(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターに発生する負荷を制御するモーター制御装置において、
前記モーターの熱モデルを擬似した放電回路と、
前記モーター制御装置の電源が入っている間は、放電回路のコンデンサ電圧が、モーターへの出力電流に基づいて推定されたモーター推定温度相当の電圧となるよう、放電回路に電圧を印加する充電回路と、
前記放電回路のコンデンサ電圧に対するモーター推定温度の関係を予め設定したモーター推定温度マップ設定手段と、
前記モーター制御装置の電源が切れた後、次に電源が入った時、放電回路のコンデンサ電圧を測定し、この測定電圧とモーター推定温度マップにより、電源投入時のモーター温度を推定する電源投入時モーター温度推定手段と、
を備えたことを特徴とするモーター温度推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたモーター温度推定装置において、
前記放電回路には、雰囲気温度に応じて抵抗値を変える可変抵抗を設けたことを特徴とするモーター温度推定装置。
【請求項３】
モーターに発生する負荷を制御するモーター制御装置において、
前記モーターの熱モデルを模擬した放電回路と、
前記モーター制御装置の電源が入っている間は、放電回路のコンデンサ電圧が、モーターへの出力電流に基づいて推定されたモーター推定温度相当の電圧となるよう、放電回路に電圧を印加する充電回路と、
不揮発性記憶素子を有し、前記モーター制御装置の電源が切られる直前のコンデンサ電圧と、モーター制御装置の電源が切られる直前のモーター推定温度とを前記記憶素子に記憶させておき、次に電源が入った時に放電回路のコンデンサ電圧を測定し、両コンデンサ電圧差により電源が切られて入るまでの経過時間を推定し、その推定時間と電源が切られる直前のモーター推定温度とにより、電源投入時点でのモーター温度を推定する電源投入時モーター温度推定手段と、
を備えたことを特徴とするモーター温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置のモーター制御装置等に適用されるモーター温度推定装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
モーターは、許容最大電流範囲内でも連続して大きな電流を流し続けると過熱してしまう。そのため、モーターを制御するモーター制御装置においては、モーターの過熱を防止する手段として、通常はモーターに温度センサを取り付けてモーターの温度を測定し、過熱時にはモーターへ流す電流を抑える等の処理がなされる。
【０００３】
しかし、システムのコスト低減のため、温度センサを使用しないで、モーターの温度推定を行う方法が採用されることがある。
【０００４】
従来、温度センサを使用しないでモーターの温度を推定するには、
▲１▼モーター制御装置内のソフトウェア上にモーターの熱モデルを持ち、モーターに流した電流の測定結果からモーターの温度を推定する方法（例えば、特開平８−２０７７９９号公報、特開平１０−１００９１３号公報参照）
▲２▼モーターに流した電流とモーター端子間の電圧を測定し、それらの値からモーターの抵抗値を求め、これと既知のモーターの抵抗の温度特性からモーターの温度を推定する方法（例えば、特開平８−１３３１０７号公報、特開２０００−７２００６号公報参照）
等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモーター温度推定方法▲１▼にあっては、
モーター制御装置の中のＣＰＵ等の演算装置でモーター温度推定の計算を行う。温度推定の計算には流した電流と電流を流した時間のデータを用いる。
という構成になっていたため、
モーター制御装置の電源が切れるとその間はモーターの温度推定の計算ができず、電源が切れている間のモーターの温度変化が分からない。
例えば、自動車においては電源が切れている時間は数秒未満から数日以上まで様々であるし、また、電源がいつ切れるかも事前に分からない。
過熱状態のモーターの場合、１秒未満ではほとんどモーターの温度は下がらないが、数日経てばモーターの温度は十分に雰囲気温度まで下がる。
つまり、次に電源が入った時のモーターの温度は温度センサで測定しない限り知ることは難しい。そのため、モーター制御装置は、電源投入直後はモーターに最大電流を流して良いのか、最小電流に抑えて流さなくてはいけないのか判断できない。
という問題があった。
【０００６】
また、従来のモーター温度推定方法▲２▼にあっては、
モーター抵抗値をモーターに流した電流とモータ端子間電圧により計算する。
つまり、モーターに電流を流して初めてモーターの抵抗値及び温度が推定できる。という構成になっていたため、
モーター制御装置に電源が入った直後では、まだモーターに電流を流していないので、モーターに流した電流とモータ端子間電圧は不明である。そのためモーターの抵抗値推定の計算ができず、それによるモーターの温度推定もできない。
つまり、上記モーター温度推定方法▲１▼と同様に、モーター制御装置は、電源投入直後はモーターに最大電流を流して良いのか、最小電流に抑えて流さなくてはいけないのか判断できない。
という問題があった。
【０００７】
尚、電源投入直後にモーターに少量の電流を流してモーターの抵抗値を測定するという考え方もあるが、通常、モーター制御では、ＰＷＭ方式等のパルス駆動にてモーターの電流を制御している。この場合、モーター端子間電圧を測るためには、パルスがＯＮしている間でなくてはならないが、流す電流が少量の場合、モーター駆動のパルス幅が非常に短い期間であるため、「測定のタイミングに合わせるのが難しい」や「測定時間が十分に取れない」等の課題があり、デューティ比１００％である最大電流を流している時でないとモータ端子間電圧の正確な測定は難しい。
【０００８】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、モーター制御装置の電源を入れる電源投入時のモーター温度を、温度センサを用いないでも精度良く推定することができるモーター温度推定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、モーターに発生する負荷を制御するモーター制御装置において、前記モーターの熱モデルを擬似した放電回路と、前記モーター制御装置の電源が入っている間は、放電回路のコンデンサ電圧が、モーターへの出力電流に基づいて推定されたモーター推定温度相当の電圧となるよう、放電回路に電圧を印加する充電回路と、前記放電回路のコンデンサ電圧に対するモーター推定温度の関係を予め設定したモーター推定温度マップ設定手段と、前記モーター制御装置の電源が切れた後、次に電源が入った時、放電回路のコンデンサ電圧を測定し、この測定電圧とモーター推定温度マップにより、電源投入時のモーター温度を推定する電源投入時モーター温度推定手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の作用および効果】
請求項１に係る発明にあっては、充電回路において、モーター制御装置の電源が入っている間は、放電回路のコンデンサ電圧が、モーターへの出力電流に基づいて推定されたモーター推定温度相当の電圧となるよう、放電回路に電圧が印加される。そして、電源投入時モーター温度推定手段において、放電回路のコンデンサ電圧に対するモーター推定温度の関係を予め設定したモーター推定温度マップ設定手段と、モーター制御装置の電源が切れた後、次に電源が入った時、放電回路のコンデンサ電圧を測定し、この測定電圧とモーター推定温度マップにより、電源投入時点でのモーター温度が推定される。
【００１１】
すなわち、モーター制御装置の電源を切ると、放電回路において、電源が切れる直前まで印加された電圧を初期値として徐々に放電が行われる。しかも、放電回路はモーターの熱モデルを擬似した回路であるため、放電によるコンデンサ電圧低下特性は、モーター温度の低下特性と同様な特性を示す。
【００１２】
よって、モーター制御装置の電源が入った時の放電回路のコンデンサ電圧と、モーター推定温度マップによりモーター温度の変化を推定することで、電源投入時点でのモーター温度を、温度センサを用いないでも精度良く推定することができる。この結果、モーター制御装置は、電源投入時にモーターに流す電流値を最適な値に制御することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のモーター温度推定装置を実現する実施の形態を、請求項１に係る発明に対応する第１実施例と、請求項２に係る発明に対応する第２実施例と、請求項３に係る発明に対応する第３実施例とに基づいて説明する。
【００１４】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例のモーター温度推定装置を示す回路構成図であり、図１において、１は中央演算処理装置（ＣＰＵ）、２は放電回路、３は充電回路である。
【００１５】
前記中央演算処理装置１は、モーター温度推定値に応じてモーターに発生する負荷を制御するモーター制御部と、モーター温度を推定計算するモーター温度推定部と、をプログラムソフトとして有する。
【００１６】
前記放電回路２は、モーターの熱モデルを擬似した回路で、モーターの熱モデル相当となる抵抗R1及びコンデンサC1と、モーター制御装置の電源が切れている状況での放電経路となるダイオードD1と、を有する。
【００１７】
この放電回路２は、前記中央演算処理装置１のＡＤコンバータ入力端子AD及びデジタル入出力端子PIに接続され、ＡＤコンバータ入力端子ADへの接続によりコンデンサC1のＡ点電圧（コンデンサ電圧）を測定し、デジタル入出力端子PIへの接続によりコンデンサC1の電荷を放電させる。
【００１８】
前記充電回路３は、モーター制御装置の電源が入っている間、前記放電回路２に電圧を印加する回路で、抵抗R2とダイオードD2を有する。
【００１９】
この充電回路３は、前記中央演算処理装置１のデジタル出力端子POに接続する。尚、前記中央演算処理装置１にＤＡコンバータ出力端子DAがある場合はＤＡコンバータ出力端子DAに接続しても同様の機能を果たすことができる。
【００２０】
次に、作用を説明する。
【００２１】
［放電回路と充電回路の回路動作］
中央演算処理装置１のデジタル出力端子POあるいはＤＡコンバータ出力端子DAから電圧を出力すると、放電回路２のコンデンサC1の電圧は、
VC1＝Vin×{１−exp(-t÷(R2×C1))}
となる。
但し、VC1はコンデンサC1の電圧である。Vinは中央演算処理装置１のデジタル出力端子POあるいはＤＡコンバータ出力端子DAの電圧であり、デジタル出力端子POの場合は中央演算処理装置１の電源電圧VCC、ＤＡコンバータ出力端子DAの場合は任意の電圧となる。ｔは中央演算処理装置１のデジタル出力端子POあるいはＤＡコンバータ出力端子DAから電圧を出力する時間であり、この時間ｔを調整することでコンデンサC1の電圧を任意に調整することができる。
【００２２】
また、放電回路２に接続されているデジタル入出力端子PIをLo出力にするとコンデンサC1の電荷を抵抗R1経由で放電させることができ、コンデンサC1の電圧は、
VC1＝VCO×exp(-t÷(R1×C1))
で下げることができる。
但し、VC1はコンデンサC1の電圧である。VCOはコンデンサC1に充電されていた初期電圧である。ｔは放電させていた時間である。
【００２３】
つまり、中央演算処理装置１のデジタル出力端子POあるいはＤＡコンバータ出力端子DAとデジタル入出力端子PIの出力時間を制御することで、コンデンサC1の電圧を任意に設定することが可能となる。その場合、ＤＡコンバータ出力端子DAで電圧をモニタし、前記各出力端子の出力時間を制御することができる。尚、ＡＤコンバータ入力端子ADで電圧をモニタする場合はデジタル入出力端子PIをハイインピーダンス状態にする。
【００２４】
モーター制御装置の電源が切れた場合には、充電回路３からの電圧は０ボルトとなり、それまでのコンデンサC1に充電されていた電荷が、抵抗R1及びダイオードD1を経由して放電される。実際は中央演算処理装置１の電源も切れているので、ＡＤコンバータ入力端子AD及びデジタル入出力端子PIからも放電される。このときの放電は、コンデンサC1及び抵抗R1で決まる時定数で放電され、これはモーターの熱モデルを模擬しているため、モーターの放熱時間と同じとなる。
【００２５】
尚、モーター制御装置の電源が切れた場合は、コンデンサC1に充電された電荷は、充電回路３のダイオードD2があるので、充電回路３から放電されることはない。
【００２６】
［モーター制御処理］
図３は中央演算処理装置１にて実行されるモーター制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する（請求項１に記載の電源投入時モーター温度推定手段に相当）。
【００２７】
但し、本発明は従来例の問題点を補うものであり、電源が切れている間のモーターの温度推定を行うことが主な目的であるので、通常制御中のモーターの温度推定方法及びモーター温度推定値からモーターの過熱を防止するためにモーターに流す電流の上限値を決める方法については説明を省く。
【００２８】
まず、モーター制御装置の電源投入により開始され、ステップＳ１では、コンデンサC1のＡ点電圧を測定する。
【００２９】
ステップＳ２では、測定したＡ点電圧と図４に示すモーター推定温度マップにより現在のモーター温度を推定する。
ここで、図４に示すＡ点電圧に対するモーター推定温度の関係を示すモーター推定温度マップは、実験等による結果を用いて予め設定している（モーター推定温度マップ設定手段）。
【００３０】
ステップＳ３では、モーター制御装置に電源が投入された後の最初の制御起動時には、ステップＳ２で求めたモーター温度推定値からモーターに流せる電流の上限値を求め、その範囲内の電流にてモータ制御を開始する。そして、モーター制御中は、ステップＳ３からステップＳ５のルーチンが繰り返されることで、ステップＳ４で求めたモーター温度推定値からモーターに流せる電流の上限値を求め、その範囲内の電流にてモータ制御を行う。
【００３１】
ステップＳ４では、モーターへの出力電流等に基づいて現在のモーター温度を推定する。
【００３２】
ステップＳ５では、ステップＳ４にて推定したモーター温度に対し、図４に示すモーター推定温度マップを用いて、コンデンサC1へ充電するＡ点電圧を求め、充電回路３により電圧を印加する。例えば、モーター温度推定値が図４のtemp2である場合には、コンデンサ電圧（Ａ点電圧）はV1とされる。
【００３３】
ここで、図４のtemp1は雰囲気温度であり、このときのコンデンサC1の電圧はＡＤ変換の最小電圧でよく通常は０ボルトである。また、temp3はモーターの許容最大作動温度でありこれに対応したコンデンサ電圧はV2となる。
【００３４】
［モーター制御作用］
モーター制御装置に電源が入っている間は、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ３からステップＳ５のルーチンを繰り返し行い、常にコンデンサC1の電圧を図４に対応させたモーター温度相当に保つ制御を行う。
【００３５】
そして、モーター制御装置の電源が切れたタイミングを図２のT1とするとコンデンサC1は以降、放電回路２の時定数により放電を開始する。この電源が切れたタイミングT1から次にモーター制御装置の電源が入るタイミングT2までは、徐々に放電が続く。
【００３６】
次に、再びモーター制御装置に電源が入ると、図３のフローチャートのステップＳ１において、コンデンサC1のＡ点電圧が測定され、ステップＳ２において、測定したＡ点電圧と図４に示すモーター推定温度マップにより電源投入時のモーター温度が推定される。
【００３７】
そして、図２のタイミングT3の時点から再びコンデンサC1の電圧をモーター温度相当の電圧に保つ制御が開始される。
【００３８】
次に、効果を説明する。
【００３９】
(1) モーターに発生する負荷を制御するモーター制御装置において、モーターの熱モデルを擬似した放電回路２と、モーター制御装置の電源が入っている間は放電回路２に電圧を印加する充電回路３と、を設け、モーター制御装置の電源が切られている間の放電回路２のコンデンサ電圧の変化によりモーター温度の変化を推定することで、電源投入時点でのモーター温度を推定するようにしたため、モーター制御装置の電源を入れる電源投入時のモーター温度を、温度センサを用いないでも精度良く推定することができる。
【００４０】
(2) ステップＳ４において、モーター制御装置の電源を入れてのモーター制御中は、モーターへの出力電流に基づいてモーター温度を推定し、ステップＳ５において、充電回路３により放電回路２のコンデンサ電圧がモーター推定温度相当の電圧となるように電圧を印加し、モーター制御装置の電源が切れた後、次に電源が入った時、ステップＳ１において、放電回路２のコンデンサ電圧を測定し、ステップＳ２において、コンデンサ電圧と図４に示すモーター推定温度マップにより、電源投入時点でのモーター温度を推定するようにしたため、モーター制御装置の電源を入れる電源投入時のモーター温度を、モーター制御装置の電源が切れた後、次に電源が入った時の放電回路２のコンデンサ電圧をスポット的に測定するだけで精度良く推定することができる。
【００４１】
すなわち、放電回路２はモーターの熱モデルを擬似した回路とされ、充電回路３はコンデンサ電圧がモーター推定温度相当の電圧となるように電圧を印加しているため、コンデンサ電圧特性の初期値はモーター推定温度相当の電圧となり、図４に示すモーター推定温度との関係を保ったままで放電によりコンデンサ電圧が低下する。よって、モーター制御装置の電源が切られた時およびモーター制御装置の電源が切られている間は、コンデンサ電圧を特に監視する必要がなく、既知の値として取り扱うことができる。
【００４２】
（第２実施例）
第１実施例は、放電回路２の抵抗R1を抵抗値が固定である固定抵抗によるものとしたのに対し、第２実施例は、放電回路２の抵抗R1'を雰囲気温度に応じて抵抗値が可変である可変抵抗とした例である。なお、他の構成は、第１実施例の図１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００４３】
次に、作用を説明する。
【００４４】
図６に示すように、雰囲気温度（周囲温度）によって、放電回路２の抵抗値が変わることで、雰囲気温度が高い時には、抵抗値が高く放電時間が延びる。これは、雰囲気温度が高い時にモーターの温度が下がり難い特性に似ている。一方、逆に雰囲気温度が低い時には、抵抗値が低く放電時間が短縮される。これは、雰囲気温度が低い時にモーターの温度が下がり易い特性に似ている。この結果、モーター推定温度がより実際のモーター温度に近づくことになる。
【００４５】
次に、効果を説明する。
【００４６】
この第２実施例のモーター温度推定装置では、第１実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００４７】
(3) 放電回路２の抵抗R1'を雰囲気温度に応じて抵抗値が可変である可変抵抗としたため、雰囲気温度にかかわらず、高精度のモータ温度推定を達成することができる。この結果、夏と冬の季節による雰囲気温度差や、寒冷地と温暖地の地域による雰囲気温度差や、１日のうちで昼と夜による雰囲気温度差等にかかわらず、実際のモータ温度に近いモータ温度推定値を得ることができる。
【００４８】
（第３実施例）
第３実施例は、モーター制御装置の電源が切られる直前のデータを記憶し、この記憶データと、次に電源が入った時に測定されたコンデンサ電圧によりモーター温度を推定する例である。
【００４９】
すなわち、図７に示すように、中央演算処理装置１にEEPROM４（記憶素子）を設け、モーター制御装置の電源が切られる直前の放電回路２のコンデンサ電圧とモーター推定温度をEEPROM４に記憶させておき、次に電源が入った時に放電回路２のコンデンサ電圧を測定し、両コンデンサ電圧差により電源が切られて入るまでの経過時間を推定し、その推定時間と電源が切られる直前のモーター推定温度とにより、電源投入時点でのモーター温度を推定する。
【００５０】
ここで、EEPROMとは、書き込まれた内容を消去して再書き込み可能なEPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）のうち、電気的に消去と書き込みを行うものをいう。なお、他の構成は、第１実施例の図１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００５１】
次に、作用を説明する。
【００５２】
［モーター制御作用］
モーター制御装置に電源が入っている間は、図８のT1までの特性に示すように、コンデンサC1の電圧を任意の一定電圧値に保つ制御が行われる。
【００５３】
そして、モーター制御装置の電源が切れるT1の直前において測定されたコンデンサ電圧（コンデンサC1のＡ点電圧）と、モーター制御装置の電源が切れるT1の直前において出力電流により推定されたモーター推定温度とがEEPROM４に記憶される。
【００５４】
そして、モーター制御装置の電源が切れるT1以降は、コンデンサC1が放電回路２の時定数により放電を開始し、電源が切れたタイミングT1から次にモーター制御装置の電源が入るタイミングT2までは、徐々に放電が続く。
【００５５】
次に、再びモーター制御装置に電源が入ると、コンデンサ電圧が測定され、モーター制御装置の電源が切れるT1の直前において測定されたコンデンサ電圧がEEPROM４から読み出され、両コンデンサ電圧差により電源が切られて入るまでの経過時間が推定される。すなわち、放電回路２では、その時定数（決まった変化特性）により放電がなされるため、電源を切った時と入れた時のコンデンサ電圧差が明らかになれば、モーター制御装置の電源が切られている経過時間を推定できる。
【００５６】
そして、その推定時間と電源が切られる直前のモーター推定温度（EEPROM４から読み出し）とにより、電源投入時点でのモーター温度が推定される。
【００５７】
そして、図８のタイミングT3の時点から再びコンデンサC1の電圧を任意の一定電圧値に保つ制御が行われる。
【００５８】
次に、効果を説明する。
【００５９】
この第３実施例のモーター温度推定装置では、第１実施例の(1)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００６０】
(4) 中央演算処理装置１にEEPROM４を設け、モーター制御装置の電源が切られる直前のコンデンサ電圧とモーター推定温度をEEPROM４に記憶させておき、次に電源が入った時に放電回路２のコンデンサ電圧を測定し、両コンデンサ電圧差により電源が切られて入るまでの経過時間を推定し、その推定時間と電源が切られる直前のモーター推定温度とにより、電源投入時点でのモーター温度を推定するようにしたため、第１実施例に比べ、コンデンサC1の電圧をモータ推定温度相当の電圧に制御する必要が無く、より合理的にモーターの温度推定を行うことができる。加えて、モーター制御装置に履歴等を記憶するEEPROM４が既設であれば、記憶素子を新設する必要もなく、その分の投資も必要とされない。
【００６１】
（他の実施例）
以上、本発明のモーター温度推定装置を第１実施例〜第３実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のモーター温度推定装置を示す回路構成図である。
【図２】第１実施例装置でのモーター制御装置の電源を切った後、電源を再度入れた場合の放電回路のコンデンサ電圧特性図である。
【図３】第１実施例装置の中央演算処理装置１にて実行されるモーター制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】第１実施例装置で用いられた放電回路のコンデンサ電圧に対するモーター推定温度の関係を示す特性図である。
【図５】第２実施例のモーター温度推定装置を示す回路構成図である。
【図６】第２実施例装置でのモーター制御装置の電源を切った後、電源を再度入れた場合の放電回路のコンデンサ電圧特性図である。
【図７】第３実施例のモーター温度推定装置を示す回路構成図である。
【図８】第３実施例装置でのモーター制御装置の電源を切った後、電源を再度入れた場合の放電回路のコンデンサ電圧特性図である。
【符号の説明】
１  中央演算処理装置（ＣＰＵ）
２  放電回路
３  充電回路
４  EEPROM（記憶素子）
【図１】
0003991704.tif 000002
【図２】
0003991704.tif 000003
【図３】
0003991704.tif 000004
【図４】
0003991704.tif 000005
【図５】
0003991704.tif 000006
【図６】
0003991704.tif 000007
【図７】
0003991704.tif 000008
【図８】
0003991704.tif 000009