JP3652141B2

JP3652141B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3652141B2
Application number: JP31337698A
Authority: JP
Inventors: 和彦藤田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1998-11-04
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: US6161069A; DE69935484D1; JP2000142434A; DE69935484T2; EP0999114B1; EP0999114A3; EP0999114A2; BR9906049A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーステアリング装置に関し、特に、電動モータによってオイルポンプを駆動して油圧を発生させ、この発生された油圧によって操舵を補助する、いわゆる電動油圧式のパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電動モータによりオイルポンプを回転させ、オイルポンプからパワーシリンダに作動油を供給することで、ステアリングホイールの操作力を軽減させる電動油圧式のパワーステアリング装置が公知である。
この種のパワーステアリング装置では、通常、操舵されている場合にのみ電動モータが駆動され、操舵補助（アシスト）が行われるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、雰囲気温度が極低温（例えば−４０°Ｃ）の場合に電動モータを起動するとき、作動油の粘性抵抗は非常に高くなっている。
このような場合に、操舵補助を行うべく電動モータが起動されても、背圧が高いので電動モータが駆動できないか、駆動できても電動モータの回転速度が一定以上にならない。このような場合に操舵を開始しても、操舵補助は十分に行われずに、いわゆる引っかかり感が強い。したがって、速やかに電動モータを回転させて作動油を循環させて温める構成を採用することが望まれている。
【０００４】
一方、パワーステアリング装置には、電動モータドライバ素子を保護するため、ドライバ素子の温度検出信号を入力する手段が設けられている
このドライバ素子の冷却には、通常油冷構造がとられているので、ドライバ素子の温度と油温との間には一定の関連があることが予測される。ドライバ素子の温度から油温が推定できれば、特に油温センサを設けなくても、油温を知ることができるので、電動モータ起動条件を適切に設定することができる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、油温センサを使用することなく、直接油温の推定ができるパワーステアリング装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、電動モータ駆動回路を構成する素子が複数ある場合、１つの温度センサを設置するだけで、他の素子の温度が推定でき、もってそれぞれの素子の保護をすることができるパワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
前記目的を達成するための本発明のパワーステアリング装置は、電動モータを駆動するためのドライバ素子の温度を検出する温度検出手段と、電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電動モータに流れる電流と、その電流によって生じるドライバ素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率との関係を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された関係から、電流検出手段により検出された電流に対する温度上昇率を求めて累和することにより、油温に対する温度上昇値を求め、求めた温度上昇値と温度検出手段で検出されたドライバ素子の温度とに基づき、油温を推定する演算手段とを含むものである（請求項１）。
【０００７】
本発明によれば、電動モータが駆動されると、その電流を検出し、その電流によって生じるドライバ素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率をデータより求め、時間的に累和して、油温に対する温度上昇値とすることができる。そして、この温度上昇値と、ドライバ素子の温度とから油温を推定することができる。
【０００８】
この推定された油温を用いれば、例えば、油温が低くて作動油の粘性抵抗が高い場合には、油温が高くて作動油の粘性抵抗が低い場合に比べてオイルポンプを高速に駆動して、短時間で油温を上げることができる。
すなわち、油温センサを使用することなく、直接油温を推定でき、極低温時でもモータの起動が行える。
【０００９】
また、本発明のパワーステアリング装置は、電動モータ駆動回路を構成する素子が複数あり、いずれかの素子又は環境の温度を検出する温度検出手段と、電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電動モータに流れる電流と、その電流によって生じる各素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率との関係をそれぞれ記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された関係から、電流検出手段により検出された電流に対する温度上昇率を求めて累和することにより、各素子の温度上昇値をそれぞれ求め、求めた各温度上昇値と前記温度検出手段で検出された温度とに基づき、各素子の温度を推定する演算手段と、前記演算手段により推定された各素子の温度に基づいて、各素子の保護を行う素子保護手段とを含むものである（請求項２）。
【００１０】
ここでいう「環境」とは、各素子と共通して熱的に接触している対象をいう。この発明によれば、電動モータの電流を検出し、その電流によって生じるそれぞれの素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率をデータより求め、時間的に累和して、環境に対する温度上昇値とすることができる。
したがって、温度検出手段がいずれかの素子の温度を検出するものであれば、いずれか１つの素子の温度を検出しておけば、その素子と環境との温度差が分かり、他の素子と環境との温度差も分かるので、結局、各素子の温度を推定することができる。
【００１１】
また、温度検出手段が環境の温度を検出するものであれば、環境の温度を検出しておくことによっても、各素子と環境との温度差が分かるので各素子の温度を推定することができる。
よって、推定された各素子の温度に基づいて、各素子の保護を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態のパワーステアリング装置の全体構成を示す概要図である。このパワーステアリング装置は、車両に装着されて使用されるもので、ステアリング機構１における操舵を補助するためのものである。
【００１３】
ステアリング機構１には、ステアリングホイール２が備えられている。ステアリングホイール２にはステアリング軸３が連結されており、このステアリング軸３の先端部にはピニオンギア４が取り付けられている。ピニオンギア４は、車幅方向に延びたラックギア５に噛合している。ラックギア５には、タイロッド６を介して前輪タイヤ７が取り付けられている。
【００１４】
ステアリングホイール２が操作され、その回転力がステアリング軸３に伝達されると、その先端部のピニオンギア４が回転し、これに伴ってラックギア５が車幅方向に移動する。その結果、ラックギア５の移動がタイロッド６に伝達され、前輪タイヤ７の向きが変わる。
パワーステアリング装置には、操舵補助力を発生するためのパワーシリンダ２０が備えられている。パワーシリンダ２０は、ラック軸５に連結されたピストン２１と、このピストン２１によって形成される一対のシリンダ室２０ａ，２０ｂとを含んでいる。シリンダ室２０ａ，２０ｂには、それぞれ破線で示すオイル供給路２２ａ，２２ｂを介して油圧制御弁２３が接続されている。
【００１５】
油圧制御弁２３は、破線で示すオイル循環路２４の途中に介装されている。オイル循環路２４は、リザーバタンク２５に貯留されている作動油がオイルポンプ２６により汲み出され、この汲み出された作動油がオイルポンプ２６から吐出された後再びリザーバタンク２５に戻る経路である。
オイルポンプ２６は、電動モータＭによって駆動制御される。オイルポンプ２６が電動モータＭによって駆動されている場合には作動油はオイル循環路２４を循環し、駆動されていない場合には作動油の循環は停止している。
【００１６】
トルクセンサ２７は、ステアリング軸３に取り付けられたトーションバー８に関連して設けられており、ステアリング軸３に加えられたトルクに比例し、かつトルクの方向に応じた符号のトルク信号を出力する。トルクセンサ２７には、ポテンショメータからなる機械的接点を有する形式のものや、非接触式トルクセンサなどのいずれの形式のものであっても適用することができる。
【００１７】
油圧制御弁２３は、ステアリング軸３に加えられるトルクの方向および大きさに応じて開度が変化する。これにより、作動油のパワーシリンダ２０への供給状態が変化する。
パワーシリンダ２０のいずれかのシリンダ室に作動油が供給されると、ピストン２１が車幅方向に沿ういずれかの方向に移動する。これにより、操舵力が発生し、ラック軸５の移動が補助される。
【００１８】
図２は、電動モータＭとオイルポンプ２６とを一体化した油冷構造を説明するための部分断面図である。電動モータＭのハウジング内には、ドライバ素子３１を含む電子制御ユニットＥＣＵの基板３２が設けられ、オイルポンプ２６には金属体であるヒートシンク２６ａが付随している。このヒートシンク２６ａに接してドライバ素子３１が取り付けられ、電子制御ユニットＥＣＵの基板３２がその上に載った状態になっている。
【００１９】
ドライバ素子３１で発生した熱は、図２に矢印で示すとおり、ヒートシンク２６ａを通して拡散され、オイルポンプ２６内の作動油に伝わっていく。
電子制御ユニットＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータを含むものであり、電動モータＭの駆動を行う駆動回路２９を制御する。
【００２０】
図３は、電動モータＭに流れる電流ＩMとドライバ素子３１の温度上昇率Ｔ／ｔとの関係を示したグラフである。温度上昇率Ｔ／ｔは、図３に示すように、電動モータＭに流れる電流ＩMが大きくなるに従って２次関数的に大きくなる傾向にある。
前記ＲＯＭは、電動モータＭに流れる電流値ＩMと、ドライバ素子３１の油温に対する単位時間当たりの温度上昇率Ｔ／ｔの関係をマップ化してデータとして記憶している。
【００２１】
なお、このドライバ素子３１の温度上昇率Ｔ／ｔは、電動モータＭ、ドライバ素子３１、ヒートシンク２６ａ、オイルポンプ２６など、一体化された全体の熱容量によって決まるものであるので、ＲＯＭには、電動モータＭとオイルポンプ２６とを一体化して、実際にステアリング機構１に組み込んだ状態で実験的に求めたデータを記憶させることとなる。
【００２２】
図４は、電子制御ユニットＥＣＵ等の電気的接続状態を示す図である。電子制御ユニットＥＣＵにはトルクセンサ２７からトルク信号が与えられるようになっている。さらに、電子制御ユニットＥＣＵには、駆動回路２９の中のドライバ素子３１の温度検出信号が入力されるようになっている。前記ドライバ素子３１の温度は駆動回路２９に内蔵されているサーミスタ等により検出されるものである。
【００２３】
電動モータＭには車両のバッテリ３０からの電源が駆動回路２９を通して供給される。駆動回路２９は、電子制御ユニットＥＣＵから指令されるデューティ比でパルス幅変調された駆動信号を発生する回路である。そしてこの駆動回路２９を流れる電動モータに流れる電流値が検出され、電子制御ユニットＥＣＵに入力されるようになっている。
【００２４】
電子制御ユニットＥＣＵは、トルクセンサ２７から与えられるトルク信号、ドライバ素子３１の温度信号に基づいて、駆動回路２９を制御する。
図５は、電子制御ユニットＥＣＵによる電動モータ起動時の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
イグニッションスイッチ(IG)がオンされてエンジンが始動されると、これに応答して電子制御ユニットＥＣＵは、操舵トルクの大きさに応じた所定のデューティ比で電動モータＭの駆動を開始する（ステップＳ１）。その結果、オイルポンプ２６が駆動され、作動油がオイル循環路２４を循環する。
【００２５】
このとき、低温環境でなければ、作動油の温度は速やかに上がり、アシスト制御を支障なく行える状態になるが、低温環境であれば、作動油の温度がなかなか上昇せず、粘性抵抗が高いままである。
そこで、本処理では、電子制御ユニットＥＣＵは、駆動回路２９から与えられるドライバ素子３１の温度を読み取り（ステップＳ２）、前述したＲＯＭのテーブル（図３参照）を検索し、油温Ｔoを推定する（ステップＳ３）。
【００２６】
この推定方法を説明する。油温Ｔoの初期値は、ドライバ素子３１の温度に等しいとして、時間の経過とともに、電動モータＭに流れる電流ＩMに対応する温度上昇率Ｔ／ｔを、ＲＯＭから読み取っていく。そして、読み取られた各温度上昇率Ｔ／ｔを累和（時間積分）していって、現在の温度上昇値ΔＴを求める。現在の温度上昇値ΔＴが求められれば、油温を次のように推定することができる。
【００２７】
（油温推定値）＝（現在のドライバ素子の温度）−（現在の温度上昇値ΔＴ）そして、当該油温がしきい値ＴTH以下であると判別された場合には（ステップＳ４のＹＥＳ）、作動油の粘性抵抗が高いと判断し、電動モータＭを１００％のデューティ比で駆動する（ステップＳ５）。つまり、いままでアイドル回転やアシスト回転のために１００％未満の所定のデューティ比で駆動されていたものを、油温を速やかに上げるために、全力で作動油をオイル循環路２４に循環させるのである。この１００％駆動は一定時間（例えば２ｓｅｃ）続けられ（ステップＳ６）、一定時間が経過すると、１００％駆動は解除される（ステップＳ７）。これは、長時間駆動による電動モータの焼きつきやドライバ素子３１の損傷を防止するためである。
【００２８】
なお、本処理においては、ステップＳ５で電動モータＭを１００％のデューティ比で駆動しているが、比較的高速で回転させるものであれば、必ずしも１００％に限られるものではない。
一方、ステップＳ４で油温Ｔo がしきい値ＴTHより高いと判別された場合には、作動油の粘性抵抗は低くなり目的は達成されたと判断し、この処理を出る。
【００２９】
以上のように、この実施形態にかかるパワーステアリング装置によれば、作動油の粘性抵抗が相対的に高い場合には粘性抵抗が低くなるまで電動モータＭを駆動させているから、極低温下でも、電動モータＭの起動をスムーズに行わせることができる。したがって、走行中、しばらく無操舵状態が続いたときでも、次に操舵するときに、引っかかり感がある状態を防止できる。そのため、操作性の良いパワーステアリング装置とすることができる。
【００３０】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
この実施の形態では、駆動回路２９に含まれているドライバ素子である３相交流駆動用ＦＥＴとともに、ドライバ素子以外の素子である逆接防止用ＦＥＴ（バッテリの極性を間違えたときに遮断するためのもの）に注目する。これらの素子は、使用条件によって温度上昇カーブが次のように異なるため、従来、温度を監視するための温度センサがそれぞれ必要であった。
【００３１】
(a) ＰＷＭ１００％駆動時：逆接防止用ＦＥＴの温度上昇＞駆動用ＦＥＴの温度上昇
(b)ＰＷＭ１００％未満駆動時：逆接防止用ＦＥＴの温度上昇＜駆動用ＦＥＴの温度上昇
そこで、本発明の実施の形態では、いずれか１つの素子の温度のみを監視し、両素子の、環境に対する温度上昇率を電動モータ電流ＩMの関数としてマップ化してデータとしてそれぞれ記憶し、各素子の温度上昇値を演算することで１個の温度センサにて各素子の温度を推定する。ここで「環境」として、各素子と共通して熱的に接触しているものならば任意の対象を選ぶことができる。例えば、素子のパッケージ、ヒートシンク２６ａ、作動油などである。以下、ヒートシンクを選んだものとして説明を進める。
【００３２】
具体的には、次のようになる。
(1) 逆接防止用ＦＥＴに温度センサを取り付けた場合
ヒートシンクの推定温度は、（逆接防止用ＦＥＴの測定温度）−（逆接防止用ＦＥＴの温度上昇演算値）となる。
駆動用ＦＥＴの推定温度は、（ヒートシンクの推定温度）＋（駆動用ＦＥＴの温度上昇演算値）となる。
【００３３】
したがって、駆動用ＦＥＴの推定温度は、（逆接防止用ＦＥＴの測定温度）−（逆接防止用ＦＥＴの温度上昇演算値）＋（駆動用ＦＥＴの温度上昇演算値）となり、逆接防止用ＦＥＴの測定温度と記憶したマップから駆動用ＦＥＴの温度を推定することができる。
(2) 駆動用ＦＥＴに温度センサを取り付けた場合
ヒートシンクの推定温度は、（駆動用ＦＥＴの測定温度）−（駆動用ＦＥＴの温度上昇演算値）となる。
【００３４】
逆接防止用ＦＥＴの推定温度は、（ヒートシンクの推定温度）＋（逆接防止用ＦＥＴの温度上昇演算値）となる。
したがって、逆接防止用ＦＥＴの推定温度は、（駆動用ＦＥＴの測定温度）−（駆動用ＦＥＴの温度上昇演算値）＋（逆接防止用ＦＥＴの温度上昇演算値）となり、駆動用ＦＥＴの測定温度と記憶したマップから逆接防止用ＦＥＴの温度を推定することができる。
【００３５】
(3)ヒートシンクに温度センサを取り付けた場合
駆動用ＦＥＴの推定温度は、（ヒートシンクの測定温度）＋（駆動用ＦＥＴの温度上昇演算値）となる。
逆接防止用ＦＥＴの推定温度は、（ヒートシンクの測定温度）＋（逆接防止用ＦＥＴの温度上昇演算値）となる。
【００３６】
この場合は、１つの温度センサを設けることにより、駆動用ＦＥＴと逆接防止用ＦＥＴの温度をそれぞれ推定することができる。
したがって、各素子の推定温度を基にして、上限温度に最も早く達しそうな素子を保護するための手段を選ぶことができる。例えば、上限温度に最も早く達する素子があれば、他の素子が上限温度に達していなくても、電動モータを停止し、パワーステアリング機能をダウンさせることができる。
【００３７】
本発明の実施の一形態の説明は以上のとおりであるが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。前記実施形態では、駆動用ＦＥＴと逆接防止用ＦＥＴの温度をそれぞれ推定することを目的としたが、ドライバ素子である駆動用ＦＥＴ自体が複数ある場合にもいずれか１つの駆動用ＦＥＴの温度のみを監視し、他の駆動用ＦＥＴの、環境に対する温度上昇率を電動モータ電流ＩMの関数としてマップ化してデータとしてそれぞれ記憶することにより本発明を適用することができる。その他、本発明の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００３８】
次に、電動モータの技術を説明する。
電動ポンプにおいて、ブラシレスモータの回転速度制御を行う際に、相切替え整流用のディジタル出力型ホール素子のパルス信号を回転速度信号として利用している。しかし、分解能に制限があるため、極低速回転領域では、パルス周期が長くなり、安定した制御が行えず、いままで極低速回転での使用が制限されていた。
【００３９】
そこで、アナログ出力型ホール素子を使用し、ブラシレスモータの絶対回転角（電気角）を測定し、微分演算を行うことによって極低速からのモータ回転速度信号を得ることとし、極低速回転領域においても安定した制御を行うことができる。
また、電子制御ユニットＥＣＵ中の温度センサの検出温度を利用して、電動モータ中のホール素子の温度とすることによって、磁気の温度特性を補正し、より精度の高い回転速度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のパワーステアリング装置の全体構成を示す概要図である。
【図２】電動モータＭとオイルポンプ２６とを一体化した油冷構造を説明するための部分断面図である。
【図３】電動モータＭに流れる電流ＩMとドライバ素子の温度上昇率Ｔ／ｔとの関係を示したグラフである。
【図４】電子制御ユニットＥＣＵ等の電気的接続状態を示す図である。
【図５】電子制御ユニットＥＣＵにおける電動モータの駆動制御を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ステアリング機構
２ステアリングホイール
２０パワーシリンダ
２６オイルポンプ
２６ａヒートシンク
２９駆動回路
３１ドライバ素子
３２ＥＣＵ基板
ＥＣＵ電子制御ユニット
Ｍ電動モータ

Claims

電動モータによってオイルポンプを駆動して油圧を発生させ、この発生された油圧により操舵を補助するためのパワーステアリング装置であって、
電動モータを駆動するためのドライバ素子の温度を検出する温度検出手段と、
電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
電動モータに流れる電流と、その電流によって生じるドライバ素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率との関係を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された関係から、電流検出手段により検出された電流に対する温度上昇率を求めて累和することにより、油温に対する温度上昇値を求め、求めた温度上昇値と温度検出手段で検出されたドライバ素子の温度とに基づき、油温を推定する演算手段とを含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
電動モータによってオイルポンプを駆動して油圧を発生させ、この発生された油圧により操舵を補助するためのパワーステアリング装置であって、
電動モータ駆動回路を構成する素子が複数あり、
いずれかの素子又は環境の温度を検出する温度検出手段と、
電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
電動モータに流れる電流と、その電流によって生じる各素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率との関係をそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された関係から、電流検出手段により検出された電流に対する温度上昇率を求めて累和することにより、各素子の温度上昇値をそれぞれ求め、求めた各温度上昇値と前記温度検出手段で検出された温度とに基づき、各素子の温度を推定する演算手段と、
前記演算手段により推定された各素子の温度に基づいて、各素子の保護を行う素子保護手段とを含むことを特徴とするパワーステアリング装置。