JP2005253226A - 車両用ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブラシレスモータ自体は動作可能であるものの、ブラシレスモータの回転検知機能に異常が生じたときに、モータ駆動を継続させ得るようにする。
【解決手段】 ロータ位置の検出機能に異常が生じ、ブラシレスモータが回転中であるときには、予め設定された固定パターンで電磁コイルの電流の向きを順に切り換える制御を行わせ、ブラシレスモータが停止してしまっているときには、駆動信号を低周波から徐々に高周波に切り換えて、ブラシレスモータを起動させる。前記ブラシレスモータの起動処理を所定回数繰り返しても、ブラシレスモータが起動しない場合には、ブラシレスモータ自体又は駆動回路の異常を判断し、ブラシレスモータの駆動を停止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用アクチュエータの動力源としてのブラシレスモータを制御する装置に関し、詳しくは、ブラシレスモータの回転検知機能に異常が生じた場合の制御技術に関する。

特許文献１には、電動パワーステアリング装置として、ブラシレスモータから発生する補助力（アシスト力）を、減速ギヤを介してステアリングシャフトに伝達させ、操舵力を軽減させる構成の開示があり、更に、前記ブラシレスモータ，制御回路の異常時に、ブラシレスモータ駆動回路上のリレーを遮断して電源供給を停止する構成の開示がある。
特開２００３−０２６０２０号公報

ところで、電動パワーステアリング装置の場合、ブラシレスモータの駆動を停止させても操舵は可能であるため、車両走行を継続させることが可能である。
しかし、例えばブラシレスモータを内燃機関用燃料ポンプの動力源として使用する場合には、ブラシレスモータ（燃料ポンプ）の停止によって機関への燃料供給が停止し、車両を安全な場所に移動させることもできなくなってしまうため、ブラシレスモータ自体が動作可能であれば、ロータ位置の検出結果に基づく通常の制御が行なえないとしても、モータ駆動を継続させたいという要求があった。

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、ブラシレスモータ自体は動作可能であるものの、ブラシレスモータの回転検知機能に異常が生じたときに、モータ駆動を継続させ得る車両用ブラシレスモータの制御装置を提供することを目的とする。

そのため請求項１記載の発明は、ブラシレスモータの回転検知機能が異常であるか否かを診断し、回転検知機能が正常であるときには、回転検知の結果に基づき駆動信号を前記ブラシレスモータに出力する一方、回転検知機能が異常であるときには、予め設定されたパターンの駆動信号をブラシレスモータに出力する構成とした。
かかる構成によると、ホール素子（磁気センサ）を用いたロータ位置の検出や、各電磁コイルの電圧又は電流波形に基づくロータ位置の検出などの回転検知機能が正常であれば、回転検知結果に基づき電磁コイルの電流の方向（磁力の向き）を順に切り換える操作によってブラシレスモータを駆動するが、前記回転検知機能に異常が生じると、予め設定されたパターンで電磁コイルの電流方向（磁力の向き）を順に切り換える操作を行なうことでブラシレスモータを駆動する。

従って、回転検知機能に異常が生じても、ブラシレスモータの駆動を継続させることができ、例えば内燃機関用燃料ポンプの動力源として使用されるものであれば、回転検知機能に異常が生じても、ブラシレスモータ自体が動作可能であれば、機関への燃料供給を継続させることができ、車両の退避走行などを可能にできる。
請求項２記載の発明では、回転検知機能の異常時にブラシレスモータが停止したときには、低周波から高周波へと徐々に駆動信号の周波数を変化させる構成とした。

かかる構成によると、回転検知が行なえない状態でブラシレスモータが停止すると、最初は低周波数で電磁コイルの電流方向（磁力の向き）を切り換える操作を行なって、その後徐々に周波数を高くすることで、停止状態から強制的に起動させつつ、ブラシレスモータの回転速度の増大に駆動信号の切り換えパターンを追従変化させる。
従って、停止したブラシレスモータの起動を図りつつ、ブラシレスモータの回転速度を比較的安定させることが可能となる。

請求項３記載の発明では、低周波から高周波へと徐々に駆動信号の周波数を変化させる処理を所定回数だけ繰り返してもブラシレスモータを起動できないときに、駆動信号の出力を停止させる構成とした。
かかる構成によると、低周波から高周波へと徐々に駆動信号の周波数を変化させる起動処理を所定回数だけ繰り返しても、ブラシレスモータを起動させることができない場合には、ブラシレスモータ又は駆動回路の異常であると判断し、駆動信号の出力を停止させる。

従って、ブラシレスモータを起動できない状態において、起動処理が無用に繰り返されることを防止できる。

図１は、本発明に係る車両用ブラシレスモータの制御装置を適用する車両用内燃機関の燃料供給制御装置のシステム構成図である。
この図１において、燃料タンク１には燃料ポンプ２が内蔵され、該燃料ポンプ２は、燃料タンク１内の燃料を吸い込んで加圧し、燃料配管３及び燃料ギャラリ４を介して、内燃機関の気筒毎に設けられる燃料噴射弁５ａ〜５ｄに燃料を供給する。

前記燃料ポンプ２は、動力源としてのブラシレスモータ２ａによってポンプ部２ｂを駆動する構成である。
前記ブラシレスモータ２ａは、ホール素子を用いてロータ位置の検出を行い、該ロータ位置に応じて電磁コイルの電流方向（磁力の向き）を順に切り換える操作を行なうことによって回転が制御されるモータであるが、ホール素子を用いずに各電磁コイルの電圧又は電流の検出によってロータ位置の検出を行なう電流センサ方式又はセンサレスタイプのブラシレスモータであっても良い。

前記燃料噴射弁５ａ〜５ｄは、噴射パルス信号によって間欠的に開弁駆動され、その開弁時間によって噴射量が制御される噴射弁である。
前記燃料ポンプ２（ブラシレスモータ２ａ）は、フューエルポンプコントロールモジュレータ（以下、ＦＰＣＭと略す）６によって駆動される。
前記ＦＰＣＭ６には、前記燃料ギャラリ４内における燃料の圧力を検出する燃圧センサ７の出力信号が入力され、該出力信号に基づいて検出される燃圧が、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）８から送信される目標燃圧に一致するように、前記前記燃料ポンプ２（ブラシレスモータ２ａ）を駆動制御する。

前記ＥＣＵ８には、図示省略した内燃機関の吸入空気量を検出するエアフローメータ９、前記機関の回転速度を検出する回転センサ１０、前記機関の冷却水温度を検出する水温センサ１１等からの機関運転状態を示す検出信号が入力され、これら検出信号に基づいて燃料噴射量を演算し、該演算結果に応じて前記燃料噴射弁５ａ〜５ｄを駆動制御すると共に、目標燃圧を演算して前記ＦＰＣＭ６に送信する。

前記ＦＰＣＭ６は、前記ブラシレスモータ２ａのロータ位置を、ホール素子の出力電圧（又は各電磁コイルの電圧検出結果）に基づいて検出し、該検出結果に基づいて電磁コイルの電流方向（磁力の向き）を順に切り換える制御を行なうことで、ブラシレスモータ２ａの回転を制御する一方、図２のフローチャートに示すように、前記回転検知機能の異常を診断し、回転検知機能に異常が発生したときに、ブラシレスモータ２ａの駆動を継続させるフェイルセーフ処理を行なう。

図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、前記ロータ位置の検出結果の少なくとも前回値を記憶すると共に、最新値を読み込んで、回転検知状態の確認を行なう。
ステップＳ２では、回転検知機能が正常であるか否かの診断を行なう。
具体的には、位置検出結果の時系列的な順番が、例えば３相モータであれば本来のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順からずれている場合は、回転検知機能に異常が生じているものと判断する。

回転検知機能が正常である場合には、ステップＳ３へ進み、位置検出結果に基づいて電磁コイルの電流向きを順に切り換える制御信号を出力して、目標燃圧が得られる回転速度にブラシレスモータ２ａを制御する通常のモータ駆動制御を行う。
一方、回転検知機能が異常であると判断されたときには、ステップＳ４へ進む。
ステップＳ４では、ブラシレスモータ２ａが停止しているか否かを判別する。

前記ブラシレスモータ２ａが機関の運転途中で停止してしまった場合には、燃圧の低下、更には機関への燃料供給停止が生じることになるので、燃圧センサ７で検出される燃圧の低下、機関回転速度の低下，燃焼混合気のリーン化等に基づいて、ブラシレスモータ２ａ（燃料ポンプ２）の停止を推定することができると共に、ブラシレスモータ２ａの異常電流検出用の抵抗が通電回路に設けられる場合には、前記抵抗の端子電圧に基づいてブラシレスモータ２ａの停止を判断することが可能である。

ブラシレスモータ２ａが停止していない場合には、ステップＳ５へ進み、回転検知結果とは無関係に、予め固定されたパターン（一定周波数・一定デューティ）の駆動信号でブラシレスモータ２ａの各電磁コイルにおける電流の向きを順に切り換える制御を行わせる。
尚、固定の駆動パターンとして予め複数種を記憶しておき、そのときの車両の走行状態（燃料消費量等）に応じて複数のパターンの中から１つを選択させるようにしても良いし、走行条件変化に応じて固定パターンを連続的に変化させても良い。

また、前記予め固定されたパターンによるブラシレスモータ２ａの駆動制御は、走行距離，時間や走行条件などに応じた使用期限を設けるようにしても良いし、制限を設定することなく使用可能にしても良い。
上記予め固定されたパターンでの駆動では、ブラシレスモータ２ａの回転速度を要求値に制御することは困難であるものの、ブラシレスモータ２ａを回転させ続けることができる。

従って、回転検知機能に異常が生じてもブラシレスモータ２ａが動作可能であれば、ブラシレスモータ２ａを回転させ続けることができ、以って、燃料ポンプ２による燃料供給を継続させて機関運転を続けることができるから、例えば、車両を安全な場所に移動させることができる。
一方、ステップＳ４でブラシレスモータ２ａが停止していると判断されたときには、ステップＳ６へ進み、ブラシレスモータ２ａを起動させるための処理を行なう。

前記起動処理は、駆動信号の周波数を低周波数から徐々に高周波数に変化させるものであり、これにより、停止状態から強制的に起動させつつ、ブラシレスモータの回転速度の増大に電磁コイルの電流向きの切り換え周期を追従変化させ、ある回転速度を比較的安定して維持させることができる。
ステップＳ７では、前記起動処理の結果、ブラシレスモータ２ａが起動されたか否かを、前記ステップＳ４のモータ停止判定条件が成立しなくなったか否かに基づいて判断する。

即ち、燃圧の上昇、機関回転速度の増大，燃焼混合気のリッチ化等に基づいて、ブラシレスモータ２ａが起動されたかを判断する。
ステップＳ６での起動処理の結果、ブラシレスモータ２ａが起動しなかった場合には、ステップＳ８へ進み、起動処理の繰り返し回数が所定回数になっているか否かを判別し、前記所定回数になっていない場合には、ステップＳ６へ戻って起動処理を再度実行させる。

そして、起動処理を所定回数だけ繰り返してもブラシレスモータ２ａが起動しなかった場合には、ブラシレスモータ２ａ自体が動作不能であるか、駆動回路に異常があるものと判断して、ステップＳ９へ進み、ブラシレスモータ２ａの駆動を停止させると共に、燃料ポンプ２の回転駆動が不能であることを、車両の運転者にランプ等によって警告する。
尚、上記実施形態では、ブラシレスモータが燃料ポンプの動力源として使用される場合を示したが、燃料ポンプの動力源に限定されるものでないことは明らかである。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用ブラシレスモータの制御装置において、
前記回転検知機能の正常・異常判定を、回転位置の検出結果の時系列的な変化に基づいて行なうことを特徴する車両用ブラシレスモータの制御装置。

かかる構成によると、例えば３相モータであれば、本来のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順からずれる検出結果が得られている場合には、回転検知機能に異常が生じているものと判断する。
（ロ）請求項２又は３記載の車両用ブラシレスモータの制御装置において、
前記ブラシレスモータが機関に燃料を供給するための燃料ポンプの動力源として使用されるブラシレスモータであって、
前記ブラシレスモータの停止を、燃圧の低下、機関回転速度の低下，機関燃焼混合気のリーン化のうちの少なくとも１つに基づいて判断することを特徴とする車両用ブラシレスモータの制御装置。

かかる構成によると、燃料ポンプが停止することで、燃圧が低下し、これにより、機関に供給される燃料量が低下して混合気がリーン化し、機関回転速度が低下するから、これらの事象を検出することで、間接的にブラシレスモータの停止を検出できる。

実施形態のシステム構成図。 実施形態におけるブラシレスモータの駆動制御を示すフローチャート。

符号の説明

１…燃料タンク、２…燃料ポンプ、２ａ…ブラシレスモータ、２ｂ…ポンプ部、３…燃料配管、４…燃料ギャラリ、５ａ〜５ｄ…燃料噴射弁、６…ＦＰＣＭ、７…燃圧センサ、８…ＥＣＵ、９…エアフローメータ、１０…回転センサ、１１…水温センサ

Claims (3)

1. 車両用アクチュエータの動力源としてのブラシレスモータを制御する装置であって、
   前記ブラシレスモータの回転検知機能が異常であるか否かを診断し、
   前記回転検知機能が正常であるときには、回転検知の結果に基づき駆動信号を前記ブラシレスモータに出力する一方、
   前記回転検知機能が異常であるときには、予め設定されたパターンの駆動信号を前記ブラシレスモータに出力することを特徴とする車両用ブラシレスモータの制御装置。
2. 前記回転検知機能の異常時に前記ブラシレスモータが停止したときには、低周波から高周波へと徐々に駆動信号の周波数を変化させることを特徴とする請求項１記載の車両用ブラシレスモータの制御装置。
3. 前記低周波から高周波へと徐々に駆動信号の周波数を変化させる処理を所定回数だけ繰り返しても前記ブラシレスモータを起動できないときに、駆動信号の出力を停止させることを特徴とする請求項２記載の車両用ブラシレスモータの制御装置。

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