JP5047694B2

JP5047694B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5047694B2
Application number: JP2007143744A
Authority: JP
Inventors: 明宏田巻
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: JP2008296696A

Description

本発明は電動パワーステアリング装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置として、ステアリング側に連結された操舵ピニオンと噛合うラック軸の摺動により操舵輪が転舵されるとともにステアリング側の操舵トルクに応じて駆動制御されるモータの動力が伝達機構を介して前記ラック軸の摺動に伝達されて操舵が補助される電動パワーステアリング装置において、ステアリングギヤボックスの一部又は同ステアリングギヤボックスに隣接するラックケースの隣接部にモータ及び同モータのための電動パワーステアリング電子制御ユニット（ＥＰＳＥＣＵ）を設置し、同ＥＣＵのモータ制御装置を構成する制御基板上に各種機能素子部品を実装してなるものがある。

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、モータ電流検出装置が検出したモータに流れる電流と、ＥＣＵの制御基板に搭載したサーミスタが検出した基板温度に基づき、モータへの供給電流を一定の目標電流に制限してモータの発熱を抑え、結果としてモータ制御装置の各種機能素子を含む制御基板の熱破壊を防止している。
特開2006-62574

従来技術には以下の問題点がある。
(1)ＥＣＵの制御基板に基板温度検出用のサーミスタを追加する必要があり、コスト高になる。

(2)ＥＣＵの制御基板上でサーミスタを含む実装部品、実装面積が増加し、ＥＣＵの熱容量及び寸法形状が大型化する。

本発明の課題は、電動パワーステアリングＥＣＵにサーミスタを追加することなく、ＥＣＵの雰囲気温度を検出し、モータへの供給電流を制限してモータの発熱を抑え、ＥＣＵのモータ制御装置を過熱から保護することにある。

請求項１の発明は、ステアリング側に連結された操舵ピニオンと噛合うラック軸の摺動により操舵輪が転舵されるとともにステアリング側の操舵トルクに応じて駆動制御されるモータの動力が伝達機構を介して前記ラック軸の摺動に伝達されて操舵が補助される電動パワーステアリング装置において、ステアリング側の操舵トルクを検出するためのトルクセンサがステアリングギヤボックス内に配設され、前記ステアリングギヤボックスの一部又は同ステアリングギヤボックスに隣接するラックケースの隣接部に前記モータ及び同モータを駆動制御するモータ制御装置が配置され、前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出装置と、エンジンルーム内の温度を検出するエンジン制御用温度検出手段と、前記モータ電流検出装置が検出したモータに流れる電流と、前記エンジン制御用温度検出手段が検出したエンジンルーム内の温度に基づき、モータへの供給電流を制限するモータ目標電流抑制処理手段とを有し、更に、前記トルクセンサの検出信号をトルク検出電圧として出力するトルク検出回路を有し、前記エンジン制御用温度検出手段が検出したエンジンルーム内の温度に基づき、上記トルク検出電圧を補正する補正手段を有してなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記モータ目標電流抑制処理手段が、前記モータ電流検出装置によって検出されたモータに流れる電流を積算処理し、その積算値に基づき、モータへの供給電流を制限する電流制限処理を行なうようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記モータ制御装置及びモータ目標電流抑制処理手段が電動パワーステアリング電子制御ユニットに内蔵され、エンジン電子制御ユニットに入力されたエンジン制御用温度検出手段の検出温度が車内ネットワークを経由して電動パワーステアリング電子制御ユニット内のモータ目標電流抑制手段に入力されるようにしたものである。

（請求項１）
(a)モータ目標電流抑制処理手段は、モータ電流検出装置が検出したモータに流れる電流と、エンジン制御用温度検出手段が検出したエンジンルーム内の温度に基づき、モータへの供給電流を制限してモータの発熱を抑え、結果としてモータ制御装置の各種機能素子を含む制御基板の熱破壊を防止する。

(b)エンジンの制御で使用している既存のエンジン制御用温度検出手段が検出したエンジンルーム内の温度をＥＣＵの雰囲気温度として用いるものであり、ＥＣＵの制御基板に基板温度検出用の専用サーミスタを追加する必要がないから、コスト低減できる。

(c)ＥＣＵの制御基板上でサーミスタを含む実装部品、実装面積が増加することもなく、ＥＣＵの熱容量及び寸法形状を小型化できる。
(d)エンジン制御用温度検出手段が検出したエンジンルーム内の温度に基づき、トルクセンサが検出したトルク検出電圧を補正する。エンジンの制御で使用している既存のエンジン制御用温度検出手段が検出したエンジンルーム内の温度をトルクセンサの温度補償として用いるものであり、ＥＣＵの制御基板に基板温度検出用のサーミスタを追加する必要がないから、コスト低減できる。
(e)ＥＣＵの制御基板上でサーミスタを含む実装部品、実装面積が増加することもなく、ＥＣＵの熱容量及び寸法形状を小型化できる。

（請求項２）
(d)モータの動作時の主な損失は銅損であり、銅損は電機子電流値の２乗に電機子抵抗を乗算したものであり、これにモータ固有の熱抵抗で除算すれば発熱量に変換できる。従って、モータ目標電流抑制処理手段が、モータ電流検出装置によって検出されたモータに流れる電流を積算処理し、その積算値に基づき、モータへの供給電流を制限することにより、モータの発熱を効果的に抑えることができる。

（請求項３）
(e)エンジンＥＣＵに入力されたエンジン制御用温度検出手段の検出温度がＣＡＮ等の車内ネットワークを経由して電動パワーステアリングＥＣＵ内のモータ目標電流抑制手段に入力されることにより、エンジン制御用温度検出手段の検出温度を専用ハーネスによらずモータ目標電流抑制手段に入力できる。また、エンジン制御用温度検出手段の検出温度をデジタル信号でモータ目標電流抑制手段に入力できる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す全体図、図２は電動パワーステアリング装置を示す模式図、図３は電動パワーステアリング装置のモータ制御装置の参考例を示す回路図、図４は電動パワーステアリング装置のモータ制御装置の本発明例を示す回路図である。

電動パワーステアリング装置１は、図１に示す如く、車両の左右方向に沿って配置したラックケース２内にラック軸３を直線移動可能に収容している。ラックケース２の両端から突出したラック軸３の両端部にタイロッド５、５を設け、車両の左右の転舵輪を転舵可能にしている。

ラックケース２の一端近傍にステアリングギヤボックス６が設けられる。ステアリングギヤボックス６には、ステアリングホイール（不図示）が取付けられたステアリング軸に連結される入力軸７が回動自在に軸支され、入力軸７はステアリングギヤボックス６内でトーションバー（不図示）を介して操舵ピニオン軸（不図示）と連結されている。この操舵ピニオン軸のピニオン歯とラック軸３のラック歯とが噛合してラック・ピニオン機構を構成している。

従って、ステアリングホイールの回動操作により入力軸７に伝達された操舵力は、トーションバーを介して操舵ピニオン軸を回動して操舵ピニオン軸のピニオン歯とラック歯の噛合によりラック軸３を直線移動させる。

電動パワーステアリング装置１は、ラックケース２の拡径した中央部をモータケース２Ａとし、モータ１０を収容している。モータ１０は、ボールねじ３Ａが刻設されたラック軸３の外周を環状のインナロータ１１が回転し、その外側にアウタステータ１２がモータケース２Ａの内周面に沿って設けられている。環状のインナロータ１１の内周面に圧入された接続スリーブ１３がラック軸３の周囲に延在され、スリーブ１３はラックケース２の内周に軸受１５を介して回転自在に支持されたボールナット１４と一体に結合されている。ボールナット１４は、ラック軸３のボールねじ３Ａにボールを介して螺合している。

従って、モータ１０が駆動されインナロータ１１が回転すると、これと一体のボールナット１４が回転し、ボールナット１４とボールを介して螺合するラック軸３を直線移動させて操舵力をアシストする。

電動パワーステアリング装置１は、ステアリングギヤボックス６内のトーションバーの周囲に、ステアリング側の操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２０を配設している。トルクセンサ２０はステアリングホイールに加えた操舵力に起因するトーションバーの弾性ねじり変形により、入力軸７と操舵ピニオン軸の間に生ずる相対回転角度を検出する。

電動パワーステアリング装置１は、図２に示す如く、ステアリングギヤボックス６の一部又はステアリングギヤボックス６に隣接するラックケース２の隣接部に、モータ１０及びモータ１０を駆動制御するための電動パワーステアリング電子制御ユニット（ＥＰＳＥＣＵ）３０を設置し、ＥＣＵ３０のモータ制御装置３０Ａを構成する制御基板３０Ｂ上に各種機能素子部品を実装している。本実施例では、ラックケース２のモータケース２Ａとステアリングギヤボックス６との間にＥＣＵ３０を設置している。

モータ制御装置３０Ａは、図３に示す如く、制御基板３０Ｂ上に、操舵トルク検出回路３１、トルクセンサ温度検出装置３２、モータ駆動装置３３、モータ電流検出装置３４、ＣＰＵ４０を有する。ＣＰＵ４０は、制御用トルク演算処理手段４１、トルクセンサ温度補正値算出手段４２、目標電流算出処理手段４３、電流フィードバック制御部４４、モータ目標電流抑制処理手段４５を有する。

操舵トルク検出回路３１は、トルクセンサ２０の検出結果（入力軸７と操舵ピニオン軸の間に生ずる相対回転変位量）に基づき、ステアリング側の操舵トルクを検出する。操舵トルク検出回路３１は検出したトルク検出電圧ＶtをＣＰＵ４０の制御用トルク演算処理手段４１に出力する。ＣＰＵ４０はトルク検出電圧Ｖtに基づき、操舵トルクに応じたモータ制御信号をモータ駆動装置３３に出力し、モータ駆動装置３３によりモータ１０を駆動して操舵アシストする。モータ駆動装置３３は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を４個ブリッジに組んで、パルス幅変調方式の直流チョッパ制御された電流をモータ１０に正逆双方向に供給可能とするものである。モータ電流検出装置３４は、モータ１０に供給され電機子に流れる電機子電流値Ｉmを検出し、この検出電流値ＩmがＣＰＵ４０にフィードバックされるとともに、検出電流値Ｉmに基づいてモータ１０の発熱が抑制される。

トルクセンサ温度検出装置３２は、制御基板３０Ｂに搭載されたサーミスタによって基板温度を検出し、この基板温度検出信号ＶthをＣＰＵ４０のトルクセンサ温度補正値算出手段４２に出力する。トルクセンサ温度補正値算出手段４２はトルクセンサ温度検出装置３２の基板温度検出信号Ｖthに応ずる、トルクセンサ２０の温度補正値ΔＶを算出し、この算出結果をＣＰＵ４０の制御用トルク演算処理手段４１に出力する。制御用トルク演算処理手段４１は、トルク検出電圧Ｖｔに温度補正値ΔＶを加算してトルクセンサ２０の温度補償を行なう。制御用トルク演算処理手段４１は、トルクセンサ２０の温度補償がなされた正確な操舵トルクを演算し、予め定めてある制御用トルク及び車速に対する最適な目標電流Ｉ0の関係に、演算された操舵トルクを照らして目標電流Ｉ0を抽出し、この抽出結果を目標電流算出処理手段４３に出力する。尚、トルクセンサ温度検出装置３２は、ステアリングギヤボックス６内のトルクセンサ２０の近傍に配設されたトルクセンサ基板の温度を直接サーミスタで検出し、基板温度検出信号ＶthとしてＣＰＵ４０内のトルクセンサ温度補正値算出手段４２に出力しても良い。

目標電流算出処理手段４３は、制御用トルク演算処理手段４１から入力された目標電流Ｉ0に、目標電流抑制処理手段４５から後述する如くに伝達される目標電流抑制値ｐを乗算して最終目標電流Ｉcを算出する。目標電流算出処理手段４３が算出した最終目標電流Ｉcは、電流フィードバック制御部４４に入力され、電流フィードバック制御部４４はモータ電流検出装置３４からの電機子電流子Ｉmのフィードバックを受け、最終目標電流Ｉcとの差を０にすべく制御信号をモータ駆動装置３３に出力し、モータ１０をフィードバック制御する。

しかるに、電動パワーステアリング装置１は、ＥＣＵ３０に新たな専用サーミスタを追加することなく、ＥＣＵ３０の雰囲気温度を検出し、モータ１０への供給電流Ｉcを制限してモータ１０の発熱を抑え、ＥＣＵ３０のモータ制御装置３０Ａを過熱、熱破壊から保護するため、以下の構成を具備する。

電動パワーステアリング装置１では、エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）５０に入力されたエンジン制御用温度検出手段６０の検出温度Ｔが、ＣＡＮ等の車内ネットワーク７０を経由して電動パワーステアリングＥＣＵ３０内のモータ目標電流処理手段４５に入力される。エンジン制御用温度検出手段６０は、エンジンルーム内の温度Ｔを検出するものであり、例えば水温センサ６１、油温センサ６２、吸気温度センサ６３等を採用できる。

そして、ＥＣＵ３０のモータ制御装置３０Ａでは、目標電流抑制処理手段４５が、モータ電流検出装置３４が検出したモータ１０に流れる電流値Ｉmと、エンジン制御用温度検出手段６０が検出したエンジンルーム内の温度Ｔに基づき、モータ１０への供給電流Ｉcを制限する電流制限処理を行なう。目標電流抑制処理手段４５は、目標電流算出処理手段４３が制御用トルク演算処理手段４１から入力される目標電流Ｉ0を最終目標電流Ｉcとして電流フィードバック制御部４４に出力する際に、この最終目標電流Ｉcを制限するために目標電流Ｉ0に乗ずべき目標電流抑制値ｐを抽出し、この目標電流抑制値ｐを目標電流算出処理手段４３に出力する。

目標電流抑制処理手段４５は、ＥＣＵ３０内に配設される制御基板３０Ｂが熱破壊されないように、ある温度異常で温度上昇を抑えるように、モータ１０を駆動すべき目標電流Ｉ0を抑制する目標電流抑制値ｐを雰囲気温度Ｔに対して予め定めた対応関係をメモリに記憶している。雰囲気温度Ｔがある抑制開始温度ｔまでは、目標電流抑制値ｐは1.0である。雰囲気温度Ｔが抑制開始温度ｔを越えると、目標電流抑制値ｐは1.0から次第に減少する。

目標電流抑制処理手段４５により、エンジン制御用温度検出手段６０の検出温度Ｔに基づいて抽出された目標電流抑制値ｐは、前述の如く、目標電流算出処理手段４３に入力され、目標電流算出処理手段４３は制御用トルク演算処理手段４１から入力される目標電流Ｉ0に乗算されて最終目標電流Ｉc（＝Ｉ0×ｐ）が算出される。そして、目標電流算出処理手段４３が出力する最終目標電流Ｉcは、電流フィードバック制御部４４に入力され、電流フィードバック制御部４４は、電流検出装置３４からの電機子電流値Ｉmのフィードバックを受け、最終目標電流Ｉcとの差を０にすべく指示信号をモータ駆動装置３３に出力してモータ１０をフィードバック制御する。

従って、エンジンルーム内の雰囲気温度ｔ（ＥＣＵ３０（モータ制御装置３０Ａ、制御基板３０Ｂ）の雰囲気温度でもある）が一定の抑制開始温度ｔを越えると、目標電流Ｉ0を抑制してモータ１０の駆動を制限する。雰囲気温度Ｔが高ければ目標電流Ｉ0の抑制度合を大きくし、雰囲気温度Ｔが低ければ目標電流Ｉ0の抑制度合を小さくできる。これにより、モータ１０の発熱を抑えて制御基板３０Ｂの熱破壊を防止するし、制御基板３０Ｂと同じ共通空間内にあるモータ１０についてもその発熱による焼損を防止する。

本参考例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)モータ目標電流抑制処理手段４５は、モータ電流検出装置３４が検出したモータ１０に流れる電流と、エンジン制御用温度検出手段６０が検出したエンジンルーム内の温度に基づき、モータ１０への供給電流を制限してモータ１０の発熱を抑え、結果としてモータ制御装置３０Ａの各種機能素子を含む制御基板３０Ｂの熱破壊を防止する。

(b)エンジンの制御で使用している既存のエンジン制御用温度検出手段６０が検出したエンジンルーム内の温度をＥＣＵ３０の雰囲気温度として用いるものであり、ＥＣＵ３０の制御基板３０Ｂに基板温度検出用の専用のサーミスタを追加する必要がないから、コスト低減できる。

(c)ＥＣＵ３０の制御基板３０Ｂ上で専用のサーミスタを含む実装部品、実装面積が増加することもなく、ＥＣＵ３０の熱容量及び寸法形状を小型化できる。

(d)モータ１０の動作時の主な損失は銅損であり、銅損は電機子電流値の２乗に電機子抵抗を乗算したものであり、これにモータ固有の熱抵抗で除算すれば発熱量に変換できる。従って、モータ目標電流抑制処理手段４５が、モータ電流検出装置３４によって検出されたモータ１０に流れる電流を積算処理し、その積算値に基づき、モータ１０への供給電流を制限することにより、モータ１０の発熱を効果的に抑えることができる。

(e)エンジンＥＣＵ５０に入力されたエンジン制御用温度検出手段６０の検出温度がＣＡＮ等の車内ネットワーク７０を経由して電動パワーステアリングＥＣＵ３０内のモータ目標電流抑制手段４５に入力されることにより、エンジン制御用温度検出手段６０の検出温度を専用ハーネスによらずモータ目標電流抑制手段４５に入力できる。また、エンジン制御用温度検出手段６０の検出温度をデジタル信号でモータ目標電流抑制手段４５に入力できる。

図４は電動パワーステアリング装置１の本発明例を示す。この本発明例が前記図１〜図３の参考例と異なる点は、電動パワーステアリングＥＣＵ３０のモータ制御装置３０Ａ（制御基板３０Ｂ）からトルクセンサ温度検出装置３２を撤去し、エンジンＥＣＵ５０に入力されたエンジン制御用温度検出手段６０の検出温度ＴがＣＡＮ等の車内ネットワーク７０を経由してＥＣＵ３０内のトルクセンサ温度補正値算出手段４２に入力されたことにある。本実施例では、エンジンＥＣＵ５０からの車内ネットワーク７０が電動パワーステアリングＥＣＵ３０内のトルクセンサ温度補正値算出手段４２と目標電流抑制処理手段４５に向けて分岐される。

本発明例によれば、ＥＣＵ３０の制御基板３０Ｂにトルクセンサ温度検出装置３２用のサーミスタを搭載することなく、エンジン制御用温度検出手段６０が検出したエンジンルーム内の温度に基づき、トルクセンサ２０の温度補償を行なうことができ、ＥＣＵ３０を一層簡素化、小型化できる。即ち、以下の作用効果を奏する。

(a)エンジン制御用温度検出手段６０が検出したエンジンルーム内の温度に基づき、トルクセンサ２０が検出したトルク検出電圧を補正する。エンジンの制御で使用している既存のエンジン制御用温度検出手段６０が検出したエンジンルーム内の温度をトルクセンサ２０の温度補償として用いるものであり、ＥＣＵ３０の制御基板３０Ｂに基板温度検出用のサーミスタを追加する必要がないから、コスト低減できる。

(b)ＥＣＵ３０の制御基板３０Ｂ上でサーミスタを含む実装部品、実装面積が増加することもなく、ＥＣＵ３０の熱容量及び寸法形状を小型化できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明のエンジン制御用温度検出手段６０が検出した温度Ｔは、エンジンＥＣＵ５０やＣＡＮ等の車内ネットワーク７０を介することなく、電動パワーステアリングＥＣＵ３０の目標電流抑制処理手段４５に入力されても良い。

図１は電動パワーステアリング装置を示す全体図である。図２は電動パワーステアリング装置を示す模式図である。図３は電動パワーステアリング装置のモータ制御装置の参考例を示す回路図である。図４は電動パワーステアリング装置のモータ制御装置の本発明例を示す回路図である。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
２ラックケース
３ラック軸
６ステアリングギヤボックス
１０モータ
２０トルクセンサ
３０電動パワーステアリング制御電子制御ユニット
３０Ａモータ制御装置
３０Ｂ制御基板
３１トルク検出回路
３３モータ駆動装置
３４モータ電流検出装置
４１制御用トルク演算処理手段
４２トルクセンサ温度補正値算出手段
４３目標電流算出処理手段
４５目標電流抑制処理手段
５０エンジン電子制御ユニット
６０エンジン制御用温度検出手段
７０車内ネットワーク

Claims

ステアリング側に連結された操舵ピニオンと噛合うラック軸の摺動により操舵輪が転舵されるとともにステアリング側の操舵トルクに応じて駆動制御されるモータの動力が伝達機構を介して前記ラック軸の摺動に伝達されて操舵が補助される電動パワーステアリング装置において、
ステアリング側の操舵トルクを検出するためのトルクセンサがステアリングギヤボックス内に配設され、
前記ステアリングギヤボックスの一部又は同ステアリングギヤボックスに隣接するラックケースの隣接部に前記モータ及び同モータを駆動制御するモータ制御装置が配置され、
前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出装置と、
エンジンルーム内の温度を検出するエンジン制御用温度検出手段と、
前記モータ電流検出装置が検出したモータに流れる電流と、前記エンジン制御用温度検出手段が検出したエンジンルーム内の温度に基づき、モータへの供給電流を制限するモータ目標電流抑制処理手段とを有し、
更に、前記トルクセンサの検出信号をトルク検出電圧として出力するトルク検出回路を有し、
前記エンジン制御用温度検出手段が検出したエンジンルーム内の温度に基づき、上記トルク検出電圧を補正する補正手段を有してなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記モータ目標電流抑制処理手段が、前記モータ電流検出装置によって検出されたモータに流れる電流を積算処理し、その積算値に基づき、モータへの供給電流を制限する電流制限処理を行なう請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記モータ制御装置及びモータ目標電流抑制処理手段が電動パワーステアリング電子制御ユニットに内蔵され、
エンジン電子制御ユニットに入力されたエンジン制御用温度検出手段の検出温度が車内ネットワークを経由して電動パワーステアリング電子制御ユニット内のモータ目標電流抑制手段に入力される請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。