JP2016167970A - Motor controller and electrically-driven power steering device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータが外力によって回転したとき、モータ回転に伴う回生電力(逆起電圧と回生電流によって求まる)のエネルギー(電力)及び温度から、モータを駆動するインバータに接続された半導体スイッチング素子(例えばFET)で成るモータ開放スイッチを、回生電力により生じるスイッチング素子遮断時のスイッチング損失が安全動作領域内である回転数以下の状態が所定時間継続したときにOFFして、半導体スイッチング素子を確実に保護するモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor switching element connected to an inverter that drives a motor from the energy (electric power) and temperature of regenerative electric power (determined by a counter electromotive voltage and a regenerative current) that accompanies the rotation of the motor when the motor is rotated by an external force. For example, the motor open switch composed of FET) is turned off when the switching loss caused by regenerative power when the switching loss is within the safe operating range for a predetermined time or less continues for a predetermined time, thereby securely switching the semiconductor switching element. The present invention relates to a motor control device to be protected and an electric power steering device equipped with the motor control device.
電動パワーステアリング装置は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与するものであり、半導体スイッチング素子のブリッジ回路で成るインバータによって駆動制御される。 The electric power steering device applies an assist force by a motor to a vehicle steering system based on a current command value calculated based on at least a steering torque, and is driven and controlled by an inverter formed of a bridge circuit of semiconductor switching elements. .
モータ制御装置を搭載した装置として電動パワーステアリング装置(EPS)があり、電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、ギア等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値(電流指令値)とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティの調整で行っている。 There is an electric power steering device (EPS) as a device equipped with a motor control device, and the electric power steering device gives a steering assist force (assist force) to the steering mechanism of the vehicle by the rotational force of the motor. The driving force of the motor controlled by the supplied electric power is applied to the steering shaft or the rack shaft by a transmission mechanism such as a gear. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the torque of the steering assist force. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width). This is done by adjusting the duty of modulation) control.
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10及び操舵角θを検出する舵角センサ14が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)100には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット100は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Velとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによって、EPS用モータ20に供給する電流を制御する。
The general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 6b is further connected to the
なお、舵角センサ14は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ20に連結されたレゾルバ等の回転センサから操舵角を取得することも可能である。
The
コントロールユニット100には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VelはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット100には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。
The
コントロールユニット100は主としてCPU(MPUやMCU等も含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図2のようになる。
The
図2を参照してコントロールユニット100を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTh及び車速センサ12で検出された(若しくはCAN40からの)車速Velは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部101に入力される。電流指令値演算部101は、入力された操舵トルクTh及び車速Velに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。電流指令値Iref1は加算部102Aを経て電流制限部103に入力され、最大電流を制限された電流指令値Irefmが減算部102Bにフィードバック入力され、モータ電流値Imとの偏差I(=Irefm−Im)が演算され、その偏差Iが操舵動作の特性改善のためのPI制御部104に入力される。PI制御部104で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部105に入力され、更にインバータ106を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器107で検出され、減算部102Bにフィードバックされる。インバータ106は、半導体スイッチング素子としてのFETのブリッジ回路で構成されている。
The
モータ20にはレゾルバ等の回転センサ21が連結されており、回転センサ21からモータ回転角度θが出力され、更にモータ速度ωがモータ速度演算部22で演算される。
A
また、加算部102Aには補償信号生成部110からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部110は、セルフアライニングトルク(SAT)113と慣性112を加算部114で加算し、その加算結果に更に収れん性111を加算部115で加算し、加算部115の加算結果を補償信号CMとしている。
Further, the compensation signal CM from the compensation
モータ20が3相ブラシレスモータの場合、PWM制御部105及びインバータ106の詳細は例えば図3に示すような構成となっており、PWM制御部105は、電圧制御指令値Vrefを所定式に従って3相分のPWMデューティ値D1〜D6を演算するデューティ演算部105Aと、PWMデューティ値D1〜D6で駆動素子としてのFETのゲートを駆動すると共に、デッドタイムの補償をしてON/OFFするゲート駆動部105Bとで構成されている。インバータ106は半導体スイッチング素子としてのFETの3相ブリッジ(FET1〜FET6)で構成されており、PWMデューティ値D1〜D6でON/OFFされることによってモータ20を駆動する。また、インバータ106とモータ20との間の電力供給線には、電力供給を行い(ON)又は遮断(OFF)するためのモータリレー23が各相に接続されている。
When the
このような電動パワーステアリング装置について、システム異常検出時(例えばトルクセンサの断線、モータ制御段FETの短絡事故等)の予期しない事態に遭遇する場合がある。この場合の対応として、電動パワーステアリング装置のアシスト制御を即座に中止し、駆動制御系とモータとの接続を遮断することが最優先に行われる。 For such an electric power steering apparatus, an unexpected situation may be encountered when a system abnormality is detected (for example, disconnection of a torque sensor, a short circuit accident of a motor control stage FET, etc.). As a countermeasure in this case, the assist control of the electric power steering apparatus is immediately stopped, and the connection between the drive control system and the motor is cut off with the highest priority.
一般に、図3に示すように、モータ20と、モータ20に流れる電流を制御するインバータ106との間には、モータ電流を供給/遮断するためのモータリレー23が介挿されている。モータリレー23には安価な有接点のリレーが使用され、電磁的に有接点を開放してモータ20に流れる電流をハード的に遮断するようになっている(例えば特開2005−199746号公報(特許文献1))。
In general, as shown in FIG. 3, a motor relay 23 for supplying / cutting off the motor current is interposed between the
しかし、近年では小型化や信頼性の向上、更にコストの低減化を図るべく、有接点の電磁的なモータリレーに代えて無接点の半導体スイッチング素子(アナログスイッチ)、例えばFETで成るモータ開放スイッチに置換されている。しかし、システム異常によりアシスト継続不可能になると、インバータを停止してもモータは回転している場合、そのモータ回転中にモータ開放スイッチをOFFすると、モータの回生電力がモータ開放スイッチの安全動作領域を逸脱してしまい、モータ開放スイッチが破損したり、破壊されることがある。 However, in recent years, a contactless semiconductor switching element (analog switch), for example, a motor open switch composed of an FET, is used instead of a contacted electromagnetic motor relay in order to reduce the size, improve reliability, and reduce costs. Has been replaced. However, if it is impossible to continue the assist due to a system error, if the motor is rotating even if the inverter is stopped, the motor regenerative power will be within the safe operating area of the motor opening switch if the motor opening switch is turned off while the motor is rotating. The motor opening switch may be damaged or destroyed.
モータリレーに半導体スイッチング素子を使用した装置として、例えば特開2013−183462号公報(特許文献2)に開示されたものがある。特許文献2の装置では、電力変換器(インバータ)の故障が検出されるとインバータの駆動を停止し、第1電源リレーをOFFし、第2電源リレーをONする。そして、インバータの駆動が停止した状態で、モータが外力によって回転して回生電圧が発生すると、回生電圧はインバータからON状態の第2電源リレー及び第1電源リレーの寄生ダイオードを通って電源(バッテリ)に回生される。
As an apparatus using a semiconductor switching element for a motor relay, for example, there is one disclosed in JP2013-183462A (Patent Document 2). In the device of
電動パワーステアリング装置では、モータ回転に伴う逆起電圧の発生やモータ回生電流によるモータリレーをOFFしたときのスイッチング損失による半導体素子の安全動作領域の逸脱による素子破壊に特に注意する必要があり、素子破壊対策はできるだけハード部品を追加することなく安価に、かつ確実に行うことが強く望まれる。 In the electric power steering device, it is necessary to pay particular attention to the element destruction due to the deviation of the safe operation area of the semiconductor element due to the generation of the back electromotive force accompanying the motor rotation and the switching loss when the motor relay is turned off by the motor regenerative current. It is strongly desired that countermeasures against destruction be carried out inexpensively and reliably without adding hard parts as much as possible.
また、特許第5120041号公報(特許文献3)では、全ての相開放手段(モータリレー)が開作動し、かつ特定の1相についてのみ電圧が印加されている場合に、その特定相以外の相において電圧の印加に基づく端子電圧が検出される場合には、上記特定相に設けられた相開放手段に短絡故障が発生したと判定している。従って、特許文献3の装置は相開放手段自体の故障を検出するものであり、積極的に半導体スイッチング素子のデバイス保護を図るものではない。
In Japanese Patent No. 5120041 (Patent Document 3), when all the phase opening means (motor relays) are opened and a voltage is applied to only one specific phase, the phases other than the specific phase are disclosed. When a terminal voltage based on the application of voltage is detected, it is determined that a short circuit failure has occurred in the phase opening means provided in the specific phase. Therefore, the apparatus of
半導体スイッチング素子を保護するモータ装置として、特開2011−239489号公報(特許文献4)や特開2008−141868号公報(特許文献5)に示されるものが提案されている。特許文献1では、回路異常検出からOFF処理のPWM制御を、ある所定時間(アバランシェエネルギー放出の間)行うことでスイッチング素子を保護するようになっている。また、特許文献5では、異常検出からのOFF処理において、回路遮断条件にモータ回転数とモータ温度が低温側のときに相対的に閾値を高回転側に設定するようにしている。
As a motor device for protecting a semiconductor switching element, those shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-239489 (Patent Document 4) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-141868 (Patent Document 5) have been proposed. In Patent Document 1, the switching element is protected by performing PWM control of OFF processing from detection of a circuit abnormality for a predetermined time (during avalanche energy release). Further, in
しかしながら、特許文献4の装置では、インバータの各半導体スイッチング素子のOFF後に、所定時間が経過したときに、安全動作領域を考慮することなく一様にモータ開放スイッチの半導体スイッチング素子をOFFしているので、素子保護の確実性に問題がある。また、特許文献5のモータシステムは、高回転状態中に弱め界磁制御による交流モータの駆動制御を継続することにより、モータに誘起される過大な逆起電圧がインバータに印加されて機器損傷が発生することを防止しており、モータ開放スイッチの半導体スイッチング素子を保護することを開示していない。
However, in the device of Patent Document 4, when a predetermined time has elapsed after turning off each semiconductor switching element of the inverter, the semiconductor switching element of the motor open switch is uniformly turned off without considering the safe operation area. Therefore, there is a problem in the reliability of element protection. Further, in the motor system of
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、新たなデバイス部品を追加することなく、半導体スイッチング素子で小型に構成されたモータ開放スイッチの保護を、温度にも関連させて確実に信頼性高く行うことができるモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置を提供することにある。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and the object of the present invention is to protect a motor open switch configured with a semiconductor switching element in a small size without adding new device parts, and to protect the temperature. It is an object of the present invention to provide a motor control device that can be reliably and reliably performed and an electric power steering device equipped with the motor control device.
本発明は、トルクセンサから操舵トルクで演算された電流指令値に基づいてインバータによってモータを駆動制御し、前記インバータと前記モータとの間にFETで成るモータ開放スイッチが接続されているモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記トルクセンサを含むセンサ類及びインバータのアシスト状態を検出し、検出結果に基づいて前記インバータの制御をON/OFFすると共に、異常の有無を検出する制御部と、前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出部と、前記回転数に基づいて、データテーブルによりモータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーを演算するエネルギー演算部と、前記エネルギーを前記FETの安全動作領域と比較し、前記エネルギーが前記安全動作領域の領域内に所定時間継続したときに、前記モータ開放スイッチの全てのFETをOFFする判定部と、異常検出部と前記異常検出部からの情報に基づいて異常の有無を検出する状態検出部とを具備し、前記制御部は、前記状態検出部が異常を検出していないときに前記インバータの制御をONにし、前記状態検出部が異常を検出したときに前記インバータの制御をOFFすることにより達成される。 The present invention relates to a motor control device in which a motor is driven and controlled by an inverter based on a current command value calculated by a steering torque from a torque sensor, and a motor release switch composed of an FET is connected between the inverter and the motor. The above-described object of the present invention is to detect a sensor including the torque sensor and the assist state of the inverter, turn on / off the control of the inverter based on the detection result, and detect the presence or absence of abnormality. A motor rotation number detection unit that detects the rotation number of the motor, an energy calculation unit that calculates the energy of the motor back electromotive force voltage and the regenerative current based on the rotation number, and a safety table of the FET. Compared with the operating area, when the energy continues for a predetermined time in the area of the safe operating area, A determination unit that turns off all the FETs of the motor release switch, an abnormality detection unit, and a state detection unit that detects the presence or absence of abnormality based on information from the abnormality detection unit, and the control unit includes the state This is achieved by turning on the control of the inverter when the detection unit detects no abnormality and turning off the control of the inverter when the state detection unit detects the abnormality.
本発明の上記目的は、前記FETの温度若しくはその周辺の温度を検出する温度検出部が設けられ、前記制御部で、前記温度検出部で検出された温度検出値に基づいて前記安全動作領域を演算することで、前記温度に応じてより正確な安全動作領域を演算することにより、或いは前記判定部にタイマーが設けられており、前記タイマーにより前記エネルギーが前記安全動作領域内にある時間を計測し、前記所定時間継続したときにFET−OFF信号を出力するようになっていることにより、より効果的に達成される。 The object of the present invention is to provide a temperature detection unit that detects the temperature of the FET or the surrounding temperature, and the control unit defines the safe operation region based on the temperature detection value detected by the temperature detection unit. By calculating, a more accurate safe operation area is calculated according to the temperature, or a timer is provided in the determination unit, and the time during which the energy is within the safe operation area is measured by the timer. In addition, since the FET-OFF signal is output when the predetermined time is continued, it is achieved more effectively.
本発明に係るモータ制御装置によれば、モータ回転数が高い(モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギー(回生電力)が安全動作領域以上)場合には、モータ開放スイッチONを継続して回生電流を電源に戻す制御を行い、回転中のモータにブレーキ力を与え、このブレーキ力によりモータ回転数が徐々に低下し安全領域(モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギー(回生電力)が安全動作領域未満)に入ったときに直ぐにではなく、安全動作領域に入ったとき以降の時間経過を計測し、所定時間連続して経過したときにモータ開放スイッチの全ての半導体スイッチング素子(FET)をOFFするようにしている。このため、新たなデバイス部品を付加することなく、また、新たな保護回路を付加することなく安価な構成で、半導体スイッチング素子で成るモータ開放スイッチを一層確実に保護することができる。 According to the motor control device of the present invention, when the motor rotation number is high (the motor back electromotive force voltage and the energy of the regenerative current (regenerative power) are in the safe operation range or more), the motor open switch is continuously turned on to generate the regenerative current. Is controlled to return the power to the motor, and a braking force is applied to the rotating motor. This braking force gradually reduces the motor speed, and the safe region (motor back electromotive force voltage and regenerative current energy (regenerative power) is in the safe operating region). Measure the elapsed time after entering the safe operation area, not immediately when entering, and turn off all the semiconductor switching elements (FET) of the motor release switch when the specified time has elapsed continuously I am doing so. For this reason, it is possible to more reliably protect the motor opening switch formed of the semiconductor switching element with an inexpensive configuration without adding new device parts and without adding a new protection circuit.
また、安全動作領域の演算に、保護対象となるモータ開放スイッチの温度若しくはその周辺温度を加味しているので、モータ開放スイッチの温度特性に合致したON/OFF制御の保護を実現することができる。 In addition, since the temperature of the motor open switch to be protected or its surrounding temperature is taken into account in the calculation of the safe operation area, it is possible to realize ON / OFF control protection that matches the temperature characteristics of the motor open switch. .
本発明に係るモータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置によれば、モータとインバータとの間に介挿されたモータ開放スイッチの半導体スイッチング素子の保護を確実かつ容易に図ることができ、操舵の安全性及び信頼性を一層向上することができる。 According to the electric power steering apparatus equipped with the motor control apparatus according to the present invention, the semiconductor switching element of the motor opening switch inserted between the motor and the inverter can be reliably and easily protected. Safety and reliability can be further improved.
本発明では、モータ開放スイッチ(モータリレー)の小型化、信頼性の向上、コストの低減化のために、モータ開放スイッチを半導体スイッチング素子(例えばFET)で構成する。そして、トルクセンサなどのセンサ類やインバータ等の異常(故障を含む)発生によってアシスト継続不可能となったとき(モータ回転中にイグニションキーをOFFとした場合も含む)に、外力によるモータの回転時に発生するモータ回生電力(逆起電圧と回生電流から算出される)によってモータ開放スイッチのデバイス破壊を保護するために、モータ回転数からデータテーブル等に基づいて、モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーを演算すると共に、モータ開放スイッチの温度若しくは周辺の温度に基づいてモータ開放スイッチの安全動作領域を演算し、モータ回転数が高い(モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーが安全動作領域以上)場合には、モータ開放スイッチのONを継続して、回生電流を電源に戻す制御を行う。回生電流の電源への戻し制御によって回転中のモータにブレーキ力を与え、モータ回転数が徐々に低下し、安全動作領域(モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーが安全動作領域未満)に入った以降で所定時間連続したときに、モータ開放スイッチの全ての半導体スイッチング素子をOFFする。その後、アシスト制御停止に必要な処理を行う。 In the present invention, in order to reduce the size of the motor open switch (motor relay), improve the reliability, and reduce the cost, the motor open switch is constituted by a semiconductor switching element (eg, FET). Then, when it becomes impossible to continue assist due to abnormalities (including faults) of sensors such as torque sensors and inverters (including when the ignition key is turned OFF during motor rotation), the motor rotates due to external force. In order to protect the device breakage of the motor open switch by the motor regenerative power (calculated from the back electromotive force and the regenerative current) that is generated from time to time, the motor back electromotive force and regenerative current Calculates the energy of the motor open switch based on the temperature of the motor open switch or the surrounding temperature, and calculates the safe operation range of the motor open switch, and the motor speed is high (the energy of the motor back electromotive force voltage and regenerative current exceeds the safe operation range) In this case, the motor open switch is continuously turned on to perform a control for returning the regenerative current to the power source. Brake force was applied to the rotating motor by the return control of the regenerative current to the power supply, the motor rotation speed gradually decreased, and the motor entered the safe operating range (the motor back electromotive force voltage and the energy of the regenerative current were less than the safe operating range). Thereafter, all semiconductor switching elements of the motor release switch are turned OFF when the predetermined time has elapsed. Thereafter, processing necessary for stopping the assist control is performed.
このように温度情報及びモータ回転数をモニターしながら、逆起電圧と回生電流から算出される回生電力により生じるFET遮断時のスイッチング損失が安全動作領域内に入るモータ回転数になった時点以降、安全動作領域内に連続して留まっている時間が所定時間を超えたときに、モータ開放スイッチの半導体スイッチング素子を全てOFFするようにしているので、半導体スイッチング素子OFF時のスイッチング損失による安全動作領域逸脱による破損や破壊もなく、半導体スイッチング素子を確実に保護することができ、信頼性の高いモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。 While monitoring the temperature information and the motor rotation speed in this way, after the time when the switching loss at the time of FET interruption caused by the regenerative power calculated from the back electromotive voltage and the regenerative current becomes the motor rotation speed falling within the safe operation region, All the semiconductor switching elements of the motor release switch are turned off when the time that stays continuously in the safe operation area exceeds a predetermined time, so the safe operation area due to switching loss when the semiconductor switching element is OFF The semiconductor switching element can be reliably protected without damage or destruction due to deviation, and a highly reliable motor control device and electric power steering device can be provided.
一般に、動作中のFETの安全動作領域(AOS:Area Of Safety operation)は、図4に示すようなドレイン電流Idとドレイン−ソース間電圧Vdsの関係と、図5に示すような最大許容損失Pdの温度特性によって決まる。しかし、実際に使用される動作条件(FETケース温度Tc、動作周波数f、オン幅tなど)で変化する。特に最大許容損失Pdは、ケース温度が上がると低下するため、正確な安全動作領域を求めるには温度情報は重要であり、パワー基板上の温度検出素子による温度を知ることができれば、FETのケース温度Tcが推定できるので、温度に対応した最大許容電力Pdを算出することができる。 In general, the safe operation region (AOS: Area Of Safety operation) of the FET in operation is the relationship between the drain current Id and the drain-source voltage Vds as shown in FIG. 4 and the maximum allowable loss Pd as shown in FIG. It depends on the temperature characteristics. However, it varies depending on operating conditions actually used (FET case temperature Tc, operating frequency f, ON width t, etc.). In particular, the maximum allowable loss Pd decreases as the case temperature rises. Therefore, temperature information is important for obtaining an accurate safe operation region. If the temperature by the temperature detection element on the power board can be known, the case of the FET can be obtained. Since the temperature Tc can be estimated, the maximum allowable power Pd corresponding to the temperature can be calculated.
よって、本発明ではモータ回転数による(回生電力)判断だけでなく、(パワー基板上の)半導体スイッチング素子(FET)の温度若しくはその周辺の温度情報を判断条件に加味することにより、正確な安全動作領域が判断され、モータ単体の回転数による判定よりも、より安全に半導体スイッチング素子(FET)をスイッチOFFすることができる。 Therefore, according to the present invention, not only the (regenerative power) determination based on the motor rotation speed but also the temperature of the semiconductor switching element (FET) on the power substrate or the temperature information around the semiconductor switching element (FET) is taken into account in the determination condition, thereby ensuring accurate safety. The operating region is determined, and the semiconductor switching element (FET) can be switched off more safely than the determination based on the rotation speed of the motor alone.
なお、緊急のアシストOFF時にはモータはフリーランとなる。また、アシストOFFの要因には、インバータの異常、イグニションキーのOFF、ソフト・ハードの異常検出、センサ類の異常等がある。 Note that the motor is free-running when the emergency assist is OFF. Assist OFF factors include an inverter abnormality, ignition key OFF, software / hardware abnormality detection, sensor abnormality, and the like.
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図6は本発明の構成例を図3に対応させて示しており、本発明では制御部120に、エネルギー演算部121、判定部122、データテーブル123、電流制御部124、状態検出部125、安全動作領域演算部126を設けている。判定部122はタイマー122Aを具備しており、以下で説明する時間の経過を計測し、所定時間を経過したときにモータ開放スイッチ140のFETU〜FETWを全てOFFするFET−OFF信号を出力する。データテーブル123はモータ回転数rpmに対応したエネルギーW、つまりモータ回転数rpmに対するモータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーWを予め求めてテーブル化しており、例えば図7に示すような特性を有している。従って、モータ回転数rpmを検出することによって、モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーWを演算することができる。図7では、例えばモータ回転数rpmがω1のとき、エネルギーWはW1と演算される。
FIG. 6 shows a configuration example of the present invention corresponding to FIG. 3. In the present invention, the
なお、データテーブル123として、EEPROMなどの不揮発性メモリに格納するようにしても良い。 The data table 123 may be stored in a nonvolatile memory such as an EEPROM.
また、トルクセンサ等のセンサ類の異常(故障を含む)を検出するセンサ異常検出部131と、インバータ106の異常(故障を含む)を検出するインバータ異常検出部135と、センサ異常検出部131及びインバータ異常検出部135などに基づいて異常その他の状態を検出し、必要な処理を行う状態検出部125とが設けられている。状態検出部125はアシストOFF指令を入力し、アシストOFF動作の全てを対象にして検出しており、例えばモータ回転中にイグニションキーがOFFされたような状態も検出する。
Further, a sensor
更に、制御部120内の電流制御部124で制御されるインバータ106とモータ20との間の電力供給線(U相,V相、W相)に、半導体スイッチング素子としてのFETで成るモータ開放スイッチ140(140U、140V、140W)が介挿され、モータ開放スイッチ140は制御部120で制御されるモータ開放スイッチ制御部133でON/OFFされる。また、モータ開放スイッチ140(140U、140V、140W)の温度若しくはその周辺温度を検出するための温度検出部の温度センサとしてサーミスタ141が配設されており、電気的に検出された温度情報Tpは制御部120に入力される。サーミスタ141の配設は、モータ開放スイッチ140(140U、140V、140W)が装着されているパワー基板上であっても良い。インバータ106のFET1〜FET6と、モータ開放スイッチ140のFET(140U〜140W)とは、同一基板に装着されている。
Further, a motor open switch composed of an FET as a semiconductor switching element is connected to a power supply line (U phase, V phase, W phase) between the
安全動作領域演算部126は、サーミスタ141からの温度情報Tpに基づいて安全動作領域を演算する。演算された安全動作領域は判定部122に入力される。
The safe operation
更に、回転センサ21からの回転角度θに基づいてモータ回転数rpmを検出するモータ回転数検出部132が設けられている。
Further, a motor rotation
モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーが安全動作領域に入って直ぐに、モータ開放スイッチ140のFETをOFFしてしまうと、その後にモータ回転数rpmが再上昇した場合にデバイスが破壊されることがある。図8のタイミングチャートはその様子を示しており、時点t2にインバータ停止となり、以降PWM駆動信号が停止されるため、図8(A)に示すようにモータ回転数rpmがランプダウンする。そして、時点t3にモータ回転数rpmが閾値に達して、図8(C)に示すようにモータ開放スイッチ140の駆動信号をOFFにすると、図8(A)に示すように外的要因によりモータ回転数rpmが変動する場合がある。電動パワーステアリング装置では、道路の状況により操舵輪のタイヤが受ける力によりハンドルが回されることも推測される。一例としては、そのタイミング時に、操舵輪タイヤが路肩に接触するようなことが考えられる。このようにモータ回転数rpmが再上昇した場合、FETが破壊される恐れがある。
Immediately after the motor back electromotive force voltage and regenerative current energy enter the safe operation region, if the FET of the
そこで、本発明では図9に示すように、インバータ停止(時点t11)後、モータ回転数rpmがランプダウンして閾値に達した時点t12以降、所定時間が経過した時点t13にモータ開放スイッチ140の駆動信号をOFFする。駆動信号のOFFは、図9(D)に示すようにタイマーカウントのカウント値が閾値になったときに行う。これにより、より安全にモータ開放スイッチ140のFETをOFFすることが可能となる。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 9, after the inverter is stopped (time point t11), after the time t12 when the motor rotation speed rpm is ramped down and reaches the threshold value, the
このような構成において、その動作例を図10のフローチャートを参照して説明する。 In such a configuration, an example of the operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
制御動作がスタートすると、先ずモータ開放スイッチ140(140U,140V,140W)が、制御部120を介してモータ開放スイッチ制御部133によりONされ(ステップS1)、制御部120内の電流制御部124によりインバータ106の制御をONにしてアシスト制御がスタートする(ステップS2)。状態検出部125は、センサ異常検出部131やインバータ異常検出部135において異常(故障を含む)が検出されているか否かを判定し(ステップS3)、異常が検出されていない場合には、アシスト制御をそのまま継続する。
When the control operation starts, first, the motor release switch 140 (140U, 140V, 140W) is turned on by the motor release
また、上記ステップS3で異常が検出された場合には、アシスト制御の継続が不可能と判断し、制御部120によりインバータ106の制御をOFFにする(ステップS10)。インバータ106の制御がOFFにされると、モータ回転数検出部132は外力で回転されるモータ20のモータ回転数rpmを検出し(ステップS11)、制御部120内のエネルギー演算部121はモータ回転数rpmに基づいて、モータ逆起電圧E及び回生電流のエネルギーWを、データテーブル123を用いて演算する(ステップS12)。モータ逆起電圧Eは下記数1に従って求められ、回生電流の計測と共に予め実測してテーブル化してある。
(数1)
E=k・単位時間当たりモータ回転数
ただし、kは、モータ20の磁束密度やロータ径等によって定まるモータ定数である。
サーミスタ141によりモータ開放スイッチ140の温度(若しくはその周辺温度)Tpが検出され(ステップS13)、更に最大許容損失Pdが演算され(ステップS14)、制御部120に入力される。制御部120内の安全動作領域演算部126は、温度Tp及び最大許容損失Pdに基づいてモータ開放スイッチ140の安全動作領域を演算する(ステップS15)。
If an abnormality is detected in step S3, it is determined that the assist control cannot be continued, and the control of the
(Equation 1)
E = k. Motor rotation speed per unit time. However, k is a motor constant determined by the magnetic flux density of the
The
演算された安全動作領域は判定部122に入力され、判定部122は演算されたエネルギーWがモータ開放スイッチ140を構成するFETの安全動作領域を逸脱しているか否かを判定する(ステップS20)。つまり、“エネルギー演算結果>安全動作領域”であるか否かを判定し、演算されたエネルギーWが、演算された安全動作領域を逸脱している場合、つまりモータ回転数rpmが高い場合は回生電力がFET破壊を起こす危険領域であり、また、回生電流によるスイッチング損失が安全動作領域以上であり、OFFタイマーをリセットしてモータ開放スイッチ140のON動作を継続する。これにより回生電流を電源に戻す制御が行われ、回転中のモータにブレーキ力を与える。
The calculated safe operation region is input to the
そして、ブレーキ力によってモータ回転数rpmが徐々に低下し、モータ開放スイッチ140の安全遮断領域、つまりエネルギーWが、回生電流によるスイッチング損失が安全動作領域の領域内に入った以降に、OFFタイマーをカウントアップし(ステップS21)、OFFタイマーのカウント値がスイッチOFF判定用閾値以上となったか否かを判定する(ステップS22)。そして、OFFタイマーのカウント値がスイッチOFF判定用閾値以上となったときに、モータ開放スイッチ140をOFFすると共に、OFFタイマーをリセットする(ステップS23)。OFFタイマーのカウント値がスイッチOFF判定用閾値未満のときは、上記ステップS11にリターンして上記動作を繰り返す。
Then, the motor rotation speed rpm gradually decreases due to the braking force, and after the switching loss due to the regenerative current enters the safe operation region, the OFF timer is turned off after the safety cutoff region of the
これにより、モータ開放スイッチ140を構成するFETが破壊されることはなく、モータ開放スイッチ140のOFFの後にアシスト制御停止に必要な処理を実行する。
As a result, the FET constituting the
なお、判定部122が判定する耐電圧データや安全動作領域等の数値は、耐電圧データや安全動作領域等と比較してモータ開放スイッチをOFFするモータ回転数は、使用するモータの種類やFET、配線抵抗などで大きく変動するので、実機での計測等によって導き出す。
Note that the numerical values such as withstand voltage data and safe operation area determined by the
なお、上述の実施形態では回転センサ(レゾルバ)に基づいてモータ回転数を検出しているが、モータ端子電圧、シャント抵抗による電流検出によってもモータ回転数を推定することができる。 In the above-described embodiment, the motor rotation speed is detected based on the rotation sensor (resolver). However, the motor rotation speed can also be estimated by detecting the current using the motor terminal voltage and the shunt resistance.
また、上述の実施形態では温度センサとしてサーミスタを例に挙げているが、測温抵抗体、熱電対、トランジスタの温度特性を利用したIC化温度センサ、水晶のYカットを利用した水晶温度計等を利用することも可能である。 In the above-described embodiment, the thermistor is taken as an example of the temperature sensor. However, a temperature measuring resistor, a thermocouple, an IC temperature sensor using the temperature characteristics of the transistor, a crystal thermometer using the Y-cut of the crystal, It is also possible to use.
1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
20 モータ
100 コントロールユニット(ECU)
101 電流指令値演算部
104 PI制御部
105 PWM制御部
106 インバータ
110 補償信号生成部
120 制御部
121 エネルギー演算部
122 判定部
122A タイマー
123 データテーブル
125 状態検出部
126 安全動作領域演算部
131 センサ異常検出部
132 モータ回転数検出部
133 モータ開放スイッチ制御部
140 モータ開放スイッチ
141 サーミスタ
1
10
101 current command
Claims (4)
前記トルクセンサを含むセンサ類及びインバータのアシスト状態を検出し、検出結果に基づいて前記インバータの制御をON/OFFすると共に、異常の有無を検出する制御部と、
前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出部と、
前記回転数に基づいて、データテーブルによりモータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーを演算するエネルギー演算部と、
前記エネルギーを前記FETの安全動作領域と比較し、前記エネルギーが前記安全動作領域の領域内に所定時間継続したときに、前記モータ開放スイッチの全てのFETをOFFする判定部と、
異常検出部と前記異常検出部からの情報に基づいて異常の有無を検出する状態検出部と、
を具備し、
前記制御部は、前記状態検出部が異常を検出していないときに前記インバータの制御をONにし、前記状態検出部が異常を検出したときに前記インバータの制御をOFFすることを特徴とするモータ制御装置。 In a motor control device in which a motor is driven and controlled by an inverter based on a current command value calculated by a steering torque from a torque sensor, and a motor release switch composed of an FET is connected between the inverter and the motor.
A control unit that detects the assist state of the sensors including the torque sensor and the inverter, and turns on / off the control of the inverter based on a detection result;
A motor rotation number detection unit for detecting the rotation number of the motor;
Based on the number of revolutions, an energy calculation unit that calculates the energy of the motor back electromotive force voltage and the regenerative current from a data table;
The energy is compared with the safe operation area of the FET, and when the energy continues in the safe operation area for a predetermined time, a determination unit that turns off all the FETs of the motor open switch,
A state detection unit that detects the presence or absence of an abnormality based on information from the abnormality detection unit and the abnormality detection unit;
Comprising
The control unit turns on the control of the inverter when the state detection unit does not detect abnormality, and turns off the control of the inverter when the state detection unit detects abnormality. Control device.
An electric power steering apparatus comprising the motor control apparatus according to claim 1.
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