JP7211395B2 - 回転機制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、回転機制御装置に関する。
従来、多相回転機と直流回転機とを駆動する回路を共用した回転機制御装置が知られている。
例えば特許文献1に開示されたモータ制御装置は、一つの三相インバータ駆動回路によって、三相交流モータと二つの直流モータとを駆動する。具体的に、このモータ制御装置は車両用操舵装置として用いられ、電動パワーステアリング(EPS)用三相モータと、チルト用直流モータ及びテレスコピック用直流モータを駆動する。三相モータ及び直流モータの電力変換器を共用することで、電力変換器の小型化を図っている。
多相回転機と直流回転機とを駆動する回路を共用した装置において、いずれか一箇所で故障が生じた場合、複数の回転機が共に駆動できなくなってしまうという課題があった。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、多相回転機及び直流回転機を駆動する回路に異常が発生した場合、異常に応じて処置を切り替える回転機制御装置を提供することにある。
本発明の回転機制御装置は、一組以上の多相巻線組(801、802)を含む一台以上の多相回転機(800)、及び、少なくとも一組の多相巻線組の一相以上の相電流経路に一端である第1端子(T1)が接続された一台以上の直流回転機(710、720、730)を駆動可能である。この回転機制御装置は、一つ以上の多相電力変換器(601、602)と、直流回転機用スイッチ(MU1H/L、MU2H/L)と、制御部(30)と、を備える。
多相電力変換器は、電源(Bt)の正極及び負極とそれぞれ高電位線(Lp)及び低電位線(Lg)を介して接続される。多相電力変換器は、ブリッジ接続された複数のインバータスイッチング素子(IU1H/L、IV1H/L、IW1H/L)の動作により電源の直流電力を多相交流電力に変換し、多相巻線組の各相巻線(811、812、813、821、822、823)に電圧を印加する。なお、インバータスイッチング素子及び直流回転機用スイッチの参照符号について、例えば「IU1H」及び「IU1L」をまとめて「MU1H/L」と記す。
直流回転機用スイッチは、直流モータ端子(M1、M2)を介して直列接続された高電位側及び低電位側のスイッチにより構成される。直流モータ端子は、直流回転機の第1端子とは反対側の端部である第2端子(T2)に接続されている。直流回転機用スイッチは、スイッチングにより直流モータ端子の電圧(Vm1、Vm2)を可変とする。制御部は、多相電力変換器及び直流回転機用スイッチにより構成される「多相回転機及び直流回転機の駆動回路」において、インバータスイッチング素子及び直流回転機用スイッチの動作を操作する。
制御部は、多相電力変換器もしくは多相回転機の異常、又は、直流回転機用スイッチもしくは直流回転機の異常を検出する異常検出部(40、50)を有する。制御部は、異常検出部が検出した異常に応じて、インバータスイッチング素子及び直流回転機用スイッチのスイッチング動作を変更する。本発明の制御部は、異常検出部が検出した異常に応じてスイッチング動作を変更することで処置を切り替える。例えば制御部は、異常が検出されていない側の多相回転機又は直流回転機の駆動を継続することにより、少なくとも一部の機能を確保することができる。
本発明において好ましくは、回転機制御装置の起動後、異常検出部は、制御部において制御演算を行うマイコン(40)の異常、又は、電源から多相回転機及び直流回転機の駆動回路へ電力を入力する入力回路(P1r、P1R)の異常、のいずれか一方もしくは両方をチェックする。各回転機の駆動に共通する回路を初期にチェックすることで、異常チェックを効率良く行うことができる。
また好ましくは、多相回転機又は直流回転機のうち優先して駆動させる優先駆動側の回転機が予め設定されており、異常検出部は、マイコン及び入力回路の異常をチェックした後、多相回転機及び直流回転機の駆動回路の異常をチェックする。駆動回路に異常がある場合、制御部は、優先駆動側の回転機のみを動作させる。
例えば優先駆動側の回転機が多相回転機であるとする。異常検出部は、マイコン及び入力回路の異常をチェックした後、多相回転機及び直流回転機の駆動回路をチェックし、駆動回路に異常がある場合、制御部は多相回転機のみを動作させる。その後、多相回転機の動作中に多相回転機の異常が検出された場合、制御部は多相回転機を停止する。これにより、多相回転機及び直流回転機の駆動回路のチェックで異常が見分けられなくても優先駆動側の回転機をできるだけ長く駆動させることができる。なお、多相回転機に関する一部又は全部のチェックを行わずに多相回転機を駆動開始し、多相回転機と直流回転機とをそれぞれ個別に動かして異常チェックしてもよい。
以下、回転機制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態の回転機制御装置は、車両の電動パワーステアリングシステム(以下「EPSシステム」)又はステアバイワイヤシステム(以下「SBWシステム」)に適用され、EPS-ECU又はSBW-ECUとして機能する。以下の実施形態では、EPS-ECU又はSBW-ECUをまとめて「ECU」と表す。
[システム構成]
最初に図1~図4を参照し、「回転機制御装置」としてのECUが適用されるシステム構成について説明する。図1、図2には、操舵機構と転舵機構とが機械的に接続されたEPSシステム901を示す。そのうち、図1にはコラムタイプ、図2にはラックタイプのEPSシステム901を示す。図3には、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したSBWシステム902を示す。図1~図3においてタイヤ99は片側のみを図示し、反対側のタイヤの図示を省略する。
最初に図1~図4を参照し、「回転機制御装置」としてのECUが適用されるシステム構成について説明する。図1、図2には、操舵機構と転舵機構とが機械的に接続されたEPSシステム901を示す。そのうち、図1にはコラムタイプ、図2にはラックタイプのEPSシステム901を示す。図3には、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したSBWシステム902を示す。図1~図3においてタイヤ99は片側のみを図示し、反対側のタイヤの図示を省略する。
図1、図2に示すように、EPSシステム901は、ステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、インターミディエイトシャフト95、ラック97等を含む。ステアリングシャフト92はステアリングコラム93に内包されており、一端にステアリングホイール91が接続され、他端にインターミディエイトシャフト95が接続されている。
インターミディエイトシャフト95のステアリングホイール91と反対側の端部には、ラックアンドピニオン機構により回転を往復運動に変換して伝達するステアリングラック97が設けられている。ステアリングラック97が往復すると、タイロッド98及びナックルアーム985を介してタイヤ99が転舵される。また、インターミディエイトシャフト95の途中にはユニバーサルジョイント961、962が設けられている。これにより、ステアリングコラム93のチルト動作、テレスコピック動作による変位が吸収される。
図1に示すコラムタイプのEPSシステム901では、操舵アシストモータとして機能する三相モータ800がステアリングコラム93内に設けられ、三相モータ800の出力トルクがステアリングシャフト92に伝達される。トルクセンサ94は、ステアリングシャフト92の途中に設けられ、トーションバーの捩れ変位に基づき、ドライバの操舵トルクTsを検出する。
図2に示すラックタイプのEPSシステム901では、操舵アシストモータとして機能する三相モータ800がステアリングラック97に取り付けられる。三相モータ800の出力トルクによりステアリングラック97の往復運動がアシストされる。トルクセンサ94は、ステアリングラック97に伝達されるドライバの操舵トルクTsを検出する。
EPSシステム901では、ECU10は、トルクセンサ94が検出した操舵トルクTsや車速センサ14が検出した車速Vに基づいて三相モータ800の駆動を制御し、所望の操舵アシストトルクを出力させる。このようにEPSシステム901では、操舵アシストトルク出力用の回転機が「多相回転機」として用いられる。なお、ECU10への各信号はCANやシリアル通信等を用いて通信されるか、アナログ電圧信号で送られる。
EPSシステム901には、「直流回転機」としての一つ以上の直流モータが設けられる。後述する詳細構成の説明では、主に、チルトアクチュエータ710及びテレスコピックアクチュエータ720の二台の直流モータが設けられた例と、一台の直流モータとしてステアリングロックアクチュエータ730が設けられた例とを分けて示す。ただし、システム構成としては、便宜上、三台の直流モータ710、720、730が設けられたものとして一度に説明する。例えば三台の直流モータ710、720、730のうちいずれか一台から三台の直流モータが、図7、図11等に示す三相モータ800との複合駆動回路により駆動されてもよい。そして、複合駆動回路により駆動されない残りの直流モータは、三相モータ800とは独立した単独の駆動回路により駆動されてもよい。
チルトアクチュエータ710及びテレスコピックアクチュエータ720は、ステアリングコラム93に設けられている。チルトアクチュエータ710とテレスコピックアクチュエータ720とを合わせて、ステアリング位置を可変させるステアリング位置系アクチュエータという。
ドライバがチルトスイッチ12を操作することにより、「上がる/下がる」の指示がECU10に入力されると、ECU10はチルトアクチュエータ710にチルト動作を指示する。すると、図4(a)に示すように、チルトアクチュエータ710はチルト角度を調整し、ステアリングホイール91を上下に移動させる。そして、車両スイッチ11がオンされて車両が起動するとき、あらかじめ記憶してある運転位置まで動き、車両スイッチ11がオフされて車両が停止するとき、ドライバの空間が広くなる側に移動する。
また、ドライバがテレスコピックスイッチ13を操作することにより、「伸びる/縮む」の指示がECU10に入力されると、ECU10はテレスコピックアクチュエータ720にテレスコピック動作を指示する。すると、図4(b)に示すように、テレスコピックアクチュエータ720はテレスコピック長を調整し、ステアリングホイール91を前後に移動させる。そして、車両スイッチ11がオンされて車両が起動するとき、あらかじめ記憶してある運転位置まで動き、車両スイッチ11がオフされて車両が停止するとき、ドライバの空間が広くなる側に移動する。
ステアリングロックアクチュエータ730は、ロック装置20を駆動してステアリングシャフト92の回転を機械的に規制することで、駐車時等にステアリングホイール91が回転しないようにロックする。ECU10は、車両スイッチ11のON/OFF信号に基づき、ステアリングロックアクチュエータ730に、ステアリングロックの解除又は再ロックを指示する。なお、車両スイッチ11は、エンジン車、ハイブリッド車、電気自動車のイグニッションスイッチやプッシュスイッチに相当する。
続いて図3に示すように、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されたSBWシステム902では、EPSシステム901に対し、インターミディエイトシャフト95が存在しない。ドライバの操舵トルクTsは、ECU10を経由して電気的に転舵モータ890に伝達される。転舵モータ890の回転は、ステアリングラック97の往復運動に変換され、タイロッド98及びナックルアーム985を介してタイヤ99が転舵される。なお、図3には図示を省略するが、ドライバのステアリングホイール入力に対して転舵モータ890を駆動する転舵モータECUが存在する。
また、SBWシステム902では、ドライバは操舵に対する反力を直接感知することができない。そこで、ECU10は、三相モータ800の駆動を制御し、操舵に対する反力を付与するようにステアリングホイール91を回転させ、ドライバに適切な操舵フィーリングを与える。このようにSBWシステム902では、反力トルク出力用又は転舵トルク出力用の回転機が「多相回転機」として用いられる。以下の「三相モータ」の符号について「800、890」のうち「890」を省略し、「800」のみを記載する。
図3のSBWシステム902において、「直流回転機」としての三台の直流モータ710、720、730は、図1のコラムタイプEPSシステム901と同様に用いられる。以下、ECU10による三相モータ800及び直流モータ710、720、730の異常検出の説明において、EPSシステム901とSBWシステム902との違いは無い。
次に図5、図6を参照し、機器の接続構成について説明する。本実施形態の三相モータ800は、軸方向の一方側にECU10が一体に構成された「機電一体式」のブラシレスモータとして構成されている。一方、直流モータ710、720、730は、それぞれコネクタを介してECU10と接続されている。つまり、三相モータ800とECU10との接続は不動の前提であるのに対し、各直流モータ710、720、730とECU10とは、ニーズに応じたオプションとして接続可能に構成されている。例えばECU10側の回路基板を共通とし、コネクタの仕様や関連する電子部品はオプションとして後付けされてもよい。
図5に、チルトアクチュエータ710及びテレスコピックアクチュエータ720の二台の直流モータが設けられたシステムでのコネクタ接続構成の一例を示す。この接続構成では、パワー系コネクタ591、信号系コネクタ592及びトルクセンサ用コネクタ593が分かれて設けられている。パワー系コネクタ591には、直流電源からの電源線(PIG)及びグランド線が接続される。信号系コネクタ592には、制御用電源線(IG)、CAN通信線の他、各直流モータ710、720の配線が接続される。トルクセンサ用コネクタ593には、トルクセンサ94の電源線、信号線、グランド線がまとめて接続される。
チルトアクチュエータ710及びテレスコピックアクチュエータ720には、モータ線(M+、M-)、位置センサ電源線、位置センサ信号線、グランド線が接続される。所定の位置に達したことをトルクもしくは電流と時間で判定することや、チルトスイッチ12、テレスコピックスイッチ13のオンオフに応じて一定の電流を流すか電圧を印加することで、位置センサを使わず、位置センサ電源線及び位置センサ信号線の無い構成とすることもできる。チルトスイッチ12、テレスコピックスイッチ13からCAN通信やシリアル通信により信号を受信してもよく、アナログ電圧信号を受け取ってもよい。そしてこれらの信号は、信号系コネクタ592に含めて接続可能である。
なお、各直流モータ710、720のモータ線(M+、M-)はパワー系であるが、三相モータ800に比べてモータ電流が小さいため、信号系コネクタ592に含めて接続可能である。直流モータ710、720の電流が大きい場合は別のコネクタとするか、直流電源からの電源線(PIG)及びグランド線のパワー系コネクタ591と共通のコネクタとしてもよい。また、直流モータ710、720毎にコネクタを分けてもよい。
図6に、一台の直流モータとしてステアリングロックアクチュエータ730が設けられたシステムでのコネクタ接続構成の一例を示す。図5の構成に対し信号系コネクタ592において、チルトアクチュエータ710及びテレスコピックアクチュエータ720の各線に代えて、認証信号、停止指令の信号線、及び、ステアリングロックアクチュエータ730のモータ線(M+、M-)が接続されている。その他の注記は、図5に関する注記と同様である。
[モータ駆動回路の構成]
次に、図7~図11を参照し、三相モータ800及び一台以上の直流モータの駆動回路の構成について説明する。この部分の説明では、三相モータ800及び二台の直流モータ710、720を駆動する回路構成を示す。また、ECU10のASIC及びマイコンの起動後、起動信号がオフしても自己保持するためのラッチ回路の構成例を示す。
次に、図7~図11を参照し、三相モータ800及び一台以上の直流モータの駆動回路の構成について説明する。この部分の説明では、三相モータ800及び二台の直流モータ710、720を駆動する回路構成を示す。また、ECU10のASIC及びマイコンの起動後、起動信号がオフしても自己保持するためのラッチ回路の構成例を示す。
三相モータ800の構成に関し、三相巻線組と当該巻線組に対応するインバータ等の構成とを含む単位を「系統」という。図7に、第1実施形態として二系統構成の駆動回路を示し、図11に、第2実施形態として一系統構成の駆動回路を示す。第1、第2実施形態を包括して「本実施形態」という。二系統構成の符号や記号の末尾等において、第1系統の構成には「1」を付し、第2系統の構成には「2」を付す。一系統構成では、二系統構成における第1系統の符号や記号を流用する。ECUの符号は共通に「10」を用いる。各図に示される要素のうち、三相モータ800及び直流モータ710、720以外の部分がECU10である。
(第1実施形態)
図7、図8に、二系統三相モータ800を駆動対象とする第1実施形態のECU10の全体構成を示す。ECU10は、「多相電力変換器」としての二つのインバータ601、602、「直流回転機用スイッチ」としての四つの直流モータ用スイッチMU1H、MU1L、MU2H、MU2L、及び、制御部30を備える。二つのインバータ601、602は、三相モータ800の駆動回路として機能する。
図7、図8に、二系統三相モータ800を駆動対象とする第1実施形態のECU10の全体構成を示す。ECU10は、「多相電力変換器」としての二つのインバータ601、602、「直流回転機用スイッチ」としての四つの直流モータ用スイッチMU1H、MU1L、MU2H、MU2L、及び、制御部30を備える。二つのインバータ601、602は、三相モータ800の駆動回路として機能する。
また、インバータ601、602において、直列接続された一組の高電位側及び低電位側のスイッチング素子をレッグとする。本実施形態では、いずれかのインバータの一相のレッグと、高電位側及び低電位側の直流モータ用スイッチとにより直流モータ710、720の駆動回路が構成される。言い換えれば、いずれかのインバータの一相のレッグは、直流モータ710、720の駆動回路として共用される。その具体的な構成については後述する。
まず、駆動対象である各モータ800、710、720について説明する。三相モータ800は二組の三相巻線組801、802を有する。第1系統の三相巻線組(以下「第1三相巻線組」)801は、U1相、V1相、W1相の巻線811、812、813が中性点N1で接続されて構成されている。第1三相巻線組801のU1相、V1相、W1相の巻線811、812、813には、第1系統のインバータ(以下「第1インバータ」)601から電圧が印加される。
第2系統の三相巻線組(以下「第2三相巻線組」)802は、U2相、V2相、W2相の巻線821、822、823が中性点N2で接続されて構成されている。第2三相巻線組802のU2相、V2相、W2相の巻線821、822、823には、第2系統のインバータ(以下「第2インバータ」)602から電圧が印加される。
図8に示すように、三相モータ800は、二組の三相巻線組801、802が同軸に設けられた二重巻線回転機をなしている。二組の三相巻線組801、802は電気的特性が同等であり、例えば共通のステータに互いに電気角30[deg]ずらして配置されている。その場合、第1系統及び第2系統の各相に発生する逆起電圧は、電圧振幅A、回転数ω、位相θに基づき、例えば式(1.1)~(1.3)、(1.4a)~(1.6a)により表される。
Eu1=-Aωsinθ ・・・(1.1)
Ev1=-Aωsin(θ-120) ・・・(1.2)
Ew1=-Aωsin(θ+120) ・・・(1.3)
Eu2=-Aωsin(θ+30) ・・・(1.4a)
Ev2=-Aωsin(θ-90) ・・・(1.5a)
Ew2=-Aωsin(θ+150) ・・・(1.6a)
Ev1=-Aωsin(θ-120) ・・・(1.2)
Ew1=-Aωsin(θ+120) ・・・(1.3)
Eu2=-Aωsin(θ+30) ・・・(1.4a)
Ev2=-Aωsin(θ-90) ・・・(1.5a)
Ew2=-Aωsin(θ+150) ・・・(1.6a)
なお、二系統の位相関係を逆にした場合、例えばU2相の位相(θ+30)は(θ-30)となる。さらに、30[deg]と等価な位相差は、一般化して(30±60×k)[deg](kは整数)と表される。或いは第2系統が第1系統と同位相に配置されてもよい。その場合、第2系統の各相に発生する逆起電圧は、式(1.4a)~(1.6a)に代えて式(1.4b)~(1.6b)で表される。
Eu2=-Aωsin(θ-30) ・・・(1.4b)
Ev2=-Aωsin(θ+90) ・・・(1.5b)
Ew2=-Aωsin(θ-150) ・・・(1.6b)
Ev2=-Aωsin(θ+90) ・・・(1.5b)
Ew2=-Aωsin(θ-150) ・・・(1.6b)
直流モータ710は、いずれかの系統の一相の巻線(図7の例ではU1相巻線811)と、直流モータ用スイッチMU1H、MU1Lの間のモータ端子M1との間に接続された巻線714により構成される。直流モータ710への通電時、回転数ω1に比例した逆起電圧E1が発生する。比例定数をEA1とすると、逆起電圧E1は、式「E1=-EA1ω1」で表される。また、直流モータ710に通電される直流電流をI1と記す。
直流モータ720は、いずれかの系統の一相の巻線(図7の例ではU1相巻線811)と、直流モータ用スイッチMU2H、MU2Lの間のモータ端子M2との間に接続された巻線724により構成される。直流モータ720への通電時、回転数ω2に比例した逆起電圧E2が発生する。比例定数をEA2とすると、逆起電圧E2は、式「E2=-EA2ω2」で表される。また、直流モータ720に通電される直流電流をI2と記す。
次にECU10の駆動回路について説明する。各端子電圧は、後述する異常チェックにおいて検出される。第1インバータ601は、高電位線Lpを介して電源Btの正極と接続され、低電位線Lgを介して電源Btの負極と接続されている。電源Btは、例えば基準電圧12[V]のバッテリである。また、電源Btから第1インバータ601に入力される直流電圧を「入力電圧Vr1」と記す。第1インバータ601の電源Bt側には高電位線Lpと低電位線Lgとの間にコンデンサC1が設けられている。
第1インバータ601は、ブリッジ接続された高電位側及び低電位側の複数のインバータスイッチング素子IU1H、IU1L、IV1H、IV1L、IW1H、IW1Lの動作により電源Btの直流電力を三相交流電力に変換する。そしてインバータ601は、第1三相巻線組801の各相巻線811、812、813に電圧を印加する。
詳しくは、インバータスイッチング素子IU1H、IV1H、IW1Hは、それぞれU1相、V1相、W1相の高電位側に設けられる上アーム素子であり、インバータスイッチング素子IU1L、IV1L、IW1Lは、それぞれU1相、V1相、W1相の低電位側に設けられる下アーム素子である。以下、同相の上アーム素子と下アーム素子とをまとめて、符号を「IU1H/L、IV1H/L、IW1H/L」と記す。インバータスイッチング素子IU1H/L、IV1H/L、IW1H/Lをはじめ、本実施形態で使用される各スイッチは、例えばMOSFETである。なお、各スイッチは、MOSFET以外の電界効果トランジスタやIGBT等であってもよい。
第1インバータ601の各相の下アーム素子IU1L、IV1L、IW1Lと低電位線Lg1との間には、各相を流れる相電流Iu1、Iv1、Iw1を検出する電流センサSAU1、SAV1、SAW1が設置されている。電流センサSAU1、SAV1、SAW1は、例えばシャント抵抗で構成される。第1インバータ601に流れる相電流Iu1、Iv1、Iw1に対し、第1三相巻線組801に通電される相電流をIu1#、Iv1#、Iw1#と記す。両者の相電流の関係については後述する。また、各相巻線の操作後電圧を「巻線電圧Vu1#、Vv1#、Vw1#」と記す。
電源BtとコンデンサC1との間の電流経路において、電源Bt側に電源リレーP1r、コンデンサC1側に逆接保護リレーP1Rが直列接続されている。電源リレーP1r及び逆接保護リレーP1Rは、MOSFET等の半導体スイッチング素子もしくは機械式リレー等により構成され、オフ時に電源Btからインバータ601への通電を遮断可能である。電源リレーP1rは、電源Btの電極が正規の向きに接続されたときに流れる方向の電流を遮断する。逆接保護リレーP1Rは、電源Btの電極が正規の向きとは逆向きに接続されたときに流れる方向の電流を遮断する。
リレーP1r及び逆接保護リレーP1Rは、電源Btから「三相モータ800及び直流モータ710、720の駆動回路」へ電力を入力する「入力回路」を構成する。また、電源リレーP1rと逆接保護リレーP1Rとの間の電流経路の電圧を「リレー間電圧Vint1」と記す。
第2系統について、インバータ(以下「第2インバータ」)602のスイッチング素子及び電流センサ、電源リレー及び逆接保護リレーの符号、並びに、電流、電圧の記号は、第1系統の符号、記号の「1」を「2」に置き換えて表される。また、第2系統の要素について、第1系統の要素についての説明が援用される。なお、図7に示す駆動回路は二つのインバータ601、602が共通の電源Btに接続されているが、他の実施形態では各インバータ601、602が個別の電源に接続されてもよい。
図7の構成例では、二台の直流モータ710、720は、第1三相巻線組801のU1相巻線811に接続されている。直流モータ710に対応する「直流回転機用スイッチ」としての直流モータ用スイッチは、直流モータ端子M1を介して直列接続された高電位側のスイッチMU1H、及び、低電位側のスイッチMU1Lにより構成される。直流モータ720に対応する直流モータ用スイッチは、直流モータ端子M2を介して直列接続された高電位側のスイッチMU2H、及び、低電位側のスイッチMU2Lにより構成される。
インバータスイッチング素子と同様に、高電位側及び低電位側のスイッチをまとめて、直流モータ用スイッチの符号を「MU1H/L、MU2H/L」と記す。直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lは、第1インバータ601と共通の電源Btに対し第1インバータ601と並列に、高電位線Lpと低電位線Lgとの間に設けられている。
第1三相巻線組801のU1相電流経路の分岐点Juには、直流モータ710、720の一端である第1端子T1が接続されている。直流モータ710、720の第1端子T1とは反対側の端部である第2端子T2は、それぞれ、直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lの直流モータ端子M1、M2に接続されている。直流モータ端子M1、M2の電圧を「直流モータ端子電圧Vm1、Vm2」と記す。直流モータ用スイッチMU1H/Lは直流モータ710を介し、直流モータ用スイッチMU2H/Lは直流モータ720を介してU1相巻線811に接続されている。直流モータ用スイッチの符号「MU1H/L」、「MU2H/L」の「U」はU1相を意味し、「1」は1台目の直流モータ710、「2」は2台目の直流モータ720を意味する。
直流モータ710、720において、第1端子T1から第2端子T2に向かう電流I1、I2の方向を正方向とし、第2端子T2から第1端子T1に向かう電流I1、I2の方向を負方向とする。直流モータ710の第1端子T1と第2端子T2との間には電圧Vx1が印加され、直流モータ720の第1端子T1と第2端子T2との間には電圧Vx2が印加される。図のスペースの都合上、Vx1、Vx2の記号を並べて記す。直流モータ710、720は、正方向に通電されたとき正転し、負方向に通電されたとき逆転する。
図7の例では、U1相電流経路の分岐点Juにおいて相電流Iu1の一部が直流モータ電流I1、I2として分かれる。そこで、分岐点Juのインバータ601側に流れるインバータ相電流Iu1、Iv1、Iw1と、分岐点Juの三相モータ800側に通電されるモータ相電流Iu1#、Iv1#、Iw1#との関係は、式(2.1)~(2.4)により表される。なお、電流I1、I2は後述するグランド抵抗Rgを使って合算値を検出してもよく、直流モータ用スイッチのオンタイミングをずらしてそれぞれの電流を検出してもよい。
Iu1#=-Iv1-Iw1 ・・・(2.1)
Iv1#=Iv1 ・・・(2.2)
Iw1#=Iw1 ・・・(2.3)
I1+I2=Iu1-Iu1# ・・・(2.4)
Iv1#=Iv1 ・・・(2.2)
Iw1#=Iw1 ・・・(2.3)
I1+I2=Iu1-Iu1# ・・・(2.4)
直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lは、デューティ制御等によるスイッチングにより、それぞれ直流モータ端子M1の電圧Vm1及び直流モータ端子M2の電圧Vm2を可変とする。ここで、直流モータ710、720に通電される電流I1、I2は三相モータ800に流れる相電流よりも絶対値が小さいため、直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lは、インバータスイッチング素子IU1H/L、IV1H/L、IW1H/L、IU2H/L、IV2H/L、IW2H/Lよりも電流容量が小さいスイッチが使用されてもよい。
さらに図7の駆動回路では、異常チェック用の端子電圧検出のために複数のプルアップ抵抗Rp1~Rp4が設けられている。プルアップ抵抗Rp1は第1系統のU1相巻線811と高電位線Lpとの間に接続されている。プルアップ抵抗Rp2は第2系統のU2相巻線821と高電位線Lpとの間に接続されている。プルアップ抵抗Rp3、Rp4は、それぞれ、直流モータ端子M1、M2と高電位線Lpとの間に接続されている。まとめると、プルアップ抵抗Rpは、三相モータ800のいずれか一相以上の巻線と高電位線Lpとの間、又は、いずれか一つ以上の直流モータ端子と高電位線Lpとの間に接続されている。加えて、低電位線Lgには直流電流Idc1の検出に用いられるグランド抵抗Rgが設けられている。
制御部30は、制御演算を行うマイコン40、特定用途向けの集積回路であるASIC50等で構成されている(図16参照)。制御部30は、図示しないCPU、ROM、RAM、I/O、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備え、ROM等の実体的なメモリ装置(すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体)に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。
制御部30は、二系統のインバータスイッチング素子IU1H/L、IV1H/L、IW1H/L、IU2H/L、IV2H/L、IW2H/L及び二組の直流モータスイッチMU1H/L、MU2H/Lの動作を操作し、中性点電圧Vn1、Vn2、モータ端子電圧Vm1、Vm2を制御することで、三相モータ800及び二台の直流モータ710、720を総合的に駆動する。ここで、三相モータ800の駆動制御は、ベクトル制御や電流指令値に対するフィードバック制御等により実施され、直流モータ710、720の駆動制御は、電流指令値に対するフィードバック制御等により実施される。本明細書では駆動制御に関する詳しい説明を省略する。
また、信号線矢印を省略するが、制御部30は、起動時に電源リレーP1r、P2r及び逆接保護リレーP1R、P2Rを操作する。さらに、図21に示すように三相モータリレーMmU1、MmV1、MmW1や直流モータリレーMU1r、MU1Rが設けられる構成において、それらのリレーを操作する。加えて制御部30は、後述するように、起動時及び通常動作中に駆動回路、モータ、配線等の異常をチェックする。
次に図9、図10を参照し、図7の駆動回路用ラッチ回路の構成例を示す。図17、図18を参照して後述するシーケンスにおいて、ラッチ回路は、ECU10のASIC及びマイコンの起動後、起動信号がオフしても自己保持するための回路である。起動信号としては、エンジン車におけるIG(イグニッション)電圧信号を例示する。ラッチ回路で生成された「ラッチ後電圧」は、図16に示すように、異常検出部の一部であるASIC50内の各回路に入力され、その結果、マイコン40が起動する。
図9に示す構成例1のラッチ回路410では、まずIG電圧がダイオードを通って印加されることでラッチ後電圧が生成される。次に、二系統の電源リレーP1r、P2rのうち少なくとも一方がオンされると、リレー間電圧Vint1又はVint2がダイオードを通って印加されることにより引き続きラッチ後電圧が生成される。その後、IG電圧の入力が停止しても、電源リレーP1r、P2rがオフされない限りラッチ後電圧は保持される。
図10に示す構成例2のラッチ回路420は、半導体で構成されるドライバ421、及び二つのスイッチLta、Ltbを含む。二つのスイッチLta、LtbがMOSFETの場合、ドレイン端子が電源Btの正極に接続され、ソース端子がラッチ後電圧の出力端子に接続される。一方のスイッチLtaのゲートにはドライバ421を介して起動信号又はIG電圧の入力端子が接続される。他方のスイッチLtbのゲートにはラッチ信号の入力端子が接続される。
まず起動信号又はIG電圧がドライバ421に入力され、ドライバ421からスイッチLtaのゲートにオン信号が出力されると、スイッチLtaがオンし、電源Btの電圧によりラッチ後電圧が生成される。次に、スイッチLtbのゲートにラッチ信号が入力されると、スイッチLtbがオンし、引き続きラッチ後電圧が生成される。その後、起動信号又はIG電圧の入力が停止しても、ラッチ信号がオフされない限りラッチ後電圧は保持される。なお、ラッチ回路420は、図16のASIC50内に設けられてもよい。
(第2実施形態)
図11に、一系統三相モータ800を駆動対象とする第2実施形態のECU10の全体構成を示す。図7に示す二系統の構成に対し、駆動対象の三相モータ800は第2巻線組802を有していない。それに対応してECU10は、第2系統のインバータ602、並びに、第2系統の入力回路を構成する電源リレーP2r及び逆接保護リレーP2Rを有しておらず、第1系統の要素のみで構成されている。図11では、図7における第1系統の符号、記号を援用する。
図11に、一系統三相モータ800を駆動対象とする第2実施形態のECU10の全体構成を示す。図7に示す二系統の構成に対し、駆動対象の三相モータ800は第2巻線組802を有していない。それに対応してECU10は、第2系統のインバータ602、並びに、第2系統の入力回路を構成する電源リレーP2r及び逆接保護リレーP2Rを有しておらず、第1系統の要素のみで構成されている。図11では、図7における第1系統の符号、記号を援用する。
二台の直流モータ710、720は、実線で示すように、同じU1相の分岐点Juに接続されてもよい。或いは、破線で示すように、第2直流モータ720が第1直流モータ710とは異なるV1相の分岐点Jvに接続されてもよい。こうして、インバータ601の一相又は二相のレッグと、四つの直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lとにより直流モータ710、720の駆動回路が構成される。特に直流モータ710、720の駆動や異常検出に関する説明は第1、第2実施形態で共通であるため、以下、構成が簡単な一系統の駆動回路を用いて説明する。
[端子電圧検出回路の構成例、プルアップ抵抗の配置例]
次に図12を参照し、端子電圧検出回路の構成例について説明する。図12には、例として第1直流モータ端子電圧Vm1の検出回路を示すが、他の端子電圧についても同様に検出できる。図12(a)に示す構成例1では、端子電圧Vm1は上側抵抗Ru及び下側抵抗Rdで分圧され、分圧点のモニタ電圧VDCM1がAD変換されてマイコン40(図16参照)により検出される。
次に図12を参照し、端子電圧検出回路の構成例について説明する。図12には、例として第1直流モータ端子電圧Vm1の検出回路を示すが、他の端子電圧についても同様に検出できる。図12(a)に示す構成例1では、端子電圧Vm1は上側抵抗Ru及び下側抵抗Rdで分圧され、分圧点のモニタ電圧VDCM1がAD変換されてマイコン40(図16参照)により検出される。
図12(b)に示す構成例2では、分圧点のモニタ電圧VDCM1は、二つのコンパレータCpH、CpLに入力される。また、電圧Vcが三つの抵抗R1、R2、R3により分圧されて生成された基準電圧Vref_H、Vref_LがそれぞれコンパレータCpH、CpLに入力される。コンパレータCpH、CpLは、モニタ電圧VDCM1と基準電圧Vref_H、Vref_Lとを比較する。その結果を示すフラグがASIC50の端子電圧監視回路56からマイコン40(図16参照)に送信される。
次に図13~図15を参照し、プルアップ抵抗の配置例について説明する。図13には、二台の直流モータ710、720が三相モータ800の同相(例えばU1相)の巻線に接続された構成を示す。図14には、二台の直流モータ710、720が三相モータ800の異相(例えばU1相及びV1相)の巻線に接続された構成を示す。図15には、一台の直流モータ710が三相モータ800の一相(例えばU1相)の巻線に接続された構成を示す。
図13~図15の各(a)には、三相モータ800の一相(例えばU1相)の巻線と高電位線Lpとの間にプルアップ抵抗Rp1が接続された配置例を示す。この場合、異常検出部は、第1直流モータ710に対しプルアップ抵抗Rp1と反対側である第1直流モータ端子M1の電圧Vm1を検出する。その他、図13、図14の構成では、第2直流モータ端子電圧Vm2が検出される。
図13~図15の各(b)には、直流モータ端子M1と高電位線Lpとの間にプルアップ抵抗Rp3が接続された配置例を示す。この場合、異常検出部は、第1直流モータ710に対しプルアップ抵抗Rp1と反対側である三相モータ800の一相(例えばU1相)の巻線の端子電圧Vu1#を検出する。その他、図13、図14の構成では、第2直流モータ端子電圧Vm2が検出される。
[異常検出構成]
次に図16を参照し、異常検出部の構成を説明する。本実施形態ではマイコン40及びASIC50が「異常検出部」として機能する。図中及び以下の明細書中、「BLM(ブラシレスモータ)」は三相モータ800を意味し、「DCM(DCモータ)」は、直流モータ710、720を意味する。また、「BLMリレー」及び「DCMリレー」は、図21に示す三相モータリレーMmU1、MmV1、MmW1及び直流モータリレーMU1r、MU1Rを意味する。BLMリレー及びDCMリレーは、ニーズに応じたオプションとして設けられるものであるため、括弧を付けて記載する。
次に図16を参照し、異常検出部の構成を説明する。本実施形態ではマイコン40及びASIC50が「異常検出部」として機能する。図中及び以下の明細書中、「BLM(ブラシレスモータ)」は三相モータ800を意味し、「DCM(DCモータ)」は、直流モータ710、720を意味する。また、「BLMリレー」及び「DCMリレー」は、図21に示す三相モータリレーMmU1、MmV1、MmW1及び直流モータリレーMU1r、MU1Rを意味する。BLMリレー及びDCMリレーは、ニーズに応じたオプションとして設けられるものであるため、括弧を付けて記載する。
ASIC50内の各回路について順に説明する。ASIC50は、マイコン40と電気的につながる部分として、マイコン電源45、マイコン監視回路51、通信回路53、及びプリドライバ54を有する。マイコン監視回路51は、ウォッチドッグ(図中「WD」)、宿題回答などによりマイコン40の異常をチェックする。通信回路53は、マイコン40から遮断要求、ラッチ要求等を受信する。マイコン40は、通信回路53からマイコン監視結果、プリチャージチェック結果、プリドライバチェック結果、過電流監視結果、端子電圧、宿題回答の宿題等を受信する。なお、端子電圧がAD変換されて検出される場合、マイコン40は端子電圧を受信しなくてもよい。
プリドライバ54は、電源リレー、逆接保護リレー、BLM駆動回路、DCM駆動回路、(BLMリレー)、(DCMリレー)にそれぞれ設けられる。各プリドライバ54とマイコン40との間ではイネーブル信号(図中「ENB」)や各プリドライバへのポート出力が通信される。また、プリドライバ54は、各スイッチング素子(図中「SW素子」)へ駆動信号を出力する。プリドライバチェック542は、プリドライバ54の異常をチェックする。
プリチャージ回路52は、起動時にコンデンサC1へのプリチャージを行い、リレー後の入力電圧Vr1を上昇させる。プリチャージチェック542は、プリチャージ回路52の異常をチェックする。
過電流監視回路55は過電流を監視する。端子電圧監視回路56は、図12(b)に示される回路で各端子電圧を監視する。図9、図10のラッチ回路410、420で生成されたラッチ後電圧は、ASIC50の各回路に入力される。また、ASIC50は、図9に示す構成例2のラッチ回路420にラッチ信号を出力する。
[シーケンス]
次に図17~図20を参照し、全体シーケンス、及び、異常チェックに関する詳細なシーケンスの一例について説明する。図17、図18に示す全体シーケンスは、三つ又は四つの期間に分けられる。図の左側に示すように、三区分式では、「起動期間」、「通常動作期間」、「停止期間」に分かれる。図の右側に示すように、四区分式では、三区分式の「起動期間」のうちS06までが「初期チェック期間」、S07T或いはS07RでPWW駆動開始した以降が「通常動作(起動)期間」に分かれる。また、四区分式では、三区分式の「通常動作期間」が「通常動作(アシスト)期間」と言い換えられ、「通常動作(起動)期間」と「通常動作(アシスト)期間」とを合わせて「通常動作期間」となる。
次に図17~図20を参照し、全体シーケンス、及び、異常チェックに関する詳細なシーケンスの一例について説明する。図17、図18に示す全体シーケンスは、三つ又は四つの期間に分けられる。図の左側に示すように、三区分式では、「起動期間」、「通常動作期間」、「停止期間」に分かれる。図の右側に示すように、四区分式では、三区分式の「起動期間」のうちS06までが「初期チェック期間」、S07T或いはS07RでPWW駆動開始した以降が「通常動作(起動)期間」に分かれる。また、四区分式では、三区分式の「通常動作期間」が「通常動作(アシスト)期間」と言い換えられ、「通常動作(起動)期間」と「通常動作(アシスト)期間」とを合わせて「通常動作期間」となる。
シーケンスの一部は、直流モータがチルト及びテレスコピックアクチュエータの場合とステアリングロックアクチュエータの場合とで分かれる。また、図9、図10に示す構成例1、2のラッチ回路410、420を、それぞれ「ラッチ回路I」、「ラッチ回路II」と記す。以下、記号「S」はステップを示す。シーケンスの説明において各要素の符号の記載を適宜省略する。
まず図17、図18を参照する。全体シーケンスは、IG信号やウェイクアップ信号等の起動信号がオンするとスタートする。S011ではマイコン起動シーケンス、S012ではマイコン/ASIC起動シーケンスが実行される。S013では、ラッチ回路IIのラッチ信号がオンされ、自己保持状態が開始する。S02では入力回路チェック(1)として、電源リレーをオンしてよいか確認される。S03ではASICの遮断機能がチェックされる。S04では入力回路チェック(2)として、入力回路に関する残りのチェックが行われる。図19に示すように、S04の途中に電源リレーがオンされ、ラッチ回路Iの自己保持状態が開始する。S05ではBLM回路チェック、S06ではDCM回路チェックが行われる。
直流モータがチルト及びテレスコピックアクチュエータの場合、S07Tで制御部は、EPSとチルトのPWM駆動を開始する。EPSはアシスト開始を待ちつつ操舵トルク入力があればアシストを開始する。そして制御部は、入力スイッチ操作があれば、チルトを開始する。S08Tでは、チルト及びテレスコピックアクチュエータがステアリングホイールをメモリ位置(すなわち運転位置)に移動させる。入力スイッチ操作があれば、制御部はメモリ位置への操作をやめてスイッチ操作に応じて動作させる。
直流モータがステアリングロックアクチュエータの場合、S07Rでは、認証後、ステアリングロックが解除される。S08Rで制御部は、PWM駆動を開始しつつEPSアシスト開始を待ち、操舵トルクの入力でEPSアシストを開始する。
S10では、CANからの開始入力があるか、又は、トルク入力が所定値以上であるか判断され、YESの場合、通常動作に移行する。なお、CANからの開始入力を待たずに、アシスト開始待ちになったら通常動作に移行してもよい。通常動作期間中、S19で、制御部は操舵トルクの入力でEPSアシストを開始する。また制御部は、入力スイッチ操作によりチルトを開始する。
S20では、起動信号がオフされる、IGがオフされる、あるいは停止信号を受信したら停止期間に移行する。停止期間のS30では、車速条件及びエンジン回転数について、例えば次の条件を満たすか判断される。(a)車速が0[km/Hr]の状態が継続している、(b)エンジン回転数、車速が共に途絶した状態が継続している、(c)車速が0[km/Hr]且つエンジン回転数が0[rpm]である、など。S30でYESと判断されると、S31T又はS31Rに移行する。
直流モータがチルト及びテレスコピックアクチュエータの場合、S31Tで制御部は、EPSアシストを停止する。このとき制御部は、操舵アシストアクチュエータ800に通電するための電流指令を0にする。共用以外のレッグはPWM駆動を停止してもよく、演算待機となる。すなわち、起動信号がオンになるかIGがオンされるか、ECUあるいはモータが冷めるのを待つ状態となる。S32Tでチルト及びテレスコピックアクチュエータは、ステアリングホイールをドライバから遠ざかる位置に移動させる。
直流モータがステアリングロックアクチュエータの場合、S31Rで制御部は、EPSアシストを停止する。このとき制御部は、操舵アシストアクチュエータ800に通電するための電流指令を0にする。共用以外のレッグはPWM駆動を停止してもよく、演算待機となる。すなわち、起動信号がオンになるかIGがオンされるか、ECUあるいはモータが冷めるのを待つ状態となる。S32Rではステアリングロックアクチュエータが有効化される。S32Rでは、キーが車外に出ることあるいはドアが解錠されるか開けられるのを待って有効化されてもよい。
その後、S331で制御部は、必要に応じて回路の温度低下を待った後、電源リレーをオフする。S332では、ラッチ回路IIのラッチ信号がオフされ、自己保持状態が解除される。こうしてECUの動作が停止する。以上で全体シーケンスが終了する。なお、後述の制御例1~4に示すように、本実施形態による「異常に応じた処置の切り替え」は、このシーケンスに限らず、適宜アレンジされたシーケンスに基づいて実施可能である。
次に図19、図20を参照し、S02の入力回路チェック(1)からS06のDCM回路チェックまでの詳細なシーケンスと、各チェック項目に対する正常条件及び異常時処置とについて説明する。BLM回路が二系統構成の場合、各系統に含まれるチェック項目については系統毎に同様の処理を行う。例えば図7の駆動回路ではDCM回路は第1系統にのみ設けられているため、第2系統についてはDCM回路に関する処理を行わない。S034及びS054は、BLMリレーが設けられている場合にのみ実施される。
図20において正常条件の「プリドライバチェック」を「PDC」と省略する。また、「閾値」は各パラメータに対し適宜設定されるものとする。異常時処置は、正常条件を複数回満たさない場合に実施される。処置Aでは電源リレー、BLM駆動回路、DCM駆動回路がいずれもオフされる。処置BではDCM駆動回路がオフされる。なお、処置Aの場合、そこでチェックを終了する。処置Bの場合、次のチェックに進み、処置Aとならずにすべてのチェックを終了したら処置Bで回路を動作させる。基本的に、DCM関連の異常でのみ処置Bが実施され、それ以外の異常では処置Aが実施される。以下の説明では処置Aの記載を省略し、処置Bの場合のみ記載する。
S02の入力回路チェック(1)はS021、S022を含む。S021では地絡チェックが行われ、電源から電源リレーまでの電力経路であるPIGラインの電圧Vpigについて、「Vpig<閾値」のとき正常と判定される。S022ではプリチャージ回路のオープンチェックが行われ、「プリチャージ結果=正常」のとき正常と判定される。
S03の遮断機能チェックはS031~S037を含む。S031では電源リレー及び逆接保護リレーのショートチェックが行われ、各系統のリレー間電圧Vint1、Vint2を包括したVintについて、「Vint>閾値」のとき正常と判定される。S032では電源リレー遮断機能チェックが行われ、「遮断要求オン、ポート出力オン、Vint<閾値」のとき正常と判定される。S033ではBLM駆動回路遮断機能チェックが行われ、「遮断要求オン、ポート出力オン、PDC=Lo」のとき正常と判定される。S034ではBLMリレーチェックが行われ、「遮断要求オン、ポート出力オン、PDC=Lo」のとき正常と判定される。
S035ではDCM駆動回路遮断機能チェックが行われ、「遮断要求オン、ポート出力オン、PDC=Lo」のとき正常と判定される。異常時、処置Bが実施される。S036ではDCMリレー遮断機能チェックが行われ、「遮断要求オン、ポート出力オン、PDC=Lo」のとき正常と判定される。異常時、処置Bが実施される。S037では過電流監視機能チェックが行われ、「過電流監視結果=Hi」のとき正常と判定される。
S04の入力回路チェック(2)はS041、S042を含む。逆接保護リレーがオンされた後、S041では逆接保護リレーオープンチェックが行われ、「ポート出力オン、Vint>閾値」のとき正常と判定される。S041の後、逆接保護リレーがオフ、電源リレーがオンされる。そのため、ラッチ回路Iの自己保持状態が開始される。S042ではPIGラインの断線及び電源リレーのオープンチェックが行われ、「ポート出力オン、Vint>閾値」のとき正常と判定される。
S05のBLM回路チェックはS051~S054を含む。S051ではプリドライバオンチェックが行われ、「ポート出力オン、PDC=Hi」のとき正常と判定される。S052では電流センサHi/Lo異常チェックが行われ、「|電流検出値|<閾値」のとき正常と判定される。
S053ではBLM駆動回路のイネーブル信号シャット機能チェックが行われ、「ENB(イネーブル信号)オフ、ポート出力オン、PDC=Lo」のとき正常と判定される。S054ではBLMリレーショートチェックが行われ、「端子電圧が所定範囲内」のとき正常と判定される。
なお、S04終期からS05初期にかけてASIC過電流チェック(すなわちASICによる過電流監視)が開始される。また、S05の途中にマイコン過電流チェック(すなわちマイコンによる過電流監視)が開始される。
S06のDCM回路チェックはS061、S062を含む。S061ではDCM駆動回路の異常チェックが行われ、「端子電圧が所定範囲内」のとき正常と判定される。ショート系異常では処置Aが実施され、オープン系異常では処置Bが実施される。DCM駆動回路異常チェックの具体例については、図22、図23を参照して後述する。S062ではDCM駆動回路のイネーブル信号シャット機能チェックが行われ、「ポート出力オン、PDC=Hi」のとき正常と判定される。異常時、処置Bが実施される。
[DCM駆動回路異常チェックの具体例]
次に、図21の回路図、及び、図22~図26のフローチャートを参照し、起動時及び通常動作中におけるDCM駆動回路異常チェックの具体例を説明する。起動時の異常チェックは、図19、図20のS061に対応し、入力回路、遮断機能、BLM回路の正常が確認済みである。図21には、一系統のインバータ601の一相(U1相)に一台の直流モータ710が接続された単純な回路構成を示す。U1相巻線811と高電位線Lpとの間にはプルアップ抵抗Rpが接続されており、直流モータ端子電圧Vm1が検出される。
次に、図21の回路図、及び、図22~図26のフローチャートを参照し、起動時及び通常動作中におけるDCM駆動回路異常チェックの具体例を説明する。起動時の異常チェックは、図19、図20のS061に対応し、入力回路、遮断機能、BLM回路の正常が確認済みである。図21には、一系統のインバータ601の一相(U1相)に一台の直流モータ710が接続された単純な回路構成を示す。U1相巻線811と高電位線Lpとの間にはプルアップ抵抗Rpが接続されており、直流モータ端子電圧Vm1が検出される。
プルアップ抵抗Rpよりインバータ601側のU1相電流経路にモータリレーMmU1が設けられている。また、V1相及びW1相の電流経路にモータリレーMmV1、MmW1が設けられている。各相のモータリレーMmU1、MmV1、MmW1は、三相巻線組801からインバータ601に向かう電流を遮断可能である。以下の異常検出時に三相モータリレーMmU1、MmV1、MmW1をオフすることで、BLM側の異常による誤検出を防止することができる。
さらに、U1相電流経路の分岐点Juと、直流モータ710の第1端子T1との間に双方向の電流を遮断可能な直流モータリレーMU1r、MU1Rが接続されている。説明を省略するが、BLM回路の異常検出時に直流モータリレーMU1r、MU1Rをオフすることで、DCM側の異常による誤検出を防止することができる。
高電位側直流モータ用スイッチMU1Hと低電位側直流モータ用スイッチMU1Lとの間の直流モータ端子M1には、図12(a)に示す構成例1の端子電圧検出回路が接続されている。これに代えて、図12(b)に示す構成例2が用いられてもよい。端子電圧検出回路において、直流モータ端子M1の電圧Vm1が{Rd/(Ru+Rd)}倍されたモニタ電圧VDCM1がAD変換されて検出される。図12(b)に示す構成例2では通信もしくはIOポートによりフラグを受け取ってもよい。
以下、DCM駆動回路異常チェックの説明では、高電位側直流モータ用スイッチMU1Hを「上スイッチMU1H」、低電位側直流モータ用スイッチMU1Lを「下スイッチMU1L」と簡略化して記す。図22、図23に、起動時のイニシャルチェックにおけるDCM駆動回路のショート系異常及びオープン系異常の検出処理を示す。
図22の処理では、上スイッチMU1H及び下スイッチMU1Lがオフの状態で異常検出を行う。直流モータ巻線714の抵抗は、プルアップ抵抗Rp、上側抵抗Ru、下側抵抗Rdに比べて十分に小さいことを前提とすると、正常時のモニタ電圧VDCM1は、式(3.1)で表される。プルアップ抵抗Rpもしくは上スイッチMU1Hのショート時のモニタ電圧VDCM1は、式(3.2)で表される。上側抵抗Ruのショート時のモニタ電圧VDCM1は、式(3.3)で表される。下スイッチMU1Lもしくは下側抵抗Rdのショート時のモニタ電圧VDCM1は、式(3.4)で表される。
式(3.1)、(3.2)、(3.3)の右辺の値をそれぞれα、β、γとする。ここで、α、β、γの大小関係は、Ru<Rpのとき、0<α<γ<β<Vrとなる。一方、Rp≦Ruのとき、0<α<β≦γ<Vrとなる。
VDCM1=Vr×(Rd)÷(Rp+Ru+Rd)=α ・・・(3.1)
VDCM1=Vr×(Rd)÷(Ru+Rd)=β ・・・(3.2)
VDCM1=Vr×(Rd)÷(Rp+Rd)=γ ・・・(3.3)
VDCM1=0 ・・・(3.4)
VDCM1=Vr×(Rd)÷(Ru+Rd)=β ・・・(3.2)
VDCM1=Vr×(Rd)÷(Rp+Rd)=γ ・・・(3.3)
VDCM1=0 ・・・(3.4)
また、プルアップ抵抗Rpもしくは上側抵抗Ruもしくは直流モータ巻線714もしくはコネクタ等のオープン時のモニタ電圧VDCM1は、上記と同じ式(3.4)で表される。下側抵抗Rdのオープン時のモニタ電圧VDCM1は式(3.5)で表される。
VDCM1=Vr ・・・(3.5)
VDCM1=Vr ・・・(3.5)
また、例えばRp≦Ru、すなわちβ≦γとすると、式(4.1)、(4.2)の範囲に高電位閾値VthH及び低電位閾値VthLが設定される。例えば図12(b)の端子電圧検出回路が用いられる場合、コンパレータCpHの基準電圧Vref_Hが高電位閾値VthHに相当し、コンパレータCpLの基準電圧Vref_Lが低電位閾値VthLに相当する。
α<VthH<β ・・・(4.1)
0<VthL<α ・・・(4.2)
0<VthL<α ・・・(4.2)
以下、「暫定正常」とは、それまでの検出段階で異常が検出されていないことを意味する。S52では、モニタ電圧VDCM1が高電位閾値VthHより低いか判断される。S52でYESの場合、S53で暫定正常と判定される。S52でNOの場合、S54で、プルアップ抵抗Rpもしくは上スイッチMU1Hもしくは上側抵抗Ruのショート異常、又は、下側抵抗Rdのオープン異常と判定される。図22のS54には、これらの異常をまとめて「DCM上側ショート系異常」と記す。この場合、処置Aが実施される。
S56では、モニタ電圧VDCM1が低電位閾値VthLより高いか判断される。S56でYESの場合、S57で暫定正常と判定される。S56でNOの場合、S58で、下スイッチMU1L又は下側抵抗Rdのショート異常、又は、プルアップ抵抗Rpもしくは上側抵抗Ruもしくは直流モータ巻線714もしくはコネクタ等のオープン異常と判定される。図22のS58には、これらの異常をまとめて「DCM下側ショート系異常」と記す。この場合、処置Aが実施される。
図22のS57で暫定正常と判定されても、上スイッチMU1H及び下スイッチMU1Lのオープン異常については不明である。そこで、次に図23の異常検出処理では、上スイッチMU1H及び下スイッチMU1Lのオープン異常を検出する。S61では、上スイッチMU1Hをオン、下スイッチMU1Lをオフする。この状態で正常時のモニタ電圧VDCM1は、上記の式(3.2)で表される。上スイッチMU1Hがオープン時のモニタ電圧VDCM1は、上記の式(3.1)で表される。S62では、モニタ電圧VDCM1が高電位閾値VthHより高いか判断される。S62でYESの場合、S63で暫定正常と判定される。S62でNOの場合、S64で、上スイッチMU1Hのオープン異常と判定され、処置Bが実施される。
S65では、下スイッチMU1Lをオン、上スイッチMU1Hをオフする。この状態で正常時のモニタ電圧VDCM1は上記の式(3.4)で表される。下スイッチMU1Lがオープン時のモニタ電圧VDCM1は上記の式(3.1)で表される。S66では、モニタ電圧VDCM1が低電位閾値VthLより低いか判断される。S66でYESの場合、S67で、ショート系及びオープン系異常について正常と判定される。S66でNOの場合、S68で、下スイッチMU1Lのオープン異常と判定され、処置Bが実施される。なお、S52とS62の高電位閾値VthH、及びS56とS66の低電位閾値VthLはそれぞれ同じ値に限らず、ハードばらつきの影響を加味した異なる値としてもよい。
以上のように図21のDCM駆動回路は、U1相巻線811と高電位線Lpとの間にプルアップ抵抗Rpが接続されている。このプルアップ抵抗Rpは、図13~図15におけるRp1に相当する。そして異常検出部は、直流モータ端子電圧Vm1を検出し、直流モータ端子電圧Vm1に相関するモニタ電圧VDCM1に基づいて異常をチェックする。これに対し、直流モータ端子M1と高電位線Lpとの間に、図13~図15におけるプルアップ抵抗Rp3が接続されたDCM駆動回路において、いずれか一相の巻線の電圧、例えばU1相巻線811の端子電圧Vu1#が検出されてもよい。つまり、三相巻線組801に一台の直流モータ710が接続される構成では、四通りのプルアップ抵抗Rpの設置箇所があり得る。
図24~図26に、通常動作中のDCM駆動回路の異常検出処理を示す。ここでは、各抵抗Rp、Ru、Rd又はコネクタ等の異常については省略し、直流モータ巻線714、上スイッチMU1H又は下スイッチMU1Lのショート、オープン異常のみを想定する。ここでは、異常検出部が端子電圧以外の値に基づいて異常をチェックする例も示す。通常動作中の異常検出処理のルーチンは、異常判定された場合、エンドとなり、正常判定された場合、リターンして繰り返し実行される。
図24には、電流値に基づくショート異常検出の二つの例を示す。図24(a)のS72Aでは、低電位線Lgに流れる直流電流の絶対値|Idc1|が過電流閾値より大きいか判断される。S72AでYESの場合、S73で、下スイッチMU1L等のDCMショート系異常と判定される。S72AでNOの場合、S74で正常と判定される。
図24(b)のS71Bでは、式(5.1)により、V1相電流Iv1及びW1相電流Iw1からモータU1相電流Iu1#が算出される。また、式(5.2)により、インバータU1相電流Iu1からモータU1相電流Iu1を減じて、直流モータ電流I1が算出される。
Iu1#=-Iv1-Iw1 ・・・(5.1)
I1 =Iu1-Iu1# ・・・(5.2)
I1 =Iu1-Iu1# ・・・(5.2)
S72Bでは、直流モータ電流の絶対値|I1|が過電流閾値より大きいか判断される。S72BでYESの場合に移行するS73、及び、S72BでNOの場合に移行するS74については、図24(a)と同じである。
図25、図26には、上スイッチMU1H又は下スイッチMU1Lのオン時における異常検出の2通りの例を示す。図25のS82Aでは、上スイッチMU1Hがオンで、U1相端子電圧Vu1#もしくはU1相指令電圧が入力電圧Vr1に応じた電圧閾値より低く、且つ、直流モータ電流の絶対値|I1|が非導通閾値より小さいか判断される。S82AでYESの場合、S83で、下スイッチMU1Lのショート異常、上スイッチMU1Hのオープン異常、直流モータ巻線714の断線異常等と判定される。つまり、直流モータ両端の端子間電圧が大きいにもかかわらず、電流が流れていないことをもって異常と判断される。S82AでNOの場合、S84で暫定正常と判定される。
S86Aでは、下スイッチMU1Lがオンで、U1相端子電圧Vu1#もしくはU1相指令電圧が入力電圧Vr1に応じた電圧閾値より高く、且つ、直流モータ電流の絶対値|I1|が非導通閾値より小さいか判断される。S86AでYESの場合、S87で、上スイッチMU1Hのショート異常、下スイッチMU1Lのオープン異常、直流モータ巻線714の断線異常等と判定される。つまり、直流モータ両端の端子間電圧が大きいにもかかわらず、電流が流れていないことをもって異常と判断される。S86AでNOの場合、S88で正常と判定される。
図26では、図25のS82A、S86AがS82B、S86Bに置き換わる。図26のS82Bでは、上スイッチMU1Hがオンで、且つ、モニタ電圧VDCM1が高電圧閾値より低いか判断される。S86Bでは、下スイッチMU1Lがオンで、且つ、モニタ電圧VDCM1が低電圧閾値より高いか判断される。ただし、図26では直流モータ巻線714の断線異常は検出できない。なお、下限閾値及び上限閾値は、上下スイッチMU1H/Lのオン抵抗による電圧降下のばらつき範囲により設定される。なお、S82Aの電圧閾値、82Bの高電圧閾値、S86Aの電圧閾値、S86Bの低電圧閾値は、いずれも同じ値に限らず、ハードばらつきを加味した異なる値としてもよい。
[本実施形態の制御例]
図27~図30を参照し、「異常に応じて、スイッチング動作の変更により処置を切り替える本実施形態の制御例」について説明する。図17、図18に示すシーケンス以外のシーケンスに基づく制御例も含まれる。「異常検出部」としてのマイコン40及びASIC50は、インバータ601、602もしくは三相モータ800の異常、又は、直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lもしくは直流モータ710、720の異常をチェックする。制御部30は、検出された異常に応じて、インバータスイッチング素子IU1H/L、IV1H/L、IW1H/L及び直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lのスイッチング動作を変更する。制御例の説明では、図17、図18の四区分式の通常動作期間の定義に基づき、PWM駆動などのスイッチング動作を開始したりアシスト開始して電流を流す前を「通常動作前」とし、PWM駆動などのスイッチング動作を開始したりアシスト開始して電流を流し始めた後のことを「通常動作中」とする。
図27~図30を参照し、「異常に応じて、スイッチング動作の変更により処置を切り替える本実施形態の制御例」について説明する。図17、図18に示すシーケンス以外のシーケンスに基づく制御例も含まれる。「異常検出部」としてのマイコン40及びASIC50は、インバータ601、602もしくは三相モータ800の異常、又は、直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lもしくは直流モータ710、720の異常をチェックする。制御部30は、検出された異常に応じて、インバータスイッチング素子IU1H/L、IV1H/L、IW1H/L及び直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lのスイッチング動作を変更する。制御例の説明では、図17、図18の四区分式の通常動作期間の定義に基づき、PWM駆動などのスイッチング動作を開始したりアシスト開始して電流を流す前を「通常動作前」とし、PWM駆動などのスイッチング動作を開始したりアシスト開始して電流を流し始めた後のことを「通常動作中」とする。
図27に示す制御例1では、異常検出部は、ECU10の通常動作中に、マイコンの異常及び入力回路の異常をチェックし、且つ、BLM回路及びDCM回路の異常をチェックする。つまり、通常動作を開始した後、回路チッェクで異常があれば停止する。回路チェックで異常の場合に肯定判断するステップについて、ステップ番号の次に「D」を記す。制御例1のスタートでは通常動作が開始される。
S04Dではマイコン及び入力回路(電源リレー、逆接保護リレー等)チェックで異常か判断される。マイコン及び入力回路チェックは、マイコン内部の回路やリレー電圧によりチェックされる。S05DではBLM回路チェックで異常か判断される。BLM回路チェックは、端子電圧や検出した電流により判断される。S06D1ではDCM回路チェック1で異常か判断される。S06D2ではDCM回路チェック2で異常か判断される。DCM回路チェック1は、駆動回路全体に影響を及ぼすおそれのあるショート系異常等のチェックである。DCM回路チェック2は、DCM回路自体は異常であるが他へ影響を及ぼさないオープン系異常等のチェックである。
S04D、S05D、S06D1のいずれかでYESの場合、S48で制御部30は動作を停止する。なお、停止の仕方については、図31、図32を参照して後述する。S06D2でYESの場合、すなわちDCM回路のオープン系異常等の場合、S46で制御部30は、BLM回路のみの動作に移行する。S06D2でNOの場合、すなわちいずれのチェックでも異常と判断されない場合、S04Dの前に戻り、通常動作が継続される。通常動作中は定期的に異常チェックが実施され続ける。
図28に示す制御例2では、異常検出部は、ECU10の通常動作前に、マイコンの異常及び入力回路の異常をチェックし、且つ、BLM回路及びDCM回路の異常をチェックする。つまり、起動後の回路チッェクで正常確認してから通常動作に移行する。回路チェックで正常の場合に肯定判断するステップについて、ステップ番号の次に「C」を記す。
S04Cではマイコン及び入力回路チェックで正常か判断される。S05CではBLM回路チェックで正常か判断される。S06C1ではDCM回路チェック1で正常か判断される。S06C2ではDCM回路チェック2で正常か判断される。DCM回路チェック1、2の意味は制御例1に準ずる。
S04C、S05C、S06C1のいずれかでNOの場合、S48で制御部30は動作を停止する。S06C2でYESの場合、すなわち全てのチェックで正常と判断された場合、S45で制御部30は、通常動作、すなわちBLM及びDCMの両方の駆動を行う。S06C2でNOの場合、すなわちDCM回路のオープン系異常等の場合、S46で制御部30は、BLM回路のみの動作に移行する。したがって、少なくともEPSアシスト機能を確保することができる。
制御例2では、ECU10の起動後、異常チェックの最初の段階で、異常検出部は、制御部30において制御演算を行うマイコン40の異常、及び、電源BtからBLM及びDCMの駆動回路へ電力を入力する入力回路の異常をチェックする。各モータの駆動に共通する回路を初期にチェックすることで、異常チェックを効率良く行うことができる。
図29に示す制御例3では、BLM(すなわち三相モータ800)又はDCM(すなわち直流モータ710、720)のうち、優先して駆動させる優先駆動側のモータが予め設定されている。制御部30は、マイコン及び入力回路の異常チェック後、BLM及びDCMの駆動回路をチェックし、駆動回路に異常がある場合、優先駆動側のモータのみを動作させる。S04C、及び、S04CがNOの場合に移行するS48については、制御例2と同じである。
S04CでYESの場合、S06C3ではその他の回路チェック、すなわちBLM回路及びDCM回路の総合チェックで正常か判断される。S06C3でYESの場合、S45で制御部30は、通常動作、すなわちBLM及びDCMの両方の駆動を行う。S06C3でNOの場合、すなわち駆動回路に異常がある場合、S47で制御部30は、優先駆動側のモータのみを動作させる。その後、BLMの動作中にBLMの異常が検出された場合、制御部30はBLMを停止する。
制御例3では、図20における異常時処置Aに代えて、優先駆動側モータの駆動回路をオフしない処置が実施される。制御例3では、BLM回路及びDCM回路の総合チェックS06C3で異常が見分けられなくても優先駆動側のモータをできるだけ長く駆動させることができる。例えばBLMを優先駆動側とすることで、EPSアシスト機能をできるだけ実現することができる。なお、制御例3の変形例では、BLMに関する一部又は全部のチェックを行わずにBLMを駆動開始し、BLMとDCMとをそれぞれ個別に動かして異常チェックしてもよい。
図30に示す制御例4では、異常検出部は、ECU10の通常動作前に、マイコンの異常及び入力回路の異常をチェックし、ECU10の通常動作中にBLM回路及びDCM回路の異常をチェックする。また、制御例4ではチルト動作に着目する。S04C、及び、S04CがNOの場合に移行するS48については制御例2、3と同じである。S04CがYESの場合、制御部30はS41でチルトだけ動作させ、S42でチルト動作が正常か判断する。詳しくは、制御部30は、チルトをメモリ位置に移動させるか、もしくは、ユーザが分からない程度に少しだけ動作させて動作確認する。
チルトが正常であり、S42でYESの場合、S45の通常動作に移行する。EPSによるアシストを開始した後、制御部30は、制御例1による通常動作中の異常チェックでBLM回路の異常をチェックする。チルトが異常であり、S42でNOの場合、制御部30は、S43及びS46でチルトを動作させず、BLM回路のみの動作に移行する。
制御例4の変形例では、「チルトだけ動作」を実施せずに「両方の駆動」を開始し、入力スイッチ操作による、もしくはメモリ位置への移動のためのチルト動作中に異常が検出されたら、「BLM回路のみ動作」に移行してもよい。また、入力スイッチ操作による、もしくはメモリ位置への移動のためのチルト動作中以外のときに異常が検出されたら「停止」してもよい。
各制御例における主な構成として、異常検出部は、三相モータ800のいずれか一相以上の巻線の電圧、又は、いずれか一つ以上の直流モータ端子の電圧を検出し、検出した電圧に基づいて異常をチェックする。これにより、簡易な構成で各種の異常を検出することができる。
また、異常検出部は、三相モータ800の各相の巻線の電圧Vu1#、V2#、V3#を検出してもよい。或いは異常検出部は、さらに各直流モータ710、720に対応する直流モータ端子M1、M2の電圧Vm1、Vm2を検出してもよい。これにより、三相巻線組の断線や、直流モータ巻線の断線等の場合を含め、各異常をくまなく検出することができる。
[異常に応じた処置の切り替え]
図31を参照し、異常に応じた処置の切り替えについて説明する。上述の各制御例でマイコン、入力回路チェック異常、BLM回路もしくはDCM回路チェック異常と判定されたとき、例えば制御例1の場合には通常動作中に異常が生じたとき、一部又は全部の動作が停止される。DCM回路チェック異常以外の異常チェックは、一般的な三相インバータの異常チェックと同じである。
図31を参照し、異常に応じた処置の切り替えについて説明する。上述の各制御例でマイコン、入力回路チェック異常、BLM回路もしくはDCM回路チェック異常と判定されたとき、例えば制御例1の場合には通常動作中に異常が生じたとき、一部又は全部の動作が停止される。DCM回路チェック異常以外の異常チェックは、一般的な三相インバータの異常チェックと同じである。
異常時の停止の仕方は、マイコン、入力回路チェック異常、BLM回路チェック異常、及び、DCM回路チェック異常について共通である。ショート系異常の場合、電源リレーをオフすることにより停止される。すなわち、大電流が流れる異常を異常検出部が検出したとき、制御部は、インバータスイッチング素子もしくは直流モータ用スイッチよりも先に電源リレーをオフする。オープン系異常の場合、「インバータで徐々に電流を低下させてからオフ」又は「インバータを即時オフしてインバータで電流を低下させる」の処置により停止される。「インバータで徐々に電流を低下させてからオフ」する処置の詳細は、図32を参照して後述する。
異常時の動作継続の仕方について、マイコン、入力回路チェック異常、及びBLM回路チェック異常の場合、BLM及びDCMの両方の動作が停止される。なお、BLMが二系統構成であり、二系統のうち一系統が異常の場合、正常な系統での片系統駆動に移行してもよい。DCM回路チェック異常の場合、BLM回路のみ動作を継続する。
[異常時処置における停止の仕方]
図32に、直流モータ710、720の停止時における電流制御を示す。駆動回路は図11等に示される構成とする。直流モータ710、720に通電される電流I1、I2は三相モータ800に流れる相電流よりも絶対値が小さいため、直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lは、インバータスイッチング素子IU1H/L、IV1H/L、IW1H/Lよりも電流容量が小さいスイッチが使用されている。
図32に、直流モータ710、720の停止時における電流制御を示す。駆動回路は図11等に示される構成とする。直流モータ710、720に通電される電流I1、I2は三相モータ800に流れる相電流よりも絶対値が小さいため、直流モータ用スイッチMU1H/L、MU2H/Lは、インバータスイッチング素子IU1H/L、IV1H/L、IW1H/Lよりも電流容量が小さいスイッチが使用されている。
以下、直流モータの符号として710のみを記す。正常時の通常動作中に直流モータ710への通電を停止するとき、或いは、通常動作中に異常が検出されて直流モータ710への通電を停止するときを想定する。仮に相電流が大きい状態で低電位側の直流モータ用スイッチMU1Lをオフすると、直流モータ用スイッチMU1Lが過負荷になるおそれがある。
そこで制御部30は、図32に示すように電流制御する。三相モータ800の各相DUTY比は、時刻t1に50%から0%に変更された後、時刻t2に直流モータ用スイッチMU1LがONされると0%から100%に向かって上昇する。そして、各相DUTY比が100%に到達後、その状態が維持される。このとき直流モータ電流I1は、各相DUTY比の変化に連れて0から最大値I100まで増加した後、その状態で維持される。
直流モータ710の通電を停止することが決まると、制御部30は、先にインバータスイッチング素子IU1H/L、IV1H/L、IW1H/Lを操作して各相DUTY比を低下させる。そして、各相DUTY比及び直流モータ電流I1が0又は許容値以下の値に低下した時刻t3後の時刻t4に、制御部30は直流モータ用スイッチMU1LをOFFする。平易に言えば、制御部30は、インバータ601側の電流が徐々に低下するように電流を絞ってから直流モータ用スイッチMU1Lを切る。なお、異常時などで即時オフしたい場合は、DUTY比の増減なくインバータスイッチング素子をオフしてインバータで電流を低下させる。
このように制御部30は、直流モータ710を停止するとき、インバータスイッチング素子IU1H/L、IV1H/L、IW1H/Lを操作して直流モータ710の第1端子T1側の電圧を低下させた後、直流モータ用スイッチMU1H/Lを操作して直流モータ710への通電を停止する。これにより、電流容量が比較的小さいスイッチを直流モータ用スイッチMU1H/Lとして適切に保護しつつ使用することができる。また、高速スイッチング動作をしない前提で、スイッチが遅いトランジスタや機械リレーを使うことができる。
(その他の実施形態)
(a)上記実施形態のシーケンスではBLM回路チッェクを先に実施してからDCM回路チェックを実施しているが、逆に、DCM回路チェックを先に実施してからBLM回路チェックを実施してもよい。その他、入力回路や遮断機能チェックの順番についても回路の構成等に応じて適宜変更してよい。
(a)上記実施形態のシーケンスではBLM回路チッェクを先に実施してからDCM回路チェックを実施しているが、逆に、DCM回路チェックを先に実施してからBLM回路チェックを実施してもよい。その他、入力回路や遮断機能チェックの順番についても回路の構成等に応じて適宜変更してよい。
(b)上記実施形態のシーケンスでは異常チェックの初期にマイコンの異常及び入力回路の異常の両方がチェックされるが、マイコンの異常、又は、入力回路の一方のみがチェックされるようにしてもよい。
(c)ラッチ回路、端子電圧検出回路等は上記実施形態の構成例に限らず、同様の機能を実現できるものであればよい。
(d)二系統の三相モータ800を含むシステムでは、一系統のみに直流モータが接続される構成に限らず、二系統の各一相以上に一台以上の直流モータが接続されてもよい。その場合、第1系統及び第2系統の各相に接続される直流モータの総数や分配はニーズに応じて決定される。直流モータの分配は、系統間の電力バランス、発熱バランス、使用頻度や使用タイミングのバランス等を考慮して決定されることが好ましい。
(e)多相回転機の相の数は三相に限らず、二相、又は四相以上、すなわち一般化されたN相(Nは2以上の整数)であってよい。また、多相回転機は、三組以上の多相巻線組を含んでもよい。
(f)本発明の回転機制御装置は、車両のステアリングシステムにおける操舵アシストモータ又は反力モータ、及び、ステアリング位置系アクチュエータやステアリングロックアクチュエータに限らず、多相交流モータ及び直流モータを併用する種々の回転機制御装置として適用可能である。また、操舵アシストモータ又は反力モータは機電一体式でなく、モータ本体とECUとがハーネスで接続された機電別体式の構成としてもよい。
本発明の構成は種々のモータが近接配置される車両用のモータにおいてより効果が高く、例えばブレーキの油圧ポンプ用のモータとパーキングブレーキ用のモータ、複数のシートモータ、スライドドア用のモータもしくはワイパー用のモータとウインドウ用のモータ及びサイドミラー用のモータ、電動ウォーターポンプのモータと電動ファンのモータなどの組み合わせに適用可能である。
本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
10・・・ECU(回転機制御装置)、
30・・・制御部、
40・・・マイコン(異常検出部)、50・・・ASIC(異常検出部)、
601、602・・・インバータ(多相電力変換器)、
710・・・直流モータ、チルトアクチュエータ(直流回転機)、
720・・・直流モータ、テレスコピックアクチュエータ(直流回転機)、
730・・・直流モータ、ステアリングロックアクチュエータ(直流回転機)、
800・・・三相モータ(多相回転機)、
801、802・・・三相巻線組(多相巻線組)、
811-813、821-823・・・各相巻線、
Bt・・・電源、
IU1H/L、IV1H/L、IW1H/L・・・インバータスイッチング素子、
MU1H/L、MU2H/L・・・直流モータ用スイッチ(直流回転機用スイッチ)。
30・・・制御部、
40・・・マイコン(異常検出部)、50・・・ASIC(異常検出部)、
601、602・・・インバータ(多相電力変換器)、
710・・・直流モータ、チルトアクチュエータ(直流回転機)、
720・・・直流モータ、テレスコピックアクチュエータ(直流回転機)、
730・・・直流モータ、ステアリングロックアクチュエータ(直流回転機)、
800・・・三相モータ(多相回転機)、
801、802・・・三相巻線組(多相巻線組)、
811-813、821-823・・・各相巻線、
Bt・・・電源、
IU1H/L、IV1H/L、IW1H/L・・・インバータスイッチング素子、
MU1H/L、MU2H/L・・・直流モータ用スイッチ(直流回転機用スイッチ)。
Claims (16)
- 一組以上の多相巻線組(801、802)を含む一台以上の多相回転機(800)、及び、少なくとも一組の前記多相巻線組の一相以上の相電流経路に一端である第1端子(T1)が接続された一台以上の直流回転機(710、720、730)を駆動可能な回転機制御装置であって、
電源(Bt)の正極及び負極とそれぞれ高電位線(Lp)及び低電位線(Lg)を介して接続され、ブリッジ接続された複数のインバータスイッチング素子(IU1H/L、IV1H/L、IW1H/L)の動作により前記電源の直流電力を多相交流電力に変換し、前記多相巻線組の各相巻線(811、812、813、821、822、823)に電圧を印加する一つ以上の多相電力変換器(601、602)と、
前記直流回転機の前記第1端子とは反対側の端部である第2端子(T2)に接続された直流モータ端子(M1、M2)を介して直列接続された高電位側及び低電位側のスイッチにより構成され、スイッチングにより前記直流モータ端子の電圧(Vm1、Vm2)を可変とする直流回転機用スイッチ(MU1H/L、MU2H/L)と、
前記多相電力変換器及び前記直流回転機用スイッチにより構成される前記多相回転機及び前記直流回転機の駆動回路において、前記インバータスイッチング素子及び前記直流回転機用スイッチの動作を操作する制御部(30)と、
を備え、
前記制御部は、
前記多相電力変換器もしくは前記多相回転機の異常、又は、前記直流回転機用スイッチもしくは前記直流回転機の異常を検出する異常検出部(40、50)を有し、
前記異常検出部が検出した異常に応じて、前記インバータスイッチング素子及び前記直流回転機用スイッチのスイッチング動作を変更する回転機制御装置。 - 当該回転機制御装置の起動後、前記異常検出部は、前記制御部において制御演算を行うマイコン(40)の異常、又は、前記電源から前記多相回転機及び前記直流回転機の駆動回路へ電力を入力する入力回路(P1r、P1R)の異常、のいずれか一方もしくは両方をチェックする請求項1に記載の回転機制御装置。
- 前記多相回転機又は前記直流回転機のうち優先して駆動させる優先駆動側の回転機が予め設定されており、
前記異常検出部は、前記マイコン及び前記入力回路の異常をチェックした後、前記多相回転機及び前記直流回転機の駆動回路の異常をチェックし、
前記駆動回路に異常がある場合、前記制御部は、前記優先駆動側の回転機のみを動作させる請求項2に記載の回転機制御装置。 - 前記異常検出部は、
当該回転機制御装置の通常動作前に、前記制御部において制御演算を行うマイコン(40)の異常、及び、前記電源から前記多相回転機及び前記直流回転機の駆動回路へ電力を入力する入力回路(P1r、P1R)の異常をチェックし、
当該回転機制御装置の通常動作中に前記多相回転機及び前記直流回転機の駆動回路の異常をチェックする請求項1に記載の回転機制御装置。 - 前記異常検出部は、
当該回転機制御装置の通常動作前に、前記制御部において制御演算を行うマイコン(40)の異常、及び、前記電源から前記多相回転機及び前記直流回転機の駆動回路へ電力を入力する入力回路(P1r、P1R)の異常をチェックし、且つ、前記多相回転機及び前記直流回転機の駆動回路の異常をチェックする請求項1に記載の回転機制御装置。 - 前記異常検出部は、
当該回転機制御装置の通常動作中に、前記制御部において制御演算を行うマイコン(40)の異常、及び、前記電源から前記多相回転機及び前記直流回転機の駆動回路へ電力を入力する入力回路(P1r、P1R)の異常をチェックし、且つ、前記多相回転機及び前記直流回転機の駆動回路の異常をチェックする請求項1に記載の回転機制御装置。 - 前記異常検出部は、前記多相回転機のいずれか一相以上の巻線の電圧、又は、いずれか一つ以上の前記直流モータ端子の電圧を検出し、検出した電圧に基づいて異常をチェックする請求項1~6のいずれか一項に記載の回転機制御装置。
- 前記異常検出部は、前記多相回転機の各相の巻線の電圧を検出する請求項7に記載の回転機制御装置。
- 前記異常検出部は、各前記直流回転機に対応する前記直流モータ端子の電圧を検出する請求項7に記載の回転機制御装置。
- 前記多相回転機のいずれか一相以上の巻線と前記高電位線との間、又は、いずれか一つ以上の前記直流モータ端子と前記高電位線との間にプルアップ抵抗(Rp)が接続されている請求項7~9のいずれか一項に記載の回転機制御装置。
- 前記多相回転機のいずれか一相以上の巻線と前記高電位線との間にプルアップ抵抗が接続された構成おいて、前記異常検出部は前記直流モータ端子の電圧を検出するか、又は、
いずれか一つ以上の前記直流モータ端子と前記高電位線との間にプルアップ抵抗が接続された構成おいて、前記異常検出部は前記多相回転機のいずれか一相以上の巻線の電圧を検出する請求項10に記載の回転機制御装置。 - 前記電源と前記インバータスイッチ素子との間に電源リレーを有し、
大電流が流れる異常を前記異常検出部が検出したとき、前記制御部は、前記インバータスイッチング素子もしくは前記直流回転機用スイッチよりも先に前記電源リレーをオフする請求項1~11のいずれか一項に記載の回転機制御装置。 - 前記制御部は、前記直流回転機を停止するとき、
前記インバータスイッチング素子を操作して前記直流回転機に流れる電流を低下させた後、前記直流回転機用スイッチを操作して前記直流回転機への通電を停止する請求項1~12のいずれか一項に記載の回転機制御装置。 - 前記多相回転機は、電動パワーステアリングシステム(901)の操舵アシストトルク出力用、又は、ステアバイワイヤシステム(902)の反力トルク出力用又は転舵トルク出力用の回転機である請求項1~13のいずれか一項に記載の回転機制御装置。
- 前記直流回転機は、ステアリング位置を可変させるステアリング位置系アクチュエータ(710、720)を含む請求項14に記載の回転機制御装置。
- 前記直流回転機は、ステアリングシャフト(92)の回転を規制するステアリングロックアクチュエータ(730)を含む請求項14に記載の回転機制御装置。
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