JPH04331493A - モータ駆動制御装置 - Google Patents

モータ駆動制御装置

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JPH04331493A
JPH04331493A JP3125290A JP12529091A JPH04331493A JP H04331493 A JPH04331493 A JP H04331493A JP 3125290 A JP3125290 A JP 3125290A JP 12529091 A JP12529091 A JP 12529091A JP H04331493 A JPH04331493 A JP H04331493A
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failure
electric motor
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motor drive
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土屋 良一
Osamu Tsurumiya
修 鶴宮
Makoto Murata
真 村田
Masataka Izawa
将隆 伊澤
Yukihiro Fujiwara
藤原 幸広
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H7/0838Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements with H-bridge circuit
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電動式操舵装置等に用
いられるモータ駆動制御回路、特に、電動モータをチョ
ッパ制御するモータ駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】車両等の電動式操舵装置にあっては、電
動モータを操舵力の伝達系に介設し、この電動モータの
出力で操舵あるいは操舵の助成を行う。この種の電動式
操舵装置は、特開平2ー274667号公報あるいは特
開昭64ー9064号公報に記載されるように、FET
等のスイッチ素子をブリッジ状に結線してモータ駆動回
路を構成し、このモータ駆動回路をマイクロコンピュー
タに接続してモータ駆動制御装置を構成する。そして、
モータ駆動回路をバッテリのプラス、マイナス端子間に
介設し、このモータ駆動回路のスイッチ素子間に電動モ
ータの端子を接続する。
【0003】このような電動式操舵装置は、マイクロコ
ンピュータにおいて車速等に応じ目標値としてのデュー
ティファクタを算出し、このデューティファクタにパル
ス幅変調した駆動信号(PWM信号)をモータ駆動回路
に出力し、各スイッチ素子がPWM信号のデューティフ
ァクタに応じオン/オフして電動モータにパルス状の電
流を通電する。
【0004】ところで、上述のような電動式操舵装置に
あっては、バッテリ、モータ駆動回路および電動モータ
等の駆動系の失陥を判断する故障診断を行い、故障時に
は電動モータへの給電を停止する等の処置を行ってフェ
イルセイフを達成する。そして、従来の電動式操舵装置
は、電動モータへの通電電流を電流センサ等で検出し、
この電流センサの出力信号をマイクロコンピュータで演
算処理し、検出された電流値がデューティファクタに対
応する値と異なる場合に駆動系の故障と判定していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の電動式操舵装置にあっては、電流センサによっ
ては平均化した電流が検出されるに過ぎず、ブラシの摩
耗等に起因して通電電流が部分的に、すなわちその数パ
ルス分が周期的に欠落する場合等を検出できず、その正
確な故障診断が困難であった。また、上述の電動式操舵
装置では、電流センサにより検出された実電流値を目標
値としての電流値(目標電流値)と比較して差が所定値
を越える場合を故障と判断するが、電流センサの検出精
度が比較的低く、さらに、モータ駆動回路には抵抗値の
ばらつき等が存在するため、その判断基準とする所定値
を大きくせざるを得ず、この点からも正確な故障診断が
困難であった。この発明は、上記事情に鑑みてなされた
もので、故障を短時間に正確に判断できるモータ駆動制
御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明は、複数のスイッチ素子をブリッジ状に結線
して電源と接続したモータ駆動回路を構成し、このモー
タ駆動回路のスイッチ素子間に電動モータを接続し、前
記モータ駆動回路に入力する駆動パルス信号に基づき前
記スイッチ素子をオン/オフさせて電動モータにパルス
状の電流を通電するモータ駆動制御装置において、前記
電動モータへの給電状況を監視して前記電動モータへの
通電電流あるいは印加電圧が変化しない時間を検出し、
この時間が所定時間を越える場合に故障と判定するよう
に構成した。
【0007】
【作用】この発明にかかるモータ駆動制御装置は、電動
モータへの印加電圧あるいは電動モータへの通電電流が
変化を生じない時間、すなわちパルス的な変化が生じな
い時間を検出し、この時間が所定時間を越えた場合を故
障と判断するため、スイッチ素子のオン故障、オフ故障
等のみならず1つのブラシが劣化したような周期的な現
象として表われる故障等をも検出でき、駆動系の故障診
断を正確に行える。
【0008】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図1から図5はこの発明の一実施例にかかるモ
ータ駆動制御装置を電動式前後輪操舵装置に適用して表
わし、図1がブロック図、図2が一部を拡大した回路図
、図3が制御処理を示すフローチャート、図4が同制御
処理を示すフローチャート、図5が作用を説明するため
のタイミングチャートである。なお、機構系の図示およ
び説明は省略するが、この実施例では、後輪の転舵機構
に電動モータを有し、この電動モータで後輪を転舵する
【0009】図1において、10は制御回路、20は駆
動回路であり、制御回路10はマイクロコンピュータ回
路11に7つの入力インターフェース13(必要に応じ
aからgの添字を付す)と1つの出力インターフェース
14とをバス12で接続して構成される。入力インター
フェース13aには主前輪舵角センサ30が接続され、
以下同様に、入力インターフェース13bには副前輪舵
角センサ31が、入力インターフェース13cには車速
センサ32が、入力インターフェース13dには主後輪
舵角センサ33が、入力インターフェース13eには副
後輪舵角センサ34が、入力インターフェース13f,
13gにはそれぞれ後述する故障検出回路が接続し、ま
た、出力インターフェース14には後述するカットリレ
ーのリレードライブ回路が接続する。
【0010】主前輪舵角センサ30は、エンコーダ等の
デジタル式のセンサから構成され、前輪の単位舵角変化
について所定数のパルス信号を出力する。副前輪舵角セ
ンサ31は、差動トランスあるいはポテンシオメータ等
のアナログ式のセンサから構成され、前輪の舵角を中立
位置を基準として検出する。同様に、主後輪舵角センサ
33は後輪の単位舵角変化について所定数のパルス信号
を出力するデジタル式のセンサからなり、副後輪舵角セ
ンサ34は後輪の舵角を中立位置を基準として検出する
アナログ式のセンサからなる。車速センサ32は車速を
検出する。
【0011】マイクロコンピュータ回路11は、CPU
,ROMおよびRAM等を有し、駆動回路20のゲート
ドライブ回路に接続される。このマイクロコンピュータ
回路11は、各入力インタフェース13を経て入力する
信号を演算処理し、後述する電動モータに通電する目標
電流値としてのデューティファクタを決定してPWM信
号g,h,i,jをゲートドライブ回路に出力し、また
、故障診断を行って故障時に出力インタフェース14を
介し停止信号をリレードライブ回路に出力する。後に詳
述するように、このマイクロコンピュータ回路11は、
後輪の目標舵角を算出して目標舵角と実後輪舵角との偏
差に応じて上記デューティファクタを決定し、また、故
障検出回路が低電位信号Lを出力する場合を故障と判定
する。
【0012】駆動回路20は、ゲートドライブ回路21
、モータ駆動回路23およびカットリレー24を有する
。ゲートドライブ回路21は図外のバッテリに接続され
、また、モータ駆動回路23がカットリレー24を介し
バッテリに接続される。ゲートドライブ回路21は、マ
イクロコンピュータ回路11からPWM信号g,h,i
,jが入力し、これら信号g,h,i,jに応じた駆動
信号をモータ駆動回路23に出力する。この駆動信号は
、PWM信号と等しい周波数(例えば20kHz)、等
しいデューティファクタを有する。
【0013】カットリレー24は、常開(ノーマルオー
プン)のコンタクタ24aとソレノイド24bとを有し
、コンタクタ24aがモータ駆動回路23とバッテリと
の間に介設され、ソレノイド24bがリレードライブ回
路25に接続される。リレードライブ回路25は、出力
インタフェース14と接続し、正常時にソレノイド24
bを通電してコンタクタ24aを閉成し、故障時に出力
インターフェース14から停止信号が入力するとソレノ
イド24bへの通電を停止してコンタクタ24aを開成
させる。
【0014】モータ駆動回路23は、スイッチ素子とし
て4つのFET(電界効果型トランジスタ)Q1,Q2
,Q3,Q4をブリッジ状に結線して構成され、これら
FETQのゲートがゲートドライブ回路21に接続され
る。これらFETQはゲートドライブ回路21から入力
する駆動信号のデューティファクタに応じオン/オフす
る。なお、これらFETQ1,Q2,Q3,Q4のゲー
トに入力する駆動信号はそれぞれ前述したPWM信号g
,h,i,jと対応する。
【0015】FETQ1,Q2はドレインがカットリレ
ー24を介しバッテリに接続され、FETQ3,Q4は
ソースが接地(バッテリのマイナス端子)され、FET
Q1のソースとFETQ3のドレイン、FETQ2のソ
ースとFETQ4のドレインとが接続される。これらF
ETQ1,Q3のソース・ドレイン接続部とFETQ2
,Q4のソース・ドレイン接続部とには電動モータ40
が接続され、また、各ソース・ドレイン接続部にそれぞ
れ故障検出回路51,52が接続する。
【0016】電動モータ40は、図示しないが、ロータ
に巻線を、ステータに磁石を有し、ロータの巻線がブラ
シ等を介し上述のようにモータ駆動回路23に接続する
。この電動モータ40には上記モータ駆動回路23のF
ETQのオン/オフでパルス状の電流Iが通電され,ま
た、その印加電圧(端子間電圧)Eが矩形パルス状に変
化し(図5a参照)、これら電流Iおよび印加電圧Eは
周波数およびデューティファクタが前述の駆動信号と等
しい。前述のように、この電動モータ40は後輪転舵機
構に組み付けられて後輪を転舵する。
【0017】故障検出回路51,52は、図2に明示す
るように、積分回路53と単安定マルチバイブレータ5
4とから構成され、単安定マルチバイブレータ54の入
力端子Bが積分回路53を介し上述のモータ駆動回路2
3のソース・ドレイン接続部に接続する。なお、故障検
出回路51,52は同一構成であるため、以下、同一の
部分には同一の符号を付して代表して説明する。
【0018】積分回路53は、抵抗R1をモータ駆動回
路23と単安定マルチバイブレータ54との間に直列に
設け、この抵抗R1と単安定マルチバイブレータ54と
の間を並列に結線された抵抗R2、コンデンサCおよび
ツェナダイオードZで接地して構成される。この積分回
路53は、電動モータ40に通電される矩形パルス状の
印加電圧Eを積分し、この印加電圧Eの立ち上がりに同
期してトリガパルスを発生する。
【0019】単安定マルチバイブレータ54は、再トリ
ガ可能なリトリガブル型に構成され、パルス幅を規定す
る時定数回路54aを有し、出力端子Sが前述した入力
インターフェース13f,13gに接続する。この単安
定マルチバイブレータ54は、入力端子Bに積分回路5
3からトリガパルスが入力すると所定のパルス幅τの1
つの矩形パルス信号を出力し(図5b参照)、また、こ
の矩形信号の出力期間中にトリガパルスが入力すると矩
形パルス信号が連続した高電位信号Hを出力する(図5
a参照)。
【0020】なお、この単安定マルチバイブレータ54
は、出力する矩形パルス信号のパルス幅τが電動モータ
40の通電電流Iの周期の数倍になるように、例えば通
電電流Iの周波数が20kHzであればパルス幅τが5
msになるように時定数回路54aが構成される。そし
て、このパルス幅τは、電動モータ40の最高速度での
1回転に要する時間を越えず、また、この1回転の時間
をブラシの数で除した時間も越えないように設定される
【0021】この実施例にあっては、マイクロコンピュ
ータ回路11において図3のフローチャートに示す一連
の処理を繰返し実行して電動モータ40を駆動し、後輪
の転舵角を制御する。同図に示すように、先ず、ステッ
プP1においては、各センサ30、31、32、33、
34の出力信号から前輪実舵角θf、後輪実舵角θrお
よび車速Vを読み込み、また、これらセンサ30,31
,32,33,34の故障診断を図示しないサブルーチ
ンに従って行う。このステップP1では、センサが故障
と判断されると故障フラグFに1を設定し、後述する処
理を行う。
【0022】ステップP2においては、車速Vをアドレ
スとして舵角比kをデータテーブル1からマップ検索す
る。前述した公報にも記載されるように、データテーブ
ル1では舵角比kが低車速域で負値、高車速域で正値を
とるように定められる。次のステップP3では、前輪実
舵角θfに上記舵角比kを乗じて後輪目標舵角θrtを
算出する。そして、ステップP4において、後輪目標舵
角θrtと後輪実舵角θrとの偏差Δθrを演算する。
【0023】次に、ステップP5において、上記偏差Δ
θrをアドレスとしてデューティファクタDをデータテ
ーブル2からマップ検索する。このデータテーブル2は
、偏差Δθrが小さい領域で0、偏差Δθrが大きい領
域で一定値、この間で一次関数的特性で増大するように
デューティファクタDを定める。
【0024】続くステップP6においては、後述するサ
ブルーチンに従い駆動系の故障診断を行う。このステッ
プP2においても、駆動系が故障と判断されると故障フ
ラグGに1を設定する。なお、故障フラグF,Gは、正
常時において0であり、初期設定時に0に設定される。
【0025】ステップP7においては、故障フラグF,
Gの値、すなわちセンサおよび駆動系が故障か否かを判
断する。このステップP7では、故障フラグF,Gがと
もに0、すなわち全てが正常であればステップP8の処
理を、故障フラグFあるいは故障フラグGの少なくとも
一方が1、すなわちセンサあるいは駆動系の一方あるい
は双方が故障であればステップP9の処理を行う。
【0026】ステップP8では、上記偏差Δθrの正負
、すなわち後輪を転舵させる方向に応じPWM信号g,
hの一方のデューティファクタを1、また、PWM信号
i,jの一方のデューティファクタをDに設定する。し
たがって、正常時には、FETQ1,Q2の一方がオン
、FETQ3,Q4の一方がデューティファクタDに応
じオン/オフし、電動モータ40に矩形パルス状の電流
I(図5a参照)が通電される。
【0027】ステップP9においては、リレードライブ
回路25に停止信号を出力してカットリレー24のソレ
ノイド24bへの通電を停止する。したがって、故障時
には、カットリレー24のコンタクタ24aが開成し、
モータ駆動回路23、すなわち電動モータ40がバッテ
リから遮断される。そして、次のステップP10におい
て、駆動系の故障か否か、すなわち故障フラグGが1か
否かを判断し、故障フラグGが1であればステップP1
1の処理を、故障フラグGが0であればステップP12
の処理を行う。
【0028】ステップP11では、全てのPWM信号g
,h,i,jのデューティファクタを0に設定する。 したがって、電動モータ40、モータ駆動回路23ある
いはバッテリとの配線等の駆動系に故障が生じた場合に
は、モータ駆動回路23のFETQが全てオフする。
【0029】また、ステップP12においては、PWM
信号g,hのデューティファクタを0、PWM信号i,
jのデューティファクタを1に設定する。したがって、
故障がセンサ系のみの場合には、モータ駆動回路23は
FETQ1,Q2がオフ、FETQ3,Q4がオンして
電動モータ40の端子が短絡される。したがって、電動
モータ40は発電制動が可能な状態に移行し、後輪の舵
角が変化することをより確実に抑制できる。
【0030】一方、上述のステップP6における駆動系
の故障診断は、図4のフローチャートに示す処理が実行
される。先ず、ステップP601において、前輪実舵角
θfが0か否か、すなわち中立位置か否かを判断する。 そして、このステップP601では、中立位置であれば
前述のステップP7を実行し、中立位置でなければステ
ップP602の処理を行う。
【0031】ステップP602においては、前述のステ
ップP5で求められたデューティファクタDが所定値D
o以上か否かを判断し、デューティファクタDが所定値
Do未満であれば図3のメインルーチンのステップP7
に戻り、デューティファクタDが所定値Do以上であれ
ばステップP603の処理を行う。このステップP60
2によってPWM信号のパルス幅が小さい場合を無視で
きるため、誤診断を防止できる。
【0032】ステップP603では、後輪の転舵方向を
上述の偏差Δθrの正負等で判別し、後輪の転舵方向が
右(右切り)であればステップP604の処理を、後輪
の転舵方向が左(左切り)であればステップP605の
処理を行う。ステップ604においては故障検出回路5
1の単安定マルチバイブレータ54の出力信号Sの値を
、同様に、ステップP605においては故障検出回路5
2の単安定マルチバイブレータ54の出力信号Sの値を
判断する。そして、これらステップP604,P605
では、単安定マルチバイブレータ54の出力信号Sが低
電位LであればステップP606、また、出力信号Sが
高電位HであればステップP608の処理を行う。
【0033】ここで、故障検出回路51,52の出力信
号Sは、図5aに示すように端子電圧Eが連続する矩形
パルスをなす正常時には高電位Hを維持するが、駆動系
に故障が生じて端子電圧が変化しない場合には信号Sが
低電位となる。すなわち、図5bに示すように、モータ
駆動回路23のFETにオン故障が生じたような場合に
は電圧Eが所定の高電位を維持し、単安定マルチバイブ
レータ54は電圧Eの立ち上がり時に1パルスを出力す
るのみで出力信号Sの低電位L状態が継続する。また、
オフ故障が生じて電圧Eが0の状態を継続するような場
合あるいは電動モータ40のブラシの1つが摩耗して1
回転について所定時間電圧Eが0となる場合にも、単安
定バイブレータ53は出力信号が低電位Lになる。した
がって、FETのオン故障、オフ故障さらに1つのブラ
シが摩耗劣化したような周期的な現象として表われる故
障やバッテリおよびモータラインのパワー系配線の断線
を判別できる。
【0034】続くステップP606では、タイマTの計
時時間(T)が所定時間To以上か否かを判断し、計時
時間Tが所定時間Toに満たなければメインルーチンに
戻り、計時時間Tが所定時間To以上であればステップ
P607で故障フラグGに1を設定する。また、ステッ
プP608ではタイマTをリセットする。
【0035】上述のように、この実施例にあっては、電
動モータ40への印加電圧が所定値以上の状態あるいは
所定値以下の状態が所定時間継続すると故障と判定する
ため、電動モータの回転にともない周期的に短時間の現
象として表われる故障をも正確に判断できる。
【0036】なお、上述の実施例では、故障検出回路5
1,52に単安定マルチバイブレータ54を用いるが、
この単安定マルチバイブレータ54にかえ、フリップフ
ロップ回路を用いてウォッチドッグタイマにより電圧E
の波形を監視するように構成すること、また、フリップ
フロップ回路の出力を積分回路により電圧に変換して監
視するように構成することも可能である。
【0037】また、上述の実施例では、電動モータ40
の端子間電圧を基に判断するが、電動モータ40への通
電電流を基に判断することも可能である。さらに、上述
の実施例では、前後輪操舵装置の後輪転舵用の電動モー
タを例示するが、電動モータ式のパワーステアリング装
置の電動モータ等にも適用できることは述べるまでもな
い。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
モータ駆動制御装置によれば、電動モータへ印加される
電圧あるいは電動モータへの通電電流が変化することな
く一定値を維持する時間、すなわちパルス的挙動を生じ
ない時間が所定時間を越える場合に故障と判定するため
、モータ駆動回路のオンおよびオフ故障のみならずブラ
シの摩耗劣化等の周期的な現象として表われる故障も判
定でき、その故障を短時間でかつ正確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例にかかるモータ駆動制御装
置が適用された前後輪操舵装置の制御系のブロック図

図2】同装置の要部の回路図
【図3】同装置の制御処理のメインルーチンを示すフロ
ーチャート
【図4】同制御処理のサブルーチンを示すフローチャー
【図5】同装置の作用を説明するためのタイミングチャ
ートであり、図5aが正常時、図5bが故障時を示す
【符号の説明】
10・・・制御回路、11・・・マイクロコンピュータ
回路、20・・・駆動回路、21・・・ゲートドライブ
回路、23・・・モータ駆動回路、24・・・カットリ
レー、40・・・電動モータ、51,52・・・故障検
出回路、53・・・積分回路、54・・・単安定マルチ
バイブレータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  複数のスイッチ素子をブリッジ状に結
    線して電源と接続したモータ駆動回路を構成し、このモ
    ータ駆動回路のスイッチ素子間に電動モータを接続し、
    前記モータ駆動回路に入力する駆動パルス信号に基づき
    前記スイッチ素子をオン/オフさせて電動モータにパル
    ス状の電流を通電するモータ駆動制御装置において、前
    記電動モータへの給電状況を監視して前記電動モータへ
    の通電電流が変化しない時間あるいは前記電動モータへ
    の印加電圧が変化しない時間を検出し、この時間が所定
    時間を越える場合に故障と判定することを特徴とするモ
    ータ駆動制御装置。
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