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JP6533754B2 - 電子制御装置及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の巻線組を有する多相モータを駆動する電子制御装置及びその制御方法に関し、例えば電動パワーステアリング(EPS)装置やステアバイワイヤ用のモータ制御に適用されるものである。
従来、EPS装置で故障が発生した時には、アシストを停止させてマニュアルステアへ移行するのが主流になっている。しかし、車両の大型化などにより、急にマニュアルステアになるのが危険であると捉える傾向が出てきており、走行中にはアシストを急停止させないようにする要求が高まっている。
このような要求に応えるために、例えば特許文献1では、モータを駆動するインバータの2系統化によって1系統の故障を許容できるようなシステム構成にしている。しかし、複数の巻線組を有するモータを、複数系統のインバータで駆動するシステムでは、系統間の短絡(各相ライン間の短絡、モータ内部での短絡など)時には各系統の出力が衝突してモータへの通電が意図通りに制御できない。
そこで、特許文献2では、系統間短絡を検出しやすくするために、第1系統のインバータから出力されるPWM(Pulse Width Modulation)信号のセンター電圧と第2系統のインバータから出力されるPWM信号のセンター電圧を異なる値として電位差を持たせ、系統間短絡時に第1系統のインバータから第2系統のインバータに流れ込む電流を大きくしている。これによって、本来は「0」である電流検出値の3相和がずれることで系統間短絡を検出できる。
特開2011−152027号公報 特開2014−176229号公報
しかし、モータ巻線を介さない短絡電流はパルス状となるため、PWM出力の電位差が発生している瞬間に電流を検出しない限り故障を捉える事ができないという問題がある。例えば下流シャント方式の場合、ロウ出力期間の中間地点で電流検出を行ってA/D変換するのが一般的であるが、系統間の電位差がないので短絡電流が捉えられない。このため、第1系統のPWMパルスと第2系統のPWMパルスに電位差が発生している短い期間内で電流値をA/Dする必要が生じ、主制御装置であるマイクロコンピュータ(CPU)の負荷が増大する。
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、主制御装置の処理負荷を増大させることなく系統間短絡を検出できる電子制御装置及びその制御方法を提供することにある。
本発明の電子制御装置は、第1系統、第2系統の多相巻線組を有するモータを駆動する電子制御装置であって、前記第1系統、前記第2系統の多相巻線組の相毎に設置されて、選択的にオン/オフ制御される上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子を有する第1系統、第2系統のインバータ回路を備える電子制御装置において、前記第1系統のインバータ回路における全相の上アームスイッチ素子または下アームスイッチ素子をオンにして、前記第2系統のインバータ回路における全相の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子をオンにした状態で、前記第2系統のインバータ回路の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子を流れる電流値に基づいて、前記第1系統と前記第2系統間の通電異常の有無を判定する事を特徴とする。
また、本発明の電子制御装置の制御方法は、第1系統、第2系統の多相巻線組を有するモータを駆動する電子制御装置の制御方法であって、前記第1系統、前記第2系統の多相巻線組の相毎に設置されて、選択的にオン/オフ制御される上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子を有する第1系統、第2系統のインバータ回路を備える電子制御装置の制御方法において、前記第1系統のインバータ回路における全相の上アームスイッチ素子または下アームスイッチ素子をオンにして、前記第2系統のインバータ回路における全相の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子をオンにするステップと、前記第2系統のインバータ回路の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子を流れる電流値を検出するステップと、検出した電流値に基づいて、前記第1系統と前記第2系統間の通電異常の有無を判定するステップとを具備する事を特徴とする。
本発明では、第1系統のインバータ回路における全相の上アームスイッチ素子(または下アームスイッチ素子)をオンにして第1の巻線組に高電位を与え(または低電位状態に制御し)、且つ第2系統のインバータ回路における全相の下アームスイッチ素子(または上アームスイッチ素子)をオンにして第2の巻線組を低電位状態に制御し(または高電位を与え)、第2系統のインバータ回路の下アームスイッチ素子(または上アームスイッチ素子)を流れる電流値に基づいて第1、第2系統間の通電異常の有無を検出するので、主制御装置の処理負荷を増大させることなく系統間短絡を検出できる。
本発明の第1の実施形態に係る電子制御装置の構成例を示す回路図である。 図1における第1系統のインバータ回路とその電流検出回路の構成例を示す回路図である。 図1における第2系統のインバータ回路とその電流検出回路の構成例を示す回路図である。 図1における第1、第2の相電位検出回路の構成例を示す回路図である。 図1乃至図4に示した電子制御装置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である。 本発明の第1の実施形態に係る電子制御装置の制御方法の一部を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る電子制御装置の制御方法の一部を示すフローチャートである。 従来と本発明における第1、第2系統のPWM信号を比較して示す波形図である。 図1における第1系統のインバータ回路とその電流検出回路の他の構成例を示す回路図である。 図1における第2系統のインバータ回路とその電流検出回路の他の構成例を示す回路図である。 本発明の第2の実施形態に係る電子制御装置における第1系統のインバータ回路とその電流検出回路の構成例を示す回路図である。 本発明の第2の実施形態に係る電子制御装置における第2系統のインバータ回路とその電流検出回路の構成例を示す回路図である。 本発明の第2の実施形態に係る電子制御装置の制御方法の一部を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る電子制御装置の制御方法の一部を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る電子制御装置における第1系統のインバータ回路とその電流検出回路の他の構成例を示す回路図である。 本発明の第2の実施形態に係る電子制御装置における第2系統のインバータ回路とその電流検出回路の他の構成例を示す回路図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1乃至図4はそれぞれ、本発明の第1の実施形態に係る電子制御装置の構成例を示しており、図5はこの電子制御装置が適用されるEPS装置の概略構成を示している。まず、EPS装置について簡単に説明し、続いてこのEPS装置において操舵力をアシストする多相モータを制御する電子制御装置を説明する。
図5に示すように、EPS装置は、ステアリングホイール10、操舵トルク検出センサ11、アシスト用の多相モータ12、及びこの多相モータ12を制御する電子制御装置13などを含んで構成されている。また、ステアリングシャフト14を内包するステアリングコラム15内には、上記操舵トルク検出センサ11及び減速機16が設けられている。
そして、運転者がステアリング操作を行う際に、ステアリングシャフト14に発生する操舵トルクを操舵トルク検出センサ11によって検出し、操舵トルク信号S1と車速信号S2などに基づいて、電子制御装置13で多相モータ12を駆動制御することにより、多相モータ12から車両の走行状態に応じた操舵アシスト力を発生させる。これによって、ステアリングシャフト14の先端に設けられたピニオンギア17が回転すると、ラック軸18が進行方向左右に水平移動することで、運転者のステアリング操作が車輪(タイヤ)19に伝達されて車両の向きを変える。
次に、本発明の第1の実施形態に係る電子制御装置について図1乃至図4により詳しく説明する。図1に示す如く、多相(本例では3相)モータ12は、第1、第2の巻線組(第1系統、第2系統の多相巻線組)12a,12bを有する。第1の巻線組12aはU相巻線Ua、V相巻線Va及びW相巻線Waを備え、第2の巻線組12bはU相巻線Ub、V相巻線Vb及びW相巻線Wbを備え、それぞれの巻線組12a,12bが電子制御装置13の第1系統の駆動回路21aと第2系統の駆動回路21bで個別に駆動可能に構成されている。3相モータ12のロータ12dには角度センサ12eが設置されており、この角度センサ12eで検出されたロータ12dの回転角に対応する信号(角度検出信号)S13が、マイクロコンピュータ(CPU)20に入力されるようになっている。
第1系統の駆動回路21aは、インバータ回路22a、このインバータ回路22aのドライバ23a、コンデンサ24a、電源リレー(半導体リレー)25a、この電源リレー25aのドライバ26a及び電流検出回路27aなどを含んで構成される。この駆動回路21aは、マイクロコンピュータ20によって制御される。このマイクロコンピュータ20は、故障を検出する診断装置としても機能する。本例では、駆動回路21aと3相モータ12のU相巻線Ua、V相巻線Va及びW相巻線Waとの間の駆動ライン(通電経路)1U,1V,1Wに、通電遮断素子として働く相リレー28U,28V,28Wが設けられている。
インバータ回路22aの電源ライン37aは、電源リレー25aを介してバッテリ(電源)BAに接続される。電源ライン37aと接地点間には、コンデンサ24aが接続されている。コンデンサ24aは、バッテリBAからインバータ回路22aへの電力供給を補助するとともに、サージ電流などのノイズ成分を除去する。電源リレー25aには、寄生ダイオードDaを有するNチャネル型MOSFETを用いている。
ドライバ23aは、インバータ回路22aにおけるU相、V相及びW相を駆動する上アームスイッチ素子(上流側駆動素子)にそれぞれ対応するH側ドライバ部と、下アームスイッチ素子(下流側駆動素子)にそれぞれ対応するL側ドライバ部を備えている。各H側ドライバ部の出力端にはそれぞれ、上アームスイッチ素子の制御端が接続され、マイクロコンピュータ20により選択的にオン/オフ制御される。また、各L側ドライバ部の出力端にはそれぞれ、下アームスイッチ素子の制御端が接続され、マイクロコンピュータ20により選択的にオン/オフ制御される。更に、ドライバ26aの出力端には、電源リレー25aとして働くNチャネル型MOSFETのゲートが接続され、マイクロコンピュータ20により選択的にオン/オフ制御される。
インバータ回路22aの出力は、駆動ライン1U,1V,1Wから、相リレー28U,28V,28Wとして働くNチャネル型MOSFETのドレイン・ソース間を介して、巻線組12aのU相巻線Ua、V相巻線Va及びW相巻線Waにそれぞれ供給される。図示しないが、これら相リレー28U,28V,28Wは、マイクロコンピュータ20によって選択的にオン/オフ制御され、インバータ回路22aと巻線組12a間の通電と遮断を行う。相リレー28U,28V,28Wとして働くMOSFETには、ソースからドレインに向かって順方向の寄生ダイオードが形成されている。
上記U相の駆動ライン1UとバッテリBA間には、駆動ライン1Uに中間電位を印加して保持する電位印加回路として働くプルアップ抵抗6aが接続される。プルアップ抵抗6aは、バッテリBAの電圧と接地電位との中間電位をU相の駆動ライン1Uに印加するようになっている。ここでは、U相の駆動ライン1Uにプルアップ抵抗6aを接続する例を代表的に示すが、V相の駆動ライン1VやW相の駆動ライン1Wに接続しても良い。各駆動ライン1U,1V,1Wの相電位は、相電位検出回路4aによって検出され、マイクロコンピュータ20に入力される。
また、第2系統の駆動回路21bも同様であり、インバータ回路22b、このインバータ回路22bのドライバ23b、コンデンサ24b、電源リレー(半導体リレー)25b、この電源リレー25bのドライバ26b及び電流検出回路27bなどを含んで構成される。この駆動回路21bは、マイクロコンピュータ20によって制御される。駆動回路21bと3相モータ12のU相巻線Ub、V相巻線Vb及びW相巻線Wbとの間の駆動ライン(通電経路)2U,2V,2Wには、通電遮断素子として働く相リレー29U,29V,29Wが設けられている。
インバータ回路22bの電源ライン37bは、電源リレー25bを介してバッテリBAに接続される。電源ライン37bと接地点間には、コンデンサ24bが接続されている。コンデンサ24bは、バッテリBAからインバータ回路22bへの電力供給を補助するとともに、サージ電流などのノイズ成分を除去する。電源リレー25bには、寄生ダイオードDbを有するNチャネル型MOSFETを用いている。
ドライバ23bは、インバータ回路22bにおけるU相、V相及びW相を駆動する上アームスイッチ素子(上流側駆動素子)にそれぞれ対応するH側ドライバ部と、下アームスイッチ素子(下流側駆動素子)にそれぞれ対応するL側ドライバ部を備えている。各H側ドライバ部の出力端にはそれぞれ、上アームスイッチ素子の制御端が接続され、マイクロコンピュータ20により選択的にオン/オフ制御される。また、各L側ドライバ部の出力端にはそれぞれ、下アームスイッチ素子の制御端が接続され、マイクロコンピュータ20により選択的にオン/オフ制御される。更に、ドライバ26bの出力端には、電源リレー25bとして働くNチャネル型MOSFETのゲートが接続され、マイクロコンピュータ20により選択的にオン/オフ制御される。
インバータ回路22bの出力は、駆動ライン2U,2V,2Wから、相リレー29U,29V,29Wとして働くNチャネル型MOSFETのドレイン・ソース間を介して、巻線組12bのU相巻線Ub、V相巻線Vb及びW相巻線Wbにそれぞれ供給される。図示しないが、これら相リレー29U,29V,29Wは、相リレー28U,28V,28Wと同様にマイクロコンピュータ20によって選択的にオン/オフ制御され、インバータ回路22bと巻線組12b間の通電と遮断を行う。相リレー29U,29V,29Wとして働くMOSFETには、ソースからドレインに向かって順方向の寄生ダイオードが形成されている。
上記U相の駆動ライン2UとバッテリBA間には、駆動ライン2Uに中間電位を印加して保持する電位印加回路として働くプルアップ抵抗6bが接続される。プルアップ抵抗6bは、バッテリBAの電圧と接地電位との中間電位をU相の駆動ライン2Uに印加するようになっている。ここでは、U相の駆動ライン2Uにプルアップ抵抗6bを接続する例を代表的に示すが、V相の駆動ライン2VやW相の駆動ライン2Wに接続しても良い。各駆動ライン2U,2V,2Wの相電位は、相電位検出回路4bによって検出され、マイクロコンピュータ20に入力される。
主制御装置であるマイクロコンピュータ20には、EPS装置から操舵トルク信号S1及び車速信号S2が入力される。また、電子制御装置13の電流検出回路27a,27bの検出信号S3〜S8、及び相電位検出回路4a,4bで検出した相電位に対応する信号S9a〜S11a,S9b〜S11bなどが入力される。更に、3相モータ12に設けられた角度センサ12eから角度検出信号S13が入力される。マイクロコンピュータ20は、上記信号S3〜S8,S9a〜S11a,S9b〜S11b,S12a,S12bなどに基づいて、巻線組12a,12b間やインバータ回路22a,22b間に短絡異常が発生していないか診断を行う。そして、短絡異常が発生していない場合には、信号S1,S2,S13などに基づいて、駆動回路21a,21bを制御して3相モータ12を駆動することにより、車両の走行状態に応じたステアリングアシスト力を発生させる。
図2は、図1におけるインバータ回路22aと電流検出回路27aの構成例を示している。インバータ回路22aは、駆動ライン1U,1V,1Wを介して3相モータ12のU相巻線Ua、V相巻線Va及びW相巻線Waをそれぞれ相毎に駆動する3組のスイッチ素子を備えた3相ブリッジ回路構成である。本例では、各スイッチ素子がNチャネル型MOSFET31〜36で構成されている。電流検出回路27aは、電流検出素子として働く電流検出抵抗38a〜40aとこれら電流検出抵抗38a〜40aで検出した電圧(3相ブリッジ回路を流れる電流にそれぞれ対応する)をそれぞれ増幅するバッファ47a〜49aとで構成されている。
MOSFET31,32は、電源ライン37aと電流検出抵抗38aの一端間にドレイン・ソース間が直列接続され、共通接続点に駆動ライン1Uの一端が接続される。MOSFET33,34は、電源ライン37aと電流検出抵抗39aの一端間にドレイン・ソース間が直列接続され、共通接続点に駆動ライン1Vの一端が接続される。また、MOSFET35,36は、電源ライン37aと電流検出抵抗40aの一端間にドレイン・ソース間が直列接続され、共通接続点に駆動ライン1Wの一端が接続されている。
各電流検出抵抗38a〜40aの他端は電源のマイナス側端子に接続されて接地され、これら電流検出抵抗38a〜40aで検出された電圧は、バッファ47a〜49aにそれぞれ入力される。各バッファ47a〜49aの出力は、インバータ回路22aを流れる電流に対応する検出信号S3〜S5(U相電流検出値Uai、V相電流検出値Vai及びW相電流検出値Waiに対応する)としてマイクロコンピュータ20に入力される。
なお、各MOSFET31〜36におけるソース・ドレイン間に順方向に接続されているダイオードD1〜D6は寄生ダイオードである。
図3は、図1におけるインバータ回路22bと電流検出回路27bの構成例を示している。インバータ回路22bは、インバータ回路22aと同一回路構成であり、駆動ライン2U,2V,2Wを介して3相モータ12のU相巻線Ub、V相巻線Vb及びW相巻線Wbをそれぞれ相毎に駆動する3組のスイッチ素子を備えた3相ブリッジ回路構成である。ここでも各スイッチ素子はNチャネル型MOSFET41〜46で構成されている。また、電流検出回路27bは、電流検出回路27aと同様に、電流検出抵抗38b〜40bとこれら電流検出抵抗38b〜40bで検出した電圧(3相ブリッジ回路を流れる電流にそれぞれ対応する)をそれぞれ増幅するバッファ47b〜49bとで構成されている。
MOSFET41,42は、電源ライン37bと電流検出抵抗38bの一端間にドレイン・ソース間が直列接続され、共通接続点に駆動ライン2Uの一端が接続される。MOSFET43,44は、電源ライン37bと電流検出抵抗39bの一端間にドレイン・ソース間が直列接続され、共通接続点に駆動ライン2Vの一端が接続される。また、MOSFET45,46は、電源ライン37bと電流検出抵抗40bの一端間にドレイン・ソース間が直列接続され、共通接続点に駆動ライン2Wの一端が接続されている。
各電流検出抵抗38b〜40bの他端は接地され、これら電流検出抵抗38b〜40bで検出された電圧は、バッファ47b〜49bにそれぞれ供給される。各バッファ47b〜49bの出力は、インバータ回路22bを流れる電流に対応する検出信号S6〜S8(U相電流検出値Ubi、V相電流検出値Vbi及びW相電流検出値Wbiに対応する)としてマイクロコンピュータ20に入力される。
なお、各MOSFET41〜46におけるソース・ドレイン間に順方向に接続されているダイオードD7〜D12は寄生ダイオードである。
図4は、図1における相電位検出回路4a,4bの構成例を示している。この相電位検出回路4a,4bは、インバータ回路22a,22bから巻線組12a,12bへの駆動ライン1U,1V,1W及び2U,2V,2Wの電位を相毎に検出するものである。相電位検出回路4a,4bは、各駆動ラインと接地点間にそれぞれ直列接続された抵抗R1,R2、抵抗R3,R4、抵抗R5,R6、抵抗R7,R8、抵抗R9,R10及び抵抗R11,R12で構成される。
そして、抵抗R1とR2との接続点、抵抗R3とR4との接続点及び抵抗R5とR6との接続点の電位が、巻線組12aのU相巻線Ua、V相巻線Va及びW相巻線Waの検出電位に対応する信号S9a〜S11aとしてマイクロコンピュータ20へ入力される。また、抵抗R7とR8との接続点、抵抗R9とR10との接続点及び抵抗R11とR12との接続点の電位が、巻線組12bのU相巻線Ub、V相巻線Vb及びW相巻線Wbの検出電位に対応する信号S9b〜S11bとしてマイクロコンピュータ20へ入力される。
次に、上記図1乃至図4に示した電子制御装置の故障診断動作を図6及び図7のフローチャートにより説明する。この故障診断動作は、3相モータ12の制御中に所定の時間間隔(例えばmsec単位)で起動して実行するもので、概略次のようなものである。すなわち、第1系統のキャリアの位相を第2系統のキャリアに対して反転させてインバータ回路22aを駆動するPWM信号(反転させた制御信号パルス)を生成する。換言すれば、第1系統と第2系統のキャリアをずらしておき、他系統が全相ハイで自系統である電流検出側が全相ロウのときに電流検出(検出した電流値のA/D変換)を行う。
従来は、図8(a)に示すように、第1系統のPWM信号と第2系統のPWM信号で電位差が発生している期間Δt1,Δt2に電流値をA/D変換する必要があり、主制御装置の負荷が増大する要因となっていた。これに対し、本発明では、図8(b)に示すように、第1系統のキャリアの位相を反転させている。このようにすると、第1系統のハイ出力の全相ハイの中間時点t0と、第2系統の全相ロウ出力の中間時点t0が重なるような形になるので、このタイミングでは電流が第1系統から第2系統に流れ込んでいるはずである。また、制御で良く使う電流検出のA/D変換のタイミングもこの中間時点t0なので、同じタイミングで電流を検出して3相和をチェックすれば、正常なのか異常なのかが分かる。このような診断動作を実行することにより、マイクロコンピュータ20の処理負荷を増大させることなく系統間短絡を検出できる。
診断動作では、第1系統のインバータ回路22aにおける全相の上アームスイッチ素子であるMOSFET31,33,35をオンにして第1の巻線組12aに高電位を与え、且つ第2系統のインバータ回路22bにおける全相の下アームスイッチ素子であるMOSFET42,44,46をオンにして第2の巻線組12bを低電位状態に制御する。この状態で、第2系統のインバータ回路22bの下アームスイッチ素子であるMOSFET42,44,46を流れる電流値を電流検出回路27bで検出し、3相和が所定値以上である場合に、第1、第2系統間に通電異常があると判定する。
また、第2系統のインバータ回路22bに対しても、第1系統のインバータ回路22aと同様な診断動作を実行する。
一方、通常動作時には、第1系統の駆動回路21aと第2系統の駆動回路21bから3相モータ12に通電電流が供給され、これらの電流を加算したシステムトータルの通電電流値で駆動される。第1、第2の駆動回路21a,21bを用いる通常アシスト状態では、マイクロコンピュータ20は、ドライバ23a,23bにPWM信号を出力する。また、ドライバ26a,26bに、電源リレー25a,25bをオンさせる信号を出力する。ドライバ23a,23b中の各H側ドライバとL側ドライバはそれぞれ、PWM信号に基づいて、第1、第2系統のインバータ回路22a,22b中の各MOSFET31〜36,41〜46のゲートにそれぞれPWM信号に基づく駆動信号を供給して選択的にオン/オフ制御する。
そして、3相モータ12を駆動ライン1U,1V,1Wを介して駆動回路21aで3相駆動するとともに、駆動ライン2U,2V,2Wを介して駆動回路21bで3相駆動する。この際、操舵トルク信号S1と車速信号S2などに基づいてPWM信号のデューティを可変し、3相モータ12の出力トルクを制御することでアシスト力を変化させる。
また、第1系統と第2系統で同時に故障検出することで、両方の系統が動作停止するのを防止するため、下記のような判定手順を実行する。まず、図6に示すように、第1系統の動作が停止しているか否か判定し(ステップST1)、停止していれば第1系統の停止遷移カウンタC1の計数値C1aに「+1」し(ステップST2)、停止していなければ第2系統の動作が停止しているか否か判定する(ステップST3)。
ステップST3で、第2系統の動作が停止していると判定されると、第2系統の停止遷移カウンタC2の計数値C2bに「+1」し(ステップST4)、停止していなければ第2系統の停止遷移カウンタC2の計数値C2bが0または5か否か判定する(ステップST5)。
ステップST5で、計数値C2bが0または5であると判定された場合には、第1系統の電流検出回路27aにおけるU相電流検出値Uai、V相電流検出値Vai及びW相電流検出値Waiの和が5A(5アンペア)以下か、すなわち「Uai+Vai+Wai≦5A」を判定する(ステップST6)。そして、「Uai+Vai+Wai≦5A」であれば第1系統の異常カウンタC3をクリアし(ステップST7)、「Uai+Vai+Wai>5A」であれば第1系統の異常カウンタC3の計数値C3aに「+1」する(ステップST8)。ステップST7で第1系統の異常カウンタC3をクリアした後は、図7のステップST12に移動し、第1系統の停止遷移カウンタC1の計数値C1aが0または5か否か判定する。
ステップST9では、第1系統の異常カウンタC3の計数値C3aが「C3a≧5」か否か判定し、「C3a≧5」であれば第1系統の動作を停止させる(ステップST10)。第1系統の動作停止は、例えばインバータ回路22aの各MOSFET31〜36をオフ状態にすることで、インバータ回路22aの出力をハイインピーダンス状態にする。「C3a<5」であれば、ステップST12に移動する。
上記ステップST5で、計数値C2bが0または5でないと判定された場合には、第1系統の異常カウンタC3をクリアし、図7のステップST13に移動する(ステップST11)。
ステップST12では、第1系統の停止遷移カウンタC1の計数値C1aが0または5か否か判定し、計数値C1aが0または5であると判定された場合には、第2系統の電流検出回路27bにおけるU相電流検出値Ubi、V相電流検出値Vbi及びW相電流検出値Wbiの和が5A(5アンペア)以下か、すなわち「Ubi+Vbi+Wbi≦5A」を判定する(ステップST13)。そして、「Ubi+Vbi+Wbi≦5A」であれば第2系統の異常カウンタC4をクリアして終了する(ステップST14)。
一方、「Ubi+Vbi+Wbi>5A」であれば、第2系統の異常カウンタC4の計数値C4bを「+1」する(ステップST15)。ステップST16では、第2系統の異常カウンタC4の計数値C4bが「C4b≧5」か否か判定し、「C4b≧5」であれば第2系統の動作を停止させてから終了し(ステップST17)、「C4b<5」であればそのまま終了する。第2系統の動作停止は、例えばインバータ回路22bの各MOSFET41〜46をオフ状態にすることで、インバータ回路22bの出力をハイインピーダンス状態にする。
上記ステップST12で、計数値C1aが0または5でないと判定された場合には、第2系統の異常カウンタC4をクリアして終了する(ステップST18)。
マイクロコンピュータ20は、ステップST10で第1系統の動作が停止されると、インバータ回路22aのMOSFET31〜36を全てオフ状態にして出力をハイインピーダンス状態に固定し、第2系統の駆動回路21bによるモータ制御動作を実行する。あるいは相リレー28U,28V,28Wをオフ状態にして、インバータ回路22aから巻線組12aに駆動電流が供給されないようにする。
これに対し、ステップST17で第2系統の動作が停止されたことを検知すると、インバータ回路22bのMOSFET41〜46を全てオフ状態にして出力をハイインピーダンス状態に固定し、第1系統の駆動回路21aによるモータ制御動作を実行する。あるいは相リレー29U,29V,29Wをオフ状態にして、インバータ回路22bから巻線組12bに駆動電流が供給されないようにする。
一方の駆動回路21aまたは21bによる操舵アシスト力は、両駆動回路による操舵アシスト力に対して半減するもののアシスト動作を継続することができるので、アシストが急停止することによる安全性の低下を抑制できる。
なお、通電異常があると判定された場合は、他方の系統の電流値に基づく通電異常判定を一定期間だけ停止する。すなわち、第2系統のインバータ回路22aにおける全相の上アームスイッチ素子であるMOSFET31,33,35をオンにして高電位状態に制御し、且つ前記第1系統の全相の下アームスイッチ素子であるMOSFET42,44,46をオンにして低電位状態に制御し、診断を所定期間停止させるようにしても良い。ここで、所定期間とは、相手側のインバータ回路の動作が停止して、電流が流れなくなるまでの時間である。換言すれば、他系統の故障が確定したら自系統の故障の確定には一定時間待ち、電流が流れなくなってから自系統の故障か否かを確定すると良い。
これは、第1系統と第2系統それぞれのロウ出力の中間で検出した電流値をA/D変換する形になるので、ゲート間短絡しているとタイミングによって両方向に電流が流れ、それぞれ故障検出してしまうので、両系統を止めるのではなく、まず一系統が不良と分かったら、もう一系統は待機状態にする。そして、第1系統と第2系統それぞれの電流値を検出し、短絡していれば第1系統から第2系統へ電流が流れ、第2系統から第1系統へも電流が流れるので、両側で異常が観測されたときだけゲート間短絡と判断してどちらか一方を止める。
図9及び図10はそれぞれ、図2及び図3に示した第1、第2系統のインバータ回路22a,22bとこれらの電流検出回路27a,27bの他の構成例を示している。図2及び図3は、インバータ回路22a,22bと接地点間に電流検出回路27a,27bをそれぞれ設けた下流シャント方式であった。これに対し、図9及び図10は電源ライン37a,37bとインバータ回路22a,22b間に電流検出回路27a,27bをそれぞれ設けた上流シャント方式になっている。他の基本的な構成は図2及び図3と同様であるので、同一部分に同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
図9及び図10に示す上流シャント方式では、電流検出のタイミングが下流シャント方式と逆になるだけであり、基本的には同様な動作を行い、実質的に同じ作用効果が得られる。
上述したように、本発明の第1の実施形態に係る電子制御装置及びその制御方法では、第1系統のキャリアの位相を反転させてインバータ回路を駆動するPWM信号を生成するようにしたので、系統間短絡時の異常電流を確実に捉えることができる。また、電流検出してA/D変換するタイミングは、通電制御用のA/D変換(ロウ出力期間の中央値)と共用できるので、マイクロコンピュータの処理負荷の増大を最小限に抑えることができる。更に、検出した電流の3相和が異常となった系統の出力をハイインピーダンス状態とすれば、系統間短絡状態でも、その系統への電流の流出入はなくなり、残りの系統の通電制御に支障を与えることはないので、継続してモータ制御動作が可能となる。
従って、主制御装置の処理負荷を増大させることなく系統間短絡を検出できる電子制御装置及びその制御方法を提供できる。
[第2の実施形態]
図11及び図12はそれぞれ、本発明の第2の実施形態に係る電子制御装置について説明するためのもので、図1における第1、第2系統のインバータ回路22a,22bとこれらの電流検出回路27a,27bの構成例を示す回路図である。本第2の実施形態では、電流検出回路27aを電流検出抵抗38a、バッファ47a及びピークホールド回路50aで構成し、電流検出回路27bを電流検出抵抗38b、バッファ47b及びピークホールド回路50bで構成している。
すなわち、図11に示すように、第1系統のインバータ回路22aは図2と同様な構成であり、このインバータ回路22aと接地点間に電流検出抵抗38aが接続されている。電流検出抵抗38aで検出された電圧は、バッファ47aに入力される。バッファ47aの出力は、インバータ回路22aを流れる電流に対応する検出信号S3としてマイクロコンピュータ20に入力されるとともに、ピークホールド回路50aに入力され、ピーク値が検出信号S4としてマイクロコンピュータ20に入力される。
図12に示すように、第2系統のインバータ回路22bも図11と同様な構成であり、このインバータ回路22bと接地点間に電流検出抵抗38bが接続されている。電流検出抵抗38bで検出された電圧は、バッファ47bに入力される。バッファ47bの出力は、インバータ回路22bを流れる電流に対応する検出信号S5としてマイクロコンピュータ20に入力されるとともに、ピークホールド回路50bに入力され、ピーク値が検出信号S6としてマイクロコンピュータ20に入力される。
次に、上記図11及び図12に示した電子制御装置の故障診断動作を図13及び図14のフローチャートにより説明する。本第2の実施形態に係る制御方法による故障診断動作は、第1の実施形態と同様に、3相モータの制御中に所定の時間間隔(例えばmsec単位)で起動して実行する。
診断動作は、第1系統のインバータ回路22aにおける全相の上アームスイッチ素子であるMOSFET31,33,35をオンにして第1の巻線組12aに高電位を与え、且つ第2系統のインバータ回路22bにおける全相の下アームスイッチ素子であるMOSFET42,44,46をオンにして第2の巻線組12bを低電位状態に制御する。この状態で、第2系統のインバータ回路22bの上アームスイッチ素子であるMOSFET41,43,45と下アームスイッチ素子であるMOSFET42,44,46を流れる電流値を電流検出回路27bで検出し、1Nシャント電流検出値が所定値以上である場合に、第1、第2系統間に通電異常があると判定する。
まず、第1系統の動作が停止しているか否か判定し(ステップST21)、停止していれば第1系統の停止遷移カウンタC1の計数値C1aに「+1」し(ステップST22)、停止していなければ第2系統の動作が停止しているか否か判定する(ステップST23)。
ステップST23で、停止していると判定されれば、第2系統の停止遷移カウンタC2の計数値C2bに「+1」し(ステップST24)、停止していなければ第2系統の停止遷移カウンタC2の計数値C2bが0または5か否か判定する(ステップST25)。
ステップST25で、計数値C2bが0または5であると判定された場合には、第1系統の電流検出回路27aにおける電流検出値(1Nシャント電流検出値)が100A(100アンペア)以下か否かを判定する(ステップST26)。そして、100A以下であれば第1系統の異常カウンタC3をクリアし(ステップST27)、100A以下でなければ第1系統の異常カウンタC3の計数値C3aを「+1」する(ステップST28)。ステップST27で第1系統の異常カウンタC3をクリアした後は、図14のステップST32に移動し、第1系統の停止遷移カウンタC1の計数値C1aが0または5か否か判定する。
ステップST29では、第1系統の異常カウンタC3の計数値C3aが「C3a≧5」か否か判定し、「C3a≧5」であれば第1系統の動作を停止させる(ステップST30)。「C3a≧5」でなければ、ステップST32に移動する。
上記ステップST25で、計数値C2bが0または5でないと判定された場合には、第1系統の異常カウンタC3をクリアし、図14のステップST33に移動する(ステップST31)。
ステップST32では、第1系統の停止遷移カウンタC1の計数値C1aが0または5か否か判定し、計数値C1aが0または5であると判定された場合には、第2系統の電流検出回路27bにおける電流検出値(1Nシャント電流検出値)が100A(100アンペア)以下か否かを判定する(ステップST33)。そして、100A以下であれば第2系統の異常カウンタC4をクリアして終了する(ステップST34)。
一方、100A以下でなければ、第2系統の異常カウンタC4の計数値C4bを「+1」する(ステップST35)。ステップST36では、第2系統の異常カウンタC4の計数値C4bが「C4b≧5」か否か判定し、「C4b≧5」であれば第2系統の動作を停止させてから終了し(ステップST37)、「C4b<5」であればそのまま終了する。
上記ステップST32で、計数値C1aが0または5でないと判定された場合には、第2系統の異常カウンタC4をクリアして終了する(ステップST38)。
マイクロコンピュータ20は、ステップST30で第1系統の動作が停止されると、インバータ回路22aのMOSFET31〜36を全てオフ状態にして出力をハイインピーダンス状態に固定し、第2系統の駆動回路21bによるモータ制御動作を実行する。あるいは相リレー28U,28V,28Wをオフ状態にして、インバータ回路22aから巻線組12aに駆動電流が供給されないようにする。
これに対し、ステップST37で第2系統の動作が停止されたことを検知すると、インバータ回路22bのMOSFET41〜46を全てオフ状態にして出力をハイインピーダンス状態に固定し、第1系統の駆動回路21aによるモータ制御動作を実行する。あるいは相リレー29U,29V,29Wをオフ状態にして、インバータ回路22bから巻線組12bに駆動電流が供給されないようにする。
一方の駆動回路21aまたは21bによる操舵アシスト力は、両駆動回路による操舵アシスト力に対して半減するもののアシスト動作を継続することができるので、アシストが急停止することによる安全性の低下を抑制できる。
図15及び図16はそれぞれ、図11及び図12に示した第1、第2系統のインバータ回路22a,22bとこれらの電流検出回路27a,27bの他の構成例を示している。図11及び図12は、インバータ回路22a,22bと接地点間に電流検出回路27a,27bをそれぞれ設けた下流シャント方式であった。これに対し、図15及び図16は電源ライン37a,37bとインバータ回路22a,22b間に電流検出回路27a,27bをそれぞれ設けた上流シャント方式になっている。他の基本的な構成は図11及び図12と同様であるので、同一部分に同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
図15及び図16に示す上流シャント方式では、電流検出のタイミングが下流シャント方式と逆になるだけであり、基本的には同様な動作を行い、実質的に同じ作用効果が得られる。
上述したように本発明の第2の実施形態に係る電子制御装置の制御方法であっても、第1の実施形態と実質的に同じ作用効果が得られる。
なお、本発明は上述した第1、第2の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
<変形例1>
電子制御装置をEPS装置に適用する場合を例に取って説明したが、EPS装置に限らず、ステアバイワイヤなどの2系統(複数系統)のインバータ回路で多相モータを駆動する他の様々な装置やシステムに用いることができる。
<変形例2>
また、1つのマイクロコンピュータで2系統のインバータ回路を制御する場合を説明したが、インバータ回路毎に独立したマイクロコンピュータを設けて制御するようにしても良い。
<変形例3>
更に、各インバータ回路とモータの巻線との間に相リレーが設けられた電子制御装置を例に取って説明したが、相リレーを持たない電子制御装置にも適用可能である。また、相リレー用の半導体素子が各相に1つ設けられている場合を例に示したが、寄生ダイオードが互いに逆方向となるように2つの半導体素子を配置した相リレーを備える場合にも適用可能である。
<変形例4>
また、第1系統のインバータ回路における上アームスイッチ素子に対するキャリアを反転させ、反転させた制御信号パルスの中央値を第2系統のインバータ回路における全相の低電位区間の中央値に近づけるようにしたが、キャリアをずらさなくても、この条件が成立するタイミングがあれば良い。例えば3相モータ12における巻線組12aと12bの巻線位相を略180degずらしても実質的に同じ作用効果が得られる。巻線位相を略180degずらすと電圧の位相が逆になるので、第1系統の電圧が広がったときに、第2系統の電圧が狭まるので、電流検出のタイミングが広がることになる。
<変形例5>
また、各インバータ回路のスイッチ素子がMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の場合を例に取ったが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの他の半導体素子でも同様に適用可能である。
ここで、上述した実施形態から把握し得る技術思想について、以下に記載する。
電子制御装置は、その一つの態様において、第1系統、第2系統の多相巻線組を有するモータを駆動する電子制御装置であって、前記第1系統、前記第2系統の多相巻線組の相毎に設置されて、選択的にオン/オフ制御される上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子を有する第1系統、第2系統のインバータ回路を備える電子制御装置において、前記第1系統のインバータ回路における全相の上アームスイッチ素子または下アームスイッチ素子をオンにして、前記第2系統のインバータ回路における全相の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子をオンにした状態で、前記第2系統のインバータ回路の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子を流れる電流値に基づいて、前記第1系統と前記第2系統間の通電異常の有無を判定する事を特徴とする。
前記電子制御装置の好ましい態様において、更に、前記第2系統のインバータ回路における全相の上アームスイッチ素子または下アームスイッチ素子をオンにして、前記第1系統のインバータ回路における全相の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子をオンにした状態で、前記第1系統のインバータ回路の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子を流れる電流値に基づいて、前記第1系統、前記第2系統間の通電異常の有無を判定する事を特徴とする。
別の好ましい態様では、前記第1系統のインバータのスイッチ素子に対するPWMキャリア信号の位相と、前記第2系統のインバータのスイッチ素子に対するPWMキャリア信号の位相の差が、略180degである。
更に別の好ましい態様では、前記第1系統の多相巻線組と、前記第2系統の多相巻線組が、電気角で略180degの位相差を持つように配置される。
更に別の好ましい態様では、各系統毎に少なくとも1相の下アームスイッチ素子から電源のマイナス側端子の間に電流検出素子が設置されている。
更に別の好ましい態様では、各系統毎に各相の下アームスイッチ素子から電源のマイナス側端子の間に電流検出素子が設置されている。
更に別の好ましい態様では、各系統毎に少なくとも1相の上アームスイッチ素子から電源のプラス側端子の間に電流検出素子が設置されている。
更に別の好ましい態様では、各系統毎に各相の上アームスイッチ素子から電源のマイナス側端子の間に電流検出素子が設置されている。
更に別の好ましい態様では、各系統毎の少なくとも1相において、上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子の接続点からモータ巻線の間に電流検出素子が設置されている。
更に別の好ましい態様では、各系統毎に各相の、上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子の接続点からモータ巻線の間に電流検出素子が設置されている。
更に別の好ましい態様では、通電異常があると判定された場合には、第1系統、第2系統いずれかのインバータの全相の上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子をオフ制御する。
更に別の好ましい態様では、通電異常があると判定された場合には、異常電流を検出した系統のインバータの全相の上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子をオフ制御する。
更に別の好ましい態様では、一方の系統の電流値に基づき通電異常と判定した際には、他方の系統の電流値に基づく通電異常判定を一定期間だけ停止する。
前記電子制御装置の好ましい態様において、前記多相モータは、電動パワーステアリング装置用、またはステアバイワイヤ用である。
別の観点から、ある態様において、電子制御装置の制御方法は、第1系統、第2系統の多相巻線組を有するモータを駆動する電子制御装置の制御方法であって、前記第1系統、前記第2系統の多相巻線組の相毎に設置されて、選択的にオン/オフ制御される上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子を有する第1系統、第2系統のインバータ回路を備える電子制御装置の制御方法において、前記第1系統のインバータ回路における全相の上アームスイッチ素子または下アームスイッチ素子をオンにして、前記第2系統のインバータ回路における全相の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子をオンにするステップと、前記第2系統のインバータ回路の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子を流れる電流値を検出するステップと、検出した電流値に基づいて、前記第1系統と前記第2系統間の通電異常の有無を判定するステップとを具備する事を特徴とする。
別の好ましい態様では、前記第1系統と前記第2系統間の通電異常の有無を判定するステップは、前記検出した電流値が所定値以上、または全相の和が所定値以上である場合に、前記第1、第2系統間に通電異常があると判定する事を特徴とする。
1U,1V,1W,2U,2V,2W…駆動ライン、4a,4b…相電位検出回路、6a,6b…プルアップ抵抗、12…3相モータ(多相モータ)、12a,12b…巻線組、13…電子制御装置、20…マイクロコンピュータ(主制御装置)、21a,21b…駆動回路、22a,22b…インバータ回路、23a,23b…ドライバ、25a,25b…電源リレー、27a,27b…電流検出回路、28U,28V,28W,29U,29V,29W…相リレー、31〜36,41〜46…MOSFET

Claims (7)

  1. 第1系統、第2系統の多相巻線組を有するモータを駆動する電子制御装置であって、前記第1系統、前記第2系統の多相巻線組の相毎に設置されて、選択的にオン/オフ制御される上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子を有する第1系統、第2系統のインバータ回路を備える電子制御装置において、
    前記第1系統のインバータ回路における全相の上アームスイッチ素子または下アームスイッチ素子をオンにして、前記第2系統のインバータ回路における全相の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子をオンにした状態で、前記第2系統のインバータ回路の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子を流れる電流値に基づいて、前記第1系統と前記第2系統間の通電異常の有無を判定する事を特徴とする電子制御装置。
  2. 請求項1の電子制御装置において、
    更に、前記第2系統のインバータ回路における全相の上アームスイッチ素子または下アームスイッチ素子をオンにして、前記第1系統のインバータ回路における全相の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子をオンにした状態で、前記第1系統のインバータ回路の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子を流れる電流値に基づいて、前記第1系統、前記第2系統間の通電異常の有無を判定する事を特徴とする電子制御装置。
  3. 請求項1または2の電子制御装置において、
    前記下アームスイッチ素子または前記上アームスイッチ素子を流れる電流値が所定値以上の場合に、通電異常があると判定する事を特徴とする電子制御装置。
  4. 請求項1または2の電子制御装置において、
    系統毎の、前記下アームスイッチ素子を流れる電流値の全相の和が所定値以上の場合、または前記上アームスイッチ素子を流れる電流値の全相の和が所定値以上の場合に、通電異常があると判定する事を特徴とする電子制御装置。
  5. 請求項1乃至4いずれか1項の電子制御装置において、
    前記多相モータは、電動パワーステアリング装置用、またはステアバイワイヤ用である事を特徴とする電子制御装置。
  6. 第1系統、第2系統の多相巻線組を有するモータを駆動する電子制御装置の制御方法であって、前記第1系統、前記第2系統の多相巻線組の相毎に設置されて、選択的にオン/オフ制御される上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子を有する第1系統、第2系統のインバータ回路を備える電子制御装置の制御方法において、
    前記第1系統のインバータ回路における全相の上アームスイッチ素子または下アームスイッチ素子をオンにして、前記第2系統のインバータ回路における全相の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子をオンにするステップと、
    前記第2系統のインバータ回路の下アームスイッチ素子または上アームスイッチ素子を流れる電流値を検出するステップと、
    検出した電流値に基づいて、前記第1系統と前記第2系統間の通電異常の有無を判定するステップと
    を具備する事を特徴とする電子制御装置の制御方法。
  7. 請求項6の電子制御装置の制御方法において、
    前記第1系統と前記第2系統間の通電異常の有無を判定するステップは、前記検出した電流値が所定値以上、または全相の和が所定値以上である場合に、前記第1、第2系統間に通電異常があると判定する事を特徴とする電子制御装置の制御方法。
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