JPWO2020075693A1 - Motor control system, motor and electric power steering device - Google Patents
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Abstract
本発明に係るモータ制御システムの一つの態様は、モータに電力を供給するモータ制御システムであり、定電圧を発生する電源回路と、モータのコイル巻線を駆動するためのインバータ回路と、インバータ回路への電力供給を遮断する電源リレー回路と、センサからの情報に基づき制御量を演算し、インバータ回路へ制御信号を出力するCPUと、をそれぞれ1つずつ備える第1モータ制御部および第2モータ制御部を備える。第1モータ制御部は、前記独立した2組のコイル巻線における一方の巻線組である第1コイル巻線に電力を供給し、第2モータ制御部は、独立した2組のコイル巻線における他方の巻線組である第2コイル巻線に電力を供給し、第1モータ制御部は、第2モータ制御部の異常を検出する第1異常検出回路を有し、第2モータ制御部は、第1モータ制御部の異常を検出する第2異常検出回路を有する、モータ制御システム。One aspect of the motor control system according to the present invention is a motor control system that supplies electric power to a motor, a power supply circuit that generates a constant voltage, an inverter circuit for driving a coil winding of the motor, and an inverter circuit. The first motor control unit and the second motor each include a power supply relay circuit that cuts off the power supply to the inverter and a CPU that calculates the control amount based on the information from the sensor and outputs the control signal to the inverter circuit. It has a control unit. The first motor control unit supplies power to the first coil winding, which is one of the two independent coil windings, and the second motor control unit supplies two independent coil windings. The first motor control unit has a first abnormality detection circuit that detects an abnormality in the second motor control unit, and supplies power to the second coil winding, which is the other winding set in the above. Is a motor control system having a second abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the first motor control unit.
Description
本発明は、モータ制御システム、モータおよび電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a motor control system, a motor and an electric power steering device.
従来の電動パワーステアリング装置として、モータに2組のコイル巻線を設け、この2組のコイル巻線を独立して駆動できるインバータ回路を2組有した制御ユニットを備え、2組のインバータ回路を制御し、異常時には正常動作している組のみでモータ駆動を継続するものがあった。制御ユニットのインバータ回路以外も2重系として故障に備えた電動パワーステアリング装置が知られている(特許文献1)。 As a conventional electric power steering device, a motor is provided with two sets of coil windings, and a control unit having two sets of inverter circuits capable of independently driving the two sets of coil windings is provided, and two sets of inverter circuits are provided. Some of them controlled and continued to drive the motor only in the group that was operating normally in the event of an abnormality. In addition to the inverter circuit of the control unit, an electric power steering device is known as a dual system to prepare for a failure (Patent Document 1).
特許文献1では、第1ECU21及び第2ECU22は、自らが演算した第1モータ36及び第2モータ37のそれぞれの実際の回転位置や、自身のシステムのセンサ類の検出値や、モータ制御に必要な他の情報及びエラー情報αを常に相互に通信して交換する相互監視機能を備えている。 ここで、ECU間において異常検出を通信する場合、異常が発生した側のECUが回路や電源異常を検出した後に、もう一方のECUに通信により伝達するため、タイムラグが生じる。また、ECUの通信異常が発生した際に、どちらの系統も相手側の異常を検出する手段が無いため、アシスト異常に繋がる2次故障発生時に他方の異常を検出できない課題や、ECU異常とECU間異常の切り分けができないなどの課題がある。
In Patent Document 1, the first ECU 21 and the
本発明に係るモータ制御システムの一つの態様は、ロータと、独立した2組のコイル巻線を有するステータと、ロータの回転角度情報を取得する回転角度センサと、を備えるモータに電力を供給するモータ制御システムであり、定電圧を発生する電源回路と、モータのコイル巻線を駆動するためのインバータ回路と、インバータ回路への電力供給を遮断する電源リレー回路と、センサからの情報に基づき制御量を演算し、インバータ回路へ制御信号を出力するCPUと、をそれぞれ1つずつ備える第1モータ制御部および第2モータ制御部を備える。第1モータ制御部は、前記独立した2組のコイル巻線における一方の巻線組である第1コイル巻線に電力を供給し、第2モータ制御部は、独立した2組のコイル巻線における他方の巻線組である第2コイル巻線に電力を供給し、第1モータ制御部は、第2モータ制御部の異常を検出する第1異常検出回路を有し、第2モータ制御部は、第1モータ制御部の異常を検出する第2異常検出回路を有する。 One embodiment of the motor control system according to the present invention supplies power to a motor comprising a rotor, a stator having two independent sets of coil windings, and a rotation angle sensor that acquires rotation angle information of the rotor. A motor control system that controls based on information from a power supply circuit that generates a constant voltage, an inverter circuit that drives the coil windings of the motor, a power supply relay circuit that cuts off the power supply to the inverter circuit, and information from the sensor. It includes a first motor control unit and a second motor control unit, each of which includes a CPU that calculates an amount and outputs a control signal to an inverter circuit. The first motor control unit supplies power to the first coil winding, which is one of the two independent coil windings, and the second motor control unit supplies two independent coil windings. The first motor control unit has a first abnormality detection circuit that detects an abnormality in the second motor control unit, and supplies power to the second coil winding, which is the other winding set in the above. Has a second abnormality detection circuit for detecting an abnormality in the first motor control unit.
本発明に係るモータの一つの態様は、上記モータ制御システムと、中心軸を中心として回転するロータと、ロータの回転角度情報を取得する回転角度センサと、上記モータ制御システムから電力の供給を受けるステータと、を備える。 One aspect of the motor according to the present invention is to receive power from the motor control system, a rotor that rotates about a central axis, a rotation angle sensor that acquires rotation angle information of the rotor, and the motor control system. A stator and a stator are provided.
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、上記モータ制御システムによって制御されるモータと、電動パワーステアリング装置の動作状態を管理する装置制御部と、トルクセンサと、を備える。 Further, one aspect of the electric power steering device according to the present invention includes a motor controlled by the motor control system, a device control unit that manages an operating state of the electric power steering device, and a torque sensor.
本発明の例示的な実施形態によれば、モータ制御システムは、他系統の出力異常を直接監視することにより、タイムラグなく異常を検出し、失陥後の制御への移行を迅速に行うことができる。そのため、モータは一つの系統が失陥したとしても、駆動を維持することができる。また、電動パワーステアリング装置は、運転手のハンドルの操作性を損なうことなく、操舵をアシストすることができる。 According to an exemplary embodiment of the present invention, the motor control system can detect an abnormality without a time lag by directly monitoring an output abnormality of another system, and can quickly shift to control after a failure. can. Therefore, the motor can maintain the drive even if one system fails. Further, the electric power steering device can assist steering without impairing the operability of the driver's steering wheel.
以下、図面を参照しながら、本開示のモータ制御システム、当該モータ制御システムを有するモータ、および当該モータを有する電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the motor control system of the present disclosure, a motor having the motor control system, and an electric power steering device having the motor will be described in detail with reference to the drawings. However, in order to avoid unnecessarily redundant explanations below and facilitate understanding by those skilled in the art, unnecessarily detailed explanations may be omitted. For example, detailed explanations of already well-known matters and duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted.
図1は、電動パワーステアリングシステム10の概略構成の一例を示す図である。電動パワーステアリングシステム10は、自動車等の輸送機器において、運転者のハンドル操作を補助する装置である。電動パワーステアリングシステム10は、図1に示すように、ステアリングホイール(以下「ハンドル」ともいう)12と、電動パワーステアリング装置20と、車輪82とを備える。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the electric
電動パワーステアリング装置20は、トルクセンサ22と、モータ7と、装置制御部80と、を備える。モータ制御システム30は、モータ7に一体的に取り付けられる。トルクセンサ22は、ステアリングシャフト14に取り付けられている。トルクセンサ22は、運転者によるステアリングホイール12の操作によりステアリングシャフト14が回転すると、ステアリングシャフト14にかかるトルクを検出する。トルクセンサ22の検出信号であるトルク信号は、モータ制御システム30へ出力される。装置制御部80は、パワーステアリング装置20の動作状態を管理する。また、装置制御部80は、自動車等における他の構成部品に対して、動作状態を通信または制御する。
The electric
モータ制御システム30は、モータ7に駆動電流を供給することでモータ7を制御する。なお、モータ制御システム30は、トルク信号だけではなく、例えば車速等の他の情報等を用いてモータ7を駆動させることができる。
The
モータ7から生じる駆動力は、ギアボックス84を介して車輪82に伝達される。これにより、車輪82の舵角が変化する。このように、電動パワーステアリング装置20は、ステアリングシャフト14のトルクを、モータ7により増幅させて、車輪82の舵角を変化させる。したがって、運転者は、軽い力でステアリングホイール12を操作することができる。
The driving force generated by the motor 7 is transmitted to the
<モータ7の構成例> 図2は、モータ7の構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように、モータ7は、中心軸を中心に回転するロータ(不図示)と、ステータ70、回転角センサ761とを備える。ステータ70は、独立した2組のコイル巻線における一方の巻線組である第1コイル巻線71と、独立した2組のコイル巻線における他方の巻線組である第2コイル巻線72とを備える。第1コイル巻線71は、U相の巻線M1、V相の巻線M2およびW相の巻線M3を備える。第2コイル巻線72は、U相の巻線N1、V相の巻線N2およびW相の巻線N3を備える。回転角センサ761は、ロータの回転角度情報θを検出する。
<Structure Example of Motor 7> FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the motor 7. As shown in FIG. 2, the motor 7 includes a rotor (not shown) that rotates about a central axis, a
モータ制御システム30は、マイコン及び駆動回路等を含み、二重巻線のモータ7を駆動制御するために2系統で構成される。冗長設計によって2系統の構成を採用することで、一方の系統が故障した場合でも、他方の系統によってモータ7の駆動を継続することができるため、信頼性の向上を図ることができる。モータ制御システム30は、第1系統側の第1モータ制御部100と、第2系統側の第2モータ制御部200と、を備える。
The
第1モータ制御部100は、定電圧を発生する第1電源回路101と、モータ7のコイル巻線を駆動するための第1インバータ回路102と、第1インバータ回路102への電力供給を遮断する第1電源リレー回路111と、第1インバータ回路102へ制御信号を出力するCPU1と、第1異常検出回路104を備える。また、第2モータ制御部200は、定電圧を発生する第2電源回路201と、モータ7のコイル巻線を駆動するための第2インバータ回路202と、第2インバータ回路202への電力供給を遮断する第2電源リレー回路211と、第2インバータ回路制御202へ信号を出力するCPU2と、第2異常検出回路204を備える。すなわち、第1モータ制御部および第2モータ制御部のそれぞれは、電源回路と、インバータ回路と、電源リレー回路と、CPUと、異常検出回路と、をそれぞれ1つずつ備える。
The first
第1電源回路101は、第1モータ制御部100の各回路素子を駆動するための電源である。例えば、第1電源回路101は、モータのコイル巻線、第1インバータ回路102の各素子およびCPU1に電力を供給する。なお、第2電源回路201は、第1電源回路101と同様の機能を有するため、説明を省略する。
The first
第1モータ制御部100は、第1コイル巻線71に電力を供給する。第2モータ制御部200は、第2コイル巻線72に電力を供給する。第1インバータ回路102は、第1コイル巻線71と接続する。第2インバータ回路202は、第2コイル巻線72と接続する。各インバータ回路102、202のそれぞれがハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を含む3つのレグから構成させるブリッジ回路を備える。第1インバータ回路102および第2インバータ回路202のそれぞれは、3つずつシャント抵抗81、82を有する。1つのシャント抵抗は、1つのレグにおけるローサイドスイッチング素子のローサイド側に位置する。それぞれのシャント抵抗は、コイル巻線の各相に接続されるため、電流センサとして機能する。
The first
第1電源リレー回路111は、第1インバータ回路102のハイサイド側と接続する。第1電源リレー回路111は、スイッチング素子をON・OFFすることにより、第1インバータ回路102への電力の供給を制御する。なお、第2電源リレー回路211も第1インバータ回路と同様の構成であるため、説明を省略する。
The first power supply relay circuit 111 is connected to the high side side of the first inverter circuit 102. The first power supply relay circuit 111 controls the supply of electric power to the first inverter circuit 102 by turning the switching element on and off. Since the second power
CPU1は、マイクロコントローラ、入出力回路、ADコンバータ、負荷駆動回路およびROM(Read On Memory)、通信モジュールなどを備える。CPU1は、トルクセンサ22のトルク指令に基づいて、モータ7の駆動を制御する。CPU1は、回転角センサ761から出力される回転角度情報θに基づいて制御量を演算し、第1インバータ回路102へ制御信号を出力する。同様に、CPU2は、回転角センサ761から出力される回転角度情報θに基づいて制御量を演算し、第2インバータ回路202へ制御信号を出力する。
The CPU 1 includes a microcontroller, an input / output circuit, an AD converter, a load drive circuit, a ROM (Read On Memory), a communication module, and the like. The CPU 1 controls the drive of the motor 7 based on the torque command of the
第1モータ制御部100および第2モータ制御部200のそれぞれは、通信部を備える。第1モータ制御部100は、第1通信部91を備え、第1モータ制御部200は、第2通信部92を備える。CPU1は、装置制御部80に対して、第1通信部91を介して、通信を行う。同様に、CPU2は、装置制御部80に対して、第2通信部92を介して、通信を行う。通信部は、例えば、CPUとは別に設けられた通信ケーブルであってもよく、CPUに設けられた通信モジュールであってもよい。通信部は、CPUと通信可能に接続される。通信部は、通信データをCAN等の通信プロトコルに則り、装置制御部80と通信する。なお、通信部は、有線か無線かを問わない。
Each of the first
第1異常検出回路104および第2異常検出回路204は、比較器等の回路により構成される。異常検出回路は、シャント抵抗81、82から出力される電流値を検出する。異常検出回路は、所定の閾値を超えた場合もしくは所定の閾値を超えない場合、スイッチング素子の異常を判定する。このとき、CPUは、装置制御部80に対して、通信部を介して、異常の判定を通信する。なお、異常検出回路は、シャント抵抗81、82から出力される電流値を検出することに限定されない。例えば、異常検出回路は、シャント抵抗81、82のかかる電圧を検出してもよい。また、異常検出回路は、シャント抵抗81、82の状態を検出することに限定されない。異常検出回路は、他の部品の駆動状態を検出してもよい。例えば、異常
検出回路は、モータ端子間電圧値又は電流値を検出してもよく、電源回路の電流値又は電圧値を検出してもよい。 The first abnormality detection circuit 104 and the second
ここで、図3を参照して、本実施形態において、第1コイル巻線71はU相の巻線M1に、閾値以上の電流値が流れる異常が生じた場合を考える。 (ステップ1:S1)第1異常検出回路104は、シャント抵抗81の電流値に基づき、異常な電流が流れる相を特定する。 (ステップ2:S2)第1モータ制御部100が、第1インバータ回路102が正常に駆動できるかどうか判断する。 (ステップ3:S3)ステップ2において、第1モータ制御部100が、第1インバータ回路102が異常であると判断した場合、第1モータ制御部100は、第1電源リレー回路111のスイッチングを制御し、電力の供給を遮断する。 (ステップ4:S4)第2異常検出回路204は、シャント抵抗81の電流値に基づき、第1インバータ回路102が駆動していないことを判断する。 (ステップ5:S5)CPU2は、第2通信部92を介して、装置制御部80に判定した異常状態を通知する。 (ステップ6:S6)装置制御部80は、CPU2に対して、第1モータ制御部100の出力を補う指令を出力する。 本実施形態によると、他系統の出力異常を直接監視することができるため、タイムラグなく異常検出、失陥後の制御に移行が可能となる。なお、本実施形態では、第2異常検出回路204は、第1インバータ回路102の出力のみを監視する構成である。したがって、他系統の出力異常につながる異常の検出及びADポート数の節約が可能である。
Here, with reference to FIG. 3, in the present embodiment, consider a case where the first coil winding 71 has an abnormality in which a current value equal to or greater than a threshold value flows through the U-phase winding M1. (Step 1: S1) The first abnormality detection circuit 104 identifies the phase in which the abnormal current flows based on the current value of the
また、本実施形態において、第1インバータ102が、電圧等の異常により、駆動できない場合を考える。この場合、上述の例によらず、ステップ1、ステップ2およびステップ3が省略される。 (ステップ4:S4)第2異常検出回路204は、シャント抵抗81の信号に基づき、第1インバータ回路102が駆動していないことを判断する。 (ステップ5:S5)CPU2は、第2通信部92を介して、装置制御部80に対して判定した異常状態を通知する。 (ステップ6:S6)装置制御部80は、CPU2に対して、第1モータ制御部100の出力を補う指令を出力する。
Further, in the present embodiment, consider a case where the first inverter 102 cannot be driven due to an abnormality such as a voltage. In this case, step 1, step 2 and
なお、本実施形態において、ステップ3では、第1モータ制御部100が第1電源リレー回路111のスイッチングを制御するとしたが、第2モータ制御部200がスイッチングを制御してもよく、また、装置制御部80がスイッチングを制御してもよい。上記の例では、任意の相に過電流が生じた場合を考えたが、通信部の通信異常も考えられる。この場合、他方の正常なモータ制御部が、シャント抵抗81、82の検出値に基づき、一方のインバータ回路の動作状態を判断してもよい。すなわち、ステップ1において、第2異常検出回路204がシャント抵抗81の電流値に基づき、異常な電流が流れる相を特定してもよい。その後、正常なCPUが、一方の電源リレー回路を制御してもよく、または装置制御部80が、一方の電源リレー回路を制御してもよい。この構成によると、一方のCP∪に通信異常が起きた場合において、コイル巻線の任意の相が失陥しても、迅速に失陥後の移行が可能となる。
In the present embodiment, in
なお、第1インバータ回路102および第2インバータ回路202は、コイル巻線の各相への電力供給を制御する3つのモータリレーを備えても良い。それぞれのモータリレーは、各相に対応するハイサイドスイッチング素子とコイル巻線の各相との間に接続する。モータリレーのそれぞれは、一つの相に異常が生じた場合、特定の相のみ電力供給を停止することを可能とする。そのため、一つの相が失陥した場合にあっても、モータ30の出力が大きく低減することを抑制することができる。この実施形態においては、ステップ1において、異常な電流が流れる相を特定した後、モータ制御部がモータリレーのスイッチングを制御し、異常な電流が流れる相に対して、電力供給を停止する。
The first inverter circuit 102 and the
第1モータ制御部100および第2モータ制御部200のそれぞれは、さらに、絶縁素子を備える。第1モータ制御部100は、第1絶縁素子51を備える。第2モータ制御部200は、第2絶縁素子52を備える。第1絶縁素子51は、第1異常検出回路104と第2インバータ回路202のシャント抵抗81との間に接続する。また、第2絶縁素子52は、第2異常検出回路204と第1インバータ回路102のシャント抵抗82との間に接続する。この構成によると、例えば、第1モータ制御部100に急峻なサージ電流が流れた場合、第2異常検出回路204を通じて、サージ電流が第2モータ制御部200またはCPU2にも流れ、モータ制御システム30全体が機能不全となることを防止することができる。また、第2モータ制御部200が、第1モータ制御部100とGNDを共通としていない場合、第2異常検出回路204のGNDと、第1モータ制御部100とGNDが異なる。そこで、第2絶縁素子52を介することで、第2異常検出回路204のGNDが、第1モータ制御部100と共通化するため、シャント抵抗の電流値の測定精度を向上することができる。
Each of the first
なお、電動パワーステアリング装置20が、装置制御部80を備える構成としたが、これに限定されない。装置制御部80は、車両等における他の部品を制御する制御装置であってもよい。
The electric
なお、本実施形態において、第1モータ制御部100および第2モータ制御部200は、1つの回路基板内に構成されてもよく、別の回路基板内に構成されてもよい。また、第1電源回路101および第2電源回路201は、第1モータ制御部100および第2モータ制御部200とは別の構成で、モータ7の外部に設けられても良い。
In this embodiment, the first
なお、本実施形態において、異常検出回路は、シャント抵抗を用いて異常を検出するとしたが、これに限らない。例えば、異常検出回路は、A/Dコンバータを用いて電流値又は電圧値を監視してもよい。また、異常検出回路は、CPUの出力ポートの状態を監視してもよい。より具体的には、第1モータ制御部100は、スイッチング素子を駆動するためのプリドライバPrDr1を備える。また、第2モータ制御部200は、スイッチング素子を駆動するためのプリドライバPrDr2を備える。CPU1は、PWM信号等の制御信号をプリドライバPrDr1または第1インバータ回路102に対して出力する。ここで、第2異常検出回路204は、CPU1が出力するPWM信号等の制御信号を監視することによって、異常かどうかを判定してもよい。本構成によると、第2異常検出回路204は、デジタル信号を監視することができるため、第1モータ制御部と第2モータ制御部とがGNDを共通化していない場合であっても、精度よく検出することができる。また、同様に、第1異常検出回路104は、CPU2がプリドライバPrDr2または第2インバータ回路202に対して出力する制御信号を監視してもよい。なお、上記の各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。
In the present embodiment, the abnormality detection circuit uses a shunt resistor to detect an abnormality, but the present invention is not limited to this. For example, the anomaly detection circuit may monitor the current value or the voltage value using an A / D converter. Further, the abnormality detection circuit may monitor the state of the output port of the CPU. More specifically, the first
10・・・電動パワーステアリングシステム20・・・電動パワーステアリング装置30・・・モータ制御システム7 ・・モータ70・・ステータ71・・・第1コイル巻線72・・・第2コイル巻線100・・・第1モータ制御部101・・・第1電源回路102・・・第1インバータ回路111・・・第1電源リレー回路200・・・第2モータ制御部201・・・第2電源回路202・・・第2インバータ回路211・・・第2電源リレー回路
10 ... Electric
Claims (12)
The electric power steering device according to claim 10 or 11, when the device control unit is notified that either the first motor control unit or the second motor control unit is abnormal. A command for improving the output is output to the normal first motor control unit or the second motor control unit.
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