JP5790733B2 - 電源電流監視装置 - Google Patents
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Description
このように、2系統以上の駆動回路を備える装置では、仮異常系統の短絡異常を確定するための反復監視処理を適切に実行することができないという問題があった。
ここで、「電源電流」には、バッテリから駆動回路に供給される電流に加え、他系統から電力分岐点を経由して流れ込む電流が含まれる。
この電源電流監視装置は、異常判定手段により、いずれかの系統で所定閾値を超える電源電流が1回検出されたとき、当該系統を短絡異常の可能性がある「仮異常系統」であると認定する。そして、当該仮異常系統の電源リレーをオフした後、電源電流が所定閾値を超えた開始時刻から所定のサイクル時間後に再びオンしたときの電源電流の大きさを監視する監視サイクルを規定回数繰り返すことにより、所定条件を満たした場合に仮異常系統が短絡異常であると確定する反復監視処理を実行する。
そして、電源電流監視装置は、反復監視処理において、少なくとも、仮異常系統の電源リレーをオンしてから再びオフした後の所定期間、正常系統についての電源電流の監視を停止する「マスク処理」を実行することを特徴とする。
最初に、電源電流監視装置が適用される電動パワーステアリングシステム用モータ駆動装置の全体構成について、図1を参照して説明する。
図1に示すように、モータ駆動装置10は、バッテリ47、2系統のインバータ回路601、602を含む電力変換装置50、マイコン20及び電源電流監視装置30等から構成されている。インバータ回路601、602は、特許請求の範囲に記載の「駆動回路」に相当する。また、モータ駆動装置10は、「負荷」としてのモータ80を駆動する「負荷駆動装置」に相当する。特に本実施形態のモータ駆動装置10は、車両において運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリングシステムに用いられる。
以下の説明では、構成要素の符号について、原則として第1系統の構成要素には3桁の末尾に「1」を、第2系統の構成要素には3桁の末尾に「2」を付して区別する。
電源リレー551、552は、電力分岐点54とインバータ回路601、602との間に設けられ、インバータ回路601、602への電力経路を接続又は遮断する。
インバータ回路601、602は、バッテリ47からの直流電力を三相交流電力に変換し、モータ80の巻線組801、802へ供給する。
電源電流監視装置30は、「異常判定手段」としての異常判定部311、312、及び「電源リレー制御手段」としての電源リレープリドライバ391、392を系統毎に備えており、後述する反復監視処理を実行する。
電源リレープリドライバ391、392は、異常判定部311、312及びマイコン20の指令に基づき、電源リレーの開閉を制御する。また、2系統の電源リレープリドライバ391、392は、後述するマスク処理に関して相互に信号を通信する。
上述のように、電源電流監視装置30は、インバータ回路601に短絡異常が発生したことを判定する「異常判定手段」としての異常判定部311、及び、電源リレー551の開閉を制御する「電源リレー制御手段」としての電源リレープリドライバ391を含む。
シャント抵抗571の両端電圧は電圧増幅部321で増幅され、コンパレータ331に入力される。コンパレータ331は、増幅された検出電圧を基準電圧と比較し、検出電圧が基準電圧未満のときLO信号、検出電圧が基準電圧を超えたときHI信号を出力する。
判定部361は、積算時間カウンタ351の積算時間が判定閾値に達したか判定する。
ダイアグ信号生成部371は、判定部361の判定結果に基づいてダイアグ信号を生成し、マイコン20に送信する。
電源リレープリドライバ391は、ANDゲート381の出力信号に基づき、電源リレー551のゲートにスイッチング信号を送信する。
図3に示すように、電力変換装置50は、バッテリ47の正極側接続点51及び負極側接続点59にてバッテリ47からの配線に接続されている。配線は、配線抵抗48及び配線インダクタンス49を有している。
以下の説明では、図3に示す状態を基本とし、「短絡異常が発生した系統を第1系統、正常系統を第2系統」として説明中の符号を付す。
図4(a)は、実験によって得られた電源電流波形を示し、図4(b)、(c)は、それぞれ、「仮異常系統の電源電流I」、及び「正常系統の電源電流J」の波形を模式的に示したものである。この例では、仮異常系統で実際に短絡異常が継続しているものとする。
なお、電源電流監視装置30は、シャント抵抗571、572の両端電圧を増幅した検出電圧を基準電圧と比較しており、電源電流を直接的に電流閾値と比較しているわけではない。しかし、本明細書では、技術常識に基づき電圧を電流に換算して考え、「電源電流が閾値Vthを超える」という表現を用いることとする。
時刻t3と時刻t5との間の時刻t4で、フェールセーフのため、仮異常系統の電源リレー551はオフされる。
図5(a)に示すように、直流電圧E0に充電された静電容量Cのコンデンサに対し、抵抗Rの抵抗器、及びインダクタンスLのコイルが直列に接続されたモデルを想定する。この回路を切断状態から接続したときコンデンサから放電されるコンデンサ突入電流Ic(t)は、下式(1.1)−(1.3)で表される。
実際のインバータ回路601、602では、コンデンサ突入電流Icとバッテリ短絡電流Ibとが合成した波形が得られる。
まず、仮異常系統について、電源リレー551を一旦オフした後、正常復帰した場合を想定する。この状態で電源リレー551を再びオンしてもバッテリ短絡電流Ibは流れない。しかし、前回のサイクルで電源リレー551をオンしたとき仮異常系統の入力部コンデンサ581は放電状態となっているため、電源リレー551を再びオンしたとき、正常系統の入力部コンデンサ582からコンデンサ突入電流Icが流れ込む。このコンデンサ突入電流Icが過電流として誤検出されるため、仮異常系統は、正常復帰したにもかかわらず短絡異常であると判定されることとなり、反復監視処理を実行する意味が無い。
以下、反復監視処理の具体的な構成について、実施形態毎に説明する。
本発明の電源電流監視装置による反復監視処理の第1実施形態について、図7〜図10を参照して説明する。
まず、仮異常系統に短絡異常が発生し、且つ、その短絡異常が継続しているときのタイムチャートを図7に示す。図7は、反復監視処理の規定回数をN回(N≧3)とした場合の、1回目、2回目及びN回目の監視サイクルにおける特性値を示している。2回目から(N−1)回目までの監視サイクルは、2回目の監視サイクルと同様である。
(a)は、図4(b)に対応し、仮異常系統の電源電流を示す。各監視サイクルで、コンデンサ突入電流Ic及びバッテリ短絡電流Ibが波形に現れている。
(b)は、コンパレータ331の出力信号を示す。(a)の電源電流が閾値Vthを超えている期間、コンパレータ出力信号はオンする。
Tc<Tj<Tc+Tb ・・・(3.1)
Tc+Ta=Tj ・・・(3.2)
Ta<Tb ・・・(3.3)
(e)は、正常系統についての電源電流の監視を停止するマスク処理を実行する期間を示す。本実施形態では、各監視サイクルの電源リレー551をオフした時刻から、監視時間Twがタイムアップするまでの期間、マスク処理を実行する。なお、監視時間Twは、当然ながらサイクル時間Txより短く設定される。
(f)は、図4(c)に対応し、正常系統の電源電流を示す。二次突入電流Jbcが現れる期間がマスク処理の期間に含まれるように、監視時間Twが設定されている。
以上の(a)〜(h)が示す事項は、次の図8、図9にて援用する。
開始時刻t1から監視時間Twが経過すると、積算時間カウンタがリセットされると同時に、マスク処理が終了する。その後、開始時刻t1からサイクル時間Tx後に電源リレー551が再度オンされ、2回目の監視サイクルに移行する。
しかし、図8(a)に示すように、1回目の監視時間Tw終了後に仮異常系統が正常復帰すると、2回目の監視サイクルでは仮異常系統にコンデンサ突入電流Icのみが流れ、バッテリ短絡電流Ibは流れない。
図9(a)、(f)に示すように、いずれの系統にも実際に短絡電流は発生していない。ただし、図9(b)に示すように、コンパレータ信号に数μs程度のパルス状のノイズが現れたと仮定する。この場合、図9(c)に示すように、最初のノイズ発生から過電流時間の積算が開始されるが、パルスに対応するわずかな過電流時間が積算されるに過ぎず、判定閾値Tjに到達しないまま監視時間Twがタイムアップして積算時間カウンタがリセットされる。
このように、外乱ノイズによる誤検出についても適切に防止することができる。
S11では、仮異常系統で電源電流が過電流であるか否か判定する。なお、1回目の判定においては、「仮異常系統で」の部分を「いずれかの系統で」と読み替える。そして、電源電流が過電流であると判定された系統が「仮異常系統」と認定され、その後、S18から戻ってきたときのS11では、仮異常系統についての電源電流について判定する。
コンデンサ突入電流Icによる第1過電流時間Tcにバッテリ短絡電流Ibによる第2過電流時間Tbのうち余裕時間Taが積算され、積算時間が判定閾値Tjに達したとき、S13でYESと判定され、S14に移行する。S14では、電源リレー551をオフするとともに、電源リレーオフ回数をインクリメントする。また、電源電流監視装置30は、仮ダイアグ信号をマイコン20に送信する(図7参照)。
一方、開始時刻t1から監視時間Tw内に第1過電流時間Tcに余裕時間Taが積算されず、積算時間が判定閾値Tjに達しない場合、S13でNOと判定され、S20にて積算時間カウンタをリセットし、処理を終了する(図8参照)。
その後、開始時刻t1からサイクル時間Tx後に電源リレーをオンし(S18)、S11に戻って次の監視サイクルに移る(以上、図7参照)。
(1)電源電流監視装置30は、仮異常系統の反復監視処理において、電源リレー551をオンした後、過電流時間の積算時間が所定の判定閾値Tjに達した監視サイクルが規定回数のN回連続したとき、仮異常系統が短絡異常であると確定する。判定閾値Tjは、コンデンサ突入電流Icによる第1過電流時間Tcより長く、且つ、第1過電流時間Tcと、バッテリ短絡電流Ibによる第2過電流時間Tbとの和より短く設定されている。これにより、コンデンサ突入電流Icを短絡異常の判定対象から除外し、バッテリ短絡電流Ibの有無に基づいて短絡異常を判定することができる。
次に、本発明の電源電流監視装置による反復監視処理の第2実施形態について、図11のタイムチャートを参照して説明する。図11は、第1実施形態の図7に対応する図であり、図7に用いた記号を援用する。
図11(e)に示すように、第2実施形態では、正常系統についてのマスク処理を、1回目に過電流を検出した開始時刻t1から、反復監視処理の最終(N回目)の監視サイクルにおける監視時間Twの終了時刻まで継続して実行する。すなわち、第2実施形態のマスク処理期間は、第1実施形態のマスク処理期間をそっくり含み、さらに監視サイクル毎にマスク処理を中断することなく継続する。
なお、1回目の監視サイクルにおけるマスク処理の開始タイミングを、第1実施形態と同様、電源リレーをオフしたタイミングとしてもよい。
第2実施形態は、第1実施形態の効果(1)、(2)、(4)と同様の効果を奏する。
(ア)両端電圧に基づいて電源電流が検出される各系統の電流検出手段は、シャント抵抗571、572に限らず、既知の抵抗値を有する他の素子を用いることができる。
例えば、バッテリ47の極性を逆に接続した場合に電源リレー551、552の寄生ダイオードを経由してインバータ回路601、602に電流が流れることを防止するため、電源リレー551、552とは寄生ダイオードの向きが反対の第2電源リレーを直列に接続する構成が知られている(例えば特開2013−183462号公報)。このような構成では、第2電源リレーを電流検出手段として用いてもよい。
30 ・・・電源電流監視装置、
311、312・・・異常判定部(異常判定手段)、
391、392・・・電源リレープリドライバ(電源リレー制御手段)、
47 ・・・バッテリ、 54 ・・・電力分岐点、
551、552・・・電源リレー、
571、572・・・シャント抵抗(電流検出手段)、
581、582・・・入力部コンデンサ、
601、602・・・インバータ回路(駆動回路)、
80 ・・・モータ(負荷)。
Claims (5)
- バッテリ(47)と、
前記バッテリに対して並列に接続され協働して負荷(80)を駆動する2系統の駆動回路(601、602)と、
前記駆動回路の前記バッテリ側の入力部に設けられる入力部コンデンサ(581、582)と、
前記バッテリの電力が分岐される電力分岐点(54)と前記駆動回路との間に設けられ電力経路を接続又は遮断する電源リレー(551、552)と、
を含む負荷駆動装置(10)に適用され、前記駆動回路に向かって前記電源リレーを通過する電源電流の大きさを系統毎に監視する電源電流監視装置(30)であって、
前記電源電流が流れる電流検出手段(571、572)の両端電圧に基づいて、前記駆動回路の高電位側と低電位側とが短絡する短絡異常が発生したことを判定する異常判定手段(311、312)と、
前記電源リレーの開閉を制御する電源リレー制御手段(391、392)と、
を備え、
前記異常判定手段により、いずれかの系統で所定閾値(Vth)を超える前記電源電流が1回検出されたとき、当該系統を短絡異常の可能性がある仮異常系統であると認定し、当該仮異常系統の前記電源リレーをオフした後、前記電源電流が前記所定閾値を超えた開始時刻(t1)から所定のサイクル時間(Tx)後に再びオンしたときの前記電源電流の大きさを監視する監視サイクルを規定回数繰り返すことにより、所定条件を満たした場合に前記仮異常系統が短絡異常であると確定する反復監視処理を実行し、
前記反復監視処理において前記仮異常系統の前記電源リレーをオンしたとき想定される前記電源電流は、前記仮異常系統の他の系統である正常系統の前記入力部コンデンサから前記仮異常系統に流れ込むコンデンサ突入電流(Ic)、及び、前記仮異常系統の短絡異常が継続している場合に前記バッテリから流れ込むバッテリ短絡電流(Ib)であり、
前記反復監視処理において、少なくとも、前記仮異常系統の前記電源リレーをオンしてから再びオフした後の所定期間、前記正常系統についての前記電源電流の監視を停止するマスク処理を実行することを特徴とする電源電流監視装置。 - 前記反復監視処理の各前記監視サイクルにおいて、
前記電源リレーをオンした後、前記電源電流が前記所定閾値を超えた時間である過電流時間の積算時間が所定の判定閾値(Tj)に達したとき、前記電源リレーをオフすると同時に前記マスク処理を開始し、
前記開始時刻から、前記サイクル時間より短い所定の監視時間(Tw)後に、前記マスク処理を終了することを特徴とする請求項1に記載の電源電流監視装置。 - 前記2系統の駆動回路、前記入力部コンデンサ、前記電源リレー及び前記電流検出手段は、仕様及び電気的性能が互いに同等であることを特徴とする請求項1または2に記載の電源電流監視装置。
- 前記負荷を駆動する2系統の駆動回路は、交流モータを駆動する2系統のインバータ回路、又は、直流モータを駆動する2系統のHブリッジ回路であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電源電流監視装置。
- 前記交流モータ又は前記直流モータは、車両の電動パワーステアリングシステムにおいて操舵アシストトルクを出力するモータであることを特徴とする請求項4に記載の電源電流監視装置。
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