JP2010263776A - 車載モータの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動に応じて発生するノイズを低減できるようにする。
【解決手段】制御部２がモータ５をＰＷＭ駆動制御したときに、電流検出部６が車載モータ５に流れる電流を検出し、この検出電流に応じて指令部３内の選定部８が順次異なるランダムな単一駆動周波数と当該単一駆動周波数にそれぞれ対応付けられたデューティ比とを選定する。制御部２が選定された単一駆動周波数とデューティ比とにより車載モータ５を繰り返しＰＷＭ駆動制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載モータをＰＷＭ駆動制御するための駆動制御方法に関する。

近年、車載モータコントローラの技術分野では、ＰＷＭ制御などを行う場合にノイズ発生防止用にＬＣフィルタを設けている。このＬＣフィルタが設けられることによりＡＭノイズの発生を抑制している。近年、このＬＣフィルタを簡素化、小型化してコストを削減したいという要望がある。しかし、単一の周波数を適用してＰＷＭ制御する場合、仕様を満足するＬＣフィルタの小型化には限界を生じる。そこで、ＰＷＭ制御を行う場合、モータノイズの低減技術としてモータの基本周波数をスペクトラム拡散しノイズのピークレベルを低減する技術が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この特許文献１記載の技術思想を適用したとしても、基本周波数の拡散範囲が狭くノイズが大きい。また、特許文献２にも同様な方法が開示されており、単一駆動周波数を使用する場合に比較してノイズの平均エネルギーを低下できるものの、高調波のエネルギーは中心周波数の整数倍近くに集中してしまう。

特開２０００−２１７３９５号公報 特開２００７−４３８１８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、モータ駆動に応じて発生するノイズを低減できるようにした車載モータの駆動制御方法を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、ＤＣモータからなる車載モータをＰＷＭ駆動制御したときに当該車載モータに流れる電流と目標電流とを比較した結果に基づいて、所定周波数範囲内において順次異なるランダムな単一駆動周波数と当該単一駆動周波数にそれぞれ対応付けられたデューティ比とを選定している。この場合、単一駆動周波数をランダムに順次異なるようにしているため周波数ホッピングによるスペクトラム拡散効果が得られるようになりノイズを低減できる。

請求項２記載の発明によれば、車載モータを連続駆動する連続時間が可聴周波数範囲を超える所定周波数に対応した周期未満の時間に設定されているため、周波数を順次変更したとしても可聴周波数帯域の周波数成分が現れることがなくなる。したがって、可聴周波数成分がノイズとして検出されることが少なくなり耳障りな音を低減できる。

請求項３記載の発明によれば、単一駆動周波数を直接拡散しているため、周波数成分のピークレベルを抑制することができ、ノイズを低減できる。
請求項４記載の発明によれば、順次異なるランダムな単一駆動周波数が少なくとも8以上の単一駆動周波数からなる周波数パターンを含んでいるときに、周波数パターンが可聴周波数の周期で所定回数以上繰り返されないように順次異なるランダムな単一駆動周波数を選定するため、可聴周波数におけるノイズを抑制することができる。

ランダムな単一駆動周波数を生成するときには、請求項５記載の発明のように多項式による疑似乱数を用いても良いし、請求項６記載の発明のように半導体の熱雑音を利用した自然乱数発生器を用いても良い。

請求項７記載の発明によれば、１８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ範囲の周波数内で単一駆動周波数が順次変更されるため、ＡＭ帯を外れた周波数範囲で駆動制御することができ、ＡＭノイズを抑制できる。

請求項８記載の発明によれば、使用する単一駆動周波数の互いの倍数同士がＡＭ周波数帯においてＡＭ放送の帯域幅（１５ｋＨｚ）以上離れるように単一駆動周波数が設定されているためＡＭ帯の周波数範囲内に高調波成分が現れることが少なくなりＡＭノイズを抑制できる。

請求項９記載の発明によれば、使用する単一駆動周波数の倍数に９１０ｋＨｚ加えた周波数値と、他の異なるランダムな単一駆動周波数の倍数の周波数値との間が、５１０〜２６２０ｋＨｚの範囲においてＡＭ放送の帯域幅（１５ｋＨｚ）以上離れているように各単一駆動周波数が設定されているため、ＡＭ帯の周波数範囲内に高調波成分が現れることが少なくなりＡＭノイズを抑制できる。

請求項１０記載の発明によれば、車載モータに流れる電流についてＡ／Ｄ変換器によりアナログ値からデジタル値に変換するタイミングパルスの周波数をランダムな周波数としているため、変換タイミングパルスに基づく高調波成分を抑制することができ、ノイズの低減を図ることができる。

請求項１１記載の発明によれば、Ａ／Ｄ変換器による変換タイミングパルスがＰＷＭ駆動制御するときのランダムな駆動周波数によるＰＷＭ信号に同期するように構成することで、変換タイミングパルスの周波数をランダムな周波数としているため、ＰＷＭ信号を生成する回路と変換タイミングパルスを生成する回路とを共用でき、回路規模を抑制できる。

請求項１２記載の発明によれば、Ａ／Ｄ変換器による変換タイミングパルスをＰＷＭ信号の複数パルスに１パルスとしているため、変換タイミングパルスの周波数を低下させることができ、送受信時の使用周波数が比較的低い他の車載機器（例えばスマートキーシステム）に与えられる影響を極力抑制することができる。

請求項１３記載の発明によれば、Ａ／Ｄ変換器による変換タイミングパルスがＰＷＭ駆動制御するときのランダムな駆動周波数によるＰＷＭ信号に非同期で且つ独立してランダムな周波数のパルス信号としているため、ＰＷＭ信号と変換タイミングパルスの高調波が重畳してノイズレベルが上昇する懸念を極力防ぐことができる。

本発明の第１実施形態について要部の構成を示すブロック図 駆動周波数および駆動周波数に対応したデューティ比の組合せの一例を示す図 駆動周波数の時間的変化およびパワースペクトラムを概略的に示す図 比較例を示す図３相当図 ランダム周波数の条件説明図 動作を概略的に示すフローチャート 電流検出値に応じた駆動周波数リストの一例を示すテーブル 本発明の第２実施形態について示す図１相当図 要部の信号波形を示すタイミングチャート 本発明の第３実施形態について示す図１相当図 図９相当図 本発明の第４実施形態について示す図１相当図 乱数生成部の構成を概略的に示すブロック図 図９相当図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、車載モータ駆動制御装置の構成をブロック図により概略的に示している。

この図１に示すように、車載モータ駆動制御装置１は、制御部２、指令部３および駆動部４を備えており、例えばマイクロコンピュータなどを備えて構成されている。この車載モータ駆動制御装置１は、制御部２からの制御信号に基づいて駆動部４を制御し駆動部４がＤＣモータからなる車載モータ５を駆動する。

電流検出部６は、車載モータ５に流れる通電電流を検出する。指令部３は、電流検出部６が検出した検出結果に基づいて駆動周波数およびデューティ比の指令値を制御部２に出力する。指令部３は、フィードバック制御部７、データベース８、選定部９を備え、パターン制御部としての機能を備える。フィードバック制御部７は、電流検出部６が検出した車載モータ５の電流に基づいて制御部２に制御指令信号を出力する。データベース８には、駆動周波数と当該駆動周波数に対応したデューティ比との組み合わせが多数記憶されている。図２は、これらの組み合わせの一例を示している。

この図２に示すように、データベース８には、単一駆動周波数ｆ１〜ｆｚとデューティ比Ｄ１〜Ｄｚと電流検出値Ｉ１〜Ｉｚとがそれぞれ対応して多数記憶されている。これらの組み合わせはＡＭ帯（５１０ｋＨｚ〜１７１０ｋＨｚ）に現れるノイズを低減できるように予め選定されている。

駆動周波数ｆ１〜ｆｚは、それぞれ車載モータ５をＰＷＭ駆動制御するときのＰＷＭ駆動周波数を示しており、予め次のように選定されている。ＰＷＭ駆動制御時の駆動周波数の候補は、１８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの所定範囲内で例えば１ｋＨｚステップの何れか複数の周波数になっている。

これは駆動周波数を１８０ｋＨｚ未満に設定すると、高調波がＡＭ帯（５１０ｋＨｚ〜１７１０ｋＨｚ）に現れやすくなるためであり、また５００ｋＨｚを超える周波数を選定するとＡＭ帯を直接妨害してしまうためである。また、１８０ｋＨｚ未満の低い周波数は特に車載用途では他の車両機器（例えばスマートキーなど）で用いられる周波数帯であり、ＰＷＭ駆動制御に不適な周波数帯であることが挙げられる。このような理由から１８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲で選定する。

また、これら互いの高調波が余裕周波数（ＡＭ帯の帯域幅：１５ｋＨｚ）以上離間している周波数を選定する（第１条件）。これはＡＭ帯におけるラジオノイズのピークレベルを低減するには、高調波をできる限り離した周波数条件に設定するのが良いことが確認されているためである。

また、ＡＭラジオの受信周波数＋９１０ｋＨｚが、駆動周波数による高調波と余裕周波数（ＡＭ放送の帯域幅：１５ｋＨｚ）以上離間するように選定する（第２条件）。これは、ＡＭラジオ周波数帯におけるイメージ妨害の混信を防ぐためである。

ＡＭラジオは、４５５ｋＨｚを中間周波数として構成されているのが一般的であり、例えば８００ｋＨｚの放送を受信する場合には、ＡＭラジオ内では１２５５ｋＨｚの局部発振周波数が設定されることになる。この場合、１２５５＋４５５＝１７１０ｋＨｚの信号もイメージ受信してしまうため、８００＋９１０＝１７１０ｋＨｚに高調波が現れないように駆動周波数およびその組合せを設定すると良い。信頼性を良好にするためには、５１０〜２６２０ｋＨｚの範囲において前記周波数から余裕周波数（ＡＭ放送の帯域幅：１５ｋＨｚ）以上離れるように設定すると良い。

データベース８には、これらの単一駆動周波数ｆ１〜ｆｚにそれぞれ対応してデューティ比Ｄ１〜Ｄｚが記憶されている。これらのデューティ比は、車載モータ５をＰＷＭ駆動制御するときのデューティ比を示している。例えば駆動周波数ｆ１に対応したデューティ比Ｄ１は以下のように予め選定されている。

駆動部４が車載モータ５を単一駆動周波数ｆ１で駆動するときに、所望の範囲でデューティ比を変化させた状態でＡＭ帯に現れるノイズを観察する。ある所定の駆動周波数で駆動したときにデューティ比を変化させるとＡＭ帯に現れるノイズ成分も変化するが、ＡＭ帯においてノイズが最も小さくなるようなデューティ条件で且つ実用的な範囲（０％、１００％を除く範囲）でデューティ比Ｄ１を選定する。このようにして、実験的且つ実用的に予め定められたデューティ比Ｄ１〜Ｄｚをそれぞれ選定する。

データベース８には、これらの単一駆動周波数ｆ１〜ｆｚ、デューティ比Ｄ１〜Ｄｚに対応して電流検出値Ｉ１〜Ｉｚが記憶されている。これらの電流検出値Ｉ１〜Ｉｚは、前記のように選定された駆動周波数ｆ１〜ｆｚ、デューティ比Ｄ１〜Ｄｚに設定した場合の車載モータ５に流れる電流の検出値を示している。

電流検出値Ｉ１〜Ｉｚは、車載モータ２５を駆動制御するときの所望の電流指令値とは一致しない。したがって、後述するように電流指令値に近づくように時間加重平均などで平均化して電流制御を行う。

選定部９は、データベース８に記憶された複数の組み合わせ（単一駆動周波数、デューティ比、電流検出値）のうち何れかの組み合わせを選定し、指令部３はフィードバック制御部７を通じて制御部２に指令する。

制御部２は、主制御部１０、周波数制御部１１、デューティ制御部１２を備えている。周波数制御部１１はＰＷＭ周波数制御を行うと共に、デューティ制御部１２はＰＷＭデューティ比制御を行うものであり、主制御部１０がこれらの制御に基づいて駆動部４をＰＷＭ駆動制御する。制御部２は、駆動周波数ｆ１〜ｆｚを時間的に切り替えて駆動部４を駆動制御する。

図３は、駆動周波数の時間的変化を概略的に示していると共に、ＡＭ帯における高調波のパワースペクトラムを示している。この図３に示すように、駆動周波数は時間的に「ランダム」に変化しており、これにより周波数ホッピングにより疑似的に拡散している。

車載モータ５を単一駆動周波数で駆動制御する最大連続時間ｔ１は、所定の可聴周波数範囲（例えば１５ｋＨｚ）を超える所定周波数（例えば２０ｋＨｚ程度）に対応した周期（例えば５０ｕｓ程度の所定時間）未満に設定されている。駆動周波数が同一となる連続時間は、それぞれ同一時間に設定されるように図示しているが、これらは同一でも異なっていても良い。

また、駆動周波数は、ある所定の中心周波数ｆａ、ｆｂを中心として、それぞれ所定周波数範囲ｆｗａ、ｆｗｂ内に拡散されており、これらの周波数範囲ｆｗａ、ｆｗｂ間には所定の余裕周波数範囲ｆｗｃ（例えば１５ｋＨｚ程度）が設けられている。

この場合のパワースペクトラムはＰＷＭ信号が矩形波であるため、そのＰＷＭ信号の高調波成分が基本周波数の整数倍（ｎ倍）の周波数に発生する。所定のマージン周波数範囲ｆｗｃが周波数範囲ｆｗａ、ｆｗｂ間に設けられていると、高調波の各スペクトラム成分間にもマージン周波数範囲ｆｗｃが設けられる。各スペクトラム成分は、そのパワーＰの最大値Ｐｍ１が低くなっている。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、パワースペクトラムの比較例を示している。図４（ａ）は、ＰＷＭ信号の駆動周波数が時間変化に応じて一定である場合のパワースペクトラムを示している。基本波、高調波のパワーの最大値Ｐｍ２はパワーの最大値Ｐｍ１に比較して高くなる。

また、図４（ｂ）は、ＰＷＭ信号の駆動周波数が時間変化に応じて段階的または徐々に変化することを示しており、例えば駆動周波数が周波数変調されていることを示している。この場合のパワースペクトラムもまたＰＷＭ信号が矩形波であるため、そのＰＷＭ信号の高調波成分が基本周波数の整数倍（ｎ倍）の周波数に発生する。基本波、高調波のパワーの最大値Ｐｍ３はパワーの最大値Ｐｍ１に比較して高くなる。

したがって、図３に示すパワースペクトラムの最大値Ｐｍ１は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すパワースペクトラムの最大値Ｐｍ２、Ｐｍ３に比較して低くなるため、ノイズ成分を低減できることがわかる。これにより、ＡＭ帯周波数におけるノイズを拡散することができる。

また、駆動周波数ｆを「ランダム」に変更すると良いことを示しているが、この場合の「ランダム」とは例えば以下の条件を満たすようにすると良い。例えば、「ランダム」とは、複数（例えば８以上）の単一駆動周波数からなる周波数パターンが、可聴周波数を含む周波数範囲（５０μｓ（２０ｋＨｚ）〜１ｓ（１Ｈｚ）範囲）で繰り返し現れることがないこととすると良い。

図５は、この条件説明を概略的に示している。周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３はそれぞれ単一駆動周波数ではなく、それぞれ±２ｋＨｚで直接拡散（スペクトラム拡散）されている。この図５に示すように、時間に応じて周波数をｆ１→ｆ２→ｆ３→ｆ１→ｆ１→ｆ３→ｆ２→ｆ１→ｆ２→ｆ３→…のように切替えている。

これらの周波数パターンのうち、「ｆ１→ｆ２→ｆ３」のような周期性の存在する周波数パターンに注目すると、一連の周波数パターン中には周波数パターンが４回現われる。この「ｆ１→ｆ２→ｆ３」による周波数パターンは「ランダム」に現れるパターンであり、可聴周波数を含む周波数範囲（２０μｓ（５０ｋＨｚ）〜５０μｓ（２０ｋＨｚ）〜１ｓ（１Ｈｚ））で繰り返し現れることがないように設定されている。

したがって一連の周波数パターン内に周期性のある周波数パターンは２０ｋＨｚ以下で現れることはなくなるため、当該周期性のある周波数パターンに依存した高調波が発生しなくなる。これにより、ＡＭ帯ノイズを低減できるようになる。

尚、この図５に示す例は、簡略化して３つの周波数順列（ｆ１→ｆ２→ｆ３）を周波数パターンとして用いて説明するものであり、実際にはそれ以上（例えば８以上）の周波数パターンとすることによってより実用的となる。上記条件を全て満たすように周波数パターンを制御することが望ましい。尚、必要に応じて何れかの条件を満たさないようにしても良い。

図６は、制御部２および指令部３による単一駆動周波数およびデューティ比の設定動作をフローチャートにより概略的に示している。
まず、指令部３はデータベース８から単一駆動周波数の初期値を選定し（Ｓ１）、この単一駆動周波数に対応したデューティ比を選定する（Ｓ２）。そして、制御部２はデータベース８から選定された単一駆動周波数とデューティ比とを用いて駆動部４により車載モータ５を駆動制御する（Ｓ３）。電流検出部６は、このとき車載モータ５に流れる電流を検出する（Ｓ４）。

フィードバック制御部７はこの検出電流を目標電流と比較する（Ｓ５）。次に、指令部３は目標電流値に近接するような電流検出値の範囲の周波数リストを参照する（Ｓ６）。
図７は、この電流検出値に応じた周波数リストを示している。この周波数リストは、図２に示すデータベース８の記憶データについて電流検出値に応じて分類したテーブルを示している。

例えば車載モータ５に流す目標電流が４Ａであり、ステップＳ４において検出された電流値が２Ａで検出された場合について説明する。指令部３は検出電流２Ａに対し平均化して目標電流４Ａに近づくように６Ａの電流検出値を有する条件を選定する。

尚、図７（ａ）、図７（ｂ）の周波数リスト中において、電流検出値の範囲が３Ａ〜５Ａ、５Ａ〜７Ａの所定範囲に設定されている理由は、平均化して完全に所望の目標電流になる電流指令値（この場合６Ａの電流検出値）が周波数リスト中に存在するのは稀であり、わずかながら偏差を生じるためである。

この場合、指令部３の選定部９は、図７（ｂ）中の５Ａ〜７Ａの周波数リストを参照し、この周波数リストの中から前回の駆動周波数からランダム性を有する次回の単一駆動周波数を選定する（Ｓ７）。この選定条件は、前述した「ランダム」性を有する条件であるためその説明を省略する。尚、単一駆動周波数で駆動可能な時間範囲さえ許容範囲（例えば２０ｕｓ程度）内であれば、駆動周波数を切替えないようにしても良い。

この後、指令部３の選定部９が単一駆動周波数を選定すると、ステップＳ２に戻り、選定部９はデータベース８から選定された単一駆動周波数に対応したデューティ比を選定し、指令部３が当該駆動周波数を制御部２に指令し、制御部２はステップＳ３以降の処理を行う。このようにして指令部３が順次単一駆動周波数およびデューティ比を選定して切り替えながら制御部２が車載モータ５を駆動制御する。このようにして、モータ５のＰＷＭ駆動制御を繰り返す。

尚、当該駆動制御を繰り返すことによって検出電流値は目標電流値に近づくものの、検出電流値は目標電流値からわずかながらズレを生じることになる。したがって目標電流に近づくように単一駆動周波数を順次切り替えながら制御できるため、ＡＭノイズを低減させながら定常状態を保持できる。

本実施形態によれば、制御部２がモータ５をＰＷＭ駆動制御したときに、電流検出部６が車載モータ５に流れる電流を検出し、指令部３内の選定部８が当該検出電流に応じて順次異なるランダムな単一駆動周波数と当該単一駆動周波数にそれぞれ対応付けられたデューティ比とを選定し、制御部２が選定された単一駆動周波数とデューティ比とにより車載モータ５を繰り返しＰＷＭ駆動制御する。これにより、ＡＭノイズを低減することができる。

また、単一駆動周波数により車載モータ５を連続して駆動する連続時間が、可聴周波数を超える所定周波数に対応した周期に設定されているため、周波数を順次変更したとしても可聴周波数帯域の周波数成分が現れることが少なくなる。したがって、可聴周波数成分がノイズとして検出されることが少なくなり耳障りな音を低減できる。

また、単一駆動周波数を直接拡散している場合には、周波数成分のピークレベルを抑制することができ、ノイズを低減できる。
また、順次異なるランダムな単一の駆動周波数ｆが少なくとも８以上の単一の駆動周波数ｆからなる周波数パターンを含んでいるときには、周波数パターンが可聴周波数を含む周波数範囲（例えば１Ｈｚ〜２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ）の所定間隔（例えば２０μｓ〜５０μｓ〜１ｓ）で繰り返し現れることがないようにしているため、周期性のある周波数パターンに依存した高調波が発生しなくなり、ＡＭノイズを低減できる。

（第２実施形態）
図８および図９は、本発明の第２実施形態を示すもので、基準クロック生成部が生成したクロックに基いて制御部２がＰＷＭ信号を生成すると共にＡ／Ｄ変換器がＡ／Ｄ変換するようにしたところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。

図８に示すように、電流検出部６ａは、モータ５の通電電流についてアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器６ａを備えている。このＡ／Ｄ変換器６ａは、例えば逐次比較型のＡ／Ｄ変換器により構成される。

基準クロック生成部１３は、制御部２の主制御部１０が生成するＰＷＭ信号を生成するための基準クロック信号を生成するものであり、主制御部１０は当該基準クロック信号を分周することによってＰＷＭ信号を生成する。この基準クロック生成部１３の基準クロックは分周回路１４にも与えられる。分周回路１４は基準クロックを分周して周波数を低下させる。この分周回路１４の分周出力はＡ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスとしてＡ／Ｄ変換器６ａに与えられている。

図９（ａ）〜図９（ｆ）は、要部の信号波形をタイミングチャートによって模式的に示している。この図９において、（ａ）ＰＷＭ信号は制御部２の主制御部１０が駆動部４に与えるＰＷＭ信号を示している。また（ｂ）Ioutはモータ５の通電電流の波形を示している。（ｃ）adc＿startは、Ａ／Ｄ変換開始信号を示している。（ｄ）ckはＡ／Ｄ変換器６ａに与えられる変換タイミングパルスのクロックを示している。（ｅ）adc＿endは、Ａ／Ｄ変換終了信号を示している。（ｆ）adc＿resultは、Ａ／Ｄ変換出力を示している。

この図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、ＰＷＭ信号が駆動部４に与えられると、モータ５の通電電流（Iout）は当該ＰＷＭ信号に応じて変化する。ＰＷＭ信号が高電圧時には通電電流（Iout）は増加しＰＷＭ信号が低電圧時には通電電流（Iout）は低下する。このとき、Ａ／Ｄ変換部６ａは、基準クロック生成部１３および分周回路１４を介して所定周期でクロック（ck）を受け付ける。

Ａ／Ｄ変換器６ａは、Ａ／Ｄ変換開始信号（adc＿start）の発生タイミングにおいてサンプルアンドホールド回路（図示せず）によりモータ５のアナログ電流信号（Iout）を標本化（サンプリング）する。そして、Ａ／Ｄ変換器６ａは、Ａ／Ｄ変換開始信号（adc＿start）の発生後の複数回のクロック（ck）のパルス立上りタイミング（または／およびパルス立下りタイミング）において、所定の直流電圧を複数ビットで量子化したデジタル信号による比較対象基準値と、アナログ電流信号を標本化した値とを、複数回順次大小比較することで量子化する。

クロック（ck）パルスがＡ／Ｄ変換器６ａに所定回数入力され、Ａ／Ｄ変換器６ａが標本化されたアナログ電流信号を所定の量子化誤差範囲内でデジタル電流値に変換すると、Ａ／Ｄ変換器６ａは、Ａ／Ｄ変換終了信号（adc＿end）を出力すると共に、Ａ／Ｄ変換結果（adc＿result）を出力する。Ａ／Ｄ変換出力がなされた後、次回のＡ／Ｄ変換開始信号（adc＿start）を受け付けることでＡ／Ｄ変換処理を行う。このようにしてＡ／Ｄ変換処理が繰り返され、電流検出部６のＡ／Ｄ変換器６ａはＡ／Ｄ変換出力（adc＿result）を指令部３に出力する。Ａ／Ｄ変換器６ａはＡ／Ｄ変換出力（adc＿result）した後、Ａ／Ｄ変換開始（adc＿start）する。このようにしてＡ／Ｄ変換処理が繰り返される。

図９に示すように、Ａ／Ｄ変換器６ａが標本化したアナログ電流信号（Iout）を複数ビットで規定されたデジタル値と逐次比較するタイミングは、分周回路１４の出力クロック（ck）に同期することになり、ある所定の単一周波数のパルスタイミングで逐次比較することができる。このようなＡ／Ｄ変換器６ａを適用した実施形態であっても、ＰＷＭ信号がランダム周波数の信号となっているため前述実施形態とほぼ同様の作用効果を奏する。

（第３実施形態）
図１０および図１１は、本発明の第３実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、Ａ／Ｄ変換器の変換タイミングパルスをランダムにしたところにある。また、この変換タイミングパルスがランダムな駆動周波数で生成されたＰＷＭ信号に同期するところにある。また、変換タイミングパルスをＰＷＭ信号の複数パルスに１パルスとしたところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。

図１０に示すように、主制御部１０には波形整形部１５が接続されている。この波形整形部１５は、主制御部１０から出力するＰＷＭ信号について所定の複数（例えば２）パルス毎に１パルス出力し残りのパルスをマスクする機能（所謂、分周機能）を備えており、例えばパルスカウンタを用いて構成されている。波形整形部１５は、その波形整形出力をＡ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスのクロック（ck）として与える。Ａ／Ｄ変換器６ａは、この与えられたクロック（ck）のタイミングでＡ／Ｄ変換処理する。

図１１は、タイミングチャートを示している。この図１１に示すように、クロック（ck）はＰＷＭ信号に一部同期すると共に複数パルス毎に１パルス出力されるようになっている。Ａ／Ｄ変換器６ａは、標本化したアナログ電流信号と複数ビットで規定されるデジタル値とをクロック（ck）のタイミングで順次比較するため、ＰＷＭ信号に応じたランダム周波数のパルスタイミングで比較処理が順次なされることになる。

本実施形態によれば、ＰＷＭ信号に応じたランダム周波数のパルスタイミングで順次Ａ／Ｄ変換処理がなされることになるため、Ａ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスとなるクロック（ck）が単一周波数とされている方法に比較して、高調波ノイズレベルを抑えることができ、ラジオノイズの低減に寄与できる。

また、モータ５のＰＷＭ駆動周波数の拡散処理や、Ａ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスの周波数拡散処理を、別々のハードウェアで構成すると、別々の拡散処理を別々の回路構成としなければならなくなるため回路規模が大きくなりやすい。本実施形態の方法を適用すれば、ＰＷＭ駆動周波数の拡散処理回路とＡ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスの周波数拡散方法を構成する回路とを共用できるため、回路規模を極力小さく保ちながら、ラジオノイズを低減できる。

Ａ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスがＰＷＭ信号と同期しているため、当該ＰＷＭ信号の周波数およびデューティ比に応じてＡ／Ｄ変換器６ａの標本化ポイントを容易に規定することができ、指令部３はＡ／Ｄ変換器６ａの標本化ポイントに応じたフィードバック制御を容易に行うことができ車載モータ５の駆動制御の精度を向上できる。

Ａ／Ｄ変換器６ａの最大標本化周波数をＰＷＭ信号の最大周波数とすることができ、細かく制御することができる。また、Ａ／Ｄ変換器６ａの標本化周波数がＰＷＭ信号の周波数よりも低く設定されていたとしても、標本化ポイントが設定されることによってＰＷＭ信号の周波数出力信号の実効値を安定させやすい。

車両には他の車載機器（例えばスマートキー）の送受信機が搭載されることもある。スマートキーの送受信機は１８０ｋＨｚ未満の周波数帯の周波数を用いて送受信する。本実施形態の車載モータ５の駆動制御方法を適用すると、ＰＷＭ信号を周波数を低下させてＡ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスとしているため、これらの例えばスマートキー周波数帯のノイズ低減にも有効に作用する。

（第４実施形態）
図１２および図１３は、本発明の第４実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、Ａ／Ｄ変換器による変換タイミングパルスをＰＷＭ駆動制御するときのランダムな駆動周波数によるＰＷＭ信号に非同期で且つ独立してランダムな周波数のパルス信号としたところにある。

図１２に示すように、パターン制御部１６、周波数生成部１７、ＡＤＣ用クロック生成部１８が、Ａ／Ｄ変換器６ａのクロック（ck）を生成するための回路として設けられている。このうち、パターン制御部１６は、乱数生成部１６ａを具備し基準クロック生成部１３が生成した基準クロックに基いて乱数を生成する。

図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、乱数生成部の構成例を示している。図１３（ａ）に示す乱数生成部１６ａは、例えばＤフリップフロップ（ＦＦ₁~ＦＦ_n）を直列接続したｎビットのシフトレジスタＳＲにＸＯＲゲート１６ａａで帰還をかけたＭ系列発生器によって構成される。

図１３（ｂ）に示す乱数生成部１６ａは、ｎビットのシフトレジスタＳＲにＸＯＲゲート１６ａａで帰還をかけると共に、このＸＯＲゲート１６ａａとシフトレジスタＳＲの初段のフリップフロップＦＦ₁との間にＸＯＲゲート１６ａｂを構成し、フリップフロップＦＦ₂〜ＦＦ_n-1の出力が全て０になったときにのみ、シフトレジスタＳＲの入力を反転するＡＮＤゲート１６ａｃを設けている。これらの図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すＭ系列発生器は、所謂ＬＦＳＲ（linear feedback shift register）と称されており、擬似ランダム系列の乱数を発生する。

乱数生成部１６ａが生成した乱数（Ｑ₁〜Ｑ_n）は周波数生成部１７に与えられる。周波数生成部１７は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１７ａおよび変調回路１７ｂを備え、ランダムな周波数を生成する機能を備える。ルックアップテーブル１７ａには乱数（Ｑ₁〜Ｑ_n）の示す値に対応してそれぞれ周波数が記憶されており、当該ルックアップテーブル１７ａは最大ｎビット分の周波数を記憶可能になっている。

周波数生成部１７は、乱数（Ｑ₁〜Ｑ_n）が与えられると、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１７ａを参照し、乱数（Ｑ₁〜Ｑ_n）に対応する周波数を選択する。変調回路１７ｂは、選択された周波数の信号を基準クロック生成部１３の基準クロックに基いて変調して生成し、ＡＤＣ用クロック生成部１８に与える。

ＡＤＣ用クロック生成部１８は波形整形部１８ａを備えるものであり、変調回路１７ｂが出力した変調信号を波形整形部１８ａにより波形整形し、Ａ／Ｄ変換器６ａのクロック（ck）として与える。なお、この波形整形部１８ａは前述の波形整形部１５と同様の機能を備える。Ａ／Ｄ変換器６ａは、このクロックを変換クロックパルスとしてＡ／Ｄ変換処理する。

図１４は、タイミングチャートを示している。この図１４に示す信号のうち、図１４（ｄ）のmod＿clkは変調回路１７ｂが出力する変調信号を示している。この図１４（ｄ）に示すように、変調回路１７ｂが出力する変調信号（mod＿clk）は、ランダムな周波数の信号となっており、波形整形部１８ａが出力するクロック（ck）は変調信号（mod＿clk）よりも周波数が低い。

本実施形態において、このように構成している理由は、ＰＷＭ信号およびＡ／Ｄ変換器６ａの変調クロックパルスを非同期で且つ独立してランダムに変化させることで、高調波が重畳する現象を抑えることができるためである。

前述実施形態の方法を適用したときには、ＰＷＭ信号および変調クロックパルスが同期しているため、その高調波ノイズも重なりやすくノイズピークレベルが上昇してしまう懸念を生じる。このような場合には、本実施形態に示すように、ＰＷＭ信号および変調クロックパルスを非同期で且つ独立してランダムに変化させると良い。すると、高調波が重畳する現象を抑制することができノイズを抑制できる。

前述実施形態では、ｎビットのシフトレジスタを設けた例を示しているが、フリップフロップの数を互いに異ならせたｎビットおよびｍビットのＬＦＳＲを２つ設け、当該２つの乱数出力に基いて下記の（１）式から得られた乱数出力を用いても良い。なお、（１）式において、ｙは出力、αは素数の定数を示す。

ｙ＝α × （第１ＬＦＳＲのｎビット出力）＋（第２ＬＦＳＲのｍビット出力）
… （１）
このような乱数性の良い構成を適用することで乱数性を上げることができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
前述実施形態で説明した図９、図１１、図１４において、ＰＷＭ信号は１周期ごとに周波数が異なっているように示しているが、ＰＷＭ信号は実質的に例えば４回（複数回）以上、同一周波数、同一デューティ比のＰＷＭパルスを連続した信号であり、当該ＰＷＭパルスが複数回連続することで単一周波数となる信号とすると良い。

第２実施形態においてＡ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスの周波数を単一周波数に設定し、第３および第４実施形態においてＡ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスの周波数をランダムに設定した実施形態を示したが、当該変換タイミングパルスのデューティ比は、Ａ／Ｄ変換処理に要する時間を確保できるように適宜設定すれば良い。

すなわち、変換タイミングとしてパルスの立上り時又は立下り時のみを適用している場合には、デューティ比の設定は実用的範囲で設定すれば良いし、変換タイミングとして立上り時と立下り時の両者を適用した場合には、変換タイミングパルスのデューティ比を５０％としてＡ／Ｄ変換処理時間を確保できるように設定すると良い。

駆動部３にはＬＣフィルタを設けなくても良いが、ＬＣフィルタを設けるとノイズ低減の相乗効果を奏するためＬＣフィルタを設けると良い。特に、単一駆動周波数の数が増えるほど回路規模が大きくなり、また前記した条件を満たす「ランダム」な単一駆動周波数を実現する場合にも回路規模が大きくなる。

このため、必要なノイズレベルを考慮すれば、１８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲内の条件を満たす周波数を２周波数〜８周波数選定して単一駆動周波数の候補とし、通常よりも小型のＬＣフィルタを組み合わせるようにしても良い。なお、ＬＣフィルタの定数は、出力される周波数パターンによって異なる。

１８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ範囲で１ｋＨｚステップの単一駆動周波数（３２０程度）を周波数の変更候補とした実施形態を示したが、単一駆動周波数の数は２つ以上で前記第１条件を満たせば数は限られない。尚、０．５ｋＨｚステップの周波数を変更候補としても良い。

「ランダム」な周波数（例えば単一駆動周波数（ＰＷＭ信号）、Ａ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスの周波数）を生成するときには、多項式による疑似乱数を用いても良いし、半導体の熱雑音を利用した自然乱数発生器を用いても良い。

第４実施形態では、Ａ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスの周波数と、ＰＷＭ信号の周波数とを互いに異なるランダムな周波数としているが、この場合、Ａ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスの周波数とＰＷＭ信号の周波数をランダムに変化させる方法を同一のアルゴリズムとし、互いの周波数の値を変えるように構成しても良い。第１実施形態では、図７に示すように電流検出値に応じて駆動周波数を選定しているが、この電流検出値に応じてＡ／Ｄ変換器６ａの変換タイミングパルスの周波数を設定し当該設定された内容に基いて変換タイミングパルスの周波数を設定しても良い。

デューティ比を固定（例えば５０％）にした状態において、車載モータ５に流れる検出電流毎に周波数切替テーブルを用意し、ＡＭ帯における高調波成分のノイズピークが所定よりも低い駆動周波数を選定して切替えるようにしても良い。

図面中、１は車載モータ駆動制御装置、２は制御部、３は指令部、４は駆動部、５は車載モータ、６は電流検出部、６ａはＡ／Ｄ変換器、７はフィードバック制御部、８はデータベース、９は選定部、１０は主制御部、１１は周波数制御部、１２はデューティ制御部、１３は基準クロック生成部、１４は分周回路、１５は波形整形部、１６はパターン制御部、１６ａは乱数生成部、１７は周波数生成部、１７ａはルックアップテーブル、１７ｂは変調回路、１８はＡＤＣ用クロック生成部、１８ａは分周回路を示す。

Claims (13)

1. ＤＣモータからなる車載モータをＰＷＭ駆動制御する車載モータの駆動制御方法において、
   前記ＰＷＭ駆動制御したときに前記車載モータに流れる電流と目標電流とを比較した結果に基づいて、所定周波数範囲内で順次異なるランダムな単一駆動周波数と当該単一駆動周波数にそれぞれ対応付けられたデューティ比とを選定し、
   前記順次異なる単一駆動周波数と当該単一駆動周波数にそれぞれ対応したデューティ比とにより前記車載モータを繰り返しＰＷＭ駆動制御することを特徴とする車載モータの駆動制御方法。
2. 前記単一駆動周波数により前記車載モータを連続して駆動する連続時間は、可聴周波数範囲を超える所定周波数に対応した周期に設定されていることを特徴とする請求項１記載の車載モータの駆動制御方法。
3. 前記単一駆動周波数を直接拡散することを特徴とする請求項１または２記載の車載モータの駆動制御方法。
4. 前記順次異なるランダムな単一駆動周波数が複数の単一駆動周波数からなる周波数パターンを含んでいるときに、前記周波数パターンが可聴周波数の周期で所定回数以上繰り返されないように前記順次異なるランダムな単一駆動周波数を選定することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の車載モータの駆動制御方法。
5. 前記ランダムな単一駆動周波数を生成するときには多項式による疑似乱数を用いることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の車載モータの駆動制御方法。
6. 前記ランダムな単一駆動周波数を生成するときには半導体の熱雑音を利用した自然乱数発生器を用いることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の車載モータの駆動制御方法。
7. 前記所定周波数範囲として１８０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ範囲を適用することを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の車載モータの駆動制御方法。
8. 前記異なるランダムな単一駆動周波数の互いの倍数が、ＡＭ周波数帯においてＡＭ放送の帯域幅以上離れるように前記単一駆動周波数が設定されていることを特徴とする請求項７記載の車載モータの駆動制御方法。
9. 前記異なるランダムな単一駆動周波数の倍数に９１０ｋＨｚを加えた周波数値と、他の異なるランダムな単一駆動周波数の倍数の周波数値との間が、５１０〜２６２０ｋＨｚの範囲においてＡＭ放送の帯域幅以上離れるように各単一駆動周波数が設定されていることを特徴とする請求項７または８記載の車載モータの駆動制御方法。
10. 前記車載モータに流れる電流をＡ／Ｄ変換器によりアナログ値からデジタル値に変換するタイミングパルスの周波数をランダムな周波数とすることを特徴とする請求項１ないし９の何れかに記載の車載モータの駆動制御方法。
11. 前記Ａ／Ｄ変換器による変換タイミングパルスが前記ＰＷＭ駆動制御するときのランダムな駆動周波数によるＰＷＭ信号に同期するように構成することで、当該変換タイミングパルスの周波数をランダムな周波数とすることを特徴とする請求項１０記載の車載モータの駆動制御方法。
12. 前記Ａ／Ｄ変換器による変換タイミングパルスをＰＷＭ信号の複数パルスに１パルスとすることを特徴とする請求項１１記載の車載モータの駆動制御方法。
13. 前記Ａ／Ｄ変換器による変換タイミングパルスが前記ＰＷＭ駆動制御するときのランダムな駆動周波数によるＰＷＭ信号に非同期で且つ独立してランダムな周波数のパルス信号とすることを特徴とする請求項１０または１２記載の車載モータの駆動制御方法。

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