(57)【要約】【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。【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との差である負荷角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。角速度演算部２７は、三相検出電流ＩＵＶＷのゼロクロス点間の間隔に基づいて、回転角速度ωを求める。補正部２８は、指示操舵トルクＴ＊の変化に応じて回転角速度ωに補正を施す。角速度適応制御部２９は、回転角速度ωに基づき、ＰＩ制御部３３のゲインを変更する。【選択図】図１
2010178545.tif 000002
【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、
前記制御角に加算すべき加算角を演算する加算角演算手段と、
所定の演算周期毎に、前記加算角演算手段によって演算された加算角を制御角の前回値に加算することによって制御角の今回値を演算する制御角演算手段と、
前記モータのモータ電流波形または前記モータに印加されるモータ電圧波形のゼロクロス点の間隔から前記モータの回転角速度を演算する角速度演算手段と、
前記制御角演算手段によって演算される制御角と前記ロータの回転角との差で表される負荷角の変化に応じて、前記角速度演算手段によって演算された回転角速度を補正する補正手段と
を含む、モータ制御装置。
【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に関する。ブラシレスモータは、たとえば、車両用操舵装置の駆動源として使用可能である。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007-267549号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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（５）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で前記モータを駆動する電流駆動手段（３１〜３６）と、前記制御角に加算すべき加算角（α）を演算する加算角演算手段（２２，２３）と、所定の演算周期毎に、前記加算角演算手段によって演算された加算角を制御角の前回値に加算することによって制御角の今回値を演算する制御角演算手段（２６）と、前記モータのモータ電流波形または前記モータに印加されるモータ電圧波形のゼロクロス点の間隔から前記モータの回転角速度を演算する角速度演算手段（２７）と、前記制御角演算手段によって演算される制御角と前記ロータの回転角（θＭ）との差で表される負荷角（θＬ）の変化に応じて、前記角速度演算手段によって演算された回転角速度を補正する補正手段（２８）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。
【０００８】
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。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。モータから発生するトルクは、軸電流値が一定である場合、制御角とロータ回転角との差によって表される負荷角に応じた値となる。前記加算角は、たとえば、モータが発生すべきトルク、またはモータによる駆動対象に対して加えるべき、モータトルク以外のトルクに応じて定められてもよい。
【０００９】
さらに、この発明では、モータ電流波形またはモータ電圧波形のゼロクロス点の間隔に基づいて、モータの回転角速度が演算される。したがって、モータの回転角速度を用いた制御を加えることができる。
さらにまた、ゼロクロス点の間隔に応じて演算された回転角速度に対しては、負荷角の変化に応じた補正が施される。負荷角が安定していれば、ロータ回転角と制御角との関係が安定しており、したがって、モータ電流（ステータ電流）またはモータ電圧の位相に基づいて演算された回転角速度は妥当な値をとる。その一方で、負荷角が変化しているときには、ロータ回転角と制御角との関係が変化している。そのため、負荷角のモータ電流またはモータ電圧の位相に基づいて演算された回転角速度とロータの実際の回転角速度との間の誤差が大きくなる。そこで、この発明では、負荷角の変化に応じて回転角速度に補正が施される。これにより、妥当な回転角速度を得ることができる。
【００１０】
より具体的には、負荷角が増加傾向のときには、ロータ回転角よりも制御角が速く変化しているので、モータ電流またはモータ電圧の位相に基づいて演算された回転角速度を減少補正すればよい。反対に、負荷角が減少傾向のときには、ロータ回転角よりも制御角の変化が遅い場合であるので、モータ電流またはモータ電圧の位相に基づいて演算された回転角速度を増加補正すればよい。
【００１１】
負荷角は、モータが発生すべきトルクに対応する。すなわち、モータが発生すべきトルクが増加傾向のときには、負荷角も増加傾向となり、モータが発生すべきトルクが減少傾向のときには、負荷角も減少傾向となる。そこで、モータが発生すべきトルクが増加傾向のときには回転角速度の減少補正を行い、モータが発生すべきトルクが減少傾向のときには回転角速度の増加補正を行えばよい。
【００１２】
モータによる駆動対象に対して作用する、モータトルク以外のトルクの指示値（指示トルク）を生成し、この指示トルクに基づいて加算角を演算する構成とすることもできる。この場合、指示トルクとモータが発生すべきトルクとの相関に応じて、回転角速度の補正を行うことができる。すなわち、指示トルクとモータが発生すべきトルクとに正の相関があるなら、指示トルクが増加傾向のときに回転角速度を減少補正し、指示トルクが減少傾向のときに回転角速度を増加補正すればよい。逆に、指示トルクとモータが発生すべきトルクとに負の相関があるなら、指示トルクが増加傾向のときに回転角速度を増加補正し、指示トルクが減少傾向のときに回転角速度を減少補正すればよい。これにより、結果として、負荷角が増加傾向のときに回転角速度を減少補正し、負荷角が減少傾向のときに回転角速度を増加補正することになる。
【００１３】
より具体的には、前記モータ制御装置は、前記モータの駆動対象に作用させるべき、モータトルク以外の指示トルクを設定する指示トルク設定手段（２１）と、前記駆動対象に働く、モータトルク以外のトルク（検出トルク）を検出するトルク検出手段（１）とを含むものであってもよい。この場合に、前記加算角演算手段は、前記検出トルクを前記指示トルクに近づけるように前記加算角を演算するフィードバック制御手段（２２，２３）を含むものであってもよい。
【００１４】
モータの回転角速度を用いた制御とは、回転角速度に応じてモータ制御態様を変更する制御であってもよい。より具体的には、回転角速度に応じて軸電流値制御のための制御ゲインを変更する制御であってもよい。また、回転角速度が低い低速域においては前記制御角および軸電流値を用いた低速域用制御を実行し、回転角速度が高い高速域においては別の高速域用制御を実行する場合に、これらの制御の切り換えのために、回転角速度を用いてもよい。高速域用制御は、たとえば、モータ誘起電圧の推定値に基づいてロータ回転角を推定し、この推定されたロータ回転角を用いてモータへの通電制御を行うものであってもよい。
【００１５】
前記モータは、車両の舵取り機構（２）に駆動力を付与するものであってもよい。この場合に、前記モータ制御装置が、前記車両の操向のために操作される操作部材（１０）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、指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段（２１）とをさらに含み、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ことが好ましい。
【００１６】
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。すなわち、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）が指示操舵トルクに応じた値に導かれる。その結果、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。
【００１７】
前記モータ制御装置は、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ことが好ましい。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。
【００１８】
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ってもよい。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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】角速度演算部の構成例を示すブロック図である。
【図７】三相検出電流のゼロクロス点の間隔を説明するための波形図である。
【図８】検出操舵トルクの脈動を説明するための図である。
【図９】補正部の働きを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
一方、この実施形態では、制御上の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。
【００２４】
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γ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。
【００２５】
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、加算角リミッタ２４と、制御角演算部２６と、角速度演算部２７と、補正部２８と、角速度適応制御部２９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。
【００２６】
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に設定される。すなわち、車速感応制御が行われる。
【００２７】
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、区別するために「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。
【００２８】
加算角リミッタ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加算角制限手段である。より具体的には、加算角リミッタ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。上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、所定の制限値ωmax（ωmax＞０。たとえばωmax＝４５度）に基づいて定められる。この所定の制限値ωmaxは、たとえば、最大操舵角速度に基づいて定められる。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。
【００２９】
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。
【００３０】
ロータ角変化量最大値＝最大ロータ角速度×演算周期
＝最大操舵角速度×減速比×極対数×演算周期    …(3)
このロータ角変化量最大値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制限値ωmax（＞０）とすればよい。この制限値ωmaxを用いて、加算角αの上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、それぞれ次式(4)(5)で表すことができる。
【００３１】
ＵＬ＝＋ωmax    …(4)
ＬＬ＝−ωmax    …(5)
加算角リミッタ２４による制限処理後の加算角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）。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。
【００３２】
制御角演算部２６は、制御角θＣの前回値θＣ(n-1)に加算角リミッタ２４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。
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
角速度演算部２７は、電流検出部１３によって検出されるモータ電流に基づいて、ロータ５０の回転角速度ωを演算する。この実施形態では、角速度演算部２７は、三相検出電流ＩＵＶＷに基づいて回転角速度ωを演算するようになっている。ただし、角速度演算部２７は、ＵＶＷ／γδ変換部３６が生成する二相検出電流Ｉγδに基づいて回転角速度ωを演算しても差し支えない。
【００３９】
補正部２８は、角速度演算部２７によって求められた回転角速度ωに対して補正を施す。より具体的には、補正部２８は、負荷角θＬの変化に対応した補正を回転角速度ωに対して施す。負荷角θＬは、前述のとおり、制御角θＣとロータ角θＭとの差であり、モータ３が発生すべきトルク（アシストトルク）に対応している。この実施形態では、指示操舵トルクＴ＊は、操舵角が大きいほど大きな値をとる。また、操舵角が大きいほど、路面から舵取り機構２に入力されるトルク（負荷トルク）が大きいので、モータ３が発生すべきトルク（アシストトルク）も大きくなる。つまり、指示操舵トルクＴ＊とモータ３が発生すべきトルクとの間には正の相関がある。したがって、指示操舵トルクＴ＊が増加傾向であれば、負荷角θＬも増加傾向であり、指示操舵トルクＴ＊が減少傾向であれば負荷角θＬも減少傾向である。そこで、この実施形態においては、補正部２８は、指示操舵トルクＴ＊の変化に応じて回転角速度ωに対して補正を施し、これにより、実質的には、負荷角θＬの変化に応じて回転角速度ωに対して補正を施すことになる。
【００４０】
角速度適応制御部２９は、補正部２８による補正後の回転角速度ωに応じて制御態様を変更するものである。この実施形態では、角速度適応制御部２９は、ＰＩ制御部３３の制御ゲイン（電流フィードバック制御のゲイン）を変更するものである。たとえば、角速度適応制御部２９は、回転角速度ωの絶対値が大きいほど、制御ゲインを低くするものであってもよい。
【００４１】
ただし、制御態様の変更は、電流フィードバック制御ゲインの変更に限らず、負荷角θＬを調整するモータ制御（負荷角調整法）と、それ以外の態様のモータ制御との切り換えであってもよい。負荷角調整法以外のモータ制御としては、たとえば、モータ電流およびモータ電圧に基づいてモータ３の誘起電圧を推定し、この推定された誘起電圧に基づいてロータ５０の回転角を推定し、この推定された回転角に基づいてモータ３への通電制御を行う誘起電圧推定法を挙げることができる。
【００４２】
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、加算角リミッタ２４の機能は省略してある。
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。
【００４３】
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軸指示電流値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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、角速度演算部２７の構成例を示すブロック図である。角速度演算部２７は、ゼロクロス点検出部４１と、不感帯設定部４２と、ゼロクロス点間隔演算部４３と、除算部４４と、収束判定部４５と、脈動判定部４６とを備えている。
【００４６】
ゼロクロス点検出部４１は、三相検出電流ＩＵＶＷのゼロクロス点を検出する。より具体的には、Ｕ相検出電流ＩＵのゼロクロス点、Ｖ相検出電流ＩＶのゼロクロス点、およびＷ相検出電流ＩＷのゼロクロス点を検出する。ゼロクロス点とは、電流値の正負が反転する点である。図７に示すように、三相検出電流ＩＵＶＷのゼロクロス点は、ロータ回転角（電気角）でπ／３（rad）毎に現れる。
【００４７】
不感帯設定部４２は、ゼロクロス点検出部４１がゼロクロス点を検出した後の一定時間（たとえば６００μsec）は、ゼロクロス点の検出を無効化する不感帯処理を実行するものである。これにより、ゼロクロス点付近でノイズが混入した場合に、そのノイズに起因する回転角速度推定の誤りを抑制している。
ゼロクロス点間隔演算部４３は、不感帯処理後のゼロクロス点間の時間間隔（ゼロクロス点間隔）ｔを演算する。この時間間隔は、前述のとおり、ロータ回転角でπ／３に対応している。そこで、除算部４４は、π／３をゼロクロス点間隔ｔで除算する。これにより、回転角速度ω＝π／３ｔが求まる。回転方向は、ＵＶＷ相のゼロクロス点の検出順序に基づいて求めることができる。
【００４８】
ゼロクロス点検出部４１は、三相検出電流ＩＵＶＷを二相固定座標系（αβ座標系）に座標変換して得られる二相検出電流Ｉα，Ｉβのゼロクロス点を検出するものであってもよい。この場合、ゼロクロス点間の時間間隔ｔは、π／２（rad）に相当するから、除算部４４では、回転角速度ω＝π／２ｔが求められることになる。回転方向は、一方の電流のゼロクロス点における他方の電流の符号を観測することによって判定できる。
【００４９】
収束判定部４５および脈動判定部４６は、回転角速度ωの確からしさを表す情報（確度情報）を生成する確度情報生成部４７を構成している。この確度情報生成部４７が生成する確度情報は、角速度適応制御部２９に与えられるようになっている。角速度適応制御部２９は、回転角速度ωの確からしさが低いことを表す確度情報が与えられると、回転角速度ωに応じた制御を中断する。回転角速度ωの確からしさが低くないことを表す確度情報が与えられると、角速度適応制御部２９は、回転角速度ωに応じた制御を実行（再開）する。
【００５０】
収束判定部４５は、検出操舵トルクＴが一定時間（たとえば、１００ｍsec）以上指示操舵トルクＴ＊に収束しない場合に、回転角速度ωの確からしさが低下していることを表す確度情報を生成する。また、脈動判定部４６は、検出操舵トルクＴに脈動が生じている場合に、回転角速度ωの確からしさが低下していることを表す確度情報を生成する。
脈動とは、図８に示すように、検出操舵トルクＴが時間とともに周期的な変化を示し、安定しない状態をいう。このような脈動は、ロータ５０の回転角速度とステータ５５側に発生するＮ極の回転角速度とが異なり、そのため負荷角θＬが絶えず変化している場合に発生する。したがって、検出操舵トルクＴに脈動が生じているときには、モータ電流に基づいて推定した回転角速度ωの信頼性が低い。そこで、脈動判定部４６は、検出操舵トルクＴの脈動が検出されると、回転角速度ωの確からしさが低いことを表す確度情報を生成する。
【００５１】
図９は、補正部２８の働きを説明するための図である。モータ３が発生しているトルク（アシストトルク）が安定しているときには、負荷角θＬが安定している。このとき、制御角θＣとロータ角θＭとの変化速度がほぼ等しいから、制御角θＣの時間変化、すなわちモータ電流の時間変化は、ロータ角θＭの時間変化に正確に対応する。よって、モータ電流の時間変化に基づいて妥当な回転角速度ωを求めることができる。これに対して、モータ３が発生するトルクが変動するときには、負荷角θＬが変化するから、制御角θＣの変化速度とロータ角θＭの変化速度とが等しくなくなる。そこで、補正部２８は、負荷角θＬが増加するとき、すなわち、モータ発生トルクの増加時には、回転角速度ωを減少補正する。また、補正部２８は、負荷角θＬが減少するとき、すなわち、モータ発生トルクの減少時には、回転角速度ωを増加補正する。これにより、負荷角θＬの変化に応じて回転角速度ωを補正でき、より妥当な回転角速度ωを得ることができる。
【００５２】
この実施形態では、補正部２８は、指示操舵トルクＴ＊に応じて、回転角速度ωを補正している。これは、指示操舵トルクＴ＊の変化が負荷角θＬの変化に対応しているからである。たとえば、指示操舵トルクＴ＊とアシストトルクＴＡ（図３参照）とに正の相関がある場合、指示操舵トルクＴ＊が大きいほど負荷角θＬが大きくなる。したがって、指示操舵トルクＴ＊が増加傾向のときは、負荷角θＬが増加傾向となるので、回転角速度ωを減少補正すればよい。また、指示操舵トルクＴ＊が減少傾向のときは、負荷角θＬが減少傾向となるので、回転角速度ωを増加補正すればよい。また、指示操舵トルクＴ＊とアシストトルクＴＡとに負の相関があるときには、指示操舵トルクＴ＊が大きいほど負荷角θＬが小さくなる。この場合には、指示操舵トルクＴ＊が増加傾向のときは、負荷角θＬが減少傾向となるので、回転角速度ωを増加補正すればよい。また、指示操舵トルクＴ＊が減少傾向のときは、負荷角θＬが増加傾向となるので、回転角速度ωを減少補正すればよい。指示操舵トルクＴ＊の代わりに、検出操舵トルクＴを用いて同様の補正を行うこともできる。回転角速度ωの補正の程度は、実験によって予め求めておけばよい。
【００５３】
このように、この実施形態によれば、モータ検出電流のゼロクロス点に基づいて回転角速度ωが求められ、これに対して、負荷角θＬの変化に対応した補正を施すことで、妥当な回転角速度ωを演算することができる。よって、この回転角速度ωを用いた制御を適切に行うことができる。また、検出操舵トルクＴの指示操舵トルクＴ＊への収束性が悪い場合や、検出操舵トルクＴに脈動が生じている場合には、回転角速度ωの確からしさが低いものとして、当該回転角速度ωに基づく制御が中断される。これにより、不確かな回転角速度ωに基づく不所望な制御を回避できる。
【００５４】
以上、この発明の一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、モータ電流のゼロクロス点に基づいて回転角速度ωを求めているが、指示電圧（三相指示電圧ＶＵＶＷ＊または二相固定座標系における指示電圧。モータ３に印加されるモータ電圧）のゼロクロス点に基づいて回転角速度ωを求める構成としてもよい。
【００５５】
また、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。
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。
【００５６】
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。
【符号の説明】
【００５７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010178545.tif 000009
【図８】
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【図９】
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