JP2008160945A

JP2008160945A - モータ制御装置

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Publication number: JP2008160945A
Application number: JP2006344880A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Tanaka; 良介田中
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】新たな処理回路が必要な機能追加に対応可能なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ８０からの電力供給により作動するモータ４０と、車両側の各種センサからの信号に基づいてモータ４０を駆動制御するコントローラ６０と、を備えたターボチャージャ１０において、コントローラ６０は、車両からの信号が入力される入力回路部６５と、入力回路部６５からの信号に基づいて制御信号を出力するメインＣＰＵ６１と、メインＣＰＵ６１からの制御信号に基づいてモータ４０へ所定の駆動電力を供給するための駆動信号を出力するモータ駆動部６２と、メインＣＰＵ６１との間で信号を入出力可能な拡張スロット６７ａ，６７ｂと、を有し、拡張スロット６７ａ，６７ｂは、メインＣＰＵ６１からの信号を処理可能な回路及びプログラムを有する通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂを接続可能とされている。
【選択図】図２

Description

本発明はモータ制御装置に係り、特に通信機能・制御機能等の各種機能の追加・変更が可能なモータ制御装置に関する。

従来、各種センサやメインコンピュータ等に接続され、それらからの信号に基づいた制御内容でモータを駆動するモータ制御装置が用いられている。このようなモータ制御装置は、制御用のプログラムや各種制御データを格納した記憶部を備えている。
また、プログラムや制御データの変更に対応するために、モータ制御装置に外部記憶装置（外付メモリ）を接続可能に構成したモータ制御装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このモータ制御装置では、外付メモリの記憶内容を制御装置内の記憶部に追加または上書きすることができ、追加または上書き後の記憶内容に基づいて、あるいは外付メモリの記憶内容を直接読み出して、モータを駆動することができる。

特開平５−３８９６９号公報

しかしながら、このようなモータ制御装置では、プログラムや制御データ等のソフトウェア上の変更による機能追加については対応可能であるが、新たな処理回路や制御素子が必要になるなどハードウェア的な変更が必要な機能追加には対応することができなかった。従って、機能追加への対応が十分とはいえず、ソフトウェア上の変更で対応できない場合にはモータ制御装置全体を交換する必要があった。よって、仕様変更が困難となっていた。
また、ソフトウェア上での追加・変更で対応するためには、予めプログラムや制御データ等の変更を見越してそれらに対応可能なハードウェア構成を備えておく必要がある。よって、結果として過剰な設計となったり、コストアップの原因となっていた。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、新たな処理回路が必要な機能追加・機能変更に対応可能なモータ制御装置を提供することにある。

前記課題は、本発明によれば、モータ駆動電源からの電力供給により作動するモータと、車両からの信号に基づいて前記モータを駆動制御する制御手段と、を備えたモータ制御装置であって、前記制御手段は、車両からの信号が入力される入力部と、前記入力部からの信号に基づいて制御信号を出力する制御部と、前記制御信号に基づいて前記モータへ所定の駆動電力を供給するための駆動信号を出力する駆動回路部と、前記制御部との間で信号を入出力可能な接続部と、を有し、該接続部は、前記制御部からの信号を処理するための機能拡張部を接続可能に構成されたことにより解決される。

このように本発明では、制御部からの信号を処理するための機能拡張部を接続可能な接続部を有し、この接続部を介して機能拡張部と制御部との間で信号の入出力が可能とされている。このように、制御部が有していない処理機能を機能拡張部の接続により追加することができるので、機能拡張部の追加・変更により機能追加、仕様変更に対応することができる。よって、より高度な制御に対応可能となる。また、機能拡張部を外したり簡易なものに取り替えることで、不要な機能を削減してコストダウンを図ることができる。よって、車種展開に対応可能な汎用性の高いモータ制御装置を提供することができる。

また、本発明において、前記機能拡張部は、前記制御部からの信号を処理するための処理回路及びプログラムを有するように構成されていると好適である。このように処理回路を追加することができれば、プログラムなどのソフトウェア的な変更で追加できなかった機能を追加することができる。よって、より高度な制御に対応可能となる。また、制御部のメインＣＰＵを変更することなく機能を追加することができるので、汎用性が向上する。

また、より具体的には、前記処理回路及び前記プログラムは、前記制御手段と外部制御手段との通信に用いられる通信用回路及び通信用プログラム、又は、車速に応じて前記制御信号を出力するための車速用回路及び車速用プログラムからなるようにすると好適である。このようにすれば、車両メインＥＣＵ等の外部制御装置と、通信によりデータ等を送受信することが可能となる。従って、制御データをモータ制御装置から外部制御装置側に出力し、外部制御装置からその制御データに基づく指令を受け取ってモータ制御を行うことができる。よって、より高度できめ細かい制御が可能となる。また、車速に応じたモータ制御が可能となる。

また、本発明において、前記接続部には、前記機能拡張部が着脱自在に接続されると好適である。このようにすると、必要に応じて機能拡張部の追加、除去、交換を容易に行うことができる。
また、本発明において、前記制御手段は、前記制御部による信号処理に用いられるデータ又はプログラムが格納された記憶部を有し、該記憶部に格納されたデータは、前記機能拡張部に格納されたデータ又はプログラムに基づいて追加又は更新されるように構成すると好適である。このようにすれば、現行の処理プログラムやパラメータを更新・追加することができるので、機能追加への対応がさらに容易となる。

○ 本発明のモータ制御装置によれば、機能拡張部を接続するための接続部を設けたことにより、処理回路の追加を含む機能拡張を容易に行うことができるので、拡張性が向上し、より高度な制御への対応が可能となる。また、機能拡張部を外したり簡易なものに取り替えることで、不要な機能を削減してコストダウンを図ることができる。よって、車種展開に対応可能な汎用性の高いモータ制御装置を提供することができる。
○ 本発明のモータ制御装置によれば、外部制御装置と、通信によりデータ等を送受信することが可能となる。従って、外部制御装置からの指令に基づいてモータ制御を行うことができるので、より高度できめ細かい制御が可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する構成、手順等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図１〜図２は本発明の一実施形態に係るものであり、図１はモータ付きターボチャージャの説明図、図２はコントローラの電気的構成を示すシステムブロック図である。

以下、本発明のモータ制御装置を、モータ付きターボチャージャに適用した一実施形態について説明する。
図１に示すように、車両のエンジンＰには吸気管Ｐ１と排気管Ｐ２が設けられている。ターボチャージャ１０は、その一端側に設けられたコンプレッサ２０と、コンプレッサ２０の回転軸３０に取付けられたモータ４０と、回転軸３０の他端側に設けられたタービン５０と、モータ４０に電力変換器７０を介して接続されたコントローラ６０と、を備えている。電力変換器７０には、モータへの駆動電力を供給する電源部としてのバッテリ８０が接続されている。コントローラ６０は、モータ４０を所定の出力で駆動させる制御を行う。なお、このコントローラ６０が本発明の制御手段に相当する。

コンプレッサ２０とタービン５０はいずれもモータ４０の回転に基づいて作動する。コンプレッサ２０は吸気管Ｐ１に接続されており、吸気管Ｐ１からエンジンＰ側に所定の給気圧で送気する。エンジンＰはコンプレッサ２０からの給気圧に応じた出力（トルク）で駆動される。
タービン５０は排気管Ｐ２に接続されており、排気管Ｐ２からの排気圧が高い場合は、排気ガスのエネルギーにより作動する。タービン５０が作動すると、その出力トルクによりモータ４０の出力軸が回転してモータ４０側に誘起電圧が発生し、この誘起電圧に基づく電流をバッテリ８０の陽極に流して電力を回生することができる。

モータ４０は例えば公知のブラシレスモータであり、回転軸３０を出力軸として回転可能に構成されている。また、モータ４０は、コントローラ６０側から所定の制御信号を受けることにより、電力変換器７０を介してバッテリ８０から電力供給される。これにより、モータ４０の巻線に通電されて制御信号に応じた出力となるように回転制御される。なお、モータ４０は他のタイプの電動モータであってもよい。例えば、モータ４０をブラシ付きのモータとしてもよい。

電力変換器７０は、コントローラ６０側からの制御信号に基づき、公知の車載バッテリからなるバッテリ８０からの駆動電圧をモータ４０に供給する。例えば、電力変換器７０は、バッテリ８０からの直流電流をモータ４０の駆動用の交流電流に変換するためのインバータ回路を備えている。また、モータ４０の発電出力、すなわち、モータ４０の誘起電圧に基づく電流を、バッテリ８０の充電用の直流電流に変換可能に構成されている。

コントローラ６０は、エンジンＰの本体側に設けられたエンジン回転センサＳ１と、吸気管Ｐ１に設けられたブースト圧センサＳ２に接続されている。また、コントローラ６０は、車両の所定位置に設けられたギヤ段センサＣ１、アクセル踏込センサＣ２、ブレーキセンサＣ３、車速センサＣ４、等に接続されている。コントローラ６０は、これらの各種センサの出力に基づき、エンジンＰの運転状態、車両状態、及び乗員の操作等に応じて、モータ４０を回転させるための制御信号を電力変換器７０に出力する。

例えば、コントローラ６０は、車両の発進時やアクセル踏み込み時のようにエンジンＰがトルクアップを要するときは、コンプレッサ２０による給気圧を高めるようにモータ４０を回転駆動させるための制御信号を電力変換器７０に送信する。これにより、コンプレッサ２０の出力を上昇させてエンジンＰをトルクアップすることができる。
また、排気管Ｐ２からの排気圧が高い場合には、コントローラ６０は、タービン５０の作動に基づきモータ４０を発電機として作動させるように切り換える制御信号を電力変換器７０及びモータ４０に送信する。これにより、モータ４０を電力回生作動に切り換えることができる。

コントローラ６０は、図２に示すように、制御部としてのメインＣＰＵ６１と、メインＣＰＵ６１からの指令に応じてモータ４０側に所定の制御信号（例えば、ＰＷＭ信号）を出力するモータ駆動部６２と、データやプログラムが記憶されたパラメータ記憶部６３と、モータ４０の回転方向、回転量、回転速度などを検出する位置制御部６４と、車両メインＥＣＵ９０や外部センサ等からの信号入力を受け付ける入力回路部６５と、メインＣＰＵ６１側に電源を供給するための電源回路部６６と、メインＣＰＵ６１に外付けの機能拡張ボードとしての通信用ボードＸａ、車速用ボードＸｂを接続するための拡張スロット６７ａ，６７ｂと、備えている。
なお、このメインＣＰＵ６１が本発明の制御部に相当し、モータ駆動部６２が本発明の駆動回路部に相当し、パラメータ記憶部６３が本発明の記憶部に相当し、入力回路部６５が本発明の入力部に相当し、拡張スロット６７ａ，６７ｂが本発明の接続部に相当し、通信用ボードＸａ、車速用ボードＸｂが本発明の機能拡張部に相当する。

メインＣＰＵ６１は、モータ駆動部６２、パラメータ記憶部６３、位置制御部６４、入力回路部６５等とバスを介して互いに接続されている。また、メインＣＰＵ６１は、拡張スロット６７ａ、６７ｂと拡張バスを介して接続されている。
メインＣＰＵ６１は、これらの周辺回路のうち、パラメータ記憶部６３、位置制御部６４、入力回路部６５からデータを受け取って演算・加工し、その結果生成された制御信号を出力側の回路であるモータ駆動部６２に出力する。例えば、メインＣＰＵ６１は、モータ駆動部６２への制御信号として、所定のデューティ比の矩形波電圧信号（ＰＷＭ信号）を出力する。また、ＰＷＭ信号のデューティ比でなく、印加電圧（又は電流）の大きさによって出力を制御するような制御信号を出力してもよい。

モータ駆動部６２は、メインＣＰＵ６１からの制御信号を受信して、この信号に応じた出力でモータ４０を回転制御するための駆動信号を出力する。例えば、メインＣＰＵ６１から矩形波電圧信号を受けることにより、この信号のデューティ比に応じた出力でモータ４０を回転制御するための駆動信号を出力する。これにより、電力変換機７０を介してモータ４０の各相巻線へ所定の電圧が印加され、モータ４０が所定の出力で回転される。

パラメータ記憶部６３にはモータ４０の駆動制御に必要な各種パラメータ及びプログラムが格納されている。本例では、パラメータ記憶部６３として、記憶内容の追加や書き換えが可能で、電源との接続が切られても記憶内容を保持可能な半導体メモリを用いている。メインＣＰＵ６１は、パラメータ記憶部６３からデータやプログラムを適宜読み出して制御を行う。なお、パラメータ記憶部６３の一部を、データの書き換えが不能なメモリにより構成してもよい。
位置制御部６４は、例えば、モータ４０側に配設されたホールＩＣやエンコーダ等の回転検出用のセンサから出力されたパルス状の信号を受け取って成形し、矩形波パルス信号に変換してメインＣＰＵ６１に出力する。メインＣＰＵ６１は、内蔵するタイマー等の計時手段を用いて、単位時間当りのパルス数をカウントして所定の演算を行うことにより、モータ４０の回転量、回転方向、回転速度等を得ることができる。

入力回路部６５は、例えば、メインＣＰＵ６１との間で受信した信号の信号転送が可能となるようにアドレスが設定されたバッファメモリ等を有して構成されている。この入力回路部６５には、ギヤ段センサＣ１、アクセル踏込センサＣ２、ブレーキセンサＣ３等からの操作信号や、エンジン回転センサＳ１やブースト圧センサＳ２等からの車両状態信号が入力される。また、入力回路部６５には、車両の中央制御部である車両メインＥＣＵ９０とコントローラ６０との間の伝送路として機能する通信ライン９１及び車速ライン９２が接続されている。入力回路部６５には、このような構成により、車両メインＥＣＵ９０からの制御信号として、例えば、通信ライン９１から入力される通信信号、車速ライン９２から入力される車速信号、等が入力される。
電源回路部６６は電源ラインによりメインＣＰＵ６１に接続されており、メインＣＰＵ６１に所定の駆動電圧を印加する。

拡張スロット６７ａ，６７ｂはコントローラ６０の外部からアクセス可能な位置に設けられている。拡張スロット６７ａは、通信制御用の機能拡張ボードとしての通信用ボードＸａのコネクタ部を挿入可能なコネクタ部を有している。また、拡張スロット６７ｂは、車速制御用の機能拡張ボードとしての車速用ボードＸｂのコネクタ部を挿入可能なコネクタ部を有している。このコネクタ部は着脱可能とされているので、必要に応じて通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂをコントローラ６０に取り付けたり取り外したりすることができる。

通信用ボードＸａは、車両メインＥＣＵ９０や、その他の外部機器との間で通信を行うための通信用回路を備えている。また、通信用ボードＸａの内部に設けられた記憶部には、この通信用回路を用いた通信に必要な通信用プログラム及びデータが格納されている。また、車速用ボードＸｂは、車速に基づいてモータ制御を行うための車速用回路を備えており、その記憶部には車速用プログラム及びデータが格納されている。通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂ及び拡張スロット６７ａ，６７ｂの構成としては、例えば、半導体基板にコネクタを配した拡張ボードと、その差し込み口である拡張スロットの構成を用いることができる。

拡張スロット６７ａ，６７ｂは、拡張バス等によってメインＣＰＵ６１に電気的に接続されているので、拡張スロット６７ａ，６７ｂにそれぞれ通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂを挿入することにより、通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂとメインＣＰＵ６１との間でデータの送受信が可能となる。従って、メインＣＰＵ６１は、通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂに格納されたプログラムやパラメータを読み出して制御を行うことが可能となる。また、通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂに搭載された回路を用いた処理が可能となる。よって、コントローラ６０に新たな機能が追加される。本例では、通信用ボードＸａにより、コントローラ６０と、車両メインＥＣＵ９０やその他の外部機器との間で通信を行うことが可能となる。また、車速用ボードＸｂにより、コントローラ６０が車速に基づいてモータ４０の駆動制御を行うことが可能となる。

また、通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂ内の記憶部に格納するデータは、新たに追加する回路やプログラムでの処理に必要なデータのほか、パラメータ記憶部６３にすでに格納されたデータやプログラムの追加・更新を行うためのデータとしてもよい。また、このようなデータの追加・更新用を自動で行うために、例えば、通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂに自動アップデートプログラムを一緒に格納すれば、通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂの取り付け時に自動でアップデートプログラムを実行させて、パラメータ記憶部６３内のデータをパラメータ記憶部６３内に追加・更新することができる。

本例では、通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂは、データ収集用の記録媒体として利用することも可能である。例えば、一定期間にわたって通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂを取り付けた状態で車両走行し、その間のモータ４０の制御データを蓄積した後、通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂを取り外して蓄積されたデータを外部に書き出すことにより、さらなる制御パラメータやプログラム、制御回路等の改善を行うことができる。
また、通信用ボードＸａを取り付けている間は外部との通信が可能となっているので、所定のタイムスケジュールに従って、あるいは車両メインＥＣＵ９０等の外部制御装置からの指令信号に基づいて、通信用ボードＸａ内の記憶部やパラメータ記憶部６３に一時的にストックした制御データを、通信ライン９１により外部に出力することができる。また、外部制御装置からその制御データに基づく指令を受け取ってモータ制御を行うことができる。このようにすれば、よりきめ細かで高度なモータ制御を行うことができる。

なお、コントローラ６０に、拡張スロット６７ａ，６７ｂ以外の拡張スロットを設けて、さらに別の機能拡張ボードを追加できるようにしてもよい。また、拡張スロット６７ａ，６７ｂのいずれかのみを有する構成としてもよい。つまり、拡張スロットの数や種類は限定されない。なお、拡張スロット６７ａ，６７ｂを、通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂ以外の機能拡張ボードが取り付け可能な汎用のコネクタ部を有するものとすれば、通信、車速制御以外の機能を追加することが可能となる。

このように本例のターボチャージャ１０は、そのコントローラ６０に、回路、プログラム、データ等を備えた機能拡張ボードとしての通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂを着脱可能な接続部としての拡張スロット６７ａ，６７ｂを有しているので、必要に応じて拡張スロット６７ａ，６７ｂに通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂを接続することより、後付けで機能を追加することができる。特に、プログラムなどのソフトウェア的な変更で追加できなかった機能を追加することができる。よって、より高度な制御に対応可能となる。
また、本例では、メインＣＰＵ６１を変更することなく機能を追加することができる。また、通信用ボードＸａや車速用ボードＸｂを外したり簡易なものに取り替えることで、不要な機能を削減してコストダウンを図ることができる。つまり、制御部として基本的な処理機能のみを有したメインＣＰＵ６１を備え、それ以上の処理機能は機能拡張ボード（例えば通信用ボードＸａ，車速用ボードＸｂ）の追加によって適宜行うようにすれば、汎用性が向上し、車種展開への対応が可能となる。また、不必要な処理回路を取り外すことで、コストダウンを図ることができる。

なお、上記実施形態では、車両のモータ付きターボチャージャ１０に本発明のモータ制御装置を適用した例を示したが、本発明は、これに限らず、エアコンＥＣＵからの指令信号により空調装置用のモータ制御を行うブロワモータ装置など、上位の制御装置と通信を行ってモータ制御を行う装置全般に適用してもよい。

本実施形態のモータ付きターボチャージャの説明図である。本実施形態のコントローラの電気的構成を示すシステムブロック図である。

符号の説明

１０‥ターボチャージャ、２０‥コンプレッサ、３０‥回転軸、４０‥モータ、
５０‥タービン、６０‥コントローラ、６１‥メインＣＰＵ、６２‥モータ駆動部、
６３‥パラメータ記憶部、６４‥位置制御部、６５‥入力回路部、６６‥電源回路部、
６７ａ，６７ｂ‥拡張スロット、７０‥電力変換器、８０‥バッテリ、
９０‥車両メインＥＣＵ、９１‥通信ライン、９２‥車速ライン、
Ｃ１‥ギヤ段センサ、Ｃ２‥アクセル踏込センサ、
Ｃ３‥ブレーキセンサ、Ｃ４‥車速センサ、
Ｐ‥エンジン、Ｐ１‥吸気管、Ｐ２‥排気管、
Ｓ１‥エンジン回転センサ、Ｓ２‥ブースト圧センサ、
Ｘａ‥通信用ボード、Ｘｂ‥車速用ボード

Claims

モータ駆動電源からの電力供給により作動するモータと、車両からの信号に基づいて前記モータを駆動制御する制御手段と、を備えたモータ制御装置であって、
前記制御手段は、車両からの信号が入力される入力部と、前記入力部からの信号に基づいて制御信号を出力する制御部と、前記制御信号に基づいて前記モータへ所定の駆動電力を供給するための駆動信号を出力する駆動回路部と、前記制御部との間で信号を入出力可能な接続部と、を有し、
該接続部は、前記制御部からの信号を処理するための機能拡張部を接続可能に構成されたことを特徴とするモータ制御装置。
前記機能拡張部は、前記制御部からの信号を処理するための処理回路及びプログラムを有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記処理回路及び前記プログラムは、前記制御手段と外部制御手段との通信に用いられる通信用回路及び通信用プログラム、又は、車速に応じて前記制御信号を出力するための車速用回路及び車速用プログラムからなることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
前記接続部には、前記機能拡張部が着脱自在に接続されることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記制御手段は、前記制御部による信号処理に用いられるデータ又はプログラムが格納された記憶部を有し、該記憶部に格納されたデータは、前記機能拡張部に格納されたデータ又はプログラムに基づいて追加又は更新されることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。