JP2021097487A - 電子制御装置、および、電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】片側の電源に異常が生じても、適切に動作を継続可能な電子制御装置、および、電源システムを提供する。【解決手段】電源リレー部140、240は、寄生ダイオードのアノードが高電位側、カソードが低電位側となるように接続される逆接保護リレー142、242および、寄生ダイオードのカソードが高電位側、アノードが低電位側となるように逆接保護リレー142、242の低電位側に直列に接続される電源リレー141、241を有する。リレー間接続線300は、第1逆接保護リレー142と第1電源リレー141との中間点M1と、第2逆接保護リレー242と第2電源リレー241との中間点M2とを接続する。供給回生制御回路155、255は、逆接保護リレードライバ156、256、および、電圧モニタ回路157、158、257、258を有する。逆接保護リレードライバ156、256は、逆接保護リレー142、242を駆動する。【選択図】 図5
Description
本発明は、電子制御装置、および、電源システムに関する。
従来、2つのバッテリから電力が供給されることにより動作するECUを備えるステアリング装置が知られている。例えば特許文献1では、2つのECUには、自系統の駆動回路への給電のオンオフを切り替える電源リレー、および、他系統の駆動回路への給電のオンオフを切り替える補助電源リレーが設けられている。
特許文献1の回路構成では、回生電力が大きい場合、補助電源リレーのオンオフタイミングによっては、バッテリの許容量を超える電力が供給される虞がある。バッテリ側への過剰な電力回生を避けるべく、補助電源リレーをオンにする前に電力供給を一時的にオフすると、マイコンへの給電も断たれるため、一時的な電力遮断への対策をする必要がある。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、片側の電源に異常が生じた場合であっても、適切に動作を継続可能な電子制御装置、および、電源システムを提供することにある。
本発明の電子制御装置は、第1電源リレー部(140)と、第2電源リレー部(240)と、リレー間接続線(300)と、第1リレー制御回路(155)と、第2リレー制御回路(255)と、制御部(170、270)と、を備える。
第1電源リレー部は、寄生ダイオードのアノードが高電位側、カソードが低電位側となるように接続される第1高電位側リレー(142)、および、寄生ダイオードのカソードが高電位側、アノードが低電位側となるように第1高電位側リレーの低電位側に直列接続される第1低電位側リレー(141)を有し、第1外部電源(191)と接続される。
第2電源リレー部は、寄生ダイオードのアノードが高電位側、カソードが低電位側となるように接続される第2高電位側リレー(242)、および、寄生ダイオードのカソードが高電位側、アノードが低電位側となるように第2高電位側リレーの低電位側に直列接続される第2低電位側リレー(241)を有し、第1外部電源とは異なる第2外部電源(291)と接続される。
リレー間接続線は、第1高電位側リレーと第1低電位側リレーとの中間点と、第2高電位側リレーと第2低電位側リレーとの中間点と、を接続する。
第1リレー制御回路は、第1高電位側リレーを駆動する第1リレードライバ(156)、第1高電位側リレーの高電位側にて第1供給電圧をモニタする第1上側モニタ回路(157)、および、第1高電位側リレーの低電位側にてリレー間接続線の電圧であるリレー中間電圧をモニタする第1下側モニタ回路(158)を有する。
第2リレー制御回路は、第2高電位側リレーを駆動する第2リレードライバ(256)、第2高電位側リレーの高電位側にて第2供給電圧をモニタする第2上側モニタ回路(257)、および、第2高電位側リレーの低電位側にてリレー中間電圧をモニタする第2下側モニタ回路(258)を有する。
制御部は、第1供給電圧、第2供給電圧およびリレー中間電圧に基づき、第1高電位側リレーおよび第2高電位側リレーのオンオフ作動を制御する。これにより、第1外部電源または第2外部電源に異常が生じた場合であっても、適切に動作を継続可能である。
(一実施形態)
以下、本発明による電子制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態によるの電子制御装置を図1〜図9に示す。図1に示すように、電子制御装置としてのECU10は、例えば車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置8に適用される。図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム90の構成を示す。ステアリングシステム90は、操舵部材であるステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、および、電動パワーステアリング装置8等を備える。
以下、本発明による電子制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態によるの電子制御装置を図1〜図9に示す。図1に示すように、電子制御装置としてのECU10は、例えば車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置8に適用される。図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム90の構成を示す。ステアリングシステム90は、操舵部材であるステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、および、電動パワーステアリング装置8等を備える。
ステアリングホイール91は、ステアリングシャフト92と接続される。ステアリングシャフト92には、操舵トルクを検出するトルクセンサ94が設けられる。トルクセンサ94は、第1センサ部194および第2センサ部294を有しており、各々自身の故障検出ができるセンサが二重化されている。ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
運転者がステアリングホイール91を回転させると、ステアリングホイール91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換される。一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
電動パワーステアリング装置8は、駆動装置40、および、減速ギア89等を備える。駆動装置40は、モータ80、および、ECU10等を備える。動力伝達部である減速ギア89は、モータ80の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、所謂「コラムアシストタイプ」であるが、モータ80の回転をラック軸97に伝える所謂「ラックアシストタイプ」等としてもよい。本実施形態では、ステアリングシャフト92が「駆動対象」といえる。
図2〜図4に示すように、モータ80は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、外部電源としてのバッテリ191、291から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア89を正逆回転させる。モータ80は、3相ブラシレスモータであるが、3相ブラシレスモータ以外のものを用いてもよい。
モータ80は、巻線組としての第1モータ巻線180および第2モータ巻線280を有する。モータ巻線180、280は電気的特性が同等であり、共通のステータ840(図2参照)に、互いに電気角30[deg]ずらしてキャンセル巻きされる。これに応じて、モータ巻線180、280には、位相φが30[deg]ずれた相電流が通電されるように制御される。通電位相差を最適化することで、出力トルクが向上する。また、6次のトルクリプルを低減することができ、騒音、振動の低減することができる。また、電流も分散されることで発熱が分散、平準化されるため、各センサの検出値やトルク等、温度依存の系統間誤差を低減可能であるとともに、通電可能な電流量を増やすことができる。なお、モータ巻線180、280はキャンセル巻線でなくてもよく、また、電気的特性は異なっていてもよい。
以下、第1モータ巻線180の通電制御に係る第1インバータ120および第1制御部170等の組み合わせを第1系統L1、第2モータ巻線280の通電制御に係る第2インバータ220および第2制御部270等の組み合わせを第2系統L2とする。また、第1系統L1に係る構成を主に100番台で付番し、第2系統L2に係る構成を主に200番台で付番する。また、第1系統L1および第2系統L2において、同様または類似の構成には、下2桁が同じとなるように付番し、第2系統L2の構成等に係る説明を適宜省略する。以下適宜、「第1」を添え字の「1」、「第2」を添え字の「2」として記載する。
駆動装置40は、モータ80の軸方向の一方側にECU10が一体的に設けられており、いわゆる「機電一体型」であるが、モータ80とECU10とは別途に設けられていてもよい。ECU10は、モータ80の出力軸とは反対側において、シャフト870の軸線Axに対して同軸に配置されている。ECU10は、モータ80の出力軸側に設けられていてもよい。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ECU10とモータ80とを効率的に配置することができる。
モータ80は、ステータ840、ロータ860、および、これらを収容するハウジング830等を備える。ステータ840は、ハウジング830に固定されており、モータ巻線180、280が巻回される。ロータ860は、ステータ840の径方向内側に設けられ、ステータ840に対して相対回転可能に設けられる。
シャフト870は、ロータ860に嵌入され、ロータ860と一体に回転する。シャフト870は、軸受835、836により、ハウジング830に回転可能に支持される。シャフト870のECU10側の端部は、ハウジング830からECU10側に突出する。シャフト870のECU10側の端部には、検出対象としてのマグネット875が設けられる。マグネット875の中心は、軸線Ax上に配置される。
ハウジング830は、リアフレームエンド837を含む有底筒状のケース834、および、ケース834の開口側に設けられるフロントフレームエンド838を有する。ケース834とフロントフレームエンド838とは、ボルト等により互いに締結されている。リアフレームエンド837には、リード線挿通孔839が形成される。リード線挿通孔839には、モータ巻線180、280の各相と接続されるリード線185、285が挿通される。リード線185、285は、リード線挿通孔839からECU10側に取り出され、基板470に接続される。
ECU10は、カバー460、カバー460に固定されているヒートシンク465、ヒートシンク465に固定されている基板470、および、基板470に実装される各種の電子部品等を備える。カバー460は、外部の衝撃から電子部品を保護したり、ECU10の内部への埃や水等の浸入を防止したりする。カバー460は、カバー本体461、および、コネクタ部462が一体に形成される。コネクタ部462は、カバー本体461と別体であってもよい。コネクタ部462の端子463は、図示しない配線等を経由して基板470と接続される。コネクタ数および端子数は、信号数等に応じて適宜変更可能である。コネクタ部462は、駆動装置40の軸方向の端部に設けられ、モータ80と反対側に開口する。
基板470は、例えばプリント基板であり、リアフレームエンド837と対向して設けられる。基板470には、2系統分の電子部品が系統ごとに独立して実装されている。本実施形態では、1枚の基板470に電子部品が実装されているが、複数枚の基板に電子部品を実装するようにしてもよい。
基板470の2つの主面のうち、モータ80側の面をモータ面471、モータ80と反対側の面をカバー面472とする。図3に示すように、モータ面471には、第1インバータ120を構成するスイッチング素子121〜126、第2インバータ220を構成するスイッチング素子221〜226、角度センサ134、234、カスタムIC171、271等が実装される。
カスタムIC171、271には、昇圧回路160、260(図4参照)、増幅回路、および、プリドライバ等が設けられる。昇圧回路160、260の昇圧電圧は、供給電圧Vb1、Vb2より高く、高電位側のスイッチング素子121〜123、221〜223のゲート電圧として用いられる。角度センサ134、234は、マグネット875の回転に伴う磁界の変化を検出可能なように、マグネット875と対向する箇所に実装される。
カバー面472には、インダクタ145、245、コンデンサ146、147、246、247、および、制御部170、270を構成するマイコン等が実装される。図3では、制御部170、270を構成するマイコンについて、それぞれ「170」、「270」を付番した。なお、図3中には図示を省略しているが、モータリレー127〜129、227〜229、電流検出素子131〜133、231〜233、リレー141、142、241、242等についても、モータ面471またはカバー面472に実装される。
図4および図5に示すように、ECU10は、インバータ120、220、電源リレー部140、240、および、制御部170、270等を有する。第1モータ巻線180の通電は第1制御部170により制御され、第2モータ巻線280の通電は第2制御部270により制御される。本実施形態では、第1系統L1と第2系統L2とが独立して設けられる完全冗長構成をなしている。
制御部170、270は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないCPU、ROM、RAM、I/O及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部170、270における各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置(すなわち、読み出し可能非一時的有形記憶媒体)に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。図中適宜、制御部170、270を「マイコン」と記載した。
第1インバータ120は、3相インバータであって、第1スイッチング素子121〜126がブリッジ接続されている。スイッチング素子121〜123が高電位側に接続され、スイッチング素子124〜126が低電位側に接続される。対になるU相のスイッチング素子121、124の接続点は第1U相コイル181の一端に接続され、対になるV相のスイッチング素子122、125の接続点は第1V相コイル182の一端に接続され、対になるW相のスイッチング素子123、126の接続点は第1W相コイル183の一端に接続される。コイル181〜183の他端は結線される。スイッチング素子124〜126の低電位側には、コイル181〜183の電流を検出する第1電流検出部130が設けられる。第1電流検出部130は、電流検出素子131〜133を有する。
第2インバータ220は、3相インバータであって、第2スイッチング素子221〜226がブリッジ接続されている。スイッチング素子221〜223が高電位側に接続され、スイッチング素子224〜226が低電位側に接続される。対になるU相のスイッチング素子221、224の接続点は第2U相コイル281の一端に接続され、対になるV相のスイッチング素子222、225の接続点は第1V相コイル282の一端に接続され、対になるW相のスイッチング素子223、226の接続点は第1W相コイル283の一端に接続される。コイル281〜283の他端は結線される。スイッチング素子224〜226の低電位側には、コイル281〜283の電流を検出する第2電流検出部230が設けられる。第2電流検出部230は、電流検出素子231〜233が設けられる。本実施形態の電流検出素子131〜133、231〜233はシャント抵抗であるが、ホール素子等の他の素子を用いてもよい。
第1モータリレー127〜129は、第1インバータ120と第1モータ巻線180との間に設けられ、第1インバータ120と第1モータ巻線180とを断接可能に設けられる。U相のモータリレー127はスイッチング素子121、124の接続点とU相コイル181との間に設けられ、V相のモータリレー128はスイッチング素子122、125の接続点とV相コイル182との間に設けられ、W相のモータリレー129はスイッチング素子123、126の接続点とW相コイル183との間に設けられる。
第2モータリレー227〜229は、第2インバータ220と第2モータ巻線280との間に設けられ、第2インバータ220と第2モータ巻線280とを断接可能に設けられる。U相のモータリレー227はスイッチング素子221、224の接続点とU相コイル281との間に設けられ、V相のモータリレー228はスイッチング素子222、225の接続点とV相コイル282との間に設けられ、W相のモータリレー229はスイッチング素子223、226の接続点とW相コイル283との間に設けられる。
第1バッテリ191の正極と第1インバータ120の高電位側とを接続する高電位側配線Lp1には、第1電源リレー部140が設けられる。第1電源リレー部140は、第1電源リレー141および第1逆接保護リレー142を有する。本実施形態では、リレー141、142がMOSFETであって、寄生ダイオードを有している。そのため、リレー141、142の寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように、2つの素子を直列に接続している。これにより、第1バッテリ191が誤って逆向きに接続された場合に、逆向きの電流が流れるのを防ぐことができる。電源リレー部140、240の詳細は後述する。
第1スイッチング素子121〜126、第1モータリレー127〜129、電源リレー141および逆接保護リレー142は、第1制御部170からの制御信号に基づき、オンオフ作動が制御される。第2スイッチング素子221〜226、第2モータリレー227〜229、電源リレー241および逆接保護リレー242は、第2制御部270からの制御信号に基づき、オンオフ作動が制御される。なお、煩雑になることを避けるため、図中、一部の制御線を省略した。
インダクタ145は、第1バッテリ191と第1電源リレー部140との間に設けられる。コンデンサ146は、正極が第1バッテリ191とインダクタ145との間に接続され、負極が共通グランドGcに接続される。インダクタ145およびコンデンサ146は、フィルタ回路を構成し、第1バッテリ191を共有する他の装置から伝わるノイズを低減するとともに、駆動装置40から第1バッテリ191を共有する他の装置に伝わるノイズを低減する。コンデンサ147は、正極が電源リレー部140と第1インバータ120との間に接続され、負極が共通グランドGcに接続される。ツェナーダイオード148(図5参照)は、カソードが電源リレー部140と第1インバータ120との間に接続され、アノードが共通グランドGcに接続される。コンデンサ147およびツェナーダイオード148は、第1インバータ120へ供給される電力を平滑化する。
第2モータ巻線280には、第2インバータ220が接続され、第2インバータ220を経由して、第2バッテリ291から電力が供給される。第2インバータ220は、スイッチング素子221〜226を有する。第2インバータ220の低電位側には、電流検出素子231〜233を有する第2電流検出部230が設けられる。また、第2インバータ220と第2モータ巻線280との間には、モータリレー236〜238が設けられる。
第2バッテリ291の正極と第2インバータ220の高電位側とを接続する高電位側配線Lp2には、第2電源リレー部240が設けられる。インダクタ245は、第2バッテリ291と第2電源リレー部240との間に設けられる。コンデンサ246は、正極が第2バッテリ291とインダクタ245との間に接続され、負極が共通グランドGcに接続される。また、コンデンサ247は、正極が電源リレー部240と第2インバータ220との間に接続され、負極が共通グランドGcに接続される。ツェナーダイオード248(図5参照)は、カソードが電源リレー部240と第2インバータ220との間に接続され、アノードが共通グランドGcに接続される。各部品の機能等の詳細は、第1系統と同様である。なお、図5では、第1系統L1のバッテリ端子をB1、グランド端子をG1、第2系統L2のバッテリ端子をB2、グランド端子をG2と記載した。
図5に示すように、第1電源リレー141および第1逆接保護リレー142は、ドレインが内側、ソースが外側となるように接続される「ドレインコモン」の構成としており、寄生ダイオードはアノードが外側、カソードが内側となっている。第2電源リレー241および第2逆接保護リレー242も同様、ドレインが内側、ソースが外側となるように接続される「ドレインコモン」の構成としており、寄生ダイオードはアノードが外側、カソードが内側となっている。ドレインコモン構成とすることで、リードフレームおよびチップを共通とし、チップでソースを分離することで、ソースコモン構成よりも小型化可能である。
本実施形態では、第1逆接保護リレー142が第1バッテリ191側、第1電源リレー141が第1系統回路C1側に設けられる。また、第2逆接保護リレー242が第2バッテリ291側、第2電源リレー241が第2系統回路C2側に設けられる。第1系統回路C1には、第1電源リレー部140の下流側に接続される第1インバータ120および第1制御部170等の構成が含まれるが、説明のため、図5では、第1制御部170および第1監視回路173を第1系統回路C1とは別途のブロックとして記載した。第2系統回路C2についても同様である。
本実施形態では、第1電源リレー141と第1逆接保護リレー142との中間点M1と、第2電源リレー241と第2逆接保護リレー242との中間点M2とは、リレー間接続線300にて接続される。したがって、リレー中間電圧Vbcは、系統L1、L2で同じになる。
第1電源リレー141に対応して第1電源リレー制御回路150が設けられ、第2電源リレー241に対応して第2電源リレー制御回路250が設けられる。第1電源リレー制御回路150には、第1電源リレードライバ151、電圧モニタ回路152、153が設けられる。第2電源リレー制御回路250には、第2電源リレードライバ251、電圧モニタ回路252、253が設けられる。
第1電源リレードライバ151は、第1制御部170からの制御信号に基づき、第1電源リレー141にゲート信号を出力するすることで、第1電源リレー141のオンオフを切り替える。第2電源リレードライバ251は、第2制御部270からの制御信号に基づき、第2電源リレー241にゲート信号を出力することで、第2電源リレー241のオンオフを切り替える。
電圧モニタ回路152、153、252、253は、例えば分圧抵抗等である。電圧モニタ回路152はリレー中間電圧Vbcを検出して第1制御部170に出力し、電圧モニタ回路153は、リレー後電圧Vr1を検出して第1監視回路173に出力する。電圧モニタ回路252はリレー中間電圧Vbcを検出して第2制御部270に出力し、電圧モニタ回路253はリレー後電圧Vr2を検出して第2監視回路273に出力する。
第1逆接保護リレー142に対応して第1供給回生制御回路155が設けられ、第2逆接保護リレー242に対応して第2供給回生制御回路255が設けられる。第1供給回生制御回路155には、第1逆接保護リレードライバ156、電圧モニタ回路157、158が設けられる。第2供給回生制御回路255には、第2逆接保護リレードライバ256、電圧モニタ回路257、258が設けられる。
第1逆接保護リレードライバ156は、第1制御部170からの制御信号に基づき、第1逆接保護リレー142にゲート信号を出力することで、第1逆接保護リレー142のオンオフを切り替える。第2逆接保護リレードライバ256は、第2制御部270からの制御信号に基づき、第2逆接保護リレー242にゲート信号を出力することで、第2逆接保護リレー242のオンオフを切り替える。
電圧モニタ回路157、158、257、258は、例えば分圧抵抗である。電圧モニタ回路157は第1供給電圧Vb1を検出して第1制御部170に出力し、電圧モニタ回路158はリレー中間電圧Vbcを検出して第1制御部170に出力する。電圧モニタ回路257は第2供給電圧Vb2を検出して第2制御部270に出力し、電圧モニタ回路258はリレー中間電圧Vbcを検出して第2制御部270に出力する。第1供給電圧Vb1は、第1バッテリ191と接続される第1バッテリ端子B1から供給される電圧であり、第2供給電圧Vb2は、第2バッテリ291と接続される第2バッテリ端子B2から供給される電圧である。
リレー間接続線300には、昇圧回路160、260が接続される。リレー間接続線300には、昇圧回路160、260の一方が接続されていればよいので、以下、第1系統L1の昇圧回路160がリレー間接続線300に接続されているものとして説明する。また、昇圧回路160の昇圧電圧については、系統を示す「1」を省略し、単に昇圧電圧Vuとする。
昇圧回路160は、昇圧スイッチ161および抵抗162を経由して、リレー間接続線300に接続される。昇圧スイッチ161は、第1制御部170により開閉が制御され、昇圧回路160とリレー間接続線300との断接を切り替え可能である。昇圧スイッチ161は、半導体リレーであってもよいし、メカリレーであってもよい。抵抗162は、昇圧スイッチ161を閉にしたとき、昇圧回路160からリレー間接続線300への電流を制限するように抵抗値が設定される。昇圧スイッチ161は、イニシャルチェック時、および、内部電圧が低下したときにオンされる。イニシャルチェックの詳細は後述する。
本実施形態では、バッテリ191、291側に設けられる逆接保護リレー142、242の寄生ダイオードが、高電位側から低電位側への電流を許容する向きとなるように設けられており、かつ、リレー141、142の中間点M1とリレー241、242の中間点M2とをリレー間接続線300で接続している。これにより、第1系統L1に電圧降下等の給電異常が生じた場合であっても、第1系統回路C1および第2系統回路C2を停止することなく、第2バッテリ291側からリレー間接続線300を経由して第1系統L1に給電可能である。また、第2系統L2に電圧降下等の給電異常が生じた場合であっても、第1系統回路C1および第2系統回路C2を停止することなく、第1バッテリ191側からリレー間接続線300を経由して第2系統L2側に給電可能である。ここで、第1系統L1の給電異常には、第1バッテリ191そのもの異常に限らず、配線異常等も含む。第2系統L2の給電異常も同様である。
本実施形態の電圧降下判定処理を図6のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、イグニッションスイッチ等である車両の始動スイッチがオンされているときに、制御部170、270にて、所定の周期で実行される処理である。必要な情報は、制御部170、270間でのマイコン間通信等にて共有される。以下、ステップS101の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。また、系統L1、L2ともに正常範囲内の供給電圧Vb1、Vb2が供給されており、電源リレー141、241がオンされている。
S101では、制御部170、270は、電圧降下が生じているか否か判断する。本実施形態では、式(1)が成立していた場合、第1系統L1に電圧降下が生じていると判定し、式(2)が成立していた場合、第2系統L2に電圧降下が生じていると判定する。式中のVth1、Vth2は、電圧降下判定値であって、逆接保護リレー142、242のドロップ電圧に応じて設定される。
Vbc−Vth1>Vb1 ・・・(1)
Vbc−Vth2>Vb2 ・・・(2)
Vbc−Vth2>Vb2 ・・・(2)
系統L1、L2に電圧降下が生じていないと判断された場合(S101:NO)、S102以降の処理をスキップする。系統L1、L2のいずれかに電圧降下が生じていると判断された場合(S101:YES)、S102へ移行する。以下、電圧降下が生じている系統を電圧降下系統、電圧降下が生じていない系統を正常系統とする。
S102では、制御部170、270は、電圧降下系統の逆接保護リレー142、242をオフにする。すなわち、第1系統L1にて電圧降下が生じている場合、逆接保護リレー142をオフにし、第2系統L2にて電圧降下が生じている場合、逆接保護リレー242をオフにする。これにより、電圧降下系統の電源系が遮断される。電圧降下系統には、供給が遮断されることなく、リレー間接続線300を経由して正常系統から電力が供給される。
S103では、制御部170、270は、電圧降下系統において、電圧降下が生じている状態が異常判定時間Xth以上経過したか否か判断する。本実施形態では、式(3)が成立している状態が異常判定時間Xth以上継続している場合、異常判定する。式(3)中のVtheは、電圧降下として許容される値に応じて任意に設定される。また、式中の#は、系統を示すものであって、電圧降下系統が第1系統L1であれば「1」、第2系統L2であれば「2」とする。
(Vbc−Vth#)−Vb#>Vthe ・・・(3)
電圧降下が生じている状態が異常判定時間Xth未満であると判断された場合(S103:NO)、電圧降下系統の逆接保護リレーのオフ状態を継続し、正常系統から両系統への給電を継続する。電圧降下が生じている状態が異常判定時間Xth以上経過したと判断された場合(S103:YES)、S104へ移行する。
S104では、制御部170、270は、電圧降下系統の電源異常を確定し、例えば、インスツルメントパネルの警告灯の点灯により、電源異常が生じていることをユーザに警告する。警告方法は、音声等、警告灯の点灯以外の手法であってもよい。これにより、ユーザにディーラーや修理工場への持ち込みを促す。
本実施形態では、一方の系統に電圧降下が生じた場合、電圧降下系統の逆接保護リレーをオフにすることで、正常系統から両系統へ電力を供給する。ここで、大きな回生電力が発生した場合、許容量を超えた電力が正常系統の電源系に供給されると、正常系統のバッテリが破壊される虞がある。そこで本実施形態では、リレー中間電圧Vbcに応じて逆接保護リレー142、242のオンオフを制御することで、回路を保護する。
本実施形態の回生時処理を図7のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、回生電圧が発生しているときに制御部170、270にて所定の周期で実行される。S201では、制御部170、270では、リレー中間電圧Vbcが回生判定値Vthrより大きいか否か判断する。回生判定値Vthrは、電源電圧の正常上限値より大きく、回路部品の耐圧の最小値より小さい任意の値に設定される。リレー中間電圧Vbcが回生判定値Vthrより大きいと判断された場合(S201:YES)、S202へ移行し、リレー中間電圧Vbcが回生判定値Vthr以下であると判断された場合(S201:NO)、S203へ移行する。
S202では、制御部170、270は、両系統の逆接保護リレー142、242をオンにし、両系統のバッテリ191、291に電力を回生させる。すなわち、電圧降下系統において、逆接保護リレーがオフされている場合であっても、過大回生となる場合には、両系統の逆接保護リレー142、242をオンにし、電圧降下系統側にも電力を回生させることで、正常系統側への過回生を防ぐ。
S203では、制御部170、270は、電圧降下状態に応じて逆接保護リレー142、242のオンオフ状態を継続する。電圧降下により一方の逆接保護リレーがオフされている場合、回生電力は、正常系統側に回生される。
本実施形態では、リレー間接続線300は、供給電圧Vb1、Vb2よりも高い昇圧電圧を昇圧回路160から印加可能に構成されている。これにより、電源リレー部140、240のイニシャルチェックが可能である。
本実施形態のイニシャルチェック処理を図8のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、車両の始動スイッチがオンされたときに制御部170、270にて実行される。図8では、第1逆接保護リレー142を「MOSr1」、第2逆接保護リレー242を「MOSr2」と記載した。
S301では、制御部170、270は、電源リレー部140、240の全ての素子、すなわち電源リレー141、241および逆接保護リレー142、242をオフにする。また、制御部170、270は、昇圧スイッチ161をオンにし、リレー間接続線300に昇圧電圧Vuを印加する。本実施形態では、昇圧回路160とリレー間接続線300との間に抵抗162が設けられており、電流が制限された状態にて昇圧電圧Vuがリレー間接続線300に印加される。抵抗162とは異なる構成にて電流を制限するようにしてもよい。また、系統ごとに昇圧回路、昇圧スイッチおよび抵抗が設けられている場合、制御部170、270が自系統の昇圧スイッチを制御するようにしてもよい。
S302では、制御部170、270は、リレー中間電圧Vbcが昇圧電圧Vuと等しいか否か判断する。ここでは、リレー中間電圧Vbcが昇圧電圧Vuを含む正常判定範囲内であれば、リレー中間電圧Vbcと昇圧電圧Vuとが等しいとみなす。S305およびS306の判定も同様である。正常判定範囲は、適宜設定可能である。リレー中間電圧Vbcが昇圧電圧Vuと異なると判断された場合(S302:NO)、S309へ移行し、異常時処置を行う。リレー中間電圧Vbcが昇圧電圧Vuと等しいと判断された場合(S302:YES)、S303へ移行する。
S303では、制御部170は、昇圧スイッチ161をオフにする。S304では、制御部170は、第1逆接保護リレー142をオンにする。このとき、第2逆接保護リレー242はオフのままとする。
S305では、制御部170、270は、リレー中間電圧Vbcが第1供給電圧Vb1と等しいか否か判断する。リレー中間電圧Vbcが第1供給電圧Vb1と異なると判断された場合(S305:NO)、S309へ移行し、異常時処置を行う。リレー中間電圧Vbcが第1供給電圧Vb1と等しいと判断された場合(S305:YES)、S306へ移行する。S306では、第1制御部170は第1逆接保護リレー142をオフにし、第2制御部270は第2逆接保護リレー242をオンにする。
S307では、制御部170、270は、リレー中間電圧Vbcが第2供給電圧Vb2と等しいか否か判断する。リレー中間電圧Vbcが第2供給電圧Vb2と異なると判断された場合(S307:NO)、S309へ移行し、異常時処置を行う。リレー中間電圧Vbcが第2供給電圧Vb2と等しいと判断された場合(S307:YES)、S308へ移行し、逆接保護リレー142、242が正常に機能すると判定する。
なお、S304およびS305の処理と、S306およびS307の処理とは順番を入れ替えてもよい。また、S305の判断処理を第1制御部170で行い、S307の判断処理を第2制御部270で行うようにしてもよい。
電源リレー141、241が正常に機能することを確認するイニシャルチェックは、別途の処理にて行う。また、通常駆動中において、第1電源リレー141の電流、ドレインソース電圧および素子過熱を監視し、異常が検出された場合、第1電源リレー141をオフにし、第2系統L2での動作を継続する。また、通常駆動中において、第2電源リレー241の電流、ドレインソース電圧および素子過熱を監視し、異常が検出された場合、第2電源リレー241をオフにし、第1系統L1での動作を継続する。
上述の通り、ECU10は、2系統であって、第1系統L1が第1バッテリ191に接続され、第2系統L2が第2バッテリ291に接続される「冗長ユニット」となっている。図9に示すように、バッテリ191、291には、複数の冗長ユニットが接続され、冗長電源ネットワークを構成している。例えば冗長ユニットRU1が電動パワーステアリング装置、冗長ユニットRU2が電動ブレーキ装置、といった具合に、冗長ユニットはそれぞれ異なる装置である。
図9に示す電源システム501では、複数の冗長ユニットRU1〜RUnにおいて、第1バッテリ端子B1を第1バッテリ191に接続し、第2バッテリ端子B2を第2バッテリ291に接続する系統別並列接続としている。
以上説明したように、本実施形態のECU10は、第1電源リレー部140と、第2電源リレー部240と、リレー間接続線300と、第1供給回生制御回路155と、第2供給回生制御回路255と、制御部170、270と、を備える。
第1電源リレー部140は、寄生ダイオードのアノードが高電位側、カソードが低電位側となるように接続される第1逆接保護リレー142、および、寄生ダイオードのカソードが高電位側、アノードが低電位側となるように第1逆接保護リレー142の低電位側に直列に接続される第1電源リレー141を有し、第1バッテリ191と接続される。
第2電源リレー部240は、寄生ダイオードのアノードが高電位側、カソードが低電位側となるように接続される第2逆接保護リレー242、および、寄生ダイオードのカソードが高電位側、アノードが低電位側となるように第2逆接保護リレー242の低電位側に直列に接続される第2電源リレー241を有し、第2バッテリ291と接続される。リレー間接続線300は、第1逆接保護リレー142と第1電源リレー141との中間点M1と、第2逆接保護リレー242と第2電源リレー241との中間点M2とを接続する。
第1供給回生制御回路155は、第1逆接保護リレードライバ156、および、電圧モニタ回路157、158を有する。第1逆接保護リレードライバ156は、第1逆接保護リレー142を駆動する。電圧モニタ回路157は、第1逆接保護リレー142の高電位側にて第1供給電圧Vb1をモニタする。電圧モニタ回路158は、第1逆接保護リレー142の低電位側にて、リレー間接続線300の電圧であるリレー中間電圧Vbcをモニタする。
第2供給回生制御回路255は、第2逆接保護リレードライバ256、および、電圧モニタ回路257、258を有する。第2逆接保護リレードライバ256は、第2逆接保護リレー242を駆動する。電圧モニタ回路257は、第2逆接保護リレー242の高電位側にて第2供給電圧Vb2をモニタする。電圧モニタ回路258は、第2逆接保護リレー242の低電位側にてリレー中間電圧Vbcをモニタする。
制御部170、270は、第1供給電圧Vb1、第2供給電圧Vb2およびリレー中間電圧Vbcに基づき、逆接保護リレー142、242のオンオフ作動を制御する。本実施形態では、逆接保護リレー142、242と電源リレー141、241との間がリレー間接続線300にて接続されているので、一方のバッテリ191、291に異常が生じた場合であっても、正常であるバッテリ191、291の他方から両系統への給電を継続可能である。これにより、バッテリ191、291の一方に異常が生じた場合であっても、適切に動作を継続可能である。
リレー間接続線300は、昇圧スイッチ161および抵抗162を経由し、バッテリ191、291よりも高電圧を供給可能な昇圧回路160と接続される。制御部170、270は、電源リレー部140、240のリレー素子が全てオフの状態にて、昇圧回路160からの昇圧電圧Vuをリレー間接続線300に印加したとき、リレー中間電圧Vbcと昇圧電圧Vuとが一致しない場合、異常と判定する。上述の通り、誤差程度の差異は許容され、正常判定範囲内であれば一致するとみなす。これにより、逆接保護リレー142、242が正常に機能するか否かを適切に判定することができる。
制御部170は、第1供給電圧Vb1およびリレー中間電圧Vbcに基づき、第1供給電圧Vb1が異常であると判定された場合、第1逆接保護リレー142をオフにする。また、制御部270は、第2供給電圧Vb2およびリレー中間電圧Vbcに基づき、第2供給電圧Vb2が異常であると判定された場合、第2逆接保護リレー242をオフにする。これにより、電源リレー部140、240の下流側への給電を継続した状態にて、異常側の電源系を遮断することができる。
供給電圧異常によりオフされている第1逆接保護リレー142または第2逆接保護リレー242を異常系統リレーとする。制御部170、270は、回生電力が発生しており、かつ、リレー中間電圧Vbcが回生判定値Vthrより大きい場合、異常系統リレーをオンにする。これにより、比較的大きな回生電力が発生している場合、バッテリ191、291の両側に回生させることで、正常側に過剰に回生されることでのバッテリ破壊を防ぐことができる。
電源システム501は、ECU10がユニットごとに設けられている冗長ユニットRU1〜RUnと、第1バッテリ191と、第2バッテリ291と、を備える。複数の冗長ユニットRU1〜RUnは、バッテリ191、291に並列接続される。これにより、2つのバッテリ191、291から複数の冗長ユニットRU1〜RUnに適切に電力を供給することができる。
本実施形態では、ECU10が「電子制御装置」、第1電源リレー141が「第1低電位側リレー」、第1逆接保護リレー142が「第1高電位側リレー」、第2電源リレー241が「第2低電位側リレー」、第2逆接保護リレー242が「第2高電位側リレー」に対応する。また、第1供給回生制御回路155が「第1リレー制御回路」、第1逆接保護リレードライバ156が「第1リレードライバ」、電圧モニタ回路157が「第1上側モニタ回路」、電圧モニタ回路158が「第1下側モニタ回路」、第2供給回生制御回路255が「第2リレー制御回路」、第2逆接保護リレードライバ256が「第2リレードライバ
」、電圧モニタ回路257が「第2上側モニタ回路」、電圧モニタ回路258が「第2下側モニタ回路」に対応する。
」、電圧モニタ回路257が「第2上側モニタ回路」、電圧モニタ回路258が「第2下側モニタ回路」に対応する。
昇圧スイッチ161が「開閉器」に対応し、抵抗162が「電流制限回路」に対応する。また、第1バッテリ191が「第1外部電源」、第2バッテリ291が「第2外部電源」に対応する。
(他の実施形態)
上記実施形態では、第1系統と第2系統とが共通グランドに接続されている。他の実施形態では、第1系統のグランドと第2系統のグランドとが分離していてもよい。また、上記実施形態では、第1電源リレー部の下流側に第1系統回路C1が設けられ、第2電源リレー部の下流側に第2系統回路C2が設けられる。他の実施形態では、第1電源リレー部および第2電源リレー部の下流側の回路が1系統であってもよい。電源リレー部以下の構成が1系統であっても同様に、電源系の異常時に動作を継続可能である。
上記実施形態では、第1系統と第2系統とが共通グランドに接続されている。他の実施形態では、第1系統のグランドと第2系統のグランドとが分離していてもよい。また、上記実施形態では、第1電源リレー部の下流側に第1系統回路C1が設けられ、第2電源リレー部の下流側に第2系統回路C2が設けられる。他の実施形態では、第1電源リレー部および第2電源リレー部の下流側の回路が1系統であってもよい。電源リレー部以下の構成が1系統であっても同様に、電源系の異常時に動作を継続可能である。
上記実施形態では、昇圧回路からリレー間接続線への電流を制限する電流制限回路として抵抗を用いる。他の実施形態では、電流制限回路は、抵抗以外の素子を用いて構成してもよい。
また、上記実施形態では、モータ巻線、インバータ部および制御部が2つずつ設けられている。他の実施形態では、例えば複数のモータ巻線およびインバータ部に対して1つの制御部を設ける、或いは、1つの制御部に対して複数のインバータ部およびモータ巻線を設ける、といった具合に、モータ巻線、インバータ部および制御部の数が異なっていてもよい。
上記実施形態では、モータは、3相のブラシレスモータである。他の実施形態では、モータ、3相ブラシレスモータ以外のものを用いてもよい。また、発電機の機能を併せ持つ、所謂モータジェネレータであってもよい。また、負荷はモータ以外のものであってもよい。上記実施形態では、電子制御装置および電源システムは、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、電子制御装置および電源システムを、ステアバイワイヤ装置等、操舵を司る電動パワーステアリング装置以外の操舵装置に適用してもよい。また、操舵装置以外の車載装置、または、車載以外の装置に適用してもよく、電源リレー部よりも下流側の構成は、モータ駆動に係るモータ巻線およびインバータ等とは異なる回路構成であってもよい。
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10・・・ECU(電子制御装置)
140・・・第1電源リレー部 240・・・第2電源リレー部
141・・・第1電源リレー(第1低電位側リレー)
142・・・第1逆接保護リレー(第1高電位側リレー)
241・・・第2電源リレー(第2低電位側リレー)
242・・・第2逆接保護リレー(第2高電位側リレー)
155・・・第1供給回生制御回路(第1リレー制御回路)
255・・・第2供給回生制御回路(第2リレー制御回路)
170、270・・・制御部
191・・・第1バッテリ(第1外部電源)
291・・・第2バッテリ(第2外部電源)
300・・・リレー間接続線 501・・・電源システム
140・・・第1電源リレー部 240・・・第2電源リレー部
141・・・第1電源リレー(第1低電位側リレー)
142・・・第1逆接保護リレー(第1高電位側リレー)
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242・・・第2逆接保護リレー(第2高電位側リレー)
155・・・第1供給回生制御回路(第1リレー制御回路)
255・・・第2供給回生制御回路(第2リレー制御回路)
170、270・・・制御部
191・・・第1バッテリ(第1外部電源)
291・・・第2バッテリ(第2外部電源)
300・・・リレー間接続線 501・・・電源システム
Claims (6)
- 寄生ダイオードのアノードが高電位側、カソードが低電位側となるように接続される第1高電位側リレー(142)、および、寄生ダイオードのカソードが高電位側、アノードが低電位側となるように前記第1高電位側リレーの低電位側に直列に接続される第1低電位側リレー(141)を有し、第1外部電源(191)と接続される第1電源リレー部(140)と、
寄生ダイオードのアノードが高電位側、カソードが低電位側となるように接続される第2高電位側リレー(242)、および、寄生ダイオードのカソードが高電位側、アノードが低電位側となるように前記第2高電位側リレーの低電位側に直列に接続される第2低電位側リレー(241)を有し、前記第1外部電源とは異なる第2外部電源(291)と接続される第2電源リレー部(240)と、
前記第1高電位側リレーと前記第1低電位側リレーとの中間点と、前記第2高電位側リレーと前記第2低電位側リレーとの中間点と、を接続するリレー間接続線(300)と、
前記第1高電位側リレーを駆動する第1リレードライバ(156)、前記第1高電位側リレーの高電位側にて第1供給電圧をモニタする第1上側モニタ回路(157)、および、前記第1高電位側リレーの低電位側にて前記リレー間接続線の電圧であるリレー中間電圧をモニタする第1下側モニタ回路(158)を有する第1リレー制御回路(155)と、
前記第2高電位側リレーを駆動する第2リレードライバ(256)、前記第2高電位側リレーの高電位側にて第2供給電圧をモニタする第2上側モニタ回路(257)、および、前記第2高電位側リレーの低電位側にて前記リレー中間電圧をモニタする第2下側モニタ回路(258)を有する第2リレー制御回路(255)と、
前記第1供給電圧、前記第2供給電圧および前記リレー中間電圧に基づき、前記第1高電位側リレーおよび前記第2高電位側リレーのオンオフ作動を制御する制御部(170、270)と、
を備える電子制御装置。 - 前記リレー間接続線は、開閉器(161)および電流制限回路(162)を経由し、前記第1外部電源および前記第2外部電源よりも高電圧を供給可能な昇圧回路(160)と接続される請求項1に記載の電子制御装置。
- 前記制御部は、前記第1電源リレー部および前記第2電源リレー部のリレー素子が全てオフの状態にて、前記昇圧回路からの昇圧電圧を前記リレー間接続線に印加したとき、前記リレー中間電圧と前記昇圧電圧とが一致しない場合、異常と判定する請求項2に記載の電子制御装置。
- 前記制御部は、
前記第1供給電圧および前記リレー中間電圧に基づいて前記第1供給電圧が異常であると判定された場合、前記第1高電位側リレーをオフにし、
前記第2供給電圧および前記リレー中間電圧に基づいて前記第2外部電源が異常であると判定された場合、前記第2高電位側リレーをオフにする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子制御装置。 - 供給電圧異常によりオフされている前記第1高電位側リレーまたは前記第2高電位側リレーを異常系統リレーとすると、
前記制御部は、回生電力が発生しており、かつ、前記リレー中間電圧が回生判定値より大きい場合、前記異常系統リレーをオンにする請求項4に記載の電子制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の電子制御装置(10)がユニット毎に設けられている複数の冗長ユニットと、
前記第1外部電源と、
前記第2外部電源と、
を備え、
複数の前記冗長ユニットは、前記第1外部電源および前記第2外部電源に並列接続されている電源システム。
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