JP2018129995A - 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常発生時の誤出力を低減することができる回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
駆動回路は、巻線組ごとに設けられる。
巻線組および巻線組ごとに対応して設けられる構成の組み合わせを系統とすると、制御部は、系統ごとに設けられる。制御部は、駆動制御部(140、240)、および、異常監視部(135、235)を有する。駆動制御部は、対応して設けられる巻線組の通電を制御する。異常監視部は、監視対象の異常を監視する。
本発明では、異常が検出されると、異常検出時バックアップ制御に移行する。これにより、異常確定後にバックアップ制御に移行する場合と比較し、バックアップ制御に移行するまでの期間が短縮されるので、回転電機の誤出力を低減することができる。
(一実施形態)
本発明の一実施形態を図1〜図9に示す。図1および図2に示すように、本実施形態の回転電機制御装置としてのモータ制御装置10は、回転電機としてのモータ80とともに、例えば車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置8に適用される。図中、モータ制御装置10を「ECU」と記載する。また、電動パワーステアリング装置を、適宜「EPS」とする。
ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
以下、第1系統L1に係る構成を100番台で符番し、第2系統L2に係る構成を200番台で符番する。また、第1系統L1および第2系統L2において、同様の構成には、下2桁が同じとなるように符番する。
モータ制御装置10には、電源コネクタ111、211、車両通信コネクタ112、212、および、トルクコネクタ113、213が設けられる。
第1電源コネクタ111は、図示しない第1バッテリに接続され、第2コネクタ211は、図示しない第2バッテリに接続される。コネクタ111、211は、同一のバッテリに接続されていてもよい。
第1電源コネクタ111は、第1電源回路116を経由して、第1インバータ回路120と接続される。第2電源コネクタ211は、第2電源回路216を経由して、第2インバータ回路220と接続される。電源回路116、216は、例えば電源リレーである。
第1車両通信コネクタ112は、第1車両通信回路117を経由して、第1制御部130と接続される。
第2車両通信コネクタ212は、第2車両通信回路217を経由して、第2制御部230と接続される。
これにより、制御部130、230と、車両通信網とは、相互に情報を授受可能である。
第1トルクセンサ入力回路118は、第1制御部130および第2制御部230と配線31を用いて接続される。また、第2トルクセンサ入力回路218は、第1制御部130および第2制御部230と配線32を用いて接続される。
これにより、トルクセンサ94の第1センサ部194の検出値および第2センサ部294の検出値は、ハード的に相互に制御部130、230に入力される。
第2インバータ回路220は、例えば図示しないスイッチング素子を有する3相インバータであって、第2モータ巻線280へ供給される電力を変換する。第2インバータ回路220のスイッチング素子は、第2制御部230から出力される制御信号に基づいてオンオフ作動が制御される。
第2電流センサ225は、第2モータ巻線280の各相に通電される第2U相電流Iu2、第2V相電流Iv2、および、第2W相電流Iw2を検出し、検出値を第2制御部230に出力する。
以下、U相電流、V相電流およびW相電流を、適宜まとめて「相電流」または「3相電流」とする。また、d軸電流およびq軸電流を、適宜まとめて「dq軸電流」とする。電圧についても同様とする。
第2温度センサ227は、第2系統L2の温度を検出する。本実施形態では、第2インバータ回路220の近傍に設けられ、第2インバータ回路220の温度を検出する。第2温度センサ227は、スイッチング素子ごとに設けてもよいし、第2インバータ回路220の全体に対して1つまたは複数設けてもよい。
また、温度センサ127、227は、例えばモータ巻線180、280等、インバータ回路120、220以外の温度を検出するようにしてもよい。
第2制御部230は、情報取得部231、異常監視部235、駆動制御部240、および、通信部270を有する。
制御部130、230は、マイコンを主体として構成される。制御部130、230における各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
情報取得部231は、車両通信回路217を経由して、車両通信網から情報を取得する。情報取得部231は、トルクセンサ入力回路118、218からトルクセンサ94の検出値を取得する。また、情報取得部231は、電流センサ225、回転角センサ226、および、温度センサ227から検出値を取得する。
各センサから取得される検出値は、アナログデータであってもよいし、デジタルデータであってもよい。
異常監視部235は、バッテリから、電源コネクタ211、電源回路216、および、インバータ回路220を経由してモータ巻線280へ至る通電経路、および、モータ80の駆動制御に用いられる各種情報である制御情報の異常を監視する。
駆動制御部240は、制御情報を用いて、インバータ回路220のスイッチング素子のオンオフ作動を制御する制御信号を生成して出力する。制御信号に基づいてインバータ回路220のスイッチング素子のオンオフ作動を制御することで、モータ巻線280への通電が制御される。
アシストトルク指令演算部142は、トルクセンサ入力回路118を経由してトルクセンサ94から取得されるトルク信号、および、車両通信回路117を経由して車両通信網から取得される車速等に基づき、トルク指令値としてのアシストトルク指令値Trq*を演算する。アシストトルク指令値Trq*は、q軸電流指令演算部143に出力される。
d軸電流指令演算部144は、d軸電流指令値Id*を演算する。
PWM演算部163は、3相電圧指令値Vu1*、Vv1*、Vw1*に基づき、PWM信号PWM_u1*、PWM_v1*、PWM_w1*を演算する。PWM信号PWM_u1*、PWM_v1*、PWM_w1*は、第1インバータ回路120に出力される。
受信部172は、電流制御に係る値として、dq軸電流検出値Id2、Iq2を、第2制御部230から受信する。
dq軸電流演算部241は、電流センサ225から取得される相電流Iu2、Iv2、Iw2を、電気角EleAng2を用いてdq軸変換し、dq軸電流検出値Id2、Iq2を演算する。
第2PWM演算部263は、3相電圧指令値Vu2*、Vv2*、Vw2*に基づき、PWM信号PWM_u2*、PWM_v2*、PWM_w2*を演算する。PWM信号PWM_u2*、PWM_v2*、PWM_w2*は、第2インバータ回路220に出力される。
受信部272は、電流制御に係る値として、dq軸電流指令値Id*、Iq*、および、dq軸電流検出値Id1、Iq1を、第1制御部130から受信する。
加算器151は、q軸電流検出値Iq1、Iq2を加算し、q軸電流和Iq_a1を演算する。
減算器152は、q軸電流検出値Iq1からq軸電流検出値Iq2を減算し、q軸電流差Iq_d1を演算する。
減算器154は、電流差指令値からq軸電流差Iq_d1を減算し、電流差偏差ΔIq_d1を演算する。本実施形態では、電流差指令値を0とし、系統間の電流差をなくすように制御する。電流差指令値を0以外の値とし、所望の電流差が系統間で生じるように制御してもよい。減算器254に入力される電流差指令値についても同様である。
制御器156は、電流差偏差ΔIq_d1が0となるように、例えばPI演算等により、q軸電圧差分指令値Vq_d1*を演算する。
加算器157は、基本q軸電圧指令値Vq_b1*とq軸電圧差分指令値Vq_d1*とを加算し、q軸電圧指令値Vq1*を演算する。
加算器251は、q軸電流検出値Iq1、Iq2を加算し、q軸電流和Iq_a2を演算する。
減算器252は、q軸電流検出値Iq1からq軸電流検出値Iq2を減算し、q軸電流差Iq_d2を演算する。
本実施形態では、加算器151、251では、同一の値を用いるので、q軸電流和Iq_a1、Iq_a2は同一の値となる。q軸電流差Iq_d1、Iq_d2も同様である。
減算器254は、電流差指令値からq軸電流差Iq_d2を減算し、電流差偏差ΔIq_d2を演算する。減算器254に入力される電流差指令値は、第1制御部130から送信される値であってもよいし、第2制御部230にて内部的に設定される値であってもよい。
制御器256は、電流差偏差ΔIq_d2が0となるように、例えばPI演算等により、q軸電圧差分指令値Vq_d2*を演算する。
減算器257は、基本q軸電圧指令値Vq_b2*からq軸電圧差分指令値Vq_d2*を減算し、第2q軸電圧指令値Vq2*を演算する。
本実施形態では、バッテリからモータ巻線180、280に至る通電経路だけでなく、制御部130、230および各種センサ類についても二重化されている。そのため、一方の系統に異常が生じたとしても、モータ80の駆動制御を継続可能である。
そこで本実施形態では、異常が検出された場合、第1のバックアップ制御である異常検出時バックアップ制御に即座に移行し、異常が確定された場合、第2のバックアップ制御である異常確定時バックアップ制御に移行する。なお、異常検出時バックアップ制御と異常確定時バックアップ制御とは、異なっていてもよいし、同じであってもよい。バックアップ制御の詳細は、後述する。
S103では、第1制御部130は、異常検出時制御移行フラグがセットされているか否かを判断する。異常検出時制御移行フラグがセットされていると判断された場合(S103:YES)、異常検出時バックアップ制御を継続し、S106へ移行する。異常検出時制御移行フラグがセットされていないと判断された場合(S103:NO)、S104へ移行する。
S105では、第1制御部130は、異常検出時制御移行フラグをセットする。
S106では、第1制御部130は、異常検出カウンタおよび計時カウンタをインクリメントする。異常検出カウンタは、異常検出回数をカウントするためのカウンタであり、計時カウンタは、異常が検出されてからの時間を計時するためのカウンタである。
S108では、第1制御部130は、異常確定フラグをセットする。
S109では、第1制御部130は、第2制御部230に異常確定時バックアップ制御に移行する旨の情報を送信し、異常確定時バックアップ制御に移行する。第1制御部130および第2制御部230は、移行するバックアップ制御処理に応じた必要な情報の送受信を行う。
S112では、第1制御部130は、計時カウンタのカウント値が経過判定閾値THtより大きいか否かを判断する。計時カウンタのカウント値が経過判定閾値THt以下であると判断された場合(S112:NO)、S113およびS114の処理を行わず、異常検出時バックアップ制御を継続する。計時カウンタのカウント値が経過判定閾値THtより大きいと判断された場合(S112:YES)、S113へ移行する。
S113では、第1制御部130は、異常検出フラグ、異常検出カウンタおよび計時カウンタをリセットする。
(1)トルクセンサ94または回転角センサ126、226にて異常が生じた場合、異常検出時バックアップ制御は、(A)片系統駆動制御、(B)マイコン間通信代替制御、または、(C)クロス入力代替制御とする。
異常検出時バックアップ制御が(A)片系統駆動制御の場合、異常確定時バックアップ制御も、(A)片系統駆動制御とする。
異常検出時バックアップ制御が(B)マイコン間通信代替制御の場合、異常確定時バックアップ制御は、(A)片系統駆動制御、または、(B)マイコン間通信代替制御とする。
異常検出時バックアップ制御が(C)クロス入力代替制御の場合、異常確定時バックアップ制御は、(A)片系統駆動制御、または、(C)クロス入力代替制御とする。
異常検出時バックアップ制御が(A)片系統駆動制御の場合、異常確定時バックアップ制御も、(A)片系統駆動制御とする。
異常検出時バックアップ制御が(C)クロス入力代替制御の場合、異常確定時バックアップ制御は、(A)片系統駆動制御、または、(C)クロス入力代替制御とする。
異常検出時バックアップ制御が(A)片系統駆動制御の場合、異常確定時バックアップ制御も、(A)片系統駆動制御とする。
異常検出時バックアップ制御が(B)マイコン間通信代替制御の場合、異常確定時バックアップ制御は、(A)片系統駆動制御、(B)マイコン間通信代替制御、または、(D)電流制限制御とする。
異常検出時バックアップ制御が(C)クロス入力代替制御の場合、異常確定時バックアップ制御は、(A)片系統駆動制御、(C)クロス入力代替制御、または、(D)電流制限制御とする。
異常検出時バックアップ制御が(D)電流制限制御の場合、異常確定時バックアップ制御ば、(A)片系統駆動制御、または、(D)電流制限制御とする。
本実施形態の片系統駆動制御が、「正常系統駆動制御」に対応し、マイコン間通信代替制御、および、クロス入力代替制御が、「信号代替制御」に対応する。
片系統駆動制御の詳細を、図7および図8に基づいて説明する。図7では、第2系統L2に異常が生じ、第1系統L1にて片系統駆動を行う場合を示している。
第1系統L1にて片系統駆動を行う場合、第1制御部130は、電流指令値Id*、Iq*の第2制御部230への送信を停止する。また、第2制御部230からの電流検出値Id2、Iq2の受信を停止するとともに、電流検出値Id2、Iq2を0とする。
電流フィードバック演算部150では、出力変換部158にて、和のPI演算の出力を2倍にする。また、制御器156における差のPI演算を停止する。
電流フィードバック演算部250では、和のPI演算の出力を2倍にするとともに、制御器256における差のPI演算を停止する。
本実施形態では、第1系統L1を第1制御部130にて制御しており、第2系統L2を第2制御部230にて制御している。そのため、第2系統L2に異常が生じた場合、単に第2系統L2を停止すると、図8(c)に示すように、全体としての出力が(1/2)×α[%]となる。
図6に示すように、本実施形態では、異常検出時バックアップ制御として片系統駆動を選択した場合、異常確定時バックアップ制御も片系統駆動とし、その他の制御に切り替えることはない。
例えば、トルクセンサ94の第1センサ部194が異常である場合、第1制御部130は、第2制御部230から、第2センサ部294の検出値をマイコン間通信にて取得し、第2センサ部294の値を用いてモータ80の駆動制御を継続する。また例えば、トルクセンサ94の第2センサ部294が異常である場合、第2制御部230は、第1制御部130から、第1センサ部194の検出値をマイコン間通信にて取得し、第1センサ部194の値を用いてモータ80の駆動制御を継続する。
図2にて説明したように、トルクセンサ入力回路118、218は、配線31、32を用いて、制御部130、230と接続されている。すなわち、トルクセンサ94の検出値は、制御部130、230にクロス入力されている、といえる。正常時において、第1制御部130はトルクセンサ入力回路118から取得される値を用いて制御を行っており、第2制御部230はトルクセンサ入力回路218から取得される値を用いて制御を行っているものとする。
また、トルクセンサ入力回路218から取得される値が異常である場合、第2制御部230は、トルクセンサ入力回路218から取得される値に替えて、配線31を経由してトルクセンサ入力回路118から取得される値を用いて制御を継続する。
また、バックアップ制御として(C)クロス入力代替を行わない場合、配線31、32等、各センサ値をクロス入力するための配線は省略可能である。
すなわち、本実施形態では、異常発生箇所に応じ、異なる異常検出時バックアップ制御を選択可能である。同様に、異常発生箇所に応じ、異なる異常確定時バックアップ制御を選択可能である。
図10は、異常検出カウンタのカウント値が所定値nとなったときに異常を確定し、異常が確定された後にバックアップ制御に移行する場合の例を示す参考例である。例えばセンサ等に異常が発生した時刻x0から、異常が確定される時刻xnまで、異常である検出値に基づいて制御されるため、比較的長い期間に亘ってEPS出力が異常となる虞がある。
インバータ回路120、220は、モータ巻線180、280ごとに設けられる。
ここで、モータ巻線180、280、および、モータ巻線180、280ごとに設けられる構成の組み合わせを系統とすると、制御部130、230は、系統ごとに設けられる。
なお、制御部130、230の監視対象には、上述の構成そのものに限らず、各構成と接続される配線の異常や信号異常等も含まれるものとする。
本実施形態では、異常が検出されると、即座に異常検出時バックアップ制御に移行する。これにより、異常確定後にバックアップ制御に移行する場合と比較し、バックアップ制御に移行するまでの期間が短縮されるので、モータ80の誤出力を低減することができる。
また、異常確定時バックアップ制御は、異常が検出された系統である異常系統を用いず、異常が検出されていない系統である正常系統を用いてモータ80の駆動を継続する正常系統駆動とすることができる。
これにより、異常系統を用いることによる誤出力を防ぐことができる。
異常検出時バックアップ制御は、異常が検出された系統において、異常箇所に対応する自系統の情報に替えて、異常が検出されてない系統の制御部から通信にて取得された情報を用いてモータ巻線180、280への通電を制御する信号代替制御とすることができる。
また、異常確定時バックアップ制御は、異常が検出された系統において、異常箇所に対応する自系統の情報に替えて、異常が検出されてない系統の制御部から通信にて取得された情報を用いてモータ巻線180、280への通電を制御する信号代替制御とすることができる。
これにより、誤った情報を用いて制御が行われることを防ぐことができる。
異常検出時バックアップ制御は、異常が検出された系統において、異常箇所に対応する自系統の情報に替えて、異常が検出されていない系統から配線31、32を経由して取得された情報を用いてモータ巻線180、280への通電を制御する信号代替制御とすることができる。
また、異常確定時バックアップ制御は、異常が検出された系統において、異常箇所に対応する自系統の情報に替えて、異常が検出されていない系統から配線31、32を経由して取得された情報を用いてモータ巻線180、280への通電を制御する信号代替制御である。
これにより、誤った情報を用いて制御が行われることを防ぐことができる。
また、異常確定時バックアップ制御は、モータ巻線180、280に通電される電流を制限する電流制限制御とすることができる。
これにより、異常発生による過電流や過熱を抑制することができる。
また、本実施形態の監視対象には、回転角センサ126、226が含まれる。これにより、回転角センサ126、226に異常が発生した場合に、適切なバックアップ制御に移行させることができる。
モータ80は、運転者によるステアリングホイール91の操舵を補助するアシストトルクを出力する。
減速ギア89は、モータ80の駆動力をステアリングシャフト92に伝達する。
本実施形態では、モータ巻線180、280およびインバータ回路120、220だけでなく、制御部130、230およびセンサ類を含む制御部品についても2系統化されている。これにより、一方の制御部品に異常が生じた場合であっても、モータ80の駆動を継続し、操舵のアシストを継続することができる。また、異常検出後、即座に異常検出時バックアップ制御に移行することで、出力が異常となる期間を可及的短くできるので、異常検出時の操舵フィーリングを向上することができる。
上記実施形態では、巻線組、駆動回路および制御部が2つずつ設けられており、2系統である。他の実施形態では、巻線組、駆動回路および制御部を3つ以上設けて、3系統以上としてもよい。また、1つの系統に制御部を複数設ける、または、1つの制御部に対して複数の駆動回路および巻線組を設ける、といった具合に、各系統の部品を複数設けてもよい。
上記実施形態では、異常検出時バックアップ制御が(A)片系統駆動の場合、異常確定時バックアップ制御も(A)片系統駆動とする。他の実施形態では、異常検出値バックアップ制御が(A)片系統駆動のときに、異常確定時バックアップ制御として上記(B)〜(D)のいずれかを選択する、といった具合に、異常検出時バックアップ制御および異常確定時バックアップ制御にて、それぞれ(A)〜(D)のいずれを選択してもよい。また、異常検出時バックアップ制御および異常確定時バックアップ制御として、上記(A)〜(D)以外の制御としてもよい。また、上記実施形態でも説明した通り、異常検出時バックアップ制御と、異常確定時バックアップ制御とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、上記実施形態では、駆動制御部は、和と差の制御により巻線組に通電される電流を制御する。他の実施形態では、和と差の制御以外の制御方法にて通電制御を行ってもよい。
上記実施形態では、回転電機制御装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、回転電機制御装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10・・・モータ制御装置(回転電機制御装置)
80・・・モータ(回転電機)
120、220・・・インバータ回路(駆動回路)
130、230・・・制御部
135、235・・・異常監視部
140、240・・・駆動制御部
180、280・・・モータ巻線(巻線組)
Claims (14)
- 複数の巻線組(180、280)を備える回転電機(80)の駆動を制御する回転電機制御装置であって、
前記巻線組ごとに設けられる複数の駆動回路(120、220)と、
前記巻線組および前記巻線組ごとに対応して設けられる構成の組み合わせを系統とすると、対応して設けられる前記巻線組の通電を制御する駆動制御部(140、240)、および、監視対象の異常を監視する異常監視部(135、235)を有し、前記系統ごとに設けられる複数の制御部(130、230)と、
を備え、
前記駆動制御部は、
前記監視対象の異常が検出されてから異常が確定されるまでの間、異常検出時バックアップ制御を行い、
異常が確定された場合、異常確定時バックアップ制御を行う回転電機制御装置。 - 前記異常検出時バックアップ制御は、異常が検出された前記系統である異常系統を用いず、異常が検出されていない前記系統である正常系統を用いて前記回転電機の駆動を制御する正常系統駆動制御である請求項1に記載の回転電機制御装置。
- 前記制御部は、通信にて相互に情報を送受信可能であり、
前記異常検出時バックアップ制御は、異常が検出された前記系統において、異常箇所に対応する自系統の情報に替えて、異常が検出されていない前記系統の前記制御部から通信にて取得された情報を用いて前記巻線組への通電を制御する信号代替制御である請求項1に記載の回転電機制御装置。 - 前記制御部は、前記回転電機の駆動制御に用いられる情報を、配線(31、32)を用いて他系統から取得可能であって、
前記異常検出時バックアップ制御は、異常が検出された前記系統において、異常箇所に対応する自系統の情報に替えて、異常が検出されていない前記系統から前記配線を経由して取得された情報を用いて前記巻線組への通電を制御する信号代替制御である請求項1に記載の回転電機制御装置。 - 前記異常検出時バックアップ制御は、前記巻線組に通電される電流を制限する電流制限制御である請求項1に記載の回転電機制御装置。
- 前記異常監視部は、所定の異常継続条件を満たした場合、異常を確定する請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記異常確定時バックアップ制御は、異常が検出された前記系統である異常系統を用いず、異常が検出されていない前記系統である正常系統を用いて前記回転電機の駆動を制御する正常系統駆動制御である請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記制御部は、通信にて相互に情報を送受信可能であり、
前記異常確定時バックアップ制御は、異常が検出された前記系統において、異常箇所に対応する自系統の情報に替えて、異常が検出されていない前記系統の前記制御部から通信にて取得された情報を用いて前記巻線組への通電を制御する信号代替制御である請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。 - 前記制御部は、前記回転電機の駆動制御に用いられる情報を、配線(31、32)を用いて他系統から取得可能であって、
前記異常確定時バックアップ制御は、異常が検出された前記系統において、異常箇所に対応する自系統の情報に替えて、異常が検出されていない前記系統から前記配線を経由して取得された情報を用いて前記巻線組への通電を制御する信号代替制御である請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。 - 前記異常確定時バックアップ制御は、前記巻線組に通電される電流を制限する電流制限制御である請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記駆動制御部は、異常検出後、所定期間内に異常が確定されなかった場合、前記異常検出時バックアップ制御から正常制御に復帰する請求項1〜10のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記監視対象には、トルクセンサ(94)が含まれる請求項1〜11のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記監視対象には、回転角センサ(126、226)が含まれる請求項1〜12のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 請求項1〜13のいずれか一項に記載の回転電機制御装置(10)と、
運転者による操舵部材(91)の操舵を補助するアシストトルクを出力する前記回転電機と、
前記回転電機の駆動力を駆動対象(92)に伝達する動力伝達部(89)と、
を備える電動パワーステアリング装置。
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