JP7043907B2

JP7043907B2 - 故障検出装置

Info

Publication number: JP7043907B2
Application number: JP2018046626A
Authority: JP
Inventors: 顕羽多野; 心星野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: JP2019161890A

Description

本発明は、電源遮断回路の故障を検出する故障検出装置に関する。

モータに異常が発生した際に、電源からモータへ供給される電力を遮断する電源遮断回路の故障を検出する故障検出装置が知られている（特許文献１参照）。この故障検出装置は、モータの回転していない期間に電源遮断回路の故障を検出している。

特開２０１３－０７９０２７号公報

したがって、上記故障検出装置は、モータの回転中に電源遮断回路の故障を検出することができない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、モータ回転中でも電源遮断回路の故障を検出できる故障検出装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
モータに異常が発生した際に、電源から前記モータへ供給される電力を遮断する電源遮断回路の故障を検出する故障検出部と、
前記電源遮断回路の入力側及び出力側の電圧を検出する一対の電圧センサと、
を備える故障検出装置であって、
前記故障検出部は、
（１）前記モータのトルクが正値で所定トルク以上かつ前記モータの速度が負値で該速度の絶対値が所定速度以上、あるいは、前記モータのトルクが負値で該トルクの絶対値が所定トルク以上かつ速度が正値で所定速度以上、である、
（２）前記モータが回生状態である、かつ、
（３）前記電源遮断回路が遮断された後所定時間経過したときの前記電源遮断回路の入力側及び出力側間の電圧差が所定電圧以下である、
場合に、前記電源遮断回路の故障を検出する、
ことを特徴とする故障検出装置
である。

本発明によれば、モータ回転中でも電源遮断回路の故障を検出できる故障検出装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る故障検出装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。マップ情報の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る故障検出方法のフローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。制御部１０は、モータドライバ１１にモータ制御信号を送信することで、モータドライバ１１を介してモータ１２を制御する。

電源１３は、モータドライバ１１を介して、モータ１２に電力を供給する。電源遮断回路１４は、電源１３とモータドライバ１１との間に設けられている。電源遮断回路１４は、電源１３からモータドライバ１１を介してモータ１２に供給される電力を遮断する。制御部１０は、電源遮断回路１４に対して電源遮断制御信号を送信することで、電源遮断回路１４を遮断する。

本実施形態に係る故障検出装置１は、モータ１２に異常が発生した際に、電源１３からモータドライバ１１を介してモータ１２へ供給される電力を遮断する電源遮断回路１４の故障を検出するものである。

図２は、本実施形態に係る故障検出装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る故障検出装置１は、電源遮断回路１４の入力側及び出力側の電圧を検出する一対の第１及び第２電圧センサ２、３と、モータ１２が安定回生領域内にあるかを判定する領域判定部４と、電源遮断回路１４の故障を検出する故障検出部５と、トルクセンサ１５と、速度センサ１６と、を備えている。

なお、故障検出装置１は、例えば、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１ａ、ＣＰＵ１ａによって実行される演算プログラム等や各種のデータを記憶するメモリ１ｂ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）１ｃ、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ１ａ、メモリ１ｂ及びインターフェイス部１ｃは、データバスなどを介して相互に接続されている。

第１電圧センサ２は、電源遮断回路１４の入力側に設けられ、入力側の電圧Ｖ１を検出する。第１電圧センサ２は、検出した入力側の電圧Ｖ１を故障検出部５に出力する。第２電圧センサ３は、電源遮断回路１４の出力側に設けられ、出力側の電圧Ｖ２を検出する。第２電圧センサ３は、検出した出力側の電圧Ｖ２を故障検出部５に出力する。

領域判定部４は、トルクセンサ１５により検出されたモータ１２のトルクと、速度センサ１６により検出されたモータの速度と、に基づいて、マップ情報において、モータ１２のトルク及び速度が安定回生領域内にあるかを判定する。トルクセンサ１５は、モータ１２の駆動軸などに設けられている。速度センサ１６は、モータ１２の駆動軸などに設けられている。

マップ情報は、予めメモリ１ｂなどに設定されている。図３は、マップ情報の一例を示す図である。マップ情報は、横軸をモータ１２のトルク、縦軸をモータ１２の速度とした２次元座標系である。マップ情報には、予め、安定回生領域、不安定回生領域、力行領域、が設定されている。

安定回生領域は、電源遮断がモータ１２の制御性に影響しない、安定した回生状態の領域である。安定回生領域は、モータ１２が正転あるいは逆転で回生状態にある領域である。さらに、安定回生領域は、モータ１２のトルクが正値で所定トルク以上かつモータ１２の速度が負値でその速度の絶対値が所定速度以上となる領域である。あるいは、安定回生領域は、モータ１２のトルクが負値でそのトルクの絶対値が所定トルク以上かつモータ１２の速度が正値で所定速度以上、となる領域である。

所定トルクは、例えば、モータ１２のトルク時定数ＭＴに故障検出時間Ｔを乗算することで算出される。所定速度は、例えば、モータ１２の速度時定数ＭＶに故障検出時間Ｔを乗算することで算出される。故障検出時間Ｔは、電源遮断回路１４の故障を検出するのに必要な時間であり、後述の如く、電源遮断回路１４が遮断された後電源遮断回路１４の入力側及び出力側の間の電圧差を算出するまでの時間である。トルク時定数ＭＴ、速度時定数ＭＶ、故障検出時間Ｔは、予めメモリ１ｂなどに設定されているが、ユーザによって任意に設定変更可能である。

不安定回生領域は、電源遮断がモータ１２の制御性に影響しないが、故障検出時間Ｔ以内に力行領域に入る可能性がある、不安定な回生状態の領域である。不安定回生領域は、モータ１２が正転あるいは逆転で回生状態にある領域である。さらに、不安定回生領域は、モータ１２のトルクが正値で所定トルク未満となる領域、および、モータ１２の速度が負値でその速度の絶対値が所定速度未満となる領域である。あるいは、安定回生領域は、モータ１２のトルクが負値でそのトルクの絶対値が所定トルク未満となる領域、および、モータ１２の速度が正値で所定速度未満、となる領域である。

力行領域は、電源遮断がモータ１２の制御性に影響する領域である。
領域判定部４は、モータ１２のトルク及び速度（トルク、速度）の座標が、メモリ１ｂのマップ情報において、安定回生領域内にあり、モータ１２が安定回生状態にあるか否かを判定する。領域判定部４は、モータ１２が安定回生状態にあると判定した場合に、その判定結果を故障検出部５に出力する。

故障検出部５は、領域判定部４からの判定結果と、第１電圧センサ２からの入力側の電圧Ｖ１と、第２電圧センサ３からの出力側の電圧Ｖ２と、に基づいて、例えば、電源遮断回路１４のショート故障を検出する。

ところで、例えば、モータ制御用回路において、異常が発生した際に電源遮断回路を用いてモータを停止させる。このとき、電源遮断回路が故障しているとモータを停止させることができないため、電源遮断回路自体の故障も検出する必要がある。従来、モータの回転中に電源遮断回路の故障を検出することができない。このため、次回モータが停止するまでに電源遮断回路が故障しても、モータを停止できないという問題が生じていた。

これに対し、本実施形態に係る故障検出装置１は、モータ１２による回生動作の特性を利用することで、モータ１２回転中でも電源遮断回路１４の故障を検出できる。

故障検出部５は、（１）モータ１２のトルクが正値で所定トルク以上かつ速度が負値で該速度の絶対値が所定速度以上、あるいは、モータ１２のトルクが負値で該トルクの絶対値が所定トルク以上かつ速度が正値で所定速度以上、である、（２）モータ１２が回生状態である、かつ、（３）電源遮断回路１４が遮断された後所定時間経過したときの電源遮断回路１４の入力側及び出力側間電圧差が所定電圧以下である、場合に、電源遮断回路１４の故障を検出する。

これにより、モータ１２が、電源遮断によりモータ制御性に影響しない安定した安定回生状態にあるときに、電源遮断回路１４の遮断を行うことができる。したがって、モータ１２回転中でも電源遮断回路１４の故障を検出できる。

本実施形態において、上述の如く、モータ１２が、（１）モータ１２のトルクが正値で所定トルク以上かつ速度が負値で該速度の絶対値が所定速度以上、あるいは、モータ１２のトルクが負値で該トルクの絶対値が所定トルク以上かつ速度が正値で所定速度以上、である、かつ（２）モータ１２が回生状態である、安定回生状態（安定回生領域）にあるときに、電源遮断回路１４の遮断を行う。

これは、モータ１２が力行状態にあるときに電源遮断回路１４の遮断を行うとモータ１２に電力が供給されないため、制御性が大きく損なわれる。また、モータ１２が回生状態にあるときでも、力行状態（力行領域）に近い不安定回生状態（不安定回生領域）だと、力行状態になり、制御性が損なわれる可能性がある。

したがって、本実施形態において、電源遮断回路１４の故障の検出にかかる故障検出時間Ｔと、モータ１２のトルク時定数ＭＴと、モータ１２の速度時定数ＭＶと、に基づいて、故障検出時間Ｔ内に回生状態から力行状態に復帰しない安定回生領域を定義し、この安定回生領域内にあるときに電源遮断回路１４の遮断を行っている。これにより、確実に、モータ制御性に影響を与えることなく、電源遮断回路１４の遮断を行うことができる。

故障検出部５は、領域判定部４からのモータ１２が安定回生状態にある旨の判定結果を受けると、電源遮断回路１４が遮断された後所定時間（故障検出時間）Ｔ経過したときの第１電圧センサ２からの入力側の電圧Ｖ１と、第２電圧センサ３からの出力側の電圧Ｖ２と、の間の電圧差Ｖｃａｌ（Ｖｃａｌ＝Ｖ２－Ｖ１）を算出する。

そして、故障検出部５は、算出した電圧差Ｖｃａｌが所定電圧Ｖｃｈ以下であるか否かを判定する。所定電圧Ｖｃｈは、例えば、電源遮断回路１４がショート故障したときの電圧差が予め実験的に求められ、その値がメモリ１ｂなどに設定されている。故障検出部５は、算出した電圧差Ｖｃａｌが所定電圧Ｖｃｈ以下であると判定した場合に、電源遮断回路１４のショート故障を検出する。

図４は、本実施形態に係る故障検出方法のフローを示すフローチャートである。図４に示す処理は、例えば、所定時間毎に繰返し実行される。

領域判定部４は、メモリ１ｂのトルク時定数ＭＴ、速度時定数ＭＶ、故障検出時間Ｔに基づいて、マップ情報に安定回生領域を設定する（ステップＳ１０１）。

領域判定部４は、モータ１２のトルク及び速度と、に基づいて、マップ情報において、モータ１２のトルク及び速度が安定回生領域内にあるかを判定する（ステップＳ１０２）。

領域判定部４は、モータ１２のトルク及び速度が安定回生領域内にあると判定した場合（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、電源遮断回路１４を遮断する（ステップＳ１０３）。領域判定部４は、モータ１２のトルク及び速度が安定回生領域内にないと判定した場合（ステップＳ１０２のＮＯ）、本処理を終了する。

故障検出部５は、電源遮断回路１４が遮断された後所定時間Ｔ経過したときの第１電圧センサ２の入力側の電圧Ｖ１と、第２電圧センサ３の出力側の電圧Ｖ２と、を取得する（ステップＳ１０４）。

故障検出部５は、第１電圧センサ２からの入力側の電圧Ｖ１と、第２電圧センサ３からの出力側の電圧Ｖ２と、間の電圧差Ｖｃａｌを算出する（ステップＳ１０５）。

故障検出部５は、算出した電圧差Ｖｃａｌが所定電圧Ｖｃｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

故障検出部５は、算出した電圧差Ｖｃａｌが所定電圧Ｖｃｈ以下であると判定した場合（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、電源遮断回路１４のショート故障を検出する（ステップＳ１０７）。

一方、故障検出部５は、算出した電圧差Ｖｃａｌが所定電圧Ｖｃｈ以下でないと判定した場合（ステップＳ１０６のＮＯ）、電源遮断回路１４の遮断を解除する（ステップＳ１０８）。制御部１０は、モータドライバ１１を介してモータ１２の制御を継続する（ステップＳ１０９）。

以上、本実施形態において、（１）モータ１２のトルクが正値で所定トルク以上かつ速度が負値で該速度の絶対値が所定速度以上、あるいは、モータ１２のトルクが負値で該トルクの絶対値が所定トルク以上かつ速度が正値で所定速度以上、である、（２）モータ１２が回生状態である、かつ、（３）電源遮断回路１４が遮断された後所定時間経過したときの電源遮断回路１４の入力側及び出力側間電圧差が所定電圧以下である、場合に、電源遮断回路１４の故障を検出する。これにより、モータ１２が、電源遮断によりモータ制御性に影響しない安定した安定回生状態にあるときに、電源遮断回路１４の遮断を行うことができる。したがって、モータ１２回転中でも電源遮断回路１４の故障を検出できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

本発明は、例えば、図４に示す処理を、ＣＰＵにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１故障検出装置、２第１電圧センサ、３第２電圧センサ、４領域判定部、５故障検出部、１０制御部、１１モータドライバ、１２モータ、１３電源、１４電源遮断回路、１５トルクセンサ、１６速度センサ

Claims

モータに異常が発生した際に、電源から前記モータへ供給される電力を遮断する電源遮断回路の故障を検出する故障検出部と、
前記電源遮断回路の入力側及び出力側の電圧を検出する一対の電圧センサと、
を備え、
前記モータの回生電力は、前記電源に供給される、
故障検出装置であって、
前記故障検出部は、
前記電源遮断回路の故障の検出にかかる故障検出時間と、前記モータのトルク時定数と、前記モータの速度時定数と、に基づき定義された、前記故障検出時間内に回生状態から力行状態に復帰しない安定回生領域であって、（１）前記モータのトルクが正値及び所定トルク以上かつ前記モータの速度が負値及び該速度の絶対値が所定速度以上、あるいは、前記モータのトルクが負値及び該トルクの絶対値が所定トルク以上かつ速度が正値及び所定速度以上、である、および、（２）前記モータが回生状態である、前記安定回生領域内に、前記モータのトルク及び速度があり、かつ、
（３）前記電源遮断回路が遮断された後所定時間経過したときの前記電源遮断回路の入力側及び出力側間の電圧差が所定電圧以下である、
場合に、前記電源遮断回路の故障を検出する、
ことを特徴とする故障検出装置。