JP7516070B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数系統のモータ制御回路からなる冗長構成を有する、例えば、電動パワーステアリング用のモータ制御装置に関する。

車両の自動運転化の進展に伴い、電子制御ユニット(Electronic Control Unit:ECU)の部品が故障しても自動運転の継続が求められ、例えば自動運転中の操舵装置（電動パワーステアリング装置）に関して、故障が発生しても操舵が継続できることが求められる。

電動パワーステアリング装置は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）としてモータ制御装置によって構成されるが、安全上の要求等から故障検出が重要になる。そのため、例えば特許文献１の電子制御装置では、主マイクロコンピュータで周期的に実行されるタスクの実行周期の監視結果に基づく異常情報を、クロック監視用信号線、演算監視用信号線を介して、監視回路に設けた、主マイクロコンピュータのクロック異常を監視するクロック監視回路と、主マイクロコンピュータの演算回路の異常を監視する演算監視回路とに通信している。

さらに電動パワーステアリング装置において、モータに設けた２組のコイル巻線を独立して駆動する２組のインバータ回路を備え、インバータ回路以外の制御回路を二重系にすることで、一方の系統の異常時（故障時）においても、正常に動作している他方の系統によってモータ制御を継続するという冗長構成が従来より知られている。

例えば特許文献２は、２系統分の各電子部品を系統毎に独立して設け、２つの系統がすべて独立した２組の要素群から構成された完全二系統の冗長構成をとるとともに、複数のマイコン間での信号通信を可能にしたモータ制御装置を開示している。

特許第５４７７６５４号公報 特開２０１９－４６８２号公報

特許文献１の電子制御装置では、メインマイコンの異常が検出されたとき、リセット信号を出力してメインマイコンを再起動させるか、あるいは、モータの駆動回路に対して、プリドライバの駆動許可信号をオフにしてプリドライバ駆動を停止している。そのため、故障時において操舵アシストを継続できないという問題がある。

特許文献２に記載のモータ制御装置は、マイコン間通信が異常の場合、自マイコンによるアシストを即時停止している。すなわち、マイコン間通信あるいは通信手段の異常時、停止判定部によって自マイコンの動作が停止されようとしていることが判定されたとき、自マイコンによるモータ駆動が停止される。よって、装置が冗長構成であっても、マイコン間通信の異常時には、一方の系統による縮退したアシスト継続が行われないというアシスト失陥が生じる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数系統からなる冗長構成をとるモータ制御装置において制御部間の信号通信故障が生じた場合であってもモータ制御の継続を可能にするモータ制御装置を提供することである。

上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第１の発明は、複数の制御系統からなり該制御系統ごとに設けた中央制御部によって電動モータを駆動するモータ制御装置であって、前記複数の制御系統の第１の制御系統と第２の制御系統の前記中央制御部間における制御信号の通信を可能にする第１の通信手段と、前記中央制御部間における異常監視信号の送受信を可能にする第２の通信手段と、前記中央制御部と通信可能に構成されたＣＡＮ（Controller Area Network）通信部と、前記制御信号と前記異常監視信号の通信状態に基づいて前記中央制御部間における通信故障の有無を判定する故障判定手段とを備え、前記故障判定手段は、前記第１の通信手段の停止、および前記ＣＡＮ通信部のＣＡＮ通信の停止の有無に基づいて、前記中央制御部の動作クロック異常による故障が生じている制御系統を特定し、前記故障判定手段により前記通信故障が判定された場合、前記第１の制御系統と前記第２の制御系統のうち正常動作している制御系統によって前記電動モータの駆動制御を継続することを特徴とする。

本願の例示的な第２の発明は、複数の制御系統ごとに設けた中央制御部を有し、車両の運転者のハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング制御装置であって、前記運転者の操舵を補助する電動モータと、上記例示的な第１の発明に係るモータ制御装置により前記電動モータを駆動制御する手段とを備えることを特徴とする。

本願の例示的な第３の発明は、電動パワーステアリングシステムであって、上記例示的な第２の発明に係る電動パワーステアリング用モータ制御装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、冗長構成のモータ制御装置で制御部間において信号通信故障が生じた場合、低コストで故障部位を特定し、特定した故障部位に応じたモータ制御を継続できる。

図１は、電動パワーステアリング用のモータ制御ユニットを搭載した電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す図である。 図２は、実施形態に係るモータ制御ユニットとしての電動パワーステアリング制御装置（ＥＰＳ）の構成図である。 図３は、ＣＰＵ間における相互の通信構成を示すブロック図である。 図４は、モータ制御ユニットにおける制御処理の一例を示すフローチャートである。 図５は、通信ＩＣの異常として、ＴＸＤラインの故障によりＣＰＵ間通信に異常が発生した場合の故障対応処理シーケンスの一例である。 図６は、通信ＩＣの異常として、ＲＸＤラインの故障によりＣＰＵ間通信に異常が発生した場合の故障対応処理シーケンスの一例である。 図７は、ＣＰＵ－１の故障によりＣＰＵ間通信に異常が発生した場合の故障対応処理シーケンスの一例である。 図８は、ＣＰＵ－２の故障によりＣＰＵ間通信に異常が発生した場合の故障対応処理シーケンスの一例である。 図９は、クロック異常（１）における故障対応処理を示すシーケンス図である。 図１０は、クロック異常（２）における故障対応処理を示すシーケンス図である。 図１１は、クロック異常（３）における故障対応処理を示すシーケンス図である。 図１２は、第２系統のトルクセンサが故障した場合のモータ制御ユニットによる操舵アシスト制御を示す図である。 図１３は、第１系統のトルクセンサが故障した場合のモータ制御ユニットによる操舵アシスト制御を示す図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御ユニットとしての電動パワーステアリング制御装置（ＥＰＳ）を搭載した電動パワーステアリングシステムの概略構成である。図１に示すように電動パワーステアリングシステム１０は、モータ制御ユニットを構成する２つの制御系統に対応するモータ制御装置１ａ，１ｂ、操舵部材であるステアリングハンドル２、ステアリングハンドル２に接続された回転軸３、ピニオンギア６、ラック軸７等を備える。

回転軸３は、その先端に設けられたピニオンギア６に噛み合っている。ピニオンギア６により、回転軸３の回転運動がラック軸７の直線運動に変換され、ラック軸７の変位量に応じた角度に、そのラック軸７の両端に設けられた一対の車輪５ａ，５ｂが操舵される。

回転軸３には、ステアリングハンドル２が操作された際の操舵トルクを検出するトルクセンサ９ａ，９ｂが設けられており、検出された操舵トルクはモータ制御ユニット１へ送られる。モータ制御ユニット１は、トルクセンサ９ａ，９ｂより取得した操舵トルク、車速センサ（不図示）からの車速等の信号に基づくモータ駆動信号を生成し、その信号を電動パワーステアリング用の電動モータ１５に出力する。

モータ駆動信号が入力された電動モータ１５からは、ステアリングハンドル２の操舵を補助するための補助トルクが出力され、その補助トルクが減速ギア４を介して回転軸３に伝達される。その結果、電動モータ１５で発生したトルクによって回転軸３の回転がアシストされることで、運転者のハンドル操作を補助する。

次に、本実施形態に係るモータ制御ユニットについて説明する。図２は、本実施形態に係るモータ制御ユニットとしての電動パワーステアリング制御装置（ＥＰＳ）の構成図である。図２に示すようにモータ制御ユニット１は、同一の構成要素（回路部品）を備えた２つの制御系統（モータ制御装置１ａ，１ｂ）からなる冗長構成を有する。

なお、冗長構成は２系統に限定されず、３系統、４系統といった多系統からなる冗長構成への展開も可能である。

モータ制御装置１ａ，１ｂは互いに独立した第１系統および第２系統で構成され、それぞれが制御部（ＣＰＵ）１２ａ，１２ｂを有する。モータ制御装置１ａ，１ｂは、２組の３相巻線（Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ）１５ａと３相巻線（Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ）１５ｂを同軸に設けた構成を有する電動モータ１５と、これら２組の３相巻線それぞれに駆動電流を供給する２組のインバータ回路１４ａ，１４ｂとからなるダブルインバータ構成となっている。電動モータ１５は、例えば３相ブラシレスＤＣモータである。

電動モータ１５には、３相巻線１５ａ，１５ｂそれぞれに対応させて、モータの回転子（ロータ）の回転位置を検出する回転センサ（角度センサ）１１ａ，１１ｂが搭載されている。回転センサ１１ａ，１１ｂからの出力信号は、それぞれ回転情報としてＣＰＵ１２ａ，１２ｂへ送信される。

モータ制御装置１ａ，１ｂは、それぞれがセンサ類からのセンサ出力、駆動・制御信号等をもとに独立して電動モータ１５を駆動する。ここでは、モータ制御装置１ａと３相巻線１５ａを含む構成部分を第１系統、モータ制御装置１ｂと３相巻線１５ｂを含む構成部分を第２系統とする。

第１系統を構成するモータ制御装置１ａは、その装置全体の制御を司る、例えばマイクロプロセッサからなる制御部（ＣＰＵ）１２ａ、ＣＰＵ１２ａからの制御信号よりモータ駆動信号を生成し、ＦＥＴ駆動回路として機能するインバータ制御部１３ａ、電動モータ１５の３相巻線（Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ）１５ａに駆動電流を供給するモータ駆動部であるインバータ回路１４ａを備える。

第２系統を構成するモータ制御装置１ｂは、モータ制御装置１ａと同様、その装置全体の制御を司る制御部（ＣＰＵ）１２ｂ、ＣＰＵ１２ｂからの制御信号よりモータ駆動信号を生成し、ＦＥＴ駆動回路として機能するインバータ制御部１３ｂ、電動モータ１５の３相巻線（Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ）１５ｂに所定の駆動電流を供給するインバータ回路１４ｂを備える。

制御部（ＣＰＵ）１２ａ，１２ｂは、それぞれクロック発振部１６ａ，１６ｂより出力された所定周波数の動作クロックに基づいて制御動作、演算動作等を実行する。なお、制御部（ＣＰＵ）１２ａ，１２ｂ内でクロック周波数を逓倍する構成としてもよい。

モータ制御装置１ａ，１ｂのＣＰＵ１２ａ，１２ｂは、アイソレーションＩＣ３０（詳細は後述する）を介して、リアルタイムの相互通信が可能に構成されている。また、モータ制御装置１ａ，１ｂは、車両の各種情報を授受する車載ネットワーク（ＣＡＮ）に接続されたＣＡＮ信号線（ＣＡＮ通信バス）２７Ｈ，２７Ｌを介して、他の制御ユニット（ＥＣＵ）との間でＣＡＮプロトコルによるデータ通信を行う。

ＣＡＮ信号線２７Ｈ，２７Ｌは、第１系統を構成するＣＡＮ－Ｈライン２７Ｈａ，ＣＡＮ－Ｌライン２７Ｌａと、第２系統を構成するＣＡＮ－Ｈライン２７Ｈｂ，ＣＡＮ－Ｌライン２７Ｌｂからなる各々２線式の通信線である。

インバータ回路１４ａには、供給電源に含まれるノイズ等を吸収して電源電圧を平滑する不図示のフィルタと電源リレーとを介して外部バッテリＢＴよりモータ駆動用の電源が供給される。同様にインバータ回路１４ｂには、不図示のフィルタと電源リレーを介して、外部バッテリＢＴよりモータ駆動用の電源が供給される。

インバータ回路１４ａは、電動モータ１５の３相巻線（Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ）１５ａ各々に対応した半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）からなるＦＥＴブリッジ回路である。また、インバータ回路１４ｂは、電動モータ１５の３相巻線（Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ）１５ｂ各々に対応した半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）からなるＦＥＴブリッジ回路である。

なお、これらのスイッチング素子（ＦＥＴ）はパワー素子とも呼ばれ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子を用いる。

イグニッションスイッチ（ＩＧ-ＳＷ）３１は、その一端がバッテリＢＴに接続され、他端は電源部２０ａ，２０ｂそれぞれの電源管理部２１ａ，２１ｂに接続されている。ＩＧ-ＳＷ３１の他端は、さらにＩＧ電圧検出部２４ａ，２４ｂに接続されている。

電源管理部２１ａ，２１ｂは、イグニッションスイッチ（ＩＧ-ＳＷ）３１がＯＮの場合、電源部２０ａ，２０ｂを起動する。電源部２０ａ，２０ｂは、バッテリＢＴより供給されたバッテリ電圧＋Ｂを、所定の電圧（例えば、ロジックレベルの電圧＋５Ｖ）に変換し、それを制御部（ＣＰＵ）１２ａ，１２ｂ、ＢＴ電圧監視部２９ａ，２９ｂ、インバータ制御部１３ａ，１３ｂ等の制御回路の動作電源として供給する。

ＩＧ電圧検出部２４ａ，２４ｂは、イグニッション（ＩＧ）電圧値をＡＤ変換し、変換後のデジタル電圧値を、第１系統と第２系統それぞれにおけるＩＧ電圧の実電圧値として、ＣＰＵ１２ａ，１２ｂに入力する。なお、ＩＧ電圧検出部２４ａ，２４ｂは、それぞれＣＰＵ１２ａ，１２ｂ内に配置してもよい。

バッテリ（ＢＴ）電圧監視部２９ａ，２９ｂは、バッテリＢＴのバッテリ電圧（＋Ｂ）を入力してＡＤ変換し、変換後のデジタル電圧値をバッテリ（ＢＴ）電圧値としてＣＰＵ１２ａ，１２ｂに入力する。また、バッテリ（ＢＴ）電圧監視部２９は、バッテリ電圧値が規定電圧値以上か否か（制御回路等を動作可能にする電圧値を満たすかどうか）を判定する。

図３は、ＣＰＵ１２ａ，１２ｂ間における相互の通信構成を示すブロック図である。図３に示すようにＣＰＵ１２ａ，１２ｂ間には、制御情報等を非同期でシリアル通信するための一対の通信ライン（ＴＸＤ，ＲＸＤライン）と、ＷＤＰ（ウォッチドッグパルス）信号をやり取りするための一対の通信ライン（ＷＤＰ１，ＷＤＰ２ライン）が設けられている。相互通信に要する信号線数を最小にして、安価な構成を実現できる。

ＴＸＤ，ＲＸＤラインを介した通信方式は、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:汎用非同期送受信回路）であり、ＣＰＵ１２ａ，１２ｂ間におけるリアルタイムの相互通信が可能に構成されている。クロック同期方式に比べて、ＵＡＲＴにより信号線数の少ない構成とすることができる。

図３に示すように、ＣＰＵ１２ａ，１２ｂ間を電気的に絶縁するアイソレーションＩＣ３０（図１参照）は、ＴＸＤ，ＲＸＤラインを電気的に絶縁するアイソレーションＩＣ３０ａと、ＷＤＰ１，ＷＤＰ２ラインを電気的に絶縁するアイソレーションＩＣ３０ｂによって構成される。

アイソレ－ションＩＣ３０ａ，３０ｂは、上記の通信経路（ＴＸＤ，ＲＸＤライン、ＷＤＰ１，ＷＤＰ２ライン）の入力側と出力側の電気的絶縁を保ったまま、高周波数信号を伝送可能な半導体回路素子である。アイソレ－ションＩＣ３０ａ，３０ｂによって、相手系統への故障の伝播を防止できる。

なお、図３に示す例では、例えば共通原因故障を防ぐため、一対の通信ライン（ＴＸＤ，ＲＸＤライン）と、一対の通信ライン（ＷＤＰ１，ＷＤＰ２ライン）それぞれに対応させて、チャンネル数が２のアイソレーションＩＣを計２個、配置しているが、これに限定されない。例えば、チャンネル数が１のアイソレーションＩＣ４個それぞれを、個別の通信ラインに配置してもよい。信号線ごとにアイソレーションＩＣを配置することで、より複雑な故障判定（ダブルフェール等）が可能になる。

次に、本実施形態に係るモータ制御ユニットの動作について説明する。図４は、モータ制御ユニット１における制御処理の一例を示すフローチャートである。

電源部２０ａ，２０ｂが＋５Ｖを生成してＣＰＵ１２ａ，１２ｂに電源が供給されると、図４のステップＳ１１において、ＯＳ起動処理を行う。すなわち、あらかじめ記憶部（不図示）に格納されたオペレーティングシステム（Operating System:OS）が起動され、モータ制御ユニット１の各系統の制御部（ＣＰＵ）１２ａ，１２ｂによって、ＩＧ電圧検出部２４ａ，２４ｂによる電圧検出結果に基づいて、自系統のイグニッションスイッチの状態（ＩＧ状態）がＩＧ-ＯＮとなったことの確認、制御プログラム等が格納された記憶部（不図示）内のチェックサムの確認、ＣＰＵ１２ａ，１２ｂの診断機能ＢＩＳＴ（Built-In Self-Test）による自己診断、ＣＰＵが有する機能の初期化、不図示の外部ウォッチドッグ（ＷＤ）のリセット動作の確認等を行う。

ＯＳ起動後のステップＳ１２において、ＣＰＵ１２ａ，１２ｂ間でウォッチドッグ信号の送受信を行う。続くステップＳ１３において、ＣＰＵ１２ａ，１２ｂ各々がＣＰＵ間通信を開始する。

ステップＳ１５において、各系統で初期診断シーケンスが開始される。そして、ステップＳ１６において、初期診断Ａとして、例えば、不図示の電流検出部によるインバータ回路の短絡故障の有無を診断する。

各系統のＣＰＵは、ステップＳ１７において、相手系統の状態を判断する。相手系統が所定のフェールオペレーション状態に移行していると判断した場合、ステップＳ３５において自系統の初期診断を停止する。

相手系統がフェールオペレーション状態にない場合、各系統のＣＰＵは、ステップＳ１８において、相手系統のＣＰＵとＣＰＵ間通信診断を開始する。ここでは、初期診断がある程度進んだところからＣＰＵ間通信診断を始めるため、上記初期診断Ａの実行後であって、ＣＰＵ間通信診断開始後のステップＳ１９において、初期診断Ｂ（例えば、電動モータへの過電流の有無の判定）を行う。

本実施形態に係るモータ制御ユニットでは、例えばクランキングによる電圧低下で他系統のみがリセットして、ＣＰＵ間通信を成立できていない場合を考慮して、ステップＳ２０において、少なくとも他系統がＯＳの再起動に必要なワースト時間の待合せを開始する。そして、続くステップＳ２１において、各系統のＣＰＵは、相手系統のＣＰＵとＣＰＵ間通信が成立したか否かを判断する。

ＣＰＵ間通信は、例えば、ＵＡＲＴタイムアウト、ＵＡＲＴチェックサム異常、ＵＡＲＴアライブカウンタ異常等がなければ正常と判断する。ただし、例えばクランキングにより他系統がリセットし、ＵＡＲＴもＷＤも送信できていない場合を配慮して、ＵＡＲＴタイムアウトとＷＤ異常が同時に発生したときには異常と見做さないようにしてもよい。

系統間でのＣＰＵ間通信が成立しない場合（ステップＳ２１でＮＯ）、ＣＰＵ１２ａ，１２ｂは、ステップＳ２２において、ＵＡＲＴとＷＤの双方が未受信状態にあるか否かを判断する。ＵＡＲＴとＷＤのいずれかを受信した場合、ステップＳ２３において、後述する故障モードの判定（故障診断）を行う。続くステップＳ２５において、ステップＳ２３で判定した故障モードに応じたフェールオペレーション（１）を実行する。フェールオペレーション（１）の詳細については後述する。

一方、ステップＳ２２において、ＵＡＲＴとＷＤの双方とも未受信と判断された場合、ステップＳ２７において、オペレーティングシステム（ＯＳ）が起動されてから積み上げた時間の経過の有無を判定する。ＯＳの起動に必要なワースト時間（例えば、２００ｍｓ）が経過している場合には、上述した初期診断シーケンスに不具合があり、両系統による通信診断が不能（相手系統が故障）と判断して、ステップＳ２９のフェールオペレーション（２）に移行し、自系統での制御を行う。

積み上げのワースト時間が経過していない場合には（ステップＳ２７でＮＯ）、相手系統とのＣＰＵ間通信が成立している否かの判断処理（ステップＳ２１）に戻る。

ステップＳ２１において、ＣＰＵ間通信が成立していると判断された場合、ステップＳ２８において、初期診断Ｃとして、例えば所定のセンサ類についてのオフセット診断を行う。そして、ステップＳ３１において初期診断シーケンスを終了し、ステップＳ３３において、通常の制御（操舵アシスト制御）を開始する。

上記のように各系統が独自に立ち上がることでハンドシェイクのための予備通信線が不要となり、モータ制御ユニットを安価な構成にすることができる。

また、ワースト時間を考慮して、初期診断シーケンスの途中においてＣＰＵ間通信診断を開始することで、ＣＰＵ間通信の故障の有無を早期に把握できる。さらに、各系統が独自に起動した後、積み上げ時間の経過を考慮した制御を行うので、両系統が確実に通信ができているタイミングで待合せを行うことができる。

次に、本実施形態に係るモータ制御ユニットにおけるＣＰＵ間通信の故障に対応した制御動作（故障対応処理）について説明する。なお、以下の説明では、ＣＰＵ１２ａ，１２ｂをそれぞれＣＰＵ－１，ＣＰＵ－２とし、インバータ制御部１３ａとインバータ回路１４ａをＩＮＶ－１、インバータ制御部１３ｂとインバータ回路１４ｂをＩＮＶ－２という。

＜通信ＩＣ異常の場合の故障対応処理＞
図４に示すステップＳ２３の故障診断、ステップＳ３３における通常のアシスト制御の開始時およびその後のアシスト制御中、ステップＳ２５，Ｓ２９におけるフェールオペレーションおよびその後のフェールオペレーション中それぞれにおけるＣＰＵ間通信診断において、故障モードとして通信ＩＣ（アイソレ－ションＩＣ３０）の異常と判定された場合の故障対応処理について説明する。ここでの故障モードには、アイソレ－ションＩＣ３０の回路素子としての動作異常の他、ＴＸＤライン、ＲＸＤラインの断線あるいは固着故障が含まれる。

図５は、通信ＩＣの異常として、ＴＸＤラインの故障によりＣＰＵ間通信に異常が発生した場合の故障対応処理シーケンスの一例である。また、図６は、ＲＸＤラインの故障によりＣＰＵ間通信に異常が発生した場合の故障対応処理シーケンスの一例である。

図５に示すように、ＣＰＵ間の通信経路であるＴＸＤラインが故障し、他の通信経路であるＲＸＤライン、ＷＤＰ１，ＷＤＰ２ラインが正常の場合、ＣＰＵ－２は、ステップＳ４１において、ＣＰＵ－１からの情報が途絶えていることからＣＰＵ－１との通信異常を検知する。そして、ステップＳ４３においてＣＰＵ－２は、通信異常を検知した旨をＣＰＵ－１へ通知し、ステップＳ４５において、ＩＮＶ－２の動作を停止する。

ＣＰＵ－１は、ＣＰＵ－２から上記の通信異常通知を受けて（ステップＳ４３）、ステップＳ４７において、上述したフェールオペレーション（１）として、ＩＮＶ－１によって正常時の５０％のモータ出力を維持する操舵アシスト制御を行う。これは、２系統のうちの１系統によってモータ駆動を継続するアシスト制御である。

一方、図６に示すように、ＣＰＵ間の通信経路であるＲＸＤラインが故障し、他の通信経路であるＴＸＤライン、ＷＤＰ１，ＷＤＰ２ラインが正常の場合、ＣＰＵ－１は、ステップＳ５１において、ＣＰＵ－２からの情報が途絶えていることからＣＰＵ－２との通信異常を検知する。そして、ＣＰＵ－１は、ステップＳ５３において、通信異常を検知した旨をＣＰＵ－２へ通知する。

ＣＰＵ－２は、ＣＰＵ－１との通信に異常があるとして、ステップＳ５５においてＩＮＶ－２の動作を停止する。これに対してＣＰＵ－１は、ステップＳ５７において、上述したフェールオペレーション（１）として、ＩＮＶ－１によって正常時の５０％のモータ出力を維持する操舵アシスト制御を行う。この場合も、２系統のうちの１系統によってモータ駆動を継続するフェールオペレーションが実行される。

＜ＣＰＵ異常の場合の故障対応処理＞
ＣＰＵ間通信の故障モードとして、ＣＰＵ自身の動作異常が判定された場合の故障対応処理について説明する。

図７は、ＣＰＵ－１の故障によりＣＰＵ間通信に異常が発生した場合の故障対応処理シーケンスの一例である。また、図８は、ＣＰＵ－２の故障によりＣＰＵ間通信に異常が発生した場合の故障対応処理シーケンスの一例である。

ＣＰＵ－１の故障により、例えば、図７に示すようにＴＸＤラインからの信号出力が停止し、ＷＤＰ１ラインからの信号出力も停止した場合、正常に動作しているＣＰＵ－２より、ＲＸＤライン、ＷＤＰ２ラインによって通常の信号が伝送される。

この場合、ＣＰＵ－２は、相手ＣＰＵ（ＣＰＵ－１）からの制御情報が途絶え、ＣＰＵ－１が動作しているか否かを示すウォッチドッグパルスＷＤＰ１がＣＰＵ－１から出力されないことから、ステップＳ６１において、ＣＰＵ－１の動作異常が発生したことを検知する。

よって、ＣＰＵ－１が故障した場合、ＣＰＵ－２は、ステップＳ６３において、上述したフェールオペレーション（１）として、ＩＮＶ－２によって正常時の５０％のモータ出力を維持する操舵アシスト制御を行う。

なお、ＣＰＵ－１は、ステップＳ６５において自身の異常を検知し、ステップＳ６７において、ＩＮＶ－１の動作を停止する。

ＣＰＵ－２が故障した場合には、図８に示すようにＲＸＤラインからの信号出力が停止し、ＷＤＰ２ラインからの信号出力も停止する。この場合、ＣＰＵ－１は正常に動作しているので、ＴＸＤライン、ＷＤＰ１ラインにより通常の信号が伝送される。

ＣＰＵ－１は、相手ＣＰＵ（ＣＰＵ－２）からの制御情報が途絶え、ＣＰＵ－２が動作しているか否かを示すウォッチドッグパルスＷＤＰ２がＣＰＵ－２から出力されないことから、ステップＳ７１において、ＣＰＵ－２の動作異常の発生を検知する。

よって、ＣＰＵ－２が故障した場合には、ＣＰＵ－１は、ステップＳ７３において、上述したフェールオペレーション（１）として、ＩＮＶ－１によって正常時の５０％のモータ出力を維持する操舵アシスト制御を行う。

一方、ＣＰＵ－２は、ステップＳ７５において自身の異常を検知し、ステップＳ７７においてＩＮＶ－２の動作を停止する。

なお、ＣＰＵの故障については、ＣＰＵの内部の設けたウォッチドックタイマ（ＷＤＴ）あるいは外部ウォッチドッグタイマによって検出されたリセット動作異常あるいは出力演算部の動作異常、制御プログラム等に対するチェックサムの確認結果によるメモリ異常、ＣＰＵの診断機能ＢＩＳＴによって検出された異常、ＣＰＵのクロックモニタ機能で検出されたクロック異常等の検出結果を、正常動作しているＣＰＵにＣＡＮ通信によって通知するようにしてもよい。

＜ＣＰＵクロック異常の場合の故障対応処理＞
ＣＰＵ間通信の故障モードとして、外部よりＣＰＵに供給されるクロック信号の異常（ＣＰＵの動作クロックの異常）が判定された場合の故障対応処理について説明する。ここでは、図２に示すモータ制御装置１ａの車載ネットワーク（ＣＡＮ）をＣＡＮ－１とし、モータ制御装置１ｂの車載ネットワーク（ＣＡＮ）をＣＡＮ－２とする。また、クロック発振部１６ａ，１６ｂをそれぞれＣＬＫ－１，２とする。

図９～図１１は、ＣＰＵ－１に対してＣＬＫ－１より供給されるクロック信号に発生した異常（例えば、クロック周期のずれ）の程度に応じた故障対応処理を示す。

＜クロック異常（１）＞
図９は、クロック異常（１）における故障対応処理を示すシーケンス図である。図９は、ＣＰＵ－１，２間におけるＴＸＤ，ＲＸＤライン、ＷＤＰ１，ＷＤＰ２ラインを介した通信は正常であるが、ＣＡＮ－１とＣＰＵ－１間のＣＡＮ信号が停止してＣＡＮ－１の動作停止が検知され（ステップＳ８１）、ＣＡＮ－２が正常な場合の故障対応処理シーケンスである。

上記のようにＣＰＵ間通信が正常であっても、高精度な動作クロックが要求されるＣＡＮ－１の動作が停止していることから、ＣＰＵ－１は、ステップＳ８３において、クロック発振部１６ａ（ＣＬＫ－１）から出力されてＣＡＮ－１等へ供給されるクロック信号に、クロック故障として例えば２％のずれが生じていると判断する。

上記の場合、ＣＰＵ－１がＣＡＮ－１の異常を検知しても、ＣＬＫ－１とは独立したＣＬＫ－２の供給を受けるＣＡＮ－２は、ＣＬＫ－１のクロック異常の影響を受けない。そのため、ＣＡＮ－２は正常に動作するので、ＣＰＵ－１は、ＲＸＤラインを介してＣＰＵ－２よりＣＡＮ情報を受信する（ステップＳ８７）。

上記のＣＡＮ情報によってＣＰＵ－１は、クロック異常（１）、すなわちクロック信号に例えば２％のずれがあっても、ステップＳ８５において、ＩＮＶ－１によって通常の制御（１００％のアシスト制御）を実行する。

一方、ＣＡＮ－２が正常であることから、ＣＰＵ－２によって、ステップＳ８８において、ＩＮＶ－２によって通常の制御（１００％のアシスト制御）が実行される。

＜クロック異常（２）＞
図１０は、クロック異常（２）における故障対応処理を示すシーケンス図である。すなわち、図１０の故障対応処理シーケンスは、ＣＰＵ－１，２間におけるＴＸＤ，ＲＸＤラインを介した通信が止まり、ＷＤＰ１，ＷＤＰ２ラインを介した通信が正常であっても、ＣＡＮ－１とＣＰＵ－１間のＣＡＮ信号が停止してＣＡＮ－１の動作停止が検知され（ステップＳ９１）、ＣＡＮ－２が正常な場合に対応する。

この場合、図１０において点線で示すように、ＴＸＤ，ＲＸＤラインを介した通信が止まり、ＣＡＮ－１の動作が停止していることから、ＣＰＵ－１は、図１０のステップＳ９２において、ＣＬＫ－１から出力されるクロック信号に、クロック故障として例えば５％のずれが生じていると判断する。

そして、ＣＰＵ－１は、ステップＳ９３において、ＣＰＵ－２に送信しているＷＤＰ１を意図的に停止する。その後、ＣＰＵ－１は、ステップＳ９５において、ＩＮＶ－１の動作を停止する。

一方、ＣＰＵ－２は、上記のようにＣＰＵ－１からのＷＤＰ１が停止したことにより、ステップＳ９７において、ＣＰＵ間の通信異常とＷＤＰ１の異常を検知する。そこで、ＣＰＵ－２は、ステップＳ９９において、ＩＮＶ－２によって正常時の５０％のモータ出力を維持する操舵アシスト制御を行う。

＜クロック異常（３）＞
図１１は、クロック異常（３）における故障対応処理を示すシーケンス図である。クロック異常（３）の場合、図１１において点線で示すように、ＴＸＤ，ＲＸＤライン、およびＷＤＰ１ラインを介した通信が止まり、ＣＡＮ－１とＣＰＵ－１間のＣＡＮ信号も止まってＣＡＮ－１の動作が停止する。

一方、ＣＬＫ－１とは独立したＣＬＫ－２の供給を受けるＣＡＮ－２は、ＣＬＫ－１のクロック異常の影響を受けないため、ＣＡＮ－２は正常に動作し、ＷＤＰ２も正常である。

上記の場合、ＣＰＵ－１は、図１１のステップＳ１０１において、ＣＬＫ－１から出力されるクロック信号に、クロック故障として例えば２０％のずれが生じていると判断する。そして、ＣＰＵ－１は、ステップＳ１０３においてＩＮＶ－１の動作を停止する。

なお、上記のようにクロックが２０％ずれた場合、ＣＰＵのクロックモニタ機能でクロック異常を検知してリセットし、それによりＣＰＵ間通信とＷＤＰ信号の通信が停止するが、故障系統は、その通信停止前に自己の異常を検知している。

一方、ＣＰＵ－２は、ＣＰＵ－１からの送信情報（ＴＸＤ）が途絶え、ウォッチドッグパルスＷＤＰ１も出力されないことから、ステップＳ１０５において、ＣＰＵ－１の異常を検知する。そこで、ＣＰＵ－２は、ステップＳ１０７において、ＩＮＶ－２によって正常時の５０％のモータ出力を維持する操舵アシスト制御を行う。

ＣＰＵ－２に対してＣＬＫ－２より供給されるクロック信号に例えば２％、５％、あるいは２０％のずれが発生した場合の故障対応処理は、上述したＣＰＵ－１におけるクロック異常に対する故障対応処理と同様である。すなわち、クロック異常によりＣＡＮ－２の動作が止まり、ＣＰＵ－１はＩＮＶ－１によって正常時の５０％のモータ出力を維持するアシスト制御を行う。

よって、ＣＬＫ－２より供給されるクロック信号に異常がある場合の故障対応処理については、それらの図示と説明を省略する。

上述したＣＰＵ間通信の故障に対応した各故障対応処理において、正常時の５０％のモータ出力を維持する操舵アシスト制御では、例えば、全系統が正常で１００％の操舵アシストを行うときのモータの出力特性（特性曲線の傾き）と同一の傾きの特性を５０％で制限した（リミットをかけた）出力特性でモータ制御を行う。

こうすることで、故障対応時において最大５０％までは通常時（正常時）のモータ出力でアシスト制御が可能となり、アシスト時に出力特性の傾きを変えることによる応答性の変化を回避できる。

本実施形態に係るモータ制御ユニットにおいて、ＣＰＵ間通信と直結しない、その他のセンサ類、例えばトルクセンサが故障した場合には、そのトルクセンサの属する系統を止めて他系統によるアシスト制御を行う、あるいは、他系統のトルクセンサで検知した情報に基づいて１００％の操舵アシストを継続する。

図１２は、第２系統のトルクセンサが故障した場合のモータ制御ユニットによる操舵アシスト制御を示す図である。図１２（ａ）に示すようにトルクセンサに故障がない場合、第１系統のモータ制御装置１ａにおいて、ＣＰＵ１２ａによって指示トルクＴｑ１をもとに演算された目標トルクＴｔ１が、ＣＰＵ間通信によって第２系統のモータ制御装置１ｂのＣＰＵ１２ｂへ送信される。第２系統のモータ制御装置１ｂにおいても、ＣＰＵ１２ｂが、入力された指示トルクＴｑ２より目標トルクＴｔ２を演算する。

この場合、第１系統のＣＰＵ１２ａは、目標トルクＴｔ１を使用して電動モータ１５を駆動制御し、第２系統のＣＰＵ１２ｂは、ＣＰＵ間通信によって第１系統から送信された目標トルクＴｔ１と、ＣＰＵ１２ｂが演算して得た目標トルクＴｔ２のいずれかを選択部で選択して、電動モータ１５を駆動制御するアシスト制御を行う。

一方、図１２（ｂ）に示すように、第２系統のトルクセンサが故障した場合には、第１系統のモータ制御装置１ａにおいてＣＰＵ１２ａは、入力された指示トルク（操舵トルク）Ｔｑより演算した目標トルクＴｔを、ＣＰＵ間通信によって第２系統のモータ制御装置１ｂのＣＰＵ１２ｂへ送信する。

これにより、第１系統は、自系統で算出した目標トルクＴｔに基づくトルク制御情報により電動モータ１５を駆動制御し、第２系統は、第１系統で算出された目標トルクＴｔをそのままトルク制御情報として使用して、電動モータ１５を駆動制御するアシスト制御を行う。

図１３は、第１系統のトルクセンサが故障した場合のモータ制御ユニットによる操舵アシスト制御を示す図である。図１３（ａ）は、図１２（ａ）と同様、トルクセンサに故障がない場合のモータ制御ユニットによる操舵アシスト制御を示す。

図１３（ｂ）に示すように、第１系統のトルクセンサが故障した場合、第１系統のモータ制御装置１ａにおいてＣＰＵ１２ａによる目標トルクの演算は行われない。よって、第２系統のモータ制御装置１ｂでは、ＣＰＵ１２ｂが、入力された指示トルクＴｑ２より目標トルクＴｔ２を演算する。その結果、第２系統のモータ制御装置１ｂによって、例えば、正常時の５０％のモータ出力を維持するアシスト制御が行われる。

以上説明したように本実施形態に係るモータ制御装置は、第１および第２の制御系統からなり、これら複数の制御系統ごとに設けた制御部（ＣＰＵ）によって電動モータを駆動するモータ制御装置において、第１の通信手段を介した制御信号と第２の通信手段を介したウォッチドッグ信号それぞれの通信状態に基づいて、中央制御部間における通信故障が判定された場合、第１の制御系統と第２の制御系統のうち正常動作している制御系統によって電動モータのアシスト制御を継続する構成を有する。

これにより、冗長構成をとるモータ制御装置において、複数の制御系統の制御部（ＣＰＵ）間におけるＣＰＵ通信とウォッチドッグ信号（ＷＤＰ）の送受信を併用して、ＣＰＵ間通信が途絶えた場合でも相互に故障の監視が可能となる。

そして、一方の制御系統が故障モードと判断されても、故障モード（故障箇所）に応じて、正常な他方の制御系統によって電動モータの駆動制御のアシストを継続して、確実にフェールオペレーション状態に移行できる。

また、ＴＸＤ，ＲＸＤラインおよびＣＡＮ通信部による通信停止の有無に基づいて、制御部（ＣＰＵ）の動作クロック異常による故障が生じている制御系統を特定する構成とすることで、高精度な動作クロックが要求されるＣＡＮ通信をもとに、故障モード（故障箇所）の特定が容易になる。また、第１の通信手段による通信が停止した場合でも、ＣＡＮ通信による故障特定が可能になる。

例えば、電動パワーステアリング用モータ制御装置において、上述した冗長構成をとるモータ制御装置により電動モータを駆動制御する構成とすることで、一方の制御系統が故障しても、他方の制御系統によって電動モータを駆動制御して操舵アシストの継続が可能となる。

また、例えば、上記の電動パワーステアリング用モータ制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムにおいても、上記と同様、電動パワーステアリング制御装置の一つの制御系統に故障が発生しても、他方の制御系統によって操舵アシストを継続可能となる。

本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。以下、変形例について説明する。

＜変形例１＞
第１の通信手段（ＴＸＤ，ＲＸＤライン）による通信が停止した場合、あるいは第２の通信手段（ＷＤＰ１，ＷＤＰ２ライン）による通信が停止した場合には、例えば、第１系統のモータ制御装置にアシスト制御を委ねるようにしてもよい。

複数の制御系統のうち、いずれの制御系統が故障したことによる通信停止かの判定ができない場合、第１系統のモータ制御装置によるアシスト制御を行うことで、確実なフェールオペレーションを行える。また、複数の制御系統の一方を主系統、他方を従系統とした場合、故障時において主従何れかの制御系統によりアシスト制御（フェールオペレーション）を確実に行える。

＜変形例２＞
車載ネットワーク（ＣＡＮ）によるＣＡＮ通信が停止した制御系統とは別の制御系統側のＣＡＮ通信を使用して、故障が生じている制御系統を特定するようにしてもよい。これにより、動作が正常なＣＡＮ通信に持ち替えて故障モード（故障箇所）を特定することで、アシストを継続できる。

１ モータ制御ユニット
１ａ，１ｂ モータ制御装置
２ ステアリングハンドル
３ 回転軸
４ 減速ギア
６ ピニオンギア
７ ラック軸
９ａ，９ｂ トルクセンサ
１０ 電動パワーステアリングシステム
１１ａ，１１ｂ 角度センサ
１２ａ，１２ｂ 制御部（ＣＰＵ）
１３ａ，１３ｂ インバータ制御部
１４ａ，１４ｂ インバータ回路
１５ 電動モータ
１５ａ，１５ｂ ３相巻線
１６ａ，１６ｂ クロック発振部
１９ａ，１９ｂ ＣＡＮＩ／Ｆ
２０ａ，２０ｂ 電源部
２１ａ，２１ｂ 電源管理部
２４ａ，２４ｂ ＩＧ電圧検出部
２７Ｈ，２７Ｌ ＣＡＮ信号線
２７Ｈａ，２７Ｈｂ ＣＡＮ－Ｈライン
２７Ｌａ，２７Ｌｂ ＣＡＮ－Ｌライン
２９ａ，２９ｂ バッテリ（ＢＴ）電圧監視部
３０，３０ａ，３０ｂ アイソレーションＩＣ
３１ イグニッションスイッチ（ＩＧ-ＳＷ）
ＢＴ バッテリ

Claims (17)

1. 複数の制御系統からなり該制御系統ごとに設けた中央制御部によって電動モータを駆動するモータ制御装置であって、
   前記複数の制御系統の第１の制御系統と第２の制御系統の前記中央制御部間における制御信号の通信を可能にする第１の通信手段と、
   前記中央制御部間における異常監視信号の送受信を可能にする第２の通信手段と、
   前記中央制御部と通信可能に構成されたＣＡＮ（Controller Area Network）通信部と、
   前記制御信号と前記異常監視信号の通信状態に基づいて前記中央制御部間における通信故障の有無を判定する故障判定手段と、を備え、
   前記故障判定手段は、前記第１の通信手段の停止、および前記ＣＡＮ通信部のＣＡＮ通信の停止の有無に基づいて、前記中央制御部の動作クロック異常による故障が生じている制御系統を特定し、
   前記故障判定手段により前記通信故障が判定された場合、前記第１の制御系統と前記第２の制御系統のうち正常動作している制御系統によって前記電動モータの駆動制御を継続するモータ制御装置。
2. 前記通信故障には、少なくとも前記中央制御部の故障、前記第１の通信手段と前記第２の通信手段を構成する通信用集積回路素子の故障、前記第１の通信手段の断線あるいは固着故障、前記第２の通信手段の断線あるいは固着故障、前記中央制御部の動作クロック異常による故障が含まれる請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記故障判定手段は、前記中央制御部間において前記第１の通信手段による通信が停止し前記第２の通信手段による通信が正常の場合、前記中央制御部の動作クロック異常による故障、または前記第１の通信手段の断線あるいは固着故障と判定する請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記故障判定手段は、前記中央制御部間において前記第１の通信手段および前記第２の通信手段による通信が停止した場合、前記中央制御部の故障と判定する請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記故障判定手段は、前記中央制御部間において前記第１の通信手段による通信が正常で前記第２の通信手段による通信が停止した場合、前記第２の通信手段の断線あるいは固着故障と判定する請求項２に記載のモータ制御装置。
6. 前記故障判定手段は、前記第１の通信手段による通信が停止した場合、あるいは前記第２の通信手段による通信が停止した場合、前記第１の制御系統に前記電動モータの駆動制御を委ねる請求項１に記載のモータ制御装置。
7. 前記通信故障が判定された場合、前記第１の制御系統と前記第２の制御系統のいずれか一方に前記電動モータの駆動制御を委ねる請求項１に記載のモータ制御装置。
8. 前記第１の制御系統側の前記ＣＡＮ通信が停止した場合には該第１の制御系統による前記電動モータの駆動制御を停止し、前記第２の制御系統側の前記ＣＡＮ通信が停止した場合には該第２の制御系統による前記電動モータの駆動制御を停止する請求項１～５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
9. 前記故障判定手段は、前記ＣＡＮ通信が停止した制御系統とは別の制御系統側のＣＡＮ通信を使用して前記故障が生じている制御系統を特定する請求項１～５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
10. 前記第１の制御系統の中央制御部と前記第２の制御系統の中央制御部は起動時において個別に立ち上がり、これらの中央制御部が相互に通信ができるタイミングで待ち合せを行う請求項１に記載のモータ制御装置。
11. 前記第１の通信手段は非同期通信によって前記制御信号を通信する請求項１に記載のモータ制御装置。
12. 前記第１の通信手段と前記第２の通信手段はそれぞれが２線の信号線からなる請求項１に記載のモータ制御装置。
13. 前記第１の通信手段と前記第２の通信手段は、前記信号線ごと、または前記通信手段ごとに電気的な絶縁を施すアイソレーション（Isolation）手段を有する請求項１２に記載のモータ制御装置。
14. 前記異常監視信号はウォッチドッグパルス信号である請求項１～１３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
15. 複数の制御系統ごとに設けた中央制御部を有し、車両の運転者のハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング制御装置であって、
    前記運転者の操舵を補助する電動モータと、
    請求項１～１４のいずれか１項に記載のモータ制御装置により前記電動モータを駆動制御する手段と、を備える電動パワーステアリング制御装置。
    
16. 請求項１５に記載の電動パワーステアリング制御装置を備える電動パワーステアリングシステム。
17. 複数の制御系統からなり該制御系統ごとに設けた中央制御部と該制御系統ごとに設けた中央制御部によって電動モータを駆動するモータ制御装置における故障部位の特定方法であって、
    前記中央制御部間において制御信号の通信を可能にする第１の通信手段による通信が停止し、前記中央制御部間における異常監視信号の送受信を可能にする第２の通信手段による通信が正常の場合、前記中央制御部の動作クロック異常による故障、または前記第１の通信手段の断線あるいは固着故障と判定する工程と、
    前記中央制御部間において前記第１の通信手段および前記第２の通信手段による通信が停止した場合、前記中央制御部の故障と判定する工程と、
    前記中央制御部間において前記第１の通信手段による通信が正常で前記第２の通信手段による通信が停止した場合、前記第２の通信手段の断線あるいは固着故障と判定する工程と、
    前記第１の通信手段の停止およびＣＡＮ通信部のＣＡＮ通信の停止の有無に基づいて、前記中央制御部の動作クロック異常による故障が生じている制御系統を特定する工程と、
    を備えるモータ制御装置における故障部位の特定方法。
    

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