WO2020110875A1

WO2020110875A1 - モータ制御装置

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Publication number: WO2020110875A1
Application number: PCT/JP2019/045548
Authority: WO
Inventors: 優介 ▲高▼村; 佳明山下
Original assignee: 日本電産株式会社
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2020-06-04
Also published as: CN113165687A; JPWO2020110875A1; JP7420079B2; CN113165687B

Abstract

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、各相対応に設けたフルブリッジインバータ（ＩＮＶ１～３）を設ける。３相のいずれか１相に故障があった場合、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。

Description

モータ制御装置

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

日本国登録特許：特許第６２２３５９３号公報

　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。

　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。

　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。

　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ことを特徴とする。

　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。

　本願の例示的な第３の発明は、複数相のモータを駆動す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。

　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。

図１は、本発明の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２は、モータ制御装置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る。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。図４は、ＰｒＤｒ１／ＩＮＶ１故障時に対応するモータ制御を示す図である。図５は、電源１／ＣＰＵ１の故障時に対応するモータ制御を示す図である。図６は、ＣＰＵ間通信故障に対応するモータ制御を示す図である。図７は、ＩＮＶ１遮断リレーＯＦＦ故障に対応するモータ制御を示す図である。図８は、ＩＮＶ２の電解コンデンサＣ２が短絡故障時に対応するモータ制御を示す図である。図９は、ＩＮＶ１の電解コンデンサ短絡故障に対応するモータ制御を示す図である。図１０は、実施形態に係るモータ駆動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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

＜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）。

　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）。

　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。

　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。

　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。

　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。

＜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。

　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。

　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。　

＜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。

　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。

　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。

　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。

＜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）。

　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。

＜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。　

　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。

　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。

＜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。

　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。

　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。

＜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。

　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。

　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。

　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。

＜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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

＜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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

＜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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

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

Claims

　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ことを特徴とするモータ制御装置。
　前記判定手段は前記モータ制御回路各々に対応して設けた制御部を有し、前記制御部間の通信による通知結果をもとに前記各相対応の故障の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
　前記制御部間の通信により通信相手の制御部の異常を監視し、前記複数相のいずれか１相に対応する制御部に動作異常が生じた場合、前記１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、前記複数相に対応する前記モータ制御回路を介して前記フルブリッジインバータを駆動制御することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
　前記モータへ供給される電源電圧の異常を検知して該異常に関連する前記電源回路からの電源供給を停止する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
　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請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
　前記モータ制御回路は、前記フルブリッジインバータを構成する複数の駆動素子それぞれのＯＮ故障とＯＦＦ故障を監視する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
　請求項１～６のいずれか１項に記載のモータ制御装置を、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電動パワーステアリング用モータ制御装置。
　請求項７に記載の電動パワーステアリング用モータ制御装置を備えたことを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
　複数相のモータを駆動す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モータ制御方法。