JP2017221039A - 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】温度を精度よく推定可能である回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置10のインバータ11、12は、モータ80の巻線組ごとに対応して設けられる。制御部20は、物理量比較部41、温度推定部45、および、応答関数設定部42を有する。物理量比較部41は、それぞれの巻線組に供給される電力に応じた物理量に係る値である物理量値を比較する。温度推定部45は、系統ごとの温度である系統温度Hnを推定する。応答関数設定部42は、物理量値の比較結果に応じ、系統温度Hnの推定に用いられるパラメータであるゲインKnおよび時定数τnを変更する。これにより、系統間の製造ばらつきや経年劣化によるばらつきに応じ、系統温度Hnを精度よく推定することができる。【選択図】 図3

Description

本発明は、回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
従来、モータコイル温度の推定方法が知られている。例えば特許文献1では、モータのコイルに通電される電流の自乗値を通電した時間に亘り積分した後に平均化して得られた値を第1の一次遅れ関数に入力し、さらに第1の一次遅れ関数の出力を第2の一次遅れ関数に入力し、第1の一次遅れ関数の出力と第2の一次遅れ関数の出力との加算値を用いてモータコイルの温度を推定している。
特許第4483298号
特許文献1では、一次遅れ関数を特定する時定数やゲインを、実測によって調整して決定している。すなわち特許文献1では、実測によって決定された時定数やゲインを温度推定演算に継続して使用しており、経年劣化等が考慮されていない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度を精度よく推定可能である回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明の回転電機制御装置は、複数の巻線組(81、82)を有する回転電機(80)の駆動を制御するものであって、複数のインバータ(11、12)と、制御部(20)と、を備える。
インバータは、巻線組ごとに対応して設けられる。
ここで、巻線組、および、巻線組ごとに対応して設けられる部品の組み合わせを「系統」とする。
制御部は、物理量比較部(41、61)、温度推定部(45)、および、パラメータ変更部(42、62)を有する。
物理量比較部は、それぞれの巻線組に供給される電力に応じた物理量に係る値である物理量値を比較する。温度推定部は、系統ごとの温度である系統温度を推定する。パラメータ変更部は、物理量値の比較結果に応じ、系統温度の推定に用いられるパラメータを変更する。
本発明では、物理量値を比較し、比較結果に応じて系統温度の推定に用いられるパラメータが変更されるので、系統間の製造ばらつきや経年劣化によるばらつきに応じ、系統温度を精度よく推定することができる。
本発明の第1実施形態によるステアリングシステムの概略構成図である。 本発明の第1実施形態によるモータ制御装置を示す回路図である。 本発明の第1実施形態による制御部を説明するブロック図である。 本発明の第1実施形態による温度推定および電流制限を説明するブロック図である。 本発明の第1実施形態による応答定数設定処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による推定温度を説明する説明図である。 本発明の第2実施形態による制御部を説明するブロック図である。 本発明の第2実施形態による応答定数設定処理を説明するフローチャートである。 本発明の第3実施形態による応答定数設定処理を説明するフローチャートである。 本発明の第4実施形態による応答定数設定処理を説明するフローチャートである。
以下、本発明による回転電機制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図6に示す。
図1に示すように、回転電機制御装置としてのモータ制御装置10は、回転電機としてのモータ80とともに、運転者によるステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置8に適用される。
図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム90の構成を示す。ステアリングシステム90は、操舵部材であるステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、および、電動パワーステアリング装置8等を有する。
ステアリングホイール91は、ステアリングシャフト92と接続される。ステアリングシャフト92には、運転者がステアリングホイール91を操作することにより入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ94が設けられる。ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
運転者がステアリングホイール91を回転させると、ステアリングホイール91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換される。一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
電動パワーステアリング装置8は、モータ80、モータ80の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える減速ギア89、および、モータ制御装置10等を備える。本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、所謂「コラムアシストタイプ」であるが、モータ80の回転をラック軸97に伝える所謂「ラックアシストタイプ」としてもよい。すなわち、本実施形態では、ステアリングシャフト92が「駆動対象」に対応するが、ラック軸97を「駆動対象」としてもよい。
モータ80は、運転者によるステアリングホイール91の操舵を補助する補助トルクを出力するものであって、電源としてのバッテリ5(図2参照)から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア89を正逆回転させる。
図2に示すように、モータ80は、3相ブラシレスモータであって、2組の巻線組81、82を有する。
第1巻線組81は、第1U相コイル811、第1V相コイル812、および、第1W相コイル813を有する。コイル811、812、813は、一端が第1インバータ11と接続され、他端が結線される。
第2巻線組82は、第2U相コイル821、第2V相コイル822、および、第2W相コイル823を有する。コイル821、822、823は、一端が第2インバータ12と接続され、他端が結線される。
本実施形態では、第1巻線組81と第2巻線組82とは、所定の電気角(例えば30°)分、ずれて配置され、巻線組81、82には、電気角のずれに応じて位相をずらした電力が供給される。
モータ制御装置10は、第1インバータ11、第2インバータ12、温度検出部16、17、および、制御部20等を備える。
第1インバータ11は、第1巻線組81に対応して設けられ、第2インバータ12は、第2巻線組82に対応して設けられる。以下、第1巻線組81、および、第1巻線組81に対応して設けられる第1インバータ11等の組み合わせを第1系統とする。また、第2巻線組82、および、第2巻線組82に対応して設けられる第2インバータ12等の組み合わせを第2系統とする。以下適宜、第1系統に係る構成等に「第1」、第2系統に係る構成等に「第2」を付す。また、第1系統に係るパラメータ等に、添え字の「1」を付し、第2系統に係るパラメータ等に、添え字の「2」を付す。
第1インバータ11は、3相インバータであり、スイッチング素子111〜116を有する。スイッチング素子111〜113が高電位側に接続され、スイッチング素子114〜116が低電位側に接続される。
対になるU相のスイッチング素子111、114の接続点は、第1U相コイル811に接続される。対になるV相のスイッチング素子112、115の接続点は、第1V相コイル812に接続される。対になるW相のスイッチング素子113、116の接続点は、第1W相コイル813に接続される。
第2インバータ12は、3相インバータであり、スイッチング素子121〜126を有する。スイッチング素子121〜123が高電位側に接続され、スイッチング素子124〜126が低電位側に接続される。
対になるU相のスイッチング素子121、124の接続点は、第2U相コイル821に接続される。対になるV相のスイッチング素子122、125の接続点は、第2V相コイル822に接続される。対になるW相のスイッチング素子123、126の接続点は、第2W相コイル823に接続される。
本実施形態では、スイッチング素子111〜116、121〜126は、MOSFETであるが、IGBTやサイリスタ等を用いてもよい。
スイッチング素子111〜113の高電位側を接続する高電位ラインLp1は、バッテリ5の正極に接続される。高電位ラインLp1には、電源リレー71が設けられる。スイッチング素子121〜123の高電位側を接続する高電位ラインLp2は、バッテリ5の正極に接続される。高電位ラインLp2には、電源リレー72が設けられる。電源リレー71、72は、メカリレーであってもよいし、スイッチング素子111等と同様、MOSFET等であってもよい。なお、電源リレー71、72としてMOSFETを用いる場合、バッテリ5が誤って逆向きに接続されたときに逆向きの電流が流れるのを避けるべく、寄生ダイオードの向きが反対向きとなるように接続される逆接保護リレーを設けることが望ましい。
コンデンサ73は、インバータ11、12と並列に接続される。
第1電流検出部13は、電流検出素子131〜133を有する。電流検出素子131は、スイッチング素子114とグランドラインLg1との間に設けられ、第1U相コイル811に流れる第1U相電流Iu1を検出する。電流検出素子132は、スイッチング素子115とグランドラインLg1との間に設けられ、第1V相コイル812に流れる第1V相電流Iv1を検出する。電流検出素子133は、スイッチング素子116とグランドラインLg1との間に設けられ、第1W相コイル813に流れる第1W相電流Iw1を検出する。
第2電流検出部14は、電流検出素子141〜143を有する。電流検出素子141は、スイッチング素子124とグランドラインLg2との間に設けられ、第2U相コイル821に流れる第2U相電流Iu2を検出する。電流検出素子142は、スイッチング素子125とグランドラインLg2との間に設けられ、第2V相コイル822に流れる第2V相電流Iv2を検出する。電流検出素子143は、スイッチング素子126とグランドラインLg2との間に設けられ、第2W相コイル823に流れる第2W相電流Iw2を検出する。
本実施形態では、電流検出素子131〜133、141〜143は、シャント抵抗であるが、ホール素子等としてもよい。電流検出部13、14の検出値は、制御部20に出力される。
第1インバータ11および第2インバータ12は、ヒートシンク15に放熱可能に設けられる(図4参照)。
図2および図4に示すように、第1温度検出部16は、例えば第1インバータ11の各素子が配置される領域に設けられ、ヒートシンク15の第1インバータ11が設けられる領域の温度を検出する。第1温度検出部16にて検出される温度を、第1温度検出値H1_snsとする。
第2温度検出部17は、例えば第2インバータ12の各素子が配置される領域に設けられ、ヒートシンク15の第2インバータ12が設けられる領域の温度を検出する。第2温度検出部17にて検出される温度を、第2温度検出値H2_snsとする。
第1温度検出値のH1_snsは、第1系統における過渡温度上昇におけるベース温度として扱われ、第2温度検出値H2_snsは、第2系統における過渡温度上昇におけるベース温度として扱われる。
図4では、模式的に、ヒートシンク15の両側にインバータ11、12が設けられているものとして記載しているが、インバータ11、12をヒートシンク15の同一面側にて系統毎に領域を分けて配置してもよい。また、図2および図4では、温度検出部16、17は、インバータ11、12内に記載されているが、系統ごとのベース温度を検出可能な領域に配置されていればよい。
図2および図3に示すように、制御部20は、マイコン等を主体として構成される。制御部20における各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
制御部20は、トルクセンサ94から取得される操舵トルクTs、回転角センサ75から取得される電気角θe、および、電流検出部13、14から取得される相電流Iu1、Iv1、Iw1、Iu2、Iv2、Iw2等に基づく電流フィードバック制御により、モータ80の駆動を制御する。
後述の制御部50についても同様である。
図3に示すように、制御部20は、3相2相変換部21、22、フィードバック電流加減算部23、減算器26〜29、モータ逆モデル30、制御器31〜34、系統電圧演算部35、2相3相変換部36、37、物理量比較部41、パラメータ変更部としての応答関数設定部42、温度推定部45、および、電流制限部としての指令演算部46等を備える。本実施形態では、制御部20は、「2系統の電流の和と差」を制御するが、例えば後述の第2実施形態のように、系統ごとに制御してもよい。
第1系統3相2相変換部21は、電気角θeに基づき、相電流Iu1、Iv1、Iw1をdq変換し、第1d軸電流検出値Id1および第1q軸電流検出値Iq1を演算する。
第2系統3相2相変換部22は、電気角θeに基づき、相電流Iu2、IV2、Iw2をdq変換し、第2d軸電流検出値Id2および第2q軸電流検出値Iq2を演算する。
フィードバック電流加減算部23は、d軸電流加算値Id_a、d軸電流減算値Id_s、q軸電流加算値Iq_a、および、q軸電流減算値Iq_sを演算する(式(1−1)〜(1−4)参照)。
Id_a=Id1+Id2 ・・・(1−1)
Id_s=Id1−Id2 ・・・(1−2)
Iq_a=Iq1+Iq2 ・・・(1−3)
Iq_s=Iq1−Iq2 ・・・(1−4)
減算器26は、d軸電流和指令値Id_a*とd軸電流加算値Id_aとの偏差ΔId_aを演算する。
減算器27は、d軸電流差指令値Id_s*とd軸電流減算値Id_sとの偏差ΔId_sを演算する。
減算器28は、q軸電流和指令値Iq_a*とq軸電流加算値Iq_aとの偏差ΔIq_aを演算する。
減算器29は、q軸電流差指令値Iq_s*とq軸電流減算値Iq_sとの偏差ΔIq_sを演算する。
モータ逆モデル30および制御器31〜34は、偏差ΔId_a、ΔId_s、ΔIq_a、ΔIq_sに基づき、d軸電圧和指令値Vd_a*、d軸電圧差指令値Vd_s*、q軸電圧和指令値Vq_a*、および、q軸電圧差指令値Vq_s*を演算する。
d軸電圧和指令値Vd_a*、d軸電圧差指令値Vd_s*、q軸電圧和指令値Vq_a*、および、q軸電圧差指令値Vq_s*は、例えば式(2−1)〜(2−4)、もしくは、式(3−1)〜(3−4)で演算される。
Vd_a*={R×ΔId_a+(L+M)s×ΔId_a
−ω(L+M)×ΔIq_a}×(Km/s) ・・・(2−1)
Vd_s*=={R×ΔId_s+(L−M)s×ΔId_s
−ω(L−M)×ΔIq_s}×(Km/s) ・・・(2−2)
Vq_a*={R×ΔIq_a+(L+M)s×ΔIq_a
+ω(L+M)×ΔId_a}×(Km/s)+2ωφ
・・・(2−3)
Vq_s*=={R×ΔIq_s+(L−M)s×ΔIq_s
+ω(L−M)×ΔId_s}×(Km/s) ・・・(2−4)
Vd_a*={R×ΔId_a+(L+M)s×ΔId_a}×(Km/s)
−ω(L+M)×ΔIq_a ・・・(3−1)
Vd_s*={R×ΔId_s+(L−M)s×ΔId_s}×(Km/s)
−ω(L−M)×ΔIq_s ・・・(3−2)
Vq_a*={R×ΔIq_a+(L+M)s×ΔIq_a}×(Km/s)
+ω(L+M)×ΔId_a+2ωφ ・・・(3−3)
Vq_s*={R×ΔIq_s+(L−M)s×ΔIq_s}×(Km/s)
+ω(L−M)×ΔId_s ・・・(3−4)
なお、式中のRは抵抗、Lは自己インダクタンス、Mは相互インダクタンス、sはラプラス変数、Kmはゲイン、ωは電気角速度、φは電機子鎖交磁束数である。詳細は、例えば特開2013−230019に記載の如くである。
補足として、ここでいうゲインKmは、後述の温度推定に係るゲインとは異なるものである。
系統電圧演算部35は、d軸電圧和指令値Vd_a*、d軸電圧差指令値Vd_s*、q軸電圧和指令値Vq_a*、および、q軸電圧差指令値Vq_s*を、第1d軸電圧指令値Vd1*、第1q軸電圧指令値Vq1*、第2d軸電圧指令値Vd2*、および、第2q軸電圧指令値Vq2*に変換する。
第1系統2相3相変換部36は、第1d軸電圧指令値Vd1*および第1q軸電圧指令値Vq1*を電気角θeに基づいて逆dq変換し、3相の第1電圧指令値Vu1*、Vv1*、Vw1*を演算する。
第2系統2相3相変換部37は、第2d軸電圧指令値Vd2*および第2q軸電圧指令値Vq2*を電気角θeに基づいて逆dq変換し、3相の第2電圧指令値Vu2*、Vv2*、Vw2*を演算する。
制御部20は、第1電圧指令値Vu1*、Vv1*、Vw1*に基づき、第1インバータ11の駆動に係る制御信号を生成し、駆動回路18(図3では不図示)を経由して、スイッチング素子111〜116のオンオフ作動を制御する。また制御部20は、第2電圧指令値Vu2*、Vv2*、Vw2*に基づき、第2インバータ12の駆動に係る制御信号を生成し、駆動回路18を経由して、スイッチング素子121〜126のオンオフ作動を制御する。
図4に示すように、物理量比較部41は、第1系統に係る物理量値と第2系統に係る物理量とを比較する。本実施形態では、物理量比較部41は、第1d軸電圧指令値Vd1*と第2d軸電圧指令値Vd2*とを比較する。
応答関数設定部42は、ゲイン設定部421、および、時定数設定部422を有する。
ゲイン設定部421は、物理量比較部41の比較結果に基づき、温度推定に用いるゲインKnを設定する。
時定数設定部422は、物理量比較部41の比較結果に基づき、温度推定に用いる時定数τnを設定する。
本実施形態では、ゲインKnおよび時定数τnを「応答定数」とし、ゲインおよび時定数のうちの少なくとも1つを変更することが「応答定数を変更する」ことに対応する。
ここで、ゲインKnの「n」には系統を示す添え字が入るものとし、第1系統の温度推定に係るゲインを第1ゲインK1、第2系統の温度推定に係るゲインを第2ゲインK2とする。また、時定数τnの「n」には系統を示す添え字が入るものとし、第1系統の温度推定に係る時定数を第1時定数τ1、第2系統の温度推定に係る時定数を第2時定数τ2とする。温度変化量ΔHn、温度検出値Hn_snsおよび温度推定値Hn_est等も同様とする。
温度推定部45は、系統ごとの温度である第1系統温度H1および第2系統温度H2を推定する。具体的には、温度推定部45は、一次遅れ演算器451、452、および、加算器456、457を有し、第1温度推定値H1_estおよび第2温度推定値H2_estを演算する。本実施形態では、第1温度推定値H1_estは第1インバータ11の温度であり、第2温度推定値H2_estは第2インバータ12の温度である。
一次遅れ演算器451は、電流二乗値(Id1)2、(Iq1)2、ゲインK1、および、時定数τ1が入力され、入力された電流二乗値に対し、伝達関数{K1/(τ1s+1)}による一次遅れ応答を演算し、温度変化量ΔH1を出力する。一次遅れ演算器451には、電流二乗値として、(Id1)2、(Iq1)2がそれぞれ入力されてもよいし、電流二乗値の和(すなわち(Id1)2+(Iq1)2)が入力されるようにしてもよい。
一次遅れ演算器452は、電流二乗値(Id2)2、(Iq2)2、ゲインK2、および、時定数τ2が入力され、入力された電流二乗値に対し、伝達関数{K2/(τ2s+1)}による一次遅れ応答を演算し、温度変化量ΔH2を出力する。一次遅れ演算器452には、電流二乗値として、(Id2)2、(Iq2)2がそれぞれ入力されてもよいし、電流二乗値の和(すなわち(Id2)2+(Iq2)2)が入力されるようにしてもよい。
一次遅れ応答の演算は、例えば数十〜数百ms周期で実行され、温度上昇を過渡的に推定する。
加算器456は、第1温度検出値H1_snsと温度変化量ΔH1とを加算し、第1温度推定値H1_estを演算する。
加算器457は、第2温度検出値H2_snsと温度変化量ΔH2とを加算し、第2温度推定値H2_estを演算する。
指令演算部46は、第1制限値決定部461、第2制限値決定部462、加算器463、和指令値設定部464、最小値選択部465、および、差指令値設定部466を有する。
第1制限値決定部461は、第1温度推定値H1_estに基づき、第1q軸電流制限値Iq1_limを決定する。
第2制限値決定部462は、第2温度推定値H2_estに基づき、第2q軸電流制限値Iq2_limを決定する。
電流制限値Iq1_lim、Iq2_limは、温度推定値H1_est、H2_estが大きいほど、すなわち系統温度H1、H2が高いほど、小さくなるように決定される。
加算器463は、q軸電流制限値Iq1_lim、Iq2_limを加算し、q軸電流和制限値Iq_a_limを演算する。
和指令値設定部464は、q軸電流和指令値Iq_a*を演算する。ここでは、トルク指令値等に基づいて決定される制限前q軸電流和指令値Iq_a*_bがq軸電流和制限値Iq_a_limより大きい場合、q軸電流和指令値Iq_a*をq軸電流和制限値Iq_a_limとする。制限前q軸電流和指令値Iq_a*_bがq軸電流和制限値Iq_a_lim以下の場合、制限前q軸電流和指令値Iq_a*_bを、そのままq軸電流和指令値Iq_a*とする。
最小値選択部465は、q軸電流制限値Iq1_lim、Iq2_limの小さい方の値を選択し、選択値Iq_msとする。
差指令値設定部466は、q軸電流和指令値Iq_a*および選択値Iq_msに基づき、q軸電流差指令値Iq_s*を決定する。q軸電流和指令値Iq_a*が選択値Iq_msの2倍以下の場合、q軸電流差指令値Iq_s*を0とする。q軸電流和指令値Iq_a*が選択値Iq_msの2倍より大きい場合、q軸電流差指令値Iq_s*を式(4)とする。なお、選択値Iq_msが第1系統に係る値の場合、q軸電流差指令値Iq_s*を負の値とし、選択値Iq_msが第2系統に係る値の場合、q軸電流差指令値Iq_s*を正の値とする。
Iq_s*=Iq_ms・2−Iq_a* ・・・・(4)
ここでは、q軸電流和指令値Iq_a*およびq軸電流差指令値Iq_s*の演算について説明したが、q軸電流に係る値に替えて、d軸電流に係る値を用いることで、d軸電流和指令値Id_a*およびd軸電流差指令値Id_s*も同様に演算される。
本実施形態の応答定数設定処理を図5に示すフローチャートに基づいて説明する。この処理は、制御部20にて、例えばイグニッションスイッチ等である始動スイッチがオンされたときに、実行される。以下、ステップS101の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。他のステップについても同様である。後述の図8〜図10についても同様である。
最初のステップS101では、応答関数設定部42は、ゲインKn、および、時定数τnの初期値を設定する。ここで設定される値は、適合等で決定された値としてもよいし、以前の演算にて決定された値としてもよい。
S102では、和指令値設定部464は、q軸電流和指令値Iq_a*を0とし、差指令値設定部466は、q軸電流差指令値Iq_s*を0とする。これにより、巻線組81、82に流れるq軸電流は0となる。また、d軸電流が一定となるようにd軸電流和指令値Id_a*を所定値Iaとし、d軸電流差指令値Id_s*を0とする。
S103では、制御部20は、モータ80の回転数Nが0か否かを判断する。ここでは、検出誤差等に応じて設定される回転数判定閾値より回転数Nが小さい場合、回転数Nが0であるとみなす。回転数Nが0ではないと判断された場合(S103:NO)、S106へ移行する。回転数Nが0であると判断された場合(S103:YES)、S104へ移行する。
S104では、物理量比較部41は、第1d軸電圧指令値Vd1*と第2d軸電圧指令値Vd2*との差の絶対値であるd軸電圧偏差Dvd(式(5)参照)が、電圧偏差判定閾値Vthより大きいか否かを判断する。
Dvd=|Vd1*−Vd2*| ・・・(5)
d軸電圧偏差Dvdが電圧偏差判定閾値Vth以下であると判断された場合(S104:NO)、S106へ移行する。d軸電圧偏差Dvdが電圧偏差判定閾値Vthより大きいと判断された場合(S104:YES)、S105へ移行する。
S105では、応答関数設定部42は、第1d軸電圧指令値Vd1*と第2d軸電圧指令値Vd2*との比較結果に基づき、温度推定に用いるゲインKnおよび時定数τnを変更する。本実施形態では、応答関数設定部42は、d軸電圧指令値Vd1*、Vd2*が大きい方の系統において、ゲインKnが初期値より大きくなり、時定数τnが初期値より小さくなるように変更する。また、d軸電圧指令値Vd1*、Vd2*が小さい方の系統については、ゲインKnおよび時定数τnを変更しない。
ゲインKnおよび時定数τnを変更する系統における値は、例えばd軸電圧偏差Dvdを引数とするマップや、関数等に基づいて演算される。本実施形態では、d軸電圧偏差Dvdが大きくなるほど、ゲインKnが大きく、時定数τnが小さくなるように設定される。図6に示すように、ゲインKnを大きくし、時定数τnを小さくすることで、温度変化量ΔHnが大きくなるので、温度推定値Hn_estが高く推定される。
S106では、応答関数設定部42は、ゲインKnおよび時定数τnを、S101で設定された初期値から変更しない。
本実施形態では、各系統の物理量として、d軸電圧指令値Vd1*、Vd2*を比較し、d軸電圧偏差Dvdに基づいて温度推定に係るゲインKnおよび時定数τnを変更している。これにより、系統間の製造ばらつきや経年変化などに応じ、各系統の温度を適切に推定することができ、温度推定精度が向上する。したがって、温度上昇が大きい系統に合わせて、両系統を同様に電流制限する場合と比較し、温度上昇が小さい系統における過剰な電流制限を回避することができるので、モータ80の性能を有効に発揮できる。
以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置10は、複数の巻線組81、82を有するモータ80を制御するものであって、複数のインバータ11、12と、制御部20と、を備える。
インバータ11、12は、巻線組81、82ごとに対応して設けられる。
本実施形態では、巻線組81、82、および、巻線組81、82ごとに対応して設けられる部品の組み合わせを系統とする。ここで、「巻線組ごとに対応して設けられる部品」とは、必ずしも別部材である必要はなく、例えば同一のヒートシンク15にて、第1インバータ11が設けられる領域、および、第2インバータ12が設けられる領域を、それぞれ「巻線ごとに対応して設けられる部品」とみなしてもよい。
制御部20は、物理量比較部41、温度推定部45、および、応答関数設定部42を有する。
物理量比較部41は、それぞれの巻線組81、82に供給される電力に応じた物理量に係る値である物理量値を比較する。
温度推定部45は、系統ごとの温度である系統温度Hnを推定する。
応答関数設定部42は、物理量値の比較結果に応じ、系統温度Hnの推定に用いられるパラメータであるゲインKnおよび時定数τnを変更する。
本実施形態では、物理量値を比較し、比較結果に応じて系統温度Hnの推定に用いられるパラメータが変更されるので、系統間の製造ばらつきや経年劣化によるばらつきに応じ、系統温度Hnを精度よく推定することができる。これにより、温度上昇を余分に見込むことによる過剰な電流制限を避けることができ、モータ80の性能を有効に発揮することができる。
本実施形態にて比較する物理量値は、巻線組81、82に印加される電圧に係る値であるd軸電圧指令値Vd1*、Vd2*である。すなわち本実施形態では、第1系統および第2系統に同様の一定電流を流したときの電圧値を物理量値として比較している。これにより、系統温度Hnの推定に用いられるパラメータを適切に変更可能である。また、通常のモータ制御に用いている値を物理量値として比較に用いているので、別途の演算やセンサ等が不要であり、構成を簡素化可能である。さらにまた、始動スイッチがオンされたときや、所定の期間ごとに応答定数設定処理を行うことで、経時変化による系統ごとの温度のばらつきに応じ、系統温度Hnを適切に推定することができる。
物理量比較部41は、巻線組81、82のq軸電流が0の状態でd軸電流を流したときの物理量値を比較する。これにより、モータ80にトルクを発生させることなく、物理量値を比較し、比較結果に応じてゲインKnおよび時定数τnを変更可能である。
物理量比較部41は、モータ80の回転速度である回転数Nが0であるときの物理量値を比較する。回転数Nが0、すなわちモータロック状態にて、一定の電流を流した場合、インダクタンスLの影響が小さく、電圧と抵抗とが略比例する。そのため、モータロック状態で物理量値(例えば電圧値)を比較することで、各系統の抵抗のばらつきに起因する系統温度H1、H2のばらつきを検出可能である。したがって、モータロック状態での物理量値の比較結果に基づいて系統温度Hnの推定に用いられるパラメータを変更することで、系統温度Hnをより適切に推定することができる。
モータ制御装置10は、温度検出部16、17を備える。温度検出部16、17は、インバータ11、12が設けられる箇所であるヒートシンク15の温度をベース温度として検出する。
温度推定部45は、一次遅れ演算器451、452を有する。一次遅れ演算器451は、第1巻線組81に通電される電流についての電流二乗値(Id1)2、(Iq1)2を入力とし、一次遅れ応答を温度変化量ΔH1として出力する。一次遅れ演算器452は、第2巻線組82に通電される電流についての電流二乗値(Id2)2、(Iq2)2を入力とし、一次遅れ応答を温度変化量ΔH2として出力する。なお、電流二乗値に替えて、電流二乗値の積算値の時間平均値を入力としてもよい。
温度推定部45は、ベース温度に温度変化量ΔHnを加算して、系統温度Hnを推定する。具体的には、温度推定部45は、ベース温度の検出値である温度検出値H1_snsに温度変化量ΔH1を加算し、第1温度推定値H1_estを演算する。また、温度推定部45は、ベース温度の検出値である温度検出値H2_snsに温度変化量ΔH2を加算し、第2温度推定値H2_estを演算する。
これにより、系統温度Hnを適切に推定することができる。
制御部20は、指令演算部46を有する。指令演算部46は、系統温度Hnに基づき、巻線組81、82に通電される電流を系統ごとに制限する。本実施形態では、差電圧指令値Id_s*、Iq_s*≠0とすることで、系統ごとに電流を制限している、といえる(式(4)参照)。これにより、系統温度Hnに応じて系統ごとに適切に電流が制限されるので、第1系統および第2系統にて同様に電流を制限する場合と比較し、過剰な電流制限を避けることができ、モータ80の性能を有効に発揮させることができる。また、発熱の系統間のばらつきを抑えることができ、発熱が大きい系統における過熱を抑制することができる。
電動パワーステアリング装置8は、モータ制御装置10と、モータ80と、動力伝達部である減速ギア89を備える。モータ80は、運転者の操舵を補助する補助トルクを発生する。減速ギア89は、モータ80の回転をステアリングシャフト92に伝達する。
本実施形態では、系統間の製造ばらつきや経年劣化によるばらつき応じ、系統温度H1、H2が適切に推定されるので、モータ80の性能を有効に発揮でき、操舵のアシストを適切に行うことができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図7および図8に示す。
図7に示すように、本実施形態の制御部50は、3相2相変換部21、22、減算器51、52、56、57、制御器53、58、2相3相変換部36、37、物理量比較部61、パラメータ変更部としての応答関数設定部62、温度推定部45、および、電流制限部66、67等を備える。本実施形態では、系統ごとに電流フィードバック制御を行う。
減算器51は、第1d軸電流指令値Id1*と第1d軸電流検出値Id1との偏差ΔId1を演算する。
減算器52は、第1q軸電流指令値Iq1*と第1q軸電流検出値Iq1との偏差ΔIq1を演算する。
制御器53は、偏差ΔId1、ΔIq1が0に収束するように、PI演算等により、第1d軸電圧指令値Vd1*および第1q軸電圧指令値Vq1*を演算する。
減算器56は、第2d軸電流指令値Id2*と第2d軸電流検出値Id2との偏差ΔId2を演算する。
減算器57は、第2q軸電流指令値Iq2*と第2q軸電流検出値Iq2との偏差ΔIq2を演算する。
制御器58は、偏差ΔId2、ΔIq2が0に収束するように、PI演算等により、第2d軸電圧指令値Vd2*および第2q軸電圧指令値Vq2*を演算する。
物理量比較部61は、第1d軸電流検出値Id1と第2d軸電流検出値Id2とを比較する。
応答関数設定部62は、物理量比較部61の比較結果に基づき、ゲインKnおよび時定数τnを設定する。温度推定部45は、設定されたゲインKnおよび時定数τnを用い、上記実施形態と同様、温度推定値Hn_estを演算する。
第1電流制限部66は、第1制限値決定部461での処理と同様、第1温度推定値H1_estに基づき、第1q軸電流制限値Iq1_limを決定する。第1電流制限部66は、トルク指令値等に基づいて決定される第1制限前q軸電流指令値Iq1*_bが第1q軸電流制限値Iq1_limより大きい場合、第1q軸電流指令値Iq1*を第1q軸電流制限値Iq1_limとする。また、第1電流制限部66は、第1制限前q軸電流指令値Iq1*_bが第1q軸電流制限値Iq1_lim以下の場合、第1制限前q軸電流指令値Iq1*_bを、そのまま第1q軸電流指令値Iq1*とする。
第2電流制限部67は、第2制限値決定部462での処理と同様、第2温度推定値H2_estに基づき、第2q軸電流制限値Iq2_limを決定する。第2電流制限部67は、トルク指令値等に基づいて決定される第2制限前q軸電流指令値Iq2*_bが第2q軸電流制限値Iq2_limより大きい場合、第2q軸電流指令値Iq2*を第2q軸電流制限値Iq2_limとする。また、第2電流制限部67は、第2制限前q軸電流指令値Iq2*_bが第2q軸電流制限値Iq2_lim以下の場合、第2制限前q軸電流指令値Iq2*_bを、そのまま第2q軸電流指令値Iq2*とする。
ここでは、q軸電流指令値Iq1*、Iq2*について説明したが、q軸電流に係る値に替えて、d軸電流に係る値を用いることで、d軸電流指令値Id1*、Id2*も同様に演算される。
本実施形態の応答定数設定処理を図8に示すフローチャートに基づいて説明する。
S201の処理は、応答関数設定部62における処理であって、S101と同様である。
S202では、制御部50は、q軸電圧指令値Vq1*、Vq2*を0とする。これにより、巻線組82に印加されるq軸電圧が0となる。また、d軸電圧が一定となるように、d軸電圧指令値Vd1*、Vd2*を所定値Vaとする。
S203の処理は、S103と同様である。
S204では、物理量比較部61は、第1d軸電流検出値Id1と第2d軸電流検出値Id2との差の絶対値であるd軸電流偏差Did(式(6)参照)が電流偏差判定閾値Ithより大きいか否かを判断する。
Did=|Id1−Id2| ・・・(6)
d軸電流偏差Didが電流偏差判定閾値Ith以下であると判断された場合(S204:NO)、S206へ移行する。d軸電流偏差Didが電流偏差判定閾値Ithより大きいと判断された場合(S204:YES)、S205へ移行する。
S205では、応答関数設定部62は、第1d軸電流検出値Id1と第2d軸電流検出値Id2との比較結果に基づき、温度推定に用いるゲインKnおよび時定数τnを変更する。本実施形態では、応答関数設定部62は、d軸電流検出値Id1、Id2が小さい方の系統において、ゲインKnが初期値より大きくなり、時定数τnが初期値より小さくなるように変更する。また、d軸電流検出値Id1、Id2が大きい方の系統については、ゲインKnおよび時定数τnを変更しない。
ゲインKnおよび時定数τnを変更する系統における値は、例えばd軸電流偏差Didを引数とするマップや、関数等に基づいて演算される。本実施形態では、d軸電流偏差Didが大きくなるほど、ゲインKnが大きく、時定数τnが小さくなるように設定される。ゲインKnを大きくし、時定数τnを小さくすることで、温度変化量ΔHnが大きくなるので、温度推定値Hn_estが高く推定される(図6参照)。
S206の処理は、S106の処理と同様である。
本実施形態にて比較する物理量値は、巻線組81、82に印加される電流に係る値であるd軸電流検出値Id1、Id2である。すなわち本実施形態では、第1系統および第2系統に同様の一定電圧を印加したときの電流値を物理量値として比較している。これにより、系統温度Hnの推定に用いられるパラメータを適切に変更可能である。また、通常のモータ制御に用いている値を比較に用いているので、温度推定に別途の演算やセンサ等が不要であり、構成を簡素化可能である。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図9に示す。本実施形態は、応答定数設定処理以外は、上記実施形態と同様であるものとし、以下、応答定数設定処理を中心に説明する。
本実施形態の応答定数設定処理を図9に示すフローチャートに基づいて説明する。図9は、S102に替えて、S112である点を除き、図5と同様である。
S112では、和指令値設定部464は、q軸電流和指令値Iq_a*を0とする。本実施形態では、q軸電流差指令値Iq_s*を所定値Ixとする。また、和指令値設定部464は、d軸電流和指令値Id_a*を所定値Iy、d軸電流差指令値Id_s*を0とする。
物理量比較部41は、q軸電流の和が0であるときの物理量値を比較する。これにより、上記実施形態と同様、モータ80にトルクを発生させることなく、物理量値を比較し、比較結果に応じてゲインKnおよび時定数τnを変更可能である。また、q軸に係る電圧値や電流値を物理量値として比較に用いることができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を図10に示す。本実施形態は、応答定数設定処理以外は、上記実施形態と同様であるものとし、以下、応答定数設定処理を中心に説明する。
本実施形態の応答定数設定処理を図10に示すフローチャートに基づいて説明する。図10は、S104およびS105に替えて、S114およびS115である点を除き、図5と同様である。
S114では、物理量比較部41は、第1温度検出値H1_snsと第2温度検出値H2_snsとの差の絶対値である温度偏差Dh(式(7)参照)が、温度偏差判定閾値Hthより大きいか否かを判断する。
Dh=|H1_sns−H2_sns| ・・・(7)
温度偏差Dhが温度偏差判定閾値Hth以下であると判断された場合(S114:NO)、S106へ移行する。温度偏差Dhが温度偏差判定閾値Hthより大きいと判断された場合(S114:YES)、S115へ移行する。
S115では、応答関数設定部42は、第1温度検出値H1_snsと第2温度検出値H2_snsとの比較結果に基づき、温度推定に用いるゲインKnおよび時定数τnを変更する。本実施形態では、温度検出値H1_sns、H2_snsが大きい方の系統、すなわちベース温度が高い方の系統において、ゲインKnが初期値より大きくなり、時定数τnが初期値より小さくなるように変更する。また、温度検出値H1_sns、H2_snsが小さい方の系統、すなわち温度が低い方の系統については、ゲインKnおよび時定数τnを変更しない。
ここでは、第1実施形態の変形例として説明したが、図8のS204およびS205、または、図9のS104およびS105に替えて、S114およびS115としてもよい。
モータ制御装置10は、インバータ11、12が設けられる箇所であるヒートシンク15の温度をベース温度として系統ごとに検出する温度検出部16、17を備える。
物理量値は、温度検出部16、17の検出値に応じた値である。本実施形態の物理量値は、温度検出値H1_sns、H2_snsである。ヒートシンク15の各系統に対応する領域の温度は、各系統への通電量に応じて変化するものであって、「それぞれの巻線組に供給される電力に応じた物理量」の概念に含まれるものとする。また、温度検出値H1_sns、H2_snsが「ベース温度」に対応する。
これにより、物理量値の比較を容易に行うことができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(他の実施形態)
(ア)物理量比較部
上記実施形態では、物理量値として、電圧に係る値としてd軸電圧指令値、および、電流に係る値としてd軸電流検出値の場合について説明した。他の実施形態では、電圧値および電流値は、指令値、検出値または推定値、もしくは、これらを用いた演算値等、どのようなものを用いてもよい。また、q軸電圧またはq軸電流に係る値としてもよい。また、系統間にて位相差がなければ、相電圧または相電流に係る値を物理量値として用いてもよい。
上記実施形態では、物理量比較部は、回転速度が0であるときの物理量値を比較する。他の実施形態では、物理量比較部は、回転速度が0でないときの物理量値を比較してもよい。
(イ)パラメータ変更部
第1実施形態では、電圧値の差が電圧偏差判定閾値より大きい場合、電圧が大きい方の系統のゲインを大きく、時定数を小さくする。他の実施形態では、電圧値の差が電圧偏差閾値より大きい場合、電圧が小さい方の系統のゲインを小さく、時定数を大きくしてもよい。また、電圧値の差が電圧偏差判定閾値より大きい場合、両方の系統のゲインおよび時定数を変更してもよい。
第2実施形態では、電流値の差が電流偏差判定閾値より大きい場合、電流が小さい方の系統のゲインを大きく、時定数を小さくする。他の実施形態では、電流値の差が電流偏差閾値より大きい場合、電流値が大きい方の系統のゲインを小さく、時定数を大きくしてもよい。また、電流値の差が電流偏差判定閾値より大きい場合、両方の系統のゲインおよび時定数を変更してもよい。
第4実施形態では、ベース温度の差が温度偏差判定閾値より大きい場合、温度が高い方の系統のゲインを大きく、時定数を小さくする。他の実施形態では、温度が低い方の系統のゲインを小さく、時定数を大きくしてもよい。また、ベース温度の差が温度偏差判定閾値より大きい場合、両方の系統のゲインおよび時定数を変更してもよい。
上記実施形態では、応答関数設定部は、物理量値の比較結果に応じ、温度変化量を演算する一次遅れ演算器のゲインおよび時定数を変更する。他の実施形態では、物理量値の比較結果に応じ、ゲインまたは時定数の一方を変更してもよい。また、系統温度の推定に用いられるゲインおよび時定数以外のパラメータを、物理量値の比較結果に応じて変更してもよい。
上記実施形態では、応答定数設定処理は、始動スイッチがオンされたときに実行されるものとして説明した。他の実施形態では、始動スイッチのオン時に限らず、回転電機を一定の状態で駆動しているときに実施可能である。
(ウ)温度検出部
上記実施形態では、温度検出部は、系統ごとに設けられる。他の実施形態では、物理量値としてベース温度を用いる場合を除き、温度検出部は、1つでもよい。この場合、共通の温度検出値に、系統ごとの温度変化量を加算することで、温度推定値が演算される。
上記実施形態では、温度検出部は、インバータが設けられる箇所の温度として、ヒートシンクの温度を検出する。他の実施形態では、温度検出部は、インバータが設けられる箇所の温度として、例えばインバータが設けられる基板等、ヒートシンク以外の箇所の温度をベース温度として検出してもよい。
(エ)回転電機および回転電機制御装置
上記実施形態では、回転電機は、電流フィードバック制御により駆動が制御される。他の実施形態では、回転電機の制御方法は、電流フィードバック制御に限らず、どのような制御であってもよい。
上記実施形態では、回転電機は、2組の巻線組を有する。他の実施形態では、巻線組が3組以上であってもよい。すなわち、3系統以上であってもよい。上記実施形態では、回転電機は、3相のブラシレスモータである。他の実施形態では、回転電機は、3相に限らず、4相以上としてもよい。また、ブラシレスモータに限らず、どのようなモータとしてもよい。また、回転電機は、モータに限らず、発電機であってもよいし、電動機と発電機の機能を併せ持つ、所謂モータジェネレータであってもよい。
上記実施形態では、回転電機は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、回転電機駆動装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10・・・モータ制御装置(回転電機制御装置)
11、12・・・インバータ
20・・・制御部
41、61・・・物理量比較部
42、62・・・応答関数設定部(パラメータ変更部)
45・・・温度推定部
80・・・モータ(回転電機)

Claims (10)

  1. 複数の巻線組(81、82)を有する回転電機(80)の駆動を制御する回転電機制御装置であって、
    前記巻線組ごとに対応して設けられる複数のインバータ(11、12)と、
    それぞれの前記巻線組に供給される電力に応じた物理量に係る値である物理量値を比較する物理量比較部(41、61)、前記巻線組および前記巻線組ごとに対応して設けられる部品の組み合わせを系統とし、前記系統ごとの温度である系統温度を推定する温度推定部(45)、および、前記物理量値の比較結果に応じ、前記系統温度の推定に用いられるパラメータを変更するパラメータ変更部(42、62)を有する制御部(20、50)と、
    を備える回転電機制御装置。
  2. 前記物理量値は、前記巻線組に印加される電圧に係る値である請求項1に記載の回転電機制御装置。
  3. 前記物理量値は、前記巻線組に通電される電流に係る値である請求項1に記載の回転電機制御装置。
  4. 前記インバータが設けられる箇所の温度をベース温度として前記系統ごとに検出する温度検出部(16、17)を備え、
    前記物理量値は、前記温度検出部の検出値に応じた値である請求項1に記載の回転電機制御装置。
  5. 前記物理量比較部は、それぞれの前記巻線組におけるq軸電流が0の状態でd軸電流を流したときの前記物理量値を比較する請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
  6. 前記物理量比較部は、q軸電流の和が0であるときの前記物理量値を比較する請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
  7. 前記物理量比較部は、前記回転電機の回転速度が0であるときの前記物理量値を比較する請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
  8. 前記インバータが設けられる箇所の温度をベース温度として検出する温度検出部(16、17)を備え、
    前記温度推定部は、前記巻線組に通電される電流についての電流二乗値または電流二乗値の積算値の時間平均を入力とし、一次遅れ応答を温度変化量として出力する一次遅れ演算器(451、452)を有し、前記ベース温度に前記温度変化量を加算して前記系統温度を推定し、
    前記パラメータ変更部は、前記物理量値の比較結果に応じて、前記一次遅れ演算器の応答定数を変更する請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
  9. 前記制御部は、前記系統温度に基づき、前記巻線組に通電される電流を前記系統ごとに制限する電流制限部(46、66、67)を有する請求項1〜8のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の回転電機制御装置(10)と、
    運転者の操舵を補助する補助トルクを発生する前記回転電機と、
    前記回転電機の回転を駆動対象(92)に伝達する動力伝達部(89)と、
    を備える電動パワーステアリング装置。
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