JP6220696B2 - 電動モータの駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の相に対応する巻線組を複数有する電動モータを駆動する駆動制御装置に関する。
特許文献1には、第1インバータ部または第2インバータ部のいずれかの系統にショート故障が発生した場合、故障した系統の全てのMOSをオフ状態とし、故障した系統によるモータの駆動を停止し、故障した系統において生じるブレーキトルクを打ち消す、またはモータの駆動への影響を低減するように、故障していない系統のMOSを制御する、多相回転機の制御装置が開示されている。
特開2011−078230号公報
ところで、故障した通電系統(インバータ)のスイッチング素子を全てオフにすると、ショートしたスイッチング素子の相から他相に流れるブレーキ電流は、スイッチング素子の寄生ダイオードの方向に流れ、他相からショートしたスイッチング素子の相に流れる電流は、オフに制御されるスイッチング素子の寄生ダイオードで電流が遮断されることになる。
このため、ブレーキ電流の波形が半波波形となり、ブレーキトルクを打ち消すように、故障していない正常な通電系統を精度良く制御することが難しいという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、通電異常が発生した通電系統のブレーキトルク分を、通電異常が発生していない通電系統の制御で補償することが容易な電動モータの駆動制御装置を提供することを目的とする。
そのため、本願発明に係る電動モータの駆動制御装置では、巻線の電位が電源電位となる通電異常が発生したときに、前記通電異常が発生した通電系統への電源供給を遮断した状態で、前記通電異常が発生した通電系統の各相の低電位側スイッチング素子をオンに制御し、当該通電状態において前記通電異常が発生した通電系統で発生するトルクに基づいて前記通電異常が発生していない通電系統の出力を制御するようにした。
また、本願発明に係る電動モータの駆動制御装置では、巻線の電位が接地電位となる通電異常が発生したときに、前記通電異常が発生した通電系統への電源供給を遮断した状態で、前記通電異常が発生した通電系統の各相の高電位側スイッチング素子をオンに制御し、当該通電状態において前記通電異常が発生した通電系統で発生するトルクに基づいて前記通電異常が発生していない通電系統の出力を制御するようにした。
上記発明によると、ブレーキ電流が連続的に発生するようになることで、ブレーキ電流(ブレーキトルク)の大きさを精度よく求めることができ、通電異常が発生していない通電系統の出力補正を高精度かつ容易に行える。
本発明の実施形態において電動モータの駆動制御装置を適用する電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 本発明の実施形態における駆動制御装置の回路構成図である。 本発明の実施形態における駆動制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態における通電異常の発生状態での処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態における通電異常の発生状態での半導体スイッチング素子のオン/オフ制御パターンの一例を示す図である。 本発明の実施形態において高電位側半導体スイッチング素子の1つにショート故障が発生した状態で全ての半導体スイッチング素子をオフ制御したときの電流の流れを説明するための図である。 本発明の実施形態における通電異常の発生状態での半導体スイッチング素子のオン/オフ制御パターンの一例を示す図である。 本発明の実施形態における通電異常の発生状態での半導体スイッチング素子のオン/オフ制御パターンの一例を示す図である。 本発明の実施形態における通電異常の発生状態での各通電系統の目標アシストトルクの設定例を説明するための図である。 本発明の実施形態における通電異常の発生状態での各通電系統の目標アシストトルクの設定例を説明するための図である。 本発明の実施形態における通電異常の発生状態での各通電系統の目標アシストトルクの設定例を説明するための図である。 本発明の実施形態における電流検出器の配置例を示す駆動制御装置の回路構成図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る電動モータの駆動制御装置の一実施形態を示し、車両用の電動パワーステアリング装置において操舵補助力を発生する電動モータに適用した例を示す。
図1に示す電動パワーステアリング装置100は、車両200に備えられ、操舵補助力を電動モータ130によって発生させる装置である。
電動パワーステアリング装置100は、ステアリングホイール110、操舵トルクセンサ120、電動モータ130、電子制御ユニット(ECU)150、電動モータ130の回転を減速してステアリングシャフト170(ピニオンシャフト)に伝達する減速機160などを含んで構成される。
操舵トルクセンサ120及び減速機160は、ステアリングシャフト170を内包するステアリングコラム180内に設けられる。
ステアリングシャフト170の先端にはピニオンギア171が設けられていて、このピニオンギア171が回転すると、ラックギア172が車両200の進行方向左右に水平移動する。ラックギア172の両端にはそれぞれ車輪201の操舵機構202が設けられており、ラックギア172が水平移動することで車輪201の向きが変えられる。
操舵トルクセンサ120は、車両の運転者がステアリング操作を行うことでステアリングシャフト170に発生する操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクの信号STを電子制御ユニット150に出力する。
電動パワーステアリング装置100(電動モータ130)を駆動制御する制御装置である電子制御ユニット150は、マイクロコンピュータ(演算処理装置)、電動モータ130の駆動するためのインバータ、インバータの駆動回路などを備え、操舵トルク信号STや車速センサ190が出力する車速の信号VSPなどの操舵補助力の決定に用いる状態量の情報を入力する。
そして、電子制御ユニット150は、操舵トルク信号ST、車速信号VSPなどの車両の運転状態に基づいて電動モータ130への通電を制御し、以って、電動モータ130の発生トルク、つまり、操舵補助力を制御する。
なお、インバータ若しくはインバータ及び駆動回路を、電子制御ユニット150の外部に別体として設けることができ、この場合、電子制御ユニット150と外部に設けられるインバータ若しくはインバータ及び駆動回路によってモータ130を駆動する駆動制御装置が構成されることになる。
図2は、電子制御ユニット150及び電動モータ130の回路構成を示す。
電動モータ130は、スター結線される3相巻線UA、VA、WAからなる第1巻線組2Aと、同じくスター結線される3相巻線UB、VB、WBからなる第2巻線組2Bとを有する3相同期電動機であり、第1巻線組2A及び第2巻線組2Bにおいて3相巻線U、V、Wが互いに接続された点は中性点をなす。
第1巻線組2A及び第2巻線組2Bは図示省略した円筒状の固定子に設けられ、該固定子の中央部に形成した空間にロータ(永久磁石回転子)201が回転可能に備えられ、第1巻線組2Aと第2巻線組2Bとは磁気回路を共有する。
そして、第1巻線組2A(3相巻線UA、VA、WA)は第1インバータ1Aと直接接続され、第2巻線組2B(3相巻線UB、VB、WB)は第2インバータ1Bと直接接続され、第1巻線組2Aには第1インバータ1Aから電力が供給され、第2巻線組2Bには第2インバータ1Bから電力が供給される。
第1インバータ1Aは、第1巻線組2AのU相コイルUA、V相コイルUA及びW相コイルWAをそれぞれに駆動する3組の半導体スイッチUHA,ULA,VHA,VLA,WHA,WLAを備えた3相ブリッジ回路からなる。
また、第2インバータ1Bは、第2巻線組2BのU相コイルUB、V相コイルUB及びW相コイルWBをそれぞれに駆動する3組の半導体スイッチUHB,ULB,VHB,VLB,WHB,WLBを備えた3相ブリッジ回路からなる。
本実施形態では、第1インバータ1A及び第2インバータ1Bを構成する半導体スイッチ(スイッチング素子)としてNチャンネル型MOSFETを用いる。
第1インバータ1A及び第2インバータ1Bにおいて、半導体スイッチUH,ULは、電源VBと接地点との間にドレイン−ソース間が直列接続され、半導体スイッチUHと半導体スイッチULとの接続点にU相コイルUが接続される。
また、第1インバータ1A及び第2インバータ1Bにおいて、半導体スイッチVH,VLは、電源VBと接地点との間にドレイン−ソース間が直列接続され、半導体スイッチVHと半導体スイッチVLとの接続点にV相コイルVが接続される。
また、第1インバータ1A及び第2インバータ1Bにおいて、半導体スイッチWH,WLは、電源VBと接地点との間にドレイン−ソース間が直列接続され、半導体スイッチWHと半導体スイッチWLとの接続点にW相コイルWが接続される。
更に、第1インバータ1A及び第2インバータ1Bにおいて、低電位側の各半導体スイッチUL,VL,WLのソースと接地点との間には、電動モータ130の駆動電流を検出する電流検出器(電流検出抵抗、電流検出手段)301A,301Bが接続される。
電流検出器301A,301Bの出力は、CPU、ROM、RAM及び入出力回路などを含むマイクロコンピュータ302に入力される。
第1駆動回路303Aは、第1インバータ1Aを構成する半導体スイッチを駆動する回路であり、第1インバータ1Aにおける高電位側スイッチング素子(上流側駆動素子、上アーム)である半導体スイッチVHA,UHA,WHAをそれぞれに駆動する3つの高電位側ドライバと、第1インバータ1Aにおける低電位側スイッチング素子(下流側駆動素子、下アーム)である半導体スイッチVLA,ULA,WLAをそれぞれに駆動する3つの低電位側ドライバとを備えている。
また、第2駆動回路303Bは、第2インバータ1Bを構成する半導体スイッチを駆動する回路であり、第2インバータ1Bにおける高電位側スイッチング素子(上流側駆動素子、上アーム)である半導体スイッチVHB,UHB,WHBをそれぞれに駆動する3つの高電位側ドライバと、第2インバータ1Bにおける低電位側スイッチング素子(下流側駆動素子、下アーム)である半導体スイッチVLB,ULB,WLBをそれぞれに駆動する3つの低電位側ドライバとを備えている。
そして、第1駆動回路303A及び第2駆動回路303Bは、マイクロコンピュータ302からの指令信号(PWM制御信号)に応じてインバータ1A、1Bを構成する各半導体スイッチをPWM(Pulse Width Modulation)によりスイッチング操作する。
上記のように、第1インバータ1A及び第2インバータ1Bは、3相毎に配置された高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子からなる通電系統であり、本実施形態の電子制御ユニット150は、第1インバータ1Aの第1通電系統と第2インバータ1Bの第2通電系統との2つの通電系統を備えている。
また、電源VB(バッテリ)と第1インバータ1Aとの間に、第1インバータ1Aへの電源供給を遮断するための電源リレー304Aを設け、電源VBと第2インバータ1Bとの間に、第2インバータ1Bへの電源供給を遮断するための電源リレー304Bを設けてある。
本実施形態において、電源リレー304A及び電源リレー304Bは、Nチャンネル型MOSFETなどの半導体スイッチで構成され、電源リレー304A、304Bを構成する半導体スイッチは駆動回路305A、305Bで駆動される。
なお、電源リレー304A、304Bとして、接点を物理的に動かして開閉する電磁リレーを用いることができる。
駆動回路305A、305Bは、マイクロコンピュータ302からの指令信号(制御信号)に応じて電源リレー304A、304Bを構成する半導体スイッチを駆動する。つまり、マイクロコンピュータ302は、第1インバータ1Aへの電源供給と、第2インバータ1Bへの電源供給とをそれぞれ独立に遮断できるようになっている。
また、インバータ1A、1Bに供給される電源電圧の変動を抑制するために、電源リレー304A、304Bとインバータ1A、1Bとの間の電源ラインと接地点とを接続するコンデンサ306A、306Bを設けてある。
また、各巻線組2A、2Bの各巻線端電圧をそれぞれに検出する電圧モニタ回路(電圧検出手段)307A、307Bを設けてあり、電圧モニタ回路307A、307Bは、各巻線組2A、2Bの各巻線端電圧の検出信号をマイクロコンピュータ302に出力する。更に、インバータ1A、1Bのスイッチング素子が全てオフされたときの各巻線端の電位を固定するために、各巻線組2A、2BのU相UA,UBをプルアップするためのプルアップ抵抗RA、RBを設けてある。
角度センサ(角度検出手段)308は、ロータ201の角度を検出し、角度データの信号をマイクロコンピュータ302に出力する。
図3は、マイクロコンピュータ302におけるインバータ1A、1Bの制御機能を示す機能ブロック図である。
目標アシストトルク演算部6は、運転者がステアリングホイールに加えた操舵力を操舵トルクセンサ120が検出した結果や車速などの操舵条件に基づいて目標アシストトルク、つまり、電動モータ130の出力トルクの目標値を演算する。
角度演算部10は、角度センサ308の信号を入力して電動モータ130のロータ201の角度を演算する。
モータ回転演算部5は、角度演算部10が演算したロータ201の角度の情報に基づいて電動モータ130の回転速度(rpm)を演算し、モータ回転速度の信号を目標電流値演算部3及び出力電圧演算部4に出力する。
目標電流値演算部3は、目標アシストトルクのデータ及び電動モータ130の回転速度のデータを入力し、これらに基づいて電動モータ130のd軸電流指令値Id *及びq軸電流指令値Iq *、つまり、モータ電流の目標値を演算して出力する。
出力電圧演算部4は、目標電流値演算部3から出力されるd軸電流指令値Id *、q軸電流指令値Iq *、及び、実電流演算部11で演算されたd軸実電流値Id、q軸実電流値Iqを入力し、更に、電動モータ130の回転速度のデータを入力する。
そして、出力電圧演算部4は、第1インバータ1Aのd軸電圧指令値Vd1,q軸電圧指令値Vq1、及び、第2インバータ1Bのd軸電圧指令値Vd2,q軸電圧指令値Vq2を演算して出力する。
実電流演算部11は、電流検出器301A,301Bの出力信号を入力し、d軸実電流値Id及びq軸実電流値Iq、つまり、実モータ電流を演算して出力電圧演算部4に出力する。
出力電圧演算部4が出力するd軸電圧指令値Vd1,q軸電圧指令値Vq1は、第1出力デューティ演算部7Aに入力される。
第1出力デューティ演算部7Aは、d軸電圧指令値Vd1、q軸電圧指令値Vq1、及び、第1インバータ1Aの電源電圧に基づいて、第1インバータ1AのPWM制御におけるd軸デューティDutyd1及びq軸デューティDutyq1を演算して出力する。
また、出力電圧演算部4が出力するd軸電圧指令値Vd2及びq軸電圧指令値Vq2は、第2出力デューティ演算部7Bに入力される。
第2出力デューティ演算部7Bは、d軸電圧指令値Vd2、q軸電圧指令値Vq2、及び、第2インバータ1Bの電源電圧に基づいて、第2インバータ1BのPWM制御におけるd軸デューティDutyd2及びq軸デューティDutyq2を演算して出力する。
第1出力デューティ演算部7Aから出力されるd軸デューティDutyd1、q軸デューティDutyq1、更に、電動モータ130のロータ角度の情報が、第1の2相3相変換部8Aに入力され、第1の2相3相変換部8Aは、これらに基づいて第1巻線組2Aの3相それぞれのデューティ指令値DutyU1、DutyV1、DutyW1を演算して出力する。
また、第2出力デューティ演算部7Bから出力されるd軸デューティDutyd2、q軸デューティDutyq2、更に、電動モータ130のロータ角度の情報が、第2の2相3相変換部8Bに入力され、第2の2相3相変換部8Bは、これらに基づいて第2巻線組2Bの3相それぞれのデューティ指令値DutyU2、DutyV2、DutyW2を演算して出力する。
第1の2相3相変換部8Aから出力されるデューティ指令値DutyU1、DutyV1、DutyW1は第1デッドタイム補償部9Aに入力され、第1デッドタイム補償部9Aは、デッドタイム補償を施したデューティ指令値DutyU1、DutyV1、DutyW1を演算してインバータ1A(駆動回路303A)に出力する。
また、第2の2相3相変換部8Bから出力されるデューティ指令値DutyU2、DutyV2、DutyW2は第2デッドタイム補償部9Bに入力され、第2デッドタイム補償部9Bは、デッドタイム補償を施したデューティ指令値DutyU2、DutyV2、DutyW2を演算してインバータ1B(駆動回路303B)に出力する。
デッドタイム補償とは、インバータ1A,1Bの上下アームが短絡しないように、三角波と指令値とを比較した結果であるPWM信号の立ち上がりをデッドタイム分だけ遅らせてゲート信号を作成するPWM制御において、デッドタイム電圧による電圧降下などを抑制するための処理である。
また、目標アシストトルク演算部6は、2つの通電系統のうちで通電異常が発生した通電系統(インバータ)についてのPWMスイッチング操作を停止させ、また、通電異常が発生した通電系統(PWMスイッチング操作を停止させた通電系統)で発生するブレーキトルクを算出し、通電異常が発生していない通電系統(インバータ)の目標アシストトルクをブレーキトルクに応じて変更する機能(故障発生状態での目標トルクの補正機能)を有している。
通電系統における通電異常とは、巻線の電位が電源電位もしくは接地電位となる故障であり、具体的には、インバータ1A、1Bを構成する高電位側スイッチング素子又は低電位側スイッチング素子のショート(短絡)や、各相の駆動ラインの地絡や、各相の駆動ラインの天絡などの故障である。
ここで、天絡とは、高電位側(電源電位)と駆動ラインとの間の短絡であり、地絡とは、低電位側(接地電位)と駆動ラインとの間の短絡である。そして、高電位側スイッチング素子のショート及び駆動ラインの天絡は、巻線の電位が電源電位となる通電異常であり、低電位側スイッチング素子のショート及び駆動ラインの地絡は、巻線の電位が接地電位となる通電異常である。
また、駆動ラインとは、インバータ1A、1Bの出力端から巻線までの間の電力供給ラインである。
マイクロコンピュータ302は、通電系統毎に、例えばインバータを構成するスイッチング素子の制御状態と、センサによって検出される各巻線端電圧及び/又は駆動電流とに基づいて通電異常の診断(故障診断)を行う。
マイクロコンピュータ302は、例えば、以下のようにして通電異常の有無を通電系統毎に診断する。
マイクロコンピュータ302は、電源リレー304A、304Bをオンにし、インバータ1A、1Bを構成するスイッチング素子を全てオフに制御している状態での各巻線端電圧に基づき、高電位側スイッチング素子又は低電位側スイッチング素子のショート故障の有無を診断でき、また、電源リレー304A、304Bをオフにしている状態での各巻線端電圧に基づき、天絡、地絡の有無を診断することができる。
また、マイクロコンピュータ302は、スイッチング素子をPWMスイッチング操作している状態での駆動電流に基づき、スイッチング素子のショート故障の有無を診断することができる。
そして、マイクロコンピュータ302は、故障(通電異常)の発生を診断した通電系統のインバータを構成するスイッチング素子を所定のオン/オフ制御パターンに従ってオン又はオフに固定する制御(スイッチング素子のオン/オフを所定状態にする制御)を実施して、通電異常が発生した側のインバータのPWMスイッチングを停止する。
一方、マイクロコンピュータ302は、通電異常が発生していない正常側のインバータのPWMスイッチング操作を継続し、更に、正常側のインバータのスイッチング素子を、故障が発生した通電系統によるモータ駆動の影響を低減するように、詳細には、通電異常側の巻線で発生するブレーキトルクを打ち消すように、目標アシストトルク演算部6での目標アシストトルクの演算を変更する。
そして、目標アシストトルク演算部6は、通電系統毎の通電異常の有無に応じて目標アシストトルクを演算し、演算した目標アシストトルクの信号を目標電流値演算部3に出力すると共に、目標アシストトルクに基づくPWMスイッチング操作の対象とする通電系統を通電異常の有無に応じて決定し、制御対象とする通電系統を指示する信号を目標電流値演算部3に出力する。
電子制御ユニット150(マイクロコンピュータ302)が実施する、各通電系統それぞれでの通電異常の診断結果に基づく各インバータ(通電系統)の制御の流れを、図4のフローチャートに従って詳細に説明する。
図4のフローチャートに示すルーチンは、電子制御ユニット150(マイクロコンピュータ302)が所定時間毎の割り込み処理によって実行する。
まず、ステップS501で、電子制御ユニット150は、操舵トルクセンサ120で検出された操舵トルクや車速の情報などから目標アシストトルクの総合値を演算する。
目標アシストトルクの総合値とは、第1通電系統(第1インバータ1A)による第1巻線組2Aの通電制御で発生させるモータトルクの目標値と、第2通電系統(第2インバータ1B)による第2巻線組2Bの通電制御で発生させるモータトルクの目標値との総和を示す。
次のステップS502で、電子制御ユニット150は、第1通電系統(第1チャンネルch1)について故障(通電異常)の発生が診断されていない状態、つまり、第1通電系統にスイッチング素子のショート、駆動ラインの地絡、駆動ラインの天絡がなく正常であると診断されているか否かを判定する。
電子制御ユニット150は、第1通電系統が正常であると判定すると、更にステップS503へ進み、第2通電系統(第2チャンネルch2)について故障の発生が診断されていない状態、つまり、第2通電系統にスイッチング素子のショート、駆動ラインの地絡、駆動ラインの天絡がなく正常であると診断されているか否かを判定する。
そして、第1通電系統及び第2通電系統が共に正常である場合、電子制御ユニット150はステップS504へ進み、各通電系統における目標アシストトルクを、それぞれ目標アシストトルク総合値の半分に設定する。
つまり、第1通電系統(第1インバータ1A)による第1巻線組2Aの通電制御で総合値/2のアシストトルクを発生させ、第2通電系統(第2インバータ1B)による第2巻線組2Bの通電制御で総合値/2のアシストトルクを発生させるように、各通電系統における目標アシストトルクを設定する。
換言すれば、電子制御ユニット150は、第1通電系統及び第2通電系統が共に正常である場合、第1インバータ1Aの出力と第2インバータ1Bの出力を同等にし、各インバータの出力比率をそれぞれ50%に設定する。
そして、電子制御ユニット150は、ステップS505へ進み、各通電系統における目標アシストトルクに基づき第1通電系統及び第2通電系統のインバータ1A、1Bを構成する半導体スイッチングのオン/オフをPWM制御する。
一方、電子制御ユニット150は、ステップS502で第1通電系統について故障の発生が診断されていると判定すると、ステップS506へ進む。
ステップS506で、電子制御ユニット150は、第2通電系統が正常であるか否かを判定し、第1通電系統に故障が発生し第2通電系統が正常である場合には、ステップS507へ進む。
ステップS507で、電子制御ユニット150は、故障が発生した第1通電系統の第1インバータ1Aの各スイッチング素子を、故障状態に応じたパターンでオン(デューティ比100%)又はオフ(デューティ比0%)に制御する。
つまり、電子制御ユニット150は、故障が発生した通電系統のインバータの各スイッチング素子を全てオフに制御するのではなく、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子との少なくとも一方を各相間のインピーダンスが小さくなるように通電状態(オン)に制御する。
更に、電子制御ユニット150は、高電位側スイッチング素子をオンに制御するか、低電位側スイッチング素子をオンに制御するか、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を共にオンにするかを故障状態に応じて選択する。
図5は、ステップS507における第1インバータ1Aの各スイッチング素子のオン/オフ制御パターンの一例を示す。
なお、図5の制御パターンは、第1インバータ1Aと第2インバータ1Bとに共通的に用いられ、後述するように、第1通電系統が正常で第2通電系統に故障が発生したときには、第2インバータ1Bのスイッチング素子をオン/オフ制御するパターンとして用いられる。
図5に示すように、故障状態は、インバータの高電位側スイッチング素子のショート故障、インバータの低電位側スイッチング素子のショート故障、相駆動ラインの天絡故障、相駆動ラインの地絡故障の4態様に場合分けされており、係る4種類の故障に対して、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子との少なくとも一方をオンにするパターンが設定される。
図5に示した例では、インバータの高電位側スイッチング素子のいずれかにショート故障が発生している場合、高電位側スイッチング素子の全てをオフに制御する一方で、低電位側スイッチング素子の全てをオンに制御するパターンが選択される。
また、インバータの低電位側スイッチング素子のいずれかにショート故障が発生している場合、相駆動ラインのいずれかに天絡故障が発生している場合、相駆動ラインのいずれかに地絡故障が発生している場合のいずれかであれば、高電位側スイッチング素子の全てをオンに制御する一方で、低電位側スイッチング素子の全てをオフに制御するパターンが選択される。
なお、故障が発生した第1通電系統の第1インバータ1Aへの電源供給を遮断する電源リレー304Aは、高電位側スイッチング素子のショート故障、インバータの低電位側スイッチング素子のショート故障、相駆動ラインの地絡故障のいずれかの故障が発生している場合はオフに制御するが、相駆動ラインの天絡故障が発生している場合、電源リレー304Aはオン又はオフのいずれにも制御できる。
つまり、図5の電源リレーの「Don’t care」の操作は、電源リレー304Aはオン又はオフのいずれに制御してもよいことを示す。
従って、第1通電系統に故障が発生したときに故障状態に関わらずに電源リレー304Aをオフすることができる他、高電位側スイッチング素子のショート故障、インバータの低電位側スイッチング素子のショート故障、相駆動ラインの地絡故障のいずれかの故障が発生している場合に電源リレー304Aをオフし、相駆動ラインの天絡故障が発生している場合に電源リレー304Aをオンに保持させることもできる。
図6は、インバータの高電位側スイッチング素子のうちの半導体スイッチUHにショート故障が発生し、スイッチング素子の全てをオフにした場合において、電動モータ130の回転に伴って発生する誘起電圧によって各相にブレーキ電流(駆動に逆らうトルクを発生させる電流)が流れる様子を示す。
この場合、半導体スイッチVH、WHはオフ状態であるため、半導体スイッチVH、WHにおける電流の流れ方向は半導体スイッチVH、WHの寄生ダイオードの向きに限定されることになる。
また、低電位側スイッチング素子UL,VL,WLはオフであり、また、低電位側スイッチング素子UL,VL,WLの寄生ダイオードは接地点に向けた電流の流れを遮断するため、低電位側スイッチング素子UL,VL,WLを介して接地点側に電流が流れることはない。
従って、ブレーキ電流は、U相からW相及びV相にそれぞれ流れ込み、W相を流れた電流は半導体スイッチWHの寄生ダイオードを介して半導体スイッチUHに流れ、V相を流れた電流は半導体スイッチVHの寄生ダイオードを介して半導体スイッチUHに流れ、各相U,V,Wには一方の方向にのみブレーキ電流が流れることになり、ブレーキ電流は半波波形となる。
これに対し、インバータの高電位側スイッチング素子のいずれかにショート故障が発生している場合、図5に示すパターンに従って高電位側スイッチング素子の全てをオフに制御する一方で低電位側スイッチング素子の全てをオンに制御すれば、オンした低電位側スイッチング素子を介して双方向の電流が流れるようになり、ブレーキ電流は連続的に発生するようになる。
更に、インバータの高電位側スイッチング素子のいずれかにショート故障が発生している場合、インバータへの電源供給が電源リレーのオフ制御で遮断されるから、ショート故障している高電位側スイッチング素子及びオン制御される低電位側スイッチング素子を介して、電源ラインが接地点に短絡されることがない。
また、低電位側スイッチング素子のいずれかにショート故障が発生している場合、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を全てオフに制御すると、低電位側スイッチング素子のうちのショート故障が発生していない素子の寄生ダイオードを介してブレーキ電流が流れ、ショート故障が発生している低電位側スイッチング素子にこれらの電流が流れ込むことになって、各相U,V,Wには一方の方向にのみブレーキ電流が流れることになり、ブレーキ電流は半波波形となる。
これに対し、インバータの低電位側スイッチング素子のいずれかにショート故障が発生している場合、図5に示すパターンに従って低電位側スイッチング素子の全てをオフに制御する一方で高電位側スイッチング素子の全てをオンに制御すれば、オンした高電位側スイッチング素子を介して双方向の電流が流れるようになり、ブレーキ電流は連続的に発生するようになる。
更に、インバータへの電源供給が電源リレーのオフ制御で遮断されるから、ショート故障している低電位側スイッチング素子及びオン制御される高電位側スイッチング素子を介して電源ラインが接地点に短絡されることがない。
また、各相の駆動ラインのいずれかが天絡している場合、低電位側スイッチング素子の全てをオフに制御する一方で、高電位側スイッチング素子の全てをオンに制御すれば、オンした高電位側スイッチング素子を介して双方向の電流が流れるようになり、ブレーキ電流は連続的に発生するようになると共に、低電位側スイッチング素子を介して電源ラインが接地点に短絡されることがない。
各相の駆動ラインのいずれかが天絡している場合、電源リレーをオフ制御しても天絡している駆動ラインに電源供給がなされることになるので、電源リレーをオン状態に保持させることができる他、第1通電系統の故障に基づき一律にオフに制御することもできる。
また、各相の駆動ラインのいずれかが地絡している場合も、低電位側スイッチング素子の全てをオフに制御する一方で、高電位側スイッチング素子の全てをオンに制御すれば、オンした高電位側スイッチング素子を介して双方向の電流が流れるようになり、ブレーキ電流は連続的に発生するようになると共に、インバータへの電源供給が電源リレーのオフ制御で遮断されるから、地絡箇所を介して電源電力が接地点に流れ込むことがない。
上記のように、通電異常が発生した通電系統のインバータのスイッチング素子を、図5に示すパターンでオン/オフ制御することで、通電異常が発生した通電系統の高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子との少なくとも一方を、各相間のインピーダンスが小さくなるように通電状態に制御すれば、通電異常が発生した通電系統で発生するブレーキ電流が半波波形とならずに連続的に発生するようになる。
このため、ブレーキトルクを相殺するように、正常な通電系統のインバータ出力を補正する補償制御を行う場合に、各相を流れるブレーキ電流の大きさを精度良く算出することが容易となり、補償制御の精度が向上する。
また、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を全てオフする場合(つまり、寄生ダイオードを介してブレーキ電流が流れる場合)に比べ、低電位側スイッチング素子又は高電位側スイッチング素子をオンすれば、各相間のインピーダンスやそのばらつきが小さくなり、発生するブレーキ電流が通電異常の状態(故障状態)の影響を受け難くなり、これによっても、ブレーキ電流の大きさを精度良く算出でき、ブレーキトルクを相殺する補償制御の精度が向上する。
更に、ブレーキ電流が連続的に発生することで、ブレーキ電流(ブレーキトルク)に基づく目標アシストトルクの補償制御が、ブレーキ電流の波形が半波波形となる場合に比べて容易となり、制御プログラムを簡易化できる。このため、制御プログラムの開発コストを抑制でき、また、制御プログラムの容量を少なくでき、以って、製品コストを抑制することができる。
なお、図5に示した制御パターンでは、ショート故障が発生している側のスイッチング素子のオン制御を行わないが、図7に示す制御パターンのように、ショート故障が発生していない側のスイッチング素子と共にショート故障が発生している側のスイッチング素子も全てオン制御させることができる。
また、相の駆動ラインのいずれかに地絡故障が発生している場合、電源リレーをオフ制御することで電源電力が地絡箇所を介して接地点に流れ込むことを阻止できるので、図7の制御パターンに示すように、高電位側スイッチング素子をオン制御すると共に低電位側スイッチング素子をオン制御することができる。
なお、図5の制御パターンと図7の制御パターンとで、相の駆動ラインの天絡故障に対するスイッチング素子及び電源リレーのオン/オフ制御は同じに設定される。
そして、図7に示す制御パターンを採用した場合も、図5の制御パターンに従ってスイッチング素子をオン/オフ制御する場合と同様な作用効果を得ることができる。
また、図8の制御パターンのように、低電位側スイッチング素子のいずれかにショート故障が発生している場合、及び、高電位側スイッチング素子のいずれかにショート故障が発生している場合に、ショート故障が発生している側のスイッチング素子をオン制御し、ショート故障が発生していない側のスイッチング素子をオフに制御することができる。
そして、ショート故障が発生していない側のスイッチング素子をオフに制御すれば、オフ制御したスイッチング素子によって電源電流が接地点に向けて流れることを阻止できるので、電源リレーはオン/オフのいずれの状態であっても、同様の作用、効果が得られることになる。
また、図8の制御パターンのように、相の駆動ラインのいずれかに地絡故障が発生した場合、高電位側スイッチング素子をオフに制御し、低電位側スイッチング素子をオンに制御することができる。この場合、オフ制御した高電位側スイッチング素子によって電源電流が接地点に向けて流れることを阻止できるので、電源リレーはオン/オフのいずれの状態であっても、同様の作用、効果が得られることになる。
つまり、図8の制御パターンは、インバータへの電源供給を遮断する電源リレーを備えない駆動回路にも適用することができることになる。
ここで、図5,図7,図8の制御パターンにおいて、相の駆動ラインの天絡故障に対するスイッチング素子及び電源リレーのオン/オフ制御は共通であり、図8の制御パターンでも、天絡故障では電源リレーはオン又はオフのいずれにも制御することができる。
つまり、図8の制御パターンでは、図5や図7の制御パターンを採用する場合と同様に、ブレーキ電流を連続的に発生させることができ、また、ブレーキ電流が故障状態に影響を受け難くなるという作用効果を奏すると共に、故障状態に関わらずに、電源リレーを故障対応として制御する必要性がなくなるという効果がある。
なお、図5,図7,図8の制御パターンを適宜組み合わせ、例えば、故障状態の全てにおいて高電位側スイッチング素子をオンに低電位側スイッチング素子をオフに制御させたり、天絡故障以外の故障状態では、低電位側スイッチング素子をオンに高電位側スイッチング素子をオフに制御させたりすることができる。
また、図7及び図8に示す制御パターンでは、ショート故障が発生したスイッチング素子を含む高電位側又は低電位側のスイッチング素子を全てオンに制御するが、ショート故障が発生しているスイッチング素子以外のスイッチング素子をオン制御し、ショート故障が発生しているスイッチング素子をオフ制御することができる。
図4のフローチャートのステップS507で、電子制御ユニット150は、図5,図7,図8に例示したようなパターンに従ってスイッチング素子を所定状態に制御すると、次にステップS508へ進み、電動モータ130の回転速度に基づいて第1通電系統で発生するブレーキトルクを算出(推定)する。
例えば、電子制御ユニット150は、電動モータ130の回転速度をブレーキトルクに変換するテーブルを備え、当該テーブルに基づきそのときのモータ回転速度に対応するブレーキトルクを求める構成とすることができる。
ここで、電子制御ユニット150によるステップS507でのスイッチング素子のオン/オフ制御によって、ブレーキ電流は連続的に発生するから、ブレーキ電流が半波波形を示す場合に比べ、モータ回転速度に基づくブレーキトルクの算出精度が高くなる。
また、電子制御ユニット150によるステップS507でのスイッチング素子のオン/オフ制御によって、相間のインピーダンス及びそのばらつきが小さくなり、故障態様の違いによるブレーキ電流のばらつきが小さくなるから、これによっても、モータ回転速度に基づくブレーキトルクの算出精度が高くなる。
電子制御ユニット150は、ステップS508でブレーキトルクを算出すると、ステップS509へ進み、ステップS501で算出した目標アシストトルクの総合値に、第1通電系統でのブレーキトルクを加算し、加算結果を最終的な目標アシストトルクとする。
つまり、ステップS501で算出した目標アシストトルクを第2通電系統による通電制御で発生させるようにしても、第1通電系統で発生するブレーキトルク分だけ実際に発生するモータトルクが目減りすることになる。
そこで、予め目標アシストトルクをブレーキトルク分だけ嵩上げしておくことで、所期の目標アシストトルクが実際に発生するようにする。
これにより、第1通電系統と第2通電系統とのいずれか一方に通電異常が発生し、通電異常が発生した通電系統でブレーキトルクが発生しても、所期のアシストトルク若しくは所期のアシストトルクに近似するアシストトルクを発生させることができ、通電異常によりステアリング操作性が低下することを抑制できる。
なお、電子制御ユニット150は、ステップS508で算出したブレーキトルクを減少補正し、減少補正したブレーキトルクをステップS501で算出した目標アシストトルクの総合値に加算させることができ、この場合も、第1通電系統で発生するブレーキトルクによるモータトルクの目減りを抑制できることになる。
次いで電子制御ユニット150は、ステップS510へ進み、ステップS509で設定した目標アシストトルクに基づき第2通電系統の第2インバータ1Bのスイッチング素子をPWM制御する。
つまり、第1通電系統に異常が発生すると、第1通電系統の第1インバータ1Aに対するPWM出力を停止させ、目標アシストトルクに応じたd軸電流指令値Id *及びq軸電流指令値Iq *が第2巻線組2Bの各巻線に流れるように、第2インバータ1Bの各スイッチング素子のPWM制御におけるデューティ比を制御する。
一方、電子制御ユニット150は、ステップS503で第2通電系統についての故障の発生を判定すると、ステップS511へ進み、ステップS507と同様に、第2通電系統の第2インバータ1Bの各スイッチング素子を、図5,図7,図8に例示したような制御パターンに従って制御して、第2インバータ1Bの高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子との少なくとも一方をオンに制御する。
そして、電子制御ユニット150は、ステップS512に進んで、モータ回転速度に基づいて第2通電系統で発生するブレーキトルクを算出し、次のステップS513では、目標アシストトルク総合値を第2通電系統で発生するブレーキトルクに応じて増大補正し、補正結果を最終的な目標アシストトルクに設定する。
更に、ステップS514で、電子制御ユニット150は、ステップS513で設定した目標アシストトルクに基づき第1通電系統の第1インバータ1Aのスイッチング素子をPWM制御する。
また、電子制御ユニット150は、ステップS506で第1通電系統と共に第2通電系統も故障していると判定すると、ステップS515へ進み、第1インバータ1Aの全てのスイッチング素子及び第2インバータ1Bの全てのスイッチング素子をオフに制御し、また、電源リレー304A、304Bを共にオフに制御して、電動モータ130の駆動を停止させる。
図9は、目標アシストトルク総合値と、第1通電系統と第2通電系統とに割り振る各目標アシストトルクとの相関を、第1通電系統及び第2通電系統が共に正常であるときと、第1通電系統に故障が発生したときとに場合分けして例示する模式図である。
この図9に示すように、第1通電系統及び第2通電系統が共に正常であるときには、目標アシストトルク総合値の半分を第1通電系統に割り振り、同じく目標アシストトルク総合値の半分を第2通電系統に割り振り、第1通電系統の通電制御で発生するモータトルクと第2通電系統の通電制御で発生するモータトルクとの総和が、目標アシストトルク総合値になるようにする。
一方、例えば、第1通電系統に通電異常が発生した場合には、第1通電系統によるモータ駆動を停止させるが、第1通電系統でブレーキトルク(負のトルク)が発生するので、第2通電系統の目標アシストトルクを総合値とブレーキトルクの絶対値との合計とし、第2通電系統によるモータ駆動で、目標アシストトルク総合値のモータトルク、及び、ブレーキトルクを打ち消す(相殺する)トルクを発生させる。
ところで、電動パワーステアリング装置100では、ステアリングを中立に戻すときになどに電動モータ130により意図的にブレーキ力(負のトルク)を発生させる場合がある。
図10は、電動モータ130により意図的にブレーキ力を発生させる場合における、目標アシストトルク総合値と、第1通電系統と第2通電系統とに割り振る各目標アシストトルクとの相関を例示する模式図である。
電動モータ130によりブレーキ力を発生させる場合は、目標アシストトルク総合値は負のトルクとして設定され、第1通電系統及び第2通電系統が共に正常であれば、目標アシストトルク総合値の半分を第1通電系統に割り振り、同じく目標アシストトルク総合値の半分を第2通電系統に割り振り、第1通電系統の通電制御で発生する負のモータトルクと第2通電系統の通電制御で発生する負のモータトルクとの総和が、目標アシストトルク総合値(目標ブレーキトルク)になるようにする。
一方、例えば、第1通電系統に故障が発生した場合には、第1通電系統によるモータ駆動を停止させるが、第1通電系統でブレーキトルク(負のトルク)が発生するので、目標ブレーキトルクから第1通電系統で発生するブレーキトルク分を除いた分を、第2通電系統によるモータ駆動で発生させる目標ブレーキトルクとし、第1通電系統で発生するブレーキトルクと第2通電系統によるモータ駆動で意図的に発生させるブレーキトルクとの総和が、目標ブレーキトルクになるようにする。
なお、電動モータ130によりブレーキ力を発生させる場合に、通電異常が発生した通電系統におけるブレーキトルクの算出誤差によって、過剰なブレーキトルクが発生させてしまうとを抑制するために、通電異常が発生した通電系統で発生するブレーキトルクの算出結果を増大補正し、この増大補正したブレーキトルクを総合値から減算した分を、正常な通電系統での目標のブレーキトルクとすることができる。
また、図11に例示するように、目標アシストトルク総合値を、第1通電系統及び第2通電系統が共に正常であるときと、第1通電系統と第2通電系統との一方が故障しているときとで異ならせることができる。
図11に示す例では、第1通電系統と第2通電系統との一方が故障しているときの目標アシストトルク総合値を、第1通電系統及び第2通電系統が共に正常であるときの目標アシストトルク総合値の半分に設定する。
そして、第1通電系統が故障している場合には、第2通電系統の目標アシストトルクを、正常状態での総合値の半分の値と、第1通電系統で発生するブレーキトルクの絶対値との合計とする。
なお、第1通電系統と第2通電系統との一方が故障しているときの目標アシストトルク総合値を、第1通電系統及び第2通電系統が共に正常であるときの目標アシストトルク総合値よりも減らす構成において、正常であるときの半分のトルクに設定する構成に限定されるものでなく、減少割合は任意に設定できることは明らかである。
また、第1通電系統及び第2通電系統が共に正常である場合に第1通電系統、第2通電系統それぞれの目標アシストトルクを同じ値(目標アシストトルク総合値の半分の値)に設定する構成に限定されず、例えば、起動時の初期診断で先に診断が完了した側から目標アシストトルクを増加させたり、第1インバータ1A,第2インバータ1Bの温度状態(過熱の有無)などに応じて目標アシストトルク総合値の分配比率を変更したりすることができる。
以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
図2に示した回路構成例では、第1インバータ1A及び第2インバータ1Bの低電位側の半導体スイッチUL,VL,WLのソースと接地点との間に、電動モータ130の駆動電流を検出する電流検出器(電流検出抵抗)301A,301Bを設けたが、係る構成に限定されない。
例えば、図12に示すように、低電位側の半導体スイッチUL,VL,WLと高電位側の半導体スイッチUH,VH,WHとの間と3相巻線U,V,Wとを接続する駆動ラインに電流検出器(電流検出抵抗)301UA、301VA、301WA、301UB、301VB、301WBをそれぞれ設けたり、3相巻線U,V,Wと中性点との間に電流検出器(電流検出抵抗)301NUA、301NVA、301NWA、301NUB、301NVB、301NWBをそれぞれ設けたりすることができる。
そして、電流検出器301UA、301VA、301WA、301UB、301VB、301WB又は電流検出器301NUA、301NVA、301NWA、301NUB、301NVB、301NWBを備える場合には、ブレーキ電流が流れる経路の電流(ブレーキ電流)を直接検出することができ、電子制御ユニット150は、図4のフローチャートのステップS508、ステップS512において、ブレーキ電流の検出値に基づいてブレーキトルクを算出する。
このようにブレーキ電流を電流検出器で検出する場合も、ブレーキ電流の波形が半波波形にならずにステップS507、ステップS511の処理によって連続的に発生するので、検出したブレーキ電流に基づく目標アシストトルクの補償制御が容易となり、制御プログラムを簡易化できる。
このため、制御プログラムの開発コストを抑制でき、また、制御プログラムの容量を少なくでき、以って、製品コストを抑制することができる。
また、上記の駆動制御装置は、3相巻線U,V,Wがスター結線される電動モータ130の他、3相巻線U,V,Wがデルタ結線(三角結線)される電動モータや、3相巻線U,V,Wの位相が異なる電動モータ130にも適用できる。
また、低電位側の半導体スイッチUL,VL,WLと高電位側の半導体スイッチUH,VH,WHとの間と3相巻線U,V,Wとを接続する駆動ラインに電源リレーをそれぞれ設けることができる。
また、3相巻線U、V、Wからなる巻線組を3個以上備え、それぞれの巻線組を駆動するインバータを3個以上備える装置においても、上記の駆動制御装置を適用することができる。
1A…第1インバータ、1B…第2インバータ、2A…第1巻線組、2B…第2巻線組、3…目標電流値演算部、4…出力電圧演算部、5…モータ回転演算部、6…目標アシストトルク演算部、7A…第1出力デューティ演算部、7B…第2出力デューティ演算部、8A…第1の2相3相変換部、8B…第2の2相3相変換部、9A…第1デッドタイム補償部、9B…第2デッドタイム補償部、11…実電流演算部、130…電動モータ、150…電子制御ユニット、301A,301B…電流検出器、302…マイクロコンピュータ、304A,304B…電源リレー、307A,307B…電圧モニタ回路、UHA,VHA,WHA,UHB,VHB,WHB…高電位側スイッチング素子、ULA,VLA,WLA,ULB,VLB,WLB…低電位側スイッチング素子

Claims (4)

  1. 複数の相に対応する巻線組を複数有する電動モータを駆動する駆動制御装置であって、前記複数の相毎に配置された高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及び巻線組からなる通電系統を複数備えた駆動制御装置において、
    前記巻線の電位が電源電位となる通電異常が発生したときに、前記通電異常が発生した通電系統への電源供給を遮断した状態で、前記通電異常が発生した通電系統の各相の低電位側スイッチング素子をオンに制御し、
    当該通電状態において前記通電異常が発生した通電系統で発生するトルクに基づいて前記通電異常が発生していない通電系統の出力を制御する、電動モータの駆動制御装置。
  2. 複数の相に対応する巻線組を複数有する電動モータを駆動する駆動制御装置であって、前記複数の相毎に配置された高電位側スイッチング素子、低電位側スイッチング素子及び巻線組からなる通電系統を複数備えた駆動制御装置において、
    前記巻線の電位が接地電位となる通電異常が発生したときに、前記通電異常が発生した通電系統への電源供給を遮断した状態で、前記通電異常が発生した通電系統の各相の高電位側スイッチング素子をオンに制御し、
    当該通電状態において前記通電異常が発生した通電系統で発生するトルクに基づいて前記通電異常が発生していない通電系統の出力を制御する、電動モータの駆動制御装置。
  3. 前記電動モータの回転速度に応じて前記通電異常が発生していない通電系統の操作量を設定する、請求項1又は請求項2記載の電動モータの駆動制御装置。
  4. 前記各相の電流値又は前記電動モータの中性点の電流値を検出する電流検出手段の検出信号に応じて前記通電異常が発生していない通電系統の操作量を設定する、請求項1又は請求項2記載の電動モータの駆動制御装置。
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