(57)【要約】      （修正有）【課題】パワー素子を過熱保護する際に、電動パワーステアリング装置の正常動作範囲を広げることを可能にする。【解決手段】ＥＣＵ１のモータ駆動回路１３において、モータ２を駆動するパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６のオン時における電流を検出する電流モニタ１４と、パワーＭＯＳＦＥＴのオン時におけるドレイン・ソース間電圧を検出する電圧モニタ１５と、パワーＭＯＳＦＥＴ近傍の温度を検出する温度センサ１６を備える。電流モニタ１４及び電圧モニタ１５でそれぞれ検出した電流と電圧から、パワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を算出し、オン時における電流とオン抵抗から電力損失を求めてパワーＭＯＳＦＥＴの発熱量（温度上昇）を推定する。この発熱量に、温度センサ１６で検出した温度を加算することにより、パワーＭＯＳＦＥＴの実温度を求め、実温度が所定の閾値を超えないように、ＣＰＵ１１でモータ電流を変更制御する。【選択図】図１
2009126240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するための電流の制御値を生成する制御手段と、駆動素子によって前記モータを駆動するモータ駆動手段と、前記駆動素子を前記電流の制御値に基づいて制御する駆動素子制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記駆動素子のオン時における電流を検出する電流検出手段と、
前記駆動素子のオン時における電圧を検出する電圧検出手段と、
前記駆動素子が配置された近傍の温度を検出する温度検出手段と、
を備え、そして
前記制御手段は、
検出した前記電流と前記電圧とに基づいて、前記駆動素子の発熱量を推定し、
推定した前記発熱量と前記温度とを加算することにより、前記駆動素子の実温度を算出し、
算出した前記実温度に基づいて、前記電流の制御値を生成する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
検出した前記電流と前記電圧とに基づいて、前記駆動素子のオン抵抗を算出し、
検出した前記電流と算出した前記オン抵抗とに基づいて、前記駆動素子の電力損失を算出し、
算出した前記電力損失に基づいて、前記発熱量を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
【請求項３】
モータを駆動する電流の制御値を生成し、生成した前記電流の制御値に基づいて駆動素子を制御し、前記駆動素子によって前記モータを駆動する電動パワーステアリング装置の制御方法において、
前記駆動素子のオン時における電流を検出するステップと、
前記駆動素子のオン時における電圧を検出するステップと、
前記駆動素子が配置された近傍の温度を検出するステップと、
検出した前記電流と前記電圧とに基づいて、前記駆動素子の発熱量を算出するステップと、
算出した前記発熱量と前記温度とを加算することにより、前記駆動素子の実温度を推定するステップと、
推定した前記実温度に基づいて、前記電流の制御値を生成するステップと、
を有する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等車両の操舵機構に対して、モータによる操舵アシスト力を付与する電動パワーステアリング装置の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両では、操舵者の操舵に際してモータの回転トルクにより操舵ハンドルに操舵補助力（アシスト力）を付与する電動パワーステアリング装置が広く用いられている。
【０００３】
この電動パワーステアリング装置は、モータが所望の回転トルクを発生するように、モータに供給する電流を制御する制御装置（以下、ＥＣＵとも言う。）を備えている。そして、このＥＣＵによって制御された電流で回転するモータの回転トルクを、減速機と、ギア又はベルト等の伝動機構を介して操舵ハンドルに直結するステアリングシャフトとラック軸に伝えることにより、操舵ハンドルを付勢する。
【０００４】
図５は、従来の電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
電動パワーステアリング装置は、ＥＣＵ６と、モータ７と、操舵トルクを検出するトルクセンサ８と、車両の走行速度を検出する車速センサ９と、を備えて構成される。
【０００５】
ＥＣＵ６は、検出された操舵トルクおよび車速に基づいて、モータ７に供給するための電流の制御値を生成するとともに、生成された電流の制御値に基づいて決定されるデューティ比のＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力する中央処理装置（以下、ＣＰＵとも言う。）６１と、ＰＷＭ信号を基に後述するパワーＭＯＳＦＥＴ６３１〜６３６の各ゲートに対しパルス電圧を供給するプリドライバＩＣ６２と、モータ７に供給する電流を制御するモータ駆動回路６３と、を備えて構成される。
【０００６】
そして、モータ駆動回路６３は、Ｈブリッジ回路を構成するパワーＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）６３１〜６３６からなり、プリドライバＩＣ６２からゲート毎に供給されるパルス電圧によって直列に接続された上下アームが交互にオン、オフを繰り返し、このとき流れる電流によってモータ７を駆動する。
【０００７】
このように構成された電動パワーステアリング装置では、大きな操舵アシスト力が連続する場合に、パワーＭＯＳＦＥＴ６３１〜６３６やモータ７の温度が自己発熱によって上昇し、過熱状態になって故障を引き起こす虞があった。
【０００８】
これを回避するために、従来、パワーＭＯＳＦＥＴ６３１〜６３６がオンした時のドレイン・ソース間電圧とモータ７に流れる電流を測定し、測定したドレイン・ソース間電圧とモータ電流からパワーＭＯＳＦＥＴ６３１〜６３６のオン抵抗を算出するオン抵抗算出部６４を設け、算出したオン抵抗に基づいてパワーＭＯＳＦＥＴ６３１〜６３６の温度状態を判定する電動パワーステアリング制御装置が提案されている。そして、判定された温度状態と、検出された操舵トルクおよび車速に基づいて、モータ７に供給する電流を制限するように制御することにより、パワーＭＯＳＦＥＴ６３１〜６３６の過熱による故障を未然に防止していた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】特公平６−９９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような従来の電動パワーステアリング制御装置では、オン抵抗算出部６４によってパワーＭＯＳＦＥＴ６３１〜６３６のオン抵抗を算出することは可能であっても、オン抵抗はゲートに印加する電圧に大きく依存しているため、バッテリが消耗することによってゲートに印加する電圧が低下した際に、オン抵抗を正確に算出することが困難であった。
【００１１】
このため、パワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗に基づいてモータ７に供給する電流を制限すると、マージン（安全余裕）が所望の範囲を超えて超大となってしまう嫌いがあり、その結果、電動パワーステアリング装置の正常動作範囲を狭めてしまうという問題点があった。
【００１２】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パワー素子を過熱保護する際に、電動パワーステアリング装置の正常動作範囲を広げることのできる電動パワーステアリング装置の制御装置および制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した本発明の目的は、下記の構成により達成される。
（１）  モータを駆動するための電流の制御値を生成する制御手段と、駆動素子によって前記モータを駆動するモータ駆動手段と、前記駆動素子を前記電流の制御値に基づいて制御する駆動素子制御手段と、を備える電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記駆動素子のオン時における電流を検出する電流検出手段と、
前記駆動素子のオン時における電圧を検出する電圧検出手段と、
前記駆動素子が配置された近傍の温度を検出する温度検出手段と、
を備え、そして
前記制御手段は、
検出した前記電流と前記電圧とに基づいて、前記駆動素子の発熱量を推定し、
推定した前記発熱量と前記温度とを加算することにより、前記駆動素子の実温度を算出し、
算出した前記実温度に基づいて、前記電流の制御値を生成する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
（２）  前記制御手段は、
検出した前記電流と前記電圧とに基づいて、前記駆動素子のオン抵抗を算出し、
検出した前記電流と算出した前記オン抵抗とに基づいて、前記駆動素子の電力損失を算出し、
算出した前記電力損失に基づいて、前記発熱量を推定する
ことを特徴とする上記（１）に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
（３）  モータを駆動する電流の制御値を生成し、生成した前記電流の制御値に基づいて駆動素子を制御し、前記駆動素子によって前記モータを駆動する電動パワーステアリング装置の制御方法において、
前記駆動素子のオン時における電流を検出するステップと、
前記駆動素子のオン時における電圧を検出するステップと、
前記駆動素子が配置された近傍の温度を検出するステップと、
検出した前記電流と前記電圧とに基づいて、前記駆動素子の発熱量を算出するステップと、
算出した前記発熱量と前記温度とを加算することにより、前記駆動素子の実温度を推定するステップと、
推定した前記実温度に基づいて、前記電流の制御値を生成するステップと、
を有する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御方法。
【００１４】
上記（１）に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、検出した駆動素子のオン時における電流および電圧から駆動素子の発熱量を推定し、この発熱量に、検出した駆動素子近傍の温度を加算して駆動素子の実温度を算出し、実温度に基づいてモータ電流を制御するので、パワー素子を過熱保護する際に、マージン（安全余裕）が所望の範囲を超えて超大になることがなく、電動パワーステアリング装置の正常動作範囲を広くすることができる。
また、上記（２）に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、検出した駆動素子のオン時における電流および電圧から駆動素子のオン抵抗を算出し、このオン抵抗と検出した電流から電力損失を求め、電力損失から駆動素子の発熱量を推定するので、バッテリの電圧が低下した際に、電動パワーステアリング装置の正常動作範囲を狭めることなく、パワー素子を過熱から保護することができる。
さらに、上記（３）に記載の電動パワーステアリング装置の制御方法によれば、検出した駆動素子のオン時における電流および電圧から駆動素子の発熱量を推定し、この発熱量に、検出した駆動素子近傍の温度を加算して駆動素子の実温度を算出し、実温度に基づいてモータ電流を制御するので、パワー素子を過熱保護する際に、マージン（安全余裕）が所望の範囲を超えて超大になることがなく、電動パワーステアリング装置の正常動作範囲を広くすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、パワー素子を過熱保護する際に、電動パワーステアリング装置の正常動作範囲を広げることが可能な電動パワーステアリング装置の制御装置および制御方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、図１は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置（ＥＣＵ）の概略構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係るＥＣＵ１は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１と、プリドライバＩＣ１２と、モータ駆動回路１３と、を備えて構成されている。
【００１８】
ＣＰＵ１１は、マイクロコンピュータと、ＲＡＭ及びＲＯＭから構成されるコンピュータシステムである。そして、このＣＰＵ１１は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、トルクセンサ３で検出した操舵トルクと車速センサ４で検出した車両の走行速度とから、モータ２に供給する電流の制御目標値である電流指令値を生成するとともに、モータ駆動回路１３の後述するパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６を電流指令値に基づいて決定されるデューティ指令値でオン、オフするためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力する。
【００１９】
プリドライバＩＣ１２は、ＣＰＵ１１から出力されるＰＷＭ信号に基づいて、モータ駆動回路１３のパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６のゲートを駆動するためのパルス電圧を生成するゲートドライバＩＣである。
【００２０】
モータ駆動回路１３は、モータ２の３相コイルをそれぞれ駆動する３つのインバータから構成されている。これらインバータは、電源電圧と接地電位間にカスケード接続された大電流、高耐圧のＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６でＨブリッジにより構成される。そして、これらインバータは、プリドライバＩＣ１２から、例えば、上アームのパワーＭＯＳＦＥＴ１３１、１３３、１３５のゲートに正相のパルス電圧が入力される間に、下アームのパワーＭＯＳＦＥＴ１３２、１３４、１３６のゲートに逆相のパルス電圧が入力され、上下アームのパワーＭＯＳＦＥＴが相補動作して交互にオン、オフ動作を繰り返すことにより、所望のパルス幅を有する駆動電流をモータ２の３相コイルに供給する。
【００２１】
パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６は、スイッチング動作に伴って発生する熱を効果的に放散するために、例えば、アルミ合金等からなる放熱板上に実装されている。
【００２２】
インバータの出力とモータ２との間には、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６がオンされた際の電流を検出する電流モニタ１４が設けられる。また、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６のオン時におけるドレイン・ソース間の電圧を検出する電圧モニタ１５が設けられる。
これら電流モニタ１４及び電圧モニタ１５によってそれぞれ検出されたパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６のオン時における電流と電圧はＣＰＵ１１に入力され、この入力結果に基づき、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６のオン抵抗が算出され、そしてこのオン抵抗とオン時における電流から電力損失が算出される。さらに、電力損失に基づいてパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の発熱量（温度上昇）が推定される。
【００２３】
また、モータ駆動回路１３のパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６が実装される放熱板には、温度を検出するための、例えばサーミスタ等からなる温度センサ１６が設置され、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６が配置された近傍の温度を検出する。検出された温度は、ＣＰＵ１１において、推定されたパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の発熱量に加算され、実温度が算出される。
【００２４】
次に、以上のように構成された本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置において、パワーＭＯＳＦＥＴの過熱保護を実施するための動作を図２〜図４を参照しながら説明する。なお、図２は、パワーＭＯＳＦＥＴの過熱保護動作の動作手順を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
まず、不図示のイグニションスイッチをオンすることによってＥＣＵ１に電源が供給され、車両が走行状態になると、プリドライバＩＣ１２から出力されるＰＷＭ電圧信号に基づいてモータ駆動回路１３のパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６がオン、オフされ、モータ２に電流が供給されて駆動が開始される（即ち、ステップＳ１０１）。
【００２６】
そして、このステップＳ１０１後、電流モニタ１４によってパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６のオン時における電流が検出されるとともに（即ち、ステップＳ１０２）、電圧モニタ１５によってパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６のオン時におけるドレイン・ソース間電圧が検出される（即ち、ステップＳ１０３）。そして、これら検出された電流値及び電圧値の各検出値はＣＰＵ１１に送信される。
【００２７】
ＣＰＵ１１は、検出されたパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６のオン時の電流およびドレイン・ソース間電圧から、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６のオン抵抗を算出する（即ち、ステップＳ１０４）。
【００２８】
次に、ＣＰＵ１１は、オン時の電流とオン抵抗からパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の電力損失を求め、パワーＭＯＳＦＥＴの発熱量（温度上昇）を推定する（即ち、ステップＳ１０５）。
【００２９】
ここで、図３は、パワーＭＯＳＦＥＴの電力損失と発熱量の関係を示すもので、発熱量は電力損失の増加に伴ってほぼリニア（線形）に増加する。即ち、算出したパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の電力損失から発熱量を推定することができ、このためＣＰＵ１１はこの関係に基づいて、パワーＭＯＳＦＥＴの発熱量を推定することができる。
【００３０】
次に、このステップＳ１０５が実行された後、温度センサ１６によってパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６近傍の温度が検出され（即ち、ステップＳ１０６）、この検出された温度値は、ＣＰＵ１１に送信される。
【００３１】
このようにして求めたパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の発熱量と、温度センサ１６によって検出したパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６が配置された近傍の温度を加算して、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の実温度を算出する（即ち、ステップＳ１０７）。
【００３２】
この算出の結果、算出した実温度を所定の閾値と比較し、閾値を超えたか否かを判定する（即ち、ステップＳ１０８）。判定の結果、実温度が閾値を超えた場合は、ＣＰＵ１１によってモータ２に供給する電流を制限するよう電流指令値を変更制御する（ステップＳ１０９）。
【００３３】
その後、ステップＳ１１０では、モータ２の駆動を停止したか否かを判定する。その結果、停止したと判定した場合は、処理を終了する。即ち、これらステップＳ１０１〜Ｓ１０９のステップはモータ駆動し続ける限り、処理が実施されることとなる。
【００３４】
一方、ステップＳ１０８において、算出した実温度が閾値を超えていないと判定した場合、及び、ステップＳ１１０において、モータ２の駆動を停止していないと判定した場合は、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の手順に戻り、オン時の電流、ドレイン・ソース間電圧およびパワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６が配置された近傍の温度をそれぞれ検出し、以降の手順を繰り返す。
【００３５】
次に、図４を参照しながら、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の実温度が所定の閾値を超えた場合の過熱保護動作について説明する。
なお、図４は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の実温度が所定の閾値を超えた場合の過熱保護動作を説明するための模式図である。
【００３６】
パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の実温度が、図４（ｂ）に示す時間ｔ１で閾値Ｔ１を超えた場合は、図４（ａ）に示すように、ＣＰＵ１１はステップＳ１０９の手順を実行し、モータ２の電流を制限するよう電流指令値を変更する。これによって、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の実温度は所定の閾値Ｔ１以下に低下する。
【００３７】
これにより、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６の実温度は、図４（ｂ）に示すように、所定の閾値Ｔを超えることなく下降して一定の値に推移する。このため、パワーＭＯＳＦＥＴ１３１〜１３６過熱から保護することができる。
【００３８】
以上説明したように、このような本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置及び制御方法によれば、モータを駆動するパワーＭＯＳＦＥＴのオン時における電流を検出する電流モニタと、パワーＭＯＳＦＥＴのオン時におけるドレイン・ソース間電圧を検出する電圧モニタと、パワーＭＯＳＦＥＴ近傍の温度を検出する温度センサを備え、検出したオン時における電流とドレイン・ソース間電圧からパワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を算出し、オン時における電流とオン抵抗から電力損失を求めてパワーＭＯＳＦＥＴの発熱量を推定する。そして、この発熱量に、検出したパワーＭＯＳＦＥＴ近傍の温度を加算してパワーＭＯＳＦＥＴの実温度を求め、この実温度が所定の閾値を超えないように、モータ電流を変更制御する。
【００３９】
このように、本発明の実施形態では、電動パワーステアリング装置の制御装置におけるパワーＭＯＳＦＥＴを過熱から保護する際に、パワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗ではなく、実温度に基づいてモータ電流を制限するので、精度よく過熱保護を行うことができて、マージン（安全余裕）が所望の範囲を超えて超大になることなく、電動パワーステアリング装置の正常動作範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の制御装置において、パワーＭＯＳＦＥＴの過熱保護動作の手順を説明するためのフローチャートである。
【図３】パワーＭＯＳＦＥＴの電力損失と発熱量の関係を示す図である。
【図４】（ａ）はパワーＭＯＳＦＥＴの実温度が所定の閾値を超えた場合のモータ電流の変化を示す模式図であり、（ｂ）はパワーＭＯＳＦＥＴの実温度の変化を示す模式図である。
【図５】従来の電動パワーステアリング装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      電動パワーステアリング装置の制御装置（ＥＣＵ）
２      モータ
１１    ＣＰＵ（制御手段）
１２    プリドライバＩＣ（駆動素子制御手段）
１３    モータ駆動回路（モータ駆動手段）
１４    電流モニタ（電流検出手段）
１５    電圧モニタ（電圧検出手段）
１６    温度センサ（温度検出手段）
１３１〜１３６  パワーＭＯＳＦＥＴ（駆動素子）
【図１】
2009126240.tif 000003
【図２】
2009126240.tif 000004
【図３】
2009126240.tif 000005
【図４】
2009126240.tif 000006
【図５】
2009126240.tif 000007