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WO2019189648A1 - 電源コイルの温度推定方法 - Google Patents

電源コイルの温度推定方法 Download PDF

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WO2019189648A1
WO2019189648A1 PCT/JP2019/013773 JP2019013773W WO2019189648A1 WO 2019189648 A1 WO2019189648 A1 WO 2019189648A1 JP 2019013773 W JP2019013773 W JP 2019013773W WO 2019189648 A1 WO2019189648 A1 WO 2019189648A1
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WO
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temperature
estimated
power supply
current
estimation
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/013773
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English (en)
French (fr)
Inventor
忠介 大島
新井　武
一樹 原田
貴 小池上
裕樹 森田
Original Assignee
日本電産エレシス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電産エレシス株式会社 filed Critical 日本電産エレシス株式会社
Priority to JP2020511029A priority Critical patent/JPWO2019189648A1/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits

Definitions

  • the present invention relates to a method for estimating the temperature of a power supply coil mounted on a substrate such as a motor control unit of an electric power steering apparatus.
  • a vehicle such as an automobile is equipped with an electric power steering device including an electric motor that generates an auxiliary torque in response to a steering handle operation by a driver, a control device for the electric motor, and the like.
  • the electric power steering device is always in operation, and the heat generating components constituting the motor drive unit continue to generate heat, so the current supplied to the motor drive unit is controlled based on the temperature of such heat generating components. It becomes important.
  • Japanese Patent No. 5609987 discloses a configuration in which a relay current is controlled based on an estimated temperature of a relay coil portion of a motor relay that supplies a current to a motor that applies a steering assist force in an electric power steering apparatus. . That is, in Patent Document 1, the relay coil temperature of an electromagnetic motor relay that functions so as to supply current to the motor and prevent abnormal current from flowing is estimated, and the estimated temperature is compared with a predetermined temperature according to the result. The motor current flowing through the motor relay is controlled.
  • Patent Document 1 paying attention to the fact that the spring part of the motor relay is likely to be overheated by the motor current, the calculation is made based on the maximum value of the accumulated value of the motor current accumulated for each phase of the A phase to the C phase. Control is performed to limit the motor current based on the estimated relay coil temperature obtained by adding the substrate temperature detected by a substrate temperature sensor such as a thermistor to the relay coil temperature.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a temperature estimation method for estimating the temperature of a power supply coil with high accuracy with a simple configuration.
  • the first exemplary invention of the present application is based on a heat generation amount estimation step for estimating a heat generation amount of the temperature estimation target from a power supply current supplied to the temperature estimation target, and a detected temperature of the ambient temperature of the temperature estimation target.
  • a heat release amount estimation step for estimating the heat release amount of the temperature estimation target, and a temperature estimation step of estimating the temperature of the temperature estimation target based on the heat generation amount and the heat release amount are provided.
  • An exemplary second invention of the present application is a motor drive control device including a control unit that performs rotation drive control of an electric motor, wherein the control unit sets a temperature of a predetermined component constituting the control unit.
  • An exemplary third invention of the present application is an electric power steering device that assists a steering wheel operation of a driver of a vehicle or the like, the torque sensor detecting torque by the steering wheel operation, and the above exemplary second invention. And an electric motor driven by the motor drive control device based on the torque detected by the torque sensor.
  • the temperature of the power supply coil can be estimated with high accuracy, and the heat generation of the power supply coil can be suppressed based on the estimated temperature, particularly for estimating the temperature of the power supply coil used in the electronic control unit of the electric power steering apparatus.
  • it is possible to control the drive of the electric motor while preventing overheating as well as suppressing the heat generation of the power supply coil.
  • FIG. 1 is a schematic configuration of a steering system including an electric power steering apparatus equipped with a motor drive control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the motor drive control unit according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the coil temperature estimation unit.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of power coil temperature estimation processing and power coil temperature abnormality determination processing in the motor drive control unit.
  • FIG. 5 is a comparative characteristic graph showing a comparison between the actual temperature of the power supply coil and the estimated temperature.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a current limiting characteristic in which a hysteresis is given to the current limiting rate of the power supply coil.
  • FIG. 1 is a schematic configuration of a steering system including an electric power steering apparatus equipped with a motor drive control unit according to an embodiment of the present invention.
  • the steering system 1 includes a steering handle 2 as a steering member, a rotating shaft 3 connected to the handle 2, a pinion gear 6, a rack shaft 7, an electric power steering device 10, and the like. *
  • the electric power steering apparatus 10 includes a motor drive control unit 20, an electric motor 15, and the like.
  • the rotating shaft 3 is provided with a torque sensor 9 that detects a steering torque when the handle 2 is operated, and the detected steering torque is sent to the electronic control unit 20.
  • the rotating shaft 3 meshes with a pinion gear 6 provided at the tip thereof.
  • the pinion gear 6 converts the rotational motion of the rotary shaft 3 into linear motion of the rack shaft 7, and a pair of wheels 5 a and 5 b provided at both ends of the rack shaft 7 at an angle corresponding to the amount of displacement of the rack shaft 7. Is steered. *
  • the motor drive control unit 20 outputs from the electric motor 15 auxiliary torque for assisting steering of the handle 2 based on signals such as steering torque acquired from the torque sensor 9 and vehicle speed from a vehicle speed sensor (not shown). And transmitted to the rotary shaft 3 via the reduction gear 4. That is, the rotation of the rotary shaft 3 is assisted by the torque generated by the electric motor 15 to assist the driver's handle operation.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the motor drive control unit according to the embodiment of the present invention.
  • a configuration in which the motor drive control unit is mounted on the electric power steering apparatus will be described as an example.
  • a motor drive control unit (Electronic Control Unit: ECU) 20 shown in FIG. 2 includes, for example, a microprocessor and supplies a predetermined drive current to the control unit 21 that controls the entire motor drive control unit 20 and the electric motor 15.
  • the coil temperature estimating unit 25 receives the power source current (motor current) detected by the power source current detecting unit 27 and a detection signal from a temperature detecting unit 29 including a temperature sensor such as a thermistor, and will be described later. Is estimated with high accuracy. Although illustration is omitted, a thermistor as a temperature detection unit 29 is disposed in the vicinity of the power supply coil 24 on the circuit board of the motor drive control unit 20. *
  • the motor drive unit 31 is supplied with power for driving the motor from the external battery BT via an ignition switch (ignition switch) IG-SW.
  • the electric motor 15 is, for example, a three-phase brushless DC motor.
  • the motor drive unit 31 includes an FET bridge circuit composed of a plurality of semiconductor switching elements (FETs), a switching FET that supplies a drive current to the electric motor 15, and the like.
  • the ON / OFF signal of the ignition switch IG-SW is input to the control unit 21. *
  • the motor drive unit 31 is a motor drive circuit, and the control unit 21 increases or decreases the duty of the PWM control signal based on the temperature of the power supply coil 24 estimated by the coil temperature estimation unit 25, thereby causing the above-described semiconductor It is configured to perform ON / OFF control of the switching element and control the current to the electric motor 15.
  • a power supply coil (also referred to as a power choke coil) 24 is connected to the power input terminal side from the external battery BT of the motor drive control unit 20.
  • the power supply coil 24 is a normal mode coil, for example.
  • the power supply coil 24 forms a noise filter together with an electrolytic capacitor (not shown).
  • the noise filter absorbs noise and the like contained in the power supply supplied to the motor drive control unit 20 and smoothes the power supply voltage.
  • the memory 22 temporarily stores calculation values and the like necessary for execution of the coil temperature estimation processing such as the previous value of the coil temperature described later. . *
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of the coil temperature estimation unit 25.
  • the power supply current value (motor current value) i detected (estimated) by the power supply current detection unit 27 in FIG. 2 is squared in the calculation unit 33 in FIG. 3, and the calculation result i 2 is a gain part whose gain is Kh. 34.
  • the noise from the output from the gain unit 34 is removed by passing through a low-pass filter (LPF) 35 to obtain a heat generation amount (temperature Ta).
  • LPF low-pass filter
  • the power source current detection unit 27 does not include a current detection circuit using a current sensor or the like that increases the cost of the device.
  • the power source current detection unit 27 is provided for each phase of U, V, and W in the FET bridge circuit constituting the motor drive unit 31.
  • the power supply current i is estimated from the motor power obtained based on the phase current of each phase U, V, W detected from the potential of the shunt resistor, the motor power supply voltage of the motor drive unit 31, the motor rotation speed, and the like.
  • the subtractor 36 of the coil temperature estimation unit 25 obtains a difference between the temperature (thermistor temperature) Tt detected by the temperature detection unit 29 and a previous value Tc (n ⁇ 1) of the coil estimation temperature described later.
  • the difference output (Tt ⁇ Tc (n ⁇ 1)) from the subtractor 36 is input to the gain unit 37 having a gain of Kr.
  • the heat radiation amount (temperature Tb) of the power supply coil is obtained from the output of the gain unit 37.
  • the adder 39 adds the temperature Ta based on the heat generation amount and the temperature Tb based on the heat dissipation amount. Then, the adder 41 adds the output from the adder 39 and the previous value Tc (n-1) of the estimated coil temperature to obtain the estimated coil temperature Tcn. *
  • the gain Kh is tuned to match the characteristic curve by, for example, measuring the heat generation characteristic curve and the heat radiation characteristic curve of the actual (actual) power supply coil 24 and performing a simulation based on the current value flowing at that time.
  • the parameters obtained by The gain Kr is also a parameter obtained by tuning based on the confirmation result of the thermal characteristics.
  • the thermistor is arranged in the vicinity of the power supply coil 24, it is easy to tune the heat generation parameter and the heat dissipation parameter.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the temperature estimation process of the power supply coil 24 and the abnormality determination process of the power supply coil temperature in the motor drive control unit 20. If the control unit 21 determines in step S11 in FIG. 4 that the ignition switch IG-SW is in the ON state, the control unit 21 starts the processing counter (n) in step S13.
  • the processing counter represents the processing order and the number of processing of the temperature estimation processing within a predetermined processing cycle.
  • step S15 the control unit 21 stores the coil temperature, which is the coil temperature estimation value obtained in the previous temperature estimation process indicated by the process counter value n-1, stored in the memory 22 with respect to the coil temperature estimation unit 25.
  • the previous value Tc (n-1) is output.
  • step S17 the thermistor temperature Tt is acquired from the temperature detection unit 29, and the power supply current value i is acquired from the power supply current detection unit 27.
  • step S19 the coil temperature estimation unit 25 estimates the coil temperature. This is called a coil estimated temperature Tcn. *
  • step S21 the control unit 21 compares the estimated coil temperature Tcn with the thermistor temperature Tt. If Tcn ⁇ Tt, initialization is performed to set the coil thermistor temperature Tt to the estimated temperature Tcn in step S23. This is an initialization based on the premise that the estimated coil temperature does not fall below the thermistor temperature and no further heat dissipation is performed from the power supply coil 24, and the thermistor temperature Tt is the lowest reference value. is there. By such initialization, the temperature estimation process can be continued. *
  • step S25 the obtained estimated coil temperature Tcn is stored in the memory 22 as the estimated coil temperature at the process counter value n.
  • the processing counter value is incremented by 1 (n ⁇ n + 1). *
  • step S31 the control unit 21 determines whether or not the coil temperature has increased and has reached a coil temperature threshold (for example, 140 ° C.). When the coil temperature reaches the threshold value, it is determined as “abnormal” because the power supply coil 24 is in an overheated state, and the abnormality determination flag is turned ON in step S33. In step S35, a current limit is applied to the power supply coil 24 (for example, the current is reduced from 70 Arms to 10 Arms). *
  • step S31 determines whether the coil temperature has been reached the threshold value. If it is determined in step S31 that the coil temperature has not reached the threshold value, the abnormality determination flag is turned OFF in step S37. In subsequent step S39, the current limitation on the power supply coil is released (for example, the current is returned from 10 Arms to 70 Arms). *
  • the control unit 21 determines whether or not a processing period (for example, 10 ms) of the temperature estimation process has elapsed in step S41. If the processing cycle has not elapsed, the process returns to step S15. When the processing cycle has elapsed, the processing shifts to another processing.
  • a processing period for example, 10 ms
  • FIG. 5 shows a comparison between the actual temperature and the estimated temperature of the power supply coil 24 by tuning the gain Kh, which is a heat generation parameter in the coil temperature estimation unit 25, and the gain Kr, which is a heat dissipation parameter, based on the thermal characteristics confirmation result. It is a comparative characteristic graph shown.
  • the applied current 51 shown in FIG. 5 is applied to the power supply coil, a constant current is allowed to flow for T1 for a predetermined time to generate heat, and then the energization is stopped to dissipate heat (cool), and the actual temperature and the estimated temperature are compared. . *
  • a temperature curve 57 is an actual temperature curve of the power supply coil.
  • the detected temperature in the vicinity of the power supply coil may be different from the actual temperature. I understand. *
  • the estimated temperature curve 55 obtained by estimating the temperature of the power supply coil by the coil temperature estimating unit 25 approximates the actual temperature curve 57. Therefore, the actual temperature of the power supply coil is determined by the temperature estimation process using the heat generation parameter (gain Kh) and the heat dissipation parameter (gain Kr) tuned based on the thermal characteristic confirmation result of the power supply coil as described above.
  • the estimated power coil temperature was almost equivalent to *
  • the motor drive control unit uses the heat generation parameter to determine the amount of heat generated from the power supply current (motor current) based on the thermal characteristic confirmation result of the power supply coil in the coil temperature estimation unit.
  • the heat generation parameter determines the amount of heat generated from the power supply current (motor current) based on the thermal characteristic confirmation result of the power supply coil in the coil temperature estimation unit.
  • Embodiment 2 temperature estimation when a temperature sensor fails will be described.
  • the temperature sensor thermoistor
  • a predetermined temperature such as an assumed worst value of the temperature sensor
  • a temperature sensor arranged in the vicinity of the power supply coil 24 is used as a main temperature sensor, and when the temperature sensor fails, temperature estimation is continued using the temperature sensor built in the control unit 21 that is a microprocessor. May be. In this case, since the temperature detection value from the degenerated temperature sensor of the microprocessor is used, the temperature estimation can be continued by avoiding the cost increase with a simple configuration even if the temperature detection performance is lowered. *
  • a temperature sensor arranged in the vicinity of the power supply coil is set as a main temperature sensor, and one or a plurality of temperature sensors are further connected to an arbitrary circuit board of the motor drive control unit 20 in response to the failure of the main temperature sensor. You may arrange in a position. *
  • ⁇ Third Embodiment> temperature estimation processing after IG-OFF will be described.
  • the temperature of the temperature estimation target component here, the power supply coil
  • step S45 after the ignition switch IG-SW is determined to be OFF in step S11 of FIG. 4, the actual temperature value (thermistor temperature Tt) and the estimated power coil temperature Tcn are shown.
  • the temperature estimation may be continued while self-holding the power supply until the gap becomes equal to or less than a certain gap (for example, 5 ° C. or less). Alternatively, for battery protection, temperature estimation may be continued until a certain time has elapsed since IG-OFF. *
  • the motor Even if the drive control system is forcibly terminated and restarted when there is not enough time for the temperature estimation target component to cool down, the high temperature will be increased due to the gap between the actual temperature value and the estimated temperature value. A component failure due to a normal current flowing through a component in a state is assumed. *
  • the estimated temperature value obtained during the period until the self-holding becomes impossible due to the battery shutoff or the like during the shutdown process may be stored in the memory 22.
  • IG-OFF at power-on reset
  • an appropriate temperature estimated value can be read from the memory 22, and the temperature estimated value can be easily restored when the temperature estimation is restarted. Since there is no value, it is possible to avoid the worst state that proper estimation processing cannot be started.
  • FIG. 6 shows an example of a current limiting characteristic in which a current limiting rate is provided with hysteresis in order to cope with the above problem by limiting the current with respect to the estimated value of the power coil temperature and performing overheat protection.
  • the horizontal axis represents the power coil temperature
  • the vertical axis represents the current limiting rate of the power coil. For example, if the coil temperature has reached the threshold T A (A point in FIG. 6), to start the current limitation from up to 100% of the current limit ratio, it is determined that the condition is satisfied abnormality determination at that time.
  • the current limiting rate is shifted from the C point to the value indicated by the D point. That is, until the current limit ratio reaches 100% 87% (from a coil temperature threshold value T C until the threshold T D), and gradually cancels the current limitation.
  • the recovery temperature estimation value in the memory is converted to the temperature estimation value at the time of restart.
  • the temperature estimation may be resumed by setting as an initial value.
  • the current limiting rate is (a) 100%, (b) less than 100% to 75%, (c) less than 75% to 50%, and (d) less than 50%.
  • the power coil temperature threshold at point A in FIG. 6 is used as the temperature estimation recovery value in FIG. 6, and in the case of (b), the power coil temperature threshold corresponding to the current limiting rate of 75%.
  • the power supply coil temperature threshold (temperature between A and B in FIG. 6) corresponding to a current limiting rate of 50%
  • the power coil temperature threshold corresponding to a current limiting rate of 30% are set in the memory.

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Abstract

【課題】電子制御ユニット等の電源コイルの温度を高精度に推定する。【解決手段】コイル温度推定部２５において、電源コイル２４の熱特性確認結果等にもとづいて、発熱パラメータにより電源電流（モータ電流）から求めた発熱量と、放熱パラメータを使用してサーミスタ温度等より求めた放熱量とから電源コイル２４の温度を推定する。これにより、電源コイル温度とサーミスタ温度とのギャップを埋めて電源コイル２４の高精度な温度推定ができる。

Description

電源コイルの温度推定方法
本発明は、電動パワーステアリング装置のモータ制御ユニット等の基板に実装される電源コイルの温度推定方法に関する。
自動車等の車両には、運転者のステアリングハンドル操作に対して補助トルクを発生する電動モータ、その電動モータの制御装置等を備える電動パワーステアリング装置が搭載されている。電動パワーステアリング装置は、常時動作しており、モータ駆動部を構成する発熱部品も発熱を続けることから、このような発熱部品の温度をもとに、モータ駆動部に供給される電流を制御することが重要となる。　
例えば日本国特許第５６０９９８７号公報は、電動パワーステアリング装置において操舵補助力を付与するモータに電流供給するモータリレーのリレーコイル部の推定温度をもとにリレー電流を制御する構成を開示している。すなわち、特許文献１では、モータに電流を供給するとともに異常電流が流れないように機能する電磁式モータリレーのリレーコイル部温度等を推定し、その推定温度と所定温度とを比較した結果にしたがって、モータリレーに流れるモータ電流を制御している。
日本国特許第５６０９９８７号公報
電動パワーステアリング装置の種々の動作モードのうち、電動モータが中速以上で回転しているときには、回生エネルギー等により電流が流れにくくなる。その際、モータ印加電圧を調整するパルス幅変調（ＰＷＭ）のＰＷＭデューティを増加させるとモータへの供給電源電流が増加し、制御ユニット基板上の発熱部品のうち、バッテリからの電源供給端子側に接続された電源コイル（パワーチョーク）が最も温度の高い発熱部位となる。　
特許文献１では、モータリレーのバネ部がモータ電流により過熱しやすいことに着目し、Ａ相～Ｃ相の各相毎に積算されたモータ電流の積算値の最大値等をもとに算出したリレーコイル部温度に、サーミスタ等の基板温度センサで検出された基板温度を加算して得たリレーコイル部温度推定値に基づいてモータ電流を制限する制御を行っている。　
しかしながら、日本国特許第５６０９９８７号公報等に記載された従来技術は、制御ユニット上での高温発熱部品である電源コイルの温度上昇に何らの対策もしておらず、コスト面等の観点から電源コイルの高耐熱化にも限度がある中、制御ユニットにおける電源コイルの過熱、それに付随する誤動作を防止できないという問題がある。また、温度センサのみによる温度推定では、電源コイルの実温度とに差異が生じるという問題がある。　
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源コイルの温度を簡単な構成で高精度に推定する温度推定方法を提供することである。
上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第１の発明は、温度推定対象へ供給される電源電流より該温度推定対象の発熱量を推定する発熱量推定工程と、前記温度推定対象の周辺温度の検出温度より該温度推定対象の放熱量を推定する放熱量推定工程と、前記発熱量と前記放熱量をもとに前記温度推定対象の温度を推定する温度推定工程とを備えることを特徴とする。　
本願の例示的な第２の発明は、電動モータの回転駆動制御を行う制御部を備えたモータ駆動制御装置であって、前記制御部は、前記制御部を構成する所定の構成部品の温度を推定する温度推定手段と、前記推定温度をもとに、前記所定の構成部品へ供給される電源電流を制御する電流制御手段とを備え、前記温度推定手段は、前記電源電流より前記所定の構成部品の発熱量を推定する手段と、前記所定の構成部品の周辺温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出した前記周辺温度より前記構成部品の放熱量を推定する手段とを有し、前記発熱量と前記放熱量をもとに前記所定の構成部品の温度を推定することを特徴とする。　
本願の例示的な第３の発明は、車両等の運転者のハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置であって、前記ハンドル操作によるトルクを検出するトルクセンサと、上記例示的な第２の発明に係るモータ駆動制御装置と、前記トルクセンサで検出されたトルクをもとに前記モータ駆動制御装置により駆動される電動モータとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、電源コイルの温度を高精度に推定し、その推定温度をもとに電源コイルの発熱を抑制でき、特に電動パワーステアリング装置の電子制御ユニットで使用する電源コイルの温度推定に適用した場合、その電源コイルの発熱の抑制のみならず過熱を防止しながら電動モータの駆動制御が可能となる。
図１は本発明の実施形態に係るモータ駆動制御ユニットを搭載した電動パワーステアリング装置を備えるステアリングシステムの概略構成である。 図２は実施形態に係るモータ駆動制御ユニットの全体構成を示すブロック図である。 図３はコイル温度推定部の機能構成を示すブロック図である。 図４はモータ駆動制御ユニットにおける電源コイルの温度推定処理および電源コイル温度の異常判定処理の手順を示すフローチャートである。 図５は電源コイルの実温度と推定温度を比較して示す比較特性グラフである。 図６は電源コイルの電流制限率にヒステリシスを持たせた電流制限特性の一例を示す図である。
以下、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。＜実施形態１＞　図１は、本発明の実施形態に係るモータ駆動制御ユニットを搭載した電動パワーステアリング装置を備えるステアリングシステムの概略構成である。ステアリングシステム１は、操舵部材であるステアリングハンドル２、ハンドル２に接続された回転軸３、ピニオンギア６、ラック軸７、電動パワーステアリング装置１０等を備える。　
電動パワーステアリング装置１０は、モータ駆動制御ユニット２０、電動モータ１５等で構成される。回転軸３には、ハンドル２が操作された際の操舵トルクを検出するトルクセンサ９が設けられ、検出された操舵トルクは電子制御ユニット２０へ送られる。　
回転軸３は、その先端に設けられたピニオンギア６に噛み合っている。ピニオンギア６により、回転軸３の回転運動がラック軸７の直線運動に変換され、ラック軸７の変位量に応じた角度に、そのラック軸７の両端に設けられた一対の車輪５ａ，５ｂが操舵される。　
モータ駆動制御ユニット２０は、トルクセンサ９から取得した操舵トルク、車速センサ（不図示）からの車速等の信号に基づき、ハンドル２の操舵を補助するための補助トルクを電動モータ１５から出力して、減速ギア４を介して回転軸３に伝達する。すなわち、電動モータ１５で発生したトルクによって回転軸３の回転がアシストされることで、運転者のハンドル操作を補助する。　
図２は、本発明の実施形態に係るモータ駆動制御ユニットの全体構成を示すブロック図である。ここでは、モータ駆動制御ユニットを電動パワーステアリング装置に搭載した構成を例に挙げて説明する。　
図２に示すモータ駆動制御ユニット(Electronic Control Unit: ECU)２０は、例えばマイクロプロセッサ等からなり、モータ駆動制御ユニット２０全体の制御を司る制御部２１、電動モータ１５に所定の駆動電流を供給してモータ駆動回路として機能するモータ駆動部３１、コイル温度推定部２５等を備える。　
コイル温度推定部２５は、電源電流検出部２７で検出された電源電流（モータ電流）と、サーミスタ等の温度センサからなる温度検出部２９からの検出信号を受けて、後述するように電源コイル２４の温度を高精度に推定する。なお、図示等を省略するが、モータ駆動制御ユニット２０の回路基板上において、電源コイル２４の近傍に温度検出部２９としてのサーミスタが配置されている。　
モータ駆動部３１には、イグニッションスイッチ（点火スイッチ）ＩＧ－ＳＷを介して外部バッテリＢＴよりモータ駆動用の電源が供給される。電動モータ１５は、例えば３相ブラシレスＤＣモータである。モータ駆動部３１は、複数の半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）からなるＦＥＴブリッジ回路、電動モータ１５への駆動電流を通電するスイッチングＦＥＴ等からなる。イグニッションスイッチＩＧ－ＳＷのＯＮ／ＯＦＦ信号は、制御部２１に入力される。　
モータ駆動部３１は、モータ駆動回路であって、制御部２１が、コイル温度推定部２５で推定された電源コイル２４の温度に基づいて、ＰＷＭ制御信号のデューティを増減することにより、上記の半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、電動モータ１５への電流を制御するように構成されている。　
モータ駆動制御ユニット２０の外部バッテリＢＴからの電源入力端子側には、電源コイル（パワーチョークコイルともいう。）２４が接続されている。電源コイル２４は、例えばノーマルモードコイルである。電源コイル２４は、不図示の電解コンデンサとともにノイズフィルタを構成し、このノイズフィルタにより、モータ駆動制御ユニット２０に供給された電源に含まれるノイズ等を吸収し、電源電圧を平滑する。　
メモリ２２には、制御部２１が実行するモータ制御処理手順（プログラム）に加え、後述するコイル温度の前回値等、コイル温度推定処理の実行に必要となる演算値等が一時的に記憶される。　
図３は、コイル温度推定部２５の機能構成を示すブロック図である。図２の電源電流検出部２７で検出（推定）された電源電流値（モータ電流値）ｉは、図３の演算部３３において２乗され、その演算結果ｉ２は、ゲインがＫｈのゲイン部３４に入力される。そして、ゲイン部３４からの出力に対して、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３５を通すことでノイズ除去して、発熱量（温度Ｔａ）を得る。　
電源電流検出部２７では、装置のコストアップにつながる電流センサ等を用いた電流検出回路を設けず、例えば、モータ駆動部３１を構成するＦＥＴブリッジ回路にＵ，Ｖ，Ｗの各相ごとに設けたシャント抵抗の電位より検出したＵ，Ｖ，Ｗ各相の相電流、モータ駆動部３１のモータ電源電圧、モータ回転数等をもとに求めたモータ電力から電源電流ｉを推定する。　
一方、コイル温度推定部２５の減算器３６では、温度検出部２９で検出した温度（サーミスタ温度）Ｔｔと、後述するコイル推定温度の前回値Ｔｃ（ｎ―１）との差分を求める。減算器３６からの差分出力（Ｔｔ－Ｔｃ（ｎ―１））は、ゲインがＫｒのゲイン部３７に入力される。ゲイン部３７の出力から電源コイルの放熱量（温度Ｔｂ）を得る。　
ここで、ゲイン部３４，３７において熱量から温度Ｔａ，Ｔｂを求める方法について説明する。熱容量Ｃ［Ｊ／Ｋ］の物体の温度をΔＴ［Ｋ］だけ上昇させるのに必要な熱量Ｑ［Ｊ］は、Ｑ＝Ｃ＊ΔＴで表される。これより温度は、ΔＴ＝Ｑ／Ｃで求めることができる。よって、ゲイン部３４，３７では、１／Ｃを係数Ｋｈ，Ｋｒのゲインに含めるように換算することで、熱量から温度Ｔａ，Ｔｂを求めている。　
加算器３９では、上記発熱量にもとづく温度Ｔａと、上記放熱量にもとづく温度Ｔｂとが加算される。そして、加算器４１において、加算器３９からの出力と、コイル推定温度の前回値Ｔｃ（ｎ－１）とを加算することで、コイル推定温度Ｔｃｎを得る。　
なお、上記のゲインＫｈは、例えば、実際（現物）の電源コイル２４の発熱特性カーブと放熱特性カーブを測定し、その際に流れる電流値にもとづくシミュレーションによって、それらの特性カーブに合うようにチューニングして求めたパラメータである。ゲインＫｒも、熱特性の確認結果等をもとにチューニ
ングして得たパラメータである。ここは、電源コイル２４の近傍にサーミスタを配置したので、発熱パラメータと放熱パラメータのチューニングが容易になる。　
図４は、モータ駆動制御ユニット２０における電源コイル２４の温度推定処理および電源コイル温度の異常判定処理の手順を示すフローチャートである。制御部２１は、図４のステップＳ１１でイグニッションスイッチＩＧ－ＳＷがＯＮ状態にあると判断した場合、ステップＳ１３において、処理カウンタ（ｎ）を起動する。処理カウンタは、所定の処理周期内における温度推定処理の処理順位と処理回数を表している。　
制御部２１は、ステップＳ１５で、コイル温度推定部２５に対して、メモリ２２に格納された、処理カウンタ値ｎ－１で示される前回の温度推定処理で得たコイル温度推定値であるコイル温度前回値Ｔｃ（ｎ－１）を出力する。ステップＳ１７では、温度検出部２９よりサーミスタ温度Ｔｔ、電源電流検出部２７より電源電流値ｉをそれぞれ取得し、続くステップＳ１９では、コイル温度推定部２５においてコイル温度を推定する。これをコイル推定温度Ｔｃｎと呼ぶ。　
制御部２１は、ステップＳ２１においてコイル推定温度Ｔｃｎとサーミスタ温度Ｔｔとを対比する。Ｔｃｎ＜Ｔｔの場合には、ステップＳ２３においてコイルサーミスタ温度Ｔｔを推定温度Ｔｃｎとする初期化を行う。これは、コイル推定温度がサーミスタ温度よりも下がることはなく、電源コイル２４からはそれ以上の放熱が行われないことを前提とする初期化であり、サーミスタ温度Ｔｔを最低基準値とする処理である。このような初期化により、温度推定処理が継続可能となる。　
ステップＳ２５では、得られたコイル推定温度Ｔｃｎを処理カウンタ値ｎにおけるコイル推定温度としてメモリ２２に格納する。続くステップＳ２７において、処理カウンタ値を１だけインクリメントする（ｎ←ｎ＋１）。　
制御部２１は、ステップＳ３１において、コイル温度が上昇してコイル温度閾値（例えば、１４０℃）に達したか否かを判定する。コイル温度が閾値に達した場合、電源コイル２４が過熱状態にあるため「異常」と判定し、ステップＳ３３で異常判定フラグをＯＮにする。そして、ステップＳ３５で電源コイル２４に対して電流制限をかける（例えば、電流を７０Ａｒｍｓから１０Ａｒｍｓに減らす）。　
一方、ステップＳ３１において、コイル温度が閾値に達していないと判定された場合には、ステップＳ３７で異常判定フラグをＯＦＦにする。そして、続くステップＳ３９において、電源コイルに対する電流制限を解除する（例えば、電流を１０Ａｒｍｓから７０Ａｒｍｓに戻す）。　
制御部２１は、ステップＳ４１で温度推定処理の処理周期（例えば、１０ｍｓ）が経過したか否かを判定する。処理周期が経過していない場合、処理をステップＳ１５に戻す。処理周期が経過した場合には、他の処理に移行する。　
図５は、コイル温度推定部２５における発熱パラメータであるゲインＫｈと、放熱パラメータであるゲインＫｒとを熱特性確認結果等をもとにチューニングして、電源コイル２４の実温度と推定温度を比較して示す比較特性グラフである。ここでは、電源コイルに図５に示す印加電流５１を印加し、一定電流を所定時間Ｔ１流して発熱させ、その後、通電を停止して放熱（冷却）させて、実温度と推定温度を比較した。　
図５の温度曲線５３は、電源コイルの近傍に配置したサーミスタで検出した電源コイルの温度曲線、温度曲線５７は電源コイルの実温度曲線である。図５に示すように、電源コイルの発熱時における温度曲線５３と電源コイルの実温度曲線５７とに差があることから、電源コイル近傍での検出温度は実温度と離れた値を示すことが分かる。　
なお、電源コイルの放熱時には、電源コイルの温度がその周囲環境の温度にすり寄るため、図５に示すように温度曲線５３と実温度曲線５７には、ほとんど差は見られない。　
一方、コイル温度推定部２５で電源コイルの温度推定をして得た推定温度曲線５５は、実温度曲線５７に近似している。このことから、上記のように電源コイルについての熱特性確認結果等をもとにチューニングした発熱パラメータ（ゲインＫｈ）と放熱パラメータ（ゲインＫｒ）とを使用した温度推定処理によって、電源コイルの実温度とほぼ同等の電源コイル推定温度を得ることができた。　
また、上記の発熱パラメータと放熱パラメータをさらに詳細にチューニングすることで、コイル温度推定部２５におけるコイル温度の推定誤差を最小化できることも確認できた。　
このように、本実施形態に係るモータ駆動制御ユニットは、コイル温度推定部において、電源コイルの熱特性確認結果等にもとづいて、発熱パラメータを使用して電源電流（モータ電流）より求めた発熱量と、放熱パラメータを使用してサーミスタ温度等より求めた放熱量とから電源コイルの温度を推定することで、電源コイル温度とサーミスタ温度とのギャップを埋めて電源コイルの高精度な温度推定が可能となる。　
また、電源コイルの高精度な温度推定が可能となることにより、電源コイルの発熱を抑制しながらパルス幅変調（ＰＷＭ）制御によるモータ駆動が可能となり、過熱によるコイルの破損を防止できる。さらには、温度推定の際に電流積算を求める必要がないので、演算処理を簡素化できる。　
＜実施形態２＞　実施形態２として、温度センサが故障した場合の温度推定について説明する。上述した実施形態１では、電源コイル２４の近傍にのみ温度センサ（サーミスタ）を配置したが、温度センサが故障した際、例えば、あらかじめ定めた温度（温度センサの想定ワースト値等）を基準温度とする温度推定処理を行うことで、温度センサの故障時に対処してもよい。　
あるいは、電源コイル２４の近傍に配置した温度センサをメインの温度センサとし、その温度センサが故障した場合、マイクロプロセッサである制御部２１に内蔵された温度センサを用いて温度推定を継続するようにしてもよい。この場合、マイクロプロセッサの縮退した温度センサからの温度検出値を用いるので、温度検出性能の低下はあっても、簡易な構成によりコストアップを回避して温度推定を続けることができる。　
また、電源コイルの近傍に配置した温度センサをメインの温度センサとし、そのメイン温度センサの故障時対応として、さらに一個または複数個の温度センサを、モータ駆動制御ユニット２０の回路基板上の任意の位置に配置してもよい。　
＜実施形態３＞　実施形態３として、ＩＧ－ＯＦＦ後における温度推定処理について説明する。電動パワーステアリング装置において、ＩＧ－ＯＦＦ時から十分な時間が経過していない場合に再起動を行うと、温度推定対象とする部品（ここでは、電源コイル）の温度が低下しきっていないため、実温度と温度推定値にギャップが生じて、再起動時に適切な電流制限をかけることができない場合がある。　
そこで、図４のステップＳ１１でイグニッションスイッチＩＧ－ＳＷがＯＦＦ状態と判断された後のステップＳ４５におけるシャットダウン（システムパワーダウン）処理において、実温度値（サーミスタ温度Ｔｔ）と電源コイルの温度推定値Ｔｃｎのギャップが一定以下（例えば、５℃以下）となるまで、電源を自己保持しながら温度推定を続けてもよい。あるいは、バッテリ保護のため、ＩＧ－ＯＦＦから一定時間が経過するまで温度推定を続けるようにしてもよい。　
また、ＩＧ－ＯＦＦ後のシャットダウン処理時にバッテリ遮断（例えば、バッテリの切離し）があった場合、あるいはマイクロプロセッサがリセットされた場合、すなわち、温度推定対象部品が冷却されて低温状態となる前にモータ駆動制御システムが強制終了され、温度推定対象部品が冷却するまでに十分な時間を確保できなかった状態にあるときに再起動された場合にも、実温度値と温度推定値のギャップによって、高温状態にある部品に通常電流を流すことによる部品故障が想定される。　
そこで、シャットダウン処理時においてバッテリ遮断等により自己保持が不可能となるまでの期間内に得た温度推定値をメモリ２２に格納しておくようにしてもよい。こうすることで、ＩＧ－ＯＦＦから再起動したとき（パワーオンリセット時）において、メモリ２２から適切な温度推定値を読み出すことができ、温度推定の再開時に温度推定値を容易に復旧でき、初期値がないために適正な推定処理を開始できないという最悪状態を回避できる。　
＜実施形態４＞　ここでは、電源コイルを過熱から保護するための電流制限の一例について説明する。例えば、コイル温度が閾値に達して電流制限を開始する温度付近でコイル温度が上下した場合、異常判定フラグのＯＮ／ＯＦＦが頻繁に発生して、異常診断の検出回数、およびその検出回数のメモリへの記録回数が多くなり、推定処理の長時間化、メモリの使用効率の悪化等が生じる。また、電動パワーステアリング装置に搭載したモータ駆動制御ユニットでは、電流制限の頻繁な変動により、車両の運転者のハンドル操作のフィーリングが悪化する。　
図６は、電源コイル温度の推定値に対して電流を制限し、過熱保護を行うことで上記の課題に対処するため、電流制限率にヒステリシスを持たせた電流制限特性の一例を示している。図６において、横軸は電源コイル温度、縦軸は電源コイルの電流制限率である。例えば、コイル温度が閾値ＴＡに達した場合（図６のＡ点）、電流制限率の最大１００％から電流制限を開始し、その時点において異常判定の条件を満たしたと判断する。　
次に、図６のＡ点からＢ点への推移で示すように電流制限率を１００％から例えば８７％まで減じ、コイル温度が閾値ＴＡからＴＢに達した場合、電流制限率８７％を維持する。これ以降において電流制限を解除するが、その際に、Ｂ点からＡ点に戻る経路を辿る電流制限解除を行うと、電流制限を開始した温度付近においてコイル温度が上下した場合、電流制限状態の頻繁な検出が必要となる。　
コイル温度が閾値ＴＢに達した後、電流制限率を８７％に維持して、コイル温度が閾値ＴＣとなった時点で、電流制限の解除を開始する。そして、電流制限率をＣ点からＤ点で示す値に推移させる。つまり、電流制限率が８７％から１００％に達するまで（コイル温度が閾値ＴＣから閾値ＴＤとなるまで）、徐々に電流制限を解除する。　
このように、コイル温度に対する電流制限率（電流制限特性）にヒステリシスを持たせることで、電流制限状態の頻繁な検出を抑制できる。その結果、電流制限をかけた回数（過熱保護履歴回数）をメモリに記録し、順次更新する場合において、メモリへの記録回数を減らして温度推定処理時間を短縮でき、加えて、メモリ領域の有効活用が可能となる。この電流制限を電動パワーステアリング装置に搭載したモータ駆動制御ユニットに適用した場合には、電流制限の頻繁な変動が回避され、車両の運転者のハンドル操作のフィーリングを良好に維持できる。　
さらには、電流制限に度合いを設け、その度合いに応じた段階的な復旧用温度推定値をメモリに記憶しておくことで、再起動時において、メモリ内の復旧用温度推定値を温度推定値の初期値として設定し、温度推定を再開するようにしてもよい。　
具体的には、電流制限率を（ａ）１００％、（ｂ）１００％未満～７５％、（ｃ）７５％未満～５０％、（ｄ）５０％未満の４段階とし、これら４段階各々における温度推定復旧値として、例えば、電流制限率（ａ）の場合には、図６のＡ点における電源コイル温度閾値を、（ｂ）の場合には電流制限率７５％相当の電源コイル温度閾値（図６のＡ，Ｂ間の温度）を、（ｃ）の場合には電流制限率５０％相当の電源コイル温度閾値（図６のＡ，Ｂ間の温度）を、そして、（ｄ）の場合には電流制限率３０％相当の電源コイル温度閾値（図６のＡ，Ｂ間の温度）
を、それぞれメモリ内に設定しておく。　
こうすることで、例えば、電源コイルの過熱中に制御部がリセットされた場合等における部品故障を防ぎ、以降における動作を保証することができる。よって、電動パワーステアリング装置のモータ駆動制御ユニットに搭載した電源コイルの場合、その過熱による電気モータの動作中止を回避して、必要なアシストを継続することができる。
１　ステアリングシステム２　ステアリングハンドル３　回転軸４　減速ギア６　ピニオンギア７　ラック軸１０　電動パワーステアリング装置１５　電動モータ２０　モータ駆動制御ユニット２１　制御部２２　メモリ２４　電源コイル２５　コイル温度推定部２７　電源電流検出部２９　温度検出部３１　モータ駆動部３３　演算部３４，３７　ゲイン部３６　減算器３９，４１　加算器ＢＴ　外部バッテリＩＧ－ＳＷ　イグニッションスイッチ（点火スイッチ） 

Claims (15)

  1. 温度推定対象へ供給される電源電流より該温度推定対象の発熱量を推定する発熱量推定工程と、　前記温度推定対象の周辺温度の検出温度より該温度推定対象の放熱量を推定する放熱量推定工程と、　前記発熱量と前記放熱量をもとに前記温度推定対象の温度を推定する温度推定工程と、を備えることを特徴とする温度推定方法。
  2. 前記発熱量推定工程では前記電源電流の２乗値より前記発熱量を推定し、前記放熱量推定工程では前記検出温度から前回の推定時の推定温度を減じた温度より前記放熱量を推定することを特徴とする請求項１に記載の温度推定方法。
  3. 前記電源電流の２乗値に所定の発熱パラメータを適用して前記発熱量を推定し、前記検出温度から前回推定時の推定温度を減じた温度に所定の放熱パラメータを適用して前記放熱量を推定することを特徴とする請求項２に記載の温度推定方法。
  4. 前記温度推定対象の周辺温度の検出温度が該温度推定対象の推定温度を超えた場合、該検出温度を該推定温度とする初期化を行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の温度推定方法。
  5. 前記温度推定対象は前記電源電流の供給経路に配置された電源コイルであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の温度推定方法。
  6. 前記電源コイルは電動パワーステアリング用の電子制御ユニットの回路基板に実装された電源コイルであることを特徴とする請求項５に記載の温度推定方法。
  7. 電動モータの回転駆動制御を行う制御部を備えたモータ駆動制御装置であって、　前記制御部は、　前記制御部を構成する所定の構成部品の温度を推定する温度推定手段と、　前記推定温度をもとに、前記所定の構成部品へ供給される電源電流を制御する電流制御手段と、を備え、　前記温度推定手段は、　前記電源電流より前記所定の構成部品の発熱量を推定する手段と、　前記所定の構成部品の周辺温度を検出する温度検出手段と、　前記温度検出手段で検出した前記周辺温度より前記構成部品の放熱量を推定する手段と、を有し、　前記発熱量と前記放熱量をもとに前記所定の構成部品の温度を推定することを特徴とするモータ駆動制御装置。
  8. 前記電流制御手段は、前記推定温度にともなう電流制限率にヒステリシスを持たせた電流制限特性にしたがって前記構成部品に対する電流制限および電流制限解除を行うことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動制御装置。
  9. 前記電流制御手段は、前記電動モータの相電流から前記電源電流を推定することを特徴とする請求項７または８に記載のモータ駆動制御装置。
  10. 前記推定温度をもとに前記電動モータの駆動信号を生成する手段をさらに備えることを特徴とする請求項７～９のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
  11. 前記制御部は前記電動モータと一体に形成される電動パワーステアリング用の電子制御ユニットであり、ＩＧスイッチがオフとなってから前記推定温度が所定温度以下となった後、あるいはＩＧスイッチのオフから一定時間が経過後、前記電子制御ユニットを搭載したシステムのシャットダウン処理を行うことを特徴とする請求項７～１０のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
  12. 前記シャットダウン処理時の前記推定温度を記憶する記憶手段をさらに備え、　前記システムの再起動時、前記温度推定手段は前記記憶手段に記憶した前記推定温度をもとに前記所定の構成部品の温度推定を再開することを特徴とする請求項１１に記載のモータ駆動制御装置。
  13. 前記所定の構成部品の温度検出のための手段を少なくとも２つ備えることを特徴とする請求項７～１２のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
  14. 前記所定の構成部品は前記電子制御ユニットを構成する電源コイルであることを特徴とする請求項１１～１３のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
  15. 車両等の運転者のハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置であって、　前記ハンドル操作によるトルクを検出するトルクセンサと、　請求項７～１４のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置と、　前記トルクセンサで検出されたトルクをもとに前記モータ駆動制御装置により駆動される電動モータと、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 
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