JP2018046625A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの各相間ショートによる電気ブレーキモードを回避するための複数のモータリレーの異常判断を簡素な構成で行うモータ制御装置を提供すること。【解決手段】中性点電圧をモニターする機能を備え、この中性点電圧により、複数のモータリレーの異常判断を行うようにした。【選択図】 図２

Description

本発明は、電動モータ異常診断機能を有するモータ制御装置に関する。

従来のモータ制御装置においては、３相電動モータの不導通及び短絡異常を検出すると、電動モータの電気ブレーキモードを回避するために、各コイルとインバータの間に配置された各モータリレー接点のうち、異常を検出したコイルのモータリレーをオフすることにより、正常なコイルのみにて正確に電動モータの制御を行うようにしていた。
（例えば特許文献１）。

特開２０１３−２３３９３２号

しかし、電動モータの異常時には的確な制御を行えるが、これを実施するモータリレーの異常検出を行っておらず、モータリレーの異常発生時には、的確な電動モータの制御が行えない恐れがあった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、モータリレーの異常時にも的確な制御を行えるモータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のモータ制御装置では、インバータを制御するマイクロプロセッサが複数のステータコイルの中性点の電圧に基づき、複数のモータリレーの異常を判断するようにした。

複数のステータコイルの異常時に、当該複数のステータコイルへの電力の供給を遮断する複数のモータリレーの異常を検出できるようにしたので、複数のモータリレー異常時の電動モータの制御を確実に中止することができる。また、中性点の電圧に基づき、複数のモータリレーの異常を判断するようにしたので、各複数のステータコイル毎に、Ａ／Ｄコンバータを設ける必要もない。

本発明に係る電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。 実施例１のモータ制御装置の具体的構成を示すブロック図である。 実施例１の異常判定の制御フローを示す図である。 実施例２のモータ制御装置の具体的構成を示すブロック図である。

以下、本発明のモータ制御装置を実現する形態を、図面に示す実施例に基づき説明する。

［実施例１］
図1は電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。
ステアリングシャフト１の図示上方端部には、図示しないステアリングホイールに運転者から作用される操舵力が伝達される。このステアリングシャフト１の図示下方は、操舵トルクセンサ２、舵角センサ３を介して図示しないピニオンに連結している。このピニオンは図示しないラックに?合しピニオンの回転運動をラックの車幅方向の直進運動に変換し、タイロッド６を介して図示しない操舵輪を操舵している。
また、該ラックには、操舵補助機構４が連結されている。この操舵補助機構４は、ラックに連結した減速機５と、この減速機５に連結された操舵補助力を発生する電動モータ７とこの電動モータ７を制御するモータ制御装置８とを備えている。

図２は、実施例１のモータ制御装置８の具体的構成を示すブロック図である。
モータ制御装置８は、電動パワーステアリングの機能を司る演算をマイクロプロセッサ１３が実施している。該マイクロプロセッサ１３への車速等の情報入手および電動パワーステアリングの状態を出力する車両通信部１４が設けられている。また、マイクロプロセッサ１３には操舵トルクセンサ２より操舵トルク信号も入力されている。

そのモータ制御装置８の直流電源としてのバッテリー９からの電力を、前記マイクロプロセッサ１３内に設けられた電源リレー制御部１３ｂによりＯＮ−ＯＦＦされる電源リレー１０、該電源リレー１０をＯＮする時の突入電流を低減させるために、ＯＮする前にあらかじめ前記電源リレー１０の下流の電位を前記電源リレー１０上流の電位に近づけるためのバッテリー９の電圧より低い電圧（例えば、'３'Ｖ以下）を供給するプリチャージ回路１５が設けられている。また、マイクロプロセッサ１３へは、回路電源作成部１６を介してバッテリー９からの電力が供給される。さらに、前記電源リレー１０下流の電圧を電圧モニター回路２２にてモニターして、マイクロプロセッサ１３へ入力している。

前記電動モータ７を適切に駆動するため、該電動モータ７を駆動するためのインバータ回路１１内の図示しないＦＥＴに、前記マイクロプロセッサ１３にて演算されたインバータ駆動指令をＰＷＭ信号として出力するプリドライバー１７を設けている。インバータ回路１１は、電動モータ７の回転出力を制御するための電流制御機能を有している。インバータ回路１１の下流には、直流電流を検出するモータ電流検出部１２が設けられている。その検出された電流値は、マイクロプロセッサ１３に入力される。該インバータ回路１１で制御されたモータ電流はスター結線からなる三相ブラシレスモータである電動モータ７に印加されるようになっている。

また、このインバータ回路１１と前記電動モータ７の中性点１８の間には、各複数のステータコイルＵ、Ｖ、Ｗ相に対し、マイクロプロセッサ１３によりＯＮ−ＯＦＦ制御される複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃが設けられている。さらに、前記電動モータ７の回転位置を検出するためのモータ回転位置検出部２０が設けられ、モータ回転位置をマイクロプロセッサ１３に入力している。また、中性点１８の電圧をモニターする所定の電圧が印加されている中性点電圧モニター回路２１により、検出された中性点電圧がマイクロプロセッサ１３に入力されている。

図３は、マイクロプロセッサ１３のモータリレー異常判断部１３ａが行う複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの異常判定の制御フローを示す図である。この制御フローは、モータ制御装置起動後、操舵補助制御を開始する前の初期診断として実行される。

図３の制御フロー起動後、ステップ４０において前記電源リレー１０をＯＦＦ作動させる。ステップ４１では、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃをＯＦＦ作動させる。つづいてステップ４２でプリチャージフラグが'１'か否か（プリチャージが終了しているか否か）を確認し、フラグが'１'であればステップ４６へ進む。フラグが'１'でない場合には、ステップ４３へ進み、プリチャージ回路１５によりプリチャージを開始する。ステップ４４では、前記電源リレー１０の下流の電圧と所定電圧値Ａを比較し、所定電圧値Ａ越えたか否かを判定する。越えていなければ、ステップ４９に進み、プリチャージを継続する。越えていれば、ステップ４５に進み、プリチャージフラグを'１'にするとともに、プリチャージを終了し、ステップ４６に進み、インバータ回路１１内の図示しない上アームＦＥＴをＯＮ作動させ、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃに電力を供給する。

つぎに、ステップ４７において、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの異常判定を行う。すなわち、マイクロプロセッサ１３内のモータリレー異常判断部１３ａにて、検出した中性点電圧と所定電圧値Ｂを比較し、その比較結果に基づいて、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの異常を検出する。具体的には、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃが指示通り遮断状態（開）であれば、中性点電圧はほぼ'１'Ｖ以下の'０'Ｖ近傍となり、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃのいずれかが通電状態（閉）であれば、中性点電圧は、'６'Ｖ近傍となるため、異常判定が可能となる。中性点電圧が所定値Ｂ以下であれば、ステップ４８に進み、前記複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃを正常と判断し、制御フローを終了し、次に前記電源リレー１０、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃをＯＮ作動し、操舵補助制御を開始する。中性点電圧が所定値Ｂ以上であれば、ステップ５０に進み、異常カウンタ値を所定値Ｃと比較し、所定値Ｃ以下であれば、ステップ５１に進み、異常カウンタ値を'１'加算し、ステップ４７に戻る。この異常カウンタ値の比較は、誤判断を防止するために行っている。異常カウンタ値が所定値Ｃ以上であれば、ステップ５２に進み、前記複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃのいずれかが異常であると判定し、ステップ５３で操舵補助制御（アシスト）の開始を中止するとともに、ステップ５４で図示しないワーニングランプを点灯して、制御フローを終了する。
なお、本制御フローでは、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの遮断状態での故障判断のみ行っており、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの通電状態での異常判断（オープン故障判断）については、電動モータ７の駆動制御中において、電動モータ７の電流値を確認することにより、行っている。

［効果］
実施例1において得られる効果について、以下に列記する。

(1) インバータ回路１１を制御するマイクロプロセッサ１３が複数のステータコイルＵ、Ｖ、Ｗ相の中性点１８の電圧に基づき、複数のモータリレーの異常を判断するようにした。
よって、複数のステータコイルＵ、Ｖ、Ｗ相の異常時に、当該複数のステータコイルへの電力の供給を遮断する複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの異常を検出できるようにしたので、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃ異常時の電動モータの制御を確実に中止することができる。また、中性点の電圧に基づき、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの異常を判断するようにしたので、各複数のステータコイルＵ、Ｖ、Ｗ相毎に、Ａ／Ｄコンバータを設ける必要もない。

(2) 前記マイクロプロセッサ１３は、前記複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃに異常がないと判断されたときに、電源リレー１０を遮断状態から通電状態に切り換えるようにした。
よって、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃがすべて正常であると確認できた後に、インバータ回路１１への電力供給を許可するので、モータ制御装置８の安全性を向上させることができる。

(3) 前記複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの異常判断は、遮断状態か否かのみを判断し、通電状態を判断していない。
よって、遮断状態のみについて判断を実施し、正常であれば電源リレー１０を通電状態とするので、早期に電源リレー１０を通電状態とすることができ、モータ制御開始タイミングを早めることができる。

(4) 前記複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの異常判断は、前記バッテリー９の電圧よりも低い電圧を供給する前記プリチャージ回路１５による前記インバータ回路１１に電力が供給された状態で行われる。
よって、インバータ回路１１の下流側のスイッチング回路が通電状態（ＯＮ）故障していても、バッテリー９からの貫通電流が流れることを抑制できる。

(5) 前記中性点の電圧を検出する電圧モニター回路２１には所定の電圧が印加されているため、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧が'０'Ｖではなくなるため、中性点電圧の検出精度を向上することができる。

［実施例２］
実施例２は、複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃが複数のステータコイルＵ、Ｖ、Ｗ相のそれぞれよりもモータ制御装置８内の中性点１８側に配置されている点で、第１実施例と相違する。
図４は、実施例２のモータ制御装置の具体的構成を示すブロック図である。
モータ制御装置８は、電動パワーステアリングの機能を司る演算をマイクロプロセッサ１３が実施している。該マイクロプロセッサ１３への車速等の情報入手および電動パワーステアリングの状態を出力する車両通信部１４が設けられている。また、マイクロプロセッサ１３には操舵トルクセンサ２より操舵トルク信号も入力されている。

そのモータ制御装置８の直流電源としてのバッテリー９からの電力を、前記マイクロプロセッサ１３内に設けられた電源リレー制御部１３ｂによりＯＮ−ＯＦＦされる電源リレー１０、該電源リレー１０をＯＮする時の突入電流を低減させるために、ＯＮする前にあらかじめ前記電源リレー１０の下流の電位を前記電源リレー１０上流の電位に近づけるためのバッテリー９の電圧より低い電圧（例えば、'３'Ｖ以下）を供給するプリチャージ回路１５が設けられている。また、マイクロプロセッサ１３へは、回路電源作成部１６を介してバッテリー９からの電力が供給される。さらに、前記電源リレー１０下流の電圧を電圧モニター回路２２にてモニターして、マイクロプロセッサ１３へ入力している。

前記電動モータ７を適切に駆動するため、該電動モータ７を駆動するためのインバータ回路１１内の図示しないＦＥＴに、前記マイクロプロセッサ１３にて演算されたインバータ駆動指令をＰＷＭ信号として出力するプリドライバー１７を設けている。インバータ回路１１は、電動モータ７の回転出力を制御するための電流制御機能を有している。インバータ回路１１の下流には、直流電流を検出するモータ電流検出部１２が設けられている。その検出された電流値は、マイクロプロセッサ１３に入力される。該インバータ回路１１で制御されたモータ電流はスター結線からなる三相ブラシレスモータである電動モータ７に印加されるようになっている。

実施例１とは異なり、マイクロプロセッサ１３によりＯＮ−ＯＦＦ制御される複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃが複数のステータコイルＵ、Ｖ、Ｗ相のそれぞれよりもモータ制御装置８内の中性点１８側に配置されている。
さらに、前記電動モータ７の回転位置を検出するためのモータ回転位置検出部２０が設けられ、モータ回転位置をマイクロプロセッサ１３に入力している。また、中性点１８の電圧をモニターする所定の電圧が印加されている中性点電圧モニター回路２１により、検出された中性点電圧がマイクロプロセッサ１３に入力されている。
前記モータリレー異常判断部１３ｂが行う制御については、実施例１の図３と同様である。

［効果］
実施例２において、実施例１の効果に加えて得られる効果について、以下に列記する。

(1) 複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃが複数のステータコイルＵ、Ｖ、Ｗ相のそれぞれよりもモータ制御装置８内の中性点１８側に配置されている。
よって、複数のステータコイルＵ、Ｖ、Ｗ相を含む、より広い範囲での相間ショートによる電気ブレーキモードを複数のモータリレー１９ａ、１９ｂ、１９ｃにより回避することができる。また、中性点１８をモータ制御装置８内に設置するので、配線の簡素化も実現できる。

［他の実施例］
以上、本発明を実現するための形態を、実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

１ ステアリングシャフト
２ 操舵トルクセンサ
３ 舵角センサ
４ 操舵補助機構
５ 減速機
６ タイロッド
７ 電動モータ
８ モータ制御装置
９ バッテリー
１０ 電源リレー
１１ インバータ回路（インバータ）
１３ マイクロプロセッサ
１３ａ モータリレー異常判断部
１３ｂ 電源リレー制御部
１５ プリチャージ回路
１９ａ モータリレー
１９ｂ モータリレー
１９ｃ モータリレー
２１ 中性点電圧モニター回路

Claims (6)

1. 中性点でスター結線された複数のステータコイルを有する電動モータと、
   前記複数のステータコイルへの通電を制御するインバータと、
   前記インバータを制御するマイクロプロセッサと、
   前記中性点と前記インバータの間において、前記複数のステータコイルと共に配置され、前記インバータから前記複数のステータコイルのそれぞれへの電力の供給を遮断する複数のモータリレーと、
   前記前記マイクロプロセッサ内に設けられ、前記中性点の電圧に基づき、前記複数のモータリレーの異常の有無を判断するモータリレー異常判断部と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項1に記載のモータ制御装置において、
   前記複数のモータリレーのそれぞれは、前記複数のステータコイルのそれぞれよりも前記中性点側に配置されていることを、
   を特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１に記載のモータ制御装置は、
   電源と前記インバータの間に設けられ、前記電源からの電力の供給と遮断を切り換える電源リレーを備え、
   前記マイクロプロセッサは、前記モータリレー異常判断部により前記モータリレーに異常が無いと判断されたとき、前記電源リレーを遮断状態から通電状態に切り換える電源リレー制御部を備えること、
   を特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項3に記載のモータ制御装置において、
   前記モータリレー異常判断部は、前記電源リレー制御部が前記電源リレーを遮断状態から通電状態に切り換えるまでは、前記複数のモータリレーの遮断状態について判断し、通電状態については判断しないこと、
   を特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１に記載のモータ制御装置は、
   電源と前記インバータの間に設けられ、前記インバータに対し前記電源の電圧よりも低い電圧を供給するプリチャージ回路を備え、
   前記モータリレー異常判断部は、前記プリチャージ回路によって前記インバータに電力が供給された状態において前記複数のモータリレーの異常の有無を判断すること、
   を特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項１に記載のモータ制御装置は、
   前記中性点の電圧を検出する電圧モニター回路を備え、
   前記前記電圧モニター回路には、所定の電圧が印加されていること、
   を特徴とするモータ制御装置。

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