(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との差は負荷角θLである。この負荷角θLに応じたアシストトルクＴAが発生する。一方、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。指示電流値増加判定部２７は、検出操舵トルクＴ、指示操舵トルクＴ*およびリミッタ２４の動作状況に応じて、γ軸指示電流値Ｉγ*に対する補正値を生成する。指示電流値補正部３７はその補正値でγ軸指示電流値Ｉγ*を一時的に増加補正する。【選択図】図１
2010098810.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、
前記加算角を所定の制限値に基づいて制限するための制限手段と、
この制限手段の動作状況に応じてモータ指示電流値を変更するモータ電流値変更手段とを含む、モータ制御装置。
【請求項２】
前記モータによって駆動される駆動対象に作用させるべきトルクの指示値である指示トルクを設定する指示トルク設定手段と、
前記駆動対象に働くトルクを検出するトルク検出手段とをさらに含み、
前記モータ電流値変更手段は、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の符号、および前記トルク検出手段によって検出される検出トルクの変化量の符号に基づいて、前記モータ指示電流値を変更するものである、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
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に応じてモータ指示電流値を可変設定する手段をさらに含む、請求項２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。
【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）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、前記加算角を所定の角度しきい値に基づいて制限するための制限手段（２４）と、この制限手段の動作状況に応じてモータ電流指示値を変更するモータ電流値変更手段（２７，３７）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。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。前記加算角は、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とが好ましい。
【０００８】
この発明では、さらに、制御手段によって、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。
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。
【０００９】
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】
この発明では、前述のような制限手段の動作状況に応じて、モータ指示電流値が変更される。モータから必要なトルクが発生されないときには、加算角が大きくなり、制限手段による制限値に到達する。しかし、モータ電流が不足していては、いずれの制御角においても必要な操舵トルクが得られないから、加算角はその制限値に維持されてしまい、適切な制御角へと収束させることができない。そこで、この発明では、モータ指示電流値が変更される。より具体的には、加算角が制限手段による制限を受ける状況になると、モータ指示電流値が大きくされる。これにより、モータ電流が大きくなるので、モータから必要なトルクが得られやすくなる。その結果、加算角が制限値に固定される状況から脱して、制御角を適切な値へと収束させることができる。
【００１１】
たとえば、一定時間だけモータ指示電流値を増加補正し、その後、補正前のモータ指示電流値に復帰させるようにすればよい。これにより、不必要な電力消費を抑制でき、また、大電流に伴うモータおよびその駆動回路の過熱を抑制できる。
請求項２記載の発明は、前記モータによって駆動される駆動対象に作用させるべきトルクの指示値である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トルクを検出するトルク検出手段（１）とをさらに含み、前記モータ電流値変更手段は、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の符号、および前記トルク検出手段によって検出される検出トルクの変化量の符号に基づいて、前記モータ指示電流値を変更するものである、請求項１記載のモータ制御装置である。
【００１２】
たとえば、検出トルクの変化量の符号が指示トルクの符号と同符号になったとき（より具体的にはある一定時間同符号に維持されたとき）に、モータ指示電流値を増加補正するようにしてもよい。この場合、検出トルクが指示トルクに近づいているので、負荷角と検出トルクとの間に正の相関があると言える。この状況でモータ指示電流値を増加補正してモータの発生トルクを増大させれば、検出トルクを指示トルクへと導くことができる。こうして、適切な制御角へと速やかに収束させることができる。
【００１３】
モータ指示電流値の増加補正は、ステップ状にモータ指示電流値を増加させる補正であってもよいし、時間経過に伴って（たとえば経過時間に比例して）増加するようにモータ指示電流値を補正してもよい。また、時間経過に対するモータ指示電流値の関係を定めたマップや関数を準備しておき、これらに従ってモータ指示電流値を時間経過に伴って増加補正することとしてもよい。
【００１４】
また、増加補正されたモータ指示電流値を補正前の値に復帰させるときにも、同様に、ステップ状にモータ指示電流値を減少させてもよいし、時間経過に伴って（たとえば時間経過に比例して）減少するようにモータ指示電流値を減少させてもよい。さらに、時間経過に対するモータ指示電流値の関係を定めたマップや関数を準備しておき、これらに従ってモータ指示電流値を時間経過に伴って補正前の値に減少させることとしてもよい。
【００１５】
請求項３記載の発明は、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に応じてモータ指示電流値を可変設定する手段（３１）をさらに含む、請求項２記載のモータ制御装置である。
この構成によれば、必要なトルクに応じてモータ指示電流値が設定されるので、トルク不足に陥ることが少なくなる。すなわち、加算角が制限手段による制限を受ける状況となり難くなる。これにより、制御角が適値に収束しやすくなるから、より適切なモータ制御が可能になる。より具体的には、必要なトルクが大きいほど、モータ指示電流値を大きく設定することによって、適切な制御角への収束を促すことができる。
【００１６】
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（２２，２３）であることが好ましい。
【００１７】
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。
【００１８】
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、検出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、検出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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、制御角演算部２６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。さらに、前記複数の機能処理部には、指示電流値増加判定部２７と、指示電流値補正部３７と、電流制限部３８と、電流値積算部３９とが含まれている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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(4)(5)で表すことができる。
【００３２】
ＵＬ＝＋ωmax    …(4)
ＬＬ＝−ωmax    …(5)
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、加算角αが上限値ＵＬを超えている場合には、上限値ＵＬを加算角αに代入する。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。一方、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αが下限値ＬＬ未満であれば、下限値ＬＬを加算角αに代入する。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。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。
【００３３】
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。
この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。
【００３４】
制御角演算部２６は、制御角θCの前回値θC(n-1)にリミッタ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と、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、車速センサ６によって検出される車速とに基づいてγ軸指示電流値Ｉγ*を設定する。
【００３５】
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５Ａおよび図５Ｂに示されている。図５Ａはγ軸指示電流値Ｉγ*の基本値の特性を示し、図５Ｂおよび図５Ｃは図５Ａの特性に従って求められる基本値に乗じられるトルクゲインおよび車速ゲインをそれぞれ示している。
図５Ａに示されているように、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*の基本値は、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。
【００３６】
さらに、γ軸指示電流値Ｉγ*の基本値に乗じられるトルクゲインは、図５Ｂに示されているように、指示操舵トルクＴが大きいほど大きくなるように定められている。より具体的には、指示操舵トルクの区間が低トルク区間、中トルク区間および高トルク区間に分けられており、低トルク区間ではトルクゲインは下限値に固定され、高トルク区間ではトルクゲインは上限値に固定され、中トルク区間では指示操舵トルクＴ*に応じて下限値から上限値まで単調に（この実施形態ではリニアに）増加するように設定される。これにより、必要なアシストトルクに応じたγ軸指示電流値Ｉγ*を設定でき、かつ、必要充分なγ軸指示電流値Ｉγ*を設定できるので、省エネルギー性を向上できる。低トルク区間とは、指示操舵トルクＴ*は小さいものの、外力によって操舵トルクＴが変化する可能性があるため、これを抑えるためのアシストトルクを発生するための電流が必要な区間である。中トルク区間とは、指示操舵トルクＴ*が大きくなり、大きなアシストトルクが必要になる可能性が高くなっている区間である。そして、高トルク区間とは、大きなアシストトルクが必要であるが、モータ保護等のために電流の増加を抑制すべき区間である。図５Ｂの特性は例示であり、指示操舵トルクＴ*が大きくなるにつれてトルクゲインが大きくなる傾向であればよい。
【００３７】
また、γ軸指示電流値Ｉγ*の基本値に乗じられる車速ゲインは、図５Ｃに示されているように、車速が大きいほど小さくなる傾向の特性とされている。より具体的には、全車速区間が低速区間、中速区間および高速区間に区分されていて、低速区間においては車速ゲインが上限値に固定され、高速区間においては車速ゲインが下限値に固定され、中速区間においては、車速の増加に伴って単調に（この実施形態ではリニアに）減少する特性で車速ゲインが設定されるようになっている。これにより、車速が高いほどアシストトルクを少なくする、車速感応制御を行うことができ、優れた操舵感を実現できる。
【００３８】
このように、γ軸指示電流値Ｉγ*の基本値に対してトルクゲインおよび車速ゲインを乗じることによって、γ軸指示電流値Ｉγ*が設定されるようになっている。ただし、トルクゲインおよび車速ゲインのいずれか一方のみを適用してもよいし、これらのゲインをいずれも適用せずに、基本値をそのままγ軸指示電流値Ｉγ*として用いてもよい。
なお、トルクゲインの決定には、指示操舵トルクＴ*をそのまま用いてもよいが、指示操舵トルクＴ*に対してフィルタ処理（たとえば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、移動平均フィルタ等）を行ってノイズを除去した値を求め、この値に応じてトルクゲインを決定してもよい。
【００３９】
指示電流値補正部３７は、指示電流値生成部３１によって生成されたγ軸指示電流値Ｉγ*を補正する。より具体的には、指示電流値補正部３７は、指示電流値増加判定部２７による判定結果に応じて、γ軸指示電流値Ｉγ*を一時的に増加補正する。指示電流値増加判定部２７は、検出操舵トルクＴ、指示操舵トルクＴ*およびリミッタ２４の動作状況に応じて、γ軸指示電流値Ｉγ*に対する補正値を生成し、指示電流値補正部３７に与える。
【００４０】
電流制限部３８は、電流値積算部３９からの電流制限指令に応じて、γ軸指示電流値Ｉγ*を所定値に制限する。電流値積算部３９は、ＵＶＷ／γδ変換部３６から二相検出電流Ｉγδを取得し、これを積算する。そして、その積算結果が所定のしきい値に達すると、電流制限部３８に電流制限指令を与える。前記所定のしきい値は、モータ３への継続通電によってモータ３または駆動回路１２の過熱が生じるときの電流積算値よりも小さな値に設定される。
【００４１】
電流偏差演算部３２は、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。電流偏差演算部３２に入力されるγ軸指示電流値Ｉγ*は、指示電流値生成部３１によって生成され、指示電流値補正部３７によって補正され、必要に応じて電流制限部３８によって制限された値である。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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の機能は省略してある。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、負荷角θLに対する検出操舵トルクＴの変化の一例を示す図である。制御角θCを変化させて負荷角θLを変動させることにより、ｑ軸電流が変化するので、ロータ５０が発生するトルクは正弦波状に変化する。これに応じて、検出操舵トルクＴも正弦波状に変動することになる。指示操舵トルクＴ*よりも検出操舵トルクＴ（運転者の操舵負担）が大きい状況では、モータ３から舵取り機構２に与えられるアシストトルク（操舵補助力）が不足する場合がある。この場合、負荷角θLを９０度または２７０度に近づけることによって、アシストトルクの増大が図られることになる。しかし、必要なアシストトルクが大きいときには、いずれの負荷角θLでもそのアシストトルクを達成できない場合がある。この場合、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に一致させることができない。この状況では、ＰＩ制御部２３が加算角αを増加させていくため、リミッタ２４が作動して、加算角αがその上限値ＵＬに固定される。これにより、制御角θCが適値に収束せず、循環的な変動を繰り返すことになる。
【００５０】
そこで、この実施形態では、指示電流値増加判定部２７は、リミッタ２４が作動すると、γ軸指示電流値Ｉγ*を一時的に増加補正するように動作する。
図７は、指示電流値増加判定部２７および指示電流値補正部３７の動作を説明するためのフローチャートである。指示電流値増加判定部２７は、リミッタ２４が作動中かどうかを判断し（ステップＳ１）、作動中であれば（ステップＳ１：ＹＥＳ）、さらに、次の条件Ａまたは条件Ｂのいずれかが満たされるかどうかを判断する（ステップＳ２，Ｓ３）。ただし、条件Ｂにおける「トルク変化量」とは、前制御周期と今制御周期との間における検出操舵トルクＴの変化量である。
【００５１】
条件Ａ：リミッタ作動後一定時間（たとえば０．００１秒）以内の期間である。
条件Ｂ：トルク変化量および指示操舵トルクＴ*が一定時間（たとえば０．００１秒）同符号である。
条件Ａまたは条件Ｂが満たされると（ステップＳ２：ＹＥＳ。ステップＳ３：ＹＥＳ）、指示電流値増加判定部２７は、γ軸指示電流値Ｉγ*を補正するための補正値を生成する（ステップＳ４）。指示電流値補正部３７は、指示電流値生成部３１が生成したγ軸指示電流値Ｉγ*に、その補正値を加算することにより、γ軸指示電流値Ｉγ*を補正する（ステップＳ５）。リミッタ２４が作動していなければ（ステップＳ１：ＮＯ）、補正値は生成されず、γ軸指示電流値Ｉγ*に対する補正は行われない。また、リミッタ２４が作動中であっても、前記条件Ａおよび条件Ｂのいずれもが満たされないときには（ステップＳ２：ＮＯ。ステップＳ３：ＮＯ）、補正値は生成されず、したがって、γ軸指示電流値Ｉγ*に対する補正は行われない。
【００５２】
検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に到達させるべく加算角αが変化させられるので、加算角αの絶対値が大きくなり、リミッタ２４が作動するに至った直後の期間には、負荷角θLと検出操舵トルクＴとの間に正の相関があると考えられる。そこで、条件Ａが満たされるときにγ軸指示電流値Ｉγ*を増加補正することによって、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に近づける方向へのモータトルクを増加させることができる。
【００５３】
一方、トルク変化量の符号と指示操舵トルクＴ*の符号とが一致する場合には、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ*に向かって変化しており、負荷角θLと検出操舵トルクＴとの間に正の相関があると考えられる。そこで、条件Ｂが満たされるときにγ軸指示電流値Ｉγ*を増加補正することによって、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*に近づける方向へのモータトルクを増加させることができる。
【００５４】
なお、条件Ａおよび条件Ｂは、両方を適用する必要はなく、いずれか一つのみの条件を用いてγ軸指示電流値Ｉγ*の増加補正を行うようにしてもよい。
図８は、指示電流値増加判定部２７および指示電流値補正部３７の働きによるγ軸指示電流値Ｉγ*の時間変化の一例を示す図である。リミッタ２４が作動すると、γ軸指示電流値Ｉγ*に補正値が加算されることによって、γ軸指示電流値Ｉγ*は、補正前の値Ｉγ1から補正後の値Ｉγ2へとステップ状に変化する。指示電流値増加判定部２７は、補正値を、一定時間（たとえば３秒）だけ上限値に保持した後、時間経過に伴って零まで単調減少（図８の例ではリニアに減少）させる。これにより、γ軸指示電流値Ｉγ*は、補正後の値Ｉγ2にステップ状に変化した後、前記一定時間だけその値Ｉγ2に保持され、その後は、時間経過に伴って補正前の値Ｉγ1へと漸次的に単調減少する。このようにして、γ軸指示電流値Ｉγ*が、一時的に増加補正されることになる。
【００５５】
γ軸指示電流値Ｉγ*が一時的に増加補正されることによって、モータ３の発生トルクが大きくなる。これにより、いずれかの制御角θCにおいて、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ*にほぼ等しいレベルとすることができる。これにより、制御角θCは適値に収束し、アシストトルク不足の状態が解消される。
なお、γ軸指示電流値Ｉγ*の増加補正は、図８に示されているようにステップ状にγ軸指示電流値Ｉγ*を増加させる補正であってもよいし、時間経過に伴って（たとえば経過時間に比例して）増加するようにγ軸指示電流値Ｉγ*を補正してもよい。また、時間経過に対するγ軸指示電流値Ｉγ*の関係を定めたマップや関数を準備しておき、これらに従ってγ軸指示電流値Ｉγ*を時間経過に伴って増加補正することとしてもよい。
【００５６】
また、増加補正されたγ軸指示電流値Ｉγ*を補正前の値に復帰させるときにも、同様に、ステップ状にγ軸指示電流値Ｉγ*を減少させてもよいし、図８に示されているように、時間経過に伴って（たとえば時間経過に比例して）減少するようにγ軸指示電流値Ｉγ*を減少させてもよい。さらに、時間経過に対するγ軸指示電流値Ｉγ*の関係を定めたマップや関数を準備しておき、これらに従ってγ軸指示電流値Ｉγ*を時間経過に伴って補正前の値に減少させることとしてもよい。
【００５７】
γ軸指示電流値Ｉγ*を補正する際には、さらに、ＰＩ制御部２３に備えられた積分器の内部保持値をリセットまたは減少させることが好ましい。これにより、加算角αがリミッタ２４における制限値に固定された状態を速やかに解消することができる。
図９は、電流値積算部３９および電流制限部３８による処理の内容を説明するためのフローチャートである。電流値積算部３９は、二相検出電流Ｉγδを取得して（ステップＳ１１）、この二相検出電流値Ｉγδを積算する（ステップＳ１２）。電流制限部３８は、電流値積算部３９によって求められた電流積算値に基づいて、当該モータ制御装置５の推定温度を演算する（ステップＳ１３）。モータ制御装置５は、主として、駆動回路１２からの発熱によって温度上昇し、大電流が継続して流れれば、温度上昇が大きくなる。そして、電流制限部３８は、演算された推定温度に基づいて、電流制限値を求め（ステップＳ１４）、γ軸指示電流値Ｉγ*をその電流制限値以下に制限する（ステップＳ１５）。
【００５８】
図１０は、推定温度に対する電流制限値の設定例を示す特性図である。或るしきい値以下の推定温度に対しては一定の電流制限値が設定される。当該しきい値を超える範囲では、推定温度の増加に伴って単調に（この実施形態ではリニアに）電流制限値が減少させられる。所定の上限温度以上の範囲では、電流制限値は零に設定される。このような電流制限値によってγ軸指示電流値Ｉγ*を制限することにより、モータ３や駆動回路１２に備えられたパワー素子が過熱により破壊することを予防できる。
【００５９】
図１１に示すように、モータ３の制御継続時間（γ軸指示電流値Ｉγ*≠０の継続時間）に応じて、γ軸指示電流値Ｉγ*のための電流制限値を設定するようにしてもよい。γ軸指示電流値Ｉγ*が実質的に一定と見なせる状況では、連続通電時間と発熱量は比例する。そこで、制御継続時間に基づいて適切な電流制限値を設定することができる。これにより、複雑な温度推定演算を省くことができるから、マイクロコンピュータ１１の演算負荷を軽減できる。
【００６０】
なお、温度推定演算や制御継続時間の計測を行う代わりに、温度センサを用いてモータ温度を直接的に測定し、その測定値に応じて電流制限値を定めるようにしてもよい。
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、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。
【００６１】
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。
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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】
【００６４】
【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説明するための図である。
【図６】負荷角に対する検出操舵トルクの変化の一例を示す図である。
【図７】指示電流値増加判定部および指示電流値補正部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】指示電流値増加判定部および指示電流値補正部の働きによるγ軸指示電流値の時間変化の一例を示す図である。
【図９】電流値積算部および電流制限部による処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図１０】推定温度に対する電流制限値の設定例を示す特性図である。
【図１１】制御継続時間に対する電流制限値の設定例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６５】
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】
2010098810.tif 000003
【図２】
2010098810.tif 000004
【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】
2010098810.tif 000009
【図８】
2010098810.tif 000010
【図９】
2010098810.tif 000011
【図１０】
2010098810.tif 000012
【図１１】
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