JP2006341795A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワースイッチング素子、シャント抵抗素子、パワーリレー等の実装電子部品の温度を検出することにより、それらの発熱部位の発熱を抑制して過熱保護を行う。
【解決手段】通電に伴う温度上昇が大きく、相対的に温度変化に対する応答性が速い部位として実装電子部品Ｂ、Ｄの直近に温度検出器２２を設けると共に、それらから離れた位置の基板２１上にも温度検出器２３を設け、温度検出器２２で検出される温度検出値ｔ_Sが過熱保護制御開始閾値ｔ_SON以上であるか、温度検出器２３で検出される温度検出値ｔ_Lが過熱保護制御開始閾値ｔ_LOFF以上である場合に、操舵補助指令値Ｉに乗じる制限ゲインＫを１より小さく設定してモータ電流値を制限することにより、発熱部位の発熱を抑制する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、モータによる操舵補助力を車両の操舵系に付与する電動パワーステアリング装置に関し、特に装置そのものを過熱によるフェールから保護するのに好適なものである。

自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、操向ハンドルの走査によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクと走行速度を検出し、その検出信号に基づいてモータを駆動して操向ハンドルの操舵力を補助するものである。モータの駆動力は減速機を介してギヤ又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。係る従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティ比の調整で行っている。

このような電動パワーステアリング装置の制御は電子制御回路で実行されるが、その制御の概要は、トルクセンサで検出された操舵トルクと走行速度センサで検出された走行速度に基づいてモータに供給する電流の制御目標値である電流指令値を演算し、その演算結果に基づいてモータに供給する電流を制御する。即ち、電子制御回路は、操向ハンドルが操作されて操舵トルクが発生しているときに、検出された走行速度が零或いは低速の場合は大きな操舵補助力を供給し、検出された走行速度が速い場合は小さな操舵補助力を供給するように操向ハンドルの操舵力と走行速度に応じてモータに供給する電流を制御することで、走行状態に応じた最適な操舵補助力を与えることができる。

ちなみに、前記電子制御回路は、モータに供給する電流の制御目標値である電流指令値を演算するＣＰＵで構成される制御回路部と、その演算結果に基づいてモータに供給する電流を制御する複数の半導体素子から構成されるモータ駆動回路部とから構成され、両者を一枚の回路基板（プリント基板）上に配置して構成されたものがある。
上述のような電動パワーステアリング装置ではモータに大きな電流（３０〜６０Ａ、場合によっては１００Ａ）が流れるので、車両の安全面からモータの保護対策を講じる必要がある。従来は、モータ電流検出値を基に、その電流値から所定時間における平均値を求めて電流制限をしたり、平均電流が所定値以上の場合に所定時間毎に電流を制限したりするような処置で、モータを過熱から保護している。例えば、モータ電流検出回路からのモータ電流値に基づいてモータ温度を推定し、その推定された推定温度値に基づいて操舵補助指令値（又は電流制御値）を制限する。このように、従来は、時間と電流の概念でモータ電流を制限してモータを過熱から保護しているが、低温において電流を流したときのモータの磁性体減磁に対しては保護が全く行われていなかった。

また、上記従来の方法は、モータ電流から発熱量を推定算出してモータ電流を制限しているが、この方法では全体温度を加味していないため、車両の置かれている外気温によって推定温度が実際の温度とずれてしまい、モータや電子制御回路のモータ駆動回路の保護が十分にできない場合があった。また、高温時を想定して過熱保護の温度（スレッショルド）を設定すると、常温や低温時に早く保護機能が働いてしまい、据え切りなどに大電流が出力できる時間が少なくなってしまっていた。

また、従来の方法では電子制御回路の放熱器の温度だけを測定してモータ電流を制限したり、モータ温度を推定してモータ電流を制限したりしていた。しかし、電子制御回路の放熱器の熱時定数とモータの熱時定数が異なるため、例えば電子制御回路の放熱器だけ測定してモータ電流を制限して過熱保護を行うと、モータの温度が低下しないうちにモータ電流の制限を解除してしまい、モータを破損してしまう可能性が考えられる。なお、熱時定数とは温度変化に対する応答性を示す指数であり、熱時定数が小さいとは温度変化に対する応答性が速いということであり、熱時定数が大きいとは温度変化に対する応答性が遅いということである。

更に、従来の方法では、過熱保護を行う必要がある部品の測定すべき場所が明確になっていなかったため、どの部分が故障したら対象となる部品が重大故障を引き起こすのかが明確になっていなかった。このため、出力電流によって発熱しているのに、電子制御回路では正確に認識できていない状況が発生していた。また、従来は、モータの高温度における保護が行われていた。しかし、モータは低温時に大きな電流を流したときに、モータに使用されている磁性体が減磁するような現象がある。このような場合、短時間でも大きな電流をモータに流しても減磁されてしまい、その後は定格電流を流しているにも係わらず、通常出力が得られない状態が発生する可能性がある。

このような諸問題を解決するため、必要な部位の温度を直接検出して過熱保護を行うものが提案されている。例えば、モータの過熱焼損を未然に防止するため、以下に例示する特許文献１では、モータにサーミスタ等の温度検出素子を取付けて温度を検出し、所定の限界温度を越えたとき、モータの過熱焼損の危険があるとしてモータに供給する電流を制限するモータ電流制限手段を備えている。また、以下に例示する特許文献２では、電子制御回路の回路基板はモータ駆動回路部を構成する半導体スイッチング素子（パワースイッチング素子）に流れるモータ電流に基づいて発熱するから、過大なモータ電流が流れるとパワースイッチング素子及びその近傍の回路基板が過熱して焼損する恐れがあるため、回路基板にサーミスタ等の温度検出素子を取付けて温度を検出し、検出温度を電子制御回路において処理して、モータ電流を制限して回路基板の過熱焼損を未然に防止している。また、以下に例示する特許文献３では、同じくモータ駆動回路部の電磁リレーの発熱に着目し、モータ駆動回路部にサーミスタ等の温度検出素子を取付けて電磁リレー及びその近傍の回路基板温度を検出し、モータ電流を制限して回路基板及び電磁リレーの過熱焼損を未然に防止している。
特開平７−１１２６６６号公報 特開２００３−１９９７３号公報 特許第３５８４８３２号公報

ところで、従前の電動パワーステアリング装置は軽・小型車両にのみ使用されていたが、近年は大型車両にも積極的に使用されるようになってきた。車両が大型化するとモータも高出力化され、回路に流れる電流も大きくなる。一方、例えばモータ駆動回路には、前述したパワースイッチング素子やパワーリレー、シャント抵抗素子など、通電によって発熱する発熱体が多数あり、流れる電流が大きくなれば発熱量も大きくなるが、その発熱形態は個々に異なる。例えば、同じ形式のパワースイッチング素子でも、使用される箇所によっては発熱形態が異なる。

しかしながら、前記各特許文献に記載される電動パワーステアリング装置は、何れもサーミスタ等の温度検出素子を回路基板に取付け、複数の発熱体全体の温度或いはその雰囲気の温度を検出し、その検出された温度に基づいて駆動回路及びモータに流れる電流値を制限しているだけであるため、発熱形態の異なる個々の発熱体のうち、最も温度上昇量の大きい発熱体に合わせて全体或いは雰囲気温度の電流値制限用閾値を設定すると、安全性を見込んで閾値そのものを小さな値に設定する必要が生じ、駆動回路及びモータへの電流値制限が早期に行われてしまうという問題がある。例えば電動パワーステアリング装置を搭載した大型車両を車庫入れするために操向ハンドルの所謂据え切りを繰り返すと、モータ駆動回路に大電流が連続して流れ、その結果、発熱体の温度上昇に伴って回路基板の温度が上昇し、その温度が前述した小さな値の電流値制限用閾値を越えてモータ電流値制限が行われ、操向ハンドル操作が重くなってしまうといった、電動パワーステアリング装置を搭載した軽・小型車両では発生しなかった問題が生じる。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、大型車両であってもモータ電動値制限を適切に行うことが可能な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。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクに応じた操舵補助力をモータによって車両の操舵系に付与する電動パワーステアリング装置において、通電による自己発熱或いは他の発熱体等による温度変化に対し比較的応答性の速い部位とそれに対し応答性の遅い部位との夫々に少なくとも一以上設けられた温度検出器と、前記温度検出器で検出された前記部位毎の温度検出値が当該部位毎に設定された閾値以上であるときに条件に応じて当該部位の温度上昇を抑制する過熱保護手段又は冷却手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のうち請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、前記請求項１の発明において、温度変化に対し比較的応答性の速い部位に設ける温度検出器は、通電により最も温度が上昇する部品若しくはその近傍に設けられることを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、前記請求項１の発明において、温度変化に対し比較的応答性の速い部位に設ける温度検出器は、通電による自己発熱或いは他の発熱体等により、比較的早く限界温度に達する部品若しくはその近傍に設けられることを特徴とするものである。

また、本発明のうち請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、前記請求項１の発明において、前記過熱保護手段は、前記モータの駆動に用いる操舵補助指令値を予め設定した一定値以下に制限することにより発熱部位の発熱を抑制するものであることを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、前記請求項１の発明において、前記過熱保護手段は、前記操舵補助指令値に制限ゲインを乗算することにより発熱部位の発熱を抑制するものであることを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、前記請求項１の発明において、前記過熱保護手段は、冷却手段によって発熱部位の発熱を抑制するものであることを特徴とするものである。

而して、本発明のうち請求項１に係る電動パワーステアリング装置によれば、通電による自己発熱或いは他の発熱体等による温度変化に対し比較的応答性の速い部位とそれに対し応答性の遅い部位との夫々に少なくとも一以上の温度検出器を設け、それらの温度検出器で検出された各部位毎の温度検出値が当該部位毎に設定された閾値以上であるときに条件に応じて当該部位の温度上昇を抑制する構成としたため、パワースイッチング素子やシャント抵抗素子、パワーリレー等の発熱体そのもの又はその近傍の温度と回路全体又は雰囲気の温度とを個別に検出し、それらに応じて発熱部位の発熱抑制、つまり加熱保護用の閾値を適切に設定することにより、モータへの電流値制限による発熱部位の発熱抑制、つまり加熱保護を適切なタイミングで行うことができるので、モータへの電流値制限を適切に行うことが可能となる。

また、本発明のうち請求項２に係る電動パワーステアリング装置によれば、温度変化に対し比較的応答性の速い部位に設ける温度検出器を、通電により最も温度が上昇する部品若しくはその近傍に設けることにより、モータへの電流値制限による発熱部位の発熱抑制、つまり加熱保護を適切なタイミングで行うことができる。
また、本発明のうち請求項３に係る電動パワーステアリング装置によれば、温度変化に対し比較的応答性の速い部位に設ける温度検出器を、通電による自己発熱或いは他の発熱体等により、比較的早く限界温度に達する部品若しくはその近傍に設けることにより、モータへの電流値制限による発熱部位の発熱抑制、つまり加熱保護を適切なタイミングで行うことができる。

また、本発明のうち請求項４に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータの駆動に用いる操舵補助指令値を予め設定した一定値以下に制限することにより発熱部位の発熱を抑制する構成としたため、モータへの電流値制限による過熱保護を適切に行うことができる。
また、本発明のうち請求項５に係る電動パワーステアリング装置によれば、操舵補助指令値に制限ゲインを乗算することにより発熱部位の発熱を抑制する構成としたため、モータへの電流値制限による過熱保護を適切に行うことができる。
また、本発明のうち請求項６に係る電動パワーステアリング装置によれば、冷却手段によって発熱部位の発熱を抑制する構成としたため、より大出力のモータにも適用することが可能となる。

次に、本発明の電動パワーステアリング装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置の概略構成図である。ステアリングホイール１に連結されたステアリングシャフト２は、運転者の操舵力が作用する入力軸２ａと出力軸２ｂとを有し、入力軸２ａと出力軸２ｂとの間にトルクセンサ３及び減速ギヤ１１が介装されている。ステアリングシャフト２の出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、更にユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。ピニオンシャフト７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａと、このピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結され且つ操舵補助力を発生する電動機としての無結線式モータ１２とを備えている。
操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵力を操舵トルクとして検出するものであり、例えば操舵トルクを入力軸２ａ−出力軸２ｂ間のトーションバーの捻れ角変位に変換し、この捻れ角変位をポテンショメータで検出するように構成されている。この操舵トルクセンサ３は、図２に示すように、入力される操舵トルクが０のときに所定の中立電圧Ｖ０となり、この状態から右切りすると、操舵トルクの増加に応じて中立電圧Ｖ０より増加する電圧となり、操舵トルクが０の状態から左切りすると操舵トルクの増加に応じて中立電圧Ｖ０より減少する電圧となるトルク検出値Ｔを出力するように構成されている。

電動パワーステアリング装置を制御する駆動制御回路１５には、バッテリＢからイグニッションスイッチＩＧを経て電力が供給され、駆動制御回路１５は、操舵トルクセンサ３で検出された操舵トルクＴ及び走行速度センサ１６で検出された走行速度Ｖに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉを算出し、その算出された操舵所指令値Ｉに基づいてモータ１２への供給電流値を制御する。

駆動制御回路１５は主としてマイクロコンピュータ等の演算処理装置によって構成されるが、その内部で実行される演算処理の機能を示すと図２のようになる。例えば、位相補償器３１は独立したハードウエアとしての位相補償器を示すものではなく、演算処理装置で実行される演算処理としての位相補償機能、即ちソフトウエアを示している。この駆動制御回路１５の機能及び作用を説明すると、トルクセンサ１６で検出された操舵トルクＴは、操舵系の安定を高めるために位相補償器３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算器３２に入力される。また、走行速度センサ１２で検出された走行速度Ｖも操舵補助指令値演算器３２に入力される。

操舵補助指令値演算器３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び走行速度Ｖに基づいてモータ１２に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを算出する。この操舵補助指令値演算器３２にはメモリ３３が付設されており、このメモリ３３には、走行速度Ｖをパラメータとし且つ操舵トルクＴＡに対応する操舵補助指令値Ｉを格納しており、この格納されたデータに基づいて操舵補助指令値Ｉを設定する。

操舵補助指令値Ｉは減算器３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器３４に入力され、減算器３０Ａの出力（Ｉ−ｉ）は比例演算器３５に入力され、その比例出力は加算器３０Ｂに入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分補償器３６に入力される。微分補償器３４の出力及び積分補償器３６の出力も加算器３０Ｂに入力され、その出力である電流制御値Ｅがモータ駆動回路３７に入力される。モータ１２のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流値ｉは減算器３０Ａを介してフィードバックされる。

本実施形態で操舵補助に使用されるモータ１２はブラシレスモータである。ブラシレスモータのロータには、複数のＮ極とＳ極が縁周に沿って交互に配置、固定されており、ロータを除く周囲には複数のステータコイルが配置されている。そして、図示しないロータ位相センサでロータの位相を検出し、その検出されたロータの位相に対応してステータコイルの夫々に流す電流を選択的に切換えることにより回転力が得られる。モータ駆動回路３７は、この電流の供給と切換えを行う。また、例えば前記ステータコイルに直列に挿入されたシャント抵抗などからなるモータ電流検出回路３８でモータ電流値ｉを検出し、そのモータ電流値ｉを減算器３０で操舵補助指令値Ｉから減算することにより、操舵補助指令値Ｉが達成されるような動作が行われる。

一方、本実施形態では、モータ駆動回路３７内に、３つのサーミスタ等の温度検出器２２，２３を備え、その出力に基づいて、モータ駆動回路３７への指令信号である操舵補助指令値Ｉを制限し、もってモータ駆動回路３７及びモータ２０への電流値を制限して装置を過熱から保護する。図４は、本実施形態のモータ駆動回路３７内の金属製回路基板２１上の実装状態を示す。図中の符号Ａ〜Ｅは、例えばパワースイッチング素子、半導体素子、抵抗やリレースイッチなどの実装電子部品であり、通電によって発熱し、一般的には電流値が大きいほど発熱量も大きい。図中の網掛けは発熱量の大きさを示し、網掛けが濃いほど、発熱量が大きい。本実施形態では、実装部品Ｂ及びＤの直近の部位に夫々温度検出器２２を設け、残りの１つの温度検出器２３は、それら実装部品から少し離れた部位で回路基板２１に設けてある。

回路基板２１は金属製であるので、熱伝達率、熱伝導率共に大きい。前記実装部品Ｂ、Ｄの直近に設けられた温度検出器２２の部位は、実装部品Ｂ、Ｄへの通電によって速やかに温度上昇する。つまり、これらの温度検出器２２が設けられている部位は、温度変化に対して応答性の速い部位になる。従って、これら２つの温度検出器２２を熱時定数小部位温度検出器とする。一方、実装部品から離れて設けられた温度検出器２３の部位は、温度変化に対して応答性の遅い部位となるので、この温度検出器２３を熱時定数大部位温度検出器とする。熱時定数の定義は前述の通りである。なお、熱時定数小部位温度検出器２２は、パワースイッチング素子、シャント抵抗素子、パワーリレー等の発熱実装部品そのものの温度又はその近傍の温度を検出する。

例えばＰＷＭ信号に応じたモータ電流ｉが図５に示すものであるとすると、前記熱時定数小部位温度検出器２２で検出される温度は、モータ電流の通電時間に応じて上昇し、モータ電流の非通電時間に応じて下降する。これに対し、熱時定数大部位温度検出器２３で検出される温度は、熱時定数小部位温度検出器２２で検出される温度変化を反映しながら次第に温度が上昇するように現れる。

本実施形態では、時定数小部位温度検出器２２で検出される温度ｔ_S及び時定数大部位温度検出器２３で検出される温度ｔ_Lの夫々に、個別の温度閾値ｔ_SON，ｔ_LONを設け、何れか一方の温度検出値ｔ_S，ｔ_Lが閾値ｔ_SON，ｔ_LON以上となったときにモータ２０の電流値ｉが制限されるようにモータ駆動回路３７への指令信号である操舵補助指令値Ｉを制限する。具体的には、操舵補助指令値Ｉに後述する１より小さい制限ゲインＫを乗じて、モータ２０の電流値ｉを制限することにより、温度検出値ｔ_S，ｔ_Lの上昇を抑制、つまり発熱部位の発熱を抑制して過熱保護を行う。

図６には、制限ゲインＫの設定マップを示す。このマップでは、温度検出値ｔ_S，ｔ_Lが閾値ｔ_SON，ｔ_LON未満のときには制限ゲインＫは１であり、温度検出値ｔ_S，ｔ_Lが閾値ｔ_SON，ｔ_LON以上になると当該温度検出値ｔ_S，ｔ_Lの温度上昇と共に制限ゲインＫが小さくなる。一旦上昇した温度検出値ｔ_S，ｔ_Lが下降する場合には、制限ゲインＫにヒステリシスを与えてから温度検出値ｔ_S，ｔ_Lの下降と共に制限ゲインＫを大きく設定し、温度検出値ｔ_S，ｔ_Lが、閾値ｔ_SON，ｔ_LONより小さい閾値ｔ_SOFF，ｔ_LOFF以下となったときに制限ゲインＫを１とする。

モータ電流値の制限方法には、これ以外にも、操舵補助指令値Ｉを予め設定した一定値で規制する方法や、操舵トルクセンサ３で検出された操舵トルクＴ又は位相補償後の操舵トルクＴＡを予め設定した値以下に補正したり、前述のような制限ゲインを用いて操舵トルクの実測値以下に補正したりすることにより、操舵トルクに応じて算出される操舵補助指令値Ｉを制限するようにしてもよい。また、走行速度センサ１６で検出された走行速度Ｖを予め設定した値以上に補正したり、前述したような制限ゲインを用いて走行速度の実測値以上に補正したりすることにより、走行速度に応じて算出される操舵補助指令値Ｉを制限するようにしてもよい。また、前記予め設定した値や制限ゲインは一定の数値でもよいし、温度検出値に基づく関数、若しくは温度検出値が大きくなるほど段階的に変化する数値が設定されるようにしてもよい。また、前記予め設定した値や制限ゲインは、閾値以上の温度を検出した温度検出器の設置位置や、閾値以上の温度を検出した温度検出器の個数に応じて設定するようにしてもよい。

図７には、この温度による過熱保護制御の演算処理を示す。この過熱保護制御演算処理は、イグニッションスイッチ（図ではＩＧ）オンでスタートし、イグニッションオフまで繰り返し行われる。この演算処理では、まずステップＳ１で温度検出値ｔ_S，ｔ_L、及び過熱保護制御フラグＰを０に初期化する。次にステップＳ２に移行して、前記熱時定数小部位温度検出器２２で検出される温度検出値ｔ_S及び熱時定数大部位温度検出器２３で検出される値温度検出値ｔ_Lを読込む。次にステップＳ３に移行して、過熱保護制御フラグＰが０であるか否か、即ち過熱保護制御中であるか否かを判定し、過熱保護制御フラグＰが０である場合にはステップＳ４に移行し、そうでない場合、即ち１である場合にはステップＳ５に移行する。

ステップＳ４では、熱時定数小部位温度検出器２２で検出される温度検出値ｔ_Sが過熱保護制御開始閾値ｔ_SON以上であるか否かの判定並びに熱時定数大部位温度検出器２３で検出される温度検出値ｔ_Lが過熱保護制御開始閾値ｔ_LON以上であるか否かの判定を行い、熱時定数小部位温度検出器２２で検出される温度検出値ｔ_Sが過熱保護制御開始閾値ｔ_SON以上であるか、又は熱時定数大部位温度検出器２３で検出される温度検出値ｔ_Lが過熱保護制御開始閾値ｔ_LON以上である場合にはステップＳ６に移行し、そうでない場合にはステップＳ２に移行する。ステップＳ６では、前述した制限ゲインＫによる過熱保護制御を行ってからステップＳ８に移行し、過熱保護制御フラグＰを１にセットしてからステップＳ２に移行する。

一方、ステップＳ４では、熱時定数小部位温度検出器２２で検出される温度検出値ｔ_Sが過熱保護制御解除閾値ｔ_SOFF以下であるか否かの判定並びに熱時定数大部位温度検出器２３で検出される温度検出値ｔ_Lが過熱保護制御解除閾値ｔ_LOFF以下であるか否かの判定を行い、熱時定数小部位温度検出器２２で検出される温度検出値ｔ_Sが過熱保護制御解除閾値ｔ_SOFF以下であり且つ熱時定数大部位温度検出器２３で検出される温度検出値ｔ_Lが過熱保護制御解除閾値ｔ_LOFF以下である場合にはステップＳ７に移行し、そうでない場合にはステップＳ２に移行する。ステップＳ７では、前述した制限ゲインＫによる過熱保護制御を解除してからステップＳ９に移行し、過熱保護制御フラグＰを０にリセットしてからステップＳ２に移行する。

駆動制御回路１５が納められているコントロールユニットケース内には、駆動制御回路を構成する複数の素子、マイクロコンピュータ、パワーリレー等の部品が納められており、通電により、各々自己発熱や他の部品の発熱によって温度上昇を生じる。このとき上昇する温度は、通電量のみならず、回路のレイアウトなどの影響も受ける。即ち、温度上昇の大きい部品の近くにレイアウトされた部品は、その発熱部品の影響を受けて温度上昇する。また、影響を受ける部品の一つに限らず、複数の発熱部品の影響を受けることもある。また、放熱板の径以上や位置などにも影響を受ける。更に、個々の部品によって使用限界温度も異なる。これらを統合すると、全ての部品の温度を監視し且つ部品毎に温度閾値を設定して温度上昇を抑制するのが理想である。しかしながら、それはコスト的にもレイアウト的にも現実的でなく、コスト、レイアウトの両面で、温度検出器の数は最小限度に抑えたい。

本実施形態では、「比較的応答性が速い部位」に関しては、最低でも、最初に使用限界温度に達する部品を監視する。複数の部品の監視を行えばなおよい。つまり、「比較的応答性が速い部位」を監視することにより、大電流が流れ、発熱部品が急激に温度上昇する場合の加熱保護を行う。一方、本実施形態では、「比較的応答性が遅い部位」に関しては、従来通りケース内の平均的温度上昇を最低でも一カ所監視することにより、発熱部位が緩やかに温度上昇する場合の加熱保護を行う。

ここで、「応答性が速い」とは、熱源からの距離や時間によって部品が使用限界温度に到達するのが速いことを意味する。このうち、距離に関しては、熱源に近い方が温度が上昇しやすく、熱源自身が最も温度が高い。また、複数の熱源の相乗効果も考えられる。また、時間に関しては、部品の材質によって、同じ雰囲気温度でも温度上昇の仕方が異なる。また、使用限界温度は、部品によって異なり、一律には決められない。これらを加味して、最初に使用限界温度に達する部品を監視することにより、電流値制限を加え始めるタイミングを従来より遅くすることができる。

応答性の速い部位は最も使用限界温度への到達が早い部品などを監視すればよいが、それが一つに絞れない場合には、複数の部品を監視すればよい。また、駆動制御回路１５がコントロールユニットケース内で別基板やヒートシンクに直付けされている場合、それらのユニットのうち、最も使用限界温度への到達が早いユニットのみを監視してもよいが、各々のユニット毎に応答性の速い部位及び遅い部位を監視することが望ましい。

このように、本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、通電による自己発熱或いは他の発熱体等による温度変化に対し比較的応答性の速い部位とそれに対し応答性の遅い部位との夫々に少なくとも一以上の温度検出器を設け、それらの温度検出器で検出された各部位毎の温度検出値が当該部位毎に設定された閾値以上であるときに条件に応じて当該部位の温度上昇を抑制する構成としたため、パワースイッチング素子やシャント抵抗素子、パワーリレー等の発熱体そのもの又はその近傍の温度と回路全体又は雰囲気の温度とを個別に検出し、それらに応じて発熱部位の発熱抑制、つまり加熱保護用の閾値を適切に設定することにより、モータへの電流値制限による発熱部位の発熱抑制、つまり加熱保護を適切なタイミングで行うことができるので、モータへの電流値制限を適切に行うことが可能となる。

また、温度変化に対し比較的応答性の速い部位に設ける温度検出器を、通電により最も温度が上昇する部品若しくはその近傍に設けることにより、モータへの電流値制限による発熱部位の発熱抑制、つまり加熱保護を適切なタイミングで行うことができる。
また、温度変化に対し比較的応答性の速い部位に設ける温度検出器を、通電による自己発熱或いは他の発熱体等により、比較的早く限界温度に達する部品若しくはその近傍に設けることにより、モータへの電流値制限による発熱部位の発熱抑制、つまり加熱保護を適切なタイミングで行うことができる。
また、操舵補助指令値に制限ゲインを乗算することにより発熱部位の発熱を抑制する構成としたため、モータへの電流値制限による過熱保護を適切に行うことができる。

なお、本実施の形態では、パワースイッチング素子、シャント抵抗素子、パワーリレー等の実装電子部品の発熱に対する過熱保護について述べたが、モータのブラシ部、モータの巻線部についても、発熱体近傍と少し離れた位置に温度検出器を設置することにより、同様に過熱保護を行うことができる。
また、本実施形態は、制御回路、モータに流れる電流を制限する手段を用いて発熱部位の発熱を抑制することにより過熱保護を行うものであるが、ファンを回して空冷する方法、水冷する方法、ベルチェ素子などで冷房する方法などの冷却手段を用いて過熱保護するようにしてもよい。

本発明の電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。 操舵トルクセンサの出力特性図である。 図１のコントロールユニットの機能ブロック図である。 モータ駆動回路に設けられた温度検出器の配置図である。 モータ電流値と図４の温度検出器で検出された温度との関係を示す説明図である。 過熱保護制御に用いる制限ゲインの説明図である。 過熱保護制御の演算処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１はステアリングホイール
２はステアリングシャフト
３は操舵トルクセンサ
４，６はユニバーサルジョイント
８はステアリングギヤ
９はタイロッド
１０は操舵補助機構
１１は減速ギヤ
１２はモータ
１５は駆動制御回路
１６は走行速度センサ
２１は回路基板
２２は熱時定数小部位温度検出器
２３は熱時定数大部位温度検出器
３７はモータ駆動回路
Ａ〜Ｅは実装電子部品

Claims (6)

1. 操舵トルクに応じた操舵補助力をモータによって車両の操舵系に付与する電動パワーステアリング装置において、通電による自己発熱或いは他の発熱体等による温度変化に対し比較的応答性の速い部位とそれに対し応答性の遅い部位との夫々に少なくとも一以上設けられた温度検出器と、前記温度検出器で検出された前記部位毎の温度検出値が当該部位毎に設定された閾値以上であるときに条件に応じて当該部位の温度上昇を抑制する過熱保護手段又は冷却手段とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 温度変化に対し比較的応答性の速い部位に設ける温度検出器は、通電により最も温度が上昇する部品若しくはその近傍に設けられ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。
3. 温度変化に対し比較的応答性の速い部位に設ける温度検出器は、通電による自己発熱或いは他の発熱体等により、比較的早く限界温度に達する部品若しくはその近傍に設けられ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. 前記過熱保護手段は、前記モータの駆動に用いる操舵補助指令値を予め設定した一定値以下に制限することにより発熱部位の発熱を抑制するものであ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。
5. 前記過熱保護手段は、前記操舵補助指令値に制限ゲインを乗算することにより発熱部位の発熱を抑制するものであ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。
6. 前記過熱保護手段は、冷却手段によって発熱部位の発熱を抑制するものであ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。

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