CN102150359A - 电动机控制装置及电动动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动机控制装置及电动动力转向装置。微机(17)实现检测并且判定作为电动机控制装置起作用的ECU(11)的电源断路器的异常的功能。此时，首先，微机(17)基于由开关状态均为断开的第一FET(26)和第二FET(27)检测出的输出电压(V1、V2)，判定第一FET(26)是否存在短路故障。之后，微机(17)基于仅将第一FET(26)切换为导通时检测出的第一FET(26)和第二FET(27)的输出电压(V1、V2)，判定第一FET(26)是否存在断线故障。在由此判定为第一FET(26)没有发生故障的情况下，微机(17)基于之后检测出的第一FET(26)的输出电压(V1)与平滑电容器(22)的充电电压(Vc)的比较，判定第二FET(27)是否存在短路故障或断线故障。

Description

电动机控制装置及电动动力转向装置
技术领域
本发明涉及电动机控制装置及电动动力转向装置。
背景技术
很多电动机控制装置具有电源断路器(电源断路单元)，该电源断路器设置在连接电源和驱动电路的电源线上，对该电源线进行断路。现有的电源断路器利用继电器电路即所谓的电源继电器构成，该继电器电路使用通过向具有电源断路器的线圈的通电而有选择地使接点导通和断开的机械式继电器(例如参照专利文献1)。这样的电源继电器的异常检测(异常判定)一般通过监视接入电源时电源继电器的输出电压的变化而进行。
具体地说，例如在图4所示的电动机控制装置46中，电动机42从驱动电路43接受基于电源电压Vb的驱动电力的供给。电源和驱动电路43通过电源线44连接，在电源线44上设置有电源继电器45。电源继电器45的异常断定，更详细地说电源继电器45具有的机械式继电器47的熔接和断线的判定，通过以下方法进行。
即，如图5所示，如果电源继电器45正常，则应该仅在电源继电器45导通时电源继电器45的输出电压V0与电源电压Vb一致。由此，在电源继电器45断开时电源继电器45的输出电压V0与电源电压Vb一致的情况下，能够判定为发生了机械式继电器47的熔接故障。此外，在电源继电器45导通时电源继电器45的输出电压V0与电源电压Vb不一致的情况下，能够判定为发生了机械式继电器47的断线故障。
另外，电动机控制装置46的电源继电器45在机械式继电器47之外，还具有使向机械式继电器47的继电器线圈的通电有选择地导通和断开的FET48和二极管49。在电源继电器45与驱动电路43之间，设置有用于检测电源继电器45的输出电压V0的下拉电阻50，和用于使向驱动电路43的施加电压稳定的平滑电容器51。
专利文献1：日本特开2007-276706号公报
近年来，在例如用于电动动力转向装置的电动机控制装置的电源断路器中，为了实现可靠性的提高、装置的小型化，或成本的降低，正在进行从机械式继电器向FET等半导体开关元件的置换。但是，半导体开关元件包含寄生二极管，因此在使用半导体开关元件的电源断路器中，以半导体开关元件的寄生二极管的极性相互相反的方式，一对半导体开关元件串联连接。因此，在上述的现有的方法中，不能够检测使用半导体开关元件的电源断路器的异常。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种电动机控制装置以及具有这样的电动机控制装置的电动动力转向装置，该电动机控制装置能够简便且准确地检测在使用包含寄生二极管的开关元件的电源断路器中产生的异常。
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种电动机控制装置，其包括：驱动电路，其基于电源的电压向电动机供给驱动电力；电源断路器，其设置在连接上述驱动电路和上述电源的电源线上，并且具有分别包含寄生二极管的第一开关元件和第二开关元件，该电源断路器对上述电源线进行断路；异常判定部，其判定上述电源断路器的异常；平滑电容器，其设置在上述驱动电路与上述电源断路器之间；以及电压检测部，其检测上述第一开关元件和第二开关元件的输出电压。上述第一开关元件配置得靠近上述电源，上述第二开关元件配置得靠近上述驱动电路。上述第一开关元件和第二开关元件以寄生二极管的极性彼此相反的方式串联连接。上述异常判定部执行：第一步骤，基于上述第一开关元件和第二开关元件均断开时检测出的第一开关元件和第二开关元件的输出电压，判定第一开关元件是否存在短路故障；以及第二步骤，其接续上述第一步骤，基于仅将第一开关元件切换为导通时检测出的第一开关元件和第二开关元件的输出电压，判定上述第一开关元件是否存在断线故障。在由此判定为第一开关元件没有发生短路故障和断线故障的情况下，上述异常判定部基于之后检测出的第一开关元件的输出电压和上述平滑电容器的充电电压的比较，判定上述第二开关元件是否存在短路故障或断线故障。
在优选实施方式中，在判定上述第二开关元件是否存在短路故障时，上述异常判定部，在使上述第一开关元件和第二开关元件均断开时检测出的第一开关元件的输出电压与上述平滑电容器的充电电压一致的情况下，判定为第二开关元件发生了短路故障。
在优选实施方式中，在判定上述第二开关元件是否存在断线故障时，上述异常判定部，在将上述第一开关元件切换为断开并且将上述第二开关元件切换为导通时检测出的第一开关元件的输出电压与上述平滑电容器的充电电压不一致的情况下，判定为第二开关元件发生了断线故障。
在本发明的第二方面，提供具有上述第一方式的电动机控制装置的电动动力转向装置。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的电动动力转向(EPS)装置的概要图；
图2是表示图1的EPS装置的电结构的框图；
图3是用于说明检测图1的EPS装置中的开关元件的异常的处理的顺序的图；
图4是现有的电动机控制装置的概要图；以及
图5是用于说明检测图4的电动机控制装置中的电源继电器的异常的处理的顺序的图。
具体实施方式
以下依据图1～图3说明本发明的一实施方式。
如图1所示，在具有本实施方式的电动动力转向(EPS)装置1的车辆中，从方向盘2延伸的转向轴3经由齿条-小齿轮机构4与齿条5连接。根据驾驶员进行的方向盘2的操作，转向轴3旋转。转向轴3的旋转通过齿条-小齿轮机械4变换为齿条5的往复直线运动之后，变更转向轮6的转向角。
EPS装置1包括：作为转向力辅助装置的EPS致动器10，其将用于辅助驾驶员进行的方向盘2的操作的辅助力施加于车辆的转向***；以及作为控制单元(控制部)的ECU11，其控制EPS致动器10的动作。
EPS致动器10是，作为EPS致动器10的驱动源的电动机12与齿条5同轴配置的所谓齿条型的EPS致动器。电动机12产生的辅助转矩经由滚珠丝杠机构(省略图示)传递至齿条5。电动机12是无刷电动机，通过从ECU11接受三相即U相、V相、W相的驱动电力的供给而产生旋转。ECU11通过控制电动机12产生的辅助转矩，将适当的辅助力施加于转向***(动力辅助控制)。即，ECU11作为电动机控制装置起作用。
转矩传感器14和车速传感器15与ECU11连接。ECU11基于由转矩传感器14和车速传感器15分别检测出的转向转矩τ和车速V，控制EPS致动器10的动作，执行动力辅助控制。
接着，说明EPS装置1的电结构。
如作为表示EPS装置1的电结构的框图的图2所示，ECU11包括：微机17，其作为输出电动机控制信号的电动机控制信号输出部(电动机控制信号输出单元)；以及驱动电路19，其基于微机17输出的电动机控制信号向电动机12供给三相的驱动电力。驱动电路19设置在作为直流电源的电池18与电动机12之间的电力供给通路的途中。
驱动电路19由具有多个半导体开关元件(功率MOSFET)的公知的PWM逆变器构成。半导体开关元件包括相互串联连接的FET20a和FET20d、相互串联连接的FET20b和FET20e、以及相互串联连接的FET20c和FET20f。一对FET20a、20d、一对FET20b、20e以及一对FET20c、FET20f相互并联连接。驱动电路19和电池18通过电源线21连接。在电源线21设置有用于使向驱动电路19的施加电压稳定的平滑电容器22。
在ECU11上连接有：用于分别检测在电动机12中流动的相电流值Iu、Iv、Iw的电流传感器23u、23v、23w；以及用于检测电动机12的旋转角θ的旋转角传感器24。微机17基于电动机12的相电流值Iu、Iv、Iw和旋转角θ以及上述转向转矩τ和车速V，向驱动电路19输出电动机控制信号。
根据从微机17输出的电动机控制信号使FET20a～20f分别有选择性地导通和断开，由此电池18的直流电力变换为三相的驱动电力并向电动机12供给。
在连接电池18和驱动电路19的电源线21上，设置有两个开关元件第一FET26和第二FET27。第一FET26和第二FET27以第一FET26和第二FET27分别具有的寄生二极管D的极性为相互相反的方式串联连接。更具体地说，第一FET26和第二FET27在比平滑电容器22更靠近电池18的一侧的电源线21的部分，即平滑电容器22的输入侧，以连接彼此的源极端子的状态串联连接。第一FET26和第二FET27的栅极端子接受从微机17输出的控制信号的输入。由此，第一FET26和第二FET27的动作即开关状态，分别受到微机17的控制。在本实施方式中，由第一FET26和第二FET27(以及微机17)构成使电源线21断路的电源断路器(电源断路单元)。
接着，说明电源断路器的异常判定的方式。
如图2所示，在电源线21上的第一FET26的输出侧以及第二FET27的输出侧，分别设置有第一电压传感器29、第二电压传感器30。微机17基于第一电压传感器29的输出信号检测第一FET26的输出电压V1，基于第二电压传感器30的输出信号检测第二FET27的输出电压V2。在本实施方式中，利用第一电压传感器29和第二电压传感器30以及微机17构成电压检测部(电压检测单元)。在第一FET26与第一电压传感器29之间设置有下拉电阻31。
微机17除了如上所述分别控制第一FET26和第二FET27的开关状态之外，还基于第一FET26和第二FET27的开关状态以及输出电压V1、V2的组合，检测并判定电源断路器即第一FET26和第二FET27的异常。由此，微机17具有作为异常判定部(异常判定单元)的功能。
进一步详细叙述，微机17代替现有的异常判定方法，以图3所示的顺序检测并判定电源断路器的异常。EPS装置1在检测到第一FET26和第二FET27的任意一个中的异常即故障的时刻，为了迅速进行失效保护，停止电动机12的控制。由此，以下所说明的第一～第四步骤是在各步骤中没有发现异常的情况下由微机17依次执行的步骤，但在任意一个步骤中发现异常的情况下不进行接续该步骤的步骤的处理。
第一步骤
微机17在接通车辆的电源时(点火开关导通时)，作为异常判定的第一步骤，首先基于开关状态均为断开时检测出的第一FET26和第二FET27的输出电压V1、V2，判定第一FET26是否存在短路故障。
如果第一FET26的开关状态为断开，则只要第一FET26没有发生短路故障，电流就不会经由第一FET26从电池18向驱动电路19流动。即，如果考虑到在第一电压传感器29的附近***有下拉电阻31，而且在进行异常判定的点火开关刚刚导通后，电荷还没有充电于平滑电容器22，则第一FET26和第二FET27的输出电压V1、V2均应该与接地电压(0V)一致。由此，与此相反，在第一FET26和第二FET27的输出电压V1、V2与电池18的电源电压Vb一致的情况下，微机17判定为在第一FET26发生了短路故障。另外，在第一FET26的短路故障时，第二FET27的输出电压V2与电源电压Vb一致，这当然是因为存在第二FET27的寄生二极管D。
第二步骤
接着，作为第二步骤，微机17基于仅将第一FET26切换为导通时检测出的第一FET26和第二FET27的输出电压V1、V2，判定第一FET26是否存在断线故障。
如果第一FET26的开关状态为导通，则只要第一FET26没有发生断线故障，则电流应该经由第一FET26从电池18向第二FET27流动，并且经由第二FET27的寄生二极管D向驱动电路19流动。由此，与此相反，在第一FET26和第二FET27的输出电压V1、V2与电池18的电源电压Vb不一致的情况下，微机17判定为第一FET26发生了断线故障。
第三步骤
接着，作为第三步骤，微机17基于将第一FET26再次切换为断开时检测出的第一FET26的输出电压V1，判定第二FET27是否存在短路故障。
利用微机17进行第三步骤的处理意味着第一FET26没有发生短路和断线故障。通过在上述第二步骤中将第一FET26切换为导通，通过通电，电荷充电至平滑电容器22。此时，如果第二FET27的开关状态为断开，则只要第二FET27没有发生短路故障，第一FET26和平滑电容器22就不会相互电连接。即，应该是第一FET26的输出电压V1与接地电压(0V)一致，第二FET27的输出电压V2与平滑电容器的充电电压Vc一致。由此，与此相反，在第一FET26的输出电压V1与平滑电容器22的充电电压Vc一致的情况下，微机17判定为第一FET26和平滑电容器22相互电连接，即第二FET27发生短路故障。
第四步骤
接着，作为第四步骤，微机17基于仅将第二FET27切换为导通时检测出的第一FET26的输出电压V1，判定第二FET27是否存在断线故障。
如果通过将第二FET27切换为导通使得第一FET26和平滑电容器22成为相互电连接的状态，则第一FET26的输出电压V1应该与平滑电容器22的充电电压Vc一致。由此，与此相反，在第一FET26的输出电压V1与平滑电容器22的充电电压Vc不一致的情况下，微机17判定为第一FET26和平滑电容器22没有相互电连接，即第二FET27发生断线故障。
由此，根据以上说明的本实施方式，能够简便且准确地检测电源断路器即第一FET26和第二FET27的异常，更具体地说是第一FET26和第二FET27各自发生的短路故障和断线故障。
另外，上述实施方式也可以以下述方式进行变更。
在上述实施方式中，微机17在判定第二FET27是否存在短路故障之后判定第二FET27是否存在断线故障。但是，并不限定于此，微机17也可以在判定第二FET27是否存在短路故障之前判定第二FET27是否存在断线故障。
第一FET26和第二FET27并不限于由功率MOSFET构成，也可以由具有寄生二极管的其它开关元件构成。
在上述实施方式中，微机17实现作为异常判定部的功能，但也可以利用微机17以外的部件实现该功能。
本发明并不限于具体化为EPS装置1的ECU11，也可以应用于在EPS装置以外的用途中使用的电动机控制装置。

Claims (4)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，包括：
驱动电路，其基于电源的电压向电动机供给驱动电力；
电源断路器，其设置在连接所述驱动电路和所述电源的电源线上，并且具有分别包含寄生二极管的第一开关元件和第二开关元件，该电源断路器对所述电源线进行断路；
异常判定部，其判定所述电源断路器的异常；
平滑电容器，其设置在所述驱动电路与所述电源断路器之间；以及
电压检测部，其检测所述第一开关元件和第二开关元件的输出电压，
所述第一开关元件配置得靠近所述电源，所述第二开关元件配置得靠近所述驱动电路，所述第一开关元件和第二开关元件以寄生二极管的极性彼此相反的方式串联连接，
所述异常判定部执行：
第一步骤，基于所述第一开关元件和第二开关元件均断开时检测出的第一开关元件和第二开关元件的输出电压，判定第一开关元件是否存在短路故障；以及
第二步骤，其接续所述第一步骤，基于仅将第一开关元件切换为导通时检测出的第一开关元件和第二开关元件的输出电压，判定所述第一开关元件是否存在断线故障，
在由此判定为第一开关元件没有发生短路故障和断线故障的情况下，所述异常判定部基于之后检测出的第一开关元件的输出电压和所述平滑电容器的充电电压的比较，判定所述第二开关元件是否存在短路故障或断线故障。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其中，
在判定所述第二开关元件是否存在短路故障时，所述异常判定部，在使所述第一开关元件和第二开关元件均断开时检测出的第一开关元件的输出电压与所述平滑电容器的充电电压一致的情况下，判定为第二开关元件发生了短路故障。
3.如权利要求1或2所述的电动机控制装置，其中，
在判定所述第二开关元件是否存在断线故障时，所述异常判定部，在将所述第一开关元件切换为断开并且将所述第二开关元件切换为导通时检测出的第一开关元件的输出电压与所述平滑电容器的充电电压不一致的情况下，判定为第二开关元件发生了断线故障。
4.一种电动动力转向装置，其特征在于：
具有权利要求1～3中任一项所述的电动机控制装置。
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