(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルから車輪までの操舵トルク伝達機構中に、少なくとも操舵トルクを補助するトルクを発生するブラシ付きモータと、該モータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、モータ内のコイルの電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段の出力と電流検出手段の出力に基づき前記モータが発生する逆起電圧を推定することにより、逆起電圧と比例するモータの回転速度を推定する回転速度推定手段を有するものであって、少なくとも該回転速度推定手段の出力に基づきモータの制御を行う制御器を有する電動式ステアリング制御装置において、前記電圧検出手段は、モータの端子間電圧の測定値から電流検出手段の出力に基づいて算出される補正電圧を減じたものを電圧検出値として出力し、前記補正電圧は、前記モータのブラシとコミュテータ間の電圧降下の最大値もしくは１未満の係数を乗じた値を上限値とし、上限値以下では前記電流検出手段出力と略比例関係にあるとともに上限値で飽和し一定となる関数により求められたことを特徴とする電動式ステアリング制御装置。
【請求項２】
ハンドルから車輪までの操舵トルク伝達機構中に、少なくとも操舵トルクを補助するトルクを発生するブラシ付きモータと、該モータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、モータ内のコイルの電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段の出力と電流検出手段の出力に基づき前記モータが発生する逆起電圧を推定することにより、逆起電圧と比例するモータの回転速度を推定する回転速度推定手段を有するものであって、少なくとも該回転速度推定手段の出力に基づきモータの制御を行う制御器を有する電動式ステアリング制御装置において、前記電圧検出手段は、モータの端子間電圧の測定値から、ブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に相当する補正電圧を減じた第１の検出電圧と、制御器が指令するモータ駆動電圧指令値から、駆動回路による電圧降下分並びにブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に相当する補正電圧を減じた第２の検出電圧の加重平均をとって得られる印加電圧推定値とするとともに、第１の検出電圧と第２の検出電圧との比重は前記電流検出手段出力の履歴に基づき変化させ、直前に大電流が検出されていない場合には第１の検出電圧の比重を大きくし、直前に大電流が検出された場合には、第２の検出電圧の比重を大きくするように構成したことを特徴とする電動式ステアリング制御装置。
【請求項３】
ハンドルから車輪までの操舵トルク伝達機構中に、少なくとも操舵トルクを補助するトルクを発生するブラシ付きモータと、該モータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、モータ内のコイルの電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段の出力と電流検出手段の出力に基づき前記モータが発生する逆起電圧を推定することにより、逆起電圧と比例するモータの回転速度を推定する回転速度推定手段を有するものであって、少なくとも該回転速度推定手段の出力に基づきモータの制御を行う制御器を有する電動式ステアリング制御装置において、前記電圧検出手段は、モータの端子間電圧の測定値から電流検出手段の出力に基づいて算出される補正電圧を減じたものを電圧検出値として出力し、前記補正電圧は、該モータのブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に１未満の係数を乗じて求められるものであって、回転速度推定値を求めるための第１の補正電圧と、回転速度推定値の微分信号を求めるための第２の補正電圧を有し、第２の補正電圧は第１の補正電圧よりも大きいことを特徴とする電動式ステアリング制御装置。
【請求項４】
前記補正電圧は、モータ電圧履歴の関数であり、直前にモータの端子間電圧の測定値、或いは、モータ駆動電圧指令値、或いは、その加重平均が所定値以上の状態となった場合は、通常の補正電圧よりも小さく設定し、所定値以上の状態が終了すると、時間の経過とともに通常の補正電圧まで大きくなる設定とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電動式ステアリング制御装置。
【請求項５】
前記補正電圧は、モータ電流履歴の関数であり、直前に電流検出手段出力、或いは、目標電流値が所定値以上の状態となった場合は、通常の補正電圧よりも小さく設定し、所定値以上の状態が終了すると、時間の経過とともに通常の補正電圧まで大きくなる設定とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電動式ステアリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の電動式パワーステアリング装置における制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシを有する直流式のモータは、（１）式に示すように、コイルに電圧Ｖaを印加した場合、逆起電圧Ｖeが発生し、コイルへの印加電圧Ｖaから逆起電圧Ｖeを差し引いた電圧がコイル電流を発生させコイル内での電圧降下となること、また、（２）式に示すようにモータの回転速度が逆起電圧に比例する性質を有していることは周知である。逆に言えば、逆起電圧は、モータのコイルに印加する電圧とコイルにより降下する電圧の差となる。
また、コイルでの電圧降下は、（３）式に示すようにコイル抵抗での電圧降下と、電流の微分値に比例するインダクタンスによる電圧降下の和で表される。ここで、コイルインダクタンスが電圧降下として現れる周波数帯域は高く、一般に自動車のドライバによる操舵周波数範囲では、電流応答以外は、（３'）式のようにコイル抵抗値とコイル電流の積で表して差し支えない。
従ってモータ回転速度は（４）式の関係で表される。
Ｖc＝Ｖa−Ｖe                         ・・・（１）
Ｖe＝Ｋe・ω                          ・・・（２）
Ｖc＝Ｒa・Ｉa＋Ｌａ・（ｄＩａ／ｄｔ）  ・・・（３）
Ｖc＝Ｒa・Ｉa                         ・・・（３'）
ω＝（Ｖa−Ｒa・Ｉa）／Ｋe            ・・・（４）
ただし、Ｖe：逆起電圧，  Ｖa：コイルへの印加電圧，
Ｖc：コイルでの電圧降下，Ｋe：逆起電圧定数，
ω：モータ回転速度，  Ｒa：コイル抵抗，
Ｌａ：コイルインダクタンス，  Ｉａ：コイル電流
例えば、図２８は、特開平８−１７５４０４に掲載された従来の電動式パワーステアリング装置におけるモータの回転速度検出法を示すフローチャート図である。図２８において、Ｓ１〜Ｓ５は、モータの回転速度を検出するためのアルゴリズムの各ステップである。
【０００３】
次に、従来の電動式パワーステアリング装置におけるモータの回転速度検出法の手順について説明する。
従来の回転速度検出法では、まずステップＳ１でモータの両端子に印加する電圧の検出値及びコイルに流れる電流値の読み込みを行う。次にステップＳ２で予めＲＯＭに記憶させておいたコイル抵抗相当値Ｒac並びに逆起電圧定数相当値Ｋecを読み込む。次にステップＳ３で、回転速度推定値補正ゲインＫ１を予めＲＯＭに記憶させておいたテーブルを参照して、コイルに流れる電流値に対し定める。次にステップＳ４で（５）式に基づいて、モータ回転速度推定値ωestを演算する。
ωest＝Ｋ１・（Ｖt_sns−Ｉsns×Ｒac）／Ｋec  ・・・（５）
ωest：モータ回転速度推定値，  Ｖt_sns：端子電圧測定値，
Ｉsns：コイル電流測定値，      Ｒac：コイル抵抗相当値，
Ｋec：逆起電圧定数相当値，      Ｋ1：回転速度推定値補正ゲイン
次にステップ５で、演算されたωestをＲＡＭに記憶させる。
以上の手順を繰り返すことにより、ディジタル制御におけるサンプリング毎に、モータ回転速度推定値ωestの演算を行っている。
【０００４】
ここで、前記回転速度推定値補正ゲインＫ１は、コイル電流が小さい領域では１であり、コイル電流が大きくなるにしたがって０に漸近するように定められた係数であり、コイル抵抗値の個体差や温度変化による誤差の影響が電流の増加とともに大きくなることを避けるための係数である。
【０００５】
従来の技術では、モータの端子間電圧Ｖtをコイルへの印加電圧Ｖaとして取り扱っているが、実際のコイルへの印加電圧Ｖaは、（６）式の通り端子間電圧Ｖtからブラシとコミュテータ間の電圧降下Ｖdropを差し引いたものとなる。
Ｖa＝Ｖt−Ｖdrop              ・・・（６）
Ｖt：端子間電圧，  Ｖdrop：ブラシとコミュテータ間の電圧降下
また、この電圧降下Ｖdropは、図２７に示すようにコイル電流の関数であるがコイル電流により変化する範囲はごく狭く、通常の動作領域においてはコイル電流の向きによって方向が変わる以外ほぼ一定値になることが知られている。従来の方式では、この電圧降下Ｖdropが考慮されていないめ、モータの回転速度推定値ωestには、常にほぼ一定の誤差が生じてしまい、特に低回転速度領域では相対的に影響が大きくなり、モータの回転速度推定値ωestの精度が低下してしまうため、この回転速度推定値ωestに基づく制御を行った場合、たとえば直進時等、モータ回転速度が小さくかつ運転者による操舵トルクの小さな状態に電動ステアリング装置が発振する等の課題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、自動車の走行状態に拘わらずモータの回転速度の推定を精度よく行い、常に安定した電動ステアリング制御装置を提供するためになされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンドルから車輪までの操舵トルク伝達機構中に、少なくとも操舵トルクを補助するトルクを発生するブラシ付きモータと、該モータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、モータ内のコイルの電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段の出力と電流検出手段の出力に基づき前記モータが発生する逆起電圧を推定することにより、逆起電圧と比例するモータの回転速度を推定する回転速度推定手段を有するものであって、少なくとも該回転速度推定手段の出力に基づきモータの制御を行う制御器を有する電動式ステアリング制御装置において、前記電圧検出手段は、モータの端子間電圧の測定値から電流検出手段の出力に基づいて算出される補正電圧を減じたものを電圧検出値として出力し、前記補正電圧は、前記モータのブラシとコミュテータ間の電圧降下の最大値もしくは１未満の係数を乗じた値を上限値とし、上限値以下では前記電流検出手段出力と略比例関係にあるとともに上限値で飽和し一定となる関数により求められたことを特徴とする。
また、ハンドルから車輪までの操舵トルク伝達機構中に、少なくとも操舵トルクを補助するトルクを発生するブラシ付きモータと、該モータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、モータ内のコイルの電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段の出力と電流検出手段の出力に基づき前記モータが発生する逆起電圧を推定することにより、逆起電圧と比例するモータの回転速度を推定する回転速度推定手段を有するものであって、少なくとも該回転速度推定手段の出力に基づきモータの制御を行う制御器を有する電動式ステアリング制御装置において、前記電圧検出手段は、モータの端子間電圧の測定値から、ブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に相当する補正電圧を減じた第１の検出電圧と、制御器が指令するモータ駆動電圧指令値から、駆動回路による電圧降下分並びにブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に相当する補正電圧を減じた第２の検出電圧の加重平均をとって得られる印加電圧推定値とするとともに、第１の検出電圧と第２の検出電圧との比重は前記電流検出手段出力の履歴に基づき変化させ、直前に大電流が検出されていない場合には第１の検出電圧の比重を大きくし、直前に大電流が検出された場合には、第２の検出電圧の比重を大きくするように構成したことも特徴とする。
また、ハンドルから車輪までの操舵トルク伝達機構中に、少なくとも操舵トルクを補助するトルクを発生するブラシ付きモータと、該モータに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、モータ内のコイルの電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段の出力と電流検出手段の出力に基づき前記モータが発生する逆起電圧を推定することにより、逆起電圧と比例するモータの回転速度を推定する回転速度推定手段を有するものであって、少なくとも該回転速度推定手段の出力に基づきモータの制御を行う制御器を有する電動式ステアリング制御装置において、前記電圧検出手段は、モータの端子間電圧の測定値から電流検出手段の出力に基づいて算出される補正電圧を減じたものを電圧検出値として出力し、前記補正電圧は、該モータのブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に１未満の係数を乗じて求められるものであって、回転速度推定値を求めるための第１の補正電圧と、回転速度推定値の微分信号を求めるための第２の補正電圧を有し、第２の補正電圧は第１の補正電圧よりも大きいことも特徴とする。
前記補正電圧は、モータ電圧履歴の関数であり、直前にモータの端子間電圧の測定値、或いは、モータ駆動電圧指令値、或いは、その加重平均が所定値以上の状態となった場合は、通常の補正電圧よりも小さく設定し、所定値以上の状態が終了すると、時間の経過とともに通常の補正電圧まで大きくなる設定とすることも特徴とする。
前記補正電圧は、モータ電流履歴の関数であり、直前に電流検出手段出力、或いは、目標電流値が所定値以上の状態となった場合は、通常の補正電圧よりも小さく設定し、所定値以上の状態が終了すると、時間の経過とともに通常の補正電圧まで大きくなる設定とすることも特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１に基づき説明する。
なお、本発明は、マイコンのソフトウエアのみで従来の技術の課題を解決可能であり、制御器のハードウエアについては従来の技術のものと変更点はないので説明は省略する。
図において１は、モータ３を駆動する目標電流Ｉrefを演算する制御器であり、速度補償電流Ｉvelを演算する速度制御器１ａ、自動車のドライバによる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段７の出力Ｔsnsからトルク補償電流Ｉtrqを演算するトルク制御器１ｂ、及びトルク補償電流Ｉtrq並びに速度補償電流Ｉvelを加算し目標電流Ｉrefを生成する加算器１ｃよりなる。２は制御器１で生成された目標電流Ｉrefに基づき、モータ３に印加する端子間電圧Ｖtを出力する駆動電圧生成器であり、目標電流Ｉrefとコイル電流測定値（コイル電流値）Ｉsnsの誤差を演算する減算器２ａ、この誤差に基づいて例えばＰＷＭ信号におけるＤＵＴＹ比等の電圧指令信号Ｖt_indを演算する電流制御器２ｂ、電圧指令信号Ｖt_indに基づきモータ３へ印加する端子間電圧Ｖtを出力する駆動回路２ｃよりなる。
３はモータであり、駆動電圧生成器２の出力を端子間電圧Ｖtとしてコイル３ａの動特性によりコイル電流Ｉaが定まるとともに、このコイル電流Ｉaに比例するトルクでモータ軸３ｂを駆動し、このモータ軸３ｂは操舵機構８へのトルク伝達を行うとともに反力トルクを受ける。４は電流検出手段であり、コイル電流Ｉaを測定する。５は電圧検出手段であり、モータ３の端子間電圧Ｖtを測定する電圧測定部５ａ及び、端子間電圧測定値Ｖt_snsをコイル電流測定値Ｉsnsに基づき補正しコイル３ａへの印加電圧Ｖaを推定する電圧補正部５ｂよりなる。６は回転速度推定手段であり、コイル電流測定値Ｉsns並びに電圧検出手段５の出力であるコイル３ａへの印加電圧推定値Ｖa_estから、モータ軸の回転速度推定値ωrefを得る。
【００２２】
次に実施の形態１の動作について説明する。
まず、図２のフローチャートに基づき、実施の形態１のコイル電流測定値Ｉsns及び端子間電圧測定値Ｖt_snsから、目標電流Ｉrefの演算までのアルゴリズムの説明を行う。
まず、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３は、電圧補正部５ｂでの動作を示し、ステップＳ１０１は、電圧測定部５ａで測定された端子間電圧測定値Ｖt_sns，電流検出手段４で測定されたコイル電流測定値Ｉsnsを読み込む。次にステップＳ１０２で、予めＲＯＭに記憶されたブラシとコミュテータ間の電圧降下特性を参照して、コイル電流測定値Ｉsnsに対する補正電圧Ｖcompを求める。次にステップＳ１０３で、（７）式の演算を行いコイル３ａへの印加電圧推定値Ｖa_estを求める。
Ｖa_est=Ｖt_sns−Ｖcomp            ・・・（７）
ステップＳ１０４〜Ｓ１０５は回転速度推定手段の動作を示し、まず、ステップＳ１０４では、コイル抵抗相当値Ｒac及び、逆起電圧定数相当値ＫecをＲＯＭから読み込む。次に、ステップＳ１０５で（８）式の演算を行い、モータ回転速度推定値ωestの演算を行う。
ωest＝（Ｖa_est−Ｉsns×Ｒac）／Ｋec      ・・・（８）
ステップＳ１０６は速度制御器１ａの動作を示し、モータ回転速度推定値ωestから速度補償電流Ｉvelの演算を行いメモリに記憶する。ステップＳ１０７〜Ｓ１０８は、トルク制御器１ｂでの動作を示し、まずステップＳ１０７で操舵トルク検出手段出力Ｔsnsを読み込む。次にステップＳ１０８で、操舵トルク検出手段出力Ｔsnsから、トルク補償電流Ｉtrqの演算を行いメモリに記憶する。ステップＳ１０９は、加算器１ｃの動作を示し、速度補償電流Ｉvel及びトルク補償電流Ｉtrqを読み込み加算して、目標電流Ｉrefを求めメモリに記憶する。以上ステップＳ１０１〜Ｓ１０９までの動作を各サンプリング毎に繰り返す。
【００２３】
次に、演算された目標電流Ｉrefが、自動車のドライバの操舵トルクの補助トルクとして作用するまでの動作について説明する。演算された目標電流Ｉrefは、まず、駆動電圧生成器２内の減算器２ａでコイル電流測定値Ｉsnsとの誤差を演算するとともに誤差に基づき電流制御器２ｂにて電圧指令信号Ｖt_indを設定するいわゆる電流フィードバックが行われる。電圧指令信号Ｖt_indは、駆動回路２ｃにて電流増幅されモータ３に印加される端子間電圧Ｖtとなる。印加された端子間電圧Ｖt及び、モータ軸３ｂの回転速度ωに比例した逆起電圧Ｖeに対しコイル３ａを流れるコイル電流が定まる。また、駆動トルクはコイル電流Ｉaに比例して発生し、モータ軸３ｂを介して操舵機構８へ伝えられ、自動車のドライバの操舵トルクの補助トルクとして作用する。また、逆にモータ軸３ｂは操舵機構８から反力トルクを受ける。
【００２４】
また、電圧指令信号Ｖt_indは例えばＰＷＭのＤＵＴＹ比として出力され、ＤＵＴＹ比にバッテリ（図示せず）電圧を乗じたものが理論的な端子間電圧Ｖtとなるが、実際には駆動回路２ｃで電圧降下Ｖdrv分降下したものが端子間電圧Ｖtとなる。また、コイルへの印加電圧Ｖaは、端子間電圧Ｖtからさらにブラシとコミュテータ間の電圧降下Ｖbr分降下する。
【００２５】
実施の形態１では、コイル３ａへの印加電圧Ｖaを、（７）式に基づき、端子間電圧測定値Ｖt_snsから、コイル電流測定値Ｉsnsに対するテーブル参照で求められた補正電圧Vcompを減じて推定するとともに、（８）式に示すとおりこの推定値Ｖa_estに基づきモータ回転速度推定値ωestの演算を行う構成としたことにより、ブラシとコミュテータ間の電圧降下Ｖbrがモータ回転速度推定値ωestに与える影響を打ち消すことが可能となり、モータ回転速度推定値ωestに基づく速度補償電流Ｉvelが、常に設計通りの動作を示すようになる。
【００２６】
実施の形態１では、補正電圧Ｖcompは、ブラシとコミュテータ間の電圧降下特性相当値をテーブルデータとしてＲＯＭに記憶させたが、モータの個体差や経時変化を考慮して、ばらつき内の最小のブラシとコミュテータ間の電圧降下をＲＯＭに記憶させてもよい。こうすることにより、実際の電圧降下Ｖbrよりも大きな補正電圧Ｖcompを減じた時に発生するモータの回転速度推定値ωestの極性の反転を防止することができるので、この回転速度推定値ωestに基づく制御を行った場合にも、制御量の極性が変わることがなくなるので、発振する事のない良好な制御性能を得ることができる。また、コイル電流測定値Ｉsnsの代わりに目標電流Ｉrefを用いても良い。
【００２７】
また、モータ回転速度推定値ωestは、（８）式に基づいて逆起電圧Ｖeを逆起電圧定数相当値Ｋecで除して推定を行ったが、逆起電圧をそのままモータ回転速度推定値ωestとしてもよい。この時、逆起電圧定数相当値Ｋecは、制御器１のゲインを調整することで対応すればよい。
【００２８】
また、（８）式のモータ回転速度推定値ωestの演算式には、ドライバによる操舵周波数範囲で影響の少ないインダクタンスの影響を考慮していないが、より精度を追求する際には（８’）式のようにインダクタンスの影響を考慮しても良い。この時、あらかじめコイルインダクタンス相当値ＬacをＲＯＭに記憶させておくことと、コイル電流測定値Ｉsnsを微分してｄＩsnsを得る演算が必要となる。
ωest＝（Ｖa_est−Ｉsns×Ｒac−ｄＩsns×Ｌac）／Ｋec・・・（８’）
【００２９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２の構成について図３に基づき説明を行う。
制御器１以外は、実施の形態１と構成が同一であるので、制御器１についてのみ述べる。
図において１は、モータ３を駆動する目標電流Ｉrefを演算する制御器であり、回転速度推定手段６で推定された推定値ωestに基づき速度補償電流Ｉvelを演算する速度制御器１ａ、自動車のドライバによる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段７の出力からトルク補償電流Ｉtrqを演算するトルク制御器１ｂ、回転速度推定手段６で推定されたωestを時間微分する微分器１ｄ、微分器１ｄ出力に基づき加速度補償電流Ｉaccを加算し目標電流Ｉrefを生成する加算器１ｃよりなる。
【００３０】
次に実施の形態２の動作について説明する。
モータ回転速度推定値ωest以前の動作並びに、目標電流Ｉref演算以降の動作は、実施の形態１と同一であるので図４のフローチャートに基づき、モータ回転速度推定値ωestから、目標電流Ｉref演算までのアルゴリズムの説明のみ行う。まず、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５は前述の通り、モータ回転速度推定値ωestの推定を行う以前の動作であり、実施の形態１と同様である。ステップＳ２０６は速度制御器１ａの動作を示し、モータ回転速度推定値ωestから速度補償電流Ｉvelの演算を行いメモリに記憶する。ステップ２０７は、微分器１ｄでの動作を示し、モータ回転推定値を微分演算しモータ回転加速度推定値  dωest  を求める。ステップ２０８は、加速度制御器１ｅでの動作を示し、モータ回転加速度推定値  dωest  から加速度補償電流Ｉaccを演算しメモリに記憶する。ステップＳ２０９〜Ｓ２１０は、トルク制御器１ｂでの動作を示し、まずステップＳ２０９で操舵トルク検出手段出力Ｔsnsを読み込む。次にステップＳ２１０で、操舵トルク検出手段出力Ｔsnsから、トルク補償電流Ｉtrqの演算を行いメモリに記憶する。ステップＳ２１１は、加算器１ｃの動作を示し、速度補償電流Ｉvel、加速度補償電流Ｉacc及びトルク補償電流Ｉtrqを読み込み加算して、目標電流Ｉrefを求めメモリに記憶する。以上ステップＳ２０１〜Ｓ２１１までの動作を各サンプリング毎に繰り返す。
【００３１】
実施の形態２では、ブラシとコミュテータ間の電圧降下Ｖbrの影響を補償して精度よく推定した回転速度推定値ωestを微分して得られる、高精度なモータ回転加速度推定値dωestに基づいて加速度補償電流Ｉaccを演算するので、慣性力制御も可能となり、回転速度信号ωestのみを制御信号として使用する場合よりもさらに良好な制御性能を得ることができるようになる。
【００３２】
なお、実施の形態２では、微分器１ｄを用いて回転加速度推定値dωestを得ているが、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ等の疑似微分により回転加速度推定値dωestを得ても良い。
【００３３】
なお実施の形態１、実施の形態２ともに、制御器１内の速度制御器１a、トルク制御器１ｂ、加速度制御器１ｅは、ゲイン、フィルタ＋ゲイン、位相補償器＋ゲイン，ＰＩＤ等どんな制御器でも良い。
【００３４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明を行う。
実施の形態３は、電圧検出手段５の電圧補正部５ｂ内のアルゴリズムの変更であり、それ以外は実施の形態１，２何れの形態をとっても良い。
実施の形態１，２では、予めＲＯＭに記憶されたテーブルを参照して、コイル電流測定値Ｉsnsに対する補正電圧Ｖcompを求める方法をとっていたが、実施の形態３は補正電圧Ｖcompを、図５に示す上限値を有する比例特性としたものである。
【００３５】
次に、図６のフローチャートを用いて、補正電圧Ｖcompを演算するアルゴリズムを説明する。
本アルゴリズムは、実施の形態１におけるＳ１０１，Ｓ１０２、実施の形態２におけるＳ２０１，Ｓ２０２内の補正電圧Ｖcompをテーブル参照で求める部分に相当し、それ以外のアルゴリズムは同一である。
まず、ステップＳ３０１で、ＲＯＭに記憶された、補正電圧ゲインKcomp，ブラシとコミュテータ間の電圧降下の最大値に相当する補正電圧上限値Ｖmaxを読み込む。次にステップＳ３０２でコイル電流測定値Ｉsnsを読み込み、ステップＳ３０３で（９）式の補正電圧Ｖcompの計算を行う。
Ｖcomp＝Ｉsns×Ｋcomp        ・・・（９）
次にステップＳ３０４で、Ｖcompの絶対値と補正電圧上限値Ｖmaxの比較を行い、Ｖmaxの方が大きければステップＳ３０５でメモリに記憶しＶcompの演算を終了する。また、Ｖmaxの方が小さければ、ステップＳ３０６で（１０）式に示すＶcompの置き換えを行いメモリに記憶しＶcompの演算を終了する。
Ｖcomp＝Ｖmax・sign（Ｖcomp）      ・・・（１０）
【００３６】
実施の形態３では、補正電圧Ｖcompを、上限値Ｖmaxを有する比例ゲインＫcompの比例特性としたことにより、実施の形態１、２ではＶcompを求めるテーブルをＲＯＭに記憶させておく必要があったが、本実施の形態では上限値Ｖmaxと比例ゲインＫcompの２つの定数のみＲＯＭに記憶させておけばよくなり、ＲＯＭに記憶させる容量を減らすことが可能となる。
【００３７】
実施の形態４．
次にこの発明の実施の形態４について説明を行う。
実施の形態４も、電圧検出手段５の電圧補正部５ｂ内のアルゴリズムの変更であり、それ以外は実施の形態１，２何れの形態をとっても良い。
実施の形態３では、補正電圧Ｖcompを、図５に示す上限値Ｖmaxを有する比例特性としたものであるが、実施の形態４は、図７に示す比例部の比例ゲインが２段階に変化する特性としたものである。
【００３８】
次に、図８のフローチャートを用いて、補正電圧Ｖcompを演算するアルゴリズムを説明する。
本アルゴリズムは、実施の形態３同様、実施の形態１におけるＳ１０２、実施の形態２におけるＳ２０２に相当し、それ以外のアルゴリズムは同一である。
まず、ステップＳ４０１で、ＲＯＭに記憶された、第１の補正電圧ゲインK１comp，第２の補正ゲインK２comp，上限電流  Ｉmax，補正電圧上限値Ｖmaxを読み込む。次にステップＳ４０２でコイル電流測定値Ｉsnsを読み込み、ステップＳ４０３で、コイル電流測定値Ｉsnsの絶対値と上限電流Ｉmaxの比較を行う。上限電流Ｉmaxの方が大きい場合は、ステップＳ４０４で、（１１）式の演算を行い、ステップＳ４０５メモリに記憶しＶcompの演算を終了する。
Ｖcomp＝Ｉsns×Ｋ１comp      ・・・（１１）
上限電流Ｉmaxの方が小さい場合は、ステップＳ４０６で（１２）式の補正電圧Ｖcompの演算を行う。
Ｖcomp＝Ｉsns×Ｋ2comp+Ｉmax(Ｋ1comp-Ｋ2comp)・・・（１２）
次にステップＳ４０７で、Ｖcompの絶対値と補正電圧上限値Ｖmaxの比較を行い、補正電圧上限値Ｖmaxのほうが大きければステップ４０８でメモリに記憶しＶcompの演算を終了する。また、Ｖmaxのほうが小さければステップＳ４０９で（１０）式に示すＶcompの置き換えを行いメモリに記憶しＶcompの演算を終了する。
【００３９】
実施の形態４では、補正電圧Ｖcompを比例部の比例ゲインが２段階に変化する特性としたことにより、実施の形態３よりも実際のブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に近い特性とすることが可能となり、より精度よくモータの回転速度推定値ωestが求められる。
【００４０】
また、実施の形態４では、補正電圧Ｖcompを比例部の比例ゲインが２段階に変化する特性としたが、３段階以上に変化する特性としてもよい。
【００４１】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明を行う。
実施の形態５も、電圧補正部５ｂ内のアルゴリズムの変更例であり、それ以外は実施の形態１、２何れの形態をとってもよい。
実施の形態３、４では、補正電圧Ｖcompを、上限値Ｖmaxを有する比例特性としたものであるが、本実施の形態は、図９のように、補正電圧Ｖcompをコイル電流測定値Ｉsnsに対して符号が切り替わる、振幅がＶmaxのリレーとしたものである。
【００４２】
次に、図１０に示すフローチャートを用いて、補正電圧Ｖcompを演算するアルゴリズムを説明する。
本アルゴリズムも、実施の形態１におけるＳ１０２、実施の形態２におけるＳ２０２に相当し、それ以外のアルゴリズムは同一である。
まず、ステップＳ５０１で、ＲＯＭに記憶された、補正電圧最大値Ｖmaxを読み込む。次にステップＳ５０２でコイル電流測定値Ｉsnsを読み込み、ステップＳ５０３で、コイル電流測定値Ｉsnsの正負判別を行う。コイル電流測定値Ｉsnsが正の場合は、ステップＳ５０４で、Ｖcomp＝Ｖmaxとしメモリに記憶しＶcompの演算を終了する。コイル電流測定値Ｉsnsが負の場合は、ステップＳ５０５で、Ｖcomp＝−Ｖmaxとしメモリに記憶しＶcompの演算を終了する。
【００４３】
実施の形態５では、補償電流Ｖcompを、コイル電流測定値Ｉsnsに対する振幅がＶmaxのリレーとしたことにより、実施の形態３及び４のような積和演算処理がなくなるためにアルゴリズムの処理速度が早くなる。
【００４４】
また、実施の形態５では、補正電圧Ｖcompを比例部をなくし、コイル電流測定値Ｉsnsに対する振幅がＶmaxのリレーにより定めたものとしたが、比例部に相当するコイル電流測定値Ｉsnsの範囲では、補正電圧Ｖcompを０とする不感帯を設けても良い。或いは、一律に補正電圧Ｖcompを０とせず、前述の（７）式に基づいて演算されたコイル印加電圧推定値Ｖa_estの符号が、端子間電圧測定値Ｖt_snsの符号と異なる場合についてのみ補正電圧Ｖcompを０としてもよいし、或いは補正電圧でなく、コイル印加電圧推定値Ｖa_est＝０としてもよい。
【００４５】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６について説明を行う。
実施の形態６も、電圧検出手段５の電圧補正部５ｂ内のアルゴリズムの変更例であり、それ以外は実施の形態１、２何れの形態をとってもよい。
実施の形態５では、コイル電流測定値Ｉsnsに対して、リレーを切り替え補正電圧Ｖcompを定めていたが、実施の形態６では、図１１に示すようにモータ３の両端子の電圧の差の符号に対してリレーを切り替えるものとしたものである。
【００４６】
次に、図１２に示すフローチャートを用いて、補正電圧Ｖcompを演算するアルゴリズムを説明する。
本アルゴリズムも、実施の形態１におけるＳ１０２、実施の形態２におけるＳ２０２内の補正電圧Ｖcompをテーブル参照で求める部分に相当し、それ以外のアルゴリズムは同一である。
まず、ステップＳ６０１で、ＲＯＭに記憶された、補正電圧最大値Ｖmaxを読み込む。次にステップＳ６０２でモータの両端子各々の電圧測定値Ｖt1_sns，Ｖt2_snsを読み込み、ステップＳ６０３で、Ｖt1_sns，Ｖt2_snsの大小判別を行う。Ｖt1_snsが大きい場合は、ステップ６０４で、Ｖcomp＝Ｖmaxとしメモリに記憶しＶcompの演算を終了する。Ｖt1_snsが小さい場合は、ステップＳ６０５で、Ｖcomp＝−Ｖmaxとしメモリに記憶しＶcompの演算を終了する。
【００４７】
モータの両端子各々の電圧差と、コイル電流の向きは通常一致する。実施の形態６では、モータの両端子各々の電圧測定値Ｖt1_sns，Ｖt2_snsに基づいてリレーの切り替えを行うようにしたことにより、コイル電流検出値Ｉsnsが温度特性等によりオフセットし原点がずれた場合にも、リレーの切り替えを正確に行うことが可能となる。
【００４８】
実施の形態６も実施の形態５同様、原点近傍に不感帯を設ける等の処理を行っても良いことはいうまでもない。
【００４９】
実施の形態３〜６も、実施の形態１同様、補正電圧Ｖcompは、ブラシとコミュテータ間の電圧降下特性相当値をモータの個体差や経時変化を考慮して、ばらつき内の最小のブラシとコミュテータ間の電圧降下をＲＯＭに記憶させてもよい。
【００５０】
実施の形態７．
次に図１３に基づき、この発明の実施の形態７について説明を行う。
電圧検出手段５以外は、実施の形態１，２と構成が同一であるので説明を省略する。
５は電圧検出手段であり、電流制御器２ｂの出力である電圧指令信号Ｖt_indを、電流検出手段４の出力であるコイル電流推定値Ｉsnsに基づき補正し、コイルへの印加電圧Ｖaを推定する電圧補正部５ｂのみで構成されている。
【００５１】
次に図１４に示すフローチャートを用いて、コイルへの印加電圧の推定値Ｖa_estを演算するアルゴリズムを説明する。
実施の形態１，２と異なるのは、電圧検出手段５の部分のみであるので、電圧補正部５ｂでコイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_estを求めるまでのアルゴリズムのみ説明を行う。
まずステップＳ７０１で、ＲＯＭに記憶された、駆動回路２ｃで電圧降下Ｖdrvに相当する回路補正電圧Ｖ2compを読み込む。次に、ステップＳ７０２で、電圧指令信号Ｖt_ind，コイル電流測定値Ｉsnsを読み込む。次にステップＳ７０３で、予めＲＯＭに記憶されたブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に相当するテーブルを参照して、コイル電流測定値Ｉsnsに対する補正電圧Ｖcompを求める。次にステップ７０４で、（１３）式に基づいてコイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_estを演算しメモリに記憶し終了する。
Ｖa_est=Ｖt_ind-ＶcompーＶ2comp      ・・・（１３）
【００５２】
実施の形態７では、コイルへの印加電圧の推定値Ｖa_estを、電圧指令信号Ｖt_indからブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に相当する補正電圧Ｖcomp、駆動回路２ｃで電圧降下Ｖdrvに相当する回路補正電圧Ｖ2compを減じて求める構成としたことにより、端子間電圧Ｖtを測定する必要が無くなり、端子間電圧測定値Ｖt_snsの温度特性等によるオフセット等の影響を受けない。
また、駆動回路２ｃでの電圧降下が小さいときは、回路補正電圧Ｖ2compを０としてもよい。
【００５３】
実施の形態８．
次に図１５に基づき、この発明の実施の形態８について説明を行う。
電圧検出手段５以外は、実施の形態１，２と構成が同一であるので説明を省略する。
５は電圧検出手段であり、モータ３の端子間電圧Ｖtを測定する電圧測定部５ａ及び、端子間電圧測定値Ｖt_snsと、電流制御器２ｂの出力である電圧指令信号Ｖt_indの両方を電流検出手段４の出力であるコイル電流測定値Ｉsnsに基づき補正したものから加重平均をとることにより、コイルへの印加電圧Ｖaを推定する電圧補正部５ｂのみで構成されている。
【００５４】
次に図１６に示すフローチャートを用いて、コイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_estを演算するアルゴリズムを説明する。
実施の形態１，２と異なるのは、電圧検出手段５の部分のみであるので、電圧補正部５ｂでコイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_estを求めるまでのアルゴリズムのみ説明を行う。
まずステップＳ８０１で、ＲＯＭに記憶された、駆動回路２ｃで電圧降下Ｖdrvに相当する回路補正電圧Ｖ2compを読み込む。次に、ステップＳ８０２で、端子電圧測定値Ｖt_sns、電圧指令信号Ｖt_ind，コイル電流測定値Ｉsnsを読み込む。次にステップＳ８０３で、予めＲＯＭに記憶されたブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に相当するテーブルを参照して、コイル電流測定値Ｉsnsに対する補正電圧Ｖcompを求める。次に、ステップＳ８０４で、（１４）式の演算を行い第１のコイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_est1を求める。次にステップＳ８０５で、（１５）式に基づいて第２のコイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_est2を演算しメモリに記憶し終了する。
Ｖa_est1=Ｖt_sns-Ｖcomp             ・・・（１４）
Ｖa_est2=Ｖt_ind-ＶcompーＶ2comp    ・・・（１５）
次に、ステップＳ８０６で、コイル電流測定値Ｉsnsをローパスフィルタに通して、  Isns_LPF  を得る。次にステップＳ８０７で、Isns_LPF  からテーブル参照する事により、Ｖa_est1とＶa_est2の加重平均係数Ｋwを得る。次にステップＳ８０８で、（１６）式に従い加重平均によりコイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_est2を推定しメモリに記憶し終了する。
Ｖa_est=Ｋw・Ｖa_est1＋(1-Ｋw）・Ｖa_est2    ・・・（１６）
【００５５】
ここで、加重平均係数Ｋwは０〜１までの値をとり、Isns_LPFが小さいときには、１に近い値をとり、Isns_LPFが大きいときには、０に近い値をとるように定めテーブル値としてＲＯＭに記憶させておく。また、Isns_LPFが小さいときには、１に近い値をとり、Isns_LPFが大きいときには、０に近い値をとるならば、テーブル値とせずに一次関数等で演算する構成としてもよい。
【００５６】
一般に、モータの温度が高いほど端子間電圧測定値Ｖt_snsは、真値に対する測定誤差が大きいことが知られている。また、測定誤差が小さい領域では、電圧指令信号Ｖt_indから推定するよりも端子間電圧測定値Ｖt_snsから推定した方が、コイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_estが正確であることは言うまでもない。また、モータの温度を上昇させる最大の要因は大電流を流したときに発生する自己発熱であり、電流値に対し時間的に遅れて温度上昇並びに下降をする。
実施の形態８では、コイル電流測定値Ｉsnsをローパスフィルタにより通して大まかな温度  Isns_LPFに信号として把握するとともに、  端子電圧測定値Ｖt_snsから推定したＶa_est1と、電圧指令信号Ｖt_indから推定したＶa_est2の加重平均を演算する際の加重平均係数ＫwをIsns_LPFに従って変化させたことにより、モータの発熱状態に関わらず、精度よくコイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_est並びに、回転速度推定値ωestを推定できるようになる。
【００５７】
実施の形態９．
次に実施の形態９について、図１７のブロック図を用いてその構成を示す。実施の形態９は、実施の形態２と電圧検出手段５ｂでの電圧補正部の動作のみ異なり、コイル３ａへの印加電圧推定値Ｖa_est及びモータ回転速度推定値ωestが、速度制御器１ａに入力されるものと、加速度制御器１ｅに入力されるための２つに別れる。
【００５８】
次に図１８のフローチャートを用いて、実施の形態９の動作について説明する。
まず、ステップＳ９０１〜Ｓ９０３は、電圧補正部５ｂでの動作を示し、ステップＳ９０１は、電圧測定部５ａで測定された端子間電圧測定値Ｖt_sns，電流検出手段４で測定されたコイル電流測定値Ｉsnsを読み込む。次にステップＳ９０２で、予めＲＯＭに記憶されたブラシとコミュテータ間の電圧降下特性を参照して、コイル電流測定値Ｉsnsに対する補正電圧Ｖcomp及びＶcomp_d求める。この時ROMには、Ｖcomp_dの方がVcompより大い値に設定しておく。次にステップＳ９０３及びＳ９０４で、（１７），（１８）式の演算を行いコイル３ａへの印加電圧推定値Ｖa_est及びＶa_est_dを求める。
Ｖa_est=Ｖt_sns−Ｖcomp          ・・・（１７）
Ｖa_est_d=Ｖt_sns−Ｖcomp_d      ・・・（１８）
ステップＳ９０５〜Ｓ９０７は回転速度推定手段の動作を示し、まず、ステップＳ９０５では、コイル抵抗相当値Ｒac及び、逆起電圧定数相当値ＫecをＲＯＭから読み込む。次に、ステップＳ９０６及びステップＳ９０７で（１９），（２０）式の演算を行い、モータ回転速度推定値ωestの演算を行う。
ωest＝（Ｖa_est−Ｉsns×Ｒac）／Ｋec    ・・・（１９）
ωest_d＝（Ｖa_est_d−Ｉsns×Ｒac）／Ｋec・・・（２０）
ステップＳ９０８は速度制御器１ａの動作を示し、モータ回転速度推定値ωestから速度補償電流Ｉvelの演算を行いメモリに記憶する。ステップＳ９０９は、微分器１ｄでの動作を示し、モータ回転推定値ωest_dを微分演算しモータ回転加速度推定値  dωest  を求める。ステップＳ９１０は、加速度制御器１ｅでの動作を示し、モータ回転加速度推定値  dωest  から加速度補償電流Ｉaccを演算しメモリに記憶する。ステップＳ９１１〜Ｓ９１２は、トルク制御器１ｂでの動作を示し、まずステップＳ９１１で操舵トルク検出手段出力Ｔsnsを読み込む。次にステップＳ９１２で、操舵トルク検出手段出力Ｔsnsから、トルク補償電流Ｉtrqの演算を行いメモリに記憶する。ステップＳ９１３は、加算器１ｃの動作を示し、速度補償電流Ｉvel、加速度補償電流Ｉacc及びトルク補償電流Ｉtrqを読み込み加算して、目標電流Ｉrefを求めメモリに記憶する。以上ステップＳ９０１〜Ｓ９１３までの動作を各サンプリング毎に繰り返す。
【００５９】
実施の形態９では、補正電圧を回転速度推定値ωestを求めるための第１の補正電圧Ｖcompと、回転速度推定値の微分信号を求めるための第２の補正電圧Vcomp_dに区分するとともに、Vcomp_dの方がＶcompよりも大きくしたことにより、ブラシとコミュテータ間の電圧降下特性のばらつきや変動が有る場合にも、ダンピング補償を行う速度補償電流Ｉvel不足や、慣性補償を行う加速度補償電流Ｉacc過大により、ダンピングが効かなくなったり慣性補償が効きすぎたりすることがなくなり、制御の安定性が損なわれることがない。
【００６０】
本実施の形態では、補正電圧を回転速度推定値ωestを求めるための補正電圧Ｖcompを、微分信号を求めるための補正電圧Vcomp_dよりも小さい構成としたが、ブラシとコミュテータ間の電圧降下Ｖbrが小さなモータ等では、Ｖcompは０としてもよい。
【００６１】
実施の形態１０．
次に実施の形態１０について、その構成を示すブロック図を図１９に、動作を示すフローチャートを図２０に示す。実施の形態７では、補正電圧Ｖcompをコイル電流測定値Ｉsnsに基づいて求めていたが、実施の形態１０では、目標電流Ｉrefに基づいて求める構成としたものである。コイル電流測定値Ｉsns  を目標電流Ｉrefに置き換えたこと以外は、実施の形態７と全く同様であるので説明を省略する。
【００６２】
実施の形態１０では、目標電流Ｉrefに基づいて補正電圧Ｖcompを求める構成としたことにより、コイル電流測定値Ｉsnsに重畳されたノイズが補正電圧Ｖcompを求める際に影響を及ぼすことがない。
また、実施の形態１０では、電圧指令信号Ｖt_indに基づきコイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_estを演算する構成としているが、端子間電圧測定値Ｖt_sns或いは、端子間電圧測定値Ｖt_snsと電圧指令信号Ｖt_indの加重平均からコイル３ａへの印加電圧の推定値Ｖa_estを演算する構成としてもよいことは言うまでもない。
【００６３】
実施の形態１１．
次に実施の形態１１について説明する。実施の形態１〜１０では、電圧補正部５ｂで端子間電圧測定値Ｖt_snsを補正する電圧補正値Ｖcompが一定であったのに対し、実施の形態１１は電圧補正値Ｖcompを可変にしたものであり、それ以外は、実施の形態１〜１０何れの形態をとっても良い。
【００６４】
次に図２１のフローチャートを用いて、実施の形態１１の電圧補正値Ｖcompを定めるまでの動作の説明を行う。
まず，ステップＳ１１０１で，ソフトウエアタイマｔdestを１増す。tdestは，カウントアップによるオーバーフローがないようにクリップしておく。次に，ステップＳ１１０２で、端子間電圧測定値Ｖt_sns，コイル電流測定値Ｉsns，及び予めＲＯＭに記憶させて置いたＶdest，tfinを読み込む。Ｖdestは、モータのコミュテータ上の酸化皮膜が絶縁破壊を起こすときの印加電圧に一致するように定めておく。また、tfinは、絶縁破壊によりブラシとコミュテータ間の電圧降下Ｖbrが小さくなった後、通常の電圧降下量に戻るまでの時間と一致するように設定しておく。
次にステップＳ１１０３で、テーブル参照によりコイル電流測定値Ｉsnsに対する補正電圧Vcompを読み込む。次にステップＳ１１０４で、端子間電圧測定値Ｖt_snsとＶdestを比較する。端子間電圧測定値Ｖt_snsがＶdest以下であればそのままステップＳ１１０５にすすむ。端子間電圧測定値Ｖt_snsがＶdestより大きければ、ステップＳ１１０７でタイマｔdestをリセットし０に戻しステップＳ１１０５にすすむ。ステップＳ１１０５では、タイマｔdestとtfinを比較する。ｔdestがtfin以上であれば、そのままステップＳ１１０６に進みステップＳ１１０３で求められたＶcompをそのままメモリに記憶し、Ｖcompを定める処理を終了する。ｔdestがtfinより小さい場合は、ステップＳ１１０８に進み、テーブル参照によりtdestに対する補正係数Kdestを求める。Kdestは，1以下の定数である。次にステップＳ１１０９にすすみ、ステップＳ１１０３で求められたＶcompに補正係数Kdestを乗じる演算を行った後、ステップＳ１１０６でVcompをメモリに記憶し、処理を終了する。
【００６５】
モータのブラシとコミュテータ間の電圧降下特性は、モータに所定値以上の電圧が印加されると、コミュテータ表面の酸化皮膜の絶縁破壊が生じるために電圧降下が瞬時に小さくなり、所定値以上の電圧の印加が終了すると、再び酸化皮膜の成長が起こり電圧降下が一定値まで時間とともに大きくなる。
イグニッションキーを切った後，投入するまでには，通常数十分ないし数時間経過しており，その間に酸化皮膜が成長していると考えられる。そこで，例えば，ドライバによるイグニッションキーの操作等により、電動式パワーステアリング装置が動作を開始すると同時に、tdestをtfin以上の所定値に初期化しておけばよい。これにより，電動パワーステアリング起動時には酸化皮膜がある場合に相当する補正電圧Vcompが求められる。
【００６６】
実施の形態１１では、補正電圧をモータへの印加電圧履歴の関数とし、直前に端子間電圧測定値Ｖt_snsが所定値以上となった場合は、通常の補正電圧よりも小さく設定し、Ｖt_snsが所定値以下となると、時間の経過とともに通常の補正電圧まで大きくなる設定とする構成としたことにより、常に、実際のブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に応じた補正電圧を設定可能となり、モータ回転推定値ωestやモータ回転加速度推定値dωestの推定精度が向上し、制御性能が向上する。
本実施の形態では、端子間電圧測定値Ｖt_snsに基づき、補正電圧Ｖcompを変化させる構成としているが、電圧指令信号Ｖt_ind或いは、端子間電圧測定値Ｖt_snsと電圧指令信号Ｖt_indの加重平均に基づいて変化させる構成としてもよいことは言うまでもない。
【００６７】
実施の形態１２．
次に実施の形態１２について説明する。
実施の形態１１では、端子間電圧測定値Ｖt_snsに基づき、補正電圧Ｖcompを変化させる構成としているが、実施の形態１２は、コイル電流測定値Ｉsnsに基づいて補正電圧Ｖcompを変化させる構成としたものである。
【００６８】
次に図２２のフローチャートを用いて、実施の形態１２の電圧補正値Ｖcompを定めるまでの動作の説明を行う。
まず，ステップＳ１２０１で，ソフトウエアタイマｔdestを１増す。tdestは，カウントアップによるオーバーフローがないようにクリップしておく。次に，ステップＳ１２０２で、端子間電圧測定値Ｖt_sns，コイル電流測定値Ｉsns，及び予めＲＯＭに記憶させて置いたIdest，tfinを読み込む。Ｉdestは、モータのコミュテータ上の酸化皮膜が絶縁破壊を起こすときの電流値に一致するように定めておく。また、tfinは、絶縁破壊によりブラシとコミュテータ間の電圧降下Ｖbrが小さくなった後、通常の電圧降下量に戻るまでの時間と一致するように設定しておく。次にステップＳ１２０３で、テーブル参照によりコイル電流測定値Ｉsnsに対する補正電圧Vcompを読み込む。次にステップＳ１２０４で、コイル電流測定値ＩsnsとＩdestを比較する。コイル電流測定値ＩsnsがＩdest以下であればそのままステップＳ１２０５にすすむ。コイル電流測定値ＩsnsがＩdestより大きければ、ステップＳ１２０７でタイマｔdestをリセットし０に戻しステップＳ１２０５にすすむ。ステップＳ１２０５では、タイマｔdestとtfinを比較する。ｔdestがtfin以上であれば、そのままステップＳ１２０６に進みステップＳ１２０３で求められたＶcompをそのままメモリに記憶し、Ｖcomp  を定める処理を終了する。ｔdestがtfinより小さい場合は、ステップＳ１２０８に進み、テーブル参照によりtdestに対する補正係数Kdestを求める。Kdestは，1以下の定数である。次にステップＳ１２０９に進み、ステップＳ１２０３で求められたＶcompに補正係数Kdestを乗じる演算を行った後、ステップＳ１２０６でVcompをメモリに記憶し，処理を終了する。
【００６９】
コミュテータ表面の酸化皮膜の絶縁破壊は、モータに所定以上の電圧が印加された時に発生するが、絶縁破壊が生じた瞬間に大電流が通流する。本実施の形態では、補正電圧をモータ電流履歴の関数とし、直前にコイル電流測定値Ｉsnsが所定値以上の状態となった場合は、通常の補正電圧よりも小さく設定し、所定値以上の状態が終了すると、時間の経過とともに通常の補正電圧まで大きくなる設定とする構成としたことにより、電圧で判定する場合よりもより確実に絶縁破壊の発生を検知することができる。
また、本実施の形態では、コイル電流測定値Ｉsnsに基づき、補正電圧を変化させる構成としたが、目標電流Ｉrefに基づき補正電圧を変える構成としても良い。
【００７０】
実施の形態１３．
実施の形態１〜１２では、駆動電圧生成器内で、電圧指令信号Ｖt_indを設定する際、目標電流Ｉrefとコイル電流測定値Ｉsnsとの誤差を演算するとともに誤差に基づき電流制御器２ｂにて電圧指令信号Ｖt_indを設定するいわゆる電流フィードバックが行われる構成であったが、実施の形態１３では、コイル電流Ｉａの物理的関係式からオープンループ的に電圧指令信号Ｖt_indを設定する方式であり、駆動電圧生成器２以外の構成は、他の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
次に図２３に基づき、この発明の実施の形態１３の構成ついて説明を行う。
２は制御器１で生成された目標電流Ｉrefに基づき、モータ３に印加する端子間電圧Ｖtを出力する駆動電圧生成器であり、目標電流Ｉrefに対するコイル内での電圧降下Ｖcの相当電圧Ｖc_indを演算する電流フィルタ２ｄ、端子間電圧測定値Ｖt_snsとコイル電流測定値Ｉsnsから逆起電圧推定値Ｖe_estを得る逆起電圧推定手段２ｅ、Ｖc_indと逆起電圧推定値Ｖe_estと回路補正電圧Ｖ2compを加算し、電圧指令信号Ｖt_indを生成する駆動電圧加算機２ｆよりなる。
【００７１】
次に図２４のフローチャートを用いて、実施の形態１３の動作について説明する。
まず、ステップＳ１３０１で、制御器１で演算された目標電流Ｉref、電流検出手段で測定されたコイル電流測定値Ｉsns及び、電圧測定部５ａで測定された端子間電圧測定値Ｖt_snsを読み込む。次に、ステップＳ１３０２で、コイル抵抗相当値Ｒac，コイルインダクタンス相当値Ｌac，電圧降下Ｖdrvに相当する回路補正電圧Ｖ2compを読み込む。ステップＳ１３０３〜Ｓ１３０４は逆起電圧推定手段２ｅでの動作を示し、ステップＳ１３０３でコイル電流測定値Ｉsnsを微分してｄIsnsとしてメモリに記憶する。次に、ステップＳ１３０４で（２１）式の逆起電圧推定値Ｖe_estを得る演算を行いメモリに記憶する。
Ｖe_est＝Ｖt_sns−Ｉsns×Ｒac−Ｌac・ｄIsns  ・・・（２１）
次に、ステップＳ１３０５〜Ｓ１３０６は、電流フィルタ２ｄでの動作を示しまずステップＳ１３０５で目標電流Ｉrefを微分演算してｄＩrefとしてメモリに記憶する。次にステップＳ１３０６で、（２２）式の目標電流Ｉrefに対するコイル内での電圧降下Ｖcの相当電圧Ｖc_indを得る演算を行いメモリに記憶する。
Ｖc_ind＝  Ｒac・Ｉref＋Ｌac・ｄＩref    ・・・（２２）
ステップＳ１３０７は、駆動電圧加算機２ｆでの動作を示し、（２３）式で電圧指令信号Ｖt_indの演算を行い、駆動回路２ｃに出力する。
Ｖt_ind＝  Ｖe_est＋Ｖc_ind＋Ｖ2comp    ・・・（２３）
以上ステップＳ１３０１〜Ｓ１３０７までの動作を各サンプリング毎に繰り返す。
この時、目標電流Ｉrefに対するコイル内での電圧降下Ｖcの相当電圧Ｖc_ind及び逆起電圧推定値Ｖe_estは、ノイズの影響を除去するためローパスフィルタ処理をしてもよい。
本実施の形態において、電圧指令信号Ｖt_indの演算を行う際に、回路補正電圧Ｖ2compの影響を補償しているが、これは、次の理由による。
まず、下記の（２４）式の関係式が成立するとする。即ち、端子間電圧Ｖt及びコイル電流Ｉsnsに測定誤差がなく、かつ、コイル抵抗Ｒａ及びコイルインダクタンスＬａの真値が判っているとする。
Ｖt_sns＝Ｖt，    Ｉsns×Ｒac＋Ｌac・ｄIsns＝Ｖｃ・・・（２４）
この時、逆起電圧と逆起電圧推定値の間には（２５）式のように、Ｖbrの影響で誤差が生じる。
Ｖe_est−Ｖe＝（Ｖａ＋Ｖbr−Ｖc）−（Ｖａ−Ｖc）＝Ｖbr・・・（２５）
また、コイルでの電圧降下Ｖcと、目標電流Ｉrefに対するＶcの相当電圧Ｖc_indの関係式は、（２６）式となり
Ｖc＝  Ｖt_ind  −Ｖbr−Ｖdrv  −Ｖe
＝  （Ｖe_est  ＋Ｖc_ind＋Ｖ2comp）−Ｖbr−Ｖdrv−Ｖe
＝  Ｖe_est−Ｖe  ＋Ｖc_ind＋Ｖ2comp  −Ｖbr−Ｖdrv
＝  Ｖc_ind＋Ｖ2comp−Ｖdrv                  ・・・（２６）
Ｖbrの影響は、キャンセルされ、残された駆動回路２ｃでの電圧降下Ｖdrvを回路補正電圧Ｖ2compにより補償することにより、コイルでの電圧降下Ｖｃが、目標電流Ｉrefに対するＶcの相当電圧Ｖc_indに一致し、コイル電流Ｉａが目標電流Ｉrefに一致する。従って、電圧指令信号Ｖt_indの演算を行う際に、回路補正電圧Ｖ2compの影響を補償する必要がある。
【００７２】
実施の形態１４．
実施の形態１３では、逆起電圧推定手段２ｅで、端子間電圧測定値Ｖt_snsとコイル電流測定値Ｉsnsから逆起電圧推定値Ｖe_estを演算していたが、実施の形態１４は、端子間電圧測定値Ｖt_snsのかわりに電圧指令信号Ｖt_indを用いて、逆起電圧推定値Ｖe_estを得る演算を行う構成としたものである。
実施の形態１４の構成を示すブロック図を図２５に、動作を示すフローチャートを図２６に示す。
ブロック図においては、逆起電圧推定手段２ｅへの入力が端子間電圧測定値Ｖt_snsから電圧指令信号Ｖt_indに変わる以外は、電圧指令信号Ｖt_snsを演算する時に回路補正電圧Ｖ2compの補正を行わないこと以外は、実施の形態１３と全く同様であるので説明を省略する。
また、フローチャートにおいてもステップＳ１４０１及びステップＳ１４０４で、端子間電圧測定値Ｖt_snsから電圧指令信号Ｖt_indに変わること、Ｓ１４０７で電圧指令信号Ｖt_snsを演算する時に、回路補正電圧Ｖ2compの補正を行わないこと以外は、全く同一の動作であるので説明を省略する。
本実施の形態において、電圧指令信号Ｖt_indの演算を行う際に補償を行わないのは次の理由による。
逆起電圧と逆起電圧推定値の間には（２７）式のように、ＶbrとＶdrvの影響で誤差が生じる。
Ｖe_est-Ｖe＝（Ｖａ＋Ｖdrv＋Ｖbr−Ｖc）−（Ｖａ−Ｖc）
＝  Ｖdrv  ＋  Ｖbr                  ・・・（２７）
次に、コイルでの電圧降下Ｖcと、目標電流Ｉrefに対するＶcの相当電圧Ｖc_indの関係式は、（２８）式となり
Ｖc＝  Ｖt_ind  −Ｖbr−Ｖdrv  −Ｖe
＝  （Ｖe_est  ＋Ｖc_ind）−Ｖbr−Ｖdrv−Ｖe
＝  Ｖe_est−Ｖe  ＋Ｖc_ind−Ｖbr−Ｖdrv
＝  Ｖc_ind                          ・・・（２８）
ＶbrとＶdrvの影響はキャンセルされ、コイルでの電圧降下Ｖｃが、目標電流Ｉrefに対するＶcの相当電圧Ｖc_indに一致し、コイル電流Ｉａが目標電流Ｉrefに一致する。従って、電圧指令信号Ｖt_indの演算を行う際にＶbrとＶdrvの影響を補償する必要がない。
【００７３】
【発明の効果】
この発明によれば、電圧検出手段は、モータの端子間電圧の測定値から電流検出手段出力に基づく補正電圧を減じる構成としたことにより、モータに流れる電流の関数であるブラシとコミュテータ間の電圧降下の影響を補正できるので、モータの逆起電圧が正確に推定でき、モータの回転速度に関わらず回転速度推定値の精度が向上するので、この回転速度推定値に基づく制御を行った場合にも、発振する事のない良好な制御性能を得ることができるとともに、前記補正電圧を、実際のブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に類似した、この電圧降下の最大値もしくは１未満の係数を乗じた値を上限値とし、上限値以下では電流検出手段出力と略比例関係にあるとともに上限値で飽和し一定となる関数により求められたことにより、ブラシとコミュテータ間の電圧降下特性をＲＯＭ等の記憶手段に記憶させる際に、モータの回転速度の推定精度を低下させることなくメモリ容量を小さくすることができるようになる。
電圧検出手段を、モータ端子間電圧測定値から演算した電圧とモータ駆動電圧指令値から演算した電圧の加重平均とするとともに、直前に大電流が検出されていない場合には測定値から求めた電圧の比重を大きくし、直前に大電流が検出された場合には、モータ駆動電圧指令値から求めた電圧の比重を大きくする構成としたことにより、端子間電圧の測定精度を予見可能となり、端子間電圧の測定誤差、モータ駆動電圧指令値から推定する際の誤差の影響を最小限にとどめることができる。
補正電圧を、回転速度推定値を求めるための第１の補正電圧と、回転速度推定値の微分信号を求めるための第２の補正電圧に区分するとともに、第２の補正電圧は第１の補正電圧よりも大きくしたことにより、ブラシとコミュテータ間の電圧降下特性のばらつきや変動が有る場合にも、ダンピングが効かなくなったり慣性補償が効きすぎたりすることがなくなり、常にこの補正電圧により制御の安定性が損なわれることがない。
補正電圧を、モータ電圧履歴の関数とし、直前にモータの端子間電圧の測定値、或いは、モータ駆動電圧指令値、或いは、その加重平均値が所定値以上の状態となった場合は、通常の補正電圧よりも小さく設定し、所定値以上の状態が終了すると、時間の経過とともに通常の補正電圧まで大きくなる設定とする構成としたことにより、常に、実際のブラシとコミュテータ間の電圧降下特性に応じた補正電圧を設定可能となる。
補正電圧を、モータ電流履歴の関数とし、直前に電流検出手段出力、或いは、目標電流値が所定値以上の状態となった場合は、通常の補正電圧よりも小さく設定し、所定値以上の状態が終了すると、時間の経過とともに通常の補正電圧まで大きくなる設定とする構成としたことにより、電圧で判定する場合よりもより確実に絶縁破壊の発生を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１の構成を示すブロック線図
【図２】  実施の形態１のアルゴリズムを示すフローチャート
【図３】  実施の形態２の構成を示すブロック線図
【図４】  実施の形態２のアルゴリズムを示すフローチャート
【図５】  実施の形態３の補正電圧Ｖcompの特性図
【図６】  実施の形態３のアルゴリズムを示すフローチャート
【図７】  実施の形態４の補正電圧Ｖcompの特性図
【図８】  実施の形態４のアルゴリズムを示すフローチャート
【図９】  実施の形態５の補正電圧Ｖcompの特性図
【図１０】  実施の形態５のアルゴリズムを示すフローチャート
【図１１】  実施の形態６の補正電圧Ｖcompの特性図
【図１２】  実施の形態６のアルゴリズムを示すフローチャート
【図１３】  実施の形態７の構成を示すブロック線図
【図１４】  実施の形態７のアルゴリズムを示すフローチャート
【図１５】  実施の形態８の構成を示すブロック線図
【図１６】  実施の形態８のアルゴリズムを示すフローチャート
【図１７】  実施の形態９の構成を示すブロック線図
【図１８】  実施の形態９のアルゴリズムを示すフローチャート
【図１９】  実施の形態１０の構成を示すブロック線図
【図２０】  実施の形態１０のアルゴリズムを示すフローチャート
【図２１】  実施の形態１１のアルゴリズムを示すフローチャート
【図２２】  実施の形態１２のアルゴリズムを示すフローチャート
【図２３】  実施の形態１３の構成を示すブロック線図
【図２４】  実施の形態１３のアルゴリズムを示すフローチャート
【図２５】  実施の形態１４の構成を示すブロック線図
【図２６】  実施の形態１４のアルゴリズムを示すフローチャート
【図２７】  ブラシとコミュテータ間の電圧降下Ｖdropの特性図
【図２８】  従来技術のアルゴリズムを示すフローチャート
【符号の説明】
１  制御器、１ａ  速度制御器、１ｂ  トルク制御器、１ｃ  加算器、１ｄ  微分器、１ｅ  加速度制御器、２  駆動電圧生成器、２ａ  減算器、２ｂ  電流制御器、２ｃ  駆動回路、２ｄ  電流フィルタ、２ｅ  逆起電圧推定手段、２ｆ  駆動電圧加算器、３  モータ、３ａ  コイル、３ｂ  モータ軸、４  電流検出手段、５  電圧検出手段、５ａ  電圧測定部、５ｂ  電圧補正部、６  回転速度推定手段、７  操舵トルク検出手段、８  操舵機構。
【図１】
0003847443.tif 000002
【図２】
0003847443.tif 000003
【図３】
0003847443.tif 000004
【図４】
0003847443.tif 000005
【図５】
0003847443.tif 000006
【図６】
0003847443.tif 000007
【図７】
0003847443.tif 000008
【図８】
0003847443.tif 000009
【図９】
0003847443.tif 000010
【図１０】
0003847443.tif 000011
【図１１】
0003847443.tif 000012
【図１２】
0003847443.tif 000013
【図１３】
0003847443.tif 000014
【図１４】
0003847443.tif 000015
【図１５】
0003847443.tif 000016
【図１６】
0003847443.tif 000017
【図１７】
0003847443.tif 000018
【図１８】
0003847443.tif 000019
【図１９】
0003847443.tif 000020
【図２０】
0003847443.tif 000021
【図２１】
0003847443.tif 000022
【図２２】
0003847443.tif 000023
【図２３】
0003847443.tif 000024
【図２４】
0003847443.tif 000025
【図２５】
0003847443.tif 000026
【図２６】
0003847443.tif 000027
【図２７】
0003847443.tif 000028
【図２８】
0003847443.tif 000029