(57)【要約】【課題】モータ電流を正確に算出できる車両用伝達比可変操舵システムを提供する。【解決手段】本発明の車両用伝達比可変操舵システム１００は、駆動源である駆動モータ３１によって操舵角に対する転舵角の伝達比を可変とする伝達比可変装置３０と、この駆動モータへの通電を制御する制御装置６０とを備え、前記制御装置が、所定部位の温度推定等を行うために駆動モータに流れるモータ電流を算出するとき、電源電圧に応じて異なる基準デジタル値を読込み、この基準デジタル値と電流センサからＡ／Ｄ変換器を介して入力されたデジタル入力値とを比較して、モータ電流を算出することを特徴とする。これにより、電源電圧によって基準デジタル値が変動しても、正確なモータ電流の算出がなされる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
該電源から電力が供給されて駆動される駆動体と、
該電源から駆動体へ流れ込む駆動電流を検出する電流センサと、
該電流センサからのアナログ入力をデジタル出力するＡ／Ｄ変換器と、
該Ａ／Ｄ変換器から入力されたデジタル入力値から該駆動電流を算出して所定の処理を行う算出処理手段とを備えた電流算出処理装置であって、
前記算出処理手段は、
前記電源の電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
該電源電圧の変化に対応した異なる複数の前記基準デジタル値を記憶する記憶手段と、
該電源電圧検出手段によって検出された該電源電圧に対応する該基準デジタル値を該記憶手段から読出す読出手段と、
該読出した該基準デジタル値に基づいて前記デジタル入力値に対応する前記駆動電流を算出する電流算出手段と、
該算出された駆動電流に基づいて所定の処理を行う処理手段と、
を備えることを特徴とする電流算出処理装置。
【請求項２】
操舵ハンドル側に連結されて操舵角の入力される入力軸と、
該転舵輪側に連結されて転舵角の出力される出力軸と、
該入力軸と該出力軸との間に介在し、駆動源である駆動モータによって該操舵角に対する該転舵角の伝達比を可変とする伝達比可変装置と、
該駆動モータへ電力供給する電源と、
該伝達比を車両の走行状態に応じて変更すべく該電源から該駆動モータへの通電を制御する制御装置とを備える車両用伝達比可変操舵システムにおいて、
前記制御装置は、
前記電源から前記駆動モータへ流れ込む駆動電流を検出する電流センサと、
該電流センサからのアナログ入力をデジタル出力するＡ／Ｄ変換器と、
該Ａ／Ｄ変換器から入力されたデジタル入力値から該駆動電流を算出して所定の処理を行う算出処理手段とを備え、
該算出処理手段は、
該電源の電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
該電源電圧の変化に対応した異なる複数の前記基準デジタル値を記憶する記憶手段と、
該電源電圧検出手段によって検出された該電源電圧に対応する該基準デジタル値を該記憶手段から読出す読出手段と、
該読出した該基準デジタル値に基づいて前記デジタル入力値に対応する該駆動電流を算出する電流算出手段と、
該算出された駆動電流に基づいて所定の処理を行う処理手段と、
を備えることを特徴とする車両用伝達比可変操舵システム。
【請求項３】
前記処理手段は、前記電流算出手段によって算出された駆動電流に基づき所定部位の温度推定を行う温度推定手段である請求項２に記載の車両用伝達比可変操舵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出したアナログ電流値をデジタル変換したデジタル電流値に基づいて所望の処理を行う電流算出処理装置およびそれを利用した車両用伝達比可変操舵システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
操舵ハンドル（以下、適宜「ハンドル」という。）の操作負担を軽減するために、最近では、油圧式または電動式のパワーステアリング装置が殆どの車両に設けられている。ところが、パワーステアリング装置を備えていても、車庫入れ等する場合にはハンドルを何度も大きく切り返したりしなければならず、その操作負担は依然大きい。
【０００３】
そこで、車庫入れ等する場合、ハンドルの操作量が小さくても、転舵輪（前車輪）が大きく切れるようにして、ハンドルの操作負担をさらに軽減してスムーズな運転を可能とする車両用伝達比可変操舵システム（以下、適宜「可変操舵システム」という。）が採用されつつある。この可変操舵システムは、ハンドルとパワーステアリング装置等との間に介在して、ハンドルの操作量（操舵角）と転舵輪の転舵角との伝達比を可変とするものである。そして、低速運転中はその伝達比が大きく、高速運転中はその伝達比が小さく設定されている。この可変操舵システムは、下記特許文献１にもあるように、例えば、３相ＤＣブラシレスモータ（以下、適宜、「駆動モータ」という。）で駆動され、このモータの制御は、可変操舵システムの電子制御装置（ＥＣＵ）によりなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２８７６６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記駆動モータやその周辺の過熱によるシステム故障等を未然に回避するために、可変操舵システムの温度把握が重要となる。その中でも、熱に対する最弱部位の温度把握が重要である。例えば、可変操舵システムの場合、駆動モータに電力を供給するスパイラルケーブル等がその最弱部位となることが多い。このような最弱部位の温度を直接測定することは困難であるため、駆動モータに流れる電流値から、最弱部位の温度推定をすることが考えられる。例えば、図２を参照すると解るように、駆動モータの駆動回路全体へ流れる電流値（駆動電流）をその上流側に設けた電流センサで一括して検出する。検出された電流値から各相電流を推定する。この推定された相電流に基づき、最弱部位の温度推定を行う。
【０００６】
この最弱部位の温度推定が精度良く行われるには、それらの処理を行うコンピュータによってその前提となる駆動電流が正確に認識されなければならない。このコンピュータには、当然ながら、電流センサで検出されたアナログ値をＡ／Ｄ変換したデジタル値が入力されている。そして、例えば、その入力されたデジタル値を基準デジタル値（例えば、零点オフセット値）と比較して、その差から駆動電流を算出している。ここで従来、この基準デジタル値は一定として取扱われていた。
【０００７】
しかし本発明者が調査研究したところ、この基準デジタル値は電源電圧によって変動し得ることが明らかとなった。そして、基準デジタル値は一定として電流算出を行っていたのでは、コンピュータによる正確な電流検出はなされないことが解った。
なお、これまでは、電流算出処理装置の一例である車両用伝達比可変操舵システムの場合について説明したが、上記課題はこれに限られるものではない。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、正確な電流算出とそれに基づく処理を行える電流算出処理装置およびそれを利用した車両用伝達比可変操舵システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、電源電圧によって異なる複数の基準デジタル値を予め定めておき、電源電圧の変動に応じて最適な基準デジタル値を採用して、より正確な駆動電流の算出を行うことを思いつき、本発明を完成するに至った。
【００１０】
（電流算出処理装置）
すなわち、本発明の電流算出処理装置は、電源と、該電源から電力が供給されて駆動される駆動体と、該電源から駆動体へ流れ込む駆動電流を検出する電流センサと、該電流センサからのアナログ入力をデジタル出力するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から入力されたデジタル入力値から該駆動電流を算出して所定の処理を行う算出処理手段とを備えた電流算出処理装置であって、
前記算出処理手段は、前記電源の電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、該電源電圧の変化に対応した異なる複数の前記基準デジタル値を記憶する記憶手段と、該電源電圧検出手段によって検出された該電源電圧に対応する該基準デジタル値を該記憶手段から読出す読出手段と、該読出した該基準デジタル値に基づいて前記デジタル入力値に対応する前記駆動電流を算出する電流算出手段と、該算出された駆動電流に基づいて所定の処理を行う処理手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
（車両用伝達比可変操舵システム）
本発明は、上記電流算出処理装置を利用した一形態として、車両用伝達比可変操舵システムとしても把握できる。
【００１２】
すなわち、本発明は、操舵ハンドル側に連結されて操舵角の入力される入力軸と、該転舵輪側に連結されて転舵角の出力される出力軸と、該入力軸と該出力軸との間に介在し、駆動源である駆動モータによって該操舵角に対する該転舵角の伝達比を可変とする伝達比可変装置と、該駆動モータへ電力供給する電源と、該伝達比を車両の走行状態に応じて変更すべく該電源から該駆動モータへの通電を制御する制御装置とを備える車両用伝達比可変操舵システムにおいて、
前記制御装置は、前記電源から前記駆動モータへ流れ込む駆動電流を検出する電流センサと、該電流センサからのアナログ入力をデジタル出力するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から入力されたデジタル入力値から該駆動電流を算出して所定の処理を行う算出処理手段とを備え、
該算出処理手段は、該電源の電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、該電源電圧の変化に対応した異なる複数の前記基準デジタル値を記憶する記憶手段と、該電源電圧検出手段によって検出された該電源電圧に対応する該基準デジタル値を該記憶手段から読出す読出手段と、該読出した該基準デジタル値に基づいて前記デジタル入力値に対応する該駆動電流を算出する電流算出手段と、該算出された駆動電流に基づいて所定の処理を行う処理手段とを備えることを特徴とする車両用伝達比可変操舵システムとしても良い。
【００１３】
（作用効果）
本発明によると、電流算出手段により駆動電流が算出され、処理手段によりその算出結果に基づいた所望の処理がなされる。ここで、電流算出手段は、Ａ／Ｄ変換された電流センサの出力値（デジタル入力値）に基づいて駆動電流を算出するが、その際に基準となる基準デジタル値が電源電圧に対応して変更される。この基準デジタル値の変更は、具体的には、電源電圧に対応して記憶手段に記憶されていた基準デジタル値が読出手段から読出されて行われる。なお、電源電圧の検出は、電源電圧検出手段によりなされるが、これは例えば、電源に設けた電圧センサのアナログ出力をＡ／Ｄ変換器によりデジタル出力させたものでも良いし、電源電圧信号として外部から入力されたものでも良い。
【００１４】
いずれにしろ、電源電圧によって基準デジタル値が変動するような場合であっても、本発明によれば、正確な駆動電流の算出が可能となり、前記処理手段はより的確な処理を行える。
本発明の電流算出処理装置の場合、電源および駆動体の種類や形態等は問わない。電源電圧が多少なりとも変動するものである限り、本発明は有効である。例えば、電源を自動車のバッテリとし、駆動体を上記可変操舵システムの駆動モータとしても良いし、電源を商用電源等とし、駆動体を工作機械やロボットの駆動モータ等としても良い。
【００１５】
本発明でいう算出処理手段は、例えば、マイコン等のコンピュータによって構成され、読出手段、電流算出手段、処理手段等はコンピュータプログラム等の作動により実現される。また、記憶手段は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ、ＨＤＤ等の不揮発性メモリにより実現される。なお、Ａ／Ｄ変換器は、マイコン等に一体化したものでも良いし、電流センサの近傍に設けられてマイコン等から分離されたものでも良い。
【００１６】
本発明の電流算出手段による算出方法は、特に限定されないが、例えば、Ａ／Ｄ変換後のデジタル入力値［ＬＳＢ］と基準デジタル値［ＬＳＢ］との差分に比例定数を乗じて、駆動電流は求められる。なお、基準デジタル値は、例えば、駆動電流が零点となるオフセット値と考えれば良い。
【００１７】
本発明の処理手段による処理内容は、特に限定されないが、例えば、駆動体へ通電量を制御するためのデューティー比の算出でも良いし、駆動電流に起因する発熱量の算出やそれに伴う所定部位の温度推定、さらには、その温度推定に伴う異常（フェール）判定等であっても良い。
【００１８】
そこで本発明の車両用伝達比可変操舵システムの場合、前記処理手段は、例えば、前記電流算出手段によって算出された駆動電流に基づき所定部位の温度推定を行う温度推定手段とすると好適である。本発明によると、電流算出手段による電流算出精度が向上するため、結果的に、温度推定手段による温度推定精度も高まる。この温度推定される所定部位は、過熱による最弱部位を選ぶのが好ましく、例えば、スパイラルケーブルである。
【００１９】
ところで、この可変操舵システムの場合、このような温度推定精度の向上によって、より的確な異常判定がなされ、システムの稼働率向上等が図られる。例えば、この可変操舵システムを利用して転舵輪の据え切りを繰返し行う場合を考える。この場合、走行時よりも大きな駆動電流が流れて、駆動モータに至るスパイラルケーブル等は過熱され易い。そこで従来から、そのスパイラルケーブル等を保護する観点から、スパイラルケーブル周辺の温度が高温であると推定されたとき（つまり、異常状態と判定されたとき）、駆動モータへの駆動電流の供給が遮断されて、可変操舵システムは停止状態とされていた。ここで従来、基準デジタル値がより安全側に固定されていたため、温度推定が正確ではなく、早期に異常状態（過熱状態）と判定されることがあった。その結果、可変操舵システムを利用した可能な据え切り回数は必ずしも十分ではなかった。これに対し、本発明によると、上記温度推定精度が高まるため、より的確な異常判定がなされ、無駄な余裕分が減り、従来よりも据え切り回数を増やすことが可能となった。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
本発明の車両用伝達比可変操舵システム１００（以下、「可変操舵システム１００」という。）の全体的な概要を図１に示す。
可変操舵システム１００は、操舵ハンドル１０（以下、「ハンドル１０」という。）に一端側が固定されて一体的に回転する入力軸２０と、この入力軸２０の他端側が連結されて操舵角が入力される伝達比可変操舵装置３０と、伝達比可変操舵装置３０に一端側が固定されて転舵角が出力される出力軸４０と、伝達比可変操舵装置３０を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）６０とからなる。
【００２１】
伝達比可変操舵装置３０は、入力軸２０と出力軸４０とを相対回転可能に連結しており、ブラシレスモータ３１（駆動体）によって変位駆動される。これによって、入力軸２０と出力軸４０との間で回転量の伝達比（転舵角／操舵角）が変化させられる。詳細を図示しないが、伝達比可変操舵装置３０は、筒形状のハウジングの内周側に固定されたステータと、さらにその内側に中空シャフトと一体化したロータとが配置されてなり、これらのステータとロータとによってブラシレスモータ３１（駆動モータ）が構成される。
【００２２】
ＥＣＵ６０は、入力軸２０に設けられた操舵角センサ２１および外部の車速センサ７０から入力された各種信号に基づき、ブラシレスモータ３１の回転量を制御している。操舵角センサ２１は、入力軸２０に設けられており、相対回転角を検出するロータリーエンコーダからなる。ここから２相のパルス信号がＥＣＵ６０に出力される。ＥＣＵ６０は、この２相のパルス信号の位相差を基に、ハンドル１０の回転方向を検知すると共にパルス数をカウントし、ハンドル１０の相対回転角（操舵角と転舵角との差）を検知する。なお、ＥＣＵ６０とブラシレスモータ３１との間は、伝達比可変操舵装置３０のハウジング（つまり、ブラシレスモータ３１のステータ）自体が回転するため、渦巻帯状のスパイラルケーブル３２によって接続されている。
【００２３】
また、出力軸４０の他端側は、ラックアンドピニオン式の電動パワーステアリング装置５０に連結されている。電動パワーステアリング装置５０によって駆動されるラック軸５１の両側にはタイロッド等を介して転舵輪ＦＷが連結されている。
【００２４】
次に、ブラシレスモータ３１の三相コイルＵ、Ｖ、Ｗに回転磁界を生じさせるための駆動回路を図２に示す。この駆動回路（インバータ回路）は、ＥＣＵ６０内に設けられており、各相毎に１対設けられたスイッチング素子（ＦＥＴ）６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂのＯＮ／ＯＦＦによって電源（Ｖｃ）側から供給される直流（ＤＣ）がパルス状の交流に変換される。各ＦＥＴ６１〜６３のスイッチングは、制御部６６によってＰＷＭ制御されている。
【００２５】
制御部６６は、マイコン等のコンピュータによって構成される。具体的にいうと、各種センサの検出信号をアナログ値からデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器６６１と、各種のプログラムやデータが記憶された記憶部６６２と、Ａ／Ｄ変換器６６１から入力される各種センサの検出信号や記憶部６６２から読出したプログラムおよびデータに基づいて演算および処理を行う演算処理部６６３とからなる。なお、記憶部６６２は、ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ等）およびＲＡＭからなり、演算処理部６６３は主にＣＰＵからなる。ここで、ＥＣＵ６０は本発明でいう制御装置を構成し、制御部６６は本発明でいう算出処理手段を構成する。そして、記憶部６６２が本発明でいう記憶手段に相当し、演算処理部６６３が本発明でいう読出手段、電流算出手段および処理手段（温度推定手段）に相当する。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換器６６１には、前述したＥＣＵ６０外にある操舵角センサ２１および車速センサ７０からアナログの検出信号が入力されると共に、ＥＣＵ６０内に設けた電流センサ６４および電圧モニタ回路６５からもアナログの検出信号が入力されている。そして、Ａ／Ｄ変換器６６１は、それらのアナログ信号をデジタル信号に変換して演算処理部６６３に出力している。ここで、電圧モニタ回路６５（電源電圧検出手段）は、バッテリ９０（電源）からＥＣＵ６０へ供給されるバッテリ電圧Ｖｂ（電源電圧）を検出している。また、電流センサ６４は、そのバッテリ９０からブラシレスモータ３１の前記駆動回路へ供給されるバッテリ電流Ｉ０（駆動電流）を一括して検出している。
【００２７】
次に、制御部６６によってなされる、スパイラルケーブル３２（最弱部位）を流れるモータ電流Ｉの推定およびスパイラルケーブル３２の温度θの推定について説明する。
モータ電流Ｉは、電流センサ６４および電圧モニタ回路６５によって検出されたバッテリ電流Ｉ０およびバッテリ電圧Ｖｂに基づいて次式により算出される。
Ｉ＝Ｉ０  ・Ｖｂ／｛Ｖｂ・（ｄ＋ｄｃ）｝
【００２８】
ここでｄは、ＦＥＴ６１〜６３をＰＷＭ制御する際のデューティー比であり、車両の運転状況に応じて演算処理部６６３により随時算出されている。ｄｃは、そのｄをバッテリ電圧Ｖｂに応じて補正する電圧補正デューティー比である。この電圧補正デューティー比ｄｃは、バッテリ電圧Ｖｂに対して比例的に算出される。
【００２９】
ところで、上記バッテリ電流Ｉ０は、Ａ／Ｄ変換器６６１からのデジタル入力値に基づいて把握される。具体的には、Ａ／Ｄ変換器６６１からのデジタル入力値とバッテリ電流Ｉ０が零となる零点オフセット値（基準デジタル値）との差分に、１［ＬＳＢ］あたりの電流値を乗じて、バッテリ電流Ｉ０が算出される。ここで本実施形態の場合、その零点オフセット値はバッテリ電圧Ｖｂに対応して複数設定され、前記記憶部６６２にマップデータとして記憶されている。そして、検出されたバッテリ電圧Ｖｂに対応した零点オフセット値が適宜、その記憶部６６２から読出され、バッテリ電流Ｉ０が算出される。
【００３０】
一例を挙げると、Ａ／Ｄ変換器６６１が１０ビットＡ／Ｄ変換器の場合、バッテリ電圧Ｖｂ≦１１［Ｖ］での零点オフセット値：４０９［ＬＳＢ］、１１［Ｖ］＜バッテリ電圧Ｖｂ≦１３［Ｖ］での零点オフセット値：４１０［ＬＳＢ］、１３［Ｖ］≦バッテリ電圧Ｖｂでの零点オフセット値：４１１［ＬＳＢ］等のマップが記憶部６６２に記憶されている。そして、例えば、バッテリ電圧Ｖｂが１２［Ｖ］なら、零点オフセット値として４１０［ＬＳＢ］を読込む。そして、この零点オフセット値と、バッテリ電流に対応して検出されたデジタル入力値（最大：１０２４［ＬＳＢ］）との差を求める。その差に、比例常数Ｋ［Ａ／ＬＳＢ］を乗じて、バッテリ電流Ｉ０を求める。このように、本実施形態では、バッテリ電圧Ｖｂの変化に応じて最適な零点オフセット値を選択することで、より正確にバッテリ電流Ｉ０を求めることができる。
なお、このモータ電流Ｉの算出に必要となるバッテリ電圧Ｖｂは、電圧モニタ回路６５およびＡ／Ｄ変換器６６１を介して読込まれ、電圧補正デューティー比ｄｃは、バッテリ電圧Ｖｂに対応する値が記憶部６６２から読込まれる。
【００３１】
次に、こうして算出したモータ電流に基づいてなされる温度推定処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。
先ず、ステップＳ１１で、上記のようにしてモータ電流Ｉ（ｎ）を算出する。ここでモータ電流Ｉ（ｎ）は、イグニッションＯＮ時等の起算点から順次カウントしたモータ電流Ｉのｎ番目を意味する。
【００３２】
ステップＳ１２で、スパイラルケーブル３２での発熱量に比例したモータ電流Ｉ（ｎ）の２乗値Ｉ（ｎ）２を算出する。ステップＳ１３で、カウンタ値ｎに対応したなまし回数Ｎを読出す。さらに、ステップＳ１４で、前回の演算結果であるＡ（ｎ−１）を読出す。なお、Ａ（ｎ）は、このスパイラルケーブル３２での発熱量を指標する発熱指標値である。ステップＳ１５で、モータ電流の２乗値Ｉ（ｎ）２、なまし回数Ｎおよび発熱指標値Ａ（ｎ−１）に基づいて、今回（ｎ番目）の発熱指標値Ａ（ｎ）を算出する。このときの算出式は、Ａ（ｎ）＝Ｉ（ｎ）２＋Ａ（Ｎ−１）−Ａ（ｎ−１）／Ｎである。
【００３３】
ステップＳ１６で、温度変換係数Ｋを読出す。この温度変換係数Ｋは、発熱指標値Ａ（ｎ）からスパイラルケーブル３２の温度上昇分を換算するものであり、試験的に求められる。ステップＳ１７で、スパイラルケーブル３２の雰囲気温度θ０を算定する。このスパイラルケーブル３２の雰囲気温度θ０は、ＥＣＵ６０の基板に設けられた温度検出センサの出力信号を、雰囲気温度マップを対応付けて温度推定したものである。ステップＳ１８で、発熱指標値Ａ（ｎ）、温度変換係数Ｋおよびスパイラルケーブル３２の雰囲気温度θ０に基づいて、スパイラルケーブル３２のケーブル温度θを算出する。そして、制御部６６は、このケーブル温度θが基準温度θｓ以上と判定すると、可変操舵システム１００をフェールセーフモードに切替える。
【００３４】
なお、この温度推定に際して必要となる算出式、データ等は記憶部６６２に記憶されており、そこから適宜読出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である車両用伝達比可変操舵システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】その実施形態で使用されるモータ駆動回路を示す要部回路図である。
【図３】その実施形態でなされるスパイラルケーブルの温度推定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０        操舵ハンドル
２０        入力軸
３０        伝達比可変操舵装置
３１        ブラシレスモータ
３２        スパイラルケーブル
４０        出力軸
６０        ＥＣＵ（制御装置）
６６        制御部（算出処理手段）
ＦＷ        転舵輪
１００      車両用伝達比可変操舵システム（電流算出処理装置）
【図１】
2004336868.tif 000003
【図２】
2004336868.tif 000004
【図３】
2004336868.tif 000005