JP2012231588A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ制御が停止している期間においても、モータ回転角度に対して信頼性を確保しながら、モータ回転角度の演算を低消費電流で継続する。
【解決手段】主演算手段１０１は、ブラシレスモータ５を制御する第１の動作状態と、モータ制御を停止する第２の動作状態をとる。副演算手段１０２は、第１の状態において、第１監視手段１０６で主演算手段１０１を監視し、第２の状態においてモータ回転角度の演算をする。これにより、モータ制御停止時においてもモータ回転角度の演算が継続できる。また、副演算手段１０２は、第２監視手段２０１で監視し、信頼性を確保する。さらに、第２の動作状態において、第１の動作状態の第１演算周期より長い第２演算周期にてモータ回転角度の演算を行うことで、消費電流が低減可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明はモータ制御装置に関し、特に、電動パワーステアリング装置等に搭載されるモータ制御装置に関する。

近年、自動車制御の分野において、横滑り防止装置（ＥＳＣ等）を用いた車両の姿勢制御システムや、ステアリングを自動操舵する駐車支援システム等、車両の操舵角情報を必要とする制御が増えている。そのため、操舵角を検出するために、舵角センサが車両に取り付けられている。舵角センサは、ステアリング軸上に直接取り付けられている。

操舵軸は、イグニッションスイッチ（以降、ＩＧスイッチと呼ぶ）のオンオフに関わらず、回されることがある。そのため、操舵角の絶対位置を検出する場合には、基準点からの角度を常に検出できることが必須である。

操舵角の多回転絶対角度を検出するための方法として、例えば、特許文献１に記載の方法が提案されている。当該方法においては、２つのＭＲセンサを用いて、２つのセンサの出力関係に基づいて、絶対角度を検出する。しかしながら、センサを２つ用いるため、コストが増大する。また、多回転の検出範囲には機械的に制限がある。さらに、舵角センサの取り付け時に、舵角センサの基準点を正確に合わせる注意が必要である。

そこで、このような特許文献１の問題点を解決するための方法として、例えば、特許文献２に記載の方法が提案されている。当該方法においては、操舵角の相対位置のみを検出するロータリーエンコーダを用いて、操舵角の絶対位置を検出する。当該方法では、ロータリーエンコーダを用いて、ＩＧスイッチをオンした時からすぐに操舵角の絶対位置を検出する。なお、マイコン１とマイコン２とが設けられている。マイコン１は、ＩＧスイッチオン中に操舵角検出を行う。また、ＩＧスイッチがオフされたときのために、バックアップ電源と不揮発性メモリとが設けられている。マイコン１は、ＩＧスイッチオフ直前に、操舵角の中立点を当該不揮発性メモリへ記憶する。マイコン２は、ＩＧスイッチオフ中の操舵角の相対位置を、ＩＧスイッチが再度オンするまで、検出し続ける。そうして、ＩＧスイッチがオンになったときに、不揮発性メモリに記憶した中立点とＩＧスイッチオフ中の相対位置とから、直ちに、操舵角の絶対位置の検出を行う。

ところで、電動パワーステアリングは、ステアリング軸に操舵補助力を発生させるモータを備えている。特に、ブラシレスモータを利用したモータ制御装置を用いる場合は、モータ回転角度を検出して、アシスト制御を行う。そこで、ブラシレスモータ制御で使われるモータ回転角度検出手段を、操舵角情報を検出する手段として用いることができる。その場合は、ステアリング軸上に舵角センサを追加する場合に比べて、安価に車両の舵角情報を得ることができる。また、モータ制御装置に組み込まれているため、省スペース化の実現が可能となる。

特開２００６−３２２７９４号公報 特開平４−２４２１１１号公報

モータ制御装置の、モータ回転角度検出手段は、ロータリーエンコーダと同様に、ＩＧスイッチがオンされてモータ制御をしている期間のみ、モータ回転角度の相対位置が検出できる。しかしながら、ＩＧスイッチオフ中に外力によってモータが回転させられることを考慮した場合、操舵角の絶対位置を誤差なく検出するためには、ＩＧスイッチがオフされてモータ制御をしていない期間においても、モータ回転角度の検出を継続する必要がある。

また、ＩＧスイッチがオフしている期間においては、バッテリーがあがってしまうことを防ぐため、消費電流を低減させることが極めて重要となる。しかしながら、特許文献２の方法においては、消費電流の低減を図るについては意図されていないという問題点があった。

また、電動パワーステアリング装置で使用される舵角情報は、ユーザのステアリング操舵をアシストする目的のため、安全性を十分に考慮する必要がある。そのため、モータ回転角度を演算する演算手段の信頼性が重要となる。しかしながら、特許文献２の方法においては、演算手段の信頼性を確保するための構成については記載されていないという問題点があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、モータ制御が停止している期間においても、モータ回転角度に対して信頼性を確保しながら、モータ回転角度の演算を低消費電流で継続することが可能な、モータ制御装置を得ることを目的としている。

この発明は、モータの回転角度を検出するためのモータ回転角度信号を出力するモータ回転角度検出手段と、前記モータの制御を行う演算手段と、前記演算手段の異常の有無を検出する監視手段とを備え、前記演算手段は、２つの動作状態を有し、当該動作状態のうちの一つは、前記モータ回転角度検出手段からのモータ回転角度信号に基づいて前記モータの回転角度の演算を行い、演算した前記モータの回転角度に基づいて前記モータの制御を行う第１の動作状態であり、当該動作状態のうちの他方は、前記モータの制御は停止し、前記モータ回転角度検出手段からのモータ回転角度信号に基づいて前記モータの回転角度の演算のみを行う第２の動作状態であることを特徴とするモータ制御装置である。

この発明は、モータの回転角度を検出するためのモータ回転角度信号を出力するモータ回転角度検出手段と、前記モータの制御を行う演算手段と、前記演算手段の異常の有無を検出する監視手段とを備え、前記演算手段は、２つの動作状態を有し、当該動作状態のうちの一つは、前記モータ回転角度検出手段からのモータ回転角度信号に基づいて前記モータの回転角度の演算を行い、演算した前記モータの回転角度に基づいて前記モータの制御を行う第１の動作状態であり、当該動作状態のうちの他方は、前記モータの制御は停止し、前記モータ回転角度検出手段からのモータ回転角度信号に基づいて前記モータの回転角度の演算のみを行う第２の動作状態であることを特徴とするモータ制御装置であるので、モータ制御が停止している期間においても、モータ回転角度に対して信頼性を確保しながら、モータ回転角度の演算を低消費電流で継続することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における、第１演算周期と第２演算周期と第２演算周期に同期する励磁信号を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における、第２演算周期変更を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における、間欠励磁の象限判定を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における、整流回路およびモータ回転状態検出手段の回路を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における、３相交流ブラシレスモータの誘起電圧を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置に設けられたモータ回転状態検出手段の、誘起電圧判定値の入力ヒステリシスを示す図である。 本発明の実施の形態２に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
以下、本発明に係るモータ制御装置を、電動パワーステアリングシステムに適用した実施の形態について説明する。各図において、同一または相当する部分に付いては同一符号を付して説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を用いた、電動パワーステアリング装置を模式的に表した構成図である。電動パワーステアリング装置は、自動車等の車両に設けられ、ブラシレスモータにて操舵力をアシストする。図１に示されるように、ハンドル１が操舵軸２の一端に取り付けられている。操舵軸２の他端には歯車１６（ピニオンギア）が設けられている。当該歯車１６を介して、操舵軸２に対して、垂直に、車軸８が連結されている。車軸８の歯車１６との係合箇所には、ラック１３が形成されている。ラック１３とは、直線状（棒状または板状）の歯車である。ラック１３と歯車１６とを噛み合わせた状態で、操舵軸２が回転すると、当該回転に応じて車軸８が移動する。当該移動方向は、車軸８の軸方向である。車軸８の両端には、車両の両輪１４が設けられている。また、操舵軸２には、ハンドル１に近い位置に、トルクセンサ３が設けられている。また、操作軸２には、トルクセンサ３と歯車１２との間の位置に、減速ギア１１が設けられている。減速ギア１１は、歯車１５と噛みあっている。歯車１５には、ブラシレスモータ５が接続されている。ブラシレスモータ５には、ブラシレスモータ５の回転角に応じたモータ回転角度信号を出力するレゾルバ６（モータ回転角度検出手段）が設けられている。また、ブラシレスモータ５には、コントローラ４が接続されている。コントローラ４には、レゾルバ６からのモータ角度信号と、トルクセンサ３からのトルク検出信号が入力され、ブラシレスモータ５を制御する。また、コントローラ４は、通信ライン１２を介して、ブレーキ制御装置等の外部機器７に接続されている。

上記の構成を有する電動パワーステアリング装置においては、ハンドル１がドライバによって操作されると、ドライバによって加えられた回転トルクにより、操舵軸２に捻れが発生する。トルクセンサ３は、この捻れに基づいて、当該回転トルクを検出して、コントローラ４に伝える。一方、レゾルバ６は、ブラシレスモータ５の回転角に応じたモータ回転角度信号を出力する。コントローラ４は、レゾルバ６からのモータ回転角度信号を処理して、ブラシレスモータ５の回転角を求める。コントローラ４は、当該回転角に応じて、トルクセンサ３によって検出されたトルクに応じた電流をブラシレスモータ５に通電する。ブラシレスモータ５は通電されると、当該電流に応じたアシストトルクを発生して、歯車１５及び減速ギア１１を介して、操舵軸２にアシスト力を加える。こうして、操舵軸２が回転して、操舵軸２の先端の歯車１２により車軸８が移動する。これにより、車両の両輪１３の操舵角が変わる。

図１に示すように、操舵軸２とブラシレスモータ５とは減速ギア１１により繋がっている。従って、ブラシレスモータ５が回転した角度を減速ギア１１の減速比で割れば、操舵軸２の回転角が得られる。そのため、コントローラ４は、レゾルバ６からのモータ角度信号からブラシレスモータ５の回転角と回転数とを求め、それらの値から操舵軸２の回転角を求める。当該操舵軸２の回転角は、通信ライン１２を介して、ブレーキ制御装置等の外部機器７に送信される。

次に、図２を用いて、本実施の形態１に係るモータ制御装置の構成について説明する。図２において、図１と同じ構成については、同じ番号を付している。

なお、図２に示した構成において、本実施の形態に係るモータ制御装置は、コントローラ４、モノリシックＩＣ２００、レゾルバ６、整流回路２０４、遮断回路２０５、第２ＬＰＦ２０６、第１電源３０１、および、第２電源３０２から構成されている。但し、これらの構成はすべて設ける必要はなく、必要に応じて、設けるようにしてもよい。

コントローラ４は、主演算手段１０１、副演算手段１０２、ＦＥＴドライバ１０３、ＰＷＭインバータ１０４、レゾルバＩ／Ｆ第１回路１０５、および、第１ＬＰＦ１０７を有している。主演算手段１０１は、レゾルバＩ／Ｆ第１回路１０５を介して、レゾルバ６との通信を行う。

また、コントローラ４には、モノリシックＩＣ２００が接続されている。モノリシックＩＣ２００は、第２監視手段２０１、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２、および、モータ回転状態検出手段２０３を有している。第２監視手段２０１は、副演算手段１０２の異常の有無を監視する。副演算部１０２は、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２を介して、レゾルバ６との通信を行う。モータ回転状態検出回路２０３は、ブラシレスモータ５の誘起電圧を増幅する増幅回路と、増幅回路から出力された誘起電圧と所定の閾値とを比較するコンパレータとを備えている。また、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２は、レゾルバ６に励磁信号を印加するための励磁回路と、レゾルバ６からのモータ回転角度信号を受信して増幅する受信回路と、受信回路が受信したモータ回転角度信号のサンプルホールドを行うサンプルホールド手段とを備えている。励磁信号はパルス信号であって、サンプルホールド手段は、当該パルス信号がオンする直後に、モータ回転角度信号をサンプルし、当該パルス信号がオフする直前に、モータ回転角度信号をホールドする。

なお、主演算手段１０１は１つのマイコンから構成され、副演算手段１０２は別の１つのマイコンから構成されている。

まず、ＩＧスイッチ１０がオンし、主演算手段１０１によるモータ制御が行われる第１の動作状態について説明する。

コントローラ４は、ＩＧスイッチ１０からのＩＧオン信号を受け取り、主演算手段１０１によりモータ制御を行う。主演算手段１０１は、ＩＧオン信号を受け取った後は、前述の通り、レゾルバ６からのモータ回転角度信号から、ブラシレスモータ５の回転角度を演算する。次に、演算した回転角度に基づいて、トルクセンサ３が検出したトルクに応じたアシストトルクを発生させるために、ＦＥＴドライバ１０３へＰＷＭ制御信号を送る。これにより、ＦＥＴドライバ１０３から信号が出力され、当該信号によって、ＰＷＭインバータ１０４が駆動する。ＰＷＭインバータ１０４は、前記アシストトルクを発生させるよう、ブラシレスモータ５を通電する。このように、主演算手段１０１では、ブラシレスモータ５に通電された電流値が前記アシストトルクを発生させるための所望の値となるように、ＦＥＴドライバ１０３へＰＷＭ制御信号を送り、制御を行っている。

副演算手段１０２は、第１監視手段１０６を含む。第１監視手段１０６は、第１の動作状態において、主演算手段１０１に対して、主演算手段１０１が異常な状態に陥っていないかを常時監視する。主演算手段１０１と副演算手段１０２とは、通信により、入力信号の相互チェックや、種々演算結果のチェック等を互いに行う。それらのチェックで異常を検出した場合は、モータ制御を停止し、主演算手段１０１のリセットを行う。

次に、ＩＧスイッチ１０がオフし、主演算手段１０１によるモータ制御が停止している第２の動作状態について説明をする。

主演算手段１０１が、第１の動作状態から第２の動作状態へ移行する際、主演算手段１０１が演算していたモータ回転角度を副演算手段１０２と通信して、主演算手段１０１から副演算手段１０２へ渡す。第２の動作状態では、受け取ったモータ回転角度をもとに、副演算手段１０２が、レゾルバ６からのモータ回転角度信号からのモータ回転角度の演算を継続する。

つまり、副演算手段１０２は、第１の動作状態では主演算手段１０１を監視し、第２の動作状態では、モータ回転角度の演算を継続することとなる。また、第１の動作状態および第２の動作状態は、ＩＧスイッチ１０からの信号のオン／オフで切り替わる。

また、副演算手段１０２を、モノリシックＩＣ２００の第２監視手段２０１によって異常の有無を監視することで、回転角度演算に対しての信頼性向上を実現する。この監視手段２０１による監視の内容としては、ウインドウウォッチドッグタイマー、パワーオンリセット、低電圧検出、種々演算結果のチェック等がある。異常を検出した場合は副演算手段１０２のリセットを行う。

また、第１の動作状態において、副演算手段１０２は、モータ回転角を主演算手段１０１とは独立して演算することも可能である。これにより、主演算手段１０１と副演算手段１０２によって２重にモータ回転角度を演算することになり、モータ回転角度演算に対して冗長性を確保することができ、モータ角度検出に対して信頼性が向上する。

また、レゾルバＩ／Ｆ第１回路１０５とレゾルバ６の励磁コイルとの間には、遮断回路２０５が設けられている。第２の動作状態では、レゾルバＩ／Ｆ第１回路１０５の電源（第１電源３０１）が切られるため、遮断回路２０５により、レゾルバＩ／Ｆ第１回路１０５とレゾルバ６の励磁コイル間を遮断する。これにより、モノリシックＩＣ２００のレゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２が、影響なく、励磁動作を継続できる。

ところで、第２の動作状態とは、ＩＧスイッチ１０によってモータ制御が停止している期間であるため、電動パワーステアリングシステムを搭載している車両側においては、エンジンを停止している期間となることが想定される。エンジンが停止している期間は、バッテリーに対して充電が行われないこととなる。従って、副演算手段１０２における消費電流が多いと、ＩＧスイッチオフ中にバッテリー電圧が下がり、ＩＧスイッチ再投入時におけるエンジンの起動性を損ないかねない。また、電気自動車やハイブリッド自動車においても、システムが起動できない恐れもある。このような理由から、消費電流の低減は必要不可欠である。

以下、消費電流を下げる方法について説明する。
まずは、副演算手段１０２の電源を変更する方法について説明する。
図２に示すように、バッテリー９を元電源とする２つの定電圧レギュレータとして、第１電源３０１と第２電源３０２とを用意する。この時、第２電源３０２は、第１電源３０１に比べて、出力電流が小さくても良いので、極力、消費電流が少ない電源を使用する。

第２の動作状態においては、副演算手段１０２は、消費電流を下げるために、第２電源３０２を用いて演算を行う。このことより、第２の動作状態では、副演算手段１０２の電源を消費電流の少ない第２電源３０２を用いることにより、消費電流を低減させることができる。

また、第１の動作状態では、副演算手段１０２は第１電源３０１、第２電源３０２のどちらを用いてもよいが、主演算手段１０１と副演算手段１０２は、両方とも、第１電源３０１を用いることとする。

このことにより、主演算手段１０１を監視する目的を持つ副演算手段１０２は、第１の動作状態では、主演算手段１０１と同じ第１電源３０１を用いることで、例えば、ＡＤコンバータの参照電圧を合わせることが可能となり、主演算手段１０１と副演算手段１０２の間のＡＤコンバータの誤差も低減することができ、監視の誤判定低減につながる。

次に、図３を用いて、消費電流を下げるために、副演算手段１０２の演算周期を変更する方法について説明する。

図３において、ここで、第１の動作状態での励磁信号を第１励磁信号、第２の動作状態での励磁信号を第２励磁信号と呼ぶ。また、４００は、第１励磁信号における演算周期で、以下では、第１演算周期と呼ぶ。４０１は、第２励磁信号における演算周期で、以下では、第２演算周期と呼ぶ。レゾルバ６に印加される第１および第２励磁信号は、それぞれ、図３に示すような、第１演算周期および第２演算周期で印加されるパルス信号である。

本実施の形態では、第２の動作状態での副演算手段１０２の第２演算周期４０１を、第１の動作状態の主演算手段１０１の第１演算周期４０１より長い周期に変更する。これにより、消費電流の低減を実現する。

副演算手段１０２は、上記のように演算周期が長い場合には、副演算手段１０２を構成するＣＰＵ等の回路の動作が遅くてもよい。そのため、上記回路の動作クロック周波数を下げることにより、消費電流をさらに低減することが可能となる。

また、レゾルバ６への励磁期間を短くすると、レゾルバ６の励磁コイルに流れる電流を低減でき、消費電流の低減となる。そのため、図３に示されるように、レゾルバ６への励磁信号は、第２演算周期４０１に合わせ、かつ、オフの期間を長くとるようにする。因みに、第１演算周期４００では、励磁信号のオン／オフの期間は同じ長さとなっている。

ここで、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２の励磁回路への電源供給を、図３に示すように、第２励磁信号のオフ期間に遮断することで、消費電流をさらに低減できる。なお、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２は、図２に示すように、励磁回路、受信回路、および、サンプルホールド手段からなる。

以下では、第１の動作状態でのレゾルバＩ／Ｆ第１回路１０５が行っている励磁動作を、正規励磁と呼び、第２の動作状態にレゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２が行っている間欠的な周期での励磁動作を間欠励磁と呼ぶ。

また、正規励磁および間欠励磁によって駆動されるレゾルバ６には、励磁コイル（図示せず）と２つの検出コイル（図示せず）が備わっており、検出コイルは励磁コイルに対し、互いに位相が９０度異なるように搭載されている。

図２に示すように、第１の動作状態では、主演算手段１０１から出力される第１励磁信号が、第１ＬＰＦ１０７を介して、レゾルバＩ／Ｆ第１回路１０５に入力される。レゾルバＩ／Ｆ第１回路１０５では、入力された波形とレゾルバ６との間におけるインピーダンスの変換を行う。その結果、レゾルバ６には、図３に示す、第１励磁信号（第１ＬＰＦ後）が入力され、正規励磁動作が行われる。

一方、第２の動作状態は、副演算手段１０２によって消費電流を下げるために間欠励磁が行われる。図２に示すように、副演算手段１０２から出力される第２励磁信号は、第２ＬＰＦ２０６を介して、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２へ入力される。レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２では、入力された波形とレゾルバ６との間におけるインピーダンスの変換を行う。その結果、レゾルバ６への印加電圧は、図３に示す、第２励磁信号（第２ＬＰＦ後）となり、間欠励磁動作が行われる。

レゾルバ６が、第２励磁信号（第２ＬＰＦ後）により間欠励磁されると、レゾルバ６の前記２つの検出コイルには、レゾルバ６の回転角に応じて振幅が変調された検出波形が取り出される。検出波形は、２つの検出コイルの位相が互いに９０度異なっているため、各々の振幅はレゾルバ６の回転角に対して正弦と余弦を成している。この検出コイルの検出電圧の余弦をＸとし、正弦をＹとして、ＸＹ面上に現すと、図５に示すリサージュ円が得られる。図５に示す様に、検出電圧の正負の組み合わせから、レゾルバ６の回転角の１回転を９０度ごとに４つの領域に分割することができる。正弦と余弦が共に正である領域は第一象限、正弦が正で余弦が負の領域は第２象限、正弦と余弦が共に負である領域は第３象限、正弦が負で余弦が正の領域は第４象限とする。なお、ここでは、説明のために、象限に１から４の名前をつけているが、この限りである必要はない。この様に２つの検出コイルの検出電圧の正負の組み合わせにより、レゾルバ６の１回転を９０度毎に４つの領域に区分できる。

ブラシレスモータ５が象限を第１、第２、第３、第４の順に遷移した場合を方向１とする。また、方向１の逆方向を、方向２とする。ブラシレスモータ５が、方向２に回転している場合、象限は第４、第３、第２、第１の順に遷移する。従って、間欠励磁の周期毎にこの象限の状態を監視し、第４象限から第１象限に遷移した時に回転数カウンタを＋１し、第１象限から第４象限に遷移した時に回転数カウンタを−１する事によりモータ回転数を計測できる。

また、間欠励磁動作をしている時は、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２による励磁動作は間欠的であるため、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２のサンプルホールド手段によるサンプルホールドのタイミングを、第２励磁信号がオンからオフに変わる時に合わせる。これにより、励磁をオフした後の波形ではなく、励磁をオンしている時の検出コイルの検出電圧ピーク値をサンプルホールドできることになる。

ところで、第２演算周期を長くする程、第２の動作状態における消費電流を下げることができる。しかしながら、ブラシレスモータ５が、第２演算周期で計測できるモータ回転角速度の限界を超えると、レゾルバ６の回転角の象限判定を読み飛ばすことになる。その結果、モータ回転角度が異常になってしまう。このように、ブラシレスモータ５の回転角度の読み飛ばしが発生すると、モータ回転角度の誤差、つまり、操舵軸２の角度の誤差が発生する。これは、舵角センサとしては発生してはならない問題である。そこで、本実施の形態では、ブラシレスモータ５が第２演算周期４０１で計測できるモータ回転角速度の限界を超える前に、図４に示すように、第２演算周期４０１を、モータ回転角度の読み飛ばしが発生することがない短い周期へと切り替える。ブラシレスモータ５の回転角速度の限界の判定のために、モータ回転状態検出手段２０３を用いる。

モータ回転状態検出手段２０３は、ブラシレスモータ５の誘起電圧を用いて、回転状態の判定を行う。ブラシレスモータ５の誘起電圧は、回転数が上がる程、大きくなるので、第２演算周期の切り替え判定に用いることができる。すなわち、ブラシレスモータ５の誘起電圧と所定の閾値とを比較して、誘起電圧が閾値を超えたときに、第２演算周期４０１を短い周期に切り替える。このようにして、第２の演算周期を、ブラシレスモータ５の誘起電圧が大きいほど、短くする。それにより、第２の演算周期を、ブラシレスモータ５の回転数（回転速度）が大きいほど、短くすることができる。

ここで、ブラシレスモータ５の誘起電圧を上記判定に用いるために、図２の整流回路２０４を用いる。整流回路２０４は、例えば、図６にあるような、ダイオードを用いた整流回路を用いる。整流をしない場合は、誘起電圧は３相を合計すると打ち消されてゼロになるが、整流回路２０４によって整流されることで、判定電圧として用いることが可能となる。図６に示すように、ブラシレスモータ５を構成する３相交流モータの誘起電圧は、モータ電気角１周期につき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、と３相の誘起電圧のピークがある。この内の１相のみを判定に使う場合より、３相を整流した電圧の方が、３相のうち、他相に比べて大きい相の誘起電圧で判定することができるため、より早く、ブラシレスモータ５の回転角速度の変化を読み取ることが可能となる。これにより、第２演算周期を長くすることができ、消費電流低減効果が向上する。

図６では、整流回路２０４として、半波整流回路を例示しているが、より早い判定が必要となる場合には、全波整流回路を用いることも可能である。

また、図２に示すように、整流回路２０４には、モータ回転状態検出手段２０３が接続されている。モータ回転状態検出手段２０３は、図６に示すように、増幅回路２０３ａとコンパレータ回路２０３ｂとを有している。増幅回路２０３ａの増幅率は、モノリシックＩＣ２００に接続される抵抗器（図示せず）の抵抗値により設定される。増幅回路２０３ａから出力される誘起電圧とコンパレータ回路２０３ｂに予め設定された所定の判定閾値（所定のバンドギャップ電圧）との比較により、ブラシレスモータ５の回転状態の判定を行う。

まず、副演算手段１０２の第２演算周期を長くするために、整流回路２０４による整流後の誘起電圧を、増幅回路２０３ａによって増幅する。これにより、ブラシレスモータ５の誘起電圧が低い、つまり、ブラシレスモータ５が低回転の状態でも、読み飛ばしが発生するかどうかを判定することが可能となる。これにより、第２演算周期をより長くすることが可能となる。また、ブラシレスモータ５によっては、誘起電圧定数が異なるため、その差異を、増幅回路２０３ａのゲインで調整することも可能である。

さらに、増幅回路２０３ａによる増幅後の誘起電圧を、コンパレータ回路２０３ｂへと入力する。コンパレータ回路２０３ｂには、予め所定の判定閾値が設定されている。コンパレータ回路２０３ｂに入力された誘起電圧が、判定閾値を超えた時、第２演算周期を切り替える。また、コンパレータ回路２０３ｂの入力は、ヒステリシスを設ける。整流回路２０４として、前記半波整流回路を用いた場合には、脈流の振幅よりもヒステリシス幅を広く設定するべく、図８に示す、コンパレータ回路２０３ｂへの入力ヒステリシスの幅を、下式のように設定することで、チャタリングが防止できる。

Ｖｔｈ＿ｈｉｇｈ ＞ Ｖｈｔ＿ｌｏｗ × ２

このように、モータ回転状態判定手段２０３は、整流後のモータ誘起電圧を増幅する増幅回路２０３ａと、ヒステリシスを持つコンパレータ回路２０３ｂとからなる。

また、図２に示す本実施の形態では、第２監視手段２０１、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２、および、モータ回転状態検出手段２０３を、モノリシックＩＣ２００としている。これにより実装時の面積を小さくすることができる。

モノリシックＩＣ２００として構成した場合に、コンパレータ回路２０３ｂの判定閾値は、バンドギャップの制約を受けてしまい、モータ特性が異なるシステムでの判定の場合に適用できなくなる可能性があるが、増幅回路２０３ａによって、整流後のモータ誘起電圧と、判定閾値との差をゲインで調整することで、適用可能となる。

以下に、本実施の形態１に係るモータ制御装置の効果について説明する。

上述のように、本実施の形態１に係るモータ制御装置は、ブラシレスモータ５の回転角度を検出するためのレゾルバ６（モータ回転角度検出手段）と、主演算手段１０１および副演算手段１０２を有するコントローラ４とを備えている。主演算手段１０１は、ブラシレスモータ５を制御するための演算をする第１の動作状態と、当該演算をしていない第２の動作状態をとる。副演算手段１０２は、第１の動作状態においては、主演算手段１０１を監視し、第２の動作状態においては、モータ回転角度の演算をする。この構成により、主演算手段１０１がモータ制御を停止しても、副演算手段１０２により、モータ回転角度の検出を継続することが出来る。また、主演算手段１０１のモータ制御の演算負荷に比べ、副演算手段１０２のモータ回転角度演算の演算負荷が十分小さいので、主演算手段１０１と比べ、副演算手段１０２の消費電流が低減可能となり、第２の動作状態の消費電流を抑制することができる。以上により、モータ制御が停止している期間においても、低消費電流でモータ回転角度の演算を継続することが可能となる。

また、第１および第２の動作状態において副演算手段１０２を監視するための第２監視手段２０１を、コントローラ４の外部に設けるようにしたので、副演算手段１０２の信頼性が向上する。

また、第１電源３０１と、第１電源３０１より消費電流が少ない第２電源３０２とを備え、第２の動作状態では、主演算手段１０１は停止状態となり、副演算手段１０２は第２電源３０２から電力を供給される。これにより、第２の動作状態においては、第１電源３０１より消費電流が小さい第２電源３０２へ切り替えることで、消費電流を低減可能となる。

また、第１の動作状態では、主演算手段１０１および副演算手段１０２は、共に、第１電源３０１から電力を供給されるようにすると、第１の動作状態において、主演算手段１０１および副演算手段１０２がともに同じ電源を用いることとなり、電圧レベルを統一して監視を行うことが可能となり、誤判定を低減する。

また、主演算手段１０１は、第１の動作状態では、第１演算周期にてモータ回転角度の演算を行い、副演算手段１０２は、第２の動作状態では、第１の演算周期より長い第２演算周期にて、レゾルバ６からのモータ回転角度信号に基づいてモータ回転角度の演算を行う。このように、第２の動作状態において、第１の動作状態の第１演算周期より長い第２演算周期にてモータ回転角度の演算を行うことで、消費電流が低減可能となる。

また、ブラシレスモータ５の回転角度を検出するためのモータ回転角度検出手段として、レゾルバ６を用い、レゾルバ６の励磁信号は、第２演算周期に同期したパルス信号で、かつ、当該励磁信号のオンの時間をオフの時間より短くすることで、消費電流を低減可能となる。

また、レゾルバ６からのモータ回転角度信号のサンプルホールドを行うサンプルホールド手段を備え、サンプルホールド手段は、上記パルス信号がオン直後にサンプルし、オフする直前にホールドする。これにより、上記パルス信号のパルス幅や印加タイミングと関係なく、レゾルバ６からのモータ角度信号を得ることができる。

また、第２演算周期を、ブラシレスモータ５の回転速度が大きいほど短くするようにしたので、モータ回転速度が小さい場合に演算周期を長くしておくことができるため、消費電流を低減することが可能となる。

また、第２演算周期を、ブラシレスモータ５の誘起電圧が大きいほど短くするようにしたので、ブラシレスモータ５の誘起電圧でモータ回転速度を判定することで、モータ回転速度を検出するための新たなセンサが不要となる。

また、第２監視手段２０１と、レゾルバ６に励磁信号を印加するための励磁回路と、レゾルバ６からのモータ角度信号を副演算手段１０２に入力するための受信回路と、サンプルホールド手段と、ブラシレスモータ５の誘起電圧によってモータ回転状態を判定するモータ回転状態検出手段２０３とを、１つのモノリシックＩＣ２００として構成するようにしたので、基板上での実装面積が小さくでき、部品点数も削減可能となる。

また、モータ回転状態検出手段は、ブラシレスモータ５の誘起電圧を増幅する増幅回路２０３ａを備え、モノリシックＩＣ２００に接続される抵抗器（図示せず）の抵抗値により、増幅回路２０３ａの増幅率を設定し、増幅回路２０３ａの出力電圧とモノリシックＩＣ２００内部に設定された所定のバンドギャップ電圧の比較により、ブラシレスモータ５の回転状態の判定を行うようにした。このようにモノリシックＩＣ２００を用いた場合、判定閾値の設定にバンドギャップの制約がある場合や、モータ特性の差異が発生した場合においても、適切な判定閾値をＩＣ外部から設定できる。

また、本実施の形態に係るモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に利用することで、演算されたモータ回転角度から、操舵角を演算することが可能となる。

実施の形態２．
以下、本発明を電動パワーステアリングシステムに適用した実施の形態２について、図９を用いて説明する。図９において、図１および図２と同一または相当する部分に付いては同一符号を付している。

図９に示すように、本実施の形態２では、実施の形態１の主演算手段１０１と副演算手段１０２とが、一つの演算手段１００を構成している。本構成は、演算手段を一つにすることで、コストおよび実装面積削減に寄与する。ただし、演算手段１００が、ブラシレスモータを制御できるだけの能力および低消費電力であることが必要不可欠である。なお、本実施の形態においては、図２に示した第１監視手段１０６は設けられていない。他の構成は、図２と同じであるため、ここでは説明を省略する。

なお、図９に示した構成において、本実施の形態に係るモータ制御装置は、コントローラ４、モノリシックＩＣ２００、レゾルバ６、整流回路２０４、遮断回路２０５、第２ＬＰＦ２０６、第１電源３０１、および、第２電源３０２から、構成されている。但し、これらの構成はすべて設ける必要はなく、必要に応じて、適宜設けるようにしてもよい。

本実施の形態２のモータの制御については、演算手段１００が、図２に記載の主演算手段１０１が行っているモータ制御と同じモータ制御を行う。

まずは、ＩＧスイッチ１０がオンし、演算手段１００によるモータ制御を行う第１の動作状態について説明をする。

コントローラ４は、ＩＧスイッチ１０からのＩＧオン信号を受け取り、演算手段１００がモータ制御を行う。演算手段１００は、ＩＧオン信号を受け取った後は、前述の通り、モータの回転角度を検出するレゾルバ６からのモータ回転角度信号をもとに、トルクセンサ３が検出したトルクに応じたアシストトルクを発生させるために、ＦＥＴドライバ１０３へＰＷＭ制御信号を送る。ＦＥＴドライバ１０３からの信号によって、ＰＷＭインバータ１０４は、前記アシストトルクを発生させるようブラシレスモータ５を通電する。演算手段１００では、ブラシレスモータ５に通電された電流値が前記アシストトルクを発生させるための所望の値となるようにＦＥＴドライバ１０３へと信号を送り制御を行っている。

また、この第１の動作状態においては、実施の形態１と同様に、レゾルバＩ／Ｆ第１回路１０５によって、正規励磁することによって、モータ回転角度信号を得る。

次に、ＩＧスイッチ１０がオフし、演算手段１００によるモータ制御が停止している第２の動作状態について説明をする。

第２の動作状態では、演算手段１００は、演算負荷の大きいモータ制御は停止するが、演算負荷の小さいモータ回転角度の演算は継続する。こうして、演算負荷の軽い処理のみを継続することになるので、消費電流が小さいモードでモータ回転角度を演算可能となる。

また、第２の動作状態においては、実施の形態１と同様に、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２を用いて間欠励磁を行うことで、モータ回転角度信号を得る。

また、演算手段１００に対しては、第１の動作状態、かつ、第２の動作状態において、第２監視手段２０１によって、演算手段１００の異常を監視をすることで、回転角度演算に対しての信頼性向上を実現する。監視手段２０１による監視の内容としては、ウインドウウォッチドッグタイマー、パワーオンリセット、低電圧検出、種々演算結果のチェック等がある。異常を検出した場合は、演算手段１００のリセットを行う。

演算手段１００は、第２監視手段２０１によって、第１の動作状態、かつ、第２の動作状態において監視されているため、モータ回転角度に対しての信頼性を向上させることが可能となっている。

次に、消費電流を下げる方法について説明する。

まずは、演算手段１００の電源を変更する方法について説明する。
ＩＧスイッチ１０によって演算手段１００がモータ制御を停止している第２の動作状態においては、演算手段１００は、消費電流を下げるために、第２電源３０２を用いて演算を継続する。

次に、消費電流を下げるため、演算手段１００の演算周期を変更する方法について説明する。
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、図３に示すように、第２の動作状態での演算手段１００の演算周期を、第１の動作状態の演算手段１００の第１演算周期より長い第２演算周期に変更することにより、消費電流の低減を実現する。なお、第１演算周期および第２演算周期については、実施の形態１で説明したものと同じとする。

モータ回転角度検出手段であるレゾルバ６を用いての間欠励磁動作については、実施の形態１と同様である。

ところで、第２演算周期を長くする程、消費電流は低減できるのだが、実施の形態１と同様に、モータが第２演算周期で計測できるモータ回転角速度の限界を超えると、モータ回転角度を読み飛ばすことになってしまう。そこで、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、演算手段１００の演算周期を長くした時に、ブラシレスモータ５が第２演算周期で計測できるモータ回転角速度の限界を超える前に、図４に示すように、第２演算周期を短い周期へと切り替える。そのモータの回転角速度の判定のために、モータ回転状態検出手段２０３を用いる。

モータ回転状態検出手段２０３の動作は、前記実施の形態１と同様である。

また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、図９に示すように、第２監視手段２０１、レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２、および、モータ回転状態検出手段２０３を、１つのモノリシックＩＣ２００とすることで、実装時の面積を小さくすることができる。レゾルバＩ／Ｆ第２回路２０２は、実施の形態１と同様に、励磁回路、受信回路、および、サンプルホールド手段からなる。また、モータ回転状態検出手段２０３は、整流後の誘起電圧を増幅する増幅回路と、ヒステリシスを持つコンパレータ回路とからなる。

以上のように、本実施の形態２においても、上述した実施の形態１の効果と同じ効果が得られ、すなわち、モータ制御が停止している期間においても、信頼性を確保しながら、低消費電流でモータ回転角度の演算を継続することが可能となる。また、本実施の形態２では、演算手段として用いるマイコンを一個にしたため、コスト削減および実装面積削減が可能となる。

１ ハンドル、２ 操舵軸、３ トルクセンサ、４ コントローラ、５ ブラシレスモータ、６ レゾルバ、７ 外部機器、８ 車軸、９ バッテリー、１０ ＩＧスイッチ、 １１ 減速ギア、１２ 通信ライン、１００ 演算手段、１０１ 主演算手段、１０２ 副演算手段、１０３ ＦＥＴドライバ、１０４ ＰＷＭインバータ、１０５ レゾルバＩ／Ｆ第１回路、１０６ 第１監視手段、１０７ 第１ＬＰＦ、２００ モノリシックＩＣ、 ２０１ 第２監視手段、２０２ レゾルバＩ／Ｆ第２回路、２０３ モータ回転状態検出手段、２０４ 整流回路、２０５ 遮断回路、２０６ 第２ＬＰＦ。

Claims (14)

1. モータの回転角度を検出するためのモータ回転角度信号を出力するモータ回転角度検出手段と、
   前記モータの制御を行う演算手段と、
   前記演算手段の異常の有無を検出する監視手段と
   を備え、
   前記演算手段は、２つの動作状態を有し、
   当該動作状態のうちの一つは、前記モータ回転角度検出手段からのモータ回転角度信号に基づいて前記モータの回転角度の演算を行い、演算した前記モータの回転角度に基づいて前記モータの制御を行う第１の動作状態であり、
   当該動作状態のうちの他方は、前記モータの制御は停止し、前記モータ回転角度検出手段からのモータ回転角度信号に基づいて前記モータの回転角度の演算のみを行う第２の動作状態である
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記演算手段は、主演算手段と副演算手段とから構成され、
   前記演算手段は、
   前記第１の動作状態において、前記主演算手段を用いて、前記モータ回転角度検出手段からのモータ回転角度信号に基づいて前記モータの回転角度の演算を行い、演算した前記モータの回転角度に基づいて前記モータの制御を行い、
   前記第２の動作状態において、前記主演算手段の動作を停止し、前記副演算手段を用いて、前記モータ回転角度検出手段からのモータ回転角度信号に基づいて前記モータの回転角度の演算を行い、
   前記監視手段は、前記副演算手段内に設けられ、
   前記副演算手段は、前記第１の動作状態において、前記監視手段を用いて、前記主演算手段の異常の有無を監視する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記監視手段は、第１監視手段と第２監視手段とから構成され、
   前記第１監視手段は、前記副演算手段内に設けられ、
   前記副演算手段は、前記第１の動作状態において、前記第１監視手段を用いて、前記主演算手段の異常の有無を監視し、
   前記第２監視手段は、前記副演算手段の外部に設けられ、前記第１の動作状態および前記第２の動作状態において、前記副演算手段の異常の有無を監視する
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記主演算手段および前記副演算手段に電力を供給するための第１の電源と、
   前記第１の電源より消費電流が少ない第２の電源と
   をさらに備え、
   前記副演算手段は、前記第２の動作状態においては、前記第２の電源から電力が供給される
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のモータ制御装置。
5. 前記第１の電源は、前記第１の動作状態において前記主演算手段および前記副演算手段に電力を供給し、前記第２の動作状態においては前記主演算手段および前記副演算手段のいずれにも電力を供給しない
   ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記演算手段に電力を供給するための第１の電源と、
   前記第１の電源より消費電流が少ない第２の電源と
   をさらに備え、
   前記演算手段は、前記第１の動作状態においては、前記第１の電源から電力が供給され、前記第２の動作状態においては、前記第２の電源から電力が供給される
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
7. 前記演算手段は、前記第１の動作状態では、所定の第１演算周期にて、前記モータの回転角度の演算を行い、前記第２の動作状態では、所定の第２演算周期にて、前記モータの回転角度の演算を行い、
   前記第２の演算周期は、前記第1の演算周期より長い
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 前記モータ回転角度検出手段はレゾルバから構成され、前記レゾルバに印加される励磁信号はパルス信号であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
9. 前記レゾルバからのモータ回転角度信号のサンプルホールドを行うサンプルホールド手段をさらに備え、
   前記サンプルホールド手段は、前記パルス信号がオン直後にサンプルし、オフする直前にホールドする
   ことを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。
10. 前記第２演算周期を、前記モータの回転速度が大きいほど短くすることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
11. 前記第２演算周期を、前記モータの誘起電圧が大きいほど短くすることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
12. 前記監視手段の少なくとも一部と、前記レゾルバに前記励磁信号を印加するための励磁回路と、前記レゾルバからのモータ回転角度信号を受信するための受信回路と、前記サンプルホールド手段と、前記モータの誘起電圧に基づいて前記モータの回転状態を判定するモータ回転状態検出手段とを、１つのモノリシックＩＣとして構成することを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
13. 前記モータ回転状態検出手段は、前記モータの誘起電圧を増幅する増幅回路を備え、前記モノリシックＩＣに接続される抵抗器の抵抗値により前記増幅回路の増幅率を設定し、前記増幅回路の出力電圧と予め設定された所定の閾値との比較により、前記モータの回転状態の判定を行うことを特徴とする請求項１２に記載のモータ制御装置。
14. 前記モータ制御装置は電動パワーステアリング装置に搭載されるものであって、
    前記電動パワーステアリング装置は、前記モータ制御装置が演算した前記モータの回転角度から操舵角を演算することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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