JP4718299B2 - 車両用電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電動機の制御装置に係り、特に、ＰＷＭ指令を搬送波に設定して交流駆動する電動機制御装置に関するものである。

例えば、特許文献１の段落００３１等のように、スイッチング周波数が１０ＫＨｚの場合は、Ｔ_PWM＝１００μｓ 毎に電流制御手段の処理を実行し、算出した交流電圧指令値を
ＰＷＭ発生手段に設定し、ＰＷＭ信号を発生することについての記載がある。また、電流指令発生手段は、車両の運転性に依存した周期、例えば、数１０ｍｓで実行されるトルク指令発生手段の算出値を使うことが知られている。

特開平９−１３１０９８号公報

従来技術にあっては、搬送波の周期毎にＰＷＭ指令を設定するため、一定周期でＰＷＭ指令の更新ができる。しかし、搬送波の周期を１０ＫＨｚから２０ＫＨｚに上げた場合、搬送波の周期、５０μｓ毎に電流制御手段の処理を実行しようとすると、ＣＰＵ演算負荷がＣＰＵ能力を越える。そのため、電流制御の実行周期、つまり、ＰＷＭ指令切換え周期を搬送波周期の倍数、例えば５倍の２５０μｓにすると、ＰＷＭ指令を反映するポイントが５箇所になる。ＰＷＭ指令を反映するポイントが変動するとモータ電流波形が歪んで異音発生の原因になる。

また、モータ電流制御ではモータ電流、電流指令値演算ではトルクセンサ信号をそれぞれＡＤ変換器を使って入力する。各制御の実行周期が、前者は２５０μｓ、後者は１ｍｓと異なるため、ＡＤ変換器へのアクセスが重複する可能性が生じる。特に、モータ電流を２相電流に変換せずに３相電流のまま使用する場合、所定の位相で検出する必要がある。

上記課題を解決するため、本発明は交流電動機と、車両状態信号より算出する要求駆動力に基づき前記電動機に電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置のパワー素子の駆動信号を発生する駆動信号発生装置、とを備え、
前記駆動信号発生装置はパワー素子スイッチングの所定位相かつ所定整数倍周期で前記電動機の電流検出を起動し、前記電流検出後、前記電流検出がされた周期と同一の周期内の最初のパワー素子指令値更新タイミングで前記電流検出に基づいたスイッチング指令値を設定し、前記電流検出がされた周期と同一の周期内で前記電動機へ前記スイッチング指令値に基づく電流制御を行うことを特徴とする車両用電動機の制御装置を提供する。

本発明によれば、一定周期で搬送波へＰＷＭ指令を反映でき、モータを円滑に駆動することが可能になる。また、最新のアナログ信号を使って制御できる効果がある。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、車両に搭載されて電動パワーアシストステアリングのモータ（交流電動機）の制御を行う車両用電動パワーアシストステアリング制御装置（ＥＣＵ）の一例を示すブロック図である。図１においてＥＣＵ１は、電源回路２から電力をトルクセンサ３へ供給し、該トルクセンサ信号（車両状態信号）をマイクロコンピュータ４へ入力する。

該信号などから算出した目標トルクが得られるよう図示していないバッテリの直流１２Ｖを３相交流変換する６個のパワー素子からなるインバータ回路５（電力変換装置）のパワー素子を相補ＰＷＭ駆動で制御し、モータ６を駆動する。

該モータ６の３相電流は、電流センサ７，８で検出する。センサがない１相の電流は、３相電流の総和が０になる関係より算出する。

前記モータ６は、磁極位置に合せて電流制御する。磁極位置は、前記モータ６に連動して回転するレゾルバのような磁極位置センサ９を使って検出する。該磁極位置センサ９には、励磁信号発生回路１０から励磁信号を印加し、その信号をＲＤ変換回路１１で角度信号に変換して取込む。また、同期検波回路１２を介して、正弦波，余弦波信号を前記ＲＤ変換回路１１が発するトリガ信号に同期して入力し、前記ＲＤ変換回路１１が出力する角度信号との照合に使う。

車両状態信号の１つである車速情報は、ＣＡＮ通信１３にて、変速機制御用制御装置
１４から受信する。

前記インバータ回路５には、温度センサ１５を設け、加熱時に前記モータ６への通電量を絞り、前記インバータ回路５を保護する。

図２は、パワー素子スイッチング用のタイマａ、定周期割込み用のタイマｂとアナログ−ディジタル（ＡＤ）変換処理の関係を示すタイムチャートである。

パワー素子を例えば周期５０μｓでスイッチングする場合、半周期は２５μｓになる。

本実施例では、タイマａは半周期２５μｓ毎に増減し、タイマｂは前記タイマａの５倍、周期２５０μｓで起動するトリガＴＲＧｄにて０に戻る。

前記半周期２５μｓの３倍のタイミングＡで起動するトリガＴＲＧｂで前記電流センサ７，８のＡＤ変換機能を起動し、該ＡＤ変換終了割込みで検出電流を取込むと共に、前記相補ＰＷＭ駆動機能へ前記スイッチング指令値を設定する。

設定された指令値は、電流検出後、最初の前記パワー素子指令値更新タイミングであるタイミングＢでＰＷＭ駆動信号に反映される。本動作は、タイマｂの周期例えば２５０
μｓで繰り返えされる。

前記タイミングＢでスイッチング指令値更新の後、半周期２５μｓまでの間にトリガ
ＴＲＧｃを発生させて前記電動機の電流制御を行う定周期割込み処理を起動する。該割込み処理は、前記スイッチング周期５０μｓの５倍、２５０μｓで起動する。

本実施例では、２５０μｓ毎に起動する電流制御処理の後、４回に１回、つまり、１
ｍｓ周期で、電流制御処理（１）の起動に同期して前記要求駆動力の演算用信号である前記トルクセンサ３の信号などのＡＤ変換機能を起動し、電流制御処理（１）の終了後、指令値である前記要求駆動力の演算処理を起動する。

そして、電流制御処理（１）の終了後に発生する前記トリガＴＲＧｄにて、前記ＲＤ変換回路１１からのトリガ信号を許可し、前記トリガＴＲＧａにてトリガ信号をマスクし、モータ電流検出と干渉することなく、前記磁極位置センサ９の正弦波，余弦波信号をＡＤ変換して取込む。

以下、マイクロコンピュータ４に組込む図３から図９に示すフロー図により動作を説明する。

図３は、電源投入時に実行する処理フローである。

ステップ１００では、各種レジスタの設定やメモリの初期化、前記タイマａ、前記タイマｂ、前記トリガＴＲＧａからＴＲＧｄ設定の初期化処理をする。

ステップ１０１では、後述する図９の定周期割込み処理のステップ１６１で１ｍｓ処理の起動指示が出たか判断し、真の場合はステップ１０２へ進み、偽の場合は起動指示が出るのを待つ。

ステップ１０２では、前記トルクセンサ３の信号、前記ＣＡＮ通信１３にて受信する車速情報、前記温度センサ１５の信号より目標トルクを定め、該トルクを得るための目標モータ電流を定める。

ステップ１０３では、前記ＲＤ変換回路１１が出力する角度信号と、正弦波，余弦波信号のレベルとの照合による前記磁極位置センサ９の診断などを行う。

ステップ１０４では、前記ＣＡＮ通信１３にて車速情報を受信するとともに、ステップ１０３や後述する図９のステップ１６２の診断結果を図示しない診断ツールへ送信する。

図４は、前記タイマｂが前記ステップ１００で設定したトリガＴＲＧａの設定値に一致したときに発生するＴＲＧａの割込み処理である。ステップ１１０では、前記ＲＤ変換回路１１からのトリガ信号をマスクする。

図５は、前記タイマｂが前記ステップ１００で設定したトリガＴＲＧｂの設定値に一致したときに発生するＴＲＧｂの割込み処理である。ステップ１２０では、前記電流センサ７，８のＡＤ変換機能を起動する。なお、変換が終了すると割込みが発生し、後述する図８の処理を起動する。

図６は、前記タイマｂが前記ステップ１００で設定したトリガＴＲＧｃの設定値に一致したときに発生するＴＲＧｃの割込み処理である。ステップ１３０では、前記電動機の電流制御を行う後述する図９の定周期割込み処理を起動する。

図７は、前記タイマｂが前記ステップ１００で設定したトリガＴＲＧｄの設定値に一致したときに発生するＴＲＧｄの割込み処理である。ステップ１４０では、前記タイマｂを０に戻す。ステップ１４１では、次に実行する電流制御処理が２番目か判断する。真の場合、ステップ１４２を行い、偽の場合、割込み処理を終了する。ステップ１１０では、前記ＲＤ変換回路１１からのトリガ信号を許可し、該トリガ信号発生時には前記磁極位置センサ９の正弦波，余弦波信号のＡＤ変換機能を起動する。

図８は、各ＡＤ変換終了時の割込み処理である。ステップ１５０では、ＡＤ変換したデータをレジスタから取出し、ＲＡＭに記憶する。ステップ１５１では、変換した信号が前記電流センサ７，８であるか判定し、真の場合、ステップ１５２を行い、偽の場合、割込み処理を終了する。ステップ１５２で、前記相補ＰＷＭ駆動機能へ前記スイッチング指令値を設定すると、前記パワー素子指令値更新タイミングであるタイミングＢでＰＷＭ駆動信号に反映される。

図９は、前述した図６のＴＲＧｃの割込み処理で起動する定周期割込み処理である。

ステップ１６０では、１番目の定周期割込みか判断する。真の場合、ステップ１６１を行い、偽の場合、ステップ１６２へ進む。

ステップ１６１は、前記トルクセンサ３および前記温度センサ１５の信号のＡＤ変換機能を起動する。ステップ１６２では、前記図３の１ｍｓ処理が所定の時間以内に終了したかなどの診断処理を行う。

ステップ１６３では、前記ステップ１０２で算出した前記目標モータ電流になるように、前記トリガＴＲＧｂを使って検出した前記電流センサ７，８の信号から、前記ステップ１５２で、前記相補ＰＷＭ駆動機能へ設定する前記スイッチング指令値を算出する。

本実施例によれば、重複せずに異なるタイミングでＡＤ変換処理するので最新情報で演算でき、しかも、一定のタイミングでＰＷＭ指令を反映するために異音発生を防止できる。

上述のように本発明によれば、発明は、交流電動機と、車両状態信号より算出する要求駆動力に基づき前記電動機に電力を供給する電力変換装置と、該電力変換装置のパワー素子の駆動信号を発生する装置を備え、前記駆動信号発生装置は前記パワー素子スイッチングの所定位相かつ所定整数倍周期で前記電動機の電流検出を起動し、該電流検出後、最初の前記パワー素子指令値更新タイミングで前記スイッチング指令値を更新し、所定の位相で検出した最新電流で前記電動機の電流制御をする。

さらに詳しくは、前記スイッチング指令値更新の後、該スイッチングの半周期までの間、前記スイッチングの所定整数倍の周期で前記電動機の電流制御処理を起動して、ＰＷＭ指令を一定のタイミングで反映できるため、モータ電流波形が歪まず、異音発生を防止する。

また更に詳しくは、前記電動機の電流制御処理の実行後、整数回に１回、前記要求駆動力の演算処理を起動し、前記要求駆動力の演算処理を起動する前記電流制御処理の起動時に、前記要求駆動力の演算用信号検出も起動して、前記指令更新処理中に、前記要求駆動力の演算に用いる信号が検出し、最新の情報で前記要求駆動力を演算する。

また更に詳しくは、前記要求駆動力の演算処理を起動する前記電流制御処理の終了後から、前記電動機の電流検出起動の所定時間前までの間、前記電動機の磁極位置に関するアナログ信号の入力トリガを許可し、前記複数の磁極位置信号を並行して入力するので、他のアナログ信号の入力処理と重複することなく磁極位置信号を入力できる。

本発明は、電動パワーアシストステアリング用電動機の制御装置に限定されず、相補
ＰＷＭ機能を使った車両用電動機の制御装置に適用できる。

車両用電動パワーアシストステアリング制御装置。 タイムチャート。 電源投入時に実行する処理フロー。 ＴＲＧａの割込み処理。 ＴＲＧｂの割込み処理。 ＴＲＧｃの割込み処理。 ＴＲＧｄの割込み処理。 ＡＤ変換終了時の割込み処理。 定周期割込み処理。

符号の説明

１…ＥＣＵ、２…電源回路、３…トルクセンサ、４…マイクロコンピュータ、５…インバータ回路、６…モータ、７，８…電流センサ、９…磁極位置センサ、１０…励磁信号発生回路、１１…ＲＤ変換回路、１２…同期検波回路、１３…ＣＡＮ通信、１４…変速機制御用制御装置、１５…温度センサ。

Claims (4)

1. 交流電動機と、車両状態信号より算出する要求駆動力に基づき前記電動機に電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置のパワー素子の駆動信号を発生する駆動信号発生装置、とを備え、
   前記駆動信号発生装置はパワー素子スイッチングの所定位相かつ所定整数倍周期で前記電動機の電流検出を起動し、前記電流検出後、前記電流検出がされた周期と同一の周期内の最初のパワー素子指令値更新タイミングで前記電流検出に基づいたスイッチング指令値を設定し、前記電流検出がされた周期と同一の周期内で前記電動機へ前記スイッチング指令値に基づく電流制御を行うことを特徴とする車両用電動機の制御装置。
2. 特許請求項１において、
   前記スイッチング指令値更新の後、スイッチングの半周期までの間、前記スイッチングの所定整数倍の周期で前記電動機の電流制御処理を起動することを特徴とする車両用電動機の制御装置。
3. 特許請求項２において、前記電動機の電流制御処理の実行後、前記電流制御処理の所定整数倍の周期で、前記電動機の要求駆動力の演算処理を起動し、前記要求駆動力の演算処理を起動する前記電流制御処理の起動時に、前記要求駆動力の演算用信号検出も起動することを特徴とする車両用電動機の制御装置。
4. 特許請求項３において、
   前記要求駆動力の演算処理を起動する前記電流制御処理の終了後から、前記電動機の電流検出起動の所定時間前までの間、前記電動機の磁極位置に関するアナログ信号の入力トリガを許可し、前記電動機の磁極位置信号を並行して入力することを特徴とする車両用電動機の制御装置。

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