JP2007185991A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに応じて操舵軸に操舵補助トルクを与えるモータと、電流検出器によって検出された前記モータの電流検出値に基いて前記モータを制御するコントロールユニットを有して成る電動パワーステアリング装置において、前記コントロールユニットにおいて放熱板等の容量を大きくすることなく発熱を抑えることができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに応じて操舵軸に操舵補助トルクを与えるモータと、電流検出器によって検出された前記モータの電流検出値に基いて前記モータを制御するコントロールユニットを有して成る電動パワーステアリング装置において、前記コントロールユニットにおける発熱部をペルチェ素子により冷却する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、さらに詳細には、前記モータを制御するコントロールユニットのモータ駆動回路部等の発熱部を冷却するようにした電動パワーステアリング装置に関する。

パーキング等に車を駐車する場合には、停車又は低速状態で連続して切り返し操舵を行う場合がある。この場合、大きな操舵補助力（アシストトルク）が必要となり、モータの最大電流を連続して流す時間が多くなってしまう。これによりコントロールユニット内の発熱部やモータ等が発熱して故障を起こすめ、熱に弱い部品や発熱部自身の故障や誤動作を引き起こす場合がある。これを防止するべくモータの最大電流を制限する制御が一般的に行われている。しかし、この制御に起因し、操舵中にハンドルが重くなってしまうことがあるため、何度も切り返し操舵を行う必要のある場合には不便であった。

また、近年、大型車両にも対応できるように電動パワーステアリング装置の出力も大きくなっており、大電流の制御が可能な電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という）などの半導体素子を搭載してモータの最大電流も大きくなっている。

しかし、このようにモータの最大電流が大きくなればなるほど発熱量も大きくなってしまうため、放熱対策が重要な課題となってくる。

そこで、コントロールユニットの放熱板の容量を大きくすることが考えられるが、この結果コストアップと共にコントロールユニットのサイズが大きくなってしまうために、小型化が要求されている電動パワーステアリング装置には逆行する欠点があった。

本発明は上述したような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに応じて操舵軸に操舵補助トルクを与えるモータと、電流検出器によって検出された前記モータの電流検出値に基いて前記モータを制御するコントロールユニットを有して成る電動パワーステアリング装置において、前記コントロールユニットにおいて放熱板等の容量を大きくすることなく発熱を抑えることができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の上記は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに応じて操舵軸に操舵補助トルクを与えるモータと、電流検出器によって検出された前記モータの電流検出値に基いて前記モータを制御するコントロールユニットを有して成る電動パワーステアリング装置において、前記コントロールユニットにおける発熱部をペルチェ素子により冷却することを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記発熱部は、前記モータの駆動回路部であることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ペルチェ素子は、前記モータの駆動回路部を搭載した基板と放熱板との間に配置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ペルチェ素子は、測定又は演算により求められた前記モータの駆動回路部の温度に基づいて駆動され冷却が行われることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ペルチェ素子には、ＰＷＭ制御により電力が供給され、デューテイ比が可変されて温度制御が行なわれることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記モータの駆動回路部の温度は、前記発熱部の近傍に設置されたサーミスタにより測定されることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記モータの駆動回路部の温度は、前記電流検出値により演算されることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記モータの駆動回路部の温度は、前記電流検出値及びペルチェ素子駆動電流若しくはペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比により演算されることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度毎に予めマップ化されたペルチェ素子駆動電流値又はペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比により駆動され冷却が行われることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度が所定の温度を越えた時点より駆動され冷却が行われることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度が所定の温度を越えた時点より駆動され冷却が行われても、温度が上昇する際には、該温度に応じて段階的にペルチェ素子駆動電流又はペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比を大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度が所定の温度を越えた時点より駆動され冷却が行われ、該温度が低下し始めてもペルチェ素子駆動電流又はペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比を変えないことを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

さらにまた、本発明の上記目的は、前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度が所定の温度を下回った時点で駆動を停止することを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、より効果的に達成される。

このように、本発明はペルチェ素子の冷却特性を利用し、ＦＥＴ等の発熱する部品を強制的に冷却するようにしたものであって、本発明によれば、放熱板等の容量を大きくすることなく発熱を抑えることができる電動パワーステアリング装置を提供することができる。また、これにより、何度も切り返し操舵を行った場合でも、ハンドルが途中で重くなることがなく、不便さを感じることがないという利点がある。

以下、本発明の内容を実施例図面を参照しながら説明する。なお、本発明は必ずしも以下の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において、その構成を種々に変更し得ることものであることはいうまでもない。

図１は、電動パワーステアリング装置の一般的な構成例を示す図である。この電動パワーステアリング装置において、操向ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ，ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に結合されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。この電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１からイグニションキー信号が入力され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルク値Ｔと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいて、アシストマップ等を用いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は、主としてCPU（又はＭＰＵやＭＣＵ）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能及び動作は図２のようになっている。

トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴは、操舵系の安定性を高めるために位相補償部３１で位相補償され、位相補償された操舵トルクＴＡが操舵補助指令値演算部３２に入力される。又、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算部３２に入力される。操舵補助指令値演算部３２は、入力された操舵トルクＴＡ及び車速Ｖに基づいてアシストマップ（ルックアップテーブル）３３を参照して、モータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉｒｅｆを決定する。
操舵補助指令値Ｉｒｅｆは減算部３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償部３４に入力され、減算部３０Ａで求められる偏差（Ｉｒｅｆ−ｉ）は比例演算部３５に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算部３６に入力される。比例演算部３５の出力及び積分演算部３６の出力はそれぞれ加算部３０Ｂに入力され、微分補償部３４の出力も加算部３０Ｂに加算入力され、加算部３０Ｂでの加算結果である電流指令値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、モータ電流検出値ｉは減算部３０Ａに入力されてフィードバックされる。

図３はモータ駆動回路３７の構成例である。このモータ駆動回路３７は加算器３０Ｂからの電流指令値Ｅに基いて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４の各ゲートを駆動するＦＥＴゲート駆動回路３７１、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４で成るＨブリッジ回路、ＦＥＴ１及びＦＥＴ２のハイサイド側を駆動する昇圧電源３７２等で構成されている。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２は、電流指令値Ｅに基いて決定されるデューティ比Ｄ１のＰＷＭ信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際にモータ２０に流れる電流Ｉｒの大きさが制御される。ＦＥＴ３及びＦＥＴ４は、デューティ比Ｄ１の小さい領域では所定１次関数式（ａ，ｂを定数としてＤ２＝ａ・Ｄ１＋ｂ）で定義されるデューティ比Ｄ２のＰＷＭ信号で駆動され、デューティ比Ｄ２も１００％に達した以降、ＰＷＭ信号の符号により決定されるモータ２０の回転方向に応じてＯＮ／ＯＦＦされる。

本実施例では、上述したように発熱し温度上昇をきたすモータ駆動回路３７部がペルチェ素子４０によって冷却される。

図４はその冷却構造を示す断面図である。図示されるように、ペルチェ素子４０は、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４等から成るモータ駆動回路３７部を搭載した基板４１と、放熱板４２との間に配置されている。詳細には、モータ駆動回路３７部を搭載した基板４１は放熱板４２の上面にねじ４３によって固定されており、放熱板４２の中央部には窪み４２ｃが形成されていて、ペルチェ素子４０はこの窪み４２ｃの内部に配設されている。このペルチェ素子４０の放熱面４０ａ（すなわち放熱板４２側）と冷却面４０ｂ（すなわち基板４１側）は、夫々熱伝導性に優れたグリース４４ａ、４４ｂが塗布されており、これによりペルチェ素子４０の放熱面４０ａと放熱板４２の窪み４２ｃ上面、及び、ペルチェ素子４０の冷却面４０ｂと基板４１の下面とが夫々密着されている。なお、ペルチェ素子４０の駆動端子４０ｔは直接基板４１に接続されている。また、基板４１の上面にはサーミスタ４５が装備されている。このサーミスタ４５によりＦＥＴ１〜ＦＥＴ４等の発熱部品の周辺温度が測定される。ここに、ペルチェ素子４０の構成及び機能については公知であるので、その説明は省略する。

ペルチェ素子４０は前記サーミスタ４５の測定した温度（これを「サーミスタ温度」と略称する）に基づいて駆動され冷却が行われる。

図５はその一例であるマップ制御方法の説明図である。すなわち、この制御方法は、サーミスタ温度を任意の温度毎に設定し、夫々の温度に対しペルチェ素子４０の駆動信号のためのペルチェ素子駆動電流又はペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比を予め決めてマップ化しておき、サーミスタ温度に適したＰＷＭデューティ比でペルチェ素子４０の駆動制御を行うようにしたものである。

また、他の制御方法として、フィードバック制御方法を採用することも可能である。

この制御方法は、サーミスタ温度が任意の温度、例えば５０℃をを越えた時点からペルチェ素子４０の駆動制御を開始するものである。ペルチェ素子４０の駆動制御開始時はペルチェ素子駆動電流又はペルチェ素子駆動規定値で駆動を開始する。例えば、ＰＷＭデューティ比５０％でペルチェ素子４０に供給する電力を制御する。その後、サーミスタ温度が規定温度、例えば１℃上昇する毎にペルチェ素子駆動電流又はペルチェ素子駆動デューティ比を規定値、例えばＰＷＭデューティ比３％ずつ上げていく。温度が下がり始めたらそのときのデューティ比を固定し、所定の温度、例えば４５℃になるまで制御を続ける。

また他の制御方法として、単純制御方法を採用することも可能である。この制御方法は、フィードバック制御方法と同様に、サーミスタ温度が任意の温度、例えば５０℃を越えた時点からペルチェ素子４０の駆動制御を開始するものである。ただし、フィードバック制御方法と異なり、ペルチェ素子４０の駆動制御開始時から所定の温度、例えば４５℃になるまでペルチェ素子駆動電流又はペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比を変化させない。所定の温度、例えば４５℃まで温度が下がればペルチェ素子４０の駆動を停止する。

なお、ペルチェ素子４０と放熱板４２、基板４１のレイアウトは図４に示すレイアウトに限定されるものではなく、冷却、放熱が可能であれば設計要因その他により自由にレイアウトすることができる。

さらに、一つのペルチェ素子で複数のＦＥＴを冷却しても良く、またペルチェ素子をＦＥＴと同数用い、一つのペルチェ素子で一つのＦＥＴを冷却するようにしても良い。なお、複数のペルチェ素子を用いる際には複数のサーミスタを用い、各々のペルチェ素子を個別に制御するとさらに効果的である。

また、上記実施例ではサーミスタ温度を用いたが、他の温度測定素子、温度測定器を用いて測定した温度を用いても同様な効果を得ることができる。

さらに、サーミスタ温度のような実測値ではなく温度推定値を用いても同様な効果を得ることができる。温度推定値は、例えば図４に示す加算器３０Ｂからモータ駆動回路３７に入力される電流指令値Ｅ、すなわちモータ駆動回路３７を流れる電流から電力を演算し、更に電力から温度上昇値を推定演算することができ、その値を用いてペルチェ素子の駆動を制御する。なお、この温度上昇を推定する演算に関しては既知の演算であるため、詳細な説明は省略する。

また、ペルチェ素子の駆動電流から冷却による温度下降値を推定することができる。温度上昇値と温度下降値から実測値により近い温度を推定し、その値を用いてペルチェ素子の駆動を制御しても良い。

また、モータ駆動回路は上記実施例で用いた図３に示すモータ駆動回路３７に限らず、これが多相直流モータを駆動するモータ回路であってもペルチェ素子４０によって冷却することができ、同様な効果を得ることができる。

さらにまた、上記実施例では、ＦＥＴの冷却方法の実施例についても説明したが、ＦＥＴ以外の発熱部品、例えばＣＰＵやリレー等に対しても同様な効果を得ることができる。

以上、本発明の主要な構成を説明したが、本発明は必ずしもかかる実施形態に限定されるものでないことは前述したとおりである。

電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック図である。 コントロールユニットの内部構成を示すブロック図である。 モータ駆動回路の一例を示す結線図である。 モータ駆動回路部の冷却構造を示す断面図である。 マップ制御による冷却制御方法の説明図である。

符号の説明

１ 操向ハンドル
２ ステアリングシャフト
３ 減速ギア
５ ピニオンラック機構
６ タイロッド
１０ トルクセンサ
１１ イグニッションキー
１２ 車速センサ
１３ リレー
１４ バッテリ
２０ モータ
３０ コントロールユニット
３７ モータ駆動回路
４０ ペルチェ素子
４１ 基板
４２ 放熱板
４４ａ、４４ｂ グリース
４５ サーミスタ

Claims (13)

1. ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに応じて操舵軸に操舵補助トルクを与えるモータと、電流検出器によって検出された前記モータの電流検出値に基いて前記モータを制御するコントロールユニットを有して成る電動パワーステアリング装置において、前記コントロールユニットにおける発熱部をペルチェ素子により冷却することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記発熱部は、前記モータの駆動回路部であ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。
3. 前記ペルチェ素子は、前記モータの駆動回路部を搭載した基板と放熱板との間に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記ペルチェ素子は、測定又は演算により求められた前記モータの駆動回路部の温度に基づいて駆動され冷却が行われることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ペルチェ素子には、ＰＷＭ制御により電力が供給され、デューテイ比が可変されて温度制御が行なわれることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記モータの駆動回路部の温度は、前記発熱部の近傍に設置されたサーミスタにより測定されることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記モータの駆動回路部の温度は、前記電流検出値により演算されることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記モータの駆動回路部の温度は、前記電流検出値及びペルチェ素子駆動電流若しくはペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比により演算されることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度毎に予めマップ化されたペルチェ素子駆動電流値又はペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比により駆動され冷却が行われることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度が所定の温度を越えた時点より駆動され冷却が行われることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度が所定の温度を越えた時点より駆動され冷却が行われても、温度が上昇する際には、該温度に応じて段階的にペルチェ素子駆動電流又はペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比を大きくすることを特徴とする請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度が所定の温度を越えた時点より駆動され冷却が行われ、該温度が低下し始めてもペルチェ素子駆動電流又はペルチェ素子駆動ＰＷＭデューティ比を変えないことを特徴とする請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 前記ペルチェ素子は、前記測定又は演算により求められた温度が所定の温度を下回った時点で駆動を停止することを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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