JP7433425B2

JP7433425B2 - 電動機制御装置および電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP7433425B2
Application number: JP2022524786A
Authority: JP
Inventors: 友彦永島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-05-21
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2024-02-19
Anticipated expiration: 2040-05-21
Also published as: CN115606062A; JPWO2021234889A1; EP4156502A4; EP4156502A1; WO2021234889A1

Description

本願は、電動機制御装置および電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動パワーステアリング用の電動機制御装置においては、電動機制御部の電動機制御回路が電動機駆動部に制御信号を送出し、制御信号に応じて電動機駆動部が電動機に電流を供給する。この時、電動機駆動部と電動機制御回路の異常状態を監視し異常が検出された場合に電動機制御回路と電動機駆動部の間を遮断するためにインターロック回路が設けられている。ここで、電動機制御回路とインターロック回路を含めて、電動機制御部を構成する。電動機制御部と電動機駆動部から電動機制御装置が構成される。インターロック回路は電動機制御回路とは独立に設けられている。電動機制御回路は、インターロック回路からの信号を受けて、電動機制御回路と電動機駆動部の間を遮断する。（例えば、特許文献１参照）。

特開平１－２５７６７５号公報

従来の電動機制御装置においては、電動機駆動部と電動機制御回路の異常状態を監視し異常が判定された場合に電動機制御回路と電動機駆動部の間を遮断するためにインターロック回路が設けられている。このようなインターロック回路を電動機制御回路と独立に備えるために、監視回路および遮断回路を備えることで電動機制御部、電動機駆動部の回路規模が複雑かつ大掛かりとなり、電動機制御装置の大型化、重量増、コスト増大を招くという問題があった。

本願に係る電動機制御装置の技術は、複雑かつ大掛かりな回路を必要とせず、電動機制御部の出力から電動機駆動部と電動機制御回路の異常状態を判定し、異常判定時は電動機制御部と電動機駆動部の間を遮断することができる電動機制御装置を得ることを目的とする。

また、複雑かつ大掛かりな回路を必要とせず、電動機駆動部と電動機制御回路の異常状態を判定し、異常判定時は電動機駆動部を遮断することができる電動機制御装置を備えた電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。

本願に係る電動機制御装置は、
電動機と、
直流電源の正極側に接続された複数の正極側スイッチング素子と、直流電源の負極側に接続された複数の負極側スイッチング素子と、正極側スイッチング素子の一つと負極側スイッチング素子の一つを直列に接続する接続点ごとに設けられた出力端子を有し、出力端子から電動機に電流を供給する電動機駆動部と、
電動機駆動部の正極側スイッチング素子と負極側スイッチング素子の夫々をオンオフするデューティ制御によって電動機駆動部が供給する電流を制御する制御信号を送出する電動機制御部と、
電動機制御部と電動機駆動部の間に配置され、制御信号のデューティ制御周期のオン時間に基づいて、電動機駆動部から電動機に流れる電流値を算出し、算出した電流値が予め定められた過電流判定値を超えた場合に、電動機制御部から電動機駆動部への制御信号を遮断する遮断装置を備えたものである。

本願に係る電動パワーステアリング装置は、上記の電動機制御装置を備えたものである。

本願に係る電動機制御装置および電動パワーステアリング装置は、インターロック回路のような大掛かりな回路を必要とせず、電動機制御部の出力から異常を判定し異常判定時は電動機制御部と電動機駆動部の間を遮断することができる。これによって、電動機制御装置の大型化、重量増、コスト増大を抑制しつつ効果的な遮断回路を有する装置を得ることができる。

実施の形態１に係る電動機制御装置の構成図である。実施の形態１に係る電動機制御装置のハードウェア構成図である。実施の形態１に係る電動機制御装置の遮断装置のメイン処理のフローチャートである。実施の形態１に係る電動機制御装置の遮断装置の初期化処理のフローチャートである。実施の形態１に係る電動機制御装置の遮断装置のショート、出力不正判定処理のフローチャートである。実施の形態１に係る電動機制御装置の遮断装置の過電流判定処理のフローチャートである。実施の形態１に係る電動機制御装置の遮断装置の遮断処理のフローチャートである。実施の形態２に係る電動機制御装置の構成図である。実施の形態２に係る電動機制御装置の遮断装置のメイン処理のフローチャートである。実施の形態２に係る電動機制御装置の遮断装置のショート、出力不正判定処理のフローチャートである。実施の形態３に係る電動機制御装置のハードウェア構成図である。実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。従来例に係る電動機制御装置のハードウェア構成図である。

以下、本願の実施の形態に係る電動機制御装置および電動パワーステアリング装置について、図面を参照して説明する。

１．実施の形態１
本願の実施の形態１に係る電動機制御装置１０、図面を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る電動機制御装置１０の構成図である。図２は、実施の形態１に係る電動機制御装置１０のハードウェア構成図である。図３は、実施の形態１に係る電動機制御装置１０の遮断装置７のメイン処理のフローチャートである。図４は、実施の形態１に係る電動機制御装置１０の遮断装置７の初期化処理のフローチャートである。図５は、実施の形態１に係る電動機制御装置１０の遮断装置７のショート、出力不正判定処理のフローチャートである。図６は、実施の形態１に係る電動機制御装置１０の遮断装置７の過電流判定処理のフローチャートである。図７は、実施の形態１に係る電動機制御装置１０の遮断装置７の遮断処理のフローチャートである。図１３は、従来例に係る電動機制御装置１３の構成図である。

＜従来例＞
図１３の従来例に係る電動機制御装置１３は、演算処理装置１、電動機制御回路２２、インターロック回路４から成る電動機制御部１７と電動機駆動部３から構成されている。演算処理装置１に外部から入力信号が入力される（不図示）。演算処理装置１は入力信号に基づいて電動機６に供給すべき電流を算出し、電動機制御回路２２に指令を出力し、電動機制御回路２２を介して電動機駆動部３に制御信号を出力する。電動機駆動部３は、電動機制御回路２２から受け取った制御信号に応じて、電動機接続端子４１、４２を介して電動機６に電流を供給する。

図１３における電動機駆動部３は、正極側の電界効果トランジスタ（以後ＦＥＴと称する）３１、ＦＥＴ３３と、負極側のＦＥＴ３２、ＦＥＴ３４を内蔵している。正極側のＦＥＴ３１と負極側のＦＥＴ３２は正極側電源と負極側電源の間に直列に接続され、接続点は電動機接続端子４１に接続されている。正極側ＦＥＴ３３と負極側ＦＥＴ３４は正極側電源と負極側電源の間に直列に接続され、接続点は電動機接続端子４２に接続されている。電動機接続端子４１、４２は電動機６に接続されている。電動機駆動部３は正極側電源と負極側電源に接続されているが、負極側電源は電流検出回路の抵抗を介して接地されている。

電動機駆動部３が、電動機６を駆動するために電流を供給する場合は、正極側ＦＥＴ３１をオンし負極側ＦＥＴ３２をオフし、正極側ＦＥＴ３３をオフし負極側ＦＥＴ３４をオンすることによって、電動機接続端子４１から電流を流し込み電動機接続端子４２から電流を吸い出す。もしくは、正極側ＦＥＴ３１をオフし負極側ＦＥＴ３２をオンし、正極側ＦＥＴ３３をオンし負極側ＦＥＴ３４をオフすることによって、電動機接続端子４２から電流を流し込み電動機接続端子４１から電流を吸い出す。よって、定常的に正極側ＦＥＴ３１と正極側ＦＥＴ３３を同時にオンする場合、もしくは、定常的に負極側ＦＥＴ３２と負極側ＦＥＴ３４を同時にオンする場合はない。そのような出力は不正であり、異常と判断できる。

インターロック回路４は、演算処理装置１による電動機制御回路２２への指令内容を演算処理装置１から並行して受信する。演算処理装置１の指令内容が、不正である場合は異常判定して遮断信号を電動機制御回路２２へ出力する。例えば、演算処理装置１が、電動機駆動部３の正極側ＦＥＴ３１と正極側ＦＥＴ３３を同時にオンする指令を出力している場合、もしくは、電動機駆動部３の負極側ＦＥＴ３２と負極側ＦＥＴ３４を同時にオンする指令を出力している場合に、インターロック回路４は演算処理装置１の指令が不正であると判断する。この場合、インターロック回路４は、遮断信号を電動機制御回路２２へ出力し、電動機制御部１７と電動機駆動部３を切り離す。

また、インターロック回路４は、演算処理装置１が電動機６を駆動する適正な指令を出力している場合であっても、電動機駆動部３に流れる電流が過電流に相当するかどうかを、電流検出回路５の出力電圧から判定する。電流検出回路５の出力電圧が過電流判定電圧を超過している場合は、インターロック回路４は電動機駆動部３に過電流が流れていると判断して、遮断信号を電動機制御回路２２へ出力する。

このようにして、インターロック回路４は、電動機制御回路とは独立して、電動機制御装置１３の異常を判定し、遮断信号を電動機制御回路２２へ出力し、電動機制御部１７と電動機駆動部３を遮断することができる。これによって、電動機駆動部３、電動機６の故障、劣化を防止することができる。

しかしながら、インターロック回路４は、演算処理装置１による電動機制御回路２２への指令出力が不正であるかどうかを監視するために、演算処理装置１から指令値を別途受信する回路構成を必要とする。また、電動機駆動部３の過電流を監視するために電流検出回路５の設置と、電流検出回路５からの配線と検出値の比較回路を必要とする。さらに、インターロック回路４から遮断信号を電動機制御回路２２に伝達し電動機制御回路２２と電動機駆動部３の間を遮断する遮断回路の設置が必要である。

よって、インターロック回路４の設置は、インターロック回路４を電動機制御回路２２と独立に備えるために、監視回路および遮断回路を備えることで電動機制御部１７、電動機駆動部３の回路規模が複雑かつ大掛かりとなり、電動機制御装置１３の大型化、重量増、コスト増大を招くという問題がある。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る電動機制御装置１０の構成図を示す。図１の電動機制御装置１０は、演算処理装置１、電動機制御回路２０、から成る電動機制御部１５と遮断装置７、電動機駆動部３から構成されている。図１２の従来例に対して、インターロック回路４が存在せず、代わりに遮断装置７が、電動機制御回路２０と電動機駆動部３の間に介在する部分が異なる。

演算処理装置１に外部から入力信号が入力される（不図示）。演算処理装置１は入力信号に基づいて電動機６に供給すべき電流を算出し、電動機制御回路２０に指令を出力し、電動機制御回路２０を介して制御信号を出力する。電動機制御回路２０は、遮断装置７を介して電動機駆動部３に制御信号を伝達する。遮断装置７を介して電動機制御回路２０から受け取った制御信号に応じて、電動機駆動部３は電動機接続端子４１、４２を介して電動機６に電流を供給する。

図１の電動機駆動部３は、図１３の従来例に係る電動機駆動部３と同一である。遮断装置７は電動機制御回路２０の出力を受け取り、異常のない場合はそのまま、電動機駆動部３に伝達する。電動機制御回路２０の出力に異常がある場合は、電動機制御回路２０の出力を遮断し、電動機駆動部３に伝達しない。また、遮断装置７の入力と出力は、ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ＩＣ（Integrated Circuit）のような半導体スイッチを構成する電子部品で接続し、遮断が必要な場合は上記電子部品をオフして、電動機制御部１５と電動機駆動部３を遮断することとしてもよい。遮断装置７の入力と出力はリレーのような機構部品で接続し、遮断が必要な場合はリレーをオフして、電動機制御部１５と電動機駆動部３を遮断することとしてもよい。

図１の電動機駆動部３は、正極側のＦＥＴ３１、ＦＥＴ３３と、負極側のＦＥＴ３２、ＦＥＴ３４を内蔵している。正極側のＦＥＴ３１と負極側のＦＥＴ３２は正極側電源と負極側電源の間に直列に接続され、接続点は電動機接続端子４１に接続されている。正極側ＦＥＴ３３と負極側ＦＥＴ３４は正極側電源と負極側電源の間に直列に接続され、接続点は電動機接続端子４２に接続されている。電動機接続端子４１、４２は電動機６に接続されている。

＜不正出力異常＞
電動機駆動部３の、正極側ＦＥＴ３１と正極側ＦＥＴ３３を同時にオンする場合、もしくは、負極側ＦＥＴ３２と負極側ＦＥＴ３４を同時にオンする場合はない。そのような出力は不正であり、異常と判断できる。遮断装置７は、電動機制御回路２０から受け取った制御信号を監視し、不正な制御信号の場合は、異常判定し電動機制御回路２０の出力を遮断し、電動機駆動部３に伝達しない。

＜直結過電流異常＞
また、電動機駆動部３の直列に接続されている正極側ＦＥＴ３１と負極側ＦＥＴ３２は、双方ともオフしているか、いずれか一方のみがオンし他方がオフする。双方が同時にオンした場合は、電動機６は駆動されず、正極側電源と負極側電源の間をＦＥＴ３１、ＦＥＴ３２が直結し大電流が流れることになり、電動機駆動部３の故障につながる。同様に、直列に接続されている正極側ＦＥＴ３３と負極側ＦＥＴ３４は、双方ともオフしているか、いずれか一方のみがオンし他方がオフする。双方が同時にオンした場合は、電動機６は駆動されず、正極側電源と負極側電源の間をＦＥＴ３３、３４が直結し大電流が流れることになり、電動機駆動部３の故障につながる。

電動機制御部１５は正常時において、定常的に電動機駆動部３の正極側ＦＥＴ３１と負極側ＦＥＴ３２を同時にオンする場合、もしくは、正極側ＦＥＴ３３と負極側ＦＥＴ３４を同時にオンする場合はない。そのような場合は電動機駆動部に直結による過電流が流れるので、そのような制御信号を電動機制御部１５が出力する場合は、遮断装置７は直結過電流による異常を判定し、電動機制御回路２０の出力を遮断し電動機駆動部３の故障を防止することができる。

以上のように、遮断装置７は電動機制御部１５が出力する制御信号を監視することで、不正出力異常と大電流が流れる直結過電流異常を判定し、電動機制御回路２０の出力を遮断し電動機駆動部３の故障を防止することができる。このとき、従来技術のインターロック回路４のような大規模な回路と、演算処理装置１からの信号線の引き回し、電動機駆動部３の電流検出回路５からの信号線の引き回し、電動機制御回路２２の遮断回路と、電動機制御回路２２の遮断回路へ信号線の引き回しが不要となる。遮断装置７の採用により、大型化、重量増、コスト増大を抑制しつつ効果的な遮断回路を有する電動機制御装置を得ることができる。

図１では、電動機駆動部のスイッチング素子としてＦＥＴを用いた例について示したが、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、リレーを用いて構成してもよい。

＜過電流異常＞
また、電動機６の駆動に関しては、電動機駆動部３のＦＥＴ３１からＦＥＴ３４を、デューティ駆動して駆動電流を制御する場合が多い。このとき、ＦＥＴ３１からＦＥＴ３４はオンオフ制御を繰り返すが、遮断装置７は、デューティ制御周期のオン時間から電動機通電電流Ｉｍを算出することができる。遮断装置７は、算出した電動機通電電流Ｉｍが、あらかじめ定めた過電流判定値Ｉｏｖを越える場合は、過電流が流れたとして異常判定する。遮断装置７が過電流による異常を判定した場合、電動機制御回路２０の出力を遮断し電動機駆動部３、電動機６の故障を防止することができる。

＜平均電流超過異常＞
さらに、遮断装置７は電動機駆動部３のＦＥＴ３１からＦＥＴ３４のオン時間を平均値算出時間Ｔａｖの間積算し、平均値算出時間Ｔａｖで除することによって、平均値算出時間Ｔａｖの平均電動機通電電流Ｉｍａを算出することができる。遮断装置７は、平均電動機通電電流Ｉｍａがあらかじめ定めた平均電流超過判定値Ｉｏｖａを超える場合は、平均値算出時間Ｔａｖにわたって超過電流が流れ続けたとして異常を判定し、電動機制御回路２０の出力を遮断し電動機駆動部３の故障を防止することができる。Ｉｏｖａ＜Ｉｏｖとなる判定値を定めて、瞬間的に超過すべきでない過電流判定値Ｉｏｖより小さい値を、継続的に超過すべきでない平均電流超過判定値Ｉｏｖａに定めることができる。これによって、電動機駆動部３、電動機６の故障、過熱状態による劣化を防止することができる。Ｉｏｖａ、Ｉｏｖは、使用するＦＥＴ素子の性能と電動機６のインピーダンス、リアクタンスから計算によって求めてもよいし、実験によって求めることもできる。

以上のように、遮断装置７は電動機制御部１５が出力する制御信号を監視することで、電動機駆動部３が供給する電動機通電電流Ｉｍを算出することができる。電動機通電電流Ｉｍが、過電流判定値Ｉｏｖを越える場合は、過電流が流れたとして異常判定し、電動機制御回路２０の出力を遮断することができる。また、平均値算出時間Ｔａｖの平均電動機通電電流Ｉｍａを算出し、平均電流超過判定値Ｉｏｖａを超える場合、平均値算出時間Ｔａｖにわたって平均電流超過判定値Ｉｏｖａ超過電流が流れ続けたとして異常を判定し、電動機制御回路２０の出力を遮断することができる。遮断装置７の採用により、インターロック回路４のような大規模な回路と、電流検出回路５の設置と接続線の引き回しを不要とし、大型化、重量増、コスト増大を抑制しつつ効果的な遮断回路を有する電動機制御装置を得ることができる。

＜制御装置のハードウェア構成＞
図２は、実施の形態１に係る制御装置１００のハードウェア構成図である。本実施の形態では、制御装置１００のハードウェア構成は、電動機制御装置１０の電動機制御部１５および遮断装置７に適用する。制御装置１００の各機能は、制御装置１００が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１００は、図２に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のものまたは異なる種類のものが複数備えられ、それらが各処理を分担して実行してもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０からの制御信号を変換して出力する駆動回路等を備えている。

制御装置１００が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１００の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、制御装置１００が用いる閾値、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。

図２の制御装置１００の有する各機能は、それぞれソフトウェアのモジュールで構成されるものであってもよいが、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって構成されるものであってもよい。

電動機制御部１５と遮断装置７はそれぞれ別の制御装置１００で構成されてもよい。また、電動機制御部１５と遮断装置７は、同一の制御装置の中の異なるモジュールとして構成されてもよい。遮断装置７には演算処理装置９０、記憶装置９１を設けず、遮断装置７は論理回路と、増幅器、積分器、サンプリングホールド器、比較器などによるハードウェアのみによる構成としてもよい。

以下に、実施の形態１に係る電動機制御装置１０の遮断装置７のハードウェア構成として制御装置１００の構成が適用されている場合に実行するソフトウェアの処理について説明する。

＜メイン処理＞
図３は、実施の形態１に係る電動機制御装置１０の遮断装置７の演算処理装置９０によって実行されるメイン処理のフローチャートである。制御のメイン処理は、所定時間ごと（例えば、１ｍｓごと）に実行される。ここでは、メイン処理は所定時間ごとに実行される例で示したが、例えば電動機の回転角信号など、特定の信号をトリガに実行することとしてもよい。

演算処理装置９０は、ステップＳ３０１で処理を開始し、ステップＳ４００で初期化処理を実行する。ステップＳ４００の処理内容は図４のステップＳ４０１からステップＳ４１９に示されている。

次に演算処理装置９０は、ステップＳ５００で直結異常、出力不正異常判定処理を実行する。ステップＳ５００の処理内容は、図５のステップＳ５０１からステップＳ５１９に示されている。

次に演算処理装置９０は、ステップＳ６００で過電流判定処理を実行する。ステップＳ６００の処理内容は図６のステップＳ６０１からステップＳ６１９に示されている。

次に演算処理装置９０はステップＳ７００で遮断処理を実行し、ステップＳ３０９で処理を終了する。ステップＳ７００の処理内容は図７のステップＳ７０１からステップＳ７１９に示されている。

＜初期化処理＞
図４は初期化処理の内容を示したフローチャートである。図４のステップＳ４０１からステップＳ４１９は、図３のフローチャートのステップＳ４００の詳細である。

演算処理装置９０はステップＳ４０１から処理を開始し、ステップＳ４０２で、遮断装置７の電源がオンされた直後であるかどうか判定する。電源がオンされた直後であれば、ステップＳ４０３からステップＳ４１０を実行し、カウンタとフラグを初期化する。ステップＳ４０３で、直結異常カウンタＣ＿ｓｈｒｔをクリアする（０を設定する）。そして、ステップＳ４０４で、出力不正異常カウンタＣ＿ｎｇをクリアする。そして、ステップＳ４０５で過電流カウンタＣ＿Ｉｏｖをクリアする。そして、ステップＳ４０６で平均電流超過カウンタをクリアする。そして、ステップＳ４０７で直結異常フラグｆ＿ｓｈｒｔをクリアする。そして、ステップＳ４０８で出力不正異常フラグｆ＿ｎｇをクリアする。そして、ステップＳ４０９で過電流フラグｆ＿Ｉｏｖをクリアする。そして、ステップＳ４１０で平均電流超過フラグｆ＿ＩｏｖａをクリアしてステップＳ４１９で処理を終了する。

ステップＳ４０２で、遮断装置７の電源がオンされた直後でなければ、カウンタとフラグの初期化を行わず、ステップＳ４１９で処理を終了する。

＜直結異常、出力不正異常判定処理＞
図５は直結異常、出力不正異常判定処理の内容を示したフローチャートである。図５のステップＳ５０１からステップＳ５１９は、図３のフローチャートのステップＳ５００の詳細を示したフローチャートである。

演算処理装置９０はステップＳ５０１から処理を開始し、ステップＳ５０２で、電動機制御部１５の出力する制御信号がＦＥＴ３１とＦＥＴ３２を同時にオンする信号であるかどうか判断する。同時にオンする信号であれば電動機駆動部３の正極側電源と負極側電源をＦＥＴ３１とＦＥＴ３２で直結する異常な信号であり直結過電流となるので、ステップＳ５１０へ進み直結異常カウンタＣ＿ｓｈｒｔを加算し、ステップＳ５１９で処理を終了する。

ステップＳ５０２で、制御信号がＦＥＴ３１とＦＥＴ３２を同時にオンする信号でない場合はステップＳ５０３へ進む。ステップＳ５０３で、電動機制御部１５の出力する制御信号がＦＥＴ３３とＦＥＴ３４を同時にオンする信号であるかどうか判断する。同時にオンする信号であれば直結異常としてステップＳ５１０に進む。同時にオンする信号でなければ、ステップＳ５０５へ進む。

ステップＳ５０５で、電動機制御部１５の出力する制御信号が正極側のＦＥＴ３１とＦＥＴ３３のいずれかをオンする信号であるかどうか判断する。いずれかをオンする信号であればステップＳ５０６へ進む。ＦＥＴ３１とＦＥＴ３３の双方がオフであればステップＳ５０７へ進む。

ステップＳ５０６では、制御信号が負極側のＦＥＴ３２とＦＥＴ３４のいずれかをオンする信号であるかどうか判断する。いずれかをオンする信号であれば、正常と判断してステップＳ５０８へ進む。制御信号が負極側のＦＥＴ３２とＦＥＴ３４をすべてオフにする信号である場合は、電動機６に電流を流し込みながら、電流を吸い出すことがないので出力不正異常と判断し、ステップＳ５１１で出力不正異常カウンタＣ＿ｎｇを加算してステップＳ５１９で処理を終了する。

ステップＳ５０７では、制御信号が負極側のＦＥＴ３２とＦＥＴ３４のいずれかをオンする信号であるかどうか判断する。いずれかをオンする信号であれば、電動機６に電流を流し込むことがないのに、電流を吸い出す信号となっているので、出力不正異常と判断しステップＳ５１１へ進む。制御信号が負極側のＦＥＴ３２とＦＥＴ３４をすべてオフにする信号である場合は、正常と判断し、ステップＳ５０８へ進む。

ステップＳ５０８では、直結異常カウンタＣ＿ｓｈｒｔをクリアする。そしてステップＳ５０９で出力不正異常カウンタＣ＿ｎｇをクリアする。そしてステップＳ５１９で処理を終了する。

＜過電流判定処理＞
図６は過電流判定処理の内容を示したフローチャートである。図６のステップＳ６０１からステップＳ６１９は、図３のフローチャートのステップＳ６００の詳細を示したフローチャートである。

処理はステップＳ６０１から開始され、ステップＳ６０２で、電動機制御部１５の出力する制御信号から、電動機駆動部３が供給する電動機通電電流Ｉｍを算出する。電動機６の駆動に関しては、電動機駆動部３のＦＥＴ３１からＦＥＴ３４を、デューティ駆動して駆動電流を制御する場合が多い。このとき、ＦＥＴ３１からＦＥＴ３４はオンオフ制御を繰り返すが、遮断装置７は、デューティ制御周期のオン時間から電動機通電電流Ｉｍを算出することができる。ステップＳ６０３で、算出した最新の電動機通電電流Ｉｍ（ｎ）を記憶装置９１に格納する。メイン処理は、１ｍｓごとに実行されるので、１ｍｓごとの電動機通電電流Ｉｍ（１）、Ｉｍ（２）、Ｉｍ（３）、・・・、Ｉｍ（ｎ）を順次記憶してゆくことで、平均値算出時間Ｔａｖごとの電動機通電電流Ｉｍの平均値である平均電動機通電電流Ｉｍａを求めることができる。記憶装置９１としてリングバッファを用いることで循環的に記憶領域を使用することができ、限られた記憶領域で平均化処理を実施することができる。平均化は、処理の実行ごと（１ｍｓごと）に直近の平均値算出時間Ｔａｖの間の移動平均を求める。もしくは、平均値算出時間Ｔａｖごとに区間平均値を求めることとしてもよい。

次にステップＳ６０４で電動機通電電流Ｉｍが過電流判定値Ｉｏｖより大きいかどうかを判定する。大きい場合はステップＳ６０８へ進んで過電流カウンタＣ＿Ｉｏｖを加算し、ステップＳ６１９で処理を終了する。

ステップＳ６０４で電動機通電電流Ｉｍが過電流判定値Ｉｏｖより大きくなければステップＳ６０５へ進む。ステップＳ６０５では、直近の平均値算出時間Ｔａｖの電動機通電電流Ｉｍを積算し、平均値算出時間Ｔａｖで除することによって、平均電動機通電電流Ｉｍａを算出する。ここで、平均電動機通電電流Ｉｍａを平均値算出時間Ｔａｖの間の移動平均、または区間平均によって算出することとした。しかし、一次遅れ演算により、平均値算出時間Ｔａｖ経過ごとに、Ｉｍａ（ｎ）←Ｋ×Ｉｍ＋（１－Ｋ）×Ｉｍａ（ｎ－１）の式を用いて算出してもよい。ここで、Ｋは、０＜Ｋ＜１の定数で、平均値算出時間Ｔａｖごとに、前回の平均電動機通電電流Ｉｍａ（ｎ－１）と、最新の電動機通電電流Ｉｍを用いて、今回の平均電動機通電電流Ｉｍａ（ｎ）を求める。一次遅れ演算を用いることで記憶装置９１の必要なメモリ使用量を節減することができる。

次にステップＳ６０６で、平均電動機通電電流Ｉｍａが平均電流超過判定値Ｉｏｖａより大きいかどうか判定する。大きい場合はステップＳ６０９へ進み、平均電流超過カウンタＣ＿Ｉｏｖａを加算し、ステップＳ６１９で処理を終了する。

ステップＳ６０６で、平均電動機通電電流Ｉｍａが平均電流超過判定値Ｉｏｖａより大きくない場合は、電動機通電電流Ｉｍが過電流でなく、平均電動機通電電流Ｉｍａが平均電流超過でないので、ステップＳ６０７で過電流カウンタＣ＿Ｉｏｖをクリアし、ステップＳ６０８で平均電流超過カウンタＣ＿Ｉｏｖａをクリアし、ステップＳ６１９で処理を終了する。

＜遮断処理＞
図７は遮断処理の内容を示したフローチャートである。図７のステップＳ７０１からステップＳ７１９は、図３のフローチャートのステップＳ７００の詳細を示したフローチャートである。

処理はステップＳ７０１から開始され、ステップＳ７０２で、直結異常カウンタＣ＿ｓｈｒｔの値が直結異常判定時間Ｔ＿ｓｈｒｔより大きいかどうか判定する。大きい場合は、直結異常を確定して、ステップＳ７０６へ進み直結異常フラグｆ＿ｓｈｒｔをセット（１を入力）する。そして、初期化処理でクリアされない不揮発性記憶装置に設けられた直結異常記憶フラグｆ＿ｓｈｒｔＭをセットする。その後、ステップＳ７１０で電動機駆動部３を電動機制御部１５から遮断し、ステップＳ７１９で処理を終了する。

ステップＳ７０２で、直結異常カウンタＣ＿ｓｈｒｔの値が直結異常判定時間Ｔ＿ｓｈｒｔより大きくない場合は、ステップＳ７０３へ進む。ステップＳ７０３で、出力不正異常カウンタＣ＿ｎｇの値が出力不正異常判定時間Ｔ＿ｎｇより大きいかどう判定する。大きい場合は、出力不正異常を確定して、ステップＳ７０７へ進む。ステップＳ７０７で、出力不正異常フラグｆ＿ｎｇをセットする。そして、初期化処理でクリアされない不揮発性記憶装置に設けられた出力不正異常記憶フラグｆ＿ｎｇＭをセットし、ステップＳ７１０へ進む。

ステップＳ７０３で、出力不正異常カウンタＣ＿ｎｇの値が出力不正異常判定時間Ｔ＿ｎｇより大きくない場合は、ステップＳ７０４へ進む。ステップＳ７０４で、過電流カウンタＣ＿Ｉｏｖの値が過電流判定時間Ｔ＿Ｉｏｖより大きいかどう判定する。大きい場合は、過電流判定を確定して、ステップＳ７０８へ進む。ステップＳ７０８で、過電流フラグｆ＿Ｉｏｖをセットする。そして、初期化処理でクリアされない不揮発性記憶装置に設けられた過電流記憶フラグｆ＿ＩｏｖＭをセットし、ステップＳ７１０へ進む。

ステップＳ７０４で、過電流カウンタＣ＿Ｉｏｖの値が過電流判定時間Ｔ＿Ｉｏｖより大きくない場合は、ステップＳ７０５へ進む。ステップＳ７０５で、平均電流超過カウンタＣ＿Ｉｏｖａの値が平均電流超過時間Ｔ＿Ｉｏｖａより大きいかどう判定する。大きい場合は、平均電流超過判定を確定して、ステップＳ７０９へ進む。ステップＳ７０９で、平均電流超過フラグｆ＿Ｉｏｖａをセットする。そして、初期化処理でクリアされない不揮発性記憶装置に設けられた平均電流超過記憶フラグｆ＿ＩｏｖａＭをセットし、ステップＳ７１０へ進む。

ステップＳ７０５で、平均電流超過カウンタＣ＿Ｉｏｖａの値が平均電流超過時間Ｔ＿Ｉｏｖａより大きくない場合は、ステップＳ７１９へ進んで処理を終了する。直結異常判定時間Ｔ＿ｓｈｒｔ、出力不正異常判定時間Ｔ＿ｎｇ、過電流判定時間Ｔ＿Ｉｏｖ、平均電流超過時間Ｔ＿Ｉｏｖａの値はそれぞれ異常確定に適した時間を実験または机上計算によって設定することができる。

以上のように構成することで、遮断装置７の機能をソフトウェアで実現することができる。これにより、電動機制御装置１０の大型化、重量増、コスト増大を抑制しつつ効果的な遮断装置７を得ることができる。また、遮断処理を実施した場合に、遮断原因を示す各フラグを不揮発性記憶装置に格納することで、事後調査が容易となる。

２．実施の形態２
本願の実施の形態２に係る電動機制御装置１１について図面を参照して説明する。図８は、実施の形態２に係る電動機制御装置１１の構成図である。図９は、実施の形態２に係る電動機制御装置１１の遮断装置７１のメイン処理のフローチャートである。図１０は、実施の形態２に係る電動機制御装置１１の遮断装置７１のショート、出力不正判定処理のフローチャートである。

＜構成＞
実施の形態１では、二個の接続端子４１、４２に接続された電動機６について例示したが、電動機の接続される端子は二個に限るものではない。実施の形態２では、図８に示すように三個の接続端子４１，４２，４３に接続された三相の交流電動機６１に適用した事例を示す。図１の構成図に対して、図８では電動機駆動部３９が、６個のＦＥＴ３１から３６を備え三相交流電動機６１に３個の接続端子４１，４２，４３から電流を供給している。電動機制御回路２１は演算処理装置１０１の指令によって、６個のＦＥＴ３１から３６に対して制御信号を出力する。

遮断装置７１は、電動機制御部１６と電動機駆動部３９の間に設けられ、制御信号を電動機制御部１６から受けて、電動機駆動部３９へ出力する。制御信号から各種の異常を検出し、異常時は電動機駆動部３９を電動機制御部１６から遮断する。

遮断装置７１の構成に制御装置１００の構成が適用されている場合に実行するソフトウェアの処理について説明する。

＜メイン処理＞
図９は、実施の形態２に係る電動機制御装置１１の遮断装置７１の演算処理装置９０によって実行されるメイン処理のフローチャートである。制御のメイン処理は、所定時間ごと（例えば、１ｍｓごと）に実行される。ここでは、メイン処理は所定時間ごとに実行される例で示したが、例えば電動機の回転角信号など、特定の信号をトリガに実行することとしてもよい。

演算処理装置９０は、ステップＳ９０１で処理を開始し、ステップＳ４００で初期化処理を実行する。ステップＳ４００の処理内容は実施の形態１と同様であり、図４のステップＳ４０１からステップＳ４１９に示されている。

次に演算処理装置９０は、ステップＳ１０００で直結異常、出力不正異常判定処理を実行する。ステップＳ１０００の処理内容は、図１０のステップＳ１００１からステップＳ１０１９に示されている。

次に演算処理装置９０は、ステップＳ６００で過電流判定処理を実行する。ステップＳ６００の処理内容は実施の形態１と同様であり、図６のステップＳ６０１からステップＳ６１９に示されている。

次に演算処理装置９０はステップＳ７００で遮断処理を実行し、ステップＳ９０９で処理を終了する。ステップＳ７００の処理内容は実施の形態１と同様であり、図７のステップＳ７０１からステップＳ７１９に示されている。

＜直結異常、出力不正異常判定処理＞
図１０は直結異常、出力不正異常判定処理の内容を示したフローチャートである。図１０のステップＳ１００１からステップＳ１０１９は、図９のフローチャートのステップＳ１０００の詳細を示したフローチャートである。

図１０のフローチャートは、実施の形態１の図５のフローチャートのステップＳ５０１からステップＳ５１９に対して、ＦＥＴが４個から６個に増えたことに伴って、ステップＳ１００４が追加され、ステップＳ１００５、ステップＳ１００６、ステップＳ１００７の判断対象のＦＥＴがステップＳ５０５、ステップＳ５０６、ステップＳ５０７に対して各１個増加した点が異なる。

演算処理装置９０はステップＳ１００１から処理を開始し、ステップＳ１００２で、電動機制御部１６の出力する制御信号がＦＥＴ３１とＦＥＴ３２を同時にオンする信号であるかどうか判断する。同時にオンする信号であれば電動機駆動部３の正極側電源と負極側電源をＦＥＴ３１とＦＥＴ３２で直結する異常な信号であり直結過電流となるので、ステップＳ１０１０へ進み直結異常カウンタＣ＿ｓｈｒｔを加算し、ステップＳ１０１９で処理を終了する。

ステップＳ１００２で、制御信号がＦＥＴ３１とＦＥＴ３２を同時にオンする信号でない場合はステップＳ１００３へ進む。ステップＳ１００３で、電動機制御部１６の出力する制御信号がＦＥＴ３３とＦＥＴ３４を同時にオンする信号であるかどうか判断する。同時にオンする信号であれば直結異常としてステップＳ１０１０に進む。同時にオンする信号でなければ、ステップＳ１００４へ進む。

ステップＳ１００３で、制御信号がＦＥＴ３３とＦＥＴ３４を同時にオンする信号でない場合はステップＳ１００４へ進む。ステップＳ１００４で、電動機制御部１６の出力する制御信号がＦＥＴ３５とＦＥＴ３６を同時にオンする信号であるかどうか判断する。同時にオンする信号であれば直結異常としてステップＳ１０１０に進む。同時にオンする信号でなければ、ステップＳ１００５へ進む。

ステップＳ１００５で、電動機制御部１６の出力する制御信号が正極側のＦＥＴ３１とＦＥＴ３３とＦＥＴ３５のいずれかをオンする信号であるかどうか判断する。いずれかをオンする信号であればステップＳ１００６へ進む。ＦＥＴ３１とＦＥＴ３３とＦＥＴ３５のすべてがオフであればステップＳ１００７へ進む。

ステップＳ１００６では、制御信号が負極側のＦＥＴ３２とＦＥＴ３４とＦＥＴ３６のいずれかをオンする信号であるかどうか判断する。いずれかをオンする信号であれば、正常と判断してステップＳ１００８へ進む。制御信号が負極側のＦＥＴ３２とＦＥＴ３４とＦＥＴ３６をすべてオフにする信号である場合は、出力不正異常と判断し、ステップＳ１０１１で出力不正異常カウンタＣ＿ｎｇを加算してステップＳ１０１９で処理を終了する。

ステップＳ１００７では、制御信号が負極側のＦＥＴ３２とＦＥＴ３４とＦＥＴ３６のいずれかをオンする信号であるかどうか判断する。いずれかをオンする信号であれば、出力不正異常と判断し、ステップＳ１０１１へ進む。制御信号が負極側のＦＥＴ３２とＦＥＴ３４とＦＥＴ３６をすべてオフにする信号である場合は、正常と判断し、ステップＳ１００８へ進む。

ステップＳ１００８では、直結異常カウンタＣ＿ｓｈｒｔをクリアする。そしてステップＳ１００９で出力不正異常カウンタＣ＿ｎｇをクリアする。そしてステップＳ１０１９で処理を終了する。

以上のように電動機６１が三相交流電動機である場合について説明した。電動機が、電動機駆動部の二個または三個以外の数の端子に接続されている場合、二相、三相以外の相を有する場合、交流電動機ではなく直流電動機である場合であっても、本願に係る遮断装置による制御信号の異常判定と遮断処理について適用が可能である。

３．実施の形態３
本願の実施の形態３に係る電動機制御装置１２について図面を参照して説明する。図１１は、実施の形態３に係る電動機制御装置１２のハードウェア構成図である。

図１１は、従来例に係る図１３の電動機制御装置１３に対して、遮断装置７をさらに追加した構成を示す。図１１では、インターロック回路４を備えた電動機制御部１７と電動機駆動部３の間に、遮断装置７を備えた点が、従来例と異なる。

従来例の構成を変更せず、遮断装置７を追加するだけで、電動機制御装置の異常に対する遮断機能の冗長性を拡張するものである。このような構成とすることで、電動機制御装置１２の異常に対する検出と遮断について、二重の監視を実施することができる。このように、遮断装置７は、既存の電動機制御装置を変更せず追加的に設置することができるので、小規模、軽量、低コストで、簡単に冗長性の拡張が実現できるので意義が大きい。

４．実施の形態４
図１２は、実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置１５０の構成図である。図１２において電動機制御装置１０と電動機６を、車両に搭載される電動パワーステアリング装置１５０に適用した例について説明する。図１２の電動パワーステアリング装置１５０は、ラック式電動パワーステアリング装置の例である。実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置１５０は、電動機制御装置１０以外に電動機制御装置１１、１２を使用し、また電動機６以外に電動機６１を使用しても同様の効果を及ぼす。

運転者がハンドル１５１によって、車両のステアリング機構に操舵トルクを発生させると、トルクセンサ１５２は、その操舵トルクを検出して電動機制御装置１０に出力する。また速度センサ１５３は車両の走行速度を検出して電動機制御装置１０に出力する。電動機制御装置１０は、トルクセンサ１５２および速度センサ１５３からの入力に基づいて電動機６を駆動して操舵トルクを補助する補助トルクを発生し車両の前輪１５４のステアリング機構に供給する。トルクセンサ１５２および速度センサ１５３は、図１において記載を省略している。電動機制御装置１０は、トルクセンサ１５２および速度センサ１５３以外の入力に基づいて電動機６を駆動し補助トルクを発生してもよい。

電動パワーステアリング装置に適用する電動機制御装置１０は異常時に有効な遮断処理を実施しつつ、電動機制御装置１０の大型化、重量増、コスト増大を抑制できるので、電動パワーステアリング装置全体の、小型化、軽量化、コスト削減に貢献できる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

３、３９電動機駆動部、４インターロック回路、５電流検出回路、６、６１電動機、７、７１遮断装置、１０、１１、１２、１３電動機制御装置、１５、１６、１７電動機制御部、３１，３２，３３，３４，３５，３６ＦＥＴ、１５０電動パワーステアリング装置

Claims

電動機と、
直流電源の正極側に接続された複数の正極側スイッチング素子と、前記直流電源の負極側に接続された複数の負極側スイッチング素子と、前記正極側スイッチング素子の一つと前記負極側スイッチング素子の一つを直列に接続する接続点ごとに設けられた出力端子を有し、前記出力端子から前記電動機に電流を供給する電動機駆動部と、
前記電動機駆動部の前記正極側スイッチング素子と前記負極側スイッチング素子の夫々をオンオフするデューティ制御によって前記電動機駆動部が供給する電流を制御する制御信号を送出する電動機制御部と、
前記電動機制御部と前記電動機駆動部の間に配置され、前記制御信号のデューティ制御周期のオン時間に基づいて、前記電動機駆動部から前記電動機に流れる電流値を算出し、算出した電流値が予め定められた過電流判定値を超えた場合に、前記電動機制御部から前記電動機駆動部への前記制御信号を遮断する遮断装置を備えた電動機制御装置。
電動機と、
直流電源の正極側に接続された複数の正極側スイッチング素子と、前記直流電源の負極側に接続された複数の負極側スイッチング素子と、前記正極側スイッチング素子の一つと前記負極側スイッチング素子の一つを直列に接続する接続点ごとに設けられた出力端子を有し、前記出力端子から前記電動機に電流を供給する電動機駆動部と、
前記電動機駆動部の前記正極側スイッチング素子と前記負極側スイッチング素子の夫々をオンオフするデューティ制御によって前記電動機駆動部が供給する電流を制御する制御信号を送出する電動機制御部と、
前記電動機制御部と前記電動機駆動部の間に配置され、前記制御信号のオン時間を予め定めた平均値算出時間の間積算し、積算した値を前記平均値算出時間で除した値に基づいて平均電流を算出し、算出した平均電流が予め定められた平均電流超過判定値を超えた場合は、前記制御信号を遮断する遮断装置を備えた電動機制御装置。
電動機と、
直流電源の正極側に接続された複数の正極側スイッチング素子と、前記直流電源の負極側に接続された複数の負極側スイッチング素子と、前記正極側スイッチング素子の一つと前記負極側スイッチング素子の一つを直列に接続する接続点ごとに設けられた出力端子を有し、前記出力端子から前記電動機に電流を供給する電動機駆動部と、
前記電動機駆動部が供給する電流を制御する制御信号を送出する電動機制御部と、
前記制御信号が前記直列に接続された前記正極側スイッチング素子の一つと前記負極側スイッチング素子の一つを同時にオンする状態が、判定時間を超えて継続した場合は前記制御信号を遮断し、前記制御信号が前記正極側スイッチング素子のいずれかをオンしかつ前記負極側スイッチング素子のすべてをオフする、または前記負極側スイッチング素子のいずれかをオンしかつ前記正極側スイッチング素子のすべてをオフする状態が、第二の判定時間を超えて継続した場合は前記制御信号を遮断する遮断装置を備えた電動機制御装置。
前記電動機制御部は、前記制御信号が予め定められた範囲を逸脱した場合に、前記電動機制御部から前記電動機駆動部への前記制御信号を遮断するインターロック回路をさらに有した請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
前記電動機駆動部は、前記電動機駆動部に流れる電流値を検出する電流検出回路を有し、
前記インターロック回路は、前記電流検出回路によって検出した前記電流値が過電流インターロック判定値を超えた場合に、前記制御信号を遮断する請求項４に記載の電動機制御装置。
前記遮断装置は半導体スイッチによって前記制御信号を遮断する請求項１から５のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
前記遮断装置は機械式リレーによって前記制御信号を遮断する請求項１から５のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
請求項１から７のいずれか一項に記載の電動機制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。