WO2017006991A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2017006991A1
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angle
motor
learning
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electric power
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French (fr)
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亮 皆木
孝義 菅原
澤田　英樹
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering device that controls driving of a motor by a current command value and assists a steering system of a vehicle by driving control of the motor, and more particularly, one angle sensor for each of a steering shaft (pinion side) and a motor shaft.
  • the motor shaft angle and the steering shaft angle are estimated with high accuracy while learning the nonlinear elements of the mechanism system and the steering system including the speed reduction mechanism as needed, and the measured value and the estimated value are compared.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus capable of determining a failure (including an abnormality) and backing up the other angle sensor by using the detected angle of one angle sensor when one angle sensor fails.
  • nonlinear elements are divided into static characteristics (angle errors), dynamic characteristics (angle errors), and delays (phase errors), and learning is performed by combining them alone or appropriately, based on the learning results.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus that can determine a failure (including an abnormality) in a steering system or a sensor system and can cope with a wide range from steering or slow steering to high-speed steering.
  • An electric power steering device that applies a steering assist force (assist torque) to a vehicle steering system by a rotational force of a motor, a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction mechanism.
  • a steering assist force is applied to the vehicle to assist control.
  • Such a conventional electric power steering device (EPS) performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque.
  • the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small.
  • the adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width). This is done by adjusting the duty of modulation) control.
  • a steering shaft (column shaft, handle shaft) 2 of a handle (steering wheel) 1 is a reduction gear (worm gear and worm) 3 constituting a reduction mechanism
  • the universal joints 4a and 4b, the pinion rack mechanism 5, the tie rods 6a and 6b are connected to the steering wheels 8L and 8R via the hub units 7a and 7b.
  • a torsion bar is inserted in the steering shaft 2, and a steering angle sensor 14 for detecting the steering angle ⁇ of the steering wheel 1 by a twist angle of the torsion bar and a torque sensor 10 for detecting the steering torque Th are provided.
  • a motor 20 that assists the steering force of the handle 1 is connected to the steering shaft 2 via the reduction gear 3.
  • the control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11.
  • the control unit 30 calculates a current command value for assist control based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12, and a voltage obtained by compensating the current command value.
  • the current supplied to the motor 20 is controlled by the control value Vref.
  • the vehicle speed Vel can also be received from a CAN (Controller Area Network) or the like.
  • the control unit 30 is connected to a CAN (Controller Area Network) 40 that transmits and receives various types of vehicle information, and the vehicle speed Vel can also be received from the CAN 40.
  • the control unit 30 can be connected to a non-CAN 41 that exchanges communications, analog / digital signals, radio waves, and the like other than the CAN 40.
  • the control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU, MCU, etc.).
  • FIG. 2 shows general functions executed by a program inside the CPU.
  • the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12 are a current command for calculating a current command value Iref1.
  • the value is input to the value calculation unit 31.
  • the current command value calculation unit 31 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the current supplied to the motor 20, using an assist map or the like based on the input steering torque Th and vehicle speed Vel.
  • the inverter 37 is composed of an FET bridge circuit as a semiconductor switching element.
  • a rotation sensor 21 such as a resolver is connected to the motor 20, and a motor rotation angle ⁇ is output from the rotation sensor 21.
  • the compensation signal CM from the compensation signal generation unit 34 is added to the addition unit 32A, and the compensation of the steering system system is performed by the addition of the compensation signal CM, thereby improving the convergence and inertia characteristics.
  • the compensation signal generation unit 34 adds the self-aligning torque (SAT) 343 and the inertia 342 by the addition unit 344, and further adds the convergence 341 to the addition result by the addition unit 345, and compensates the addition result of the addition unit 345.
  • the signal CM is used.
  • torque sensors and angle sensors may be multiplexed and mounted in recent years due to demands for improved reliability and functional redundancy.
  • the steering shaft and the motor shaft of the electric power steering device are connected via a speed reduction mechanism such as a worm gear.
  • angle sensors are multiplexed, that is, two angle sensors are mounted on the steering shaft and the motor shaft, respectively, and if one system fails, it is conceivable to back up with the remaining one system.
  • the mechanism system and the steering system including the speed reduction mechanism are nonlinear elements such as friction and backlash, elastic coupling of the motor output shaft, preload on the gear surface of the worm wheel and worm, and lubrication grease of the speed reduction mechanism. Therefore, the angle between the steering shaft and the motor shaft is different, and an angle error occurs. For this reason, even if one of the angle sensors fails, the other angle sensor cannot be immediately backed up (substitute for failure).
  • Patent Document 1 discloses a method for measuring torque for a vehicle having an electromechanical steering system and is considered as a backup for a torque sensor.
  • the overall configuration is an electromechanical steering apparatus including an input shaft portion and an output shaft portion connected to a drive steering mechanism, and steering means connected via a torsion bar having a servo motor.
  • the configuration is an electromechanical steering device (digital circuit or analog circuit) that detects torque from the relative rotational displacement between the input shaft portion and the output shaft portion of the drive steering mechanism, but the steering angle ( ⁇ ) sensor
  • the sensor for detecting the virtual torque is formed by the two inputs of the output and the rotation angle of the servo motor, and the steering torque is determined from the virtual torque.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-274484
  • a redundant system is configured by mounting a plurality (three) of steering angle sensors.
  • Patent Document 1 as a backup system, a backup of a steering angle sensor can be backed up by rotor rotation information of a servo motor, but mutual failure diagnosis and backup for both sensors are possible. Is impossible. Further, in the example of Patent Document 2, since the periphery of the steering system is enlarged, there is a problem that the vehicle mountability of the apparatus is deteriorated and the cost is generally increased.
  • the present invention has been made under the circumstances described above, and the object of the present invention is to determine the motor shaft angle and the steering shaft angle (pinion side) while learning the nonlinear elements of the mechanism system including the speed reduction mechanism and the steering system.
  • An object of the present invention is to provide an inexpensive and high-performance electric power steering apparatus capable of performing high-precision estimation and backing up both angle sensors by using estimated angles of both angle sensors.
  • learning of nonlinear elements of the mechanical system and steering system is divided into static characteristics, dynamic characteristics, and delay factors.
  • static characteristics only, static characteristics + dynamic characteristics, static characteristics + dynamic characteristics.
  • static characteristics + delay Provides a learning form that takes into account the case of characteristics + delay, can handle steering, can handle a wide range from slow to slow steering to high-speed steering, and further to environmental changes such as temperature and aging An electric power steering device that can also be used.
  • a motor for assisting control of a steering system of a vehicle and a steering shaft are connected by a speed reduction mechanism, a first angle sensor for detecting a steering shaft angle of the steering shaft, and a first angle sensor for detecting a motor shaft angle of the motor.
  • the electric power steering apparatus comprising a two-angle sensor, wherein the object of the present invention is to provide the reduction mechanism based on the measured angle of the first angle sensor, the measured angle of the second angle sensor, the motor torque, and the motor angular velocity.
  • the compensation value map is obtained by repeatedly learning the characteristics of the non-linear elements, and the steering shaft angle and the motor shaft angle are estimated using the compensation value map.
  • a motor for assisting control of a vehicle steering system and a steering shaft are connected by a speed reduction mechanism, a first angle sensor for detecting a steering shaft angle on the pinion side of the steering shaft, and a motor shaft of the motor.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus including a second angle sensor that detects an angle and a current detection unit that detects a motor current of the motor.
  • the object of the present invention is to provide a motor torque based on the motor current, and a steering shaft angle.
  • Stearin used to estimate the steering shaft estimated angle It is accomplished by equipped with a shaft angle estimator, and a motor shaft angle estimator for estimating the motor shaft estimated angle by using the compensation value map and the steering shaft angle.
  • a compensation value map is obtained while learning a non-linear element of a mechanism system and a steering system including a speed reduction mechanism as necessary, and a motor shaft angle and a steering shaft are calculated based on the compensation value map.
  • the angle (pinion side) is estimated with high accuracy, and when one of the angle sensors malfunctions (including abnormality), both angle sensors can be backed up with each other.
  • the number of sensors can be reduced by one.
  • the angle sensor needs to be a triple system as disclosed in Patent Document 2, but it can be configured by a double system by using an estimated angle. It is.
  • the present invention relates to friction and backlash of a mechanical system including a speed reduction mechanism and a steering system, elastic coupling of a motor output shaft, preload on a gear surface of a worm wheel and a worm, lubrication grease of a gear portion, contact condition of a gear surface ( While learning non-linear elements such as flexure as necessary, the angle of the motor shaft and the angle of the steering shaft (pinion side) are estimated with high accuracy, and the angle of one of the angles is estimated using the estimated angles of both angle sensors. When the sensor is faulty (hereinafter, including “abnormal”), the other angle sensor is backed up and the assist control is continued.
  • the backup logic of both angle sensors is common, and the compensation value map of nonlinear compensation identified by learning is stored in a non-volatile memory such as EEPROM, so that the angle sensor is backed up immediately even after engine restart. Is possible.
  • a nominal value based on experience is stored as an initial value in a nonvolatile memory such as EEPROM at the time of product shipment, and the actual compensation value when the ignition key is turned on exceeds the approximate value range of the nominal value
  • static characteristic learning, dynamic characteristic learning, and delay characteristic learning are performed.
  • the nominal value is preliminarily tuned so as to adapt to the environment of the vehicle destination (exporting country, region, etc.) (mainly temperature and humidity data depending on the local climate).
  • accurate synchronization may be obtained by giving a time stamp each time a detection signal is received from each sensor, the angle error may be suppressed, and the steering speed at which steering angle detection is established may be increased (for example, special No. 2014-210471).
  • the time stamp is synchronized when the detection cycle (for example, 500 ⁇ s) of the angle sensor attached to the steering shaft is different from the detection cycle (for example, 250 ⁇ s) of the resolver or MR sensor attached to the motor shaft. This is particularly effective in increasing the detection accuracy.
  • the steering side angle sensor 63 on the steering wheel side of the steering shaft 61 and the pinion of the steering shaft 61.
  • a pinion side angle sensor 64 is provided on the side, and a steering shaft angle Ap is output from the pinion side angle sensor 64.
  • the steering shaft 61 is connected to a motor 66 via a speed reduction mechanism 65 such as a worm gear.
  • the motor 66 detects a motor shaft angle sensor 67 (for example, a resolver or MR sensor) that detects a motor shaft angle Am and a motor current Im.
  • a motor current detector (not shown) is provided.
  • an elastic coupling (not shown) is provided at a connecting portion between the motor shaft and the speed reduction mechanism 65.
  • one angle sensor (64, 67) is mounted on each of the steering shaft (pinion side) 61 and the motor shaft, and when one of the angle sensors fails, the detection angle of one of the angle sensors is used. Let us consider backing up the other angle sensor and continuing the assist control.
  • the steering shaft angle Ap from the pinion side angle sensor 64, the motor shaft angle Am from the motor shaft angle sensor 67, and the motor current Im from the motor current detector are input to a control unit (ECU) 100.
  • ECU control unit
  • the detection angle is also output from the handle side angle sensor 63, but the description is omitted because it is not directly related to the present invention.
  • the rotating shafts of the steering shaft 61 and the motor 66 are connected via a speed reduction mechanism 65 composed of a worm and a worm gear, but the mechanism system and the steering system including the speed reduction mechanism 65 include many nonlinear elements. That is, the mechanism system and the steering system include friction and backlash, elastic coupling of the motor output shaft, preload on the gear surface of the worm wheel and worm, lubrication grease of the gear portion, contact condition of the gear surface (deflection) Therefore, when one angle sensor fails, it cannot be backed up simply by replacing the detected value of the other angle sensor. Therefore, in the present invention, the output angle of the other angle sensor is estimated by repeatedly learning the nonlinear elements of the mechanism system and the steering system including the speed reduction mechanism 65.
  • a configuration example of a control unit (ECU) 100 that performs such a function is shown in FIG.
  • the motor current Im is input to the motor torque calculation unit 110, the calculated motor torque Tm is input to the nonlinear learning logic unit 130 of the nonlinear element, the motor shaft angle Am is input to the motor angular velocity calculation unit 120, and the calculated motor The angular velocity ⁇ m is input to the nonlinear learning logic unit 130 of the nonlinear element.
  • the angle compensation value MP calculated by the nonlinear learning logic unit 130 of the nonlinear element is input to the steering shaft angle estimation unit 180 and the motor shaft angle estimation unit 190.
  • the pinion side steering shaft angle Ap is input to the nonlinear learning logic unit 130 of the nonlinear element and also input to the motor shaft angle estimation unit 190.
  • the motor shaft angle Am is input to the motor angular velocity calculation unit 120 and also input to the nonlinear learning logic unit 130 of the nonlinear element and the steering shaft angle estimation unit 180.
  • the steering shaft angle estimation unit 180 outputs a steering shaft estimation angle SSe
  • the motor shaft angle estimation unit 190 outputs a motor shaft estimation angle MSe.
  • the angle sensor is a double system, and the estimated angle estimated is necessary. (1-1).
  • the sensor configuration is such that the steering shaft angle sensor is a dual system (pinion side angle sensor 64-1 (steering shaft angle Ap1), 64-2 (steering shaft angle Ap2)) and the steering shaft estimated angle SSe. Is used.
  • the failure diagnosis is performed by majority using the steering shaft angles Ap1 and Ap2 and the estimated steering shaft angle SSe.
  • the pinion side angle sensor 64-1 (steering shaft angle Ap1) fails, the pinion side angle sensor 64-2 Is backed up (assist control is continued) using the steering shaft angle Ap2. (1-2).
  • the motor shaft angle sensor is a dual system (motor shaft angle sensor 67-1 (motor shaft angle Am1), 67-2 (motor shaft angle Am2)), and motor shaft estimated angle MSe. Is used.
  • the failure diagnosis is performed by a majority decision based on the motor shaft angles Am1 and Am2 and the motor shaft estimated angle MSe.
  • the motor shaft angle sensor 67-1 (motor shaft angle Am1) fails, the motor shaft angle sensor 67-2 Is backed up (continues assist control) using the motor shaft angle Am2.
  • the sensor configuration is the steering shaft angle sensor 64 (steering shaft angle Ap) of the steering shaft and the estimated steering shaft angle SSe, and the failure diagnosis is performed by comparing the steering shaft angle Ap and the estimated steering shaft angle SSe. If the steering shaft angle sensor 64 fails, the assist control is stopped.
  • the sensor configuration is the motor shaft angle sensor 67 (motor shaft angle Am) of the motor shaft and the motor shaft estimated angle MSe, and the failure diagnosis is performed by comparing the motor shaft angle Am and the motor shaft estimated angle MSe. If the motor shaft angle sensor 67 fails, the assist control is stopped.
  • the angle estimation in the steering shaft angle estimator 180 and the motor shaft angle estimator 190 can be broadly divided into two types: static characteristic compensation and dynamic characteristic compensation.
  • Static characteristic compensation includes static angle compensation when the steering wheel is held, and when driving a car, temporarily stopping at an intersection, slowly checking safety and turning right or left.
  • [Deg / s] Static characteristic map that is an angle compensation of dynamic characteristics during slow steering by slowly turning the steering wheel and that receives motor torque Tm (or noise-removed motor torque Tma that has passed through a low-pass filter (LPF)) as an input.
  • LPF low-pass filter
  • the dynamic characteristic compensation is angle compensation when the steering wheel is steered at a certain speed (50 [deg / s]) or more, such as when a person jumps out and suddenly turns the steering wheel, and the motor angular velocity ⁇ m.
  • the compensation value CMd of the entire dynamic characteristic is calculated in consideration of the delay time corresponding to the motor torque Tm (noise-removed motor torque Tma) to the dynamic characteristic compensation value CMy based on the dynamic characteristic map.
  • FIG. 5 shows a configuration example (first embodiment) of a nonlinear learning logic unit 130 for nonlinear elements, a steering shaft angle estimation unit 180, and a motor shaft angle estimation unit 190.
  • the nonlinear learning logic unit 130 for nonlinear elements includes: The static characteristic compensation unit 140 that calculates the compensation value CMs, the dynamic characteristic compensation unit 150 that calculates the compensation value CMd, and the addition unit 131 that adds the compensation values CMs and CMd and outputs the angle compensation value MP. ing.
  • the static characteristic compensation unit 140 receives a low-pass filter (LPF) 141 that receives a motor torque Tm, and a noise-removed motor torque Tma from which high-frequency noise from the LPF 141 has been removed, and outputs a compensation value CMs. And a static characteristic map (learning completion) 142.
  • the LPF 141 is necessary for preventing erroneous learning.
  • the motor torque Tm is the current flowing through the motor itself.
  • the motor current is mixed with ripple current, white noise, harmonics, etc. If the LPF process is not performed, the noisy part (peak) Sampling (for example, every 250 ⁇ s) may cause the static characteristic map 142 to be distorted. Therefore, an LPF with a cutoff frequency of 20 to 30 Hz is used.
  • the dynamic characteristic compensator 150 receives a motor angular velocity ⁇ m and outputs a compensation value CMy, and a nonlinear element dynamic characteristic map 151 and noise from the compensation values CMy and LPF 141 output from the nonlinear element dynamic characteristic map 151. It comprises a non-linear element delay characteristic map (learning completion) 152 for inputting the removed motor torque Tma and outputting a compensation value CMd.
  • the compensation values CMs and CMd are added by the adding unit 131, and the added value is output as a final angle compensation value MP (a compensation value map during learning).
  • the angle compensation value MP is subtracted and input to the subtractor 181 of the steering shaft angle estimator 180 and added to the adder 191 of the motor shaft angle estimator 190.
  • the subtraction unit 181 subtracts the angle compensation value MP from the motor shaft angle Am and outputs the steering shaft estimated angle SSe, and the addition unit 191 adds the steering shaft angle Ap and the angle compensation value MP to calculate the motor shaft estimated angle MSe. Is output.
  • the angle compensation value MP is an angle difference between the static characteristic compensator 140 and the dynamic characteristic compensator 150.
  • the static characteristic compensator 140 and the dynamic characteristic compensator 150 include a motor torque Tm and a motor angular velocity ⁇ m as a motor reference. Therefore, the angle compensation value MP is subtracted and input to the steering shaft angle estimator 180 and added to the motor shaft angle estimator 190.
  • the diagnosis is performed according to the following formula 1, and if the formula 1 is satisfied, the learning is terminated. If the formula 1 is not satisfied, the learning is repeated a predetermined number of times (for example, twice).
  • Equation 1 it is determined whether the absolute value of the difference between the steering shaft estimated angle SSe and the steering shaft angle Ap is within the allowable range ⁇ 1, and the absolute value of the difference between the motor shaft estimated angle MSe and the motor shaft angle Am is It is determined whether it is within the allowable range ⁇ 2.
  • Equation 1 SSe-Ap
  • the non-linear element dynamic characteristic map 151 is a characteristic in which the compensation value (CMy), which is an angular error, gradually increases nonlinearly as the motor angular velocity ⁇ m increases from 0 to the positive and negative directions.
  • the angular velocity is in the range of ⁇ m1 to + ⁇ m2 (for example, 50 [deg / s]), that is, substantially flat characteristics in the vicinity of 0, and the flat portion can be covered with static characteristics. Since the viscosity decreases as the temperature increases, the compensation value also decreases as shown by the broken line.
  • the delay characteristic map 152 of the nonlinear element is a characteristic in which the compensation value (CMd) as a phase error gradually decreases nonlinearly as the motor torque Tma from the LPF 141 increases. In the vicinity of Tma1 (0), it decreases rapidly and finally converges to almost zero. Since the viscosity of the temperature characteristic of the delay characteristic map 152 also decreases as the temperature increases, the compensation value also decreases as shown by the broken line.
  • each characteristic map corresponds to creation of the map.
  • the map should be learned in a wide range (for example, from the vicinity of one (positive side) rack end to the vicinity of the other (negative side) rack end) with respect to the horizontal axis (motor torque Tm, motor angular velocity ⁇ m, motor torque Tma).
  • the number of points on the map depends on the capacity of the RAM and ROM of the microcomputer and the calculation speed of the CPU, but cannot be determined, but learning is completed when a certain range is covered with respect to the horizontal axis.
  • the horizontal axis is divided into 10 parts, and when 11 points are learned, the process is completed.
  • FIGS. 9 to 11 Since learning data cannot be acquired at the time of product shipment, nominal values based on experience as shown in FIGS. 9 to 11 are stored in advance in a nonvolatile memory such as an EEPROM, and approximate to the nominal values indicated by broken lines. Each learning is performed when out of the value range.
  • a nonvolatile memory such as an EEPROM
  • FIG. 9 is a diagram showing a setting example of the nominal values (ns 0 to ns 10 ) of the static characteristic map of the nonlinear element, and the broken line shows an approximate value range for determining whether or not learning is necessary.
  • FIG. 9 is a diagram showing a setting example of the nominal values (ns 0 to ns 10 ) of the static characteristic map of the nonlinear element, and the broken line shows an approximate value range for determining whether or not learning is necessary.
  • FIG. 10 is a diagram showing a setting example of nominal values (ny 0 to ny 10 ) of the dynamic characteristic map of the nonlinear element, and the broken line shows an approximate value range for determining whether or not learning is necessary.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of setting the nominal values (nd 0 to nd 10 ) of the delay characteristic map of the nonlinear element, and the broken line shows an approximate value range for determining whether or not learning is necessary.
  • FIG. 12 shows an overall operation example (first embodiment) in which dynamic characteristics are learned after learning of static characteristics, delay learning is further performed, and angle estimation is performed based on these learning results. Will be described with reference to FIG.
  • step S1 when the ignition key is turned on, an angle is detected (step S1), and it is determined whether or not the calculated compensation value is within the approximate value range of the nominal value shown in FIG. 9 (step S2).
  • the compensation values A1 and A2 are outside the range, and the compensation values B1 and B2 are within the range.
  • step S10 the static characteristic map 142 of the nonlinear element is learned (step S10), and the learning is continued until the learning is completed (step S20).
  • the static characteristic map is sufficiently learned for the motor torque region of the electric power steering device (for example, FIG. 6), the learning is completed.
  • step S30 the learning of the dynamic characteristic map 151 of the nonlinear element
  • step S50 the learning of the delay characteristic map 152 of the nonlinear element
  • step S30 For the learning of the dynamic characteristic map 151 of the nonlinear element (step S30) and the learning of the delay characteristic map 152 of the nonlinear element (step S50), the inside and outside of the approximate value range of the nominal value shown in FIGS. Learning is performed when the compensation value is outside the approximate value range, but learning may be performed without this determination. In FIG. 12, the determination operation is omitted.
  • the delay characteristic map 152 of the nonlinear element is learned. Learning of the nonlinear element dynamic characteristic map 151 (step S30) is continued until learning is completed (for example, FIG. 7) (step S40), and learning of the nonlinear element delay characteristic map 152 is completed (step S50). For example, it is continued until FIG. 8) (step S60).
  • the dynamic characteristic map is sufficiently learned for the motor angular velocity ⁇ region of the electric power steering apparatus, the learning is completed.
  • the delay characteristic map is sufficiently learned for the motor torque Tma region, the learning is completed.
  • the compensation value map is created.
  • Compensation value CMs from unit 140 and compensation value CMd from dynamic characteristic compensation unit 150 are added by addition unit 131 to calculate angle compensation value MP, and an estimated angle is estimated based on angle compensation value MP (step S71).
  • the steering shaft estimated angle SSe is obtained by subtracting the angle compensation value MP from the motor shaft angle Am, and the motor shaft estimated angle MSe is obtained by adding the steering shaft angle Ap and the angle compensation value MP.
  • step S72 whether or not the error (absolute value) between the estimated angle and the actually measured value is within the allowable range ⁇ is diagnosed according to the above equation 1 (step S72). If it is greater than N, it is determined whether or not it is the Nth time (for example, the third time) (step S80), and if it is less than the Nth time, the process returns to step S10 and the above operation is repeated.
  • the Nth time for example, the third time
  • step S80 when it is determined as the Nth time, it is determined that the steering system or the sensor system is broken (step S81). Note that the setting of the number N of repetitions of step S80 can be changed as appropriate.
  • the accuracy of the steering shaft estimated angle SSe and the motor shaft estimated angle MSe can be improved, and it is possible to cope with changes in the surrounding environment such as temperature and aging deterioration of mechanical parts.
  • a temperature sensor may be provided separately to correct the value of each map according to the detected temperature.
  • the input signals necessary for each learning are a motor torque Tm, a motor angular acceleration ⁇ m, a motor angular velocity ⁇ m, a motor shaft angle Am, and a steering shaft angle Ap.
  • step S10 learning of the static characteristic map 142 of the nonlinear element in step S10 will be described.
  • the static characteristic map 142 of the nonlinear element is a compensation value CMs in which the horizontal axis represents the motor torque Tm and the vertical axis represents the angular deviation between the motor shaft angle Am and the steering shaft angle Ap.
  • the configuration of the static characteristic map 142 of the non-linear element includes, for example, a static characteristic learning determination unit 143 and a static characteristic learning logic unit 144 as shown in FIG.
  • the motor angular velocity ⁇ m is input to the static characteristic learning determination unit 143, and the static characteristic learning determination unit 143 outputs a learning determination signal LD1 according to the determination described later (ON / OFF).
  • the static characteristic learning logic unit 144 includes a subtraction unit 144-1, addition averaging units 144-1 and 144-2, and a nonlinear element staticity map creation unit 144-4.
  • the noise-removed motor torque Tma from which noise has been removed from the LPF 141 is input to the averaging unit 144-2, and the steering shaft angle Ap and the motor shaft angle Am are input to the subtracting unit 144-1. Is input to the unit 144-3.
  • the learning determination signal LD1 is input to the static characteristic learning logic unit 144, and the addition average values MN1 and MN2 obtained by the addition average units 144-1 and 144-2 are input to the nonlinear element static characteristic map generation unit 144-4. Entered.
  • Static characteristic learning of the static characteristic learning logic unit 144 is performed when the steering wheel is in the steering state or when the steering is slowed down to 5 [deg / s] or less (the motor angular velocity ⁇ m is almost zero), that is, static characteristic learning.
  • the determination unit 143 determines that the motor angular velocity ⁇ m has become substantially zero and turns on the learning determination signal LD1
  • learning is performed when ON of the learning determination signal LD1 is input to the static characteristic learning logic unit 144.
  • Starts step S11).
  • the deviation Dp between the steering shaft angle Ap and the motor shaft angle Am is calculated by the subtraction unit 144-1 (step S 12), and the deviation Dp is input to the addition averaging unit 144-3.
  • the addition average value MN2 is calculated at -3 (step S13). Further, the noise-removed motor torque Tma from the LPF 141 is also input to the addition averaging unit 144-2, and the addition average unit 144-2 calculates the addition average value MN1 (step S14). The calculation order of the addition average values MN1 and MN2 may be reversed.
  • the addition average values MN1 and MN2 are input to the nonlinear element static characteristic map creating unit 144-4 (corresponding to the nonlinear element static characteristic map 142 of FIG. 5), and the nonlinear element is calculated using a calculation such as a sequential least square method.
  • the static characteristic map 142 is updated (step S15).
  • the static characteristic map 142 of the nonlinear element is updated by using the calculation such as the sequential least square method, and the motor torque region of the electric power steering device is updated.
  • the learning is completed when the static characteristic map is sufficiently learned.
  • step S30 learning of the dynamic characteristic map in step S30 will be described.
  • the horizontal axis represents the motor angular velocity ⁇ m
  • the vertical axis represents the compensation value CMy which is the angular deviation of the motor shaft angle Ams (after static characteristic compensation) and the steering shaft angle Ap.
  • the configuration of the dynamic characteristic map 151 of the nonlinear element is, for example, FIG.
  • the motor angular acceleration ⁇ m is input to the dynamic characteristic learning determining unit 145, and the motor torque Tm is input to the dynamic characteristic learning determining unit 145 via the LPF 141 and also input to the static characteristic map 146-1 of the nonlinear element.
  • the dynamic characteristic learning determination unit 145 outputs the learning determination signal LD2 under a predetermined condition (a state where the motor angular acceleration ⁇ m is substantially zero and the motor torque Tm (Tma) is large to some extent) (ON / OFF).
  • the dynamic characteristic learning logic unit 146 also includes a non-linear element static characteristic map 146-1, an addition unit 146-2, a subtraction unit 146-3, addition averaging units 146-4 and 144-5, and a non-linear element dynamic characteristic map.
  • the generation unit 146-6 (corresponding to the dynamic characteristic map 151 of the nonlinear element in FIG. 5) is configured.
  • the motor angular velocity ⁇ m is input to the addition averaging unit 146-4
  • the steering shaft angle Ap is input to the subtraction unit 146-3
  • the motor shaft angle Am is input to the addition unit 146-2.
  • Compensation value CMs from the static characteristic map 146-1 of the nonlinear element is input to the addition unit 146-2, and the addition value (motor shaft angle after static characteristic compensation) Ams is subtracted and input to the subtraction unit 146-3. Is done.
  • the learning determination signal LD2 is input to the dynamic characteristic learning logic unit 146, and the addition average values MN3 and MN4 obtained by the addition average units 146-4 and 146-5 are input to the dynamic characteristic map generation unit 146-6 of the nonlinear element. Is done.
  • the dynamic characteristic learning of the dynamic characteristic learning logic unit 146 is learned when the motor angular acceleration ⁇ m is almost zero and the worm gear and the motor gear are firmly meshed (the noise-removed motor torque Tma from the LPF 141 is large to some extent).
  • the determination signal LD2 is turned on and input to the dynamic characteristic learning logic unit 146, and learning starts from this time (step S31).
  • the noise-removed motor torque Tma from the LPF 141 is input to the static characteristic map 146-1 of the nonlinear element, and static characteristic compensation is performed (step S32).
  • the compensation value CMs for static characteristic compensation is input to the adder 146-2, the added value Ams with the motor shaft angle Am after static characteristic compensation is obtained, and the added value Ams is subtracted and input to the subtractor 146-3.
  • An average value MN4 is calculated (step S34).
  • the motor angular velocity ⁇ m is also input to the addition averaging unit 146-4, and the addition average value MN3 is calculated by the addition averaging unit 146-4 (step S35).
  • the calculation order of the addition average values MN3 and MN4 may be reversed.
  • the addition average values MN3 and MN4 are input to the nonlinear element dynamic characteristic map creation unit 146-6, and when the learning condition is continued for a certain period of time, the nonlinear element dynamic characteristic map 151 is updated by using a calculation such as a sequential least square method. (Step S36).
  • step S50 the learning of the delay characteristic map in step S50 will be described.
  • the horizontal axis represents the motor torque Tma
  • the vertical axis represents the compensation value CMd which is the phase deviation between the motor shaft angle Ams (after static characteristic compensation) and the steering shaft angle Ap.
  • the configuration of the delay characteristic map is, for example, FIG.
  • the noise-removed motor torque Tma having passed through the LPF 141 is input to the delay characteristic learning determination unit 147 and also to the nonlinear element static characteristic map 148-1.
  • the delay characteristic learning determination unit 147 outputs a learning determination signal LD3 (ON / OFF) under a predetermined condition (when the motor torque Tm (Tma) becomes smaller than a predetermined value), and the learning determination signal LD3 is a delay characteristic learning logic. Is input to the unit 148.
  • the delay characteristic learning logic unit 148 includes a non-linear element static characteristic map 148-1 (146-1 in FIG. 15), an adder 148-2, a subtractor 148-3, an addition averaging unit 148-5, and a multi delay unit 148.
  • the motor torque Tm is input to the addition averaging unit 148-5, the motor angular velocity ⁇ m is input to the multi delay unit 148-4, and the multi delay output MD is input to the cross correlation unit 148-6.
  • the steering shaft angle Ap is added to the subtraction unit 148-3, and the motor shaft angle Am is input to the addition unit 148-2.
  • Compensation value CMs from the static characteristic map 148-1 of the nonlinear element is input to the addition unit 148-2, and the addition value (motor shaft angle after static characteristic compensation) Ams is subtracted into the subtraction unit 148-3. Is done.
  • the deviation Dd calculated by the subtraction unit 148-3 is input to the cross-correlation unit 148-6.
  • the cross-correlation unit 148-6 performs cross-correlation processing based on the multi-delay output MD and the deviation Dd from the multi-delay unit 148-4 and searches for a delay time with the highest correlation. Since cross-correlation analyzes the similarity between two input signals, a certain analysis time is required.
  • FIG. 18 shows an operation example of the multi-delay unit 148-4.
  • the multi-delay unit 148-4 is delayed by a predetermined delay time by each delay unit (Z ⁇ 1 ) with respect to the input of the motor angular velocity ⁇ m.
  • Motor angular velocities ⁇ d0, ⁇ d1,... ⁇ d10 are output.
  • the multi-delay motor angular velocity MD ( ⁇ d0 to ⁇ d10) output from the multi-delay unit 148-4 is input to the cross-correlation unit 148-6 together with the steering shaft angle (after static characteristic compensation) Dd, and the cross-correlation unit 148-6 19 calculates a correlation function of the steering shaft angle Dd as a reference signal and the multi-delay motor angular velocity MD ( ⁇ d0 to ⁇ d10) from the multi-delay unit 148-4 as shown in FIG. Reflect the delay time on the map.
  • the learning determination signal LD3 is input to the delay characteristic learning logic unit 148, and the addition average value MN5 obtained by the addition average unit 148-5 and the cross correlation value ML output from the cross correlation unit 148-6 are also nonlinear element delay characteristics.
  • the data is input to the map creation unit 148-7.
  • the delay characteristic learning logic unit 148 performs delay characteristic learning according to the above conditions, when the motor torque Tma (or Tm) is reduced to a predetermined value or less, and turns on the learning determination signal LD3 to the delay characteristic learning logic unit 148. The learning is started from this time (step S51).
  • the noise-removed motor torque Tma from the LPF 141 is input to the non-linear element static characteristic map 148-1, and the static characteristic compensation by the non-linear element static characteristic map 148-1 is performed.
  • the compensation value CMs for static characteristic compensation is input to the addition unit 148-2, and the addition value (motor shaft angle after static characteristic compensation) Ams with the motor shaft angle Am is subtracted and input to the subtraction unit 148-3.
  • the deviation Dd from the steering shaft Ap is calculated by the section 148-3 (step S53), and the deviation Dd is input to the cross-correlation section 148-6.
  • the motor angular velocity ⁇ m is input to the multi-delay unit 148-4, and a plurality of multi-delay motor angular velocities MD ( ⁇ d0 to ⁇ d10) having different delay times are calculated (step S54).
  • 148-6 is input to perform cross-correlation processing (step S55).
  • the cross-correlation unit 148-6 searches for a delay time having the largest correlation from a plurality of multi-delay motor angular velocities having different delay amounts, and outputs a correlation coefficient ML.
  • the motor torque Tma is input to the addition average unit 148-5, and the addition average value MN5 is calculated (step S56).
  • the calculation order of the addition average value MN5 and the correlation coefficient ML may be reversed.
  • the addition average value MN5 and the correlation coefficient ML are input to the delay characteristic map creation unit 148-7 of the nonlinear element, and when the learning condition is continued for a certain period of time, the delay characteristic map 152 is updated using a calculation such as a sequential least square method. (Step S57).
  • the delay characteristic map is sufficiently learned with respect to the motor torque region of the electric power steering apparatus, the learning is completed.
  • the static characteristic map 142 in FIG. 5 corresponds to the static characteristic map creating unit 144-4 in FIG. 13, and the dynamic characteristic map 151 in FIG. 5 is added to the dynamic characteristic map creating unit 146-6 in FIG.
  • the delay characteristic map 152 in FIG. 5 corresponds to the delay characteristic map creation unit 148-7 in FIG.
  • FIG. 5 is a map that has been learned, and FIGS. 13, 15, and 17 are maps that are being learned, and are given different reference numerals in this sense.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the angle error (difference between motor shaft angle and steering shaft angle).
  • the section from the time point t0 to the time point t1 shows a state of steering left and right at the center of the steering wheel.
  • the section from the time point t1 to the time point t2 shows a state in which the steering wheel is turned to the vicinity of the left end and steered to the left and right.
  • the section from time t2 to time t3 shows a state in which the steering wheel is turned to the vicinity of the right end and steered to the left and right, and after time t3, the steering wheel is returned to the center.
  • the angular difference is large (2.5 °).
  • the angle difference decreases (0.75 °). Furthermore, by adding dynamic characteristic compensation, as shown in FIG. 21 (C), the angular difference can be reduced (0.25 °) even for a fast-moving handle.
  • the static characteristic, the dynamic characteristic, and the delay characteristic are compensated as shown in FIG. 5, but only the static characteristic compensation may be performed with the configuration shown in FIG. Second embodiment).
  • the static characteristic compensator 140 that calculates the compensation value CMs inputs the low-pass filter (LPF) 141 that receives the motor torque Tm and the noise-removed motor torque Tma from which the high-frequency noise from the LPF 141 has been removed. And a static characteristic map (learning completion) 142 of a nonlinear element that outputs CMs (a compensation value map during learning).
  • LPF low-pass filter
  • the compensation value CMs is subtracted and input to the subtractor 181 and input to the adder 191.
  • the subtractor 181 outputs the steering shaft estimated angle SSe
  • the adder 191 outputs the motor shaft estimated angle MSe.
  • the error absolute value
  • learning is performed until the error is within the allowable range ⁇ . Is repeated and learning ends when it falls within the allowable range ⁇ .
  • the number of points on the map depends on the capacity of the RAM and ROM of the microcomputer and the calculation speed of the CPU, but cannot be determined, but learning is completed when a certain range is covered with respect to the horizontal axis.
  • the learning may be started by determining that the compensation value is outside the approximate value range of the nominal value shown in FIG.
  • the static characteristic map 142 of the nonlinear element is learned (step S10), and the learning is continued until the learning is completed (step S101).
  • the static characteristic map is sufficiently learned for the motor torque region of the electric power steering device (for example, FIG. 6)
  • the learning is completed.
  • the compensation value map is created upon completion of learning of the static characteristic map 142 of the nonlinear element
  • the estimated angle is estimated based on the compensation value CMs from the static characteristic compensation unit 140 (step S102).
  • the steering shaft estimated angle SSe is obtained by subtracting the compensation value CMs from the motor shaft angle Am
  • the motor shaft estimated angle MSe is obtained by adding the steering shaft angle Ap and the compensation value CMs.
  • step S103 whether or not the error (absolute value) between the estimated angle and the actually measured value is within the allowable range ⁇ is diagnosed according to the above equation 1 (step S103). If it is greater than, for example, it is determined whether or not it is the third time (step S104), and if it is within the second time, the process returns to step S10 and the above operation is repeated.
  • step S104 when it is determined as the third time, it is determined that the steering system or the sensor system is broken (step S105). Note that the setting of the number of repetitions of step S104 can be changed as appropriate.
  • the accuracy of the steering shaft estimated angle SSe and the motor shaft estimated angle MSe can be improved, and it is possible to cope with changes in the surrounding environment such as temperature and aging deterioration of mechanical parts.
  • a temperature sensor may be provided separately to correct the value of each map according to the detected temperature.
  • the learning operation of the static characteristic map 142 of the nonlinear element in step S10 is the same as in FIG.
  • the section from time t0 to time t1 shows a state of steering left and right at the center of the steering wheel.
  • the section from the time point t1 to the time point t2 shows a state in which the steering wheel is turned to the vicinity of the left end and steered to the left and right.
  • the section from time t2 to time t3 shows a state in which the steering wheel is turned to the vicinity of the right end and steered to the left and right, and after time t3, the steering wheel is returned to the center.
  • the angular error is large when there is no compensation (2.5 °). However, as shown in FIG. On the other hand, the angle error decreases (0.75 °).
  • FIG. 25 shows a configuration example of the third embodiment that performs compensation for static characteristics and dynamic characteristics (no delay characteristics), and the nonlinear learning logic unit 130 for nonlinear elements calculates the static characteristics for calculating the compensation value CMs.
  • the compensation unit 140 includes a dynamic characteristic compensation unit 150 that calculates the compensation value CMy, and an addition unit 131 that adds the compensation values CMs and CMy to output the angle compensation value MP.
  • the static characteristic compensation unit 140 receives a low-pass filter (LPF) 141 that receives a motor torque Tm, and a noise-removed motor torque Tma from which high-frequency noise from the LPF 141 has been removed, and outputs a compensation value CMs.
  • LPF low-pass filter
  • the dynamic characteristic compensation unit 150 includes a dynamic characteristic map 151 of a nonlinear element that inputs a motor angular velocity ⁇ m and outputs a compensation value CMy.
  • the compensation values CMs and CMy are added by the adding unit 131, and the added value is output as a final angle compensation value MP (a compensation value map during learning).
  • the angle compensation value MP is subtracted and input to the subtracting unit 181 and input to the adding unit 191 of the motor shaft angle estimating unit 190.
  • the subtractor 181 outputs the steering shaft estimated angle SSe
  • the adder 191 outputs the motor shaft estimated angle MSe. Diagnose whether the error (absolute value) between the estimated steering shaft angle SSe and the estimated motor shaft angle MSe and each measured value is within the allowable range ⁇ or not, and repeat learning until the error is within the allowable range ⁇ . The learning ends when it falls within the allowable range ⁇ .
  • the static characteristic map 142 of the nonlinear element is the characteristic shown in FIG. 6, and the dynamic characteristic map 151 of the nonlinear element is the characteristic shown in FIG.
  • each characteristic map (142, 151) corresponds to the creation of the map, and for estimating the angle of each part of the electric power steering apparatus, nonlinear factors such as friction and backlash of the mechanical system including the speed reduction mechanism 65 and the steering system It is desirable to compensate at least static characteristics for compensation, and to learn dynamic characteristics after learning static characteristics.
  • each learning may be started by determining that the compensation value is outside the approximate value range of each nominal value shown in FIG. 9 and FIG.
  • the static characteristic map 142 of the nonlinear element is learned (step S10), and is continued until the learning is completed (step S20).
  • the learning is completed.
  • the non-linear element characteristic map 151 is learned (step S30). Learning of the dynamic characteristic map 151 of the nonlinear element (step S30) is continued until learning is completed (for example, FIG. 7) (step S40).
  • the dynamic characteristic map is sufficiently learned for the motor angular velocity region of the electric power steering apparatus, the learning is completed.
  • step S110 The angle compensation value MP is calculated by adding in 131, and the estimated angle is estimated based on the angle compensation value MP (step S110).
  • the steering shaft estimated angle SSe is obtained by subtracting the angle compensation value MP from the motor shaft angle Am, and the motor shaft estimated angle MSe is obtained by adding the steering shaft angle Ap and the angle compensation value MP.
  • step S111 whether or not the error (absolute value) between the estimated angle and the actually measured value is within the allowable range ⁇ is diagnosed according to the above equation 1 (step S111). If it is greater than, for example, it is determined whether or not it is the third time (step S112), and if it is within the second time, the process returns to step S10 and the above operation is repeated.
  • step S112 when it is determined as the third time, it is determined that the steering system or the sensor system is broken (step S113).
  • the setting of the number of repetitions of step S112 can be changed as appropriate.
  • the accuracy of the steering shaft estimated angle SSe and the motor shaft estimated angle MSe can be improved, and it is possible to cope with changes in the surrounding environment such as temperature and aging deterioration of mechanical parts.
  • a temperature sensor may be provided separately to correct the value of each map according to the detected temperature.
  • step S10 The learning operation of the non-linear element static characteristic map 142 in step S10 is the same as in FIG. 14, and the learning operation of the non-linear element dynamic characteristic map 151 in step S30 is the same as in FIG.
  • the column type electric power steering apparatus has been described.
  • the present invention can be similarly applied to a downstream type electric power steering apparatus.

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Abstract

【課題】機構系や操舵系の非線形要素を学習しながら、モータ軸角度とステアリングシャフト角度を高精度に推定し、両方の角度センサの推定角度を利用して、双方の角度センサをバックアップできる安価で高性能な電動パワーステアリング装置を提供する。 【解決手段】車両の操舵系をアシスト制御するモータとステアリングシャフトとが減速機構により接続され、ステアリングシャフトのステアリングシャフト角度を検出する第１角度センサと、モータのモータ軸角度を検出する第２角度センサとを具備する電動パワーステアリング装置において、第１角度センサの実測角度、第２角度センサの実測角度、モータトルク及びモータ角速度に基づき、減速機構を含む非線形要素の特性の学習を繰り返し行って補償値マップを求め、補償値マップを用いてステアリングシャフト角度及びモータ軸角度を推定する。

Description

電動パワーステアリング装置
　本発明は、電流指令値によりモータを駆動制御し、モータの駆動制御により車両の操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、特にステアリングシャフト（ピニオン側）とモータ軸にそれぞれ１つずつ角度センサを搭載し、減速機構を含む機構系や操舵系の非線形要素を必要に応じて学習しながら、モータ軸角度とステアリングシャフト角度を高精度で推定すると共に、実測値と推定値とを比較して故障（異常を含む）を判定し、片方の角度センサが故障した場合、一方の角度センサの検出角度を利用して、他方の角度センサをバックアップすることが可能な電動パワーステアリング装置に関する。
　また、本発明は、非線形要素を静的特性（角度誤差）、動特性（角度誤差）、遅れ（位相誤差）に分け、それら単独若しくはそれらを適宜結合して学習し、学習の結果に基づいて操舵系又はセンサ系の故障（異常を含む）を判定でき、ハンドルの保舵若しくは緩慢操舵から高速操舵まで、広範な対応が可能な電動パワーステアリング装置に関する。
　車両の操舵系にモータの回転力で操舵補助力（アシストトルク）を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機構を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与し、アシスト制御するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、アシストトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。
　電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル（ステアリングホイール）１のステアリングシャフト（コラム軸、ハンドル軸）２は減速機構を構成する減速ギア（ウォームギアとウォーム）３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、ステアリングシャフト２にはトーションバーが介挿されており、トーションバーの捩れ角によりハンドル１の操舵角θを検出する舵角センサ１４、操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してステアリングシャフト２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト制御の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。なお、車速ＶｅｌはＣＡＮ（Controller　Area　Network）等から受信することも可能である。
　コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller　Area　Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。
　コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。
　図２を参照してコントロールユニット３０を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖｅｌは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ－Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御等の電流制御部３５に入力される。電流制御部３５で特性改善された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更にインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０のモータ電流Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ３７は、半導体スイッチング素子としてのＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。
　モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ２１が連結されており、回転センサ２１からモータ回転角度θが出力される。
　また、加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
　上述のような電動パワーステアリング装置においては、近年、信頼性向上や機能冗長化等の要求から、トルクセンサや角度センサを多重化して搭載する場合がある。しかし、コスト低減の要求も同様にあるため、単純にセンサを多重化することは容易ではない。そのため、現状搭載されている限られたセンサを最大限利用して、センサ同士を監視・診断できるような手法が望ましい。また、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトとモータ軸の間は、ウォームギア等の減速機構を介して接続されている。
　また、角度センサを多重化した場合、つまりステアリングシャフト及びモータ軸にそれぞれ角度センサを２系統搭載し、１系統が故障した場合、残ったもう１系統でバックアップすることが考えられる。しかし、一般的に減速機構を含む機構系や操舵系は、摩擦やバックラッシュ、モータ出力軸の弾性カップリング、ウォームホイールとウォームのギア面への予圧、減速機構部の潤滑グリース等の非線形要素を持つため、ステアリングシャフトとモータ軸の角度は相違し、角度誤差が生じる。そのため、一方の角度センサが故障しても、直ちに他方の角度センサでバックアップ(故障時の代用)することができない。
　従来技術として、ＷＯ　２００４／０２２４１４（特許文献１）は、電気機械式操舵系を有する車両のためのトルクを測定するための方法を開示しており、トルクセンサのバックアップ用として考えられている。全体構成としては、駆動操舵機構に接続された入力軸部及び出力軸部と、サーボモータを有するトーションバーを介して接続されている操舵手段とを備えた電気機械式操舵装置である。その構成は、駆動用操舵機構の入力軸部及び出力軸部の間の相対回転変位から、トルク検出を行う電機機械式操舵装置（ディジタル回路もしくはアナログ回路）であるが、舵角（δ）センサの出力とサーボモータの回転角度の２入力で、仮想トルクを検出するセンサを形成しており、仮想トルクから操舵トルクが決定される。
　また、特開２００５－２７４４８４号公報（特許文献２）では、舵角センサを複数（３個）搭載して冗長系を構成している。
ＷＯ　２００４／０２２４１４ 特開２００５－２７４４８４号公報
　しかしながら、特許文献１の装置では、バックアップの系統としては、舵角センサの故障に対して、サーボモータのロータ回転情報によりバックアップを行うことができるが、両センサに対して相互の故障診断とバックアップは不可能である。また、特許文献２の例では、操舵系周りが大型化するので、装置の車両搭載性が悪化し、一般的にコストアップとなる問題がある。
　本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、減速機構を含む機構系や操舵系の非線形要素を学習しながら、モータ軸角度とステアリングシャフト角度（ピニオン側）を高精度に推定し、両方の角度センサの推定角度を利用して、双方の角度センサをバックアップできる安価で高性能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。
　また、機構系や操舵系が有する非線形要素の学習については、静的特性、動特性及び遅れの要因に分け、静的特性のみの場合、静的特性＋動特性の場合、静的特性＋動特性＋遅れの場合について考慮した学習形態を提供し、ハンドルの保舵にも対応でき、操舵速度の遅い緩慢操舵から高速操舵まで広範囲に対応可能であり、更に温度、経時変化等の環境変化にも対応可能な電動パワーステアリング装置を提供する。
　本発明は、車両の操舵系をアシスト制御するモータとステアリングシャフトとが減速機構により接続され、前記ステアリングシャフトのステアリングシャフト角度を検出する第１角度センサと、前記モータのモータ軸角度を検出する第２角度センサとを具備する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記第１角度センサの実測角度、前記第２角度センサの実測角度、モータトルク及びモータ角速度に基づき、前記減速機構を含む非線形要素の特性の学習を繰り返し行って補償値マップを求め、前記補償値マップを用いて前記ステアリングシャフト角度及び前記モータ軸角度を推定することにより達成される。
　また、本発明は、車両の操舵系をアシスト制御するモータとステアリングシャフトとが減速機構により接続され、前記ステアリングシャフトのピニオン側のステアリングシャフト角度を検出する第１角度センサと、前記モータのモータ軸角度を検出する第２角度センサと、前記モータのモータ電流を検出する電流検出部とを具備する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータ電流に基づくモータトルク、前記ステアリングシャフト角度、前記モータ軸角度に基づくモータ角速度により、前記減速機構を含む非線形要素の特性の学習を繰り返し行い、補償値マップを演算する非線形要素の非線形論理部と、前記補償値マップ及び前記モータ軸角度を用いて前記ステアリングシャフト推定角度を推定するステアリングシャフト角度推定部と、前記補償値マップ及び前記ステアリングシャフト角度を用いて前記モータ軸推定角度を推定するモータ軸角度推定部とを具備したことにより達成される。
　本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、減速機構を含む機構系や操舵系の非線形要素を必要に応じて学習しながら補償値マップを求め、補償値マップに基づいてモータ軸角度とステアリングシャフト角度（ピニオン側）を高精度に推定し、両方の角度センサの推定角度を利用して、一方が故障（異常を含む）した場合に、相互に双方の角度センサをバックアップすることができる。
　ステアリングシャフト角度の推定角度とモータ軸の推定角度を用いて、故障診断と機能継続を実施することにより、センサ数を1つ減らすことが可能となる。例えば故障診断とアシスト制御継続を実施するには、特許文献２に開示されているように、角度センサを３重系にする必要があるが、推定角度を用いることにより、２重系で構成可能である。
電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の操舵系の角度センサの配設例を示す模式図である。 本発明のコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る非線形要素の非線形学習論理部及びステアリングシャフト角度推定部、モータ軸角度推定部の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 非線形要素の静的特性マップ（学習完了）の特性例を示す線図である。 非線形要素の動特性マップ（学習完了）の特性例を示す線図である。 非線形要素の遅れ特性マップ（学習完了）の特性例を示す線図である。 非線形要素の静的特性マップのノミナル値の設定例を示す線図である。 非線形要素の動特性マップのノミナル値の設定例を示す線図である。 非線形要素の遅れ特性マップのノミナル値の設定例を示す線図である。 非線形要素についての学習方法の一例を示すフローチャートである。 静的特性マップの学習部の構成例を示すブロック図である。 静的特性マップの学習動作例を示すフローチャートである。 動特性マップの学習部の構成例を示すブロック図である。 動特性マップの学習動作例を示すフローチャートである。 遅れ特性マップの学習部の構成例を示すブロック図である。 マルチ遅延部の動作例を示すタイミングチャートである。 相互相関部の処理例を示す入出力関係図である。 遅れ特性マップの学習動作例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の効果（補償無し、静的特性補償、静的特性補償＋動特性補償＋遅れ特性補償）を説明する特性図である。 本発明の第２実施形態の構成例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態の動作例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の効果（補償無し、静的特性補償）を説明する特性図である。 本発明の第３実施形態の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態の動作例を示すフローチャートである。
　本発明は、減速機構を含む機構系や操舵系の摩擦やバックラッシュ、モータ出力軸の弾性カップリング、ウォームホイールとウォームのギア面への予圧、ギア部の潤滑グリース、ギア面の当たり具合（撓み）等の非線形要素を必要に応じて学習しながら、モータ軸の角度とステアリングシャフト(ピニオン側)の角度を高精度に推定し、両方の角度センサの推定角度を利用して、一方の角度センサが故障（以下、「異常」を含む）した場合、他方の角度センサをバックアップすること、アシスト制御を継続することを特徴としている。双方の角度センサのバックアップ論理は共通であり、学習により同定した非線形補償の補償値マップはＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに格納しておくことで、エンジン再始動後においても、即時に角度センサをバックアップすることが可能である。
　また、製品出荷時に、経験等に基づくノミナル値をＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに初期値として格納しておき、イグニションキーをＯＮしたときの実際の補償値がノミナル値の近似値範囲を超えた場合（学習が必要な場合）に、静的特性学習、動特性学習、遅れ特性学習を行う。ノミナル値は、車両の仕向け先（輸出国や地域等）の環境（主には現地の気候による温度や湿度データ）に適応するように、予めチューニングをされたデータが入力されている。
　また、各センサからの検出信号の受信毎にタイムスタンプを付与することによって正確な同期をとり、角度誤差を抑制し、舵角検出が成立する操舵速度を高くするようにしても良い（例えば特開２０１４－２１０４７１号）。タイムスタンプは、ステアリングシャフトに取付けられた角度センサの検出周期（例えば５００μｓ）と、モータ軸に取付けられたレゾルバやＭＲセンサ等の検出周期（例えば２５０μｓ）とが異なる場合に、両者の同期をとって検出精度を上げる上で特に有効である。
　以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
　本発明では図３に示すように、ハンドル（ステアリングホイール）６０で操舵されるステアリングシャフト６１のトーションバー６２に対して、ステアリングシャフト６１のハンドル側にハンドル側角度センサ６３と、ステアリングシャフト６１のピニオン側にピニオン側角度センサ６４とを設けており、ピニオン側角度センサ６４からはステアリングシャフト角度Ａｐが出力される。ステアリングシャフト６１はウォームギア等の減速機構６５を介してモータ６６に接続され、モータ６６には、モータ軸角度Ａｍを検出するモータ軸角度センサ６７（例えばレゾルバ、ＭＲセンサ）及びモータ電流Ｉｍを検出するモータ電流検出器（図示せず）が設けられている。なお、モータ軸と減速機構６５の連結部には、弾性カップリング（図示せず）が設けられている。
　本発明では、ステアリングシャフト（ピニオン側）６１とモータ軸にそれぞれ１つずつ角度センサ（６４，６７）を搭載し、片方の角度センサが故障した場合、一方の角度センサの検出角度を利用して、他方の角度センサをバックアップすること並びにアシスト制御を継続することを考える。ピニオン側角度センサ６４からのステアリングシャフト角度Ａｐ、モータ軸角度センサ６７からのモータ軸角度Ａｍ、モータ電流検出器からのモータ電流Ｉｍはコントロールユニット（ＥＣＵ）１００に入力される。
　なお、ハンドル側角度センサ６３からも検出角度が出力されるが、本発明には直接的に関連していないので、説明を省略する。
　ステアリングシャフト６１とモータ６６の回転軸は、ウォームとウォームギア等で成る減速機構６５を介して接続されているが、減速機構６５を含む機構系や操舵系は多くの非線形要素を含んでいる。即ち、機構系や操舵系は、摩擦やバックラッシュを含むと共に、モータ出力軸の弾性カップリング、ウォームホイールとウォームのギア面への予圧、ギア部の潤滑グリース、ギア面の当たり具合（撓み）等の非線形要素を含むため、一方の角度センサが故障した時に、他方の角度センサの検出値を単純に置き換えるだけではバックアップできない。そこで、本発明では、減速機構６５を含む機構系や操舵系の非線形要素を繰り返し学習することにより、互いに他方の角度センサの出力角度を推定する。このような機能を実施するコントロールユニット（ＥＣＵ）１００の構成例を図４に示す。
　モータ電流Ｉｍはモータトルク演算部１１０に入力され、演算されたモータトルクＴｍは非線形要素の非線形学習論理部１３０に入力され、モータ軸角度Ａｍはモータ角速度演算部１２０に入力され、演算されたモータ角速度ωｍは非線形要素の非線形学習論理部１３０に入力される。また、非線形要素の非線形学習論理部１３０で演算された角度補償値ＭＰは、ステアリングシャフト角度推定部１８０及びモータ軸角度推定部１９０に入力される。ピニオン側のステアリングシャフト角度Ａｐは非線形要素の非線形学習論理部１３０に入力されると共に、モータ軸角度推定部１９０に入力される。また、モータ軸角度Ａｍはモータ角速度演算部１２０に入力されると共に、非線形要素の非線形学習論理部１３０及びステアリングシャフト角度推定部１８０に入力される。ステアリングシャフト角度推定部１８０からはステアリングシャフト推定角度ＳＳｅが出力され、モータ軸角度推定部１９０からはモータ軸推定角度ＭＳｅが出力される。
　次に、センサの故障診断（異常診断を含む）とバックアップ（アシスト制御継続）の関係を、各場合に分けて説明する。
（１）故障診断及びバックアップを行う場合：
　この場合には、角度センサを２重系とし、推定した推定角度が必要である。
（１－１）．ステアリングシャフト角度の場合
　センサ構成は、ステアリングシャフトの角度センサを２重系（ピニオン側角度センサ６４－１（ステアリングシャフト角度Ａｐ１），６４－２（ステアリングシャフト角度Ａｐ２））とし、ステアリングシャフト推定角度ＳＳｅを用いる。故障診断は、ステアリングシャフト角度Ａｐ１及びＡｐ２、ステアリングシャフト推定角度ＳＳｅの３つで多数決により行い、例えばピニオン側角度センサ６４－１（ステアリングシャフト角度Ａｐ１）が故障した場合、ピニオン側角度センサ６４－２のステアリングシャフト角度Ａｐ２を用いてバックアップ（アシスト制御継続）する。
（１－２）．モータ軸角度の場合
　センサ構成は、モータ軸の角度センサを２重系（モータ軸角度センサ６７－１（モータ軸角度Ａｍ１），６７－２（モータ軸角度Ａｍ２））とし、モータ軸推定角度ＭＳｅを用いる。故障診断は、モータ軸角度Ａｍ１及びＡｍ２、モータ軸推定角度ＭＳｅの３つで多数決により行い、例えばモータ軸角度センサ６７－１（モータ軸角度Ａｍ１）が故障した場合、モータ軸角度センサ６７－２のモータ軸角度Ａｍ２を用いてバックアップ（アシスト制御継続）する。
（２）故障診断のみの場合：
　この場合にはバックアップはなく、１つの角度センサと推定した推定角度が必要である。
（２－１）．ステアリングシャフト角度の場合
　センサ構成は、ステアリングシャフトのステアリングシャフト角度センサ６４（ステアリングシャフト角度Ａｐ）とステアリングシャフト推定角度ＳＳｅであり、故障診断は、ステアリングシャフト角度Ａｐとステアリングシャフト推定角度ＳＳｅを比較して行い、ステアリングシャフト角度センサ６４が故障した場合には、アシスト制御を停止する。
（２－２）．モータ軸角度の場合
　センサ構成は、モータ軸のモータ軸角度センサ６７（モータ軸角度Ａｍ）とモータ軸推定角度ＭＳｅであり、故障診断は、モータ軸角度Ａｍとモータ軸推定角度ＭＳｅを比較して行い、モータ軸角度センサ６７が故障した場合には、アシスト制御を停止する。
　ステアリングシャフト角度推定部１８０及びモータ軸角度推定部１９０における角度推定は、大きく分けて静的特性補償と動特性補償の２つに分けることができる。静的特性補償は、ハンドルを保舵した時の静特性の角度補償と、車を運転していて、交差点で一旦停止後、ゆっくり安全確認して右折若しくは左折するような場合のように、５［deg/s］以下のハンドルをゆっくり回す緩慢操舵時の動特性の角度補償であり、モータトルクＴｍ（若しくはローパスフィルタ（ＬＰＦ）を経たノイズ除去済みモータトルクＴｍａ）を入力とする静的特性マップにより静的特性の補償値ＣＭｓを演算する。また、動特性補償は、人が飛び出して来て急ハンドルを切った場合のように、ハンドルがある速度（５０［deg/s］）以上で操舵された場合の角度補償であり、モータ角速度ωｍを入力とする動特性マップによる動特性の補償値ＣＭｙに、モータトルクＴｍ（ノイズ除去済みモータトルクＴｍａ）に応じた遅れ時間を考慮して動特性全体の補償値ＣＭｄを演算する。
　図５は、非線形要素の非線形学習論理部１３０及びステアリングシャフト角度推定部１８０、モータ軸角度推定部１９０の構成例（第１実施形態）を示しており、非線形要素の非線形学習論理部１３０は、補償値ＣＭｓを演算する静的特性補償部１４０と、補償値ＣＭｄを演算する動特性補償部１５０と、補償値ＣＭｓ及びＣＭｄを加算して角度補償値ＭＰを出力する加算部１３１とで構成されている。静的特性補償部１４０は、モータトルクＴｍを入力するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４１と、ＬＰＦ１４１からの高周波ノイズを除去されたノイズ除去済みモータトルクＴｍａを入力して、補償値ＣＭｓを出力する非線形要素の静的特性マップ（学習完了）１４２とで構成されている。ＬＰＦ１４１は、誤学習を防止するために必要である。モータトルクＴｍはモータに流れている電流そのものであり、モータ電流にはリップル電流分、ホワイトノイズ、高調波等が混入されているので、ＬＰＦ処理を行わないと、ノイズの大きい部分（ピーク）をサンプリング（例えば２５０μｓ毎）してしまい、静的特性マップ１４２が歪んでしまう場合もある。そのため、カットオフ周波数２０～３０ＨｚのＬＰＦを採用している。
　また、動特性補償部１５０は、モータ角速度ωｍを入力して補償値ＣＭｙを出力する非線形要素の動特性マップ１５１と、非線形要素の動特性マップ１５１から出力される補償値ＣＭｙ及びＬＰＦ１４１からのノイズ除去済みモータトルクＴｍａを入力して、補償値ＣＭｄを出力する非線形要素の遅れ特性マップ（学習完了）１５２とで構成されている。補償値ＣＭｓ及びＣＭｄは加算部１３１で加算され、加算値が、最終的な角度補償値ＭＰ（学習中は補償値マップ）として出力される。
　角度補償値ＭＰはステアリングシャフト角度推定部１８０の減算部１８１に減算入力されると共に、モータ軸角度推定部１９０の加算部１９１に加算入力される。減算部１８１は、モータ軸角度Ａｍから角度補償値ＭＰを減算してステアリングシャフト推定角度ＳＳｅを出力し、加算部１９１は、ステアリングシャフト角度Ａｐと角度補償値ＭＰを加算してモータ軸推定角度ＭＳｅを出力する。角度補償値ＭＰは静的特性補償部１４０及び動特性補償部１５０の角度の差であり、静的特性補償部１４０及び動特性補償部１５０には、モータ基準とするモータトルクＴｍ及びモータ角速度ωｍがそれぞれ入力されているので、角度補償値ＭＰは、ステアリングシャフト角度推定部１８０に減算入力されると共に、モータ軸角度推定部１９０に加算入力される。
　その後、ステアリングシャフト推定角度ＳＳｅ及びモータ軸推定角度ＭＳｅと各実測値との誤差（絶対値）が許容範囲ε以内であるか否かを診断し、許容範囲ε以内となるまで学習を繰り返し、許容範囲ε以内となった時点で学習は終了となる。即ち、下記数１に従って診断を行い、数１が成立すれば学習を終了し、数１が成立しない場合には所定回数（例えば２回）だけ学習を繰り返す。数１では、ステアリングシャフト推定角度ＳＳｅとステアリングシャフト角度Ａｐとの差の絶対値が許容範囲ε１以内であるかを判定すると共に、モータ軸推定角度ＭＳｅとモータ軸角度Ａｍとの差の絶対値が許容範囲ε２以内であるかを判定する。繰り返し学習することで推定角度の精度を高めることができ、周囲の環境変化（温度や湿気など）や機構部品の経年変化などにも対応することができる。なお、許容範囲は、ε１＝ε２であっても良い。
（数１）
｜ＳＳｅ－Ａｐ｜≦ε１
｜ＭＳｅ－Ａｍ｜≦ε２
　
　なお、学習を繰り返しても、数１の両方又は一方が成立しない場合には、操舵系若しくはセンサ系のいずれか一方が故障乃至異常であると判定する。
　非線形要素の静的特性マップ１４２は図６に示すように、モータトルクＴｍがＴｍ１（＝０）から正負方向に大きくなるに従って、角度誤差である補償値（ＣＭｓ）がそれぞれ徐々に非線形に大きくなる特性であり、モータトルクＴｍ１（＝０）近辺において急激に大きく増加減する。非線形要素の動特性マップ１５１は図７に示すように、モータ角速度ωｍが０から正負方向に大きくなるに従って、それぞれ角度誤差である補償値（ＣＭｙ）が徐々に非線形に大きくなる特性であり、モータ角速度－ωｍ１～＋ωｍ２の範囲（例えば５０［deg/s］）、つまり０近辺においてほぼ平坦な特性になっており、平坦部分は静的特性でカバーできる。温度が高くなると粘性が低下するので、破線で示すように補償値も低下する。
　また、非線形要素の遅れ特性マップ１５２は図８に示すように、ＬＰＦ１４１からのモータトルクＴｍａが大きくなるに従って、位相誤差である補償値（ＣＭｄ）が徐々に非線形に小さくなる特性であり、モータトルクＴｍａ１（０）近辺において急激に大きく減少し、最終的にはほぼ０に収束する。遅れ特性マップ１５２の温度特性も、温度が高くなると粘性が低下するので、破線で示すように補償値も低下する。
　各特性マップ（１４２，１５１，１５２）の学習は、マップの作成に対応する。マップは横軸（モータトルクＴｍ，モータ角速度ωｍ、モータトルクＴｍａ）に対して、広範囲（例えば一方（正側）のラックエンド近傍から他方（負側）のラックエンド近傍まで）で学習した方が、誤差が小さくなる。つまり、特定のポイント（例えば図６において、ポイントｓ５（Ｔｍ１＝０，ＣＭｓ５＝０）付近）のみで学習しても意味がない。マップのポイント数は、マイコンのＲＡＭやＲＯＭの容量やＣＰＵの演算速度に依存するので断定できないが、横軸に対して、ある程度の範囲を網羅したときに学習完了としている。図６～図８の例では、いずれも横軸を１０分割して、１１ポイント学習できたら完了としている。
　なお、学習は特性変化が大きい領域で、できるだけ密に行い、変化の小さい領域では粗に行う。
　電動パワーステアリング装置の各部の角度推定には、減速機構６５を含む機構系や操舵系の摩擦やバックラッシュ等の上述した全ての非線形要素を補償する必要があり、補償のためには少なくとも静的特性の学習を行い、静的特性の学習の後に動特性の学習をすることが望ましく、更に遅れの学習を行うようにすることもできる。
　また、製品出荷時には学習データを取得できないので、図９～図１１に示すような経験等に基づいたノミナル値を、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに予め格納しておき、破線で示すノミナル値の近似値範囲の外のときに、各学習を実施するようにする。ノミナル値は、車両の仕向け先（輸出国や地域等）の環境（主には現地の気候による温度や湿度データ）に適応するように、予めチューニングしたデータを採用する。図９は非線形要素の静的特性マップのノミナル値（ｎｓ０～ｎｓ１０）の設定例を示す線図であり、破線は学習の必要の有無を判定する近似値範囲を示している。図１０は、非線形要素の動特性マップのノミナル値（ｎｙ０～ｎｙ１０）の設定例を示す線図であり、破線は学習の必要の有無を判定する近似値範囲を示している。また、図１１は、非線形要素の遅れ特性マップのノミナル値（ｎｄ０～ｎｄ１０）の設定例を示す線図であり、破線は学習の必要の有無を判定する近似値範囲を示している。
　ここでは、静的特性の学習の後に動特性の学習を行い、更に遅れの学習を行い、これら学習結果に基づいて角度推定を行う全体の動作例（第１実施形態）を、図１２のフローチャートを参照して説明する。
　先ず始めにイグニションキーがＯＮされると角度検出を行い（ステップＳ１）、演算された補償値が図９に示すノミナル値の近似値範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。図９の例では補償値Ａ１及びＡ２が範囲外であり、補償値Ｂ１及びＢ２が範囲内である。補償値が近似値範囲外であると判定された場合に、非線形要素の静的特性マップ１４２の学習を行い（ステップＳ１０）、学習完了となるまで継続する（ステップＳ２０）。電動パワーステアリング装置のモータトルク領域に対して十分に静的特性マップが学習できたとき（例えば図６）に、学習完了となる。非線形要素の静的特性マップ１４２の学習完了後、非線形要素の動特性マップ１５１の学習（ステップＳ３０）と非線形要素の遅れ特性マップ１５２の学習（ステップＳ５０）を並行して実施する。
　非線形要素の動特性マップ１５１の学習（ステップＳ３０）及び非線形要素の遅れ特性マップ１５２の学習（ステップＳ５０）についても、それぞれ図１０及び図１１に示すノミナル値の近似値範囲の内外を判定し、補償値が近似値範囲の外のときに学習を実施するが、この判定を省いて学習を行うようにしても良い。図１２では、判定動作を省略している。
　通常は非線形要素の動特性マップ１５１の学習後に非線形要素の遅れ特性マップ１５２の学習を行う。非線形要素の動特性マップ１５１の学習（ステップＳ３０）は学習完了となる（例えば図７）まで継続され（ステップＳ４０）、非線形要素の遅れ特性マップ１５２の学習（ステップＳ５０）は学習完了となる（例えば図８）まで継続される（ステップＳ６０）。電動パワーステアリング装置のモータ角速度ωの領域に対して、十分に動特性マップが学習できたら学習完了となり、モータトルクＴｍａの領域に対して、十分に遅れ特性マップが学習できたら学習完了となる。
　そして、全てのマップの学習、つまり非線形要素の動特性マップ１５１の学習及び非線形要素の遅れ特性マップ１５２の学習が完了したとき（ステップＳ７０）、補償値マップが作成されるので、静的特性補償部１４０からの補償値ＣＭｓ及び動特性補償部１５０からの補償値ＣＭｄを加算部１３１で加算して角度補償値ＭＰを演算し、角度補償値ＭＰに基づいて推定角度を推定する（ステップＳ７１）。ステアリングシャフト推定角度ＳＳｅは、モータ軸角度Ａｍから角度補償値ＭＰを減算することによって求められ、モータ軸推定角度ＭＳｅは、ステアリングシャフト角度Ａｐと角度補償値ＭＰを加算することによって求められる。その後、推定角度と実測値の誤差（絶対値）が許容範囲εであるか否かを、上記数１に従って診断し（ステップＳ７２）、許容範囲ε以内であれば学習は終了となり、許容範囲εよりも大きい場合には、Ｎ回目（例えば３回目）であるか否かを判定し（ステップＳ８０）、Ｎ回目に満たない場合には上記ステップＳ１０にリターンして上記動作を繰り返す。
　上記ステップＳ８０において、Ｎ回目と判定された場合には操舵系若しくはセンサ系が故障していると判定する（ステップＳ８１）。なお、上記ステップＳ８０の繰り返し回数Ｎの設定は適宜変更可能である。
　繰り返し学習することでステアリングシャフト推定角度ＳＳｅ及びモータ軸推定角度ＭＳｅの精度を高めることができると共に、温度等の周囲の環境変化や機構部品の経年劣化等にも対応することができる。繰り返し学習することで温度等の環境変化にも対応しているが、温度センサを別途設けて、検出温度に応じて各マップの値を補正するようにしても良い。
　上記各学習に必要な入力信号は、モータトルクＴｍ、モータ角加速度αｍ、モータ角速度ωｍ、モータ軸角度Ａｍ、ステアリングシャフト角度Ａｐである。
　次に、上記ステップＳ１０における非線形要素の静的特性マップ１４２の学習について説明する。
　非線形要素の静的特性マップ１４２は図６に示すように、横軸がモータトルクＴｍであり、縦軸がモータ軸角度Ａｍ及びステアリングシャフト角度Ａｐの角度偏差である補償値ＣＭｓである。非線形要素の静的特性マップ１４２の構成は、例えば図１３に示すように静的特性学習判定部１４３及び静的特性学習論理部１４４で構成されている。
　モータ角速度ωｍは静的特性学習判定部１４３に入力され、静的特性学習判定部１４３は後述の判定に従って学習判定信号ＬＤ１を出力する（ＯＮ／ＯＦＦ）。また、静的特性学習論理部１４４は、減算部１４４－１、加算平均部１４４－１及び１４４－２、非線形要素の静的性マップ作成部１４４－４で構成されている。ＬＰＦ１４１からのノイズを除去されたノイズ除去済みモータトルクＴｍａは加算平均部１４４－２に入力され、ステアリングシャフト角度Ａｐ及びモータ軸角度Ａｍは減算部１４４－１に入力され、その角度誤差が加算平均部１４４－３に入力される。学習判定信号ＬＤ１は静的特性学習論理部１４４に入力され、加算平均部１４４－１及び１４４－２で求められた加算平均値ＭＮ１及びＭＮ２は非線形要素の静的特性マップ作成部１４４－４に入力される。
　このような構成において、その動作例（静特性マップ学習）を図１４のフローチャートを参照して説明する。
　静的特性学習論理部１４４の静的特性学習は、ハンドルが保舵状態若しくは５［deg/s］以下の緩慢操舵(モータ角速度ωｍがほぼゼロの状態)となった時、つまり静的特性学習判定部１４３が、モータ角速度ωｍがほぼゼロの状態になったことを判定して学習判定信号ＬＤ１をＯＮし、学習判定信号ＬＤ１のＯＮが静的特性学習論理部１４４に入力された時に、学習が始まる（ステップＳ１１）。学習が開始されると、ステアリングシャフト角度Ａｐ及びモータ軸角度Ａｍの偏差Ｄｐが減算部１４４－１で算出され（ステップＳ１２）、偏差Ｄｐは加算平均部１４４－３に入力され、加算平均部１４４－３で加算平均値ＭＮ２が算出される（ステップＳ１３）。また、ＬＰＦ１４１からのノイズ除去済みモータトルクＴｍａも加算平均部１４４－２に入力され、加算平均部１４４－２で加算平均値ＭＮ１が算出される（ステップＳ１４）。加算平均値ＭＮ１及びＭＮ２の算出順番は逆であっても良い。加算平均値ＭＮ１及びＭＮ２は非線形要素の静的特性マップ作成部１４４－４（図５の非線形要素の静的特性マップ１４２に対応）に入力され、逐次最小二乗法等の計算を用いて非線形要素の静的特性マップ１４２が更新される（ステップＳ１５）。
　このように保舵状態若しくは緩慢操舵が一定時間継続されたとき、逐次最小二乗法等の計算を用いて非線形要素の静的特性マップ１４２が更新され、電動パワーステアリング装置のモータトルク領域に対して十分に静的特性マップが学習できたときに、学習完了とする。
　次に、上記ステップＳ３０における動特性マップの学習について説明する。
　動特性マップは図７に示すように、横軸がモータ角速度ωｍであり、縦軸がモータ軸角度Ａｍｓ（静特性補償後）及びステアリングシャフト角度Ａｐの角度偏差である補償値ＣＭｙである。非線形要素の動特性マップ１５１の構成は、例えば図１５である。
　モータ角加速度αｍは動特性学習判定部１４５に入力され、モータトルクＴｍはＬＰＦ１４１を経て動特性学習判定部１４５に入力されると共に、非線形要素の静的特性マップ１４６－１に入力される。動特性学習判定部１４５は、所定条件（モータ角加速度αｍがほぼゼロであり、モータトルクＴｍ（Ｔｍａ）がある程度大きい状態)で学習判定信号ＬＤ２を出力する（ＯＮ／ＯＦＦ）。また、動特性学習論理部１４６は、非線形要素の静的特性マップ１４６－１、加算部１４６－２、減算部１４６－３、加算平均部１４６－４及び１４４－５、非線形要素の動特性マップ作成部１４６－６（図５の非線形要素の動特性マップ１５１に対応）で構成されている。モータ角速度ωｍは加算平均部１４６－４に入力され、ステアリングシャフト角度Ａｐは減算部１４６－３に加算入力され、モータ軸角度Ａｍは加算部１４６－２に入力される。加算部１４６－２には非線形要素の静的特性マップ１４６－１からの補償値ＣＭｓが入力され、その加算値（静的特性補償後のモータ軸角度）Ａｍｓが減算部１４６－３に減算入力される。減算部１４６－３で算出された偏差Ｄｍ（＝Ａｐ－Ａｍｓ）は加算平均部１４６－５に入力される。学習判定信号ＬＤ２は動特性学習論理部１４６に入力され、加算平均部１４６－４及び１４６－５で求められた加算平均値ＭＮ３及びＭＮ４は、非線形要素の動特性マップ作成部１４６－６に入力される。
　このような構成において、その動作例（動特性マップ学習）を図１６のフローチャートを参照して説明する。
　動特性学習論理部１４６の動特性学習は、モータ角加速度αｍがほぼゼロであり、ウォームギアとモータギアが堅く噛み合っている状態(ＬＰＦ１４１からのノイズ除去済みモータトルクＴｍａがある程度大きい状態)の時に、学習判定信号ＬＤ２をＯＮして動特性学習論理部１４６に入力し、この時から学習が始まる（ステップＳ３１）。学習が開始されると、ＬＰＦ１４１からのノイズ除去済みモータトルクＴｍａが非線形要素の静的特性マップ１４６－１に入力され、静的特性補償が実施される（ステップＳ３２）。静的特性補償の補償値ＣＭｓは加算部１４６－２に入力され、静的特性補償後のモータ軸角度Ａｍとの加算値Ａｍｓが求められ、加算値Ａｍｓが減算部１４６－３に減算入力される。減算部１４６－３で、ステアリングシャフト角度Ａｐとの偏差Ｄｍ（＝Ａｐ－Ａｍｓ）が算出され（ステップＳ３３）、偏差Ｄｍが加算平均部１４６－５に入力され、加算平均部１４６－５で加算平均値ＭＮ４が算出される（ステップＳ３４）。また、モータ角速度ωｍも加算平均部１４６－４に入力され、加算平均部１４６－４で加算平均値ＭＮ３が算出される（ステップＳ３５）。加算平均値ＭＮ３及びＭＮ４の算出順番は逆であっても良い。加算平均値ＭＮ３及びＭＮ４は非線形要素の動特性マップ作成部１４６－６に入力され、学習条件が一定時間継続されたら、逐次最小二乗法等の計算を用いて非線形要素の動特性マップ１５１が更新される（ステップＳ３６）。このように、電動パワーステアリング装置のモータ角速度領域に対して十分に動特性マップが学習できたら、学習完了とする。
　次に、上記ステップＳ５０における遅れ特性マップの学習について説明する。
　遅れ特性マップは図８に示すように、横軸がモータトルクＴｍａであり、縦軸がモータ軸角度Ａｍｓ（静的特性補償後）及びステアリングシャフト角度Ａｐの位相偏差である補償値ＣＭｄである。遅れ特性マップの構成は、例えば図１７である。
　ＬＰＦ１４１を経たノイズ除去済みモータトルクＴｍａは遅れ特性学習判定部１４７に入力されると共に、非線形要素の静的特性マップ１４８－１に入力される。遅れ特性学習判定部１４７からは所定条件（モータトルクＴｍ（Ｔｍａ）が所定値以下に小さくなった時）で学習判定信号ＬＤ３が出力され（ＯＮ／ＯＦＦ）、学習判定信号ＬＤ３は遅れ特性学習論理部１４８に入力される。遅れ特性学習論理部１４８は、非線形要素の静的特性マップ１４８－１（図１５の１４６－１）、加算部１４８－２、減算部１４８－３、加算平均部１４８－５、マルチ遅延部１４８－４、相互相関部１４８－６、非線形要素の遅れ特性マップ作成部１４８－７で構成されている。モータトルクＴｍは加算平均部１４８－５に入力され、モータ角速度ωｍはマルチ遅延部１４８－４に入力され、そのマルチ遅延出力ＭＤは相互相関部１４８－６に入力される。また、ステアリングシャフト角度Ａｐは減算部１４８－３に加算入力され、モータ軸角度Ａｍは加算部１４８－２に入力される。加算部１４８－２には非線形要素の静的特性マップ１４８－１からの補償値ＣＭｓが入力され、その加算値（静的特性補償後のモータ軸角度）Ａｍｓが減算部１４８－３に減算入力される。減算部１４８－３で算出された偏差Ｄｄは、相互相関部１４８－６に入力される。相互相関部１４８－６は、マルチ遅延部１４８－４からのマルチ遅延出力ＭＤ及び偏差Ｄｄに基づいて相互相関処理を行い、相関が一番高い遅れ時間を探索する。相互相関は、２つの入力信号の類似性を解析するため、一定の解析時間が必要となる。
　図１８はマルチ遅延部１４８－４の動作例を示しており、マルチ遅延部１４８－４はモータ角速度ωｍの入力に対して、各遅延器（Ｚ－１）により所定遅延時間ずつ遅れたマルチ遅延モータ角速度ωｄ０、ωｄ１、・・・ωｄ１０を出力する。マルチ遅延部１４８－４から出力されたマルチ遅延モータ角速度ＭＤ（ωｄ０～ωｄ１０）は、ステアリングシャフト角度（静的特性補償後）Ｄｄと共に相互相関部１４８－６に入力され、相互相関部１４８－６は図１９に示すように参照信号としてのステアリングシャフト角度Ｄｄとマルチ遅延部１４８－４からのマルチ遅延モータ角速度ＭＤ（ωｄ０～ωｄ１０）の相関関数を計算し、相関の一番大きいマルチ遅延器の遅延時間をマップに反映させる。
　学習判定信号ＬＤ３は遅れ特性学習論理部１４８に入力され、加算平均部１４８－５で求められた加算平均値ＭＮ５、相互相関部１４８－６の出力である相互相関値ＭＬも非線形要素の遅れ特性マップ作成部１４８－７に入力される。
　このような構成において、その動作例（遅れ特性マップ学習）を図２０のフローチャートを参照して説明する。
　モータトルクＴｍａ（又はＴｍ）が小さい領域は、バックラッシュの影響が大きく遅れ時間が大きい。一方、モータトルクＴｍａ（又はＴｍ）が大きい領域は、ウォームとモータとの間のギア同士がしっかり噛み合っており、遅れ時間が小さくなる。従って、遅れ特性学習論理部１４８の遅れ特性学習は、上記条件に従い、モータトルクＴｍａ（又はＴｍ）が所定値以下に小さくなった時に、学習判定信号ＬＤ３をＯＮして遅れ特性学習論理部１４８に入力し、この時から学習が始まる（ステップＳ５１）。
　学習が開始されると、ＬＰＦ１４１からのノイズ除去済みモータトルクＴｍａが非線形要素の静的特性マップ１４８－１に入力され、非線形要素の静的特性マップ１４８－１による静的特性補償が実施される（ステップＳ５２）。静的特性補償の補償値ＣＭｓは加算部１４８－２に入力され、モータ軸角度Ａｍとの加算値（静的特性補償後のモータ軸角度）Ａｍｓが減算部１４８－３に減算入力され、減算部１４８－３でステアリングシャフトＡｐとの偏差Ｄｄが算出され（ステップＳ５３）、偏差Ｄｄが相互相関部１４８－６に入力される。また、モータ角速度ωｍはマルチ遅延部１４８－４に入力され、遅延時間の異なる複数のマルチ遅延モータ角速度ＭＤ（ωｄ０～ωｄ１０）を計算し（ステップＳ５４）、そのマルチ遅延モータ角速度ＭＤが相互相関部１４８－６に入力されて相互相関処理を行う（ステップＳ５５）。相互相関部１４８－６は遅延量が異なる複数のマルチ遅延モータ角速度から相関が一番大きい遅れ時間を探索し、相関係数ＭＬを出力する。
　また、モータトルクＴｍａは加算平均部１４８－５に入力され、加算平均値ＭＮ５が算出される（ステップＳ５６）。加算平均値ＭＮ５と、相関係数ＭＬの算出順番は逆であっても良い。加算平均値ＭＮ５及び相関係数ＭＬは非線形要素の遅れ特性マップ作成部１４８－７に入力され、学習条件が一定時間継続されたら、逐次最小二乗法等の計算を用いて遅れ特性マップ１５２を更新する（ステップＳ５７）。このように、電動パワーステアリング装置のモータトルク領域に対して十分に遅れ特性マップが学習できたら、学習完了とする。
　なお、図５の静的特性マップ１４２は図１３の静的特性マップ作成部１４４－４に対応するものであり、図５の動特性マップ１５１は図１５の動特性マップ作成部１４６－６に対応するものであり、図５の遅れ特性マップ１５２は図１７の遅れ特性マップ作成部１４８－７に対応するものである。図５は学習が完了したマップであり、図１３、図１５、図１７は学習中のマップであり、この意味から別々の参照符号を付している。
　次に、本発明（第１実施形態）の効果を、図２１を参照して説明する。
　横軸は時間であり、縦軸は角度誤差(モータ軸角度とステアリングシャフト角度の差分)を示している。時点ｔ０から時点ｔ１の区間は、ハンドル中心で左右に操舵する状態を示している。時点ｔ１から時点ｔ２の区間は、ハンドルを左側エンド付近まで切り、左右に操舵する状態を示している。また、時点ｔ２から時点ｔ３の区間は、ハンドルを右側エンド付近まで切り、左右に操舵する状態を示し、時点ｔ３以降はハンドルを中心に戻す状態を示している。図２１（Ａ）に示すように、補償が全くない場合は角度差分が大きい（２．５°）が、図２１（Ｂ）に示すように、静的特性補償によって、速度の遅いハンドルの動きに対して、角度差分は減少している（０．７５°）。さらに、動特性補償を付加することにより、図２１（Ｃ）に示すように、速度の速いハンドルの動きに対しても角度差分を減少させることができる（０．２５°）。
　上述の第１実施形態では、図５に示すように静的特性、動特性及び遅れ特性について補償しているが、図２２に示す構成で静的特性の補償のみを行うようにしても良い（第２実施形態）。
　補償値ＣＭｓを演算する静的特性補償部１４０は、モータトルクＴｍを入力するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４１と、ＬＰＦ１４１からの高周波ノイズを除去されたノイズ除去済みモータトルクＴｍａを入力して、補償値ＣＭｓ（学習中は補償値マップ）を出力する非線形要素の静的特性マップ（学習完了）１４２とで構成されている。
　第１実施形態と同様に、補償値ＣＭｓは減算部１８１に減算入力されると共に、加算部１９１に加算入力される。減算部１８１はステアリングシャフト推定角度ＳＳｅを出力し、加算部１９１はモータ軸推定角度ＭＳｅを出力する。その後、ステアリングシャフト推定角度ＳＳｅ及びモータ軸推定角度ＭＳｅと各実測値との誤差（絶対値）が許容範囲ε以内であるか否かを前記数１に従って診断し、許容範囲ε以内となるまで学習を繰り返し、許容範囲ε以内となった時点で学習は終了となる。
　非線形要素の静的特性マップ１４２は図６に示すように、モータトルクＴｍがＴｍ１（＝０）から正負方向に大きくなるに従って、角度誤差である補償値（ＣＭｓ）がそれぞれ徐々に非線形に大きくなる特性であり、モータトルクＴｍ１（＝０）近辺において急激に大きく増加減する。
　非線形要素の静的特性マップ１４２の学習は、マップの作成に対応する。マップは横軸（モータトルクＴｍ）に対して、広範囲（例えば一方（正側）のラックエンド近傍から他方（負側）のラックエンド近傍まで）で学習した方が、誤差が小さくなる。つまり、特定のポイント（例えば図６において、ポイントｓ５（Ｔｍ１＝０，ＣＭｓ＝０）付近）のみで学習しても意味がない。マップのポイント数は、マイコンのＲＡＭやＲＯＭの容量やＣＰＵの演算速度に依存するので断定できないが、横軸に対して、ある程度の範囲を網羅したときに学習完了としている。
　静的特性の学習及び学習結果に基づいて角度推定を行う全体の動作例を、図２３のフローチャートを参照して説明する。この場合にも、補償値が図９に示すノミナル値の近似値範囲の外であることを判定して、学習を開始するようにしても良い。
　先ず始めに非線形要素の静的特性マップ１４２の学習を行い（ステップＳ１０）、学習完了となるまで継続する（ステップＳ１０１）。電動パワーステアリング装置のモータトルク領域に対して十分に静的特性マップが学習できたとき（例えば図６）に、学習完了となる。非線形要素の静的特性マップ１４２の学習完了により補償値マップが作成されるので、静的特性補償部１４０からの補償値ＣＭｓに基づいて推定角度を推定する（ステップＳ１０２）。ステアリングシャフト推定角度ＳＳｅは、モータ軸角度Ａｍから補償値ＣＭｓを減算することによって求められ、モータ軸推定角度ＭＳｅは、ステアリングシャフト角度Ａｐと補償値ＣＭｓを加算することによって求められる。その後、推定角度と実測値の誤差（絶対値）が許容範囲εであるか否かを、上記数１に従って診断し（ステップＳ１０３）、許容範囲ε以内であれば学習は終了となり、許容範囲εよりも大きい場合には、例えば３回目であるか否かを判定し（ステップＳ１０４）、２回目内の場合には上記ステップＳ１０にリターンして上記動作を繰り返す。
　上記ステップＳ１０４において、３回目と判定された場合には操舵系若しくはセンサ系が故障していると判定する（ステップＳ１０５）。なお、上記ステップＳ１０４の繰り返し回数の設定は適宜変更可能である。
　繰り返し学習することでステアリングシャフト推定角度ＳＳｅ及びモータ軸推定角度ＭＳｅの精度を高めることができると共に、温度等の周囲の環境変化や機構部品の経年劣化等にも対応することができる。繰り返し学習することで温度等の環境変化にも対応しているが、温度センサを別途設けて、検出温度に応じて各マップの値を補正するようにしても良い。上記ステップＳ１０における非線形要素の静的特性マップ１４２の学習動作は、図１４と同様である。
　次に、第２実施形態の効果を、図２４を参照して説明する。
　時点ｔ０から時点ｔ１の区間は、ハンドル中心で左右に操舵する状態を示している。時点ｔ１から時点ｔ２の区間は、ハンドルを左側エンド付近まで切り、左右に操舵する状態を示している。また、時点ｔ２から時点ｔ３の区間は、ハンドルを右側エンド付近まで切り、左右に操舵する状態を示し、時点ｔ３以降はハンドルを中心に戻す状態を示している。図２４（Ａ）に示すように、補償が全くない場合は角度誤差が大きいが（２．５°）、図２４（Ｂ）に示すように、静的特性補償によって、速度の遅いハンドルの動きに対して、角度誤差は減少している（０．７５°）。
　図２５は、静的特性及び動特性（遅れ特性なし）の補償を行う第３実施形態の構成例を示しており、非線形要素の非線形学習論理部１３０は、補償値ＣＭｓを演算する静的特性補償部１４０と、補償値ＣＭｙを演算する動特性補償部１５０と、補償値ＣＭｓ及びＣＭｙを加算して角度補償値ＭＰを出力する加算部１３１とで構成されている。静的特性補償部１４０は、モータトルクＴｍを入力するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４１と、ＬＰＦ１４１からの高周波ノイズを除去されたノイズ除去済みモータトルクＴｍａを入力して、補償値ＣＭｓを出力する非線形要素の静的特性マップ（学習完了）１４２とで構成されている。また、動特性補償部１５０は、モータ角速度ωｍを入力して補償値ＣＭｙを出力する非線形要素の動特性マップ１５１で構成されている。補償値ＣＭｓ及びＣＭｙは加算部１３１で加算され、加算値が、最終的な角度補償値ＭＰ（学習中は補償値マップ）として出力される。
　角度補償値ＭＰは減算部１８１に減算入力されると共に、モータ軸角度推定部１９０の加算部１９１に加算入力される。減算部１８１はステアリングシャフト推定角度ＳＳｅを出力し、加算部１９１はモータ軸推定角度ＭＳｅを出力する。ステアリングシャフト推定角度ＳＳｅ及びモータ軸推定角度ＭＳｅと各実測値との誤差（絶対値）が許容範囲ε以内であるか否かを前記数１に従って診断し、許容範囲ε以内となるまで学習を繰り返し、許容範囲ε以内となった時点で学習は終了となる。
　なお、学習を繰り返しても、数１の両方又は一方が成立しない場合には、操舵系若しくはセンサ系のいずれか一方が故障乃至異常であると判定する。非線形要素の静的特性マップ１４２は図６に示す特性であり、非線形要素の動特性マップ１５１は図７に示す特性である。
　各特性マップ（１４２，１５１）の学習は、マップの作成に対応し、電動パワーステアリング装置の各部の角度推定には、減速機構６５を含む機構系や操舵系の摩擦やバックラッシュ等の非線形要素を補償する必要があり、補償のためには少なくとも静的特性の学習を行い、静的特性の学習の後に動特性の学習をすることが望ましい。
　ここでは、静的特性の学習の後に動特性の学習を行い、これら学習結果に基づいて角度推定を行う全体の動作例（第３実施形態）を、図２６のフローチャートを参照して説明する。この場合にも、補償値が図９及び図１０に示す各ノミナル値の近似値範囲の外であることを判定して、各学習を開始するようにしても良い。
　先ず始めに非線形要素の静的特性マップ１４２の学習を行い（ステップＳ１０）、学習完了となるまで継続する（ステップＳ２０）。電動パワーステアリング装置のモータトルク領域に対して十分に静的特性マップが学習できたとき（例えば図６）に、学習完了となる。非線形要素の静的特性マップ１４２の学習完了後、非線形要素の特性マップ１５１の学習（ステップＳ３０）を実施する。非線形要素の動特性マップ１５１の学習（ステップＳ３０）は学習完了となる（例えば図７）まで継続される（ステップＳ４０）。電動パワーステアリング装置のモータ角速度領域に対して、十分に動特性マップが学習できたら学習完了となる。
　そして、非線形要素の動特性マップ１５１の学習が完了したとき、補償値マップが作成されるので、静的特性補償部１４０からの補償値ＣＭｓ及び動特性補償部１５０からの補償値ＣＭｙを加算部１３１で加算して角度補償値ＭＰを演算し、角度補償値ＭＰに基づいて推定角度を推定する（ステップＳ１１０）。ステアリングシャフト推定角度ＳＳｅは、モータ軸角度Ａｍから角度補償値ＭＰを減算することによって求められ、モータ軸推定角度ＭＳｅは、ステアリングシャフト角度Ａｐと角度補償値ＭＰを加算することによって求められる。その後、推定角度と実測値の誤差（絶対値）が許容範囲εであるか否かを、上記数１に従って診断し（ステップＳ１１１）、許容範囲ε以内であれば学習は終了となり、許容範囲εよりも大きい場合には、例えば３回目であるか否かを判定し（ステップＳ１１２）、２回目内の場合には上記ステップＳ１０にリターンして上記動作を繰り返す。
　上記ステップＳ１１２において、３回目と判定された場合には操舵系若しくはセンサ系が故障していると判定する（ステップＳ１１３）。なお、上記ステップＳ１１２の繰り返し回数の設定は適宜変更可能である。
　繰り返し学習することでステアリングシャフト推定角度ＳＳｅ及びモータ軸推定角度ＭＳｅの精度を高めることができると共に、温度等の周囲の環境変化や機構部品の経年劣化等にも対応することができる。繰り返し学習することで温度等の環境変化にも対応しているが、温度センサを別途設けて、検出温度に応じて各マップの値を補正するようにしても良い。
　上記ステップＳ１０における非線形要素の静的特性マップ１４２の学習動作は図１４と同様であり、上記ステップＳ３０における非線形要素の動特性マップ１５１の学習動作は図１６と同様である。
　なお、上述の実施形態ではコラム式の電動パワーステアリング装置について説明したが、下流式の電動パワーステアリング装置についても同様に適用することが可能である。
１、６０　　　　　　　ハンドル（ステアリングホイール）
２、６１　　　　　　　ステアリングシャフト（コラム軸、ハンドル軸）
１０　　　　　　　　　トルクセンサ
１２　　　　　　　　　車速センサ
１３　　　　　　　　　バッテリ
２０、６６　　　　　　モータ
２１　　　　　　　　　回転センサ
３０、１００　　　　　コントロールユニット（ＥＣＵ）
６２　　　　　　　　　トーションバー
６３　　　　　　　　　ハンドル側角度センサ
６４　　　　　　　　　ピニオン側角度センサ
６５　　　　　　　　　減速機構
６７　　　　　　　　　モータ軸角度センサ
１１０　　　　　　　　モータトルク演算部
１２０　　　　　　　　モータ角速度演算部
１３０　　　　　　　　非線形要素の非線形学習論理部
１４０　　　　　　　　静的特性補償部
１４１　　　　　　　　ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１４２　　　　　　　　非線形要素の静的特性マップ
１５０　　　　　　　　動特性補償部
１５１　　　　　　　　非線形要素の動特性マップ
１５２　　　　　　　　非線形要素の遅れ特性マップ
１８０　　　　　　　　ステアリングシャフト角度推定部
１９０　　　　　　　　モータ軸角度推定部

Claims (25)

  1. 車両の操舵系をアシスト制御するモータとステアリングシャフトとが減速機構により接続され、前記ステアリングシャフトのステアリングシャフト角度を検出する第１角度センサと、前記モータのモータ軸角度を検出する第２角度センサとを具備する電動パワーステアリング装置において、
    前記第１角度センサの実測角度、前記第２角度センサの実測角度、モータトルク及びモータ角速度に基づき、前記減速機構を含む非線形要素の特性の学習を繰り返し行って補償値マップを求め、前記補償値マップを用いて前記ステアリングシャフト角度及び前記モータ軸角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。
  2. 前記ステアリングシャフト角度の推定角度及び前記モータ軸の推定角度と、前記第１角度センサの実測角度及び前記第２角度センサの実測角度とを比較することにより、前記第１角度センサ及び前記第２角度センサの故障を相互に診断する診断機能を有する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記診断機能により、前記第１角度センサ又は前記第２角度センサが故障であると判定された場合、前記モータ軸の推定角度又は前記ステアリングシャフト角度の推定角度に基づいて前記アシスト制御を継続するようになっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記学習は、ハンドルを保舵又は所定速度以下で緩慢操舵した場合の静的特性学習及び前記ハンドルを所定速度以上で操舵した場合の動特性学習で実施される請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記第１角度センサの実測角度、前記第２角度センサの実測角度、前記モータトルク及び前記モータ角速度に基づく初期値が、予め格納されている各特性ノミナル値の近似値範囲外であるときに前記静的特性学習及び前記動特性学習を実施する請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 前記学習は、ハンドルを保舵又は所定速度以下で緩慢操舵した場合の静的特性学習で実施される請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 前記第１角度センサの実測角度、前記第２角度センサの実測角度、前記モータトルク及び前記モータ角速度に基づく初期値が、予め格納されている静的特性ノミナル値の近似値範囲外であるときに前記静的特性学習を実施する請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 前記学習は、ハンドルを保舵又は所定速度以下で緩慢操舵した場合の静的特性学習、前記ハンドルを所定速度以上で操舵した場合の動特性学習及び遅れ特性学習で実施される請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  9. 前記第１角度センサの実測角度、前記第２角度センサの実測角度、前記モータトルク及び前記モータ角速度に基づく初期値が、予め格納されている各特性ノミナル値の近似値範囲外であるときに前記静的特性学習、前記動特性学習及び前記遅れ特性学習を実施する請求項８に記載の電動パワーステアリング装置。
  10. 前記ステアリングシャフト角度が、前記ステアリングシャフトのトーションバーに対してピニオン側の角度である請求項１乃至９のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  11. 前記比較を、前記ステアリングシャフト角度の推定角度及び前記モータ軸の推定角度と、前記第１角度センサの実測角度及び前記第２角度センサの実測角度との偏差が許容範囲内であるかによって行い、前記許容範囲外である動作を所定回数繰り返したときに、前記操舵系若しくはセンサ系の故障を判定する請求項２乃至１０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  12. 車両の操舵系をアシスト制御するモータとステアリングシャフトとが減速機構により接続され、前記ステアリングシャフトのピニオン側のステアリングシャフト角度を検出する第１角度センサと、前記モータのモータ軸角度を検出する第２角度センサと、前記モータのモータ電流を検出する電流検出部とを具備する電動パワーステアリング装置において、
    前記モータ電流に基づくモータトルク、前記ステアリングシャフト角度、前記モータ軸角度に基づくモータ角速度により、前記減速機構を含む非線形要素の特性の学習を繰り返し行い、補償値マップを演算する非線形要素の非線形論理部と、
    前記補償値マップ及び前記モータ軸角度を用いて前記ステアリングシャフト推定角度を推定するステアリングシャフト角度推定部と、
    前記補償値マップ及び前記ステアリングシャフト角度を用いて前記モータ軸推定角度を推定するモータ軸角度推定部と、
    を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  13. 前記非線形要素の非線形論理部が、
    前記モータトルクに対する静的特性補償部と、前記モータ角速度に対する動特性補償部とで構成されている請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。
  14. 前記静的特性補償部が第1補償値を出力し、前記動特性補償部が第２補償値を出力し、第1補償値及び第２補償値を加算して角度補償値を生成する請求項１３に記載の電動パワーステアリング装置。
  15. 前記静的特性補償部が、
    前記モータトルクを入力するＬＰＦと、前記ＬＰＦからのノイズ除去済みモータトルクを入力する非線形要素の静的特性マップとで構成されている請求項１３又は１４に記載の電動パワーステアリング装置。
  16. 前記動特性補償部が、
    前記モータ角速度を入力する非線形要素の動特性マップと、前記ノイズ除去済みモータトルク及び前記非線形要素の動特性マップからの第１補償値を入力する非線形要素の遅れ特性マップとで構成されている請求項１３乃至１５のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  17. 前記非線形要素の静的特性マップが、
    前記モータ角速度に基づいて第１学習判定信号を出力する静的特性学習判定部と、前記第１学習判定信号、前記モータトルク、前記ステアリングシャフト角度及び前記モータ軸角度を入力する静的特性学習論理部とで構成されている請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
  18. 前記静的特性学習論理部が、
    前記モータトルクを入力する第１加算平均部と、前記ステアリングシャフト角度及び前記モータ軸角度の偏差を入力する第２加算平均部と、前記第１加算平均部及び前記第２加算平均部からの第１加算平均値及び第２加算平均値を入力する非線形要素の静的特性マップ作成部とで構成されている請求項１７に記載の電動パワーステアリング装置。
  19. 前記非線形要素の動特性マップが、
    前記ＬＰＦと、モータ角加速度及び前記ＬＰＦからのモータトルクに基づいて第２学習判定信号を出力する動特性学習判定部と、前記第２学習判定信号、前記モータ角度、前記ステアリングシャフト角度及び前記モータ軸角度を入力する動特性学習論理部とで構成されている請求項１６に記載の電動パワーステアリング装置。
  20. 前記動特性学習論理部が、
    前記非線形要素の静的特性マップと、前記モータ角速度を入力する第３加算平均部と、前記モータ軸角度及び前記非線形要素の静的特性マップからの第３補償値の加算値と前記ステアリングシャフト角度の偏差を入力する第４加算平均部と、前記第３加算平均部及び前記第４加算平均部からの第３加算平均値及び第４加算平均値を入力する非線形要素の動特性マップ作成部とで構成されている請求項１９に記載の電動パワーステアリング装置。
  21. 前記非線形要素の遅れ特性マップが、
    前記ノイズ除去済みモータトルクに基づいて第３学習判定信号を出力する遅れ特性学習判定部と、前記第３学習判定信号、前記モータトルク、前記モータ角速度、前記ステアリングシャフト角度及び前記モータ軸角度を入力する遅れ特性学習論理部とで構成されている請求項１６に記載の電動パワーステアリング装置。
  22. 前記遅れ特性学習論理部が、
    前記非線形要素の静的特性マップと、
    前記モータトルクを入力する第５加算平均部と、
    前記モータ角速度を入力するマルチ遅延部と、
    前記マルチ遅延部からのマルチ遅延モータ角速度を入力すると共に、前記モータ軸角度及び前記第３補償値の加算値と前記ステアリングシャフト角度の偏差を入力する相互相関部と、
    前記第５加算平均部からの第５加算平均値、前記相互相関部からの相互相関値を入力する非線形要素の遅れ特性マップ作成部と、
    で構成されている請求項２１に記載の電動パワーステアリング装置。
  23. 前記マルチ遅延部が複数の遅延器で構成されており、前記モータ角速度を所定遅延時間ずる遅延させたマルチ遅延モータ角速度を出力するようになっている請求項２２に記載の電動パワーステアリング装置。
  24. 前記相互相関部が、前記ステアリングシャフト角度を参照として、前記マルチ遅延モータ角速度の相関関数を計算し、相関の一番大きい前記マルチ遅延モータ角速度の遅延時間を前記非線形要素の遅れ特性マップ作成部に反映させるようになっている請求項２３に記載の電動パワーステアリング装置。
  25. 前記学習を推定角度と実測角度の誤差が許容範囲内となるように行い、前記誤差が前記許容範囲外である動作を所定回数繰り返したときに、前記操舵系若しくはセンサ系の故障を判定する請求項１２乃至２４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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