系統間通信での電流指令値の通信周期よりも短い周期で行われる。推定電流の演算は、電流フィードバック演算と同等又は電流フィードバック演算よりも短い周期で行われる。
【００６３】
図１０に示す第２の構成例では、マスターから電流指令値を受信したスレーブは、電流指令補正係数を算出し、マスターの電流指令値に電流指令補正係数を乗じてスレーブの電流指令値を演算する。マスター及びスレーブによる電流フィードバック演算は、電流指令値の通信、及び、電流指令補正係数の演算周期よりも短い周期で行われる。推定電流の演算は、電流フィードバック演算と同等又は電流フィードバック演算よりも短い周期で行われる。
【００６４】
電流指令補正係数の算出について補足する。ここで、以下のように記号を定義する。
Ｍn：ｎ周期目のマスターの電流指令値
Ｍn-1：（ｎ−１）周期目のマスターの電流指令値
Ｓn：ｎ周期目のスレーブの電流指令値
Ｓn-1：（ｎ−１）周期目のスレーブの電流指令値
Ａn：ｎ周期目の第１補正係数
Ｂn：ｎ周期目の第２補正係数
【００６５】
ｎ周期目及び（ｎ−１）周期目のマスターの電流指令値Ｍn、Ｍn-1は、ｎ周期目及び（ｎ−１）周期目のスレーブの電流指令値Ｓn、Ｓn-1と、ｎ周期目の第１、第２補正係数Ａn、Ｂnとを用いて、式（１．１）、（１．２）で表される。
Ｍn  ＝Ａn×Ｓn＋Ｂn    ・・・（１．１）
Ｍn-1＝Ａn×Ｓn-1＋Ｂn  ・・・（１．２）
【００６６】
式（１．１）、（１．２）より、ｎ周期目の第１、第２補正係数Ａn、Ｂnについて、式（１．３）、（１．４）が導かれる。したがって、マスター及びスレーブの電流指令値の前回値及び今回値に基づき、電流指令補正係数が算出される。
Ａn＝（Ｍn-1−Ｍn）／（Ｓn-1−Ｓn）          ・・・（１．３）
Ｂn＝（ＭnＳn-1−Ｍn-1Ｓn）／（Ｓn-1−Ｓn）  ・・・（１．４）
【００６７】
上記第１、第２の構成例を総じて、各系統のマイコン４０１、４０２は、自系統の３相巻線８０１、８０２に流れる電流についての電流フィードバック演算を相対的に短い周期で行いつつ、相対的に長い周期で系統間通信を行う。これにより、系統間通信により取得した他系統の電流情報を用いて非干渉化制御を行う場合でも、電流フィードバック演算の演算周期に対し通信周期の長い「粗い通信」を用いることで通信負荷を低減することができる。
【００６８】
（第２実施形態）
次に図１１〜図１３を参照し、第２実施形態について説明する。図１１に、第２実施形態のＥＣＵ１０２における第１系統の電圧指令値演算部４５１の構成を示す。図７に示す第１実施形態の構成に加え、第２実施形態では各系統のｄ軸及びｑ軸毎に推定電流補正部Ｃｏｍｐｄ、Ｃｏｍｐｑが設けられている。第１系統の推定電流補正部Ｃｏｍｐｄ、Ｃｏｍｐｑは、実線矢印で示すように、自系統の３相巻線８０１に流れる実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１に基づいて推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを補正する。
【００６９】
なお、推定電流補正部Ｃｏｍｐｄ、Ｃｏｍｐｑの範囲について、厳密には電流指令値後の減算器への矢印先端までが含まれると考えられるが、便宜上、矢印の途中までを枠線内に表す。また、図７に示される電流指令値選択部Ｓｅｌｄ、Ｓｅｌｑの図示を省略する。第２系統の電圧指令値演算部４５２については、第１系統の説明における電流記号の末尾「１」、「２」を反転して読み替えることで、同様に解釈される。
【００７０】
ｄ軸推定電流補正部Ｃｏｍｐｄを例として説明すると、推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔに対し自系統の実電流Ｉｄ１がフィードバックされる。そして、推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔと実電流Ｉｄ１との差分に伝達関数「Ｇ（ｓ）・（Ｋ＋ｓ）／Ｋ」を乗じた値が、電流指令値Ｉｄ１*から減算される。その減算値に推定演算の伝達関数「Ｋ／（Ｋ＋ｓ）」を乗じて得られた推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔを用いて非干渉化制御量が算出される。
【００７１】
このように第１マイコン４０１は、自系統の実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１のフィードバック演算により推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを補正し、補正された推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを用いて非干渉化制御量を算出する。同様に第２マイコン４０２は、自系統の実電流Ｉｄ２、Ｉｑ２のフィードバック演算により推定電流Ｉｄ２＿ｅｓｔ、Ｉｑ２＿ｅｓｔを補正し、補正された推定電流Ｉｄ２＿ｅｓｔ、Ｉｑ２＿ｅｓｔを用いて非干渉化制御量を算出する。
【００７２】
次に図１２を参照する。図１２ではｄ軸及びｑ軸の電流を区別せず、包括した記号を用いる。図１２（ａ）には、図１１の制御構成における電流指令値Ｉ*、実電流Ｉ、及び推定電流Ｉ＿ｅｓｔの関係を等価変換したブロック線図が示される。非干渉化制御量としては、自軸の推定電流Ｉ＿ｅｓｔが関与するＭｓ項のみが記載される。Ｍｓ項を加算した後の電圧に、モータモデルによる「１／（Ｒ＋Ｌｓ）」が乗算されることで、実電流Ｉがフィードバックされる。
【００７３】
図１２（ａ）の一点鎖線枠内には、実電流Ｉに基づく補正を含む推定電流Ｉ＿ｅｓｔの演算部のブロック線図が示される。図１２（ｂ）には、推定電流演算部における電流指令値Ｉ*から推定電流Ｉ＿ｅｓｔまでの信号伝達を等価変換したブロック線図が示される。図１２（ｃ）には、推定電流演算部における実電流Ｉから推定電流Ｉ＿ｅｓｔまでの信号伝達を等価変換したブロック線図が示される。
【００７４】
図１２（ｂ）では伝達関数「Ｋ／（Ｋ＋ｓ）」と「Ｇ（ｓ）・（Ｋ＋ｓ）／Ｋ」とがフィードバック結合している。電流指令値Ｉ*から推定電流Ｉ＿ｅｓｔまでの伝達関数は、式（２）のように求められる。
【００７５】
【数１】
2020195240.tif 000003
【００７６】
図１２（ｃ）では伝達関数「Ｇ（ｓ）・（Ｋ＋ｓ）／Ｋ」と「−Ｋ／（Ｋ＋ｓ）」との直列結合とフィードバック結合とが組み合わされている。実電流Ｉから推定電流Ｉ＿ｅｓｔまでの伝達関数は、式（３）のように求められる。
【００７７】
【数２】
2020195240.tif 000004
【００７８】
伝達関数Ｇ（ｓ）の具体例として「Ｇ（ｓ）＝ｇ／（ｓ）」の場合、式（２）、（３）より、以下の式（４．１）、（４．２）が得られる。
【００７９】
【数３】
2020195240.tif 000005
【００８０】
式（４．１）、（４．２）をまとめると式（４．３）が得られる。式（４．３）の右辺第１項における「ｓ／（ｓ＋ｇ）」はハイパスフィルタ（図中「ＨＰＦ」）に相当し、右辺第２項における「ｇ／（ｓ＋ｇ）」はローパスフィルタ（図中「ＬＰＦ」）に相当する。したがって、推定電流Ｉ＿ｅｓｔに対して、高周波成分は電流指令値Ｉ*の寄与度が高くなり、低周波成分は実電流Ｉの寄与度が高い伝達特性となる。
【００８１】
【数４】
2020195240.tif 000006
【００８２】
また、伝達関数Ｇ（ｓ）の別の例として「Ｇ（ｓ）＝ｇ／（１＋Ｔｓ）」の場合を想定すると、式（２）、（３）より、以下の式（５．１）、（５．２）が得られる。
【００８３】
【数５】
2020195240.tif 000007
【００８４】
次に図１３を参照し、第２実施形態の開ループ特性について説明する。図１３（ａ）には、フィードバックされる実電流Ｉに式（３）を適用して、図１２（ａ）を等価変換したブロック線図が示される。Ｂ（ｓ）＝Ｍｓ・｛Ｇ（ｓ）／（１＋Ｇ（ｓ））｝、Ｃ（ｓ）＝１／（Ｒ＋Ｌｓ）とすると、二点鎖線枠内における入力Ｕ（ｓ）から出力Ｉ（ｓ）までの伝達関数は、式（６．１）で表される。なお、図中及び以下の式中において、Ｂ（ｓ）、Ｃ（ｓ）、Ｕ（ｓ）、Ｉ（ｓ）の関数表示（ｓ）を省略する。式（６．１）より、第２実施形態の開ループ特性は、式（６．２）で表される。
【００８５】
【数６】
2020195240.tif 000008
【００８６】
図１３（ｂ）、（ｃ）には、比較例１、２として、他の非干渉化制御のブロック線図が示される。図１３（ｂ）に示す比較例１では、自系統の実電流Ｉをそのまま用いることで、他系統の電流を自系統の電流に置き換えて非干渉化制御量を行う。比較例１における入力Ｕ（ｓ）から出力Ｉ（ｓ）までの伝達関数は、上記の式（６．１）と同様に式（７.１）で表される。また、比較例１の開ループ特性は、式（７．２）で表される。
【００８７】
【数７】
2020195240.tif 000009
【００８８】
図１３（ｃ）に示す比較例２では、他系統の電流を自系統の電流指令値Ｉ*に置き換えて非干渉化制御を行う。この比較例２は、特許文献１の段落［００４６］−［００５０］、図８等に記載された制御構成に相当する。比較例２の開ループ特性は、式（８）で表される。
【００８９】
【数８】
2020195240.tif 000010
【００９０】
（開ループ特性、閉ループ特性の比較）
次に図１４〜図１７を参照し、第１、第２実施形態、及び比較例１、２の開ループ特性及び閉ループ応答特性を比較する。電流制御では一般に制御周期により開ループの位相遅れが決まるため、開ループゲインが低いほど安定性が向上する。また、閉ループゲインが高いほど指令値に対する出力の応答性が優れる。すなわち、開ループゲインが低く、閉ループゲインが高い場合に、高安定かつ高応答の特性が得られる。
【００９１】
図１４に開ループ特性を示す。機器定数として、抵抗Ｒは１０［ｍΩ］、自己インダクタンスＬは５０［μＨ］、系統間の磁気結合が無い場合（すなわちＭ＝０の場合）を除く相互インダクタンスＭは１２．５［μＨ］とする。磁気結合無しの場合、又は、特許文献１の図６に開示された従来技術のように他系統の電流を使用して自系統の非干渉化制御を行った場合の開ループゲインは、実線で示すように最も低い。
【００９２】
推定電流Ｉ＿ｅｓｔを補正せずに用いる第１実施形態の開ループ特性は、磁気結合無しの場合の実線にほぼ重なっており、全周波数領域で制御が安定する。一方、一点鎖線で示す比較例１、及び、二点鎖線で示す比較例２では開ループゲインが大きくなり、制御が不安定になる。
【００９３】
推定電流Ｉ＿ｅｓｔを補正する第２実施形態について、補正の伝達関数が「Ｇ（ｓ）＝１００／ｓ」の場合の開ループ特性を長破線で示し、「Ｇ（ｓ）＝１０００／ｓ」の場合の開ループ特性を短破線で示す。第２実施形態の開ループ特性は、第１実施形態の実線と、比較例１、２の一点鎖線及び二点鎖線との間に現れる。
【００９４】
詳しくは、式（４．３）に反映されるように、推定電流Ｉ＿ｅｓｔの算出に実電流Ｉが用いられる低周波領域では、磁気結合無しの場合や第１実施形態に比べて開ループゲインが高くなる。また、推定電流Ｉ＿ｅｓｔの算出に電流指令値Ｉ*が用いられる高周波領域では、開ループゲインは、磁気結合無しの場合や第１実施形態と同程度に低下する。補正の伝達関数が「Ｇ（ｓ）＝１００／ｓ」の場合には、「Ｇ（ｓ）＝１０００／ｓ」の場合に比べて低い周波数で開ループゲインが低下し、磁気結合無しの場合や第１実施形態の開ループ特性に近づく。
【００９５】
続いて、図１５〜図１７に閉ループ応答特性を示す。磁気結合無しの場合、実線で示すように閉ループゲインは最も低い。一点鎖線で示す比較例１、及び、二点鎖線で示す比較例２では、磁気結合無しの場合に比べ高周波領域での閉ループゲインが増加する。第２実施形態にて補正の伝達関数が「Ｇ（ｓ）＝１０００／ｓ」の場合、短破線で示すように、１００〜２５０［Ｈｚ］付近で比較例１、２よりも閉ループゲインが増加する。推定電流Ｉ＿ｅｓｔを補正せずに用いる場合、及び、推定電流Ｉ＿ｅｓｔの補正の伝達関数が「Ｇ（ｓ）＝１００／ｓ」の場合、長破線で示すように、５０〜１００［Ｈｚ］付近で閉ループゲインが増加する。
【００９６】
以上のように、補正無し、或いは補正後の推定電流Ｉ＿ｅｓｔを用いて非干渉化制御を行う第１、第２実施形態では、磁気結合無しの場合と同程度の開ループゲインの低さを維持しつつ、比較例１、２と同程度以上の閉ループ応答をすることができる。すなわち、第１、第２実施形態では、いずれも高安定かつ高応答の特性が得られる。ただし、推定電流Ｉ＿ｅｓｔを補正しない第１実施形態では、モータ巻線の温度上昇による抵抗の変化やモータ巻線の抵抗のばらつきによって推定値がずれてしまうことがある。それに対し第２実施形態では、推定電流Ｉ＿ｅｓｔを補正することで、温度特性やばらつきの影響を除去することができる。
【００９７】
（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、通信する情報量がより少なくなる自系統の実電流を使って推定電流Ｉ＿ｅｓｔを補正する。ただし、自系統の実電流を他系統の実電流に置き換えてもよい。つまり、図１１に破線矢印で示すように、第１系統の推定電流補正部Ｃｏｍｐｄ、Ｃｏｍｐｑは、他系統の３相巻線８０２に流れる実電流Ｉｄ２、Ｉｑ２に基づいて推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを補正してもよい。この構成でも上記の式（２）〜式（５．１）、（５．２）が同様に得られ、温度特性やばらつきの影響を除去することができる。
【００９８】
（第３実施形態）
次に図１８〜図２２を参照し、第３実施形態について説明する。図１８に、第３実施形態のＥＣＵ１０３における第１系統の電圧指令値演算部４５１の構成を示す。図１１に示す第２実施形態の構成に加え、第３実施形態では各系統のｄ軸及びｑ軸毎に補正用実電流切替部ＳＷｄ、ＳＷｑが設けられている。第２系統の電圧指令値演算部４５２については、第１系統の説明における電流記号の末尾「１」、「２」を反転して読み替えることで、同様に解釈される。
【００９９】
各系統のマイコン４０１、４０２は、各系統の３相巻線８０１、８０２に流れる実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１、Ｉｄ２、Ｉｑ２を系統間通信により双方向に送受信する。また、各系統のマイコン４０１、４０２は、各系統の異常情報を双方向に送受信する。具体的には、いずれかの系統の異常時、又は、通信異常時、各マイコンの４０１、４０２のフェイルセーフ部４４１、４４２により生成された異常信号ｄｉａｇ１、ｄｉａｇ２が各系統の電圧指令値演算部４５１、４５２に通知される。
【０１００】
第１系統の補正用ｄ軸実電流切替部ＳＷｄには、自系統のｄ軸実電流Ｉｄ１、及び、通信で取得された他系統のｄ軸実電流Ｉｄ２が入力される。補正用ｄ軸実電流切替部ＳＷｄは、異常信号ｄｉａｇ１、ｄｉａｇ２に応じて、推定電流補正部Ｃｏｍｐｄに入力される補正用ｄ軸実電流として、自系統又は他系統の実電流Ｉｄ１、Ｉｄ２を切り替える。第１系統の補正用ｑ軸実電流切替部ＳＷｑには、自系統のｑ軸実電流Ｉｑ１、及び、通信で取得された他系統のｑ軸実電流Ｉｑ２が入力される。補正用ｑ軸実電流切替部ＳＷｑは、異常信号ｄｉａｇ１、ｄｉａｇ２に応じて、推定電流補正部Ｃｏｍｐｑに入力される補正用ｑ軸実電流として、自系統又は他系統の実電流Ｉｑ１、Ｉｑ２を切り替える。
【０１０１】
自系統が正常であることを前提とすると、各軸の補正用実電流切替部ＳＷｄ、ＳＷｑは、他系統の正常時且つ通信正常時、他系統の３相巻線８０２の実電流Ｉｄ２、Ｉｑ２に基づいて推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを補正する。他系統の情報を使用することで、系統間のばらつきによる誤差を低減することができる。一方、各軸の補正用実電流切替部ＳＷｄ、ＳＷｑは、他系統の異常時又は通信異常時、自系統の３相巻線８０１の実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１に基づいて推定電流Ｉｄ１＿ｅｓｔ、Ｉｑ１＿ｅｓｔを補正する。これにより、推定電流Ｉ＿ｅｓｔの補正演算が正しくできなくなる状況が回避される。
【０１０２】
図１９に、自系統又は他系統の動作異常を判定するリレー後電圧監視回路の一構成例を示す。図５のシステム構成とは異なり、図１９には、共通のバッテリ１１に二系統が並列に接続されるシステム構成が示される。ここで「リレー後電圧」とは、電源リレー１２１、１２２に対しインバータ６０１、６０２側の電圧、すなわち、インバータ６０１、６０２の入力電圧を意味する。電源リレー１２１、１２２がオンし、バッテリ１１の電圧が各系統のインバータ６０１、６０２に正常に供給されていれば、その系統は正常に動作していると判断される。
【０１０３】
第１系統入力部の電源ラインＬｐ１には電源リレー１２１及び逆接続防止リレー１４１が直列接続されている。電源ラインＬｐ１上における電源リレー１２１と逆接続防止リレー１４１との間と、グランドラインＬｇ１との間に分圧抵抗Ｒｕ１、Ｒｄ１が接続されている。上側分圧抵抗Ｒｕ１と下側分圧抵抗Ｒｄ１との間の分圧は、検出端子からＶｒ１１として第１マイコン４０１に取得されると共に、Ｖｒ２１として第２マイコン４０２に取得される。
【０１０４】
同様に、第２系統入力部の電源ラインＬｐ２には電源リレー１２２及び逆接続防止リレー１４２が直列接続されている。電源ラインＬｐ２上における電源リレー１２２と逆接続防止リレー１４２との間と、グランドラインＬｇ２との間に分圧抵抗Ｒｕ２、Ｒｄ２が接続されている。上側分圧抵抗Ｒｕ２と下側分圧抵抗Ｒｄ２との間の分圧は、検出端子からＶｒ１２として第１マイコン４０１に取得されると共に、Ｖｒ２２として第２マイコン４０２に取得される。
【０１０５】
すなわち、分圧の記号における「Ｖｒ」の後の２桁数字のうち、１桁目は分圧情報を取得するマイコンの系統番号を意味し、２桁目は検出対象系統の番号を意味する。このように各系統のマイコン４０１、４０２は、フェイルセーフ機能として、自系統及び他系統のリレー後電圧を相互に監視する。
【０１０６】
なお、バッテリ１１側に設けられる電源リレー１２１、１２２には、インバータ６０１、６０２側からバッテリ１１側への電流を許容する還流ダイオードが設けられている。インバータ６０１、６０２側に設けられる逆接続防止リレー１４１、１４２には、バッテリ１１側からインバータ６０１、６０２側への電流を許容する還流ダイオードが設けられている。周知の通り、逆接続防止リレー１４１、１４２は、バッテリ１１が正規と逆向きに取り付けられたとき、バッテリ１１からグランド線Ｌｇ１、Ｌｇ２を逆回りに経由して電流を遮断する。
【０１０７】
図１９の電圧監視回路による自他系統リレー後電圧異常判定のフローチャートを図２０に示す。以下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。Ｓ３１、Ｓ３２には、第１マイコン４０１及び第２マイコン４０２による判断ステップをまとめて記載する。
【０１０８】
Ｓ３１で、第１マイコン４０１は分圧Ｖｒ１１について、第２マイコン４０２は分圧Ｖｒ２２について、下限閾値Ｖｒｔｈ＿Ｌ以上、上限閾値Ｖｒｔｈ＿Ｈ以下であるか判断する。Ｓ３１でＹＥＳの場合、Ｓ３２に移行する。Ｓ３１でＮＯの場合、Ｓ３３で第１マイコン４０１又は第２マイコン４０２は、自系統のリレー後電圧が異常であると判定する。
【０１０９】
Ｓ３２で、第１マイコン４０１は分圧Ｖｒ１２について、第２マイコン４０２は分圧Ｖｒ２１について、下限閾値Ｖｒｔｈ＿Ｌ以上、上限閾値Ｖｒｔｈ＿Ｈ以下であるか判断する。Ｓ３２でＮＯの場合、Ｓ３４で第１マイコン４０１又は第２マイコン４０２は、他系統のリレー後電圧が異常であると判定する。Ｓ３２でＹＥＳの場合、マイコン４０１、４０２は、Ｓ３５で両系統のリレー後電圧が正常であると判定する。
【０１１０】
図２１に、リレー後電圧監視回路の別の構成例を示す。この構成例では、第１系統のグランドラインＬｇ１に逆接続防止リレー１３１が接続されている。第１系統の分圧抵抗Ｒｕ１、Ｒｄ１は、電源ラインＬｐ１上における電源リレー１２１のインバータ６０１側と、グランドラインＬｇ１上における電源リレー１３１のインバータ６０２側との間に接続されている。なお、破線で示すように、電源ラインＬｐ１上の逆接続防止リレー１４１は有っても無くてもよい。
【０１１１】
同様に第２系統のグランドラインＬｇ２に逆接続防止リレー１３２が接続されている。第２系統の分圧抵抗Ｒｕ２、Ｒｄ２は、電源ラインＬｐ２上における電源リレー１２２のインバータ６０１側と、グランドラインＬｇ２上における電源リレー１３２のインバータ６０２側との間に接続されている。破線で示すように、電源ラインＬｐ２上の逆接続防止リレー１４２は有っても無くてもよい。図２１の構成のリレー後電圧監視回路でも、図１９の構成と同様の異常判定が可能である。
【０１１２】
さらに図２１のリレー後電圧監視回路では、両系統のグランドラインＬｇ１、Ｌｇ２の間に抵抗Ｒｇ−ｇが接続されている。正常時に各系統の検出端子のグランド端は、抵抗Ｒｇ−ｇを介して他系統のグランドラインと接続される。仮に検出端子のグランド端がオープン故障すると電位が変化するため、電位に基づき、検出端子のグランド端のオープン故障を検出可能である。なお、グランド間の抵抗Ｒｇ−ｇは、図中の括弧内に示すように各系統の近傍に二つ設けられてもよく、或いは、一つだけ設けられてもよい。
【０１１３】
図２２に、異常信号の有無に応じて推定電流Ｉ＿ｅｓｔの演算又は補正に用いる情報を切り替える処理のフローチャートを示す。図２２の切り替え処理には、推定電流Ｉ＿ｅｓｔの演算に用いる電流指令値Ｉ*の選択に関しては第１実施形態の図８に示す処理が含まれる。また、推定電流Ｉ＿ｅｓｔの補正に用いる実電流の切り替えに関する処理は、第３実施形態の図１８の構成に対応するものである。
【０１１４】
Ｓ４１で各系統のフェイルセーフ部４４１、４４２は、以下のいずれか一つ以上の異常が検出されたか判断する。リレー後電圧異常の検出構成例は上述の通りである。他の異常は、適宜、周知技術により検出可能である。
［１］通信異常（途絶、ローリングカウンタ、ＣＲＣ異常など）
［２］指令値不一致異常
［３］インバータ異常
［４］モータ異常
［５］他系統の制御状態が異常
［６］他系統のリレー後電圧が異常
【０１１５】
Ｓ４１でＹＥＳの場合、Ｓ４２で各系統のマイコン４０１、４０２は、自系統のみの情報に基づき推定電流Ｉ＿ｅｓｔを演算又は補正し、非干渉化制御を行う。Ｓ４１でＮＯの場合、Ｓ４３で各系統のマイコン４０１、４０２は、他系統の情報に基づき推定電流Ｉ＿ｅｓｔを演算又は補正し、非干渉化制御を行う。
【０１１６】
以上の第３実施形態では、他系統の異常時又は通信異常時に自系統のみの情報に基づき推定電流Ｉ＿ｅｓｔを演算又は補正し、非干渉化制御する構成とした。これに対し、他系統の正常時且つ通信正常時に自系統のみの情報に基づき推定電流Ｉ＿ｅｓｔを演算又は補正し、非干渉化制御する構成としてもよい。
【０１１７】
（その他の実施形態）
（ａ）本実施形態では、二系統のマイコン４０１、４０２が個別に設けられ、互いに情報を通信する構成が前提となる。ただし、二つのマイコン以外に監視用等の他の演算装置が別に設けられてもよい。また、トルクセンサや回転角センサは冗長的に設けられる構成に限らず、二系統共通に一つ設けられてもよい。
【０１１８】
（ｂ）多相回転機の相の数は、３相に限らず４相以上であってもよい。３相以外の回転機において、上記実施形態の「３相巻線」は「多相巻線」に一般化される。本発明の多相回転機の制御装置は、電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータの制御装置に限らず、他の用途のモータまたは発電機用の制御装置として適用されてもよい。
【０１１９】
（ｃ）系統間通信の通信規格として、ＣＡＮ、シリアル通信（ＵＡＲＴ）の他、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙ、イーサネット（登録商標）等が用いられてもよい。
【０１２０】
以上、本発明はこのような実施形態に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、種々の形態で実施することができる。
【０１２１】
本開示に記載の演算装置及びその手法は、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、本開示に記載の演算装置及びその手法は、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、本開示に記載の演算装置及びその手法は、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。
【符号の説明】
【０１２２】
１０  ・・・ＥＣＵ（制御装置）、
４０１、４０２・・・マイコン（演算装置）、
６０１、６０２・・・インバータ（電力変換器）、
８０  ・・・モータ（多相回転機）、
８０１、８０２・・・３相巻線（多相巻線）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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