JP5267843B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、操舵補助力の発生源として利用されるブラシレスモータをセンサレス駆動するためのモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置に関する。

ブラシレスＤＣモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転位置を検出するための位置センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。しかし、位置センサの耐環境性が問題となるうえ、高価な位置センサおよびこれに関連する配線がコストの削減を阻害し、かつ、小型化を阻害している。そこで、位置センサを用いることなくブラシレスＤＣモータを駆動するセンサレス駆動方式が提案されている。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相（ロータの電気角）を推定する方式である。

しかし、モータ停止時や低速回転時には、誘起電圧が零か微小であるので、別の手法でロータ回転位置を推定する必要がある。一つの手法は、モータ駆動信号にシステム同定用の参照信号を注入し、このときのモータ電流応答から、モータパラメータを同定するものである。具体的には、ロータ停止時にロータの位置を推定する場合には、誘起電圧を零としたモータモデルを表す一般的な式である次式に基づいて、モータパラメータである抵抗ＲおよびインダクタンスＬが同定される。インダクタンスＬが、ロータ回転位置に依存することから、インダクタンスＬが同定されれば、ロータ回転位置を推定することができる。

ｖ＝（Ｒ＋ｐＬ）ｉ …Ａ
ただし、ｖはモータに印加される電圧、ｉはモータ電流、ｐは微分演算子である。
岩田昭寿他、「位置推定精度に依存しないオンラインパラメータ同定法を用いたシンクロナスリラクタンスモータのセンサレス制御」、電気学会論文誌 Ｄ，１２４巻１２号、２００４年

モータパラメータの同定に用いる前述のモータの式は、左辺の電圧ｖの変化が、右辺の電流ｉの変化に全て結びつくことを想定した式となっている。しかし、実際のモータでは、モータパラメータＲ，Ｌのいずれにも該当しない構造誤差や外乱が生じている。ところが、システム同定を行うと、これらの誤差や外乱をモータパラメータＲ，Ｌで吸収しようとするので、結果として、同定されるモータパラメータＲ，Ｌが実際の抵抗ＲおよびインダクタンスＬとは異なる値になってしまう。したがって、誤差を持った同定パラメータＲ，Ｌからロータ回転位置が推定されることになるから、結局、位置推定精度が悪いという問題がある。これにより、モータの制御精度が悪くなる。

そこで、この発明の目的は、モータパラメータを正確に同定することによってロータ回転位置の推定精度を向上することができ、これにより、モータ制御精度の向上に寄与することができるモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ロータ（５０）と、このロータに対向するステータ（５１〜５３）とを備え、車両の舵取り機構に操舵補助力を与えるモータ（３）と、前記モータを制御するためのモータ制御装置（５）とを含む電動パワーステアリング装置であって、前記モータ制御装置が、前記ステータにパラメータ同定用の参照信号を注入する参照信号注入手段（２３）と、前記参照信号に対する前記モータの応答を検出するモータ応答検出手段（９，１７）と、このモータ応答検出手段により検出されるモータの応答に基づき、ｖ＝（Ｒ＋ｐＬ）ｉ＋ε（ただし、ｖはモータに印加される電圧、Ｒはステータ巻線抵抗、Ｌはモータのインダクタンス、ｐは微分演算子、ｉはモータ電流、εは電流応答に依存しない補償項）で表されるモータモデルに基づいて、パラメータとしての前記ステータ巻線抵抗Ｒ、前記インダクタンスＬおよび前記補償項εの同定（すなわち、同定対象のパラメータは、Ｒ，Ｌおよびε）を行うパラメータ同定手段（２２）と、このパラメータ同定手段によって同定されたパラメータに基づいて前記ロータの推定回転位置を求める位置推定手段（２１）と、前記ロータの回転速度を検出または推定するロータ回転速度取得手段（３０）と、を含み、前記位置推定手段は、ロータ回転位置とインダクタンスとの関係をロータ回転速度別に記憶したテーブル（２１Ａ）を含み、前記ロータ回転速度取得手段によって取得されるロータ回転速度に応じて前記テーブルを参照し、前記パラメータ同定手段によって同定されたインダクタンスに対応するロータ回転位置を導出するものである、電動パワーステアリング装置である。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。以下、この項において同じ。

この構成によれば、ステータにパラメータ同定用の参照信号を注入し、これに対するモータの応答が検出される。モータの応答は、たとえば、モータの電機子巻線に流れる電流の変化として検出される。このモータの応答をモータモデルに当てはめることによって、モータのパラメータが同定される。同定されるモータパラメータは、具体的には、モータのインダクタンスＬおよび抵抗Ｒである。

この発明では、モータモデルは、ｖ＝（Ｒ＋ｐＬ）ｉ＋εで表される。このモータモデルは、モータの式ｖ＝（Ｒ＋ｐＬ）ｉに補償項εを導入したものである。これにより、電流に依存しない構造誤差や外乱は、補償項εとして分離されることになり、モータパラメータＬ，Ｒに与える影響が抑制される。その結果、モータパラメータＬ，Ｒの同定精度を高めることができる。

モータパラメータＬ，Ｒを高精度で同定できることにより、この同定されたパラメータを用いることで、ロータ回転位置の推定精度を向上することができる。その結果、モータの制御精度を向上することができる。
たとえば、二相固定座標系αβにおけるα軸方向のインダクタンスＬ_αは、定数Ｌ₀，Ｌ₁およびロータ回転位置θを用いて、次式(4)によって表すことができる。

Ｌ_α＝Ｌ_０＋Ｌ_１cos２θ …(4)
したがって、この式に基づいて、同定されたインダクタンスＬ_αから、ロータ回転位置θを推定することができる。

ロータが回転しているときには、前記式(4)で表される関係が成立しなくなる。したがって、ロータが回転しているときに式(4)の関係に基づいてロータ推定回転位置を求めると、位置推定誤差が生じる。そのため、モータの制御が不良となり、トルク出力が低下するおそれがある。
そこで、この発明では、ロータ回転位置とインダクタンスとの関係をロータ回転速度別に記憶したテーブルが設けられている。そして、ロータ回転速度取得手段によって検出または推定されたロータ回転速度に応じて前記テーブルが参照され、同定されたインダクタンスに対応するロータ回転位置が導出される。これにより、ロータの回転速度に依存する位置推定誤差を低減できるから、ロータ回転位置をより正確に推定することができる。こうして位置推定精度が高められる結果、モータを精度良く制御することができ、効率的にトルクを出力させることができる。

ロータの回転速度毎のロータ位置とインダクタンスとの関係は、測定や磁界解析によって事前に求め、これに基づいて前記テーブルを作成すればよい。
ロータ回転速度取得手段は、たとえば、位置推定手段によって求められた推定回転位置に対して時間微分を施すことによってロータ回転速度を求めるものであってもよい。また、モータへの印加電圧に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の周波数分析を行い、モータに印加される指令電圧の周波数に基づいてロータ回転速度を求めるものであってもよい。この場合、モータへの印加電圧に対してフィルタ処理を行うことで、パラメータ同定用参照信号成分を除去し、このパラメータ同定用参照信号成分を除去した信号に対して周波数分析を行うことが好ましい。

請求項２記載の発明は、前記モータ制御装置が、モータ電流を取得するモータ電流取得手段（９，１７）をさらに含み、前記位置推定手段は、ロータ回転位置とインダクタンスとの関係をモータ電流別に記憶したテーブルを含み、前記モータ電流取得手段によって取得されるモータ電流に応じて前記テーブルを参照し、前記パラメータ同定手段によって同定されたインダクタンスに対応するロータ回転位置を導出するものである、請求項１記載の電動パワーステアリング装置である。

モータに対してトルクを発生させるための電流を流したときには、前記式(4)で表される関係が成立しなくなる。したがって、モータに対してトルクを発生させるための電流を供給しているときに式(1)の関係に基づいてロータ回転位置を推定すると、位置推定誤差が生じる。そのため、モータの制御が不良となり、トルク出力が低下するおそれがある。
そこで、この発明では、ロータ回転位置とインダクタンスとの関係をモータ電流別に記憶したテーブルが設けられている。そして、モータ電流取得手段によって取得されたモータ電流に基づいて前記テーブルを参照し、同定されたインダクタンスに対応するロータ推定回転位置が導出される。これにより、モータにトルク発生のための電流を供給しているときでも、ロータ回転位置を正確に推定できる。したがって、位置推定精度が高められ、モータを精度良く制御することができるから、効率的にトルクを出力させることができる。

モータ電流毎のロータ回転位置とインダクタンスとの関係は、測定や磁界解析によって事前に求め、これに基づいて前記テーブルを作成しておけばよい。
モータ電流取得手段は、モータ電流を検出する電流センサを含むものであってもよいし、モータからトルクを発生させるために設定される電流指令値を取得するものであってもよい。

請求項３記載の発明は、前記モータ制御装置が、前記モータの温度を検出または推定するモータ温度取得手段（３１）をさらに含み、前記位置推定手段は、ロータ回転位置とインダクタンスとの関係をモータの温度別に記憶したテーブルを含み、前記モータ温度取得手段によって取得されるモータの温度に応じて前記テーブルを参照し、前記パラメータ同定手段によって同定されたインダクタンスに対応するロータ回転位置を導出するものである、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である。

モータが発熱したりしてモータの温度が高くなると、前記式(4)で表される関係が成立しなくなる。したがって、モータへの通電を長時間行った場合など、モータの温度が高くなった状況では、式(4)の関係に基づいてロータ回転位置を推定すると、位置推定誤差が生じる。そのため、モータの制御が不良となり、トルク出力が低下するおそれがある。
そこで、この発明では、ロータ回転位置とインダクタンスとの関係を温度別に記憶したテーブルが設けられている。そして、モータ温度取得手段によって取得されたモータ温度に基づいて前記テーブルが参照され、同定されたインダクタンスに対応するロータ推定回転位置が導出される。これにより、モータが高温のときでも、ロータ回転位置を正確に推定できる。したがって、位置推定精度が高められ、モータを精度良く制御することができるから、効率的にトルクを出力させることができる。

モータ温度取得手段は、モータの温度を検出する温度センサを含んでいてもよいし、モータへの通電時間を積算し、その積算通電時間をモータ温度に対応する指標として取得するものであってもよい。積算通電時間は、たとえば、モータへの非通電時間が所定時間以上になったときにリセットされるようにしてもよい。これにより、積算通電時間をより正確にモータ温度に対応させることができる。
請求項４記載の発明は、前記参照信号が、Ｍ系列信号である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両のステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ１と、車両の舵取り機構２に操舵補助力を与えるモータ３（電動モータ）と、このモータ３を駆動制御するモータ制御装置５とを備えている。モータ制御装置５は、トルクセンサ１が検出する操舵トルクに応じてモータ３を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。

モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスＤＣモータであり、図２に図解的に示すように、界磁としてのロータ５０と、このロータ５０に対向するステータに配置されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３とを備えている。モータ３は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。

モータ制御装置５は、マイクロコンピュータ７と、このマイクロコンピュータ７によって制御され、モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）８と、モータ３の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流センサ９とを備えている。
マイクロコンピュータ７は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭなど）を備えており、所定の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、電流指令値生成部１１と、ＰＩ（比例積分）制御部１２と、指示電圧生成部１３と、γδ／αβ座標変換部１４と、αβ／ＵＶＷ座標変換部１５と、ＰＷＭ制御部１６と、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７と、αβ／γδ座標変換部１８と、偏差演算部１９と、位置推定部２１と、パラメータ同定部２２と、参照信号生成部２３と、加算部２４とを備えている。

電流指令値生成部１１は、モータ３のロータ磁極方向に沿うｄ軸電流成分の指令値Ｉ_d ^*と、ｄ軸に直交するｑ軸電流成分の指令値Ｉ_q ^*とを生成する。以下、これらをまとめて言うときには、「電流指令値Ｉ_dq」という。ただし、ｄｑ座標平面はロータ５０の回転方向に沿う平面であり、ｄ軸およびｑ軸は、ロータ５０とともに回転する二相回転座標系（ｄ−ｑ）を規定する（図２参照）。

モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に与えるべき電流（正弦波電流）の振幅を表す電流指令値Ｉ^*を用いると、ｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*およびｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*は、次式(1)(2)のように表される。

したがって、電流指令値生成部１１は、ｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*＝０を生成する一方で、トルクセンサ１によって検出される操舵トルクに応じたｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*を生成する。より具体的には、操舵トルクに対応したｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*を記憶したマップ（テーブル）を用いてｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*が生成されるようになっていてもよい。モータ３が発生するトルクは、モータ電流に対応するから、電流指令値Ｉ_dqは、モータ３から発生させるべきトルクを指令するための「トルク指令値」と言い換えることもできる。

電流センサ９は、モータ３のＵ相電流Ｉ_U、Ｖ相電流Ｉ_VおよびＷ相電流Ｉ_wを検出する（以下、これらをまとめていうときには「三相検出電流Ｉ_UVW」という）。その検出値は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７に与えられる。
ＵＶＷ／αβ座標変換部１７は、三相検出電流Ｉ_UVWを、二相固定座標系（α−β）上での電流Ｉ_αおよびＩ_β（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_αβ」という。）に座標変換する。二相固定座標系（α−β）とは、ロータ５０の回転中心を原点として、ロータ５０の回転平面内にα軸およびこれに直交するβ軸を定めた固定座標系である（図２参照）。座標変換された二相検出電流Ｉ_αβは、αβ／γδ座標変換部１８に与えられる。

αβ／γδ座標変換部１８は、二相検出電流Ｉ_αβを、位置推定部２１によって推定されるロータ回転位置θ^（以下、「推定回転位置θ^」という。）に従う二相回転座標系（γ−δ）上での電流Ｉ_γおよびＩ_δ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_γδ」という。）に座標変換する。二相回転座標系（γ−δ）は、推定回転位置θ^にロータ５０がある場合に、ロータ磁極方向に沿うγ軸と、このγ軸に直交するδ軸とによって規定される回転座標系である（図２参照）。推定回転位置θ^に誤差がなく、実際のロータ回転位置と一致しているとき、二相回転座標系（ｄ−ｑ）と二相回転座標系（γ−δ）とは一致する。

二相検出電流Ｉ_γδは、偏差演算部１９に与えられるようになっている。この偏差演算部１９は、ｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*に対するγ軸電流Ｉ_γの偏差、およびｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*に対するδ軸電流Ｉ_δの偏差を演算する。これらの偏差がＰＩ制御部１２に与えられてそれぞれＰＩ演算処理を受ける。そして、これらの演算結果に応じて、指示電圧生成部１３によって、γ軸指示電圧Ｖ_γ ^*およびδ軸指示電圧Ｖ_δ ^*（以下、これらをまとめていうときには「二相指示電圧Ｖ_γδ」という。）が生成されて、γδ／αβ座標変換部１４に与えられる。

γδ／αβ座標変換部１４は、γ軸指示電圧Ｖ_γ ^*およびδ軸指示電圧Ｖ_δ ^*を、二相固定座標系（α−β）の指示電圧であるα軸指示電圧Ｖ_α ^*およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^*（以下、これらをまとめていうときには「二相指示電圧Ｖ_αβ」という。）に座標変換する。この二相指示電圧Ｖ_αβは、αβ／ＵＶＷ座標変換部１５に与えられる。
αβ／ＵＶＷ座標変換部１５は、α軸指示電圧Ｖ_α ^*およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^*を三相固定座標系の指示電圧、すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の指示電圧Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*（以下、これらをまとめていうときには「三相指示電圧Ｖ_UVW」という。）に変換する。

ＰＷＭ制御部１６は、三相の指示電圧Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*に応じて制御されたデューティ比の駆動信号を生成して駆動回路８に与える。これにより、モータ３の各相には、該当する相の指示電圧Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*に応じたデューティ比で電圧が印加されることになる。
このような構成によって、舵取り機構２に結合された操作部材としてのステアリングホイール（図示せず）に操舵トルクが加えられると、これがトルクセンサ１によって検出される。そして、その検出された操舵トルクに応じた電流指令値Ｉ_dqが電流指令値生成部１１によって生成される。この電流指令値Ｉ_dqと二相検出電流Ｉ_γδとの偏差が偏差演算部１９によって求められ、この偏差を零に導くようにＰＩ制御部１２によるＰＩ演算が行われる。この演算結果に対応した二相指示電圧Ｖ_γδが指示電圧生成部１３によって生成され、これが、座標変換部１４，１５を経て三相指示電圧Ｖ_UVWに変換される。そして、ＰＷＭ制御部１６の働きによって、その三相指示電圧Ｖ_UVWに応じたデューティ比で駆動回路８が動作することによって、モータ３が駆動され、電流指令値Ｉ_dqに対応したアシストトルクが舵取り機構２に与えられることになる。こうして、操舵トルクに応じて操舵補助を行うことができる。電流センサ９によって検出される三相検出電流Ｉ_UVWは、座標変換部１７，１８を経て、電流指令値Ｉ_dqに対応するように二相回転座標系（γ−δ）で表された二相検出電流Ｉ_γδに変換された後に、偏差演算部１９に与えられる。

回転座標系と固定座標系との間での座標変換のためには、ロータ５０の回転位置を表す位相角（電気角）θが必要である。この位相角を表す推定回転位置θ^が位置推定部２１によって生成され、γδ／αβ座標変換部１４およびαβ／γδ座標変換部１８に与えられるようになっている。
パラメータ同定部２２は、二相検出電流Ｉ_αβおよび二相指示電圧Ｖ_αβに基づいて、モータパラメータを同定する。この実施形態では、同定されるモータパラメータは、電機子巻線抵抗ＲおよびインダクタンスＬを含む。より詳しくは、パラメータ同定部２２は、α軸インダクタンスＬ_α、β軸インダクタンスＬ_β、αβ軸間インダクタンスＬ_αβを同定する。この場合に、パラメータ同定部２２は、一般的なモータの式に補償項εを導入した次式(3)のモータモデルに基づいて、パラメータ（Ｒ、Ｌおよびε）を同定する。ただし、ｖはモータ３に印加される電圧（この実施形態ではｖ＝Ｖ_αβ）、ｉはモータ電流（この実施形態ではｉ＝Ｉ_αβ）、ｐは微分演算子である。

ｖ＝（Ｒ＋ｐＬ）ｉ＋ε …(3)
このモータモデルを用いてパラメータ同定を行うことにより、構造誤差や外乱等に起因する電流ｉの変動の影響は、補償項εに分離され、パラメータＲ，Ｌには及ばない。したがって、モータパラメータＲ，Ｌを高精度に同定することができる。
位置推定部２１は、パラメータ同定部２２によって同定されるパラメータに基づいて、ロータ５０の回転位置を推定する。

より具体的に説明すると、α軸インダクタンスＬ_α、β軸インダクタンスＬ_β、およびαβ軸間インダクタンスＬ_αβは、ロータ５０の回転位置θに依存し、次のように表される。
Ｌ_α＝Ｌ₀＋Ｌ₁cos２θ …(4)
Ｌ_β＝Ｌ₀−Ｌ₁cos２θ …(5)
Ｌ_αβ＝Ｌ₁sin２θ …(6)
ただし、Ｌ₀，Ｌ₁はインダクタンスの成分であり、ｄ軸インダクタンスＬ_dおよびｑ軸インダクタンスＬ_qを用いて次のように表される。

Ｌ₀＝（Ｌ_d＋Ｌ_q）／２ …(7)
Ｌ₁＝（Ｌ_d−Ｌ_q）／２ …(8)
したがって、α軸インダクタンスＬ_α、β軸インダクタンスＬ_β、αβ軸間インダクタンスＬ_αβをパラメータ同定部２２で同定すると、これらを用いて、位置推定部２１は、次式(9)に基づいて推定回転位置θ^を求めることができる。

また、位置推定部２１は、式(4)に基づき、α軸インダクタンスＬ_αだけを用いて推定回転位置θ＾を求めてもよい。たとえば、α軸インダクタンスＬ_αと推定回転位置θ＾との対応関係を格納したテーブルを用意しておき、同定されたα軸インダクタンスＬ_αをそのテーブルに当てはめることによって、推定回転位置θ＾を求めてもよい。

参照信号生成部２３は、パラメータ同定のために二相指示電圧Ｖ_αβに重畳すべき参照信号を生成する。たとえば、参照信号としては、Ｍ系列信号を用いることができる。この参照信号は、加算部２４によって、二相指示電圧Ｖ_αβに重畳されるようになっている。
図３は、マイクロコンピュータ７によるロータ回転位置推定演算の流れを説明するためのフローチャートであり、主として、位置推定部２１、パラメータ同定部２２および参照信号生成部２３によって所定の制御周期毎に繰り返し実行される処理の流れが示されている。

参照信号生成部２３で生成された参照信号は、γδ／αβ座標変換部１４が生成するα軸指示電圧Ｖ_α ^*およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^*にそれぞれ重畳される（ステップＳ１）。これにより、モータ３のステータ巻線５１〜５３に参照信号が注入される。
一方、パラメータ同定部２２は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７が生成する二相検出電流Ｉ_αβ（モータからの応答）と、加算部２４が生成する参照信号が重畳された二相指示電圧Ｖ_αβとに基づいて、モータパラメータを同定する（ステップＳ２）。このとき、パラメータ同定部２２は、前記式(3)によって表される補償項εを有するモータモデルに基づいて、モータパラメータを同定する。

こうして同定されたモータパラメータを用いて、位置推定部２１によって、推定回転位置θ＾が求められる（ステップＳ３）。
図４は、モータモデルに補償項εを導入することによる効果を説明するための図である。図４(a)は、補償項εを導入した式(3)のモータモデルを用いてパラメータ同定を行ったときの平均位置推定誤差であり、図４(b)は補償項εを用いない一般的なモータモデル（式Ａ参照）を用いてパラメータ同定を行ったときの平均位置推定誤差である。これらの図４(a)および図４(b)には、各ロータ回転位置に対する位置推定誤差の平均値が示されている。

図４(a)および図４(b)の比較から、補償項εを導入した式(3)のモータモデルを用いてパラメータ同定を行うことによって、位置推定誤差を低減できることが分かる。具体的には、補償項εを導入したモータモデル（図４(a)）を用いた場合には、平均位置推定誤差の大きさは−７〜６deg程度であるのに対して、補償項εを用いない一般的なモータモデル（図４(b)）の場合には、平均推定位置誤差の大きさは−１０〜８deg程度となっている。

このように、この実施形態によれば、補償項εを導入したモータモデルを用いてパラメータ同定を行い、こうして同定されたパラメータに基づいてロータ回転位置を推定するようにしている。そのため、構造誤差や外乱等に起因する電流変動の影響を補償項εによって吸収することができる。その結果、構造誤差や外乱等に起因する電流変動がモータパラメータＬ，Ｒの同定に与える影響を抑制しつつ、それらの同定を高精度に行うことができるようになる。これにより、ロータ回転位置の推定精度が高くなるから、それに応じて、モータの制御精度を高めることができ、モータを効率的に駆動することができるようになる。

図５は、この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。この図５において、前述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
前述の第１の実施形態では、パラメータ同定部２２によって同定されたモータパラメータに基づいて、位置推定部２１で式(9)により表される演算を行って、推定回転位置θ＾を求めるようにしている。これに対して、この実施形態では、モータパラメータの各値に対応する推定回転位置θ＾を予め求めて作成したテーブルがテーブル格納部２１Ａに格納されている。位置推定部２１は、このテーブルを用いることによって、パラメータ同定部２２によって同定されたモータパラメータに対応する推定回転位置θ^を求める。

モータパラメータと推定回転位置θ^との対応関係は、どのような状況においても一定であるわけではない。
具体的には、ロータ停止時には、α軸インダクタンスＬ_αとロータ回転位置θとの関係は、式(4)に表される関係にあり、この関係は、図６に示すとおりである。しかし、ロータ５０が回転しているときには、式(4)で表される関係が厳密に成立するわけではない。つまり、モータパラメータとロータ回転位置θとの関係は、ロータ回転速度ωに依存する。

さらにまた、モータパラメータとロータ回転位置θとの関係は、モータ３の温度にも依存する。すなわち、モータ３への通電時間が長くなり、モータ３自身の発熱によってその温度が高くなると、α軸インダクタンスＬ_αとロータ回転位置θとの関係は、式(4)に示される関係からずれてくる。つまり、モータパラメータとロータ回転位置θとの関係は、モータ温度（換言すればモータ３への通電時間）に依存する。

そしてさらに、モータパラメータとロータ回転位置θとの関係は、モータ３からトルクを発生させるためにモータ３に供給される電流にも依存する。
そこで、この実施形態では、図１に示されている構成に加えて、回転速度演算部３０と、通電時間演算部３１とが設けられている。回転速度演算部３０は、位置推定部２１によって求められた推定回転位置θ^に対して時間微分演算を行うことによってロータ回転速度ωを演算する。より具体的には、回転速度演算部３０は、たとえば、今制御周期で求められた推定回転位置θ＾と前制御周期で求められた推定回転位置θ＾との差を求めることで、現時刻における推定回転速度をロータ回転速度ωとして求める。通電時間演算部３１は、モータ３への通電時間を積算して、積算通電時間を求める。ただし、通電時間演算部３１は、モータ３への通電が行われていない非通電状態の継続時間（非通電時間）が予め定める閾値（たとえば、１０秒）に達したときに、積算通電時間をリセットするように動作する。これにより、モータ３への非通電時間が長くなってモータ３の温度が低くなれば、積算通電時間がリセットされるから、積算通電時間とモータ３の温度との対応関係を保持することができる。

回転速度演算部３０によって演算されるロータ回転速度ωと、通電時間演算部３１によって演算される積算通電時間とは、位置推定部２１に与えられる。さらに、位置推定部２１には、電流指令値生成部１１によって生成される電流指令値Ｉ_dqが与えられる。
位置推定部２１に備えられているテーブル格納部２１Ａには、モータパラメータ（たとえば、インダクタンス）と、ロータ回転速度ωと、積算通電時間と、電流指令値Ｉ_dqと、推定回転位置θ^との関係を表すテーブルが格納されている。つまり、モータパラメータと推定回転位置θ＾との対応関係を、種々のロータ回転速度ω毎、種々の積算通電時間毎、および種々の電流指令値Ｉ_dq毎に予め測定し、その測定結果を表すテーブルがテーブル格納部２１Ａに格納されている。むろん、測定の代わりに、磁界解析によってそれらの間の関係を事前に求めてテーブルを作成することもできる。

位置推定部２１は、ロータ回転速度ω、積算通電時間および電流指令値Ｉ_dqに基づいて、テーブル格納部２１Ａに格納されたテーブルの該当部分を参照する。そして、位置推定部２１は、パラメータ同定部２２によって同定されるモータパラメータをそのテーブルに当てはめることにより、当該モータパラメータに対応する推定回転位置θ＾を当該テーブルから読み出す。こうして、ロータ回転速度ω、積算通電時間および電流指令値Ｉ_dqによる影響を考慮して、モータパラメータに対応する推定回転位置θ＾を求めることができる。これにより、ロータ回転位置の推定精度をより一層向上することができるから、位置推定誤差に起因するトルク出力の減少を抑制または防止して、モータ３を効率良く駆動することができる。とくに、電動パワーステアリング装置において操舵補助力発生源として用いられるモータ３は非線形性が高いので、モータパラメータ同定に基づくロータ位置推定を用いる場合に、位置推定精度の向上を見込むことができる。その結果、センサレス制御によって駆動されるモータ３のトルク出力を向上することができる。

以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の第２の実施形態では、ロータ回転位置の推定に用いるテーブルは、ロータ回転速度ω、積算通電時間および電流指令値Ｉ_dqに応じた変動を全て加味した推定回転位置θ＾が導出されるように作成されているが、これらのうちの一つまたは任意の２つの組み合わせに応じた変動を加味するようにテーブルを作成してもよい。つまり、テーブル格納部２１Ａには、ロータ回転速度ω、モータパラメータおよび推定回転位置θ＾の関係を表すテーブルを格納してもよい。また、積算通電時間、モータパラメータおよび推定回転位置θ＾の関係を表すテーブルを格納してもよい。さらに、電流指令値Ｉ_dq、モータパラメータおよび推定回転位置θ＾の関係を表すテーブルを格納してもよい。またさらに、ロータ回転速度ω、積算通電時間、モータパラメータおよび推定回転位置θ＾の関係を表すテーブルを格納したり、ロータ回転速度ω、電流指令値Ｉ_dq、モータパラメータおよび推定回転位置θ＾の関係を表すテーブルを格納したり、積算通電時間、電流指令値Ｉ_dq、モータパラメータおよび推定回転位置θ＾の関係を表すテーブルを格納したりしてもよい。

さらに、前述の第２の実施形態において、回転速度演算部３０は、位置推定部２１によって求められる推定回転位置θ＾を用いてロータ回転速度ωを求める構成となっているが、モータ３に簡易な速度センサを取り付け、その出力を用いる構成によって代替してもよい。また、二相指示電圧Ｖ_αβ（加算部２４の出力）に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の周波数分析を行い、モータ３に印加される指示電圧の周波数に基づいてロータ回転速度ωを求めるようにしてもよい。この場合、二相指示電圧Ｖ_αβに対してフィルタ処理を行うことで、パラメータ同定用参照信号成分を除去し、このパラメータ同定用参照信号成分を除去した信号に対して周波数分析を行うことが好ましい。さらにまた、二相検出電流Ｉ_αβに対して同様な周波数分析処理を行ってロータ回転速度ωを求める構成を採ることもできる。これらの構成では、モータ３を駆動している電圧または電圧の基本波成分の周波数を求めることによって、ロータ回転速度ωが求められることになる。

また、前述の第２の実施形態において、通電時間演算部３１に代えて、モータ３の温度を検出する温度センサを設けてもよい。この場合には、テーブル格納部２１Ａには、積算通電時間に代えて、種々のモータ温度に対応するモータパラメータと推定回転位置θ＾との関係を表すテーブルが格納されることになる。換言すれば、前述の実施形態においてテーブル格納部２１Ａに格納される積算通電時間は、モータ温度の代替指標である。

さらにまた、前述の第２の実施形態においては、種々の電流指令値Ｉ_dqに対応したモータパラメータおよび推定回転位置θ＾の関係を表すテーブルがテーブル格納部２１Ａに格納されているが、電流センサ９によって検出される電流の大きさＩを求めることとし、種々の電流の大きさＩに対応したモータパラメータおよび推定回転位置θ＾の関係を表すテーブルをテーブル格納部２１Ａに格納することとしてもよい。

また、前述の実施形態では、参照信号を二相指示電圧Ｖαβに重畳することとしたが、指示電圧生成部１３が生成する二相指示電圧Ｖγδに参照信号を重畳するようにしてもよい。

その他、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。

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 モータの構成を説明するための図解図である。 ロータ回転位置推定演算の流れを説明するためのフローチャートである。 モータモデルに補償項を導入することによる効果を説明するための図である。 この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 インダクタンスとロータ回転位置との関係の一例を示す図である。

符号の説明

５…モータ制御装置、７…マイクロコンピュータ、２１Ａ…テーブル格納部

Claims (4)

1. ロータと、このロータに対向するステータとを備え、車両の舵取り機構に操舵補助力を与えるモータと、
   前記モータを制御するためのモータ制御装置とを含む電動パワーステアリング装置であって、
   前記モータ制御装置が、
   前記ステータにパラメータ同定用の参照信号を注入する参照信号注入手段と、
   前記参照信号に対する前記モータの応答を検出するモータ応答検出手段と、
   このモータ応答検出手段により検出されるモータの応答に基づき、ｖ＝（Ｒ＋ｐＬ）ｉ＋ε（ただし、ｖはモータに印加される電圧、Ｒはステータ巻線抵抗、Ｌはモータのインダクタンス、ｐは微分演算子、ｉはモータ電流、εは電流応答に依存しない補償項）で表されるモータモデルに基づいて、パラメータとしての前記ステータ巻線抵抗Ｒ、前記インダクタンスＬおよび前記補償項εの同定を行うパラメータ同定手段と、
   このパラメータ同定手段によって同定されたパラメータに基づいて前記ロータの推定回転位置を求める位置推定手段と、
   前記ロータの回転速度を検出または推定するロータ回転速度取得手段とを含み、
   前記位置推定手段は、ロータ回転位置とインダクタンスとの関係をロータ回転速度別に記憶したテーブルを含み、前記ロータ回転速度取得手段によって取得されるロータ回転速度に応じて前記テーブルを参照し、前記パラメータ同定手段によって同定されたインダクタンスに対応するロータ回転位置を導出するものである、
   電動パワーステアリング装置。
2. 前記モータ制御装置が、モータ電流を取得するモータ電流取得手段をさらに含み、
   前記位置推定手段は、ロータ回転位置とインダクタンスとの関係をモータ電流別に記憶したテーブルを含み、前記モータ電流取得手段によって取得されるモータ電流に応じて前記テーブルを参照し、前記パラメータ同定手段によって同定されたインダクタンスに対応するロータ回転位置を導出するものである、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記モータ制御装置が、前記モータの温度を検出または推定するモータ温度取得手段をさらに含み、
   前記位置推定手段は、ロータ回転位置とインダクタンスとの関係をモータの温度別に記憶したテーブルを含み、前記モータ温度取得手段によって取得されるモータの温度に応じて前記テーブルを参照し、前記パラメータ同定手段によって同定されたインダクタンスに対応するロータ回転位置を導出するものである、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。
4. 前記参照信号が、Ｍ系列信号である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

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