JP5018333B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等車両の操舵機構に対してモータによる操舵アシスト力を付与する電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に当該制御装置に実装される電子部品の温度保護機能に関する。

自動車等の車両では、操舵者の操舵に際してモータの補助トルクによりステアリング機構にアシスト力を付与して、操舵者の操向ハンドルの操舵を補助する電動パワーステアリング装置が広く適用されている。

このような電動パワーステアリング装置は、モータが所望の補助トルクを発生するように、モータに供給する電流を制御するための制御装置（以下、ＥＣＵともいう。）を備え、制御された電流で発生するモータトルクを、減速機と、ギア又はベルト等の伝動機構を介して操舵ハンドルに直結するステアリングシャフトとラック軸に伝えることで、ステアリング機構に操舵アシスト力を付与している。

図３は、従来の電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック概要図である。電動パワーステアリング装置は、制御装置であるＥＣＵ５と、モータ６と、ＥＣＵ５に電源を供給するバッテリ７と、イグニッションスイッチ８から構成されている。

ＥＣＵ５は、不図示のセンサによって検出される、操向ハンドルに発生する操舵トルクと車両の車速とに基づいてモータ６に供給する電流の制御値を生成する制御回路部５１と、生成した電流の制御値に基づいてＦＥＴ（駆動素子）５３１のゲートに電圧を供給するＦＥＴ駆動回路部５２と、６個のＦＥＴ５３１でＨブリッジ回路を構成してモータ６に供給する電流を制御するモータ駆動回路部５３と、バッテリ７の電源電圧を降圧して制御回路部５１に供給するための電圧を生成する電源回路部５５と、を備えて構成される。

このように構成された電動パワーステアリング装置は、ＥＣＵ５を構成する電子部品、例えば制御回路部５１、ＦＥＴ駆動回路部５２、モータ駆動回路部５３などを構成する素子が、印加される電流によって発熱し、このため温度が上昇して過熱状態になると部品が焼損する虞がある。

そこで、一般的な制御装置には、この過熱に起因する電子部品の焼損を防止するため、サーミスタ等の温度センサ５３２と温度検出回路ブロック５４とからなる温度検出手段でモータ駆動回路部５３の温度を検出し、検出した温度を制御回路５１にフィードバックしている。即ち、制御回路部５１は、検出した温度が予め設定された閾値を超えた場合に、モータ６に供給する電流を制限するように制御値を変更することとなる。これにより、モータ６に供給する電流が減少して温度が低下し、ＥＣＵ５を構成する電子部品の過熱による焼損を未然に防止することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２８６２７８号公報

しかしながら、このような従来の電動パワーステアリング装置では、ＥＣＵ５を構成する電子部品の温度を検出するために、サーミスタ等の温度センサ５３２と温度検出回路ブロック５４とを別途設ける必要が生じていた。このため、電子部品点数が多くなって製造コストが高くなるとともに、電子部品を実装する基板のレイアウト効率が低下するという嫌いがあった。

本発明は、前述の事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、制御装置に実装される電子部品の過熱保護を、サーミスタ等の温度検出手段を用いることなく、簡単かつ安価に実施することのできる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

前述した本発明の目的は、下記の構成により達成される。

（１） モータに供給する電流の制御値を生成してステアリング機構に操舵アシスト力を付与する制御手段と、駆動素子により前記モータを駆動するモータ駆動手段と、半導体素子により構成されて前記制御値に基づいて前記駆動素子を制御する駆動素子制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置の制御装置であって、
更に、
前記半導体素子の内部抵抗を検出してその結果を出力する内部抵抗検出手段を備え、
前記駆動素子制御手段は、前記駆動素子の異常動作を検出してその結果を出力する異常検出手段を更に備えており、
前記内部抵抗検出手段は、前記異常検出手段の出力に基づいて、前記半導体素子の内部抵抗を検出し、
前記制御手段は、前記内部抵抗検出手段の出力から前記制御装置の温度を推定し、前記推定した温度が所定の閾値を超えた場合に、前記モータに供給する電流を制限するように、前記制御値を変更する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
（２） 前記制御手段は、
マイクロコンピュータで構成される、
上記（１）に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

上記（１）に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、サーミスタ等の温度検出手段を用いることなく制御装置内部の温度を検出することが可能となるので、制御装置を構成する電子部品の過熱保護を簡単、かつ安価に実施することができる。
また、駆動素子制御手段が通常備える異常検出手段を用いて半導体素子の内部抵抗を検出し、制御装置内部の温度を推定することが可能となるので、既存の手段を活用することができて、制御装置を構成する電子部品の過熱保護をより簡単、かつより安価に実施することができる。
さらに、上記（２）に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、検出した半導体素子の内部抵抗に基づきマイクロコンピュータを用いて制御装置内部の温度を推定することが可能となるので、制御装置を構成する電子部品の過熱保護をより簡単、かつより安価に実施することができる。

本発明によれば、電子部品の過熱保護を、サーミスタ等の温度検出手段を用いることなく、簡単かつ安価に実施することが可能な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる。

以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示すブロック図であり、図２の（ａ）は、過熱保護動作におけるＦＥＴ駆動回路部の推定温度の変化を模式的に示す図であり、図２の（ｂ）は、過熱保護動作におけるモータ電流の変化を模式的に示す図である。

図１において、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構にアシスト力を付与するモータ２と、モータ２が所望のトルクを発生するようにモータ２に供給する電流を制御するＥＣＵ１と、ＥＣＵ１に電源を供給するバッテリ３と、ＥＣＵ１に電源を投入するイグニッションスイッチ４と、を備えて構成される。

ＥＣＵ１はマイクロコンピュータで構成され、不図示のセンサによって検出された、操向ハンドルに発生する操舵トルクと車両の車速とに基づいて、モータ２に供給する電流の制御目標値である電流指令値を生成する制御回路部１１と、ゲートドライバＩＣ（半導体素子）で構成され、電流指令値に基づいて後述するパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１３１のゲートを駆動するＦＥＴ駆動回路部１２と、モータ２に供給する電流を制御するためのＨブリッジ回路を構成する６つのパワーＦＥＴ１３１を備えたモータ駆動回路部１３と、バッテリ３の電源電圧を降圧して制御回路部１１に供給するための電圧を生成する電源回路部１５と、を有する構成である。

このように構成された電動パワーステアリング装置において、ＥＣＵ１の制御回路部１１は、生成された電流指令値に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を出力し、ＦＥＴ駆動回路部１２がこのＰＷＭ信号に応じてモータ駆動回路部１３のパワーＦＥＴ１３１のゲート端子に電圧を供給する。これにより、モータ駆動回路部１３の各パワーＦＥＴ１３１がオン状態となってモータ２が回転し、操舵アシスト制御が実現される。

次に、本発明の実施形態に係るＥＣＵ１の過熱保護動作について説明する。まず、過熱保護を実施するための温度検出動作について説明する。

ＦＥＴ駆動回路部１２を構成するゲートドライバＩＣは、ＦＥＴ１３１のゲートに電圧を供給する機能の他に、通常、ＦＥＴ駆動回路部１２の出力信号を基にしてＨブリッジ回路における通電経路の異常を検出する異常検出回路１２１を備えており、異常が検出されるとその異常が発生した旨を外部に出力する機能を有している。

この異常検出回路１２１は、オープンドレイン構成のＭＯＳＦＥＴ１２２から構成され、通常はオン状態となって２値信号“０”を出力している。
なお、本実施形態における異常検出回路１２１の出力端子は、プルアップ抵抗１４を介して制御回路部１１に接続されている。

ゲートドライバＩＣなどの半導体の導通時における内部抵抗は、一般に温度変化とともにリニアに増加、或いは減少する特性を有している。ＦＥＴ駆動回路部１２を構成するゲートドライバＩＣは、モータ２の駆動に伴って温度が上昇するが、このとき異常検出回路１２１のＭＯＳＦＥＴ１２２も同様に導通時の内部抵抗（ドレイン・ソース間の抵抗）が変化する。

温度によってＭＯＳＦＥＴ１２２の内部抵抗が変化するのに伴い、プルアップ抵抗１４を介して流れる電流も変化する。即ち、これに伴って、ドレイン電圧が変化するので、これを制御回路部１１に送って処理することにより、ＦＥＴ駆動回路部１２を構成するゲートドライバＩＣの温度を推定することが可能となる。

図２は、このようにして推定されたゲートドライバＩＣの温度に基づいて、ＥＣＵ１の過熱保護動作を説明するための図である。（ａ）はＦＥＴ駆動回路部１２におけるゲートドライバＩＣの推定温度の変化を模式的に示す図、（ｂ）は、モータ駆動回路部１３によってモータ２に供給される電流の変化を模式的に示す図である。

図２（ａ）に示すように、推定した温度が時間ｔにおいて所定の閾値Ｔを超えると、制御回路部１１はモータ２に供給される電流を、図２（ｂ）に示すように、Ｉ１からＩ２に制限するよう電流指令値を変更する、これにより、ＦＥＴ駆動回路部１２を構成するゲートドライバＩＣの温度は、図２（ａ）に示すように漸次低下して、過熱から保護される。

以上、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、ＦＥＴ駆動回路部１２のゲートドライバＩＣが通常備える異常検出回路１２１の出力端子を、プルアップ抵抗１４を介して制御回路部１１に接続し、ＭＯＳＦＥＴ１２２の温度に伴う内部抵抗の変化を出力端子における電圧変化として検出することにより、ＥＣＵ１の温度を推定することができる。

そして、制御回路部１１は、推定した温度が予め設定された所定の閾値を超えると、電流指令値を変更してモータ２に供給される電流を制限し、ＥＣＵ１を構成する電子部品を過熱から保護する。これにより、サーミスタ等の温度検出手段を用いることなくＥＣＵ内部の温度を検出することが可能となるので、簡単、かつ安価に過熱保護機能を実現することができる。

即ち、本発明の発明者らは、鋭意検討の結果、半導体の導通時における内部抵抗は、一般に温度変化とともにリニアに増加、或いは減少する特性を有していること、及びゲートドライバＩＣが通常、ＦＥＴ駆動回路部１２の出力信号を基にしてＨブリッジ回路における通電経路の異常を検出する異常検出回路１２１を備えていることに着目して、従来必要とされていたサーミスタ等の温度検出手段を用いることなく、簡単且つ安価に過熱保護機能を実現し得ることを見出した。

なお、前記閾値は、例えば不揮発性メモリに保持されるなど、設定変更が適宜可能な値であり、また、その値は、所定の関係又は経験則に基づいて決定されるか、或いは実験を通じて決定されるか、など種々の方法により適宜決定される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の様態はこれら実施形態に限られるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）は、過熱保護動作におけるＦＥＴ駆動回路部の推定温度の変化を模式的に示す図であり、（ｂ）は、過熱保護動作におけるモータ電流の変化を模式的に示す図である。 従来の電動パワーステアリング装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置の制御装置（ＥＣＵ）
２ モータ
３ バッテリ
４ イグニッションスイッチ
１１ 制御回路部
１２ ＦＥＴ駆動回路部
１３ モータ駆動回路部
１４ プルアップ抵抗
１２１ 異常検出回路
１２２ ＭＯＳＦＥＴ

Claims (2)

1. モータに供給する電流の制御値を生成してステアリング機構に操舵アシスト力を付与する制御手段と、駆動素子により前記モータを駆動するモータ駆動手段と、半導体素子により構成されて前記制御値に基づいて前記駆動素子を制御する駆動素子制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置の制御装置であって、
   更に、
   前記半導体素子の内部抵抗を検出してその結果を出力する内部抵抗検出手段を備え、
   前記駆動素子制御手段は、前記駆動素子の異常動作を検出してその結果を出力する異常検出手段を更に備えており、
   前記内部抵抗検出手段は、前記異常検出手段の出力に基づいて、前記半導体素子の内部抵抗を検出し、
   前記制御手段は、前記内部抵抗検出手段の出力から前記制御装置の温度を推定し、前記推定した温度が所定の閾値を超えた場合に、前記モータに供給する電流を制限するように、前記制御値を変更する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御手段は、
   マイクロコンピュータで構成される、
   請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

Images