JPWO2016125774A1 - モータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

モータの駆動が停止している状況において、３相の全てのDuty を操作する
ことで、ＦＥＴ（スイッチング素子）の発熱が１つのＦＥＴに集中せず、複
数のＦＥＴに分散するようにするために、電流検出器と、上段ＦＥＴの発熱
量を算出し、上段最大発熱相を特定する上段最大発熱相特定手段と、下段Ｆ
ＥＴの発熱量を算出し、下段最大発熱相を特定する下段最大発熱相特定手段
と、上段最大発熱相に基づいて、上段選択Duty 及び上段選択相電流を選択す
る上段用選択手段と、下段最大発熱相に基づいて、下段選択Duty 及び下段選
択相電流を選択する下段用選択手段と、Duty 操作量を算出するDuty 操作量
算出部と、Duty 操作量に基づいて各相Duty を操作するDuty 操作部とを具備
するモータ制御装置、及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置を提
供する。

Description

本発明は、電流指令値に基づきＰＷＭ制御のための各相Dutyを演算し、前記各相Dutyにより、上下段ＦＥＴブリッジで成るインバータを介してモータを制御するモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関し、特に特定のＦＥＴに発熱が集中しないように発熱を分散させるようにしたモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。

モータ制御装置を搭載し、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ制御のDutyの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア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。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、電源としてのバッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０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Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、モータ２０に連結された回転センサから得ることもできる。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area
Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等を含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌはトルク制御部３１に入力され、トルク制御部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａで、特性を改善するための補償部３４からの補償信号ＣＭと加算され、加算された電流指令値Ｉｒｅｆ２が電流制限部３３で最大値を制限され、最大値を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。

減算部３２Ｂでの減算結果Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）は電流制御部３５でＰＩ（比例積分）等の電流制御をされ、電流制御された電圧制御値Ｖｒｅｆが変調信号（キャリア）ＣＦと共にＰＷＭ制御部３６に入力されてDutyを演算され、Dutyを演算されたＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。

補償部３４は、検出若しくは推定されたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を加算部３４４で慣性補償値３４２と加算し、その加算結果に更に加算部３４５で収れん性制御値３４１を加算し、その加算結果を補償信号ＣＭとして加算部３２Ａに入力し、特性改善する。

モータ２０が３相ブラシレスモータの場合、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７の詳細は例えば図３に示すような構成となっており、ＰＷＭ制御部３６は、電圧制御値Ｖｒｅｆを所定式に従って３相分のＰＷＭ制御に使用するDutyＤ１〜Ｄ６を演算するDuty演算部３６Ａと、DutyＤ１〜Ｄ６で駆動素子としてのＦＥＴのゲートを駆動すると共に、デッドタイムの補償をしてＯＮ／ＯＦＦするゲート駆動部３６Ｂとで構成されている。Duty演算部３６Ａには変調信号（キャリア）ＣＦが入力されており、Duty演算部３６Ａは変調信号ＣＦに同期してDutyＤ１〜Ｄ６を演算する。インバータ３７はＦＥＴの３相ブリッジで（上段ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３、下段ＦＥＴ４〜ＦＥＴ６）構成されており、各ＦＥＴがDutyＤ１〜Ｄ６でＯＮ／ＯＦＦされることによって、モータ２０が駆動される。

本例では、DutyＤ１〜Ｄ３がそれぞれ上段のＦＥＴ１〜ＦＥＴ３をＯＮ／ＯＦＦ制御し、DutyＤ４〜Ｄ６がそれぞれ下段のＦＥＴ４〜ＦＥＴ６をＯＮ／ＯＦＦ制御するようになっている。

なお、インバータ３７とモータ２０との間には、アシスト制御停止時等に電流の供給を遮断するためのモータ開放スイッチ２３が介挿されている。モータ開放スイッチ２３は、各相に介挿された寄生ダイオード付きのＦＥＴで構成されている。

このような電動パワーステアリング装置において、モータのトルク指令とモータの電気角に応じた単純な２相／３相変換によるコミュテーション処理のみで制御する従来技術では、個々のＦＥＴの発熱を個別に管理することはできない。このため、ＥＣＵ全体やＥＣＵ各部位、モータ等の発熱量を個別に測定や推定を行っていたとしても、最終的にはモータのトルク指令値を制限することで、システム全体としての発熱を抑える保護処理を行うことしかできなかった。例えばハンドルの保舵状態においてシステム最大の電流を流していた場合、特定のＦＥＴに発熱が集中することになる。この状態が長時間継続した場合、発熱の集中したＦＥＴは他の部品よりも早期に使用温度範囲を逸脱し、故障してしまう。

この故障を防ぐため、従来技術では、各部位の温度を個々に測定若しくは推定しながら監視し、全ての温度が使用温度範囲を逸脱しないように、モータのトルク指令値を制限するなどして保護していた。しかしながら、このような保護処理では、モータのトルク指令値を制限してしまうため、アシスト力の低下や明らかなアシスト不足、若しくはアシスト力を低下させつつも運転者に気づかれないよう厳密に制御しなければならないといった問題があった。

このような問題を解決するものとして、特開２００４−１６１１１８号公報（特許文献１）では、ＰＷＭ制御方式に特有の騒音の発生を抑えつつ、駆動素子の温度がモータダウン温度まで上昇することを防止できるパワーステアリング装置が提案されている。モータの駆動制御は、電子制御ユニットが駆動回路をＰＷＭ制御することにより達成され、電子制御ユニットは、駆動素子温度センサによって検出されるパワー駆動素子の温度に応じて、駆動回路に与えるＰＷＭ信号のキャリア周波数を変更する。即ち、駆動素子温度が所定の周波数切換温度未満であるときには、ＰＷＭ周波数を予め定める高周波数に設定し、駆動素子温度が所定の周波数切換温度以上であるときには、ＰＷＭ周波数を予め定める低周波数に設定するようになっている。

また、特開２００４−８８８８８号公報（特許文献２）のモータ駆動装置は、スイッチング損失による発熱を低減するため、Ｕ〜Ｗ相端子のうちの２つの端子から駆動電流を導入し、他の１つの端子から駆動電流を導出させるべき時には、その駆動電流を導出させる端子の目標電圧値がアースの電位に設定し、Ｕ〜Ｗ相端子のうちの１つの端子から駆動電流を導入し、他の２つの端子から駆動電流を導出させるべき時には、その駆動電流を導入させる端子の目標電圧値が直流電源の発生電圧に設定している。

特開２００４−１６１１１８号公報 特開２００４−８８８８８号公報

しかしながら、特許文献１のパワーステアリング装置では、ＦＥＴ周辺等の監視温度があるスレッショルドを超えた場合、ＰＷＭのキャリア周波数をより低い方向へ制御するため、スイッチングノイズが可聴周波数帯域内に入り込むことで音圧が大きく聞こえてしまう問題や、モータへ流れる電流のスイッチングノイズ成分の振幅が大きくなることによるノイズ音圧の上昇や、過電流の発生や磁気飽和によるモータトルクの低下等の問題が起こる。ステアリング操舵のアシストを継続させるための手段として使用されている。

特許文献２のモータ駆動装置は、ＤＣブラシレスモータの正弦波駆動方式から、簡便な正弦波近似駆動による考えによりスイッチング損失を低減させている。しかしながら、そもそもスイッチング損失による発熱は、スイッチング素子のＯＮ抵抗による損失に比べれば小さく、更に特定の状況下では特定のスイッチング素子をＯＮしたままとする。このため、ＯＮしたままのスイッチング素子は発熱が集中し、スイッチング素子６個全体での発熱は軽減できたとしても、結果として発熱の集中したスイッチング素子を熱破壊から守るために、モータのトルク指令値に相当するモータ電流を下げなければならない等の問題が発生し、その効果が得られる状況は非常に限定的となってしまう。

また、従来のモータ制御では、保舵中や極低速操舵などモータ電流が変化しないか若しくはゆっくり変化するような状況では、モータ駆動回路の特定の素子（例えばスイッチング用ＦＥＴ等）に発熱が集中してしまう問題がある。この問題は、ブラシレスＤＣモータを駆動する回路（ＰＷＭ等の駆動方式は問わない）において顕著となる問題である。誘導モータ等の回転磁界を常に必要とする場合の駆動回路においても、磁界の回転速度が小さい場合には問題となることがある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、モータの駆動が停止している状況（停止に近い状況も含めて）において、３相の全てのDutyを操作することで、ＦＥＴ（スイッチング素子）の発熱が１つのＦＥＴに集中せず、複数のＦＥＴに分散するモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、電流指令値に基づきＰＷＭ制御のための各相Dutyを演算し、前記各相Dutyにより、上下段ＦＥＴブリッジで成るインバータを介してモータを制御するモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータの各相電流を検出する電流検出器と、上段ＦＥＴの各発熱量を算出し、上段最大発熱相を特定する上段最大発熱相特定手段と、下段ＦＥＴの各発熱量を算出し、下段最大発熱相を特定する下段最大発熱相特定手段と、前記上段最大発熱相に基づいて、上段選択Duty及び上段選択相電流を選択する上段用選択手段と、前記下段最大発熱相に基づいて、下段選択Duty及び下段選択相電流を選択する下段用選択手段と、前記上段選択Duty及び上段選択相電流と、前記下段選択Duty及び下段選択相電流とに基づいて、Duty操作量を算出するDuty操作量算出部と、前記Duty操作量に基づいて前記各相Dutyを操作するDuty操作部とを具備することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記上段最大発熱相特定手段が、前記各相Duty及び前記各相電流に基づいて、上段ＦＥＴの各発熱量を算出する上段ＦＥＴ発熱量算出部と、前記上段ＦＥＴ発熱量算出部で算出された各上段発熱量に基づいて前記上段最大発熱相を特定する上段最大発熱相特定部とで構成されていることにより、或いは前記下段最大発熱相特定手段が、前記各相Duty及び前記各相電流に基づいて、下段ＦＥＴの各発熱量を算出する下段ＦＥＴ発熱量算出部と、前記下段ＦＥＴ発熱量算出部で算出された各下段発熱量に基づいて前記下段最大発熱相を特定する下段最大発熱相特定部とで構成されていることにより、或いは前記上段ＦＥＴの各発熱量及び前記下段ＦＥＴの各発熱量を演算により、若しくはマップの参照で算出するようになっていることにより、或いは前記上段ＦＥＴの各発熱量及び前記下段ＦＥＴの各発熱量を、前記各相電流の２乗値をＬＰＦ処理した後に所定の下限値で制限し、前記制限された量に前記各相Dutyを乗算して出力するようになっていることにより、或いは前記所定の下限値がチューニング値であることにより、或いは前記上段用選択手段が、前記上段最大発熱相に基づいて、前記各相Dutyから前記上段選択Dutyを選択する第１のDuty選択部と、前記上段最大発熱相に基づいて、前記各相電流から前記上段選択相電流を選択する第１の相電流選択部とで構成されていることにより、或いは前記下段用選択手段が、前記下段最大発熱相に基づいて、前記各相Dutyから前記下段選択Dutyを選択する第２のDuty選択部と、前記下段最大発熱相に基づいて、前記各相電流から前記下段選択相電流を選択する第２の相電流選択部とで構成されていることにより、或いは前記Duty操作量算出部が、｛（前記下段選択相電流×前記下段選択相電流×前記下段選択Duty）−（前記上段選択相電流×前記上段選択相電流×前記上段選択Duty）｝÷｛（前記上段選択相電流×前記上段選択相電流）＋（前記下段選択相電流×前記下段選択相電流）｝×１００（％）により前記Duty操作量を算出することにより、或いは前記Duty操作部が、上段用前記各相Dutyに対して加算し、下段用前記各相Dutyに対して減算するようになっていることにより、より効果的に達成される。

なお、本発明は、各相DutyによってＯＮ／ＯＦＦしてモータを駆動するスイッチング素子の全てに適用可能であるが、これら全てを代表して単に「ＦＥＴ」としている。

本発明のモータ制御装置によれば、モータを駆動する相全てのDutyを操作することで、ＦＥＴの発熱が１つのＦＥＴに集中せず、複数のＦＥＴに分散するようにするため、各ＦＥＴに流れている電流値及びDutyから、個々のＦＥＴの発熱量を算出してDuty操作量を求め、Duty操作量に基づいて各相Dutyを操作している。その結果、１つのＦＥＴに発熱が集中せず、熱分布の均衡を図り、発熱部位の分散と、過熱保護によるアシスト力の低下等を生じ難くすることができる。

上記モータ制御装置を電動パワーステアリング装置に搭載することにより、信頼性高いＥＣＵを具備した電動パワーステアリング装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 ＰＷＭ制御部及びインバータの構成例を示す結線図である。 本発明の構成例を示す結線図である。 ＦＥＴ発熱量算出部の一部構成例（最大発熱相）を示すブロック図である。 ＦＥＴ発熱量算出部の一部構成例（選択部）を示すブロック図である。 ＦＥＴ発熱量算出部の一部構成例（Ｕ相上段ＦＥＴ発熱量算出部）を示すブロック図である。 Duty操作部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。

モータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置について、保舵等（ラックエンド端や縁石ヒット、運転者が非常にゆっくり操舵している時（保舵に近いが、保舵ではない状況））の、モータが最大トルク若しくは最大トルクに近いトルクを発生している状況で、かつモータが停止しているか若しくは停止に近い状態において、３相ブラシレスモータの駆動時に、特定のＦＥＴに長時間に亘って最大電流若しくは最大電流に近い電流が流れ続けることで、その特定のＦＥＴのみに発熱が集中してしまう問題がある。そこで本発明では上記課題を改善すべく、３相の全てのDutyをDuty操作量で操作することで、ＦＥＴの発熱が１つのＦＥＴに集中せず、複数のＦＥＴに分散するようにしている。

各ＦＥＴに流れている電流値とDutyとから、個々のＦＥＴの発熱量を算出し、１つのＦＥＴに発熱が集中しないようDutyを操作することで、熱分布の均衡を図り、発熱部位の分散と、過熱保護によるアシスト力の低下等を生じ難くしている。具体的には、各ＦＥＴの発熱量から最も発熱しているＦＥＴを特定し、そのＦＥＴの発熱を低下させるためのDutyを算出し、モータの端子間電圧を保ったまま上記Dutyを考慮した操作を行うことで、従来の保護技術よりも違和感や背反を伴わずに、発熱の集中を抑えることを可能にしている。

個々のＦＥＴの発熱は、ＦＥＴのＯＮ抵抗と、流れる電流の２乗と、Duty（ＯＮ時間）との積で求められる。仮に全てのＦＥＴのＯＮ抵抗は一定とし、今回は考慮しないとした場合、例えばＵ〜Ｗ３相について下記条件を考える。
（１）Ｕ相のモータ電流が８０［Ａ］で、Ｕ相上段ＦＥＴのＯＮ時間が６６％、Ｕ相下段のＦＥＴのＯＮ時間が３４％
（２）Ｖ相のモータ電流が−４０［Ａ］で、Ｖ相上段ＦＥＴのＯＮ時間が４２％、Ｖ相下段のＦＥＴのＯＮ時間が５８％
（３）Ｗ相のモータ電流が−４０［Ａ］で、Ｗ相上段ＦＥＴのＯＮ時間が４２％、Ｗ相下段のＦＥＴのＯＮ時間が５８％

上記条件の場合、各ＦＥＴの発熱割合は以下のようになる。
（ａ）Ｕ相上段ＦＥＴ：８０×８０×０．６６＝４２２４［Ｗ］
（ｂ）Ｕ相下段ＦＥＴ：８０×８０×０．３４＝２１７６［Ｗ］
（ｃ）Ｖ相上段ＦＥＴ：４０×４０×０．４２＝６７２［Ｗ］
（ｄ）Ｖ相下段ＦＥＴ：４０×４０×０．５８＝９２８［Ｗ］
（ｅ）Ｗ相上段ＦＥＴ：４０×４０×０．４２＝６７２［Ｗ］
（ｆ）Ｗ相下段ＦＥＴ：４０×４０×０．５８＝９２８［Ｗ］

ここで、最大値４２２４［Ｗ］で正規化すると、それぞれの割合は、Ｕ相上段ＦＥＴが１００％、Ｕ相下段ＦＥＴが５２％、Ｖ相上段ＦＥＴが１６％、Ｖ相下段ＦＥＴが２２％、Ｗ相上段ＦＥＴが１６％、Ｗ相下段ＦＥＴが２２％となり、Ｕ相上段ＦＥＴが他のＦＥＴに比べ最も多く発熱し、Ｖ相上段ＦＥＴ及びＷ相上段のＦＥＴの発熱が最も少なくなる。このＦＥＴ毎の発熱不均衡を減らすため、３相全ての上段ＦＥＴのDutyを一律１６％減らし、３相全ての下段ＦＥＴのDutyを一律１６％増やすDuty操作を行うと、モータから見たモータ端子間電圧は一定の電圧差を保ったままなので、各相に流れる電流値も保たれたまま、ＦＥＴの発熱割合を下記のように変更することができる。
（ａ−１）Ｕ相上段ＦＥＴ：８０×８０×０．５０＝３２００［Ｗ］
（ｂ−１）Ｕ相下段ＦＥＴ：８０×８０×０．５０＝３２００［Ｗ］
（ｃ−１）Ｖ相上段ＦＥＴ：４０×４０×０．２６＝４１６［Ｗ］
（ｄ−１）Ｖ相下段ＦＥＴ：４０×４０×０．７４＝１１８４［Ｗ］
（ｅ−１）Ｗ相上段ＦＥＴ：４０×４０×０．２６＝４１６［Ｗ］
（ｆ−１）Ｗ相下段ＦＥＴ：４０×４０×０．７４＝１１８４［Ｗ］

以上より、本発明では、各相Dutyと各相電流に基づいて個々のＦＥＴの発熱量を算出し、特定のＦＥＴに集中している発熱を複数（２個以上）のＦＥＴに等しく分散するためのDuty操作量を求める。求まったDuty操作量を用いて、３相の端子間電圧を保持したまま全てのＦＥＴのDutyを操作し、アシスト力は変化させないままＦＥＴの発熱の分散を行う。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図４は本発明の構成例を図２に対応させて示しており、Duty演算部３６Ａで求められた各相DutyＤ１〜Ｄ６はDuty操作部１３０に入力されると共に、ＦＥＴ発熱量算出部１００に入力される。モータ電流検出器３８で検出されたモータ２０の各相電流Ｉｍ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は、減算部３２Ｂにフィードバックされると共に、ＦＥＴ発熱量算出部１００に入力される。ＦＥＴ発熱量算出部１００で算出された上段選択DutyＤＨ、下段選択DutyＤＬ、上段選択相電流ＣＨ、下段選択相電流ＣＬはDuty操作量算出部１２０に入力される。Duty操作量算出部１２０で算出されたDuty操作量Ｄ_０は、Duty操作部１３０に入力される。Duty操作部１３０から出力される操作後のDutyＤ１１〜Ｄ１６によって、ゲート駆動回路３６Ｂ及びインバータ３７を介してモータ２０を駆動する。

ＦＥＴ発熱量算出部１００の構成例は図５及び図６であり、Ｕ相上段DutyＤ１はＵ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｕに入力されると共に、Duty選択部（上段）１１０に入力される。Ｖ相上段DutyＤ２はＶ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｖに入力されると共に、Duty選択部（上段）１１０に入力される。Ｗ相上段DutyＤ３はＷ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｗに入力されると共に、Duty選択部（上段）１１０に入力される。Ｕ相下段DutyＤ４はＵ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｕに入力されると共に、Duty選択部（下段）１１１に入力される。Ｖ相下段DutyＤ５はＶ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｖに入力されると共に、Duty選択部（下段）１１１に入力される。Ｗ相下段DutyＤ６はＷ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｗに入力されると共に、Duty選択部（下段）１１１に入力される。

また、モータ電流検出器３８で検出されたＵ相電流ＩｕはＵ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｕ及びＵ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｕに入力され、後述する処理を施された選択用Ｕ相電流Ｉｕ’は相電流選択部（上段）１１２及び相電流選択部（下段）１１３に入力される。Ｖ相電流ＩｖはＶ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｖ及びＶ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｖに入力され、後述する処理を施された選択用Ｖ相電流Ｉｖ’は相電流選択部（上段）１１２及び相電流選択部（下段）１１３に入力される。Ｗ相電流ＩｗはＷ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｗ及びＷ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｗに入力され、後述する処理を施された選択用Ｗ相電流Ｉｗ’は相電流選択部（上段）１１２及び相電流選択部（下段）１１３に入力される。

Ｕ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｕで算出されたＵ相上段ＦＥＴの発熱量ＨＴ１、Ｖ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｖで算出されたＶ相上段ＦＥＴの発熱量ＨＴ２、Ｗ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｗで算出されたＷ相上段ＦＥＴの発熱量ＨＴ３は上段最大発熱相特定部１０３に入力される。Ｕ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｕからは算出された選択用Ｕ相電流Ｉｕ’が出力され、Ｖ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｖからは算出された選択用Ｖ相電流Ｉｖ’が出力され、Ｗ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｗからは算出された選択用Ｗ相電流Ｉｗ’が出力される。

また、Ｕ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｕで算出されたＵ相下段ＦＥＴの発熱量ＨＴ４、Ｖ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｖで算出されたＶ相下段ＦＥＴの発熱量ＨＴ５、Ｗ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｗで算出されたＷ相下段ＦＥＴの発熱量ＨＴ６は下段最大発熱相特定部１０４に入力される。

Ｕ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｕ、Ｖ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｖ、Ｗ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｗ及び上段最大発熱相特定部１０３で上段最大発熱相特定手段を構成し、Ｕ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｕ、Ｖ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｖ、Ｗ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｗ及び下段最大発熱相特定部１０４で下段最大発熱相特定手段を構成している。また、Duty選択部（上段）１１０及び相電流選択部（上段）１１２で上段用選択手段を構成し、Duty選択部（下段）１１１及び相電流選択部（下段）１１３で下段用選択手段を構成している。

なお、各ＦＥＴの発熱量の算出は、下記数１で実施される。各ＦＥＴの発熱量は演算で算出しても、マップを参照して算出しても良い。また、ＦＥＴのＯＮ抵抗を考慮することにより、より正確に発熱量を算出することができる。
（数１）
ＦＥＴ発熱量＝相電流×相電流×Duty

ＦＥＴ発熱量算出部（１０１Ｕ〜１０１Ｗ，１０２Ｕ〜１０２Ｗ）では、数１に示すように相電流を２乗したものと各相Dutyを乗算して発熱量を算出している。しかし、ＦＥＴ素子の持つ熱容量等の影響により、発熱には時定数が存在するため、実際のＦＥＴ温度と計算の結果は必ずしも一致するとは限らない。特に、モータの相電流が著しく変化する状況においては、上記温度の不一致が発生し易くなる。そこで、本発明では図７に示すように、２乗値演算の直後にローパスフィルタ（ＬＰＦ）及び下限値リミッタを適用する。

ＦＥＴ発熱量算出部（１０１Ｕ〜１０１Ｗ，１０２Ｕ〜１０２Ｗ）はほぼ同一構成であるので、ここではＵ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｕを図７に示して説明する。Ｕ相電流Ｉｕは２乗演算部１０１Ｕ−１で２乗演算され、相電流の２乗演算値はＬＰＦ１０１Ｕ−２に入力され、ＬＰＦ１０１Ｕ−２からの出力は、チューニング値による下限値リミッタ１０１Ｕ−３で下限値を制限される。下限値リミッタ１０１Ｕ−３で下限値を制限された量が平方根部１０１Ｕ−５に入力されると共に、乗算部１０１Ｕ−４でＵ相上段DutyＤ１と乗算され、乗算結果がＵ相上段の発熱量ＨＴ１として出力される。平方根部１０１Ｕ−５で平方根を求めた値が、選択用Ｕ相電流Ｉｕ’として出力される。

ＬＰＦ１０１Ｕ−２を設けることで、Ｕ相電流Ｉｕが著しく変化することへの感度が低下し、発熱量の演算結果が実際のＦＥＴの発熱と大きく乖離することを防止することができる。更に、ＬＰＦ１０１Ｕ−２の後段に下限値リミッタ１０１Ｕ−３を設けている。これは、モータの相電流はＰＷＭ駆動によるスイッチング動作の影響により、常に僅かな量の電流が流れ続けていることを考慮するためである。この僅かな電流は平均値として見ると０になるため、通常、電流検出値としては得ることができない。しかし、実際にはＦＥＴやモータの各相には、瞬間的に僅かな量の電流が流れており、この電流が発熱の原因となっている。このため、僅かな電流に相当する発熱量となる値を、事前にチューニング値としてリミッタ処理（１０１Ｕ−３）の下限値とすることで、より正確な発熱量を求めることが可能となる。

他の発熱量算出部についても同様であり、Ｖ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｖからは選択用Ｖ相電流Ｉｖ’が出力され、Ｗ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｗからは選択用Ｖ相電流Ｉｗ’が出力される。本例では上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｕ〜１０１Ｗで選択用各相電流Ｉｕ’〜Ｉｗ’を算出しているが、下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｕ〜１０２Ｗで選択用各相電流Ｉｕ’〜Ｉｗ’を算出するようにしても良い。このように選択用各相電流Ｉｕ’〜Ｉｗ’を算出する上下段ＦＥＴ発熱量算出部のいずれかが平方根部を備えており、他の構成は全く同じである。

また、最大発熱相の特定は、上下段についてそれぞれ最大発熱量の相を選択することによって実施される。

上段最大発熱相特定部１０３で特定された上段最大発熱相ＨＭはDuty選択部（上段）１１０及び相電流選択部（上段）１１２に入力され、下段最大発熱相特定部１０４で特定された下段最大発熱相ＬＭはDuty選択部（下段）１１１及び相電流選択部（下段）１１３に入力される。

なお、Dutyの選択は、最大発熱量のＦＥＴ相のDutyを選択することによって実施され、相電流の選択は、最大発熱量のＦＥＴ相の相電流を選択することによって実施される。

Duty選択部（上段）１１０からの上段選択DutyＤＨ及びDuty選択部（下段）１１１からの下段選択DutyＤＬはDuty操作量算出部１２０に入力され、相電流選択部（上段）１１２からの上段選択相電流ＣＨ及び相電流選択部（下段）１１１からの下段選択相電流ＣＬはDuty操作量算出部１２０に入力される。Duty操作量算出部１２０は、下記数２に従ってDuty操作量Ｄ_０（％）を算出する。
（数２）
Ｄ_０（％）＝｛（ＣＬ×ＣＬ×ＤＬ）−（ＣＨ×ＣＨ×ＤＨ）｝÷｛（ＣＨ×ＣＨ）＋（ＣＬ×ＣＬ）｝×１００

上記数２に従って、Duty操作量算出部１２０で算出されたDuty操作量Ｄ_０は、図８に示すようなDuty操作部１３０に入力され、上段ＦＥＴに対してはDuty操作量Ｄ_０を加算し、下段ＦＥＴに対してはDuty操作量Ｄ_０を減算する。即ち、Ｕ相上段DutyＤ１〜Ｗ相上段DutyＤ３はそれぞれ加算部１３１〜１３３に入力され、Ｕ相下段DutyＤ４〜Ｗ相下段DutyＤ６はそれぞれ減算部１３４〜１３６に入力され、Duty操作量Ｄ_０は加算部１３１〜１３３に加算入力され、減算部１３４〜１３６に減算入力される。そして、加算部１３１〜１３３及び減算部１３４〜１３６からそれぞれ操作後のDutyＤ１１〜Ｄ１６が出力される。

このような構成において、その動作例を図９のフローチャートを参照して説明する。

先ず、Duty演算部３６Ａで演算された各相上段DutyＤ１〜Ｄ３がＵ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｕ〜Ｗ相上段ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｗに入力されると共に、Duty選択部（上段）１１０に入力される（ステップＳ１）。同様に、各相下段DutyＤ４〜Ｄ６がＵ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｕ〜Ｗ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｗに入力されると共に、Duty選択部（下段）１１１に入力される（ステップＳ１）。また、電流検出器３８で検出された各相電流Ｉｕ〜Ｉｗは、Ｕ相ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｕ，１０２Ｕ〜Ｗ相ＦＥＴ発熱量算出部１０１Ｗ，１０２Ｗに入力される（ステップＳ２）。

Ｕ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｕ〜Ｗ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｗ及びＵ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｕ〜Ｗ相下段ＦＥＴ発熱量算出部１０２Ｗにおいて、上記数１或いは図７の構成に従って、演算若しくはマップ参照式によって各ＦＥＴの発熱量及び選択用各相電流が算出され（ステップＳ１０）、各相上段ＦＥＴの発熱量ＨＴ１〜ＨＴ３は上段最大発熱相特定部１０３に入力されて最大発熱相ＨＭが特定され（ステップＳ１１）、各相下段ＦＥＴの発熱量ＨＴ４〜ＨＴ６は下段最大発熱相特定部１０４に入力されて最大発熱相ＬＭが特定される（ステップＳ１２）。

次に、Duty選択部（上段）１１０では、上段最大発熱相ＨＭに従って上段選択DutyＤＨが選択され、Duty選択部（下段）１１１では、下段最大発熱相ＬＭに従って下段選択DutyＤＬが選択される（ステップＳ１３）。また、相電流選択部（上段）１１２では、上段最大発熱相ＨＭに従って上段選択相電流ＣＨが選択され、相電流選択部（下段）１１３では、下段最大発熱相ＬＭに従って下段選択相電流ＣＬが選択される（ステップＳ１４）。

上段選択DutyＤＨ、下段選択DutyＤＬ、上段選択相電流ＣＨ、下段選択相電流ＣＬはDuty操作量算出部１２０に入力され、Duty操作量算出部１２０は数２に基づいてDuty操作量Ｄ_０を算出する（ステップＳ２０）。算出されたDuty操作量Ｄ_０はDuty操作部１３０に入力され、加算部１３１〜１３及び減算部１３４〜１３６によるDuty操作が実施される（ステップＳ２１）。Duty操作は、下記数３となる
（数３）
Ｄ１１＝Ｄ１＋Ｄ_０
Ｄ１２＝Ｄ２＋Ｄ_０
Ｄ１３＝Ｄ３＋Ｄ_０
Ｄ１４＝Ｄ４−Ｄ_０
Ｄ１５＝Ｄ５−Ｄ_０
Ｄ１６＝Ｄ６−Ｄ_０

数３のように操作された操作後のDutyＤ１１〜Ｄ１６がDuty操作部１３０から出力され（ステップ２２）、これによってモータ２０が駆動制御される。

上記操作により、操作後の各Dutyが１００％を超える場合や０％を下回る場合は、各Dutyが１００〜０％の範囲に収まるように、Duty操作量Ｄ_０を０方向へ減らす。例えばDuty操作量Ｄ_０が１０％、上段Dutyの最大が９５％である場合、Duty操作量Ｄ_０を５％まで減らし、操作後の上段Dutyを最大１００％までに制限する。また、Duty操作量Ｄ_０が−１０％、下段Dutyの最大が９５％である場合、Duty操作量Ｄ_０を−５％まで減らし、操作後の下段Dutyを最大１００％までに制限する。

なお、上述では、上段ＦＥＴ発熱量算出部若しくは上段ＦＥＴ発熱量算出部で算出した選択用各相電流Ｉｕ’〜
Ｉｗ’を上下相電流選択部に入力して選択を実施しているが、原理的にはモータ電流検出器で検出された各相電流Ｉｕ〜 Ｉｗを用いても良い。また、本発明の制御（操作）は常時動作しても良い。開始及び終了のタイミングは不要であるが、モータ電流の転流間隔がＦＥＴの発熱時定数より短い間隔であれば、Duty操作による効果はなくなる。また、インバータを構成するスイッチング素子はＦＥＴ以外の半導体素子であっても良い。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
２０ モータ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ トルク制御部
３５ 電流制御部
３６ ＰＷＭ制御部
３６Ａ Duty演算部
３６Ｂ ゲート駆動部
３７ インバータ
３８ モータ電流検出器
１００ ＦＥＴ発熱量算出部
１０３ 上段最大発熱相特定部
１０４ 下段最大発熱相特定部
１１０ Duty選択部（上段）
１１１ Duty選択部（下段）
１１２ 相電流選択部（上段）
１１３ 相電流選択部（下段）
１２０ Duty操作量算出部
１３０ Duty操作部

Claims (11)

1. 電流指令値に基づきＰＷＭ制御のための各相Dutyを演算し、前記各相Dutyにより、上下段ＦＥＴブリッジで成るインバータを介してモータを制御するモータ制御装置において、
   前記モータの各相電流を検出する電流検出器と、
   上段ＦＥＴの各発熱量を算出し、上段最大発熱相を特定する上段最大発熱相特定手段と、下段ＦＥＴの各発熱量を算出し、下段最大発熱相を特定する下段最大発熱相特定手段と、前記上段最大発熱相に基づいて、上段選択Duty及び上段選択相電流を選択する上段用選択手段と、
   前記下段最大発熱相に基づいて、下段選択Duty及び下段選択相電流を選択する下段用選択手段と、
   前記上段選択Duty及び上段選択相電流と、前記下段選択Duty及び下段選択相電流とに基づいて、Duty操作量を算出するDuty操作量算出部と、
   前記Duty操作量に基づいて前記各相Dutyを操作するDuty操作部と、
   を具備したことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記上段最大発熱相特定手段が、
   前記各相Duty及び前記各相電流に基づいて、上段ＦＥＴの各発熱量を算出する上段ＦＥＴ発熱量算出部と、
   前記上段ＦＥＴ発熱量算出部で算出された各上段発熱量に基づいて前記上段最大発熱相を特定する上段最大発熱相特定部と、
   で構成されている請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記下段最大発熱相特定手段が、
   前記各相Duty及び前記各相電流に基づいて、下段ＦＥＴの各発熱量を算出する下段ＦＥＴ発熱量算出部と、
   前記下段ＦＥＴ発熱量算出部で算出された各下段発熱量に基づいて前記下段最大発熱相を特定する下段最大発熱相特定部と、
   で構成されている請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記上段ＦＥＴの各発熱量及び前記下段ＦＥＴの各発熱量を演算により、若しくはマップの参照で算出するようになっている請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. 前記上段ＦＥＴの各発熱量及び前記下段ＦＥＴの各発熱量を、前記各相電流の２乗値をＬＰＦ処理した後に所定の下限値で制限し、前記制限された量に前記各相Dutyを乗算して出力するようになっている請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
6. 前記所定の下限値がチューニング値である請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記上段用選択手段が、
   前記上段最大発熱相に基づいて、前記各相Dutyから前記上段選択Dutyを選択する第１のDuty選択部と、
   前記上段最大発熱相に基づいて、前記各相電流から前記上段選択相電流を選択する第１の相電流選択部と、
   で構成されている請求項１乃至６のいずれかに記載のモータ制御装置。
8. 前記下段用選択手段が、
   前記下段最大発熱相に基づいて、前記各相Dutyから前記下段選択Dutyを選択する第２のDuty選択部と、
   前記下段最大発熱相に基づいて、前記各相電流から前記下段選択相電流を選択する第２の相電流選択部と、
   で構成されている請求項１乃至７のいずれかに記載のモータ制御装置。
9. 前記Duty操作量算出部が、
   ｛（前記下段選択相電流×前記下段選択相電流×前記下段選択Duty）−（前記上段選択相電流×前記上段選択相電流×前記上段選択Duty）｝÷｛（前記上段選択相電流×前記上段選択相電流）＋（前記下段選択相電流×前記下段選択相電流）｝×１００（％）により前記Duty操作量を算出する請求項１乃至８のいずれかに記載のモータ制御装置。
10. 前記Duty操作部が、
    上段用前記各相Dutyに対して加算し、下段用前記各相Dutyに対して減算するようになっている請求項１乃至９のいずれかに記載のモータ制御装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載のモータ制御装置を搭載し、車両の操舵系をアシスト制御するようになっている電動パワーステアリング装置。
    

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