JP4270151B2 - モータ制御装置及びこの装置を搭載する車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置及びこの装置を搭載する車両の制御装置に係り、特に、モータロータの基準回転位置に対応する基準回転位置信号が現れたタイミングでモータロータが基準回転位置に達したとしてモータ制御を実行するものに関する。

従来から、レゾルバを用いてモータロータの回転位置を検出し、その検出回転位置に基づいてモータ制御を実行するモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置においては、レゾルバにおける基準点のズレ量が検出され、そのズレ量に対してモータ制御の補正が施される。従って、上記のモータ制御装置によれば、レゾルバの基準点ズレが生じていても、モータロータの回転位置に基づくモータ制御を精度よく実行することが可能となっている。
特開２００２−３５４８７６号公報

ところで、レゾルバの出力する信号は、レゾルバデジタル変換器（以下、Ｒ／Ｄコンバータと称す）に入力されて、モータロータの回転位置を表すデジタル信号に変換される。Ｒ／Ｄコンバータは、レゾルバからの信号に基づくモータロータの回転位置を表すデジタル信号をマイコンやＩＣ等のコントローラに対して供給すると共に、モータロータが基準回転位置（例えばレゾルバ角度０°）に達するタイミングでパルス状の基準回転位置信号（ノースマーカ）をコントローラに対して供給する。そして、コントローラは、Ｒ／Ｄコンバータからの信号に基づいてモータロータの回転位置を検出し、モータの駆動制御を実行する。

しかし、このような構成において、Ｒ／Ｄコンバータの故障等に起因して、Ｒ／Ｄコンバータからコントローラへ出力されるべき基準回転位置信号が単発的に出力されず現れないことがある。かかる事態が生ずると、コントローラがその基準回転位置信号に基づくモータロータの基準回転位置の検出を行うことができなくなり、モータロータの回転位置を正確に特定できなくなるおそれがある。これに対して、上記した従来の装置では、レゾルバの基準点ズレに対応する措置は講じられているが、Ｒ／Ｄコンバータからの基準回転位置信号の単発的な未検出に対応する措置は講じられていないため、モータ制御を適切に継続することが困難となり、モータ制御が破綻するおそれがあった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、モータロータの基準回転位置に対応する基準回転位置信号が現実には現れなかったときにも、モータ制御を適切に継続することが可能なモータ制御装置及びこの装置を搭載する車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、モータロータの基準回転位置に対応する基準回転位置信号が現れたタイミングを検出する出現タイミング検出手段と、少なくとも２回の、前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングの時間差に基づいて、次に前記基準回転位置信号が現れるべき時期を予測する時期予測手段と、前記時期予測手段により予測された前記時期の前後所定期間内に現に前記基準回転位置信号が現れたか否かを判別する出現有無判別手段と、前記出現有無判別手段により前記所定期間内に前記基準回転位置信号が現れたと判別された場合には、該基準回転位置信号の出現時期にモータロータが基準回転位置に達したとしてモータ制御を実行し、一方、前記出現有無判別手段により前記所定期間内に前記基準回転位置信号が現れないと判別された場合には、前記時期予測手段により予測された前記時期にモータロータが基準回転位置に達したものとしてモータ制御を実行するモータ制御手段と、を備えるモータ制御装置により達成される。

この態様の発明において、過去の基準回転位置信号の出現時期に基づいて予測される次に基準回転位置信号が現れるべき時期の前後所定期間内に現に基準回転位置信号が現れたときには、その出現時期にモータロータが基準回転位置に達したとしてモータ制御が実行される。一方、その所定期間内に現に基準回転位置信号が現れないときには、上記の如く予測した基準回転位置信号の出現時期にモータロータが基準回転位置に達したものとしてモータ制御が実行される。基準回転位置信号の出現タイミングは、短時間のうちに大きく変動することはなく、過去のタイミングからある程度精度よく予測できる。従って、本発明によれば、仮にモータロータの基準回転位置に対応する基準回転位置信号が現実には現れなかったときにも、予測した出現タイミングを利用してモータ制御を適切に継続することが可能であるので、単発的な基準回転位置信号の未検出に起因したモータ制御の誤作動を防止することができる。

また、上記の目的は、モータロータの基準回転位置に対応する基準回転位置信号が現れたタイミングを検出する出現タイミング検出手段と、前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号の出現時期にモータロータが基準回転位置に達したとしてモータ制御を実行するモータ制御手段と、を備えるモータ制御装置であって、少なくとも２回の、前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングの時間差に基づいて、次に前記基準回転位置信号が現れるべき時期を予測する時期予測手段と、前記時期予測手段により予測された前記時期の前後所定期間内に現に前記基準回転位置信号が現れたか否かを判別する出現有無判別手段と、を備え、前記モータ制御手段は、また、前記出現有無判別手段により前記所定期間内に前記基準回転位置信号が現れないと判別された場合には、前記時期予測手段により予測された前記時期にモータロータが基準回転位置に達したものとしてモータ制御を実行するモータ制御装置により達成される。

この態様の発明において、モータ制御は、原則、基準回転位置信号が現に現れたタイミングにモータロータが基準回転位置に達したとして実行される。但し、過去の基準回転位置信号の出現時期に基づいて予測される次に基準回転位置信号が現れるべき時期の前後所定期間内に現に基準回転位置信号が現れないときは、その予測した基準回転位置信号の出現時期にモータロータが基準回転位置に達したものとして実行される。基準回転位置信号の出現タイミングは、短時間のうちに大きく変動することはなく、過去のタイミングからある程度精度よく予測できる。従って、本発明によれば、仮にモータロータの基準回転位置に対応する基準回転位置信号が現実には現れなかったときにも、予測した出現タイミングを利用してモータ制御を適切に継続することが可能であるので、単発的な基準回転位置信号の未検出に起因したモータ制御の誤作動を防止することができる。

尚、上記したモータ制御装置において、前記時期予測手段は、直近で前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングと一つ前に前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングとの時間差、及び、該一つ前に前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングと二つ前に前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングとの時間差に基づいて、次に前記基準回転位置信号が現れるべき時期を予測することとしてもよい。
また、上記したモータ制御装置において、モータロータの回転位置に応じた２相エンコーダパルス信号を出力するＲ／Ｄコンバータを備え、前記Ｒ／Ｄコンバータは、また、モータロータが基準回転位置に達するごとに前記基準回転位置信号を出力することとすればよい。
これらの場合、上記したモータ制御装置を搭載する車両の制御装置において、前記出現有無判別手段により前記所定期間内に前記基準回転位置信号が現れないと判別される現象が所定回数連続して生じた場合に、車両を停止させる強制停止手段を備えることとすれば、基準回転位置信号の未検出に起因してモータ制御の誤作動が長時間にわたって継続するのを回避することができる。

本発明によれば、単発的な基準回転位置信号の未検出が生ずるときにもモータ制御を適切に継続することができる。

図１は、本発明の一実施例であるモータ制御装置１０のシステム構成図を示す。本実施例において、モータ制御装置１０は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動用モータや電動パワーステアリング装置に利用されるアシストモータなどの電動モータ１２（以下、単にモータと称す）を制御する車載装置である。

図１に示す如く、モータ制御装置１０の制御するモータ１２には、インバータ１４を介して車両の有するバッテリ１６が接続されている。インバータ１４は、バッテリ１６の有する直流電力を交流電力に変換する機能を有している。モータ１２は、永久磁石型の同期モータであり、バッテリ１６からインバータ１４を介して電力が供給されることにより駆動される。

モータ１２には、そのモータ１２の有するロータの機械的な回転位置を検出するためのレゾルバ２０が配設されている。レゾルバ２０は、モータロータの回転角に応じてｓｉｎθ及びｃｏｓθの電気信号（レゾルバ信号）を出力するように構成されている。レゾルバ２０には、レゾルバデジタル変換器（以下、Ｒ／Ｄコンバータと称す）２２が接続されている。レゾルバ２０の出力するレゾルバ信号は、Ｒ／Ｄコンバータ２２に供給される。Ｒ／Ｄコンバータ２２は、レゾルバ２０からのレゾルバ信号をデジタル信号に変換する機能を有しており、かかるデジタル信号（具体的には、Ａ相及びＢ相の２相エンコーダパルス信号）を出力する。また、Ｒ／Ｄコンバータ２２は、ロータが基準回転位置に到達したタイミングを外部に知得させるべく、レゾルバ信号とは別に、ロータが基準回転位置に達するごとすなわちレゾルバ信号が基準レベル（例えばレゾルバ角度０°）に達するごとに、ロータの基準回転位置を示すパルス状の基準回転位置信号（ノースマーカ（ＮＭ）信号）を出力するように構成されている。

Ｒ／Ｄコンバータ２２には、マイコンやＩＣなどにより構成されるコントローラ２４が接続されている。Ｒ／Ｄコンバータ２２の出力するロータの回転位置に応じた２相エンコーダパルス信号及びＮＭ信号は、コントローラ２４に供給される。コントローラ２４は、Ｒ／Ｄコンバータ２２からの２相エンコーダパルス信号及びＮＭ信号に基づいてモータロータの回転位置（レゾルバ角度信号）を検出する。尚、ＮＭ信号はモータロータの基準回転位置を示すものであって、そのＮＭ信号が現れた時点でモータロータが基準回転位置に達したと判断できるので、そのＮＭ信号は、上記のモータロータの回転位置を検出するに際し、ロータの回転位置を示す２相エンコーダパルス信号に基づいて検出される回転位置を補正する役割すなわちレゾルバ角度信号をクリアする役割を有する。

そして、コントローラ２４は、上記の如く検出したロータの回転位置に基づいてモータ１２のトルク指令値を演算し、そのトルク指令値がモータ１２に付与されるようにインバータ１４へ指令信号を供給する。インバータ１４は、コントローラ２４からの指令信号に従って上記のトルク指令値でモータ１２が駆動するようにスイッチング制御される。尚、上記したトルク指令値の演算に際しては、モータロータの検出回転位置以外に、アクセル開度やブレーキ踏力，車両速度若しくは操舵トルクや操舵角などが利用される。

ところで、上記の如くＲ／Ｄコンバータ２２からはモータロータが基準回転位置に達するごとにＮＭ信号が一回出力されるが、Ｒ／Ｄコンバータ２２の故障等に起因して、Ｒ／Ｄコンバータ２２から出力されるべきＮＭ信号が単発的にコントローラ２４に入力されないことがある（いわゆるＮＭ信号の単発抜け）。かかる事態が生ずると、コントローラ２４がＮＭ信号に基づくモータロータの基準回転位置の検出を行うことができなくなり、その回転位置を正確に特定できなくなるおそれがあり、その結果として、モータ１２の制御が破綻するおそれがある。

そこで、本実施例のモータ制御装置１０は、かかる点を考慮して、Ｒ／Ｄコンバータ２２からのＮＭ信号の未検出が生ずるときにも、そのＮＭ信号が現れるべきタイミングすなわちモータロータが基準回転位置に達すべきタイミングをある程度正確に予測して、モータ制御を適切に継続することとしている。

図２は、本実施例においてＲ／Ｄコンバータ２２からコントローラ２４に供給されるべきＮＭ信号の単発抜けが生じた場合にそのＮＭ信号が現れるべきタイミングを予測する手法を説明するための図を示す。また、図３は、本実施例においてコントローラ２４がモータ制御を実施するうえで実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。尚、図２（Ａ）にはＲ／Ｄコンバータ２２からの２相エンコーダパルス信号によりコントローラ２４が生成するレゾルバ角度信号の時間波形を、同図（Ｂ）にはコントローラ２４に入力され検出されるＮＭ信号の時間波形を、また、同図（Ｃ）にはコントローラ２４の生成する予測ＮＭ信号の時間波形を、それぞれ示す。

本実施例において、レゾルバ２０は、モータロータの回転角に応じたレゾルバ信号（ｓｉｎθ，ｃｏｓθ等）をＲ／Ｄコンバータ２２へ向けて出力する。Ｒ／Ｄコンバータ２２は、レゾルバ２０からのレゾルバ信号を変換して、モータロータの回転位置に応じた２相エンコーダパルス信号及びＮＭ信号を出力する。Ｒ／Ｄコンバータ２２が正常にモータロータの回転位置に応じた２相エンコーダパルス信号及びＮＭ信号を出力し、かつ、コントローラ２４が通常どおりその２相エンコーダパルス信号及びＮＭ信号を受信した場合、コントローラ２４は、それらの信号に基づいてモータロータの回転位置（レゾルバ角度信号）を検出し、そのレゾルバ角度信号に基づいてモータ１２の駆動制御を実施する。

また、コントローラ２４は、Ｒ／Ｄコンバータ２２からのＮＭ信号を受信するごとに、それ以前の過去に実際にＮＭ信号の現れたタイミングに基づいて、次にＮＭ信号の現れるべきタイミングを予測する（ステップ１００）。具体的には、今回受信したＮＭ信号の現れたタイミングと一つ前の前回ＮＭ信号の現れたタイミングとの時間差Ｔ１に基づいて、今回のＮＭ信号の出現タイミングからその時間差Ｔ１と同一の時間だけ経過した時点を、次にＮＭ信号の現れるべきタイミングとして設定する。或いは、より好ましくは、図２に示す如く、その時間差Ｔ１、及び、その前回ＮＭ信号の現れたタイミングと二つ前の前々回ＮＭ信号の現れたタイミングとの時間差Ｔ２の双方に基づいて、今回のＮＭ信号の出現タイミングから、それらの時間差Ｔ１，Ｔ２の平均値Ｔ´（＝（Ｔ１＋Ｔ２）／２）だけ経過した時点若しくは時間差Ｔ１に時間差変動値（Ｔ１−Ｔ２）を加算した時間Ｔ´（＝２Ｔ１−Ｔ２）だけ経過した時点を、次にＮＭ信号の現れるべきタイミングとして設定する。尚、３つ以上のＮＭ信号出現タイミングの時間差を利用することとしてもよいが、このとき、時間差の変動値を用いる際は、直近の時間差ほど重み付けを重くしたりすることとしてもよい。

コントローラ２４は、次にＮＭ信号の現れるべきタイミング（予測ＮＭタイミングと称す）を予測して特定すると、その予測ＮＭタイミングを基準にして実際のＮＭ信号の出現を許容する適合時間範囲を設定する。例えば、その適合時間範囲として、予測ＮＭタイミングの前後それぞれ一定時間を設定する。尚、この一定時間は、モータロータの回転変動等によって生じ得るＮＭ信号の現れるタイミングの最大変動時間である。

コントローラ２４は、Ｒ／Ｄコンバータ２２からのＮＭ信号の受信後、次の予測ＮＭタイミングを中心にした適合時間範囲内に実際にＲ／Ｄコンバータ２２から供給されるＮＭ信号が現れたか否かを判別する（ステップ１０２）。予測ＮＭタイミングを中心にした適合時間範囲内に実際にＲ／Ｄコンバータ２２からのＮＭ信号が現れた場合は、Ｒ／Ｄコンバータ２２が正常にＮＭ信号を出力しかつコントローラ２４が通常どおりそのＮＭ信号を受信したと判断できるので、コントローラ２４は、そのＮＭに基づいてモータロータの基準回転位置に達したタイミングを検出して回転位置の補正を実行することが可能である。従って、上記のステップ１０２でかかる肯定判別がなされた場合は、コントローラ２４は、その適合時間範囲内のＮＭ信号の出現タイミングにモータロータが基準回転位置に達したとして、２相エンコーダパルス信号に基づくレゾルバ角度信号をクリアし、その時点でのアクセル開度や車両速度等の値を用いてモータ１２の駆動制御を実施する（ステップ１０４）。

一方、予測ＮＭタイミングを中心にした適合時間範囲が経過しても、その時間内に実際にＲ／Ｄコンバータ２２からのＮＭ信号が現れなかった場合は、Ｒ／Ｄコンバータ２２が故障等に起因してＮＭ信号の単発抜けを起こした可能性がある。従って、上記のステップ１０２でかかる否定判定がなされた場合は、コントローラ２４は、その適合時間範囲の基準となる予測されたＮＭ信号の現れるべき予測ＮＭタイミングにモータロータが基準回転位置に達したものとして、２相エンコーダパルス信号に基づくレゾルバ角度信号をクリアし、その時点でのアクセル開度や車両速度等の値を用いてモータ１２の駆動制御を実施する（ステップ１０６）。

このように本実施例のモータ制御装置１０においては、過去のＮＭ信号の出現タイミングに基づいて予測される次にＮＭ信号の現れるべき予測ＮＭタイミングの前後所定時間内に現にＮＭ信号が現れたときは、通常どおりそのＮＭ信号の出現タイミングにモータロータが基準回転位置に達したとしてモータ制御を実施することができる一方、予測ＮＭタイミングの前後所定時間内に現にＮＭ信号が現れないときは、その予測ＮＭタイミングにモータロータが基準回転位置に達したものとしてモータ制御を実施することができる。

車両駆動等に使用されるモータ１２はその回転が短時間のうちに大きく変動することはなく、ＮＭ信号の出現タイミングも過去のタイミングからある程度精度よく予測することが可能である。従って、上記の如くモータ制御を実施することとすれば、ＮＭ信号が現実には現れずコントローラ２４に入力されなかったときにも、予測したＮＭ信号の出現タイミングを用いてモータ制御を適切に継続することが可能である。この点、本実施例のモータ制御装置１０によれば、Ｒ／Ｄコンバータ２２による単発的なＮＭ信号の未出力やコントローラ２４での単発的なＮＭ信号の未検出に起因したモータ制御の誤作動を防止することが可能となっている。

また、本実施例のモータ制御装置１０において、予測ＮＭタイミングの前後所定時間内に現にＮＭ信号が現れないため、モータ制御がその予測ＮＭタイミングにモータロータが基準回転位置に達したものとして実施された後、それ以降に予測ＮＭタイミングの前後所定時間内に現に次のＮＭ信号が現れたときには、Ｒ／Ｄコンバータ２２やコンバータ２４が正常復帰したと判断できるので、モータ制御は、その予測ＮＭタイミングではなく現実のＮＭ信号の出現タイミングにモータロータが基準回転位置に達したとして実施されることとなる。このため、本実施例のモータ制御装置１０によれば、ＮＭ信号が単発抜けを起こした後に正常に出力・検知されるものとなるときには、モータ制御をより適切に実行することが可能となる。

尚、Ｒ／Ｄコンバータ２２等の根本的な故障等に起因して、コントローラ２４が連続して、ＮＭ信号を検出することができず、現実のＮＭ信号の出現タイミングに基づくモータロータの基準回転位置の検出を行うことができないときは、時間の経過に伴って、上記の如く予測されるＮＭ信号の出現タイミングが実際のモータロータの基準回転位置に適合しなくなる可能性が高くなる。かかる事態が生ずるにもかかわらず予測される予測ＮＭタイミングを用いてモータ制御を継続することはその破綻を防止するうえで適切でない。従って、コントローラ２４が予測ＮＭタイミングの前後所定時間内に現にＲ／Ｄコンバータ２２からのＮＭ信号が現れない現象が所定回数連続したときは、車両の制動ブレーキやエンジンブレーキなどのアクチュエータを駆動させて、モータ制御装置１０を搭載する車両を強制的に停止させることとするのが好適である。

かかる構成によれば、Ｒ／Ｄコンバータ２２によるＮＭ信号の未出力やコントローラ２４でのＮＭ信号の未検出が継続することに起因して、予測ＮＭタイミングがモータロータの基準回転位置に対応しなくなったときにも、モータ制御の誤作動が長時間にわたって継続することはないので、従って、モータ制御の破綻を抑止することが可能となる。

ところで、上記の実施例においては、コントローラ２４が、Ｒ／Ｄコンバータ２２から供給されるＮＭ信号に基づいてその出現タイミングを検出することにより特許請求の範囲に記載した「出現タイミング検出手段」が、上記図３に示すルーチン中ステップ１００の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「時期予測手段」が、ステップ１０２の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「出現有無判別手段」が、ステップ１０４，１０６の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「モータ制御手段」が、それぞれ実現されている。

尚、上記の実施例においては、モータ制御装置１０を車両に搭載されるモータ１２を制御するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両以外に搭載されるモータに適用することとしてもよい。

本発明の一実施例であるモータ制御装置のシステム構成図である。 本実施例においてＮＭ信号が単発的に現れなかった場合にそのＮＭ信号の現れるべきタイミングを予測する手法を説明するための図である。 本実施例においてモータ制御を実施するうえで実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。

符号の説明

１０ モータ制御装置
１２ 電動モータ
２０ レゾルバ
２２ Ｒ／Ｄコンバータ
２４ コントローラ

Claims (5)

1. モータロータの基準回転位置に対応する基準回転位置信号が現れたタイミングを検出する出現タイミング検出手段と、
   少なくとも２回の、前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングの時間差に基づいて、次に前記基準回転位置信号が現れるべき時期を予測する時期予測手段と、
   前記時期予測手段により予測された前記時期の前後所定期間内に現に前記基準回転位置信号が現れたか否かを判別する出現有無判別手段と、
   前記出現有無判別手段により前記所定期間内に前記基準回転位置信号が現れたと判別された場合には、該基準回転位置信号の出現時期にモータロータが基準回転位置に達したとしてモータ制御を実行し、一方、前記出現有無判別手段により前記所定期間内に前記基準回転位置信号が現れないと判別された場合には、前記時期予測手段により予測された前記時期にモータロータが基準回転位置に達したものとしてモータ制御を実行するモータ制御手段と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. モータロータの基準回転位置に対応する基準回転位置信号が現れたタイミングを検出する出現タイミング検出手段と、前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号の出現時期にモータロータが基準回転位置に達したとしてモータ制御を実行するモータ制御手段と、を備えるモータ制御装置であって、
   少なくとも２回の、前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングの時間差に基づいて、次に前記基準回転位置信号が現れるべき時期を予測する時期予測手段と、
   前記時期予測手段により予測された前記時期の前後所定期間内に現に前記基準回転位置信号が現れたか否かを判別する出現有無判別手段と、を備え、
   前記モータ制御手段は、また、前記出現有無判別手段により前記所定期間内に前記基準回転位置信号が現れないと判別された場合には、前記時期予測手段により予測された前記時期にモータロータが基準回転位置に達したものとしてモータ制御を実行することを特徴とするモータ制御装置。
3. 前記時期予測手段は、直近で前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングと一つ前に前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングとの時間差、及び、該一つ前に前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングと二つ前に前記出現タイミング検出手段により検出された前記基準回転位置信号が現れたタイミングとの時間差に基づいて、次に前記基準回転位置信号が現れるべき時期を予測することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
4. モータロータの回転位置に応じた２相エンコーダパルス信号を出力するＲ／Ｄコンバータを備え、
   前記Ｒ／Ｄコンバータは、また、モータロータが基準回転位置に達するごとに前記基準回転位置信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載のモータ制御装置。
5. 前記出現有無判別手段により前記所定期間内に前記基準回転位置信号が現れないと判別される現象が所定回数連続して生じた場合に、車両を停止させる強制停止手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載のモータ制御装置を搭載する車両の制御装置。

Images