JP2022024275A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
従来、例えば特許文献1に記載されるように、電動パワーステアリング装置の駆動源として用いられるモータを制御するモータ制御装置がある。同文献のモータ制御装置では、過熱保護の対象である保護対象の温度を推定し、推定された温度に基づいてモータに供給する電流の上限値を制限する。保護対象の温度は、回路基板の基板温度と保護対象を流れる電流とに基づいて推定される。
Conventionally, as described in, for example,
ところで、近年、モータ制御装置においては、保護対象の温度をより正確に推定することが要求されるようになっている。そのため、上記のような構成を採用しても、要求される水準に達しているとは言い切れないのが実情である。そこで、保護対象の温度を正確に推定することのできる新たな技術の創出が求められていた。 By the way, in recent years, in a motor control device, it is required to estimate the temperature of a protected object more accurately. Therefore, even if the above configuration is adopted, it cannot be said that the required level has been reached. Therefore, there has been a need to create a new technology that can accurately estimate the temperature of the object to be protected.
本発明の目的は、保護対象の温度を正確に推定できるモータ制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a motor control device capable of accurately estimating the temperature of a protected object.
上記課題を解決するモータ制御装置は、モータの作動を制御するための制御信号を出力する処理回路と、前記制御信号に基づいて前記モータに駆動電力を供給する駆動回路とを備えたものであって、前記モータのコイル群に印加する駆動電圧よりも低く設定される制御電圧に基づいて作動する制御関連部品を備え、前記処理回路は、前記コイル群に供給する電流の目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算処理と、前記コイル群への通電に伴って電流が流れる保護対象の推定温度を演算する推定温度演算処理と、前記推定温度に基づいて前記電流指令値の上限値である電流制限値を演算する電流制限値演算処理と、前記電流指令値を前記電流制限値で制限した値に基づいて前記制御信号を演算する制御信号演算処理と、を実行し、前記処理回路は、前記推定温度演算処理において、温度センサにより検出される前記保護対象の基準温度と、前記コイル群への通電に起因する前記保護対象の自己温度変化量と、前記制御関連部品から伝わる熱に起因する前記温度センサの伝熱温度変化量及び前記制御関連部品から伝わる熱に起因する前記保護対象の伝熱温度変化量の少なくとも一方と、に基づいて前記推定温度を演算する。 The motor control device that solves the above problems includes a processing circuit that outputs a control signal for controlling the operation of the motor, and a drive circuit that supplies drive power to the motor based on the control signal. The processing circuit includes a control-related component that operates based on a control voltage set lower than the drive voltage applied to the coil group of the motor, and the processing circuit is a current command that is a target value of a current supplied to the coil group. The current command value calculation process for calculating the value, the estimated temperature calculation process for calculating the estimated temperature of the protected object to which the current flows when the coil group is energized, and the upper limit value of the current command value based on the estimated temperature. The current limit value calculation process for calculating the current limit value and the control signal calculation process for calculating the control signal based on the current command value limited by the current limit value are executed, and the processing circuit is executed. Is the reference temperature of the protection target detected by the temperature sensor in the estimated temperature calculation process, the self-temperature change amount of the protection target due to the energization of the coil group, and the heat transmitted from the control-related component. The estimated temperature is calculated based on at least one of the heat transfer temperature change amount of the temperature sensor and the heat transfer temperature change amount of the protection target caused by the heat transferred from the control-related component.
制御関連部品は、駆動電圧とは異なる制御電圧に基づいて作動するため、コイル群への非通電時にも作動する。そのため、コイル群への通電が行われず、保護対象が自身を流れる電流によって発熱しない場合にも、制御関連部品は発熱する。そして、制御関連部品の発熱による温度上昇は、温度センサ及び保護対象の温度に影響を与える。この点を踏まえ、上記構成では、基準温度と、コイル群への通電に伴う保護対象の自己温度変化量とに加え、制御関連部品から伝わる熱に起因する伝熱温度変化量を考慮して保護対象の推定温度を演算する。これにより、保護対象の温度を正確に推定できる。 Since the control-related parts operate based on a control voltage different from the drive voltage, they operate even when the coil group is not energized. Therefore, even when the coil group is not energized and the protected object does not generate heat due to the current flowing through itself, the control-related parts generate heat. The temperature rise due to the heat generated by the control-related parts affects the temperature of the temperature sensor and the object to be protected. Based on this point, in the above configuration, in addition to the reference temperature and the self-temperature change amount of the protection target due to energization of the coil group, the heat transfer temperature change amount due to the heat transferred from the control-related parts is taken into consideration for protection. Calculate the estimated temperature of the target. This makes it possible to accurately estimate the temperature of the protected object.
上記モータ制御装置において、前記推定温度演算処理は、前記温度センサの伝熱温度変化量から前記保護対象の伝熱温度変化量を減算することにより得られる値を差分温度変化量として演算する処理と、前記基準温度と前記自己温度変化量との和から前記差分温度変化量を減算することにより得られる値を前記推定温度として演算する処理と、を含むことが好ましい。 In the motor control device, the estimated temperature calculation process is a process of calculating a value obtained by subtracting the heat transfer temperature change amount of the protection target from the heat transfer temperature change amount of the temperature sensor as a differential temperature change amount. It is preferable to include a process of calculating a value obtained by subtracting the difference temperature change amount from the sum of the reference temperature and the self-temperature change amount as the estimated temperature.
上記構成によれば、温度センサの伝熱温度変化量と保護対象の伝熱温度変化量とを個別に演算する場合に比べ、保護対象の推定温度の演算が容易になる。
上記モータ制御装置において、前記伝熱温度変化量は、前記制御関連部品への前記制御電圧の印加が開始されてからの経過時間に基づいて変化するように演算されることが好ましい。
According to the above configuration, it becomes easier to calculate the estimated temperature of the protected object as compared with the case of individually calculating the heat transfer temperature change amount of the temperature sensor and the heat transfer temperature change amount of the protected object.
In the motor control device, it is preferable that the heat transfer temperature change amount is calculated so as to change based on the elapsed time from the start of application of the control voltage to the control-related parts.
上記構成によれば、制御関連部品への制御電圧の印加が開始されてから徐々に該制御関連部品の温度が上昇することを踏まえ、適切な伝熱温度変化量を用いて保護対象の温度を正確に推定できる。 According to the above configuration, based on the fact that the temperature of the control-related component gradually rises after the application of the control voltage to the control-related component is started, the temperature of the protection target is determined by using an appropriate heat transfer temperature change amount. Can be estimated accurately.
上記モータ制御装置において、前記制御関連部品は、前記処理回路であり、前記温度センサは、前記処理回路が実装される回路基板の基板温度を前記基準温度として検出することが好ましい。 In the motor control device, it is preferable that the control-related component is the processing circuit, and the temperature sensor detects the substrate temperature of the circuit board on which the processing circuit is mounted as the reference temperature.
上記構成によれば、制御関連部品である処理回路が実装される回路基板の基板温度を保護対象の基準温度とするため、保護対象の基準温度が処理回路から伝わる熱の影響によって変化しやすい。したがって、基準温度と自己温度変化量とに加え、温度センサの伝熱温度変化量及び保護対象の伝熱温度変化量の少なくとも一方を考慮して保護対象の推定温度を演算する効果は大である。 According to the above configuration, since the substrate temperature of the circuit board on which the processing circuit, which is a control-related component, is mounted is set as the reference temperature of the protection target, the reference temperature of the protection target is likely to change due to the influence of heat transmitted from the processing circuit. Therefore, in addition to the reference temperature and the self-temperature change amount, the effect of calculating the estimated temperature of the protection target by considering at least one of the heat transfer temperature change amount of the temperature sensor and the heat transfer temperature change amount of the protection target is great. ..
上記モータ制御装置において、前記駆動回路及び前記温度センサを含む他の構成部品は、前記処理回路と同一の前記回路基板に実装されることが好ましい。
上記構成によれば、モータ制御装置の構成部品が1枚の回路基板に実装されるため、これら構成部品を複数の回路基板に分けて実装する場合に比べて、装置の小型化を図ることができる。一方、温度センサ及び保護対象が処理回路に近接して配置されやすくなる。そのため、保護対象の推定温度が処理回路から伝わる熱の影響によって変化しやすい。したがって、基準温度と自己温度変化量とに加え、温度センサの伝熱温度変化量及び保護対象の伝熱温度変化量の少なくとも一方を考慮して保護対象の推定温度を演算する効果は大である。
In the motor control device, it is preferable that the drive circuit and other components including the temperature sensor are mounted on the same circuit board as the processing circuit.
According to the above configuration, since the components of the motor control device are mounted on one circuit board, it is possible to reduce the size of the device as compared with the case where these components are mounted separately on a plurality of circuit boards. can. On the other hand, the temperature sensor and the protection target are likely to be arranged close to the processing circuit. Therefore, the estimated temperature to be protected is likely to change due to the influence of heat transferred from the processing circuit. Therefore, in addition to the reference temperature and the self-temperature change amount, the effect of calculating the estimated temperature of the protection target by considering at least one of the heat transfer temperature change amount of the temperature sensor and the heat transfer temperature change amount of the protection target is great. ..
上記モータ制御装置において、前記モータは、操舵装置にモータトルクを付与するものであることが好ましい。 In the motor control device, it is preferable that the motor applies motor torque to the steering device.
本発明によれば、保護対象の温度を正確に推定できる。 According to the present invention, the temperature of the protected object can be accurately estimated.
以下、モータ制御装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、モータ制御装置である操舵制御装置1の制御対象となる操舵装置2は、電動パワーステアリング装置(EPS)として構成されている。操舵装置2は、運転者によるステアリングホイール3の操作に基づいて転舵輪4を転舵させる操舵機構5を備えている。また、操舵装置2は、操舵機構5にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するEPSアクチュエータ6を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the motor control device will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
操舵機構5は、ステアリングホイール3が固定されるステアリングシャフト11と、ステアリングシャフト11に連結されたラック軸12と、ラック軸12が往復動可能に挿通されるラックハウジング13とを備えている。また、操舵機構5は、ステアリングシャフト11の回転をラック軸12の往復動に変換するラックアンドピニオン機構14を備えている。なお、ステアリングシャフト11は、ステアリングホイール3が位置する側から順にコラム軸15、中間軸16及びピニオン軸17を連結することにより構成されている。
The steering mechanism 5 includes a
ラック軸12とピニオン軸17とは、ラックハウジング13内に所定の交差角をもって配置されている。ラックアンドピニオン機構14は、ラック軸12に形成されたラック歯12aとピニオン軸17に形成されたピニオン歯17aとが噛合されることにより構成されている。また、ラック軸12の両端には、その軸端部に設けられたボールジョイント18を介してタイロッド19がそれぞれ回動自在に連結されている。タイロッド19の先端は、転舵輪4が組付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、操舵装置2では、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト11の回転がラックアンドピニオン機構14によりラック軸12の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド19を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪4の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
The
EPSアクチュエータ6は、駆動源であるモータ21と、モータ21の回転を伝達する伝達機構22と、伝達機構22を介して伝達された回転をラック軸12の往復動に変換する変換機構23とを備えている。そして、EPSアクチュエータ6は、モータ21の回転を伝達機構22を介して変換機構23に伝達し、変換機構23にてラック軸12の往復動に変換することで操舵機構5にアシスト力を付与する。なお、本実施形態のモータ21には、例えば三相の表面磁石同期モータが採用され、伝達機構22には、例えばベルト機構が採用され、変換機構23には、例えばボールネジ機構が採用されている。
The
次に、本実施形態の電気的構成について説明する。
操舵制御装置1は、モータ21を操作する。操舵制御装置1は、図示しない中央処理装置(CPU)やメモリを備えている。操舵制御装置1による各種制御は、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをCPUが実行することによって実行される。
Next, the electrical configuration of this embodiment will be described.
The
操舵制御装置1には、イグニッションスイッチ等の車両の起動スイッチ31のオンオフを示す起動信号Sigが入力される。また、操舵制御装置1には、各種のセンサにより検出される状態量が入力される。操舵制御装置1は、これらの状態量に基づいてモータ21を制御する。各種のセンサには、例えば車速センサ32、トルクセンサ33、及び回転角センサ34が含まれる。車速センサ32は車速SPDを検出する。トルクセンサ33は、操舵機構5に入力される操舵トルクThを検出する。トルクセンサ33は、ピニオン軸17に配置されている。回転角センサ34は、モータ21の回転角θmを360°の範囲内の相対角で検出する。
A start signal Sig indicating on / off of a
そして、操舵制御装置1は、これら各センサから入力される各状態量に基づいて、モータ21に駆動電力を供給することにより、EPSアクチュエータ6の作動、すなわち操舵機構5にラック軸12を往復動させるべく付与するトルクを制御する。
Then, the
次に、モータ21の構成について説明する。
図2に示すように、モータ21は、ロータ41と、図示しないステータに巻回されたコイル群42とを備えている。コイル群42は、U、V、Wの三相のコイルを有している。コイル群42は、接続線43を介して操舵制御装置1に接続されている。なお、図2では、説明の便宜上、各相の接続線43を1つにまとめて図示している。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
次に、操舵制御装置1の構成について説明する。
操舵制御装置1は、モータ21の作動を制御するための制御信号Scを出力するマイクロコンピュータ51と、制御信号Scに基づいてモータに駆動電力を供給する駆動回路52とを備えている。本実施形態では、マイクロコンピュータ51が処理回路及び制御関連部品に相当する。
Next, the configuration of the
The
駆動回路52は、電源線53を介して車載電源Bに接続されている。車載電源Bには、例えば定格電圧が12Vのものが用いられている。電源線53には、車載電源Bに接続される上流側から順に電源リレー54と、駆動リレー55と、電流の平滑化を目的とした平滑コンデンサ56とが設けられている。電源リレー54は、起動スイッチ31からの起動信号Sigに応じてオンオフする。駆動リレー55は、マイクロコンピュータ51から出力されるリレー信号Srlに応じてオンオフする。そして、駆動回路52は、電源リレー54及び駆動リレー55がオン状態となることで、車載電源Bの電源電圧Vbを駆動電圧としてコイル群42に印加することが可能となる。
The
マイクロコンピュータ51は、電源線53における電源リレー54と駆動リレー55との間の分岐点Pから分岐した分岐線57を介して車載電源Bに接続されている。分岐線57には、レギュレータ回路58が設けられている。レギュレータ回路58は、車載電源Bの電源電圧Vbに基づいてマイクロコンピュータ51に供給する一定の制御電圧を生成する。制御電圧は、駆動電圧である電源電圧Vbよりも低い値、例えば5Vに設定される。そして、マイクロコンピュータ51は、電源リレー54がオン状態となることで、レギュレータ回路58から一定の制御電圧が供給されることにより作動する。
The
図2及び図3に示すように、駆動回路52には、例えばFET等の複数のスイッチング素子52a~52fを有する周知のPWMインバータが採用されている。制御信号Scは、各スイッチング素子52a~52fのオンオフ状態を規定するゲートオンオフ信号である。そして、駆動回路52は、制御信号Scに応じてスイッチング素子52a~52fをオンオフさせることにより、車載電源Bから供給される直流電力を三相交流電力に変換し、接続線43を介してコイル群42に供給する。これにより、操舵制御装置1は、コイル群42への駆動電力の供給を通じてコイル群42で発生するトルクを制御する。
As shown in FIGS. 2 and 3, a well-known PWM inverter having a plurality of switching elements 52a to 52f such as FETs is adopted in the
マイクロコンピュータ51には、電流センサ61、電圧センサ62及び温度センサ63が接続されている。電流センサ61は、接続線43を流れる各相の実電流値Imを検出する。電流センサ61には、例えばシャント抵抗の電圧降下に基づいて実電流値Imを検出するものを採用できる。電圧センサ62は、電源線53の電圧、すなわち車載電源Bの電源電圧Vbを検出する。温度センサ63は、マイクロコンピュータ51が実装される回路基板64の基板温度Tebを検出する。
A
ここで、操舵制御装置1の機械的な構成について説明する。
図3に示すように、本実施形態の操舵制御装置1は、該操舵制御装置1を構成する各種部品が一枚の回路基板64に実装されている。なお、説明の便宜上、同図では、マイクロコンピュータ51、駆動回路52を構成する複数のスイッチング素子52a~52f、平滑コンデンサ56及び温度センサ63のみを図示し、他の回路部品を省略している。
Here, the mechanical configuration of the
As shown in FIG. 3, in the
マイクロコンピュータ51は、回路基板64における上側寄りに配置されている。各スイッチング素子52a~52fは、回路基板64における下側寄りに配置されている。平滑コンデンサ56は、回路基板64における中央付近に配置されている。温度センサ63は、マイクロコンピュータ51に対して各スイッチング素子52a~52fが配置される側と反対側に配置されている。温度センサ63は、各スイッチング素子52a~52f及び平滑コンデンサ56よりもマイクロコンピュータ51に近接して配置されている。なお、コイル群42は、各スイッチング素子52a~52fよりも温度センサ63から離間した位置に配置されている。したがって、本実施形態では、温度センサ63、平滑コンデンサ56、各スイッチング素子52a~52f、コイル群42の順で、マイクロコンピュータ51から遠ざかるように配置されている。
The
次に、マイクロコンピュータ51の構成について説明する。マイクロコンピュータ51は、所定の演算周期ごとに以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、制御信号Scを演算する。
Next, the configuration of the
図2に示すように、マイクロコンピュータ51には、起動信号Sig、車速SPD、操舵トルクTh、回転角θm、実電流値Im、電源電圧Vb、及び基板温度Tebが入力される。そして、マイクロコンピュータ51は、これらの状態量に基づいて制御信号Sc及びリレー信号Srlを出力する。
As shown in FIG. 2, the start signal Sig, the vehicle speed SPD, the steering torque Th, the rotation angle θm, the actual current value Im, the power supply voltage Vb, and the substrate temperature Teb are input to the
詳しくは、図4に示すように、マイクロコンピュータ51は、制御信号Scを出力するモータ制御部71と、リレー信号Srlを出力するリレー制御部72とを備えている。
リレー制御部72には、起動信号Sigが入力される。リレー制御部72は、起動信号Sigが起動スイッチ31のオン状態を示す場合には、駆動リレー55をオン状態とするリレー信号Srlを出力する。一方、起動信号Sigが起動スイッチ31のオフ状態を示す場合には、駆動リレー55をオフ状態とするリレー信号Srlを出力する。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
The start signal Sig is input to the
モータ制御部71は、電流指令値Im*を演算する電流指令値演算部81と、制御信号Scを演算する制御信号演算部82とを備えている。電流指令値演算部81が電流指令値演算処理を実行し、制御信号演算部82が制御信号演算処理を実行する。また、マイクロコンピュータ51は、保護対象であるコイル群42、駆動回路52及び平滑コンデンサ56の推定温度Te_l,Te_c,Te_fを演算する推定温度演算部83と、電流指令値Im*の上限値である電流制限値Ilimを演算する電流制限値演算部84とを備えている。推定温度演算部83が推定温度演算処理を実行し、電流制限値演算部84が電流制限値演算処理を実行する。
The
電流制限値演算部84には、電源電圧Vb及び推定温度演算部83において後述するように演算される推定温度Te_l,Te_c,Te_fが入力される。電流制限値演算部84は、電源電圧Vbに基づく電流制限値Ilim_v、推定温度Te_lに基づく電流制限値Ilim_l、推定温度Te_cに基づく電流制限値Ilim_c、及び推定温度Te_fに基づく電流制限値Ilim_fを演算する。そして、電流制限値Ilim_v,Ilim_l,Ilim_c,Ilim_fのうち、最も小さな値を電流制限値Ilimとして演算する。
The power supply voltage Vb and the estimated temperatures Te_l, Te_c, and Te_f calculated by the estimated
具体的には、電流制限値演算部84は、電源電圧Vbと電流制限値Ilim_vとの関係を定めたマップを備えている。電流制限値演算部84は、このマップを参照することにより電源電圧Vbに応じた電流制限値Ilim_vを演算する。
Specifically, the current limit
図5に示すように、このマップは、電源電圧Vbが第1電圧閾値Vth1よりも大きい場合には、電流制限値Ilim_vが定格電流Irと等しい値で一定となる。つまり、電流制限値Ilim_vは、コイル群42に供給する電流を制限しない値となる。電源電圧Vbが第1電圧閾値Vth1以下である場合、電流制限値Ilim_vは、電源電圧Vbの低下に基づいて小さくなる。そして、電源電圧Vbの値が第2電圧閾値Vth2以下である場合には、コイル群42に供給する電流がゼロに制限される。
As shown in FIG. 5, in this map, when the power supply voltage Vb is larger than the first voltage threshold value Vth1, the current limit value Ilim_v is constant at a value equal to the rated current Ir. That is, the current limit value Ilim_v is a value that does not limit the current supplied to the
また、電流制限値演算部84は、推定温度Te_lと電流制限値Ilim_lとの関係を定めたマップを備えている。電流制限値演算部84は、このマップを参照することにより推定温度Te_lに応じた電流制限値Ilim_lを演算する。
Further, the current limit
図6に示すように、このマップは、推定温度Te_lが第1温度閾値Teth1_l以下の場合には、電流制限値Ilim_lが定格電流Irと等しい値で一定となる。つまり、電流制限値Ilim_lは、コイル群42に供給する電流を制限しない値となる。推定温度Te_lが第1温度閾値Teth1_lよりも大きい場合には、電流制限値Ilim_lは、推定温度Te_lの増大に基づいて小さくなる。そして、推定温度Te_lの値が第2温度閾値Teth2_l以上である場合には、コイル群42に供給する電流が最低電流値Iminに制限される。最低電流値Iminは、コイル群42に供給しても、操舵制御装置1及びモータ21の温度が上昇しないような値に設定されている。
As shown in FIG. 6, in this map, when the estimated temperature Te_l is equal to or less than the first temperature threshold value Tes1_l, the current limit value Ilim_l is constant at a value equal to the rated current Ir. That is, the current limit value Ilim_l is a value that does not limit the current supplied to the
電流制限値演算部84は、推定温度Te_cと電流制限値Ilim_cとの関係を定めたマップ、及び推定温度Te_fと電流制限値Ilim_fとの関係を定めたマップを備えている。これらのマップは、図6に示すマップと同様の傾向をそれぞれ有するため、その説明を省略する。電流制限値演算部84は、こうしたマップを参照することにより推定温度Te_cに応じた電流制限値Ilim_c、及び推定温度Te_fに応じた電流制限値Ilim_fを演算する。
The current limit
そして、図4に示すように、電流制限値演算部84は、電流制限値Ilim_v,Ilim_l,Ilim_c,Ilim_fのうち、最も小さな値を電流制限値Ilimとして演算する。このように演算された電流制限値Ilimは、電流指令値演算部81に出力される。
Then, as shown in FIG. 4, the current limit
電流指令値演算部81には、操舵トルクTh、車速SPD及び電流制限値Ilimが入力される。電流指令値演算部81は、これらの状態量に基づいて電流指令値Im*を演算する。電流指令値Im*は、モータ21で発生すべきトルクに応じた電流を示す。
The steering torque Th, the vehicle speed SPD, and the current limit value Ilim are input to the current command
具体的には、電流指令値演算部81は、操舵トルクThの絶対値が大きくなるほど、また車速SPDが低くなるほど、より大きな絶対値を有する仮電流指令値Im*_tを演算する。電流指令値演算部81は、仮電流指令値Im*_tが電流制限値Ilim以下である場合には、この値をそのまま電流指令値Im*として演算する。一方、電流指令値演算部81は、仮電流指令値Im*_tの値が電流制限値Ilimよりも大きい場合には、電流制限値Ilimを電流指令値Im*として演算する。このように演算された電流指令値Im*は、制御信号演算部82に出力される。
Specifically, the current command
制御信号演算部82には、電流指令値Im*、実電流値Im及び回転角θmが入力される。制御信号演算部82は、実電流値Imを電流指令値Im*に追従させるべく、実電流値Im、電流指令値Im*及び回転角θmに基づいてベクトル制御を実行することにより、制御信号Scを演算する。そして、このように演算された制御信号Scが駆動回路52に出力されることにより、コイル群42に制御信号Scに応じた駆動電力が供給される。これにより、コイル群42で電流指令値Im*に示されるトルクが発生する。
The current command value Im *, the actual current value Im, and the rotation angle θm are input to the control
なお、電流指令値Im*は、d軸電流指令値Id*とq軸電流指令値Iq*とからなるベクトル指令値であり、実電流値Imはd軸電流値Idとq軸電流値Iqとからなるベクトル値である。通常時には、d軸電流指令値Id*にはゼロが代入され、q軸電流指令値Iq*には電流指令値Im*が代入される。なお、3相モータのベクトル制御は周知技術であるため、詳細な説明は省略するが、実電流値Imと、d軸電流値Id及びq軸電流値Iqとの間には、下記(1)式の関係が成立する。 The current command value Im * is a vector command value composed of a d-axis current command value Id * and a q-axis current command value Iq *, and the actual current value Im is a d-axis current value Id and a q-axis current value Iq. It is a vector value consisting of. Normally, zero is substituted for the d-axis current command value Id *, and the current command value Im * is substituted for the q-axis current command value Iq *. Since the vector control of the three-phase motor is a well-known technique, detailed description thereof will be omitted, but between the actual current value Im and the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq, the following (1) The relation of the formula is established.
コイル群42の温度は、大まかには、温度センサ63により検出されるコイル群42の基準温度を、コイル群42への通電に起因する温度変化に応じて増減させることで推定される。本実施形態のコイル群42の基準温度は、温度センサ63により検出される回路基板64の基板温度Tebである。
The temperature of the
すなわち、モータ21の駆動時において、コイル群42の温度は、コイル群42に電流が流れて発熱することで上昇する。こうしたコイル群42への通電に起因する自己温度変化量ΔTes_lは、例えば図7に示すようにコイル群42に流れる実電流値Imが時刻t1においてステップ状に増加した場合、コイル群42での発熱に伴って1次遅れの傾向で増加する。また、コイル群42の自己温度変化量ΔTes_lは、コイル群42に流れる実電流値Imが時刻t2においてゼロに減少した場合、コイル群42からの放熱に伴って1次遅れの傾向で減少する。なお、同図において、実電流値Imを細線で示し、自己温度変化量ΔTes_lを太線で示す。
That is, when the
こうした特性を反映させるため、推定温度演算部83は、1次遅れフィルタを含む下記(2)式を用いて現在の演算周期における自己温度変化量ΔTes_lkを演算する。なお、各状態量の参照符号に付加された下付き文字は、各状態量の演算周期を示し、基準となる現在の演算周期を「k」としている。
In order to reflect these characteristics, the estimated
ところで、マイクロコンピュータ51は、コイル群42に駆動電力を供給するための駆動電圧とは異なり、レギュレータ回路58から供給される制御電圧に基づいて作動する。つまり、マイクロコンピュータ51は、コイル群42への非通電時にも作動する。そのため、コイル群42への通電が行われず、コイル群42が自身を流れる電流によって発熱しない場合にも、マイクロコンピュータ51は発熱する。そして、マイクロコンピュータ51の発熱による温度上昇は、温度センサ63により検出される基板温度Teb、及びコイル群42の温度に影響を与える。つまり、基板温度Teb及びコイル群42の温度は、モータ21の非駆動時にも上昇する。そして、上記のように温度センサ63は、コイル群42よりもマイクロコンピュータ51に近接して配置されているため、温度センサ63により検出される基板温度Tebの変化量は、コイル群42の温度の変化量よりも大きくなる。
By the way, the
この点を踏まえ、推定温度演算部83は、基板温度Tebと、コイル群42への通電に起因するコイル群42の自己温度変化量ΔTes_lとに加え、マイクロコンピュータ51からの放熱を考慮してコイル群42の推定温度Te_lを演算する。
Based on this point, the estimated
詳しくは、推定温度演算部83は、マイクロコンピュータ51から伝わる熱に起因する温度センサ63の伝熱温度変化量ΔTep_sと、マイクロコンピュータ51から伝わる熱に起因するコイル群42の伝熱温度変化量ΔTep_lとの差分である差分温度変化量ΔTed_lを演算する。そして、推定温度演算部83は、下記(3)式のように、基板温度Tebと自己温度変化量ΔTes_lとの和から差分温度変化量ΔTed_lを減算した値をコイル群42の推定温度Te_lとして演算する。
Specifically, the estimated
Te_l=Teb+ΔTes_l-ΔTed_l…(3)
つまり、コイル群42の推定温度Te_lは、基板温度Tebと自己温度変化量ΔTes_lとの和に対して、温度センサ63の伝熱温度変化量ΔTep_sを減算するとともにコイル群42の伝熱温度変化量ΔTep_lを加算することにより得られる値である。
Te_l = Teb + ΔTes_l-ΔTed_l… (3)
That is, the estimated temperature Te_l of the
ここで、図8に示すように、温度センサ63の伝熱温度変化量ΔTep_sは、起動スイッチ31がオン状態となってからの経過時間、すなわちマイクロコンピュータ51への制御電圧の印加が開始されてからの経過時間Eに伴って、1次遅れの傾向で上昇する。同様に、コイル群42の伝熱温度変化量ΔTep_lは、マイクロコンピュータ51への制御電圧の印加が開始されてからの経過時間Eに伴って、1次遅れの傾向で上昇する。したがって、図9に示すように、伝熱温度変化量ΔTep_sから伝熱温度変化量ΔTep_lを減算することにより得られる差分温度変化量ΔTed_lは、1次遅れの傾向で上昇する。
Here, as shown in FIG. 8, the heat transfer temperature change amount ΔTep_s of the
こうした特性を反映させるため、推定温度演算部83は、下記(4)式を用いて差分温度変化量ΔTed_lを演算する。なお、推定温度演算部83は、オン状態を示す起動信号Sigが入力されてからの時間を計測しており、当該時間を経過時間Eとする。また、推定温度演算部83は、起動信号Sigが入力されてから演算を開始する。そのため、下記(4)式において演算周期を示す「k」は、経過時間Eに応じた数値である。
In order to reflect these characteristics, the estimated
上記のように温度センサ63は、コイル群42よりもマイクロコンピュータ51に近接して配置されているため、差分温度変化量ΔTed_lは正の値となる。つまり、マイクロコンピュータ51から伝わる熱を考慮することで、考慮しない場合に比べ、コイル群42の推定温度Te_lは低くなる。
Since the
なお、平滑コンデンサ56の推定温度Te_cの演算では、上記(2)式の適用に際して、平滑コンデンサ56に応じて設定されたゲインKs_c及び時定数τs_cが用いられる。また、平滑コンデンサ56の推定温度Te_cの演算では、上記(4)式の適用に際して、回路基板64及び平滑コンデンサ56に応じて設定されたゲインKp_c及び時定数τp_cが用いられる。
In the calculation of the estimated temperature Te_c of the smoothing
駆動回路52の推定温度Te_fの演算では、上記(2)式の適用に際して、駆動回路52に応じて設定されたゲインKs_f及び時定数τs_fが用いられる。駆動回路52の推定温度Te_fの演算では、上記(4)式の適用に際して、回路基板64及び駆動回路52に応じて設定されたゲインKp_f及び時定数τp_fが用いられる。本実施形態では、駆動回路52の推定温度Te_fには、駆動回路52を構成するスイッチング素子のうち、最も温度が上昇しやすい位置に配置されたスイッチング素子の推定温度を採用している。
In the calculation of the estimated temperature Te_f of the
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
(1)マイクロコンピュータ51は、基板温度Tebと、保護対象の自己温度変化量とに加え、マイクロコンピュータ51から温度センサ63及び保護対象に伝わる熱を考慮して保護対象の推定温度を演算する。これにより、保護対象の温度を正確に推定できる。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
(1) The
(2)マイクロコンピュータ51は、基板温度Tebと保護対象の自己温度変化量との和から差分温度変化量を減算することにより得られる値を推定温度として演算する。そのため、温度センサ63の伝熱温度変化量ΔTep_sと保護対象の伝熱温度変化量とを個別に演算する場合に比べ、保護対象の推定温度の演算が容易になる。
(2) The
(3)差分温度変化量は、マイクロコンピュータ51への制御電圧の印加が開始されてからの経過時間Eに基づいて変化するように演算される。そのため、上記のようにマイクロコンピュータ51への制御電圧の印加が開始されてから徐々に該マイクロコンピュータ51の温度が上昇することを踏まえ、適切な差分温度変化量を用いて保護対象の温度を正確に推定できる。
(3) The difference temperature change amount is calculated so as to change based on the elapsed time E from the start of application of the control voltage to the
(4)温度センサ63は、マイクロコンピュータ51が実装される回路基板64の基板温度Tebを保護対象の基準温度として検出する。そのため、保護対象の基準温度がマイクロコンピュータ51から伝わる熱によって変化しやすい。したがって、温度センサ63の伝熱温度変化量ΔTep_s及び保護対象の伝熱温度変化量を考慮して保護対象の推定温度を演算する効果は大である。
(4) The
(5)操舵制御装置1を構成する各種部品を一枚の回路基板64に実装したため、各構成部品を複数の回路基板に分けて実装する場合に比べて、操舵制御装置1の小型化を図ることができる。一方、温度センサ63及び保護対象がマイクロコンピュータ51に近接して配置されやすくなる。そのため、保護対象の推定温度がマイクロコンピュータ51から伝わる熱の影響によって変化しやすい。したがって、基板温度Tebと自己温度変化量とに加え、差分温度変化量を考慮して保護対象の推定温度を演算する効果は大である。
(5) Since various components constituting the
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、操舵制御装置1の構成部品を一枚の回路基板64に実装したが、これに限らず、操舵制御装置1の構成部品を複数の回路基板に分けて実装してもよい。
This embodiment can be modified and implemented as follows. The present embodiment and the following modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
-In the above embodiment, the components of the
・上記実施形態では、温度センサ63を、コイル群42、駆動回路52及び平滑コンデンサ56よりもマイクロコンピュータ51に近接して配置したが、これに限らず、例えば温度センサ63を平滑コンデンサ56よりもマイクロコンピュータ51から離間させて配置してもよい。この場合、温度センサ63の伝熱温度変化量ΔTep_sと平滑コンデンサ56の伝熱温度変化量ΔTep_cとの差分である差分温度変化量ΔTed_cは、負の値となる。つまり、マイクロコンピュータ51から伝わる熱を考慮することで、考慮しない場合に比べ、推定温度Te_cは高くなる。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、保護対象の基準温度として基板温度Tebを用いたが、これに限らず、例えば操舵制御装置1内の雰囲気温度を保護対象の基準温度として用いてもよい。
・上記実施形態では、コイル群42の推定温度Te_lを、基板温度Tebと自己温度変化量ΔTes_lとの和から差分温度変化量ΔTed_lを減算することにより得られる値としたが、これに限らない。例えば、基板温度Tebと自己温度変化量ΔTes_lとの和から温度センサ63の伝熱温度変化量ΔTep_sを減算するとともに保護対象の伝熱温度変化量を加算することにより得られる値を保護対象の推定温度としてもよい。また、例えば基板温度Tebと自己温度変化量ΔTes_lとの和から、温度センサ63の伝熱温度変化量ΔTep_sのみ又は保護対象の伝熱温度変化量のみを減算することにより得られる値を保護対象の推定温度としてもよい。こうした推定温度の演算方法の変更は、平滑コンデンサ56の推定温度Te_c及び駆動回路52の推定温度Te_fの演算についても適用可能である。
-In the above embodiment, the substrate temperature Teb is used as the reference temperature of the protection target, but the present invention is not limited to this, and for example, the atmospheric temperature in the
In the above embodiment, the estimated temperature Te_l of the
・上記実施形態では、差分温度変化量を経過時間Eに基づいて変化するように演算したが、これに限らず、差分温度変化量を経過時間Eに関わらず一定の所定値となるように演算してもよい。 -In the above embodiment, the difference temperature change amount is calculated to change based on the elapsed time E, but the calculation is not limited to this, and the difference temperature change amount is calculated to be a constant predetermined value regardless of the elapsed time E. You may.
・上記実施形態では、コイル群42、平滑コンデンサ56、及び駆動回路52を保護対象としたが、これに限らない。これらの回路素子に加えて又は代えて、例えば電流センサ61等、大電流が流れる回路素子を保護対象としてもよい。また、マイクロコンピュータ51を保護対象としてもよい。
-In the above embodiment, the
・上記実施形態では、マイクロコンピュータ51を制御関連部品としたが、これに限らず、例えば特定の処理を実行する専用のハードウェア回路(例えばASIC)等、コイル群42への非通電時にも作動する他の回路素子を制御関連部品としてもよい。
-In the above embodiment, the
・上記実施形態では、操舵装置2をEPSとして構成したが、これに限らない。例えば操舵装置2を操舵部と転舵部との間の動力伝達が分離したステアバイワイヤ式のものとして構成し、操舵制御装置1が転舵輪4を転舵させる転舵トルクを付与するモータ、あるいはステアリングホイール3に操舵反力を付与するモータの作動を制御してもよい。また、操舵装置以外の装置にモータトルクを付与するモータの作動を制御してもよい。
-In the above embodiment, the
・上記実施形態において、操舵制御装置1の制御対象であるモータ21は、複数のコイル群を有するものであってもよい。この場合、操舵制御装置1は、複数のコイル群の各々に対応する個別の駆動回路を含みコイル群ごとに駆動電力を供給する複数の通電系統と、複数の駆動回路の作動をそれぞれ制御する複数の制御信号を出力する少なくとも1つの処理回路とを備える。そして、複数の通電系統の各々について、本実施形態のように保護対象の推定温度を演算する。
-In the above embodiment, the
・上記実施形態において、操舵制御装置1としては、CPU及びメモリを備えてソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態において実行されるソフトウェア処理の少なくとも一部を処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、転舵制御装置は、以下の(a)~(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路(processing circuitry)によって実行されればよい。
-In the above embodiment, the
1…操舵制御装置
21…モータ
42…コイル群
51…マイクロコンピュータ(処理回路)
52…駆動回路
63…温度センサ
1 ...
52 ... Drive
Claims (6)
前記モータのコイル群に印加する駆動電圧よりも低く設定される制御電圧に基づいて作動する制御関連部品を備え、
前記処理回路は、
前記コイル群に供給する電流の目標値である電流指令値を演算する電流指令値演算処理と、
前記コイル群への通電に伴って電流が流れる保護対象の推定温度を演算する推定温度演算処理と、
前記推定温度に基づいて前記電流指令値の上限値である電流制限値を演算する電流制限値演算処理と、
前記電流指令値を前記電流制限値で制限した値に基づいて前記制御信号を演算する制御信号演算処理と、を実行し、
前記処理回路は、前記推定温度演算処理において、
温度センサにより検出される前記保護対象の基準温度と、
前記コイル群への通電に起因する前記保護対象の自己温度変化量と、
前記制御関連部品から伝わる熱に起因する前記温度センサの伝熱温度変化量及び前記制御関連部品から伝わる熱に起因する前記保護対象の伝熱温度変化量の少なくとも一方と、に基づいて前記推定温度を演算するモータ制御装置。 A motor control device including a processing circuit that outputs a control signal for controlling the operation of the motor and a drive circuit that supplies drive power to the motor based on the control signal.
It is equipped with control-related components that operate based on a control voltage set lower than the drive voltage applied to the coil group of the motor.
The processing circuit is
The current command value calculation process for calculating the current command value, which is the target value of the current supplied to the coil group, and the current command value calculation process.
Estimated temperature calculation processing that calculates the estimated temperature of the protected object to which current flows when the coil group is energized, and
A current limit value calculation process for calculating a current limit value which is an upper limit value of the current command value based on the estimated temperature, and a current limit value calculation process.
A control signal calculation process for calculating the control signal based on the value obtained by limiting the current command value by the current limit value is executed.
The processing circuit is used in the estimated temperature calculation process.
The reference temperature of the protection target detected by the temperature sensor and
The amount of self-temperature change of the protection target due to energization of the coil group and
The estimated temperature is based on at least one of the heat transfer temperature change amount of the temperature sensor due to the heat transferred from the control-related component and the heat transfer temperature change amount of the protection target due to the heat transferred from the control-related component. Motor control device that calculates.
前記推定温度演算処理は、
前記温度センサの伝熱温度変化量と前記保護対象の伝熱温度変化量との差分である差分温度変化量を演算する処理と、
前記基準温度と前記自己温度変化量との和から前記差分温度変化量を減算することにより得られる値を前記推定温度として演算する処理と、を含むモータ制御装置。 In the motor control device according to claim 1,
The estimated temperature calculation process is
Processing to calculate the difference temperature change amount, which is the difference between the heat transfer temperature change amount of the temperature sensor and the heat transfer temperature change amount of the protection target,
A motor control device including a process of calculating a value obtained by subtracting the difference temperature change amount from the sum of the reference temperature and the self-temperature change amount as the estimated temperature.
前記差分温度変化量は、前記制御関連部品への前記制御電圧の印加が開始されてからの経過時間に基づいて変化するように演算されるモータ制御装置。 In the motor control device according to claim 2,
A motor control device whose differential temperature change amount is calculated to change based on the elapsed time from the start of application of the control voltage to the control-related parts.
前記制御関連部品は、前記処理回路であり、
前記温度センサは、前記処理回路が実装される回路基板の基板温度を前記基準温度として検出するモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 3.
The control-related component is the processing circuit.
The temperature sensor is a motor control device that detects the substrate temperature of the circuit board on which the processing circuit is mounted as the reference temperature.
前記駆動回路及び前記温度センサを含む他の構成部品は、前記処理回路と同一の前記回路基板に実装されるモータ制御装置。 In the motor control device according to claim 4,
The drive circuit and other components including the temperature sensor are motor control devices mounted on the same circuit board as the processing circuit.
前記モータは、操舵装置にモータトルクを付与するものであるモータ制御装置。 In the motor control device according to any one of claims 1 to 5.
The motor is a motor control device that applies motor torque to the steering device.
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