JP3931181B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、「外部よりの電源投入動作にしたがって電動機へ電源を投入すると共に、電動機に対する各種制御情報を設定する制御部を備え、この制御部に自己に供給される電源を自己保持する電源自己保持手段と、電動機に流れる電流の値より電動機の上昇温度を推定する温度推定手段と、電動機への電源供給遮断後、推定された上昇温度に基づいて自己保持している電源を遮断するまでの時間を演算する遮断時間演算手段と、演算された遮断時間経過後に電源自己保持手段に電源遮断指令を出力する電源遮断手段とを備えた電動機制御装置」が開示されている。
従って、イグニッションスイッチがON(オン)状態からOFF(オフ)状態へ変更される際のバッテリの負担が大きいという問題点があった。
そのため、モータの温度が許容値以下に充分下がってから再度イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態へと変更されたときであっても、モータ高温時の記憶された電流制限値に関するデータに基づいた値を電流制限値の初期値とし、この初期値に応じた電流をモータに流す。
そのため、モータ(電動機)は、その始動特性が制限され、適切な電流制限値の初期値で効率よく駆動されないという問題点もあった。
上記経過状態は、上記イグニションスイッチがオン状態からオフ状態へ変更されるときの第一の時刻と上記イグニションスイッチがオフ状態からオン状態へ変更されるときの第二の時刻とからに演算によって求められる上記イグニションスイッチオフ状態の経過時間であることを特徴とする。
また、本発明によれば、イグニッションスイッチがオン状態から一旦オフ状態とされ、その後オンの状態に短時間内に変更された場合であっても、また、モータの温度が許容値以下に充分下がってから、再度、イグニッションスイッチをオフ状態からオン状態へと変更された場合であっても、適切な電流制限値の初期設定値でモータを効率よく駆動させることができる。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものを表す。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置の全体構成を示す図である。
図において、1はステアリングホイール(操舵ハンドル)、2はステアリングシャフト、3はモータの駆動制御を行うECU(ELECTRONIC CNTROL UNIT)であるコントローラ、4はバッテリ、5はトルクセンサ、6は減速器機、7はモータ(電動機)、8は車輪(前輪)である。
なお、ステアリングホイール(操舵ハンドル)1、ステアリングシャフト2、トルクセンサ5、減速機5などによって、ステアリングホイール1の操舵トルクを受けて車輪(前輪)8を操舵するステアリング機構が構成されている。
図において、101はイグニッションスイッチ、102はトルクセンサ5によって検出されるトルク、103は車載LAN、104はCPU、105はCPU104に5Vの電源を供給する5V電源(5V power supply)、106はモータ駆動制御回路である。
107はコントローラ3の状態を保持するための記憶手段であるEEPROM(electrically erasable and programmable read only memory :電気的に消去可能なプログラマブルROM)であって、後述するように、この記憶手段(EEPROM)107には、操舵状態に応じたモータ電流に対して電流制限をかける電流制限値、操舵状態に応じてモータ7に通流した電流の積算値、操舵状態に応じてモータ7に通流した電流の平均値などが、コントローラ3の状態として保持される。
なお、記憶手段(EEPROM)107は、電力供給を受けることなくコントローラ3の状態を保持する。
記憶手段は、EEPROMだけでなく、スタティクRAM、フラッシュメモリであってもよく、一時的にイグニッションががオフして記憶できる媒体であれば、何んでもよい。
後述するように、この初期値設定手段108は、イグニッションスイッチ101がオン状態からオフ状態へ変更されたときにコントローラ3の状態を記憶手段(EEPROM)107に記憶させるとともに、イグニッションスイッチ101がオフ状態からオン状態へ変更されたときに記憶手段(EEPROM)107に記憶されたコントローラ3の状態とイグニションスイッチ101がオフされている間の経過状態(例えば、イグニションスイッチ101がオフされている間の経過時間)とに基づいて、コントローラ3あるいはモータ7の過熱状態の経過を求めてモータ7に対する電流制限値の初期値を設定する。
なお、Tr1〜Tr6はモータ駆動制御回路106によってモータ5に通流する電流をON(オン)/OFF(オフ)制御するスイッチング素子である。
図3に沿って、本実施の形態による電動パワーステアリング装置の動作を説明する。
電動パワーステアリング装置が起動する時は、まず、処理ステップS1においてイグニションスイッチ101がOFF(オフ)状態からON(オン)状態に変更されたかを判断する。
そして、判断結果がYES(即ち、イグニションスイッチ101がオン状態)であれば、処理ステップS2において記憶手段(EEPROM)107が記憶しているコントローラ3の状態を処理ステップS2にて読み出し、処理ステップS3において読み出したコントローラ3の状態とイグニッションスイッチ101がOFF(オフ)されていた間の経過状態に基づいて、モータ7の過熱状態に応じた電流制限値の初期値を設定する。
処理ステップS1においてイグニションスイッチ101がOFF(オフ)状態からON(オン)状態に変更されたかを判断した結果が、NO(即ち、イグニションスイッチ101がオフ状態)であれば、次の処理ステップS4に移行する。
そして、処理ステップS5においてコントローラ3の状態を記憶手段(EEPROM)107に書き込んで電動パワーステアリング装置を停止する。
処理ステップS4において、イグニションスイッチ101がON(オン)状態からOFF(オフ)状態に変更されたかを判断した結果が、NO(即ち、イグニションスイッチ101がオン状態)であれば、処理ステップS6以降の電動パワーステアリング装置としての動作に移行する。
電動パワーステアリング装置のトルク(操舵トルク)に対するモータ電流値の基本的な特性は、予め図4のように決められている。
そこで、処理ステップS6において、操舵トルクに応じたモータ7の基本電流値を取り出し、処理ステップS7において、ステアリング系での損失などを補うために基本電流値に対して補正量を加減算し、実際にモータ7に通流する目標電流値Itを決定する。
なお、「据え切り」とは車両が停止した状態でハンドルを操作することであり、このようなハンドル操作を行うとモータ7に流れる電流は最も大きくなり、モータ7の発熱は最大となる。
そのため、処理ステップS8において、目標電流値Itに対して、パワーステアリング系の過熱状態によって決定する電流制限値の制限をかけ、最終モータ電流値Ifを決定し、CPU104はモータ駆動制御回路106に指示を出す。
モータ7は、モータ駆動制御回路106によって駆動され、操舵アシストを行う。
また、処理ステップS10に示すように、電流制限値はモータ7への電流の通流状況に応じて更新されて行く。
従って、モータの上昇温度が許容値以下に低下していなくても車両のバッテリから駆動制御を行うECU(即ち、コントローラ3)へ電源の供給を切断できるので、イグニッションスイッチ101をオフ状態とする際のバッテリの負担を軽減することが可能となる。
また、イグニッションスイッチ101がオフ状態からオン状態となったときに記憶手段107が保持しているデータを読み出して加工し、これを過熱状態に応じて更新されていく電流制限値の初期値とする。
従って、イグニッションスイッチ101がオン状態から、一旦オフ状態とされ、その後オン状態に短時間内に変更された場合であっても、また、モータ7の温度が許容値以下に充分下がってから、再度イグニッションスイッチ101をオフ状態からオン状態へと変更された場合であっても、適切な電流制限値の初期値でモータを動作させることができるので、モータを効率よく駆動させることが可能となる。
本実施の形態では、イグニッションスイッチ101がオン状態からオフ状態へ変更されたときに記憶手段(EEPROM)107に記憶させる「コントローラの状態」の具体例について説明する。
記憶手段(EEPROM)107に記憶させるデータ(即ち、コントローラの状態)としては、例えば、イグニッションスイッチ101がオン状態からオフ状態となったときの電流制限値であってもよい。
この電流制限値をイグニッションスイッチ101がオン状態からオフ状態となったときに記憶手段(EEPROM)107に書き込む。
その後、イグニッションスイッチ101がオン状態に変更されたとき、初期値設定手段108は、記憶手段(EEPROM)107に記憶したコントローラ3の状態である電流制限値とイグニッションスイッチ101がオフされている間の経過状態(例えば、オフ時間)に基づいて、コントローラ3あるいはモータ7の過熱状態の経過を求めてモータ7に対する電流制限値の初期値を設定する。
実際には放熱作用があるので、モータ電流を積算しても、モータ7での発熱量が小さいと、モータ温度は上昇せず、熱収支のバランスがとれた状態となる。
そこで、モータ電流にある所定値(例えば、熱収支のバランスが取れる一定電流値)を設定し、モータ電流がこの設定された所定値をこえるとモータ電流の加減算を行い、加減算されたモータ電流の積算値をイグニッションスイッチ101がオン状態からオフ状態となったときに記憶手段(EEPROM)107に書き込む。
そして、その後、イグニッションスイッチ101がオン状態に変更されたとき、記憶手段(EEPROM)107に記憶した積算値とイグニッションスイッチ101がオフされている間の経過状態(例えば、オフ時間)に基づいて、コントローラ3あるいはモータ7の過熱状態の経過を求めてモータ7に対する電流制限値の初期値を設定する。
この場合、イグニッションスイッチ101がオン状態からオフ態となったときに、記憶手段(EEPROM)107にモータ電流の平均値を「コントローラの状態」として書き込む。
そして、その後、イグニッションスイッチ101がオン状態に変更されたとき、記憶手段(EEPROM)107に記憶したモータ電流の電流平均値とイグニッションスイッチ101がオフされている間の経過状態(例えば、オフ時間)に基づいて、コントローラ3あるいはモータ7の過熱状態の経過を求めてモータ7に対する電流制限値の初期値を設定する。
この場合は、イグニッションスイッチ101がオン状態からオフ状態となったときに、コントローラ3の内部の特に発熱する部分の温度データを「コントローラの状態」として記憶手段(EEPROM)107に書き込む。
そして、記憶手段(EEPROM)107に記憶された温度データとイグニッションスイッチ101がオフされている間の経過状態(例えば、オフ時間)に基づいて、コントローラ3あるいはモータ7の過熱状態の経過を求めてモータ7に対する電流制限値の初期値を設定する。
本実施の形態では、イグニションスイッチ101がオフされている間の「経過状態」の具体的な検出の仕方について説明する。
例えば、イグニションスイッチ101がオフされている間の「経過状態」は、イグニッションスイッチ101がオフ状態の経過時間であってもよい。
この場合、イグニッションスイッチ101がオフ状態の経過時間は、イグニッションスイッチ101がオン状態からオフ状態となったときの時刻T1(第一の時刻)を記憶手段(EEPROM)107に記憶し、その後、イグニッションスイッチ101がオン状態に変更されたときの時刻をT2(第二の時刻)としたとき、イグニッションスイッチオフ状態の経過時間ΔT3は、
ΔT3 = T2―T1
として求めることが出来る。
図において、201は、イグニションスイッチ101を切断しても動作している機器(キーレスエントリシステム)のコントローラ(キーレスエントリシステムコントローラ)である。また、202および203はイグニションスイッチ101を切断すると動作を停止するコントローラである。
上述の時刻T1(第一の時刻)および時刻T2(第二の時刻)は、イグニションスイッチ101を切断しても動作しているキーレスエントリシステムコントローラ201から得ることも出来る。
なお、イグニションスイッチ101を切断しても動作している機器の例としては、オーディオ、時計、ゲートウェイコントローラ、サーバコントローラなどが挙げられる。
また、ナビゲーションシステムで用いているGPS信号からこれらの時刻データを得てもよく、また、同様に電波時計の信号からこれらの時刻データを得ても良い。
GPS信号や電波時計信号から時刻データを得る場合、受信したこれらの信号は、車載LAN103を介してCPU104に常時入力されており、該CPU104によってイグニッションスイッチ101がオンまたはオフする時刻を検出するよう構成されている。
前述の実施の形態では、イグニションスイッチ101がオフされている間の経過状態として、イグニションスイッチ101がオン状態からオフ状態へ変更されるときの第一の時刻T1とイグニションスイッチ101がオフ状態からオン状態へ変更されるときの第二の時刻T2を得て、第一の時刻T1と第二の時刻T2によって定まるイグニションスイッチオフ状態の経過時間を求めた。
しかし、本実施の形態では、イグニッションスイッチ101がオン状態からオフ状態となり、その後オン状態に変更されたときの時間を直接計測するものである。
即ち、イグニッションスイッチ101がオン状態の時に充電しておき、イグニッションスイッチ101がオフ状態になると放電を開始するように、コンデンサを配置する。
コンデンサの放電電圧は、図6に示すようにイグニッションスイッチ101のオフ時間とともに低下していく。
従って、この放電電圧を測定することによってイグニションスイッチ101がオフされている時間を計測することが可能である。
また、コンデンサの容量に応じて放電電圧が低下するカーブが異なるので、コンデンサの容量は、ステアリング系が冷却する時間を計測できるような値に設定すればよい。
まず、電動パワーステアリング装置内の最も発熱する場所、例えば、モータ駆動部分のスイッチング素子Tr1〜Tr6の付近の温度データ(即ち、高温部分の温度データ)THと、あまり発熱しない場所、例えば素子の密集していない付近の温度(即ち、周囲温度)TLとの差を計測する。
図7は、その温度変化を表したもので、イグニッションスイッチ101がオフ状態に入ると発熱要因がなくなるため、THは下がりはじめTLに近づいていく。
従って、THとTLの差△Tempを求め、この差(△Temp)によって、イグニッションスイッチオフ101がオフ状態の時間の推定を行うことが出来る。
ここで、温度を測定する部位は、コントローラ3の内部だけでなく、電動パワーステアリング装置にかかわる部分であればよく、モ−タ7でもよい。
イグニションスイッチ101がオフ状態中の雰囲気温度によって、電動パワーステアリング装置の冷却される度合いが変化するため、雰囲気温度に応じて、初期値設定手段はモータ7に対する電流制限値の初期値を補正する必要がある。
そこで、本実施の形態では、雰囲気温度に応じて変化する係数Ktmpを設けておく。
例えば、常温時をKtmp=100%とし、低温であればKtmp<100%、高温時はKtmp>100%にあらかじめ設定しておく。
そして、イグニションスイッチ101のオフ状態の時間に上記係数Ktmpを乗算してオフ状態の時間を求めることにより、雰囲気温度の影響を補正することが可能となる。
また、イグニッションスイッチ101がオン状態からオフ状態へと変更されたときの雰囲気温度と、イグニッションスイッチ101がオフ状態からオン状態へと変更されたときの雰囲気温度との差を使用することも考えられる。
初期設定手段の初期値を決める方法は、記憶したコントローラの状態として、電流平均値を記憶した場合を例にして説明する。
記憶した電流平均値を計測したイグニッションスイッチ101のオフ状態の時間との1次式の関係から、初期値を求めることが可能である。
図8は、イグニッションスイッチ101のオフ状態の時間と初期設定手段が設定する初期値との関係を一次式によって表した場合を示している。
記憶した電流平均値から一次式のグラフを求め、横軸のオフ状態の時間から縦軸の初期値を求めることが出来る。
記憶した電流平均値から一次遅れを持ったグラフを求め、横軸のオフ状態の時間から縦軸の初期値を求めることが出来る。
一次遅れを持ったグラフを用いた方が、より実体に合った電流制限値の初期値を設定することができる。
3 コントローラ 4 バッテリ
5 トルクセンサ 6 減速機
7 モータ 8 車輪(前輪)
101 イグニションスイッチ 102 トルク入力
103 車載LAN 104 CPU
105 5V電源部 106 モータ駆動回路、
107 記憶手段(EEPROM) 108 初期値設定手段
201 キーレスエントリシステムコントローラ
202、203 コントローラ
Claims (6)
- ステアリングホイールの操舵トルクを受けて、車輪を操舵するステアリング機構と、
上記ステアリング機構に操舵補助力を付加するモータと、
操舵状態に応じて上記モータに通流する電流を制御するコントローラと、
上記コントローラの状態を保持する記憶手段と、
イグニッションスイッチがオン状態からオフ状態へ変更されたときに上記コントローラの状態を上記記憶手段に記憶させると共に、上記イグニッションスイッチがオフ状態からオン状態へ変更されたときに上記記憶手段に記憶されたコントローラの状態と上記イグニションスイッチがオフされている間の経過状態とに基づいて、上記コントローラあるいは上記モータの過熱状態の経過を求めて上記モータに対する電流制限値の初期値を設定する初期値設定手段とを備え、
上記経過状態は、上記イグニションスイッチがオン状態からオフ状態へ変更されるときの第一の時刻と上記イグニションスイッチがオフ状態からオン状態へ変更されるときの第二の時刻とから演算によって求められる上記イグニションスイッチオフ状態の経過時間であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 上記第一の時刻および上記第二の時刻は、上記イグニッションスイッチがオフ状態でも動作している機器から得ることを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
- 上記第一の時刻および上記第二の時刻は、電波時計で用いる信号から得ることを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
- 上記初期値設定手段は、上記イグニションスイッチオフ状態の経過時間と上記モータに対する電流制限値の初期値の関係を一次式で求めることを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
- 上記初期値設定手段は、上記イグニションスイッチオフ状態の経過時間と上記モータに対する電流制限値の初期値の関係を指数関数で求めることを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
- 上記初期値設定手段は、上記イグニションスイッチオフ状態の経過時間と上記モータに対する電流制限値の初期値の関係を予めテーブル化しておくことを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
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