(57)【要約】【課題】回転センサに故障が生じたときでも、モータの駆動を継続することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】センサ故障判定部２５は、レゾルバ２の故障の有無を判定する。レゾルバ２に故障が生じていない通常時は、ｄｑ軸目標電流値演算部１６、ｄｑ軸電圧指令値演算部１９、電圧指令値座標変換部２０およびＰＷＭ制御部２１などによってモータ１が正弦波駆動される。レゾルバ２の故障時には、通電パターン駆動部２４によって所定の通電パターンでモータ１が矩形波駆動される。トルクセンサ７によって検出される操作トルクが大きいときには、脱調を回避するために、通電パターン駆動部２４によるモータ１の駆動が停止される。【選択図】図１
2010011542.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、
前記ロータの回転位置を検出する回転センサと、
この回転センサの正常時には当該回転センサの出力信号に基づいて前記モータを制御する一方で、前記回転センサの故障時には前記正常時の制御態様に対して制限を加えた制御態様で、前記回転センサの出力信号を用いずに、前記モータを制御する制御手段とを含む、モータ制御装置。
【請求項２】
前記モータが、車両の舵取り機構に転舵力を付与する転舵用モータであり、
前記制御手段は、前記回転センサの故障時に、車両の操向のための操作部材に加えられる操作トルクが一定値以下であることを条件に、所定の通電パターンで前記モータを駆動するものである、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記モータに供給すべき目標電流値を設定する目標電流値設定手段を含み、
この目標電流値設定手段は、前記回転センサの正常時よりも前記回転センサの故障時の方が低くなるように定められた上限値以下の範囲で目標電流値を設定するものである、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータの誘起電圧に基づいて当該誘起電圧のゼロクロス点および前記ロータの回転速度を求め、これらのゼロクロス点および回転速度に基づいてロータの位相を推定する手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記推定されたロータの位相に基づいて、前記モータを矩形波駆動するものである、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、電動パワーステアリング装置における操舵補助力の発生源として利用される。
【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、ロータの回転位置を検出するための回転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。回転センサとしては、たとえば、ロータ回転位置（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。
回転センサに故障が生じると、ロータ回転位置を一意に特定することができなくなるから、ブラシレスモータの駆動制御を継続できなくなる。そこで、回転センサの故障時には、ブラシレスモータを停止させている。
【０００３】
回転センサの故障には、回転センサ自身の故障、回転センサの信号線または給電線の断線故障が含まれる。
【特許文献１】特開２００１−１１２２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動パワーステアリング装置においては、モータが停止すれば、操舵補助力が得られなくなるから、操舵フィーリングの悪化は避けられない。したがって、回転センサの故障時においても、可能な限りモータの駆動を継続できることが好ましい。
電動パワーステアリング装置の駆動源としてのモータに限らず、他の用途のブラシレスモータにおいても、回転センサの故障後も、可能な限りモータ駆動を継続することが好ましい。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、回転センサに故障が生じたときでも、モータの駆動を継続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】
前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（１）を制御するためのモータ制御装置（１０，１０Ａ）であって、前記ロータの回転位置を検出する回転センサ（２）と、この回転センサの正常時には当該回転センサの出力信号に基づいて前記モータを制御する一方で、前記回転センサの故障時には前記正常時の制御態様に対して制限を加えた制御態様で、前記回転センサの出力信号を用いずに、前記モータを制御する制御手段（１２，１２Ａ）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、回転センサに故障が生じると、回転センサの正常時の制御態様に対して制限を加えた制御態様でモータが制御される。これにより、回転センサの故障時における、いわゆる延命制御が可能になり、モータの回転を継続することができる。
請求項２記載の発明は、前記モータが、車両の舵取り機構に転舵力を付与する転舵用モータ（１）であり、前記制御手段は、前記回転センサの故障時に、車両の操向のための操作部材に加えられる操作トルクが一定値以下であることを条件に、所定の通電パターンで前記モータを駆動するものである（２４，Ｓ５〜Ｓ８）、請求項１記載のモータ制御装置である、
転舵用モータは、操作部材に加えられる操作トルクに応じた転舵力を舵取り機構に付与する。したがって、操作部材に大きな操作トルクが加えられると、それに応じて、転舵用モータには大きな電流が供給され、大きな転舵トルクが転舵用モータから発生する。回転センサによる正確な回転位置が検出されていないときには、所定の通電パターンによるモータ駆動で大きなトルクを発生させようとすると、モータが脱調するおそれがある。そこで、この発明では、操作部材に加えられる操作トルクが一定値以下であることを条件に、所定の通電パターンによって、モータを駆動するようにしている。こうして、回転センサの故障時において、脱調が生じない条件下で、所定の通電パターンを用いて、モータの駆動が継続される。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記制御手段は、前記モータに供給すべき目標電流値を設定する目標電流値設定手段（１５，３３）を含み、この目標電流値設定手段は、前記回転センサの正常時よりも前記回転センサの故障時の方が低くなるように定められた上限値以下の範囲で目標電流値を設定するものである、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、回転センサの故障時には、目標電流値の上限値が低く設定される。そのため、回転センサを用いない手法によるロータ回転位置の推定を行いやすくなり、その結果、モータの駆動を継続することができる。
【０００９】
より具体的には、前記モータ制御装置は、ステータに対してセンシング信号を注入するセンシング信号注入手段（６５）と、センシング信号に対応するモータの応答（電流応答または電圧応答）を検出するモータ応答検出手段（６８）と、モータ応答検出手段によって検出されたモータ応答からロータ回転位置を推定する位置推定手段（６９）とを含むものであってもよい。
【００１０】
この構成の場合に、目標電流値の上限値が低く抑えられることによって、センシング信号に対するモータの応答を検出しやすくなる。それに応じて、ロータ位置の推定精度を高めることができるので、精度よく推定されたロータ位置に基づいてモータを駆動することができる。
前記センシング信号は、二相固定座標の原点まわりに回転する大きさ一定の回転電圧ベクトルを形成する信号であってもよい。この場合に、モータ応答検出手段は、センシング信号注入時のモータ電流を検出する電流応答検出手段であることが好ましい。
【００１１】
センシング信号およびそれに対するモータ応答を用いたロータ位置推定では、最初のロータ推定位置が得られるまでにタイムラグが生じるから、制御開始初期には、位置不定期間が生じる。そこで、回転センサによる検出位置に基づくモータ制御から推定位置に基づくモータ制御への移行初期には、移行直前に回転センサが検出した回転位置を初期値として位置推定演算を行うことが好ましい。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記モータの誘起電圧に基づいて当該誘起電圧のゼロクロス点および前記ロータの回転速度を求め、これらのゼロクロス点および回転速度に基づいてロータの位相を推定する手段（３５，３６，３７）をさらに含み、前記制御手段は、前記推定されたロータの位相に基づいて、前記モータを矩形波駆動するものである、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、モータの誘起電圧に基づいて、この誘起電圧のゼロクロス点およびロータの回転速度が求められ、これらに基づいてロータの位相が推定される。そして、この推定された位相に基づいて、モータの矩形波駆動が行われる。こうして、回転センサ故障後の延命制御を行うことができる。
モータの誘起電圧が得られないときには、モータの相電流（目標電流値）をゼロとすればよい。これにより、外力が与えられたときに、モータがスムーズに回転し、それに応じて誘起電圧が生じる。この誘起電圧から、そのゼロクロス点およびロータ回転速度を推定できるので、その後は、モータを回転駆動することができる。
【００１４】
モータに加えられる外力は、たとえば、電動パワーステアリング装置においては、車両の操向のための操作部材から与えられてもよい。つまり、ステアリング操作によってモータが回転すると、それに応じて誘起電圧が生じるので、この誘起電圧を利用して、モータの矩形波駆動を行うことができる。
回転センサの故障は、既知の手段によって検出可能である。たとえば、回転センサの出力信号が伝送される信号線を電源電圧にプルアップまたはグランド電位にプルダウンしておき、回転センサの出力信号が導出されなくなったときに、当該信号線に電源電圧またはグランド電位が現れるようにしておけばよい。これにより、信号線の電位が電源電圧またはグランド電位に固定されたことに基づいて、回転センサ（信号線の断線および短絡故障を含む）の故障を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、車両のステアリングホイールに加えられる操作トルクを検出するトルクセンサ７と、車両の速度を検出する車速センサ８と、車両の舵取り機構３に操舵補助力を与えるモータ１と、このモータ１を駆動制御するモータ制御装置１０とを備えている。モータ制御装置１０は、トルクセンサ７が検出する操作トルクおよび車速センサ８が検出する車速に応じてモータ１を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。モータ１は、たとえば、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、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３を含むステータ５５とを備えている。モータ１は、ロータの外部にステータを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配置したアウターロータ型のものであってもよい。
【００１６】
モータ制御装置１０は、電流検出部１１、信号処理部としてのマイクロコンピュータ１２、および駆動回路１３を有する。このモータ制御装置１０に、モータ１内のロータの回転位置を検出するレゾルバ２（回転センサ）とともに、前述のトルクセンサ７および車速センサ８が接続されている。
電流検出部１１はモータ１のステータ巻線５１，５２，５３を流れる電流を検出する。より具体的には、電流検出部１１は、３相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）のステータ巻線５１，５２，５３における相電流をそれぞれ検出する電流検出器１１ｕ，１１ｖ，１１ｗを有する。
【００１７】
マイクロコンピュータ１２は、プログラム処理（ソフトウェア処理）によって実現される複数の機能処理部を備えている。これらの複数の機能処理部には、基本目標電流値演算部１５、ｄｑ軸目標電流値演算部１６、ｄｑ軸電流演算部１７、ｄ軸偏差演算部１８ｄ、ｑ軸偏差演算部１８ｑ、ｄｑ軸電圧指令値演算部１９、電圧指令値座標変換部２０、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部２１、位置算出部２２、通電パターン駆動部２４、センサ故障判定部２５、切換え部２６、トルク判定部２７、トルク方向判定部２８、偏差演算部２９およびＰＩ制御部３０などが含まれている。
【００１８】
駆動回路１３は、インバータ回路で構成され、ＰＷＭ制御部２１または通電パターン駆動部２４からの制御信号が、切換え部２６から与えられるようになっている。この制御信号によって制御されることにより、駆動回路１３は、車載バッテリ等の電源（図示せず）からの電力を、モータ１のＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３に供給する。
【００１９】
位置算出部２２は、レゾルバ２の出力信号に基づいて、モータ１のロータ５０の回転位置（電気角）θを算出する。
基本目標電流値演算部１５は、トルクセンサ７により検知される操作トルクと、車速センサ８により検出される車速とに基づいて、モータ１の基本目標電流値Ｉ*を演算する。基本目標電流値Ｉ*は、たとえば、操作トルクの大きさが大きいほど大きく、車速が小さい程大きくなるように定められる。
【００２０】
基本目標電流値演算部１５により演算された基本目標電流値Ｉ*はｄｑ軸目標電流値演算部１６に入力される。ｄｑ軸目標電流値演算部１６は、ｄ軸方向の磁界を生成するためのｄ軸目標電流値Ｉd*と、ｑ軸方向の磁界を生成するためのｑ軸目標電流値Ｉq*とを演算する。ただし、ｄ軸とは、モータ１のロータ５０の有する界磁の磁束方向に沿う軸であり、ｑ軸とは、ｄ軸およびロータ回転軸に直交する軸である。ｄｑ座標平面はロータ５０の回転方向に沿う平面であり、ｄ軸およびｑ軸は、ロータ５０とともに回転する回転座標系を規定する（図２参照）。ｄｑ軸目標電流値演算部１６における演算は公知の演算式を用いて行うことができる。
【００２１】
電流検出部１１から出力される相電流Ｉu，Ｉv，Ｉw（以下、まとめていうときには「三相検出電流Ｉuvw」という。）はｄｑ軸電流演算部１７に入力される。ｄｑ軸電流演算部１７は、位置算出部２２によって算出された回転位置θに基づいて、相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを座標変換することにより、ｄ軸電流値Ｉdおよびｑ軸電流値Ｉq（モータ電流値としての検出電流値）を演算する。ｄｑ軸電流演算部１７における演算は公知の演算式を用いて行うことができる。
【００２２】
ｄ軸偏差演算部１８ｄは、ｄ軸目標電流値Ｉd*とｄ軸電流Ｉdとの間の偏差（ｄ軸偏差）δＩdを求める。同様に、ｑ軸偏差演算部１８ｑは、ｑ軸目標電流値Ｉq*とｑ軸電流Ｉqとの間の偏差（ｑ軸偏差）δＩqを求める。
ｄｑ軸電圧指令値演算部１９は、ｄ軸偏差δＩdに対応するｄ軸電圧指令値Ｖd*とｑ軸偏差δＩqに対応するｑ軸電圧指令値Ｖq*とを求める。
【００２３】
電圧指令値座標変換部２０は、位置算出部２２によって算出された回転位置θに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖd*およびｑ軸電圧指令値Ｖq*の座標変換を行い、Ｕ相ステータ巻線５１、Ｖ相ステータ巻線５２およびＷ相ステータ巻線５３にそれぞれ印加すべき印加電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を演算する。電圧指令値座標変換部２０における演算は公知の演算式を用いて行えばよい。
【００２４】
ＰＷＭ制御部２１は、印加電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に対応するデューティ比を有するパルス信号である各相のＰＷＭ制御信号を生成する。このＰＷＭ信号が切換え部２６を介して駆動回路１３に与えられることにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd*およびｑ軸電圧指令値Ｖq*に対応する電圧が駆動回路１３から各相のステータ巻線５１，５２，５３に印加され、ロータ５０の回転力が発生する。
【００２５】
通電パターン駆動部２４は、１２０度通電方式による所定の通電パターンに従ってモータ１を駆動するための制御信号を生成する。通電パターン駆動部２４は、ＰＷＭデューティ設定部２４ａを備えている。通電パターン駆動部２４は、ＰＷＭデューティ設定部２４ａによって設定されたデューティでパルス幅変調された矩形波駆動信号を生成する。
センサ故障判定部２５は、レゾルバ２の故障の有無を判定する。たとえば、センサ故障判定部２５は、レゾルバ２の信号線２ａに導出される信号を監視することによって、レゾルバ２の故障、信号線２ａの断線故障、信号線２ａの接地故障を検出することができる。より具体的には、レゾルバ２とモータ制御装置１０との間の信号線２ａをプルアップ抵抗を介して電源電位に接続したり、プルダウン抵抗を介して接地電位に接続したりする構成をとることができる。この場合、信号線２ａが断線すると、当該信号線２ａには、レゾルバ２からの信号（正弦信号または余弦信号）が導出されなくなり、代わりに、当該信号線２ａは、電源電位または接地電位に固定される。そこで、センサ故障判定部２５は、信号線２ａが電源電位または接地電位に固定されているかどうかを判定することで、レゾルバ２の故障（信号線の故障を含む）の有無を判定することができる。むろん、レゾルバ２の故障検出には、その他の公知の方法を適用してもよい。
【００２６】
切換え部２６は、センサ故障判定部２５が故障なしと判定している通常状態においては、ＰＷＭ制御部２１からの制御信号を駆動回路１３に供給する。一方、センサ故障判定部２５が故障ありと判定している故障状態においては、切換え部２６は、通電パターン駆動部２４が生成する制御信号を駆動回路１３に供給する。
トルク判定部２７は、トルクセンサ７によって検出される操作トルクの大きさを所定のトルク閾値（たとえば、７Ｎｍ）と比較し、その比較結果を通電パターン駆動部２４に与える。トルク閾値は、通電パターン駆動部２４によって所定の通電パターンでモータ１を駆動するときに、脱調が生じるおそれのない範囲で可能な限り大きな値に定められる。
【００２７】
トルク方向判定部２８は、トルクセンサ７によって検出される操作トルクの方向が右回りトルクか、左回りトルクかを判定し、その判定結果を通電パターン駆動部２４に与える。ただし、右回り方向とは、舵取り車輪を右方向に転舵させる方向に対応し、左回り方向とは、舵取り車輪を左方向に転舵させる方向に対応するものとする。
偏差演算部２９は、基本目標電流値演算部１５によって設定される基本目標電流値Ｉ*と、ＵＶＷ／ｄｑ座標変換部１７が生成するｑ軸電流値Ｉqを変換部３１で変換して得られる相電流振幅（検出電流値）Ｉ（後述の式(2)参照。Ｉ＝−√(2/3)Ｉq）との偏差δＩ（＝Ｉ*−Ｉ）を求める。
【００２８】
ＰＩ制御部３０は、偏差δＩに対する比例積分制御を行うことによって、印加電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を求める。
通電パターン駆動部２４に備えられたＰＷＭデューティ設定部２４ａは、ＰＩ制御部３０によって演算される印加電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に応じたＰＷＭデューティを設定する。
【００２９】
図３は、駆動回路１３の具体的な構成を説明するための電気回路図である。モータ１のＵ相ステータ巻線５１、Ｖ相ステータ巻線５２およびＷ相ステータ巻線５３に対して、Ｕ相電流Ｉu、Ｖ相電流ＩvおよびＷ相電流Ｉwが駆動回路１３から与えられるようになっている。
駆動回路１３は、Ｕ相に対応した直列回路４０Ｕと、Ｖ相に対応した直列回路４０Ｖと、Ｗ相に対応した直列回路４０Ｗとを備え、これらが電源（車載バッテリ。図示せず）に対して並列に接続されている。直列回路４０Ｕは、ハイサイドパワースイッチング素子４１Ｕと、ローサイドパワースイッチング素子４２Ｕとを直列に接続し、これらの間の接続点４３Ｕをモータ１のＵ相ステータ巻線５１に接続して構成されている。同様に、直列回路４０Ｖは、ハイサイドパワースイッチング素子４１Ｖと、ローサイドパワースイッチング素子４２Ｖとを直列に接続し、これらの間の接続点４３Ｖをモータ１のＶ相ステータ巻線５２に接続して構成されている。また、直列回路４０Ｗは、ハイサイドパワースイッチング素子４１Ｗと、ローサイドパワースイッチング素子４２Ｗとを直列に接続し、これらの間の接続点４３Ｗをモータ１のＷ相ステータ巻線５３に接続して構成されている。切換え部２６からのＰＷＭ制御信号は、必要に応じて増幅されて、パワースイッチング素子４１Ｕ，４２Ｕ；４１Ｖ，４２Ｖ；４１Ｗ，４２Ｗの各ゲートに与えられるようになっている。
【００３０】
ｄｑ軸電圧指令値演算部１９は、正弦波駆動のための電圧指令値Ｖd*，Ｖq*を生成し、それに応じた制御信号がＰＷＭ制御部２１から生成される。したがって、ＰＷＭ制御部２１が生成した制御信号が切換え部２６から駆動回路１３に供給されるときには、モータ１のＵ相、Ｖ相およびＷ相ステータ巻線５１，５２，５３に正弦波状の相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwが流れるように、モータ１が正弦波駆動される。
【００３１】
図４Ａおよび図４Ｂは、通電パターン駆動部２４が生成する制御信号の一例を示す波形図であり、図４Ａは、モータ１から右回り方向のトルクを発生させるべきときの波形（通電パターン）を示し、図４Ｂはモータ１から左まわり方向のトルクを発生させるべきときの波形（通電パターン）を示す。
通電パターン駆動部２４は、各相のハイサイドパワースイッチング素子４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗに対して、それぞれ１２０度の電気角の期間に渡って、ＰＷＭパルスからなる制御信号を出力する。各相のハイサイドパワースイッチング素子４１Ｕ，４１Ｖ，４１ＷにＰＷＭパルスが与えられる１２０度の期間は、１２０度ずつ位相がずれている。つまり、ハイサイドパワースイッチング素子４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、１２０度ずつ位相がずらされた各１２０度の期間に、循環的にＰＷＭ制御される。このＰＷＭ制御される各１２０度の期間に、ＰＷＭデューティに応じた電圧がモータ１の各相に印加される。
【００３２】
一方、各相のローサイドパワースイッチング素子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗは、各相のハイサイドパワースイッチング素子４１Ｕ，４１Ｖ，４１ＷがＰＷＭ制御される期間から電気角で６０度シフトされた１２０度の期間に渡ってオン状態とされ、残余の期間はオフ状態とされる。したがって、各相のローサイドパワースイッチング素子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗがオン状態となる１２０度の期間は、１２０度ずつ位相がずれている。つまり、ローサイドパワースイッチング素子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗは、１２０度ずつ位相がずらされた各１２０度の期間に、循環的にオン状態となる。
【００３３】
各相において、ハイサイドパワースイッチング素子４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗおよびローサイドパワースイッチング素子４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗのいずれもがオフ状態とされる期間には、対応する相のステータ巻線には誘起電圧のみが現れる。
図４Ａに示す右回り通電パターン波形では、Ｕ相駆動波形に対して１２０度だけＶ相駆動波形の位相が遅れ、Ｖ相駆動波形に対して１２０度だけＷ相駆動波形の位相が遅れているのが分かる。これに対して、図４Ｂに示す左回り通電パターン波形では、Ｗ相駆動波形に対して１２０だけＶ相駆動波形の位相が遅れ、Ｖ相駆動波形に対して１２０度だけＵ相駆動波形の位相が遅れているのが分かる。
【００３４】
図５は、マイクロコンピュータ１２が所定の制御周期毎に繰り返し実行する制御内容を説明するためのフローチャートである。マイクロコンピュータ１２は、トルクセンサ７、車速センサ８、レゾルバ２および電流検出部１１の各出力信号を取り込む（ステップＳ１）。基本目標電流値演算部１５は、トルクセンサ７が検出した操作トルクおよび車速センサ８が検出した車速に基づいて、基本目標電流値Ｉ*を演算する（ステップＳ２）。一方、センサ故障判定部２５は、信号線２ａに導出される信号に基づいて、レゾルバ２の故障の有無を判定する（ステップＳ３）。
【００３５】
レゾルバ２に故障がなければ（ステップＳ３：ＮＯ）、通常の制御が実行される（ステップＳ４）。より具体的には、ｄｑ軸目標電流値演算部１６によってｄ軸目標電流値Ｉd*およびｑ軸目標電流値Ｉq*が設定される。また、電流検出部１１が検出する三相検出電流Ｉuvwが、ｄｑ軸電流演算部１７で座標変換され、ｄ軸検出電流Ｉdおよびｑ軸検出電流Ｉqが求められる。ｄ軸偏差演算部１８ｄおよびｑ軸偏差演算部１８ｑは、ｄ軸電流偏差δＩd（＝Ｉd*−Ｉd）およびｑ軸電流偏差δＩq（＝Ｉq*−Ｉq）をそれぞれ求める。ｄｑ軸電圧指令値演算部１９は、電流偏差δＩd，δＩqに対するＰＩ（比例積分）演算等を行うことにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd*およびｑ軸電圧指令値Ｖq*を生成する。これらが電圧指令値座標変換部２０において座標変換されることによって、ＵＶＷ相の電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*が生成される。これらの電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に対応するＰＷＭ制御信号がＰＷＭ制御部２１によって生成される。切換え部２６は、このＰＷＭ制御信号を駆動回路１３に供給する。ｄｑ軸電流演算部１７および電圧指令値座標変換部２０における座標変換演算のために、位置算出部２２によって算出される回転位置θが用いられる。
【００３６】
一方、センサ故障判定部２５によって、レゾルバ２に故障が生じていると判定されると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、トルク判定部２７は、操作トルクが所定のトルク閾値（たとえば、７Ｎｍ）以下かどうかを判定する（ステップＳ５）。操作トルクがトルク閾値以下であれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、トルク方向判定部２８は、トルクセンサ７の出力信号に基づいて、操作トルクの方向が右回り方向か左回り方向かを判定する（ステップＳ６）。操作トルク方向が右回り方向であれば、通電パターン駆動部２４は、右回り通電パターン（図４Ａ参照）に従う矩形波駆動信号を生成し（ステップＳ７）、操作トルク方向が左回り方向であれば、通電パターン駆動部２４は、左回り通電パターン（図４Ｂ参照）に従う矩形波駆動信号を生成する（ステップＳ８）。
【００３７】
このとき、ＰＷＭデューティ設定部２４ａは、ＰＩ制御部３０によって求められた電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に対応するデューティを設定する。この設定されたデューティでパルス幅変調されたＰＷＭ制御信号が通電パターン駆動部２４から生成されることになる。切換え部２６は、このＰＷＭ制御信号を駆動回路１３に供給する。つまり、図４Ａおよび図４Ｂに示されているように、各相のハイサイドパワースイッチング素子４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗが、１２０度ずつ位相がずれた各１２０度の期間に循環的にＰＷＭ制御され、この各１２０度の期間において、前記設定されたデューティに応じた電圧がモータ１の各相に印加される。
【００３８】
一方、操作トルクがトルク閾値を超えている場合（ステップＳ５：ＮＯ）には、通電パターン駆動部２４は、制御信号を生成しない。これにより、モータ１が停止される。操作トルクがトルク閾値を超えるほど大きいときには、一定の通電パターンでの駆動では、モータ１が脱調するおそれがある。そこで、この実施形態では、通電パターン駆動部２４によって所定の通電パターンでモータ１を駆動するときには、操作トルクがトルク閾値以下であることを条件としている。換言すれば、トルク閾値は、図４Ａおよび図４Ｂに示す所定の通電パターンによる駆動でモータ１の脱調を生じさせることなく正常に駆動することができる範囲で可能な限り大きな値に定められている。
【００３９】
以上のように、この実施形態によれば、レゾルバ２に故障が生じた場合には、通電パターン駆動部２４が生成する所定の通電パターンの矩形波駆動信号によって、１２０度通電方式による矩形波駆動が行われる。これにより、モータ１の回転を継続することができるので、舵取り機構３に対して操舵補助力を与えることができる。
また、レゾルバ２が正常のときには正弦波駆動が行われるのに対して、レゾルバ２に故障が生じているときには、矩形波駆動が行われるので、故障時には、トルクリップルが生じることになる。これにより、運転者に対して、異常発生を報知することができ、早期修理を促すことができる。
【００４０】
図６は、この発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。この図６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、同一の参照符号を付して示す。この実施形態は、誘起電圧検出部３５、回転速度推定部３６および位相推定部３７が備えられており、トルク判定部２７およびトルク方向判定部２８が備えられていない点が、前述の第１の実施形態とは異なる。
【００４１】
誘起電圧検出部３５は、モータ１の各相の誘起電圧を所定のサンプリング周期毎に測定する。より具体的には、各相のステータ巻線５１，５２，５３に電圧が印加されない期間（各相のハイサイドおよびローサイドのパワースイッチング素子がいずれもオフとなる期間。図４Ａおよび図４Ｂ参照）に、当該巻線に誘導される電圧を検出する。
回転速度推定部３６は、誘起電圧検出部３５によって検出される誘起電圧から、ロータの回転速度を推定する。たとえば、隣接する２つのサンプリング点での誘起電圧の変化を正弦波にフィッティングすることによって、ロータ回転速度を推定することができる。
【００４２】
位相推定部３７は、誘起電圧検出部３５によって検出される誘起電圧および回転速度推定部３６によって推定されるロータ回転速度に基づいて、ロータの位相（電気角）を推定する。具体的には、所定のサンプリング周期で検出される誘起電圧を正弦波にフィッティングすることによって、誘起電圧の正負が切り換わるゼロクロス点を推定できる。こうして推定されるゼロクロス点からの経過時間およびロータ回転速度に基づいて、ロータの位相が推定される。この推定された位相に基づいて、通電パターン駆動部２４は、相切換えタイミングを求める。通電パターン駆動部２４は、求められた相切換えタイミングに基づいて、各相の矩形波駆動信号の立ち上げおよび立ち下げを行う。より具体的には、図４Ａおよび図４Ｂに示されているように、６０度毎の位相で駆動回路１３のパワースイッチング素子のオン／オフパターンを切り換える。
【００４３】
このように、この実施形態によれば、レゾルバ２の故障時には、オフ相の誘起電圧から推定されるゼロクロス点およびロータ回転速度に基づいてロータの位相が推定され、この推定されたロータの位相に基づいて、１２０度通電方式の矩形波駆動により、モータ１を駆動することができる。したがって、レゾルバ２が故障した後においても、モータ１を継続して駆動することができ、操舵補助を継続できる。しかも、第１の実施形態とは異なり、操作トルクによる制限もない。
【００４４】
レゾルバ２の故障時において、モータ１が回転していないときには、誘起電圧検出部３５は誘起電圧を検出することができない。この場合には、切換え部２６をＰＷＭ制御部２１側に切り換えるとともに、基本目標電流値演算部１５によって、基本目標電流値Ｉ*＝０に設定すればよい。そして、基本目標電流値Ｉ*がゼロに維持されている状態でステアリングホイールが操作されると、モータ１が外力によって回転される結果、誘起電圧が生じる。そこで、所定値以上の誘起電圧が誘起電圧検出部３５によって検出されたことに応答して、切換え部２６を通電パターン駆動部２４側に切り換えればよい。これにより、その後は、通電パターン駆動部２４が生成するＰＷＭ制御信号によって、モータ１を制御できる。
【００４５】
図７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７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、同一の参照符号を付して示す。
モータ制御装置１０Ａは、マイクロコンピュータ１２Ａと、このマイクロコンピュータ１２Ａによって制御され、モータ１に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）１３と、モータ１の各相のステータ巻線５１〜５３に流れる電流を検出する電流検出部１１とを備えている。
【００４６】
マイクロコンピュータ１２Ａ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、基本目標電流値演算部１５と、ｄｑ軸目標電流値演算部１６と、ＰＩ（比例積分）制御部１９Ａと、電圧指令値生成部１９Ｂと、γδ／αβ座標変換部２０Ａと、αβ／ＵＶＷ座標変換部２０Ｂと、ＰＷＭ制御部２１と、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａと、αβ／γδ座標変換部１７Ｂと、偏差演算部１８と、位置算出部２２と、回転速度演算部２３と、センサ故障判定部２５と、制限部３３と、位置推定部６０と、センシング信号発生部６５と、切換え部６６とを備えている。
【００４７】
基本目標電流値演算部１５は、トルクセンサ７により検知される操作トルクと、車速センサ８により検出される車速とに基づいて、モータ１の基本目標電流値Ｉ*を演算する。基本目標電流値Ｉ*は、たとえば、操作トルクの大きさが大きいほど大きく、車速が小さい程大きくなるように定められる。
制限部３３は、センサ故障判定部２５によってレゾルバ２の故障が生じていると判定されたときに、基本目標電流値Ｉ*に対して制限を加える。
【００４８】
ｄｑ軸目標電流値演算部１６は、基本目標電流値Ｉ*に基づいて、モータ１のロータ磁極方向に沿うｄ軸電流成分の目標値（ｄ軸目標電流値Ｉd*）と、ｄ軸に直交するｑ軸電流成分の目標値（ｑ軸目標電流値Ｉq*）とを生成する。以下、これらをまとめていうときには、「目標電流値Ｉdq」という。
モータ１のＵ相、Ｖ相およびＷ相に与えるべき電流（正弦波電流）の振幅を表す基本目標電流値Ｉ*を用いると、ｄ軸目標電流値Ｉd*およびｑ軸目標電流値Ｉq*は、次式(1)(2)のように表される。
【００４９】
【数１】
2010011542.tif 000003
したがって、ｄｑ軸目標電流値演算部１６は、ｄ軸目標電流値Ｉd*＝０を生成する一方で、トルクセンサ７によって検出される操作トルクに応じたｑ軸目標電流値Ｉq*を生成する。
【００５０】
電流検出部１１は、モータ１のＵ相電流Ｉu、Ｖ相電流ＩvおよびＷ相電流Ｉwを検出する（以下、これらをまとめていうときには「三相検出電流Ｉuvw」という）。その検出値は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａに与えられる。
ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａは、三相検出電流Ｉuvwを、二相固定座標系（α−β）上での電流ＩαおよびＩβ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉαβ」という。）に座標変換する。二相固定座標系（α−β）とは、ロータ５０の回転中心を原点として、ロータ５０の回転平面内にα軸およびこれに直交するβ軸を定めた固定座標系である（図２参照）。座標変換された二相検出電流Ｉαβは、αβ／γδ座標変換部１７Ｂに与えられる。
【００５１】
αβ／γδ座標変換部１７Ｂは、二相検出電流Ｉαβを、制御上のロータ回転位置θ^（以下、「制御回転位置θ^」という。）に従う二相回転座標系（γ−δ）上での電流ＩγおよびＩδ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉγδ」という。）に座標変換する。二相回転座標系（γ−δ）は、制御回転位置θ^にロータ５０がある場合に、ロータ磁極方向に沿うγ軸と、このγ軸に直交するδ軸とによって規定される回転座標系である。制御回転位置θ^に誤差がなく、実際のロータ回転位置と一致しているとき、二相回転座標系（ｄ−ｑ）と二相回転座標系（γ−δ）とは一致する。制御回転位置θ^は、位置算出部２２または位置推定部６０によって演算され、切換え部６６によって選択されたロータ回転位置である。
【００５２】
二相検出電流Ｉγδは、偏差演算部１８に与えられるようになっている。この偏差演算部１８は、ｄ軸目標電流値Ｉd*に対するγ軸電流Ｉγの偏差、およびｑ軸目標電流値Ｉq*に対するδ軸電流Ｉδの偏差を演算する。これらの偏差がＰＩ制御部１９Ａに与えられてそれぞれＰＩ演算処理を受ける。そして、これらの演算結果に応じて、電圧指令値生成部１９Ｂによって、γ軸電圧指令値Ｖγ*およびδ軸電圧指令値Ｖδ*（以下、これらをまとめていうときには「二相電圧指令値Ｖγδ」という。）が生成されて、γδ／αβ座標変換部２０Ａに与えられる。
【００５３】
γδ／αβ座標変換部２０Ａは、γ軸電圧指令値Ｖγ*およびδ軸電圧指令値Ｖδ*を、二相固定座標系（α−β）の電圧指令値であるα軸電圧指令値Ｖα*およびβ軸電圧指令値Ｖβ*（以下、これらをまとめていうときには「二相電圧指令値Ｖαβ」という。）に座標変換する。この二相電圧指令値Ｖαβは、αβ／ＵＶＷ座標変換部２０Ｂに与えられる。
【００５４】
αβ／ＵＶＷ座標変換部２０Ｂは、α軸電圧指令値Ｖα*およびβ軸電圧指令値Ｖβ*を三相固定座標系の電圧指令値、すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*（以下、これらをまとめていうときには「三相電圧指令値Ｖuvw」という。）に変換する。
ＰＷＭ制御部２１は、三相の電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に応じて制御されたデューティ比の駆動信号を生成して駆動回路１３に与える。これにより、モータ１の各相には、該当する相の電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に応じたデューティ比で電圧が印加されることになる。
【００５５】
このような構成によって、舵取り機構３に結合された操作部材としてのステアリングホイール（図示せず）に操作トルクが加えられると、これがトルクセンサ７によって検出される。そして、その検出された操作トルクおよび車速に応じた目標電流値Ｉdqがｄｑ軸目標電流値演算部１６によって生成される。この目標電流値Ｉdqと二相検出電流Ｉγδとの偏差が偏差演算部１８によって求められ、この偏差をゼロに導くようにＰＩ制御部１９ＡによるＰＩ演算が行われる。この演算結果に対応した二相電圧指令値Ｖγδが電圧指令値生成部１９Ｂによって生成され、これが、座標変換部２０Ａ，２０Ｂを経て三相電圧指令値Ｖuvwに変換される。そして、ＰＷＭ制御部２１の働きによって、その三相電圧指令値Ｖuvwに応じたデューティ比で駆動回路１３が動作することによって、モータ１が駆動され、目標電流値Ｉdqに対応したアシストトルクが舵取り機構３に与えられることになる。こうして、操作トルクおよび車速に応じて操舵補助を行うことができる。電流検出部１１によって検出される三相検出電流Ｉuvwは、座標変換部１７Ａ，１７Ｂを経て、目標電流値Ｉdqに対応するように二相回転座標系（γ−δ）で表された二相検出電流Ｉγδに変換された後に、偏差演算部１８に与えられる。
【００５６】
回転座標系と固定座標系との間での座標変換のためには、ロータ５０の回転位置（位相角、すなわち電気角）θが必要である。この回転位置を表す制御回転位置θ^が、レゾルバ２の出力を用いて位置算出部２２で生成されるか、または位置推定部６０での推定演算によって推定されるようになっている。そして、いずれかによって演算された制御回転位置θ＾が、切換え部６６から、αβ／γδ座標変換部１７Ｂおよびγδ／αβ座標変換部２０Ａに与えられるようになっている。
【００５７】
回転速度演算部２３は、切換え部２６から所定の制御周期毎に与えられる制御回転位置θ^の差分Δθ^を求めることにより、ロータ５０の回転速度ω^（＝Δθ^）を演算する。この回転速度ωは、制限部３３および位置推定部６０において用いられる。
センシング信号発生部６５は、ロータ５０の停止時および極低速回転時（２５０ｒｐｍ以下）においてロータ５０の回転位置θを推定するために、モータ１に探査信号（センシング信号）を印加するセンシング信号印加手段として機能する。このセンシング信号発生部６５は、モータ１の定格周波数に比較して十分に高い周波数（たとえば、２００Hz）の高周波正弦電圧（図８(b)参照）を、センシング信号として、モータ１のＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３に印加するための電圧指令値を生成し、ＰＷＭ制御部２１に与える。より具体的には、ロータ５０の回転を引き起こすことのない程度のデューティ比の高周波電圧の印加によって、Ｖ−Ｗ相通電、Ｗ−Ｕ相通電およびＵ−Ｖ相通電を順次繰り返させることにより、ロータ５０の回転中心まわりで空間的に回転する高周波電圧ベクトルを印加する。この高周波電圧ベクトルは、ロータ５０の回転中心を原点とする固定座標であるαβ座標の原点まわりに定速回転する一定の大きさの電圧ベクトルである（図２(a)参照）。
【００５８】
センシング信号発生部６５は、ロータ５０の停止時および極低速回転時において、前述のような高周波電圧の印加のための指令値を生成してＰＷＭ制御部２１に与える。ロータ５０の回転が十分に速くなると（たとえば、２５０ｒｐｍを超えると）、センシング信号発生部６５は、高周波電圧指令の発生を停止する。
図９は、位置推定部６０の構成を説明するためのブロック図である。位置推定部６０は、モータ１に流れるモータ電流と、モータ１に印加されるモータ電圧とに基づいて、ロータ５０の回転位置を推定するものである。この位置推定部６０は、低速域用位置推定部６１と、高速域用位置推定部６２と、推定位置切換え部６３とを備えている。
【００５９】
低速域用位置推定部６１は、モータ１の停止時および極低速回転時（たとえば、０〜１００ｒｐｍ）におけるロータ５０の位置推定に適合するように設計されており、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａが出力する二相検出電流Ｉαβと、γδ／αβ座標変換部２０Ａが生成する二相電圧指令値Ｖαβとに基づいて、ロータ５０の回転位置を推定する。以下、低速域用位置推定部６１によって推定されるロータ回転位置を「低速推定回転位置θL」という。
【００６０】
高速域用位置推定部６２は、モータ１の高速回転時（たとえば、２００ｒｐｍ以上）におけるロータ５０の位置推定に適合するように設計されており、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａが出力する二相検出電流Ｉαβと、γδ／αβ座標変換部２０Ａが生成する二相電圧指令値Ｖαβとに基づいて、ロータ５０の回転位置を推定する。以下、高速域用位置推定部６２によって推定されるロータ回転位置を「高速推定回転位置θH」という。
【００６１】
推定位置切換え部６３は、回転速度演算部２３によって求められる回転速度ωに基づいて、低速推定回転位置θLおよび高速推定回転位置θHのいずれかを選択し、制御回転位置θ＾として出力する。位置推定部６０には、低速域用位置推定部６１によって求められた低速推定回転位置θLと、高速域用位置推定部６２によって求められた高速推定回転位置θHとをロータ回転速度ωに応じて内分して内分推定回転位置θMを求める内分処理部がさらに備えられていてもよい。この場合には、推定位置切換え部６３は、低速推定回転位置θL、高速推定回転位置θHおよび内分推定回転位置θMのうちのいずれか一つを回転速度ωに基づいて選択して出力する。
【００６２】
図１０は、低速域用位置推定部６１の構成例を説明するためのブロック図である。低速域用位置推定部６１は、高周波応答抽出部６８と、ロータ位置推定部６９とを備えている。高周波応答抽出部６８には、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａが出力する二相検出電流Ｉαβが与えられるようになっている。高周波応答抽出部６８は、たとえば、ハイパスフィルタであり、センシング信号発生部６５が発生するセンシング信号（高周波電圧）の周波数に対応した周波数成分をＵＶＷ／αβ座標変換部１７Ａの出力信号から抽出するフィルタ処理を実行する。ロータ位置推定部６９は、高周波応答抽出部６８によって抽出される高周波成分と、二相電圧指令値Ｖαβとに基づいて、ロータ回転位置を推定する。
【００６３】
具体的には、センシング信号発生部６５からのセンシング信号の印加によって、図２(a)に示すように、αβ座標の原点まわりにロータ５０の回転方向に沿って回転する高周波電圧ベクトル（大きさは一定）が形成される。高周波電圧ベクトルは、ロータ５０の回転速度に対して十分に高速に回転する電圧ベクトルである。この高周波電圧ベクトルの印加に伴って、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のステータ巻線５１，５２，５３に電流が流れる。この三相の電流の大きさおよび方向をαβ座標上で表した電流ベクトルは、原点まわりに回転することになる。
【００６４】
ロータ５０のインダクタンスは、ｄ軸方向とｑ軸方向とで異なる値をとる。そのため、電流ベクトルの大きさは、ｄ軸に近い方向の場合に大きく、ｑ軸に近い方向の場合に小さくなる。その結果、図２(b)に示すように、電流ベクトルの終点は、αβ座標上において、ロータ５０のｄ軸方向を長軸とする楕円形の軌跡５４を描く。
したがって、電流ベクトルの大きさは、ロータ５０のＮ極方向およびＳ極方向において極大値を有する。すなわち、電圧ベクトルの大きさが図８(b)のように変化するのに対して、電流ベクトルの大きさは、図８(a)に示すように、その１周期中に、２つの極大値を有する。この場合、電圧ベクトルの大きさが十分に大きければ、ステータの磁気飽和の影響により、ロータ５０のＮ極側の方がＳ極側よりもインダクタンスが小さくなり、Ｎ極方向の電流ベクトルの大きさが最大値をとることになる（曲線Ｌ１参照）。
【００６５】
そこで、十分に大きな高周波電圧ベクトルを印加してＮ極に対応した電流ベクトルの極大を特定しておき、その後は、大きさを小さくした高周波電圧ベクトルを印加し、電流ベクトルの極大値に基づいて、ロータ５０の位相を推定することができる。より具体的には、大きさが最大値をとるときの電流ベクトルのα軸成分Ｉαおよびβ軸成分Ｉβ（すなわち、二相検出電流Ｉαβ）により、低速推定回転位置θLは、θ＝Ｔan-1（Ｉβ／Ｉα）として求めることができる。
【００６６】
ただし、この実施形態では、低速推定回転位置θLは、電流ベクトルの大きさが極大値をとるときの二相電圧指令値Ｖα*，Ｖβ*を用いて、次の(3)式に従って求められるようになっている。これは、高周波電圧ベクトルは大きさが一定であるので、演算が容易であり、演算結果も正確だからである。
θL＝Ｔan-1（Ｖβ*／Ｖα*）        …(3)
図１１は、高速域用位置推定部６２の構成例を示すブロック図である。高速域用位置推定部６２は、信号処理部７０と、ロータ位置推定部７３とを備えている。
【００６７】
信号処理部７０は、二相電圧指令値Ｖαβの高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された電圧フィルタ７１と、二相検出電流Ｉαβの高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された電流フィルタ７２とを有している。
ロータ位置推定部７３には、信号処理部７０によって信号処理（フィルタリング）された後の二相電圧指令値Ｖαβおよび二相検出電流Ｉαβが与えられるようになっている。ロータ位置推定部７３は、モータ１の数学モデルであるモータモデルに基づき、モータ１の誘起電圧を外乱として推定する外乱オブザーバ７５と、この外乱オブザーバ７５が出力する推定誘起電圧から高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された推定値フィルタ７６と、この推定値フィルタ７６が出力する推定誘起電圧（フィルタリング後の値）に基づいて、ロータ５０の高速推定回転位置θHを生成する推定位置生成部７７とを有している。そして、信号処理部７０の電圧フィルタ７１によってフィルタリングされた二相電圧指令値Ｖαβと、電流フィルタ７２によってフィルタリングされた二相検出電流Ｉαβとが、ロータ位置推定部７３の外乱オブザーバ７５にそれぞれ入力されるようになっている。
【００６８】
図１２は、外乱オブザーバ７５およびこれに関連する構成の一例を説明するためのブロック図である。モータ１の数学モデルであるモータモデルは、たとえば、（Ｒ＋ｐＬ）-1と表すことができる。ただし、Ｒは電機子巻線抵抗、Ｌはαβ軸インダクタンス、ｐは微分演算子である。モータ１には、二相電圧指令値Ｖαβと誘起電圧Ｅαβ（α軸誘起電圧Ｅαおよびβ軸誘起電圧Ｅβ）とが印加されると考えることができる。
【００６９】
外乱オブザーバ７５は、二相検出電流Ｉαβを入力としてモータ電圧を推定する逆モータモデル（モータモデルの逆モデル）７８と、この逆モータモデル７８によって推定されるモータ電圧と二相電圧指令値Ｖαβとの偏差を求める電圧偏差演算部７９とで構成することができる。電圧偏差演算部７９は、二相電圧指令値Ｖαβに対する外乱を求めることになるが、図１２から明らかなとおり、この外乱は誘起電圧Ｅαβに相当する推定値Ｅ^αβ（α軸誘起電圧推定値Ｅ^αおよびβ軸誘起電圧推定値Ｅ^β（以下、まとめて「推定誘起電圧Ｅ^αβ」という。）になる。逆モータモデル７８は、たとえば、Ｒ＋ｐＬで表される。
【００７０】
このように、この実施形態では、外乱オブザーバ７５は、二相固定座標系の電圧指令値Ｖαβおよび検出電流Ｉαβを用いて推定誘起電圧Ｅ^αβを求める構成であるので、モータ１の回転速度の影響を受けることなく誘起電圧を推定できる。これにより、回転速度変動の生じやすい電動パワーステアリング装置に使用されるモータ１のロータ回転位置推定精度の向上に寄与できる。
【００７１】
推定値フィルタ７６は、たとえば、ａ／（ｓ＋ａ）で表される低域通過フィルタで構成することができる。ａは、設計パラメータであり、この設計パラメータａにより、推定値フィルタ７６の遮断周波数ωcが定まる。
誘起電圧Ｅαβは、次の(4)式で表すことができる。ただし、ＫEは誘起電圧定数、θはロータ回転位置、ωはロータ回転速度である。
【００７２】
【数２】
2010011542.tif 000004
したがって、推定誘起電圧Ｅ^αβが求まれば、次の(5)式に従って、高速推定回転位置θHが求まる。この演算が、推定位置生成部７７によって行われるようになっている。
【００７３】
【数３】
2010011542.tif 000005
低速域用位置推定部６１による位置推定のためには、モータ電流の応答からセンシング信号成分が抽出される必要がある。しかし、モータ電流には、トルクを発生させるための電流成分（トルク電流成分）が含まれているから、トルク電流成分が大きいときには、センシング信号成分の抽出効率が悪くなる。その結果、位置推定精度が悪くなる。
【００７４】
そこで、この実施形態では、レゾルバ２に故障が生じて位置推定部６０によるロータ位置推定を行う場合には、低速域用位置推定部６１による位置推定が行われる低回転速度領域において目標電流値を制限するようにしている。
具体的には、センサ故障判定部２５によってレゾルバ２の故障が生じたと判定されると、制限部３３の働きによって目標電流値の上限値（以下、「目標電流上限値」という。）が図１３に示すように制限される。モータ１の回転速度ωが所定の閾値ω１以下の低速領域において、目標電流上限値が、第１上限値Ｉ１に制限される。閾値ω１よりも大きな閾値ω２以上の高速領域においては、目標電流上限値は、第１上限値Ｉ１よりも大きな第２上限値Ｉ２とされている。ただし、閾値ω２よりも大きな所定速度ω３以上の回転速度領域では、モータ１の逆起電力のためにモータ電流が低下するので、それに応じて、回転速度ωの増加に伴ってリニアに減少する特性で目標電流上限値が定められており、この特性に従って基本目標電流値演算部１５における基本目標電流値Ｉ*の設定が行われる。
【００７５】
閾値ω１，ω２の間の遷移領域では、回転速度ωの増加に伴って、第１上限値Ｉ１から第２上限値Ｉ２までリニアに増加するように、目標電流上限値が定められる。制限部３３は、閾値ω２以下の回転速度領域において、通常時（図１３の破線参照）よりも低い目標電流上限値を定めるものである。
たとえば、閾値ω１以下の低速領域におけるロータ位置の推定は低速域用位置推定部６１によって行われ、閾値ω２を超える速度領域（中・高速領域）におけるロータ位置の推定は、高速域用位置推定部６２によって行われる。
【００７６】
したがって、低速域用位置推定部６１による位置推定が行われるときには、目標電流上限値が第１上限値Ｉ１とされる。これにより、モータ電流の応答からセンシング信号成分を効率的に抽出することができる状態に維持することができるから、低速域における位置推定精度を確保することができる。
レゾルバ２に故障が生じていない通常時には、閾値ω２以下の領域の目標電流上限値は、図１３において破線で示すように第２上限値Ｉ２に定められる。すなわち、制限部３３による制限は行われず、基本目標電流値演算部１５は、第２上限値Ｉ２を上限として基本目標電流値Ｉ*を定める。
【００７７】
なお、制限部３３による目標電流上限値の制限は、図１３において二点鎖線Ｌ１１で示す特性に従って行われてもよい。すなわち、目標電流上限値をいずれの回転速度においても第１上限値Ｉ１以下に制限するようにしてもよい。
図１４は、マイクロコンピュータ１２Ａが所定の制御周期毎に繰り返し実行する処理を説明するためのフローチャートである。マイクロコンピュータ１２Ａは、トルクセンサ７、車速センサ８、レゾルバ２、および電流検出部１１の各出力信号を取り込む（ステップＳ１１）。基本目標電流値演算部１５は、トルクセンサ７が検出した操作トルクおよび車速センサ８が検出した車速に基づいて、基本目標電流値Ｉ*を演算する（ステップＳ１２）。一方、センサ故障判定部２５は、信号線２ａに導出される信号に基づいて、レゾルバ２の故障の有無を判定する（ステップＳ１３）。
【００７８】
レゾルバ２に故障がなければ（ステップＳ１３：ＮＯ）、切換え部６６によって、位置算出部２２が算出する制御回転位置θ＾（レゾルバ出力による制御回転位置）が選択されて（ステップＳ１４）、レゾルバ２の出力信号を用いながら基本目標電流値Ｉ*に基づいてモータ１を駆動する通常の制御が実行される（ステップＳ１５）。より具体的には、ｄｑ軸目標電流値演算部１６によってｄ軸目標電流値Ｉd*およびｑ軸目標電流値Ｉq*が設定される。また、電流検出部１１が検出する相電流Ｉuvwが、座標変換部１７Ａ，１７Ｂで座標変換され、γ軸電流Ｉγおよびδ軸電流Ｉδが求められる。偏差演算部１８は、ｄ軸電流偏差δＩd（＝Ｉd*−Ｉγ）およびｑ軸電流偏差δＩq（＝Ｉq*−Ｉδ）を求める。ＰＩ制御部１９Ａは、電流偏差δＩd，δＩqに対するＰＩ（比例積分）演算等を行い、このＰＩ演算に基づいて、電圧指令値生成部１９Ｂによって、ｄ軸電圧指令値Ｖd*およびｑ軸電圧指令値Ｖq*が生成される。これらが座標変換部２０Ａ，２０Ｂにおいて座標変換されることによって、ＵＶＷ相の電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*が生成される。これらの電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に対応するＰＷＭ制御信号がＰＷＭ制御部２１によって生成される。αβ／γδ座標変換部１７Ｂおよびγδ／αβ座標変換部２０Ａにおける座標変換演算には、レゾルバ２の出力信号に基づいて位置算出部２２によって算出される制御回転位置θ＾が用いられる（ステップＳ１４）。
【００７９】
一方、センサ故障判定部２５によって、レゾルバ２に故障が生じていると判定されると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、切換え部６６によって、位置推定部６０が演算する制御回転位置θ＾（推定回転位置）が選択され（ステップＳ１６）、さらに、制限部３３による制限処理が行われる（ステップＳ１７，Ｓ１８）。すなわち、基本目標電流値演算部１５によって演算された基本目標電流値Ｉ*が目標電流上限値（図１３参照。回転速度ωに応じた値）以上かどうかが判断される（ステップＳ１７）。基本目標電流値Ｉ*が目標電流上限値未満であれば（ステップＳ１７：ＮＯ）、基本目標電流値Ｉ*をそのまま用いる。すなわち、位置推定部６０が演算する制御回転位置θ＾を用いつつ、基本目標電流値Ｉ*に基づいてモータ１が制御される（ステップＳ１５）。これに対して、基本目標電流値Ｉ*が目標電流上限値以上であるときには（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、制限部３３の働きによって、基本目標電流値Ｉ*に目標電流上限値が代入される（ステップＳ１８）。したがって、目標電流上限値に基づいて、位置推定部６０が演算する制御回転位置θ＾を用いつつ、モータ１が制御される。
【００８０】
位置推定部６０の推定位置切換え部６３は、回転速度演算部２３が求めるモータ回転速度ωが閾値ω１以下のときには、推定位置切換え部６３は、低速域用位置推定部６１によって推定された低速推定回転位置θLを出力する。また、モータ回転速度が閾値ω１を超えているときには、推定位置切換え部６３は、高速域用位置推定部６２よって推定された高速推定回転位置θHを出力する。
【００８１】
このように、この実施形態では、レゾルバ２に故障が発生したときには、位置推定部６０によって求められる推定回転位置を制御回転位置θ＾として用いたセンサレス制御（レゾルバ２の出力信号を用いずに行うモータ制御）に切り換えられる。これにより、レゾルバ２が故障した後にも、モータ１の駆動を継続でき、操舵補助力を舵取り機構３に与えることができる。また、センサレス制御が行われる場合において、低速域用位置推定部６１によってロータ回転位置の推定が行われる低速域では、目標電流上限値が、一定以上のロータ位置推定精度が得られる値Ｉ１に制限されるようになっている。これにより、低速域においても、ロータ回転位置を精度よく推定することができるので、モータ１をスムーズに回転させることができる。これにより、良好な操舵フィーリングを実現できる。
【００８２】
低速域用位置推定部６１によるロータ回転位置の推定には、ある程度の時間が必要である。すなわち、低速域用位置推定部６１を用いたセンサレス制御のためには、センシング信号発生部６５からセンシング信号を発生させ、それに対するモータ電流の応答を検出し、それに基づいてロータ回転位置を演算する一連の処理が必要となる。これらの処理のために、制御開始初期には、位置不定期間が生じる。この問題は、レゾルバ２の故障が検出されてセンサレス制御に移行した直後の期間において、その直前にレゾルバ２の出力信号から得られた制御回転位置θ＾を、センサレス制御のための初期値として用いることによって解決できる。
【００８３】
高速域用位置推定部６２による位置推定処理では、モータ１の誘起電圧を用いているので、速やかにロータ回転位置を推定できる。したがって、センサレス制御に移行した直後におけるロータ回転速度ωが閾値ω１以下の場合（低速域用位置推定部６１による演算が行われる場合）に限って、レゾルバ２の出力に基づいて最後（故障判定直前）に演算された制御回転位置θ＾をセンサレス制御の初期値として用いることとしてもよい。
【００８４】
図１５は、この発明の第４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１５において、前述の図７に示された各部に対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、位置推定部６０Ａには、低速域用位置推定部が備えられておらず、誘起電圧に基づいてロータ回転位置を推定する高速域用位置推定部６２だけが備えられている。また、レゾルバ２の故障時の制御態様を定めるための制御則決定器８０が備えられている。
【００８５】
ロータが停止しているか、またはロータ回転速度が低い場合には、誘起電圧が小さいので、ロータ位置を推定することができない。そこで、この実施形態では、誘起電圧が小さいときには、目標電流値をゼロとし、ステアリングホイールの回転によってモータ１から誘起電圧が発生したときに、この誘起電圧に基づいてロータ回転位置を推定するようにしている。
【００８６】
図１６は、マイクロコンピュータ１２Ａの働きを説明するためのフローチャートである。この図１６において、前述の図１４に示された各ステップと同様の処理が行われるステップは、図１４中の符号と同符号を付して示す。
マイクロコンピュータ１２Ａは、トルクセンサ７、車速センサ８、レゾルバ２、および電流検出部１１の各出力信号を取り込む（ステップＳ１１）。基本目標電流値演算部１５は、トルクセンサ７が検出した操作トルクおよび車速センサ８が検出した車速に基づいて、基本目標電流値Ｉ*を演算する（ステップＳ１２）。一方、センサ故障判定部２５は、信号線２ａに導出される信号に基づいて、レゾルバ２の故障の有無を判定する（ステップＳ１３）。
【００８７】
レゾルバ２に故障のない通常時には（ステップＳ１３：ＮＯ）、レゾルバ２の出力信号を用いて位置算出部２２が演算する制御回転位置θ＾が切換え部６６によって選択される（ステップＳ１４）。そして、この制御回転位置θ＾を用いつつ基本目標電流値Ｉ*に基づいて、モータ１の制御が実行される（ステップＳ１５）。
一方、センサ故障判定部２５によって、レゾルバ２に故障が生じていると判定されると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、切換え部６６は、位置推定部６０Ａの推定演算によって求められる制御回転位置θ＾（推定回転位置）を選択する（ステップＳ１６）。
【００８８】
また、制御則決定器８０は、基本目標電流値演算部１５から生成される基本目標電流値Ｉ*をゼロとする（ステップＳ２０）。これにより、電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*は、モータ１の誘起電圧に等しくなる。そこで、制御則決定器８０は、電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*（誘起電圧）からモータ１の誘起電圧を求める（ステップＳ２１）。そして、制御則決定器８０は、求めた誘起電圧を所定の閾値Ｖthと比較する（ステップＳ２２）。この閾値Ｖthは、外乱オブザーバ７５（図１１参照）による誘起電圧の推定が可能な下限値に近い値とされる。
【００８９】
誘起電圧が閾値Ｖthよりも大きいときには（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御則決定器８０は、高速域用位置推定部６２によってロータ回転位置の推定を行わせるとともに（ステップＳ２３）、基本目標電流値演算部１５には、操作トルクおよび車速に応じた基本目標電流値Ｉ*を演算させる（ステップＳ２４）。この演算を省いて、ステップＳ１２で求めた基本目標電流値Ｉ*をそのまま用いてもよい。こうして求められた基本目標電流値Ｉ*に基づいて、高速域用位置推定部６２によって演算された制御回転位置θ＾を用いつつ、モータ１の制御が行われる（ステップＳ１５）。
【００９０】
誘起電圧が閾値Ｖth以下のときには（ステップＳ２２：ＮＯ）、高速域用位置推定部６２によるロータ回転位置推定演算は行われず、基本目標電流値Ｉ*がゼロに維持される。すなわち、基本目標電流値Ｉ*をゼロとした状態で、モータ１の駆動が行われる（ステップＳ１５）。これにより、モータ１が操舵抵抗となることを回避できる。
基本目標電流値Ｉ*がゼロに維持されている状態でステアリングホイールが操作されると、モータ１が外力によって回転される結果、誘起電圧が生じる。この誘起電圧が閾値Ｖthを超えると（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、高速域用位置推定部６２によって制御回転位置θ＾が演算され（ステップＳ２３）、この演算された制御回転位置θ＾に基づいてモータ１が駆動されることになる（ステップＳ１５）。このとき、基本目標電流値Ｉ*は、操作トルクおよび車速に応じた有意値に設定される（ステップＳ２４）。
【００９１】
このようにして、この実施形態によれば、レゾルバ２が故障した後でも、高速域用位置推定部６２による位置推定が可能な大きさの誘起電圧が生じている限りにおいて、モータ１を駆動することができ、舵取り機構３に対して操舵補助力を与えることができる。
以上、この発明の４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、前述の第３の実施形態（図７）では、基本目標電流値を制限するようにしているが、モータ１に供給される実電流を制限するようにしても同様の効果が得られる。
【００９２】
また、前述の第３の実施形態において、センシング信号が三相電圧指令値ＶUVWに重畳しているが、電圧指令値生成部１９Ｂが生成する電圧指令値Ｖγδまたはγδ／αβ座標変換部２０Ａが生成する二相電圧指令値Ｖαβにセンシング信号を重畳する構成としてもよい。
さらにまた、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置の駆動源としてのモータ１を制御するために本発明が適用された場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外の用途のモータ制御にも適用することができる。
【００９３】
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】
【００９４】
【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、ならびに高周波電圧ベクトルおよび電流ベクトルの回転を説明するための図である。
【図３】駆動回路の構成を説明するための電気回路図である。
【図４】図４Ａおよび図４Ｂは、通電パターン駆動部が生成する制御信号の一例を示す波形図である。
【図５】前記第１の実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】この発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図７】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８】高周波電圧ベクトルの印加によるロータ位相角推定動作を説明するための図である。
【図９】位置推定部の構成を説明するためのブロック図である。
【図１０】低速域用位置推定部の構成例を説明するためのブロック図である。
【図１１】高速域用位置推定部の構成例を示すブロック図である。
【図１２】外乱オブザーバおよびこれに関連する構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図１３】基本目標電流値の制限を説明するための特性図である。
【図１４】前記第３の実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】この発明の第４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１６】前記第４の実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９５】
１…モータ、２…レゾルバ、１０，１０Ａ…モータ制御装置、１２，１２Ａ…マイクロコンピュータ、５０…ロータ、５５…ステータ
【図１】
2010011542.tif 000006
【図２】
2010011542.tif 000007
【図３】
2010011542.tif 000008
【図４】
2010011542.tif 000009
【図５】
2010011542.tif 000010
【図６】
2010011542.tif 000011
【図７】
2010011542.tif 000012
【図８】
2010011542.tif 000013
【図９】
2010011542.tif 000014
【図１０】
2010011542.tif 000015
【図１１】
2010011542.tif 000016
【図１２】
2010011542.tif 000017
【図１３】
2010011542.tif 000018
【図１４】
2010011542.tif 000019
【図１５】
2010011542.tif 000020
【図１６】
2010011542.tif 000021