JP2022098537A - 電子制御装置、及びモータの動作を検出する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｚ相信号へのノイズにより、意図しない箇所における電気角位相補正を抑制する。【解決手段】車両走行用動力を出力するモータを制御する電子制御装置であって、前記モータの回転信号を出力するレゾルバと、前記モータに駆動用電気信号を供給するインバータとに接続されており、前記レゾルバから出力されるＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号を、Ａ相信号、Ｂ相信号、及び前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号に同期して発生するＺ相信号に変換するコンバータと、前記モータを制御するためのプログラムを実行する制御部とを備え、前記制御部は、前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号に基づいて、前記モータの電気角位相を計数し、前記Ｚ相信号を推定発生範囲内で受信した場合、前記電気角位相の計数値を補正する。【選択図】図４

Description

本発明は、車両走行用動力を出力するモータを制御する電子制御装置に関する。

電動自動車は、バッテリーから供給された電力でモータが回転することによって駆動力を得ている。

モータには、回転角度検出装置であるレゾルバが取り付けられている。このレゾルバがモータの回転角度を検出し、ＥＣＵ（電子制御装置）内のマイクロコントローラが、検出された回転角度によってモータの回転数を制御している。すなわち、ＥＣＵが認識している回転角度情報（電気角位相）と実際のモータの回転角度（電気角位相）が誤っていると、ＥＣＵは制御を誤ってしまい、走行性能に影響が生じる。

そのため、実際のモータの電気角位相をマイクロコントローラが正しく認識することが重要となる。しかしながら、ＲＤＣ－ＩＣ（レゾルバデジタルコンバータＩＣ）が、モータから出力された電気角位相のアナログ情報をデジタル情報に変換して、ＥＣＵが制御に使用するため、誤差が発生する。蓄積された誤差は無視できない値となるため、電気角位相の補正が必要となる。

モータ制御で使用する電気角位相は、レゾルバからのＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号から変換され、ＲＤＣ－ＩＣから出力されるＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を用いて算出されるものが知られている。Ａ相信号及びＢ相信号は、モータの回転量、回転方向、及び回転位置を認識可能なデジタル信号であり、Ｚ相信号は、モータの電気角位相が０°になるごとに出力される信号である。マイクロコントローラは、これらの出力信号を受信し、モータを制御する。

マイクロコントローラは、Ａ相信号及びＢ相信号の出力数を加算して、モータの電気角位相を算出する。電気角位相は０°から３６０°であり、一周すると０°に戻る。これを表現する方法として、Ｚ相信号を使用する。Ｚ相信号をきっかけとして、モータの電気角位相のカウントをリセットして、モータの電気角位相の新たなカウントを開始する。また、これにより、Ａ相信号やＢ相信号にノイズが乗った場合でも、Ａ相信号とＢ相信号から算出されるモータの電気角位相を補正できる。

この技術を用いたもので正確な電気角位相を算出するエンコーダシステムも提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、モータの位置、速度を検出し、Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を生成するエンコーダと、前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号からＡＢ相の波形を認識するＡＢ波形認識回路と、前記Ｚ相信号からＺ相のイネーブル状態の期間を認識するＺ波形認識回路と、Ｚ相がディセーブル状態からイネーブル状態に変化するときのＡＢ相の値を記憶し、ＡＢ相変化パターンを記憶する起点記憶装置と、Ｚ相がディセーブル状態からイネーブル状態に変化してから前記ＡＢ相変化パターン経過後にディセーブル状態からイネーブル状態に変化する割り込み信号を生成して出力する起点認識回路と、前記割り込み信号がディセーブル状態からイネーブル状態に変化したときをきっかけとして、モータの回転角度のカウントをリセットして新たにモータの回転角度のカウントを開始する回転角度カウンタとを有するインターフェースと、を具備することを特徴とするエンコーダシステムが記載されている。

特開２０２０－６７３２５号公報

前述した従来技術を適用する場合、Ｚ相信号へのノイズが懸念される。Ｚ相信号の伝送経路に何らかの理由でノイズが乗り、電気角位相０°以外の場所でＺ相信号が発生すると、意図していない箇所でモータの電気角位相のカウントがリセットされ、実際のモータの電気角位相とマイコンが計算している電気角位相が異なることになる。その結果、マイコンは、正確な電気角位相を取得できず、モータを使用した電気自動車の走行性能に影響が生じる可能性がある。

本発明の電子制御装置は、Ｚ相信号へのノイズにより、意図しない箇所における電気角位相補正を抑制するものである。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、車両走行用動力を出力するモータを制御する電子制御装置であって、前記モータの回転信号を出力するレゾルバと、前記モータに駆動用電気信号を供給するインバータとに接続されており、前記レゾルバから出力されるＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号を、Ａ相信号、Ｂ相信号、及び前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号に同期して発生するＺ相信号に変換するコンバータと、前記モータを制御するためのプログラムを実行する制御部とを備え、前記制御部は、前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号に基づいて、前記モータの電気角位相を計数し、前記Ｚ相信号を推定発生範囲内で受信した場合、前記電気角位相の計数値を補正することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、意図しない箇所における電気角位相補正を抑制できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

本発明の実施例のモータ及びレゾルバが接続されたＥＣＵを有する電気自動車の概略構成図である。 Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号のタイミングチャートである。 Ｚ相信号とモータの電気角位相カウンタＣのクリアとの関係を示す図である。 Ｚ相信号処理のフローチャートである。

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例のモータ及びレゾルバが接続されたＥＣＵを有する電気自動車の概略構成図である。なお、図１では、モータ１０１、レゾルバ１０２、ＥＣＵ１０３、及びインバータ１０６以外の構成の図示を省略した。

本実施例の電気自動車は、モータ１０１と、レゾルバ１０２と、ＥＣＵ１０３とを有する。ＥＣＵ１０３は、レゾルバデジタルコンバータＩＣ（ＲＤＣ－ＩＣ）１０４と、マイクロコントローラ（以降、マイコンと略称する）１０５を有する。

レゾルバ１０２は、モータ１０１の回転に伴う電気角位相情報としてＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号１０２ａをＲＤＣ－ＩＣ１０４に出力する。ＲＤＣ－ＩＣ１０４は、ＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号１０２ａの振幅によって、電気位相角の絶対値を検知し、ＡＢＺ相信号１０４ｂをマイコン１０５に出力する。

インバータ１０６は、ＥＣＵ１０３からの制御信号に基づいて、モータ１０１を駆動するための電気信号（三相交流）を出力する。

ＡＢＺ相信号１０４ｂは、モータ１０１の電気角位相情報をＡ相信号及びＢ相信号によって表し、モータ１０１の電気位相角が一回転するごとにＺ相信号が出力される（図２参照）。

マイコン１０５は、メモリに格納された所定のプログラムを実行することによって、モータの動作を制御する。マイコン１０５は、Ｚ相信号が入力される前に起動し、ソフトウェアの実行時にモータ１０１の推定電気位相角が不明であるため、ＲＤＣ－ＩＣ１０４からＳＰＩ通信線１０４ａを介して出力されるＳＰＩ信号によって電気角位相の絶対値を取得する。但し、ＳＰＩ信号から電気角位相の取得はモータ１０１の制御周期に比べて読み出し速度が遅く、モータ１０１の回転中は使用できない。そのため、ＳＰＩ信号はマイコン起動直後のモータ１０１の停止時のみ使用し、以降はＡＢＺ相信号１０４ｂを用いて電気角位相情報を取得する。

図２は、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号のタイミングチャートである。

Ａ相信号とＢ相信号は、モータ１０１の回転量、回転方向、回転位置をデジタル出力した号である。Ａ相信号とＢ相信号は、モータ１０１が所定の角度だけ回転する毎に出力され、マイコン１０５が出力された矩形波の数を数えることによって回転量と回転位置を取得する。また、Ａ相信号とＢ相信号は位相が１／４周期ずれており、Ａ相信号及びＢ相信号の立ち上がり及び立下りの順序によって回転方向を表す。Ｚ相信号は電気角位相が０°となるときに出力される。

図３は、Ｚ相信号とモータ１０１の電気角位相カウンタＣのクリアとの関係を示す図である。

マイコン１０５は、図２のＡ相信号とＢ相信号の数を数えることによって、モータ１０１の電気角位相を示すことができる。Ａ相信号とＢ相信号の数を数えた値を、電気角位相カウンタＣと称する。モータ１０１の電気角位相カウンタＣは、モータ１０１の回転に合わせてインクリメントする。Ｃ１はモータ１０１の電気角位相カウンタＣの前回値、Ｃ２はモータ１０１の電気角位相カウンタＣの今回値を示す。Ｚ相信号が出力されたタイミングでＣ２とＣ１の差ΔＣを計算し、ΔＣが所定の範囲内であればＺ相信号連続正常カウンタをインクリメントする。また、Ｚ相信号連続正常カウンタが最大値となった後はインクリメントせず、Ｚ相信号が出力されたタイミングでモータ１０１の電気角位相カウンタがクリアされる。ただし、今回値Ｃ２’と前回値Ｃ１’の差が所定の範囲外であればＺ相信号連続正常カウンタは０にクリアされる。

図４は、本実施例のマイコン１０５が実行するＺ相信号処理のフローチャートである。

図４の処理が実行されると、割り込みを許可し、Ｚ相信号の立ち上がり判定に使用される割り込みカウンタを更新する（ステップＳ４００）。割り込みカウンタは、Ｚ信号の立ち上がりを検出しインクリメントする。

割り込み（Ｚ相信号の立ち上がり）が検出された場合（ステップＳ４０１でＹＥＳ）、現在のモータ１０１の電気角位相カウンタＣを取得する（ステップＳ４０２）。割り込みが検出されなかった場合は、このＺ相信号処理を終了する。

割り込みが検出され、モータ１０１の電気角位相カウンタＣをレジスタから取得した後、２回目以後のＺ相信号処理であるかを判定する（ステップＳ４０３）。初回の場合は、取得したモータ１０１の電気角位相カウンタＣを前回値Ｃ１に設定し（ステップＳ４１２）、Ｚ相信号処理を終了する。初回の場合とは、マイコン１０４の起動後にＺ相信号を初めて受信する場合や、前記モータの回転方向（例えば、正回転から逆回転、逆回転から正回転）が変わった後に初じめてＺ相信号を受診した場合であり、これらの場合、正常範囲内でＺ相信号を受信しても、電気角位相は補正されない。

２回目以上処理が行われている場合は、モータ１０１の電気角位相カウンタＣの今回値Ｃ２と前回値Ｃ１の差ΔＣを計算する（ステップＳ４０４）。差ΔＣは、ΔＣ＝Ｃ２－Ｃ１で計算できる（図３参照）。また、逆回転である場合も考慮し、差分ΔＣの絶対値｜ΔＣ｜を計算する（ステップＳ４０５）。絶対値｜ΔＣ｜を計算することによって、モータ１０１の回転方向によらず、電気角位相カウンタＣの値が常に増加するように更新できる。その後、ステップＳ４０４で計算された差の絶対値｜ΔＣ｜が所定の正常範囲内であるかを判定する（ステップＳ４０６）。すなわち、Ｚ相信号はモータ１０１の電気角位相０°ごとに出力されているため、差は３６０°である。このため、正常範囲は、３６０°±αの範囲とし、α分の上下は正常範囲内とする。このαは、製品の許容誤差及びハードウェアの特性によって決定する値である。正常範囲は、モータ１０１の正回転時には、モータ１０１の１回転分の電気角位相カウンタ値を加算して定め、モータ１０１の逆回転時には、モータ１０１の１回転分の電気角位相カウンタ値を減算して定められる。

｜ΔＣ｜が正常範囲外である場合、Ｚ相信号は正常でない（ノイズである可能性が高い）ため、Ｚ相信号連続正常カウンタを０にクリアし（ステップＳ４１３）、モータ１０１の電気角位相カウンタＣの前回値Ｃ１をＲＡＭに格納した後、Ｚ相信号処理を終了する。

｜ΔＣ｜が正常範囲内である場合、Ｚ相信号連続正常カウンタが最大であるかを判定する（ステップＳ４０７）。

Ｚ相信号連続正常カウンタが最大値でない場合、Ｚ相信号連続正常カウンタをインクリメントする（ステップＳ４０８）。Ｚ相信号連続正常カウンタの最大値は、Ｚ相信号が何回連続で正常であれば信頼できるかを示す指標である。本実施例では、最大値は４とする。すなわち、４回連続で正常な間隔でＺ相信号を検知できれば、Ｚ相信号は信頼できる信号出ると判定される。Ｚ相信号連続正常カウンタが最大値である場合、Ｚ相信号連続正常カウンタのインクリメントをスキップする。

Ｚ相信号が信頼できるかを判定する（ステップＳ４０９）。前述の通り、Ｚ相信号連続正常カウンタが最大値の場合に、Ｚ相信号を信頼できる。

Ｚ相信号を信頼できる場合、モータ１０１の電気角位相カウンタＣの今回値Ｃ２を０にクリアする（ステップＳ４１０）。この時、実際のモータ１０１の電気角位相とモータ１０１の電気角位相カウンタＣが一致し、電気角位相補正が行われる。Ｚ相信号を信頼できない場合は、モータ１０１の電気角位相カウンタＣのクリアをスキップする。

その後、モータ１０１の電気角位相カウンタＣの今回値Ｃ２を前回値Ｃ１に格納し（ステップＳ４１１）、Ｚ相信号処理は終了する。

なお、所定回数連続して正常範囲外でＺ相信号を受信した場合、異常と判定するとよい。

以上に説明したように、本発明の実施例のＥＣＵ１０３は、Ａ相信号及びＢ相信号に基づいてモータ１０１の電気角位相を計数し、Ｚ相信号を推定発生範囲（正常範囲）内で受信した場合、電気角位相の計数値を補正するので、ノイズ（外乱）による意図しない箇所における電気角位相の補正を抑制でき、電気角位相が正常に補正されることによって、モータ１０１の実際の電気角位相とＥＣＵ１０３が認識している電気角位相が一致し、適切にモータ１０１を制御できる。

また、ＥＣＵ１０３は、モータ１０１の正回転時には、モータ１０１の１回転で出力されるＡ相信号及びＢ相信号の数を加算して推定発生範囲を定め、モータ１０１の逆回転時には、モータ１０１の１回転で出力されるＡ相信号及びＢ相信号の数を減算して推定発生範囲を定めるので、モータ１０１の回転方向によらず、意図しない箇所における電気角位相の補正を抑制できる。

また、ＥＣＵ１０３は、モータ１０１の逆回転時の初回のＺ相信号を推定発生範囲内で受信しても、電気角位相の計数値を補正しないので、モータ１０１の回転方向の変化時に生じる１回転に満たない計数値の半端用いることなく、正確な箇所で電気角位相を補正できる。

また、ＥＣＵ１０３は、推定発生範囲内でＺ相信号を受信した場合、当該推定発生範囲内でＺ相信号を受信した位置に基づいて、次の推定発生範囲を定める。すなわち、電気角位相の計数値の相対値を用いて電気角位相を補正するので、電気角位相の計数値の絶対値の正確性が必要なくなる。

また、ＥＣＵ１０３は、所定回数連続して推定発生範囲内でＺ相信号を受信した場合、電気角位相の計数値を補正するので、ノイズ（外乱）によって偶然正常となった場合を排除して、高い信頼性で電気角位相を補正できる。

また、ＥＣＵ１０３は、所定回数連続して推定発生範囲内でＺ相信号を受信した場合、次のＺ相信号を受信したタイミングで、電気角位相の計数値を補正するので、信頼できるＺ相信号を使って、高い信頼性で電気角位相を補正できる。

また、ＥＣＵ１０３は、起動直後には電気角位相の計数値を使用せず、レゾルバ１０２から出力されるＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号１０２ａに基づいて、モータ１０１の回転角を取得するので、ＥＣＵ１０３の起動直後においてＡ相信号及びＢ相信号を認識できなくても、モータ１０１の回転角を取得できる。

また、ＥＣＵ１０３は、ＳＰＩ通信線１０４ａを経由して、コンバータ（ＲＤＣ－ＩＣ）１０４からモータ１０１の回転角を取得するので、ＥＣＵ１０３の起動直後においてＡ相信号及びＢ相信号を認識できなくても、ＳＰＩ通信線１０４ａを経由して、モータ１０１の回転角を取得できる。

また、ＥＣＵ１０３は、所定回数連続して前記推定発生範囲外で前記Ｚ相信号を受信した場合、異常と判定するので、電気角位相のみによってモータ１０１やＥＣＵ１０３の異常を判定できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１０１ モータ、１０２ レゾルバ、１０２ａ ＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号線、１０３ ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）、１０４ ＲＤＣ－ＩＣ（レゾルバデジタルコンバータ）、１０４ａ ＳＰＩ信号線、１０４ｂ Ａ相、Ｂ相、Ｚ相信号線、１０５ マイコン（マイクロコントローラ）

Claims (13)

1. 車両走行用動力を出力するモータを制御する電子制御装置であって、
   前記モータの回転信号を出力するレゾルバと、前記モータに駆動用電気信号を供給するインバータとに接続されており、
   前記レゾルバから出力されるＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号を、Ａ相信号、Ｂ相信号、及び前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号に同期して発生するＺ相信号に変換するコンバータと、
   前記モータを制御するためのプログラムを実行する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号に基づいて、前記モータの電気角位相を計数し、
   前記Ｚ相信号を推定発生範囲内で受信した場合、前記電気角位相の計数値を補正することを特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記制御部は、前記モータの１回転で出力される前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号の数に基づいて、前記推定発生範囲を定めることを特徴とする電子制御装置。
3. 請求項２に記載の電子制御装置であって、
   前記制御部は、前記モータの１回転で出力される前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号の数が所定値である範囲を前記推定発生範囲として定めることを特徴とする電子制御装置。
4. 請求項３に記載の電子制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記モータの正回転時には、前記モータの１回転で出力される前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号の数を加算して前記推定発生範囲を定め、
   前記モータの逆回転時には、前記モータの１回転で出力される前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号の数を減算して前記推定発生範囲を定めることを特徴とする電子制御装置。
5. 請求項４に記載の電子制御装置であって、
   前記制御部は、前記モータの逆回転時の初回のＺ相信号を前記推定発生範囲内で受信しても、前記電気角位相の計数値を補正しないことを特徴とする電子制御装置。
6. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記制御部は、前記推定発生範囲内で前記Ｚ相信号を受信した場合、当該推定発生範囲内で前記Ｚ相信号を受信した位置に基づいて、次の推定発生範囲を定めることを特徴とする電子制御装置。
7. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記制御部は、所定回数連続して前記推定発生範囲内で前記Ｚ相信号を受信した場合、前記電気角位相の計数値を補正することを特徴とする電子制御装置。
8. 請求項７に記載の電子制御装置であって、
   前記制御部は、所定回数連続して前記推定発生範囲内で前記Ｚ相信号を受信した場合、次のＺ相信号を受信したタイミングで、前記電気角位相の計数値を補正することを特徴とする電子制御装置。
9. 請求項７に記載の電子制御装置であって、
   前記制御部は、前記推定発生範囲外で前記Ｚ相信号を受信した場合、前記所定回数の計数値を初期化することを特徴とする電子制御装置。
10. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
    前記制御部は、起動直後には前記電気角位相の計数値を使用せず、前記レゾルバから出力される前記ＳＩＮ信号及び前記ＣＯＳ信号に基づいて、前記モータの回転角を取得することを特徴とする電子制御装置。
11. 請求項１０に記載の電子制御装置であって、
    前記制御部は、ＳＰＩ通信線を経由して、前記コンバータから前記モータの回転角を取得することを特徴とする電子制御装置。
12. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
    前記制御部は、所定回数連続して前記推定発生範囲外で前記Ｚ相信号を受信した場合、異常と判定することを特徴とする電子制御装置。
13. 電子制御装置が車両走行用動力を出力するモータの動作を検出する方法であって、
    前記電子制御装置は、前記モータの回転信号を出力するレゾルバと、前記モータに駆動用電気信号を供給するインバータとに接続されており、
    前記電子制御装置は、前記レゾルバから出力された信号を変換するコンバータと、前記モータを制御するためのプログラムを実行する制御部とを有し、
    前記コンバータは、前記レゾルバから出力されるＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号を、Ａ相信号、Ｂ相信号、及び前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号に同期して発生するＺ相信号に変換して出力し、
    前記方法は、
    前記制御部が、前記Ａ相信号及び前記Ｂ相信号に基づいて、前記モータの電気角位相を計数し、
    前記制御部が、前記Ｚ相信号を推定発生範囲内で受信した場合、前記電気角位相の計数値を補正することを特徴とする方法。

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