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JP7205352B2 - 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Description

本発明は、回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
従来、回転電機を制御する回転電機制御装置が知られている。例えば特許文献1では、他系統の電源リレーに係る電源リレー情報を取得し、他系統の状態を監視している。
特開2018-129996号公報
特許文献1では、他系統の電源リレー情報に基づいて他系統の状態を監視することで、駆動モードを決定している。ここで、例えばマイコン間通信と他系統の電源リレー情報を監視する監視回路が多重故障した場合、双方が片系統駆動になる、あるいは、双方が駆動停止する、といった具合に、意図通りではない駆動モードが選択される虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転電機の駆動を適切に制御可能な回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明の回転電機制御装置は、モータ巻線(180、280)を有するモータ(80)の駆動を制御するものであって、複数のインバータ部(120、220)と、相互に通信可能な複数の制御回路部(150、250)と、を備える。インバータ部は、モータ巻線の通電を切り替える。制御回路部は、対応して設けられるインバータ部を制御する駆動制御部(151、251)、および、異常を監視する異常監視部(155、255)を有する。
それぞれの制御回路部に対応して設けられるインバータ部を含む部品の組み合わせを系統とし、自身の制御回路部に係る系統を自系統、他の制御回路部に係る系統を他系統とする。異常監視部は、取得される複数の異常情報に基づいて自系統および他系統の異常を監視する。駆動制御部は、特定された異常状態に応じて制御モードを変更する。
それぞれの系統には、自系統に異常が生じた場合にモータ巻線への通電を遮断する遮断部(122、222)、および、他系統の遮断部である他系統遮断部の状態を他系統の制御回路部を介さずに取得する他系統遮断部監視回路(139、239)が設けられる。異常情報には、制御回路部間の通信の状態に係る通信異常情報、および、他系統遮断部の状態に係る他系統遮断部情報が含まれる。駆動制御部は、制御回路部間の通信が異常となったタイミング、および、他系統遮断部情報が異常となったタイミングに応じ、制御モードを変更する。これにより、異常状態に応じて、モータの駆動を適切に制御することができる。
一実施形態によるステアリングシステムの概略構成図である。 一実施形態による駆動装置の断面図である。 図2のIII-III線断面図である。 一実施形態によるECUを示すブロック図である。 一実施形態による電源リレーを説明する回路図である。 一実施形態によるマイコン間通信故障判定処理を説明するフローチャートである。 一実施形態による他系統リレー情報判定処理を説明するフローチャートであある。 一実施形態による駆動モード選択処理を説明するフローチャートである。 一実施形態による駆動モードの選択を説明するタイムチャートである。 一実施形態による駆動モードの選択を説明するタイムチャートである。
(一実施形態)
一実施形態を図1~図11に示す。図1に示すように、回転電機制御装置としてのECU10は、回転電機であるモータ80の駆動を制御するものであって、モータ80とともに、例えば車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置8に適用される。
図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム90の構成を示す。ステアリングシステム90は、操舵部材であるステアリングホイール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、および、電動パワーステアリング装置8等を備える。
ステアリングホイール91は、ステアリングシャフト92と接続される。ステアリングシャフト92には、操舵トルクを検出するトルクセンサ94が設けられる。トルクセンサ94は、第1センサ部194および第2センサ部294を有しており、各々自身の故障検出ができるセンサが二重化されている。ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。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が連結される。
運転者がステアリングホイール91を回転させると、ステアリングホイール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によってラック軸97の直線運動に変換される。一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
電動パワーステアリング装置8は、モータ80、モータ80の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える動力伝達部としての減速ギア89、および、ECU10等を備える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、所謂「コラムアシストタイプ」であるが、モータ80の回転をラック軸97に伝える所謂「ラックアシストタイプ」等としてもよい。本実施形態では、ステアリングシャフト92が「駆動対象」に対応する。
図1、図2、図3および図4に示すように、モータ80は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、電源としてのバッテリ101、201から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア89を正逆回転させる。モータ80は、3相ブラシレスモータであって、ロータ860およびステータ840を有する。
モータ80は、巻線組としての第1モータ巻線180および第2モータ巻線280を有する。モータ巻線180、280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]ずらしてキャンセル巻きされる。これに応じて、モータ巻線180、280には、位相φが30[deg]ずれた相電流が通電されるように制御される。通電位相差を最適化することで、出力トルクが向上する。また、6次のトルクリプルを低減することができ、騒音、振動の低減することができる。また、電流も分散されることで発熱が分散、平準化されるため、各センサの検出値やトルク等、温度依存の系統間誤差を低減可能であるとともに、通電可能な電流量を増やすことができる。
以下、第1モータ巻線180の通電制御に係る第1インバータ部120および第1制御回路部150等の組み合わせを第1系統L1、第2モータ巻線280の通電制御に係る第2インバータ部220および第2制御回路部250等の組み合わせを第2系統L2とする。また、第1系統L1に係る構成を主に100番台で付番し、第2系統L2に係る構成を主に200番台で付番する。また、第1系統L1および第2系統L2において、同様または類似の構成には、下2桁が同じとなるように付番する。以下適宜、「第1」を添え字の「1」、「第2」を添え字の「2」として記載する。
駆動装置40は、モータ80の軸方向の一方側にECU10が一体的に設けられており、いわゆる「機電一体型」であるが、モータ80とECU10とは別途に設けられていてもよい。ECU10は、モータ80の出力軸とは反対側において、シャフト870の軸Axに対して同軸に配置されている。ECU10は、モータ80の出力軸側に設けられていてもよい。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ECU10とモータ80とを効率的に配置することができる。
モータ80は、ステータ840、ロータ860、および、これらを収容するハウジング830等を備える。ステータ840は、ハウジング830に固定されており、モータ巻線180、280が巻回される。ロータ860は、ステータ840の径方向内側に設けられ、ステータ840に対して相対回転可能に設けられる。
シャフト870は、ロータ860に嵌入され、ロータ860と一体に回転する。シャフト870は、軸受835、836により、ハウジング830に回転可能に支持される。シャフト870のECU10側の端部は、ハウジング830からECU10側に突出する。シャフト870のECU10側の端部には、マグネット875が設けられる。
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、および、ケース834の開口側に設けられるフロントフレームエンド838を有する。ケース834とフロントフレームエンド838とは、ボルト等により互いに締結されている。リアフレームエンド837には、リード線挿通孔839が形成される。リード線挿通孔839には、モータ巻線180、280の各相と接続されるリード線185、285が挿通される。リード線185、285は、リード線挿通孔839からECU10側に取り出され、基板470に接続される。
ECU10は、カバー460、カバー460に固定されているヒートシンク465、ヒートシンク465に固定されている基板470、および、基板470に実装される各種の電子部品等を備える。カバー460は、外部の衝撃から電子部品を保護したり、ECU10の内部への埃や水等の浸入を防止したりする。カバー460は、カバー本体461、および、コネクタ部103、203が一体に形成される。コネクタ部103、203は、カバー本体461と別体であってもよい。コネクタ部103、203の端子463は、図示しない配線等を経由して基板470と接続される。コネクタ数および端子数は、信号数等に応じて適宜変更可能である。コネクタ部103、203は、駆動装置40の軸方向の端部に設けられ、モータ80と反対側に開口する。
基板470は、例えばプリント基板であり、リアフレームエンド837と対向して設けられる。基板470には、2系統分の電子部品が系統ごとに独立して実装されており、完全冗長構成をなしている。本実施形態では、1枚の基板470に電子部品が実装されているが、複数枚の基板に電子部品を実装するようにしてもよい。
基板470の2つの主面のうち、モータ80側の面をモータ面471、モータ80と反対側の面をカバー面472とする。図3に示すように、モータ面471には、インバータ部120を構成するスイッチング素子121、インバータ部220を構成するスイッチング素子221、角度センサ126、226、カスタムIC135、235等が実装される。角度センサ126、226は、マグネット875の回転に伴う磁界の変化を検出可能なように、マグネット875と対向する箇所に実装される。
カバー面472には、コンデンサ128、228、インダクタ129、229、および、制御回路部150、250を構成するマイコン等が実装される。図3では、制御回路部150、250を構成するマイコンについて、それぞれ「150」、「250」を付番した。コンデンサ128、228は、バッテリ101、201から入力された電力を平滑化する。また、コンデンサ128、228は、電荷を蓄えることで、モータ80への電力供給を補助する。コンデンサ128、228、および、インダクタ129、229は、フィルタ回路を構成し、バッテリを共用する他の装置から伝わるノイズを低減するとともに、駆動装置40からバッテリを共用する他の装置に伝わるノイズを低減する。なお、図3中には図示を省略しているが、電源リレー122、222、モータリレー125、225、および、電流センサ127、227等についても、モータ面471またはカバー面472に実装される。
図4に示すように、ECU10は、インバータ部120、220、および、制御回路部150、250等を備える。図中等、適宜、「制御回路部」を、「マイコン」と記載する。ECU10には、コネクタ部103、203が設けられる。第1コネクタ部103には、第1電源端子105、第1グランド端子106、第1IG端子107、第1通信端子108、および、第1トルク端子109が設けられる。
第1電源端子105は、図示しないヒューズを経由して第1バッテリ101に接続される。第1電源端子105を経由して第1バッテリ101の正極から供給された電力は、電源リレー122、インバータ部120、および、モータリレー125を経由して、第1モータ巻線180に供給される。第1グランド端子106は、ECU10の内部の第1系統のグランドである第1グランドGND1と、ECU10の外部の第1系統のグランドである第1外部グランドGB1とに接続される。車のシステムにおいては金属ボデーが共通のGNDプレーンとなっており、第1外部グランドGB1はGNDプレーン上の接続ポイントの1つを示し、第2バッテリ201の負極もこのGNDプレーン上の接続ポイントに接続される。
第1IG端子107は、イグニッションスイッチ等である車両の始動スイッチと連動してオンオフ制御される第1スイッチを経由して第1バッテリ101の正極と接続される。第1IG端子107を経由して第1バッテリ101から供給された電力は、第1カスタムIC135に供給される。第1カスタムIC135には、第1ドライバ回路136、第1回路電源137、図示しないマイコン監視モニタ、および、図示しない電流モニタアンプ等が含まれる。
第1通信端子108は、第1車両通信回路111と、第1車両通信網195とに接続される。第1車両通信網195と第1制御回路部150とは、第1車両通信回路111を経由して、送受信が可能に接続される。また、第1車両通信網195と第2制御回路部250とは、受信のみ可能に接続され、第2制御回路部250が故障しても、第1制御回路部150を含む第1車両通信網195に影響がないように構成される。
第1トルク端子109は、トルクセンサ94の第1センサ部194と接続される。第1センサ194の検出値は、第1トルク端子109および第1トルクセンサ入力回路112を経由して、第1制御回路部150に入力される。ここで第1センサ194および第1制御回路部150は、このトルクセンサ入力回路系の故障が検出されるように構成される。
第2コネクタ部203には、第2電源端子205、第2グランド端子206、第2IG端子207、第2通信端子208、および、第2トルク端子209が設けられる。第2電源端子205は、図示しないヒューズを経由して第2バッテリ201の正極に接続される。第2電源端子205を経由して第2バッテリ201から供給された電力は、電源リレー222、インバータ部220、および、モータリレー225を経由して、第2モータ巻線280に供給される。第2グランド端子206は、ECU10の内部の第2系統のグランドである第2グランドGND2と、ECU10の外部の第2系統のグランドである第2外部グランドGB2とに接続される。車のシステムにおいては金属ボデーが共通のGNDプレーンとなっており、第2外部グランドGB2はGNDプレーン上の接続ポイントの1つを示し、さらに、第2バッテリ201の負極もこのGNDプレーン上の接続ポイントに接続される。ここで、少なくとも異なった系統は、GNDプレーン上の同一の接続ポイントに接続しないよう構成される。
第2IG端子207は、車両の始動スイッチと連動してオンオフ制御される第2スイッチを経由して第2バッテリ201の正極と接続される。第2IG端子207を経由して第2バッテリ201から供給された電力は、第2カスタムIC235に供給される。第2カスタムIC235には、第2ドライバ回路236、第2回路電源237、図示しないマイコン監視モニタ、および、図示しない電流モニタアンプ等が含まれる。
第2通信端子208は、第2車両通信回路211と、第2車両通信網295とに接続される。第2車両通信網295と第2制御回路部250とは、第2車両通信回路211を経由して、送受信が可能に接続される。また、第2車両通信網295と第1制御回路部150とは、受信のみ可能に接続し、第1制御回路部150が故障しても、第2制御回路部250を含む第2車両通信網295に影響がないように構成される。
第2トルク端子209は、トルクセンサ94の第2センサ部294と接続される。第2センサ294の検出値は、第2トルク端子209および第2トルクセンサ入力回路212を経由して、第2制御回路部250に入力される。ここで第2センサ294および第2制御回路部250は、このトルクセンサ入力回路系の故障が検出されるように構成される。
図4では、通信端子108、208は、それぞれ別途の車両通信網195、295に接続されているが、同一の車両通信網に接続されてもよい。また、図4では、車両通信網195、295として、CAN(Controller Area Network)を例示しているが、CAN-FD(CAN with Flexible Data rate)やFlexRay等、どのような規格のものでもよい。
第1インバータ部120は、スイッチング素子121を有する3相インバータであって、第1モータ巻線180の電力を変換する。第2インバータ部220は、スイッチング素子221を有する3相インバータであって、第2モータ巻線280の電力を変換する。
第1電源リレー122は、第1電源端子105と第1インバータ部120との間に設けられる。第1モータリレー125は、第1インバータ部120と第1モータ巻線180との間の各相に設けられる。第2電源リレー222は、第2電源端子205と第2インバータ部220との間の各相に設けられる。第2モータリレー225は、第2インバータ部220と第2モータ巻線280との間に設けられる。
本実施形態では、スイッチング素子121、221、電源リレー122、222、および、モータリレー125、225は、いずれもMOSFETであるが、IGBT等の他の素子を用いてもよい。図5に示すように、第1電源リレー122をMOSFETのように寄生ダイオードを有する素子で構成する場合、寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように2つの素子123、124を直列に接続することが望ましい。第2電源リレー222も同様であるので図示を省略する。これにより、バッテリ101、201が誤って逆向きに接続された場合に、逆向きの電流が流れるのを防ぐことができる。電源リレー122、222は、メカリレーであってもよい。
図4に示すように、第1スイッチング素子121、第1電源リレー122および第1モータリレー125は、第1制御回路部150によりオンオフ作動が制御される。第2スイッチング素子221、第2電源リレー222および第2モータリレー225は、第2制御回路部250によりオンオフ作動が制御される。
第1角度センサ126は、モータ80の回転角を検出し、検出値を第1制御回路部150に出力する。第2角度センサ226は、モータ80の回転角を検出し、検出値を第2制御回路部250に出力する。ここで、第1角度センサ126と第1制御回路部150、および第2角度センサ226と第2制御回路部250は、各々の角度センサ入力回路系の故障が検出されるように構成される。
第1電流センサ127は、第1モータ巻線180の各相に通電される電流を検出する。第1電流センサ127の検出値は、カスタムIC135内の増幅回路にて増幅され、第1制御回路部150に出力される。第2電流センサ227は、第2モータ巻線280の各相に通電される電流を検出する。第2電流センサ227の検出値は、カスタムIC235内の増幅回路にて増幅され、第2制御回路部250に出力される。
第1ドライバ回路136は、第1制御回路部150からの制御信号に基づき、第1スイッチング素子121、第1電源リレー122および第1モータリレー125を駆動する駆動信号を各素子に出力する。第2ドライバ回路236は、第2制御回路部250からの制御信号に基づき、第2スイッチング素子221、第2電源リレー222および第2モータリレー225を駆動する駆動信号を各素子に出力する。
制御回路部150、250は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しない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。制御回路部150、250における各処理は、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であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。ここで、第1制御回路部150、および第2制御回路部250は、例えばロックドステップデュアルマイコン等を使用し、各々の自身の故障が検出されるように構成される。
第1制御回路部150は、駆動制御部151、および、異常監視部155を有する。駆動制御部151は、第1スイッチング素子121のオンオフ作動を制御することで、第1モータ巻線180の通電を制御する。駆動制御部151は、第1電源リレー122および第1モータリレー125のオンオフ作動を制御する。
異常監視部155は、第1カスタムIC135とともに、自系統である第1系統L1の異常の監視を行う。自系統を停止すべき異常が生じた場合、第1制御回路部150は、第1インバータ部120、第1電源リレー122および第1モータリレー125のいずれか1つ以上をオフにする。
第2制御回路部250は、駆動制御部251、および、異常監視部255を有する。駆動制御部251は、第2スイッチング素子221のオンオフ作動を制御することで、第2モータ巻線280の通電を制御する。駆動制御部251は、第2電源リレー222および第2モータリレー225のオンオフ作動を制御する。
異常監視部255は、第2カスタムIC235とともに、自系統である第2系統L2の異常の監視を行う。自系統を停止すべき異常が生じた場合、第2制御回路部250は、第2インバータ部220、第2電源リレー222および第2モータリレー225のいずれか1つ以上をオフにする。
異常監視部155は、第2制御回路部250との通信状態、および、第2系統L2の動作状態を監視する。第2系統L2の動作状態の監視方法として第2系統L2の異常を検出したときに自系統を停止する回路(例えば、第2インバータ部220、第2電源リレー222、および第2モータリレー225)または信号線302のうち、少なくとも1つの状態を監視し、非常停止しているか否かを判断する。本実施形態では、第2ドライバ回路236から第2電源リレー222に出力される第2リレーゲート信号Vrg2を取得する他系統リレー監視回路139が設けられ、第2リレーゲート信号Vrg2に基づいて第2電源リレー222の状態を監視する。以下、他系統リレー監視回路から取得される情報を「他系統リレー情報」、他系統リレー情報に基づいて他系統の動作状態を監視することを「他系統リレー監視」、監視されるリレーを「他系統リレー」という。また、他系統リレーがオンされているべきタイミングにて、他系統リレーがオフである旨の情報が取得された場合、「他系統リレー情報が異常である」とする。
異常監視部255は、第1制御回路部150との通信状態、および、第1系統L1の動作状態を監視する。第1系統L1の動作状態の監視方法として第1系統L1の異常を検出した時ときに自系統を停止する回路(例えば、第1インバータ部120、第1電源リレー122、および第1モータリレー125)または信号線301のうち、少なくとも1つの状態を監視し、非常停止しているか否かを判断する。本実施形態では、第1ドライバ回路136から第1電源リレー122に出力される第1リレーゲート信号Vrg1を取得する他系統リレー監視回路239が設けられ、第1リレーゲート信号Vrg1に基づいて第1電源リレー122の状態を監視する。リレーゲート信号に替えて、電源リレー122を構成する2つの素子123、124間の中間電圧、制御回路部150から出力されるリレー駆動信号、または、電源リレー122とインバータ部120との間のリレー後電圧を用いて他系統監視を行ってもよい。第1制御回路部150での第2系統L2の監視についても同様である。
第1制御回路部150と第2制御回路部250とは、信号線301、302で接続され、マイコン間通信にて相互に情報を送受信可能である。信号線301は、第1制御回路部150が出力側、第2制御回路部250が入力側である。信号線302は、第2制御回路部250が出力側、第1制御回路部150が入力側である。すなわち信号線301、302は、入出力の向きが反対である。
本実施形態では、他系統リレー状態、および、マイコン間通信の情報に基づき、他系統の異常を監視している。また、故障発生の順番や、故障検出タイミングに応じ、異常状態を特定し、モータ駆動処置を変更している。以下、自系統監視により、自系統マイコンは正常であるものとして説明する。また、他系統リレー状態を示すフラグを他系統リレー異常フラグFLG_R、マイコン間通信の状態を示すフラグをマイコン間通信状態フラグFLG_Mとする。他系統リレー異常フラグFLG_Rおよびマイコン間通信状態フラグFLG_Mには、正常である場合の「正常」、異常検出中であって異常確定前の「検出中」、イニシャルチェックにて故障が確定している場合の「イニシャル故障」、通常制御中に故障が確定した場合の「通常時故障」の4パターンが存在する。
マイコン間通信故障判定処理を図6のフローチャートに基づいて説明する。図6~図8で説明する各処理は、いずれも制御回路部150、250にて所定の周期で実行される。各処理の制御周期は同じでもよいし、異なっていてもよい。ここでは、第1制御回路部150での処理について説明する。第2制御回路部250での処理は、自系統を第2系統L2とし、他系統を第1系統L1と読み替えれば、第1制御回路部150での処理と同様であるので、説明を省略する。以下、ステップS101の「ステップ」を省略し、単に記号「S」を記す。
S101では、異常監視部155は、マイコン間通信異常が生じているか否かを判断する。マイコン間通信の異常は、通信途絶、信号の上限値または下限値への張り付き等により判定される。マイコン間通信異常が検出されていないと判断された場合(S101:NO)、S102へ移行する。制御回路部150は、S102にて、マイコン間通信異常カウンタCNT_Mをリセットし、S103にて、マイコン間通信状態フラグFLG_Mを「正常」にする。マイコン間通信異常が検出されたと判断された場合(S101:YES)、S104へ移行する。
S104では、異常監視部155は、マイコン間通信状態フラグFLG_Mを「検出中」とし、マイコン間通信異常カウンタCNT_Mをインクリメントする。S105では、異常監視部155は、マイコン間通信異常カウンタCNT_Mが、マイコン間通信異常確定閾値M_thより大きいか否かを判断する。マイコン間通信異常カウンタCNT_Mがマイコン間通信異常確定閾値M_th以下であると判断された場合(S105:NO)、S101へ戻る。マイコン間通信異常カウンタCNT_Mがマイコン間通信異常確定閾値M_thより大きいと判断された場合(S105:YES)、S106へ移行する。
S106では、異常監視部155は、イニシャルチェック中か否かを判断する。イニシャルチェックは、イグニッションスイッチ等の車両の始動スイッチがオンされたとき等、モータ80の駆動制御を開始する前に実施される。イニシャルチェック中であると判断された場合(S106:YES)、S107へ移行し、マイコン間通信状態フラグFLG_Mを「イニシャル故障」とする。イニシャルチェック中でないと判断された場合(S106:NO)、S108へ移行し、マイコン間通信状態フラグFLG_Mを「通常時故障」とする。
他系統リレー情報判定処理を図7のフローチャートに基づいて説明する。S201では、異常監視部155は、他系統リレー情報の異常が検出されたか否かを判断する。例えば、他系統リレー情報として取得される電圧が、正常範囲外である場合、他系統リレー情報が異常であると判定する。他系統リレー情報の異常が検出されていないと判断された場合(S201:NO)、S202へ移行する。異常監視部155は、S202にて、他系統リレー異常カウンタCNT_Rをリセットし、他系統リレー異常フラグを「正常」にする。他系統リレー情報の異常が検出されたと判断された場合(S201:YES)、S204へ移行する。
S204では、異常監視部155は、他系統リレー異常フラグFLG_Rを「検出中」とし、他系統リレー異常カウンタCNT_Rをインクリメントする。S205では、異常監視部155は、他系統リレー異常カウンタCNT_Rが他系統リレー異常確定閾値R_thより大きいか否かを判断する。他系統リレー異常カウンタCNT_Rが他系統リレー異常確定閾値R_th以下であると判断された場合(S205:NO)、S201へ戻る。他系統リレー異常カウンタCNT_Rが他系統リレー異常確定閾値R_thより大きいと判断された場合(S205:YES)、S206へ移行する。
S206では、異常監視部155は、S106と同様、イニシャルチェック中か否かを判断する。イニシャルチェック中であると判断された場合(S206:YES)、S207へ移行し、他系統リレー異常フラグFLG_Rを「イニシャル故障」とする。イニシャルチェック中ではないと判断された場合(S206:NO)、S208へ移行し、他系統リレー異常フラグFLG_Rを「通常時故障」とする。
駆動モード選択処理を図8のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、モータ80の駆動制御中に所定の周期で実行される処理であって、正常であれば、電源リレー122、222がオンされている。ここでは、自系統を第1系統L1とし、制御回路部150および第1系統L1の駆動系が正常であるものとする。図8中、各フラグのイニシャル故障を「INIT」、通常時故障を「通常時」と記載する。
S301では、異常監視部155は、他系統リレー異常フラグFLG_Rがイニシャル故障か否か判断する。他系統リレー異常フラグFLG_Rがイニシャル故障であると判断された場合(S301:YES)、S302へ移行し、他系統リレー監視回路139の異常と特定する。駆動制御部151は、自系統を用いたモータ80の駆動制御を停止する。以下適宜、自系統を用いた制御を停止することを、「自系統制御停止」とする。他系統リレー異常フラグFLG_Rがイニシャル故障ではないと判断された場合(S301:NO)、S303へ移行する。
S303では、異常監視部155は、マイコン間通信状態フラグFLG_Mがイニシャル故障か否かを判断する。マイコン間通信状態フラグFLG_Mがイニシャル故障であると判断された場合(S303:YES)、S304へ移行し、マイコン間通信異常と特定する。駆動制御部151は、第2系統L2の情報を用いない独立駆動にてモータ80の駆動を制御する。マイコン間通信状態フラグFLG_Mがイニシャル故障ではないと判断された場合(S303:NO)、S305へ移行する。
S305では、異常監視部155は、マイコン間通信状態フラグFLG_Mが通常時故障か否か判断する。マイコン間通信状態フラグFLG_Mが通常時故障ではないと判断された場合(S305:NO)、S311へ移行する。マイコン間通信状態フラグFLG_Mが通常時故障であると判断された場合(S305:YES)、S306へ移行する。
S306では、異常監視部155は、マイコン間通信状態フラグFLG_Mの「通常時故障」がセットされたタイミングと、他系統リレー異常フラグFLG_Rの「通常時故障」がセットされたタイミングが同時か否かを判断する。ここで、「同時」とは、第2制御回路部250の異常が生じたときに、マイコン間通信が停止するタイミングと、電源リレー222がオフされるタイミングとのずれに応じた程度の時間差は許容され、同時とみなす。
マイコン間通信状態フラグFLG_Mの「通常時故障」と、他系統リレー異常フラグFLG_Rの「通常時故障」とが同時にセットされたと判断された場合(S306:YES)、S307へ移行する。S307では、異常監視部155は、通信異常および他系統停止が同時に発生しており、第2制御回路部250の異常等による他系統停止と特定する。駆動制御部151は、自系統にてモータ巻線180への通電を制御することでモータ80を駆動する片系統駆動とする。片系統駆動では、単に一方の系統を停止し、独立駆動と同様に制御してもよいし、停止した系統分の出力を補うべく、ゲインや定格を高めてもよい。
マイコン間通信状態フラグFLG_Mの「通常時故障」と、他系統リレー異常フラグFLG_Rの「通常時故障」とが同時にセットされていないと判断された場合(S306:NO)、S308へ移行する。なお、マイコン間通信状態フラグFLG_Mの「通常時故障」がセットされるよりも先行して他系統リレー異常フラグFLG_Rの「通常時故障」がセットしている場合、および、他系統リレー異常フラグFLG_Rがセットされていない場合、S306にて否定判断される。
S308では、異常監視部155は、他系統リレー情報に基づき、他系統リレーがオフされているか否かを判断する。他系統リレーがオフされてると判断された場合(S308:NO)、S309へ移行し、他系統リレーがオンされていると判断された場合(S308:NO)、S310へ移行する。
S309では、マイコン間通信異常が発生したタイミングと、他系統リレーがオフされたタイミングとが異なっているので、異常監視部155は、二重故障が発生したと特定する。駆動制御部151、251は、モータ80の駆動を停止する。S310では、異常監視部155は、マイコン間通信異常が生じていると特定する。駆動制御部151は、独立駆動にてモータ80の駆動を制御する。
マイコン間通信および他系統リレーにイニシャル異常が生じておらず、かつ、マイコン間通信状態フラグFLG_Mが「通常時故障」ではないと判断された場合(S305:NO)に移行するS311では、異常監視部155は、他系統リレー情報に基づき、他系統リレーがオフされているか否かを判断する。他系統リレーがオンであると判断された場合(S311:NO)、S315へ移行し、ECU10が正常であると特定する。駆動制御部151は、通常制御によりモータ80の駆動を制御する。通常制御は、制御回路部150、250間の通信にて共有した情報を用いた協調制御とする。他系統リレーがオフであると判断された場合(S311:YES)、S312へ移行する。
S312では、マイコン間通信が正常であるので、異常監視部155は、マイコン間通信の情報に基づき、他系統が駆動停止しているか否かを判断する。他系統が駆動停止していると判断された場合(S312:YES)、S313へ移行する。他系統が駆動停止していないと判断された場合(S312:NO)、S314へ移行する。
S313では、異常監視部155は、他系統における何らかの異常により他系統が停止していると特定する。駆動制御部151は、自系統にてモータ巻線180への通電を制御することでモータ80を駆動する片系統駆動とする。
S314では、他系統駆動中であるにも関わらず、他系統リレー情報にて他系統リレーオフが検出されているので、異常監視部155は、他系統リレー監視回路139の異常と特定する。他系統リレー監視回路139が異常であっても、モータ80の駆動制御への影響はないので、駆動制御部151は、通常制御を継続する。また、異常監視部155は、他系統リレー異常フラグFLG_Rを「通常時故障」をセットする。
本実施形態の駆動モードの選択を図9および図10のタイムチャートに基づいて説明する。図9および図10では、共通時間軸を横軸とし、上段にマイコン間通信状態フラグFLG_M、下段に他系統リレー異常フラグFLG_Rを記載した。
図9に示すように、時刻x11まではマイコン間通信状態フラグFLG_Mおよび他系統リレー異常フラグFLG_Rがともに正常であるので、マイコン間通信にて共有した情報を用いた協調制御により、2系統にてモータ80を駆動する。
時刻x11にて、マイコン間通信状態フラグFLG_Mが「通常時故障」となる。このとき、他系統リレー異常フラグFLG_Rは「正常」のままであるので、マイコン間通信異常と特定する。このとき、マイコン間通信は異常であっても、両系統の駆動系には異常がないので、独立駆動により、2系統にてモータ80を駆動する。
マイコン間通信状態フラグFLG_Mが「通常時故障」となった後の時刻x12にて、他系統リレー異常フラグFLG_Rが「通常時故障」となった場合、マイコン間通信異常に加え、さらに別の異常が他系統にて発生しており、二重故障と特定する。二重故障時には、モータ80の駆動を停止し、システム停止とすることで、三重以上の想定できない多重故障の発生を防ぐことができる。
図10の例では、時刻x21までは、時刻x11まではマイコン間通信状態フラグFLG_Mおよび他系統リレー異常フラグFLG_Rがともに正常であるので、マイコン間通信にて共有した情報を用いた協調制御により、2系統にてモータ80を駆動する。
時刻x21にて、マイコン間通信状態フラグFLG_Mおよび他系統リレー異常フラグFLG_Rが同時に「通常時故障」となっている。この場合、マイコン異常により、他系統の駆動が停止され、かつ、マイコン間通信が停止されていると特定できるので、正常系統の1系統にてモータ80を駆動する。
本実施形態では、マイコン間通信での他系統の状態の監視、および、他系統リレー情報による監視を行うことで、他系統の状態を適切に把握している。さらに、イニシャルでの故障か通常制御中の故障か、また、故障発生タイミングを考慮することで、より適切に故障状態を特定している。これにより、故障状態に応じた適切な制御を選択することができる。また、故障状態の誤判定による両系統停止や、両系統での出力アップによる過剰出力等の意図しない制御状態になるのを防ぐことができる。
以上説明したように、本実施形態のECU10は、モータ巻線180、280を有するモータ80の駆動を制御するものであって、複数のインバータ部120、220と、相互に通信可能な複数の制御回路部150、250と、を備える。インバータ部120、220は、モータ巻線180、280の通電を切り替える。制御回路部150、250は、対応して設けられるインバータ部120、220を制御する駆動制御部、および、異常を監視する異常監視部155、255を有する。
制御回路部150、250に対応して設けられるインバータ部120、220を含む部品の組み合わせを系統とし、自身の制御回路部に係る系統を自系統、他の制御回路部に係る系統を他系統とする。異常監視部155、255は、複数の異常情報に基づいて自系統および他系統の異常を監視する。駆動制御部151、251は、特定された異常状態に応じて制御モードを変更する。これにより、異常状態に応じて、モータ80の駆動を適切に制御することができる。
それぞれの系統には、自系統に異常が生じた場合にモータ巻線1180、280への通電を遮断する電源リレー122、222、および、他系統の電源リレー222、122の状態を制御回路部150、250に出力する他系統リレー監視回路139、239が設けられる。すなわち、第1制御回路部150は、第1系統L1に異常が生じた場合に電源リレー122を遮断し、第2制御回路部250は、第2系統L2に異常が生じた場合に電源リレー222を監視する。また、第1制御回路部150は、他系統リレー監視回路139から電源リレー222の状態を取得し、第2制御回路部250は、他系統リレー監視回路239から電源リレー122の状態を取得する。異常情報には、制御回路部150、250間の通信の状態に係る通信異常情報、および、他系統リレーの状態に係る他系統リレー情報が含まれる。通信異常情報および他系統リレー情報を組み合わせることで、適切に異常状態を特定することができる。
異常監視部155、255は、制御回路部150、250間の通信が異常となったタイミング、および、他系統リレー情報が異常となったタイミングに応じ、制御モードを変更する。異常検出タイミングを加味することで、異常状態を特定可能であるので、適切な制御モードを選択することができる。
モータ80の駆動中において、制御回路部150、250間の通信異常と、他系統リレーの異常とが同時に検出された場合、他系統の制御回路部の異常であると特定し、他系統での制御を停止するとともに、自系統でのモータ80の駆動を継続する。また、制御回路部150、250間の通信異常と、他系統リレーの異常とが異なるタイミングで検出された場合、複数箇所が重複して故障していると特定し、モータ80の駆動を停止する。これにより、制御回路部150、250自体の異常か、複数箇所の重複故障かを適切に切り分けることができるので、例えば一部の系統での制御継続が可能な状態でのモータ80の駆動停止や、他系統の状態を誤認識することでの不要な出力アップ等、意図しない状態への遷移を防ぐことができる。また、重複故障時にはシステム停止とすることで、さらなる重複故障等の想定しない故障の発生を防ぐことができる。
モータ80の駆動中において、制御回路部150、250間の通信が正常、かつ、他系統リレーが正常である場合、他系統は正常であると特定し、制御回路部150、250間の通信にて共有された情報を用いてモータ80の駆動を複数系統にて制御する協調制御とする。協調制御においては、少なくとも一部の情報、例えば電流制御に係る指令値や制限値、電流検出値等が複数系統にて共通に用いられる。制御回路部150、250間の通信が異常であって、他系統リレーが正常である場合、通信異常であると特定し、他系統の情報を用いずにモータ80の駆動を複数系統にて制御する独立制御とする。これにより、通信が異常であっても、各系統の駆動系が正常であれば、出力を落とすことなくモータ80の駆動を継続することができる。
モータ80の駆動中において、制御回路部150、250間の通信が正常であって、通信にて取得された情報において他系統駆動中であって、他系統リレー情報の異常が検出された場合、他系統リレー監視回路139、239の異常であると特定し、自系統での制御を停止する。他系統監視ができない状態では、制御を停止することで意図しない状態に遷移するのを防ぐことができる。
モータ80の駆動を開始する前のイニシャルチェックにおいて、他系統リレー情報が異常であった場合、他系統リレー監視回路139、239の異常であると特定し、自系統での制御を禁止し、他系統を用いてモータ80を駆動する。また、イニシャルチェックにおいて、制御回路部150、250間の通信が異常である場合、他系統の情報を用いずにモータ80の駆動を複数系統にて制御する独立制御とする。これにより、モータ駆動中かイニシャルからの故障かにより、異常状態を切り分けることで、処置を適切に変更することができる。
電動パワーステアリング装置8は、ECU10と、モータ80と、を備える。制御回路部150、250は、上記構成を備えているので、モータ80の駆動制御に係る一部の構成に異常が生じた場合であっても、適切にモータ80の駆動を継続することができる。また、ECU10および制御回路部150、250は、電動パワーステアリング装置8に適用されているので、モータ80の駆動制御に係る構成の一部に異常が生じた場合であっても、適切に操舵のアシストを継続することができる。
本実施形態では、ECU10が「回転電機制御装置」、モータ80が「回転電機」、電源リレー122、222が「遮断部」、他系統リレー監視回路139、239が「他系統遮断部監視回路」、他系統リレー情報が「他系統遮断部情報」に対応する。上述の通り、遮断部は、インバータ120、220、電源リレー122、222、および、モータリレー125、225の少なくとも1つとしてもよい。また、第1制御回路部150において、第2電源リレー222が「他系統遮断部」に対応し、第2制御回路部250において、第1電源リレー122が「他系統遮断部」に対応する。また、協調制御、独立制御、片系統制御および駆動停止等が「制御モード」に含まれる。
(他の実施形態)
上記実施形態では、異常情報には、通信異常情報および他系統遮断部情報が含まれる。他の実施形態では、異常情報に、通信異常情報および他系統遮断部情報以外の情報を含んでもよい。
上記実施形態では、モータ巻線、インバータ部および制御回路部が2つずつ設けられる。他の実施形態では、巻線組、インバータ部および制御回路部を3つ以上設け、3系統以上としてもよい。また、1つの系統に制御部を複数設ける、あるいは、1つの制御部に対して複数の駆動回路および巻線組を設ける、といった具合に、各系統の部品を複数設けてもよい。また、複数のインバータ部に対して1組のモータ巻線を設けてもよい。
上記実施形態では、回転電機は、3相のブラシレスモータである。他の実施形態では、回転電機は、ブラシレスモータに限らず、どのようなモータとしてもよい。また、回転電機は、モータに限らず、発電機であってもよいし、電動機と発電機の機能を併せ持つ、所謂モータジェネレータであってもよい。上記実施形態では、制御装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、回転電機制御装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
本開示に記載の制御部及びその手法は、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。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明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。
8・・・電動パワーステアリング装置
10・・・ECU(回転電機制御装置)
80・・・モータ(回転電機)
122、222・・・電源リレー(遮断部)
139、239・・・他系統リレー監視回路(他系統遮断部監視回路)
150、250・・・制御回路部
151、251・・・駆動制御部
155、255・・・異常監視部
180、280・・・モータ巻線

Claims (7)

  1. モータ巻線(180、280)を有する回転電機(80)の駆動を制御する回転電機制御装置であって、
    前記モータ巻線の通電を切り替える複数のインバータ部(120、220)と、
    対応して設けられる前記インバータ部を制御する駆動制御部(151、251)、および、異常を監視する異常監視部(155、255)を有し、相互に通信可能な複数の制御回路部(150、250)と、
    を備え、
    それぞれの前記制御回路部に対応して設けられる前記インバータ部を含む部品の組み合わせを系統とし、自身の前記制御回路部に係る系統を自系統、他の前記制御回路部に係る系統を他系統とすると、
    前記異常監視部は、複数の異常情報に基づいて自系統および他系統の異常を監視し、
    前記駆動制御部は、異常状態に応じて制御モードを変更し、
    それぞれの系統には、自系統に異常が生じた場合に前記モータ巻線への通電を遮断する遮断部(122、222)、および、他系統の前記遮断部である他系統遮断部の状態を他系統の前記制御回路部を介さずに取得する他系統遮断部監視回路(139、239)が設けられ、
    前記異常情報には、前記制御回路部間の通信の状態に係る通信異常情報、および、前記他系統遮断部の状態に係る他系統遮断部情報が含まれ、
    前記駆動制御部は、前記制御回路部間の通信が異常となったタイミング、および、前記他系統遮断部情報が異常となったタイミングに応じ、前記制御モードを変更する回転電機制御装置。
  2. 前記回転電機の駆動中において、
    前記制御回路部間の通信異常と前記他系統遮断部の異常とが同時に検出された場合、他系統での制御を停止するとともに、自系統での前記回転電機の駆動制御を継続し、
    前記制御回路部間の通信異常と前記他系統遮断部の異常とが異なるタイミングで検出された場合、前記回転電機の駆動を停止する請求項に記載の回転電機制御装置。
  3. 前記回転電機の駆動中において、
    前記制御回路部間の通信が正常、かつ、前記他系統遮断部が正常である場合、前記制御回路部間の通信にて共有された情報を用いて前記回転電機の駆動を複数系統にて制御する協調制御とし、
    前記制御回路部間の通信が異常であって、前記他系統遮断部が正常である場合、他系統の情報を用いずに前記回転電機の駆動を複数系統にて制御する独立制御とする請求項1または2に記載の回転電機制御装置。
  4. 前記回転電機の駆動中において、
    前記制御回路部間の通信が正常であって、通信にて取得された情報において他系統駆動中であって、前記他系統遮断部情報の異常が検出された場合、前記他系統遮断部監視回路の異常であると特定する請求項のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
  5. 前記回転電機の駆動を開始する前のイニシャルチェックにおいて、前記他系統遮断部情報が異常であった場合、前記他系統遮断部監視回路の異常であると特定し、自系統での制御を禁止し、他系統を用いて前記回転電機を駆動する請求項のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
  6. 前記回転電機の駆動を開始する前のイニシャルチェックにおいて、前記制御回路部間の通信が異常である場合、他系統の情報を用いずに前記回転電機の駆動を複数系統にて制御する独立制御とする請求項のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
  7. 請求項1~のいずれか一項に記載の回転電機制御装置と、
    前記回転電機と、
    を備え、
    前記回転電機の駆動制御に係る構成の一部に異常が生じた場合であっても操舵のアシストを継続可能である電動パワーステアリング装置。
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