JP7338816B1 - モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また下記特許文献4には、モータを駆動する電流を複数組のインバータ(電力変換回路)から供給する電動パワーステアリング装置が記載されている。
上記特許文献4のように複数組の電力変換回路を有する場合には、各々の電力変換回路の温度異常を適切に検出できることが好ましい。
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、第1電力変換回路と第2電力変換回路とが同一の回路基板上に搭載されたモータ制御装置において、第1電力変換回路及び第2電力変換回路の両方の温度異常の検出精度を向上させることを目的とする。
なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
(構成)
図1は、実施形態の電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)装置の一例の概要を示す構成図である。ステアリングホイール(操向ハンドル)1の操舵軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は、減速機構を構成する減速ギア(ウォームギア)3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a、6bを経て、更にハブユニット7a、7bを介して操向車輪8L、8Rに連結されている。
操舵軸2には操舵トルクThを検出するトルクセンサ10が設けられている。また、操舵軸2には、ステアリングホイール1の操舵角θhを検出する操舵角センサ14が設けられている。
ECU30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと、車速センサ12で検出された車速Vhと、操舵角センサ14で検出された操舵角θhに基づいてアシスト制御指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値によってモータ20に供給する電流(第1系統コイルのA相電流I1a、B相電流I1b、C相電流I1cと、第2系統コイルのA相電流I2a、B相電流I2b、C相電流I2c)を制御する。ECU30は、特許請求の範囲に記載の「モータ制御装置」の一例である。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。
以下に説明するECU30の機能は、例えばECU30のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
例えば、ECU30は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を含んでいてもよい。例えばECU30はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル・ロジック・デバイス(PLD:Programmable Logic Device)等を有していてもよい。
ECU30には、コネクタCNTを介してバッテリ13からの電力を伝送する電力配線PWが接続される。電力配線PWの正極側ラインLpは、チョークコイルLとセラミックコンデンサC1及びC2により形成されたノイズフィルタ回路を経由して、制御演算装置31に接続されるとともに、分岐点Pbにて第1正極側ラインLpAと第2正極側ラインLpBに分岐する。
チョークコイルLの一端が正極側ラインLpとセラミックコンデンサC1の一端とに接続され、チョークコイルLの他端が、セラミックコンデンサC2の一端と制御演算装置31と分岐点Pbとに接続され、セラミックコンデンサC1及びC2の他端は接地されている。一方で、電力配線PWの負極側ラインは、ECU30の接地線に接続される。
制御演算装置31は、少なくとも操舵トルクThに基づいて、モータ20の駆動電流の制御目標値である電流指令値を演算し、電流指令値に補償等を施して得られる電圧制御指令値V1a、V1b、V1c、V2a、V2b、V2cを、第1ゲート駆動回路41Aと第2ゲート駆動回路41Bとに出力する。電圧制御指令値V1a、V1b、V1cは、それぞれ第1系統コイルのA相電圧制御指令値、B相電圧指令値、C相電圧指令値であり、電圧制御指令値V2a、V2b、V2cは、それぞれ第2系統コイルのA相電圧制御指令値、B相電圧指令値、C相電圧指令値である。
第2ゲート駆動回路41Bは、制御演算装置31から電圧制御指令値V2a、V2b、V2cが入力されると、これらの電圧制御指令値V2a、V2b、V2cと三角波のキャリア信号に基づいてパルス幅変調(PWM)した6つのゲート信号を形成する。そして、これらゲート信号を第2電力変換回路42Bに出力する。
スイッチングアームSWAa、SWAb及びSWAcは互いに並列に接続されている。A相のスイッチングアームSWAaは、直列接続されたFETQ1及びQ2を備え、B相のスイッチングアームSWAbは、直列接続されたFETQ3及びQ4を備え、C相のスイッチングアームSWAcは、直列接続されたFETQ5及びQ6を備える。各FETQ1~Q6のゲートに第1ゲート駆動回路41Aから出力されるゲート信号が入力され、このゲート信号により、各スイッチングアームSWAa、SWAbおよびSWAcのFET間の接続点からA相電流I1a、B相電流I1b、C相電流I1cが第1モータ電流遮断回路33Aを介してモータ20の第1系統コイルのA相巻線、B相巻線及びC相巻線に通電される。
電解コンデンサCAは、第1電力変換回路42Aに対するノイズ除去機能および電力供給補助機能を備えている。
スイッチングアームSWBa、SWBb及びSWBcは互いに並列に接続されている。A相のスイッチングアームSWBaは、直列接続されたFETQ1及びQ2を備え、B相のスイッチングアームSWBbは、直列接続されたFETQ3及びQ4を備え、C相のスイッチングアームSWBcは、直列接続されたFETQ5及びQ6を備える。各FETQ1~Q6のゲートに第2ゲート駆動回路41Bから出力されるゲート信号が入力され、このゲート信号により、各スイッチングアームSWBa、SWBbおよびSWBcのFET間の接続点からA相電流I2a、B相電流I2b、C相電流I2cが第2モータ電流遮断回路33Bを介してモータ20の第2系統コイルのA相巻線、B相巻線及びC相巻線に通電される。
電解コンデンサCBは、第2電力変換回路42Bに対するノイズ除去機能および電力供給補助機能を備えている。
第2電力変換回路42BのスイッチングアームSWBa、SWBb及びSWBcの下側アームを形成するFETQ2、Q4およびQ6の各ソース側には、電流検出回路39A2、39B2及び39C2が設けられる。電流検出回路39A2、39B2及び39C2は、それぞれスイッチングアームSWBa、SWBb及びSWBcの下流側電流を、第2系統コイルのA相電流、B相電流、C相電流として検出し、その検出値I2ad、I2bd、I2cdを出力する。
制御演算装置31は、第1モータ電流遮断回路33Aの通電と遮断とを制御する制御信号SmAを第1ゲート駆動回路41Aに出力する。第1ゲート駆動回路41Aは、制御信号SmAに応じてFETQA1~QA3のゲート信号を出力して、第1電力変換回路42Aからモータ20へのA相電流I1a、B相電流I1b、C相電流I1cを通電又は遮断する。
制御演算装置31は、第2モータ電流遮断回路33Bの通電と遮断とを制御する制御信号SmBを第2ゲート駆動回路41Bに出力する。第2ゲート駆動回路41Bは、制御信号SmBに応じてFETQB1~QB3のゲート信号を出力して、第2電力変換回路42Bからモータ20へのA相電流I2a、B相電流I2b、C相電流I2cを通電又は遮断する。
温度検出回路45は、第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bの付近に配置された温度センサ45aを備える。温度センサ45aは、「温度検出素子」の一例である。なお、温度センサ45aの配置位置は第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bの付近でなくともよい。温度センサ45aは、ECU30の発熱し易い場所に配置されていれば足りる。
例えば温度センサ45aはサーミスタであってよい。温度検出回路45は、サーミスタの抵抗値に応じて第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bの温度を検出するサーミスタ処理回路を備えてよい。
制御演算装置31は、第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bの温度であるECU温度を測定すると共にモータ20の温度(例えばモータ20のコイル巻線の温度)であるモータ温度を推定する温度測定部31bを備える。温度測定部31bは、温度検出回路45の検出信号Sd1が表すECU温度検出値Te1に基づいてECU温度を測定する。また、温度測定部31bは、ECU温度検出値Te1と、モータ20に流れるモータ電流の検出値I1ad、I1bd、I1cd、I2ad、I2bd及びI2cdとに基づいてモータ温度を推定する。
ECU温度測定部50は、ECU温度検出値Te1に基づいて第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bの温度であるECU温度Teを測定する。
第1実施形態のECU30は、単一の温度検出回路(温度検出回路45)を有する。第1実施形態に関する以下の説明では、温度検出回路45が異常であることを「温度検出回路が異常である」と表記し、温度検出回路45が異常でないことを「温度検出回路が異常でない」と表記する。
例えば図3に示す温度検出回路45の例の場合、異常によりサーミスタ45aが断線すると検出信号Sd1が上昇して所定範囲の上限値よりも大きくなるため温度検出回路45の異常を検出できる。また、異常によりサーミスタ45aが短絡すると検出信号Sd1が下がって所定範囲の下限値よりも低くなるため温度検出回路45の異常を検出できる。
以下、ECU温度推定部52が推定した第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bの温度を「ECU温度推定値Tes」と表記することがある。ECU温度推定部52は「第1温度推定部」の一例であり、ECU温度推定値Tesは「第1温度推定値」の一例である。
温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定した場合、ECU温度推定部52は、温度検出回路が異常であると判定する前に温度検出回路45が検出したECU温度検出値Te1から所定の設定値Tsまで、一定の増加速度ΔTr[℃/秒]で漸増する値を、ECU温度推定値Tesとして出力する。
温度検出回路45の検出信号Sd1が所定範囲外の値となった時点t1において、ECU温度推定部52は、ホールド値Thdの更新を停止する。そして、検出信号Sd1が所定範囲外の値である状態が継続している間は、所定時間TLが経過するまで、時点t1の直前で保持したホールド値ThdをECU温度推定値Tesとして出力する。
すなわち、温度検出素子の出力信号が所定範囲外の値になる直前のECU温度検出値Te1をホールド値Thdとして保持し、検出信号Sd1が所定範囲外の値である状態が継続している間は、所定時間TLが経過するまでホールド値ThdをECU温度推定値Tesとして出力する。
時点t2よりも前に検出信号Sd1が所定範囲内の値に戻ると、ECU温度推定部52は、温度検出回路45から受信した検出信号Sd1が示すECU温度検出値Te1をECU温度推定値Tesとして出力する。また、ホールド値Thdの更新を再開する。
時点t1より前の期間では、温度検出回路45の検出信号Sd1が所定範囲内の値であり、ECU温度推定部52は検出信号Sd1が表すECU温度検出値Te1をECU温度推定値Tesとして出力する。また、温度検出回路45が検出したECU温度検出値Te1をホールド値Thdとして一時的に保持し、順次更新する。
時点t1より所定時間TL後の時刻t2が過ぎても検出信号Sd1が所定範囲外の値である状態が継続すると、時点t2でECU温度推定部52は、ホールド値Thdから所定の設定値Tsまで一定の増加速度ΔTr[℃/秒]で漸増する値を、ECU温度推定値Tesとして出力する。
図6は、第1実施形態の制御演算装置31の機能構成の一例のブロック図である。なお、図6では、モータ20の第1系統のコイルを駆動する機能構成のみ記載するが、第2系統のコイルを駆動する機能構成も同様の構成を有する。
電流指令値演算部60は、操舵トルクThと、車速Vhと、モータ20のモータ回転角θmと、モータ20の回転角速度ωに基づいてモータ20に流すべきq軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0を演算する。
例えば第1電流制限部61は、ECU温度Teが所定の第1閾値Ta1を超えた場合に、ECU温度Teが高くなるほどq軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0を大きく制限することにより、q軸電流指令値Iq1及びd軸電流指令値Id1を算出してよい。すなわちECU温度Teが高くなるほど漸減するq軸電流指令値Iq1及びd軸電流指令値Id1を算出してよい。
また例えば、第1電流制限部61は、温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定した場合に、q軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0より小さな値のq軸電流指令値Iq1及びd軸電流指令値Id1を算出してもよい。例えば、q軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0を50%に制限することによりq軸電流指令値Iq1及びd軸電流指令値Id1を算出してよい。
第1電流制限部61は、温度検出回路が異常でないとセンサ異常判定部51が判定した場合に制限ゲインK1の値を「1」に設定し、温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定した場合に制限ゲインK1の値を「0.5」に設定してよい。
第1電流制限部61は、温度検出回路が異常でないとセンサ異常判定部51が判定し、且つECU温度Teが第1閾値Ta1を超えた場合に、ECU温度Teが第1閾値Ta1から第3閾値Ta2に上昇するのに応じて、制限ゲインK2の値を「1」から「0」まで漸減してよい。制限ゲインK2の値は、ECU温度Teが第1閾値Ta1から第3閾値Ta2に上昇するのに応じて直線的に「1」から「0」まで漸減してよい。
温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定した場合、第1電流制限部61は、制限ゲインK2の値を「1」に設定してよい。
ECU温度Teが第5閾値Ta4に到達しない限り(すなわち制限ゲインK2の値が「1」にならない限り)、第1電流制限部61は、ECU温度Teが第4閾値Ta3から第5閾値Ta4の範囲で上下するのに応じて制限ゲインK2の値を「0」から「1」の範囲で減少又は増加させる。
また、制限ゲインK3に、上述の制限ゲインK2のヒステリシス特性と同様のヒステリシス特性を持たせてもよい。
例えば、温度検出回路が異常でないとセンサ異常判定部51が判定した場合(すなわち制限ゲインK1=「1」)の場合、第1電流制限部61は、例えば、K2またはK3のうちいずれか小さいゲインK4=min(K2、K3)を選択し、q軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0にゲインK4を乗算した積をq軸電流指令値Iq1=K4×Iq0及びd軸電流指令値Id1=K4×Id0として算出してよい。
また例えば、q軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0にゲインK2及びK3を乗算した積をq軸電流指令値Iq1=K2×K3×Iq0及びd軸電流指令値Id1=K2×K3×Id0として算出してもよい。
減算器62及び63は、フィードバックされた電流iq、idを制限後のq軸電流指令値Iq1及びd軸電流指令値Id1からそれぞれ減じることにより、q軸偏差電流Δq0及びd軸偏差電流Δd0を算出する。
第2電流制限部64は、q軸偏差電流Δq0及びd軸偏差電流Δd0の上限値を制限する。制限後のq軸偏差電流Δq及びd軸偏差電流Δdは、PI制御部65に入力される。
角速度変換部68は、モータ回転角θmの時間的変化に基づいてモータ20の回転角速度ωを算出する。これらモータ回転角θm及び回転角速度ωは、電流指令値演算部60に入力されてベクトル制御に使用される。
ステップS1においてECU温度測定部50、センサ異常判定部51及びECU温度推定部52は、温度検出回路45の検出信号Sd1を取得する。
ステップS2においてECU温度測定部50は、ECU温度検出値Te1に基づいてECU温度Teを測定する。
ステップS3において第1電流制限部61は、ECU温度Teが第1閾値Ta1を超えたか否かを判定する。ECU温度Teが第1閾値Ta1を超えた場合(ステップS3:Y)に処理はステップS4へ進む。ECU温度Teが第1閾値Ta1を超えない(S3:N)場合に処理はステップS5へ進む。
ステップS5において電流検出回路39A1、39B1、39C1、39A2、39B2及び39C2は、モータ電流I1ad、I1bd、I1cd、I2ad、I2bd及びI2cdをそれぞれ検出する。
ステップS7においてセンサ異常判定部51は、温度検出回路が異常であるか否かを判定する。温度検出回路が異常である場合(ステップS7:Y)に処理はステップS9へ進む。温度検出回路が異常でない場合(ステップS7:N)に処理はステップS8へ進む。
ステップS8においてECU温度推定部52は、ECU温度検出値Te1をECU温度推定値Tesに設定する。その後に処理はステップS11へ進む。
ステップS11において加算器54は、ECU温度推定値Tesに上昇値Rtを加えた値をモータ温度推定値Tmとして算出する。
ステップS13において第1電流制限部61は、q軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0を制限する。その後に処理は終了する。
(1)ECU30は、モータ20に流れるモータ電流を制御する第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bと、第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42B付近に配置された温度センサ45aを有する温度検出回路45と、モータ電流によるモータ20の温度の上昇値Rtを推定する上昇値推定部53と、温度検出回路45が異常であるか否かを判定するセンサ異常判定部51と、温度検出回路45が正常であると判定された場合に、温度検出回路45が検出した検出温度をECU温度推定値Tesとして出力し、温度検出回路45が異常であると判定された場合に、温度検出回路45が検出した検出温度から所定の設定値Tsまで一定の増加速度で漸増する値をECU温度推定値Tesとして出力するECU温度推定部52と、ECU温度推定値Tesに上昇値Rtを加えた値をモータ温度推定値Tmとして演算する加算器54と、モータ温度推定値Tmが所定の閾値を超えた場合に、モータ温度推定値Tmが高くなるほど漸減するようにモータ電流を制限する第1電流制限部61と、を備える。
これにより、温度検出回路45に異常が発生した場合にモータ温度推定値Tmが急に高くなってモータ電流が過剰に制限されるのを防止できる。また、モータ温度推定値Tmが所定の閾値を超えても漸減するようにモータ電流を制限することにより、モータ温度推定値Tmの上昇を抑制し、モータ電流の制限が過大になるのを抑制できる。
これにより温度検出回路45に異常が発生した場合に、異常な検出値に基づいてECU温度推定値Tesを算出するのを防止できる。
これにより、ノイズ等の影響による温度センサ45aの出力信号の一時的な変動によって温度検出回路45の異常を誤検出するのを防止できる。
第2実施形態のECU30では、第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bの温度を検出する温度検出回路が冗長化されている。
図8は、第2実施形態のECU30の一例の概要を示す構成図である。第2実施形態のECU30は、第1実施形態の温度検出回路45としての第1温度検出回路45と、第2温度検出回路46とを備える。第2実施形態のECU30のその他の構成要素は、第1実施形態と同様である。
なお、第1実施形態のECU30と共通する構成要素及び機能に関する説明を省略する。また、以下の説明において第1温度検出回路45の温度センサ45aを「第1温度センサ45a」と表記する。
第2温度検出回路46は、第1温度検出回路45と同一の構成を有していてよい。例えば、第2温度検出回路46の第2温度センサ46aは、第1温度検出回路45の第1温度センサ45aと同一の特性のサーミスタであってよく、第1温度検出回路45と第2温度検出回路46の固定抵抗Rは同一の抵抗値を有していてよい。
センサ異常判定部51は、第1温度検出回路45及び第2温度検出回路46の少なくとも一方が異常であるか否かを判定し、判定結果を示す異常判定信号Saを出力する。
第2実施形態及び第3実施形態に関する説明では、第1温度検出回路45及び第2温度検出回路46の少なくとも一方が異常であることを「温度検出回路が異常である」と表記し、第1温度検出回路45及び第2温度検出回路46のいずれも異常でないこと(すなわち第1温度検出回路45及び第2温度検出回路46のいずれも正常であること)を「温度検出回路が異常でない」と表記する。
例えば所定値ΔTtは5[℃]であってよい。これにより、例えば第1温度検出回路45及び第2温度検出回路46を構成する部品のバラつきによってECU温度検出値Te1とECU温度検出値Te2の間にある程度の誤差があっても、第1温度検出回路45及び第2温度検出回路46の異常を誤検出するのを防止できる。
例えば、温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定する直前まで、ECU温度推定値TesとしてECU温度検出値Te1を出力していた場合、ECU温度推定部52は、温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定した時点t1ではECU温度推定値TesとしてECU温度検出値Te1を出力する。ECU温度推定部52は、時点t1からECU温度推定値Tesの増加を開始し、時点t1で第1温度検出回路45が検出していたECU温度検出値Te1から所定の設定値Tsまで一定の増加速度ΔTrで漸増する値をECU温度推定値Tesとして出力する。
例えば、温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定する直前まで、ECU温度推定値TesとしてECU温度検出値Te1を出力していた場合、ECU温度検出値Te1が低い場合に比べて高い場合に、より低い増加速度ΔTrを設定してよい。例えば、ECU温度検出値Te1が高いほど、より低い増加速度ΔTrを設定してよい。
温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定する直前まで、ECU温度推定値TesとしてECU温度検出値Te2を出力していた場合、ECU温度検出値Te2が低い場合に比べて高い場合に、より低い増加速度ΔTrを設定してよい。例えば、ECU温度検出値Te2が高いほど、より低い増加速度ΔTrを設定してよい。
実線L1は、温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定した時点t1におけるECU温度検出値Te1が比較的高いT1である場合にECU温度推定部52から出力されるECU温度推定値Tesの時間的変化を示し、一点鎖線L2は、時点t1におけるECU温度検出値Te1が比較的低いT2である場合にECU温度推定部52から出力されるECU温度推定値Tesの時間的変化を示す。
時点t1におけるECU温度検出値Te1が温度T1である場合に、ECU温度推定部52は、実線L1に示すように時点t1からECU温度推定値Tesの増加を開始し、温度T1から一定の増加速度ΔTr1[℃/秒]で漸増し、時点t2で所定の設定値Tsに至るECU温度推定値Tesを出力する。
センサ異常判定部51は、時点t1におけるECU温度検出値Te1が比較的低いT2である場合の増加速度ΔTr2に比べ、時点t1におけるECU温度検出値Te1が比較的高いT1である場合の増加速度ΔTr1が低くなるように設定してよい。温度が高い物体ほど放熱が大きくなるため、同じ熱量が加わる場合の温度上昇が遅くなる。温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定した時点t1におけるECU温度検出値Te1が高いほど、ECU温度推定値Tesの増加速度ΔTrを低くすることにより、ECU温度推定値Tesが過剰に高くなるのを防止できる。
第1電流制限部61は、温度測定部31bから出力された異常判定信号Saとモータ温度推定値Tmとに基づいてq軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0を制限することにより、制限後のq軸電流指令値Iq1及びd軸電流指令値Id1を算出する。
なお、第1電流制限部61は、温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定した場合に、モータ温度推定値Tmが第2閾値Tb1を超えない場合であっても、q軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0より小さな値のq軸電流指令値Iq1及びd軸電流指令値Id1(例えばそれぞれq軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0を50%)を算出してよい。
例えば第1電流制限部61は、制限ゲインK3にヒステリシス特性を設けてもよい。例えば、制限ゲインK3の値が「1」になると、モータ温度推定値Tmが第2閾値Tb1を超えた場合に、モータ温度推定値Tmが第2閾値Tb1から上昇するのに応じて、制限ゲインK3の値を「1」から漸減する。モータ温度推定値Tmが第6閾値Tb2に到達しない限り(すなわち制限ゲインK2の値が「0」にならない限り)、モータ温度推定値Tmが第2閾値Tb1から第6閾値Tb2の範囲で上下するのに応じて、第1電流制限部61は、制限ゲインK3の値を「1」から「0」の範囲で減少又は増加させる。
モータ温度推定値Tmが第8閾値Tb4に到達しない限り(すなわち制限ゲインK3の値が「1」にならない限り)、モータ温度推定値Tmが第7閾値Tb3から第8閾値Tb4の範囲で上下するのに応じて、第1電流制限部61は、制限ゲインK3の値を「0」から「1」の範囲で減少又は増加させる。
第1電流制限部61は、q軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0に制限ゲインK1及びK3を乗算した積をq軸電流指令値Iq1=K1×K3×Iq0及びd軸電流指令値Id1=K1×K3×Id0として算出する。
また、第2実施形態の第1電流制限部61においても、第1実施形態の第1電流制限部61と同様に、温度測定部31bから出力された異常判定信号Saと、ECU温度Teと、モータ温度推定値Tmとに基づいてq軸電流指令値Iq0及びd軸電流指令値Id0を制限して、制限後のq軸電流指令値Iq1及びd軸電流指令値Id1を算出してもよい。
ステップS20の処理は、図7のステップS1の処理と同様である。ステップS21~S29の処理は、図7のステップS5~S13の処理と同様である。
ECU温度測定部50は、ECU温度検出値Te1とECU温度検出値Te2とに基づいて第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bの温度であるECU温度Teを測定する。ECU温度測定部50は、ECU温度検出値Te1とECU温度検出値Te2のうちいずれか一方を選択して、ECU温度Teとして出力してよい。例えばECU温度測定部50は、ECU温度検出値Te1とECU温度検出値Te2のうちより高い検出値をECU温度Teとして出力してよく、より低い検出値をECU温度Teとして出力してもよい。
(1)ECU30は、モータ20に流れるモータ電流を制御する第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bと、第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bの付近に配置された温度センサ45a、46aを有する温度検出回路45、46と、モータ電流によるモータ20の温度の上昇値Rtを推定する上昇値推定部53と、温度検出回路が異常であるか否かを判定するセンサ異常判定部51と、温度検出回路が異常でないと判定された場合に、温度検出回路45、46が検出した検出温度をECU温度推定値Tesとして出力し、温度検出回路が異常であると判定された場合に、温度検出回路45、46が検出した検出温度から所定の設定値Tsまで一定の増加速度ΔTrで漸増する値をECU温度推定値Tesとして出力するECU温度推定部52と、ECU温度推定値Tesに上昇値Rtを加えた値をモータ温度推定値Tmとして演算する加算器54と、モータ温度推定値Tmが所定の閾値を超えた場合に、モータ温度推定値Tmが高くなるほど漸減するようにモータ電流を制限する第1電流制限部61と、を備える。
これにより、温度検出回路に異常が発生した場合にモータ温度推定値Tmが急に高くなってモータ電流が過剰に制限されるのを防止できる。また、モータ温度推定値Tmが所定の閾値を超えても漸減するようにモータ電流を制限することにより、モータ温度推定値Tmの上昇を抑制し、モータ電流の制限が過大になるのを抑制できる。
このように複数の温度検出回路45、46によるECU温度検出値Te1、Te2に基づいて温度検出回路が異常であるか否かを判定することにより、単一の温度検出回路を備える場合に比べてより正確且つより迅速に温度検出回路の異常を判定できる。
これにより、例えばノイズ等の影響による差分ΔTeの一時的な増加によって温度検出回路の異常を誤検出するのを防止できる。
これにより、温度検出回路が異常であると判定された時点で温度検出回路45又は46で検出された検出温度が高い場合に、ECU温度推定値Tesが過剰に高くなるのを防止できる。
第3実施形態のECU30の構成は、図8を参照して説明した第2実施形態のECU30と同様の構成を有する。また、第3実施形態の制御演算装置31の構成は、図6を参照して説明した第1実施形態の制御演算装置31と同様の構成を有する。なお、第2実施形態のECU30及び第1実施形態の制御演算装置31と共通する構成要素及び機能に関する説明を省略する。
図14は、回路基板70上に搭載された電力変換回路(第1電力変換回路42A、第2電力変換回路42B)と温度センサ(第1温度センサ45a、第2温度センサ46a)との間の相対位置関係の模式図である。以下の説明において、回路基板70の部品搭載面に平行な直交2軸方向をそれぞれ第1方向D1及び第2方向D2と表記する。
第1電力変換回路42A及び第2電力変換回路42Bは、第2方向D2に沿って配列され、第1温度センサ45a及び第2温度センサ46aは、第2方向D2において、第1電力変換回路42Aと第2電力変換回路42Bとの間に配置されている。このように、第1温度センサ45a及び第2温度センサ46aを、第1電力変換回路42Aと第2電力変換回路42Bとの間に配置することにより、第1電力変換回路42A又は第2電力変換回路42Bのどちらかに偏ることなく、第1電力変換回路42A又は第2電力変換回路42Bの両方の温度異常を良好に検出できる。
第1電力変換回路42Aと第2電力変換回路42Bへの電源ラインである第1温度センサ45aと第2温度センサ46aとが分岐する分岐点Pb付近に配置することにより、第1電力変換回路42Aと第2電力変換回路42Bとの間に第1温度センサ45a及び第2温度センサ46aを配置し易くなる。
これにより、第1温度センサ45aと第2温度センサ46aの検出温度の差分に基づいて第1温度検出回路45と第2温度検出回路46に生じた異常を検出できる。
図14の例では、第1温度センサ45aの両端電極45b及び45cは第2方向D2に沿って配列され、第2温度センサ46aの両端電極46b及び46cは第1方向D1に沿って配列されており、第1温度センサ45aの向きと第2温度センサ46aの向きは直交している。
上記のように、第1温度センサ45aと第2温度センサ46aの検出温度の差分に基づいて第1温度検出回路45と第2温度検出回路46の異常を検出する場合に、両方のセンサに同じ異常が発生して検出温度に差がなくなると、異常発生を検出できなくなる虞がある。回路基板70に加わる応力によって両センサが同時にダメージを被るのを回避することにより、応力によって受けたダメージによって両方のセンサに同じ異常が生じるのを抑制できる。
また、第1温度センサ45aと第2温度センサ46aとを同一の放熱部材に熱的に接続することにより、第1温度センサ45aと第2温度センサ46aとの間の熱的結合がさらに密になり、第1温度センサ45aの検出温度と第2温度センサ46aの検出温度とをより近付けることができる。
第1電力変換回路42Aと第2電力変換回路42Bの各々に含まれるFETQ1~Q6の回路基板70と反対側の面f1と、第1温度センサ45aと第2温度センサ46aの回路基板70と反対側の面f2とが、同一のヒートシンク72に熱的に接続されている。例えば、導電性ペースト(例えば放熱グリス)のような熱インタフェース材料(TIM:Thermal Interface Material)73及び74をそれぞれ介して面f1及びf2をヒートシンク72に接触させる。
FETQ1~Q6は、例えば天面(上面)放熱構造を有するスイッチング素子であってよい。例えば、FETQ1~Q6は、ソースパッドに接続されたサーマルパッドが、ドレインパッドが設けられた面(底面)と反対側の面(上面)において、ダイを封止している樹脂製のパッケージ(モールド)から露出しているスイッチング素子であってよい。また例えば、FETQ1~Q6は、熱伝導度の高い樹脂で形成されたモールドを有し、かつドレインパッドが設けられた面と反対側の面のモールドが薄肉化されたスイッチング素子であってもよい。
温度検出回路が異常でないとセンサ異常判定部51が判定した場合、モータ温度推定部55は、ECU温度検出値Te1とECU温度検出値Te2のうちいずれか一方をECU温度推定値Tesとして選択する。例えばモータ温度推定部55は、ECU温度検出値Te1とECU温度検出値Te2のうちより高い検出値をECU温度推定値Tesとして選択してよく、より低い検出値をECU温度推定値Tesとして選択してもよい。
図17は、温度検出回路の異常時におけるECU温度推定値Tesの算出方法を模式的に示す説明図である。例えば、温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定する時点t1の直前まで、ECU温度推定値TesとしてECU温度検出値Te1を選択していた場合、モータ温度推定部55は、温度検出回路が異常であるとセンサ異常判定部51が判定した時点t1ではECU温度検出値Te1をECU温度推定値Tesに設定する。モータ温度推定部55は、時点t1からECU温度推定値Tesの増加を開始し、時点t1で第1温度検出回路45が検出していたECU温度検出値Te1から所定の設定値Tsまで一定の増加速度ΔTrで漸増する値をECU温度推定値Tesとして算出する。
モータ温度推定部55は、ECU温度推定値Tesに上昇値Rtを加えた値をモータ温度推定値Tmとして演算する。
なお、第3実施形態のモータ制御方法は、図7のフローチャートを参照してモータ制御方法と同様である。
(1)ECU30は、回路基板70と、回路基板70上に搭載され、モータ20を駆動する電流を供給する第1電力変換回路42Aと、回路基板70上に搭載され、第1電力変換回路42Aによる電流が供給されるモータ20と同一又は異なるモータ20を駆動する電流を供給する第2電力変換回路42Bと、温度センサ45a、46aを有する温度検出回路45、46と、温度検出回路45、46が検出した温度に基づいて第1電力変換回路42Aが供給する電流及び第2電力変換回路42Bが供給する電流を制限する第1電流制限部61と、を備える。温度センサ45a、46aは、第1電力変換回路42Aと第2電力変換回路42Bとが搭載された回路基板70上に搭載され、且つ第1電力変換回路42Aと第2電力変換回路42Bとの間の位置に配置される。
これにより、第1電力変換回路42A又は第2電力変換回路42Bのどちらかに偏ることなく、第1電力変換回路42A又は第2電力変換回路42Bの両方の温度異常を良好に検出できる。
これにより、第1電力変換回路42Aと第2電力変換回路42Bの温度異常をより検出し易くなる。
これにより第1電力変換回路42Aと第2電力変換回路42Bとの間に第1温度センサ45a及び第2温度センサ46aを配置し易くなる。また、回路基板70の中央は熱が溜まりやすいため、高温になり易い場所に第1温度センサ45a及び第2温度センサ46aを配置することによりECU30の過熱を検出し易くなる。
これにより、第1温度センサ45aと第2温度センサ46aとの間の熱的結合を密にすることができる。この結果、第1温度センサ45aの検出温度と第2温度センサ46aの検出温度とを互いに近付けることができ、第1温度センサ45aと第2温度センサ46aの検出温度との間の差分に基づいて温度検出回路45、46に生じた異常を精度良く検出できる。
これにより、第1温度センサ45aと第2温度センサ46aとの間の熱的結合がさらに密になり、第1温度センサ45aの検出温度と第2温度センサ46aの検出温度とをより近付けることができる。
これにより、回路基板70に応力が加わったときに第1温度センサ45aと第2温度センサ46aとが同時にダメージを被るのを回避できる。このため、第1温度センサ45aと第2温度センサ46aとが同時に故障するのを抑制できる。
以上の説明では、本発明の回転角検出装置を、いわゆる上流アシスト方式と呼ばれるコラムアシスト方式の電動パワーステアリング装置に適用する例について記載したが、本発明の回転角検出装置は、いわゆる下流アシスト方式の電動パワーステアリング装置に適用してもよい。以下、下流アシスト方式の電動パワーステアリング装置の例として、シングルピニオンアシスト方式、ラックアシスト方式、デュアルピニオンアシスト方式の電動パワーステアリング装置に、本発明の回転角検出装置を適用する構成例を説明する。
なお、下流アシスト方式の場合には、防水対策のためモータ20、回転角センサ23a、ECU30は別体ではなく、図18~図20の破線で示すように一体構造のMCU(Motor Control Unit)としてよい。
ピニオンラック機構5は、ピニオンギア(ピニオン)5a、ラックバー(ラック)5b及びピニオン軸5cを備える。入力側シャフト4cとピニオンラック機構5とは、入力側シャフト4cとピニオンラック機構5との間の回転角のずれによってねじれるトーションバー(図示せず)によって連結されている。トルクセンサ10は、トーションバーのねじれ角を、ステアリングホイール1の操舵トルクThとして電磁気的に測定する。
ピニオン軸5cには、ステアリングホイール1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介して連結されており、回転角センサ23aは、上記実施形態と同様にモータ20のモータ回転軸の回転角情報を算出する。
ステアリングホイール1の操舵力を補助するモータ20の回転軸20aに連結する駆動プーリ82と、ナット81に連結する従動プーリ83にはベルト84が巻きかけられており、回転軸20aの回転運動がラックバー5bの直進運動に変換される。回転角センサ23aは、上記実施形態と同様にモータ20のモータ回転軸の回転角情報を算出する。
第2ピニオン軸85には、ステアリングホイール1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介して連結されており、回転角センサ23aは、上記実施形態と同様にモータ20のモータ回転軸の回転角情報を算出する。
Claims (8)
- 回路基板と、
前記回路基板上に搭載され、モータを駆動する電流を供給する第1電力変換回路と、
前記回路基板上に搭載され、前記第1電力変換回路による電流が供給されるモータと同一又は異なるモータを駆動する電流を供給する第2電力変換回路と、
温度検出素子を有する温度検出回路と、
前記温度検出回路が検出した温度に基づいて前記第1電力変換回路が供給する電流及び前記第2電力変換回路が供給する電流を制限する制御回路と、
を備え、
前記温度検出素子は、前記第1電力変換回路と前記第2電力変換回路とが搭載された前記回路基板上に搭載され、且つ前記第1電力変換回路と前記第2電力変換回路との間の位置に配置されることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記第1電力変換回路に含まれるスイッチング素子の前記回路基板と反対側の面と、前記第2電力変換回路に含まれるスイッチング素子の前記回路基板と反対側の面と、前記温度検出素子の前記回路基板と反対側の面と、が同一の放熱部材に熱的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記第1電力変換回路と前記第2電力変換回路とが前記回路基板に配列される配列方向における前記回路基板の略中央に前記温度検出素子が配置されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記温度検出素子として第1温度検出素子と第2温度検出素子とを備え、
前記制御回路は、前記第1温度検出素子の出力に応じた検出温度と前記第2温度検出素子の出力に応じた検出温度との差分に基づいて前記温度検出回路が異常であるか否かを判定し、
前記第1温度検出素子と前記第2温度検出素子とが互いに近接配置されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記温度検出素子として第1温度検出素子と第2温度検出素子とを備え、
前記制御回路は、前記第1温度検出素子の出力に応じた検出温度と前記第2温度検出素子の出力に応じた検出温度との差分に基づいて前記温度検出回路が異常であるか否かを判定し、
前記第1温度検出素子の前記回路基板と反対側の面と、前記第2温度検出素子の前記回路基板と反対側の面と、が同一の放熱部材に熱的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記第1電力変換回路に含まれるスイッチング素子の前記回路基板と反対側の面と、前記第2電力変換回路に含まれるスイッチング素子の前記回路基板と反対側の面と、前記第1温度検出素子の前記回路基板と反対側の面と、前記第2温度検出素子の前記回路基板と反対側の面と、が同一の前記放熱部材に熱的に接続されていることを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。
- 前記第1温度検出素子と前記第2温度検出素子とは同一構造の温度検出素子であり、前記第1温度検出素子と前記第2温度検出素子とを異なる向きに配向して前記回路基板に搭載したことを特徴とする請求項4又は5に記載のモータ制御装置。
- 請求項1、4又は5に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置により制御されるモータと、を備え、
前記モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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