JP7420079B2 - motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、電動パワーステアリング装置等に搭載されるモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device installed in, for example, an electric power steering device.
自動車等の車両の運転者によるステアリングハンドル操作に対して補助トルクを発生する電動モータ、その電動モータの制御装置等を備える電動パワーステアリング装置は、常時動作している。そのため、運転中にモータ駆動部を構成する部品が故障した場合、ステアリングハンドルへのアシスト動作を中止する等の制御が必要となる。 2. Description of the Related Art An electric power steering device, which includes an electric motor that generates an auxiliary torque in response to a steering wheel operation by a driver of a vehicle such as an automobile, a control device for the electric motor, etc., is always in operation. Therefore, if a component that makes up the motor drive section breaks down during driving, control such as stopping the assist operation to the steering wheel is required.
電動パワーステアリング装置のインバータ部における故障発生時にアシスト継続可能なハードウエア構成とするため、例えば特許文献1の電動パワーステアリング装置では、インバータ駆動回路(インバータ駆動用IC)、中央処理装置(CPU)、電源回路等をそれぞれ2系統実装し、3相巻線を個別に駆動する2組の3相インバータ回路を有するダブルインバータシステムとしている。
For example, in the electric power steering apparatus of
すなわち、ダブルインバータシステムは、2つの3相インバータ回路それぞれが独立したU,V,W相駆動用の計6個の上下アーム用スイッチング素子を備え、インバータ回路それぞれが独立した2つのU,V,W相のモータコイル巻線(計6個)に通電する構成を有する。 That is, in the double inverter system, each of the two three-phase inverter circuits has a total of six switching elements for the upper and lower arms for independent U, V, and W phase drive, and each inverter circuit has two independent U, V, and W phase drives. It has a configuration in which the W-phase motor coil windings (total of 6 pieces) are energized.
このような構成において、2系統のうちの一方の系のインバータ駆動回路、3相インバータ回路、中央処理装置(CPU)、電源回路等に故障が発生しても、正常な他方の系のインバータ駆動回路、3相インバータ回路、中央処理装置(CPU)、電源回路等が駆動することでアシスト継続を行っている。 In such a configuration, even if a failure occurs in the inverter drive circuit, three-phase inverter circuit, central processing unit (CPU), power supply circuit, etc. of one of the two systems, the inverter drive of the other system will continue to operate normally. Assist continues by driving the circuit, three-phase inverter circuit, central processing unit (CPU), power supply circuit, etc.
上記特許文献1の電動パワーステアリング装置は、同一構成の制御ユニットを2系統分、分離独立して並置した2重冗長系を有することで、一方の制御ユニットに異常が生じた場合、他方の制御ユニットが制御を補完する構成となっている。
The electric power steering device of
このように2系統を並設した装置構成は、装置自体の複雑化のみならず、部品点数の増加が避けられず、それがコストアップにつながるという問題がある。さらに、異常時において一方の制御ユニットによる補完制御が行われるので、異常時には正常時の50%の出力トルクしか得られないという問題もある。 Such a device configuration in which two systems are installed side by side not only complicates the device itself, but also inevitably increases the number of parts, which leads to an increase in cost. Furthermore, since supplementary control is performed by one of the control units during an abnormality, there is also a problem in that during an abnormality, only 50% of the normal output torque can be obtained.
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、相対応に設けた電源回路、制御回路、インバータ回路等の1相に異常が生じても、他の2相によってモータ駆動を継続できるモータ制御装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to ensure that even if an abnormality occurs in one phase of the power supply circuit, control circuit, inverter circuit, etc. provided in correspondence with the phases, the motor can be operated by the other two phases. An object of the present invention is to provide a motor control device that can continue driving.
上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第1の発明は、複数相のモータを駆動するモータ制御装置であって、前記複数相の各相対応に電源の供給および遮断が可能に構成された電源回路と、前記複数相の各相対応に設けたモータ制御回路と、前記複数相の各相対応に設けられ、前記電源回路各々から前記モータの駆動用電源の供給を受けるフルブリッジインバータと、前記電源回路、前記モータ制御回路、および前記フルブリッジインバータにおける故障の有無を判定する判定手段とを備え、前記判定手段により前記複数相のいずれか1相において前記故障が判定された場合、前記1相を除く相に対応する前記電源回路、前記モータ制御回路、および前記フルブリッジインバータによって前記モータの駆動を継続させる。前記モータは3相モータであり、前記電源回路は2つ以上の電源供給源を3相に切り分けた構成を有し、前記3相のうち2相に対応する電源回路は前記2つ以上の電源供給源それぞれを電源とし、前記2相を除く1相に対応する電源回路は前記2つ以上の電源供給源を電源とすることを特徴とする。
The following configuration is provided as a means for achieving the above object and solving the above problems. That is, a first exemplary invention of the present application is a motor control device for driving a multi-phase motor, comprising: a power supply circuit configured to be able to supply and cut off power for each of the plurality of phases; a motor control circuit provided for each of the plurality of phases, a full bridge inverter provided for each of the plurality of phases and receiving power for driving the motor from each of the power supply circuits, and the power supply circuit; the motor control circuit; and determining means for determining the presence or absence of a failure in the full-bridge inverter, and when the determining means determines the failure in one of the plurality of phases, The motor is continued to be driven by the power supply circuit, the motor control circuit, and the full bridge inverter corresponding to the motor. The motor is a three-phase motor, the power supply circuit has a configuration in which two or more power supply sources are divided into three phases, and the power supply circuit corresponding to two of the three phases is a power supply circuit that is connected to the two or more power supply sources. Each of the supply sources serves as a power supply, and a power supply circuit corresponding to one phase other than the two phases uses the two or more power supply sources as power supplies .
本願の例示的な第2の発明は、電動パワーステアリング用モータ制御装置であって、上記例示的な第1の発明に係るモータ制御装置を、車両等の運転者のハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング用のモータ制御装置としたことを特徴とする。 A second exemplary invention of the present application is a motor control device for electric power steering, in which the motor control device according to the first exemplary invention is used as an electric power steering device for assisting a driver of a vehicle or the like in steering operation. It is characterized by being a motor control device for steering.
本願の例示的な第3の発明は、上記例示的な第1の発明に係るモータ制御装置におけるモータ制御方法であって、前記複数相の各相対応に設けた電源回路における故障の有無を判定する第1の判定工程と、前記複数相の各相対応に設けたモータ制御回路における故障の有無を判定する第2の判定工程と、前記複数相の各相対応に設けられ、前記電源回路各々から電源供給を受けるフルブリッジインバータにおける故障の有無を判定する第3の判定工程とを備え、前記第1の判定工程、前記第2の判定工程、あるいは前記第3の判定工程において前記複数相のいずれか1相において故障が判定された場合、前記1相を除く相に対応する前記電源回路、前記モータ制御回路、および前記フルブリッジインバータにより前記モータの駆動が継続されるように前記モータ制御装置を制御することを特徴とする。 A third exemplary invention of the present application is a motor control method in the motor control device according to the first exemplary invention , which determines the presence or absence of a failure in a power supply circuit provided for each of the plurality of phases. a first determination step of determining the presence or absence of a failure in a motor control circuit provided for each of the plurality of phases; and a second determination step of determining the presence or absence of a failure in a motor control circuit provided for each of the plurality of phases; and a third determination step of determining the presence or absence of a failure in the full-bridge inverter receiving power supply from the plurality of phases in the first determination step, the second determination step, or the third determination step. If a failure is determined in any one phase, the motor control device is configured to continue driving the motor by the power supply circuit, the motor control circuit, and the full-bridge inverter corresponding to the phases other than the one phase. It is characterized by controlling.
本発明によれば、モータ制御装置の複数相に対応した構成部分の1相に故障が発生しても残りの相によるモータの回転駆動を継続でき、それによって正常時と同等、あるいは正常時の67%以上のモータ駆動出力(トルク出力)を確保できる。 According to the present invention, even if a failure occurs in one phase of a component corresponding to multiple phases of a motor control device, the motor can continue to be rotated by the remaining phases. A motor drive output (torque output) of 67% or more can be secured.
以下、本発明に係る一実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態に係るモータ制御装置の概略構成を示すブロック図である。図1においてモータ制御装置20は、相互に結線されていない3相(U,V,W)の各モータコイル15a,15b,15cを有する電動モータ15を駆動対象とする。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a motor control device according to this embodiment. In FIG. 1, a
モータ制御装置20全体の制御を司る制御部21は、相ごとに独立して設けた3つの中央制御部(CPU)1~3と、各CPU1~3からの制御信号よりモータ駆動信号(PWM信号)を生成する3つのプリドライバ部(PrDr)1~3と、電動モータ15の各モータコイル15a,15b,15cに所定の駆動電流を供給するため、相ごとに独立して設けた3つのインバータ回路(INV)1~3を有するモータ駆動部27とを備える。
A
モータ制御装置20の電源部25は、正極端子+B1,+B2に接続された2つの直流電源(不図示)を3つに切り分けた電源回路1~3等を有している。すなわち、電源回路1,3より、INV逆接保護リレー1,2を介してINV1,3各々へモータ駆動用の電源が供給される。また、INV逆接保護リレー1,2各々の出力端側に配置された電源回路2より、INV2へモータ駆動用の電源が供給される。
The
モータ駆動部27のINV1~3は、U相、V相、W相それぞれに対応するフルブリッジインバータ(Hブリッジともいう)である。より詳細には、INV1では、半導体スイッチング素子FET1,3のソース端子それぞれがFET2,4のドレイン端子に接続され、これらFET1~4によりHブリッジが構成されている。そして、FET1とFET2との接続ノード、およびFET3とFET4との接続ノードそれぞれと、電動モータ15のモータコイル15aとの間には、U相電流を遮断可能な半導体リレー(モータリレー)であるFET13,14が設けられている。
INV1 to INV3 of the
同様にINV2も、FET5~8によってHブリッジを構成し、FET5,6の接続ノード、およびFET7,8の接続ノードそれぞれと、モータコイル15bとの間に、V相電流を遮断可能なFET15,16が設けられている。
Similarly, INV2 also constitutes an H bridge with FETs 5 to 8, and
INV3は、FET9~12によりHブリッジを構成し、FET9,10の接続ノード、およびFET11,12の接続ノードそれぞれと、モータコイル15cとの間に、W相電流を遮断可能なFET17,18を設けた構成となっている。
INV3 constitutes an H bridge with FETs 9 to 12, and
モータ駆動部27を構成するFET1~FET12のうちFET1,3,5,7,9,11は、それぞれのドレイン端子が電源側(正極端子+B1,+B2)に接続され、FET2,4,6,8,10,12のソース端子は、グランド(GND)側である負極端子-B1,-B2に接続されている。
Among FET1 to FET12 constituting the
INV1~3に供給された直流電力は、これらINV1~3を構成する各FETのスイッチング動作によって三相交流電力に変換され、変換後の電力が電動モータ15のモータコイル15a~15cそれぞれに出力される。
The DC power supplied to INV1-3 is converted into three-phase AC power by the switching operation of each FET constituting these INV1-3, and the converted power is output to the
なお、FET1~FET18はパワー素子とも呼ばれ、MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子である。 Note that FET1 to FET18 are also called power elements, and are switching elements such as MOSFETs (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors) and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
次に、本実施形態に係るモータ制御装置の制御動作について説明する。図2は、モータ制御装置20における個別の故障に対応する制御動作を説明する図であり、図1と同一構成には同一符号を付してある。また、図3は、モータ制御装置の故障対応処理の一例を示すフローチャートである。
Next, the control operation of the motor control device according to this embodiment will be explained. FIG. 2 is a diagram illustrating control operations corresponding to individual failures in the
モータ制御装置20は、故障のない通常駆動時には、図2に示すようにINV1電源リレー31、INV2電源リレー32、INV3電源リレー33、INV1遮断リレー35、INV3遮断リレー36、INV1逆接保護リレー37、INV3逆接保護リレー38がON(導通)状態となる。そして、正極端子+B1,+B2に接続されたバッテリー等から電源が供給され、制御部21a~21cそれぞれより制御信号を受けたINV1~INV3によって、モータコイル15a~15cに駆動電流を流すことで電動モータ15を駆動する。
During normal operation without failure, the
なお、制御部21a~21cを構成するCPU1~3は、それぞれが電源1~3より電源供給を受けて動作する。電源1は正極端子+B1から供給される電源を供給源とし、電源3は正極端子+B2から供給される電源を供給源とする。また、電源2は、正極端子+B1,+B2の双方から供給される電源を供給源とする。
Note that the
よって、モータ制御装置20の通常駆動時におけるモータコイル15aへは、図2の太線Aで示す経路、すなわち、正極端子+B1→電源コイル51→INV1電源リレー31→INV1逆接保護リレー37→INV1→負極端子-B1の経路で駆動電流が供給される。
Therefore, the path to the
また、モータコイル15cへは、図2の太線Cで示す経路、すなわち、正極端子+B2→電源コイル53→INV3電源リレー33→INV3逆接保護リレー38→INV3→負極端子-B2の経路で駆動電流が供給される。
Further, the drive current is transmitted to the
一方、モータコイル15bへの駆動電流は、上述したように2電源から切り分けた電源を供給源とする。すなわち、図2の太線Bで示すように、正極端子+B1→電源コイル51→INV1電源リレー31→INV1逆接保護リレー37→INV1遮断リレー35の経路と、正極端子+B2→電源コイル53→INV3電源リレー33→INV3逆接保護リレー38→INV3遮断リレー36の経路とを介して合流した電流が、INV2電源リレー32→INV2の経路で供給される。INV2に供給された電流は、その後、負極端子-B1と、負極端子-B2とに分流する。
On the other hand, the drive current to the
図示を省略するが、CPU1~3は、それぞれに対応する電流センサと角度センサを有しており、それぞれが独立に電動モータ15の各相の電流値と回転角を検知する。CPU1~3は、ROM等のメモリ(不図示)に格納されたプログラムにしたがって、図3に示すように個別の故障に応じた制御等を行う。各CPUは、自己の制御のみならず、他のCPUの制御動作等を含む制御系全体を、CPU間のリアルタイム相互通信により監視する。
Although not shown, each of the
CPU1,3には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)1,2、TS(Torque Sensor)1,2が接続されている。CPU1~3は、上記のように相互に通信可能に構成されているため、CPU1,3がCAN等より、図2の太い点線D,Eを介して得た情報は、図2の太い点線Fで示す通信経路によってCPU2に送信される。
Connected to the
CPU1~3は、TS1,2からの操舵トルク検出値、CAN1,2からの車速値等に基づく処理を行い、FET駆動回路として機能するプリドライバ部(PrDr)1~3へPWM(パルス幅変調)信号を出力する。PrDr1~3は、CPU1~3からの指令にしたがってPWM制御信号のデューティを増減して、INV1~INV3それぞれの半導体スイッチング素子のON/OFF制御信号を生成する。
The
また、PrDr1~3は、フルブリッジインバータの高電位側の駆動素子(FET)と低電位側の駆動素子(FET)それぞれの異常監視機能を有する。これにより、フルブリッジインバータの相対応の故障の有無を迅速かつ容易に判断可能となる。その結果、故障のない他のINVへの切替えによって円滑なモータ駆動制御を継続できる。 Further, PrDr1 to PrDr3 have an abnormality monitoring function for each of the high-potential side drive element (FET) and the low-potential side drive element (FET) of the full-bridge inverter. This makes it possible to quickly and easily determine whether there is a phase-related failure in the full-bridge inverter. As a result, smooth motor drive control can be continued by switching to another INV without a failure.
次に、モータ制御装置20における個別の故障に対応した制御動作について説明する。
Next, control operations corresponding to individual failures in the
<電源2/CPU2/PrDr2/INV2の故障時>
CPU間の相互通信により、CPU1あるいはCPU3によって、電源2、CPU2、PrDr2、あるいはINV2の故障が判定された場合(図3のステップS19)、INV2に至る電源供給経路、および、CPU2の動作電源である電源2への電源供給経路を遮断する。具体的には、図2のINV1遮断リレー35とINV3遮断リレー36、およびINV2電源リレー32をOFF(遮断)する。その結果、図2の太線Bで示す経路が遮断され、太線A,Cで示す経路によりINV1,3に電源が供給される(図3のステップS21)。<When
When CPU1 or CPU3 determines a failure in
CPU1,3は、図2において太い点線D,Eで示すように、それぞれTS1/CAN1,TS2/CAN2より車両の各種情報を受信することで、CPU2の故障時においてもCPU1,3(すなわち、制御部21a,21c)によってモータ15が駆動される(図3のステップS29)。 As shown by thick dotted lines D and E in FIG. 21a, 21c) drives the motor 15 (step S29 in FIG. 3).
このように3相のうちの1相が故障しても、2つの電源によって、他の正常な2相によりモータ駆動制御を継続する構成としたことで、正常時の67%以上のトルク出力(モータ駆動出力)を得ることができる。 In this way, even if one of the three phases fails, the motor drive control is continued using the other two normal phases using two power supplies, which increases the torque output by more than 67% of the normal state ( motor drive output).
よって、後述するようにモータ制御装置20が電動パワーステアリング装置に搭載されている場合には、上記の故障が生じてもアシスト停止には至らず、アシスト継続が可能となる。
Therefore, as will be described later, when the
PrDr2/INV2の故障については、CPU2が、例えば、相対応に設けた電流センサ(シャント抵抗)による電流検出値をもとに、モータコイル15bに通電できていないことを検出し、CPU2とCPU1間、あるいはCPU2とCPU3間の通信により、CPU1またはCPU3にPrDr2/INV2の故障を通知する。
Regarding the failure of PrDr2/INV2, the CPU2 detects that the
一方、電源2/CPU2の故障は、CPU2と通信をしているCPU1あるいはCPU3が、例えばCPU2から正常な情報が送信されない、あるいはCPU2との通信が途絶える等の状況をもとに検知する。
On the other hand, a failure of the
<PrDr1/INV1の故障時>
図4は、PrDr1あるいはINV1の故障時(図3のステップS23)に対応して、INV1に至る電源供給経路が遮断されたときのモータ制御装置20を示している。具体的には、INV1電源リレー31、INV1遮断リレー35、およびINV1逆接保護リレー37をOFF(遮断)する。PrDr1/INV1の故障は、CPU1が、例えば、相対応に設けた電流センサ(シャント抵抗)による電流検出値をもとに、モータコイル15aに通電できていないことを検出し、CPU1とCPU2間、あるいはCPU1とCPU3間の通信により、CPU2またはCPU3に通知される。<When PrDr1/INV1 fails>
FIG. 4 shows the
その結果、図4の太線B´,Cで示す経路によりINV2,3に電源が供給され、制御部21b,21cによってモータ駆動が継続される(図3のステップS25)。このときCPU2は、図4において太い点線D,Fで示すように、CPU1との通信によりTS1/CAN1からの車両の各種情報を受信し、CPU3は、太い点線Eで示すように、TS2/CAN2から直接、車両の各種情報を受信する。
As a result, power is supplied to the
このように、PrDr1あるいはINV1が故障しても、CPU2は、故障した相に対応する正常なCPU1との通信によって目標トルク等を得ることができる。また、電源供給経路の遮断とは無関係の1つの電源を2つに分岐した電源供給経路B´,Cを構成することによって、正常な2相の制御部21b,21cによってモータ駆動を継続する(図3のステップS29)。その結果、正常時の67%以上のトルク出力を得ることができる。
In this way, even if PrDr1 or INV1 fails, the
<電源1/CPU1の故障時>
電源1あるいはCPU1の故障時(図3のステップS23)には、図5に示すように制御部21aが作動せず、INV1に対する制御信号が途絶えるため、INV1を構成するFET1~FET4がOFFとなる。また、INV1電源リレー31、INV1遮断リレー35、およびINV1逆接保護リレー37をOFF(遮断)にして、INV1に至る電源供給経路を遮断する。電源1あるいはCPU1の故障は、CPU2あるいはCPU3がCPU1との通信が不能となること等で検知する。<When
When the
電源1/CPU1の故障時には、図5において太線B´,Cで示す経路によりINV2,3に電源が供給され、制御部21b,21cによってモータ駆動が継続される(図3のステップS25)。このときCPU3は、図5で太い点線Eで示すように、TS2/CAN2から直接、車両の各種情報を受信し、CPU2は、太い点線Gで示すように、CPU3との通信によりTS2/CAN2からの車両の各種情報を受信する。
When the
よって、電源1あるいはCPU1が故障しても、正常な2つのCPU2,3(すなわち、制御部21b,21c)によるINV制御の結果、モータ駆動が継続されて、目標トルク等を確保できる(図3のステップS29)。また、電源供給経路の遮断と関係しない1つの電源を2つに分岐した電源供給経路B´,Cによって、正常な2相の制御部21b,21cがモータ駆動を継続するので、正常時の67%以上のトルク出力を得ることができる。
Therefore, even if the
なお、上述したCPU1~3は、それぞれを同一構成とし、相互に同期をとりながら同一の処理を実行するデュアルコア・ロックステップ方式などの安全メカニズムを有してもよい。例えば、CPU1が暴走した場合には、CPU1の安全メカニズムによって、CPU1の動作をリセットまたは停止をさせてもよい。
Note that the
<CPU間通信故障>
CPU1~3それぞれが正常に動作していても、例えばCPU2,3がCPU1と通信不能となった場合、CPU2,3は、CPU1とCPU2間、あるいはCPU1とCPU3間での通信の故障を検出する(図3のステップS11)。この場合、個々のCPU1~3は正常動作しているので、CPU1は、図6において太い点線Dで示すようにTS1/CAN1より直接、車両の各種情報を受信する。また、CPU3は、TS2/CAN2から直接、車両の各種情報を受信し(図6の太い点線E)、CPU2は、CPU3との間の正常な通信により、TS2/CAN2からの車両の各種情報を受信する(図6の太い点線G)。<Communication failure between CPUs>
Even if each of
よって、制御部21a~21cが正常に作動することで、図6において太線で示す電源供給経路A,B,Cを介して、INV1~3にモータ駆動電流が供給され、モータ駆動が継続される(図3のステップS13,S29)。これにより、CPU1とCPU2,3との間に通信故障が発生しても、正常時と同様の100%のトルク出力を得ることができる。
Therefore, when the
<TS1/CAN1故障>
TS1あるいはCAN1が故障すると(図3のステップS11)、CPU1はTS1/CAN1より車両の各種情報を受信できない。この場合、CPU1は、所定の故障診断によってTS1/CAN1故障を検知して、その旨をCPU間通信によってCPU2,3に通知する。 <TS1/CAN1 failure>
If TS1 or CAN1 fails (step S11 in FIG. 3), CPU1 cannot receive various vehicle information from TS1/CAN1. In this case, the
CPU1からの通知によりTS1/CAN1故障を知ったCPU3は、TS2/CAN2から直接、車両の各種情報を受信するとともに、CPU間通信により、CPU1,2に対してTS2/CAN2からの車両の各種情報を送信する。
CPU3, which learned of the failure of TS1/CAN1 from the notification from CPU1, receives various vehicle information directly from TS2/CAN2, and also transmits various vehicle information from TS2/CAN2 to
よって、TS1/CAN1故障が発生しても、図2の太線A,B,Cと同様の経路でINV1~3にモータ駆動電流が供給され、制御部21a~21cによって、モータ駆動が継続される。その結果、正常時と同様、目標トルクにしたがった100%のトルク出力を得ることができる。
Therefore, even if a TS1/CAN1 failure occurs, motor drive current is supplied to INV1 to INV3 through the same paths as the thick lines A, B, and C in FIG. 2, and the motor drive is continued by the
<INV1遮断リレーOFF故障>
INV1遮断リレー35がOFF故障(不導通状態)となった場合(図3のステップS15)、図7に示すように、正極端子+B1→INV1電源リレー31→INV1逆接保護リレー37→INV1遮断リレー35→INV2電源リレー32を介してINV2へ至る経路が遮断される。<INV1 cutoff relay OFF failure>
When the
この場合、正極端子+B2→INV3電源リレー33→INV3逆接保護リレー38→INV3遮断リレー36→INV2電源リレー32を介してINV2へ至る経路(図7の太線B´)によって、電源電流がINV2に供給される。また、図7において太線Aで示す経路によりINV1にモータの駆動電流が供給され、太線Cで示す経路でINV3にモータの駆動電流が供給される(図3のステップS17)。よって、制御部21a~21cによりモータ駆動が継続され(図3のステップS29)、正常時と同様、目標トルクにしたがった100%のトルク出力を得ることができる。
In this case, power supply current is supplied to INV2 via the path (thick line B' in FIG. 7) leading to INV2 via positive terminal + B2 →
INV1遮断リレーOFF故障については、例えばCPU2が初期診断において、CPU2に対応して設けた電流センサでの電流検出結果をもとに検知する。この検知結果は、CPU間通信によりCPU2よりCPU1,3に通知される。
The INV1 cutoff relay OFF failure is detected by the
<INV1遮断リレーON故障>
INV1遮断リレー35がON故障(導通状態)となった場合、上述した図7の経路B´と同様、正極端子+B2→INV3電源リレー33→INV3逆接保護リレー38→INV3遮断リレー36→INV2電源リレー32を介してINV2へ至る経路によって、電源電流がINV2に供給される。<INV1 cutoff relay ON failure>
When the
また、図7の太線Aで示す経路と同様の経路でINV1にモータの駆動電流が供給され、図7の太線Cで示す経路と同様の経路でINV3にモータの駆動電流が供給される。そして、制御部21a~21cによるモータ駆動制御が行われる結果、正常時と同様、目標トルクにしたがった100%のトルク出力を得ることができる。
Further, a motor drive current is supplied to INV1 through a path similar to the path shown by thick line A in FIG. 7, and a motor drive current is supplied to INV3 through a path similar to the path shown by thick line C in FIG. Then, as a result of the motor drive control performed by the
INV1遮断リレーON故障についても、例えばCPU2が初期診断において、CPU2に対応して設けた電流センサでの電流検出結果をもとに検知する。この検知結果は、CPU間通信によりCPU2よりCPU1,3に通知される。
The INV1 cutoff relay ON failure is also detected by the
なお、モータ制御装置20が電動パワーステアリング装置に搭載されている場合、再IG-ON時には、例えば初期診断によってINV1遮断リレー35のON故障を検知し、INV2を構成するリレー(FET5~FET8)をOFFにして、INV2を非駆動状態にする。その結果、駆動可能な2相のINV1,3でモータを駆動するので、正常時に対して67%以上のトルク出力を得ることができる。
Note that when the
<INV2の電解コンデンサ短絡故障>
図8は、INV2の電解コンデンサC2の短絡故障時に対応するモータ制御装置20である。電解コンデンサC2が短絡すると、INV2のHブリッジを構成しているリレー(FET)のうち、電源側に接続されたFET5,7のドレイン端子の接続点の電位がGNDレベルとなる。この電位レベルの低下は、INV2電源リレー32に設けた、モータ電流電位の検知部である電圧低下検知部42によって検知され、電圧低下検知部42は、直ちにINV2電源リレー32をOFF(非導通状態)にする。<INV2 electrolytic capacitor short circuit failure>
FIG. 8 shows the
その結果、INV2への電源供給経路が断たれる。また、例えばCPU2によって、図8に示すように、INV2のHブリッジを構成しているFET5~8がOFF(非導通状態)になる。
As a result, the power supply path to INV2 is cut off. Further, as shown in FIG. 8, the FETs 5 to 8 forming the H bridge of the INV2 are turned OFF (non-conductive state) by the
ここでは、電解コンデンサC2の短絡故障等による電源ショートに対して、上記のように電圧低下検知部42によって、モータへの供給電圧の異常の有無を直接検知する。こうすることで、ソフトウエアにより動作するCPUによって電圧低下を検出する場合に比べて、電圧低下検知部42というハードウエアにより、短絡故障が生じている部位への電源供給経路の遮断を迅速に行え、他の部位へ電源ショートの影響が及ぶのを瞬時に回避できる。
Here, the presence or absence of an abnormality in the voltage supplied to the motor is directly detected by the voltage
よって、電解コンデンサC2の短絡故障時にINV2電源リレー32をOFF状態にすることで、図8において太線A,Cで示す経路を介してINV1,3に電源が供給される。このとき、CPU1,3は、それぞれTS1/CAN1,TS2/CAN2より車両の各種情報を受信するので(図8の太い点線D,E)、制御部21a,21cによってモータ駆動が継続される。
Therefore, by turning off the
その結果、3相のうちの1相において電解コンデンサの短絡故障(電源ショート)が発生しても、短絡故障のない2相の制御部によってモータ駆動を継続でき、正常時に対して67%以上のトルク出力を得ることができる。 As a result, even if an electrolytic capacitor short-circuit failure (power supply short-circuit) occurs in one of the three phases, the motor can continue to be driven by the two-phase control unit that does not have a short-circuit failure. Torque output can be obtained.
なお、電解コンデンサC2の短絡故障については、上記のように電圧低下検知部42によって電源供給路の電位低下が検知され、INV2電源リレー32がOFFとなった後、CPU2が、例えば、相対応に設けた電流センサ(シャント抵抗)による電流検出値をもとに、モータコイル15bに通電できていないことを検出する。そして、CPU間通信によって、CPU2からCPU1あるいはCPU3に故障の発生が通知される。
Regarding the short-circuit failure of the electrolytic capacitor C2, as described above, the voltage
<INV1の電解コンデンサ短絡故障>
INV1の電解コンデンサC1が短絡故障した場合、図9に示すように、INV1のHブリッジを構成しているリレー(FET)のうち、電源側に接続されるFET1,3のドレイン端子の接続点の電位がGNDレベルとなる。電位レベルの低下は、INV1遮断リレー35に設けた電圧低下検知部41によって検知され、電圧低下検知部41は、直ちにINV1遮断リレー35をOFF(非導通状態)にする。<INV1 electrolytic capacitor short circuit failure>
If the electrolytic capacitor C1 of INV1 has a short-circuit failure, as shown in Figure 9, the connection point of the drain terminals of
さらに、一時的に正極端子+B1の電位が低下するため、電源1はCPU1用動作電源を生成できなくなる。その結果、CPU1が不作動状態(リセット)となり、INV1電源リレー31とINV1逆接保護リレー37がOFF(非導通状態)となるので、INV1への電源供給経路が遮断される。同時に、INV1のHブリッジを構成しているFET1~4もOFF(非導通状態)になる。
Furthermore, since the potential of the positive terminal +B1 temporarily decreases, the
このように、電解コンデンサC1の短絡故障等による電源ショートに対して、電圧低下検知部41によって、モータへの供給電圧の異常の有無を直接検知する。こうすることで、ソフトウエアで動作するCPUによる電圧低下の検出に比べて、電圧低下検知部41というハードウエアにより、短絡故障が生じている部位への電源供給経路の遮断を迅速に行え、電源ショートの影響が他の部位に及ぶのを瞬時に回避できる。 In this manner, the voltage drop detection section 41 directly detects whether or not there is an abnormality in the voltage supplied to the motor in response to a short circuit in the power supply due to a short-circuit failure of the electrolytic capacitor C1 or the like. By doing this, compared to detecting a voltage drop using a CPU operated by software, the hardware called the voltage drop detection unit 41 can quickly cut off the power supply path to the part where the short-circuit failure has occurred, and the power supply You can instantly prevent the effects of short circuits from affecting other parts.
よって、電解コンデンサC1の短絡故障時にINV1遮断リレー35、INV1電源リレー31、およびINV1逆接保護リレー37をOFF状態にすることで、図9において太線B´,Cで示す経路によりINV2,3に電源が供給される。このとき、CPU3は、TS2/CAN2より直接、車両の各種情報を受信し(図9の太い点線E)、CPU2は、CPU3との通信によりTS2/CAN2からの車両の各種情報を受信する(図9の太い点線G)。その結果、制御部21b,21cによってモータ駆動が継続される。
Therefore, by turning off the
したがって、電解コンデンサC1の短絡故障(電源ショート)が発生しても、短絡故障のない2相の制御部によってモータ駆動を継続するので、正常時に対して67%以上のトルク出力を得ることができる。 Therefore, even if a short-circuit failure (power supply short-circuit) occurs in the electrolytic capacitor C1, the motor continues to be driven by the two-phase control unit that does not have short-circuit failures, so it is possible to obtain a torque output of 67% or more compared to normal conditions. .
なお、CPU1による制御でINV1のFET1~4がOFF状態となり、CPU1がリセットされたことは、CPU間通信によってCPU1からCPU2,3に通知される。
Note that the
<電源正極端子+B1の地絡故障>
図3のステップS27の他の故障処理として、例えば電源正極端子+B1(電源コネクタ)が地絡故障した場合には、INV1のHブリッジを構成しているFETのうち、電源側に接続されるFET1,3のドレイン端子の接続点の電位がGNDレベルとなる点において、上述した「INV1の電解コンデンサ短絡故障」と同様である。<Ground fault of power supply positive terminal + B1>
As another failure process in step S27 in FIG. 3, for example, if the power supply positive terminal +B1 (power connector) has a ground fault, FET1 connected to the power supply side among the FETs forming the H bridge of INV1. , 3 is the same as the above-mentioned "electrolytic capacitor short-circuit failure of INV1" in that the potential at the connection point of the drain terminals of INV1 becomes the GND level.
よって、電源正極端子+B1の地絡故障時には、FET1,3のドレイン端子の接続点の電位レベルの低下が、INV1遮断リレー35に設けた電圧低下検知部41によって検知され、電圧低下検知部41が、直ちにINV1遮断リレー35をOFF(非導通状態)にする。
Therefore, in the event of a ground fault at the power supply positive terminal +B1, a drop in the potential level at the connection point of the drain terminals of
さらに、正極端子+B1の電位低下により、電源1はCPU1用動作電源を生成できなくなる。その結果、CPU1が不作動状態(リセット)となり、INV1電源リレー31とINV1逆接保護リレー37がOFF(非導通状態)となって、INV1への電源供給経路が断たれる。同時に、INV1のHブリッジを構成しているFET1~4もOFF(非導通状態)になる。
Furthermore, due to the potential drop of the positive terminal +B1, the
このように、電源正極端子+B1の地絡故障に対しては、電圧低下検知部41によって、モータへの供給電圧の異常の有無を直接検知する。その結果、CPUによる電圧低下の検出に比べて電源供給の遮断を迅速に行え、コネクタの地絡故障が他の部位等へ及ぼす影響を瞬時に回避できる。 In this manner, in the case of a ground fault at the power supply positive terminal +B1, the voltage drop detection section 41 directly detects whether or not there is an abnormality in the voltage supplied to the motor. As a result, the power supply can be cut off more quickly than when a voltage drop is detected by the CPU, and the influence of a ground fault in the connector on other parts can be instantly avoided.
よって、INV1遮断リレー35とINV1電源リレー31がOFF状態になることで、図9に示すINV1の電解コンデンサ短絡故障の場合と同様、太線B´,Cで示す経路を介してINV2,3に電源が供給される。
Therefore, by turning the
このときCPU3は、TS2/CAN2より直接、車両の各種情報を受信し、CPU2は、CPU3との通信によりTS2/CAN2からの車両の各種情報を受信する。その結果、制御部21b,21cによってモータ駆動が継続される。
At this time, the
したがって、電源正極端子+B1の地絡故障が発生しても、地絡故障に関係しない2相の制御部でモータ駆動を継続することで、正常時に対して67%以上のトルク出力を得ることができる。 Therefore, even if a ground fault occurs at the power supply positive terminal +B1, by continuing to drive the motor using the two-phase control unit that is not related to the ground fault, it is possible to obtain a torque output of 67% or more compared to normal conditions. can.
なお、CPU1によって、INV1のFET1~4がOFF状態となり、CPU1がリセットされたことは、CPU間通信によってCPU1からCPU2,3に通知される。
Note that the
図10は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置の概略構成である。図10の電動パワーステアリング装置1は、電子制御ユニット(Electronic Control Unit: ECU)としてのモータ制御装置20、操舵部材であるステアリングハンドル2、ステアリングハンドル2に接続された回転軸3、ピニオンギア6、ラック軸7等を備える。
FIG. 10 is a schematic diagram of an electric power steering device equipped with a motor control device according to an embodiment of the present invention. The electric
回転軸3は、その先端に設けられたピニオンギア6に噛み合っている。ピニオンギア6により、回転軸3の回転運動がラック軸7の直線運動に変換され、ラック軸7の変位量に応じた角度に、そのラック軸7の両端に設けられた一対の車輪5a,5bが操舵される。
The
回転軸3には、ステアリングハンドル2が操作された際の操舵トルクを検出するトルクセンサ9が設けられており、検出された操舵トルクはモータ制御装置20へ送られる。モータ制御装置20は、トルクセンサ9より取得した操舵トルク、車速センサ(不図示)からの車速等の信号に基づくモータ駆動信号を生成し、その信号を電動モータ15に出力する。
The
モータ駆動信号が入力された電動モータ15からは、ステアリングハンドル2の操舵を補助するための補助トルクが出力され、その補助トルクが減速ギア4を介して回転軸3に伝達される。その結果、電動モータ15で発生したトルクによって回転軸3の回転がアシストされることで、運転者のハンドル操作を補助する。
The
モータ制御装置20を搭載したことで、電動パワーステアリング用モータ制御装置において、複数相の1相に故障が発生しても残りの相によるモータ駆動により、単一故障ではアシスト停止とならず、アシストの継続が可能となる。すなわち、2相による縮退したモータ駆動によるアシスト継続が可能となり、車両の運転者に対するハンドル操作の補助を続行できる。
By installing the
また、電動パワーステアリングシステムにおいて電源回路、モータ制御回路、およびフルブリッジインバータの故障の有無を簡単な構成で迅速に判定できる。その結果、操舵アシスト中に異常を検出した場合、短時間で故障を判定して、故障のない相に対応する電源回路、モータ制御回路、およびフルブリッジインバータの動作継続により操舵アシスト停止時間を短くすることができる。また、電動パワーステアリング用モータ制御装置の起動時間を短縮して、操舵アシスト開始までの時間を早めることが可能となる。 Furthermore, in an electric power steering system, it is possible to quickly determine whether or not there is a failure in the power supply circuit, motor control circuit, and full-bridge inverter with a simple configuration. As a result, if an abnormality is detected during steering assist, the failure can be determined in a short time, and the power supply circuit, motor control circuit, and full-bridge inverter that correspond to the non-faulty phase continue to operate, thereby shortening the steering assist stop time. can do. Furthermore, it is possible to shorten the startup time of the electric power steering motor control device and hasten the time until the start of steering assist.
以上説明したように3相モータを駆動するモータ制御装置において、各相対応に電源の供給および遮断が可能に構成された電源回路、各相対応に設けたモータ制御回路、および電源回路各々からモータの駆動用電源の供給を受ける、各相対応にフルブリッジインバータを設け、3相のいずれか1相において故障があった場合、故障と判定された相を除く2相に対応する電源回路、モータ制御回路、およびフルブリッジインバータによってモータ駆動を継続させる。 As explained above, in a motor control device that drives a three-phase motor, there is a power supply circuit configured to be able to supply and cut off power for each phase, a motor control circuit provided for each phase, and a motor control device that drives a three-phase motor from each power supply circuit. A full-bridge inverter is installed for each phase that receives power for driving the motor, and if there is a failure in any one of the three phases, the power supply circuit corresponding to the two phases excluding the phase determined to be failed, and the motor The motor continues to be driven by the control circuit and full bridge inverter.
このように、故障のない2相によるモータ駆動制御を行うことで、3相モータの回転駆動の継続が可能となる。その結果、失陥時における2相によるモータ駆動の継続により、正常時の67%以上のモータ駆動出力(トルク出力)を確保できる。また、故障時においても3相による制御が可能な場合には、正常時と同じ100%のモータ駆動出力を得ることができる。 In this way, by performing failure-free two-phase motor drive control, it is possible to continue rotating the three-phase motor. As a result, by continuing to drive the motor using two phases at the time of failure, it is possible to secure a motor drive output (torque output) that is 67% or more of the normal state. Furthermore, if three-phase control is possible even in the event of a failure, 100% motor drive output can be obtained, which is the same as in normal times.
すなわち、モータ制御装置における故障発生時、その故障部位に対応させて電源リレー、遮断リレー等を制御することで、所定のトルク出力を確保できる。また、いかなる故障が発生しても、2電源供給あるいは1電源供給による2相あるいは3相でのモータ駆動が可能となるよう制御できる。 That is, when a failure occurs in the motor control device, a predetermined torque output can be ensured by controlling the power supply relay, cutoff relay, etc. in accordance with the failure location. Further, even if any failure occurs, control can be performed so that the motor can be driven in two phases or three phases using two power supplies or one power supply.
さらには、モータ制御装置において、モータ制御回路各々に対応した制御部(CPU)を設け、その制御部間の通信により通信相手の制御部の異常等を監視し、複数相(3相)のいずれか1相に対応する制御部に動作異常が生じた場合には、その相を除く相に対応する制御部間での通信による通知結果をもとに、3相に対応するモータ制御回路を介してフルブリッジインバータを駆動制御する。 Furthermore, in a motor control device, a control unit (CPU) corresponding to each motor control circuit is provided, and through communication between the control units, abnormalities in the control unit of the communication partner are monitored. If an abnormality occurs in the control unit corresponding to one phase, the motor control circuit corresponding to three phases to drive and control the full-bridge inverter.
よって、制御部間でのリアルタイム通信により、正常な制御部が、異常のある制御部に代わって目標トルク等を得て、3相全てのフルブリッジインバータの動作を継続できるので、制御部故障という失陥時のモータ駆動出力を正常時と同じ100%とすることができる。同時に、制御部間通信によって他相における故障の有無を判定できるので、故障の迅速な判断とその故障への対応が可能となる。 Therefore, due to real-time communication between the control units, the normal control unit can obtain the target torque etc. in place of the abnormal control unit and continue the operation of all three-phase full bridge inverters, so there is no such thing as a control unit failure. The motor drive output at the time of failure can be set to 100%, which is the same as when it is normal. At the same time, since the presence or absence of a failure in other phases can be determined through communication between control units, it is possible to quickly determine a failure and take measures to deal with the failure.
また、2つの直流電源を3つに切り分けて3相に対応した電源回路を構成し、これらの電源回路からインバータ回路1~3各々へモータ駆動用の電源を供給することで、2電源で2系統のインバータを駆動する従来のダブルインバータシステムに比べて故障時に得られるトルク出力を増大できる。一方、3相に対応した3つの電源供給源を設ける場合に比べて、装置構成の簡素化、装置の低廉化が可能となる。
In addition, two DC power supplies are divided into three parts to form a three-phase power supply circuit, and motor drive power is supplied from these power supply circuits to each of the
15 電動モータ 15a~15c モータコイル 20 モータ制御装置 21,21a~21c 制御部 25 電源部 27 モータ駆動部 31 INV1電源リレー 32 INV2電源リレー 33 INV3電源リレー 35 INV1遮断リレー 36 INV3遮断リレー 37 INV1逆接保護リレー 38 INV3逆接保護リレー 41~43 電圧低下検知部 51,53 電源コイル
15
Claims (8)
前記複数相の各相対応に電源の供給および遮断が可能に構成された電源回路と、
前記複数相の各相対応に設けたモータ制御回路と、
前記複数相の各相対応に設けられ、前記電源回路各々から前記モータの駆動用電源の供給を受けるフルブリッジインバータと、
前記電源回路、前記モータ制御回路、および前記フルブリッジインバータにおける故障の有無を判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段により前記複数相のいずれか1相において前記故障が判定された場合、前記1相を除く相に対応する前記電源回路、前記モータ制御回路、および前記フルブリッジインバータによって前記モータの駆動を継続させ、
前記モータは3相モータであり、前記電源回路は2つ以上の電源供給源を3相に切り分けた構成を有し、前記3相のうち2相に対応する電源回路は前記2つ以上の電源供給源それぞれを電源とし、前記2相を除く1相に対応する電源回路は前記2つ以上の電源供給源を電源とすることを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device that drives a multi-phase motor,
a power supply circuit configured to be able to supply and cut off power for each of the plurality of phases;
a motor control circuit provided for each of the plurality of phases;
a full-bridge inverter provided for each of the plurality of phases and receiving power for driving the motor from each of the power supply circuits;
determining means for determining whether there is a failure in the power supply circuit, the motor control circuit, and the full-bridge inverter;
Equipped with
When the determining means determines that the failure has occurred in any one of the plurality of phases, the motor is driven by the power supply circuit, the motor control circuit, and the full-bridge inverter corresponding to the phases other than the one phase. continue ,
The motor is a three-phase motor, the power supply circuit has a configuration in which two or more power supply sources are divided into three phases, and the power supply circuit corresponding to two of the three phases is a power supply circuit that is connected to the two or more power supply sources. A motor control device characterized in that each of the supply sources serves as a power supply, and a power supply circuit corresponding to one phase other than the two phases uses the two or more power supply sources as power supplies .
前記複数相の各相対応に設けた電源回路における故障の有無を判定する第1の判定工程と、
前記複数相の各相対応に設けたモータ制御回路における故障の有無を判定する第2の判定工程と、
前記複数相の各相対応に設けられ、前記電源回路各々から電源供給を受けるフルブリッジインバータにおける故障の有無を判定する第3の判定工程と、
を備え、
前記第1の判定工程、前記第2の判定工程、あるいは前記第3の判定工程において前記複数相のいずれか1相において故障が判定された場合、前記1相を除く相に対応する前記電源回路、前記モータ制御回路、および前記フルブリッジインバータにより前記モータの駆動が継続されるように前記モータ制御装置を制御することを特徴とするモータ制御方法。
A motor control method in a motor control device according to any one of claims 1 to 7, comprising :
a first determination step of determining the presence or absence of a failure in a power supply circuit provided for each of the plurality of phases;
a second determination step of determining the presence or absence of a failure in the motor control circuit provided for each of the plurality of phases;
a third determination step of determining the presence or absence of a failure in a full-bridge inverter that is provided for each of the plurality of phases and receives power supply from each of the power supply circuits;
Equipped with
If a failure is determined in any one of the plurality of phases in the first determination step, the second determination step, or the third determination step, the power supply circuit corresponding to the phase other than the one phase. . A motor control method, comprising controlling the motor control device so that the motor control circuit and the full-bridge inverter continue to drive the motor.
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