JP2011172417A

JP2011172417A - リレー溶着検出装置

Info

Publication number: JP2011172417A
Application number: JP2010035044A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Ikegami; 裕介池上; Masahiro Kataho; 雅宏片方
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-09-01
Also published as: EP2361819A3; EP2361819A2

Abstract

【課題】低コスト化及び正確なリレー溶着検出の両立を実現可能なリレー溶着検出装置を提供する。
【解決手段】車載モータを駆動するモータ駆動回路とバッテリとの間に介挿されたリレーの溶着検出を行うリレー溶着検出装置であって、前記リレーをオフに制御した状態で前記モータ駆動回路にモータ制御信号を出力し、外部入力される前記車載モータの回転位置を表す回転位置信号に基づいて前記リレーの溶着発生の有無を判定する制御判定部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、リレー溶着検出装置に関する。

従来から、電動パワステ用の補助モータやスロットル制御用のモータ等の車載モータを制御する車載モータ制御システムの構成として、車載モータにモータ駆動信号を供給するモータ駆動回路とバッテリとをリレーを介して接続しておき、車載モータの制御時にリレーをオン状態に切替えることでモータ駆動回路に電源電圧を供給する構成が知られている。このような車載モータ制御システムでは、システム起動時において、リレーの負荷側の接点電圧を測定し、その測定結果に基づいてリレー接点の溶着を検出するケースがある。

モータ駆動回路には、モータ電流に含まれるリップル成分を吸収するための平滑コンデンサが設けられているが、この平滑コンデンサが充電された状態でリレーの接点電圧を測定すると、リレーが正常（オフ状態）であるにも関わらず、平滑コンデンサの端子間電圧（バッテリ電圧に相当）が測定されてしまい、リレー溶着を誤検出してしまう虞がある。そこで、このようなリレー溶着の誤検出を回避する技術として、下記特許文献１には、リレーの接点電圧を測定する前に、平滑コンデンサに充電された電荷を放電するための放電制御手段を設けた構成が開示されている。

特開２００２−１５３０８６号公報

上記特許文献１の技術では、リレーの接点電圧を測定するためのリレー接点電圧検出手段だけでなく、平滑コンデンサに充電された電荷を放電するための放電制御手段を設ける必要があるため、コストの増加を招くという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、低コスト化及び正確なリレー溶着検出の両立を実現可能なリレー溶着検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るリレー溶着検出装置は、車載モータを駆動するモータ駆動回路とバッテリとの間に介挿されたリレーの溶着検出を行うリレー溶着検出装置であって、前記リレーをオフに制御した状態で前記モータ駆動回路にモータ制御信号を出力し、外部入力される前記車載モータの回転位置を表す回転位置信号に基づいて前記リレーの溶着発生の有無を判定する制御判定部を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るリレー溶着検出装置において、前記制御判定部は、前記回転位置信号を基に前記車載モータの回転位置の時間変化量を求め、当該時間変化量に基づいて前記リレーの溶着発生の有無を判定することを特徴とする。
また、本発明に係るリレー溶着検出装置において、前記制御判定部は、時系列的に求めた前記時間変化量の各々と設定値とを比較し、前記時間変化量が前記設定値より大きいと判定された回数が所定回数に到達した場合に、前記リレーの溶着が発生したと判定することを特徴とする。

本発明では、リレーをオフに制御した状態でモータ駆動回路にモータ制御信号を出力し、外部入力される車載モータの回転位置を表す回転位置信号に基づいてリレー溶着の発生の有無を判定する。ここで、リレーが正常（溶着発生無し）の場合、車載モータは回転しないので回転位置に変化はないはずである。一方、リレーが異常（溶着発生有り）の場合には、車載モータは回転し回転位置に変化が生じるはずである。
つまり、本発明によると、従来のようにリレーの接点電圧を測定することなく、車載モータの回転位置からリレー溶着を検出するため、平滑コンデンサの端子間電圧の影響を受けずに、正確にリレー溶着を検出することができる。また、このような本発明によると、従来のようなリレー接点電圧検出手段及び平滑コンデンサの放電制御手段を設ける必要がなくなるため、低コスト化を実現できる。
なお、一般的に車載モータの回転軸には、車載モータの回転位置を表す回転位置信号を出力するエンコーダ、角度センサ等の回転位置センサが連結されており、本発明はそのような既存の回転位置センサから出力される回転位置信号を利用することができるため、コストの増加を招くことはない。

本実施形態におけるリレー溶着検出装置（ＥＣＵ６）を備える車載モータ制御システムの構成概略図である。ＥＣＵ６に内蔵されたＣＰＵ６ｈが実行するリレー溶着検出処理を示すフローチャートである。イグニションスイッチ２の第２端子２ｂの電圧Ｖ_ＩＧＰと、リセット信号と、リレー接点電圧Ｖ_ＲＬＹと、モータ動作開始信号と、車載モータ４の回転位置との時間的対応関係を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、本発明に係るリレー溶着検出装置として、車載モータ制御システムの全体動作を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を例示して説明する。図１は、本実施形態における車載モータ制御システムの構成概略図である。この図１に示すように、本実施形態における車載モータ制御システムは、バッテリ１、イグニションスイッチ２、リレー３、車載モータ４、回転位置センサ５及びＥＣＵ６から構成されている。

バッテリ１は、ＥＣＵ６に直流電圧を供給する直流電源であり、イグニションスイッチ２の第１端子２ａ及びリレー３の電源側接点３ａに接続された正極端子１ａと、アースされた負極端子１ｂとを有している。イグニションスイッチ２は、手動操作によってオン／オフを切替え可能なスイッチであり、バッテリ１の正極端子１ａ及びリレー３の電源側接点３ａに接続された第１端子２ａと、ＥＣＵ６（詳細には電源回路６ａ）に接続された第２端子２ｂと、手動操作に応じて動き両端子間の接続／切断を切替える可動接続片２ｃとを有している。

リレー３は、ＥＣＵ６（詳細にはリレー駆動回路６ｂ）から入力されるリレー駆動信号によってオン／オフが制御される電磁式リレーであり、バッテリ１の正極端子１ａ及びイグニションスイッチ２の第１端子２ａに接続された電源側接点３ａと、ＥＣＵ６（詳細にはモータ駆動回路６ｃ）に接続された負荷側接点３ｂと、一端がＥＣＵ６（詳細にはリレー駆動回路６ｂ）に接続され、他端がアースされたリレーコイル３ｃと、リレーコイル３ｃにリレー駆動信号が入力されることで生じる電磁力によって動き、両接点間の接続／切断を切替える可動鉄片３ｄとを有している。

車載モータ４は、ＥＣＵ６（詳細にはモータ駆動回路６ｃ）から供給されるモータ駆動信号によって回転状態が制御されるモータであって、例えば電動パワステ用の補助モータやスロットル制御用のモータ等である。回転位置センサ５は、例えば車載モータ４の回転軸に連結されたエンコーダ或いは角度センサ等であり、車載モータ４の回転位置を表す回転位置信号（例えば車載モータ４が一定角度回転するのに要した時間を周期とするパルス信号）をＥＣＵ６（詳細には位置検出回路６ｅ）に出力する。

ＥＣＵ６は、リレー３のオン／オフ及び車載モータ４の回転状態を制御するものであり、電源回路６ａ、リレー駆動回路６ｂ、モータ駆動回路６ｃ、モータ制御信号生成回路６ｄ、位置検出回路６ｅ、ＲＯＭ(Read Only Memory)６ｆ、ＲＡＭ(Random Access Memory)６ｇ、及びＣＰＵ（Central Processing Unit）６ｈを内蔵している。
なお、上記の構成要素の内、リレー駆動回路６ｂ、モータ制御信号生成回路６ｄ、位置検出回路６ｅ、ＲＯＭ６ｆ、ＲＡＭ６ｇ及びＣＰＵ６ｈが、本発明における制御判定部を構成している。

電源回路６ａは、イグニションスイッチ２を介してバッテリ１から供給される直流電圧を所望の電圧値まで降圧し、降圧後の直流電圧を電源電圧としてリレー駆動回路６ｂ、モータ制御信号生成回路６ｄ、位置検出回路６ｅ、ＲＯＭ６ｆ、ＲＡＭ６ｇ及びＣＰＵ６ｈに供給する。なお、図１では説明の便宜上、電源回路６ａからＣＰＵ６ｈに至る電源供給経路のみを図示している。また、電源回路６ａは、ＣＰＵ６ｈに対して電源電圧の供給と共に、起動を促すためのリセット信号を出力する。

リレー駆動回路６ｂは、ＣＰＵ６ｈから入力される通電開始信号に応じてリレー３をオン状態に切替えるためのリレー駆動信号をリレーコイル３ｃに出力する一方、ＣＰＵ６ｈから入力される通電終了信号に応じてリレー駆動信号の出力を停止する。モータ駆動回路６ｃは、モータ制御信号生成回路６ｄから入力されるモータ制御信号に応じて車載モータ４を回転させるためのモータ駆動信号を生成して車載モータ４に供給する。

本実施形態では、モータ駆動回路６ｃの一例として、４つのスイッチング素子（例えばＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ４がブリッジ接続されて成るインバータ回路を図示している。つまり、モータ駆動回路６ｃは、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作によって、リレー３を介してバッテリ１から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧をモータ駆動信号として車載モータ４に供給する。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作は、モータ制御信号生成回路６ｄからそれぞれに入力されるモータ制御信号（例えばＰＷＭ信号）によって制御されている。

なお、このモータ駆動回路６ｃには、モータ駆動電流に含まれるリップル成分を吸収するためにインバータ回路（ブリッジ回路）に並列接続された平滑コンデンサＣと、この平滑コンデンサＣに充電された電荷の放電を促すために平滑コンデンサＣに並列接続された抵抗器Ｒとが含まれている。

モータ制御信号生成回路６ｄは、ＣＰＵ６ｈから入力されるモータ動作開始信号に応じてモータ駆動回路６ｃ（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４）に出力すべきモータ制御信号（例えばＰＷＭ信号）を生成し、これら生成したモータ制御信号を各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に出力する一方、ＣＰＵ６ｈから入力されるモータ動作終了信号に応じて各モータ制御信号の出力を停止する。位置検出回路６ｅは、回転位置センサ５から入力される回転位置信号を基に車載モータ４の回転位置を解析し、その解析結果をＣＰＵ６ｈに出力する。

ＲＯＭ６ｆは、ＣＰＵ６ｈの各種機能を実現するための制御プログラムや各種設定データを予め記憶している不揮発性メモリである。ＲＡＭ６ｇは、ＣＰＵ６ｈが制御プログラムに従って各種処理を実行する際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリである。

ＣＰＵ６ｈは、ＲＯＭ６ｆに記憶されている制御プログラムに従って、リレー３のオン／オフの切替制御（リレー駆動回路６ｂに対する通電開始信号または通電終了信号の出力）と、車載モータ４の回転状態の制御（モータ制御信号生成回路６ｄに対するモータ動作開始信号またはモータ動作終了信号の出力）を行う機能と、位置検出回路６ｅから得られる車載モータ４の回転位置に基づいてリレー３の溶着発生の有無を判定する機能（リレー溶着検出機能）を有している。

以下では、ＣＰＵ６ｈのリレー溶着検出機能について、図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。図２は、ＣＰＵ６ｈが起動時に実行するリレー溶着検出処理を示すフローチャートである。また、図３は、イグニションスイッチ２の第２端子２ｂの電圧Ｖ_ＩＧＰと、電源回路６ａからＣＰＵ６ｈに出力されるリセット信号と、リレー３の負荷側接点３ｂの電圧（以下、リレー接点電圧と称す）Ｖ_ＲＬＹと、ＣＰＵ６ｈからモータ制御信号生成回路６ｄに出力されるモータ動作開始信号と、ＣＰＵ６ｈが位置検出回路６ｅから取得する車載モータ４の回転位置との時間的対応関係を示すタイミングチャートである。

なお、図３中の破線部分は、リレー３に溶着が発生した場合のリレー接点電圧Ｖ_ＲＬＹと、車載モータ４の回転位置との時間変化を示している。また、以下の説明において、図３中の時刻ｔ１にイグニションスイッチ２がオンに切替えられ、バッテリ１からリレー３及びＥＣＵ６に直流電圧が供給されたと想定する。さらに、時刻ｔ２に電源回路６ａからＣＰＵ６ｈに電源電圧及びリセット信号が供給されたとする。この時、ＣＰＵ６ｈは起動して初期化処理を開始し、初期化処理終了後の時刻ｔ３から図２に示すリレー溶着検出処理を実行する。

図２に示すように、ＣＰＵ６ｈは、まず、リレー駆動回路６ｂに通電終了信号を出力することでリレー３をオフに制御する（ステップＳ１）。そして、ＣＰＵ６ｈは、位置検出回路６ｅから車載モータ４の回転位置を取得し、当該取得した回転位置を初回読込み値としてＲＡＭ６ｇに記憶する（ステップＳ２）。

続いて、ＣＰＵ６ｈは、モータ制御信号生成回路６ｄにモータ動作開始信号を出力する（ステップＳ３）。ここで、リレー３が正常（溶着発生無し）の場合、モータ駆動回路６ｃから車載モータ４へモータ駆動信号が供給されないので、車載モータ４は回転せず、その回転位置に変化はないはずである（図３中の実線部分参照）。一方、リレー３が異常（溶着発生有り）の場合には、モータ駆動回路６ｃから車載モータ４へモータ駆動信号が供給されるため、車載モータ４は回転し、その回転位置に変化が生じるはずである（図３中の破線部分参照）。

そこで、ＣＰＵ６ｈは、一定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ４）、「Ｙｅｓ」の場合に、位置検出回路６ｅから車載モータ４の回転位置を取得し、当該取得した回転位置を最新読込み値としてＲＡＭ６ｇに記憶する（ステップＳ５）。そして、ＣＰＵ６ｈは、ＲＡＭ６ｇから初回読込み値と最新読込み値を読み出して、車載モータ４の回転位置の時間変化量（＝最新読込み値−初回読込み値）を算出し、当該算出した時間変化量が設定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。

上記ステップＳ６において「Ｎｏ」の場合、つまり回転位置の時間変化量が設定値以下であった場合、ＣＰＵ６ｈは、リレー３は正常である（溶着発生無し）と判断し、リレー駆動回路６ｂに通電開始信号を出力することでリレー３をオンに切替える（ステップＳ７）。一方、上記ステップＳ６において「Ｙｅｓ」の場合、つまり回転位置の時間変化量が設定値より大きかった場合、ＣＰＵ６ｈは、リレー３は異常（溶着発生有り）である可能性があると判断して、異常判断回数をインクリメントし（ステップＳ８）、この異判断常回数が所定回数に到達したか否かを判定する（ステップＳ９）。

上記ステップＳ９において「Ｎｏ」の場合、つまり異常判断回数が所定回数に到達していなかった場合、ＣＰＵ６ｈは、ステップＳ２の処理に戻ることで、引き続き時系列的に車載モータ４の回転位置の時間変化量を求め、各時間変化量と設定値との大小比較を行うことでリレー３の異常判定を行う。一方、上記ステップＳ９において「Ｙｅｓ」の場合、つまり異常判断回数が所定回数に到達した場合、ＣＰＵ６ｈは、リレー３が異常（溶着発生有り）であると確定して、リレー異常時処理、例えば、ユーザへの異常の報知（ＬＥＤランプの点灯等）や、車載モータ４の動作制限（モータ駆動信号の供給停止、或いは安全な動作状態に戻すようなモードへの移行等）などを行う（ステップＳ１０）。

以上のように、本実施形態によれば、従来のようにリレー３の接点電圧を測定することなく、車載モータ４の回転位置からリレー溶着を検出するため、平滑コンデンサＣの端子間電圧の影響を受けずに、正確にリレー溶着を検出することができる。また、このような本実施形態によると、従来のようなリレー接点電圧検出手段及び平滑コンデンサＣの放電制御手段を設ける必要がなくなるため、低コスト化を実現できる。
なお、一般的に車載モータ４の回転軸には、車載モータ４の回転位置を表す回転位置信号を出力するエンコーダ、角度センサ等の回転位置センサ５が連結されており、本実施形態ではそのような既存の回転位置センサ５から出力される回転位置信号を利用するため、コストの増加を招くことはない。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、電動パワステ用の補助モータやスロットル制御用のモータ等の車載モータ４を制御する車載モータ制御システムを例示したが、本発明はこれに限定されず、車両に搭載された各種のモータを制御対象とする車載モータ制御システムであれば、本発明を適用することができる。

（２）上記実施形態では、時系列的に求めた回転位置の時間変化量の各々と設定値とを比較し、時間変化量が設定値より大きいと判定された回数が所定回数に到達した場合に、リレー３の溶着が発生したと判定する場合を例示したが、これに限らず、最初の１回目に求めた時間変化量が設定値より大きいと判定された場合に、即座にリレー３の溶着が発生したと確定するようにしても良い。

１…バッテリ、２…イグニションスイッチ、３…リレー、４…車載モータ、５…回転位置センサ、６…ＥＣＵ、６ａ…電源回路、６ｂ…リレー駆動回路、６ｃ…モータ駆動回路、６ｄ…モータ制御信号生成回路、６ｅ…位置検出回路、６ｆ…ＲＯＭ、６ｇ…ＲＡＭ、６ｈ…ＣＰＵ

Claims

車載モータを駆動するモータ駆動回路とバッテリとの間に介挿されたリレーの溶着検出を行うリレー溶着検出装置であって、
前記リレーをオフに制御した状態で前記モータ駆動回路にモータ制御信号を出力し、外部入力される前記車載モータの回転位置を表す回転位置信号に基づいて前記リレーの溶着発生の有無を判定する制御判定部を備えることを特徴とするリレー溶着検出装置。
前記制御判定部は、前記回転位置信号を基に前記車載モータの回転位置の時間変化量を求め、当該時間変化量に基づいて前記リレーの溶着発生の有無を判定することを特徴とする請求項１記載のリレー溶着検出装置。
前記制御判定部は、時系列的に求めた前記時間変化量の各々と設定値とを比較し、前記時間変化量が前記設定値より大きいと判定された回数が所定回数に到達した場合に、前記リレーの溶着が発生したと判定することを特徴とする請求項２記載のリレー溶着検出装置。