JP7358651B2 - モータ制御システム及びモータ制御装置 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本開示は、２０１９年１２月３１日に提出された出願番号２０１９１１４０９３０７．６、名称「モータ制御システム及びモータ制御装置」の中国特許出願の優先権を主張するものであり、その全ての内容は参照により本開示に組み込まれるものとする。

本開示は、モータ制御の分野に関し、特に、モータ制御システム及びモータ制御装置に関する。

科学技術の継続的な発展及び時代の進歩に伴い、電気自動車への応用などのモータ応用は、社会のあらゆる場面に密接に関連している。電気自動車は、省エネルギーで環境に優しく、大気汚染が少ないため、ますます注目されている。電気自動車は、純電気自動車とハイブリッド電気自動車に分けられるが、両方ともモータ駆動システムによりモータを駆動して電気自動車を制御する。

モータ制御システムにおいて、モータ制御に対する機能及び性能を考慮するだけでなく、安全性及び信頼性を考慮する必要がある。しかしながら、現在のモータ制御システムの安全性に対する設計が不十分であるため、モータ制御システムの安全性が低く、信頼性が低く、予期せぬ故障をタイムリーかつ効果的に処理することができない。

前述の課題を解決するために、安全で信頼性の高いモータ制御システム及びモータ制御装置を提供する。

本開示の実施例に係るモータ制御システムは、主制御モジュールと、駆動モジュールと、監視モジュールとを含む。前記主制御モジュールは、低電圧駆動信号を前記駆動モジュールに出力し、前記駆動モジュールは、前記低電圧駆動信号を高電圧駆動信号に変換してパワーユニットに出力し、前記パワーユニットは、前記高電圧駆動信号に基づいて高電圧電池から提供された電源駆動信号を出力し、前記電源駆動信号により、前記パワーユニットに接続されたモータを回転させるように駆動する。前記監視モジュールは、前記主制御モジュール及び前記駆動モジュールに電気的に接続され、前記低電圧駆動信号を収集し、かつ前記低電圧駆動信号が異常である場合、故障信号を前記主制御モジュールに出力して、前記主制御モジュールが前記低電圧駆動信号の出力を停止するように制御し、前記監視モジュールは、前記主制御モジュールから独立して、前記監視モジュールに動作電源を供給する補助電源を含む。

本開示の一実施例に係るモータ制御装置は、前述のモータ制御システムを含む。

従来の技術に比べて、本開示の実施例に係るモータ制御システムは、モータ制御ユニットに対する多層監視処理、独立した安全な切り替え経路、及び制御ユニットと監視ユニットのそれぞれに独立して給電する電源により、モータ制御システムの安全レベルを向上させ、モータ制御システムの安全動作を保障するだけでなく、制御ユニット自体が予期せぬ故障を正常に検出できない状況を回避し、モータ制御システムの安全動作時間及び動作信頼性を効果的に向上させる。

本開示の実施例における技術手段をより明確に説明するために、以下、実施例の説明に必要な図面を簡単に説明し、明らかに、以下に説明される図面は、本開示のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労働をしない前提で、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。

本開示の実施例のモータ制御装置の概略構成図である。 図１に示す概略構成図におけるモータ制御システムの回路ブロック図である。

以下、本開示の実施例における図面を参照しながら、本開示の実施例における技術手段を明確かつ完全に説明し、明らかに、説明される実施例は、本開示の実施例の一部であり、全てではない。本開示の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働をしない前提で得られる他の全ての実施例は、いずれも本開示の保護範囲に属するものである。

図１は、本開示の一実施例におけるモータ制御装置１０の概略構成図であり、図１に示すように、モータ制御装置１０は、モータ制御システム１００、高電圧電池２００、パワーユニット３００、モータモジュール４００、及びハウジング５００を含む。モータ制御システム１００は、低電圧駆動信号をパワーユニット３００に出力し、かつパワーユニット３００から出力されたフィードバック信号に基づいて、低電圧駆動信号の出力をリアルタイムに制御する。

さらに、モータが故障する場合、モータ制御システム１００は、受信された、パワーユニット３００から出力されたフィードバック信号に基づいて論理演算を行った後、モータモジュール４００が異常であるか否かを判断し、モータモジュール４００が異常である場合、予め設定されたプログラムに従って低電圧駆動信号のパワーユニット３００への出力を停止する。モータ制御システム１００は、出力されたモータ制御信号をセルフチェックすることができ、モータ制御信号にエラーが発生する場合、モータ制御信号の出力を迅速に停止できることにより、モータ制御システムの安全レベルを向上させ、モータ制御システムの安全動作時間及び動作信頼性を向上させる。

パワーユニット３００は、高電圧電池２００及びモータモジュール４００に電気的に接続され、モータ制御システム１００から出力された低電圧駆動信号の制御作用により、高電圧電池２００から提供された電源駆動信号をモータモジュール４００に出力する。モータモジュール４００は、１つの交流モータ又は直流モータを少なくとも含み、電源駆動信号により、交流モータ又は直流モータを回転させるように駆動する。

モータモジュール４００は、受信された電源駆動信号に基づいて交流モータ又は直流モータを回転させるように駆動し、かつフィードバック信号をモータ制御システム１００に出力する。モータモジュール４００は、モータ保護モジュール（図示せず）をさらに含み、取得されたモータ動作データに基づいてモータモジュール４００を保護する。

さらに、モータ保護モジュールは、モータモジュール４００に短絡が発生する場合、取得された短絡電流に基づいてモータとパワーユニット３００との間の電気的接続を迅速に遮断し、モータモジュールへの損傷を回避する。

ハウジング５００の形状は、モータ制御装置１０の実際の応用に合わせて設計することができる。さらに、モータ制御装置１０は、電気自動車に応用することができ、モータの運転を制御することにより、電気自動車の安全動作時間を増加させ、電気自動車のモータの信頼性及び安定性を向上させる。

図２は、本開示の実施例における図１に示すモータ制御システム１００の回路ブロック図である。図２に示すように、モータ制御システム１００は、外部電源ユニット１１０、主制御モジュール１２０、駆動モジュール１３０、及び監視モジュール１４０を含む。本実施例では、モータ制御システム１００は、モータ制御信号を出力して、モータが動作するように駆動し、かつモータ制御信号をリアルタイムに監視し、モータのデータ情報を収集することにより、モータ制御故障信号の出力を減少させ、モータ制御システムの性能及びモータ動作の安全レベルを向上させる。

モータ制御信号は、モータ入力電流信号、モータ入力電圧信号、モータトルク信号、及びモータパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）デューティ比信号などを含む。

外部電源ユニット１１０は、主制御モジュール１２０、監視モジュール１４０、及び駆動モジュール１３０に電気的に接続され、モータ制御システム１００に駆動電源ＶＤＤを供給する。外部電源ユニット１１０は、第１の外部電源１１０１、第２の外部電源１１０２、電圧変換ユニット１１０３、第１のダイオードＤ１、及び第２のダイオードＤ２を含む。さらに、第１の外部電源１１０１と第２の外部電源１１０２とは、機能が互いに独立し、単独又は同時に電圧を出力することができることにより、外部電源ユニット１１０の故障でモータ制御システムに給電できないことを防止する。電圧変換ユニット１１０３は、第２の外部電源１１０２に電気的に接続され、受信された電圧を変換し、駆動電源ＶＤＤを出力する。第１のダイオードＤ１のアノードは、第１の外部電源１１０１に電気的に接続され、第１のダイオードＤ１のカソードは、主制御モジュール１２０、監視モジュール１４０、及び駆動モジュール１３０に電気的に接続される。第２のダイオードＤ２のアノードは、電圧変換ユニット１１０３に電気的に接続され、第２のダイオードＤ２のカソードは、主制御モジュール１２０、監視モジュール１４０、及び駆動モジュール１３０に電気的に接続される。

本実施例では、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２は、出力電圧又は異常電圧の逆入力を防止し、外部電源ユニット１１０の安全性を保護する。外部電源ユニット１１０の給電過程において、第１の外部電源１１０１から出力された第１の出力電圧が電圧変換ユニット１１０３から出力された第２の出力電圧よりも大きい場合、第２のダイオードＤ２は、第１の外部電源１１０１から出力された第１の出力電圧が電圧変換ユニット１１０３に逆入力されることを防止することができ、電圧変換ユニット１１０３から出力された第２の出力電圧が第１の外部電源１１０１から出力された第１の出力電圧よりも大きい場合、第１のダイオードＤ１は、第２の出力電圧が第１の外部電源１１０１に逆入力されることを防止することができる。主制御モジュール１２０、監視モジュール１４０、及び駆動モジュール１３０の全て又はいずれか１つに、異常が発生して電圧が大きすぎる場合、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２は、異常電圧が外部電源ユニット１１０に逆入力されることを防止することができる。

本実施例では、第１の外部電源１１０１は、電池又は電池パックであってもよく、モータ制御システム１００に必要な駆動電源ＶＤＤを直接出力する。第２の外部電源１１０２は、高圧直流電源であってもよく、電圧変換を行った後にモータ制御システム１００に必要な駆動電源ＶＤＤを出力する。

主制御モジュール１２０は、駆動モジュール１３０及び監視モジュール１４０に電気的に接続され、受信された駆動電源ＶＤＤに基づいて、モータ制御信号を駆動モジュール１３０に出力して、モータが動作するように駆動する。主制御モジュール１２０は、第１の電源１２０１、情報収集ユニット１２０２、制御ユニット１２０３、信号処理ユニット１２０４、及び駆動信号処理ユニット１２０５を含む。

第１の電源１２０１は、制御ユニット１２０３、及び監視モジュール１４０に電気的に接続され、受信された駆動電源ＶＤＤに基づいて第１の駆動電圧ＶＣＣ１を制御ユニット１２０３に出力し、第１の電源１２０１が故障する場合、第１の故障信号ＦＳ１を監視モジュール１４０に出力して、駆動ユニット１３０が高電圧駆動信号の出力を停止するように制御する。モータ制御システムの給電の独立性及び安全性を向上させるために、第１の電源１２０１は、主制御モジュール１２０のみに第１の駆動電圧ＶＣＣ１を提供し、かつ自体の故障を検出する機能を有する。第１の電源１２０１に何らかの異常がない場合、第１のレベルの第１の故障信号ＦＳ１を監視モジュール１４０に出力し、第１の電源１２０１が異常であり、例えば、出力電流又は出力電圧が大きすぎる場合、第２のレベルの第１の故障信号ＦＳ１を監視モジュール１４０及び制御ユニット１２０３に出力する。第１の電源１２０１は、主制御電源であってもよい。

情報収集ユニット１２０２は、制御ユニット１２０３及び信号処理ユニット１２０４に電気的に接続され、収集されたモータ動作信号を制御ユニット１２０３及び信号処理ユニット１２０４に入力する。さらに、情報収集ユニット１２０２は、復号ユニット、電流収集ユニット、電圧収集ユニット、及び他の位置センサユニットを含む。復号ユニットは、受信された他の位置センサユニットにより収集されたモータ位置データ情報に基づいて、論理演算を行った後にモータ位置信号ａｎｇｌｅを得て、制御ユニット１２０３に出力する。電流収集ユニットは、モータの入力電流を収集し、電流センサを含み、電圧収集ユニットは、モータの入力電圧を収集し、電圧センサを含む。

本実施例では、他の位置センサユニットは、レゾルバセンサ、エンコーダ、及びホールセンサを含む。モータ動作信号は、モータ位置信号ａｎｇｌｅ、モータ入力電流Ｉｃ、及びモータ入力電圧Ｖｃを含み、モータ位置信号ａｎｇｌｅは、モータ回転角度を含む。

制御ユニット１２０３は、信号処理ユニット１２０４及び駆動信号処理ユニット１２０５に電気的に接続され、受信された第１の駆動電圧ＶＣＣ１に基づいて第１のデューティ比信号を信号処理ユニット１２０４に出力すると同時に、第１のイネーブル信号ＥＮ１を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し、駆動信号処理ユニット１２０５が低電圧駆動信号を駆動モジュール１３０に出力するように制御する。さらに、制御ユニット１２０３は、受信されたモータ位置信号ａｎｇｌｅ、モータ入力電流Ｉｃ、及びモータ入力電圧Ｖｃに対して論理演算を行った後、モータ入力電圧又は電流が異常であると判断する場合、第１のディスエーブル信号ｄｉｓ１を駆動信号処理ユニット１２０５に出力して、駆動信号処理ユニット１２０５が低電圧駆動信号の出力を停止するように制御する。

制御ユニット１２０３が故障する場合、制御ユニット１２０３は、第１の制御信号ＤＳ１を第１の電源１２０１に送信し、第１の電源１２０１は、第１の制御信号ＤＳ１を受信した後、第１の駆動電圧ＶＣＣ１の出力を停止することにより、モータ及び制御ユニット１２０３の安全性及び信頼性を向上させる。より具体的には、監視モジュール１４０は、制御ユニット１２０３から出力されたモータトルク値Ｍｔ、重要な変数、及び制御シーケンスをリアルタイムに監視する。異常が発生すれば、例えば、制御ユニット１２０３から出力された制御信号が異常であれば、駆動モジュール１３０をオフにして、モータの動作を停止するように制御する。

第１のデューティ比信号は、６つのデューティ比制御信号を含み、各デューティ比制御信号は、１つの信号のみを出力し、第１のデューティ比信号における各制御信号は、同じ制御信号であってもよく、異なる制御信号であってもよく、例えば、第１のデューティ比信号における１つは、電流制御信号であってもよく、他のいくつかは、電圧制御信号及び多種類の制御信号であってもよく、電流制御信号であってもよい。モータトルク値Ｍｔは、モータパワー及びモータ回転速度により得ることができ、重要な変数は、制御ユニット１２０３から出力されたモータ入力電流値、モータ入力電圧値、及びモータ位置信号である。

信号処理ユニット１２０４は、駆動信号処理ユニット１２０５及び駆動モジュール１３０に電気的に接続され、受信された第１のデューティ比信号に対してデッドゾーン検出処理を行い、かつ第２のデューティ比信号を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し、さらに受信されたモータ制御情報に基づいて異常信号情報を検出し、モータ制御情報が異常である場合、第２の制御信号を駆動モジュール１３０に出力して、駆動モジュール１３０が電気的遮断状態にあるように制御する。モータ制御システム１００において、短絡又は過電圧などの迅速対応する必要がある異常が発生する場合、信号処理ユニット１２０４は、過電流信号ＯＣ及び過電圧信号ＯＶを検出した後、異常信号を制御ユニット１２０３に入力し、制御ユニット１２０３は、第１の迅速対応信号Ｐ１を信号処理ユニット１２０４に出力し、信号処理ユニット１２０４は、第２の制御信号Ｐ２を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し、駆動信号処理ユニット１２０５が駆動モジュール１３０に対してオフウェーブ処理及び三相短絡処理を行うように制御して、駆動モジュール１３０が高電圧駆動信号の出力を停止するように制御する。

第２のデューティ比信号は、第１のデューティ比信号を含み、具体的には、信号処理ユニット１２０４は、入力された第１のデューティ比信号のデッドゾーンが予め設定されたＰＷＭデューティ比信号のデッドゾーンよりも小さいことを検出する場合、予め設定されたＰＷＭデューティ比信号のデッドゾーンを用いて第１のデューティ比信号を設定し、入力された第１のデューティ比信号のデッドゾーンが予め設定されたＰＷＭデューティ比信号のデッドゾーンよりも大きいことを検出する場合、第１のデューティ比信号を出力する。

第１の迅速対応信号Ｐ１が第１のデューティ比信号に含まれ、第２の制御信号Ｐ２が第２のデューティ比信号に含まれ、第２のデューティ比信号も、６つの制御信号を含み、各制御信号は、１つの信号のみを出力し、第２のデューティ比信号における各制御信号は、同じ制御信号であってもよく、異なる制御信号であってもよい。

本実施例では、オフウェーブ処理は、モータ制御システム１００におけるＰＷＭ信号の出力をオフにすることである。三相短絡処理は、駆動モジュール１３０における一部の駆動ユニットのスイッチを全てオフにし、かつ他の一部の駆動ユニットのスイッチを全てオンにするように制御することである。三相短絡処理は、モータの回転中に、モータ制御が突然停電することにより電流が駆動モジュール１３０に逆入力され、駆動モジュール１３０における駆動ユニットに損傷を与えることを防止し、モータ制御システムの安全性及び信頼性を向上させることができる。

駆動信号処理ユニット１２０５は、駆動モジュール１３０に電気的に接続され、得られた第２のデューティ比信号に基づいて低電圧駆動信号を出力すると同時に、受信されたイネーブル制御信号に基づいて駆動イネーブル信号を駆動モジュール１３０に出力する。低電圧駆動信号は、第１の駆動信号ＰＷＭ１及び第２の駆動信号ＰＷＭ２を含み、駆動イネーブル信号は、第１の駆動イネーブル信号Ｔ１及び第２の駆動イネーブル信号Ｔ２を含む。さらに、駆動信号処理ユニット１２０５は、受信された第２のデューティ比信号を処理した後、第１の駆動信号ＰＷＭ１及び第２の駆動信号ＰＷＭ２を出力することにより、駆動モジュール１３０における異なる駆動ユニットをそれぞれ制御する。

モータ制御システムが故障するか又は回路が異常である場合、制御ユニット１２０３は、第１のディスエーブル信号ｄｉｓ１を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し、このときに、駆動信号処理ユニット１２０５は、第１の駆動信号ＰＷＭ１及び第２の駆動信号ＰＷＭ２の出力を停止する。駆動信号処理ユニット１２０５は、第２の制御信号Ｐ２を受信した後、駆動モジュール１３０に対してオフウェーブ処理及び三相短絡処理を行う。

本実施例では、駆動信号処理ユニット１２０５は、監視モジュール１４０から出力された第２のイネーブル信号ＥＮ２及び第２のディスエーブル信号ｄｉｓ２を同時に受信する。駆動信号処理ユニット１２０５は、第１のイネーブル信号ＥＮ１及び第２のイネーブル信号ＥＮ２を同時に受信する場合、第２のレベルの第１の駆動信号ＰＷＭ１及び第２のレベルの第２の駆動信号ＰＷＭ２を駆動モジュール１３０に出力する。第１のレベルは、ローレベル及びハイレベルを含み、第２のレベルは、ローレベル及びハイレベルを含む。

駆動モジュール１３０は、主制御モジュール１２０、監視モジュール１４０、及びパワーユニット３００に電気的に接続され、受信されたイネーブル信号及び低電圧駆動信号に基づいて、低電圧駆動信号を高電圧駆動信号に変換し、かつ高電圧駆動信号をパワーユニット３００に出力する。駆動モジュール１３０は、第１の駆動ユニット１３０１、第３の電源１３０２、第２の駆動ユニット１３０３、及び第４の電源１３０４を含む。

第１の駆動ユニット１３０１は、信号処理ユニット１２０４に電気的に接続され、第１のモータ駆動信号ＰＴ１をパワーユニット３００に出力し、第１の駆動ユニット１３０１が故障する場合、第１の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）信号を信号処理ユニット１２０４に出力して、信号処理ユニット１２０４が迅速対応信号を出力するように制御し、第１の駆動ユニット１３０１がオフウェーブ処理及び三相短絡処理を行うように制御する。第１の駆動ユニット１３０１が導通されるとき、監視モジュール１４０から出力された第３のイネーブル信号ＥＮ３又は第３のディスエーブル信号ｄｉｓ３をリアルタイムに受信する。第１の駆動ユニット１３０１は、三相上アーム駆動ユニット又は三相下アーム駆動ユニットを含む。

第３の電源１３０２は、第１の駆動ユニット１３０１に電気的に接続され、受信された駆動電源ＶＤＤに基づいて駆動電圧ＶＣＣを第１の駆動ユニット１３０１に出力する。

第２の駆動ユニット１３０３は、信号処理ユニット１２０４に電気的に接続され、第２のモータ駆動信号ＰＴ２をパワーユニット３００に出力し、第２の駆動ユニット１３０３が故障する場合、第２のＩＧＢＴ信号を信号処理ユニット１２０４に出力して、信号処理ユニット１２０４が迅速対応信号を出力するように制御し、第２の駆動ユニット１３０３がオフウェーブ処理及び三相短絡処理を行うように制御する。第２の駆動ユニット１３０３が導通されるとき、監視モジュール１４０から出力された第３のイネーブル信号ＥＮ３又は第３のディスエーブル信号ｄｉｓ３をリアルタイムに受信する。第２の駆動ユニット１３０３は、三相上アーム駆動ユニット又は三相下アーム駆動ユニットを含む。

第４の電源１３０４は、第２の駆動ユニット１３０３に電気的に接続され、受信された駆動電源ＶＤＤに基づいて駆動電圧ＶＣＣを第２の駆動ユニット１３０３に出力する。第４の電源１３０４及び第３の電源１３０２は、機能が互いに独立した給電モジュールであることにより、駆動ユニットへの給電が同時に停止することを防止し、駆動モジュールの出力信号の信頼性を向上させる。

本実施例では、第１の駆動ユニット１３０１及び第２の駆動ユニット１３０３は、それぞれ第１のＩＧＢＴ信号及び第２のＩＧＢＴ信号を信号処理ユニット１２０４に出力し、第１の駆動ユニット１３０１又は第２の駆動ユニット１３０３におけるＩＧＢＴモジュールが故障すれば、信号処理ユニット１２０４は、受信されたＩＧＢＴ故障信号に基づいて、第２の制御信号Ｐ２を第１の駆動ユニット１３０１及び第２の駆動ユニット１３０３に出力し、駆動モジュール１３０がオフウェーブ処理及び三相短絡処理を行うように制御する。

監視モジュール１４０は、主制御モジュール１２０から出力された制御信号にエラーが発生するか又は制御シーケンスにエラーが発生することを検出すれば、監視モジュール１４０は、第３のディスエーブル信号ｄｉｓ３を出力することにより、第１の駆動ユニット１３０１と第２の駆動ユニット１３０３をそれぞれオフにするか、又は第１の駆動ユニット１３０１と第２の駆動ユニット１３０３を同時にオフにする。

監視モジュール１４０は、主制御モジュール１２０及び駆動モジュール１３０に電気的に接続され、主制御モジュール１２０から出力された低電圧駆動信号を収集し、低電圧駆動信号が異常である場合、故障信号を主制御モジュール１２０に出力して、主制御モジュール１２０が低電圧駆動信号の出力を停止するように制御する。監視モジュール１４０は、第２の電源１４０１、監視ユニット１４０２、安全論理ユニット１４０３、及び信号収集ユニット１４０４を含む。

第２の電源１４０１は、監視ユニット１４０２及び安全論理ユニット１４０３に電気的に接続され、受信された駆動電源ＶＤＤに基づいて第２の駆動電圧ＶＣＣ２を監視ユニット１４０２に出力し、第２の電源１４０１が異常であるか又は故障する場合、第２のレベルの第２の故障信号ＦＳ２を安全論理ユニット１４０３に出力すると同時に、安全論理ユニット１４０３は、第３のディスエーブル信号ｄｉｓ３を駆動モジュール１３０に出力する。第２の電源１４０１は、補助電源であってもよい。

本実施例では、第１の電源１２０１及び第２の電源１４０１は、機能が互いに独立し、主制御モジュール１２０又は監視モジュール１４０が故障する場合、第１の電源１２０１又は第２の電源１４０１をオフにするだけでよく、他の機能モジュールへの給電需要に影響を与えず、モータ制御システムの安全レベルを向上させる。

監視ユニット１４０２は、安全論理ユニット１４０３、制御ユニット１２０３、及び駆動信号処理ユニット１２０５に電気的に接続され、モータ制御信号を受信かつ検出し、モータ制御信号が異常である場合、第２のディスエーブル信号ｄｉｓ２を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し、監視ユニット１４０２が異常であるか又は故障する場合、第２のレベルの第３の故障信号ＦＳ３を安全論理ユニット１４０３に出力する。

本実施例では、監視ユニット１４０２により監視された、制御ユニット１２０３から出力されたモータ制御信号は、制御トルク値Ｎ１、重要な変数信号、及び制御ユニット１２０３から出力された制御シーケンスを含む。重要な変数信号は、モータを制御するために入力された電流、電圧、及びモータ位置信号を含む。

外部センサによりモータが動作するときの三相電流値、三相電圧値、及びモータ回転速度情報を収集し、監視ユニット１４０２により論理演算を行った後、モータの実際の出力トルク値Ｎ２を得て、かつ制御ユニット１２０３から出力された制御トルク値Ｎ１と比較する。監視ユニット１４０２は、式（１）又は式（２）に基づいてモータの実際の出力トルク値Ｎ２を得ることができ、式は、以下のとおりである。

Ｎ２＝３ｐ（ｉ_ｑψ_ｆ＋（Ｌ_ｄ－Ｌ_ｑ）ｉ_ｄｉ_ｑ）／２ （１）
ここで、ｉ_ｄは、モータ回転子の磁界方向の電流を表し、ψ_ｆは、モータ回転子の鎖交磁束を表し、Ｌ_ｄは、モータ回転子の磁界方向の座標を表し、Ｌ_ｑは、モータ回転子の磁界方向に垂直な座標を表し、ｉ_ｑは、モータ回転子の磁界方向に垂直な電流を表し、ｐは、モータの極対数を表す。

Ｎ２＝３ｐ（ｉ_βψ_α－ｉ_αψ_β）／２ （２）
ここで、ｐは、モータの極対数を表し、ｉ_βは、モータの三相巻線におけるβ軸の電流を表し、ψ_αは、モータ静止座標系でのα軸の鎖交磁束値を表し、ｉ_αは、モータの三相巻線におけるα軸の電流を表し、ψ_βは、モータ静止座標系でのβ軸の鎖交磁束値を表す。

実際の出力トルク値Ｎ２と制御トルク値Ｎ１との偏差範囲が予め設定されたトルク値Ｎよりも大きい場合、監視ユニット１４０２は、制御ユニット１２０３から出力されたモータ制御信号が異常であると判定すると同時に、第２のディスエーブル信号ｄｉｓ２を駆動信号処理ユニット１２０５に出力する。駆動信号処理ユニット１２０５は、第２のディスエーブル信号ｄｉｓ２を受信した後、第１のレベルの第１の駆動イネーブル信号Ｔ１及び第１のレベルの第２の駆動イネーブル信号Ｔ２を出力して、第１の駆動ユニット１３０１及び第２の駆動ユニット１３０３がオフウェーブ処理及び三相短絡処理を行うようにそれぞれ制御する。

本実施例では、監視ユニット１４０２は、信号収集ユニット１４０４によりモータに必要な電流、電圧、及び位置などのモータデータ信号をリアルタイムに収集すると同時に、収集されたモータデータ信号を制御ユニット１２０３から出力されたモータ制御信号と比較し、モータデータ信号とモータ制御信号との間の偏差が予め設定された偏差範囲内にあれば、監視ユニット１４０２は、制御ユニット１２０３から出力されたモータ制御信号に異常がないと判定し、第２のイネーブル信号ＥＮ２を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し続ける。モータデータ信号とモータ制御信号との間の偏差が予め設定された偏差範囲よりも大きければ、監視ユニット１４０２は、制御ユニット１２０３から出力されたモータ制御信号に異常が発生したと判定し、第２のディスエーブル信号ｄｉｓ２を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し続ける。

さらに、異なる制御信号の予め設定された偏差範囲が異なり、予め設定された偏差範囲は、モータ動作の実際の環境に応じて設定され、モータの動作環境が異なり、同じ信号の予め設定された偏差範囲も異なる。例えば、電気自動車において、モータ電流偏差信号の範囲は、［－５％～５％］の間にあり、モータ電圧偏差信号の範囲は、［０～１０％］の間にあり、窓の昇降を制御するモータ電流偏差信号は、［－１％～１％］の間にある。

本実施例では、監視ユニット１４０２は、さらに、制御ユニット１２０３から出力された制御シーケンスの順序を監視することができ、予め設定された時間Ｔ内に、制御ユニット１２０３から出力された制御シーケンスの順序が予め設定されたシーケンス偏差内にあれば、監視ユニット１４０２は、第２のイネーブル信号ＥＮ２を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し続け、制御ユニット１２０３から出力された制御シーケンスの順序が予め設定された偏差範囲外にあれば、監視ユニット１４０２は、第２のディスエーブル信号ｄｉｓ２を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し続けて、駆動信号処理ユニット１２０５が低電圧駆動信号の出力を停止するように制御する。

予め設定された時間Ｔは、モータの実際の操作に応じて設定される。異なる制御シーケンスの優先度が異なり、異なる優先度の制御シーケンスに対応するフォールトトレランス率が異なり、優先度が高いほど、フォールトトレランス率が低く、優先度が低いほど、フォールトトレランス率が高い。例えば、制御シーケンスの優先度が１であれば、フォールトトレランス率は、１％であり、他の制御シーケンスの優先度が１０であれば、フォールトトレランス率は、１０％であり、優先度の数字が小さいほど、優先度が高く、複数回のシーケンスの実行過程において、優先度が１の制御シーケンスは、１００回のシーケンスの実行中に２回以上の制御シーケンスの偏差が発生すれば、監視ユニット１４０２は、予め設定された偏差範囲を超えると判定するが、優先度が１０の制御シーケンスは、１００回のシーケンスの実行中に１１回以上の制御シーケンスの偏差が発生すれば、監視ユニット１４０２は、予め設定された偏差範囲を超えると判定する。

安全論理ユニット１４０３は、第１の駆動ユニット１３０１及び第２の駆動ユニット１３０３に電気的に接続され、受信された故障信号ＦＳに基づいて第３のディスエーブル信号ｄｉｓ３を第１の駆動ユニット１３０１及び第２の駆動ユニット１３０３に出力する。安全論理ユニット１４０３は、第１の電源１２０１、第２の電源１４０１、及び監視ユニット１４０２が故障するか否かを監視し、第１の電源１２０１、第２の電源１４０１、及び監視ユニット１４０２のうちの１つ又は複数が故障信号ＦＳを安全論理ユニット１４０３に出力する場合、安全論理ユニット１４０３は、第３のディスエーブル信号ｄｉｓ３を出力して、第１の駆動ユニット１３０１及び第２の駆動ユニット１３０３における全てのスイッチデバイスをオフにするように制御する。故障信号ＦＳは、第１の故障信号ＦＳ１、第２の故障信号ＦＳ２、及び第３の故障信号ＦＳ３を含む。

本実施例では、安全論理ユニット１４０３が第３のイネーブル信号ＥＮ３を出力し、かつ駆動信号処理ユニット１２０５が第２のレベルの第１の駆動イネーブル信号Ｔ１及び第２のレベルの第２の駆動イネーブル信号Ｔ２を出力する場合、第１の駆動ユニット１３０１及び第２の駆動ユニット１３０３は、モータ駆動信号を出力する。

信号収集ユニット１４０４は、監視ユニット１４０２に電気的に接続され、モータデータ信号をリアルタイムに収集し、かつ監視ユニット１４０２に入力する。信号収集ユニット１４０４は、モータが動作するとき、外部センサによりモータ電流、電圧及びモータ位置を取得する。外部センサは、レゾルバセンサ、エンコーダ、及びホールセンサを含む。

モータ制御システムにおいて、第１の外部電源１１０１及び第２の外部電源１１０２は、それぞれ独立して、主制御モジュール１２０、駆動モジュール１３０、及び監視モジュール１４０に給電する。モータが正常に動作するように制御する場合、監視ユニット１４０２は、制御ユニット１２０３から出力されたモータ制御信号をリアルタイムに検出し、制御ユニット１２０３は、第１のデューティ比信号を信号処理ユニット１２０４に出力し、信号処理ユニット１２０４は、第２のデューティ比信号を駆動信号処理ユニット１２０５に出力し、駆動信号処理ユニット１２０５は、第１の駆動信号ＰＷＭ１及び第２の駆動信号ＰＷＭ２を出力し、それぞれ第１の駆動ユニット１３０１及び第２の駆動ユニット１３０３を制御する。実施例では、監視ユニット１４０２及び制御ユニット１２０３は、それぞれ機能が互いに独立した第１の電源１２０１及び第２の電源１４０１により給電される。

モータ制御システムにおいて、監視ユニット１４０２は、制御ユニット１２０３から出力されたモータ制御信号が異常であると検出すれば、第２のディスエーブル信号ｄｉｓ２を出力して、駆動信号処理ユニット１２０５が第１のレベルの第１の駆動イネーブル信号Ｔ１及び第１のレベルの第２の駆動イネーブル信号Ｔ２を出力するように制御し、さらに、第１の駆動ユニット１３０１及び第２の駆動ユニット１３０３がオフウェーブ処理及び三相短絡処理を行うように制御する。情報収集ユニット１２０２により収集されたモータ入力電流Ｉｃ及びモータ入力電圧Ｖｃが異常である場合、及び第１の駆動ユニット１３０１が第１のＩＧＢＴ故障信号を、又は第２の駆動ユニット１３０３が第２のＩＧＢＴ故障信号を、信号処理ユニット１２０４に出力する場合、信号処理ユニット１２０４が第１のイネーブル信号ＥＮ１を出力して、駆動信号処理ユニット１２０５が第１の駆動信号ＰＷＭ１及び第２の駆動信号ＰＷＭ２の出力を停止するように制御する。

第１の電源１２０１、第２の電源１４０１、及び監視ユニット１４０２のうちのいずれか１つのユニット又は複数のユニットが同時に故障する場合、即ち、１つの故障信号ＦＳを少なくとも出力する場合、安全論理ユニット１４０３は、第３のディスエーブル信号ｄｉｓ３を駆動モジュール１３０に出力する。

モータの主制御モジュールに対する多層監視処理、及び独立した安全な切り替え経路により、モータ制御システムは、故障を診断するメカニズムを改善すると同時に、制御機能を最適化かつ統合し、モータ駆動モジュールの制御方法を複数増加させることにより、モータ制御システムの安全レベル及びモータの安全動作を向上させ、モータ制御ユニットが予期せぬ故障を正常に検出できない状況を回避し、モータ制御システムの安全動作時間及び動作信頼性を効果的に向上させる。

以上、本開示の実施例のモータ制御システムの１つの回路ブロック図を詳細に説明し、本明細書において具体的な例を用いて本開示の原理及び実施形態を解説したが、以上の実施例の説明は、本開示の方法及びその核心思想の理解を助けるためのものに過ぎず、また、当業者にとって、本開示の思想によって、具体的な実施形態及び適用範囲において変更することもあり、以上のように、本明細書の内容は、本開示を限定するものと理解されるべきではない。

Claims (12)

1. 主制御モジュールと、駆動モジュールと、監視モジュールとを含み、
   前記主制御モジュールは、低電圧駆動信号を前記駆動モジュールに出力し、前記駆動モジュールは、前記低電圧駆動信号を高電圧駆動信号に変換してパワーユニットに出力し、前記パワーユニットは、前記高電圧駆動信号に基づいて高電圧電池から提供された電源駆動信号を出力し、前記電源駆動信号により、前記パワーユニットに接続されたモータを回転させるように駆動し、
   前記監視モジュールは、前記主制御モジュール及び前記駆動モジュールに電気的に接続され、前記低電圧駆動信号を収集し、かつ前記低電圧駆動信号が異常である場合、故障信号を前記主制御モジュールに出力して、前記主制御モジュールが前記低電圧駆動信号の出力を停止するように制御し、前記監視モジュールは、前記主制御モジュールから独立して、前記監視モジュールに動作電源を供給する補助電源を含むことを特徴とする、モータ制御システム。
2. 前記監視モジュールは、安全論理ユニット及び監視ユニットをさらに含み、
   前記安全論理ユニットは、前記駆動モジュールに電気的に接続され、故障信号を受信すると、第３のディスエーブル信号を前記駆動モジュールに出力して、前記駆動モジュールが電気的に遮断されるように制御し、前記駆動モジュールは、第１の駆動ユニット及び第２の駆動ユニットを含み、前記主制御モジュールから出力された第１のレベルのイネーブル信号に基づいて起動し、前記低電圧駆動信号を高電圧駆動信号に変換し、かつ前記高電圧駆動信号を前記パワーユニットに出力し、
   前記監視ユニットは、前記安全論理ユニット及び制御ユニットに電気的に接続され、前記制御ユニットから出力されたモータ制御信号を受信し、前記監視ユニットが前記モータ制御信号が異常であると判定する場合、第２のディスエーブル信号を前記主制御モジュールに出力して、前記主制御モジュールが前記低電圧駆動信号の出力を停止するように制御することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御システム。
3. 前記主制御モジュールは、前記制御ユニットと、信号処理ユニットと、駆動信号処理ユニットとを含み、
   前記制御ユニットは、前記信号処理ユニット、前記駆動信号処理ユニット、主制御電源、及び前記監視ユニットに電気的に接続され、受信された第１の駆動電圧に基づいて第１のデューティ比信号を前記信号処理ユニットに出力し、前記モータ制御信号が異常である場合、第１のディスエーブル信号を前記駆動信号処理ユニットに出力して、前記駆動信号処理ユニットが電気的に遮断されるように制御し、
   前記信号処理ユニットは、前記駆動信号処理ユニット及び前記駆動モジュールに電気的に接続され、受信された第１のデューティ比信号を処理した後、第２のデューティ比信号を前記駆動信号処理ユニットに出力して、前記駆動信号処理ユニットが前記低電圧駆動信号を出力するように制御し、
   前記駆動信号処理ユニットは、前記駆動モジュールに電気的に接続され、受信された前記第２のデューティ比信号に基づいて第１のレベルの駆動信号を前記駆動モジュールに出力して、前記駆動モジュールが前記高電圧駆動信号を出力するように制御することを特徴とする、請求項２に記載のモータ制御システム。
4. 前記制御ユニットは、情報収集ユニットにより収集されたモータ動作信号に基づいて、論理処理を行った後に前記モータ制御信号を出力し、
   前記情報収集ユニットは、前記制御ユニット及び前記信号処理ユニットに電気的に接続され、前記モータが正常に動作する場合、収集された前記モータ動作信号を前記制御ユニット及び前記信号処理ユニットに入力し、前記モータ動作信号が異常である場合、前記制御ユニットは、迅速対応信号を前記信号処理ユニットに出力して、前記駆動モジュールが前記高電圧駆動信号の出力を停止するように制御することを特徴とする、請求項３に記載のモータ制御システム。
5. 前記制御ユニットは、自体の異常を検出した場合、第１の制御信号を前記主制御電源に出力して、前記主制御電源が前記第１の駆動電圧の出力を停止するように制御し、前記主制御電源は、独立した動作電源を前記制御ユニットに供給し、
   前記駆動信号処理ユニットは、前記第１のディスエーブル信号又は前記第２のディスエーブル信号を受信した場合、第２のレベルの駆動イネーブル信号を前記駆動モジュールに出力して、前記駆動モジュールが電気的遮断状態にあるように制御することを特徴とする、請求項３に記載のモータ制御システム。
6. 前記監視ユニットが異常である場合、前記監視ユニットは、第３の故障信号を前記安全論理ユニットに出力し、前記安全論理ユニットは、前記第３のディスエーブル信号を前記駆動モジュールに出力して、前記駆動モジュールが電気的遮断状態にあるように制御し、
   前記安全論理ユニットが第３のイネーブル信号を出力し、かつ駆動信号処理ユニットが第１のレベルの駆動イネーブル信号を出力する場合、前記駆動モジュールは、前記高電圧駆動信号を出力することを特徴とする、請求項２に記載のモータ制御システム。
7. 主制御電源、前記補助電源、及び前記監視ユニットのうちの少なくとも１つの機能ユニットが故障する場合、前記安全論理ユニットは、前記第３のディスエーブル信号を前記駆動モジュールに出力して、前記駆動モジュールが電気的遮断状態にあるように制御することを特徴とする、請求項６に記載のモータ制御システム。
8. 前記主制御電源は、前記制御ユニット及び前記安全論理ユニットに電気的に接続され、受信された駆動電源を第１の駆動電圧に変換して前記制御ユニットに出力し、前記主制御電源が故障する場合、第１の故障信号を前記安全論理ユニットに出力し、前記安全論理ユニットが前記第３のディスエーブル信号を出力するように制御して、前記駆動モジュールが電気的遮断状態にあるように制御することを特徴とする、請求項７に記載のモータ制御システム。
9. 前記第１の駆動ユニット及び前記第２の駆動ユニットが故障する場合、前記信号処理ユニットは、第２の制御信号を前記駆動モジュールに出力して、前記駆動モジュールが前記高電圧駆動信号の出力を停止するように制御し、かつ前記第１の駆動ユニットが電気的に遮断され、前記第２の駆動ユニットが電気的に導通されるように制御するか、又は、前記第２の駆動ユニットが電気的に遮断され、前記第１の駆動ユニットが電気的に導通されるように制御することを特徴とする、請求項３に記載のモータ制御システム。
10. 前記制御ユニットが第１のイネーブル信号を前記駆動信号処理ユニットに出力し、かつ前記監視ユニットが第２のイネーブル信号を前記駆動信号処理ユニットに出力する場合、前記駆動信号処理ユニットは、前記低電圧駆動信号を前記駆動モジュールに出力することを特徴とする、請求項９に記載のモータ制御システム。
11. 前記主制御電源と前記補助電源とは、互いに独立し、かつ両方とも外部電源ユニットに電気的に接続され、前記外部電源ユニットは、駆動電源を前記主制御電源と前記補助電源に出力し、前記主制御電源は、第１の駆動電圧を前記制御ユニットに出力し、前記補助電源は、第２の駆動電圧を前記監視ユニットに出力することを特徴とする、請求項１０に記載のモータ制御システム。
12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載のモータ制御システムを含む、モータ制御装置。

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