モータ制御装置およびそれを備えた車両用操舵装置
【課題】回転角センサを用いない新たな制御方式でモータを制御することができるモータ制御装置およびそれを用いた車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】仮想回転座標系であるγδ座標系のγ軸電流Ｉγでモータが駆動される。γδ座標系は、制御上の回転角である制御角θCに従う座標系である。制御角θCとロータ角θMとの差は負荷角θLである。このとき、ロータ角θMに従う回転座標系であるｄｑ座標のｑ軸電流はＩγ・sinθLとなる。したがって、負荷角θLに応じたアシストトルクＴAが発生する。一方、操舵トルクＴがフィードバックされ、指示操舵トルクＴ*に操舵トルクＴを近づけるように、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θCの前回値θC(n-1)に加算されることにより、制御角θCの今回値θC(n)が求められる。これにより、指示操舵トルクＴ*が得られるように負荷角θLが変化する。
【解決手段】仮想回転座標系であるγδ座標系のγ軸電流Ｉγでモータが駆動される。γδ座標系は、制御上の回転角である制御角θCに従う座標系である。制御角θCとロータ角θMとの差は負荷角θLである。このとき、ロータ角θMに従う回転座標系であるｄｑ座標のｑ軸電流はＩγ・sinθLとなる。したがって、負荷角θLに応じたアシストトルクＴAが発生する。一方、操舵トルクＴがフィードバックされ、指示操舵トルクＴ*に操舵トルクＴを近づけるように、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θCの前回値θC(n-1)に加算されることにより、制御角θCの今回値θC(n)が求められる。これにより、指示操舵トルクＴ*が得られるように負荷角θLが変化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置およびそれを備えた車両用操舵装置に関する。車両用操舵装置の一例は、電動パワーステアリング装置である。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転角を検出するための回転角センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。回転角センサとしては、一般的には、ロータ回転角（電気角）に対応した正弦波信号および余弦波信号を出力するレゾルバが用いられる。しかし、レゾルバは、高価であり、配線数が多く、また、設置スペースも大きい。そのため、ブラシレスモータを備えた装置のコスト削減および小型化が阻害されるという課題がある。
【０００３】
そこで、回転角センサを用いることなくブラシレスモータを駆動するセンサレス駆動方式が提案されている。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相（ロータの電気角）を推定する方式である。ロータ停止時および極低速回転時には、誘起電圧を推定できないので、別の方式で磁極の位相が推定される。具体的には、ステータに対してセンシング信号を注入し、このセンシング信号に対するモータの応答が検出される。このモータ応答に基づいて、ロータ回転位置が推定される。
【特許文献１】特開2007-267549号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のセンサレス駆動方式は、誘起電圧やセンシング信号を用いてロータの回転位置を推定し、その推定によって得られた回転位置に基づいてモータを制御するものである。しかし、この駆動方式は、いずれの用途にも適しているわけではなく、たとえば、車両の舵取り機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置の駆動源として用いられるブラシレスモータの制御に適用するための手法は未だ確立されていない。そのため、別の方式によるセンサレス制御の実現が望まれている。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、回転角センサを用いない新たな制御方式でモータを制御することができるモータ制御装置およびそれを用いた車両用操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ロータ（５０）と、このロータに対向するステータ（５５）とを備えたモータ（３）を制御するためのモータ制御装置であって、制御上の回転角である制御角（θC）に従う回転座標系の軸電流値（Ｉγ*）で前記モータを駆動する電流駆動手段（３１〜３６，３１Ａ，４５）と、所定の演算周期毎に、制御角の前回値に加算角（α）を加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段（２６）と、前記モータが発生すべきトルクまたは前記軸電流値に対する前記モータの応答に対応するように前記加算角を演算する加算角演算手段（２３，４０，４７，４９）とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００７】
この構成によれば、制御角に従う回転座標系（γδ座標系。以下「仮想回転座標系」といい、この仮想回転座標系の座標軸を「仮想軸」という。）の軸電流値（以下「仮想軸電流値」という。）によってモータが駆動される一方で、制御角は、演算周期毎に加算角を加算することによって更新される。そして加算角が、モータが発生すべきトルクまたは前記仮想軸電流値に対する前記モータの応答に対応する値とされる。これにより、制御角を更新しながら、すなわち、仮想回転座標系の座標軸（仮想軸）を更新しながら、仮想軸電流値でモータを駆動することによって、必要なトルクを発生させることができる。こうして、回転角センサを用いることなく、モータから適切なトルクを発生させることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記加算角を制限するための制限手段（２４）をさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置である。この構成によれば、加算角に適切な制限を加えることによって、実際のロータの回転に比して過大な加算角が制御角に加算されることを抑制できる。より具体的には、ロータの回転速度範囲に対して妥当な範囲内で加算角が設定されるように制限を加えることによって、より適切にモータを制御することができる。
【０００９】
前記制限手段は、たとえば、加算角の絶対値を次式の制限値以下に制限するものであってもよい。ただし、次式における「最大ロータ角速度」とは、電気角でのロータ角速度の最大値である。
制限値＝最大ロータ角速度×演算周期
たとえば、モータの回転を所定の減速比の減速機構を介して車両用操舵装置の操舵軸に伝達している場合には、最大ロータ角速度は、最大操舵角速度（操舵軸の最大回転角速度）×減速比×極対数で与えられる。「極対数」とは、ロータが有する磁極対（Ｎ極とＳ極との対）の数である。
【００１０】
請求項３記載の発明は、車両の舵取り機構（２）に駆動力を付与するモータ（３）と、前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段（１）と、前記モータを制御するための請求項１または２記載のモータ制御装置（５）とを含み、前記加算角演算手段が、前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクに応じて前記加算角を演算するもの（２２，２３，４０）である、車両用操舵装置である。
【００１１】
車両用操舵装置の駆動源としてのモータが発生すべきトルクは、操舵トルクに対応しており、これにより、運転者の操舵意図に応じた駆動力を舵取り機構に付与することができる。そこで、この発明では、操舵トルクに応じて加算角が演算される。これにより、操舵トルクに応じて制御角が更新されるので、ロータの磁極方向に従う回転座標系（ｄｑ座標系）の座標軸と前記仮想軸とのずれ量（負荷角）が操舵トルクに応じた値となる。その結果、操舵トルクに応じた適切なトルクがモータから発生され、運転者の操舵意図に応じた駆動力を舵取り機構に付与できる。
【００１２】
操作部材と舵取り機構とが機械的に結合された車両用操舵装置（たとえば、電動パワーステアリング装置）では、仮想軸電流値に対するモータの応答（モータが発生するトルク）は、操舵トルクの変化となって現れる。したがって、このような車両用操舵装置においては、操舵トルクに応じて加算角を演算することは、仮想軸電流値に対するモータの応答に応じて加算角を演算することになると言うこともできる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段（２１）をさらに含み、前記加算角演算手段が、前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて前記加算角を演算するもの（２２，２３）である、請求項３記載の車両用操舵装置である。
この構成によれば、指示操舵トルクが設定され、この指示操舵トルクと操舵トルク（検出値）との偏差に応じて前記加算角が演算される。これにより、操舵トルクが当該指示操舵トルクとなるように加算角が定められ、それに応じた制御角が定められることになる。したがって、指示操舵トルクを適切に定めておくことによって、モータから適切な駆動力を発生させて、これを舵取り機構に付与することができる。
【００１４】
たとえば、電動パワーステアリング装置において、指示操舵トルクを零に定めると、操舵トルクが零になるようにモータが制御される。これにより、運転者は、操舵抵抗を感じることなく操舵を行える状態となる。このような制御は、たとえば、回転角センサ故障時の継続制御としてセンサレス制御を行う場合や、センサ類その他の故障のために通常の制御が行えない非常時におけるセンサレス制御の一態様として適用可能である。操舵抵抗をある程度残すには、指示操舵トルクを零でない値としておき、操舵抵抗を感じながら操作部材の操作を行えるようにしておけばよい。
【００１５】
請求項５記載の発明は、前記操作部材の操舵角を検出する操舵角検出手段（４）をさらに含み、前記指示操舵トルク設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に応じて指示操舵トルクを設定するものである、請求項４記載の車両用操舵装置である。
この構成によれば、操作部材の操舵角に応じて指示操舵トルクが設定されるので、操舵角に応じた適切なトルクをモータから発生させることができ、運転者が操作部材に加える操舵トルクを操舵角に応じた値へと導くことができる。これにより、良好な操舵感を得ることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、前記指示操舵トルク設定手段は、前記車両の車速を検出する車速検出手段（６）によって検出される当該車速に応じて指示操舵トルクを設定するものである、請求項４または５記載の車両用操舵装置である。
この構成によれば、車速に応じて指示操舵トルクが設定されるので、いわゆる車速感応制御を行うことができる。その結果、良好な操舵感を実現できる。たとえば、車速が大きいほど、すなわち、高速走行時ほど指示操舵トルクを小さく設定することより、すぐれた操舵感が得られる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差の絶対値が所定の偏差閾値以上であるか、または前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの絶対値が所定のトルク閾値以上であるときに、異常が発生したと判定する異常判定手段（３０）をさらに含む、請求項４〜６のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
【００１８】
この構成によれば、指示操舵トルクと操舵トルクとの偏差、または操舵トルクに基づいて異常判定を行うことができる。これにより、自己診断機能を備えることができる。
異常が発生したと判定されたときには、たとえば、モータに供給する電流を零に制御して、モータが舵取り機構に対する負荷（抵抗）となることを抑止することが好ましい。これにより、操作部材の操作によって舵取り機構を駆動（いわゆるマニュアル操舵）することができる。
【００１９】
請求項８記載の発明は、前記電流駆動手段は、角度推定用電流値を含む軸電流値を生成するもの（４５）であり、前記加算角演算手段は、前記角度推定用電流値に対応する前記モータの応答に基づいて、前記制御角と前記ロータの回転角との差である負荷角を前記加算角として演算する負荷角演算手段（４９）を含む、請求項１記載のモータ制御装置である。
【００２０】
この構成によれば、仮想軸に対して角度推定用電流値を供給するとともに、これに対するモータの応答が検出される。モータが発生するトルクは、仮想軸とｄｑ座標軸との偏差（角度差）である負荷角に応じた値となる。したがって、角度推定用電流値とモータの応答（とくに、トルクまたはトルク発生に寄与する電流成分）との関係から、負荷角を推定することができる。この負荷角を加算角として制御角に加算することによって、ロータの実際の回転角を推定することができる。これにより、回転角センサを要することなく、モータを制御できる。
【００２１】
操作部材と舵取り機構とが機械的に結合された車両用操舵装置（たとえば、電動パワーステアリング装置）では、角度推定用電流値に対するモータトルクの変動は、操舵トルクの変化となって現れる。したがって、このような車両用操舵装置においては、角度推定用電流値に対応する操舵トルクの変動に応じて負荷角を演算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置の一例）の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両を操向するための操作部材としてのステアリングホイール１０に加えられる操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１と、車両の舵取り機構２に減速機構７を介して操舵補助力を与えるモータ３（ブラシレスモータ）と、ステアリングホイール１０の回転角である操舵角を検出する舵角センサ４と、モータ３を駆動制御するモータ制御装置５と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の速度を検出する車速センサ６とを備えている。
【００２３】
モータ制御装置５は、トルクセンサ１が検出する操舵トルク、舵角センサ４が検出する操舵角および車速センサ６が検出する車速に応じてモータ３を駆動することによって、操舵状況および車速に応じた適切な操舵補助を実現する。
モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスモータであり、図２(a)に図解的に示すように、界磁としてのロータ５０と、このロータ５０に対向するステータ５５に配置されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３とを備えている。モータ３は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
【００２４】
各相のステータ巻線５１，５２，５３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ５０の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ５０の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ５０とともに回転する回転座標系である。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ５０のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ５０の回転角（ロータ角）θMは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ角θMに従う実回転座標系である。このロータ角θMを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。
【００２５】
一方、この実施形態では、制御上のロータ回転角を表す制御角θCが導入される。制御角θCは、Ｕ軸に対する仮想的な回転角である。この制御角θCに対応する仮想的な軸をγ軸とし、このγ軸に対して９０°進んだ軸をδ軸として、仮想二相回転座標系（γδ座標系。仮想回転座標系）を定義する。制御角θCがロータ角θMに等しいとき、仮想回転座標系であるγδ座標系と実回転座標系であるｄｑ座標系とが一致する。すなわち、仮想軸としてのγ軸は実軸としてのｄ軸と一致し、仮想軸としてのδ軸は実軸としてのｑ軸と一致する。γδ座標系は、制御角θCに従う仮想回転座標系である。ＵＶＷ座標系とγδ座標系との座標変換は、制御角θCを用いて行うことができる。
【００２６】
制御角θCとロータ角θMとの差を負荷角θL（＝θC−θM）と定義する。
制御角θCに従ってγ軸電流Ｉγをモータ３に供給すると、このδ軸電流Ｉγのｑ軸成分（ｑ軸への正射影）がロータ５０のトルク発生に寄与するｑ軸電流Ｉqとなる。すなわち、γ軸電流Ｉγとｑ軸電流Ｉqとの間に、次式(1)の関係が成立する。
Ｉq＝Ｉγ・sinθL …(1)
再び図１を参照する。モータ制御装置５は、マイクロコンピュータ１１と、このマイクロコンピュータ１１によって制御され、モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）１２と、モータ３の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部１３とを備えている。
【００２７】
電流検出部１３は、モータ３の各相のステータ巻線５１，５２，５３に流れる相電流ＩU，ＩV，ＩW（以下、総称するときには「三相検出電流ＩUVW」という。）を検出する。これらは、ＵＶＷ座標系における各座標軸方向の電流値である。
マイクロコンピュータ１１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、指示操舵トルク設定部２１と、トルク偏差演算部２２と、ＰＩ（比例積分）制御部２３と、リミッタ２４と、加減係数乗算部２５と、制御角演算部２６と、加減算判断部２７と、異常判定部３０と、指示電流値生成部３１と、電流偏差演算部３２と、ＰＩ制御部３３と、γδ／ＵＶＷ変換部３４と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部３５と、ＵＶＷ／γδ変換部３６とが含まれている。
【００２８】
指示操舵トルク設定部２１は、舵角センサ４によって検出される操舵角と、車速センサ６によって検出される車速とに基づいて、指示操舵トルクＴ*を設定する。たとえば、図４に示すように、たとえば、操舵角が正の値（右方向へ操舵した状態）のとき指示操舵トルクＴ*は正の値（右方向へのトルク）に設定され、操舵角が負の値（左方向へ操舵した状態）のとき指示操舵トルクＴ*は負の値（左方向へのトルク）に設定される。そして、操舵角の絶対値が大きくなるに従って、その絶対値が大きくなるように（図４の例では非線型に大きくなるように）指示操舵トルクＴ*が設定される。ただし、所定の上限値（正の値。たとえば、＋６Ｎｍ）および下限値（負の値。たとえば−６Ｎｍ）の範囲内で指示操舵トルクＴ*の設定が行われる。また、指示操舵トルクＴ*は、車速が大きいほど、その絶対値が小さくなるよう設定される。すなわち、車速感応制御が行われる。
【００２９】
トルク偏差演算部２２は、指示操舵トルク設定部２１によって設定される指示操舵トルクＴ*とトルクセンサ１によって検出される操舵トルクＴ（以下、区別するための「検出操舵トルクＴ」という。）との偏差（トルク偏差）ΔＴを求める。ＰＩ制御部２３は、このトルク偏差ΔＴに対するＰＩ演算を行う。すなわち、トルク偏差演算部２２およびＰＩ制御部２３によって、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に導くためのトルクフィードバック制御手段が構成されている。ＰＩ制御部２３は、トルク偏差ΔＴに対するＰＩ演算を行うことで、制御角θCに対する加算角αを演算する。
【００３０】
リミッタ２４は、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αに対して制限を加える制限手段である。より具体的には、リミッタ２４は、所定の上限値ＵＬ（正の値）と下限値ＬＬ（負の値）との間の値に加算角αを制限する。
加減係数乗算部２５は、加算角αに対して加算係数「＋１」または減算係数「−１」を乗じる。この加算係数または減算係数が乗じられた加算角αが、制御角演算部２６の加算器２６Ａにおいて、制御角θCの前回値θC(n-1)（ｎは今演算周期の番号）に加算される（Ｚ-1は信号の前回値を表す）。つまり、加算角αに加算係数「＋１」が乗じられたときには、制御角θCの今回値θC(n)＝θC(n-1)＋αとなる。これに対して、加算角αに減算係数「−１」が乗じられたときには、制御角θCの今回値θC(n)＝θC(n-1)−αとなる。ただし、制御角θCの初期値は予め定められた値（たとえば零）である。
【００３１】
制御角演算部２６は、制御角θCの前回値θC(n-1)に加減係数乗算部２５から与えられる加算角αを加算する加算器２６Ａを含む。すなわち、制御角演算部２６は、所定の演算周期毎に制御角θCを演算する。そして、前演算周期における制御角θCを前回値θC(n-1)とし、これを用いて今演算周期における制御角θCである今回値θC(n)を求める。
加減算判断部２７は、加減係数乗算部２５において加算角αに乗じるべき係数を、加算係数「＋１」または減算係数「-１」のいずれとすべきかを判断する。より具体的には、加減算判断部２７は、トルク偏差演算部２２で演算されるトルク偏差ΔＴおよび検出操舵トルクＴの時間微分値（操舵トルク微分値）Ｔ′に基づいて、加減係数乗算部２５における現在の係数を維持すべきか、それとも、その係数を加算係数「＋１」と減算係数「-１」との間で反転すべきかを判断する。そして、加減算判断部２７は、その判断結果に応じて、加算係数「＋１」および減算係数「-１」のいずれか一方を選択して加減係数乗算部２５に設定する。この加減算判断部２７による処理の詳細は後述する。
【００３２】
異常判定部３０は、トルク偏差演算部２２で演算されるトルク偏差ΔＴおよびトルクセンサ１によって検出される検出操舵トルクＴに基づいて、異常判定処理を行う。この異常判定処理の結果は、指示電流値生成部３１に通知される。異常判定部３０によって異常が発生したと判定されると、指示電流値生成部３１は、指示電流値を予め定めた一定値（たとえば零）に設定する。
【００３３】
指示電流値生成部３１は、制御上の回転角である前記制御角θCに対応する仮想回転座標系であるγδ座標系の座標軸（仮想軸）に流すべき電流値を指示電流値として生成するものである。具体的には、γ軸指示電流値Ｉγ*およびδ軸指示電流値Ｉδ*（以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Ｉγδ*という。）を生成する。指示電流値生成部３１は、γ軸指示電流値Ｉγ*を有意値とする一方で、δ軸指示電流値Ｉδ*を零とする。より具体的には、指示電流値生成部３１は、トルクセンサ１によって検出される検出操舵トルクＴに基づいてγ軸指示電流値Ｉγ*を設定する。
【００３４】
検出操舵トルクＴに対するγ軸指示電流値Ｉγ*の設定例は、図５に示されている。検出操舵トルクＴが零付近の領域には不感帯ＮＲが設定されている。γ軸指示電流値Ｉγ*は、不感帯ＮＲの外側の領域で急峻に立ち上がり、所定のトルク以上でほぼ一定値となるように設定される。これにより、運転者がステアリングホイール１０を操作していないときには、モータ３への通電が停止され、不必要な電力消費が抑制される。
【００３５】
電流偏差演算部３２は、指示電流値生成部３１によって生成されるγ軸指示電流値Ｉγ*に対するγ軸検出電流Ｉγの偏差Ｉγ*−Ｉγと、δ軸指示電流値Ｉδ*（＝０）に対するδ軸検出電流Ｉδの偏差Ｉδ*−Ｉδとを演算する。γ軸検出電流Ｉγおよびδ軸検出電流Ｉδは、ＵＶＷ／γδ変換部３６から偏差演算部３２に与えられるようになっている。
【００３６】
ＵＶＷ／γδ変換部３６は、電流検出部１３によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流ＩUVW（Ｕ相検出電流ＩU、Ｖ相検出電流ＩVおよびＷ相検出電流ＩW）をγδ座標系の二相検出電流ＩγおよびＩδ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉγδ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部３２に与えられるようになっている。ＵＶＷ／γδ変換部３６における座標変換には、制御角演算部２６で演算される制御角θCが用いられる。
【００３７】
ＰＩ制御部３３は、電流偏差演算部３２によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行うことにより、モータ３に印加すべき二相指示電圧Ｖγδ（γ軸指示電圧Ｖγおよびδ軸指示電圧Ｖδ）を生成する。この二相指示電圧Ｖγδが、γδ／ＵＶＷ変換部３４に与えられる。
γδ／ＵＶＷ変換部３４は、二相指示電圧Ｖγδに対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧ＶUVWを生成する。三相指示電圧ＶUVWは、Ｕ相指示電圧ＶU、Ｖ相指示電圧ＶVおよびＷ相指示電圧ＶWからなる。この三相指示電圧ＶUVWは、ＰＷＭ制御部３５に与えられる。
【００３８】
ＰＷＭ制御部３５は、Ｕ相指示電圧ＶU、Ｖ相指示電圧ＶVおよびＷ相指示電圧ＶWにそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路１２に供給する。
駆動回路１２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部３５から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧ＶUVWに相当する電圧がモータ３の各相のステータ巻線５１，５２、５３に印加されることになる。
【００３９】
電流偏差演算部３２およびＰＩ制御部３３は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、モータ３に流れるモータ電流が、指示電流値生成部３１によって設定される二相指示電流値Ｉγδ*に近づくように制御される。
図３は、前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。ただし、説明を簡単にするために、リミッタ２４および加減係数乗算部２５の機能は省略してある。
【００４０】
指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差（トルク偏差）に対するＰＩ制御（ＫPは比例係数、ＫIは積分係数、１／ｓは積分演算子である。）によって、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θCの前回値θC(n-1)に対して加算されることによって、制御角θCの今回値θC(n)＝θC(n-1)＋αが求められる。このとき、制御角θCとロータ５０の実際のロータ角θMとの偏差が負荷角θL＝θC−θMとなる。
【００４１】
したがって、制御角θCに従うγδ座標系（仮想回転座標系）のγ軸（仮想軸）にγ軸電流指示値Ｉγ*に従ってγ軸電流Ｉγが供給されると、ｑ軸電流Ｉq＝ＩγsinθLとなる。このｑ軸電流Ｉqがロータ５０の発生トルクに寄与する。すなわち、モータ３のトルク定数ＫTをｑ軸電流Ｉq（＝ＩγsinθL）に乗じた値が、アシストトルクＴA（＝ＫT・ＩγsinθL）として、減速機構７を介して、舵取り機構２に伝達される。このアシストトルクＴAを舵取り機構２からの負荷トルクＴLから減じた値が、運転者がステアリングホイール１０に与えるべき操舵トルクＴである。この操舵トルクＴがフィードバックされることによって、この操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に導くように系が動作する。つまり、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に一致させるべく、加算角αが求められ、それに応じて制御角θCが制御される。
【００４２】
このように制御上の仮想軸であるγ軸に電流を流す一方で、指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差ΔＴに応じて求められる加算角αで制御角θCを更新していくことにより、負荷角θLが変化し、この負荷角θLに応じたトルクがモータ３から発生するようになっている。これにより、操舵角および車速に基づいて設定される指示操舵トルクＴ*に応じたトルクをモータ３から発生させることができるので、操舵角および車速に対応した適切な操舵補助力を舵取り機構２に与えることができる。すなわち、操舵角の絶対値が大きいほど操舵トルクが大きく、かつ、車速が大きいほど操舵トルクが小さくなるように、操舵補助制御が実行される。
【００４３】
このようにして、回転角センサを用いることなくモータ３を適切に制御して、適切な操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置を実現できる。これにより、構成を簡単にすることができ、コストの削減を図ることができる。
図６は、加減算判断部２７および加減係数乗算部２５の働きを説明するための説明図であり、負荷角θLとｑ軸電流Ｉqとの関係が示されている。ｑ軸電流Ｉqは、負荷角θLを用いてＩq＝ＩγsinθθL（θL＝θC−θM）で与えられる。したがって、負荷角θLに対するｑ軸電流Ｉqの変化は、０°≦θL＜９０°，２７０°≦θL＜３６０°の区間では単調増加、９０°≦θL＜２７０°の区間では単調減少である。
【００４４】
一方、ＰＩ制御部２３は、指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差ΔＴが正値であれば正の加算角αを生成し、当該偏差ΔＴが負値であれば負の加算角αを生成するように動作する。
たとえば、図６に示すように、指示操舵トルクＴ*に対応する目標負荷角θL*（指示操舵トルクＴ*に対応する狙いのｑ軸電流が得られる負荷角）が９０°よりもやや大きな値であり、現在の負荷角θL1が１８０°よりもやや大きな値であって、いずれも単調減少区間（９０°≦θL＜２７０°）に属している場合を考える。この場合、現在の負荷角θL1を目標負荷角θL*に導く場合に、負荷角θLを増加させるよりも、負荷角θLを減少させる方が、より速く目標負荷角θL*に到達する。すなわち、加算角αを正の値とするよりも、負の値とした方が、狙いのｑ軸電流への到達時間が短くなる。
【００４５】
そこで、加減算判断部２７は、目標負荷角θL*により速く到達するように加算角αの符号を定めるための加減係数を求め、これを加減係数乗算部２５に設定する。
具体的には、加減算判断部２７は、図７に示すように、トルク偏差演算部２２から指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差（トルク偏差）ΔＴを取得する（ステップＳ１）。さらに、加減算判断部２７は、検出操舵トルクＴの時間微分値である操舵トルク微分値Ｔ′を求める（ステップＳ２）。そして、加減算判断部２７は、トルク偏差ΔＴと操舵トルク微分値Ｔ′とを乗算し、その符号を調べる（ステップＳ３）。乗算値ΔＴ・Ｔ′が正値または零であれば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、現在の加減係数を維持する（ステップＳ４）。これに対して、乗算値ΔＴ・Ｔ′が負値であれば（ステップＳ３：ＮＯ）、加減係数を反転する（ステップＳ５）。すなわち、現在の加減係数とは異なる符号の加減係数を加減係数乗算部２５に設定する。加減係数の初期値は、たとえば、正の加減係数「＋１」とすればよい。
【００４６】
トルク偏差ΔＴが正値のときは、検出操舵トルクＴが増加傾向（すなわち、操舵トルク微分値Ｔ′が正）となれば、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に近づけることができる。したがって、乗算値ΔＴ・Ｔ′が正値であれば、加減係数乗算部２５に現に設定されている加減係数を維持することで、検出操舵トルクＴを速やかに指示操舵トルクＴ*に導くことができる。
【００４７】
一方、トルク偏差ΔＴが正値であって、検出操舵トルクＴが減少傾向（すなわち、操舵トルク微分値Ｔ′が負）のときには、乗算値ΔＴ・Ｔ′が負値となる。このとき、検出操舵トルクＴの変化は、指示操舵トルクＴ*から離れる方向となっている。そこで、加減係数乗算部２５に現に設定されている加減係数の符号を反転させることによって、検出操舵トルクＴを速やかに指示操舵トルクＴ*に導くことができる。
【００４８】
トルク偏差ΔＴが負値のときは、検出操舵トルクＴが減少傾向（すなわち、操舵トルク微分値Ｔ′が負）となれば、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に近づけることができる。したがって、乗算値ΔＴ・Ｔ′が正値であれば、加減係数乗算部２５に現に設定されている加減係数を維持することで、検出操舵トルクＴを速やかに指示操舵トルクＴ*に導くことができる。
【００４９】
一方、トルク偏差ΔＴが負値であって、検出操舵トルクＴが増加傾向（すなわち、操舵トルク微分値Ｔ′が正）のときには、乗算値ΔＴ・Ｔ′が負値となる。このとき、検出操舵トルクＴの変化は、指示操舵トルクＴ*から離れる方向となっている。そこで、加減係数乗算部２５に現に設定されている加減係数の符号を反転させることによって、検出操舵トルクＴを速やかに指示操舵トルクＴ*に導くことができる。
【００５０】
このように、乗算値ΔＴ・Ｔ′が正値の場合には現在の加減係数を維持し、乗算値ΔＴ・Ｔ′が負値の場合には現在の加減係数の符号を反転することによって、より速やかに検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に導けることが分かる。
図８は、制御角θCの演算周期を説明するための図であり、負荷角θLとｑ軸電流Ｉqとの関係が示されている。マイクロコンピュータ１１の演算負荷を極力抑制するためには、演算周期を極力長くすることが好ましい。そこで、この実施形態では、最大操舵角速度に基づいて、演算周期が定められている。最大操舵角速度とは、ステアリングホイール１０の操舵角速度として想定され得る最大値であり、たとえば、８００deg/sec程度である。
【００５１】
最大操舵角速度のときのロータ５０の電気角の変化速度（電気角での角速度。最大ロータ角速度）は、次式(2)のとおり、最大操舵角速度と、減速機構７の減速比と、ロータ５０の極対数との積で与えられる。極対数とは、ロータ５０が有する磁極対（Ｎ極とＳ極）との対の個数である。
最大ロータ角速度＝最大操舵角速度×減速比×極対数 …(2)
制御角θCの演算間（演算周期）におけるロータ５０の電気角変化量の最大値（ロータ角変化量最大値）は、次式(3)のとおり、最大ロータ角速度に演算周期を乗じた値となる。
【００５２】
ロータ角変化量最大値＝最大ロータ角速度×制御周期
＝最大操舵角速度×減速比×極対数×制御周期 …(3)
一方、負荷角θL（＝θC−θM）の全領域（０°≦θL＜３６０°）は、ｑ軸電流Ｉqが単調減少する単調減少区間Ａと、ｑ軸電流Ｉqが単調増加する単調増加区間Ｂとに分けられる。単調減少区間Ａは９０°≦θL＜２７０°の区間である。また、単調増加区間Ｂは、０≦θL＜９０°，２７０°≦θL＜３６０°の区間である。フィードバック制御を適正に行うためには、同じ区間で最低２回の連続制御を行う必要がある。そのための条件は、次式(4)のとおり、前記ロータ角変化量最大値が９０°以下となることである。
【００５３】
ロータ角変化量最大値≦９０° …(4)
この式(4)に前記式(3)を代入して変形すると、次式(5)が得られる。
【００５４】
【数１】
【００５５】
したがって、演算周期を式(5)の右辺の値に等しく定めることによって、モータ３の制御を適切に行いつつ、かつ、演算周期を極力長くして、マイクロコンピュータ１１の演算負荷を低減できる。
図９は、リミッタ２４の働きを説明するためのフローチャートである。制御角θCの演算間（演算周期）におけるロータ５０の電気角変化量の最大値（ロータ角変化量最大値）は、前記式(3)のとおりであるから、これが一演算周期間で許容される制御角θCの最大変化量である。そこで、前記ロータ角変化量最大値をωmax（＞０）と表すと、加算角αの上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、それぞれ次式(6)(7)で表すことができる。
【００５６】
ＵＬ＝＋ωmax …(6)
ＬＬ＝−ωmax …(7)
リミッタ２４は、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αを上限値ＵＬと比較し（ステップＳ１１）、加算角αが上限値ＵＬを超えている場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、上限値ＵＬを加算角αに代入する（ステップＳ１２）。したがって、制御角θCに対して上限値ＵＬ（＝＋ωmax）が加算されることになる。
【００５７】
ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αが上限値ＵＬ以下であれば（ステップＳ１１：ＮＯ）、リミッタ２４は、さらに、その加算角αを下限値ＬＬと比較する（ステップＳ１３）。そして、その加算角αが下限値未満であれば（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、下限値ＬＬを加算角αに代入する（ステップＳ１４）。したがって、制御角θCに対して下限値ＬＬ（＝−ωmax）が加算されることになる。
【００５８】
ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αが下限値ＬＬ以上上限値ＵＬ以下（ステップＳ１３：ＮＯ）であれば、その加算角αがそのまま制御角θCへの加算のために用いられる。
このようにして、加算角αを上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間に制限することができるので、制御の安定化を図ることができる。より具体的には、電流不足時や制御開始時に制御不安定状態（アシスト力が不安定な状態）が発生しても、この状態から安定な制御状態へと速やかに遷移させることができる。これにより、操舵感を向上することができる。
【００５９】
図１０は、異常判定部３０による処理を説明するためのフローチャートである。まず、指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差であるトルク偏差ΔＴ（＝Ｔ*−Ｔ）がトルク偏差演算部２２から取得され、その絶対値｜ΔＴ｜が求められる（ステップＳ２１）。
さらに、検出操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が求められる（ステップＳ２２）。次いで、トルク偏差絶対値｜ΔＴ｜とトルク偏差閾値（たとえば、２Ｎｍ）とが大小比較される（ステップＳ２３）。トルク偏差絶対値｜ΔＴ｜がトルク偏差閾値未満であれば（ステップＳ２３：ＮＯ）、さらに、検出操舵トルク絶対値｜Ｔ｜とトルク閾値（たとえば、６Ｎｍ）とが大小比較される（ステップＳ２４）。検出操舵トルク絶対値｜Ｔ｜がトルク閾値未満であれば（ステップＳ２４：ＮＯ）、異常は生じていないと判断される。
【００６０】
一方、トルク偏差絶対値｜ΔＴ｜がトルク偏差閾値以上（ステップＳ２３：ＹＥＳ）であるか、または検出トルク絶対値｜Ｔ｜がトルク閾値以上（ステップＳ２４：ＹＥＳ）であるときには、異常が発生していると判定される。そして異常判定部３０は、異常発生を指示電流値生成部３１に通知する。
この異常発生の通知を受けて、指示電流値生成部３１は、γ軸指示電流値Ｉγ*を予め定めた一定値（この実施形態では零）に設定する（ステップＳ２５）。これにより、モータ電流が零になるように制御されるので、モータ３が負荷となることを回避して、ステアリングホイール１０の操作による操舵（マニュアル操舵）を確保することができる。
【００６１】
このようにして、トルク偏差絶対値｜ΔＴ｜と検出操舵トルク絶対値｜Ｔ｜とに基づいて異常が発生しているかどうかが判定され、異常発生時には、γ軸指示電流値Ｉγ*を零とすることによって、マニュアル操舵状態とすることができる。これにより、異常発生時に制御が不定となることを回避するフェールセーフ機能を付加することができる。
図１１は、この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図１１において、前述の図１の各部に対応する部分には図１と同一符号を付して示す。
【００６２】
この実施形態では、トルクセンサ１によって検出される操舵トルクＴに基づいて加算角αを演算する加算角演算部４０がマイクロコンピュータ１１の機能処理部として備えられている。加算角演算部４０は、たとえば、検出操舵トルクＴに対する加算角αの特性を予め定めたマップで構成することができる。
加算角αは、たとえば、所定のトルク不感帯範囲ＮＴＲ（−Ａ≦Ｔ≦Ａ。Ａは定数で、Ａ＞０）の検出操舵トルクＴに対しては零とされる。そして、トルク不感帯範囲ＮＴＲ外においては、検出操舵トルクＴの正の値に対して加算角αは正の値とされる。そして、加算角αは、検出操舵トルクＴが大きくなるほど大きくなるように、所定の上限値ＵＬ以下の範囲で定められている。また、トルク不感帯範囲ＮＴＲ外において、操舵トルクＴの負の値に対して加算角αは負の値とされる。そして、負の加算角αの絶対値は、操舵トルクＴの絶対値が大きくなるほど大きくなるように定められている。ただし、加算角αは、所定の下限値ＬＬ以上の範囲で定められるようになっている。
【００６３】
この構成により、演算周期毎に、制御角θCに対して、操舵トルクＴに応じて定められた加算角αが加算される。その結果、操舵トルクＴに対応した負荷角θLが設定されるので、モータ３から適切な操舵補助力が発生され、この操舵補助力が減速機構７を介して舵取り機構２に伝達されることになる。電動パワーステアリング装置の場合には、モータ３から発生させるべきトルクは、操舵トルクＴに対応しているので、操舵トルクＴに基づいて加算角αを定めることによって、モータ３から所望のトルクを発生させることができる。
【００６４】
図１２は、この発明のさらに他の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。この図１２において、前述の図１に示された各部の対応部分には、図１と同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、指示電流値生成部３１Ａは、γ軸指示電流値Ｉγ*＝０を生成する一方で、トルクセンサ１によって検出される操舵トルクＴと車速センサ６によって検出される車速とに基づいて、δ軸指示電流値Ｉδ*を生成する。このδ軸指示電流値Ｉδ*は、モータ３から発生させるべきアシストトルクに相当する。
【００６５】
δ軸指示電流値Ｉδ*は、たとえば、図１３に示すように、モータ３から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、モータ３から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
δ軸指示電流値Ｉδ*は、操舵トルクＴの正の値（右方向操舵のためのトルク）に対しては正の値をとり、操舵トルクＴの負の値（左方向操舵のためのトルク）に対しては負の値をとる。操舵トルクＴが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、δ軸指示電流値Ｉδ*は零とされる。トルク不感帯の範囲外においては、δ軸指示電流値Ｉδ*の絶対値が操舵トルクＴの絶対値が大きいほど大きくなるように、所定の上限値および下限値の範囲でδ軸指示電流値Ｉδ*が定められる。また、δ軸指示電流値Ｉδ*は、車速センサ６によって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００６６】
マイクロコンピュータ１１は、この実施形態では、機能処理部として、角度推定用電流生成部４５と、電流重畳部４６と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４７と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８と、負荷角推定部４９とを備えている。
角度推定用電流生成部４５は、負荷角θLを推定するための推定用電流値を生成する。この推定用電流値は、舵取り機構２からの負荷トルクの最大周波数以上の周波数を持つ高周波電流値である。推定用電流値が、電流重畳部４６において、δ軸指示電流値Ｉδ*に重畳される。この推定用電流値が重畳されたδ軸指示電流値Ｉδ*が、電流偏差演算部３２に与えられるようになっている。
【００６７】
高周波電流値である推定用電流値がδ軸指示電流値Ｉδ*に重畳されることによって、高周波トルク成分が生じ、これがモータ３から減速機構７を介して舵取り機構２に伝達される。その結果、トルクセンサ１は、推定用電流値に対応した高周波成分を操舵トルク（運転者がステアリングホイール１０に加えたトルク）とともに検出することになる。換言すれば、トルクセンサ１の出力信号には、操舵トルクのほかに推定用電流値に対応した高周波成分が重畳されていることになる。この高周波成分が、ハイパスフィルタ４７によって抽出され、負荷角推定部４９に供給される。
【００６８】
一方、ローパスフィルタ４８は、その高周波成分を除去し、操舵トルク成分を抽出して指示電流値生成部３１に供給する。これにより、指示電流値生成部３１は、推定用電流値の影響を受けることなく、検出操舵トルクＴに応じたδ軸指示電流値Ｉδ*を設定することができる。
負荷角推定部４９は、ハイパスフィルタ４７から与えられる推定用電流値に対応した高周波成分と、角度推定用電流生成部４５が生成する推定用電流値とに基づいて、負荷角θLを推定して、推定負荷角θL＾を生成する。
【００６９】
前述の図２から理解されるとおり、δ軸電流Ｉδのｑ軸への正射影がｑ軸電流Ｉqとなり、δ軸電流Ｉδと、ｑ軸電流Ｉqと、負荷角θLとの間には、Ｉq＝Ｉδ・cosθLの関係がある。
推定用電流値についても同様の関係が成り立つ。そして、ｑ軸電流Ｉqがモータ３の発生トルクに対応することから、トルクセンサ１は、高周波数の推定用電流値をｑ軸に投影（正射影）した成分に相当する高周波トルク成分を検出することになる。
【００７０】
そこで、負荷角推定部４９は、角度推定用電流生成部４５が生成する推定用電流値（δ軸電流成分）と、この推定用電流値に対応する高周波トルク成分（ｑ軸電流成分に相当）とに基づいて、負荷角θLを推定する。なお、操舵トルクの高周波成分を用いる代わりに、図１２において二点鎖線４２で示すように、ＵＶＷ／γδ変換部３６が生成するδ軸検出電流Ｉδの高周波成分をハイパスフィルタ４７で抽出し、このδ軸電流高周波成分を負荷角θLの推定のために用いてもよい。
【００７１】
こうして負荷角推定部４９によって推定された推定負荷角θL＾が、制御角演算部２６において、制御角θCの前回値θC(n-1)に加算され、制御角θCの今回値θC(n)＝θC(n-1)＋θL＾が求められる。つまり、この実施形態では、推定負荷角θL＾が制御角θCに対する加算角となる。
前述の図２から理解されるとおり、制御角θCと実際のロータ角θMとの偏差が負荷角θLに等しいので、制御角θCに推定負荷角θL＾を加算することによって、制御角θCをロータ角θMに近づけるか、または一致させることができる。
【００７２】
こうして求められた制御角θCを用いてγδ／ＵＶＷ変換部３４およびＵＶＷ／γδ変換部３６における座標変換演算が行われる。前述のとおり、制御角θCは、実際のロータ角θMに近い値（あるいは等しい値）を有するので、座標変換演算が正確に行われることになる。これにより、回転角センサを用いることなく、モータ３をスムーズに駆動させることができるので、優れた操舵感を実現できる。
【００７３】
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、回転角センサを備えずに、専らセンサレス制御によってモータ３を駆動する構成について説明したが、レゾルバ等の回転角センサを備え、この回転角センサの故障時に前述のようなセンサレス制御を行う構成としてもよい。これにより、回転角センサの故障時にもモータ３の駆動を継続できるから、操舵補助を継続できる。
【００７４】
この場合、回転角センサを用いるときには、指示電流値生成部３１，３１Ａにおいて、操舵トルクおよび車速に応じて、所定のアシスト特性に従ってδ軸指示電流値Ｉδ*を発生させるようにすればよい（つまり、前述の図１２の実施形態の場合の指示電流値生成部３１Ａの働き）。
回転角センサの出力信号を用いる場合には、ロータ角θMが求まるので制御角θCを導入する必要がなく、制御角θCに従う仮想回転座標系を用いる必要がない。つまり、ｄ軸電流およびｑ軸電流を制御すればよい。しかし、γδ軸に従って電流制御を行うγδ電流制御部と、ｄｑ軸に従って電流制御を行うｄｑ電流制御部との両方を備えると、マイクロコンピュータ１１においてプログラムを記憶するためのメモリ（ＲＯＭ）の多くの領域を使用することになる。そこで、角度変数を共用化することによって、γδ電流制御部とｄｑ電流制御部との共通化を図ることが好ましい。具体的には、共通化した電流制御部の角度変数を、回転角センサが正常なときにはｄｑ座標用角度として用い、回転角センサの故障時にはγδ座標用角度として用いるように切り換えればよい。これにより、メモリの使用量を抑制できるから、それに応じてメモリ容量を削減でき、コストダウンを図ることができる。
【００７５】
また、前述の第１の実施形態では、加減算判断部２７および加減係数乗算部２５を備え、加算角αの符号を適切に選択することよって操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に速やかに導く構成が取られているが、この構成を省いても、多少の遅れが生じる場合はあるものの、操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*へと近づけることができる。
また、前述の第１の実施形態では、異常判定部３０によって異常が発生したと判定されたときに、γ軸指示電流値Ｉγ*を零としているが、その代わりに、駆動回路１２とモータ３との間の給電線にリレーを介装しておき、異常発生が検出されたときに、このリレーを遮断するようにしてもよい。
【００７６】
さらに、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置にこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置のためのモータの制御や、パワーステアリング装置以外にも、ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システム、可変ギヤレシオ（ＶＧＲ）ステアリングシステムその他の車両用操舵装置に備えられたブラシレスモータの制御のために用いることができる。むろん、車両用操舵装置に限らず、他の用途のモータの制御のためにも本発明のモータ制御装置を適用できる。
【００７７】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図２】モータの構成を説明するための図解図である。
【図３】前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。
【図４】操舵角に対する指示操舵トルクの特性例を示す図である。
【図５】γ軸指示電流値の設定例を示す図である。
【図６】加減算判断部および加減係数乗算部の働きを説明するための説明図である。
【図７】加減算判断部による処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】制御角の演算周期を説明するための図である。
【図９】リミッタの働きを説明するためのフローチャートである。
【図１０】異常判定部による処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図１２】この発明のさらに他の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図１３】図１２の実施形態におけるδ軸指示電流値の設定例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…トルクセンサ、３…モータ、４…舵角センサ、５…モータ制御装置、１１…マイクロコンピュータ、２６…制御角演算部、５０…ロータ、５１，５２，５２…ステータ巻線、５５…ステータ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置およびそれを備えた車両用操舵装置に関する。車両用操舵装置の一例は、電動パワーステアリング装置である。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転角を検出するための回転角センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。回転角センサとしては、一般的には、ロータ回転角（電気角）に対応した正弦波信号および余弦波信号を出力するレゾルバが用いられる。しかし、レゾルバは、高価であり、配線数が多く、また、設置スペースも大きい。そのため、ブラシレスモータを備えた装置のコスト削減および小型化が阻害されるという課題がある。
【０００３】
そこで、回転角センサを用いることなくブラシレスモータを駆動するセンサレス駆動方式が提案されている。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相（ロータの電気角）を推定する方式である。ロータ停止時および極低速回転時には、誘起電圧を推定できないので、別の方式で磁極の位相が推定される。具体的には、ステータに対してセンシング信号を注入し、このセンシング信号に対するモータの応答が検出される。このモータ応答に基づいて、ロータ回転位置が推定される。
【特許文献１】特開2007-267549号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のセンサレス駆動方式は、誘起電圧やセンシング信号を用いてロータの回転位置を推定し、その推定によって得られた回転位置に基づいてモータを制御するものである。しかし、この駆動方式は、いずれの用途にも適しているわけではなく、たとえば、車両の舵取り機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置の駆動源として用いられるブラシレスモータの制御に適用するための手法は未だ確立されていない。そのため、別の方式によるセンサレス制御の実現が望まれている。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、回転角センサを用いない新たな制御方式でモータを制御することができるモータ制御装置およびそれを用いた車両用操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ロータ（５０）と、このロータに対向するステータ（５５）とを備えたモータ（３）を制御するためのモータ制御装置であって、制御上の回転角である制御角（θC）に従う回転座標系の軸電流値（Ｉγ*）で前記モータを駆動する電流駆動手段（３１〜３６，３１Ａ，４５）と、所定の演算周期毎に、制御角の前回値に加算角（α）を加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段（２６）と、前記モータが発生すべきトルクまたは前記軸電流値に対する前記モータの応答に対応するように前記加算角を演算する加算角演算手段（２３，４０，４７，４９）とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００７】
この構成によれば、制御角に従う回転座標系（γδ座標系。以下「仮想回転座標系」といい、この仮想回転座標系の座標軸を「仮想軸」という。）の軸電流値（以下「仮想軸電流値」という。）によってモータが駆動される一方で、制御角は、演算周期毎に加算角を加算することによって更新される。そして加算角が、モータが発生すべきトルクまたは前記仮想軸電流値に対する前記モータの応答に対応する値とされる。これにより、制御角を更新しながら、すなわち、仮想回転座標系の座標軸（仮想軸）を更新しながら、仮想軸電流値でモータを駆動することによって、必要なトルクを発生させることができる。こうして、回転角センサを用いることなく、モータから適切なトルクを発生させることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記加算角を制限するための制限手段（２４）をさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置である。この構成によれば、加算角に適切な制限を加えることによって、実際のロータの回転に比して過大な加算角が制御角に加算されることを抑制できる。より具体的には、ロータの回転速度範囲に対して妥当な範囲内で加算角が設定されるように制限を加えることによって、より適切にモータを制御することができる。
【０００９】
前記制限手段は、たとえば、加算角の絶対値を次式の制限値以下に制限するものであってもよい。ただし、次式における「最大ロータ角速度」とは、電気角でのロータ角速度の最大値である。
制限値＝最大ロータ角速度×演算周期
たとえば、モータの回転を所定の減速比の減速機構を介して車両用操舵装置の操舵軸に伝達している場合には、最大ロータ角速度は、最大操舵角速度（操舵軸の最大回転角速度）×減速比×極対数で与えられる。「極対数」とは、ロータが有する磁極対（Ｎ極とＳ極との対）の数である。
【００１０】
請求項３記載の発明は、車両の舵取り機構（２）に駆動力を付与するモータ（３）と、前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段（１）と、前記モータを制御するための請求項１または２記載のモータ制御装置（５）とを含み、前記加算角演算手段が、前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクに応じて前記加算角を演算するもの（２２，２３，４０）である、車両用操舵装置である。
【００１１】
車両用操舵装置の駆動源としてのモータが発生すべきトルクは、操舵トルクに対応しており、これにより、運転者の操舵意図に応じた駆動力を舵取り機構に付与することができる。そこで、この発明では、操舵トルクに応じて加算角が演算される。これにより、操舵トルクに応じて制御角が更新されるので、ロータの磁極方向に従う回転座標系（ｄｑ座標系）の座標軸と前記仮想軸とのずれ量（負荷角）が操舵トルクに応じた値となる。その結果、操舵トルクに応じた適切なトルクがモータから発生され、運転者の操舵意図に応じた駆動力を舵取り機構に付与できる。
【００１２】
操作部材と舵取り機構とが機械的に結合された車両用操舵装置（たとえば、電動パワーステアリング装置）では、仮想軸電流値に対するモータの応答（モータが発生するトルク）は、操舵トルクの変化となって現れる。したがって、このような車両用操舵装置においては、操舵トルクに応じて加算角を演算することは、仮想軸電流値に対するモータの応答に応じて加算角を演算することになると言うこともできる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段（２１）をさらに含み、前記加算角演算手段が、前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて前記加算角を演算するもの（２２，２３）である、請求項３記載の車両用操舵装置である。
この構成によれば、指示操舵トルクが設定され、この指示操舵トルクと操舵トルク（検出値）との偏差に応じて前記加算角が演算される。これにより、操舵トルクが当該指示操舵トルクとなるように加算角が定められ、それに応じた制御角が定められることになる。したがって、指示操舵トルクを適切に定めておくことによって、モータから適切な駆動力を発生させて、これを舵取り機構に付与することができる。
【００１４】
たとえば、電動パワーステアリング装置において、指示操舵トルクを零に定めると、操舵トルクが零になるようにモータが制御される。これにより、運転者は、操舵抵抗を感じることなく操舵を行える状態となる。このような制御は、たとえば、回転角センサ故障時の継続制御としてセンサレス制御を行う場合や、センサ類その他の故障のために通常の制御が行えない非常時におけるセンサレス制御の一態様として適用可能である。操舵抵抗をある程度残すには、指示操舵トルクを零でない値としておき、操舵抵抗を感じながら操作部材の操作を行えるようにしておけばよい。
【００１５】
請求項５記載の発明は、前記操作部材の操舵角を検出する操舵角検出手段（４）をさらに含み、前記指示操舵トルク設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に応じて指示操舵トルクを設定するものである、請求項４記載の車両用操舵装置である。
この構成によれば、操作部材の操舵角に応じて指示操舵トルクが設定されるので、操舵角に応じた適切なトルクをモータから発生させることができ、運転者が操作部材に加える操舵トルクを操舵角に応じた値へと導くことができる。これにより、良好な操舵感を得ることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、前記指示操舵トルク設定手段は、前記車両の車速を検出する車速検出手段（６）によって検出される当該車速に応じて指示操舵トルクを設定するものである、請求項４または５記載の車両用操舵装置である。
この構成によれば、車速に応じて指示操舵トルクが設定されるので、いわゆる車速感応制御を行うことができる。その結果、良好な操舵感を実現できる。たとえば、車速が大きいほど、すなわち、高速走行時ほど指示操舵トルクを小さく設定することより、すぐれた操舵感が得られる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差の絶対値が所定の偏差閾値以上であるか、または前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの絶対値が所定のトルク閾値以上であるときに、異常が発生したと判定する異常判定手段（３０）をさらに含む、請求項４〜６のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
【００１８】
この構成によれば、指示操舵トルクと操舵トルクとの偏差、または操舵トルクに基づいて異常判定を行うことができる。これにより、自己診断機能を備えることができる。
異常が発生したと判定されたときには、たとえば、モータに供給する電流を零に制御して、モータが舵取り機構に対する負荷（抵抗）となることを抑止することが好ましい。これにより、操作部材の操作によって舵取り機構を駆動（いわゆるマニュアル操舵）することができる。
【００１９】
請求項８記載の発明は、前記電流駆動手段は、角度推定用電流値を含む軸電流値を生成するもの（４５）であり、前記加算角演算手段は、前記角度推定用電流値に対応する前記モータの応答に基づいて、前記制御角と前記ロータの回転角との差である負荷角を前記加算角として演算する負荷角演算手段（４９）を含む、請求項１記載のモータ制御装置である。
【００２０】
この構成によれば、仮想軸に対して角度推定用電流値を供給するとともに、これに対するモータの応答が検出される。モータが発生するトルクは、仮想軸とｄｑ座標軸との偏差（角度差）である負荷角に応じた値となる。したがって、角度推定用電流値とモータの応答（とくに、トルクまたはトルク発生に寄与する電流成分）との関係から、負荷角を推定することができる。この負荷角を加算角として制御角に加算することによって、ロータの実際の回転角を推定することができる。これにより、回転角センサを要することなく、モータを制御できる。
【００２１】
操作部材と舵取り機構とが機械的に結合された車両用操舵装置（たとえば、電動パワーステアリング装置）では、角度推定用電流値に対するモータトルクの変動は、操舵トルクの変化となって現れる。したがって、このような車両用操舵装置においては、角度推定用電流値に対応する操舵トルクの変動に応じて負荷角を演算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置の一例）の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両を操向するための操作部材としてのステアリングホイール１０に加えられる操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１と、車両の舵取り機構２に減速機構７を介して操舵補助力を与えるモータ３（ブラシレスモータ）と、ステアリングホイール１０の回転角である操舵角を検出する舵角センサ４と、モータ３を駆動制御するモータ制御装置５と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の速度を検出する車速センサ６とを備えている。
【００２３】
モータ制御装置５は、トルクセンサ１が検出する操舵トルク、舵角センサ４が検出する操舵角および車速センサ６が検出する車速に応じてモータ３を駆動することによって、操舵状況および車速に応じた適切な操舵補助を実現する。
モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスモータであり、図２(a)に図解的に示すように、界磁としてのロータ５０と、このロータ５０に対向するステータ５５に配置されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３とを備えている。モータ３は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
【００２４】
各相のステータ巻線５１，５２，５３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ５０の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ５０の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ５０とともに回転する回転座標系である。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ５０のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ５０の回転角（ロータ角）θMは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ角θMに従う実回転座標系である。このロータ角θMを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。
【００２５】
一方、この実施形態では、制御上のロータ回転角を表す制御角θCが導入される。制御角θCは、Ｕ軸に対する仮想的な回転角である。この制御角θCに対応する仮想的な軸をγ軸とし、このγ軸に対して９０°進んだ軸をδ軸として、仮想二相回転座標系（γδ座標系。仮想回転座標系）を定義する。制御角θCがロータ角θMに等しいとき、仮想回転座標系であるγδ座標系と実回転座標系であるｄｑ座標系とが一致する。すなわち、仮想軸としてのγ軸は実軸としてのｄ軸と一致し、仮想軸としてのδ軸は実軸としてのｑ軸と一致する。γδ座標系は、制御角θCに従う仮想回転座標系である。ＵＶＷ座標系とγδ座標系との座標変換は、制御角θCを用いて行うことができる。
【００２６】
制御角θCとロータ角θMとの差を負荷角θL（＝θC−θM）と定義する。
制御角θCに従ってγ軸電流Ｉγをモータ３に供給すると、このδ軸電流Ｉγのｑ軸成分（ｑ軸への正射影）がロータ５０のトルク発生に寄与するｑ軸電流Ｉqとなる。すなわち、γ軸電流Ｉγとｑ軸電流Ｉqとの間に、次式(1)の関係が成立する。
Ｉq＝Ｉγ・sinθL …(1)
再び図１を参照する。モータ制御装置５は、マイクロコンピュータ１１と、このマイクロコンピュータ１１によって制御され、モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）１２と、モータ３の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部１３とを備えている。
【００２７】
電流検出部１３は、モータ３の各相のステータ巻線５１，５２，５３に流れる相電流ＩU，ＩV，ＩW（以下、総称するときには「三相検出電流ＩUVW」という。）を検出する。これらは、ＵＶＷ座標系における各座標軸方向の電流値である。
マイクロコンピュータ１１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、指示操舵トルク設定部２１と、トルク偏差演算部２２と、ＰＩ（比例積分）制御部２３と、リミッタ２４と、加減係数乗算部２５と、制御角演算部２６と、加減算判断部２７と、異常判定部３０と、指示電流値生成部３１と、電流偏差演算部３２と、ＰＩ制御部３３と、γδ／ＵＶＷ変換部３４と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部３５と、ＵＶＷ／γδ変換部３６とが含まれている。
【００２８】
指示操舵トルク設定部２１は、舵角センサ４によって検出される操舵角と、車速センサ６によって検出される車速とに基づいて、指示操舵トルクＴ*を設定する。たとえば、図４に示すように、たとえば、操舵角が正の値（右方向へ操舵した状態）のとき指示操舵トルクＴ*は正の値（右方向へのトルク）に設定され、操舵角が負の値（左方向へ操舵した状態）のとき指示操舵トルクＴ*は負の値（左方向へのトルク）に設定される。そして、操舵角の絶対値が大きくなるに従って、その絶対値が大きくなるように（図４の例では非線型に大きくなるように）指示操舵トルクＴ*が設定される。ただし、所定の上限値（正の値。たとえば、＋６Ｎｍ）および下限値（負の値。たとえば−６Ｎｍ）の範囲内で指示操舵トルクＴ*の設定が行われる。また、指示操舵トルクＴ*は、車速が大きいほど、その絶対値が小さくなるよう設定される。すなわち、車速感応制御が行われる。
【００２９】
トルク偏差演算部２２は、指示操舵トルク設定部２１によって設定される指示操舵トルクＴ*とトルクセンサ１によって検出される操舵トルクＴ（以下、区別するための「検出操舵トルクＴ」という。）との偏差（トルク偏差）ΔＴを求める。ＰＩ制御部２３は、このトルク偏差ΔＴに対するＰＩ演算を行う。すなわち、トルク偏差演算部２２およびＰＩ制御部２３によって、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に導くためのトルクフィードバック制御手段が構成されている。ＰＩ制御部２３は、トルク偏差ΔＴに対するＰＩ演算を行うことで、制御角θCに対する加算角αを演算する。
【００３０】
リミッタ２４は、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αに対して制限を加える制限手段である。より具体的には、リミッタ２４は、所定の上限値ＵＬ（正の値）と下限値ＬＬ（負の値）との間の値に加算角αを制限する。
加減係数乗算部２５は、加算角αに対して加算係数「＋１」または減算係数「−１」を乗じる。この加算係数または減算係数が乗じられた加算角αが、制御角演算部２６の加算器２６Ａにおいて、制御角θCの前回値θC(n-1)（ｎは今演算周期の番号）に加算される（Ｚ-1は信号の前回値を表す）。つまり、加算角αに加算係数「＋１」が乗じられたときには、制御角θCの今回値θC(n)＝θC(n-1)＋αとなる。これに対して、加算角αに減算係数「−１」が乗じられたときには、制御角θCの今回値θC(n)＝θC(n-1)−αとなる。ただし、制御角θCの初期値は予め定められた値（たとえば零）である。
【００３１】
制御角演算部２６は、制御角θCの前回値θC(n-1)に加減係数乗算部２５から与えられる加算角αを加算する加算器２６Ａを含む。すなわち、制御角演算部２６は、所定の演算周期毎に制御角θCを演算する。そして、前演算周期における制御角θCを前回値θC(n-1)とし、これを用いて今演算周期における制御角θCである今回値θC(n)を求める。
加減算判断部２７は、加減係数乗算部２５において加算角αに乗じるべき係数を、加算係数「＋１」または減算係数「-１」のいずれとすべきかを判断する。より具体的には、加減算判断部２７は、トルク偏差演算部２２で演算されるトルク偏差ΔＴおよび検出操舵トルクＴの時間微分値（操舵トルク微分値）Ｔ′に基づいて、加減係数乗算部２５における現在の係数を維持すべきか、それとも、その係数を加算係数「＋１」と減算係数「-１」との間で反転すべきかを判断する。そして、加減算判断部２７は、その判断結果に応じて、加算係数「＋１」および減算係数「-１」のいずれか一方を選択して加減係数乗算部２５に設定する。この加減算判断部２７による処理の詳細は後述する。
【００３２】
異常判定部３０は、トルク偏差演算部２２で演算されるトルク偏差ΔＴおよびトルクセンサ１によって検出される検出操舵トルクＴに基づいて、異常判定処理を行う。この異常判定処理の結果は、指示電流値生成部３１に通知される。異常判定部３０によって異常が発生したと判定されると、指示電流値生成部３１は、指示電流値を予め定めた一定値（たとえば零）に設定する。
【００３３】
指示電流値生成部３１は、制御上の回転角である前記制御角θCに対応する仮想回転座標系であるγδ座標系の座標軸（仮想軸）に流すべき電流値を指示電流値として生成するものである。具体的には、γ軸指示電流値Ｉγ*およびδ軸指示電流値Ｉδ*（以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Ｉγδ*という。）を生成する。指示電流値生成部３１は、γ軸指示電流値Ｉγ*を有意値とする一方で、δ軸指示電流値Ｉδ*を零とする。より具体的には、指示電流値生成部３１は、トルクセンサ１によって検出される検出操舵トルクＴに基づいてγ軸指示電流値Ｉγ*を設定する。
【００３４】
検出操舵トルクＴに対するγ軸指示電流値Ｉγ*の設定例は、図５に示されている。検出操舵トルクＴが零付近の領域には不感帯ＮＲが設定されている。γ軸指示電流値Ｉγ*は、不感帯ＮＲの外側の領域で急峻に立ち上がり、所定のトルク以上でほぼ一定値となるように設定される。これにより、運転者がステアリングホイール１０を操作していないときには、モータ３への通電が停止され、不必要な電力消費が抑制される。
【００３５】
電流偏差演算部３２は、指示電流値生成部３１によって生成されるγ軸指示電流値Ｉγ*に対するγ軸検出電流Ｉγの偏差Ｉγ*−Ｉγと、δ軸指示電流値Ｉδ*（＝０）に対するδ軸検出電流Ｉδの偏差Ｉδ*−Ｉδとを演算する。γ軸検出電流Ｉγおよびδ軸検出電流Ｉδは、ＵＶＷ／γδ変換部３６から偏差演算部３２に与えられるようになっている。
【００３６】
ＵＶＷ／γδ変換部３６は、電流検出部１３によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流ＩUVW（Ｕ相検出電流ＩU、Ｖ相検出電流ＩVおよびＷ相検出電流ＩW）をγδ座標系の二相検出電流ＩγおよびＩδ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉγδ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部３２に与えられるようになっている。ＵＶＷ／γδ変換部３６における座標変換には、制御角演算部２６で演算される制御角θCが用いられる。
【００３７】
ＰＩ制御部３３は、電流偏差演算部３２によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行うことにより、モータ３に印加すべき二相指示電圧Ｖγδ（γ軸指示電圧Ｖγおよびδ軸指示電圧Ｖδ）を生成する。この二相指示電圧Ｖγδが、γδ／ＵＶＷ変換部３４に与えられる。
γδ／ＵＶＷ変換部３４は、二相指示電圧Ｖγδに対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧ＶUVWを生成する。三相指示電圧ＶUVWは、Ｕ相指示電圧ＶU、Ｖ相指示電圧ＶVおよびＷ相指示電圧ＶWからなる。この三相指示電圧ＶUVWは、ＰＷＭ制御部３５に与えられる。
【００３８】
ＰＷＭ制御部３５は、Ｕ相指示電圧ＶU、Ｖ相指示電圧ＶVおよびＷ相指示電圧ＶWにそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路１２に供給する。
駆動回路１２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部３５から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧ＶUVWに相当する電圧がモータ３の各相のステータ巻線５１，５２、５３に印加されることになる。
【００３９】
電流偏差演算部３２およびＰＩ制御部３３は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、モータ３に流れるモータ電流が、指示電流値生成部３１によって設定される二相指示電流値Ｉγδ*に近づくように制御される。
図３は、前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。ただし、説明を簡単にするために、リミッタ２４および加減係数乗算部２５の機能は省略してある。
【００４０】
指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差（トルク偏差）に対するＰＩ制御（ＫPは比例係数、ＫIは積分係数、１／ｓは積分演算子である。）によって、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θCの前回値θC(n-1)に対して加算されることによって、制御角θCの今回値θC(n)＝θC(n-1)＋αが求められる。このとき、制御角θCとロータ５０の実際のロータ角θMとの偏差が負荷角θL＝θC−θMとなる。
【００４１】
したがって、制御角θCに従うγδ座標系（仮想回転座標系）のγ軸（仮想軸）にγ軸電流指示値Ｉγ*に従ってγ軸電流Ｉγが供給されると、ｑ軸電流Ｉq＝ＩγsinθLとなる。このｑ軸電流Ｉqがロータ５０の発生トルクに寄与する。すなわち、モータ３のトルク定数ＫTをｑ軸電流Ｉq（＝ＩγsinθL）に乗じた値が、アシストトルクＴA（＝ＫT・ＩγsinθL）として、減速機構７を介して、舵取り機構２に伝達される。このアシストトルクＴAを舵取り機構２からの負荷トルクＴLから減じた値が、運転者がステアリングホイール１０に与えるべき操舵トルクＴである。この操舵トルクＴがフィードバックされることによって、この操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に導くように系が動作する。つまり、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に一致させるべく、加算角αが求められ、それに応じて制御角θCが制御される。
【００４２】
このように制御上の仮想軸であるγ軸に電流を流す一方で、指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差ΔＴに応じて求められる加算角αで制御角θCを更新していくことにより、負荷角θLが変化し、この負荷角θLに応じたトルクがモータ３から発生するようになっている。これにより、操舵角および車速に基づいて設定される指示操舵トルクＴ*に応じたトルクをモータ３から発生させることができるので、操舵角および車速に対応した適切な操舵補助力を舵取り機構２に与えることができる。すなわち、操舵角の絶対値が大きいほど操舵トルクが大きく、かつ、車速が大きいほど操舵トルクが小さくなるように、操舵補助制御が実行される。
【００４３】
このようにして、回転角センサを用いることなくモータ３を適切に制御して、適切な操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置を実現できる。これにより、構成を簡単にすることができ、コストの削減を図ることができる。
図６は、加減算判断部２７および加減係数乗算部２５の働きを説明するための説明図であり、負荷角θLとｑ軸電流Ｉqとの関係が示されている。ｑ軸電流Ｉqは、負荷角θLを用いてＩq＝ＩγsinθθL（θL＝θC−θM）で与えられる。したがって、負荷角θLに対するｑ軸電流Ｉqの変化は、０°≦θL＜９０°，２７０°≦θL＜３６０°の区間では単調増加、９０°≦θL＜２７０°の区間では単調減少である。
【００４４】
一方、ＰＩ制御部２３は、指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差ΔＴが正値であれば正の加算角αを生成し、当該偏差ΔＴが負値であれば負の加算角αを生成するように動作する。
たとえば、図６に示すように、指示操舵トルクＴ*に対応する目標負荷角θL*（指示操舵トルクＴ*に対応する狙いのｑ軸電流が得られる負荷角）が９０°よりもやや大きな値であり、現在の負荷角θL1が１８０°よりもやや大きな値であって、いずれも単調減少区間（９０°≦θL＜２７０°）に属している場合を考える。この場合、現在の負荷角θL1を目標負荷角θL*に導く場合に、負荷角θLを増加させるよりも、負荷角θLを減少させる方が、より速く目標負荷角θL*に到達する。すなわち、加算角αを正の値とするよりも、負の値とした方が、狙いのｑ軸電流への到達時間が短くなる。
【００４５】
そこで、加減算判断部２７は、目標負荷角θL*により速く到達するように加算角αの符号を定めるための加減係数を求め、これを加減係数乗算部２５に設定する。
具体的には、加減算判断部２７は、図７に示すように、トルク偏差演算部２２から指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差（トルク偏差）ΔＴを取得する（ステップＳ１）。さらに、加減算判断部２７は、検出操舵トルクＴの時間微分値である操舵トルク微分値Ｔ′を求める（ステップＳ２）。そして、加減算判断部２７は、トルク偏差ΔＴと操舵トルク微分値Ｔ′とを乗算し、その符号を調べる（ステップＳ３）。乗算値ΔＴ・Ｔ′が正値または零であれば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、現在の加減係数を維持する（ステップＳ４）。これに対して、乗算値ΔＴ・Ｔ′が負値であれば（ステップＳ３：ＮＯ）、加減係数を反転する（ステップＳ５）。すなわち、現在の加減係数とは異なる符号の加減係数を加減係数乗算部２５に設定する。加減係数の初期値は、たとえば、正の加減係数「＋１」とすればよい。
【００４６】
トルク偏差ΔＴが正値のときは、検出操舵トルクＴが増加傾向（すなわち、操舵トルク微分値Ｔ′が正）となれば、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に近づけることができる。したがって、乗算値ΔＴ・Ｔ′が正値であれば、加減係数乗算部２５に現に設定されている加減係数を維持することで、検出操舵トルクＴを速やかに指示操舵トルクＴ*に導くことができる。
【００４７】
一方、トルク偏差ΔＴが正値であって、検出操舵トルクＴが減少傾向（すなわち、操舵トルク微分値Ｔ′が負）のときには、乗算値ΔＴ・Ｔ′が負値となる。このとき、検出操舵トルクＴの変化は、指示操舵トルクＴ*から離れる方向となっている。そこで、加減係数乗算部２５に現に設定されている加減係数の符号を反転させることによって、検出操舵トルクＴを速やかに指示操舵トルクＴ*に導くことができる。
【００４８】
トルク偏差ΔＴが負値のときは、検出操舵トルクＴが減少傾向（すなわち、操舵トルク微分値Ｔ′が負）となれば、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に近づけることができる。したがって、乗算値ΔＴ・Ｔ′が正値であれば、加減係数乗算部２５に現に設定されている加減係数を維持することで、検出操舵トルクＴを速やかに指示操舵トルクＴ*に導くことができる。
【００４９】
一方、トルク偏差ΔＴが負値であって、検出操舵トルクＴが増加傾向（すなわち、操舵トルク微分値Ｔ′が正）のときには、乗算値ΔＴ・Ｔ′が負値となる。このとき、検出操舵トルクＴの変化は、指示操舵トルクＴ*から離れる方向となっている。そこで、加減係数乗算部２５に現に設定されている加減係数の符号を反転させることによって、検出操舵トルクＴを速やかに指示操舵トルクＴ*に導くことができる。
【００５０】
このように、乗算値ΔＴ・Ｔ′が正値の場合には現在の加減係数を維持し、乗算値ΔＴ・Ｔ′が負値の場合には現在の加減係数の符号を反転することによって、より速やかに検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に導けることが分かる。
図８は、制御角θCの演算周期を説明するための図であり、負荷角θLとｑ軸電流Ｉqとの関係が示されている。マイクロコンピュータ１１の演算負荷を極力抑制するためには、演算周期を極力長くすることが好ましい。そこで、この実施形態では、最大操舵角速度に基づいて、演算周期が定められている。最大操舵角速度とは、ステアリングホイール１０の操舵角速度として想定され得る最大値であり、たとえば、８００deg/sec程度である。
【００５１】
最大操舵角速度のときのロータ５０の電気角の変化速度（電気角での角速度。最大ロータ角速度）は、次式(2)のとおり、最大操舵角速度と、減速機構７の減速比と、ロータ５０の極対数との積で与えられる。極対数とは、ロータ５０が有する磁極対（Ｎ極とＳ極）との対の個数である。
最大ロータ角速度＝最大操舵角速度×減速比×極対数 …(2)
制御角θCの演算間（演算周期）におけるロータ５０の電気角変化量の最大値（ロータ角変化量最大値）は、次式(3)のとおり、最大ロータ角速度に演算周期を乗じた値となる。
【００５２】
ロータ角変化量最大値＝最大ロータ角速度×制御周期
＝最大操舵角速度×減速比×極対数×制御周期 …(3)
一方、負荷角θL（＝θC−θM）の全領域（０°≦θL＜３６０°）は、ｑ軸電流Ｉqが単調減少する単調減少区間Ａと、ｑ軸電流Ｉqが単調増加する単調増加区間Ｂとに分けられる。単調減少区間Ａは９０°≦θL＜２７０°の区間である。また、単調増加区間Ｂは、０≦θL＜９０°，２７０°≦θL＜３６０°の区間である。フィードバック制御を適正に行うためには、同じ区間で最低２回の連続制御を行う必要がある。そのための条件は、次式(4)のとおり、前記ロータ角変化量最大値が９０°以下となることである。
【００５３】
ロータ角変化量最大値≦９０° …(4)
この式(4)に前記式(3)を代入して変形すると、次式(5)が得られる。
【００５４】
【数１】
【００５５】
したがって、演算周期を式(5)の右辺の値に等しく定めることによって、モータ３の制御を適切に行いつつ、かつ、演算周期を極力長くして、マイクロコンピュータ１１の演算負荷を低減できる。
図９は、リミッタ２４の働きを説明するためのフローチャートである。制御角θCの演算間（演算周期）におけるロータ５０の電気角変化量の最大値（ロータ角変化量最大値）は、前記式(3)のとおりであるから、これが一演算周期間で許容される制御角θCの最大変化量である。そこで、前記ロータ角変化量最大値をωmax（＞０）と表すと、加算角αの上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、それぞれ次式(6)(7)で表すことができる。
【００５６】
ＵＬ＝＋ωmax …(6)
ＬＬ＝−ωmax …(7)
リミッタ２４は、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αを上限値ＵＬと比較し（ステップＳ１１）、加算角αが上限値ＵＬを超えている場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、上限値ＵＬを加算角αに代入する（ステップＳ１２）。したがって、制御角θCに対して上限値ＵＬ（＝＋ωmax）が加算されることになる。
【００５７】
ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αが上限値ＵＬ以下であれば（ステップＳ１１：ＮＯ）、リミッタ２４は、さらに、その加算角αを下限値ＬＬと比較する（ステップＳ１３）。そして、その加算角αが下限値未満であれば（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、下限値ＬＬを加算角αに代入する（ステップＳ１４）。したがって、制御角θCに対して下限値ＬＬ（＝−ωmax）が加算されることになる。
【００５８】
ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αが下限値ＬＬ以上上限値ＵＬ以下（ステップＳ１３：ＮＯ）であれば、その加算角αがそのまま制御角θCへの加算のために用いられる。
このようにして、加算角αを上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間に制限することができるので、制御の安定化を図ることができる。より具体的には、電流不足時や制御開始時に制御不安定状態（アシスト力が不安定な状態）が発生しても、この状態から安定な制御状態へと速やかに遷移させることができる。これにより、操舵感を向上することができる。
【００５９】
図１０は、異常判定部３０による処理を説明するためのフローチャートである。まず、指示操舵トルクＴ*と検出操舵トルクＴとの偏差であるトルク偏差ΔＴ（＝Ｔ*−Ｔ）がトルク偏差演算部２２から取得され、その絶対値｜ΔＴ｜が求められる（ステップＳ２１）。
さらに、検出操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が求められる（ステップＳ２２）。次いで、トルク偏差絶対値｜ΔＴ｜とトルク偏差閾値（たとえば、２Ｎｍ）とが大小比較される（ステップＳ２３）。トルク偏差絶対値｜ΔＴ｜がトルク偏差閾値未満であれば（ステップＳ２３：ＮＯ）、さらに、検出操舵トルク絶対値｜Ｔ｜とトルク閾値（たとえば、６Ｎｍ）とが大小比較される（ステップＳ２４）。検出操舵トルク絶対値｜Ｔ｜がトルク閾値未満であれば（ステップＳ２４：ＮＯ）、異常は生じていないと判断される。
【００６０】
一方、トルク偏差絶対値｜ΔＴ｜がトルク偏差閾値以上（ステップＳ２３：ＹＥＳ）であるか、または検出トルク絶対値｜Ｔ｜がトルク閾値以上（ステップＳ２４：ＹＥＳ）であるときには、異常が発生していると判定される。そして異常判定部３０は、異常発生を指示電流値生成部３１に通知する。
この異常発生の通知を受けて、指示電流値生成部３１は、γ軸指示電流値Ｉγ*を予め定めた一定値（この実施形態では零）に設定する（ステップＳ２５）。これにより、モータ電流が零になるように制御されるので、モータ３が負荷となることを回避して、ステアリングホイール１０の操作による操舵（マニュアル操舵）を確保することができる。
【００６１】
このようにして、トルク偏差絶対値｜ΔＴ｜と検出操舵トルク絶対値｜Ｔ｜とに基づいて異常が発生しているかどうかが判定され、異常発生時には、γ軸指示電流値Ｉγ*を零とすることによって、マニュアル操舵状態とすることができる。これにより、異常発生時に制御が不定となることを回避するフェールセーフ機能を付加することができる。
図１１は、この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図１１において、前述の図１の各部に対応する部分には図１と同一符号を付して示す。
【００６２】
この実施形態では、トルクセンサ１によって検出される操舵トルクＴに基づいて加算角αを演算する加算角演算部４０がマイクロコンピュータ１１の機能処理部として備えられている。加算角演算部４０は、たとえば、検出操舵トルクＴに対する加算角αの特性を予め定めたマップで構成することができる。
加算角αは、たとえば、所定のトルク不感帯範囲ＮＴＲ（−Ａ≦Ｔ≦Ａ。Ａは定数で、Ａ＞０）の検出操舵トルクＴに対しては零とされる。そして、トルク不感帯範囲ＮＴＲ外においては、検出操舵トルクＴの正の値に対して加算角αは正の値とされる。そして、加算角αは、検出操舵トルクＴが大きくなるほど大きくなるように、所定の上限値ＵＬ以下の範囲で定められている。また、トルク不感帯範囲ＮＴＲ外において、操舵トルクＴの負の値に対して加算角αは負の値とされる。そして、負の加算角αの絶対値は、操舵トルクＴの絶対値が大きくなるほど大きくなるように定められている。ただし、加算角αは、所定の下限値ＬＬ以上の範囲で定められるようになっている。
【００６３】
この構成により、演算周期毎に、制御角θCに対して、操舵トルクＴに応じて定められた加算角αが加算される。その結果、操舵トルクＴに対応した負荷角θLが設定されるので、モータ３から適切な操舵補助力が発生され、この操舵補助力が減速機構７を介して舵取り機構２に伝達されることになる。電動パワーステアリング装置の場合には、モータ３から発生させるべきトルクは、操舵トルクＴに対応しているので、操舵トルクＴに基づいて加算角αを定めることによって、モータ３から所望のトルクを発生させることができる。
【００６４】
図１２は、この発明のさらに他の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。この図１２において、前述の図１に示された各部の対応部分には、図１と同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、指示電流値生成部３１Ａは、γ軸指示電流値Ｉγ*＝０を生成する一方で、トルクセンサ１によって検出される操舵トルクＴと車速センサ６によって検出される車速とに基づいて、δ軸指示電流値Ｉδ*を生成する。このδ軸指示電流値Ｉδ*は、モータ３から発生させるべきアシストトルクに相当する。
【００６５】
δ軸指示電流値Ｉδ*は、たとえば、図１３に示すように、モータ３から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、モータ３から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
δ軸指示電流値Ｉδ*は、操舵トルクＴの正の値（右方向操舵のためのトルク）に対しては正の値をとり、操舵トルクＴの負の値（左方向操舵のためのトルク）に対しては負の値をとる。操舵トルクＴが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、δ軸指示電流値Ｉδ*は零とされる。トルク不感帯の範囲外においては、δ軸指示電流値Ｉδ*の絶対値が操舵トルクＴの絶対値が大きいほど大きくなるように、所定の上限値および下限値の範囲でδ軸指示電流値Ｉδ*が定められる。また、δ軸指示電流値Ｉδ*は、車速センサ６によって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さく設定されるようになっている。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。
【００６６】
マイクロコンピュータ１１は、この実施形態では、機能処理部として、角度推定用電流生成部４５と、電流重畳部４６と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４７と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８と、負荷角推定部４９とを備えている。
角度推定用電流生成部４５は、負荷角θLを推定するための推定用電流値を生成する。この推定用電流値は、舵取り機構２からの負荷トルクの最大周波数以上の周波数を持つ高周波電流値である。推定用電流値が、電流重畳部４６において、δ軸指示電流値Ｉδ*に重畳される。この推定用電流値が重畳されたδ軸指示電流値Ｉδ*が、電流偏差演算部３２に与えられるようになっている。
【００６７】
高周波電流値である推定用電流値がδ軸指示電流値Ｉδ*に重畳されることによって、高周波トルク成分が生じ、これがモータ３から減速機構７を介して舵取り機構２に伝達される。その結果、トルクセンサ１は、推定用電流値に対応した高周波成分を操舵トルク（運転者がステアリングホイール１０に加えたトルク）とともに検出することになる。換言すれば、トルクセンサ１の出力信号には、操舵トルクのほかに推定用電流値に対応した高周波成分が重畳されていることになる。この高周波成分が、ハイパスフィルタ４７によって抽出され、負荷角推定部４９に供給される。
【００６８】
一方、ローパスフィルタ４８は、その高周波成分を除去し、操舵トルク成分を抽出して指示電流値生成部３１に供給する。これにより、指示電流値生成部３１は、推定用電流値の影響を受けることなく、検出操舵トルクＴに応じたδ軸指示電流値Ｉδ*を設定することができる。
負荷角推定部４９は、ハイパスフィルタ４７から与えられる推定用電流値に対応した高周波成分と、角度推定用電流生成部４５が生成する推定用電流値とに基づいて、負荷角θLを推定して、推定負荷角θL＾を生成する。
【００６９】
前述の図２から理解されるとおり、δ軸電流Ｉδのｑ軸への正射影がｑ軸電流Ｉqとなり、δ軸電流Ｉδと、ｑ軸電流Ｉqと、負荷角θLとの間には、Ｉq＝Ｉδ・cosθLの関係がある。
推定用電流値についても同様の関係が成り立つ。そして、ｑ軸電流Ｉqがモータ３の発生トルクに対応することから、トルクセンサ１は、高周波数の推定用電流値をｑ軸に投影（正射影）した成分に相当する高周波トルク成分を検出することになる。
【００７０】
そこで、負荷角推定部４９は、角度推定用電流生成部４５が生成する推定用電流値（δ軸電流成分）と、この推定用電流値に対応する高周波トルク成分（ｑ軸電流成分に相当）とに基づいて、負荷角θLを推定する。なお、操舵トルクの高周波成分を用いる代わりに、図１２において二点鎖線４２で示すように、ＵＶＷ／γδ変換部３６が生成するδ軸検出電流Ｉδの高周波成分をハイパスフィルタ４７で抽出し、このδ軸電流高周波成分を負荷角θLの推定のために用いてもよい。
【００７１】
こうして負荷角推定部４９によって推定された推定負荷角θL＾が、制御角演算部２６において、制御角θCの前回値θC(n-1)に加算され、制御角θCの今回値θC(n)＝θC(n-1)＋θL＾が求められる。つまり、この実施形態では、推定負荷角θL＾が制御角θCに対する加算角となる。
前述の図２から理解されるとおり、制御角θCと実際のロータ角θMとの偏差が負荷角θLに等しいので、制御角θCに推定負荷角θL＾を加算することによって、制御角θCをロータ角θMに近づけるか、または一致させることができる。
【００７２】
こうして求められた制御角θCを用いてγδ／ＵＶＷ変換部３４およびＵＶＷ／γδ変換部３６における座標変換演算が行われる。前述のとおり、制御角θCは、実際のロータ角θMに近い値（あるいは等しい値）を有するので、座標変換演算が正確に行われることになる。これにより、回転角センサを用いることなく、モータ３をスムーズに駆動させることができるので、優れた操舵感を実現できる。
【００７３】
以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、回転角センサを備えずに、専らセンサレス制御によってモータ３を駆動する構成について説明したが、レゾルバ等の回転角センサを備え、この回転角センサの故障時に前述のようなセンサレス制御を行う構成としてもよい。これにより、回転角センサの故障時にもモータ３の駆動を継続できるから、操舵補助を継続できる。
【００７４】
この場合、回転角センサを用いるときには、指示電流値生成部３１，３１Ａにおいて、操舵トルクおよび車速に応じて、所定のアシスト特性に従ってδ軸指示電流値Ｉδ*を発生させるようにすればよい（つまり、前述の図１２の実施形態の場合の指示電流値生成部３１Ａの働き）。
回転角センサの出力信号を用いる場合には、ロータ角θMが求まるので制御角θCを導入する必要がなく、制御角θCに従う仮想回転座標系を用いる必要がない。つまり、ｄ軸電流およびｑ軸電流を制御すればよい。しかし、γδ軸に従って電流制御を行うγδ電流制御部と、ｄｑ軸に従って電流制御を行うｄｑ電流制御部との両方を備えると、マイクロコンピュータ１１においてプログラムを記憶するためのメモリ（ＲＯＭ）の多くの領域を使用することになる。そこで、角度変数を共用化することによって、γδ電流制御部とｄｑ電流制御部との共通化を図ることが好ましい。具体的には、共通化した電流制御部の角度変数を、回転角センサが正常なときにはｄｑ座標用角度として用い、回転角センサの故障時にはγδ座標用角度として用いるように切り換えればよい。これにより、メモリの使用量を抑制できるから、それに応じてメモリ容量を削減でき、コストダウンを図ることができる。
【００７５】
また、前述の第１の実施形態では、加減算判断部２７および加減係数乗算部２５を備え、加算角αの符号を適切に選択することよって操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に速やかに導く構成が取られているが、この構成を省いても、多少の遅れが生じる場合はあるものの、操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*へと近づけることができる。
また、前述の第１の実施形態では、異常判定部３０によって異常が発生したと判定されたときに、γ軸指示電流値Ｉγ*を零としているが、その代わりに、駆動回路１２とモータ３との間の給電線にリレーを介装しておき、異常発生が検出されたときに、このリレーを遮断するようにしてもよい。
【００７６】
さらに、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置にこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置のためのモータの制御や、パワーステアリング装置以外にも、ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システム、可変ギヤレシオ（ＶＧＲ）ステアリングシステムその他の車両用操舵装置に備えられたブラシレスモータの制御のために用いることができる。むろん、車両用操舵装置に限らず、他の用途のモータの制御のためにも本発明のモータ制御装置を適用できる。
【００７７】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図２】モータの構成を説明するための図解図である。
【図３】前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。
【図４】操舵角に対する指示操舵トルクの特性例を示す図である。
【図５】γ軸指示電流値の設定例を示す図である。
【図６】加減算判断部および加減係数乗算部の働きを説明するための説明図である。
【図７】加減算判断部による処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】制御角の演算周期を説明するための図である。
【図９】リミッタの働きを説明するためのフローチャートである。
【図１０】異常判定部による処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図１２】この発明のさらに他の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図１３】図１２の実施形態におけるδ軸指示電流値の設定例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…トルクセンサ、３…モータ、４…舵角センサ、５…モータ制御装置、１１…マイクロコンピュータ、２６…制御角演算部、５０…ロータ、５１，５２，５２…ステータ巻線、５５…ステータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
制御上の回転角である制御角に従う回転座標系の軸電流値で前記モータを駆動する電流駆動手段と、
所定の演算周期毎に、制御角の前回値に加算角を加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段と、
前記モータが発生すべきトルクまたは前記軸電流値に対する前記モータの応答に対応するように前記加算角を演算する加算角演算手段とを含む、モータ制御装置。
【請求項２】
前記加算角を制限するための制限手段をさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
車両の舵取り機構に駆動力を付与するモータと、
前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
前記モータを制御するための請求項１または２記載のモータ制御装置とを含み、
前記加算角演算手段が、前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクに応じて前記加算角を演算するものである、車両用操舵装置。
【請求項４】
指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段をさらに含み、
前記加算角演算手段が、前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて前記加算角を演算するものである、請求項３記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記操作部材の操舵角を検出する操舵角検出手段をさらに含み、
前記指示操舵トルク設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に応じて指示操舵トルクを設定するものである、請求項４記載の車両用操舵装置。
【請求項６】
前記指示操舵トルク設定手段は、前記車両の車速を検出する車速検出手段によって検出される当該車速に応じて指示操舵トルクを設定するものである、請求項４または５記載の車両用操舵装置。
【請求項７】
前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差の絶対値が所定の偏差閾値以上であるか、または前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの絶対値が所定のトルク閾値以上であるときに、異常が発生したと判定する異常判定手段をさらに含む、請求項４〜６のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
【請求項８】
前記電流駆動手段は、角度推定用電流値を含む軸電流値を生成するものであり、
前記加算角演算手段は、前記角度推定用電流値に対応する前記モータの応答に基づいて、前記制御角と前記ロータの回転角との差である負荷角を前記加算角として演算する負荷角演算手段を含む、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１】
ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
制御上の回転角である制御角に従う回転座標系の軸電流値で前記モータを駆動する電流駆動手段と、
所定の演算周期毎に、制御角の前回値に加算角を加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段と、
前記モータが発生すべきトルクまたは前記軸電流値に対する前記モータの応答に対応するように前記加算角を演算する加算角演算手段とを含む、モータ制御装置。
【請求項２】
前記加算角を制限するための制限手段をさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
車両の舵取り機構に駆動力を付与するモータと、
前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
前記モータを制御するための請求項１または２記載のモータ制御装置とを含み、
前記加算角演算手段が、前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクに応じて前記加算角を演算するものである、車両用操舵装置。
【請求項４】
指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段をさらに含み、
前記加算角演算手段が、前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて前記加算角を演算するものである、請求項３記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記操作部材の操舵角を検出する操舵角検出手段をさらに含み、
前記指示操舵トルク設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に応じて指示操舵トルクを設定するものである、請求項４記載の車両用操舵装置。
【請求項６】
前記指示操舵トルク設定手段は、前記車両の車速を検出する車速検出手段によって検出される当該車速に応じて指示操舵トルクを設定するものである、請求項４または５記載の車両用操舵装置。
【請求項７】
前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差の絶対値が所定の偏差閾値以上であるか、または前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクの絶対値が所定のトルク閾値以上であるときに、異常が発生したと判定する異常判定手段をさらに含む、請求項４〜６のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
【請求項８】
前記電流駆動手段は、角度推定用電流値を含む軸電流値を生成するものであり、
前記加算角演算手段は、前記角度推定用電流値に対応する前記モータの応答に基づいて、前記制御角と前記ロータの回転角との差である負荷角を前記加算角として演算する負荷角演算手段を含む、請求項１記載のモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１１７０９（Ｐ２０１０−１１７０９Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７１４９６（Ｐ２００８−１７１４９６）
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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