JP2000142434A - パワーステアリング装置 - Google Patents
パワーステアリング装置Info
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Abstract
定ができ、極低温の下でも電動モータの起動が問題なく
行えるパワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】電動モータMが駆動されると、その電流を
検出し、その電流によって生じるドライバ素子31の単
位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率をデータよ
り求め、時間的に累和して、油温に対する温度上昇値と
し、この温度上昇値と、ドライバ素子31の温度とから
油温を推定する。 【効果】油温センサを使用することなく、直接油温を推
定でき、極低温時でもモータの起動が行える。
Description
グ装置に関し、特に、電動モータによってオイルポンプ
を駆動して油圧を発生させ、この発生された油圧によっ
て操舵を補助する、いわゆる電動油圧式のパワーステア
リング装置に関する。
プを回転させ、オイルポンプからパワーシリンダに作動
油を供給することで、ステアリングホイールの操作力を
軽減させる電動油圧式のパワーステアリング装置が公知
である。この種のパワーステアリング装置では、通常、
操舵されている場合にのみ電動モータが駆動され、操舵
補助(アシスト)が行われるようになっている。
が極低温(例えば−40°C)の場合に電動モータを起
動するとき、作動油の粘性抵抗は非常に高くなってい
る。このような場合に、操舵補助を行うべく電動モータ
が起動されても、背圧が高いので電動モータが駆動でき
ないか、駆動できても電動モータの回転速度が一定以上
にならない。このような場合に操舵を開始しても、操舵
補助は十分に行われずに、いわゆる引っかかり感が強
い。したがって、速やかに電動モータを回転させて作動
油を循環させて温める構成を採用することが望まれてい
る。
モータドライバ素子を保護するため、ドライバ素子の温
度検出信号を入力する手段が設けられているこのドライ
バ素子の冷却には、通常油冷構造がとられているので、
ドライバ素子の温度と油温との間には一定の関連がある
ことが予測される。ドライバ素子の温度から油温が推定
できれば、特に油温センサを設けなくても、油温を知る
ことができるので、電動モータ起動条件を適切に設定す
ることができる。
用することなく、直接油温の推定ができるパワーステア
リング装置を提供することである。また、本発明の他の
目的は、電動モータ駆動回路を構成する素子が複数ある
場合、1つの温度センサを設置するだけで、他の素子の
温度が推定でき、もってそれぞれの素子の保護をするこ
とができるパワーステアリング装置を提供することであ
る。
を達成するための本発明のパワーステアリング装置は、
電動モータを駆動するためのドライバ素子の温度を検出
する温度検出手段と、電動モータに流れる電流を検出す
る電流検出手段と、電動モータに流れる電流と、その電
流によって生じるドライバ素子の単位時間当たりの発熱
量に相当する温度上昇率との関係を記憶する記憶手段
と、前記記憶手段に記憶された関係から、電流検出手段
により検出された電流に対する温度上昇率を求めて累和
することにより、油温に対する温度上昇値を求め、求め
た温度上昇値と温度検出手段で検出されたドライバ素子
の温度とに基づき、油温を推定する演算手段とを含むも
のである(請求項1)。
と、その電流を検出し、その電流によって生じるドライ
バ素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率
をデータより求め、時間的に累和して、油温に対する温
度上昇値とすることができる。そして、この温度上昇値
と、ドライバ素子の温度とから油温を推定することがで
きる。
油温が低くて作動油の粘性抵抗が高い場合には、油温が
高くて作動油の粘性抵抗が低い場合に比べてオイルポン
プを高速に駆動して、短時間で油温を上げることができ
る。すなわち、油温センサを使用することなく、直接油
温を推定でき、極低温時でもモータの起動が行える。
は、電動モータ駆動回路を構成する素子が複数あり、い
ずれかの素子又は環境の温度を検出する温度検出手段
と、電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段
と、電動モータに流れる電流と、その電流によって生じ
る各素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇
率との関係をそれぞれ記憶する記憶手段と、前記記憶手
段に記憶された関係から、電流検出手段により検出され
た電流に対する温度上昇率を求めて累和することによ
り、各素子の温度上昇値をそれぞれ求め、求めた各温度
上昇値と前記温度検出手段で検出された温度とに基づ
き、各素子の温度を推定する演算手段と、前記演算手段
により推定された各素子の温度に基づいて、各素子の保
護を行う素子保護手段とを含むものである(請求項
2)。
て熱的に接触している対象をいう。この発明によれば、
電動モータの電流を検出し、その電流によって生じるそ
れぞれの素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度
上昇率をデータより求め、時間的に累和して、環境に対
する温度上昇値とすることができる。したがって、温度
検出手段がいずれかの素子の温度を検出するものであれ
ば、いずれか1つの素子の温度を検出しておけば、その
素子と環境との温度差が分かり、他の素子と環境との温
度差も分かるので、結局、各素子の温度を推定すること
ができる。
るものであれば、環境の温度を検出しておくことによっ
ても、各素子と環境との温度差が分かるので各素子の温
度を推定することができる。よって、推定された各素子
の温度に基づいて、各素子の保護を行うことができる。
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発
明の一実施形態のパワーステアリング装置の全体構成を
示す概要図である。このパワーステアリング装置は、車
両に装着されて使用されるもので、ステアリング機構1
における操舵を補助するためのものである。
イール2が備えられている。ステアリングホイール2に
はステアリング軸3が連結されており、このステアリン
グ軸3の先端部にはピニオンギア4が取り付けられてい
る。ピニオンギア4は、車幅方向に延びたラックギア5
に噛合している。ラックギア5には、タイロッド6を介
して前輪タイヤ7が取り付けられている。
回転力がステアリング軸3に伝達されると、その先端部
のピニオンギア4が回転し、これに伴ってラックギア5
が車幅方向に移動する。その結果、ラックギア5の移動
がタイロッド6に伝達され、前輪タイヤ7の向きが変わ
る。パワーステアリング装置には、操舵補助力を発生す
るためのパワーシリンダ20が備えられている。パワー
シリンダ20は、ラック軸5に連結されたピストン21
と、このピストン21によって形成される一対のシリン
ダ室20a,20bとを含んでいる。シリンダ室20
a,20bには、それぞれ破線で示すオイル供給路22
a,22bを介して油圧制御弁23が接続されている。
路24の途中に介装されている。オイル循環路24は、
リザーバタンク25に貯留されている作動油がオイルポ
ンプ26により汲み出され、この汲み出された作動油が
オイルポンプ26から吐出された後再びリザーバタンク
25に戻る経路である。オイルポンプ26は、電動モー
タMによって駆動制御される。オイルポンプ26が電動
モータMによって駆動されている場合には作動油はオイ
ル循環路24を循環し、駆動されていない場合には作動
油の循環は停止している。
取り付けられたトーションバー8に関連して設けられて
おり、ステアリング軸3に加えられたトルクに比例し、
かつトルクの方向に応じた符号のトルク信号を出力す
る。トルクセンサ27には、ポテンショメータからなる
機械的接点を有する形式のものや、非接触式トルクセン
サなどのいずれの形式のものであっても適用することが
できる。
えられるトルクの方向および大きさに応じて開度が変化
する。これにより、作動油のパワーシリンダ20への供
給状態が変化する。パワーシリンダ20のいずれかのシ
リンダ室に作動油が供給されると、ピストン21が車幅
方向に沿ういずれかの方向に移動する。これにより、操
舵力が発生し、ラック軸5の移動が補助される。
とを一体化した油冷構造を説明するための部分断面図で
ある。電動モータMのハウジング内には、ドライバ素子
31を含む電子制御ユニットECUの基板32が設けら
れ、オイルポンプ26には金属体であるヒートシンク2
6aが付随している。このヒートシンク26aに接して
ドライバ素子31が取り付けられ、電子制御ユニットE
CUの基板32がその上に載った状態になっている。
矢印で示すとおり、ヒートシンク26aを通して拡散さ
れ、オイルポンプ26内の作動油に伝わっていく。電子
制御ユニットECUは、CPU、ROMおよびRAMを
有するマイクロコンピュータを含むものであり、電動モ
ータMの駆動を行う駆動回路29を制御する。
ドライバ素子31の温度上昇率T/tとの関係を示した
グラフである。温度上昇率T/tは、図3に示すよう
に、電動モータMに流れる電流IMが大きくなるに従っ
て2次関数的に大きくなる傾向にある。前記ROMは、
電動モータMに流れる電流値IMと、ドライバ素子31
の油温に対する単位時間当たりの温度上昇率T/tの関
係をマップ化してデータとして記憶している。
T/tは、電動モータM、ドライバ素子31、ヒートシ
ンク26a、オイルポンプ26など、一体化された全体
の熱容量によって決まるものであるので、ROMには、
電動モータMとオイルポンプ26とを一体化して、実際
にステアリング機構1に組み込んだ状態で実験的に求め
たデータを記憶させることとなる。
的接続状態を示す図である。電子制御ユニットECUに
はトルクセンサ27からトルク信号が与えられるように
なっている。さらに、電子制御ユニットECUには、駆
動回路29の中のドライバ素子31の温度検出信号が入
力されるようになっている。前記ドライバ素子31の温
度は駆動回路29に内蔵されているサーミスタ等により
検出されるものである。
の電源が駆動回路29を通して供給される。駆動回路2
9は、電子制御ユニットECUから指令されるデューテ
ィ比でパルス幅変調された駆動信号を発生する回路であ
る。そしてこの駆動回路29を流れる電動モータに流れ
る電流値が検出され、電子制御ユニットECUに入力さ
れるようになっている。
27から与えられるトルク信号、ドライバ素子31の温
度信号に基づいて、駆動回路29を制御する。図5は、
電子制御ユニットECUによる電動モータ起動時の駆動
制御を説明するためのフローチャートである。イグニッ
ションスイッチ(IG)がオンされてエンジンが始動される
と、これに応答して電子制御ユニットECUは、操舵ト
ルクの大きさに応じた所定のデューティ比で電動モータ
Mの駆動を開始する(ステップS1)。その結果、オイ
ルポンプ26が駆動され、作動油がオイル循環路24を
循環する。
温度は速やかに上がり、アシスト制御を支障なく行える
状態になるが、低温環境であれば、作動油の温度がなか
なか上昇せず、粘性抵抗が高いままである。そこで、本
処理では、電子制御ユニットECUは、駆動回路29か
ら与えられるドライバ素子31の温度を読み取り(ステ
ップS2)、前述したROMのテーブル(図3参照)を
検索し、油温Toを推定する(ステップS3)。
値は、ドライバ素子31の温度に等しいとして、時間の
経過とともに、電動モータMに流れる電流IMに対応す
る温度上昇率T/tを、ROMから読み取っていく。そ
して、読み取られた各温度上昇率T/tを累和(時間積
分)していって、現在の温度上昇値ΔTを求める。現在
の温度上昇値ΔTが求められれば、油温を次のように推
定することができる。
温度)−(現在の温度上昇値ΔT) そして、当該油温がしきい値TTH以下であると判別され
た場合には(ステップS4のYES)、作動油の粘性抵
抗が高いと判断し、電動モータMを100%のデューテ
ィ比で駆動する(ステップS5)。つまり、いままでア
イドル回転やアシスト回転のために100%未満の所定
のデューティ比で駆動されていたものを、油温を速やか
に上げるために、全力で作動油をオイル循環路24に循
環させるのである。この100%駆動は一定時間(例え
ば2sec)続けられ(ステップS6)、一定時間が経
過すると、100%駆動は解除される(ステップS
7)。これは、長時間駆動による電動モータの焼きつき
やドライバ素子31の損傷を防止するためである。
電動モータMを100%のデューティ比で駆動している
が、比較的高速で回転させるものであれば、必ずしも1
00%に限られるものではない。一方、ステップS4で
油温To がしきい値TTHより高いと判別された場合に
は、作動油の粘性抵抗は低くなり目的は達成されたと判
断し、この処理を出る。
ーステアリング装置によれば、作動油の粘性抵抗が相対
的に高い場合には粘性抵抗が低くなるまで電動モータM
を駆動させているから、極低温下でも、電動モータMの
起動をスムーズに行わせることができる。したがって、
走行中、しばらく無操舵状態が続いたときでも、次に操
舵するときに、引っかかり感がある状態を防止できる。
そのため、操作性の良いパワーステアリング装置とする
ことができる。
る。この実施の形態では、駆動回路29に含まれている
ドライバ素子である3相交流駆動用FETとともに、ド
ライバ素子以外の素子である逆接防止用FET(バッテ
リの極性を間違えたときに遮断するためのもの)に注目
する。これらの素子は、使用条件によって温度上昇カー
ブが次のように異なるため、従来、温度を監視するため
の温度センサがそれぞれ必要であった。
ETの温度上昇>駆動用FETの温度上昇 (b)PWM100%未満駆動時:逆接防止用FETの温
度上昇<駆動用FETの温度上昇 そこで、本発明の実施の形態では、いずれか1つの素子
の温度のみを監視し、両素子の、環境に対する温度上昇
率を電動モータ電流IMの関数としてマップ化してデー
タとしてそれぞれ記憶し、各素子の温度上昇値を演算す
ることで1個の温度センサにて各素子の温度を推定す
る。ここで「環境」として、各素子と共通して熱的に接
触しているものならば任意の対象を選ぶことができる。
例えば、素子のパッケージ、ヒートシンク26a、作動
油などである。以下、ヒートシンクを選んだものとして
説明を進める。
温度)−(逆接防止用FETの温度上昇演算値)とな
る。駆動用FETの推定温度は、(ヒートシンクの推定
温度)+(駆動用FETの温度上昇演算値)となる。
(逆接防止用FETの測定温度)−(逆接防止用FET
の温度上昇演算値)+(駆動用FETの温度上昇演算
値)となり、逆接防止用FETの測定温度と記憶したマ
ップから駆動用FETの温度を推定することができる。 (2) 駆動用FETに温度センサを取り付けた場合 ヒートシンクの推定温度は、(駆動用FETの測定温
度)−(駆動用FETの温度上昇演算値)となる。
シンクの推定温度)+(逆接防止用FETの温度上昇演
算値)となる。したがって、逆接防止用FETの推定温
度は、(駆動用FETの測定温度)−(駆動用FETの
温度上昇演算値)+(逆接防止用FETの温度上昇演算
値)となり、駆動用FETの測定温度と記憶したマップ
から逆接防止用FETの温度を推定することができる。
た場合 駆動用FETの推定温度は、(ヒートシンクの測定温
度)+(駆動用FETの温度上昇演算値)となる。逆接
防止用FETの推定温度は、(ヒートシンクの測定温
度)+(逆接防止用FETの温度上昇演算値)となる。
とにより、駆動用FETと逆接防止用FETの温度をそ
れぞれ推定することができる。したがって、各素子の推
定温度を基にして、上限温度に最も早く達しそうな素子
を保護するための手段を選ぶことができる。例えば、上
限温度に最も早く達する素子があれば、他の素子が上限
温度に達していなくても、電動モータを停止し、パワー
ステアリング機能をダウンさせることができる。
りであるが、本発明は上述の実施形態に限定されるもの
ではない。前記実施形態では、駆動用FETと逆接防止
用FETの温度をそれぞれ推定することを目的とした
が、ドライバ素子である駆動用FET自体が複数ある場
合にもいずれか1つの駆動用FETの温度のみを監視
し、他の駆動用FETの、環境に対する温度上昇率を電
動モータ電流IMの関数としてマップ化してデータとし
てそれぞれ記憶することにより本発明を適用することが
できる。その他、本発明の範囲内で種々の設計変更を施
すことが可能である。
ポンプにおいて、ブラシレスモータの回転速度制御を行
う際に、相切替え整流用のディジタル出力型ホール素子
のパルス信号を回転速度信号として利用している。しか
し、分解能に制限があるため、極低速回転領域では、パ
ルス周期が長くなり、安定した制御が行えず、いままで
極低速回転での使用が制限されていた。
し、ブラシレスモータの絶対回転角(電気角)を測定
し、微分演算を行うことによって極低速からのモータ回
転速度信号を得ることとし、極低速回転領域においても
安定した制御を行うことができる。また、電子制御ユニ
ットECU中の温度センサの検出温度を利用して、電動
モータ中のホール素子の温度とすることによって、磁気
の温度特性を補正し、より精度の高い回転速度制御を行
うことができる。
の全体構成を示す概要図である。
た油冷構造を説明するための部分断面図である。
の温度上昇率T/tとの関係を示したグラフである。
示す図である。
駆動制御を説明するためのフローチャートである。
Claims (2)
- 【請求項1】電動モータによってオイルポンプを駆動し
て油圧を発生させ、この発生された油圧により操舵を補
助するためのパワーステアリング装置であって、 電動モータを駆動するためのドライバ素子の温度を検出
する温度検出手段と、 電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、 電動モータに流れる電流と、その電流によって生じるド
ライバ素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上
昇率との関係を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された関係から、電流検出手段によ
り検出された電流に対する温度上昇率を求めて累和する
ことにより、油温に対する温度上昇値を求め、求めた温
度上昇値と温度検出手段で検出されたドライバ素子の温
度とに基づき、油温を推定する演算手段とを含むことを
特徴とするパワーステアリング装置。 - 【請求項2】電動モータによってオイルポンプを駆動し
て油圧を発生させ、この発生された油圧により操舵を補
助するためのパワーステアリング装置であって、 電動モータ駆動回路を構成する素子が複数あり、 いずれかの素子又は環境の温度を検出する温度検出手段
と、 電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、 電動モータに流れる電流と、その電流によって生じる各
素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率と
の関係をそれぞれ記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された関係から、電流検出手段によ
り検出された電流に対する温度上昇率を求めて累和する
ことにより、各素子の温度上昇値をそれぞれ求め、求め
た各温度上昇値と前記温度検出手段で検出された温度と
に基づき、各素子の温度を推定する演算手段と、 前記演算手段により推定された各素子の温度に基づい
て、各素子の保護を行う素子保護手段とを含むことを特
徴とするパワーステアリング装置。
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