JP5173220B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のトランジスタにより構成されたＨブリッジ回路により直流モータを制御するモータ制御装置に関するものである。

車両の旋回状態に応じた舵角を後輪に与える後輪転舵装置や、後輪のトー角を制御する後輪トー角制御装置において、後輪の角度を変化させるアクチュエータを電動モータで構成する場合、電動モータの通電をトランジスタのスイッチング動作で制御するモータ制御装置を設ければ良いが、このようなモータ制御装置では、トランジスタがオン状態に固定されてオフ状態に戻らないオン故障が発生すると、短絡による過電流による損傷などを招く他、車両の走行に大きな影響を与えることから、故障を正確に且つ迅速に検知することが望まれる。

このような故障検知に関して、モータを駆動するインバータ回路のトランジスタの故障を検出する技術が知られている（特許文献１参照）。また、モータを駆動する回路に直列に接続されてモータの通電を断続するトランジスタの故障を検出する技術が知られている（特許文献２参照）。
特開平８−８００５６号公報 特開２００３−１７４７９５号公報

しかしながら、前記の特許文献１に開示された従来技術は、モータの運転前、すなわちモータの制御が開始される前に故障検知を行うようにしたものであり、モータの制御中に故障を検出することができない不都合がある。また、前記の特許文献２に開示された従来技術では、モータの制御中でも故障を検知することができるものの、故障検知のために複雑な回路を必要とし、製造コストが嵩む難点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、モータの制御中でもトランジスタのオン故障を検知することができ、しかも簡易な構成でトランジスタのオン故障を精度良く検知することができるように構成されたモータ制御装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、複数のトランジスタ（２１〜２４）により構成されたＨブリッジ回路（２５）により直流モータ（１５）を制御するモータ制御装置において、前記直流モータの電源側及び接地側の端子電位をそれぞれ検出する端子電位検出手段（３１・３２）と、前記トランジスタの全てをオフとした状態で、前記端子電位検出手段により検出された電源側及び接地側の端子電位に基づいて、前記トランジスタのオン故障を判定する故障判定手段（３３）とを有し、前記直流モータの電源側及び接地側の各端子と前記Ｈブリッジ回路とを結ぶライン（Ｌ１・Ｌ２）にそれぞれ抵抗（３４・３５）の一端が接続されて、それらの抵抗の他端に、前記直流モータを駆動させるために前記Ｈブリッジ回路に印加される第１の電圧（Ｖｃｃ１）とは異なる第２の電圧（Ｖｃｃ２）を印加するようにしたものとした。

これによると、電源側のトランジスタがオン故障を起こしている場合には、電源側の端子電位が電源電圧となり、接地側のトランジスタがオン故障を起こしている場合には、接地側の端子電位が接地電圧となり、電源側及び接地側の端子電位に基づいてトランジスタのオン故障を正確に検知することができる。さらに、全てのトランジスタが正常の場合には、電源側及び接地側の端子電位が共に第２の電圧となり、全てのトランジスタが正常であることを正確に判定することができる。

そして、故障検知のタイミングは、直流モータの制御中か否かに関係なく、直流モータの非通電時であれば良く、装置を起動させて制御が開始された後でも、トランジスタのオン故障を検知することが可能になる。しかも、直流モータの端子電位を検出する端子電位検出手段を設ければ良く、簡単な構成で済む。

この場合、例えば本発明を車両の後輪トー角制御装置のアクチュエータに適用した構成では、車両の直進走行時などのように後輪のトー角を変化させる必要のない時に故障検知が実行され、この故障検知のタイミングは、ステアリングホイールによる操舵角や車体に発生するヨーなどの車体状況に基づいて決定すれば良い。

前記モータ制御装置においては、請求項２に示すとおり、前記Ｈブリッジ回路は、第１から第４の４つのトランジスタ（２１〜２４）により構成され、前記第１・第４のトランジスタのみを同時にオンとすると前記直流モータが正転し、逆に前記第２・第３トランジスタのみを同時にオンとすると前記直流モータが逆転するものであり、前記故障判定手段は、電源側の端子電位が前記第１の電圧となる場合には、前記第１トランジスタのオン故障と判定し、電源側の端子電位が接地電圧となる場合には、前記第２トランジスタのオン故障と判定し、接地側の端子電位が前記第１の電圧となる場合には、前記第３トランジスタのオン故障と判定し、接地側の端子電位が接地電圧となる場合には、前記第４トランジスタのオン故障と判定し、電源側及び接地側の端子電位が共に前記第２の電圧となる場合には、全ての前記トランジスタが正常と判定する構成とすることができる。

このように本発明によれば、直流モータの制御中か否かに関係なく、直流モータの非通電時であればトランジスタのオン故障を検知することができ、装置の信頼性を高める上で顕著な効果が得られる。しかも、直流モータの端子電位を検出する端子電位検出手段を設ければ良く、簡単な構成で済むため、製造コストを削減する上で大きな効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用される車両の概略構成図である。図２は、図１に示した後輪トー角制御装置５を示すブロック図である。この車両は、ステアリングホイール１の操舵によって左右の前輪２を転舵する前輪操舵装置３を備えると共に、車両の旋回時における車両挙動に対応して左右の後輪４のトー角を制御する後輪トー角制御装置５を備えている。

後輪トー角制御装置５は、アクチュエータ６と、ストロークセンサ（直線変位センサ、状態量検出手段）７と、加速度センサ８と、操舵角センサ９と、アクセルペダル操作量センサ１０と、ブレーキペダル操作量センサ１１と、コントロールユニット（モータ制御装置）１２とを有している。

アクチュエータ６は、図２に示すように、出力軸（被駆動物）１４が軸方向に直線的に進退動作する直動アクチュエータであり、直流モータ１５と、遊星歯車などによる減速機構１６と、回転運動を直線運動に変換して出力軸１４を進退動作させる送りねじ機構１７とを有しており、出力軸１４が、例えば後輪４のナックルから延出されたアームに連結ロッドを介して連結されて、出力軸１４の進退動作によりロッドを押し引き駆動することで後輪４のトー角を変化させることができる。

ストロークセンサ７は、アクチュエータ６の出力軸の変位量を検出するものであり、この変位量から後輪４のトー角を算出することができる。加速度センサ８は、車体に作用する前後加速度を検出するものである。操舵角センサ９は、ステアリングホイール１の操舵角を検出するものである。アクセルペダル操作量センサ１０は、アクセルペダルの操作量を検出するものである。ブレーキペダル操作量センサ１１は、ブレーキペダルの操作量を検出するものである。

コントロールユニット１２は、各センサの出力に基づいてアクチュエータ６の変位を制御するものであり、後輪４に与えるトー角の目標値を、走行状況に対応した最適値が予め設定されたマップに基づいて、現在のアクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量、及び前後加速度などの値から求め、ストロークセンサ７の出力から求められる実トー位置をフィードバックしつつ目標トー位置との偏差からアクチュエータ６の発生するべき最適トルクを演算し、それを実現するために電流をフィードバックしつつ直流モータ１５をデューティ制御する。

この後輪トー角制御装置５によれば、左右のアクチュエータ６を同時に対称的に変位させることにより、両後輪４のトーイン／トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる上、左右のアクチュエータ６の一方を伸ばして他方を縮めれば、両後輪４を左右に転舵することもできる。

コントロールユニット１２は、図２に示すように、４つのトランジスタ２１〜２４からなるＨブリッジ回路２５と、トランジスタ２１〜２４のスイッチング動作を制御するゲート駆動信号を出力するトランジスタ駆動回路２６とを有しており、第１・第４のトランジスタ２１・２４のみを同時にオンとすると直流モータ１５が正転し、逆に第２・第３トランジスタ２２・２３のみを同時にオンとすると直流モータ１５が逆転する。

さらにこのコントロールユニット１２は、直流モータ１５の電源側及び接地側の端子電位をそれぞれ検出する電位検出器（端子電位検出手段）３１・３２と、電位検出器３１・３２により検出された電源側及び接地側の端子電位に基づいて、トランジスタ２１〜２４のオン故障を判定する故障判定部（故障判定手段）とを有している。この故障判定部３３でオン故障が検知されると、ワーニングランプの点灯などによりドライバに警告する動作が行われる。

電位検出器３１・３２はそれぞれ、直流モータ１５における電源側及び接地側の各端子に接続されたラインＬ１・Ｌ２に接続され、直流モータ１５の電源側及び接地側の端子電位を検出する。

さらにここでは、ラインＬ１・Ｌ２に、抵抗３４・３５を介して電圧Ｖｃｃ２（第２の電圧）が印加されている。抵抗３４・３５には、直流モータ１５の駆動に影響を与えない程度の電流となるように、大きな抵抗値を有するものが用いられる。電圧Ｖｃｃ２は電源電圧Ｖｃｃ１（第１の電圧）とは異なる電圧値となっており、これにより電源電圧Ｖｃｃ１がトランジスタ２１〜２４を介してラインＬ１・Ｌ２に印加されているか否かを明確に判別することができる。

図３は、図２に示した故障判定部３３で行われる故障判定の要領を説明するものである。故障判定部３３では、トランジスタ２１〜２４の全てをオフとした状態で、電位検出器３１・３２により検出された電源側及び接地側の端子電位Ｖ１・Ｖ２に基づいて、第１〜第４のトランジスタ（Ｔｒ１〜Ｔｒ４）２１〜２４のオン故障が個別に判定される。

具体的には、端子電位Ｖ１が電源電圧Ｖｃｃ１となる場合には、第１トランジスタ２１のオン故障と判定し、端子電位Ｖ１が接地電圧０Ｖとなる場合には、第２トランジスタ２２のオン故障と判定し、端子電位Ｖ２が電源電圧Ｖｃｃ１となる場合には、第３トランジスタ２３のオン故障と判定し、端子電位Ｖ２が接地電圧０Ｖとなる場合には、第４トランジスタ２４のオン故障と判定する。端子電位Ｖ１・Ｖ２が共に電位Ｖｃｃ２となる場合には、全てのトランジスタ２１〜２４が正常と判定する。

この故障検知のタイミングは、後輪トー角制御の実行中か否かに関係なく、直流モータ１５の非通電時であれば良く、車両の走行中でも故障を検知することができる。実際の故障検知のタイミングは、ステアリングホイールによる操舵角、アクセル開度、ブレーキ圧などの情報に基づいて決定され、車両が後輪トー角制御機能を使わない状態と判断される場合に故障検知が実行される。

なお、前記の例では、直流モータ１５における電源側及び接地側の各端子に接続されたラインＬ１・Ｌ２に、電源電圧Ｖｃｃ１とは異なる電圧Ｖｃｃ２を印加するようにしたが、これを省略した構成も可能である。この場合、前記の例と同様に、全てのトランジスタ２１〜２４をオフとした状態で、端子電位Ｖ１・Ｖ２が電源電圧Ｖｃｃ１あるいは接地電圧０Ｖに確定されると、トランジスタ２１〜２４のいずれかのオン故障と判定され、他方、端子電位Ｖ１・Ｖ２が不定の場合には、全てのトランジスタ２１〜２４が正常と判定することができる。

本発明が適用される車両の概略構成図である。 図１に示した後輪トー角制御装置を示すブロック図である。 図２に示した故障判定部で行われる故障判定の要領を説明する図である。

符号の説明

５ 後輪トー角制御装置
６ アクチュエータ
１２ コントロールユニット（モータ制御装置）
１５ 直流モータ
２１〜２４ トランジスタ
２５ ブリッジ回路
３１・３２ 電位検出器（端子電位検出手段）
３３ 故障判定部（故障判定手段）
３４・３５ 抵抗

Claims (2)

1. 複数のトランジスタにより構成されたＨブリッジ回路により直流モータを制御するモータ制御装置であって、
   前記直流モータの電源側及び接地側の端子電位をそれぞれ検出する端子電位検出手段と、
   前記トランジスタの全てをオフとした状態で、前記端子電位検出手段により検出された電源側及び接地側の端子電位に基づいて、前記トランジスタのオン故障を判定する故障判定手段とを有し、
   前記直流モータの電源側及び接地側の各端子と前記Ｈブリッジ回路とを結ぶラインにそれぞれ抵抗の一端が接続されて、それらの抵抗の他端に、前記直流モータを駆動させるために前記Ｈブリッジ回路に印加される第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加するようにしたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記Ｈブリッジ回路は、第１から第４の４つのトランジスタにより構成され、前記第１・第４のトランジスタのみを同時にオンとすると前記直流モータが正転し、逆に前記第２・第３トランジスタのみを同時にオンとすると前記直流モータが逆転するものであり、
   前記故障判定手段は、電源側の端子電位が前記第１の電圧となる場合には、前記第１トランジスタのオン故障と判定し、電源側の端子電位が接地電圧となる場合には、前記第２トランジスタのオン故障と判定し、接地側の端子電位が前記第１の電圧となる場合には、前記第３トランジスタのオン故障と判定し、接地側の端子電位が接地電圧となる場合には、前記第４トランジスタのオン故障と判定し、電源側及び接地側の端子電位が共に前記第２の電圧となる場合には、全ての前記トランジスタが正常と判定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。

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