JP-2026076472-A - 電動機の制御装置

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Abstract

【課題】電動機の複数の巻線組を流れる駆動電流を複数の制御部でそれぞれ制御する場合、制御部間の制御タイミングのずれを抑制する。【解決手段】タイマ部５０ａ、５０ｂは、一定速度で増加するタイマ値と、一定速度で最小値から最大値まで増加して最大値に到達すると直ちに最小値へ戻る周期タイマ値を生成する。マスター制御部４１ａは、スレーブ制御部４１ｂの周期タイマ値を再設定するための同期信号を、マスター制御部４１ａの周期タイマ値に基づいて出力する。スレーブ制御部４１ｂは、同期信号のタイミングでタイマ値と周期タイマ値とを記憶し、異なる複数のタイミングのタイマ値の差分に基づいてクロック差を算出し、記憶した周期タイマ値に基づいてマスター制御部４１ａとスレーブ制御部４１ｂの周期タイマ値の位相ずれを算出し、クロック差と位相ずれとに基づいて周期タイマ値の最大値を補正する。【選択図】図３

Inventors

須田好紀
中村恵吾
秋山裕司

Assignees

ＮＳＫステアリング＆コントロール株式会社

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20241024

Claims (8)

複数の巻線組を備える電動機の駆動を制御する制御装置であって、前記複数の巻線組にそれぞれ対応する複数の駆動回路と、複数の前記駆動回路を制御する制御信号をそれぞれ演算する複数の制御部と、を備え、前記複数の制御部の各々は、前記制御信号の生成タイミングを決定するためのタイマ値と周期タイマ値とを生成するタイマ部と、前記タイマ部が生成した前記周期タイマ値に基づくタイミングで、当該制御部に対応する前記駆動回路を制御する前記制御信号を生成する信号生成部と、を備え、前記タイマ部は、一定速度で増加するカウント値を前記タイマ値として生成するとともに、前記一定速度で最小値から最大値まで増加して前記最大値に到達した時に直ちに前記最小値へ戻るカウント値を前記周期タイマ値として生成し、前記複数の制御部のうちの１つであるマスター制御部は、他の前記制御部であるスレーブ制御部に対応する前記周期タイマ値を再設定するための同期信号を、前記マスター制御部に対応する前記周期タイマ値に基づいて出力し、前記スレーブ制御部は、前記同期信号が示すタイミングで前記スレーブ制御部に対応する前記タイマ値と前記周期タイマ値とを記憶し、異なる複数のタイミングで記憶された前記タイマ値の差分に基づいて前記マスター制御部と前記スレーブ制御部との間のクロック差を算出し、記憶した前記周期タイマ値に基づいて、前記マスター制御部と前記スレーブ制御部とに各々対応する周期タイマ値間の位相ずれを算出し、前記クロック差と前記位相ずれとに基づいて前記スレーブ制御部に対応する前記周期タイマ値の前記最大値を補正する、ことを特徴とする制御装置。
前記スレーブ制御部は、前記クロック差と前記位相ずれとの加算値に制限処理を施して制限後加算値を求め、前記制限後加算値に基づいて前記周期タイマ値の前記最大値を補正することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記スレーブ制御部は、前記同期信号が示す一定周期のタイミングで前記タイマ値を記憶して、前記一定周期における前記タイマ値の変化量を複数算出し、複数の前記変化量の平均値に基づいて前記クロック差を算出することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記スレーブ制御部は、記憶した前記周期タイマ値に基づいて位相ずれ候補値を算出し、前記位相ずれ候補値と前記位相ずれとの間の関係を定義したテーブル又はマップに基づいて前記位相ずれを求めることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記テーブル又は前記マップにおいて、前記位相ずれの絶対値は、当該位相ずれに対応する前記位相ずれ候補値の絶対値よりも小さな値に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
前記駆動回路は上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とを備えるインバータ回路であり、前記周期タイマ値が前記最大値に到達しリセットされるときに、前記インバータ回路に供給されるＰＷＭキャリア信号が最大となる設定の場合において、前記スレーブ制御部は、前記制限後加算値に基づいて前記周期タイマ値の前記最大値が減少補正され、且つ前記下側スイッチング素子のデッドタイムに相当するデューティ値と前記制限後加算値に相当するデューティ値との加算値を１００％から減算した値よりも、前記電動機を駆動するデューティ指令値が大きい場合には、前記上側スイッチング素子のオフタイミングと前記下側スイッチング素子のオンタイミングとの間に所定のデッドタイムが生成されるように、前記上側スイッチング素子のオフタイミングを早めることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
前記駆動回路は上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とを備えるインバータ回路であり、前記周期タイマ値が前記最大値に到達しリセットされるときに、前記インバータ回路に供給されるＰＷＭキャリア信号が最小となる設定の場合において、前記スレーブ制御部は、前記制限後加算値に基づいて前記周期タイマ値の前記最大値が減少補正され、且つ前記上側スイッチング素子のデッドタイムに相当するデューティ値と前記制限後加算値に相当するデューティ値との加算値よりも、前記電動機を駆動するデューティ指令値が小さい場合には、前記上側スイッチング素子のオンタイミングと前記下側スイッチング素子のオフタイミングとの間に所定のデッドタイムが生成されるように、前記下側スイッチング素子のオフタイミングを早めることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
前記スレーブ制御部は、前記同期信号が示す今回のタイミングにおいて、今回記憶した前記タイマ値と今回と異なるタイミングで記憶された前記タイマ値の前記差分が所定の許容範囲内でない場合には、今回記憶された前記タイマ値を無効とし、前記スレーブ制御部に対応する前記周期タイマ値の前記最大値の補正に関わる一連の処理を実行しないことを特徴とする請求項１～７に記載の制御装置。

Description

本発明は、電動機の制御装置に関する。下記特許文献１に記載の電動機制御装置は、複数の巻線組を備える電動機の駆動制御指令をそれぞれ生成する複数の演算制御装置と、駆動制御指令に基づいて複数の巻線組へ供給する電力をオンオフする電力用スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数の駆動回路とを備える。特許第５４１２０９５号公報実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。図１に記載される電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）の機能構成の一例を示すブロック図である。図２に記載される制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。（ａ）～（ｄ）は、それぞれシステムタイマ値、カウントアップダウン信号、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）キャリア信号及びＯＳタイマ値の一例のタイミングチャートである。（ａ）～（ｄ）は、それぞれマスター制御部のシステムタイマ値、同期要求信号、スレーブ制御部のＯＳタイマ値及びスレーブ制御部のシステムタイマ値の一例のタイミングチャートである。位相ずれ候補値と位相ずれとの間の関係を定義したマップの一例を示す図である。（ａ）～（ｆ）は、スレーブ制御部のシステムタイマ値の周期を延長補正する場合の説明図である。（ａ）～（ｆ）は、スレーブ制御部のシステムタイマ値の周期を短縮補正する場合の説明図である。（ａ）～（ｃ）は、システムタイマ値の周期を短縮補正する際のインバータ回路のスイッチング素子のオンオフタイミングの第１例のタイミングチャートである。（ａ）～（ｃ）は、システムタイマ値の周期を短縮補正する際のインバータ回路のスイッチング素子のオンオフタイミングの第２例のタイミングチャートである。（ａ）～（ｃ）は、システムタイマ値の周期を延長補正する際のインバータ回路のスイッチング素子のオンオフタイミングの第１例のタイミングチャートである。（ａ）～（ｃ）は、システムタイマ値の周期を短縮補正する際のインバータ回路のスイッチング素子のオンオフタイミングの第３例のタイミングチャートである。本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。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。ピニオンラック機構５は、ユニバーサルジョイント４ｂから操舵力が伝達されるピニオンシャフトに連結されたピニオン５ａと、このピニオン５ａに噛合するラック５ｂとを有し、ピニオン５ａに伝達された回転運動をラック５ｂで車幅方向の直進運動に変換する。操舵軸２にはステアリングホイール１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられている。トルクセンサ１０は、後述するように複数のトルクオンリーセンサ（ＴＯＳ：Torque Only Sensor）による冗長構成を有していてよい。例えば、トルクセンサ１０は、２個のＴＯＳによる操舵トルクの検出値Ｔｑｄ１及びＴｑｄ２を、ＥＣＵ３０に供給する。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。また、ステアリングホイール１の操舵力を補助する電動モータ２０が減速ギア３を介して操舵軸２に連結されている。電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置を制御するＥＣＵ３０には、バッテリ１３から電力が供給されるとともに、イグニション（ＩＧＮ）キー１１を経てイグニションキー信号が入力される。電動モータ２０は、同じモータハウジング内に複数の巻線（コイル）組が巻き回されて、複数の巻線（コイル）組により共通のロータを回転させる多重巻線を有する多相交流モータであり、ＥＣＵ３０によるベクトル制御によって駆動される。本実施形態では、電動モータ２０が２組の巻線組を備える場合を例示するが、本発明はこれに限定されずに３組以上の巻線組を有するモータであってもよい。ＥＣＵ３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｑｄ１及びＴｑｄ２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指令値Ｖｒｅｆによって電動モータ２０に供給する電流を制御する。ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の「制御装置」の一例である。なお、操舵角センサ１４は必須のものではなく、電動モータ２０の回転軸の回転角度を検出する回転角度センサから得られる回転角度に、トルクセンサ１０のトーションバーの捩れ角を加えて操舵角θｈを算出してもよい。また、操舵角θｈに代えて、操向車輪８Ｌ、８Ｒの転舵角を用いてもよい。例えばラック５ｂの変位量を検出することにより転舵角を検出してもよい。ＥＣＵ３０は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。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。なお、ＥＣＵ３０を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。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備えてもよい。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。図２は、ＥＣＵ３０の機能構成の一例を示すブロック図である。ＥＣＵ３０は、電動モータ２０の第１の巻線組に流す駆動電流と第２の巻線組に流す駆動電流とをそれぞれ制御する構成部品が別個に設けられた冗長構成を有している。ＥＣＵ３０は、電動モータ２０の第１の巻線組に流す駆動電流（すなわち第１の巻線組の駆動電流）を制御する構成部品として、電源管理回路４０ａと、制御部４１ａと、駆動回路４２ａと、駆動電圧検出部４３ａと、駆動電流検出部４４ａと、回転角度検出部４５ａと、温度検出部４６ａを備える。制御部４１ａは、特許請求の範囲に記載の「マスター制御部」の一例であり、以下の説明において「マスター制御部」と表記することがある。電源管理回路４０ａは、バッテリ１３から供給される電力から駆動回路４２ａの電源電圧を生成し、生成した電源電圧をＩＧＮキー１１からのイグニションキー信号に応じて駆動回路４２ａへ供給する。マスター制御部４１ａは、車速センサ１２が検出した車速Ｖｈと、操舵角センサ１４が検出した操舵角θｈを図示しないＣＡＮ（Controller Area Network）経由で取得し、トルクセンサ１０のＴＯＳ１０ａが検出したステアリングホイールの操舵トルクＴｑｄ１と、車速Ｖｈと、操舵角θｈと、に基づいて電動モータ２０に操舵補助トルクを発生させる第１の巻線組の電流指令値Ａ１を演算する。マスター制御部４１ａは、駆動電流検出部４４ａが検出した第１の巻線組の駆動電流の検出値Ｉｄ１と電流指令値Ａ１に基づく電流フィードバック制御とＰＷＭ制御により、駆動回路４２ａを制御するＰＷＭ信号Ｓｐｗｍ１を生成する。駆動回路４２ａは、マスター制御部４１ａが生成したＰＷＭ信号Ｓｐｗｍ１に基づいて電動モータ２０の第１の巻線組に駆動電流を供給することにより電動モータ２０を駆動する。例えば駆動回路４２ａは、多相交流モータの各相の駆動電流を供給するインバータ回路であってよい。ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍ１は、インバータ回路のスイッチング素子（例えばＦＥＴ等）の制御端子（例えばゲート端子）に印加されて、スイッチング素子をオンオフ制御することにより、電動モータ２０の第１の巻線組に流れる駆動電流をＰＷＭ制御する。駆動電圧検出部４３ａは、駆動回路４２ａの電源電圧である駆動電圧を監視してその検出値Ｖｄ１を出力する。駆動電流検出部４４ａは、電動モータ２０の第１の巻線組に流れる駆動電流を検出してその検出値Ｉｄ１を出力する。回転角度検出部４５ａは、電動モータ２０の回転軸の回転角度を検出してその検出値θｄ１を出力する。温度検出部４６ａは、ＥＣＵ３０と電動モータ２０の温度を検出してその検出値Ｔｐｄ１を出力する。これらの検出値Ｖｄ１、Ｉｄ１、θｄ１、Ｔｐｄ１はマスター制御部４１ａに入力される。後述するように、駆動電圧Ｖｄ１及び温度Ｔｐｄ１の情報は、電流指令値Ａ１の制限に用いられる。電動モータ２０の回転角度θｄ１の情報は、電流指令値Ａ１の演算と、電動モータ２０のベクトル制御と、駆動電流Ｉｄ１をｄｑ軸信号へ変換する３相／２相変換に用いられる。ｄｑ軸電流に変換された駆動電流Ｉｄ１は、電流フィードバック制御に用いられる。また、マスター制御部４１ａは、マスター制御部４１ａに内蔵された発振回路のクロック信号をカウントしたタイマ値を生成し、生成したタイマ値に基づいてマスター制御部４１ａ内の処理の開始タイミングを決定する。また、生成したタイマ値に基づいて、駆動電流検出部４４ａ、回転角度検出部４５ａ及び温度検出部４６ａの検出信号の取得タイミングを指定するタイミング信号を生成する。図２及び図３における破線矢印は、マスター制御部４１ａと後述のスレーブ制御部４１ｂによって生成されるタイミング信号を示す。一方で、電動モータ２０の第２の巻線組に流す駆動電流（すなわち第２の巻線組の駆動電流）を制御する構成部品として、ＥＣＵ３０は、電源管理回路４０ｂと、制御部４１ｂと、駆動回路４２ｂと、駆動電圧検出部４３ｂと、駆動電流検出部４４ｂと、回転角度検出部４５ｂと、温度検出部４６ｂを備える。制御部４１ｂは、特許請求の範囲に記載の「スレーブ制御部」の一例であり、以下の説明において「スレーブ制御部」と表記することがある。マスター制御部４１ａとスレーブ制御部４１ｂとの間は、第１通信回線４７と第２通信回線４８とで接続されており、マスター制御部４１ａとスレーブ制御部４１ｂとは第１通信回線４７と第２通信回線４８とを介して互いに信号やデータを授受できる。例えば、第１通信回線４７は、ＣＡＮＦＤ(CAN with Flexible Data Rate)に準拠したネットワーク回線であってよい。また例えば第２通信回線４８はＩ／Ｏポート接続であってよい。本実施形態では、電動モータ２０が２組の巻線組を備える場合を例示するが、電動モータ２０が３組以上の巻線組を有する場合には、３組目以降の巻線組の駆動電流を制御する電源管理回路４０ｃ…、制御部４１ｃ…、駆動回路４２ｃ…、駆動電圧検出部４３ｃ…、駆動電流検出部４４ｃ…、回転角度検出部４