JP2008307913A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで制御装置の過熱保護を実現することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】少なくとも操舵トルクＴに基づいて、ｄ−ｑ軸のベクトル制御を用いて電流指令値を演算し、その電流指令値に基づいて電動モータ１２を駆動制御する。このとき、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが高いほどベクトル制御におけるｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを小さく演算することで、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが低い場合は、通常の弱め界磁制御を実行して急操舵に対する操舵フォーリングを向上し、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが高い場合は、弱め界磁制御を通常より弱く発揮してＥＣＵハードの温度保護を実現する。
【選択図】図４

Description

本発明は、二相回転磁束座標系（ｄ−ｑ座標系）で記述されるベクトル制御により電動モータを駆動制御し、ステアリング機構に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置に関する。

近年、電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳシステム）は、２０００ＣＣを越えるクラスの排気量の大型車両にも適用されている。これに伴い、ＥＰＳシステムにおいても高出力化に対応するため、３相ブラシレスタイプのモータが採用されてきている。
このようなタイプのモータの制御においては、二相回転磁束座標系（ｄ−ｑ座標系）で記述されるベクトル制御が採用され、さらに、ハンドルの高速操舵時の高速回転を実現するために、ｄ軸電流がモータの界磁を弱めるような所定値となるようにｄ軸電流指令値を制御する弱め界磁制御が適用されている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、ベクトル制御においては、操舵トルクの指令に基づいて生成された各相のモータ電流指令値を、回転界磁を表すｄ−ｑ座標の回転座標系に変換し、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値をそれぞれ生成し、同様に各相のモータ電流検出値をｄ−ｑ変換したｄ軸電流検出値及びｑ軸電流検出値との偏差に基づいてモータ電流の制御が行われる。
ここで、ｄ軸電流は回転界磁の磁束方向、ｑ軸電流は回転界磁の磁束方向と直行する方向に位相が一致しており、モータの出力トルクはｑ軸電流の大きさに比例し、ｄ軸電流は上述の弱め界磁制御においてモータ磁束を弱める方向に与えられる。
特開２００３−４０１２８号公報

ところで、上記特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置のように、二相回転磁束座標系で記述されるベクトル制御によりモータを制御する場合、モータ駆動回路へ入力される電流は、ｑ軸電流とｄ軸電流とのベクトル和に相当するため、同じ操舵トルク指令値が与えられた場合、弱め界磁制御を実施しているときのモータ駆動回路への入力電流は、弱め界磁制御を実施していないときよりも多く流れる特徴がある。

したがって、据え切りや駐車場等での操舵が連続して行われるような連続高負荷操舵において、同時に高速転舵がなされて弱め界磁制御が作動した場合、モータ駆動回路への入力電流はさらに大きくなり、弱め界磁制御が作動しない場合よりもモータ駆動回路の温度上昇が早くなり、モータ駆動回路の駆動素子が熱破壊するおそれがある。
一方、従来の電動パワーステアリング装置においては、モータ駆動回路の駆動素子が熱破壊するのを防止するために、モータ電流を制限して過熱保護を行う機能を備えるものがある。通常、制御装置の設計においては、据え切りあるいは駐車場等での操舵が連続して行われた場合の温度上昇を想定し、規定回数の据え切り操舵でアシスト切れをしない、つまり制御装置の過熱保護が作動しないような熱設計を行っている。

しかしながら、上記のような連続高負荷操舵において、同時に高速転舵がなされて弱め界磁制御も作動した場合、上述したようにモータ駆動回路の温度上昇が早くなるため、過熱保護機能が早めに作動してしまう。
これを抑制するために、弱め界磁制御作動時の入力電流の増分を考慮した熱設計とすると、モータ駆動回路において耐熱温度の高い素子を採用する、あるいは放熱性能を大きくする等の設計が必要となり、制御装置が高価となってしまう。

そこで、本発明は、低コストでモータ駆動回路の過熱保護を実現することができる電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて、ｄ−ｑ軸のベクトル制御を用いて電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記電動モータを駆動するモータ駆動回路の素子の温度を検出又は推定する温度検出手段を有し、前記電流指令値演算手段は、前記温度検出手段で検出又は推定した温度が高いほど、前記ベクトル制御におけるｄ軸電流指令値を小さく演算することを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記電流指令値演算手段は、通常のｄ軸電流指令値に対して、前記温度検出手段で検出又は推定した温度が高いほど小さくなる温度感応ゲインを乗じることで、当該温度が高いほど、前記ｄ軸電流指令値を小さく演算することを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記電流指令値演算手段は、進角制御によって前記ｄ軸電流指令値を演算するものであって、前記温度検出手段で検出又は推定した温度が高いほど、前記進角制御における進角を小さく演算することを特徴としている。

また、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜３の何れか１項に係る発明において、前記電流指令値演算手段は、前記温度検出手段で検出又は推定した温度が所定温度以上であるとき、当該温度が高いほど、前記ｄ軸電流指令値を小さく演算することを特徴としている。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータ駆動回路の素子の温度が高いほど、ベクトル制御におけるｄ軸電流指令値（モータの界磁を弱める界磁電流指令値）を小さく演算するので、高温時のモータ駆動回路の入力電流を抑えることができ、例えば、連続高負荷操舵において、同時に高速転舵がなされて弱め界磁制御が作動した場合であっても、電源入力回路部の遮断リレー及びノイズ吸収コイルの発熱を緩和することができ、その結果、低価格、低消費電力で過熱保護機能を実現することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号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に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は操舵トルク検出手段としてのトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。

そして、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、さらに、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。このピニオンシャフト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。ここで、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。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ１２とを備えている。
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に伝達された操舵トルクを検出するもので、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介装した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を例えばポテンショメータで検出するように構成されている。このトルクセンサ３から出力されるトルク検出値Ｔはコントローラ１５に入力される。

コントローラ１５は、車載のバッテリ１７（例えば、定格電圧が１２Ｖである）から電源供給されることによって作動する。バッテリ１７の負極は接地され、その正極はエンジン始動を行うイグニッションスイッチ１８を介してコントローラ１５に接続されると共に、イグニッションスイッチ１８を介さず直接コントローラ１５に接続されている。
また、本実施形態の電動モータ１２は、例えば３相ブラシレスモータであり、図２に示すように、Ｕ相コイルＬｕ、Ｖ相コイルＬｖ及びＷ相コイルＬｗの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗの他端がコントローラ１５に接続されて個別にモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗが供給される。また、電動モータ１２は、ロータの回転位置を検出するレゾルバ、エンコーダ等で構成されるロータ位置検出回路を備え、回転角センサ１３はこのロータ位置検出回路から出力されるロータ回転位置をもとにモータ回転角θを検出するようになっている。

コントローラ１５には、図２に示すように、トルクセンサ３で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ１６で検出された車速検出値Ｖが入力されると共に、回転角センサ１３で検出されたモータ回転角θが入力され、さらに電流検出回路２２で検出された電動モータ１２の各相コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗに供給されるモータ駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗが入力される。また、温度検出手段としてのサーミスタ等で構成される温度センサ２６で検出された、後述する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の温度もコントローラ１５に入力される。

このコントローラ１５は、操舵トルクＴ、車速検出値Ｖ及びモータ回転角θに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生するためのモータ電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを出力する例えばマイクロコンピュータで構成される制御演算装置２３と、電動モータ１２を駆動する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されるモータ駆動回路（インバータ回路）２４と、制御演算装置２３から出力される相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）制御処理を実行し、モータ駆動回路２４の電界効果トランジスタのゲート電流を制御するＦＥＴゲート駆動回路（ＰＷＭ制御部）２５と、を備えている。

この図２において、制御演算装置２３が電流指令値演算手段に対応し、モータ駆動回路２４及びＦＥＴゲート駆動回路２５がモータ制御手段に対応している。
制御演算装置２３は、図３に示すように、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖに応じたトルク指令値Ｔｒｅｆを算出し、算出したトルク指令値Ｔｒｅｆをもとにｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆを算出し、さらにｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆを２相／３相変換して３相電流指令値Ｉｕｒｅｆ〜Ｉｗｒｅｆを算出する電流指令値演算部３０と、この電流指令値演算部３０から出力される３相電流指令値Ｉｕｒｅｆ〜Ｉｗｒｅｆと電流検出回路２２ｕ〜２２ｗで検出したモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗとで電流フィードバック処理を行って駆動電圧を制御するモータ電流制御部４０とを備えている。

電流指令値演算部３０は、トルク指令値演算部３１と、角速度演算部３２と、換算部３３と、３相／２相変換部３４と、ｑ軸電流指令値演算部３５と、ｄ軸電流指令値演算部３６と、２相／３相変換部３７とを備えている。
トルク指令値演算部３１は、トルクセンサ３で検出した操舵トルクＴ及び車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖを入力として、公知の手順によりトルク指令値Ｔｒｅｆを算出し、これをｑ軸電流指令値演算部３５及びｄ軸電流指令値演算部３６に出力する。

角速度演算部３２は、回転角センサ１３で検出されるモータ回転角θを微分してモータ角速度ωを算出し、これを換算部３３、ｑ軸電流指令値演算部３５及びｄ軸電流指令値演算部３６に出力する。
換算部３３は、モータ角速度ωおよびモータ回転角θを入力として逆起電圧ｅｕ，ｅｖ，ｅｗを算出する。

３相／２相変換部３４は、モータ回転角θおよび換算部３３で算出した逆起電圧ｅｕ，ｅｖ，ｅｗを入力として、逆起電圧ｅｕ，ｅｖ，ｅｗをｄ−ｑ軸の逆起電圧ｅｄ，ｅｑに変換する。
ｑ軸電流指令値演算部３５は、逆起電圧ｅｄ，ｅｑ、トルク指令値Ｔｒｅｆ、モータ角速度ωおよび後述するｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを入力として、電流指令値Ｉｑｒｅｆを決定する。具体的には、ｑ軸電流指令値演算部３５では、Ｉｑｒｅｆ＝２／３（Ｔｒｅｆ×ω−ｅｄ×Ｉｄｒｅｆ）／ｅｑを演算する。

また、ｄ軸電流指令値演算部３６は、トルク指令値Ｔｒｅｆおよびモータ角速度ωを入力として、後述する処理を行ってｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出する。なお、このｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆは界磁を弱める界磁電流指令値である。
そして、２相／３相変換部３７は、電流指令値Ｉｑｒｅｆ，Ｉｄｒｅｆおよびモータ回転角θが入力されて、電流指令値Ｉｑｒｅｆ，Ｉｄｒｅｆを３相の電流基準値Ｉｕｖｒｅｆ，Ｉｖｖｒｅｆ，Ｉｗｖｒｅｆに変換し、これらをモータ電流制御部４０に出力する。

モータ電流制御部４０は、減算回路４１ｕ，４１ｖ，４１ｗと、ＰＩ制御部４２と、を備えている。
減算回路４１ｕ，４１ｖ，４１ｗは、電流検出回路２２ｕ，２２ｖ，２２ｗで検出した各相のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、３相の電流指令値Ｉｕｖｒｅｆ，Ｉｖｖｒｅｆ，Ｉｗｖｒｅｆとの偏差をそれぞれ算出し、その偏差をＰＩ制御部４２に出力する。

ＰＩ制御部４２は、上記偏差を零にするように電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出してフィードバック制御を実行する。
そして、ＰＷＭ制御部２５では、これら電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを入力としてインバータ回路２４へのＰＷＭのゲート信号を算出し、インバータ回路２４は、そのゲート信号によってＰＷＭ制御される。これにより、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが電流指令値Ｉｕｖｒｅｆ，Ｉｖｖｒｅｆ，Ｉｗｖｒｅｆとなるように制御される。

以上が、電動モータ１２に対する基本制御であるが、電動モータ１２の容量には限度があり、ハンドルを高速で操舵するような場合、モータのパワーが不足するので、モータの出力トルクを抑えて高速回転を実現し、パワー一定の制御をする必要がある。
このような制御を実現するために弱め界磁制御という制御方法が用いられ、通常、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｒｅｆ＝０であったものが、弱め界磁制御の場合は、等価的にＩｄｒｅｆ＝０ではなくなる。ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆは界磁磁束に対応した電流成分であり、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを負の方向に増加させるとｄ軸上の界磁磁束を弱めることと等価となる。界磁磁束が弱められると逆起電力が小さくなるため、より高速でモータを回転させることが可能となる。このような弱め界磁制御を実行して、急速なハンドル操舵においてもハンドル操舵のフィーリングを良くする工夫を施している。

次に、ｄ軸電流指令値演算部３６の具体的な処理について、図４をもとに説明する。
まず、換算部３６ａにトルク指令値Ｔｒｅｆが入力され、ベース角速度ωｂが算出される。一方、機械角演算部３６ｂでは、モータ角速度ωを入力とし、機械角度に変換した機械角速度ωｍを出力する。ａｒｃｃｏｓ演算部３６ｃでは、ベース角速度ωｂと機械角速度ωｍとを入力とし、角度Φ＝ａｒｃｃｏｓ（ωｂ／ωｍ）が実行されて、角度Φが出力される。次に、ｓｉｎ演算部３６ｄで角度Φを入力として、ｓｉｎΦが出力される。

一方、トルク指令値Ｔｒｅｆを入力とし、トルク係数演算部３６ｅにおいて、基準電流Ｉｑｂ＝（Ｔｒｅｆ／Ｋｔ）となる基準電流Ｉｑｂが算出される。ここで、Ｋｔはトルク係数である。絶対値演算部３６ｆで基準電流Ｉｑｂを入力として絶対値をとって、基準電流の絶対値｜Ｉｑｂ｜が出力される。次に掛算部３６ｇで、ｓｉｎ演算部３６ｄでの出力であるｓｉｎΦと｜Ｉｑｂ｜とを入力として、ｄ軸電流指令値ＩｄｒｅｆがＩｄｒｅｆ＝−｜Ｉｑｂ｜・ｓｉｎΦとして出力される。

即ち、ここでは、ｄ軸の電流指令値ＩｄｒｅｆはＩｄｒｅｆ＝−｜Ｔｒｅｆ／Ｋｔ｜・ｓｉｎ（ａｒｃｃｏｓ（ωｂ／ωｍ））＝−｜Ｉｒｅｆ｜・ｓｉｎ（ａｒｃｃｏｓ（ωｂ／ωｍ））として算出される。
そして最後に、指令値補正部３６ｈで、掛算部３６ｇから出力されるｄ軸電流指令値（通常のｄ軸電流指令値）Ｉｄｒｅｆに、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕに感応したゲインＫを乗じたＫ・Ｉｄｒｅｆを、最終的なｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとして出力する。

具体的には、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを補正するためのゲインＫは、ＥＣＵ温度センサ２６の出力であるＥＣＵ温度Ｔｅｃｕをもとに、ゲインマップを参照して算出する。
ここで、上記ゲインマップは、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが温度Ｔ１以下の領域ではゲインＫが“１”に固定され、温度Ｔ１より高く温度Ｔ２以下の領域では、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが高くなるほどゲインＫが“１”から“０”に向かって比例的に小さくなり、温度Ｔ２より高い領域ではゲインＫが“０”に固定されるように設定されている。

ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを表わす式の中のａｒｃｃｏｓ（ωｂ／ωｍ）からも分かるように、モータの機械角速度ωｍがベース角速度ωｂより高速になったとき、界磁を弱めるための界磁電流指令値であるＩｄｒｅｆが値として現れる。即ち、モータの機械角速度ωｍがベース角速度ωｂより高速になったとき弱め界磁制御が実行される。
次に、第１の実施形態の動作及び効果について説明する。

モータの機械角速度ωｍがベース角速度ωｂより遅い場合、ｄ軸電流指令値演算部３６において、ａｒｃｃｏｓ演算部３６ｃの出力であるΦが“０”となるので、ｓｉｎΦ＝０となりＩｄｒｅｆ＝−｜Ｉｑｂ｜・ｓｉｎΦ＝０となる。したがって、ｄ軸電流指令値演算部３６の出力であるＫ・Ｉｄｒｅｆも“０”となって、弱め界磁制御は実行されない。
この状態から機械角速度ωｍが早くなり、ベース角速度ωｂより高速になると、ａｒｃｃｏｓ演算部３６ｃの出力である角度Φが０でなく、ｓｉｎΦが０から１の間の値を発生するので、掛算部３６ｇの出力値Ｉｄｒｅｆ＝−｜Ｉｑｂ｜・ｓｉｎΦは値を発生する。

このとき、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが温度Ｔ１以下の低温状態であるものとすると、指令値補正部３６ｈでゲインＫ＝１として算出されるので、掛算部３６ｇの出力値が補正されることなく、当該掛算部３６ｇの出力値Ｉｄｒｅｆを最終的なｄ軸電流指令値として弱め界磁制御が実行される。
ここで、モータ駆動回路へ入力される電流は、ｑ軸電流とｄ軸電流とのベクトル和に相当するため、同じ操舵トルク指令値が入力された場合、弱め界磁制御を実施しているときのモータ駆動回路への入力電流は、弱め界磁制御を実施していないときよりも多く流れることになる。

本実施形態のように、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕを考慮せずに弱め界磁制御を実行すると、据え切りや駐車場等での操舵が連続して行われるような連続高負荷操舵において、同時に高速転舵がなされて弱め界磁制御が作動した場合、モータ駆動回路への入力電流はさらに大きくなり、弱め界磁制御が作動しない場合よりもモータ駆動回路の温度上昇が早くなり、モータ駆動回路の駆動素子が熱破壊するおそれがある。

また、モータ駆動回路の駆動素子が熱破壊するのを防止するために、モータ電流を制限して過熱保護を行う機能を備え、据え切り或いは駐車場等での操舵が連続して入力された場合の温度上昇を想定し、規定回数の据え切り操舵でアシスト切れしない、つまり上記過熱保護機能が作動しないような熱設計を行っている電動パワーステアリング装置があるが、上記のような連続高負荷操舵において、同時に高速転舵がなされて弱め界磁制御も作動した場合、上述したようにモータ駆動回路の温度上昇が早くなるため、過熱保護機能が早めに作動してしまう。

これを抑制するために、弱め界磁制御作動時の入力電流の増分を考慮した熱設計とすると、モータ駆動回路において耐熱温度の高い素子を採用する、あるいは放熱性能を大きくする等の設計が必要となり、制御装置が高価となってしまう。
これに対して、本実施形態では、ＥＣＵ温度センサでＥＣＵ温度Ｔｅｃｕを検出し、このＥＣＵ温度Ｔｅｃｕに応じてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを制限するので、高温時のモータ駆動回路への入力電流を制限して、低コストでモータ駆動回路の過熱保護を実現することができる。

即ち、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが温度Ｔ１より高く温度Ｔ２以下の中温状態にあるものとすると、指令値補正部３６ｈでゲインＫが１から０の間の値として算出される。そのため、最終的なｄ軸電流指令値は、前記掛算部３６ｇの出力値より小さくなる。また、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが温度Ｔ２より高い高温状態であるものとすると、指令値補正部３６ｈでゲインＫ＝０として算出されるので、最終的なｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ＝０となり、弱め界磁制御は実行されない。

図５は、ＥＣＵ温度によって変化する弱め界磁制御の領域を説明する図である。このように、Ｔｅｃｕ≦Ｔ１であるときには通常の弱め界磁制御が実行されるが、Ｔ１＜Ｔｅｃｕ≦Ｔ２であるときには弱め界磁制御は通常時より弱く実行される。さらに、Ｔｅｃｕ＞Ｔ２であるときには弱め界磁制御は実行されない。
つまり、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが高いほど、モータ駆動回路への入力電流が制限されることになり、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが低い場合には、通常の弱め界磁制御を実行して操舵フィーリングを向上し、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが高い場合には、操舵フィーリングを向上するよりも、ＥＣＵハードの温度保護を重視する制御となっている。

また、図６に示すように、モータ出力線図はモータ温度に応じて変化する。この図６において、実線は高温時、破線は常温時のモータ出力線図を示している。モータ温度が常温から高温になると、永久磁石の磁束が減ることにより、モータの最大出力トルクが減ると共に回転数が上昇する。そして、この高温時には、中負荷付近の設計目標値（図中α）を上回ることになる。本実施形態では、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが高温状態にあるときにｄ軸電流指令値を小さく演算するので、上記設計目標値を下回るように補正することができる。

このように、上記第１の実施形態では、温度検出手段で検出したＥＣＵ温度が高いほどｄ軸電流指令値を小さく演算するので、高温時のモータ駆動回路への入力電流を抑えることができ、例えば、連続高負荷操舵において、同時に高速転舵がなされて弱め界磁制御が作動した場合であっても、電源入力回路部の遮断リレー及びノイズ吸収コイルの発熱を確実に緩和することができる。その結果、低コスト、低消費電力でＥＣＵハードの過熱保護を実現することができる。

また、通常のｄ軸電流指令値に対して温度感応ゲインを乗じることで、ＥＣＵ温度が高いほどｄ軸電流指令値を小さく演算するので、比較的簡易な回路構成でｄ軸電流指令値の制限を実現することができる。
さらに、温度検出手段で検出したＥＣＵ温度が所定温度以上であるとき、当該温度が高いほどｄ軸電流指令値を小さく演算するので、ＥＣＵ温度が低温状態であるときには通常の弱め界磁制御を実行してモータの高速回転を可能とすることができ、ハンドルの急操舵に対してもフィーリングの良いハンドル操舵を確保することができる。

次に、本発明における第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において弱め界磁制御をベクトル制御のｄ軸電流指令値によって実現しているのに対し、ベクトル制御の進角制御によって実現するようにしたものである。
図７は、第２の実施形態における制御演算装置２３の構成を示すブロック図である。ここでは、図３に示す第１の実施形態における制御演算装置２３と同様の処理を行う部分には図３と同一符号を付し、処理の異なる部分を中心に説明する。

電流指令値演算部６１は、トルク指令値Ｔｒｅｆ、モータ回転角θ及びモータ角速度ωが入力されて、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとを演算するものであって、通常、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆはトルク指令値Ｔｒｅｆに比例し、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆは“０”となるように算出する。
一方、電流検出回路２２ｕ，２２ｖ，２２ｗで検出したモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、３相／２相変換部６２でモータ電流Ｉｑ，Ｉｄに変換される。この変換には、モータ回転角θが利用される。

そして、モータ電流Ｉｑ，Ｉｄは減算部６３ｑ，６３ｄにそれぞれフィードバックされ、この減算部６３ｑでｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆとモータ電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑが算出され、減算部６３ｄでｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとモータ電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄが算出される。
ＰＩ制御部６４は、これらの偏差ΔＩｄ，ΔＩｑをなくすようにＰＩ制御を施し、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを出力する。そして、これら電流指令値Ｖｄ，Ｖｑは、２相／３相変換部６５で３相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換される。この変換には、モータ回転角θ及び後述する進角演算部６６で演算される進角の角度Φが利用される。具体的には、電流指令値Ｖｄ，Ｖｑに対して次式が実行され、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが演算される。

Ｖｕ＝−Ｖｄ・ｃｏｓ（θ＋Φ）＋Ｖｑ・ｓｉｎ（θ＋Φ），
Ｖｖ＝−Ｖｄ・ｃｏｓ（θ＋Φ−２π／３）＋Ｖｑ・ｓｉｎ（θ＋Φ−２π／３），
Ｖｗ＝−Ｖｄ・ｃｏｓ（θ＋Φ＋２π／３）＋Ｖｑ・ｓｉｎ（θ＋Φ＋２π／３） ………（１）
このように、角度Φだけ進角されることにより、界磁を弱めるための電流指令値（ｄ軸電流指令値）が演算されることになる。つまり、進角制御において、界磁を弱めるための界磁電流指令値とは進角の角度Φを意味し、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗにおいて、角度Φによって発生する成分が界磁を弱める作用を発生させている。

図８は、進角演算部６６の具体的な構成を示すブロック図である。
この図８に示すように、トルク指令値Ｔｒｅｆを入力として換算部６６ａにおいてベース角速度ωｂが算出され、一方、角速度演算部３２で算出されたモータ角速度ωを入力とする機械角演算部６６ｂにおいて機械角速度ωｍが算出され、ａｒｃｃｏｓ演算部６６ｃにおいて、角度Φ＝ａｒｃｃｏｓ（ωｍ／ωｂ）に基づき、角度Φが算出される。

そして、角度補正部６６ｄで、ａｒｃｃｏｓ演算部６６ｃから出力される角度Φに、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕに感応したゲインＫを乗じたＫ・Φを、最終的な角度Φとして出力する。
具体的には、角度Φを補正するためのゲインＫは、ＥＣＵ温度センサ２６の出力であるＥＣＵ温度Ｔｅｃｕをもとに、ゲインマップを参照して算出する。

ここで、上記ゲインマップは、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが温度Ｔ１以下の領域ではゲインＫが“１”に固定され、温度Ｔ１より高く温度Ｔ２以下の領域では、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが高くなるほどゲインＫが“１”から“０”に向かって比例的に小さくなり、温度Ｔ２より高い領域ではゲインＫが“０”に固定されるように設定されている。
角度Φは、Φ＝ａｒｃｃｏｓ（ωｍ／ωｂ）の式から分かるように、モータの機械角速度ωｍがベース角速度ωｂより高速になったときに初めて出現する値であり、言い換えれば、モータの機械角速度ωｍがベース角速度ωｂより高速になったときに弱め界磁制御が実行される。

次に、第２の実施形態の動作及び効果について説明する。
モータの機械角速度ωｍがベース角速度ωｂより遅い場合、ａｒｃｃｏｓ演算部６６ｃの出力である角度Φが“０”となるので、進角演算部６６の出力であるＫ・Φも“０”となって、弱め界磁制御は実行されない。
この状態から機械角速度ωｍが早くなり、ベース角速度ωｂより高速になると、ａｒｃｃｏｓ演算部６６ｃの出力である角度Φが０でなくなる。このとき、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが温度Ｔ１以下の低温状態であるものとすると、角度補正部６６ｄでゲインＫ＝１として算出されるので、ａｒｃｃｏｓ演算部６６ｃの出力値が補正されることなく、当該ａｒｃｃｏｓ演算部６６ｃの出力値Φを最終的な角度Φとして弱め界磁制御が実行される。

一方、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが温度Ｔ１より高く温度Ｔ２以下の中温状態にあるものとすると、角度補正部６６ｄでゲインＫが１から０の間の値として算出される。そのため、最終的な角度Φは、前記ａｒｃｃｏｓ演算部６６ｃの出力値より小さくなる。
また、ＥＣＵ温度Ｔｅｃｕが温度Ｔ２より高い高温状態であるものとすると、角度値補正部６６ｄでゲインＫ＝０として算出されるので、最終的な角度Φ＝０となり、弱め界磁制御は実行されない。

このように、上記第２の実施形態では、ＥＣＵ温度が高いほど進角制御における進角を小さく演算することで、ｄ軸電流指令値を小さく演算するので、ＥＣＵ温度が高温状態であるときにはモータ駆動回路への入力電流を制限することができ、低コスト、低消費電力でＥＣＵハードの温度保護を実現することができる。
なお、上記各実施形態においては、Ｔｅｃｕ≦Ｔ１の領域でゲインＫ＝１に固定する場合について説明したが、Ｔｅｃｕ＝０でＫ＝１とし、Ｔｅｃｕ＞０であるとき、高温になるほどゲインＫを１より小さい値にすることもできる。

また、上記各実施形態においては、温度検出手段として温度センサを採用し、当該温度センサでＥＣＵ温度を直接検出する場合について説明したが、例えば、モータ駆動回路の通電電流をもとにＥＣＵ温度を推定することもできる。

本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 第１の実施形態におけるコントローラの構成を示すブロック図である。 図２の制御演算装置の具体的構成を示すブロック図である。 図３のｄ軸電流指令値演算部の具体的構成を示すブロック図である。 本発明の効果を説明するための図である。 本発明の効果を説明するための図である。 第２の実施形態におけるコントローラの構成を示すブロック図である。 図７の進角演算部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…トルクセンサ、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…電動モータ、１５…コントローラ、１６…車速センサ、１７…バッテリ、１８…イグニッションスイッチ、２２…電流検出回路、２３…制御演算装置、２４…モータ駆動回路、２５…ＦＥＴゲート駆動回路、２６…温度センサ

Claims (4)

1. ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて、ｄ−ｑ軸のベクトル制御を用いて電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータを駆動するモータ駆動回路の素子の温度を検出又は推定する温度検出手段を有し、前記電流指令値演算手段は、前記温度検出手段で検出又は推定した温度が高いほど、前記ベクトル制御におけるｄ軸電流指令値を小さく演算することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電流指令値演算手段は、通常のｄ軸電流指令値に対して、前記温度検出手段で検出又は推定した温度が高いほど小さくなる温度感応ゲインを乗じることで、当該温度が高いほど、前記ｄ軸電流指令値を小さく演算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. 前記電流指令値演算手段は、進角制御によって前記ｄ軸電流指令値を演算するものであって、前記温度検出手段で検出又は推定した温度が高いほど、前記進角制御における進角を小さく演算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。
4. 前記電流指令値演算手段は、前記温度検出手段で検出又は推定した温度が所定温度以上であるとき、当該温度が高いほど、前記ｄ軸電流指令値を小さく演算することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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