JPH1120718A

JPH1120718A - 電気式パワーステアリング制御装置及びそのモータ電流制御方法

Info

Publication number: JPH1120718A
Application number: JP18758897A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kawasuji; 康夫川筋
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】スイッチング素子の推定温度の精度を向上す
ることによりヒートシンク及びスイッチング素子の小型
化を図ることができる電気式パワーステアリング制御装
置及びそのモータ電流制御方法を提供する。【解決手段】ハンドル１の操舵トルクを検出してステ
アリングモータ５の出力トルクを制御する指示電流を演
算し、この指示電流となるようにスイッチング素子１６
によって印加電圧をパルス幅変調してモータ制御する電
気式パワーステアリングのモータ電流制御方法におい
て、前記ステアリングモータ５の電流と前記スイッチン
グ素子１６の周辺温度とに基づいてスイッチング素子１
６のジャンクション温度を推定し、このジャンクション
温度が所定値以下となるようにモータ最大電流を制限す
ると共に、電源を遮断した場合にもジャンクション温度
を継続して推定し、電流投入時にはこの推定したジャン
クション温度を初期値としてジャンクション温度を推定
してモータ最大電流を制限する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操舵を行なうステ
アリングモータの出力トルクを電流により制御するスイ
ッチング素子を熱破壊から保護する電気式パワーステア
リング制御装置及びそのモータ電流制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両のパワーステアリング装置
は、小型化あるいは軽量化が図れる等の利点によって、
電動式のものが使用されるようになってきている。この
ような電動式パワーステアリング装置には、ステアリン
グモータが設けられており、このステアリングモータは
電流の制御により出力トルクが制御されてタイヤを操舵
するようになっている。この電流の制御は、通常、制御
装置のパワー回路に設けられた半導体からなるスイッチ
ング素子が、印加電圧をスイッチングしパルス幅変調す
ることによって行なわれる場合が多い。このスイッチン
グにより、スイッチング素子は大きな発熱を生じること
になるが、この半導体のスイッチング素子は、熱に対し
て弱いという特性を有している。このため、制御装置に
はヒートシンクという放熱用の部材が設けられ、スイッ
チング素子はこのヒートシンク上に実装されている。し
かしながら、スイッチング素子の発熱量がヒートシンク
の放熱量よりも大きくなり、スイッチング素子の温度が
上昇して使用上の許容温度を越えると、このスイッチン
グ素子は熱破壊される。

【０００３】そこで、例えば特開平０６−１４４２７９
号公報には、この熱破壊を防止するための電動式パワー
ステアリング装置の技術が開示されている。この開示さ
れた技術によると、図７に示すように、モータ温度が上
昇して温度センサにより異常下限値が検出されると、制
御装置はスイッチング素子に流れる操舵アシストモータ
の電流指令値を最大出力の７０％に低下させる。そし
て、このモータ温度が下降して復帰上限値に達すると、
この制御装置はこの電流指令値を再び最大出力値に戻
す。この動作の繰り返しが３回目となった場合に、電流
指令値を最大出力の４０％に低下させてＴ１時間維持
し、このＴ１時間が経過すると、一旦低下させた電流指
令値を最大出力の８０％まで上昇させてＴ２時間維持す
る。そして、このＴ２時間が経過すると、この電流指令
値を初期の最大出力値まで戻すようにしている。このよ
うに、従来技術においては、操舵アシストモータのモー
タ温度に基づいてスイッチング素子の温度を推定してお
り、このスイッチング素子の温度が所定温度以下となる
ように、モータ温度の異常発生の回数の検出により操舵
アシストモータの電流指令値を制御している。このよう
にしてスイッチング素子の発熱による温度上昇を抑制す
ることによって、このスイッチング素子を熱破壊から保
護するとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術においては、検出したモータ温度に基づい
てスイッチング素子の温度を推定し異常温度か否かを判
断しているが、それぞれ車体の異なる位置に装着されて
いるスイッチング素子及びモータの作動環境は、例えば
周囲の温度や通風の状態等が大きく異なっている。この
ために、モータ温度よりスイッチング素子の温度を推定
する場合、このスイッチング素子の温度は大きな推定誤
差を含んだものとなる。したがって、スイッチング素子
の熱を放熱するヒートシンクやこのスイッチング素子の
設計に当たっては、この温度の推定誤差分を考慮して安
全余裕を見込むことになるので、大きなサイズのヒート
シンクやスイッチング素子を用いらざるをえない。この
結果、制御装置は、大きくなるので割高になったり、車
体への装着箇所の制約を受け易くなったりするという問
題がある。

【０００５】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、スイッチング素子の推定温度の精度を向
上することによりヒートシンク及びスイッチング素子の
小型化を図ることができる電気式パワーステアリング制
御装置及びそのモータ電流制御方法を提供することを目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、車両操
舵時にハンドル(1) の操舵トルクを検出するトルク検出
センサ４と、制御された電流により所定のトルクを出力
してタイヤ１１を操舵するステアリングモータ５と、前
記トルク検出センサ４により検出された操舵トルクに基
づいて、このステアリングモータ５の指示電流を演算す
るモータ指示電流演算手段２６と、このモータ指示電流
演算手段２６により演算された指示電流を電流指令とし
て受け、この電流指令に基づいてステアリングモータ５
への印加電圧をパルス幅変調してスイッチングするスイ
ッチング素子１６によりステアリングモータ５を制御す
るモータ駆動制御手段２８と、このステアリングモータ
５の電流を検出するモータ電流検出手段２１とを備えた
電気式パワーステアリング制御装置において、前記スイ
ッチング素子１６が装着されたヒートシンク１５と、こ
のヒートシンク１５に、かつ、前記スイッチング素子１
６の近傍に設けられ、周辺温度を検出する周囲温度検出
センサ２２と、この周囲温度検出センサ２２により検出
された周辺温度と前記モータ電流検出手段２１により検
出されたステアリングモータ５の電流とに基づいて、ス
イッチング素子１６のジャンクション温度を演算するジ
ャンクション温度演算手段２３と、このジャンクション
温度演算手段２３により演算されたジャンクション温度
に基づいて、ステアリングモータ５の最大電流を設定す
るモータ最大電流設定手段２５と、このモータ最大電流
設定手段２５により設定された最大電流と前記モータ指
示電流演算手段２６により演算された指示電流とを比較
して、小さい方の電流値を電流指令として前記モータ駆
動制御手段２８に出力するモータ電流比較設定手段２７
とを備えた電気式パワーステアリング制御装置の構成と
している。

【０００７】請求項１に記載の発明によると、スイッチ
ング素子１６のジャンクション温度は、ジャンクション
温度演算手段２３により、ジャンクション１７の発熱量
とヒートシンク１５の放熱量、及びヒートシンク１５の
周辺温度とから推定することができる。すなわち、モー
タ電流検出手段２１により検出されたステアリングモー
タ５の電流値と、予め求められているスイッチング素子
１６のオン抵抗値とに基づいて、ジャンクション１７の
発熱量を求めることができる。一方、所定周期の時間毎
に演算しているジャンクション温度の前回に演算した温
度と、周囲温度検出センサ２２により検出されたヒート
シンク１５の周辺温度との温度差、及び予め求められて
いるヒートシンクの熱抵抗に基づいて、ジャンクション
１７の放熱量を求めることができる。このようにして求
めたジャンクション１７の発熱量と放熱量との差を時間
積分して積分値を求め、この積分値と前記ジャンクショ
ン１７の固有値として求められている熱容量とにより、
ジャンクション１７の上昇温度又は下降温度を求めるこ
とができる。そして、この上昇温度又は下降温度と、前
記積分値を求めた時の周辺温度とにより、ジャンクショ
ン１７の温度を推定することができる。そして、モータ
最大電流設定手段２５は、この推定温度が所定の上限値
に達すると、この推定温度に基づいて最大電流を所定の
初期値より低下させて所定の制限電流値となるように設
定し、また、この推定温度が所定の下限値に達すると、
最大電流を所定の初期値になるように再設定する。ま
た、モータ指示電流演算手段２６は、トルク検出センサ
４により検出された操舵トルクに基づいて、ステアリン
グモータ５を制御する指示電流値を演算する。そして、
モータ電流比較設定手段２７は、この演算した指示電流
値と、前記モータ最大電流設定手段２５により設定され
ている最大電流値を比較し、小さい方の電流値でステア
リングモータ３を制御するようにモータ駆動制御手段２
８に出力指令する。したがって、従来はジャンクション
温度の推定誤差分を安全余裕として見込んで放熱量を計
算し、この放熱量を満足する大きいヒートシンク１５を
選択したり、ジャンクション温度の許容値が大きめのス
イッチング素子１６を選択していたが、本発明ではジャ
ンクション１７の発熱とヒートシンク１５の放熱とに基
づいてジャンクション温度を推定しているので、この推
定温度の誤差を小さくすることができる。したがって、
従来はジャンクション温度の推定誤差分を安全余裕とし
て見込んで放熱量を計算し、この放熱量を満足する大き
いヒートシンク１５を選択したり、ジャンクション温度
の許容値が大きめのスイッチング素子１６を選択してい
たが、本発明ではジャンクション１７の発熱とヒートシ
ンク１５の放熱とに基づいてジャンクション温度を推定
しているのでこの推定温度の誤差を小さくすることがで
き、安全余裕として見込んでいる放熱量を小さくするこ
とができる。よって、ヒートシンク１５及びスイッチン
グ素子１６を小型化することが可能となる。この結果、
制御装置２０を安価に、そして小型に製作することがで
きるので、車両への装着時の制約を受けにくいという利
点が得られる。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
記載の電気式パワーステアリング制御装置において、前
記ジャンクション温度演算手段２３により演算されたジ
ャンクション温度を記憶するジャンクション温度記憶手
段２４を付設すると共に、前記ジャンクション温度演算
手段２３は制御装置の電源遮断後もジャンクション温度
を演算し、このジャンクション温度とヒートシンク１５
の周辺温度との差が所定値以下になる迄、あるいは、電
源を遮断して所定の時間が経過する迄、このジャンクシ
ョン温度をジャンクション温度記憶手段２４に記憶する
電気式パワーステアリング制御装置の構成としている。

【０００９】請求項２に記載の発明によると、ジャンク
ション温度記憶手段２４は、制御装置の電源遮断後もジ
ャンクション温度演算手段２３により演算されているジ
ャンクション温度を、ジャンクション温度とヒートシン
ク１７の周辺温度との差が所定値以下になる迄、あるい
は電源を遮断して所定の時間が経過する迄記憶する。よ
って、請求項１に記載の発明による効果に加えて、電源
遮断直後のジャンクション温度が高い時に再度電源を投
入した場合において、この記憶されているジャンクショ
ン温度を初期値としてジャンクション温度の推定を行な
うので、ジャンクション温度を高い精度で推定すること
ができる。

【００１０】また、請求項３に記載の発明は、ハンドル
１の操舵トルクを検出してステアリングモータ５の出力
トルクを制御する指示電流を演算し、この指示電流とな
るようにスイッチング素子１６によって印加電圧をパル
ス幅変調してステアリングモータ５を制御する電気式パ
ワーステアリングのモータ電流制御方法において、前記
ステアリングモータ５の電流と前記スイッチング素子１
６の周辺温度とに基づいてスイッチング素子１６のジャ
ンクション温度を推定し、このジャンクション温度が所
定値以下となるようにステアリングモータ５の最大電流
を制限すると共に、電源を遮断した場合にもジャンクシ
ョン温度を継続して推定し、電流投入時にはこの推定し
たジャンクション温度を初期値としてジャンクション温
度を推定してステアリングモータ５の最大電流を制限す
る電気式パワーステアリングのモータ電流制御方法とし
ている。

【００１１】請求項３に記載の発明によると、操舵トル
クから求めたステアリングモータ５の指示電流と、ジャ
ンクション温度が所定値以下となるようなステアリング
モータ５の最大電流とを比較し、小さい方の電流値をス
テアリングモータ５の指示電流とするのでスイッチング
素子１６を熱破壊から保護することができると共に、ジ
ャンクション温度は、発熱の要因となるステアリングモ
ータ５の制御電流と放熱の要因となるスイッヒートシン
ク１５の周辺温度とにより求められるので推定精度が良
くなる。また、電源遮断後もジャンクション温度を推定
し、周辺温度との差が所定値以下になる迄、あるいは、
所定時間が経過する迄記憶する。よって、電源遮断直後
に再投入した場合でも、この記憶されているジャンクシ
ョン温度を初期値としてジャンクション温度を推定する
ので、高い精度で推定することができる。したがって、
従来はジャンクション温度の推定誤差分を安全余裕とし
て見込んで放熱量を計算し、この放熱量を満足する大き
いヒートシンク１５を選択したり、ジャンクション温度
の許容値が大きめのスイッチング素子１６を選択してい
たが、本発明ではジャンクション１７の発熱とヒートシ
ンク１５の放熱とに基づいてジャンクション温度を推定
しているのでこの推定温度の誤差を小さくすることがで
き、安全余裕として見込んでいる放熱量を小さくするこ
とができる。よって、ヒートシンク１５及びスイッチン
グ素子１６を小型化することが可能となる。この結果、
制御装置２０を安価に、そして小型に製作することがで
きるので、車両への装着時の制約を受けにくいという利
点が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して詳述する。図１は、本発明に係わる電気式パワース
テアリング制御装置を装着したステアリング装置を模式
的に示している。ハンドル１は、車体（図示せず）に回
転自在に装着されており、このハンドル１の中心部は、
操舵入力軸３の上端部に連結されている。そして、この
操舵入力軸３の下端部は、トルク検出センサ４を介して
旋回トルク出力軸７の上端部に略同軸線上に連結されて
いる。また、この旋回トルク出力軸７の下端部にはギヤ
ボックス８が取付けられており、このギヤボックス８は
操舵部材９と連結されている。このギヤボックス８はピ
ニオンとラックなどからなり、前記旋回トルク出力軸７
に連結されたピニオンの回転は、ラックを介して操舵部
材９に車両の左右方向の略水平面内に所定のストローク
を与える。この操舵部材９には、タイヤ１１が走行方向
に回転自在に装着されており、このタイヤ１１は、走行
面内に所定の角度範囲で揺動可能となっている。そし
て、タイヤ１１は、操舵部材９の動きに追従して操舵さ
れるようになっている。

【００１３】一方、前記旋回トルク出力軸７の両端部間
の所定の位置に、複数のギヤの組合わせにより回転を減
速するギヤ列６が設置されている。このギヤ列６の出力
側の最終ギヤは中心部を貫通している旋回トルク出力軸
７と固定されており、また、このギヤ列６の入力側の入
力ギヤはステアリングモータ５の出力軸に固定されてい
る。そして、ギヤ列６はこのステアリングモータ５の出
力トルクを旋回トルク出力軸７に伝達する。また、前記
トルク検出センサ４及びステアリングモータ５には、電
気信号が授受できるように制御装置２０が接続されてい
る。この制御装置２０は、コンピュータ等のＣＰＵや、
電流を制御するいわゆるパワー回路などにより構成され
ている。そして、この制御装置２０には、ステアリング
モータ５を駆動する電気エネルギーを蓄積しているバッ
テリ１２が接続されている。

【００１４】このようなステアリング装置において、操
舵時にハンドル１を回すと、このハンドル１の回転は操
舵入力軸３に伝達される。この操舵入力軸３が回転する
と、トルク検出センサ４にそれぞれ挿入されている操舵
入力軸３と旋回トルク出力軸７との間に、ハンドル１の
回転角度に応じたねじれが生じる。トルク検出センサ４
は、このねじれの大きさを電気信号に変換して制御装置
２０に伝達する。制御装置２０は、この電気信号に基づ
いて、操舵入力軸３と旋回トルク出力軸７との間のねじ
れが零となるように、ステアリングモータ５の出力トル
クを電流によって制御する。そして、ステアリングモー
タ５は、ギヤ列６に出力トルクを伝達して旋回トルク出
力軸７を回転させ、この旋回トルク出力軸７の回転はギ
ヤボックス８及び操舵部材９を介してタイヤ１１に伝達
されてタイヤ１１を旋回させる。このとき、制御装置２
０は、トルク検出センサ４によりフィードバックされた
ねじれに基づいて、ステアリングモータ５の電流を制御
することによって出力トルクを制御する。これにより、
ハンドル１は、回転角度に応じて所定の操舵力で操作で
きるようになっている。

【００１５】つぎに、図２は本発明に係わる制御装置２
０のハードウェア構成のブロック図を示している。制御
装置２０は、大別すると、ステアリングモータ５を制御
する制御値を入力、演算、記憶あるいは出力したりする
ＣＰＵ部２０ａと、この制御値に基づいてステアリング
モータ５の電流を制御するモータ駆動制御部２０ｂとに
よって構成されている。モータ駆動制御部２０ｂは、ヒ
ートシンク１５と、このヒートシンク１５の上に装着さ
れたスイッチング素子１６及び周囲温度検出センサ２２
とにより構成されている。このヒートシンク１５は、ア
ルミ材等のように熱伝導性がよく、かつ、フィンを有し
て放熱性に優れるように形成されている。このヒートシ
ンク１５に装着されているスイッチング素子１６はパワ
ートランジスタ等の半導体からなり、内部にジャンクシ
ョン１７を有している。また、このスイッチング素子１
６は複数用いられて、例えば４つのスイッチング素子１
６からなるＨ型ブリッジ回路を形成している。そして、
ヒートシンク１５に装着されている周囲温度検出センサ
２２は、スイッチング素子１６から所定距離の位置に設
けられ、ヒートシンク１５の周辺の温度を周辺温度とし
て検出するようになっている。

【００１６】一方、ＣＰＵ部２０ａは、汎用のコンピュ
ータ等から構成されている。このＣＰＵ部２０ａは、ス
テアリングモータ５の出力トルクを制御する電流値を演
算して、この電流値となるようにステアリングモータ５
への印加電圧をパルス幅変調により制御する指令を前記
スイッチング素子１６に出力する。スイッチング素子１
６は、この指令に基づいてステアリングモータ５に印加
される電圧をスイッチングして、所定の電流値となるよ
うに制御している。このスイッチングの繰り返しによ
り、スイッチング素子１６のジャンクション１７が発熱
して温度が上昇するので、この温度上昇を防止するよう
に発生した熱を前記ヒートシンク１５を介して放熱する
ようになっている。本発明に係わる制御装置２０は、ジ
ャンクション１７の温度をジャンクション温度として推
定し、この温度が所定値に達するとスイッチング素子１
６に流れる最大電流値を低下させ、ジャンクション温度
が所定値以下となるようにするものである。

【００１７】図３は、本発明に係わる図２の制御装置２
０の詳細を示す機能ブロック図を示している。モータ電
流検出手段２１は、ステアリングモータ５を制御してい
るモータ電流値を検出する。また、周囲温度検出センサ
２２は、このモータ電流を制御しているヒートシンク１
５の周囲の周辺温度を検出する。そして、ジャンクショ
ン温度演算手段２３は、前記モータ電流値とこの周辺温
度に基づいて、スイッチング素子１６のジャンクション
温度を推定する。このジャンクション温度は、ジャンク
ション１７の発熱量とヒートシンク１５の放熱量、及び
ヒートシンク１５の周辺温度とから推定することができ
る。

【００１８】すなわち、例えば数式「Ｔｊ＝（１／
Ｋ₃）∫^j _j-1（Ｋ₂Ｉ²Ｒ−（１／Ｋ₁）（Ｔ_j-1−
Ｔｓ））ｄｔ＋Ｔｓ」により求めることができる。ここ
で、Ｔｊはジャンクション温度、Ｋ₃はジャンクション
１７の熱容量、Ｋ₂は電力の熱換算係数、Ｉはスイッチ
ング素子１６の制御電流（＝ステアリングモータ５の電
流）、Ｒはスイッチング素子１６のオン抵抗、Ｋ₁はヒ
ートシンク１５の熱抵抗、Ｔ_j-1は前回の演算で求めた
ジャンクション温度、及びＴｓはヒートシンク１５の周
辺温度を表している。なお、境界条件として、ｔ＝０の
ときＴ_j-1＝Ｔｓとなる。この数式によると、モータ電
流検出手段２１により検出されたステアリングモータ５
の電流Ｉと、予め求められているスイッチング素子１６
のオン抵抗Ｒとに基づいて、スイッチング素子１６のジ
ャンクション１７の発熱量Ｑ１（＝Ｋ₂Ｉ²Ｒ）を求め
ることができる。一方、所定周期の時間毎に演算してい
るジャンクション温度の前回に演算したジャンクション
温度Ｔ_j-1と周囲温度検出センサ２２により検出された
ヒートシンク１５の周辺温度Ｔｓとの温度差（Ｔ_j-1−
Ｔｓ）、及び予め求められているヒートシンクの熱抵抗
Ｋ₁に基づいて、ジャンクション１７の放熱量Ｑ２（＝
（１／Ｋ₁）（Ｔ_j-1−Ｔｓ））を求めることができ
る。

【００１９】このようにして求めたジャンクション１７
の発熱量と放熱量との差（Ｑ１−Ｑ２）（＝（Ｋ₂Ｉ²
Ｒ−（１／Ｋ₁）（Ｔ_j-1−Ｔｓ）））を微小な所定の
時間ｔ＝（ｊ−１）〜ｊで積分して積分値を求め、この
積分値とジャンクション１７の熱容量Ｋ₃に基づいて、
所定時間内でのジャンクション１７の上昇温度又は下降
温度ΔＴｊは、数式「ΔＴｊ＝（１／Ｋ₃）∫
^j _j-1（Ｋ₂Ｉ²Ｒ−（１／Ｋ₁）（Ｔ_j-1−Ｔｓ））
ｄｔ」により求めることができる。そして、この上昇温
度又は下降温度ΔＴｊに、前記積分値が求められた時の
周辺温度Ｔｓを加算して、ジャンクション温度Ｔｊ（＝
ΔＴｊ＋Ｔｓ）を推定することができる。なお、ジャン
クション１７の発熱は、電流が流れない時には生じない
ので、スイッチング素子１６が通電している時間で積分
して求めることになる。また、操舵時に演算を開始する
ときのジャンクション温度の初期値は、ヒートシンク１
５の周辺温度と略等しいと見なすことができる。そし
て、操舵開始後、ジャンクション温度は微小な所定周期
の時間毎に演算される。

【００２０】一方、ジャンクション温度記憶手段２４
は、前記ジャンクション温度演算手段２３により演算さ
れたジャンクション温度を常に記憶している。そして、
ジャンクション温度記憶手段２４は、制御装置２０の電
源が遮断されてジャンクション温度と周辺温度との差が
所定値以下になる迄、あるいは所定時間が経過する迄ジ
ャンクション温度を記憶するようになっている。そし
て、制御装置２０の電源が再投入されると、ジャンクシ
ョン温度演算手段２３は、このジャンクション温度記憶
手段２４が記憶しているジャンクション温度を初期値と
して、ジャンクション温度を演算する。モータ最大電流
設定手段２５は、ステアリングモータ５を制御する最大
電流として、所定の初期値を有している。そして、この
モータ最大電流設定手段２５は、ジャンクション温度演
算手段２３により演算されたジャンクション温度が所定
の上限値に達すると、この推定温度の大きさや温度勾配
に基づいて、ステアリングモータ５の最大電流を所定の
制限電流値まで低下するように設定する。このジャンク
ション温度の上限値は、電流制御のための設定値であ
り、ジャンクション１７が耐えることのできる上限の許
容温度よりも所定値だけ低くなっている。

【００２１】前記制限電流値を設定する方法としては、
例えば、ジャンクション温度が前記上限値より所定の割
合だけ上昇すると、最大電流をその割合だけ初期値より
も低下させ、更に所定の割合だけ上昇すると、更に最大
電流をその割合だけ初期値よりも低下させるようにす
る。そして、これを繰返して温度上昇を終えた時に設定
されている制限電流値を最大電流として固定し、以後の
ステアリングモータ５を制御する。また、ジャンクショ
ン温度が上限値に達すると、最大電流を初期値よりも一
度に所定割合だけ低下させて制限電流値としてもよい。
さらに、ジャンクション温度が上限値に達すると、最大
電流を初期値よりも所定割合だけ低下させて所定時間維
持し、その後も同様にして段階的に最大電流を低下させ
るように制限電流値を設定してもよい。これらの他に、
前述のジャンクション温度を演算する時の数式を用い、
放熱量が発熱量よりも所定の量だけ大きくなるような電
流値を求めて、この電流値を最大電流とする制限電流値
を設定してもよい。なお、このような制限電流値の設定
アルゴリズムは、本発明において限定するものではな
い。そして、この推定温度が所定の電流を制御するため
に設定した下限値に達すると、この制限電流値を取消し
て、最大電流を所定の初期値に再設定する。この設定さ
れた最大電流値は、モータ電流比較設定手段２７へ出力
される。

【００２２】また、モータ指示電流演算手段２６は、前
記トルク検出センサ４により検出されたトルク値に基づ
いて、ステアリングモータ５が所定のトルクを出力する
ように、ステアリングモータ５を制御する指示電流値を
演算する。そして、演算された指示電流値は、モータ電
流比較設定手段２７へ出力される。つぎに、モータ電流
比較設定手段２７は、この指示電流値と、前記モータ最
大電流設定手段２５により設定された最大電流値とを比
較し、小さい方の電流値を電流指令としてモータ駆動制
御手段２８に出力する。この電流指令によって、ステア
リングモータ５は、この設定された最大電流値以下とな
るように制御される。そして、このモータ駆動制御手
段２８は、この電流指令に基づいてステアリングモータ
５を制御する。

【００２３】次に、制御装置２０の制御動作について、
図４及び図５のフローチャートを参照しながら説明す
る。図４は、通常の連続して操舵している場合のフロー
チャートを示している。まずステップＳ１において、モ
ータ指示電流演算手段２６は、トルク検出センサ４によ
り検出されたハンドル１の操舵トルクに基づいて、ステ
アリングモータ５の出力トルクを制御している指示電流
値を演算する。そしてステップＳ２において、モータ電
流比較設定手段２７は、この指示電流値とモータ最大電
流設定手段２５により設定されている最大電流値とを比
較して、この指示電流値が最大電流値以下であればステ
ップＳ３を実行し、指示電流値が最大電流値より大きけ
ればステップＳ４を実行する。ステップＳ３では、モー
タ電流比較設定手段２７は、前記指示電流値をモータ駆
動制御手段２８に出力してステアリングモータ５を制御
する。また、ステップＳ４では、モータ電流比較設定手
段２７は、モータ最大電流設定手段２５により設定され
ている最大電流値をモータ駆動制御手段２８に出力して
ステアリングモータ５を制御する。このステップＳ３の
次にはステップＳ５が実行される。

【００２４】ステップＳ５においては、モータ電流検出
手段２１は、ステアリングモータ５を駆動している電流
値を検出し、また、周囲温度検出センサ２２はヒートシ
ンク１５の周辺温度を検出する。ステップＳ６において
は、ジャンクション温度演算手段２３は、検出された前
記電流値及び周辺温度に基づいて、ジャンクション１７
のジャンクション温度を演算する。このジャンクション
温度は、前述したように、モータ駆動電流による発熱
量、及び演算された直近のジャンクション温度と周辺温
度との差による放熱量により上昇温度又は下降温度を求
め、この上昇温度又は下降温度にこの時に用いた周辺温
度を加算して求められる。そして、ジャンクション温度
は、所定周期の時間毎に演算されるようになっている。
なお、演算開始時のジャンクション温度の初期値は、発
熱が生じていないのでヒートシンク１５の周辺温度と等
しいとしている。

【００２５】そしてステップＳ７で、モータ最大電流設
定手段２５は、前記ジャンクション温度が所定の上限温
度に達したかどうかを判断し、達したならば次のステッ
プＳ８を実行し、達していないならばステップＳ９を実
行する。ステップＳ８では、モータ最大電流設定手段２
５は、ジャンクション温度に基づいて、最大電流を初期
の最大電流値から所定の制限電流値に低下させるように
設定する。なお、この制限電流値の設定は、前述したよ
うな方法により行なわれる。このステップＳ８の次に
は、この設定された制限電流値に基づいて、ステップＳ
１から処理が実行される。

【００２６】また、ステップＳ９では、モータ電流比較
設定手段２７により制御電流値で制御されているか否か
が判断され、制御されていればステップＳ１０が実行さ
れ、そうでなければ処理はステップＳ１に戻る。ステッ
プＳ１０においては、モータ駆動制御手段２８は前記制
御電流値でステアリングモータ５を駆動するので、ジャ
ンクション温度は下がって下限温度に達する。そして、
ステップＳ１１で、モータ最大電流設定手段２５は、前
記制御電流値を取消し、最大電流を所定の初期値に再設
定する。以上の処理を終えると再びステップＳ１以降を
実行する。

【００２７】つぎに、図５は、制御装置２０の電源を一
旦遮断した後、再度操舵を開始した場合のフローチャー
トを示している。まずステップＳ２１で、制御装置２０
の電源が遮断される。つぎのステップＳ２２において
は、ジャンクション温度演算手段２３は、制御装置２０
の電源が遮断される以前と同様にして、ジャンクション
温度の演算を継続して行ない、つぎに、ステップＳ２３
において、ジャンクション温度記憶手段２４は、演算さ
れたジャンクション温度を常時記憶している。このと
き、ジャンクション温度を演算して記憶するタイミング
は、所定のサイクルタイムあるいは温度間隔などとする
が、特に限定するものではない。そして、ステップＳ２
４において、ジャンクション温度演算手段２３は、電源
が投入されたか否かを判断し、投入されたならば次のス
テップＳ２５を実行し、そうでなければステップＳ２６
を実行する。ステップＳ２５では、ジャンクション温度
演算手段２３は、ステップＳ２３でジャンクション温度
記憶手段２４に記憶されているジャンクション温度を初
期値データとして読込み、そして、これ以降は前記図４
に示したフローチャートに基づいてステップＳ６から処
理を実行する。

【００２８】また、ステップＳ２６では、ジャンクショ
ン温度演算手段２３は、ジャンクション温度と周辺温度
との差を演算し、次のステップＳ２７で、この差が所定
値より大きければステップＳ２２に戻り、所定値以下で
あればステップＳ２８を実行する。ステップＳ２８で
は、ジャンクション温度演算手段２３は、ジャンクショ
ン温度の演算を終了すると共に、ジャンクション温度記
憶手段２４に記憶されているジャンクション温度データ
を消去して処理を終了する。このようにして、ジャンク
ション温度は周囲温度と略等しくなったときに演算が終
了され、再び電源が投入されると、前記図４に示した処
理フローの最初のステップＳ１以降が実行される。前記
ステップＳ２６では、ジャンクション温度と周辺温度と
の差が所定値以内であれば、ジャンクション温度の演算
を終了しているが、電源遮断から所定の時間経過後に終
了するようにしてもよい。

【００２９】図６のグラフは、以上に示したような制御
装置２０により制御されるステアリングモータ５の最大
電流設定の時間推移の一例を示している。このグラフ
は、縦軸に周辺温度Ｔｓ、モータ電流Ｃ、ジャンクショ
ン温度Ｔｊ及び最大電流の設定値Ｃｓの４つの特性を表
示しており、横軸には、縦軸のそれぞれの特性に共通な
操舵時の経過した時間ｔを表している。この周辺温度Ｔ
ｓは、ヒートシンク１５の放熱効果により変化は小さい
が、モータ電流Ｃによる発熱の影響により、モータ電流
Ｃの通電時に上昇している。また、モータ電流Ｃは、操
舵トルクに基づいて所定の電流値を発生させるように、
制御されている。そして、前記モータ電流Ｃと周辺温度
Ｔｓとによって演算されるジャンクション温度Ｔｊは、
通電時にモータ電流Ｃによる発熱によって、時間ｔの経
過と共に上昇している。

【００３０】このような作動環境の下で、制御装置２０
は、最大電流の設定値Ｃｓをつぎのように制御してい
る。すなわち、操舵時の時間ｔの経過と共にジャンクシ
ョン温度Ｔｊが上昇し、上限温度Ｔｕに達すると、最大
電流の設定値Ｃｓは、前述したような方法により、最大
電流の設定値Ｃｓの初期値Ｃｍより小さい値になるよう
な制限電流値Ｃｆに設定される。この制限電流値Ｃｆの
設定は前述したような方法により行ない、例えば、この
グラフに示した制限電流値Ｃｆは、最大電流の低下を開
始させるジャンクション１７の上限温度Ｔｕから次第に
緩やかな勾配になるような時間の関数としている。この
制限電流値Ｃｆより大きな指示電流値が演算されたと
き、この制限電流値Ｃｆを出力してステアリングモータ
３を制御し、ジャンクション温度Ｔｊは時間の経過と共
に下降するようになる。そして、ジャンクション温度Ｔ
ｊが下限温度Ｔｄに達すると、最大電流の設定値Ｃｓは
前記制限電流値Ｃｆが取消され、初期値Ｃｍに再設定さ
れる。このようにして、上限温度Ｔｕと下限温度Ｔｄと
の間で最大電流の設定値Ｃｓの制御が繰返され、ジャン
クション温度Ｔｊは許容される所定の上限温度以下に維
持される。

【００３１】以上のようにして、スイッチング素子１６
を熱破壊から保護するために、ジャンクション温度を精
度良く推定することができる。したがって、従来は温度
の推定誤差分を安全余裕として見込んで放熱量を計算
し、この放熱量を満足する大きいヒートシンク１５を選
択したり、ジャンクション温度の許容値が大きめのスイ
ッチング素子１６を選択していたが、本発明ではジャン
クションの発熱とヒートシンク１５の放熱とに基づいて
ジャンクション温度を推定しているのでこの推定温度の
誤差を小さくすることができ、安全余裕として見込んで
いる放熱量を小さくすることができる。よって、ヒート
シンク１５及びスイッチング素子１６を小型化すること
が可能となる。この結果、制御装置２０を安価に、そし
て小型に製作することができるので、車両への装着時の
制約を受けにくいという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステアリング装置の模式図である。

【図２】本発明の制御装置のハードウェア構成のブロッ
ク図である。

【図３】本発明の制御装置の機能ブロック図である。

【図４】本発明の制御装置の制御動作についてのフロー
チャートである。

【図５】本発明の制御装置の他の制御動作についてのフ
ローチャートである。

【図６】本発明の制御装置の制御動作を示すグラフであ
る。

【図７】従来技術の制御装置の電流指令値を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…ハンドル、３…操舵入力軸、４…トルク検出セン
サ、５…ステアリングモータ、６…ギヤ列、７…旋回ト
ルク出力軸、８…ギヤボックス、９…操舵部材、１１…
タイヤ、１２…バッテリ、１５…ヒートシンク、１６…
スイッチング素子、１７…ジャンクション、２０…制御
装置、２０ａ…ＣＰＵ部、２０ｂ…モータ駆動制御部、
２１…モータ電流検出手段、２２…周囲温度検出セン
サ、２３…ジャンクション温度演算手段、２４…ジャン
クション温度記憶手段、２５…モータ最大電流設定手
段、２６…モータ指示電流演算手段、２７…モータ電流
比較設定手段、２８…モータ駆動制御手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両操舵時にハンドル(1) の操舵トルク
を検出するトルク検出センサ(4) と、制御された電流に
より所定のトルクを出力してタイヤ(11)を操舵するステ
アリングモータ(5) と、前記トルク検出センサ(4) によ
り検出された操舵トルクに基づいて、このステアリング
モータ(5) の指示電流を演算するモータ指示電流演算手
段(26)と、このモータ指示電流演算手段(26)により演算
された指示電流を電流指令として受け、この電流指令に
基づいてステアリングモータ(5) への印加電圧をパルス
幅変調してスイッチングするスイッチング素子(16)によ
りステアリングモータ(5) を制御するモータ駆動制御手
段(28)と、このステアリングモータ(5) の電流を検出す
るモータ電流検出手段(21)とを備えた電気式パワーステ
アリング制御装置において、前記スイッチング素子(16)が装着されたヒートシンク(1
5)と、このヒートシンク(15)に、かつ、前記スイッチング素子
(16)の近傍に設けられ、周辺温度を検出する周囲温度検
出センサ(22)と、この周囲温度検出センサ(22)により検出された周辺温度
と前記モータ電流検出手段(21)により検出されたステア
リングモータ(5) の電流とに基づいて、スイッチング素
子(16)のジャンクション温度を演算するジャンクション
温度演算手段(23)と、このジャンクション温度演算手段(23)により演算された
ジャンクション温度に基づいて、ステアリングモータ
(5) の最大電流を設定するモータ最大電流設定手段(25)
と、このモータ最大電流設定手段(25)により設定された最大
電流と前記モータ指示電流演算手段(26)により演算され
た指示電流とを比較して、小さい方の電流値を電流指令
として前記モータ駆動制御手段(28)に出力するモータ電
流比較設定手段(27)とを備えたことを特徴とする電気式
パワーステアリング制御装置。
【請求項２】請求項１記載の電気式パワーステアリン
グ制御装置において、前記ジャンクション温度演算手段
(23)により演算されたジャンクション温度を記憶するジ
ャンクション温度記憶手段(24)を付設すると共に、前記
ジャンクション温度演算手段(23)は制御装置の電源遮断
後もジャンクション温度を演算し、このジャンクション
温度とヒートシンク１５の周辺温度との差が所定値以下
になる迄、あるいは、電源を遮断して所定の時間が経過
する迄、このジャンクション温度をジャンクション温度
記憶手段(24)に記憶することを特徴とする電気式パワー
ステアリング制御装置。
【請求項３】ハンドル(1) の操舵トルクを検出してス
テアリングモータ(5) の出力トルクを制御する指示電流
を演算し、この指示電流となるようにスイッチング素子
(16)によって印加電圧をパルス幅変調してステアリング
モータ(5) を制御する電気式パワーステアリングのモー
タ電流制御方法において、前記ステアリングモータ(5) の電流と前記スイッチング
素子(16)の周辺温度とに基づいてスイッチング素子(16)
のジャンクション温度を推定し、このジャンクション温
度が所定値以下となるようにステアリングモータ(5) の
最大電流を制限すると共に、電源を遮断した場合にもジ
ャンクション温度を継続して推定し、電流投入時にはこ
の推定したジャンクション温度を初期値としてジャンク
ション温度を推定してステアリングモータ(5) の最大電
流を制限することを特徴とする電気式パワーステアリン
グのモータ電流制御方法。