組み込みシステムで **CAN通信** を利用して電気モーターを制御するプログラムに書き直します。**CAN通信**では、アクセル開度、モーター回転数、バッテリー残量などをメッセージとして送受信し、トルク制御を行います。
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### **CAN通信プログラムのC言語例**
#### **概要**
- **送信するCANメッセージ**：
- アクセル開度、モーター回転数、バッテリー残量を制御ECUに送信。
- **受信するCANメッセージ**：
- モーターECUがトルク出力値を受信。
#### **コード例**
```c
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include "can_driver.h" // 仮想のCAN通信ドライバヘッダ
// CANメッセージIDの定義
#define CAN_ID_ACCEL_INPUT 0x100 // アクセルデータ送信用
#define CAN_ID_MOTOR_STATUS 0x200 // モーター制御データ受信用
// モーターの制御データ構造体
typedef struct {
uint8_t throttle_position; // アクセル開度 (%)
uint16_t motor_rpm; // モーター回転数 (RPM)
uint8_t battery_level; // バッテリー残量 (0 ~ 100%)
int16_t motor_torque; // 出力トルク (N·m)
} MotorControl;
// RPMごとの最大トルクテーブル（簡易版）
int16_t torque_map(uint16_t motor_rpm) {
if (motor_rpm < 1000) return 150; // 低回転時の最大トルク
if (motor_rpm < 3000) return 120; // 中回転域の最大トルク
return 80; // 高回転時のトルク制限
}
// バッテリー残量に基づきトルク制御を適用
int16_t adjust_torque_based_on_battery(int16_t base_torque, uint8_t battery_level) {
if (battery_level < 20) {
return base_torque / 2; // 50%制限
} else if (battery_level < 50) {
return (base_torque * 8) / 10; // 80%制限
}
return base_torque; // 正常時はそのまま
}
// CANメッセージ送信
void send_can_message(uint16_t can_id, uint8_t *data, uint8_t len) {
// 実際にはCANドライバ経由で送信（仮想の関数）
can_send(can_id, data, len);
}
// CANメッセージ受信処理
void receive_can_message(MotorControl *motor) {
uint8_t can_data[8];
uint16_t received_can_id;
// CANメッセージを受信（仮想の関数）
if (can_receive(&received_can_id, can_data)) {
if (received_can_id == CAN_ID_MOTOR_STATUS) {
// トルク出力データの取得（2バイト）
motor->motor_torque = (can_data[0] << 8) | can_data[1];
printf("受信したトルク: %d N·m\n", motor->motor_torque);
}
}
}
// モーターの加速制御およびCAN送信
void control_motor(MotorControl *motor) {
// 基本トルクを計算
int16_t base_torque = torque_map(motor->motor_rpm);
motor->motor_torque = adjust_torque_based_on_battery(base_torque, motor->battery_level);
// データをCANメッセージにパッキングして送信
uint8_t can_data[5];
can_data[0] = motor->throttle_position;
can_data[1] = motor->motor_rpm >> 8; // RPMの上位バイト
can_data[2] = motor->motor_rpm & 0xFF; // RPMの下位バイト
can_data[3] = motor->battery_level;
can_data[4] = motor->motor_torque;
send_can_message(CAN_ID_ACCEL_INPUT, can_data, 5);
printf("送信: アクセル = %d%%, 回転数 = %d RPM, バッテリー = %d%%, トルク = %d N·m\n",
motor->throttle_position, motor->motor_rpm, motor->battery_level, motor->motor_torque);
}
int main() {
MotorControl motor = {85, 2000, 40, 0}; // 初期化
// モーター制御とCAN通信をシミュレート
control_motor(&motor);
// CANメッセージを受信してトルクを更新
receive_can_message(&motor);
return 0;
}
```
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### **プログラムの説明**
1. **`can_driver.h` と仮想ドライバ関数**
- 実際には、車両に搭載された **CANコントローラ**（例: MCP2515）に応じたCANドライバが必要です。
- **`can_send()`** と **`can_receive()`** は、ハードウェアに依存する部分です。
2. **データのパッキング**
- CAN通信は **1フレームで最大8バイト** のデータを送受信できるため、データを効率よく詰めています。
3. **CAN送信データ**
- アクセル開度、回転数、バッテリー残量、トルクをパックして送信。
4. **CAN受信データ**
- モーターECUからのトルク値を受信し、車両の動作に反映。
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### **データフロー**
1. **送信側**
- アクセル、回転数、バッテリー残量をもとにトルクを計算し、CANメッセージとして送信。
2. **受信側**
- 制御ECUから受信したトルクデータに基づき、動作を更新。
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### **実行例（シミュレーション出力）**
```
送信: アクセル = 85%, 回転数 = 2000 RPM, バッテリー = 40%, トルク = 96 N·m
受信したトルク: 96 N·m
```
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### **実車環境での適用**
- **CANドライバ実装**
実際の環境では、 **CANトランシーバ（例: MCP2551）** や **マイコンのCANコントローラ** を使用した低レベルのドライバが必要です。
- **リアルタイム制御**
**RTOS** や **割り込み処理**を用いて、リアルタイムでCANメッセージの送受信を行います。
このように、基本的な構造をもとにハードウェア環境に合わせて実装することで、CAN通信を利用した電気モーター制御が可能になります。
