JP2004276838A

JP2004276838A - 車両用伝達比可変操舵システム

Info

Publication number: JP2004276838A
Application number: JP2003073642A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Kodama; 和正小玉; Hirozumi Eki; 啓純益; Susumu Koike; 進小池; Atsuo Sakai; 厚夫酒井; Takanori Suzuki; 隆則鈴木
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】正確な温度推定を行える車両用伝達比可変操舵システムを提供する。
【解決手段】本発明の車両用伝達比可変操舵システムは、操舵ハンドル１０側に連結されて操舵角の入力される入力軸２０と、転舵輪ＦＷ側に連結されて転舵角の出力される出力軸４０と、これら入力軸と出力軸との間に介在して駆動源である駆動モータ３１によって操舵角に対する転舵角の伝達比を可変とする伝達比可変装置３０と、この伝達比を車両の走行状態に応じて変更すべく駆動モータへの通電を制御する制御装置６０とを備える車両用伝達比可変操舵システム１００において、前記駆動モータは、ブラシレスモータであり、前記制御装置は、このブラシレスモータの相電流を検出する相電流検出手段（６４、６５）と、検出された相電流に基づき所定部位の温度推定を行う温度推定手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルとパワーステアリング等の間に介在して、操舵ハンドルの操舵角に対する転舵輪の転舵角を走行状態に応じて可変にできる車両用伝達比可変操舵システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
操舵ハンドル（以下、適宜「ハンドル」という。）の操作負担を軽減するために、最近では、油圧式または電動式のパワーステアリング装置が殆どの車両に設けられている。ところが、パワーステアリング装置を備えていても、車庫入れ等する場合にはハンドルを何度も大きく切り返したりしなければならず、その操作負担は依然大きい。
【０００３】
そこで、車庫入れ等する場合、ハンドルの操作量が小さくても、転舵輪（前車輪）が大きく切れるようにして、ハンドルの操作負担をさらに軽減してスムーズな運転を可能とする車両用伝達比可変操舵システム（以下、適宜「可変操舵システム」という。）が採用されつつある。この可変操舵システムは、ハンドルとパワーステアリング装置等との間に介在して、ハンドルの操作量（操舵角）と転舵輪の転舵角との伝達比を可変とするものである。そして、低速運転中はその伝達比が大きく、高速運転中はその伝達比が小さく設定されている。この可変操舵システムは、下記特許文献１にもあるように、例えば、３相ＤＣブラシレスモータ（以下、適宜、「モータ」という。）で駆動され、このモータの制御は、可変操舵システムの電子制御装置（ＥＣＵ）によりなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２８７６６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記モータやその周辺の過熱によるシステム故障等を未然に回避するために、可変操舵システムの温度把握が重要となる。その中でも、熱に対する最弱部位の温度把握が重要である。例えば、可変操舵システムの場合、モータに電力を供給するスパイラルケーブル等がその最弱部位となることが多い。
【０００６】
このような最弱部位の温度を直接測定することは困難であるため、モータに流れる電流値から、最弱部位の温度推定をすることが考えられる。そこで、例えば、図５に示すように、モータ駆動回路全体へ流れる電流値をその上流側に設けた電流センサで一括して検出し、この検出された電流値から各相電流を推定する。そしてこの推定された相電流に基づき、最弱部位の温度推定を行うことが考えられる。この方法によって、その最弱部位の温度推定を精度良く行うには、その前提となる相電流の推定が正確であることが求められる。
【０００７】
ところが、各相電流は、巻線のずれ、組付誤差等によって変化し、正確な推定は困難である。その結果、自ずと、その最弱部位の温度推定も精度の悪いものとなる。
また、モータの位置制御はなされるとしても、図５のモータ駆動回路では相電流の直接的な検出がなく、電流ループが設けられないため、可変操舵システム毎の性能バラツキも大きくなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、ブラシレスモータの相電流を正確に検出して、所定部位の温度推定を高精度で行えると共にモータの制御性を向上させ得る車両用伝達比可変操舵システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、相電流を直接的に検出する相電流検出手段を設けることを思いつき、本発明を完成するに至った。
本発明の車両用伝達比可変操舵システムは、操舵ハンドル側に連結されて操舵角の入力される入力軸と、該転舵輪側に連結されて転舵角の出力される出力軸と、該入力軸と該出力軸との間に介在し、駆動源である駆動モータによって該操舵角に対する該転舵角の伝達比を可変とする伝達比可変装置と、該伝達比を車両の走行状態に応じて変更すべく該駆動モータへの通電を制御する制御装置とを備える車両用伝達比可変操舵システムにおいて、
前記駆動モータは、ブラシレスモータであり、前記制御装置は、該ブラシレスモータの相電流を検出する相電流検出手段と、該検出された相電流に基づき所定部位の温度推定を行う温度推定手段とを備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
本発明の車両用伝達比可変操舵システムは、発熱量に直接関連するブラシレスモータへ供給される相電流が、相電流検出手段によって直接的に検出される。この結果、制御装置は、この相電流に基づいて、所定部位の温度推定を精度良く行うことができる。勿論、相電流を推定ではなく直接的に検出しているため、フィードバック制御による電流ループも可能となり、上記モータの制御性が向上する。その結果、モータの安定駆動が図られ、各個体間のバラツキも容易に低減させ得る。
【００１１】
ここでいうブラシレスモータは、その磁極数、相数、相コイルの結線方法等を問わない。また、相電流検出手段を設ける個数は、相コイルの数と同じである必要もない。例えば、Ｎ相の場合、（Ｎ−１）相分の電流が検出されると、残りの相電流を求めることができるからである。
上記モータを具体的にいうと、回転磁界を形成するＹ結線された３相コイルからなるブラシレスモータであり、前記相電流検出手段は、該３相コイル中のいずれか２相分の相電流を検出する電流センサである。上述したように、電流センサを設ける相数を３相中の２相としたのは、残りの１相分はその電流センサから検出された電流値より容易に求められるからである。電流センサの一例はシャント抵抗であり、その両端電圧を測定することで相電流を検出できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
本発明の車両用伝達比可変操舵システム１００（以下、「可変操舵システム１００」という。）の全体的な概要を図１に示す。
可変操舵システム１００は、操舵ハンドル１０（以下、「ハンドル１０」という。）に一端側が固定されて一体的に回転する入力軸２０と、この入力軸２０の他端側が連結されて操舵角が入力れる伝達比可変操舵装置３０と、伝達比可変操舵装置３０に一端側が固定されて転舵角が出力される出力軸４０と、伝達比可変操舵装置３０を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）６０とからなる。
【００１３】
伝達比可変操舵装置３０は、入力軸２０と出力軸４０とを相対回転可能に連結しており、ブラシレスモータ３１によって変位駆動される。これによって、入力軸２０と出力軸４０との間で回転量の伝達比（転舵角／操舵角）が変化させられる。詳細を図示しないが、伝達比可変操舵装置３０は、筒形状のハウジングの内周側に固定されたステータと、さらにその内側に中空シャフトと一体化したロータとが配置されてなり、これらのステータとロータとによってブラシレスモータ３１（駆動モータ）が構成される。このブラシレスモータ３１は、詳細は後述するが、図２に示すような、磁極数２の３相ＤＣブラシレスモータである。
【００１４】
ＥＣＵ６０は、入力軸２０に設けられた操舵角センサ２１および外部の車速センサ７０から入力された各種信号に基づき、ブラシレスモータ３１の回転量を制御している。操舵角センサ２１は、入力軸２０に設けられており、相対回転角を検出するロータリーエンコーダからなる。ここから２相のパルス信号がＥＣＵ６０に出力される。ＥＣＵ６０は、この２相のパルス信号の位相差を基に、ハンドル１０の回転方向を検知すると共にパルス数をカウントし、ハンドル１０の相対回転角（操舵角と転舵角との差）を検知する。なお、ＥＣＵ６０とブラシレスモータ３１との間は、伝達比可変操舵装置３０のハウジング（つまり、ブラシレスモータ３１のステータ）自体が回転するため、渦巻帯状のスパイラルケーブル３２によって接続されている。
また、出力軸４０の他端側は、ラックアンドピニオン式の電動パワーステアリング装置５０に連結されている。電動パワーステアリング装置５０によって駆動されるラック軸５１の両側には転舵輪ＦＷが連結されている。
【００１５】
次に、ブラシレスモータ３１の三相コイルＵ、Ｖ、Ｗに回転磁界を生じさせるための駆動回路を図２に示す。この駆動回路（インバータ回路）は、ＥＣＵ６０内に設けられており、各相毎に１対設けられたスイッチング素子（ＦＥＴ）６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂのＯＮ／ＯＦＦによって電源（Ｖｃ）側から供給される直流（ＤＣ）がパルス状の交流に変換される。各ＦＥＴ６１〜６３のスイッチングは、マイコン等からなる制御部６６によってＰＷＭ制御されている。
ここで、本実施形態の場合、三相コイルＵ、Ｖ、Ｗに流れる励磁電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの内、励磁電流ｉｕ、ｉｖは、その回路上に設けた電流センサ６４、６５（相電流検出手段）によって直接検出される。検出された励磁電流ｉｕ、ｉｖは、Ａ／Ｄコンバータ等を経て入力され、制御部６６は各相コイルに流れる電流値を把握する。
【００１６】
なお、本実施形態の場合、三相コイルＵ、Ｖ、ＷはＹ結線されたものであることから、励磁電流ｉｗを直接検出する電流センサは設けていない。この励磁電流ｉｗは、ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖとして求めた。なお、電流センサ６４、６５は、回路中に介在させたシャンク抵抗の両端電圧を測定するものである。
制御部６６は、こうして得られた三相コイルの電流値に基づいて、ＦＥＴ６１等のスイッチングの制御幅を調整して、各相コイルに流れる励磁電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの値およびタイミング、周波数を制御する。こうして、各相コイル間のアンバランスや個体差が解消される。
さらに制御部６６は、ブラシレスモータ３１のスパイラルケーブル３２の温度推定を行う。この温度推定には、上記励磁電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの電流値に基づいて、スパイラルケーブル３２周囲の雰囲気温度等を加味して行われる（温度推定手段）。なお、温度推定を行う部位として、スパイラルケーブル３２を選んだのはこの部分が熱に対する最弱部位だからである。
【００１７】
この温度推定は、例えば、上記制御部６６によって次のように処理される。
先ず、上記温度推定に先立ち、スパイラルケーブル３２に流れるモータ電流Ｉが算出される。この演算処理を図３のフローチャートを用いて説明する。
すなわち、ステップＳ１で励磁電流ｉｕが、ステップＳ２で励磁電流ｉｖがそれぞれ検出される。これらの励磁電流ｉｕ、ｉｖから、ステップＳ３で励磁電流ｉｗ（＝−ｉｕ−ｉｖ）が算出される。ステップＳ４では、こうして得られた励磁電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗから、上記モータ電流Ｉ（＝（｜ｉｕ｜＋｜ｉｖ｜＋｜ｉｗ｜）／２）が算出される。ここで、各絶対値の和を２で割っているのは、モータ電流Ｉを実効値とするためである。そして、ステップＳ５でこのモータ電流Ｉをモータ電流Ｉ（ｎ）とする。なお、モータ電流Ｉ（ｎ）は、イグニッションＯＮ時等の起算点から順次カウントしたモータ電流Ｉのｎ番目を意味する。
【００１８】
次に、上記モータ電流に基づいてなされる温度推定処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。
すなわち、ステップＳ１１で、上記モータ電流Ｉ（ｎ）を読出す。ステップＳ１２で、スパイラルケーブル３２での発熱量に比例したモータ電流Ｉ（ｎ）の２乗値Ｉ（ｎ）^２を算出する。ステップＳ１３で、カウンタ値ｎに対応したなまし回数Ｎを読出す。さらに、ステップＳ１４で、前回の演算結果であるＡ（ｎ−１）を読出す。なお、Ａ（ｎ）は、このスパイラルケーブル３２での発熱量を指標する発熱指標値である。ステップＳ１５で、モータ電流の２乗値Ｉ（ｎ）^２、なまし回数Ｎおよび発熱指標値Ａ（ｎ−１）に基づいて、今回（ｎ番目）の発熱指標値Ａ（ｎ）を算出する。このときの算出式は、Ａ（ｎ）＝｛Ｉ（ｎ）^２＋（Ｎ−１）＊Ａ（ｎ−１）｝／Ｎである。
【００１９】
ステップＳ１６で、温度変換係数Ｋを読出す。この温度変換係数Ｋは、発熱指標値Ａ（ｎ）からスパイラルケーブル３２の温度上昇分を換算するものであり、試験的に求められる。ステップＳ１７で、ブラシレスモータ３１のモータ雰囲気温度θ０を算定する。このモータ雰囲気温度θ０は、ＥＣＵ６０の基板に設けられた温度検出センサの出力信号を、雰囲気温度マップを対応付けて温度推定したものである。ステップＳ１８で、発熱指標値Ａ（ｎ）、温度変換係数Ｋおよびモータ雰囲気温度θ０に基づいて、スパイラルケーブル３２のケーブル温度θを算出する。
そして、制御部６６は、このケーブル温度θが基準温度θｓ以上と判定すると、変操舵システム１００をフェールセーフモードに切替える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である車両用伝達比可変操舵システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】その実施形態で使用されるモータ駆動回路を示す要部回路図である。
【図３】その実施形態でなされるモータ電流の算出処理を示すフローチャートである。
【図４】その実施形態でなされるスパイラルケーブルの温度推定処理を示すフローチャートである。
【図５】従来のモータ駆動回路を示す要部回路図である。
【符号の説明】
１０操舵ハンドル
２０入力軸
３０伝達比可変操舵装置
３１ブラシレスモータ
３２スパイラルケーブル
４０出力軸
６０ＥＣＵ（制御装置）
ＦＷ転舵輪
１００車両用伝達比可変操舵システム

Claims

操舵ハンドル側に連結されて操舵角の入力される入力軸と、
該転舵輪側に連結されて転舵角の出力される出力軸と、
該入力軸と該出力軸との間に介在し、駆動源である駆動モータによって該操舵角に対する該転舵角の伝達比を可変とする伝達比可変装置と、
該伝達比を車両の走行状態に応じて変更すべく該駆動モータへの通電を制御する制御装置とを備える車両用伝達比可変操舵システムにおいて、
前記駆動モータは、ブラシレスモータであり、
前記制御装置は、該ブラシレスモータの相電流を検出する相電流検出手段と、該検出された相電流に基づき所定部位の温度推定を行う温度推定手段とを備えることを特徴とする車両用伝達比可変操舵システム。
前記ブラシレスモータは、回転磁界を形成するＹ結線された３相コイルを有し、
前記相電流検出手段は、該３相コイル中のいずれか２相分の相電流を検出する電流センサを備えてなる請求項１に記載の車両用伝達比可変操舵システム。