JP5999414B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ブラシ付きモータ等の電動モータを駆動するためのモータ制御装置に関する。このブラシ付きモータ等の電動モータは、たとえば、電動パワーステアリング装置における操舵補助力の発生源として利用される。

電動パワーステアリング装置に用いられるモータ制御装置では、電動モータに流すべき電流値の目標値を決定する場合、たとえば、操舵トルクおよび車速に加えて、操舵速度に対応するモータの回転速度（モータ角速度）も考慮される。制御対象の電動モータがブラシレスモータである場合には、通常、レゾルバ等の回転角センサを用いて電動モータの回転角が検出される。したがって、回転角センサによって検出される電動モータの回転角度の単時間当りの変化量を求めることにより、モータ角速度を求めることができる。

一方、制御対象のモータがブラシ付きモータである場合には、電動モータの回転角を検出するための回転角センサは不要である。そこで、ブラシ付きモータを制御するモータ制御装置においては、モータ電流Ｉとモータ端子間電圧Ｖとが検出され、次式(1)に基づいて、モータ角速度の推定値（角速度推定値）ωが演算される。
ω＝（Ｖ−Ｉ・Ｒ）／Ｋｅ …(1)
前記式(1)において、Ｒはモータ抵抗（モータ端子間抵抗）の推定値（抵抗推定値）であり、Ｋｅは逆起電力定数である。なお、Ｋｅ・ωが逆起電力推定値となる。

抵抗推定値Ｒは予め設定されており、前記式(1)により角速度推定値ωが演算される際に、その抵抗推定値Ｒが使用される。

特開2011-10379号公報

抵抗推定値Ｒは、温度変化や製造のばらつきによって変動する。このため、予め設定されている抵抗推定値Ｒと実際のモータ抵抗との間に誤差が生じるおそれがある。そこで、電動モータのロータの回転が停止しているとみなせる状態を保舵状態として検出し、保舵状態時のモータ電流Ｉとモータ端子間電圧Ｖとから抵抗推定値Ｒを演算することにより、電動モータの角速度を推定するために用いられる抵抗推定値Ｒを更新させることが考えられる。

具体的には、保舵状態時には、角速度推定値ωが零であるとみなすと、前記式(1)から導出される次式(2)に基づいて、抵抗推定値Ｒを演算することができる。
Ｒ＝Ｖ／Ｉ …(2)
そこで、たとえば、保舵状態時に前記式(2)に基づいて抵抗推定値Ｒを演算し、この演算値に基づいて、電動モータの角速度を推定するために用いられる抵抗推定値Ｒを更新することができる。

保舵状態か否かの判定は、たとえば、ステアリングホイール等の操作部材の回転角を舵角センサによって検出し、舵角センサの時間的変位量が所定値以下であるか否かを判別することによって行うことができる。しかし、このようにすると、保舵状態を検出するために、舵角センサ等の外部センサが必要となる。
この発明の目的は、保舵状態検出用の外部センサを用いることなしに、電動モータの回転速度を推定するために用いられる抵抗特性を、信頼性の高い抵抗推定値に基づいて更新することができるモータ制御装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、電動モータ（１８）に発生している逆起電力に基づいて前記電動モータの回転速度を推定し、推定された回転速度に基づいて前記電動モータを制御するモータ制御装置（１２）であって、前記電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段（４３）と、前記電動モータに印加される電圧を検出する電圧検出手段（４２）と、前記電動モータの抵抗特性を保持する保持手段（５５，５５Ａ）と、前記電流検出手段によって検出される電流検出値と、前記電圧検出手段によって検出される電圧検出値と、前記保持手段に保持されている抵抗特性とに基づいて、前記電動モータの回転速度が零付近の所定値以下であるか否かを所定の演算周期毎に判定する判定手段（５１，５１Ａ）と、前記判定手段によって前記電動モータの回転速度が所定値以下であると判定される毎に、前記電流検出手段によって検出される電流検出値と前記電圧検出手段によって検出される電圧検出値とに基づいて、前記電動モータの抵抗推定値を演算する抵抗推定値演算手段（５２）と、前記判定手段によって前記電動モータの回転速度が所定値以下であると判定される状態が継続しているときには、その継続期間内において前記抵抗推定値演算手段によって演算される複数の抵抗推定値の加重平均値を演算する加重平均値演算手段（５３）と、前記加重平均値演算手段によって演算される加重平均値を用いて、前記保持手段に保持されている抵抗特性を更新する特性更新手段（５４，５４Ａ）と、を含み、前記加重平均値演算手段は、前記複数の抵抗推定値それぞれに対して付与する重みを、新しく演算された抵抗推定値に対応するものほど大きな値に設定するように構成されている、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この発明では、電流検出手段によって検出される電流検出値と、電圧検出手段によって検出される電圧検出値と、保持手段に保持されている抵抗特性とに基づいて、電動モータの回転速度が零付近の所定値以下であるか否かを所定の演算周期毎に判定している。このため、保舵状態検出用の外部センサを用いることなく、保舵状態か否かを判定することができる。

また、この発明では、電動モータの回転速度が所定値以下であると判定される状態が継続しているときには、その継続期間内において演算された複数の抵抗推定値の加重平均値が演算される。そして、この加重平均値に基づいて、抵抗推定値保持部に保持されている抵抗推定値が更新される。これにより、外部センサを用いることなしに、特性保持手段に保持されている抵抗特性を、信頼性の高い抵抗推定値の加重平均値に基づいて更新することができる。

また、この発明では、前記加重平均値演算手段は、前記複数の抵抗推定値それぞれに対して付与する重みを、新しく演算された抵抗推定値に対応するものほど大きな値に設定するように構成されているので、現在の状況における実抵抗値により近い加重平均値が得られるため、更新後の抵抗特性の信頼性をより高めることができる。
前記判定手段は、前記電流検出手段によって検出される電流検出値と、前記電圧検出手段によって検出される電圧検出値と、前記保持手段に保持されている抵抗特性とに基づいて、誘起電圧推定値（Ｋｅ・ω）を演算する誘起電圧推定値演算手段（Ｓ２）と、前記誘起電圧推定値演算手段によって演算された誘起電圧推定値の絶対値が所定値（α）以下であるか否かを所定の演算周期毎に判定する手段（Ｓ３）とを含むものであってもよい。

前記抵抗特性は、たとえば、前記抵抗推定値であってもよい。また、前記抵抗特性は、たとえば、前記電動モータに流れる電流に対する前記電動モータの抵抗を表す特性であってもよい。

この発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された、電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 モータ制御装置としてのＥＣＵの電気的構成を示す概略図である。 角速度推定部の構成を示す概略図である。 保舵判定部、抵抗推定値演算部、加重平均値演算部および抵抗推定値更新部の動作を示すフローチャートである。 各重みの設定方法を説明するためのグラフである。 図５内のａ，ｂ，ｃを頂点とする三角形の面積の演算方法を説明するための模式図である。 角速度推定部の変形例の構成を示す概略図である。 マップ保持部に保持されている電流対抵抗マップに対応する電流対抵抗特性の一例を示すグラフである。 図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃおよび図９Ｄは、マップ更新方法の具体例をそれぞれ説明するための説明図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された、電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール２が回転されると、入力軸８および出力軸９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。

ステアリングシャフト６の周囲には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴを検出する。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴは、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。また、ＥＣＵ１２には、車速センサ２３によって検出される車速Ｓが入力される。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状にのびている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１３の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。電動モータ３は、この実施形態では、ブラシ付きモータからなる。減速機構１９は、ウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギア機構からなる。減速機構１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。

ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは同方向に回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォーム軸２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１８は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴ、車速センサ２３によって検出される車速Ｓ等に基づいて、電動モータ１８を制御する。
図２は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２の電気的構成を示す概略図である。
ＥＣＵ１２は、制御部３０と駆動部４０とを含む。制御部４０は、ＣＰＵとこのＣＰＵの動作プログラム等を記憶したメモリとを含むマイクロコンピュータで構成されている。駆動部４０は、モータ駆動回路６０と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）生成回路４１と、電圧検出回路４２と、電流検出回路４３と、電流検出用抵抗４４とを含む。

ＥＣＵ１２には、トルクセンサ１１から出力された操舵トルクＴと、車速センサ２３から出力された車速Ｓが入力される。ＥＣＵ１２に入力された操舵トルクＴと車速Ｓは、制御部３０に与えられる。駆動部４０では、電動モータ１８への印加電圧、すなわち、電動モータ１８の端子間電圧（以下、「モータ電圧」という）が電圧検出回路４２によって検出される。また、駆動部４０では、電動モータ１８を流れる電流（以下、「モータ電流」という）が電流検出回路４３によって検出される。モータ電圧の検出値である電圧検出値Ｖと、モータ電流の検出値である電流検出値Ｉは、制御部３０に与えられる。

制御部３０は、メモリに格納された所定の動作プログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、目標電流設定部３１と、電流偏差演算部３２と、ＰＩ制御部３３と、角速度推定部５０とが含まれる。角速度推定部５０は、電圧検出回路４２によって検出される電圧検出値Ｖと、電流検出回路４３によって検出される電流検出値Ｉとに基づいて、電動モータ１８のロータの回転速度の推定値（以下、「角速度推定値ω」という）を演算する。

目標電流設定部３１は、操舵トルクＴと車速Ｓと角速度推定値ωとに基づいて、電動モータ１８に流すべき電流の目標値Ｉｔを設定する。電流偏差演算部３２は、電流目標値Ｉｔと電流検出値Ｉとの偏差（電流偏差（Ｉｔ−Ｉ））を演算する。ＰＩ制御部３３は、電流偏差（Ｉｔ−Ｉ）に対する比例積分演算を行なうことにより、電動モータ１８に印加すべき電圧に対応した電圧指令値Ｄを生成する。この電圧指令値Ｄは、ＰＷＭ信号生成回路４１に与えられる。なお、電圧指令値Ｄの符号は、電動モータ１８が発生すべきトルクが右方向操舵を補助する方向のトルク（以下、「右方向トルク」という）である場合には、たとえば正となり、左方向操舵を補助する方向のトルク（以下、「左方向トルク」という）である場合には、たとえば負となる。

ＰＷＭ信号生成回路４１は、ＰＩ制御部３３から与えられる電圧指令値Ｄに応じて、第１および第２の右回転用（正転用）ＰＷＭ信号ＳＲｄ１，ＳＲｄ２と、第１および第２の左回転用（逆転用）ＰＷＭ信号ＳＬｄ１，ＳＬｄ２とを生成する。電圧指令値Ｄの符号が正の場合（右方向トルクを発生させる場合）には、右回転用ＰＷＭ信号ＳＲｄ１，ＳＲｄ２は電圧指令値Ｄに応じたデューティ比のＰＷＭ信号として生成され、左回転用ＰＷＭ信号ＳＬｄ１，ＳＬｄ２は非アクティブな信号（この例ではＬレベルの信号）となる。なお、この場合、第２の右回転用ＰＷＭ信号ＳＲｄ２を、電圧指令値Ｄに応じたデューティ比のＰＷＭ信号ではなくＨレベルの信号としてもよい。

一方、電圧指令値Ｄの符号が負の場合（左方向トルクを発生させる場合）には、左回転用ＰＷＭ信号ＳＬｄ１，ＳＬｄ２は電圧指令値Ｄに応じたデューティ比のＰＷＭ信号として生成され、右回転用ＰＷＭ信号ＳＲｄ１，ＳＲｄ２は非アクティブな信号（この例ではＬレベルの信号）となる。なお、この場合、第２の左回転用ＰＷＭ信号ＳＬｄ２を、電圧指令値Ｄに応じたデューティ比のＰＷＭ信号ではなく、Ｈレベルの信号としてもよい。

モータ駆動回路６０は、たとえば、２つの右回転用スイッチング素子６１，６４および２つの左回転用スイッチング素子６２，６３を含むＨブリッジ回路からなる。各スイッチング素子６１〜６４は、たとえば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）からなる。具体的には、モータ駆動回路６０は、ハイサイドの右回転用スイッチング素子６１とローサイドの左回転用スイッチング素子６２とからなる直列回路と、ハイサイドの左回転用スイッチング素子６３とローサイドの右回転用スイッチング素子６４とからなる直列回路とを含んでいる。各直列回路のハイサイドのスイッチング素子６１，６３のドレインは、電源２５の正極端子に接続されている。また、各直列回路のローサイドのスイッチング素子６２，６４のソースは、電流検出用抵抗４４を介して接地されている。

ハイサイドの右回転用スイッチング素子６１とローサイドの左回転用スイッチング素子６２との接続点Ｎ１には、電動モータ１８の正極端子が接続されている。ハイサイドの左回転用スイッチング素子６３とローサイドの右回転用スイッチング素子６４との接続点Ｎ２には、電動モータ１８の負極端子が接続されている。右回転用スイッチング素子６１，６４は、第１および第２の右回転用ＰＷＭ信号ＳＲｄ１，ＳＲｄ２によってそれぞれ制御される。左回転用スイッチング素子６３，６２は、第１および第２の左回転用ＰＷＭ信号ＳＬｄ１，ＳＬｄ２によって制御される。これにより、電圧指令値Ｄに応じた方向および大きさのモータ電流がモータ１８に流れるようになる。この結果、電動モータ１８は、操舵トルクＴ、車速Ｓおよび角速度推定値ωに応じた操舵補助力を発生する。

図３は、角速度推定部５０の構成を示す概略図である。
角速度推定部５０は、保舵判定部（判定手段）５１と、抵抗推定値演算部（抵抗推定値演算手段）５２と、加重平均値演算部（加重平均値演算手段）５３と、抵抗推定値更新部（特性更新手段）５４と、抵抗推定値保持部（保持手段）５５と、角速度推定値演算部５６とを含んでいる。抵抗推定値保持部５５には、電動モータ１８の端子間抵抗（モータ抵抗）の推定値（抵抗推定値）Ｒが保持されている。角速度推定値演算部５６は、所定の演算周期毎に、電圧検出回路４２によって検出される電圧検出値Ｖと、電流検出回路４３によって検出される電流検出値Ｉと、抵抗推定値保持部５５に保持されている抵抗推定値Ｒと、逆起電力定数Ｋｅとを用いて、次式(3)に基づいて、角速度推定値ωを演算する。

ω＝（Ｖ−Ｉ・Ｒ）／Ｋｅ …(3)
保舵判定部５１は、電流検出回路４３によって検出される電流検出値Ｉと、電圧検出回路４２によって検出される電圧検出値Ｖと、抵抗推定値保持部５５に保持されている抵抗推定値Ｒとを、前記所定の演算周期毎に取り込む。そして、保舵判定部５１は、次式(4)に基づいて、逆起電力推定値Ｋｅ・ωを求める。

Ｋｅ・ω＝（Ｖ−Ｉ・Ｒ） …(4)
そして、保舵判定部５１は、求めた逆起電力推定値Ｋｅ・ωの絶対値｜Ｋｅ・ω｜が所定の閾値α（α＞０）以下であるか否かを判別する。つまり、保舵判定部５１は、今回演算された逆起電力推定値Ｋｅ・ωの絶対値に基づいて、保舵状態か否かを判定する。保舵状態とは、運転者がステアリングホイール２をほとんど回転しない状態で保持している操舵状態である。閾値αは、保舵状態であるか否かを判定するための閾値であるため、非常に小さな値（例えば０．２［Ｖ］）に設定される。逆起電力推定値Ｋｅ・ωの絶対値｜Ｋｅ・ω｜が閾値α以下であれば、保舵判定部５１は電動モータ１８のロータの回転が停止しているとみなし、操舵状態が保舵状態にあると判定する。一方、逆起電力推定値Ｋｅ・ωの絶対値｜Ｋｅ・ω｜が閾値αより大きければ、保舵判定部５１は操舵状態が保舵状態ではないと判定する。保舵判定部５１は、判定結果を抵抗推定値算出部５２に与える。

抵抗推定値演算部５２は、保舵判定部５１によって操舵状態が保舵状態であると判定されたときに、電圧検出回路４２によって検出される電圧検出値Ｖと電流検出回路４３によって検出される電流検出値Ｉとを用い、次式(5)に基づいて、抵抗推定値Ｒを演算し、加重平均値算出部５３内の加重平均値演算用メモリ５３ａに記憶する。
Ｒ＝Ｖ／Ｉ …(5)
なお、加重平均演算用メモリ５３ａは、例えばＮ（Ｎは２以上の整数）個分の抵抗推定値Ｒを記憶できる記憶領域を有している。加重平均演算用メモリ５３ａには、保舵状態であると判定されている状態が継続しているときには、抵抗推定値演算部５２によって最新に演算された抵抗推定値Ｒから（Ｎ−１）回前に演算された抵抗推定値ＲまでのＮ個分の抵抗推定値Ｒが記憶されるようになっている。加重平均演算用メモリ５３ａにＮ個分の抵抗推定値Ｒが記憶されている状態において、抵抗推定値演算部５２によって新たに抵抗推定値Ｒが演算されたときには、加重平均演算用メモリ５３ａ内の最も古い抵抗推定値Ｒが削除された後に、最新の抵抗推定値Ｒが記憶される。ただし、保舵判定部５１によって操舵状態が保舵状態ではないと判定されたときには、加重平均演算用メモリ５３ａの内容はクリアされる。

加重平均値演算部５３は、保舵状態であると判定されている状態が継続しているときにおいて、加重平均演算用メモリ５３ａにＮ個分の抵抗推定値Ｒ_１〜Ｒ_Ｎが記憶されると、これらの加重平均値Ｒ_ａｖｅを算出する。なお、Ｒ_Ｎは今回の演算周期（今演算周期）に演算された抵抗推定値を表し、Ｒ_１は（Ｎ−１）回前の演算周期に算出された抵抗推定値を表している。つまり、Ｒの添字は、その値が大きいものほど新しく演算された抵抗であることを表している。加重平均値Ｒ_ａｖｅは、次式(6)に基づいて算出される。

前記式(6)において、Ｒ_ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）は、抵抗推定値である。ｗ_ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）は、それぞれ抵抗推定値Ｒ_ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）に対する重みである。各重みｗ_ｎ（ｗ_ｎ＞０）は、予め設定されている。この実施形態では、新しく演算された抵抗推定値に対する重みほど、その値が大きくなるように、各重みｗ_ｎが設定されている。各重みｗ_ｎの具体的な設定方法の詳細については後述する。

加重平均値演算部５３によって演算された加重平均値Ｒ_ａｖｅは、抵抗推定値更新部５４に与えられる。抵抗推定値更新部５４は、加重平均値演算部５３によって演算された加重平均値Ｒ_ａｖｅを用いて、抵抗推定値保持部５５に保持されている抵抗推定値Ｒを更新する。
図４は、保舵判定部５１、抵抗推定値演算部５２、加重平均値演算部５３および抵抗推定値更新部５４の動作を示すフローチャートである。図４の処理は、前記所定の演算周期毎に実行される。

保舵判定部５１は、電流検出回路４３によって検出された電流検出値Ｉ、電圧検出回路４２によって検出された電圧検出値Ｖおよび抵抗推定値保持部５５に保持されている抵抗推定値Ｒを取得する（ステップＳ１）。次に、保舵判定部５１は、取得した電流検出値Ｉ、電圧検出値Ｖおよび抵抗推定値Ｒを用い、前記式(4)に基づいて逆起電力推定値Ｋｅ・ωを演算する（ステップＳ２）。そして、保舵判定部５１は、今回演算された逆起電力推定値Ｋｅ・ωの絶対値が所定の閾値α以下であるか否かを判別する（ステップＳ３）。

逆起電力推定値Ｋｅ・ωの絶対値が閾値α以下であると判別された場合、すなわち、操舵状態が保舵状態であると判定された場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、抵抗推定値演算部５２は、抵抗推定値Ｒを演算して、加重平均値演算用メモリ５３ａに記憶する（ステップＳ４）。具体的には、抵抗推定値演算部５２は、前記ステップＳ１において保舵判定部５１によって取得された電流検出値Ｉと電圧検出値Ｖとを用い、前記式(5)に基づいて抵抗推定値Ｒを演算して、加重平均値演算用メモリ５３ａに記憶する。加重平均値演算用メモリ５３ａには、前述したように、抵抗推定値演算部５２によって今回に演算された抵抗推定値Ｒから（Ｎ−１）回前に演算された抵抗推定値ＲまでのＮ個分の抵抗推定値Ｒが記憶されるようになっている。そして、ステップＳ５に移行する。

一方、前記ステップＳ３において、逆起電力推定値Ｋｅ・ωの絶対値が閾値αより大きいと判別された場合、すなわち、操舵状態が保舵状態でないと判定された場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、抵抗推定値演算部５２は、加重平均値演算用メモリ５３ａの内容をクリアする（ステップＳ８）。そして、今演算周期での処理を終了する。つまり、操舵状態が保舵状態でない場合には、抵抗推定値Ｒは演算されない。したがって、この場合には、抵抗推定値保持部５５に保持されている抵抗推定値Ｒは更新されない。

ステップＳ５においては、加重平均値演算部５３は、Ｎ個分の抵抗推定値Ｒ_１〜Ｒ_Ｎが加重平均演算用メモリ５３ａに記憶されているか否かを判別する。Ｎ個分の抵抗推定値Ｒ_１〜Ｒ_Ｎが加重平均演算用メモリ５３ａに記憶されていないときには（ステップＳ５：ＮＯ）、加重平均値演算部５３は、加重平均演算を行なうことなく、今演算周期での処理を終了する。したがって、この場合には、抵抗推定値保持部５５に保持されている抵抗推定値Ｒは更新されない。

前記ステップＳ５において、Ｎ個分の抵抗推定値Ｒ_１〜Ｒ_Ｎが加重平均演算用メモリ５３ａに記憶されていると判別されたときには（ステップＳ５：ＹＥＳ）、加重平均値演算部５３は、Ｎ個分の抵抗推定値Ｒ_１〜Ｒ_Ｎを用い、前記式（6）に基づいて、加重平均値Ｒ_ａｖｅを演算する（ステップＳ６）。加重平均値Ｒ_ａｖｅが演算されると、抵抗推定値更新部５４は、当該加重平均値Ｒ_ａｖｅに基づいて、抵抗推定値保持部５５に保持されている抵抗推定値Ｒを更新する（ステップＳ７）。具体的には、抵抗推定値保持部５３に保持されている抵抗推定値Ｒが、今回演算された加重平均値Ｒ_ａｖｅに置き換えられる。これは、操舵状態が保舵状態である場合には、電動モータ１８の回転速度（角速度推定値ω）が一定（ほぼ零）であるとみなすことができるため、今回求められた加重平均値Ｒ_ａｖｅは信頼性が高いと考えられるからである。この後、今演算周期での処理を終了する。

各重みｗ_ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）の設定方法について説明する。この実施形態では、各重みｗ_１〜ｗ_Ｎの総和Σｗ_ｎがほぼ１となるようにかつ新しく演算された抵抗推定値Ｒに対応する重みほどその値が大きくなるように、各重みｗ_ｎが設定されるものとする。
図５は、各重みｗ_ｎの設定方法を説明するためのグラフである。図５の横軸は時刻を表し、縦軸は重みの値を示している。図５において、ｔｅは今演算周期に対応する時刻を表し、ｔｅ−Ｔは、今演算周期から（Ｎ−１）回前の演算周期に対応する時刻を表している。Ｔは、今演算周期の時刻（ｔｅ）と、それより（Ｎ−１）回前の演算周期の時刻（ｔｅ−Ｔ）との間の時間間隔である。

直線Ｌは、より新しく演算された抵抗推定値Ｒに対応する重みほど、その値が大きくなるように、重みｗ_ｎを線形に大きくしていく場合の時間（演算周期時刻）に対する重みの特性を示している。今演算周期に演算された抵抗推定値Ｒ_Ｎに対応する重みｗ_Ｎの値をｗ_ｔｅとし、今演算周期から（Ｎ−１）回前の演算周期に演算された抵抗推定値Ｒ_Ｎに対応する重みｗ_Ｎの値をｗ_ｔｅ−Ｔとする。

図６に示すように、時間Ｔ内に、Ｎ回分の演算周期が含まれている。各演算周期は、Ｔ／Ｎとなる。演算周期が非常に小さいと仮定した場合（Ｎが無限大であると仮定した場合）、各重みｗ_ｎの総和Σｗ_ｎは、ａ，ｂ，ｃを頂点とする三角形の面積に等しくなる。したがって、各重みｗ_ｎの総和Σｗ_ｎが１となるためには、ａ，ｂ，ｃを頂点とする三角形の面積が１となる必要があるため、次式(7)の関係が成り立つ必要がある。

Ｔ×（ｗ_ｔｅ−ｗ_ｔｅ−Ｔ）／２＝１ …(7)
前記式(7)が成立するためには、（ｗ_ｔｅ−ｗ_ｔｅ−Ｔ）＝２Ｔである必要がある。したがって、前記三角形の斜辺（直線Ｌ）の傾きは、（２／Ｔ）／Ｔ＝２／Ｔ^２となる。
図６に示されているように、三角形の面積は、三角形を時間軸方向に分割されたＮ個の長方形の総和として近似的に求めることができる。各長方形に対応する演算周期番号を、１からＮまでの自然数ｎで表すことにする。各長方形のうち最も時間が旧いものに対応する演算周期番号ｎが１であり、最も時間が新しいものに対応する演算周期番号ｎがＮであり、時間が新しいものに対するものほど演算周期番号ｎは大きくなる。各長方形の幅は、Ｔ／Ｎである。各長方形の高さは、直線Ｌの傾き（２／Ｔ^２）×対応する時刻（ｎ×Ｔ／Ｎ）となる。各長方形の面積は、幅×高さである。

ｎ＝１に対応する長方形の面積は、（Ｔ／Ｎ）×｛（２／Ｔ^２）×（Ｔ／Ｎ）｝となる。
ｎ＝２に対応する長方形の面積は、（Ｔ／Ｎ）×｛（２／Ｔ^２）×（２Ｔ／Ｎ）｝となる。
ｎ＝３に対応する長方形の面積は、（Ｔ／Ｎ）×｛（２／Ｔ^２）×（３Ｔ／Ｎ）｝となる。

ｎ＝Ｎに対応する長方形の面積は、（Ｔ／Ｎ）×｛（２／Ｔ^２）×（ＮＴ／Ｎ）｝となる。
したがって、全ての長方形の面積の総和Ｕは、次式(8)で表される 。
Ｕ＝（Ｔ／Ｎ）×｛（２／Ｔ^２）×（Ｔ／Ｎ）｝×（１＋２＋…＋Ｎ）
＝（２／Ｎ^２）×｛Ｎ（Ｎ＋１）／２｝
＝（Ｎ＋１）／Ｎ
＝１＋（１／Ｎ） …（8）
したがって、Ｎが無限大に近づくほど面積の総和Ｕは、１に近づくことになる。

前記演算周期番号ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）に対応する重みｗ_ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）の大きさは、それに対応する長方形の高さとなるから、各重みｗ_ｎは次式（9）に基づいて、求めることができる。
ｗ_ｎ＝（２／Ｔ^２）×（ｎ×Ｔ／Ｎ）
＝２ｎ／（Ｔ・Ｎ） …(9)
図５および図６の例では、より新しく演算された抵抗推定値Ｒに対応する重みほど、その値が大きくなるように、重みｗ_ｎを線形に増加させる場合について説明したが、重みｗ_ｎを非線形（例えば、指数関数的に）に増加させてもよい。

この実施形態では、検出電圧値Ｖ、電流検出値Ｉおよび抵抗推定値保持部５５に保持されている抵抗推定値Ｒに基づいて、逆起電力推定値Ｋｅ・ωが求められる。次に、今回求められた逆起電力推定値Ｋｅ・ωに基づいて、保舵状態か否かが判定される。これにより、舵角センサ等の外部センサを用いることなく、保舵状態か否かを判定することができる。

そして、操舵状態が保舵状態であると判定されているときに、検出電圧値Ｖおよび電流検出値Ｉに基づいて抵抗推定値Ｒが演算される。保舵状態が継続しているときに所定数Ｎ以上の抵抗推定値Ｒが演算されると、今回演算された抵抗推定値Ｒから（Ｎ−１）回前に演算された抵抗推定値ＲまでのＮ個分の抵抗推定値Ｒの加重平均値Ｒ_ａｖｇが演算される。この加重平均値Ｒ_ａｖｇを用いて抵抗推定値保持部５５に保持されている抵抗推定値Ｒが更新される。これにより、外部センサを用いることなしに、抵抗推定値保持部５５に持されている抵抗推定値Ｒを、信頼性の高い抵抗推定値Ｒの加重平均値Ｒ_ａｖｇに基づいて更新することができる。

さらに、加重平均値Ｒ_ａｖｇの演算に用いられる重みｗ_ｎは、より新しく演算された抵抗推定値Ｒほど大きな値となるように設定されているので、現在の状況における実抵抗値により近い加重平均値Ｒ_ａｖｇが得られるため、更新後の抵抗推定値Ｒの信頼性をより高めることができる。
図７は、角速度推定部の変形例の構成を示す概略図である。

この角速度推定部５０Ａは、保舵判定部（判定手段）５１Ａと、抵抗推定部演算部（抵抗推定値演算手段）５２と、加重平均値演算部（加重平均値演算手段）５３と、マップ更新部（特性更新手段）５４Ａと、マップ保持部（保持手段）５５Ａと、角速度推定値演算部５６Ａと、電流平均値演算部５７とを含んでいる。
マップ保持部５５Ａには、電動モータ１８に流れる電流に対する電動モータ１８の抵抗を表す特性を記憶した電流対抵抗マップが保持されている。マップ保持部５５Ａに電流対抵抗マップが保持されているのは、ブラシ付モータではブラシの接触抵抗がモータ電流によって変化することを考慮しているためである。電流対抵抗マップの初期データは、予め設定されている。角速度推定値演算部５６Ａは、所定の演算周期毎に、電圧検出回路４２によって検出される電圧検出値Ｖと、電流検出回路４３によって検出される電流検出値Ｉと、マップ保持部５５Ａに保持されている電流対抵抗マップとを用いて、角速度推定値ωを演算する。具体的には、角速度推定値演算部５６Ａは、電流対抵抗マップに基づいて、電流検出値Ｉに対応するモータ抵抗（抵抗推定値）Ｒを求める。そして、角速度推定値演算部５６Ａは、求められた抵抗推定値Ｒと、電圧検出値Ｖと、電流検出値Ｉとを用いて、前記式(3)に基づいて、角速度推定値ωを演算する。

保舵判定部５１Ａは、電流検出回路４３によって検出される電流検出値Ｉと、電圧検出回路４２によって検出される電圧検出値Ｖと、マップ保持部５５Ａに保持されている電流対抵抗マップとを用いて、逆起電力推定値Ｋｅ・ωを演算する。具体的には、保舵判定部５１Ａは、電流対抵抗マップに基づいて、電流検出値Ｉに対応するモータ抵抗（抵抗推定値）Ｒを求める。そして、保舵判定部５１Ａは、求められた抵抗推定値Ｒと、電圧検出値Ｖと、電流検出値Ｉとを用いて、前記式(4)に基づいて、逆起電力推定値Ｋｅ・ωを演算する。

そして、保舵判定部５１Ａは、求めた逆起電力推定値Ｋｅ・ωの絶対値｜Ｋｅ・ω｜が所定の閾値α（α＞０）以下であるか否かを判別する。つまり、保舵判定部５１は、今回演算された逆起電力推定値Ｋｅ・ωの絶対値に基づいて、保舵状態か否かを判定する。保舵判定部５１Ａは、判定結果を抵抗推定値算出部５２および電流平均値演算部５７に与える。

抵抗推定値演算部５２は、図３の抵抗推定値演算部５２と同様に、保舵判定部５１Ａによって操舵状態が保舵状態であると判定されたときには、電圧検出値Ｖと電流検出値Ｉとを用い、前記式(5)に基づいて、抵抗推定値Ｒを演算し、加重平均値算出部５３内の加重平均値演算用メモリ５３ａに記憶する。
加重平均値演算部５３は、図３の加重平均値演算部５３と同様に、Ｎ個分の抵抗推定値Ｒ_１〜Ｒ_Ｎが加重平均演算用メモリ５３ａに記憶されると、前記式(6)に基づいて、これらの加重平均値Ｒ_ａｖｅを算出する。この加重平均値Ｒ_ａｖｅは、マップ更新部５４Ａに与えられる。

電流平均値演算部５７は、保舵判定部５１Ａによって操舵状態が保舵状態であると判定されたときには、電流検出回路４３によって検出される電流検出値Ｉを取得して、平均値演算用メモリ５７ａに記憶する。平均値演算用メモリ５７ａは、Ｎ個分の電流検出値Ｉを記憶できる記憶領域を有しており、保舵状態が継続しているときには、最新に取得した電流検出値Ｉから（Ｎ−１）回前に取得した電流検出値ＩまでのＮ個分の電流検出値Ｉが記憶されるようになっている。ただし、保舵判定部５１Ａによって操舵状態が保舵状態ではないと判定されたときには、平均値演算用メモリ５７ａの内容はクリアされる。電流平均値演算部５７は、保舵状態が継続しているときにおいて、Ｎ個分の電流検出値Ｉが平均値演算用メモリ５７ａに記憶されると、これらの平均値（電流平均値Ｉ_ａｖｅ）を算出する。この電流平均値Ｉ_ａｖｅは、マップ更新部５４Ａに与えられる。

マップ更新部５４Ａは、加重平均値演算部５３によって演算された加重平均値Ｒ_ａｖｅと、電流平均値演算部５７によって演算された電流平均値Ｉ_ａｖｅを用いて、マップ保持部５５Ａに保持されている電流対抵抗マップを更新する。
つまり、この変形例においては、図４において、抵抗推定値Ｒの加重平均値Ｒ_ａｖｅが演算されるときには、さらに電流平均値Ｉ_ａｖｅが演算されるとともに、ステップＳ７の代わりに、破線で示されるステップＳ７Ａの処理（電流対抵抗マップを更新するための処理）が行われることになる。

以下、マップ更新部５４Ａによるマップ更新方法について説明する。図８は、モータ電流Ｉを横軸にとり、モータ抵抗Ｒを縦軸にとった直交座標系において、マップ保持部５５Ａに保持されている電流対抵抗マップに対応する電流対抵抗特性の一例を示すグラフである。図８における曲線Ｑ１が電動モータ１８に流れる電流Ｉに対する電動モータ１８の抵抗Ｒを表す電流対抵抗特性を表している。

マップ更新部５４Ａが、たとえば、加重平均値Ｒ_ａｖｅ１と電流平均値Ｉ_ａｖｅ１とを用いて、マップ保持部５５Ａに保持されている電流対抵抗マップを更新する場合について説明する。加重平均値Ｒ_ａｖｅ１と電流平均値Ｉ_ａｖｅ１とによって表される座標が、図８に示す点Ａに対応するものとする。この点Ａは、特性曲線Ｑ１から外れている。マップ更新部５４Ａは、特性曲線Ｑ１が点Ａを通過するように、特性曲線Ｑ１、つまり、マップデータを更新する。

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃおよび図９Ｄは、マップ更新方法の具体例をそれぞれ説明するための説明図である。図９Ａ〜図９Ｃにおいて、破線の曲線が図８に示される更新前の特性曲線Ｑ１を示しており、実線の曲線が更新後の特性曲線Ｑ２を示している。
図９Ａに示す更新方法では、マップ更新部５４Ａは、更新前の特性曲線Ｑ１が点Ａを通過するように、特性曲線Ｑ１を横軸（電流軸）に沿う方向に平行移動させることにより、更新後の特性曲線Ｑ２を求める。

図９Ｂに示す更新方法では、マップ更新部５４Ａは、更新前の特性曲線Ｑ１が点Ａを通過するように、特性曲線Ｑ１を縦軸（抵抗軸）に沿う方向に平行移動させることにより、更新後の特性曲線Ｑ２を求める。
図９Ｃに示す更新方法では、マップ更新部５４Ａは、原点と点Ａとを通る直線と更新前の特性曲線Ｑ１との交点を点Ｂとし、特性曲線Ｑ１上の点Ｂが点Ａに一致するように、特性曲線Ｑ１を前記直線に沿う方向に平行移動させることにより、更新後の特性曲線Ｑ２を求める。

図９Ｄに示す更新方法では、更新後の特性曲線Ｑ２の両端が更新前の特性曲線Ｑ１の両端Ｃ１，Ｃ２と一致し、更新後の特性曲線Ｑ２の中間部が点Ａを通過するように、更新前の特性曲線Ｑ１が変形される。
この変形例では、検出電圧値Ｖ、電流検出値Ｉおよびマップ保持部５５Ａに保持されている電流対抵抗マップに基づいて、逆起電力推定値Ｋｅ・ωが求められる。次に、今回求められた逆起電力推定値Ｋｅ・ωに基づいて、保舵状態か否かが判定される。これにより、舵角センサ等の外部センサを用いることなく、保舵状態か否かを判定することができる。

そして、操舵状態が保舵状態であると判定されているときに、検出電圧値Ｖおよび電流検出値Ｉに基づいて抵抗推定値Ｒが演算される。保舵状態が継続しているときに所定数Ｎ以上の抵抗推定値Ｒが演算されると、今回演算された抵抗推定値Ｒから（Ｎ−１）回前に演算された抵抗推定値ＲまでのＮ個分の抵抗推定値Ｒの加重平均値Ｒ_ａｖｇが演算される。また、保舵状態が継続しているときには、電流検出値Ｉが記憶され、所定数Ｎ以上の電流検出値Ｉが記憶されると、今回記憶された電流検出値Ｉから（Ｎ−１）回前に記憶された電流検出値ＩまでのＮ個分の電流検出値Ｉの電流平均値Ｉ_ａｖｅが演算される。そして、加重平均値Ｒ_ａｖｇおよび電流平均値Ｉ_ａｖｅを用いてマップ保持部５５Ａに保持されている電流対抵抗マップが更新される。これにより、外部センサを用いることなしに、マップ保持部５５Ａに保持されている電流対抵抗マップを、信頼性の高い抵抗推定値Ｒの加重平均値Ｒ_ａｖｇに基づいて更新することができる。

さらに、加重平均値Ｒ_ａｖｇの演算に用いられる重みｗ_ｎは、より新しく演算された抵抗推定値Ｒほど大きな値となるように設定されているので、現在の状況における実抵抗値により近い加重平均値Ｒ_ａｖｇが得られるため、更新後の電流対抵抗マップの信頼性をより高めることができる。
この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

また、この発明は、電動パワーステアリング装置以外の用途に使用されているブラシ付モータに対しても、適用することが可能である。

１２…ＥＣＵ、１８…電動モータ、４２…電圧検出回路、４３…電流検出回路、５１，５１Ａ…保舵判定部、５２…抵抗推定値演算部、５３…加重平均値演算部、５４…抵抗推定値更新部、５４Ａ…マップ更新部、５５…抵抗推定値保持部、５５Ａ…マップ保持部

Claims (4)

1. 電動モータに発生している逆起電力に基づいて前記電動モータの回転速度を推定し、推定された回転速度に基づいて前記電動モータを制御するモータ制御装置であって、
   前記電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電動モータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電動モータの抵抗特性を保持する保持手段と、
   前記電流検出手段によって検出される電流検出値と、前記電圧検出手段によって検出される電圧検出値と、前記保持手段に保持されている抵抗特性とに基づいて、前記電動モータの回転速度が零付近の所定値以下であるか否かを所定の演算周期毎に判定する判定手段と、
   前記判定手段によって前記電動モータの回転速度が所定値以下であると判定される毎に、前記電流検出手段によって検出される電流検出値と前記電圧検出手段によって検出される電圧検出値とに基づいて、前記電動モータの抵抗推定値を演算する抵抗推定値演算手段と、
   前記判定手段によって前記電動モータの回転速度が所定値以下であると判定される状態が継続しているときには、その継続期間内において前記抵抗推定値演算手段によって演算される複数の抵抗推定値の加重平均値を演算する加重平均値演算手段と、
   前記加重平均値演算手段によって演算される加重平均値を用いて、前記保持手段に保持されている抵抗特性を更新する特性更新手段とを含み、
   前記加重平均値演算手段は、前記複数の抵抗推定値それぞれに対して付与する重みを、新しく演算された抵抗推定値に対応するものほど大きな値に設定するように構成されている、モータ制御装置。
2. 前記判定手段は、
   前記電流検出手段によって検出される電流検出値と、前記電圧検出手段によって検出される電圧検出値と、前記保持手段に保持されている抵抗特性とに基づいて、誘起電圧推定値を演算する誘起電圧推定値演算手段と、
   前記誘起電圧推定値演算手段によって演算された誘起電圧推定値の絶対値が所定値以下であるか否かを所定の演算周期毎に判定する手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記抵抗特性が前記抵抗推定値である、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記抵抗特性が、前記電動モータに流れる電流に対する前記電動モータの抵抗を表す特性である、請求項１または２に記載のモータ制御装置。

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