JP2010193539A - 3相モータの電流検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】3相モータの相電流の検出・推定における誤差を補正できる3相モータの電流検出装置を提供する。
【解決手段】1つの相についての電流を他の2つの相の電流検出値に基づいて推定している状態から、シャント抵抗の端子電圧に基づいて検出する状態に切り替わると、切り替わり後の時点θ2における電流検出値Iuと指令電流値Iucomとの差分Auを算出する。また、前回の時点θ1における指令電流値Iucom-1と前記差分Auとを用いて、前回での実電流の推定値Iue-1を算出する。そして、前記推定実電流値Iue-1と、前回における推定電流値Iu-1との差の1/3を電流検出誤差として算出し、該電流検出誤差の加重平均値に基づいて、電流検出値を補正する。
【選択図】図8
【解決手段】1つの相についての電流を他の2つの相の電流検出値に基づいて推定している状態から、シャント抵抗の端子電圧に基づいて検出する状態に切り替わると、切り替わり後の時点θ2における電流検出値Iuと指令電流値Iucomとの差分Auを算出する。また、前回の時点θ1における指令電流値Iucom-1と前記差分Auとを用いて、前回での実電流の推定値Iue-1を算出する。そして、前記推定実電流値Iue-1と、前回における推定電流値Iu-1との差の1/3を電流検出誤差として算出し、該電流検出誤差の加重平均値に基づいて、電流検出値を補正する。
【選択図】図8
Description
本発明は、直流電源の出力を3相交流に変換するインバータ装置によって制御される3相モータの相電流を検出する電流検出装置に関する。
特許文献1には、直流電源とインバータ装置を接続する直流回路に電流検出器を設け、該電流検出器によって、3相交流電流を検出することが記載されている。
ところで、電流検出のためのシャント抵抗を各相のスイッチング素子に対して直列に1つだけ設けるようにすると、シャント抵抗の両端電圧に基づいて直接的に検出できる電流値は、3相に流れる電流のうち絶対値の大きな2つの電流に限定されるため、残る1相の電流については、他の2相における電流の検出結果から推定されることになる。
しかし、シャント抵抗の両端電圧に基づく電流検出に誤差が生じると、電流検出値がオフセットする方向とは逆方向に電流推定値がオフセットすることになるため、電流値を推定していた状態から検出に切り替わった際、及び、電流値を検出していた状態から推定に切り替わった際に、電流検出値と電流推定値との間でステップ的に変化し、3相モータの制御精度が大きく低下してしまうという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、3相モータの相電流の検出・推定における誤差を補正できる3相モータの電流検出装置を提供することを目的とする。
そのため、本願発明では、電流値の検出・推定が同一相について切り替わった際に、切り替わり前後における検出値及び推定値、更に、当該相の指令電流値とから、電流検出誤差を算出し、前記電流検出誤差に基づいて、前記電流の検出値を補正するようにした。
上記発明によると、モータの相電流の検出誤差が補正される結果、推定値が真値に近づき、電流値の検出・推定が切り替わる際に、電流値が大きく変化することを抑制でき、各相の電流に基づくモータ駆動制御の精度が向上する。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、3相モータを備え、本発明に係る電流検出装置が適用される自動車用の内燃機関(エンジン)のシステム構成を示す図である。
図1は、3相モータを備え、本発明に係る電流検出装置が適用される自動車用の内燃機関(エンジン)のシステム構成を示す図である。
内燃機関101は、例えば直列4気筒ガソリン機関であり、各気筒に空気を導入するための吸気管102には、内燃機関101の吸入空気流量QAを検出する吸入空気量センサ103が設けられている。
前記吸入空気量センサ103としては、例えば、熱線式流量計などが用いられる。
各気筒の燃焼室104の吸気口を開閉する吸気バルブ105が設けられ、該吸気バルブ105上流側の吸気管102には、気筒毎に燃料噴射弁106が配置される。
各気筒の燃焼室104の吸気口を開閉する吸気バルブ105が設けられ、該吸気バルブ105上流側の吸気管102には、気筒毎に燃料噴射弁106が配置される。
前記燃料噴射弁106には、前記燃料噴射弁106の開弁時間に比例する燃料が噴射されるように圧力が調整された燃料が供給される。
前記燃料噴射弁106から噴射された燃料は、ピストン108が下降する吸気行程において吸気バルブ105を介して燃焼室104内に空気と共に吸引され、その後、ピストン108が上昇に転じることで燃焼室104内の混合気は圧縮される。
前記燃料噴射弁106から噴射された燃料は、ピストン108が下降する吸気行程において吸気バルブ105を介して燃焼室104内に空気と共に吸引され、その後、ピストン108が上昇に転じることで燃焼室104内の混合気は圧縮される。
そして、ピストン108の上死点付近で点火プラグ107による火花点火が行われて、燃焼室104内の燃料が着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン108をクランク軸109に向けて押し下げることで、前記クランク軸109を回転駆動する。
また、前記燃焼室104の排気口を開閉する排気バルブ110が設けられ、前記燃焼圧力によって押し下げられたピストン108が上昇するときに、前記排気バルブ110を開くことで、排ガスが排気管111に排出される。
前記排気管111には、触媒コンバータ112が介装されており、排ガス中の有害成分は、前記触媒コンバータ112によって無害成分に転換され、排出される。
前記吸気バルブ105及び排気バルブ110は、クランク軸109を介して回転駆動されるカム軸の回転によって開動作する。
前記吸気バルブ105及び排気バルブ110は、クランク軸109を介して回転駆動されるカム軸の回転によって開動作する。
前記排気バルブ110は、一定のバルブリフト量・バルブ作動角・バルブタイミング(一定の開弁特性)で開動作するが、前記吸気バルブ105のバルブリフト量・バルブ作動角・バルブタイミング(開弁特性)は、可変バルブリフト機構(VEL)113及び可変バルブタイミング機構(VTC)114によって変更可能となっている。
前記可変バルブリフト機構113は、吸気バルブ105のバルブ作動角をバルブリフト量と共に連続的に変化させる機構であり、前記可変バルブタイミング機構114は、クランク軸109に対する後述の吸気カム軸115の回転位相を変化させることで、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相を進角・遅角変化させる機構である。
また、前記点火プラグ107それぞれには、点火プラグ107に対して点火エネルギを供給する点火モジュール116が直付けされている。
前記点火モジュール116は、点火コイルと該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタとを含んで構成される。
前記点火モジュール116は、点火コイルと該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタとを含んで構成される。
前記燃料噴射弁106,可変バルブリフト機構113,可変バルブタイミング機構114及び点火モジュール116は、VELコントローラ213やECM214などのユニットを含んで構成される制御装置201によって制御される。
図2は、吸気バルブ105のバルブ作動角をバルブリフト量と共に連続的に可変とする可変バルブリフト機構113(機関バルブの開弁特性を可変とする可変動弁機構)の構造を示す斜視図である。
前記吸気バルブ105の上方に、前記クランク軸109によって回転駆動される吸気カム軸115が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
前記吸気カム軸115には、吸気バルブ105のバルブリフタ105aに当接して吸気バルブ105を開駆動する揺動カム4が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気カム軸115には、吸気バルブ105のバルブリフタ105aに当接して吸気バルブ105を開駆動する揺動カム4が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気カム軸115と揺動カム4との間には、吸気バルブ105のバルブ作動角をバルブリフト量と共に連続的に変更するための可変バルブリフト機構113が設けられている。
また、前記吸気カム軸115の一端部には、クランク軸109に対する前記吸気カム軸115の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相を連続的に変更する可変バルブタイミング機構114が配設されている。
前記可変バルブリフト機構113は、図2及び図3に示すように、吸気カム軸115に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム11と、この駆動カム11に相対回転可能に外嵌するリング状リンク12と、吸気カム軸115と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸13と、この制御軸13に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム14と、この制御カム14に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク12の先端に連結されたロッカアーム15と、このロッカアーム15の他端と揺動カム4とに連結されたロッド状リンク16と、を有している。
前記制御軸13は、モータ17によりギア列(減速機)18を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。
尚、モータ17として、3相ブラシレスモータ(以下、BLMともいう)が用いられる。
尚、モータ17として、3相ブラシレスモータ(以下、BLMともいう)が用いられる。
上記の構成により、クランク軸109に連動して吸気カム軸115が回転すると、駆動カム11を介してリング状リンク12が略並進移動すると共に、ロッカアーム15が制御カム14の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク16を介して揺動カム4が揺動して吸気バルブ105が開駆動される。
また、前記モータ17を駆動制御して制御軸13の角度を変化させることにより、ロッカアーム15の揺動中心となる制御カム14の軸心位置が変化して揺動カム4の姿勢が変化する。
これにより、図5の矢印301に示すように、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相SPが略一定のままで、吸気バルブ105のバルブ作動角OAがバルブリフト量VLと共に連続的に変化する。
尚、バルブ作動角がバルブリフト量と共に連続的に変化すると同時に、バルブ作動角の中心位相が変化するように、前記可変バルブリフト機構113を構成することも可能である。
図4は、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相を可変とする前記可変バルブタイミング機構114の構造を示す。
図4は、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相を可変とする前記可変バルブタイミング機構114の構造を示す。
前記可変バルブタイミング機構114は、クランク軸109によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット51(タイミングスプロケット)と、前記吸気カム軸115の端部に固定されてカムスプロケット51内に回転自在に収容された回転部材53と、該回転部材53をカムスプロケット51に対して相対的に回転させる油圧回路54と、カムスプロケット51と回転部材53との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構60とを備えている。
前記カムスプロケット51は、外周にタイミングチェーン(又はタイミングベルト)が噛合する歯部を有する回転部(図示省略)と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材53を回転自在に収容するハウジング56と、該ハウジング56の前後開口を閉塞するフロントカバー,リアカバー(図示省略)とから構成される。
前記ハウジング56は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング56の軸方向に沿って設けられる4つの隔壁部63が90°間隔で突設されている。
前記回転部材53は、吸気カムシャフト3の前端部に固定されており、円環状の基部77の外周面に90°間隔で4つのベーン78a,78b,78c,78dが設けられている。
前記第1〜第4ベーン78a〜78dは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部63間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン78a〜78dの両側と各隔壁部63の両側面との間に、進角側油圧室82と遅角側油圧室83を構成する。
前記ロック機構60は、ロックピン84が、回転部材53の初期位置において係合孔(図示省略)に係入するようになっている。
前記油圧回路54は、進角側油圧室82に対して油圧を給排する第1油圧通路91と、遅角側油圧室83に対して油圧を給排する第2油圧通路92との2系統の油圧通路を有し、この両油圧通路91,92には、供給通路93とドレン通路94a,94bとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁95を介して接続されている。
前記油圧回路54は、進角側油圧室82に対して油圧を給排する第1油圧通路91と、遅角側油圧室83に対して油圧を給排する第2油圧通路92との2系統の油圧通路を有し、この両油圧通路91,92には、供給通路93とドレン通路94a,94bとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁95を介して接続されている。
前記供給通路93には、オイルパン96内の油を圧送する機関駆動のオイルポンプ97が設けられている一方、ドレン通路94a,94bの下流端がオイルパン96に連通している。
前記第1油圧通路91は、回転部材53の基部77内に略放射状に形成されて各進角側油圧室82に連通する4本の分岐路91dに接続され、第2油圧通路92は、各遅角側油圧室83に開口する4つの油孔92dに接続される。
前記電磁切換弁95は、内部のスプール弁体が各油圧通路91,92と供給通路93及びドレン通路94a,94bとを相対的に切り換え制御するようになっている。
可変バルブタイミング機構114においては、電磁アクチュエータ99にデューティ比(オン時間割合)0%のオフ制御信号を出力すると、オイルポンプ47から圧送された作動油は、第2油圧通路92を通って遅角側油圧室83に供給されると共に、進角側油圧室82内の作動油が、第1油圧通路91を通って第1ドレン通路94aからオイルパン96内に排出されるようにしてある。
可変バルブタイミング機構114においては、電磁アクチュエータ99にデューティ比(オン時間割合)0%のオフ制御信号を出力すると、オイルポンプ47から圧送された作動油は、第2油圧通路92を通って遅角側油圧室83に供給されると共に、進角側油圧室82内の作動油が、第1油圧通路91を通って第1ドレン通路94aからオイルパン96内に排出されるようにしてある。
従って、電磁アクチュエータ99にデューティ比0%のオフ制御信号を出力すると、遅角側油圧室83の内圧が高くなる一方で、進角側油圧室82の内圧が低くなり、回転部材53は、ベーン78a〜78bを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ105の開期間(バルブ作動角の中心位相)がピストン位置に対して相対的に遅角変化する。
即ち、電磁アクチュエータ99への通電を遮断すると、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相は遅角変化し、最終的には、最遅角位置で停止する。
また、電磁アクチュエータ99にデューティ比100%のオン制御信号を出力すると、作動油は、第1油圧通路91を通って進角側油圧室82内に供給されると共に、遅角側油圧室83内の作動油が第2油圧通路92及び第2ドレン通路94bを通ってオイルパン96に排出され、遅角側油圧室83が低圧になる。
また、電磁アクチュエータ99にデューティ比100%のオン制御信号を出力すると、作動油は、第1油圧通路91を通って進角側油圧室82内に供給されると共に、遅角側油圧室83内の作動油が第2油圧通路92及び第2ドレン通路94bを通ってオイルパン96に排出され、遅角側油圧室83が低圧になる。
このため、電磁アクチュエータ99にデューティ比100%のオン制御信号を出力すると、回転部材53は、ベーン78a〜78dを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ105の開期間(バルブ作動角の中心位相)がピストン位置に対して相対的に進角変化する。
このように、前記可変バルブタイミング機構114は、図5の矢印302に示すように、吸気バルブ105のバルブ作動角OAを変えずに、吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相SPを進・遅角変化させる機構であり、前記制御信号のデューティ比を変更することで、最遅角位置から最進角位置までの間の任意の位置にバルブ作動角の中心位相を変化させることができる。
尚、前記可変バルブリフト機構113、可変バルブタイミング機構114は、上記の図2〜4に示した機構のものに限定されない。
例えば、可変バルブタイミング機構114としては、上記のベーン式の他、歯車を用いてクランク軸109に対して前記吸気カム軸115を相対回転させる機構などを用いることができ、更に、油圧アクチュエータの他、モータや電磁ブレーキをアクチュエータとして用いる機構を採用できる。
例えば、可変バルブタイミング機構114としては、上記のベーン式の他、歯車を用いてクランク軸109に対して前記吸気カム軸115を相対回転させる機構などを用いることができ、更に、油圧アクチュエータの他、モータや電磁ブレーキをアクチュエータとして用いる機構を採用できる。
前記制御装置201を構成するVELコントローラ213はマイクロコンピュータを含んで構成され、図2に示すように、前記制御軸13の角度に応じたレベルの信号を出力する角度センサ202(ポテンショメータ)からの信号が入力されると共に、前記制御装置201を構成するECM214から送信される前記制御軸13の目標角度の信号が入力される。
前記ECM214は、マイクロコンピュータを含んで構成され、機関運転条件(機関負荷・機関回転速度など)に応じて目標バルブ作動角(目標バルブリフト量)に対応する制御軸13の目標角度を演算して、前記VELコントローラ213に送信する。
前記VELコントローラ213では、前記角度センサ202からの信号に基づき前記制御軸13の角度を検出し、該角度の検出値とECM214から送られた前記目標角度とに基づいて、前記モータ17(U相,V相及びW相)の通電を制御することで、制御軸13の実際の角度を目標角度に近づけるフィードバック制御を行う。
尚、モータ17の構成,モータ17を駆動する駆動回路(インバータ装置)の詳細は、後で詳細に説明する。
また、前記ECM214は、機関運転条件(機関負荷・機関回転速度など)に基づいて吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相の目標進角量を演算し、クランク角センサ203及びカムセンサ204の出力信号に基づいて検出される実際の進角量が前記目標進角量に近づくように、前記実際の進角量と目標進角量との偏差に基づいて、電磁アクチュエータ99に出力する制御信号のデューティ比(操作量)を演算するフィードバック制御を行う。
また、前記ECM214は、機関運転条件(機関負荷・機関回転速度など)に基づいて吸気バルブ105のバルブ作動角の中心位相の目標進角量を演算し、クランク角センサ203及びカムセンサ204の出力信号に基づいて検出される実際の進角量が前記目標進角量に近づくように、前記実際の進角量と目標進角量との偏差に基づいて、電磁アクチュエータ99に出力する制御信号のデューティ比(操作量)を演算するフィードバック制御を行う。
前記クランク角センサ203は、図1に示すように、クランク軸109に軸支したシグナルプレート203aの周縁に等間隔で形成された突起部203bを、ピックアップ203cで検出することで、単位クランク角毎のポジション信号POSを出力すると共に、前記シグナルプレート203aに180deg間隔で2箇所に形成した突起部203dをピックアップ203eで検出することで、各気筒の所定クランク角位置(所定ピストン位置)毎のリファレンス信号REFを出力する。
前記リファレンス信号REFの出力間隔は、本実施形態における4気筒機関における点火間隔に相当し、前記リファレンス信号REFは、各気筒の同じピストン位置(例えばBTDC75deg)毎に出力されることになる。
前記ECM214では、クランク角センサ203の出力信号(ポジション信号POS又はリファレンス信号REF)に基づいて内燃機関101の回転速度NEを算出する。
一方、前記カムセンサ204は、前記リファレンス信号REFの発生周期の間において、気筒ナンバーを示す数のカム信号CAMを出力し、可変バルブタイミング機構114によってクランク軸109に対する吸気カム軸115の位相が変化すると、前記リファレンス信号REFの出力位置に対するカム信号CAMの出力位置が変化する。
一方、前記カムセンサ204は、前記リファレンス信号REFの発生周期の間において、気筒ナンバーを示す数のカム信号CAMを出力し、可変バルブタイミング機構114によってクランク軸109に対する吸気カム軸115の位相が変化すると、前記リファレンス信号REFの出力位置に対するカム信号CAMの出力位置が変化する。
従って、例えば、前記リファレンス信号REFが発生してからカム信号CAMが発生するまでの角度を計測することで、可変バルブタイミング機構114による位相変更量を検出することができる。
尚、前記カム信号CAMの発生位置は、可変バルブタイミング機構114によって吸気カム軸115の位相を変化させても、リファレンス信号REFの出力位置を跨いで変化することがないように設定されている。
前記ECM214には、上記吸入空気量センサ103,クランク角センサ203及びカムセンサ204の出力信号が入力される他、内燃機関101の運転・停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ(IGNスイッチ)205の信号、アクセルセンサ206からのアクセルペダル207の開度信号ACC、水温センサ208からの冷却水温度信号TW、空燃比センサ209からの空燃比信号AFなどが入力される。
前記空燃比センサ209は、排気管111に設けられ、内燃機関101の燃焼室104内の空燃比と密接な関係にある排気中の酸素濃度に感応して出力が変化するセンサ(酸素濃度センサ)である。
図6は、前記制御装置201の詳細構成を示す図であり、前記制御装置201は、内燃機関101の点火や燃料噴射を制御するECM214と、前記可変バルブリフト機構113のモータ17を駆動する駆動回路212と、前記駆動回路212を制御するVELコントローラ213と、を備えている。
前記ECM214には、前述のように、水温センサ208やクランク角センサ203などの内燃機関101の運転状態を検出する各種センサ・スイッチからの信号が入力されると共に、アクセルセンサ206などの車両の運転状態を検出するセンサ・スイッチからの信号が入力され、これらの信号に基づいて、前記点火モジュール116や燃料噴射弁106や可変バルブタイミング機構(VTC)114に対して制御信号を出力する。
また、前記ECM214は、前記各種センサ・スイッチからの信号に基づいて、前記可変バルブリフト機構113の制御軸13の目標角度(目標バルブ作動角、目標バルブリフト量)を演算して、前記VELコントローラ213に出力する。
前記VELコントローラ213には、前記角度センサ202からの検出信号(出力電圧VAS)が入力され、これらに基づいて制御軸13の実際の角度を検出し、実際の角度が前記目標角度に近づくように、モータ17の駆動回路(インバータ装置)212に含まれるスイッチング素子のPWM制御信号を出力する。
図7は、前記駆動回路(インバータ装置)212及びモータ17の詳細を示す。
前記モータ17は3相ブラシレスモータ(BLM)であり、U相、V相及びW相の3相巻線215U,215V,215Wが、図示省略した円筒状の固定子に設けられ、該固定子の中央部に形成された空間に永久磁石回転子が配置される。
前記モータ17は3相ブラシレスモータ(BLM)であり、U相、V相及びW相の3相巻線215U,215V,215Wが、図示省略した円筒状の固定子に設けられ、該固定子の中央部に形成された空間に永久磁石回転子が配置される。
一方、駆動回路(インバータ装置)212は、例えばIGBTからなる6個のスイッチング素子217a〜217fを3相ブリッジ接続し、かつ、各スイッチング素子217a〜217fに逆並列にダイオード218a〜218fをそれぞれ接続して構成され、かつ、直流電源回路219(バッテリ)を有してなり、前記スイッチング素子217a〜217fのオン・オフの組み合わせによって、3相巻線215U,215V,215Wへの通電を制御する3相交流インバータである。
前記スイッチング素子217a〜217fの制御端子(ゲート端子)は、前記VELコントローラ213に接続されている。
また、前記駆動回路(インバータ装置)212と前記直流電源回路219とを接続する直流回路には、シャント抵抗Rが直列に接続されており、該シャント抵抗Rを含んでなる電流検出回路(電流検出器)220は、前記シャント抵抗Rの両端電圧に基づいてモータ電流を検出して、その結果を前記VELコントローラ213に出力する。
また、前記駆動回路(インバータ装置)212と前記直流電源回路219とを接続する直流回路には、シャント抵抗Rが直列に接続されており、該シャント抵抗Rを含んでなる電流検出回路(電流検出器)220は、前記シャント抵抗Rの両端電圧に基づいてモータ電流を検出して、その結果を前記VELコントローラ213に出力する。
尚、前記シャント抵抗Rには、各相の電流の合成電流が流れることになる。
電流検出・推定手段としての機能を有する前記VELコントローラ213では、スイッチング素子217a〜217fのオン・オフの組み合わせから、U相電流,V相電流,W相電流の検出タイミング(検出期間)を判断し、換言すれば、電流検出タイミングでのスイッチング素子217a〜217fのオン・オフの組み合わせから、前記電流検出回路(電流検出器)220がどの相の電流を検出したかを判断する。
電流検出・推定手段としての機能を有する前記VELコントローラ213では、スイッチング素子217a〜217fのオン・オフの組み合わせから、U相電流,V相電流,W相電流の検出タイミング(検出期間)を判断し、換言すれば、電流検出タイミングでのスイッチング素子217a〜217fのオン・オフの組み合わせから、前記電流検出回路(電流検出器)220がどの相の電流を検出したかを判断する。
即ち、スイッチング素子217bがオンで、スイッチング素子217d及びスイッチング素子217fがオフである場合には、U相の電流が電流検出回路220で検出され、スイッチング素子217dがオンで、スイッチング素子217b及びスイッチング素子217fがオフである場合には、V相の電流が電流検出回路220で検出され、スイッチング素子217fがオンで、スイッチング素子217b及びスイッチング素子217dがオフである場合には、W相の電流が電流検出回路220で検出されることになる。
但し、前記シャント抵抗Rの両端電圧に基づいて検出できる電流は、3相に流れる電流のうち絶対値の大きな2つの電流に限定される。
即ち、ある相の巻線を電流が流れてから残る2つの相の巻線に電流が流れる場合には、上流側の1つの相の電流(正の電流)を検出することになり、また、2つの相の巻線に流れた電流が合流して残る1つの相の巻線に流れる場合には、下流側の1つの相の電流(負の電流)を検出することになり、いずれの場合も、絶対値の大きな電流を検出することになる。
即ち、ある相の巻線を電流が流れてから残る2つの相の巻線に電流が流れる場合には、上流側の1つの相の電流(正の電流)を検出することになり、また、2つの相の巻線に流れた電流が合流して残る1つの相の巻線に流れる場合には、下流側の1つの相の電流(負の電流)を検出することになり、いずれの場合も、絶対値の大きな電流を検出することになる。
尚、前記1つのシャント抵抗Rを用いた相電流の検出においては、例えば特開2005−192335号公報に開示されるように、スイッチング素子のオン/オフの切り替えタイミングから所定時間経過後に行わせるようにすることができる。
ここで、シャント抵抗Rの両端電圧から検出できない相の電流(絶対値が最小である相電流)については、各相の電流の総和が零になるという特性(Iu+Iv+Iw=0)に基づき、シャント抵抗Rの両端電圧から検出された2相の電流値から演算で求めて推定することができる。
前記2相分の電流値(瞬時電流値)の電流検出回路220による検出は、PWM信号の1キャリア周期中に少なくとも2回行われるようにし、例えば1キャリア周期中にU相電流Iu及びW相電流Iwが検出された場合には、これらの電流値Iu,Iwに基づいて、V相電流Ivを、Iv=−(Iu+Iw)として算出させる。
上記のようにして、3相の電流値Iu,Iv,Iwを検出又は推定によって求めると、これらの電流値Iu,Iv,Iw、制御軸13の実際の角度を目標角度にするための指令トルク、モータ17のロータ角速度などに基づいて、モータ駆動のための出力電圧指令値Vu、Vv、Vwを演算し、更に、出力電圧指令値Vu、Vv、Vwから出力電圧ベクトルVxを演算により求める。
そして、前記出力電圧ベクトルVxにより各相の上側スイッチング素子217a,217c,217eのオン時間タイマ値を求め、基準信号(キャリア信号)と前記オン時間タイマ値とを比較し、前記スイッチング素子217a〜217fのオン・オフ制御のためのPWM信号を求める。
ここで、前記VELコントローラ213は、電流検出回路220による電流検出の誤差を推定し、推定した電流検出誤差に基づいて電流検出回路220による検出値を補正する機能(誤差算出手段及び補正手段としての機能)を有しており、係る補正機能を、図8のフローチャートに従って説明する。
尚、図8のフローチャートに示すルーチンは、U相の電流を他の2相(V相,W相)の電流検出値に基づいて推定している状態から、電流検出回路220によってU相の電流を検出する状態に切り替わった場合に適合する処理を示すが、U相以外の2相(V相,W相)について、電流を推定する状態から検出する状態に切り替わった場合にも同様な処理が行われ、更に、3相それぞれについて電流の検出状態から電流の推定状態に切り替わった場合にも同様な処理が行われるものとする。
図8のフローチャートに示すルーチンにおいて、まず、ステップS1001では、U相について、他の2相(V相,W相)の電流検出値に基づき電流値を推定する状態から、電流検出回路220によってU相電流を検出する状態に切り替わったか否かを判別する。
図9に示す例では、相電流の検出・推定タイミングの前回(電気角θ1)においては、U相の電流についてはV相及びW相の電流検出値から推定していたのに対し、今回(電気角θ2)は、U相の電流を電流検出回路220で検出する状態に切り替わっており、電気角θ2の時点で、検出・推定の切り替わりを判定することになる。
U相の電流値の検出・推定の切り替わりを判定すると、ステップS1002へ進み、U相の指令電流の前回からの変化量の絶対値が所定値以内であるか否かを判定することで、指令電流が略一定である定常状態であるか否かを判断する。
即ち、電流検出の誤差を判断するときに、指令電流(電圧)の変化が大きいと、誤差の判定精度が低下するため、指令電流(電圧)の変化が小さいことを、検出誤差の判定の実行条件とする。
従って、前記所定値は、誤差の判定精度を維持できるか否かを判別するための閾値であり、具体的には、電流検出の分解能以下である軸電流指令値の変化量を、前記所定値とすることができる。
また、後述するように、求めた検出誤差を加重平均(平滑化処理)して検出値の補正に用いる場合には、指令電流を、検出誤差の加重平均と同じ重み付けで加重平均した場合に、加重平均後の指令電流の変化が電流検出の分解能以下となる場合に、誤差の判定を許容させることができ、係る要求を満たす値を前記所定値とすることができる。
指令電流の変化が小さい場合には、ステップS1003へ進み、現時点(電気角θ2)でのU相の指令電流値Iucomを算出する。尚、前記電気角θ2は、U相とd軸(N極)との相対角度となる。
前記指令電流値Iucomは、現時点(電気角θ2)でのU相電圧指令値Vuの基となるq軸電流指令値Iqrefと、電気角θ2に基づき、下式に従って算出される。
Iucom=−sin(θ2)*Iqref…(式1)
次のステップS1004では、電気角θ2において電流検出回路220によって検出されたU相の電流値Iuと、同じく電気角θ2におけるU相の指令電流値Iucomとの差分(誤差)Auを、指令電流値Iucomに対する検出電流の追従遅れ分として算出する。
Iucom=−sin(θ2)*Iqref…(式1)
次のステップS1004では、電気角θ2において電流検出回路220によって検出されたU相の電流値Iuと、同じく電気角θ2におけるU相の指令電流値Iucomとの差分(誤差)Auを、指令電流値Iucomに対する検出電流の追従遅れ分として算出する。
Au=Iucom−Iu…(式2)
次のステップS1005では、U相電流Iuを推定していた前回(電気角θ1)におけるU相の指令電流値Iucom-1を算出する。
次のステップS1005では、U相電流Iuを推定していた前回(電気角θ1)におけるU相の指令電流値Iucom-1を算出する。
前記指令電流値Iucom-1は、前回(電気角θ1)でのU相電圧指令値Vuの基となったq軸電流指令値Iqref-1と電気角θ1に基づき、下式に従って算出される。
Iucom-1=−sin(θ1)*Iqref-1…(式3)
次のステップS1006では、式3に基づき求めた前回において目標としたU相の指令電流値Iucom-1と、式2に基づき求めた目標とする電流Iucomに対する検出電流値の追従遅れ分Auとを用いて、前回(電気角θ1)での実電流の推定値(推定実電流値)Iue-1を算出する。
Iucom-1=−sin(θ1)*Iqref-1…(式3)
次のステップS1006では、式3に基づき求めた前回において目標としたU相の指令電流値Iucom-1と、式2に基づき求めた目標とする電流Iucomに対する検出電流値の追従遅れ分Auとを用いて、前回(電気角θ1)での実電流の推定値(推定実電流値)Iue-1を算出する。
Iue-1=Iucom-1−Au…(式4)
即ち、前回(電気角θ1)においても、目標電流Iucomに対する実電流の追従遅れ分がAuだけあったものとして、前回(電気角θ1)におけるU相の実電流値を推定する。
即ち、前回(電気角θ1)においても、目標電流Iucomに対する実電流の追従遅れ分がAuだけあったものとして、前回(電気角θ1)におけるU相の実電流値を推定する。
例えば、図9に示す例のように、現時点(電気角θ2)で指令電流値IucomよりもU相の検出電流値Iuが高い場合には、前記追従遅れ分Auがマイナスの値として算出される結果、式4に基づき、前回(電気角θ1)におけるU相の実電流値は、前回の目標電流値Iucom-1よりもAuだけ高い値として算出されることになる。
上記推定実電流値Iue-1は、前回(電気角θ1)における実電流値として見込まれる値であるから、該推定実電流値Iue-1と、前回(電気角θ1)において他の2相の電流検出値から推定したU相の電流値Iu-1との差は、他の相(V相及びW相)の電流検出値の検出誤差に因るものである。
そこで、次のステップS1007では、下式に従って、電流検出誤差を下式に従って算出する。
電流検出誤差=(Iue-1−Iu-1)/3…(式5)
例えば、電流検出回路220による電流検出値に対して+0.1[A]のオフセット誤差が生じていたとすると、U相の電流値Iuを、V相の電流検出値Iv及びW相の電流検出値Iwに基づき、Iu+Iv+Iw=0(Iu=−Iv−Iw)なる相関に基づいて推定したとすると、前記推定値Iu-1は、V相の電流検出値Ivの検出誤差と、W相の電流検出値Iwの検出誤差との双方に影響され、−0.1[A]*2のオフセット誤差を生じることになり、前記推定値Iu-1には、−0.1[A]*2のオフセット誤差が含まれていることになる。
電流検出誤差=(Iue-1−Iu-1)/3…(式5)
例えば、電流検出回路220による電流検出値に対して+0.1[A]のオフセット誤差が生じていたとすると、U相の電流値Iuを、V相の電流検出値Iv及びW相の電流検出値Iwに基づき、Iu+Iv+Iw=0(Iu=−Iv−Iw)なる相関に基づいて推定したとすると、前記推定値Iu-1は、V相の電流検出値Ivの検出誤差と、W相の電流検出値Iwの検出誤差との双方に影響され、−0.1[A]*2のオフセット誤差を生じることになり、前記推定値Iu-1には、−0.1[A]*2のオフセット誤差が含まれていることになる。
更に、U相の電流値を電流検出回路220で検出された場合にも、前記V相及びW相についての電流検出と同様に+0.1[A]のオフセット誤差が生じ、前記Iue-1にも検出誤差が含まれていることになる。
従って、推定実電流値Iue-1を電流検出回路220による検出値と見なし、正しい検出値及び推定値に対するオフセット誤差の加算状態として前記「Iue-1−Iu-1」を書き直すと、「検出値+1.0−(推定値−1.0*2)」となり、検出値=推定値=真値とすれば、前記「Iue-1−Iu-1」は、「オフセット誤差*3」を算出することになる。
従って、(Iue-1−Iu-1)/3は、電流検出回路220による電流検出値のオフセット誤差を示すことになる。
そして、前記電流検出回路220による電流検出値を前記電流検出誤差(オフセット誤差)だけ補正することで、電流検出回路220のオフセット誤差の影響を排除して、電流として真値を検出させることができ、前記電流検出誤差(オフセット誤差)で補正された電流検出値に基づく電流推定値も真値に近い値を示すことになる。
そして、前記電流検出回路220による電流検出値を前記電流検出誤差(オフセット誤差)だけ補正することで、電流検出回路220のオフセット誤差の影響を排除して、電流として真値を検出させることができ、前記電流検出誤差(オフセット誤差)で補正された電流検出値に基づく電流推定値も真値に近い値を示すことになる。
従って、同一相について、相電流を検出していた状態から推定処理に切り替わる際、及び、相電流を推定していた状態から検出処理に切り替わる際に、検出値と推定値との間に大きな差が生じることが抑制される。
これにより、3相それぞれの電流に基づくモータ17の制御精度が向上し、モータ17によって駆動される制御軸13の角度を目標角度に応答良くかつ高精度に収束させることができる。
図10は、電流検出回路220による電流検出値にオフセット誤差が含まれ、その結果、推定値において検出値とは逆方向の誤差が生じた場合のモータ電流の変化を示す。
この図10に示すように、例えば、電流検出回路220の検出値に+0.1Aのオフセット誤差が発生しているとすると、推定値は、−0.2Aの誤差を含むことになり、推定値から検出値又は検出値から推定値に切り替わる際に、0.3Aだけステップ的な変化を示すことになり、これによってモータ制御精度が大きく低下することになってしまう。
この図10に示すように、例えば、電流検出回路220の検出値に+0.1Aのオフセット誤差が発生しているとすると、推定値は、−0.2Aの誤差を含むことになり、推定値から検出値又は検出値から推定値に切り替わる際に、0.3Aだけステップ的な変化を示すことになり、これによってモータ制御精度が大きく低下することになってしまう。
これに対して、上記のようにして電流検出誤差を補正すれば、電流の推定値と検出値とが相互に近づくことになり、推定値から検出値又は検出値から推定値に切り替わる際に、電流の認識値がステップ的に変化することが抑制される。
そして、本実施形態におけるモータ17は、可変バルブリフト機構(VEL)113のアクチュエータであるから、可変バルブリフト機構(VEL)113によって吸気バルブ105のバルブ作動角・バルブリフト量を変更することで、内燃機関101の吸入空気量を制御する場合には、吸入空気量制御の応答性・精度が改善される。
図11のブロック図は、VELコントローラ213における電流検出誤差の推定及び電流検出誤差に基づく検出電流値の補正処理の機能を示す。
図11において、U,V,W相電流演算部501では、電流検出回路220及び各相の指令電圧に基づいてU,V,Wの各相の電流を検出又は推定する。
図11において、U,V,W相電流演算部501では、電流検出回路220及び各相の指令電圧に基づいてU,V,Wの各相の電流を検出又は推定する。
電流検出誤差推定部502では、前記各相の電流の検出値・推定値、電気角、q軸電流値Iqに基づいて、前記式1〜式5に示したようにして、電流検出回路220の電流検出誤差(オフセット誤差)を推定する。
前記電流検出誤差推定部502で推定された電流検出誤差は、電流検出誤差補正部503に出力され、電流検出誤差補正部503では、電流検出回路220により検出された相電流を、前記電流検出誤差に基づいて補正し、更に、補正された相電流検出値に基づいて改めて電流値の推定を行う。
前述のように、図8のフローチャートは、U相の電流値が、他の2相の電流検出値に基づいて推定される状態から電流検出回路220によって検出される状態に切り替わったときに適合する処理を示すが、V相の電流値が、他の2相の電流検出値に基づいて推定される状態から電流検出回路220によって検出される状態に切り替わったとき、更に、W相の電流値が、他の2相の電流検出値に基づいて推定される状態から電流検出回路220によって検出される状態に切り替わったときに、同様の処理を行わせて、電流検出誤差(電流検出回路220のオフセット誤差)を求めることができる。
ここで、V相の電流値が推定値から検出値に切り替わったときの処理においては、ステップS1003及びステップS1005における指令電流値の演算式を、下式に置き換える。
Ivcom=−sin(θ−2/3π)*Iqref
また、W相の電流値が推定値から検出値に切り替わったときの処理においては、ステップS1003及びステップS1005における指令電流値の演算式を、下式に置き換える。
また、W相の電流値が推定値から検出値に切り替わったときの処理においては、ステップS1003及びステップS1005における指令電流値の演算式を、下式に置き換える。
Ivcom=−sin(θ+2/3π)*Iqref
更に、電流値が検出値から推定値に切り替わった相についても、前記電流検出誤差(オフセット誤差)を求める場合には、前回が検出値であるから、ステップS1003及びステップS1004において、前回の電流検出時における指令電流値を求め、該指令電流値と、前回の検出値との差を演算させる。
更に、電流値が検出値から推定値に切り替わった相についても、前記電流検出誤差(オフセット誤差)を求める場合には、前回が検出値であるから、ステップS1003及びステップS1004において、前回の電流検出時における指令電流値を求め、該指令電流値と、前回の検出値との差を演算させる。
更に、今回が推定値であるから、ステップS1005で今回(現時点)での指令電流値を演算させ、ステップS1006では、今回の推定値を、前回での検出値と指令電流値との差分だけ補正させることで、推定実電流値を求める。
尚、前記電流検出誤差(オフセット誤差)の算出は、推定値から検出値、又は、検出値から推定値に切り替わった相についてのみ行わせ、逆の検出値から推定値、推定値から検出値に切り替わった相についての演算を省略することができる。
更に、時系列的に順次算出されることになる前記電流検出誤差(オフセット誤差)を平滑化処理して、電流検出値の補正に用いるようにすることができ、これによって、前記電流検出誤差(オフセット誤差)の推定ばらつきによって補正結果が変動することを抑制でき、補正精度を向上させることができる。
前記平滑化処理としては、加重平均演算や、電流検出誤差(オフセット誤差)の前回値と今回値との偏差が閾値を越える場合に、前回値に対する偏差が閾値となる値に今回値を制限するリミッタ処理や、ローパスフィルタ処理などがある。
図12のタイムチャートは、前記平滑化処理を行った場合の電流検出誤差(オフセット誤差)の変化を示すタイムチャートであり、前回に算出された電流検出誤差(オフセット誤差)Bと、今回算出した電流検出誤差(オフセット誤差)Aとを、重み係数X,Yを用いて、加重平均値=(A*X)+(B*Y)なる加重平均演算した場合を示す。
図12(A)は、電流検出回路220の電流検出誤差(オフセット誤差)を補正しない場合の各相電流(検出値及び推定値)の変化を示し、各相について、電流の認識値が検出値から推定値に切り換る際、及び、推定値から検出値に切り換る際に、前記電流検出誤差(オフセット誤差)によってステップ的に大きな変化が生じることを示している。
また、この図12に示す例では、電流検出回路220は+0.1Aのオフセット誤差を有しているが、電流検出誤差(オフセット誤差)を加重平均するため、図12(C)に示すように、加重平均演算された電流検出誤差(オフセット誤差)は、前記+0.1Aに向けて徐々に変化し、最終的には+0.1A付近に収束する。
そして、図12(B)に示すように、前記電流検出誤差(オフセット誤差)の加重平均値を用いて電流検出回路220を補正すると、各相の電流の検出値が真値に近づく結果、該検出値を用いて推定される電流値も真値に近づき、検出値と推定値との間の差が徐々に縮小することになる結果、検出から推定、推定から検出に切り換る際の電流認識値のステップ的な変化が抑制され、モータ制御を安定的かつ高精度に行わせることができる。
前記平滑化処理における平滑化度合い(なまし度合い、最新値の反映割合)は、予め記憶された固定値とすることができる他、シャント抵抗Rを含む電流検出回路220の温度及び/又は前記電流検出誤差の算出周期(推定演算の実行周期)に応じて変化させることができる。
即ち、前回の電流検出誤差の算出時(推定時)からの温度変化が大きい場合や、前回の電流検出誤差の算出から今回の電流検出誤差の算出までの時間間隔が長い場合には、電流検出回路220の検出誤差が大きく変化している可能性がある。
そして、係る状況下で、平滑化処理における最新値(今回値)の反映割合が小さいと、平滑化処理後の電流検出誤差と実際の誤差との偏差が大きくなり、実際の誤差に対応する補正を行えるようになるまでの遅れ(補正処理の応答遅れ)が過大になってしまう。
逆に、前回の電流検出誤差の算出からの温度変化が小さい場合や、前回の電流検出誤差の算出から今回の電流検出誤差の算出までの時間間隔が短い場合には、電流検出回路220の検出誤差の変化は小さく、平滑化処理における最新値の反映割合が大きいと、ノイズなどの影響を受けやすくなって、補正制御が不安定になってしまう。
そこで、前回の電流検出誤差の算出からの温度変化が大きい場合や、前回の電流検出誤差の算出から今回の電流検出誤差の算出までの時間間隔が長い場合には、平滑化処理における最新値(今回値)の反映割合を、温度変化が小さい場合や時間間隔が短い場合に比べて大きくする。
これにより、補正処理の応答遅れを充分に小さくし、かつ、ノイズなどの影響を排除して電流検出誤差を高精度に推定できる。
従って、前記温度変化や誤差の推定周期と、平滑化処理における最新値(今回値)の反映割合との相関は、補正処理の応答遅れを抑制しつつ、ノイズなどの影響を排除できるように適宜設定される。
従って、前記温度変化や誤差の推定周期と、平滑化処理における最新値(今回値)の反映割合との相関は、補正処理の応答遅れを抑制しつつ、ノイズなどの影響を排除できるように適宜設定される。
ここで、最新値(今回値)の反映割合を大きくする処理は、加重平均演算であれば、最新値(今回値)に対する重み付けを大きくする処理であり、前記変化量のリミッタ処理であれば、変化の最大量を定める前記閾値をより大きな値に変更する処理であり、ローパスフィルタ処理であれば、通過周波数をより高い周波数に切り替える処理となる。
前記シャント抵抗Rを含む電流検出回路220の温度は、温度センサによって検出させることができ、また、内燃機関101の近傍に前記シャント抵抗Rを含む電流検出回路220が設けられる場合には、内燃機関101の温度を代表する冷却水温度や潤滑油温度などを、シャント抵抗Rを含む電流検出回路220の温度に相関する温度として、最新値の反映割合(平滑化度合い)の変更判断に用いることができる。
図13のフローチャートは、電流検出誤差を加重平均演算する場合に、温度や電流検出誤差の更新周期に応じて最新値(今回値)の反映割合を変更させる処理を示す。
まず、ステップS2001では、前回電流検出誤差を推定した時点から今回電流検出誤差を推定した時点までの間における温度変化(内燃機関101の油温や水温の変化、シャント抵抗Rの温度変化)が閾値以上であるか否かを判別する。
まず、ステップS2001では、前回電流検出誤差を推定した時点から今回電流検出誤差を推定した時点までの間における温度変化(内燃機関101の油温や水温の変化、シャント抵抗Rの温度変化)が閾値以上であるか否かを判別する。
前記閾値は、最新値の反映割合をより大きな値に変更すべきか否かの判断基準であり、補正応答性の確保とノイズ影響の排除とを両立させるべく、予め適合される値である。
温度変化が閾値以上であると判断されると、ステップS2003へ進んで、最新値の反映割合がより大きくなるように、加重平均演算の重み係数(加重平均係数、重み付け)を変更する。
温度変化が閾値以上であると判断されると、ステップS2003へ進んで、最新値の反映割合がより大きくなるように、加重平均演算の重み係数(加重平均係数、重み付け)を変更する。
具体的には、前回に算出された電流検出誤差(オフセット誤差)Bと、今回算出した電流検出誤差(オフセット誤差)Aとを、重み係数X,Yを用いて、加重平均値=(A*X)+(B*Y)なる加重平均演算を行う場合、温度変化が閾値以上である場合には、閾値未満である場合に比べて、前記重み係数Xをより大きく変更し、重み係数Yをより小さく変更する。
また、温度変化が閾値未満である場合には、ステップS2002へ進み、前回電流検出誤差を推定した時点から今回電流検出誤差を推定した時点までの間における経過時間(電流検出誤差の推定周期)が所定時間以上であるか否かを判断する。
前記所定時間も、最新値の反映割合をより大きな値に変更すべきか否かの判断基準であり、補正応答性の確保とノイズ影響の排除とを両立させるべく、予め適合される値である。
前記経過時間が所定時間以上であると判断されると、ステップS2003へ進んで、前記経過時間が所定時間未満である場合に比べて、最新値の反映割合がより大きくなるように、前述のように加重平均演算の重み係数X,Yを変更する。
一方、前記経過時間が所定時間未満であれば、ステップS2004へ進み、ステップS2003とは逆に、温度変化が閾値以上である場合や、前記経過時間が所定時間以上である場合に比べて、前回値の反映割合がより大きくなるように、加重平均演算の重み係数X,Yを変更する。
上記のようにして加重平均演算に用いる重み係数X,Yを決定すると、ステップS2005へ進み、決定された重み係数X,Yを用いて、電流検出誤差の前回値と今回値(最新値)とを加重平均する。
尚、加重平均演算においては、前回における加重平均値と今回推定した電流検出誤差とを加重平均させることができる。
また、図13のフローチャートでは、温度変化の大小、経過時間の長短に基づいて、最新値の反映割合(平滑化度合い)を2段階に切り替えるようにしたが、温度変化・経過時間を3段階以上に区別することで、最新値の反映割合(平滑化度合い)を3段階以上に切り替えることができる。
また、図13のフローチャートでは、温度変化の大小、経過時間の長短に基づいて、最新値の反映割合(平滑化度合い)を2段階に切り替えるようにしたが、温度変化・経過時間を3段階以上に区別することで、最新値の反映割合(平滑化度合い)を3段階以上に切り替えることができる。
ところで、電流検出誤差の加重平均演算に用いる前回値(初期値)のデータが記憶されていない場合には、加重平均演算が行えずに、電流検出誤差の加重平均値に基づく補正を直ちに開始させることができず、また、加重平均値の収束が遅れることになってしまう。
そこで、電流検出誤差の加重平均演算に用いる初期値のデータ設定を、図14のフローチャートに示すようにして行わせる。
図14のフローチャートにおいて、ステップS3001では、前記VELコントローラ213及び可変バルブリフト機構(VEL)113を含む可変動弁システム(3相モータを備える機器)に初めて通電され、電流検出誤差の加重平均演算に用いる前回値(初期値)のデータが記憶されていない状態であるか否かを判断する。
図14のフローチャートにおいて、ステップS3001では、前記VELコントローラ213及び可変バルブリフト機構(VEL)113を含む可変動弁システム(3相モータを備える機器)に初めて通電され、電流検出誤差の加重平均演算に用いる前回値(初期値)のデータが記憶されていない状態であるか否かを判断する。
尚、前記可変動弁システムに初めて通電された状態とは、例えば、前記可変動弁システムを備えた自動車の組み立て工場で、組み立て完了後にイグニッションスイッチを初めてオンして、可変動弁システムに初めて電源投入された場合である。
ステップS3001で、初回通電時であると判断された場合には、ステップS3002へ進み、モータ電流を0Aに制御した状態での前記電流検出回路220の検出値を、電流検出誤差として求める処理を行う。
ステップS3003では、ステップS3002で求めた電流検出誤差を前回値として不揮発性メモリに記憶させる処理を行う。
そして、電流検出誤差の加重平均演算を開始する場合に、前記初めての通電時に求め記憶されている前回値(初期値)と、初めて推定した電流検出誤差とで加重平均演算を行わせる。
そして、電流検出誤差の加重平均演算を開始する場合に、前記初めての通電時に求め記憶されている前回値(初期値)と、初めて推定した電流検出誤差とで加重平均演算を行わせる。
尚、加重平均演算が開始された後は、加重平均演算後に、最新値を前回値として記憶させる処理を繰り返し、内燃機関101の停止中も前回値の記憶が保持されるようにしておくことで、加重平均演算に用いる前回値が存在しない状態を回避できる。
また、電流検出誤差の加重平均演算に用いる初期値のデータ設定を、図15のフローチャートに示すようにして行わせることができる。
ステップS4001では、イグニッションスイッチのオン時(電源投入時)における電流検出誤差の設定が済んでいるか否かを判断する。
ステップS4001では、イグニッションスイッチのオン時(電源投入時)における電流検出誤差の設定が済んでいるか否かを判断する。
そして、電流検出誤差の設定が済んでいない場合には、ステップS4002へ進み、前記ステップS3002と同様に、モータ電流を0Aに制御した状態での前記電流検出回路220の検出値を、電流検出誤差として求める処理を行う。
ステップS4003では、ステップS4002で求めた電流検出誤差を前回値として記憶させる処理を行う。
イグニッションスイッチのオンされた初回に、ステップS4003で電流検出誤差の初期値(前回値)を求めて記憶させると、その後は、ステップS4001で設定済みと判断されて、ステップS4002、ステップS4003の処理には進まない。
イグニッションスイッチのオンされた初回に、ステップS4003で電流検出誤差の初期値(前回値)を求めて記憶させると、その後は、ステップS4001で設定済みと判断されて、ステップS4002、ステップS4003の処理には進まない。
即ち、イグニッションスイッチのオンされる毎(電源投入毎)に、モータ電流を0Aに制御して電流検出誤差を求め、その後は、この値を初期値として電流検出誤差の加重平均演算を行わせる。
更に、電流検出誤差の加重平均演算に用いる初期値として、温度条件別に学習した電流検出誤差を設定させることができ、係る温度に応じた初期値の設定処理を、図16のフローチャートに従って説明する。
図16のフローチャートにおいて、ステップS5001では、イグニッションスイッチのオン後の初回実行時であるか否かを判断し、初回であれば、ステップS5002へ進む。
ステップS5002では、電流検出回路220の温度(又は電流検出回路220の温度に相関する温度)を計測し、次のステップS5003では、計測した温度に対応して記憶されている電流検出誤差を読み出す。
そして、ステップS5004では、ステップS5003で読み出した電流検出誤差を、加重平均演算に用いる初期値(前回値)として記憶させる。
尚、温度毎の電流検出誤差の学習が全く行われていない場合や、今回検出した温度に対応する電流検出誤差の学習データがない場合には、予め記憶された固定の基準値を初期値(前回値)として設定させることができ、更に、前記固定の基準値を温度条件毎の値として予め記憶させておくこともできる。
尚、温度毎の電流検出誤差の学習が全く行われていない場合や、今回検出した温度に対応する電流検出誤差の学習データがない場合には、予め記憶された固定の基準値を初期値(前回値)として設定させることができ、更に、前記固定の基準値を温度条件毎の値として予め記憶させておくこともできる。
上記のように、そのときの温度条件に対応して学習されている電流検出誤差を初期値として設定すれば、初期値として実際の誤差特性に近似する値を設定させることができ、当初から検出値を実施値に近い値に補正させることができる。
次に、温度別の電流検出誤差の学習を、図17のフローチャートに従って説明する。
ステップS6001では、電流検出回路220の温度が、電流検出誤差の学習値を記憶させるテーブルにおいて温度領域を仕切る格子点を跨いだか否か、換言すれば、学習を行う温度領域が切り替わったか否かを判別する。
ステップS6001では、電流検出回路220の温度が、電流検出誤差の学習値を記憶させるテーブルにおいて温度領域を仕切る格子点を跨いだか否か、換言すれば、学習を行う温度領域が切り替わったか否かを判別する。
そして、格子点を跨いだ場合(前回の該当領域と今回の該当領域とが異なる場合)には、ステップS6002へ進んで、電流検出誤差の推定回数の計数値をクリアすることで、新たに該当するようになった温度領域での推定回数が計数されるようにする。
一方、ステップS6001で格子点を跨いでいない(該当領域が切り替わっていない)と判断された場合には、ステップS6003へ進む。
ステップS6003では、現時点の温度が該当している温度領域での新たな学習(電流検出誤差の更新)が終了しているか否を判断する。
ステップS6003では、現時点の温度が該当している温度領域での新たな学習(電流検出誤差の更新)が終了しているか否を判断する。
前記温度領域別の学習においては、電流検出誤差の推定を予め設定された所定回数だけ行わせ、その結果としての加重平均値を当該領域での学習値として更新記憶させるようになっており、推定回数が前記所定回数を超えるようになっている場合には、その温度領域の電流検出誤差の更新が終了していると判断し、本ルーチンを終了させる。
尚、前記所定回数は、電流検出誤差の加重平均値(平滑化処理後の値)が収束するのに充分な回数として、予め適合されている。
ステップS6003で電流検出誤差の更新が終了していないと判断された場合には、ステップS6004へ進んで、電流検出誤差が新たに推定される毎に推定回数の計数値をカウントアップさせる。
ステップS6003で電流検出誤差の更新が終了していないと判断された場合には、ステップS6004へ進んで、電流検出誤差が新たに推定される毎に推定回数の計数値をカウントアップさせる。
次のステップS6005では、前記推定回数の計数値が前記所定回数に到達しているか否かを判断し、所定回数に到達している場合には、ステップS6006に進む。
ステップS6006では、所定回数に達した時点での電流検出誤差の加重平均値をそのときの温度領域での学習値として更新記憶させる。
ステップS6006では、所定回数に達した時点での電流検出誤差の加重平均値をそのときの温度領域での学習値として更新記憶させる。
前記温度領域別の学習させた電流検出誤差は、加重平均演算の初期値として用いられる他、電流の検出・推定値の補正にも用いる。
即ち、電流の検出値を補正する場合には、そのときの電流検出回路220の温度が含まれる温度領域に記憶されている電流検出誤差を検索して用いる。
即ち、電流の検出値を補正する場合には、そのときの電流検出回路220の温度が含まれる温度領域に記憶されている電流検出誤差を検索して用いる。
ここで、温度領域別の電流検出誤差を記憶する学習テーブルの各領域に対して、予め温度条件から推定される電流検出誤差の基準値を記憶させておき、該基準値を初期値として更新させるようにすることができる。
また、未学習領域の電流検出誤差を、他の学習済み領域での電流検出誤差から補間演算などによって推定させ、該推定値を当該領域の学習値として記憶させることができる。
尚、上記実施形態では、3相モータを、可変バルブリフト機構(VEL)113のアクチュエータとして用いられるモータとしたが、可変バルブリフト機構(VEL)113用のモータに限定されるものではなく、例えば、内燃機関101又は内燃機関101の補機類に備えられるオイルポンプやウォーターポンプなどの各種ポンプに用いられる3相モータなどを対象とすることができる。
尚、上記実施形態では、3相モータを、可変バルブリフト機構(VEL)113のアクチュエータとして用いられるモータとしたが、可変バルブリフト機構(VEL)113用のモータに限定されるものではなく、例えば、内燃機関101又は内燃機関101の補機類に備えられるオイルポンプやウォーターポンプなどの各種ポンプに用いられる3相モータなどを対象とすることができる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
(イ)請求項2記載の3相モータの電流検出装置において、
前記誤差算出手段が、前記第2差分の1/3を前記電流検出誤差として算出することを特徴とする3相モータの電流検出装置。
(イ)請求項2記載の3相モータの電流検出装置において、
前記誤差算出手段が、前記第2差分の1/3を前記電流検出誤差として算出することを特徴とする3相モータの電流検出装置。
上記発明によると、2相の電流検出値から残る1相の電流値を推定する場合、推定値には、推定値は、2相それぞれの検出誤差に影響され、更に、前記1相の電流を検出した場合にも検出誤差が含まれるから、前記第2差分の1/3が検出誤差を示すことになる。
(ロ)請求項1〜5のいずれか1つに記載の3相モータの電流検出装置において、
前記誤差算出手段が、前記指令電流値の変化量が所定値以下であることを条件に、前記電流検出誤差を算出することを特徴とする3相モータの電流検出装置。
(ロ)請求項1〜5のいずれか1つに記載の3相モータの電流検出装置において、
前記誤差算出手段が、前記指令電流値の変化量が所定値以下であることを条件に、前記電流検出誤差を算出することを特徴とする3相モータの電流検出装置。
上記発明によると、電流検出の誤差を判断するときに、指令電流(電圧)の変化が大きいと、誤差の判定精度が低下するため、指令電流(電圧)の変化が小さいことを、検出誤差の判定の実行条件とする。
(ハ)請求項1〜5のいずれか1つに記載の3相モータの電流検出装置において、
前記誤差算出手段が、前記電流検出器の温度毎に前記電流検出誤差を算出して記憶し、前記補正手段がそのときの前記電流検出器の温度に対応して記憶されている前記電流検出誤差に基づいて補正を行うことを特徴とする3相モータの電流検出装置。
(ハ)請求項1〜5のいずれか1つに記載の3相モータの電流検出装置において、
前記誤差算出手段が、前記電流検出器の温度毎に前記電流検出誤差を算出して記憶し、前記補正手段がそのときの前記電流検出器の温度に対応して記憶されている前記電流検出誤差に基づいて補正を行うことを特徴とする3相モータの電流検出装置。
上記発明によると、そのときの温度条件に対応して記憶されている電流検出誤差に基づいて補正すれば、温度条件が異なっても当初から検出値を実施値に近い値に補正させることができる。
(ニ)請求項5記載の3相モータの電流検出装置において、
前記3相モータを備える機器に初めて電源投入されたときに、前記初期値を求めて記憶させておくことを特徴とする3相モータの電流検出装置。
(ニ)請求項5記載の3相モータの電流検出装置において、
前記3相モータを備える機器に初めて電源投入されたときに、前記初期値を求めて記憶させておくことを特徴とする3相モータの電流検出装置。
上記発明によると、電流検出誤差の平滑化処理を開始する場合に、前記初めての通電時に求め記憶されている初期値と、初めて推定した電流検出誤差とで、平滑化処理を行わせることができる。
(ホ)請求項5記載の3相モータの電流検出装置において、
前記3相モータを備える機器に電源投入される毎に、前記初期値を求めて記憶することを特徴とする3相モータの電流検出装置。
(ホ)請求項5記載の3相モータの電流検出装置において、
前記3相モータを備える機器に電源投入される毎に、前記初期値を求めて記憶することを特徴とする3相モータの電流検出装置。
上記発明によると、電源投入毎に、各相の電流を0Aに制御して電流検出誤差を求め、その後は、この値を初期値として電流検出誤差の平滑化処理を行わせることができる。
13…制御軸、17…モータ、18…ギア列、101…内燃機関、105…吸気バルブ、113…可変バルブリフト機構、202…角度センサ、212…駆動回路、213…VELコントローラ、217a〜217f…スイッチング素子、219…直流電源回路、220…電流検出回路、R…シャント抵抗
Claims (5)
- 直流電源の出力を3相交流に変換するインバータ装置によって制御される3相モータの相電流を検出する電流検出装置であって、
前記インバータ装置と前記直流電源とを接続する直流回路に設けられる電流検出器と、
前記電流検出器の出力から3相モータの3相のうちの2相の電流値をそれぞれに検出し、該2相の検出電流値から残る1相の電流値を推定する電流検出・推定手段と、
前記電流検出・推定手段による電流値の検出・推定が同一相について切り替わった際に、切り替わり前後における検出値及び推定値、更に、当該相の指令電流値とから、電流検出誤差を算出する誤差算出手段と、
前記電流検出誤差に基づいて、前記電流検出・推定手段による電流の検出値を補正する補正手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする3相モータの電流検出装置。 - 前記誤差算出手段が、
切り替わり前又は後における電流値の検出値と、この検出値を検出したときの前記指令電流値との第1差分を算出する第1差分算出手段と、
切り替わり後又は前における電流値の推定を行った時の前記指令電流値を、前記第1差分に基づいて補正して推定実電流値を求める推定実電流値算出手段と、
前記推定実電流値と前記切り替わり後又は前における電流の推定値との第2差分を算出する第2差分算出手段と、
を含んで構成され、
前記第2差分に基づいて前記電流検出誤差を算出することを特徴とする請求項1記載の3相モータの電流検出装置。 - 前記誤差算出手段が、前記電流検出誤差を平滑化処理し、該平滑化処理後の電流検出誤差に基づいて前記補正手段が補正を行う構成とすると共に、前記誤差算出手段が、前記平滑化処理における平滑化度合いを、前記電流検出器の温度及び/又は前記電流検出誤差の算出周期に応じて変化させることを特徴とする請求項1又は2記載の3相モータの電流検出装置。
- 前記温度の変化が大きいほど、及び/又は、前記電流検出誤差の算出周期が長いほど、前記平滑化度合いを小さくして、前記電流検出誤差の最新値の反映割合を大きくすることを特徴とする請求項3記載の3相モータの電流検出装置。
- 前記誤差算出手段が、各相における電流を全て零とした状態での前記電流検出器の出力に基づいて前記電流検出誤差を算出し、該算出結果を初期値として前記平滑化処理を行うことを特徴とする請求項3又は4記載の3相モータの電流検出装置。
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JP2009032225A JP2010193539A (ja) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | 3相モータの電流検出装置 |
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-
2009
- 2009-02-16 JP JP2009032225A patent/JP2010193539A/ja active Pending
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