JPWO2019220781A1 - Failure diagnosis method, power conversion device, motor module and electric power steering device - Google Patents
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Abstract
電力変換装置が備えるスイッチ素子の故障を適切に診断することが可能な故障診断方法を提供する。電力変換装置は、電源(101)からの電力をモータ(200)に供給する電力に変換する。故障診断方法は、少なくとも一相の中に故障した相があるか判定するステップと、少なくとも1つのHブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定するステップと、故障した相があるか判定するステップおよび故障したパートがあるか判定するステップの判定結果に基づいて、故障したスイッチ素子があるか判定するステップとを包含することにより、電力変換装置の故障を診断する。Provided is a failure diagnosis method capable of appropriately diagnosing a failure of a switch element included in a power conversion device. The power conversion device converts the power from the power source (101) into the power supplied to the motor (200). The failure diagnosis method includes a step of determining whether there is a failed phase in at least one phase, a step of determining whether there is a failed part in the high side and the low side of at least one H bridge, and a failed phase. The failure of the power conversion device is diagnosed by including the step of determining whether or not there is a failed switch element based on the determination result of the step of determining whether or not there is a failed part and the step of determining whether or not there is a failed part.
Description
本開示は、故障診断方法、電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置に関する。 The present disclosure relates to failure diagnostic methods, power converters, motor modules and electric power steering devices.
近年、電動モータ(以下、単に「モータ」と表記する。)、インバータおよびECUが一体化された機電一体型モータが開発されている。特に車載分野において、安全性の観点から高い品質保証が要求される。そのため、部品の一部が故障した場合でも安全動作を継続できる冗長設計が取り入れられている。冗長設計の一例として、1つのモータに対して2つの電力変換装置を設けることが検討されている。他の一例として、メインのマイクロコントローラにバックアップ用マイクロコントローラを設けることが検討されている。 In recent years, an electric motor (hereinafter, simply referred to as "motor"), an inverter and an ECU integrated with an electric motor have been developed. Especially in the in-vehicle field, high quality assurance is required from the viewpoint of safety. Therefore, a redundant design that can continue safe operation even if a part of the parts breaks down is adopted. As an example of the redundant design, it is considered to provide two power conversion devices for one motor. As another example, it is considered to provide a backup microcontroller as the main microcontroller.
特許文献1は、第1系統および第2系統を有するモータ駆動装置を開示する。第1系統は、モータの第1巻線組に接続され、第1インバータ部、電源リレーおよび逆接続保護リレーなどを有する。第2系統は、モータの第2巻線組に接続され、第2インバータ部、電源リレーおよび逆接続保護リレーなどを有する。モータ駆動装置に故障が生じていないとき、第1系統および第2系統の両方を用いてモータを駆動することが可能である。これに対し、第1系統および第2系統の一方、または、第1巻線組および第2巻線組の一方に故障が生じたとき、電源リレーは、電源から、故障した系統、または、故障した巻線組に接続された系統への電力供給を遮断する。故障していない他方の系統を用いてモータ駆動を継続させることが可能である。
特許文献2および3も、第1系統および第2系統を有するモータ駆動装置を開示する。一方の系統または一方の巻線組が故障したとしても、故障していない系統によってモータ駆動を継続させることができる。
上述した従来の技術では、電力変換装置が備えるスイッチ素子の故障を適切に検出することが求められていた。 In the above-mentioned conventional technique, it has been required to appropriately detect a failure of a switch element included in a power conversion device.
本開示の実施形態は、電力変換装置が備えるスイッチ素子の故障を適切に診断することが可能な故障診断方法を提供する。 The embodiment of the present disclosure provides a failure diagnosis method capable of appropriately diagnosing a failure of a switch element included in a power conversion device.
本開示の例示的な故障診断方法は、電源からの電力を、少なくとも一相の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置の故障を診断する故障診断方法であって、前記電力変換装置は、各々が第1ハイサイドスイッチ素子、第1ローサイドスイッチ素子、第2ハイサイドスイッチ素子および第2ローサイドスイッチ素子を有する少なくとも1つのHブリッジを備え、前記故障診断方法は、前記少なくとも一相の中に故障した相があるか判定するステップと、前記少なくとも1つのHブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定するステップと、前記故障した相があるか判定するステップおよび前記故障したパートがあるか判定するステップの判定結果に基づいて、前記第1ハイサイドスイッチ素子、前記第1ローサイドスイッチ素子、前記第2ハイサイドスイッチ素子および前記第2ローサイドスイッチ素子の中に故障したスイッチ素子があるか判定するステップと、を包含する。 An exemplary failure diagnosis method of the present disclosure is a failure diagnosis method for diagnosing a failure of a power conversion device that converts power from a power source into power supplied to a motor having at least one phase of windings. The conversion device includes at least one H-bridge, each of which has a first high-side switch element, a first low-side switch element, a second high-side switch element, and a second low-side switch element. A step of determining whether or not there is a failed phase in the phase, a step of determining whether or not there is a failed part in the high side and the low side of the at least one H bridge, and a step of determining whether or not there is the failed phase. And, based on the determination result of the step of determining whether or not there is a failed part, the first high-side switch element, the first low-side switch element, the second high-side switch element, and the second low-side switch element are included. Includes the step of determining if there is a failed switch element.
本開示の例示的な電力変換装置は、電源からの電力を、少なくとも一相の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、前記電力変換装置は、各々が第1ハイサイドスイッチ素子、第1ローサイドスイッチ素子、第2ハイサイドスイッチ素子および第2ローサイドスイッチ素子を有する少なくとも1つのHブリッジと、前記少なくとも1つのHブリッジの動作を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記少なくとも一相の中に故障した相があるか判定し、前記少なくとも1つのHブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定し、前記故障した相があるかの判定結果および前記故障したパートがあるかの判定結果に基づいて、前記第1ハイサイドスイッチ素子、前記第1ローサイドスイッチ素子、前記第2ハイサイドスイッチ素子および前記第2ローサイドスイッチ素子の故障の有無を判定する。 An exemplary power conversion device of the present disclosure is a power conversion device that converts power from a power source into power to be supplied to a motor having at least one phase of windings, and each of the power conversion devices is the first. It includes at least one H-bridge having a high-side switch element, a first low-side switch element, a second high-side switch element, and a second low-side switch element, and a control circuit for controlling the operation of the at least one H-bridge. The control circuit determines whether there is a failed phase in the at least one phase, determines whether there is a failed part in the high side and the low side of the at least one H bridge, and has the failed phase. Based on the determination result and the determination result of whether or not there is a failed part, the failure of the first high-side switch element, the first low-side switch element, the second high-side switch element, and the second low-side switch element. Judge the presence or absence of.
本開示の例示的な実施形態によると、電力変換装置が備えるスイッチ素子の故障を適切に診断することが可能な故障診断方法、電力変換装置、当該電力変換装置を備えるモータモジュールおよび当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置が提供される。 According to an exemplary embodiment of the present disclosure, a failure diagnosis method capable of appropriately diagnosing a failure of a switch element included in a power conversion device, a power conversion device, a motor module including the power conversion device, and the motor module. An electric power steering device is provided.
以下、添付の図面を参照しながら、本開示のスイッチ素子の故障診断方法、電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the switch element failure diagnosis method, the power conversion device, the motor module, and the electric power steering device of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in order to avoid unnecessarily redundant explanations below and facilitate understanding by those skilled in the art, unnecessarily detailed explanations may be omitted. For example, detailed explanations of already well-known matters and duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted.
本明細書において、電源からの電力を、三相(A相、B相、C相)の巻線を有する三相モータに供給する電力に変換する電力変換装置を例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのn相(nは4以上の整数)の巻線を有するn相モータに供給する電力に変換する電力変換装置、およびその装置に用いるスイッチ素子の故障診断方法も本開示の範疇である。 In the present specification, the present disclosure is carried out by exemplifying a power conversion device that converts electric power from a power source into electric power supplied to a three-phase motor having three-phase (A-phase, B-phase, C-phase) windings. The form will be described. However, a power conversion device that converts power from a power source into power supplied to an n-phase motor having n-phase (n is an integer of 4 or more) windings such as four-phase or five-phase, and a switch used for the device. The method of diagnosing an element failure is also within the scope of the present disclosure.
(実施形態1)
〔1.モータモジュール2000および電力変換装置1000の構造〕
図1は、本実施形態によるモータモジュール2000の典型的なブロック構成を模式的に示している。(Embodiment 1)
[1. Structure of
FIG. 1 schematically shows a typical block configuration of the
モータモジュール2000は、典型的に、インバータユニット100と制御回路300とを有する電力変換装置1000およびモータ200を備える。モータモジュール2000は、モジュール化され、例えば、モータ、センサ、ドライバおよびコントローラを有する機電一体型モータとして製造および販売され得る。 The
電力変換装置1000は、電源101(図2を参照)からの電力をモータ200に供給する電力に変換することが可能である。電力変換装置1000は、モータ200に接続される。例えば、電力変換装置1000は、直流電力を、A相、B相およびC相の擬似正弦波である三相交流電力に変換することが可能である。本明細書において、部品(構成要素)同士の間の「接続」とは、主に電気的な接続を意味する。 The
モータ200は、例えば三相交流モータである。モータ200は、A相の巻線M1、B相の巻線M2およびC相の巻線M3を備え、インバータユニット100の第1インバータ120と第2インバータ130とに接続される。具体的に説明すると、第1インバータ120はモータ200の各相の巻線の一端に接続され、第2インバータ130は各相の巻線の他端に接続される。 The
制御回路300は、例えば、電源回路310と、角度センサ320と、入力回路330と、コントローラ340と、駆動回路350と、ROM360とを備える。制御回路300の各部品は、例えば1枚の回路基板(典型的にはプリント基板)に実装される。制御回路300は、インバータユニット100に接続され、電流センサ150および角度センサ320からの入力信号に基づいてインバータユニット100を制御する。その制御手法として、例えばベクトル制御、パルス幅変調(PWM)または直接トルク制御(DTC)がある。ただし、モータ制御手法(例えばセンサレス制御)によっては、角度センサ320は不要な場合がある。 The
制御回路300は、目的とする、モータ200のロータの位置、回転速度、および電流などを制御してクローズドループ制御を実現することができる。なお、制御回路300は、角度センサ320に代えてトルクセンサを備えてもよい。この場合、制御回路300は、目的とするモータトルクを制御することができる。 The
電源回路310は、電源101の例えば12Vの電圧に基づいて回路内の各ブロックに必要な電源電圧(例えば3V、5V)を生成する。 The
角度センサ320は、例えばレゾルバまたはホールICである。または、角度センサ320は、磁気抵抗(MR)素子を有するMRセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。角度センサ320は、ロータの回転角(以下、「回転信号」と表記する。)を検出し、回転信号をコントローラ340に出力する。 The
入力回路330は、電流センサ150によって検出された相電流(以下、「実電流値」と表記する場合がある。)を受け取って、実電流値のレベルをコントローラ340の入力レベルに必要に応じて変換し、実電流値をコントローラ340に出力する。入力回路330は、例えばアナログデジタル(AD)変換回路である。 The
コントローラ340は、電力変換装置1000の全体を制御する集積回路であり、例えば、マイクロコントローラまたはFPGA(Field Programmable Gate Array)である。コントローラ340は、インバータユニット100の第1および第2インバータ120、130における各スイッチ素子(典型的には半導体スイッチ素子)のスイッチング動作(ターンオンまたはターンオフ)を制御する。コントローラ340は、実電流値およびロータの回転信号などに従って目標電流値を設定してPWM信号を生成し、それを駆動回路350に出力する。 The
駆動回路350は、典型的にはプリドライバ(「ゲートドライバ」と呼ばれることもある。)である。駆動回路350は、インバータユニット100の第1および第2インバータ120、130における各スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号(ゲート制御信号)をPWM信号に従って生成し、各スイッチ素子のゲートに制御信号を与える。駆動対象が低電圧で駆動可能なモータであるとき、プリドライバは必ずしも必要でない場合がある。その場合、プリドライバの機能はコントローラ340に実装され得る。 The
ROM360は、例えば書き込み可能なメモリ(例えばPROM)、書き換え可能なメモリ(例えばフラッシュメモリ)または読み出し専用のメモリである。ROM360は、コントローラ340に電力変換装置1000を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にRAM(不図示)に一旦展開される。 The
図2を参照してインバータユニット100の具体的な回路構成を説明する。 A specific circuit configuration of the
図2は、本実施形態によるインバータユニット100の回路構成を模式的に示している。 FIG. 2 schematically shows the circuit configuration of the
電源101は、所定の電源電圧(例えば12V)を生成する。電源101として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源101は、AC−DCコンバータまたはDC―DCコンバータであってもよいし、バッテリー(蓄電池)であってもよい。電源101は、図示するように、第1および第2インバータ120、130に共通の単一電源であってもよいし、第1インバータ120用の第1電源(不図示)および第2インバータ130用の第2電源(不図示)を備えていてもよい。 The
図示されていないが、電源101と第1インバータ120の間、および、電源101と第2インバータ130の間にコイルが設けられる。コイルは、ノイズフィルタとして機能し、各インバータに供給する電圧波形に含まれる高周波ノイズ、または各インバータで発生する高周波ノイズを電源101側に流出させないように平滑化する。また、各インバータの電源端子には、コンデンサが接続される。コンデンサは、いわゆるバイパスコンデンサであり、電圧リプルを抑制する。コンデンサは、例えば電解コンデンサであり、容量および使用する個数は設計仕様などによって適宜決定される。 Although not shown, coils are provided between the
第1インバータ120は、3個のレグから構成されるブリッジ回路を有する。各レグは、ハイサイドスイッチ素子、ローサイドスイッチ素子およびシャント抵抗を有する。A相レグは、ハイサイドスイッチ素子SW_A1H、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lおよび第1シャント抵抗S_A1を有する。B相レグは、ハイサイドスイッチ素子SW_B1H、ローサイドスイッチ素子SW_B1Lおよび第1シャント抵抗S_B1を有する。C相レグは、ハイサイドスイッチ素子SW_C1H、ローサイドスイッチ素子SW_C1Lおよび第1シャント抵抗S_C1を有する。 The
スイッチ素子として、例えば、寄生ダイオードが内部に形成された電界効果トランジスタ(典型的にはMOSFET)、または、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)とそれに並列接続された還流ダイオードとの組み合わせを用いることができる。 As the switch element, for example, a field effect transistor (typically MOSFET) in which a parasitic diode is formed, or a combination of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a freewheeling diode connected in parallel with the isolated gate bipolar transistor (IGBT) can be used. ..
第1シャント抵抗S_A1は、A相の巻線M1を流れるA相電流IA1を検出するために用いられ、例えばローサイドスイッチ素子SW_A1LとGNDラインGLの間に接続される。第1シャント抵抗S_B1は、B相の巻線M2を流れるB相電流IB1を検出するために用いられ、例えばローサイドスイッチ素子SW_B1LとGNDラインGLの間に接続される。第1シャント抵抗S_C1は、C相の巻線M3を流れるC相電流IC1を検出するために用いられ、例えばローサイドスイッチ素子SW_C1LとGNDラインGLの間に接続される。3個のシャント抵抗S_A1、S_B1およびS_C1は、第1インバータ120のGNDラインGLと共通に接続される。 The first shunt resistor S_A1 is used to detect the A-phase current IA1 flowing through the A-phase winding M1, and is connected, for example, between the low-side switch element SW_A1L and the GND line GL. The first shunt resistor S_B1 is used to detect the B-phase current IB1 flowing through the B-phase winding M2, and is connected, for example, between the low-side switch element SW_B1L and the GND line GL. The first shunt resistor S_C1 is used to detect the C-phase current IC1 flowing through the C-phase winding M3, and is connected between, for example, the low-side switch element SW_C1L and the GND line GL. The three shunt resistors S_A1, S_B1 and S_C1 are commonly connected to the GND line GL of the
第2インバータ130は、3個のレグから構成されるブリッジ回路を有する。各レグは、ハイサイドスイッチ素子、ローサイドスイッチ素子およびシャント抵抗を有する。A相レグは、ハイサイドスイッチ素子SW_A2H、ローサイドスイッチ素子SW_A2Lおよびシャント抵抗S_A2を有する。B相レグは、ハイサイドスイッチ素子SW_B2H、ローサイドスイッチ素子SW_B2Lおよびシャント抵抗S_B2を有する。C相レグは、ハイサイドスイッチ素子SW_C2H、ローサイドスイッチ素子SW_C2Lおよびシャント抵抗S_C2を有する。 The
シャント抵抗S_A2は、A相電流IA2を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチ素子SW_A2LとGNDラインGLの間に接続される。シャント抵抗S_B2は、B相電流IB2を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチ素子SW_B2LとGNDラインGLの間に接続される。シャント抵抗S_C2は、C相電流IC2を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチ素子SW_C2LとGNDラインGLの間に接続される。3個のシャント抵抗S_A2、S_B2およびS_C2は、第2インバータ130のGNDラインGLと共通に接続されている。 The shunt resistor S_A2 is used to detect the A-phase current IA2 and is connected, for example, between the low-side switch element SW_A2L and the GND line GL. The shunt resistor S_B2 is used to detect the B-phase current IB2, and is connected, for example, between the low-side switch element SW_B2L and the GND line GL. The shunt resistor S_C2 is used to detect the C-phase current IC2, and is connected, for example, between the low-side switch element SW_C2L and the GND line GL. The three shunt resistors S_A2, S_B2 and S_C2 are commonly connected to the GND line GL of the
上述した電流センサ150は、例えば、シャント抵抗S_A1、S_B1、S_C1、S_A2、S_B2、S_C2および各シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出回路(不図示)を備える。 The above-mentioned
第1インバータ120のA相レグ(具体的には、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hおよびローサイドスイッチ素子SW_A1Lの間のノード)は、モータ200のA相の巻線M1の一端A1に接続され、第2インバータ130のA相レグは、A相の巻線M1の他端A2に接続される。第1インバータ120のB相レグは、モータ200のB相の巻線M2の一端B1に接続され、第2インバータ130のB相レグは、巻線M2の他端B2に接続される。第1インバータ120のC相レグは、モータ200のC相の巻線M3の一端C1に接続され、第2インバータ130のC相レグは、巻線M3の他端C2に接続される。 The A-phase leg of the first inverter 120 (specifically, the node between the high-side switch element SW_A1H and the low-side switch element SW_A1L) is connected to one end A1 of the A-phase winding M1 of the
図3Aは、A相のHブリッジBAの構成を模式的に示している。図3Bは、B相のHブリッジBBの構成を模式的に示している。図3Cは、C相のHブリッジBCの構成を模式的に示している。 FIG. 3A schematically shows the configuration of the A-phase H-bridge BA. FIG. 3B schematically shows the configuration of the B-phase H-bridge BB. FIG. 3C schematically shows the configuration of the C-phase H-bridge BC.
インバータユニット100は、A相、B相およびC相のHブリッジBA、BBおよびBCを備える。A相のHブリッジBAは、第1インバータ120側のレグにおけるハイサイドスイッチ素子SW_A1H、ローサイドスイッチ素子SW_A1L、第2インバータ130側のレグにおけるハイサイドスイッチ素子SW_A2H、ローサイドスイッチ素子SW_A2L、および、巻線M1を有する。 The
B相のHブリッジBBは、第1インバータ120側のレグにおけるハイサイドスイッチ素子SW_B1H、ローサイドスイッチ素子SW_B1L、第2インバータ130側のレグにおけるハイサイドスイッチ素子SW_B2H、ローサイドスイッチ素子SW_B2L、および、巻線M2を有する。 The B-phase H-bridge BB includes a high-side switch element SW_B1H and a low-side switch element SW_B1L in the leg on the
C相のHブリッジBCは、第1インバータ120側のレグにおけるハイサイドスイッチ素子SW_C1H、ローサイドスイッチ素子SW_C1L、第2インバータ130側のレグにおけるハイサイドスイッチ素子SW_C2H、ローサイドスイッチ素子SW_C2L、および、巻線M3を有する。 The C-phase H-bridge BC includes a high-side switch element SW_C1H and a low-side switch element SW_C1L in the leg on the
制御回路300(具体的にはコントローラ340)は、以下で説明する故障診断を実行することにより、電力変換装置1000内の故障したスイッチ素子を特定することができる。 The control circuit 300 (specifically, the controller 340) can identify the failed switch element in the
例えば、制御回路300は、故障したスイッチ素子を特定すると、故障したスイッチ素子を含むHブリッジ以外の二相のHブリッジを用いて二相の巻線に通電するモータ制御に切替えることが可能である。本明細書において、三相の巻線に通電することを「三相通電制御」と呼び、二相の巻線に通電することを「二相通電制御」と呼ぶ。以下、故障診断の詳細を説明する。 For example, when the failed switch element is identified, the
〔2.故障診断方法〕
図4から図16を参照しながら、例えば、図1に示す電力変換装置1000のスイッチ素子の故障の有無を診断する故障診断方法の具体例を説明する。本開示の故障診断方法は、少なくとも1つのHブリッジを備える電力変換装置、例えばフルブリッジタイプの電力変換装置に好適に用いることができる。本明細書中において、スイッチ素子の故障は、スイッチ素子のオープン故障を指す。オープン故障とは、スイッチ素子が常時ハイインピーダンスになる故障である。本明細書では、例えばA相のHブリッジのスイッチ素子に故障が生じることを、A相の故障と呼ぶ場合がある。[2. Failure diagnosis method]
A specific example of a failure diagnosis method for diagnosing the presence or absence of a failure of the switch element of the
本実施形態の故障診断方法の概要は、下記のとおりである。 The outline of the failure diagnosis method of this embodiment is as follows.
故障診断では、A相、B相、C相の中に故障した相があるか判定する。また、HブリッジBA、BB、BCのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定する。これらの判定結果に基づいて、電力変換装置1000が備えるハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子の中に故障したスイッチ素子があるか判定する。 In the failure diagnosis, it is determined whether or not there is a failed phase among the A phase, the B phase, and the C phase. In addition, it is determined whether or not there is a failed part in the high side and the low side of the H bridge BA, BB, and BC. Based on these determination results, it is determined whether or not there is a failed switch element among the high-side switch element and the low-side switch element included in the
故障診断では、例えば、dq座標系において表現される電流および電圧と、ローサイドスイッチ素子の両端電圧を示す実電圧と、モータの回転速度ωとを獲得する。dq座標系において表現される電流および電圧は、d軸電圧Vd、q軸電圧Vq、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを含む。なお、dq座標系において、零相に対応した軸をz軸として表している。回転速度ωは、単位時間(例えば1分間)にモータのロータが回転する回転数(rpm)または単位時間(例えば1秒間)にロータが回転する回転数(rps)で表される。 In the failure diagnosis, for example, the current and voltage expressed in the dq coordinate system, the actual voltage indicating the voltage across the low-side switch element, and the rotation speed ω of the motor are acquired. The currents and voltages represented in the dq coordinate system include the d-axis voltage Vd, the q-axis voltage Vq, the d-axis current Id and the q-axis current Iq. In the dq coordinate system, the axis corresponding to the zero phase is represented as the z-axis. The rotation speed ω is represented by the rotation speed (rpm) at which the rotor of the motor rotates in a unit time (for example, 1 minute) or the rotation speed (rps) at which the rotor rotates in a unit time (for example, 1 second).
図3Aから図3Cを用いて、スイッチ素子の実電圧を説明する。 The actual voltage of the switch element will be described with reference to FIGS. 3A to 3C.
A相、B相およびC相のHブリッジBA、BBおよびBCのそれぞれに対し、第1実電圧および第2実電圧を定義する。第1実電圧は、各相のHブリッジにおいて、第1インバータ120側のレグにおける第1ローサイドスイッチ素子の両端電圧を示す。換言すると、第1実電圧は、第1インバータ120側のレグにおける第1ハイサイドスイッチ素子と第1ローサイドスイッチ素子の間のノード電位に相当する。第2実電圧は、第2インバータ130側のレグにおける第2ローサイドスイッチ素子の両端電圧を示す。換言すると、第2実電圧は、第2インバータ130側のレグにおける第2ハイサイドスイッチ素子と第2ローサイドスイッチ素子の間のノード電位に相当する。スイッチ素子の両端電圧は、スイッチ素子であるFETのソース−ドレイン間の電圧Vdsに等しい。 A first real voltage and a second real voltage are defined for the A-phase, B-phase, and C-phase H-bridges BA, BB, and BC, respectively. The first actual voltage indicates the voltage across the first low-side switch element in the leg on the
A相のHブリッジBAに対し、第1実電圧は、図3Aに示すローサイドスイッチ素子SW_A1Lの両端電圧VA1を指し、第2実電圧は、図3Aに示すローサイドスイッチ素子SW_A2Lの両端電圧VA2を指す。B相のHブリッジBBに対し、第1実電圧は、図3Bに示すローサイドスイッチ素子SW_B1Lの両端電圧VB1を指し、第2実電圧は、図3Bに示すローサイドスイッチ素子SW_B2Lの両端電圧VB2を指す。C相のHブリッジBCに対し、第1実電圧は、図3Cに示すローサイドスイッチ素子SW_C1Lの両端電圧VC1を指し、第2実電圧は、図3Cに示すローサイドスイッチ素子SW_C2Lの両端電圧VC2を指す。 With respect to the A-phase H-bridge BA, the first actual voltage refers to the voltage VA1 across the low-side switch element SW_A1L shown in FIG. 3A, and the second actual voltage refers to the voltage VA2 across the low-side switch element SW_A2L shown in FIG. 3A. .. With respect to the B-phase H-bridge BB, the first actual voltage refers to the voltage VB1 across the low-side switch element SW_B1L shown in FIG. 3B, and the second actual voltage refers to the voltage VB2 across the low-side switch element SW_B2L shown in FIG. 3B. .. With respect to the C-phase H-bridge BC, the first actual voltage refers to the voltage VC1 across the low-side switch element SW_C1L shown in FIG. 3C, and the second actual voltage refers to the voltage VC2 across the low-side switch element SW_C2L shown in FIG. 3C. ..
次に、獲得した、dq座標系の電流および電圧、第1実電圧、第2実電圧および回転速度に基づいて、故障を診断する。 Next, the failure is diagnosed based on the acquired current and voltage of the dq coordinate system, the first actual voltage, the second actual voltage, and the rotation speed.
故障しているスイッチ素子があると判定した場合、スイッチ素子の故障を示す故障信号を生成し、後述するモータ制御ユニットに出力する。例えば、故障信号は、故障が生じるとアサートされる信号である。 When it is determined that there is a failed switch element, a failure signal indicating the failure of the switch element is generated and output to the motor control unit described later. For example, a failure signal is a signal that is asserted when a failure occurs.
上記の故障診断は、例えば、電流センサ150によって各相電流を測定する周期、すなわちAD変換の周期に同期して繰り返し実行される。 The above-mentioned failure diagnosis is repeatedly executed, for example, in synchronization with a cycle in which each phase current is measured by the
本実施形態による故障診断方法を実現するためのアルゴリズムは、例えば特定用途向け集積回路(ASIC)またはFPGAなどのハードウェアのみで実現することもできるし、マイクロコントローラおよびソフトウェアの組み合わせによっても実現することができる。本実施形態では、故障診断の動作主体を制御回路300のコントローラ340とする。 The algorithm for realizing the failure diagnosis method according to the present embodiment can be realized only by hardware such as an application specific integrated circuit (ASIC) or FPGA, or can be realized by a combination of a microcontroller and software. Can be done. In the present embodiment, the operation main body of the failure diagnosis is the
図4は、モータ制御全般を行うためのコントローラ340の機能ブロックを例示している。図5は、A相、B相およびC相の故障診断を行うための機能ブロックを例示している。 FIG. 4 illustrates a functional block of the
本明細書において、機能ブロック図における各ブロックは、ハードウェア単位ではなく機能ブロック単位で示される。モータ制御および故障診断に用いるソフトウェアは、例えば、各機能ブロックに対応した特定の処理を実行させるためのコンピュータプログラムを構成するモジュールであり得る。そのようなコンピュータプログラムは、例えばROM360に格納される。コントローラ340は、ROM360から命令を読み出して各処理を逐次実行することができる。 In the present specification, each block in the functional block diagram is shown in functional block units rather than hardware units. The software used for motor control and failure diagnosis can be, for example, a module that constitutes a computer program for executing a specific process corresponding to each functional block. Such computer programs are stored, for example, in
コントローラ340は、例えば、故障診断ユニット800およびモータ制御ユニット900を有する。このように、本開示の故障診断は、モータ制御(例えばベクトル制御)と好適に組み合わせることができ、モータ制御の一連の処理の中に組み込むことが可能である。 The
故障診断ユニット800は、dq座標系におけるd軸電流Id、q軸電流Iq、d軸電圧Vd、q軸電圧、およびモータ200の回転速度ωを獲得する。故障診断ユニット800は、さらに、第1実電圧VA1、VB1、VC1、第2実電圧VA2、VB2およびVC2を獲得する。 The
例えば、故障診断ユニット800は、Vpeakを獲得するプレ演算ユニット(不図示)を有し得る。プレ演算ユニットは、クラーク変換を用いて、電流センサ150の測定値に基づいて取得された三相電流Ia、IbおよびIcを、αβ固定座標系における、α軸上の電流Iαおよびβ軸上の電流Iβに変換する。プレ演算ユニットは、パーク変換(dq座標変換)を用いて、電流Iα、Iβを、dq座標系におけるd軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。プレ演算ユニットは、電流IdおよびIqに基づいてd軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqを取得し、取得したVd、Vqから下記式(1)に基づいて電圧ピーク値Vpeakを算出する。または、プレ演算ユニットは、ベクトル制御を行うモータ制御ユニット900から、Vpeakの算出に必要なVd、Vqを受け取ることも可能である。例えば、プレ演算ユニットは、電流センサ150によって各相電流を測定する周期に同期してVpeakを獲得する。
Vpeak=(2/3)1/2(Vd2+Vq2)1/2 式(1)For example, the
Vpeak = (2/3) 1/2 (Vd 2 + Vq 2 ) 1/2 formula (1)
故障診断ユニット800は、ルックアップテーブル940(図16)を参照して、電流Id、Iqおよび回転速度ωに基づいて飽和電圧Vsatを決定する。 The
図16は、回転速度ωおよび電流振幅値から飽和電圧Vsatを決定するルックアップテーブル(LUT)940を模式的に示している。LUT940は、d軸電流およびq軸電流に基づいて決定される電流振幅値(Id2+Iq2)1/2およびモータ200の回転速度ωの入力と、飽和電圧Vsatとの関係を関連付ける。FIG. 16 schematically shows a look-up table (LUT) 940 that determines the saturation voltage Vsat from the rotation speed ω and the current amplitude value. The LUT 940 associates the input of the current amplitude value (Id 2 + Iq 2 ) 1/2 determined based on the d-axis current and the q-axis current and the rotation speed ω of the
回転速度ωは、例えば角度センサ320からの回転信号に基づいて算出される。または、回転速度ωは、例えば公知のセンサレス制御手法を用いて推定することができる。各スイッチ素子の実電圧は、例えば駆動回路(プリドライバ)350によって測定される。 The rotation speed ω is calculated based on, for example, a rotation signal from the
表1は、故障診断に用いることが可能なLUT940の構成を例示している。モータ制御では、一般的にIdはゼロとして扱われる。そのため、電流振幅値はIqに等しくなる。表1には、Iq(A)を記載している。飽和電圧Vsatは、獲得された電流振幅値Iqおよび回転速度ωから決定される。あるいは、飽和電圧Vsatとして、例えば、駆動前に予め設定した値を用いてもよい。例えば、飽和電圧Vsatとして、システムに依存する一定の値(例えば0.1V程度)を用いてもよい。 Table 1 illustrates the configuration of the
故障診断ユニット800は、上述した実電圧、電圧ピーク値Vpeak、飽和電圧Vsatに基づいてスイッチ素子の故障の有無を診断する。 The
故障診断ユニット800は、故障したスイッチ素子を示す故障信号を診断結果に基づいて生成し、モータ制御ユニット900に出力する。 The
モータ制御ユニット900は、例えばベクトル制御を用いて、第1および第2インバータ120、130のスイッチ素子のスイッチング動作の全般を制御するPWM信号を生成する。モータ制御ユニット900は、PWM信号を駆動回路350に出力する。また、モータ制御ユニット900は、例えば故障信号がアサートされると、モータ制御を三相通電制御から二相通電制御に切替えることが可能である。 The
本明細書において、説明の便宜上、各機能ブロックをユニットと表記する場合がある。当然に、各機能ブロックをハードウェアまたはソフトウェアに限定解釈する意図で、これらの表記を用いてはいない。 In this specification, for convenience of explanation, each functional block may be referred to as a unit. Naturally, these notations are not used with the intention of limiting each functional block to hardware or software.
各機能ブロックはソフトウェアとしてコントローラ340に実装される場合、そのソフトウェアの実行主体は、例えばコントローラ340のコアであり得る。上述したように、コントローラ340は、FPGAによって実現され得る。その場合、全てまたは一部の機能ブロックは、ハードウェアで実現され得る。 When each functional block is implemented as software on the
複数のFPGAを用いて処理を分散させることにより、特定のコンピュータの演算負荷を分散できる。その場合、図4から図16に示される機能ブロックの全てまたは一部は、複数のFPGAに分散して実装され得る。複数のFPGAは、例えば車載のコントロールエリアネットワーク(CAN)によって互いに通信可能に接続され、データの送受信を行うことができる。 By distributing the processing using a plurality of FPGAs, the computing load of a specific computer can be distributed. In that case, all or part of the functional blocks shown in FIGS. 4 to 16 may be distributed and implemented in a plurality of FPGAs. A plurality of FPGAs can be connected to each other so as to be able to communicate with each other by, for example, an in-vehicle control area network (CAN), and data can be transmitted / received.
故障診断ユニット800は、図5に示すA相のHブリッジBAの故障を診断するための故障診断ユニット800A、B相のHブリッジBBの故障を診断するための故障診断ユニット800B、C相のHブリッジBCの故障を診断するための故障診断ユニット800Cを有する。 The
図6は、A相のHブリッジBAの故障を診断するための故障診断ユニット800Aを例示するブロック図である。図7は、B相のHブリッジBBの故障を診断するための故障診断ユニット800Bを例示するブロック図である。図8は、C相のHブリッジBCの故障を診断するための故障診断ユニット800Cを例示するブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram illustrating a
故障診断ユニット800A、BおよびCは、実質的に同じ機能ブロックから構成される。ただし、第1実電圧および第2実電圧の入力信号は各ブロック間で異なる。以下、図6を参照しながら、A相のHブリッジBAの故障診断を例に、Hブリッジの故障診断を詳細に説明する。 The
故障診断ユニット800Aは、乗算器810、811、加算器812、813_1、813_2、信号生成ユニット814_1、814_2、乗算器820、821、加算器822、823_1、823_2、信号生成ユニット824_1、824_2、論理回路OR830を有する。 The
乗算器810、811、加算器812、813_1、813_2、信号生成ユニット814_1および814_2は、ローサイド故障診断ユニットを構成する。乗算器820、821、加算器822、823_1、823_2、信号生成ユニット824_1および824_2は、ハイサイド故障診断ユニットを構成する。 The
ローサイド故障診断ユニットはローサイドスイッチ素子SW_A1L、SW_A2Lのオープン故障を特定する。ハイサイド故障診断ユニットはハイサイドスイッチ素子SW_A1H、SW_A2Hのオープン故障を特定する。 The low-side failure diagnosis unit identifies an open failure of the low-side switch elements SW_A1L and SW_A2L. The high-side failure diagnosis unit identifies an open failure of the high-side switch elements SW_A1H and SW_A2H.
まず、ハイサイド故障診断ユニットを説明する。 First, the high-side failure diagnosis unit will be described.
ハイサイド故障診断ユニットは、電圧ピーク値Vpeak、飽和電圧Vsatおよび第1実電圧VA1に基づいてハイサイドスイッチ素子SW_A2Hのオープン故障を診断する第1故障診断と、電圧ピーク値Vpeak、飽和電圧Vsatおよび第2実電圧VA2に基づいてハイサイドスイッチ素子SW_A1Hのオープン故障を診断する第2故障診断とを行う。 The high-side failure diagnosis unit has a first failure diagnosis that diagnoses an open failure of the high-side switch element SW_A2H based on the voltage peak value Vpeak, the saturation voltage Vsat, and the first actual voltage VA1, and the voltage peak value Vpeak, the saturation voltage Vsat, and the high-side failure diagnosis unit. A second failure diagnosis is performed to diagnose an open failure of the high side switch element SW_A1H based on the second actual voltage VA2.
乗算器820は、電圧ピーク値Vpeakに定数「1/2」を乗算する。電圧ピーク値Vpeakは上述の式(1)に基づいて算出される。乗算器821は飽和電圧Vsatに定数「1」を乗算する。加算器822は乗算器820の出力Vpeak/2に乗算器821の出力Vsatを加算する。 The
加算器823_1は、第1故障診断において、加算器822からの出力(Vpeak/2)+Vsatに第1実電圧VA1を加算することにより、第1故障診断電圧VA2H_FDを算出する(式(2))。加算器823_2は、第2故障診断において、加算器822からの出力(Vpeak/2)+Vsatに第2実電圧VA2を加算することにより、第2故障診断電圧VA1H_FDを算出する(式(3))。第1実電圧VA1および第2実電圧VA2は、例えば駆動回路(プリドライバ)350によって測定される。
VA2H_FD=VA1+〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(2)
VA1H_FD=VA2+〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(3)The adder 823_1 calculates the first failure diagnosis voltage VA2H_FD by adding the first actual voltage VA1 to the output (Vpeak / 2) + Vsat from the
VA2H_FD = VA1 + [(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (2)
VA1H_FD = VA2 + [(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (3)
第1故障診断において、信号生成ユニット824_1は、第1故障診断電圧VA2H_FDに基づいてハイサイドスイッチ素子SW_A2Hのオープン故障を診断する。具体的に説明すると、信号生成ユニット824_1は、第1故障診断電圧VA2H_FDがゼロ未満(VA2H_FD<0)である場合、ハイサイドスイッチ素子SW_A2Hのオープン故障を特定する。信号生成ユニット824_1は、第1故障診断電圧VA2H_FDがゼロ以上である場合(VA2H_FD≧0)、ハイサイドスイッチ素子SW_A2Hにオープン故障は生じていないと判定する。 In the first failure diagnosis, the signal generation unit 824_1 diagnoses an open failure of the high side switch element SW_A2H based on the first failure diagnosis voltage VA2H_FD. Specifically, the signal generation unit 824_1 identifies an open failure of the high side switch element SW_A2H when the first failure diagnosis voltage VA2H_FD is less than zero (VA2H_FD <0). When the first failure diagnosis voltage VA2H_FD is zero or more (VA2H_FD ≧ 0), the signal generation unit 824_1 determines that an open failure has not occurred in the high side switch element SW_A2H.
信号生成ユニット824_1は、第1故障診断の結果に基づいてハイサイドスイッチ素子SW_A2Hのオープン故障を示す第1故障信号A2H_FDを生成する。例えば、第1故障信号A2H_FDを1ビットの信号に割り当てることができる。ハイサイドスイッチ素子SW_A2Hにオープン故障が生じていないとき、第1故障信号A2H_FDのレベルはLowである。信号生成ユニット824_1は、ハイサイドスイッチ素子SW_A2Hのオープン故障を特定すると、第1故障信号A2H_FDをアサートする。 The signal generation unit 824_1 generates a first failure signal A2H_FD indicating an open failure of the high side switch element SW_A2H based on the result of the first failure diagnosis. For example, the first failure signal A2H_FD can be assigned to a 1-bit signal. When the high side switch element SW_A2H does not have an open failure, the level of the first failure signal A2H_FD is Low. When the signal generation unit 824_1 identifies an open failure of the high side switch element SW_A2H, the signal generation unit 824_1 asserts the first failure signal A2H_FD.
例えば、ハイサイドスイッチ素子SW_A2Hがオープン故障すると、そのスイッチ素子に電流は流れない。その結果、モータ200の逆起電力の影響を受けて、第1実電圧の下側ピーク値は下がる。ハイサイドスイッチ素子SW_A2Hにオープン故障は生じていないとき、VA1≒−〔(Vpeak/2)+Vsat〕となり、第1実電圧VA1の大きさは、|(Vpeak/2)+Vsat|に等しくなる。これに対し、ハイサイドスイッチ素子SW_A2Hにオープン故障が生じると、この均衡が崩れる。VA1は下がるために、第1故障診断電圧VA2H_FD<0となる。本開示は、この現象を利用してスイッチ素子のオープン故障を特定する。 For example, if the high-side switch element SW_A2H fails to open, no current flows through the switch element. As a result, the lower peak value of the first actual voltage is lowered due to the influence of the counter electromotive force of the
第1故障診断と同様に第2故障診断において、信号生成ユニット824_2は、第2故障診断電圧VA1H_FDに基づいてハイサイドスイッチ素子SW_A1Hのオープン故障を診断する。具体的に説明すると、信号生成ユニット824_2は、第2故障診断電圧VA1H_FDがゼロ未満(VA1H_FD<0)である場合、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hのオープン故障を特定する。信号生成ユニット824_2は、第2故障診断電圧VA1H_FDがゼロ以上である場合(VA1H_FD≧0)、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hにオープン故障は生じていないと判定する。 In the second failure diagnosis as in the first failure diagnosis, the signal generation unit 824_2 diagnoses the open failure of the high side switch element SW_A1H based on the second failure diagnosis voltage VA1H_FD. Specifically, the signal generation unit 824_2 identifies an open failure of the high side switch element SW_A1H when the second failure diagnosis voltage VA1H_FD is less than zero (VA1H_FD <0). When the second failure diagnosis voltage VA1H_FD is zero or more (VA1H_FD ≧ 0), the signal generation unit 824_2 determines that an open failure has not occurred in the high side switch element SW_A1H.
信号生成ユニット824_2は、第2故障診断の結果に基づいてハイサイドスイッチ素子SW_A1Hのオープン故障を示す第2故障信号A1H_FDを生成する。例えば、第2故障信号A1H_FDを1ビットの信号に割り当てることができる。ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hにオープン故障は生じていないとき、第2故障信号A1H_FDのレベルはLowである。信号生成ユニット824_2は、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hのオープン故障を特定すると、第2故障信号A1H_FDをアサートする。 The signal generation unit 824_2 generates a second failure signal A1H_FD indicating an open failure of the high side switch element SW_A1H based on the result of the second failure diagnosis. For example, the second failure signal A1H_FD can be assigned to a 1-bit signal. When the high side switch element SW_A1H does not have an open failure, the level of the second failure signal A1H_FD is Low. When the signal generation unit 824_2 identifies an open failure of the high side switch element SW_A1H, it asserts a second failure signal A1H_FD.
次に、ローサイド故障診断ユニットを説明する。 Next, the low-side failure diagnosis unit will be described.
ローサイド故障診断ユニットは、電圧ピーク値Vpeak、飽和電圧Vsatおよび第1実電圧VA1に基づいてローサイドスイッチ素子SW_A2Lのオープン故障を診断する第3故障診断と、電圧ピーク値Vpeak、飽和電圧Vsatおよび第2実電圧VA2に基づいてローサイドスイッチ素子SW_A1Lのオープン故障を診断する第4故障診断とを行う。 The low-side failure diagnosis unit has a third failure diagnosis that diagnoses an open failure of the low-side switch element SW_A2L based on the voltage peak value Vpeak, the saturation voltage Vsat, and the first actual voltage VA1, and the voltage peak value Vpeak, the saturation voltage Vsat, and the second. A fourth failure diagnosis is performed to diagnose an open failure of the low side switch element SW_A1L based on the actual voltage VA2.
乗算器810は、電圧ピーク値Vpeakに定数「−1/2」を乗算する。乗算器811は、飽和電圧Vsatに定数「−1」を乗算する。ローサイド側のスイッチ素子とハイサイド側のスイッチ素子の間で流れる電流などが逆になることを考慮し、ローサイド故障診断ユニットでは、ハイサイド故障診断ユニットの乗算器820、821とは逆の符号の定数が用いられる。 The
加算器812は、乗算器810の出力(−Vpeak/2)に乗算器811の出力(−Vsat)を加算する。 The
加算器813_1は、第3故障診断において、加算器812からの出力:−〔(Vpeak/2)+Vsat〕に第1実電圧VA1を加算することにより、第3故障診断電圧VA2L_FDを算出する(式(4))。加算器813_2は、第4故障診断において、加算器812からの出力:−〔(Vpeak/2)+Vsat〕に第2実電圧VA2を加算することにより、第4故障診断電圧VA1L_FDを算出する(式(5))。
VA2L_FD=VA1−〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(4)
VA1L_FD=VA2−〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(5)The adder 813_1 calculates the third failure diagnosis voltage VA2L_FD by adding the first actual voltage VA1 to the output from the adder 812:-[(Vpeak / 2) + Vsat] in the third failure diagnosis (formula). (4)). The adder 813_2 calculates the fourth failure diagnosis voltage VA1L_FD by adding the second actual voltage VA2 to the output from the adder 812:-[(Vpeak / 2) + Vsat] in the fourth failure diagnosis (formula). (5)).
VA2L_FD = VA1-[(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (4)
VA1L_FD = VA2-[(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (5)
第3故障診断において、信号生成ユニット814_1は、第3故障診断電圧VA2L_FDに基づいてローサイドスイッチ素子SW_A2Lのオープン故障を診断する。具体的に説明すると、信号生成ユニット814_1は、第3故障診断電圧VA2L_FDがゼロよりも大きい場合(VA2L_FD>0)、ローサイドスイッチ素子SW_A2Lのオープン故障を特定する。信号生成ユニット814_1は、第3故障診断電圧VA2L_FDがゼロ以下である場合(VA2L_FD≦0)、ローサイドスイッチ素子SW_A2Lにオープン故障は生じていないと判定する。 In the third failure diagnosis, the signal generation unit 814_1 diagnoses an open failure of the low side switch element SW_A2L based on the third failure diagnosis voltage VA2L_FD. Specifically, the signal generation unit 814_1 identifies an open failure of the low-side switch element SW_A2L when the third failure diagnosis voltage VA2L_FD is greater than zero (VA2L_FD> 0). When the third failure diagnosis voltage VA2L_FD is zero or less (VA2L_FD ≦ 0), the signal generation unit 814_1 determines that an open failure has not occurred in the low-side switch element SW_A2L.
信号生成ユニット814_1は、第3故障診断の結果に基づいてローサイドスイッチ素子SW_A2Lのオープン故障を示す第3故障信号A2L_FDを生成する。例えば、第3故障信号A2L_FDを1ビットの信号に割り当てることができる。ローサイドスイッチ素子SW_A2Lにオープン故障は生じていないとき、第3故障信号A2L_FDのレベルはLowである。信号生成ユニット814_1は、ローサイドスイッチ素子SW_A2Lのオープン故障を特定すると、第3故障信号A2L_FDをアサートする。 The signal generation unit 814_1 generates a third failure signal A2L_FD indicating an open failure of the low side switch element SW_A2L based on the result of the third failure diagnosis. For example, the third failure signal A2L_FD can be assigned to a 1-bit signal. When the low side switch element SW_A2L does not have an open failure, the level of the third failure signal A2L_FD is Low. When the signal generation unit 814_1 identifies an open failure of the low-side switch element SW_A2L, the signal generation unit 814_1 asserts a third failure signal A2L_FD.
例えば、ローサイドスイッチ素子SW_A2Lがオープン故障すると、そのスイッチ素子に電流は流れない。その結果、モータ200の逆起電力の影響を受けて、第1実電圧の上側ピーク値は上がる。ローサイドスイッチ素子SW_A2Lにオープン故障は生じていないとき、VA1≒〔(Vpeak/2)+Vsat〕となり、第1実電圧VA1の大きさは、|(Vpeak/2)+Vsat|に等しくなる。これに対し、ローサイドスイッチ素子SW_A2Lにオープン故障が生じると、この均衡が崩れる。VA1は上がるために、第3故障診断電圧VA2L_FD>0となる。 For example, if the low-side switch element SW_A2L fails to open, no current flows through the switch element. As a result, the upper peak value of the first actual voltage is increased due to the influence of the counter electromotive force of the
第3故障診断と同様に第4故障診断において、信号生成ユニット814_2は、第4故障診断電圧VA1L_FDに基づいてローサイドスイッチ素子SW_A1Lのオープン故障を診断する。具体的に説明すると、信号生成ユニット814_2は、第4故障診断電圧VA1L_FDがゼロよりも大きい場合(VA1L_FD>0)、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lのオープン故障を特定する。信号生成ユニット814_2は、第4故障診断電圧VA1L_FDがゼロ以下である場合(VA1L_FD≦0)、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lにオープン故障は生じていないと判定する。 In the fourth failure diagnosis as in the third failure diagnosis, the signal generation unit 814_2 diagnoses the open failure of the low side switch element SW_A1L based on the fourth failure diagnosis voltage VA1L_FD. Specifically, the signal generation unit 814_2 identifies an open failure of the low-side switch element SW_A1L when the fourth failure diagnosis voltage VA1L_FD is greater than zero (VA1L_FD> 0). When the fourth failure diagnosis voltage VA1L_FD is zero or less (VA1L_FD ≦ 0), the signal generation unit 814_2 determines that an open failure has not occurred in the low-side switch element SW_A1L.
信号生成ユニット814_2は、第4故障診断の結果に基づいてローサイドスイッチ素子SW_A1Lのオープン故障を示す第4故障信号A1L_FDを生成する。例えば、第4故障信号A1L_FDを1ビットの信号に割り当てることができる。ローサイドスイッチ素子SW_A1Lにオープン故障は生じていないとき、第4故障信号A1L_FDのレベルはLowである。信号生成ユニット814_2は、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lのオープン故障を特定すると、第4故障信号A1L_FDをアサートする。 The signal generation unit 814_2 generates a fourth failure signal A1L_FD indicating an open failure of the low-side switch element SW_A1L based on the result of the fourth failure diagnosis. For example, the fourth failure signal A1L_FD can be assigned to a 1-bit signal. When the low side switch element SW_A1L does not have an open failure, the level of the fourth failure signal A1L_FD is Low. When the signal generation unit 814_2 identifies an open failure of the low-side switch element SW_A1L, the signal generation unit 814_2 asserts the fourth failure signal A1L_FD.
このように、故障診断ユニット800Aは、ハイサイドスイッチ素子SW_A1H、SW_A2H、ローサイドスイッチ素子SW_A1LおよびSW_A2Lの中でオープン故障したスイッチ素子を特定することができる。 In this way, the
論理回路OR830は、第1から第4故障信号A2H_FD、A1H_FD、A2L_FDおよびA1L_FDの論理和をとる。論理回路OR830は、A相のHブリッジBAの故障の有無を示す故障信号A_FDを出力する。例えば、第1から第4故障信号A2H_FD、A1H_FD、A2L_FDおよびA1L_FDの全てが正常を示す“0”である場合、論理回路OR830は、正常を示す“0”を故障信号A_FDとして出力する。第1から第4故障信号A2H_FD、A1H_FD、A2L_FDおよびA1L_FDの少なくとも1つが異常を示す“1”である場合、論理回路OR830は、故障を示す“1”を故障信号A_FDとして出力する。 The logic circuit OR830 takes the logical sum of the first to fourth failure signals A2H_FD, A1H_FD, A2L_FD and A1L_FD. The logic circuit OR830 outputs a failure signal A_FD indicating the presence or absence of a failure of the A-phase H-bridge BA. For example, when all of the first to fourth failure signals A2H_FD, A1H_FD, A2L_FD and A1L_FD are "0" indicating normality, the logic circuit OR830 outputs "0" indicating normality as a failure signal A_FD. When at least one of the first to fourth failure signals A2H_FD, A1H_FD, A2L_FD and A1L_FD is "1" indicating an abnormality, the logic circuit OR830 outputs "1" indicating a failure as a failure signal A_FD.
故障診断ユニット800Aと同様に、故障診断ユニット800Bは、ハイサイドスイッチ素子SW_B1H、SW_B2H、ローサイドスイッチ素子SW_B1LおよびSW_B2Lの少なくとも1つがオープン故障していることを検出すると、B相のHブリッジBBの故障を示す“1”を故障信号B_FDとして出力する。オープン故障を検出しない場合は、B相のHブリッジBBは正常であることを示す“0”を故障信号B_FDとして出力する。 Similar to the
故障診断ユニット800Cは、ハイサイドスイッチ素子SW_C1H、SW_C2H、ローサイドスイッチ素子SW_C1LおよびSW_C2Lの少なくとも1つがオープン故障していることを検出すると、C相のHブリッジBCの故障を示す“1”を故障信号C_FDとして出力する。オープン故障を検出しない場合は、C相のHブリッジBCは正常であることを示す“0”を故障信号C_FDとして出力する。 When the
次に、HブリッジBA、BB、BCのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定する処理を説明する。 Next, a process of determining whether or not there is a failed part in the high side and the low side of the H bridge BA, BB, and BC will be described.
図9および図10は、HブリッジBA、BB、BCのローサイドの故障の有無を診断する故障診断ユニット810Aおよび810Bを示している。故障診断ユニット810Aおよび810Bは、実質的に同じ機能ブロックを有するが、入力される実電圧が互いに異なる。図11および図12は、HブリッジBA、BB、BCのハイサイドの故障の有無を診断する故障診断ユニット810Cおよび810Dを示している。故障診断ユニット810Cおよび810Dは、実質的に同じ機能ブロックを有するが、入力される実電圧が互いに異なる。故障診断ユニット800は、図9から図12に示す故障診断ユニット810Aから810Dを有する。 9 and 10 show
故障診断ユニット810AはHブリッジにおける第2インバータ130側のローサイドの故障有無を診断する。故障診断ユニット810BはHブリッジにおける第1インバータ120側のローサイドの故障有無を診断する。 The
故障診断ユニット810Aおよび810Bのそれぞれは、乗算器831、832と、加算器833、834、835、836と、比較器837、838、839と、論理回路OR841とを有する。 Each of the
まず、Hブリッジにおける第2インバータ130側のローサイドの故障の有無の診断処理を説明する。 First, a diagnostic process for the presence or absence of a failure on the low side of the
故障診断ユニット810Aの乗算器831は、電圧ピーク値Vpeakに定数「−1/2」を乗算する。乗算器832は、飽和電圧Vsatに定数「−1」を乗算する。加算器833は、乗算器831および832の出力値を加算する。加算器834は、実電圧VA1と加算器833の出力値とを加算して、下記式(6)で表される故障診断電圧VA1L_FDを算出する。式(6)は上述した式(4)と同じである。
VA1L_FD=VA1−〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(6)The
VA1L_FD = VA1-[(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (6)
比較器837は、“VA1L_FD”と“ゼロ”とを比較する。比較器837は、VA1L_FDがゼロ以下である(VA1L_FD≦0)場合、実電圧VA1は正常であることを示す“0”を論理回路OR841に出力する。比較器837は、VA1L_FDがゼロより大きい(VA1L_FD>0)場合、実電圧VA1は異常であることを示す“1”を論理回路OR841に出力する。 The
同様に、加算器835は、実電圧VB1と加算器833の出力値とを加算して、下記式(7)で表される故障診断電圧VB1L_FDを算出する。
VB1L_FD=VB1−〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(7)Similarly, the
VB1L_FD = VB1-[(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (7)
比較器838は、“VB1L_FD”と“ゼロ”とを比較する。比較器838は、VB1L_FDがゼロ以下である(VB1L_FD≦0)場合、実電圧VB1は正常であることを示す“0”を論理回路OR841に出力する。比較器838は、VB1L_FDがゼロより大きい(VB1L_FD>0)場合、実電圧VB1は異常であることを示す“1”を論理回路OR841に出力する。 The
加算器836は、実電圧VC1と加算器833の出力値とを加算して、下記式(8)で表される故障診断電圧VC1L_FDを算出する。
VC1L_FD=VC1−〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(8)The
VC1L_FD = VC1-[(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (8)
比較器839は、“VC1L_FD”と“ゼロ”とを比較する。比較器839は、VC1L_FDがゼロ以下である(VC1L_FD≦0)場合、実電圧VC1は正常であることを示す“0”を論理回路OR841に出力する。比較器839は、VC1L_FDがゼロより大きい(VC1L_FD>0)場合、実電圧VC1は異常であることを示す“1”を論理回路OR841に出力する。 The
論理回路OR841は、比較器837、838、839の出力信号の論理和をとる。論理回路OR841は、Hブリッジにおける第2インバータ130側のローサイドの故障の有無を示す故障信号2L_FDを出力する。 The logic circuit OR841 ORs the output signals of the
比較器837、838、839の出力信号が全て“0”である場合、論理回路OR841は、正常を示す“0”を故障信号2L_FDとして出力する。比較器837、838、839の出力信号の少なくとも1つが“1”である場合、論理回路OR841は、故障を示す“1”を故障信号2L_FDとして出力する。 When the output signals of the
例えば、ローサイドスイッチ素子SW_A2Lがオープン故障した場合、そのスイッチ素子SW_A2Lはオン状態でも電流はほとんど流れない。スイッチ素子SW_A2Lに電流がほとんど流れないためにスイッチ素子SW_A1Lに余分な電圧が掛かる。実電圧VA1は大きくなり、VA1_FD>0となる。 For example, when the low-side switch element SW_A2L fails to open, almost no current flows even when the switch element SW_A2L is on. Since almost no current flows through the switch element SW_A2L, an extra voltage is applied to the switch element SW_A1L. The actual voltage VA1 becomes large, and VA1_FD> 0.
図10に示す故障診断ユニット810Bは、故障診断ユニット810Aと同様の処理を実行し、Hブリッジにおける第1インバータ120側のローサイドの故障の有無を診断する。故障診断ユニット810Bには、実電圧VA1、VB1、VC1の代わりに、実電圧VA2、VB2、VC2が入力される。論理回路OR841は、Hブリッジにおける第1インバータ120側のローサイドの故障の有無を示す故障信号1L_FDを出力する。故障診断ユニット810Bのそれ以外の処理は故障診断ユニット810Aと同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。 The
図11に示す故障診断ユニット810Cは、Hブリッジにおける第2インバータ130側のハイサイドの故障の有無を診断する。故障診断ユニット810Dは、Hブリッジにおける第1インバータ120側のハイサイドの故障の有無を診断する。 The
故障診断ユニット810Cおよび810Dのそれぞれは、乗算器851、852と、加算器853、854、855、856と、比較器857、858、859と、論理回路OR861とを有する。 Each of the fault
まず、Hブリッジにおける第2インバータ130側のハイサイドの故障の有無の診断処理を説明する。 First, a diagnostic process for the presence or absence of a failure on the high side of the
故障診断ユニット810Cの乗算器851は、電圧ピーク値Vpeakに定数「1/2」を乗算する。乗算器852は、飽和電圧Vsatに定数「1」を乗算する。加算器853は、乗算器851および852の出力値を加算する。加算器854は、実電圧VA1と加算器853の出力値とを加算して、下記式(9)で表される故障診断電圧VA1H_FDを算出する。式(9)は上述した式(2)と同じである。
VA1H_FD=VA1+〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(9)The
VA1H_FD = VA1 + [(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (9)
比較器857は、“VA1H_FD”と“ゼロ”とを比較する。比較器857は、VA1H_FDがゼロ以上である(VA1H_FD≧0)場合、実電圧VA1は正常であることを示す“0”を論理回路OR861に出力する。比較器857は、VA1H_FDがゼロ未満(VA1H_FD<0)の場合、実電圧VA1は異常であることを示す“1”を論理回路OR861に出力する。 The
同様に、加算器855は、実電圧VB1と加算器853の出力値とを加算して、下記式(10)で表される故障診断電圧VB1H_FDを算出する。
VB1H_FD=VB1+〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(10)Similarly, the
VB1H_FD = VB1 + [(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (10)
比較器858は、“VB1H_FD”と“ゼロ”とを比較する。比較器858は、VB1H_FDがゼロ以上である(VB1H_FD≧0)場合、実電圧VB1は正常であることを示す“0”を論理回路OR861に出力する。比較器858は、VB1H_FDがゼロ未満(VB1H_FD<0)の場合、実電圧VB1は異常であることを示す“1”を論理回路OR861に出力する。 The
加算器856は、実電圧VC1と加算器853の出力値とを加算して、下記式(11)で表される故障診断電圧VC1H_FDを算出する。
VC1H_FD=VC1+〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(11)The
VC1H_FD = VC1 + [(Vpeak / 2) + Vsat] Equation (11)
比較器859は、“VC1H_FD”と“ゼロ”とを比較する。比較器859は、VC1H_FDがゼロ以上である(VC1H_FD≧0)場合、実電圧VC1は正常であることを示す“0”を論理回路OR861に出力する。比較器859は、VC1H_FDがゼロ未満(VC1H_FD<0)の場合、実電圧VC1は異常であることを示す“1”を論理回路OR861に出力する。 The
論理回路OR861は、比較器857、858、859の出力信号の論理和をとる。論理回路OR861は、Hブリッジにおける第2インバータ130側のハイサイドの故障の有無を示す故障信号2H_FDを出力する。 The logic circuit OR861 ORs the output signals of the
比較器857、858、859の出力信号が全て“0”である場合、論理回路OR861は、正常を示す“0”を故障信号2H_FDとして出力する。比較器857、858、859の出力信号の少なくとも1つが“1”である場合、論理回路OR861は、故障を示す“1”を故障信号2H_FDとして出力する。 When the output signals of the
図12に示す故障診断ユニット810Dは、故障診断ユニット810Cと同様の処理を実行し、Hブリッジにおける第1インバータ120側のハイサイドの故障の有無を診断する。故障診断ユニット810Dには、実電圧VA1、VB1、VC1の代わりに、実電圧VA2、VB2、VC2が入力される。論理回路OR861は、Hブリッジにおける第1インバータ120側のハイサイドの故障の有無を示す故障信号1H_FDを出力する。故障診断ユニット810Dのそれ以外の処理は故障診断ユニット810Cと同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。 The
次に、電力変換装置1000が備えるハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子の中に故障したスイッチ素子があるか判定する処理を説明する。 Next, a process of determining whether or not there is a failed switch element among the high-side switch element and the low-side switch element included in the
図13は、A相のHブリッジBAのスイッチ素子の故障の有無を診断する故障診断ユニット820Aを示している。図14は、B相のHブリッジBBのスイッチ素子の故障の有無を診断する故障診断ユニット820Bを示している。図15は、C相のHブリッジBCのスイッチ素子の故障の有無を診断する故障診断ユニット820Cを示している。 FIG. 13 shows a
故障診断ユニット820A、820B、820Cは、実質的に同じ機能ブロックを有するが、入力される信号が互いに異なる。故障診断ユニット800は、図13から図15に示す故障診断ユニット820A、820B、820Cを有する。故障診断ユニット820A、820B、820Cのそれぞれは、論理回路AND871、872、873、874を有する。 The
まず、A相のHブリッジBAのスイッチ素子の故障の有無の診断処理を説明する。 First, the diagnostic process for the presence or absence of failure of the switch element of the A-phase H-bridge BA will be described.
論理回路AND871には、A相のHブリッジBAの故障の有無を示す故障信号A_FDと、Hブリッジにおける第1インバータ120側のハイサイドの故障の有無を示す故障信号1H_FDとが入力される。論理回路AND871は、A相のHブリッジBAにおける第1インバータ120側のハイサイドスイッチ素子SW_A1Hの故障の有無を示す故障信号A1H_FDをモータ制御ユニット900に出力する。 A failure signal A_FD indicating the presence or absence of a failure of the A-phase H bridge BA and a failure signal 1H_FD indicating the presence or absence of a failure on the high side of the
故障信号A_FDと故障信号1H_FDの両方が故障を示す“1”である場合、論理回路AND871は、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hが故障していることを示す“1”を故障信号A1H_FDとして出力する。故障信号A_FDと故障信号1H_FDの少なくとも一方が正常を示す“0”である場合、論理回路AND871は、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hは正常であることを示す“0”を故障信号A1H_FDとして出力する。 When both the failure signal A_FD and the failure signal 1H_FD are "1" indicating a failure, the logic circuit AND871 outputs "1" indicating that the high side switch element SW_A1H has failed as a failure signal A1H_FD. When at least one of the failure signal A_FD and the failure signal 1H_FD is "0" indicating normality, the logic circuit AND871 outputs "0" indicating that the high side switch element SW_A1H is normal as the failure signal A1H_FD.
A相のHブリッジBAが故障しており、且つHブリッジにおける第1インバータ120側のハイサイドが故障しているということは、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hが故障していることを表している。故障信号A_FDと故障信号1H_FDの両方が故障を示す“1”である場合、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hが故障していることを特定することができる。 The fact that the A-phase H-bridge BA is out of order and the high side of the H-bridge on the
論理回路AND872には、A相のHブリッジBAの故障の有無を示す故障信号A_FDと、Hブリッジにおける第2インバータ130側のハイサイドの故障の有無を示す故障信号2H_FDとが入力される。論理回路AND872は、A相のHブリッジBAにおける第2インバータ130側のハイサイドスイッチ素子SW_A2Hの故障の有無を示す故障信号A2H_FDをモータ制御ユニット900に出力する。 A failure signal A_FD indicating the presence or absence of a failure of the A-phase H bridge BA and a failure signal 2H_FD indicating the presence or absence of a failure on the high side of the
故障信号A_FDと故障信号2H_FDの両方が故障を示す“1”である場合、論理回路AND872は、ハイサイドスイッチ素子SW_A2Hが故障していることを示す“1”を故障信号A2H_FDとして出力する。故障信号A_FDと故障信号2H_FDの少なくとも一方が正常を示す“0”である場合、論理回路AND872は、ハイサイドスイッチ素子SW_A2Hは正常であることを示す“0”を故障信号A2H_FDとして出力する。 When both the failure signal A_FD and the failure signal 2H_FD are "1" indicating a failure, the logic circuit AND872 outputs "1" indicating that the high side switch element SW_A2H has failed as a failure signal A2H_FD. When at least one of the failure signal A_FD and the failure signal 2H_FD is "0" indicating normality, the logic circuit AND872 outputs "0" indicating that the high side switch element SW_A2H is normal as the failure signal A2H_FD.
論理回路AND873には、A相のHブリッジBAの故障の有無を示す故障信号A_FDと、Hブリッジにおける第1インバータ120側のローサイドの故障の有無を示す故障信号1L_FDとが入力される。論理回路AND873は、A相のHブリッジBAにおける第1インバータ120側のローサイドスイッチ素子SW_A1Lの故障の有無を示す故障信号A1L_FDをモータ制御ユニット900に出力する。 A failure signal A_FD indicating the presence or absence of a failure of the A-phase H bridge BA and a failure signal 1L_FD indicating the presence or absence of a failure on the low side of the
故障信号A_FDと故障信号1L_FDの両方が故障を示す“1”である場合、論理回路AND873は、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lが故障していることを示す“1”を故障信号A1L_FDとして出力する。故障信号A_FDと故障信号1L_FDの少なくとも一方が正常を示す“0”である場合、論理回路AND873は、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lは正常であることを示す“0”を故障信号A1L_FDとして出力する。 When both the failure signal A_FD and the failure signal 1L_FD are "1" indicating a failure, the logic circuit AND873 outputs "1" indicating that the low-side switch element SW_A1L has failed as a failure signal A1L_FD. When at least one of the failure signal A_FD and the failure signal 1L_FD is "0" indicating normality, the logic circuit AND873 outputs "0" indicating that the low-side switch element SW_A1L is normal as the failure signal A1L_FD.
論理回路AND874には、A相のHブリッジBAの故障の有無を示す故障信号A_FDと、Hブリッジにおける第2インバータ130側のローサイドの故障の有無を示す故障信号2L_FDとが入力される。論理回路AND874は、A相のHブリッジBAにおける第2インバータ130側のローサイドスイッチ素子SW_A2Lの故障の有無を示す故障信号A2L_FDをモータ制御ユニット900に出力する。 A failure signal A_FD indicating the presence or absence of a failure of the A-phase H bridge BA and a failure signal 2L_FD indicating the presence or absence of a failure on the low side of the
故障信号A_FDと故障信号2L_FDの両方が故障を示す“1”である場合、論理回路AND874は、ローサイドスイッチ素子SW_A2Lが故障していることを示す“1”を故障信号A2L_FDとして出力する。故障信号A_FDと故障信号2L_FDの少なくとも一方が正常を示す“0”である場合、論理回路AND874は、ローサイドスイッチ素子SW_A2Lは正常であることを示す“0”を故障信号A2L_FDとして出力する。 When both the failure signal A_FD and the failure signal 2L_FD are "1" indicating a failure, the logic circuit AND874 outputs "1" indicating that the low-side switch element SW_A2L has failed as a failure signal A2L_FD. When at least one of the failure signal A_FD and the failure signal 2L_FD is "0" indicating normality, the logic circuit AND874 outputs "0" indicating that the low-side switch element SW_A2L is normal as the failure signal A2L_FD.
図14および図15に示す故障診断ユニット820Bおよび820Cが実行する処理は、故障診断ユニット820Aと同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。 Since the processes executed by the
図14に示す故障診断ユニット820Bは、故障診断ユニット820Aと同様の処理を実行し、B相のHブリッジBBのスイッチ素子の故障の有無の診断処理を実行する。故障診断ユニット820Bは、スイッチ素子SW_B1H、SW_B2H、SW_B1L、SW_B2Lの故障の有無を示す故障信号B1H_FD、B2H_FD、B1L_FD、B2L_FDをモータ制御ユニット900に出力する。B相に故障が発生した場合は、どのスイッチ素子が故障したのか特定することができる。 The
図15に示す故障診断ユニット820Cは、故障診断ユニット820Aと同様の処理を実行し、C相のHブリッジBCのスイッチ素子の故障の有無の診断処理を実行する。故障診断ユニット820Cは、スイッチ素子SW_C1H、SW_C2H、SW_C1L、SW_C2Lの故障の有無を示す故障信号C1H_FD、C2H_FD、C1L_FD、C2L_FDをモータ制御ユニット900に出力する。C相に故障が発生した場合は、どのスイッチ素子が故障したのか特定することができる。 The
モータ制御ユニット900は、故障診断ユニット800が出力する故障信号に応じてモータ制御を変更する。例えば、モータ制御を三相通電制御から二相通電制御に切替える。例えば、故障したスイッチ素子が特定されると、その故障したスイッチ素子を含む相以外の残りの二相を用いた二相通電制御を行う。例えば、A相のHブリッジBAのスイッチ素子が故障したことが特定されると、モータ制御ユニット900は、A相のHブリッジBAの全てのスイッチ素子をオフにする。そして、残りのB相およびC相のHブリッジBBおよびBCを用いた二相通電制御を行う。これにより三相のうちの一相が故障したとしても、電力変換装置1000はモータ駆動を継続できる。 The
図17は、三相通電制御に従って電力変換装置1000を制御したときにモータ200のA相、B相およびC相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形(正弦波)を例示している。図18は、A相のHブリッジBAが故障した場合、二相通電制御に従って電力変換装置1000を制御したときにモータ200のB相、C相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示している。横軸は、モータ電気角(deg)を示し、縦軸は電流値(A)を示す。図17、図18の電流波形において、電気角30°毎に電流値をプロットしている。Ipkは各相の最大電流値(ピーク電流値)を表す。FIG. 17 illustrates a current waveform (sine wave) obtained by plotting the current values flowing in the A-phase, B-phase, and C-phase windings of the
参考として、図19に、B相のHブリッジBBが故障した場合、二相通電制御に従って電力変換装置1000を制御したときにモータ200のA相、C相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示する。図20に、C相のHブリッジBCが故障した場合、二相通電制御に従って電力変換装置1000を制御したときにモータ200のA相、B相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示する。 For reference, in FIG. 19, when the B-phase H-bridge BB fails, the current values flowing in the A-phase and C-phase windings of the
本実施形態において、上述した故障診断ユニット800A、800B、800C、810A、810B、810C、810Dの間での処理の順番は任意である。例えば、故障した相があるか判定してから、Hブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定してもよいし、逆でもよい。また、それらの判定を並列に処理してもよい。 In the present embodiment, the order of processing among the above-mentioned
また、故障診断ユニット800A、800B、800C、810A、810B、810C、810Dの全ての処理を実行しなくてもよい。例えば故障した相があるか判定する処理において、三相の全ての故障の有無を判定する前に故障した相があると判定した場合は、残りの相の故障の有無の判定は行わない。例えば、三相全ての故障の有無を判定する前にA相が故障していると判定した場合は、B相およびC相の故障の有無の判定はしなくてもよい。 Further, it is not necessary to execute all the processes of the
また、例えば、Hブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定する処理において、Hブリッジの4個のパートの全ての故障の有無を判定する前に故障したパートがあると判定した場合は、残りのパートの故障の有無の判定は行わなくてもよい。Hブリッジの4個のパートとは、第1インバータ120側のハイサイドおよびローサイド、第2インバータ130側のハイサイドおよびローサイドである。例えば、Hブリッジの4個のパート全ての故障の有無を判定する前に、第1インバータ120側のハイサイドが故障している判定した場合は、残りのパートの故障の有無の判定は行わなくてもよい。 Further, for example, in the process of determining whether or not there is a failed part in the high side and the low side of the H bridge, it is determined that there is a failed part before determining the presence or absence of all four parts of the H bridge. If so, it is not necessary to determine whether or not the remaining parts are out of order. The four parts of the H-bridge are the high side and the low side on the
また、Hブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定するステップにおいて故障があると判定した場合は、故障した相があるか判定するステップにおいて、二相の中に故障した相があるか判定してもよい。例えば、A相およびB相は故障していないと判定した場合は、C相が故障しているかの判定処理を行わなくても、C相が故障していることを特定することができる。 If it is determined that there is a failure in the step of determining whether there is a failed part in the high side and the low side of the H bridge, the failed phase in the two phases is determined in the step of determining whether there is a failed phase. You may determine if there is. For example, when it is determined that the A phase and the B phase have not failed, it can be specified that the C phase has failed without performing the determination process of determining whether the C phase has failed.
また、故障した相があるか判定するステップにおいて故障があると判定した場合は、Hブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定するステップにおいて、4個のパートのうちの3個の中に故障したパートがあるか判定してもよい。例えば、第1インバータ120側のハイサイドおよびローサイド、第2インバータ130側のハイサイドは故障していないと判定した場合は、第2インバータ130側のローサイドが故障しているかの判定処理を行わなくても、第2インバータ130側のローサイドが故障していることを特定することができる。 If it is determined that there is a failure in the step of determining whether or not there is a failed phase, 3 out of 4 parts are determined in the step of determining whether or not there is a failed part in the high side and the low side of the H bridge. It may be determined whether there is a failed part among the pieces. For example, when it is determined that the high side and low side of the
また、故障診断ユニット820A、820B、820Cの処理は、故障していると判定された相についてのみ行ってもよい。 Further, the processing of the
このように、複数の処理の一部を省略することにより、演算量を削減することができる。演算量削減により、故障が発生したときに、故障に対してより短い時間で対応することができる。 In this way, the amount of calculation can be reduced by omitting a part of the plurality of processes. By reducing the amount of calculation, when a failure occurs, it is possible to respond to the failure in a shorter time.
以下に、本開示による故障診断に用いられるアルゴリズムの妥当性を、dSPACE社の“ラピッドコントロールプロトタイピング(RCP)システム”およびMathWorks社のMatlab/Simulinkを用いて検証した結果を示す。この検証には、ベクトル制御により制御を受ける、電動パワーステアリング(EPS)装置に用いる表面磁石型(SPM)モータのモデルが用いられた。検証においてq軸の電流指令値Iq_refを3Aに設定し、d軸の電流指令値Id_refおよび零相の電流指令値Iz_refを0Aに設定した。モータの回転速度ωは1200rpmに設定した。シミュレーションでは、第1インバータ120のローサイドスイッチ素子SW_A1Lにオープン故障を時刻1.641sで発生させている。 The following shows the results of verifying the validity of the algorithm used for failure diagnosis according to the present disclosure using the "Rapid Control Prototyping (RCP) System" of dSPACE and the Matlab / Simulink of MathWorks. For this verification, a model of a surface magnet type (SPM) motor used in an electric power steering (EPS) device, which is controlled by vector control, was used. In the verification, the q-axis current command value Iq_ref was set to 3A, and the d-axis current command value Id_ref and the zero-phase current command value Iz_ref were set to 0A. The rotation speed ω of the motor was set to 1200 rpm. In the simulation, an open failure occurs in the low side switch element SW_A1L of the
図21から図26に、各信号の波形のシミュレーション結果を示している。各グラフの縦軸は電圧(V)を示し、横軸は時間(s)を示している。 21 to 26 show the simulation results of the waveforms of each signal. The vertical axis of each graph shows the voltage (V), and the horizontal axis shows the time (s).
図21は、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lがオープン故障した場合の実電圧VA1(上側)および実電圧VA2(下側)の波形を示している。図22は、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lがオープン故障した場合の実電圧VB1(上側)および実電圧VB2(下側)の波形を示している。図23は、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lがオープン故障した場合の実電圧VC1(上側)および実電圧VC2(下側)の波形を示している。 FIG. 21 shows the waveforms of the actual voltage VA1 (upper side) and the actual voltage VA2 (lower side) when the low-side switch element SW_A1L has an open failure. FIG. 22 shows the waveforms of the actual voltage VB1 (upper side) and the actual voltage VB2 (lower side) when the low-side switch element SW_A1L has an open failure. FIG. 23 shows the waveforms of the actual voltage VC1 (upper side) and the actual voltage VC2 (lower side) when the low-side switch element SW_A1L has an open failure.
時刻1.641sでローサイドスイッチ素子SW_A1Lがオープン故障した後、図21に示すように実電圧VA1の下側ピーク値は上昇していることが分かる。また、実電圧VA2の上側ピーク値は上昇していることが分かる。すなわち、実電圧VA2の上側ピーク値の絶対値は大きくなる。図22、図23に示すように、実電圧VB1、VB2、VC1、VC2は変化の度合いは小さい。 It can be seen that the lower peak value of the actual voltage VA1 has risen as shown in FIG. 21 after the low-side switch element SW_A1L has an open failure at time 1.641 s. Further, it can be seen that the upper peak value of the actual voltage VA2 is increasing. That is, the absolute value of the upper peak value of the actual voltage VA2 becomes large. As shown in FIGS. 22 and 23, the degree of change of the actual voltages VB1, VB2, VC1 and VC2 is small.
正常時の動作においても、実電圧がVpeak/2よりもわずかに大きくなることは発生し得る。しかし、本実施形態では、Vpeak/2に飽和電圧Vsatを加算した値と、実電圧との比較を行う。このため、図21に示す実電圧VA2のように大きく変化した実電圧が発生した場合にのみ、故障と判定することができる。正常時の動作において実電圧がVpeak/2より大きくなる場合は故障と判定しないことにより、故障判定の精度を高めることができる。 Even in normal operation, it is possible that the actual voltage is slightly larger than Vpeak / 2. However, in the present embodiment, the value obtained by adding the saturation voltage Vsat to Vpeak / 2 is compared with the actual voltage. Therefore, it can be determined as a failure only when a large change in actual voltage such as the actual voltage VA2 shown in FIG. 21 is generated. When the actual voltage becomes larger than Vpeak / 2 in the normal operation, it is not determined as a failure, so that the accuracy of the failure determination can be improved.
図24は、A相のHブリッジBAにおけるハイサイドスイッチ素子SW_A1Hがオープン故障した場合のA相の第1実電圧VA1(上側)および第2実電圧VA2(下側)の波形を示している。図25は、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hがオープン故障した場合のB相の第1実電圧VB1(上側)および第2実電圧VB2(下側)の波形を示している。図26は、ハイサイドスイッチ素子SW_A1Hがオープン故障した場合のC相の第1実電圧VC1(上側)および第2実電圧VC2(下側)の波形を示している。 FIG. 24 shows the waveforms of the first actual voltage VA1 (upper side) and the second actual voltage VA2 (lower side) of the A phase when the high side switch element SW_A1H in the A phase H bridge BA fails to open. FIG. 25 shows the waveforms of the first actual voltage VB1 (upper side) and the second actual voltage VB2 (lower side) of the B phase when the high side switch element SW_A1H fails to open. FIG. 26 shows the waveforms of the first actual voltage VC1 (upper side) and the second actual voltage VC2 (lower side) of the C phase when the high side switch element SW_A1H fails to open.
時刻1.543sでA相のHブリッジBAのハイサイドスイッチ素子SW_A1Hがオープン故障した後、図24に示すように第1実電圧VA1の上側ピーク値は低下していることが分かる。また、第2実電圧VA2の下側ピーク値は低下していることが分かる(下側ピーク値の絶対値は大きくなる)。図25、図26に示すように、第1実電圧VB1、VC1、第2実電圧VB2、VC2の変化の度合いは小さい。 It can be seen that the upper peak value of the first actual voltage VA1 has decreased as shown in FIG. 24 after the high side switch element SW_A1H of the A-phase H-bridge BA has an open failure at time 1.543s. Further, it can be seen that the lower peak value of the second actual voltage VA2 is decreasing (the absolute value of the lower peak value becomes large). As shown in FIGS. 25 and 26, the degree of change of the first actual voltage VB1, VC1, the second actual voltage VB2, and VC2 is small.
上記の実施形態では、故障した相があるかの判定処理の途中、およびHブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるかの判定処理の途中において、スイッチ素子の故障を検出している。しかし、その時点ではスイッチ素子の故障を確定させない。本実施形態では、故障した相があるかの判定結果と、Hブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるかの判定結果とに基づいて、故障したスイッチ素子の確定を行う。これにより、故障診断の精度を高めることができる。 In the above embodiment, the failure of the switch element is detected during the process of determining whether or not there is a failed phase and during the process of determining whether or not there is a failed part in the high side and the low side of the H bridge. There is. However, at that time, the failure of the switch element is not confirmed. In the present embodiment, the failed switch element is determined based on the determination result of whether or not there is a failed phase and the determination result of whether or not there is a failed part in the high side and the low side of the H bridge. As a result, the accuracy of failure diagnosis can be improved.
本実施形態によると、Hブリッジが有するスイッチ素子のうちオープン故障したスイッチ素子を特定できる。本開示の故障診断は簡易なアルゴリズムにより実現できる。そのため、例えばコントローラへ340の実装において回路規模またはメモリサイズの縮小という利点がある。 According to this embodiment, it is possible to identify a switch element that has an open failure among the switch elements included in the H-bridge. The failure diagnosis of the present disclosure can be realized by a simple algorithm. Therefore, for example, in mounting 340 on the controller, there is an advantage that the circuit scale or the memory size can be reduced.
本開示の故障診断方法は、フルブリッジタイプの電力変換装置にも好適に用いることができる。フルブリッジは、一相のHブリッジ構造、例えば図3Aに示す回路構造を備える。上述した故障診断方法をフルブリッジの故障診断に利用することにより、フルブリッジの故障を検知することができる。 The failure diagnosis method of the present disclosure can also be suitably used for a full bridge type power conversion device. The full bridge comprises a one-phase H-bridge structure, eg, the circuit structure shown in FIG. 3A. By using the above-mentioned failure diagnosis method for full bridge failure diagnosis, it is possible to detect a full bridge failure.
例えば、フルブリッジタイプの電力変換装置は、ハイサイドスイッチ素子SW_A1H、ハイサイドスイッチ素子SW_A2H、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lおよびローサイドスイッチ素子SW_A2Lを有するHブリッジBAと、HブリッジBAのスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路300と、を備える。制御回路300は、dq座標系において表現される電流・電圧を獲得し、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lの両端電圧を示す第1実電圧VA1およびローサイドスイッチ素子SW_A2Lの両端電圧を示す第2実電圧VA2を獲得し、モータの回転速度ωを獲得する。制御回路300は、獲得した、dq座標系の電流・電圧、第1実電圧VA1、第2実電圧VA2および回転速度ωに基づいて、ハイサイドスイッチ素子SW_A1H、ハイサイドスイッチ素子SW_A2H、ローサイドスイッチ素子SW_A1Lおよびローサイドスイッチ素子SW_A2Lのオープン故障を診断する。 For example, a full-bridge type power converter controls the switching operation of the H-bridge BA having the high-side switch element SW_A1H, the high-side switch element SW_A2H, the low-side switch element SW_A1L, and the low-side switch element SW_A2L, and the switch element of the H-bridge BA. The
本実施形態においては、三相全てについて上述した故障診断を行わなくてもよく、一相または二相についてのみ故障診断を行ってもよい。例えば、A相についてのみ故障診断を行う場合は、図5から図15を用いて説明した処理のうちのA相に関する処理のみを行い、B相およびC相に関する処理は行わなくてもよい。 In the present embodiment, the failure diagnosis described above may not be performed for all three phases, and the failure diagnosis may be performed only for one or two phases. For example, when the failure diagnosis is performed only on the A phase, only the process related to the A phase among the processes described with reference to FIGS. 5 to 15 may be performed, and the processes related to the B phase and the C phase may not be performed.
(実施形態2)
図27は、本実施形態による電動パワーステアリング装置3000の典型的な構成を模式的に示す。(Embodiment 2)
FIG. 27 schematically shows a typical configuration of the electric
自動車等の車両は一般に電動パワーステアリング装置を有する。本実施形態による電動パワーステアリング装置3000は、ステアリングシステム520、および補助トルクを生成する補助トルク機構540を有する。電動パワーステアリング装置3000は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリングシステムの操舵トルクを補助する補助トルクを生成する。補助トルクにより運転者の操作の負担は軽減される。 Vehicles such as automobiles generally have an electric power steering device. The electric
ステアリングシステム520は、例えば、ステアリングハンドル521、ステアリングシャフト522、自在軸継手523A、523B、回転軸524、ラックアンドピニオン機構525、ラック軸526、左右のボールジョイント552A、552B、タイロッド527A、527B、ナックル528A、528B、および左右の操舵車輪529A、529Bから構成され得る。 The
補助トルク機構540は、例えば、操舵トルクセンサ541、自動車用電子制御ユニット(ECU)542、モータ543および減速機構544などから構成される。操舵トルクセンサ541はステアリングシステム520における操舵トルクを検出する。ECU542は操舵トルクセンサ541の検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータ543は駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成する。モータ543は減速機構544を介してステアリングシステム520に生成した補助トルクを伝達する。 The
ECU542は、例えば、実施形態1によるコントローラ340および駆動回路350などを有する。自動車ではECUを核とした電子制御システムが構築される。電動パワーステアリング装置3000では、例えば、ECU542、モータ543およびインバータ545によって、モータ駆動ユニットが構築される。そのシステムに、実施形態1によるモータモジュール2000を好適に用いることができる。 The
本開示の実施形態は、シフトバイワイヤ、ステアリングバイワイヤ、ブレーキバイワイヤなどのエックスバイワイヤおよびトラクションモータなどのモータ制御システムにも好適に用いられる。例えば、本開示の実施形態による故障診断方法を実装したEPSは、日本政府および米国運輸省道路交通***(NHTSA)によって定められたレベル0から5(自動化の基準)に対応した自動運転車に搭載され得る。 The embodiments of the present disclosure are also suitably used for X-by-wire such as shift-by-wire, steering-by-wire, brake-by-wire, and motor control systems such as traction motors. For example, an EPS that implements the failure diagnosis method according to the embodiment of the present disclosure is an autonomous vehicle that complies with
本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫および電動パワーステアリング装置などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。 The embodiments of the present disclosure can be widely used in various devices including various motors, such as vacuum cleaners, dryers, sealing fans, washing machines, refrigerators and electric power steering devices.
Claims (17)
前記電力変換装置は、
各々が第1ハイサイドスイッチ素子、第1ローサイドスイッチ素子、第2ハイサイドスイッチ素子および第2ローサイドスイッチ素子を有する少なくとも1つのHブリッジ
を備え、
前記故障診断方法は、
前記少なくとも一相の中に故障した相があるか判定するステップと、
前記少なくとも1つのHブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定するステップと、
前記故障した相があるか判定するステップおよび前記故障したパートがあるか判定するステップの判定結果に基づいて、前記第1ハイサイドスイッチ素子、前記第1ローサイドスイッチ素子、前記第2ハイサイドスイッチ素子および前記第2ローサイドスイッチ素子の中に故障したスイッチ素子があるか判定するステップと、
を包含する、故障診断方法。It is a failure diagnosis method for diagnosing a failure of a power conversion device that converts power from a power source into power supplied to a motor having at least one phase of winding.
The power converter
Each comprises at least one H-bridge having a first high-side switch element, a first low-side switch element, a second high-side switch element and a second low-side switch element.
The failure diagnosis method is
The step of determining whether there is a failed phase in at least one phase,
The step of determining whether there is a failed part in the high side and the low side of at least one H bridge, and
The first high-side switch element, the first low-side switch element, and the second high-side switch element are based on the determination results of the step of determining whether or not there is a failed phase and the determination result of the step of determining whether or not there is a failed part. And the step of determining whether there is a failed switch element in the second low-side switch element, and
A failure diagnosis method including.
前記電力変換装置はn個の前記Hブリッジを有する、請求項1から6のいずれかに記載の故障診断方法。The motor has the windings in n-phase (n is an integer greater than or equal to 3).
The failure diagnosis method according to any one of claims 1 to 6, wherein the power conversion device has n H-bridges.
前記故障したパートがあるか判定するステップにおいて、前記n個のHブリッジの第1ハイサイド、第1ローサイド、第2ハイサイド、第2ローサイドの中に故障したパートがあるか判定する、請求項7に記載の故障診断方法。In the step of determining whether or not there is a failed phase, it is determined whether or not there is a failed phase among the n phases.
Claim that in the step of determining whether or not there is a failed part, it is determined whether or not there is a failed part in the first high side, the first low side, the second high side, and the second low side of the n H-bridges. 7. The failure diagnosis method according to 7.
前記故障したパートがあるか判定するステップにおいて故障があると判定した場合、前記故障した相があるか判定するステップにおいて、n−1相の中に故障した相があるか判定する、請求項7、9、10のいずれかに記載の故障診断方法。In the step of determining whether or not there is a failed part, it is determined whether or not there is a failed part in the first high side, the first low side, the second high side, and the second low side of the n H-bridges.
7. When it is determined that there is a failure in the step of determining whether or not there is a failed part, it is determined in the step of determining whether or not there is a failed phase whether or not there is a failed phase among the n-1 phases. , 9, 10 according to any one of the above.
前記故障した相があるか判定するステップにおいて故障があると判定した場合、前記故障したパートがあるか判定するステップにおいて、前記n個のHブリッジの第1ハイサイド、第1ローサイド、第2ハイサイド、第2ローサイドのうちの3個の中に故障したパートがあるか判定する、請求項7、9、10、11のいずれかに記載の故障診断方法。In the step of determining whether or not there is a failed phase, it is determined whether or not there is a failed phase among the n phases.
When it is determined that there is a failure in the step of determining whether or not there is a failed phase, the first high side, the first low side, and the second high of the n H bridges are determined in the step of determining whether or not there is a failed part. The failure diagnosis method according to any one of claims 7, 9, 10 and 11, wherein it is determined whether or not there is a failed part in three of the side and the second low side.
前記電力変換装置は、
各々が第1ハイサイドスイッチ素子、第1ローサイドスイッチ素子、第2ハイサイドスイッチ素子および第2ローサイドスイッチ素子を有する少なくとも1つのHブリッジと、
前記少なくとも1つのHブリッジの動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記少なくとも一相の中に故障した相があるか判定し、
前記少なくとも1つのHブリッジのハイサイドおよびローサイドの中に故障したパートがあるか判定し、
前記故障した相があるかの判定結果および前記故障したパートがあるかの判定結果に基づいて、前記第1ハイサイドスイッチ素子、前記第1ローサイドスイッチ素子、前記第2ハイサイドスイッチ素子および前記第2ローサイドスイッチ素子の故障の有無を判定する、電力変換装置。A power conversion device that converts power from a power source into power supplied to a motor having at least one phase of winding.
The power converter
At least one H-bridge, each having a first high-side switch element, a first low-side switch element, a second high-side switch element, and a second low-side switch element.
A control circuit that controls the operation of at least one H-bridge, and
With
The control circuit
It is determined whether there is a failed phase in at least one of the above phases.
Determine if there is a failed part in the high side and low side of at least one H-bridge.
Based on the determination result of whether or not there is a failed phase and the determination result of whether or not there is a failed part, the first high-side switch element, the first low-side switch element, the second high-side switch element, and the first. 2 A power conversion device that determines whether or not a low-side switch element has failed.
請求項15に記載の電力変換装置と、
を備えるモータモジュール。With the motor
The power conversion device according to claim 15,
Motor module with.
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