JP6683116B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1に開示されたモータ制御装置は、モータへの電源供給遮断後にモータの推定温度が高温の場合、モータの上昇温度に基づいて電源保持時間を演算し、温度推定を継続する。そして、電源保持時間が経過すると、モータ制御装置は、自己保持している電源を遮断する。
ここで、次回起動時に要求されるモータ出力性能として、初動時のトルクを発生させるための通電量、ある通電パターンを持続可能な時間や繰り返し可能な回数が挙げられる。例えば電動パワーステアリング装置のアシストモータの駆動装置では、初回のアシスト率や据え切り回数が具体的な性能を示す指標値となる。
本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、駆動電源停止後の電源自己保持時間を、次回起動時に要求される性能を確保可能な最小限の時間とするモータ制御装置を提供することにある。
電源回路の電源自己保持部は、駆動回路へ供給される駆動電源の停止後に制御用の電源を自己保持可能である。
検出温度取得部は、過熱保護の対象となる一つ以上の保護部位、又は、当該保護部位と温度の相関を有する部位の検出温度(Tsns)を取得する。
推定温度算出部は、検出温度と一つ以上の上昇温度の和(ΣTiA、ΣTiB)とを加算し、保護部位の推定温度(Test_A、Test_B)を算出する。なお、現実の適用においては、適宜、推定オフセット温度をさらに加算して推定温度を算出してもよい。
電流制限演算部は、推定温度に基づいて、電流指令値を制限する電流制限値を演算する。
自己保持終了判定部は、電源自己保持の終了を判定する。
自己保持終了判定部は、電流値と、その電流値を通電可能な保護部位の最高温度との関係を保護部位毎に規定した過熱保護マップを有している。自己保持終了判定部は、当該過熱保護マップに基づき次回起動時の要求電流値(Ireq)に対応する制限温度(Tlim_A、Tlim_B)を設定する。
また、自己保持終了判定部は、次回起動時のモータの出力性能を保証する上限温度である性能保証上限温度(Tpfm)と、一つ以上の上昇温度の和とを加算した温度を評価温度(Tev_A、Tev_B)として算出する。なお、現実の適用においては、適宜、性能オフセット温度をさらに加算して評価温度を算出してもよい。
ここで、「少なくとも性能保証条件が成立したことに基づいて」とは、性能保証条件の成立は、自己保持終了を反対するための一つの条件ではあるが、それだけで自己保持終了の十分条件であるとは限らないことを意味する。
本発明では、このように設定された評価温度と制限温度とを比較する次回性能判定処理により電源自己保持の終了を判定するため、次回起動時の要求性能を担保しつつ、電源自己保持時間を最小とすることができる。よって、自己保持時間を必要以上に長く設定することによる暗電流の増加を抑制し、バッテリの消費を低減することができる。
以下、モータ制御装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。このモータ制御装置は、例えば車両の電動パワーステアリング装置において、操舵アシストモータの制御装置として使用される。特に本実施形態は、イグニッションスイッチを備えるエンジン車に搭載されるものとして説明する。
最初にモータ制御装置の構成について、図1〜図3を参照して説明する。以下、図1に示すイグニッションスイッチ(以下「IGスイッチ」)16のON/OFFを「IG−ON/OFF」と記す。IG−ONの状態では、駆動電源が供給されてモータの駆動が可能であり、IG−OFFの状態では、駆動電源の供給が停止される。
なお、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されるモータ制御装置の場合、「IG−ON/OFF」を「レディON/OFF」と読み替えればよい。
モータ制御装置10は、電源回路20、スイッチインターフェース(図中「I/F」)23、制御回路30、駆動回路60等を含み、バッテリ15から入力される電力により動作する。
電源回路20は、チョークコイル21及び電源自己保持部22等を含む。チョークコイル21は、外部からの外乱ノイズを除去すると共に、モータ制御装置10内部で発生するスイッチングノイズの流出を防ぐ。電源自己保持部22は、電源リレーにより構成され、IG−OFF、すなわち駆動電源の停止後、制御回路30から遮断信号が入力されるまで、制御用の電源を自己保持する。
IGスイッチ16がOFFされた情報は、スイッチインターフェース23から制御回路30に入力される。制御回路30は、IG−OFF後、電源を自己保持し、後述する温度推定演算を継続する。そして、自己保持を終了すると判定したとき、電源自己保持部22に遮断信号を出力する。
図1において、例えば、制御回路30を保護部位として推定される温度に「A」、インバータ62を保護部位として推定される温度に「B」の記号を付す。具体的には、制御回路30を構成するICや、インバータ62を構成するMOSFET等のスイッチング素子が保護対象素子となる。ただし、他の箇所を保護部位としてもよい。
また、上昇温度、推定温度等の記号について、対応する保護部位を区別する場合は末尾にA、B等の文字を付し、区別せず包括的に述べる場合は、単に「Ti」、「Test」のように記す。
制御回路30は、電流処理部31、上昇温度推定部32、検出温度取得部33、推定温度算出部34、電流制限演算部35、駆動信号演算部36、及び自己保持終了判定部37を含む。
電流処理部31は、モータ80もしくは駆動回路60を流れるモータ電流Im、又は、電源回路20を流れる電源電流Ibの検出値又は推定値が入力される。制御回路30又は駆動回路60の構成部品を保護対象とする場合にはモータ電流Imが用いられ、電源回路20の構成部品を保護対象とする場合には電源電流Ibが用いられる。
フィルタ311−314は、保護部位A、B毎に互いに異なる時定数を有し、電流二乗値I2の一次遅れ応答をフィルタ値I2 LPFとして出力する。ここで、電流二乗値に代えて、電流二乗値の積算値の時間平均を用いてもよい。各フィルタの時定数は、各保護部位A、Bにおける熱抵抗や熱容量等の特性に基づいて決まる値であり、例えば応答特性波形を解析することにより設定される。なお、電流二乗値、又はその積算値の時間平均の一次遅れ応答を出力するフィルタは、特開2016−92944号公報に開示されている。
A2フィルタ312は、保護部位Aについての第2の時定数を有するフィルタであり、電流二乗フィルタ値I2 LPFA2を出力する。
B1フィルタ313は、保護部位Bについての第1の時定数を有するフィルタであり、電流二乗フィルタ値I2 LPFB1を出力する。
B2フィルタ314は、保護部位Bについての第2の時定数を有するフィルタであり、電流二乗フィルタ値I2 LPFB2を出力する。
丸印のI2 LPFA1(1)及びI2 LPFA1(2)は、時刻t1及びt2にA1フィルタ311が出力したフィルタ値である。三角印のI2 LPFA2(1)及びI2 LPFA2(2)は、時刻t1及びt2にA2フィルタ312が出力したフィルタ値である。
Ti=K×I2 LPF ・・・(1)
上昇温度推定部32は、式(2.1)、(2.2)により、各保護部位A、Bについて、上昇温度の和ΣTiA、ΣTiBを算出して出力する。
ΣTiA=TiA1+TiA2 ・・・(2.1)
ΣTiB=TiB1+TiB2 ・・・(2.2)
Test_A=Tsns+ΣTiA+δest_A ・・・(3.1)
Test_B=Tsns+ΣTiB+δest_B ・・・(3.2)
ここで、推定オフセット温度δest_A、δest_Bは、温度検出部位と推定部位との温度差等を調整するための値である。
電流制限演算部35は、例えば図3(a)に示す過熱保護マップを電流制限用に参照する。実線のマップAは、保護部位Aを対象とし、破線のマップBは、保護部位Bを対象とするものである。縦軸の値が定格電流Imaxとなる温度領域では、定格電流Imaxに対し100%の電流を通電可能であり、駆動回路60及びモータ80が本来有している出力性能を100%発揮することができる。
電流制限演算部35は、過熱保護マップの横軸の温度から縦軸の電流を算出する。すなわち、推定温度Test_A、Test_Bに対応する電流制限値Ilim_A、Ilim_Bを算出し、例えばそれらの最小値を電流制限値として設定する。
本実施形態では、図3(a)に示す電流制限用の過熱保護マップを、図3(b)に示す自己保持終了判定用のマップとして共通に使用する。なお、他の実施形態では、電流制限用マップとは別に、自己保持終了判定専用の過熱保護マップを有してもよい。別のマップを用いる場合、次回起動時の性能を確保するため、自己保持終了判定用マップの電流値は、電流制限用マップの同じ温度における電流制限値よりも小さく設定される必要がある。
なお、要求電流値Ireqが固定されており、随時変更されない場合には、自己保持終了判定部37は、IG−OFFの都度、過熱保護マップを参照するのではなく、予め記憶した制限温度Tlim_A、Tlim_Bを常に用いてもよい。その場合も、「過熱保護マップに基づき制限温度Tlim_A、Tlim_Bを設定する」ことに含まれる。
Tev_A=Tpfm+ΣTiA+δ_A ・・・(4.1)
Tev_B=Tpfm+ΣTiB+δ_B ・・・(4.2)
また、性能オフセット温度δ_A、δ_Bは、性能保証上限温度Tpfmを基準とした保護部位毎の特性差を調整するための値である。なお、図3(b)には、性能オフセット温度δ_A、δ_Bの図示を省略する。
Tev_A<Tlim_A ・・・(5.1)
Tev_B<Tlim_B ・・・(5.2)
同様に保護部位Bについての温度も、IG−OFFからの時間経過につれて低下する。評価温度Tev_Aが制限温度Tlim_Aを下回り、且つ、評価温度Tev_Bが制限温度Tlim_Bを下回ると、性能保証条件が成立する。
次に、本実施形態のモータ制御装置10の動作について、図4、図5、図6のフローチャート、図7の自己保持加算時間マップ、及び、図8のタイムチャートを参照して説明する。以下のフローチャートの説明で記号Sは「ステップ」を表す。
図4のS10は、温度推定処理であり、その詳細を図5のサブフローチャートに示す。図5のS11、S12において、各フィルタに対応する記号を省略する。
上昇温度推定部32は、S11で、フィルタ311−314が出力した電流二乗フィルタ値I2 LPFA1、I2 LPFA2、I2 LPFB1、I2 LPFB2を取得する。
推定温度算出部34は、S14で、式(3.1)、(3.2)により、推定温度Test_A、Test_Bを算出する。
IG−ONの場合、S21でYESと判断され、通常駆動時の処理であるS22〜S25に移行する。
S22では、電流制限演算部35は、過熱保護のための電流制限値を演算する。
これを受けて、駆動信号演算部36は、S23で制限後電流指令値を演算する。
続いて、駆動信号演算部36は、S24でPWM駆動信号を演算し、S25で駆動回路60のプリドライバ61に駆動信号を出力する。
次のS27からS42までのステップは、自己保持終了判定部37により実行される。
S27では、現在、強制終了時間が経過したか否か判断される。強制終了時間は、上昇温度Tiが大きい場合でも保護部位が冷却されるのに十分な時間として設定される。
強制終了時間が経過している場合、S27でYESと判断され、S43に移行する。または、破線で示すように、S43をスキップし、S44に移行してもよい。
強制終了時間が経過していない場合、S27でNOと判断され、S30の次回性能判定処理に移行する。
S31で、自己保持終了判定部37は、過熱保護マップA、Bを参照し、次回起動時の要求電流Ireqに対応する制限温度Tlim_A、Tlim_Bを設定する。
S32で、自己保持終了判定部37は、式(4.1)、(4.2)により、評価温度Tev_A、Tev_Bを算出する。
図4に戻り、S33の判定結果により、性能保証条件が成立した場合、S34でYESと判断され、S41に移行する。一方、性能保証条件が不成立の場合にはS34でNOと判断され、S10に戻り、温度推定が継続される。
S42では、現在、自己保持時間が経過したか否か判断される。
自己保持時間が経過している場合、S42でYESと判断され、S43に移行する。
自己保持時間が経過していない場合、S42でNOと判断され、S10に戻り、温度推定が継続される。つまり、自己保持時間が経過するまで、「S42:NO→S10→S21:NO→S26〜S41」のループが繰り返される。
(1)保護部位毎のフィルタ別上昇温度TA1、TA2、TB1、TB2
(2)保護部位毎の上昇温度和ΣTiA、ΣTiB
(3)保護部位毎のフィルタ別上昇温度のうちの最大値
:MAX(TA1,TA2)、MAX(TB1,TB2)
(4)全保護部位のフィルタ別上昇温度のうちの最大値
:MAX(TA1,TA2,TB1,TB2)
図7(a)、(b)において、保護部位Aについて、上昇温度TiAが低下するほど自己保持加算時間は短くなり、上昇温度TiAが臨界温度TcA以下のとき自己保持加算時間は0となる。同様に、保護部位Bについて、上昇温度TiBが低下するほど自己保持加算時間は短くなり、上昇温度TiBが臨界温度TcB以下のとき自己保持加算時間は0となる。
このときの動作を図8のタイムチャートに示す。図8の横軸の時刻tsはIG−OFF時を示し、時刻teは自己保持終了タイミングを示す。時刻ts後、経過時間が増えるに従い、自己保持加算時間は次第に短くなる。そして、時刻teに自己保持時間が経過時間に一致すると、S42でYES、すなわち「自己保持時間が経過した」と判断される。
S43で記憶された温度情報は、次回起動時に読み出され、この温度情報に基づいて初回の電流制限が実施される。このとき、過熱保護マップの要求電流値Ireqが確保されるはずである。
以上で、モータ制御装置10の動作の説明を終了する。
本実施形態によるモータ制御装置10の効果について説明する。
(1)IG−OFF後に制御電源を自己保持して温度推定を継続する従来技術として、特許文献1(特許第2892899号公報)に開示された技術では、モータの上昇温度に基づいて演算された自己保持時間が経過したとき、電源自己保持を終了する。
この従来技術では、次回起動時の要求性能を確保しようとすると、許容温度値を低く設定し保持時間を長く設定せざるを得ないため、モータ駆動停止中の暗電流が増加するという問題があった。
しかし、本実施形態の自己保持終了判定に用いられる評価温度Tevは、通常駆動時の温度制御に用いられる推定温度Testとは全く異なるものである。すなわち、評価温度Tevは、次回起動時のモータ出力性能を確保する観点で設定された性能保証上限温度Tpfmを基準とする、自己保持終了判定専用の指標値である。
本実施形態では、このように設定された評価温度Tevと制限温度Tlimとを比較する次回性能判定処理により電源自己保持の終了を判定するため、次回起動時の要求性能を確保しつつ、電源自己保持時間を最小とすることができる。よって、自己保持時間を必要以上に長く設定することによる暗電流の増加を抑制し、バッテリ15の消費を低減することができる。
(4)制御回路30は、電源自己保持の終了時に温度情報を記憶し、次回起動時、当該温度情報に基づいて初回の電流制限を実施する。これにより、次回起動時の電流制限において要求電流値Ireqが確保される。
(a)上記実施形態では、保護部位としてA、Bの2箇所が想定され、また、各保護部位A、Bについて、複数のフィルタA1、A2、及び、B1、B2のフィルタ値に基づく複数の上昇温度TA1、TA2、TB1、TB2が推定される。これに対し、保護部位は一箇所でもよい。また、各保護部位について、一つのフィルタ値に基づく一つの上昇温度が推定されてもよい。その場合、上記実施形態における「上昇温度の和」は、一つの上昇温度の値そのものとして解釈すればよい。
また、モータ制御装置とモータとは、一体に設けられた、いわゆる機電一体型の形態で構成されてもよい。さらに、モータ制御装置の駆動回路、及び駆動されるモータは、上記実施形態で例示したインバータ及び三相ブラシレスモータに限らず、Hブリッジ回路及びDCモータ等であってもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
20・・・電源回路、
22・・・電源自己保持部、
32・・・上昇温度推定部、
33・・・検出温度取得部、
34・・・推定温度算出部、
35・・・電流制限演算部、
37・・・自己保持終了判定部、
60・・・駆動回路、
80・・・モータ。
Claims (5)
- モータ(80)を駆動する駆動回路(60)と、
前記駆動回路へ供給される駆動電源の停止後に制御用の電源を自己保持可能な電源自己保持部(22)を有する電源回路(20)と、
前記モータ、前記駆動回路又は前記電源回路に流れる電流の二乗値、又はその積算値の時間平均の一次遅れ応答に基づき、一つ以上の上昇温度(TiA1、TiA2、TiB1、TiB2)を推定する上昇温度推定部(32)と、
過熱保護の対象となる一つ以上の保護部位、又は、当該保護部位と温度の相関を有する部位の検出温度(Tsns)を取得する検出温度取得部(33)と、
前記検出温度と、前記一つ以上の上昇温度の和(ΣTiA、ΣTiB)とを加算し、前記保護部位の推定温度(Test_A、Test_B)を算出する推定温度算出部(34)と、
前記推定温度に基づいて、電流指令値を制限する電流制限値を演算する電流制限演算部(35)と、
電源自己保持の終了を判定する自己保持終了判定部(37)と、
を備え、
前記上昇温度推定部は、前記電源自己保持部による電源の自己保持中、前記上昇温度の推定を継続し、
前記自己保持終了判定部は、
電流値と、その電流値を通電可能な前記保護部位の最高温度との関係を規定した過熱保護マップを有しており、当該過熱保護マップに基づき次回起動時の要求電流値(Ireq)に対応する制限温度(Tlim_A、Tlim_B)を設定し、
次回起動時の前記モータの出力性能を保証する上限温度である性能保証上限温度(Tpfm)と、前記一つ以上の上昇温度の和とを加算した温度を評価温度(Tev_A、Tev_B)として算出し、
前記評価温度と前記制限温度とを比較する次回性能判定処理において、全ての前記保護部位についての前記評価温度が前記制限温度を下回ったとき、性能保証条件が成立したと判定し、少なくとも前記性能保証条件が成立したことに基づいて電源自己保持を終了するモータ制御装置。 - 前記自己保持終了判定部は、
駆動電源停止時から所定の強制終了時間が経過したとき、電源自己保持を強制的に終了する請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記自己保持終了判定部は、
前記上昇温度と、駆動電源停止時からの経過時間に対して加算され、その加算値が自己保持時間となる自己保持加算時間との関係を規定した自己保持加算時間マップを有しており、
前記次回性能判定処理において前記性能保証条件が成立すると判定された場合、
前記自己保持加算時間マップに基づく前記自己保持時間が経過した時、電源自己保持を終了する請求項1または2に記載のモータ制御装置。 - 前記自己保持加算時間マップにおいて、前記自己保持加算時間は、上昇温度が低下するほど短くなり、上昇温度が臨界温度(TcA、TcB)以下のとき0となるように設定されている請求項3に記載のモータ制御装置。
- 電源自己保持の終了時に温度情報を記憶し、次回起動時、当該温度情報に基づいて初回の電流制限を実施する請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
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