JP4064600B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の運転者の操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者の操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置を効率よく過熱保護する方法が種々考案されている。図１６及び図１７は、実用新案第２５８６０２０号公報に示された従来の電動パワーステアリング装置を示す図である。
図１６は、従来の電動パワーステアリング装置を示す制御ブロック図である。図１６において、１は運転者の操舵力を検出するトルクセンサ、２は車両の速度を検出する車速センサ、３はマイクロプロセッサ、４はモータ駆動回路、５はモータ駆動回路４によって駆動され、操舵補助力を発生するモータ、６はモータ５に流れる電流を検出するモータ電流検出手段である。３１はトルクセンサ１が検出した運転者の操舵力に応じて、運転者の操舵力を軽減するためのモータ電流を決める操舵力補助電流設定手段、３２はモータの慣性モーメントの影響を軽減するためのモータ電流を決める慣性補償電流設定手段、３３はモータ電流やモータ駆動回路４を過熱保護するために、モータ電流の上限を決めるモータ電流上限値設定手段であり、３１〜３３は、マイクロプロセッサ３にてソフトウェアで実現されるものである。
【０００３】
図１７は、従来の電動パワーステアリング装置の電流上限値を説明する図である。
次に、従来の電動パワーステアリング装置の動作について説明する。
運転者が操舵すると、トルクセンサ１によって操舵力が検出され、マイクロプロセッサ３にその信号が入力される。マイクロプロセッサ３は、車速センサ２が検出した車速と、操舵力に基づいて、操舵力補助電流設定手段３１によって、適切な操舵力が得られるように操舵力補助電流を設定する。また、慣性補償電流設定手段３２によって、モータの慣性モーメントの影響を軽減して、操舵フィーリングを向上させるように慣性補償電流を設定する。操舵力補助電流は、モータ電流上限値設定手段３３にて、モータ電流検出手段６によって検出されたモータ電流の２乗の積算値に応じて、図１７の特性で決まる上限値以下に制限される。上限値を制限された操舵力補助電流と慣性補償電流は加算され、加算値とモータ電流検出手段６によるモータ電流検出値が一致するようにフィードバック制御されて、モータ駆動回路４によってモータ５が駆動される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング装置では、電流の２乗値が発熱量と関連が深く、過熱保護の指標として適切とされており、モータ電流上限値設定手段３３では、モータ電流の２乗の積算値に応じて、モータ電流の上限を決定していた。ところが、実際には、モータないしコントローラの発熱部位における損失は、電流のべき関数で近似でき、その指数は１乗と２乗の間になる。よって、特に大電流域においては、電流の２乗値を指標として過熱保護すると、保護が過度になるという問題があった。その結果、何度も据え切りするような狭い駐車場での車庫入れの際には、操舵補助力が不足し、運転者の操舵力が増大するという問題があった。
【０００５】
また、上記従来装置の他、モータ電流の１乗の積算値に応じて、モータ電流の上限を決めるものも知られている。この場合、実用新案第２５８６０２０号公報にも記載されているように、上限値設定が合理的ではなく、モータ駆動回路４を余裕をもたせた設計とすることが必要であった。
【０００６】
以下、図によってこれを説明する。
図１８は、一般的なＤＣモータの等価回路を示す図である。
図１８において、７は電機子抵抗、８は電機子インダクタンス、９はブラシ抵抗である。
図１９は、図１８のＤＣモータのブラシの電圧降下を説明する図である。
【０００７】
図１８において、モータ電流をＩｍ、ブラシの電圧降下をＶｂｒとすると、モータの銅損Ｐｍは下式で表される。
Ｐｍ＝Ｒａ＊Ｉｍ2 ＋Ｖｂｒ＊Ｉｍ ・・・・・・・・・・（１）
ただし、
Ｐｍ： モータ銅損（Ｗ）
Ｒａ： 電機子抵抗（Ω）
Ｉｍ： 電機子電流（Ａ）
Ｖｂｒ： ブラシ電圧降下（Ｖ）
ここで、図１９に示す通り、ブラシの電圧降下Ｖｂｒは、電機子電流Ｉｍの増加とともに増加し、電機子電流Ｉｍが所定値Ｉｍ１以上になると、所定値Ｖｂｒ１で飽和する特性を持つ。すなわち、モータの発熱が問題となる電機子電流Ｉｍ＞所定値Ｉｍ１の大電流域では、ブラシの電圧降下Ｖｂｒは、電機子電流Ｉｍに関わらず一定になる。
図１９と（１）式から、モータ銅損Ｐｍは、電機子電流Ｉｍの２乗に比例する項と、電機子電流Ｉｍの１乗に比例する項の和と見なせる。ゆえに、モータ銅損Ｐｍは電機子電流Ｉｍのべき関数として、
Ｐｍ≒Ｃ１＊Ｉｍn1 ・・・・・・・・・・・・（２）
ただし、
１≦ｎ１≦２
Ｃ１： 任意の定数
と近似できる。
【０００８】
また、図２０は、従来の電動パワーステアリングコントローラのモータ駆動回路を示す図である。
図２０において、４はＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４からなるモータ駆動回路、５はモータ、１０はバッテリである。
図２１は、図２０のモータ駆動回路の電流波形を示す図であり、ＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ４をＰＷＭ駆動し、ＭＯＳＦＥＴＱ２とＱ３をオフしている場合のモータ電流波形である。
図２２は、従来の電動パワーステアリング装置のモータ駆動回路のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの電圧降下を説明する図である。
【０００９】
次に、図２０のモータ駆動回路の動作について説明する。
ＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ４がオンしている期間では、経路Ｉ１によりモータ電流が流れる。ＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ４がオフしている期間では、ＭＯＳＦＥＴＱ２とＱ３の寄生ダイオードがオンし、経路Ｉ２によりモータ電流が流れる。ここで、ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４の損失をそれぞれＰ１〜Ｐ４とし、スイッチング損失を無視すれば、モータ駆動回路４の損失Ｐｄは、下式で表される。
Ｐｄ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４ ・・・・・・・・・・・（３）
Ｐ１＝Ｐ４＝α＊Ｒｏｎ＊Ｉｍ2 ・・・・・・・・・・・（４）
Ｐ２＝Ｐ３＝（１−α）ＶＦ＊Ｉｍ ・・・・・・・・・・（５）
ただし、
Ｐｄ：モータ駆動回路のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
Ｐ１： ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
Ｐ２： ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
Ｐ３： ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
Ｐ４： ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
α： Ｑ１、Ｑ４通流率
Ｒｏｎ： ＭＯＳＦＥＴオン抵抗（Ω）
Ｉｍ： モータ電流（＝Ｉ１、Ｉ２）（Ａ）
ＶＦ： ＭＯＳＦＥＴ寄生ダイオード順方向電圧（Ｖ）
ここで、図２２に示す通り、ＭＯＳＦＥＴ寄生ダイオード順方向電圧ＶＦは、モータ電流Ｉｍの増加とともに増加し、モータ電流Ｉｍが所定値Ｉｍ２以上になると、所定値ＶＦ１で飽和する特性を持つ。すなわち、モータ駆動回路４の発熱が問題となるＩｍ＞Ｉｍ２の大電流域では、ＭＯＳＦＥＴ寄生ダイオード順方向電圧ＶＦは、モータ電流Ｉｍに関わらず一定になる。
【００１０】
図２２と（３）〜（５）式から、モータ駆動回路のスイッチング損失を除く損失Ｐｄは、モータ電流Ｉｍの２乗に比例する項と、モータ電流Ｉｍの１乗に比例する項の和と見なせる。ゆえに、モータ駆動回路のスイッチング損失を除く損失Ｐｄは、モータ電流Ｉｍのべき関数として、
Ｐｄ≒Ｃ２＊Ｉｍn2・・・・・・・・・・・・・（６）
ただし、
１≦ｎ２≦２
Ｃ２： 任意の定数
と近似できる。
【００１１】
以上のように、モータ、コントローラともに、損失は、電流のべき関数で近似でき、指数は１乗と２乗の間になる。ゆえに、電流の２乗値を発熱の指標とすると、過熱保護が過度であった。
また、モータ電流の１乗の積算値に応じてモータ電流の上限を決める場合には、上限値設定が合理的ではなく、モータ駆動回路４を余裕をもたせた設計とすることが必要であった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、適切な過熱保護を施し、据え切りが繰り返された場合にも十分な操舵補助力を確保することができる電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる電動パワーステアリング装置においては、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
【００１４】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
【００１５】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
さらに、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
また、べき関数は、多項式近似されるものである。
【００１６】
さらにまた、べき関数は、折れ線近似されるものである。
また、モータを駆動する複数のモータ駆動方式を有するモータ駆動回路を備え、モータ駆動回路の駆動方式に応じて、べき関数の定数を切り替えるものである。
また、べき関数は、所定の関数により時間的に遅延されて、モータ目標電流の上限値の設定に用いられるものである。
【００１７】
加えて、電動パワーステアリング装置の温度上昇に関連する個所の温度を検出するよう設けられた温度検出手段を備え、モータ電流上限値設定手段は、温度検出手段によって検出された温度に応じてモータ目標電流の上限値を修正するものである。
また、モータ電流上限値設定手段は、複数のべき関数を用いて複数のモータ目標電流の上限値を演算し、演算された複数のモータ目標電流の上限値の内から一つを選定するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
図１において、１は運転者の操舵力を検出するトルクセンサ、２は車両の速度を検出する車速センサ、３はマイクロプロセッサ、４はモータ駆動回路、５はモータ駆動回路４によって駆動され、操舵補助力を発生するモータ、６はモータ５に流れる電流を検出するモータ電流検出手段である。１０はバッテリ、１２は電動パワーステアリングコントローラであり、トルクセンサ１、車速センサ２が入力信号として接続され、モータ５が負荷として接続され、バッテリ１０が電源として接続されている。３１はトルクセンサ１が検出した運転者の操舵力に応じて、運転者の操舵力を軽減するためのモータ電流を決める操舵力補助電流設定手段、３３はモータ電流やモータ駆動回路４を過熱保護するために、モータ電流の上限を決めるモータ電流上限値設定手段である。３４は操舵力補助電流とモータ電流基準値の偏差のべき関数を演算するモータ電流偏差べき関数演算手段、３５はモータ電流上限値設定手段３３によって上限値を制限された操舵力補助電流と、モータ電流検出手段６によるモータ検出電流が一致するように、モータへの印加電圧を決めるモータ電流フィードバック制御器である。モータ電流上限値設定手段３３は、モータ電流偏差べき関数からモータ電流上限値を演算し、操舵力補助電流を所定の上限値以下に制限する。
電動パワーステリングコントローラ１２は、マイクロプロセッサ３、モータ駆動回路４、モータ電流検出手段６からなり、マイクロプロセッサ３には、操舵力補助電流設定手段３１、モータ電流上限値設定手段３３、モータ電流偏差べき関数演算手段３４、モータ電流フィードバック制御器３５が、ソフトウェアにて実装されている。マイクロプロセッサ３からのモータ印加電圧指示は、モータ駆動回路４で電力増幅され、モータ５を駆動する。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
図３は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のモータ電流偏差べき関数を示す図である。
図４は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の操舵力補助電流の特性を示す図である。
図５は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を示す図である。
【００２０】
以下、実施の形態１による電動パワーステアリング装置の動作を、図２〜図５を参照しながら、図２の処理に沿って説明する。なお、図２の処理を行うプログラムは、実行周期を管理する上位のプログラムから、一定周期毎に呼び出されるものとする。
【００２１】
まず、ステップＳ１において、車速を演算する。ステップＳ２では、ステップＳ１で演算した車速と、トルクセンサ１によって検出された運転者の操舵トルクから、例えば図４に示すような特性に従い、操舵力補助電流Ｉｓを演算する。ステップＳ１〜Ｓ２は、図１の操舵力補助電流設定手段３１の動作に相当する。
【００２２】
ステップＳ３では、前回の処理のステップＳ５で演算した目標電流Ｉａと、所定のモータ電流基準値Ｉｒｅｆから、モータ電流偏差のべき関数として、モータ電流漸減速度を演算する。ステップＳ４では、ステップＳ３で演算したモータ電流漸減速度から、モータ電流の上限値を演算する。ステップＳ５〜Ｓ７では、ステップＳ２で求めた操舵力補助電流を、ステップＳ４で演算したモータ電流の上限値以下に制限し、モータ目標電流とする。
【００２３】
ここで、ステップＳ３〜Ｓ７の動作を詳しく説明する。
ステップＳ３では、例えば下式に従い、過熱保護するためのモータ電流漸減速度ΔＩを、モータ目標電流Ｉａと、モータ電流基準値Ｉｒｅｆの偏差のべき関数として求める。
ΔＩ＝Ｃ３＊ｓｇｎ（Ｉｒｅｆ−Ｉａ（ｋ−１））＊
（｜Ｉｒｅｆ−Ｉａ（ｋ−１）｜）n ・・・・・（７）
ただし、
Ｃ３：任意の定数
Ｉａ（ｋ−１）：前回のモータ目標電流
（７）式は、例えば予め演算結果をデータテーブルとしてＲＯＭに保持しておき、テーブルルックアップによって求めればよい。
図３に、Ｉｒｅｆが１０Ａ、最大電流が６０Ａで、指数ｎ＝１、１．５、２について、モータ電流４０Ａ時のΔＩが同じになるようにＣ３を選んだ場合のモータ電流漸減速度ΔＩの演算例を示す。図３から、偏差の１乗に基づいて漸減速度を決めると、偏差の１．５乗に基づいて漸減速度を決める場合に比べて、小電流時に漸減速度が大きく、大電流時に漸減速度が小さくなることがわかる。ゆえに、偏差の１乗に基づいて漸減速度を決め、小電流時に十分なアシスト力が得られるように漸減速度を小さく設定すると、大電流時の発熱に耐えられる、余裕のある回路設計が必要である。
また、偏差の２乗に基づいて漸減速度を決めると、偏差の１．５乗に基づいて漸減速度を決める場合に比べて、小電流時に漸減速度が小さく、大電流時に漸減速度が大きくなることがわかる。ゆえに、偏差の２乗に基づいて漸減速度を決め、小電流時の発熱に耐えられるように漸減速度を大きく設定すると、大電流の漸減速度が大きすぎ、たとえば据え切り等の大電流を必要とする場合に、十分なアシスト力が得られなくなる。
【００２４】
ステップＳ４では、例えば下式に従い、ステップＳ３で求めたモータ電流漸減速度ΔＩから、過熱保護するためのモータ電流上限値Ｉｍａｘを求める。
Ｉｍａｘ＿ｏｖｈ（ｋ）＝Ｉｍａｘ＿ｏｖｈ（ｋ−１）＋ΔＩ ・・・・・・・（８）
Ｉｍａｘ（ｋ）＝ｍｉｎ（Ｉｍａｘ＿ｓｙｓ，Ｉｍａｘ＿ｏｖｈ）・・・・・・・（９）
ただし、Ｉｍａｘ＿ｏｖｈはΔＩの積算から求まるモータ電流上限値、Ｉｍａｘ＿ｓｙｓはシステム設計上のモータ電流上限値である。Ｉｍａｘ＿ｏｖｈの初期値をＩｍａｘ＿ｓｙｓより大きくしておくと、Ｉｍａｘ１の漸減開始後も、Ｉｍａｘ１＝Ｉｍａｘ２となるまでの所定時間は、モータ電流の上限値をＩｍａｘ＿ｓｙｓとすることができる。
図５に、Ｉｍａｘ＿ｏｖｈの初期値が８０Ａ、Ｉｍａｘ＿ｓｙｓが６０Ａで、図３に示す漸減速度に従い、モータ電流上限値Ｉｍａｘを演算した例を示す。破線がＩｍａｘ＿ｏｖｈ、実線がＩｍａｘを表す。また、細線は操舵力補助電流Ｉｓの要求値が６０Ａの場合を示し、太線は３０Ａの場合を示す。図５から、偏差の１乗に基づいてモータ電流上限値を決めると、偏差の１．５乗に基づいてモータ電流上限値を決める場合に比べて、操舵力補助電流の要求値が３０Ａの場合にモータ電流が早く制限され、６０Ａの場合にモータ電流の制限が遅くなることがわかる。ゆえに、偏差の１乗に基づいて漸減速度を決め、小電流時に十分なアシスト力が得られるように設定すると、大電流時の発熱に耐えられる、余裕のある回路設計が必要である。
一方、偏差の２乗に基づいてモータ電流上限値を決めると、偏差の１．５乗に基づいてモータ電流上限値を決める場合に比べて、操舵力補助電流の要求値が３０Ａに場合に制限が遅れ、６０Ａの場合にモータ電流が早く制限されることがわかる。ゆえに、偏差の２乗に基づいてモータ電流上限値を決め、小電流時の発熱に耐えられるように設定すると、大電流の漸減速度が大きすぎ、たとえば据え切り等の大電流を必要とする条件下で、十分なアシスト力が得られなくなる。
従って、べき関数の指数を、１＜指数＜２の範囲に設定すれば、適切な過熱保護を行うことができる。
【００２５】
ここで、モータ電流基準値Ｉｒｅｆとしては、例えば連続通電できる電流を選ぶ。（８）式及び（９）式によると、モータ電流上限値Ｉｍａｘは、時間とともにモータ電流基準値Ｉｒｅｆに収束するので、上記の通り設定すれば、据え切りを長時間繰り返した場合でも、モータやコントローラが破壊に至ることがない。
【００２６】
ステップＳ５〜Ｓ７では、ステップＳ２で求めた操舵力補助電流Ｉｓが、ステップＳ２で求めたモータ電流上限値Ｉｍａｘ以下となるようにクリップ処理し、モータ目標電流Ｉａを求める。
【００２７】
以上のように、ステップＳ３〜Ｓ７では、モータ電流に応じて、モータ電流の上限値を設定し、モータ目標電流を上記上限値以下に制限し、電動パワーステアリングコントローラ１２やモータ５を過熱保護している。ステップＳ３は、図１のモータ電流偏差べき関数演算手段３４に相当し、ステップＳ４〜Ｓ７の処理は、モータ電流上限値設定手段３３に相当する。
【００２８】
最後に、ステップＳ８で、ステップＳ５で求めたモータ目標電流が、モータ電流検出手段６で検出したモータ検出電流と一致するように、例えば比例積分制御等の手法により、モータ５への印加電圧を決め、モータ駆動回路４を介してモータ５を駆動する。ステップＳ８は、図１のモータ電流フィードバック制御器３５の処理に相当する。
【００２９】
このように、実施の形態１によれば、適切な過熱保護を施すことができ、大電流域から小電流域まで、ハードウェアの許容損失を余すことなく、操舵補助力を与えることができる。
【００３０】
なお、実施の形態１においては、（７）式を予め演算してＲＯＭに保持し、テーブルルックアップによってモータ電流漸減速度ΔＩを求めたが、これを近似式を用いて演算してもよい。
この方法によると、安価なマイクロプロセッサでも十分演算可能な上、ＲＯＭに保持するデータ量を減らすことができる。
【００３１】
また、（７）式を折れ線近似してもよい。この場合、例えばデータテーブルとしてＲＯＭに保持するデータ量を減らすことができる。
また、実施の形態１においては、モータ電流上限値Ｉｍａｘをモータ目標電流Ｉａに基づいて演算していたが、モータ電流上限値Ｉｍａｘを、モータ電流検出手段６によるモータ電流検出値に基づいて演算してもよい。この場合、例えば、モータ逆起電力等の外乱により、目標電流と検出電流の偏差が大きくなる場合にも、適切な過熱保護を施すことができる。
【００３２】
また、上記従来装置のように、慣性補償等、操舵フィーリングを改善する手法を用いてもよい。この場合、操舵力補助電流と慣性補償電流の和に基づいてモータ電流上限値を演算しても、操舵力補助電流だけに基づいてモータ電流上限値を演算してもよく、操舵力補助電流と慣性補償電流の和に上限を設けても、操舵力補助電流だけに上限を設けてもよい。
【００３３】
なお、ここではモータ電流フィードバック制御の目標値に上限値を設けたが、モータ５の印加電圧の上限値としても等価である。この場合には、モータ電流をオープンループで制御する場合にも適用できる。
【００３４】
実施の形態２．
実施の形態１では、過熱保護するためのモータ電流漸減速度を、（７）式にて、モータ目標電流とモータ電流基準値の偏差のべき関数として求めていたが、モータ電流のべき関数と、モータ電流べき関数基準値の偏差から求めるようにしたのが、実施の形態２である。
【００３５】
なお、実施の形態２では、電動ステアリングコントローラのハードウェアやプログラムの構成は、実施の形態１と全く同一であるので、説明を省略し、モータ電流上限値の演算方法のみ説明する。
実施の形態２は、図２を援用して説明する。
図６は、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置のモータ電流偏差べき関数を説明する図である。
図７は、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を説明する図である。
【００３６】
本実施の形態２では、図２のフローチャートのステップＳ３において、過熱保護するためのモータ電流漸減速度ΔＩを、例えば下式に従い、モータ電流Ｉａのべき関数と、モータ電流基準値Ｉｒｅｆのべき関数の偏差から求める。
ΔＩ＝Ｃ４＊（Ｉｒｅｆn −Ｉａ（ｋ−１）n ） ・・・（１０）
ただし、
Ｃ４：任意の定数
Ｉａ（ｋ−１）：前回のモータ目標電流
（１０）式は、データテーブルとしてＲＯＭに保持しても、多項式近似して演算してもよい。
図６に、モータ電流基準値Ｉｒｅｆが１０Ａ、最大電流が６０Ａで、モータ電流４０Ａ時のΔＩが、実施の形態１と同じになるようにＣ４を選んだ場合のモータ電流漸減速度ΔＩの演算例を示す。また、図７に、（１０）式で得られるモータ電流漸減速度から、実施の形態１と同様にモータ電流上限値を演算した例を示す。図６、図７から、実施の形態２においても、実施の形態１と同様のモータ電流漸減速度特性が得られることがわかる。
【００３７】
モータ電流基準値Ｉｒｅｆについても、実施の形態１と同様に、連続通電できる電流を選べば、例えば据え切りを長時間繰り返した場合でも、モータやコントローラは破壊に至ることなく、保護される。
【００３８】
実施の形態２においては、実施の形態１よりも演算が簡単であり、マイクロプロセッサ３としてより安価なものを使用することができる上、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態１、２においては、所定のモータ電流基準値とモータ電流の偏差をフィードバックし、モータ電流上限値がモータ電流基準値に漸減するように構成していたが、実施の形態３は、モータ電流から前向きにモータ電流上限値を求める構成としたものである。
図８は、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
図９は、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を説明する図である。
【００４０】
以下、実施の形態３による電動パワーステアリング装置の動作を、図８のフローチャートに基づいて説明する。なお、実施の形態１と同様の動作ステップについては、同じ番号を付している。
【００４１】
ステップＳ１〜Ｓ２と、ステップＳ５〜Ｓ９は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。ステップＳ４では、まず、下式の通り、モータ電流のべき関数の一次遅れＩ＿ｌｐｆを演算する。
Ｉ＿ｌｐｆ（ｋ）＝Ｉ＿ｌｐｆ（ｋ−１）＋Ｃ５＊（Ｉａ（ｋ−１）n −Ｉ＿ｌｐｆ（ｋ−１）） ・・・・・（１１）
ただし、
Ｃ５：任意の定数
Ｉａ（ｋ−１）：前回の目標電流
（１１）式において、Ｉａ（ｋ−１）n は、データテーブルとしてＲＯＭに保持しても、多項式近似して演算してもよい。
さらに、モータ電流のべき関数の一次遅れＩ＿ｌｐｆから、例えば図９に示す特性に従い、モータ電流上限値Ｉｍａｘを求める。
【００４２】
ここで、一次遅れ特性を持たせる理由について説明する。実施の形態１、２においては、漸減速度を積分することによって、モータ電流通流からモータ電流上限値漸減までの間に適切な時間遅れを設定していた。実施の形態３のように、モータ電流から前向きにモータ電流上限値を求めると、大電流通流時にモータ電流が即座に減少し、据え切り時等に操舵補助力を維持できない恐れがある。そこで、モータ電流のべき関数に、所定の時間遅れを持たせた上で、モータ電流上限値を演算している。これにより、据え切り時等でも、適切な操舵力を維持できる。
【００４３】
実施の形態３においては、実施の形態１、２と同様の効果が得られる上、実施の形態２よりもさらに演算が簡単になる。また、モータ電流上限値の時間特性の設定が容易になる。
【００４４】
実施の形態４．
実施の形態１〜実施の形態３においては、モータ電流の過熱保護特性が１種類だけであったが、実施の形態４は、複数の過熱保護特性を切り換えるようにしたものである。
図１０は、この発明の実施の形態４による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
図１１は、この発明の実施の形態４による電動パワーステアリングコントローラのモータ駆動回路を示す図である。
図１１において、４はＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４からなるモータ駆動回路、５はモータ、１０は電圧ＶＢを出力するバッテリである。ＶＦはＭＯＳＦＥＴ寄生ダイオード順方向電圧、Ｉ１、Ｉ２はモータ電流の経路である。
図１２は、図１１のモータ駆動回路の電流波形を示す図である。
【００４５】
モータ駆動回路４としてブリッジ回路を使用する場合、さまざまな駆動方式が知られている。図２０はその一例であり、通流方向の一対のスイッチング素子を上下ともにＰＷＭ駆動し、他の一対のスイッチング素子を上下ともにオフする方式である。以下、この駆動方式を上下ＰＷＭ駆動と呼ぶ。図２１は、上下ＰＷＭ駆動時のモータ電流波形である。
また、別の駆動方式として、例えば図１１、図１２に示すように、通流方向の一対のスイッチング素子のうち、上側をＰＷＭ駆動、下側をオンし、他の一対のスイッチング素子を上下ともオフする方式も知られている。以下、この駆動方式を片側ＰＷＭ駆動と呼ぶ。ブリッジ回路の駆動方式には、それぞれ長所・短所があり、複数の駆動方式を切り換えて使用する電動パワーステアリング装置も知られている。
【００４６】
一方、モータ駆動回路４の損失は、駆動方式によって異なる。たとえば、両側ＰＷＭ駆動では、片側ＰＷＭ駆動に比べて、スイッチング損失が大きく、発熱も大きい。従って、複数の駆動方式を切り換えて使用する電動パワーステアリング装置においては、過熱保護特性も切り換えることが望ましい。
実施の形態４においては、ブリッジ回路の複数の駆動方式と、複数の過熱保護特性を切り換えて使う例を示す。
なお、電動ステアリングコントローラのハードウェアの構成は、実施の形態１〜実施の形態３と全く同一であるので、説明を省略し、モータ電流上限値の演算方法のみ説明する。
【００４７】
以下、実施の形態４の動作を、図１０のフローチャートに基づいて説明する。なお、実施の形態１と同様の動作ステップについては同じ番号を付している。
【００４８】
ステップＳ１〜Ｓ２は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。ステップＳ９では、所定のアルゴリズムで、モータ駆動回路駆動方式を選択する。
【００４９】
次に、ステップＳ３〜Ｓ４では、実施の形態１と同様に、（７）〜（９）式に従って、モータ電流上限値を決める。このとき、ステップＳ９で選択した駆動方式に応じて、モータ電流漸減速度を決める定数であるＣ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを切り換える。例えば、両側ＰＷＭ駆動が選択されている場合には、損失が大きいので、速く、小さい電流までモータ電流上限値が漸減するように、定数Ｃ３を大きく、モータ電流基準値Ｉｒｅｆを小さくする。
また、片側ＰＷＭ駆動が選択されている場合には、損失が小さくので、ゆっくりと、大きな電流までしか電流上限値が漸減しないように、定数Ｃ３を小さく、モータ電流基準値Ｉｒｅｆを大きくする。
【００５０】
最後に、実施の形態１と同様にステップＳ５〜Ｓ７で、モータ目標電流をステップＳ３〜Ｓ４で求めた上限値以下に制限し、ステップＳ８で、ステップＳ９で決めたモータ駆動回路駆動方式に従い、モータ５を駆動する。
【００５１】
実施の形態４においては、モータ駆動回路４の損失に応じた過熱保護特性が選択されるので、ハードウェアをより限界近くまで使うことができる。
【００５２】
なお、実施の形態４では、（７）〜（９）式の定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを切り換えるものとし、一例として定数Ｃ３とモータ電流基準値Ｉｒｅｆの切換方法を説明したが、定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎのいずれか一つだけを切り換えてもよい。この場合、プログラムがより簡単になる。
【００５３】
また、実施の形態４におけるモータ電流上限値の演算式は、実施の形態１の（７）〜（９）式に従うとしたが、実施の形態２または実施の形態３と同様に、モータ電流上限値を演算してもよいことはいうまでもない。
【００５４】
実施の形態５．
実施の形態１〜実施の形態４では、主としてモータ電流からモータ電流上限値を演算していたが、実施の形態５は、電動パワーステアリング装置の所定の部位ないし周辺の温度を検出し、モータ電流と検出温度からモータ電流上限値を演算する。
図１３は、この発明の実施の形態５による電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
図１３において、１〜６、１０、１２、３１、３３〜３５は図１におけるものと同一のものである。１３は電動パワーステアリングコントローラ１２内に設けられた温度検出手段である。
図１４は、この発明の実施の形態５による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【００５５】
次に、実施の形態５の動作について、図１４のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳ１〜Ｓ２は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。ステップＳ１０では、温度検出手段１３による温度検出値を読み込む。
【００５６】
ステップＳ３〜Ｓ４では、実施の形態１と同様に、（７）〜（９）式に従ってモータ電流上限値を決める。このとき、ステップＳ１０で読み込んだ温度検出値に応じて、モータ電流漸減速度を決める定数であるＣ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを切り換える。例えば、高温が検出されている場合には、モータ電流上限値Ｉｍａｘを速く減少させ、過熱保護しなければならないので、定数Ｃ３を大きく、モータ電流基準値Ｉｒｅｆを小さくする。また、低温が検出されている場合には、まだ温度に余裕があるので、電流上限値が漸減しないように、定数Ｃ３を小さく、モータ電流基準値Ｉｒｅｆを大きくする。
【００５７】
最後に、実施の形態１と同様に、ステップＳ５〜Ｓ７で、モータ目標電流をステップＳ３〜Ｓ４で求めた上限値以下に制限し、ステップＳ８で、ステップＳ９で決めたモータ駆動回路駆動方式に従い、モータ５を駆動する。
【００５８】
実施の形態５においては、検出温度に応じた過熱保護特性が選択されるので、ハードウェアをより限界近くまで使うことができる。
【００５９】
なお、実施の形態５では、（７）式〜（９）式の定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを切り換えるものとし、一例として定数Ｃ３とモータ電流基準値Ｉｒｅｆの切換方法を説明したが、定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎのいずれか一つだけを切り換えてもよい。この場合、プログラムがより簡単になる。
【００６０】
また、実施の形態５におけるモータ電流上限値の演算式は、実施の形態１の（７）〜（９）式に従うとしたが、実施の形態２または実施の形態３と同様に、モータ電流上限値を演算してもよいことはいうまでもない。
【００６１】
また、実施の形態５においては、電動パワーステアリング作動中も温度を計測し、高温時には漸減速度を大きく、ないしはモータ電流上限値を小さくする構成としたが、使用条件によっては、電動パワーステアリングコントローラ１２起動時にのみ温度を測定し、測定値に応じてモータ電流漸減特性を決める構成としてもよい。この構成では、電動パワーステアリングコントローラ１２の自己発熱の影響を受けずに温度を測定できるので、車室内の温度に近い測定値が得られる。
【００６２】
また、実施の形態５においては、温度検出器１３を電動パワーステアリングコントローラ１２に設置し、電動パワーステアリングコントローラ１２の周囲ないし内部温度を計測する構成としたが、モータ５周辺に設置し、モータ５の周囲ないし内部温度を計測する構成としてもよい。この構成は、モータ５が電動パワーステアリングコントローラ１２よりも先に温度限界に到達する場合に有効である。
【００６３】
実施の形態６．
実施の形態１〜実施の形態５においては、モータ電流上限値を１種類だけ演算していたが、例えば過熱保護が必要な部位毎にモータ電流上限値を演算し、複数のモータ電流上限値から所定の方法で１つの上限値を選択する構成としてもよく、実施の形態６は、このようにしたものである。
図１５は、この発明の実施の形態６による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【００６４】
以下、実施の形態６の動作を、図１５のフローチャートに基づいて説明する。なお、実施の形態１と同様の動作ステップについては、同じ番号を付している。また、ハードウェアの構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明を省略する。
【００６５】
ステップＳ１〜Ｓ２は、実施の形態１と同様に処理する。次いで、ステップＳ１１〜Ｓ１２では、例えば電動パワーステアリングコントローラ１２の過熱保護に適切な定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを（７）〜（９）式に適用し、第１のモータ電流上限値Ｉｍａｘ１を演算する。次に、ステップＳ１３〜Ｓ１４では、例えばモータ５の過熱保護に適切な定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを（７）〜（９）式に適用し、第２のモータ電流上限値Ｉｍａｘ２を演算する。
【００６６】
ステップＳ１５〜Ｓ１７では、ステップＳ１１〜Ｓ１４で求めたモータ電流上限値Ｉｍａｘ１、Ｉｍａｘ２のうち、小さい方の上限値を電動パワーステアリング装置のモータ電流上限値Ｉｍａｘとして選択する。以下、ステップＳ５〜Ｓ８は、実施の形態１と同様に動作する。
【００６７】
実施の形態６においては、電動パワーステアリング装置の発熱部位に応じた過熱保護特性が選択されるので、ハードウェアをより限界近くまで使うことができる。
【００６８】
なお、実施の形態６においては、２種類の過熱保護特性から選択する構成としたが、３種類以上の過熱保護特性から選択する方式とすれば、さらにきめ細かく過熱保護特性を設定できる。例えば、モータ５の電機子、整流子、電動パワーステアリングコントローラ１２のモータ駆動回路４、マイクロプロセッサ３等、構成部品毎に過熱保護特性を設定してもよい。
【００６９】
また、実施の形態６におけるモータ電流上限値の演算式は、実施の形態１の（７）〜（９）式に従うとしたが、実施の形態２〜実施の形態５と同様に、モータ電流上限値を演算してもよく、異なる演算式を組み合わせてもよい。また、複数のモータ電流上限値を演算するにあたり、いずれの定数を変えて複数の漸減特性を設定してもよいことはいうまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
【００７１】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
【００７２】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、演算を簡単にして、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
【００７３】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
さらに、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、演算を簡単にして、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
また、べき関数は、多項式近似されるので、演算しやすくなる。
【００７４】
さらにまた、べき関数は、折れ線近似されるので、演算しやすくなる。
また、モータを駆動する複数のモータ駆動方式を有するモータ駆動回路を備え、モータ駆動回路の駆動方式に応じて、べき関数の定数を切り替えるので、モータ駆動回路の駆動方式に応じた過熱保護を行うことができる。
【００７５】
また、べき関数は、所定の関数により時間的に遅延されて、モータ目標電流の上限値の設定に用いられるので、据え切り時でも、適切な操舵力を維持できる。
【００７６】
加えて、電動パワーステアリング装置の温度上昇に関連する個所の温度を検出するよう設けられた温度検出手段を備え、モータ電流上限値設定手段は、温度検出手段によって検出された温度に応じてモータ目標電流の上限値を修正するので、検出温度に応じた過熱保護を行うことができる。
【００７７】
また、モータ電流上限値設定手段は、複数のべき関数を用いて複数のモータ目標電流の上限値を演算し、演算された複数のモータ目標電流の上限値の内から一つを選定するので、発熱部位に応じて複数の上限値を演算でき、より適切な過熱保護を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のモータ電流偏差べき関数を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の操舵力補助電流の特性を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置のモータ電流偏差べき関数を説明する図である。
【図７】 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を説明する図である。
【図８】 この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を説明する図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図１１】 この発明の実施の形態４による電動パワーステアリングコントローラのモータ駆動回路を示す図である。
【図１２】 図１１のモータ駆動回路の電流波形を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５による電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図１４】 この発明の実施の形態５による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図１５】 この発明の実施の形態６による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図１６】 従来の電動パワーステアリング装置を示す制御ブロック図である。
【図１７】 従来の電動パワーステアリング装置の電流上限値を説明する図である。
【図１８】 一般的なＤＣモータの等価回路を示す図である。
【図１９】 図１８のＤＣモータのブラシの電圧降下を説明する図である。
【図２０】 従来の電動パワーステアリングコントローラのモータ駆動回路を示す図である。
【図２１】 図２０のモータ駆動回路の電流波形を示す図である。
【図２２】 従来の電動パワーステアリング装置のモータ駆動回路のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの電圧降下を説明する図である。
【符号の説明】
１ トルクセンサ、２ 車速センサ、３ マイクロプロセッサ、
４ モータ駆動回路、５ モータ、６ モータ電流検出手段、
７ 電機子抵抗、８ 電機子インダクタンス、９ ブラシ抵抗、
１０ バッテリ、１２ 電動パワーステアリングコントローラ、
１３ 温度検出手段、３１ 操舵力補助電流設定手段、
３２ 慣性補償電流設定手段、３３ モータ電流上限値設定手段、
３４ モータ電流偏差べき関数演算手段、
３５ モータ電流フィードバック制御器。
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の運転者の操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者の操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置を効率よく過熱保護する方法が種々考案されている。図１６及び図１７は、実用新案第２５８６０２０号公報に示された従来の電動パワーステアリング装置を示す図である。
図１６は、従来の電動パワーステアリング装置を示す制御ブロック図である。図１６において、１は運転者の操舵力を検出するトルクセンサ、２は車両の速度を検出する車速センサ、３はマイクロプロセッサ、４はモータ駆動回路、５はモータ駆動回路４によって駆動され、操舵補助力を発生するモータ、６はモータ５に流れる電流を検出するモータ電流検出手段である。３１はトルクセンサ１が検出した運転者の操舵力に応じて、運転者の操舵力を軽減するためのモータ電流を決める操舵力補助電流設定手段、３２はモータの慣性モーメントの影響を軽減するためのモータ電流を決める慣性補償電流設定手段、３３はモータ電流やモータ駆動回路４を過熱保護するために、モータ電流の上限を決めるモータ電流上限値設定手段であり、３１〜３３は、マイクロプロセッサ３にてソフトウェアで実現されるものである。
【０００３】
図１７は、従来の電動パワーステアリング装置の電流上限値を説明する図である。
次に、従来の電動パワーステアリング装置の動作について説明する。
運転者が操舵すると、トルクセンサ１によって操舵力が検出され、マイクロプロセッサ３にその信号が入力される。マイクロプロセッサ３は、車速センサ２が検出した車速と、操舵力に基づいて、操舵力補助電流設定手段３１によって、適切な操舵力が得られるように操舵力補助電流を設定する。また、慣性補償電流設定手段３２によって、モータの慣性モーメントの影響を軽減して、操舵フィーリングを向上させるように慣性補償電流を設定する。操舵力補助電流は、モータ電流上限値設定手段３３にて、モータ電流検出手段６によって検出されたモータ電流の２乗の積算値に応じて、図１７の特性で決まる上限値以下に制限される。上限値を制限された操舵力補助電流と慣性補償電流は加算され、加算値とモータ電流検出手段６によるモータ電流検出値が一致するようにフィードバック制御されて、モータ駆動回路４によってモータ５が駆動される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング装置では、電流の２乗値が発熱量と関連が深く、過熱保護の指標として適切とされており、モータ電流上限値設定手段３３では、モータ電流の２乗の積算値に応じて、モータ電流の上限を決定していた。ところが、実際には、モータないしコントローラの発熱部位における損失は、電流のべき関数で近似でき、その指数は１乗と２乗の間になる。よって、特に大電流域においては、電流の２乗値を指標として過熱保護すると、保護が過度になるという問題があった。その結果、何度も据え切りするような狭い駐車場での車庫入れの際には、操舵補助力が不足し、運転者の操舵力が増大するという問題があった。
【０００５】
また、上記従来装置の他、モータ電流の１乗の積算値に応じて、モータ電流の上限を決めるものも知られている。この場合、実用新案第２５８６０２０号公報にも記載されているように、上限値設定が合理的ではなく、モータ駆動回路４を余裕をもたせた設計とすることが必要であった。
【０００６】
以下、図によってこれを説明する。
図１８は、一般的なＤＣモータの等価回路を示す図である。
図１８において、７は電機子抵抗、８は電機子インダクタンス、９はブラシ抵抗である。
図１９は、図１８のＤＣモータのブラシの電圧降下を説明する図である。
【０００７】
図１８において、モータ電流をＩｍ、ブラシの電圧降下をＶｂｒとすると、モータの銅損Ｐｍは下式で表される。
Ｐｍ＝Ｒａ＊Ｉｍ2 ＋Ｖｂｒ＊Ｉｍ ・・・・・・・・・・（１）
ただし、
Ｐｍ： モータ銅損（Ｗ）
Ｒａ： 電機子抵抗（Ω）
Ｉｍ： 電機子電流（Ａ）
Ｖｂｒ： ブラシ電圧降下（Ｖ）
ここで、図１９に示す通り、ブラシの電圧降下Ｖｂｒは、電機子電流Ｉｍの増加とともに増加し、電機子電流Ｉｍが所定値Ｉｍ１以上になると、所定値Ｖｂｒ１で飽和する特性を持つ。すなわち、モータの発熱が問題となる電機子電流Ｉｍ＞所定値Ｉｍ１の大電流域では、ブラシの電圧降下Ｖｂｒは、電機子電流Ｉｍに関わらず一定になる。
図１９と（１）式から、モータ銅損Ｐｍは、電機子電流Ｉｍの２乗に比例する項と、電機子電流Ｉｍの１乗に比例する項の和と見なせる。ゆえに、モータ銅損Ｐｍは電機子電流Ｉｍのべき関数として、
Ｐｍ≒Ｃ１＊Ｉｍn1 ・・・・・・・・・・・・（２）
ただし、
１≦ｎ１≦２
Ｃ１： 任意の定数
と近似できる。
【０００８】
また、図２０は、従来の電動パワーステアリングコントローラのモータ駆動回路を示す図である。
図２０において、４はＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４からなるモータ駆動回路、５はモータ、１０はバッテリである。
図２１は、図２０のモータ駆動回路の電流波形を示す図であり、ＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ４をＰＷＭ駆動し、ＭＯＳＦＥＴＱ２とＱ３をオフしている場合のモータ電流波形である。
図２２は、従来の電動パワーステアリング装置のモータ駆動回路のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの電圧降下を説明する図である。
【０００９】
次に、図２０のモータ駆動回路の動作について説明する。
ＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ４がオンしている期間では、経路Ｉ１によりモータ電流が流れる。ＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ４がオフしている期間では、ＭＯＳＦＥＴＱ２とＱ３の寄生ダイオードがオンし、経路Ｉ２によりモータ電流が流れる。ここで、ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４の損失をそれぞれＰ１〜Ｐ４とし、スイッチング損失を無視すれば、モータ駆動回路４の損失Ｐｄは、下式で表される。
Ｐｄ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４ ・・・・・・・・・・・（３）
Ｐ１＝Ｐ４＝α＊Ｒｏｎ＊Ｉｍ2 ・・・・・・・・・・・（４）
Ｐ２＝Ｐ３＝（１−α）ＶＦ＊Ｉｍ ・・・・・・・・・・（５）
ただし、
Ｐｄ：モータ駆動回路のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
Ｐ１： ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
Ｐ２： ＭＯＳＦＥＴ Ｑ２のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
Ｐ３： ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
Ｐ４： ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４のスイッチング損失を除く損失（Ｗ）
α： Ｑ１、Ｑ４通流率
Ｒｏｎ： ＭＯＳＦＥＴオン抵抗（Ω）
Ｉｍ： モータ電流（＝Ｉ１、Ｉ２）（Ａ）
ＶＦ： ＭＯＳＦＥＴ寄生ダイオード順方向電圧（Ｖ）
ここで、図２２に示す通り、ＭＯＳＦＥＴ寄生ダイオード順方向電圧ＶＦは、モータ電流Ｉｍの増加とともに増加し、モータ電流Ｉｍが所定値Ｉｍ２以上になると、所定値ＶＦ１で飽和する特性を持つ。すなわち、モータ駆動回路４の発熱が問題となるＩｍ＞Ｉｍ２の大電流域では、ＭＯＳＦＥＴ寄生ダイオード順方向電圧ＶＦは、モータ電流Ｉｍに関わらず一定になる。
【００１０】
図２２と（３）〜（５）式から、モータ駆動回路のスイッチング損失を除く損失Ｐｄは、モータ電流Ｉｍの２乗に比例する項と、モータ電流Ｉｍの１乗に比例する項の和と見なせる。ゆえに、モータ駆動回路のスイッチング損失を除く損失Ｐｄは、モータ電流Ｉｍのべき関数として、
Ｐｄ≒Ｃ２＊Ｉｍn2・・・・・・・・・・・・・（６）
ただし、
１≦ｎ２≦２
Ｃ２： 任意の定数
と近似できる。
【００１１】
以上のように、モータ、コントローラともに、損失は、電流のべき関数で近似でき、指数は１乗と２乗の間になる。ゆえに、電流の２乗値を発熱の指標とすると、過熱保護が過度であった。
また、モータ電流の１乗の積算値に応じてモータ電流の上限を決める場合には、上限値設定が合理的ではなく、モータ駆動回路４を余裕をもたせた設計とすることが必要であった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、適切な過熱保護を施し、据え切りが繰り返された場合にも十分な操舵補助力を確保することができる電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる電動パワーステアリング装置においては、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
【００１４】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
【００１５】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
さらに、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するものである。
また、べき関数は、多項式近似されるものである。
【００１６】
さらにまた、べき関数は、折れ線近似されるものである。
また、モータを駆動する複数のモータ駆動方式を有するモータ駆動回路を備え、モータ駆動回路の駆動方式に応じて、べき関数の定数を切り替えるものである。
また、べき関数は、所定の関数により時間的に遅延されて、モータ目標電流の上限値の設定に用いられるものである。
【００１７】
加えて、電動パワーステアリング装置の温度上昇に関連する個所の温度を検出するよう設けられた温度検出手段を備え、モータ電流上限値設定手段は、温度検出手段によって検出された温度に応じてモータ目標電流の上限値を修正するものである。
また、モータ電流上限値設定手段は、複数のべき関数を用いて複数のモータ目標電流の上限値を演算し、演算された複数のモータ目標電流の上限値の内から一つを選定するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
図１において、１は運転者の操舵力を検出するトルクセンサ、２は車両の速度を検出する車速センサ、３はマイクロプロセッサ、４はモータ駆動回路、５はモータ駆動回路４によって駆動され、操舵補助力を発生するモータ、６はモータ５に流れる電流を検出するモータ電流検出手段である。１０はバッテリ、１２は電動パワーステアリングコントローラであり、トルクセンサ１、車速センサ２が入力信号として接続され、モータ５が負荷として接続され、バッテリ１０が電源として接続されている。３１はトルクセンサ１が検出した運転者の操舵力に応じて、運転者の操舵力を軽減するためのモータ電流を決める操舵力補助電流設定手段、３３はモータ電流やモータ駆動回路４を過熱保護するために、モータ電流の上限を決めるモータ電流上限値設定手段である。３４は操舵力補助電流とモータ電流基準値の偏差のべき関数を演算するモータ電流偏差べき関数演算手段、３５はモータ電流上限値設定手段３３によって上限値を制限された操舵力補助電流と、モータ電流検出手段６によるモータ検出電流が一致するように、モータへの印加電圧を決めるモータ電流フィードバック制御器である。モータ電流上限値設定手段３３は、モータ電流偏差べき関数からモータ電流上限値を演算し、操舵力補助電流を所定の上限値以下に制限する。
電動パワーステリングコントローラ１２は、マイクロプロセッサ３、モータ駆動回路４、モータ電流検出手段６からなり、マイクロプロセッサ３には、操舵力補助電流設定手段３１、モータ電流上限値設定手段３３、モータ電流偏差べき関数演算手段３４、モータ電流フィードバック制御器３５が、ソフトウェアにて実装されている。マイクロプロセッサ３からのモータ印加電圧指示は、モータ駆動回路４で電力増幅され、モータ５を駆動する。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
図３は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のモータ電流偏差べき関数を示す図である。
図４は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の操舵力補助電流の特性を示す図である。
図５は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を示す図である。
【００２０】
以下、実施の形態１による電動パワーステアリング装置の動作を、図２〜図５を参照しながら、図２の処理に沿って説明する。なお、図２の処理を行うプログラムは、実行周期を管理する上位のプログラムから、一定周期毎に呼び出されるものとする。
【００２１】
まず、ステップＳ１において、車速を演算する。ステップＳ２では、ステップＳ１で演算した車速と、トルクセンサ１によって検出された運転者の操舵トルクから、例えば図４に示すような特性に従い、操舵力補助電流Ｉｓを演算する。ステップＳ１〜Ｓ２は、図１の操舵力補助電流設定手段３１の動作に相当する。
【００２２】
ステップＳ３では、前回の処理のステップＳ５で演算した目標電流Ｉａと、所定のモータ電流基準値Ｉｒｅｆから、モータ電流偏差のべき関数として、モータ電流漸減速度を演算する。ステップＳ４では、ステップＳ３で演算したモータ電流漸減速度から、モータ電流の上限値を演算する。ステップＳ５〜Ｓ７では、ステップＳ２で求めた操舵力補助電流を、ステップＳ４で演算したモータ電流の上限値以下に制限し、モータ目標電流とする。
【００２３】
ここで、ステップＳ３〜Ｓ７の動作を詳しく説明する。
ステップＳ３では、例えば下式に従い、過熱保護するためのモータ電流漸減速度ΔＩを、モータ目標電流Ｉａと、モータ電流基準値Ｉｒｅｆの偏差のべき関数として求める。
ΔＩ＝Ｃ３＊ｓｇｎ（Ｉｒｅｆ−Ｉａ（ｋ−１））＊
（｜Ｉｒｅｆ−Ｉａ（ｋ−１）｜）n ・・・・・（７）
ただし、
Ｃ３：任意の定数
Ｉａ（ｋ−１）：前回のモータ目標電流
（７）式は、例えば予め演算結果をデータテーブルとしてＲＯＭに保持しておき、テーブルルックアップによって求めればよい。
図３に、Ｉｒｅｆが１０Ａ、最大電流が６０Ａで、指数ｎ＝１、１．５、２について、モータ電流４０Ａ時のΔＩが同じになるようにＣ３を選んだ場合のモータ電流漸減速度ΔＩの演算例を示す。図３から、偏差の１乗に基づいて漸減速度を決めると、偏差の１．５乗に基づいて漸減速度を決める場合に比べて、小電流時に漸減速度が大きく、大電流時に漸減速度が小さくなることがわかる。ゆえに、偏差の１乗に基づいて漸減速度を決め、小電流時に十分なアシスト力が得られるように漸減速度を小さく設定すると、大電流時の発熱に耐えられる、余裕のある回路設計が必要である。
また、偏差の２乗に基づいて漸減速度を決めると、偏差の１．５乗に基づいて漸減速度を決める場合に比べて、小電流時に漸減速度が小さく、大電流時に漸減速度が大きくなることがわかる。ゆえに、偏差の２乗に基づいて漸減速度を決め、小電流時の発熱に耐えられるように漸減速度を大きく設定すると、大電流の漸減速度が大きすぎ、たとえば据え切り等の大電流を必要とする場合に、十分なアシスト力が得られなくなる。
【００２４】
ステップＳ４では、例えば下式に従い、ステップＳ３で求めたモータ電流漸減速度ΔＩから、過熱保護するためのモータ電流上限値Ｉｍａｘを求める。
Ｉｍａｘ＿ｏｖｈ（ｋ）＝Ｉｍａｘ＿ｏｖｈ（ｋ−１）＋ΔＩ ・・・・・・・（８）
Ｉｍａｘ（ｋ）＝ｍｉｎ（Ｉｍａｘ＿ｓｙｓ，Ｉｍａｘ＿ｏｖｈ）・・・・・・・（９）
ただし、Ｉｍａｘ＿ｏｖｈはΔＩの積算から求まるモータ電流上限値、Ｉｍａｘ＿ｓｙｓはシステム設計上のモータ電流上限値である。Ｉｍａｘ＿ｏｖｈの初期値をＩｍａｘ＿ｓｙｓより大きくしておくと、Ｉｍａｘ１の漸減開始後も、Ｉｍａｘ１＝Ｉｍａｘ２となるまでの所定時間は、モータ電流の上限値をＩｍａｘ＿ｓｙｓとすることができる。
図５に、Ｉｍａｘ＿ｏｖｈの初期値が８０Ａ、Ｉｍａｘ＿ｓｙｓが６０Ａで、図３に示す漸減速度に従い、モータ電流上限値Ｉｍａｘを演算した例を示す。破線がＩｍａｘ＿ｏｖｈ、実線がＩｍａｘを表す。また、細線は操舵力補助電流Ｉｓの要求値が６０Ａの場合を示し、太線は３０Ａの場合を示す。図５から、偏差の１乗に基づいてモータ電流上限値を決めると、偏差の１．５乗に基づいてモータ電流上限値を決める場合に比べて、操舵力補助電流の要求値が３０Ａの場合にモータ電流が早く制限され、６０Ａの場合にモータ電流の制限が遅くなることがわかる。ゆえに、偏差の１乗に基づいて漸減速度を決め、小電流時に十分なアシスト力が得られるように設定すると、大電流時の発熱に耐えられる、余裕のある回路設計が必要である。
一方、偏差の２乗に基づいてモータ電流上限値を決めると、偏差の１．５乗に基づいてモータ電流上限値を決める場合に比べて、操舵力補助電流の要求値が３０Ａに場合に制限が遅れ、６０Ａの場合にモータ電流が早く制限されることがわかる。ゆえに、偏差の２乗に基づいてモータ電流上限値を決め、小電流時の発熱に耐えられるように設定すると、大電流の漸減速度が大きすぎ、たとえば据え切り等の大電流を必要とする条件下で、十分なアシスト力が得られなくなる。
従って、べき関数の指数を、１＜指数＜２の範囲に設定すれば、適切な過熱保護を行うことができる。
【００２５】
ここで、モータ電流基準値Ｉｒｅｆとしては、例えば連続通電できる電流を選ぶ。（８）式及び（９）式によると、モータ電流上限値Ｉｍａｘは、時間とともにモータ電流基準値Ｉｒｅｆに収束するので、上記の通り設定すれば、据え切りを長時間繰り返した場合でも、モータやコントローラが破壊に至ることがない。
【００２６】
ステップＳ５〜Ｓ７では、ステップＳ２で求めた操舵力補助電流Ｉｓが、ステップＳ２で求めたモータ電流上限値Ｉｍａｘ以下となるようにクリップ処理し、モータ目標電流Ｉａを求める。
【００２７】
以上のように、ステップＳ３〜Ｓ７では、モータ電流に応じて、モータ電流の上限値を設定し、モータ目標電流を上記上限値以下に制限し、電動パワーステアリングコントローラ１２やモータ５を過熱保護している。ステップＳ３は、図１のモータ電流偏差べき関数演算手段３４に相当し、ステップＳ４〜Ｓ７の処理は、モータ電流上限値設定手段３３に相当する。
【００２８】
最後に、ステップＳ８で、ステップＳ５で求めたモータ目標電流が、モータ電流検出手段６で検出したモータ検出電流と一致するように、例えば比例積分制御等の手法により、モータ５への印加電圧を決め、モータ駆動回路４を介してモータ５を駆動する。ステップＳ８は、図１のモータ電流フィードバック制御器３５の処理に相当する。
【００２９】
このように、実施の形態１によれば、適切な過熱保護を施すことができ、大電流域から小電流域まで、ハードウェアの許容損失を余すことなく、操舵補助力を与えることができる。
【００３０】
なお、実施の形態１においては、（７）式を予め演算してＲＯＭに保持し、テーブルルックアップによってモータ電流漸減速度ΔＩを求めたが、これを近似式を用いて演算してもよい。
この方法によると、安価なマイクロプロセッサでも十分演算可能な上、ＲＯＭに保持するデータ量を減らすことができる。
【００３１】
また、（７）式を折れ線近似してもよい。この場合、例えばデータテーブルとしてＲＯＭに保持するデータ量を減らすことができる。
また、実施の形態１においては、モータ電流上限値Ｉｍａｘをモータ目標電流Ｉａに基づいて演算していたが、モータ電流上限値Ｉｍａｘを、モータ電流検出手段６によるモータ電流検出値に基づいて演算してもよい。この場合、例えば、モータ逆起電力等の外乱により、目標電流と検出電流の偏差が大きくなる場合にも、適切な過熱保護を施すことができる。
【００３２】
また、上記従来装置のように、慣性補償等、操舵フィーリングを改善する手法を用いてもよい。この場合、操舵力補助電流と慣性補償電流の和に基づいてモータ電流上限値を演算しても、操舵力補助電流だけに基づいてモータ電流上限値を演算してもよく、操舵力補助電流と慣性補償電流の和に上限を設けても、操舵力補助電流だけに上限を設けてもよい。
【００３３】
なお、ここではモータ電流フィードバック制御の目標値に上限値を設けたが、モータ５の印加電圧の上限値としても等価である。この場合には、モータ電流をオープンループで制御する場合にも適用できる。
【００３４】
実施の形態２．
実施の形態１では、過熱保護するためのモータ電流漸減速度を、（７）式にて、モータ目標電流とモータ電流基準値の偏差のべき関数として求めていたが、モータ電流のべき関数と、モータ電流べき関数基準値の偏差から求めるようにしたのが、実施の形態２である。
【００３５】
なお、実施の形態２では、電動ステアリングコントローラのハードウェアやプログラムの構成は、実施の形態１と全く同一であるので、説明を省略し、モータ電流上限値の演算方法のみ説明する。
実施の形態２は、図２を援用して説明する。
図６は、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置のモータ電流偏差べき関数を説明する図である。
図７は、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を説明する図である。
【００３６】
本実施の形態２では、図２のフローチャートのステップＳ３において、過熱保護するためのモータ電流漸減速度ΔＩを、例えば下式に従い、モータ電流Ｉａのべき関数と、モータ電流基準値Ｉｒｅｆのべき関数の偏差から求める。
ΔＩ＝Ｃ４＊（Ｉｒｅｆn −Ｉａ（ｋ−１）n ） ・・・（１０）
ただし、
Ｃ４：任意の定数
Ｉａ（ｋ−１）：前回のモータ目標電流
（１０）式は、データテーブルとしてＲＯＭに保持しても、多項式近似して演算してもよい。
図６に、モータ電流基準値Ｉｒｅｆが１０Ａ、最大電流が６０Ａで、モータ電流４０Ａ時のΔＩが、実施の形態１と同じになるようにＣ４を選んだ場合のモータ電流漸減速度ΔＩの演算例を示す。また、図７に、（１０）式で得られるモータ電流漸減速度から、実施の形態１と同様にモータ電流上限値を演算した例を示す。図６、図７から、実施の形態２においても、実施の形態１と同様のモータ電流漸減速度特性が得られることがわかる。
【００３７】
モータ電流基準値Ｉｒｅｆについても、実施の形態１と同様に、連続通電できる電流を選べば、例えば据え切りを長時間繰り返した場合でも、モータやコントローラは破壊に至ることなく、保護される。
【００３８】
実施の形態２においては、実施の形態１よりも演算が簡単であり、マイクロプロセッサ３としてより安価なものを使用することができる上、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態１、２においては、所定のモータ電流基準値とモータ電流の偏差をフィードバックし、モータ電流上限値がモータ電流基準値に漸減するように構成していたが、実施の形態３は、モータ電流から前向きにモータ電流上限値を求める構成としたものである。
図８は、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
図９は、この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を説明する図である。
【００４０】
以下、実施の形態３による電動パワーステアリング装置の動作を、図８のフローチャートに基づいて説明する。なお、実施の形態１と同様の動作ステップについては、同じ番号を付している。
【００４１】
ステップＳ１〜Ｓ２と、ステップＳ５〜Ｓ９は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。ステップＳ４では、まず、下式の通り、モータ電流のべき関数の一次遅れＩ＿ｌｐｆを演算する。
Ｉ＿ｌｐｆ（ｋ）＝Ｉ＿ｌｐｆ（ｋ−１）＋Ｃ５＊（Ｉａ（ｋ−１）n −Ｉ＿ｌｐｆ（ｋ−１）） ・・・・・（１１）
ただし、
Ｃ５：任意の定数
Ｉａ（ｋ−１）：前回の目標電流
（１１）式において、Ｉａ（ｋ−１）n は、データテーブルとしてＲＯＭに保持しても、多項式近似して演算してもよい。
さらに、モータ電流のべき関数の一次遅れＩ＿ｌｐｆから、例えば図９に示す特性に従い、モータ電流上限値Ｉｍａｘを求める。
【００４２】
ここで、一次遅れ特性を持たせる理由について説明する。実施の形態１、２においては、漸減速度を積分することによって、モータ電流通流からモータ電流上限値漸減までの間に適切な時間遅れを設定していた。実施の形態３のように、モータ電流から前向きにモータ電流上限値を求めると、大電流通流時にモータ電流が即座に減少し、据え切り時等に操舵補助力を維持できない恐れがある。そこで、モータ電流のべき関数に、所定の時間遅れを持たせた上で、モータ電流上限値を演算している。これにより、据え切り時等でも、適切な操舵力を維持できる。
【００４３】
実施の形態３においては、実施の形態１、２と同様の効果が得られる上、実施の形態２よりもさらに演算が簡単になる。また、モータ電流上限値の時間特性の設定が容易になる。
【００４４】
実施の形態４．
実施の形態１〜実施の形態３においては、モータ電流の過熱保護特性が１種類だけであったが、実施の形態４は、複数の過熱保護特性を切り換えるようにしたものである。
図１０は、この発明の実施の形態４による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
図１１は、この発明の実施の形態４による電動パワーステアリングコントローラのモータ駆動回路を示す図である。
図１１において、４はＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４からなるモータ駆動回路、５はモータ、１０は電圧ＶＢを出力するバッテリである。ＶＦはＭＯＳＦＥＴ寄生ダイオード順方向電圧、Ｉ１、Ｉ２はモータ電流の経路である。
図１２は、図１１のモータ駆動回路の電流波形を示す図である。
【００４５】
モータ駆動回路４としてブリッジ回路を使用する場合、さまざまな駆動方式が知られている。図２０はその一例であり、通流方向の一対のスイッチング素子を上下ともにＰＷＭ駆動し、他の一対のスイッチング素子を上下ともにオフする方式である。以下、この駆動方式を上下ＰＷＭ駆動と呼ぶ。図２１は、上下ＰＷＭ駆動時のモータ電流波形である。
また、別の駆動方式として、例えば図１１、図１２に示すように、通流方向の一対のスイッチング素子のうち、上側をＰＷＭ駆動、下側をオンし、他の一対のスイッチング素子を上下ともオフする方式も知られている。以下、この駆動方式を片側ＰＷＭ駆動と呼ぶ。ブリッジ回路の駆動方式には、それぞれ長所・短所があり、複数の駆動方式を切り換えて使用する電動パワーステアリング装置も知られている。
【００４６】
一方、モータ駆動回路４の損失は、駆動方式によって異なる。たとえば、両側ＰＷＭ駆動では、片側ＰＷＭ駆動に比べて、スイッチング損失が大きく、発熱も大きい。従って、複数の駆動方式を切り換えて使用する電動パワーステアリング装置においては、過熱保護特性も切り換えることが望ましい。
実施の形態４においては、ブリッジ回路の複数の駆動方式と、複数の過熱保護特性を切り換えて使う例を示す。
なお、電動ステアリングコントローラのハードウェアの構成は、実施の形態１〜実施の形態３と全く同一であるので、説明を省略し、モータ電流上限値の演算方法のみ説明する。
【００４７】
以下、実施の形態４の動作を、図１０のフローチャートに基づいて説明する。なお、実施の形態１と同様の動作ステップについては同じ番号を付している。
【００４８】
ステップＳ１〜Ｓ２は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。ステップＳ９では、所定のアルゴリズムで、モータ駆動回路駆動方式を選択する。
【００４９】
次に、ステップＳ３〜Ｓ４では、実施の形態１と同様に、（７）〜（９）式に従って、モータ電流上限値を決める。このとき、ステップＳ９で選択した駆動方式に応じて、モータ電流漸減速度を決める定数であるＣ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを切り換える。例えば、両側ＰＷＭ駆動が選択されている場合には、損失が大きいので、速く、小さい電流までモータ電流上限値が漸減するように、定数Ｃ３を大きく、モータ電流基準値Ｉｒｅｆを小さくする。
また、片側ＰＷＭ駆動が選択されている場合には、損失が小さくので、ゆっくりと、大きな電流までしか電流上限値が漸減しないように、定数Ｃ３を小さく、モータ電流基準値Ｉｒｅｆを大きくする。
【００５０】
最後に、実施の形態１と同様にステップＳ５〜Ｓ７で、モータ目標電流をステップＳ３〜Ｓ４で求めた上限値以下に制限し、ステップＳ８で、ステップＳ９で決めたモータ駆動回路駆動方式に従い、モータ５を駆動する。
【００５１】
実施の形態４においては、モータ駆動回路４の損失に応じた過熱保護特性が選択されるので、ハードウェアをより限界近くまで使うことができる。
【００５２】
なお、実施の形態４では、（７）〜（９）式の定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを切り換えるものとし、一例として定数Ｃ３とモータ電流基準値Ｉｒｅｆの切換方法を説明したが、定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎのいずれか一つだけを切り換えてもよい。この場合、プログラムがより簡単になる。
【００５３】
また、実施の形態４におけるモータ電流上限値の演算式は、実施の形態１の（７）〜（９）式に従うとしたが、実施の形態２または実施の形態３と同様に、モータ電流上限値を演算してもよいことはいうまでもない。
【００５４】
実施の形態５．
実施の形態１〜実施の形態４では、主としてモータ電流からモータ電流上限値を演算していたが、実施の形態５は、電動パワーステアリング装置の所定の部位ないし周辺の温度を検出し、モータ電流と検出温度からモータ電流上限値を演算する。
図１３は、この発明の実施の形態５による電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
図１３において、１〜６、１０、１２、３１、３３〜３５は図１におけるものと同一のものである。１３は電動パワーステアリングコントローラ１２内に設けられた温度検出手段である。
図１４は、この発明の実施の形態５による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【００５５】
次に、実施の形態５の動作について、図１４のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳ１〜Ｓ２は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。ステップＳ１０では、温度検出手段１３による温度検出値を読み込む。
【００５６】
ステップＳ３〜Ｓ４では、実施の形態１と同様に、（７）〜（９）式に従ってモータ電流上限値を決める。このとき、ステップＳ１０で読み込んだ温度検出値に応じて、モータ電流漸減速度を決める定数であるＣ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを切り換える。例えば、高温が検出されている場合には、モータ電流上限値Ｉｍａｘを速く減少させ、過熱保護しなければならないので、定数Ｃ３を大きく、モータ電流基準値Ｉｒｅｆを小さくする。また、低温が検出されている場合には、まだ温度に余裕があるので、電流上限値が漸減しないように、定数Ｃ３を小さく、モータ電流基準値Ｉｒｅｆを大きくする。
【００５７】
最後に、実施の形態１と同様に、ステップＳ５〜Ｓ７で、モータ目標電流をステップＳ３〜Ｓ４で求めた上限値以下に制限し、ステップＳ８で、ステップＳ９で決めたモータ駆動回路駆動方式に従い、モータ５を駆動する。
【００５８】
実施の形態５においては、検出温度に応じた過熱保護特性が選択されるので、ハードウェアをより限界近くまで使うことができる。
【００５９】
なお、実施の形態５では、（７）式〜（９）式の定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを切り換えるものとし、一例として定数Ｃ３とモータ電流基準値Ｉｒｅｆの切換方法を説明したが、定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎのいずれか一つだけを切り換えてもよい。この場合、プログラムがより簡単になる。
【００６０】
また、実施の形態５におけるモータ電流上限値の演算式は、実施の形態１の（７）〜（９）式に従うとしたが、実施の形態２または実施の形態３と同様に、モータ電流上限値を演算してもよいことはいうまでもない。
【００６１】
また、実施の形態５においては、電動パワーステアリング作動中も温度を計測し、高温時には漸減速度を大きく、ないしはモータ電流上限値を小さくする構成としたが、使用条件によっては、電動パワーステアリングコントローラ１２起動時にのみ温度を測定し、測定値に応じてモータ電流漸減特性を決める構成としてもよい。この構成では、電動パワーステアリングコントローラ１２の自己発熱の影響を受けずに温度を測定できるので、車室内の温度に近い測定値が得られる。
【００６２】
また、実施の形態５においては、温度検出器１３を電動パワーステアリングコントローラ１２に設置し、電動パワーステアリングコントローラ１２の周囲ないし内部温度を計測する構成としたが、モータ５周辺に設置し、モータ５の周囲ないし内部温度を計測する構成としてもよい。この構成は、モータ５が電動パワーステアリングコントローラ１２よりも先に温度限界に到達する場合に有効である。
【００６３】
実施の形態６．
実施の形態１〜実施の形態５においては、モータ電流上限値を１種類だけ演算していたが、例えば過熱保護が必要な部位毎にモータ電流上限値を演算し、複数のモータ電流上限値から所定の方法で１つの上限値を選択する構成としてもよく、実施の形態６は、このようにしたものである。
図１５は、この発明の実施の形態６による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【００６４】
以下、実施の形態６の動作を、図１５のフローチャートに基づいて説明する。なお、実施の形態１と同様の動作ステップについては、同じ番号を付している。また、ハードウェアの構成は、実施の形態１と同じであるので、その説明を省略する。
【００６５】
ステップＳ１〜Ｓ２は、実施の形態１と同様に処理する。次いで、ステップＳ１１〜Ｓ１２では、例えば電動パワーステアリングコントローラ１２の過熱保護に適切な定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを（７）〜（９）式に適用し、第１のモータ電流上限値Ｉｍａｘ１を演算する。次に、ステップＳ１３〜Ｓ１４では、例えばモータ５の過熱保護に適切な定数Ｃ３、モータ電流基準値Ｉｒｅｆ、指数ｎを（７）〜（９）式に適用し、第２のモータ電流上限値Ｉｍａｘ２を演算する。
【００６６】
ステップＳ１５〜Ｓ１７では、ステップＳ１１〜Ｓ１４で求めたモータ電流上限値Ｉｍａｘ１、Ｉｍａｘ２のうち、小さい方の上限値を電動パワーステアリング装置のモータ電流上限値Ｉｍａｘとして選択する。以下、ステップＳ５〜Ｓ８は、実施の形態１と同様に動作する。
【００６７】
実施の形態６においては、電動パワーステアリング装置の発熱部位に応じた過熱保護特性が選択されるので、ハードウェアをより限界近くまで使うことができる。
【００６８】
なお、実施の形態６においては、２種類の過熱保護特性から選択する構成としたが、３種類以上の過熱保護特性から選択する方式とすれば、さらにきめ細かく過熱保護特性を設定できる。例えば、モータ５の電機子、整流子、電動パワーステアリングコントローラ１２のモータ駆動回路４、マイクロプロセッサ３等、構成部品毎に過熱保護特性を設定してもよい。
【００６９】
また、実施の形態６におけるモータ電流上限値の演算式は、実施の形態１の（７）〜（９）式に従うとしたが、実施の形態２〜実施の形態５と同様に、モータ電流上限値を演算してもよく、異なる演算式を組み合わせてもよい。また、複数のモータ電流上限値を演算するにあたり、いずれの定数を変えて複数の漸減特性を設定してもよいことはいうまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
【００７１】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
【００７２】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、演算を簡単にして、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
【００７３】
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
さらに、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
また、操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、べき関数の指数は、モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定するので、演算を簡単にして、適切な過熱保護を施しながら、操舵補助力を与えることができる。
また、べき関数は、多項式近似されるので、演算しやすくなる。
【００７４】
さらにまた、べき関数は、折れ線近似されるので、演算しやすくなる。
また、モータを駆動する複数のモータ駆動方式を有するモータ駆動回路を備え、モータ駆動回路の駆動方式に応じて、べき関数の定数を切り替えるので、モータ駆動回路の駆動方式に応じた過熱保護を行うことができる。
【００７５】
また、べき関数は、所定の関数により時間的に遅延されて、モータ目標電流の上限値の設定に用いられるので、据え切り時でも、適切な操舵力を維持できる。
【００７６】
加えて、電動パワーステアリング装置の温度上昇に関連する個所の温度を検出するよう設けられた温度検出手段を備え、モータ電流上限値設定手段は、温度検出手段によって検出された温度に応じてモータ目標電流の上限値を修正するので、検出温度に応じた過熱保護を行うことができる。
【００７７】
また、モータ電流上限値設定手段は、複数のべき関数を用いて複数のモータ目標電流の上限値を演算し、演算された複数のモータ目標電流の上限値の内から一つを選定するので、発熱部位に応じて複数の上限値を演算でき、より適切な過熱保護を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のモータ電流偏差べき関数を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の操舵力補助電流の特性を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置のモータ電流偏差べき関数を説明する図である。
【図７】 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を説明する図である。
【図８】 この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態３による電動パワーステアリング装置の過熱保護特性を説明する図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図１１】 この発明の実施の形態４による電動パワーステアリングコントローラのモータ駆動回路を示す図である。
【図１２】 図１１のモータ駆動回路の電流波形を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態５による電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【図１４】 この発明の実施の形態５による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図１５】 この発明の実施の形態６による電動パワーステアリング装置のソフトウエアの動作を説明するフローチャートである。
【図１６】 従来の電動パワーステアリング装置を示す制御ブロック図である。
【図１７】 従来の電動パワーステアリング装置の電流上限値を説明する図である。
【図１８】 一般的なＤＣモータの等価回路を示す図である。
【図１９】 図１８のＤＣモータのブラシの電圧降下を説明する図である。
【図２０】 従来の電動パワーステアリングコントローラのモータ駆動回路を示す図である。
【図２１】 図２０のモータ駆動回路の電流波形を示す図である。
【図２２】 従来の電動パワーステアリング装置のモータ駆動回路のＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの電圧降下を説明する図である。
【符号の説明】
１ トルクセンサ、２ 車速センサ、３ マイクロプロセッサ、
４ モータ駆動回路、５ モータ、６ モータ電流検出手段、
７ 電機子抵抗、８ 電機子インダクタンス、９ ブラシ抵抗、
１０ バッテリ、１２ 電動パワーステアリングコントローラ、
１３ 温度検出手段、３１ 操舵力補助電流設定手段、
３２ 慣性補償電流設定手段、３３ モータ電流上限値設定手段、
３４ モータ電流偏差べき関数演算手段、
３５ モータ電流フィードバック制御器。
Claims (12)
- 操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、上記べき関数の指数は、上記前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、上記べき関数の指数は、上記前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、前回のモータ目標電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、上記べき関数の指数は、上記前回のモータ目標電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、上記べき関数の指数は、上記モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流とモータ電流基準値との偏差のべき関数を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、上記べき関数の指数は、上記モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 操舵力をモータで補助する電動パワーステアリング装置において、最新のモータ検出電流のべき関数とモータ電流基準値のべき関数との偏差を用いた計算式に基づき、モータ目標電流の上限値を設定するモータ電流上限値設定手段を備え、上記べき関数の指数は、上記モータ検出電流の１乗に比例する損失と、２乗に比例する損失とを合わせた損失の指標とするべく、１＜指数＜２の範囲に設定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- べき関数は、多項式近似されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項記載の電動パワーステアリング装置。
- べき関数は、折れ線近似されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項記載の電動パワーステアリング装置。
- モータを駆動する複数のモータ駆動方式を有するモータ駆動回路を備え、上記モータ駆動回路の駆動方式に応じて、べき関数の定数を切り替えることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項記載の電動パワーステアリング装置。
- べき関数は、所定の関数により時間的に遅延されて、上記モータ目標電流の上限値の設定に用いられることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項記載の電動パワーステアリング装置。
- 電動パワーステアリング装置の温度上昇に関連する個所の温度を検出するよう設けられた温度検出手段を備え、モータ電流上限値設定手段は、上記温度検出手段によって検出された温度に応じて上記モータ目標電流の上限値を修正することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項記載の電動パワーステアリング装置。
- モータ電流上限値設定手段は、複数のべき関数を用いて複数の上記モータ目標電流の上限値を演算し、上記演算された複数の上記モータ目標電流の上限値の内から一つを選定することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項記載の電動パワーステアリング装置。
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