JP7286257B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置などの操舵装置に関する。

従来、車両に搭載されて、電動モータの動力によりステアリング機構の操舵をアシストする電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）が知られている。

電動パワーステアリング装置を搭載した車両には、電動パワーステアリング装置用のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。このＥＣＵは、ハンドル（ステアリングホイール）に加えられる操舵トルクおよび車速に応じた目標電流値を設定し、この目標電流値に基づいて、電動モータを制御する。これにより、操舵状態に応じた動力が電動モータから出力され、その動力が操舵補助力としてステアリング機構に与えられる。

ＥＣＵには、電動モータの過熱による損傷を防止するために、過熱保護制御のロジックが組み込まれている。過熱保護制御では、電動モータの温度が過熱防止用の設定温度を超えると、電動モータに流れる電流が制限される。電動モータの温度は、温度センサにより直接測定することが困難である。そのため、電動モータには、温度センサが設けられておらず、電動モータの温度（モータ温度）は、ＥＣＵの温度などから推定される。

特開２００８－１９５２４６号公報

モータ温度の推定には、ＥＣＵの温度とモータ温度とを関連づけるテーブル（データ）が用いられる。このテーブルは、ＥＣＵに内蔵されたＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されている。

今後、電動モータの仕様の変更などに伴い、モータ温度のより広範な推定が必要になると考えられる。テーブルサイズを拡大すれば、それに応えることが可能であるが、ＲＯＭの容量を増大させる必要が生じ、ＥＣＵのコストアップを招いてしまう。

本発明の目的は、モータ温度の推定のためのデータサイズの増大を抑制しつつ、モータ温度を広範に推定できる、操舵装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る操舵装置は、車両のステアリング機構に付与される動力を発生する電動モータと、電動モータを制御する制御装置とを含み、制御装置は、制御装置に関する温度を検出する温度検出手段と、制御装置に関する温度から算出される温度係数を、温度検出手段により検出される温度を用いて算出する温度係数算出手段と、温度係数および電動モータのモータ温度の両方と相関関係があるパラメータを温度係数と対応づけて記憶するパラメータ記憶手段と、温度係数算出手段により算出される温度係数に対応するパラメータをパラメータ記憶手段から取得するパラメータ取得手段と、パラメータ取得手段により取得されたパラメータに基づいて、モータ温度を推定するモータ温度推定手段とを備え、温度係数とパラメータとは、温度係数が小さいほど、パラメータが大きく、かつ、温度係数が小さくなるにつれて、温度係数の一定の変化量に対するパラメータの変化量が大きくなる関係を有し、パラメータとモータ温度とは、パラメータが大きくなるにつれて、パラメータの一定の変化量に対するモータ温度の変化量が小さくなる関係を有しており、パラメータ記憶手段には、所定値以上の温度係数と対応づけて、相対的に小さい量子化単位で量子化されたパラメータが記憶され、所定値未満の温度係数と対応づけて、相対的に大きい量子化単位で量子化されたパラメータが記憶されている。

この構成によれば、制御装置に関する温度から算出される温度係数は、温度係数と相関関係があるパラメータの取得に用いられ、取得されたパラメータは、パラメータと相関関係があるモータ温度の推定に用いられる。

温度係数とパラメータとの相関関係は、温度係数が小さいほど、パラメータが大きく、かつ、温度係数が小さくなるにつれて、温度係数の一定の変化量に対するパラメータの変化量が大きくなる関係である。また、パラメータとモータ温度との相関関係は、パラメータが大きくなるにつれて、パラメータの一定の変化量に対するモータ温度の変化量が小さくなる関係である。そして、所定値以上の温度係数に対応するパラメータは、相対的に小さい量子化単位で量子化され、所定値未満の温度係数に対応するパラメータは、相対的に大きい量子化単位で量子化されている。

所定値未満の温度係数に対応するパラメータは、比較的大きい値をとり、そのパラメータの一定の変化量に対して、モータ温度の変化量は小さい。そのため、所定値未満の温度係数に対応するパラメータが大きい量子化単位で量子化されていても、温度係数に基づいて推定されるモータ温度の誤差が小さく、モータ温度の推定精度に大きな影響はない。そして、所定値未満の温度係数に対応するパラメータが大きい量子化単位で量子化されることにより、パラメータ記憶手段に温度係数と対応づけて記憶されるパラメータの数を多く確保できながら、そのパラメータ記憶手段に記憶されるデータサイズの増大を抑制することができる。その結果、モータ温度の推定のためのデータサイズの増大を抑制しつつ、モータ温度を広範に推定することができる。

なお、温度係数が小さいほど、パラメータが大きい量子化単位で量子化されることにより、パラメータ記憶手段に、所定値以上の温度係数と対応づけて、相対的に小さい量子化単位で量子化されたパラメータが記憶され、所定値未満の温度係数と対応づけて、相対的に大きい量子化単位で量子化されたパラメータが記憶されていてもよい。

制御装置は、オフ要求に応じて動作を停止し、その後のオン要求に応じて動作を開始する構成であってもよい。この場合、温度係数算出手段は、制御装置の動作停止前に温度検出手段により検出された温度と、制御装置の次の動作開始後に温度検出手段により検出された温度とを用いて、温度係数を算出してもよく、パラメータは、オフ要求から次のオン要求までのオフ時間であってもよい。

電動モータは、ステアリング機構の操舵を補助する操舵補助力として動力を発生するものであり、制御装置は、モータ温度推定手段により推定されたモータ温度が所定温度以上に上昇した場合に、電動モータに供給される実電流の出力値を低減させる加熱防止処理を行う過熱防止処理手段と、過熱防止処理手段による実電流の出力値の低減後に、モータ温度推定手段により推定されたモータ温度が所定温度を下回ることを条件として、実電流の出力値を回復させる回復処理を行う回復処理手段とをさらに備え、回復処理手段は、回復処理中における実電流の出力値が、温度が所定温度以下であるときの実電流の出力値よりも低くなるように出力制御してもよい。

回復処理中における実電流の出力値が、モータ温度が所定温度以下であるときの実電流の出力値よりも低くされることにより、過熱防止処理や回復処理に伴う背反としてのステアリング操作の重さの変動幅をコントロールし、操舵性の低下を抑制することができる。これにより、ユーザに対してステアリング操作が重くなったり、軽くなったりする感覚を与えることを防止できる。

本発明によれば、モータ温度の推定のためのデータサイズの増大を抑制しつつ、モータ温度を広範に推定することができる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を図解的に示すブロック図である。 モータ初期温度推定ロジックを示すブロック図である。 ＩＧオフ時間推定テーブルの内容を示す図である。 モータ低下温度テーブルの内容を示す図である。 指令電流値、制限電流値、実電流値およびモータ温度の時間変化の一例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜電動パワーステアリング装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の構成を図解的に示すブロック図である。

電動パワーステアリング装置１は、自動車などの車両に搭載されて、電動モータＭが発生するトルクをステアリング機構２に伝達することにより、運転者によるハンドル操作をアシスト（操舵補助）するように構成されている。電動パワーステアリング装置１は、電動モータＭおよびステアリング機構２のほか、ハンドル（ステアリングホイール）３およびステアリングシャフト４などを備えている。

ステアリング機構２は、たとえば、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤを含む構成である。

ハンドル３は、車室内における運転席の前方に配設されている。

ステアリングシャフト４は、車室内外を貫通して設けられている。ステアリングシャフト４の下端部は、ステアリング機構２に連結されている。ステアリング機構２がラックアンドピニオン式のステアリングギヤを含む構成である場合、ステアリングシャフト４の下端部は、ステアリングギヤのピニオンに相対回転不能に連結されている。ステアリングシャフト４の上端部は、ハンドル３に連結されている。

また、電動パワーステアリング装置１は、電動モータＭの制御のために、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）５を備えている。

ＥＣＵ５は、ＣＰＵおよびメモリを含む構成のマイコン（マイクロコントローラユニット）６と、Ｈブリッジ回路からなるモータ駆動回路７とを備えている。車両には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが備えられており、これらのＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

マイコン６には、たとえば、トルクセンサおよび舵角センサが接続されている。トルクセンサは、ステアリングシャフト４の途中部に介装されたトーションバーに関連して設けられ、トーションバーに生じる捩れの大きさおよび方向を操舵トルクとして検出し、その操舵トルクに応じた検出信号を出力する。舵角センサは、たとえば、ハンドル３の舵角の中点に対するハンドルの舵角（絶対舵角）に応じた検出信号を出力する。舵角センサが検出する舵角は、たとえば、舵角中点からハンドル３が右側に回された状態で正の値をとり、左側に回された状態で負の値をとる。また、マイコン６には、他のＥＣＵから車速、各車輪の車輪速、車両のヨーレートおよび車両に生じる横Ｇ（横方向加速度）などの車両情報が入力される。

マイコン６は、各種センサの検出信号から取得した情報および／または他のＥＣＵから入力される種々の情報などに基づいて、指令電流値を設定し、指令電流値に相当する駆動電流が電動モータＭに供給されるように、モータ駆動回路７に含まれるスイッチング素子のスイッチングを制御する。

また、マイコン６には、電動モータＭの過熱による損傷を防止するために、過熱保護制御のロジックが組み込まれている。過熱保護制御では、電動モータＭの温度（以下、単に「モータ温度」という。）が推定される。

モータ温度の推定のため、ＥＣＵ５内には、ＥＣＵ５内の所定部位の温度を検出する温度センサ８が設けられており、マイコン６には、温度センサ８の検出信号が入力されるようになっている。温度センサ８は、モータ駆動回路７の基板の温度を検出するものであってもよいし、マイコン６の基板の温度を検出するものであってもよいし、マイコン６内の雰囲気温度を検出するものであってもよい。モータ温度は、車両のイグニッションスイッチがオン（ＩＧオン）された時点でのモータ温度であるモータ初期温度に、電動モータＭの通電による発熱および電動モータＭからの放熱を加味した温度変動分を累積的に加算することにより推定される。

＜モータ初期温度推定ロジック＞
モータ初期温度を推定するため、過熱保護制御のロジックには、モータ初期温度を推定するロジックが織り込まれている。

図２は、モータ初期温度推定ロジックを示すブロック図である。

モータ初期温度推定ロジックでは、ＩＧオフ時間推定テーブル１１と、モータ低下温度テーブル１２とが用いられる。ＩＧオフ時間推定テーブル１１およびモータ低下温度テーブル１２は、ＥＣＵ５のマイコン６に内蔵されたＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されている。

図３は、ＩＧオフ時間推定テーブル１１の内容を示す図である。

ＩＧオフ時間推定テーブル１１は、温度係数とＩＧオフ時間とを対応づけることにより作成されている。

温度係数は、温度センサ８により検出されるＥＣＵ５内の温度（以下、この温度を「ＥＣＵ温度」という。）から算出される値である。具体的には、温度係数は、イグニッションスイッチがオフ（以下、「ＩＧオフ」という。）される直前でのＥＣＵ温度と、そのオフ状態のイグニッションスイッチが次にオン（以下、「ＩＧオン」という。）された時点でのＥＣＵ温度と、前回のＩＧオンされた時点でのＥＣＵ温度との比率から算出される値である。なお、たとえば、ＩＧオンされた時点でのＥＣＵ温度をＩＧオフされる直前でのＥＣＵ温度で除した値であってもよい。

ＩＧオフ時間は、ＩＧオフから次にＩＧオンされるまでの時間である。

温度係数とＩＧオフ時間とは、温度係数が小さいほど、ＩＧオフ時間が大きく、かつ、温度係数が小さくなるにつれて、温度係数の一定の変化量に対するＩＧオフ時間の変化量が大きくなる関係である。

図４は、モータ低下温度テーブル１２の内容を示す図である。

モータ低下温度テーブル１２は、ＩＧオフ時間とモータ低下温度とを対応づけることにより作成されている。

モータ低下温度は、ＩＧオフの状態におけるモータ温度の時間変化率（低下度合い）である。ＩＧオフ時間とモータ低下温度とは、ＩＧオフ時間が大きくなるにつれて、ＩＧオフ時間の一定の変化量に対するモータ低下温度の変化量が小さくなる関係である。すなわち、ＩＧオフ時間とモータ低下温度との関係は、ＩＧオフからの経過時間が長くなるにつれて、モータ温度の単位時間あたりの低下幅が小さくなることを示している。

モータ初期温度推定ロジックでは、ＩＧオフされると、その直前に温度センサ８により検出されているＩＧオフ時のＥＣＵ温度と、その時点で推定されているモータ温度とがマイコン６に内蔵されたＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などのメモリに記憶される。

その後、ＩＧオンされると、ＥＣＵ温度が取得されて、そのＥＣＵ温度とマイコン６のメモリに記憶されているＩＧオフ時のＥＣＵ温度とから温度係数が算出される。つづいて、ＩＧオフ時間推定テーブル１１から、その算出された温度係数に対応するＩＧオフ時間が取得される。さらに、モータ低下温度テーブル１２から、その取得されたＩＧオフ時間に対応するモータ低下温度が取得される。そして、モータ低下温度からＩＧオフ時間におけるモータ温度の低下量が算出され、その算出された低下量がマイコン６のメモリに記憶されているＩＧオフ時のモータ温度から差し引かれることにより、ＩＧオン時のモータ温度であるモータ初期温度が推定される。

図４を見て理解されるように、ＩＧオフ時間が長くなるにつれて、モータ低下温度が小さくなる。これは、ＩＧオフ時間が長くなるほど、モータ温度の低下度合いが小さくなるためである。したがって、ＩＧオフの状態が長く続いた場合、温度係数に対応するＩＧオフ時間が多少の誤差を有していても、その誤差を有するＩＧオフ時間に対してモータ低下温度テーブル１２から取得されるモータ低下温度にほぼ誤差が生じない。

そこで、図３に示されるＩＧオフ時間推定テーブル１１では、所定値Ａ以上の温度係数に対応するＩＧオフ時間は、相対的に小さい量子化単位で量子化され、所定値Ａ未満の温度係数に対応するＩＧオフ時間は、相対的に大きい量子化単位で量子化されている。

なお、所定値Ａ未満の温度係数に対応するＩＧオフ時間がＩＧオフ時間推定テーブル１１から取得される場合には、ＬＳＢ調整部１３により、ＩＧオフ時間推定テーブルに入力される温度係数が量子化単位に応じたＬＳＢ（ Least Significant Bit）の値に調整される。

＜過熱保護制御＞
図５は、指令電流値、制限電流値、実電流値およびモータ温度の時間変化の一例を示す図である。

指令電流値は、電動モータＭに供給される駆動電流の目標として設定される電流値である。モータ温度が所定の過熱保護ロジック閾値以下である状態では、指令電流値に相当する駆動電流が電動モータＭに供給される実電流となる。

モータ温度が過熱保護ロジック閾値以上に上昇すると（時刻Ｔ１）、電動モータＭに供給される電流を制限するための制限電流値が指令電流値よりも低い値に設定される（過熱防止処理）。指令電流値よりも低い値の制限電流値が設定されると、電動モータＭに供給される実電流値が制限電流値以下に制限される。これにより、電動モータＭの発熱が抑えられて、モータ温度が低下する。

また、制限電流値は、たとえば、モータ温度が過熱保護ロジック閾値以上である間、一定の時間変化率で低減するように設定される。これにより、電動モータＭに供給される実電流値が時間の経過とともに徐々に減少する。そのため、電動モータＭから出力されるトルクが徐々に減少し、ステアリング操作が急に重くなることによる違和感をユーザに与えることを防止できる。

モータ温度が過熱保護ロジック閾値を下回ると、制限電流値が引き上げられる（回復処理）。このとき、制限電流値は、一定の時間変化率（１～２Ａ／ｓなどの所定の傾きで経時的に変化）で増加するように設定される。これにより、電動モータＭに供給される実電流値が時間の経過とともに徐々に増加する。そのため、電動モータＭから出力されるトルクが徐々に増大し、ステアリング操作が急に軽くなることによる違和感をユーザに与えることを防止できる。また、この制限電流値を増加させる回復処理中は、電動モータＭに供給される実電流値が、モータ温度が過熱保護ロジック閾値以下であるときの実電流値よりも低く設定される。回復処理は、たとえば電動モータＭに供給される電流のデューティ比がユーザのハンドル操作に伴って変動して立ち上がったタイミングになると終了される。

＜作用効果＞
以上のように、ＥＣＵ温度から算出される温度係数は、温度係数と相関関係があるＩＧオフ時間の取得に用いられ、取得されたＩＧオフ時間は、ＩＧオフ時間と相関関係があるモータ低下温度の取得に用いられる。

温度係数とＩＧオフ時間との相関関係は、温度係数が小さいほど、ＩＧオフ時間が大きく、かつ、温度係数が小さくなるにつれて、温度係数の一定の変化量に対するＩＧオフ時間の変化量が大きくなる関係である。また、ＩＧオフ時間とモータ低下温度との相関関係は、ＩＧオフ時間が大きくなるにつれて、ＩＧオフ時間の一定の変化量に対するモータ低下温度の変化量が小さくなる関係である。そして、所定値Ａ以上の温度係数に対応するＩＧオフ時間は、相対的に小さい量子化単位で量子化され、所定値Ａ未満の温度係数に対応するＩＧオフ時間は、相対的に大きい量子化単位で量子化されている。

所定値Ａ未満の温度係数に対応するＩＧオフ時間は、比較的大きい値をとり、そのＩＧオフ時間の一定の変化量に対して、モータ低下温度の変化量は小さい。そのため、所定値Ａ未満の温度係数に対応するＩＧオフ時間が大きい量子化単位で量子化されていても、温度係数に基づいて推定されるモータ温度の誤差が小さく、モータ温度の推定精度に大きな影響はない。そして、所定値未満の温度係数に対応するＩＧオフ時間が大きい量子化単位で量子化されることにより、ＥＣＵ５のマイコン６のＲＯＭに温度係数と対応づけて記憶されるＩＧオフ時間の数を多く確保できながら、そのＲＯＭに記憶されるデータサイズ（ＩＧオフ時間推定テーブルのサイズ）の増大を抑制することができる。その結果、モータ温度の推定のためのデータサイズの増大を抑制しつつ、モータ温度を広範に推定することができる。

なお、温度係数が小さいほど、ＩＧオフ時間が大きい量子化単位で量子化されることにより、ＥＣＵ５のマイコン６のＲＯＭに、所定値Ａ以上の温度係数と対応づけて、相対的に小さい量子化単位で量子化されたＩＧオフ時間が記憶され、所定値Ａ未満の温度係数と対応づけて、相対的に大きい量子化単位で量子化されたＩＧオフ時間が記憶されていてもよい。

電動パワーステアリング装置１では、モータ温度が過熱保護ロジック閾値以上に上昇すると、指令電流値よりも低い値の制限電流値が設定されて、電動モータＭに供給される実電流値が制限電流値以下に制限される。このとき、制限電流値は、一定の時間変化率で低減するように設定される。これにより、電動モータＭに供給される実電流値を時間経過とともに徐々に減少させることができる。その結果、電動モータＭから出力されるトルクを徐々に減少させることができ、ステアリング操作が急に重くなることによる違和感をユーザに与えることを防止できる。

そして、モータ温度が過熱保護ロジック閾値を下回ると、回復処理により、制限電流値が引き上げられる。このとき、制限電流値は、一定の時間変化率で増加するように設定される。これにより、電動モータＭに供給される実電流値を時間経過とともに徐々に増加させることができる。そのため、電動モータＭから出力されるトルクを徐々に増大させることができ、ステアリング操作が急に軽くなることによる違和感をユーザに与えることを防止できる。また、回復処理中は、電動モータＭに供給される実電流値が、モータ温度が過熱保護ロジック閾値以下であるときの実電流値よりも低く設定される。これにより、回復処理に伴う背反としてのステアリング操作の重さの変動幅をコントロールし、操舵性の低下を抑制することができる。これにより、ユーザに対してステアリング操作が重くなったり、軽くなったりする感覚を与えることを防止できる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、パラメータの一例として、ＩＧオフ時間を取り上げたが、パラメータは、温度係数およびモータ低下温度と相関関係がある値であればよく、電動モータＭおよびＥＣＵ５の冷却時間であってもよく、電動モータＭおよびＥＣＵ５を強制的に冷却する装置（冷却水循環装置など）が設けられる構成では、その装置の動作時間であってもよい。

また、本発明は、電動パワーステアリング装置１に限らず、自動操舵のための操舵装置に適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：電動パワーステアリング装置（操舵装置）
２：ステアリング機構
５：ＥＣＵ（制御装置）
６：マイコン（温度検出手段、温度係数算出手段、パラメータ取得手段、モータ温度推定手段、過熱防止処理手段、回復処理手段）
８：温度センサ（温度検出手段）
１１：ＩＧオフ時間推定テーブル（パラメータ記憶手段）
Ｍ：電動モータ

Claims (3)

1. 車両のステアリング機構に付与される動力を発生する電動モータと、
   前記電動モータを制御する制御装置と、を含み、
   前記制御装置は、
   前記制御装置に関する温度を検出する温度検出手段と、
   前記制御装置に関する温度から算出される温度係数を、前記温度検出手段により検出される温度を用いて算出する温度係数算出手段と、
   前記温度係数および前記電動モータのモータ温度の両方と相関関係があるパラメータを前記温度係数と対応づけて記憶するパラメータ記憶手段と、
   前記温度係数算出手段により算出される前記温度係数に対応する前記パラメータを前記パラメータ記憶手段から取得するパラメータ取得手段と、
   前記パラメータ取得手段により取得された前記パラメータに基づいて、前記モータ温度を推定するモータ温度推定手段と、を備え、
   前記温度係数と前記パラメータとは、前記温度係数が小さいほど、前記パラメータが大きく、かつ、前記温度係数が小さくなるにつれて、前記温度係数の一定の変化量に対する前記パラメータの変化量が大きくなる関係を有し、
   前記パラメータと前記モータ温度とは、前記パラメータが大きくなるにつれて、前記パラメータの一定の変化量に対する前記モータ温度の変化量が小さくなる関係を有しており、
   前記パラメータ記憶手段には、所定値以上の前記温度係数と対応づけて、相対的に小さい量子化単位で量子化された前記パラメータが記憶され、前記所定値未満の前記温度係数と対応づけて、相対的に大きい量子化単位で量子化された前記パラメータが記憶されている、操舵装置。
2. 前記制御装置は、オフ要求に応じて動作を停止し、その後のオン要求に応じて動作を開始し、
   前記温度係数算出手段は、前記制御装置の動作停止前に前記温度検出手段により検出された温度と、前記制御装置の次の動作開始後に前記温度検出手段により検出された温度とを用いて、前記温度係数を算出し、
   前記パラメータは、前記オフ要求から次の前記オン要求までのオフ時間である、請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記電動モータは、前記ステアリング機構の操舵を補助する操舵補助力として動力を発生するものであり、
   前記制御装置は、
   前記モータ温度推定手段により推定された前記モータ温度が所定温度以上に上昇した場合に、前記電動モータに供給される実電流の出力値を低減させる加熱防止処理を行う過熱防止処理手段と、
   前記過熱防止処理手段による前記実電流の出力値の低減後に、前記モータ温度推定手段により推定された前記モータ温度が前記所定温度を下回ることを条件として、前記実電流の出力値を回復させる回復処理を行う回復処理手段と、をさらに備え、
   前記回復処理手段は、前記回復処理中における前記実電流の出力値が、前記モータ温度が前記所定温度以下であるときの前記実電流の出力値よりも低くなるように出力制御する、請求項１または２に記載の操舵装置。

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