(57)【要約】  【課題】電動モータに大きな電流が流れ続けるのを確実に防止できるパワーステアリング装置を提供する。  【解決手段】  マイクロコンピュータ３は、モータ電流制限部３７および回転速度制限部３８を備えている。モータ電流制限部３７は、素子温度Ｔが予め定める制限開始温度Ｔ0より高い場合に、素子温度Ｔに応じたモータ電流制限値を設定し、駆動回路４から電動モータ２９に供給されるモータ電流値がその素子温度Ｔに応じたモータ電流制限値以下となるように、ＰＩ制御演算部３５によって設定される制御指令値に制限を加える。回転速度制限部３８は、素子温度Ｔが上記制限開始温度Ｔ0より高い場合に、素子温度Ｔに応じた回転速度制限値を設定し、目標回転速度設定部３２によって設定される目標回転速度Ｎａをその素子温度Ｔに応じた回転速度制限値以下に制限する。【選択図】        図２
2005193700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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補助を達成するパワーステアリング装置であって、
上記電動モータの稼働状況に応じて変化する温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段による検出温度が予め定める制限開始温度よりも高いことを条件として、上記温度検出手段による検出温度に応じたモータ電流制限値を設定するモータ電流制限値設定手段と、
上記電動モータに流れるモータ電流値を上記モータ電流制限値設定手段によって設定されたモータ電流制限値以下に制限するモータ電流制限手段と、
車両の操向のための操作部材の操作量の時間変化率である操作速度を演算する操作速度演算手段と、
この操作速度演算手段によって演算される操作速度に基づいて、上記電動モータの目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、
上記温度検出手段による検出温度が上記制限開始温度よりも高いことを条件として、上記温度検出手段による検出温度に応じた回転速度制限値を設定する回転速度制限値設定手段と、
上記目標回転速度設定手段によって設定される目標回転速度を上記回転速度制限値設定手段によって設定された回転速度制限値以下に制限する回転速度制限手段と
を含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
上記モータ電流制限値設定手段は、上記温度検出手段による検出温度が高いほどモータ電流制限値を小さな値に設定するものであることを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置。
【請求項３】
上記回転速度制限値設定手段は、上記温度検出手段による検出温度が高いほど回転速度制限値を小さな値に設定するものであることを特徴とする請求項１または２記載のパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によって操舵補助力を発生させる電動ポンプ式のパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリング操作を補助するパワーステアリング装置には、電動モータによりオイルポンプを駆動して、オイルポンプからパワーシリンダに作動油を供給し、このパワーシリンダの発生トルクを操舵補助力としてステアリング機構に与える電動ポンプ式のものがある。オイルポンプは、電動モータの回転速度に応じた流量の作動油を送出する。また、ステアリング軸には、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてねじれを生じるトーションバーと、このトーションバーのねじれの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧制御弁とが組み込まれている。油圧制御弁は、オイルポンプとパワーシリンダとの間の油圧系統に介装されていて、この油圧制御弁の開度およびオイルポンプからの作動油の流量に応じた操舵補助力がパワーシリンダから発生される。
【０００３】
電動モータは、電子制御ユニットに備えられたマイクロコンピュータによって制御される。マイクロコンピュータは、たとえば、ステアリングホイールの舵角速度および車速に応じた目標回転速度を設定するとともに、電動モータの実際の回転速度である実回転速度を監視する。そして、目標回転速度に対する実回転速度の偏差に基づいて、電動モータをフィードバック制御する。より具体的には、マイクロコンピュータは、目標回転速度に対する実回転速度の偏差に応じたデューティのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を作成して、そのＰＷＭ制御信号を電動モータの駆動回路（インバータ回路）に与える。これにより、駆動回路から電動モータに駆動電力が供給されて、電動モータがステアリングホイールの舵角速度および車速に応じた目標回転速度で駆動される。
【特許文献１】特開平１１−３２１６７７号公報
【特許文献２】特開平３−１３２４７１号公報
【特許文献３】特開平３−１３２４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動モータに大きな電流が流れ続けると、電動モータや駆動回路内のパワー素子が異常高温状態になって故障するおそれがある。したがって、電動ポンプ式のパワーステアリング装置では、電動モータに大きなモータ電流が流れ続けるのを防止するための対策を講じることが不可欠である。
電動モータに大きなモータ電流が流れ続けるのを防止するために、たとえば、駆動回路の基板上に温度センサを設けて、この温度センサの検出温度が予め定める上限温度を超えた場合に、電動モータの目標回転速度を所定速度以下に制限することにより、電動モータに供給されるモータ電流を小さく抑えることが考えられる。しかしながら、この方策では、電動モータに大きな電流が流れ続けるのを防止することができない場合があった。
【０００５】
たとえば、ステアリングホイールが最大舵角（端当て）付近まで回転操作された状態では、パワーシリンダに大きな油圧を与えて、パワーシリンダから大きな操舵補助力を発生させる必要があるため、電動モータに大きな電流が供給される。このとき、ステアリングホイールがゆっくりと操作されていれば、電動モータの目標回転速度はステアリングホイールの舵角速度に応じて低く設定される。このような場合、上記の方策では、電動モータの目標回転速度に実質上制限が加えられず、電動モータに大きなモータ電流が流れ続けるのを防止することができない。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、電動モータに大きなモータ電流が流れ続けるのを確実に防止でき、これにより、電動モータや電動モータに駆動電力を供給する駆動回路内のパワー素子が異常高温状態に陥って故障するのを防止できるパワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モータ（２９）によってオイルポンプ（２７）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補助を達成するパワーステアリング装置であって、上記電動モータの稼働状況に応じて変化する温度を検出する温度検出手段（９）と、この温度検出手段による検出温度が予め定める制限開始温度よりも高いことを条件として、上記温度検出手段による検出温度に応じたモータ電流制限値を設定するモータ電流制限値設定手段（３７）と、上記電動モータに流れるモータ電流値を上記モータ電流制限値設定手段によって設定されたモータ電流制限値以下に制限するモータ電流制限手段（３７）と、車両の操向のための操作部材の操作量の時間変化率である操作速度を演算する操作速度演算手段（３１）と、この操作速度演算手段によって演算される操作速度に基づいて、上記電動モータの目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段（３２）と、上記温度検出手段による検出温度が上記制限開始温度よりも高いことを条件として、上記温度検出手段による検出温度に応じた回転速度制限値を設定する回転速度制限値設定手段（３８）と、上記目標回転速度設定手段によって設定される目標回転速度を上記回転速度制限値設定手段によって設定された回転速度制限値以下に制限する回転速度制限手段（３８）とを含むことを特徴とするパワーステアリング装置である。
【０００８】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
上記の構成によれば、温度検出手段による検出温度が予め定める制限開始温度よりも高いときには、電動モータに流れるモータ電流値が温度検出手段による検出温度に応じたモータ電流制限値以下に制限され、また、電動モータの目標回転速度が温度検出手段による検出温度に応じた回転速度制限値以下に制限される。
【０００９】
これにより、たとえば、操作部材がステアリングホイールであって、このステアリングホイールが最大舵角（端当て）付近でゆっくりと回転操作されることによって、電動モータに大きな電流が供給され続けた結果、温度検出手段による検出温度が制限開始温度を超えると、電動モータに流れるモータ電流値が温度検出手段による検出温度に応じたモータ電流制限値以下に制限される。また、ステアリングホイールの素早い操作が繰り返されて、電動モータが高回転速度で回転駆動され続けた結果、温度検出手段による検出温度が制限開始温度を超えると、電動モータの目標回転速度が温度検出手段による検出温度に応じた回転速度制限値以下に制限される。したがって、いずれの場合であっても、電動モータに大きな電流が流れ続けることがなく、電動モータや電動モータに駆動電力を供給する駆動回路内のパワー素子が異常高温状態に陥って故障することを防止できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記モータ電流制限値設定手段は、上記温度検出手段による検出温度が高いほどモータ電流制限値を小さな値に設定するものであることを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置である。
この構成によれば、温度検出手段による検出温度が高いほどモータ電流制限値が小さな値に設定されるから、電動モータや駆動回路内のパワー素子が異常高温状態に陥って故障するのをより効果的に防止することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、上記回転速度制限値設定手段は、上記温度検出手段による検出温度が高いほど回転速度制限値を小さな値に設定するものであることを特徴とする請求項１または２記載のパワーステアリング装置である。
この構成によれば、温度検出手段による検出温度が高いほど回転速度制限値が小さな値に設定されるから、電動モータや駆動回路内のパワー素子が異常高温状態に陥って故障するのをより効果的に防止することができる。
【００１２】
なお、上記温度検出手段は、上記電動モータを駆動するための駆動回路（４）内の駆動素子（４１）の温度を検出するものであってもよいし、上記電動モータを駆動するための駆動回路が実装された基板の温度を検出するものであってもよい。また、上記電動モータのケーシングの温度を検出するものであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、この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、この発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の構成を示す概念図である。このパワーステアリング装置は、車両のステアリング機構１に関連して設けられ、このステアリング機構１に操舵補助力を与えるためのものである。
ステアリング機構１は、運転者によって操作されるステアリングホイール１１（操作部材）と、このステアリングホイール１１に連結されたステアリング軸１２と、ステアリング軸１２の先端部に設けられたピニオンギヤ１３と、車両の左右方向に延びたラック軸１４とを備えている。ラック軸１４には、ラックギヤ部１４ａが形成されていて、このラックギヤ部１４ａにピニオンギヤ１３が噛合している。ラック軸１４の両端には、タイロッド１５がそれぞれ結合されており、このタイロッド１５は、それぞれ、舵取り車輪としての前左輪ＦＬおよび前右輪ＦＲを支持するナックルアーム１６に結合されている。ナックルアーム１６は、キングピン１７まわりに回動自在に設けられている。
【００１４】
この構成により、ステアリングホイール１１が操作されてステアリング軸１２が回転されると、この回転がピニオンギヤ１３およびラック軸１４によって車両の左右方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム１６のキングピン１７まわりの回動に変換されて、前左輪ＦＬおよび前右輪ＦＲの転舵が達成される。
ステアリング軸１２には、ステアリングホイール１１に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてねじれを生じるトーションバー２１と、このトーションバー２１のねじれの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧制御弁２２とが組み込まれている。油圧制御弁２２は、ステアリング機構１に操舵補助力を与えるパワーシリンダ２３に接続されている。パワーシリンダ２３は、ラック軸１４に一体的に設けられたピストン２３１と、ピストン２３１によって区画された一対のシリンダ室２３２，２３３とを有しており、シリンダ室２３２，２３３は、それぞれ、オイル供給／帰還路２４，２５を介して、油圧制御弁２２に接続されている。
【００１５】
また、油圧制御弁２２は、リザーバタンク２６およびオイルポンプ２７を通るオイル循環路２８の途中部に介装されている。オイルポンプ２７は、電動モータ２９によって駆動され、リザーバタンク２６に貯留されている作動油を汲み出して油圧制御弁２２に供給する。
ステアリングホイール１１が左方向へ回転操作されると、トーションバー２１にねじれが生じ、オイル供給／帰還路２５を介して、油圧制御弁２２からパワーシリンダ２３のシリンダ室２３３に作動油が供給される。すると、シリンダ室２３２，２３３間に油圧差が生じ、この油圧差によって、パワーシリンダ２３のピストン２３１が左方向へ移動する。これにより、ラック軸１４に左方向の操舵補助力が作用することになる。逆に、ステアリングホイール１１が右方向へ回転操作されたときには、オイル供給／帰還路２４を介して、油圧制御弁２２からパワーシリンダ２３のシリンダ室２３２に作動油が供給される。そして、シリンダ室２３２，２３３間に生じる油圧差によって、パワーシリンダ２３のピストン２３１が右方向へ移動し、ラック軸１４に右方向の操舵補助力が作用する。オイルポンプ２７から油圧制御弁２２に供給された作動油のうち、余剰分の作動油は、油圧制御弁２２からオイル循環路２８を介してリザーバタンク２６に帰還される。また、トーションバー２１にねじれがほとんど加わっていない状態では、油圧制御弁２２は、いわば平衡状態となり、作動油は、パワーシリンダ２３に供給されることなく、オイル循環路２８を循環する。
【００１６】
電動モータ２９は、たとえば、３相ブラシレスモータで構成されており、この電動モータ２９の駆動制御は、マイクロコンピュータ３が駆動回路４をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより達成されるようになっている。駆動回路４は、２個の駆動素子４１（たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴ）の直列回路が３つ並列に接続され、この並列回路が電源としての車載バッテリＢとアースとの間に直列に接続された３相ブリッジインバータ回路の構成を有している。各直列回路は、電動モータ２９のＵ相、Ｖ相またはＷ相に一対一に対応づけられて、２個の駆動素子４１の接続点でそれぞれ対応する相端子に接続されている。
【００１７】
マイクロコンピュータ３には、舵角センサ５、車速センサ６、モータ角センサ７およびモータ電流センサ８の出力信号が与えられるようになっている。舵角センサ５は、たとえば、ステアリング軸１２に関連して設けられていて、そのステアリング軸１２（ステアリングホイール１１）が一定角度回転する度にパルス信号を出力する。車速センサ６は、一定周期で車速を検出し、その検出した車速に応じた信号を出力する。モータ角センサ７は、たとえば、電動モータ２９のロータが一定角度回転する度にパルス信号を出力するものであってもよいし、ロータの回転位置に応じた信号を出力するものであってもよい。また、モータ電流センサ８は、駆動回路４から電動モータ２９に至る給電経路上に配設されたホール素子などで構成されていて、駆動回路４から電動モータ２９に供給されるモータ電流値に応じた信号を出力する。
【００１８】
マイクロコンピュータ３にはさらに、駆動回路４内の駆動素子４１の温度（素子温度）を検出する素子温度センサ９（温度検出手段）の出力信号が与えられるようになっている。素子温度センサ９は、たとえば、サーミスタなどの感熱素子で構成され、所定の駆動素子４１の近傍に配置されていて、その駆動素子４１の温度に応じた検出信号を出力する。
図２は、マイクロコンピュータ３の機能を説明するためのブロック図である。マイクロコンピュータ３は、プログラム処理を実行することにより、舵角センサ５から与えられる信号に基づいて、ステアリングホイール１１の舵角速度（ステアリングホイール１１の舵角の時間変化率）を演算する舵角速度演算部３１（操作速度演算手段）と、この舵角速度演算部３１によって演算される舵角速度および車速センサ６によって検出される車速に基づいて、電動モータ２９の目標回転速度Ｎａを設定する目標回転速度設定部３２（目標回転速度設定手段）と、モータ角センサ７からの信号に基づいて、電動モータ２９の実際の回転速度（ロータの回転角の時間変化率）である実回転速度Ｎを演算するモータ回転速度演算部３３と、目標回転速度設定部３２によって設定される目標回転速度Ｎａとモータ回転速度演算部３３によって演算される実回転速度Ｎとの偏差（Ｎａ−Ｎ）を演算する偏差演算部３４と、ＰＩ（Proportional-Integral：比例積分）制御演算を行うことにより、偏差演算部３４が演算する偏差（Ｎａ−Ｎ）に応じた電動モータ２９の制御指令値を設定するＰＩ制御演算部３５と、このＰＩ制御演算部３５によって設定された制御指令値に基づいて、駆動回路４に与えるべきＰＷＭ制御信号を生成する駆動信号生成部３６とを実質的に備えている。駆動信号生成部３６で生成されたＰＷＭ制御信号が駆動回路４に与えられると、駆動回路４に含まれる各駆動素子４１がオン／オフし、そのオン／オフに応じたモータ電流が駆動回路４から電動モータ２９に供給される。
【００１９】
マイクロコンピュータ３はさらに、駆動回路４から電動モータ２９に供給されるモータ電流値を制限するためのモータ電流制限部３７（モータ電流制限値設定手段、モータ電流制限手段）と、目標回転速度設定部３２によって設定される目標回転速度Ｎａを制限するための回転速度制限部３８（回転速度制限値設定手段、回転速度制限手段）とを実質的に備えている。
【００２０】
モータ電流制限部３７には、モータ電流センサ８および素子温度センサ９の出力信号が与えられるようになっている。モータ電流制限部３７は、素子温度センサ９によって検出される素子温度Ｔに基づいて、ＰＩ制御演算部３５によって設定される制御指令値に制限を加えることにより、駆動回路４から電動モータ２９に供給されるモータ電流値を実質的に制限する。より具体的には、モータ電流制限部３７は、素子温度センサ９によって検出される素子温度Ｔが予め定める制限開始温度Ｔ0より高い場合に、素子温度Ｔに応じたモータ電流制限値を設定し、駆動回路４から電動モータ２９に供給されるモータ電流値（モータ電流センサ８によって検出されるモータ電流値）がその素子温度Ｔに応じたモータ電流制限値以下となるように、ＰＩ制御演算部３５によって設定される制御指令値に制限を加える。
【００２１】
モータ電流制限値は、図３に示すマップに従って設定される。図３に示すマップは、マイクロコンピュータ３に内蔵されたメモリ（図示せず）に格納されており、素子温度Ｔが上記制限開始温度Ｔ0から予め定める温度Ｔ1（Ｔ1＞Ｔ0）までの範囲で、素子温度Ｔの上昇に対して、モータ電流制限値が制限値Ｉ0と制限値Ｉ1（Ｉ1＜Ｉ0）との間で単調に減少（この実施形態では、リニアに減少）し、素子温度Ｔが上記温度Ｔ1以上の範囲で、モータ電流制限値が素子温度Ｔに関係なく上記制限値Ｉ1をとるように定められている。
【００２２】
回転速度制限部３８には、素子温度センサ９の出力信号が与えられるようになっている。回転速度制限部３８は、素子温度センサ９によって検出される素子温度Ｔに基づいて、目標回転速度設定部３２によって設定される目標回転速度Ｎａを制限する。より具体的には、回転速度制限部３８は、素子温度センサ９によって検出される素子温度Ｔが上記制限開始温度Ｔ0より高い場合に、素子温度Ｔに応じた回転速度制限値を設定し、目標回転速度設定部３２によって設定される目標回転速度Ｎａをその素子温度Ｔに応じた回転速度制限値以下に制限する。
【００２３】
回転速度制限値は、図４に示すマップに従って設定される。図４に示すマップは、マイクロコンピュータ３に内蔵されたメモリ（図示せず）に格納されており、素子温度Ｔが上記制限開始温度Ｔ0から予め定める温度Ｔ2（Ｔ2＞Ｔ0）までの範囲で、素子温度Ｔの上昇に対して、回転速度制限値が制限値Ｎ0と制限値Ｎ1（Ｎ1＜Ｎ0）との間で単調に減少（この実施形態では、リニアに減少）し、素子温度Ｔが上記温度Ｔ2以上の範囲で、回転速度制限値が素子温度Ｔに関わらず上記制限値Ｎ1をとるように定められている。
【００２４】
以上の構成により、駆動回路４内の駆動素子４１の近傍に配置された素子温度センサ９によって検出される素子温度Ｔが予め定める制限開始温度Ｔ0よりも高いときには、駆動回路４から電動モータ２９に供給されるモータ電流値が、素子温度Ｔが高いほど小さな値に制限され、また、目標回転速度設定部３２によって設定される目標回転速度Ｎａが、素子温度Ｔが高いほど小さな値に制限される。
【００２５】
たとえば、低速走行中にステアリングホイール１１の素早い回転操作が繰り返されて、電動モータ２９が高回転速度で回転駆動され続けた結果、素子温度Ｔが制限開始温度Ｔ0を超えると、電動モータ２９の目標回転速度Ｎａが素子温度Ｔに応じた回転速度制限値以下に制限される。また、ステアリングホイール１１が最大舵角（端当て）付近でゆっくりと回転操作されることによって、電動モータ２９に大きな電流が供給され続けた結果、素子温度Ｔが制限開始温度Ｔ0を超えると、駆動回路４から電動モータ２９に供給されるモータ電流値が素子温度Ｔに応じたモータ電流制限値以下に制限される。したがって、いずれの場合であっても、電動モータ２９に大きな電流が流れ続けることがなく、電動モータ２９や駆動回路４内の駆動素子４１が異常高温状態になって故障するおそれがない。
【００２６】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、駆動回路４内の駆動素子４１の温度Ｔを素子温度センサ９によって検出し、その検出した素子温度Ｔに応じて、電動モータ２９に流れるモータ電流値および電動モータ２９の目標回転速度Ｎａに制限を加える構成を取り上げたが、駆動回路４が実装された基板上に温度センサを設けて、この温度センサによって検出される基板の温度に応じて、モータ電流値および電動モータ２９の目標回転速度Ｎａに制限を加えるようにしてもよい。また、電動モータ２９のケーシングに温度センサを設けて、この温度センサによる検出温度に応じて、モータ電流値および電動モータ２９の目標回転速度Ｎａに制限を加えるようにしてもよい。
【００２７】
さらにまた、モータ電流値および目標回転速度の両方に制限が加えられなくてもよく、たとえば、素子温度Ｔが制限開始温度Ｔ0を超えると、まず、モータ電流値を素子温度Ｔに応じたモータ電流制限値以下に制限し、この制限によって素子温度Ｔが制限開始温度Ｔ0を下回らない場合に限り、電動モータ２９の目標回転速度Ｎａを素子温度Ｔに応じた回転速度制限値以下に制限するようにしてもよい。これによって、たとえば、低速走行中にステアリングホイール１１の素早い回転操作が繰り返されるときに、電動モータ２９の目標回転速度Ｎａに制限が加えられるのをなるべく避けることができ、操舵補助力の変化による操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
【００２８】
さらに、操作部材としてステアリングホイール１１が採用された構成を取り上げたが、ステアリングホイール１１に限らず、直線的に操作されるレバーや足で操作されるペダルなどが操作部材として用いられてもよい。
その他、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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の構成を示す概念図である。
【図２】マイクロコンピュータの機能を説明するためのブロック図である。
【図３】素子温度とモータ電流制限値との関係を定めたマップを示す図である。
【図４】素子温度と回転速度制限値との関係を定めたマップを示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      ステアリング機構
３      マイクロコンピュータ
４      駆動回路
９      素子温度センサ（温度検出手段）
１１    ステアリングホイール（操作部材）
２７    オイルポンプ
２９    電動モータ
３１    舵角速度演算部（操作速度演算手段）
３２    目標回転速度設定部（目標回転速度設定手段）
３７    モータ電流制限部（モータ電流制限値設定手段、モータ電流制限手段）
３８    回転速度制限部（回転速度制限値設定手段、回転速度制限手段）
４１    駆動素子
【図１】
2005193700.tif 000003
【図２】
2005193700.tif 000004
【図３】
2005193700.tif 000005
【図４】
2005193700.tif 000006