(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の駆動系統にてモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置においてセンサレス制御を行う場合の演算量を軽減する。【解決手段】電気角推定部１１０は、第１コイル，第２コイルの２相固定座標系の電圧ベクトルを加算するα軸電圧成分加算部１１５，β軸電圧成分加算部１１６と、２相固定座標系の電流ベクトルを加算するα軸電流成分加算部１１７，β軸電流成分加算部１１８と、加算された電圧ベクトルと電流ベクトルに基づいて誘起電圧Ｅを演算する誘起電圧演算部１１９を備えている。【選択図】図７
2014138530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生するモータであって、モータステータに駆動系統が異なる複数組の３相コイルを備えた永久磁石式同期モータと、
前記複数組の３相コイルのそれぞれに対応して設けられた駆動回路を有し、各駆動回路から３相コイルへの通電を独立して行って前記永久磁石式同期モータを駆動するモータ駆動ユニットと、
前記永久磁石式同期モータの推定電気角を演算する電気角推定手段と、
前記電気角推定手段により演算された推定電気角に基づいて前記モータ駆動ユニットの各駆動回路を制御して前記永久磁石式同期モータを駆動するモータ制御手段と
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記電気角推定手段は、
前記３相コイル毎に、３相コイルに供給された電圧の３相固定座標系で表される電圧ベクトルを２相固定座標系で表される電圧ベクトルに変換する３相／２相電圧ベクトル変換手段と、
前記３相コイル毎に、３相コイルに流れた電流の３相固定座標系で表される電流ベクトルを２相固定座標系で表される電流ベクトルに変換する３相／２相電流ベクトル変換手段と、
各３相コイルの２相固定座標系で表される電圧ベクトルを加算する電圧ベクトル加算手段と、
各３相コイルの２相固定座標系で表される電流ベクトルを加算する電流ベクトル加算手段と、
前記電圧ベクトル加算手段により算出された加算電圧ベクトルと、前記電流ベクトル加算手段により算出された加算電流ベクトルとに基づいて、前記永久磁石式同期モータで発生する誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段と
を備え、前記演算した誘起電圧に基づいて前記永久磁石式同期モータの電気角を推定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者の操舵に基づいて電動モータを駆動制御して操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動パワーステアリング装置は、運転者が操舵ハンドルに付与した操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づいて設定した制御量にて電動モータを駆動してドライバーの操舵をアシストする。この電動モータを２つの駆動系統により独立して駆動する電動パワーステアリング装置も知られている。例えば、特許文献１に提案された電動パワーステアリング装置は、３相ブラシレスモータのステータに２系統の３相コイルを備え、２つのインバータにより各３相コイルを独立して通電するように構成されている。こうしたブラシレスモータを駆動する場合には、３相の位相を制御するために、モータの回転角を検出する回転角センサが設けられる。この回転角センサにより検出される回転角によりモータの電気角が導かれる。
【０００３】
回転角センサが故障した場合には、ブラシレスモータの位相制御が不能となる。そこで、回転角センサが故障した場合には、ブラシレスモータで発生する誘起電圧（逆起電力）に基づいて電気角を推定し、この推定した電気角（推定電気角）を使ってブラシレスモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置も知られている。このように推定電気角を使ったブラシレスモータの制御は、センサレス制御と呼ばれている。こうしたセンサレス制御については、例えば、特許文献２に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７８２３０号公報
【特許文献２】特開２００８−８７７５６号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、ブラシレスモータを２つの駆動系統により独立して駆動する電動パワーステアリング装置にセンサレス制御を実施しようとすると、誘起電圧の演算量が２倍となるため、マイコンの演算負荷が増加してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、複数の駆動系統にてモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置においてセンサレス制御を行う場合の演算量を軽減することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生するモータであって、モータステータに駆動系統が異なる複数組の３相コイル（２２１，２２２）を備えた永久磁石式同期モータ（２０）と、前記複数組の３相コイルのそれぞれに対応して設けられた駆動回路（３０，４０）を有し、各駆動回路から３相コイルへの通電を独立して行って前記永久磁石式同期モータを駆動するモータ駆動ユニット（５０）と、前記永久磁石式同期モータの推定電気角を演算する電気角推定手段（１１０）と、前記電気角推定手段により演算された推定電気角に基づいて前記モータ駆動ユニットの各駆動回路を制御して前記永久磁石式同期モータを駆動するモータ制御手段（１００）とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記電気角推定手段（１１０）は、
前記３相コイル毎に、３相コイルに供給された電圧の３相固定座標系で表される電圧ベクトルを２相固定座標系で表される電圧ベクトルに変換する３相／２相電圧ベクトル変換手段（１１１，１１３）と、
前記３相コイル毎に、３相コイルに流れた電流の３相固定座標系で表される電流ベクトルを２相固定座標系で表される電流ベクトルに変換する３相／２相電流ベクトル変換手段（１１２，１１４）と、
各３相コイルの２相固定座標系で表される電圧ベクトルを加算する電圧ベクトル加算手段（１１５，１１６）と、
各３相コイルの２相固定座標系で表される電流ベクトルを加算する電流ベクトル加算手段（１１７，１１８）と、
前記電圧ベクトル加算手段により算出された加算電圧ベクトルと、前記電流ベクトル加算手段により算出された加算電流ベクトルとに基づいて、前記永久磁石式同期モータで発生する誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段（１１９）とを備え、前記演算した誘起電圧に基づいて前記永久磁石式同期モータの電気角を推定することにある。
【０００８】
本発明の電動パワーステアリング装置においては、ステアリング機構に永久磁石式同期モータ（以下、単にモータと呼ぶ）を備えており、このモータの発生するトルクによりドライバーの操舵をアシストする。永久磁石同期モータの代表として３相ブラシレスモータが挙げられる。モータは、モータステータに駆動系統が異なる複数組の３相コイルを備えており、モータ駆動回路ユニットからの通電によって駆動される。モータ駆動回路ユニットは、複数組の３相コイルのそれぞれに対応して設けられた駆動回路を有し、各駆動回路から３相コイルへの通電を独立して行えるように構成されている。モータ制御手段は、電気角推定手段により演算された推定電気角に基づいてモータ駆動回路ユニットの各駆動回路を制御する。これにより、目標制御量にてモータが駆動される。目標制御量は、例えば、ドライバーの入力した操舵トルクに基づいて設定される。
【０００９】
電気角推定手段は、３相／２相電圧ベクトル変換手段と３相／２相電流ベクトル変換手段と電圧ベクトル加算手段と電流ベクトル加算手段と誘起電圧演算手段とを備えており、演算した誘起電圧に基づいてモータの電気角を推定する。
【００１０】
３相／２相電圧ベクトル変換手段は、３相コイル毎に、３相コイルに供給された電圧の３相固定座標系で表される電圧ベクトルを２相固定座標系で表される電圧ベクトルに変換する。また、３相／２相電流ベクトル変換手段は、３相コイル毎に、３相コイルに流れた電流の３相固定座標系で表される電流ベクトルを２相固定座標系で表される電流ベクトルに変換する。ここで、２相固定座標とは、いわゆるα−β座標といわれるもので、対称３相交流座標をそれと等価な２相交流に変換した座標であって、例えば、直交するα軸とβ軸とで表され、α軸をＵ相軸と一致するように配置した固定座標である。
【００１１】
電圧ベクトル加算手段は、各３相コイルの２相固定座標系で表される電圧ベクトルを加算する。例えば、２相固定座標系をα−β座標で表した場合、各３相コイルの２相固定座標系で表される電圧ベクトルのα軸成分の加算値とβ軸成分の加算値とで表される電圧ベクトルを計算する。また、電流ベクトル加算手段は、各３相コイルの２相固定座標系で表される電流ベクトルを加算する。例えば、２相固定座標系をα−β座標で表した場合、各３相コイルの２相固定座標系で表される電流ベクトルのα軸成分の加算値とβ軸成分の加算値とで表される電流ベクトルを計算する。
【００１２】
誘起電圧演算手段は、電圧ベクトル加算手段により算出された加算電圧ベクトルと、電流ベクトル加算手段により算出された加算電流ベクトルとに基づいて、モータで発生する誘起電圧を演算する。例えば、加算電流ベクトルと３相コイルの巻線抵抗とコイルインダクタンスとから計算される電圧分を、加算電圧ベクトルから減算することにより誘起電圧ベクトルを計算することができる。この場合、コイルインダクタンスによる電圧分の計算には、演算負担の大きい電流値の微分演算が必要となる。各３相コイル毎に誘起電圧を計算した場合には、３相コイルの系統毎に電流値の微分演算が必要となるが、本発明においては、各３相コイルの２相固定座標系で表される電圧ベクトルを加算した加算電圧ベクトルと電流ベクトルを加算した加算電流ベクトルとに基づいて誘起電圧を演算するため、電流値の微分演算を系統毎に行う必要が無い。これにより、本発明によれば、センサレス制御を行う場合の演算量を軽減することができる。
【００１３】
尚、モータの電気角の推定は、例えば、所定の周期で誘起電圧を演算して、この誘起電圧の大きさからモータの推定角速度を求め、この推定角速度でモータが１演算周期当たりに回転する量を電気角変化量として計算し、１演算周期前の推定電気角に電気角変化量をモータ回転方向に加算することで推定電気角を算出するとよい。あるいは、２相固定座標系における誘起電圧のベクトルの方向に基づいて推定電気角を算出することもできる。
【００１４】
尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】ＥＣＵのマイクロコンピュータの処理を表す機能ブロック図である。
【図３】モータ駆動回路ユニットの構成図である。
【図４】モータの回転軸に直交する平面で切断した断面模式図であって、モータの３相コイルの配置、α−β座標（固定座標）、ｄ−ｑ座標（回転座標）を表す説明図である。
【図５】２つのコイルに流す３相電流の波形図である。
【図６】アシストマップを表すグラフである。
【図７】電気角推定部の機能ブロック図である。
【図８】３相固定座標系と２相固定座標系との関係を表す説明図である。
【図９】推定電気角の計算方法を表す説明図である。
【図１０】α―β座標平面を分割した領域を表す説明図である。
【図１１】回転方向推定ルーチンを表すフローチャートである。
【図１２】他の例におけるモータの回転軸に直交する平面で切断した断面模式図であって、モータの３相コイルの配置、α−β座標（固定座標）、ｄ−ｑ座標（回転座標）を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る車両の電動パワーステアリング装置の概略構成を表している。
【００１７】
この電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１の操舵により転舵輪を転舵するステアリング機構１０と、ステアリング機構１０に組み付けられ操舵アシストトルクを発生するモータ２０と、モータ２０を駆動するモータ駆動ユニット５０と、モータ駆動ユニット５０を制御する電子制御装置１００とを主要部として備えている。以下、電子制御装置１００をＥＣＵ１００と呼ぶ。
【００１８】
ステアリング機構１０は、操舵ハンドル１１の回転操作により左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲを転舵するための機構で、操舵ハンドル１１を上端に一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備える。このステアリングシャフト１２の下端には、ピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合って、ラックバー１４とともにラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には、タイロッド１５Ｌ，１５Ｒを介して左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲのナックル（図示略）が操舵可能に接続されている。左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲは、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。
【００１９】
ラックバー１４には、モータ２０が組み付けられている。このモータ２０は、永久磁石式同期モータである。本実施形態においては、永久磁石式同期モータの代表である３相ブラシレスモータを用いる。モータ２０の出力軸は、ボールねじ機構１６を介してラックバー１４に動力伝達可能に接続されていて、その回転により左右前輪ＦＷＬ，ＦＷＲに転舵力を付与して操舵をアシストする。ボールねじ機構１６は、減速機および回転−直線変換器として機能するもので、モータ２０の回転を減速するとともに直線運動に変換してラックバー１４に伝達する。
【００２０】
ステアリングシャフト１２には、トルクセンサ１７が設けられる。トルクセンサ１７は、例えば、ステアリングシャフト１２の中間部に介装されたトーションバー（図示略）の捩れ角度をレゾルバ等により検出し、この捩れ角に基づいてステアリングシャフト１２に働いた操舵トルクＴｒを検出する。操舵トルクＴｒは、正負の値により操舵ハンドル１１の操作方向が識別される。例えば、操舵ハンドル１１の左方向への操舵時における操舵トルクＴｒを正の値で、操舵ハンドル１１の右方向への操舵時における操舵トルクＴｒを負の値で示す。尚、本実施形態においては、トーションバーの捩れ角度をレゾルバにより検出するが、エンコーダ等の他の回転角センサにより検出することもできる。
【００２１】
モータ２０には、回転角センサ１８が設けられる。この回転角センサ１８は、モータ２０内に組み込まれ、モータ２０のロータの回転角度位置に応じた検出信号を出力するもので、例えば、レゾルバにより構成される。回転角センサ１８は、モータ２０の回転角θｍを表す検出信号をＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００は、この回転角θｍからモータ２０の電気角θｅを検出する。尚、モータ２０の電気角θｅは、回転角センサ１８により検出された電気角と、後述する推定により求めた電気角との２種類あるため、両者を区別する必要がある場合には、回転角センサ１８により検出された電気角を実電気角θeaと呼び、推定により求めた電気角を推定電気角θebと呼ぶ。また、本実施形態においては、回転角センサ１８としてレゾルバを使用しているが、エンコーダ等の他の回転角センサを用いることもできる。
【００２２】
モータ２０は、図４に示すように、永久磁石を備えたロータ２１と、駆動系統の異なる２組の３相コイル（第１コイル２２１と第２コイル２２２）を備えたステータ２２を備えている。第１コイル２２１は、図３に示すように、第１Ｕ相コイルＵ１、第１Ｖ相コイルＶ１、第１Ｗ相コイルＷ１を備えてステータコア２３に設けられたティース２４に巻回される。第１Ｕ相コイルＵ１は、ロータ２１を挟んで互いに向かいように配設されたＵ相コイルＵ１１とＵ相コイルＵ１２とを直列に接続して構成される。第１Ｖ相コイルＶ１は、第１Ｕ相コイルＵ１よりも周方向に１２０°ずれた位置に設けられ、ロータ２１を挟んで互いに向かいように配設されたＶ相コイルＶ１１とＶ相コイルＶ１２とを直列に接続して構成される。第１Ｗ相コイルＷ１は、第１Ｕ相コイルＵ１及び第１Ｖ相コイルＶ１よりも周方向に１２０°ずれた位置に設けられ、ロータ２１を挟んで互いに向かいように配設されたＷ相コイルＷ１１とＷ相コイルＷ１２とを直列に接続して構成される。第１Ｕ相コイルＵ１と第１Ｖ相コイルＶ１と第１Ｗ相コイルＷ１は、それぞれ片側端（中点Ｍ１）にて電気的に接続されている。
【００２３】
第２コイル２２２は、第２Ｕ相コイルＵ２、第２Ｖ相コイルＶ２、第２Ｗ相コイルＷ２を備えてステータコア２３に設けられたティース２４に巻回される。第２Ｕ相コイルＵ２は、第１Ｕ相コイルＵ１よりも周方向に３０°ずれた位置に設けられ、ロータ２１を挟んで互いに向かいように配設されたＵ相コイルＵ２１とＵ相コイルＵ２２とを直列に接続して構成される。第２Ｖ相コイルＶ２は、第２Ｕ相コイルＵ２よりも周方向に１２０°ずれた位置に設けられ、ロータ２１を挟んで互いに向かいように配設されたＶ相コイルＶ２１とＶ相コイルＶ２２とを直列に接続して構成される。第２Ｗ相コイルＷ２は、第２Ｕ相コイルＵ２及び第２Ｖ相コイルＶ２よりも周方向に１２０°ずれた位置に設けられ、ロータ２１を挟んで互いに向かいように配設されたＷ相コイルＷ２１とＷ相コイルＷ２２とを直列に接続して構成される。第２Ｕ相コイルＵ２と第２Ｖ相コイルＶ２と第２Ｗ相コイルＷ２は、それぞれ片側端（中点Ｍ２）にて電気的に接続されている。
【００２４】
モータ駆動ユニット５０は、第１コイル２２１に通電するための第１駆動回路３０と、第２コイル２２２に通電するための第２駆動回路４０とを備えている。第１駆動回路３０は、電源ライン６１１とグランドライン６２１とを介して車載バッテリ６０から電源供給される。第１駆動回路３０は、図３に示すように、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍetal  Ｏxide  Ｓemiconductor  Ｆield  Ｅffect  Ｔransistor）からなる６個のスイッチング素子３１〜３６により３相インバータ回路を構成したものである。具体的には、第１スイッチング素子３１と第２スイッチング素子３２とを直列接続した回路と、第３スイッチング素子３３と第４スイッチング素子３４とを直列接続した回路と、第５スイッチング素子３５と第６スイッチング素子３６とを直列接続した回路とを並列接続し、２つのスイッチング素子３１，３２間から第１コイル２２１の第１Ｕ相コイルＵ１に通じる第１Ｕ電力供給ライン３７Ｕを設け、２つのスイッチング素子３３，３４間から第１コイル２２１の第１Ｖ相コイルＶ１に通じる第１Ｖ相電力供給ライン３７Ｖを設け、２つのスイッチング素子３５，３６間から第１コイル２２１の第１Ｗ相コイルＷ１に通じる第１Ｗ相電力供給ライン３７Ｗを設けて構成される。
【００２５】
３つの電力供給ライン３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗには、それぞれ相開放リレー３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗが設けられており、相開放リレー３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗをオフ（開）することにより第１コイル２２１への通電を遮断できるようになっている。また、グランドライン６２１とスイッチング素子３２，３４，３６との間には、それぞれシャント抵抗３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗが設けられ、シャント抵抗３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗの両端電圧を測定することにより各相に流れる電流を検出する第１電流センサ７１が設けられている。また、第１駆動回路３０には、３つの電力供給ライン３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗのグランドに対する電位を検出する第１電圧センサ７３が設けられている（図１参照）。
【００２６】
第１駆動回路３０には、電源ライン６１１とグランドライン６２１とを接続する平滑用コンデンサ６３１が設けられる。また、電源ライン６１１には、電源リレー６４１が設けられている。
【００２７】
第２駆動回路４０は、電源ライン６１２とグランドライン６２２とを介して車載バッテリ６０から電源供給される。第２駆動回路４０は、第１駆動回路３０と同様に、ＭＯＳ−ＦＥＴからなる６個のスイッチング素子４１〜４６により３相インバータ回路を構成したものである。第２駆動回路４０は、２つのスイッチング素子４１，４２間から第２コイル２２２の第２Ｕ相コイルＵ２に通じる第２Ｕ電力供給ライン４７Ｕを設け、２つのスイッチング素子４３，４４間から第２コイル２２２の第２Ｖ相コイルＶ２に通じる第２Ｖ相電力供給ライン４７Ｖを設け、２つのスイッチング素子４５，４６間から第２コイル２２２の第２Ｗ相コイルＷ２に通じる第２Ｗ相電力供給ライン４７Ｗを設けている。
【００２８】
３つの電力供給ライン４７Ｕ，４７Ｖ，４７Ｗには、それぞれ相開放リレー４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗが設けられており、相開放リレー４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗをオフ（開）することにより第２コイル２２２への通電を遮断できるようになっている。また、グランドライン６２２とスイッチング素子４２，４４，４６との間には、それぞれシャント抵抗４９Ｕ，４９Ｖ，４９Ｗが設けられ、シャント抵抗４９Ｕ，４９Ｖ，４９Ｗの両端電圧を測定することにより各相に流れる電流を検出する第２電流センサ７２が設けられている。また、第２駆動回路４０には、３つの電力供給ライン４７Ｕ，４７Ｖ，４７Ｗのグランドに対する電位を検出する第２電圧センサ７４が設けられている（図１参照）。
【００２９】
第２駆動回路４０には、電源ライン６１２とグランドライン６２２とを接続する平滑用コンデンサ６３２が設けられている。また、電源ライン６１２には、電源リレー６４２が設けられている。
【００３０】
車載バッテリ６０は、正極に主電源ライン６１が接続され、この主電源ライン６１が第１電源ライン６１１と第２電源ライン６１２とに分岐している。また、車載バッテリ６０負極には、主グランドライン６２が接続され、この主グランドライン６２が第１グランドライン６２１と第２グランドライン６２２とに分岐している。主電源ライン６１には、平滑用コイル６３が設けられている。
【００３１】
第１電圧センサ７３および第２電圧センサ７４により検出された検出値は、ＥＣＵ１００に出力される。第１電圧センサ７３および第２電圧センサ７４によって検出される電圧は、第１コイル２２１および第２コイル２２２に供給される３相電圧（端子電圧）であるが、後述する誘起電圧の演算には、各相コイルの両端電圧が必要となるため、ＥＣＵ１００は、検出されたコイルの端子電圧から各相の両端電圧を計算する。各相コイルの両端電圧とは、例えば、第１コイル２２１においては、第１Ｕ相コイルＵ１の両端電圧ｖu1と第１Ｖ相コイルＶ１の両端電圧ｖv1とＷ相コイルＷ１の両端電圧ｖw1とをいう。また、第２コイル２２２においては、第２Ｕ相コイルＵ２の両端電圧ｖu2と第２Ｖ相コイルＶ２の両端電圧ｖv2とＷ相コイルＷ２の両端電圧ｖw2とをいう。以下、これらの両端電圧ｖu1，ｖv1，ｖw1，ｖu2，ｖv2，ｖw2をコイル電圧ｖu1，ｖv1，ｖw1，ｖu2，ｖv2，ｖw2と呼ぶ。
【００３２】
コイル電圧ｖu1，ｖv1，ｖw1は、第１コイル２２１の中点Ｍ１の電圧と、第１コイル２２１の各端子電圧（第１電圧センサ７３の検出値）との差を計算すればよい。また、中点Ｍ１の電圧は、第１コイル２２１の端子電圧の合計値を１／３にして算出することができる。同様に、コイル電圧ｖu2，ｖv2，ｖw2は、第２コイル２２２の中点Ｍ２の電圧と、第２コイル２２２の各端子電圧（第２電圧センサ７４の検出値）との差を計算すればよい。また、中点Ｍ２の電圧は、第２コイル２２２の端子電圧の合計値を１／３にして算出することができる。こうした計算は、実際にはＥＣＵ１００において実行するが、ここでは、第１電圧センサ７３、第２電圧センサ７４の検出値をコイル電圧ｖu1，ｖv1，ｖw11，ｖu2，ｖv2，ｖw2として説明する。
【００３３】
また、第１電流センサ７１によって検出される第１コイル２２１の第１Ｕ相コイルＵ１に流れる電流をコイル電流ｉu1と呼び、第１Ｖ相コイルＶ１に流れる電流をコイル電流ｉv1と呼び、第１Ｗ相コイルＷ１に流れる電流をコイル電流ｉw1と呼ぶ。同様に、第２電流センサ７２によって検出される第２コイル２２２の第２Ｕ相コイルＵ２に流れる電流をコイル電流ｉu2と呼び、第２Ｖ相コイルＶ２に流れる電流をコイル電流ｉv2と呼び、第２Ｗ相コイルＷ２に流れる電流をコイル電流ｉw2と呼ぶ。
【００３４】
第１駆動回路３０の各スイッチング素子３１〜３６、および、第２駆動回路４０の各スイッチング素子４１〜４６は、それぞれゲートがＥＣＵ１００に接続され、ＥＣＵ１００から出力されるＰＷＭ制御信号によりデューティ比が制御される。これによりモータ２０の駆動電圧が目標電圧に調整される。モータ２０は、２つのコイル２２１，２２２を備え、各コイル２２１，２２２が独立した駆動回路３０，４０によって通電される。つまり、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、２つの独立した駆動系統によってモータ２０が駆動されるように構成されている。従って、ＥＣＵ１００は、２つのコイル２２１，２２２に通電した状態でモータ２０が目標アシストトルクを出力するようにＰＷＭ制御信号を生成する。この場合、図４に示すように、第１コイル２２１と第２コイル２２２とがステータ２２の周方向に３０°ずらして２組設けられているため、Ｕ相コイルＵ１１とＵ相コイルＵ２１との中間位置を電気角の原点（後述するα軸）として、α軸からみたＵ相コイルＵ１１方向をオフセット角θ１、α軸からみたＵ相コイルＵ２１方向をオフセット角θ２と定義する。第１コイル２２１、第２コイル２２２に流れる電流は、図５に示すように、オフセット角θ１、オフセット角θ２だけ位相が調整される。
【００３５】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主要部として構成される。ＥＣＵ１００は、トルクセンサ１７、回転角センサ１８、電流センサ７１，７２、電圧センサ７３，７４、および、車速を検出する車速センサ１９を接続し、操舵トルクＴｒ、回転角θｍ、コイル電流ｉu1，ｉv1，ｉw1，ｉu2，ｉv2，ｉw2、コイル電圧ｖu1，ｖv1，ｖw1，ｖu2，ｖv2，ｖw2、車速Ｖｘを表す検出信号を入力する。そして、入力した検出信号に基づいて、運転者の操舵に応じた最適な操舵アシストトルク（以下、単にアシストトルクと呼ぶ）が得られるようにモータ２０の各コイル２２１，２２２に流す指令電流を演算し、その指令電流が流れるように各駆動回路３０，４０の各スイッチング素子３１〜３６，４１〜４６のデューティ比を制御する。また、ＥＣＵ１００は、２つの電源リレー６４１，６４２を接続しており、この電源リレー６４１，６４２に対して開閉制御信号を送信することにより、各駆動回路３０，４０への電源供給状態を制御できるようになっている。また、ＥＣＵ１００は、６つの相開放リレー３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ，４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗを接続しており、この相開放リレー３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ，４８Ｕ，４８Ｖ，４８Ｗに対して開閉制御信号を送信することにより、各コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２への通電路を個別に入・切できるようになっている。
【００３６】
次に、ＥＣＵ１００が行うモータ２０の制御について説明する。ＥＣＵ１００は、図４に示すように、モータ２０の回転子に設けられた永久磁石の磁界が貫く方向（Ｎ極の向く方向）にｄ軸、ｄ軸に直交する方向（ｄ軸に対して電気角がπ／２だけ進んだ方向）にｑ軸を定めたｄ−ｑ座標系を用いた電流ベクトル制御によってモータ２０の回転を制御する。このｄ−ｑ座標系は、モータ２０のロータ２１の回転とともに回転するため、２相回転座標系となる。電気角θｅは、モータ２０のＵ相コイルを貫く軸とｄ軸とのなす角で表される。図４の例では、第１コイル２２１と第２コイル２２２とがステータ２２の周方向に３０°ずらして２組設けられているため、両者のＵ相コイルＵ１，Ｕ２の中間位置をＵ相軸と設定している。このＵ相軸は、後述するステータに固定した２相固定座標系（α−β座標系）のα軸と一致するものである。
【００３７】
ｄ−ｑ座標系における電流ベクトルのｄ軸成分をｄ軸電流と呼び、ｑ軸成分をｑ軸電流と呼ぶ。ｑ軸電流は、ｑ軸方向に磁界が発生するように作用する。従って、ｑ軸電流は、モータトルクを発生させる。一方、ｄ軸電流は、ｄ軸方向に磁界を発生させるため、モータトルクを発生できず、弱め界磁制御に使用される。ＥＣＵ１００は、最大のモータトルク効率を得るために、電流ベクトルがｑ軸上を移動するように電流位相を制御する（ｄ軸電流をゼロ）。
【００３８】
ＥＣＵ１００は、こうした電流ベクトル制御を行うにあたって、電気角θｅを検出することによりｄ−ｑ座標軸を定める。この電気角θｅは、回転角センサ１８により検出される回転角信号から求められるが、回転角センサ１８が故障した場合には、電気角θｅを求めることができない。そこで、ＥＣＵ１００は、回転角センサ１８が故障した場合には、後述する処理により推定電気角θebを算出し、その推定電気角θebを使って電流ベクトル制御を行う。推定電気角θebを使って行うモータ制御をセンサレス制御と呼ぶ。
【００３９】
次に、ＥＣＵ１００の機能について図２を用いて説明する。図２は、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータのプログラム制御により処理される機能を表す機能ブロック図である。各機能部は、所定の短い演算周期で当該処理を繰り返す。ＥＣＵ１００は、アシストトルク設定部１０１を備えている。アシストトルク設定部１０１は、図６に示すアシストマップを記憶している。アシストマップは、代表的な複数の車速Ｖｘごとに、操舵トルクＴｒと目標アシストトルクＴｒ＊との関係を設定した関係付けデータである。アシストトルク設定部１０１は、車速センサ１９により検出される車速Ｖｘと、トルクセンサ１７により検出される操舵トルクＴｒを入力しアシストマップを参照して、車速Ｖｘと操舵トルクＴｒとから目標アシストトルクＴｒ＊を算出する。尚、図６は、左方向の操舵時におけるアシストマップであって、右方向の操舵時におけるアシストマップは、左方向のものに対して操舵トルクＴｒと目標アシストトルクＴｒ＊の符号をそれぞれ反対（つまり負）にしたものとなる。
【００４０】
アシストトルク設定部１０１は、算出した目標アシストトルクＴｒ＊をアシスト電流指令部１０２に出力する。アシスト電流指令部１０２は、目標アシストトルクＴｒ＊をトルク定数で除算することにより、ｄ−ｑ座標系におけるｑ軸指令電流ｉｑ＊を算出する。また、アシスト電流指令部１０２は、ｄ軸指令電流ｉｄ＊をゼロ（ｉｄ＊＝０）に設定する。尚、弱め界磁制御をする場合には、ｄ軸指令電流ｉｄ＊をゼロとは異なる値に設定するが、本発明は弱め界磁制御に特徴を有するものではないため、ｄ軸指令電流ｉｄ＊をゼロとして説明する。
【００４１】
このように計算されたｑ軸指令電流ｉｑ＊とｄ軸指令電流ｉｄ＊は、所定の比（例えば、１：１）で配分されて、第１フィードバック制御部１０３１と第２フィードバック制御部１０３２とに出力される。例えば、ｑ軸指令電流ｉｑ＊の１／２と、ｄ軸指令電流ｉｄ＊の１／２が第１フィードバック制御部１０３１に出力され、残りのｑ軸指令電流ｉｑ＊の１／２と、ｄ軸指令電流ｉｄ＊の１／２が第２フィードバック制御部１０３２に出力される。以下、それぞれ配分されたｑ軸指令電流ｉｑ＊とｄ軸指令電流ｉｄ＊を、新たにｑ軸指令電流ｉｑ＊とｄ軸指令電流ｉｄ＊として説明する。第１フィードバック制御部１０３１は、ｑ軸指令電流ｉｑ＊からｑ軸実電流ｉq1を減算した偏差Δｉq1を算出し、この偏差Δｉq1を使った比例積分制御によりｑ軸実電流ｉq1がｑ軸指令電流ｉｑ＊に追従するようにｑ軸指令電圧ｖq1＊を計算する。同様に、ｄ軸指令電流ｉｄ＊からｄ軸実電流ｉd1を減算した偏差Δｉd1を算出し、この偏差Δｉd1を使った比例積分制御によりｄ軸実電流ｉd1がｄ軸指令電流ｉｄ＊に追従するようにｄ軸指令電圧ｖd1＊を計算する。
【００４２】
ｑ軸実電流ｉq1およびｄ軸実電流ｉd1は、モータ２０の第１コイル２２１に実際に流れた３相電流の検出値ｉu1，ｉv1，ｉw1をｄ−ｑ座標系の２相電流に変換したものである。この３相電流ｉu1，ｉv1，ｉw1からｄ−ｑ座標系の２相電流ｉd1，ｉq1への変換は、第１・３相／２相座標変換部１０４１によって行われる。第１・３相／２相座標変換部１０４１は、後述する電気角選択部１０９から出力される電気角θｅを入力し、その電気角θｅに基づいて、第１電流センサ７１により検出した３相電流ｉu1，ｉv1，ｉw1をｄ−ｑ座標系の２相電流ｉd1，ｉq1に変換する。
【００４３】
３相座標系からｄ−ｑ座標系に変換する変換行列Ｃは次式（１）にて表される。
【数１】
2014138530.tif 000003
【００４４】
尚、電気角選択部１０９は、後述するが、回転角センサ１８の異常が検出されていないときは、モータ２０の実電気角θeaを電気角θｅとして出力し、回転角センサ１８の異常が検出されているときは、モータ２０の推定電気角θebを電気角θｅとして出力する。
【００４５】
第１フィードバック制御部１０３１により算出されたｑ軸指令電圧ｖq1＊とｄ軸指令電圧ｖd1＊は、第１・２相／３相座標変換部１０５１に出力される。第１・２相／３相座標変換部１０５１は、電気角選択部１０９から出力される電気角θｅに基づいて、ｑ軸指令電圧ｖq1＊とｄ軸指令電圧ｖd1＊を３相指令電圧ｖu1＊，ｖv1＊，ｖw1＊に変換して、その変換した３相指令電圧ｖu1＊，ｖv1＊，ｖw1＊を第１ＰＷＭ信号発生部１０６１に出力する。第１ＰＷＭ信号発生部１０６１は、３相指令電圧ｖu1＊，ｖv1＊，ｖw1＊に対応したＰＷＭ制御信号を第１駆動回路３０のスイッチング素子３１〜３６に出力する。これによりモータ２０の第１コイル２２１に３相電流が流れる。
【００４６】
一方、第２フィードバック制御部１０３２は、ｑ軸指令電流ｉｑ＊からｑ軸実電流ｉq2を減算した偏差Δｉq2を算出し、この偏差Δｉq2を使った比例積分制御によりｑ軸実電流ｉq2がｑ軸指令電流ｉｑ＊に追従するようにｑ軸指令電圧ｖq2＊を計算する。同様に、ｄ軸指令電流ｉｄ＊からｄ軸実電流ｉd2を減算した偏差Δｉd2を算出し、この偏差Δｉd2を使った比例積分制御によりｄ軸実電流ｉd2がｄ軸指令電流ｉｄ＊に追従するようにｄ軸指令電圧ｖd2＊を計算する。
【００４７】
ｑ軸実電流ｉq2およびｄ軸実電流ｉd2は、モータ２０の第２コイル２２２に実際に流れた３相電流の検出値ｉu2，ｉv2，ｉw2をｄ−ｑ座標の２相電流に変換したものである。この３相電流ｉu2，ｉv2，ｉw2からｄ−ｑ座標の２相電流ｉd2，ｉq2への変換は、第２・３相／２相座標変換部１０４２によって行われる。第２・３相／２相座標変換部１０４２は、電気角選択部１０９から出力される電気角θｅを入力し、その電気角θｅに基づいて、第２電流センサ７２により検出した３相電流ｉu2，ｉv2，ｉw2をｄ−ｑ座標系の２相電流ｉd2，ｉq2に変換する。
【００４８】
第２フィードバック制御部１０３２により算出されたｑ軸指令電圧ｖq2＊とｄ軸指令電圧ｖd2＊は、第２・２相／３相座標変換部１０５２に出力される。第２・２相／３相座標変換部１０５２は、電気角選択部１０９から出力される電気角θｅに基づいて、ｑ軸指令電圧ｖq2＊とｄ軸指令電圧ｖd2＊を３相指令電圧ｖu2＊，ｖv2＊，ｖw2＊に変換して、その変換した３相指令電圧ｖu2＊，ｖv2＊，ｖw2＊を第２ＰＷＭ信号発生部１０６２に出力する。第２ＰＷＭ信号発生部１０６２は、３相指令電圧ｖu2＊，ｖv2＊，ｖw2＊に対応したＰＷＭ制御信号を第２駆動回路４０のスイッチング素子４１〜４６に出力する。これによりモータ２０の第２コイル２２２に３相電流が流れる。
【００４９】
２つのコイル２２１，２２２への通電によりモータ２０が駆動され、目標アシストトルクＴｒ＊に追従したアシストトルクがステアリング機構１０に付与される。
【００５０】
回転角センサ１８から出力される回転角検出信号は、電気角検出部１０８と異常検出部１０７とに出力される。電気角検出部１０８は、回転角センサ１８により出力される回転角検出信号からモータ２０の実電気角θeaを算出し、算出した実電気角θeaを電気角選択部１０９に出力する。実電気角θeaは、モータ２０の回転角θｍと極対数とから一義的に決まる。
【００５１】
異常検出部１０７は、回転角センサ１８から出力される回転角検出信号に基づいて、回転角センサ１８の異常を検出する。回転角センサ１８としてレゾルバを採用した場合には、レゾルバ内の検出用コイル（ｓｉｎ相検出コイル，ｃｏｓ相検出コイル）や励磁用コイルが断線したり絶縁不良を起こしたりすることが考えられる。そこで、異常検出部１０７は、検出用コイルの出力信号の振幅を監視し、その振幅が予め設定した許容範囲から外れた場合には、センサ異常と判定する。また、検出用コイルは、出力信号がπ／２だけ位相がずれるように一対設けられるため、２つの出力信号を比較して異常を検出することもできる。例えば、一方の検出用コイルから正弦波信号が出力されているときに、他方の検出用コイルから一定値信号が出力されているときなど、２つの出力信号の組み合わせが矛盾するケースにおいても異常であると判定することができる。異常検出部１０７は、このようにして回転角センサ１８の異常の有無を判定し、異常の有無を表すセンサ異常判定信号Ｆfailを出力する。異常検出部１０７は、例えば、異常有りと判定した場合には、センサ異常判定信号Ｆfailを「１」に設定し、異常無しと判定した場合にはセンサ異常判定信号Ｆfailを「０」に設定する。
【００５２】
回転角センサ１８に異常が発生した場合には、電気角を検出できなくなるため、電流ベクトル制御にてモータ２０を駆動できなくなる。そこで、ＥＣＵ１００には、回転角センサ１８の異常時においてもモータ２０の回転制御を継続できるように、電気角を推定する電気角推定部１１０を備えている。電気角推定部１１０は、センサ異常判定信号（Ｆfail＝１）を入力すると作動を開始するもので、プログラム制御により実施される機能に着目すると、図７に示すように、第１電圧ベクトル変換部１１１と第１電流ベクトル変換部１１２と第２電圧ベクトル変換部１１３と第２電流ベクトル変換部１１４とα軸電圧成分加算部１１５とβ軸電圧成分加算部１１６とα軸電流成分加算部１１７とβ軸電流成分加算部１１８と誘起電圧演算部１１９と回転方向推定部１２０と推定電気角演算部１２１とを備えている。
【００５３】
第１電圧ベクトル変換部１１１、第１電流ベクトル変換部１１２、第２電圧ベクトル変換部１１３、第２電流ベクトル変換部１１４は、３相固定座標系で表される電圧ベクトルあるいは電流ベクトルを、それと等価な２相固定座標系で表される電圧ベクトルあるいは電流ベクトルに変換する機能部である。３相固定座標系は、図８に示すように、互いに１２０°ずれたＵ相軸、Ｕ相軸、Ｗ相軸とからなる平面座標を使ってモータ電圧あるいはモータ電流を表すものである。一方、２相固定座標系は、Ｕ相軸と一致するα軸と、α軸に直交するβ軸とからなる平面座標を使ってモータ電圧あるいはモータ電流を表すものである。３相固定座標系、２相固定座標系は、いずれもモータステータに固定された座標で表される。これに対して、上述した２相回転座標系（ｄ−ｑ座標系）は、モータロータの回転とともに座標軸が回転する回転座標系である。尚、本実施形態のモータ２０は、２つの駆動系統のコイル２２１，２２２を備え、図４に示すように、第１コイル２２１と第２コイル２２２とがステータ２２の周方向に３０°ずらして２組設けられているため、両者のＵ相コイルＵ１，Ｕ２の中間位置をα軸と設定している。そのため、以下の計算式においては、２相固定座標系におけるα軸と第１コイル２２１のＵ相軸との成す角度であるオフセット角θ１，α軸と第２コイル２２２のＵ相軸との成す角度であるオフセット角θ２が使用される。
【００５４】
第１電圧ベクトル変換部１１１は、次式（２）により３相のコイル電圧ｖu1，ｖv1，ｖw1を２相固定座標系で表した２相コイル電圧ｖα1，ｖβ1に変換する。
【数２】
2014138530.tif 000004
第１電圧ベクトル変換部１１１は、算出した２相コイル電圧ｖα1をα軸電圧成分加算部１１５に出力し、２相コイル電圧ｖβ1をβ軸電圧成分加算部１１６に出力する。
【００５５】
また、第１電流ベクトル変換部１１２は、次式（３）により３相のコイル電流ｉu1，ｉv1，ｉw1を２相固定座標系で表した２相コイル電流ｉα1，ｉβ1に変換する。
【数３】
2014138530.tif 000005
第１電流ベクトル変換部１１２は、算出した２相コイル電流ｉα1をα軸電流成分加算部１１７に出力し、２相コイル電流ｉβ1をβ軸電流成分加算部１１８に出力する。
【００５６】
また、第２電圧ベクトル変換部１１３は、次式（４）により３相のコイル電圧ｖu2，ｖv2，ｖw2を２相固定座標系で表した２相コイル電圧ｖα2，ｖβ2に変換する。
【数４】
2014138530.tif 000006
第２電圧ベクトル変換部１１３は、算出した２相コイル電圧ｖα2をα軸電圧成分加算部１１５に出力し、２相コイル電圧ｖβ2をβ軸電圧成分加算部１１６に出力する。
【００５７】
また、第２電流ベクトル変換部１１４は、次式（５）により３相のコイル電流ｉu2，ｉv2，ｉw2を２相固定座標系で表した２相コイル電流ｉα2，ｉβ2に変換する。
【数５】
2014138530.tif 000007
第２電流ベクトル変換部１１４は、算出した２相コイル電流ｉα2をα軸電流成分加算部１１７に出力し、２相コイル電流ｉβ2をβ軸電流成分加算部１１８に出力する。
【００５８】
α軸電圧成分加算部１１５は、２相コイル電圧ｖα1と２相コイル電圧ｖα2とを加算し、その計算結果を誘起電圧演算部１１９に出力する。β軸電圧成分加算部１１６は、２相コイル電圧ｖβ1と２相コイル電圧ｖβ2とを加算し、その計算結果を誘起電圧演算部１１９に出力する。α軸電流成分加算部１１７は、２相コイル電流ｉα1と２相コイル電流ｉα2とを加算し、その計算結果を誘起電圧演算部１１９に出力する。β軸電流成分加算部１１８は、２相コイル電流ｉβ1と２相コイル電流ｉβ2とを加算し、その計算結果を誘起電圧演算部１１９に出力する。
【００５９】
このα軸電圧成分加算部１１５およびβ軸電圧成分加算部１１６によって、２相固定座標系で表した第１コイル２２１の電圧ベクトル（ｖα1，ｖβ1）と第２コイル２２２の電圧ベクトル（ｖα2，ｖβ2）とが加算される。また、α軸電流成分加算部１１７およびβ軸電流成分加算部１１８によって、２相固定座標系で表した第１コイル２２１の電流ベクトル（ｉα1，ｉβ1）と第２コイル２２２の電流ベクトル（ｉα2，ｉβ2）とが加算される。
【００６０】
誘起電圧演算部１１９は、次式（６）によりモータ２０で発生する誘起電圧ベクトルＥ（ｅα，ｅβ）を計算する。
【数６】
2014138530.tif 000008
ここで、Ｒは、各コイル２２１，２２２の巻線抵抗の合成値であり、Ｌは、各コイル２２１，２２２のインダクタンスの合成値である。ｄ／ｄｔは微分演算を表す。
誘起電圧演算部１１９は、計算した誘起電圧ベクトルＥ（ｅα，ｅβ）を回転方向推定部１２０および推定電気角演算部１２１に出力する。
【００６１】
推定電気角演算部１２１は、次式（７）により、誘起電圧ベクトルＥの大きさ｜Ｅ｜を計算し、この計算した誘起電圧ベクトルＥの大きさ｜Ｅ｜を使って、次式（８）により、モータの推定電気角θebを計算する。
【数７】
2014138530.tif 000009
【数８】
2014138530.tif 000010
電気角推定部１１０の各機能部は、所定の短い周期にて繰り返し演算処理を行う。ここでは、推定電気角演算部１２１において現時点で計算された推定電気角θebをθebnと表し、１演算周期前に計算された推定電気角θebn-1、さらに１演算周期前に計算された推定電気角θebn-２、というように、ｍ回前に計算された推定電気角θebをθebn-ｍと表すものとする。ｄは、モータ２０の推定回転方向を表し、Ｋeはモータ誘起電圧定数を表し、Ｔsは、推定電気角演算部１２１の演算周期を表す。推定回転方向ｄは、後述する回転方向推定部１２０によって推定されたモータ２０の回転方向であって、本実施形態においては、左回転を正回転方向としているため、モータ２０が左回転していると推定される場合には「１」に設定され、右回転していると推定される場合には「−１」に設定される。
【００６２】
モータ２０で発生する誘起電圧の大きさとモータ角速度とは比例関係を有する。モータ角速度は、誘起電圧の大きさ｜Ｅ｜をモータ誘起電圧定数Ｋｅ〔Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）〕で除算することにより求められる。式（８）における右辺第２項は、１演算周期Ｔsの間にモータ２０が回転した電気角を表す。従って、式（８）は、直前回に算出した推定電気角θebn-1に、前回演算タイミングから今回演算タイミングまでの間（１演算周期）にモータ２０の回転した電気角分をモータ２０の推定回転方向に加算することにより現時点の推定電気角θebnを算出するものである。図９は、その計算によって推定電気角θebが推移していくイメージを表したものである。
【００６３】
推定電気角θebn-1の初期値は、異常検出部１０７により回転角センサ１８の異常が検出される直前の値としている。電気角推定部１１０は、回転角センサ１８の異常が検出されていない時から、電気角検出部１０８が出力する実電気角θeaを入力して記憶更新し、異常検出部１０７の出力するセンサ異常判定信号Ｆfailが回転角センサ１８の異常を表す「１」に切り替わったことを検出すると、異常検出直前の実電気角θeaを推定電気角θebn-1に設定して、上記式（８）による上述した推定電気角θebnの演算を開始する。また、その後は、算出した推定電気角θebnを次の演算周期における式（８）での推定電気角θebn-1として使用するため、推定電気角θebnを推定電気角θebn-1に設定して逐次記憶更新する。推定電気角演算部１２１は、推定電気角θebnを推定電気角θebに設定して電気角選択部１０９に出力する。
【００６４】
回転方向推定部１２０は、モータ２０の回転している方向を推定する機能部であり、誘起電圧ベクトルＥの時系列にしたがって回転する方向（ベクトルの向きが移動する方向）を推定する。本実施形態においては、図１０に示すように、α−β座標平面を回転方向に等角度でＮ個（Ｎ＞３）の領域に分割しておく。図１０の例では、α−β座標平面を８分割（Ｎ＝８）して、領域１から領域８を設定している。
【００６５】
回転方向推定部１２０は、演算周期毎に、誘起電圧演算部１１９から入力した誘起電圧ベクトルＥの座標（ｅα，ｅβ）がどの領域に存在するか求めて、その領域を特定する情報（例えば、領域番号）を記憶する。そして、１演算周期前の領域と今回求めた領域とに基づいて、誘起電圧ベクトルＥの座標（ｅα，ｅβ）が領域を移動した場合には、その領域の移動量（移動領域数Ｋａ）から誘起電圧ベクトルＥの回転方向を判定する。誘起電圧ベクトルＥの座標（ｅα，ｅβ）が隣の領域に移動した場合には、移動領域数Ｋａは１となる。例えば、図１０の例では、直前回（ｎ−１回目）に記憶した領域が領域２であり、今回（ｎ回目）検出した領域が領域４であるため、移動領域数Ｋａは２となる。尚、回転方向推定部１２０の演算周期は、モータ２０が最大回転速度で回転した場合であっても、移動領域数ＫａがＮ／２以上にならないように設定されている。
【００６６】
回転方向推定部１２０は、このように求めた誘起電圧ベクトルＥの時系列にしたがって回転する方向がモータ２０の回転方向と同じであるとみなして（推定して）、その回転方向である推定回転方向ｄを表す情報を推定電気角演算部１２１に出力する。
【００６７】
図１１は、回転方向推定部１２０が実行する回転方向推定ルーチンを表す。この回転方向推定ルーチンは、所定の演算周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動すると、回転方向推定部１２０は、ステップＳ１１において、誘起電圧演算部１１９から出力される誘起電圧ベクトルＥ（ｅα，ｅβ）を読み込む。続いて、ステップＳ１２において、誘起電圧ベクトルＥの大きさ｜Ｅ｜が予め設定した基準値Ｅref以上であるか否かを判断する。この誘起電圧ベクトルＥの大きさ｜Ｅ｜は、上記式（７）で計算することができるが、ここでは、基準値Ｅrefとの比較が目的であるため、基準値Ｅrefを二乗しておけば、ｅαの二乗値とｅβの二乗値との和の比較ですみ、平方根の計算を省略することができる。また、誘起電圧ベクトルＥの大きさ｜Ｅ｜は、推定電気角演算部１２１で計算された値を読み込むようにしてもよい。
【００６８】
モータ２０の回転速度が遅い場合には、センサ値に含まれるノイズやコイル抵抗値誤差の影響が大きくなり、計算される誘起電圧ベクトルＥの検出精度が悪い。このため、回転方向推定部１２０は、誘起電圧ベクトルＥの大きさ｜Ｅ｜が予め設定した基準値Ｅref未満となる場合には、回転方向を適正に推定することができない。この場合、回転方向推定部１２０は、ステップＳ１３において、モータ２０の推定回転方向ｄを直前回（１演算周期前）に設定した方向ｄn-1と同じ方向に設定する。
【００６９】
一方、誘起電圧Ｅベクトルの大きさ｜Ｅ｜が基準値Ｅref以上である場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、回転方向推定部１２０は、ステップＳ１４において、ベクトル座標（ｅα，ｅβ）に基づいて、誘起電圧ベクトルＥが入る領域を求め、その領域を表す情報（領域番号）を記憶する。続いて、ステップＳ１５において、直前回に記憶した（１演算周期前のステップＳ１４で記憶した）領域番号を読み出す。続いて、ステップＳ１６において、今回求めた領域番号と前回の領域番号とから、１演算周期の間に移動した領域数である移動領域数Ｋａを計算する。尚、１演算周期前の処理において、ステップＳ１２で「Ｎｏ」と判定されている場合には、領域番号が記憶されていないため、この場合には、移動領域数Ｋａをゼロ（Ｋａ＝０）に設定する。
【００７０】
続いて回転方向推定部１２０は、ステップＳ１７において、移動領域数Ｋａがゼロで無いか否かを判定する。移動領域数Ｋａがゼロである場合（Ｓ１７：Ｎｏ）には、その処理をステップＳ１３に進めて、モータの推定回転方向ｄを直前回（１演算周期前）に設定した方向ｄn-1と同じ方向に設定する。一方、移動領域数Ｋａがゼロで無い場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１８において、誘起電圧ベクトルＥの入る領域の移動方向が左回転方向であるか否かを判断する。移動領域数Ｋａは、１≦Ｋａ＜（Ｎ／２）の値となるため、前回および今回の領域番号の推移から誘起電圧ベクトルＥの移動方向を判断することができる。誘起電圧ベクトルＥの入る領域の移動方向が左回転方向である場合（Ｓ１８：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１９において、モータ２０の推定回転方向ｄを「１」に設定し、誘起電圧ベクトルＥの入る領域の移動方向が右回転方向である場合（Ｓ１８：Ｎｏ）には、ステップＳ２０において、モータ２０の推定回転方向ｄを「−１」に設定する。
【００７１】
回転方向推定部１２０は、ステップＳ１３，Ｓ１９，Ｓ２０で推定回転方向ｄを設定すると、ステップＳ２１において、推定回転方向ｄを表す情報を推定電気角演算部１２１に出力して、本ルーチンを一旦終了する。そして、所定の演算周期にて上述した処理を繰り返す。
【００７２】
推定電気角演算部１２１は、上述したように算出した推定電気角θebを電気角選択部１０９に出力する。電気角選択部１０９は、異常検出部１０７の出力するセンサ異常判定信号Ｆfailが「０」である場合には、電気角検出部１０８から出力された実電気角θeaを電気角θｅに設定する。一方、異常検出部１０７の出力するセンサ異常判定信号Ｆfailが「１」である場合には、電気角推定部１１０から出力された推定電気角θebを電気角θｅに設定する。こうして設定された電気角θｅは、２相／３相座標変換部１０５１，１０５２および３相／２相座標変換部１０４１，１０４２に出力されて、座標変換計算に使用される。
【００７３】
以上説明した本実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、２つの駆動系統にてモータ２０を駆動制御するため、一方の駆動系統に故障が発生しても他方の駆動系統にてモータ２０を駆動することができる。また、モータ２０の駆動制御に必要となるモータ回転角を検出する回転角センサ１８が故障した場合であっても、推定電気角θebを演算により求め、この推定電気角θebを使ってモータ２０の駆動を継続させることができる。従って、フェイルセーフ能力を向上させることができる。
【００７４】
推定電気角θebの演算にあたっては、モータ２０で発生する誘起電圧を計算する必要があるが、コイルリアクタンスＬの電圧分の計算に微分演算が含まれており、この微分演算がＥＣＵ１００のマイコンにとって大きな演算負荷となる。特に、モータ２０に駆動系統の異なる複数のコイルを備えている場合には、各駆動系統ごとに誘起電圧を計算すると、演算負荷が駆動系統の数だけ倍増される。このため、マイコンの要求性能が上がってしまい、コスト増加を招いてしまう。
【００７５】
そこで、本実施形態においては、第１コイル２２１の２相固定座標系で表される電圧ベクトル（ｖα１，ｖβ１）と第２コイル２２２の２相固定座標系で表される電圧ベクトル（ｖα２，ｖβ２）とを加算した加算電圧ベクトル（ｖα１＋ｖα２，ｖβ１＋ｖβ２）、および、第１コイル２２１の２相固定座標系で表される電流ベクトル（ｉα１，ｉβ１）と第２コイル２２２の２相固定座標系で表される電流ベクトル（ｉα２，ｉβ２）とを加算した加算電流ベクトル（ｉα１＋ｉα２，ｉβ１＋ｉβ２）を演算し、この加算電圧ベクトル（ｖα１＋ｖα２，ｖβ１＋ｖβ２）と加算電流ベクトル（ｉα１＋ｉα２，ｉβ１＋ｉβ２）とに基づいて誘起電圧ベクトルＥを計算する。従って、コイルリアクタンスＬの電圧分の計算は、上記式（６）に示すように、加算電流ベクトル（ｉα１＋ｉα２，ｉβ１＋ｉβ２）に対して微分演算を行えばよい。このため、駆動系統が複数設けられていても、コイルリアクタンスＬの電圧分の計算に必要な微分演算は、１つの駆動系統分の演算量ですむ。この結果、マイコンの性能向上が要求されず、低コストにて実施することができる。
【００７６】
以上、本実施形態の電動パワーステアリング装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００７７】
例えば、本実施形態では、モータ２０は、２系統のコイル２２１，２２２をステータ２２の周方向にずらして配置した構成が採用されているが、例えば、図１２に示すように、第１コイル２２１と第２コイル２２２とを共通のティース２４に巻回するように構成してもよい。この例では、コイルＵ１１とコイルＵ２１、コイルＶ１１とコイルＶ２１、コイルＷ１１とコイルＷ２１、コイルＵ１２とコイルＵ２２、コイルＶ１２とコイルＶ２２、コイルＷ１２とコイルＷ２２を、それぞれ共通のティース２４に巻回している。この場合、誘起電圧の計算過程での上記式（２）〜（５）においては、オフセット角θ1，θ２をゼロとして計算すればよい。
【００７８】
また、本実施形態では、２つの駆動系統にてモータ２０を駆動するように構成されているが、駆動系統の数は２つに限るものではなく、３つ以上であってもよい。この場合、駆動系統の数の電圧ベクトルおよび電流ベクトルを加算した後に、モータ２０の誘起電圧を計算することにより、マイコンの演算負荷の増加を抑制することができる。
【００７９】
また、本実施形態では、推定電気角θebを演算するにあたって、誘起電圧の大きさからモータ２０の推定角速度を求め、この推定角速度でモータ２０が１演算周期当たりに回転する量を電気角変化量として計算し、１演算周期前の推定電気角に電気角変化量をモータ回転方向に加算することで推定電気角を算出する構成であるが、それに代えて、直接、α−β座標系におけるα軸に対して誘起電圧ベクトルＥがなす角度から推定電気角θebを演算するようにしてもよい。この場合、α−β座標系におけるα軸に対して誘起電圧ベクトルＥがなす角度は、ｅβ／ｅαの逆正接ｔａｎ−１（ｅβ／ｅα）を演算することにより算出できる。誘起電圧ベクトルＥの方向、つまり、誘起電圧の発生する方向はｑ軸方向であり、モータ２０の電気角θｅはモータ２０のＵ相コイルを貫くα軸とｄ軸とのなす角である。従って、推定電気角θebは、誘起電圧ベクトルＥの角度から９０°だけ遅らせて計算すればよい。
【００８０】
また、本実施形態では、誘起電圧の絶対値を計算するにあたって、α−β座標系における誘起電圧成分（ｅα，ｅβ）の二乗和の平方根を計算するが、誘起電圧を他の座標系（例えば、現時点で推定されている推定電気角を基準としたｄ−ｑ座標系（いわゆるγ−δ座標系））に変換した後に絶対値計算を行うようにしてもよい。
【００８１】
また、本実施形態では、推定電気角θebの計算にあたって、モータ２０の回転方向を誘起電圧ベクトルＥの回転する方向とみなしているが、それに代えて、例えば、トルクセンサ１７により検出される操舵トルクＴｒの働く方向とみなすようにしてもよい。あるいは、例えば、車体のヨーレートを検出するヨーレートセンサ、あるいは、横加速度を検出する横加速度センサを設け、こうしたセンサから出力されるヨーレートあるいは横加速度の方向（右方向、左方向）から、モータ２０の回転方向を推定する構成であってもよい。
【００８２】
また、本実施形態では、回転角センサ１８を備え、回転角センサ１８の異常が検出されていない場合には、回転角センサ１８により検出されるモータ２０の実電気角に基づいて駆動回路を制御する構成であるが、それに代えて、回転角センサ１８を備えずに、常時、推定電気角を演算して、推定電気角に基づいて駆動回路を制御する構成であってもよい。
【００８３】
また、本実施形態においては、モータ２０の発生するトルクをラックバー１４に付与するラックアシスト式の電動パワーステアリング装置について説明したが、モータの発生するトルクをステアリングシャフト１２に付与するコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１０…ステアリング機構、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１７…トルクセンサ、１８…回転角センサ、１９…車速センサ、２０…モータ、２１…ロータ、２２…ステータ、３０，４０…駆動回路、５０…モータ駆動ユニット、６０…車載バッテリ、７１，７２…電流センサ、７３，７４…電圧センサ、１００…電子制御装置（ＥＣＵ）、１０１…アシストトルク設定部、１０２…アシスト電流指令部、１０７…異常検出部、１０８…電気角検出部、１０９…電気角選択部、１１０…電気角推定部、１１１…第１電圧ベクトル変換部、１１２…第１電流ベクトル変換部、１１３…第２電圧ベクトル変換部、１１４…第２電流ベクトル変換部、１１５…α軸電圧成分加算部、１１６…β軸電圧成分加算部、１１７…α軸電電流成分加算部、１１８…β軸電流成分加算部、１１９…誘起電圧演算部、１２０…回転方向推定部、１２１…推定電気角演算部、２２１…第１コイル、２２２…第２コイル、１０３１，１０３２…フィードバック制御部、１０４１，１０４２…３相／２相座標変換部、１０５１，１０５２…２相／３相座標変換部、１０６１，１０６２…ＰＷＭ信号発生部、Ｕ１…第１Ｕ相コイル、Ｖ１…第１Ｖ相コイル、Ｗ１…第１Ｗ相コイル、Ｕ２…第２Ｕ相コイル、Ｖ２…第２Ｖ相コイル、Ｗ２…第２Ｗ相コイル、Ｕ１１，Ｕ１２，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｗ１１，Ｗ１２，Ｕ２１，Ｕ２２，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｗ２１，Ｗ２２…コイル。
【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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