JP2008259347A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノースマーカ信号が出力されるごとにリセットされるカウンタのカウント値に基づいて回転子の回転数を算出するモータ制御装置において、算出周期の長さや回転子の角速度の大きさなどによらずに、精度よく回転子の回転数を算出する。
【解決手段】第１カウンタ４１は、Ｒ／Ｄコンバータ２４から出力されるモータの回転子の回転角度に関するパルス信号３０，３２をカウントする。第１カウンタ４１は、ノースマーカ信号が出力されるごとにカウント値がリセットされる。角度算出部４２は、第１カウンタ４１のカウント値に基づいてモータ１０の回転子の回転角度を算出する。第２カウンタは、Ａ相パルス信号３０をカウントするカウンタであり、第１上限カウント値より大きい第２上限カウント値に達するごとにカウント値がリセットされる。回転数算出部４６は、第２カウンタ４１のカウント値に基づいて回転子の回転数を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転子の回転に応じてレゾルバデジタル変換器から出力される回転子の回転角度に関するパルス信号に基づいてモータを制御するモータ制御装置に関する。

駆動源としてモータ（電動機）を備える電気自動車やハイブリッド電気自動車などの電動車両は、モータの回転子の角度（位置）を検出し、検出された角度に基づいてモータに供給される電流を制御するモータ制御装置を備える。この種の分野を始め、回転子の角度を検出する分野では、特許文献１に開示されているように、レゾルバからの信号に基づいて回転子の角度を検出するレゾルバデジタル変換器が用いられることがある。

レゾルバは、いわゆるトランスの原理を利用したセンサであり、回転子の角度に応じた交流信号を出力する。レゾルバデジタル変換器は、交流信号に基づいて回転子の所定回転ごとに同期したパルス信号を出力するとともに、基準角度（例えば０度）に位置するタイミングでピークを有するパルス信号を基準角度信号（ノースマーカ信号）として出力する。

回転子の角度は、レゾルバデジタル変換器から出力される交流信号に基づくパルス信号のカウント値に基づいて算出することができる。例えば、時刻Ｔｎとその時刻Ｔｎにおけるカウント値Ｃｎ、および次回の算出周期における時刻Ｔｎ＋１とその時刻Ｔｎ＋１におけるカウント値Ｃｎ＋１とにより、ΔＣ＝Ｃｎ＋１−Ｃｎ、およびΔＴ＝Ｔｎ＋１−Ｔｎを算出して、さらにΔＣ／ΔＴを算出することでモータの回転子の回転数を算出し、その回転数を時間で積分することで、回転子の角度を算出することができる。

特開平１１−３０８８８８号公報

ところで、モータ制御装置は、レゾルバ変換器から出力される交流信号に基づくパルス信号をカウントするためのカウンタを備える。カウンタのカウント値は、例えば図５Ａに示すように、ノースマーカ信号が出力されるごとに、つまり、回転子が１回転するごとにリセットされる。よって、算出周期において回転子が１回転以内であれば、カウント値はリセットされないため、カウント値に基づいて回転子の回転数を求めても大きな誤差は生じない。しかし、図５Ｂのように、算出周期内に回転子が１回転以上した場合、カウント値は算出周期内で少なくとも１回はリセットされてしまう。よって、そのようなカウント値に基づいて回転子の回転数を求めると、無視できない誤差が生じる。つまり、ノースマーカ信号が出力されるごとにリセットされるカウンタのカウント値に基づいて回転子の回転数を算出する場合、例えば算出周期の長さや回転子の角速度の大きさによっては算出された回転数に誤差が生じることがある。

本発明は、ノースマーカ信号が出力されるごとにリセットされるカウンタのカウント値に基づいて回転子の回転数を算出するモータ制御装置において、算出周期の長さや回転子の角速度の大きさなどによらずに、精度よく回転子の回転数を算出することを目的とする。

本発明に係るモータ制御装置は、レゾルバデジタル変換器から出力されるモータの回転子の回転角度に関するパルス信号をカウントする第１カウンタであって、前記回転子の電気角１周期の間に出力される前記パルス信号の数に基づいて定められる第１上限カウント値に達するごとにカウント値がリセットされる第１カウンタと、前記第１カウンタのカウント値に基づいて前記回転子の回転角度を算出する角度算出部と、前記パルス信号をカウントする第２カウンタであって、前記第１上限カウント値より大きい第２上限カウント値に達するごとにカウント値がリセットされる第２カウンタと、前記第２カウンタのカウント値に基づいて前記回転子の回転数を算出する回転数算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るモータ制御装置は、レゾルバデジタル変換器から出力されるモータの回転子の回転角度に関するパルス信号をカウントする第１カウンタであって、前記回転子の電気角１周期に対応するタイミングで前記レゾルバデジタル変換器から出力される基準角度信号に基づいてカウント値がリセットされる第１カウンタと、前記第１カウンタのカウント値に基づいて前記回転子の回転角度を算出する角度算出部と、前記基準角度信号のパルス幅に基づいて前記回転子の回転数を算出する回転数算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るモータ制御装置の１つの態様によれば、前記モータは、電動車両の駆動用モータであって、算出された前記モータの回転子の回転数に基づいて前記電動車両の車速を算出し、算出された車速に基づいて前記車両の車速を所定の設定値に自動的に保持するクルーズ制御部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、算出周期の長さや回転子の角速度の大きさなどによらずに、精度よくモータの回転子の回転数を算出することができる。

本発明を実施するための最良の形態を具体的に示す実施形態について、以下図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る電動車両の概略構成を示す図である。図１に示す電動車両は、駆動源としてのモータ１０を備える。電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０は、モータの駆動を制御する制御装置であり、ＥＣＵ４０がインバータ１２を制御して、インバータ１２にバッテリ１４からの電力を供給し、インバータ１２は供給された電力により三相交流電流を出力し、駆動用モータ１０に供給する。また、本実施形態に係る電動車両は、一定の設定速度で自動的に走行するいわゆるオートクルーズ制御を行うクルーズ制御部４７をＥＣＵ４０内に備える。

モータ１０は、回転子と固定子とを含む永久磁石型の同期モータである。モータ１０にはレゾルバ２２が取り付けられる。インバータ１２は、インバータ駆動制御部４３からスイッチング制御を受け、所定トルクでモータ１０を駆動させる。

モータ１０に取り付けられたレゾルバ２２からはモータ１０の回転子の回転に応じたｓｉｎ信号とｃｏｓ信号が出力され、ｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号は、Ｒ／Ｄコンバータ２４に入力される。なお、レゾルバ２２は、回転子の固定子に対する電気角が１回転で一周期分のｓｉｎ信号とｃｏｓ信号を出力する。ここで、回転子の固定子に対する機械角の１回転は、電気角の４回転に相当する。

Ｒ／Ｄコンバータ２４には更に基準正弦波２６が入力される。Ｒ／Ｄコンバータ２４は、ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号、および基準正弦波２６に基づいて、回転子の回転角度に比例するＡ相パルス信号３０、Ａ相パルス信号３０に対して１／４周期の位相差を有するＢ相パルス信号３２、および回転子の基準角度を示すノースマーカ信号３４を出力する。Ａ相パルス信号３０およびＢ相パルス信号３２は、上記の通り、１／４周期だけ位相がずれており、本実施形態では、Ｒ／Ｄコンバータ２４は、回転子が１回転する間に、Ａ相パルス信号３０およびＢ相パルス信号３２をそれぞれ４０９６個ずつ出力する。

第１カウンタ４１は、Ｒ／Ｄコンバータ２４からＡ相パルス信号３０、Ｂ相パルス信号３２、ノースマーカ信号３４の入力を受ける。第１カウンタ４１は、Ａ相パルス信号を常時監視し、Ａ相パルス信号が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに反転した際に、Ｂ相パルス信号が「Ｈ」レベルであれば、カウンタをインクリメントする。一方、第１カウンタ４１は、Ａ相パルス信号が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに反転した際に、Ｂ相パルス信号が「Ｌ」レベルであれば、カウンタをデクリメントする。さらに、第１カウンタ４１は、ノースマーカ信号３４が入力されるごとに、あるいは、カウント値が上限値である４０９６に達するごとに、回転子が１回転したと判断してカウンタの値を一旦リセットする。

角度算出部４２は、単位時間あたりの角度移動量に基づいてモータ１０の回転子の角度を算出し、インバータ駆動制御部４３に出力する。より具体的には、角度算出部４２は、タイマ４４から時刻Ｔ_１ｎを取得するとともに、第１カウンタ４１から時刻Ｔ_１ｎにおけるカウント値Ｃ_１ｎを取得し、メモリ（レジスタ）に格納する。次いで、角度算出部４２は、所定の算出周期（例えば、２５０ｎｓ）後に、タイマ４４から時刻Ｔ_１ｎ＋１を取得するとともに、第１カウンタ４１から時刻Ｔ_１ｎ＋１におけるカウント値Ｃ_１ｎ＋１を取得し、メモリに格納する。その後、角度算出部４２は、メモリに格納された時刻およびカウント値に基づいて、単位時間あたりの角度移動量を算出する。つまり、角度算出部４２は、ΔＣ_１／Δ_１Ｔ＝（Ｃ_１ｎ＋１−Ｃｎ）／（Ｔ_１ｎ＋１−Ｔ_１ｎ）を算出する。その後、角度算出部４２は、角度移動量の時間積分値に基づいて回転子の角度を算出する。

インバータ駆動制御部４３は、角度算出部４２から入力されたモータ１０の回転子の角度、およびアクセル開度やブレーキ踏度などの各種操作情報に基づいて、モータ１０に対するトルクを算出し、算出されたトルクをモータ１０が出力できるようにインバータ１２を制御する。

また、クルーズ制御部４７は、車両が一定の設定速度で走行できるように車両を制御するオートクルーズ制御を実行する。クルーズ制御部４７は、回転数算出部４６が算出したモータ１０の回転子の回転数に基づいて車両の速度を算出し、車両の速度を制御する。

ところで、一般にオートクルーズ制御は、アクセル開度の調整により行われる。アクセル開度の調整は、通常の走行でドライバの足操作により行われる場合と同じように行われることが望ましい。そこで、オートクルーズ制御時におけるアクセル開度の調整は、ドライバの足操作により行われる場合を想定して、例えば５０ｍｓ程度の間隔で車両の速度を検出し、その検出結果に基づいて行われることが望ましい。一方、インバータ１２を介してモータ１０に供給される電流を調整する場合、モータ１０の角度に応じて調整する必要があり、モータ１０の角度を精度よく算出するには、比較的短い算出周期、例えば１００μｓ程度を算出周期として順次モータ１０の角度を算出することが望ましい。つまり、モータ１０に供給する電流を調整する際のパラメータとして用いるモータ１０の回転子の角度を算出する場合と、車両の車速を算出する際のパラメータとして用いる回転数を算出する場合とでは最適な算出周期が異なる。

ここで、第１カウンタ４１のカウント値は、上記の通り、回転子が１回転するごとにリセットされてしまう。モータ１０の角度を算出するには１００μｓ程度で順次角度を算出しているため、算出周期内においてカウンタがリセットされることはほとんどない。しかし、５０ｍｓ程度の算出周期で回転子の回転数を算出する場合、５０ｍｓ内の間にカウンタがリセットされてしまうことがある。

そこで、本実施形態では、ノースマーカ信号によってカウンタがリセットされない第２カウンタ４５を別途設けて、回転数算出部４６は、第２カウンタ４５のカウント値に基づいてクルーズ制御に必要な回転子の回転数を求める。なお、回転数算出部４６は、例えば、例えばＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスク装置等の記憶装置（以下、単に記憶装置と称す）に記憶されたプログラムを中央処理装置（ＣＰＵ（Central Processing Unit））が実行することで機能し、第２カウンタ４５は、回転数算出部４６として機能するＣＰＵに内蔵された１６ｂｉｔ（０〜６５５３５）〜３２ｂｉｔ（０〜４．３×１０^９）のカウンタを用いることができる。

第２カウンタ４５は、Ｒ／Ｄコンバータ２４からＡ相パルス信号３０、Ｂ相パルス信号３２の入力を受ける。第２カウンタ４５は、第１カウンタ４１と同様に、Ａ相パルス信号を常時監視し、Ａ相パルス信号が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに反転した際に、Ｂ相パルス信号が「Ｈ」レベルであれば、カウンタをインクリメントする。一方、第１カウンタ４１は、Ａ相パルス信号が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに反転した際に、Ｂ相パルス信号が「Ｌ」レベルであれば、カウンタをデクリメントする。しかし、第２カウンタ４５は、第１カウンタ４１とは異なり、ノースマーカ信号の入力はされず、ノースマーカ信号によってカウンタがリセットされない。よって、図２に示すように、第２カウンタ４５は、算出周期内で回転子が１回転以上しても、つまり、カウンタが回転子１回転分のカウント（４０９６）を行った後も、カウンタがリセットされない。

回転数算出部４６は、上記のような第２カウンタ４５におけるカウント値に基づいてモータ１０の回転子の回転数を算出周期ΔＴ_２（＝４８ｍｓ）ごとに算出する。なお、回転数算出部４６は、角度算出部４２が回転数を算出する手順と同様に、ΔＣ_２／ΔＴ_２＝（Ｃ_２ｎ＋１−Ｃ_２ｎ）／（Ｔ_２ｎ＋１−Ｔ_２ｎ）を算出することで、回転子の回転数を算出することができる。

以上、本実施形態では、ノースマーカ信号が入力されるごとにリセットされない第２カウンタ４５のカウント値に基づいてモータ１０の回転子の回転数を算出し、その回転数を用いてクルーズ制御を行う。よって、本実施形態によれば、モータ１０の回転子の回転数をより精度よく算出することができる。

なお、上記の実施形態では、ノースマーカ信号によっては第２カウンタ４５のカウント値をリセットしないとして説明した。しかし、第２カウンタ４５にノースマーカ信号を入力し、ノースマーカ信号が少なくとも２回以上の所定の上限値に達するごとにカウント値をリセットしてもよい。例えば、回転数算出部４６として１６ｂｉｔのＣＰＵを用いる場合には、所定の上限値としては最大で「１６」を設定することができる。つまり、１６ｂｉｔのＣＰＵを用いる場合には、第２カウンタ４５は、電気角１６回転分のパルス信号をカウントすることができる。

続いて、本実施形態の変形例について、以下図面を用いて説明する。

図３は、本変形例に係る電動車両の概略構成を示す図である。図３において、第２カウンタ４５の代わりに、パルス幅測定部４８を備える点で、上記の実施形態とは異なる。

本変形例において、パルス幅測定部４８には、Ｒ／Ｄコンバータ２４からノースマーカ信号が入力され、ノースマーカ信号の出力される間隔（パルス幅Ｐ）を測定し、測定したパルス幅Ｐを回転数算出部４６に出力する。回転数算出部４６は、パルス幅Ｐに基づいてモータ１０の回転子の回転数を算出する。ここで、ノースマーカ信号は、モータ１０の回転子の電気角１回転に対して１回出力されるパルス信号である。よって、図４に示すようにノースマーカ信号の出力される間隔（パルス幅Ｐ）を測定することで、回転子が電気角１回転するのに要する時間を求めることができる。つまり、回転数算出部４６は、１／Ｐを算出することでモータ１０の回転子の回転数を算出することができる。

本変形例によれば、ノースマーカ信号によってリセットされる第１カウンタ４１のカウント値を用いることなく、モータ１０の回転子の回転数を算出することができる。

なお、上記の実施形態および変形例では、クルーズ制御のパラメータとして、回転数算出部４６において算出された回転数を用いる場合を例に説明した。しかし、回転数算出部４６において算出された回転数は、クルーズ制御のパラメータ以外の用途にも使用することができる。

実施形態に係る電動車両の概略構成を示す図である。 ノースマーカ信号の出力タイミングと第２カウンタのカウント値のリセットタイミングについて説明するための図である。 変形例に係る電動車両の概略構成を示す図である。 ノースマーカ信号のパルス幅について説明するための図である。 ノースマーカ信号の出力タイミングと従来のカウンタのカウント値のリセットタイミングについて説明するための図である。 ノースマーカ信号の出力タイミングと従来のカウンタのカウント値のリセットタイミングについて説明するための図である。

符号の説明

１０ モータ、１２ インバータ、１４ バッテリ、２２ レゾルバ、２４ Ｒ／Ｄコンバータ、２６ 基準正弦波、３０ Ａ相パルス信号、３２ Ｂ相パルス信号、３４ ノースマーカ信号、４１ 第１カウンタ、４２ 角度算出部、４３ インバータ駆動制御部、４４ タイマ、４５ 第２カウンタ、４６ 回転数算出部、４７ クルーズ制御部、４８ パルス幅測定部。

Claims (3)

1. レゾルバデジタル変換器から出力されるモータの回転子の回転角度に関するパルス信号をカウントする第１カウンタであって、前記回転子の電気角１周期の間に出力される前記パルス信号の数に基づいて定められる第１上限カウント値に達するごとにカウント値がリセットされる第１カウンタと、
   前記第１カウンタのカウント値に基づいて前記回転子の回転角度を算出する角度算出部と、
   前記パルス信号をカウントする第２カウンタであって、前記第１上限カウント値より大きい第２上限カウント値に達するごとにカウント値がリセットされる第２カウンタと、
   前記第２カウンタのカウント値に基づいて前記回転子の回転数を算出する回転数算出部と、
   を備えるモータ制御装置。
2. レゾルバデジタル変換器から出力されるモータの回転子の回転角度に関するパルス信号をカウントする第１カウンタであって、前記回転子の電気角１周期に対応するタイミングで前記レゾルバデジタル変換器から出力される基準角度信号に基づいてカウント値がリセットされる第１カウンタと、
   前記第１カウンタのカウント値に基づいて前記回転子の回転角度を算出する角度算出部と、
   前記基準角度信号のパルス幅に基づいて前記回転子の回転数を算出する回転数算出部と、
   を備えるモータ制御装置。
3. 前記モータは、電動車両の駆動用モータであって、
   算出された前記モータの回転子の回転数に基づいて前記電動車両の車速を算出し、算出された車速に基づいて前記車両の車速を所定の設定値に自動的に保持するクルーズ制御部、
   を備える請求項１または２に記載のモータ制御装置。

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