(57)【要約】【課題】本発明の課題は、リレーの故障を適確に検出すると共にその故障を低減する信頼性の高い車両用モータ制御装置の故障検出装置を提供することにある。【解決手段】車両用モータ制御装置がモータの制御を開始する以前に、モータを停止状態にするモータ作動停止手段と、電源用リレーを複数回オンオフ制御し、電源用リレーの接点に付着した汚れを取り除くリレー開閉制御手段と、を備えることにより課題を解決する。【選択図】図１
2005253156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの電源ラインに接続された電源用リレーと、モータへの通電を制御するモータ用リレーと、該電源用リレーを介して電源供給を受け前記モータ用リレーを制御する制御部とを備えた車両用モータ制御装置において、
該車両用モータ制御装置がモータの制御を開始する以前に、
前記制御部は、前記モータを停止状態にするモータ作動停止手段と、
前記電源用リレーを複数回オンオフ制御し、前記電源用リレーの接点に付着した汚れを取り除くリレー開閉制御手段と、
を含むことを特徴とする車両用モータ制御装置の故障検出装置。
【請求項２】
前記リレー開閉制御手段は、該電源用リレーを介して前記電源ラインから前
記制御部に供給電流が供給されるときに、
前記制御部のコンデンサに充電される充電電流の時定数よりも大きな間隔で前記電源用リレーをオンオフ制御する請求項1に記載の車両用モータ制御装置の故障検出装置。
【請求項３】
前記リレー開閉手段は、
前記電源用リレーを流れる前記供給電流が、通電中の該電源用リレーの接点を開くときに発生する遮断アーク放電によってその接点が溶着する臨界電流を下回ったときに、前記電源用リレーをオフする請求項１又は２に記載の車両用モータ制御装置の故障検出装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記電源用リレーを複数回オンオフ制御した後に、前記電源用リレーを再度オンさせる前記リレー開閉制御手段と、
前記再度オンの時間に、前記電源用リレーの出力電圧が論理回路の閾値を下回ったときに電源用リレーの故障示す電源リレー故障信号を発生する開放故障検出手段と、
を備えた請求項１ないし３のいずれか1項に記載の車両用モータ制御装置の故障検出装置。
【請求項５】
前記リレー開閉制御手段が、前記電源用リレーを複数回オンオフ制御して前記電源用リレーの接点に付着した汚れを取り除くときに、
前記モータ作動停止手段は、前記制御部が前記モータ用リレーをオフすることにより、前記モータを停止状態にする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の車両用モータ制御装置の故障検出装置。
【請求項６】
前記リレー開閉制御手段が、前記電源用リレーを複数回オンオフ制御して前記電源用リレーの接点に付着した汚れを取り除くときに、
前記モータ作動停止手段は、前記制御部が前記モータに流れる電流を制御するモータ駆動回路を停止することにより、前記モータを停止状態にする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の車両用モータ制御装置の故障検出装置。
【請求項７】
イグニッションスイッチがスタート位置にありエンジンが始動したときに、前記電源用リレーの接点に付着した汚れを取り除くために、前記リレー開閉制御手段が前記電源用リレーを複数回オンオフ制御する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の車両用モータ制御装置の故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されたモータ制御装置の電源リレーに対する故障検出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車に対する安全性向上、操作性向上などの社会的ニーズに応えるため、マイコン等を使用してモータを制御し、車の走行、運転、操作などを支援したり、容易にしたりするモータ制御装置が数多く車両に搭載されるようになってきた。これらのモータ制御装置にはフェール・セーフや自己診断等による安全性向上、信頼性向上のために、電源用リレーやモータ用リレー等の多くのリレーが使用されている。そのリレーは車両の走行環境に発生する塵埃等の影響を受けてその接点が汚れ動作に異常を発生する可能性がある。もしこれらのリレーが故障したときには、前述のフェールセーフが達成できないので、その故障を検知してモータ制御を停止させるなどの安全対策が必要になり、特許文献１にその方法が紹介されている。
【特許文献１】特開２０００−７２０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような方法ではリレーの接点に異常が生じて間歇的に故障を生じるようなときには、リレー故障を検出するタイミング等の関係で精確にその故障を見出すことができない恐れもある。またリレーの故障は治る分けではないので、リレーを含めたそのモータ制御装置を車両から取り外して正常なモータ制御装置に交換する必要が生じる。
【０００４】
本発明の課題は、リレーの故障を適確に検出すると共にその故障を低減する信頼性の高い車両用モータ制御装置の故障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及び発明の効果】
【０００５】
本発明の車両用モータ制御装置の故障検出装置は、バッテリの電源ラインに接続された電源用リレーと、モータへの通電を制御するモータ用リレーと、電源用リレーを介して電源供給を受けモータ用リレーを制御する制御部とを備えた車両用モータ制御装置において、
車両用モータ制御装置がモータの制御を開始する以前に、
制御部は、モータを停止状態にするモータ作動停止手段と、
電源用リレーを複数回オンオフ制御し、電源用リレーの接点に付着した汚れを取り除くリレー開閉制御手段と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
このようにすると、モータ制御装置がモータの制御を開始する以前に、その制御部が電源用リレーの故障を検出するために数回ON/OFF動作させる。その結果、車両が走行する度に、モータ制御装置の電源用リレーの接点に付着した汚れを、飛散させて接点を回復し、該リレーの故障を低減させる。
【０００７】
また本発明の車両用モータ制御装置の故障検出装置は、リレー開閉制御手段が、電源用リレーを介して前記電源ラインから制御部に供給電流が供給されるときに、制御部のコンデンサに充電される充電電流の時定数よりも大きな間隔で電源用リレーをオンオフ制御するように構成することができる。
【０００８】
このようにすると、故障検出装置は電源用リレーの接点をしっかりと開閉制御するため、その接点に付着した汚れを確実に除去することができる。このオンオフの間隔が短すぎると接点を旨く開閉することができないし、またオンオフの間隔が長すぎると電源用リレーの故障検出に費やされる時間が長くなり過ぎて、モータ制御装置のモータ制御の開始、すなわちシステムの始動が遅れる。
【０００９】
また本発明の車両用モータ制御装置の故障検出装置は、リレー開閉手段が、電源用リレーを流れる供給電流が、通電中の電源用リレーの接点を開くときに発生する遮断アーク放電によってその接点が溶着する臨界電流を下回ったときに、電源用リレーをオフするように構成することができる。
【００１０】
このようにすると、電源用リレーを流れる供給電流の尖頭電流が数十アンペアと非常に大きい場合においても、電源リレーを故障検出のためにON/OFFさせるときに、該リレーの接点をその遮断アーク放電によって溶着させたり、損耗させたりすることがない。
【００１１】
また本発明の車両用モータ制御装置の故障検出装置は、前記制御部が、
電源用リレーを複数回オンオフ制御した後に、電源用リレーを再度オンさせるリレー開閉制御手段と、
再度オンの時間に、電源用リレーの出力電圧が論理回路の閾値を下回ったときに電源用リレーの故障示す電源リレー故障信号を発生する開放故障検出手段とを備えるように構成することができる。
【００１２】
このようにすると、電源用リレーを強制的に数回ON/OFF動作させ、モータ制御装置の電源用リレーの接点に付着した汚れを飛散させて接点を回復した後に、該リレーの故障の有無を調べるので、電源用リレーの故障を適確に検出することができる。
【００１３】
また本発明の車両用モータ制御装置の故障検出装置は、リレー開閉制御手段が、電源用リレーを複数回オンオフ制御して電源用リレーの接点に付着した汚れを取り除くときに、モータ作動停止手段は、制御部がモータ用リレーをオフすることにより、モータを停止状態にするように構成することができる。
【００１４】
このようにすると、故障検出のために電源用リレーをオンオフ制御するときに、モータが停止状態になっているため、この故障検知によってモータ制御装置が万一に誤作動することを確実に防ぐことができる。その結果、故障検知装置の効果と相まってモータ制御装置の安全性を向上する。
【００１５】
また本発明の車両用モータ制御装置の故障検出装置は、リレー開閉制御手段が、電源用リレーを複数回オンオフ制御して電源用リレーの接点に付着した汚れを取り除くときに、モータ作動停止手段は、制御部がモータに流れる電流を制御するモータ駆動回路を停止することにより、モータを停止状態にするように構成することもできる。
【００１６】
このようにすると、故障検出のために電源用リレーをオンオフ制御するときに、モータが停止状態になっているため、この故障検知によってモータ制御装置が万一に誤作動することを確実に防ぐことができる。その結果、故障検知装置の効果と相まってモータ制御装置の安全性を向上する。
【００１７】
また本発明の車両用モータ制御装置の故障検出装置は、イグニッションスイッチがスタート位置にありエンジンが始動したときに、電源用リレーの接点に付着した汚れを取り除くために、リレー開閉制御手段が電源用リレーを複数回オンオフ制御するように構成することもできる。
【００１８】
このようにすると、電源用リレーの故障検知のためにそのリレーをオンオフ制御したときに発生する微音が、エンジンの始動音に埋没してしまうため、車両の静粛性に影響することはない。
【００１９】
また本発明の車両用モータ制御装置の故障検出装置は、開放故障検出手段が、
電源用リレーをオンオフさせる電源リレー制御信号のパルスをカウントする2進カウンタと、
2進カウンタの出力と電源リレー制御信号との論理積をとる第１AND回路と、
電源用リレーを通電した供給電流によって制御部に発生する電源電圧を、分圧して得た電源信号の極性を反転させた反転電源信号と第１AND回路出力との論理積をとる第２AND回路とを備え、
第２AND回路の出力がハイレベルのときに電源用リレーの開放状態の故障を検出するように構成することができる。
【００２０】
このようにすると制御部は、電源用リレーを数回オンオフ制御してその接点の汚れを除去した直後に、電源用リレーを通電し、制御部に供給された電源電圧が所定値を越えているかどうか論理演算を使用して調べることができる。その結果、故障検出装置は、電源用リレーが開放状態の故障であるか否かを適確に判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の車両用モータ制御装置の故障検出装置の最良形態について説明する。図１を使用して車両用モータ制御装置の故障検出装置の構成と機能について説明する。バッテリ10に接続された電源ラインから電源用リレー20を介して制御部（以後、「ECU」という、ECU : Electronic Control Unit）100に電源が供給され、このとき電源ラインから電源用リレーを通ってECU100に供給電流Isが流れる。このECU100は車両の走行、操舵、制動等を制御あるいはアシストするモータ40および、モータ40に対する通電を制御するモータ用リレー30が接続されている。
【００２２】
故障検出装置であるECU100は、供給された電源を入力して定電圧の定電圧電源を出力する安定化電源回路110、その定電圧電源を受けてモータやリレー等を制御する各種の制御信号SPR、SMR、SMD等を発生するマイコン120(CPU:Central Processing UnitあるいはMPU : Micro Processing Unit 他で構成される)、その制御信号を受けてモータに流れる電流を制御する半導体スイッチのON/OFFを制御するゲート信号を発生するゲート駆動回路130、そのゲート信号によりON/OFFされる半導体スイッチ（PチャンネルMOS FETもしくはNチャンネルMOS FETを使用、MOS FET : Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）で構成されモータ40の回転を制御するモータ駆動回路140、電源用リレー20とモータ用リレー30の開閉をそれぞれ制御する電源リレー開閉制御・故障検出回路150、モータリレー制御回路160で構成される。
【００２３】
モータ40にブラシレスモータを使用した場合の、モータ40、モータ駆動回路140、バッテリ10（又はバッテリの電源ライン）およびモータ用リレー30の接続を図５に示す。ブラシレスモータ40に流れる三相電流U相、V相、W相の各電流は、三相インバータであるモータ駆動回路140を構成する６つの半導体スイッチQ141、Q142、Q143、Q144、Q145およびQ146（NチャンネルMOS FETを使用）のゲートに印加されるそれぞれのゲート信号（PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6、なおPWM : Pulse Width Modulation）によってON/OFF制御される。バッテリ10とモータ駆動回路140の間にモータ用リレー30が挿入され、モータ40の作動停止／回転作動を制御する。
【００２４】
図２のタイムチャートと図４のフローチャートを使用して車両用モータ制御装置の故障検知装置の機能および各部の動作について説明する。イグニッションスイッチがスタート位置に回転し、エンジンが始動したとき、すなわち車両用モータ制御装置が始動する（モータ40の制御を開始する）以前に、車両用モータ制御装置のシステム起動前チェックが制御ステップP1で始まる。このときにECU100の自己診断等も併せておこなわれる。制御ステップP2で電源用リレー20を100msの間隔（ECU100の平滑コンデンサCsに流れる充電電流icの時定数よりも大きい）ON/OFFを３回繰り返す。図２において制御ステップP2は制御信号SPRがハイレベル、すなわち電源用リレー20がONとなる1st、2nd、3rdの３回である。このとき電源用リレー20は、その接点が最適間隔でしっかりと開閉するために、接点に付着した汚れを適切に取り除くことができる。
【００２５】
電源用リレー20の最初のONでは電源用リレー20を流れる供給電流Is（Is＝Ic＋ic、但しIcはECU100の消費電流）は、電源ラインと電源用リレー20の内部抵抗が極めて小さい（0.1Ω以下）ので平滑コンデンサCsに流れる充電電流icの尖頭値は数十Ａ（アンペア）に達し、尖頭値付近で通電中のリレーの接点を開く(OFF)と固定接点から可動接点が離れる瞬間に遮断アーク放電が発生し両接点を溶着する（この溶着が発生する電流を「臨界電流」という）恐れがある。そこで電源用リレー20を流れる供給電流Isが数Ａ以下になった時点で電源用リレー20をOFFしてその接点を開き、遮断アーク放電に伴う接点の溶着あるいは損耗を防ぐ。
【００２６】
次に制御ステップP3からP5において電源用リレー20を再度ONさせて電源用リレー20の開放状態（「オープンモード」ともいう）の故障を検出する。図２において電源用リレー20の４番目のONの時間にて、閉状態にある接点が異常（不導通あるいは接点間の抵抗が大きい）であるか否かを調べるオープンモード故障検出（詳細後述）をおこなう。オープンモードの故障が検出されないときは、すなわち電源用リレー20が正常なときは、制御ステップP7に進んで車両用モータ制御装置のシステムが起動され、ECU100がモータ40の制御を開始する。万一オープンモードの故障が検出されたときは、制御ステップP6に進んでシステム停止となって車両用モータ制御装置に異常が発生したことをランプ等で運転者に知らせる。
【００２７】
制御ステップP2の接点の汚れ除去のための電源用リレー20の３回の連続ON/OFFと、制御ステップP3からP5の故障検出のための電源用リレー20の４回目のONを含めた時刻TAからTBの間は、制御信号SMRがOFFになりモータ用リレー30がOFF（接点が開状態）になるか、あるいは制御信号SMDがOFFになりモータ駆動装置140がOFFになって、いずれにしてもモータ40への通電が停止されるのでモータ40は停止状態を保持し、電源用リレー20のON動作に伴うモータ40の誤作動の可能性を確実に防止することができる。
【００２８】
ここで前述のオープンモード故障検出について図３を使用して説明する。図３は電源用リレー開閉制御・故障検出回路150の回路構成を表す。マイコン120が出力する制御信号SPRによってPチャンネルMOS FETの半導体スイッチQがON/OFFして電源用リレー20の接点を開閉制御する。制御信号SPRのパルスのネガティブ・エッヂで動作する2進カウンタ151の並列2進カウント符号の下位２ビットの出力と制御信号は第１AND回路に入力されて３入力の論理積が取られて制御信号SPRの４番目のパルスがハイレベルの時間に同時にハイレベルとなる時間選択信号STを発生する。時間選択信号STがハイレベルのときに、電源用リレー20がONして電源ラインの電源電圧VBが電源用リレー20の出力に発生させて出力電圧Vsを、抵抗Rと定電圧ダイオードDで分圧並びに定電圧化した電源信号Svの極性を反転させた反転電源信号とこの時間選択信号STを第２AND回路に入力して両者の論理積をとり、故障検出信号SFを発生する。
【００２９】
時間選択信号STがハイレベルのときに、電源用リレー20に異常があり（接点が開放あるいは導通不良など）電源信号Svが論理回路の閾値Vthを下回ると、その極性を反転した反転電源信号がハイレベルになる。このとき第２AND回路の出力の故障検出信号SFがハイレベル、すなわち“１”となり、電源用リレー20のオープンモード故障が検出される。なお、電源用リレー開閉制御・故障検出回路150の各部の時間関係を詳細にみると、電源用リレー20の応答遅れ［10ms以内］があるので選択信号STと電源信号Svのタイミングを調整する必要があるが、それは仔細であるので省略する。この故障検出信号SFはマイコン120に入力され監視されているので、ECU100は電源用リレー20の故障を適確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の車両用電子制御装置の故障検知装置の全体構成を示す回路ブロック図。
【図２】本発明の車両用電子制御装置の故障検知装置の機能を説明するタイミングチャート。
【図３】電源用リレー開閉制御・故障検出回路150の回路構成を示す回路図。
【図４】本発明の車両用電子制御装置の故障検知装置の機能を説明するフローチャート。
【図５】本発明の車両用電子制御装置の故障検知装置のモータ駆動回路、モータ用リレー、バッテリおよびモータの接続状態を説明する回路図。
【符号の説明】
【００３１】
10  バッテリ
20  電源用リレー
30  モータ用リレー
100  ECU（制御部、故障検知装置）
110  安定化電源回路
120  マイコン(CPU／MPU)
130  ゲート駆動回路（モータ作動停止手段）
140  モータ駆動回路
150  電源用リレー開閉制御・故障検出回路（リレー開閉制御手段／開放故障検出手段）
160  モータ用リレー制御回路（モータ作動停止手段）
151  2進カウンタ
152  第１AND回路
153  第２AND回路
Q、Q141、Q142、Q143、Q144、Q145、Q146  半導体スイッチ（MOS FET）
Cs  平滑コンデンサ
SPR、SMR、SMD  制御信号
ST  時間選択信号
Sv  電源信号
SF  故障検出信号
VB  バッテリの電源ライン
Vs  電源用リレーの出力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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