JP5265415B2

JP5265415B2 - 電動パワーステアリング装置、回転速度推定装置および回転速度推定方法

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Publication number: JP5265415B2
Application number: JP2009052510A
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Inventors: 秀幸村上
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Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2013-08-14
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Description

本発明は、電動パワーステアリング装置、回転速度推定装置および回転速度推定方法に関する。

近年、車両のステアリング系に電動モータを備え、電動モータの動力にてドライバの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置が提案されている。この電動パワーステアリング装置を制御する制御装置は、電動モータの駆動を制御するために、検出した操舵トルクや推定した電動モータの回転速度に基づいて電動モータに供給する電流を定める。

そして、電動モータの回転速度を推定する技術として、以下の技術が提案されている。例えば、特許文献１においては、検出した電動モータの電流および電圧と、電動モータの電気的特性（例えば、電機子抵抗）とに基づいて回転速度を推定している。

特開平３−１７６２７１号公報

特許文献１に記載されているような電動モータの電気的特性に基づいて電動モータの回転速度を推定する手法では、電流変化が無いことを前提にしているので、過渡状態での推定精度が低くなる。また、検出した電動モータの電流値などにノイズがある場合には、そのノイズの影響を受け易くなり、推定精度が低くなる。
そこで、本発明は、電動モータの回転速度を精度よく推定することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、ステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、前記電動モータの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段が検出した実電流と前記電圧検出手段が検出した電圧に基づいて前記電動モータの回転速度を推定する回転速度推定手段と、前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクと前記回転速度推定手段が推定した回転速度とに基づいて前記電動モータに供給する目標電流を設定する目標電流設定手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記回転速度推定手段は、前記電流検出手段が検出した実電流と前記電動モータの機械的特性とに基づいて当該電動モータの回転速度を推定する第１の推定手段と、前記第１の推定手段が推定した回転速度の低周波成分を除去する低周波成分除去手段と、前記電流検出手段が検出した実電流と前記電圧検出手段が検出した電圧と前記電動モータの電気的特性とに基づいて当該電動モータの回転速度を推定する第２の推定手段と、前記第２の推定手段が推定した回転速度の高周波成分を除去する高周波成分除去手段と、を有し、前記低周波成分除去手段の出力結果と前記高周波成分除去手段の出力結果とに基づいて前記電動モータの回転速度を推定することを特徴とする電動パワーステアリング装置である。

ここで、前記第１の推定手段は、前記電流検出手段が検出した実電流に対して前記電動モータのトルク定数を乗算するとともに当該電動モータのイナーシャの逆数を乗算する演算手段と、当該演算手段の出力結果を積分する積分手段とを有することが好適である。

また、前記第２の推定手段は、前記電流検出手段が検出した実電流と前記電動モータの電機子抵抗とを乗算する第１の乗算手段と、前記電圧検出手段が検出した電圧から当該第１の乗算手段の出力結果を減算する減算手段と、当該減算手段の出力結果に当該電動モータの誘起電圧定数の逆数を乗算する第２の乗算手段とを有することが好適である。

そして、前記低周波成分除去手段はハイパスフィルタであり、前記高周波成分除去手段はローパスフィルタであることが好適である。
さらに、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高いことが好適である。

他の観点から捉えると、本発明は、ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータの回転速度を推定する回転速度推定装置であって、前記電動モータに供給される実電流を検出する電流検出手段と、前記電動モータの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段が検出した実電流と前記電動モータの機械的特性とに基づいて当該電動モータの回転速度を推定する第１の推定手段と、前記第１の推定手段が推定した回転速度の低周波成分を除去する低周波成分除去手段と、前記電流検出手段が検出した実電流と前記電圧検出手段が検出した電圧と前記電動モータの電気的特性とに基づいて当該電動モータの回転速度を推定する第２の推定手段と、前記第２の推定手段が推定した回転速度の高周波成分を除去する高周波成分除去手段と、前記低周波成分除去手段の出力結果と前記高周波成分除去手段の出力結果とを加算する加算手段と、を備えることを特徴とする回転速度推定装置である。

また、他の観点から捉えると、本発明は、ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータの回転速度を推定する回転速度推定方法であって、前記電動モータに供給される実電流を検出し、前記電動モータの端子間電圧を検出し、検出した実電流と前記電動モータの機械的特性とに基づいて推定した回転速度の低周波成分を除去した値と、検出した実電流と検出した電圧と当該電動モータの電気的特性とに基づいて推定した回転速度の高周波成分を除去した値とを加算することにより回転速度を推定することを特徴とする回転速度推定方法である。

本発明によれば、電動モータの回転速度を精度よく推定することができる。

実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。電動パワーステアリング装置の制御装置の概略構成図である。目標電流算出部の概略構成図である。制御部の概略構成図である。モータ回転速度推定部のブロック図である。本実施の形態で用いるハイパスフィルタとローパスフィルタの特性を示す図である。カットオフ周波数と車速との関係を示す図である。カットオフ周波数とトルク変化量との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置１００（以下、単に「ステアリング装置１００」と称する場合もある。）は、乗り物の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては自動車に適用した構成を例示している。

ステアリング装置１００は、ドライバが操作する車輪（ホイール）状のステアリングホイール（ハンドル）１０１と、ステアリングホイール１０１に一体的に設けられたステアリングシャフト１０２とを備えている。ステアリングシャフト１０２と上部連結シャフト１０３とが自在継手１０３ａを介して連結されており、上部連結シャフト１０３と下部連結シャフト１０８とが自在継手１０３ｂを介して連結されている。

また、ステアリング装置１００は、転動輪としての左右の前輪１５０のそれぞれに連結されたタイロッド１０４と、タイロッド１０４に連結されたラック軸１０５とを備えている。また、ステアリング装置１００は、ラック軸１０５に形成されたラック歯１０５ａとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン１０６ａを備えている。ピニオン１０６ａは、ピニオンシャフト１０６の下端部に形成されている。

また、ステアリング装置１００は、ピニオンシャフト１０６を収納するステアリングギアボックス１０７を有している。ピニオンシャフト１０６は、ステアリングギアボックス１０７にてトーションバー（不図示）を介して下部連結シャフト１０８と連結されている。ステアリングギアボックス１０７の内部には、下部連結シャフト１０８とピニオンシャフト１０６との相対角度に基づいてステアリングホイール１０１の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段の一例としてのトルクセンサ１０９が設けられている。

また、ステアリング装置１００は、ステアリングギアボックス１０７に支持された電動モータ１１０と、電動モータ１１０の駆動力を減速してピニオンシャフト１０６に伝達する減速機構１１１とを有している。
また、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０に実際に流れる実電流の大きさおよび方向を検出する電流検出手段の一例としてのモータ電流検出部３３（図４参照）と、電動モータ１１０の端子間電圧を検出するモータ電圧検出部１６０を有している。

そして、ステアリング装置１００は、電動モータ１１０の作動を制御する制御装置１０を備えている。制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９の出力値、自動車の車速を検出する車速センサ１７０の出力値、モータ電流検出部３３の出力値、モータ電圧検出部１６０の出力値が入力される。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクをトルクセンサ１０９にて検出し、その検出トルクに応じて電動モータ１１０を駆動し、電動モータ１１０の発生トルクをピニオンシャフト１０６に伝達する。これにより、電動モータ１１０の発生トルクが、ステアリングホイール１０１に加える運転者の操舵力をアシストする。

次に、制御装置１０について説明する。
制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。
図２は、電動パワーステアリング装置１００の制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０には、上述したトルクセンサ１０９にて検出された操舵トルクが出力信号に変換されたトルク信号Ｔｄと、車速センサ１７０にて検出された車速が出力信号に変換された車速信号ｖとが入力される。

また、制御装置１０には、モータ電流検出部３３にて検出された実電流が出力信号に変換されたモータ電流信号Ｉｍと、モータ電圧検出部１６０にて検出された電圧が出力信号に変換されたモータ端子間電圧信号Ｖｍとが入力される。
なお、制御装置１０は、トルクセンサ１０９などからの検出信号がアナログ信号として入力されるので、図示しないＡ／Ｄ変換部によりアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵに取り込んでいる。

そして、制御装置１０は、トルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１１０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２０と、目標電流算出部２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部３０とを有している。

次に、目標電流算出部２０について詳述する。図３は、目標電流算出部２０の概略構成図である。
目標電流算出部２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部２１と、電動モータ１１０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部２２とを備えている。また、目標電流算出部２０は、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部２３と、モータ電流信号Ｉｍおよびモータ端子間電圧信号Ｖｍに基づいて電動モータ１１０の回転速度を推定する回転速度推定手段の一例としてのモータ回転速度推定部２４とを備えている。また、目標電流算出部２０は、ベース電流算出部２１、イナーシャ補償電流算出部２２、ダンパー補償電流算出部２３などからの出力に基づいて最終的な目標電流を決定する最終目標電流決定部２５を備えている。

ベース電流算出部２１は、位相補償部２６にてトルク信号Ｔｄが位相補償されたトルク信号Ｔｓと、車速センサ１７０からの車速信号ｖとに基づいてベース電流を算出し、このベース電流の情報を含むベース電流信号Ｉｍｓを出力する。なお、ベース電流算出部２１は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖとベース電流との対応を示すマップに、トルク信号Ｔｓおよび車速信号ｖを代入することによりベース電流を算出する。

イナーシャ補償電流算出部２２は、トルク信号Ｔｄと車速信号ｖとに基づいて電動モータ１１０およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流を算出し、この電流の情報を含むイナーシャ補償電流信号Ｉｓを出力する。なお、イナーシャ補償電流算出部２２は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖとイナーシャ補償電流との対応を示すマップに、トルク信号Ｔｄおよび車速信号ｖを代入することによりイナーシャ補償電流を算出する。

ダンパー補償電流算出部２３は、トルク信号Ｔｄと、車速信号ｖと、電動モータ１１０の回転速度信号Ｎｍとに基づいて、電動モータ１１０の回転を制限するダンパー補償電流を算出し、この電流の情報を含むダンパー補償電流信号Ｉｄを出力する。なお、ダンパー補償電流算出部２３は、例えば、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、トルク信号Ｔｄ、車速信号ｖおよび回転速度信号Ｎｍと、ダンパー補償電流との対応を示すマップに、トルク信号Ｔｄと車速信号ｖと回転速度信号Ｎｍとを代入することによりダンパー補償電流を算出する。
モータ回転速度推定部２４は、モータ電流検出部３３にて検出された実電流と、モータ電圧検出部１６０にて検出された電圧とに基づいて電動モータ１１０の回転速度を推定する。詳しくは後で説明する。

最終目標電流決定部２５は、ベース電流算出部２１から出力されたベース電流信号Ｉｍｓ、イナーシャ補償電流算出部２２から出力されたイナーシャ補償電流信号Ｉｓおよびダンパー補償電流算出部２３から出力されたダンパー補償電流信号Ｉｄに基づいて最終的な目標電流を決定し、この電流の情報を含む目標電流信号ＩＴを出力する。最終目標電流決定部２５は、例えば、ベース電流に、イナーシャ補償電流を加算するとともにダンパー補償電流を減算して得た補償電流を、予め経験則に基づいて作成しＲＯＭに記憶しておいた、補償電流と最終的な目標電流との対応を示すマップに代入することにより最終的な目標電流を算出する。
このように、目標電流算出部２０は、トルクセンサ１０９が検出した操舵トルクに基づいて電動モータ１１０に供給する目標電流を設定する目標電流設定手段の一例として機能する。

次に、制御部３０について詳述する。図４は、制御部３０の概略構成図である。
制御部３０は、電動モータ１１０の作動を制御するモータ駆動制御部３１と、電動モータ１１０を駆動させるモータ駆動部３２と、電動モータ１１０に実際に流れる実電流を検出するモータ電流検出部３３とを有している。

モータ駆動制御部３１は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流と、モータ電流検出部３３にて検出される電動モータ１１０へ供給される実電流との偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部４０と、電動モータ１１０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部６０とを有している。

フィードバック制御部４０は、目標電流算出部２０にて算出された目標電流とモータ電流検出部３３にて検出された実電流との偏差を求める偏差演算部４１と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２とを有している。
偏差演算部４１は、目標電流算出部２０からの出力値ＩＴとモータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍとの偏差の値を偏差信号４１ａとして出力する。

フィードバック（Ｆ／Ｂ）処理部４２は、目標電流と実電流とが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、入力された偏差信号４１ａに対して、比例要素で比例処理した信号を出力し、積分要素で積分処理した信号を出力し、加算演算部でこれらの信号を加算してフィードバック処理信号４２ａを生成・出力する。
ＰＷＭ信号生成部６０は、フィードバック制御部４０からの出力値に基づいてＰＷＭ信号６０ａを生成し、生成したＰＷＭ信号６０ａを出力する。

モータ駆動部３２は、４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路７０と、４個の中から選択した２個の電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させるゲート駆動回路部８０とを有している。ゲート駆動回路部８０は、ＰＷＭ信号生成部６０から出力された駆動制御信号（ＰＷＭ信号）６０ａに基づいて、ステアリングホイール１０１の操舵方向に応じて２個の電界効果トランジスタを選択し、選択した２個の電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。

モータ電流検出部３３は、モータ駆動回路７０に直列に接続されたシャント抵抗７１の両端に生じる電圧から電動モータ１１０に流れるモータ電流（電機子電流）の値を検出してモータ電流信号Ｉｍを出力する。

次に、モータ回転速度推定部２４について説明する。
一般的に、電動モータ１１０の運動方程式は、電圧についての等式である以下に示す式（１）と、トルクについての等式である以下に示す式（２）の２つの方程式より構成される。
Ｖ＝Ｌｍ×（ｄＩ／ｄｔ）＋Ｒｍ×Ｉ＋Ｋｅ×（ｄθ／ｄｔ）・・・（１）
Ｔ＝Ｋｔ×Ｉ・・・（２）
ここで、Ｖは電動モータ１１０の端子間電圧、Ｉは電動モータ１１０に流れる電流、θは電動モータ１１０の回転角度、Ｌｍ，Ｒｍ，Ｋｅ，Ｋｔは、それぞれ電動モータ１１０のインダクタンス，電機子抵抗，誘起電圧定数，トルク定数である。

また、回転運動におけるトルクのつりあいは、以下の式（３）で表わせられる。
Ｔ＝Ｊｍ×（ｄ^２θ／ｄｔ^２）・・・（３）
ここで、Ｊｍは、電動モータ１１０のイナーシャである。
式（２），（３）を整理すると式（４）となる。
Ｊｍ×（ｄ^２θ／ｄｔ^２）＝Ｋｔ×Ｉ・・・（４）
式（１）および式（４）を見ると、式（１）は、電動モータ１１０の電気的特性に基づく等式、式（４）は、電動モータ１１０の機械的特性に基づく等式であるということが言える。

式（１）において、通常Ｌｍは小さく無視できるので、Ｌｍ＝０とおいて変形すると式（５）のようになる。
ｄθ／ｄｔ＝（Ｖ−Ｒｍ×Ｉ）／Ｋｅ・・・（５）
この式（５）により、電動モータ１１０の回転速度（ｄθ／ｄｔ）を、電動モータ１１０の電気的特性に基づいて導き出すことができる。
また、式（４）を変形すると式（６）のようになる。

この式（６）により、電動モータ１１０の回転速度（ｄθ／ｄｔ）を、電動モータ１１０の機械的特性に基づいて導き出すことができる。

図５は、モータ回転速度推定部２４のブロック図である。
モータ回転速度推定部２４は、モータ電流検出部３３が検出した実電流と電動モータ１１０の機械的特性とに基づいて電動モータ１１０の回転速度を推定する第１の推定手段の一例としての第１の推定部２４１を有している。また、モータ回転速度推定部２４は、モータ電流検出部３３が検出した実電流と、モータ電圧検出部１６０が検出した電圧と、電動モータ１１０の電気的特性とに基づいて電動モータ１１０の回転速度を推定する第２の推定手段の一例としての第２の推定部２４２を有している。

さらに、モータ回転速度推定部２４は、第１の推定部２４１が推定した回転速度の低周波成分を除去する低周波成分除去手段の一例としてのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２４３と、第２の推定部２４２が推定した回転速度の高周波成分を除去する高周波成分除去手段の一例としてのローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４４とを有している。
さらに、モータ回転速度推定部２４は、ハイパスフィルタ２４３の出力結果とローパスフィルタ２４４の出力結果とを加算する加算部２４０を有している。

第１の推定部２４１は、上述した式（６）に基づいて推定する部位である。それゆえ、第１の推定部２４１は、モータ電流検出部３３が検出した実電流に対して電動モータ１１０のトルク定数Ｋｔを乗算するとともに電動モータ１１０のイナーシャＪｍの逆数（１／Ｊｍ）を乗算する演算手段の一例としての演算部２４５と、演算部２４５の出力結果を積分する積分手段の一例としての積分器２４６とを有する。
演算部２４５は、モータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍに、（トルク定数Ｋｔ／イナーシャＪｍ）を乗算し、その結果２４５ａを出力する。そして、積分器２４６は、演算部２４５からの出力値２４５ａを積分し、その結果２４６ａを出力する。

第２の推定部２４２は、上述した式（５）に基づいて推定する部位である。それゆえ、第２の推定部２４２は、モータ電流検出部３３が検出した実電流と電動モータ１１０の電機子抵抗Ｒｍとを乗算する第１の乗算手段の一例としての第１の乗算部２４７と、モータ電圧検出部１６０が検出した電圧から第１の乗算部２４７の出力結果を減算する減算手段の一例としての減算部２４８と、減算部２４８の出力結果に電動モータ１１０の誘起電圧定数Ｋｅの逆数（１／Ｋｅ）を乗算する第２の乗算手段の一例としての第２の乗算部２４９とを有している。

第１の乗算部２４７は、モータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍに電機子抵抗Ｒｍを乗算し、その結果２４７ａを出力する。減算部２４８は、モータ電圧検出部１６０からの出力値Ｖｍから第１の乗算部２４７からの出力値２４７ａを減算し、その結果２４８ａを出力する。第２の乗算部２４９は、減算部２４８からの出力値２４８ａに誘起電圧定数Ｋｅの逆数（１／Ｋｅ）を乗算し、その結果２４９ａを出力する。

ここで、第１の推定部２４１および第２の推定部２４２は、それぞれ単独でも電動モータ１１０の回転速度を推定することが可能である。それゆえ、これらからの出力値を単に加算部２４０にて加算すると実際の回転速度よりも非常に大きな値となる。また、第１の推定部２４１にて推定した回転速度では、定常状態であっても操舵トルクに変化があれば、その変化がそのまま回転速度にオフセット誤差として現れるので、定常状態での推定精度が低くなる。また、第２の推定部２４２にて推定した回転速度では、電流変化が無いことを前提にしているので、電流が変化する過渡状態では精度が低くなる。また、モータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍなどにノイズがある場合にはその影響を受け易い。

そこで、本実施の形態に係るモータ回転速度推定部２４においては、ハイパスフィルタ２４３にて第１の推定部２４１が推定した回転速度の低周波成分を除去し、ローパスフィルタ２４４にて第２の推定部２４２が推定した回転速度の高周波成分を除去し、加算部２４０にてハイパスフィルタ２４３の出力結果とローパスフィルタ２４４の出力結果とを加算する。

図６は、本実施の形態で用いるハイパスフィルタ２４３とローパスフィルタ２４４の特性を示す図である。
ハイパスフィルタ２４３は、電気信号の高い周波数成分を取り出し、低い周波数成分を抑制するフィルタ回路である。本実施の形態に係るハイパスフィルタ２４３は、通す周波数領域をｆｃｈ（Ｈｚ）以上（つまり、カットオフ周波数をｆｃｈ（Ｈｚ））とし、ｆｃｈより低い周波数成分は通さないか減衰させる。これにより、ハイパスフィルタ２４３は、第１の推定部２４１が推定した回転速度の低周波成分を除去する。

ローパスフィルタ２４４は、電気信号の低い周波数成分を取り出し、高い周波数成分を抑制するフィルタ回路である。本実施の形態に係るローパスフィルタ２４４は、通す周波数領域を０〜ｆｃｌ（Ｈｚ）（つまり、カットオフ周波数をｆｃｌ（Ｈｚ））とし、ｆｃｌより高い周波数成分は通さないか減衰させる。これにより、ローパスフィルタ２４４は、第２の推定部２４２が推定した回転速度の高周波成分を除去する。

なお、本実施の形態に係るモータ回転速度推定部２４においては、ハイパスフィルタ２４３のカットオフ周波数ｆｃｈは、ローパスフィルタ２４４のカットオフ周波数をｆｃｌよりも高くすることが好適である。例えば、カットオフ周波数ｆｃｈを１００（Ｈｚ）、カットオフ周波数ｆｃｌを５０（Ｈｚ）とする。

そして、加算部２４０は、ハイパスフィルタ２４３の出力結果２４３ａとローパスフィルタ２４４の出力結果２４４ａとを加算し、加算した値をモータ回転速度推定部２４が推定した回転速度信号Ｎｍとして出力する。

以上のように構成された、モータ回転速度推定部２４においては、例えば、定常状態で操舵トルクに変化があったとしても、機械的特性に基づく第１の推定部２４１にて推定した回転速度はハイパスフィルタ２４３にて通されないか減衰させられ、電気的特性に基づく第２の推定部２４２にて推定した回転速度に重きが置かれる。他方、過渡状態では、電気的特性に基づく第２の推定部２４２にて推定した回転速度はローパスフィルタ２４４にて通されないか減衰させられ、機械的特性に基づく第１の推定部２４１にて推定した回転速度に重きが置かれる。

また、モータ電流検出部３３からの出力値Ｉｍなどにノイズが混入していたとしても、電気的特性に基づく第２の推定部２４２にて推定した回転速度はローパスフィルタ２４４にて通されないか減衰させられ、積分要素を含みノイズの影響を受け難い機械的特性に基づく第１の推定部２４１にて推定した回転速度に重きが置かれる。
これらにより、モータ回転速度推定部２４は、定常状態でも過渡状態でも精度よく電動モータ１１０の回転速度を推定することができるとともにノイズによる影響を抑制することができる。

なお、上述したハイパスフィルタ２４３のカットオフ周波数ｆｃｈおよびローパスフィルタ２４４のカットオフ周波数ｆｃｌを、車速に応じて変化させてもよい。
図７は、カットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌと車速との関係を示す図である。例えば、予め経験則に基づいて車速に応じた最適なカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌを図７に示すように導き出しておく。そして、モータ回転速度推定部２４は、予め作成しＲＯＭに記憶しておいた、車速信号ｖとカットオフ周波数ｆｃｈとの対応を示すマップ、車速信号ｖとカットオフ周波数ｆｃｌとの対応を示すマップ、あるいは車速信号ｖとカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌとの関係式に、車速信号ｖを代入することによりカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌを算出し、設定する。

なお、図７に示すように、カットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌは、車速がゼロのときには１００（Ｈｚ）であり、車速が大きくなるにつれて１５０（Ｈｚ）まで増加し、車速がある速度以上である場合には１５０（Ｈｚ）であることが好適である。これにより、低速時には、機械的特性に基づく第１の推定部２４１にて推定した回転速度がモータ回転速度推定部２４での推定値となる周波数領域が広がるので、過渡状態においてより精度高く回転速度を推定することが可能になる。他方、高速時には、電気的特性に基づく第２の推定部２４２にて推定した回転速度がモータ回転速度推定部２４での推定値となる周波数領域が広がるので、定常状態においてより精度高く回転速度を推定することが可能になる。

また、カットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌを操舵トルクに応じて変化させてもよい。図８は、カットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌとトルク変化量との関係を示す図である。例えば、予め経験則に基づいてステアリングホイール１０１のトルク変化量に応じた最適なカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌを図８に示すように導き出しておく。そして、モータ回転速度推定部２４は、予め作成しＲＯＭに記憶しておいた、ステアリングホイール１０１のトルク変化量とカットオフ周波数ｆｃｈとの対応を示すマップ、ステアリングホイール１０１のトルク変化量とカットオフ周波数ｆｃｌとの対応を示すマップに、トルク信号Ｔｄから導き出したトルク変化量を代入することによりカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌを算出する。あるいは、予め作成したカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌとトルク変化量との関係式にトルク変化量を代入することによりカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌを算出してもよい。

また、モータ回転速度推定部２４は、カットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌを車速および操舵トルクに応じて可変させることも好適である。例えば、予め経験則に基づいて車速信号ｖおよびステアリングホイール１０１のトルク変化量と最適なカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌとの関係を導き出しておく。そしてこれらの対応関係を示すマップを予め作成しＲＯＭに記憶しておき、モータ回転速度推定部２４は、このマップに、車速信号ｖおよびトルク変化量を代入することによりカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌを算出する。あるいは、予め作成した車速信号ｖおよびトルク変化量とカットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌとの関係式に車速信号ｖおよびトルク変化量を代入することによりｆｃｈ，ｆｃｌを算出してもよい。
そして、このように、カットオフ周波数ｆｃｈ，ｆｃｌを、車速信号ｖおよび／またはトルク信号Ｔｄに基づいて変更することでより精度高く電動モータ１１０の回転速度を推定することができる。

１０…制御装置、２０…目標電流算出部、２４…モータ回転速度推定部、３０…制御部、３３…モータ電流検出部、４０…フィードバック制御部、１００…電動パワーステアリング装置、１０１…ステアリングホイール、１０２…ステアリングシャフト、１０９…トルクセンサ、１１０…電動モータ、１６０…モータ電圧検出部、１７０…車速センサ、２４０…加算部、２４１…第１の推定部、２４２…第２の推定部、２４３…ハイパスフィルタ、２４４…ローパスフィルタ、２４５…演算部、２４６…積分器、２４７…第１の乗算部、２４８…減算部、２４９…第２の乗算部

Claims

ステアリングホイールの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータと、
前記電動モータへ実際に供給される実電流を検出する電流検出手段と、
前記電動モータの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段が検出した実電流と前記電圧検出手段が検出した電圧に基づいて前記電動モータの回転速度を推定する回転速度推定手段と、
前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクと前記回転速度推定手段が推定した回転速度とに基づいて前記電動モータに供給する目標電流を設定する目標電流設定手段と、
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記回転速度推定手段は、
前記電流検出手段が検出した実電流と前記電動モータの機械的特性とに基づいて当該電動モータの回転速度を推定する第１の推定手段と、
前記第１の推定手段が推定した回転速度の低周波成分を除去する低周波成分除去手段と、
前記電流検出手段が検出した実電流と前記電圧検出手段が検出した電圧と前記電動モータの電気的特性とに基づいて当該電動モータの回転速度を推定する第２の推定手段と、
前記第２の推定手段が推定した回転速度の高周波成分を除去する高周波成分除去手段と、
を有し、
前記低周波成分除去手段の出力結果と前記高周波成分除去手段の出力結果とに基づいて前記電動モータの回転速度を推定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記第１の推定手段は、前記電流検出手段が検出した実電流に対して前記電動モータのトルク定数を乗算するとともに当該電動モータのイナーシャの逆数を乗算する演算手段と、当該演算手段の出力結果を積分する積分手段とを有す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。
前記第２の推定手段は、前記電流検出手段が検出した実電流と前記電動モータの電機子抵抗とを乗算する第１の乗算手段と、前記電圧検出手段が検出した電圧から当該第１の乗算手段の出力結果を減算する減算手段と、当該減算手段の出力結果に当該電動モータの誘起電圧定数の逆数を乗算する第２の乗算手段とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記低周波成分除去手段はハイパスフィルタであり、前記高周波成分除去手段はローパスフィルタであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも高い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。
ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータの回転速度を推定する回転速度推定装置であって、
前記電動モータに供給される実電流を検出する電流検出手段と、
前記電動モータの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段が検出した実電流と前記電動モータの機械的特性とに基づいて当該電動モータの回転速度を推定する第１の推定手段と、
前記第１の推定手段が推定した回転速度の低周波成分を除去する低周波成分除去手段と、
前記電流検出手段が検出した実電流と前記電圧検出手段が検出した電圧と前記電動モータの電気的特性とに基づいて当該電動モータの回転速度を推定する第２の推定手段と、
前記第２の推定手段が推定した回転速度の高周波成分を除去する高周波成分除去手段と、
前記低周波成分除去手段の出力結果と前記高周波成分除去手段の出力結果とを加算する加算手段と、
を備えることを特徴とする回転速度推定装置。
ステアリングホイールに操舵補助力を与える電動モータの回転速度を推定する回転速度推定方法であって、
前記電動モータに供給される実電流を検出し、
前記電動モータの端子間電圧を検出し、
検出した実電流と前記電動モータの機械的特性とに基づいて推定した回転速度の低周波成分を除去した値と、検出した実電流と検出した電圧と当該電動モータの電気的特性とに基づいて推定した回転速度の高周波成分を除去した値とを加算することにより回転速度を推定することを特徴とする回転速度推定方法。