专利名称：电动机驱动单元和检测电动机驱动单元的故障的方法
技术领域：
本发明涉及通过脉冲宽度调制(PWM)控制来控制电动机的电动机驱动单元，以及涉及到对于电动机驱动单元的故障的检测。
当前，有控制电动机的电动机驱动单元。电动机驱动单元具有由四边组成的桥式电路，每边具有一个开关元件。电动机至少具有被连接到开关元件的两个端子，它们相对于桥式电路是被对角线地放置的。至少一个开关元件被连接到电力线，以及至少另一个开关元件被接地。电动机单元是通过加电压到功率开关元件而被驱动的。通过执行对于开关元件脉冲宽度调制控制，实行对于电动机的驱动控制。在这种类型的驱动单元中，如果电动机的端子电压的和值变成为近似等于“0”，即小于或等于预定的门限值(例如，约为电池电压的3％)，则确定电动机和地线是否已被短路(例如，日本专利申请特许公开号No.5-185937)。
然而，上述的电动机驱动单元只考虑在电动机的一个端子与接地线之间的部分被短路的可能性。所以，当在电动机驱动装置、故障检测控制器等中出现有故障时，这个电动机驱动单元是无用的。
本发明提供电动机驱动单元和检测电动机驱动单元的故障的方法，它使得有可能通过检测在电动机、电动机驱动装置和故障检测监视装置中的各种故障而检测有关电动机的各种各样的故障。
为了达到上述的和/或其它目的，按照本发明的第一示例性实施例的电动机驱动单元具有由四边组成的桥式电路，每边具有一个开关元件。具有两个端子的电动机被连接到桥式电路，它相对于电动机是被对角线地放置的。至少一个开关元件对被连接到电力线，以及至少另一个开关元件被接地。电动机驱动单元是通过加电压到电源端而被驱动的。通过执行对于开关元件脉冲宽度调制控制，实行对于电动机的驱动控制。电动机驱动单元具有故障判断装置，它在电动机运行时电动机的端子电压的和值与电源电压的差值是预定的数值或更大时，判断出现故障。
在本发明的这样构建的第一优选实施例中，如果电动机、电动机驱动装置、及其包括故障检测控制器的外围的装置处在正常运行下，电动机的两端的端子电压Vm1,Vm2的和值Vm由于桥式电路的作用近似等于电源电压Vb。如果各自的开关元件被短路，则该和值Vm假定为近似等于或大于3Vb/2的一个数值，或者假定为近似等于或小于Vb/2的一个数值。而且，即使如果在电动机的各个端子与地线或电力线之间的部分被短路，则和值Vm假定为近似等于或大于3Vb/2的一个数值，或者假定为近似等于或小于Vb/2的一个数值。结果，按照本发明，由于故障判断装置在电动机的两个端子处的电压的和值与电源电压的差值是预定的数值或更大时判断出现故障，如上所述的故障被检测。因此，有可能提供对于这些故障的适当的对抗措施。
再者，本发明的第二优选实施例被应用到通过使用如上所述的桥式电路来控制电动机的电动机驱动单元。电动机驱动单元具有故障判断装置，它在电动机不在运行时和在电动机的两个端子处的电压的和值与事先根据在所有开关元件关断状态期间在电动机的端子处的电压值确定的电压数值的和值之间的差值是预定的数值或更大时，判断出现故障。
在本发明的这样构建的第二优选实施例中，如果电动机、电动机驱动装置、及其包括故障检测控制器的外围的装置处在正常运行下，电动机的两端的端子电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于在所有开关元件关断状态时的预定的电压。例如，如果电动机在其一端通过下拉电阻接地而不把电动机另一端通过上拉电阻连接到电力线，则和值Vm等于地电压“0”(此后称为第一模式)。而且，如果电动机的至少一端通过上拉电阻被连接到电力线和电动机的至少另一端通过下拉电阻被接地，则和值Vm等于两倍于在电源电压Vb与地电压“0”之间的预定值的一个数值(如果上拉电阻和下拉电阻假定为相同的电阻值，则该数值等于电源电压Vb)(此后称为第二模式)。另外，如果电动机通过上拉电阻被连接到电力线而不把电动机端子通过下拉电阻接地，则和值Vm等于电源电压2Vb(此后称为第三模式)。
在第一模式下，在电动机如上所述地不在运行时，如果在桥式电路的电力线一侧的开关元件与电力线之间的部分被短路，或如果在电动机的端子与电力线之间的部分被短路，则和值Vm近似等于2Vb。
而且，在第二模式下，在电动机如上所述地不在运行时，如果桥式电路的开关元件被短路，则和值Vm近似等于2Vb或“0”。而且，如果在电动机的端子与电力线或地线之间的部分被短路，则和值Vm近似等于2Vb或“0”。
另外，在第三模式下，在电动机如上所述地不在运行时，如果在桥式电路的接地一侧的开关元件与地线之间的部分被短路，或如果在电动机的端子与接地线之间的部分被短路，则和值Vm近似等于“0”。
结果，按照本发明的第二示例性实施例，故障判断控制器在电动机的两个端子处的电压的和值与事先根据在所有开关元件关断状态期间在电动机的端子处的电压值确定的电压数值的和值之间的差值是预定的数值时，判断出现故障。因此，检测到如上所述的各种故障。也就是，检测到有关电动机的各种各样的故障，由此，有可能提供对于这些故障的适当的对抗措施。
另外，按照本发明的第三示例性实施例，电动机驱动单元具有故障判断装置，它在所有的开关元件关断状态期间，通过把电动机的至少一个端子通过上拉电阻连接到电力线和通过下拉电阻把电动机的至少另一个端子接地，而把电动机两端的端子电压近似设置为较低的电源电压，以及它在电动机的两个端子处的电压的和值与电源电压的差值是预定的数值或更大时，判断出现故障。
在本发明的这样构建的第三优选实施例中，如果电动机、电动机驱动装置、及其包括故障检测控制器的外围的装置处在正常运行下，但电动机在运行时，电动机的两端的端子电压Vm1，Vm2的和值Vm由于桥式电路的作用近似等于电源电压Vb。而且，当电动机不在运行时，电动机的两端的端子电压Vm1,Vm2的和值Vm由于上拉电阻和下拉电阻的作用近似等于电源电压Vb。
而且，在电动机运行时，如果开关元件被短路，则和值Vm假定为近似等于或大于3Vb/2的一个数值，或者假定为近似等于或小于Vb/2的一个数值。而且，当电动机运行时，如果在电动机的端子与接地线或电力线之间的部分被短路，则和值Vm假定为近似等于或大于3Vb/2的一个数值，或者假定为近似等于或小于Vb/2的一个数值。而且，在电动机不运行时，如果桥式电路的开关元件被短路，则和值Vm近似等于2Vb或“0”。而且，在电动机不运行时，如果在电动机的端子与电力线或接地线之间的部分被短路，则和值Vm假定为近似等于2Vb或“0”。
结果，按照本发明的第三示例性实施例，故障判断装置在电动机的两个端子处的电压的和值与电源电压的差值是至少预定的数值时判断出现故障。因此，检测到如上所述的各种故障。也就是，检测到有关电动机的各种各样的故障，由此，有可能提供对于这些故障的适当的对抗措施。而且，在这种情况下，当电动机不在运行时，借助于上拉电阻和下拉电阻，把电动机两端的端子电压的和值设置为等于电源电压。这样，有可能根据一种判断同时判断故障的出现，而不管电动机是在运行还是不在运行。所以，对于电动机驱动单元的外围装置中出现的故障的判断，可以很容易作出。
再者，按照本发明的另一个示例性实施例，提供了检测电动机驱动单元的故障的方法，该电动机驱动单元具有桥式电路，由包括开关元件的四条边组成；电动机，其两端被连接到桥式电路的对角线位置上的一对端子；电源电路，它通过把另一个对角线位置上的一个端子连接到电力线和把另一个端子连接到地而将电源电压加到这一对端子；和电动机驱动装置，它通过对于开关元件实行脉宽调制控制而控制电动机。在检测故障的方法中，检测电动机的端子电压的和值，以及如果在电动机运行期间，电动机的端子电压的和值与电源电压的差值是至少预定的数值，则判断在桥式电路、电动机、和电动机驱动装置中的至少一个中出现故障。
而且，在按照本发明的再一个示例性实施例的检测故障的方法中，检测电动机的端子电压的和值，以及当电动机不在运行时和当在电动机的两个端子处的电压的和值与事先根据在所有开关元件关断状态期间在电动机的端子处的电压值确定的电压数值的和值之间的差值是预定的数值时，判断在桥式电路、电动机、和电动机驱动装置中的至少一个中出现故障。
再者，在按照本发明的再一个示例性实施例的检测故障的方法中，在所有的开关元件关断状态期间，通过把电动机的至少一个端子通过上拉电阻连接到电力线和通过下拉电阻把电动机的至少另一个端子接地，而把电动机两端的端子电压近似设置为较低的电源电压，检测电动机的端子电压的和值，以及在电动机的两个端子处的电压的和值与电源电压的差值是预定的数值或更大时，判断在桥式电路、电动机、和电动机驱动装置中的至少一个中出现故障。
从参照附图对于优选实施例的以下的说明中，将明白本发明的上述的和进一步的目的、特性和优点，其中
图1示意地显示了其上加上有按照本发明的实施例的用于AC(交流)电动机的电控制装置的整个车辆电动机一驱动的功率操纵装置；图2是图1所示的驱动电路的详细方框图；图3是由图2所示的微计算机执行的程序的流程图；图4A是显示用于对于图2所示的桥式电路执行开关控制的脉宽调制(PWM)控制信号PWM的时序图；图4B是在一个DC电动机的端子处的电压Vm1’,Vm2’；图4C是显示从端子电压检测电路输出的第一和第二端子电压Vm1,Vm2和端子电压的和值Vm的时序图；图5A和5B是用于说明图2所示的桥式电路的运行的示意图；图6是按照实施例的修改例的桥式电路及其外围电路的图；以及图7是按照实施例的另一个修改例的桥式电路及其外围电路的图。
此后，将参照附图描述本发明的实施例。图1示意地显示了其上加上有按照本发明的电动机驱动单元的车辆电动机-驱动的功率操纵装置。
这个电动机-驱动的功率操纵装置具有用作为电动机的DC(直流)电动机10。DC电动机10被安装到传动轴11的中间部分，用来旋转传动轴11，以及通过操纵柄12的旋转运行加上辅助力，来帮助操纵前轮。传动轴11的下端部分以允许功率传输的方式被连接到操纵齿轮箱13中的拉杆14。由于传动轴11的轴的旋转，拉杆14被轴向地放置。前轮(未示出)可被传动地连接到拉杆14的末端。由于拉杆14的轴向移动，前轮被横向地操纵。
传动扭矩传感器21被安装在传动轴11。传感器21检测作用在传动轴11上的扭转矩TS，以及把检测的扭转矩Ts提供给电动机驱动电路30。用于检测车辆速度V的车辆速度传感器22、用于检测引擎速度Ne的引擎速度传感器23、和电池24被连接到电动机驱动电路30。
如图2所示，电动机驱动电路30具有桥式电路31和微计算机32。桥式电路31具有带有由场效应晶体管(FET)组成的开关元件SW1到SW4的四条边。回流二极管(reflux diode)D11到D14被并联到开关元件SW1到SW4。开关元件SW1到SW4被来自门控制电路33的各自的脉冲串信号控制成接通和关断。
在位于桥式电路31的对角线位置处的一对端子中，作为开关元件SW1、SW3的连接点的一个端子通过并联电阻34a和继电器开关电路35被连接到电池24。作为开关元件SW2、SW4的连接点的另一个端子通过并联电阻34b被接地。并联电阻34a、34b的电阻值被设置为相当小。开关元件SW1、SW2的连接点和开关元件SW3、SW4的连接点(是位于桥式电路31的一对端子)通过下拉电阻r1，r2被连接到DC电动机10的端子处和被接地。
并联电阻34b在两端处被连接到电动机电流检测电路36。检测电路36通过在并联电阻34b两端产生的电压检测流过DC电动机10的电动机电流Im，以及把检测的电动机电流Im提供给微计算机32。由电阻r3和电容C1组成的低通滤波器被连接到下拉电阻r1。电阻r1、r3和电容C1构成端电压检测电路37。端电压检测电路37，起到如上所述的低通滤波器的作用，从DC电动机10的一端的电压Vm1’中去除高频分量，以及把第一端电压Vm1提供给微计算机32。由电阻r4和电容C2组成的低通滤波器被连接到下拉电阻r2。电阻r2、r4和电容C2构成端电压检测电路38。端电压检测电路38，也起到如上所述的低通滤波器的作用，从DC电动机10的另一端的电压Vm2’中去除高频分量，以及把第二端电压Vm2提供给微计算机32。
除了电动机电流Im和第一与第二端电压Vm1，Vm2以外，微计算机被提供以来自电池24的电池电压Vb、来自扭转矩传感器21的扭转矩Ts、来自车辆速度传感器22的车辆速度V、和来自引擎速度传感器23的引擎速度Ne。微计算机32以预定的短周期的时间间隔重复执行图3所示的程序，以及通过提供脉宽调制(PWM)控制信号给门控制电路33来控制DC电动机10的运行。然后，微计算机32检测DC电动机10，电动机驱动装置30等的故障。在检测各种后，微计算机32也控制继电器开关电路35。
接着，将描述如上所述的地构建的实施例。如果通过接通点火开关(未示出)而把电压从电池24提供给微计算机32，则微计算机32执行一个程序(未示出)，由此确定是否按照电池24和电动机10的状态来控制DC电动机10。如果确定电动机10可被控制，则微计算机32接通继电器开关电路35，这样，来自电池24的电压通过继电器开关电路35被提供给桥式电路31，门控制电路33。此后，以下的说明是对于继电器开关电路35被接通的情况作出的。在继电器开关电路35被接通后，微计算机32以预定的短周期的时间间隔开始执行图3所示的程序。
这个程序的执行在步骤100开始。在步骤102，来自引擎速度传感器23的引擎速度Ne被输入到微计算机32。根据所输入的引擎速度Ne，微计算机32确定是否允许由DC电动机10的操纵辅助。如果引擎速度Ne在大于预定的时间间隔内不保持等于或大于预定的速度，则在步骤102的结果被判断为“否”。然后，程序进到步骤104。在步骤104，DC电动机10被控制成停止。换句话说，由电动机10进行的辅助控制被停止。然后，在步骤134，这个程序的执行被终结。
如果引擎速度Ne在大于预定的时间间隔内保持等于或大于预定的速度，则在步骤102的结果被判断为“是”。然后，程序进到步骤106和随后的步骤。在步骤106，第一和第二端电压Vm1，Vm2从端电压检测电路37和38被输入。第一和第二端电压Vm1，Vm2被相加，以使得计算的端电压的和值Vm=Vm1+Vm2。接着，在步骤108，电动机电流Im从电动机电流检测电路36被输入。取决于电动机电流Im是否等于或大于预定的小的电流值Im0，确定DC电动机10是否在运行。
如果DC电动机10在运行和电动机电流Im等于或大于预定的电流Im0，则步骤108的结果被判断为“是”。然后，程序进到步骤110和随后的步骤。另一方面，如果DC电动机不在运行和电动机电流Im小于预定的电流值Im0(近似等于“0”)，则步骤108的结果被判断为“是”。然后，程序进到步骤122和随后的步骤。
在步骤110，第二计数值CT2，它被使用来判断在DC电动机10不在运行时故障的出现，被复位为“0”。此后，在步骤112，114，确定端电压的和值Vm是否近似等于电池电压Vb。也就是，在步骤112，确定和值Sm是否等于或大于由预定的电压值△Vb与电池电压Vb相加而得到的数值，即，Vb+△Vb。而且，在步骤114，确定和值Sm是否等于或小于通过从电池电压Vb减去预定的电压值△Vb而得到的数值，即，Vb-△Vb。在这种情况下，虽然从电池24输入的电压可被用作为电池电压Vb，但也有可能使用事先适当地被确定的数值。
如果第一和第二端电压Vm1，Vm2的和值Vm近似等于电池电压Vb，则步骤112，114的结果被判断为“否”。然后，在步骤116，第一计数值CT1，它被使用来判断故障的出现，在DC电动机10在运行时被复位为“0”。然后，程序进到步骤132。在步骤132，输入来自扭转矩传感器21的扭转矩Ts，以及输入来自车辆速度传感器22的车辆速度V。DC电动机10的运行按照输入的扭转矩Ts和车辆速度V被控制。为了更具体化，计算了对于DC电动机的命令电流值I*，其绝对值随扭转矩Ts的绝对值|Ts|的增加而增加和随车辆速度V的增加而减小，以及其符号(正或负)相应于扭转矩Ts的方向。然后，形成表示脉冲串信号(它已经受到用于开关元件SW1到SW4的通-断控制的脉宽调制(PWM))的控制信号，以使得等于命令电流值I*的电流流过DC电动机。控制信号被输出到门控制电路33。在形成控制信号时，由电动机电流检测电路36检测的DC电动机10的电动机电流Im可被用作为反馈控制量。
响应于已被提供的控制信号，门控制电路33把用于开关元件SW1到SW4的通-断控制的脉冲串信号输出到开关元件SW1到SW4。在这种控制期间，当DC电动机10以正常方向旋转时，图4A所示的脉冲串信号PWM被提供给开关元件SW1,SW4。在开关元件SW1,SW4按照脉冲串信号PWM被控制成接通和关断的同时，开关元件SW2,SW3保持关断。因此，当脉冲串信号处在高电平时，电动机电流Im从电池24通过并联电阻34a、开关元件SW1、DC电动机10、开关元件SW4和并联电阻34b流到地，如图5A的实线所示。如果脉冲串信号从高电平转移为低电平，则由于电动机的磁作用力，电动机电流Im从地通过并联电阻34b、回流二极管D12、DC电动机10、回流二极管D13和并联电阻34a流到电池24，如图5B的实线所示。结果，在DC电动机10的两端处的电压Vm1’,Vm2’具有如图4B所示的波形，以及第一和第二端电压Vm1,Vm2，它们从用作低通滤波器的端电压检测电路37,38被输出，具有如图4C所示的波形。图4B和4C以夸张的方式概念化说明电压Vm1’,Vm2’,Vm1,和Vm2。
而且，当DC电动机10以反方向旋转时，图4A所示的脉冲串信号PWM被提供给开关元件SW2,SW3。在开关元件SW2,SW3按照脉冲串信号PWM被控制成接通和关断的同时，开关元件SW1,SW4保持关断。因此，当脉冲串信号处在高电平时，电动机电流Im从电池24通过并联电阻34a、开关元件SW3、DC电动机10、开关元件SW2和并联电阻34b流到地，如图5A的虚线所示。如果脉冲串信号从高电平转移为低电平，则由于电动机10的磁作用力，电动机电流Im从地通过并联电阻34b、回流二极管D14、DC电动机10、回流二极管D11和并联电阻34a流到电池24，如图5B的虚线所示。结果，在DC电动机10的两端处的电压Vm1’,Vm2’具有与图4B所示的相反关系的波形，以及第一和第二端电压Vm1,Vm2，它从用作低通滤波器的端电压检测电路37,38被输出，具有与图4C所示的相反关系的波形。
在这种情况下，当DC电动机10的运行通过脉宽调制(PWM)被控制时，开关元件SW1到SW4的接通时间间隔是与开关元件SW1到SW4的关断时间间隔成相反的关系。DC电动机10的第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值(即，Vm1+Vm2)近似等于电池电压Vb。具体地，由于端电压检测电路37,38起到低通滤波器的作用，和值Vm被稳定。另外，当图3所示的程序再次被执行时，步骤112,114的结果被判断为“否”。这样，在步骤100,102,106到116,132，和134中上述的处理过程被执行，以及DC电动机10可操纵地辅助操纵柄12的旋转操作。
而且，在这样地控制DC电动机10的运行时，如果在电动机10、电动机驱动电路30及其外围电路中出现故障，则第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm偏离电池电压Vb。这种故障的例子将在(1)到(9)中阐述。在这些例子中，如图5所示，说明将限于其中开关元件SW1、SW4被控制成接通和关断以及开关元件SW2、SW3保持为关断(如图5中实线所示)的情形。对于其中开关元件SW2、SW3被控制成接通和关断以及开关元件SW1、SW4保持为关断(如图5中虚线所示)的情形的说明将被省略。这是因为同样的条件应用到互相对称放置的每一对部件。而且，给出了在开关元件SW1、SW4的通-断控制期间的占空比大约等于50％的前提条件下的DC电动机10的两个端子处的电压Vm1’,Vm2’以及第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm的数字例子。
(1)如果开关元件SW1被短路，则在DC电动机10的一个端子处的电压Vm1’总是近似等于Vb，以及在DC电动机10的另一个端子处的电压Vm2’通常与开关元件SW1、SW4的接通和关断同步地在“0”与Vb之间切换。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于3Vb/2。
(2)如果开关元件SW2在其端子与电力线之间被短路，则在DC电动机10的一个端子处的电压Vm1’与开关元件SW1、SW4的接通和关断同步地在“0”与至多近似等于Vb/2的一个数值之间切换以及在DC电动机10的另一个端子处的电压Vm2总是近似等于“0”。所以，第一和第二端电压Vm1，Vm2的和值Vm至多近似等于Vb/4。
(3)如果开关元件SW3在其端子与地线之间被短路，则在DC电动机10的一个端子处的电压Vm1’总是近似等于Vb，以及在DC电动机10的另一个端子处的电压Vm2’在至少近似等于Vb/2的一个数值与近似等于Vb的一个数值之间切换。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm至少近似等于7Vb/4。
(4)如果开关元件SW4在其端子与地线之间被短路，则在DC电动机10的一个端子处的电压Vm1’与开关元件SW1、SW4的接通和关断同步地在“0”与至多近似等于Vb的一个数值之间切换以及在DC电动机10的另一个端子处的电压Vm2’总是近似等于“0”。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于Vb/2。
(5)如果DC电动机的一个端子X1与电池24的电力线短路(如果在一个端子X1处的连线束与电力线短路)，则在DC电动机10的一个端子处的电压Vm1’总是近似等于Vb，以及在DC电动机10的另一个端子处的电压Vm2’通常与开关元件SW1、SW4的接通和关断同步地在“0”与Vb之间切换。所以，第一和第二端电压Vm1，Vm2的和值Vm近似等于3Vb/2。
(6)如果DC电动机的一个端子X1与地线短路(如果在一个端子X1处的连线束与地线短路)，则在DC电动机10的一个端子处的电压Vm1’与开关元件SW1、SW4的接通和关断同步地在“0”与至多近似等于Vb/2的一个数值之间切换以及在DC电动机10的另一个端子处的电压Vm2’总是近似等于“0”。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm至多近似等于Vb/4。
(7)如果DC电动机的另一个端子X2与电池24的电力线被短路(如果在另一个端子X2处的连线束与电力线短路)，则在DC电动机10的一个端子处的电压Vm1’总是近似等于Vb，以及在DC电动机10的另一个端子处的电压Vm2’与开关元件SW1、SW4的接通和关断同步地在至少近似等于Vb/2的一个数值与近似等于Vb的一个数值之间切换。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm至少近似等于7Vb/4。
(8)如果DC电动机的另一个端子X2与电池24的地线短路(如果在另一个端子X2处的连线束与地线短路)，则在DC电动机10的一个端子处的电压Vm1’通常与开关元件SW1、SW4的接通和关断同步地在Vb与“0”之间切换以及在DC电动机10的另一个端子处的电压Vm2’总是近似等于“0”。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于Vb/2。
(9)如果在端电压检测电路37,38和微计算机32中出现故障，则大大地不同于Vb的一个数值可被作为第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm计算。
如果在DC电动机运行期间出现例子(1)到(9)中所描述的故障，则第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于或大于3Vb/2，或近似等于或小于Vb/2。这样，如果在步骤112、114中的预定的数值△Vb被设置为小于Vb/2的一个数值，则有可能检测如例子(1)到(8)中描述的故障。为了更具体化，希望设置近似等于电池电压Vb(例如12伏)的25％，即Vb/4(例如3伏)的一个数值为预定的数值△Vb。
此后，将再次描述图3所示的流程图。如果出现例子(1)到(9)中所描述的故障，则执行步骤102，106到110的处理过程，以及步骤112或步骤114的结果被判断为“是”。在步骤118，把“1”加到第一计数值CT1。然后，在步骤120确定第一计数值CT1是否等于或大于预定的数值CT10。如果第一计数值CT1小于预定值CT10，则在步骤120，该结果被判断为“否”。然后，执行步骤132的上述的辅助控制处理过程。因此，如果只暂时检测在例子(1)到(9)中所描述的故障，则不执行以后描述的失效处理过程。
而且，如果连续地而不是暂时地检测到上述的故障，则在每次执行这个程序时通过步骤118的处理，增加第一计数值CT1。如果由于第一计数值CT1的增加，计数值CT1变成为等于或大于预定值CT10，则步骤120的结果被判断为“是”。然后，程序进到步骤136和随后的步骤。
在步骤136，停止对DC电动机10的操作控制，以及继电器开关电路35被关断。然后，警告灯(未示出)被点亮，以及执行以诊断代码记录已出现的故障的状态的失效处理过程。然后，在步骤138，这个程序的执行被终结。在这种情况下，不像在步骤134的上述的处理过程的情况，在步骤138的处理过程后，不再执行这个程序。在这种情况下，也有可能只禁止驱动DC电动机10的处理过程，以及照常地继续进行程序中的处理过程。
结果，检测到在DC电动机运行期间故障的出现，以及在检测到故障后停止由电动机10的辅助控制。所以，有可能确保车辆运行的稳定性。在检测故障的出现时，通过把第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm与电池电压Vb进行比较，而作出判断。因此，在例子(1)到(9)中描述的各种故障可被有效地检测。而且，由于在故障的检测持续一段相应于预定值CT10的时间间隔的条件下，判断故障的发生，所以有可能消除由于暂时出现故障而引起的误判断的可能性。因此，有可能以高的可靠度检测出在电动机驱动单元的外围设备中故障的发生。
接着，将描述当DC电动机10不在运行时任何判断故障的出现。在这种情况下，由于电动机电流Im等于“0”，步骤108的结果被判断为“0”。换句话说，在步骤108，确定电动机电流Im小于预定的电流值Im0。然后，程序进到步骤122和随后的步骤。在步骤122，把第一计数值CT1复位为“0”后，在步骤124，确定第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm是否等于或大于预定的电压值△V。也就是，在步骤124，确定和值Vm是否近似等于“0”。
如果第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”和小于预定的电压值△V，则步骤124的结果被判断为“否”。然后，在步骤126，把第二计数值CT2复位为“0”后，程序进到步骤132。在步骤132，执行DC电动机10的控制运行的处理过程。然而，由于电动机10实际上不在运行，所以不执行控制电动机10运行的处理过程。
当DC电动机不在进行这样的运行控制时，开关元件SW1到SW4保持关断。因此，如果电动机10、电动机驱动单元30及其外围电路正常地运行，则第一和第二端电压Vm1,Vm2都等于“0”。也就是，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值，即Vm=Vm1+Vm2，保持等于“0”。结果，在这种情况下，即使再次地执行图3所示的程序，步骤124的结果被判断为“否”。因此，执行步骤100,102,106,108,122到126,132和134的上述的处理过程。
而且，当DC电动机不在进行这样的运行控制时，如果电动机10、电动机驱动单元30及其外围电路中出现故障，则第一和第二端电压Vm1,Vm2不同于“0”。这种故障的例子将在下面在(1)到(3)中阐述。
(1)如果开关元件SW1或开关元件SW3与电力线短路，则在DC电动机10的两个端子处的电压Vm1’,Vm2’都近似等于Vb。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。
(2)如果DC电动机的一个端子X1或另一个端子X2与电池24的电力线被短路(如果在一个端子X1或另一个端子X2处的连线束与电力线短路)，则在DC电动机10的两个端子处的电压Vm1’,Vm2’都近似等于Vb。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。
(3)如果在端电压检测电路37,38或微计算机32中出现故障，则大大地不同于Vb的一个数值可被作为第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm计算。
在这种情况下，如果在DC电动机不在运行时，出现例子(1)到(3)中所描述的故障，则第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm不同于“0”。这样，如果在图3的步骤124中的预定的数值△V被适当地设置为一个小的数值，则有可能检测出如例子(1)到(3)中描述的故障。
此后，将描述图3所示的流程图。如果出现例子(1)到(3)中所描述的故障，则执行步骤102,106,108到122的处理过程，然后，步骤124的结果被判断为“是”。在步骤128，把“1”加到第二计数值CT2。然后，在步骤130确定第二计数值CT2是否等于或大于预定的数值CT20。如果第二计数值CT2小于预定值CT20，则步骤130的结果被判断为“否”。然后，执行步骤132的上述的辅助控制处理过程。因此，如果只暂时检测到例子(1)到(3)中所描述的故障，则不执行步骤136中上述的失效处理过程。
而且，如果连续地而不是暂时地检测到上述的故障，则在每次执行这个程序时通过步骤128的处理过程，增加第二计数值CT2。如果由于第二计数值CT2的增加，计数值CT2变成为等于或大于预定值CT20，则步骤130的结果被判断为“是”。然后，程序进到步骤136和随后的步骤。
在步骤136，执行上述的失效处理过程。然后，在步骤138，这个程序的执行被终结。在这种情况下，也有可能只禁止驱动DC电动机10的处理过程，以及照常地继续进行程序中的处理过程。
结果，检测到在DC电动机不运行状态期间故障的出现，以及在检测到故障后停止由电动机10的辅助控制。所以，有可能确保车辆运行的稳定性。在检测故障的出现时，通过把第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm与“0”进行比较，而作出判断。因此，在例子(1)到(3)中描述的各种故障可被有效地检测。而且，由于在故障的检测持续一段相应于预定值CT20的时间间隔的条件下，判断故障的发生，有可能消除误判断的可能性。因此，有可能以高的可靠度检测出故障。
接着，将描述在上述的例子中电动机驱动电路30的部分修改例。
如图6所示，这个修改例去掉上述实施例的下拉电阻r1。而是把DC电动机10的一个端子通过上拉电阻r5连接到电池24的电力线上。在其它方面，这个修改例的电路的结构是与上述实施例相同的。
在这个修改例中，桥式电路31中的开关元件SW1，SW4或开关元件SW2,SW3也被控制成接通和关断，由此，DC电动机10的运行被控制。
在这种情况下，运行基本上与上述的实施例相同的。也就是，电动机10的两个端子的电压Vm1’,Vm2’被交替地在近似等于“0”的一个数值与近似等于Vb的一个数值之间切换，以及第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm也近似等于Vb。如果在DC电动机10运行期间出现如例子(1)到(3)中描述的故障，则电动机10的两个端子的电压Vm1’,Vm2’和第一与第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm假定为在例子(1)到(3)中提到的数值。
然而，当开关元件SW1,SW4和开关元件SW2,SW3保持为关断以及DC电动机不在运行时，电动机10的两个端子的电压Vm1’,Vm2’近似等于Vb/2，以及第一与第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于Vb。在这种情况下，有可能检测在以下的例子(1)到(5)中描述的故障。
(1)如果开关元件SW1或开关元件SW3与电力线短路，则在DC电动机10的两个端子处的电压Vm1’,Vm2’都近似等于Vb。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。
(2)如果开关元件SW2或开关元件SW4与地线短路，则在DC电动机10的两个端子处的电压Vm1’,Vm2’都近似等于“0”。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”。
(3)如果DC电动机的一个端子X1或另一个端子X2与电池24的电力线被短路(如果在一个端子X1或另一个端子X2处的连线束与电力线短路)，则在DC电动机10的两个端子处的电压Vm1’,Vm2’都近似等于Vb。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。
(4)如果DC电动机在一个端子X1或另一个端子X2处被短路(如果在一个端子X1或另一个端子X2处的连线束与地线短路)，则在DC电动机10的两个端子处的电压Vm1’,Vm2’都近似等于“0”。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”。
(5)如果在端电压检测电路37,38或微计算机32中出现故障，则大大地不同于Vb的一个数值可被作为第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm计算。
在这种情况下，如果当DC电动机不在运行时，出现例子(1)到(5)中所描述的故障，则第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”或2Vb。另一方面，如果没有这样的故障，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm等于如上所述的Vb。所以，也有可能以与在DC电动机10运行期间检测故障时相同的方式，即通过图3所示的步骤106和112到120中的处理过程，判断出如例子(1)到(3)中描述的故障。因此，不需要确定电动机电流Im是否等于或大于预定的电流值Im0。
因此，在这个修改例中，微计算机32省略去图3所示的步骤108,110和122到130的处理过程，以及执行紧接在步骤106的处理过程以后的步骤112的处理过程。换句话说，微计算机32可被设计成执行由步骤100到106、112到120、和132到138组成的处理过程。而且，这个修改例也去掉电动机电流检测电路36。结果，除了上述的实施例的效果以外，这个修改例使得有可能通过简单的处理过程检测宽得多的各种类型的故障。
而且，除了图6所示的电路结构以外，这个修改例可被设计成如图7所示。也就是，也有可能像上述的实施例中那样把DC电动机10的一个端子通过下拉电阻r1接地，或把DC电动机10的另一个端子通过上拉电阻r6连接到电池24的电力线。这也使得有可能通过执行类似于修改例程序的程序达到基本上与修改例相同的效果。
而且，也有可能去掉图7所示的下拉电阻r1,r2，以及只使用上拉电阻r5,r6。在这种情况下，桥式电路的开关元件SW1,SW4或开关元件SW2,SW3也被控制成接通和关断。在DC电动机10的运行被控制的情况下，运行基本上是与上述实施例相同的。也就是，电动机10的两个端子的电压Vm1’,Vm2’被交替地在近似等于“0”的一个数值与近似等于Vb的一个数值之间切换，以及第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm也近似等于Vb。另外，如果在DC电动机10运行期间出现如上述的实施例的例子(1)到(9)中描述的故障，则电动机10的两个端子的电压Vm1’,Vm2’和第一与第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm假定为在例子(1)到(9)中提到的数值。
然而，当开关元件SW1,SW4和开关元件SW2,SW3保持为关断以及DC电动机不在运行时，电动机10的两个端子的电压Vm1’,Vm2’近似等于Vb，以及第一与第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。在这种情况下，有可能检测在以下的例子(1)到(3)中描述的故障。
(1)如果开关元件SW2或开关元件SW4与地线短路，则在DC电动机10的两个端子处的电压Vm1’,Vm2’都近似等于“0”。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”。
(2)如果DC电动机的一个端子X1或另一个端子X2与地短路(如果在一个端子X1或另一个端子X2处的连线束与电力线短路)，则在DC电动机10的两个端子处的电压Vm1’,Vm2’都近似等于“0”。所以，第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”。
(3)如果在端电压检测电路37,38或微计算机32中出现故障，则大大地不同于2Vb的一个数值可被作为第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm计算。
这样，这个修改例可被设计成在图3所示的程序的步骤124中确定第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm是否与2Vb相差预定的数值或更大。换句话说，步骤124中的判断处理过程可被改变成如在上述的步骤112、114中的、确定和值Vm是否等于或大于通过把预定的数值△Vb加到2Vb上而得到的数值，即2Vb+△Vb，的处理过程和确定和值Vm是否等于或小于通过从2Vb中减去预定的数值△Vb而得到的数值，即2Vb-△Vb，的处理过程。如果和值满足关系式2Vb-△Vb＜Vm＜2Vb+△Vb，则确定没有出现故障。然后，程序进到步骤126。如果和值满足关系式Vm＜2Vb-△Vb或2Vb+△Vb≤Vm，则确定出现故障。然后，程序进到步骤128。这也使得有可能达到基本上与上述的而且，在上述的实施例和修改例中，电动机电流Im是通过检测并联电阻34b的两端的电压来检测的。然而，电动机电流的检测也可以这样实现，以使得并联电阻34a的两端的电压被引入到电动机电流检测电路3中。而且，也有可能在DC电动机10连接到的桥式电路31的对角线位置之间把电阻串联连接到DC电动机10，以及这样地检测电动机电流Im，以使得电阻的两端被引入到电动机电流检测电路36中。而且，在上述的实施例和修改例中，电动机电流Im是根据由电阻造成的电压降来检测的。然而，也有可能使得诸如霍尔器件的非接触型电流传感器与电阻的接触位置相对立，即，与电动机电流Im流过的位置相对立，以及通过传感器检测电动机电流1m。
而且，在上述的实施例和修改例中，DC电动机10的第一和第二端电压Vm1,Vm2被输入到微计算机32，以及端电压的和值Vm是通过由微计算机32执行的步骤106的处理过程(图3)被计算的。然而，代替这样的做法，也有可能在端电压检测电路37,38与微计算机32之间配置一个加法器，它把第一和第二端电压Vm1,Vm2相加，以及输出第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm，并且在步骤106只是从加法器把第一和第二端电压Vm1,Vm2的和值Vm输入到微计算机32。
如图2所示，本发明优选地是在可编程通用计算机30上实施的。然而，整个发明，故障判断装置、运行判断控制器、持续检测控制器和/或失效处理控制器等也可在专用计算机、已编程微处理器或微控制器和外围集成电路元件、ASIC或其它集成电路、数字信号处理器、诸如离散单元电路那样的硬连线电子或逻辑电路、诸如PLD、PLA、FPGA或PAL等的可编程逻辑装置等上被实施。通常，能够实施有限状态机(它又能够实现图3所示的流程图)的任何器件可被使用来实施故障判断装置、运行判断控制器、持续检测控制器和失效处理控制器等。
虽然已经参照本发明的优选实施例描述了本发明，但应当看到，本发明并不限于所揭示的实施例或结构。相反，本发明打算覆盖各种修改方案和等价的装置。此外，虽然所揭示的本发明的各种单元被显示为示例性的各种组合和配置，但包括或多或少、或仅仅一个单个实施例的其它的组合和配置也属于本发明的精神和范围。
权利要求
1．具有由四边组成的桥式电路(31)的电动机驱动单元，每边有一个开关元件，具有两个被连接到桥式电路(31)的端子的电动机(10)和电动机驱动装置(30)，该电动机驱动装置通过把一个开关元件连接到电力线和把另一个开关元件接地而操纵电动机(10)，以及它通过对开关元件进行脉冲宽度调制而控制电动机(10)，电动机驱动单元的特征在于包括故障判断装置(S112,S114,32)，用于在电动机(10)运行期间在电动机的两个端子处的电压的和值与电力线上电源电压的差值至少是预定值时，判断在桥式电路(31)、电动机(10)和电动机驱动单元(30)的至少一个中出现故障。
2．具有由四边组成的桥式电路(31)的电动机驱动单元，每边有一个开关元件，具有两个被连接到桥式电路(31)的端子的电动机(10)和电动机驱动装置(30)，该电动机驱动装置通过把一个开关元件连接到电力线和把另一个开关元件接地而操纵电动机(10)，以及它通过对开关元件进行脉冲宽度调制而控制电动机(10)，电动机驱动单元的特征在于包括故障判断装置(S124,32)，用于在电动机(10)不在运行时和在电动机(10)的两个端子处的电压的和值与事先根据在所有开关元件关断状态期间在电动机(10)的端子处的电压值确定的电压数值的和值之间的差值是预定的数值或更大时，判断在桥式电路(31)、电动机(10)和电动机驱动单元(30)的至少一个中出现故障。
3．具有由四边组成的桥式电路(31)的电动机驱动单元，每边有一个开关元件，具有两个被连接到桥式电路(31)的端子的电动机(10)和电动机驱动装置(30)，该电动机驱动装置通过把一个开关元件连接到电力线和把另一个开关元件接地而操纵电动机(10)，以及它通过对开关元件进行脉冲宽度调制而控制电动机(10)，电动机驱动单元的特征在于包括一个电路，在所有开关元件关断状态期间把电动机(10)的两个端子处的端电压设置为电源电压的一半，其中该电路包括上拉电阻(r5,r6)，被连接到电动机(10)的两个端子的至少一个端子和电力线；以及下拉电阻(r1,r2)，被连接到电动机(10)的两个端子的至少另一个端子和地线；以及故障判断装置(S112,S114,S124,32)，用于在电动机(10)运行期间在电动机(10)的两个端子处的电压的和值与电力线上电源电压的差值是预定值时，判断在桥式电路(31)、电动机(10)和电动机驱动单元(30)的至少一个中出现故障。
4．如权利要求1和2的任一项中要求的电动机驱动单元，其特征在于，还包括电路检测装置(36)，用于检测通过电动机(10)的电流；以及运行判断装置(S108,32)，用于根据检测的电流判断电动机(10)是在运行还是不在运行。
5．如权利要求1到4的任一项中要求的电动机驱动单元，其特征在于，还包括连续检测装置(S120,S130,32)，用于检测故障判断装置(S112,S114,S124,32)是否连续地判断故障的出现；以及失效处理装置(S136,32)，用于如果故障在预定的时间间隔内持续，执行失效处理。
6．按照权利要求5的电动机驱动单元，其特征在于失效处理包括停止运行电动机，发出警告，和以诊断代码来记录故障类型中的至少一种措施。
7．如权利要求1到6的任一项中要求的电动机驱动单元，其特征在于电压的和值是在电动机的一个端子处被滤波输出的第一端电压与在电动机(10)的另一个端子处被滤波输出的第二端电压的总和。
全文摘要
电动机被连接到具有包括开关元件和回流二极管的四边的桥式电路的对角线位置。两个端子的至少一个端子被连接到电力线,以及至少另一个端子接地。通过执行对于开关元件脉冲宽度调制控制,控制DC电动机的运行。当DC电动机在运行时,DC电动机的端电压的和值等于电源电压。当DC电动机不在运行时,DC电动机的端电压的和值被设置为预定的电压。如果端电压的和值与电源电压或预定的电压的差值为至少预定的数值,则判断出现故障。
文档编号H02P7/00GK1287930SQ00126338
公开日2001年3月21日 申请日期2000年9月7日 优先权日1999年9月7日
发明者河西荣治, 藤田修司 申请人:丰田自动车株式会社