JP2014111450A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータリレーに流れる大電流の連続通電時間を制限し、大電流を減少させるように制御し、大容量リレーをモータリレーとして用いる必要がなくなり、安価な小容量電磁式リレーをモータリレーとして用いることによって安価なシステム構成が可能になる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操向ハンドルの操舵状態を検出し、長時間保舵状態と検出された時に長時間保舵信号を出力し、通常操舵状態と検出された時に通常操舵信号を出力する操舵状態検出部と、操舵状態検出部から出力された長時間保舵信号又は通常操舵信号に応じて、モータリレーを流れるモータ電流を減少又は増加するためのモータ電流制御値を決定するモータ電流制御部とを具備し、長時間保舵信号が操舵状態検出部からモータ電流制御部に入力されると、モータ電流制御部を介して、長時間保舵信号に応じたモータ電流制御値により、モータ電流を所定の減少率に基づいてモータ電流減少時間内に最大制限目標値まで徐々に減少させる。
【選択図】図9
【解決手段】操向ハンドルの操舵状態を検出し、長時間保舵状態と検出された時に長時間保舵信号を出力し、通常操舵状態と検出された時に通常操舵信号を出力する操舵状態検出部と、操舵状態検出部から出力された長時間保舵信号又は通常操舵信号に応じて、モータリレーを流れるモータ電流を減少又は増加するためのモータ電流制御値を決定するモータ電流制御部とを具備し、長時間保舵信号が操舵状態検出部からモータ電流制御部に入力されると、モータ電流制御部を介して、長時間保舵信号に応じたモータ電流制御値により、モータ電流を所定の減少率に基づいてモータ電流減少時間内に最大制限目標値まで徐々に減少させる。
【選択図】図9
Description
本発明は、車両の操舵系にブラシレスDCモータによるアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に、ブラシレスDCモータに電流を供給する電磁式モータリレーに流れる大電流の連続通電時間を制限し、また、モータリレーに流れるその大電流を徐々に減少させる(緩やかに絞る)ように制御することで、トルク変動を低く抑えるようにした電動パワーステアリング装置に関する。
更に、ブラシレスDCモータに電流を供給する電磁式モータリレーのリレーバネ温度若しくはリレーコイル部温度を推定し、推定された温度を所定温度と比較し、その比較結果に従ってリレー電流を制御(減少又は増加)するようにした電動パワーステアリング装置に関する。
車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト)を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア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操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力の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、操舵補助指令値(電流指令値)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)制御のデューティの調整で行っている。
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、操向ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト)2は減速ギア3、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、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、操向ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10が設けられており、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット100には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット100は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTrと車速センサ12で検出された車速Velとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の操舵補助指令値の演算を行い、操舵補助指令値に補償等を施した電流制御値Eによってモータ20に供給する電流を制御する。なお、車速VelはCAN(Controller Area Network)等から受信することも可能である。
コントロールユニット100は主としてCPU(又はMPUやMCU)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、図2のようになっている。
図2を参照してコントロールユニット100の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTr及び車速センサ12からの車速Velは操舵補助指令値演算部101に入力され、アシストマップを用いて操舵補助指令値Irefが演算される。演算された操舵補助指令値Irefは過熱保護条件等に基づいて最大出力制限部102で出力を制限され、最大出力を制限された電流指令値Iは減算部103に入力される。
なお、操舵補助指令値演算部101での操舵補助指令値Irefの演算は、操舵トルクT及び車速Velに加えて更に操舵角を用いて演算することも可能である。
減算部103は、電流指令値Iとフィードバックされているモータ20のモータ電流iとの偏差ΔI(=I−i)を求め、偏差ΔIはPI等の電流制御部104で制御され、制御された電流制御値EはPWM制御部105に入力されてデューティを演算され、デューティを演算されたPWM信号PSによってモータ駆動回路106を介してモータ20を駆動する。モータ20のモータ電流iはモータ電流検出回路107で検出され、モータ電流iが減算部103に入力されてフィードバックされる。
電流制御値Eでモータ電流を制御し、モータを駆動するモータ駆動回路には、半導体スイッチング素子(FET)とモータとをブリッジ接続したブリッジ回路を使用し、電流制御値Eに基づいて決定されたPWM信号のデューティにより半導体スイッチング素子をON/OFF制御してモータ電流を制御するように構成されたモータ駆動回路が広く使用されており、最近はモータにブラシレスDCモータが使用されている。以下、3相ブラシレスDCモータのモータ駆動回路を簡単に説明する。
ブラシレスDCモータは、ステータに電機子コイルが巻回され、ロータが永久磁石で構成されており、永久磁石の回転位置に従い、永久磁石の磁界と電機子コイルの作る磁界が直交するように永久磁石の位置に対応した磁極のコイルに流す直流電流のタイミングをとるように構成されている。永久磁石の回転位置を検出する回転センサはステータに配置されており、センサの検出素子の個数はモータの相数に比例し、3相ブラシレスDCモータであれば検出素子は3個必要である。回転センサの検出素子には、安価なホール素子などが使用される。
図3は、3相ブラシレスDCモータ20を駆動するモータ駆動回路106の概略構成を示す結線図である。モータ駆動回路106は、6個の半導体スイッチング素子SW1〜SW6で構成されるインバータ回路であり、バッテリ13から電力が供給され、スイッチング素子SW1及びSW2の直列接続(A相)、スイッチング素子SW3及びSW4の直列接続(B相)、スイッチング素子SW5及びSW6の直列接続(C相)から構成される。また、モータ20の電気角を検出する回転センサは3個の検出素子(ホール素子)H1
、H2、H3で構成され、検出素子H1〜H3は各相の中性軸と60°位相がずれて配置されており、各相の相電流値I1、I2、I3はモータ20の電気角を検出する検出素子H1
、H2、H3の立ち上がり、立ち下がりに応じてON/OFF制御される。
、H2、H3で構成され、検出素子H1〜H3は各相の中性軸と60°位相がずれて配置されており、各相の相電流値I1、I2、I3はモータ20の電気角を検出する検出素子H1
、H2、H3の立ち上がり、立ち下がりに応じてON/OFF制御される。
図4は、回転センサとしての検出素子H1〜H3の立ち上がり、立ち下がりのタイミングと、スイッチング素子SW1〜SW6のON/OFF制御のタイミングを示しており、検出素子H1の立ち上がりでスイッチング素子SW1がON、検出素子H2の立ち上がりでスイッチング素子SW1がOFFとなり、A相が励磁される。検出素子H1の立ち上がりから60°回転するまではスイッチング素子SW4がON、60°回転以降はスイッチング素子SW6がONとなり、B相、C相がそれぞれ逆極性になるように励磁される。このように同時に2相が励磁されるので、効率良くモータ20を駆動することができる。モータ20を逆転させるときは、検出素子H1〜H3の立ち上がり、立ち下がりに対応するスイッチング素子SW1〜SW6のON/OFF制御の関係を逆にすればよい。
このようなモータ駆動回路106のスイッチング素子SW1〜SW6に絶縁破壊が発生した場合は、モータ20に異常電流が流れ、モータ20が焼損したり、モータ20が電磁ブレーキとして作動し急停止するなどの問題がある。このため、モータ駆動回路106には、モータ端子をスイッチング素子から開放するモータリレーが介挿されている。
しかし、モータリレーを装着すると、リレー接点に異物が付着したり、酸化被膜に覆われてリレー接点が接触不良を起こし、モータリレーは励磁されても、リレー接点は開放状態になってしまうという故障が発生する場合がある。また、モータ電流検出回路が故障した場合は、正確なモータ電流を検出することができず、適切な電流制御値が出力されなくなり、この結果、必要以上の電流がモータに流れて過大な操舵補助力を供給したり、或いはモータに必要なだけの電流が流れずに十分な操舵補助力を供給できないという不都合が発生することになる。
このような故障による不測の事態を回避するため、コントロールユニットには初期診断機能が組み込まれており、エンジンを起動するときに初期診断機能を実行し、強制的にモータ電流を流してモータ電流検出回路や、モータリレーのリレー接点の動作を確認するようになっている(例えば特開平8−91239号公報)。
初期診断機能では、リレー接点のオープン故障が発生すると、モータ回路の天絡或いは地絡が生じた場合と類似した異常状態が発生するので、発生した異常状態からリレー接点のオープン故障の発生を推測していた。しかし、リレー接点のオープン故障は、再現性に乏しい場合が多く、故障解析に困難が伴う。また、リレー接点のオープン故障の検出では、どのリレーがオープン故障を生じたのかを特定することができれば、故障解析をより迅速に行うことができるが、従来の診断機能ではリレー接点のオープン故障を生じたリレーを特定することはできない。
一方、リレー接点のオープン故障の原因は、リレー接点に絶縁性の異物が付着することが原因の1つとされているが、突入電流(リレー接点が閉じる瞬間に流れる電流)が流れるような状態でリレー接点が閉じるような使用形態においては、リレー接点のオープン故障は発生せず、リレー接点が閉じた瞬間には電流が流れないような使用形態においては、リレー接点のオープン故障は一定の頻度で発生することが経験的に知られている。これは、突入電流が流れるような状態でリレー接点が閉じるような使用形態においては、接点に付着した異物が突入電流により除去されるのに対し、リレー接点が閉じた時には電流が流れず、閉じた状態のリレー接点に電流が流れるような使用形態では、電流による異物除去ができないためと推測される。従って、リレー接点が閉じた瞬間に電流が流れるような動作を行うことで接点に付着した異物を除去することで、リレー接点のオープン故障の発生も抑えられるという効果を期待することができる。
このような問題を解決するものとして、特開2010−132206号公報(特許文献2)に示すものがある。即ち、図5に示すようにA相モータリレー42及びB相モータリレー44を強制励磁すると共に、モータ駆動回路106のスイッチング素子を駆動するPWM信号PSのデューティを異常診断用の特定デューティに設定してA相モータ電流を検出し、A相モータ電流の絶対値が予め設定されたスレッショルド以上か否かを判定し、A相モータリレー42のリレー接点42a及びB相モータリレーのリレー接点44aの正常/異常を判定する。異常と判定されたときは、予め設定された判定回数だけ正常/異常の判定を繰り返し、複数回の判定でも異常の場合は、異常判定を確定してフェールセーフ処理を行うようになっている。
電動パワーステアリング装置の通常の使用条件では、モータリレーは短時間の通電に耐えられる容量があればよいが、操向ハンドル(ステアリングホイール)を保持することなどにより、長時間モータが回転しない状態で保舵されると、モータリレーに大電流が長時間流れることになる。このような状況に対応するためには、容量の大きなリレーを使用せざるを得ないが、高価になってしまう問題がある。
また、大容量リレーは高価になるだけでなく、サイズも大きくなる問題がある。しかしながら、電動パワーステアリング装置に実装できるリレーの大きさは、ある程度小型(コンパクト)であることが必要である。
本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、電動パワーステアリング装置に使用されるブラシレスDCモータの巻線に接続されるリレー(モータリレー)に流れる大電流の連続通電時間を制限し、また、モータリレーに流れるその大電流を徐々に緩やかに減少させるように制御することでトルク変動を低く抑えるようにすることにより、高価な大容量リレーをモータリレーとして用いる必要がなくなり、安価な小容量電磁式リレーをモータリレーとして用いることによって安価なシステム構成が可能になると共に、電動パワーステアリング装置のアシストが徐々に下がることにより操舵違和感を抑えるようにした電動パワーステアリング装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、半導体リレー等の高価な素子を用いることなく、安価な電磁式リレーを用いることによってコスアップを招くことなく、リレーバネ温度若しくはリレーコイル部温度を推定すると共に、推定されたリレーバネ温度若しくはリレーコイル部温度を所定温度と比較し、その比較結果に基づいてリレー電流を制御(減少、増加)することにより、安価なシステム構成が可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値に基づいてPWM信号を生成し、スイッチンッグ素子で構成されるモータ駆動回路を介してモータをPWM駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、前記モータ駆動回路と前記モータの間にモータリレーが介挿されている電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、操向ハンドルの操舵状態を検出し、長時間保舵状態と検出された時に長時間保舵信号を出力し、通常操舵状態と検出された時に通常操舵信号を出力する操舵状態検出部と、前記操舵状態検出部から出力された長時間保舵信号又は通常操舵信号に応じて、前記モータリレーを流れるモータ電流を減少又は増加するためのモータ電流制御値を決定するモータ電流制御部とを具備し、前記長時間保舵信号が前記操舵状態検出部から前記モータ電流制御部に入力されると、前記モータ電流制御部を介して、前記長時間保舵信号に応じたモータ電流制御値により、前記モータ電流を所定の減少率に基づいてモータ電流減少時間内に最大制限目標値まで徐々に減少させるようにすることにより達成される。
また、本発明の上記目的は、前記モータリレーが電磁式リレーであることにより、或いは前記操舵状態検出部では、保舵状態であると検出された時点から所定時間が経過した時点での操舵状態を前記長時間保舵状態として検出することにより、或いは前記通常操舵信号が前記操舵状態検出部から前記モータ電流制御部に入力されると、前記モータ電流制御部を介して、前記通常操舵信号に応じたモータ電流制御値により、前記最大制限目標値まで徐々に減少させたモータ電流を迅速に増加させて復帰するように制御することにより、或いは前記モータ電流の増加率を通常時よりも大きくすることにより、或いは前記モータが3相のブラシレスDCモータであることにより、より効果的に達成される。
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、電動パワーステアリング装置に搭載されるブラシレスDCモータに使用されるモータリレーに流れる大電流の連続通電時間を制限し、また、モータリレーに流れるその大電流を緩やかに絞る(徐々に減少させる)ように制御することでトルク変動を低く抑えるようにしている。これにより、高価な大容量リレーをモータリレーとして用いる必要がなくなり、安価な小容量電磁式リレーを電動パワーステアリング装置のモータリレーとして用いることができると共に、電動パワーステアリング装置のアシストが徐々に下がり、操舵違和感を抑えることもできる。
更に、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、リレーバネ部若しくはリレーコイル部の温度推定を行い、リレーバネ部温度推定値若しくはリレーコイル部温度推定値がスレッショルドである所定温度以上となったときに、モータリレーに流れるモータ電流を減少して制限するようにしている。また、リレーバネ部温度推定値若しくはリレーコイル部温度推定値が低下して所定温度よりも小さくなった場合には、モータ電流を増加させて復帰するように制御している。これにより大容量のリレーを用いることなく、安価で小容量の電磁式リレーを使用することができる利点がある。
電動パワーステアリング装置では、操舵補助力を付与するブラシレスDCモータをPWMのデューティ(即ち、パルス幅100%に対して変調した結果の通電周期(時間)率)の調整で制御しており、モータ駆動回路はON/OFF制御される半導体スイッチング素子(例えばFET)で構成されている。スイッチング素子の異常(故障)等でモータに異常な電流が流れないようにするため、モータ端子をスイッチング素子から開放するモータリレーが介挿されている。
通常の使用条件では、モータリレーは短時間の通電に耐えられる容量があればよいが、操向ハンドルを保持することなどにより、長時間モータが回転しない状態で保舵されると、モータリレーに大電流が長時間流れることになる。このような状況に対応するためには、容量の大きなリレーを使用せざるを得ないが、高価で大型になってしまう問題がある。また、半導体リレーは高価であり、コストダウンを強く要請される車両に用いることはできない。
また、モータリレーのバネ部は過熱し易く冷め易い特性があり、バネ部にはモータ電流が流れるので、電流を流すと直ぐにかなりの高温となる。そのため、高速度の制御が必要となる。また、リレーの接点は、接触する所が点で抵抗が大きく、急に発熱して1000℃以上になってしまう。これに対してコイル部は電磁石駆動の電流だけであるが、バネ部からの熱の影響を受ける。そして、容量も大きいので徐々に温度が上がり、被覆耐熱温度もバネに比べて高くないので、両者をバランス良くすることは非常に難しいのが実情である。
本発明では、半導体リレー等の高価なスイッチング素子を用いることなく、安価な電磁式リレーを用いることによってコストアップを招くことなく、リレーバネ部温度若しくはリレーコイル部温度を推定すると共に、推定されたリレーバネ部温度若しくはリレーコイル部温度が各スレッショルド(所定温度)以上となった場合には、リレー電流を制限することにより、安価なシステム構成を可能としている。即ち、モータリレーに大電流を連続で通電するとリレーバネ部若しくはリレーコイル部が発熱するので、本発明ではリレーバネ部若しくはリレーコイル部の温度推定を行い、その推定温度が所定温度以上になったときに、モータリレーに流れる電流を制限(減少)するようにしている。また、リレーバネ部推定温度若しくはリレーコイル部推定温度が所定温度より小さくなったときに、モータリレーに流れる電流を増加するように制御している。これにより、安価で小容量の電磁式リレーをモータリレーとして使用することができる。
以下に、本発明を、図面を参照して詳細に説明する。
図6は本発明の電動パワーステアリング装置に使用されるモータリレー200(即ち、電磁式接点を持つ開閉器)の構造例を示しており、電磁石駆動のコイルに電流を流して励磁するリレーコイル部201と、リレーコイル部201の励磁/非励磁によって接点210及び211をON/OFFし、モータへの電流の供給/遮断を行うリレーバネ部202と、装着用のコネクタ203とで構成され、リレー200はコネクタ203を介して基板に装着される。
リレーバネ部202の詳細は図7に示すように、リレーコイル部201の導通片201Mの下側表面に半球状の接点210が設けられており、底辺部には弾性導電体で成るバネ片202Mが配置されると共に、バネ片202Mの上側表面に半球状の接点211が接点210と対向するように設けられている。そして、図8に示されたコイル電流制御部110からリレー電流が流されるとバネ片202Mが図の上方に吸引され、接点210及び211が接触することによってモータ電流が流される。
ところで、電動パワーステアリング装置の通常の使用条件では、モータリレーは短時間の通電に耐えられる容量があればよいが、操向ハンドルを保持することなどにより、モータが回転しない状態で長時間に保舵されると、モータリレーに大電流が長時間流れることになる。このような状況に対応するためには、容量の大きなリレーを使用せざるを得ないが、大容量リレーが高価で大型になってしまう問題があるため、コストダウンを強く要請される電動パワーステアリング装置に用いることはできない。
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、モータが回転しない状態で長時間保舵されるという場合(即ち、保舵状態が一定時間以上続いた場合)に生じるモータリレーに大電流が長時間流れること、に対応するためになされたものである。例えば、次のような場合である。
(1)Uターンする時の長時間直進車が切れるのを待っている間に、ステアリングを回し終えて、ラックエンド手前付近で運転手が操向ハンドルに手をかけながら(即ち、トルクをかけながら)保舵している場合。
(2)開かずの踏み切りや、貨物車両の多い踏み切りなどの踏み切りを、線路に平行した道路から右左折で渡りたいため、運転手が操向ハンドルに手をかけながら(即ち、トルクをかけながら)保舵して待っている場合。
(3)急な上り坂の始まりとなる交差点で右折待ちしている際に、ラックエンド手前付近で、運転手が操向ハンドルに手をかけながら(即ち、トルクをかけながら)保舵している場合。
(4)旋回タワー式の駐車場で、一定旋回して保舵しながら上がり下がりしている(即ち、旋回保舵走行する)場合。
モータが回転しない状態で長時間保舵されるという場合(本発明では、「長時間保舵状態」とも言う)は、切り増し時のアシストと違い、アシストが殆ど要らないから、ステアリングされない、つまりモータが動かないので、モータのある相にだけ大電流が流れると、その相のモータリレーの発熱が増えてしまう問題が生じる。
(1)Uターンする時の長時間直進車が切れるのを待っている間に、ステアリングを回し終えて、ラックエンド手前付近で運転手が操向ハンドルに手をかけながら(即ち、トルクをかけながら)保舵している場合。
(2)開かずの踏み切りや、貨物車両の多い踏み切りなどの踏み切りを、線路に平行した道路から右左折で渡りたいため、運転手が操向ハンドルに手をかけながら(即ち、トルクをかけながら)保舵して待っている場合。
(3)急な上り坂の始まりとなる交差点で右折待ちしている際に、ラックエンド手前付近で、運転手が操向ハンドルに手をかけながら(即ち、トルクをかけながら)保舵している場合。
(4)旋回タワー式の駐車場で、一定旋回して保舵しながら上がり下がりしている(即ち、旋回保舵走行する)場合。
モータが回転しない状態で長時間保舵されるという場合(本発明では、「長時間保舵状態」とも言う)は、切り増し時のアシストと違い、アシストが殆ど要らないから、ステアリングされない、つまりモータが動かないので、モータのある相にだけ大電流が流れると、その相のモータリレーの発熱が増えてしまう問題が生じる。
このような問題を解決するために、本発明(第1実施形態)では、保舵状態が所定時間以上続いたという長時間保舵状態を検出した場合(即ち、保舵によって大電流となってしまうモータリレーに流れるモータ電流の連続通電時間を制限し、連続通電時間がモータリレーの容量によって決定される所定の制限時間に達した場合)に、モータリレーに流れるモータ電流を緩やかに絞るように制御することでトルク変動を低く抑えるようにする。これにより、高価な大容量リレーを用いることなく、安価な小容量電磁式リレーを用いることによってコストアップを招くことなく、安価なシステム構成を可能にすると共に、モータリレーの発熱量が過度に大きくなることを抑えることが可能になり、更に、電動パワーステアリング装置のアシストが徐々に下がることで操舵違和感を抑えることをも可能にした。
即ち、保舵状態が所定時間以上続いたという長時間保舵状態になると、モータリレーに大電流が連続で長時間に流れることになり、モータリレーの発熱量が過度に大きくなってしまうので、本発明(第1実施形態)では、このような長時間保舵状態を検出した場合に、運転手に違和感を与えないようにアシストを減らすことにより、つまり、図10に示される特性のように、モータリレーに流れるモータ電流を徐々に減少させていくように制御する。これにより、ハンドル操舵の時間としては長時間とし、トルクを滑らかに変化させることで、操舵違和感を生じさせないようにしている。
図8は本発明(第1実施形態)によるモータ駆動回路系統の結線例を、図2に対応させて示しており、電流制御部104からの電流制御値Eと、後述するモータ電流制御部310からのモータ電流制御値MLはPWM制御部105に入力され、PWM制御部105では、モータ20をPWM制御するためのPWM信号PSMを生成してモータ駆動回路106に入力している。
第1実施形態のポイントは、後述する操舵状態検出部300により操向ハンドルの操舵状態を検出し、検出された操舵状態が保舵状態である場合に、所定時間(所定の制限時間)以上続いた保舵状態を長時間保舵状態として検出し、操向ハンドルの操舵状態が長時間保舵状態であることを示す長時間保舵信号に基づいて決定されるモータ電流制御値MLにより、モータリレーに流れるモータ電流を所定の減少率に基づいて、徐々に最大制限目標値までに減少させるように制御することである。或いは、検出された操舵状態が通常操舵状態である場合に、操向ハンドルの操舵状態が通常操舵状態であることを示す通常操舵信号に基づいて決定されるモータ電流制御値MLにより、最大制限目標値までに減少させたモータ電流を迅速に増加させて復帰するように制御することである。
また、第1実施形態では、PWM制御部105でデューティを制御されたPWM信号PSMがモータ駆動回路106に入力され、モータ駆動回路106からブラシレスDCモータ20にA相、B相、C相のOF/OFF電流が供給され、A相の供給線にモータリレー111A(接点111AS)が介挿され、B相の供給線にモータリレー111B(接点111BS)が介挿され、A相にはA相抵抗Raを介してA相モータ電流検出回路112Aが接続され、C相にはC相抵抗Rcを介してC相モータ電流検出回路112Cが接続され、検出されたモータ電流(検出されたA相電流IA、検出されたC相電流IC、及びIA+IB+IC=0に基づいて検出されたB相電流IB)は、後述する図9の減算部103に入力されてフィードバックされる。
なお、図8ではモータリレーをA相及びB相に介挿しているが、他の組み合わせであってもよい。モータ電流の検出についても同様である。
図9は第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成例を示しており、図10は第1実施形態の動作例を示す特性図であり、また、図11は第1実施形態の電動パワーステアリング装置の動作例を示すフローチャートの一部を示す。図9、図10及び図11を参照して、第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置の機能及び動作を詳細に説明する。
第1実施形態の電動パワーステアリング装置では、操向ハンドルの操舵状態を検出し、長時間保舵状態と検出された時に長時間保舵信号LHを出力し、通常操舵状態と検出された時に通常操舵信号NSを出力する操舵状態検出部300と、操舵状態検出部300から出力された長時間保舵信号LH又は通常操舵信号NSに応じて、モータリレーを流れるモータ電流を制御するためのモータ電流制御値MLを決定し、決定したモータ電流制御値MLをPWM制御部105に出力するモータ電流制御部310とを備えている。
第1実施形態では、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTr及び車速センサ12からの車速Velは操舵補助指令値演算部101に入力され、アシストマップを用いて操舵補助指令値Irefが演算される。演算された操舵補助指令値Irefは過熱保護条件等に基づいて最大出力制限部102で出力を制限され、最大出力を制限された電流指令値Iは減算部103に入力される。
操舵状態検出部300には、操舵トルクTr、車速Vel、最大出力制限部102からの電流指令値I、及び、モータ20に取り付けられているロータ位置検出センサ220で検出されたモータ回転速度ωが入力される。操舵状態検出部300では、これらの入力に基づいて(図11のステップS1)、操向ハンドルの操舵状態が保舵状態であるか否かを判定し(図11のステップS2)、操舵状態が保舵状態であると判定された場合に、保舵状態であると判定された時点から所定時間が経過したか否かを判定し(図11のステップS3)、所定時間が経過したと判定されたら、操舵状態が長時間保舵状態であることを検出し(図11のステップS4)、長時間保舵信号LHをモータ電流制御部310に出力する。
そして、操舵状態検出部300から長時間保舵信号LHがモータ電流制御部310に入力されると、モータ電流制御部310を介して、長時間保舵信号LHに応じたモータ電流制御値MLをPWM制御部105に入力して、モータリレーに流れるモータ電流を所定の減少率に基づいて徐々に最大制限目標値までに減少させるように制御する(図11のステップS5)。
一方、操舵状態検出部300では、操舵状態が保舵状態でないと判定された場合に(図11のステップS2)、操舵状態が通常操舵状態であるか否かを判定し(図11のステップS10)、操舵状態が通常操舵状態であると判定された場合に、操舵状態が通常操舵状態であることを検出し(図11のステップS11)、通常操舵信号NSをモータ電流制御部310に出力する。
そして、操舵状態検出部300から通常操舵信号NSがモータ電流制御部310に入力されると、モータ電流制御部310を介して、通常操舵信号NSに応じたモータ電流制御値MLをPWM制御部105に入力して、最大制限目標値までに減少させたモータ電流を迅速に増加させて復帰するように制御する(図11のステップS12)。
本第1実施形態では、例えば、図10の特性に従って、操舵状態が長時間保舵状態であることを検出し、モータ電流をモータ電流減少時間内に最大制限目標値までに減少させるようにしている。
また、本第1実施形態では、モータ電流を迅速に復帰させるため、例えば、表1に示すように、モータ電流の増加率を通常時よりも大きくする(例えば、100%/秒を超える値にする)ことができる。勿論、モータ電流を復帰させる際に、電流の増加率は任意に設定可能である。また、本第1実施形態では、長時間保舵状態を検出した場合に、モータ電流を、例えば定格最大電流に対し10%/sec以下の比率で、徐々に減少させていくように制御することができる。即ち、モータ電流の減少と増加処理は、例えば下記表1に従って行う。また、長時間保舵状態を判定するために、必要なパラメータである所定時間(表1の判定継続時間)は、例えば5sec以内とすることができる。
次に、リレーバネ部の温度推定を行い、その推定温度が所定温度以上になったときに、モータリレーに流れる電流を制限(減少)し、リレーバネ部推定温度が所定温度より小さくなったときに、モータリレーに流れる電流を増加するように制御する第2実施形態について説明する
図12は第2実施形態に係るモータ駆動回路系統の結線例を、図8に対応させて示しており、電流制御値EはPWM制御部105に入力され、モータ20をPWM制御するためのPWM信号PSMを生成してモータ駆動回路106に入力している。本第2実施形態では、リレーバネ部温度推定値RSEがスレッショルドの所定温度T0以上となったときにモータ電流を制限(減少)するため、或いはリレーバネ部温度推定値RSEが低下して所定温度T0よりも小さくなったときにモータ電流を増加させるように制御するため、モータ電流制御値MLをPWM制御部105に入力している。
図12は第2実施形態に係るモータ駆動回路系統の結線例を、図8に対応させて示しており、電流制御値EはPWM制御部105に入力され、モータ20をPWM制御するためのPWM信号PSMを生成してモータ駆動回路106に入力している。本第2実施形態では、リレーバネ部温度推定値RSEがスレッショルドの所定温度T0以上となったときにモータ電流を制限(減少)するため、或いはリレーバネ部温度推定値RSEが低下して所定温度T0よりも小さくなったときにモータ電流を増加させるように制御するため、モータ電流制御値MLをPWM制御部105に入力している。
PWM制御部105でデューティを制御されたPWM信号PSMがモータ駆動回路106に入力され、モータ駆動回路106からブラシレスDCモータ20にA相、B相、C相のOF/OFF電流が供給され、A相の供給線にモータリレー111Aが介挿され、B相の供給線にモータリレー111Bが介挿され、A相にはA相抵抗Raを介してA相モータ電流検出回路112Aが接続され、C相にはC相抵抗Rcを介してC相モータ電流検出回路112Cが接続され、検出されたA相電流IA及びC相電流ICは後述するリレーバネ部温度推定部に入力されると共に、B相電流検出回路112Bに入力される。B相電流検出回路112Bは、IA+IB+IC=0に基づいて、B相電流IB=−(IA+IC)を検出してリレーバネ部温度推定部に入力する。また、モータリレー111A及び111Bの励磁電流は、コイル電流制御部110によってON/OFF制御される。
図13は第2実施形態に係るリレーバネ部温度推定部の構成例を示しており、A相電流検出値IA〜C相電流検出値ICは各相毎電流積算部120に入力され、各相毎に積算されたA相電流積算値IAS〜C相電流積算値ICSは最大値選択部121に入力される。最大値選択部121で選択された積算値の最大値IMSは加算部122に入力され、加算部122の加算値である基準温度RTがリレーバネ部温度算出部123に入力される。
また、基板にはサーミスタ等の基板温度センサ140が装着されており、基板温度センサ140で検出された基板温度PTが加算部124及び131に入力されており、リレーバネ部温度算出部123で算出された温度RSTが加算部124で基板温度PTと加算され、リレーバネ部温度推定値RSEが求められる。リレーバネ部温度推定値RSEは比較部125で所定温度T0と比較され、リレーバネ部温度推定値RSEが所定温度T0以上となったときに、モータ電流制御部150を介してモータ電流制御値MLをPWM制御部105に入力してモータ電流を制限(減少)する。また、リレーバネ部温度推定値RSEが所定温度T0以上となった後、リレーバネ部温度推定値RSEが低下して所定温度T0より小さくなったときには、モータ電流制御部150からのモータ電流制御値MLによりモータ電流を増加させて復帰する。
リレーバネ部温度算出部123からの温度RSTはリレーコイル部温度算出部130に入力され、算出されたリレーコイル温度RCTは加算部131で基板温度PTと加算され、リレーコイル部温度推定値RLTとして出力されると共に、加算部122に入力される。
リレーバネ部温度算出部123は例えば図14に示す特性であり、リレーコイル部温度算出部130は例えば図15に示す特性である。
このような構成において、その動作例を図16及び図17のフローチャートを参照して説明する。
イグニションキーがONされると(ステップS20)、通常の診断やアシスト制御が実行されるが、ここでは本第2実施形態に関連する動作のみを示して説明する。本第2実施形態ではイグニションキーがONされると(ステップS20)、A相モータ電流検出回路112A〜C相電流検出回路112Cは各相電流を検出して入力し(ステップS21)、各相毎電流積算部120は各相毎にモータ電流の積算を行う(ステップS22)。各相の電流積算値IAS〜ICSは最大値選択部121に入力され、最大値選択部121で電流積算値IAS〜ICSの中から最大値IMSが選択され(ステップS23)、加算部122でリレーコイル部温度推定値RLTの初期値と加算され(ステップS24)、加算値である基準温度RTがリレーバネ部温度算出部123に入力される。
リレーバネ部温度算出部123は図14の特性に従ってリレーバネ部温度RSTを算出し(ステップS25)、加算部124及びリレーコイル部温度算出部130に入力する。基板温度センサ140は基板温度PTを検出して入力し(ステップS26)、加算部124でリレーバネ部温度RST及び基板温度PTを加算し(ステップS40)、加算で得られたリレーバネ部温度推定値RSEを比較部125に入力する(ステップS41)。比較部125は、スレッショルドとしての所定温度T0とリレーバネ部温度推定値RSEとを比較し(ステップS42)、リレーバネ部温度推定値RSEが所定温度T0以上となったときにモータ電流制御部150よりモータ電流制御値MLを出力し、PWM制御部105に入力することによってモータ電流を制限(減少)する(ステップS50)。減少率は任意であるが、本例では通常電流の1/2(50%)としている。リレーバネ部温度推定値RSEが所定温度T0より小さい場合には、上記ステップS21にリターンして上記動作を繰り返す。
また、上記ステップS25においてリレーバネ部温度RSTが算出されると、リレーバネ部温度RSTはリレーコイル部温度算出部130に入力され、図15に示す特性に従ってリレーコイル部温度RCTを算出する(ステップS30)。リレーコイル部温度RCTは加算部131に入力され、基板温度PTと加算され(ステップS31)、加算されたリレーコイル部温度推定値RLTが加算部122に入力されて加算される(ステップS24)。
一方、上記ステップS50によるモータ電流の減少は、リレーバネ部温度推定値RSEが所定温度T0より小さくなるまで継続され(ステップS51)、温度低下によりリレーバネ部温度推定値RSEが所定温度T0より小さくなったときには、モータ電流を増加するように制御する(ステップS52)。迅速に復帰させるため、本例では2倍(200%)の増加率としているが、任意に設定可能である。モータ電流の減少と増加処理は、例えば下記表2に従って行う。
そして、イグニションキーがOFFされても、所定時間が経過するまでは上記ステップS21にリターンして上記動作を繰り返す。所定時間は、基板温度センサとリレーバネ部の温度が変わらない程度に安定するまでの時間である。
また、突然のバッテリ交換や他部分の異常により電源変動が起こって、CPUがストップ(リセット)しても支障が生じないように、EEPROMに温度情報を記録しておき、その記録情報から演算を開始したり、異常から復帰時の温度推定の場合は、初期値を予め決められた温度から演算するようにしても良い。これは、温度が高いときに異常が起こった場合、推定値が低いところから始まって大電流を流してしまうとリレーを破壊してしまったり、或いは推定値が高いところから始めて電流制限を余計にかけることで、暫く必要なアシスト力が出ない(ハンドルが重い)ということにならないようにするためである。
次に、リレーコイル部の温度推定を行い、その推定温度が所定温度以上になったときに、モータリレーに流れる電流を制限(減少)し、リレーコイル部推定温度が所定温度より小さくなったときに、モータリレーに流れる電流を増加するように制御する第3実施形態について説明する
この場合のモータ駆動回路系統の結線例は第2実施形態の図12と全く同様であり、電流制御値EはPWM制御部105に入力され、モータ20をPWM制御するためのPWM信号PSMを生成してモータ駆動回路106に入力している。本第3実施形態では、リレーコイル部温度推定値RLTがスレッショルドの所定温度T1以上となったときにモータ電流を制限(減少)するため、或いはリレーコイル部温度推定値RLTが低下して所定温度T1よりも小さくなったときにモータ電流を増加させるように制御するため、モータ電流制御値MLをPWM制御部105に入力している。
この場合のモータ駆動回路系統の結線例は第2実施形態の図12と全く同様であり、電流制御値EはPWM制御部105に入力され、モータ20をPWM制御するためのPWM信号PSMを生成してモータ駆動回路106に入力している。本第3実施形態では、リレーコイル部温度推定値RLTがスレッショルドの所定温度T1以上となったときにモータ電流を制限(減少)するため、或いはリレーコイル部温度推定値RLTが低下して所定温度T1よりも小さくなったときにモータ電流を増加させるように制御するため、モータ電流制御値MLをPWM制御部105に入力している。
また、第2実施形態と全く同様に、PWM制御部105でデューティを制御されたPWM信号PSMがモータ駆動回路106に入力され、モータ駆動回路106からブラシレスDCモータ20にA相〜C相のOF/OFF電流が供給され、A相の供給線にモータリレー111Aが介挿され、B相の供給線にモータリレー111Bが介挿され、A相にはA相抵抗Raを介してA相モータ電流検出回路112Aが接続され、C相にはC相抵抗Rcを介してC相モータ電流検出回路112Cが接続され、検出されたA相電流IA及びC相電流ICは後述するリレーコイル部温度推定部に入力されると共に、B相電流検出回路112Bに入力される。また、モータリレー111A及び111Bの励磁電流は、コイル電流制御部110によってON/OFF制御される。
図18は本第3実施形態に係るリレーコイル部温度推定部の構成例を示しており、A相電流検出値IA〜C相電流検出値ICは各相毎電流積算部120に入力され、各相毎に積算されたA相電流積算値IAS〜C相電流積算値ICSは最大値選択部121に入力される。最大値選択部121で選択された積算値の最大値IMSは加算部122に入力され、加算部122の加算値である基準温度RTがリレーコイル部温度算出部130に入力される。
また、基板にはサーミスタ等の基板温度センサ140が装着されており、基板温度センサ140で検出された基板温度PTが加算部124及び131に入力されており、リレーコイル部温度算出部130Aで算出された温度RCTが加算部131で基板温度PTと加算され、リレーコイル部温度推定値RLTが求められる。リレーコイル部温度推定値RLTは比較部125で所定温度T1と比較され、リレーコイル部温度推定値RLTが所定温度T1以上となったときに、モータ電流制御部150を介してモータ電流制御値MLをPWM制御部105に入力してモータ電流を制限(減少)する。また、リレーコイル部温度推定値RLTが所定温度T1以上となった後、リレーコイル部温度推定値RLTが低下して所定温度T1より小さくなったときには、モータ電流制御部150からのモータ電流制御値MLによりモータ電流を増加させて復帰する。
リレーコイル部温度算出部130Aからの温度RCTはリレーバネ部温度算出部123Aに入力され、算出されたリレーバネ温度RSTは加算部124で基板温度PTと加算され、リレーバネ部温度推定値RSEとして出力されると共に、加算部122に入力される。
リレーコイル部温度算出部130Aは例えば図19に示す特性であり、リレーバネ部温度算出部123Aは例えば図20に示す特性である。
このような構成において、その動作例を図21及び図22のフローチャートを参照して説明する。
イグニションキーがONされると(ステップS60)、通常の診断やアシスト制御が実行されるが、ここでは本第3実施形態に関連する動作のみを示して説明する。本第3実施形態ではイグニションキーがONされると(ステップS50)、A相モータ電流検出回路112A〜C相電流検出回路112Cは各相電流を検出して入力し(ステップS61)、各相毎電流積算部120は各相毎にモータ電流の積算を行う(ステップS62)。各相の電流積算値IAS〜ICSは最大値選択部121に入力され、最大値選択部121で電流積算値IAS〜ICSの中から最大値IMSが選択され(ステップS63)、加算部122でリレーバネ部温度推定値RSEの初期値と加算され(ステップS64)、加算値である基準温度RTがリレーコイル部温度算出部130Aに入力される。
リレーコイル部温度算出部130Aは図19の特性に従ってリレーコイル部温度RCTを算出し(ステップS65)、加算部131及びリレーバネ部温度算出部123Aに入力する。基板温度センサ140は基板温度PTを検出して入力し(ステップS66)、加算部131でリレーコイル部温度RCT及び基板温度PTを加算し(ステップS70)、加算で得られたリレーコイル部温度推定値RLTを比較部125に入力する(ステップS71)。比較部125はスレッショルドとしての所定温度T1とリレーコイル部温度推定値RLTとを比較し(ステップS72)、リレーコイル部温度推定値RLTが所定温度T1以上となったときにモータ電流制御部150よりモータ電流制御値MLを出力し、PWM制御部105に入力することによってモータ電流を制限(減少)する(ステップS73)。減少率は任意であるが、本例では通常電流の1/2(50%)としている。リレーコイル部温度推定値RLTが所定温度T1より小さい場合には、上記ステップS61にリターンして上記動作を繰り返す。
また、上記ステップS65においてリレーコイル部温度RCTが算出されると、リレーコイル部温度RCTはリレーバネ部温度算出部123Aに入力され、図20に示す特性に従ってリレーバネ部温度RSTを算出する(ステップS80)。リレーバネ部温度RSTは加算部124に入力され、基板温度PTと加算され(ステップS81)、加算されたリレーバネ部温度推定値RSEが加算部122に入力されて加算される(ステップS64)。
一方、上記ステップS73によるモータ電流の減少は、リレーコイル部温度推定値RLTが所定温度T1より小さくなるまで継続され(ステップS74)、温度低下によりリレーコイル部温度推定値RLTが所定温度T1より小さくなったときには、モータ電流を増加するように制御する(ステップS75)。迅速に復帰させるため、本例では2倍(200%)の増加率としているが、任意に設定可能である。モータ電流の減少と増加処理は、例えば前述の表2に従って行う。
そして、イグニションキーがOFFされても、所定時間が経過するまでは上記ステップS61にリターンして上記動作を繰り返す。所定時間は、基板温度センサとリレーバネ部の温度が変わらない程度に安定するまでの時間である。
また、突然のバッテリ交換や他部分の異常により電源変動が起こって、CPUがストップ(リセット)しても支障が生じないように、EEPROMに温度情報を記録しておき、その記録情報から演算を開始したり、異常から復帰時の温度推定の場合は、初期値を予め決められた温度から演算するようにしても良い。これは、温度が高いときに異常が起こった場合、推定値が低いところから始まって大電流を流してしまうとリレーを破壊してしまったり、或いは推定値が高いところから始めて電流制限を余計にかけることで、暫く必要なアシスト力が出ない(ハンドルが重い)ということにならないようにするためである。
なお、上述の実施形態では3相について説明しているが、他の相数についても同様に適用できる。
1 操向ハンドル(ステアリングホイール)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
20 モータ(ブラシレスDCモータ)
100 コントロールユニット
101 操舵補助指令値演算部
102 最大出力制限部
104 電流制御部
105 PWM制御部
106 モータ駆動回路
107 モータ電流検出回路
110 コイル電流制御部
111A,111B モータリレー
112A A相モータ電流検出回路
112C C相モータ電流検出回路
120 各相毎電流積算部
121 最大値選択部
123、123A リレーバネ部温度算出部
130、130A リレーコイル部温度算出部
140 基板温度センサ
150、310 モータ電流制御部
200 電磁式リレー
201 リレーコイル部
202 リレーバネ部
203 コネクタ
210,211 接点
300 操舵状態検出部
320 ロータ位置検出センサ
10 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
20 モータ(ブラシレスDCモータ)
100 コントロールユニット
101 操舵補助指令値演算部
102 最大出力制限部
104 電流制御部
105 PWM制御部
106 モータ駆動回路
107 モータ電流検出回路
110 コイル電流制御部
111A,111B モータリレー
112A A相モータ電流検出回路
112C C相モータ電流検出回路
120 各相毎電流積算部
121 最大値選択部
123、123A リレーバネ部温度算出部
130、130A リレーコイル部温度算出部
140 基板温度センサ
150、310 モータ電流制御部
200 電磁式リレー
201 リレーコイル部
202 リレーバネ部
203 コネクタ
210,211 接点
300 操舵状態検出部
320 ロータ位置検出センサ
Claims (6)
- 操舵トルク及び車速に基づいて操舵補助指令値を演算し、前記操舵補助指令値に基づいてPWM信号を生成し、スイッチンッグ素子で構成されるモータ駆動回路を介してモータをPWM駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、前記モータ駆動回路と前記モータの間にモータリレーが介挿されている電動パワーステアリング装置において、
操向ハンドルの操舵状態を検出し、長時間保舵状態と検出された時に長時間保舵信号を出力し、通常操舵状態と検出された時に通常操舵信号を出力する操舵状態検出部と、
前記操舵状態検出部から出力された長時間保舵信号又は通常操舵信号に応じて、前記モータリレーを流れるモータ電流を減少又は増加するためのモータ電流制御値を決定するモータ電流制御部と、
を具備し、
前記長時間保舵信号が前記操舵状態検出部から前記モータ電流制御部に入力されると、前記モータ電流制御部を介して、前記長時間保舵信号に応じたモータ電流制御値により、前記モータ電流を所定の減少率に基づいてモータ電流減少時間内に最大制限目標値まで徐々に減少させるようにすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記モータリレーが電磁式リレーである請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記操舵状態検出部では、保舵状態であると検出された時点から所定時間が経過した時点での操舵状態を前記長時間保舵状態として検出する請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記通常操舵信号が前記操舵状態検出部から前記モータ電流制御部に入力されると、前記モータ電流制御部を介して、前記通常操舵信号に応じたモータ電流制御値により、前記最大制限目標値まで徐々に減少させたモータ電流を迅速に増加させて復帰するように制御する請求項1乃至3のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記モータ電流の増加率を通常時よりも大きくする請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記モータが3相のブラシレスDCモータである請求項1乃至5のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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