(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のハンドルに対して補助トルクを発生するモータ、このモータを駆動するためのモータ電流を与えるバッテリ、前記モータ電流を検出するための電流検出手段、前記補助トルクに応じて前記モータ電流の量と方向を制御する電流制御手段、この電流制御手段の一部を構成する複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路、少なくとも前記ブリッジ回路及び前記電流検出手段を搭載する熱伝導性の良い基板、この基板に密着して取り付けられた熱伝導性の良い材料で構成された放熱板、前記ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ、前記車両の車速を検出する車速センサ、前記ハンドルの操舵トルクおよび前記車両の車速に基づいて前記ブリッジ回路を制御するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよび周辺回路素子を備えた電動式パワーステアリング制御装置において、前記電流検出手段は、パワーＭＯＳ  ＦＥＴと周辺回路素子で構成され、前記電流検出手段を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴの抵抗値は、正の温度特性を持ち、パワーＭＯＳ  ＦＥＴのゲート印加電圧を可変することで調整可能であり、前記ブリッジ回路と前記電流検出手段を同一の基板上に搭載したことを特徴とする電動式パワーステアリング制御装置。
【請求項２】
前記ブリッジ回路及び前記電流検出手段を実装する熱伝導性の良い基板を金属基板で構成したことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
【請求項３】
前記熱伝導性の良い基板をセラミック基板で構成したことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
【請求項４】
前記熱伝導性の良い基板を窒化アルミ基板で構成したことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
【請求項５】
前記電流検出手段の抵抗値を前記半導体スイッチング素子の抵抗値以下の値としたことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
【請求項６】
前記電流検出手段を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴの熱抵抗値を、前記ブリッジ回路を構成する各半導体スイッチング素子の熱抵抗値以下の値としたことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
【請求項７】
前記電流検出手段を、前記各半導体スイッチング素子から所定値以内の距離に実装したことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
【請求項８】
前記放熱板が前記ハンドルの操舵機構を収容する金属製のハウジングであることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
【請求項９】
前記放熱板が前記モータを収容する金属製のハウジングであることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助操舵力を付勢する電動式パワーステアリング制御装置に関するもので、特に、その制御回路の構成に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、一般的な電動式パワーステアリング制御装置のモータ制御部を示す回路図である。図において、４０は車両のハンドル（図示せず）に対して補助トルクを出力するモータ、４１はモータ４０を駆動するためのモータ電流ＩＭを供給するバッテリである。
【０００３】
４２はモータ電流ＩＭのリップル成分を吸収するための大容量（３６００μＦ程度）のコンデンサ、４３はモータ電流ＩＭを検出するためのシャント抵抗器（電流検出抵抗器）、４４は補助トルクの大きさおよび方向に応じてモータ４０に流すモータ電流ＩＭの大きさ及び方向切り換えをするための複数の半導体スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ４からなるブリッジ回路、４９は半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時に発生する電磁ノイズを除去するためのコイルである。
【０００４】
Ｌ１はコンデンサ４２の一端をグランドに接続する導電線、Ｐ１およびＰ２は半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をブリッジ接続すると共に、接続点にシャント抵抗器４３およびブリッジ回路４４をそれぞれ接続する配線パターン、Ｐ３はブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンである。
【０００５】
４５はモータ４０およびバッテリ４１をブリッジ回路４４に接続するための複数のリード端子からなるコネクタ、Ｌ２はモータ４０およびバッテリ４１とコネクタ４５とを接続するための外部配線、４６はバッテリ４１から供給されるモータ電流ＩＭを必要に応じて通電遮断するための常開リレー、Ｐ４はリレー４６、コンデンサ４２およびシャント抵抗器４３を接続する配線パターン、Ｐ５はコネクタ４５をグランドに接続する配線パターンである。ブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンＰ３は、コネクタ４５を介して外部配線Ｌ２に接続されている。
【０００６】
４７はブリッジ回路４４を介してモータ４０を駆動すると共に、リレー４６を駆動する駆動回路、Ｌ３は駆動回路４７をリレー４６の励磁コイルに接続する導電線、Ｌ４は駆動回路４７をブリッジ回路４４に接続する導電線、４８はシャント抵抗器４３の一端を介してモータ電流ＩＭを検出するモータ電流検出部であり、駆動回路４７およびモータ電流検出部４８は後述するマイクロコンピュータの周辺回路素子を構成している。
【０００７】
５０は図示しないハンドルの操舵トルクＴを検出するトルクセンサ、５１は車両の車速Ｖを検出する車速センサである。５５は操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて補助トルクを演算すると共にモータ電流ＩＭをモータ電流検出部４８よりフィードバック入力して補助トルクに相当する駆動信号を生成するマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）であり、ブリッジ回路４４を制御するための回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０を駆動信号として駆動回路４７に入力する。
【０００８】
マイクロコンピュータ５５は、モータ４０の回転方向指令Ｄ０および補助トルクに相当するモータ電流指令Ｉｍを生成するモータ電流決定部５６と、モータ電流指令Ｉｍとモータ電流ＩＭとの電流偏差ΔＩを演算する減算器５７と、電流偏差ΔＩからＰ（比例）項、Ｉ（積分）項およびＤ（微分）項の補正量を算出してＰＷＭデューティ比に相当する電流制御量Ｉ０を生成するＰＩＤ演算部５８とを備えている。
【０００９】
また、図示しないが、マイクロコンピュータ５５は、ＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路等の他に周知の自己診断機能を含み、システムが正常に動作しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生すると駆動回路４７を介してリレー４６を開放し、モータ電流ＩＭを遮断するようになっている。Ｌ５はマイクロコンピュータ５５を駆動回路４７に接続するための導電線である。
更に、マイクロコンピュータ５５は操舵制御の連続実行に伴ってモータ電流指令Ｉｍを監視している際に、所定値以上のモータ電流が所定時間以上流されたことを検出すると、モータ電流指令最大値Ｉｍ（最大）を時間経過と共に段階的に低減することで、モータ４０および回路素子が熱的に破壊されるのを防止する。
【００１０】
一般に、モータ４０とバッテリ４１との間に介在された回路要素４２〜４４、４９、配線パターンＰ１〜Ｐ５、導電線Ｌ１およびＬ２は、大電流のモータ電流ＩＭに対応するため、後述するように放熱性（耐熱性）および耐久性等を考慮して大型に構成されている。一方、マイクロコンピュータ５５、駆動回路４７およびモータ電流検出部４８を含む周辺回路素子ならびに導電線Ｌ３〜Ｌ５は、小電流に対応させるうえ高密度が要求されるため、小型に構成されている。
【００１１】
図５は一般的な電動式パワーステアリング制御装置の制御回路の構造を示す平面図である。図５において、１はシールド板および放熱板の機能を兼ねた箱形の金属フレーム、２は金属フレーム１の底面上に載置された絶縁プリント基板、３は金属フレーム１の内側面に一端面が接合された例えばアルミニウム製の放熱板である。この放熱板３の他面には互いの絶縁を保持しながらブリッジ回路４４を構成する各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が接合されている。この場合、各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は樹脂で被覆された一対のＦＥＴにより構成されている。
【００１２】
絶縁プリント基板２には、各回路要素４２、４３、４６、４９および５５等が載置されている。大容量のコンデンサ４２は３個のコンデンサにより構成され、マイクロコンピュータ５５は１チップのＩＣにより構成されている。また、図面の煩雑さを防ぐために、周辺回路素子、配線パターンおよび導電線等を省略し、代表的な回路の構成要素のみを示す。
【００１３】
４ａ〜４ｅは配線パターンＰ１〜Ｐ５等に相当する配線板であり、大電流に専用に対応するために、絶縁プリント基板２上の配線パターンとは別に幅および厚さの大きい導電板が用いられている。
【００１４】
次に、図４を参照しながら、図５に示した従来の電動式パワーステアリング制御装置の動作について説明する。マイクロコンピュータ５５は、トルクセンサ５０および車速センサ５１から操舵トルクＴおよび車速Ｖを取り込むと共に、シャント抵抗器４３からモータ電流ＩＭをフィードバック入力することで、操舵トルクＴおよび車速Ｖからパワーステアリングの回転方向指令Ｄ０とモータ電流指令Ｉｍを生成し、また、モータ電流指令Ｉｍとモータ電流ＩＭとの電流偏差ΔＩに基づき補助トルク量に相当する電流制御量Ｉ０とを生成したならば、これらを導電線Ｌ５を介して駆動回路４７に入力する。
【００１５】
駆動回路４７は、定常駆動状態では導電線Ｌ３を介した指令に基づき常開リレー４６を閉成しており、回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０が入力されると、モータ４０のＰＷＭ駆動信号を生成し、導電線Ｌ４を介してブリッジ回路４４の各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加する。
【００１６】
これにより、モータ４０は、バッテリ４１から外部配線Ｌ２、コネクタ４５、コイル４９、リレー４６、配線パターンＰ４、シャント抵抗器４３、配線パターンＰ１、ブリッジ回路４４、配線パターンＰ３、コネクタ４５および外部配線Ｌ２を介して供給されるモータ電流ＩＭにより駆動され、所要方向に所要量の補助トルクを出力する。
【００１７】
このとき、モータ電流ＩＭは、シャント抵抗器４３およびモータ電流検出部４８を介して検出され、マイクロコンピュータ５５内の減算器５７にフィードバック入力されることにより、モータ電流指令Ｉｍと一致するように制御される。また、モータ電流ＩＭは、ブリッジ回路４４のＰＷＭ駆動時のスイッチング動作によりリップル成分を含むが、該リップル成分は大容量のコンデンサ４２により平滑されて抑制される。さらに、コイル４９は、上記ブリッジ回路４４がＰＷＭ駆動時に、スイッチング動作することにより発生するノイズが外部へ放出されて、ラジオノイズとなることを防止する。
【００１８】
ところで、この種の電動式パワーステアリング制御装置で制御されるモータ電流ＩＭの値は、軽自動車であっても２５Ａ程度であり、小型自動車では６０Ａ〜８０Ａ程度にも達する。従って、ブリッジ回路４４を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、モータ電流ＩＭの大きさに対応して大型化すると共に、図示したように複数個を並列接続して、オン時およびＰＷＭスイッチング時の発熱を抑制する必要がある。
【００１９】
また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の発熱量を放熱するために、放熱板３が必要であり、モータ電流ＩＭが大きくなるほど半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の個数も増加し、同時に放熱板３も大型化することになる。
【００２０】
さらに、コネクタ４５の端子から、コイル４９、リレー４６、シャント抵抗器４３およびブリッジ回路４４を経由したグランドまでの配線パターンＰ１、Ｐ２およびＰ４、ならびにブリッジ回路４４からモータ４０までの配線パターンＰ３の長さは、モータ電流ＩＭの大電流化、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の個数の増加、ならびに放熱板の大型化に比例して物理的に長くなる。
【００２１】
この結果、各配線パターンＰ１〜Ｐ４での電圧降下に起因する発熱量により、温度上昇が大きくなると、配線パターンＰ１〜Ｐ４の耐熱性および耐久性を損なうおそれがある。これを防止するため、配線パターンＰ１〜Ｐ４には、図５のように幅や厚さの大きい大電流専用の配線板４ａ〜４ｅが用いられている。従って、絶縁プリント基板２の大型化を招くことになる。
【００２２】
また、コンデンサ４２、シャント抵抗器４３、リレー４６、およびコイル４９は、モータ電流ＩＭの大電流化に伴い大型化するが、これらを絶縁プリント基板２上に実装しようとすると、実装スペースの増大により、さらに絶縁プリント基板２の大型化を招くことになる。
【００２３】
これらの問題を解決するために、例えば特開平６−２７０８２４号公報に記載されているようなものが知られている。
図６は特開平６−２７０８２４号公報に記載された電動式パワーステアリング制御装置を示すものであり、図６の（ａ）は装置の側断面図（ハッチングは省略）、図６の（ｂ）は図６の（ａ）に示す絶縁プリント基板２を除いた状態を示す平面図である。尚、図中、図４、図５と同一符号は同一または相当部分を示し、図６の（ｂ）において、１Ａおよび３Ａは金属フレーム１および放熱板３にそれぞれ対応している。
【００２４】
なお、図示しない絶縁プリント基板２には、マイクロコンピュータ５５、これに属するインターフェース回路、電源回路、論理回路および信号処理回路等の小電流の周辺回路素子が実装されており、さらにトルクセンサ５０および車速センサ５１（図４参照）に接続されるセンサ信号用コネクタ（図示せず）が設置されている。
【００２５】
また、放熱板３Ａは装置の下部のシールド板機能を有し、金属フレーム１Ａは、放熱板３Ａと電気的に接合されて完全なシールド構造を形成し、絶縁プリント基板２に対する電磁ノイズを遮断している。２Ａは放熱板３Ａ上に載置された別の絶縁プリント基板であり、マイクロコンピュータ５５を載置する絶縁プリント基板２から分割されており、ＩＣチップからなる駆動回路（周辺回路素子）４７が載置されている。
【００２６】
１０は例えば電気化学工業製のＨＩＴＴ基板（商品名）からなる金属基板であり、３ｍｍのアルミニウム基板上に８０μｍの絶縁層を介して、配線パターンＰが１００μｍの銅パターン（２０μｍのアルミニウム膜が被覆されている）として形成されている。配線パターンＰはＰ１〜Ｐ５等を総称しており、ここでは一部のみが図示されている。
【００２７】
金属基板１０は、裏面が放熱板３Ａに固着されており、放熱機能が増大されている。金属基板１０および分割された絶縁プリント基板２Ａは、水平方向に並列配置されている。
【００２８】
金属基板１０上には、上記絶縁層を介して接合配置された配線パターンＰ上に、図示したように、シャント抵抗器４３およびブリッジ回路４４が実装されており、金属基板１０は放熱板としても機能している。また、金属基板１０上に形成された配線パターンＰは、大電流に対応できるように十分な断面容量を有し、モータ電流ＩＭが流れる回路素子が実装配置され得る。
【００２９】
ブリッジ回路４４を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、例えば８個（各々２個ずつ）の樹脂被覆されていないベアチップからなり、銅またはモリブデンからなる一次放熱板（図示せず）に半田付けされており、さらに、金属基板１０上の配線パターンＰ（Ｐ１〜Ｐ３等）に半田付けおよびアルミニウムボンディング等により結線され、図４のモータ４０にブリッジ接続される。
【００３０】
このように、樹脂被覆されていないことにより通常素子より小サイズとなっているベアチップの半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を用いることにより、ブリッジ回路４４は、金属基板１０上の小スペース内に配置され得る。従って、モータ電流ＩＭの大電流化により半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が各々３個以上に並列接続されても、コンパクトに実装することができる。
【００３１】
また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４および配線パターンＰからの発熱量は、金属基板１０を介し放熱板３Ａへ有効に伝達され、放熱板３Ａから外気に放熱されるので、金属基板１０を小型化しても温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
１４ａ〜１４ｇは金属基板１０上の配線パターンＰから突出して設けられた複数のリードであり、リード１４ａおよび１４ｇは、リレー４６の配線パターンＰ４および導電線Ｌ３に対応している。
【００３３】
５は金属基板１０と絶縁プリント基板２との間に介在された絶縁性の支持部材であり、金属基板１０と絶縁プリント基板２との間の所定間隔を維持すると共に、コンデンサ４２、コネクタ４５およびリレー４６が取り付けられている。絶縁プリント基板２および金属基板１０は、支持部材５を上下から挟んでおり、互いに所定間隔を介して重合されている。
【００３４】
コンデンサ４２は、電極端子４２ａおよび支持端子４２ｂを介して、支持部材５上のパターンに半田付けされている。コンデンサ４２のグランド（−）側の電極端子４２ａはコネクタ４５のグランド端子に接続され、陽極（＋）側の電極端子４２ａはリード１４ｅを介してシャント抵抗器４３に接続され、支持端子４２ｂはコンデンサ４２の他端を支持部材５上に固定している。
【００３５】
コネクタ４５は例えばインサート樹脂モールドの一体成形等により、フレーム状に支持部材５に取り付けられると共に、内側に延長端子部４５ａを有している。また、延長端子部４５ａは、金属基板１０から棒状に突出したリード１４ａ〜１４ｄに対向して電気的に接続されている。
【００３６】
コネクタ４５の外側端子部には、図４に示したように、外部配線Ｌ２を介してモータ４０およびバッテリ４１が接続されている。コネクタ４５は、雄ピンを形成していてもよく、ネジ締め式の接続端子を形成していてもよい。
【００３７】
リレー４６は、バッテリ４１側のリレー接点端子がコネクタ４５のバッテリ端子に接続され、ブリッジ回路４４側のリレー接点端子がリード１４ａを介して配線パターンＰ４に接続されている。
【００３８】
このように、大きな取り付けスペースを必要とし、かつ金属基板１０上に実装しにくい大容量のコンデンサ４２、コネクタ４５およびリレー４６は、中間層に位置する支持部材５に取り付けられ、金属基板１０上に突設したリード１４ａ〜１４ｇを介して配線パターンＰに電気的に接続される。
【００３９】
従って、金属基板１０上の配線パターンＰと、コンデンサ４２およびリレー４６の各端子部ならびにコネクタ４５の延長端子部４５ａとの間の構造設計の自由度が大きくなり、コンパクトで配線長を有効に短縮することができる。また、支持部材５の上下に配設された絶縁プリント基板２および金属基板１０も、使用スペースが有効に省略されるので小型化することができる。
【００４０】
一方、別の絶縁プリント基板２Ａのアルミナ厚膜基板上にハイブリッドＩＣとして実装された駆動回路４７は、導電線Ｌ４を介して金属基板１０上のブリッジ回路４４に接続され、導電線Ｌ５を介して絶縁プリント基板２上のマイクロコンピュータ５５に接続される。
【００４１】
このように、上層の絶縁プリント基板２とは別に、分割された絶縁プリント基板２Ａを用い、この絶縁プリント基板２Ａを下層の金属基板１０と同一平面上に配設することにより、金属基板１０側の無駄スペースが解消され、さらに小型化を実現することができる。従って、マイクロコンピュータ５５およびその周辺回路素子（駆動回路４７等）の高密度実装を実現できる。
【００４２】
また、シールド板となる金属フレーム１Ａは、放熱板３Ａと協同して絶縁プリント基板２および２Ａを完全に被覆し、絶縁プリント基板２および２Ａに入力され得る電磁ノイズを確実に遮断する。
また、上記問題点を解決するために、他の装置として特開平７−２３１６９６号公報に開示された「電動機制御装置」がある。
この装置は、図４に示すシャント抵抗器４３に温度係数の大きい材質のものを使用するすことで、シャント抵抗器に大電流が流れたときにその発熱により抵抗値が増加してモータ電流検出回路の出力が実際にモータに流れている電流よりも大きな値になる。これにより、ＣＰＵはモータに過大電流が流れていると判断してモータ電流が小さくなるように制御する。
【００４３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように構成された従来の電動式パワーステアリング制御装置によれば、シャント抵抗器に大きな温度係数を持つ材質を用いることで、このシャント抵抗器に大きな電流が流れると発熱して抵抗値が大きくなる。そして、この大きくなった抵抗値に基づいてモータ電流を検出するため、発熱量の大きいときには大きなモータ電流が検出され、この検出された電流値に基づいてマイクロコンピュータはモータ電流を制御する。
しかし、この場合、シャント抵抗器は自身を流れる電流による温度上昇に影響されるだけであり、周囲の素子、例えばブリッジ回路を構成するＦＥＴを温度上昇から保護することはできない。
又、制御装置を熱的破壊より保護する別の方法として、連続して操舵を行う場合に、回路に流れた過大電流による発熱によりモータ及び回路装置が熱的に破壊されるのを防止するため、所定値以上のモータ電流が所定時間以上流されたことを検出すると、モータ電流指令最大値Ｉｍ（最大）を時間経過と共に段階的に低減することで、ブリッジ回路に流れる電流を時間と共に漸減させて、より多くの電流を流さないようにする制御を行っている。
しかし、この方法では、電流制御のためのプログラムが複雑となると共に、電流制御の応答性はプログラムの処理速度に影響されるため，過大電流によるモータ及び回路装置の熱的破壊を防止すると共に電流制御の応答性を確保する為には処理速度の速い高価なマイクロコンピュータが必要となり、コストアップにつながるという問題点があった。
【００４４】
連続して操舵を行う場合の、他の過熱保護方法として、モータあるいは回路装置の温度を検出して、所定の温度以上で最大電流を制限する方法がある。
しかし、この方法では、温度検出素子やその周辺回路が必要となる為、コストアップにつながると共に、部品を実装する為のスペースが必要となるため、装置の大型化を招くという問題点があった。
【００４５】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、モータおよび回路素子が熱的に破壊されるのを安価な方法で防止できる電動式パワーステアリング制御装置を得ることを目的とする。
【００４６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、車両のハンドルに対して補助トルクを発生するモータ、このモータを駆動するためのモータ電流を与えるバッテリ、前記モータ電流を検出するための電流検出手段、前記補助トルクに応じて前記モータ電流の量と方向を制御する電流制御手段、この電流制御手段の一部を構成する複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路、少なくとも前記ブリッジ回路及び前記電流検出手段を搭載する熱伝導性の良い基板、この基板に密着して取り付けられた熱伝導性の良い材料で構成された放熱板、前記ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ、前記車両の車速を検出する車速センサ、前記ハンドルの操舵トルクおよび前記車両の車速に基づいて前記ブリッジ回路を制御するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよび周辺回路素子を備えた電動式パワーステアリング制御装置において、前記電流検出手段は、パワーＭＯＳ  ＦＥＴと周辺回路素子で構成され、前記電流検出手段を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴの抵抗値は、正の温度特性を持ち、パワーＭＯＳ  ＦＥＴのゲート印加電圧を可変することで調整可能であり、前記ブリッジ回路と前記電流検出手段を同一の基板上に搭載したものである。
【００５０】
この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、前記ブリッジ回路及び前記電流検出手段を実装する熱伝導性の良い基板を金属基板で構成したものである。
【００５１】
この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、前記熱伝導性の良い基板をセラミック基板で構成したものである。
【００５２】
この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、前記熱伝導性の良い基板を窒化アルミ基板で構成したものである。
【００５３】
この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、電流検出手段の抵抗値を前記半導体スイッチング素子の抵抗値以下の値としたものである。
【００５４】
この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、前記電流検出手段を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴの熱抵抗値を、前記ブリッジ回路を構成する各半導体スイッチング素子の熱抵抗値以下の値としたものである。
【００５５】
この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、前記電流検出手段を、前記各半導体スイッチング素子から所定値以内の距離に実装したものである。
【００５７】
この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、前記放熱板が前記ハンドルの操舵機構を収容する金属製のハウジングである。
【００５８】
この発明に係る電動式パワーステアリング制御装置は、前記放熱板が前記モータを収容する金属製のハウジングである。
【００５９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を各添付図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング制御装置を構成する回路素子および回路素子を実装する配線基板、配線基板を載置する放熱板、回路素子および配線基板を収納するケース、ケースを覆うシールドカバーを、その組立順に示す斜視図である。
尚、図中、図４〜図６と同一符号は同一または相当部分を示す。
図１において、１Ｂはシールドカバーであって、組み付けられた状態（図示せず）では、配線基板およびケースに取り付けた電子回路を取り囲み、電子回路に対する電磁ノイズを遮断するものである。６４はマイクロコンピュータ等の電子制御ユニット（ＥＣＵ）５５やその周辺回路等の小電流部品を実装する第１基板であり、絶縁プリント基板により構成されている。６５は半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴ等の大電流部品を実装する第２基板であり、熱伝導性に優れた金属基板にて構成されている。尚、ＥＣＵ５５は演算手段を、電流検出部４３Ａは電流検出手段を、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（Ｑ２，Ｑ４は図示せず）は電流制御手段をそれぞれ構成する。また、本実施の形態に係る電動式パワーステアリング制御装置の回路構成は、図４に示す従来の電動式パワーステアリング制御装置の回路構成におけるシャント抵抗器４３に替えて後述（図３を参照）するＭＯＳ  ＦＥＴ、抵抗器、直流電源から構成される電流検出部４３Ａを設けたものである。
【００６０】
小電流部品を絶縁プリント基板（第１基板）６４に実装し、大電流部品を金属基板（第２基板）６５に実装することで２枚の基板構造とする。
その結果、各基板６４，６５の面積を小さくし、これら第１基板６４と第２基板６５をケース６２を介して上下方向に重ね合わせることによって装置全体を小型化することができる。また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、電流検出部４３等の大電流部品による発熱を熱伝導に優れた金属基板６５を通して、後述する放熱板３Ｂへ伝えることによって、外部への熱放出を促進し、回路素子の熱的ダメージを極力防止することで装置の信頼性を向上させている。
【００６１】
６２はケースであり、外部機器との接続用のコネクタ４５が一体的に形成されている。また、ケース６２は、コネクタ４５のリード端子をインサートモールド成形により形成しており、このリード端子は、ケース６２内に延長され、後述するケース凹部６６の底面６６Ａに配線パターンＰ６を形成しており、さらに延長され、第２基板６５と接続するための延長端子６７を形成している。
【００６２】
３Ｂは放熱板であり、金属基板によって構成される第２基板６５と接触するように取り付けられ、第２基板６５に実装された電子部品によって発生した熱を外部に放出するものである。また、放熱板３Ｂには、ケース６２の凹部６６（図２を参照）と対向する部分に凹状の切り欠き部３Ｃが形成されている。なお、この放熱板３Ｂを備えない場合には、ケース６２の凹部６６に蓋をする図示しない保護カバーを設ける。
【００６３】
図２の（ａ）はケース６２の底面を示す平面図であり、図２の（ｂ）はケース６２を矢印Ａ方向から見た側面図である。各図に示すように、ケース６２の一部に凹部６６を設け、その底面６６Ａにコネクタ４５のリード端子を延長した延長端子によって形成された配線パターンＰ６が配設されている。回路構成部品のうち、コンデンサ４２、リレー４６、コイル４９等のスペース的に大きな部品を、この凹部６６に挿入して取り付け、配線パターンＰ６によって接続することによって、大きな部品をスペース効率よく収納できる。
コネクタ４５のリード端子は、元々絶縁プリント基板等に配置される配線パターンよりも厚く、これを延長して設けた配線パターンＰ６によって電気的に接続できるため、大電流に対応して、配線パターンの幅を広くする必要がなく、装置全体を小型化することができる。
【００６４】
また、装置をさらに小型化するためにケース６２の高さを低くすると、コンデンサ４２、リレー４６またはコイル４９の高さはケース６２の高さより高くなり、ケース６２の凹部６６からコンデンサ４２、リレー４６またはコイル４９の頂部が突出することになる。このような場合には、図１に示すように、ケース６２に対向して取り付けられる放熱板３Ｂに凹状の切り欠き部３Ｃを設けて、この切り欠き部３Ｃにコンデンサ４２、リレー４６、コイル４９等を挿入することによって、コンデンサ４２、リレー４６、コイル４９等をケース６２から突出させることなく、装置をさらに小型化することができる。
【００６５】
マイクロコンピュータ５５や周辺回路素子等の小電流が通電される部品を実装した第１基板６４と、ブリッジ回路４４や電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴ等の大電流が通電される部品を実装した第２基板６５とを接続する導電線Ｌ５は、図１に示されるように、ケース６２とは独立して設けられている。
このため、導電線Ｌ５を第２基板６５へ接続する際には、単なる電気部品の１つとして基板に実装することができるので位置決めが容易である。
また、導電線Ｌ５を第１基板６４と接続する際にも、導電線Ｌ５はケース６２に固定されていないので、位置決めが比較的容易にできる。このように、導電線Ｌ５をケース６２と独立して設けることによって第１基板６４および第２基板６５への接続が容易に行える。
【００６６】
以上説明したように、放熱板３Ｂ上に第２基板６５、ケース６２、第１基板６４を載置した後、ケース６２を取付ネジ６１により放熱板３Ｂに螺合したならば、これら全体をシールドカバー１Ｂによって取り囲むことによって、電磁ノイズによる装置の誤作動を防止し、装置の信頼性を向上させることができる。
【００６７】
次に、図３によって本実施の形態に係る電流検出部４３Ａの構成とその動作についての詳細を説明する。図３の（ａ）は、従来、抵抗器により構成した電流検出用のシャント抵抗に対し、温度上昇に対して抵抗値が増加する正温度特性を有するパワーＭＯＳ  ＦＥＴで構成した電流検出部４３Ａの構成を示す図である。
【００６８】
この電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴは、ドレインＤをリレー接点を通してバッテリ４１のプラス端子に接続し、ソースＳを配線パターンを通してブリッジ回路４４の電流入力端およびモータ電流検出部４８に接続する。また、ゲートＧとソースＳ間には抵抗器Ｒを通して所定のバイアス電圧ＶGSが印加されている。
ケース温度に対するドレインＤ−ソースＳ間の抵抗値はバイアス電圧ＶGSにより変化する。
【００６９】
図３の（ｂ）は電流検出部４３Ａの、パワーＭＯＳ  ＦＥＴのゲートＧ−ソースＳ間のバイアス電圧ＶGSをパラメータとするパワーＭＯＳ  ＦＥＴのドレインＤ−ソースＳ間抵抗の温度特性である。
図３の（ｃ）は電動式パワーステアリング制御装置の連続操舵時における、通電時間に対する電流検出部４３の温度変化とパワーＭＯＳ  ＦＥＴのドレインＤ−ソースＳ間の抵抗変化と、モータ電流ＩＭの変化との諸特性を示す図である。
【００７０】
図３の（ｂ）に示すように、電流検出部４３を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴのケース温度対ドレインＤとソースＳ間の抵抗特性は、パワーＭＯＳ  ＦＥＴのゲートＧとソースＳ間のバイアス電圧ＶGSを一定値（例えばＶGS＝１ＯＶ）とした場合、ケース温度の上昇と共にドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）間の抵抗は大きくなる。
このため、操舵装置の作動にともなうモータ電流ＩＭの通電により、ブリッジ回路４４を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴ  Ｑ１〜Ｑ４が発熱すると、この熱が、同じ熱伝導性の良い第２基板６５上に実装されている電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴのケースに伝達されて、図３の（ｂ）のケース温度対抵抗変化に示すようにパワーＭＯＳ−ＦＥＴのドレインＤ−ソースＳ間の抵抗が増大することで、電流検出部４３Ａの抵抗値の増大に至る。
【００７１】
モータ電流ＩＭは、電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ−ＦＥＴのドレインＤ−ソースＳ間の抵抗により電圧に変換されて検出されるため、ドレイン−ソース間の抵抗の増加は等価的に該抵抗による電圧降下の増加となる。
この電圧降下はモータ電流検出部４８により検出され、モータ電流ＩＭとしてマイクロコンピュータ５５における減算器５７にネガティブフィードバックされる。この結果、マイクロコンピュータ５５は、モータ電流ＩＭをより減少させる方向に制御する。
【００７２】
以上のように、連続操舵時には、図３の（ｃ）に示すように通電時間の経過と共に温度が上昇し、ドレインＤ−ソースＳ間の抵抗値も上昇することで、モータ電流ＩＭは通電時間の経過と共に変化する減少率に従って低下するため、モータ電流ＩＭによる発熱によりモータ４０および回路素子が熱的に破壊されることから保護することができる。
【００７３】
このように本実施の形態によれば、電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳＦＥＴは、連続操舵時に温度上昇の大きいブリッジ回路４４を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴ  Ｑ１〜Ｑ４と共に同じ熱伝導性の良い第２基板６５上に実装されているため、パワーＭＯＳ  ＦＥＴ  Ｑ１〜Ｑ４の温度上昇に沿ってより精度良く温度検出が可能となり、その温度検出結果に応じてモータ電流ＩＭの上昇を抑えることでモータ４０および回路を熱的破壊から保護できる。
【００７４】
尚、連続操舵時に、回路を熱的破壊から保護するためにモータ電流ＩＭを当初より一定の減少率で徐々に減少していくと、ハンドル操舵力も同時に徐々に重くなっていくことになる。このことは、運転者に、不自然な違和感を与えることになり、操舵性能上は好ましくない。
このような事態の改善策として、電流検出部４３Ａに、温度が高くなると共に抵抗値の増加率が大きくなる非線形の温度特性を持たせることにより、最初は操舵力の低減が少なく、時間と共に低減の割合を増大する特性とすることができる。
【００７５】
この結果、操舵を始めると急に重くなることがなくなり、実使用時間内において、操舵の違和感を低減することが出来る。
尚、電流検出部４３を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴは、ケース温度が高くなると共にドレインＤ−ソースＳ間の抵抗値の増加率が大きくなる非線形の正方向温度特性を持つ素子である。
【００７６】
電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴは、モータ電流の通電により、自分自身も発熱する。この自己発熱の影響を軽減して、ブリッジ回路４４を構成する各パワーＭＯＳ  ＦＥＴ  Ｑ１〜Ｑ４の温度をより正確に検出するためには、ドレインＤ−ソースＳ間の抵抗値をブリッジ回路を構成する各パワーＭＯＳ  ＦＥＴの抵抗値以下の値とするようにする。
【００７７】
また、電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴが、より正確にブリッジ回路を構成する各パワーＭＯＳ  ＦＥＴの温度を検出できるようにする他の方法としては、電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴの熱抵抗を低減する。その結果、各パワーＭＯＳ  ＦＥＴＱ１〜Ｑ４のケース温度は、電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴのドレインＤ−ソースＳ間の抵抗変化として容易に表れる。或いは、電流検出部４３Ａを構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴをブリッジ回路４４の近傍に配置して同じ温度分布にする方法もある。
また、保護動作の性能向上のためにモータ電流の検出精度を上げたい場合は、図３の（ｂ）に示すようにゲートＧ−ソースＳ間に印加するバイアス電圧ＶGSを低減させ、電流検出抵抗（ドレインＤ-ソースＳ間抵抗）を増やし、大きな電圧降下を発生させることで電流検出精度を上げることも可能となる。
【００７８】
本実施の形態では、回路基板を第１基板６４、第２基板６５の２枚構成とし、大電流素子を実装した第２基板６５にて発生した熱の放出のために第２基板６５を放熱板３Ｂに載置する構成としたが、基板構成はこれらに限られるものではない。
また、放熱板３Ｂを特別に設けずに、操舵機構を収納するアルミニウム製のコラムハウジングあるいはラックハウジングを放熱板とし、この放熱板に基板を熱伝導性を維持して載置する。あるいはモータ４０を収容するアルミニウム製のハウジングを放熱板として利用する等、本発明の主旨に適合する範囲で、様々な実施形態を含むことはいうまでもない。
【００７９】
また、本実施の形態では、第２基板６５を金属基板としたが、セラミック基板あるいは窒化アルミ基板で構成しても同様な効果が得られる。
また、この発明の実施の形態では、電流検出部４３Ａを温度上昇に対して抵抗値が正の温度特性を有するパワーＭＯＳ  ＦＥＴで構成したが、抵抗が正の温度特性を持つ材料の洋白板、あるいは同様な特性を持つ材料や電子回路で構成しても同様な効果が得られる。
また、ブリッジ回路を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴのスイッチング動作時に発生するラジオノイズの影響がわずかである場合、ラジオノイズ除去用のコイル４９を省略しても良い。
【００８０】
【発明の効果】
この発明によれば、車両のハンドルに対して補助トルクを発生するモータ、このモータを駆動するためのモータ電流を与えるバッテリ、前記モータ電流を検出するための電流検出手段、前記補助トルクに応じて前記モータ電流の量と方向を制御する電流制御手段、この電流制御手段の一部を構成する複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路、少なくとも前記ブリッジ回路及び前記電流検出手段を搭載する熱伝導性の良い基板、この基板に密着して取り付けられた熱伝導性の良い材料で構成された放熱板、前記ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ、前記車両の車速を検出する車速センサ、前記ハンドルの操舵トルクおよび前記車両の車速に基づいて前記ブリッジ回路を制御するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよび周辺回路素子を備えた電動式パワーステアリング制御装置において、前記電流検出手段の抵抗は正の温度特性を持つと共に、前記ブリッジ回路と前記電流検出手段を同一の基板上に搭載することで、電流検出手段の抵抗による発熱だけでなく、ブリッジ回路による発熱にも対応してモータ電流を低減させることができ、モータおよび回路の熱的な破壊の防止を、高価なマイクロコンピュータを使用せずに実現できるという効果を奏する。
【００８１】
この発明によれば、前記電流検出手段の抵抗は、温度が高くなると共に抵抗値の増加率が大きくなる非線形の温度特性を有することで、モータおよび回路の熱的な破壊の防止を、高価なマイクロコンピュータを使用せずに、また操舵の性能を損なうことなく実現できるという効果を奏する。
【００８２】
この発明によれば、前記電流検出手段を、パワーＭＯＳ  ＦＥＴと周辺回路素子で構成したので、モータおよび回路の熱的な破壊の防止を、高価なマイクロコンピュータを使用せずに実現できるという効果を奏する。
【００８３】
この発明によれば、前記電流検出手段を、洋白板で構成したので、モータおよび回路の熱的な破壊の防止を、高価なマイクロコンピュータを使用せずに実現できるという効果を奏する。
【００８４】
この発明によれば、前記電流制御手段及び前記電流検出手段を実装する熱伝導性の良い基板を金属基板で構成したので、モータおよび回路の熱的な破壊の防止を、高価なマイクロコンピュータを使用せずに実現できるという効果を奏する。
【００８５】
この発明によれば、前記熱伝導性の良い基板をセラミック基板で構成したので、モータおよび回路の熱的な破壊の防止を、高価なマイクロコンピュータを使用せずに実現できるという効果を奏する。
【００８６】
この発明によれば、前記熱伝導性の良い基板を窒化アルミ基板で構成したので、モータおよび回路の熱的な破壊の防止を、高価なマイクロコンピュータを使用せずに実現できるという効果を奏する。
【００８７】
この発明によれば、電流制御手段は、ブリッジ回路を構成する複数の半導体スイッチング素子を備え、前記電流検出手段の抵抗値を前記半導体スイッチング素子の抵抗値以下の値としたので、モータおよび回路の熱的な破壊の防止を、高価なマイクロコンピュータを使用せずに、また電流検出手段の抵抗自身による発熱の影響を軽減して実現できるという効果を奏する。
【００８８】
この発明によれば、前記電流検出手段を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴの熱抵抗値を、前記電流制御手段を構成する各半導体スイッチング素子の熱抵抗値以下の値としたので、モータおよび回路の熱的な破壊の防止を、高価なマイクロコンピュータを使用せずに、また電流検出手段の抵抗自身による発熱の影響を軽減して実現できるという効果を奏する。
【００８９】
この発明によれば、前記電流検出手段を、前記各半導体スイッチング素子から所定値以内の距離に実装したので、モータ及び回路の熱的な破壊の防止を高価なマイクロコンピュータを使用せずに、また、より正確に前記各半導体スイッチング素子の温度を検出できるという効果を奏する。
【００９０】
この発明によれば、前記電流検出手段を構成するパワーＭＯＳ  ＦＥＴの抵抗値を、パワーＭＯＳ  ＦＥＴのゲート印加電圧を可変することで調整可能としたので、モータ及び回路装置の熱的な破壊の防止を高価なマイクロコンピュータを使用せずに実現出来ると共に、ゲート印加電圧を低減して、電流検出部の抵抗値を増やすことで、電流検出精度を上げ、性能向上をはかることが出来るという効果を奏する。
【００９１】
この発明によれば、前記放熱板が前記ハンドルの操舵機構を収容する金属製のハウジングとしたので、放熱板を別個に設ける必要が無くなり、装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【００９２】
この発明によれば、前記放熱板が前記モータを収容する金属製のハウジングとしたので、放熱板を別個に設ける必要が無くなり、装置を安価に構成できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１にかかる電動式パワーステアリング制御装置の構成を示す構成図である。
【図２】  本発明の実施の形態１にかかる電動式パワーステアリング制御装置の構成の一部の詳細を示す図である。
【図３】  本発明の実施の形態１にかかる電動式パワーステアリング制御装置の構成の一部と諸特性の説明を示す図である。
【図４】  一般的な電動式パワーステアリング制御装置の回路構成を示す回路図である。
【図５】  一般的な電動式パワーステアリング制御装置の構成を示す構成図である。
【図６】  従来の電動式パワーステアリング制御装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
３Ｂ  放熱板、４２  コンデンサ、４３Ａ  電流検出部（シャント抵抗器）、４４  ブリッジ回路、４６  リレー、４９  コイル、６２  ケース、６５  第２基板、６７  延長端子。
【図１】
0003808267.tif 000002
【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】
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