JP2013001241A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの回転角速度に基づいて精確に電動モータを制御することの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】この電動パワーステアリング装置は、モータ方程式に基づいて電動モータの回転角速度を算出する。そして、電動モータの運動状態に基づいてモータ方程式の近似式を算出し、この近似式に基づいてモータ方程式の逆起電圧定数を更新する。電動モータのトルクが付与される駆動体の動作に応じて信号を出力するセンサと、センサの出力信号に基づいて電動モータの回転角速度の演算値を算出する演算器とを備え、電動モータの電流の測定値が所定範囲内のとき、電動モータの電圧の測定値および前記回転角速度の演算値を記憶し、記憶した電圧の測定値の数または回転角速度の演算値の数が所定数以上のとき、近似式を算出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータ方程式に基づいて電動モータの回転角速度の演算値を算出する電動パワーステアリング装置に関する。

従来の電動パワーステアリング装置として、特許文献１に記載のものが知られている。この電動パワーステアリング装置では、下記（Ａ）式を用いて電動モータの回転角速度を算出する。

（Ａ）式において、「ω」は電動モータの回転角速度を、「Ｖｍ」は電動モータの端子間電圧（以下、「電圧」）を、「Ｒ」は電動モータの抵抗を、「Ｉｍ」は電動モータの電流を、「Ｋ」は電動モータの逆起電圧定数を示している。モータ電流Ｉｍおよびモータ電圧Ｖｍとしては、それぞれ対応するセンサにより検出されたものが用いられる。また、抵抗Ｒとしては、予め用意されたマップに基づいて算出されたものが用いられる。また、逆起電圧定数Ｋとしては、予め設定された固定値が用いられる。

ω＝（Ｖｍ−Ｒｍ×Ｉｍ）／Ｋ…（Ａ）

そして、上記式から算出した回転角速度ωに基づいて電動モータの制御を行う。

特開２００４−６６９９９号公報

逆起電圧定数Ｋは電動モータの温度等に応じて変化する。このため、逆起電圧定数Ｋを固定値として用いる上記電動パワーステアリング装置においては、（Ａ）式の逆起電圧定数Ｋが実際の逆起電圧定数Ｋから大きく乖離することがある。そして、実際の逆起電圧定数Ｋと上記（Ａ）式の逆起電圧定数Ｋとの差が大きい場合には、同（Ａ）式により算出される回転角速度ωが実際の回転角速度ωから大きく乖離する。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものでありその目的は、電動モータの回転角速度に基づいて精確に電動モータを制御することの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。

以下、上記目的を達成するための手段について記載する。
（１）第１の手段は、請求項１に記載の事項すなわち、「モータ方程式に基づいて電動モータの回転角速度を算出する電動パワーステアリング装置において、前記電動モータの運動状態に基づいて前記モータ方程式の逆起電圧定数を更新すること」を要旨とする。

この発明によれば、逆起電圧定数を算出するにあたり、モータ方程式のパラメータに関連する電動モータの運動状態に基づく演算を行なうため、逆起電圧定数を適切に算出することができる。また、モータ方程式の逆起電圧定数を更新するため、同方程式の逆起電圧定数が実際の逆起電圧定数から大きく乖離することが抑制される。このため、電動モータの回転角速度を精度よく推定することができる。

（２）第２の手段は、請求項２に記載の事項すなわち、「請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記電動モータの運動状態に基づいて前記モータ方程式の近似式を算出し、この近似式に基づいて前記逆起電圧定数を更新すること」を要旨とする。

この発明では、近似式に基づいて逆起電圧定数を更新するため、例えば電圧の測定値、電流の測定値、抵抗の設定値、および回転角速度の演算値をモータ方程式に代入して逆起電圧定数を算出する方法と比較して、逆起電圧定数を精度よく推定することができる。

（３）第３の手段は、請求項３に記載の事項すなわち、「請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、前記電動モータのトルクが付与される駆動体の動作に応じて信号を出力するセンサと、同センサの出力信号に基づいて前記電動モータの回転角速度の演算値を算出する演算器とを備え、前記電動モータの電流の測定値が所定範囲内のとき、前記電動モータの電圧の測定値および前記回転角速度の演算値を記憶し、記憶した前記電圧の測定値の数または前記回転角速度の演算値の数が所定数以上のとき、前記近似式を算出すること」を要旨とする。

モータ方程式の近似式を算出する手法として、例えば、電圧、電流、および回転角速度のいずれか１つを従属変数とし、残りの２つを独立変数とし、抵抗を定数とし、そのうえで電圧の測定値、電流の測定値、および回転角速度の演算値を取得するものが挙げられる。この手法の場合には、３つの変数に基づいてモータ方程式の近似式を算出するため、演算負荷が大きくなる。

これに対して本発明では、電流の測定値が所定範囲内のとき、電圧の測定値および回転角速度の演算値を記憶するため、電流を定数と仮定することができる。すなわち、電圧および回転角速度の一方を従属変数とし、電圧または回転角速度の他方を独立変数とし、電流および抵抗を定数とし、そのうえで電圧の測定値および回転角速度の演算値を取得し、取得した電圧の測定値および回転角速度の演算値に基づいてモータ方程式の近似式を算出することができる。このため、３つの変数に基づいてモータ方程式の近似式を算出する上記の手法と比較して、演算負荷が小さくなる。

（４）第４の手段は、請求項４に記載の事項すなわち、「請求項２または３に記載の電動パワーステアリング装置において、前記電動モータのトルクが付与される駆動体の動作に応じて信号を出力するセンサと、同センサの出力信号に基づいて前記電動モータの回転角速度の演算値を算出する演算器とを備え、前記回転角速度の演算値が判定値以上のとき、前記電動モータの電圧の測定値および前記回転角速度の演算値を記憶し、記憶した前記電圧の測定値の数または前記回転角速度の演算値の数が所定数以上のとき、前記近似式を算出すること」を要旨とする。

回転角速度の演算値には誤差が含まれる。また、回転角速度の演算値が小さいときには、同演算値に対する誤差の影響が大きくなる。このため、近似式を精度よく算出するためには、回転角速度の演算値の誤差の影響を小さくすることが好ましい。

本発明では、この考え方に基づいて、回転角速度の演算値が判定値以上のとき、電圧の測定値および回転角速度の演算値を記憶し、記憶した電圧の測定値および回転角速度の演算値に基づいて近似式を算出している。このため、近似式を精度よく算出することができる。

（５）第５の手段は、請求項５に記載の事項すなわち、「請求項２〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、前記モータ方程式に基づいて算出された前記電動モータの抵抗値を第１抵抗値とし、前記近似式の前記電動モータの抵抗値を第２抵抗値として、前記第１抵抗値と前記第２抵抗値との差の絶対値が基準値以下のとき、前記近似式の逆起電圧定数を前記モータ方程式の逆起電圧定数として設定する第１更新処理、および前記第２抵抗値を前記モータ方程式の抵抗値として設定する第２更新処理の少なくとも一方を行なうこと」を要旨とする。

第１抵抗値と第２抵抗値との差の絶対値が基準値以下のとき、すなわち互いに異なる手法により算出された２つの値のずれが小さいとき、各抵抗値の精度が高いとみなすことができる。

本発明では、この考え方に基づいて、モータ方程式の逆起電圧定数および抵抗の少なくとも一方を更新するため、モータ方程式に基づいて算出される回転角速度の精度が高くなる。

本発明によれば、電動モータの回転角速度に基づいて精確に電動モータを制御することの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。

本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置について、その全体構造を模式的に示す模式図。 同実施形態の電動パワーステアリング装置について、その全体構成を示すブロック図。 同実施形態の電動パワーステアリング装置について、電子制御装置により実行される「モータ方程式更新処理」の手順を示すフローチャート。 同実施形態の電動パワーステアリング装置について、電子制御装置により実行される「抵抗演算処理」の手順を示すフローチャート。 同実施形態の電動パワーステアリング装置について、電子制御装置により実行される「定数演算処理」の手順を示すフローチャート。 同実施形態の電動パワーステアリング装置について、（ａ）対応回転角速度の時間変化、および（ｂ）モータ電流の時間変化を示すグラフ。 同実施形態の電動パワーステアリング装置について、モータ方程式の近似式を示すグラフ。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリング２の回転を転舵輪３に伝達する操舵角伝達機構１０（操舵系）と、ステアリング２の操作を補助するための力（以下、「アシスト力」）を操舵角伝達機構１０に付与するＥＰＳアクチュエータ２０と、ＥＰＳアクチュエータ２０を制御する電子制御装置３０とを備える。さらに、電動パワーステアリング装置１には、これら装置の動作状態を検出する複数のセンサが設けられている。

操舵角伝達機構１０は、ステアリング２の操作に応じて回転するステアリングシャフト１１（駆動体）と、ステアリングシャフト１１の回転をラック軸１３に伝達するラックアンドピニオン機構１２と、タイロッド１４を操作するラック軸１３と、ナックルを操作するタイロッド１４とを備える。

ＥＰＳアクチュエータ２０は、ステアリングシャフト１１にトルクを付与するモータ２１（電動モータ）と、モータ２１の回転を減速する減速機構２２とを備える。モータ２１としては、ブラシ付きのモータ２１が採用されている。このモータ２１の回転は減速機構２２により減速されてステアリングシャフト１１に伝達される。このときにモータ２１からステアリングシャフト１１に付与されるトルクがアシスト力として作用する。

操舵角伝達機構１０は次のように動作する。すなわち、ステアリング２が操作されたとき、アシスト力がステアリングシャフト１１に付与されて、同シャフト１１が回転する。ステアリングシャフト１１の回転は、ラックアンドピニオン機構１２によりラック軸１３の直線運動に変換される。ラック軸１３の直線運動は、同ラック軸１３の両端に連結されたタイロッド１４を介してナックルに伝達される。そして、ナックルの動作にともない転舵輪３の舵角が変更される。

ステアリング２の操舵角θｓは、ステアリング２が中立位置にあるときを基準として定められる。すなわち、ステアリング２が中立位置にあるときの操舵角θｓを「０」として、ステアリング２が中立位置から右方向または左方向に回転したとき、中立位置からの回転角度に応じて操舵角θｓが増加する。

ステアリング２の操舵状態は、「回転状態」と「中立状態」と「保舵状態」とに区別される。「回転状態」は、ステアリング２が回転している最中の状態を示す。「中立状態」は、ステアリング２が中立位置にある状態を示す。「保舵状態」は、ステアリング２が中立位置から右方向または左方向に回転した位置にあり、かつその位置に保持されている状態を示す。更に、「回転状態」は、「切り込み状態」と「切り戻し状態」とに区別される。「切り込み状態」は操舵角θｓを増大させる状態を示す。「切り戻し状態」は操舵角θｓを減少させる状態を示す。

電動パワーステアリング装置１には、ステアリング２のトルクを検出するトルクセンサ３１と、車速に対応する値を検出する車速センサ３２と、ステアリング２の操舵角θｓを検出するステアリングセンサ３３とが設けられている。これらのセンサはそれぞれ次のように被対象物の状態の変化に応じた信号を出力する。

トルクセンサ３１は、ステアリング２の操作によりステアリングシャフト１１に付与されたトルクの大きさに応じた信号（以下、「出力信号ＳＡ」）を電子制御装置３０に出力する。車速センサ３２は、転舵輪３の回転速度に応じた信号（以下、「出力信号ＳＢ」）を電子制御装置３０に出力する。ステアリングセンサ３３は、ステアリング２の回転量に応じた信号（以下、「出力信号ＳＣ」）を電子制御装置３０に出力する。

電子制御装置３０は、各センサの出力に基づいて次の演算を行う。
トルクセンサ３１の出力信号ＳＡに基づいて、ステアリング２の操作にともないステアリングシャフト１１に入力されたトルクの大きさに相当する演算値（以下、「操舵トルクτ」）を算出する。また、車速センサ３２の出力信号ＳＢに基づいて、車両の走行速度に相当する演算値（以下「車速Ｖ」）を算出する。また、ステアリングセンサ３３の出力信号ＳＣに基づいてステアリング２の操舵角θｓを算出する。

また、電子制御装置３０は、次のモータ制御を行う。
電子制御装置３０は、操舵系へのアシスト力を付与するためのモータ出力を調整するパワーアシスト制御と、ステアリング２の操舵フィーリングを調整するためにモータ出力を補正する操舵トルクシフト制御を実行する。

操舵トルクシフト制御では、操舵フィーリングを向上させるために、操舵トルクτをステアリング２の操舵状態に応じて補正する。そして、補正した値を補正トルクτａとして出力する。パワーアシスト制御では、車速Ｖおよび補正トルクτａに基づいて、モータ２１を駆動するための電流指令値Ｉａを算出する。

図２を参照して、電子制御装置３０の構成について説明する。
電子制御装置３０は、モータ２１に供給する駆動電力に対応する信号（以下、「モータ制御信号Ｓｍ」）を形成するモータ制御装置４０と、モータ制御信号Ｓｍに応じた駆動電力をモータ２１に供給する駆動回路５０とを備えている。

駆動回路５０には、モータ２１の端子間電圧を検出する電圧センサ５１と、モータ２１に供給される電流を検出する電流センサ５２とが設けられている。なお、以降では、電圧センサ５１により測定されたモータ２１の端子間電圧を「モータ電圧Ｖｍａ」とし、電流センサ５２により測定されたモータ２１の電流を「モータ電流Ｉｍａ」する。

モータ制御装置４０は、モータ２１に供給する電流値（電流指令値Ｉａ）を算出する電流指令値演算部６０と、フィードバック補正部７０と、モータ制御信号Ｓｍを形成するモータ制御信号出力部８０と、モータ２１の回転角速度ωｍを推定回転角速度ωｍａとして算出する回転角速度演算部９０とを備えている。これらの構成要素に加えて、モータ制御装置４０は、測定したデータを記憶する記憶部４１を備えている。

フィードバック補正部７０は、モータ電流Ｉｍａと電流指令値Ｉａとの差に基づいて電流指令値Ｉａを補正し、モータ電流Ｉｍａが電流指令値Ｉａに収束するようにフィードバック制御する。モータ制御信号出力部８０は、フィードバック補正部７０により出力される補正電流指令値Ｉｂに基づいてモータ制御信号Ｓｍを形成する。

電流指令値演算部６０は、電流指令値Ｉａの基礎成分（以下、「基本制御量Ｉａｓ」）を算出する基本アシスト演算部６１と、車速Ｖおよび推定回転角速度ωｍａに基づいて操舵トルクτを補正するトルクシフト演算部６２とを備えている。

トルクシフト演算部６２は操舵トルクτを補正する（操舵トルクシフト制御）。
具体的には、ステアリング２の状態が保舵状態および切り戻し状態のとき、操舵トルクτが増大するように補正する。また同状態（保舵状態および切り戻し状態）のとき、車速Ｖが小さくなるにつれて操舵トルクτを増大させる量を大きくし、かつ推定回転角速度ωｍａの絶対値が大きくなるにつれて操舵トルクτを増大させる量を大きくする。

一方、ステアリング２の状態が切り込み状態のとき、操舵トルクτの補正量を「０」とする。すなわち、ステアリング２の切り込み状態のときよりも、保舵状態および切り戻し状態においてアシスト量を増大させる。これにより、操舵フィーリングを向上させる。

ステアリング２の状態が、切り込み状態および保舵状態および切り戻し状態のいずれにあるかは、次の方法により判定する。
すなわち、操舵トルクτの符号と推定回転角速度ωｍａの符号とが一致するとき、切り込み状態と判定する。操舵トルクτの符号と推定回転角速度ωｍａの符号とが一致しないとき、切り戻し状態と判定する。推定回転角速度ωｍａの絶対値が所定値ω０よりも小さいとき、保舵状態と判定する。

基本アシスト演算部６１は、補正トルクτａと車速Ｖとに基づいて基本制御量Ｉａｓを算出する。具体的には、車速Ｖが小さくなるにつれて基本制御量Ｉａｓを大きくする。また、補正トルクτａが大きくなるにつれて基本制御量Ｉａｓを大きくする。

回転角速度演算部９０は、モータ方程式としての下記（１）式に基づいて、推定回転角速度ωｍａを算出する。推定回転角速度ωｍａは上記トルクシフト演算部６２で用いられる。なお、ブラシ付きモータ２１にはモータ２１の回転角速度ωｍを検出するセンサが設けられていないため、次の（１）式によりモータ２１の回転角速度ωｍを推定回転角速度ωｍａとして算出する。

具体的には、当該算出時の直前に検出されたモータ電流Ｉｍａ、当該算出時の直前に検出されたモータ電圧Ｖｍａ、記憶部４１に記憶されている逆起電圧定数Ｋ、および記憶部４１に記憶されているモータ抵抗Ｒｍを（１）式に代入して、推定回転角速度ωｍａを算出する。

・「Ｖｍ」は、モータ２１の端子間電圧を示す。
・「Ｉｍ」は、モータ２１の電流を示す。
・「Ｒｍ」は、モータ２１の抵抗を示す。
・「Ｋ」は、逆起電圧定数を示す。

以上の構成により、モータ制御装置４０は次のように動作する。
すなわち、回転角速度演算部９０により推定回転角速度ωｍａを算出する。そして、この推定回転角速度ωｍａと車速Ｖとに基づいて操舵トルクτを補正し、補正トルクτａを算出する。更に、補正トルクτａと車速Ｖとに基づいて基本制御量Ｉａｓを形成する。基本制御量Ｉａｓは、モータ電流Ｉｍによりフィードバック補正され、補正電流指令値Ｉｂとされる。そして、補正電流指令値Ｉｂに基づいてモータ制御信号Ｓｍを形成する。

図２に示すように、モータ制御装置４０は、上記演算要素のほか、逆起電圧定数Ｋおよびモータ抵抗Ｒｍを更新する定数演算部１００を備えている。
定数演算部１００は、モータ２１の回転角速度ωｍに相当する演算値（以下、「対応回転角速度ωｍｘ」）を算出する対応回転角速度演算部１１０（演算器）と、保舵時においてモータ抵抗Ｒｍを算出する抵抗演算部１２０と、記憶部４１のデータに基づいて近似式を算出する近似式演算部１３０とを備えている。これらの演算部に加えて、定数演算部１００は、近似式演算部１３０により算出されるモータ抵抗Ｒｍと、抵抗演算部１２０により算出されるモータ抵抗Ｒｍとを比較する比較演算部１４０とを備えている。

なお、以降の説明では、抵抗演算部１２０により保舵時に算出されたモータ抵抗Ｒｍを「第１抵抗Ｒａ」とする。近似式演算部１３０により算出された近似式のモータ抵抗Ｒｍを「第２抵抗Ｒｂ」とする。

対応回転角速度演算部１１０は、ステアリングシャフト１１の操舵角θｓの時間変化に基づいて操舵角速度ωｓを算出し、相関式に基づいて操舵角速度ωｓからモータ２１の回転角速度ωｍに相当する対応回転角速度ωｍｘ（回転角速度の演算値）を算出する。

相関式は、操舵角速度ωｓとモータ２１の回転角速度ωｍとの関係を示す式であり、減速機構２２のギア比に基づいて設定されている。
モータ２１の回転力がステアリングシャフト１１に減速機構２２を介して伝達される。すなわち、ステアリングシャフト１１の回転角速度（操舵角速度ωｓ）とモータ２１の回転角速度ωｍとは相関関係にある。特に、操舵角速度ωｓが判定値ωｋ以上のとき、操舵角速度ωｓとモータ２１の回転角速度ωｍとの相関関係が高くなる。これは、操舵角速度ωｓが「０」付近にある場合、操舵角速度ωｓに対する測定誤差の比率が高くなり、操舵角速度ωｓの精度が低くなるためである。このため、操舵角速度ωｓが判定値ωｋ以上のとき、操舵角速度ωｓに基づいて対応回転角速度ωｍｘを算出する。

抵抗演算部１２０は、ステアリング２が保舵状態にあるとみなされるとき、すなわち対応回転角速度ωｍｘが閾値ωｈ以下のとき、測定値であるモータ電圧Ｖｍａとモータ電流Ｉｍａとに基づいて（２）式によりモータ抵抗Ｒｍを算出する。そして、算出したモータ抵抗Ｒｍを第１抵抗Ｒａとして記憶する。

すなわち、ステアリング２が保舵状態にあるときは、モータ２１が殆ど回転していないため、式（２）でモータ抵抗Ｒｍを算出することが可能となる。ステアリング２が保舵状態にあるか否かについては、ステアリングシャフト１１の操舵角θｓに基づいて算出される対応回転角速度ωｍｘにより判定される。

近似式演算部１３０は、測定値であるモータ電圧Ｖｍａおよびモータ電流Ｉｍａおよび対応回転角速度ωｍｘに基づいて、モータ方程式に対応する近似式を算出する。
以下、近似式の算出方法について説明する。

モータ方程式は（３）式で与えられる。この式は（１）式と同等な式である。

「Ｒｍ」と「Ｋ」は定数である。パラメータは、「Ｖｍ」、「Ｉｍ」、および「ωｍ」の３個である。近似式を求める場合、計算速度の観点から、パラメータ数が少ない方が好ましい。そこで、計算速度を向上させるため、モータ電流Ｉｍの値を基準電流Ｉｍｄｅｆ（基準電流）としパラメータ数を２個とする。これにより、「Ｖｍ」は「ωｍ」の１次式として表される。このため、「Ｋ」および「Ｒｍ・Ｉｍ」は定数となる。なお、基準電流Ｉｍｄｅｆは、モータ電流Ｉｍａの初回測定値に基づいて決定する。

「Ｖｍ」と「ωｍ」の測定値に基づいて、モータ方程式に対応する近似式を求める。
最小２乗法によれば、モータ方程式の「Ｋ」および「Ｒｍ・Ｉｍ」は、（４）式〜（８）式で与えられる。

・「Φ」は、「Ｋ」と「Ｒ・Iｍｄｅｆ」の行列である。
・「Ｘ」は、Ｎ行２列の行列である。
・「Ｘ」の第１列ベクトルはＮ個の「ωｍ」を成分とする。
・「Ｘ」の第２列ベクトルはＮ個の「１」を成分とする。
・「Ｙ」は、Ｎ個の「Ｖｍ」を成分とする行列である。
・「Ｘ^−１」は、行列Ｘの擬似逆行列を示す。

近似式を算出するとき、次の２つの条件を満たすモータ電圧Ｖｍａおよび対応回転角速度ωｍｘが用いられる。なお、モータ電圧Ｖｍａは、上記行列Ｙのデータとして用いられる。対応回転角速度ωｍｘは、行列Ｘのデータとして用いられる。

（１）第１条件は、モータ電流Ｉｍａが基準電流Ｉｍｄｅｆにあるとみなすことができるとき、すなわちモータ電流Ｉｍａと基準電流Ｉｍｄｅｆとの差の絶対値が許容値α以下であること。（２）第２条件は対応回転角速度ωｍｘが判定値ωｋ以上であること。

上記第１条件は、近似式を１次式とするための要件である。
上記第２条件は、測定値または演算値であるモータ電圧Ｖｍａ、モータ電流Ｉｍａ、および対応回転角速度ωｍｘの精度を高くするための要件である。

具体的には次の計算を実行する。
記憶部４１のデータに基づいて、モータ電流Ｉｍａが基準電流Ｉｍｄｅｆとみなすことができるときのモータ電圧Ｖｍａのデータを成分とする行列Ｙを形成する。

記憶部４１のデータに基づいて、モータ電流Ｉｍａが基準電流Ｉｍｄｅｆとみなすことができるときの対応回転角速度ωｍｘのデータ列を第１列とし、各行について「１」を成分とする第２列とする行列Ｘを形成する。

行列Ｙと行列Ｘの同一行のデータは、略同一時刻に測定された値である。すなわち、行列Ｙの成分Ｖｍ（Ｎ）と行列Ｘの成分ωｍ（Ｎ）は略同じタイミングで測定されたものである。

そして、行列Ｘの逆行列Ｘ^−１を算出し、逆行列Ｘ^−１と行列Ｙとの積を算出することにより、行列Φすなわち「Ｋ」と「Ｒｍ・Ｉｍｄｅｆ」を算出する。次いで、「Ｒｍ・Ｉｍｄｅｆ」を基準電流Ｉｍｄｅｆで除算することにより「Ｒｍ」を算出する。以上により、モータ２１の逆起電圧定数「Ｋ」およびモータ２１のモータ抵抗「Ｒｍ」が算出される。近似式演算部１３０で算出されたモータ抵抗「Ｒｍ」は、第２抵抗Ｒｂとして記憶部４１に記憶される。また、逆起電圧定数「Ｋ」は、算出逆起電圧定数Ｋａとして記憶部４１に記憶される。

比較演算部１４０は、近似式演算部１３０で算出された第２抵抗Ｒｂと、抵抗演算部１２０で算出された第１抵抗Ｒａとの差を算出し、略一致すると認められる程度に両者の差が小さいか否かを判定する。具体的には、第２抵抗Ｒｂと第１抵抗Ｒａとの差の絶対値が基準値β以下のとき、両者の差が小さい判定する。そして、同判定結果のとき、第２抵抗Ｒｂによりモータ方程式のモータ抵抗Ｒｍの値を更新することが可能であること、および近似式演算部１３０により算出された算出逆起電圧定数Ｋａによりモータ方程式の逆起電圧定数Ｋの値を更新することが可能である旨の指令（以下、「更新指令」）を出力する。一方、第２抵抗Ｒｂと第１抵抗Ｒａとの差の絶対値が基準値βよりも大きいとき、両者の差が大きい旨の判定をし、更新指令を出力しない。

基準値βは、第２抵抗Ｒｂに基づいて算出された推定回転角速度ωｍａが実際の回転角速度ωｍに対して乖離し、推定回転角速度ωｍａに基づく制御が不適切になることを抑制するための値である。

図３を参照して、「モータ方程式更新処理」の手順について説明する。なお同処理は、電子制御装置３０により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。この「モータ方程式更新処理」には、「抵抗演算処理」と「定数演算処理」の処理が含まれる。

ステップＳ１１０では、対応回転角速度ωｍｘの値が閾値ωｈ以下であるか否かについて判定する。ステップＳ１２０では、対応回転角速度ωｍｘの値が判定値ωｋ以上であるか否かについて判定する。

そして、これら２つの判定に基づいて次の処理を実行する。
対応回転角速度ωｍｘの値が閾値ωｈ以下のとき、ステップＳ２００の処理すなわち「抵抗演算処理」を実行する。すなわち、「抵抗演算処理」では第１抵抗Ｒａを更新する。このため、対応回転角速度ωｍｘの値が閾値ωｈ以下である旨判定される都度、第１抵抗Ｒａの値を更新する。

対応回転角速度ωｍｘの値が閾値ωｈよりも大きいとき、かつ対応回転角速度ωｍｘの値が判定値ωｋ以上のとき、ステップＳ３００において「定数演算処理」を実行する。「定数演算処理」では、近似式に基づいて、逆起電圧定数Ｋおよびモータ抵抗Ｒｍを更新する。

対応回転角速度ωｍｘの値が閾値ωｈよりも大きく、かつ対応回転角速度ωｍｘの値が判定値ωｋ未満のとき、当該フローを終了する。すなわち、この条件が成立するときは、逆起電圧定数Ｋおよびモータ抵抗Ｒｍの更新をしない。

図４を参照して、「抵抗演算処理」の手順について説明する。なお、この処理は、抵抗演算部１２０で実行される。
ステップＳ２１０において、モータ電流Ｉｍａおよびモータ電圧Ｖｍａを取得する。ステップＳ２１０が実行する直前に、対応回転角速度ωｍｘが閾値ωｈ以下である旨判定されているため（ステップＳ１１０）、対応回転角速度ωｍｘが閾値ωｈ以下にあるときのモータ電流Ｉｍａとモータ電圧Ｖｍａとが取得される。

そして、ステップＳ２２０において、上記（２）式に基づいてモータ抵抗Ｒｍを算出する。そして、当該演算値を第１抵抗Ｒａとして記憶する。すなわち、第１抵抗Ｒａの値が新たな値に更新される。

図５を参照して、「定数演算処理」の手順について説明する。なお、この処理は、近似式演算部１３０で実行される。
ステップＳ３１０において、モータ電流Ｉｍａの取得およびモータ電圧Ｖｍａの取得および対応回転角速度ωｍｘを取得する。

ステップＳ３１０が実行する直前に、対応回転角速度ωｍｘが判定値ωｋ以上である旨判定されているため（ステップＳ１２０）、対応回転角速度ωｍｘが判定値ωｋ以上のときのモータ電流Ｉｍａとモータ電圧Ｖｍａが取得される。

ステップＳ３２０において、モータ電流Ｉｍａと基準電流Ｉｍｄｅｆとの差の絶対値が許容値α以下であるか否かを判定する。これが否定判定されるとき、当該フローは終了する。すなわち、この場合は、モータ抵抗Ｒｍおよび逆起電圧定数Ｋの更新は行わない。

ステップＳ３２０において肯定判定されるとき、すなわち、モータ電流Ｉｍと基準電流Ｉｍｄｅｆとの差の絶対値が許容値α以下である旨判定されるとき、ステップＳ３３０において、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、対応回転角速度ωｍｘを一組のデータとして記憶する。

ステップＳ３４０において、上記一組のデータを１個のデータとして、データの個数が規定個数（所定数）以上であるか否かを判定する。データの個数が規定個数未満のとき、当該フローを終了する。データの個数が規定個数以上のとき次のステップＳ３５０に移行する。

ステップＳ３５０では、モータ電圧Ｖｍａ、対応回転角速度ωｍｘ、および基準電流Ｉｍｄｅｆに基づいて、上記（４）式を用いて、モータ方程式の近似式を算出する。そして、近似式の逆起電圧定数Ｋとモータ抵抗Ｒｍとを記憶する。なお、ここで算出したモータ抵抗Ｒｍは、第１抵抗Ｒａと区別して、第２抵抗Ｒｂとして記憶する。

ステップＳ３６０において、第２抵抗Ｒｂと第１抵抗Ｒａとの差の絶対値が基準値β以下にあるか否かを判定する。当該判定が否定されるとき、当該フローを終了する。一方、ステップＳ３６０の判定が肯定されるとき、すなわち第２抵抗Ｒｂと第１抵抗Ｒａとの差の絶対値が基準値β以下にある旨判定されるとき、ステップＳ３７０において、近似式に基づいてモータ抵抗Ｒｍおよび逆起電圧定数Ｋを更新する。すなわち、第２抵抗Ｒｂをモータ方程式の「Ｒｍ」として設定し、かつ算出逆起電圧定数Ｋａをモータ方程式の「Ｋ」として設定する。

図６を参照して、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、対応回転角速度ωｍｘを取得するタイミング、「定数演算処理」を実行するタイミング、および「抵抗演算処理」を実行するタイミングについて説明する。図６（ａ）は、対応回転角速度ωｍｘの時間変化の一例を示し、図６（ｂ）は、モータ電流Ｉｍａの時間変化の一例を示す。

モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、対応回転角速度ωｍｘの測定は所定周期毎に実行される。そして、次の各タイミングのとき、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、対応回転角速度ωｍｘが取得し、所定の処理を実行する。

（Ａ）測定された対応回転角速度ωｍｘが判定値ωｋ以上にあること、かつモータ電流Ｉｍａと基準電流Ｉｍｄｅｆとの差の絶対値が許容値α以下であることを条件（以下、「条件Ａ」）として、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、および対応回転角速度ωｍｘを記憶する。そして、「定数演算処理」を実行する。

（Ｂ）演算された対応回転角速度ωｍｘが閾値ωｈ以下にあることを条件（以下、「条件Ｂ」）として、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、および対応回転角速度ωｍｘを記憶する。そして、「抵抗演算処理」を実行する。

図６を参照し、具体的に説明する。
時刻ｔ１のとき、条件Ａおよび条件Ｂが成立していない。このため、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、および対応回転角速度ωｍｘを記憶しない。

時刻ｔ２のとき、条件Ａが成立する。このため、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、および対応回転角速度ωｍｘを記憶する。また、このときに取得したデータを含めＮ個のデータを用いて、モータ方程式の近似式を算出する。

時刻ｔ３および時刻ｔ４のとき、条件Ａおよび条件Ｂが成立していない。このため、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、および対応回転角速度ωｍｘを記憶しない。
時刻ｔ５のとき、条件Ａが成立する。このため、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、および対応回転角速度ωｍｘを記憶する。また、このときに取得したデータを含めＮ個のデータを用いて、モータ方程式の近似式を算出する。

時刻ｔ６のとき、条件Ａおよび条件Ｂが成立していない。このため、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、および対応回転角速度ωｍｘを記憶しない。
時刻ｔ７のとき、条件Ｂが成立する。このため、モータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、および対応回転角速度ωｍｘを記憶する。このとき、抵抗演算部１２０により第１抵抗Ｒａが算出される。

図７を参照して、モータ方程式の近似式と「Ｋ」と「Ｒ・Ｉｄｅｆ」との関係について説明する。
上記条件Ａが成立するときに取得されたデータ、すなわちモータ電圧Ｖｍａ、対応回転角速度ωｍｘは、記憶部４１に記憶される。そして、記憶部４１に記憶されたデータ個数が規定個数以上のとき、近似式演算部１３０により近似式が算出される。この近似式は、モータ方程式すなわち（３）式との関係で、図７のように示される。

近似式の回転角速度ωｍの係数ｋ１は、モータ方程式の逆起電圧定数Ｋに対応する。近似式の定数ｋ２は、モータ方程式の「Ｒｍ・Ｉｄｅｆ」に対応する。このため、近似式に基づいてモータ方程式の逆起電圧定数Ｋとモータ抵抗Ｒｍが求められる。

本実施形態によれば以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、モータ２１の運動状態に基づいてモータ方程式の逆起電圧定数Ｋを更新する。

この構成によれば、モータ方程式の逆起電圧定数Ｋを算出するにあたり、モータ方程式のパラメータに関連するモータ２１の運動状態に基づく演算を行なうため、逆起電圧定数Ｋを適切に算出することができる。また、モータ方程式の逆起電圧定数Ｋを更新するため、同方程式の逆起電圧定数Ｋが実際の逆起電圧定数Ｋから大きく乖離することが抑制される。このため、モータ２１の回転角速度ωｍを精度よく推定することができる。

（２）本実施形態では、モータ２１の運動状態に基づいてモータ方程式の近似式を算出し、この近似式に基づいて逆起電圧定数Ｋを更新する。
この構成では、近似式に基づいて逆起電圧定数Ｋを更新するため、例えば測定値であるモータ電圧Ｖｍａ、モータ電流Ｉｍａ、モータ抵抗Ｒｍの設定値、および対応回転角速度ωｍｘをモータ方程式に代入して逆起電圧定数Ｋを算出する方法と比較して、逆起電圧定数Ｋを精度よく推定することができる。

（３）本実施形態では、モータ電流Ｉｍａが所定範囲内のとき、モータ電圧Ｖｍａおよび対応回転角速度ωｍｘを記憶し、記憶したモータ電圧Ｖｍａの数または対応回転角速度ωｍｘの数が規定個数以上のとき、近似式を算出する。

モータ方程式の近似式を算出する手法として、次の手法が挙げられる。すなわち、モータ方程式のモータ電圧Ｖｍ、モータ電流Ｉｍ、および回転角速度ωｍのいずれか１つを従属変数とし、残りの２つを独立変数とし、モータ抵抗Ｒｍを定数とする。そして、モータ電圧Ｖｍａ、モータ電流Ｉｍａ、および対応回転角速度ωｍｘを取得し、取得したデータに基づいて近似式を算出する。この手法の場合には、３つの変数に基づいてモータ方程式の近似式を算出するため、演算負荷が大きくなる。

これに対し、上記構成では、モータ電流Ｉｍａが所定範囲内のとき、すなわちモータ電流Ｉｍａと基準電流Ｉｍｄｅｆとの差の絶対値が許容値α以下であるとき、モータ電圧Ｖｍａおよび対応回転角速度ωｍｘを記憶する。このため、モータ電流Ｉｍを定数（基準電流Ｉｍｄｅｆ）と仮定することができ、２つの変数に基づいてモータ方程式の近似式を算出することが可能となり、演算負荷を軽減することができる。

すなわち、モータ方程式のモータ電圧Ｖｍを従属変数とし、回転角速度ωｍを独立変数とし、モータ電流Ｉｍおよびモータ抵抗Ｒｍを定数とし、そのうえで、モータ電圧Ｖｍａおよび対応回転角速度ωｍｘを取得し、取得したモータ電圧Ｖｍａおよび対応回転角速度ωｍｘに基づいてモータ方程式の近似式を算出することができる。このため、３つの変数に基づいてモータ方程式の近似式を算出する上記の手法と比較して、演算負荷が小さくなる。

（４）本実施形態では、対応回転角速度ωｍｘが判定値ωｋ以上のとき、モータ電圧Ｖｍａおよび対応回転角速度ωｍｘを記憶し、モータ電圧Ｖｍａの数または対応回転角速度ωｍｘの数が規定個数以上のとき、近似式を算出する。

対応回転角速度ωｍｘには誤差が含まれる。また、対応回転角速度ωｍｘが小さいときには、同値に対する誤差の影響が大きくなる。このため、近似式を精度よく算出するためには、対応回転角速度ωｍｘの誤差の影響を小さくすることが好ましい。

上記構成では、この考え方に基づいて、対応回転角速度ωｍｘが判定値ωｋ以上のとき、モータ電圧Ｖｍａおよび対応回転角速度ωｍｘを記憶し、記憶したモータ電圧Ｖｍａおよび対応回転角速度ωｍｘに基づいて近似式を算出している。このため、近似式を精度よく算出することができる。

（５）本実施形態では、式（２）に示すモータ方程式に基づいて算出されたモータ抵抗Ｒｍを第１抵抗Ｒａ（第１抵抗値）とし、近似式のモータ抵抗Ｒｍを第２抵抗Ｒｂ（第２抵抗値）として記憶する。そして、第１抵抗Ｒａと第２抵抗Ｒｂとの差の絶対値が基準値β以下のとき、近似式の逆起電圧定数Ｋをモータ方程式の逆起電圧定数Ｋとして設定し（第１更新処理）、かつ第２抵抗Ｒｂをモータ方程式のモータ抵抗Ｒｍとして設定する（第２更新処理）。

第２抵抗Ｒｂと第１抵抗Ｒａとの差の絶対値が基準値β以下のとき、すなわち互いに異なる手法により算出された２つの値のずれが小さいとき、各モータ抵抗Ｒｍの精度が高いとみなすことができる。

本構成では、この考え方に基づいて、近似式の逆起電圧定数Ｋおよび第２抵抗Ｒｂによりモータ方程式の逆起電圧定数Ｋおよびモータ抵抗Ｒｍを更新するため、モータ方程式に基づいて算出される推定回転角速度ωｍａの推定精度が高くなる。

（その他の実施形態）
なお、本発明の実施態様は上記実施形態にて例示した態様に限られるものではなく、これを例えば以下に示すように変更して実施することもできる。また以下の各変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。

・上記実施形態では、モータ電圧Ｖｍａと対応回転角速度ωｍｘのデータに基づいて近似式を算出し、近似式の係数ｋ１および定数ｋ２をモータ方程式の「Ｋ」と「Ｒｍ・Ｉｍｄｅｆ」に一対一で対応付けしているが、次のように対応付けを変形してもよい。例えば、定数ｋ２の所定補正項を加えた値とモータ方程式の「Ｒｍ・Ｉｍｄｅｆ」とを対応付けすることができる。

・上記実施形態では、対応回転角速度演算部１１０において、ステアリングシャフト１１の操舵角θｓの時間変化に基づいて操舵角速度ωｓを算出し、相関式に基づいて操舵角速度ωｓからモータ２１の回転角速度ωｍに相当する対応回転角速度ωｍｘを算出する。これに対して、対応回転角速度ωｍｘを次のパラメータを用いて算出してもよい。すなわち、ステアリングシャフト１１（駆動体）の操舵角θｓに代えて、減速機構２２のギアの回転速度、ラック軸１３の移動速度等、ステアリング２の回転速度等に基づいて対応回転角速度ωｍｘを算出する。これらのパラメータは、モータ２１の回転角速度ωｍと相関関係にあるためである。

・上記実施形態では、モータ方程式の近似式を算出することにより逆起電圧定数Ｋを算出し、この値により、モータ方程式の逆起電圧定数Ｋを更新するが、この更新方法に代えて、次の方法により逆起電圧定数Ｋを更新することも可能である。モータ方程式に測定したモータ電流Ｉｍａ、モータ電圧Ｖｍａ、対応回転角速度ωｍｘ、およびモータ抵抗Ｒｍを代入することにより、逆起電圧定数Ｋを算出し、この値により、逆起電圧定数Ｋを更新する。

・上記実施形態では、モータ方程式のモータ抵抗Ｒｍの値を、近似式演算部１３０により算出した近似式の値により更新している。これに対して、抵抗演算部１２０により算出した第１抵抗Ｒａの値により、モータ方程式のモータ抵抗Ｒｍを更新してもよい。また、次の方法を採用することもできる。すなわち、モータ２１の温度とモータ抵抗Ｒｍとの関係を示すマップを用意し、測定したモータ２１の温度に基づいてモータ抵抗Ｒｍを推定して、この推定値をモータ方程式のモータ抵抗Ｒｍとしてもよい。

・上記実施形態では、モータ方程式の近似式を算出するとき、モータ電流Ｉｍａと基準電流Ｉｍｄｅｆとの差の絶対値が許容値α以下であるときのモータ電圧Ｖｍａおよび対応回転角速度ωｍｘを用いている。すなわち、モータ電流Ｉｍａが略一定値とすることにより、モータ方程式のパラメータの数を少なくし、モータ方程式をモータ電圧Ｖｍと回転角速度ωｍとの関数としている。

これに対して、近似式を求めるときに固定するパラメータを、モータ電流Ｉｍに代えて回転角速度ωｍとすることもできる。この場合は、モータ方程式の「Ｖｍ」は、モータ２１の電流「Ｉｍ」の１次式となる。そして、モータ方程式の近似式を算出するとき、対応回転角速度ωｍｘと基準回転角速度ωｍｄｅｆとの差の絶対値が許容値γ以下であるときのモータ電圧Ｖｍａおよびモータ電流Ｉｍａを用いる。そして、最小２乗法により、モータ方程式の「Ｒｍ」と「Ｋ・ωｍｄｅｆ」とを算出する。「ωｍｄｅｆ」すなわち基準回転角速度ωｍｄｅｆは特定の値であるため、「Ｒｍ」と「Ｋ」とが算出される。なお、基準回転角速度ωｍｄｅｆは、対応回転角速度ωｍｘの初回値に基づいて決定する。

・上記実施形態では、近似式を求めるためのデータの条件（「条件Ａ」）として、「対応回転角速度ωｍｘが判定値ωｋ以上にあること」を要件としているが、これを省略することもできる。この場合においても上記（１）の効果を奏する。

・上記実施形態では、ＥＰＳアクチュエータ２０のモータ２１としてブラシ付きモータを備えた電動パワーステアリング装置１に本発明を適用しているが、ＥＰＳアクチュエータ２０のモータ２１としてブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置１に本発明を適用することもできる。

・上記実施形態では、コラム型の電動パワーステアリング装置１に本発明を適用したが、ピニオン型およびラックアシスト型の電動パワーステアリング装置１に対して本発明を適用することもできる。この場合にも、上記実施形態に準じた構成を採用することにより、同実施形態の効果に準じた効果が得られる。

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリング、３…転舵輪、１０…操舵角伝達機構（操舵系）、１１…ステアリングシャフト、１２…ラックアンドピニオン機構、１３…ラック軸、１４…タイロッド、２０…ＥＰＳアクチュエータ、２１…モータ、２２…減速機構、３０…電子制御装置、３１…トルクセンサ、３２…車速センサ、３３…ステアリングセンサ、４０…モータ制御装置、４１…記憶部、５０…駆動回路、５１…電圧センサ、５２…電流センサ、６０…電流指令値演算部、６１…基本アシスト演算部、６２…トルクシフト演算部、７０…フィードバック補正部、８０…モータ制御信号出力部、９０…回転角速度演算部、１００…定数演算部、１１０…対応回転角速度演算部、１２０…抵抗演算部、１３０…近似式演算部、１４０…比較演算部。

Claims (5)

1. モータ方程式に基づいて電動モータの回転角速度を算出する電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータの運動状態に基づいて前記モータ方程式の逆起電圧定数を更新する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータの運動状態に基づいて前記モータ方程式の近似式を算出し、この近似式に基づいて前記逆起電圧定数を更新する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータのトルクが付与される駆動体の動作に応じて信号を出力するセンサと、同センサの出力信号に基づいて前記電動モータの回転角速度の演算値を算出する演算器とを備え、
   前記電動モータの電流の測定値が所定範囲内のとき、前記電動モータの電圧の測定値および前記回転角速度の演算値を記憶し、記憶した前記電圧の測定値の数または前記回転角速度の演算値の数が所定数以上のとき、前記近似式を算出する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項２または３に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータのトルクが付与される駆動体の動作に応じて信号を出力するセンサと、同センサの出力信号に基づいて前記電動モータの回転角速度の演算値を算出する演算器とを備え、
   前記回転角速度の演算値が判定値以上のとき、前記電動モータの電圧の測定値および前記回転角速度の演算値を記憶し、記憶した前記電圧の測定値の数または前記回転角速度の演算値の数が所定数以上のとき、前記近似式を算出する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記モータ方程式に基づいて算出された前記電動モータの抵抗値を第１抵抗値とし、前記近似式の前記電動モータの抵抗値を第２抵抗値として、
   前記第１抵抗値と前記第２抵抗値との差の絶対値が基準値以下のとき、前記近似式の逆起電圧定数を前記モータ方程式の逆起電圧定数として設定する第１更新処理、および前記第２抵抗値を前記モータ方程式の抵抗値として設定する第２更新処理の少なくとも一方を行なう
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

Images