專利名稱：電動機驅動單元和檢測電動機驅動單元的故障的方法
技術領域：
本發明涉及通過脈沖寬度調制(PWM)控制來控制電動機的電動機驅動單元，以及涉及到對于電動機驅動單元的故障的檢測。
當前，有控制電動機的電動機驅動單元。電動機驅動單元具有由四邊組成的橋式電路，每邊具有一個開關元件。電動機至少具有被連接到開關元件的兩個端子，它們相對于橋式電路是被對角線地放置的。至少一個開關元件被連接到電力線，以及至少另一個開關元件被接地。電動機單元是通過加電壓到功率開關元件而被驅動的。通過執行對于開關元件脈沖寬度調制控制，實行對于電動機的驅動控制。在這種類型的驅動單元中，如果電動機的端子電壓的和值變成為近似等于“0”，即小于或等于預定的門限值(例如，約為電池電壓的3％)，則確定電動機和地線是否已被短路(例如，日本專利申請特許公開號No.5-185937)。
然而，上述的電動機驅動單元只考慮在電動機的一個端子與接地線之間的部分被短路的可能性。所以，當在電動機驅動裝置、故障檢測控制器等中出現有故障時，這個電動機驅動單元是無用的。
本發明提供電動機驅動單元和檢測電動機驅動單元的故障的方法，它使得有可能通過檢測在電動機、電動機驅動裝置和故障檢測監視裝置中的各種故障而檢測有關電動機的各種各樣的故障。
為了達到上述的和/或其它目的，按照本發明的第一示例性實施例的電動機驅動單元具有由四邊組成的橋式電路，每邊具有一個開關元件。具有兩個端子的電動機被連接到橋式電路，它相對于電動機是被對角線地放置的。至少一個開關元件對被連接到電力線，以及至少另一個開關元件被接地。電動機驅動單元是通過加電壓到電源端而被驅動的。通過執行對于開關元件脈沖寬度調制控制，實行對于電動機的驅動控制。電動機驅動單元具有故障判斷裝置，它在電動機運行時電動機的端子電壓的和值與電源電壓的差值是預定的數值或更大時，判斷出現故障。
在本發明的這樣構建的第一優選實施例中，如果電動機、電動機驅動裝置、及其包括故障檢測控制器的外圍的裝置處在正常運行下，電動機的兩端的端子電壓Vm1,Vm2的和值Vm由于橋式電路的作用近似等于電源電壓Vb。如果各自的開關元件被短路，則該和值Vm假定為近似等于或大于3Vb/2的一個數值，或者假定為近似等于或小于Vb/2的一個數值。而且，即使如果在電動機的各個端子與地線或電力線之間的部分被短路，則和值Vm假定為近似等于或大于3Vb/2的一個數值，或者假定為近似等于或小于Vb/2的一個數值。結果，按照本發明，由于故障判斷裝置在電動機的兩個端子處的電壓的和值與電源電壓的差值是預定的數值或更大時判斷出現故障，如上所述的故障被檢測。因此，有可能提供對于這些故障的適當的對抗措施。
再者，本發明的第二優選實施例被應用到通過使用如上所述的橋式電路來控制電動機的電動機驅動單元。電動機驅動單元具有故障判斷裝置，它在電動機不在運行時和在電動機的兩個端子處的電壓的和值與事先根據在所有開關元件關斷狀態期間在電動機的端子處的電壓值確定的電壓數值的和值之間的差值是預定的數值或更大時，判斷出現故障。
在本發明的這樣構建的第二優選實施例中，如果電動機、電動機驅動裝置、及其包括故障檢測控制器的外圍的裝置處在正常運行下，電動機的兩端的端子電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于在所有開關元件關斷狀態時的預定的電壓。例如，如果電動機在其一端通過下拉電阻接地而不把電動機另一端通過上拉電阻連接到電力線，則和值Vm等于地電壓“0”(此后稱為第一模式)。而且，如果電動機的至少一端通過上拉電阻被連接到電力線和電動機的至少另一端通過下拉電阻被接地，則和值Vm等于兩倍于在電源電壓Vb與地電壓“0”之間的預定值的一個數值(如果上拉電阻和下拉電阻假定為相同的電阻值，則該數值等于電源電壓Vb)(此后稱為第二模式)。另外，如果電動機通過上拉電阻被連接到電力線而不把電動機端子通過下拉電阻接地，則和值Vm等于電源電壓2Vb(此后稱為第三模式)。
在第一模式下，在電動機如上所述地不在運行時，如果在橋式電路的電力線一側的開關元件與電力線之間的部分被短路，或如果在電動機的端子與電力線之間的部分被短路，則和值Vm近似等于2Vb。
而且，在第二模式下，在電動機如上所述地不在運行時，如果橋式電路的開關元件被短路，則和值Vm近似等于2Vb或“0”。而且，如果在電動機的端子與電力線或地線之間的部分被短路，則和值Vm近似等于2Vb或“0”。
另外，在第三模式下，在電動機如上所述地不在運行時，如果在橋式電路的接地一側的開關元件與地線之間的部分被短路，或如果在電動機的端子與接地線之間的部分被短路，則和值Vm近似等于“0”。
結果，按照本發明的第二示例性實施例，故障判斷控制器在電動機的兩個端子處的電壓的和值與事先根據在所有開關元件關斷狀態期間在電動機的端子處的電壓值確定的電壓數值的和值之間的差值是預定的數值時，判斷出現故障。因此，檢測到如上所述的各種故障。也就是，檢測到有關電動機的各種各樣的故障，由此，有可能提供對于這些故障的適當的對抗措施。
另外，按照本發明的第三示例性實施例，電動機驅動單元具有故障判斷裝置，它在所有的開關元件關斷狀態期間，通過把電動機的至少一個端子通過上拉電阻連接到電力線和通過下拉電阻把電動機的至少另一個端子接地，而把電動機兩端的端子電壓近似設置為較低的電源電壓，以及它在電動機的兩個端子處的電壓的和值與電源電壓的差值是預定的數值或更大時，判斷出現故障。
在本發明的這樣構建的第三優選實施例中，如果電動機、電動機驅動裝置、及其包括故障檢測控制器的外圍的裝置處在正常運行下，但電動機在運行時，電動機的兩端的端子電壓Vm1，Vm2的和值Vm由于橋式電路的作用近似等于電源電壓Vb。而且，當電動機不在運行時，電動機的兩端的端子電壓Vm1,Vm2的和值Vm由于上拉電阻和下拉電阻的作用近似等于電源電壓Vb。
而且，在電動機運行時，如果開關元件被短路，則和值Vm假定為近似等于或大于3Vb/2的一個數值，或者假定為近似等于或小于Vb/2的一個數值。而且，當電動機運行時，如果在電動機的端子與接地線或電力線之間的部分被短路，則和值Vm假定為近似等于或大于3Vb/2的一個數值，或者假定為近似等于或小于Vb/2的一個數值。而且，在電動機不運行時，如果橋式電路的開關元件被短路，則和值Vm近似等于2Vb或“0”。而且，在電動機不運行時，如果在電動機的端子與電力線或接地線之間的部分被短路，則和值Vm假定為近似等于2Vb或“0”。
結果，按照本發明的第三示例性實施例，故障判斷裝置在電動機的兩個端子處的電壓的和值與電源電壓的差值是至少預定的數值時判斷出現故障。因此，檢測到如上所述的各種故障。也就是，檢測到有關電動機的各種各樣的故障，由此，有可能提供對于這些故障的適當的對抗措施。而且，在這種情況下，當電動機不在運行時，借助于上拉電阻和下拉電阻，把電動機兩端的端子電壓的和值設置為等于電源電壓。這樣，有可能根據一種判斷同時判斷故障的出現，而不管電動機是在運行還是不在運行。所以，對于電動機驅動單元的外圍裝置中出現的故障的判斷，可以很容易作出。
再者，按照本發明的另一個示例性實施例，提供了檢測電動機驅動單元的故障的方法，該電動機驅動單元具有橋式電路，由包括開關元件的四條邊組成；電動機，其兩端被連接到橋式電路的對角線位置上的一對端子；電源電路，它通過把另一個對角線位置上的一個端子連接到電力線和把另一個端子連接到地而將電源電壓加到這一對端子；和電動機驅動裝置，它通過對于開關元件實行脈寬調制控制而控制電動機。在檢測故障的方法中，檢測電動機的端子電壓的和值，以及如果在電動機運行期間，電動機的端子電壓的和值與電源電壓的差值是至少預定的數值，則判斷在橋式電路、電動機、和電動機驅動裝置中的至少一個中出現故障。
而且，在按照本發明的再一個示例性實施例的檢測故障的方法中，檢測電動機的端子電壓的和值，以及當電動機不在運行時和當在電動機的兩個端子處的電壓的和值與事先根據在所有開關元件關斷狀態期間在電動機的端子處的電壓值確定的電壓數值的和值之間的差值是預定的數值時，判斷在橋式電路、電動機、和電動機驅動裝置中的至少一個中出現故障。
再者，在按照本發明的再一個示例性實施例的檢測故障的方法中，在所有的開關元件關斷狀態期間，通過把電動機的至少一個端子通過上拉電阻連接到電力線和通過下拉電阻把電動機的至少另一個端子接地，而把電動機兩端的端子電壓近似設置為較低的電源電壓，檢測電動機的端子電壓的和值，以及在電動機的兩個端子處的電壓的和值與電源電壓的差值是預定的數值或更大時，判斷在橋式電路、電動機、和電動機驅動裝置中的至少一個中出現故障。
從參照附圖對于優選實施例的以下的說明中，將明白本發明的上述的和進一步的目的、特性和優點，其中

圖1示意地顯示了其上加上有按照本發明的實施例的用于AC(交流)電動機的電控制裝置的整個車輛電動機一驅動的功率操縱裝置；圖2是圖1所示的驅動電路的詳細方框圖；圖3是由圖2所示的微計算機執行的程序的流程圖；圖4A是顯示用于對于圖2所示的橋式電路執行開關控制的脈寬調制(PWM)控制信號PWM的時序圖；圖4B是在一個DC電動機的端子處的電壓Vm1’,Vm2’；圖4C是顯示從端子電壓檢測電路輸出的第一和第二端子電壓Vm1,Vm2和端子電壓的和值Vm的時序圖；圖5A和5B是用于說明圖2所示的橋式電路的運行的示意圖；圖6是按照實施例的修改例的橋式電路及其外圍電路的圖；以及圖7是按照實施例的另一個修改例的橋式電路及其外圍電路的圖。
此后，將參照附圖描述本發明的實施例。圖1示意地顯示了其上加上有按照本發明的電動機驅動單元的車輛電動機-驅動的功率操縱裝置。
這個電動機-驅動的功率操縱裝置具有用作為電動機的DC(直流)電動機10。DC電動機10被安裝到傳動軸11的中間部分，用來旋轉傳動軸11，以及通過操縱柄12的旋轉運行加上輔助力，來幫助操縱前輪。傳動軸11的下端部分以允許功率傳輸的方式被連接到操縱齒輪箱13中的拉桿14。由于傳動軸11的軸的旋轉，拉桿14被軸向地放置。前輪(未示出)可被傳動地連接到拉桿14的末端。由于拉桿14的軸向移動，前輪被橫向地操縱。
傳動扭矩傳感器21被安裝在傳動軸11。傳感器21檢測作用在傳動軸11上的扭轉矩TS，以及把檢測的扭轉矩Ts提供給電動機驅動電路30。用于檢測車輛速度V的車輛速度傳感器22、用于檢測引擎速度Ne的引擎速度傳感器23、和電池24被連接到電動機驅動電路30。
如圖2所示，電動機驅動電路30具有橋式電路31和微計算機32。橋式電路31具有帶有由場效應晶體管(FET)組成的開關元件SW1到SW4的四條邊。回流二極管(reflux diode)D11到D14被并聯到開關元件SW1到SW4。開關元件SW1到SW4被來自門控制電路33的各自的脈沖串信號控制成接通和關斷。
在位于橋式電路31的對角線位置處的一對端子中，作為開關元件SW1、SW3的連接點的一個端子通過并聯電阻34a和繼電器開關電路35被連接到電池24。作為開關元件SW2、SW4的連接點的另一個端子通過并聯電阻34b被接地。并聯電阻34a、34b的電阻值被設置為相當小。開關元件SW1、SW2的連接點和開關元件SW3、SW4的連接點(是位于橋式電路31的一對端子)通過下拉電阻r1，r2被連接到DC電動機10的端子處和被接地。
并聯電阻34b在兩端處被連接到電動機電流檢測電路36。檢測電路36通過在并聯電阻34b兩端產生的電壓檢測流過DC電動機10的電動機電流Im，以及把檢測的電動機電流Im提供給微計算機32。由電阻r3和電容C1組成的低通濾波器被連接到下拉電阻r1。電阻r1、r3和電容C1構成端電壓檢測電路37。端電壓檢測電路37，起到如上所述的低通濾波器的作用，從DC電動機10的一端的電壓Vm1’中去除高頻分量，以及把第一端電壓Vm1提供給微計算機32。由電阻r4和電容C2組成的低通濾波器被連接到下拉電阻r2。電阻r2、r4和電容C2構成端電壓檢測電路38。端電壓檢測電路38，也起到如上所述的低通濾波器的作用，從DC電動機10的另一端的電壓Vm2’中去除高頻分量，以及把第二端電壓Vm2提供給微計算機32。
除了電動機電流Im和第一與第二端電壓Vm1，Vm2以外，微計算機被提供以來自電池24的電池電壓Vb、來自扭轉矩傳感器21的扭轉矩Ts、來自車輛速度傳感器22的車輛速度V、和來自引擎速度傳感器23的引擎速度Ne。微計算機32以預定的短周期的時間間隔重復執行圖3所示的程序，以及通過提供脈寬調制(PWM)控制信號給門控制電路33來控制DC電動機10的運行。然后，微計算機32檢測DC電動機10，電動機驅動裝置30等的故障。在檢測各種后，微計算機32也控制繼電器開關電路35。
接著，將描述如上所述的地構建的實施例。如果通過接通點火開關(未示出)而把電壓從電池24提供給微計算機32，則微計算機32執行一個程序(未示出)，由此確定是否按照電池24和電動機10的狀態來控制DC電動機10。如果確定電動機10可被控制，則微計算機32接通繼電器開關電路35，這樣，來自電池24的電壓通過繼電器開關電路35被提供給橋式電路31，門控制電路33。此后，以下的說明是對于繼電器開關電路35被接通的情況作出的。在繼電器開關電路35被接通后，微計算機32以預定的短周期的時間間隔開始執行圖3所示的程序。
這個程序的執行在步驟100開始。在步驟102，來自引擎速度傳感器23的引擎速度Ne被輸入到微計算機32。根據所輸入的引擎速度Ne，微計算機32確定是否允許由DC電動機10的操縱輔助。如果引擎速度Ne在大于預定的時間間隔內不保持等于或大于預定的速度，則在步驟102的結果被判斷為“否”。然后，程序進到步驟104。在步驟104，DC電動機10被控制成停止。換句話說，由電動機10進行的輔助控制被停止。然后，在步驟134，這個程序的執行被終結。
如果引擎速度Ne在大于預定的時間間隔內保持等于或大于預定的速度，則在步驟102的結果被判斷為“是”。然后，程序進到步驟106和隨后的步驟。在步驟106，第一和第二端電壓Vm1，Vm2從端電壓檢測電路37和38被輸入。第一和第二端電壓Vm1，Vm2被相加，以使得計算的端電壓的和值Vm=Vm1+Vm2。接著，在步驟108，電動機電流Im從電動機電流檢測電路36被輸入。取決于電動機電流Im是否等于或大于預定的小的電流值Im0，確定DC電動機10是否在運行。
如果DC電動機10在運行和電動機電流Im等于或大于預定的電流Im0，則步驟108的結果被判斷為“是”。然后，程序進到步驟110和隨后的步驟。另一方面，如果DC電動機不在運行和電動機電流Im小于預定的電流值Im0(近似等于“0”)，則步驟108的結果被判斷為“是”。然后，程序進到步驟122和隨后的步驟。
在步驟110，第二計數值CT2，它被使用來判斷在DC電動機10不在運行時故障的出現，被復位為“0”。此后，在步驟112，114，確定端電壓的和值Vm是否近似等于電池電壓Vb。也就是，在步驟112，確定和值Sm是否等于或大于由預定的電壓值△Vb與電池電壓Vb相加而得到的數值，即，Vb+△Vb。而且，在步驟114，確定和值Sm是否等于或小于通過從電池電壓Vb減去預定的電壓值△Vb而得到的數值，即，Vb-△Vb。在這種情況下，雖然從電池24輸入的電壓可被用作為電池電壓Vb，但也有可能使用事先適當地被確定的數值。
如果第一和第二端電壓Vm1，Vm2的和值Vm近似等于電池電壓Vb，則步驟112，114的結果被判斷為“否”。然后，在步驟116，第一計數值CT1，它被使用來判斷故障的出現，在DC電動機10在運行時被復位為“0”。然后，程序進到步驟132。在步驟132，輸入來自扭轉矩傳感器21的扭轉矩Ts，以及輸入來自車輛速度傳感器22的車輛速度V。DC電動機10的運行按照輸入的扭轉矩Ts和車輛速度V被控制。為了更具體化，計算了對于DC電動機的命令電流值I*，其絕對值隨扭轉矩Ts的絕對值|Ts|的增加而增加和隨車輛速度V的增加而減小，以及其符號(正或負)相應于扭轉矩Ts的方向。然后，形成表示脈沖串信號(它已經受到用于開關元件SW1到SW4的通-斷控制的脈寬調制(PWM))的控制信號，以使得等于命令電流值I*的電流流過DC電動機。控制信號被輸出到門控制電路33。在形成控制信號時，由電動機電流檢測電路36檢測的DC電動機10的電動機電流Im可被用作為反饋控制量。
響應于已被提供的控制信號，門控制電路33把用于開關元件SW1到SW4的通-斷控制的脈沖串信號輸出到開關元件SW1到SW4。在這種控制期間，當DC電動機10以正常方向旋轉時，圖4A所示的脈沖串信號PWM被提供給開關元件SW1,SW4。在開關元件SW1,SW4按照脈沖串信號PWM被控制成接通和關斷的同時，開關元件SW2,SW3保持關斷。因此，當脈沖串信號處在高電平時，電動機電流Im從電池24通過并聯電阻34a、開關元件SW1、DC電動機10、開關元件SW4和并聯電阻34b流到地，如圖5A的實線所示。如果脈沖串信號從高電平轉移為低電平，則由于電動機的磁作用力，電動機電流Im從地通過并聯電阻34b、回流二極管D12、DC電動機10、回流二極管D13和并聯電阻34a流到電池24，如圖5B的實線所示。結果，在DC電動機10的兩端處的電壓Vm1’,Vm2’具有如圖4B所示的波形，以及第一和第二端電壓Vm1,Vm2，它們從用作低通濾波器的端電壓檢測電路37,38被輸出，具有如圖4C所示的波形。圖4B和4C以夸張的方式概念化說明電壓Vm1’,Vm2’,Vm1,和Vm2。
而且，當DC電動機10以反方向旋轉時，圖4A所示的脈沖串信號PWM被提供給開關元件SW2,SW3。在開關元件SW2,SW3按照脈沖串信號PWM被控制成接通和關斷的同時，開關元件SW1,SW4保持關斷。因此，當脈沖串信號處在高電平時，電動機電流Im從電池24通過并聯電阻34a、開關元件SW3、DC電動機10、開關元件SW2和并聯電阻34b流到地，如圖5A的虛線所示。如果脈沖串信號從高電平轉移為低電平，則由于電動機10的磁作用力，電動機電流Im從地通過并聯電阻34b、回流二極管D14、DC電動機10、回流二極管D11和并聯電阻34a流到電池24，如圖5B的虛線所示。結果，在DC電動機10的兩端處的電壓Vm1’,Vm2’具有與圖4B所示的相反關系的波形，以及第一和第二端電壓Vm1,Vm2，它從用作低通濾波器的端電壓檢測電路37,38被輸出，具有與圖4C所示的相反關系的波形。
在這種情況下，當DC電動機10的運行通過脈寬調制(PWM)被控制時，開關元件SW1到SW4的接通時間間隔是與開關元件SW1到SW4的關斷時間間隔成相反的關系。DC電動機10的第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值(即，Vm1+Vm2)近似等于電池電壓Vb。具體地，由于端電壓檢測電路37,38起到低通濾波器的作用，和值Vm被穩定。另外，當圖3所示的程序再次被執行時，步驟112,114的結果被判斷為“否”。這樣，在步驟100,102,106到116,132，和134中上述的處理過程被執行，以及DC電動機10可操縱地輔助操縱柄12的旋轉操作。
而且，在這樣地控制DC電動機10的運行時，如果在電動機10、電動機驅動電路30及其外圍電路中出現故障，則第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm偏離電池電壓Vb。這種故障的例子將在(1)到(9)中闡述。在這些例子中，如圖5所示，說明將限于其中開關元件SW1、SW4被控制成接通和關斷以及開關元件SW2、SW3保持為關斷(如圖5中實線所示)的情形。對于其中開關元件SW2、SW3被控制成接通和關斷以及開關元件SW1、SW4保持為關斷(如圖5中虛線所示)的情形的說明將被省略。這是因為同樣的條件應用到互相對稱放置的每一對部件。而且，給出了在開關元件SW1、SW4的通-斷控制期間的占空比大約等于50％的前提條件下的DC電動機10的兩個端子處的電壓Vm1’,Vm2’以及第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm的數字例子。
(1)如果開關元件SW1被短路，則在DC電動機10的一個端子處的電壓Vm1’總是近似等于Vb，以及在DC電動機10的另一個端子處的電壓Vm2’通常與開關元件SW1、SW4的接通和關斷同步地在“0”與Vb之間切換。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于3Vb/2。
(2)如果開關元件SW2在其端子與電力線之間被短路，則在DC電動機10的一個端子處的電壓Vm1’與開關元件SW1、SW4的接通和關斷同步地在“0”與至多近似等于Vb/2的一個數值之間切換以及在DC電動機10的另一個端子處的電壓Vm2總是近似等于“0”。所以，第一和第二端電壓Vm1，Vm2的和值Vm至多近似等于Vb/4。
(3)如果開關元件SW3在其端子與地線之間被短路，則在DC電動機10的一個端子處的電壓Vm1’總是近似等于Vb，以及在DC電動機10的另一個端子處的電壓Vm2’在至少近似等于Vb/2的一個數值與近似等于Vb的一個數值之間切換。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm至少近似等于7Vb/4。
(4)如果開關元件SW4在其端子與地線之間被短路，則在DC電動機10的一個端子處的電壓Vm1’與開關元件SW1、SW4的接通和關斷同步地在“0”與至多近似等于Vb的一個數值之間切換以及在DC電動機10的另一個端子處的電壓Vm2’總是近似等于“0”。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于Vb/2。
(5)如果DC電動機的一個端子X1與電池24的電力線短路(如果在一個端子X1處的連線束與電力線短路)，則在DC電動機10的一個端子處的電壓Vm1’總是近似等于Vb，以及在DC電動機10的另一個端子處的電壓Vm2’通常與開關元件SW1、SW4的接通和關斷同步地在“0”與Vb之間切換。所以，第一和第二端電壓Vm1，Vm2的和值Vm近似等于3Vb/2。
(6)如果DC電動機的一個端子X1與地線短路(如果在一個端子X1處的連線束與地線短路)，則在DC電動機10的一個端子處的電壓Vm1’與開關元件SW1、SW4的接通和關斷同步地在“0”與至多近似等于Vb/2的一個數值之間切換以及在DC電動機10的另一個端子處的電壓Vm2’總是近似等于“0”。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm至多近似等于Vb/4。
(7)如果DC電動機的另一個端子X2與電池24的電力線被短路(如果在另一個端子X2處的連線束與電力線短路)，則在DC電動機10的一個端子處的電壓Vm1’總是近似等于Vb，以及在DC電動機10的另一個端子處的電壓Vm2’與開關元件SW1、SW4的接通和關斷同步地在至少近似等于Vb/2的一個數值與近似等于Vb的一個數值之間切換。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm至少近似等于7Vb/4。
(8)如果DC電動機的另一個端子X2與電池24的地線短路(如果在另一個端子X2處的連線束與地線短路)，則在DC電動機10的一個端子處的電壓Vm1’通常與開關元件SW1、SW4的接通和關斷同步地在Vb與“0”之間切換以及在DC電動機10的另一個端子處的電壓Vm2’總是近似等于“0”。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于Vb/2。
(9)如果在端電壓檢測電路37,38和微計算機32中出現故障，則大大地不同于Vb的一個數值可被作為第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm計算。
如果在DC電動機運行期間出現例子(1)到(9)中所描述的故障，則第一和第二端電壓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。這樣，如果在步驟112、114中的預定的數值△Vb被設置為小于Vb/2的一個數值，則有可能檢測如例子(1)到(8)中描述的故障。為了更具體化，希望設置近似等于電池電壓Vb(例如12伏)的25％，即Vb/4(例如3伏)的一個數值為預定的數值△Vb。
此后，將再次描述圖3所示的流程圖。如果出現例子(1)到(9)中所描述的故障，則執行步驟102，106到110的處理過程，以及步驟112或步驟114的結果被判斷為“是”。在步驟118，把“1”加到第一計數值CT1。然后，在步驟120確定第一計數值CT1是否等于或大于預定的數值CT10。如果第一計數值CT1小于預定值CT10，則在步驟120，該結果被判斷為“否”。然后，執行步驟132的上述的輔助控制處理過程。因此，如果只暫時檢測在例子(1)到(9)中所描述的故障，則不執行以后描述的失效處理過程。
而且，如果連續地而不是暫時地檢測到上述的故障，則在每次執行這個程序時通過步驟118的處理，增加第一計數值CT1。如果由于第一計數值CT1的增加，計數值CT1變成為等于或大于預定值CT10，則步驟120的結果被判斷為“是”。然后，程序進到步驟136和隨后的步驟。
在步驟136，停止對DC電動機10的操作控制，以及繼電器開關電路35被關斷。然后，警告燈(未示出)被點亮，以及執行以診斷代碼記錄已出現的故障的狀態的失效處理過程。然后，在步驟138，這個程序的執行被終結。在這種情況下，不像在步驟134的上述的處理過程的情況，在步驟138的處理過程后，不再執行這個程序。在這種情況下，也有可能只禁止驅動DC電動機10的處理過程，以及照常地繼續進行程序中的處理過程。
結果，檢測到在DC電動機運行期間故障的出現，以及在檢測到故障后停止由電動機10的輔助控制。所以，有可能確保車輛運行的穩定性。在檢測故障的出現時，通過把第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm與電池電壓Vb進行比較，而作出判斷。因此，在例子(1)到(9)中描述的各種故障可被有效地檢測。而且，由于在故障的檢測持續一段相應于預定值CT10的時間間隔的條件下，判斷故障的發生，所以有可能消除由于暫時出現故障而引起的誤判斷的可能性。因此，有可能以高的可靠度檢測出在電動機驅動單元的外圍設備中故障的發生。
接著，將描述當DC電動機10不在運行時任何判斷故障的出現。在這種情況下，由于電動機電流Im等于“0”，步驟108的結果被判斷為“0”。換句話說，在步驟108，確定電動機電流Im小于預定的電流值Im0。然后，程序進到步驟122和隨后的步驟。在步驟122，把第一計數值CT1復位為“0”后，在步驟124，確定第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm是否等于或大于預定的電壓值△V。也就是，在步驟124，確定和值Vm是否近似等于“0”。
如果第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”和小于預定的電壓值△V，則步驟124的結果被判斷為“否”。然后，在步驟126，把第二計數值CT2復位為“0”后，程序進到步驟132。在步驟132，執行DC電動機10的控制運行的處理過程。然而，由于電動機10實際上不在運行，所以不執行控制電動機10運行的處理過程。
當DC電動機不在進行這樣的運行控制時，開關元件SW1到SW4保持關斷。因此，如果電動機10、電動機驅動單元30及其外圍電路正常地運行，則第一和第二端電壓Vm1,Vm2都等于“0”。也就是，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值，即Vm=Vm1+Vm2，保持等于“0”。結果，在這種情況下，即使再次地執行圖3所示的程序，步驟124的結果被判斷為“否”。因此，執行步驟100,102,106,108,122到126,132和134的上述的處理過程。
而且，當DC電動機不在進行這樣的運行控制時，如果電動機10、電動機驅動單元30及其外圍電路中出現故障，則第一和第二端電壓Vm1,Vm2不同于“0”。這種故障的例子將在下面在(1)到(3)中闡述。
(1)如果開關元件SW1或開關元件SW3與電力線短路，則在DC電動機10的兩個端子處的電壓Vm1’,Vm2’都近似等于Vb。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。
(2)如果DC電動機的一個端子X1或另一個端子X2與電池24的電力線被短路(如果在一個端子X1或另一個端子X2處的連線束與電力線短路)，則在DC電動機10的兩個端子處的電壓Vm1’,Vm2’都近似等于Vb。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。
(3)如果在端電壓檢測電路37,38或微計算機32中出現故障，則大大地不同于Vb的一個數值可被作為第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm計算。
在這種情況下，如果在DC電動機不在運行時，出現例子(1)到(3)中所描述的故障，則第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm不同于“0”。這樣，如果在圖3的步驟124中的預定的數值△V被適當地設置為一個小的數值，則有可能檢測出如例子(1)到(3)中描述的故障。
此后，將描述圖3所示的流程圖。如果出現例子(1)到(3)中所描述的故障，則執行步驟102,106,108到122的處理過程，然后，步驟124的結果被判斷為“是”。在步驟128，把“1”加到第二計數值CT2。然后，在步驟130確定第二計數值CT2是否等于或大于預定的數值CT20。如果第二計數值CT2小于預定值CT20，則步驟130的結果被判斷為“否”。然后，執行步驟132的上述的輔助控制處理過程。因此，如果只暫時檢測到例子(1)到(3)中所描述的故障，則不執行步驟136中上述的失效處理過程。
而且，如果連續地而不是暫時地檢測到上述的故障，則在每次執行這個程序時通過步驟128的處理過程，增加第二計數值CT2。如果由于第二計數值CT2的增加，計數值CT2變成為等于或大于預定值CT20，則步驟130的結果被判斷為“是”。然后，程序進到步驟136和隨后的步驟。
在步驟136，執行上述的失效處理過程。然后，在步驟138，這個程序的執行被終結。在這種情況下，也有可能只禁止驅動DC電動機10的處理過程，以及照常地繼續進行程序中的處理過程。
結果，檢測到在DC電動機不運行狀態期間故障的出現，以及在檢測到故障后停止由電動機10的輔助控制。所以，有可能確保車輛運行的穩定性。在檢測故障的出現時，通過把第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm與“0”進行比較，而作出判斷。因此，在例子(1)到(3)中描述的各種故障可被有效地檢測。而且，由于在故障的檢測持續一段相應于預定值CT20的時間間隔的條件下，判斷故障的發生，有可能消除誤判斷的可能性。因此，有可能以高的可靠度檢測出故障。
接著，將描述在上述的例子中電動機驅動電路30的部分修改例。
如圖6所示，這個修改例去掉上述實施例的下拉電阻r1。而是把DC電動機10的一個端子通過上拉電阻r5連接到電池24的電力線上。在其它方面，這個修改例的電路的結構是與上述實施例相同的。
在這個修改例中，橋式電路31中的開關元件SW1，SW4或開關元件SW2,SW3也被控制成接通和關斷，由此，DC電動機10的運行被控制。
在這種情況下，運行基本上與上述的實施例相同的。也就是，電動機10的兩個端子的電壓Vm1’,Vm2’被交替地在近似等于“0”的一個數值與近似等于Vb的一個數值之間切換，以及第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm也近似等于Vb。如果在DC電動機10運行期間出現如例子(1)到(3)中描述的故障，則電動機10的兩個端子的電壓Vm1’,Vm2’和第一與第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm假定為在例子(1)到(3)中提到的數值。
然而，當開關元件SW1,SW4和開關元件SW2,SW3保持為關斷以及DC電動機不在運行時，電動機10的兩個端子的電壓Vm1’,Vm2’近似等于Vb/2，以及第一與第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于Vb。在這種情況下，有可能檢測在以下的例子(1)到(5)中描述的故障。
(1)如果開關元件SW1或開關元件SW3與電力線短路，則在DC電動機10的兩個端子處的電壓Vm1’,Vm2’都近似等于Vb。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。
(2)如果開關元件SW2或開關元件SW4與地線短路，則在DC電動機10的兩個端子處的電壓Vm1’,Vm2’都近似等于“0”。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”。
(3)如果DC電動機的一個端子X1或另一個端子X2與電池24的電力線被短路(如果在一個端子X1或另一個端子X2處的連線束與電力線短路)，則在DC電動機10的兩個端子處的電壓Vm1’,Vm2’都近似等于Vb。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。
(4)如果DC電動機在一個端子X1或另一個端子X2處被短路(如果在一個端子X1或另一個端子X2處的連線束與地線短路)，則在DC電動機10的兩個端子處的電壓Vm1’,Vm2’都近似等于“0”。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”。
(5)如果在端電壓檢測電路37,38或微計算機32中出現故障，則大大地不同于Vb的一個數值可被作為第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm計算。
在這種情況下，如果當DC電動機不在運行時，出現例子(1)到(5)中所描述的故障，則第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”或2Vb。另一方面，如果沒有這樣的故障，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm等于如上所述的Vb。所以，也有可能以與在DC電動機10運行期間檢測故障時相同的方式，即通過圖3所示的步驟106和112到120中的處理過程，判斷出如例子(1)到(3)中描述的故障。因此，不需要確定電動機電流Im是否等于或大于預定的電流值Im0。
因此，在這個修改例中，微計算機32省略去圖3所示的步驟108,110和122到130的處理過程，以及執行緊接在步驟106的處理過程以后的步驟112的處理過程。換句話說，微計算機32可被設計成執行由步驟100到106、112到120、和132到138組成的處理過程。而且，這個修改例也去掉電動機電流檢測電路36。結果，除了上述的實施例的效果以外，這個修改例使得有可能通過簡單的處理過程檢測寬得多的各種類型的故障。
而且，除了圖6所示的電路結構以外，這個修改例可被設計成如圖7所示。也就是，也有可能像上述的實施例中那樣把DC電動機10的一個端子通過下拉電阻r1接地，或把DC電動機10的另一個端子通過上拉電阻r6連接到電池24的電力線。這也使得有可能通過執行類似于修改例程序的程序達到基本上與修改例相同的效果。
而且，也有可能去掉圖7所示的下拉電阻r1,r2，以及只使用上拉電阻r5,r6。在這種情況下，橋式電路的開關元件SW1,SW4或開關元件SW2,SW3也被控制成接通和關斷。在DC電動機10的運行被控制的情況下，運行基本上是與上述實施例相同的。也就是，電動機10的兩個端子的電壓Vm1’,Vm2’被交替地在近似等于“0”的一個數值與近似等于Vb的一個數值之間切換，以及第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm也近似等于Vb。另外，如果在DC電動機10運行期間出現如上述的實施例的例子(1)到(9)中描述的故障，則電動機10的兩個端子的電壓Vm1’,Vm2’和第一與第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm假定為在例子(1)到(9)中提到的數值。
然而，當開關元件SW1,SW4和開關元件SW2,SW3保持為關斷以及DC電動機不在運行時，電動機10的兩個端子的電壓Vm1’,Vm2’近似等于Vb，以及第一與第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于2Vb。在這種情況下，有可能檢測在以下的例子(1)到(3)中描述的故障。
(1)如果開關元件SW2或開關元件SW4與地線短路，則在DC電動機10的兩個端子處的電壓Vm1’,Vm2’都近似等于“0”。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”。
(2)如果DC電動機的一個端子X1或另一個端子X2與地短路(如果在一個端子X1或另一個端子X2處的連線束與電力線短路)，則在DC電動機10的兩個端子處的電壓Vm1’,Vm2’都近似等于“0”。所以，第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm近似等于“0”。
(3)如果在端電壓檢測電路37,38或微計算機32中出現故障，則大大地不同于2Vb的一個數值可被作為第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm計算。
這樣，這個修改例可被設計成在圖3所示的程序的步驟124中確定第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm是否與2Vb相差預定的數值或更大。換句話說，步驟124中的判斷處理過程可被改變成如在上述的步驟112、114中的、確定和值Vm是否等于或大于通過把預定的數值△Vb加到2Vb上而得到的數值，即2Vb+△Vb，的處理過程和確定和值Vm是否等于或小于通過從2Vb中減去預定的數值△Vb而得到的數值，即2Vb-△Vb，的處理過程。如果和值滿足關系式2Vb-△Vb＜Vm＜2Vb+△Vb，則確定沒有出現故障。然后，程序進到步驟126。如果和值滿足關系式Vm＜2Vb-△Vb或2Vb+△Vb≤Vm，則確定出現故障。然后，程序進到步驟128。這也使得有可能達到基本上與上述的而且，在上述的實施例和修改例中，電動機電流Im是通過檢測并聯電阻34b的兩端的電壓來檢測的。然而，電動機電流的檢測也可以這樣實現，以使得并聯電阻34a的兩端的電壓被引入到電動機電流檢測電路3中。而且，也有可能在DC電動機10連接到的橋式電路31的對角線位置之間把電阻串聯連接到DC電動機10，以及這樣地檢測電動機電流Im，以使得電阻的兩端被引入到電動機電流檢測電路36中。而且，在上述的實施例和修改例中，電動機電流Im是根據由電阻造成的電壓降來檢測的。然而，也有可能使得諸如霍爾器件的非接觸型電流傳感器與電阻的接觸位置相對立，即，與電動機電流Im流過的位置相對立，以及通過傳感器檢測電動機電流1m。
而且，在上述的實施例和修改例中，DC電動機10的第一和第二端電壓Vm1,Vm2被輸入到微計算機32，以及端電壓的和值Vm是通過由微計算機32執行的步驟106的處理過程(圖3)被計算的。然而，代替這樣的做法，也有可能在端電壓檢測電路37,38與微計算機32之間配置一個加法器，它把第一和第二端電壓Vm1,Vm2相加，以及輸出第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm，并且在步驟106只是從加法器把第一和第二端電壓Vm1,Vm2的和值Vm輸入到微計算機32。
如圖2所示，本發明優選地是在可編程通用計算機30上實施的。然而，整個發明，故障判斷裝置、運行判斷控制器、持續檢測控制器和/或失效處理控制器等也可在專用計算機、已編程微處理器或微控制器和外圍集成電路元件、ASIC或其它集成電路、數字信號處理器、諸如離散單元電路那樣的硬連線電子或邏輯電路、諸如PLD、PLA、FPGA或PAL等的可編程邏輯裝置等上被實施。通常，能夠實施有限狀態機(它又能夠實現圖3所示的流程圖)的任何器件可被使用來實施故障判斷裝置、運行判斷控制器、持續檢測控制器和失效處理控制器等。
雖然已經參照本發明的優選實施例描述了本發明，但應當看到，本發明并不限于所揭示的實施例或結構。相反，本發明打算覆蓋各種修改方案和等價的裝置。此外，雖然所揭示的本發明的各種單元被顯示為示例性的各種組合和配置，但包括或多或少、或僅僅一個單個實施例的其它的組合和配置也屬于本發明的精神和范圍。
權利要求
1．具有由四邊組成的橋式電路(31)的電動機驅動單元，每邊有一個開關元件，具有兩個被連接到橋式電路(31)的端子的電動機(10)和電動機驅動裝置(30)，該電動機驅動裝置通過把一個開關元件連接到電力線和把另一個開關元件接地而操縱電動機(10)，以及它通過對開關元件進行脈沖寬度調制而控制電動機(10)，電動機驅動單元的特征在于包括故障判斷裝置(S112,S114,32)，用于在電動機(10)運行期間在電動機的兩個端子處的電壓的和值與電力線上電源電壓的差值至少是預定值時，判斷在橋式電路(31)、電動機(10)和電動機驅動單元(30)的至少一個中出現故障。
2．具有由四邊組成的橋式電路(31)的電動機驅動單元，每邊有一個開關元件，具有兩個被連接到橋式電路(31)的端子的電動機(10)和電動機驅動裝置(30)，該電動機驅動裝置通過把一個開關元件連接到電力線和把另一個開關元件接地而操縱電動機(10)，以及它通過對開關元件進行脈沖寬度調制而控制電動機(10)，電動機驅動單元的特征在于包括故障判斷裝置(S124,32)，用于在電動機(10)不在運行時和在電動機(10)的兩個端子處的電壓的和值與事先根據在所有開關元件關斷狀態期間在電動機(10)的端子處的電壓值確定的電壓數值的和值之間的差值是預定的數值或更大時，判斷在橋式電路(31)、電動機(10)和電動機驅動單元(30)的至少一個中出現故障。
3．具有由四邊組成的橋式電路(31)的電動機驅動單元，每邊有一個開關元件，具有兩個被連接到橋式電路(31)的端子的電動機(10)和電動機驅動裝置(30)，該電動機驅動裝置通過把一個開關元件連接到電力線和把另一個開關元件接地而操縱電動機(10)，以及它通過對開關元件進行脈沖寬度調制而控制電動機(10)，電動機驅動單元的特征在于包括一個電路，在所有開關元件關斷狀態期間把電動機(10)的兩個端子處的端電壓設置為電源電壓的一半，其中該電路包括上拉電阻(r5,r6)，被連接到電動機(10)的兩個端子的至少一個端子和電力線；以及下拉電阻(r1,r2)，被連接到電動機(10)的兩個端子的至少另一個端子和地線；以及故障判斷裝置(S112,S114,S124,32)，用于在電動機(10)運行期間在電動機(10)的兩個端子處的電壓的和值與電力線上電源電壓的差值是預定值時，判斷在橋式電路(31)、電動機(10)和電動機驅動單元(30)的至少一個中出現故障。
4．如權利要求1和2的任一項中要求的電動機驅動單元，其特征在于，還包括電路檢測裝置(36)，用于檢測通過電動機(10)的電流；以及運行判斷裝置(S108,32)，用于根據檢測的電流判斷電動機(10)是在運行還是不在運行。
5．如權利要求1到4的任一項中要求的電動機驅動單元，其特征在于，還包括連續檢測裝置(S120,S130,32)，用于檢測故障判斷裝置(S112,S114,S124,32)是否連續地判斷故障的出現；以及失效處理裝置(S136,32)，用于如果故障在預定的時間間隔內持續，執行失效處理。
6．按照權利要求5的電動機驅動單元，其特征在于失效處理包括停止運行電動機，發出警告，和以診斷代碼來記錄故障類型中的至少一種措施。
7．如權利要求1到6的任一項中要求的電動機驅動單元，其特征在于電壓的和值是在電動機的一個端子處被濾波輸出的第一端電壓與在電動機(10)的另一個端子處被濾波輸出的第二端電壓的總和。
全文摘要
電動機被連接到具有包括開關元件和回流二極管的四邊的橋式電路的對角線位置。兩個端子的至少一個端子被連接到電力線,以及至少另一個端子接地。通過執行對于開關元件脈沖寬度調制控制,控制DC電動機的運行。當DC電動機在運行時,DC電動機的端電壓的和值等于電源電壓。當DC電動機不在運行時,DC電動機的端電壓的和值被設置為預定的電壓。如果端電壓的和值與電源電壓或預定的電壓的差值為至少預定的數值,則判斷出現故障。
文檔編號H02P7/00GK1287930SQ00126338
公開日2001年3月21日 申請日期2000年9月7日 優先權日1999年9月7日
發明者河西榮治, 藤田修司 申請人:豐田自動車株式會社