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技術 異常検出装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 小澤崇晴
出願日 2019年4月8日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-073466
公開日 2020年10月22日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-174419
状態 未査定
技術分野 電動機の制御一般 交流電動機の制御一般
主要キーワード 車両スイッチ LO端子 プリチャージ端子 電源機 太破線 基板実装面 実装構成 判定ロジック
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

電圧モニタ用の抵抗等による基板実装面積の増加を抑制可能な異常検出装置を提供する。

解決手段

異常検出装置(ECU)101の駆動回路31は、ICパッケージに内蔵されており、スイッチ素子61に対応して設けられ、スイッチ素子61にゲート信号出力可能である。モータリレー71は、アーム間接続点Nuと各相巻線との間のモータ電流経路に設けられる。プルアップ抵抗Ruuは、電源ラインLpとアーム間接続点Nuとを接続する。プルダウン抵抗Rduは、アーム間接続点Nuとグランドとを接続する。判定部25は、アーム間接続点Nuの電圧相関する電圧を端子電圧Vuaとして取得し、取得した端子電圧Vuaに基づいて、モータリレー71のショート故障もしくはオープン故障、又は巻線断線故障を検出する。プルアップ抵抗Ruu及びプルダウン抵抗Rduは、駆動回路31が内蔵された駆動回路IC301の内部に設けられている。

概要

背景

従来、多相交流モータ電力供給する回路イニシャルチェックにおいて、インバータ各相上下アームスイッチ素子接続点電圧に基づき、リレーショートオープン故障モータ巻線断線故障を検出する異常検出装置が知られている。

例えば特許文献1に開示された電動機駆動装置は、インバータの電源ラインとモータ巻線との間を接続するプルアップ抵抗が設けられている。そして、この装置は、電源リレーのON/OFFを操作しつつ、インバータの各相上下アームのスイッチ素子の接続点に接続されたプルダウン抵抗分圧を検出し、電源リレーのショート故障及びオープン故障を検出する。

概要

電圧モニタ用の抵抗等による基板実装面積の増加を抑制可能な異常検出装置を提供する。異常検出装置(ECU)101の駆動回路31は、ICパッケージに内蔵されており、スイッチ素子61に対応して設けられ、スイッチ素子61にゲート信号出力可能である。モータリレー71は、アーム間接続点Nuと各相巻線との間のモータ電流経路に設けられる。プルアップ抵抗Ruuは、電源ラインLpとアーム間接続点Nuとを接続する。プルダウン抵抗Rduは、アーム間接続点Nuとグランドとを接続する。判定部25は、アーム間接続点Nuの電圧に相関する電圧を端子電圧Vuaとして取得し、取得した端子電圧Vuaに基づいて、モータリレー71のショート故障もしくはオープン故障、又は巻線の断線故障を検出する。プルアップ抵抗Ruu及びプルダウン抵抗Rduは、駆動回路31が内蔵された駆動回路IC301の内部に設けられている。

目的

本発明は上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電圧モニタ用の抵抗等による基板実装面積の増加を抑制可能な異常検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

直流電源(15)に接続される電源ライン(Lp)及びグランドライン(Lg)の間に複数相上下アームスイッチ素子(61−66)がブリッジ接続されて構成され、前記直流電源の電力を変換して多相交流モータ(80)の各相巻線(81、82、83)に供給する一つ以上のインバータ(601、602)と、各相の上下アームの前記スイッチ素子の接続点であるアーム間接続点(Nu、Nv、Nw)と前記各相巻線との間のモータ電流経路に設けられ、当該モータ電流経路を遮断可能な複数のモータリレー(71、72、73)と、前記電源ラインと各相の前記アーム間接続点とを接続する複数のプルアップ抵抗(Ruu、Ruv、Ruw)と、各相の前記アーム間接続点とグランドとを接続する複数のプルダウン抵抗(Rdu、Rdv、Rdw)と、前記アーム間接続点の電圧相関する電圧を端子電圧(Vua、Vva、Vwa)として取得し、取得した前記端子電圧に基づいて、各相の前記モータリレーのショート故障もしくはオープン故障、又は、各相巻線の断線故障を判定する判定部(25)と、ICパッケージに内蔵されており、前記インバータの各前記スイッチ素子に対応して設けられ、各前記スイッチ素子にゲート信号出力可能な複数の駆動回路(31、34)と、を備え、複数の前記プルアップ抵抗又は複数のプルダウン抵抗のうち少なくとも一部は、前記駆動回路が内蔵された駆動回路IC(301、302)の内部に設けられている異常検出装置。

請求項2

少なくとも各相の前記プルダウン抵抗は、前記駆動回路ICの内部に設けられている請求項1に記載の異常検出装置。

請求項3

各相の前記プルダウン抵抗と、前記判定部に前記端子電圧を出力する前記駆動回路ICのモニタ端子(49)との間に、複数の前記アーム間接続点のうちいずれかの前記アーム間接続点の電圧に相関する電圧を選択し、前記モニタ端子側に出力するマルチプレクサ(38)をさらに備える請求項2に記載の異常検出装置。

請求項4

前記判定部が前記端子電圧を取得する時、各相の上アームの前記スイッチ素子に対応する前記駆動回路の動作を停止させる請求項2または3に記載の異常検出装置。

請求項5

前記駆動回路ICは、さらに前記判定部を動作させる電源機能を有している請求項1〜4のいずれか一項に記載の異常検出装置。

請求項6

車両の電動パワーステアリング装置(90)において、前記多相交流モータとして操舵アシストモータへの電力供給回路の異常を検出し、少なくとも前記操舵アシストモータへの電力供給回路が正常と判定されたとき、操舵トルクに基づいて前記操舵アシストモータの駆動を制御する電動パワーステアリング制御装置として機能する請求項1〜5のいずれか一項に記載の異常検出装置。

技術分野

0001

本発明は、異常検出装置に関する。

背景技術

0002

従来、多相交流モータ電力供給する回路イニシャルチェックにおいて、インバータ各相上下アームスイッチ素子接続点電圧に基づき、リレーショートオープン故障モータ巻線断線故障を検出する異常検出装置が知られている。

0003

例えば特許文献1に開示された電動機駆動装置は、インバータの電源ラインとモータ巻線との間を接続するプルアップ抵抗が設けられている。そして、この装置は、電源リレーのON/OFFを操作しつつ、インバータの各相上下アームのスイッチ素子の接続点に接続されたプルダウン抵抗分圧を検出し、電源リレーのショート故障及びオープン故障を検出する。

先行技術

0004

特許第5093698号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明では電力供給回路の異常として、各相のモータリレーのショート、オープン故障、及び、各相モータ巻線の断線故障に着目する。特許文献1の装置では、このような異常を電圧のモニタにより検出する回路としてプルアップ抵抗及びプルダウン抵抗を要する。プルダウン抵抗は、各相につき2個、三相では6個の分圧抵抗により構成される。また、分圧抵抗の接続点における電圧をマイコンに出力するモニタ端子が必要となる。従来、これらの抵抗やモニタ端子は、インバータのスイッチ素子等と共に基板実装されていたため、基板の実装面積を確保する必要があり、装置が大型化するという問題があった。

0006

また、車両の電動パワーステアリング装置において操舵アシストモータを駆動する電動パワーステアリング制御装置では、近年、信頼性向上のため、電力供給回路を二系統冗長化する傾向にある。このような多系統冗長構成や四相以上の多相構成において異常検出回路を設ける場合、基板の実装面積がさらに増加し、装置が大型化する問題が特に顕著となる。

0007

本発明は上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電圧モニタ用の抵抗等による基板実装面積の増加を抑制可能な異常検出装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明の異常検出装置は、一つ以上のインバータ(601、602)と、複数のモータリレー(71、72、73)と、複数のプルアップ抵抗(Ruu、Ruv、Ruw)と、複数のプルダウン抵抗(Rdu、Rdv、Rdw)と、判定部(25)と、複数の駆動回路(31、34)と、を備える。

0009

インバータは、直流電源(15)に接続される電源ライン(Lp)及びグランドライン(Lg)の間に複数相の上下アームのスイッチ素子(61−66)がブリッジ接続されて構成される。インバータは、直流電源の電力を変換して多相交流モータ(80)の各相巻線(81、82、83)に供給する。

0010

複数のモータリレーは、各相の上下アームのスイッチ素子の接続点であるアーム間接続点(Nu、Nv、Nw)と各相巻線との間のモータ電流経路に設けられ、当該モータ電流経路を遮断可能である。複数のプルアップ抵抗は、電源ラインと各相のアーム間接続点とを接続する。複数のプルダウン抵抗は、各相のアーム間接続点とグランドとを接続する。

0011

判定部は、「アーム間接続点の電圧に相関する電圧」を端子電圧(Vua、Vva、Vwa)として取得し、取得した端子電圧に基づいて、各相のモータリレーのショート故障もしくはオープン故障、又は、各相巻線の断線故障を判定する。ここで、「アーム間接続点の電圧に相関する電圧」とは、例えば二つの分圧抵抗の接続点の電圧や、増幅回路によって増幅された電圧を意味する。

0012

複数の駆動回路は、ICパッケージに内蔵されており、インバータの各スイッチ素子に対応して設けられ、各スイッチ素子にゲート信号出力可能である。複数のプルアップ抵抗又は複数のプルダウン抵抗のうち少なくとも一部は、駆動回路が内蔵された駆動回路IC(301、302)の内部に設けられている。

0013

本発明では、電圧モニタ用の複数のプルアップ抵抗及び複数のプルダウン抵抗のうち、少なくとも一部が駆動回路ICの内部に設けられることで、基板実装面積の増加が抑制される。特に二系統以上の構成の異常検出装置では有効である。

図面の簡単な説明

0014

各実施形態の異常検出装置が適用される電動パワーステアリング装置の全体構成図。
二系統の異常検出装置の構成図。
第1実施形態による異常検出装置の一相分の電圧モニタに関する構成図。
第2実施形態による異常検出装置の一相分の電圧モニタに関する構成図。
ショート故障判定のフローチャート
オープン故障判定のフローチャート。
比較例の異常検出装置の一相分の電圧モニタに関する構成図。

実施例

0015

以下、異常検出装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態で、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態の異常検出装置は、車両の電動パワーステアリング装置において、操舵アシストモータの駆動を制御する装置のイニシャルチェックに用いられ、モータリレーのショート故障もしくはオープン故障、又は、各相巻線の断線故障による異常を検出する。

0016

[電動パワーステアリング装置の構成]
図1に、電動パワーステアリング装置90を含むステアリングシステム99の全体構成を示す。なお、図1に示す電動パワーステアリング装置90はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。ステアリングシステム99は、ハンドル91、ステアリングシャフト92、操舵トルクセンサ94、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、及び、電動パワーステアリング装置90等を含む。

0017

ハンドル91にはステアリングシャフト92が接続されている。ステアリングシャフト92の先端に設けられたピニオンギア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が設けられる。運転者がハンドル91を回転させると、ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によりラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の変位量に応じた角度に一対の車輪98が操舵される。操舵トルクセンサ94は、ステアリングシャフト92の途中に設けられ、運転者の操舵トルクTsを検出する。

0018

電動パワーステアリング装置90は、ECU10、モータ80、及び減速ギア89等を含む。「多相交流モータ」としてのモータ80は、例えば三相交流ブラシレスモータである。本実施形態のECU10は、異常検出装置としての機能、及び、電動パワーステアリング制御装置(図1では「EPS制御装置」)としての機能を兼ね備える。

0019

異常検出装置として機能するECU10は、車両スイッチのON後、モータ駆動開始前のイニシャルチェックとして、モータへの電力供給回路の異常を検出する。なお、電源リレー及びインバータのスイッチ素子の異常検出に関しては周知技術に準ずるものとし、本実施形態では、モータリレーのショート故障もしくはオープン故障、又は、各相巻線の断線故障の異常検出に着目する。

0020

少なくともモータ駆動開始前のイニシャルチェックでモータ80への電力供給回路が正常と判定されたとき、ECU10は、電動パワーステアリング制御装置として機能する。電動パワーステアリング制御装置としてのECU10は、操舵トルクTsに基づいて、モータ80が所望のアシストトルクを発生するようにモータ80の駆動を制御する。具体的にECU10は、モータ電流及び電気角検出値を取得し、電流フィードバック制御によりインバータを駆動する。インバータは、直流電源の電力を三相交流電力に変換してモータ80の各相巻線に供給する。一般的なモータ制御は周知技術であるため、詳細な説明を省略する。モータ80が出力したアシストトルクは、減速ギア89を介してステアリングシャフト92に伝達される。

0021

[ECU(異常検出装置)の構成]
図2に示すように、本実施形態のECU10は、電力供給回路が二系統の冗長構成であるものを主に想定する。図2では、第1、第2系統のインバータ601、602、及び、各系統の各相端子電圧Vua1、Vva1、Vwa1、Vua2、Vva2、Vwa2についてのみ、符号又は記号末尾に「1」、「2」を付して区別している。その他の各構成要素は実質的に同一であり、系統間の特性の違い等についても言及しないため、二系統の構成要素を区別せず、同一の符号を付す。

0022

ECU10は、二組の三相巻線81、82、83を有するモータ80に適用される。モータ80のU相巻線81、V相巻線82及びW相巻線83は、中性点84でY結線されている。なお、Y結線の構成は、図6に示す巻線の断線故障判定を行うための前提となる。ただし、他のロジック故障判定される場合、Δ結線のモータが用いられてもよい。

0023

ECU10は、二系統共通の電源リレー51、逆接リレー52、平滑コンデンサ55、各系統のインバータ601、602、モータリレー71、72、73、プルアップ抵抗Ruu、Ruv、Ruw、及びプルダウン抵抗Rdu、Rdv、Rdw等を備える。また、ECU10は、マイコン20の内部に判定部25を備える。

0024

インバータ601、602は、「直流電源」としてのバッテリ15の正側と電源ラインLpを介して接続され、バッテリ15の負側とグランドラインLgを介して接続される。各インバータ601、602は、U相、V相、W相の上アームのスイッチ素子61、62、63、及び、下アームのスイッチ素子64、65、66がブリッジ接続されて構成され、バッテリ15の電力を変換してモータ80の各相巻線81、82、83に供給する。

0025

本実施形態では、インバータ601、602のスイッチ素子61−66として、MOSFETが用いられる。スイッチ素子61−66は、低電位側から高電位側へ向かう電流許容する還流ダイオードが、素子内部の寄生ダイオードとして構成されている。以下、上アームのスイッチ素子を「上MOS61、62、63」と記し、下アームのスイッチ素子を「下MOS64、65、66」と記す。各相の上MOS61、62、63と下MOS64、65、66との接続点を「アーム間接続点Nu、Nv、Nw」と定義する。アーム間接続点Nu、Nv、Nwは、各相巻線81、82、83に接続される。

0026

電源リレー51及び逆接リレー52は、バッテリ15とインバータ601、602との間の電源ラインLpの途中に直列接続される。なお、逆接リレー52は、正式には「逆接続保護リレー」、又は「逆接続防止リレー」等と称されるものである。本実施形態では、電源リレー51及び逆接リレー52はMOSFETで構成されている。電源リレー51は、バッテリ15側へ向かう電流を許容する還流ダイオードを有する。逆接リレー52は、インバータ601、602側へ向かう電流を許容する還流ダイオードを有する。平滑コンデンサ55は、インバータ601、602への入力電圧平滑化する。

0027

モータリレー71、72、73は、各相のアーム間接続点Nu、Nv、Nwと各相巻線81、82、83との間のモータ電流経路に設けられ、当該モータ電流経路を遮断可能である。本実施形態では、モータリレー71、72、73はMOSFETで構成されており、アーム間接続点Nu、Nv、Nwから各相巻線81、82、83へ向かう電流を許容する還流ダイオードを有する。仮にモータ80に過大な逆起電圧が生じたとき、モータリレー71、72、73を遮断することで、インバータ601、602の上下MOS61−66に過電圧印加されることが防止される。

0028

プルアップ抵抗Ruu、Ruv、Ruwは、電源ラインLpと各相のアーム間接続点Nu、Nv、Nwとを接続する。プルダウン抵抗Rdu、Rdv、Rdwは、各相のアーム間接続点Nu、Nv、Nwとグランドとを接続する。以下、相を特定せずに包括的に記す場合、「プルアップ抵抗Ru」、「プルダウン抵抗Rd」のように記す。各プルダウン抵抗Rdu、Rdv、Rdwは、二つの分圧抵抗が直列接続されている。図3等には、U相のプルダウン抵抗Rduについて、アーム間接続点Nuの分圧抵抗がRduH、グランド側の分圧抵抗がRduLと記されている。

0029

二つの分圧抵抗の接続点である分圧点Du、Dv、Dwの電圧は、「アーム間接続点Nu、Nv、Nwの電圧に相関する電圧」としてモニタされる。つまり、第1系統の各相の分圧点Du、Dv、Dwの電圧が端子電圧Vua1、Vva1、Vwa1として、第2系統の各相の分圧点Du、Dv、Dwの電圧が端子電圧Vua2、Vva2、Vwa2として判定部25に取得される。なお、図3等では分圧点Duの電圧を増幅した電圧が端子電圧Vuaとして取得される構成が示されるが、図2では増幅回路を省略する。

0030

マイコン20の判定部25は、取得した端子電圧Vua1、Vva1、Vwa1、Vua2、Vva2、Vwa2に基づいて、各系統の各相のモータリレー71、72、73のショート故障もしくはオープン故障、又は、各相巻線81、82、83の断線故障を判定する。端子電圧について、相を特定せずに包括的に記す場合、「端子電圧Va」のように記す。

0031

このように、図2の例のECU10は、電圧モニタ用の抵抗として、一相あたり1個のプルアップ抵抗Ruと2個の分圧抵抗を含むプルダウン抵抗Rdとを有し、三相二系統では計18個の抵抗を要する。また、判定部25には、6種類の端子電圧Vua1、Vva1、Vwa1、Vua2、Vva2、Vwa2が入力されるチャンネル、具体的にはA/D(アナログデジタル変換回路が必要となる。つまり、冗長二系統のECUでは、電圧モニタ用の抵抗や端子の数が一系統のECUに比べて増大するため、実装サイズの大型化等の問題が生じやすくなる。ただし、一系統のECUにおいても実装サイズをさらに小さくしたいという課題は存在するため、本実施形態は一系統のECUに適用されてもよい。

0032

次に、電圧モニタ用のプルアップ抵抗Ru、プルダウン抵抗Rd及びモニタ端子等の実装構成について説明する。まず、図7を参照し、従来一般に使用されている比較例のECU109の実装構成を説明する。図7には、U相を代表として、一相分の電圧モニタに関する構成を抜粋して示す。インバータのスイッチ素子としてはU相上MOS61及びU相下MOS64のみが記載され、モータリレーとしてはU相のモータリレー71のみが記載される。

0033

図7において、モータ80以外は基板50に実装されている。基板50上には、マイコン20及び駆動回路IC309がチップとして実装され、その他、MOSや抵抗等の素子がマイコン20及び駆動回路ICの外部に「外付け」の形態で実装されている。駆動回路IC309は、特定用途向け複数機能の回路がICパッケージに内蔵された、いわゆるASICである。駆動回路IC309は、二系統共通に一つ設けられてもよく、系統毎に二つ設けられてもよい。

0034

駆動回路IC309には、少なくとも、インバータの上MOS61及び下MOS64に対応して設けられ、各MOSにゲート信号を出力可能な複数の駆動回路31、34が内蔵されている。また、モータリレー71にゲート信号を出力可能な駆動回路37が内蔵されている。なお、三相のモータリレー71、72、73は、共通の駆動回路からの信号により、同時にON/OFFされてもよい。さらに、電源リレー51及び逆接リレー52用の駆動回路が駆動回路IC309に内蔵されてもよいが、本明細書では電源リレー51及び逆接リレー52の動作に言及しないため、図示を省略する。

0035

駆動回路IC309には複数の端子41−47が設けられている。プリチャージ(PRE)端子41は、電源ラインLpに接続される。モータ(MT)端子42は、アーム間接続点Nuに接続され、さらにモータリレー71を介してモータ80に接続される。また、モータ端子42は、駆動回路31に接続される。昇圧(VRG)端子43は、駆動回路31、34、37の基準電圧が供給される。

0036

各駆動回路への指令信号が入力されるHI/LO端子44は、実際には個別に設けられるものであるが、図7には、便宜上一つにまとめて記す。ハイゲート(HG)端子45、ローゲート(LG)端子46、及びモータリレー(MR)端子47は、それぞれ駆動回路31、34、37によるゲート信号が出力される。その他、本明細書の内容に関係の無い端子については省略する。

0037

上MOS61に対応する駆動回路31において、駆動回路31の出力端子は、ON駆動用PチャネルFET325、及び、OFF駆動用のNチャネルFET326のゲートに接続されている。ON駆動用FET325のソース昇圧端子43に接続され、OFF駆動用FET326のソースはモータ端子42に接続される。ON駆動用FET325及びOFF駆動用FET326のドレインは、ハイゲート端子45に接続される。駆動回路31は、マイコン20からHI/LO端子44を経由して入力された指令信号に従ってFET325、326を動作させることで、ハイゲート端子45を経由して上MOS61にゲート信号を出力する。

0038

ここで、駆動回路31とFET325、326とを含む単位を駆動回路セット310と表す。下MOS64に対応する駆動回路34、モータリレー71に対応する駆動回路37についてはFET、及び、昇圧端子43との接続の図示を省略し、駆動回路セット340、370を簡略的に示す。駆動回路34は、マイコン20からの指令信号に従ってFETを動作させ、ローゲート端子46を経由して下MOS64にゲート信号を出力する。駆動回路37は、マイコン20からの指令信号に従ってFETを動作させ、モータリレー端子47を経由してモータリレー71にゲート信号を出力する。

0039

次に、マイコン20及び駆動回路IC309の外部において基板50上に実装される素子について説明する。以下、「IC外部」とは、「マイコン20及び駆動回路ICの外部の基板50上」を意味する。なお、駆動回路ICの符号は、比較例では「309」であり、第1、第2実施形態では「301」及び「302」である。駆動回路31、34、37により駆動される対象である上MOS61、下MOS64及びモータリレー71は、当然にIC外部に実装される。

0040

その他、比較例では、プルアップ抵抗Ruu、及び、プルダウン抵抗Rduを構成する二つの分圧抵抗RduH、RduLがいずれもIC外部に実装されており、分圧点Duの電圧が判定部25に取得される。すなわち、電圧モニタ用の抵抗として、一相につき3個の抵抗、三相二系統では計18個の抵抗がIC外部に実装されているため、基板50の実装面積が増大する。この比較例に対し、本実施形態のECUは、電圧モニタ用の抵抗等による基板実装面積の増加を抑制することを目的とする。

0041

(第1実施形態)
図3を参照し、第1実施形態のECU101について説明する。図3には、比較例の図7と同様に、U相を代表として、一相分の電圧モニタに関する構成を記す。第2実施形態の図4についても同様とする。第1実施形態では、プルアップ抵抗Ruu、及び、プルダウン抵抗Rduを構成する二つの分圧抵抗RduH、RduLが駆動回路IC301の内部に設けられている。プルアップ抵抗Ruuは、プリチャージ端子41とモータ端子42との間に接続されている。プルダウン抵抗Rduを構成する二つの分圧抵抗RduH、RduLは、モータ端子42とグランドとの間に直列接続されている。

0042

分圧点Duは、マルチプレクサ38及び増幅回路39を介してモニタ(AOUT)端子49に接続されている。マルチプレクサ38は、各相のプルダウン抵抗Rdu、Rdv、Rdwとモニタ端子49との間に設けられている。マルチプレクサ38は、マイコン20からマルチプレクサ(MPX)端子48を経由して入力された選択信号に基づき、いずれかの相の分圧点Du、Dv、Dwの電圧を選択し、モニタ端子49側の増幅回路39に出力する。なお、マルチプレクサ38の入力を一系統分の三相で図示しているが、二系統分の六相を入力としてもよい。

0043

増幅回路39は、マルチプレクサ38が選択した電圧を増幅し、モニタ端子49に出力する。モニタ端子49は、「増幅された分圧点Du、Dv、Dwの電圧」を端子電圧Vaとして判定部25に出力する。ここで、「増幅された分圧点Du、Dv、Dwの電圧」は、「アーム間接続点Nu、Nv、Nwの電圧に相関する電圧」に相当する。また、二点鎖線矢印で示すように、駆動回路IC301は、さらに判定部25を動作させる電源機能を有している。

0044

このように第1実施形態のECU101は、プルアップ抵抗Ru及びプルダウン抵抗Rdが駆動回路IC301の内部に設けられることで、比較例のECU109に比べ、基板50の実装面積の増加が抑制される。また、マルチプレクサ38を設けることで、増幅回路39及びモニタ端子49の数、及び、通信線やマイコン20のA/D入力の数を一つとすることができる。したがって、基板50の実装面積の増加がさらに抑制されることに加え、マイコン20の小型化により、ECU101全体を小型化することができる。特に、搭載スペース制約が厳しい電動パワーステアリング装置では、ECU101の小型化は有効である。

0045

ところで、プルアップ抵抗Ru及びプルダウン抵抗Rdを駆動回路IC301の内部に設けることの背反として、抵抗Ru、Rdへの通電による駆動回路IC301の発熱が懸念される。そこで、電流を減らすため抵抗Ru、Rdの抵抗値を大きく設定すると、図3に太実線矢印で示すように、駆動回路31からプルダウン抵抗Rdへのリーク電流Lcによって電圧の浮きが大きくなり、誤差要因となる。

0046

その対策として、本実施形態では、判定部25が端子電圧Vaを取得する時、各相の上MOS61、62、63に対応する駆動回路の動作を停止させる。つまり、異常検出を実施する間、例えばU相上MOS61に対応する駆動回路31は、ON駆動用FET325及びOFF駆動用FET326のいずれも動作させない。図5図6に示すように、異常検出中、各相の下MOS64、65、66は操作されるが、上MOS61、62、63は操作されないため、動作を停止させても問題ない。太破線矢印で示す上MOS61からのリーク電流は解消できないものの、これにより、プルダウン抵抗Rdに流れるリーク電流Lcをカットし、誤差の影響を最小限にすることができる。

0047

(第2実施形態)
図4を参照し、第2実施形態のECU102について説明する。第2実施形態のECU102は、第1実施形態のECU101に対し、プルアップ抵抗RuuがIC外部に実装されている点が異なる。言い換えれば、第2実施形態のECU102は、比較例に対し、プルダウン抵抗Rdu、マルチプレクサ38及び増幅回路39のみが駆動回路IC302の内部に設けられている。

0048

第2実施形態では、プルアップ抵抗Ruへの通電による駆動回路IC302の発熱を回避しつつ、プルダウン抵抗Rdを構成する一相につき二つの分圧抵抗を駆動回路IC302の内部に設けることにより、基板50の実装面積の増加が抑制される。また、第1実施形態と同様にマルチプレクサ38を設けることで、基板50の実装面積の増加がさらに抑制されることに加え、マイコン20を小型化することができる。

0049

さらに、異常検出の実施時に各相の上MOS61に対応する駆動回路31の動作を停止させることで、プルダウン抵抗Rdに流れるリーク電流Lcをカットすることができる点については、第1実施形態と同様である。

0050

(第2実施形態の変形例)
第2実施形態とは逆に、プルアップ抵抗Ruuのみが駆動回路ICの内部に設けられ、プルダウン抵抗Rdu、マルチプレクサ38及び増幅回路39がIC外部に実装されてもよい。この変形例では、プルダウン抵抗Rdへの通電による駆動回路ICの発熱を回避することができる。また、プルアップ抵抗Ru分の基板50の実装面積の増加を抑制することができる。

0051

(故障判定のフローチャート)
次に図5図6のフローチャートを参照し、第1、第2実施形態に共通の作用として、判定部25による故障判定の例を説明する。フローチャートの説明で、記号「S」はステップを意味する。この故障判定では、各相のモータリレー71、72、73が同時にON/OFFされる構成を前提とする。なお、各相のモータリレー71、72、73が個別にON/OFFされる構成の場合、別の判定ロジックが用いられてもよい。

0052

図5に、モータリレーのショート故障の判定フローを示す。S10では、全相上下MOS61−66がOFFされ、全相モータリレー71、72、73がOFFされる。なお、モータリレー71、72、73がMOSFET等で構成される場合、OFFの状態でも、電流は還流ダイオードを通ってアーム間接続点Nu、Nv、Nwからモータ80の中性点84に向かう方向に流れる。

0053

S11では、異常検出に先立ち、全相上MOS61、62、63に対応する駆動回路の動作が停止される。これにより、上述の通り、各駆動回路からプルダウン抵抗Rdu、Rdv、Rdwへのリーク電流をカットし、判定部25が端子電圧Vua、Vva、Vwaを取得する時の誤差を低減することができる。

0054

S12Uでは、U相下MOS64のみがONされる。この時点でV相下MOS65及びW相下MOS66はOFFされている。以下、Vthはショート故障の判定閾値である。U相モータリレー71が正常の場合、V相及びW相のプルアップ抵抗Ruv、Ruwからモータ電流経路に印加された電圧が保持されるため、端子電圧Vva、Vwaは閾値Vth以上となる。そのため、S13Uでは「Vva、Vwa≧Vth」であるか判断され、YESの場合、S14Uで、U相モータリレー71が正常であると判断される。

0055

一方、U相モータリレー71がショート故障していると、V相、W相のプルアップ抵抗Ruv、Ruwからモータ電流経路に電圧が印加されたとき、電流がモータ80の中性点84及びU相モータリレー71を通ってU相下MOS64からグランドに流れる。したがって、V相、W相のアーム間接続点Nv、Nwの電圧は、ほぼ0、すなわち、「Vva、Vwa≒0(<Vth)」となる。そのため、S13UでNOの場合、S15Uで、U相モータリレーがショート故障であると判定され、S17の異常時処置移行する。

0056

続いてV相について同様の処理が繰り返される。S12Vでは、W相下MOS66はOFFのまま、U相下MOS64がOFFされ、V相下MOS65がONされる。S13Vでは、「Vwa、Vua≧Vth」であるか判断され、YESの場合、S14Vで、V相モータリレー72が正常であると判断される。S13VでNOの場合、S15Vで、V相モータリレー72がショート故障であると判定され、S17の異常時処置に移行する。

0057

続いてW相について同様の処理が繰り返される。S12Wでは、U相下MOS64はOFFのまま、V相下MOS65がOFFされ、W相下MOS66がONされる。S13Wでは、「Vua、Vva≧Vth」であるか判断され、YESの場合、S14Wで、W相モータリレー73が正常であると判断される。S13WでNOの場合、S15Wで、W相モータリレー73がショート故障であると判定され、S17の異常時処置に移行する。

0058

S14Wにて全相の正常が確認された後、S16で全相上MOS61、62、63に対応する駆動回路の動作が復帰される。次に図6に、モータリレーのオープン故障、又は、巻線の断線故障の判定フローを示す。S20では、全相上下MOS61−66がOFFされ、全相モータリレー71、72、73がONされる。

0059

S21では、異常検出に先立ち、全相上MOS61、62、63に対応する駆動回路の動作が停止され、リーク電流がカットされる。なお、ショート故障判定に連続してオープン故障判定が実施される場合、図5のS16における駆動回路の復帰、及び、図6のS21における駆動回路の再停止の処理を省略し、駆動回路の動作を停止したまま、ショート故障判定からオープン故障判定に移行してもよい。

0060

S22Uでは、U相下MOS64のみがONされる。この時点でV相下MOS65及びW相下MOS66はOFFされている。U相モータリレー71及び全相巻線81、82、83が正常の場合、V相、W相のプルアップ抵抗Ruv、Ruwからモータ電流経路に電圧が印加されたとき、電流がモータ80の中性点84を通ってU相下MOS64からグランドに流れる。したがって、V相、W相のアーム間接続点Nv、Nwの電圧は、ほぼ0になる。そのため、S23Uでは「Vva、Vwa≒0」、すなわち「Vva≒0、且つ、Vwa≒0」であるか判断され、YESの場合、S24Uで、U相モータリレー71及び全相巻線81、82、83が正常であると判断される。

0061

一方、U相モータリレー71がオープン故障しているか、U相巻線81が断線故障していると、V相、W相の端子電圧Vva、Vwaは、いずれも0より大きい所定値以上となる。また、V相巻線82が断線故障していると、V相の端子電圧Vvaが0より大きい所定値以上となり、W相巻線83が断線故障していると、W相の端子電圧Vwaが0より大きい所定値以上となる。そのため、S23UでNO、すなわち「Vva≧所定値、又は、Vwa≧所定値」の場合、S25Uで、U相モータリレー71がオープン故障、又は、いずれかの相の巻線が断線故障であると判定され、S27の異常時処置に移行する。

0062

続いてV相について同様の処理が繰り返される。S22Vでは、W相下MOS66はOFFのまま、U相下MOS64がOFFされ、V相下MOS65がONされる。S23Vでは「Vwa、Vua≒0」であるか判断され、YESの場合、S24Vで、V相モータリレー72及び全相巻線81、82、83が正常であると判断される。S23VでNOの場合、S25Vで、V相モータリレー72がオープン故障、又は、いずれかの相の巻線が断線故障であると判定され、S27の異常時処置に移行する。

0063

続いてW相について同様の処理が繰り返される。S22Wでは、U相下MOS64はOFFのまま、V相下MOS65がOFFされ、W相下MOS66がONされる。S23Wでは「Vua、Vva≒0」であるか判断され、YESの場合、S24Wで、W相モータリレー73及び全相巻線81、82、83が正常であると判断される。S23WでNOの場合、S25Wで、W相モータリレー73がオープン故障、又は、いずれかの相の巻線が断線故障であると判定され、S27の異常時処置に移行する。

0064

S24Wにて全相の正常が確認された後、S26で全相上MOS61、62、63に対応する駆動回路の動作が復帰される。以上のように、判定部25は、取得した端子電圧Vua、Vva、Vwaに基づいて、各相のモータリレー71、72、73のショート故障もしくはオープン故障、又は、各相巻線81、82、83の断線故障を判定する。

0065

(その他の実施形態)
(a)第1、第2実施形態において相毎に増幅回路39を設け、増幅回路39の出力側とモニタ端子49との間にマルチプレクサ38を設けてもよい。また、マルチプレクサ38を設けず、各相の増幅回路39及びモニタ端子49を相毎に設けてもよい。

0066

(b)プルダウン抵抗Rdを構成する分圧抵抗RdH、RdLの分圧点Du、Dv、Dwの電圧が検出精度を確保できるレベルである場合、増幅回路39を設けなくてもよい。また、プルダウン抵抗Rdをグランド側の分圧抵抗RdLのみで構成し、アーム間接続点Nu、Nv、Nwの電圧が直接増幅回路39に入力されるようにしてもよい。

0067

(c)相又は系統毎にプルアップ抵抗Ru及びプルダウン抵抗Rdの実装構成を変えてもよい。例えばU相のプルアップ抵抗Ruu及びプルダウン抵抗Rduを駆動回路ICの内部に設け、V相及びW相のプルアップ抵抗Ruv、Ruw及びプルダウン抵抗Rdv、RdwをIC外部に実装してもよい。或いは、二系統のうち一系統のみのプルアップ抵抗Ru及びプルダウン抵抗Rdを駆動回路ICの内部に設けてもよい。少なくとも一系統の一相について、プルアップ抵抗Ru又はプルダウン抵抗Rdが駆動回路ICの内部に設けられている構成は、本発明の技術的範囲に含まれる。

0068

(d)本発明の異常検出装置は、上記実施形態に示した三相一系統又は二系統の構成の他、四相以上の多相、又は、三系統以上の多系統の構成であってもよい。相及び系統が多いほど、プルアップ抵抗又はプルダウン抵抗を駆動回路ICの内部に設けることにより、基板実装面積の増加が抑制される。

0069

(e)故障判定として、モータリレーのショート故障、及び、モータリレーのオープン故障もしくは巻線の断線故障の両方が実施されるとは限らず、一方のみが実施されてもよい。また、判定部は、マイコン内部に限らず、基板上に論理回路で構成されてもよい。

0070

(f)図2の構成例では、二系統冗長構成の電力供給回路に対し、判定部25を有するマイコン20は一つであるが、他の実施形態では、電力供給回路の冗長化に加え、判定部を有するマイコンを冗長構成としてもよい。

0071

(g)本発明の制御対象の多相交流モータは、電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータに限らず、他の用途のモータであってもよい。特に搭載スペースが制約され、基板サイズの制約が厳しいシステムにおいて、本発明は有効である。

0072

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

0073

10(101−102)・・・ECU(異常検出装置)、
15 ・・・バッテリ(直流電源)、
25 ・・・判定部、
301、302・・・駆動回路IC、
601、602・・・インバータ、 61−66・・・MOS(スイッチ素子)、
71、72、73・・・モータリレー、
80 ・・・モータ(多相交流モータ)、 81、82、83・・・各相巻線、
Nu、Nv、Nw・・・アーム間接続点、 Vua、Vva、Vwa・・・端子電圧、
Ruu、Ruv、Ruw・・・プルアップ抵抗、
Rdu、Rdv、Rdw・・・プルダウン抵抗。

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