JP5865930B2 - モータ制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば自動車等の車両に搭載された自動変速機に使用されるブラシレスモータなどを制御するモータ制御装置に関するものである。
一般に、自動変速機を搭載した自動車等の車両は、エンジンを動力源とし、そのエンジンで発生した動力を、自動変速機を介して車輪へ伝達することにより走行できるようになっている。そして、自動変速機の内部には発進クラッチが装備されており、エンジンから伝達された動力を変速機構へ伝達するときは、発進クラッチを係合させる。逆に、エンジンから伝達された動力を変速機構へ伝達しないときは、発進クラッチを非係合とする。そして、この発進クラッチの係合/非係合の制御をクラッチ制御手段で実施するように構成されている。
ここで、クラッチの係合力が不安定になった場合、エンジンから変速機構へ伝達される動力が不安定になり、最終的には、車輪へ伝達する動力が不安定になる。このため、自動車の走行状態として不安定な状態となり、運転者へ不快感を与えることになる。このように、車両の安定な走行状態を確保するために、発進クラッチはその係合力を精密に制御する必要がある。
ところで、前述のようにエンジンから変速機構への動力の伝達を発進クラッチにより行う自動変速機が知られているが、この発進クラッチ付き自動変速機においては、乾式単板の発進クラッチにアクチュエータを装備し、アクチュエータが発進クラッチのストローク量を変化させることでクラッチ係合力を調整するようにしている。このアクチュエータとしてモータを使用し、その回転角度が発進クラッチのストローク量に比例した機構とした場合、発進クラッチの係合力の調整を行うためにはモータのトルク量を精度良く調整する必要がある。
モータのトルク量はモータの電流量に比例するため、モータのトルク量を精度良く調整するためには、モータの電流制御精度を向上させる必要がある。また、モータの電流制御をフィードバック制御することによりモータのトルク量を制御するモータ制御装置が一般に知られているが、このようなモータ制御装置においてはモータの電流を精度良く検出することが重要となる。
モータ電流の検出方法として、120度矩形波通電方式のブラシレスモータの制御装置において、ブラシレスモータの固定子に対する回転子の位置を検出する複数のホールセンサ信号のエッジ信号に同期して、モータ駆動回路の各FET(電界効果トランジスタ)のON/OFFパターン(以下、通電パターンと称す)を切り替える際のモータ電流がピーク値に到達するタイミングで電流検出することにより、検出電流値のばらつきを抑制する方法が提案されている。(例えば、特許文献1)
また、モータ電流を検出する別の技術として、電流検出周期毎に検出された電流を直線近似し、電流検出周期と印加電圧が実際にモータに印加されるまでの時間とによって、所定の時刻におけるモータ電流を補正計算により算出する技術が提案されている。(例えば、特許文献2)
特開2009−281538号公報 特開2011−78291号公報
従来のモータ制御装置においては、特許文献1に開示された技術では、電流検出時刻から通電パターン切替え時刻までの時間に指令電圧が印加され続けることにより、電流検出時刻から通電パターン切替え時刻までにモータ電流が上昇するため、電流検出時刻で検出した検出電流値と本来計測したいモータ電流のピーク値に誤差が生じる。従って、検出電流値をフィードバック制御に適用した場合に、モータ目標電流と実際にモータに流れている電流のピーク値とに誤差が生じるという課題があった。
この従来技術の課題について、図6を参照して詳しく説明する。図6は、所定のモータ電気角で発生するホールセンサ信号のエッジ信号に同期してインバータの通電パターンの切替えを行う際にモータ電流の検出を行い、検出された電流値をフィードバック制御に適用して、指令電圧を出力した場合のモータ電流の時間経過を示すものである。図6において、Im11からIm13は電流検出時刻で検出される検出電流値、Ip11からIp13は通電パターン切替え時刻におけるモータ電流値、Vm11からVm13は指令電圧を示す。また、期間a,b,c,dにおいてモータ電気角がそれぞれ60度ごとに進むものとする。
このように検出された検出電流値Im11からIm13がフィードバック制御に適用されることにより、検出電流値Im11からIm13とモータ目標電流(図6にて点線で図示)に対する追従性が図れている。しかしながら、電流検出時刻から通電パターン切替え時刻までの時間に指令電圧が印加され続けているため、通電パターン切替え時刻におけるモータ電流はIp11からIp13にまで上昇している。この結果、モータ電流のピーク値Ip11からIp13とモータ目標電流との間に誤差Ie11からIe13が発生してしまうことになる。
また、特許文献2に開示された技術のように、電流検出周期T11と電流検出を行ってから印加電圧が実際にモータに印加されるまでの時間T12とによって補正計算を行うと、補正計算の結果が検出電流値Im11からIm13を結ぶ直線上の値に制限されるので、モータ電流のピーク値Ip11からIp13は算出することはできない。
上記説明のように、従来技術では、電流検出時刻で検出されるモータ電流が通電パターン切替え時刻まで上昇することにより、モータ電流のピーク値とモータ目標電流に誤差が発生するという課題がある。
一般にモータ電流とモータのトルク量は比例関係にあるため、モータ電流とモータ目標電流に誤差が生じている場合は、モータのトルク量にも誤差が発生することになる。前述のように、クラッチ係合力を精度よく制御しようとした場合、モータのトルク量を精度よく調整する必要があるので、モータ電流とモータ目標電流に誤差が発生し、トルク量に誤差が発生すると、クラッチの係合力を精度よく制御できなくなる課題が発生する。従って、クラッチ係合力の制御精度からモータ電流の誤差精度の制限値が決まる。
この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、モータ電流の検出精度を向上させることができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
この発明に係るモータ制御装置は、インバータによって通電パターンを切り替えて得られる指令電圧に応じた出力電圧でモータの制御を行うモータ制御装置であって、前記インバータに設けられ前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータによる通電パターン切替え時刻と前記電流検出手段による電流検出時刻とを計測する時刻計測手段と、前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の前回値と電流検出時刻の差分と前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の今回値と電流検出時刻の差分との比率を前記電流検出手段で検出された検出電流値に乗算して補正電流値を求める補正手段とを備えたことを特徴とするものである。
この発明のモータ制御装置によれば、インバータによって通電パターンを切り替えて得られる指令電圧に応じた出力電圧でモータの制御を行うモータ制御装置であって、前記インバータに設けられ前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータによる通電パターン切替え時刻と前記電流検出手段による電流検出時刻とを計測する時刻計測手段と、前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の前回値と電流検出時刻の差分と前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の今回値と電流検出時刻の差分との比率を前記電流検出手段で検出された検出電流値に乗算して補正電流値を求める補正手段とを備えたものであるため、補正手段で求められた補正電流値はモータ電流と一致することになり、モータ電流の検出精度を向上させることができるモータ制御装置を得ることができる効果がある。
この発明の実施の形態1におけるモータ制御装置が搭載された自動変速機の制御装置の概略構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態1におけるモータ制御装置が搭載されたクラッチ制御手段を示す構成図である。 この発明の実施の形態1におけるモータ制御装置のモータに流れる電流の制御方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態1におけるモータ制御装置の電流検出手段および時刻計測手段の動作を説明するフロー図である。 この発明の実施の形態1におけるモータ制御装置のフィードバック制御結果を説明する説明図である。 この発明の実施の形態1におけるモータ制御装置の課題である従来のフィードバック制御結果を説明する説明図である。
以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。なお、以下の説明においては、モータ制御装置が搭載されている自動変速機の制御装置を一例として説明するが、本件発明のモータ制御装置は、この実施の形態により限定されるものではなく、モータ電流を精度良く検出する必要のある全ての装置に適用可能である。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1におけるモータ制御装置が搭載された自動変速機の制御装置の概略構成を示す構成図、図2はこの発明の実施の形態1におけるモータ制御装置が搭載されたクラッチ制御手段を示す構成図、図3はこの発明の実施の形態1におけるモータ制御装置のモータに流れる電流の制御方法を説明する説明図、図4はこの発明の実施の形態1におけるモータ制御装置の電流検出手段および時刻計測手段の動作を説明するフロー図、図5はこの発明の実施の形態1におけるモータ制御装置のフィードバック制御結果を説明する説明図である。
図1において、エンジン101と自動変速機102は、クラッチ103により連結される。クラッチ103は、自動変速機102の入力部分に取り付けられ、エンジン101から自動変速機102への動力の伝達を行う。そして、自動変速機102には、自動変速機102の変速段を変更する変速機構104が装備されている。
変速制御手段105は、自動変速機102のクラッチ103の係合、および変速機構104の構成変更を行うことにより、自動変速機102の変速段の制御を司る。エンジントルク制御手段106は、変速制御手段105の指示により変速時のエンジントルク量を制御する。クラッチ制御手段107は、後述するモータ制御手段を含み、変速制御手段105の指示により変速時のクラッチ制御、およびクラッチ係合力の制御を行う。また、変速機構制御手段108は、変速制御手段105の指示により変速機構104の変速段の制御を行う。なお、クラッチ制御手段107は、後述のブラシレスモータの回転角がクラッチ103のストローク量に比例する機構となっており、そのブラシレスモータのトルクを制御して回転角を調整することにより、クラッチ係合力を調整するように構成されている。
ここで、クラッチ103の係合力が不安定になった場合には、エンジン101から変速機構104へ伝達される動力が不安定になり、最終的には、車輪へ伝達する動力が不安定になる。このため、車両、例えば自動車の走行状態として不安定な状態になって運転者へ不快感を与えることになる。
次に、クラッチ制御手段107について詳細に説明する。図2は、クラッチ制御手段107を示すブロック構成図であり、このクラッチ制御手段107は、以下に示すように構成されている。
バッテリ202は、インバータ203を介してブラシレスモータ204へ電力を供給する。これによりブラシレスモータ204の回転子(図示せず)が回転する。
ブラシレスモータ204には、ブラシレスモータ204の固定子(図示せず)に対する回転子の位置、即ち、ブラシレスモータ204の回転位置を検出する回転位置検出手段として、例えば、ホールセンサ205が搭載されている。ホールセンサ205は、前述のように、ブラシレスモータ204の固定子に対する回転子の位置に応じたホールセンサ信号を発生する。
また、インバータ203を構成する6個のFETの下側アームに電流検出抵抗(以下、シャント抵抗という。)206が挿入されており、ブラシレスモータ204が回転してバッテリ202からブラシレスモータ204を介し、接地207の方向へ電流が流れると、シャント抵抗206の両端に電位差が発生する。この電位差をフィルタ回路208でフィルタリングして電流検出手段209へ電圧信号を伝える。そして、電流検出手段209ではフィルタ回路208により伝えられた電圧信号をホールセンサ信号のエッジごとにA/D変換したデータに基づき検出電流値210を検出する。さらに、電流検出手段209には補正手段(図示せず)が設けられており、時刻計測手段212から伝えられる電流検出時刻213と通電パターン切替え時刻214及び検出電流値210とによって補正電流値211を算出する。
時刻計測手段212は、電流検出時刻213と通電パターン切替え時刻214を計測して、電流検出手段209に出力する。
電流検出手段209の補正手段により算出して求められた補正電流値211と、モータ目標電流算出手段215により算出されたブラシレスモータ204の目標電流値とを、指令電圧算出手段216に入力して指令電圧を算出し、その算出結果である指令電圧を通電制御手段217へ伝達する。
通電制御手段217は、ホールセンサ信号から決まる通電パターンを切り替えることで、インバータ203を構成する6個のFET、即ち、UH、UL、VH、VL、WH、WLのゲート信号を生成する。また、指令電圧算出手段216から伝えられる指令電圧に応じて各FETのスイッチング周波数を制御することで出力電圧を変えてブラシレスモータ204のU相、V相、W相の電流を制御し、ブラシレスモータ204の回転を制御する。
次に、ブラシレスモータ204へ供給する電流の制御方法について説明する。図3は、ホールセンサ205の信号パターンとブラシレスモータ204への通電パターン、及びシャント抵抗206の両端電圧とフィルタ回路208の出力電圧を示す説明図である。
上記のとおり、ブラシレスモータ204にはホールセンサ205が搭載されており、ホールセンサ205は、ブラシレスモータ204の固定子に対する回転子の位置に応じて、図3に示すホールセンサパターンのH1、H2、H3で示す信号を発生する。
通電制御手段217では、ホールセンサ205の信号の組み合わせにより、図3に示すモータ駆動回路通電パターンのU、V、Wで示す通電パターンを生成する。ブラシレスモータ204に、この通電パターンU、V、Wで示す電力(電圧)を与えることで、ブラシレスモータ204は一方向に回転する。
例えば、期間aは、ホールセンサパターンのH1が“H”、ホールセンサパターンのH2が“L”、ホールセンサパターンのH3が“H”の組み合わせとなっている。このときは、インバータ203の各FETのうち、UHとVLのゲート信号をON指示する。これによりブラシレスモータ204のU相からV相に電流を流すことになる。
次に、期間bのホールセンサ205の信号パターンは、ホールセンサパターンのH1が“H”、ホールセンサパターンのH2が“L”、ホールセンサパターンのH3が“L”の組み合わせである。このときは、インバータ203の各FETのうち、UHとWLのゲート信号をON指示する。これによりブラシレスモータ204のU相からW相に電流を流すことになる。
次に、期間cのホールセンサ205の信号パターンは、ホールセンサパターンのH1が“H”、ホールセンサパターンのH2が“H”、ホールセンサパターンのH3が“L”の組み合わせである。このときは、インバータ203の各FETのうち、VHとWLのゲート信号をON指示する。これによりブラシレスモータ204のV相からW相に電流を流すことになる。
次に、期間dのホールセンサ205の信号パターンは、ホールセンサパターンのH1が“L”、ホールセンサパターンのH2が“H”、ホールセンサパターンのH3が“L”の組み合わせである。このときは、インバータ203の各FETのうち、VHとULのゲート信号をON指示する。これによりブラシレスモータ204のV相からU相に電流を流すことになる。
次に、期間eのホールセンサ205の信号パターンは、ホールセンサパターンのH1が“L”、ホールセンサパターンのH2が“H”、ホールセンサパターンのH3が“H”の組み合わせである。このときは、インバータ203の各FETのうち、WHとULのゲート信号をON指示する。これによりブラシレスモータ204のW相からU相に電流を流すことになる。
次に、期間fのホールセンサ205の信号パターンは、ホールセンサパターンのH1が“L”、ホールセンサパターンのH2が“L”、ホールセンサパターンのH3が“H”の組み合わせに変化している。このときは、インバータ203の各FETのうちWHとVLのゲート信号をON指示する。これによりブラシレスモータ204のW相からV相に電流
を流すことになる。
このように、期間aからfの6種類のブラシレスモータ204への通電パターンを「a→b→c→d→e→f→a」のように順次繰り返すことにより、ブラシレスモータ204は回転する。
また、期間aからfの間にホールセンサパターンのH1,H2,H3の立上がりエッジおよび立下がりエッジの数は、本実施の形態の場合、ブラシレスモータ204の一回転の電気角360度あたり6個となっている。つまり、電気角60度ごとにエッジが発生するようになっている。
次に、図3のシャント抵抗電圧、およびフィルタ出力電圧について説明する。前述した6種類の通電パターンでブラシレスモータ204に通電すると、ブラシレスモータ204には、指令電圧に応じたモータ電流が流れる。ここで流れた電流量に応じてシャント抵抗206の両端電圧が変化するが、図3で示すシャント抵抗電圧は、通電パターン切り替えタイミング毎に電流が流れる相が切り替わるため電圧の落ち込みが発生する。また、クラッチ制御手段107では電流検出の際、シャント抵抗電圧をフィルタ回路208でノイズ除去し、ホールセンサ205のエッジのタイミングで電流をA/D変換する。
ここで、電流を計算する際には、フィルタ出力電圧をA/D変換してマイコン(図示せず)などにデータを取り込み、係数を乗じることで電流値としている。
次に、電流検出手段209と時刻計測手段212およびフィードバック制御の動作について、図4に示すフロー図を用いて説明する。図4においては、電流値のサンプリングタイミングを電気角60度ごととした場合を示すものである。なお、これらの手段は、ブラシレスモータ204に搭載されたホールセンサ205のエッジ信号ごとの割り込みで作動する。
ステップS401において、電流検出手段209は、ホールセンサ205のエッジ信号のタイミングで、フィルタ回路208から出力された電圧をA/D変換して得られた電圧値に所定の係数を乗じて検出電流値210を算出する。
ステップS402において、時刻計測手段212により、電流検出時刻213を計測する。
ステップS403において、通電制御手段217により、インバータ203の通電パターンを切り替える。
ステップS404において、時刻計測手段212により、通電パターン切替え時刻214の前回値をメモリ(図示せず)に記憶し、通電パターン切替え時刻214を計測する。
ステップS405において、電流検出手段209内に設けられた補正手段(図示せず)は、ステップS402で計測した電流検出時刻213とステップS404でメモリに記憶した通電パターン切替え時刻214の前回値の差分時間T21と、ステップS404で計測した通電パターン切替え時刻214(今回値)とステップS402で計測した電流検出時刻213の差分時間T22を算出する。なお、このステップの補正手段は時刻計測手段212内に設けてもよい。
ステップS406において、電流検出手段209内に設けられている補正手段(図示せず)は、ステップS405で算出したT21とT22、及びステップS401で算出した
検出電流値210とによって、下記数式1により補正電流値211を算出する。下記数式1はT21とT22の比率が検出電流値210と補正電流値211の比率と同等となることを利用した計算式であり、補正電流値211をIp、検出電流値210をImとしたものである。
Figure 0005865930
ステップS407において、指令電圧算出手段216は、モータ目標電流算出手段215で算出されたモータ目標電流と、ステップS406において補正手段で算出された補正電流値211の差分電流から指令電圧を算出する。
次に、ステップS408に進み、通電制御手段217は、ステップS407で指令電圧算出手段216によって算出され出力された指令電圧に応じてインバータ203を駆動する。このように電流フィードバック制御が行われ、ホールセンサ割込みルーチンを終了する。
以上のように、ホールセンサ205のエッジ信号の割り込みごと、つまりブラシレスモータ204が電気角で60度回転するたびに補正手段で補正電流値211を算出し、指令電圧算出手段216で指令電圧を計算する。計算された指令電圧によって通電制御手段217を介してインバータ203を駆動し、ブラシレスモータ204が回転制御される。
また、図5は本実施例に係る自動変速機の制御装置において、ホールセンサ205のエッジ信号のタイミングで電流をサンプリングした場合の電流フィードバック制御結果を示したものであり、発明が解決しようとする課題において説明した従来の図6に対応する説明図である。また、期間aからdは図3における期間aからdと同一期間を示す。
前述した本発明に係るモータ制御装置によれば、前回の通電パターン切替え時刻214から電流検出時刻213までの差分時間T21、電流検出時刻213から通電パターン切替え時刻214までの差分時間T22、及び検出電流値210(Im21〜23)とによって前記数式1により補正電流値211(Ip21〜Ip23)を算出し、補正電流値211(Ip21〜Ip23)とモータ目標電流とによって算出された指令電圧(Vm21〜Vm23)に応じてインバータ203を駆動することにより、モータ電流とモータ目標電流の誤差が抑制される。
以上詳述したように、本実施の形態に係る自動変速機の制御装置によれば、従来装置に対してモータ電流とモータ目標電流の誤差を抑制することが可能となり、クラッチ103のトルク誤差を小さくすることができる。従って、クラッチ103の係合力を精密に制御可能となり、車輪へ伝達する動力が安定し、運転者へ不快感を与えることなく良好な走行が実現できる。
この発明の実施の形態として、自動変速機の制御装置をブラシレスモータにより制御した場合について説明したが、同等の他のモータを用いてもよく、この発明は、その主旨を逸脱しない範囲内における諸種の設計的変更をも含むものである。また、前記説明では補正手段が電流検出手段209内に設けられている場合について説明したが、補正手段は例えば電流検出手段209と指令電圧算出手段216との間に独立させて設けてもよい。さらに、前記実施の形態では、モータ制御装置が自動車等の車両に搭載された自動変速機に使用されている場合について説明したが、本発明のモータ制御装置はモータ電流を精度よ
く求める必要のある全ての装置に適用可能である。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
101 エンジン、102 自動変速機、103 クラッチ、104 変速機構、105 変速制御手段、106 エンジントルク制御手段、107 クラッチ制御手段、108 変速機構制御手段、202 バッテリ、203 インバータ、204 ブラシレスモータ、205 ホールセンサ、206 シャント抵抗、207 接地、208 フィルタ回路、209 電流検出手段、210 検出電流値、211 補正電流値、212 時刻計測手段、213 電流検出時刻、214 通電パターン切替え時刻、215 モータ目標電流算出手段、216 指令電圧算出手段、217 通電制御手段

Claims (2)

  1. インバータによって通電パターンを切り替えて得られる指令電圧に応じた出力電圧でモータの制御を行うモータ制御装置であって、前記インバータに設けられ前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータによる通電パターン切替え時刻と前記電流検出手段による電流検出時刻とを計測する時刻計測手段と、前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の前回値と電流検出時刻の差分と前記時刻計測手段で検出された通電パターン切替え時刻の今回値と電流検出時刻の差分との比率を前記電流検出手段で検出された検出電流値に乗算して補正電流値を求める補正手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
  2. 前記補正手段で求められた補正電流値をフィードバック制御に適用することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
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