JP6515068B2 - Control diagnosis system and control diagnosis method for electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、電動モータの制御診断システム及び制御診断方法に関する。 The present invention relates to a control diagnosis system and control diagnosis method of an electric motor.
自動車等に用いられる電動モータとしては、例えば、ステアリングやブレーキ、エンジン等のアシストを行うものや走行に用いられるものなどがある。このような電動モータの制御においては、故障などが生じた場合にアシスト動作や走行動作に支障が出る可能性があるため、常に診断を行って診断結果に応じた適切なフェール制御を行うことが求められている。 As an electric motor used for a car etc., there are, for example, those for assisting a steering, a brake, an engine, etc., and those for traveling. In the control of such an electric motor, there is a possibility that the assist operation and the traveling operation may be disturbed in the event of a failure or the like, so that diagnosis is always performed and appropriate fail control is performed according to the diagnosis result. It has been demanded.
このような電動モータの故障診断に関する技術として、例えば、特許文献1(特開2013−31356号公報)には、複数相のモータへの電流および印加電圧を制御するモータ制御装置であって、電源からの電力を前記モータに供給するインバータと、電流指令に応じた電圧指令を生成して前記モータへの電流を制御する電流制御手段と、前記電圧指令に応じて前記インバータを駆動して前記モータへの印加電圧を制御するインバータ駆動回路と、前記電圧指令、前記電源の電源電圧、前記モータのモータ回転速度、および前記複数相の電流に基づいて故障発生状態を検知する故障検知手段と、を備え、前記故障検知手段は、前記電源電圧が所定電圧以上であって、かつ、前記モータ回転速度が所定速度以下であって、かつ、対象とする相の電圧指令がゼロ付近でなく、かつ、前記対象とする相電流が所定電流以下であって、かつ、前記電流指令または前記電圧指令に対する制御誤差が所定誤差以上である状態が所定時間以上検出された場合に、前記対象とする相に開放状態の故障が発生したと判定することを特徴とするモータ制御装置が開示されている(特許請求の範囲請求項1参照)。 As a technology relating to such failure diagnosis of an electric motor, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-31356) is a motor control device for controlling current and applied voltage to motors of multiple phases, An inverter for supplying the electric power from the motor to the motor, current control means for generating a voltage command according to the current command to control the current to the motor, and driving the inverter according to the voltage command to drive the motor An inverter drive circuit for controlling a voltage applied to the circuit, and failure detection means for detecting a failure generation state based on the voltage command, the power supply voltage of the power supply, the motor rotational speed of the motor, and the currents of the plurality of phases. The failure detection means may have a phase in which the power supply voltage is equal to or higher than a predetermined voltage and the motor rotational speed is equal to or lower than a predetermined speed and which is a target phase. A state where the voltage command is not near zero and the target phase current is less than a predetermined current and the control error with respect to the current command or the voltage command is more than a predetermined error is detected for a predetermined time or more In this case, a motor control device is disclosed that determines that an open state failure has occurred in the target phase (see claim 1).
ところで、上記従来技術のような電動モータの動作は制御用ECU(Electronic Control Unit)等によって制御されるが、例えば、制御用ECUに供給されるクロック信号の不良によってモータ回転速度が正しく演算されない場合には、電動モータの正常・異常の診断を正しく行うことができず、電動モータの状態に応じた適切な制御を行うことができないことが考えられる。 By the way, although the operation of the electric motor as in the above-mentioned prior art is controlled by a control ECU (Electronic Control Unit) or the like, for example, when the motor rotational speed is not correctly calculated due to the failure of the clock signal supplied to the control ECU. In this case, it is conceivable that the normality / abnormality diagnosis of the electric motor can not be correctly performed and appropriate control can not be performed according to the state of the electric motor.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、電動モータの異常をより正しく診断することができる電動モータの制御診断システム及び制御診断方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide a control diagnosis system and control diagnosis method of an electric motor which can diagnose abnormality of the electric motor more correctly.
上記目的を達成するために、本発明は、電動モータの動作を制御するモータ制御部と、前記モータ制御部の動作に用いられるクロック信号を供給する第1のクロック信号発振源と、前記電動モータの回転軸の角度を検出する角度センサと、前記角度センサの検出結果に基づいて前記電動モータの回転速度を算出する回転速度算出回路と、前記回転速度算出回路の動作に用いられるクロック信号を供給する、前記第1のクロック信号発振源とは異なる第2のクロック信号発振源とを備え、前記モータ制御部は、前記角度センサからの検出結果に基づいて前記電動モータの推定回転速度を算出し、前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きい場合に、前記第1及び第2のクロック信号発振源の少なくとも何れか一方の故障を診断するものとする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a motor control unit for controlling the operation of an electric motor, a first clock signal oscillation source for supplying a clock signal used for the operation of the motor control unit, and the electric motor Supply a clock signal used for the operation of the rotational speed calculation circuit, an rotational speed calculation circuit for calculating the rotational speed of the electric motor on the basis of the detection result of the angular sensor; And a second clock signal oscillation source different from the first clock signal oscillation source, and the motor control unit calculates an estimated rotational speed of the electric motor based on a detection result from the angle sensor. When the difference between the rotation speed calculated by the rotation speed calculation circuit and the estimated rotation speed is larger than a predetermined threshold value, the first and second clock signal generation may be performed. Shall diagnosing at least one failure sources.
電動モータの制御異常をより正しく診断することができ、電動モータの制御異常状態に応じた適切なフェール制御を行うことができる。 It is possible to diagnose the control abnormality of the electric motor more correctly, and to perform appropriate fail control according to the control abnormality state of the electric motor.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1の実施の形態>
本発明の第1の形態を図1及び図2を参照しつつ説明する。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は、本実施の形態に係る電動モータの制御診断システムが適用されるモータ制御ECUを周辺構成とともに示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a motor control ECU to which a control diagnosis system for an electric motor according to the present embodiment is applied, along with its peripheral configuration.
図1において、モータ制御ECU(Electronic Control Unit)100に制御される電動モータ200は、例えば、自動車等のステアリングやブレーキ、エンジン等のアシストを行う電動モータや走行用の電動モータなどである。電動モータ200には、回転軸の回転角度を検出する角度センサ201が配置されている。角度センサ201としては、例えば、レゾルバやGMR(Giant Magneto Resistive effect)センサ、TMR(Tunnel Magneto Resistive effect)センサなどがある。
In FIG. 1, an
モータ制御ECU100は、角度センサ201の検出結果信号201bに基づいて電動モータ200の回転速度ω2を算出し、演算回路101に演算結果情報105aとして送信する回転速度算出回路105と、回転速度算出回路105の動作に用いられるクロック信号106aを供給する第2のクロック発振部106と、角度センサ201の検出結果信号201aを用いて算出した推定回転速度ω1に基づいて電動モータ200の動作を制御する(モータ制御処理を実施する)モータ制御部としての演算回路101と、演算回路101及び演算回路101に内蔵されたタイマ102の動作に用いられるクロック信号104aを供給する第1のクロック発振部104と、演算回路101からの制御信号101a(例えば、PWM出力)に基づいて電動モータ200に駆動信号103a(駆動電力)を供給する駆動回路103とから概略構成されている。なお、演算回路101にクロック信号104aを供給するクロック発振部104は演算回路101に内蔵された構造でも良く、同様に、回転速度算出回路105にクロック信号106aを供給するクロック発振部106は回転速度算出回路105に内蔵された構造でも良い。
The
回転速度算出回路105では、第2のクロック発振部106からのクロック信号106aを用い、2つの異なる時刻に検出した角度の差と検出時刻の差とを用いて回転速度ω2を算出する。また、演算回路101における推定回転速度ω1の算出も同様であり、第1のクロック発振部104からのクロック信号104aを用い、2つの異なる時刻に検出した角度の差と検出時刻の差とを用いて推定回転速度ω1を算出する。
The rotational
演算回路101は、推定回転速度ω1に基づいて制御信号101aを生成するとともに、回転速度算出回路105からの演算結果情報105aに基づいて故障診断処理を行う。
The
図2は、本実施の形態に係る故障診断処理を示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing failure diagnosis processing according to the present embodiment.
図2において、演算回路101は、まず、演算回路101に設けられたタイマ102のカウント結果に基づいて予め定めた診断周期に達したかどうか、すなわち、診断タイミングであるかどうか判定し(ステップS100)、判定結果がNOの場合には、診断タイミングとなるまでステップS100の処理を繰り返す。また、ステップS100での判定結果がYESの場合には、演算回路101にて角度センサ201からの検出結果信号201aに基づいて電動モータ200の推定回転速度ω1を算出し(ステップS110)、回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2を取得する(ステップS120)。なお、演算回路101は、角度センサ201から検出結果信号201aを直接入力せず、回転速度算出回路105を介して回転角度の検出結果を取得する構成としても良い。
In FIG. 2, the
続いて、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも小さいかどうかを判定し(ステップS130)、判定結果がYESの場合、すなわち、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも小さい場合には、少なくとも第1及び第2のクロック発振部104,106が正常であると診断し、演算回路101で算出した推定回転速度ω1を用いてモータ制御処理を実施し(ステップS140)、処理を終了する。なお、ステップS130の判定は推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値でなく、+側の差分と−側の差分それぞれに閾値を持たせても良いし、回転速度に応じて閾値を変動させてもよい。また、ステップS130での判定結果がNOの場合、すなわち、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも大きい場合には、第1及び第2のクロック発振部104,106の少なくとも何れか一方が故障していると診断してフェールモードに移行し(ステップS150)、処理を終了する。なお、本実施の形態におけるフェールモードは、電動モータの動作や制御が正常でない場合に移行するモードであり、例えば、電動モータ200を所定の手順に従って停止させる処理などを行うモードである。
Subsequently, it is determined whether the absolute value of the difference between the estimated rotational speed ω1 and the rotational speed ω2 is smaller than a predetermined threshold value ωth (step S130). If the determination result is YES, that is, the estimated rotational speed ω1 and If the absolute value of the difference from the rotational speed ω2 is smaller than a predetermined threshold value ωth, at least the first and
以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。 The effects of the present embodiment configured as described above will be described.
電動モータの動作は制御用ECU(Electronic Control Unit)等によって制御されるが、例えば、制御用ECUに供給されるクロック信号の不良によってモータ回転速度が正しく演算されない場合には、電動モータの正常・異常の診断を正しく行うことができず、電動モータの状態に応じた適切な制御を行うことができないことが考えられる。 Although the operation of the electric motor is controlled by a control ECU (Electronic Control Unit) or the like, if, for example, the motor rotational speed is not correctly calculated due to a failure of the clock signal supplied to the control ECU, normality of the electric motor It is conceivable that the diagnosis of the abnormality can not be properly performed and appropriate control can not be performed according to the state of the electric motor.
これに対して本実施の形態においては、電動モータ200の動作を制御する演算回路101と、演算回路101の動作に用いられるクロック信号104aを供給する第1のクロック発振部104と、電動モータ200の回転軸の角度を検出する角度センサ201と、角度センサ201の検出結果に基づいて電動モータ200の回転速度ω2を算出する回転速度算出回路105と、回転速度算出回路105の動作に用いられるクロック信号106aを供給する、第1のクロック発振部104とは異なる第2のクロック発振部106とを備え、演算回路101は、角度センサ201からの検出結果に基づいて電動モータ200の推定回転速度ω2を算出し、回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2と推定回転速度ω1との差分が予め定めた閾値ωthよりも大きい場合に、第1及び第2のクロック発振部104,106の少なくとも何れか一方の故障を診断するように構成したので、電動モータの異常をより正しく診断することができ、電動モータの状態に応じた適切な制御を行うことができる。
On the other hand, in the present embodiment,
<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態を図3及び図4を参照しつつ説明する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
本実施の形態は、演算回路で用いられるクロック信号の診断を行う機能をさらに備えたものである。 The present embodiment further includes a function of diagnosing a clock signal used in the arithmetic circuit.
図3は、本実施の形態に係る電動モータの制御診断システムが適用されるモータ制御ECUを周辺構成とともに示す図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。 FIG. 3 is a diagram showing a motor control ECU to which the control diagnosis system for an electric motor according to the present embodiment is applied, along with its peripheral configuration. In the figure, the same reference numerals are given to the same members as in the first embodiment, and the description will be omitted.
図3において、モータ制御ECU100は、角度センサ201の検出結果信号201bに基づいて電動モータ200の回転速度ω2を算出し、演算回路101に演算結果情報105aとして送信する回転速度算出回路105と、回転速度算出回路105の動作に用いられるクロック信号106aを供給する第2のクロック発振部106と、角度センサ201の検出結果信号201aを用いて算出した推定回転速度ω1に基づいて電動モータ200の動作を制御する(モータ制御処理を実施する)モータ制御部としての演算回路101Aと、演算回路101A及び演算回路101Aに内蔵されたタイマ102の動作に用いられるクロック信号104aを供給する第1のクロック発振部104と、演算回路101Aからの制御信号101a(例えば、PWM出力)に基づいて電動モータ200に駆動信号103a(駆動電力)を供給する駆動回路103とから概略構成されている。
In FIG. 3, the
演算回路101Aは、クロック発振部104から演算回路101Aに供給されるクロック信号104aが正常かどうかを診断するクロック異常診断を行うクロック診断部107を備えている。クロック診断部107は、内部に第1及び第2のクロック発振部104,106とは異なる他のクロック発振部(図示せず)を内蔵しており、そのクロック発振部のクロック信号に基づいて、クロック発振部104からのクロック信号104aの異常(クロック発振部104の異常やクロック信号104aを伝送する信号線の異常を含む)、及び演算回路101A内におけるクロック信号104aの処理に関わる機能部(図示せず)の異常を診断するクロック異常診断を行う。なお、クロック診断部107でのクロック異常診断に用いるクロック信号は、演算回路101やモータ制御ECU100の外部から入力されるクロック信号を用いるように構成しても良い。
The
演算回路101Aは、推定回転速度ω1に基づいて制御信号101aを生成するとともに、回転速度算出回路105からの演算結果情報105aに基づいて故障診断処理を行う。
The
図4は、本実施の形態に係る故障診断処理を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing failure diagnosis processing according to the present embodiment.
図4において、演算回路101Aは、まず、演算回路101Aに設けられたタイマ102のカウント結果に基づいて予め定めた診断周期に達したかどうか、すなわち、診断タイミングであるかどうか判定し(ステップS100)、判定結果がNOの場合には、診断タイミングとなるまでステップS100の処理を繰り返す。また、ステップS100での判定結果がYESの場合には、演算回路101にて角度センサ201からの検出結果信号201aに基づいて電動モータ200の推定回転速度ω1を算出し(ステップS110)、回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2を取得する(ステップS120)。
In FIG. 4, the
続いて、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも小さいかどうかを判定し(ステップS130)、判定結果がYESの場合、すなわち、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも小さい場合には、少なくとも第1及び第2のクロック発振部104,106が正常であると診断し、演算回路101で算出した推定回転速度ω1を用いてモータ制御処理を実施し(ステップS140)、処理を終了する。
Subsequently, it is determined whether the absolute value of the difference between the estimated rotational speed ω1 and the rotational speed ω2 is smaller than a predetermined threshold value ωth (step S130). If the determination result is YES, that is, the estimated rotational speed ω1 and If the absolute value of the difference from the rotational speed ω2 is smaller than a predetermined threshold value ωth, at least the first and
また、ステップS130での判定結果がNOの場合、すなわち、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも大きい場合には、演算回路101Aのクロック診断部107におけるクロック異常診断を行ってクロック異常であるかどうか(すなわち、クロック発振部104からのクロック信号104aの異常(クロック発振部104の異常やクロック信号104aを伝送する信号線の異常を含む)や演算回路101A内におけるクロック信号104aの処理に関わる機能部(図示せず)の異常であるかどうか)を判定し、(ステップS131)、判定結果がNOの場合には、少なくとも第1及び第2のクロック発振部104,106が正常であると診断し、演算回路101で算出した推定回転速度ω1を用いてモータ制御処理を実施し(ステップS140)、処理を終了する。なお、ステップS130の判定は推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値でなく、+側の差分と−側の差分それぞれに閾値を持たせても良いし、回転速度に応じて閾値を変動させてもよい。また、ステップS131での判定結果がNOのYESの場合には、異常が無いと推定される回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2を用いてモータ制御処理を実施し(ステップS151)、処理を終了する。
Further, when the determination result in step S130 is NO, that is, when the absolute value of the difference between estimated rotational speed ω1 and rotational speed ω2 is larger than a predetermined threshold value ωth, clock
その他の構成は第1の実施の形態と同様である。 The other configuration is the same as that of the first embodiment.
以上のように構成した本実施の形態の形態においても第1の実施の形態と同様効果を得ることができる。 Also in the form of the present embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
また、クロック発振部140,160の何れか一方で異常が生じたと判定した場合においても、他方のクロック発振部からのクロック信号を用いることで電動モータの制御を継続することができる。
In addition, even when it is determined that an abnormality has occurred in one of the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。 The present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, each of the configurations, functions, etc. described above may be realized by designing part or all of them, for example, with an integrated circuit. Further, each configuration, function, etc. described above may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function.
100 モータ制御ECU(Electronic Control Unit)
101,101A 演算回路(モータ制御部)
101a 制御信号
102 タイマ
103 駆動回路
103a 駆動信号
104 第1のクロック発振部(クロック信号発振源)
104a,106a クロック信号
105 回転速度算出回路
105a 演算結果情報
106 第2のクロック発振部(クロック信号発振源)
107 クロック診断部
140,160 クロック発振部
200 電動モータ
201 角度センサ
201a,201b 検出結果信号
100 Motor Control ECU (Electronic Control Unit)
101, 101A arithmetic circuit (motor control unit)
101a control signal 102
104a, 106a Clock signal 105 Rotational
107 Clock
Claims (3)
前記モータ制御部の動作に用いられるクロック信号を供給する第1のクロック信号発振源と、
前記電動モータの回転軸の角度を検出する角度センサと、
前記角度センサの検出結果に基づいて前記電動モータの回転速度を算出する回転速度算出回路と、
前記回転速度算出回路の動作に用いられるクロック信号を供給する、前記第1のクロック信号発振源とは異なる第2のクロック信号発振源とを備え、
前記モータ制御部は、前記角度センサからの検出結果に基づいて前記電動モータの推定回転速度を算出し、前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きい場合に、前記第1及び第2のクロック信号発振源の少なくとも何れか一方の故障を診断することを特徴とする電動モータの制御診断システム。 A motor control unit that controls the operation of the electric motor;
A first clock signal oscillation source for supplying a clock signal used for the operation of the motor control unit;
An angle sensor for detecting an angle of a rotation shaft of the electric motor;
A rotational speed calculation circuit that calculates the rotational speed of the electric motor based on the detection result of the angle sensor;
And a second clock signal oscillation source different from the first clock signal oscillation source which supplies a clock signal used for the operation of the rotational speed calculation circuit,
The motor control unit calculates an estimated rotational speed of the electric motor based on a detection result from the angle sensor, and a difference between the rotational speed calculated by the rotational speed calculation circuit and the estimated rotational speed is predetermined. A control diagnosis system for an electric motor, comprising diagnosing a failure of at least one of the first and second clock signal oscillation sources when the threshold voltage is larger than a threshold.
前記モータ制御部は、
前記第1及び第2のクロック信号発振源とは異なる第3のクロック信号発振源からのクロック信号に基づいて前記第1のクロック信号発振源が正常であるか異常であるかを診断するクロック信号診断部を備え、
前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きく、かつ、前記クロック信号診断部で正常であると診断された場合には、前記推定回転速度を用いて前記電動モータの動作を制御し、
前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きく、かつ、前記クロック信号診断部で異常であると診断された場合には、前記回転速度算出回路で算出された回転速度を用いて前記電動モータの動作を制御することを特徴とする電動モータの制御診断システム。 In the control diagnosis system for an electric motor according to claim 1,
The motor control unit
A clock signal for diagnosing whether the first clock signal oscillation source is normal or abnormal based on a clock signal from a third clock signal oscillation source different from the first and second clock signal oscillation sources Equipped with a diagnostic unit,
If the difference between the rotation speed calculated by the rotation speed calculation circuit and the estimated rotation speed is larger than a predetermined threshold and the clock signal diagnosis unit diagnoses that the rotation is normal, the estimated rotation Use the speed to control the operation of the electric motor,
When the difference between the rotation speed calculated by the rotation speed calculation circuit and the estimated rotation speed is larger than a predetermined threshold and the clock signal diagnosis unit is diagnosed as abnormal, the rotation speed A control diagnosis system for an electric motor, which controls the operation of the electric motor using the rotational speed calculated by a calculation circuit.
前記角度センサからの検出結果に基づいて前記電動モータの推定回転速度を、電動モータの動作を制御するモータ制御部で算出する手順と、
前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きい場合に、前記モータ制御部の動作に用いられるクロック信号を供給する第1のクロック信号発振源と前記回転速度算出回路の動作に用いられるクロック信号を供給する、前記第1のクロック信号発振源とは異なる第2のクロック信号発振源の少なくとも何れか一方の故障を診断する手順と
を有することを特徴とする電動モータの制御診断方法。 A procedure of calculating the rotation speed of the electric motor by a rotation speed calculation circuit based on the detection result of an angle sensor which detects the angle of the rotation shaft of the electric motor;
A procedure for calculating an estimated rotational speed of the electric motor based on a detection result from the angle sensor by a motor control unit that controls an operation of the electric motor;
The first clock signal oscillation for supplying a clock signal used for the operation of the motor control unit when the difference between the rotation speed calculated by the rotation speed calculation circuit and the estimated rotation speed is larger than a predetermined threshold. And diagnosing a failure of at least one of a second clock signal oscillation source different from the first clock signal oscillation source, which supplies a clock signal used for the operation of the rotation speed calculation circuit. A control diagnosis method of an electric motor characterized in that.
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