JP5703963B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵系にアシスト力を付与するモータを備える電動パワーステアリング装置に関する。

上記電動パワーステアリング装置として、特許文献１に記載の技術が知られている。
この種の電動パワーステアリング装置では、下記（Ａ）式を用いてモータの回転角速度ωを算出する。そして、この回転角速度ωの大きさに基づいて各種のモータ制御を行う。

（Ａ）式において、Ｖｍはモータの端子間電圧、Ｒはモータの抵抗、Ｉｍはモータの電流、Ｋｅは逆起電圧定数（Ｖ・ｓ／ｒａｄ）を示す。モータ電流Ｉｍとモータ電圧Ｖｍとしては測定値が用いられている。Ｒとしては、モータ電流Ｉｍとモータ抵抗Ｒｍとの関係を示すマップに基づいて求められる値が用いられている。Ｋｅとしては、予め設定した固定値が用いられている。

ω＝（Ｖｍ−Ｒ×Ｉｍ）／Ｋｅ…（Ａ）

特開２００４−６６９９９号公報

ところで、逆起電圧定数Ｋｅは実際には固定値ではなくモータの温度等によって変化する。このため、実際の逆起電圧定数Ｋｅと、モータの回転角速度ωを求めるときに用いられる逆起電圧定数Ｋｅとの間に差が生じることがある。この差が大きいとき、上記（Ａ）式により算出される回転角速度ωと実際の回転角速度ωとの間に差が大きく乖離するため、算出された回転角速度ωに基づいて行われる各種制御の制御精度が低下する。

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、モータの回転角速度に基づいて精確に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およびその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、操舵系にアシスト力を付与するモータを備える電動パワーステアリング装置において、前記モータの回転角速度に対応する対応回転角速度を取得する回転角速度取得部と、前記対応回転角速度を取得する時期と同じ時期に前記モータの誘起電圧を推定誘起電圧として算出する誘起電圧演算部と、前記対応回転角速度と前記推定誘起電圧とに基づいて逆起電圧定数を算出する逆起電圧定数演算部と、前記モータの電流と前記モータの電圧と前記逆起電圧定数と前記モータの抵抗とに基づいて、前記モータの回転角速度を推定回転角速度として算出する回転角速度演算部とを備えることを要旨とする。

逆起電圧定数は誘起電圧とモータの回転角速度とに基づく値であるため、モータの回転角速度に対応する対応回転角速度と推定誘起電圧とに基づいて逆起電圧定数を算出することができる。

上記発明では、逆起電圧定数を固定値とするのではなく、実際のモータに基づくパラメータを用いて逆起電圧定数を算出しているため、実際の逆起電圧定数と、推定回転角速度の算出のときに用いられる逆起電圧定数との差の大きさを小さくすることができる。そして、上記のように求めた逆起電圧定数に基づいて推定回転角速度を算出するため、推定回転角速度と実際の回転角速度との差が大きくなる頻度を少なくすることができ、この結果、推定回転角速度に基づいて行われる各種制御の制御精度を向上させることができる。

（２）請求項２に記載の発明は、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、前記回転角速度取得部により取得された前記対応回転角速度を第１対応回転角速度とし、前記第１対応回転角速度よりも後に取得された前記対応回転角速度を第２対応回転角速度とし、前記第１対応回転角速度に対応する前記推定誘起電圧を第１推定誘起電圧とし、前記第２対応回転角速度に対応する前記推定誘起電圧を第２推定誘起電圧とし、前記第１推定誘起電圧に対応する前記逆起電圧定数を第１逆起電圧定数とし、前記第２推定誘起電圧に対応する前記逆起電圧定数を第２逆起電圧定数として、前記逆起電圧定数演算部は、前記第１推定誘起電圧に対する前記第２推定誘起電圧との比と前記第１逆起電圧定数とに基づいて前記第２逆起電圧定数を算出することを要旨とする。

この発明によれば、推定誘起電圧の変化度合いに対応させて新たに逆起電圧定数を算出する。すなわち、所定条件下における推定誘起電圧の変化度合いを逆起電圧定数に反映させることができるため、実際の逆起電圧定数と、推定回転角速度を算出するときに用いられる逆起電圧定数との差の大きさが大きくなること抑制することができる。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置において、前記対応回転角速度の大きさが閾値よりも大きいとき前記推定誘起電圧を算出することを要旨とする。

モータの回転角速度が小さくなるとき、誘起電圧（推定誘起電圧）の値も小さくなる。一方、推定誘起電圧とモータの実際の誘起電圧との間には誤差がある。
推定誘起電圧が小さいとき、推定誘起電圧の絶対値に対して誤差の比率が大きくなるため、この推定誘起電圧に基づいて逆起電圧定数を算出すると、推定誘起電圧の絶対値が大きいときに逆起電圧定数を算出する場合と比べて、逆起電圧定数の精度が低くなる。

この点、上記発明によれば、対応回転角速度が閾値の大きさよりも大きくなるとき、すなわち誘起電圧（推定誘起電圧）が大きくなるとき、推定誘起電圧に基づいて逆起電圧定数を算出するため、モータの回転角速度が閾値以下のときの推定誘起電圧に基づいて逆起電圧定数を算出する場合と比べて、逆起電圧定数の精度を向上させることができる。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置において、前記対応回転角速度の大きさが閾値よりも大きくかつ前記対応回転角速度の変化量の大きさが判定変化量よりも小さいとき、前記推定誘起電圧を算出することを要旨とする。

所定の対応回転角速度のときに推定誘起電圧を算出する場合であっても、対応回転角速度の変化量の大きさが大きいときに算出された推定誘起電圧と、対応回転角速度の変化量の大きさが小さいときに算出された推定誘起電圧とは、推定誘起電圧が大きく異なる場合がある。これは、推定誘起電圧を算出するときと、対応回転角速度が所定値であると判定されたときとの間で、タイムラグがあるからである。すなわち、推定誘起電圧を算出するときの条件として、対応回転角速度の変化量に制限を加えないとき、一定条件下で推定誘起電圧を算出することができず、この結果、推定誘起電圧の値がばらつく。

この点、上記発明によれば、対応回転角速度の変化量の大きさが判定変化量よりも小さいときことを推定誘起電圧の算出条件としているため、推定誘起電圧の算出時における推定誘起電圧のばらつきを抑制することができる。これにより、逆起電圧定数の精度を向上させることができる。

（５）請求項５に記載の発明は、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、前記対応回転角速度の大きさが閾値よりも大きく、かつ前記対応回転角速度の変化量の大きさが判定変化量よりも小さく、かつ前記第１対応回転角速度と前記第２対応回転角速度との差の絶対値が設定値よりも小さいとき、前記推定誘起電圧を算出することを要旨とする。

第１対応回転角速度と第２対応回転角速度とに差があるとき、第１対応回転角速度と第２対応回転角速度との比、および第１推定誘起電圧と第２推定誘起電圧との比の２つの比により逆起電圧定数を算出することができる。

一方、上記発明によれば、前記第１対応回転角速度と前記第２対応回転角速度との差の絶対値が設定値よりも小さいことを推定誘起電圧の算出条件としているため、上記のように第１対応回転角速度と第２対応回転角速度との比に基づく必要がなるため、逆起電圧定数の計算を簡易なものとすることができる。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜５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、前記対応回転角速度はステアリングの操舵角速度またはラック軸の移動量であることを要旨とする。

ステアリングの操舵角速度またはラック軸の運動量は、モータの回転角速度と相関関係にあるため、対応回転角速度としてステアリングの操舵角速度またはラック軸の運動量を用いることができる。

対応回転角速度としては、これら以外にも例えば転舵輪の回転速度等を用いることも考えられるが、モータと転舵輪との間に介在する機械要素の数が、モータとステアリングまたはモータとラック軸との間に介在する機械的要素の数よりも多くなる場合は、両者の相関性が低下する。すなわち、ステアリングの操舵角速度またはラック軸の運動量とモータの回転角速度との相関関係は、これら要素よりもモータから離れた位置にある操舵系部品の運動量とモータの回転角速度との相関関係に比べ、高い。このため、上記発明によれば、モータから離れた位置にある操舵系部品の運動量を対応回転角速度として用いる場合と比べて、逆起電圧定数を精確に算出することができる。

本発明によれば、モータの回転角速度に基づいて精確に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、その制御系の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、操舵角速度と、操舵角速度の変化量と、推定誘起電圧および逆起電圧定数の算出のタイミングとの関係を示すグラフ。 同実施形態の電子制御装置により実行される「推定誘起電圧の演算処理」について、その手順を示すフローチャート。

図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
電動パワーステアリング装置１は、ステアリング２のステアリングホイール回転を転舵輪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の操舵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（回転角速度取得部）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（以下、「モータ電圧Ｖｍ」）を検出する電圧センサ５１と、モータ２１に供給される電流（以下、「モータ電流Ｉｍ」）を検出する電流センサ５２とが設けられている。

モータ制御装置４０は、モータ２１に供給する電流値（以下、「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。

フィードバック補正部７０は、モータ２１のモータ電流Ｉｍ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Ｉｍ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。

ωｍａ＝（Ｖｍ−Ｉｍ×Ｒｍ）／Ｋｅ … （１）
・「Ｖｍ」は、電圧センサ５１から入力されるモータ電圧Ｖｍ（端子間電圧）を示す。
・「Ｉｍ」は、電流センサ５２から入力されるモータ電流Ｉｍを示す。
・「Ｒｍ」は、記憶部に予め記憶されているモータ抵抗Ｒｍを示す。モータ抵抗Ｒｍとしては予め設定された固定値が用いられている。
・「Ｋｅ」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Ｋｅを更新する逆起電圧定数更新部１００を備えている。
逆起電圧定数更新部１００は、操舵角θｓに基づいて操舵角速度ωｓを算出する操舵角速度演算部１１０と、モータ２１の誘起電圧Ｅを推定する誘起電圧演算部１２０と、モータ２１の逆起電圧定数Ｋｅを算出する逆起電圧定数演算部１３０とを備えている。

誘起電圧演算部１２０は、外乱オブザーバにより（２）式および（３）式に基づいてモータ２１の推定誘起電圧ＥＸを算出する。外乱オブザーバは、例えば、以下の式に基づいて推定誘起電圧ＥＸを算出する。

ｄξ／ｄｔ＝（Ｇ／Ｌ）・｛Ｖｍ＋（Ｇ−Ｒｍ）・Ｉｍ−ξ｝ … （２）
ＥＸ＝ξ−Ｇ・Ｉｍ … （３）
・「ξ」は、中間変数を示す。
・「Ｇ」は、オブザーバゲイン（固定値）を示す。
・「ＥＸ」は、推定誘起電圧を示す。
・「Ｌ」は、インダクタンスを示す。
・「／ｄｔ」は、時間微分を示す。

誘起電圧演算部１２０は、次の第１条件〜第３条件が成立するとき、推定誘起電圧ＥＸを算出する。そして、算出した操舵角速度ωｓと推定誘起電圧ＥＸとを一組のデータとして記憶する。
・第１条件：操舵角速度ωｓの絶対値が閾値ＨＡよりも大きいこと。
・第２条件：操舵角速度ωｓの変化量（変化率）の絶対値が判定変化量ＨＢよりも小さいこと。
・第３条件：今回において推定誘起電圧ＥＸを算出するときの操舵角速度ωｓと前回において推定誘起電圧ＥＸを算出したときの操舵角速度ωｓとの差の絶対値が設定値ＤＳよりも小さいこと。

図３を参照して、推定誘起電圧ＥＸを算出する条件（第１条件〜第３条件）について説明する。
操舵角速度ωｓは周期的に検出される。操舵角速度ωｓは、ステアリング２の操作状態に応じて変化する。ステアリング２の切り込む状態のとき、操舵角速度ωｓは正の方向に大きくなる。ステアリング２の保舵状態のとき、操舵角速度ωｓは０に近い値をとる。ステアリング２の切り戻し状態のとき、操舵角速度ωｓは負の方向に大きくなる。

例えば、図３の（ａ）操舵角速度ωｓのグラフに示されるように、ステアリング２を切り込むとき、運転者のステアリング操作の変化に応じて操舵角速度ωｓの大きさが変化する。同図では、ステアリング２を運転者のステアリング操作と同じ方向に操舵角速度ωｓを変化させながら回転させている様子を示す。従って、操舵角速度ωｓが正の値である状態が示されている。

このとき、図３の（ｂ）操舵角速度ωｓの変化量のグラフに示されるように、操舵角速度ωｓの変化量（変化率）は、操舵角速度ωｓが増大するとき正の方向に大きくなり、操舵角速度ωｓが一定のときは略０の値となり、操舵角速度ωｓが減少するときは負の方向に大きくなる。

このような操舵角速度ωｓの変化において、推定誘起電圧ＥＸの算出は、上記第１〜第３の条件が成立するときに行う。すなわち、図３に示されるように、操舵角速度ωｓの絶対値が大きく、かつ操舵角速度ωｓの変化量が小さく、かつ今回の操舵角速度ωｓと前回推定誘起電圧ＥＸを算出したときの操舵角速度ωｓとの差の絶対値Ｄωｓが設定値ＤＳよりも小さいとき、推定誘起電圧ＥＸを算出する。すなわち、操舵角速度ωｓが安定しているとき、かつ推定誘起電圧ＥＸが比較的大きい値のとき、推定誘起電圧ＥＸを算出する。

図４を参照して、推定誘起電圧ＥＸを算出する演算処理手順を説明する。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。
ステップＳ１１０では、操舵角速度ωｓの絶対値が閾値ＨＡよりも大きいか否かについて判定する。操舵角速度ωｓの絶対値が閾値ＨＡ以下（Ｓ１１０：ＮＯ）のとき、本演算処理を終了する。操舵角速度ωｓの絶対値が閾値ＨＡよりも大きい（Ｓ１１０：ＹＥＳ）とき次のステップに移行する。

ステップＳ１２０では、操舵角速度ωｓの変化量（変化率）の絶対値が判定変化量ＨＢよりも小さいか否かについて判定する。操舵角速度ωｓの変化量（変化率）の絶対値が判定変化量ＨＢ以上（Ｓ１２０：ＮＯ）のとき、本演算処理を終了する。一方、操舵角速度ωｓの変化量（変化率）の絶対値が判定変化量ＨＢよりも小さい（Ｓ１２０：ＹＥＳ）とき、次のステップに移行する。

ステップＳ１３０では、前回演算において推定誘起電圧ＥＸを算出したときの操舵角速度ωｓ１（第１操舵角速度ωｓ１、第１対応回転角速度に対応する。）と、今回の操舵角速度ωｓ２（第２操舵角速度ωｓ２、第２対応回転角速度に対応する。）との差の絶対値Ｄωｓが設定値ＤＳよりも小さいか否かについて判定する。これが否定されるとき（Ｓ１３０：ＮＯ）は、本演算処理を終了する。一方、上記判定が肯定される（Ｓ１３０：ＹＥＳ）とき、ステップＳ１４０において推定誘起電圧ＥＸを算出する。

次に、逆起電圧定数演算部１３０について説明する。
逆起電圧定数演算部１３０は（４）式に基づいて新たな逆起電圧定数Ｋｅを算出する。
Ｋｅ２ ＝ ＥＸ２／ＥＸ１×Ｋｅ１ … （４）
・「ＥＸ１」は、操舵角速度ωｓ１のときの第１推定誘起電圧を示す。
・「ＥＸ２」は、操舵角速度ωｓ２のときの第２推定誘起電圧を示す。
・「Ｋｅ１」は、操舵角速度ωｓ１のときの第１逆起電圧定数を示す。
・「Ｋｅ２」は、操舵角速度ωｓ２のときの第２逆起電圧定数を示す。すなわち、今回の算出する逆起電圧定数を示す。
・操舵角速度ωｓ１と操舵角速度ωｓ２との差の絶対値は設定値ＤＳよりも小さい。

（４）式の導き出し方について説明する。
一般に、モータ２１の誘起電圧Ｅと逆起電圧定数Ｋｅとモータ２１の回転角速度ωｍとは次の関係にある。

「誘起電圧Ｅ」＝「逆起電圧定数Ｋｅ」×「モータの回転角速度ωｍ」 … （５）
（５）式により次の（５１）式および（５２）式が成立する。
「誘起電圧Ｅ１」＝「第１逆起電圧定数Ｋｅ１」×「回転角速度ωｍ１」…（５１）
「誘起電圧Ｅ２」＝「第２逆起電圧定数Ｋｅ２」×「回転角速度ωｍ２」…（５２）
誘起電圧Ｅ１、第１逆起電圧定数Ｋｅ１、モータ２１の回転角速度ωｍ１は、第１の時期における誘起電圧Ｅ、逆起電圧定数Ｋｅ、モータ２１の回転角速度ωｍを示す。誘起電圧Ｅ２、第２逆起電圧定数Ｋｅ２、モータ２１の回転角速度ωｍ２は、第２の時期における誘起電圧Ｅ、逆起電圧定数Ｋｅ、モータ２１の回転角速度ωｍを示す。

なお、以降の説明では、誘起電圧Ｅ１を「Ｅ１」とし、誘起電圧Ｅ２を「Ｅ２」とし、第１逆起電圧定数Ｋｅ１を「Ｋｅ１」とし、第２逆起電圧定数Ｋｅ２を「Ｋｅ２」とし、モータ２１の回転角速度ωｍ１を「ωｍ１」とし、モータ２１の回転角速度ωｍ２を「ωｍ２」とする。

ここで、「ωｍ１＝ωｍ２」が同じ値のとき、（６）式が成立する。
Ｋｅ２＝Ｅ２／Ｅ１×Ｋｅ１ … （６）
すなわち、第１の時期に取得されたモータ２１の回転角速度ωｍ１と、第２の時期に取得されたモータ２１の回転角速度ωｍ２との値が一致するとき、第１の時期の第１逆起電圧定数Ｋｅ１と各時期の誘起電圧Ｅの比に基づいて第２の時期の第２逆起電圧定数Ｋｅ２を算出することができる。

ブラシ付きモータ２１の場合では、モータ２１の回転角速度ωｍの実際の値を取得することができない。また、一般的に、モータ２１の誘起電圧Ｅの実際の値を取得することもできない。そこで、（６）式のパラメータ、すなわちモータ２１の回転角速度ωｍと誘起電圧Ｅとを次のように置き換える。

モータ２１の回転角速度ωｍと操舵角速度ωｓとは相関関係にあるため、モータ２１の回転角速度ωｍに代えて操舵角速度ωｓを用いる。また、誘起電圧Ｅに代えて、外乱オブザーバにより算出される推定誘起電圧ＥＸを用いる。外乱オブザーバによれば、推定誘起電圧ＥＸを精確に算出することができるため、この置き換えによる誤差は小さい。

以上のようにして、上記（４）式が導かれる。
（４）式により新たに算出された逆起電圧定数Ｋｅは、最新の逆起電圧定数Ｋｅの値として記憶される。そして、最新の逆起電圧定数Ｋｅがモータ２１の推定回転角速度ωｍａのために用いられる。

図３の（ｃ）逆起電圧定数Ｋｅのグラフを参照して、逆起電圧定数Ｋｅの更新について説明する。
第１の時刻ｔ１のとき操舵角速度ωｓが第１条件〜第３条件を満たす。このとき、第１逆起電圧定数Ｋｅ１が算出される。そして、第１逆起電圧定数Ｋｅ１が新たな逆起電圧定数Ｋｅとして記憶される。

第２の時刻ｔ２のとき操舵角速度ωｓが第１条件〜第３条件を満たす。このとき、第２推定誘起電圧ＥＸ２が算出される。そして、前回操舵角速度ωｓが第１条件〜第３条件を満たすときの第１推定誘起電圧ＥＸ１が参照され、（４）式に基づいて新たに第２逆起電圧定数Ｋｅ２が算出される。そして、第２逆起電圧定数Ｋｅ２が新たな逆起電圧定数Ｋｅとして記憶される。

次に、（４）式に基づいて新たに逆起電圧定数Ｋｅを算出することの作用効果について、説明する。
従来、ブラシ付きのモータ２１すなわち回転角速度検出装置（レゾルバ）が付けられていないモータ２１について、そのモータ２１の回転角速度ωｍを算出するために上記（１）式に示すモータ方程式を用いていた。そして、逆起電圧定数Ｋｅとして固定値を用いていた。

しかし、モータ２１の回転角速度ωｍを精確に求めるためには逆起電圧定数Ｋｅについて補正する必要があることが判明した。すなわち、逆起電圧定数Ｋｅは、温度およびモータ２１の構成要素の磨耗等により変化することが明らかとなり、逆起電圧定数Ｋｅの変化は、回転角速度ωｍを精確に算出するためには無視することができない大きさにあることが判明した。

そこで、モータ２１の実際の物理量に基づいて逆起電圧定数Ｋｅを算出する。
具体的には、上記の（４）式により逆起電圧定数Ｋｅを算出する。そして、この値が、モータ２１の推定回転角速度ωｍａの算出のために用いられる。このため、推定回転角速度ωｍａは、モータ２１の状態に応じた逆起電圧定数Ｋｅに基づいて算出されることになるため、精度が高くなる。すなわち、推定回転角速度ωｍａと実際の回転角速度ωｍとの差が小さくなる。これにより、推定回転角速度ωｍａに基づく操舵トルクシフト制御の制御精度が高くなるため、ステアリング操作のフィーリングが向上する。

更に、逆起電圧定数Ｋｅの算出のために用いる推定誘起電圧ＥＸについて、上記に示したように、第１〜第３条件を満たすことを要件としている。
すなわち、第１条件、すなわち操舵角速度ωｓの絶対値が閾値ＨＡよりも大きいとき、推定誘起電圧ＥＸに含まれる誤差比率が小さくなるとき、逆起電圧定数Ｋｅを算出するため、逆起電圧定数Ｋｅの精度が高くなる。

また、第２条件、すなわち操舵角速度ωｓの変化量（変化率）の絶対値が判定変化量ＨＢよりも小さいとき、推定誘起電圧ＥＸを算出するため、操舵角速度ωｓに対する推定誘起電圧ＥＸのばらつきが小さくなる。そして、この推定誘起電圧ＥＸに基づいて逆起電圧定数Ｋｅを算出するため、逆起電圧定数Ｋｅの精度が高くなる。

すなわち、第１条件および第２条件の成立を要件としないで推定誘起電圧ＥＸを算出する場合と比べて、推定誘起電圧ＥＸの精度が向上する。このため、より精確な逆起電圧定数Ｋｅを算出することができる。

第３条件によれば次の効果がある。
第３条件によれば、モータ２１が略同じ運動条件下にあるとき、すなわち前回推定誘起電圧ＥＸを算出するときの操舵角速度ωｓ１と今回推定誘起電圧ＥＸを算出するときの操舵角速度ωｓ２とが近いとき（ωｓ１とωｓ２との差の絶対値が設定値ＤＳよりも小さいとき）、推定誘起電圧ＥＸを算出する。そして、（４）式に示されるように、モータ２１が略同じ運動条件下において算出された２つの推定誘起電圧ＥＸの比に基づいて逆起電圧定数Ｋｅを算出する。

モータ２１が異なる運動条件下で算出した２つの推定誘起電圧ＥＸの比に基づいて逆起電圧定数Ｋｅを算出する場合は、推定誘起電圧ＥＸ以外のパラメータの逆起電圧定数Ｋｅに対する寄与を考慮する必要がある。この点、第３条件によれば、このような推定誘起電圧ＥＸ以外のパラメータの寄与について殆ど考慮する必要がなくなるため、より精確な逆起電圧定数Ｋｅを算出することが可能となる。

（変形例）
逆起電圧定数Ｋｅの算出方法の変形例を説明する。
上記説明した例では、上記（４）式により新たな逆起電圧定数Ｋｅを算出する。

この式を用いるとき、操舵角速度ωｓ１と操舵角速度ωｓ２との差の絶対値が設定値ＤＳよりも小さいとき、これらの操舵角速度ωｓに対応する第１推定誘起電圧ＥＸ１および第２推定誘起電圧ＥＸ２を用いて逆起電圧定数Ｋｅを算出する。すなわち、操舵角速度ωｓ１と操舵角速度ωｓ２との差の絶対値が設定値ＤＳよりも小さくなったとき、逆起電圧定数Ｋｅが更新されるようになっている。

これに対し、本変形例では、操舵角速度ωｓ１と操舵角速度ωｓ２との差の絶対値が設定値ＤＳよりも小さいことを条件としないで逆起電圧定数Ｋｅを算出する。
一般的に、（５）式、すなわち（５１）式および（５２）式が成立する。ここで、（５１）式と（５２）式とを左辺同士および右辺同士除算する。これにより、以下の（７）式が成立する。

Ｋｅ２＝（Ｅ２／Ｅ１）×（ωｍ１／ωｍ２）×Ｋｅ１ … （７）
そして、上記と同様に、「誘起電圧Ｅ」に代えて「推定誘起電圧ＥＸ」を用いる。また、モータ２１の回転角速度ωｍと操舵角速度ωｓは相関関係にあるため、「ωｍ１／ωｍ２」に代えて「ωｓ１／ωｓ２」を用いる。

このようにして、以下の式が成立する。
Ｋｅ２＝（ＥＸ２／ＥＸ１）×（ωｓ１／ωｓ２）×Ｋｅ１ … （８）
すなわち、新たに算出される第２逆起電圧定数Ｋｅ２は、操舵角速度ωｓ１と、操舵角速度ωｓ２と、操舵角速度ωｓ１のときの第１推定誘起電圧ＥＸ１と、操舵角速度ωｓ２のときの第２推定誘起電圧ＥＸ２と、前回に算出された第１逆起電圧定数Ｋｅ１とに基づいて算出される。

なお、式（８）を用いて逆起電圧定数Ｋｅを算出する場合であっても、操舵角速度ωｓ１と操舵角速度ωｓ２との差の絶対値が所定の設定値ＤＳａより小さくすることが好ましいと考えられる。操舵角速度ωｓ１と操舵角速度ωｓ２との差の絶対値が大きいときは、モータ２１の運動状態が異なるため、推定誘起電圧ＥＸおよび操舵角速度ωｓ以外のパラメータの逆起電圧定数Ｋｅに対する寄与が影響すると考えられるためである。

本実施形態によれば以下の作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、操舵角速度ωｓと推定誘起電圧ＥＸとに基づいて逆起電圧定数Ｋｅを算出する。

逆起電圧定数Ｋｅは誘起電圧Ｅとモータ２１の回転角速度ωｍとに基づく値であるため、モータ２１の回転角速度ωｍに対応する操舵角速度ωｓと推定誘起電圧ＥＸとに基づいて逆起電圧定数Ｋｅを算出することができる。

すなわち、逆起電圧定数Ｋｅを固定値とするのではなく、実際のモータ２１に基づくパラメータを用いて逆起電圧定数Ｋｅを算出しているため、実際の逆起電圧定数Ｋｅと、推定回転角速度ωｍａの算出のときに用いられる逆起電圧定数Ｋｅとの差の絶対値を小さくすることができる。

そして、このようにして求めた逆起電圧定数Ｋｅに基づいて推定回転角速度ωｍａを算出するため、推定回転角速度ωｍａと実際の回転角速度ωｍとの差の絶対値が大きくなる頻度を少なくすることができ、この結果、推定回転角速度ωｍａに基づいて行われる各種制御の制御精度を向上させることができる。

（２）本実施形態では、第１推定誘起電圧ＥＸ１に対する第２推定誘起電圧ＥＸ２との比と第１逆起電圧定数Ｋｅ１とに基づいて第２逆起電圧定数Ｋｅ２を算出する。
この構成によれば、推定誘起電圧ＥＸの変化度合いに対応させて新たに逆起電圧定数Ｋｅを算出する。すなわち、所定条件下における推定誘起電圧ＥＸの変化度合いを逆起電圧定数Ｋｅに反映させることができるため、実際の逆起電圧定数Ｋｅと、推定回転角速度ωｍａを算出するときに用いられる逆起電圧定数Ｋｅとの差の絶対値が大きくなること抑制することができる。

（３）本実施形態では、図３および図４に示すように、操舵角速度ωｓの絶対値が閾値ＨＡよりも大きいとき推定誘起電圧ＥＸを算出する。
モータ２１の回転角速度ωｍが小さくなるとき、誘起電圧（推定誘起電圧ＥＸ）の値も小さくなる。一方、推定誘起電圧ＥＸとモータ２１の実際の誘起電圧Ｅとの間には誤差がある。

推定誘起電圧ＥＸが小さいとき、推定誘起電圧ＥＸの絶対値に対して誤差の比率が大きくなるため、この推定誘起電圧ＥＸに基づいて逆起電圧定数Ｋｅを算出すると、推定誘起電圧ＥＸの絶対値が大きいときに逆起電圧定数Ｋｅを算出する場合と比べて、逆起電圧定数Ｋｅの精度が低くなる。

この点、上記構成によれば、操舵角速度ωｓの絶対値が閾値ＨＡよりも大きくなるとき、すなわち誘起電圧（推定誘起電圧ＥＸ）が大きくなるときの推定誘起電圧ＥＸに基づいて逆起電圧定数Ｋｅを算出する。これにより、逆起電圧定数Ｋｅの精度を更に向上させることができる。

（４）本実施形態では、上記（３）の要件に加えて、操舵角速度ωｓの変化量の絶対値が判定変化量ＨＢよりも小さいとき、推定誘起電圧ＥＸを算出する。これは、以下に示す理由による。

所定の操舵角速度ωｓのときに推定誘起電圧ＥＸを算出する場合であっても、操舵角速度ωｓの変化量の絶対値が大きいときに算出された推定誘起電圧ＥＸと、操舵角速度ωｓの変化量の絶対値が小さいときに算出された推定誘起電圧ＥＸとは、推定誘起電圧ＥＸが異なることがある。

これは、推定誘起電圧ＥＸを算出する時点と、操舵角速度ωｓが所定値であると判定された時点との間でタイムラグがあるからである。すなわち、推定誘起電圧ＥＸを算出するときの条件として、操舵角速度ωｓの変化量に制限を加えないとき、推定誘起電圧ＥＸの値がばらつくことがある。

この点、上記構成によれば、操舵角速度ωｓの変化量の絶対値が判定変化量ＨＢよりも小さいときことを推定誘起電圧ＥＸの算出条件としているため、推定誘起電圧ＥＸの算出時における推定誘起電圧ＥＸのばらつきことを抑制することができる。これにより、逆起電圧定数Ｋｅの精度を向上させることができる。

（５）本実施形態では、上記（４）の要件に加えて、更に、前回の操舵角速度ωｓ１（第１操舵角速度）と今回の操舵角速度ωｓ２（第２操舵角速度）との差の絶対値が設定値ＤＳよりも小さいとき、推定誘起電圧ＥＸを算出する。

前回の操舵角速度ωｓ１と今回の操舵角速度ωｓ２とに差があるとき、変形例に示すように、前回の操舵角速度ωｓ１と今回の操舵角速度ωｓ２との比、および第１推定誘起電圧ＥＸ１と第２推定誘起電圧ＥＸ２の比に基づいて、新たな逆起電圧定数Ｋｅを算出することができる。

一方、上記構成によれば、前回の操舵角速度ωｓ１と今回の操舵角速度ωｓ２との差の絶対値が設定値ＤＳよりも小さいことを推定誘起電圧ＥＸの算出条件としているため、逆起電圧定数Ｋｅの計算を簡易なものとすることができる。

（６）本実施形態では、逆起電圧定数Ｋｅを算出するためには、（５）式によれば、パラメータとしてモータ２１の実際の回転角速度ωｍを必要とするが、これに代えて、上記構成では、モータ２１の回転角速度ωｍに代わる対応回転角速度として、操舵角速度ωｓを用いている。

操舵角速度ωｓは、モータ２１の回転角速度ωｍと相関関係にある。操舵角速度ωｓに代えて、これら以外にも例えば転舵輪３の転舵速度等を用いることも考えられるが、モータ２１と転舵輪３との間に介在する機械要素の数が、モータ２１とステアリング２との間に介在する機械的要素の数よりも多くなる場合は、転舵輪３の転舵速度とモータ２１の回転角速度ωｍとの相関性が低下する。すなわち、操舵角速度ωｓとモータ２１の回転角速度ωｍとの相関関係は、モータ２１から離れた位置にある操舵系部品の転舵速度とモータ２１の回転角速度ωｍとの相関関係に比べ、高い。

このため、上記構成によれば、モータ２１から離れた位置にある操舵系部品の転舵速度を対応回転角速度として用いる場合と比べて、逆起電圧定数Ｋｅを精確に算出することができる。

（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、モータ抵抗Ｒｍを固定値としているが、モータ抵抗Ｒｍとモータ電流Ｉｍとの間に相関性があるため、モータ電流Ｉｍに基づいてモータ抵抗Ｒｍの値を補正してもよい。具体的には、モータ抵抗Ｒｍとモータ電流Ｉｍとの関係を示すマップを予め設定し、このマップに基づいてモータ抵抗Ｒｍを補正する。この構成によれば、更に、モータ２１の回転角速度ωｍを精確に算出することができる。

・上記実施形態では、上記外乱オブザーバを用いて推定誘起電圧ＥＸを算出するが、外乱オブザーバは上記（２）式および（３）式に基づく構成に限定されない。すなわち、推定誘起電圧ＥＸを外乱要素としてみなしてモータ方程式をモデル化して導かれる外乱オブザーバであれば、推定誘起電圧ＥＸを算出する算出方法として当該外乱オブザーバを採用することができる。

・上記実施形態では、推定誘起電圧ＥＸの算出するための第１条件〜第３条件を設けている。そして、操舵角速度ωｓをパラメータとして第１条件〜第３条件の成否を判定している。

第１条件〜第３条件の成否を判定するためのパラメータとしては、操舵角速度ωｓ以外の物理量を用いることができる。すなわち、推定誘起電圧ＥＸの算出するための条件のパラメータは、モータ２１の回転角速度ωｍと相関関係にあるものを用いることができる。

例えば、操舵角速度ωｓに代えて、ラック軸１３の移動量（運動量）を用いることができる。ラック軸１３の移動量は、モータ２１の回転角速度ωｍと相関関係にあるため、ラック軸１３の移動量をパラメータとして用いても、逆起電圧定数Ｋｅを精確に算出するために必要な推定誘起電圧ＥＸを得ることができる。また、ラック軸１３の移動量のほか、例えば、減速機構２２のギア回転速度、または推定回転角速度ωｍａを用いることができる。

・上記実施形態では、逆起電圧定数Ｋｅの算出式として（４）式および（８）式を挙げているが、実際の逆起電圧定数Ｋｅの値に近似させるために、これらの式を所定の係数で補正してもよい。

・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、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…逆起電圧定数更新部、１１０…操舵角速度演算部、１２０…誘起電圧演算部、１３０…逆起電圧定数演算部。

Claims (6)

1. 操舵系にアシスト力を付与するモータを備える電動パワーステアリング装置において、
   前記モータの回転角速度に対応する対応回転角速度を取得する回転角速度取得部と、前記対応回転角速度を取得する時期と同じ時期に前記モータの誘起電圧を推定誘起電圧として算出する誘起電圧演算部と、前記対応回転角速度と前記推定誘起電圧とに基づいて逆起電圧定数を算出する逆起電圧定数演算部と、前記モータの電流と前記モータの電圧と前記逆起電圧定数と前記モータの抵抗とに基づいて前記モータの回転角速度を推定回転角速度として算出する回転角速度演算部とを備える
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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、
   前記回転角速度取得部により取得された前記対応回転角速度を第１対応回転角速度とし、
   前記第１対応回転角速度よりも後に取得された前記対応回転角速度を第２対応回転角速度とし、
   前記第１対応回転角速度に対応する前記推定誘起電圧を第１推定誘起電圧とし、
   前記第２対応回転角速度に対応する前記推定誘起電圧を第２推定誘起電圧とし、
   前記第１推定誘起電圧に対応する前記逆起電圧定数を第１逆起電圧定数とし、
   前記第２推定誘起電圧に対応する前記逆起電圧定数を第２逆起電圧定数として、
   前記逆起電圧定数演算部は、前記第１推定誘起電圧に対する前記第２推定誘起電圧との比と前記第１逆起電圧定数とに基づいて前記第２逆起電圧定数を算出する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記対応回転角速度の大きさが閾値よりも大きいとき前記推定誘起電圧を算出する
   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１または２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記対応回転角速度の大きさが閾値よりも大きくかつ前記対応回転角速度の変化量の大きさが判定変化量よりも小さいとき、前記推定誘起電圧を算出する
   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に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記対応回転角速度の大きさが閾値よりも大きく、かつ前記対応回転角速度の変化量の大きさが判定変化量よりも小さく、かつ前記第１対応回転角速度と前記第２対応回転角速度との差の絶対値が設定値よりも小さいとき、前記推定誘起電圧を算出する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
6. 請求項１〜５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、
   前記対応回転角速度はステアリングの操舵角速度またはラック軸の移動量である
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。