JP3917080B2 - モータ異常検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はモータ異常検出装置に関し、特に、運転者の操作によりハンドル軸に生じる操舵トルクをモータにより補助する電動式パワーステアリング装置におけるモータ異常検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図16は、従来の電動式パワーステアリング装置におけるモータ異常検出装置を示すブロック図である。以下、図16を用いて従来のモータ異常検出装置の構成について説明する。
【0003】
図16において、1は図示しないステアリングのコラム軸に装着した操舵トルクセンサに接続された操舵トルク検出器、6は操舵トルク検出器1の出力を受けてその位相を補償する位相補償器である。
【0004】
また、13は図示しない車軸の回転などを検出して車速信号を出力するセンサに接続された車速検出器、2は位相補償器6の出力と車速検出器13の出力の両方を受けて、必要な操舵トルクを決定する操舵トルク制御器である。
【0005】
5は操舵トルク制御器2の決定したトルク値を発生するために必要なモータの電流値を決定するモータ電流決定器、3は加減算器11を備えた電流フィードバック制御器、7はモータ駆動器、8はこのパワーステアリング装置の駆動モータ、9はモータ8の電流値を検出して加減算器11へ負帰還させるモータ電流検出器である。
【0006】
次に、上記構成を有する従来の電動式パワーステアリング装置におけるモータ異常検出装置の動作について説明する。
【0007】
はじめに、ハンドルのトルクが操舵トルク検出器1により検出されると、位相補償器6は操舵トルク検出器1により検出されたトルクの位相遅れを補償し、その出力を操舵トルク制御器2へ入力する。さらに、車速検出器13により検出された車速信号が操舵トルク制御器2に入力され、両入力に基づきドライバがハンドルを操作して発生させた操舵トルクを補助するトルク値を決定する。
【0008】
そして、この補助すべきトルク値をモータ電流決定器5へ入力し、目標電流を決定する。この目標電流に基づき電流フィードフォワード制御器4の出力と、電流フィードバック制御器3の出力とを加算器10で加算し、加算器の出力とバッテリー電圧を積算器12により積算したものをモータ駆動器7へ入力し、モータ8の出力トルクが所望のトルクとなるように制御する。
【0009】
また、モータ8の電流はモータ電流検出器9により実電流値として検出され、フィードバック制御器3へ加減算器11を介してフィードバックされる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような構成において、モータの異常を検知するために、従来は、例えば特開2001−310750号公報のように目標電圧と実際に測定したモータ端子間電圧との差に基づいて、モータ異常検出器15より異常を検出していた。
また、特開平8−310416号公報では、目標電流と検出されたモータ電流との差に基づいて、モータの異常を検出していた。
【0011】
しかしながら、目標電圧あるいはモータ端子間電圧とモータコイルに実際に印加される電圧との間に外乱電圧が生じた場合、これを直接検知することができないといった問題があった。
【0012】
この発明に係るモータ異常検出装置は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、目標電圧とモータの実電流から外乱電圧(例えばモータの整流子およびブラシの欠損、摩耗およびキズ、あるいはモータ内部への異物混入、モータ内部部品の欠損破片などによる外乱電圧の影響による異常電圧値)を推定することで、ハードウェアの追加を行うことなく、かかる外乱電圧の影響によるモータの異常状態を判断することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータ異常検出装置は、電動式のモータに対するモータ異常検出装置であって、上記モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧値をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、上記目標電圧と上記実電流に基づいて、上記モータに生じている異常を示す電圧に相当する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、上記モータの回転速度とモータの整流子とブラシの数から転流周波数を演算する転流周波数演算手段と、上記転流周波数に応じてフィルタ周波数を変化させて、上記異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値をフィルタリングするフィルタ装置と、上記フィルタ装置によりフィルタリングされた異常電圧推定値と予め記憶された所定の異常電圧値との比較に基づいて、上記モータの異常を判定するモータ異常判定手段とを備えたものである。
【0014】
また、上記モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、上記目標電圧と上記実電流に基づいて、上記モータに生じている異常を示す電圧に対応する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、上記異常電圧推定値に対して周波数解析を行い、この周波数解析の結果からピーク周波数を出力する周波数解析手段と、上記モータの回転速度に応じたモータ回転周波数と上記ピーク周波数との偏差に基づいて、上記モータの異常を判定するモータ異常判定手段とを備えたものである。
【0015】
また、上記モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、上記目標電圧と上記実電流に基づいて、上記モータに生じている異常を示す電圧に対応する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、上記異常電圧推定値に基づいて、異常電圧発生の時間間隔を演算する時間間隔演算手段と、上記時間間隔演算手段により演算された異常電圧発生の時間間隔と、上記モータの回転速度に応じたモータ回転周波数とに基づいて、上記モータの異常を判定するモータ異常判定手段とを備えたものである。
【0016】
また、上記時間間隔演算手段は、上記異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値の直流成分を除去する直流成分除去手段と、上記直流成分除去手段により直流成分を除去された異常電圧推定値と予め記憶された所定の異常電圧値とに基づいて、異常電圧の発生を判断する異常電圧発生判断手段と、上記異常電圧発生判断手段により判断された異常電圧発生の時間間隔を記憶する記憶手段とを備え、上記モータ異常判定手段は、上記記憶手段により記憶された異常発生時間間隔と上記モータの回転速度に応じたモータ回転周波数とに基づいて、上記モータの異常を判定するものである。
【0017】
また、上記モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、上記目標電圧と上記実電流に基づいて、上記モータに生じている異常を示す電圧に相当する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、上記異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値の振動成分を除去する第1の振動成分除去手段と、上記目標電圧あるいは実測されたモータ電圧の振動成分を除去する第2の振動成分除去手段と、上記第1の振動除去手段により振動成分が除去された異常電圧推定値と、上記第2の振動除去手段により振動成分が除去された目標電圧あるいは実測されたモータ電圧とに基づいて、上記モータの異常を判定するモータ異常判定手段とを備えたものである。
【0018】
また、上記モータ異常判定手段は、上記第2の振動除去手段により振動成分が除去された目標電圧あるいは実測されたモータ電圧とに代えて、予め設定された電圧値とに基づいて、上記モータの異常を判定するものである。
【0019】
また、振動成分が除去された異常電圧推定値と目標電圧または実測されたモータ電圧の偏差を演算する演算手段と、上記演算手段により演算された偏差を、所定の時間間隔で累積した累積偏差を算出する累積演算手段と、過去の累積演算手段による累積偏差を記憶する記憶手段とを備え、上記モータ異常判定手段は、上記記憶手段に記憶された過去の累積偏差と現在の累積演算手段による累積偏差との偏差に基づいて上記モータの異常を判定するものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る電動式パワーステアリング装置のモータ異常検出装置における構成を示したものである。図1における構成は、操舵トルクと車速の入力から目標電流を決定するまでの構成、および目標電流とモータ検出電流の差に基づいてトルクを出力する構成は、図16で説明した従来の技術と同一であるため、その説明は省略する。
【0021】
ここで、図1において、電流フィードバック制御器3は、例えば予めROM内に記憶されている比例ゲインKp、積分ゲインKiおよび微分ゲインKdを用いたPID制御が考えられる。なお、前記ゲインのうち1種類または2種類のみを用いてもよい。また、モータ電流のフィードバックループあるいは目標電流Irefに制御器を挿入するなどして、2自由度PID制御系を構成してもよい。
【0022】
次いで、電流フィードバック制御器3で演算された目標電圧(モータ駆動指令電圧)Vrefに相当するバッテリ電圧Vbattがモータ駆動器7へ入力されるが、上記目標電圧Vrefからモータ駆動器7への実入力電圧Vcまで間に、外乱電圧Vdistの影響や、モータ8の逆起電力Vbが存在し、実際には目標電圧Vrefから両電圧値(VdistおよびVb)を減じた値が実入力電圧Vcとなる。
【0023】
異常電圧推定器16へは、目標電圧Vrefと、モータ電流検出器7により検出された実電流Iactが入力され、IactとVrefに基づいてモータ異常推定電圧Vfを推定する構成となっている。この異常電圧推定器16の出力をモータ異常判定器15に入力し、モータの異常が判定される。
【0024】
ここで、上記異常電圧推定器16の詳細について説明する。
本発明の異常電圧推定器16には外乱推定オブザーバを使用する。外乱推定オブザーバは、後述する式(2)に示すように、モータの電流挙動のモデルをコイルインピーダンス特性と外乱電圧の和として構成する。
【0025】
ここで、一般的な外乱推定電圧をVdistとし、この外乱電圧Vdistの動特性が次式(1)で与えられるステップ状であるものとして、モータの電流挙動を式(2)の如くモデル化した。
dVdist/dt=0 ・・・・(1)
【0026】
したがって、この外乱モデル式(1)を含む目標電圧Vref、実電流Iactに対するモータの電流挙動のモデルは次式(2)のようになる。
【数1】
なお、Rmはモータの抵抗値、Lmはモータのインダクタンス値、yは出力値である。
【0027】
この電流挙動モデルの式(2)中の状態量である外乱電圧Vdistをオブザーバにより推定する。
【0028】
次いで、上式(2)の拡大系を次式(3)に示す可観測正準系に変換する。
【数2】
なお、z1,z2は状態量を示し、α1,α2,b1',b2'は係数を示し、α1=0、α2=Rm/Lm、b1'=0、b2'=1/Lmである。
【0029】
ここで、上記式(3)に対するオブザーバの基本式は次式(4)、(5)となる。
【数3】
【0030】
なお、式(4)において、
【数4】
は推定状態量を示し、g1,g2は重み係数であり、
g1=λ1・λ2
g2=−(Rm/Lm)−(λ1+λ2)
ただし、λ1,λ2はオブザーバの極を示す。
また、重み係数g1,g2は、外乱電圧推定オブザーバの出力が安定になるように、その値が予め決定されている。
【0031】
上述した外乱電圧Vdistの動特性では、式(1)で与えられるステップ状であるものとしてモータの電流挙動のモデル化を行ったが、次式(6)で与えられる周波数ωの正弦波状であるとして外乱電圧推定オブザーバを構成してもよい。
【数5】
なお、x2は状態量を示している。
【0032】
また、時間tに対する多項式(6)で表される外乱電圧Vdistであるとして外乱電圧推定オブザーバを構成してもよい。
ここで、c1,c2,c3は実際の外乱電圧波形を固定して定めた定数である。
Vdist=c1・t2+c2・t+c3 ・・・・(7)
【0033】
さらに、これらのオブザーバに対して、その次数を下げた最小次元オブザーバを用いて、外乱電圧を推定してもよい。例えば、式(4)を最小次元化した場合のオブザーバの式は次式(8),(9)で示せる。
ここで、wは中間状態量、dw/dtは中間状態量wの時間微分、−fL1はオブザーバの極である。
【0034】
これら外乱推定オブザーバ16の出力yは各種フィルタ17により信号処理を行い、上記各種フィルタ17の出力をモータ異常判定器15のROMに予め記録された値と比較することでモータ異常を検出するようにプログラムをCPUにより実行演算処理する。このプログラムの実行動作を図2に示すフローチャートを用いて、以下に説明する。
【0035】
ステップS110では、目標電流Irefおよびモータ実電流Iactから電流フィードバック制御器3により演算されたモータ駆動指令電圧値すなわち目標電圧値Vrefをメモリに記憶する。次いで、ステップS120では、モータ電流検出器9により検出されたモータ実電流Iactをメモリに記憶する。
【0036】
ステップS130では、記憶された目標電圧Vrefとモータ実電流Iactとを外乱電圧推定オブザーバに入力し、ステップS140で、上記で詳述した外乱電圧推定オブザーバの演算式に基づいてモータ異常電圧推定値Vfを演算する。
【0037】
ステップS141では、モータ回転速度ωmを読み込む。モータ回転速度ωmはエンコーダなどのセンサで測定するか、逆起電圧から推定すればよい。また、測定あるいは推定されたハンドルの操舵速度から演算してもよい。
【0038】
ステップS142では、予めROMに記憶されたモータのブラシ数Nb及び整流子数Mcを読み込む。
【0039】
ステップS143では、読み込まれたモータ回転速度ωm、モータのブラシ数Nb及び整流子数Mcから、転流周波数演算器26により転流周波数Fcを演算する。転流周波数Fcはモータ回転時の転流による電圧変動の周波数であり、上記のモータ回転速度ωm、モータのブラシ数Nb及び整流子数Mcの関数として表され、転流周波数演算器26はFc=f(ωm、Nb、Mc)で与えられる。
【0040】
次に、図3は、モータの回転速度ωmに応じてノッチ部分が変化する可変フィルタとなっている。そこでステップS144にて、上記転流周波数Fcをフィルタ周波数とする可変フィルタにより、モータ異常推定電圧Vfをフィルタリングし、モータ異常電圧Vffを得る。フィルタ装置17としては、モータ異常推定電圧Vfからバンドパスフィルタを通した異常推定電圧を引く構成でもよく、特定周波数のゲインを低下させるものならば何でもよい。
【0041】
ステップS150において、予めROMに記憶されたある値ε1とモータ異常電圧値Vffの絶対値を比較する。この比較の結果、|Vff|≧ε1の場合は、ステップS160でモータ異常と判定し、一方|Vff|<ε1の場合は、モータ正常と判定する。
【0042】
さらに、ステップS110に戻り、この動作を繰り返す。ステップS160でモータに異常があると判定された場合は、ステップS110に戻らず本動作を終了してもよい。
【0043】
以上のように、本実施の形態1に係る電動式パワーステアリング装置のモータ異常検出装置によれば、モータの整流子およびブラシの欠損、摩耗およびキズ、あるいはモータ内部への異物混入、モータ内部部品の欠損破片などにより発生した異常電圧値を推定することで、モータ内部の異常を判断することができる。
【0044】
また、転流周波数演算器26および各種フィルタ17を挿入することで、ある周波数成分をもつ異常電圧推定値についてモータ異常判定を行うことができる。例えば、転流リップル等のようなモータは正常であるが外乱電圧として発生してしまう現象が発生した場合にも、誤判断をすることなく異常状態のみ検出することが可能である。
【0045】
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る電動式パワーステアリング装置のモータ異常検出装置について、図4〜図6を用いて以下に説明する。
図4は、上記実施の形態1のモータ異常判定部に相当する構成を示したものであり、図5は本実施の形態2の動作を示すフローチャートである。
【0046】
図5において、ステップS240までは図2のステップS140までと同様であるため、その説明を省略する。
ステップS241では、周波数解析器18により図6のようなモータ異常推定電圧Vfのピーク値を示す周波数Fpを演算し出力する。周波数解析器18としては、例えばFFT(高速フーリエ変換)を用いればよい。
【0047】
次に、ステップS242では、モータ回転速度ωmを読み込む。そして、ステップS243において、モータ回転周波数ωmを係数器19によって係数倍することにより、モータ回転速度ωmに比例した周波数Fmに変換する。
【0048】
そして、ステップS244では、加減算器10dを用いてΔF=Fp−Fmの演算を行う。次いで、ステップS250では、予めROMに記憶された所定の値ε2とモータ異常電圧のピーク周波数Fpとモータ回転速度に比例した周波数Fmの周波数差ΔFの絶対値を比較し、この比較結果が、|ΔF|≧ε2の場合はステップS260でモータ異常と判定する。一方、ステップS270で|ΔF|<ε2の場合はモータ正常と判定する。後の動作は上記実施例の形態1と同様である。
【0049】
以上のように、本実施の形態2によれば、モータ異常推定電圧の周波数Fpがモータ回転速度に比例する周波数Fmに近い場合は、モータ異常電圧は転流リップルによるものと判断し、異常の誤検出を防ぐことができる。また、お互いの周波数の差が大きい場合には、転流リップル以外の異常電圧が発生しているため、モータが異常であると判断することができる。
【0050】
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る電動式パワーステアリング装置のモータ異常検出装置について、図7〜図9を用いて以下に説明する。
図7は、上記実施の形態1のモータ異常判定部に相当する構成を示したものであり、図8は本実施の形態3の動作を示すフローチャートである。
【0051】
図8において、ステップS340までは図2のステップS140までと同様であるため、その説明を省略する。
図8において、ステップS341では、パルス発生間隔演算器20により図9に示すような推定電圧Vfがインパルス状に発生した場合の、その時間間隔Tpを求め出力する。なお、パルス発生間隔演算器20の例としては、ウェーブレット変換器などが挙げられる。
【0052】
ステップS343において、演算器21を用いてモータ回転周波数ωmからモータ回転速度ωmに反比例した周期Tmに変換する。そして、ステップS344では、加減算器10dを用いてΔT=Tp−Tmの演算を行う。そして、ステップS350において、予めROMに記憶された所定の値ε3とΔTの絶対値を比較する。
【0053】
この比較の結果、|ΔT|≦ε3の場合は、ステップS360でモータ異常と判定する。一方、|ΔT|>ε3の場合は、ステップS370でモータ正常と判定する。後の動作は上記実施の形態1と同様である。
【0054】
以上のように、本実施の形態3によれば、例えばモータ異常電圧がインパルス状に発生する場合などに、それをモータ回転速度と比較することで、モータ回転速度に依存した異常状態かどうかを判断することができ、異常状態を引き起こしているブラシと整流子の接触状態の組合せを検出することができる。
【0055】
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る電動式パワーステアリング装置のモータ異常検出装置について、図10および図11を用いて以下に説明する。
図10は、本実施の形態4の動作を説明するフローチャートである。図10において、ステップS440までは図2のステップS140までと同様であるため、その説明を省略する。
【0056】
図10において、ステップS440bでは、異常推定電圧Vfの直流成分をハイパスフィルタあるいは平均値を演算することにより除去し、それをVf_ACとする。
【0057】
ステップS441からステップS445までは、パルス発生間隔Tpを演算する方法を示したものである。まず、ステップS441にて以下の判定式(10)によりパルス発生の判定を行う。
【数6】
ここで、Vthは予めROMに記憶された電圧値であり、ΔVf/Δtは異常推定電圧の時間差分値である。なお、図11には、モータ異常検出装置の異常電圧の時間変化を示す。
【0058】
また、式(10)の代わりに、次式(11)を用いてもよい。
【数7】
もし、上記判定式が満たされているならば、モータ異常パルスが発生していると判断する。
【0059】
ステップS442では、最初の発生時間t1が記憶されていないならば、ステップS443にてパルス発生時間tをT1=tとしてROMに記憶し、ステップS440に戻る。
そして、再びステップS441では、式(10)、あるいは式(11)が満たされるならば、そのときの時間tを今度はステップS444にてT2=tとして記憶する。
【0060】
次に、ステップS445にて、パルス発生時間間隔Tp=T2−T1を演算する。後の動作は図8に示すステップS342以降の動作と同様であるため、説明を省略する。
【0061】
以上のように、本実施の形態4によれば、上記実施の形態3と同様の効果を奏することができる。
【0062】
実施の形態5.
この発明の実施の形態5に係る電動式パワーステアリング装置のモータ異常検出装置について、図12および図13を用いて以下に説明する。
図12は上記実施の形態1のモータ異常判定部に相当する構成を示したものであり、図13は本実施の形態5の動作を説明するフローチャートである。なお、図13において、ステップS540までは図2のステップS140までと同様であるため、その説明を省略する。
【0063】
図13において、ステップS541では、振動成分除去手段22にから推定電圧Vfの振動成分を除去し、直流成分Vf_DCのみにする。振動成分除去手段22としては任意の次数のローパスフィルタを用いたり、Vfの平均値を演算するなどの方法を用いればよい。
【0064】
次に、ステップS542では、目標電圧Vrefあるいはモータ端子間電圧Vtを読み込む。次いで、ステップS543では、上記ステップS542で読み込んだ電圧値に対して振動成分除去手段23により直流成分Vr_DCのみにする。
【0065】
そして、ステップS544では、加減算器10dを用いてΔV=Vf_DC−Vr_DCの演算を行う。次いで、ステップS550では、予めROMに記憶された所定の値ε5とΔVの絶対値を比較する。
【0066】
この比較の結果、|ΔV|≧ε5の場合は、ステップS560でモータ異常と判定する。一方、|ΔV|<ε5の場合は、ステップS570でモータ正常と判定する。後の動作は上記実施の形態1と同様である。
【0067】
以上のように、本実施の形態5によれば、ブラシと整流子の接触状態や、ブラシの摩耗などにより、ブラシドロップ電圧が大きくなった状態などを検出することができる。
【0068】
実施の形態6.
この発明の実施の形態6に係る電動式パワーステアリング装置のモータ異常検出装置について、図14および図15を用いて以下に説明する。
図14は上記実施の形態1のモータ異常判定部に相当する構成を示したものであり、図15は本実施の形態6の動作を説明するフローチャートである。なお、図15において、ステップS640までは図2のステップS140までと同様であるため、その説明を省略する。
【0069】
図15において、ステップS641では、振動成分除去手段22により、モータ異常推定電圧Vfの直流成分Vf_DCを演算する。そして、ステップS642にて、所定の時間間隔Ts1からTe1までの間、積分器24にてVf_DCを累積する。
【0070】
また、ステップS643では、累積されたVf_DCの値すなわちΣVf_DCを記憶装置25に記憶し、その値をモータ異常判定に用いる閾値ΣVthとする。
【0071】
次いで、ステップS644では、Te1≦Ts2≦Te2およびTe1−Ts1=Te2−Ts2となるTs2からTe2の間に積分器24にてVf_DCを累積し、ΣVf_DCとする。
【0072】
そして、ステップS645では、Δ(ΣVf_DC)=ΣVf_DC−ΣVthを演算する。次いで、ステップS650では、予めROMに記憶された所定の値ε6とΔ(ΣVf_DC)の絶対値を比較する。
【0073】
この比較の結果、|Δ(ΣVf_DC)|≧ε6の場合は、ステップS660でモータ異常と判定する。一方、|ΔV|<ε6の場合は、ステップS670でモータ正常と判定する。後の動作は上記実施の形態1と同様である。
【0074】
以上のように、本実施の形態6によれば、過去の推定電圧の状態を記憶し、現在の推定電圧と比較することができるため、ブラシの摩耗などの経年変化によるブラシドロップ電圧の変化を検出することができる。
【0075】
なお、本実施の形態1〜6においては、いずれも電動式パワーステアリング装置のモータ異常検出装置について説明してきたが、これに限るものではなく、電動式のモータを用いた装置であれば、同様にしてモータ内部の異常を判断することができる。
【0076】
【発明の効果】
この発明に係るモータ異常検出装置によれば、モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じてモータに駆動指令を与える目標電圧値をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、目標電圧と実電流に基づいてモータに生じている異常を示す電圧に相当する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、モータの回転速度とモータの整流子とブラシの数から転流周波数を演算する転流周波数演算手段と、転流周波数に応じてフィルタ周波数を変化させて、異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値をフィルタリングするフィルタ装置と、フィルタ装置によりフィルタリングされた異常電圧推定値と予め記憶された所定の異常電圧値との比較に基づいてモータの異常を判定するモータ異常判定手段とを備えたことにより、例えばモータの整流子およびブラシの欠損、摩耗およびキズ、あるいはモータ内部への異物混入、モータ内部部品の欠損破片などによる外乱電圧の影響による異常電圧値を推定することができ、かかる外乱電圧の影響によるモータの異常状態を判断することができる。
【0077】
さらに、上記転流周波数に応じてフィルタ周波数を変化させて、上記異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値をフィルタリングするフィルタ装置を備え、モータ異常判定手段はフィルタ装置によりフィルタリングされた異常電圧推定値と予め記憶された所定の異常電圧値との比較に基づいてモータの異常を判定することにより、モータ回転速度に応じてモータの異常とは関係のない転流リップルが生じても、この成分を上記フィルタ装置により除去した上で、異常状態を判断するので、転流リップルによる電圧変動を異常電圧と誤って判断するのを防ぐことができる。
【0078】
また、モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、目標電圧と実電流に基づいてモータに生じている異常を示す電圧に対応する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、異常電圧推定値に対して周波数解析を行いこの周波数解析の結果からピーク周波数を出力する周波数解析手段と、モータの回転速度に応じたモータ回転周波数とピーク周波数との偏差に基づいてモータの異常を判定するモータ異常判定手段とを備えたことにより、モータ回転速度に応じてモータの異常とは関係のない転流リップルが生じても、この成分を上記フィルタ装置により除去した上で、異常状態を判断するので、転流リップルによる電圧変動を異常電圧と誤って判断するのを防ぐことができる。
【0079】
また、モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、目標電圧と実電流に基づいてモータに生じている異常を示す電圧に対応する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、異常電圧推定値に基づいて異常電圧発生の時間間隔を演算する時間間隔演算手段と、時間間隔演算手段により演算された異常電圧発生の時間間隔とモータの回転速度に応じたモータ回転周波数とに基づいてモータの異常を判定するモータ異常判定手段とを備えたことにより、例えば周期的に発生するインパルス状の異常電圧推定値についてその発生間隔を求め、モータ回転速度と比較することで、モータ回転速度に比例した周期で電圧推定値が発生している場合に異常状態とみなすことができる。
【0080】
また、上記時間間隔演算手段は、異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値の直流成分を除去する直流成分除去手段と、直流成分除去手段により直流成分を除去された異常電圧推定値と予め記憶された所定の異常電圧値とに基づいて異常電圧の発生を判断する異常電圧発生判断手段と、異常電圧発生判断手段により判断された異常電圧発生の時間間隔を記憶する記憶手段とを備え、モータ異常判定手段は記憶手段により記憶された異常発生時間間隔とモータの回転速度に応じたモータ回転周波数とに基づいてモータの異常を判定することにより、例えば周期的に発生するインパルス状の異常電圧推定値についてその発生間隔を求め、モータ回転速度と比較することで、モータ回転速度に比例した周期で電圧推定値が発生している場合に異常状態とみなすことができる。
【0081】
また、モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じてモータに駆動指令を与える目標電圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、目標電圧と実電流に基づいてモータに生じている異常を示す電圧に相当する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値の振動成分を除去する第1の振動成分除去手段と、目標電圧あるいは実測されたモータ電圧の振動成分を除去する第2の振動成分除去手段と、第1の振動除去手段により振動成分が除去された異常電圧推定値と、第2の振動除去手段により振動成分が除去された目標電圧あるいは実測されたモータ電圧とに基づいてモータの異常を判定するモータ異常判定手段とを備えたことにより、振動成分を除去し、直流成分に対して異常電圧推定値と目標電圧あるいは実際のモータ電圧値を比較することで、例えば、モータの経年的な変化により、ブラシドロップが大きくなった状態などを検出することが可能である。
【0082】
また、モータ異常判定手段は、第2の振動除去手段により振動成分が除去された目標電圧あるいは実測されたモータ電圧とに代えて、予め設定された電圧値とに基づいて、上記モータの異常を判定することにより、直流成分に対して異常電圧推定値と目標電圧あるいは実際のモータ電圧値を比較することで、例えば、モータの経年的な変化により、ブラシドロップが大きくなった状態などを検出することが可能である。
【0083】
また、振動成分が除去された異常電圧推定値と目標電圧または実測されたモータ電圧の偏差を演算する演算手段と、演算された偏差を所定の時間間隔で累積した累積偏差を算出する累積演算手段と、過去の累積演算手段による累積偏差を記憶する記憶手段とを備え、モータ異常判定手段は記憶手段に記憶された過去の累積偏差と現在の累積演算手段による累積偏差との偏差に基づいてモータの異常を判定することにより、過去のある時間の累積値を記憶し、現在の累積値と比較することで、例えば経年的な変化による異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係るモータ異常検出装置の構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1に係るモータ異常検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図3】 この発明の実施の形態1に係るモータ異常検出装置の可変フィルタの変化図である。
【図4】 この発明の実施の形態2に係るモータ異常検出装置におけるモータ異常判定部の構成図である。
【図5】 この発明の実施の形態2に係るモータ異常検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図6】 この発明の実施の形態2に係るモータ異常検出装置の周波数とパワースペクトルの相関図である。
【図7】 この発明の実施の形態3に係るモータ異常検出装置におけるモータ異常判定部の構成図である。
【図8】 この発明の実施の形態3に係るモータ異常検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図9】 この発明の実施の形態3に係るモータ異常検出装置の異常電圧の時間変化を示した図である。
【図10】 この発明の実施の形態4に係るモータ異常検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図11】 この発明の実施の形態4に係るモータ異常検出装置の異常電圧の時間変化を示した図である。
【図12】 この発明の実施の形態5に係るモータ異常検出装置におけるモータ異常判定部の構成図である。
【図13】 この発明の実施の形態5に係るモータ異常検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図14】 この発明の実施の形態6に係るモータ異常検出装置におけるモータ異常判定部の構成図である。
【図15】 この発明の実施の形態6に係るモータ異常検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図16】 従来の電動式パワーステアリング装置におけるモータ異常検出装置の構成図である。
【符号の説明】
1 操舵トルクセンサ検出器、2 操舵トルク制御器、3 電流のフィードバック制御器、4 電流のフィードフォワード制御器、5 モータ電流決定器、6位相補償器、7 モータ駆動器、8 モータ、9 モータ電流検出器、10、10a、10b、10c、10d 加算器、11 加減算器、12 積算器、13 車速検出器、14 モータ電圧検出器、15 モータ異常判定器、16 異常電圧推定器、17各種フィルタ、18 周波数解析器、19 係数器、20 パルス発生間隔演算器、21 演算器、22、23 振動成分除去手段、24 積分器、25 記憶装置、26 転流周波数演算器。
Claims (7)
- 電動式のモータに対するモータ異常検出装置であって、
上記モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、
入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧値をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
上記目標電圧と上記実電流に基づいて、上記モータに生じている異常を示す電圧に相当する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、
上記モータの回転速度とモータの整流子とブラシの数から転流周波数を演算する転流周波数演算手段と、
上記転流周波数に応じてフィルタ周波数を変化させて、上記異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値をフィルタリングするフィルタ装置と、
上記フィルタ装置によりフィルタリングされた異常電圧推定値と予め記憶された所定の異常電圧値との比較に基づいて、上記モータの異常を判定するモータ異常判定手段と
を備えたことを特徴とするモータ異常検出装置。 - 電動式のモータに対するモータ異常検出装置であって、
上記モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、
入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
上記目標電圧と上記実電流に基づいて、上記モータに生じている異常を示す電圧に対応する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、
上記異常電圧推定値に対して周波数解析を行い、この周波数解析の結果からピーク周波数を出力する周波数解析手段と、
上記モータの回転速度に応じたモータ回転周波数と上記ピーク周波数との偏差に基づいて、上記モータの異常を判定するモータ異常判定手段と
を備えたことを特徴とするモータ異常検出装置。 - 電動式のモータに対するモータ異常検出装置であって、
上記モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、
入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
上記目標電圧と上記実電流に基づいて、上記モータに生じている異常を示す電圧に対応する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、
上記異常電圧推定値に基づいて、異常電圧発生の時間間隔を演算する時間間隔演算手段と、
上記時間間隔演算手段により演算された異常電圧発生の時間間隔と、上記モータの回転速度に応じたモータ回転周波数とに基づいて、上記モータの異常を判定するモータ異常判定手段と
を備えたことを特徴とするモータ異常検出装置。 - 請求項3に記載のモータ異常検出装置において、
上記時間間隔演算手段は、
上記異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値の直流成分を除去する直流成分除去手段と、
上記直流成分除去手段により直流成分を除去された異常電圧推定値と予め記憶された所定の異常電圧値とに基づいて、異常電圧の発生を判断する異常電圧発生判断手段と、
上記異常電圧発生判断手段により判断された異常電圧発生の時間間隔を記憶する記憶手段と
を備え、
上記モータ異常判定手段は、
上記記憶手段により記憶された異常発生時間間隔と上記モータの回転速度に応じたモータ回転周波数とに基づいて、上記モータの異常を判定する
ことを特徴とするモータ異常検出装置。 - 電動式のモータに対するモータ異常検出装置であって、
上記モータに生じている実電流を検出するモータ電流検出手段と、
入力される目標電流と上記実電流との偏差に応じて、モータに駆動指令を与える目標電圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
上記目標電圧と上記実電流に基づいて、上記モータに生じている異常を示す電圧に相当する異常電圧推定値を推定する異常電圧推定手段と、
上記異常電圧推定手段により推定された異常電圧推定値の振動成分を除去する第1の振動成分除去手段と、
上記目標電圧あるいは実測されたモータ電圧の振動成分を除去する第2の振動成分除去手段と、
上記第1の振動除去手段により振動成分が除去された異常電圧推定値と、上記第2の振動除去手段により振動成分が除去された目標電圧あるいは実測されたモータ電圧とに基づいて、上記モータの異常を判定するモータ異常判定手段と
を備えたことを特徴とするモータ異常検出装置。 - 請求項5に記載のモータ異常検出装置において、
上記モータ異常判定手段は、
上記第2の振動除去手段により振動成分が除去された目標電圧あるいは実測されたモータ電圧とに代えて、予め設定された電圧値とに基づいて、上記モータの異常を判定することを特徴とするモータ異常検出装置。 - 請求項5に記載のモータ異常検出装置において、
振動成分が除去された異常電圧推定値と目標電圧または実測されたモータ電圧の偏差を演算する演算手段と、
上記演算手段により演算された偏差を、所定の時間間隔で累積した累積偏差を算出する累積演算手段と、
過去の累積演算手段による累積偏差を記憶する記憶手段と
を備え、
上記モータ異常判定手段は、上記記憶手段に記憶された過去の累積偏差と現在の累積演算手段による累積偏差との偏差に基づいて上記モータの異常を判定する
ことを特徴とするモータ異常検出装置。
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