JP2005313807A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ駆動回路がバッテリーである直流電源と3相インバータから構成されている場合、モータ駆動回路が正常動作している条件下では、直流電源から供給される直流電流と3相インバータの出力電流のどれか1相の電流の大きさは必ず等しいことを利用して、電流検出センサで測定された各電流を比較すれば電流検出センサの故障を検出できる。
【選択図】図4
Description
図7の検出方法を用いれば、モータ配線の天絡、地絡、モータ端子電圧検出回路の故障検出を可能とするものである。
本発明はバッテリー電源から供給される直流電流の大きさとモータに通電される電流の大きさが等しい原理を利用してモータ駆動回路に関係する検出回路、即ち電圧検出回路、および電流検出回路の故障を検出するものである。
(数1)
Ia=(2/3・Vbat−Eka)/(Ra+s・La)
Ib=(−1/3・Vbat−Ekb)/(Rb+s・Lb)
Ic=(−1/3・Vbat−Ekc)/(Rc+s・Lc)
ただし、
Eka=EMFa−(EMFa+EMFb+EMFc)/3
Ekb=EMFb−(EMFa+EMFb+EMFc)/3
Ekc=EMFc−(EMFa+EMFb+EMFc)/3
ここで、Vbatはバッテリー電圧を表わし、Eka,Ekb,Ekcはa,b,c相の等価逆起電圧を表わす。EMFa,EMFb,EMFcはa,b,c相の逆起電圧を表わす。
(数2)
|Idc|=max(|Ia|,|Ib|,|Ic|)
ここで、|Ia|,|Ib|,|Ic|は、モータの各相電流Ia,Ib,Icの大きさを示す。数2の意味を言いかえれば、直流電流検出回路30,電流検出回路31,電流検出回路32のどれかが故障した場合には、数2が成立することはない。
(数3)
ΔI=||Idc|−max(|Ia|,|Ib|,|Ic|)|>errI
つまり、直流電流Idcの大きさ|Idc|と、各相電流の大きさの最大値であるmax(|Ia|,|Ib|,|Ic|)との差の絶対値である偏差ΔIが判定値errIより小さければ、直流電流検出回路30,電流検出回路31,電流検出回路32は正常に動作していると判定する。
PW=Tr・ω=Kt・Iref・ω
つまり、出力パワーPWはトルクTrと角速度ωとの関係から求めることができる。それを図に表示すると図3のようになる。ここで、モータのトルクTr=Kt・IrefでKtはトルク定数なので、Trの極性は電流指令値Irefの極性を判定すれば良い。また、ωはモータの角速度なのでホールセンサから得られるホールセンサ信号から算出される角速度ωの極性を判定すれば良い。よって、PWの極性を算出するためには、電流指令値Irefの極性とホールセンサ信号から得られる角速度ωに基いて算出される角速度ωの極性とを求めれば良い。
(4/3)・(Ke/2)・ω+Imax・R・√(1+(ω・P)2・τ2)>(2/3)・Vbat
ただし、時定数τ=L/Rである。Pはモータの極対数である。
図1において、バッテリー110の正極を起点として、A点、N点、B点を経由してバッテリー110の負極に戻ってくるルートを電圧、電流の関係で表現すると数6のようになる。
Vbat=Ra・Ia+La・(dIa/dt)+EMFa−Rb・Ib−Lb・(dIb/dt)−EMFb
同様に、バッテリー110の正極を起点として、A点、N点、C点を経由してバッテリー110の負極に戻ってくるルートを電圧、電流の関係で表現すると数7のようになる。
Vbat=Ra・Ia+La・(dIa/dt)+EMFa−Rc・Ic−Lc・(dIc/dt)−EMFc
ここで、Ia+Ib+Ic=0の関係を数7に利用して変形すると数8のようになる。
Vbat=Ra・Ia+La・(dIa/dt)+EMFa+Rc・(Ia+Ib)+Lc・(d(Ia+Ib)/dt)−EMFc
ここで、さらに一般的に、Ra=Rb=Rc,及びLa=Lb=Lcであるので、この関係を利用すると、数8は数9のように表すことができる。
Vbat=2Ra・Ia+2La・(dIa/dt)+EMFa+Ib・Rc+Lc・(dIb/dt)−EMFc
さらに、数6と数9の両辺を加算すると数10のように表現できる。
2Vbat=3Ra・Ia+3La(dIa/dt)+2EMFa−EMFb−EMFc
数10の両辺を3で割ると、数11になる。
2/3(Vbat)=Ra・Ia+La(dIa/dt)+EMFa−(EMFa+EMFb+EMFc)/3
ここで、下記を定義する。
Eka=EMFa−(EMFa+EMFb+EMFc)/3
よって、数11は数13となる。
2/3(Vbat)=Ra・Ia+La(dIa/dt)+Eka
さらに、R=Ra=Rb=Rc,及びL=La=Lb=Lcとし、さらに、定常状態としてL(dI/dt)=jωeLとして数14を数15に書き直す。
なお、ここで、電気角ωe=ω・Pである。Pはモータの極対数である。
2/3(Vbat)=[Ra+s・La]Imax+Eka
さらに、
Ekmax=4/3(Ke/2)・ωを代入すると、数14は数15となる。
2/3(Vbat)=(R+jωe・L)Imax+4/3(Ke/2)・ω
よって、数15が判断式の境界条件となり、数5の式が成立する。
図1において、直流電源100と3相インバータとを連結する直流回路に直流電流Idcを測定する直流電流検出回路30が配されている。また、3相インバータ、或いは3相モータのa相電流Iaおよびc相電流Icを測定するために電流検出回路31および電流検出回路32が配されている。検出された電流Idc,Ia,Icが演算処理部200に入力される。演算処理部200は、マイコンで構成されソフトウエアで処理される場合もあり、またハードウエアで構成される場合もある。
電動パワーステアリング装置が電流検出回路も含め、正常に動作しているのであれば、判定値以上の偏差が発生しないはずだからである。逆に、偏差ΔIが判定値より大きければ、電動パワーステアリング装置の駆動回路で天絡、地絡などの故障が発生したか、或いは各電流検出回路に故障が発生したかである。
数5の左辺[4/3(Ke/2)・ω+Imax・R・√(1+ωe 2・τ2)]を誘起電圧算出部61で最大電流Imax=(max(Ia,Ib,Ic))と角速度ωとを入力として算出する。定数Ke、巻線抵抗値、インダクタンス値Lはモータの性能によって決定される値である。数5の左辺とバッテリー電圧の2/3を示す設定部62とを比較部63で比較する。なお、バッテリー電圧Vbatは一般的に12Vであるが、正確さを求めるならバッテリー電圧を測定して測定値を使用しても良い。
30・・・・・直流電流検出回路
31,32・・・・・電流検出回路
50・・・・・ホールセンサ
35−1,35−2,35−3、35−4・・・・減算部
40−1,40−2、40−3、40−4、40−5・・絶対値部
41・・・最大値検出部
42・・・判定値設定部
43・・・比較部
44・・・時間遅れ手段
A・・・判定手段
50・・・方向検出部
51−1,51−2・・・極性判定部
52・・・ローパスフィルター
53・・・・乗算部
59・・・ホールセンサ
61・・・誘起電圧算出部
62・・・設定部
63・・・比較部
70・・・NAND部
71・・・AND部
108・・モータ
110・・バッテリー
111・・インバータ
Claims (3)
- 車両の操舵系に直流電源を駆動電源とする3相インバータによって駆動される3相モータにより操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記直流電源から前記3相インバータに供給される直流電流を測定する直流電流検出回路と、前記3相モータの各相電流を測定する少なくとも2つの電流検出回路と、前記各相電流の大きさの最大値と前記直流電流の大きさとの差の絶対値が判定値以上であるか否かを判定する判定手段とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記直流電流検出回路が前記直流電源に充電する方向の電流を測定できない場合に、前記判定手段の判定を中止する請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記判定手段の後に時間遅れ手段を備えた請求項1又は請求項2に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
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