JP4901841B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者のステアリング操舵により生じた操舵トルクを、電動モータにより補助する自動車用の電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置においては、従来、補助電動モータが過負荷により過熱するのを防止するため、上記補助電動モータへの指示電流の上限値を、予め設定した制限条件に従って制限する試みが多岐に亘って提案されている。

図３は従来の電動パワーステアリング装置によるモータへの指示電流の制御方法の一例を示す構成図である（例えば、特許文献１を参照）。図において、この電動パワーステアリング装置は運転者の操舵力を補助するためのモータ１と、運転者の操舵力を補助するためにモータ１に流す電流を演算する目標電流演算部２と、この目標電流演算部２からの目標電流に対しモータ駆動信号を演算しモータ電流を制御するモータ電流制御部３から構成されている。

上記モータ電流制御部３はモータの電流を検出するためのモータ電流検出回路４と、目標電流演算部２からの電流指令とモータ電流検出回路４からの出力とを比較する比較器５と、比較器５からの出力を受けて電流偏差が零となるようにモータ駆動信号を演算し、モータ電流を制御するモータ駆動信号演算手段６とから構成されている。

また、モータ目標電流演算部２は、操舵トルク検出手段１０からの検出トルクおよびハンドル角度情報検出手段１１および車速検出手段１２からの出力に従って決定される第１の目標電流演算部７と、車速検出手段１２と周囲温度検出手段１３と上記モータ電流制御部３のモータ電流検出手段４からの入力に従いモータ過負荷によるモータおよびコントローラの過熱を防止するためのモータ電流制限値演算手段８と、第１の目標電流演算部７の出力がモータ電流制限値演算手段８の出力を超えないように制限するモータ電流制限手段９とから構成されている。

ここでモータ電流制限値演算手段８は、例えば周囲温度検出手段１３により得られる周囲温度値を初期値とし、その後は所定時間以上走行するに従い周囲温度値を低温側にシフトさせることにより得られる周囲温度推定値と、モータ電流検出回路４からの出力を積算することにより推定されるモータおよびコントローラの発熱量とに従って、モータ電流を制限するようになされている。

以上のように、上記特許文献１に示すものは、モータ電流制限値演算手段８を備え、モータ電流検出手段４からのモータ電流の積算による発熱量推定値と、周囲温度検出手段１３から得られる周囲温度とに従って、モータ指令電流値の電流制限を決定している。また、周囲温度検出手段１３から得られる周囲温度が高温であっても、モータおよびコントローラが車室内にある場合は、所定時間以上走行した後は車室内温度が低下することを見込み電流制限を緩和することが行われている。

特開２００２−３７０６６０号公報

しかしながら、車両によって周囲温度を検出する手段がない場合は、使用上の最高温度を想定しなければならないため、過度に電流制限をかけることになり、モータのアシストが低下する。また周囲温度を検出する手段がある場合でも、モータ通電後は自己発熱の影響を受けるため正確な周囲温度を得ることが難しく、さらにモータやコントローラが車室外にある場合には、走行風やエンジンからの熱により周囲温度が大きく変化する問題があった。

この発明は、このような問題点を改善するためになされたもので、周囲温度検出手段を用いることなく周囲温度を推定し電流制限をかけることができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。

前記の目的を達成するために、本発明にあっては、 運転者の操舵力を補助するためのモータと、前記モータの通電量を決定し制御するコントローラと、車速検出手段とを備え、前記コントローラは、操舵トルク検出手段、ハンドル角度情報検出手段及び車速検出手段からの出力を受け前記目標電流を決定する目標電流演算部と、前記車速検出手段からの出力を受けモータ過負荷によるモータおよびコントローラの過熱を防止するモータ電流制限値演算手段と、前記目標電流演算部の出力が前記モータ電流制限値演算手段の出力を超えないように制限するモータ電流制限手段とから構成される電動パワーステアリング装置において、 前記モータ電流制限値演算手段は、一定速度で走行した場合の飽和周囲温度を各車速ごとのデータとして保有する周囲温度推定手段と、モータ電流検出手段及び前記周囲温度推定手段からの出力を受け前記モータ電流制限手段のモータ電流制限値を決定する制限値演算部とから構成し、前記周囲温度推定手段及び制限値演算部にはエンジン回転検出手段からの出力を入力し、イグニションスイッチがオフした後も、エンジン回転オフから所定時間が経過するまでは、周囲温度推定や電流制限処理を継続するようにしたものである。

この発明は以上の説明のように、車速信号を用いて周囲温度を推定することにより、モータ電流を過度に制限することのない電動パワーステアリング装置を得るものである。

実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１における電動パワーステアリングの制御を示す全体構成図である。図１において、図３と同一符号は同一または相当部分を示している。
この発明の実施の形態１になる電動パワーステアリング装置においても、運転者の操舵力を補助するためのモータ１と、運転者の操舵力を補助するためにモータ１に流す電流を演算する目標電流演算部２と、この目標電流演算部２からの目標電流に対しモータ駆動信号を演算しモータ電流を制御するモータ電流制御部３とから構成されており、上記目標電流演算部２とモータ電流制御部３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるコントローラにより構成されている。

上記モータ電流制御部３は図３と同じく、モータの電流を検出するためのモータ電流検出回路４と、目標電流演算部２からの電流指令とモータ電流検出回路４からの出力とを比較する比較器５と、比較器５からの出力を受けて電流偏差が零となるようにモータ駆動信号を演算し、モータ電流を制御するモータ駆動信号演算手段６とから構成されている。

また、モータ目標電流演算部２は、操舵トルク検出手段１０からの検出トルクおよびハンドル角度情報検出手段１１および車速検出手段１２からの出力に従って決定される第１の目標電流演算部７と、車速検出手段１２とエンジン回転検出手段１４と上記モータ電流検出手段４からの入力に従いモータ過負荷によるモータおよびコントローラの過熱を防止するためのモータ電流制限値演算手段８と、第１の目標電流演算部７の出力がモータ電流制限値演算手段８の出力を超えないように制限するモータ電流制限手段９とから構成されている。

図３と異なる部分は、モータ電流制限値演算手段８は、周囲温度推定手段１５と制限値演算部１６とから構成され、また、周囲温度推定手段１５は、車速と周囲温度の対応データ参照部１７とローパスフィルタ処理部１８とから構成されている点と、図３の周囲温度検出手段１３に代えて本発明ではエンジン回転検出手段１４を用いた点である。

図１の回路構成において、先ず、車速検出手段１２からの信号が周囲温度推定手段１５に入力される。車速と周囲温度の対応データ参照部１７には、あらかじめ走行試験等により得られた定速走行時の飽和周囲温度が各車速ごとのデータとして備えられ、車速検出手段１２からの入力に従い周囲温度データを出力する。周囲温度データはローパスフィルタ処理部１８に入力される。ローパスフィルタ処理部１８は、車速の変化に対するモータ及びコントローラの周囲温度の応答遅れに相当する時定数をもつ１次のローパスフィルタであり、後述するようにフィルタ後の温度データがより精度の高い周囲温度推定値を表すこととなるように挿入されている。

制限値演算部１６ではモータ電流検出手段４からの出力を積算することにより推定されるモータおよびコントローラの発熱量および上記周囲温度推定手段１５の周囲温度推定値に従ってモータ電流制限値を決定する。モータ電流制限手段９では第１の目標電流演算部７の出力が制限値演算部１６の制限値を超える場合は、制限値以下となるよう目標電流を制限することは図３の場合と同様である。

なお、モータおよびコントローラは、停車時はエンジンの熱により加熱されるが、走行時は走行風により冷却される。そのため車速と周囲温度の対応データ参照部１７の周囲温度データは、停車時が最も高く、車速が上がるにつれて低くなるように設定される。ローパスフィルタ処理部１８の起動時の初期値は、エンジンが冷えた状態での使用温度条件の最大値に設定される。

また、周囲温度推定手段１５および制限値演算部１６には、エンジン回転検出手段１４からの信号が入力されており、これによりイグニッションスイッチがオフになっても、エンジン回転がオフとなってからエンジンが冷えるのに要する所定の時間が経過するまではコントローラを構成するＣＰＵ電源を遮断することなく周囲温度推定や電流制限処理を継続するようになされている。従って、エンジンが温まった状態でイグニッションスイッチを再投入した場合は、ローパスフィルタ処理やモータ電流制限は初期化されないため、周囲温度に合ったモータ電流制限が継続されることになる。

この時の動作を以下更に詳細に説明する。図４及び図５はイグニッションスイッチがオフになっても、エンジン回転がオフとなってからエンジンが冷えるのに要する所定の時間が経過するまではＣＰＵ電源を遮断しないようにした場合の周囲温度推定や電流制限処理を継続する動作を説明する図であり、横軸は時間軸を表している。
図４はイグニッションスイッチのオン/オフを１サイクルだけ実行した場合のパターン図を示し、図５はイグニッションスイッチをオフした後、所定時間経過するより前にイグニッションスイッチを再投入した場合のパターン図を示している。

図４において、今、イグニッションスイッチがオンするとセルモータによりエンジンが回転しはじめると同時にＣＰＵが起動する（丸付き数字１参照）。
ＣＰＵの起動時に、車速のローパスフィルタ後の値が初期値Ａに設定される（丸付き数字２参照）と共に、モータ電流制限値が初期値Ｂに設定される（丸付き数字３参照）。
車両が一定速度で走行した場合を考えると、ローパスフィルタ後の車速は所定の時定数にて実車速に収束する（丸付き数字４参照）。次にモータ電流が通電されると、それによる発熱量に応じてモータ電流が制限される。（丸付き数字５参照）。

モータとコントローラの周囲温度はエンジン、ラジエータ等からの熱により上昇する。但し、走行風により若干は冷却される（丸付き数字６参照）。
ここで車両が停車したとすると、ローパスフィルタ後の車速は所定の時定数にて０Km/hに向って収束する（丸付き数字７参照）。ローパスフィルタ後の車速が所定のしきい値Ｌ以下に下がると、ＣＰＵは停車中であると判断し、過熱防止のためモータ電流制限値を更に下げる（丸付き数字８参照）。停車時は走行風による冷却効果がなくなるので、モータとコントローラの周囲温度は更に上昇する（丸付き数字９参照）。

ここで、イグニッションスイッチがオフされ、エンジンも停止したとする（丸付き数字１０参照）。ローパスフィルタ後の車速は０Km/hのままであり（丸付き数字１１参照）、モータ実電流がゼロになるので電流制限値を徐々に上げて行き、初期値まで戻す（丸付き数字１２参照）。

続いて、エンジン停止により、エンジンやラジエータの温度が冷え、モータとコントローラの周囲温度もやがて外気温まで下がる（丸付き数字１３参照）。
エンジン停止後、所定時間Ｔ経過後にＣＰＵをオフする（丸付き数字１４参照）。但し所定時間Ｔは上記丸付き数字１３にて示す周囲温度が外気温まで下がるのに要する時間より長く設定する。この後、イグニッションスイッチが再オンすると、最初（丸付き数字１）に戻って同様の動作を繰り返す。

次に、図５のイグニッションスイッチをオフした後、所定時間経過するより前にイグニッションスイッチを再投入した場合について説明する。
イグニッションスイッチのオンからオフまでの動作は上記図４で説明したと全く同様である（丸付き数字１）。イグニッションスイッチをオフした後、所定時間経過するより前にイグニッションスイッチを再投入されエンジンが始動したとする（丸付き数字２）。この時、モータとコントローラの周囲温度は外気温まで冷えておらず、エンジン始動によりエンジンやラジエータの温度が上昇するため、モータとコントローラの周囲温度も上昇する（丸付き数字３）。

また、ローパスフィルタ後の車速は０km/hのままであり（丸付き数字４）、そのためＣＰＵは停車時用のモータ電流制限を行い、周囲温度に合った電流制限が継続される（丸付き数字５）。続いて走行を開始すると、走行風によりモータとコントローラの周囲温度が低下し、それに合わせてモータ電流制限値を上昇させる（丸付き数字６）。
上記したように、「所定の時間が経過するまでＣＰＵをオフせず周囲温度推定や電流制限処理を継続する機能」により、イグニッションスイッチの再オン後も周囲温度に適応した電流制限が行なわれるものである。

なお、本発明の理解を助けるために、仮に「所定の時間が経過するまでＣＰＵをオフしない機能」がなく、イグニッションスイッチのオフと共にＣＰＵもオフしてしまう場合について、図６を参照して説明する。イグニッションスイッチのオンからオフまでの動作は上記図４、図５で説明したと全く同様である（丸付き数字１）。イグニッションスイッチをオフした時、ＣＰＵもオフし、ローパスフィルタ後の車速や電流制限値が失われる。

イグニッションスイッチをオフした後、所定時間経過するより前にイグニッションスイッチを再投入されエンジンが始動したとすると（丸付き数字２）、ＣＰＵが再起動し、ローパスフィルタ後の車速や電流制限値が初期値に再設定される（丸付き数字３）。この時点ではエンジンやラジエータはまだ冷えておらず、モータとコントローラの周囲温度も外気温度よりも高いままである（丸付き数字４）。ローパスフィルタ後の車速が低下し、モータ電流制限が掛かるまでの間、周囲温度が高いにもかかわらず、周囲温度が外気温に等しいときと同じだけのモータ電流を流すことを許してしまうため、過熱状態を招くことになる（丸付き数字５）。

上記のように、この発明の実施の形態１によれば、車速検出手段と、車速と周囲温度の対応データ参照部並びにローパスフィルタ処理部とからなる周囲温度推定手段を備えることにより、周囲温度検出手段を用いることなく周囲温度を推定できるので、より正確なモータ指示電流の制限動作が確保され、操舵フィーリングの改善された電動パワーステアリング装置が実現できるものである。

また、エンジン回転検出手段からの信号を入力することにより、イグニッションスイッチがオフになっても、エンジン回転がオフとなってからエンジンが冷えるのに要する所定の時間が経過するまではＣＰＵを遮断することなく周囲温度推定や電流制限処理を継続するようになされているため、エンジンが温まった状態でイグニッションスイッチを再投入した場合は、ローパスフィルタ処理やモータ電流制限は初期化されないため、周囲温度に合ったモータ電流制限が継続されることになる。

実施の形態２.
図２は、この発明の実施の形態２における電動パワーステアリングの制御を示す全体構成図である。図２において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
図１と異なる部分は、周囲温度推定手段１５を車速信号のローパスフィルタ処理部１９と停車／走行判定部２０とから構成している点であり、その他は同一である。

図２の電動パワーステアリング装置において、先ず、車速検出手段１２からの信号が車速信号のローパスフィルタ処理部１９に入力される。車速信号のローパスフィルタ処理部１９は、車速の変化に対する周囲温度の応答遅れに相当する時定数をもつ１次のローパスフィルタであり、フィルタ後の車速信号は停車／走行判定部２０に入力される。停車／走行判定部２０ではフィルタ後の車速信号が所定のしきい値（例えば２０ｋｍ／ｈ）より小さい場合は停車中、大きい場合は走行中と決定する。

制限値演算部１６ではモータ電流検出回路４からの出力を積算することにより推定されるモータおよびコントローラの発熱量、および停車／走行判定部２０の判定結果により得られる周囲温度推定値に従って、例えば走行中の場合は４０〜５０℃以下、停止中の場合は８０℃以上であると見做してそれぞれの電流パターン信号をモータ電流制限手段９に送り、モータ電流制限値を決定する。なお、フィルタ後の車速信号と比較するしきい値にヒステリシスを設けてもよい。

図７はフィルタ後の車速信号と比較するしきい値にヒステリシスを設けた場合の効果を説明する図であり、図７(a)は上記しきい値に（Ｈ側）（Ｌ側）のヒステリシスを設けることにより、停車/走行判定に遅れを持たせることができるため、より実車の温度変化に即した設定をすることが可能となる。また図７(b)に示すように、フィルタ後の車速が変化した場合に、ヒステリシスを設けることにより、走行時の電流制限を常時用いることができるため、電流制限が過度に掛かることを防止することができる。

この実施の形態２によれば、制限値演算部１６として走行中と停止中の２つの電流パターン信号を停車／走行判定に即して選択・出力するだけでよいため、実施の形態１のような車速と周囲温度の関係データを予め作成する必要がなく、簡易型の制御システムとすることができる。また、フィルタ後の車速信号と比較するしきい値にヒステリシスを設けることで、より実車の温度変化に即した設定が可能となり、より設計の自由度を増加させることができる。

この発明の実施の形態１における電動パワーステアリングの制御を示す構成図である。 この発明の実施の形態２における電動パワーステアリングの制御を示す構成図である。 従来の電動パワーステアリングの制御を示す構成図である。 イグニッションスイッチのオン/オフを１サイクルだけ実行した場合のパターン図を示している。 イグニッションスイッチをオフした後、所定時間経過するより前にイグニッションスイッチを再投入した場合のパターン図を示している。 イグニッションスイッチをオフした後、所定時間経過するより前にイグニッションスイッチを再投入した場合の従来装置の動作を示すパターン図である。 フィルタ後の車速信号と比較するしきい値にヒステリシスを設けた場合の効果を説明する図である。

符号の説明

１ モータ、
２ 目標電流演算部、
３ モータ電流制御部、
４ モータ電流検出手段、
５ 比較器、
６ モータ駆動信号演算手段、
７ 第１の目標電流演算部、
８ モータ電流制限値演算手段、
９ モータ電流制限手段、
１０ 操舵トルク検出手段
１１ ハンドル角度情報検出手段、
１２ 車速検出手段、
１３ 周囲温度検出手段、
１４ エンジン回転検出手段、
１５ 周囲温度推定手段、
１６ 制限値演算部、
１７ 車速と周囲温度の対応データ参照部、
１８ ローパスフィルタ処理部、
１９ 車速信号のローパスフィルタ処理部、
２０ 停車/走行判定部。

Claims (6)

1. 運転者の操舵力を補助するためのモータと、前記モータの通電量を決定し制御するコントローラと、車速検出手段とを備え、前記コントローラは、操舵トルク検出手段、ハンドル角度情報検出手段及び車速検出手段からの出力を受け前記目標電流を決定する目標電流演算部と、前記車速検出手段からの出力を受けモータ過負荷によるモータおよびコントローラの過熱を防止するモータ電流制限値演算手段と、前記目標電流演算部の出力が前記モータ電流制限値演算手段の出力を超えないように制限するモータ電流制限手段とから構成される電動パワーステアリング装置において、 前記モータ電流制限値演算手段は、一定速度で走行した場合の飽和周囲温度を各車速ごとのデータとして保有する周囲温度推定手段と、モータ電流検出手段及び前記周囲温度推定手段からの出力を受け前記モータ電流制限手段のモータ電流制限値を決定する制限値演算部とから構成し、前記周囲温度推定手段及び制限値演算部にはエンジン回転検出手段からの出力を入力し、イグニションスイッチがオフした後も、エンジン回転オフから所定時間が経過するまでは、周囲温度推定や電流制限処理を継続するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記周囲温度推定手段は、前記飽和周囲温度データから得られる周囲温度データに対し、車速の変化に対する周囲温度の応答遅れに相当する特性を持つフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記周囲温度推定手段は、前記車速検出手段の出力と所定値との大小関係により、周囲温度を推定することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記周囲温度推定手段は、車速検出手段からの車速信号に対し、車速の変化に対する周囲温度の応答遅れに相当する特性を持つフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記周囲温度推定手段は、フィルタ後の車速信号が所定のしきい値より小さい場合は停車中、大きい場合は走行中と判定する停車／走行判定部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. フィルタ後の車速信号と比較するしきい値にヒステリシスを設けたことを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。

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