JP2008054440A - 過熱保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサを用いずにパワーアシストモータおよびコントローラの温度を精度良く検出して過熱保護の機能を向上させる。
【解決手段】第１推定温度算出部１３はモータ電流Ｉによる発熱量と放熱量との差からモータ８２の温度を推定する。第１目標電流値算出部２７は推定温度に応じたレシオＲｃを求め、目標ベース電流値ＩｂをレシオＲｃに従って制限した第１仮目標値を算出する。第２推定温度算出部１４はモータ電流Ｉによる発熱量と放熱量との差からモータコントローラ９３の温度を推定する。第２目標電流値算出部２８は推定温度に応じたレシオＲｃを求め、目標ベース電流値ＩｂをレシオＲｃに従って制限した第２仮目標値を算出する。目標値選択部３０は、第１、第２仮目標値のうち小さい値を選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、過熱保護装置に関し、特に、モータおよびモータ周辺装置の温度を推定し、この推定された温度に従って電流を制限してモータおよびモータ周辺装置を過熱から保護する装置に関する。

ステアリングシャフトを回動させて車両を操舵する際、該ステアリングシャフトに電動モータで回動補助力を付与して操舵を楽にさせる電動パワーステアリングシステムが知られる。

特開２００５−３２４７９６号公報には、電動モータの過熱を防止するため、モータの巻線温度を推定し、その推定温度に基づいてモータの温度保護制御を行う電動パワーステアリング装置の制御装置が記載されている。

一般に、モータの巻線温度を推定する場合、ジュールの法則に従い、巻線を流れる電流値と巻線の抵抗値を利用する。すなわち、電流値をＩ、抵抗値をＲ、通電時間をｔとした場合、発熱量Ｑは、Ｑ＝Ｉ×Ｉ×Ｒ×ｔ…（式１）で推定できる。

この式１により発熱量は推定されるが、さらに正確に温度を推定するためには、放熱量も考慮しなければならない。次式２は、放熱量補正項としての定数ａを含む熱量推定式である。この式中において累積値Ｔは温度を代表する。

累積値Ｔ＝Σ（Ｋ×Ｉ×Ｉ−ａ）…（式２）。この式２は、パワーステアリングが動作して電動モータに通電されたときの発熱量を通電時間分積算して温度を推定する式であり、放熱量として定数ａを減算している。式２おける定数ａは、温度を高めに見積もって温度保護を確実にするため、巻線の最高温度から通電を停止した時に常温に戻るまでの時間より長い時間で累積値がゼロに戻るようごく小さい値を設定する。定数ａが大きすぎると、累積値Ｔが小さくなる傾向が大となり、巻線温度を低く見積もり易くなるためである。定数ａにより、通電が長時間行われない場合、累積値Ｔはゼロに復帰する。なお、式２において、係数Ｋは積算係数であり、計算値を実測値に近づけるように予め実験によって求める数値である。
特開２００５−３２４７９６号公報

上記式２を使用すれば、温度センサを使用することなく電動モータの温度を推定でき、この推定温度が予め設定した温度以上になれば、電動モータへの電流供給を停止することによって電動モータの保護が図られる。

しかし、電子式パワーステアリング装置では、通電による発熱部位がモータ（モータのコイルやブラシ）に限らず、モータを制御するモータコントローラ（特に、ＦＥＴなどの電子部品）等、周辺装置にも及ぶので、これら全てが過熱保護の対象となる。そして、複数の要素または部品（以下、統合して「部品」という）を全て過熱保護対象とする場合、これら部品毎の発熱・放熱特性を考慮する必要がある。部品毎に熱容量が異なるので、ある部品は早く発熱し、早く放熱するし、また別の部品はゆっくりと発熱し、ゆっくりと放熱する。

そこで、このような熱容量の相違による発熱・放熱特性を考慮した場合、推定温度が全ての実際の部品温度を下回らないように、つまり推定温度は、発熱時には全ての部品の温度上昇より早めに上昇し、放熱時には全ての部品の温度降下よりゆっくりと降下するように決定されなけらばならない。

しかし、各部品の熱容量が異なっている場合、適切に温度を推定するのが困難であり、例えば、部品が過熱気味と推定されて早めに電流制限等の保護処置が行われることがある。そうすると、部品の温度が実際には下がっているにもかかわらず、保護装置を解除して正常運転に復帰するのが遅れるということがある。また、各部品毎に熱容量だけでなく耐熱温度が異なるので、複数の部品の温度を一つの算出式だけで簡単に推定することができない。

本発明の目的は、複数の部品を過熱から防止するのに適した推定温度を決定して適切に保護することができる過熱保護装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、モータと、該モータの供給電流を予定の上限値以内で制御するモータコントローラとを含む装置の過熱保護装置において、前記モータへの供給電流に基づいて該モータの推定温度を算出する第１温度算出手段と、前記モータへの供給電流に基づいて前記モータコントローラの推定温度を算出する第２温度算出手段と、推定された前記モータの推定温度に応じて前記モータへの供給電流の上限値を決定する第１電流値算出手段と、推定された前記モータコントローラの推定温度に応じて前記モータへの供給電流の上限値を決定する第２電流値算出手段と、前記第１電流値算出手段および前記第２電流値算出手段で算出された電流の上限値のうち、いずれか一方を予め設定された基準で選択する選択手段とを具備した点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記選択手段が、前記第１電流値算出手段および前記第２電流値算出手段で算出された電流の上限値のうち、小さい方を選択するように構成されている点にい第２の特徴がある。

また、本発明は、前記第１温度算出段および前記第２温度算出手段が次式を使用して推定温度を算出するように構成されているとともに、該式中の係数のうち、少なくとも発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnを前記モータ用とモータコントローラ用とで個別に設定している点に第３の特徴がある。算出式は次のとおりである。推定温度＝Σ（（発熱係数Ｋup×モータ電流Ｉ×Ｉ）−（放熱係数Ｋdn×（前回積算温度Ｔd−周囲温度Ｔm））＋初期温度Ｔ０。

また、本発明は、前記モータと前記モータコントローラのそれぞれの熱容量に応じて、熱容量が大きい方の発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnを熱容量が小さい方の発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnより小さく設定している点に第４の特徴がある。

また、本発明は、前記モータに関しては該モータ内のモータ電流供給用ブラシの、前記モータコントローラに関しては該モータコントローラ内のモータ電流スイッチング素子のそれぞれの熱容量により前記発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnが決定されている点に第５の特徴がある。

さらに、本発明は、前記モータが、ステアリングシャフトに作用するトルクに応じた操舵補助力を該ステアリングシャフトに付与するパワーステアリング装置用モータであり、前記モータコントローラが、前記トルクの大きさに応じてモータ供給電流を変化させて前記操舵補助力を制御するように構成されている点に第６の特徴がある。

第１〜第６の特徴を有する本発明によれば、モータおよびモータコントローラの双方について個別に推定温度および推定温度に従った電流の上限値が算出されるので、モータおよびモータコントローラの温度特性に応じて適切な電流制限を行うことができる。

特に、第２の特徴によれば、算出された電流の上限値のうち小さい方を選択してモータ供給電流を制御するので、より過熱しにくい方を基準に制御が行われ、確実に装置の過熱保護をすることができる。

また、第３の特徴によれば、発熱係数と放熱係数とを考慮して温度を推定できるとともに、少なくとも発熱係数と放熱係数とをモータとモータコントローラとで別個に設定し、算出式自体は共通にできるので、構成が簡単である。

また、第４の特徴によれば、熱容量の違いによる発熱および放熱を考慮した適切な過熱保護が可能である。

さらに、第５の特徴によれば、モータおよびモータコントローラの構成部品のうち、熱容量が他の部品と比較して小さくて過熱しやすい部品を基準に発熱係数や放熱係数を設定するので、確実に過熱保護を行うことができる。

さらに、第６の特徴によれば、頻繁にパワーステアリングが動作する走行状態においてパワーステアリング装置用のモータの温度をより正確に推定して、過熱から保護することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る過熱保護装置付き電動パワーステアリング装置を組み込んだ鞍乗り型車両の左側面図である。鞍乗り型車両（以下、単に「車両」という）１は、小型軽量に構成された車体の前後に、比較的大径の低圧バルーンタイヤである左右の前輪２および３を備え、主に不整地での走行性能を高めたＡＴＶ(All Terrain Vehicle)である。

車体フレーム４の中央部には、原動機としてのエンジン５が搭載される。エンジン５は水冷単気筒エンジンであり、出力軸を車両１の前後方向に指向させて配置される。エンジン５の下部から前方に導出されたプロペラシャフト８ｆが、車体フレーム４の前部下側で前減速機構１１を介して前輪２に動力伝達可能に接続される。同様に、プロペラシャフト８ｒが、車体フレーム４の後部下側で後減速機構１２を介して後輪３に動力伝達可能に接続される。

エンジン５において、クランクケース６上に立設されるシリンダ部７の後部にはスロットルボディ１７が接続され、スロットルボディ１７の後部にはエアクリーナ１８が接続される。シリンダ部７には排気管１９が接続され、排気管１９の先端部は車体後部のサイレンサ２１に接続される。

車両１の車体上部の車幅方向中央前部には燃料タンク２２が設けられ、その後方には搭乗者用のシート２３が配置される。シート２３の後部下方にはバッテリ９４が配置されている。燃料タンク２２の前部はステアリングシャフト２５を上下に延在可能なように凹部が形成されており、ステアリングシャフト２５の上端部にはバー型のステアリングハンドル（以下、単に「ハンドル」という）２４が固定されている。ステアリングシャフト２５の下部前方にはエンジン冷却用のラジエータ２６が配設され、ラジエータ２６の前方にはラジエータファン２９が設けられる。

車体フレーム４の前部には、車体前部を覆う車体カバー３１、前輪２の上方を覆うフロントフェンダ３２、並びにフロントプロテクタ３３およびフロントキャリア３４が取り付けられる。車体フレーム４の後部には、後輪３の上方を覆うリアフェンダ３５およびリアキャリア３６が取り付けられる。

図３は電動パワーステアリング装置を示す図２の要部拡大側面図である。ステアリングシャフト２５の上部および下端部は、車体フレーム４に接合された上部支持ブラケット５４および下端部支持ブラケット５５でそれぞれ支持される。電動パワーステアリング装置８０は、ステアリングシャフト２５の中間部に設けられたアクチュエータユニット８１と、アクチュエータユニット８１に一体化されたパワーアシストモータ８２を駆動制御する電子制御装置（ＥＣＵ）としてのコントロールユニット９３とからなる。パワーアシストモータ８２はアクチュエータユニット８１内に設けられるトルク検出手段としてのトルクセンサ９１の検出値に基づいて制御される。

ステアリングシャフト２５の下端部はアクチュエータユニット８１の入力軸８３に同軸で連結されるとともに、これらと同軸をなす出力軸８４が、軸受５５ａを介して下部支持ブラケット５５に支持される。入力軸８３および出力軸８４は、アクチュエータユニット８１のハウジング８５内において、トルクセンサ９１の一部であるトーションバー９２を介して互いに接続されている。

前輪２には、接地抵抗が作用しているので、ハンドル２４を右または左回りに操作すると、ハンドル２４に機械的に連結される入力軸８３と、前輪２に機械的に連結される出力軸８４との間に、相対回転力が生じる。その結果、トーションバー９２が捩れるので、この捩れ量に基づいてハンドル２４の操舵トルクを検出できる。操舵トルクの検出値はコントロールユニット９３に入力され、この検出値に応じてパワーアシストモータ８２が駆動制御される。

これにより、ハンドル２４を回動操作する際にステアリングシャフト２５（出力軸８４）を含むステアリング機構には、ハンドル２４からの操作力に加えてパワーアシストモータ８２からの回動補助力が付与されるので、ハンドル２４の操作量が相対的に軽減される。

図４は、出力軸８４の周辺拡大断面図である。図４において、左右一対のタイロッド７５は、車両１の車体幅方向に延び、それぞれ左右の前輪２に連結される。これらタイロッド７５の端部（前輪２が連結される側と反対側の端部）は車体幅方向中央部でピットマンアーム８４ａに連結される。ピットマンアーム８４ａは出力軸８４にスプライン嵌合される。

ピットマンアーム８４ａは、下部支持ブラケット５５の直ぐ下方に位置しており、このピットマンアーム８４ａと軸受５５ａとでステアリングシャフト２５つまりハンドル２４の右または左周りの最大転舵位置を規定するハンドルストッパを構成している。すなわち、軸受５５ａに下側にはストッパ本体５５ｂが突設されるとともに、ピットマンアーム８４ａの左右前面には当接部８４ｂがそれぞれ形成されており、ハンドル２４が転舵角度０度の状態つまり車両直進状態から右または左回りに所定角度θ１回動したときに、当接部８４ｂがストッパ本体５５ｂの側部に当接し、それ以上のハンドル操作が規制された最大転舵状態となる。ストッパ本体５５ｂの側部に最大転舵検出手段としての最大転舵スイッチ１０がそれぞれ設けられる。

図５は、パワーアシストモータ８２の要部側面断面図、図６は同正面断面図である。パワーアシストモータ８２は、ハウジング８２ａと、ハウジング８２ａに嵌挿された軸受８２ｂで回動自在に支持されたモータ軸８２ｃと、モータ軸８２ｃに取り付けられたコミュテータ８２ｄと、ブラシホルダ８２ｅに保持されてコミュテータ８２ｄの外周に当接するようにばね８２ｆで付勢されたブラシ８２ｇとを備える。ブラシホルダ８２ｅは絶縁板８２ｈを介してハウジング８２ａに取り付けられている。

図７は、電動パワーアステアリング用制御装置（モータコントローラ）の断面図、図８は、蓋を取った状態のコントロールユニット９３の平面図である。コントロールユニット９３は、アルミダイキャスト製のケース９５と、ケース９５内に絶縁シート９６を介して配置されたスイッチング素子としての４個のＦＥＴ９７と、ＦＥＴ９７を取り付けた基板９８と、ケース９５に適合する樹脂製の蓋９９とからなる。ＦＥＴ９７は、熱伝導性の良好なアルミ製のケース９５に接合されて、熱容量が大きくなるように取り付けられている。

図９は、コントロールユニット９３の要部機能を示すブロック図である。コントロールユニット９３は、最大転舵スイッチ１０から入力される最大転舵検出信号並びにパワーアシストモータ８２へ供給される電圧および電流の値に基づいてステアリングシャフト２５の転舵角度を検出するとともに、検出された転舵角度に基づいてステアリングシャフト２５への操舵補助力を制御する。

コントロールユニット９３は、ステアリングシャフト２５の相対転舵角度（任意位置からの転舵角度）を算出する転舵角度算出部９３ｄと、最大転舵検出信号に基づいてステアリングシャフト２５の転舵基準位置（車体に対する転舵基準状態）を推定する基準位置推定部９３ｅとを有する。

目標ベース電流演算部９３ｆは、トルクセンサ９１による検出トルクと、前記相対転舵角度および転舵基準位置から知り得るステアリングシャフト２５の絶対転舵角度（転舵基準位置からの相対転舵角度）とに基づき、操舵補助力の基準となるモータ電流値である目標ベース電流値を算出する。目標ベース電流値の決定には車速をパラメータに加えるのが望ましい。

目標ベース電流値は目標電流制限部９３ｂに入力される。パワーアシストモータ８２に供給される電流を検出する電流センサ９３ａが設けられ、電流センサ９３ａによって検出された電流値は目標電流制限部９３ｂおよび電流フィードバック制御部９３ｃに入力される。

目標電流制限部９３ｂは、パワーアシストモータ８２とモータ出力部９３ｈを過熱から保護するため、パワーアシストモータ８２に供給される電流の制限割合（レシオ）を決定するとともに、このレシオと目標ベース電流値とに基づいて制限された目標電流値を算出する。具体的には、パワーアシストモータ８２への供給電流に基づき、パワーアシストモータ８２のブラシ温度と、モータ出力部９３ｈのスイッチング回路を構成するＦＥＴの温度とを算出し、それらの温度に応じて目標電流値を算出する。なお、目標電流制限部９３ｂや温度推定に使用される算出式に関してはさらに後述する。

目標電流演算部９３ｇは目標電流制限部９３から出力される目標電流値にイナーシャ補正やダンパ補正を加える。イナーシャ補正はトルクの変化量をパラメータとして目標電流値を補正する。モータイナーシャを考慮し、転舵開始時にハンドル２４を介して運転者が感じる重さを改善し、操舵フィーリングを向上させることができる。ダンパ補正はパワーアシストモータ８２の回転数をパラメータとして目標電流値を補正する。補正値は回転数の増大に伴って目標電流値を小さくする方向に設定される。ハンドル２４の手応えを適正化して操舵フィーリングを向上させることができる。

バッテリ９４からの電流はモータ出力部９３ｈを介してパワーアシストモータ８２に供給される。モータ出力部９３ｈは前記ＦＥＴ９７をブリッジ構成にしたスイッチング回路であり、ＦＥＴ９７のオンデューティによってパワーアシストモータ８２へ供給する電流値を変化させる。電流フィードバック制御部９３ｃは、電流センサ９３ａによる検出電流値を目標電流値に収斂させるようにデューティ指示値を決定し、モータ出力部９３ｈに入力する。

このように、パワーアシストモータ８２は、トルクセンサ９１からの操舵トルク検出信号だけでなく、ステアリングシャフト２５の絶対操舵角度も加味して駆動制御されるので、例えば、車両直進位置からハンドル２４を切る時と、車両直進位置にハンドル２４を戻す時とで操舵補助力を変化させることができる等、きめ細かな制御が可能となる。また、パワーアシストモータ８２に供給される電流はパワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３の推定温度によって制限され、推定温度が予定の過熱保護温度以上になったときに操舵補助力を低減もしくはゼロにしてパワーアシストモータ８２およびその周辺部品であるモータコントローラ（特にＦＥＴ９７）を過熱から保護する。

前記目標電流制限部９３ｂで実行されるパワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３の温度推定手法を従来技術との対比で説明する。従来はパワーアシストモータの温度を基準に過熱保護を行っていた。本実施形態では、アシストモータに流れる電流と同じ電流が流れるモータコントローラに関しても温度を推定し、両者のうち、高い方の推定温度に従ってモータ電流を制限し、パワーアシストモータおよびモータコントローラを過熱から保護するように構成した。

また、従来、パワーアシストモータ８２の温度は、発熱量と放熱量との差の累積値に基づいて推定している。「背景技術」の項で式２に関して説明したように、従来は放熱量を定数ａとして設定しており、通電中か否かにかかわらず一定量が放熱されるとしていた。そして、定数ａは極めて小さい値であったので、通電が連続するような走行状態では、温度に対応する累積値Ｔはほとんど減少せずに上昇し続ける傾向となる。したがって、目標電流値は短時間で制限され、操舵補助力が発生しなくなることがあった。

しかし、実際は、例えば、ハンドル２４の戻し操作が頻繁なオフロード走行では、発熱と放熱との繰り返しにより温度がほぼ平衡する。図１０は、オフロード走行条件で上記式２に基づいて計算された累積値Ｔと、パワーアシストモータ８２のブラシ部での実測温度ＴＢとを示す図である。この図のように、累積値Ｔは上昇し続けているが、実測温度ＴＢは１４０°Ｃ程度で平衡している。累積値Ｔが上昇し続けると、実測温度ＴＢが平衡しているにもかかわらず、累積値Ｔで代表される温度は目標電流値を制限するしきい値温度（耐熱温度）を超えるようになるので、目標電流値が制限されて操舵補助力の付与が停止または低減される。

そこで、計算値で実際のパワーアシストモータ８２の温度を代表できるように、式２を修正することを検討した。まず、パワーアシストモータ８２とモータコントローラ９３の発熱・放熱特性を説明する。図１１はパワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３の発熱・放熱特性図である。なお、パワーアシストモータ８２の温度はこのモータのブラシの温度で代表し、モータコントローラ９３の温度はこのＦＥＴ９７の温度で代表している。

図１１（ａ）において、パワーアシストモータ８２に時間ｔ０で通電開始すると、ブラシは熱容量が小さいので急激に温度Ｔpmは上昇し、時間ｔ１で耐熱温度Ｔyに到達する。そして、ブラシの温度Ｔpmが耐熱温度Ｔyに到達した時点ｔ１で通電を停止すると急激にブラシの温度Ｔpmは低下する。

一方、アルミダイキャストケース９５のようなヒートシンク部材に装着されているＦＥＴブリッジ回路は熱容量が大きいので、図１１（ｂ）に示すように、時間ｔ０で通電開始すると、パワーアシストモータ８２のブラシとは異なり、温度Ｔdvはゆっくりと上昇し、時間ｔ２で耐熱温度に到達する。そこで、過熱保護のために時間ｔ２で通電を停止するが、大きい熱容量のために温度Ｔdvはさらに耐熱温度Ｔyを超えて上昇を続け、時間ｔ３でようやく下降に転じてゆっくりと温度が下がる。

パワーアシストモータ８２とモータコントローラ９３のＦＥＴ９７には同じタイミングで通電開始・停止されるので、温度は次に示すように推移する。図１２は同じタイミングで通電開始および通電停止した場合のパワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３の温度変化を示す図である。図１２（ａ）においてパワーアシストモータ８２の温度Ｔpmが時間ｔ１で耐熱温度Ｔyに到達すると通電を停止し、温度Ｔpmが時間ｔ４で初期温度Ｔ０に下がると通電を開始している。

この通電タイミングと同じタイミングでモータコントローラ９３に通電すると、図１２（ｂ）のようにモータコントローラ９３の温度Ｔdvは変化する。図１２（ｂ）に示すように、熱容量が小さいパワーアシストモータ８２の通電タイミングと同じタイミングでは、熱容量が大きいモータコントローラ９３は、通電中の温度上昇よりも通電停止中の温度低下の程度が小さいので、パワーアシストモータ８２のように適正に温度制御できない。したがって、温度Ｔdvはやがて時間ｔ５で耐熱温度を超え、この時間ｔ５で過熱保護のために通電が停止される。

この特性に鑑みて早い温度上昇と遅い温度下降とを組み合わせて温度を推定する例を図１３に示す。図１３において、推定温度Ｔｅにパワーアシストモータ８２の温度Ｔpmとモータコントローラ９３の温度Ｔdvを重ねると、推定温度Ｔｅは実測温度Ｔpmおよび温度Ｔdvの双方を上回っており、この推定温度Ｔｅに従って推定温度Ｔｅが耐熱温度Ｔyを超えないよう電流供給停止や低減を行う制御を行えばよい。ところが、パワーアシストモータ８２やモータコントローラ９３の実際の温度ＴpmやＴdvが初期温度Ｔ０に下がる時間よりかなり遅れて推定温度Ｔｅは初期温度Ｔ０に戻っている。したがって、頻繁にパワーアステアリング動作を行う状況に対応できない場合がある。

そこで、推定温度Ｔｅが初期温度Ｔ０より高めに設定した基準温度に下がった時点で通電を再開するようにして、頻繁なパワーステアリング動作を可能にすることが考えられる。しかし、その場合には次の不具合がある。図１４は推定温度Ｔｅが初期温度Ｔ０より高い基準温度Ｔｒに低下した時点で通電を再開することを想定した推定温度Ｔｅを示す図である。図１４に示したように、初期温度Ｔ０より高めに設定した基準温度Ｔｒから通電が再開されるので、短時間でパワーステアリング動作を復帰させられる一方、短時間で推定温度Ｔｅが耐熱温度Ｔｙを超えるようになり、再び電流制限が実施される。つまり、電流制限動作の後、短時間でパワーステアリング動作が復帰されるが、再び電流制限されるまでの時間も短くなってしまう。

このように、単一の推定温度では不具合が予想される。そこで、以下に示す実施例では、複数の部品（ここでは、パワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３）毎に推定温度を計算し、それらの推定温度に応じて決定された目標電流値のうち、小さい方を選択してパワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３に供給する電流を決定することにした。

前記式２による温度シミュレーション結果では、パワーアシストモータ８２の温度と周囲温度との差に拘わらず、計算毎に定数ａが減算されていくだけなので、推定温度Ｔｅは直線的な下降する。

そこで、本実施形態では、パワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３の温度と、その周囲温度との差を考慮した推定式を設定した。この推定式の設定に際しては、推定温度Ｔｅが実測温度を上回るように発熱係数および放熱係数を設定した。推定式は次の通りである。

累積値ＴＳ＝Σ（（発熱係数Ｋup×電流Ｉ×Ｉ）−（放熱係数Ｋdn×（前回積算温度Ｔd−周囲温度Ｔm）））＋初期温度Ｔ０…（式３）。初期温度Ｔ０および周囲温度Ｔmはデフォルト値であり、いずれも予想されるパワーアシストモータ８２やモータコントローラ９３の周囲温度の最大値より高く設定するのがよい。

図１は、目標電流制限部９３ｂの要部機能を示すブロック図である。第１係数記憶部１５には、補正係数としてパワーアシストモータ８２の発熱係数Ｋupと、放熱係数Ｋdnと、初期温度Ｔ０と、モータ周囲温度Ｔmとが予め記憶されている。第２係数記憶部１６には、補正係数としてモータコントローラ９３の発熱係数Ｋup２と、放熱係数Ｋdn２と、初期温度Ｔ０２と、モータコントローラ周囲温度Ｔm２とが予め記憶されている。

第１推定温度算出部１３は、モータ電流Ｉと前記第１係数記憶部１５から入力される補正係数とに基づき、前記推定式３を使ってパワーアシストモータ８２の推定温度ＴＳ１を算出する。第２推定温度算出部１４は、モータ電流と前記第２係数記憶部１５から入力される補正係数とに基づき、前記推定式３を使ってモータコントローラ９３の推定温度ＴＳ２を算出する。但し、推定式３中の係数Ｋup、Ｋdnや、温度Ｔ０、Ｔmは、それぞれＫup２、Ｋdn２、温度Ｔ０２、Ｔm２と読み替える。

第１目標電流値算出部２７は、第１推定温度算出部１３から入力されるパワーアシストモータ８２の推定温度ＴＳ１に基づいてモータ電流の第１仮目標値を決定する。第２電流制限値算出部２８は、第２推定温度算出部１４から入力されるモータコントローラ９３の推定温度ＴＳ２に基づいてモータ電流の第２仮目標値を決定する。

目標電流値選択部３０は、前記第１仮目標値および第２仮目標値のうち小さい方を選択して目標電流値とする。小さい値に従ってモータ電流を制限すれば、パワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３の双方を過熱から保護できる。選択された目標電流値は目標電流演算部９３ｇでイナーシャ・ダンパ補正されて出力される。

上記目標電流制限部９３ｂをさらに詳細に説明する。図１５は、目標電流制限部の詳細ブロック図（その１）である。第１推定温度算出部１３は、モータ発熱量算出部１３１と、モータ発熱量積算値バッファ１３２と、加算部１３３，１３４と、乗算部１３５とを有する。また、第１目標電流値算出部２７は、電流値レシオマップ２７１と乗算部２７２とを有する。

電流センサ９３ａで検出された電流値（モータ電流値）Ｉは乗算部１３５で二乗される。モータ電流値Ｉの二乗された値は発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnとともにモータ発熱量算出部１３１に入力される。モータ発熱量算出部１３１には、パワーアシストモータ８２の周囲温度Ｔmも入力され、次式４に従ってモータ発熱量Ｑpmが算出される。モータ発熱量Ｑpm＝Ｋup×Ｉ×Ｉ−Ｋdn×（Ｔd−Ｔm）…（式４）。モータ発熱量Ｑpmは加算部１３３で累算され、モータ発熱量積算値バッファ１３２に入力される。モータ発熱量Ｑpmの累積値Ｔｄは積算温度Ｔdとしてモータ発熱量算出部１３１にフィードバックされる。さらに、積算温度Ｔｄは加算部１３４に入力され、初期温度Ｔ０と加算して累積値ＴＳ１が出力される。この累積値ＴＳ１に従って、パワーアシストモータ８２に供給される目標電流値が決定される。

累積値ＴＳ１は第１目標電流値算出部２７に設けられるレシオマップ２７１に入力され、電流レシオつまり電流制限割合が決定される。レシオマップ２７１に設定されたレシオは累積値ＴＳ１が予定値までは「１．０」であり、この予定値を超えた領域では「０」である。乗算部２７２では、目標ベース電流値Ｉｂにレシオが乗算される。したがって、レシオが「１．０」以下では目標ベース電流値Ｉｂが制限される。乗算部２７２から出力される目標電流値つまり制限された目標ベース電流値は目標電流値選択部３０に入力される。

図１６は、第２推定温度算出部１４の詳細ブロック図である。第２推定温度算出部１４は、モータコントローラ発熱量算出部１４１と、モータコントローラ発熱量積算値バッファ１４２と、加算部１４３，１４４と、乗算部１４５とを有する。また、第２目標電流値算出部２８は、電流値レシオマップ２８１と乗算部２８２とを有する。

電流センサ９３ａで検出された電流値（モータ電流値）Ｉは乗算部１４５で二乗される。モータ電流値Ｉの二乗された値は発熱係数Ｋup２および放熱係数Ｋdn２とともにモータコントローラ発熱量算出部１４１に入力される。モータコントローラ発熱量算出部１４１には、モータコントローラ９３の周囲温度Ｔm２も入力され、次式５に従ってモータコントローラ発熱量Ｑdvが算出される。モータ発熱量Ｑdv＝Ｋup２×Ｉ×Ｉ−Ｋdn２×（Ｔd２−Ｔm２）…（式５）。モータコントローラ発熱量Ｑdvは加算部１４３で累算され、モータコントローラ発熱量積算値バッファ１４２に入力される。モータコントローラ発熱量Ｑdvの累積値つまり積算温度Ｔd２はモータコントローラ発熱量算出部１４１にフィードバックされる。さらに、積算温度Ｔd２は加算部１４４に入力され、初期温度Ｔ０と加算して累積値ＴＳ２が出力される。

第２目標電流値算出部２８の構成と動作は第１目標電流値算出部２７と同様であるので説明は省略する。

上記実施形態では、周囲温度Ｔm、Ｔm２を固定値とした。しかし、熱がこもりやすい空間を想定した場合、周囲温度Ｔm、Tm２を固定値とすると不都合である。そこで、周囲温度Ｔm、Tm２を、熱のこもりを考慮にいれて算出することとした。周囲温度Ｔmの算出式は次式６である。

周囲温度Ｔm＝Σ（（発熱係数Ｋmup×電流Ｉ×電流Ｉ）−（放熱係数Ｋmdn×（前回周囲温度Ｔm−周囲温度Ｔm０）））＋初期温度Ｔ０…（式６）。この式６は係数が異なるもの、式３と同様に構成されている。また、周囲温度Tm２も周囲温度Ｔmと同様にこの式を使って算出される。なお、発熱係数Ｋmupと放熱係数Ｋmdnは、前記発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnと共通であってもよい。

また、熱容量が小さい場合、つまりパワーアシストモータ８２の周囲が比較的開放的な空間である場合は、周囲温度Ｔmは式７で近似的に計算することができる。周囲温度Ｔm＝Σ（（発熱係数Ｋmup×電流Ｉ×電流Ｉ−ａ）…（式７）。式７は、放熱量を定数ａとした簡単な式としている。

周囲温度Ｔmの算出式として式６および式７のいずれを使うかは、パワーアシストモータ８２やモータコントローラ９３を取り囲む空間の状況（広いか狭いか、または発熱部品が周囲に多いか少ないか等）に応じて決定すればよい。

また、発熱係数Ｋmupや放熱係数Ｋmdnを固定値とし、モータ電流Ｉの関数として周囲温度Ｔm、Ｔm２の補正を行ってもよい。図１７は、発熱係数Ｋmupや放熱係数Ｋmdnを固定値として、モータ電流Ｉの関数として周囲温度Ｔm、Ｔm２を算出するための要部機能を示すブロック図である。図１７において、積算係数算出部３７は、モータ電流Ｉ×Ｉの関数として積算係数ＲＴＯを出力するものでありマップにより構成できる。積算係数算出部３７は、モータ電流Ｉが入力されるとマップから対応する積算係数ＲＴＯを算出して加算部３８に入力する。加算部３８は積算値バッファ３９に累積された累積積算係数ΣＲＴＯに、積算係数算出部３７から最新に入力された積算係数ＲＴＯを加算する。加算された積算係数ＲＴＯは新たな累積積算係数ΣＲＴＯとして積算値バッファ３９に入力される。

積算値バッファ３９に累積された累積積算係数ΣＲＴＯは、乗算部４０に入力され、乗算部４０はデフォルトのモータ周囲温度Ｔmに累積積算係数ΣＲＴＯを乗算してモータ周囲温度Ｔmを補正する。補正されたモータ周囲温度Ｔmは前記モータ発熱量算出部１３１に供給される。

モータコントローラ周囲温度Ｔm２も図１７と同様の構成によって補正され、モータコントローラ発熱量算出部１４１に供給される。

上述の実施形態によれば、温度センサを用いることなく、パワーアシストモータ８２やモータコントローラ９３の温度を推定して、これらの過熱防止を図ることができる。すなわち、レシオマップ２７１や２８１から読み出されたレシオに基づいて決定された目標電流値で電流が制限される。しかしながら、電流が制限されると電流値に基づいて計算されている累算値ＴＳ１やＴＳ２が減少するので、レシオマップ２７１や２８１に従ってレシオが上がり、電流制限が緩和される。そうすると、電流が増大するので再び累算値ＴＳ１，ＴＳ２が増大し、レシオが下がって電流が低減されるので、またレシオが上がる。こうして、累積値ＴＳ１，ＴＳ２に従ってレシオが１．０から低減された後、ある電流値付近で制限電流が小刻みに変動して平衡状態となり、その電流値以下に電流を制限できない。

これを解決するために上述の実施形態を次のように変形することができる。図１８は、第２実施形態に係る目標電流制限部の要部機能ブロック図であり、図１と同符号は同一または同等部分である。モータ発熱量算出部４２は前記モータ発熱量算出部１３１と同様であるが、前記算出式５に代えて次式８を使ってパワーアシストモータ８２の発熱量Ｑpmを算出する点で異なる。モータ発熱量Ｑpm＝Ｋup×（Ｉ／Ｒｃ）×（Ｉ／Ｒｃ）−Ｋdn×（Ｔd−Ｔm）…（式８）。つまり、モータ発熱量算出部４２は前記式４中の「Ｉ」を「Ｉ／Ｒｃ」で置き換えた算出式（式８）を備えている。

非制限電流算出部４３は、現在のモータ電流Ｉを現在のレシオＲｃで割ることにより、電流レシオで目標電流を制限しなかった場合の電流を算出する。乗算部４４は、非制限電流算出部４３の出力（Ｉ／Ｒｃ）を二乗してモータ発熱量算出部４２に入力する。

モータ発熱量算出部４２は、乗算部４４から入力された値（Ｉ／Ｒｃ）×（Ｉ／Ｒｃ）と、発熱係数Ｋup、放熱係数Ｋdn、周囲温度Ｔm、電流値Ｉ／Ｒｃ、および積算値バッファ１４２からフィードバックされる積算温度Ｔｄを入力されて発熱量Ｑｍを算出し、加算部１４３に出力する。積算値バッファ１４２の出力つまり積算温度Ｔdは加算部１４４に入力され、初期温度Ｔ０と加算して累積値ＴＳｍが出力される。こうして、制限しなかった場合の電流Ｉ／Ｒｃをもとに計算された累積値ＴＳｍは、レシオが低下しても減少することなく増大を続ける。したがって、これに対応してレシオが低下して目標電流は制限される。

レシオ判断部４５は、現在のレシオが所定値（ゼロまたは予定の下限レシオ）以下に低下しているか否かを判断する。現在のレシオが所定値以下に低下していない場合は、現在のレシオＲｃを非制限電流算出部４３に入力する。現在のレシオが所定値に低下している場合は、レシオ再設定部４６を付勢する。レシオ再設定部４６は、レシオＲｃとして「１．０」を非制限電流算出部４３に入力する。このレシオの再設定つまりリセットにより、レシオＲｃ＝０で電流Ｉを割り算する不具合が防止されるとともに、電流が十分に制限されている状態での累積値ＴＳ１の増加を防止することができる。

電流制限状態を長時間続けた場合、過剰に累積値ＴＳ１が増加してしまい、ハンドル操作を止めた後累積値が減少するのに時間がかかりすぎて電流制限状態から通常状態に復帰するのが遅れるという不具合が起こり得る。レシオＲｃを「１」にリセットすることにより、適当な時間で電流制限状態から通常状態への復帰が可能になる。

なお、非制限電流算出部４３は、現在のモータ電流を現在のレシオで割り算して発熱量算出のための電流値を計算するようにしたが、この非制限電流値算出部は、現実の電流値をレシオを用いて高めに補正するように変形することもできる。

モータコントローラ発熱量算出部１４１も、モータ発熱量算出部１３１をモータ発熱量算出部４２に変形したように変形できるが、同様に構成できるので、説明は省略する。

上述のように、パワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３のそれぞれについて異なる算出式を使用して温度を推定して目標電流値を計算し、その目標電流値のうち小さい方に電流を制限するようにした。したがって、計算で求められる個々の推定温度を図１２に示した実際温度にそれぞれ近似させることができ、電流制限がかかるのが早すぎることなく、通電再開が遅くなることもなく、適正にパワーアシストモータ８２やモータコントローラ９３を過熱から保護することができる。

上記各実施形態では、パワーアシストモータ８２用とモータコントローラ９３用とで互いに異なる発熱係数、放熱係数、周囲温度および初期温度などを予め設定することとした。しかし、これらのうち、熱容量の影響を直接受けるパワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３の発熱係数および放熱係数を少なくともそれぞれに専用に設定しておき、他は共通の係数としてもよい。また、レシオマップに関しては、パワーアシストモータ８２およびモータコントローラ９３の温度推定のためにそれぞれに専用に異なるものを設けても良いが、単一のレシオマップを共通で使用してもよい。

上述の実施形態は、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した例を示したが、本発明の保護装置は、パワーステアリング装置用に限らず、発熱量と放熱量との差を累積してモータ温度やモータコントローラの温度を推定する手段を備え、その推定温度に基づいてモータやモータコントローラを過熱から保護するシステムに広く適用することができる。さらに、モータコントローラに限らず、モータの周辺装置も含めて個々の温度を推定し、これらに共通の推定温度を決定するようにできる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング用制御装置内の目標電流制限部の要部機能を示すブロック図である。 本発明の電動パワーステアリング用制御装置を組み込んだ鞍乗り型車両の左側面図である。 図２の要部拡大側面図である。 図３におけるＡ−Ａ断面図である。 パワーアシストモータの側面断面図である。 パワーアシストモータの正面断面図である。 モータコントローラの断面図である。 モータコントローラの内部正面図である。 電動パワーステアリング用制御装置の要部機能を示すブロック図である。 オフロード走行条件でのモータ温度シミュレーション結果である累積値Ｔとパワーアシストモータのブラシ部での実測温度ＴＢとを示す図である。 パワーステアリング装置に含まれる部品の発熱・放熱特性を示す図である。 断続通電した場合の部品の発熱・放熱特性を示す図である。 共通算出式によって算出された推定温度の変化を示す図である。 断続通電した場合の推定温度の変化を示す図である。 目標電流制限部の詳細なブロック図（その１）である。 目標電流制限部の詳細なブロック図（その２）である。 周囲温度を補正する手段の機能を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る目標電流制限部の詳細なブロック図である。

符号の説明

１…鞍乗り型車両、 １０…最大操舵スイッチ、 １３…第１推定温度算出部、 １４…第２推定温度算出部、 ２５…ステアリングシャフト、 ２７…第１目標電流値算出部、 ２８…第２目標電流値算出部、 ３０…目標電流値選択部、 ４３…非制限電流算出部、 ４６…レシオ再設定部、 ８０…電動パワーステアリング装置、 ８２…パワーアシストモータ、 ９１…トルクセンサ、 ９２…トーションバー、 ９３…モータコントローラ、 ９３ａ…電流センサ、 ９３ｂ…目標電流制限部、 １３１…モータ発熱量算出部、 １４１…モータコントローラ発熱量算出部、 ２７１、２８１…レシオマップ

Claims (6)

1. モータと、該モータの供給電流を予定の上限値以内で制御するモータコントローラとを含む装置の過熱保護装置において、
   前記モータへの供給電流に基づいて該モータの推定温度を算出する第１温度算出手段と、
   前記モータへの供給電流に基づいて前記モータコントローラの推定温度を算出する第２温度算出手段と、
   推定された前記モータの推定温度に応じて前記モータへの供給電流の上限値を決定する第１電流値算出手段と、
   推定された前記モータコントローラの推定温度に応じて前記モータへの供給電流の上限値を決定する第２電流値算出手段と、
   前記第１電流値算出手段および前記第２電流値算出手段で算出された電流の上限値のうち、いずれか一方を予め設定された基準で選択する選択手段とを具備したことを特徴とする過熱保護装置。
2. 前記選択手段が、前記第１電流値算出手段および前記第２電流値算出手段で算出された電流の上限値のうち、小さい方を選択するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の過熱保護装置。
3. 前記第１温度算出段および前記第２温度算出手段が次式を使用して推定温度を算出するように構成されているとともに、該式中の係数のうち、少なくとも発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnを前記モータ用とモータコントローラ用とで個別に設定していることを特徴とする請求項１または２記載の過熱保護装置。
   推定温度＝Σ（（発熱係数Ｋup×モータ電流Ｉ×Ｉ）−（放熱係数Ｋdn×（前回積算温度Ｔd−周囲温度Ｔm））＋初期温度Ｔ０
4. 前記モータと前記モータコントローラのそれぞれの熱容量に応じて、熱容量が大きい方の発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnを熱容量が小さい方の発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnより小さく設定していることを特徴とする請求項３記載の過熱保護装置。
5. 前記モータに関しては該モータ内のモータ電流供給用ブラシの、前記モータコントローラに関しては該モータコントローラ内のモータ電流スイッチング素子のそれぞれの熱容量により前記発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnが決定されていることを特徴とする請求項４記載の過熱保護装置。
6. 前記モータが、ステアリングシャフトに作用するトルクに応じた操舵補助力を該ステアリングシャフトに付与するパワーステアリング装置用モータであり、
   前記モータコントローラが、前記トルクの大きさに応じてモータ供給電流を変化させて前記操舵補助力を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の過熱保護装置。

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