马达控制装置、使用该马达控制装置的电动助力转向装置及车辆的制作方法
【专利摘要】即使在马达驱动电路发生了异常的情况下，也能够继续对电动马达进行驱动控制而不会使电磁制动作用于多相电动马达。具备：主马达驱动电路，其对多相电动马达进行驱动控制；备用马达驱动电路，其在该主马达驱动电路发生了异常时对所述多相电动马达进行驱动控制；以及异常诊断部，其进行所述主马达驱动电路及所述备用马达驱动电路的异常诊断，其中具有正常驱动状态和备用驱动状态，正常驱动状态是仅通过所述主马达驱动电路驱动所述多相电动马达的状态，所述备用驱动状态是如下状态：在该正常驱动状态下所述异常诊断部对所述主马达驱动电路的诊断结果为异常时，切断异常的相输出部的马达电流，并将所切断的相输出部切换至同相的所述备用马达驱动电路的相输出部，驱动所述多相电动马达。
【专利说明】
马达控制装置、使用该马达控制装置的电动助力转向装置及车辆
技术领域
[0001]本发明涉及对多相电动马达进行驱动控制的马达控制装置、使用该马达控制装置的电动助力转向装置及车辆。
【背景技术】
[0002]关于对装载于车辆的电动助力转向装置的电动马达或电动制动装置的电动马达、电动汽车或混合动力车的行驶用电动马达等进行驱动控制的马达控制装置，期望即使在马达控制系统产生了异常的情况下也能够继续驱动电动马达。
[0003]为了能够满足上述期望，提出了多相旋转器的控制装置以及使用了该控制装置的电动助力转向装置，该控制装置例如使多相电动马达的多相马达绕组双重化，从单个逆变部对双重化的多相马达绕组供应电流，具有故障时控制单元，该故障时控制单元在一方的逆变部的开关单元发生不能导通的断开(Off)故障即开路故障的情况下，确定发生了故障的故障开关单元，控制除了故障开关单元以外的开关单元，并且控制包括有故障开关单元的故障逆变部以外的正常逆变部(例如参照专利文献I)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本特许第4998836号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的课题
[0008]此外，前述的专利文献I所述的现有例中，在双重化的逆变部的一方，开关单元发生了断开故障的情况下，控制除了已发生断开故障的故障开关单元以外的开关单元，并与因控制包括故障开关单元的故障逆变部而导致的扭矩下降相应地校正正常的逆变部中的q轴电流指令值，由此在抑制扭矩下降的同时继续多相旋转器的驱动控制。
[0009]但是，在上述现有例中，逆变部的开关单元发生了断开故障的情况下，能够产生充分的扭矩，但在逆变部的开关单元发生了接通(On)故障(短路故障)的情况下，马达成为发电机，产生电磁制动。除去异常的开关单元，校正正常的开关单元的指令值，即使驱动马达，也利用制动扭矩减小输出扭矩。于是，驾驶员对转向的转向助力下降，因此可能带来明显的转向不适感。而且存在以下未解决的课题:为了抵消制动扭矩，必须让大电流流过逆变器、马达，因此导致马达及逆变器过热，发生短路故障时的辅助持续时间缩短。
[0010]并且，在上述现有例中，必须是从马达输出双系统的马达绕组线头的结构，马达内部接线变得复杂化，接线处理所必需的组成部件增加，尺寸增大，构成驱动马达的马达驱动装置的ECU也同样存在马达接口部变得复杂化、组成部件増加、尺寸增大等未解决课题。
[0011]因此，本发明是着眼于上述现有例的未解决课题而完成的，目的在于提供一种马达控制装置、使用该马达控制装置的电动助力转向装置及车辆，该马达控制装置以简易的结构，使用一般的马达，即使在马达驱动电路中发生了短路故障的情况下，也能够继续对电动马达进行驱动控制而不会发生电磁制动。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]为了解决上述目的，本发明的马达控制装置的一个方式中，具备:主马达驱动电路，其对多相电动马达进行驱动控制;备用马达驱动电路，其与主马达驱动电路并联连接于多相电动马达，当该主马达驱动电路发生了异常时对多相电动马达进行驱动控制；以及异常诊断部，其进行主马达驱动电路及备用马达驱动电路的异常诊断，该马达控制装置具有正常驱动状态和备用驱动状态，其中，所述正常驱动状态是仅通过主马达驱动电路驱动多相电动马达的状态，所述备用驱动状态是如下状态:在该正常驱动状态下异常诊断部对主马达驱动电路的诊断结果为异常时，切断异常的相输出部的马达电流，并将所切断的相输出部切换至同相的备用马达驱动电路的相输出部，驱动所述多相电动马达。
[0014]而且，本发明的电动助力转向装置的一个方式是将上述马达控制装置应用于包括使转向机构产生转向辅助力的电动马达的马达控制装置。
[0015]并且，本发明的车辆的一个方式是具备上述马达控制装置。
[0016]发明的效果
[0017]根据本发明，具有正常驱动状态和备用驱动状态，其中，所述正常驱动状态是仅通过主马达驱动电路驱动多相电动马达的状态，所述备用驱动状态是如下状态:在该正常驱动状态下主马达驱动电路的异常诊断部的诊断结果为异常时，切断异常的相输出部的马达电流，并将所切断的相输出部切换至同相的备用马达驱动电路的相输出部，驱动所述多相电动马达。因此，异常的相输出部的马达电流被切断，因此能够可靠地防止多相电动马达作为发电机动作而产生电磁制动，例如即使在由马达驱动电路等构成的硬件发生了开路故障或短路故障的情况下，也能够继续驱动多相电动马达。
[0018]此外，由于包括具有上述效果的马达控制装置而构成电动助力转向装置，因此在多重系统的多相马达驱动电流的一方发生了异常的情况下，也能够将多相马达驱动电流供应至多相电动马达，电动助力转向装置的转向辅助功能能够持续。
[0019]并且，由于包括具有上述效果的马达控制装置而构成车辆，因此能够提供一种提高电动马达的稳定性的车辆，该车辆在多相电动马达的至少多重系统的马达驱动电路之一发生了异常的情况下，也能够将多相马达驱动电流供应至电动马达，继续利用电动马达产生扭矩。
【附图说明】
[0020]图1是示出装配了具有本发明的马达控制装置的电动助力转向装置的车辆的系统结构图。
[0021]图2是示出第I实施方式中的三相电动马达的结构的剖视图。
[0022]图3是示出图2的三相电动马达的绕组结构的示意图。
[0023]图4是示出第I实施方式中的马达控制装置的具体结构的电路图。
[0024]图5是示出图4的控制运算装置的具体结构的框图。
[0025]图6是示出转向扭矩与转向辅助电流指令值之间的关系的一例的特性曲线图。
[0026]图7是示出图4的电流检测电路的具体结构的框图。
[0027]图8是示出正常驱动状态的框图。
[0028I图9是示出诊断驱动状态的框图。
[0029]图10是示出异常驱动状态的框图。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图对本发明的实施方式进行说明。
[0031]如图1所示，本发明的车辆I具备作为左右的转向轮的前轮2FR及2FL和后轮2RR及2RL。前轮2FR及2FL通过电动助力转向装置3转向。
[0032]电动助力转向装置3具有方向盘11，驾驶员对该方向盘11作用的转向力传递至转向轴12。该转向轴12具有输入轴12a和输出轴12b。输入轴12a的一端与方向盘11联结，另一端经由转向扭矩传感器13与输出轴12b的一端联结。
[0033]并且，传递至输出轴12b的转向力经由万向接头14而传递至下轴15，并且经由万向接头16传递至小齿轮轴17。传递至该小齿轮轴17的转向力经由转向齿轮18传递至拉杆19，使作为转向轮的前轮2FR及2FL转向。此处，转向齿轮18构成为齿条与齿轮形式，该齿条与齿轮形式具有与小齿轮轴17联结的小齿轮18a和与该小齿轮18a啮合的齿条18b。并且，传递至小齿轮18a的旋转运动通过齿条18b被转换为车宽方向的直线运动。
[0034]在转向轴12的输出轴12b上，联结有将转向辅助力传递至输出轴12b的转向辅助机构20。该转向辅助机构20具备与输出轴12b联结的例如由涡轮机构构成的减速齿轮21和作为多相电动马达的三相电动马达22，该三相电动马达22例如由与该减速齿轮21联结的产生转向辅助力的三相无刷马达构成。
[0035]转向扭矩传感器13检测赋予方向盘11并传递至输入轴12a的转向扭矩。该转向扭矩传感器13构成为例如将转向扭矩转换为安插于输入轴12a与输出轴12b之间的未图示的扭杆的扭转角位移，将该扭转角位移转换为电阻变化或磁力变化来检测。
[0036]并且，如图2所示，三相电动马达22具有表面磁铁型(SPM)马达的结构，该表面磁铁型(SPM)马达的结构具有:定子22S，其具有例如9个齿Te，该齿Te是在内周面向内方突出形成而形成槽SL的磁极；以及表面磁铁型的转子22R，其例如有6极，以与齿Te对置并旋转自如的方式配置在该定子22S的内周侧。
[0037]并且，在定子22S的槽SL中卷装有构成三相的A相、B相及C相的多相马达绕组La、Lb及Lc。如图3所示，这些多相马达绕组La、Lb及Lc分别具有例如3个线圈部L1、L2及L3并列连接的结构，这些线圈部LI?L3在槽SL内卷装成3层。各相马达绕组La、Lb以及Lc的一端彼此连接而成为星型接线，另一端与马达控制装置25连接，单独地供应A相马达驱动电流Ia、B相马达驱动电流Ib以及C相马达驱动电流I c。
[0038]并且，如图4所示，三相电动马达22具备检测马达的旋转位置的分解器等旋转位置传感器23a。来自该旋转位置传感器23a的检测值被供应至马达旋转角检测电路23，在该马达旋转角检测电路23中检测马达旋转角0m。
[0039]马达控制装置25被输入由转向扭矩传感器13检测出的转向扭矩Ts和由车速传感器26检测出的车速Vs，并且被输入从马达旋转角检测电路23输出的马达旋转角0m。
[0040]并且，马达控制装置25被从作为直流电压源的电池27输入直流电力。
[0041]马达控制装置25的具体的结构如图4所示构成。即，马达控制装置25具备:计算马达电流指令值的控制运算装置31;和被分别输入从该控制运算装置31输出的三相的电压指令值VI*及V2*的主马达驱动电路32A及备用马达驱动电路32B。而且，具备安插在这些主马达驱动电路32A及备用马达驱动电路32B的输出侧与三相电动马达22的三相马达绕组La?Lc之间的主马达电流切断部33A和备用马达电流切断部33B。
[0042]主马达驱动电路32A和备用马达驱动电路32B分别具备被输入从控制运算装置31输出的三相的电压指令值VI*及V2*而形成栅极信号的栅极驱动电路41A及41B。并且，具备被输入从这些栅极驱动电路41A及41B输出的栅极信号的主逆变电路42A和备用逆变电路42B。
[0043]栅极驱动电路41A从控制运算装置31被输入电压指令值VI*时，以这些电压指令值VI*和三角波的载波信号Sc为基础，形成进行了脉冲宽度调制(PffM)后的6个栅极信号，将这些栅极信号输出至主逆变电路42A。而且，栅极驱动电路41A被输入电压指令值VI*时，供应将电源切断部44A的场效应晶体管QC设为接通状态的栅极信号。并且，栅极驱动电路41A被输入电压指令值VI*输入时，供应将主马达电流切断部33A的各场效应晶体管QAa?QAc设为接通状态的栅极信号。
[0044]此外，从异常检测部31a被输入异常检测信号SAa时，栅极驱动电路41A停止向构成异常的开关臂SWAj的各场效应晶体管Qk及Qk+Ι供应栅极信号。同时，对与异常的开关臂SWAj对应的主马达电流切断部33A的场效应晶体管QAj供应设为断开状态的栅极信号。
[0045]另一方面，备用马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B从控制运算装置31被输入电压指令值V2*时，以这些电压指令值V2*和三角波的载波信号Sc为基础，形成进行了脉冲宽度调制(PWM)后的6个栅极信号，将这些栅极信号输出至备用逆变电路42B。而且，栅极驱动电路41B被输入电压指令值V2*时，对电源切断部44B的场效应晶体管QD供应将该场效应晶体管QD设为接通状态的栅极信号。并且，栅极驱动电路41B被输入电压指令值V2*时，对备用马达电流切断部33B的各场效应晶体管QBa?QBc供应将各场效应晶体管QBa?QBc设为接通状态的栅极信号。
[0046]此外，从异常检测部31a被输入异常检测信号SAb时，栅极驱动电路41B开始向构成与异常的开关臂SWAj对应的同相的开关臂SWBj的各场效应晶体管Qk及Qk+Ι供应栅极信号。同时，对与开关臂SWBj对应的主马达电流切断部33A的场效应晶体管QAj供应设为接通状态的栅极信号。
[0047]另外，也可以构成为在控制运算装置31中共同生成6个PffM栅极信号并输入至主逆变电路42A和备用逆变电路42B。
[0048]主逆变电路42A和备用逆变电路42B分别经由噪声滤波器43、电源切断部44A及44B、电流检测电路39A1及39B1被输入电池27的电池电流，在输入侧连接有平滑用的电解电容器CA及CB。
[0049]这些主逆变电路42A和备用逆变电路42B具有6个作为开关元件的场效应晶体管(FET)Ql?Q6，并具有串联连接2个场效应晶体管的、并联连接3个开关臂SWAa、SffAb、SWAc及SWBa、SWBb、SWBc 的结构。
[0050]主逆变电路42A和备用逆变电路42B在各场效应晶体管Ql?Q6的栅极被输入从栅极驱动电路41A及41B输出的栅极信号。由此，A相马达驱动电流Ia、B相马达驱动电流Ib、C相马达驱动电流I c从各开关臂SWAa、SffAb、SWAc及SWBa、SffBb、SffBc的场效应晶体管之间的连接点经由主马达电流切断部33A及33B向三相电动马达22的三相马达绕组La、Lb及Lc通电。[0051 ] 并且，主逆变电路42A及42B的各开关臂SWAa、SffAb、SWAc及SWBa、SffBb、SffBc中，作为下臂的场效应晶体管Q2、Q4以及Q6的源极彼此连接，经由具有I个分流电阻的电流检测电路39A2及39B2接地。由此，在这些电流检测电路39A和39B中检测出马达电流Ila?Ilc及I2a?I2c0
[0052]电流检测电路39A1、39A2以及39B1、39B2分别如图7的(a)及(b)所示构成。即，如图4及图7的(a)所示，电流检测电路39A1和39B1具有安插在各开关臂SWAa?SWAc及SWBa?SffBc的电源侧与电源切断部44A及44B之间的电流检测用的分流电阻51A及51B。如图7的(a)所示，电流检测电路39A1及39B1分别由以下部分构成:运算放大器39a，其经由电阻R2及R3被输入分流电阻51A及51B的两端电压;采样保持电路39s，其主要由被供应该运算放大器39a的输出信号的噪声滤波器构成。
[0053]并且，从采样保持电路39s输出的上侧电流检测值IAld及IBld被供应至控制运算装置31的A/D转换部31c。
[0054]并且，如图4及图7的(b)所示，电流检测电路39A2及39B2具有安插在各开关臂SWAa?SWAc及SWBa?SWBc的接地侧与接地之间的电流检测用的分流电阻5 2A及5 2B。如图7的(b)所示，这些电流检测电路39A2及39B2分别由以下部分构成:运算放大器39a，其经由电阻R2及R3被输入分流电阻52A及52B的两端电压;峰值保持电路39p，其包括被供应该运算放大器39a的输出信号的噪声滤波器；以及采样保持电路39s，其主要由被供应运算放大器39a的输出信号的噪声滤波器构成。
[0055]并且，从采样保持电路39s输出的各相的下侧电流检测值IA2d及IB2d和从峰值保持电路39p输出的峰值IA3d及IB3d被供应至控制运算装置31的A/D转换部31c。控制运算装置31根据被供应的、下侧电流检测值IA2d及IB2d、峰值IA3d及IB3d、设定栅极驱动电路41A及41B的脉冲宽度调制信号的占空比的电压指令值VI*及V2*，计算各相的电流检测值Iad、Ibd 以及 led。
[0056]主马达电流切断部33A具有3个电流切断用的场效应晶体管QAa、QAb以及QAc。场效应晶体管QAa的源极经由马达电压检测电路40A与主逆变电路42A的开关臂SWAa的场效应晶体管Ql及Q2的连接点连接，漏极与三相马达绕组LI的A相马达绕组La连接。
[0057]并且，场效应晶体管QAb的源极经由马达电压检测电路40A与主逆变电路42A的开关臂SWAb的场效应晶体管Q3及Q4的连接点连接，漏极与三相马达绕组Lb连接。
[0058]而且，场效应晶体管QAc的源极经由马达电压检测电路40A与主逆变电路42A的开关臂SWAc的场效应晶体管Q5及Q6的连接点连接，漏极与三相马达绕组Lc连接。
[0059]另外，备用马达电流切断部33B具有3个电流切断用的场效应晶体管QBa、QBb以及QBc。此处，场效应晶体管QBa的源极经由马达电压检测电路40B与备用逆变电路42B的开关臂SWBa的场效应晶体管Ql及Q2的连接点连接，漏极与三相马达绕组La连接。
[0060]而且，场效应晶体管QBb的源极经由马达电压检测电路40B与备用逆变电路42B的开关臂SWBb的场效应晶体管Q3及Q4的连接点连接，漏极与三相马达绕组Lb连接。
[0061]并且，场效应晶体管QBc的源极经由马达电压检测电路40B与备用逆变电路42B的开关臂SWBc的场效应晶体管Q5及Q6的连接点连接，漏极与三相马达绕组Lc连接。
[0062]并且，主马达电流切断部33A和备用马达电流切断部33B的场效应晶体管QAa?QAc及QBa?QBc以寄生二极管D的阳极为主逆变电路42A和备用逆变电路42B侧，分别沿相同方向连接起来。
[0063]并且，电源切断部44A及44B分别由I个场效应晶体管(FET)QC及QD和寄生二极管的并联电路构成。并且，场效应晶体管QC及QD的漏极经由噪声滤波器43与电池27连接，源极与主逆变电路42A及备用逆变电路42B连接。
[0064]图5中省略了图示，控制运算装置31中输入了图1所示的转向扭矩传感器13中检测出的转向扭矩Ts和车速传感器26中检测出的车速Vs，并且如图4所示，输入了从马达旋转角检测电路23输出的马达旋转角0m。
[0065]如图5所示，该控制运算装置31具有:转向辅助电流指令值运算部34，其计算转向辅助电流指令值I*;以及补偿控制运算部35，其根据输入的马达角速度coe和马达角加速度α对该转向辅助电流指令值运算部34计算出的转向辅助电流指令值I*进行补偿。并且，具有d_q轴电流指令值运算部37，该d-q轴电流指令值运算部37根据由该补偿控制运算部35补偿后的补偿后转向辅助电流指令值IV计算d_q轴电流指令值，并将该值转换为三相电流指令值。
[0066]转向辅助电流指令值运算部34根据转向扭矩Ts和车速Vs，参照图6所示的转向辅助电流指令值计算映射图，计算电流指令值、即转向辅助电流指令值I*。该转向辅助电流指令值计算映射图如该图所示，由抛物线状的曲线表示的特性曲线图构成，关于该抛物线状的曲线，横轴取转向扭矩Ts，纵轴取转向辅助电流指令值I*。
[0067]并且，当主马达驱动电路32A和备用马达驱动电路32B正常时，按根据转向扭矩Ts和车速Vs预先设定的图6，参照实线图示的正常时电流指令值计算曲线Lno计算转向辅助电流指令值I*。
[0068]补偿控制运算部35例如计算:收敛性补偿值，其根据马达角速度coe补偿偏转率的收敛性;扭矩补偿值，其根据马达角加速度α补偿由三相电动马达22的惯性产生的扭矩相当量，防止惯性感或控制响应性恶化。并且，估计自调整扭矩(SAT)，计算补偿的自调整扭矩补偿值，将这些收敛性补偿值、扭矩补偿值以及自调整扭矩补偿值相加来计算指令值补偿值Icom0
[0069]并且，补偿控制运算部35通过加法器36将计算出的指令值补偿值Icom与从转向辅助电流指令值运算部34输出的转向辅助电流指令值I*相加，由此计算补偿后转向辅助电流指令值IV，将该补偿后转向辅助电流指令值IV输出至d-q轴电流指令值运算部37。
[0070]而且，d-q轴电流指令值运算部37具备d轴目标电流计算部37a、感应电压模型计算部37b、q轴目标电流计算部37c以及两相/三相转换部37d。
[0071 ] d轴目标电流计算部37a根据补偿后转向辅助电流指令值IV和马达角速度ω e来计算d轴目标电流Id*。
[0072]感应电压模型计算部37b根据马达旋转角Θ和马达角速度coe，来计算d-q轴感应电压模型EMF(Electro Magnetic Force:电磁力)的d轴EMF分量ed(9)及q轴EMF分量eq(9)。
[0073]q轴目标电流计算部37c根据从感应电压模型计算部37b输出的d轴EMF分量ed(0)及q轴EMF分量eq(0)、从d轴目标电流计算部37a输出的d轴目标电流Id*、补偿后转向辅助电流指令值以及马达角速度ω e，来计算q轴目标电流Iq*。
[0074]两相/三相转换部37d将从d轴目标电流计算部37a输出的d轴目标电流Id*和从q轴目标电流计算部37c输出的q轴目标电流Iq*转换为三相电流指令值Ia*、Ib*以及Ic*。
[0075]而且，控制运算装置31具备电压指令值运算部38，该电压指令值运算部38根据计算出的A相电流指令值la*、B相电流指令值Ib*以及C相电流指令值Ic*，计算对主马达驱动电路32A及32B的电压指令值VI*及V2*。该电压指令值运算部38从A相电流指令值Ia*、B相电流指令值Ib*以及C相电流指令值Ic*中减去电流检测值IacUIbd以及led，该电流检测值1&(1、1&(1以及1(3(1是根据由电流检测电路3942及3982检测出的下侧电流检测值142(1及182(1来计算出的。由此，计算电流偏差A Ia、Δ Ib及△ Ic。并且，电压指令值运算部38对计算出的电流偏差Δ Ia、Δ Ib及Δ Ic进行例如PI控制运算或PID控制运算。由此，计算对主马达驱动电路32A和备用马达驱动电路32B的三相的电压指令值VI*及V2*。并且，将计算出的三相的电压指令值VI*及V2*输出至主马达驱动电路32A和备用马达驱动电路32B。此处，三相的电压指令值VI*及V2*作为彼此相同的值被输出。
[0076]另外，如图4所示，设置在主马达驱动电路32A及备用马达驱动电路32B与主马达电流切断部33A及备用马达电流切断部33B之间的马达电压检测电路40A及40B中检测出的各马达相电压Vlma、Vlmb、Vlmc以及V2ma、V2mb、V2mc被输入至控制运算装置31。
[0077]并且，如4所示，从检测被供应至主逆变电路42A和备用逆变电路42B的直流电流的电流检测电路39A1及39B1输出的上侧电流检测值IAld及IBld被输入至控制运算装置31。而且，以从主逆变电路42A和备用逆变电路42B流至接地的直流电流作为马达电流进行检测的电流检测电路39A2及39B2输出的下侧电流检测值IA2d及IB2d被输入至控制运算装置31。
[0078]并且，控制运算装置31中，各马达相电压Vmla、Vmlb、Vmlc以及Vm2a、Vm2b、Vm2c和上侧电流检测值1六1(1、181(1、下侧电流检测值142(1、182(1被输入至4/0转换部31(3，并具备具有异常检测部31a的异常诊断部31b，该异常检测部31a检测作为构成主逆变电路42A和备用逆变电路42B的开关元件的场效应晶体管(FET)Ql?Q6的上臂的开路故障及下臂的短路故障等。
[0079]在异常检测部31a中，如下进行异常检测。
[0080]主逆变电路42A中的例如下臂侧的场效应晶体管Q2、Q4以及Q6中的任意一个发生短路故障时，从发生了短路故障的开关臂SWAi (i = a、b、c)输出至主马达电流切断部33A的马达驱动电流Ii不流通。据此，马达电压检测电路40A中检测出的相检测电压Vi下降至接近接地电位，能够判断为发生短路故障导致的异常。
[0081 ]同样地，构成主逆变电路42A的上臂的场效应晶体管Q1、Q3以及Q5中的任意一个发生了开路故障的情况下也能够同样地进行检测。
[0082]并且，构成主逆变电路42A的上臂的场效应晶体管Ql、Q3以及Q5中的任意一个发生了短路故障的情况下，维持相应的电压检测电路Vlmi的电压高的状态。据此，能够根据该检测电压判断上臂的短路故障。
[0083]检测出构成主逆变电路42A的场效应晶体管(FET)的开路故障或短路故障时，将异常检测信号SAa输出至栅极驱动电路41A，该异常检测信号SAa使得停止对发生了异常的相的开关臂SWA j (j = a、b及c)的场效应晶体管Qk (k = 1、3、5)及Qk+Ι的栅极供应栅极信号。同时，对相应的主马达电流切断部33A的电流切断用的场效应晶体管QAk输出断开信号。
[0084]而且，在异常检测部31a中，对备用马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B输出异常检测信号SAb。因此，在栅极驱动电路41B中，对备用马达驱动电路32B的、与切断了电流的主马达驱动电路32A的开关臂SWA j同相的开关臂SWB j，供应与向异常的开关臂SWA j的场效应晶体管Qk及Qk+Ι的栅极供应的栅极信号相同的栅极信号。并且，对与备用马达电流切断部33B的开关臂SWBj对应的场效应晶体管QBj供应使其为接通状态的栅极信号。
[0085]另外，关于电流检测电路39A2及39B2中检测出的检测信号，向主逆变电路42A和备用逆变电路42B的场效应晶体管(FET)的栅极输入脉冲宽度调制(PWM)信号。据此，从主逆变电路42A和备用逆变电路42B输出的A相?C相马达驱动电流Ia?Ic为被控制了占空比的矩形波信号。因此，单纯地检测A相?C相马达驱动电流Ia?Ic的瞬时值时，若在矩形波信号断开时检测，则不表示正常的马达电流值。
[0086]因此，为了正确地检测下侧电流检测值IA2d及IB2d，如图7的(b)所示，将放大了分流电阻51A及51B的两端电压的运算放大器39a的输出供应至峰值保持电路39p，该峰值保持电路39p将峰值保持脉冲宽度调制信号的一周期左右的时间以上。这样，通过保持峰值，能够迅速正确地检测下侧电流检测值IA2d及IB2d的各相的峰(最大)值IA3d及IB3d。
[0087]此外，在异常检测部31a中，主逆变电路42A正常的状态下，开始进行控制后每隔规定的时间，从由主马达驱动电路32A实现的三相电动马达22的旋转驱动状态切换至由备用马达驱动电路32B实现的三相电动马达22的旋转驱动状态，进行备用马达驱动电路32B的备用逆变电路42B的异常诊断。
[0088]该情况下，控制运算装置31在向主马达驱动电路32A输出电压指令值VI*的状态下，针对备用马达驱动电路32B，将与电压指令值VI*为相同值的电压指令值V2*输出至备用马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B。在该栅极驱动电路41B中，根据电压指令值V2*形成与备用逆变电路42B的各场效应晶体管Ql?Q6对应的栅极信号，将形成的栅极信号供应至各场效应晶体管Ql?Q6的栅极，并且对电源切断部44B的场效应晶体管QD供应为接通状态的栅极信号。在该状态下，在与主马达驱动电路32A的栅极驱动电路41A中对主马达电流切断部33A的各场效应晶体管QAa?QAc供应设为断开状态的栅极信号的时刻相同的时刻，从备用马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B对备用马达电流切断部33B的各场效应晶体管QBa?QBc供应设为接通状态的栅极信号。
[0089]由此，将三相电动马达22的驱动从主马达驱动电路32A瞬间切换至备用马达驱动电路32B，在该状态下，通过异常检测部31a，利用与主逆变电路42A的异常检测同样的方法检测备用逆变电路42B的各开关臂SWBa?SWBc的短路异常及开路异常。在由异常检测部31a检测出备用逆变电路42B的短路故障或开路异常的情况下，将敦促修理备用逆变电路42B的警报信息输出至警报电路50。
[0090]在异常检测部31a中，当备用逆变电路42B的异常检测结束时，对主马达驱动电路32A和备用马达驱动电路32B的各栅极驱动电路41A及41B输出异常检测结束信号Sae。由此，栅极驱动电路41B对备用马达电流切断部33B的各场效应晶体管QBa?QBc供应设为断开状态的栅极信号，与此同时，由栅极驱动电路41A对主马达电流切断部33A的各场效应晶体管QAa?QAc供应设为接通状态的栅极信号。由此，使三相电动马达22的驱动从备用马达驱动电路32B恢复至主马达驱动电路32A。
[0091]另外，备用马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B中，当被输入异常检测结束信号Sae时，使备用马达电流切断部33B的各场效应晶体管QBa?QBc成为断开状态，并且停止向备用逆变电路42B的各场效应晶体管Ql?Q6供应栅极信号，同时向电源切断部44B供应设为断开状态的栅极信号，从而停止备用马达驱动电路32B的驱动。
[0092]下面，说明上述实施方式的动作。
[0093]在为动作停止状态的时候，马达控制装置25的控制运算装置31为非动作状态，其中，在所述动作停止状态下，未图示的点火开关为断开状态，车辆停止，并且转向辅助控制处理也停止。因此，控制运算装置31中执行的转向辅助控制处理和异常监视处理被停止。因此，三相电动马达22停止动作，并停止向转向辅助机构1输出转向辅助力。
[0094]当将点火开关从该动作停止状态设为接通状态时，控制运算装置31为动作状态，开始转向辅助控制处理和异常监视处理。此时为如下的正常状态:主马达驱动电路32A和备用马达驱动电路32B的主逆变电路42A及备用逆变电路42B中的各场效应晶体管Ql?Q6未发生开路故障及短路故障。此时，在未对方向盘11转向的非转向状态下，在由控制运算装置31执行的转向辅助控制处理中，转向扭矩Ts为“O”，车速Vs也为“O”，因此，参照图6的电流指令值计算映射图中的实线图示的正常时电流指令值计算曲线Lno来计算转向辅助电流指令值I*。
[0095]并且，根据计算出的转向辅助电流指令值I*和从马达旋转角检测电路23输入的马达电角度Ge计算d轴电流指令值Id*及q轴电流指令值Iq*，对计算出的d轴电流指令值Id*及q轴电流指令值Iq*进行dq两相-三相转换处理，计算A相电流指令值Ia*、B相电流指令值Ib*以及C相电流指令值Ic*。
[0096]并且，计算各相电流指令值Ia*、Ib*及Ic*与根据电流检测电路39A2中检测出的各相电流检测值IAacUIAbd及IAcd算出的各相电流检测值IacUIbd及Ibc之间的电流偏差ΔIa、Δ Ib及Δ Ic，对计算出的电流偏差Δ Ia、Δ Ib及Δ Ic进行PI控制处理或PID控制处理，计算目标电压指令值Va*、Vb*及Vc*。
[0097]并且，将计算出的目标电压指令值Va*、Vb*及Vc*作为电压指令值VI*输出至主马达驱动电路32A的栅极驱动电路41A。此外，由于主逆变电路42A正常，因此控制运算装置31将逻辑值“O”的异常检测信号SAa及SAb输出至栅极驱动电路41A及41B。
[0098]因此，在栅极驱动电路41A中，对主马达电流切断部33A输出高电平的3个栅极信号。因此，主马达电流切断部33A的场效应晶体管QAa?QAc变为接通状态，主逆变电路42A与三相电动马达22的三相马达绕组LI及L2之间变为导通状态，成为能够对三相电动马达22进行通电控制的状态。
[0099]与此同时，从栅极驱动电路41A对电源切断部44A输出高电平的栅极信号。因此，电源切断部44A的场效应晶体管QC变为接通状态，来自电池27的直流电力经由噪声滤波器43被供应至主逆变电路42A。
[0100]并且，在栅极驱动电路41A中，根据从控制运算装置31输入的电压指令值VI*，进行脉冲宽度调制处理并形成栅极信号，将形成的栅极信号供应至主逆变电路42A的各场效应晶体管Ql?Q6的栅极。
[0101]因此，车辆为停止状态，未对方向盘11转向的状态下，转向扭矩Ts为“O”，因此转向辅助电流指令值I*也为“O”，从主逆变电路42A输出的A相?C相马达驱动电流Ia?Ic均为“O”，三相电动马达22维持停止状态。
[0102]但是，车辆的停止状态或车辆的行驶开始状态下，对方向盘11转向，进行所谓的平稳转向时，转向扭矩Ts增大，由此参照图6，计算出大的转向辅助电流指令值I*，与其对应的大的电压指令值VI*被供应至主马达驱动电路32A的栅极驱动电路41A。因此，与大电压指令值VI*对应的占空比的栅极信号从栅极驱动电路41A被输出至主逆变电路42A。
[0103]因此，如图8所示，从主逆变电路42A输出与转向辅助电流指令值I*对应的脉冲宽度调制信号、即具有120度的相位差的A相马达驱动电流IAa、B相马达驱动电流IAb、C相马达驱动电流IAc。并且，它们通过与主马达电流切断部33A的各相对应的场效应晶体管QAa?QAc而被供应至三相电动马达22的三相马达绕组La?Lc。另外，为了区别从主逆变电路42A输出的马达驱动电流与从备用逆变电路42B输出的马达驱动电流，在电流的标号中加上A。并且，对从备用逆变电路42B输出的马达驱动电流，在标号中加上B。
[0104]由此，三相电动马达22被旋转驱动，产生与转向扭矩Ts对应的目标的转向辅助电流指令值I*所对应的大转向辅助力，该转向辅助力经由减速齿轮21被传递至输出轴12b。因此，能够利用轻转向力对方向盘11转向。
[0105]之后，当车速Vs増加时，与此对应地计算出的转向辅助电流指令值I*与平稳转向时相比下降，三相电动马达22中产生与转向扭矩Ts和车速Vs对应地适度减小的转向辅助力。
[0106]由此，在主逆变电路42A正常的状态下，对主逆变电路42A进行基于平时异常检测部31a的异常检测处理。但是，对于备用逆变电路42B，未供应栅极信号，并且备用马达电流切断部33B的各场效应晶体管QBa?QBc和电源切断部44B的场效应晶体管QD被控制成断开状态，处于驱动停止状态，因此不能进行异常诊断。因此，在主逆变电路42A发生异常而切换至备用逆变电路42B时，不保证能继续转向辅助控制。
[0107]因此，本实施方式中，异常诊断部31b在转向辅助控制开始后按规定时间间隔执行备用逆变电路42B的异常检测处理。
[0108]在该异常检测处理中，将与被输出至主马达驱动电路32A的栅极驱动电路41A的电压指令值VI*为相同值的电压指令值V2*输出至备用马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B，由此开始。
[0109]备用马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B中，输入电压指令值V2*，由此与前述的主马达驱动电路32A的栅极驱动电路41A同样地，根据电压指令值V2*形成对备用逆变电路42B的各场效应晶体管Ql?Q6的栅极信号。而且，将形成的栅极信号输出至各场效应晶体管Ql?Q6，并对电源切断部44B的场效应晶体管QD供应设为接通状态的栅极信号。
[0110]对备用马达电流切断部33B的各场效应晶体管QBa?QBc供应设为接通状态的栅极信号，并且对主马达驱动电路32A的栅极驱动电路41A输出切断信号Sch。因此，大概在备用马达电流切断部33B的各场效应晶体管QBa?QBc被控制成接通状态的同时，主马达电流切断部33A的各场效应晶体管QAa?QAc被控制成断开状态。
[0111]因此，备用马达驱动电路32B的备用逆变电路42B的各场效应晶体管Ql?Q6被脉冲宽度调制信号、即栅极信号驱动。由此，如图9所示，由于从备用逆变电路42B输出的各相马达驱动电流IBa?IBc，成为继续三相电动马达22的旋转驱动的异常诊断状态。
[0112]当成为该异常诊断状态时，备用逆变电路42B的各场效应晶体管Ql?Q6被驱动为接通或断开。由此，与前述的主马达驱动电路32A的主逆变电路42A同样地，在异常检测部31a中能够检测各开关臂SWBa?SWBc的短路异常及开路异常。
[0113]开关臂SWBa?SWBc正常时，异常检测结束信号Sae被输入至各栅极驱动电路41A及41B。由此，大概在备用马达电流切断部33B的各场效应晶体管QBa?QBc被控制成断开状态的同时，主马达电流切断部33A的各场效应晶体管QAa?QAc恢复至接通状态。
[0114]因此，三相电动马达22从由备用马达驱动电路32B实现的驱动状态恢复至由主马达驱动电路32A实现的正常驱动状态。
[0115]另外，在异常诊断状态下，假设在备用马达驱动电路32B的备用逆变电路42B的各开关臂SWBa?SWBc的任意一个中检测出短路异常或开路异常。在该情况下，从异常检测部31a将表示备用系统存在异常的异常信息输出至警报电路50，并且将异常种类和异常发生位置存储至例如与控制运算装置31连接的非易失性存储器。
[0116]因此，通过带车辆去服务站等，能够根据非易失性存储器中存储的异常信息立即识别异常种类和异常发生位置。
[0117]当从该正常状态，在主马达驱动电路32A的主逆变电路42A的例如下臂侧的场效应晶体管Q2、Q4及Q6中的任意一个或多个中发生短路故障时，从发生了短路故障的开关臂SWB j (j = a、b、c)输出至主马达电流切断部33A的马达驱动电流I j不流通。据此，马达电压检测电路40A中的电压检测值没成为规定的电压，能够检测异常。
[0118]这样，当主马达驱动电路32A的主逆变电路42A发生短路故障时，表示发生了异常的开关臂SWAj的异常检测信号SAa被供应至主马达驱动电路32A的栅极驱动电路41A。
[0119]在该栅极驱动电路41A中，如图10所示，当假设例如开关臂SWAa发生了异常时，停止对开关臂SWAa的各场效应晶体管Q1、Q2供应栅极信号。同时，对主马达电流切断部33A的相应的场效应晶体管QAa供应断开该场效应晶体管QAa的栅极信号。
[0120]因此，从主逆变电路42A的开关臂SWAa输出的A相马达驱动电流IAa被切断。与此同时，从控制运算装置31对备用马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B，输出异常检测信号SAb和电压指令值V2*，该异常检测信号SAb表示驱动与异常的主逆变电路42A的开关臂SWAa对应的同相的开关臂SWBa。
[0121]由此，如图10所示，与备用逆变电路42B的A相对应的开关臂SWBa的场效应晶体管Ql及Q2到目前为止被供应与主马达驱动电路32A的主逆变电路42A的开关臂SWAa的场效应晶体管Ql及Q2相同的栅极信号。与此同时，电源切断部44B的场效应晶体管QD被控制成接通状态，并且备用马达电流切断部33B的场效应晶体管QBa被控制成接通状态。由此，通过开关臂SWBa形成的A相马达驱动电流IBa被供应至三相电动马达22的A相马达绕组La。
[0122]因此，A相驱动信号从备用马达驱动电路32B的备用逆变电路42B的开关臂SWBa被供应至三相电动马达22。对于B相驱动信号和C相驱动信号，与正常时相同，被从主马达驱动电路32A的主逆变电路42A的开关臂SWAb及SWAc供应。
[0123]因此，能够与主逆变电路42A正常的情况完全同样地对三相电动马达22进行驱动控制。
[0124]另外，假设主逆变电路42A的其他开关臂SWAb及SWAc中的任意一方、或者开关臂SWAa?SWAc中的任意2个或3个发生了异常。该情况下，能够利用备用马达驱动电路32B驱动与发生了异常的开关臂相当的开关臂，从而将各相驱动信号供应至三相电动马达22。
[0125]此处，可以是如下的方式:如果主逆变电路42A中的任意一个引起了异常，则包括场效应晶体管QC、QAa?QAc在内全部断开，利用备用逆变电路42B进行驱动。
[0126]另外，在主逆变电路42A发生了异常的情况下，利用警报电路50发出警报，敦促到服务站去，并且将该异常种类和异常发生位置存储在与控制运算装置31连接的非易失性存储器。由此，能够容易进行服务站中的修理作业。
[0127]这样，主逆变电路42A的开关臂SWAa?SWAc中的至少一个发生了异常时，发生了异常的开关臂SWAj与三相电动马达22的J相线圈之间被主马达电流切断部33A的场效应晶体管QAj切断。由此，能够可靠地阻止三相电动马达22作为发电机动作而产生电磁制动。其结果是，在主逆变电路42A发生了短路异常或开路异常的情况下，制动扭矩不作用，而能够继续良好地驱动三相电动马达22。
[0128]此外，在上述实施方式中，不仅诊断主逆变电路42A的开关臂SWAa?SWAc的异常，也诊断备用逆变电路42B的开关臂SWBa?SWBc的异常。由此，能够可靠地防止不能用备用逆变电路42B代替的状态发生。
[0129]并且，能够从备用马达驱动电路32B供应与正常的主马达驱动电路32A同样的马达驱动信号，并能够继续进行不逊色于正常时的转向辅助控制。此时，能够向驾驶员发出警报，敦促其到修理检察站去。
[0130]另外，在上述实施方式中，对进行备用逆变电路42B的异常检测时，在将三相电动马达22的各相驱动信号从主马达驱动电路32A切换至备用马达驱动电路32B的状态下来进行的情况进行了说明。
[0131]但是，本发明并不限于上述结构，进行备用马达驱动电路32B的备用逆变电路42B的异常检测处理时，可以代替三相同时切换的情况，如前述的图10所示，例如从A相开关臂SWAa及SWBa按顺序一相一相地切换主逆变电路42A及备用逆变电路42B的同相部分，进行各开关臂SWBa?SWBc的异常检测处理。
[0132]在该情况下，与三相电动马达22对应的主逆变电路42A的开关臂和备用逆变电路42B的开关臂是各一个，因此能够减小电流切换时的延迟或相位偏移产生的影响。
[0133]并且，在上述实施方式中，说明了对电流检测电路39A及39B按每条逆变电路使用2个分流电阻51A、52A以及51B、52B来进行马达电流的检测的情况，但不限于此。即，本发明中，可以在主马达驱动电路32A及32B的各相开关臂SWAa?SWAc及SWBa?SWBc的接地侧单独地插入分流电阻，检测各相的马达电流，省略3个分流电阻之一，并通过运算来计算省略了的相的马达电流。
[0134]并且，在上述实施方式中，对控制运算装置31内置有A/D转换部31c的情况进行了说明，但并不限于此，也可以在电流检测电路39AU39A2及39BU39B2的输出侧设置A/D转换部。
[0135]并且，在上述实施方式中，对电动马达是三相电动马达的情况进行了说明，但不限于此，本发明可以应用于4相以上的多相电动马达。
[0136]而且，在上述实施方式中，对将本发明的马达控制装置应用于电动助力转向装置的情况进行了说明，但不限于此，能够在使用电动制动装置、转向线控系统、车辆行驶用的马达驱动装置等的电动马达的任意系统中应用本发明。
[0137]本申请主张优先权的日本特许出愿P2014-38424(2014年2月28日申请)的全部内容在此作为对比例包含在内。
[0138]此处，参照有限数量的实施方式进行了说明，但权利范围不限于此，基于上述公开的各实施方式的变更对所属领域技术人员来说是显而易见的。
[0139]标号说明
[0140]1:车辆;3:电动助力转向装置；11:方向盘；12:转向轴；13:转向扭矩传感器；13a:扭杆；13b:输入侧旋转角传感器；13c:输出侧旋转角传感器；18:转向齿轮;20:转向辅助机构；22:三相电动马达;La: A相马达绕组;Lb:B相马达绕组;Lc:C相马达绕组;LI?L3:线圈部；25:马达控制装置;26:车速传感器;27:电池；31:控制运算装置;32A:主马达驱动电路；32B:备用马达驱动电路;33A、33B:马达电流切断部;34:转向辅助电流指令值运算部;35:补偿控制运算部；36:加法器；37: d-q轴电流指令值运算部；38:电压指令值运算部；39A1、39八2、3981、3982:电流检测电路;4(^、408:电压检测电路;414、418:栅极驱动电路;42六:主逆变电路;42B:备用逆变电路;44A、44B:电源切断部;50:警报电路。
【主权项】
1.一种马达控制装置，该马达控制装置具备: 主马达驱动电路，其对多相电动马达进行驱动控制； 与所述主马达驱动电路并联地连接于所述多相电动马达的备用马达驱动电路，当该主马达驱动电路发生了异常时，该备用马达驱动电路对所述多相电动马达进行驱动控制；以及 异常诊断部，其进行所述主马达驱动电路及所述备用马达驱动电路的异常诊断，其中， 所述马达控制装置具有正常驱动状态和备用驱动状态，其中，所述正常驱动状态是仅通过所述主马达驱动电路驱动所述多相电动马达的状态，所述备用驱动状态是如下状态:在该正常驱动状态下所述异常诊断部对所述主马达驱动电路的诊断结果为异常时，切断异常的相输出部的马达电流，并将所切断的相输出部切换至同相的所述备用马达驱动电路的相输出部，驱动所述多相电动马达。2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其中， 在所述主马达驱动电路的多相输出侧与所述多相电动马达之间设置有主马达电流切断部，在所述备用马达驱动电路的多相输出侧与所述多相电动马达之间设置有备用电流切断部。3.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其中， 当处于由该主马达驱动电路驱动所述多相电动马达的正常驱动状态时，所述异常诊断部进行所述主马达驱动电路的异常诊断，当由所述主马达驱动电路驱动所述多相电动马达时，所述异常诊断部对该主马达驱动电路及所述备用马达驱动电路的彼此同相的输出部中的至少一部分进行切换，从而进行所述备用马达驱动电路的异常诊断。4.根据权利要求3所述的马达控制装置，其中， 当由所述主马达驱动电路驱动所述多相电动马达时，所述异常诊断部对该主马达驱动电路及所述备用马达驱动电路的彼此同相的输出全部进行切换，由此进行所述备用马达驱动电路的异常诊断。5.根据权利要求3所述的马达控制装置，其中， 当由所述主马达驱动电路驱动所述多相电动马达时，所述异常诊断部一边逐相地切换该主马达驱动电路及所述备用马达驱动电路的彼此同相的输出，一边进行所述备用马达驱动电路的异常诊断。6.—种电动助力转向装置，其中，由所述权利要求1至5中的任意一项所述的马达控制装置构成包含有使转向机构产生转向辅助力的电动马达的马达控制装置。7.—种车辆，该车辆具备所述权利要求1至5中的任意一项所述的马达控制装置。
【文档编号】B62D6/00GK105981291SQ201580006188
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年2月26日
【发明人】森坚吏, 仙波刚, 篠原茂雄
【申请人】日本精工株式会社