(57)【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、車両の舵取り機構に駆動力を付与するための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、
前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するためのトルク検出手段と、
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トルク偏差に応じて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求める制御角演算手段と、
前記ロータの角速度、前記モータの誘起電圧二乗和および前記誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択される値であるロータ角速度対応値に応じて前記加算角を補正する加算角補正手段と、
前記ロータの角速度、前記モータの誘起電圧二乗和および前記誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択される値であるロータ角速度対応値に基づいて、前記軸電流値の目標値である指示電流値を設定する指示電流設定手段とを含み、
前記指示電流設定手段は、前記ロータ角速度対応値が所定値以下のときに、指示電流値を第１の指示電流値に設定し、前記ロータ角速度対応値が前記所定値より大きいときに、指示電流値を前記第１の指示電流値より大きな第２の指示電流値に設定するものである、モータ制御装置。
【請求項２】
ロータと、このロータに対向するステータとを備え、車両の舵取り機構に駆動力を付与するための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、
前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するためのトルク検出手段と、
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トルク偏差に応じて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求める制御角演算手段と、
前記ロータの角速度、前記モータの誘起電圧二乗和および前記誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択されるロータ角速度対応値に応じて前記加算角を補正する加算角補正手段と、
前記ロータの角速度、前記モータの誘起電圧二乗和および前記誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択されるロータ角速度対応値に基づいて、前記軸電流値の目標値である指示電流値を設定する指示電流設定手段とを含み、
前記指示電流設定手段は、前記ロータ角速度対応値が第1所定値以下のときに、指示電流値を第１の指示電流値に設定し、前記ロータ角速度対応値が前記第１所定値より大きな第2所定値よりも大きいときに、指示電流値を前記第１の指示電流値より大きな第２の指示電流値に設定し、前記ロータ角速度対応値が前記前記第１所定値から前記第2所定値までの範囲内であるときには、前記第１の指示電流値と前記第２の指示電流値との間で指示電流値が滑らかに変化するように、指示電流値を設定するものである、モータ制御装置。
【請求項３】
車両の舵取り機構に駆動力を付与するモータと、
前記モータを制御するための、請求項１または２に記載のモータ制御装置とを含む、車両用操舵装置。
【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およびそれを備えた車両用操舵装置に関する。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、磁極の位相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】特開平10-243699号公報
【特許文献２】特開2009-124811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およびそれを備えた車両用操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【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、車両の舵取り機構（２）に駆動力を付与するためのモータ（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（３１〜３３，３４Ａ，３４Ｂ，３５，３６Ａ，３６Ｂ）と、前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するためのトルク検出手段（１）と、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トルク偏差に応じて加算角（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求める制御角演算手段（２６）と、前記ロータの角速度、前記モータの誘起電圧二乗和および前記誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択される値であるロータ角速度対応値に応じて前記加算角を補正する加算角補正手段（４１）と、前記ロータの角速度、前記モータの誘起電圧二乗和および前記誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択される値であるロータ角速度対応値に基づいて、前記軸電流値の目標値である指示電流値（Ｉγ＊）を設定する指示電流設定手段（３１）とを含み、前記指示電流設定手段は、前記ロータ角速度対応値が所定値以下のときに、指示電流値を第１の指示電流値（ＩＬ）に設定し、前記ロータ角速度対応値が前記所定値より大きいときに、指示電流値を前記第１の指示電流値より大きな第２の指示電流値（ＩＵ）に設定するものである、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が、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。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、加算角補正手段により、ロータの角速度、モータの誘起電圧二乗和および誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択されるロータ角速度対応値に応じて加算角が補正される。また、指示電流設定手段により、ロータの角速度、モータの誘起電圧二乗和および誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択される値であるロータ角速度対応値に基づいて、軸電流値の目標値である指示電流値が設定される。指示電流設定手段は、ロータ角速度対応値が所定値以下のときに、指示電流値を第１の指示電流値に設定し、ロータ角速度対応値が前記所定値より大きいときに、指示電流値を第１の指示電流値より大きな第２の指示電流値に設定する。
【００１０】
ロータ角速度対応値を検出する場合、ロータ角速度対応値が小さいときには、ロータ角速度対応値が大きいときに比べて、検出誤差が発生する可能性が高い。したがって、ロータ角速度対応値が大きいときには、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われるが、ロータ角速度対応値が小さいときには、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われないおそれがある。
【００１１】
この発明では、ロータ角速度対応値が小さいとき、つまり、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われないおそれがあるときには、指示電流値を比較的小さな第１の指示電流値に設定できるから、加算角補正が適切に行われないことによる悪影響を低減させることができる。一方、ロータ角速度対応値が大きいとき、つまり、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われるときには、指示電流値を比較的大きな第２の指示電流値に設定できるから、適切なモータ制御を効率よく行わせることができる。
【００１２】
請求項２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、車両の舵取り機構（２）に駆動力を付与するためのモータ（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（３１〜３３，３４Ａ，３４Ｂ，３５，３６Ａ，３６Ｂ）と、前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するためのトルク検出手段（１）と、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トルク偏差に応じて加算角（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求める制御角演算手段（２６）と、前記ロータの角速度、前記モータの誘起電圧二乗和および前記誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択される値であるロータ角速度対応値に応じて前記加算角を補正する加算角補正手段（４１）と、前記ロータの角速度、前記モータの誘起電圧二乗和および前記誘起電圧二乗和を１／２乗した値のうちから任意に選択される値であるロータ角速度対応値に基づいて、前記軸電流値の目標値である指示電流値（Ｉγ＊）を設定する指示電流設定手段（３１）とを含み、前記指示電流設定手段は、前記ロータ角速度対応値が第1所定値以下のときに、指示電流値を第１の指示電流値（ＩＬ）に設定し、前記ロータ角速度対応値が前記第１所定値より大きな第2所定値よりも大きいときに、指示電流値を前記第１の指示電流値より大きな第２の指示電流値（ＩＵ）に設定し、前記ロータ角速度対応値が前記前記第１所定値から前記第2所定値までの範囲内であるときには、前記第１の指示電流値と前記第２の指示電流値との間で指示電流値が滑らかに変化するように、指示電流値を設定するものである、モータ制御装置である。
この発明においても、請求項１記載の発明と同様な効果が得られる。また、この発明によれば、ロータの角速度またはそれに対応する値が変化することによって、第１の指示電流値と第２の指示電流値との間において指示電流値が切り換るときに、モータトルクを滑らかに変化させることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、車両の舵取り機構（２）に駆動力を付与するモータ（３）と、前記モータを制御するための、請求項１または２に記載のモータ制御装置とを含む、車両用操舵装置である。この構成によれば、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われないおそれがあるときには、加算角補正が適切に行われないことによる悪影響を低減させることができる。一方、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われるときには、適切なモータ制御を効率よく行わせることができる。これにより、操舵フィーリングのよい車両用操舵装置を提供できる。
【００１５】
請求項１または２記載の発明では、車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクがトルク検出手段によって検出される。また、操舵トルクの目標値としての指示操舵トルクが指示トルク設定手段によって設定される。加算角演算手段は、指示操舵トルクと操舵トルクとの偏差に応じて加算角を演算する。これにより、指示操舵トルクに応じた操舵トルクが舵取り機構に加えられる状態となるように、モータトルクが制御される。モータトルクは、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である負荷角に対応する。負荷角は、制御角とロータ角との差で表される。モータトルクの制御は、負荷角を調整することによって達成され、この負荷角の調整が加算角を制御することによって達成される。
【００１６】
前記モータ制御装置は、前記モータの駆動値に基づいて、所定時間間隔毎に前記ロータの角速度を演算する角速度演算手段（２８，２９，３０）を含み、前記加算角補正手段は、前記角速度演算手段によって演算されるロータ角速度に基づいて加算角を補正するものであってもよい。また、前記加算角補正手段は、たとえば、ロータ角速度に基づいて定められる所定範囲内の値となるように加算角を補正するものであってもよい。さらに、前記加算角補正手段は、指示操舵トルクと検出操舵トルクとを比較し、その比較結果に応じて加算角を増減する手段を含んでいてもよい。
【００１７】
制御角は、演算周期間で加算角だけ変化する。つまり、演算周期当たりの制御角の変化は加算角に等しい。前記角速度演算手段が演算周期当たりのロータの角変位をロータ角速度として演算するものであるとすると、加算角がロータ角速度よりも大きいとき、負荷角が増加する。したがって、負荷角とモータトルクとに正の相関がある場合、負荷角の増加に応じてモータトルクが増加する。また、負荷角とモータトルクとに負の相関がある場合には、負荷角の増加に応じてモータトルクが減少する。このように、負荷角とモータトルクとの間には相関関係がある。
【００１８】
たとえば、モータトルクによって不足の操舵トルクが補われる場合、モータトルクが増加することによって、操舵トルクが減少するので、検出操舵トルクが減少することになる。一方、モータトルクが減少すれば、操舵トルクが増加するので、検出操舵トルクが増加することになる。したがって、指示操舵トルクと検出操舵トルクとの大小関係と、ロータ角速度と加算角との大小関係とが適切であれば、検出操舵トルクを指示操舵トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出操舵トルクと指示操舵トルクとの比較結果に応じて、ロータの角速度に基づいて定められる所定範囲の値となるように加算角を補正する。
【００１９】
より具体的には、負荷角とモータトルクとに正の相関がある場合、前記加算角補正手段は、前記検出操舵トルクが前記指示操舵トルクよりも大きいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度以上の値に補正し、前記検出操舵トルクが前記指示操舵トルクよりも小さいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度以下の値に補正することが好ましい。
【００２０】
負荷角とモータトルクとに正の相関がある場合には、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも大きい場合には、演算周期当たりのロータ角変位（ロータ角速度）よりも加算角が大きければ、検出操舵トルクを指示操舵トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも大きい場合において、加算角がロータ角速度よりも小さいときには、加算角をロータ角速度以上の値に補正する。また、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも小さい場合には、ロータ角速度よりも加算角が小さければ、検出操舵トルクを指示操舵トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも小さい場合において、加算角がロータ角速度よりも大きいときには、加算角をロータ角速度以下の値に補正する。
【００２１】
このようにして、検出操舵トルクと指示操舵トルクとの大小関係に応じて、加算角を妥当な値に補正することができるので、検出操舵トルクを指示操舵トルクに近づけるように、妥当な制御を行うことができる。
また、負荷角とモータトルクとに正の相関がある場合に、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも大きいときに、ロータ角速度よりも加算角が過度に大きいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。また、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも小さいときに、ロータ角速度よりも加算角が過度に小さいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。そこで、前記加算角補正手段は、前記検出操舵トルクが前記指示操舵トルクよりも大きいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度よりも所定の変化制限値だけ大きい値以下の値に補正し、前記検出操舵トルクが前記指示操舵トルクよりも小さいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度よりも所定の変化制限値だけ小さい値以上の値に補正することが好ましい。これにより、加算角が適値に収束しやすくなるので、制御の安定化を図ることができ、制御異常が生じたときでも正常状態への復帰を効果的に促すことができる。
【００２２】
一方、負荷角とモータトルクとに負の相関がある場合、前記加算角補正手段は、前記検出操舵トルクが前記指示操舵トルクよりも小さいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度以上の値に補正し、前記検出操舵トルクが前記指示操舵トルクよりも大きいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度以下の値に補正することが好ましい。
【００２３】
負荷角とモータトルクとに負の相関がある場合には、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも小さい場合に、演算周期当たりのロータ角変位（ロータ角速度）よりも加算角が大きければ、検出操舵トルクを指示操舵トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも小さい場合において、加算角がロータ角速度よりも小さいときには、加算角をロータ角速度以上の値に補正する。また、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも大きい場合に、ロータ角速度よりも加算角が小さければ、検出操舵トルクを指示操舵トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも大きい場合において、加算角がロータ角速度よりも大きいときには、加算角をロータ角速度以下の値に補正する。
【００２４】
このようにして、検出操舵トルクと指示操舵トルクとの大小関係に応じて、加算角を妥当な値に補正することができるので、検出操舵トルクを指示操舵トルクに近づけるように、妥当な制御を行うことができる。
また、負荷角とモータトルクとに負の相関がある場合に、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも小さいときに、ロータ角速度よりも加算角が過度に大きいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。また、検出操舵トルクが指示操舵トルクよりも大きいときに、ロータ角速度よりも加算角が過度に小さいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。そこで、前記加算角補正手段は、前記検出操舵トルクが前記指示操舵トルクよりも小さいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度よりも所定の変化制限値だけ大きい値以下の値に補正し、前記検出操舵トルクが前記指示操舵トルクよりも大きいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度よりも所定の変化制限値だけ小さい値以上の値に補正することが好ましい。これにより、加算角が適値に収束しやすくなるので、制御の安定化を図ることができ、制御異常が生じたときでも正常状態への復帰を効果的に促すことができる。
【００２５】
前記モータ制御装置は、前記加算角を所定の制限値（ωmax）で制限する加算角制限手段をさらに含んでいてもよい。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。これにより、適切にモータを制御することができる。
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。
【００２６】
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。
【００２７】
前記加算角演算手段は、前記検出操舵トルクを前記指示操舵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。
【００２９】
前記モータ制御装置または前記車両用操舵装置は、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。
【００３０】
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】
【００３１】
【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】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】図６Ａは検出操舵トルクに対するγ軸指示電流値の設定例を示す図であり、図６Ｂは誘起電圧二乗和に対するγ軸指示電流値の設定例を示す図であり、図６Ｃはゲイン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８Ａ】加算角ガードの働きを説明するためのフローチャートである。
【図８Ｂ】加算角ガードの働きを説明するためのフローチャートである。
【図９】誘起電圧推定部の構成を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、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、誘起電圧推定部２８と、回転角推定部２９と、ロータ角変位演算部３０と、指示電流値生成部３１と、電流偏差演算部３２と、ＰＩ制御部３３と、γδ／αβ変換部３４Ａと、αβ／ＵＶＷ変換部３４Ｂと、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部３５と、ＵＶＷ／αβ変換部３６Ａと、αβ／γδ変換部３６Ｂと、誘起電圧二乗和演算部３７と、トルク偏差監視部４０と、加算角ガード４１とが含まれている。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。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。したがって、前記トルクフィードバック制御手段は、加算角αを演算する加算角演算手段を構成している。
【００４１】
より具体的には、ＰＩ制御部２３は、比例要素２３ａと、積分要素２３ｂと、加算器２３ｃとを備えている。ただし、ＫＰは比例ゲイン、ＫＩは積分ゲイン、１／ｓは積分演算子である。比例要素２３ａによって比例積分演算の比例項（比例演算値）が求められ、積分要素２３ｂによって比例積分演算の積分項（積分演算値）が求められる。これらの演算結果（比例項および積分項）が加算器２３ｃで加算されることによって、加算角αが求められる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
誘起電圧推定部２８は、モータ３の回転によって生じる誘起電圧を推定するものである。そして、回転角推定部２９は、誘起電圧推定部２８によって推定された誘起電圧に基づいて、ロータ５０の回転角の推定値（推定回転角）θＥを演算するものである。誘起電圧推定部２８および回転角推定部２９の具体例については、後述する。
【００４７】
ロータ角変位演算部３０は、演算周期間の推定回転角θＥの変化量を求めることによって、演算周期当たりのロータ５０の角変位Δθ（ロータ角速度に相当する値）を求める。
誘起電圧二乗和演算部３７は、誘起電圧推定部２８によって求められる推定誘起電圧の二乗和を求める。誘起電圧推定部２８は、たとえば、α軸推定誘起電圧Ｅ^αおよびβ軸推定誘起電圧Ｅ^βを求める。この場合に、誘起電圧二乗和演算部３７は、誘起電圧二乗和Σ＝Ｅ^α２＋Ｅ^β２（≧０）を演算する。
【００４８】
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、誘起電圧二乗和演算部３７によって演算される誘起電圧二乗和Σとに基づいてγ軸指示電流値Ｉγ＊を設定する。詳しくは、指示電流値生成部３１は、検出操舵トルクＴに基づいてγ軸指示電流値Ｉγ＊を求めるとともに、誘起電圧二乗和Σに基づいてγ軸指示電流値Ｉγ＊を求め、両者のうちの小さい方を、最終的なγ軸指示電流値Ｉγ＊として設定する。
【００４９】
図６Ａは、検出操舵トルクＴに対するγ軸指示電流値Ｉγ＊の設定例を示している。検出操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が零付近の範囲ＬＥでは、γ軸指示電流値Ｉγ＊は小さい値に設定される。そして、γ軸指示電流値Ｉγ＊は、検出操舵トルクＴの絶対値｜Ｔ｜が零付近の範囲ＬＥを超えると、急峻に立ち上がり、所定のトルク絶対値以上でほぼ一定となるように設定される。このような特性は、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、γ軸指示電流値Ｉγ＊を低減させて、不必要な電力消費を抑制することを意図して設定されている。
【００５０】
図６Ｂは、誘起電圧二乗和Σに対するγ軸指示電流値Ｉγ＊の設定例を示している。誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ１以下のときには、γ軸指示電流値Ｉγ＊は、小さな値ＩＬに設定される。一方、誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ１より大きな所定値Ｄ２以上のときには、γ軸指示電流値Ｉγ＊は、ＩＬより大きな値ＩＵに設定される。そして、誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ１から所定値Ｄ２までの範囲では、γ軸指示電流値Ｉγ＊は、所定値ＩＬから所定値ＩＵまで滑らかに（図６Ｂの例ではリニアに）増加する。
【００５１】
後述するように、加算角ガード４１は、ロータ角変位演算部３０によって演算されるロータ角変位Δθに基づいて、加算角αを補正する。誘起電圧二乗和Σが比較的大きく、従ってロータ角速度が比較的高速であるときには、ロータ角変位演算部３０によって演算されるロータ角変位Δθの信頼性が高い。そのため、この場合には、加算角ガード４１による加算角補正が適切に行われる。そこで、図６Ｂの設定例では、誘起電圧二乗和Σが比較的大きい場合には、γ軸指示電流値Ｉγ＊を比較的大きな値ＩＵに設定している。これにより、必要なアシストトルクが得られるようになり、適切な操舵補助制御が行なわれる。一方、誘起電圧二乗和Σが比較的小さく、従ってロータ角速度が低速であるときには、ロータ角変位演算部３０によって演算されるロータ角変位Δθの信頼性が低い。そのため、この場合には、加算角ガード４１による加算角補正が適切に行われないおそれがある。そこで、図６Ｂの設定例では、誘起電圧二乗和Σが比較的小さい場合には、γ軸指示電流値Ｉγ＊を比較的小さな値ＩＬに設定している。これにより、モータ３によって発生するアシストトルクが制限されるから、加算角補正が適切に行われないことによる悪影響を低減させることができる。
【００５２】
また、誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ１から所定値Ｄ２までの範囲では、γ軸指示電流値Ｉγ＊は、所定値ＩＬから所定値ＩＵまで滑らかに変化するので、γ軸指示電流値Ｉγ＊が所定値ＩＬと所定値ＩＵの間において切り換わるときに、アシストトルクを滑らかに変化させることができる。
指示電流値生成部３１は、図６Ａに示すような設定例に基づき、検出操舵トルクＴに対応するγ軸指示電流値Ｉγ＊を求めるとともに、図６Ｂに示すような設定例に基づき、誘起電圧二乗和Σに対応するγ軸指示電流値Ｉγ＊を求める。そして、指示電流値生成部３１は、求めた２つのγ軸指示電流値Ｉγ＊のうちの小さい方を、最終的なγ軸指示電流値Ｉγ＊として設定する。したがって、図６Ａの特性による利点と、図６Ｂの特性による利点の両方を活かした制御を行なうことが可能となる。
【００５３】
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、αβ／γδ変換部３６Ｂから偏差演算部３２に与えられるようになっている。
【００５４】
ＵＶＷ／αβ変換部３６Ａ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）を二相固定座標系であるαβ座標系の二相検出電流ＩαおよびＩβ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉαβ」という。）に変換する。αβ座標系は、図２に示すように、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（図２の例ではＵ軸と同軸）を定めた固定座標系である。αβ／γδ変換部３６Ｂは、二相検出電流Ｉαβ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。αβ／γδ変換部３６Ｂ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。
【００５５】
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／αβ変換部３４Ａに与えられる。
γδ／αβ変換部３４Ａは、二相指示電圧Ｖγδ＊をαβ座標系の二相指示電圧Ｖαβ＊に変換する。この座標変換には、制御角演算部２６で演算された制御角θＣが用いられる。二相指示電圧Ｖαβ＊は、α軸指示電圧Ｖα＊およびβ軸指示電圧Ｖβ＊からなる。αβ／ＵＶＷ変換部３４Ｂは、二相指示電圧Ｖαβ＊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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
トルク偏差監視部４０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の符号を監視することにより、指示操舵トルクＴ＊と検出操舵トルクＴとの大小関係を判定する。その判定結果は、加算角ガード４１に与えられるようになっている。
【００５８】
加算角ガード４１は、ＰＩ制御部２３が生成する加算角αに対して加算角ガード処理を施すためのものである。加算角ガード処理とは、ＰＩ制御部２３によって生成された加算角αが、指示操舵トルクＴ＊と検出操舵トルクＴとの大小関係と矛盾する場合に、この矛盾を解消するように加算角αを補正する処理である。より具体的には、加算角ガード４１は、必要時において、ロータ角変位演算部３０によって求められるロータ角変位Δθに基づいて加算角αを補正する。
【００５９】
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、加算角ガード４１および加算角リミッタ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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
この実施形態では、負荷角θＬとモータトルク（アシストトルク）とが正の相関を有する領域で負荷角θＬが調整されるように、加算角αが制御される。具体的には、ｑ軸電流Ｉｑ＝ＩγsinθＬであるから、−９０°≦θＬ≦９０°となるように、加算角αが制御される。むろん、負荷角θＬとモータトルク（アシストトルク）とが負の相関を有する領域で負荷角θＬが調整されるように、加算角αを制御することもできる。この場合、９０°≦θＬ≦２７０°となるように、加算角αが制御される。ＰＩ制御部２３のゲインを正にすれば正の相関領域での制御となり、ＰＩ制御部２３のゲインを負にすれば負の相関領域での制御となる。
【００６３】
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、ＰＩ制御部２３によって求められ加算角ガード４１によって補正された加算角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。
【００６４】
ＰＩ制御部２３によって求められ加算角ガード４１によって補正された加算角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。
【００６５】
ＰＩ制御部２３によって求められ加算角ガード４１によって補正された加算角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。
【００６６】
図８Ａは、加算角ガード処理を説明するためのフローチャートである。ただし、負荷角θＬとモータトルク（アシストトルク）とが正の相関を有する領域で負荷角θＬが調整されるように、加算角αが制御される場合の処理例が示されている。
トルク偏差監視部４０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の符号を監視しており、指示操舵トルクＴ＊と検出操舵トルクＴとの大小関係に関する情報を加算角ガード４１に与える。
【００６７】
検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きいとき（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、加算角ガード４１は、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αが、ロータ角変位演算部３０によって求められた演算周期当たりのロータ角変位Δθよりも小さい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、加算角ガード４１は、加算角αにロータ角変位Δθを代入する（ステップＳ１３）。すなわち、加算角αがロータ角変位Δθに補正される。加算角αがロータ角変位Δθ以上であれば（ステップＳ１２：ＮＯ）、加算角ガード４１は、さらに、加算角αを、ロータ角変位Δθよりも所定の変化制限値Ａ（Ａ＞０。たとえばＡ＝７deg）だけ大きな値（Δθ＋Ａ）と比較する（ステップＳ１４）。加算角αが当該値（Δθ＋Ａ）よりも大きいときには（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、加算角ガード４１は、加算角αに当該値（Δθ＋Ａ）を代入する（ステップＳ１５）。加算角αが当該値（Δθ＋Ａ）以下であれば（ステップＳ１４：ＮＯ）、加算角αの補正は行われない。
【００６８】
一方、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さいとき（ステップＳ１１：ＮＯ。ステップＳ１６：ＹＥＳ）、加算角ガード４１は、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αがロータ角変位Δθよりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ１７）。この判断が肯定されると、加算角ガード４１は、加算角αにロータ角変位Δθを代入し（ステップＳ１３）、加算角αをロータ角変位Δθに補正する。加算角αがロータ角変位Δθ以下であれば（ステップＳ１７：ＮＯ）、加算角ガード４１は、さらに、加算角αを、ロータ角変位Δθよりも前記変化制限値Ａだけ小さな値（Δθ−Ａ）と比較する（ステップＳ１８）。加算角αが当該値（Δθ−Ａ）よりも小さいときには（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、加算角ガード４１は、加算角αに当該値（Δθ−Ａ）を代入する（ステップＳ１９）。加算角αが当該値（Δθ−Ａ）以上であれば（ステップＳ１８：ＮＯ）、加算角αの補正は行われない。
【００６９】
また、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊に等しいとき（ステップＳ１１およびステップＳ１６の判断がいずれも否定）、加算角αの補正は行われない。
加算角αは、演算周期間の制御角θＣの変化量であり、γδ座標軸の演算周期当たりの角変位（ロータ角速度に相当する。）に等しい。よって、加算角αが演算周期当たりのロータ角変位Δθよりも大きければ負荷角θＬが大きくなり、加算角αがロータ角変位Δθよりも小さければ負荷角θＬが小さくなる。そして、負荷角θＬとモータトルク（アシストトルク）とに正の相関がある場合には、負荷角θＬが大きくなればモータトルクが大きくなり、負荷角θＬが小さくなればモータトルクが小さくなる。
【００７０】
一方、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きい場合とは、モータトルク（アシストトルク）が不足している状態である。したがって、モータトルクを増加させるために、負荷角θＬを増加させればよい。つまり、加算角αがロータ角変位Δθ以上であれば、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ＊に近づけることができる。そこで、この実施形態では、図８ＡのステップＳ１１〜Ｓ１３の処理によって、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きい場合に、加算角αをロータ角変位Δθ以上に制限する加算角ガード処理が行われる。換言すれば、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きいにも拘わらず、加算角αがロータ角変位Δθ未満であれば、制御の目的に合致せず、矛盾が生じている。たとえば、ＰＩ制御部２３の応答性によっては、このような状況が生じ得る。そこで、このような場合には、加算角αをロータ角変位Δθ以上の値（この実施形態ではロータ角変位Δθに等しい値）に補正することとしている。むろん、加算角αをロータ角変位Δθよりも大きい値（たとえば所定値（変化制限値Ａよりも小さな値）だけ大きな値）に補正してもよい。
【００７１】
同様に考察すると、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さい場合とは、モータトルク（アシストトルク）が過剰となっている状態である。したがって、モータトルクを減少させるために、負荷角θＬを減少させればよい。つまり、加算角αがロータ角変位Δθ以下であれば、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ＊に近づけることができる。そこで、この実施形態では、図８ＡのステップＳ１６，Ｓ１７およびＳ１３の処理によって、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さい場合に、加算角αをロータ角変位Δθ以下に制限する加算角ガード処理が行われる。換言すれば、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さいにも拘わらず、加算角αがロータ角変位Δθを超えていれば、制御の目的に合致せず、矛盾が生じている。たとえば、ＰＩ制御部２３の応答性によっては、このような状況が生じ得る。そこで、このような場合には、加算角αをロータ角変位Δθ以下の値（この実施形態ではロータ角変位Δθに等しい値）に補正することとしている。むろん、加算角αをロータ角変位Δθよりも小さい値（たとえば所定値（変化制限値Ａよりも小さな値）だけ小さな値）に補正してもよい。
【００７２】
さらにこの実施形態では、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きい場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）において、加算角αがロータ角変位Δθに変化制限値Ａを加算した値よりも大きいときは（ステップＳ１２：ＮＯ。ステップＳ１４：ＹＥＳ）、加算角αをΔθ＋Ａに補正することとしている（ステップＳ１５）。これは、演算周期当たりのロータ角変位Δθよりも加算角αが過度に大きいと、加算角αを適値に収束させるのに時間がかかるからである。また、検出トルクＴが指示トルクＴ＊よりも小さい場合において、（ステップＳ１６：ＹＥＳ）において、加算角αがロータ角変位Δθから変化制限値Ａを減算した値よりも小さいときは（ステップＳ１７：ＮＯ。ステップＳ１８：ＹＥＳ）、加算角αをΔθ−Ａに補正することとしている（ステップＳ１９）。これは、演算周期当たりのロータ角変位Δθよりも加算角αが過度に小さいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。このような補正を行うことにより、加算角αが適値に収束しやすくなるから、制御の安定化を図ることができ、制御異常が生じたときでも正常状態への復帰を効果的に促すことができる。
【００７３】
このように、図８Ａのガード処理では、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きいときには、Δθ＋Ａ≧α≧Δθの範囲に加算角αが制限され、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さいときには、Δθ≧α≧Δθ−Ａの範囲に加算角αが制限される。こうして、加算角αは、ロータ角変位Δθに応じた妥当な値をとることができる。
【００７４】
負荷角θＬとモータトルク（アシストトルク）とが負の相関を有する領域で負荷角θＬが調整されるように、加算角αが制御される場合の加算角ガード処理の例を図８Ｂに示す。図８Ｂにおいて、図８Ａ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には、図８Ａ中と同一参照符号を付して示す。
図８Ｂに示す処理では、検出操舵トルクＴと指示操舵トルクＴ＊との大小関係に応じた処理が、図８Ａの処理とは逆になっている。すなわち、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さいとき（ステップＳ１１Ａ：ＹＥＳ）、加算角ガード４１は、加算角αが、ロータ角変位Δθよりも小さい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、加算角ガード４１は、加算角αにロータ角変位Δθを代入する（ステップＳ１３）。すなわち、加算角αがロータ角変位Δθに補正される。加算角αがロータ角変位Δθ以上であれば（ステップＳ１２：ＮＯ）、加算角ガード４１は、さらに、加算角αを、ロータ角変位よりも変化制限値Ａだけ大きな値（Δθ＋Ａ）と比較する（ステップＳ１４）。加算角αが当該値（Δθ＋Ａ）よりも大きいときには（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、加算角ガード４１は、加算角αに当該値（Δθ＋Ａ）を代入する（ステップＳ１５）。加算角αが当該値（Δθ＋Ａ）以下であれば（ステップＳ１４：ＮＯ）、加算角αの補正は行われない。
【００７５】
一方、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きいとき（ステップＳ１１Ａ：ＮＯ。ステップＳ１６Ａ：ＹＥＳ）、加算角ガード４１は、加算角αがロータ角変位Δθよりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ１７）。この判断が肯定されると、加算角ガード４１は、加算角αにロータ角変位Δθを代入し（ステップＳ１３）、加算角αをロータ角変位Δθに補正する。加算角αがロータ角変位Δθ以下であれば（ステップＳ１７：ＮＯ）、加算角ガード４１は、さらに、加算角αを、ロータ角変位Δθよりも前記変化制限値Ａだけ小さな値（Δθ−Ａ）と比較する（ステップＳ１８）。加算角αが当該値（Δθ−Ａ）よりも小さいときには（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、加算角ガード４１は、加算角αに当該値（Δθ−Ａ）を代入する（ステップＳ１９）。加算角αが当該値（Δθ−Ａ）以上であれば（ステップＳ１８：ＮＯ）、加算角αの補正は行われない。
【００７６】
また、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊に等しいとき（ステップＳ１１ＡおよびステップＳ１６Ａの判断がいずれも否定）、加算角αの補正は行われない。
負荷角θＬとモータトルク（アシストトルク）とに負の相関がある場合には、負荷角θＬが大きくなればモータトルクが小さくなり、負荷角θＬが小さくなればモータトルクが大きくなる。
【００７７】
一方、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さい場合とは、モータトルク（アシストトルク）が過剰な状態である。したがって、モータトルクを減少させるために、負荷角θＬを増加させればよい。つまり、加算角αがロータ角変位Δθ以上であれば、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ＊に近づけることができる。そこで、この実施形態では、図８ＢのステップＳ１１Ａ〜Ｓ１３の処理によって、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さい場合に、加算角αをロータ角変位Δθ以上に制限する加算角ガード処理が行われる。換言すれば、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さいにも拘わらず、加算角αがロータ角変位Δθ未満であれば、制御の目的に合致せず、矛盾が生じている。そこで、このような場合には、加算角αをロータ角変位Δθ以上の値（この実施形態ではロータ角変位Δθに等しい値）に補正することとしている。むろん、加算角αをロータ角変位Δθよりも大きい値（たとえば所定値（変化制限値Ａよりも小さな値）だけ大きな値）に補正してもよい。
【００７８】
同様に考察すると、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きい場合とは、モータトルク（アシストトルク）が不足している状態である。したがって、モータトルクを増加させるために、負荷角θＬを減少させればよい。つまり、加算角αがロータ角変位Δθ以下であれば、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ＊に近づけることができる。そこで、この実施形態では、図８ＢのステップＳ１６Ａ，Ｓ１７およびＳ１３の処理によって、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きい場合に、加算角αをロータ角変位Δθ以下に制限する加算角ガード処理が行われる。換言すれば、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きいにも拘わらず、加算角αがロータ角変位Δθを超えていれば、制御の目的に合致せず、矛盾が生じている。そこで、このような場合には、加算角αをロータ角変位Δθ以下の値（この実施形態ではロータ角変位Δθに等しい値）に補正することとしている。むろん、加算角αをロータ角変位Δθよりも小さい値（たとえば所定値（変化制限値Ａよりも小さな値）だけ小さな値）に補正してもよい。
【００７９】
さらに図８Ｂの処理では、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さい場合（ステップＳ１１Ａ：ＹＥＳ）において、加算角αがロータ角変位Δθに変化制限値Ａを加算した値よりも大きいときは（ステップＳ１２：ＮＯ。ステップＳ１４：ＹＥＳ）、加算角αをΔθ＋Ａに補正することとしている（ステップＳ１５）。これは、演算周期当たりのロータ角変位Δθよりも加算角αが過度に大きいと、加算角αを適値に収束させるのに時間がかかるからである。また、検出トルクＴが指示トルクＴ＊よりも大きい場合において、（ステップＳ１６Ａ：ＹＥＳ）において、加算角αがロータ角変位Δθから変化制限値Ａを減算した値よりも小さいときは（ステップＳ１７：ＮＯ。ステップＳ１８：ＹＥＳ）、加算角αをΔθ−Ａに補正することとしている（ステップＳ１９）。これは、演算周期当たりのロータ角変位Δθよりも加算角αが過度に小さいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。このような補正を行うことにより、加算角αが適値に収束しやすくなるから、制御の安定化を図ることができ、制御異常が生じたときでも正常状態への復帰を効果的に促すことができる。
【００８０】
このような処理が行われることによって、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも小さいときには、Δθ＋Ａ≧α≧Δθの範囲に加算角αが制限され、検出操舵トルクＴが指示操舵トルクＴ＊よりも大きいときには、Δθ≧α≧Δθ−Ａの範囲に加算角αが制限される。こうして、加算角αは、ロータ角変位Δθに応じた妥当な値をとることができる。
【００８１】
図９は、誘起電圧推定部２８の構成を説明するためのブロック図である。誘起電圧推定部２８は、二相検出電流Ｉαβと二相指示電圧Ｖαβ＊とに基づいて、モータ３の誘起電圧を推定する。より具体的には、誘起電圧推定部２８は、モータ３の数学モデルであるモータモデルに基づき、モータ３の誘起電圧を外乱として推定する外乱オブザーバとしての形態を有している。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３には、二相指示電圧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。
【００８２】
誘起電圧推定部２８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）６５と、この逆モータモデル６５によって推定されるモータ電圧と二相指示電圧Ｖαβ＊との偏差を求める電圧偏差演算部６６とで構成することができる。電圧偏差演算部６６は、二相指示電圧Ｖαβ＊に対する外乱を求めることになるが、図９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６５は、たとえば、Ｒ＋ｐＬで表される。
【００８３】
誘起電圧Ｅαβは、次の(6)式で表すことができる。ただし、ＫＥは誘起電圧定数、θＭはロータ角、ωはロータ回転角速度である。
【００８４】
【数１】
0005495019.tif 000002
【００８５】
したがって、推定誘起電圧Ｅ^αβが求まれば、次の(7)式に従って、推定回転角θＥが求まる。この演算が、回転角推定部２９によって行われる。
【００８６】
【数２】
0005495019.tif 000003
【００８７】
また、誘起電圧二乗和演算部３７は、推定誘起電圧に基づき、次式(8)の演算を行なうことにより、誘起電圧二乗和Σを求める。
Σ＝Ｅ^α２＋Ｅ^β２          ……(8)
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、誘起電圧二乗和Σに対するγ軸指示電流値Ｉγ＊の特性は、図６Ｂに示されているように、誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ１から所定値Ｄ２までの範囲では、γ軸指示電流値Ｉγ＊が所定値ＩＬから所定値ＩＵまで滑らかに増加する特性を有している。しかし、誘起電圧二乗和Σに対するγ軸指示電流値Ｉγ＊の特性は、図６Ｂに点線で示されるような特性であってもよい。すなわち、誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ３以下の範囲では、γ軸指示電流値Ｉγ＊は小さな値ＩＬに設定される。一方、誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ３より大きな範囲では、γ軸指示電流値Ｉγ＊は大きな値ＩＵに設定される。図６Ｂの点線に示されるような特性に基づいて、誘起電圧二乗和Σに対するγ軸指示電流値Ｉγ＊が設定される場合には、指示電流値生成部３１によって設定されるγ軸指示電流値Ｉγ＊が急激に大きく変化するおそれがある。そこで、γ軸指示電流値Ｉγ＊が所定値ＩＬと所定値ＩＵとの間で切換えられるときには、γ軸指示電流値Ｉγ＊が切替前の指示電流値から切替後の指示電流値に滑らかに変化するように、γ軸指示電流値Ｉγ＊に対して時間的なローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を行なうことが好ましい。
【００８８】
また、指示電流値生成部３１は、図６Ａの特性に従って求められるγ軸指示電流値Ｉγ＊の基本値に、図６Ｃで示されているようなゲインＧ（０＜Ｇ≦１）を乗算することにより、最終的なγ軸指示電流値Ｉγ＊を設定するようにしてもよい。γ軸指示電流値Ｉγ＊の基本値に乗じられるゲインは、図６Ｃに示されているように、誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ１以下のときには、小さな値ＧＬ（例えば、０．１）に設定される。一方、誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ１より大きな所定値Ｄ２以上のときには、ＧＬより大きな値ＧＵ（＝１．０）に設定される。そして、誘起電圧二乗和Σが所定値Ｄ１から所定値Ｄ２までの範囲では、ゲインＧは、所定値ＧＬから所定値ＧＵまで滑らかに（図６Ｃの例ではリニアに）増加する。
【００８９】
また、前記実施形態では、指示電流値生成部３１は、検出操舵トルクＴと誘起電圧二乗和Σとに基づいてγ軸指示電流値Ｉγ＊を設定しているが、誘起電圧二乗和Σのみに基づいて、γ軸指示電流値Ｉγ＊を設定するようにしてもよい。この場合、指示電流値生成部３１は、たとえば、図６Ｂに実線または点線で示す特性に基づいて、γ軸指示電流値Ｉγ＊を設定する。
【００９０】
また、誘起電圧二乗和Σの代わりに、誘起電圧二乗和Σを１／２乗した値（Σ１／２）を用いるようにしてもよい。また、ロータ角速度（ロータ角変位）を、舵角センサ４によって検出される操舵角を時間微分することによって、求めるようにしてもよい。また、ロータ５０の回転角を、モータに取り付けたホールセンサ等の簡易的な位置センサで検出することによって、ロータ角速度（ロータ角変位）を演算するようにしてもよい。
【００９１】
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。
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。
【００９２】
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。
【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。
この明細書からはさらに以下のような特徴が抽出され得る。なお、括弧内の英数字は前述の実施形態等における対応構成要素等を示す。
１．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（３１〜３３，３４Ａ，３４Ｂ，３５，３６Ａ，３６Ｂ）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、制御角の今回値を求める制御角演算手段（２６）と、前記ロータの角速度またはそれに対応する値を求める手段（２８，２９，３０，３７）と、前記ロータの角速度またはそれに対応する値に応じて前記加算角を補正する加算角補正手段（４１）と、前記ロータの角速度またはそれに対応する値に基づいて、前記軸電流値の目標値である指示電流値（Ｉγ＊）を設定する指示電流設定手段（３１）とを含み、前記指示電流設定手段は、前記ロータの角速度またはそれに対応する値が小さいときに、指示電流値を第１の指示電流値（ＩＬ）に設定し、前記ロータの角速度またはそれに対応する値が大きいときに、指示電流値を前記第１の指示電流値より大きな第２の指示電流値（ＩＵ）に設定するものである、モータ制御装置。
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。
さらに、この構成では、ロータの角速度またはそれに対応する値が求められる。そして、加算角補正手段により、ロータの角速度またはそれに対応する値に応じて加算角が補正される。また、指示電流設定手段により、ロータの角速度またはそれに対応する値に基づいて、軸電流値の目標値である指示電流値が設定される。指示電流設定手段は、ロータの角速度またはそれに対応する値が小さいときに、指示電流値を第１の指示電流値に設定し、ロータの角速度またはそれに対応する値が大きいときに、指示電流値を第１の指示電流値より大きな第２の指示電流値に設定する。
ロータの角速度またはそれに対応する値を検出する場合、ロータの角速度またはそれに対応する値が小さいときには、ロータの角速度またはそれに対応する値が大きいときに比べて、検出誤差が発生する可能性が高い。したがって、ロータの角速度またはそれに対応する値が大きいときには、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われるが、ロータの角速度またはそれに対応する値が小さいときには、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われないおそれがある。
この構成では、ロータの角速度またはそれに対応する値が小さいとき、つまり、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われないおそれがあるときには、指示電流値を比較的小さな第１の指示電流値に設定できるから、加算角補正が適切に行われないことによる悪影響を低減させることができる。一方、ロータの角速度またはそれに対応する値が大きいとき、つまり、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われるときには、指示電流値を比較的大きな第２の指示電流値に設定できるから、適切なモータ制御を効率よく行わせることができる。
２．前記指示電流設定手段は、前記第１の指示電流値と前記第２の指示電流値との間で指示電流値が滑らかに変化するように、指示電流値を設定するものである、前記１．に記載のモータ制御装置。この構成によれば、ロータの角速度またはそれに対応する値が変化することによって、第１の指示電流値と第２の指示電流値との間において指示電流値が切り換るときに、モータトルクを滑らかに変化させることができる。
３．前記ロータの角速度に対応する値が、前記モータの誘起電圧の大きさに関連する値である前記１．または２．に記載のモータ制御装置。この構成では、指示電流設定手段により、モータの誘起電圧の大きさに関連する値に基づいて、軸電流値の目標値である指示電流値が設定される。この場合、前記ロータの角速度に対応する値を求める手段は、たとえば、前記モータの誘起電圧を推定し、推定された誘起電圧の二乗和（Σ）を演算する手段（３７）を含むものであってもよい。前記ロータの角速度に対応する値は、モータの誘起電圧の大きさ、その比例値、またはその大きさを用いた各種演算値でもよい。
４．車両の舵取り機構（２）に駆動力を付与するモータ（３）と、前記モータを制御するための、前記１．〜前記３．のいずれかに記載のモータ制御装置とを含む、車両用操舵装置。この構成によれば、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われないおそれがあるときには、加算角補正が適切に行われないことによる悪影響を低減させることができる。一方、加算角補正手段による加算角補正が適切に行われるときには、適切なモータ制御を効率よく行わせることができる。これにより、操舵フィーリングのよい車両用操舵装置を提供できる。
前記モータ制御装置は、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（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＊：モータトルク以外のトルクの指示値）を設定する指示トルク設定手段（２１）とをさらに含んでいてもよい。この場合、前記加算角演算手段は、たとえば、トルク検出手段によって検出されるトルクを指示トルクに一致させるべく、加算角を演算するように動作する。これにより、指示トルクに応じたトルク（モータトルク以外のトルク）が駆動対象に加えられる状態となるように、モータトルクが制御される。モータトルクは、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である負荷角に対応する。負荷角は、制御角とロータ角との差で表される。モータトルクの制御は、負荷角を調整することによって達成され、この負荷角の調整が加算角を制御することによって達成される。
前記モータ制御装置は、前記モータの駆動値に基づいて、所定時間間隔毎に前記ロータの角速度を演算する角速度演算手段（２８，２９，３０）を含み、前記加算角補正手段は、前記角速度演算手段によって演算されるロータ角速度に基づいて加算角を補正するものであってもよい。また、前記加算角補正手段は、たとえば、ロータ角速度に基づいて定められる所定範囲内の値となるように加算角を補正するものであってもよい。さらに、前記加算角補正手段は、指示トルクと検出トルクとを比較し、その比較結果に応じて加算角を増減する手段を含んでいてもよい。
制御角は、演算周期間で加算角だけ変化する。つまり、演算周期当たりの制御角の変化は加算角に等しい。前記角速度演算手段が演算周期当たりのロータの角変位をロータ角速度として演算するものであるとすると、加算角がロータ角速度よりも大きいとき、負荷角が増加する。したがって、負荷角とモータトルクとに正の相関がある場合、負荷角の増加に応じてモータトルクが増加する。また、負荷角とモータトルクとに負の相関がある場合には、負荷角の増加に応じてモータトルクが減少する。このように、負荷角とモータトルクとの間には相関関係がある。
駆動対象に対して全体として或るトルクを作用させるべき場合（たとえば、モータトルクによって不足のトルクが補われる場合）、モータトルクが増加することによって、駆動対象に加えられるモータトルク以外のトルクが減少するので、検出トルクが減少することになる。一方、モータトルクが減少すれば、駆動対象に加えられるモータトルク以外のトルクが増加するので、検出トルクが増加することになる。したがって、指示トルクと検出トルクとの大小関係と、ロータ角速度と加算角との大小関係とが適切であれば、検出トルクを指示トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出トルクが指示トルクとの比較結果に応じて、ロータ角速度に基づいて定められる所定範囲の値となるように加算角を補正する。
より具体的には、負荷角とモータトルクとに正の相関がある場合、前記加算角補正手段は、前記検出トルクが前記指示トルクよりも大きいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度以上の値に補正し、前記検出トルクが前記指示トルクよりも小さいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度以下の値に補正することが好ましい。
負荷角とモータトルクとに正の相関がある場合には、検出トルクが指示トルクよりも大きい場合には、演算周期当たりのロータ角変位（ロータ角速度）よりも加算角が大きければ、検出トルクを指示トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出トルクが指示トルクよりも大きい場合において、加算角がロータ角速度よりも小さいときには、加算角をロータ角速度以上の値に補正する。また、検出トルクが指示トルクよりも小さい場合には、ロータ角速度よりも加算角が小さければ、検出トルクを指示トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出トルクが指示トルクよりも小さい場合において、加算角がロータ角速度よりも大きいときには、加算角をロータ角速度以下の値に補正する。
このようにして、検出トルクと指示トルクとの大小関係に応じて、加算角を妥当な値に補正することができるので、検出トルクを指示トルクに近づけるように、妥当な制御を行うことができる。
また、負荷角とモータトルクとに正の相関がある場合に、検出トルクが指示トルクよりも大きいときに、ロータ角速度よりも加算角が過度に大きいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。また、検出トルクが指示トルクよりも小さいときに、ロータ角速度よりも加算角が過度に小さいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。そこで、前記加算角補正手段は、前記検出トルクが前記指示トルクよりも大きいときには、前記加算角を前記角変位演算手段によって演算された角変位よりも所定の変化制限値だけ大きい値以下の値に補正し、前記検出トルクが前記指示トルクよりも小さいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度よりも所定の変化制限値だけ小さい値以上の値に補正することが好ましい。これにより、加算角が適値に収束しやすくなるので、制御の安定化を図ることができ、制御異常が生じたときでも正常状態への復帰を効果的に促すことができる。
一方、負荷角とモータトルクとに負の相関がある場合、前記加算角補正手段は、前記検出トルクが前記指示トルクよりも小さいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度以上の値に補正し、前記検出トルクが前記指示トルクよりも大きいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度以下の値に補正することが好ましい。
負荷角とモータトルクとに負の相関がある場合には、検出トルクが指示トルクよりも小さい場合に、演算周期当たりのロータ角変位（ロータ角速度）よりも加算角が大きければ、検出トルクを指示トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出トルクが指示トルクよりも小さい場合において、加算角がロータ角速度よりも小さいときには、加算角をロータ角速度以上の値に補正する。また、検出トルクが指示トルクよりも大きい場合に、ロータ角速度よりも加算角が小さければ、検出トルクを指示トルクへと近づけることができる。そこで、加算角補正手段は、検出トルクが指示トルクよりも大きい場合において、加算角がロータ角速度よりも大きいときには、加算角をロータ角速度以下の値に補正する。
このようにして、検出トルクと指示トルクとの大小関係に応じて、加算角を妥当な値に補正することができるので、検出トルクを指示トルクに近づけるように、妥当な制御を行うことができる。
また、負荷角とモータトルクとに負の相関がある場合に、検出トルクが指示トルクよりも小さいときに、ロータ角速度よりも加算角が過度に大きいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。また、検出トルクが指示トルクよりも大きいときに、ロータ角速度よりも加算角が過度に小さいと、加算角を適値に収束させるのに時間がかかる。そこで、前記加算角補正手段は、前記検出トルクが前記指示トルクよりも小さいときには、前記加算角を前記角変位演算手段によって演算された角変位よりも所定の変化制限値だけ大きい値以下の値に補正し、前記検出トルクが前記指示トルクよりも大きいときには、前記加算角を前記角速度演算手段によって演算されたロータ角速度よりも所定の変化制限値だけ小さい値以上の値に補正することが好ましい。これにより、加算角が適値に収束しやすくなるので、制御の安定化を図ることができ、制御異常が生じたときでも正常状態への復帰を効果的に促すことができる。
前記モータ制御装置は、前記加算角を所定の制限値（ωmax）で制限する加算角制限手段をさらに含んでいてもよい。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。これにより、適切にモータを制御することができる。
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。
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。
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ってもよい。
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。
前記モータ制御装置または前記車両用操舵装置は、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。
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。
【符号の説明】
【００９４】
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、５０…ロータ、５１，５２，５３…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】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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