JP2006115553A - Motor temperature estimating device in electric power steering system - Google Patents

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Hisashi Somada
久志 杣田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate the temperature of a steering assist motor. <P>SOLUTION: An electronic control unit estimates the temperature of a motor 15 by program processing using the temperature of a circuit board 30 detected by a temperature sensor 31 provided thereon and a current flowing through the steering assist motor 15 detected by a current sensor. In the estimation of that temperature, difference of the atmospheric temperature of the motor 15 and the atmospheric temperature of the circuit board 30 is added to the board temperature every short predetermined time to obtain an offset temperature. Temperature of the motor 15 is calculated by adding a temperature variation taking account of heat generation of the motor 15 proportional to the square of a detected current and natural heat radiation of the motor 15 to the offset temperature. The difference is set at the maximum atmospheric temperature difference as a result of measurements under various environments. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、車両用の電動パワーステアリング装置内に設けられた操舵アシスト用の電動モータの温度を推定する電動パワーステアリング装置における電動モータの温度推定装置に関する。   The present invention relates to a temperature estimation device for an electric motor in an electric power steering device that estimates the temperature of an electric motor for steering assist provided in an electric power steering device for a vehicle.

このような電動モータの時間的に変化する温度を推定するためには、電動モータの雰囲気温度に、電動モータによる発熱量および放熱量を考慮した温度変動分を加算して算出すべきである。しかし、電動モータの雰囲気温度を検出することは難しいので、従来、例えば下記特許文献１に示されているように、電動モータに流れる電流の２乗値に比例した電動モータの発熱量および電動モータの放熱量を考慮した温度変動分を初期温度に加算して、電動モータの作動時における電動モータの温度を推定するようにしている。この初期温度としては、外気温度が極めて高い最悪の温度条件下を想定した所定温度を採用している。そして、推定温度が、温度センサによって検出された電動モータを駆動制御するための電気回路を設けた回路基板上の温度よりも低く、かつ電動モータにおける単位時間当たりの発熱量が単位時間当たりの放熱量よりも小さくなったときには、前記温度センサによって検出された回路基板上の温度を、前記初期温度として設定するようにしている。
特開２００４−８２７５７号公報 In order to estimate such a time-varying temperature of the electric motor, the temperature should be calculated by adding to the atmosphere temperature of the electric motor a temperature variation considering the amount of heat generated and the amount of heat released by the electric motor. However, since it is difficult to detect the ambient temperature of the electric motor, conventionally, as shown in, for example, Patent Document 1 below, the amount of heat generated by the electric motor proportional to the square value of the current flowing through the electric motor and the electric motor The temperature fluctuation amount considering the heat radiation amount is added to the initial temperature to estimate the temperature of the electric motor when the electric motor is operated. As this initial temperature, a predetermined temperature assuming the worst temperature condition in which the outside air temperature is extremely high is adopted. The estimated temperature is lower than the temperature on the circuit board provided with an electric circuit for driving and controlling the electric motor detected by the temperature sensor, and the heat generation amount per unit time in the electric motor is released per unit time. When it becomes smaller than the amount of heat, the temperature on the circuit board detected by the temperature sensor is set as the initial temperature.
JP 2004-82757 A

しかしながら、上記従来技術のように、初期温度に電動モータの温度変動分を加算して電動モータの温度を推定している状態では、初期温度は一定値に保たれる。したがって、この推定状態では、電動モータの近くに位置するエンジンなどの熱源装置の作動により電動モータの雰囲気温度が変化しても、この雰囲気温度の変化が全く考慮されないので、推定される温度は電動モータの実温度とはほど遠いものであり、電動モータの温度を精度よく推定することができない。また、上記従来技術に示されているように、初期温度を最悪の温度条件下を想定した所定温度に設定する場合には、推定温度が電動モータの実温度よりも低くなることを避けるために、所定温度が極めて高い温度に設定され、電動モータの実温度に比べて非常に高い温度が推定されることになり、推定温度が電動モータの実温度をさらに精度よく表さないという問題がある（図７の左側の温度参照）。その結果、この推定温度を電動モータの保護のための上限電流の制限に用いた場合、電動モータに流れる電流が過度に制限されるという問題があった。   However, in the state where the temperature of the electric motor is estimated by adding the temperature fluctuation of the electric motor to the initial temperature as in the above-described prior art, the initial temperature is maintained at a constant value. Therefore, in this estimated state, even if the atmospheric temperature of the electric motor changes due to the operation of a heat source device such as an engine located near the electric motor, the change in the atmospheric temperature is not considered at all. The actual temperature of the motor is far from the actual temperature, and the temperature of the electric motor cannot be accurately estimated. Further, as shown in the above prior art, when the initial temperature is set to a predetermined temperature assuming the worst temperature condition, in order to avoid the estimated temperature being lower than the actual temperature of the electric motor. The predetermined temperature is set to a very high temperature, and a very high temperature is estimated as compared with the actual temperature of the electric motor, and the estimated temperature does not represent the actual temperature of the electric motor more accurately. (See the temperature on the left side of FIG. 7). As a result, when this estimated temperature is used to limit the upper limit current for protecting the electric motor, there is a problem that the current flowing through the electric motor is excessively limited.

また、回路基板上に配置した温度センサによって検出された回路基板上の温度を初期温度として設定して電動モータの温度を推定している状態でも、初期温度は前述した条件の成立時にのみ変更されるので、電動モータの近くに位置するエンジンなどの熱源装置の作動時における回路基板の受熱による温度変化が考慮されず、電動モータの温度を精度よく推定することができない。さらに、この電動モータの温度推定では、電動モータの配置された雰囲気温度と回路基板の配置された雰囲気温度との差分値が全く考慮されていないので、推定温度が電動モータの実温度を精度よく表さない。すなわち、操舵用の電動モータは、耐熱強度の関係上、回路基板よりもエンジンの近くに配置されているのが通常である。そして、前記差分値は無視できるほど小さくはないので、推定温度が電動モータの実温度よりも低い温度を示すことがあり（図７の中央の温度参照）、この推定温度を電動モータの保護のために上限電流の制限に用いた場合には、電動モータの故障の原因にもなりかねない。   Even when the temperature on the circuit board detected by the temperature sensor arranged on the circuit board is set as the initial temperature and the temperature of the electric motor is estimated, the initial temperature is changed only when the above-mentioned condition is satisfied. Therefore, a temperature change due to heat reception of the circuit board during operation of a heat source device such as an engine located near the electric motor is not considered, and the temperature of the electric motor cannot be accurately estimated. Further, in this temperature estimation of the electric motor, the difference value between the atmosphere temperature where the electric motor is arranged and the atmosphere temperature where the circuit board is arranged is not taken into consideration at all, so the estimated temperature accurately determines the actual temperature of the electric motor. Not represented. That is, the steering electric motor is usually disposed closer to the engine than the circuit board in terms of heat resistance. Since the difference value is not small enough to be ignored, the estimated temperature may indicate a temperature lower than the actual temperature of the electric motor (see the temperature in the center of FIG. 7). Therefore, when used for limiting the upper limit current, it may cause a failure of the electric motor.

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、車両用の電動パワーステアリング装置内に設けられた操舵アシスト用の電動モータの温度を適切に推定するようにした電動モータの温度推定装置を提供することにある。   The present invention has been made to address the above-described problems, and an object of the present invention is to appropriately estimate the temperature of a steering assist electric motor provided in an electric power steering apparatus for a vehicle. It is in providing the temperature estimation apparatus of this.

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵アシスト用の電動モータを駆動制御するための電気回路を設けた回路基板上に設けられて回路基板上の温度を検出する温度センサと、電動モータに流れる電流を検出する電流センサと、温度センサによって検出された温度と電流センサによって検出された電流とを用いて電動モータの温度を推定する温度推定手段とを備えた電動パワーステアリング装置における電動モータの温度推定装置において、温度推定手段を、温度センサによって検出されている回路基板上の温度と、電動モータの雰囲気温度と回路基板の雰囲気温度との差を表す所定値と、電流センサによって検出された電流を用いて計算される電動モータの発熱量と電動モータの放熱量とを考慮した温度変動分とを所定時間ごとに合算して、時間変化する電動モータの温度を推定するように構成したことにある。   In order to achieve the above object, a feature of the present invention is a temperature sensor that is provided on a circuit board provided with an electric circuit for driving and controlling a steering assist electric motor, and detects a temperature on the circuit board; An electric power steering apparatus comprising: a current sensor that detects a current flowing through an electric motor; and a temperature estimation unit that estimates a temperature of the electric motor using a temperature detected by the temperature sensor and a current detected by the current sensor. In the temperature estimation device for an electric motor, the temperature estimation means includes a temperature on the circuit board detected by the temperature sensor, a predetermined value representing a difference between the atmosphere temperature of the electric motor and the atmosphere temperature of the circuit board, and a current sensor. The amount of heat fluctuation of the electric motor calculated using the detected current and the amount of temperature fluctuation taking into account the amount of heat released from the electric motor are calculated at predetermined intervals. San, lies in that is configured to estimate the temperature of the electric motor varies with time.

より具体的には、この温度推定手段を、例えば、温度センサによって検出されている回路基板上の温度に、電動モータの雰囲気温度と回路基板の雰囲気温度との差を表す所定値を加えた温度をオフセット温度として所定時間ごとに計算する第１計算手段と、電流センサによって検出された電流を用いて計算される電動モータの発熱量と電動モータの放熱量とを考慮した温度変動分を所定時間ごとに計算して、同計算した温度変動分を前記計算したオフセット温度に加算する第２計算手段とで構成できる。   More specifically, for example, the temperature estimating means adds a predetermined value representing the difference between the ambient temperature of the electric motor and the ambient temperature of the circuit board to the temperature on the circuit board detected by the temperature sensor. Temperature fluctuations taking into account the amount of heat generated by the electric motor and the amount of heat released from the electric motor, calculated using the current detected by the current sensor, for a predetermined time. And a second calculation means for adding the calculated temperature fluctuation to the calculated offset temperature.

また、電動モータの発熱量は、例えば、電流センサによって検出された電流の２乗値に比例する値として計算される。また、電動モータの放熱量は、電動モータから外気中への自然放熱によるものである。さらに、電動モータの雰囲気温度と回路基板の雰囲気温度との差を表す所定値を、両雰囲気温度の差がいかなる状況下でも前記所定値を超えないような定数に予め設定するとよい。   The amount of heat generated by the electric motor is calculated as a value proportional to the square value of the current detected by the current sensor, for example. Further, the heat dissipation amount of the electric motor is due to natural heat dissipation from the electric motor into the outside air. Furthermore, the predetermined value representing the difference between the ambient temperature of the electric motor and the ambient temperature of the circuit board may be set in advance to a constant such that the difference between the ambient temperatures does not exceed the predetermined value under any circumstances.

上記のように構成した本発明においては、温度センサによって検出されている回路基板上の温度と、電動モータの雰囲気温度と回路基板の雰囲気温度との差を表す所定値と、電流センサによって検出された電流を用いて計算される電動モータの発熱量と電動モータの放熱量とを考慮した温度変動分とが所定時間ごとに合算されて、時間変化する電動モータの温度が推定される。この場合、所定時間ごとに合算される回路基板上の温度は、電動モータの近くに位置するエンジンなどの熱源装置の作動状態に応じて時間変化する回路基板の雰囲気温度を表している。したがって、前記合算による電動モータの温度中における回路基板上の温度と所定値との加算値（オフセット温度）は、電動モータの近くに位置するエンジンなどの熱源装置の作動状態に応じて時間変化する電動モータの雰囲気温度を良好に表す（図７の右側の温度参照）。そして、最終的な合算値には、電動モータの発熱量および放熱量が考慮されるので、時間変化する電動モータの温度が高精度で推定されることになる。   In the present invention configured as described above, the temperature on the circuit board detected by the temperature sensor, the predetermined value representing the difference between the ambient temperature of the electric motor and the ambient temperature of the circuit board, and the current sensor are detected. The temperature fluctuation considering the heat generation amount of the electric motor and the heat dissipation amount of the electric motor calculated using the currents are added every predetermined time, and the temperature of the electric motor changing with time is estimated. In this case, the temperature on the circuit board that is summed up every predetermined time represents the ambient temperature of the circuit board that changes with time according to the operating state of a heat source device such as an engine located near the electric motor. Therefore, the sum value (offset temperature) of the temperature on the circuit board and the predetermined value in the temperature of the electric motor by the summation changes with time according to the operating state of the heat source device such as an engine located near the electric motor. The atmospheric temperature of the electric motor is well expressed (see the temperature on the right side of FIG. 7). And since the calorific value and heat radiation amount of an electric motor are considered in the final total value, the temperature of the electric motor which changes with time is estimated with high accuracy.

一方、回路基板の温度は電気回路の作動状態にて検出されるので、温度センサによって検出される回路基板の温度は、電気回路による発熱分だけ回路基板の雰囲気温度よりも高くなる（図７の右側の温度参照）。したがって、この回路基板の検出温度に電動モータの雰囲気温度と回路基板の雰囲気温度との差を表す所定値を加えた温度は、電動モータの雰囲気温度よりも多少の余裕をもって高くなり、温度推定手段によって最終的に推定される電動モータの推定温度が、電動モータの実温度よりも低くなることはない（図７の中央と右側の温度参照）。その結果、本発明による推定温度を電動モータの保護のための上限電流の制限に用いた場合、電動モータに流れる電流が適切に制限されるようになる。   On the other hand, since the temperature of the circuit board is detected in the operating state of the electric circuit, the temperature of the circuit board detected by the temperature sensor is higher than the ambient temperature of the circuit board by the amount of heat generated by the electric circuit (FIG. 7). Refer to the temperature on the right). Therefore, the temperature obtained by adding a predetermined value representing the difference between the ambient temperature of the electric motor and the ambient temperature of the circuit board to the detected temperature of the circuit board becomes higher than the ambient temperature of the electric motor with a slight margin, and temperature estimation means Thus, the estimated temperature of the electric motor that is finally estimated does not become lower than the actual temperature of the electric motor (see the temperatures on the center and the right side of FIG. 7). As a result, when the estimated temperature according to the present invention is used to limit the upper limit current for protecting the electric motor, the current flowing through the electric motor is appropriately limited.

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明すると、図1は、本発明に係る車両用電動パワーステアリング装置の全体を概略的に示すとともに、同装置の車両に対する配置を概略的に示している。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows an entire electric power steering apparatus for a vehicle according to the present invention, and schematically shows an arrangement of the apparatus with respect to a vehicle. ing.

この電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備えている。ステアリングシャフト１２の下端は、ギヤボックス１３内にてラックバー１４に形成したラック歯と噛み合っているピニオンギヤを介して、ラックバー１４に動力伝達可能に接続されている。ラックバー１４の両端には左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に接続されており、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２はステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。ラックバー１４には、操舵アシスト用の電動モータ１５が組み付けられている。電動モータ１５の回転は、減速器を構成するボールねじ機構１６によって減速されるとともにラックバー１４の直線運動に変換される。なお、ボールねじ機構１６を用いるのに代えて、ダブルピニオン機構、ピニオンアシスト機構などの他の変換機構により、電動モータ１５の回転をラックバー１４の直線運動に変換するようにしてもよい。   This electric power steering apparatus includes a steering shaft 12 connected to a steering handle 11 so that an upper end thereof is integrally rotated. The lower end of the steering shaft 12 is connected to the rack bar 14 through a pinion gear meshing with rack teeth formed on the rack bar 14 in the gear box 13 so that power can be transmitted. The left and right front wheels FW1, FW2 are steerably connected to both ends of the rack bar 14, and the left and right front wheels FW1, FW2 are moved to the left and right according to the axial displacement of the rack bar 14 as the steering shaft 12 rotates about the axis. Steered. An electric motor 15 for steering assist is assembled to the rack bar 14. The rotation of the electric motor 15 is decelerated by the ball screw mechanism 16 constituting the speed reducer and converted into a linear motion of the rack bar 14. Instead of using the ball screw mechanism 16, the rotation of the electric motor 15 may be converted into the linear motion of the rack bar 14 by another conversion mechanism such as a double pinion mechanism or a pinion assist mechanism.

ステアリングシャフト１２には、操舵ハンドル１１の回動操作によってステアリングシャフト１２に作用する操舵トルクＴrを検出する操舵トルクセンサ１７が組み付けられている。なお、操舵トルクＴrは、正負の値により操舵ハンドル１１の右方向および左方向の操舵時の操舵トルクＴrを表す。   A steering torque sensor 17 that detects a steering torque Tr acting on the steering shaft 12 by a turning operation of the steering handle 11 is assembled to the steering shaft 12. The steering torque Tr represents the steering torque Tr when the steering handle 11 is steered in the right direction and the left direction by positive and negative values.

また、この電動パワーステアリング装置の近傍には、エンジン装置２０および回路基板３０が配置されている。エンジン装置２０は、エンジンを含み、その作動により車両に駆動力を与える。回路基板３０は、電動モータ１５の作動を制御するための電気回路装置を構成する電気回路部品を装着させているもので、特に、回路基板３０上の温度を電気的に検出するためのサーミスタなどによって構成された温度センサ３１を装着させている。回路基板３０は、耐熱強度の関係から、一般的に電動モータ１５に比べてエンジン装置２０から遠い位置に配置されている。このことは、特に、エンジン装置２０の発熱による回路基板３０の温度上昇への影響が、エンジン装置２０の発熱による電動モータ１５の温度上昇への影響に比べて小さいことを意味する。   An engine device 20 and a circuit board 30 are disposed in the vicinity of the electric power steering device. The engine device 20 includes an engine, and applies driving force to the vehicle by its operation. The circuit board 30 is mounted with an electric circuit component constituting an electric circuit device for controlling the operation of the electric motor 15, and in particular, a thermistor for electrically detecting the temperature on the circuit board 30. The temperature sensor 31 comprised by is attached. The circuit board 30 is generally disposed at a position farther from the engine device 20 than the electric motor 15 because of the heat resistance strength. This particularly means that the influence of the heat generation of the engine device 20 on the temperature rise of the circuit board 30 is smaller than the influence of the heat generation of the engine device 20 on the temperature rise of the electric motor 15.

次に、回路基板３０に装着された電気回路部品により構成される電気回路装置について説明する。この電気回路装置は、図２に示すように、電子制御ユニット３２および駆動回路３３を備えている。電子制御ユニット３２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とし、図３のモータ温度演算プログラムおよび図４のアシスト制御プログラムを実行することにより、電動モータ１５の温度を推定するとともに、同推定温度を制限用信号として用いながら電動モータ１５を駆動制御する。この電子制御ユニット３２には、前述した操舵トルクセンサ１７および温度センサ３１に加えて、車速センサ４１および電流センサ３４も接続されている。   Next, an electric circuit device constituted by electric circuit components mounted on the circuit board 30 will be described. As shown in FIG. 2, the electric circuit device includes an electronic control unit 32 and a drive circuit 33. The electronic control unit 32 estimates the temperature of the electric motor 15 by executing a motor temperature calculation program shown in FIG. 3 and an assist control program shown in FIG. 4 with a microcomputer including a CPU, ROM, RAM and the like as main components. At the same time, the electric motor 15 is driven and controlled using the estimated temperature as a limiting signal. In addition to the steering torque sensor 17 and the temperature sensor 31 described above, a vehicle speed sensor 41 and a current sensor 34 are connected to the electronic control unit 32.

車速センサ４１は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を含む４輪の各車輪速を検出する車輪速センサおよびこれらの検出車輪速を演算処理する演算回路からなり、車速Ｖを表す信号を出力する。なお、図１においては、この車速センサ４１を左前輪ＦＷ１，ＦＷ２の近傍に代表して示してある。また、車速センサ４１は、図示しない変速機の出力軸の回転速度から車速Ｖを導くものでもよい。電流センサ３４は、駆動回路３３内に設けられて、電動モータ１５に流れる電流に比例した電圧値を出力する抵抗で構成されている。駆動回路３３は、電子制御ユニット３２にて計算された駆動電流（アシスト電流）を電動モータ１５に流す。   The vehicle speed sensor 41 includes a wheel speed sensor that detects the wheel speeds of the four wheels including the left and right front wheels FW1 and FW2, and an arithmetic circuit that performs arithmetic processing on the detected wheel speeds, and outputs a signal representing the vehicle speed V. In FIG. 1, the vehicle speed sensor 41 is representatively shown in the vicinity of the left front wheels FW1, FW2. Further, the vehicle speed sensor 41 may be a sensor that derives the vehicle speed V from the rotational speed of the output shaft of the transmission (not shown). The current sensor 34 is provided in the drive circuit 33 and is configured by a resistor that outputs a voltage value proportional to the current flowing through the electric motor 15. The drive circuit 33 causes the drive current (assist current) calculated by the electronic control unit 32 to flow through the electric motor 15.

次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。電子制御ユニット３２は、イグニッションスイッチの投入により、図３のモータ温度演算プログラムおよび図４のアシスト制御プログラムを所定の短時間（例えば、８０ミリ秒）ごとに繰り返し実行し始める。モータ温度演算プログラムの実行はステップＳ１０にて開始され、ステップＳ１１にて温度センサ３１によって検出された基板温度Ｔbを入力し、ステップＳ１２にて前記入力した基板温度Ｔbに雰囲気温度差αを加算してオフセット温度Ｔoffを計算する。   Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described. The electronic control unit 32 starts to repeatedly execute the motor temperature calculation program of FIG. 3 and the assist control program of FIG. 4 every predetermined short time (for example, 80 milliseconds) by turning on the ignition switch. The execution of the motor temperature calculation program is started in step S10, the substrate temperature Tb detected by the temperature sensor 31 is input in step S11, and the ambient temperature difference α is added to the input substrate temperature Tb in step S12. To calculate the offset temperature Toff.

ここで、オフセット温度Ｔoffを計算するための雰囲気温度差αについて説明しておく。この雰囲気温度差αは、電動モータ１５が回路基板３０に比べてエンジン装置２０の近くに位置するために、電動モータ１５の雰囲気温度が回路基板３０の雰囲気温度よりも高く、それらの温度差を表すものである。この雰囲気温度差αの決定に関しては、上記のように構成した車両を種々の環境下において、電動モータ１５と回路基板３０とが位置する雰囲気温度をそれぞれ測定し、これらの測定温度の差を表すデータを収集する。そして、測定温度の差の最大値をαとする。したがって、図７の中央および右側のモータ温度に示すように、雰囲気温度差αは、必ず種々の状況下における電動モータ１５と回路基板３０の位置する現実の雰囲気温度差以上の値である。   Here, the atmospheric temperature difference α for calculating the offset temperature Toff will be described. Since the electric motor 15 is positioned closer to the engine device 20 than the circuit board 30, the atmospheric temperature difference α is higher than the atmospheric temperature of the circuit board 30. It represents. Regarding the determination of the ambient temperature difference α, the ambient temperature at which the electric motor 15 and the circuit board 30 are located in each environment of the vehicle configured as described above is measured, and the difference between these measured temperatures is expressed. Collect data. And let the maximum value of the difference of measurement temperature be α. Therefore, as shown in the center and right motor temperatures in FIG. 7, the ambient temperature difference α is always greater than or equal to the actual ambient temperature difference between the electric motor 15 and the circuit board 30 under various conditions.

前記ステップＳ１２の処理後、電子制御ユニット３２は、ステップＳ１３にて、下記式１の演算の実行により電動モータ１５の今回モータ温度変動分ｄＴmを計算する。
ｄＴm＝ａ・ｄＴm-1＋β・(１−ａ)・Ｉm2 …式１
前記式１において、今回モータ温度変動分ｄＴmは、今回のモータ温度演算プログラムの実行によって計算された電動モータ１５の温度変動分を表す。前回モータ温度変動分ｄＴm-1は、前回のモータ温度演算プログラムの実行によって計算された電動モータ１５の温度変動分であり、初期には所定値（例えば、「０」）に設定されている。値ａは、「０」よりも大きく「１」よりも小さな予め決められた定数である。値βは、モータ電流の２乗値Ｉm2のための予め定められた温度変換係数である。 After the process of step S12, the electronic control unit 32 calculates the current motor temperature fluctuation dTm of the electric motor 15 by executing the calculation of the following equation 1 in step S13.
dTm = a · dTm-1 + β · (1-a) · Im 2 ... formula 1
In Equation 1, the current motor temperature fluctuation dTm represents the temperature fluctuation of the electric motor 15 calculated by executing the current motor temperature calculation program. The previous motor temperature fluctuation dTm−1 is the temperature fluctuation of the electric motor 15 calculated by executing the previous motor temperature calculation program, and is initially set to a predetermined value (for example, “0”). The value a is a predetermined constant larger than “0” and smaller than “1”. The value β is a predetermined temperature conversion coefficient for the square value Im 2 of the motor current.

そして、前記式１中の第１項ａ・ｄＴm-1は、前回モータ温度変動分ｄＴm-1が大きくなるに従って大きくなるとともに、前回モータ温度変動分ｄＴm-1が小さくなるに従って小さくなるもので、電動モータ１５の外気中への自然放熱を考慮して前回モータ温度変動分ｄＴm-1が今回モータ温度変動分ｄＴmに与える影響を表す項である。また、前記式１中の第２項β・(１−ａ)・Ｉm2は、電動モータ１５にモータ電流Ｉmを流したことによる発熱量を表す項である。 The first term a · dTm−1 in Equation 1 increases as the previous motor temperature fluctuation dTm−1 increases, and decreases as the previous motor temperature fluctuation dTm−1 decreases. This is a term representing the influence of the previous motor temperature fluctuation dTm-1 on the current motor temperature fluctuation dTm in consideration of the natural heat dissipation of the electric motor 15 into the outside air. Further, the second term β · (1−a) · Im 2 in the expression 1 is a term representing the amount of heat generated by flowing the motor current Im through the electric motor 15.

なお、前記式１においては、第１項ａ・ｄＴm-1および第２項β・(１−ａ)・Ｉm2の両係数ａ，(１−ａ)は独立した値ではないが、これを下記式２に示すように独立した係数を用いてもよい。
ｄＴm＝ａ・ｄＴm-1＋β・ｂ・Ｉm2 …式２
この場合も、係数ａ，ｂは、共に「０」より大きく「１」より小さな値である。また、第１項ａ・ｄＴm-1に関しては、電動モータ１５の雰囲気温度を考慮して前回モータ温度変動分ｄＴm-1が今回モータ温度変動分ｄＴmに与える影響を表す値を計算するようにしてもよい。 In Equation 1, the coefficients a and (1-a) of the first term a · dTm−1 and the second term β · (1−a) · Im 2 are not independent values. As shown in the following formula 2, an independent coefficient may be used.
dTm = a · dTm−1 + β · b · Im 2 Equation 2
In this case, the coefficients a and b are both larger than “0” and smaller than “1”. For the first term a · dTm−1, a value representing the influence of the previous motor temperature fluctuation dTm−1 on the current motor temperature fluctuation dTm is calculated in consideration of the ambient temperature of the electric motor 15. Also good.

前記ステップＳ１３の処理後、電子制御ユニット３２は、ステップＳ１４にて、下記式３に示すように、前記計算したオフセット温度Ｔoffと今回モータ温度変動分ｄＴmとを加算することにより、現在モータ温度Ｔmを計算する。
Ｔm＝ｄＴm＋Ｔoff …式３
そして、この現在モータ温度Ｔmは、前記放熱および発熱によって時間変化する電動モータ１５の現在の温度を表している。したがって、現在モータ温度Ｔmは所定の短時間ごとに順次計算されることになる。 After the process of step S13, the electronic control unit 32 adds the calculated offset temperature Toff and the current motor temperature fluctuation dTm in step S14 as shown in the following equation 3, thereby obtaining the current motor temperature Tm. Calculate
Tm = dTm + Toff Formula 3
The current motor temperature Tm represents the current temperature of the electric motor 15 that changes with time due to the heat dissipation and heat generation. Therefore, the current motor temperature Tm is sequentially calculated every predetermined short time.

前記現在モータ温度Ｔmの計算後、電子制御ユニット３２は、ステップＳ１５にて、次回のステップＳ１３の演算処理のために、今回計算した今回モータ温度変動分ｄＴmを前回モータ温度変動分ｄＴm-1として設定しておく。そして、電子制御ユニット３２は、ステップＳ１６にてこのモータ温度演算プログラムの実行を一旦終了する。   After calculating the current motor temperature Tm, in step S15, the electronic control unit 32 sets the current motor temperature fluctuation dTm calculated this time as the previous motor temperature fluctuation dTm-1 for the next calculation processing in step S13. Set it. Then, the electronic control unit 32 once ends the execution of the motor temperature calculation program in step S16.

また、電子制御ユニット３２は、図３のモータ温度演算プログラムの実行に並行して、図４のアシスト制御プログラムの実行を所定の短時間ごとに繰り返し実行している。このアシスト制御プログラムの実行はステップＳ２０にて開始され、電子制御ユニット３２は、ステップＳ２１にて、操舵トルクセンサ１７および車速センサ４１から、操舵トルクＴrおよび車速Ｖをそれぞれ入力する。   Further, the electronic control unit 32 repeatedly executes the assist control program of FIG. 4 every predetermined short time in parallel with the execution of the motor temperature calculation program of FIG. The execution of the assist control program is started in step S20, and the electronic control unit 32 inputs the steering torque Tr and the vehicle speed V from the steering torque sensor 17 and the vehicle speed sensor 41 in step S21.

次に、電子制御ユニット３２は、ステップＳ２２にて、ＲＯＭ内に設けられているアシストトルクテーブルを参照して、操舵トルクＴrおよび車速Ｖに応じて変化するアシストトルクＴasを計算する。このアシストトルクテーブルは、図５に示すように、複数の代表的な車速値ごとに、操舵トルクＴrの増加に従って増加する複数のアシストトルクＴasを記憶している。このアシストトルクＴasは、同一の操舵トルクＴrに対して、車速Ｖが低いほど大きい。なお、このアシストトルクテーブルを利用するのに代えて、操舵トルクＴrおよび車速Ｖに応じて変化するアシストトルクＴrを関数により予め定義しておき、同関数を利用してアシストトルクＴasを計算するようにしてもよい。さらに、本実施形態では、簡単化のためにアシストトルクＴasを操舵トルクＴrおよび車速Ｖのみにより決定するようにしたが、慣性補償、ダンパー補償などの各種補償演算による補償項を前記アシストトルクＴasに加味するようにしてもよい。このアシストトルクＴrの計算後、電子制御ユニット３２は、ステップＳ２３にて、アシストトルクＴrに予め決められた係数ｋを乗算して、アシスト電流指令値Ｉas（＝ｋ・Ｔas）を計算する。   Next, in step S22, the electronic control unit 32 refers to an assist torque table provided in the ROM, and calculates an assist torque Tas that changes according to the steering torque Tr and the vehicle speed V. As shown in FIG. 5, the assist torque table stores a plurality of assist torques Tas that increase as the steering torque Tr increases for each of a plurality of representative vehicle speed values. The assist torque Tas is larger as the vehicle speed V is lower than the same steering torque Tr. Instead of using this assist torque table, the assist torque Tr that changes according to the steering torque Tr and the vehicle speed V is defined in advance by a function, and the assist torque Tas is calculated using the function. It may be. Further, in the present embodiment, for simplification, the assist torque Tas is determined only by the steering torque Tr and the vehicle speed V. However, compensation terms by various compensation calculations such as inertia compensation and damper compensation are used as the assist torque Tas. You may make it take into account. After calculating the assist torque Tr, the electronic control unit 32 calculates an assist current command value Ias (= k · Tas) by multiplying the assist torque Tr by a predetermined coefficient k in step S23.

次に、電子制御ユニット３２は、ステップＳ２４にて、ＲＯＭ内に設けられている電流制限値テーブルを参照して、前記モータ温度演算プログラムによって計算された現在モータ温度Ｔmに応じて変化する電流制限値Ilimを計算する。この電流制限値テーブルは、図６に示すように、モータ温度Ｔmがある程度低い領域では、モータ温度Ｔmの増加に従って徐々に減少する電流制限値Ilimを記憶している。そして、モータ温度Ｔmが所定温度以上になると、この電流制限値Ilimは「０」となる。なお、この電流制限値テーブルを利用するのに代えて、モータ温度Ｔmに応じて変化する電流制限値Ilimを関数により予め定義しておき、同関数を利用して電流制限値Ilimを計算するようにしてもよい。   Next, in step S24, the electronic control unit 32 refers to the current limit value table provided in the ROM, and the current limit that changes according to the current motor temperature Tm calculated by the motor temperature calculation program. Calculate the value Ilim. As shown in FIG. 6, the current limit value table stores a current limit value Ilim that gradually decreases as the motor temperature Tm increases when the motor temperature Tm is low to some extent. When the motor temperature Tm becomes equal to or higher than the predetermined temperature, the current limit value Ilim becomes “0”. Instead of using the current limit value table, a current limit value Ilim that changes according to the motor temperature Tm is defined in advance by a function, and the current limit value Ilim is calculated using the function. It may be.

次に、電子制御ユニット３２は、ステップＳ２５，Ｓ２６の処理により、この計算した電流制限値Ilimを用いて前記ステップＳ２３にて計算したアシスト電流指令値Ｉasの絶対値｜Ｉas｜を電流制限値Ilim以下に制限する。すなわち、アシスト電流指令値Ｉasの絶対値｜Ｉas｜が電流制限値Ilim以下であれば、ステップＳ２５にて「Ｙｅｓ」と判定して、アシスト電流指令値Ｉasを変更することなく、プログラムをステップＳ２７に進める。一方、アシスト電流指令値Ｉasの絶対値｜Ｉas｜が電流制限値Ilimよりも大きければ、ステップＳ２５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２６にてアシスト電流指令値Ｉasを下記式４の演算の実行によって変更して、プログラムをステップＳ２７に進める。
Ｉas＝sign(Ｉas)・Ilim …式４
前記式４中のsign(Ｉas)は、アシスト電流指令値Ｉasが正であるとき「１」となり、負であるとき「−１」となり、「０」のとき「０」となる関数を表している。この式４の演算の実行により、アシスト電流指令値Ｉasは、その絶対値が電流制限値Ilimに等しく、かつ正負の符号が元のアシスト電流指令値Ｉasに等しい値に変更される。 Next, the electronic control unit 32 obtains the absolute value | Ias | of the assist current command value Ias calculated in step S23 by using the calculated current limit value Ilim by the processing of steps S25 and S26. Restrict to: That is, if the absolute value | Ias | of the assist current command value Ias is equal to or less than the current limit value Ilim, “Yes” is determined in step S25, and the program is executed in step S27 without changing the assist current command value Ias. Proceed to On the other hand, if the absolute value | Ias | of the assist current command value Ias is larger than the current limit value Ilim, “No” is determined in step S25, and the assist current command value Ias is calculated by the following equation 4 in step S26. The program is advanced to step S27.
Ias = sign (Ias) · Ilim (Formula 4)
The sign (Ias) in the equation 4 represents a function that is “1” when the assist current command value Ias is positive, “−1” when it is negative, and “0” when it is “0”. Yes. By executing the calculation of Expression 4, the assist current command value Ias is changed to a value whose absolute value is equal to the current limit value Ilim and whose sign is equal to the original assist current command value Ias.

ステップＳ２７においては、電子制御ユニット３２は、駆動回路３３を制御して、電動モータ１５に前記制限処理の施されたアシスト電流指令値Ｉasに等しい電流を流し、ステップＳ２８にてこのアシスト制御プログラムの実行を一旦終了する。したがって、電動モータ１５の温度（すなわちモータ温度Ｔm）が低く、アシスト電流指令値ＩasがステップＳ２５，Ｓ２６の処理によって制限されない状況では、電動モータ１５は、前記計算したアシストトルクＴasに対応したアシスト電流により駆動制御されて、同アシストトルクＴasに等しい回転トルクを発生する。これにより、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して適度なアシストトルクが付与される。また、電動モータ１５の温度（すなわち現在モータ温度Ｔm）が高く、アシスト電流指令値ＩasがステップＳ２５，Ｓ２６の処理によって制限される状況では、電動モータ１５は、電流制限値Ｉlimに絶対値の等しいアシスト電流により駆動制御されるので、電動モータ１５の温度上昇が抑えられて同電動モータ１５が保護される。   In step S27, the electronic control unit 32 controls the drive circuit 33 to cause the electric motor 15 to pass a current equal to the assist current command value Ias subjected to the limiting process. In step S28, the electronic control unit 32 End execution once. Therefore, in a situation where the temperature of the electric motor 15 (that is, the motor temperature Tm) is low and the assist current command value Ias is not limited by the processing in steps S25 and S26, the electric motor 15 uses the assist current corresponding to the calculated assist torque Tas. To generate a rotational torque equal to the assist torque Tas. Thereby, an appropriate assist torque is applied to the turning operation of the steering handle 11 by the driver. Further, in a situation where the temperature of the electric motor 15 (that is, the current motor temperature Tm) is high and the assist current command value Ias is limited by the processing in steps S25 and S26, the electric motor 15 has an absolute value equal to the current limit value Ilim. Since the drive is controlled by the assist current, the temperature increase of the electric motor 15 is suppressed and the electric motor 15 is protected.

上記作動説からも理解できるように、上記実施形態においては、上記所定時間ごとに実行される図３のモータ温度演算プログラムにおけるステップＳ１１，Ｓ１２の処理により、測定された基板温度Ｔbに雰囲気温度差αが加算されて、時間変化する電動モータ１５のオフセット温度Ｔoffが計算される。このオフセット温度Ｔoffの計算においては、エンジン装置２０の作動状態に応じて時間変化する測定基板温度Ｔbに、回路基板３０と電動モータ１５との雰囲気温度差αが加算されるので、エンジン装置２０の作動状態に応じて時間変化する電動モータ１５の雰囲気温度（オフセット温度Ｔoff）が良好に推定されることになる（図７の右側の温度参照）。   As can be understood from the above operation theory, in the above embodiment, the difference between the ambient temperature and the measured substrate temperature Tb is determined by the processing of steps S11 and S12 in the motor temperature calculation program of FIG. 3 executed every predetermined time. α is added to calculate the offset temperature Toff of the electric motor 15 that changes over time. In the calculation of the offset temperature Toff, the ambient temperature difference α between the circuit board 30 and the electric motor 15 is added to the measurement board temperature Tb that changes with time according to the operating state of the engine apparatus 20. The ambient temperature (offset temperature Toff) of the electric motor 15 that changes with time according to the operating state is estimated well (see the temperature on the right side of FIG. 7).

また、図３のステップＳ１３の所定時間ごとの繰り返し処理により、電動モータ１５の放熱および発熱を考慮して、時間変化する電動モータ１５の今回モータ温度変動分ｄＴmが計算される。そして、ステップＳ１４の処理により、前記オフセット温度Ｔoffに、この今回モータ温度変動分ｄＴmが加算されて現在モータ温度Ｔmが計算されるので、エンジン装置２０の作動状態に応じて時間変化する電動モータ１５の温度が高精度で推定されることになる。   Further, the current motor temperature variation dTm of the electric motor 15 that changes with time is calculated in consideration of heat dissipation and heat generation of the electric motor 15 by repeating the processing at predetermined time intervals in step S13 of FIG. In step S14, the current motor temperature Tm is calculated by adding the current motor temperature fluctuation dTm to the offset temperature Toff, so that the electric motor 15 that changes with time according to the operating state of the engine device 20 is calculated. Is estimated with high accuracy.

また、基板温度Ｔbは電気回路の作動時に検出されるので、温度センサ３１によって検出される回路基板３０の温度は、電気回路による発熱分だけ回路基板３０の雰囲気温度よりも高くなる（図７の右側の温度参照）。そして、この測定した基板温度Ｔbに、種々の環境下における実験によって決定された最大の雰囲気温度差αを加えてオフセット温度Ｔoffとしたので、オフセット温度Ｔoffは、電動モータ１５の雰囲気温度よりも多少の余裕をもって高くなり、演算によって推定されたモータ温度Ｔmは電動モータ１５の実温度よりも低くなることはない（図７の中央と右側の温度参照）。したがって、このモータ温度Ｔmを用いた電動モータ１５に流れる電流の制限処理により、電動モータ１５が適切に保護されるようになる。   Further, since the substrate temperature Tb is detected when the electric circuit is operated, the temperature of the circuit board 30 detected by the temperature sensor 31 is higher than the ambient temperature of the circuit board 30 by the amount of heat generated by the electric circuit (FIG. 7). Refer to the temperature on the right). Since the maximum ambient temperature difference α determined by experiments under various environments is added to the measured substrate temperature Tb to obtain the offset temperature Toff, the offset temperature Toff is slightly higher than the ambient temperature of the electric motor 15. The motor temperature Tm estimated by the calculation does not become lower than the actual temperature of the electric motor 15 (see the center and right side temperatures in FIG. 7). Therefore, the electric motor 15 is appropriately protected by the limiting process of the current flowing through the electric motor 15 using the motor temperature Tm.

さらに、本発明は上記実施形態およびその変形例に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。   Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment and its modifications, and various modifications can be employed within the scope of the present invention.

例えば、上記実施形態においては、操舵アシスト用の電動モータ１５をラックバー１４に組み付けるようにした。しかし、これに代えて、操舵アシスト用の電動モータをステアリングシャフト１２に組み付けて、電動モータがステアリングシャフト１２を軸線周りに回転駆動するようにしてもよい。この場合も、電動モータの回転を減速器を介してステアリングシャフト１２に伝達するようにするとよい。   For example, in the above embodiment, the steering assist electric motor 15 is assembled to the rack bar 14. However, instead of this, an electric motor for assisting steering may be assembled to the steering shaft 12 so that the electric motor rotates the steering shaft 12 around the axis. In this case as well, the rotation of the electric motor may be transmitted to the steering shaft 12 via the speed reducer.

また、上記実施形態においては、操舵ハンドル１１として回動操作されるものを採用した。しかし、この操舵ハンドル１１に代えて、例えばジョイスティックなどのように直線的な操作により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を操舵させる操舵ハンドルを利用した車両の操舵装置にも本発明は適用される。この場合、電動モータは、その回転により、ジョイスティックの直線的な操舵操作をアシストする。   In the embodiment, the steering handle 11 that is rotated is adopted. However, the present invention is also applied to a vehicle steering apparatus using a steering handle for steering the left and right front wheels FW1 and FW2 by a linear operation such as a joystick instead of the steering handle 11. In this case, the electric motor assists the linear steering operation of the joystick by its rotation.

さらに、上記実施形態においては、本発明をエンジン装置のみを搭載した車両に適用したが、本発明はハイブリッド車両にも適用できる。例えば、エンジン−電動機システム、エンジン−フライホイールシステム、電動機−フライホイールシステム、ガスタービン−フライホイールシステムなどのハイブリッド車両にも適用できる。   Further, in the above embodiment, the present invention is applied to a vehicle equipped with only an engine device, but the present invention can also be applied to a hybrid vehicle. For example, the present invention can also be applied to hybrid vehicles such as an engine-electric motor system, an engine-flywheel system, an electric motor-flywheel system, and a gas turbine-flywheel system.

車両用電動パワーステアリング装置の全体を概略的に示すとともに、同装置の車両に対する配置を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an entire electric power steering device for a vehicle and schematically showing the arrangement of the device with respect to a vehicle. 車両用電動パワーステアリング装置の電気回路のブロック図である。It is a block diagram of the electric circuit of the electric power steering device for vehicles. 図２の電子制御ユニットにより実行されるモータ温度演算プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the motor temperature calculation program performed by the electronic control unit of FIG. 図２の電子制御ユニットにより実行されるアシスト制御プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the assist control program performed by the electronic control unit of FIG. 操舵トルクと、車速と、アシストトルクとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between steering torque, vehicle speed, and assist torque. モータ温度と電流制限値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between motor temperature and a current limiting value. 電動モータの温度に関係した要素を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the element related to the temperature of an electric motor.

符号の説明Explanation of symbols

１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１４…ラックバー、１５…電動モータ、１７…操舵トルクセンサ、２０…エンジン装置、３０…回路基板、３１…温度センサ、３２…電子制御ユニット、３３…駆動回路、３４…電流センサ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Steering handle, 12 ... Steering shaft, 14 ... Rack bar, 15 ... Electric motor, 17 ... Steering torque sensor, 20 ... Engine device, 30 ... Circuit board, 31 ... Temperature sensor, 32 ... Electronic control unit, 33 ... Drive Circuit, 34 ... current sensor.

Claims (3)

操舵アシスト用の電動モータを駆動制御するための電気回路を設けた回路基板上に設けられて回路基板上の温度を検出する温度センサと、
前記電動モータに流れる電流を検出する電流センサと、
前記温度センサによって検出された温度と前記電流センサによって検出された電流とを用いて前記電動モータの温度を推定する温度推定手段とを備えた電動パワーステアリング装置における電動モータの温度推定装置において、
前記温度推定手段を、
前記温度センサによって検出されている回路基板上の温度と、電動モータの雰囲気温度と前記回路基板の雰囲気温度との差を表す所定値と、前記電流センサによって検出された電流を用いて計算される電動モータの発熱量と前記電動モータの放熱量とを考慮した温度変動分とを所定時間ごとに合算して、時間変化する電動モータの温度を推定するように構成した電動パワーステアリング装置における電動モータの温度推定装置。 A temperature sensor provided on a circuit board provided with an electric circuit for driving and controlling a steering assist electric motor, and detecting a temperature on the circuit board;
A current sensor for detecting a current flowing through the electric motor;
In the temperature estimation device for an electric motor in an electric power steering apparatus comprising temperature estimation means for estimating the temperature of the electric motor using the temperature detected by the temperature sensor and the current detected by the current sensor,
The temperature estimating means;
Calculated using the temperature on the circuit board detected by the temperature sensor, a predetermined value representing the difference between the ambient temperature of the electric motor and the ambient temperature of the circuit board, and the current detected by the current sensor. An electric motor in an electric power steering apparatus configured to estimate a temperature of an electric motor that changes with time by adding a temperature fluctuation amount considering a heat generation amount of the electric motor and a heat dissipation amount of the electric motor every predetermined time Temperature estimation device. 前記電動モータの発熱量は、前記電流センサによって検出された電流の２乗値に比例するものである請求項１に記載した電動パワーステアリング装置における電動モータの温度推定装置。   2. The temperature estimation device for an electric motor in an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the amount of heat generated by the electric motor is proportional to the square value of the current detected by the current sensor. 前記電動モータの雰囲気温度と前記回路基板の雰囲気温度との差を表す所定値は、前記両雰囲気温度の差がいかなる状況下でも前記所定値を超えないように予め設定した定数である請求項１または請求項２に記載した電動パワーステアリング装置における電動モータの温度推定装置。
The predetermined value representing the difference between the ambient temperature of the electric motor and the ambient temperature of the circuit board is a constant set in advance so that the difference between the ambient temperatures does not exceed the predetermined value under any circumstances. Or the temperature estimation apparatus of the electric motor in the electric power steering apparatus of Claim 2.
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