JP4675340B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
車両の電動パワーステアリング装置では、運転中にモータの制御装置(一般的にインバータが使用される)に異常が発生すると直ちに危険な状況に至ることが予測されるので、異常をできる限り早く、例えばインバータの1サイクル内に検出することが好ましい。
例えば、特許文献1の第1図と第3図(b)には、インバータで駆動されるモータの端子電圧を監視して、また、第1図と第3図(a)にはモータを駆動するスイッチング素子の駆動信号を監視して、それらがモータを駆動している状態を所定時間以上継続すると、異常と判断してモータ駆動回路への給電を遮断するモータ制御装置が示されている。
また、特許文献1に開示されたものは駆動回路が単相インバータである場合についてのみ開示されており、3相、あるいは多相インバータでも同様に有効であるとは言えないという課題があった。
題があった。また、駆動回路が三相インバータである場合の対応方法は示されていないと言う課題があった。また、異常の判定に長時間掛かるという課題があった。
の制御装置を得ることを目的とする。
また、異常の判定が例えばインバータの1周期程度の短い時間で可能となるモータ制御装置を得ることを目的とする。
図1は、本発明の実施の形態1のモータ制御装置のブロック図である。モータ2は図示
しない車両のステアリング装置に取り付けられ、この車両のバッテリ4から給電されるモータ制御装置(以下、コントローラと言う場合もある)1の出力端子に接続されている。モータ2はDCブラシレスモータである。また、モータ2の磁極の角度位置に応じた相を励磁するべくモータ2の回転子角度を検出する回転子角度センサ3から信号を受ける。ここで回転子角度センサ3は信号の供給源の例として示すものでありこれに限るものではない。
コントローラ1は外部からの信号を受けるインタフェース51と、インターフェース51の出力に基づいて制御を行う第1のマイクロコントローラ56と、第1のマイクロコントローラ56により制御されるゲート駆動回路53と、ゲート駆動回路53により制御されモータ2を駆動する三相インバータ回路52と、三相インバータ52へのバッテリ4からの給電を遮断するためのリレー等のスイッチ手段54と、三相インバータ52の出力電圧をピックアップして周期を計測可能な波形として第1のマイクロコントローラ56に入力する出力電圧監視回路55と、第1のマイクロコントローラ56を含めた電動パワーステアリング装置の動作を監視/検証するための第2のマイクロコントローラ57とを有している。ここでは例として三相インバータで説明するが、3相以上の多相のインバータであれば同じである。
第1、第2のマイクロコントローラ56、57は上述の各制御に加えて、ともに、インバータ周期監視回路55の出力した波形の周期を自身のクロック信号周期に基づいて計測する。出力電圧監視回路55と上述の第1、第2のマイクロコントローラ56、57の図示しない上述の周期計測回路と、異常が発見されたときその後の警報出力などの処理を行う部分とを含めてこの発明に言うインバータ周期監視回路555という。説明の都合上、バッテリ4の電圧はHボルトであるとする。
出力電圧監視回路55は三相インバータ回路52の出力端子V1、V2、V3に接続されたコンデンサC1、C2、C3と、このコンデンサに接続されたバッファB1、B2、B3と、バッファB1、B2、B3の出力を受けるANDゲート55Aを有している。
ANDゲート55Aの出力は第1、第2のマイクロコントローラ56、57に入力される。
次に図1のモータ制御装置の動作について説明する。第1のマイクロコントローラ56は、回転子角度センサ3による回転子角度信号に基づきゲート駆動回路53に信号を出力して、バッテリ4から供給される直流電圧を三相インバータ回路52により三相交流電圧に変換しモータ2に供給する制御を行っている。
三相インバータ回路52のインバータ駆動方式は、いわゆる三角波比較のPWMで各アームを構成する上下のスイッチング素子を相互に駆動するものである。各アームを駆動するデューティ比は0%近くの値にはならないよう、また、100%近くの値にはならないように所定範囲に制限されている(例えば5%以上95%以下に制御される)ので、結果として出力の値にかかわらず、1周期の間に各相電圧がすべてLまたはすべてHとなる期間が存在する。出力電圧監視回路55のANDゲート55Aは各相電圧がすべてHとなると出力端子VOにH(バッテリの電圧)を、それ以外ではL(ここでは0ボルト)を出力する。
出力電圧監視回路55の出力電圧VOがHとなっている。VOの周期(例えばVOの立ち
上がりエッジ間の時間)Tが三相インバータ回路52のPWM搬送波周期(tとする)であり、前述の通りここではほぼ一定値である。第1のマイクロコントローラ56は、出力電圧監視回路55の出力の周期Tを図示しない内蔵のタイマ56Xで計測し、Tが所定範囲内であれば正常と判断する。ここで言う所定範囲とは三相インバータ回路52の搬送波周波数の周期tに対して、例えばその0.5倍〜2倍の範囲であればよい。
一方、モータ2への配線の途中などで出力地絡等の故障が発生、例えば図3に示すV2
ラインに地絡が生じると、VOはLレベル一定となり、Tは上記所定範囲から外れ(図3
の場合はVOに信号が出力されない)、第1のマイクロコントローラ56は異常と判断す
る。
三相インバータ52の各出力端子は、出力電圧監視回路55とコンデンサC1、C2、C3を介して交流結合されており、各相電圧がHで固着してもLで固着しても上記バッファB1又はB2又はB3への入力電圧はLレベルとなり、異常を検出することができる。
チ手段54を開き、また、ゲート駆動回路53を介して三相インバータ回路52に出力遮断を指示する(あるいはゲート駆動回路53への制御信号の出力を停止する)。また図示しない警報により運転者に異常を通知する。これにより、三相インバータ回路52から何も出力が出ない種類の故障の場合にも異常の発生を知らずに運転を続けてしまうという危険を回避することができる。
果を得ることができる。ゲート駆動回路53の出力や、第1のマイクロコントローラ56
の出力ポートに異常がなくてもインバータ出力に異常が生じる故障(例えば素子故障)では検出が困難となるものの、電力部を直接監視するよりも、よりノイズの少ない信号を監視することができ動作が安定する。
は、PWM周期tが短くなるが内部時計も同様に狂い、第1のマイクロコントローラ56は異常を検出しない恐れがある。しかし、この場合でも第2のマイクロコントローラ57は異常を検知するので、システム全体としては異常を検知することができる。このようにPWM周期をPWMの周期を生成しているクロックそのものを基準に計測することと、PWM周期をPWMの周期を生成しているクロックとは異なる別のクロックを基準に計測することの2通りにすることでシステムの信頼性が高められている。
なお、車両の起動時(エンジンキーをオンした直後)には、三相インバータ回路52が安定動作に入るまでの間に異常を検知してしまうことがないように、第1、第2のマイクロコントローラ56、57の監視シーケンスに待ち時間を設けるなどの配慮は、当然行われている。
図4は、この発明の実施の形態2のモータ制御装置のブロック図である。図1と同符号
のものは同一又は相当部分を示すので詳細な説明を省略する。出力電圧監視回路550は三相インバータ回路52の出力端子V1、V2、V3に接続された同じ値の抵抗器(いずれもRという)と、任意のバイアスを加える抵抗器R2と、これらの抵抗器に接続された第1、第2の比較器CP1、CP2と、比較器CP1、CP2の出力を受けるフリップフロップFFを含んでいる。
実施の形態1の図1の出力電圧監視回路55と比べると、図4の出力電圧監視回路550は3つの抵抗器Rによってモータ2の給電線に直流結合している。
VCCは所定の定電圧で例えば電源電圧。
{R1と(1/3)・Rとを並列接続した抵抗値}をZとして
R’=Z/{R2+Z} ・・・(1)
{R1とR2と(1/2)・Rとを並列接続した抵抗値}をYとして
R’’={Y}/{R+Y} ・・・(2)
とおけば、
V4=R’VCC+R’’(V1+V2+V3) ・・・(3)
となる。
正常な場合には、図5のQに示すように、PWM搬送波周期TでフリップフロップFFから立ち上がりエッジが得られ、上記実施の形態1と同様に周期が所定の範囲を逸脱するか否かにより故障判定することができる。一方、三相インバータ回路52の出力側での地絡等の異常時には、図6に示す通り、VOはVTH1、VTH2いずれかのしきい値を超えなくなり、フリップフロップの出力は反転しないので異常を検出することができる。
52 三相インバータ回路、 53 ゲート駆動回路、 54 スイッチ手段、
55 出力電圧監視回路、 55A AND回路、
56 第1のマイクロコントローラ、 56X、57X タイマー、
57 第2のマイクロコントローラ、 550 出力電圧監視回路、
555 インバータ周期監視回路、 C1,C2,C3 コンデンサ、
B1,B2,B3 バッファ、
FF フリップフロップ回路、 CP1 第1の比較器 CP2 第2の比較器。
Claims (2)
- 車両の電圧Hを有する直流電源に接続され、略一定の搬送波周期で所定の範囲の出力デューティ比に制御されたPWM動作を行うことにより、1周期の間に全ての出力相の電圧が同時に0または同時にHとなる期間が存在する3相以上の多相のインバータと、
前記多相の全ての出力が前記Hとなる状態の繰り返し周期を前記搬送波周期を生成しているクロックとは異なるクロックを基準に監視して、前記繰り返し周期が前記搬送波周期に対して所定の倍率以上または所定倍率以下となったとき、上記インバータの故障と判断して信号を出力するインバータ周期監視回路を備えることを特徴とするモータ制御装置。 - 車両の電圧Hを有する直流電源に接続され、略一定の搬送波周期で所定の範囲の出力デューティ比に制御されたPWM動作を行うことにより、1周期の間に全ての出力相の電圧が同時に0または同時にHとなる期間が存在する3相以上の多相のインバータと、
前記多相の全ての出力が前記0となる状態の繰り返し周期を前記搬送波周期を生成しているクロックとは異なるクロックを基準に監視して、前記繰り返し周期が前記搬送波周期に対して所定の倍率以上または所定倍率以下となったとき、上記インバータの故障と判断して信号を出力するインバータ周期監視回路を備えることを特徴とするモータ制御装置。
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