WO2016071949A1 - モータ制御装置、電動パワーステアリング装置およびインバータ系故障検出方法 - Google Patents

モータ制御装置、電動パワーステアリング装置およびインバータ系故障検出方法 Download PDF

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motor control
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勲 家造坊
金原　義彦
俊介 中嶋
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三菱電機株式会社
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    • H02P6/14—Electronic commutators

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device that detects a failure of an inverter circuit, an electric power steering device including the motor control device, and an inverter system failure detection method.
  • the drive control of the motor is completely interrupted when the failure of the inverter circuit is a one-phase system, then the motor cannot rotate with its own torque.
  • the drive control of the motor is continued in the remaining two phases which are normal phases.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and is a motor control device capable of detecting a failure of an inverter circuit more easily and quickly than the conventional one, and an electric power provided with the motor control device. It is an object of the present invention to obtain a steering device and an inverter system failure detection method.
  • a motor control device is a motor control device that controls driving of a motor having a multiphase winding by using a detected value of a current flowing in each phase of the motor, and includes an upper arm and a lower arm.
  • a plurality of circuits each having a switching element are connected in parallel, connected to an inverter that supplies power to the motor, a motor control unit that controls the drive of the motor by controlling the inverter, and each switching element of the lower arm
  • a current detection unit that detects a current of each phase, and the motor control unit turns on all the switching elements of the lower arm and turns off all the switching elements of the upper arm.
  • the first drive mode in which the upper arm is switched on and all the switching elements of the lower arm are switched on.
  • a second drive mode for performing switching control for turning off all the elements and the motor control unit performs the first failure detection current by the current detection unit when performing the switching control according to the first drive mode.
  • the first failure determination is performed to determine whether or not the sum of the currents of the respective phases detected as being included in the first threshold range set in advance is performed, and switching control according to the second drive mode is performed.
  • a second failure determination is performed to determine whether or not each phase current detected as the second failure detection current by the current detection unit is included in a preset second threshold range, The inverter system failure is detected according to the determination results of the failure determination and the second failure determination.
  • An electric power steering device includes the motor control device described above and a motor having a multiphase winding controlled by the motor control device.
  • a plurality of circuits each having a switching element are connected in parallel to each of the upper arm and the lower arm, and the inverter supplying power to the motor is connected to each switching element of the lower arm.
  • a current detection unit that detects current of each phase of the motor, and an inverter system failure detection method executed by a motor control device, wherein all the switching elements of the lower arm are turned on. When all the switching elements of the upper arm are turned off, it is determined whether or not the sum of the currents of the respective phases detected as the first failure detection current by the current detection unit is included in the first threshold range.
  • an inverter is controlled in a drive mode based on two predetermined switching patterns, and an inverter system failure is detected based on a current detection result in each phase of the lower arm of the inverter in these two switching patterns.
  • the structure which can detect is provided. Thereby, it is possible to obtain a motor control device capable of detecting a failure of an inverter circuit more easily and quickly than the conventional one, an electric power steering device including the motor control device, and an inverter system failure detection method.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an electric power steering device including a motor control device 60 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the electric power steering apparatus includes a motor 10, a rotation sensor 20, a torque sensor 30, a vehicle speed sensor 40, a battery 50, and a motor control device 60.
  • the motor 10 is an electric motor for assisting the steering operation of the vehicle.
  • the motor 10 is a three-phase brushless motor having three-phase windings of a u-phase winding, a v-phase winding, and a w-phase winding will be described as an example. May be a multi-phase motor having multi-phase windings.
  • the rotation sensor 20 is for detecting the rotation angle of the motor 10, and is disposed, for example, in the vicinity of the output shaft of the motor 10 so that the rotation angle of the motor 10 can be detected.
  • the torque sensor 30 detects the steering force of the vehicle steering wheel.
  • the vehicle speed sensor 40 detects the speed of the vehicle.
  • the battery 50 is a drive source of the motor 10, and outputs electric power for driving the motor 10 to the motor control device 60.
  • the motor control device 60 includes interface circuits (hereinafter referred to as IF) 61a and 61b, a constant power supply 62, a power supply relay 63, a rotation angle detection circuit 64, an inverter 65, a current detection unit 66, and a motor control unit 67.
  • IF interface circuits
  • IF 61a is for inputting the detection value of the torque sensor 30 to the motor control unit 67
  • IF 61b is for inputting the detection value of the vehicle speed sensor 40 to the motor control unit 67.
  • the constant power source 62 supplies power for driving the motor control unit 67.
  • the power supply relay 63 is disposed between the battery 50 and the inverter 65, and is used to cut off the supply of power from the battery 50 to the inverter 65 as necessary.
  • the rotation angle detection circuit 64 detects the rotation angle of the motor 10 from the rotation sensor 20 and outputs the detected rotation angle of the motor 10 to the motor control unit 67 as the rotation position.
  • the inverter 65 converts the power input from the battery 50 and outputs the converted power to the motor 10.
  • three circuits each having one switching element each connected to the upper arm 651 and the lower arm 652 are connected in parallel.
  • Each of the three circuits corresponds to the u-phase, v-phase, and w-phase of the motor 10. That is, the inverter 65 is a three-phase inverter, and six switching elements T1 to T6 are bridge-connected to switch energization to each of the u-phase winding, the v-phase winding, and the w-phase winding of the motor 10. Yes.
  • the switching element T1 of the upper arm 651 and the switching element T2 of the lower arm 652 are connected in series so as to correspond to the u phase of the motor 10. Further, the switching element T3 of the upper arm 651 and the switching element T4 of the lower arm 652 are connected in series so as to correspond to the v phase of the motor 10. Further, the switching element T5 of the upper arm 651 and the switching element T6 of the lower arm 652 are connected in series so as to correspond to the w phase of the motor 10.
  • the inverter 65 is a three-phase inverter will be described as an example, but a multi-phase inverter other than the three-phase inverter may be used.
  • a MOSFET which is a kind of field effect transistor may be used, and another transistor different from the MOSFET, an IGBT, or the like may be used.
  • the current detection unit 66 is connected to the switching elements T2, T4, and T6 of the lower arm 652, and the currents flowing in the u-phase, v-phase, and w-phase of the motor 10 are converted into u-phase currents Iu, v It detects as phase current Iv and w phase current Iw. Further, the current detection unit 66 outputs the detected u-phase current Iu, v-phase current Iv, and w-phase current Iw to the motor control unit 67 as each phase current.
  • the current detector 66 includes a shunt resistor Ru connected in series with the switching element T2, a shunt resistor Rv connected in series with the switching element T4, a shunt resistor Rw connected in series with the switching element T6, And a current detection circuit 661 to which the upstream terminals of the shunt resistors Ru, Rv, and Rw are independently connected.
  • the current detection circuit 661 detects the u-phase current Iu that flows through the shunt resistor Ru, the v-phase current Iv that flows through the shunt resistor Rv, and the w-phase current Iw that flows through the shunt resistor Rw. Output as.
  • the motor control unit 67 is configured using a CPU, for example.
  • the motor control unit 67 calculates a current command that is a command for a current to be supplied to the motor 10 using the detection value of the torque sensor 30 input from the IF 61a and the detection value of the vehicle speed sensor 40 input from the IF 61b. .
  • the motor control unit 67 performs feedback control using the calculated current command, each phase current input from the current detection unit 66, and the rotation position input from the rotation angle detection circuit 64, so that the motor 10 A motor control amount for controlling the driving of the motor is calculated. Specifically, the motor control unit 67 performs such feedback control, so that the motor control amount for performing switching control of the switching elements T1 to T6 of the inverter 65 by a PWM (Pulse Width Modulation) method. Is calculated.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the motor control unit 67 outputs the calculated motor control amount to the inverter 65.
  • the current supply timing to the three-phase winding of the motor 10, that is, the control timing of the inverter 65 is determined according to the rotational position input from the rotational angle detection circuit 64.
  • each of the switching elements T1 to T6 of the inverter 65 performs on-drive and off-drive by the PWM method according to the input motor control amount. repeat.
  • the power supply relay 63 is opened as necessary to cut off the supply of power from the battery 50 to the inverter 65.
  • the motor control unit 67 has a first drive mode and a second drive mode in switching control. When determining whether or not the inverter 65 has failed, the motor control unit 67 performs switching control according to these drive modes.
  • the failure of the inverter 65 is referred to as an inverter system failure.
  • the first drive mode is a mode in which switching control is performed to turn on all the switching elements T2, T4, and T6 of the lower arm 652 and turn off all the switching elements T1, T3, and T5 of the upper arm 651. It is.
  • the second drive mode is a mode in which switching control is performed to turn on all the switching elements T1, T3, and T5 of the upper arm 651 and turn off all the switching elements T2, T4, and T6 of the lower arm 652. is there.
  • the first drive mode and the second drive mode may be provided in a conventional motor control unit.
  • the conventional motor control unit performs switching control according to the first drive mode in order to detect current flowing in the motor and perform current control, and to detect current offset by detecting an offset error in the current detector.
  • Switching control is performed according to the second drive mode. Therefore, when the present invention is applied to the conventional motor control unit having the first drive mode and the second drive mode, the first drive mode and the second drive mode that exist from the beginning are detected as inverter system failures. Can be used.
  • the motor control unit 67 detects each phase current detected by the current detection unit 66 when performing switching control according to the first drive mode and current when performing switching control according to the second drive mode. Based on each phase current detected by the detection unit 66, an inverter system failure is detected.
  • each phase current detected by the current detection unit 66 when switching control according to the first drive mode is performed is referred to as a first failure detection current
  • switching control according to the second drive mode is performed.
  • Each phase current detected by the current detection unit 66 when performing the above is referred to as a second failure detection current.
  • the inverter system failure means a short circuit failure of the switching element of the inverter 65 and a current sensor system failure.
  • the current sensor system failure means a failure in which each phase current detected by the current detection unit 66 shows an abnormal value instead of a normal value.
  • the current sensor system failure includes not only the failure of the shunt resistors Ru, Rv, and Rw of the inverter 65 and the failure of the current detection circuit 661 (for example, failure such as disconnection or inability to output), but also the switching element of the inverter 65. Open faults and wire breaks in the motor 10 are also included.
  • FIG. 2A is an explanatory diagram showing detection contents of the inverter system failure by the motor control unit 67 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the establishment condition is that the sum of the phase currents in the first failure detection current is 0, but the sum of the phase currents in the first failure detection current is the first condition. It is good also considering that it is contained in 1 threshold value range as an establishment condition.
  • the first threshold range may be set in advance so that, for example, 0 is included in the first threshold range.
  • the condition is that each phase current in the first failure detection current is 0.
  • each phase current in the first failure detection current is included in the second threshold range. It is good also as an establishment condition.
  • the second threshold range may be set in advance so that, for example, 0 is included in the second threshold range.
  • the motor control unit 67 obtains four types of results as shown in FIG. 2A by performing the first failure determination and the second failure determination. That is, the following results A to D are obtained.
  • Result A The first failure determination condition is “established”, and the second failure determination condition is “established”
  • Result B The first failure determination condition is “satisfied” and the second failure determination condition is “not satisfied”
  • Result C The first failure determination condition is “not established” and the second failure determination condition is “established”
  • Result D The first failure determination condition is “not satisfied” and the second failure determination condition is “not satisfied”
  • the motor control unit 67 indicates that an inverter system failure has not occurred, that is, the operation of each switching element of the inverter 65 and the detection result by the current detection unit 66 are both normal. It is determined that
  • the motor control unit 67 determines that both the inverter 65 and the current detection unit 66 are normal.
  • the motor control unit 67 determines that a short circuit failure has occurred in the switching elements T2, T4, and T6 of the lower arm 652 as an inverter system failure.
  • a short circuit failure of the switching elements T2, T4, and T6 of the lower arm 652 is referred to as a lower arm short circuit failure.
  • the motor control unit 67 determines that a lower arm short circuit failure has occurred.
  • the motor control unit 67 determines that a short-circuit failure has occurred in the switching elements T1, T3, and T5 of the upper arm 651 as an inverter system failure.
  • a short circuit failure of the switching elements T1, T3, and T5 of the upper arm 651 is referred to as an upper arm short circuit failure.
  • the motor control unit 67 determines that an upper arm short circuit failure has occurred.
  • the motor control unit 67 determines that a current sensor system failure has occurred as an inverter system failure.
  • the switching control according to the first drive mode and the switching control according to the second drive mode are performed in a state where the short-circuit failure of the switching element has occurred, as described above, the first failure determination condition One of the second failure determination conditions is satisfied and the other is not satisfied. Therefore, when both of the first failure determination condition and the second failure determination condition are not satisfied, a short circuit failure of the switching element has not occurred as an inverter system failure, but a current sensor system failure has occurred. it is conceivable that.
  • the motor control unit 67 determines that a current sensor system failure has occurred as an inverter system failure.
  • the motor control unit 67 determines that the switching element is short-circuited as an inverter failure. Can be determined to have occurred.
  • the motor control unit 67 can determine that a current sensor system failure has occurred as an inverter system failure. .
  • FIG. 2B is an explanatory diagram showing a method of identifying a current detection abnormal phase when a current sensor system failure is detected by the motor control unit 67 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Failure pattern 1 is a case where, among the phase currents in the second failure detection current, there is a phase in which the current value does not become 0 but becomes an abnormal value other than 0.
  • the motor control unit 67 identifies the phase in which the current value is an abnormal value as the current detection abnormal phase.
  • each phase current in the second failure detection current should be zero. Therefore, after determining that the current sensor system failure has occurred as the inverter system failure, the motor control unit 67 selects the phase in which the current value becomes an abnormal value among the phase currents in the second failure detection current. Identified as a current detection abnormal phase.
  • the phase in which the current value does not become 0 but becomes an abnormal value other than 0 is specified as the current detection abnormal phase, but the phase in which the current value is not included in the third threshold range is detected as current detection. You may comprise so that it may identify as an abnormal phase.
  • the third threshold range may be set in advance so that, for example, 0 is included in the third threshold range.
  • the failure pattern 2 includes a phase in which the current value is 0 (more specifically, a phase in which the current value is fixed to 0 for a certain time or more) among the phase currents in the first failure detection current. It is.
  • the motor control unit 67 identifies a phase having a current value of 0 as a current detection abnormal phase.
  • the motor control unit 67 selects the phase in which the current value is 0 among the phase currents in the first failure detection current, Identified as an abnormal phase of current detection.
  • the phase having a current value of 0 is specified as the current detection abnormal phase, but the phase whose current value is included in the fourth threshold range is specified as the current detection abnormal phase. Also good.
  • the fourth threshold range may be set in advance so that, for example, 0 is included in the fourth threshold range.
  • the motor control unit 67 checks each phase current in the first failure detection current and each phase current in the second failure detection current.
  • the abnormal phase of current detection can be specified.
  • the current detection unit 66 detects when there is one current detection abnormal phase.
  • the drive control of the motor 10 is performed using the current value of the normal phase.
  • the motor control unit 67 can calculate an accurate current flowing through the current detection abnormal phase according to the above equation (1) by using the normal phase current detected by the current detection unit 66. As a result, the motor control unit 67 does not need to perform drive control of the motor 10 using the current of the current detection abnormal phase detected by the current detection unit 66.
  • the motor control unit 67 uses the calculated current detection abnormal phase current and the normal phase current detected by the current detection unit 66 even when one current detection abnormal phase exists.
  • the motor control amount can be calculated. Therefore, the motor control unit 67 can continue the drive control of the motor 10 even when a current sensor system failure occurs. Further, it is not necessary to have a special program for dealing with a failure for the calculation and output of the motor control amount.
  • the above method is given as an example of a specific method for controlling the driving of the motor 10 using the current value of the normal phase detected by the current detection unit 66.
  • the motor control amount can also be calculated.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of timing at which switching control according to the first drive mode and the second drive mode is performed by the motor control unit 67 according to the first embodiment of the present invention.
  • the motor control unit 67 performs switching control of each phase according to the first drive mode, the second drive mode, or the other mode.
  • Each time width of the illustrated periods A1, B1, A2, B2, and A3 is the minimum time required for the motor control unit 67 to read the first failure detection current or the second failure detection current. The width is shown. The time width is determined in consideration of all operation delays of the inverter 65, the current detection circuit 661, and the motor control unit 67, and can be set to about 10 ⁇ sec, for example.
  • the period during which the first failure detection current detected when the switching control according to the first drive mode is performed and the switching control according to the second drive mode are performed.
  • the first failure determination and the second failure determination described above are performed using the first failure detection current and the second failure detection current read in this way.
  • the motor control unit 67 performs switching control according to the second drive mode and then performs switching control according to the other modes.
  • the motor control unit 67 performs switching control according to the first mode in the period B1, and then performs switching control according to the other modes.
  • the motor control unit 67 performs the switching control according to the second mode after performing the switching control according to the second drive mode in the period A2.
  • the other mode here is a mode in which all of the switching elements T1 to T6 are turned off.
  • the motor control unit 67 performs switching control according to the first drive mode, and then performs switching control according to the other modes.
  • the motor control unit 67 performs switching control according to the second drive mode in the period A3, and then performs switching control according to the other modes.
  • the other mode referred to here is a mode in which the switching elements T1 to T6 are controlled by the PWM method in order to perform normal drive control on the motor 10.
  • the switching control according to the first drive mode and the second drive mode can be set to be performed while the drive control of the motor 10 is not performed, or the drive control of the motor 10 is performed. You can also set it to be done while you are.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a series of operations of the motor control unit 67 according to the first embodiment of the present invention.
  • step S100 When electric power is supplied from the constant power source 62 to the motor control unit 67, in step S100, the motor control unit 67 performs initialization, and proceeds to step S200. Specifically, the motor control unit 67 performs processing such as ROM and RAM check, port setting, and flag reset, for example.
  • step S200 the motor control unit 67 obtains each input information and proceeds to step S300.
  • the input information is torque, vehicle speed, rotational position, and the like, and the motor control unit 67 reads and stores these values.
  • step S300 the motor control unit 67 performs inverter system failure determination processing, and proceeds to step S400 or step S500 depending on the processing result.
  • step S300 in which the inverter system failure determination process is performed includes steps S301 to S312. Hereinafter, the contents of these steps S301 to S312 will be described.
  • step S301 the motor control unit 67 turns on all the switching elements T2, T4, and T6 of the lower arm 652 and turns off all the switching elements T1, T3, and T5 of the upper arm 651 in accordance with the first drive mode. Then, the process proceeds to step S302. At this time, the power supply relay 63 is closed.
  • step S302 the motor control unit 67 reads each phase current detected by the current detection unit 66 as a first failure detection current after the first set time has elapsed after executing step S301, and reads the read first failure.
  • the detection current is stored, and the process proceeds to step S303.
  • the first set time may be set in advance, for example, 10 ⁇ sec.
  • step S303 the motor control unit 67 turns on all the switching elements T1, T3, and T5 of the upper arm 651 and turns off all the switching elements T2, T4, and T6 of the lower arm 652 in accordance with the second drive mode. Then, the process proceeds to step S304.
  • step S304 the motor control unit 67 reads each phase current detected by the current detection unit 66 as the second failure detection current after the second set time has elapsed after executing step S303, and reads the read second failure.
  • the detection current is stored, and the process proceeds to step S305.
  • the second set time may be set in advance similarly to the first set time, and may be set to 10 ⁇ sec, for example.
  • the motor control unit 67 executes steps S301 to S304 to thereby execute the first failure detection current and the second failure detection information that are information necessary for performing the first failure determination and the second failure determination. Current can be obtained.
  • step S305 the motor control unit 67 uses the first failure detection current acquired in step S302 and the second failure detection current acquired in step S304 according to the determination process in FIG. 1 failure determination and 2nd failure determination are performed and it progresses to step S306.
  • step S306 the motor control unit 67 determines whether or not the result A is obtained as a failure determination result. When it is determined that the result A is obtained (ie, YES), the motor control unit 67 proceeds to step S307, and when it is determined that the result A is not obtained (ie, NO), the step Proceed to S308.
  • step S307 the motor control unit 67 determines that it is normal, and proceeds to step S400.
  • step S308 the motor control unit 67 determines whether or not a result D is obtained as a failure determination result. If it is determined that the result D has been obtained (ie, YES), the motor control unit 67 proceeds to step S309. If it is determined that the result D has not been obtained (ie, NO), the motor control unit 67 proceeds to step S309. Proceed to S310.
  • step S309 the motor control unit 67 determines that a current sensor system failure has occurred, specifies a current detection abnormal phase according to the determination process of FIG. 2B, and proceeds to step S400.
  • step S310 the motor control unit 67 determines whether or not a result B is obtained as a failure determination result. If it is determined that the result B is obtained (ie, YES), the motor control unit 67 proceeds to step S311. If it is determined that the result B is not obtained (ie, NO), the motor control unit 67 proceeds to step S311. The process proceeds to S312.
  • step S311 the motor control unit 67 determines that a lower arm short circuit failure has occurred, and proceeds to step S500.
  • step S312 the motor control unit 67 determines that an upper arm short circuit failure has occurred, and proceeds to step S500.
  • step S400 the motor control unit 67 calculates the motor control amount, outputs it to the inverter 65, and proceeds to step S600.
  • the motor control amount is calculated using each phase current detected by the current detection unit 66 as usual.
  • the motor control unit 67 determines that a current sensor system failure has occurred in step S309, and if the current detection abnormal phase is specified, as described above, the calculated current detection abnormal phase current, The motor control amount is calculated using the normal phase current detected by the current detection unit 66.
  • step S500 the motor control unit 67 calculates the motor control amount, outputs it to the inverter 65, and proceeds to step S600.
  • step S500 when the motor control unit 67 executes step S500, since it is highly possible that the switching element has caused a short-circuit failure, it is difficult to drive and control the motor 10 using three phases as usual. . Therefore, in step S500, the motor control unit 67 may interrupt the drive control of the motor 10 without calculating the motor control amount.
  • step S500 the motor control unit 67 calculates a motor control amount for driving and controlling the motor 10 using only the remaining phases excluding the phase corresponding to the short-circuit faulty switching element, and the inverter 65 May be output. For example, when a switching element corresponding to one of the three phases has a short circuit failure, the motor control unit 67 calculates a motor control amount for driving and controlling the motor 10 using only the remaining two phases, and the inverter 65 Output to.
  • step S600 the motor control unit 67 waits until the third set time T elapses after executing step S200.
  • the motor control unit 67 returns to step S200 and repeats step S200 and subsequent steps again. Execute.
  • the motor control unit 67 repeats steps S200 to S600 at a constant period T.
  • T the fixed cycle
  • an inverter system failure can be detected within 10 msec, and the motor 10 is driven and controlled in the next cycle according to the type of the inverter system failure. Therefore, quick failure response control can be realized for inverter system failures.
  • the first embodiment it is determined whether or not the sum of the currents of the respective phases detected as the first failure detection current is included in the preset first threshold range.
  • a configuration for performing the determination and a second failure determination for determining whether or not each phase current detected as the second failure detection current is included in a preset second threshold range.
  • the inverter system failure is detected by extremely short switching control according to only two types of drive modes, so that the failure of the inverter circuit can be detected more easily and quickly than in the past. A quick response to a circuit failure can be realized.
  • one of the “lower arm short circuit failure”, “upper arm short circuit failure”, and “current sensor system failure” occurs as an inverter system failure. You can easily identify what you are doing. Furthermore, the control of the motor according to the type of failure of the inverter circuit can be switched, and the control of the motor that may be transient and inappropriate can be shortened as much as possible.
  • the motor control part 67 detects an inverter system failure, you may comprise so that it may alert
  • step S300 is made a subroutine instead of inserting step S300 directly between steps of the main routine as in the flowchart of FIG.
  • step S300 it is possible to configure the step S300 to be executed by interrupting the step S300 made into a subroutine into the main routine as an interrupt routine during a period when the specific control process is not performed.
  • step S300 when the process of step S300 is performed by interrupting the period during which the specific control process is not performed, the motor control unit 67 performs the failure response control corresponding to the type of the inverter system failure in the main routine. It is possible to carry out in less than a certain period T. Therefore, the motor 10 can be driven and controlled in accordance with the type of inverter system failure at least in the next cycle, and a quicker response to the inverter system failure can be realized.
  • step S300 may be used as interrupt routines, and steps S305 to S312 may be left in the main routine as shown in FIG.
  • the motor control unit 67 executes step S302 after elapse of the first set time after executing step S301, and executes step S304 after elapse of the second set time after executing step S303. Therefore, the standby time until each set time elapses returns to the main routine again, the main routine is processed until each set time elapses, and the interrupt routine is entered again after each set time elapses. You can also.
  • step S300 interrupt routines By making some or all of the steps included in step S300 interrupt routines, the processing time of each routine can be used effectively.
  • the order of switching control according to the first drive mode and switching control according to the second drive mode is changed in consideration of the current drive control of the motor 10. You can also As a result, the number of switching on and off of the switching element can be reduced, and as a result, switching noise can be suppressed.
  • Embodiment 3 FIG.
  • the electric power steering device has no torque sensor 30, vehicle speed sensor 40, and IFs 61 a and 61 b as compared with the electric power steering device in the first embodiment. The case of configuring will be described.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing the configuration of the electric power steering device including the motor control device 60 according to the third embodiment of the present invention.
  • description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points from the first embodiment will be described.
  • the motor control unit 67 calculates a current command that is a command of a current to be supplied to the motor 10 based on information from the torque sensor 30 and the vehicle speed sensor 40.
  • the motor control unit 67 calculates a current command by performing proportional-integral control based on the rotation angle command and the deviation of the rotation angle. By calculating the current command in this way, it is possible to control the rotation angle of the motor 10 to follow the rotation angle command.
  • the only difference from the first embodiment is the method of generating a current command, and the failure detection of the inverter system is the same as in the first embodiment. . Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by adopting a simple configuration that does not include the torque sensor 30, the vehicle speed sensor 40, and the IFs 61a and 61b.
  • the current command is generated by controlling the rotation angle of the motor 10.
  • the present invention is not limited to this, and the control command is calculated by controlling the rotation speed and follows the rotation speed command. You may comprise. Also in this case, since the difference from the first embodiment is only the current command generation method, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

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Abstract

　下側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに上側アームの各スイッチング素子をすべてオフにする第１駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に電流検出部によって検出される各相の電流と、上側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに下側アームの各スイッチング素子をすべてオフにする第２駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に電流検出部によって検出される各相の電流とに基づいて、インバータ系故障を検出する。

Description

モータ制御装置、電動パワーステアリング装置およびインバータ系故障検出方法
　本発明は、インバータ回路の故障を検出するモータ制御装置、そのモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置およびインバータ系故障検出方法に関するものである。
　従来から、スイッチング素子の故障および電流センサの故障といったインバータ回路の故障を検出するための技術として、さまざまなものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
　また、従来では、インバータ回路の故障を検出した場合、例えばインバータ回路の故障が一相系統であれば、残った正常相である二相でモータの駆動制御を継続している。
　ここで、インバータ回路の故障が一相系統である場合にモータの駆動制御を完全に中断すると、その後、モータが自身のトルクで回転することができなくなる。特に、電動パワーステアリング装置の場合には、ドライバーの操舵力のみでハンドルを回転させることがドライバーにとって大きな負担となる。そのため、残った正常相である二相でモータの駆動制御を継続するようにしている。
　また、モータの駆動制御を継続するには、インバータ回路の故障を検出した後、通常の駆動制御から故障対応用の駆動制御に切り替える必要があるので、このような故障を素早く検出することが求められている。すなわち、インバータ回路の故障検出が遅れるほど、モータの駆動制御を適正に継続することができなくなる。
特許第３１０８９６４号公報 特許第５０２３８３３号公報
　しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
　特許文献１、２に記載の従来技術においては、構成上、インバータ回路の故障を検出する手法が複雑であり、かつインバータ回路の故障を検出する際に要する検出時間が長いので、インバータ回路の故障を素早く検出することができないという問題がある。
　本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、従来と比べて簡単かつ素早くインバータ回路の故障を検出することのできるモータ制御装置、そのモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置およびインバータ系故障検出方法を得ることを目的とする。
　本発明におけるモータ制御装置は、多相巻線を有するモータを、モータの各相に流れる電流の検出値を用いてモータの駆動制御を行うモータ制御装置であって、上側アームおよび下側アームのそれぞれにスイッチング素子を有する複数の回路が並列に接続され、モータに電力を供給するインバータと、インバータを制御することでモータの駆動制御を行うモータ制御部と、下側アームの各スイッチング素子に接続されており、各相の電流を検出する電流検出部と、を備え、モータ制御部は、下側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに上側アームの各スイッチング素子をすべてオフにするスイッチング制御を行う第１駆動モードと、上側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに下側アームの各スイッチング素子をすべてオフにするスイッチング制御を行う第２駆動モードと、を有し、モータ制御部は、第１駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に、電流検出部によって第１故障検出用電流として検出される各相の電流の総和が、あらかじめ設定された第１閾値範囲に含まれているか否かを判定する第１故障判定を行い、第２駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に、電流検出部によって第２故障検出用電流として検出される各相の電流がそれぞれ、あらかじめ設定された第２閾値範囲に含まれているか否かを判定する第２故障判定を行い、第１故障判定および第２故障判定の判定結果に応じて、インバータ系故障を検出するものである。
　本発明における電動パワーステアリング装置は、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御される多相巻線を有するモータと、を備えたものである。
　本発明におけるインバータ系故障検出方法は、上側アームおよび下側アームのそれぞれにスイッチング素子を有する複数の回路が並列に接続され、モータに電力を供給するインバータと、下側アームの各スイッチング素子に接続されており、モータの各相の電流を検出する電流検出部と、を備えたモータ制御装置によって実行されるインバータ系故障検出方法であって、下側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに上側アームの各スイッチング素子をすべてオフにした際に、電流検出部によって第１故障検出用電流として検出される各相の電流の総和が、第１閾値範囲に含まれているか否かを判定する第１故障判定を行うステップと、上側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに下側アームの各スイッチング素子をすべてオフにした際に、電流検出部によって第２故障検出用電流として検出される各相の電流がそれぞれ第２閾値範囲に含まれているか否かを判定する第２故障判定を行うステップと、第１故障判定および第２故障判定の判定結果に応じて、インバータ系故障を検出するステップと、を備えたものである。
　本発明によれば、あらかじめ決められた２種類のスイッチングパターンによる駆動モードでインバータを制御し、これら２種類のスイッチングパターンにおけるインバータの下側アームの各相における電流検出結果に基づいて、インバータ系故障を検出できる構成を備える。これにより、従来と比べて簡単かつ素早くインバータ回路の故障を検出することのできるモータ制御装置、そのモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置およびインバータ系故障検出方法を得ることができる。
本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を含む電動パワーステアリング装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ制御部によるインバータ系故障の検出内容を示した説明図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ制御部によって電流センサ系故障が検出された場合に電流検出異常相を特定する手法を示した説明図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ制御部によって第１駆動モードおよび第２駆動モードに従ったスイッチング制御が行われるタイミングの一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１におけるモータ制御部の一連の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を含む電動パワーステアリング装置の構成を示す構成図である。
　以下、本発明によるモータ制御装置、そのモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置およびインバータ系故障検出方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態では、本願発明を車両に搭載される電動パワーステアリング装置に適用した場合を例示して説明する。
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置６０を含む電動パワーステアリング装置の構成を示す構成図である。
　図１において、この電動パワーステアリング装置は、モータ１０、回転センサ２０、トルクセンサ３０、車速センサ４０、バッテリ５０およびモータ制御装置６０を備える。
　モータ１０は、車両のステアリング操作をアシストするための電動モータである。なお、本実施の形態１では、モータ１０がｕ相巻線、ｖ相巻線およびｗ相巻線の三相巻線を有する三相ブラシレスモータである場合を例示して説明するが、モータ１０が多相巻線を有する多相モータであってもよい。
　回転センサ２０は、モータ１０の回転角を検出するためのものであり、モータ１０の回転角が検出可能なように、例えば、モータ１０の出力軸近傍に配置されている。トルクセンサ３０は、車両のハンドルの操舵力を検出する。車速センサ４０は、車両の速度を検出する。
　バッテリ５０は、モータ１０の駆動源であり、モータ１０が駆動するための電力をモータ制御装置６０に出力する。
　モータ制御装置６０は、インターフェース回路（以下では、ＩＦと称す）６１ａ、６１ｂ、定電源６２、電源リレー６３、回転角検出回路６４、インバータ６５、電流検出部６６およびモータ制御部６７を有する。
　ＩＦ６１ａは、トルクセンサ３０の検出値をモータ制御部６７に入力するためのものであり、ＩＦ６１ｂは、車速センサ４０の検出値をモータ制御部６７に入力するためのものである。定電源６２は、モータ制御部６７が駆動するための電力を供給する。
　電源リレー６３は、バッテリ５０とインバータ６５との間に配置されており、バッテリ５０からインバータ６５への電力の供給を必要に応じて遮断するためのものである。回転角検出回路６４は、回転センサ２０からモータ１０の回転角を検出し、検出したモータ１０の回転角を回転位置としてモータ制御部６７に出力する。
　インバータ６５は、バッテリ５０から入力された電力を変換し、変換後の電力をモータ１０に出力する。また、インバータ６５において、上側アーム６５１および下側アーム６５２に１つずつスイッチング素子を有する回路が３つ並列に接続されている。この３つの回路のそれぞれは、モータ１０のｕ相、ｖ相およびｗ相の各相に対応している。すなわち、インバータ６５は、三相インバータであり、モータ１０のｕ相巻線、ｖ相巻線およびｗ相巻線のそれぞれへの通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６がブリッジ接続されている。
　具体的には、モータ１０のｕ相に対応するように、上側アーム６５１のスイッチング素子Ｔ１と下側アーム６５２のスイッチング素子Ｔ２とが直列に接続されている。また、モータ１０のｖ相に対応するように、上側アーム６５１のスイッチング素子Ｔ３と下側アーム６５２のスイッチング素子Ｔ４とが直列に接続されている。さらに、モータ１０のｗ相に対応するように、上側アーム６５１のスイッチング素子Ｔ５と下側アーム６５２のスイッチング素子Ｔ６とが直列に接続されている。
　なお、本実施の形態１では、インバータ６５が三相インバータである場合を例示して説明するが、三相以外の多相インバータであってもよい。また、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６としては、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴを用いればよく、ＭＯＳＦＥＴとは異なるその他のトランジスタまたはＩＧＢＴ等を用いてもよい。
　電流検出部６６は、下側アーム６５２の各スイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６に接続されており、モータ１０のｕ相、ｖ相およびｗ相の各相に流れる電流を、ｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖおよびｗ相電流Ｉｗとして検出する。また、電流検出部６６は、検出したｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖおよびｗ相電流Ｉｗを、モータ制御部６７に各相電流として出力する。
　また、電流検出部６６は、スイッチング素子Ｔ２と直列に接続されるシャント抵抗Ｒｕと、スイッチング素子Ｔ４と直列に接続されるシャント抵抗Ｒｖと、スイッチング素子Ｔ６と直列に接続されるシャント抵抗Ｒｗと、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの上流側端子がそれぞれ独立に接続される電流検出回路６６１とを有する。電流検出回路６６１は、シャント抵抗Ｒｕに流れるｕ相電流Ｉｕと、シャント抵抗Ｒｖに流れるｖ相電流Ｉｖと、シャント抵抗Ｒｗに流れるｗ相電流Ｉｗとを検出し、モータ制御部６７に各相電流として出力する。
　モータ制御部６７は、例えばＣＰＵを用いて構成される。モータ制御部６７は、ＩＦ６１ａから入力されたトルクセンサ３０の検出値と、ＩＦ６１ｂから入力された車速センサ４０の検出値とを用いて、モータ１０に供給する電流の指令である電流指令を演算する。
　モータ制御部６７は、演算した電流指令と、電流検出部６６から入力された各相電流と、回転角検出回路６４から入力された回転位置とを用いて、フィードバック制御を行うことで、モータ１０を駆動制御するためのモータ制御量を演算する。具体的には、モータ制御部６７は、このようなフィードバック制御を行うことで、インバータ６５のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）方式でスイッチング制御するためのモータ制御量を演算する。
　また、モータ制御部６７は、演算したモータ制御量をインバータ６５に出力する。なお、モータ制御部６７によるフィードバック制御では、回転角検出回路６４から入力された回転位置に応じて、モータ１０の三相巻線への電流供給タイミング、すなわち、インバータ６５の制御タイミングが決められる。このように、モータ制御部６７からインバータ６５にモータ制御量が入力される場合、インバータ６５のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のそれぞれは、入力されたモータ制御量に従って、ＰＷＭ方式によるオン駆動およびオフ駆動を繰り返す。
　さらに、モータ制御部６７は、インバータ６５およびその他の周辺部品の故障を検出すれば、必要に応じて電源リレー６３を開成することで、バッテリ５０からインバータ６５への電力の供給を遮断する。
　モータ制御部６７は、スイッチング制御において、第１駆動モードおよび第２駆動モードを有する。モータ制御部６７は、インバータ６５の故障の有無を判定する際には、これらの駆動モードに従ってスイッチング制御を行う。なお、以降では、インバータ６５の故障を、インバータ系故障と称す。
　ここで、第１駆動モードは、下側アーム６５２の各スイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６をすべてオンするとともに、上側アーム６５１の各スイッチング素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５をすべてオフにするスイッチング制御を行うモードである。また、第２駆動モードは、上側アーム６５１の各スイッチング素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５をすべてオンするとともに、下側アーム６５２の各スイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６をすべてオフにするスイッチング制御を行うモードである。一般的に、このような第１駆動モードおよび第２駆動モードは、従来のモータ制御部に具備されている場合がある。この場合、従来のモータ制御部は、モータに流れる電流を検出して電流制御を行うために第１駆動モードに従ってスイッチング制御を行い、電流検出器におけるオフセット誤差を検出して電流制御を行うために第２駆動モードに従ってスイッチング制御を行う。したがって、第１駆動モードおよび第２駆動モードが具備される従来のモータ制御部に本願発明を適用した場合、元から存在するこのような第１駆動モードおよび第２駆動モードをインバータ系故障の検出に利用することができる。
　また、モータ制御部６７は、第１駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に電流検出部６６によって検出される各相電流と、第２駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に電流検出部６６によって検出される各相電流とに基づいて、インバータ系故障を検出する。なお、以降では、第１駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に電流検出部６６によって検出される各相電流を、第１故障検出用電流と称し、第２駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に電流検出部６６によって検出される各相電流を、第２故障検出用電流と称す。
　ここで、インバータ系故障とは、インバータ６５のスイッチング素子の短絡故障および電流センサ系故障を意味する。また、電流センサ系故障とは、電流検出部６６によって検出される各相電流が正常値ではなく異常値を示す故障を意味する。具体的には、電流センサ系故障は、インバータ６５のシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの故障および電流検出回路６６１の故障（例えば、断線または出力不能といった故障）だけでなく、インバータ６５のスイッチング素子の開放故障およびモータ１０の巻線の断線も含まれるものである。
　次に、モータ制御部６７によるインバータ系故障の検出について、図２Ａを参照しながら詳細に説明する。図２Ａは、本発明の実施の形態１におけるモータ制御部６７によるインバータ系故障の検出内容を示した説明図である。
　モータ制御部６７は、第１故障検出用電流をチェックすることで、第１故障判定条件が成立するか否かを判定する第１故障判定を行う。換言すると、モータ制御部６７は、第１故障判定として、第１故障検出用電流における各相電流の総和が０（すなわち、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）であるか否かを判定する。モータ制御部６７は、第１故障検出用電流における各相電流の総和が０である場合には、第１故障判定条件が「成立」と判定し、この総和が０でない場合には、第１故障判定条件が「非成立」と判定する。
　また、モータ制御部６７は、第２故障検出用電流をチェックすることで、第２故障判定条件が成立するか否かを判定する第２故障判定を行う。換言すると、モータ制御部６７は、第２故障判定として、第２故障検出用電流における各相電流がそれぞれ０（すなわち、Ｉｕ＝Ｉｖ＝Ｉｗ＝０）であるか否かを判定する。モータ制御部６７は、第２故障検出用電流における各相電流がそれぞれ０である場合には、第２故障判定条件が「成立」と判定し、それぞれ０でない場合には、第２故障判定条件が「非成立」と判定する。
　なお、ここでは、第１故障判定条件では、第１故障検出用電流における各相電流の総和が０であることを成立条件としているが、第１故障検出用電流における各相電流の総和が第１閾値範囲に含まれることを成立条件としてもよい。この場合、第１閾値範囲に例えば０が含まれるように、第１閾値範囲をあらかじめ設定すればよい。
　また、第２故障判定条件では、第１故障検出用電流における各相電流がそれぞれ０であることを成立条件としているが、第１故障検出用電流における各相電流がそれぞれ第２閾値範囲に含まれることを成立条件としてもよい。この場合、第２閾値範囲に例えば０が含まれるように、第２閾値範囲をあらかじめ設定すればよい。
　モータ制御部６７は、第１故障判定および第２故障判定を行うことで、図２Ａに示すように、４種類の結果を得ることとなる。すなわち、以下のような結果Ａ～結果Ｄが得られる。
・結果Ａ：第１故障判定条件が「成立」、第２故障判定条件が「成立」
・結果Ｂ：第１故障判定条件が「成立」、第２故障判定条件が「非成立」
・結果Ｃ：第１故障判定条件が「非成立」、第２故障判定条件が「成立」
・結果Ｄ：第１故障判定条件が「非成立」、第２故障判定条件が「非成立」
　第１に、結果Ａが得られた場合、モータ制御部６７は、インバータ系故障が発生していない、すなわち、インバータ６５の各スイッチング素子の動作、および電流検出部６６による検出結果が、ともに正常であると判定する。
　ここで、インバータ６５および電流検出部６６が正常な状態で、第１駆動モードに従ってスイッチング制御が行われた場合を考える。この場合、モータ１０に流れる各相電流が三相交流であり、三相平衡となるので、第１故障検出用電流における各相電流の総和が０となり、第１故障判定条件が成立となるはずである。
　また、インバータ６５および電流検出部６６が正常な状態で、第２駆動モードに従ってスイッチング制御が行われた場合を考える。この場合、モータ１０とインバータ６５との間に流れる電流は、下側アームの６５２のスイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６には流れないので、第２故障検出用電流における各相電流がそれぞれ０となり、第２故障判定条件が成立となるはずである。
　したがって、結果Ａが得られた場合、モータ制御部６７は、インバータ６５および電流検出部６６がともに正常であると判定する。
　第２に、結果Ｂが得られた場合、モータ制御部６７は、インバータ系故障として、下側アーム６５２のスイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６の短絡故障が発生していると判定する。なお、以降では、下側アーム６５２のスイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６の短絡故障を、下アーム短絡故障と称す。
　ここで、下アーム短絡故障が発生している状態で、第１駆動モードに従ってスイッチング制御が行われた場合を考える。この場合、下側アーム６５２のスイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６がオンになるように制御されているので、結果Ａと同様に、第１故障判定条件が成立となるはずである。
　また、下アーム短絡故障が発生している状態で、第２駆動モードに従ってスイッチング制御が行われた場合を考える。この場合、短絡故障が発生しているスイッチング素子と、そのスイッチング素子と対となる上側アーム６５１のスイッチング素子とを経由して電源が短絡するので、モータ１０の巻線を経由しない過大な電流が流れる。そのため、第２故障検出用電流における各相電流のうち、短絡故障が発生しているスイッチング素子に対応する相の電流が０とならなくなるので、第２故障判定条件が非成立となるはずである。
　したがって、結果Ｂが得られた場合、モータ制御部６７は、下アーム短絡故障が発生していると判定する。
　第３に、結果Ｃが得られた場合、モータ制御部６７は、インバータ系故障として、上側アーム６５１のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５の短絡故障が発生していると判定する。なお、以降では、上側アーム６５１のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５の短絡故障を、上アーム短絡故障と称す。
　ここで、上アーム短絡故障が発生している状態で、第１駆動モードに従ってスイッチング制御が行われた場合を考える。この場合、短絡故障が発生しているスイッチング素子と、そのスイッチング素子と対となる下側アーム６５２のスイッチング素子とを経由して電源が短絡するので、モータ１０の巻線を経由しない過大な電流が流れる。そのため、第１故障検出用電流における各相電流の総和が０とならなくなるので、第１故障判定条件が非成立となるはずである。
　また、上アーム短絡故障が発生している状態で、第２駆動モードに従ってスイッチング制御が行われた場合を考える。この場合、上側アーム６５１のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５がオンになるように制御されているので、結果Ａと同様に、第２故障判定条件が成立となるはずである。
　したがって、結果Ｃが得られた場合、モータ制御部６７は、上アーム短絡故障が発生していると判定する。
　第４に、結果Ｄが得られた場合、モータ制御部６７は、インバータ系故障として、電流センサ系故障が発生していると判定する。
　ここで、スイッチング素子の短絡故障が発生している状態で、第１駆動モードに従ったスイッチング制御および第２駆動モードに従ったスイッチング制御を行った場合、前述したように、第１故障判定条件および第２故障判定条件のいずれか一方が成立となり、他方が非成立となる。そのため、第１故障判定条件および第２故障判定条件のいずれも非成立となる場合、インバータ系故障として、スイッチング素子の短絡故障が発生しているのではなく、電流センサ系故障が発生していると考えられる。
　したがって、モータ制御部６７は、結果Ｄが得られた場合、インバータ系故障として、電流センサ系故障が発生していると判定する。
　以上のように、モータ制御部６７は、第１故障判定条件および第２故障判定条件のいずれか一方が成立となり、他方が非成立となる場合には、インバータ系故障として、スイッチング素子の短絡故障が発生していると判定することができる。
　また、モータ制御部６７は、第１故障判定条件および第２故障判定条件のいずれも非成立となる場合には、インバータ系故障として、電流センサ系故障が発生していると判定することができる。
　次に、モータ制御部６７が、電流センサ系故障が発生していると判定した場合にさらに行う電流検出異常相の特定について、図２Ｂを参照しながら説明する。図２Ｂは、本発明の実施の形態１におけるモータ制御部６７によって電流センサ系故障が検出された場合に電流検出異常相を特定する手法を示した説明図である。
　図２Ｂに示すように、電流センサ系故障の故障パターンとしては、２種類の故障パターンが考えられる。
　故障パターン１としては、第２故障検出用電流における各相電流のうち、電流値が０とはならず０以外の異常値となる相が存在する場合である。この場合、モータ制御部６７は、電流値が異常値となる相を、電流検出異常相として特定する。
　ここで、インバータ系故障が発生していない状態で、第２駆動モードに従ってスイッチング制御が行われた場合、第２故障検出用電流における各相電流がそれぞれ０となるはずである。したがって、モータ制御部６７は、インバータ系故障として、電流センサ系故障が発生していると判定した上で、第２故障検出用電流における各相電流のうち、電流値が異常値となる相を、電流検出異常相として特定する。なお、ここでは、電流値が０とはならず０以外の異常値となる相を、電流検出異常相として特定しているが、電流値が第３閾値範囲に含まれない相を、電流検出異常相として特定するように構成してもよい。この場合、第３閾値範囲に例えば０が含まれるように、第３閾値範囲をあらかじめ設定すればよい。
　故障パターン２としては、第１故障検出用電流における各相電流のうち、電流値が０となる相（より具体的には、電流値が一定時間以上０に固定される相）が存在する場合である。この場合、モータ制御部６７は、電流値が０となる相を、電流検出異常相として特定する。
　ここで、インバータ系故障が発生していない状態で、第１駆動モードに従ってスイッチング制御が行われた場合、第１故障検出用電流における各相電流の総和が０となり、各相電流がそれぞれ０とはならないはずである。したがって、モータ制御部６７は、インバータ系故障として、電流センサ系故障が発生していると判定した上で、第１故障検出用電流における各相電流のうち、電流値が０となる相を、電流検出異常相として特定する。なお、ここでは、電流値が０となる相を、電流検出異常相として特定しているが、電流値が第４閾値範囲に含まれる相を、電流検出異常相として特定するように構成してもよい。この場合、第４閾値範囲に例えば０が含まれるように、第４閾値範囲をあらかじめ設定すればよい。
　このように、モータ制御部６７は、電流センサ系故障が発生していると判定した上で、第１故障検出用電流における各相電流および第２故障検出用電流における各相電流をチェックすることで、電流検出異常相を特定することができる。
　また、モータ制御部６７によって特定された電流検出異常相以外の残りの相である正常相の電流値は正常であるので、電流検出異常相が１つの場合、電流検出部６６によって検出される、正常相の電流値を用いて、モータ１０の駆動制御を行う。なお、電流検出部６６によって検出される正常相の電流値を用いて、モータ１０の駆動制御を行う具体的な手法としては、従来技術を用いた様々な手法が考えられるが、例えば、以下のような手法が挙げられる。
　すなわち、電流検出部６６によって検出される正常相の電流値を用いて、各相の電流値の総和が０となる以下の式（１）に従って、電流検出異常相を流れる電流を算出する。
　　Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
　そして、モータ制御部６７は、電流検出部６６によって検出された正常相の電流を用いることで、上式（１）に従って電流検出異常相を流れる正確な電流を算出することができる。この結果、モータ制御部６７は、電流検出部６６によって検出された電流検出異常相の電流を用いてモータ１０の駆動制御を行う必要がない。
　したがって、モータ制御部６７は、１つの電流検出異常相が存在した場合であっても、算出した電流検出異常相の電流と、電流検出部６６によって検出された正常相の電流とを用いて、モータ制御量を演算することができる。そのため、モータ制御部６７は、電流センサ系故障が発生した場合であっても、モータ１０の駆動制御を継続することができる。また、モータ制御量の演算および出力については、故障対応用に特別なプログラムを有する必要がない。なお、ここでは、電流検出部６６によって検出される正常相の電流値を用いて、モータ１０の駆動制御を行う具体的な手法の一例として上記の手法を挙げた。しかしながら、例えば、電流検出異常相を流れる電流を上式（１）に従って算出せずに、電流検出部６６によって検出された正常相の電流をｄ軸およびｑ軸の値に直接変換することで、モータ制御量を演算することもできる。
　次に、第１駆動モードおよび第２駆動モードに従ったスイッチング制御が行われるタイミングについて、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御部６７によって第１駆動モードおよび第２駆動モードに従ったスイッチング制御が行われるタイミングの一例を示す説明図である。
　図３に示すように、モータ制御部６７は、第１駆動モード、第２駆動モードまたはその他モードに従って、各相のスイッチング制御を行う。なお、図示した期間Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ａ３のそれぞれの時間幅は、モータ制御部６７が第１故障検出用電流または第２故障検出用電流を読み込むのに必要とする最低限の時間幅を示している。この時間幅は、インバータ６５、電流検出回路６６１およびモータ制御部６７のすべての動作遅れを考慮して決定されるが、例えば、１０μｓｅｃ程度に設定することができる。
　また、図３に示すように、第１駆動モードに従ったスイッチング制御が行われる場合に検出される第１故障検出用電流が読み込まれる期間と、第２駆動モードに従ったスイッチング制御が行われる場合に第２故障検出用電流が読み込まれる期間とが２種類ある。また、このように読み込まれた第１故障検出用電流および第２故障検出用電流を用いて、前述した第１故障判定および第２故障判定が行われる。
　ここで、モータ制御部６７は、例えば、期間Ａ１では第２駆動モードに従ってスイッチング制御を行った後、その他モードに従ってスイッチング制御を行う。また、モータ制御部６７は、期間Ｂ１では第１駆動モードに従ってスイッチング制御を行った後、その他モードに従ってスイッチング制御を行う。さらに、モータ制御部６７は、期間Ａ２では第２駆動モードに従ってスイッチング制御を行った後、その他モードに従ってスイッチング制御を行う。なお、ここでいうその他モードは、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のすべてをオフにするモードである。
　また、モータ制御部６７は、例えば、期間Ｂ２では第１駆動モードに従ってスイッチング制御を行った後、その他モードに従ってスイッチング制御を行う。また、モータ制御部６７は、期間Ａ３では第２駆動モードに従ってスイッチング制御を行った後、その他モードに従ってスイッチング制御を行う。なお、ここでいうその他モードは、モータ１０に対して通常の駆動制御をするために、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６をＰＷＭ方式で制御するモードである。
　このように、第１駆動モードおよび第２駆動モードに従ったスイッチング制御は、モータ１０の駆動制御が行われていない間に行われるように設定することもできるし、モータ１０の駆動制御が行われている間に行われるように設定することもできる。
　次に、モータ制御部６７の一連の動作について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御部６７の一連の動作を示すフローチャートである。
　定電源６２からモータ制御部６７に電力が供給されると、ステップＳ１００において、モータ制御部６７は、初期化を行い、ステップＳ２００へと進む。具体的には、モータ制御部６７は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭのチェック、ポートの設定およびフラグのリセット等の処理を行う。
　ステップＳ２００において、モータ制御部６７は、各入力情報を入手し、ステップＳ３００へと進む。ここで、入力情報とは、トルク、車速および回転位置等であり、モータ制御部６７は、これらの値を読み込み、保存する。
　ステップＳ３００において、モータ制御部６７は、インバータ系故障判定処理を行い、処理結果に応じてステップＳ４００またはステップＳ５００へと進む。ここで、インバータ系故障判定処理が行われるステップＳ３００は、ステップＳ３０１～Ｓ３１２を有する。以下では、これらのステップＳ３０１～Ｓ３１２の内容についてそれぞれ説明する。
　ステップＳ３０１において、モータ制御部６７は、第１駆動モードに従って、下側アーム６５２のスイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６をすべてオンにする一方、上側アーム６５１のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５をすべてオフにして、ステップＳ３０２へと進む。なお、このとき、電源リレー６３は、閉成している。
　ステップＳ３０２において、モータ制御部６７は、ステップＳ３０１を実行してから第１設定時間経過後に、電流検出部６６によって検出される各相電流を第１故障検出用電流として読み込み、読み込んだ第１故障検出用電流を保存し、ステップＳ３０３へと進む。なお、第１設定時間は、あらかじめ設定しておけばよく、例えば、１０μｓｅｃとすればよい。
　ステップＳ３０３において、モータ制御部６７は、第２駆動モードに従って、上側アーム６５１のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５をすべてオンにする一方、下側アームの６５２のスイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６をすべてオフにして、ステップＳ３０４へと進む。
　ステップＳ３０４において、モータ制御部６７は、ステップＳ３０３を実行してから第２設定時間経過後に、電流検出部６６によって検出される各相電流を第２故障検出用電流として読み込み、読み込んだ第２故障検出用電流を保存し、ステップＳ３０５へと進む。なお、第２設定時間は、第１設定時間と同様にあらかじめ設定しておけばよく、例えば、１０μｓｅｃとすればよい。
　このように、モータ制御部６７は、ステップＳ３０１～Ｓ３０４を実行することで、第１故障判定および第２故障判定を行うのに必要な情報である第１故障検出用電流および第２故障検出用電流を入手することができる。
　次に、ステップＳ３０５において、モータ制御部６７は、ステップＳ３０２で取得した第１故障検出用電流およびステップＳ３０４で取得した第２故障用検出電流を用いて、先の図２Ａによる判定処理に従って、第１故障判定および第２故障判定を行い、ステップＳ３０６へと進む。
　ステップＳ３０６において、モータ制御部６７は、故障判定結果として、結果Ａが得られたか否かを判定する。モータ制御部６７は、結果Ａが得られた（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ３０７へと進み、結果Ａが得られなかった（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ３０８へと進む。
　ステップＳ３０７において、モータ制御部６７は、正常であると判定し、ステップＳ４００へと進む。
　ステップＳ３０８において、モータ制御部６７は、故障判定結果として、結果Ｄが得られたか否かを判定する。モータ制御部６７は、結果Ｄが得られた（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ３０９へと進み、結果Ｄが得られなかった（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ３１０へと進む。
　ステップＳ３０９において、モータ制御部６７は、電流センサ系故障が発生していると判定するとともに、先の図２Ｂによる判定処理に従って、電流検出異常相を特定し、ステップＳ４００へと進む。
　ステップＳ３１０において、モータ制御部６７は、故障判定結果として、結果Ｂが得られたか否かを判定する。モータ制御部６７は、結果Ｂが得られた（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ３１１へと進み、結果Ｂが得られなかった（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ３１２へと進む。
　ステップＳ３１１において、モータ制御部６７は、下アーム短絡故障が発生していると判定し、ステップＳ５００へと進む。
　ステップＳ３１２において、モータ制御部６７は、上アーム短絡故障が発生していると判定し、ステップＳ５００へと進む。
　ステップＳ４００において、モータ制御部６７は、モータ制御量を演算し、インバータ６５に出力し、ステップＳ６００へと進む。ここで、モータ制御部６７は、ステップＳ３０７で正常であると判定した場合には、通常どおり、電流検出部６６によって検出される各相電流を用いてモータ制御量を演算する。一方、モータ制御部６７は、ステップＳ３０９で電流センサ系故障が発生している判定するとともに、電流検出異常相を特定した場合には、前述したように、算出した電流検出異常相の電流と、電流検出部６６によって検出された正常相の電流とを用いて、モータ制御量を演算する。
　ステップＳ５００において、モータ制御部６７は、モータ制御量を演算し、インバータ６５に出力し、ステップＳ６００へと進む。
　具体的には、モータ制御部６７がステップＳ５００を実行する場合、スイッチング素子が短絡故障を起こしている可能性が大きいので、モータ１０を通常どおり三相を用いて駆動制御するのは困難である。したがって、ステップＳ５００において、モータ制御部６７は、モータ制御量を演算せずに、モータ１０の駆動制御を中断してもよい。
　ただし、各相のどの相に対応するスイッチング素子が短絡しているかをチェックすることで、短絡故障しているスイッチング素子を特定することができれば、特定したスイッチング素子に対応する相を除いた残りの相のみを用いてモータ１０を駆動制御することが可能である。そこで、ステップＳ５００において、モータ制御部６７は、短絡故障しているスイッチング素子に対応する相を除いた残りの相のみを用いてモータ１０を駆動制御するためのモータ制御量を演算し、インバータ６５に出力してもよい。例えば、三相のうち一相に対応するスイッチング素子が短絡故障した場合、モータ制御部６７は、残りの二相のみを用いてモータ１０を駆動制御するためのモータ制御量を演算し、インバータ６５に出力する。
　ステップＳ６００において、モータ制御部６７は、ステップＳ２００を実行してから第３設定時間Ｔが経過するまで待機し、この第３設定時間Ｔが経過すると、ステップＳ２００へと戻り、ステップＳ２００以降を再び実行する。
　このように、モータ制御部６７は、ステップＳ２００～Ｓ６００を一定周期Ｔで繰り返し行う。例えば、一定周期Ｔが１０ｍｓｅｃである場合、インバータ系故障を１０ｍｓｅｃ以内に検出することができることとなり、次の周期にはインバータ系故障の種類に応じてモータ１０を駆動制御することとなる。したがって、インバータ系故障に対して、素早い故障対応制御を実現することができる。
　以上、本実施の形態１によれば、第１故障検出用電流として検出される各相の電流の総和が、あらかじめ設定された第１閾値範囲に含まれているか否かを判定する第１故障判定と、第２故障検出用電流として検出される各相の電流がそれぞれ、あらかじめ設定された第２閾値範囲に含まれているか否かを判定する第２故障判定とを行う構成を備える。
　また、第１故障判定および第２故障判定の判定結果に応じて、インバータ系故障を検出する構成をさらに備える。
　これにより、２種類のみの駆動モードに従った極めた短時間のスイッチング制御によってインバータ系故障を検出するので、従来と比べて簡単かつ素早くインバータ回路の故障を検出することができ、その結果、インバータ回路の故障に対して素早い対応を実現することができる。
　また、第１故障判定および第２故障判定の判定結果に応じて、インバータ系故障として、「下アーム短絡故障」、「上アーム短絡故障」および「電流センサ系故障」のいずれかの故障が発生しているかを簡単に特定することができる。さらに、インバータ回路の故障の種類に応じたモータの制御に切り替え可能であり、過渡的で不適切となる可能性のあるモータの制御を極力短くすることができる。
　なお、モータ制御部６７がインバータ系故障を検出した場合、車両のドライバーに対してライト、音等を用いて報知するように構成してもよい。これにより、ドライバーは、インバータ系故障が発生したことに気づくことができる。
　実施の形態２．
　本実施の形態２では、先の図４のフローチャートにおけるステップＳ３００の実行タイミングを変更する場合について説明する。ステップＳ３００の処理時間は、極めて短時間である。そこで、本実施の形態２では、先の図４のフローチャートのようにメインルーチンのステップ間にステップＳ３００を直接挿入するのではなく、ステップＳ３００をサブルーチン化する。この結果、特定の制御処理が行われていない期間に、サブルーチン化したステップＳ３００を割り込みルーチンとしてメインルーチンに割り込ませて、ステップＳ３００を実行するように構成することを可能としている。
　このように、特定の制御処理が行われていない期間に割り込んでステップＳ３００の処理を行うように構成した場合、モータ制御部６７は、インバータ系故障の種類に対応した故障対応制御を、メインルーチンの一定周期Ｔ未満で行うことが可能となる。したがって、少なくとも次の周期にはインバータ系故障の種類に応じてモータ１０を駆動制御することができ、インバータ系故障に対して、さらに素早い対応を実現することができる。
　なお、ステップＳ３００に含まれるステップＳ３０１～Ｓ３０４のみを割り込みルーチンとし、ステップＳ３０５～Ｓ３１２を先の図４のとおり、メインルーチンに残すように構成してもよい。また、モータ制御部６７は、ステップＳ３０１を実行してから第１設定時間経過後にステップＳ３０２を実行し、ステップＳ３０３を実行してから第２設定時間経過後にステップＳ３０４を実行する。そこで、各設定時間が経過するまでの待機時間は、再度メインルーチンへ戻り、各設定時間が経過するまでメインルーチンの処理を行い、各設定時間経過後に再度割り込みルーチンに入るような構成にすることもできる。
　以上のように、ステップＳ３００に含まれるステップの一部あるいは全部を割り込みルーチンとすることで、各ルーチンの処理時間を有効に使用することができる。
　また、割り込みルーチンの処理において、現在行われているモータ１０の駆動制御を考慮して、例えば、第１駆動モードに従ったスイッチング制御と、第２駆動モードに従ったスイッチング制御との順序を変更することもできる。これにより、スイッチング素子のオンおよびオフの切り替え回数を減少させることができ、結果として、スイッチングノイズを抑制することができる。
　実施の形態３．
　本実施の形態３では、図５に示すように、先の実施の形態１における電動パワーステアリング装置に対して、トルクセンサ３０、車速センサ４０およびＩＦ６１ａ、６１ｂを有さないように電動パワーステアリング装置を構成する場合について説明する。
　図５は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置６０を含む電動パワーステアリング装置の構成を示す構成図である。なお、ここでは、先の実施の形態１と同様の点については説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点について説明する。
　ここで、先の実施の形態１では、モータ制御部６７は、トルクセンサ３０および車速センサ４０からの情報に基づき、モータ１０に供給する電流の指令である電流指令を演算する。これに対して、本発明の実施の形態３では、モータ制御部６７は、回転角指令と、回転角の偏差に基づいて比例積分制御を行うことで、電流指令を演算する。このように電流指令を演算することで、回転角指令に対して、モータ１０の回転角が追従するように制御することができる。
　以上のように、本実施の形態３によれば、先の実施の形態１との違いは電流指令の生成方法だけであり、インバータ系の故障検出に関しては先の実施の形態１と同様である。したがって、トルクセンサ３０、車速センサ４０およびＩＦ６１ａ，６１ｂを有さないような簡易構成とすることによっても、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　なお、本実施の形態３では、モータ１０の回転角の制御により電流指令を生成する場合を例示したが、これに限定されず、回転速度の制御により制御指令を演算し、回転速度指令に追従させるように構成してもよい。この場合も、先の実施の形態１との違いは電流指令の生成方法だけであるので、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。

Claims (8)

  1. 　多相巻線を有するモータを、前記モータの各相に流れる電流の検出値を用いて前記モータの駆動制御を行うモータ制御装置であって、
    　上側アームおよび下側アームのそれぞれにスイッチング素子を有する複数の回路が並列に接続され、前記モータに電力を供給するインバータと、
    　前記インバータを制御することで前記モータの駆動制御を行うモータ制御部と、
    　前記下側アームの各スイッチング素子に接続されており、前記各相の電流を検出する電流検出部と、
    　を備え、
    　前記モータ制御部は、
    　　前記下側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに前記上側アームの各スイッチング素子をすべてオフにするスイッチング制御を行う第１駆動モードと、
    　　前記上側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに前記下側アームの各スイッチング素子をすべてオフにするスイッチング制御を行う第２駆動モードと、
    　を有し、
    　前記モータ制御部は、
    　　前記第１駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に、前記電流検出部によって第１故障検出用電流として検出される前記各相の電流の総和が、あらかじめ設定された第１閾値範囲に含まれているか否かを判定する第１故障判定を行い、
    　　前記第２駆動モードに従ったスイッチング制御を行った際に、前記電流検出部によって第２故障検出用電流として検出される前記各相の電流がそれぞれ、あらかじめ設定された第２閾値範囲に含まれているか否かを判定する第２故障判定を行い、
    　　前記第１故障判定および前記第２故障判定の判定結果に応じて、インバータ系故障を検出する
    　モータ制御装置。
  2. 　前記モータ制御部は、
    　　前記第１故障判定において、前記第１故障検出用電流として検出される前記各相の電流の総和が前記第１閾値範囲に含まれていると判定し、かつ前記第２故障判定において、前記第２故障検出用電流として検出される前記各相の電流がそれぞれ前記第２閾値範囲に含まれていないと判定した場合、前記インバータ系故障として、前記下側アームの各スイッチング素子の短絡故障が発生していると判定する
    　請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　前記モータ制御部は、
    　　前記第１故障判定において、前記第１故障検出用電流として検出される前記各相の電流の総和が前記第１閾値範囲に含まれていないと判定し、かつ前記第２故障判定において、前記第２故障検出用電流として検出される前記各相の電流がそれぞれ前記第２閾値範囲に含まれていると判定した場合、前記インバータ系故障として、前記上側アームの各スイッチング素子の短絡故障が発生していると判定する
    　請求項１または２に記載のモータ制御装置。
  4. 　前記モータ制御部は、
    　　前記第１故障判定において、前記第１故障検出用電流として検出される前記各相の電流の総和が前記第１閾値範囲に含まれていないと判定し、かつ前記第２故障判定において、前記第２故障検出用電流として検出される前記各相の電流がそれぞれ前記第２閾値範囲に含まれていないと判定した場合、前記インバータ系故障として、前記電流センサ系故障が発生していると判定する
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
  5. 　前記モータ制御部は、
    　　前記第２故障検出用電流として検出される前記各相の電流のうち、あらかじめ設定された第３閾値範囲に含まれない電流が検出された相、または前記第１故障検出用電流として検出される前記各相の電流のうち、あらかじめ設定された第４閾値範囲に含まれる電流が検出された相を、電流検出異常相として特定する
    　請求項４に記載のモータ制御装置。
  6. 　前記モータ制御部は、
    　　特定した前記電流検出異常相が１つの場合、前記電流検出部によって検出される、前記各相のうちの前記電流検出異常相以外の相である正常相の電流を用いて、前記モータの駆動制御を行う
    　請求項５に記載のモータ制御装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
    　前記モータ制御装置によって制御される多相巻線を有するモータと、
    　を備えた電動パワーステアリング装置。
  8. 　上側アームおよび下側アームのそれぞれにスイッチング素子を有する複数の回路が並列に接続され、モータに電力を供給するインバータと、前記下側アームの各スイッチング素子に接続されており、前記モータの各相の電流を検出する電流検出部と、を備えたモータ制御装置によって実行されるインバータ系故障検出方法であって、
    　前記下側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに前記上側アームの各スイッチング素子をすべてオフにした際に、前記電流検出部によって第１故障検出用電流として検出される前記各相の電流の総和が、第１閾値範囲に含まれているか否かを判定する第１故障判定を行うステップと、
    　前記上側アームの各スイッチング素子をすべてオンにするとともに前記下側アームの各スイッチング素子をすべてオフにした際に、前記電流検出部によって第２故障検出用電流として検出される前記各相の電流がそれぞれ第２閾値範囲に含まれているか否かを判定する第２故障判定を行うステップと、
    　前記第１故障判定および前記第２故障判定の判定結果に応じて、インバータ系故障を検出するステップと、
    　を備えたインバータ系故障検出方法。
PCT/JP2014/079192 2014-11-04 2014-11-04 モータ制御装置、電動パワーステアリング装置およびインバータ系故障検出方法 WO2016071949A1 (ja)

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