JP2008062916A - モータ系統の温度検出装置及びこれを用いた電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3相のモータ電流のうちの最大電流値iを二乗積算してその平均値Wmを算出し、電動モータ8が回転していない保舵状態であるときには、通常操舵状態と保舵状態との通電による温度上昇率の差による誤差相当分の温度上昇補正値ε1を平均にWmに加算し、加算補正した値をフィルタ55でフィルタ処理して、通電による温度上昇分ΔTPupを算出する。温度センサ17が正常であるときには測定温度TPrと通電温度上昇分ΔTPupとの和を推定温度TPcとするが、温度センサ17が異常であるときには、モータリレー20の周囲温度として取り得る最高値相当に設定した推定用周囲温度TPrrと通電温度上昇分ΔTPupとを加算しこれを推定温度TPcとする。
【選択図】 図3
Description
しかしながら、温度センサに異常が発生した場合、それ以前の温度センサの検出値は必ずしも、実際の周辺温度に応じた値を示すわけではなく、例えば、最低値或いは最高値を示す可能性もある。また、ユーザによる再起動時には、停止時間によっては温度センサに異常が発生する以前の温度と実際の温度との差が大きくなる可能性もあり、温度センサに異常が発生する以前の検出値を用いて温度推定を行った場合、的確な温度推定を行うことができない可能性もある。
そこで、この発明は上記従来の未解決の課題に着目してなされたものでありモータコイルだけでなく電動モータへの駆動電流通電経路に介挿されたモータ系統の構成部品各部の温度推定を容易且つ的確に行うことの可能なモータ系統の温度検出装置及びこれを用いた電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的としている。
また、請求項5に係るモータ系統の温度検出装置は、前記相電流検出値を用いて、前記温度検出対象の構成部品の前記温度上昇率差補正用の補正値を算出する補正値算出手段を備えることを特徴としている。
また、請求項8に係るモータ系統の温度検出装置は、前記補正値算出手段は、前記相電流検出値で検出される各相の検出値のうちの最大電流検出値を用いて前記補正値を算出し、且つ、前記最大電流検出値が大きいときほど大きな値となるように前記補正値を算出することを特徴としている。
また、本発明の請求項10に係る電動パワーステアリング制御装置は、上記請求項1から請求項9の何れか1項に記載の電動モータの温度検出装置を、操舵補助力発生用の電動モータのモータ系統においてその構成部品の温度検出を行う温度検出装置に適用したことを特徴としている。
さらに、請求項11に係る電動パワーステアリング制御装置は、前記温度推定値を用いて、前記構成部品の過熱保護を行う過熱保護手段を備えることを特徴としている。
また、請求項3に係るモータ系統の温度検出装置によれば、周囲温度測定手段の異常を検出したときには、温度測定値に代えて、温度検出対象の構成部品に対応する、前記構成部品毎に予め設定された推定用周囲温度を用いて、前記温度検出対象の構成部品の温度推定を行うから、温度検出対象に応じてその温度推定を高精度に行うことができる。
また、請求項5に係るモータ系統の温度検出装置によれば、電動モータの動作状態に起因する温度上昇率差補正用の補正値を、電動モータに流れる電流値に基づいて算出するようにしたから、より実際に則した補正値を用いて補正することができ、より高精度な推定温度を獲得することができる。
また、請求項7に係るモータ系統の温度検出装置によれば、電動モータが回転状態のときの温度推定値をもとに、電動モータが停止状態のときの温度推定値を算出することによって、電動モータが通常回転している場合と、電動モータが通電状態のまま停止状態となる場合の温度推定値を容易に獲得することができる。
また、請求項9に係る電動パワーステアリング制御装置によれば、温度検出対象の構成部品の温度上昇率に応じた周期で補正値を算出するから、温度変化に応じた的確なタイミングで温度推定を行うことができ、不必要なタイミングで演算を行うことを回避することができる。
さらに、請求項11に係る電動パワーステアリング制御装置は、推定された温度推定値は、実際の温度よりも下回ることはないから、温度推定値を用いて前記構成部品の過熱保護を行う場合であっても、的確に過熱保護を行うことができ、その信頼性をより向上させることができる。
まず、第1の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す全体構成図である。
図中1は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール1にステアリングシャフト2が接続され、このステアリングシャフト2がユニバーサルジョイント4a及び4b,ピニオンラック機構5を経て、操向車輪のタイロッド6に結合されている。
ステアリングシャフト2には、ステアリングホイール1の操舵トルクを検出するトルクセンサ7が設けられていると共に、ステアリングホイール1に与えられる操舵力を補助する電動モータ8が、減速ギヤ3を介して結合されている。
このコントロールユニット10の機能及び作用を説明すると、トルクセンサ7で検出された操舵トルクTは、操舵系の安定性を高めるための位相補償器31で位相補償され、位相補償された操舵トルクTは操舵補助指令値演算器32に入力される。また、車速センサ14で検出された車速V、及び電動モータ8のロータの回転角を検出するモータ回転角センサ8aからのモータ回転角θも操舵補助指令値演算器32に入力される。
比例演算器35の比例出力は加算器36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演算器37に入力され、微分補償器34の出力及び積分演算器37の出力も加算器36に入力され、その出力である電流制御値Eが、制限回路41で温度監視部42からの制限指令に応じて制限された後、モータ駆動回路9に入力される。電動モータ8のモータ電流検出値IMDは、モータ電流検出回路16で検出され、このモータ電流検出値IMDを、減算器33で操舵補助電流指令値IMから減算することにより、操舵補助電流指令値IMを達成するようにフィードバック制御が行われる。
また、温度推定部43では、温度センサ17の測定温度TPrに基づき温度センサ17の異常監視を行い、温度センサ17の異常を検出したときには、温度センサ17の測定温度TPrに代えて、予めモータリレー20の周囲温度として設定した推定用周囲温度TPrrを用い、この推定用周囲温度TPrrとモータ電流検出回路16で検出した各相のモータ電流検出値とを用いてモータリレー20の温度を推定し、これを推定温度TPcとして温度監視部42に出力する。
モータ電流検出回路16で検出された3相のモータ電流検出値ia、ib、icは、最大値検出部51に入力され、この3相の相電流のうちその最大値が選択される。検出された最大電流値iは、二乗積算平均部52に入力され、最大電流値iの二乗積算値の平均値Wmが算出された後、加算器53に入力され、温度上昇補正値設定部54で設定された電動モータ8の操舵状態に応じた温度上昇補正値ΔTPεが加算された後、フィルタ55でフィルタ処理されて通電に伴う通電温度上昇分ΔTPupが推定される。この通電温度上昇分ΔTPupと、周囲温度設定部56で、温度センサ17が正常かどうかに応じて設定される周囲温度TPaとが加算器57で加算されこれが推定温度TPcとして出力される。
最大値検出部51で検出された最大電流値iは、二乗積算平均部52の二乗積算部52aに入力され、次式(1)に示すように、二乗された最大電流値i2を通電した時間(t1からt2)に亘り積算(積分)される。
二乗積算部52aの出力である積分量Wは、平均部52bに入力されて区間(t2−t1)において平均化される。そして、この平均部52aの出力である平均値Wmが、加算器53に出力される。
加算器53で補正された平均値Wmは、フィルタ55の一次遅れ関数部(関数=(1/(1+T1・s))55aに入力され、さらに、その出力はゲイン部(ゲインK1)55bに入力され、中間値yが出力される。
この中間値zは、加算器55cに入力され、前述したゲイン部55bの出力yと中間値zとが加算器55cで加算されて、通電温度上昇分ΔTPup(=y+z)が加算器55cの出力として算出される。
コントロールユニット10では、図2の機能ブロック図に示すように、トルクセンサ7で検出される操舵トルクT、車速センサ14で検出される車速Vに基づいて操舵補助制御処理を実行して操舵補助電流指令値IMを算出し、この操舵補助電流指令値IM相当の駆動電流が電動モータ8に供給されるようモータ駆動回路9が動作することにより、電動モータ8により最適な操舵補助力が発生され、これが例えば減速ギヤ3を介してステアリングホイール1が連結されたステアリングシャフト2又はステアリングギヤのピニオンシャフト5に伝達されることにより、ステアリングホイール1を軽い操舵トルクで操舵することができる。
温度推定部43では、図4に示すように、モータ電流検出回路16で検出される3相のモータ電流検出値ia〜icを読込み(ステップS1)、その最大値を最大電流値iとして選択する(ステップS2)。
続いて、モータ回転角センサ8aからのモータ回転角θを微分したモータ回転角速度に基づいて電動モータ8が回転しているか否かが判定され、電動モータ8が回転していれば通常操舵状態としてステップS4からステップS5に移行し温度上昇補正値ΔTPεは零として設定される。このため、二乗積算値の平均値Wmに温度上昇補正値ΔTPε(=0)として零が加算されるため二乗積算値の平均値Wmの補正は行われず(ステップS6)、二乗積算値の平均値Wmに対してフィルタ処理が行われ、二乗積算値の平均値Wmから、通電に伴う通電温度上昇分ΔTPupが算出される(ステップS7)。
温度監視部42では、この推定温度TPcを監視し、この推定温度TPcがモータリレー20の過熱保護のための過熱保護温度を越えない場合には操舵補助電流指令値IMに対する制限は行わない。このため、電動モータ8により、操舵補助電流指令値IM相当の操舵補助力が発生されることになって、運転者の操舵負荷が軽減されることになる。
また、このとき、電動モータ8が回転しない状態が規定時間以上継続したときに、保舵状態であると判断するようにしているから、一次的に保舵状態となった場合等、温度上昇分に誤差が生じない状態で、この誤差を相殺する制御が行われることを回避することができ、より高精度に温度推定を行うことができる。
ここで、モータリレー用の推定用周囲温度TPrrは、モータリレー20の周囲温度として取り得る最高値相当の値に設定されている。したがって、モータリレー用の推定用周囲温度TPrrは、常に、モータリレー20の実際の周囲温度以上の値をとることになり、このモータリレー用の推定用周囲温度TPrrを用いて算出されるモータリレー20の推定温度TPcも、常にモータリレー20の実際の温度以上の値を表すことになる。
また、上記第1の実施の形態においては、通常操舵時を基準としてフィルタ55の各種パラメータを設定し、保舵時に温度上昇分補正値としてモータリレー用20の補正値ε1を加算する場合について説明したが、逆に、保舵時を基準としてフィルタ55の各種パラメータを設定し、通常操舵時に、温度上昇分補正値を減算するようにしてもよい。
つまり、二乗積算平均部52で算出された最大電流値iの二乗積算値の平均値Wmは減算器53′に入力される。また、温度上昇補正値設定部54′では、保舵状態のときに温度上昇補正値ΔTPεとして零を設定し、通常操舵状態のときに、通常操舵時と保舵状態とにおける通電に伴う温度上昇率の差相当のモータリレー20用の補正値ε2を設定する。
このフィルタ55′の出力と周位温度設定部56の出力とが加算器57で加算されこれが推定温度TPcとして出力される。
また、上記第1の実施の形態においては、2つの一次遅れ要素を含むフィルタを用いて通電温度上昇分ΔTPupを算出する場合について説明したがこれに限るものではなく、通電温度上昇分ΔTPupを算出可能なフィルタであればどのようなフィルタであっても適用することができる。
なお、上記第1の実施の形態において、モータ電流検出回路16が相電流検出手段に対応し、温度センサ17が周囲温度測定手段に対応し、図4の温度推定処理が温度推定手段に対応し、図4のステップS4の処理がモータ動作状態検出手段に対応し、図4のステップS12及びステップS6の処理が補正手段に対応し、図4のステップS8の処理が監視手段に対応している。
また、図2の制限回路41及び温度監視部42が過熱保護手段に対応している。
この第2の実施の形態は、上記第1の実施の形態において、温度推定部43の構成が異なること以外は同様であるので同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図6は、第2の実施の形態における温度推定部43の機能ブロック図である。
第2の実施の形態における温度推定部43は、図6に示すように、通常操舵が行われた場合のモータリレー20の温度を推定する通常操舵温度推定部61と、通常操舵が行われた状態か保舵が行われた状態かを判断する操舵状態検出部62と、保舵が行われた場合のモータリレー20の温度を推定する保舵温度推定部63と、通常操舵が行われたときには通常操舵温度推定部61で推定された通常操舵温度Tnを推定温度TPcとし、保舵が行われたときには保舵温度推定部63で推定された保舵温度Tkを推定温度TPcとする推定温度設定部64とを備える。
また、保舵加算値設定部63bでは、予め設定したテーブルに基づき相固定電流ifに対応する保舵加算値ΔTk及び更新周期Hを設定する。
なお、図7(a)において、相固定電流ifは、I1<I2<…<Imax、保舵加算値ΔTkは、A<B<…<MAX、更新周期H(if)は、H(I1)>H(I2)>…>H(Imax)である。また、図7(b)において、横軸は相固定電流if、縦軸は保舵加算値ΔTkを表す。
コントロールユニット10では、電動モータ8を駆動制御し、最適な操舵補助力を発生させると共に、モータリレー20の温度推定を行い、推定した推定温度TPcを考慮して電動モータ8を駆動制御する。
ここで、保舵状態のときには、通常操舵温度Tnに、相固定電流ifに応じた保舵加算値ΔTk(if)を加算するだけで推定温度TPcを算出することができる。
保舵状態の場合に、推定温度TPcを通常操舵時と同様に、例えば最大電流値の二乗積算値の平均値に基づいて算出するようにした場合、保舵による温度上昇率を考慮した周期で算出する場合には、温度推定に伴う処理負荷の増加を伴うことになり、またある程度の演算速度が必要となる。
また、このように、モータリレー20の温度推定を大幅な処理負荷を伴うことなく実現することができるため、温度推定対象の構成部品として、モータリレー20だけでなく、モータ駆動電流の通電経路にある複数の部品それぞれについて温度推定を行う場合であっても、上述のように、通常操舵時における通常操舵温度Tnに対して保舵加算値ΔTkを加算するだけで保舵状態における推定温度TPcを検出することができることから、保舵状態を考慮して温度推定を行うことに伴って処理装置の演算処理負荷が大幅に増加することなく実現することができる。
なお、上記第2の実施の形態においては、保舵状態のときに保舵加算値ΔTkと通常操舵温度Tnとを用いて推定温度TPcを算出する場合について説明したがこれに限るものではない。
なお、上記第2の実施の形態において、モータ電流検出回路16が相電流検出手段に対応し、通常操舵温度推定部61が温度推定手段に対応し、操舵状態検出部62がモータ動作状態検出手段に対応し、相固定電流検出部63a及び保舵加算値推定部63bが補正値算出手段に対応し、加算部63cが補正手段に対応している。
8 電動モータ
10 コントロールユニット
14 車速センサ
16 モータ電流検出回路
17 温度センサ
41 制限回路
42 温度監視部
43 温度推定部
Claims (11)
- 電動モータの相電流を検出する相電流検出手段と、
前記電動モータ及びその駆動電流通電経路に配置されているモータ系統の構成部品のうち温度検出対象の構成部品の周囲温度を測定する周囲温度測定手段と、
前記相電流検出手段で検出される相電流検出値を用いて、前記温度検出対象の構成部品の通電に伴う温度上昇分を推定し、当該温度上昇分と前記周囲温度測定手段で測定した温度測定値との和から前記温度検出対象の構成部品の温度を推定する温度推定手段と、を備えたモータ系統の温度検出装置において、
前記電動モータが回転状態及び停止状態の何れの状態にあるかを検出するモータ動作状態検出手段と、
前記温度推定手段で推定される温度上昇分の演算過程における演算値に、温度検出対象の構成部品毎に予め設定された前記電動モータの動作状態に起因する温度上昇率差補正用の補正値を加算又は減算して前記温度上昇分を補正する補正手段と、を備えることを特徴とするモータ系統の温度検出装置。 - 前記温度推定手段は、前記相電流検出手段で検出される相電流検出値の二乗積算値の平均を算出する二乗積算平均部と、該二乗積算平均部で算出した平均値をフィルタ処理して前記温度上昇分を推定するフィルタ部とを備え、
前記補正手段は、前記フィルタ部に入力される前記二乗積算平均部で算出した平均値に対して補正を行うことを特徴とする請求項1記載のモータ系統の温度検出装置。 - 前記周囲温度測定手段の異常監視を行う監視手段を備え、
前記温度推定手段は、前記監視手段で前記周囲温度測定手段の異常を検出したときには、前記周囲温度測定手段の温度測定値に代えて、温度検出対象の構成部品に対応する、前記構成部品毎に予め設定された推定用周囲温度を用いて、前記温度検出対象の構成部品の温度推定を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のモータ系統の温度検出装置。 - 前記推定用周囲温度は、前記温度検出対象の構成部品の周囲温度が取り得る最高値相当の値に設定されることを特徴とする請求項3記載のモータ系統の温度検出装置。
- 前記相電流検出値を用いて、前記温度検出対象の構成部品の前記温度上昇率差補正用の補正値を算出する補正値算出手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載のモータ系統の温度検出装置。
- 電動モータの相電流を検出する相電流検出手段と、
前記相電流検出手段で検出した相電流検出値を用い、前記電動モータの動作状態が一の動作状態にあるときの通電に伴う温度上昇分を考慮して、前記電動モータ及びその駆動電流通電経路に配置されているモータ系統の構成部品のうち温度検出対象の構成部品の温度を推定する温度推定手段と、
前記電動モータの動作状態を検出するモータ動作状態検出手段と、
前記モータ動作状態検出手段で検出された検出動作状態が前記一の動作状態とは異なるとき、前記相電流検出値に基づき、前記検出動作状態が前記一の動作状態とは異なることに起因する、前記温度検出対象の構成部品の通電に伴う温度上昇率差補正用の補正値を算出する補正値算出手段と、
前記温度推定手段で推定される温度推定値に、前記補正値算出手段で算出した補正値を加算又は減算して、前記電動モータの動作状態に応じた温度推定値を算出する補正手段と、を備えることを特徴とするモータ系統の温度検出装置。 - 前記一の動作状態は、前記電動モータが回転している回転状態であって、
前記モータ動作状態検出手段は、前記電動モータが回転状態及び停止状態の何れの状態にあるかを検出し、
前記補正手段は、前記電動モータが前記停止状態にあるときの温度推定値を算出することを特徴とする請求項6記載のモータ系統の温度検出装置。 - 前記補正値算出手段は、前記相電流検出値で検出される各相の検出値のうちの最大電流検出値を用いて前記補正値を算出し、且つ、前記最大電流検出値が大きいときほど大きな値となるように前記補正値を算出することを特徴とする請求項5又は請求項7記載のモータ系統の温度検出装置。
- 前記補正値算出手段は、前記電動モータが検出された動作状態にあるときの、前記温度検出対象の構成部品の温度上昇率に応じた周期で前記補正値を算出することを特徴とする請求項5から請求項8の何れか1項に記載のモータ系統の温度検出装置。
- 上記請求項1から請求項9の何れか1項に記載の電動モータの温度検出装置を、操舵補助力発生用の電動モータのモータ系統においてその構成部品の温度検出を行う温度検出装置に適用したことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
- 前記温度推定値を用いて、前記構成部品の過熱保護を行う過熱保護手段を備えることを特徴とする請求項9記載の電動パワーステアリング制御装置。
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