(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動を制御するモータコントローラと、電源とスイッチ素子とモータとが接続され、前記モータコントローラからの指令に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動回路と、モータの電流値や電圧値や回転角やトルク等のモータ装置の状態を示す物理量を検出して瞬時の異常状態を判別して瞬時異常信号を発生する装置と、瞬時異常信号を入力して装置異常時に装置異常信号を発生する装置異常信号発生装置とを備え、その装置異常信号発生装置は、非計時中に瞬時異常信号が入力すると計時を開始する第１計時装置と、第１計時装置の計時中に入力した瞬時異常信号の入力時間を累積する瞬時異常信号カウンタと、瞬時異常信号の入力が停止してから次の瞬時異常信号が入力されるまでの瞬時異常信号間時間を計時する第２計時装置と、第１計時装置で計時された計時時間が第１所定時間に達したときに瞬時異常信号カウンタの累積数が所定数に満たなければ瞬時異常信号カウンタの累積数をゼロクリアするとともに前記計時時間と前記瞬時異常信号間時間をゼロクリアして第１計時装置と第２計時装置の計時を停止する手段と、第２計時装置で計時された瞬時異常信号間時間が第２所定時間以上となると瞬時異常信号カウンタの累積数をゼロクリアするとともに前記計時時間と前記瞬時異常信号間時間をゼロクリアして第１計時装置と第２計時装置の計時を停止する手段と、瞬時異常信号カウンタの累積数が所定数に達した時に装置異常信号を出力する手段とを備えていることを特徴とするモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装置異常を検出して装置異常の発生時に装置異常信号を出力するモータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動式パワーステアリング装置ではモータによって操舵装置にアシストトルクを加える。アシストトルクが加えられるために操舵のために人が加える必要がある操舵力が軽減される。人が感じる操舵感を自然なものにするためには、モータのトルクを意図したトルクに正確に調整することが求められる。
モータのトルクを正確に調整するためには、モータに加える電流値とモータトルクが比例するモータを用いるとともに、このモータを電源とスイッチ素子に接続したモータ駆動回路がよく用いられる。このモータ駆動回路は、モータコントローラと組合わせて用いられる。モータコントローラは、モータ駆動回路に流れる電流値（モータ電流値）とモータ電流の指令値とを比較してスイッチ素子をフィードバック制御する。即ち、モータ電流値がモータ電流指令値よりも小さければスイッチ素子のオン期間を長くしてモータ電流値を増加させる。モータ電流値がモータ電流指令値よりも大きければスイッチ素子のオン期間を短くしてモータ電流値を減少させる。モータ電流値はスイッチ素子によってＰＭＷ制御ないしはデューティ比制御され、モータ電流指令値に一致するように増減調整される。この結果、モータトルクは意図したトルクに調整される。
【０００３】
遺憾なことにモータを利用するモータ装置が異常となることがある。異常となればモータトルクが意図したものに調整されない。そこで、モータを利用する装置の異常の発生を監視し、装置異常が発生したときに装置異常信号を出力する技術が必要とされている。
【０００４】
モータ装置に異常が発生したか否かを監視するためには、モータの電流値や電圧値や回転角やトルクといったモータ装置の状態を示す物理量を監視する必要がある。モータの電流値や電圧値やトルクが意図したものから大きく乖離していれば異常である。モータの回転角が意図した回転角から大きく乖離しても異常である。物理量を検出して比較することによって、異常現象の発生を監視できる。
【０００５】
モータ装置の状態を示す物理量を監視することによってモータ装置の正常異常を瞬時に判別することができる。ところがモータ電流計測値とモータ電流指令値とを比較してスイッチ素子のデューティ比をフィードバック制御するモータコントローラを利用する場合、モータが持つ慣性やフィードバック制御の追従遅れに起因して、装置としては正常であっても、検出される物理量は異常となることがある。これを装置異常と誤判定しないようにするために瞬時異常の判断基準を緩和すると、今度は装置異常が異常として検出されなくなってしまう。
そこで瞬時異常信号が一定時間以上持続するか否でモータ装置に異常が発生したか否かを判断する技術が普及している。装置の正常時に検出される物理量の異常状態は、主として許される範囲内の追従遅れに起因するものであり、短時間のうちに解消することから、瞬時異常信号が一定時間以上持続することをもってモータ装置に異常が発生したことを監視することができる。
【０００６】
従来の技術では、上記を実現するために、モータ装置の状態を示す物理量を検出して瞬時の異常状態を判別して異常状態の間は瞬時異常信号を発生する瞬時異常信号発生装置と、非計時中に瞬時異常信号が入力すると計時を開始する計時装置と、瞬時異常信号の入力時間を累積する瞬時異常信号カウンタと、瞬時異常信号カウンタの累積数が所定数に達した時に装置異常信号を出力する手段とを備えている。瞬時異常信号カウンタの累積数が所定数に達した時にモータ装置が異常であると判別する。なお、計時装置で計時した時間が所定時間に達したときの瞬時異常信号カウンタの累積数が所定数に満たなければ、瞬時異常信号カウンタの累積数をゼロクリアする。
モータ装置が正常であれば追従遅れ等に起因して瞬時異常信号が連続的に出力されてもその連続時間は短く、計時装置で計時した時間が所定時間に達したときの瞬時異常信号カウンタの累積数は所定数に満たないはずである。
【０００７】
図４は従来の技術による異常信号カウンタの累積数の変化例を例示している。図４（ａ）、（ｂ）において、タイミングＡは計時装置の非計時中に瞬時異常信号が入力したタイミングを示す。タイミングＡで瞬時異常信号が入力すると、瞬時異常信号カウンタの累積数は増加し始める。瞬時異常信号の持続時間をカウントする方式には２種類が存在する。図４は、瞬時の異常状態が判別されている間は瞬時異常信号が連続的に異常信号を採りつづける場合を例示し、この場合には所定の短時間間隔で瞬時異常信号のレベルを判別し、異常信号が連続して判別される回数を累積していく。逆に、瞬時異常信号発生装置が短時間間隔で正常または異常の判別結果を出力する場合には、瞬時異常信号発生装置が瞬時異常信号を連続して出力する回数を累積していく。瞬時異常信号カウンタの累積数はいずれの方式によるにせよタイミングＡ以降に増加する。図４のＺ１は、計時装置と対比される所定時間であり、所定時間の間は瞬時異常信号カウンタは累積しつづける。所定時間Ｚ１の間に一時的に瞬時異常信号が入力されない期間が介在することがある。この場合、瞬時異常信号カウンタの累積数は維持され、ゼロクリアされない。図４のＺ３は瞬時異常信号カウンタの累積数と比較する所定数を示し、瞬時異常信号カウンタの累積数が所定数Ｚ３に達したら、装置異常が発生したとする。図４（ａ）ではタイミングＧで装置異常と判別され、図４の（ｂ）ではタイミングＨで装置異常と判別される。なお、モータ装置が正常であれば、追従遅れ等に起因して瞬時異常信号がしばしば生じたとしても、所定時間Ｚ１内に瞬時異常信号カウンタの累積数が所定数Ｚ３にまで達することがなく、所定時間Ｚ１の終了時に瞬時異常信号カウンタの累積数はゼロクリアされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らの研究によって、上記技術によると装置異常でない場合にも装置異常と判別してしまうことがわかってきた。モータ装置が正常であっても、図４（ｂ）に例示した瞬時異常信号が入力されることがあり、それをタイミングＨで装置異常としてしまうと、装置異常でないにもかかわらずに装置異常としてしまうことがわかってきた。
本発明では、従来技術にみられる誤判定を極力防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用と効果】  本発明のモータ装置は、装置異常信号の発生を誤発生することが少ないモータ装置であり、モータの駆動を制御するモータコントローラと、電源とスイッチ素子とモータとが接続され、前記モータコントローラからの指令に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動回路と、モータの電流値や電圧値や回転角やトルク等のモータ装置の状態を示す物理量を検出して瞬時の異常状態を判別して瞬時異常信号を発生する装置と、瞬時異常信号を入力して装置異常時に装置異常信号を発生する装置異常信号発生装置とを備えている。その装置異常信号発生装置は、非計時中に瞬時異常信号が入力すると計時を開始する第１計時装置と、第１計時装置の計時中に入力した瞬時異常信号の入力時間を累積する瞬時異常信号カウンタと、瞬時異常信号の入力が停止してから次の瞬時異常信号が入力されるまでの瞬時異常信号間時間を計時する第２計時装置と、第１計時装置で計時された計時時間が第１所定時間に達したときに瞬時異常信号カウンタの累積数が所定数に満たなければ瞬時異常信号カウンタの累積数をゼロクリアするとともに前記計時時間と前記瞬時異常信号間時間をゼロクリアして第１計時装置と第２計時装置の計時を停止する手段と、第２計時装置で計時された瞬時異常信号間時間が第２所定時間以上となると瞬時異常信号カウンタの累積数をゼロクリアするとともに前記計時時間と前記瞬時異常信号間時間をゼロクリアして第１計時装置と第２計時装置の計時を停止する手段と、瞬時異常信号カウンタの累積数が所定数に達した時に装置異常信号を出力する手段とを備えている。
【００１０】
上記装置では、第２計時装置によって瞬時異常信号の入力が停止してから次の瞬時異常信号を入力するまでの時間を計時する。第２所定時間以上経過しても次の瞬時異常信号が入力されなければ、瞬時異常信号カウンタの累積数をゼロクリアしてしまう。
本発明者らの研究によって、上記の異常判別手順を追加することによって、従来技術で発生した誤判定、即ちモータ装置が正常であっても装置異常と判別してしまう誤判定を顕著に減少できることが確認された。例えば、図４の（ａ）の瞬時異常信号の推移は装置異常時に見られるのに対し、図４の（ｂ）の瞬時異常信号の推移は装置が正常であってもみられる。（ａ）に対しては装置異常とし、（ｂ）に対しては装置異常としないことが必要である。従来の技術では、（ａ）でも（ｂ）でも装置異常としてしまう。本発明によると、第２計時装置が計時して所定の条件が成立すると瞬時異常信号カウンタの累積数をゼロクリアするために（ａ）では装置異常信号を出力し、（ｂ）では出力しない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）  第１計時装置で計時される時間が所定時間を経過すると、瞬時異常信号カウンタの累計数をゼロクリアする。
（形態２）モータは操舵装置にアシストトルクを与えるモータであり、モータ装置の異常時にはアシストトルクの付与を禁止する。
【００１２】
【実施例】
本発明を具現化した実施例を図１から図３を用いて説明する。図１は実施例のモータ装置とモータ装置の装置異常の検出のための装置構成を示し、図２は処理手順を示し、図３は処理過程ないし装置異常信号の出力過程を説明する図である。
本実施例のモータ装置は、モータ駆動回路とモータコントローラと瞬時異常信号発生装置と装置異常信号発生装置を有する。モータ駆動回路は、直流電源とスイッチ素子とモータとが接続されており、スイッチ素子はＰＷＭ制御されてディーティ比が調整される。モータ電流値すなわちモータトルクは、スイッチ素子のディーティ比で増減調整される。モータ駆動回路に流れるモータ電流値を計測するために、モータ駆動回路には電流計が付加されている。スイッチ素子のデューティ比はモータコントローラによって調整される。モータコントローラは、モータ電流指令値と電流計で計測される実際のモータ電流値を入力する。モータコントローラは、モータ電流指令値が実際のモータ電流値よりも大きければデューティ比を長くして実際のモータ電流値を増加させる。モータ電流指令値が実際のモータ電流値よりも小さければデューティ比を短くして実際のモータ電流値を減少させる。モータコントローラは、デューティ比をフィードバック制御することによって実際のモータ電流値をモータ電流指令値に一致させる。
【００１３】
瞬時異常信号発生装置は、モータ装置の状態を表す物理量、この場合、モータの電流値や電圧値や回転角やトルク等を検出する装置を備えており、これらの検出装置は短時間間隔で繰返し物理量を検出する。短時間間隔で繰返し検出される物理量はそのときそのときの正常値と比較させ、各瞬間におけるモータ装置の正常・異常を判別する。例えば、モータの回転角指令値と実際のモータ回転角を比較し、両者が一定幅以上に乖離していればその瞬間においてモータ装置は異常であるとする。モータは慣性を持ち、負荷を動かしており、モータ装置が正常であっても追従遅れが生じる。モータ装置が正常であっても発生する追従遅れが発生すれば、瞬時の状態としては異常であるとする。瞬時の異常信号は、短時間後に物理量を検出しなおしてその次の瞬間における正常異常を判別するまでの間は先の瞬間での判別結果を保存する。図１の参照番号１０に瞬時異常信号の一例が図示されている。１パルス、例えば時刻Ａで異常となって時刻Ｂで正常となるパルスの間も瞬時の異常判別は短時間間隔で繰返し実行され、時刻Ａから時刻Ｂまでの間は毎回の判別結果が連続して異常であったことを例示している。
【００１４】
瞬時異常信号は装置異常信号発生装置に入力される。装置異常信号発生装置は瞬時異常信号を入力して装置異常時に装置異常信号を出力する装置であり、第１計時装置と第２計時装置と瞬時異常信号カウンタとゼロクリア手段と装置異常信号出力手段とを備えている。
第１計時装置は、非計時中に瞬時異常信号が入力すると計時を開始する。図１の場合、時刻Ａで瞬時異常信号が異常となるので計時を開始する。計時される時間をＣ１とする。第２計時装置は、瞬時異常信号が入力されてから次の瞬時異常信号が入力されるまでの瞬時異常信号間時間を計時する。図１の場合、時刻Ｂで瞬時異常信号が正常となるので計時を開始し、次に瞬時異常信号が入力される時刻Ｃまで計時を続ける。計時される時間をＣ２とする。瞬時異常信号カウンタは第１計時装置の計時中に入力した瞬時異常信号の入力時間を累積する。瞬時異常信号の入力時間は、瞬時異常信号が異常であるときの時間に等しい。図１の場合、時刻ＡからＢまでの間は、瞬時異常信号カウンタの累積数は経過時間に比例して増大し、時刻ＢからＣまでの間は一定値に維持される。瞬時異常信号カウンタの累積数をＣ３とする。ゼロクリア手段は、第２計時装置で計時された瞬時異常信号間時間Ｃ２が第２所定時間Ｚ２以上となると瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３をゼロクリアする。装置異常信号を出力する手段は、瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３が所定数Ｚ３に達した時に装置異常信号を出力する。
【００１５】
図２は、装置異常信号発生装置が実行する処理手順を示す。この処理はモータ装置の運転中に短時間間隔で繰返し実行される。
ステップＳ２では第１計時装置が計時中か否かを判別する。非計時中はステップＳ４に進む。ステップＳ４ではそのときの瞬時異常信号が正常か異常かを判別する。正常であれば今回の処理を終了する。第１計時装置が非計時中で瞬時異常信号が正常であれば実質的な処理を実行せず、後記する事象が生じるのを待つ。
【００１６】
第１計時装置が非計時中に、瞬時異常信号が異常に反転すると第１計時装置が計時を開始する（ステップＳ４とＳ６）。さらに、瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３を１増加させ（ステップＳ８、この結果１となる）、第２計時装置の計時時間Ｃ２をゼロクリアする（ステップＳ１０）。
第１計時装置が計時中であれば、計時を続ける（ステップＳ１２）。その後に瞬時異常信号が正常か異常かを判別する。異常であれば、瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３を１増加させ（ステップＳ８）、第２計時装置の計時時間Ｃ２をゼロクリアする（ステップＳ１０）。瞬時異常信号が異常となれば、第２計時装置の計時時間Ｃ２は常にゼロクリアされる。
瞬時異常信号が正常であれば、第２計時装置で計時する（ステップＳ１６）。第２計時装置は、瞬時異常信号が異常であるうちは常にゼロクリアされており（ステップＳ１０）、ステップＳ１６によって計時される時間は、瞬時異常信号が正常に反転したタイミングからの経過時間となる。第２計時装置は、瞬時異常信号が異常に反転するときまで計時を続け、瞬時異常信号が異常に反転するとゼロクリアされる。
【００１７】
第２計時装置の計時時間Ｃ２は、ステップＳ１８で第２所定時間Ｚ２と比較される。第２所定時間Ｚ２以上となると、即ち、瞬時異常信号が連続してＺ２時間以上正常であれば、その場合には瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３をゼロクリアする（ステップＳ２０）。さらに、第１計時装置の計時時間Ｃ１をゼロクリアして第１計時装置は計時を停止する（ステップＳ２２）。第２計時装置の計時時間Ｃ２が第２所定時間Ｚ２未満の間は、ステップＳ２０とステップＳ２２をスキップするために、瞬時異常信号カウンタは累積を続行し、第１計時装置は計時を続行する。
【００１８】
瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３はステップＳ２４で所定数Ｚ３と比較される。所定数Ｚ３に満たない間は、第１計時装置が計時する時間Ｃ１が第１所定時間Ｚ１と比較される（ステップＳ２８）。第１計時装置で計時する時間Ｃ１が第１所定時間Ｚ１以上となると、第１計時装置の計時時間Ｃ１と第２計時装置の計時時間Ｃ２と瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３がゼロクリアされ、第１計時装置と第２計時装置は計時を停止する。
この処理の結果、瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３が所定数Ｚ３に達する前に（ステップ２４のＮＯ）、第１計時装置で計時する時間Ｃ１が第１所定時間Ｚ１以上となると、第１計時装置は計時を停止する。
それに対して瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３が所定数Ｚ３以上になると、ステップＳ２６に進んでモータ装置に異常が発生したことを示す信号が出力される。なおステップＳ２４で比較される瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３は、ステップＳ１８の条件が満たされたときにステップＳ２０でゼロクリアされた瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３であることに留意するべきである。
【００１９】
上記の処理によって実現される処理を図３を参照して示す。
直前の装置異常の判別処理の実行時に、瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３が所定数Ｚ３に達する前に第１計時装置で計時する時間Ｃ１が第１所定時間Ｚ１以上になると、第１計時装置は計時を停止している。
第１計時装置が計時しておらず、しかも瞬時信号が正常である間は、瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３はゼロである（図３のタイミングＡ以前を参照）。第１計時装置が計時していない間に瞬時異常信号が異常に反転すると、図３のタイミングＡに例示するように、第１計時装置が計時をはじめ（ステップＳ６）、瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３が増加し始める（ステップＳ８）。瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３は、第１計時装置が計時中でも瞬時異常信号が正常であれば増加しない（ステップＳ１４からステップＳ８をスキップしてステップＳ１８に進む）ので、第１所定時間Ｚ１の間に瞬時異常信号が断続的に正常と異常の間で反転を繰返すと、瞬時異常信号が異常である時間を合計した時間が瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３に現われる。これに対して、第１計時装置は瞬時異常信号が正常であろうが異常であろうが計時を続ける。
瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３が所定数Ｚ３に達する前に第１計時装置で計時する時間Ｃ１が第１所定時間Ｚ１以上になるのは、第１所定時間Ｚ１内における瞬時異常信号の異常状態の合計時間が所定数Ｚ３に満たない場合であり、この場合には、モータ装置には異常がないと判別することができる。この場合には第１計時装置と第２計時装置と瞬時異常信号カウンタの全部が初期化されて次の処理に備えられる（ステップＳ３０）。
第１計時装置で計時する時間Ｃ１が第１所定時間Ｚ１以上になる前に、瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３が所定数Ｚ３に達するのは、第１所定時間Ｚ１内における瞬時異常信号の異常状態の合計時間が所定数Ｚ３以上となる場合であり、この場合には持続的に異常現象が生じており、モータ装置に異常が発生したと判別する（ステップＳ２６）。
【００２０】
ただしこの実施例では、瞬時異常信号が連続して第２所定時間（Ｚ２）以上に亘って正常であれば瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３はゼロクリアされている（ステップＳ１８と２０）。
図３（ａ）では、瞬時異常信号が正常に反転してから第２所定時間Ｚ２以内に瞬時異常信号が異常に反転するために、ステップＳ１８がＹＥＳとならず、瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３はゼロクリアされない。このために、第１所定時間Ｚ１内の瞬時異常信号の異常状態の合計時間が所定数Ｚ３以上となり、モータ装置に異常が発生したと判別する（ステップＳ２６）。それに対して、図３（ｂ）では、瞬時異常信号が正常に反転したタイミングＤから第２所定時間Ｚ２以上連続して正常状態が続き、その後に異常に反転するために、タイミングＤから第２所定時間Ｚ２経過したときに瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３がゼロクリアされる。このために瞬時異常信号カウンタの累積数Ｃ３が所定数Ｚ３に達せずステップＳ２４がＹＥＳとなることがない。装置異常とはされない。
【００２１】
図３（ａ）に示した場合では、瞬時異常信号が一定の間隔で断続的に正常と異常の間で反転しており、装置には故障がないとすることができない。瞬時異常が断続的に持続することから装置に異常がおこっている可能性が高い。
図３（ｂ）に示したように、タイミングＤ以降に第２所定時間Ｚ２以上連続的に正常であれば、装置には故障がないとすることができる。不規則に発生する瞬時異常現象は、正常なモータ装置におこり得る追従遅れ等に起因している可能性が高い。この場合には、ステップＳ２０でゼロクリアするためにステップＳ２４がＹＥＳとならず、装置異常とはされない。
従来の技術では、第２計時装置がなく、当然にステップＳ２０のゼロクリア手段もないために、図４の（ｂ）に例示したように装置異常とされてしまう。従来の装置異常判別装置によれば、図４に示したように、第１所定時間Ｚ１内では瞬時異常信号を累積し続ける。その間に瞬時異常信号が連続して第２所定時間以上正常であっても累積しつづける。第１所定時間Ｚ１内に累積される瞬時異常信号の累積時間が所定数に達してしまえば、装置異常信号が出力されてしまう。従来の装置異常判別装置では、装置異常の判別が正しく行われない場合があった。
本実施例では、図３（ｂ）に示したように、瞬時異常信号と次の瞬時異常信号との間の時間を計時し、第２所定時間を検出するとモータ装置が正常に復帰している可能性が高いので瞬時異常信号カウントの累積数をゼロクリアする。図３の（ｂ）の場合、瞬時異常信号カウントの累積数はタイミングＥでゼロから再度累積され始める。モータ装置が正常であれば、第１所定時間Ｚ１以内に瞬時異常信号カウンタの累計数Ｃ３が所定数Ｚ３に達することがなく、装置異常信号は出力されない。実際に装置に故障が発生しているのであれば、図３（ａ）に示したような瞬時異常信号が入力されるために、装置異常時には装置異常信号を出力することができる。
【００２２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例のモータ装置のハードウエア構成を示す図。
【図２】  本実施例のモータ装置の装置異常信号判別処理手順を示す図。
【図３】  装置異常判別過程を説明するための図。
【図４】  従来の装置異常判別過程を説明するための図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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