JP2021044968A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、複数系統のモータ制御回路からなる冗長構成を有する電動パワーステアリング用のモータ制御装置に関する。 The present invention relates to, for example, a motor control device for electric power steering having a redundant configuration including a plurality of systems of motor control circuits.
近年、車両には燃料消費量の節減、排気による環境汚染の低減のためアイドルストップ等の機能が搭載されているが、エンジン再始動時におけるクランキングによる電力消費によってバッテリ電圧が大きく低下し、それによる制御部(CPU等)での電源リセットが問題になっている。特に、経年変化等によりバッテリが劣化しているときに電源リセットが問題となる。 In recent years, vehicles have been equipped with functions such as idle stop to reduce fuel consumption and environmental pollution due to exhaust, but the battery voltage drops significantly due to power consumption due to cranking when the engine is restarted. Power reset in the control unit (CPU etc.) by In particular, power reset becomes a problem when the battery is deteriorated due to aging or the like.
制御部の電源リセットを回避する技術として、例えば特許文献1のモータ制御装置は、インバータに供給するインバータ電圧の電荷を充電し放電する充放電機構と、充放電機構を電源電圧から分離する分離手段とを備え、電源電圧降下時に分離手段により充放電機構を電源電圧から分離するとともに、充放電機構から制御部に電圧を印加して制御部の電源リセットを回避して、その時点までの学習内容等が消失するのを防止する構成を開示している。 As a technique for avoiding power reset of the control unit, for example, the motor control device of Patent Document 1 has a charging / discharging mechanism that charges and discharges the charge of the inverter voltage supplied to the inverter, and a separation means that separates the charging / discharging mechanism from the power supply voltage. When the power supply voltage drops, the charging / discharging mechanism is separated from the power supply voltage by the separation means, and a voltage is applied from the charging / discharging mechanism to the control unit to avoid the power supply reset of the control unit. Discloses a configuration that prevents such things from disappearing.
一方、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おいて、モータに設けた2組のコイル巻線を独立して駆動する2組のインバータ回路を備え、インバータ回路以外の制御回路を二重系にして、一方系統が部品故障等により異常となっても、正常に動作している他方の系統によってモータ制御を継続するという冗長構成が従来より知られている。 On the other hand, in an electric power steering device equipped with a motor control device, two sets of inverter circuits for independently driving two sets of coil windings provided in the motor are provided, and control circuits other than the inverter circuit are made into a dual system. However, a redundant configuration has been conventionally known in which motor control is continued by the other system that is operating normally even if one system becomes abnormal due to a component failure or the like.
特許文献1は、モータ制御装置の制御部(MCU)の電源リセットを回避する方法を提示しているが、クランキング等による電圧低下により制御部のリセットが発生した場合のモータ制御方法については言及していない。そのため、電圧低下に伴う制御停止という事態を回避できないという問題がある。 Patent Document 1 presents a method of avoiding a power reset of a control unit (MCU) of a motor control device, but mentions a motor control method when a reset of the control unit occurs due to a voltage drop due to cranking or the like. Not done. Therefore, there is a problem that it is not possible to avoid a situation in which control is stopped due to a voltage drop.
上述した複数の制御部(CPU)を使用した冗長制御を行っているモータ制御装置において、クランキング時にバッテリ電圧が低下した場合、片系統のみ定電圧によるCPUリセットが発生し、CPU間通信が途絶える可能性がある。このような事象は系統の故障ではないにも拘わらず、CPU間通信が途絶えたことで片系統の失陥と誤認識され、フェールオペレーションに移行して、例えばモータ制御の最大出力が低下する等の縮退動作になるという問題がある。 In a motor control device that performs redundant control using a plurality of control units (CPUs) described above, if the battery voltage drops during cranking, a CPU reset occurs due to a constant voltage in only one system, and communication between CPUs is interrupted. there is a possibility. Although such an event is not a system failure, it is erroneously recognized as a failure of one system due to the interruption of communication between CPUs, and it shifts to fail operation, for example, the maximum output of motor control decreases. There is a problem that it becomes a degenerate operation of.
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冗長構成をとるモータ制御装置において、クランキングによる電源電圧の低下により片系統において制御部の電源リセットが発生しても、安定したモータ制御を可能にする、車両等に搭載されるモータ制御装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is that in a motor control device having a redundant configuration, even if a power reset of a control unit occurs in one system due to a decrease in power supply voltage due to cranking. The present invention is to provide a motor control device mounted on a vehicle or the like, which enables stable motor control.
上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第1の発明は、バッテリより電源供給を受け、複数の制御系統からなり該複数の制御系統ごとに設けた制御部によって電動モータを駆動するモータ制御装置であって、前記バッテリの電圧値を検知するバッテリ電圧検知部と、前記制御部の駆動電圧値を検出する駆動電圧検出部と、前記駆動電圧検出部での検出結果をもとに前記制御部に対して内部リセットを施すリセット部と、前記制御部間の通信の有無を監視する通信状態監視部とを備え、前記複数の制御系統の一方系統において前記内部リセットが発生し、かつ、前記通信状態監視部により前記制御部間が通信途絶状態にあると判定された場合、前記複数の制御系統の他方系統は所定のフェールオペレーションへの移行を待機状態とし、規定条件が成立後、前記電動モータの駆動制御を再開することを特徴とする。 The following configuration is provided as a means for achieving the above object and solving the above-mentioned problem. That is, the first exemplary invention of the present application is a motor control device that receives power from a battery and is composed of a plurality of control systems and drives an electric motor by a control unit provided for each of the plurality of control systems. A battery voltage detection unit that detects the voltage value of the battery, a drive voltage detection unit that detects the drive voltage value of the control unit, and an internal unit with respect to the control unit based on the detection results of the drive voltage detection unit. A reset unit for resetting and a communication status monitoring unit for monitoring the presence or absence of communication between the control units are provided, the internal reset occurs in one of the plurality of control systems, and the communication status monitoring unit performs the internal reset. When it is determined that the communication between the control units is interrupted, the other system of the plurality of control systems is in a standby state for transition to a predetermined fail operation, and after the specified conditions are satisfied, the drive control of the electric motor is performed. It is characterized by resuming.
本願の例示的な第2の発明は、電動パワーステアリングシステムであって、上記例示的な第1の発明に係るモータ制御装置を備えたことを特徴とする。 The second exemplary invention of the present application is an electric power steering system, characterized in that the motor control device according to the first exemplary invention is provided.
本願の例示的な第3の発明は、バッテリより電源供給を受け、複数の制御系統からなり該複数の制御系統ごとに設けた制御部によって電動モータを駆動するモータ制御装置における片系統失陥の診断方法であって、前記バッテリの電圧値を検知する工程と、前記制御部の駆動電圧値を検出する工程と、前記駆動電圧値の検出結果をもとに前記制御部に対して内部リセットを施す工程と、前記制御部間の通信の有無を監視する工程と、前記バッテリ電圧の検知工程において前記バッテリの電圧値が所定閾値以下と検知され、前記複数の制御系統の一方系統において前記内部リセットが発生し、かつ、前記通信監視工程において前記制御部間が通信途絶状態にあると判定された場合、前記一方系統において失陥が発生したと診断する工程とを備えることを特徴とする。 An exemplary third invention of the present application is a one-system failure in a motor control device that receives power from a battery and is composed of a plurality of control systems and drives an electric motor by a control unit provided for each of the plurality of control systems. The diagnostic method is a step of detecting the voltage value of the battery, a step of detecting the drive voltage value of the control unit, and an internal reset of the control unit based on the detection result of the drive voltage value. In the step of performing, the step of monitoring the presence or absence of communication between the control units, and the step of detecting the battery voltage, the voltage value of the battery is detected to be equal to or lower than a predetermined threshold value, and the internal reset is performed in one of the plurality of control systems. Is generated, and when it is determined in the communication monitoring step that the communication between the control units is in a state of interruption, the step of diagnosing that a failure has occurred in the one system is provided.
本発明によれば、冗長構成を有するモータ制御装置においてクランキングにより片系統で内部リセットが発生して制御部間の通信が途絶えた場合、待機状態に移行させて、片系統が低電圧から復帰後に再起動することで、双方の系統において正常な制御動作を再開できる。 According to the present invention, when an internal reset occurs in one system due to cranking in a motor control device having a redundant configuration and communication between control units is interrupted, the motor control device shifts to a standby state and one system recovers from a low voltage. By restarting later, normal control operation can be resumed in both systems.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置の詳細構成である。図1に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置は、同一の構成要素を備えた複数のモータ制御系統からなる冗長構成を有する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a detailed configuration of a motor control device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the motor control device according to the present embodiment has a redundant configuration including a plurality of motor control systems having the same components.
ここでは、2系統の冗長構成を有するモータ制御装置を例に挙げて説明するが、さらに、3系統、4系統といった多系統からなる冗長構成への展開も可能である。 Here, a motor control device having a redundant configuration of two systems will be described as an example, but it is also possible to develop a redundant configuration having a plurality of systems such as three systems and four systems.
モータ制御装置1a,1bは、それぞれが制御部(Central Processing Unit:CPU)12a,12bを有する、互いに独立した2つの系統からなる。モータ制御装置1a,1bは、2組の3相巻線(Ua,Va,Wa)15aと3相巻線(Ub,Vb,Wb)15bを備える電動モータ15と、これら2組の3相巻線それぞれに駆動電流を供給する2組のインバータ回路14a,14bとからなるダブルインバータ構成となっている。電動モータ15は、例えば3相ブラシレスDCモータである。
The
以降において、モータ制御装置1aと3相巻線15aを含む構成部分を第1の系統(系統Aともいう)、モータ制御装置1bと3相巻線15bを含む構成部分を第2の系統(系統Bともいう)とする。装置全体において、第1の系統をメイン系統、第2の系統をサブ系統と位置づけてもよい。
Hereinafter, the component including the
系統Aのモータ制御装置1aにおいて、制御部(CPU)12aは、装置全体の制御を司る、例えばマイクロプロセッサである。インバータ制御部13aは、CPU12aからの制御信号よりモータ駆動信号を生成する、FET駆動回路として機能する。インバータ回路14aは、電動モータ15の3相巻線(Ua,Va,Wa)15aに駆動電流を供給するモータ駆動部である。
In the
同様に、系統Bのモータ制御装置1bは、装置全体の制御を司る制御部(CPU)12bからの制御信号よりモータ駆動信号を生成してFET駆動回路として機能するインバータ制御部13b、電動モータ15の3相巻線(Ub,Vb,Wb)15bに所定の駆動電流を供給するインバータ回路14bを含んでなる。
Similarly, the
モータ制御装置1a,1bの電源部(不図示)は、バッテリBTより供給されたバッテリ電圧(+B)を、所定の電圧(例えば、ロジックレベルの電圧)に変換し、それをCPU12a,12b、インバータ制御部13a,13b等の動作電源として供給する。
The power supply unit (not shown) of the
CPU12aは、低電圧検出部(LVI)33aと内部リセット回路35aを内蔵する。低電圧検出部(LVI)33a(特許請求の範囲における「駆動電圧検出部」に対応する)は、CPU12aによる低電圧検出部であって、CPU12aの動作電圧が低電圧になったことを検出する機能を有する。すなわち、電源部(不図示)より供給された動作電源VCCの電圧を検出し、動作電源VCCの電圧値が所定値よりも低い場合、内部リセット回路35a(特許請求の範囲における「リセット部」に対応する)からCPU12aにリセット信号が与えられることにより、系統Aにおいて低電圧リセットが発生する。
The
同様に系統BのCPU12bには、低電圧検出部(LVI)33bと内部リセット回路35bが内蔵され、動作電源VCCの電圧値が所定値よりも低い場合、内部リセット回路35bからのリセット信号により、系統Bが低電圧リセットの発生系統となる。
The likewise
なお、低電圧検出部(LVI)は、動作電源VCCの電圧値が低電圧であることを検出した場合、低電圧検出信号を出力する。CPUに搭載されたECM(Error Control Module)は、あらかじめ低電圧検出信号で内部リセットをかける設定がされていれば、LVIからの低電圧検出信号をもとに内部リセットをかける判定をする。 The low voltage detector (LVI), when the voltage value of the operating power supply V CC detects that a low voltage, and outputs a low voltage detection signal. The ECM (Error Control Module) mounted on the CPU determines to perform an internal reset based on the low voltage detection signal from the LVI if the internal reset is set in advance with the low voltage detection signal.
モータ制御装置1a,1bでは、BT電圧検知部20a,20bとCPU12a,12bとによってバッテリBTの電圧を検知する構成をとる。そのためBT電圧検知部20a,20bは、ハードウェアで構成された電圧モニタ回路(電圧変換回路)によって、入力されたバッテリ電圧を、CPU12a,12bが検出可能なレンジのアナログ電圧に変換する。
The
例えば、BT電圧検知部20a,20bは、バッテリBTの実電圧(+B)が0〜39Vの場合、その実電圧を、CPU12a,12bがAD(アナログ−デジタル)検出可能な電圧0〜5Vに変換して出力する。
For example, when the actual voltage (+ B) of the battery BT is 0 to 39V, the BT
CPU12a,12bは、内蔵するAD変換器によって、BT電圧検知部20a,20bからの入力電圧をソフトウェアで認識可能な値に変換する。具体的には、入力電圧0〜5Vを、12桁の2進表記により0〜4095の4096段階の電圧値に変換する。AD変換器での変換値が4095の場合、この値はAD検出電圧5Vに対応するため、バッテリの実電圧は39Vと判断できる。
The
なお、バッテリ電圧が、CPU12a,12bが通常動作できない電圧の場合、CPU12a,12bの低電圧検知機能によりリセットが発生するので、CPU12a,12bによるバッテリ電圧のAD検出は行われない。
When the battery voltage is a voltage at which the
インバータ回路14aには、フィルタ16aと電源リレー17aを介して外部バッテリBTよりモータ駆動用の電源が供給される。また、インバータ回路14bには、フィルタ16bおよび電源リレー17bを介して、外部バッテリBTよりモータ駆動用の電源が供給される。なお、フィルタ16a,16bは、それぞれインバータ回路14a,14bに包含させてもよい。
Power for driving the motor is supplied to the
フィルタ16a,16bは、不図示の電解コンデンサとコイルからなり、供給電源に含まれるノイズ等を吸収して、電源電圧を平滑する。電源リレー17a,17bは、例えば機械式リレーあるいは半導体リレーで構成され、バッテリBTからの電力を遮断可能に構成されている。
The
インバータ回路14aは、電動モータ15の3相巻線(Ua,Va,Wa)15a各々に対応した半導体スイッチング素子(FET)からなるFETブリッジ回路である。同様にインバータ回路14bは、電動モータ15の3相巻線(Ub,Vb,Wb)15b各々に対応した半導体スイッチング素子(FET)からなるFETブリッジ回路である。
The
なお、これらのスイッチング素子(FET)はパワー素子とも呼ばれ、例えば、MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体スイッチング素子を用いる。 These switching elements (FETs) are also called power elements, and for example, semiconductor switching elements such as MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) are used.
イグニッションスイッチ(IG-SW)31は、その一端がバッテリBTに接続され、他端は、モータ制御装置1aに設けたIG電圧検出部37aと、モータ制御装置1bに設けたIG電圧検出部37bに接続されている。IG電圧検出部37a,37bは、イグニッション(IG)電圧値をAD変換し、それをデジタルのIG電圧値としてCPU12a,12bそれぞれに入力する。
One end of the ignition switch (IG-SW) 31 is connected to the battery BT, and the other end is connected to the IG voltage detection unit 37a provided in the
モータ制御装置1a,1bにおいて、CPU12a,12bはリアルタイムの相互通信が可能に構成されている。また、モータ制御装置1a,1bは、それらを搭載した車両の各種情報を授受する車載ネットワーク(CAN)に接続されたCAN信号線(CAN通信バス)27H,27Lを介して、他の制御ユニット(ECU)との間でCANプロトコルによるデータ通信を行う。
In the
CAN信号線27H,27Lは、第1の系統を構成するCAN−Hライン27Ha,CAN−Lライン27Laと、第2の系統を構成するCAN−Hライン27Hb,CAN−Lライン27Lbからなる各々2線式の通信線である。
The
電動モータ15には、3相巻線15a,15bそれぞれに対応させて、モータの回転子(ロータ)の回転位置を検出する回転角センサ11a,11bが搭載されている。回転角センサ11aからの出力信号(電動モータ15の回転軸の角度信号)は、CPU12aへ送信され、回転角センサ11bからの出力信号は、CPU12bへ送信される。また、車速センサ10a,10bからは車速信号がCPU12a,12bそれぞれに送信される。
The
CPU12a,12bは、回転角センサ11a,11bそれぞれからの回転角度信号をもとにモータ回転数を演算する。回転角センサ11a,11bとして、例えば、レゾルバ、MRセンサ、エンコーダ等を使用する。
The
次に、上記の構成を有する本実施形態に係るモータ制御装置の動作、および片系統において内部リセットが発生した場合のモータ制御処理について説明する。 Next, the operation of the motor control device according to the present embodiment having the above configuration and the motor control process when an internal reset occurs in one system will be described.
図2は、モータ制御装置1a,1bの制御部(CPU)12a,12bにおける処理手順を示すフローチャートである。また、図3は、モータ制御装置1a,1bにおけるバッテリ電圧の範囲と制御態様の一例を示している。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure in the control units (CPU) 12a and 12b of the
本実施形態に係るモータ制御装置では、図3に示すようにバッテリ電圧の範囲として5段階の閾値に分類しており、電圧値(閾値)が“Normal”とは、常時、モータ制御(例えば、アシスト制御)が行われる電源電圧値である。 In the motor control device according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the battery voltage range is classified into five threshold values, and the voltage value (threshold value) of "Normal" means that the motor control (for example, for example) is always performed. This is the power supply voltage value at which assist control) is performed.
閾値が“Normal”よりも電圧値の高い“High”、または“Normal”よりも電圧値の低い“Low”の場合、制御態様は「縮退」となる。これは、例えば、“Normal”時の出力を100%とした場合、一定時間かけて出力の最大値を下げる制御態様(例えば、アシスト制御の停止)である。 When the threshold value is "High", which has a higher voltage value than "Normal", or "Low", which has a lower voltage value than "Normal", the control mode is "degenerate". This is, for example, a control mode (for example, stop of assist control) in which the maximum value of the output is lowered over a certain period of time when the output at the time of "Normal" is 100%.
一方、閾値が“High”よりもさらに電圧値が高い“Over”、または“Low”よりもさらに電圧値の低い“Under”の場合には、制御態様として「制御中止」に移行する。 On the other hand, when the threshold value is "Over", which has a higher voltage value than "High", or "Under", which has a lower voltage value than "Low", the control mode shifts to "control discontinuation".
以上より、図3において矢印で示す“High”〜“Low”のバッテリ電圧範囲が、モータ制御装置における動作保証範囲(電動パワーステアリング装置の場合、アシスト保障)となる。 From the above, the battery voltage range of “High” to “Low” indicated by the arrow in FIG. 3 is the operation guarantee range in the motor control device (assist guarantee in the case of the electric power steering device).
モータ制御装置1a,1bは、不図示の通信状態監視部において、制御部(CPU)12a,12b間の通信状況(例えば、通信の有無、通信データの異常、他系統の故障等)を監視している。そこで、図2の最初のステップS11において、通信状態監視部での監視結果をもとに、CPU12a,12bによるCPU間の通信(リアルタイムの相互通信)が正常に行われているか否かを判断する。
The
複数系統間の通信においては、系統間でCPU間通信を冗長して行い(例えば、非同期のシリアル通信であるUART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)通信と、定期的に信号を送り、正常に動作しているかを監視するWD(Watch Dog)通信)、正常に受信ができているかどうかを判定する。すべての受信が規定時間、到来しなくなった場合には、相手系統のCPUに故障が発生してCPUが動作停止したと判断する。 In communication between multiple systems, CPU-to-CPU communication is performed redundantly between the systems (for example, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) communication, which is asynchronous serial communication, and signals are sent periodically to operate normally. WD (Watch Dog) communication to monitor whether or not the signal is received normally. When all the receptions do not arrive for the specified time, it is determined that the CPU of the other system has failed and the CPU has stopped operating.
ステップS11で、CPU間通信が途絶していると判断された場合、ステップS13において、モータ制御装置がクランキング中か、あるいはクランキング中ではない否かを判定する。これは、CPU間通信が途絶した原因がクランキングによるものか否かを判定する処理である。 When it is determined in step S11 that the inter-CPU communication is interrupted, in step S13, it is determined whether or not the motor control device is cranking or not cranking. This is a process of determining whether or not the cause of the interruption of CPU-to-CPU communication is due to cranking.
モータ制御装置がクランキング中か、あるいはクランキング中ではないかは、例えば、そのモータ制御装置を搭載した車両のエンジンが起動時か、あるいは停車中にエンジンを一時的に停止させるアイドルストップ(IS)の解除時かにより判断する。ここでエンジンが起動時か否かは、例えばIG-SW(イグニッションスイッチ)31のONによりCPUが起動し、所定の起動シーケンスを開始して初期診断が完了するまでの期間が所定時間内かどうかをもとに判断する。 Whether the motor control device is cranking or not is determined by, for example, an idle stop (IS) in which the engine of the vehicle equipped with the motor control device is temporarily stopped at the time of starting or while the vehicle is stopped. ) Is released. Here, whether or not the engine is started is determined by whether or not the period from when the CPU is started by turning on the IG-SW (ignition switch) 31 to start the predetermined start sequence and the initial diagnosis is completed is within the predetermined time. Judgment based on.
モータ制御装置によりアシスト制御を行う場合、イグニッションON後にクランキングが発生し、エンジン回転数が一定の値になったところで、モータ制御装置はアシストを開始可能な状態に移行する。 When assist control is performed by the motor control device, cranking occurs after the ignition is turned on, and when the engine speed reaches a constant value, the motor control device shifts to a state in which assist can be started.
アイドルストップからの解除時(復帰時)にあるか否かは、例えば、CAN信号線(CAN通信バス)27H,27Lを介して受信した情報をもとに判断する方法、エンジンの回転角センサ11a,11bの出力より検出したエンジン回転数と、車速センサ10a,10bで検出した車速をもとに判断する方法がある。
Whether or not it is at the time of release from the idle stop (at the time of return) is determined, for example, based on the information received via the CAN signal line (CAN communication bus) 27H, 27L, the
上記のステップS13においてモータ制御装置がクランキング中と判断された場合、ステップS15において、BT電圧検知部20a,20bで検知されたバッテリBTの電圧値が、規定閾値(図3の“Under”)以下か否かを判定する。例えば、通常、12Vのバッテリ電圧値が7V以下に低下している場合、そのバッテリ電圧値は規定閾値(Under)以下の低電圧であると判断される。
When it is determined in step S13 that the motor control device is cranking, the voltage value of the battery BT detected by the BT
モータ制御装置1a,1bが電動パワーステアリング用のモータ制御装置の場合、上記の規定閾値以下の電圧は、電動パワーステアリング(EPS)の動作保証範囲外の低電圧(保証電圧を下回る電圧)と定義される。
When the
ステップS17において、相手系統でCPUリセットが発生したか否かを判定する。CPUリセットは、例えば、基準動作電圧VCCが5VのCPUの場合、CPU内の低電圧検出部であって動作電圧が低電圧になったことを検出する機能を有する低電圧検出部(LVI)によって動作電圧が基準値よりも低い4.5Vと判断されると、CPUの内部リセット回路からCPUにリセット信号が与えられ、そのCPUの制御下にある系統において低電圧リセットが発生する。 In step S17, it is determined whether or not a CPU reset has occurred in the other system. The CPU reset is, for example, in the case of a CPU having a reference operating voltage VCC of 5 V, a low voltage detection unit (LVI) that is a low voltage detection unit in the CPU and has a function of detecting that the operating voltage has become low. When the operating voltage is determined to be 4.5V, which is lower than the reference value, a reset signal is given to the CPU from the internal reset circuit of the CPU, and a low voltage reset occurs in the system under the control of the CPU.
例えば自系統(A系統)が、相手系統(B系統)においてCPUリセットが発生したと判断した場合、CPU間通信が不能となるほどの電圧低下がB系統で生じたことを意味する。 For example, when the own system (A system) determines that a CPU reset has occurred in the other system (B system), it means that a voltage drop has occurred in the B system to the extent that communication between CPUs becomes impossible.
なお、CPU12a,12bは、そのコア電圧VDDを、通常の動作電圧閾値(例えば5V)よりも小さい値(例えば1.3V)に下げた場合、低電圧の動作電圧がCPUのコア電圧VDDを下回らない電圧であれば、CPUにおいて低電圧判定が可能である。
When the core voltage VDD of the
モータ制御装置の制御部(CPU)12a,12bは、上記のようにCPU間通信の途絶の有無、バッテリBTの電圧値が規定閾値以下か否か、そして、CPUリセットが発生したか否かを統合して判断し、その結果をもとに、これらの事象の原因がクランキングであるかどうかを判定する。 As described above, the control units (CPUs) 12a and 12b of the motor control device determine whether or not communication between CPUs is interrupted, whether or not the voltage value of the battery BT is below the specified threshold value, and whether or not a CPU reset has occurred. Judgment is made in an integrated manner, and based on the results, it is determined whether or not the cause of these events is cranking.
したがって、CPU間通信が途絶し、バッテリBTの電圧値が規定閾値以下であり、かつ、CPUリセットが発生した場合、例えばA系統は、これらが相手系統であるB系統においてクランキングの発生が原因で生じた事象と判断できる。一方、バッテリBTの電圧値が規定閾値以下であっても、CPUリセット後にCPU間通信が正常に行われているならば、相手CPUは正常に動作しているので、ステップS18におけるクランキング判定においてクランキングの発生は否定される。 Therefore, when the communication between CPUs is interrupted, the voltage value of the battery BT is equal to or less than the specified threshold value, and the CPU reset occurs, for example, the A system is caused by the occurrence of cranking in the B system which is the partner system. It can be judged that the event occurred in. On the other hand, even if the voltage value of the battery BT is equal to or less than the specified threshold value, if the inter-CPU communication is normally performed after the CPU reset, the other CPU is operating normally. The occurrence of cranking is denied.
ステップS18でクランキングが発生していると判定された場合、モータ制御装置を搭載した車両は停車時であるため、時間をおいてA,B両系統で電動モータを駆動して出力トルクを得ることができる。クランキングが発生していない場合には、車両は走行中であるため、フェールオペレーションに移行する。 When it is determined in step S18 that cranking has occurred, since the vehicle equipped with the motor control device is stopped, the electric motors are driven by both the A and B systems after a while to obtain the output torque. be able to. If no cranking has occurred, the vehicle is running and the vehicle shifts to fail operation.
このようにCPU間通信が途絶し、バッテリBTの電圧値が規定閾値以下となり、かつ、CPUリセットが発生した場合には、自系統はステップS19において、後述するフェールオペレーションへの移行を待機状態にする。そして、ステップS21において、規定条件が成立するまで上記の待機状態を継続する。 When the communication between the CPUs is interrupted in this way, the voltage value of the battery BT becomes equal to or less than the specified threshold value, and the CPU reset occurs, the own system puts the transition to the fail operation described later in the standby state in step S19. To do. Then, in step S21, the above-mentioned standby state is continued until the specified condition is satisfied.
ここでは、待機状態が継続されている間においても一定時間ごとにCPU間通信を試行する。これにより、CPU間通信の再成立の有無を迅速に確認できる。このとき、電動モータ15の回転数を考慮して待機することで、モータ制御の安全性を確保できる。
Here, the CPU-to-CPU communication is tried at regular intervals even while the standby state is continued. As a result, it is possible to quickly confirm whether or not the inter-CPU communication has been reestablished. At this time, the safety of the motor control can be ensured by waiting in consideration of the rotation speed of the
上記の規定条件とは、例えばバッテリの電圧値が所定閾値以上となる状態が規定時間継続し、あるいは制御部(CPU)における所定の初期診断実施条件が成立するまでをいう。規定時間は、CPUによる所定の初期診断の期間に相当する。このように、規定時間あるいは規定条件を設定して待機状態が無制限とならないようにすることで、安全かつ迅速なモータ制御が可能となる。 The above-mentioned specified condition means, for example, a state in which the voltage value of the battery becomes equal to or higher than a predetermined threshold value continues for a specified time, or until a predetermined initial diagnosis execution condition in the control unit (CPU) is satisfied. The specified time corresponds to a predetermined initial diagnosis period by the CPU. In this way, by setting a specified time or a specified condition so that the standby state is not unlimited, safe and quick motor control becomes possible.
所定の初期診断の期間は、例えば数百ミリ秒〜数秒である。また、初期診断の実施条件としては、モータ回転数が一定以下であること、駆動部の電圧が規定値以上あること等が挙げられる。上記の規定条件には、上述したバッテリの電圧値が所定閾値以上となる状態が規定時間継続することと、上述した初期診断の実施条件の双方、あるいは、いずれか一方が含まれる。 The period of a predetermined initial diagnosis is, for example, several hundred milliseconds to several seconds. Further, the conditions for carrying out the initial diagnosis include that the motor rotation speed is below a certain level and that the voltage of the drive unit is above a specified value. The above-mentioned specified conditions include both, or one of, the above-mentioned state in which the voltage value of the battery is equal to or higher than the predetermined threshold value for a specified time, and the above-mentioned conditions for carrying out the initial diagnosis.
上記規定条件におけるバッテリ電圧の所定閾値は、アシスト動作保証範囲の電圧値以下、例えば、アシストを0%にする6.5V以下等である。 The predetermined threshold value of the battery voltage under the above-mentioned specified conditions is not more than the voltage value in the assist operation guarantee range, for example, 6.5 V or less that makes the assist 0%.
なお、電動モータ15の回転数が所定回転数以上の場合には、規定時間をカウントしないようにしてもよい。また、電動モータ15への供給電圧が所定電圧以下の場合、規定時間をカウントしないようにしてもよい。
When the rotation speed of the
ステップS21において、上述した規定条件が成立したと判断された場合、続くステップS23において、低電圧が発生した系統は、低電圧検出部(LVI)により自系統を再起動する。そして、自系統が再起動した際、相手系統がアシスト許可状態にあり、かつ、後述するフェールオペレーションに移行していなければ、ステップS25において、自系統は初期診断を経て、電動モータ15を駆動制御する操舵アシスト許可に移行する。
If it is determined in step S21 that the above-mentioned specified conditions are satisfied, in the following step S23, the system in which the low voltage is generated restarts its own system by the low voltage detection unit (LVI). Then, when the own system is restarted, if the other system is in the assist permitted state and has not shifted to the fail operation described later, in step S25, the own system undergoes the initial diagnosis and drives and controls the
こうすることで、内部リセットが発生した系統を安全かつ確実に復帰させて、系統Aと系統Bの双方において正常なモータ駆動動作(例えば、アシスト制御)を再開できる。 By doing so, the system in which the internal reset has occurred can be safely and reliably restored, and normal motor drive operation (for example, assist control) can be resumed in both the system A and the system B.
なお、モータ制御装置は、初期診断期間中、システムとして複数の初期診断を行うが、初期診断が完了する時間のワースト時間を積み上げ、自システムで診断に要する時間を定義することで、起動時間(例えば、1〜2秒程度)が分かる。また、起動時の初期診断については、その系統がIG-SW(イグニッションスイッチ)のONで再起動されたか、あるいはCPUリセットで再起動されたかは判断可能である。 The motor control device performs a plurality of initial diagnoses as a system during the initial diagnosis period, but by accumulating the worst time for completing the initial diagnosis and defining the time required for the diagnosis in the own system, the start-up time ( For example, about 1 to 2 seconds). Further, regarding the initial diagnosis at the time of startup, it is possible to determine whether the system is restarted by turning on the IG-SW (ignition switch) or restarted by CPU reset.
そこで、再起動の態様を考慮せず制御上の安全を考えて一律に初期診断を行うことも考えられるが、リセットで再起動した場合には初期診断を行わないようにしてもよい。これにより再起動に要する時間の短縮が可能となる。 Therefore, it is conceivable to perform the initial diagnosis uniformly in consideration of the safety in control without considering the mode of restart, but the initial diagnosis may not be performed when the system is restarted by reset. This makes it possible to shorten the time required for restarting.
一方、内部リセットが発生した制御系統は、初期診断において、駆動部等について起動しても安全かどうか順次、確認するようにしてもよい。また、セーフティメカニズムの停止部(例えばリレー等)が機能するかどうかの確認を行うようにしてもよい。 On the other hand, in the initial diagnosis, the control system in which the internal reset has occurred may be sequentially confirmed whether or not it is safe to start the drive unit and the like. Further, it may be confirmed whether or not the stop portion (for example, a relay or the like) of the safety mechanism functions.
初期診断のプロセスは、安全にシステムを駆動するため、駆動回路やリレー等の故障時の処置機能について、部位ごとに順序をつけて正常かどうかの判定を行う。初期診断において一通りの部位の正常が確認できた場合、通電を開始する。 In the initial diagnosis process, in order to drive the system safely, it is judged whether or not the drive circuit, the relay, and the like have a failure treatment function in order for each part. When the normality of all parts is confirmed in the initial diagnosis, energization is started.
モータ制御装置1a,1bでは、相手系統のフェールオペレーション状態がCPU間通信により共有されている。そのため、起動し直したとき、相手系統がフェールオペレーションに移行していた場合には、例えば、自系統における何らかの異常によりリセットが発生した、起動方法に不具合があった等と判断して、通常の制御に移行しないようにしてもよい。
In the
ステップS23において、上述した規定時間が継続し、あるいは規定条件が成立しても、内部リセットが発生した系統が再起動しない場合には、所定のフェールオペレーション(ステップS27)に移行する。このように規定時間の継続、あるいは規定条件の成立に加えて、リセットした系統における再起動の有無を判断することで、確実に正常起動に移行できる。 In step S23, if the above-mentioned specified time continues, or even if the specified conditions are satisfied, the system in which the internal reset has occurred does not restart, the process proceeds to a predetermined fail operation (step S27). In this way, in addition to the continuation of the specified time or the establishment of the specified conditions, it is possible to reliably shift to normal startup by determining whether or not there is a restart in the reset system.
モータ制御装置において、CPU間通信が途絶してもクランキング中ではない場合、あるいはクランキング中であってもバッテリBTの電圧値が規定閾値以上の場合、あるいは、バッテリBTの電圧値が規定閾値以下であってもCPUリセットが発生していない場合には、その系統は異常と判断してステップS27のフェールオペレーションに移行する。 In the motor control device, if communication between CPUs is interrupted but not during cranking, or if the voltage value of the battery BT is equal to or higher than the specified threshold even during cranking, or the voltage value of the battery BT is the specified threshold. If the CPU reset has not occurred even in the following cases, it is determined that the system is abnormal, and the process proceeds to the fail operation in step S27.
なお、上述した規定時間の継続が終了しないうちに(規定時間経過前に)CPU間通信が復帰して、相手系統が起動したことが分かれば、通常制御に移行する。一方、規定時間が経過してからCPU間通信が復帰した場合(規定時間に遅れて立ち上がった場合)には、相手系統はフェールオペレーションに移行しているので、自系統では、初期診断状態からモータ制御状態(アシスト状態)へは移行しない。 If it is known that the inter-CPU communication is restored and the partner system is activated before the continuation of the specified time described above is completed (before the specified time elapses), the normal control is started. On the other hand, when the inter-CPU communication is restored after the specified time has elapsed (when the operation is started later than the specified time), the other system has shifted to the fail operation. Therefore, in the own system, the motor starts from the initial diagnosis state. It does not shift to the control state (assist state).
フェールオペレーションでは、例えば、異常と判定された系統における電動モータの出力低下を正常な系統で補完する処理を行う。これにより、片系統が失陥した場合でも、正常な系統によって可能な限り正常時の制御に近づけることができる。すなわち、他方系統の異常を片系統失陥とみなして、正常系統のみでモータ駆動を継続できる。 In the fail operation, for example, a process of compensating for a decrease in the output of the electric motor in a system determined to be abnormal is performed with a normal system. As a result, even if one system fails, it is possible to approach the control at the normal time as much as possible by the normal system. That is, the abnormality of the other system can be regarded as a failure of one system, and the motor drive can be continued only in the normal system.
本実施形態に係るモータ制御装置1a,1bは、複数系統(系統Aと系統B)を有する冗長構成であるため、これら2系統のうちの1系統に故障等が発生しても、正常な他の1系統で電動モータを駆動することで、例えば、2系統が正常であるときの少なくとも50%の出力トルクによるモータ駆動を継続できる。
Since the
図4は、本実施形態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の概略構成である。図4の電動パワーステアリング装置10は、電子制御ユニット(Electronic Control Unit: ECU)としてのモータ制御装置1a,1b、操舵部材であるステアリングハンドル2、ステアリングハンドル2に接続された回転軸3、ピニオンギア6、ラック軸7等を備える。
FIG. 4 is a schematic configuration of an electric power steering device equipped with the motor control device according to the present embodiment. The electric
回転軸3は、その先端に設けられたピニオンギア6に噛み合っている。ピニオンギア6により、回転軸3の回転運動がラック軸7の直線運動に変換され、ラック軸7の変位量に応じた角度に、そのラック軸7の両端に設けられた一対の車輪5a,5bが操舵される。
The
回転軸3には、ステアリングハンドル2が操作された際の操舵トルクを検出するトルクセンサ9a,9bが設けられており、検出された操舵トルクはモータ制御装置1a,1bへ送られる。モータ制御装置1a,1bは、トルクセンサ9a,9bより取得した操舵トルク、車速センサ10a,10bからの車速等の信号に基づくモータ駆動信号を生成し、その信号を電動モータ15に出力する。
The
モータ駆動信号が入力された電動モータ15からは、ステアリングハンドル2の操舵を補助するための補助トルクが出力され、その補助トルクが減速ギア4を介して回転軸3に伝達される。その結果、電動モータ15で発生したトルクによって回転軸3の回転がアシストされることで、運転者のハンドル操作を補助する。
An auxiliary torque for assisting the steering of the steering handle 2 is output from the
よって、本実施形態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おいて、クランキングによるバッテリ電圧低下があっても、複数制御系統の双方において正常なモータ駆動動作を再開して、操舵アシストの継続が可能となる。 Therefore, in the electric power steering device equipped with the motor control device according to the present embodiment, even if the battery voltage drops due to cranking, the normal motor drive operation is resumed in both of the plurality of control systems, and the steering assist is continued. Is possible.
以上説明したように本実施形態に係るモータ制御装置は、複数制御系統(CPU)間通信の異常の原因がクランキングによるものか否かを判定することで、異常時の制御(フェールオペレーションへの移行)が必要かどうかの判断が可能となる。 As described above, the motor control device according to the present embodiment determines whether or not the cause of the abnormality in the communication between the plurality of control systems (CPUs) is due to cranking, thereby controlling the abnormality (to fail operation). It is possible to determine whether migration) is necessary.
すなわち、バッテリ電圧低下があり、CPU間通信が途絶えたとき、それがクランキングに起因するバッテリ電圧低下であり、複数制御系統の一方において内部リセットが発生した場合、他方の制御系統は、バッテリ電圧値が所定閾値以上の状態が規定時間継続し、または規定条件が成立するまで待機状態に移行することで、バッテリ電圧低下から回復して制御系統の一方が復帰した場合、複数制御系統の双方において正常なモータ駆動動作を再開できる。 That is, when there is a battery voltage drop and communication between CPUs is interrupted, it is a battery voltage drop due to cranking, and when an internal reset occurs in one of the plurality of control systems, the other control system has a battery voltage. When one of the control systems recovers from a low battery voltage by continuing the state where the value is equal to or higher than the predetermined threshold for a specified time or shifting to the standby state until the specified conditions are satisfied, both of the multiple control systems Normal motor drive operation can be resumed.
よって、相手制御系統でバッテリ電圧低下があり、CPU間通信が途絶えたとき、それがクランキングによるものと判定された場合、自己の制御系統のバッテリ電圧の認識値が規定閾値以下か否かに基づいて、片系統の正常あるいは異常の判定を正確に行うことができる。 Therefore, when there is a battery voltage drop in the remote control system and communication between CPUs is interrupted, if it is determined that it is due to cranking, whether or not the recognition value of the battery voltage of the own control system is below the specified threshold value. Based on this, it is possible to accurately determine whether one system is normal or abnormal.
さらには、複数の制御系統に供給されるバッテリの電圧低下があり、一方系統において内部リセットが発生して、制御部間の通信(CPU間通信)が途絶えたことに基づき、容易かつ確実に片系統失陥を診断できる。 Furthermore, based on the fact that the voltage of the batteries supplied to multiple control systems has dropped, an internal reset has occurred in one system, and communication between control units (communication between CPUs) has been interrupted, it is easy and reliable. Can diagnose system failure.
1a,1b モータ制御装置
2 ステアリングハンドル
3 回転軸
4 減速ギア
6 ピニオンギア
7 ラック軸
9a,9b トルクセンサ
10 電動パワーステアリングシステム
10a,10b 車速センサ
11a,11b 回転角センサ
12a,12b 制御部(CPU)
13a,13b インバータ制御部
14a,14b インバータ回路
15 電動モータ
15a,15b 3相巻線
16a,16b フィルタ
17a,17b 電源リレー
19a,19b CANI/F
20a,20b BT電圧検知部
21a,21b 電源制御部
27H,27L CAN信号線
27Ha,27Hb CAN−Hライン
27La,27Lb CAN−Lライン
31 イグニッションスイッチ(IG-SW)
33a,33b 低電圧検出部(LVI)
35a,35b 内部リセット回路
37a,37b IG電圧検出部
BT バッテリ
1a, 1b
13a, 13b
20a, 20b BT
33a, 33b Low voltage detector (LVI)
35a, 35b Internal reset
Claims (19)
前記バッテリの電圧値を検知するバッテリ電圧検知部と、
前記制御部の駆動電圧値を検出する駆動電圧検出部と、
前記駆動電圧検出部での検出結果をもとに前記制御部に対して内部リセットを施すリセット部と、
前記制御部間の通信の有無を監視する通信状態監視部と、
を備え、
前記複数の制御系統の一方系統において前記内部リセットが発生し、かつ、前記通信状態監視部により前記制御部間が通信途絶状態にあると判定された場合、前記複数の制御系統の他方系統は所定のフェールオペレーションへの移行を待機状態とし、規定条件が成立後、前記電動モータの駆動制御を再開するモータ制御装置。 A motor control device that receives power from a battery and is composed of a plurality of control systems and drives an electric motor by a control unit provided for each of the plurality of control systems.
A battery voltage detector that detects the voltage value of the battery,
A drive voltage detection unit that detects the drive voltage value of the control unit,
A reset unit that internally resets the control unit based on the detection result of the drive voltage detection unit,
A communication status monitoring unit that monitors the presence or absence of communication between the control units,
With
When the internal reset occurs in one of the plurality of control systems and the communication status monitoring unit determines that the control units are in a communication blackout state, the other system of the plurality of control systems is predetermined. A motor control device that puts the transition to the fail operation into a standby state and restarts the drive control of the electric motor after the specified conditions are satisfied.
前記回転数が所定回転数以上の場合、前記規定時間をカウントしない請求項3に記載のモータ制御装置。 Further provided with means for calculating the motor rotation speed based on the output from the rotation angle sensor that detects the angle of the rotation axis of the electric motor.
The motor control device according to claim 3, wherein the specified time is not counted when the rotation speed is equal to or higher than a predetermined rotation speed.
前記供給電圧が所定電圧以下の場合、前記規定時間をカウントしない請求項3に記載のモータ制御装置。 Further provided with means for detecting the supply voltage to the electric motor,
The motor control device according to claim 3, wherein when the supply voltage is equal to or lower than a predetermined voltage, the specified time is not counted.
前記バッテリの電圧値を検知する工程と、
前記制御部の駆動電圧値を検出する工程と、
前記駆動電圧値の検出結果をもとに前記制御部に対して内部リセットを施す工程と、
前記制御部間の通信の有無を監視する工程と、
前記バッテリ電圧の検知工程において前記バッテリの電圧値が所定閾値以下と検知され、前記複数の制御系統の一方系統において前記内部リセットが発生し、かつ、前記通信監視工程において前記制御部間が通信途絶状態にあると判定された場合、前記一方系統において失陥が発生したと診断する工程と、
を備える片系統失陥の診断方法。 It is a method for diagnosing one-system failure in a motor control device that receives power from a battery and is composed of a plurality of control systems and drives an electric motor by a control unit provided for each of the plurality of control systems.
The process of detecting the voltage value of the battery and
The process of detecting the drive voltage value of the control unit and
A process of internally resetting the control unit based on the detection result of the drive voltage value, and
The process of monitoring the presence or absence of communication between the control units and
In the battery voltage detection process, the battery voltage value is detected to be equal to or lower than a predetermined threshold value, the internal reset occurs in one of the plurality of control systems, and communication is interrupted between the control units in the communication monitoring process. When it is determined that the condition is present, the step of diagnosing that a failure has occurred in the one system and
A method for diagnosing one-sided failure.
前記判断工程において前記クランキングにより前記制御部間の通信が途絶えたと判断された場合、前記他方系統における前記バッテリの電圧値が所定閾値以下か否かの判定結果をもとに前記制御系統の異常の有無を判定する工程と、
をさらに備える請求項18に記載の片系統失陥の診断方法。
A determination process for determining whether or not the interruption of communication between the control units is caused by restarting the engine due to cranking, and
When it is determined by the cranking that the communication between the control units is interrupted in the determination step, the control system is abnormal based on the determination result of whether or not the voltage value of the battery in the other system is equal to or less than a predetermined threshold value. And the process of determining the presence or absence of
18. The method for diagnosing a single system failure according to claim 18.
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