JP2006168428A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.
車両の電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング系にモータの回転力によって補助操舵トルクを付与するものである。この電動パワーステアリング装置の制御手段が停止した場合(例えば、イグニッションスイッチがオフとなった場合)には、モータの回転が停止し補助操舵トルクが急激に減少してしまい、操舵感に大きな影響を与える。そこで、電動パワーステアリング装置の制御手段が停止した場合などであっても、補助操舵トルクが急激に減少しないように、予め定められたテーブルに基づいて付与すべき補助操舵トルクを算出すると共に、付与すべき補助操舵トルクの遷移に応じてそのテーブルを書き換えることが提案されている(下記特許文献1参照)。
ところで、電動パワーステアリング装置が搭載されている車両において運転者が連続して据え切りを行うと、モータに要求される回転力が大きいためにモータに大きな電流が流れる。モータに大きな電流が流れる状態を継続するとモータが発熱し、モータのコイルやブラシ等が耐熱許容温度に達する場合がある。このようになることを避けるために、上記特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置は、テーブルにモータ温度とそのモータ温度に対応した最大電流値とが関連付けられて格納されており、センサによって検知されたモータ温度から最大電流値を選択して制御することで、耐熱許容温度を超えることを防いでいる。 By the way, when a driver continuously performs stationary operation in a vehicle equipped with an electric power steering device, a large current flows through the motor because the rotational force required for the motor is large. If the state in which a large current flows through the motor is continued, the motor generates heat, and the motor coil, brush, and the like may reach a heat-resistant allowable temperature. In order to avoid such a situation, the electric power steering apparatus described in Patent Document 1 stores the motor temperature and the maximum current value corresponding to the motor temperature in the table in association with each other and is detected by the sensor. By selecting and controlling the maximum current value based on the motor temperature, the heat resistant allowable temperature is prevented.
一方、車両製造のコストダウンや構造簡略化の観点から、センサ類を極力削減することが求められている。そこで、モータ温度をモータに流れる電流から推定演算することが行われている。この推定演算では、モータが常時最高温度に晒されていることを前提として演算ロジックが組まれている。従って、たとえ寒冷地で長い時間放置した場合であっても、モータが最高温度に晒されているものとして演算されるので、耐熱許容温度までの余裕が実際よりも少ない状態で制御されることになる。 On the other hand, from the viewpoint of vehicle manufacturing cost reduction and structure simplification, it is required to reduce sensors as much as possible. Therefore, the motor temperature is estimated and calculated from the current flowing through the motor. In this estimation calculation, calculation logic is set on the assumption that the motor is constantly exposed to the maximum temperature. Therefore, even if it is left for a long time in a cold region, it is calculated that the motor is exposed to the maximum temperature, so it is controlled with a margin less than the actual allowable temperature limit. Become.
そこで本発明は、モータ温度を直接検知するセンサを使用せずに、実際のモータ温度に近い温度に基づいた制御を可能とす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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric power steering device that enables control based on a temperature close to the actual motor temperature without using a sensor that directly detects the motor temperature.
本発明者らは、車両のステアリング系に対して補助操舵トルクを付与する電動パワーステアリング装置の中で、補助操舵トルクを発生させるモータが車室内に配置されている場合に着目して検討を重ねた。その結果、車室内の雰囲気温度は運転が開始された後は所定の温度に収束することを見出した。また、車室内の雰囲気温度が所定の温度に収束すれば、その所定の温度に応じて定常状態のモータの温度も所定の温度に収束することを見出した。本発明はこれらの知見に基づくものである。 The inventors of the present invention have repeatedly studied focusing on a case where a motor for generating auxiliary steering torque is disposed in a vehicle interior in an electric power steering apparatus that applies auxiliary steering torque to a vehicle steering system. It was. As a result, it has been found that the ambient temperature in the passenger compartment converges to a predetermined temperature after the operation is started. It has also been found that if the ambient temperature in the passenger compartment converges to a predetermined temperature, the steady-state motor temperature also converges to the predetermined temperature in accordance with the predetermined temperature. The present invention is based on these findings.
本発明の電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング系に対して、車両の車室内に配置されたモータによって補助操舵トルクを付与する電動パワーステアリング装置であって、車両のイグニッションスイッチがオンとされてからの経過時間を算出する経過時間算出手段と、経過時間算出手段が算出した経過時間に基づいてモータ周辺の雰囲気温度を推定する雰囲気温度推定手段と、経過時間算出手段が算出した経過時間に基づいて、当該経過時間の間においてモータに負荷がかけられていない場合のモータの無負荷温度を推定する無負荷温度推定手段と、モータの温度を算出するためのフィルタ定数を雰囲気温度推定手段が推定した雰囲気温度に基づいて算出する定数算出手段と、当該算出したフィルタ定数及びモータに流れている電流の電流値と、無負荷温度推定手段が推定したモータの無負荷温度と、に基づいて電流値に対応するモータの温度を推定するモータ温度推定手段と、当該推定した温度に基づいてモータに流す電流を制御する制御手段と、を備える。 An electric power steering apparatus according to the present invention is an electric power steering apparatus that applies an auxiliary steering torque to a vehicle steering system by a motor disposed in a vehicle interior of the vehicle, and the vehicle ignition switch is turned on. Based on the elapsed time calculated by the elapsed time calculating means, the ambient temperature estimating means for estimating the ambient temperature around the motor based on the elapsed time calculated by the elapsed time calculating means, and the elapsed time calculated by the elapsed time calculating means The ambient temperature estimating means estimates the no-load temperature estimating means for estimating the no-load temperature of the motor when no load is applied to the motor during the elapsed time and the filter constant for calculating the motor temperature. Constant calculating means for calculating based on the ambient temperature, the calculated filter constant and the motor flowing to the motor Motor temperature estimating means for estimating the temperature of the motor corresponding to the current value based on the current value of the current and the no-load temperature of the motor estimated by the no-load temperature estimating means, and the motor based on the estimated temperature Control means for controlling the current to flow.
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、イグニッションスイッチがオンとされてからの経過時間に基づいて、モータに流れている電流に対するモータの温度を推定するためのベースとなる無負荷温度を推定するので、実際の使用状況に応じたモータの温度を推定できる。また、経過時間に応じたフィルタ定数及びモータに流れている電流値と無負荷温度とに基づいて、その電流値におけるモータの温度を推定するので、実際の使用状況をより反映させたモータの温度推定が可能となる。 According to the electric power steering apparatus of the present invention, based on the elapsed time from when the ignition switch is turned on, the no-load temperature serving as a base for estimating the temperature of the motor with respect to the current flowing through the motor is estimated. Therefore, the temperature of the motor can be estimated according to the actual usage situation. In addition, since the motor temperature at the current value is estimated based on the filter constant according to the elapsed time and the current value flowing through the motor and the no-load temperature, the motor temperature more accurately reflects the actual usage situation. Estimation is possible.
本発明によれば、実際の使用状況を反映させたモータの温度推定が可能となるので、モータ温度を直接検知するセンサを使用せずに、実際のモータ温度に極力即した制御が可能となる。特に経過時間が長くなった場合にはモータ温度がより低下していると想定することが可能となるので、例えば定常走行をある程度行った後に据え切りを行った場合においても、実際のモータ温度に即してより多くの補助操舵トルクを付与することができる。 According to the present invention, since it is possible to estimate the temperature of the motor reflecting the actual use situation, it is possible to perform control in accordance with the actual motor temperature as much as possible without using a sensor that directly detects the motor temperature. . In particular, when the elapsed time becomes longer, it is possible to assume that the motor temperature is lower.For example, even when stationary driving is performed after a certain amount of steady running, the actual motor temperature is maintained. Accordingly, more auxiliary steering torque can be applied.
本発明は、一実施の形態のために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。 The present invention can be readily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown for the embodiments. Subsequently, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の実施形態である電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。図1に示す電動パワーステアリング装置10は、ステアリングホイール30、減速ギア31、及びステアリングシャフト32を含むステアリング系に対して、モータ20によって補助操舵トルクを付与する装置である。本実施形態の場合、モータ20はこの電動パワーステアリング装置が搭載される車両(図示しない)の車室内に配置されている。
FIG. 1 is a block diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The electric
イグニッションスイッチ40をオンすると、バッテリ50から供給される電力が電動パワーステアリング装置10のモータ駆動部101を介してモータ20に印加電圧として伝達される。モータ駆動部101がモータ20に印加する電圧は、電動パワーステアリング装置10のアシストトルク演算部102(制御手段)によって制御される。アシストトルク演算部102は、前述したステアリング系の操舵トルクや、車速等に基づいてアシストトルクを算出し、そのアシストトルクを発生させるようにモータ駆動部101に指示信号を出力する。
When the
引き続いて、電動パワーステアリング装置10のその他の構成要素について説明する。電動パワーステアリング装置10は、既に説明したモータ駆動部101及びアシストトルク演算部102の他に、経過時間算出部103(経過時間算出手段)と、無負荷温度推定部104(無負荷温度推定手段)と、雰囲気温度推定部105(雰囲気温度推定手段)と、定数算出部106(定数算出手段)と、モータ温度推定部107(モータ温度推定手段)と、モータ電流検出部108と、温度特性格納部150と、定数情報格納部151と、を備えている。引き続いて各構成要素について説明する。
Subsequently, other components of the electric
経過時間算出部103は、イグニッションスイッチ40がオンとされてからの経過時間を算出する部分である。イグニッションスイッチ40がオンとされると、それを示す信号がイグニッションスイッチ40から経過時間算出部103に出力される。経過時間算出部103は、この信号の出力に応じて計時を開始し、イグニッションスイッチ40がオンとされてからの経過時間を積算する。経過時間算出部103は積算した経過時間を、無負荷温度推定部104及び雰囲気温度推定部105のそれぞれに出力する。
The elapsed
無負荷温度推定部104は、経過時間算出部103が算出した経過時間に基づいて、その経過時間の間においてモータ20に負荷がかけられていない場合のモータ20の無負荷温度T0℃を推定する部分である。より具体的には、無負荷温度推定部104は温度特性格納部150に格納されているモータ温度特性マップに基づいて、経過時間に応じたモータ20の無負荷温度T0℃を推定する。無負荷温度推定部104は推定した無負荷温度T0℃をモータ温度推定部107に出力する。
Based on the elapsed time calculated by the elapsed
ここで、温度特性格納部150に格納されているモータ温度特性マップについて図2を参照しながら説明する。図2はモータ温度特性マップを説明するためのグラフである。図2に示すグラフは、横軸をイグニッションスイッチ40がオンとなってからの経過時間、縦軸をモータ温度としている。例えば、据え切りをせずに定常走行を継続すると、モータ20は実質的に無負荷状態となり、その温度は所定値に漸近する。従って、図2に示すような経過時間とモータ温度との相関関係が得られる。
Here, the motor temperature characteristic map stored in the temperature
図1に戻り、雰囲気温度推定部105は、経過時間算出部103が算出した経過時間に基づいて、モータ20周辺の雰囲気温度を推定する部分である。より具体的には、雰囲気温度推定部105は温度特性格納部150に格納されているモータ雰囲気温度マップに基づいて、経過時間に応じたモータ20周辺の雰囲気温度を推定する。雰囲気温度推定部105は推定した雰囲気温度を定数算出部106に出力する。
Returning to FIG. 1, the ambient
ここで、温度特性格納部150に格納されているモータ雰囲気温度マップについて図3を参照しながら説明する。図3はモータ雰囲気温度マップを説明するためのグラフである。図3に示すグラフは、横軸をイグニッションスイッチ40がオンとなってからの経過時間、縦軸をモータ20の雰囲気温度としている。モータ20はこの電動パワーステアリング装置10が搭載されている車両の車室内に配置されているから、その雰囲気温度は車室内の温度に準じたものとなるものと推定される。例えば炎天下に放置されてその車室内温度が65℃程度まで上昇した場合であっても、運転者が乗車してしばらくすれば25℃程度の温度になるものと推定される。従って、図3に示すような経過時間とモータ20の雰囲気温度との相関関係が得られる。
Here, the motor atmosphere temperature map stored in the temperature
図1に戻り、定数算出部106は、モータ20の温度を算出するためのフィルタ定数を雰囲気温度推定部105が推定した雰囲気温度に基づいて算出する部分である。より具体的には定数算出部106は定数情報格納部151に格納されている定数マップに基づいて、モータ20の雰囲気温度に応じたフィルタ定数を算出する。定数算出部106は算出したフィルタ定数をモータ温度推定部107に出力する。
Returning to FIG. 1, the
ここで、定数情報格納部151に格納されている定数マップについて図4を参照しながら説明する。図4は定数マップを説明するためのグラフである。図4に示すグラフは、横軸をモータ20の雰囲気温度、縦軸をフィルタ定数としている。図4に示すように、本実施形態では3つのフィルタ定数K1、K2、K3を算出するようにしている。これらのフィルタ定数を設定する基本的な考え方は、モータ20の雰囲気温度が上がればモータ20自体は暖まり易く冷めにくくなり、モータ20の雰囲気温度が下がればモータ20自体は暖まりにくく冷め易くなることに基づいている。
Here, the constant map stored in the constant
この考え方をより具体的に図5を参照しながら説明する。図5は雰囲気温度の違いによるモータ20の発熱・放熱特性を示すグラフである。図5に示すグラフは、横軸をイグニッションスイッチ40がオンとなってからの経過時間、縦軸をモータ20の温度としている。モータ20の温度はイグニッションスイッチ40がオンとされる時点ではその雰囲気温度になっていると考えられる。
This concept will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 5 is a graph showing the heat generation / heat dissipation characteristics of the
モータ20の温度が65℃の場合(すなわちモータ20の雰囲気温度が65℃の場合)に、イグニッションスイッチ40をオンとし、更にモータ20に最大電流である65アンペアの電流を通電させたとする。この場合の温度曲線を図5中に実線で示す。最大電流をt1分流すとモータ20の温度は耐熱許容温度Tmax℃に到達する。ここでモータ20に流す電流を0アンペアとすると、図5に示すようにモータ20の温度は65℃に向けて漸近する。
It is assumed that when the temperature of the
一方、モータ20の温度が25℃の場合(すなわちモータ20の雰囲気温度が30℃の場合)に、イグニッションスイッチ40をオンとし、更にモータ20に最大電流である65アンペアの電流を通電させたとすると、図5中の破線のような温度曲線となる。モータ20の温度が65℃とした場合の温度曲線(図5中実線)と比較すると、モータ20の温度が耐熱許容温度に到達する時間がt2(>t1)分となる。また、モータ20に流す電流を0アンペアとすると、図5に示すようにモータ20の温度は30℃に向けて漸近する。この場合のモータ20の降温は、モータ20の温度が65℃の場合に比較して急激になっている。
On the other hand, when the temperature of the
従って、前述したように、モータ20の雰囲気温度が上がればモータ20自体は暖まり易く冷めにくくなり、モータ20の雰囲気温度が下がればモータ20自体は暖まりにくく冷め易くなっている。本実施形態の3つのフィルタ定数K1、K2、K3は、図5に示すような温度曲線に基づいてフィッティングにより求めている。
Therefore, as described above, when the ambient temperature of the
図1に戻り、モータ温度推定部107は、定数算出部106が算出したフィルタ定数及びモータ20に流れている電流の電流値Iと、無負荷温度推定部104が推定したモータ20の無負荷温度T0と、に基づいてモータ20に流れている電流の電流値Iに対するモータ20の温度T℃を推定する部分である。
Returning to FIG. 1, the motor
より具体的には、まずモータ温度推定部107はモータ電流検出部108から出力されるモータ20の電流値Iを2乗して電流2乗値I2を算出する。次にモータ温度推定部107は、電流2乗値I2に基づいて3つの定数sum1(=f(I2))、sum2(=g(I2))、sum3(=h(I2))を算出する。次にモータ温度推定部107は3つの定数sum1、sum2、sum3それぞれに、定数算出部106から出力される3つのフィルタ定数K1、K2、K3をそれぞれ掛け合わせて、差分温度ΔT(=K1・sum1+K2・sum2+K3・sum3)℃を算出する。続いてモータ温度推定部107は、無負荷温度推定部104の無負荷温度T0℃に差分温度ΔT℃を加算してモータ20の温度T(T0+ΔT)℃を算出する。モータ温度推定部107は算出したモータ20の温度T℃をアシストトルク演算部102に出力する。
More specifically, the motor
モータ電流検出部108は、モータ20に流れている電流の電流値Iを検出し、モータ温度推定部107に出力する部分である。
The motor
アシストトルク演算部102は、モータ温度推定部107が推定したモータ20の温度に基づいて、モータ20に流す電流を制御する部分である。より具体的には、アシストトルク演算部102は、モータ温度推定部107が推定したモータ20の温度T℃と、耐熱許容温度Tmax℃との差分に基づいて、据え切りの上限回数を算出する。アシストトルク演算部102は算出した上限回数の範囲内でモータ駆動部101に対して、モータ20への印加電圧を制御する指示信号を出力する。
The assist
次に、本実施形態における電動パワーステアリング装置10の動作について説明する。図6は、本実施形態における電動パワーステアリング装置10の動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the electric
イグニッションスイッチ40がオンされると、モータ電流検出部108がモータ20に流れている電流を検出し、その検出した電流値Iをモータ温度推定部107に出力する(ステップS01)。
When the
モータ温度推定部107はモータ電流検出部108から出力された電流値Iを2乗し、電流2乗値I2を算出する(ステップS02)。モータ温度推定部107は、電流2乗値I2に基づいて3つの定数sum1(=f(I2))、sum2(=g(I2))、sum3(=h(I2))を算出する(ステップS03)。
The motor
イグニッションスイッチ40がオンされると、ステップS01の動作と並行して、経過時間算出部103がイグニッションスイッチ40がオンとされてから経過時間を算出し、無負荷温度推定部104及び雰囲気温度推定部105に出力する(ステップS04)。
When the
雰囲気温度推定部105は、経過時間算出部103が算出した経過時間に基づいて、モータ20周辺の雰囲気温度を推定する(ステップS05)。雰囲気温度推定部105は推定した雰囲気温度を定数算出部106に出力する。
The ambient
定数算出部106は、モータ20の温度を算出するためのフィルタ定数K1、K2、K3を雰囲気温度推定部105が推定した雰囲気温度に基づいて算出する(ステップS06)。定数算出部106は算出したフィルタ定数K1、K2、K3をモータ温度算出部107に出力する。
The
モータ温度算出部107は、3つの定数sum1、sum2、sum3それぞれに、定数算出部106から出力される3つのフィルタ定数K1、K2、K3をそれぞれ掛け合わせて、差分温度ΔT(=K1・sum1+K2・sum2+K3・sum3)℃を算出する(ステップS07)。
The motor
ステップS05〜S07の動作と並行して、無負荷温度推定部104は、経過時間算出部103が算出した経過時間に基づいて、その経過時間の間においてモータ20に負荷がかけられていない場合のモータ20の無負荷温度T0℃を推定する(ステップS08)。無負荷温度推定部104は推定したモータ20の無負荷温度T0℃をモータ温度推定部107に出力する。
In parallel with the operations in steps S05 to S07, the no-load
モータ温度推定部107は、無負荷温度推定部104の無負荷温度T0℃に差分温度ΔT℃を加算してモータ20の温度T(T0+ΔT)℃を算出する(ステップS09)。モータ温度推定部107は算出したモータ20の温度T℃をアシストトルク演算部102に出力する。
The motor
アシストトルク演算部102は、モータ温度推定部107が推定したモータ20の温度T℃と、耐熱許容温度Tmax℃との差分に基づいて、据え切りの上限回数を算出する。アシストトルク演算部102は算出した上限回数の範囲内でモータ駆動部101に対して、モータ20への印加電圧を制御する指示信号を出力する(ステップS10)。
The assist
本実施形態の電動パワーステアリング装置10における作用効果について説明する。イグニッションスイッチ40がオンとされてからの経過時間に基づいて、無負荷温度推定部104が無負荷温度T0℃(モータ20に流れている電流に対するモータ20の温度を推定するためのベースとなる温度)を推定するので、実際の使用状況に応じたモータ20の温度を推定できる。また、経過時間に応じたフィルタ定数(K1、K2、K3)及びモータに流れている電流値Iと無負荷温度T0℃とに基づいて、その電流値Iにおけるモータの温度T℃を推定するので、実際の使用状況をより反映させたモータ20の温度推定が可能となる。
The effects of the electric
10…電動パワーステアリング装置、20…モータ、30…ステアリングホイール、31…減速ギア、32…ステアリングシャフト、40…イグニッションスイッチ、50…バッテリ、101…モータ駆動部、102…アシストトルク演算部、103…経過時間算出部、104…無負荷温度推定部、105…雰囲気温度推定部、106…定数算出部、107…モータ温度推定部、108…モータ電流検出部、150…温度特性格納部、151定…定数情報格納部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記車両のイグニッションスイッチがオンとされてからの経過時間を算出する経過時間算出手段と、
前記経過時間算出手段が算出した経過時間に基づいて前記モータ周辺の雰囲気温度を推定する雰囲気温度推定手段と、
前記経過時間算出手段が算出した経過時間に基づいて、当該経過時間の間において前記モータに負荷がかけられていない場合の前記モータの無負荷温度を推定する無負荷温度推定手段と、
前記モータの温度を算出するためのフィルタ定数を前記雰囲気温度推定手段が推定した雰囲気温度に基づいて算出する定数算出手段と、
当該算出したフィルタ定数及び前記モータに流れている電流の電流値と、前記無負荷温度推定手段が推定した前記モータの無負荷温度と、に基づいて前記電流値に対応する前記モータの温度を推定するモータ温度推定手段と、
当該推定した温度に基づいて前記モータに流す電流を制御する制御手段と、
を備える電動パワーステアリング装置。 An electric power steering device that applies an auxiliary steering torque to a vehicle steering system by a motor disposed in a vehicle interior of the vehicle,
An elapsed time calculating means for calculating an elapsed time after the ignition switch of the vehicle is turned on;
Atmosphere temperature estimating means for estimating the ambient temperature around the motor based on the elapsed time calculated by the elapsed time calculating means;
Based on the elapsed time calculated by the elapsed time calculation means, no-load temperature estimation means for estimating the no-load temperature of the motor when no load is applied to the motor during the elapsed time;
Constant calculating means for calculating a filter constant for calculating the temperature of the motor based on the ambient temperature estimated by the ambient temperature estimating means;
The temperature of the motor corresponding to the current value is estimated based on the calculated filter constant and the current value of the current flowing through the motor and the no-load temperature of the motor estimated by the no-load temperature estimating means. Motor temperature estimating means for
Control means for controlling the current flowing through the motor based on the estimated temperature;
An electric power steering apparatus comprising:
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