JP2006050803A - モータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ制御に必要な電流センサ以外の電流センサを用いることなく、さらに、モータが高速回転の場合であってもインバータなどの異常検出ができるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】ブラシレスDCモータの各相の実電圧Vu、Vv、Vwの加算値が所定閾値より大きい場合に、インバータなどのモータ駆動手段が異常であると判定する。さらに、電圧指令値に3次高調波成分が重畳されている場合には、実電圧Vu、Vv、Vwから3次高調波成分を除去した後の電圧値の加算値が所定閾値より大きい場合に、モータ駆動手段が異常であると判定する。
【選択図】図2
【解決手段】ブラシレスDCモータの各相の実電圧Vu、Vv、Vwの加算値が所定閾値より大きい場合に、インバータなどのモータ駆動手段が異常であると判定する。さらに、電圧指令値に3次高調波成分が重畳されている場合には、実電圧Vu、Vv、Vwから3次高調波成分を除去した後の電圧値の加算値が所定閾値より大きい場合に、モータ駆動手段が異常であると判定する。
【選択図】図2
Description
本発明は、モータ駆動装置、例えば、電動パワーステアリング装置などに用いられるブラシレスDCモータの駆動装置に関するものである。
従来、ブラシレスDCモータ駆動装置のインバータの異常検出は、電流指令値と実電流との偏差が所定値以上となったか否か、及び、3相の実電流の加算値が所定値以上になったか否かにより行っている(例えば、特許文献1参照)。ここで、実電流とは、ブラシレスDCモータの3相全ての実電流、若しくはこれら3相の実電流に基づき算出されたd軸実電流又はq軸実電流である。
なお、上記のような電流偏差により行うインバータの異常検出は、モータの回転角速度が所定値より小さいときにのみ行うようにされている。なぜなら、モータが高速回転の場合には、モータの逆起電圧の影響により、インバータが正常の場合であっても電流偏差が大きくなる場合があるからである。つまり、モータが高速回転の場合に電流偏差が大きくなったとしても、異常と判定しないように、モータの回転角速度が所定値より小さいときにのみ行うようにしている。
特開2000−184772号公報
ところで、電流加算による異常検出によれば、ブラシレスDCモータの3相全ての実電流を検出する必要がある。ただし、ブラシレスDCモータの3相のうち少なくとも2相は、ブラシレスDCモータを制御するために必要である。つまり、電流加算による異常検出を行うためには、ブラシレスDCモータの制御に必要ではない他の1相分の電流センサを設ける必要がある。さらに、モータが高速回転の場合には、電流偏差によっては異常検出ができないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、モータ制御に必要な電流センサ以外の電流センサを用いることなく、さらに、モータが高速回転の場合であってもインバータなどの異常検出ができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、電流により異常検出を行うのではなく、電圧により異常検出を行うことを思いつき、本発明を完成するに至った。
(1)第1本発明
すなわち、第1本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの各相に交流電圧を印加して前記ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段に制御信号を出力して前記ブラシレスDCモータを制御するモータ制御手段と、を備えるモータ駆動装置において、さらに、前記ブラシレスDCモータの各相の実電圧を検出する実電圧検出手段と、検出された各相の前記実電圧と中性点電位との差電圧である各相のシフト実電圧を算出するシフト実電圧算出手段と、各相の前記シフト実電圧の加算値が所定の第1閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。
すなわち、第1本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの各相に交流電圧を印加して前記ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段に制御信号を出力して前記ブラシレスDCモータを制御するモータ制御手段と、を備えるモータ駆動装置において、さらに、前記ブラシレスDCモータの各相の実電圧を検出する実電圧検出手段と、検出された各相の前記実電圧と中性点電位との差電圧である各相のシフト実電圧を算出するシフト実電圧算出手段と、各相の前記シフト実電圧の加算値が所定の第1閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、モータ駆動手段は、インバータ回路と、PWM出力部とを有している。インバータ回路は、複数のスイッチング素子から構成されている。そして、インバータ回路は、入力側が直流電源に接続されており、出力側がブラシレスDCモータに接続されている。PWM出力部は、インバータ回路の各スイッチング素子をPWM駆動させるPWM駆動信号を出力している。なお、スイッチング素子は、例えば、MOSFET、IGBTなどである。中性点電位とは、ブラシレスDCモータの各相に印加される交流電圧の振幅の中心電位である。例えば、中性点電位は、Y結線からなるブラシレスDCモータの場合における結線位置の電位となる。また、モータ駆動手段の異常とは、例えば、インバータ回路のスイッチング素子の短絡、地絡、天絡などである。
また、前記制御信号は、基本正弦波からなる電圧指令値に該基本正弦波の3次高調波成分が重畳された3次重畳電圧指令値であり、さらに、各相の前記シフト実電圧から前記3次高調波成分がそれぞれ除去された各相の3次成分除去電圧を算出する3次成分除去電圧算出手段を備え、前記異常判定手段は、各相の前記3次成分除去電圧の加算値が前記第1閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定するようにしてもよい。
ここで、基本正弦波からなる電圧指令値に3次高調波成分を重畳することにより、ブラシレスDCモータの線間電圧をより大きくすることができる。また、基本正弦波からなる電圧指令値に重畳する3次高調波成分は、基本正弦波に基づき算出される正弦波からなる。そして、3次成分除去電圧を算出する際に用いる3次高調波成分は、3次重畳電圧指令値に重畳されている基本正弦波の3次高調波成分の正弦波からなる。つまり、3次成分除去電圧は、シフト実電圧から電圧指令値に含まれる3次高調波成分を除去された電圧となる。
また、さらに、前記モータ駆動手段に印加される電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記電源電圧の2分の1の電圧値を算出し該2分の1の電圧値を前記中性点電位とする中性点電位算出手段と、を備えるようにしてもよい。
(2)第2本発明
第2本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの各相に交流電圧を印加して前記ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動手段と、前記ブラシレスDCモータに流れる実電流のうちd軸成分の実電流であるd軸実電流及び該d軸に直交するq軸成分の実電流であるq軸実電流からなるd/q軸実電流を算出するd/q軸実電流算出手段と、前記ブラシレスDCモータに供給する前記d軸成分の電流指令値であるd軸電流指令値及び前記q軸成分の電流指令値であるq軸電流指令値からなるd/q軸電流指令値を発生する電流指令値発生手段と、前記d/q軸電流指令値と前記d/q軸実電流との偏差に基づき前記ブラシレスDCモータに印加する電圧指令値を算出し前記モータ駆動手段に該電圧指令値からなる制御信号を出力する制御信号出力手段と、を備えるモータ駆動装置において、さらに、前記ブラシレスDCモータの回転角速度を検出する角速度検出手段と、前記d/q軸電流指令値及び前記回転角速度に基づき前記ブラシレスDCモータに印加される推定電圧値を算出する推定電圧値算出手段と、前記推定電圧値と前記電圧指令値との偏差が所定の第2閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。
第2本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの各相に交流電圧を印加して前記ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動手段と、前記ブラシレスDCモータに流れる実電流のうちd軸成分の実電流であるd軸実電流及び該d軸に直交するq軸成分の実電流であるq軸実電流からなるd/q軸実電流を算出するd/q軸実電流算出手段と、前記ブラシレスDCモータに供給する前記d軸成分の電流指令値であるd軸電流指令値及び前記q軸成分の電流指令値であるq軸電流指令値からなるd/q軸電流指令値を発生する電流指令値発生手段と、前記d/q軸電流指令値と前記d/q軸実電流との偏差に基づき前記ブラシレスDCモータに印加する電圧指令値を算出し前記モータ駆動手段に該電圧指令値からなる制御信号を出力する制御信号出力手段と、を備えるモータ駆動装置において、さらに、前記ブラシレスDCモータの回転角速度を検出する角速度検出手段と、前記d/q軸電流指令値及び前記回転角速度に基づき前記ブラシレスDCモータに印加される推定電圧値を算出する推定電圧値算出手段と、前記推定電圧値と前記電圧指令値との偏差が所定の第2閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、d軸方向とはモータの界磁束の方向であり、q軸方向とはd軸方向に直交する方向である。また、制御信号出力手段は、例えば、PI制御を施した電圧指令値を算出するようにしてもよい。
なお、前記制御信号出力手段は、前記d/q軸電流指令値と前記d/q軸実電流との偏差に基づき前記ブラシレスDCモータに印加する前記d軸成分の電圧指令値であるd軸電圧指令値及び前記q軸成分の電圧指令値であるq軸電圧指令値からなるd/q軸電圧指令値を算出するd/q軸電圧指令値算出手段と、前記d/q軸電圧指令値に基づき前記ブラシレスDCモータの各相の交流電圧指令値を算出し前記モータ駆動手段に該交流電圧指令値からなる制御信号を出力する交流電圧指令値出力手段とを備え、前記推定電圧値は、前記d軸成分の推定電圧値及び前記q軸成分の推定電圧値の少なくとも何れか一方であり、前記異常判定手段は、前記d軸成分の推定電圧値と前記d軸電圧指令値との偏差及び前記q軸成分の推定電圧値と前記q軸電圧指令値との偏差の少なくとも何れか一方が前記第2閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定するようにしてもよい。つまり、d/q軸成分における電圧値を用いて、モータ駆動手段の異常判定を行うようにしている。なお、異常判定は、d軸成分の推定電圧値及びd軸電圧指令値のみに基づき行ってもよいし、q軸成分の推定電圧値及びq軸電圧指令値のみに基づき行ってもよい。さらに、異常判定は、d軸成分の推定電圧値及びd軸電圧指令値とq軸成分の推定電圧値及びq軸電圧指令値とに基づき行ってもよい。なお、d軸成分及びq軸成分の双方の電圧値を用いて異常判定を行う場合には、d軸成分の推定電圧値とd軸電圧指令値との偏差、及び、q軸成分の推定電圧値とq軸電圧指令値との偏差の何れか一方が第2閾値より大きい場合に、モータ駆動手段が異常であると判定するとよい。
また、前記制御信号出力手段は、前記d/q軸電流指令値と前記d/q軸実電流との偏差に基づき前記ブラシレスDCモータに印加する前記d軸成分の電圧指令値であるd軸電圧指令値及び前記q軸成分の電圧指令値であるq軸電圧指令値からなるd/q軸電圧指令値を算出するd/q軸電圧指令値算出手段と、前記d/q軸電圧指令値に基づき前記ブラシレスDCモータの各相の交流電圧指令値を算出し前記モータ駆動手段に該交流電圧指令値からなる制御信号を出力する交流電圧指令値出力手段とを備え、前記推定電圧値は、前記ブラシレスDCモータの各相の少なくとも何れか1相に印加される交流推定電圧値であり、前記異常判定手段は、前記交流推定電圧値と前記交流推定電圧値の相に対応する前記交流電圧指令値との偏差が前記第2閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定するようにしてもよい。つまり、3相交流成分における電圧値を用いて、モータ駆動手段の異常判定を行うようにしている。なお、異常判定は、3相成分のうち何れか1相の推定電圧値とそれに対応する相の電圧指令値とに基づき行ってもよい。また、異常判定は、3相成分のうち何れか2相の推定電圧値とそれらに対応する相の電圧指令値とに基づき行ってもよい。さらに、異常判定は、3相全ての推定電圧値とそれらに対応する相の電圧指令値とに基づき行ってもよい。複数相の電圧値を用いて異常判定を行う場合には、それらの相の偏差の何れか1つが第2閾値より大きい場合に、モータ駆動手段が異常であると判定するとよい。
(1)第1本発明の効果
第1本発明によれば、ブラシレスDCモータの各相の実電圧に基づき、インバータ回路などのモータ駆動手段の異常検出を行っている。具体的には、ブラシレスDCモータの各相の実電圧と中性点電位との差電圧である各相のシフト実電圧の加算値が所定の第1閾値より大きいか否かを判定している。そして、各相のシフト実電圧の加算値が第1閾値より大きい場合に、モータ駆動手段の異常であると判定している。ここで、各相のシフト実電圧の加算値は、モータ駆動手段が正常の場合における理想値は0である。ただし、実際には、モータ駆動手段が正常の場合であっても、各相のシフト実電圧の加算値は0にはならない。一方、モータ駆動手段が異常の場合には、各相のシフト実電圧の加算値が大きな値となる。そこで、各相のシフト実電圧の加算値と所定の第1閾値とを比較することにより、モータ駆動手段の異常判定を行うことができる。
第1本発明によれば、ブラシレスDCモータの各相の実電圧に基づき、インバータ回路などのモータ駆動手段の異常検出を行っている。具体的には、ブラシレスDCモータの各相の実電圧と中性点電位との差電圧である各相のシフト実電圧の加算値が所定の第1閾値より大きいか否かを判定している。そして、各相のシフト実電圧の加算値が第1閾値より大きい場合に、モータ駆動手段の異常であると判定している。ここで、各相のシフト実電圧の加算値は、モータ駆動手段が正常の場合における理想値は0である。ただし、実際には、モータ駆動手段が正常の場合であっても、各相のシフト実電圧の加算値は0にはならない。一方、モータ駆動手段が異常の場合には、各相のシフト実電圧の加算値が大きな値となる。そこで、各相のシフト実電圧の加算値と所定の第1閾値とを比較することにより、モータ駆動手段の異常判定を行うことができる。
また、各相の前記3次成分除去電圧の加算値が前記第1閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定することにより、電圧指令値に3次高調波成分が重畳されている場合であっても、確実に異常判定ができる。仮に、電圧指令値に3次高調波成分が重畳されている場合に、シフト実電圧の加算値の理想値が0にならない。従って、シフト実電圧から3次高調波成分が除去されない状態では、シフト実電圧によるモータ駆動手段の異常判定を行うことができない。しかし、シフト実電圧から3次高調波成分が除去された3次成分除去電圧の加算値の理想値は0である。そこで、3次成分除去電圧を用いることにより、確実にモータ駆動手段の異常判定を行うことができる。
また、中性点電位を電源電圧の2分の1の電圧値とすることにより、容易に中性点電位を算出することができる。
つまり、第1本発明により、モータ制御に必要な電流センサ以外の電流センサを用いることなくモータ駆動手段の異常判定を行うことができる。さらに、第1本発明によれば、モータが高速回転の場合にモータの逆起電圧の影響があるとしても、確実にモータ駆動手段の異常判定を行うことができる。つまり、モータの角速度に関わりなく、各相のシフト実電圧(または、3次成分除去電圧)の加算値と所定の第1閾値とを比較することにより、モータ駆動手段の異常判定を行うことができる。
(2)第2本発明の効果
第2本発明によれば、推定電圧値と電圧指令値とに基づき、インバータ回路などのモータ駆動手段の異常検出を行っている。具体的には、推定電圧値と電圧指令値との偏差が所定の第2閾値より大きいか否かを判定している。そして、当該偏差が第2閾値より大きい場合に、モータ駆動手段の異常であると判定している。
第2本発明によれば、推定電圧値と電圧指令値とに基づき、インバータ回路などのモータ駆動手段の異常検出を行っている。具体的には、推定電圧値と電圧指令値との偏差が所定の第2閾値より大きいか否かを判定している。そして、当該偏差が第2閾値より大きい場合に、モータ駆動手段の異常であると判定している。
ここで、異常判定に用いられる推定電圧値は、上述したように、前記d/q軸電流指令値及び前記回転角速度に基づき前記ブラシレスDCモータに印加される電圧値である。この電圧推定値は、いわゆるブラシレスDCモータの電圧方程式に基づき算出している。この推定電圧値を算出するのに用いられるd/q軸電流指令値は、ブラシレスDCモータに供給すべき理想的な電流値である。そして、推定電圧値を算出するのに用いられる回転角速度は、ブラシレスDCモータの実際の回転角速度である。つまり、これら電流指令値及び回転角速度に基づき算出される推定電圧値は、ブラシレスDCモータの回転駆動状況を考慮した上で、ブラシレスDCモータに印加すべき理想的な電圧値である。なお、インバータにより出力可能な電圧は、電源電圧の制約を受け有限である。そのため、電圧指令値には、飽和判定しガードがかかっている。そこで、推定電圧値も同様の飽和判定を行っておく。
一方、異常判定に用いられる電圧指令値は、上述したように、前記d/q軸電流指令値と前記d/q軸実電流との偏差に基づき算出された前記ブラシレスDCモータに印加する値である。すなわち、電圧指令値は、ブラシレスDCモータに実際に供給されている電流値を考慮した上で、ブラシレスDCモータに実際に印加しようとする電圧値である。
そして、モータ駆動手段が正常の場合には、ブラシレスDCモータが、供給される電流値に応じた回転駆動を行う。従って、推定電圧値と電圧指令値は、モータ駆動手段が正常の場合には理想的には一致する。従って、モータ駆動手段が正常の場合には、推定電圧値と電圧指令値との偏差は0に近い値となる。
しかし、モータ駆動手段のうちインバータ回路が短絡したなどの異常の場合には、例えば、ブラシレスDCモータの各相に電流は流れておらず、ブラシレスDCモータは正常に回転駆動していない場合がある。この場合には、推定電圧値は、ブラシレスDCモータが回転駆動していないので小さな値となる。一方、電圧指令値は、ブラシレスDCモータには電流が流れていないので、電流指令値との偏差は大きく、いつまでも偏差が減少しないため大きな値となる。つまり、上記異常の場合には、推定電圧値は、電圧指令値よりも小さな値となり、両者は大きく異なる値となる。そこで、推定電圧値と電圧指令値との偏差が所定の第2閾値より大きいか否かを判定することにより、モータ駆動手段の異常判定を行うことができる。
つまり、第2本発明により、モータ制御に必要な電流センサ以外の電流センサを用いることなくモータ駆動手段の異常判定を行うことができる。さらに、第2本発明によれば、モータが高速回転の場合にモータの逆起電圧の影響があるとしても、確実にモータ駆動手段の異常判定を行うことができる。つまり、モータの角速度に関わりなく、推定電圧値と電圧指令値との偏差と所定の第2閾値とを比較することにより、モータ駆動手段の異常判定を行うことができる。
なお、異常判定は、上述したように、d/q軸成分の電圧値を用いて行うこともできるし、3相交流成分の電圧値を用いて行うこともできる。もちろん、d/q軸成分の電圧値及び3相交流成分の電圧値を用いて異常判定を行うこともできる。ここで、3相交流成分の電圧指令値を用いる場合には、d/q軸成分の推定電圧値を算出した後にd/q逆変換を行うことにより3相交流成分の推定電圧値を算出している。つまり、3相交流成分の電圧値を用いる場合には、d/q軸成分の電圧値を用いる場合に比べて、d/q逆変換を行うことが必要となる。つまり、d/q軸成分の電圧値を用いる方が、より演算処理を少なくすることができる。また、複数の電圧値を用いて異常判定することにより、より確実に異常判定の精度を高めることができる。
(1)第1実施形態
次に、第1本発明について、第1実施形態を挙げ、より詳しく説明する。第1実施形態は、第1本発明のモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置のモータ駆動装置に適用した場合について説明する。
次に、第1本発明について、第1実施形態を挙げ、より詳しく説明する。第1実施形態は、第1本発明のモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置のモータ駆動装置に適用した場合について説明する。
第1実施形態における電動パワーステアリング装置の全体構成のブロック図を図1に示す。図1に示すように、電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサ1と、車速センサ2と、モータ駆動装置と、を備えている。モータ駆動装置は、モータ制御部(モータ制御手段)3と、モータ駆動部(モータ駆動手段)4と、アシスト電動機(ブラシレスDCモータ)5と、電流センサ6〜7と、回転角センサ8と、電源電圧検出部9と、相実電圧検出部10と、インバータ異常検出部11とを備えている。
(1.1)操舵トルクセンサ1及び車速センサ2
操舵トルクセンサ1は、ステアリング軸(図示せず)にかかる操舵トルクTsを検出するセンサである。ここで、ステアリングホイールに連結されたステアリング軸は、トーションバーを備えている。このトーションバーに操舵トルクセンサ1が取り付けられている。そして、ステアリングホイールが回転することによりトーションバーに回転力が加わり、その加わった回転力に応じてトーションバーが捻れる。このトーションバーの捻れに対応したステアリング軸にかかる操舵トルクが、操舵トルクセンサ1により検出される。車速センサ2は、車両の走行速度Vsを検出するセンサである。この車速センサ2は、車両の前輪に取り付けられている。
操舵トルクセンサ1は、ステアリング軸(図示せず)にかかる操舵トルクTsを検出するセンサである。ここで、ステアリングホイールに連結されたステアリング軸は、トーションバーを備えている。このトーションバーに操舵トルクセンサ1が取り付けられている。そして、ステアリングホイールが回転することによりトーションバーに回転力が加わり、その加わった回転力に応じてトーションバーが捻れる。このトーションバーの捻れに対応したステアリング軸にかかる操舵トルクが、操舵トルクセンサ1により検出される。車速センサ2は、車両の走行速度Vsを検出するセンサである。この車速センサ2は、車両の前輪に取り付けられている。
(1.2)モータ制御部(モータ制御手段)3
モータ制御部3は、後述するモータ駆動部4に制御信号を出力して、後述するアシスト電動機5を制御する。このモータ制御部3は、図1に示すように、電流指令値発生部(電流指令値発生手段)31と、d軸減算器32と、q軸減算器33と、PI制御部(d/q軸電圧指令値算出手段)34と、d/q逆変換部(交流電圧指令値出力手段)35と、3次高調波演算部36と、3次成分重畳部37と、d/q変換部38とから構成される。
モータ制御部3は、後述するモータ駆動部4に制御信号を出力して、後述するアシスト電動機5を制御する。このモータ制御部3は、図1に示すように、電流指令値発生部(電流指令値発生手段)31と、d軸減算器32と、q軸減算器33と、PI制御部(d/q軸電圧指令値算出手段)34と、d/q逆変換部(交流電圧指令値出力手段)35と、3次高調波演算部36と、3次成分重畳部37と、d/q変換部38とから構成される。
(1.2.1)電流指令値発生部(電流指令値発生手段)31
電流指令値発生部31は、まず、操舵トルクセンサ1により検出された操舵トルクTs及び車速センサ2により検出された車速Vsを入力する。そして、電流指令値発生部31は、入力された操舵トルクTsの位相補償処理を行う。この位相補償処理が行われた操舵トルクTsと入力された車速Vsとに基づき、アシスト電動機5に供給する目標電流である電流指令値Id*、Iq*を設定する。この電流指令値Id*、Iq*の設定は、予め記憶された操舵トルクTs及び車速Vsに対する電流指令値Id*、Iq*の関係を示す電流指令値マップに基づき行われる。ここで、電流指令値Id*は、電流指令値のうちのd軸成分の電流指令値(以下、「d軸電流指令値」という)である。電流指令値Iq*は、電流指令値のうちのq軸成分の電流指令値(以下、「q軸電流指令値」という)である。なお、d軸とはブラシレスDCモータの界磁束方向の軸であり、q軸とはd軸に直交する方向の軸である。
電流指令値発生部31は、まず、操舵トルクセンサ1により検出された操舵トルクTs及び車速センサ2により検出された車速Vsを入力する。そして、電流指令値発生部31は、入力された操舵トルクTsの位相補償処理を行う。この位相補償処理が行われた操舵トルクTsと入力された車速Vsとに基づき、アシスト電動機5に供給する目標電流である電流指令値Id*、Iq*を設定する。この電流指令値Id*、Iq*の設定は、予め記憶された操舵トルクTs及び車速Vsに対する電流指令値Id*、Iq*の関係を示す電流指令値マップに基づき行われる。ここで、電流指令値Id*は、電流指令値のうちのd軸成分の電流指令値(以下、「d軸電流指令値」という)である。電流指令値Iq*は、電流指令値のうちのq軸成分の電流指令値(以下、「q軸電流指令値」という)である。なお、d軸とはブラシレスDCモータの界磁束方向の軸であり、q軸とはd軸に直交する方向の軸である。
(1.2.2)d軸減算器32
d軸減算器32は、電流指令値発生部31にて設定されたd軸電流指令値Id*から後述するd/q変換部38にて算出されたd軸実電流Idが減算されたd軸偏差電流ΔId(=Id*−Id)を算出する。
d軸減算器32は、電流指令値発生部31にて設定されたd軸電流指令値Id*から後述するd/q変換部38にて算出されたd軸実電流Idが減算されたd軸偏差電流ΔId(=Id*−Id)を算出する。
(1.2.3)q軸減算器33
q軸減算器33は、電流指令値発生部31にて設定されたq軸電流指令値Iq*から後述するd/q変換部38にて算出されたq軸実電流Iqが減算されたq軸偏差電流ΔIq(=Iq*−Iq)を算出する。
q軸減算器33は、電流指令値発生部31にて設定されたq軸電流指令値Iq*から後述するd/q変換部38にて算出されたq軸実電流Iqが減算されたq軸偏差電流ΔIq(=Iq*−Iq)を算出する。
(1.2.4)PI制御部(d/q軸電圧指令値算出手段)34
PI制御部34は、d軸減算器32により算出されたd軸偏差電流ΔId及びq軸減算器33により算出されたq軸偏差電流ΔIqに基づき、アシスト電動機5に印加するd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を算出する。具体的には、PI制御部34は、d軸偏差電流ΔId及びq軸偏差電流ΔIqに基づき、d軸実電流Id及びq軸実電流Iqがd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*にそれぞれ追従するようにd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を算出する。なお、インバータは有限の電圧のみを出力可能であるため、数1の制約条件を満たすようにd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を調整する。
PI制御部34は、d軸減算器32により算出されたd軸偏差電流ΔId及びq軸減算器33により算出されたq軸偏差電流ΔIqに基づき、アシスト電動機5に印加するd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を算出する。具体的には、PI制御部34は、d軸偏差電流ΔId及びq軸偏差電流ΔIqに基づき、d軸実電流Id及びq軸実電流Iqがd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*にそれぞれ追従するようにd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を算出する。なお、インバータは有限の電圧のみを出力可能であるため、数1の制約条件を満たすようにd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を調整する。
(1.2.5)d/q逆変換部(交流電圧指令値出力手段)35
d/q逆変換部35は、PI制御部34により算出されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を3相電圧指令値Vu*(1)、Vv*(1)、Vw*(1)に変換する。ここで、d/q逆変換部35により変換された3相電圧指令値Vu*(1)、Vv*(1)、Vw*(1)は、基本正弦波からなる電圧指令値である。なお、Vu*(1)はU相の基本正弦波からなる電圧指令値であり、Vv*(1)はV相の基本正弦波からなる電圧指令値であり、Vw*(1)はW相の基本正弦波からなる電圧指令値である。
d/q逆変換部35は、PI制御部34により算出されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を3相電圧指令値Vu*(1)、Vv*(1)、Vw*(1)に変換する。ここで、d/q逆変換部35により変換された3相電圧指令値Vu*(1)、Vv*(1)、Vw*(1)は、基本正弦波からなる電圧指令値である。なお、Vu*(1)はU相の基本正弦波からなる電圧指令値であり、Vv*(1)はV相の基本正弦波からなる電圧指令値であり、Vw*(1)はW相の基本正弦波からなる電圧指令値である。
(1.2.6)3次高調波演算部36
3次高調波演算部36は、PI制御部34により算出されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*に基づき、基本正弦波の3次高調波成分からなる電圧指令値Vnを算出する。すなわち、3次高調波成分の電圧指令値Vnは、数2により算出される。
3次高調波演算部36は、PI制御部34により算出されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*に基づき、基本正弦波の3次高調波成分からなる電圧指令値Vnを算出する。すなわち、3次高調波成分の電圧指令値Vnは、数2により算出される。
(1.2.7)3次成分重畳部37
3次成分重畳部37は、d/q逆変換部35により算出された基本正弦波からなる3相電圧指令値Vu*(1)、Vv*(1)、Vw*(1)のそれぞれに、3次高調波演算部36により算出された3次高調波成分の電圧指令値Vnを加算した3次成分重畳電圧指令値Vu*(3)、Vv*(3)、Vw*(3)を算出している。そして、3次成分重畳部37は、算出した3次成分重畳電圧指令値Vu*(3)、Vv*(3)、Vw*(3)を後述するモータ駆動部4に出力している。すなわち、3次成分重畳電圧指令値Vu*(3)、Vv*(3)、Vw*(3)が、モータ駆動部4を駆動する制御信号となる。
3次成分重畳部37は、d/q逆変換部35により算出された基本正弦波からなる3相電圧指令値Vu*(1)、Vv*(1)、Vw*(1)のそれぞれに、3次高調波演算部36により算出された3次高調波成分の電圧指令値Vnを加算した3次成分重畳電圧指令値Vu*(3)、Vv*(3)、Vw*(3)を算出している。そして、3次成分重畳部37は、算出した3次成分重畳電圧指令値Vu*(3)、Vv*(3)、Vw*(3)を後述するモータ駆動部4に出力している。すなわち、3次成分重畳電圧指令値Vu*(3)、Vv*(3)、Vw*(3)が、モータ駆動部4を駆動する制御信号となる。
(1.2.8)d/q変換部38
d/q変換部38は、後述する電流センサ6〜7により検出された実電流Iu、Iv及び回転角センサ8により検出された回転角θに基づき、d軸成分の実電流Id及びq軸成分の実電流Iqを算出する。そして、d/q変換部38は、上述したd軸減算部32にd軸実電流Idを出力し、上述したq軸減算部33にq軸実電流Iqを出力する。
d/q変換部38は、後述する電流センサ6〜7により検出された実電流Iu、Iv及び回転角センサ8により検出された回転角θに基づき、d軸成分の実電流Id及びq軸成分の実電流Iqを算出する。そして、d/q変換部38は、上述したd軸減算部32にd軸実電流Idを出力し、上述したq軸減算部33にq軸実電流Iqを出力する。
(1.3)モータ駆動部(モータ駆動手段)4
モータ駆動部4は、モータ制御部3から出力された制御信号に基づきアシスト電動機5を駆動している。このモータ駆動部4は、図1に示すように、PWM変換部41と、インバータ回路42とから構成される。
モータ駆動部4は、モータ制御部3から出力された制御信号に基づきアシスト電動機5を駆動している。このモータ駆動部4は、図1に示すように、PWM変換部41と、インバータ回路42とから構成される。
(1.3.1)PWM変換部41
PWM変換部41は、モータ制御部3の加算器37から出力された制御信号に基づき、各相の電圧が最大0〜Vbの範囲にて出力できるように、インバータ回路42の各スイッチング素子を駆動するPWM信号を生成している。ここで、加算器37から出力される制御信号は、上述したように、3次高調波成分が重畳されている。従って、PWM変換部41により生成されるPWM信号は、3次高調波成分を含む信号とされている。
PWM変換部41は、モータ制御部3の加算器37から出力された制御信号に基づき、各相の電圧が最大0〜Vbの範囲にて出力できるように、インバータ回路42の各スイッチング素子を駆動するPWM信号を生成している。ここで、加算器37から出力される制御信号は、上述したように、3次高調波成分が重畳されている。従って、PWM変換部41により生成されるPWM信号は、3次高調波成分を含む信号とされている。
(1.3.2)インバータ回路42
インバータ回路42は、6個のMOSFET等のスイッチング素子により構成されている。このインバータ回路42の入力側には、電源が接続されて電源電圧Vbが印加されている。そして、各スイッチング素子のゲートに、PWM変換部41から出力されるPWM信号を入力している。
インバータ回路42は、6個のMOSFET等のスイッチング素子により構成されている。このインバータ回路42の入力側には、電源が接続されて電源電圧Vbが印加されている。そして、各スイッチング素子のゲートに、PWM変換部41から出力されるPWM信号を入力している。
(1.4)アシスト電動機(ブラシレスDCモータ)5
アシスト電動機5は、インバータ回路42から各相に電流が供給されることにより、操舵補助力を発生させる。このアシスト電動機5は、ブラシレスDCモータからなる。そして、アシスト電動機5は、インバータ回路42の出力側に接続されている。具体的には、アシスト電動機5のU相巻線が、インバータ回路42のU相アームの中間位置に接続されている。また、アシスト電動機5のV相巻線が、インバータ回路42のV相アームの中間位置に接続されている。アシスト電動機5のW相巻線が、インバータ回路42のW相アームの中間位置に接続されている。
アシスト電動機5は、インバータ回路42から各相に電流が供給されることにより、操舵補助力を発生させる。このアシスト電動機5は、ブラシレスDCモータからなる。そして、アシスト電動機5は、インバータ回路42の出力側に接続されている。具体的には、アシスト電動機5のU相巻線が、インバータ回路42のU相アームの中間位置に接続されている。また、アシスト電動機5のV相巻線が、インバータ回路42のV相アームの中間位置に接続されている。アシスト電動機5のW相巻線が、インバータ回路42のW相アームの中間位置に接続されている。
(1.5)電流センサ6〜7
U相電流センサ6は、インバータ回路42のU相アームとアシスト電動機5のU相巻線との間に配置されている。すなわち、U相電流センサ6は、アシスト電動機5のU相巻線に供給されるU相電流Iuを検出している。V相電流センサ7は、インバータ回路42のV相アームとアシスト電動機5のV相巻線との間に配置されている。すなわち、V相電流センサ7は、アシスト電動機5のV相巻線に供給されるV相電流Ivを検出している。これらの電流センサ6〜7は、上述したモータ制御部3のd/q変換部38に出力されている。
U相電流センサ6は、インバータ回路42のU相アームとアシスト電動機5のU相巻線との間に配置されている。すなわち、U相電流センサ6は、アシスト電動機5のU相巻線に供給されるU相電流Iuを検出している。V相電流センサ7は、インバータ回路42のV相アームとアシスト電動機5のV相巻線との間に配置されている。すなわち、V相電流センサ7は、アシスト電動機5のV相巻線に供給されるV相電流Ivを検出している。これらの電流センサ6〜7は、上述したモータ制御部3のd/q変換部38に出力されている。
(1.6)回転角センサ8
回転角センサ8は、アシスト電動機5のロータの回転角位置θを検出するセンサである。この回転角センサ8は、検出したアシスト電動機5のロータの回転角位置θを上述したモータ制御部3のd/q変換部38に出力している。
回転角センサ8は、アシスト電動機5のロータの回転角位置θを検出するセンサである。この回転角センサ8は、検出したアシスト電動機5のロータの回転角位置θを上述したモータ制御部3のd/q変換部38に出力している。
(1.7)電源電圧検出部9
電源電圧検出部9は、インバータ回路42の入力側に印加している電源電圧Vbを検出している。そして、電源電圧検出部9は、電源電圧Vbを後述するインバータ異常検出部11に出力している。
電源電圧検出部9は、インバータ回路42の入力側に印加している電源電圧Vbを検出している。そして、電源電圧検出部9は、電源電圧Vbを後述するインバータ異常検出部11に出力している。
(1.8)相実電圧検出部10
相実電圧検出部10は、アシスト電動機5の各相の実電圧を検出している。すなわち、相実電圧検出部10は、アシスト電動機5のU相実電圧Vuを検出するU相実電圧検出部と、V相実電圧Vvを検出するV相実電圧検出部と、W相実電圧Vwを検出するW相実電圧検出部とからなる。検出した各相実電圧Vu、Vv、Vwは、後述するインバータ異常検出部11に出力している。
相実電圧検出部10は、アシスト電動機5の各相の実電圧を検出している。すなわち、相実電圧検出部10は、アシスト電動機5のU相実電圧Vuを検出するU相実電圧検出部と、V相実電圧Vvを検出するV相実電圧検出部と、W相実電圧Vwを検出するW相実電圧検出部とからなる。検出した各相実電圧Vu、Vv、Vwは、後述するインバータ異常検出部11に出力している。
(1.9)インバータ異常検出部11
インバータ異常検出部11は、インバータ回路42の異常を検出している。そして、インバータ異常検出部11は、インバータ回路42の異常を検出した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の処理を行う。このインバータ異常検出部11は、図1に示すように、3次高調波除去部111と、異常判定部112とから構成される。
インバータ異常検出部11は、インバータ回路42の異常を検出している。そして、インバータ異常検出部11は、インバータ回路42の異常を検出した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の処理を行う。このインバータ異常検出部11は、図1に示すように、3次高調波除去部111と、異常判定部112とから構成される。
(1.9.1)3次高調波除去部111
3次高調波除去部111は、相実電圧検出部10により検出された各相実電圧Vu、Vv、Vw、3次高調波演算部36により算出された3次高調波成分の電圧値Vn、及び、電源電圧検出部9により検出された電源電圧Vbを入力している。そして、3次高調波除去部111は、相実電圧検出部10により検出された各相実電圧Vu、Vv、Vwから3次高調波成分の電圧Vnを取り除く処理を行う。各相実電圧Vu、Vv、Vwから3次高調波成分の電圧Vnを取り除く処理の詳細は後述する。
3次高調波除去部111は、相実電圧検出部10により検出された各相実電圧Vu、Vv、Vw、3次高調波演算部36により算出された3次高調波成分の電圧値Vn、及び、電源電圧検出部9により検出された電源電圧Vbを入力している。そして、3次高調波除去部111は、相実電圧検出部10により検出された各相実電圧Vu、Vv、Vwから3次高調波成分の電圧Vnを取り除く処理を行う。各相実電圧Vu、Vv、Vwから3次高調波成分の電圧Vnを取り除く処理の詳細は後述する。
(1.9.2)異常判定部112
異常判定部112は、3次高調波除去部111により算出された各相実電圧から3次高調波成分を取り除いた電圧値に基づき、インバータ回路42が異常であるか否かを判定している。そして、異常判定部112は、インバータ回路42が異常であると判定した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の異常処理を行う。なお、異常判定処理については後述する。
異常判定部112は、3次高調波除去部111により算出された各相実電圧から3次高調波成分を取り除いた電圧値に基づき、インバータ回路42が異常であるか否かを判定している。そして、異常判定部112は、インバータ回路42が異常であると判定した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の異常処理を行う。なお、異常判定処理については後述する。
(1.10)インバータ異常検出部11の動作
次に、上述したインバータ異常検出部11の動作について図2のフローチャートを参照して説明する。図2は、インバータ異常検出部11の動作を示すフローチャートである。
次に、上述したインバータ異常検出部11の動作について図2のフローチャートを参照して説明する。図2は、インバータ異常検出部11の動作を示すフローチャートである。
図2に示すように、インバータ異常検出部11の3次高調波除去部111にて、相実電圧検出部10から相実電圧Vu、Vv、Vwを読み込む(ステップS1)。続いて、電源電圧検出部9から電源電圧Vbを読み込む(ステップS2)。
続いて、読み込まれた相実電圧Vu、Vv、Vw及び電源電圧Vbに基づき、相実電圧と中性点電位との差電圧VuTmp、VvTmp、VwTmpにシフトする処理を行う(ステップS3)。具体的には、数3により相実電圧の中性点電位シフト処理を行う。すなわち、中性点電位を電源電圧Vbの2分の1とし、各相実電圧Vu、Vv、Vwと電源電圧Vbの2分の1との差電圧(以下、「シフト処理された各相電圧」という)を算出する。
続いて、3次高調波演算部36により出力される3次高調波成分の電圧値Vnが0であるか否かを判定する(ステップS4)。ここで、3次高調波成分の電圧値Vnが0でない場合には、モータ制御部3から出力される制御信号に3次高調波成分が重畳されていることを示している。一方、3次高調波成分の電圧値Vnが0である場合には、モータ制御部3から出力される制御信号に3次高調波成分が重畳されていないことを示している。
そして、3次高調波演算部36から出力される電圧値Vnが0でない場合には(ステップS4:Yes)、シフト処理された各相電圧VuTmp、VvTmp、VwTmpから3次高調波成分の電圧値を除去する処理を行う(ステップS5)。すなわち、数4に示すように、シフト処理された各相電圧VuTmp、VvTmp、VwTmpから3次高調波演算部36から出力された電圧値Vnを差し引いた電圧値Vu’、Vv’、Vw’を算出する。
一方、3次高調波演算部36から出力される電圧値Vnが0である場合には(ステップS4:No)、数5に示すように、シフト処理された各相電圧VuTmp、VvTmp、VwTmpをそのままVu’、Vv’、Vw’に置換する(ステップS6)。なお、インバータ回路42は、有限の電圧のみを出力可能であるので、上述した数1の制約条件を満たすように電圧指令値を調整した方法と同様の方法により電圧推定値を調整する。
続いて、異常判定部112にて異常判定処理を行う。具体的には、ステップS5又はステップS6にて算出された各相の電圧値Vu’、Vv’、Vw’の加算値の絶対値が、予め記憶された所定閾値(第1閾値)V1より大きいか否かを判定する(ステップS7)。この所定閾値V1は、比較的に0に近い値である。
そして、各相の電圧値Vu’、Vv’、Vw’の加算値の絶対値が所定閾値V1より大きい場合には(ステップS7:Yes)、インバータ回路42が異常状態であるとして異常カウンタを1増加する(ステップS8)。一方、各相の電圧値Vu’、Vv’、Vw’の加算値の絶対値が所定閾値V1以下の場合には(ステップS7:No)、インバータ回路42は異常状態でないとして異常カウンタをクリアする(ステップS9)。
続いて、異常カウンタが所定値nに達したか否かを判定する(ステップS10)。そして、異常カウンタが所定値nに達した場合、すなわち異常カウンタが所定値n以上になった場合には(ステップS10:Yes)、異常処理を行う(ステップS11)。なお、異常処理は、例えば、アシスト電動機5の停止処理などである。一方、異常カウンタが所定値nに達していない場合、すなわち異常カウンタが所定値nより小さい場合には(ステップS10:No)、インバータ異常検出処理を抜ける。
(2)第2実施形態
次に、第2本発明について、第2実施形態を挙げ、より詳しく説明する。第2実施形態は、第2本発明のモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置のモータ駆動装置に適用した場合について説明する。
次に、第2本発明について、第2実施形態を挙げ、より詳しく説明する。第2実施形態は、第2本発明のモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置のモータ駆動装置に適用した場合について説明する。
第2実施形態における電動パワーステアリング装置の全体構成のブロック図を図3に示す。図3に示すように、電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサ1と、車速センサ2と、モータ駆動装置と、を備えている。モータ駆動装置は、モータ制御部(モータ制御手段)12と、モータ駆動部(モータ駆動手段)4と、アシスト電動機(ブラシレスDCモータ)5と、電流センサ6〜7と、回転角センサ8と、インバータ異常検出部13とを備えている。ここで、第2実施形態における電動パワーステアリング装置のうち、第1実施形態における電動パワーステアリング装置と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(2.1)モータ制御部(モータ制御手段)12
モータ制御部12は、モータ駆動部4に制御信号を出力して、アシスト電動機5を制御する。このモータ制御部12は、図3に示すように、電流指令値発生部(電流指令値発生手段)31と、d軸減算器32と、q軸減算器33と、PI制御部(d/q軸電圧指令値算出手段)34と、d/q逆変換部(交流電圧指令値出力手段)35と、d/q変換部38と、角速度算出部(角速度検出手段)121とから構成される。
モータ制御部12は、モータ駆動部4に制御信号を出力して、アシスト電動機5を制御する。このモータ制御部12は、図3に示すように、電流指令値発生部(電流指令値発生手段)31と、d軸減算器32と、q軸減算器33と、PI制御部(d/q軸電圧指令値算出手段)34と、d/q逆変換部(交流電圧指令値出力手段)35と、d/q変換部38と、角速度算出部(角速度検出手段)121とから構成される。
電流指令値発生部31は、第1実施形態において説明したように、操舵トルクTsと入力された車速Vsとに基づき、アシスト電動機5に供給する目標電流であるd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を設定する。そして、設定されたd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*は、上述した減算器32,33に出力すると共に、後述するインバータ異常検出部13のd/q軸推定電圧値算出部131に出力している。
d/q逆変換部35は、第1実施形態において説明したように、PI制御部34により算出されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に変換する。そして、変換された3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*は、上述したモータ駆動部4のPWM変換部41に出力される。
角速度算出部121は、回転角センサ8により検出されたアシスト電動機5のロータの回転角位置θを入力している。そして、角速度算出部121は、入力された回転角位置θを微分することにより、アシスト電動機5のロータの回転角速度ωを算出している。そして、角速度算出部121は、算出した回転角速度ωを後述するインバータ異常検出部13のd/q軸推定電圧値算出部131に出力している。
(2.2)インバータ異常検出部13
インバータ異常検出部13は、インバータ回路42の異常を検出している。そして、インバータ異常検出部13は、インバータ回路42の異常を検出した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の処理を行う。このインバータ異常検出部13は、図3に示すように、d/q軸推定電圧値算出部131と、異常判定部132とから構成される。
インバータ異常検出部13は、インバータ回路42の異常を検出している。そして、インバータ異常検出部13は、インバータ回路42の異常を検出した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の処理を行う。このインバータ異常検出部13は、図3に示すように、d/q軸推定電圧値算出部131と、異常判定部132とから構成される。
(2.2.1)d/q軸推定電圧値算出部131
d/q軸推定電圧値算出部131は、モータ制御部12の電流指令値発生部31により出力されるd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*と、角速度算出部121により出力される回転角速度ωとを入力している。そして、d軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*、及び回転角速度ωと数6のモータ電圧方程式とに従って、d軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhを算出する。
d/q軸推定電圧値算出部131は、モータ制御部12の電流指令値発生部31により出力されるd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*と、角速度算出部121により出力される回転角速度ωとを入力している。そして、d軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*、及び回転角速度ωと数6のモータ電圧方程式とに従って、d軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhを算出する。
(2.2.2)異常判定部132
異常判定部132は、d/q軸推定電圧値算出部131により算出されたd軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhと、PI制御部34により算出されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*とを入力する。そして、入力された推定電圧値Vdh、Vqh及び電圧指令値Vd*、Vq*に基づき、インバータ回路42が異常であるか否かを判定している。そして、異常判定部132は、インバータ回路42が異常であると判定した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の異常処理を行う。なお、異常判定処理については、後述する。
異常判定部132は、d/q軸推定電圧値算出部131により算出されたd軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhと、PI制御部34により算出されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*とを入力する。そして、入力された推定電圧値Vdh、Vqh及び電圧指令値Vd*、Vq*に基づき、インバータ回路42が異常であるか否かを判定している。そして、異常判定部132は、インバータ回路42が異常であると判定した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の異常処理を行う。なお、異常判定処理については、後述する。
(2.3)インバータ異常検出部13の動作
次に、上述したインバータ異常検出部13の動作について図4のフローチャートを参照して説明する。図4は、インバータ異常検出部13の動作を示すフローチャートである。
次に、上述したインバータ異常検出部13の動作について図4のフローチャートを参照して説明する。図4は、インバータ異常検出部13の動作を示すフローチャートである。
図4に示すように、インバータ異常検出部13のd/q軸推定電圧値算出部131にて、アシスト電動機5のロータの回転角速度ωを角速度算出部121から読み込む(ステップS21)。続いて、電流指令値発生部31からd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を読み込む(ステップS22)。続いて、上記数6に示すモータ電圧方程式に従い、d軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhを算出する(ステップS23)。そして、d/q軸推定電圧値算出部131は、算出したd軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhをインバータ異常検出部13の異常判定部132に出力する。
続いて、インバータ異常検出部13の異常判定部132にて異常判定処理を行う。具体的には、まずPI制御部34からd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を読み込む(ステップS24)。続いて、d軸電圧指令値Vd*とd軸推定電圧値Vdhとの差電圧の絶対値(以下、「d軸差電圧」という)が、所定閾値(第2閾値)V2より大きいか否かを判定する(ステップS25)。若しくは、q軸電圧指令値Vq*とq軸推定電圧値Vqhとの差電圧の絶対値(以下、「q軸差電圧」という)が、所定閾値(第2閾値)V3より大きいか否かを判定する(ステップS25)。
そして、d軸差電圧が所定閾値V2より大きい場合、若しくは、q軸差電圧が所定閾値V3より大きい場合には(ステップS25:Yes)、インバータ回路42が異常状態であるとして異常カウンタを1増加する(ステップS26)。一方、d軸差電圧が所定閾値V2以下であり、かつ、q軸差電圧が所定閾値V3以下である場合には(ステップS25:No)、インバータ回路42は異常状態でないとして異常カウンタをクリアする(ステップS27)。
続いて、異常カウンタが所定値nに達したか否かを判定する(ステップS28)。そして、異常カウンタが所定値nに達した場合、すなわち異常カウンタが所定値n以上になった場合には(ステップS28:Yes)、異常処理を行う(ステップS29)。なお、異常処理は、例えば、アシスト電動機5の停止処理などである。一方、異常カウンタが所定値nに達していない場合、すなわち異常カウンタが所定値nより小さい場合には(ステップS28:No)、インバータ異常検出処理を抜ける。
(3)第3実施形態
次に、第2本発明についての他の実施形態として、第3実施形態を挙げ、より詳しく説明する。第3実施形態は、第2本発明の他のモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置のモータ駆動装置に適用した場合について説明する。
次に、第2本発明についての他の実施形態として、第3実施形態を挙げ、より詳しく説明する。第3実施形態は、第2本発明の他のモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置のモータ駆動装置に適用した場合について説明する。
第3実施形態における電動パワーステアリング装置の全体構成のブロック図を図5に示す。図5に示すように、電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサ1と、車速センサ2と、モータ駆動装置と、を備えている。モータ駆動装置は、モータ制御部(モータ制御手段)12と、モータ駆動部(モータ駆動手段)4と、アシスト電動機(ブラシレスDCモータ)5と、電流センサ6〜7と、回転角センサ8と、インバータ異常検出部14とを備えている。ここで、第3実施形態における電動パワーステアリング装置のうち、第1実施形態及び第2実施形態における電動パワーステアリング装置と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(3.1)モータ制御部(モータ制御手段)12
モータ制御部12は、第2実施形態におけるモータ制御部12と実質的に同一である。ただし、d/q逆変換部35は、3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*をPWM変換部41へ出力すると共に、後述するインバータ異常検出部14の異常判定部142へ出力している。
モータ制御部12は、第2実施形態におけるモータ制御部12と実質的に同一である。ただし、d/q逆変換部35は、3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*をPWM変換部41へ出力すると共に、後述するインバータ異常検出部14の異常判定部142へ出力している。
(3.2)インバータ異常検出部14
インバータ異常検出部14は、インバータ回路42の異常を検出している。そして、インバータ異常検出部14は、インバータ回路42の異常を検出した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の処理を行う。このインバータ異常検出部14は、図5に示すように、推定電圧値算出部141と、異常判定部142とから構成される。推定電圧値算出部141は、d/q軸推定電圧値算出部131と、交流推定電圧値算出部143とから構成される。
インバータ異常検出部14は、インバータ回路42の異常を検出している。そして、インバータ異常検出部14は、インバータ回路42の異常を検出した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の処理を行う。このインバータ異常検出部14は、図5に示すように、推定電圧値算出部141と、異常判定部142とから構成される。推定電圧値算出部141は、d/q軸推定電圧値算出部131と、交流推定電圧値算出部143とから構成される。
(3.2.1)推定電圧値算出部141
推定電圧値算出部141は、上述したように、d/q軸推定電圧値算出部131と、交流推定電圧値算出部143とから構成される。d/q軸推定電圧値算出部131は、モータ制御部12の電流指令値発生部31により出力されるd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*と、角速度算出部121により出力される回転角速度ωとを入力している。そして、d軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*、及び回転角速度ωと上述した数6のモータ電圧方程式とに従って、d軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhを算出する。
推定電圧値算出部141は、上述したように、d/q軸推定電圧値算出部131と、交流推定電圧値算出部143とから構成される。d/q軸推定電圧値算出部131は、モータ制御部12の電流指令値発生部31により出力されるd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*と、角速度算出部121により出力される回転角速度ωとを入力している。そして、d軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*、及び回転角速度ωと上述した数6のモータ電圧方程式とに従って、d軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhを算出する。
交流推定電圧値算出部143は、d/q軸推定電圧値算出部131により算出されたd軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhに基づき、3相交流推定電圧値Vuh、Vvh、Vqhを算出する。この交流推定電圧値算出部143は、モータ制御部12のd/q逆変換部35と同様の処理が行われる。なお、VuhはU相推定電圧値であり、VvhはV相推定電圧値であり、VwhはW相推定電圧値である。
(3.2.2)異常判定部142
異常判定部142は、交流推定電圧値算出部143からU相推定電圧値Vuh、V相推定電圧値Vvh、及びW相推定電圧値Vwhを入力する。さらに、d/q逆変換部35からU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*及びW相電圧指令値Vw*を入力する。そして、入力された推定電圧値Vuh、Vvh、Vwh及び電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に基づき、インバータ回路42が異常であるか否かを判定している。そして、異常判定部142は、インバータ回路42が異常であると判定した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の異常処理を行う。なお、異常判定処理については、後述する。
異常判定部142は、交流推定電圧値算出部143からU相推定電圧値Vuh、V相推定電圧値Vvh、及びW相推定電圧値Vwhを入力する。さらに、d/q逆変換部35からU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*及びW相電圧指令値Vw*を入力する。そして、入力された推定電圧値Vuh、Vvh、Vwh及び電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に基づき、インバータ回路42が異常であるか否かを判定している。そして、異常判定部142は、インバータ回路42が異常であると判定した場合には、例えば、アシスト電動機5を停止させる等の異常処理を行う。なお、異常判定処理については、後述する。
(3.3)インバータ異常検出部14の動作
次に、上述したインバータ異常検出部14の動作について図6のフローチャートを参照して説明する。図6は、インバータ異常検出部14の動作を示すフローチャートである。
次に、上述したインバータ異常検出部14の動作について図6のフローチャートを参照して説明する。図6は、インバータ異常検出部14の動作を示すフローチャートである。
図6に示すように、インバータ異常検出部14のd/q軸推定電圧値算出部131にて、アシスト電動機5のロータの回転角速度ωを角速度算出部121から読み込む(ステップS31)。続いて、電流指令値発生部31からd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を読み込む(ステップS32)。続いて、上記数6に示すモータ電圧方程式に従い、d軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhを算出する(ステップS33)。そして、d/q軸推定電圧値算出部131は、算出したd軸推定電圧値Vdh及びq軸推定電圧値Vqhを交流推定電圧値算出部143に出力する。
続いて、交流推定電圧値算出部143にて、d軸推定電圧値Vqh及びq軸推定電圧値Vqhに基づき、U相推定電圧値Vuh、V相推定電圧値Vvh、及びW相推定電圧値Vwhを算出する(ステップS34)。そして、交流推定電圧値算出部143は、算出したU相推定電圧値Vuh、V相推定電圧値Vvh、及びW相推定電圧値Vwhを異常判定部143に出力する。
続いて、インバータ異常検出部14の異常判定部142にて異常判定処理を行う。具体的には、まずd/q逆変換部35からU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*及びW相電圧指令値Vw*を読み込む(ステップS35)。続いて、U相電圧指令値Vu*とU相推定電圧値Vuhとの差電圧の絶対値(以下、「U相差電圧」という)が、所定閾値(第2閾値)V4より大きいか否かを判定する(ステップS36)。若しくは、V相電圧指令値Vv*とV相推定電圧値Vvhとの差電圧の絶対値(以下、「V相差電圧」という)が、所定閾値(第2閾値)V5より大きいか否かを判定する(ステップS36)。若しくは、W相電圧指令値Vw*とW相推定電圧値Vwhとの差電圧の絶対値(以下、「W相差電圧」という)が、所定閾値(第2閾値)V6より大きいか否かを判定する(ステップS36)。
そして、U相差電圧が所定閾値V4より大きい場合、V相差電圧が所定閾値V5より大きい場合、若しくは、W相差電圧が所定閾値V6より大きい場合には(ステップS36:Yes)、インバータ回路42が異常状態であるとして異常カウンタを1増加する(ステップS37)。一方、U相差電圧が所定閾値V4以下であり、かつ、V相差電圧が所定閾値V5以下であり、かつ、W相差電圧が所定閾値V6以下である場合には(ステップS36:No)、インバータ回路42は異常状態でないとして異常カウンタをクリアする(ステップS38)。
続いて、異常カウンタが所定値nに達したか否かを判定する(ステップS39)。そして、異常カウンタが所定値nに達した場合、すなわち異常カウンタが所定値n以上になった場合には(ステップS39:Yes)、異常処理を行う(ステップS40)。なお、異常処理は、例えば、アシスト電動機5の停止処理などである。一方、異常カウンタが所定値nに達していない場合、すなわち異常カウンタが所定値nより小さい場合には(ステップS39:No)、インバータ異常検出処理を抜ける。
1:操舵トルクセンサ、 2:車速センサ、 3、12:モータ制御部(モータ制御手段)3、 4:モータ駆動部(モータ駆動手段)、 5:アシスト電動機(ブラシレスDCモータ)、 6、7:電流センサ、 8:回転角センサ、 9:電源電圧検出部、 10:相実電圧検出部、 11、13、14:インバータ異常検出部、 31:電流指令値発生部(電流指令値発生手段)、 32:d軸減算器、 33:q軸減算器、 34:PI制御部(d/q軸電圧指令値算出手段)、 35:d/q逆変換部(交流電圧指令値出力手段)、 36:3次高調波演算部、 37:3次成分重畳部、 38:d/q変換部
Claims (6)
- ブラシレスDCモータと、
前記ブラシレスDCモータの各相に交流電圧を印加して前記ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動手段と、
前記モータ駆動手段に制御信号を出力して前記ブラシレスDCモータを制御するモータ制御手段と、
を備えるモータ駆動装置において、
さらに、前記ブラシレスDCモータの各相の実電圧を検出する実電圧検出手段と、
検出された各相の前記実電圧と中性点電位との差電圧である各相のシフト実電圧を算出するシフト実電圧算出手段と、
各相の前記シフト実電圧の加算値が所定の第1閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記制御信号は、基本正弦波からなる電圧指令値に該基本正弦波の3次高調波成分が重畳された3次重畳電圧指令値であり、
さらに、各相の前記シフト実電圧から前記3次高調波成分がそれぞれ除去された各相の3次成分除去電圧を算出する3次成分除去電圧算出手段を備え、
前記異常判定手段は、各相の前記3次成分除去電圧の加算値が前記第1閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定することを特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置。 - さらに、前記モータ駆動手段に印加される電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記電源電圧の2分の1の電圧値を算出し該2分の1の電圧値を前記中性点電位とする中性点電位算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ駆動装置。 - ブラシレスDCモータと、
前記ブラシレスDCモータの各相に交流電圧を印加して前記ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動手段と、
前記ブラシレスDCモータに流れる実電流のうちd軸成分の実電流であるd軸実電流及び該d軸に直交するq軸成分の実電流であるq軸実電流からなるd/q軸実電流を算出するd/q軸実電流算出手段と、
前記ブラシレスDCモータに供給する前記d軸成分の電流指令値であるd軸電流指令値及び前記q軸成分の電流指令値であるq軸電流指令値からなるd/q軸電流指令値を発生する電流指令値発生手段と、
前記d/q軸電流指令値と前記d/q軸実電流との偏差に基づき前記ブラシレスDCモータに印加する電圧指令値を算出し前記モータ駆動手段に該電圧指令値からなる制御信号を出力する制御信号出力手段と、
を備えるモータ駆動装置において、
さらに、前記ブラシレスDCモータの回転角速度を検出する角速度検出手段と、
前記d/q軸電流指令値及び前記回転角速度に基づき前記ブラシレスDCモータに印加される推定電圧値を算出する推定電圧値算出手段と、
前記推定電圧値と前記電圧指令値との偏差が所定の第2閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記制御信号出力手段は、
前記d/q軸電流指令値と前記d/q軸実電流との偏差に基づき前記ブラシレスDCモータに印加する前記d軸成分の電圧指令値であるd軸電圧指令値及び前記q軸成分の電圧指令値であるq軸電圧指令値からなるd/q軸電圧指令値を算出するd/q軸電圧指令値算出手段と、
前記d/q軸電圧指令値に基づき前記ブラシレスDCモータの各相の交流電圧指令値を算出し前記モータ駆動手段に該交流電圧指令値からなる制御信号を出力する交流電圧指令値出力手段とを備え、
前記推定電圧値は、前記d軸成分の推定電圧値及び前記q軸成分の推定電圧値の少なくとも何れか一方であり、
前記異常判定手段は、前記d軸成分の推定電圧値と前記d軸電圧指令値との偏差及び前記q軸成分の推定電圧値と前記q軸電圧指令値との偏差の少なくとも何れか一方が前記第2閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定することを特徴とする請求項4記載のモータ駆動装置。 - 前記制御信号出力手段は、
前記d/q軸電流指令値と前記d/q軸実電流との偏差に基づき前記ブラシレスDCモータに印加する前記d軸成分の電圧指令値であるd軸電圧指令値及び前記q軸成分の電圧指令値であるq軸電圧指令値からなるd/q軸電圧指令値を算出するd/q軸電圧指令値算出手段と、
前記d/q軸電圧指令値に基づき前記ブラシレスDCモータの各相の交流電圧指令値を算出し前記モータ駆動手段に該交流電圧指令値からなる制御信号を出力する交流電圧指令値出力手段とを備え、
前記推定電圧値は、前記ブラシレスDCモータの各相の少なくとも何れか1相に印加される交流推定電圧値であり、
前記異常判定手段は、前記交流推定電圧値と前記交流推定電圧値の相に対応する前記交流電圧指令値との偏差が前記第2閾値より大きい場合に前記モータ駆動手段が異常であると判定することを特徴とする請求項4記載のモータ駆動装置。
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