JP2008168669A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過熱保護および温度補償を適切に行うことで、温度が上昇しても電動パワーステアリング装置を故障することなく良好に動作させ、その性能を十分に発揮させる。
【解決手段】温度算出部１１２は、モータ駆動回路１５２内のスイッチング素子に内蔵された温度検出ダイオード１５３の電圧降下を示す信号Ｓｖｆに基づき素子温度検出値ＴＳを出力し、温度推定演算部１１３は素子温度検出値ＴＳと電流検出値ｉ_d，ｉ_qからモータ温度推定値ＴＭを求める。トルク補償演算部１１５はトルク補償電流値ｉｃをモータ温度推定値ＴＭに基づき算出する。制限器１１９は、過熱保護演算部１１８によりモータ温度推定値ＴＭに基づき決定された目標電流上限値Ｉｍａｘに応じて、トルク補償電流値ｉｃの加算された電流目標値Ｉｔｃに制限を加える。トルクリップル補償演算部１１６は、トルクリップル抑制のための電流補償値をモータ温度推定値ＴＭに基づき補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、特に、電動パワーステアリング装置内の電動モータまたはモータ駆動回路の過熱保護および温度補償に関する。

従来より、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じてモータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。この電動パワーステアリング装置では、操舵のための操作手段であるハンドルに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられており、そのトルクセンサで検出される操舵トルクに基づきモータに流すべき電流の目標値が設定される。そして、その目標値に基づいてモータの駆動手段に与えるべき指令値が生成され、その指令値に応じた電圧がモータに印加される。この電圧印加によってモータに電流が供給される。

上述の動作において、モータやモータ駆動回路に電流が流れることによって当該モータやモータ駆動回路に発熱が生じる。その発熱の結果、当該モータやモータ駆動回路を構成する各部品の温度が次第に上昇し、所定の温度以上になると部品が破損するおそれが生じる。このような過熱に起因する部品の破損を防止するため、従来より、モータを駆動するための電流値に上限が定められている。すなわち、電動パワーステアリング装置における各部を過熱から保護するためにモータの駆動電流または電流目標値に対して上限値が設定され、この過熱保護のための上限値を超える電流がモータに流れないように構成されている。

例えば、過熱によるモータの故障を防止するために、そのモータ巻線の上昇温度を推定し、その推定上昇温度に基づいてそのモータ巻線の推定温度を算出している。また、そのモータ巻線の推定温度とモータに供給可能な電流値とが対応づけられている。そして、そのモータ巻線の推定温度に基づいてモータに供給する電流値に制限を加えることにより、過熱によるモータ故障を防止している。

また、電動パワーステアリング装置の制御装置（ＥＣＵ）内のモータ駆動回路を構成するスイッチング素子の過熱による故障を防止するために、スイッチング素子が取り付けられる放熱ブロックに温度センサを設け、その温度センサにより得られる温度検出値に基づき、当該スイッチング素子に流れる電流を制限している。

なお、本発明に関連する技術として、特許第３６０９６３７号明細書では、扇風機の電源供給制御装置につき、電源の出力電圧を負荷に供給する経路にシャント抵抗およびサーマルＦＥＴが直列に接続された構成が説明されており、そこで使用されるスイッチング素子としてのサーマルＦＥＴは、温度センサを内蔵してサーマルＦＥＴが規定以上の温度まで上昇した場合に内蔵のゲート遮断回路によってサーマルＦＥＴを強制的にオフ制御する過熱遮断機能を備えている（段落０００６）。また、特許第３２６１９７４号明細書では、電気負荷駆動用のスイッチング素子として使用される所謂パワートランジスタであって電流検出用の抵抗器や通過電流による発熱を検出する温度センサを内蔵したものに言及されている（段落００７９）。
特許第３６０９６３７号明細書 特許第３２６１９７４号明細書

ところで、モータ巻線の温度上昇等の相対的な温度変化は電流値等に基づき精度よく推定することができるが、電動パワーステアリング装置を搭載した車両のエンジンの始動時等の初期状態における正確な温度の検出が困難であることから、モータの絶対的な温度を高い精度で推定することができなかった。また、スイッチング素子が取り付けられる放熱ブロックに温度センサを設けた場合、スイッチング素子から放熱ブロックまでの熱の伝達に遅延が生じることや、放熱ブロックによって熱伝導特性が異なることから、スイッチング素子の温度を正確に検出することができなかった。

このように保護対象の温度を正確に求められない場合には、過熱保護のための電流制限を行う設定限界温度に余裕を持たせることが必要となる。その結果、温度が上昇すると電動パワーステアリング装置としての性能を十分に発揮できないことがある。

また、電動パワーステアリング装置に搭載されたモータの温度が上昇すると、モータの特性が変化して、適切な操舵補助力を発生できなくなったり、操舵フィーリングの悪化を招いたりすることがある。

そこで本発明は、過熱保護および温度補償を適切に行うことにより、温度が上昇しても故障することなく良好に動作し性能を十分に発揮でき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。

第１の発明は、車両操舵のための操作に応じて電動モータを駆動することにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
温度検出手段を内蔵したスイッチング素子を含み、前記電動モータを駆動する駆動回路と、
前記車両操舵のための操作に応じて前記電動モータに流すべき電流の目標値を決定する目標値決定手段と、
前記温度検出手段により得られる温度検出値に基づき前記目標値を補正する目標値補正手段と、
前記電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記目標値補正手段による補正後の目標値と前記電流検出手段により得られる電流検出値との偏差に基づき前記駆動回路を制御する制御手段と、
前記温度検出値に基づき前記補正後の目標値に制限を加える電流制限手段と
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記温度検出値および前記電流検出値に基づき前記電動モータの温度の推定値を求める温度推定手段を更に備え、
前記駆動回路は、前記電動モータに近接するように配置され、
前記目標値補正手段は、前記温度推定手段により得られるモータ温度推定値に基づき前記目標値を補正することを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、
前記電流制限手段は、前記モータ温度推定値に基づき前記補正後の目標値に制限を加えることを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明において、
前記目標値補正手段は、前記モータ温度推定値に基づき、前記電動モータのトルクの温度特性が補償されるように前記目標値を補正することを特徴とする。

第５の発明は、第２の発明において、
前記電動モータにおけるトルクリップルを抑制するためのトルクリップル補償手段を更に備え、
前記トルクリップル補償手段は、前記トルクリップルの温度特性が補償されるように前記モータ温度推定値に基づき前記トルクリップルの抑制のための補償量を補正する補償量補正手段を含むことを特徴とする。

上記第１の発明によれば、モータの駆動回路内のスイッチング素子に内蔵された温度検出手段により、放熱ブロックを介さずに当該スイッチング素子の温度が検出されるので、当該スイッチング素子につき精度の高い温度検出値が得られる。そして、この温度検出値に基づきモータの電流目標値を補正することにより、電動パワーステアリング装置における構成要素（例えばモータ等）の温度特性を精度よく補償することができる。また、この温度検出値に基づき補正後の電流目標値に制限が加えられるので、過熱保護のための電流制限を行う設定限界温度に必要な余裕を小さくすることができる。したがって、温度が上昇しても、過熱による故障を回避しつつ電動パワーステアリング装置を良好に動作させ且つその性能を十分に発揮させることができる。

上記第２の発明によれば、モータに近接するように配置された駆動回路内のスイッチング素子に内蔵された温度検出手段による温度検出値とそのモータに流れる電流の検出値であるモータ電流検出値とからモータ温度推定値が求められるので、そのモータ温度推定値は精度の高いものとなる。そして、このモータ温度推定値に基づきモータの電流目標値を補正することにより、そのモータの温度特性を精度よく補償することができる。これにより、温度が上昇しても良好に操舵補助を行うことができる。

上記第３の発明によれば、精度の高いモータ温度推定値に基づき、モータに流すべき電流の目標値が制限されるので、大きな余裕を持たせることなくモータを過熱から保護することができる。これにより、モータの温度が上昇しても過熱による故障を回避しつつ電動パワーステアリング装置の性能を十分に発揮させることができる。

上記第４の発明によれば、精度の高いモータ温度推定値に基づきモータのトルクの温度特性が補償されるので、モータの温度が上昇してもトルク不足を招くことなく適切な操舵補助力を発生させることができる。

上記第５の発明によれば、精度の高いモータ温度推定値に基づき、モータのトルクリップルの温度特性が補償されるようにトルクリップルの抑制のための補償量が補正されるので、温度が上昇してもトルクリップルの増大を招くことなく良好な操舵フィーリングを維持することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜１．第１の実施形態＞
＜１．１ 全体構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル（ステアリングホイール）１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、ハンドル操作（操舵操作）における運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させるブラシレスモータ６と、その操舵補助力をラック軸に伝達するボールねじ駆動部６１と、ブラシレスモータ６のロータの回転位置を検出するレゾルバ等の位置検出センサ６２と、車載バッテリ８からイグニションスイッチ９を介して電源の供給を受け、トルクセンサ３や車速センサ４、位置検出センサ６２からのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。

このような電動パワーステアリング装置を搭載した車両において運転者がハンドル１００を操作すると、トルクセンサ３は、その操作による操舵トルクを検出し、操舵トルクを示す操舵トルク信号Ｔｓを出力する。一方、車速センサ４は、車両の速度（車速）を検出し、車速を示す車速信号Ｖｓを出力する。制御装置としてのＥＣＵ５は、それら操舵トルク信号Ｔｓおよび車速信号Ｖｓと、位置検出センサ６２によって検出されるロータの回転位置とに基づいて、モータ６を駆動する。これによりモータ６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力がボールねじ駆動部６１を介してラック軸に加えられることにより、操舵操作における運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクによる操舵力とモータ６の発生するトルクによる操舵補助力との和によって、ラック軸が往復運動を行う。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。

＜１．２ 制御装置の構成＞
本実施形態では、電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ５において、操舵トルクおよび車速に応じた適切な操舵補助力が発生するようにモータ６に対するフィードバック制御が行われる。このモータ６は、永久磁石からなる界磁としてのロータ（以下「回転界磁」ともいう）と、ｕ相、ｖ相およびｗ相の３相コイルからなるステータとから構成されるブラシレスモータである。以下に述べるように、このモータ６に印加すべき電圧の指令値は、後述のように決定される電流目標値とモータ電流の検出値との偏差に基づく制御演算によって算出されるが、位相遅れを低減するために、この制御演算ではｄ−ｑ座標で電流指令値が表現され、ｄ軸およびｑ軸電流指令値に基づき電圧指令値が算出される。ここで、ｄ−ｑ座標は、永久磁石からなるロータと同期して回転する回転座標系であって、回転界磁の磁束方向をｄ軸とし、ｄ軸と直交する方向をｑ軸とする。

図２は、本実施形態におけるＥＣＵ５の構成を示すブロック図である。このＥＣＵ５は、位相補償器１１０と、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略記する）１０と、モータ駆動部とから構成される。マイコン１０は、その内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、電流目標値決定部１１１と、温度算出部１１２と、温度推定演算部１１３と、トルク補償演算部１１５と、トルクリップル補償演算部１１６と、過熱保護演算部１１８と、制限器１１９と、加算器１２０，１２１，１２２と、減算器１２３，１２４と、ｄ軸電流ＰＩ制御部１２６と、ｑ軸電流ＰＩ制御部１２８と、ｄ−ｑ／３相交流座標変換部１３２と、３相交流／ｄ−ｑ座標変換部１３８と、正弦波ＲＯＭテーブル１４０とからなるモータ制御部として機能する。モータ駆動部は、モータ制御部としてのマイコン１０から出力される電圧指令値に基づき、ｕ相、ｖ相およびｗ相からなる３相のブラシレスモータ６を駆動するハードウェア（回路）であって、３相ＰＷＭ変調部１５０と、モータ駆動回路１５２と、ｕ相電流検出器１５４と、ｖ相電流検出器１５６と、ロータ角度位置検出器１６２とから構成される。なお、本実施形態では、後述のモータ温度の推定を考慮して、モータ駆動回路１５２はモータ６に近接するように配置されている。

本実施形態では、トルクセンサ３から出力される操舵トルク信号Ｔｓが上記構成のＥＣＵ５に入力されると共に、車速センサ４から出力される車速信号ＶｓもＥＣＵ５に入力される。ＥＣＵ５では、入力された操舵トルク信号Ｔｓに対して位相補償器１１０により位相補償が施され、その位相補償後の信号は、電流目標値決定部１１１に入力される。また、車速センサ４からの車速信号ＶｓもＥＣＵ５における電流目標値決定部１１１に入力される。さらに、モータ６に取り付けられた位置検出センサ６２から出力されるセンサ信号Ｓｒが、ＥＣＵ５におけるロータ角度位置検出器１６２に入力され、ロータ角度位置検出器１６２は、モータ６のロータの回転位置すなわち電気角θreを示す信号を出力する。この電気角θreを示す信号は、正弦波ＲＯＭテーブル１４０に入力される。

電流目標値決定部１１１は、上記操舵トルク信号Ｔｓと上記車速信号Ｖｓとに基づき、モータ６に供給すべき電流の値である電流目標値Ｉｔを決定する。具体的には、適切な操舵補助力を発生させるためにモータ６に供給すべき電流の目標値と操舵トルクとの関係を車速をパラメータとして示すテーブルがアシストマップとして電流目標値決定部１１１内に予め保持されており、電流目標値決定部１１１は、このアシストマップを参照して電流目標値Ｉｔを決定する。

加算器１２０は、モータ６の発生するトルクであるモータトルクの温度特性を補償するために後述のようにして生成されるトルク補償電流値ｉｃを上記電流目標値Ｉｔに加算し、その加算結果Ｉｔ＋ｉｃを補正後電流目標値Ｉｔｃとして出力する。制限器１１９は、モータ６を過熱から保護すべく後述のようにして決定される目標電流上限値Ｉｍａｘに基づき補正後電流目標値Ｉｔｃに制限を加える。このような制限を加えられた後の補正後電流目標値Ｉｔｃは、ｑ軸基本電流指令値ｉ_q0 ^*として制限器１１９から出力される。

このｑ軸基本電流指令値ｉ_q0 ^*は、操舵補助のためにモータ６が発生すべきトルクに対応する電流の指令値であり、加算器１２２に入力される。一方、ｄ軸電流はトルクに関与しないので、ｄ軸電流指令値の基本となるｄ軸基本電流指令値ｉ_d0 ^*は、ｉ_d0 ^*＝０として加算器１２１に入力される。

トルクリップル補償演算部１１６は、モータ６における誘導起電力波形の歪みに起因するトルクリップルの発生を抑制するためにモータ６に流すべき補償電流の指令値を決定するものであり、具体的には、モータ６におけるロータの電気角θre、ｑ軸基本電流指令値ｉ_q0 ^*、および後述のモータ温度推定値ＴＭに基づき、当該補償電流の指令値としてｄ軸電流補償値Δｉ_dおよびｑ軸電流補償値Δｉ_qを求める（詳細は後述）。これらの電流補償値Δｉ_d，Δｉ_qは、加算器１２１，１２２にそれぞれ入力される。加算器１２１は、そのｄ軸電流補償値Δｉ_dを上記のｄ軸基本電流指令値ｉ_d0 ^*に加算することによりｄ軸電流指令値ｉ_d ^*を求め、加算器１２２は、そのｑ軸電流補償値Δｉ_qを上記のｑ軸基本電流指令値ｉ_q0 ^*に加算することによりｑ軸電流指令値ｉ_q ^*を求める。

ｕ相電流検出器１５４とｖ相電流検出器１５６は、モータ駆動回路１５２からモータ６に供給される電流のうちｕ相電流とｖ相電流をそれぞれ検出し、ｕ相電流検出値ｉ_uとｖ相電流検出値ｉ_vをそれぞれ出力する。正弦波ＲＯＭテーブル１４０は、角度θの各種の値とsinθの各種の値とを互いに対応付けて格納しており、ロータ角度位置検出器１６２からの信号の示す電気角θreに対応する正弦波値sinθreを出力する。３相交流／ｄ−ｑ座標変換部１３８は、この正弦波値sinθreを用いて、次式により、上記のｕ相電流検出値ｉ_uおよびｖ相電流検出値ｉ_vを、ｄ−ｑ座標上の値すなわちｄ軸電流検出値ｉ_dおよびｑ軸電流検出値ｉ_qに変換する。
ｉ_d＝√２｛ｉ_vsinθre−ｉ_usin(θre−2π/3)｝
ｉ_q＝√２｛ｉ_vcosθre−ｉ_ucos(θre−2π/3)｝
このようにして得られたｄ軸電流検出値ｉ_dおよびｑ軸電流検出値ｉ_qは、減算器１２３および減算器１２４にそれぞれ入力される。

減算器１２３は、加算器１２１からのｄ軸電流指令値ｉ_d ^*と３相交流／ｄ−ｑ座標変換部１３８からのｄ軸電流検出値ｉ_dとの偏差であるｄ軸電流偏差ｅ_d＝ｉ_d ^*−ｉ_dを算出し、ｄ軸電流ＰＩ制御部１２６は、このｄ軸電流偏差ｅ_dに対する比例積分制御演算によってｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*を求める。一方、減算器１２４は、加算器１２２からのｑ軸電流指令値ｉ_q ^*と３相交流／ｄ−ｑ座標変換部１３８からのｑ軸電流検出値ｉ_qとの偏差であるｑ軸電流偏差ｅ_q＝ｉ_q ^*−ｉ_qを算出し、ｑ軸電流ＰＩ制御部１２８は、このｑ軸電流偏差ｅ_qに対する比例積分制御演算によってｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*を求める。

ｄ−ｑ／３相交流座標変換部１３２は、上記のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*およびｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*を３相交流座標上の値であるｕ相電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ相電圧指令値ｖ_v ^*およびｗ相電圧指令値ｖ_w ^*に変換する。

３相ＰＷＭ変調部１５０は、上記のようにして算出された各相電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*にそれぞれ応じたデューティ比のＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを生成する。

モータ駆動回路１５２は、例えば電力用ＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子を用いて構成されるＰＷＭ電圧形インバータであって、各スイッチング素子を上記ＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗによってオン／オフさせることにより、ブラシレスモータ６に印加すべき各相電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wを生成する。これらの各相電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wは、ＥＣＵ５から出力されてモータ６に印加される。この電圧印加に応じてモータ６の各相ｕ、ｖ、ｗのコイル（不図示）に電流が流れ、モータ６はその電流に応じて操舵補助のためのトルクＴｍを発生させる。

上記のように本実施形態では、操舵トルクや車速に応じて適切な操舵補助が行われるようにモータ電流の目標値が決定され、その目標値がトルクおよびトルクリップルの補償のために補正されると共に過熱保護のために制限を加えられ、このような補正および制限を加えられた後の目標値（ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*およびｑ軸電流指令値ｉ_q ^*）の電流がモータ６に流れるようにフィードバック制御が行われる。ＥＣＵ５のうちこのような電流制御を行う部分（以下「電流制御部」という）２００は、図２において点線で囲まれた部分に相当する。本実施形態では、この電流制御部２００のうち、モータ駆動部に相当する部分はハードウェア的に実現されており、モータ駆動部に相当する部分以外は、既述のように、マイコン１０が所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現されている。

＜１．３ 過熱保護および温度補償のための構成および動作＞
上述のように本実施形態におけるＥＣＵ５は、モータ６を過熱から保護するための過熱保護機能、ならびに、モータトルクの発生およびトルクリップル補償に対する温度の影響を抑制するための温度補償機能を有している。以下、これらの過熱保護機能および温度補償機能を実現するための構成および動作について説明する。

本実施形態では、モータ駆動回路１５２において使用される電力用ＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子は温度検出手段としてのダイオード（以下「温度検出ダイオード」という）１５３を内蔵しており、この温度検出ダイオード１５３に所定電流が流され、その温度検出ダイオード１５３での電圧降下を示す信号Ｓｖｆがモータ駆動回路１５２から出力される。この信号Ｓｖｆは、マイコン１０に入力されデジタル信号に変換される（以下では、この信号Ｓｖｆをデジタル信号かアナログ信号かを区別せずに「温度検出信号Ｓｖｆ」と呼ぶものとする）。

図２に示す温度算出部１１２、温度推定演算部１１３、トルク補償演算部１１５、トルクリップル補償演算部１１６、過熱保護演算部１１８、制限器１１９、および加算器１２０〜１２２は、マイコン１０が所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現されており、これらの構成要素１１２〜１２２が温度検出信号Ｓｖｆ等に基づき以下のように動作することにより、モータ６についての過熱保護および温度補償が行われる。なお、以下の説明からわかるように、トルク補償演算部１１５と加算器１２０はトルクの温度補償のために電流目標値Ｉｔを補正する目標値補正手段を構成し、過熱保護演算部１１８と制限器１１９はモータを過熱から保護するための電流制限手段を構成し、トルクリップル補償演算部１１６と加算器１２１，１２２はモータ６におけるトルクリップルを抑制するためのトルクリップル補償手段を構成する。

温度算出部１１２は、温度検出信号Ｓｖｆの値を温度値に変換するためのテーブルを保持しており、そのテーブルを参照することにより温度検出信号Ｓｖｆの値に対応する温度値を求め、これをモータ駆動回路１５２内のスイッチング素子の温度を示す値（以下「素子温度検出値」という）ＴＳとして出力する。ところで、モータ６における発熱量は、モータ（のコイル）に流れる電流から推定することができる。例えばブラシレスモータの場合、そのｄ軸電流とｑ軸電流の２乗和の積算値から精度よく推定することができる。そこで、本実施形態における温度推定手段としての温度推定演算部１１３は、温度算出部１１２から出力される素子温度検出値ＴＳと、３相交流／ｄ−ｑ座標変換部１３８から出力されるｄ軸電流検出値ｉ_dおよびｑ軸電流検出値ｉ_qとから、モータ６の温度の推定値を算出し、これをモータ温度推定値ＴＭとして出力する。このようにモータ駆動回路１５２のスイッチング素子に内蔵された温度検出ダイオード１５３に基づき検出される素子温度検出値ＴＳとモータ６の電流検出値（ｄ軸電流検出値ｉ_dおよびｑ軸電流検出値ｉ_q）とに基づきモータ温度推定値ＴＭが算出され、しかも、モータ駆動回路１５２はモータ６に近接して配置されている。したがって、この温度推定演算部１１３により、絶対温度としてのモータ温度を従来に比べて精度よく推定することができる。

一般に、モータの温度が上昇すると、その内部の永久磁石が減磁することからモータトルクが低下する。そこで、トルク補償演算部１１５は、モータトルクに対する温度の影響を抑制するためのトルク補償電流値ｉｃを上記のモータ温度推定値ＴＭに基づき算出する。すなわち、トルク補償演算部１１５は、モータ６の発生するトルクの温度特性を補償するために電流目標値Ｉｔに加算すべきトルク補償電流値とモータ６の温度との関係を示すテーブルとして図３に示すような温度補償マップを保持しており、この温度補償マップを参照してモータ温度推定値ＴＭに対応するトルク補償電流値ｉｃを求める。このトルク補償電流値ｉｃは、加算器１２０により電流目標値Ｉｔに加算され、その加算結果Ｉｔ＋ｉｃは、補正後電流目標値Ｉｔｃとして制限器１１９に入力される。

過熱保護演算部１１８は、モータ６を過熱から保護すべく駆動電流に制限を加えるための目標電流上限値とモータ６の温度との関係を示すテーブルとして、図４（ａ）に示すような電流制限マップを保持しており、この電流制限マップを参照してモータ温度推定値ＴＭに対応する目標電流上限値Ｉｍａｘを求める。図４（ａ）に示した例では、モータ温度推定値ＴＭが所定の閾値ＴｔｈＭ以下であれば所定の上限値ＩｍａｘＭが目標電流上限値となり、モータ温度推定値ＴＭが当該閾値ＴｔｈＭよりも高ければ、モータ温度推定値ＴＭが高くなるにしたがって目標電流上限値Ｉｍａｘが小さくなる。

制限器１１９は、このような目標電流上限値Ｉｍａｘに基づき補正後電流目標値Ｉｔｃに制限を加える。すなわち、制限器１１９は、補正後電流目標値Ｉｔｃが目標電流上限値Ｉｍａｘ以下であれば、その補正後電流目標値Ｉｔｃをｑ軸基本電流指令値ｉ_q0 ^*として出力し、補正後電流目標値Ｉｔｃが目標電流上限値Ｉｍａｘよりも大きければ、その目標電流上限値Ｉｍａｘをｑ軸基本電流指令値ｉ_q0 ^*として出力する。

トルクリップル補償演算部１１６は、トルクリップルの発生を抑制するためにモータ６に流すべき補償電流の指令値としてｄ軸電流補償値Δｉ_dおよびｑ軸電流補償値Δｉ_qを、ロータ角度位置検出器１６２により得られる電気角θre、温度推定演算部１１３により得られるモータ温度推定値ＴＭ、および制限器１１９から出力されるｑ軸基本電流指令値ｉ_q0 ^*に基づき決定する。

図５は、このトルクリップル補償演算部１１６の機能的構成を示すブロック図である。このトルクリップル補償演算部１１６は、補償電流決定部２０と、温度補償係数決定部２２と、乗算器２６，２８とを備えており、補償電流決定部２０には、電気角θreおよびｑ軸基本電流指令値ｉ_q0 ^*が入力され、温度補償係数決定部２２には、モータ温度推定値ＴＭが入力される。なお、以下の説明からわかるように、このトルクリップル補償演算部１１６における温度補償係数決定部２２および乗算器２６，２８は、トルクリップルの温度特性を補償するようにトルクリップル補償用の電流補償値を補正するための補償量補正手段を構成する。

補償電流決定部２０は、電気角とｄ軸およびｑ軸電流補償値との関係を示すテーブルすなわち図６に示すような関係を示すテーブルを補償電流マップ２０ａとして保持しており、この補償電流マップ２０ａを参照することにより、上記電気角θreに対応するｄ軸電流補償値Δｉ_d0およびｑ軸電流補償値Δｉ_q0を求める。これらのｄ軸電流補償値Δｉ_d0およびｑ軸電流補償値Δｉ_q0は、ｄ軸電流基本補償値Δｉ_d0およびｑ軸電流基本補償値Δｉ_q0として、乗算器２６，２８にそれぞれ入力される。

温度補償係数決定部２２は、トルクリップルの温度特性を補償するためのｄ軸電流温度補償係数およびｑ軸電流温度補償係数とモータ６の温度との関係を示すテーブルとして、図７（ａ）（ｂ）に示すような温度補償マップ２２ａを保持しており、トルクリップル補償に対する温度の影響を抑制するために当該温度補償マップ２２ａを参照してモータ温度推定値ＴＭに対応するｄ軸電流温度補償係数ＫｄＴおよびｑ軸電流温度補償係数ＫｑＴを求める。これらのｄ軸電流温度補償係数ＫｄＴおよびｑ軸電流温度補償係数ＫｑＴは、乗算器２６，２８にそれぞれ入力される。そして、乗算器２６によりｄ軸電流温度補償係数ＫｄＴがｄ軸電流基本補償値Δｉ_d0に乗算され、その乗算結果ＫｄＴ×Δｉ_d0がｄ軸電流補償値Δｉ_dとして出力されると共に、乗算器２８によりｑ軸電流温度補償係数ＫｑＴがｑ軸電流基本補償値Δｉ_q0に乗算され、その乗算結果ＫｑＴ×Δｉ_q0がｑ軸電流補償値Δｉ_qとして出力される。これらのｄ軸電流補償値Δｉ_dおよびｑ軸電流補償値Δｉ_qは、トルクリップルの温度特性を補償するための補正後の補償量に相当する。

既述のように、これらのｄ軸電流補償値Δｉ_dおよびｑ軸電流補償値Δｉ_qがｄ軸基本電流指令値ｉ_d0 ^*およびｑ軸基本電流指令値ｉ_q0 ^*にそれぞれ加算されることにより、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*およびｑ軸電流指令値ｉ_q ^*が算出される。そして電流制御部２００により、これらのｄ軸電流指令値ｉ_d ^*およびｑ軸電流指令値ｉ_q ^*に相当する電流がモータ６に流れるようにフィードバック制御が行われる。

一般に、モータの温度が上昇すると、その内部の永久磁石が減磁することから、図８（ｃ）に示すようにモータトルクのみならずトルクリップルも小さくなるが、トルクリップルに関する上記のような温度補償が行われない従来の電動パワーステアリング装置では、電流補償値Δｉ_d，Δｉ_qに基づくトルクリップル補償量は、図８（ｃ）に示すようにモータの温度が上昇しても変化しない。その結果、常温時には図８（ａ）（ｂ）に示すように、トルクリップル補償によってトルクリップルを解消できたしても、高温時には図８（ｃ）（ｄ）に示すように、トルクリップル補償量が過剰となりトルクリップルを十分に低減できない。

これに対し本実施形態では、上記のように、モータ温度推定値ＴＭに応じて決定されるｄ軸電流温度補償係数ＫｄＴおよびｑ軸電流温度補償係数ＫｑＴがｄ軸電流基本補償値Δｉ_d0およびｑ軸電流基本補償値Δｉ_q0にそれぞれ乗算されることにより、トルクリップルの温度特性が補償される。その結果、トルクリップル抑制のための電流補償値Δｉ_d，Δｉ_qに基づくトルクリップル補償量は、図９（ｃ）に示すように、モータの温度が上昇するとトルクリップルと同様に小さくなり、図９（ｂ）（ｄ）に示すように、常温時のみならず高温時においてもトルクリップル補償によってトルクリップルを解消または十分に低減することができる。

＜１．４ 効果＞
以上のように本実施形態によれば、モータ駆動回路１５２のスイッチング素子に内蔵された温度検出ダイオード１５３を使用することにより、放熱ブロックを介さずに当該スイッチング素子の温度が検出されるので、温度検出に時間遅れがなく、かつ正確に素子温度を検出することができる。そして、このようにして得られる高精度の素子温度検出値ＴＳとモータ６の電流検出値（ｄ軸電流検出値ｉ_dおよびｑ軸電流検出値ｉ_q）とに基づきモータ温度推定値ＴＭが算出される。また、モータ駆動回路１５２はモータ６に近接して配置されている。したがって、絶対温度としてのモータ温度を従来に比べて精度よく推定することができる。なお、モータ温度推定値ＴＭの精度を上げるには、モータ駆動回路１５２をできるだけモータ６に近接して配置することが好ましく、モータ６の直近に位置するように配置するのがよい。

本実施形態によれば、上記のように高精度のモータ温度推定値ＴＭが得られ、そのモータ温度推定値ＴＭに応じて決定される目標電流上限値Ｉｍａｘに基づいてモータ６の駆動電流（補正後電流目標値）が制限されるので（図４（ａ））、駆動電流の制限を行う設定限界温度（上限値）に持たせるべき余裕を小さくすることができる。その結果、モータ６の温度が上昇しても、モータ６の能力を十分に利用して操舵補助を行うことができる。

また本実施形態によれば、高精度のモータ温度推定値ＴＭに基づいてモータトルクの温度補償が行われるので、モータ６の温度上昇によるトルク不足（操舵補助力の不足）を確実に解消し、温度が上昇しても適切な操舵補助力を発生させることができる。さらに、トルクリップル補償においても、トルクリップルの温度特性が補償されるように精度の高いモータ温度推定値ＴＭに基づいて電流補償値Δｉ_d，Δｉ_qが補正されるので（図５、図７）、モータ６の温度が上昇してもトルクリップルを十分に低減または解消することができる（図９）。したがって、モータ６の温度が上昇しても操舵フィーリングを良好な状態に維持することができる。

このようにして本実施形態によれば、精度の高い温度推定値に基づき過熱保護および温度補償が適切に行われるので、温度が上昇しても、過熱による故障を回避しつつ電動パワーステアリング装置を良好に動作させ且つその性能を十分に発揮させることができる。

なお本実施形態では、モータ温度推定値ＴＭに基づきモータ６が過熱から保護されるが、モータ６よりもモータ駆動回路１５２内のスイッチング素子の方が過熱によって破損し易い場合には、素子温度検出値ＴＳに基づき補正後電流目標値Ｉｔｃに制限を加えるのが好ましい。この場合、図２に示す過熱保護演算部１１８は、モータ駆動回路１５２内のスイッチング素子を過熱から保護すべく駆動電流に制限を加えるための目標電流上限値と当該スイッチング素子の温度との関係を示すテーブルとして、図４（ｂ）に示すような電流制限マップを保持しており、この電流制限マップを参照して素子温度検出値ＴＳに対応する目標電流上限値Ｉｍａｘを求めることになる。この構成によれば、モータ駆動回路１５２内のスイッチング素子に内蔵された温度検出ダイオードにより当該スイッチング素子の温度が時間遅れ無く正確に検出されることから、過熱保護のために駆動電流の制限を行う設定限界温度に持たせるべき余裕が小さくてよいので、モータ駆動回路１５２の能力を十分に利用することができる。

＜２．第２の実施形態＞
上記第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置ではブラシレスモータが使用されているが、本発明は、ブラシ付きモータを使用した電動パワーステアリング装置にも適用可能である。図１０は、ブラシ付きモータ６ｂを使用した電動パワーステアリング装置に本発明を適用した場合におけるＥＣＵ５の機能的構成を示すブロック図である。以下、このような構成を有する電動パワーステアリング装置を第２の実施形態として説明する。なお以下では、この第２の実施形態における構成のうち上記第１の実施形態と同一または対応する部分には同一の参照符号を付して詳しい説明を省略する。また、第２の実施形態では、ブラシ付きモータ６ｂよりもモータ駆動回路１７内のスイッチング素子の方が過熱によって破損し易いものとする。

図１０に示すように、第２の実施形態では、ブラシ付きモータ６ｂを駆動するモータ駆動回路１７は、電力用ＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子を用いて構成され、そこで使用されるスイッチング素子は温度検出手段としてのダイオード（温度検出ダイオード）１７３を内蔵しており、上記第１の実施形態と同様の温度検出信号Ｓｖｆを出力する。ブラシ付きモータ６ｂの電流制御部２００は、このようなモータ駆動回路１７に加えて、減算器１４、ＰＩ制御部１５、ＰＷＭ変調部１６、および電流検出器１９を備えている。電流目標値決定部１１１からの電流目標値Ｉｔにトルク補償電流値ｉｃを加算して得られる補正後電流目標値Ｉｔｃは、目標電流上限値Ｉｍａｘに基づき制限を加えられた後、電流指令値Ｉｒとして減算器１４に入力される。上記電流制御部２００は、この電流指令値Ｉｒに等しい電流がブラシ付きモータ６ｂに流れるようにフィードバック制御を行う。

このような第２の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、温度算出部１１２は、温度検出信号Ｓｖｆに基づいて素子温度検出値ＴＳを出力し、温度推定演算部１１３は、この素子温度検出値ＴＳと電流検出器１９による電流検出値Ｉｓに基づきモータ温度推定値ＴＭを算出する。そしてトルク補償演算部１１５は、モータ温度推定値ＴＭに基づきトルク補償電流値ｉｃを求め、このトルク補償電流値ｉｃは加算器１２０に入力される。しかし、この第２の実施形態では、モータ６ｂよりもモータ駆動回路１７内のスイッチング素子の方が過熱によって破損し易い。このため、過熱保護演算部１１８は、モータ駆動回路１７内のスイッチング素子を過熱から保護すべく駆動電流に制限を加えるための目標電流上限値と当該スイッチング素子の温度との関係を示すテーブルとして、図４（ｂ）に示すような電流制限マップを保持しており、この電流制限マップを参照して素子温度検出値ＴＳに対応する目標電流上限値Ｉｍａｘを求める。この目標電流上限値Ｉｍａｘは、制限器１１９において補正後電流目標値Ｉｔｃの制限に使用される。

ブラシ付きモータ６ｂを使用する上記第２の実施形態（図１０）によっても、ブラシレスモータ６を使用する第１の実施形態（図２）と同様の効果が得られる。なお、ブラシ付きモータを使用する場合には、通常、そのロータの回転位置は検出されないので、トルクリップル補償は行われないが、ロータ位置の検出手段を設ければ、第１の実施形態（図２）と同様にトルクリップルの補償を行い、そのトルクリップル補償においてトルクリップルの温度特性を補償するための補償量補正をモータ温度推定値ＴＭに基づき行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。 上記第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵの構成を示すブロック図である。 上記第１の実施形態においてモータが発生するトルクの温度特性を補償するために電流目標値に加算すべきトルク補償電流値とモータの温度との関係を示す温度補償マップの一例を示す図である。 上記第１の実施形態において過熱から保護すべきモータの温度とモータの目標電流上限値との関係を示す電流制限マップの一例を示す図（ａ）、および、過熱から保護すべきスイッチング素子の温度とモータの目標電流上限値との関係を示す電流制限マップの一例を示す図（ｂ）である。 上記第１の実施形態におけるトルクリップル補償演算部の機能的構成を示すブロック図である。 上記第１の実施形態においてトルクリップル補償のためにモータに流すべき補償電流を示す電流波形図である。 上記第１の実施形態においてトルクリップルの温度特性を補償するためのｄ軸電流温度補償係数およびｑ軸電流温度補償係数とモータの温度との関係を示す温度補償マップの一例を示す図である。 従来の電動パワーステアリング装置におけるトルクリップル補償に対する温度の影響を説明するための図である。 上記第１の実施形態においてトルクリップル補償に対する温度の影響を抑制するための温度補償の効果を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置におけるＥＣＵの構成を示すブロック図である。

符号の説明

５…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、６…ブラシレスモータ、６ｂ…ブラシ付きモータ、１０…マイクロコンピュータ、１５…ＰＩ制御部（制御手段）、１７…モータ駆動回路、１９…電流検出器、２０…補償電流決定部、２０ａ…補償電流マップ、２２…温度補償係数決定部、２２ａ…温度補償マップ、２６，２８…乗算器、１１１…電流目標値決定部、１１２…温度算出部、１１３…温度推定演算部、１１５…トルク補償演算部、１１６…トルクリップル補償演算部、１１８…過熱保護演算部、１１９…制限器、１２０〜１２２…加算器、１２３，１２４ …減算器、１２６…ｄ軸電流ＰＩ制御部（制御手段）、１２８…ｑ軸電流ＰＩ制御部（制御手段）、１５２…（ブラシレスモータの）モータ駆動回路、１５３，１７３…温度検出ダイオード、１５４…ｕ相電流検出器、１５６…ｖ相電流検出器、２００…電流制御部、Ｉｔ…電流目標値、Ｉｔｃ…補正後電流目標値、Ｉｒ…電流指令値、ｉｃ…トルク補償電流値、Ｉｍａｘ…目標電流上限値、ｉ_d0 ^*…ｄ軸基本電流指令値、ｉ_q0 ^*…ｑ軸基本電流指令値、Δｉ_d…ｄ軸電流補償値、Δｉ_q…ｑ軸電流補償値、ｉ_d ^*…ｄ軸電流指令値、ｉ_q ^*…ｑ軸電流指令値、ｉ_d…ｄ軸電流検出値、ｉ_q…ｑ軸電流検出値、ＫｄＴ…ｄ軸電流温度補償係数、ＫｑＴ…ｑ軸電流温度補償係数、ＴＭ…モータ温度推定値、ＴＳ…素子温度検出値、θre…電気角。

Claims (5)

1. 車両操舵のための操作に応じて電動モータを駆動することにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
   温度検出手段を内蔵したスイッチング素子を含み、前記電動モータを駆動する駆動回路と、
   前記車両操舵のための操作に応じて前記電動モータに流すべき電流の目標値を決定する目標値決定手段と、
   前記温度検出手段により得られる温度検出値に基づき前記目標値を補正する目標値補正手段と、
   前記電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記目標値補正手段による補正後の目標値と前記電流検出手段により得られる電流検出値との偏差に基づき前記駆動回路を制御する制御手段と、
   前記温度検出値に基づき前記補正後の目標値に制限を加える電流制限手段と
   を備えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。
2. 前記温度検出値および前記電流検出値に基づき前記電動モータの温度の推定値を求める温度推定手段を更に備え、
   前記駆動回路は、前記電動モータに近接するように配置され、
   前記目標値補正手段は、前記温度推定手段により得られるモータ温度推定値に基づき前記目標値を補正す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. 前記電流制限手段は、前記モータ温度推定値に基づき前記補正後の目標値に制限を加えることを特徴とする、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記目標値補正手段は、前記モータ温度推定値に基づき、前記電動モータのトルクの温度特性が補償されるように前記目標値を補正することを特徴とする、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記電動モータにおけるトルクリップルを抑制するためのトルクリップル補償手段を更に備え、
   前記トルクリップル補償手段は、前記トルクリップルの温度特性が補償されるように前記モータ温度推定値に基づき前記トルクリップルの抑制のための補償量を補正する補償量補正手段を含むことを特徴とする、請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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