电机驱动装置及电机驱动装置的控制方法与流程

文档序号:19187509发布日期:2019-11-20 01:39
电机驱动装置及电机驱动装置的控制方法与流程

本发明涉及电机驱动装置及电机驱动装置的控制方法,详细而言,涉及以一个分流电阻检测各相电流的电流检测装置的异常探测。



背景技术:

作为以往的电机驱动装置及其控制方法,例如专利文献1中记载的,已知包括输入一个分流电阻的两端电压并检测控制用电机电流的控制用电机电流检测电路、以及将上述两端电压反转输入并检测诊断用电机电流的诊断用电机电流检测电路,基于控制用电机电流的检测值和诊断用电机电流的检测值,探测控制用电机电流检测电路的异常的装置和方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2013-110864号公报



技术实现要素:

发明要解决的课题

但是,在专利文献1中,为了探测控制用电机电流检测电路的异常,如上述,由于在控制用电机电流检测电路以外还包括其他的电流检测电路,所以有电机驱动装置中的零件数增大,导致电机驱动装置大型化的风险。

因此,鉴于以上那样的问题,本发明目的在于提供能以简单的结构进行以一个分流电阻检测各相电流的电流检测装置的异常探测的电机驱动装置及电机驱动装置的控制方法。

用于解决课题的方案

为此,本发明的电机驱动装置包括:对电动机供给交流电力逆变器;检测逆变器的直流母线电流的电流传感器;以及基于电流传感器的输出而控制逆变器的控制器,控制器将基于电流传感器的输出运算出的q轴电流检测值和基于q轴电压指令值估计出的q轴电流估计值进行比较,基于q轴电流检测值连续背离了q轴电流估计值的时间即连续背离时间,探测电流传感器的异常。

此外,本发明的电机驱动装置的控制方法是,控制包括了对电动机供给交流电力的逆变器和检测逆变器的直流母线电流的电流传感器的电机驱动装置的方法,该方法包括:将基于电流传感器的输出运算出的q轴电流检测值和基于q轴电压指令值估计出的q轴电流估计值进行比较,基于q轴电流检测值连续背离了q轴电流估计值的时间即连续背离时间,探测电流传感器的异常。

发明效果

根据本发明的电机驱动装置及电机驱动装置的控制方法,能以简单的结构进行以一个分流电阻检测各相电流的电流检测装置的异常探测。

附图说明

图1是表示应用了电机驱动装置的车辆用内燃机的一例子的结构图。

图2是表示电机驱动装置及电动机的内部结构的一例子的电路图。

图3是表示控制器中的指令电压设定处理的一例子的功能框图。

图4是表示控制器中的相电流检测的一方式的时序图。

图5是表示异常诊断单元中的异常诊断处理的概要的功能框图。

图6是表示q轴电流的正常范围及异常范围的示意图。

图7是表示异常诊断单元中的异常诊断处理的概要的时序图。

图8是说明电流检测增益下降异常造成的错误诊断的时序图。

图9是说明异常诊断处理中的诊断实施时间的时序图。

图10是表示异常诊断单元中的异常诊断处理的一例子的流程图。

图11是用于说明规定时间的设定方法的一例子的说明图。

具体实施方式

以下,参照附图,详述用于实施本发明的实施方式。图1表示应用了电机驱动装置的车辆用内燃机的一例子。

内燃机10具有气缸体11、可往复移动地嵌插在气缸体11的气缸筒11a中的活塞12、以及形成了进气口13a及排气口13b的气缸盖13。此外,内燃机10具有将进气口13a的开口端进行开闭的进气阀14a、以及将排气口13b的开口端进行开闭的排气阀14b。

活塞12通过包含下拉杆16a及上拉杆16b的连杆(连杆)16连接到曲轴15。然后,在活塞12的顶面12a和气缸盖13的下面之间,形成燃烧室s。在气缸盖13中,面向燃烧室s,安装着喷射燃油的燃油喷射阀17、以及将燃油和空气的混合气体点燃的火花塞18。

曲轴15具有多个轴颈部15a和曲柄销部15b,气缸体11的主轴承(未图示)中,轴颈部15a被旋转自由地支承。曲柄销部15b从轴颈部15a偏心,下拉杆16a在这里被旋转自由地连接。上拉杆16b的下端侧通过连接销16c可转动地连接到下拉杆16a的一端,上端侧通过活塞销16d可转动地连接到活塞12。

此外,内燃机10包括通过变更燃烧室s的容积,使压缩比可变的可变压缩比(vcr:variablecompressionratio)机构20。vcr机构20通过例如在日本特开2002-276446号公报中公开的多连杆机构,变更燃烧室s的容积,使内燃机10的压缩比可变。

vcr机构20具有控制连杆21、控制轴22以及压缩比控制促动器23。控制连杆21的上端侧通过连接销21a可转动地连接到下拉杆16a的另一端,下端侧通过控制轴22可转动地连接到气缸体11的下部。详细地说,控制轴22被气缸体11可旋转地支承,并且具有从该旋转中心偏心的偏心凸轮部22a,在该偏心凸轮部22a中可旋转地嵌合着控制连杆21的下端部。压缩比控制促动器23的动力源即电动机m的旋转输出通过减速机23a减速而传递到输出轴23b。传递到输出轴23b的旋转输出通过与输出轴23b上形成的齿轮(例如涡轮)23c和控制轴22上形成的齿轮(例如涡轮)22b的咬合,进而传递到控制轴22。也就是说,作为压缩比控制促动器23的电动机m将控制轴22、以至vcr机构20设为驱动对象。

在这样的vcr机构20中,通过使作为压缩比控制促动器23的电动机m正转或反转,控制轴22的旋转角度被控制。若压缩比控制促动器23使控制轴22旋转,则从控制轴22的旋转中心偏心的偏心凸轮部22a的中心位置变化。由此,由于控制连杆21下端的摆动支承位置变化,所以活塞上死点(tdc)中的活塞12的高低位置变化,燃烧室s的容积被增减,内燃机10的压缩比被变更。

压缩比控制促动器23除了电动机m以外,还内置有驱动电动机m的电机驱动装置100。电机驱动装置100通过例如can(controllerareanetwork;控制器区域网络)等的车载网络,连接到电子控制内燃机10的燃油喷射阀17及火花塞18的ecu(enginecontrolunit;发动机控制单元)30。

ecu30构成为内置微计算机,为了检测内燃机10的运行状态而与各种传感器连接,分别输入来自各种传感器的输出信号。作为各种传感器,包含检测内燃机10的转速ne的转速传感器31、以及检测内燃机10的负载q的负载传感器32。除此之外,还包含检测控制轴22的旋转角度作为相当于内燃机10的实际的压缩比的参数的旋转角度传感器33。这里,作为内燃机10的负载q,例如,可以使用进气负压、进气流量、增压压力、油门开度、节气门开度等与扭矩密切关联的状态量。ecu30运算与内燃机10的转速ne及负载q对应的目标压缩比。目标压缩比,例如可以参照被设定了适合于内燃机10中转速及负载的压缩比的图(map)等而获取。在运算处与目标压缩比对应的控制轴22的目标角度后,ecu30运算电动机m的目标扭矩,以使由旋转角度传感器33检测出的控制轴22的检测角度接近目标角度。然后,ecu30将包含目标扭矩的指令信号输出到电机驱动装置100。

图2表示电动机及电机驱动装置的内部结构。电动机m是3相无刷电机,包括在圆筒状的定子(未图示)的中央部形成的空间中可绕轴线中心旋转地配置的转子(永久磁铁旋转子)mr。在定子中,分别卷绕u相线圈mu、v相线圈mv、w相线圈mw的3相线圈,建立星形连接。此外,电机驱动装置100包括逆变器200、电流检测单元300及控制器400。

逆变器200与直流的车载电源e连接,具有3相桥式连接了6个开关元件201~206的电路,以对电动机m供给交流电力。开关元件201~206以一对一方式包含分别反向并联的二极管201d~206d。开关元件201~206例如由fet(fieldeffecttransistor;场效应晶体管)或igbt(insulatedgatebipolartransistor;绝缘栅双极晶体管)等用于电力控制用途的半导体元件构成。开关元件201~206的各控制端子(栅极端子)连接到控制器400的输出端口。

电流检测单元300是检测逆变器200的直流母线电流的电流传感器,具有一个分流电阻301及检测电路302。例如,分流电阻301串联地连接到各相的下臂和车载电源e的接地侧之间,包含运算放大器等的检测电路302与分流电阻301的两端连接。检测电路302检测根据流动在分流电阻301中的电流的大小而变化的分流电阻301的两端电位差,将与该电位差对应的电压作为模拟的电流检测电压输出到控制器400。

控制器400包括含有cpu(centralprocessingunit;中央处理单元)、mpu(microprocessingunit;微处理单元)等的微处理器、以及rom(readonlymemory;只读存储器)、ram(randomaccessmemory;随机存取存储器)等的存储器设备的微计算机。此外,例如,控制器400与霍尔元件、霍尔ic(integratedcircuit;集成电路)、解析器等检测电动机m中的转子mr的磁极位置的磁极位置传感器ps连接,输入从磁极位置传感器ps输出的磁极位置检测信号。然后,控制器400的微计算机构成为基于电流检测电压、磁极位置检测信号、以及来自ecu30的指令信号(目标扭矩),将控制信号输出到开关元件201~206的各控制端子。通过这种控制信号,开关元件201~206中的接通、关断状态的切换被控制。

具体地说,控制器400通过三角波比较方式的pwm(pulsewidthmodulation;脉宽调制)而控制开关元件201~206中的接通、关断状态的切换,控制对电动机m施加的电压。在三角波比较方式的pwm控制中,通过将三角波载波和电压指令值(占空比指令值)进行比较,检测将各开关元件201~206中的接通、关断状态切换的定时。换句话说,通过三角波载波和电压指令值的比较,检测对开关元件201~206的控制信号即pwm脉冲的上升及下降的定时。

再者,控制器400对逆变器200中的开关元件201~206进行互补方式的pwm控制。也就是说,相对控制上臂中的开关元件201、203、205的接通、关断状态的切换的pwm脉冲,将控制下臂中的开关元件202、204、206的接通、关断状态的切换的pwm脉冲设为反相。即,在对上臂中的开关元件201、203、205的pwm脉冲在逻辑电平中为高(high)时,对应的同一相的下臂中的对开关元件202、204、206的pwm脉冲在逻辑电平中为低(low)。此外,全相的上臂接通时全相的下臂关断,全相的下臂接通时全相的上臂关断。

图3是控制器的功能框图,表示通过向量控制方式的3相指令电压的设定处理。控制器400具有相电流检测单元401、转子角度运算单元402、转子角速度运算单元403、3相-2轴转换单元404、d轴电流指令值设定单元405、q轴电流指令值设定单元406、向量控制单元407、2轴-3相转换单元408以及pwm脉冲生成单元409。

相电流检测单元401从将电流检测单元300的检测电路302输出的电流检测电压通过未图示的a/d(analogtodigital;模拟到数字)转换器转换后的a/d转换值,计算逆变器200的直流母线电流。然后,相电流检测单元401基于算出的直流母线电流,将各相的相电流检测为相电流检测值iu、iv、iw。也就是说,控制器400构成为以一个分流电阻301检测电动机m的各相的相电流。再者,对于相电流的检测方法的细节,将后述。

转子角度运算单元402基于从磁极位置传感器ps输出的磁极位置检测信号,运算电动机m中的转子mr的磁极位置θ。转子角速度运算单元403从由转子角度运算单元402算出的转子mr的磁极位置θ的时间变化,运算转子mr的角速度ω。

3相-2轴转换单元404将由相电流检测单元401检测到的相电流检测值iu、iv、iw,基于当时的转子mr的磁极位置θ转换为2轴的旋转坐标系(d-q坐标系)中的d轴电流检测值id及q轴电流检测值iq。

d轴电流指令值设定单元405将d-q坐标系中的d轴电流的指令值(d轴电流指令值)id设定为例如零。q轴电流指令值设定单元406通过将来自ecu30的目标扭矩除以电动机m中固有的扭矩常数kt等,设定d-q坐标系中的q轴电流的指令值(q轴电流指令值)iq

向量控制单元407基于d轴电流指令值id及q轴电流指令值iq、转子mr的角速度ω、以及d轴电流检测值id及q轴电流检测值iq,运算d-q坐标系中的d轴电压指令值vd及q轴电压指令值vq。关键在于,向量控制单元407通过考虑角速度ω,并进行pi控制等的电流反馈控制,运算d轴电压指令值vd及q轴电压指令值vq,使得将d轴电流检测值id接近d轴电流指令值id,并且将q轴电流检测值iq接近q轴电流指令值iq

2轴-3相转换单元408将由向量控制单元407运算出的d轴电压指令值vd及q轴电压指令值vq,基于当时的转子mr的磁极位置θ,转换为u相电压指令值vu、v相电压指令值vv及w相电压指令值vw的3相电压指令值。

此外,2轴-3相转换单元408通过校正3相电压指令值vu、vv、vw,进行使以三角波载波的波谷为中心生成的pwm脉冲前后移位的脉冲移位处理。这种脉冲移位处理是为了生成检测相电流的定时而必需的处理,有关细节,将后述。

pwm脉冲生成单元409基于3相电压指令值vu、vv、vw和三角波载波的比较,确定用于驱动开关元件201~206的pwm脉冲的上升定时及下降定时。然后,pwm脉冲生成单元409将确定上升及下降定时而生成的pwm脉冲输出到逆变器200的开关元件201~206的各控制端子。

例如,对于u相的上臂中的开关元件201,pwm脉冲生成单元409将u相电压指令值vu和三角波载波进行比较而生成pwm脉冲。在u相电压指令值vu大于三角波载波时,pwm脉冲生成单元409将用于驱动u相的上臂中的开关元件201的pwm脉冲设定为逻辑电平中的高电平。另一方面,pwm脉冲生成单元409在u相电压指令值vu小于三角波载波时将用于驱动u相的上臂中的开关元件201的pwm脉冲设定为逻辑电平中的低电平。此外,pwm脉冲生成单元409将用于驱动u相的上臂中的开关元件201的pwm脉冲的反转信号,作为用于驱动u相的下臂中的开关元件202的pwm脉冲而生成。

同样,pwm脉冲生成单元409生成用于驱动v相的上下臂中的开关元件203、204的pwm脉冲、以及用于驱动w相的上下臂中的开关元件205、206的pwm脉冲。

再者,说明了作为通过读入在rom(readonlymemory)等存储设备中预先存储的程序并动作的微计算机而实现控制器400的各单元。但是,并不排除通过硬件的结构而部分或整体地实现控制器400的各单元。

接着,说明相电流检测单元401中的相电流的检测方法。

首先,基于电流检测电压算出的逆变器200的直流母线电流有全凭输出到开关元件201~206的pwm脉冲的组合而相当于一个相的相电流的情况。利用这种情况,相电流检测单元401将电动机m的各相的相电流检测作为相电流检测值iu、iv、iw。

例如,考虑u相的上臂的开关元件201为接通状态下,v相的上臂的开关元件203及w相的上臂的开关元件205都为关断状态的情况。这种情况下,u相线圈mu中流动的电流分别向v相线圈mv及w相线圈mw流动,所以相电流检测单元401将算出的直流母线电流检测为u相的相电流检测值iu。即,在各相的上臂的开关元件201、203、205之中的一个为接通状态,其他两个为关断状态的情况下,相电流检测单元401检测上臂的开关元件之中为接通状态的1相的相电流。

接着,考虑u相的上臂的开关元件201及v相的上臂的开关元件203都为接通状态,w相的上臂的开关元件205为关断状态的情况。这种情况下,u相线圈mu中流动的电流及v相线圈mv中流动的电流进行合流并向w相线圈mw流动,所以相电流检测单元401将算出的直流母线电流检测为w相的相电流检测值iw。即,在各相的上臂的开关元件201、203、205之中的两个为接通状态,其他一个为关断状态的情况下,相电流检测单元401检测上臂的开关元件之中为关断状态的1相的相电流。

因此,相电流检测单元401将pwm脉冲使各相的上臂中的开关元件201、203、205之中的一个或两个为接通状态的逻辑电平的时间设为相电流检测时间。相电流检测单元401将各相电流检测时间中、仅一个为接通状态的上臂的开关元件的相位、或者仅一个为关断状态的上臂的开关元件的相位分别确定为检测相电流的对象的相位。实际检测相电流的相电流检测定时,例如考虑电流检测电压的a/d转换中的采样定时等,被设定在相电流检测时间内。然后,相电流检测单元401在相电流检测定时采样电流检测电压,将从采样值求得的直流母线电流的电流值设为当时确定作为检测对象的相的相电流检测值。

可是,如果在电动机m中的3相的相电流之中可以检测至2相,则使用3相的相电流的总和为零并通过运算可得到剩余的1相的相电流。因此,2轴-3相转换单元408实施使pwm脉冲的相位对每相变化的脉冲移位处理,使得可以设定检测电动机m中的3相之中2相的各相电流的相电流检测定时。

图4是表示通过脉冲移位处理进行的相电流检测的一方式的时序图。如图4所示,例如,考虑检测v相的相电流检测值iv及w相的相电流检测值iw的情况。2轴-3相转换单元408校正v相电压指令值vv及w相电压指令值vw,以使将对v相的上臂的开关元件203的pwm脉冲的相位提前,同时将对w相的上臂的开关元件205的pwm脉冲的相位延迟。具体地说,在将对v相的上臂的开关元件203的pwm脉冲的相位提前的情况下,2轴-3相转换单元408在三角波载波的波谷的前半部分的半周期(时刻t1~t3)中增大校正v相电压指令值vv。与此同时,2轴-3相转换单元408根据相当于v相电压指令值vv的增大校正,在三角波载波的波谷的后半部分的半周期(时刻t3~t5)中减少校正v相电压指令值vv。此外,在将对w相的上臂的开关元件205的pwm脉冲的相位延迟的情况下,2轴-3相转换单元408在三角波载波的波谷的前半部分的半周期(时刻t1~t3)中减少校正w相电压指令值vw。与此同时,2轴-3相转换单元408根据相当于w相电压指令值vw的减少校正,在三角波载波的波谷的后半部分的半周期(时刻t3~t5)中增大校正w相电压指令值vw。

u相电压指令值vu未被2轴-3相转换单元408校正,所以对u相的上臂的开关元件201的pwm脉冲以三角波载波的波谷(时刻t3)为中心地生成。另一方面,v相电压指令值vv及w相电压指令值vw被2轴-3相转换单元408校正。因此,对v相的上臂的开关元件203的pwm脉冲以相位超前并比三角波载波的波谷(时刻t3)早的时刻为中心地生成。此外,对w相的上臂的开关元件205的pwm脉冲以相位延迟并比三角波载波的波谷(时刻t3)晚的时刻为中心地生成。

通过这样的脉冲移位处理,在三角波载波的波谷的前半部分的半周期(时刻t1~t3)中生成相电流检测时间d1。在该相电流检测时间d1中,u相的上臂的开关元件201及v相的上臂的开关元件203为接通状态,并且w相的上臂的开关元件205为关断状态。此外,在三角波载波的波谷的后半部分的半周期(时刻t3~t5)中生成相电流检测时间d2。在该相电流检测时间d2中,u相的上臂的开关元件201及w相的上臂的开关元件205为接通状态,并且v相的上臂的开关元件203为关断状态。

因此,三角波载波的波谷的前半部分的半周期(时刻t1~t3)中的相电流检测时间d1之中的时刻t2被设定为检测w相的相电流的相电流检测定时。相电流检测单元401在时刻t2的相电流检测定时采样从电流检测单元300的检测电路302输出的电流检测电压并检测w相的相电流。此外,三角波载波的波谷的后半部分的半周期(时刻t3~t5)中的相电流检测时间d2之中的时刻t4被设定为检测v相的相电流的相电流检测定时。相电流检测单元401在时刻t4的相电流检测定时采样从电流检测单元300的检测电路302输出的电流检测电压并检测v相的相电流。然后,相电流检测单元401从v相的相电流检测值iv及w相的相电流检测值iw,根据iu=-(iv+iw)的运算式计算u相的相电流检测值iu。

若再次参照图3,则在控制器400中,还包括:异常诊断单元500,基于q轴电压指令值vq、q轴电流检测值iq及转子mr的角速度ω,探测包含分流电阻301的电流检测单元300的异常。

图5表示控制器的异常诊断单元中的异常诊断处理的概要。异常诊断单元500进行提取由向量控制单元407算出的q轴电压指令值vq的符号信息的符号信息提取处理501。然后,在乘法处理502中,在q轴电压指令值vq的符号表示负的情况下,异常诊断单元500将(-1)乘以在3相-2轴转换单元404中得到的q轴电流检测值iq,获取q轴电流检测值iq的诊断用转换值即诊断用q轴电流检测值iqa。在q轴电压指令值vq的符号表示正的情况下,异常诊断单元500将(+1)乘以在3相-2轴转换单元404中得到的q轴电流检测值iq,获取q轴电流检测值iq的诊断用转换值即诊断用q轴电流检测值iqa。关键在于,在乘法处理502中,异常诊断单元500根据q轴电压指令值vq的正负,确定诊断用q轴电流检测值iqa的正负。

此外,异常诊断单元500进行将由向量控制单元407算出的q轴电压指令值vq转换为绝对值的绝对值处理503。绝对值处理503之后,异常诊断单元500基于转换为绝对值的q轴电压指令值(诊断用q轴电压指令值)|vq|,确定作为电流检测单元300正常时诊断用q轴电流检测值iqa而估计的q轴电流估计值。具体地说,异常诊断单元500考虑各种因素造成的q轴电流检测值iq的偏差,运算q轴电流估计值的上限值即q轴电流上限估计值、以及q轴电流估计值的下限值即q轴电流下限估计值。由上限估计值运算处理504运算q轴电流上限估计值。由下限估计值运算处理505运算q轴电流下限估计值。q轴电流上限估计值及q轴电流下限估计值为划定诊断用q轴电流检测值iqa的正常范围的阈值。概略性地如图6所示,q轴电流上限估计值及q轴电流下限估计值随着诊断用q轴电压指令值|vq|的上升而逐渐地增大。此外,如图6所示,诊断用q轴电流检测值iqa的正常范围随着诊断用q轴电压指令值|vq|的上升而逐渐地扩大。

然后,异常诊断单元500基于乘法处理502中得到的诊断用q轴电流检测值iqa、上限估计值运算处理504中得到的q轴电流上限估计值、以及下限估计值运算处理505中得到的q轴电流下限估计值,进行异常判定处理506。异常判定处理506是判定电流检测单元300有无异常的处理。

图7表示对控制轴22的旋转角度的变化的诊断用q轴电流检测值iqa的变化的一例子。基本上,在异常判定处理506中,在诸如诊断用q轴电流检测值iqa背离q轴电流估计值的异常状态连续并经过了规定时间t时,异常诊断单元500判定电流检测单元300为异常。更详细地说,在诊断用q轴电流检测值iqa连续脱离q轴电流上限估计值和q轴电流下限估计值之间规定的正常范围的时间(连续背离时间)达到了规定时间t时,异常诊断单元500判定为电流检测单元300异常。在为了将控制轴22的检测角度接近目标角度而旋转电动机m时,由于q轴电流检测值iq或其正常范围难以稳定,所以异常诊断单元500的异常判定处理506可以在电动机m几乎停止的状态下进行。

可是,假定例如因分流电阻301的电阻值由于某种原因而下降等,成为从电流检测单元300的检测电路302输出的电流检测电压低于相当于实际的直流母线电流的电压的异常。在发生了这样的异常(以下,称为“电流检测增益下降异常”)的情况下,q轴电流检测值iq也成为比实际更接近零的值。这样一来,向量控制单元407为了将q轴电流检测值iq接近q轴电流指令值iq而使q轴电压指令值vq上升。但是,电动机m的扭矩过大,控制轴22的旋转角度会超过目标角度,所以ecu30在控制器100中运算电动机m的目标扭矩,使得电动机m产生反方向的扭矩。然后,向量控制单元407计算q轴电压指令值vq,使得q轴电流检测值iq接近伴随ecu30将目标扭矩设为反方向而算出的q轴电流指令值iq。然而,如上述,q轴电流检测值iq为比实际更接近零的值,所以本次电动机m的反方向的扭矩过大,控制轴22的旋转角度从反方向超过目标角度。

因此,在发生了电流检测增益下降异常的情况下,假定如图8(a)所示,控制轴22的旋转角度不收敛到目标角度而振动,如图8(b)所示,电动机m反复正转及反转。在这种状态中,如图8(c)所示,伴随q轴电压指令值vq变动,如图8(d)所示,q轴电流下限估计值(对于q轴电流上限估计值也是同样。以下省略)反复上下移动。

但是,因随着电动机m的转速上升而增大的感应电压的影响,实际的q轴电压指令值vq接近零(与图8(c)不同)。因此,随着电动机m的转速上升,基于诊断用q轴电压指令值|vq|算出的q轴电流下限估计值也如图8(d)中所示下降。由此,诊断用q轴电流检测值iqa在电动机m的转速比较低的情况下低于q轴电流下限估计值而被包含在异常范围内,在电动机m的转速比较高的情况下超过q轴电流下限值而被包含在正常范围内。因此,如图8(e)所示,在表示诊断用q轴电流检测值iqa包含在异常范围内的异常状态的连续时间的ng计数器达到上述的规定时间t之前,可能发生诊断用q轴电流检测值iqa为包含在正常范围内的正常状态的情况。这种情况下,由于在ram等可改写的存储器中存储的ng计数器被复位为零,所以有诸如无法探测电流检测单元300的异常的错误诊断的风险。

因此,在异常诊断单元500中,如图9(a)所示,将电动机m的转速处于包含零的比较低的规定范围r内时设为用于探测异常的诊断实施时间。在发生电流检测增益下降异常的情况下,如图9(b)所示,规定范围r被预先设定,使得诊断用q轴电流检测值iqa低于q轴电流下限估计值而诊断用q轴电流检测值iqa为异常状态。为了根据电动机m的转速是否处于规定范围r内而判断诊断实施时间的开始及结束的定时,异常诊断单元500使用在转子角速度运算单元403中得到的转子mr的角速度ω。

此外,在诊断实施时间中诊断用q轴电流检测值iqa连续脱离了正常范围时,如图9(c)所示,异常诊断单元500将ram等中存储的ng计数器增大相当于连续脱离的时间(连续背离时间)。此外,异常诊断单元500在诊断实施时间结束后,将ng计数器的值不复位地保持。

如图9(c)所示,在ng计数器通过累计连续背离时间而到达了规定时间t时,异常诊断单元500判定为电流检测单元300有异常。然后,如图9(d)所示,异常诊断单元500使包含分流电阻301的表示电流检测单元300的合理性的ng标志变化为表示是异常的值。

图10表示车辆的点火开关被接通操作并以对电机驱动装置100供电为契机,在异常诊断单元500中反复执行的异常诊断处理。

在步骤s1(在图中简记为“s1”。以下同样。)中,异常诊断单元500判定诊断实施条件是否成立。这样的诊断实施条件成立是以下3条件全部成立的情况。第1条件是,从ecu30对控制器100输出电动机m的驱动指令信号等的驱动许可条件成立。第2条件是,异常时停止从车载电源e对逆变器200的供电的故障保护继电器不在断路(断开)动作中。第3条件是,电动机m的转速包含在前述的规定范围r内。可以基于转子角速度运算单元403中得到的转子mr的角速度ω判定电动机m的转速是否包含在规定范围r内。然后,在判定为诊断实施条件成立的情况下(“是”),异常诊断单元500将处理进至步骤s2,另一方面,在判定为诊断实施条件不成立的情况下(“否”),结束异常诊断处理。

在步骤s2中,异常诊断单元500对诊断用q轴电压指令值|vq|进行滤波处理。这样的滤波处理是,在将pwm脉冲基于q轴电压指令值vq输出到逆变器200并驱动电动机m的情况下,考虑发生q轴电流检测值iq变为与q轴电压指令值vq对应的值为止的时间性延迟的处理。这样的时间性延迟是,电动机m的电机特性(例如电感)造成的电流响应延迟(1次延迟)。因此,异常诊断单元500对诊断用q轴电压指令值|vq|进行滤波处理,使得可以考虑上述电流响应延迟并运算q轴电流上限估计值及q轴电流下限估计值。

在步骤s3中,异常诊断单元500基于步骤s1中被进行滤波处理的诊断用q轴电压指令值|vq|,运算q轴电流上限估计值及q轴电流下限估计值。诊断用q轴电流检测值iqa的正常范围,根据诊断用q轴电流检测值iqa的多个偏差因素之中的至少一个因素中的偏差而变化。诊断用q轴电流检测值iqa的偏差因素有以下因素。例如,可列举电流检测电压的a/d转换等的电压检测、电流检测单元300的电流检测及电动机m的电机特性(感应电压常数、q轴电阻)。此外,可列举起因于互补方式的开关切换时的静寂时间的电压下降余量、转子角度检测、以及内燃机10的油温或排气性能。

例如,异常诊断单元500对于步骤s2中滤波处理过的诊断用q轴电压指令值|vq|,如下运算q轴电流上限估计值及q轴电流下限估计值。在考虑电压检测的偏差的最大值并运算出q轴电流上限估计值的情况下,考虑电压检测的偏差的最小值并运算q轴电流下限估计值。在考虑电流检测的偏差的最大值并运算出q轴电流上限估计值的情况下,考虑电流检测的偏差的最小值并运算q轴电流下限估计值。在考虑感应电压定数的偏差的最小值运算出q轴电流上限估计值的情况下,考虑感应电压定数的偏差的最大值并运算q轴电流下限估计值。在考虑q轴电阻的偏差的最小值并运算出q轴电流上限估计值的情况下,考虑q轴电阻的偏差的最大值并运算q轴电流下限估计值。在考虑静寂时间造成的电压下降余量的偏差的最小值并运算出q轴电流上限估计值的情况下,考虑静寂时间造成的电压下降余量的偏差的最大值并运算q轴电流下限估计值。在考虑转子角度检测偏差的最大值并运算出q轴电流上限估计值的情况下,考虑转子角度检测偏差的最小值并运算q轴电流下限估计值。

在步骤s4中,异常诊断单元500判定q轴电压指令值vq是否大于零。然后,在判定为q轴电压指令值vq大于零的情况下(“是”),异常诊断单元500将处理进至步骤s5,另一方面,在判定为q轴电压指令值vq在零以下的情况下(“否”),将处理进至步骤s6。

在步骤s5中,异常诊断单元500将在3相-2轴转换单元404中得到的q轴电流检测值iq确定为异常诊断处理中的诊断用q轴电流检测值iqa。另一方面,在步骤s6中,异常诊断单元500将在3相-2轴转换单元404中得到的q轴电流检测值iq乘以(-1)后的值确定为诊断用q轴电流检测值iqa。

在步骤s7中,异常诊断单元500判定诊断用q轴电流检测值iqa是否为q轴电流上限估计值以上。然后,在判定为诊断用q轴电流检测值iqa在q轴电流上限估计值以上的情况下(“是”),由于诊断用q轴电流检测值iqa脱离正常范围而被包含在异常范围内,所以异常诊断单元500将处理进至步骤s9。另一方面,在判定为诊断用q轴电流检测值iqa低于q轴电流上限估计值的情况下(“否”),异常诊断单元500将处理进至步骤s8。

在步骤s8中,异常诊断单元500判定诊断用q轴电流检测值iqa是否在q轴电流下限估计值以下。然后,在判定为诊断用q轴电流检测值iqa在q轴电流下限估计值以下的情况下(“是”),由于诊断用q轴电流检测值iqa脱离正常范围而被包含在异常范围内,所以异常诊断单元500将处理进至步骤s9。另一方面,在判定为诊断用q轴电流检测值iqa大于q轴电流下限估计值的情况下(“否”),由于诊断用q轴电流检测值iqa被包含在正常范围内,所以异常诊断单元500省略步骤s9,将处理进至步骤s10。

在步骤s9中,异常诊断单元500测量诊断用q轴电流检测值iqa为异常状态的时间,根据该时间,将ng计数器递增计数(增大)。诊断用q轴电流检测值iqa为异常状态的时间,可以作为电动机m的转速处于包含零的比较低的规定范围r内的时间来测量。

在步骤s10中,异常诊断单元500判定ng计数器是否在规定时间t以上。然后,在判定为ng计数器在规定时间t以上的情况下(“是”),异常诊断单元500将处理进至步骤s11,电流检测单元300判定为异常,使ng标志变化为表示异常的值。另一方面,在判定为ng计数器低于规定时间t的情况下(“否”),异常诊断单元500省略步骤s11,结束异常诊断处理。

如图11(a)所示,若电动机m的转速n因电流检测增益下降异常而引起摆动,则如图11(b)所示,假定控制轴22的旋转角度θ变动。这种情况下,为了在对vcr机构20或内燃机10的影响较低的时间内可以判定电流检测单元300的异常,可将步骤s10的规定时间如下设定。

首先,异常诊断单元500假定电动机m的转速n以图11(a)的摆动波形连续,从该摆动波形检测转速n的变动周期ta及转速n的最大变动量np(峰值)。然后,异常诊断单元500基于转速n的变动周期ta及转速n的最大变动量np,运算电动机m的转速n包含在规定范围r(n1~n2)内的时间、也就是诊断实施时间tb。例如,若以α作为初始相位的正弦波近似电动机m的转速n的摆动波形,则根据以下两个关系式(1)及(2)运算时刻ti及tii。由此,基于时刻ti及tii运算诊断实施时间tb(=tii-ti)。

n1=np×sin{(2π/ta)×ti+α}…(1)

n2=np×sin{(2π/ta)×tii+α}…(2)

此外,假定控制轴22的旋转角度θ以图11(b)的摆动波形连续,异常诊断单元500检测该摆动波形中的旋转角度θ的最大变动量lp-p(高峰峰值)。然后,异常诊断单元500基于检测出的旋转角度θ的最大变动量lp-p及变动周期ta,运算即使将异常状态连续对vcr机构20或内燃机10也几乎不产生影响的时间的最长值(异常连续容许时间)tc。例如,若控制轴22的旋转角度θ进行1周期变动,则该变动量为相当于旋转角度θ的最大变动量lp-p的2倍的旋转角度的变动量(2×lp-p)。相对于此,若lmax被预先设定作为电动机m的转速的摆动对vcr机构20或内燃机10几乎不产生影响时的变动量极限值,则根据以下的关系式(3)运算异常连续容许时间tc。

tc=(lmax/(2×lp-p))×ta…(3)

然后,异常诊断单元500基于上述运算出的、摆动波形的周期ta、诊断实施时间tb及异常连续容许时间tc,运算规定时间t。例如,若ng计数器将达到规定时间t为止的周期设为p,则以下两个关系式(4)及(5)成立。其中,假设诊断实施时间tb等于在该时间内诊断用q轴电流检测值iqa连续脱离正常范围的连续背离时间。

t=2×tb×p…(4)

tc≧ta×p…(5)

因此,若从上述两个关系式(4)及(5)中消去p,则得到以下的关系式(6)。

t≦(2×tb×tc)/ta…(6)

在重视异常判定的精度的情况下,优选将规定时间t增长,所以根据上述的关系式(6),规定时间t被按以下的关系式(7)定义。由此,可以抑制电流检测增益下降异常造成的vcr机构20或内燃机10的2次故障,并且能够以比较好的精度判定异常。

t=(2×tb×tc)/ta…(7)

根据这样的电机驱动装置100,控制器400如下判定包含一个分流电阻301的电流检测单元300的异常。也就是说,基于从q轴电流检测值iq运算出的诊断用q轴电流检测值iqa背离基于诊断用q轴电压指令值|vq|设定的q轴电流估计值的正常范围的时间,异常诊断单元500判定有无电流检测单元300的异常。因此,为了探测电流检测单元300的异常,电机驱动装置100未使用电流检测单元300以外的其他的电流检测装置。因此,根据电机驱动装置100,可以不增大零件数而以简单的机构探测电流检测单元300的异常。

此外,假定在电动机m的转速因电流检测增益下降异常而摆动时,实际的q轴电压指令值甚至q轴电流下限估计值因伴随电动机m的转速的上升增大的感应电压的影响而接近零。这样的情况下,诊断用q轴电流检测值iqa也可能大于q轴电流下限估计值并包含在正常范围内,但根据电机驱动装置100,可以如下那样探测电流检测单元300的异常。也就是说,异常诊断单元500将电动机m的转速为比较低的规定范围r时作为诊断实施时间。因此,异常诊断单元500可以在降低了感应电压对q轴电流下限估计值的影响的状态下,判定诊断用q轴电流检测值iqa是否被包含在正常范围内。然后,即使各诊断实施时间没有达到规定时间t,异常诊断单元500也不复位地保持在各诊断实施时间内递增计数的ng计数器的值。因此,异常诊断单元500可以在ng计数器达到规定时间t时探测电流检测单元300的异常。

再者,在前述的实施方式中,在d轴电流指令值设定单元405中,将d轴电流指令值id设定为零(“id=0控制”)。取而代之,d轴电流指令值设定单元405通过变更为与电动机m的种类对应的向量控制方式,d轴电流指令值设定单元405可以将d轴电流指令值id设定为零以外的值。例如,在电动机m为在转子mr的内部埋入了永久磁铁的埋入磁铁构造的ipm(interiorpermanentmagnetsynchronousmotor;内置式永磁同步电机)的情况下,可以采用“id=0控制”以外的向量控制方式。

在采用“id=0控制”以外的向量控制方式的情况下,与前述的实施方式同样,异常诊断单元500可以基于d轴电流指令值vd及d轴电流检测值id,探测电流检测单元300的异常。也就是说,异常诊断单元500基于将d轴电压指令值vd进行绝对值处理及滤波处理所得的诊断用d轴电压指令值|vd|,运算d轴电流上限估计值及d轴电流下限估计值。此外,异常诊断单元500基于d轴电流检测值id和d轴电压指令值vd的符号信息,运算诊断用d轴电流检测值ida。然后,在诊断用d轴电流检测值ida连续脱离d轴电流上限估计值和d轴电流下限估计值之间规定的正常范围的时间达到了规定时间t时,异常诊断单元500判定电流检测单元300为异常。

但是,在异常诊断单元500基于d轴电流指令值vd及d轴电流检测值id进行异常诊断处理的情况下,即使电动机m的转速上升,d轴电流上限估计值及d轴电流下限估计值也不受感应电压的影响。这意味着没有将诊断实施时间限于电动机m的转速为规定范围r时。因此,异常诊断单元500可以从步骤s1的诊断实施条件中,除去诸如电动机m的转速包含在前述的规定范围r内这样的条件。因此,异常诊断单元500可以不使用转子mr的角速度ω的信息而进行异常诊断处理。

在前述的实施方式中,假定即使电动机m的转速因电流检测增益下降异常而摆动,但诊断用q轴电流检测值iqa因电动机m的电机特性也没有被包含在正常范围内的情况。这种情况下,也可以从步骤s1的诊断实施条件中,除去电动机m的转速包含在前述的规定范围r内。

在前述的实施方式的异常诊断处理(参照图10)中,在步骤s8中判定为诊断用q轴电流检测值iqa包含在正常范围内的情况下,异常诊断单元500仅省略了步骤s9的ng计数器的递增计数处理。取而代之,在通过步骤8判定为诊断用q轴电流检测值iqa包含在正常范围内处于正常状态的情况下,异常诊断单元500在进行步骤s10的处理之前,也可以将ng计数器复位、或递减计数(减少)。由此,诊断用q轴电流检测值iqa在连续地包含在异常范围内的情况下使ng计数器容易达到规定时间t,另一方面,在间歇地包含在异常范围内的情况下,ng计数器难以达到规定时间t,可以降低错误诊断。

在前述的实施方式中,异常诊断单元500在步骤s11中判定为电流检测单元300为异常,使ng标志变化为表示异常的值的情况下,可以如下进行。也就是说,控制器400可以基于ng标志的值,将插入在车载电源e和逆变器200之间的直流母线的未图示的故障保护继电器断路(切断),停止对电动机m的供电。由此,可以抑制vcr机构20或内燃机10的2次故障。此外,除了上述故障保护继电器的断路以外或与其分开,控制器400也可以将从控制器400输出到逆变器200的开关元件201~206的pwm脉冲的占空比设为零。为了将占空比设为零并输出pwm脉冲,例如,在向量控制单元407中进行将d轴电压指令值vd及q轴电压指令值vq设为零等的强制性处理即可。

以上,参照优选的实施方式具体地说明了本发明的内容,但显然基于本发明的基本的技术思想及教示,只要是本领域技术人员,就可采取各种各样的变形方式。例如,电机驱动装置100应用于驱动作为vcr机构20中的压缩比控制促动器23的动力源的电动机m的装置,但不限于此。电机驱动装置100也可应用于作为驱动车载系统的车载促动器的电动机。例如,可变控制内燃机10中的凸轮的旋转相位的vtc(valvetimingcontrol;气门正时控制)、可变控制进气阀14a及排气阀14b的工作角和升降量的vel(variablevalveeventandliftcontrol;可变气门事件和升降控制)、电动制动系统、电动助力转向等。关键在于,电机驱动装置100进行电流反馈控制,使得电流检测值成为基于作为车载促动器的电动机的驱动对象即车载系统的动作位置和目标位置之间的偏差运算的目标电流值即可。

作为检测电动机m中的转子mr的磁极位置的磁极位置检测装置,以磁极位置传感器ps为例子进行了说明,但也可以通过不使用磁极位置传感器ps的已知的无传感器技术,检测磁极位置。

电机驱动装置100不限于内置在压缩比控制促动器23中的结构,也可以与压缩比控制促动器23分开构成。此外,对于电机驱动装置100,逆变器200和控制器400也可以分开构成。

标号说明

10…内燃机、20…vcr机构、22…控制轴、23…压缩比控制促动器、100…电机驱动装置、200…逆变器、300…电流检测单元、301…分流电阻、302…检测电路、400…控制器、401…相电流检测单元、402…转子角度运算单元、403…转子角速度运算单元、404…3相-2轴转换单元、407…向量控制单元、500…异常诊断单元、501…符号信息提取处理、502…乘法处理、503…绝对值处理、504…上限估计值运算处理、505…下限估计值运算处理、506…异常判定处理、m…电动机、iq…q轴电流检测值、iqa…诊断用q轴电流检测值、vq…q轴电压指令值、|vq|…诊断用q轴电压指令值、r…规定范围、t…规定时间、ta…电动机的转速的变动周期、np…电动机的转速的最大变动量、lp-p…控制轴的旋转角度的最大变动量、ps…磁极位置传感器。

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