JP2009240117A

JP2009240117A - 負荷駆動用のモータ駆動方法

Info

Publication number: JP2009240117A
Application number: JP2008085721A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Watanabe; 善浩渡邉
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】モータ温度によるバラツキを無くし、より正確にモータ回転数を制御できるようにする。
【解決手段】モータ６０に掛かる負荷トルクＴをＭ／Ｃ圧にて検出すると共に、モータ６０に流されるモータ電流Ｉを検出し、これら負荷トルクＴとモータ電流Ｉからモータ温度を推定する。そして、推定したモータ温度に基づいて、起電力Ｖとモータ回転数Ｎの特性を補正し、モータ温度に対応する閾値を設定する。これにより、モータ温度によるバラツキを無くし、より正確に所望のモータ回転数に制御できるモータ駆動方法とすることが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動モータ（以下、単にモータという）をモータ温度によるバラツキに影響されずに制御するモータ駆動方法に関するものであり、例えば負荷としてブレーキ液圧制御のためのブレーキ液の吸入吐出を行うためのモータの駆動に適用すると好適である。

従来より、モータの駆動においては、モータへの電圧印加を停止した後にモータの慣性回転に基づいて発生する起電力がモータ回転数に比例するという特性を利用し、慣性回転時の起電力をモニタすることにより、モータ駆動を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。具体的には、モータによる作動音低減を図るために、モータに対して所定電圧を間欠的に印加する間欠駆動によりモータ駆動を行うことにより、モータ回転数が所望値となるようにしており、モータに対する所定電圧の印加を停止した後に慣性回転の低下に伴って起電力が低下していくため、起電力が閾値まで低下したときに再びモータへの所定電圧の印加を開始することで、間欠駆動の周期を決定している。
特表平８−５０１６１４号公報特表２００２−５０６４０６号公報

しかしながら、モータ回転数と慣性回転時の起電力との関係は、モータ温度によるバラツキが存在する。このため、従来のように、単に慣性回転時に発生する起電力に基づいてモータ回転数を制御しただけでは正確な回転数に制御することができない。

本発明は上記点に鑑みて、モータ温度によるバラツキを無くし、より正確にモータ回転数を制御できる負荷駆動用のモータ駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、負荷駆動用のモータ（６０）に対して所定電圧を印加したのち、該所定電圧の印加を停止し、この停止中におけるモータ（６０）の慣性回転時に発生する起電力（Ｖ）が閾値まで低下すると再び所定電圧の印加を開始する間欠駆動を行うことにより、モータ回転数（Ｎ）を所望値に制御する。このような負荷駆動用のモータ駆動方法において、モータ（６０）のモータ温度を推定し、該推定したモータ温度に基づいて起電力（Ｖ）とモータ回転数（Ｎ）の特性を補正し、補正後の起電力（Ｖ）とモータ回転数（Ｎ）の特性に基づいて閾値を設定することを特徴としている。

このように、モータ（６０）のモータ温度を推定し、該推定したモータ温度に基づいて起電力（Ｖ）とモータ回転数（Ｎ）の特性を補正している。このため、補正後の起電力（Ｖ）とモータ回転数（Ｎ）の特性に基づいて閾値を設定することにより、モータ温度によるバラツキを無くし、より正確に所望のモータ回転数に制御できるモータ駆動方法とすることが可能となる。

例えば、請求項２に記載したように、モータ温度に基づく起電力（Ｖ）とモータ回転数（Ｎ）の特性の補正を、起電力（Ｖ）とモータ回転数（Ｎ）の温度依存特性から、推定されたモータ温度と対応する起電力（Ｖ）とモータ回転数（Ｎ）の特性のマップもしくはそれに対応する関数式を選択することにより行うことができる。

また、請求項３に記載したように、モータ温度の推定を、モータ（６０）に掛かる負荷トルク（Ｔ）を検出すると共に、モータ（６０）に流されるモータ電流（Ｉ）を検出し、モータ温度に対応する負荷トルク（Ｔ）とモータ電流（Ｉ）との温度依存特性を示すマップもしくは該マップに対応する関数式に基づき、負荷トルク（Ｔ）およびモータ電流（Ｉ）の検出結果と対応するモータ温度を求めることにより行うことができる。

この場合、請求項４に記載したように、モータ（６０）が負荷としてブレーキ液圧制御用のポンプ（１９、３９）を駆動するものであり、ポンプ（１９、３９）の吐出側にマスタシリンダ圧が印加されているときに、マスタシリンダ圧センサ（５１）にてマスタシリンダ圧を検出し、該マスタシリンダ圧を負荷トルク（Ｔ）に対応する値として用いると好ましい。

このように、マスタシリンダ圧を負荷トルク（Ｔ）に対応する値として用いれば、ブレーキシステムにおいて、従来よりモータ（６０）の駆動回路に一般的に備えられているモータ電流のモニタ機能と、従来よりブレーキシステムに使用されているマスタシリンダ圧センサ（５１）を用いてモータ温度を推定でき、新たなセンサ等を追加しなくてもモータ温度の推定を行うことが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる負荷駆動用のモータ駆動方法が適用されるブレーキシステムの概略構成図であり、図２は、図１に示すブレーキシステムに用いられるモータ駆動回路を示した図である。以下、これらの図を参照して本実施形態にかかる負荷駆動用のモータ駆動方法について説明する。

まず、図１を参照して負荷駆動用のモータ駆動方法が適用されるブレーキシステムについて説明する。

図１に示すように、ドライバがブレーキペダル１１を踏み込むと、倍力装置１２にて踏力が倍力され、Ｍ／Ｃ１３に配設されたマスタピストン１３ａ、１３ｂを押圧する。これにより、これらマスタピストン１３ａ、１３ｂによって区画されるプライマリ室１３ｃとセカンダリ室１３ｄとに同圧のＭ／Ｃ圧が発生する。Ｍ／Ｃ圧は、ブレーキ液圧制御用アクチュエータ５０を通じて各Ｗ／Ｃ１４、１５、３４、３５に伝えられる。

ブレーキ液圧制御用アクチュエータ５０は、第１配管系統５０ａと第２配管系統５０ｂとを有している。第１配管系統５０ａは、左前輪ＦＬと右後輪ＲＲに加えられるブレーキ液圧を制御し、第２配管系統５０ｂは、右前輪ＦＲと左後輪ＲＬに加えられるブレーキ液圧を制御する。

第１配管系統５０ａと第２配管系統５０ｂとは、同様の構成であるため、以下では第１配管系統５０ａについて説明し、第２配管系統５０ｂについては説明を省略する。

第１配管系統５０ａは、上述したＭ／Ｃ圧を左前輪ＦＬに備えられたＷ／Ｃ１４及び右後輪ＲＲに備えられたＷ／Ｃ１５に伝達し、Ｗ／Ｃ圧を発生させる主管路となる管路Ａを備える。

また、管路Ａは、連通状態と差圧状態に制御できる第１差圧制御弁１６を備えている。この第１差圧制御弁１６は、ドライバがブレーキペダル１１の操作を行う通常ブレーキ時（ブレーキ制御が実行されていない時）には連通状態となるように弁位置が調整されており、第１差圧制御弁１６に備えられるソレノイドコイルに電流が流されると、この電流値が大きいほど大きな差圧状態となるように弁位置が調整される。

この第１差圧制御弁１６が差圧状態のときには、Ｗ／Ｃ１４、１５側のブレーキ液圧がＭ／Ｃ圧よりも所定以上高くなった際にのみ、Ｗ／Ｃ１４、１５側からＭ／Ｃ１３側へのみブレーキ液の流動が許容される。このため、常時Ｗ／Ｃ１４、１５側がＭ／Ｃ１３側よりも所定圧力以上高くならないように維持される。

そして、管路Ａは、この第１差圧制御弁１６よりも下流になるＷ／Ｃ１４、１５側において、２つの管路Ａ１、Ａ２に分岐する。管路Ａ１にはＷ／Ｃ１４へのブレーキ液圧の増圧を制御する第１増圧制御弁１７が備えられ、管路Ａ２にはＷ／Ｃ１５へのブレーキ液圧の増圧を制御する第２増圧制御弁１８が備えられている。

第１、第２増圧制御弁１７、１８は、連通・遮断状態を制御できる２位置電磁弁により構成されている。これら第１、第２増圧制御弁１７、１８は、第１、第２増圧制御弁１７、１８に備えられるソレノイドコイルへの制御電流がゼロとされる時（非通電時）には連通状態となり、ソレノイドコイルに制御電流が流される時（通電時）に遮断状態に制御されるノーマルオープン型となっている。

管路Ａにおける第１、第２増圧制御弁１７、１８及び各Ｗ／Ｃ１４、１５の間と調圧リザーバ２０とを結ぶ減圧管路としての管路Ｂには、連通・遮断状態を制御できる２位置電磁弁により構成される第１減圧制御弁２１と第２減圧制御弁２２とがそれぞれ配設されている。そして、これら第１、第２減圧制御弁２１、２２はノーマルクローズ型となっている。

調圧リザーバ２０と主管路である管路Ａとの間には還流管路となる管路Ｃが配設されている。この管路Ｃには調圧リザーバ２０からＭ／Ｃ１３側あるいはＷ／Ｃ１４、１５側に向けてブレーキ液を吸入吐出するモータ６０によって駆動される自吸式のポンプ１９が設けられている。モータ６０は半導体スイッチ６１のオンオフによってモータ６０への電圧供給が制御される。

そして、調圧リザーバ２０とＭ／Ｃ１３の間には補助管路となる管路Ｄが設けられている。この管路Ｄを通じ、ポンプ１９にてＭ／Ｃ１３からブレーキ液を吸入し、管路Ａに吐出することで、横滑り防止制御やトラクション（ＴＣＳ）制御などのブレーキ制御時において、Ｗ／Ｃ１４、１５側にブレーキ液を供給し、対象となる車輪のＷ／Ｃ圧を加圧する。

また、ブレーキ液圧制御用アクチュエータ５０内には、Ｍ／Ｃ圧センサ５１が備えられている。Ｍ／Ｃ圧センサ５１は、管路ＡにおけるＭ／Ｃ１３と第１差圧制御弁１６との間に備えられており、Ｍ／Ｃ１３に発生させられたＭ／Ｃ圧を検出し、Ｍ／Ｃ圧を示す信号を後述するブレーキＥＣＵ７０に出力する。このＭ／Ｃ圧センサ５１にて検出されたＭ／Ｃ圧は、通常はドライバによるブレーキペダル１１の操作量を検出してブレーキ液圧制御を実行するために用いられるが、本実施形態では、モータ６０に加わる負荷トルクを検出するためにも用いられる。例えば、ＡＢＳ制御が実行された場合、Ｍ／Ｃ圧がポンプ１９、３９の吐出口に印加されることになる。そして、ポンプ１９、３９を駆動する際に、ポンプ１９、３９の吐出口に印加されたＭ／Ｃ圧が抵抗成分として働くため、Ｍ／Ｃ圧がポンプ１９、３９を駆動するモータ６０に加わる負荷トルクに相当する値となる。このため、Ｍ／Ｃ圧を検出することでモータ６０に加わる負荷トルクを検出している。

ブレーキ液圧制御用アクチュエータ５０は、ブレーキＥＣＵ７０にて制御される。ブレーキＥＣＵ７０は、ブレーキ制御システム１の制御系を司るもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成される。このブレーキＥＣＵ７０は、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行し、ＡＢＳ制御やトラクション制御もしくは横滑り防止制御などのブレーキ液圧制御を実行するとき、各種制御弁１６〜１８、２１、２２、３６〜３８、４１、４２を適宜駆動すると共にＭ／Ｃ圧に基づいてモータ６０への電圧供給、つまり半導体スイッチ６１のオンオフの制御を行い、モータ６０の間欠駆動を行う。

図２は、モータ６０の駆動回路の一例を示した回路図である。この図に示されるように、インテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）に例えばパワーＭＯＳＦＥＴにて構成された半導体スイッチ６１が備えられ、ブレーキＥＣＵ７０からの駆動指令信号によって半導体スイッチ６１のゲート電圧が印加される。半導体スイッチ６１およびモータ６０は電源供給ラインにおいて直列接続されており、半導体スイッチ６１のオンオフを制御することによりモータ６０への電源電圧（所定電圧）の印加を制御する。そして、モータ６０のハイサイド側の電圧Ｐ１（もしくはモータ６０の両端電圧）をブレーキＥＣＵ７０に入力することで、モータ６０に印加される電圧および慣性回転時に発生する起電力を検出している。

さらに、電源ラインには、シャント抵抗６２も直列接続されている。このシャント抵抗６２の両端電圧を検出することにより、モータ６０に流れるモータ電流Ｉを検出し、ブレーキＥＣＵ７０に入力している。なお、シャント抵抗６２の両端電圧を直接ブレーキＥＣＵ７０に入力しても良いが、シャント抵抗６２での電圧降下が大きいとモータ６０に印加できる電圧が小さくなるため、シャント抵抗６２の抵抗値は少なくする方が好ましい。このため、本実施形態では、シャント抵抗６２の両端電圧を増幅回路６３にて増幅し、増幅後の値をブレーキＥＣＵ７０に入力している。

以上のようにして、本実施形態のブレーキ制御システム１が構成されている。続いて、このように構成されたブレーキ制御システム１によるモータ駆動方法について説明する。

本実施形態のブレーキ制御システム１では、ブレーキ液圧制御の実行要件を満たしてブレーキ液圧制御が実行されるときに、モータ６０を駆動することによりポンプ１９、３９を駆動し、ポンプ１９、３９によるブレーキ液の吸入吐出を行う。このとき、モータ６０の作動音低減を図るために、モータ６０を間欠駆動する。すなわち、モータ６０に対して所定のパルス幅で電源電圧の印加を行ったのち、慣性回転時に発生する起電力が閾値まで低下した時に再びモータ６０への電源電圧の印加を開始するという作動を行う。

このモータ６０の間欠駆動において、本実施形態では、Ｍ／Ｃ圧センサ５１の検出結果とモータ電流に基づいてモータ温度を推定し、起電力とモータ回転数の特性を補正する。そして、閾値の設定を補正後の起電力Ｖとモータ回転数Ｎの特性に基づいて行うことで、モータ温度によるバラツキを抑制する。

図３は、モータ温度に対応する負荷トルクＴとモータ電流Ｉの特性の温度依存性を示したグラフであり、図４は、モータ温度に対応する起電力Ｖとモータ回転数Ｎの特性の温度依存性を示したグラフである。

図３に示すように、負荷トルクＴとモータ電流Ｉとの特性もモータ温度によって変動し、高温になるほど同じ負荷トルクＴが掛かっているときのモータ電流Ｉが小さくなる。一方、図４に示すように、モータ６０への電圧印加を停止したときに慣性回転により発生する起電力Ｖと慣性回転時のモータ回転数Ｎとの特性は、モータ温度によって変動し、例えば低温時と高温時とで異なった特性となる。

このため、ブレーキＥＣＵ７０において、図３に示す負荷トルクＴとモータ電流Ｉの特性を表したマップもしくはこのマップと対応する関数式を記憶させておき、そのマップもしくは関数式を用いて、Ｍ／Ｃ圧センサ５１で検出したＭ／Ｃ圧を負荷トルクＴに対応した値として用いると共に、シャント抵抗６２の両端電圧に基づいて検出したモータ電流Ｉを用いて、モータ温度を推定する。そして、図４に示したような起電力Ｖとモータ回転数Ｎの温度依存性から、推定したモータ温度に対応する起電力Ｖとモータ回転数Ｎの特性のマップもしくこのマップと対応する関数式を選択したのち、所望のモータ回転数Ｎと対応する起電力Ｖを選択したマップもしくは関数式から求め、それを閾値として設定する。なお、選択用のマップもしくは関数式は、予めブレーキＥＣＵ７０のＲＯＭ等に記憶させておけば良く、推定したモータ温度と対応するものをＲＯＭ等から読み出して選択すれば良い。

これにより、モータ温度に対応するモータ回転数Ｎと起電力Ｖとの特性に基づいて閾値が設定されることになり、慣性回転時に発生する起電力Ｖが閾値まで低下したときに再びモータ６０への電源電圧の印加を開始するという間欠駆動を行うことで、モータ温度によるバラツキ無しで所望のモータ回転数に制御することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、モータ６０に掛かる負荷トルクＴをＭ／Ｃ圧にて検出すると共に、モータ６０に流されるモータ電流Ｉを検出し、これら負荷トルクＴとモータ電流Ｉからモータ温度を推定している。そして、推定したモータ温度に基づいて、起電力Ｖとモータ回転数Ｎの特性を補正し、モータ温度に対応する閾値を設定するようにしている。これにより、モータ温度によるバラツキを無くし、より正確に所望のモータ回転数に制御できるモータ駆動方法とすることが可能となる。

そして、本実施形態のように、起電力Ｖとモータ回転数Ｎとの特性を補正するために用いるモータ温度の推定を、負荷トルクＴとモータ電流Ｉに基づいて行っており、かつ、負荷トルクＴをＭ／Ｃ圧より検出している。このため、従来よりモータ６０の駆動回路に一般的に備えられているモータ電流のモニタ機能と、従来よりブレーキシステムに使用されているＭ／Ｃ圧センサ５１を用いてモータ温度を推定でき、新たなセンサ等を追加しなくてもモータ温度の推定を行うことが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、モータ温度に基づいて起電力Ｖとモータ回転数Ｎとの特性を補正するために、負荷トルクＴとモータ電流Ｉのモニタを行っている。しかしながら、これは単なる一例であり、モータ６０に温度センサを備えることによりモータ温度を直接検出し、検出したモータ温度に基づいて起電力Ｖとモータ回転数Ｎとの特性を補正することもできる。また、負荷トルクＴを検出するのにＭ／Ｃ圧センサ５１を用いたが、モータ６０にトルクセンサを備え、負荷トルクＴを直接検出することもできる。ただし、これらの場合には、温度センサやトルクセンサを用いることになるため、新たなセンサ等の追加が必要になる。

また、上記実施形態では、モータ駆動回路の一例として図２に示す回路構成を例に挙げて説明したが、他の回路構成であっても構わない。例えば、図５に示すモータ駆動回路を適用することもできる。すなわち、図５に示すように半導体スイッチ６１をメイン電流が流されるメイン素子６１ａとメイン電流を所定の比率で低下させたセンス電流が流されるセンス素子６１ｂとにより構成し、センス電流に流れる電流をセンス素子６１ｂのエミッタに接続された電流検出抵抗６４にて検出できるように、電流検出抵抗６４に印加された電圧をブレーキＥＣＵ７０に入力するようにしても良い。

なお、上記実施形態では、ブレーキ液圧制御用のモータ６０に対して本発明を適用した場合について説明したが、モータ回転数Ｎをモータ６０の慣性回転時の起電力Ｖに基づいて制御するようなものであれば、どのようなものに対しても本発明を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態にかかる負荷駆動用のモータ駆動方法が適用されるブレーキシステムの概略構成図である。図１に示すブレーキシステムに用いられるモータ駆動回路を示した図である。負荷トルクＴとモータ電流Ｉの特性を示したグラフである。起電力Ｖとモータ回転数Ｎの特性を示したグラフである。他の実施形態で説明するブレーキシステムに用いられるモータ駆動回路を示した図である。

符号の説明

１…ブレーキ制御システム、１１…ブレーキペダル、１３…Ｍ／Ｃ、１４、１５、３４、３５…Ｗ／Ｃ、１６、３６…差圧制御弁、１７、１８、３７、３８…増圧制御弁、１９、３９…ポンプ、２０、４０…調圧リザーバ、２１、２２、４１、４２…減圧制御弁、５０…ブレーキ液圧制御用アクチュエータ、５０ａ、５０ｂ…第１、第２配管系統、５１…Ｍ／Ｃ圧センサ、６０…モータ、６１…半導体スイッチ、６２…シャント抵抗、６３…増幅回路、６４…電流検出抵抗、７０…ブレーキＥＣＵ

Claims

負荷駆動用のモータ（６０）に対して所定電圧を印加したのち、該所定電圧の印加を停止し、この停止中における前記モータ（６０）の慣性回転時に発生する起電力（Ｖ）が閾値まで低下すると再び前記所定電圧の印加を開始する間欠駆動を行うことにより、モータ回転数（Ｎ）を所望値に制御する負荷駆動用のモータ駆動方法において、
前記モータ（６０）のモータ温度を推定し、該推定した前記モータ温度に基づいて前記起電力（Ｖ）と前記モータ回転数（Ｎ）の特性を補正し、補正後の前記起電力（Ｖ）と前記モータ回転数（Ｎ）の特性に基づいて前記閾値を設定することを特徴とする負荷駆動用のモータ駆動方法。
前記モータ温度に基づく前記起電力（Ｖ）と前記モータ回転数（Ｎ）の特性の補正を、前記起電力（Ｖ）と前記モータ回転数（Ｎ）の温度依存特性から、推定された前記モータ温度と対応する前記起電力（Ｖ）と前記モータ回転数（Ｎ）の特性のマップもしくはそれに対応する関数式を選択することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動用のモータ駆動方法。
前記モータ温度の推定を、前記モータ（６０）に掛かる負荷トルク（Ｔ）を検出すると共に、前記モータ（６０）に流されるモータ電流（Ｉ）を検出し、前記モータ温度に対応する前記負荷トルク（Ｔ）と前記モータ電流（Ｉ）との温度依存特性を示すマップもしくは該マップに対応する関数式に基づき、前記負荷トルク（Ｔ）および前記モータ電流（Ｉ）の検出結果と対応する前記モータ温度を求めることにより行うことを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動用のモータ駆動方法。
前記モータ（６０）が前記負荷としてブレーキ液圧制御用のポンプ（１９、３９）を駆動するものであり、前記ポンプ（１９、３９）の吐出側にマスタシリンダ圧が印加されているときに、マスタシリンダ圧センサ（５１）にて前記マスタシリンダ圧を検出し、該マスタシリンダ圧を前記負荷トルク（Ｔ）に対応する値として用いることを特徴とする請求項３に記載の負荷駆動用のモータ駆動方法。