JP2009254046A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータに電流を流すことなく、電流検出回路を診断するモータ制御装置を提供する。
【解決手段】ＭＰＵ６０は、スイッチング素子２０、２２、３０、３２のオン、オフを切り替えることにより、モータ２を正転または逆転させる。モータ２に電流が流れると、電流検出回路４０の検出抵抗４２の両端に電位差が生じ、この電位差が増幅器４４により増幅される。ＭＰＵ６０は、増幅器４４の出力信号に基づいてモータ２に流れる電流を検出する。ダイオード５０は、モータ２に電流が流れるＨブリッジ回路の経路とは別経路で、電流検出回路４０に接続している。ＭＰＵ６０は、モータ２の駆動要求がない場合、ダイオード５０を介して所定値の診断電流を電流検出回路４０に流す。ＭＰＵ６０は、電流検出回路４０が検出する検出電流値と診断電流の診断電流値との差が所定範囲から外れていると、電流検出回路４０を異常であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータに流れる電流を検出する電流検出回路を診断するモータ制御装置に関する。

従来、モータに流れる電流を制御してモータを回転駆動するモータ制御装置において、モータに流れる電流を電流検出回路で検出し、適正な電流がモータに流れているかを判定することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１では、通常のモータ駆動前に通常駆動時よりも電流値の低い電流を流し、電流検出回路の検出信号に基づいてモータの駆動回路を診断している。
特表２００１−５１３８７５号公報

しかしながら、特許文献１では、電流検出回路が正常な場合には電流検出回路の検出信号に基づいてモータおよび駆動回路に流れる電流が正常であるかを判定することはできるものの、電流検出回路に異常が発生している場合には、モータの駆動回路が正常であるかを判定することはできない。さらに、異常の発生している電流検出回路の検出信号に基づいて、モータに対して誤った駆動制御を実施するおそれがある。

また、通常のモータ駆動前の診断時に流す電流値が低くても、駆動回路を診断するためにモータに電流が流れるので、モータが必要時以外に駆動され回転するおそれがある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、モータに電流を流すことなく、電流検出回路を診断するモータ制御装置を提供することを目的とする。

請求項１から７に記載の発明によると、診断制御回路は、モータに電流が流れる経路とは別経路でモータに流れる電流を検出する電流検出回路に接続し、電流検出回路に対する診断時に電流検出回路への診断電流の流れを許可する。

これにより、電流検出回路の診断時にモータに電流が流れないので、モータを作動させることなく、電流検出回路に診断電流が流れたときの電流検出回路の検出信号に基づいて電流検出回路が正常であるか異常であるかを診断できる。

さらに、請求項１から７に記載の発明によると、診断制御回路は、モータに対する駆動制御時に電流制御回路および電流検出回路から別経路への電流流れを禁止する。
これにより、モータに対する駆動制御時に、モータに電流が流れる経路とは別経路に電流制御回路および電流検出回路から電流が流れて、モータの駆動制御を妨げることを防止できる。

請求項２に記載の発明によると、診断制御回路は、別経路から電流検出回路への診断電流の流れを許可し、電流制御回路および電流検出回路から別経路への電流流れを禁止するダイオードを有する。

これにより、電流検出回路の診断時に別経路から電流検出回路への診断電流の流れを許可し、モータの駆動制御時にモータに電流が流れる経路とは別経路に電流制御回路および電流検出回路から電流が流れることを禁止する診断制御回路の機能を、小型で安価なダイオードにより実現できる。

請求項３に記載の発明によると、電流検出回路は、モータに流れる電流を検出抵抗で検出する。これにより、簡単な構成でモータに流れる電流を検出できる。
ところで、診断制御回路が電流検出回路の内部に接続し電流検出回路の一部に診断電流を流す回路構成の場合、電流検出回路の一部しか診断できない。

そこで、請求項４に記載の発明によると、診断制御回路は、モータに流れる電流が電流検出回路に流入する流入箇所、または流入箇所よりもモータ側に接続している。
これにより、モータに流れる電流が電流検出回路に流入する流入箇所から電流検出回路に診断電流を流すことができる。その結果、電流検出回路が全体として正常に作動しているかを診断できる。

請求項５に記載の発明によると、異常判定手段は、電流検回路の診断時に診断制御回路を介して電流検出回路に診断電流を流し、そのときの電流検出回路の検出信号に基づいて電流検出回路が異常であるかを判定する。これにより、異常判定手段が電流検出回路を異常であると判定すると、例えばモータに対する駆動制御を中止する等の適切な処置を実施できる。

請求項６に記載の発明によると、電流制御回路は、スイッチング素子のオン、オフの切り替えによりモータに流れる電流の方向を切り替えてモータの回転方向を正転方向および逆転方向に制御するＨブリッジ回路を有する。

これにより、モータに流れる電流の方向を切り替えてモータを正転方向および逆転方向の両方向に回転させるモータ制御装置において、モータを作動させることなく、電流検出回路に診断電流を流したときの電流検出回路の検出信号に基づいて電流検出回路が正常であるか異常であるかを診断できる。

請求項７に記載の発明によると、モータ制御装置は、シートベルトの引き込み、および引き込み解除用のモータに流れる電流を制御する。
これにより、モータに対する駆動制御時においては、車両等の搭乗者が体に掛けるシートベルトの引き込み、および引き込み解除を行うモータに流れる電流を電流検出回路により検出し、検出結果に基づいてモータが発生するトルクを制御できる。

また、電流検出回路の診断時においては、モータに電流を流さず、つまりシートベルトを動かすことなく電流検出回路を診断できる。
尚、本発明に備わる手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態によるモータ制御装置を図１に示す。
（モータ制御装置１０）
モータ制御装置１０は、シートベルトの引き込み、および引き込み解除用のモータ２に流れる電流を制御する。モータ２は直流電動機である。

スイッチング素子２０、２２、３０、３２は、例えばＭＯＳＦＥＴ(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)により形成されており、電流制御回路としてＨブリッジ回路を構成している。電源とモータ２との間に設置されるスイッチング素子２０、３０を上側スイッチング素子、モータ２と接地側との間に設置されるスイッチング素子２２、３２を下側スイッチング素子ともいう。

図２に示すように、Ｈブリッジ回路のスイッチング素子２０、２２、３０、３２のオン、オフが切り替わることにより、モータ２に流れる電流の向きが切り替わり、モータ２は正転方向または逆転方向に回転する。

スイッチング素子２０、２２がオンになり、スイッチング素子３０、３２がオフになると、モータ２は正転方向に回転する。モータ２が正転方向に回転すると、シートベルトは引き込まれる。

一方、スイッチング素子２０、２２がオフになり、スイッチング素子３０、３２がオンになると、モータ２は正転方向に対し逆転方向に回転する。モータ２が逆転方向に回転すると、シートベルトの引き込みは解除される。

尚、図２において、モータ２の正転時および逆転時におけるスイッチング素子２０、２２、３０、３２のスイッチング状態を示す「オン」は、モータ２の正転中または逆転中に電気的に常にオンになっているわけではない。以下、便宜上、モータ２の回転方向を説明するために、スイッチング素子２０、２２、３０、３２のスイッチング状態をオン、オフで説明する。

図２では、モータ２の正転、逆転に合わせて上側スイッチング素子および下側スイッチング素子の両方のオン、オフを切り替えている。これに対し、上側スイッチング素子または下側スイッチング素子の一方を常にオンにし、他方のオン、オフを切り替えることにより、モータ２の正転、逆転を制御してもよい。本実施形態では、モータ２が正転または逆転するときにモータ２に流れる電流値は、例えば、スイッチング素子２０、２２、３０、３２に対するＰＷＭ(Pulse Width Modulation)により制御される。ＰＷＭ制御のデューティ比が０のときに、スイッチング素子２０、２２、３０、３２のスイッチング状態はオフになる。

電流検出回路４０は検出抵抗４２および増幅器４４から構成されており、スイッチング素子２２、３２と接地側との間に設置されている。モータ２に電流が流れると、検出抵抗４２の両端に電位差が生じ、この電位差が増幅器４４により増幅される。

本実施形態では、電流検出回路４０においてモータ２に流れる電流を検出抵抗４２で検出するので、電流検出回路４０を簡単な構成で実現できる。
診断制御回路を構成するダイオード５０は、モータ２に電流が流れる経路とは別経路を通りＭＰＵ６０から電流検出回路４０への診断電流の流れを許可する一方、モータ２に対する駆動制御時に、Ｈブリッジ回路および電流検出回路４０からダイオード５０が設置された別経路への電流の流れを禁止する。

ダイオード５０は、モータ２に流れる電流が電流検出回路４０に流入する流入箇所よりもモータ２側で電流検出回路４０に接続している。これにより、例えば電流検出回路４０の一部である増幅器４４だけに診断電流を流すのではなく、モータ２に流れる電流が電流検出回路４０に流れる場合と同様に電流検出回路４０全体に診断電流が流れる。その結果、電流検出回路４０を構成する検出抵抗４２および増幅器４４が全体として正常に作動しているか、ならびに断線等がないかを診断できる。

本実施形態では、診断制御回路の機能をダイオード５０で実現するので、診断制御回路を安価に、かつ小型化できる。
ＭＰＵ（Micro Processing Unit）６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、Ｉ／Ｏポート、通信インタフェース等を有するマイクロコンピュータにて構成されている。ＭＰＵ６０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムよって、以下に説明する電流制御手段、異常判定手段として機能する。

（電流制御手段）
ＭＰＵ６０は、モータ２に指令する回転方向と、モータ２に流す指令電流値とに基づいて、スイッチング素子２０、２２、３０、３２に指令するＰＷＭ信号のデューティ比を算出する。

ＭＰＵ６０は、例えば前方車両との距離が所定距離よりも接近したことを検出する検出装置からの指示を車内ＬＡＮ等の通信回線を介して受信すると、車両運転者に注意を促すとともに、車両搭乗者の安全を確保するために駆動回路６２にモータ２の正転を指令し、シートベルトを引き込む。前方車両との距離が所定距離よりも離れると、ＭＰＵ６０は、駆動回路６２にモータ２の逆転を指令し、シートベルトの引き込みを解除する。

ＭＰＵ６０は、モータ２の駆動中には、電流検出回路４０の検出信号に基づいてモータ２に流れる電流値を検出する。そして、電流検出回路４０が検出する検出電流値とモータ２に指令する指令電流値との差に基づいて、ＭＰＵ６０は、スイッチング素子２０、２２、３０、３２に指令するＰＷＭ信号のデューティ比をフィードバック制御する。

（異常判定手段）
ＭＰＵ６０は、モータ２に対する駆動要求がないとき、つまりＨブリッジ回路がモータ２に電流を流さないとき、抵抗５２、ダイオード５０を介して電流検出回路４０に診断電流を流す。そして、ＭＰＵ６０は、診断電流を流したときの電流検出回路４０の検出信号が示す検出電流値と診断電流値との差に基づいて、電流検出回路４０が正常であるか異常であるかを診断する。

ＭＰＵ６０は、検出電流値と診断電流値との差が所定範囲内であれば、電流検出回路４０を正常であると判定し、検出電流値と診断電流値との差が所定範囲から外れている場合、電流検出回路４０を異常であると判定する。

駆動回路６２は、ＭＰＵ６０がスイッチング素子２０、２２、３０、３２に対して指令するＰＷＭ信号を増幅し、スイッチング素子２０、２２、３０、３２のゲートラインに印加する。

（異常診断）
次に、ＭＰＵ６０がダイオード５０を介して電流検出回路４０に診断電流を流し、電流検出回路４０の異常を診断する異常診断について説明する。

ＭＰＵ６０は、モータ２の駆動要求がない場合、スイッチング素子２０、２２、３０、３２をオフにし（図２参照）、図３に示すように、所定の時間間隔で電流検出回路４０の異常診断を実施する。ＭＰＵ６０は、ダイオード５０を介して所定値の診断電流を電流検出回路４０に流す。そして、ＭＰＵ６０は、電流検出回路４０が検出する検出電流値と診断電流の診断電流値との差が所定範囲内であれば電流検出回路４０は正常であると判定する。

そして、図３の（Ａ）に示すように、ＭＰＵ６０は、モータ２に対する駆動要求があれば、モータ２に対する駆動制御を実施する。ＭＰＵ６０は、電流検出回路４０が正常であれば、モータ２に対する駆動制御中に、電流検出回路４０が検出する検出電流値とモータ２に指令する指令電流値との差に基づいて、スイッチング素子２０、２２、３０、３２に指令するＰＷＭ信号のデューティ比をフィードバック制御する。

一方、電流検出回路５０に断線、検出抵抗４２または増幅器４４の故障等の異常が発生すると、電流検出回路４０が検出する検出電流値は所定範囲から外れる。ＭＰＵ６０は、電流検出回路４０が検出する検出電流値と診断電流の診断電流値との差が所定範囲から外れると、電流検出回路４０は異常であると判定する。そして、図３の（Ｂ）に示すように、ＭＰＵ６０は、モータ２に対する駆動要求があってもモータ２に対する駆動制御を禁止するとともに、警告灯または警告音により異常を報知する。

ただし、ＭＰＵ６０は、図３の（Ｂ）に示すように異常診断で異常を検出しても、所定時間間隔で電流検出回路４０の異常診断を継続する。これは、例えば電流検出回路４０に異物が付着して電流検出回路４０の検出信号が異常になっている等の一時的な異常であれば、異常診断を継続するうちに、電流検出回路４０の異常が解消されることがあるからである。

以上説明した上記実施形態によると、モータ２に電流を流さずに電流検出回路４０が正常であるか異常であるかを診断できる。これにより、シートベルトを動かさず、搭乗者に感知されることなく診断を実施できる。

また、モータ２の駆動時に、Ｈブリッジ回路および電流検出回路４０からダイオード５０を介してＭＰＵ６０側に電流が流れることを禁止するので、診断制御回路を設置したことによりモータ２に対する通常の駆動制御が妨げられることを防止できる。

［他の実施形態］
上記実施形態では、診断制御回路にダイオード５０を使用することにより、モータ２に電流が流れる経路とは別経路の診断制御回路から電流検出回路４０への診断電流の流れを許可し、Ｈブリッジ回路および電流検出回路４０から別経路の診断制御回路側への電流の流れを禁止した。これに対し、ダイオード５０に代えて、リレースイッチ等のオンオフスイッチを診断制御回路に使用してもよい。ＭＰＵ６０は、電流検出回路４０の診断時にはオンオフスイッチをオンにし、モータ２に対する駆動制御時にはオンオフスイッチをオフにすればよい。

また、上記実施形態では、シートベルトの引き込み、および引き込み解除用に使用されるモータ２の制御装置について説明した。これに対し、シートベルトの引き込み、および引き込み解除用、あるいは、モータに対する正転制御および逆転制御に限らず、どのような用途にモータが使用されるものであっても、本発明を適用することにより、モータを回転させることなく、電流検出回路を診断できる。

上記実施形態では、電流制御手段、異常判定手段の機能を、制御プログラムにより機能が特定されるＭＰＵ６０により実現している。これに対し、上記手段の機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。

このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本実施形態によるモータ制御装置を示す回路構成図。 本実施形態によるスイッチング素子のオン、オフ状態を示す説明図。 診断制御とモータ駆動との流れを示す説明図。

符号の説明

２：モータ、１０：モータ制御装置、２０、２２、３０、３２：スイッチング素子（Ｈブリッジ回路、電流制御回路）、４０：電流検出回路、４２：検出抵抗、４４：増幅器、５０：ダイオード（診断制御回路）、６０：ＭＰＵ（電流制御手段、異常判定手段）

Claims (7)

1. モータに流れる電流を制御する電流制御回路と、
   前記モータに流れる電流を検出する電流検出回路と、
   前記モータに電流が流れる経路とは別経路で前記電流検出回路に接続し、前記電流検出回路に対する診断時に前記別経路から前記電流検出回路への診断電流の流れを許可し、前記モータに対する駆動制御時に前記電流制御回路および前記電流検出回路から前記別経路への電流流れを禁止する診断制御回路と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記診断制御回路は、前記別経路から前記電流検出回路への前記診断電流の流れを許可し、前記電流制御回路および前記電流検出回路から前記別経路への電流流れを禁止するダイオードを有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記電流検出回路は、前記モータに流れる電流を検出する検出抵抗を有することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記診断制御回路は、前記モータに流れる電流が前記電流検出回路に流入する流入箇所、または前記流入箇所よりも前記モータ側に接続していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記電流検出回路に対する診断時に前記診断制御回路を介して前記電流検出回路に前記診断電流を流し、そのときの前記電流検出回路の検出信号に基づいて前記電流検出回路が異常であるかを判定する異常判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 前記電流制御回路は、スイッチング素子のオン、オフの切り替えにより前記モータに流れる電流の方向を切り替えて前記モータの回転方向を正転方向および逆転方向に制御するＨブリッジ回路を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
7. シートベルトの引き込み、および引き込み解除用のモータに流れる電流を制御することを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。

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