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技術 電動モータの制御診断システム及び制御診断方法

出願人 日立オートモティブシステムズ株式会社
発明者 直井茂
出願日 2016年7月14日 (3年0ヶ月経過) 出願番号 2016-139032
公開日 2018年1月18日 (1年6ヶ月経過) 公開番号 2018-011444
状態 特許登録済
技術分野 電動機の制御一般
主要キーワード 所定誤差 演算結果情報 診断周期 診断タイミング フェールモード フェール制御 クロック発振 推定回転速度
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

電動モータの異常をより正しく診断することができる電動モータの制御診断システム及び制御診断方法を提供する。

解決手段

電動モータ200の動作を制御する演算回路101の動作に用いられるクロック信号104aを供給する第1のクロック発振部104と、電動モータ200の回転軸の角度を検出する角度センサ201の検出結果に基づいて電動モータ200の回転速度ω2を算出する回転速度算出回路105の動作に用いられるクロック信号106aを供給する第2のクロック発振部106とを備え、演算回路101は、角度センサ201からの検出結果に基づいて電動モータ200の推定回転速度ω2を算出し、回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2と推定回転速度ω1との差分が予め定めた閾値ωthよりも大きい場合に、第1及び第2のクロック発振部104,106の少なくとも何れか一方の故障を診断する。

概要

背景

自動車等に用いられる電動モータとしては、例えば、ステアリングブレーキエンジン等のアシストを行うものや走行に用いられるものなどがある。このような電動モータの制御においては、故障などが生じた場合にアシスト動作走行動作に支障が出る可能性があるため、常に診断を行って診断結果に応じた適切なフェール制御を行うことが求められている。

このような電動モータの故障診断に関する技術として、例えば、特許文献1(特開2013−31356号公報)には、複数相モータへの電流および印加電圧を制御するモータ制御装置であって、電源からの電力を前記モータに供給するインバータと、電流指令に応じた電圧指令を生成して前記モータへの電流を制御する電流制御手段と、前記電圧指令に応じて前記インバータを駆動して前記モータへの印加電圧を制御するインバータ駆動回路と、前記電圧指令、前記電源の電源電圧、前記モータのモータ回転速度、および前記複数相の電流に基づいて故障発生状態を検知する故障検知手段と、を備え、前記故障検知手段は、前記電源電圧が所定電圧以上であって、かつ、前記モータ回転速度が所定速度以下であって、かつ、対象とする相の電圧指令がゼロ付近でなく、かつ、前記対象とする相電流所定電流以下であって、かつ、前記電流指令または前記電圧指令に対する制御誤差所定誤差以上である状態が所定時間以上検出された場合に、前記対象とする相に開放状態の故障が発生したと判定することを特徴とするモータ制御装置が開示されている(特許請求の範囲請求項1参照)。

概要

電動モータの異常をより正しく診断することができる電動モータの制御診断システム及び制御診断方法を提供する。電動モータ200の動作を制御する演算回路101の動作に用いられるクロック信号104aを供給する第1のクロック発振部104と、電動モータ200の回転軸の角度を検出する角度センサ201の検出結果に基づいて電動モータ200の回転速度ω2を算出する回転速度算出回路105の動作に用いられるクロック信号106aを供給する第2のクロック発振部106とを備え、演算回路101は、角度センサ201からの検出結果に基づいて電動モータ200の推定回転速度ω2を算出し、回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2と推定回転速度ω1との差分が予め定めた閾値ωthよりも大きい場合に、第1及び第2のクロック発振部104,106の少なくとも何れか一方の故障を診断する。

目的

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、電動モータの異常をより正しく診断することができる電動モータの制御診断システム及び制御診断方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電動モータの動作を制御するモータ制御部と、前記モータ制御部の動作に用いられるクロック信号を供給する第1のクロック信号発振源と、前記電動モータの回転軸の角度を検出する角度センサと、前記角度センサの検出結果に基づいて前記電動モータの回転速度を算出する回転速度算出回路と、前記回転速度算出回路の動作に用いられるクロック信号を供給する、前記第1のクロック信号発振源とは異なる第2のクロック信号発振源とを備え、前記モータ制御部は、前記角度センサからの検出結果に基づいて前記電動モータの推定回転速度を算出し、前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きい場合に、前記第1及び第2のクロック信号発振源の少なくとも何れか一方の故障診断することを特徴とする電動モータの制御診断システム

請求項2

請求項1記載の電動モータの制御診断システムにおいて、前記モータ制御部は、前記第1及び第2のクロック信号発振源とは異なる第3のクロック信号発振源からのクロック信号に基づいて前記第1のクロック信号発振源が正常であるか異常であるかを診断するクロック信号診断部を備え、前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きく、かつ、前記クロック信号診断部で正常であると診断された場合には、前記推定回転速度を用いて前記電動モータの動作を制御し、前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きく、かつ、前記クロック信号診断部で異常であると診断された場合には、前記回転速度算出回路で算出された回転速度を用いて前記電動モータの動作を制御することを特徴とする電動モータの制御診断システム。

請求項3

電動モータの回転軸の角度を検出する角度センサの検出結果に基づいて前記電動モータの回転速度を回転速度算出回路で算出する手順と、前記角度センサからの検出結果に基づいて前記電動モータの推定回転速度を、電動モータの動作を制御するモータ制御部で算出する手順と、前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きい場合に、前記モータ制御部の動作に用いられるクロック信号を供給する第1のクロック信号発振源と前記回転速度算出回路の動作に用いられるクロック信号を供給する、前記第1のクロック信号発振源とは異なる第2のクロック信号発振源の少なくとも何れか一方の故障を診断する手順とを有することを特徴とする電動モータの制御診断方法

技術分野

0001

本発明は、電動モータの制御診断ステム及び制御診断方法に関する。

背景技術

0002

自動車等に用いられる電動モータとしては、例えば、ステアリングブレーキエンジン等のアシストを行うものや走行に用いられるものなどがある。このような電動モータの制御においては、故障などが生じた場合にアシスト動作走行動作に支障が出る可能性があるため、常に診断を行って診断結果に応じた適切なフェール制御を行うことが求められている。

0003

このような電動モータの故障診断に関する技術として、例えば、特許文献1(特開2013−31356号公報)には、複数相モータへの電流および印加電圧を制御するモータ制御装置であって、電源からの電力を前記モータに供給するインバータと、電流指令に応じた電圧指令を生成して前記モータへの電流を制御する電流制御手段と、前記電圧指令に応じて前記インバータを駆動して前記モータへの印加電圧を制御するインバータ駆動回路と、前記電圧指令、前記電源の電源電圧、前記モータのモータ回転速度、および前記複数相の電流に基づいて故障発生状態を検知する故障検知手段と、を備え、前記故障検知手段は、前記電源電圧が所定電圧以上であって、かつ、前記モータ回転速度が所定速度以下であって、かつ、対象とする相の電圧指令がゼロ付近でなく、かつ、前記対象とする相電流所定電流以下であって、かつ、前記電流指令または前記電圧指令に対する制御誤差所定誤差以上である状態が所定時間以上検出された場合に、前記対象とする相に開放状態の故障が発生したと判定することを特徴とするモータ制御装置が開示されている(特許請求の範囲請求項1参照)。

先行技術

0004

特開2013−31356号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、上記従来技術のような電動モータの動作は制御用ECU(Electronic Control Unit)等によって制御されるが、例えば、制御用ECUに供給されるクロック信号の不良によってモータ回転速度が正しく演算されない場合には、電動モータの正常・異常の診断を正しく行うことができず、電動モータの状態に応じた適切な制御を行うことができないことが考えられる。

0006

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、電動モータの異常をより正しく診断することができる電動モータの制御診断システム及び制御診断方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明は、電動モータの動作を制御するモータ制御部と、前記モータ制御部の動作に用いられるクロック信号を供給する第1のクロック信号発振源と、前記電動モータの回転軸の角度を検出する角度センサと、前記角度センサの検出結果に基づいて前記電動モータの回転速度を算出する回転速度算出回路と、前記回転速度算出回路の動作に用いられるクロック信号を供給する、前記第1のクロック信号発振源とは異なる第2のクロック信号発振源とを備え、前記モータ制御部は、前記角度センサからの検出結果に基づいて前記電動モータの推定回転速度を算出し、前記回転速度算出回路で算出された回転速度と前記推定回転速度との差分が予め定めた閾値よりも大きい場合に、前記第1及び第2のクロック信号発振源の少なくとも何れか一方の故障を診断するものとする。

発明の効果

0008

電動モータの制御異常をより正しく診断することができ、電動モータの制御異常状態に応じた適切なフェール制御を行うことができる。

図面の簡単な説明

0009

第1の実施の形態に係る電動モータの制御診断システムが適用されるモータ制御ECUを周辺構成とともに示す図である。
第1の実施の形態に係る故障診断処理を示すフローチャートである。
第2の実施の形態に係る電動モータの制御診断システムが適用されるモータ制御ECUを周辺構成とともに示す図である。
第2の実施の形態に係る故障診断処理を示すフローチャートである。

実施例

0010

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

0011

<第1の実施の形態>
本発明の第1の形態を図1及び図2を参照しつつ説明する。

0012

図1は、本実施の形態に係る電動モータの制御診断システムが適用されるモータ制御ECUを周辺構成とともに示す図である。

0013

図1において、モータ制御ECU(Electronic Control Unit)100に制御される電動モータ200は、例えば、自動車等のステアリングやブレーキ、エンジン等のアシストを行う電動モータや走行用の電動モータなどである。電動モータ200には、回転軸の回転角度を検出する角度センサ201が配置されている。角度センサ201としては、例えば、レゾルバGMR(Giant Magneto Resistive effect)センサTMR(Tunnel Magneto Resistive effect)センサなどがある。

0014

モータ制御ECU100は、角度センサ201の検出結果信号201bに基づいて電動モータ200の回転速度ω2を算出し、演算回路101に演算結果情報105aとして送信する回転速度算出回路105と、回転速度算出回路105の動作に用いられるクロック信号106aを供給する第2のクロック発振部106と、角度センサ201の検出結果信号201aを用いて算出した推定回転速度ω1に基づいて電動モータ200の動作を制御する(モータ制御処理を実施する)モータ制御部としての演算回路101と、演算回路101及び演算回路101に内蔵されたタイマ102の動作に用いられるクロック信号104aを供給する第1のクロック発振部104と、演算回路101からの制御信号101a(例えば、PWM出力)に基づいて電動モータ200に駆動信号103a(駆動電力)を供給する駆動回路103とから概略構成されている。なお、演算回路101にクロック信号104aを供給するクロック発振部104は演算回路101に内蔵された構造でも良く、同様に、回転速度算出回路105にクロック信号106aを供給するクロック発振部106は回転速度算出回路105に内蔵された構造でも良い。

0015

回転速度算出回路105では、第2のクロック発振部106からのクロック信号106aを用い、2つの異なる時刻に検出した角度の差と検出時刻の差とを用いて回転速度ω2を算出する。また、演算回路101における推定回転速度ω1の算出も同様であり、第1のクロック発振部104からのクロック信号104aを用い、2つの異なる時刻に検出した角度の差と検出時刻の差とを用いて推定回転速度ω1を算出する。

0016

演算回路101は、推定回転速度ω1に基づいて制御信号101aを生成するとともに、回転速度算出回路105からの演算結果情報105aに基づいて故障診断処理を行う。

0017

図2は、本実施の形態に係る故障診断処理を示すフローチャートである。

0018

図2において、演算回路101は、まず、演算回路101に設けられたタイマ102のカウント結果に基づいて予め定めた診断周期に達したかどうか、すなわち、診断タイミングであるかどうか判定し(ステップS100)、判定結果がNOの場合には、診断タイミングとなるまでステップS100の処理を繰り返す。また、ステップS100での判定結果がYESの場合には、演算回路101にて角度センサ201からの検出結果信号201aに基づいて電動モータ200の推定回転速度ω1を算出し(ステップS110)、回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2を取得する(ステップS120)。なお、演算回路101は、角度センサ201から検出結果信号201aを直接入力せず、回転速度算出回路105を介して回転角度の検出結果を取得する構成としても良い。

0019

続いて、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも小さいかどうかを判定し(ステップS130)、判定結果がYESの場合、すなわち、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも小さい場合には、少なくとも第1及び第2のクロック発振部104,106が正常であると診断し、演算回路101で算出した推定回転速度ω1を用いてモータ制御処理を実施し(ステップS140)、処理を終了する。なお、ステップS130の判定は推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値でなく、+側の差分と−側の差分それぞれに閾値を持たせても良いし、回転速度に応じて閾値を変動させてもよい。また、ステップS130での判定結果がNOの場合、すなわち、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも大きい場合には、第1及び第2のクロック発振部104,106の少なくとも何れか一方が故障していると診断してフェールモード移行し(ステップS150)、処理を終了する。なお、本実施の形態におけるフェールモードは、電動モータの動作や制御が正常でない場合に移行するモードであり、例えば、電動モータ200を所定の手順に従って停止させる処理などを行うモードである。

0020

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。

0021

電動モータの動作は制御用ECU(Electronic Control Unit)等によって制御されるが、例えば、制御用ECUに供給されるクロック信号の不良によってモータ回転速度が正しく演算されない場合には、電動モータの正常・異常の診断を正しく行うことができず、電動モータの状態に応じた適切な制御を行うことができないことが考えられる。

0022

これに対して本実施の形態においては、電動モータ200の動作を制御する演算回路101と、演算回路101の動作に用いられるクロック信号104aを供給する第1のクロック発振部104と、電動モータ200の回転軸の角度を検出する角度センサ201と、角度センサ201の検出結果に基づいて電動モータ200の回転速度ω2を算出する回転速度算出回路105と、回転速度算出回路105の動作に用いられるクロック信号106aを供給する、第1のクロック発振部104とは異なる第2のクロック発振部106とを備え、演算回路101は、角度センサ201からの検出結果に基づいて電動モータ200の推定回転速度ω2を算出し、回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2と推定回転速度ω1との差分が予め定めた閾値ωthよりも大きい場合に、第1及び第2のクロック発振部104,106の少なくとも何れか一方の故障を診断するように構成したので、電動モータの異常をより正しく診断することができ、電動モータの状態に応じた適切な制御を行うことができる。

0023

<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態を図3及び図4を参照しつつ説明する。

0024

本実施の形態は、演算回路で用いられるクロック信号の診断を行う機能をさらに備えたものである。

0025

図3は、本実施の形態に係る電動モータの制御診断システムが適用されるモータ制御ECUを周辺構成とともに示す図である。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

0026

図3において、モータ制御ECU100は、角度センサ201の検出結果信号201bに基づいて電動モータ200の回転速度ω2を算出し、演算回路101に演算結果情報105aとして送信する回転速度算出回路105と、回転速度算出回路105の動作に用いられるクロック信号106aを供給する第2のクロック発振部106と、角度センサ201の検出結果信号201aを用いて算出した推定回転速度ω1に基づいて電動モータ200の動作を制御する(モータ制御処理を実施する)モータ制御部としての演算回路101Aと、演算回路101A及び演算回路101Aに内蔵されたタイマ102の動作に用いられるクロック信号104aを供給する第1のクロック発振部104と、演算回路101Aからの制御信号101a(例えば、PWM出力)に基づいて電動モータ200に駆動信号103a(駆動電力)を供給する駆動回路103とから概略構成されている。

0027

演算回路101Aは、クロック発振部104から演算回路101Aに供給されるクロック信号104aが正常かどうかを診断するクロック異常診断を行うクロック診断部107を備えている。クロック診断部107は、内部に第1及び第2のクロック発振部104,106とは異なる他のクロック発振部(図示せず)を内蔵しており、そのクロック発振部のクロック信号に基づいて、クロック発振部104からのクロック信号104aの異常(クロック発振部104の異常やクロック信号104aを伝送する信号線の異常を含む)、及び演算回路101A内におけるクロック信号104aの処理に関わる機能部(図示せず)の異常を診断するクロック異常診断を行う。なお、クロック診断部107でのクロック異常診断に用いるクロック信号は、演算回路101やモータ制御ECU100の外部から入力されるクロック信号を用いるように構成しても良い。

0028

演算回路101Aは、推定回転速度ω1に基づいて制御信号101aを生成するとともに、回転速度算出回路105からの演算結果情報105aに基づいて故障診断処理を行う。

0029

図4は、本実施の形態に係る故障診断処理を示すフローチャートである。

0030

図4において、演算回路101Aは、まず、演算回路101Aに設けられたタイマ102のカウント結果に基づいて予め定めた診断周期に達したかどうか、すなわち、診断タイミングであるかどうか判定し(ステップS100)、判定結果がNOの場合には、診断タイミングとなるまでステップS100の処理を繰り返す。また、ステップS100での判定結果がYESの場合には、演算回路101にて角度センサ201からの検出結果信号201aに基づいて電動モータ200の推定回転速度ω1を算出し(ステップS110)、回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2を取得する(ステップS120)。

0031

続いて、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも小さいかどうかを判定し(ステップS130)、判定結果がYESの場合、すなわち、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも小さい場合には、少なくとも第1及び第2のクロック発振部104,106が正常であると診断し、演算回路101で算出した推定回転速度ω1を用いてモータ制御処理を実施し(ステップS140)、処理を終了する。

0032

また、ステップS130での判定結果がNOの場合、すなわち、推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値が予め定めた閾値ωthよりも大きい場合には、演算回路101Aのクロック診断部107におけるクロック異常診断を行ってクロック異常であるかどうか(すなわち、クロック発振部104からのクロック信号104aの異常(クロック発振部104の異常やクロック信号104aを伝送する信号線の異常を含む)や演算回路101A内におけるクロック信号104aの処理に関わる機能部(図示せず)の異常であるかどうか)を判定し、(ステップS131)、判定結果がNOの場合には、少なくとも第1及び第2のクロック発振部104,106が正常であると診断し、演算回路101で算出した推定回転速度ω1を用いてモータ制御処理を実施し(ステップS140)、処理を終了する。なお、ステップS130の判定は推定回転速度ω1と回転速度ω2との差分の絶対値でなく、+側の差分と−側の差分それぞれに閾値を持たせても良いし、回転速度に応じて閾値を変動させてもよい。また、ステップS131での判定結果がNOのYESの場合には、異常が無いと推定される回転速度算出回路105で算出された回転速度ω2を用いてモータ制御処理を実施し(ステップS151)、処理を終了する。

0033

その他の構成は第1の実施の形態と同様である。

0034

以上のように構成した本実施の形態の形態においても第1の実施の形態と同様効果を得ることができる。

0035

また、クロック発振部140,160の何れか一方で異常が生じたと判定した場合においても、他方のクロック発振部からのクロック信号を用いることで電動モータの制御を継続することができる。

0036

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラム解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

0037

100モータ制御ECU(Electronic Control Unit)
101,101A演算回路(モータ制御部)
101a制御信号
102タイマ
103駆動回路
103a駆動信号
104 第1のクロック発振部(クロック信号発振源)
104a,106a クロック信号
105 回転速度算出回路
105a演算結果情報
106 第2のクロック発振部(クロック信号発振源)
107クロック診断部
140,160 クロック発振部
200電動モータ
201角度センサ
201a,201b 検出結果信号

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