(57)【要約】【課題】電流が流れるユニットの温度を精度良く推定することが可能な温度推定装置を提供すること。【解決手段】電流が流れるユニットにおいて、前記ユニットを、電流により発熱する発熱部と、ユニット周辺から放熱する放熱部にモデル化し、前記ユニットに流れる電流値の二乗を第１時定数を有するローパスフィルタを介して出力することで発熱部推定温度とし、前記ユニットに流れる電流値の二乗を前記第１時定数よりも大きな第２時定数を有するローパスフィルタを介して出力することで放熱部推定温度とし、前記ユニットの推定温度を、前記発熱部推定温度と前記放熱部推定温度の和とした。【選択図】        図１
2005012888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れるユニットの温度推定装置において、
前記ユニットを、電流により発熱する発熱部と、ユニット周辺から放熱する放熱部にモデル化し、
前記ユニットに流れる電流値の二乗を第１時定数を有するローパスフィルタを介して出力することで、発熱部推定温度とし、
前記ユニットに流れる電流値の二乗を前記第１時定数よりも大きな第２時定数を有するローパスフィルタを介して出力することで放熱部推定温度とし、
前記ユニットの推定温度を、前記発熱部推定温度と前記放熱部推定温度の和としたことを特徴とする温度推定装置。
【請求項２】
電動モータにより電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータ電流検出手段により検出した電流値に基づいて電動モータの温度を推定する温度推定手段と、
前記温度推定手段により推定された温度に基づいて電流制限値を算出する電流制限値算出手段と、
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記電動モータを、電流により発熱する発熱部と、電動モータ周辺から放熱する放熱部にモデル化し、
前記電動モータに流れる電流値の二乗を第１時定数を有するローパスフィルタを介して出力することで、発熱部推定温度とし、
前記電動モータに流れる電流値の二乗を前記第１時定数よりも大きな第２時定数を有するローパスフィルタを介して出力することで放熱部推定温度とし、
前記電動モータの推定温度を、前記発熱部推定温度と前記放熱部推定温度の和としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流が流れるユニットの温度を推定する技術に関し、特に、電動パワーステアリング装置に備えられた電動モータの温度推定技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動モータの温度を推定する技術として特許文献１に記載の技術が知られている。この公報には、モータ電流検出手段により検出された電流値と端子間電圧値を用いてモータの温度を推定している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１００９１３号公報（図８参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置にあっては、推定した温度に放熱分の温度変化が考慮されていないため、高い推定精度は望めない。特に、ロックエンド突き当て時に急激にモータ電流が上昇する場合には、推定誤差が大きいため、推定温度に基づく電流制限値とは別に、ロックエンド突き当ての電流制限値を演算するロジックが必要となり、電流制限制御が複雑になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に着目してなされたもので、電流が流れるユニットの温度を精度良く推定することが可能な温度推定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため請求項１記載の発明では、電流が流れるユニットの温度推定装置において、前記ユニットを、電流により発熱する発熱部と、ユニット周辺から放熱する放熱部にモデル化し、前記ユニットに流れる電流値の二乗を第１時定数を有するローパスフィルタを介して出力することで発熱部推定温度とし、前記ユニットに流れる電流値の二乗を前記第１時定数よりも大きな第２時定数を有するローパスフィルタを介して出力することで放熱部推定温度とし、前記ユニットの推定温度を、前記発熱部推定温度と前記放熱部推定温度の和とした。
【０００７】
よって、ユニットの発熱に関するモデル化を正確に達成することが可能となり、温度を精度良く推定することができる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明では、請求項１に記載の温度推定装置を電動パワーステアリング装置の電動モータの温度推定に適用したことで、精度の良いモータ温度推定を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、電流が流れるユニットを発熱部と放熱部にモデル化した図である。このとき、発熱部の温度推定では、電流値の二乗を短い時定数τ１を有するローパスフィルタにて抽出し、発熱量に基づく発熱部温度を推定する。更に、放熱部の温度推定では、電流値の二乗を長い時定数τ２を有するローパスフィルタにて抽出し、放熱量に基づく放熱部温度を推定する。次に、推定した発熱部温度と放熱部温度の和をユニットの推定温度とする。
【００１０】
図２は、ある一定電流値をユニットに流した場合の温度変化を表す図である。図２に示すように、発熱部の推定温度と放熱部の推定温度を加算したユニット推定温度は実際に計測したユニット実測温度とほぼ一致した結果が得られる。このように、ユニットに応じて時定数τ１，τ２を適宜設定することで、極めて推定精度の高い温度推定装置を提供することができる（請求項１に対応）。
【００１１】
（第１実施例）
次に、上述の温度推定装置の論理を適用した第１実施例について説明する。第１実施例では、温度推定装置の論理をパワーステアリング装置に適用したものである。
【００１２】
図３は電動パワーステアリング装置の全体構成を表すシステム図である。まず、構成について説明すると、ステアリングホイール１にはコラムシャフト２を介してユニバーサルジョイント３、中間軸４、ユニバーサルジョイント５が設けられている。このユニバーサルジョイント５には、入力軸６に接続されたピニオン軸９及びラック軸１０からなる操舵機構によってタイロッド１１を操作し、操舵輪１７Ｌ，１７Ｒの操舵方向を決定する。
【００１３】
入力軸６には、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ７と、操舵アシスト力を付与する減速器８が設けられている。この減速器８は電動モータ１２によって駆動され、運転者の操舵力をアシストする。
【００１４】
コントロールユニット１３は、車速センサ１４からの車速信号及びトルクセンサ７からのトルク信号を入力し、バッテリ１６を電源として電動モータ１２へ電流を供給する。運転者がステアリングホイール１を操作すると、操作方向に応じて電動モータ１２の回転方向が切り換えられ、運転者の操舵力をアシストする。
【００１５】
図４はコントロールユニット１３内の構成を表すブロック図である。
車速算出手段２０１では、車速センサ１４からの信号を車速Ｖに変換する。
操舵トルク算出手段２０２では、トルクセンサ７からの信号をトルクＴに変換する。
基本アシストトルク算出手段２０３では、車速Ｖ及びトルクＴから基本アシストトルクをマップ等より算出する。
トルク微分補正トルク算出手段２０４では、トルクＴを微分する。そして、運転者の操舵に対して電動モータ１２の慣性力を補償するための慣性補償電流値を、操舵トルク微分値及び車速Ｖに基づいて算出する。
ダンピングトルク算出手段２０５では、ステアリング操作に対して抵抗を付与することを補償するために、舵角速度推定手段２１２により推定された舵角速度と反対方向に作用するダンピング電流値を算出する。
【００１６】
指示電流算出手段２０６では、各算出手段で算出された電流値を加減し、モータ電流指令値を算出する。この算出されたモータ電流指令値は、電流制限手段２０７において、電動パワーステアリング装置の作動状態や温度推定手段２１５等により、モータ電流指令値に制限を加える。この制限されたモータ電流指令値が最終的な指令値として電流フィードバック制御手段２０８に出力される。
パワー素子駆動手段２０９では、電流指令値を駆動回路２１０へ出力し、駆動回路２１０から電動モータ１２へ電流が供給される。
【００１７】
電動機端子電圧検出手段２１１では、電動モータ１２の端子電圧を検出し、舵角速度推定手段２１２へ出力する。
モータ電流検出手段２１４では、バッテリ１６から駆動回路２１０へ供給される電流値を検出し、舵角速度推定手段２１２へ出力すると共に、電流フィードバック制御手段２０８へ出力する。
温度推定手段２１５では、検出されたモータ電流値からモータ温度を推定し、温度に応じた電流制限値を電流制限手段２０７へ出力する。
【００１８】
図５は温度推定手段２１５の構成を表すブロック図である。発熱量換算部３０１では、検出されたモータ電流値Ｉを二乗する。すなわち、発熱量とは、Ｉ２Ｒ〔Ｒは抵抗値〕に略比例するため、電流値の二乗が発熱量に比例するパラメータとなる。
【００１９】
第１ローパスフィルタ３０２では、電流値の二乗を時定数τ１（例えば８〜９ｓ）のローパスフィルタを介して出力するもので、電動モータ１２の発熱部推定温度に比例する値Ｔｅｍｐ１を出力する。ここで、ローパスフィルタは下記式により表される。
Ｙｎ＝Ｔ（Ｘ−Ｙｎ−１）／τ１＋Ｙｎ−１
Ｙｎ：ローパスフィルタ後の電流二乗値（今回制御周期分）
Ｙｎ−１：ローパスフィルタ後の電流二乗値（前回制御周期分）
Ｘ：電流二乗値（フィルタ前）
Ｔ：制御周期
とする。
【００２０】
第２ローパスフィルタ３０３では、電流値の二乗を時定数τ２（例えば数百ｓ）のローパスフィルタを介して出力するもので、電動モータ１２の放熱部推定温度に比例する値Ｔｅｍｐ２を出力する。
【００２１】
第１ゲイン乗算部３０４では、第１ローパスフィルタ３０２の出力値Ｔｅｍｐ１に第１ゲインＫ１を乗ずることで発熱部推定温度Ｔｅｍｐ１’を出力する。
【００２２】
第２ゲイン乗算部３０５では、第２ローパスフィルタ３０３の出力値Ｔｅｍｐ２に第２ゲインＫ２を乗ずることで放熱部推定温度Ｔｅｍｐ２’を出力する。
【００２３】
加算部３０６では、発熱部推定温度と放熱部推定温度を加算し、モータ推定温度Ｔｅとして出力する。
【００２４】
図６は推定温度と制限電流値の関係を表すマップである。図６に示すように、温度が上昇すると、過度の発熱による焼き付きを防止するために、徐々に制限電流値が小さく設定されるよう構成されており、高温状態では電流制限値が０にセットされるものとする。
【００２５】
ここで、図４の電流制限手段２０７では、推定された温度に基づいて図６に示すマップから電流制限値を出力する。第１実施例における電動パワーステアリング装置では、温度推定が精度良く達成されるため、温度推定値に基づく電流制限値のロジックのみを備えていればよく、ロックエンド突き当て時のように電流値が急激に上昇するような場合の特別なロジックを必要とせず、制御を簡略化することができる（請求項２に対応）。
【００２６】
図７はモータ温度推定値の算出過程を表すフローチャートである。
ステップ４０１では、発熱部用電流二乗値Ｔｅｍｐ１を算出し、ステップ４０２へ進む。
【００２７】
ステップ４０２では、放熱部用電流二乗値Ｔｅｍｐ２と前記発熱部用電流二乗値Ｔｅｍｐ１を同じ値とし、ステップ４０３へ進む。
【００２８】
ステップ４０３からステップ４０６にかけて、発熱部の電流一次遅れ値を算出し、ステップ４０７へ進む。尚、当該ステップ４０３からステップ４０６は、【００１９】に記載のローパスフィルタの式に相当する。
【００２９】
ステップ４０７において、算出した発熱部の電流一次遅れ値（すなわち発熱量に比例した値）に温度補正定数の要素を考慮に入れて発熱部の推定温度Ｔｅｍｐ１’を算出し、ステップ４０８へ進む。
【００３０】
ステップ４０８からステップ４１１にかけて、放熱部の電流一次遅れ値を算出し、ステップ４１２へ進む。尚、当該ステップ４０８からステップ４１１は、【００１９】に記載のローパスフィルタの式に相当する。
【００３１】
ステップ４１２において、算出した放熱部の電流一次遅れ値（すなわち発熱量に比例した値）に温度補正定数の要素を考慮に入れて放熱部の推定温度Ｔｅｍｐ２’を算出し、ステップ４１３へ進む。
【００３２】
ステップ４１３において、発熱部推定温度と放熱部推定温度の和から推定温度Ｔｅを算出し、本制御フローを終了する。
【００３３】
図８は、本発明と従来例との間の推定温度と実温度との関係に伴う電流制限値の違いを表す図である。
図８（ａ）は、本実施例における推定温度と電流制限値の関係を表す。図８（ｂ）は、従来例において実温度が推定温度よりも高い場合における推定温度と電流制限値の関係を表す。図８（ｃ）は、従来例において実温度が推定温度よりも低い場合における推定温度と電流制限値の関係を表す。
【００３４】
従来例では、図８（ｂ）に示すように、実温度に比べて推定温度が低い場合、電流制限値がなかなか制限されない。よって、更に温度が上昇し、モータの焼き付きを発生する虞がある。
【００３５】
また、図８（ｃ）に示すように、実温度に比べて推定温度が高い場合、実際にはさほどモータ温度が上昇してないにもかかわらず、電流値を制限してしまう。よって、所望の操舵アシストトルクを得られず、運転者に違和感を与えてしまうという問題がある。
【００３６】
上記図８（ｂ）及び図８（ｃ）に対し、本願発明における図８（ａ）では、推定温度が適正な値を取っている。よって、その温度に応じた電流制限値が加えられるため、過度に電流値が制限されることがなく、また、温度上昇によるモータ焼き付きを防止することができる。
【００３７】
以上説明したように、第１実施例の電動パワーステアリング装置にあっては、短い時定数を持つローパスフィルタを介して抽出した電流値の二乗によりモータ発熱部の発熱量を推定し、また、長い時定数を持つローパスフィルタを介して抽出した電流値の二乗によりモータ放熱部の発熱量を推定し、発熱部推定温度と放熱部推定温度の和をモータ推定温度とすることとした。これにより、モータ温度推定値が実温度に近い温度となり、精度の良いモータ温度推定を行うことができる。
また、推定温度の精度悪化により、過度に電流制限を加えてしまうことによる操舵アシスト不足や、電流制限が加えられないことによる電動モータ１２の焼き付きを防止することができる。
また、高い推定精度が得られるため、電流制限値の設定をロックエンド突き当て条件に関わることなくモータ推定温度のみを用いて行うことが可能となり、ロックエンド突き当ての電流制限の演算を省略することで、制御の簡素化を図ることができる（請求項２に対応）。
【００３８】
尚、第１実施例では、電動パワーステアリング装置の電動モータに対する温度推定に適用したが、この構成に限られるものではなく、例えば駆動回路の温度推定に用いても良い。また、電動パワーステアリング装置に限らず、電流値によって発熱する部位については、発熱部及び放熱部の時定数を適宜設定すれば、特に適用部位に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における電流が流れるユニットの温度推定の構成を表す図である。
【図２】実施の形態１における推定温度と実測温度との関係を表す図である。
【図３】第１実施例における電動パワーステアリング装置の全体構成を表すシステム図である。
【図４】第１実施例におけるコントロールユニット内の構成を表すブロック図である。
【図５】第１実施例における温度推定手段の構成を表すブロック図である。
【図６】第１実施例における温度と電流制限値の関係を表すマップである。
【図７】第１実施例におけるモータ温度推定値の算出過程を表すフローチャートである。
【図８】本発明と従来例との間の温度推定精度毎の推定温度と電流制限値の関係を表す図である。
【符号の説明】
１        ステアリングホイール
２        コラムシャフト
３        ユニバーサルジョイント
４        中間軸
５        ユニバーサルジョイント
６        入力軸
７        トルクセンサ
８        減速器
９        ピニオン軸
１０        ラック軸
１１        タイロッド
１２        電動モータ
１３        コントロールユニット
１４        車速センサ
１５        イグニッションスイッチ
１６        バッテリ
１７        操舵輪
【図１】
2005012888.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005012888.tif 000008
【図７】
2005012888.tif 000009
【図８】
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