(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ことができるモータ制御装置を提供する。【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（負荷角θＬ）に応じたアシストトルクが発生する。一方、検出操舵トルクＴがフィードバックされ、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ＊に近づけるように、位置型ＰＩ演算によって、加算角αが生成される。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。異常監視部２５は、加算角αおよび検出操舵トルクＴを監視することによって、制御異常の有無を監視する。制御異常のときには、位置型ＰＩ制御部２３の積分項が初期化される。【選択図】図１
2010213548.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、
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、
モータによって駆動される駆動対象に加えられる、モータトルク以外のトルクを検出するためのトルク検出手段と、
前記駆動対象に加えられるべき指示トルクを設定する指示トルク設定手段と、
前記指示トルク設定手段によって設定される指示トルクと前記トルク検出手段によって検出されるトルクとのトルク偏差に基づく比例積分制御によって、前記制御角に加算すべき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】
前記加算角演算手段は、前記トルク偏差に比例ゲインを乗じて比例項を求める比例項演算部と、前記トルク偏差に積分ゲインを乗じ、その乗算値を複数の演算周期に渡って積算することにより積分項を求める積分項演算部と、前記比例項および積分項を加算する加算部とを有する位置型比例積分演算手段を含むものであり、
制御異常の有無を判断する異常監視手段と、
前記異常監視手段によって制御異常が生じていると判断された異常時に前記積分項を初期化する初期化手段とをさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
制御異常の有無を判断する異常監視手段をさらに含み、
前記加算角演算手段は、
前記トルク偏差に比例ゲインを乗じて比例項を求める比例項演算部と、前記トルク偏差に積分ゲインを乗じ、その乗算値を複数の演算周期に渡って積算することにより積分項を求める積分項演算部と、前記比例項および積分項を加算する加算部とを有する位置型比例積分演算手段と、
前記トルク偏差の演算周期間変分に比例ゲインを乗じて比例要素を求める比例要素演算部と、前記トルク偏差に積分ゲインを乗じて積分要素を求める積分要素演算部と、前記比例要素および積分要素を加算する加算部と、前記加算部の加算結果を複数の演算周期に渡って積算する積分演算を行う積分処理部とを有する速度型比例積分演算手段と、
前記異常監視手段によって制御異常が生じていないと判断されている通常時には前記速度型比例積分演算手段を有効化し、前記異常監視手段によって制御異常が生じていると判断された異常時に前記積分項を初期化するとともに前記位置型比例積分演算手段を有効化する、演算制御手段とを含むものである、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記加算角演算手段は、前記トルク偏差の演算周期間変分に比例ゲインを乗じて比例要素を求める比例要素演算部と、前記トルク偏差に積分ゲインを乗じて積分要素を求める積分要素演算部と、前記比例要素および積分要素を加算する加算部と、前記加算部の加算結果を複数の演算周期に渡って積算する積分演算を行う積分処理部とを有する速度型比例積分演算手段を含むものであり、
制御異常の有無を判断する異常監視手段と、
前記異常監視手段によって制御異常が生じていると判断された異常時に、前記積分処理部の積算値を、前記トルク偏差に前記比例ゲインを乗じた値にリセットする積算値リセット手段とをさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置。
【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その他の車両用操舵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（Ｉγ＊）で前記モータを駆動する電流駆動手段（３１〜３６）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、モータによって駆動される駆動対象（２）に加えられる、モータトルク以外のトルク（Ｔ）を検出するためのトルク検出手段（１）と、前記駆動対象に加えられるべき指示トルク（Ｔ＊）を設定する指示トルク設定手段（２１）と、前記指示トルク設定手段によって設定される指示トルクと前記トルク検出手段によって検出されるトルクとのトルク偏差（ΔＴ）に基づく比例積分制御によって、前記制御角に加算すべき前記加算角を演算する加算角演算手段（３０）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。
【０００９】
この発明では、駆動対象に加えられるべき指示トルク（モータトルク以外のトルクの指示値）が指示トルク設定手段によって設定される一方で、駆動対象に加えられる、モータトルク以外のトルクがトルク検出手段によって検出される。そして、指示トルクと検出トルクとの偏差（トルク偏差）に基づく比例積分制御によって、加算角が演算される。すなわち、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が構成されている。これにより、制御角を適切に制御することができ、モータから指示トルクに応じたモータトルクを発生させることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記加算角演算手段は、前記トルク偏差に比例ゲインを乗じて比例項を求める比例項演算部（４１）と、前記トルク偏差に積分ゲインを乗じ、その乗算値を複数の演算周期に渡って積算することにより積分項を求める積分項演算部（４２）と、前記比例項および積分項を加算する加算部（４３）とを有する位置型比例積分演算手段（２３）を含むものであり、制御異常の有無を判断する異常監視手段（２５）と、前記異常監視手段によって制御異常が生じていると判断された異常時に前記積分項を初期化する初期化手段（２７）とをさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置である。
【００１１】
この構成によれば、位置型の比例積分制御によって加算角が求められる。そして、制御異常が発生すれば、積分項が初期化されることによって、ただちに妥当な加算角を求めることができる。すなわち、積分項をたとえば零にリセットすれば、加算角は現在のトルク偏差に応じた値となり、過去の制御異常状態を反映した積分項（過去のトルク偏差の累積値）の影響を排除できる。これにより、加算角が制御異常状態からの早期復帰を促すことができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、制御異常の有無を判断する異常監視手段（２５）をさらに含み、前記加算角演算手段は、前記トルク偏差に比例ゲインを乗じて比例項を求める比例項演算部（４１）と、前記トルク偏差に積分ゲインを乗じ、その乗算値を複数の演算周期に渡って積算することにより積分項を求める積分項演算部（４２）と、前記比例項および積分項を加算する加算部（４３）とを有する位置型比例積分演算手段（２３）と、前記トルク偏差の演算周期間変分に比例ゲインを乗じて比例要素を求める比例要素演算部（６２）と、前記トルク偏差に積分ゲインを乗じて積分要素を求める積分要素演算部（６３）と、前記比例要素および積分要素を加算する加算部（６４）と、前記加算部の加算結果を複数の演算周期に渡って積算する積分演算を行う積分処理部（６５）とを有する速度型比例積分演算手段（６０）と、前記異常監視手段によって制御異常が生じていないと判断されている通常時には前記速度型比例積分演算手段を有効化し、前記異常監視手段によって制御異常が生じていると判断された異常時に前記積分項を初期化するとともに前記位置型比例積分演算手段を有効化する、演算制御手段（２８）とを含むものである、請求項１記載のモータ制御装置である。
【００１３】
この構成によれば、加算角演算手段は、位置型比例積分演算手段と、速度型比例積分演算手段とを有している。そして、制御異常の生じていない通常時には速度型比例積分演算手段によって加算角が演算される一方で、制御異常が生じると、位置型比例積分演算手段の積分項を初期化して、当該位置型比例積分演算手段による加算角演算に切り換えられる。
【００１４】
速度型比例積分演算手段は、比例要素および積分要素を加算した後に積分演算を行う構成であるため、積分結果が加算角となる。したがって、積分演算値の絶対値が過大となることを防止するために積分値制限手段を設けると、この積分値制限手段は加算角の絶対値が過大となることを防止するための加算角制限手段（６９）としての働きを同時に有することになる。つまり、比例積分演算のなかに、加算角制限機能を組み込むことができる。また、比例要素および積分要素の加算結果は、演算周期間の加算角の変分に相当するので、この変分に対する処理を容易に追加できる。具体的には、加算角の変分の絶対値を一定値以下に制限して加算角の急変を抑制するガード処理等を容易に追加することができる。
【００１５】
一方、速度型比例積分演算における比例要素は、演算周期間のトルク偏差の変分に比例ゲインを乗じた値に過ぎず、この値を積分処理部で積分した値が、位置型比例積分演算における比例項に匹敵する。よって、加算角を零に初期化すると、その直後にはトルク偏差を反映した加算角を生成することができず、演算周期間のトルク偏差の変分が加算角に反映されるに過ぎない。つまり、速度型比例積分演算手段においては、初期化した後に妥当な加算角が出力されるまでの立ち上がり時間が長くなる。
【００１６】
これに対して、位置型比例積分演算においては、現演算周期のトルク偏差がそのまま加算角に反映されることになるから、積分項をリセットすれば、その後は、トルク偏差を反映した加算角をただちに生成することができる。ただし、速度型比例積分演算に比較すると融通性が低く、たとえば、前述のような加算角制限手段が必要であれば、比例積分演算とは別に設ける必要がある。また、加算角の変分に対するガード処理等の追加も容易ではない。
【００１７】
この発明においては、通常時には融通性の高い速度型比例積分演算によって加算角を求める一方で、制御異常が生じたときには位置型比例積分演算に切り換えることで、初期化処理後はただちに妥当な加算角を生成させることができ、異常状態からの早期復帰を促すことができる。
請求項４記載の発明は、前記加算角演算手段は、前記トルク偏差の演算周期間変分に比例ゲインを乗じて比例要素を求める比例要素演算部（６２）と、前記トルク偏差に積分ゲインを乗じて積分要素を求める積分要素演算部（６３）と、前記比例要素および積分要素を加算する加算部（６４）と、前記加算部の加算結果を複数の演算周期に渡って積算する積分演算を行う積分処理部（６５）とを有する速度型比例積分演算手段（６０）を含むものであり、制御異常の有無を判断する異常監視手段（２５）と、前記異常監視手段によって制御異常が生じていると判断された異常時に、前記積分処理部の積算値を、前記トルク偏差に前記比例ゲインを乗じた値にリセットする積算値リセット手段（７０）とをさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置である。
【００１８】
この構成では、速度型比例積分演算によって加算角が求められる。前述のとおり、速度型比例積分演算の利点は融通性があることであり、その欠点は初期化後すみやかにトルク偏差を加算角に反映できないことである。そこで、この発明では、制御異常が生じると、積分処理部の積算値が、トルク偏差に比例ゲインを乗じた値にリセットされる。換言すれば、積分処理部の積算値は、位置型比例積分演算で加算角を求めたならばその初期化直後に出力される値へとリセットされることになる。したがって、融通性の高い速度型比例積分演算を適用しながらも、制御異常に伴うリセット直後から、トルク偏差を反映した加算角を生成することができる。これにより、加算角異常状態からの早期復帰が可能となる。しかも、位置型比例積分演算を必要としないので、演算負荷を軽減できる。
【００１９】
前記異常監視手段は、前記加算角の絶対値が所定のしきい値以上となる回数が所定回数連続するときに制御異常と判断する加算角監視手段（Ｓ１１，Ｓ１２）を含むものであってもよい。この構成によれば、加算角の絶対値が所定回数連続して所定のしきい値以上となると、制御異常と判断される。加算角の絶対値が大きな状態が長時間継続しているときには、制御角の変動が大きな状態が継続していて、制御角をその適値に収束させることができなくなっている異常状態であると判断できる。前記所定回数は、加算角の絶対値が前記しきい値以上で継続する可能性のある最長時間（正常状態において想定される最長時間）および前記演算周期に応じて定めればよい。
【００２０】
前記異常監視手段は、前記トルク検出手段によって検出されるトルクが飽和しているときに制御異常と判断するトルク監視手段（Ｓ１５）を含むものであってもよい。検出トルクの飽和とは、具体的には、検出トルクの絶対値が所定の上限値（Ｔmax）以上となることをいう。この場合の上限値は、トルク検出手段の仕様に応じて定めることができる。すなわち、トルク検出手段の出力信号において信頼性のある出力信号範囲の境界値に応じて前記上限値を設定すればよい。トルク監視手段は、検出トルクが飽和して制御が不安定になるおそれがあるときには、異常が生じていると判断することができる。
【００２１】
前記加算角演算手段は、制御角の前回値に加算される加算角の絶対値を所定の制限値（ωmax）で制限する加算角制限手段（２４，６９）をさらに含んでいてもよい。このような加算角制限手段は、前述のとおり、速度型比例積分演算手段に組み込むことができる。位置型比例積分演算手段によって加算角を求める場合には、位置型比例積分演算手段の出力（加算角）に対して制限処理を行うことになる。
【００２２】
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絶対値の加算角が制御角に加算されることを抑制できる。これにより、適切にモータを制御することができる。
たとえば、必要なモータトルクに比較して軸電流値が小さい場合などには、加算角の絶対値が大きくなり、制限値に達する。このとき、制御角は制限値ごとの離散的な値で変化し、有限個の値を循環的にとる状態となるおそれがあり、制御角を適値に収束させることが困難な状況に陥る可能性がある。そこで、たとえば、加算角が制限値をとり続ける場合のように加算角に異常が生じたときに、積分項の初期化（請求項２）、速度型比例積分演算から位置型比例積分演算への切り換え（請求項３）、または速度型比例積分演算における積算値のリセット（請求項４）のような異常処理を実行するとよい。これにより、制御異常の状態から脱することができ、制御角の適値への収束を効果的に促すことができる。
【００２３】
前記制限値は、たとえば、次式によって定められた値であってもよい。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。
【００２４】
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、前記トルク検出手段は、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ものであってもよい。また、前記指示トルク設定手段は、操舵トルクの目標値としての指示操舵トルクを設定するものであってもよい。そして、前記加算角演算手段は、前記指示トルク設定手段によって設定される指示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ってもよい。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
前記指示トルク設定手段は、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】
【００２８】
【図１】この発明の第１の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】操舵トルクリミッタの働きを説明するための図である。
【図６】γ軸指示電流値の設定例を示す図である。
【図７】加算角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８】加算角演算部の具体的な構成例を説明するためのブロック図である。
【図９】制御異常に関する処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】この発明の第２の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１１】加算角演算部の具体的な構成例を説明するためのブロック図である。
【図１２】制御異常に関する処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】この発明の第３の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１４】加算角演算部等の具体的な構成例を説明するためのブロック図である。
【図１５】制御異常時の処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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、この発明の第１の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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、操舵トルクリミッタ２０と、指示操舵トルク設定部２１と、トルク偏差演算部２２と、位置型ＰＩ（比例積分）制御部２３と、加算角リミッタ２４と、異常監視部２５と、制御角演算部２６と、初期化部２７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。
【００３５】
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、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。
【００３６】
操舵トルクリミッタ２０は、トルクセンサ１の出力を所定の上限飽和値＋Ｔmax（＋Ｔmax＞０。たとえば＋Ｔmax＝７Ｎｍ）と下限飽和値−Ｔmax（−Ｔmax＜０。たとえば−Ｔmax＝−７Ｎｍ）との間に制限する。具体的には、操舵トルクリミッタ２０は、図５に示すように、上限飽和値＋Ｔmaxと下限飽和値−Ｔmaxの間では、トルクセンサ１の検出操舵トルクＴをそのまま出力する。また、操舵トルクリミッタ２０は、トルクセンサ１の検出操舵トルクＴが上限飽和値＋Ｔmax以上であれば、上限飽和値＋Ｔmaxを出力する。そして、操舵トルクリミッタ２０は、トルクセンサ１の検出操舵トルクＴが下限飽和値−Ｔmax以下であれば、下限飽和値−Ｔmaxを出力する。飽和値＋Ｔmaxおよび−Ｔmaxは、トルクセンサ１の出力信号が安定な領域（信頼性のある領域）の境界を画定するものである。つまり、トルクセンサ１の出力信号は、上限飽和値Ｔmaxを超える区間、および下限飽和値−Ｔmaxを下回る区間では不安定であり、実際の操舵トルクに対応しなくなる。換言すれば、飽和値＋Ｔmax，−Ｔmaxは、トルクセンサ１の出力特性に応じて定められる。
【００３７】
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、操舵トルクリミッタ２０による制限処理を受けた操舵トルク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（＝Ｔ＊−Ｔ）を求める。位置型ＰＩ制御部２３は、このトルク偏差ΔＴに対する位置型ＰＩ演算を行う。すなわち、トルク偏差演算部２２および位置型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。位置型ＰＩ制御部２３は、トルク偏差ΔＴに対する位置型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。したがって、前記トルクフィードバック制御手段は、次に説明する加算角リミッタ２４とともに、制御角θＣに加算すべき加算角αを演算する加算角演算部３０を構成している。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
異常監視部２５は、加算角αの異常を監視し、加算角αに異常が生じると、そのことを初期化部２７に通知する。たとえば、異常監視部２５は、ＰＩ制御部２３によって求められる加算角αの絶対値をしきい値αｔｈと比較し、｜α｜≧αｔｈの状態が所定数の演算周期だけ継続しているかどうかを判断する。この判断が肯定されると、異常監視部２５は加算角αに異常が発生していると判断する。前記判断が否定されれば、加算角αは正常であると判断される。
【００４３】
前記しきい値αｔｈは、前記制限値ωmaxと等しい値であってもよい。この場合において、前記所定数の演算周期は、前記最大操舵角速度での最長操舵継続時間の想定値以上の値とすればよい。これにより、最大操舵角速度での最長操舵継続時間として想定される時間よりも長時間に渡って制御角θＣが加算角リミッタ２４による制限を受け続けるときに、異常が発生したものと判断できる。
【００４４】
異常監視部２５は、加算角リミッタ２４において加算角αに対する制限がかかっている状態の継続時間（演算周期の数）を監視する構成としてもよい。すなわち、所定数の演算周期以上にわたって加算角αが加算角リミッタ２４によって制限され続ける状態となったときに、加算角αに異常が発生していると判断することができる。
異常監視部２５は、また、検出操舵トルクＴが飽和値＋Ｔmaxまたは−Ｔmaxであるかどうか、すなわち飽和状態かどうかを監視する。検出操舵トルクＴが飽和状態である場合、異常監視部２５は、制御異常が発生しているものとして、このことを初期化部２７に通知する。
【００４５】
たとえば、操舵トルクリミッタ２０は、トルクセンサ１の出力が飽和値＋Ｔmax以上または−Ｔmax以下となると、このことを異常監視部２５に通知してもよい。この通知に基づいて、異常監視部２５は、検出操舵トルクＴが飽和状態かどうかを判断してもよい。つまり、異常監視部２５は、操舵トルクリミッタ２０の作動状態に基づいて、検出操舵トルクＴが飽和状態かどうかを判断するものであってもよい。むろん、異常監視部２５は、操舵トルクリミッタ２０が生成する制限後の検出操舵トルクＴを監視するものであってもよいし、操舵トルクリミッタ２０による制限前の検出操舵トルクＴを監視するものであってもよい。また、異常監視部２５は、制限前または制限後の検出操舵トルクＴを、上限飽和値＋Ｔmaxよりも若干小さな上限しきい値、および下限飽和値−Ｔmaxよりも若干大きな下限しきい値と比較するものであってもよい。この場合、異常監視部２５は、検出操舵トルクＴが、上限しきい値以上であるか、または下限しきい値以下であるときに、検出操舵トルクＴが飽和状態であると判定すればよい。
【００４６】
初期化部２７は、異常監視部２５から制御異常の発生（具体的には、加算角異常または検出操舵トルク飽和の発生）の通知を受けて、位置型ＰＩ制御部２３の積分項を初期化するものである。初期化とは、この場合、積分項を零にリセットすることをいう。これにより、加算角αが加算角リミッタ２４による制限処理を受け続けている状態を速やかに脱して、制御を再開することができる。したがって、制御角θＣの適値への収束を促すことができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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６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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、加算角リミッタ２４の機能は省略してある。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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７は、加算角リミッタ２４の働きを説明するためのフローチャートである。加算角リミッタ２４は、位置型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Ｓ１）、加算角αが上限値ＵＬを超えている場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）には、上限値ＵＬを加算角αに代入する（ステップＳ２）。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。
【００５８】
位置型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Ｓ１：ＮＯ）、加算角リミッタ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Ｓ３）。そして、その加算角αが下限値未満であれば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、下限値ＬＬを加算角αに代入する（ステップＳ４）。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。
【００５９】
位置型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Ｓ３：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の遷移を促すことができる。
【００６０】
図８は、位置型ＰＩ制御部２３の具体的な構成例を説明するためのブロック図である。位置型ＰＩ制御部２３は、比例項演算部４１と、積分項演算部４２と、加算部４３とを有している。比例項演算部４１は、トルク偏差演算部２２によって演算されるトルク偏差ΔＴに比例ゲインＫＰを乗じる乗算器からなる。積分項演算部４２は、乗算器４４と、積分器４５とを備えている。乗算器４４は、トルク偏差ΔＴに積分ゲインＫＩを乗じる。積分器４５は、乗算器４４による今演算周期の演算値ＫＩ・ΔＴを前演算周期における積分項Σ(n-1)（図中Ｚ−１は前演算周期における値（前回値）を表す。）に加算する加算器４６を備えている。加算器４６の出力は、積分値リミッタ４７によって、所定の上限値と下限値との間の値に制限されるようになっている。この積分値リミッタ４７による制限処理を受けた値が、今演算周期の積分項Σ(n)となる。この積分項Σ(n)と、比例項演算部４１によって求められた比例項ＫＰ・ΔＴとが、加算部４３によって加算される。この加算結果が加算角αである。この加算角αに対して、加算角リミッタ２４による制限処理が加えられることになる。
【００６１】
初期化部２７は、異常監視部２５から異常発生が通知されたときには、積分項Σの前回値Σ(n-1)を零にリセットする。これにより、積分項Σの絶対値が小さな値となるので、妥当な加算角αを得やすくなる。
図９は、異常監視部２５および初期化部２７による処理を説明するためのフローチャートである。異常監視部２５は、位置型ＰＩ制御部２３によって求められる加算角αの絶対値をしきい値αｔｈと比較する（ステップＳ１１）。加算角αの絶対値がしきい値αｔｈ以上のときは（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、異常監視部２５は、さらに、｜α｜≧αｔｈの状態が所定数の演算周期だけ継続しているかどうかを判断する（ステップＳ１２）。この判断が肯定されると、制御異常が発生していると判断され、異常監視部２５は、初期化部２７に対して異常発生を通知する（ステップＳ１３）。これを受けて、初期化部２７は、位置型ＰＩ制御部２３における積分項Σの前回値Σ(n-1)を零にリセット（初期化）する（ステップＳ１４）。
【００６２】
ステップＳ１１またはステップＳ１２での判断が否定されたときは、異常監視部２５は、さらに、検出操舵トルクＴが飽和しているかどうかを判断する（ステップＳ１５）。この判断が肯定されると、制御異常が発生していると判断され、異常監視部２５は、初期化部２７に対して異常発生を通知する（ステップＳ１３）。これを受けて、初期化部２７は、位置型ＰＩ制御部２３における積分項Σの前回値Σ(n-1)を零にリセット（初期化）する（ステップＳ１４）。
【００６３】
ステップＳ１５において検出操舵トルクＴが飽和していない場合には、制御異常が生じていないと判断される。この場合には、積分項Σの初期化は行われない。
前記しきい値αｔｈは、前記所定の制限値ωmax以下の値とすることが好ましく、たとえば、制限値ωmaxに等しい値としておけばよい。
加算角αの絶対値がしきい値αｔｈ以上である状態が継続しているときとは、加算角αが加算角リミッタ２４による制限処理を受ける状態が継続している場合である。この場合、演算周期毎に制御角θＣが制限値ωmaxだけ変化することになるから、変化量が大きい。また、検出操舵トルクＴが飽和状態のときとは、運転者がステアリングホイール１０に加える操舵トルクの大きさが大きいときである。つまり、指示操舵トルクＴ＊に対してシステムが追従できず、制御異常に至っているか、または制御異常の兆候が現れているときである。このとき、トルク偏差ΔＴの絶対値は大きくなっており、それに応じて加算角αの絶対値が大きな値となっていて、位置型ＰＩ制御部２３によって演算される加算角αの絶対値が制限値ωmaxを超えていると考えられる。
【００６４】
これらの状況では、加算角αの絶対値は制限値ωmaxに制限されるので、制御角θＣは制御周期毎に制限値ωmaxずつ変化することになる。したがって、制御角θＣの変化幅が大きいために、制御角θＣは適値を飛び越えて変化し、制御角θＣを適値に収束させるまでの時間が長くなる。そのために、制御異常からの復帰が遅くなる。そのうえ、一定の制限値ωmaxずつ制御角θＣが変化するため、制御角θＣは有限個の値を循環的にとる状態となる。とくに、制限値ωmaxを４５度のように３６０度の約数に設定している場合には、制御角θＣは制限値ωmaxの変化幅で循環的に変化することになり、適値へと収束させることが一層困難である。
【００６５】
そこで、この実施形態では、加算角αの絶対値がしきい値αｔｈ以上である状態が継続したとき、および検出操舵トルクＴの飽和が検出されたときに、制御異常が発生していると判断し、位置型ＰＩ制御部２３の積分項Σを初期化するようにしている。これにより、異常状態からの脱出を促すことができ、制御角θＣを適値へと収束させやすくすることができる。とくに、位置型ＰＩ制御部２３は、積分項Σの初期化直後において、トルク偏差ΔＴに比例した積分項ＫＩ・ΔＴをただちに出力することができる。したがって、初期化直後からトルク偏差ΔＴを反映した妥当な加算角αを生成することができる。こうして、操舵補助力が不安定な状態から速やかに脱することができるので、操舵感を向上することができる。
【００６６】
図１０は、この発明の第２の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。この図１０において、前述の図１に示された各部に対応する部分には、図１中と同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、加算角演算部３０は、トルク偏差演算部２２と、位置型ＰＩ制御部２３と、加算角リミッタ２４と、速度型ＰＩ制御部６０と、切換え部６１とを備えている。また、マイクロコンピュータ１１の機能処理部として、異常監視部２５による制御異常の判定結果に応じて加算角演算部３０を制御する加算角演算制御部２８が備えられている。加算角演算制御部２８は、速度型ＰＩ制御部６０および位置型ＰＩ制御部２３のうちの一方の演算を有効化し他方を無効化するために切換え部６１を制御する。また、加算角演算制御部２８は、位置型ＰＩ制御部２３における積分項の初期化、速度型ＰＩ制御部６０における初期値の設定等の動作を必要時に実行する。
【００６７】
図１１は、加算角演算部３０のより詳細な構成を説明するためのブロック図である。位置型ＰＩ制御部２３の構成は、前述の第１の実施形態の場合と同様であるので、図１１中、図８の対応部分には、図８中と同一参照符号を付して示す。ただし、図１１の構成では、積分値リミッタ４７は、今演算周期における積分値Σ(n)に対して制限を加えるようになっている。
【００６８】
一方、速度型ＰＩ制御部６０は、比例要素演算部６２と、積分要素演算部６３と、加算部６４と、積分処理部６５とを有している。比例要素演算部６２は、今演算周期のトルク偏差ΔＴ(n)と前演算周期のトルク偏差ΔＴ(n-1)との変分を求めるトルク偏差変分演算部６６と、求められたトルク偏差変分に比例ゲインＫＰを乗じる乗算器６７とを有している。乗算器６７の出力が、比例要素ＫＰ・｛ΔＴ(n)−ΔＴ(n-1)｝となる。積分要素演算部６３は、今演算周期のトルク偏差ΔＴ(n)に積分ゲインＫＩを乗じて積分要素ＫＩ・ΔＴ(n)を求める乗算器からなる。加算部６４は、比例要素ＫＰ・｛ΔＴ(n)−ΔＴ(n-1)｝と、積分要素ＫＩ・ΔＴ(n)とを加算するものである。積分処理部６５は、加算部６４での加算結果に対する積分処理を実行するものであり、前演算周期の加算角α(n-1)に対して、加算部６４の出力を加算することによって、今演算周期の加算角α(n)を求める加算器６８を備えている。
【００６９】
また、この実施形態では、積分処理部６５には、加算角αを制限値ωmaxで制限するための加算角リミッタ６９が組み込まれている。この加算角リミッタ６９の働きは、加算角リミッタ２４と同様である。ただし、加算角リミッタ６９は、積分処理部６５での積算値の絶対値が過大にならないようにするための積算値リミッタとしての働きを同時に有することになる。
【００７０】
積分処理部６５では、加算部６４の出力が複数の演算周期にわたって積算されることになる。比例要素が複数の演算周期にわたって積算（積分）されることによってトルク偏差の変分が積算されるので、トルク偏差（Σ｛ΔＴ(n)−ΔＴ(n-1)｝）に比例ゲインＫＰを乗じた比例項に相当する値が求まる。さらに、積分要素ＫＩ・ΔＴ(n)が複数の演算周期にわたって積算（積分）されることによって、積分項（ΣＫＩ・ΔＴ）が求まる。積分処理部６５の出力は、これらの加算値（比例項＋積分項）に相当するから、複数の演算周期を経ることによって、位置型ＰＩ演算と同様な演算結果が得られることになる。
【００７１】
速度型ＰＩ演算の利点は、積分値リミッタを加算角リミッタ６９として兼用できる点と、必要に応じて、演算周期間の加算角変分（加算部６４の出力：ＫＰ・｛ΔＴ(n)−ΔＴ(n-1)｝＋ＫＩ・ΔＴ(n)）の絶対値を所定値以下に抑制して加算角αの急変を抑制したりするガード処理やその他の処理を容易に追加できる点にある。反面、十分な数の演算周期を経る以前には比例要素が十分に積算されていないため、演算開始直後の期間にはトルク偏差ΔＴを反映した妥当な演算値（加算角α）を得難いのが速度型ＰＩ演算の欠点である。
【００７２】
切換え部６１は、位置型ＰＩ制御部２３で求められ加算角リミッタ２４による処理を経た加算角αと、速度型ＰＩ制御部６０によって求められた加算角αとのうち、いずれか一方を制御角演算部２６に与える。
加算角演算制御部２８は、加算角αに異常が生じていない通常時には速度型ＰＩ制御部６０によって求められた加算角αを選択し、加算角αに異常が生じているときには位置型ＰＩ制御部２３等によって求められた加算角αを選択するように、切換え部６１を制御する。また、加算角演算制御部２８は、速度型ＰＩ制御部６０側から位置型ＰＩ制御部２３側への切換えに際して、位置型ＰＩ制御部２３の積分項を初期化（零にリセット）する。さらに、加算角演算制御部２８は、位置型ＰＩ制御部２３側から速度型ＰＩ制御部６０側への切換えに際して、位置型ＰＩ制御部２３により演算され加算角リミッタ２４による処理を経た加算角（つまり現在の加算角）αを積分処理部６５における前回値α(n-1)として設定する。
【００７３】
図１２は、異常監視部２５、加算角演算制御部２８および加算角演算部３０の動作を説明するためのフローチャートである。異常監視部２５は、制御異常が生じていないかどうかを判断する（ステップＳ２１）。異常監視部２５の動作は、前述の第１の実施形態の場合と同様であり、たとえば、図９のステップＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ１５の処理が行われることになる。
【００７４】
制御異常がないと判断されている通常時においては（ステップＳ２１：ＮＯ）、加算角演算制御部２８は、切換え部６１において速度型ＰＩ制御部６０によって演算される加算角αを選択させる（ステップＳ２２）。また、異常監視部２５が加算角αに異常が生じていると判断すると（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、加算角演算制御部２８は、切換え部６１において位置型ＰＩ制御部２３等によって演算される加算角αを選択させる（ステップＳ２３）とともに、位置型ＰＩ制御部２３の積分項を初期化（零にリセット）する（ステップＳ２４）。
【００７５】
したがって、異常時には、加算角αの演算が位置型ＰＩ演算に切り換わるとともに、当該位置型ＰＩ演算における積分項がリセットされることになる。よって、この後は、位置型ＰＩ演算によって加算角αが求められることになる。位置型ＰＩ制御の場合には、演算周期毎に当該演算周期のトルク偏差ΔＴの全体を反映した比例項が求められる。したがって、初期化直後から、トルク偏差ΔＴに対応した妥当な加算角αを生成することができる。
【００７６】
速度型ＰＩ制御部６０の演算値が選択された場合（ステップＳ２２）、加算角演算制御部２８は、さらに、位置型ＰＩ制御からの切換え直後かどうかを判断する（ステップＳ２５）。位置型ＰＩ制御からの切換え直後の場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、加算角演算制御部２８は、位置型ＰＩ制御部２３および加算角リミッタ２４の働きによって直前に求められた加算角αを、加算角αの前回値α(n-1)として積分処理部６５に設定する（ステップＳ２６）。これにより、速度型ＰＩ制御部６０は、位置型ＰＩ制御からの切換え直後から、妥当な加算角αを生成することができる。位置型ＰＩ制御からの切換え直後でない場合には（ステップＳ２５：ＮＯ）、ステップＳ２６の処理は省かれる。
【００７７】
このように、この実施形態によれば、通常時には融通性の高い速度型ＰＩ演算によって加算角αを求める一方で、異常時には位置型ＰＩ演算に切り換えて初期化することで、初期化直後からトルク偏差を反映した妥当な加算角αを生成させることができる。これにより、異常状態から速やかに脱して、制御角θＣを適値へと収束させることができるので、モータ３を適切に制御でき、操舵フィーリングを向上することができる。
【００７８】
図１３は、この発明の第３の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。この図１３において、前述の図１０に示された各部の対応部分には、図１０中と同一参照符号を付す。
この実施形態では、加算角演算部３０は、トルク偏差演算部２２および速度型ＰＩ制御部６０を備えており、位置型ＰＩ制御部２３および加算角リミッタ２４は備えられていない。つまり、加算角αの演算には、速度型ＰＩ演算のみが適用される。そして、マイクロコンピュータ１１の機能処理部として、加算角αに異常が生じたときに加算角αの前回値α(n-1)を適正値に設定するための積分値設定部７０が備えられている。
【００７９】
図１４は、加算角演算部３０等のより詳しい構成を説明するためのブロック図である。この図１４において、前述の図１１に示された各部の対応部分には、図１１中と同一参照符号を付して示す。
積分値設定部７０は、トルク偏差演算部２２によって求められるトルク偏差ΔＴに比例ゲインＫＰを乗じる乗算器７１を備えている。異常監視部２５によって制御異常が生じていると判断されると、これに応答して、積分値設定部７０は、積分処理部６５において用いられる前回値α(n-1)として、乗算器７１の演算結果を設定する。乗算器７１の演算結果は、位置型ＰＩ制御において積分項を零にリセットしたときの値に等しい。したがって、積分値設定部７０による前述の動作によって、制御異常が生じたときに、位置型ＰＩ制御に切り換えてその積分項を初期化した場合と同じ結果を得ることができる。しかも、位置型ＰＩ制御部を備える必要がないので、マイクロコンピュータ１１の演算処理を簡素化することができ、その演算負荷も軽減される。
【００８０】
図１５は、この実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。異常監視部２５によって制御異常の有無が判断され（ステップＳ３１）、制御異常がある場合には（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、積分値設定部７０の演算値が積分処理部６５において用いられる前回値α(n-1)として設定される（ステップＳ３２）。制御異常がなければ（ステップＳ３１）、前演算周期において求められた加算角αが前回値α(n-1)としてそのまま用いられる。
【００８１】
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、異常監視部２５は、加算角αおよび検出操舵トルクＴを監視することによって制御異常の有無を判断しているが、これらのうちの一方のみを監視して制御異常の有無を判断するようにしてもよい。
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。
【００８２】
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。
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。
【００８３】
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】
【００８４】
１…トルクセンサ、３…モータ、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、３０…加算角演算部、４１…比例項演算部、４２…積分項演算部、
４３…加算部、５０…ロータ、５１，５２，５２…ステータ巻線、５５…ステータ、６１…切換え部、６２…比例要素演算部、６３…積分要素演算部、６４…加算部、６５…積分処理部
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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