(57)【要約】【課題】過熱によるマイクロコンピュータの不具合を低減して動作信頼性を向上可能な車両用モータ制御装置を提供すること。【解決手段】ＥＰＳ制御装置において、操舵アシストモータ１３の電流を制御するパワースイッチング素子７は、制御回路１のマイクロコンピュータ２により制御される。マイクロコンピュータ２は、入力されるバッテリ電圧とＩＧ電圧の両方が所定上限値を超える場合に電流指令値の所定の上限を実質的に低下させ、バッテリ電圧とＩＧ電圧との両方が所定の上限を下回る場合に電流指令値の上限を上昇させる。これにより、バッテリ電圧の変動によるマイクロコンピュータ２及びパワースイッチング素子７の誤動作や損傷を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載モータに流れる電流を制御するパワースイッチング素子と、トルク指令値に応じて演算した電流指令値に前記車載モータの電流が一致するように前記パワースイッチング素子のＰＷＭデューティ比をフィードバック制御するマイクロコンピュータを有するとともに前記パワースイッチング素子に近接して同一基板に実装される制御回路とを備え、前記マイクロコンピュータはバッテリ電圧とＩＧ電圧とをモニターする車両用モータ制御装置において、
前記マイクロコンピュータは、前記バッテリ電圧とＩＧ電圧の両方が所定上限値を超える場合に前記電流指令値の上限を実質的に低下させ、前記バッテリ電圧とＩＧ電圧との両方が所定上限値を下回る場合に前記電流指令値の上限を実質的に上昇させることを特徴とする車両用モータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用モータ制御装置において、
前記車載モータは、ＥＰＳ装置の操舵アシストモータであり、
前記マイクロコンピュータは、
外部から入力された操舵トルクに基づいて前記電流指令値を演算する電流指令値演算器（２３）と、前記電流指令値演算器（２３）に入力される前記操舵トルクの上限、及び／又は、前記電流指令値演算器（２３）から出力される前記電流指令値の上限を、前記バッテリ電圧とＩＧ電圧の両方が所定上限値を超える場合に実質的に低下させ、前記バッテリ電圧とＩＧ電圧との両方が所定上限値を下回る場合に実質的に上昇させる上限調節器（２２、２４、２６）とを有することを特徴とするＥＰＳ用の車両用モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばＥＰＳ装置などに採用される車両用モータ制御装置の信頼性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
現今の車両用モータ制御装置は、マイクロコンピュータを内蔵し、このマイクロコンピュータにより必要トルク（トルク指令値）に対応する電流指令値を演算し、検出電流と電流指令値との偏差を０とするようにパワースイッチング素子をPWMフィードバック制御するのが通常である。このようなマイコン制御における問題は、マイクロコンピュータがディスクリート回路に比べて、過熱による誤動作、熱暴走が発生しやすい点にある。
【０００３】
たとえばモータのトルクアシストによってステアリングの操舵力を補助する電動パワーステアリング装置（EPS装置）では、検出したステアリングの操舵トルクに応じてモータに通電すべき電流指令値を演算しており、電流指令値を演算するＣＰＵが熱暴走等により間違った演算結果を出力すると、この電流指令値に対応して発生する操舵アシストトルクが最適値からずれてしまい、正常な操舵アシストが実現できなくなる。この問題に対し、下記の特許文献１、２は、ＣＰＵの演算結果が想定範囲を逸脱した場合に演算異常と判定してシステムを停止することを提案している。
【特許文献１】特開２００２−６７９８８号公報
【特許文献２】特開２００３−３３５２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、たとえばＥＰＳ装置において演算異常時に単にシステムを停止するという従来の対策では、演算異常が生じてモータ制御停止を行うと操舵トルクのアシストが急に消失するため、操舵フィーリングが著しく悪化することが懸念されている。この種の問題は、ＥＰＳ用制御装置に限らずマイコン装置特にＣＰＵの過熱が生じやすい車載マイコン装置において克服されるべき課題となっていた。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、過熱によるマイクロコンピュータの不具合を低減して動作信頼性を向上可能な車両用モータ制御装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するこの発明の車両用モータ制御装置は、車載モータに流れる電流を制御するパワースイッチング素子と、トルク指令値に応じて演算した電流指令値に前記車載モータの電流が一致するように前記パワースイッチング素子のＰＷＭデューティ比をフィードバック制御するマイクロコンピュータを有するとともに前記パワースイッチング素子に近接して同一基板に実装される制御回路とを備え、前記マイクロコンピュータはバッテリ電圧とＩＧ電圧とをモニターする車両用モータ制御装置において、前記マイクロコンピュータは、前記バッテリ電圧とＩＧ電圧の両方が所定上限値を超える場合に前記電流指令値の上限を実質的に低下させ、前記バッテリ電圧とＩＧ電圧との両方が所定上限値を下回る場合に前記電流指令値の上限を実質的に上昇させることを特徴としている。
【０００７】
なお、本発明は、パワースイッチング素子の電流の上限を実質的に低減させるために、上記で言う前記電流指令値の上限を低下させる動作と実質的に同等の動作を行う場合を包含する。たとえば、外部からマイクロコンピュータに入力された又はマイクロコンピュータが外部からの入力信号に基づいて演算したトルク指令の上限を低下させ、このトルク指令を電流指令値に変換しても同じである。本発明によれば、モータ制御装置の信頼性を格段に向上できることがわかった。
【０００８】
以下、更に詳しく説明する。
【０００９】
ＥＰＳ装置などの車両用モータ制御装置では設置スペースの制約からモータ電流をＰＷＭフィードバック制御するパワースイッチング素子と、パワースイッチング素子を制御する制御回路とを同一基板に相互に近接して配置せざるを得ないため、パワースイッチング素子が制御回路、特に熱的に敏感なそのマイクロコンピュータに対して加熱源となる。
【００１０】
ただし、パワースイッチング素子の電流は上記したＰＷＭフィードバックにより電流指令値に等しく調節されており、パワースイッチング素子の発熱は電流の二乗値に比例するため、従来は、パワースイッチング素子の発熱量は、パワースイッチング素子に印加されるバッテリ電圧の変動に対して無関係と考えられており、パワースイッチング素子に印加されるバッテリ電圧の変化に応じてパワースイッチング素子のＰＷＭデューティ比を直接制御することは行っていなかった。
【００１１】
しかし、本発明者らの検討によれば、次の現象によりパワースイッチング素子の発熱は、パワースイッチング素子に印加されるバッテリ電圧の変動の影響を受けることがわかった。この問題を更に詳しく説明すると、上記した電流フィードバック制御によりモータ及びパワースイッチング素子に流れる平均電流値自体は確かに電流指令値に等しく、電流指令値の平均があらかじめ定められたその上限以下であればこの平均電流はこの上限以下となる。
【００１２】
しかし、実際には、バッテリ電圧が上昇するとＰＷＭフィードバック制御されるパワースイッチング素子のオンデューティ比が減少してパワースイッチング素子のオン期間が短縮されるので、このオン期間における電流が増加することになる。つまり、このオン期間におけるパワースイッチング素子の発熱はバッテリ電圧が上昇してパワースイッチング素子に電流が短期間に集中して流れることにより増大する。いま、パワースイッチング素子の平均電流は等しいが、パワースイッチング素子のオン期間が半分となる場合について以下に説明する。この場合、パワースイッチング素子のオン期間をｔとすれば、パワースイッチング素子のオン抵抗をｒ、このオン期間の平均電流をIとすれば、このオン期間におけるパワースイッチング素子の発熱量Qは、ｒ・I・I・ｔとなる。これに対して、パワースイッチング素子のオン期間がｔ／２となると、パワースイッチング素子のオン抵抗はｒ、このオン期間の平均電流は２Iとなるため、このオン期間におけるパワースイッチング素子の発熱量Qは、ｒ・２I・２I・ｔ／２＝２ｒ・I・I・ｔとなる。つまり、パワースイッチング素子をＰＷＭフィードバック制御してモータに通電する平均電流を一定とする場合でも、パワースイッチング素子の電源電圧が上昇すると、それによりパワースイッチング素子の発熱量が増大するわけである。
【００１３】
バッテリ電圧の増大によるパワースイッチング素子の発熱量の増大は、パワースイッチング素子に近接する制御回路のうち特に熱に敏感なマイクロコンピュータの誤動作、熱暴走及び損傷の可能性を増大させる。同じくパワースイッチング素子自体の故障増大や寿命短縮要因となる。
【００１４】
そこで、本発明では、バッテリ電圧が所定上限値を超える場合にパワースイッチング素子へ通電する電流の上限を低下させる。これにより、バッテリ電圧が上限を超えて上昇してもマイクロコンピュータがパワースイッチング素子から受け取る熱量が増加するのを防止することができるとともに、バッテリ電圧がその上限を超えない場合には電流の上限を上げてパワースイッチング素子（及びモータ）に十分に電流を流すことができる効果を奏することができる。
【００１５】
なお、通常の車載モータ制御装置に用いるマイクロコンピュータには、イグニション検出回路から入力させるバッテリ電圧と略同じ大きさの信号（ＩＧ電圧）が、電源電圧の他に印加されるのが一般的である。これは、このＩＧ電圧の入力に基づいてマイクロコンピュータの起動停止やＩＧ信号に関連する制御を行うためである。したがって、本発明において、従来同様、マイクロコンピュータに入力又は印加されるＩＧ電圧や電源電圧（バッテリ電圧）の大きさを検出すればよく、回路構成の大幅な変更は不要である。
【００１６】
つまり、本発明によれば、回路構成の複雑化を抑止しつつ、バッテリ電圧上昇による制御回路（特にそのマイクロコンピュータ）の熱的動作不良やパワースイッチング素子の故障発生や寿命低下を良好に防止することができるわけである。
【００１７】
好適な態様において、前記車載モータは、ＥＰＳ装置の操舵アシストモータであり、前記マイクロコンピュータは、外部から入力された操舵トルクに基づいて前記電流指令値を演算する電流指令値演算器（２３）と、前記電流指令値演算器（２３）に入力される前記操舵トルクの上限、及び／又は、前記電流指令値演算器（２３）から出力される前記電流指令値の上限を、前記バッテリ電圧とＩＧ電圧の両方が所定上限値を超える場合に低下させ、前記バッテリ電圧とＩＧ電圧との両方が所定上限値を下回る場合に上昇させる上限調節器（２２、２４、２６）とを有する。これにより、ＥＰＳ装置の制御装置のバッテリ電圧上昇に対する熱的安全性を良好に確保しつつ、バッテリ電圧がその上限以下においてはモータ電流を大きく確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の車両用モータ制御装置をＥＰＳ装置に適用した実施態様を図面を参照して具体的に説明する。図１はＥＰＳ装置のブロック図であり、特に、本発明で言う車両用モータ制御装置に相当するＥＰＳ制御装置（以下、ＥＰＳコントローラとも言う）を拡大図示したブロック図である。
【００１９】
（回路構成及び基本動作の説明）
ＥＰＳコントローラ１は、マイクロコンピュータ２、電流センサ３、周辺IC４、モータリレー５、電源リレー６及びHブリッジ回路構成のパワースイッチング素子７を有し、これら回路は回路基板１０に実装されている。８は車両の操舵軸に装備されてその操舵トルクを検出するトルクセンサ、９は車速センサ、１１はIG電圧検出回路、１２はバッテリー、１３は操舵アシストトルクを発生するための操舵アシストモータである。周辺ＩＣ４はパワー増幅用のバイポーラICである。周辺ＩＣ４には、トルクセンサ８からの操舵トルク信号Stを増幅してマイクロコンピュータ２に出力するアンプ４１、マイクロコンピュータ２が出力する電源リレー駆動信号Sｒを増幅して電源リレーのコイル通電を制御するドライバ４２、電流センサ３の出力信号を増幅してマイクロコンピュータ２に出力するアンプ４３、マイクロコンピュータ２が出力するモータ駆動信号（ＰＷＭ信号）を増幅して各パワースイッチング素子７に出力するゲートドライバ４４、モータリレー５のコイル通電を制御するドライバ４５が集積されている。
【００２０】
マイクロコンピュータ２は、電源リレー６を通じてバッテリー１２から電源電力を給電されている。マイクロコンピュータ２には必要数のＡ/Ｄコンバータが内蔵されており、これらＡ/Ｄコンバータは、バッテリ電圧Sva、操舵アシストトルクに対応するモータ電流の演算に必要な車速センサ９からの車速Sve、アンプ４１からの操舵トルクSt、ＩＧ電圧検出回路が検出したIG電圧Sig、及び、アンプ４３が検出したパワースイッチング素子７の電流Siをデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ２のＣＰＵに出力する。これらのデジタル信号を読み込んだマイクロコンピュータ２のＣＰＵは、後述する演算を行うことにより、操舵トルクStに対応するアシスト電流指令値を決定し、このアシスト電流指令値と検出したパワースイッチング素子７の電流Siとの偏差が０となるようにパワースイッチング素子７に出力するＰＷＭ信号のデューティ比を調節するＰＷＭフィードバック制御を実行する。ゲートドライバ４４は、決定されたデューテイ比のＰＷＭ信号をパワー増幅してＨブリッジ回路７のパワースイッチング素子に出力し、Ｈブリッジ回路７は電流指令値に相当する電流を操舵アシストモータ１３に通電する。なお、操舵アシストモータ１３及びそれを駆動制御する駆動回路には適宜選択可能な多くの形式があるが、この選択は本発明とは関係がないため、操舵アシストモータ１３及びその駆動回路についての説明は省略する。
【００２１】
これにより、パワースイッチング素子７はマイクロコンピュータ２により指示された電流を操舵アシストモータ１３に出力し、操舵アシストモータ１３は操舵トルクStに対応する操舵アシストトルクを発生する。上記ＥＰＳ装置及びＥＰＳコントローラの回路構成及び動作、及び、ＥＰＳコントローラ１の回路構造は広く実用されており周知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００２２】
（マイクロコンピュータ２の電流制御動作の詳細説明）
次に、マイクロコンピュータ２のモータ電流演算フローを図２に示すブロック図を参照して説明する。ただし、図２に示すマイクロコンピュータ２の内部の各演算ブロックは実際にはマイクロコンピュータ２により順次処理される演算ルーチンを示している。
【００２３】
まず、基本的なモータ電流演算動作を説明する。トルクセンサ８から出力された操舵トルクＳｔは、マイクロコンピュータ２に内蔵されたＡ/Ｄコンバータによりデジタル信号に変換された後、操舵トルクＳｔの上限を設定するトルク最大値制限演算器２１にて所定のトルク上限値未満に制限され、次に位相補償演算器２２により位相遅れを補正される。その後、アシスト電流指令値演算器２３により操舵トルクＳｔに対応するアシスト電流指令値に変換され、このアシスト電流指令値は電流最大値制限演算器２４にて所定の電流上限値未満に制限された後、電流制御演算器２５に入力される。電流センサ３により検出されたモータ電流は図示しないＡ/Ｄコンバータによりデジタル信号に変換された後、電流制御演算器２５に入力される。また、マイクロコンピュータ２に抵抗分圧回路及びＡ/Ｄコンバータを通じて入力されたＩＧ電圧Ｓｉｇ及びバッテリ電圧Ｓｖａは、診断演算器２６にてそれぞれ上限を超えたかどうかを判定され、両判定結果の論理積信号がトルク最大値制限演算器２１に出力される。
【００２４】
上記マイクロコンピュータ２の諸演算のうち、位相補償演算器２２、アシスト電流指令値演算器２３、電流制御演算器２５は従来と同じ基本的な電流制御ルーチンであるため、これらについて更に詳しく説明する。位相補償演算器２２はマイクロコンピュータ２による制御遅れを補償するサブルーチンであり、アシスト電流指令値演算器２３は、内蔵するマップに基づいて入力される操舵トルクＳｔに対応するアシスト電流指令値を求めるサブルーチンであり、電流制御演算器２５は、求めた電流指令値と検出したモータ電流との偏差を演算し、この偏差によりPI制御し、得られたＰＷＭデューティ比でHブリッジ構成のパワースイッチング素子７をＰＷＭフィードバック制御を行っている。この電流フィードバック制御自体は従来と同じである。
【００２５】
この実施例の特徴をなす電流上限調節動作を以下に説明する。
【００２６】
この電流上限調節は、トルク最大値制限演算器２１、電流最大値制限演算器２４及び診断演算器２６にて実行される。診断演算器２６は、ＩＧ電圧Ｓｉｇとその上限値との比較、バッテリ電圧Ｓｖａとその上限値との比較を行い、ＩＧ電圧Ｓｉｇ及びバッテリ電圧Ｓｖａの両方が上限値以上の場合に、トルク最大値制限演算器２１及び電流最大値制限演算器２４に上限低下信号Sｄを出力する。トルク最大値制限演算器２１は、入力される操舵トルクＳｔが所定のトルク上限値を超える場合にこのトルク上限値を操舵トルクＳｔとして出力するとともに、診断演算器２６から上限低下信号Sｄが入力される場合に上記トルク上限値を所定量だけ低下させるサブルーチンである。電流最大値制限演算器２４は、入力されるアシスト電流指令値が所定の電流上限値を超える場合にこの電流上限値をアシスト電流指令値として出力するとともに、診断演算器２６から上限低下信号Sｄが入力される場合に上記電流上限値を所定量だけ低下させるサブルーチンである。
【００２７】
このように構成することにより、操舵トルクＳｔとアシスト電流指令値の両方で上限低下演算を行っているために、マイクロコンピュータ２が過熱したとしても演算信頼性を良好に確保することができる。この実施例による電流上限調節動作の一例を図３に示すタイミングチャートに図示する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例のＥＰＳ装置用制御装置を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置の電流制御動作を示す機能ブロック図である。
【図３】図１の制御装置による電流上限調節動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１      コントローラ（制御回路）
２      マイクロコンピュータ
３      電流センサ
４      周辺IC
５      モータリレー
６      電源リレー
７      パワースイッチング素子
８      トルクセンサ
９      車速センサ
１０      回路基板
１１      ＩＧ電圧検出回路
１２      バッテリー
１３      操舵アシストモータ
２１      トルク最大値制限演算器
２２      位相補償演算器
２３      アシスト電流指令値演算器
２４      電流最大値制限演算器
２５      電流制御演算器
２６      診断演算器
４１      アンプ
４２      ドライバ
４３      アンプ
４４      ゲートドライバ
４５      ドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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