(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、
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ための３相ブラシレスモータと、
前記３相ブラシレスモータの実電気角を検出するための回転角センサと、
前記回転角センサの異常を検出するセンサ異常検出手段と、
前記センサ異常検出手段により前記回転角センサの異常が検出されているとき、前記３相ブラシレスモータで発生する誘起電圧の大きさとモータ推定回転方向とに基づいて推定電気角を演算する電気角推定手段と、
前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクに応じた目標操舵アシストトルクを発生させるためのモータ制御値を演算するモータ制御値演算手段と、
前記回転角センサの異常が検出されていないときには前記実電気角と前記モータ制御値とに基づいて前記３相ブラシレスモータを駆動制御し、前記回転角センサの異常が検出されているときには前記推定電気角と前記モータ制御値とに基づいて前記３相ブラシレスモータを駆動制御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、
車両の挙動状態あるいは運転状態を表す車両情報を取得する車両情報取得手段と、
前記車両情報取得手段により取得した車両情報に基づいて、前記３相ブラシレスモータの推定回転方向である第１推定回転方向を推定する第１回転方向推定部と、
前記３相ブラシレスモータの電機子の固定座標系における誘起電圧ベクトルが移動する方向に基づいて、前記３相ブラシレスモータの推定回転方向である第２推定回転方向を推定する第２回転方向推定部と、
前記第２回転方向推定部により推定される第２推定回転方向が有効であるか否かを判定する有効判定部と、
前記第１推定回転方向と前記第２推定回転方向とが相違するとき、前記有効判定部により前記第２推定回転方向が有効であると判定されている場合に、前記モータ推定回転方向を前記第１推定回転方向から前記第２推定回転方向に切り替える推定回転方向切替部と
を備え、
前記推定回転方向切替部は、前記モータ推定回転方向として前記第１推定回転方向が選択されている状況において、前記第１推定回転方向と前記第２推定回転方向とが相違する場合、前記誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角と、前記電気角推定手段により演算されている推定電気角とが、予め設定した両者の一致判定条件を満たした時に、前記モータ推定回転方向を前記第１推定回転方向から前記第２推定回転方向に切り替える切替タイミング決定部を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、
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ための３相ブラシレスモータと、
前記３相ブラシレスモータの実電気角を検出するための回転角センサと、
前記回転角センサの異常を検出するセンサ異常検出手段と、
前記センサ異常検出手段により前記回転角センサの異常が検出されているとき、前記３相ブラシレスモータで発生する誘起電圧の大きさとモータ推定回転方向とに基づいて推定電気角を演算する電気角推定手段と、
前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクに応じた目標操舵アシストトルクを発生させるためのモータ制御値を演算するモータ制御値演算手段と、
前記回転角センサの異常が検出されていないときには前記実電気角と前記モータ制御値とに基づいて前記３相ブラシレスモータを駆動制御し、前記回転角センサの異常が検出されているときには前記推定電気角と前記モータ制御値とに基づいて前記３相ブラシレスモータを駆動制御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、
車両の挙動状態あるいは運転状態を表す車両情報を取得する車両情報取得手段と、
前記車両情報取得手段により取得した車両情報に基づいて、前記３相ブラシレスモータの推定回転方向である第１推定回転方向を推定する第１回転方向推定部と、
前記３相ブラシレスモータの電機子の固定座標系における誘起電圧ベクトルが移動する方向に基づいて、前記３相ブラシレスモータの推定回転方向である第２推定回転方向を推定する第２回転方向推定部と、
前記第２回転方向推定部により推定される第２推定回転方向が有効であるか否かを判定する有効判定部と、
前記第１推定回転方向と前記第２推定回転方向とが相違するとき、前記有効判定部により前記第２推定回転方向が有効であると判定されている場合に、前記モータ推定回転方向を前記第１推定回転方向から前記第２推定回転方向に切り替える推定回転方向切替部と、
前記モータ推定回転方向として前記第２推定回転方向が選択されている場合に、前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクの大きさが予め設定した設定値よりも大きくなった場合には、前記モータ推定回転方向を前記第２推定回転方向から前記第１推定回転方向に切り替えるトルク応答推定回転方向切替部と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、
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ための３相ブラシレスモータと、
前記３相ブラシレスモータの実電気角を検出するための回転角センサと、
前記回転角センサの異常を検出するセンサ異常検出手段と、
前記センサ異常検出手段により前記回転角センサの異常が検出されているとき、前記３相ブラシレスモータで発生する誘起電圧の大きさとモータ推定回転方向とに基づいて推定電気角を演算する電気角推定手段と、
前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクに応じた目標操舵アシストトルクを発生させるためのモータ制御値を演算するモータ制御値演算手段と、
前記回転角センサの異常が検出されていないときには前記実電気角と前記モータ制御値とに基づいて前記３相ブラシレスモータを駆動制御し、前記回転角センサの異常が検出されているときには前記推定電気角と前記モータ制御値とに基づいて前記３相ブラシレスモータを駆動制御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、
車両の挙動状態あるいは運転状態を表す車両情報を取得する車両情報取得手段と、
前記車両情報取得手段により取得した車両情報に基づいて、前記３相ブラシレスモータの推定回転方向である第１推定回転方向を推定する第１回転方向推定部と、
前記３相ブラシレスモータの電機子の固定座標系における誘起電圧ベクトルが移動する方向に基づいて、前記３相ブラシレスモータの推定回転方向である第２推定回転方向を推定する第２回転方向推定部と、
前記第２回転方向推定部により推定される第２推定回転方向が有効であるか否かを判定する有効判定部と、
前記第１推定回転方向と前記第２推定回転方向とが相違するとき、前記有効判定部により前記第２推定回転方向が有効であると判定されている場合に、前記モータ推定回転方向を前記第１推定回転方向から前記第２推定回転方向に切り替える推定回転方向切替部と、
前記第２推定回転方向が有効であると判定されている場合に前記誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角と前記電気角推定手段により演算されている推定電気角とのずれが、予め設定した設定角度差以上である場合に、前記設定角度差未満となる場合に比べて、前記モータ制御値を制限するアシスト制限部と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記有効判定部は、前記３相ブラシレスモータで発生する誘起電圧の大きさが予め設定した有効判定値以上となる場合に、前記第２推定回転方向が有効であると判定することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記第２回転方向推定部は、前記電機子の固定座標系平面を前記誘起電圧ベクトルの回転方向にそって等角度で複数の領域に分割し、時系列にしたがって前記誘起電圧ベクトルが入る領域の変化する方向に基づいて前記第２推定回転方向を推定することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記誘起電圧の大きさの増加に基づいて、前記一致判定条件を緩くする一致判定条件可変部を備えたことを特徴とする請求項１記載の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、運転者の操舵操作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応じた目標操舵アシストトルクを演算し、この目標操舵アシストトルクが得られるように、電動モータの通電量を制御している。電動モータとしてブラシレスモータを使用した電動パワーステアリング装置も一般化されている。ブラシレスモータは、インバータのスイッチング制御によりＵ相，Ｖ相，Ｗ相への通電が行われる。従って、ブラシレスモータを使用する場合には、各相の位相を制御するために、回転子の回転角（電気角）を検出する回転角センサが設けられる。
【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。
【０００４】
センサレス制御においては、ブラシレスモータで発生する誘起電圧と角速度とが比例関係を有することを利用して、誘起電圧から角速度を算出する。そして、センサレス制御の演算周期と角速度とから、１演算周期あたりにブラシレスモータが回転した角度を求め、１周期前の電気角にこの回転角度を加算（または減算）することで現時点の電気角、つまり、推定電気角を算出する。こうしたセンサレス制御については、例えば、特許文献１に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８７７５６号公報
【発明の概要】
【０００６】
ところが、センサレス制御を行う場合、モータの回転方向の推定を誤るとモータが脱調する。上記の特許文献１のものにおいては、操舵トルクセンサにより検出した操舵トルクからモータの回転方向を推定している。しかし、操舵トルクの働く方向とモータの回転方向とは必ずしも一致しない。例えば、操舵ハンドルの戻し操作を行うときには、操舵ハンドルを握っている力を緩めるようにして操舵ハンドルを中立位置側に戻すため、操舵トルクの方向とモータの回転方向とが互いに反対となる。従って、推定電気角がモータの回転方向と逆方向に進んでしまいモータが脱調する。モータが脱調すると、トルク変動が発生し、これにより操舵ハンドルが振動する。従って、運転者に違和感を与えてしまう。
【０００７】
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、センサレス制御を行う場合の電気角の推定精度を向上させることにある。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ（２１）と、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ための３相ブラシレスモータ（２０）と、前記３相ブラシレスモータの実電気角を検出するための回転角センサ（２２）と、前記回転角センサの異常を検出するセンサ異常検出手段（１３１）と、前記センサ異常検出手段により前記回転角センサの異常が検出されているとき、前記３相ブラシレスモータで発生する誘起電圧の大きさとモータ推定回転方向とに基づいて推定電気角を演算する電気角推定手段（１１０）と、前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクに応じた目標操舵アシストトルクを発生させるためのモータ制御値を演算するモータ制御値演算手段（１０１，１０２）と、前記回転角センサの異常が検出されていないときには前記実電気角と前記モータ制御値とに基づいて前記３相ブラシレスモータを駆動制御し、前記回転角センサの異常が検出されているときには前記推定電気角と前記モータ制御値とに基づいて前記３相ブラシレスモータを駆動制御するモータ制御手段（１０３，１０４，１０５，１０６，１３２）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、車両の挙動状態あるいは運転状態を表す車両情報を取得する車両情報取得手段（２１）と、前記車両情報取得手段により取得した車両情報に基づいて、前記３相ブラシレスモータの推定回転方向である第１推定回転方向を推定する第１回転方向推定部（１１１）と、前記３相ブラシレスモータの電機子の固定座標系（α―β座標系）における誘起電圧ベクトルが移動する方向に基づいて、前記３相ブラシレスモータの推定回転方向である第２推定回転方向を推定する第２回転方向推定部（１１３，１１４）と、前記第２回転方向推定部により推定される第２推定回転方向が有効であるか否かを判定する有効判定部（Ｓ１２，Ｓ１３）と、前記第１推定回転方向と前記第２推定回転方向とが相違するとき、前記有効判定部により前記第２推定回転方向が有効であると判定されている場合に、前記モータ推定回転方向を前記第１推定回転方向から前記第２推定回転方向に切り替える推定回転方向切替部（１１５）とを備えたことにある。
【０００９】
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３相ブラシレスモータ（以下、単にモータと呼ぶ）が設けられており、モータ制御手段が、このモータを駆動制御することにより操舵アシストトルクを発生させる。モータ制御手段は、操舵トルクに応じた目標操舵アシストトルクをモータで発生するように、回転角センサにより検出された電気角を用いてモータを駆動制御する。モータ制御手段は、例えば、モータの回転子に設けられた永久磁石の磁界が貫く方向となるｄ軸と、ｄ軸に直交する方向（ｄ軸からπ／２だけ電気角を進めた方向）となるｑ軸とを定めたｄ−ｑ座標系（回転座標系）を用いた電流ベクトル制御によりモータを駆動制御する。
【００１０】
回転角センサが故障した場合には、こうした電流ベクトル制御を行うことができない。そこで、本発明の電動パワーステアリング装置は、回転角センサの異常を検出するセンサ異常検出手段と、回転角センサの異常が検出されているとき、モータの推定電気角を演算する電気角推定手段とを備えている。電気角推定手段は、モータで発生する誘起電圧の大きさとモータ推定回転方向とに基づいてモータの推定電気角を演算する。例えば、電気角推定手段は、モータで発生する誘起電圧の大きさに基づいて電気角変化量を算出し、モータ推定回転方向に電気角変化量だけ電気角を進めるようにしてモータの推定電気角を算出する。この場合、所定の周期で誘起電圧を演算して、この誘起電圧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推定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。モータ制御手段は、回転角センサの異常が検出されているときには電気角推定手段により演算された推定電気角を用いてモータを駆動制御する。つまり、センサレス制御を行う。
【００１１】
推定電気角を演算するにあたって、モータ推定回転方向を誤ってしまうと、推定電気角をモータの実際の回転方向とは反対方向に進めるように演算してしまうためモータが脱調する。これにより、モータトルクが低下してハンドル操作が重くなるとともに、モータトルクの周期的な変動が発生し、そのトルク変動が操舵ハンドルの振動として現れる。
【００１２】
そこで、本発明においては、電気角の推定精度を向上させるために、電気角推定手段は、車両情報取得手段と、第１回転方向推定部と、第２回転方向推定部と、有効判定部と、推定回転方向切替部とを備えている。車両情報取得手段は、車両の挙動状態あるいは運転状態を表す車両情報を取得する。この車両情報は、モータの回転方向を推定できる情報であって、例えば、ステアリングシャフトに入力された操舵トルクの方向（運転状態）を表す情報や、車体に発生するヨーレートあるいは横加速度の方向（挙動状態）を表す情報を利用することができる。第１回転方向推定部は、こうした車両情報に基づいてモータの推定回転方向である第１推定回転方向を推定する。
【００１３】
一方、第２回転方向推定部は、モータの電機子の固定座標系における誘起電圧ベクトルが移動する方向（モータの電機子コイルで発生する誘起電圧の方向が移動する方向）に基づいてモータの推定回転方向である第２推定回転方向を推定する。モータが回転している場合には、モータに誘起電圧が発生する。この誘起電圧は、電機子コイルの固定座標系平面上に誘起電圧ベクトルを記述した場合、誘起電圧ベクトルはモータの回転に伴って回転する。誘起電圧は、モータ回転速度に比例するため、モータ回転速度が低い場合にはノイズの影響が大きくなり誘起電圧ベクトルを高精度に求められないが、モータ回転速度が高い場合にはノイズの影響が小さくなり誘起電圧ベクトルを高精度に求められる。このため、モータ回転速度が高い場合には、誘起電圧ベクトルが移動する方向に基づいて精度良くモータの回転方向（第２推定回転方向）を推定することができる。
【００１４】
そこで、有効判定部は、第２回転方向推定部により推定される第２推定回転方向が有効であるか否かを判定する。つまり、第２推定回転方向が信頼できるものか否かを判定する。例えば、モータで発生する誘起電圧の大きさが予め設定した有効判定値以上となる場合に第２推定回転方向が有効であると判定すればよい。推定回転方向切替部は、第１推定回転方向と第２推定回転方向とが相違するとき、有効判定部により第２推定回転方向が有効であると判定されている場合に、モータ推定回転方向を第１推定回転方向から第２推定回転方向に切り替える。つまり、推定電気角を演算するために使用するモータ推定回転方向として第２推定回転方向を選択する。
【００１５】
車両情報のみに基づいてモータの回転方向を推定した場合には、運転状態や挙動状態によっては、回転方向の推定を誤ることがある。しかし、本発明によれば、第１推定回転方向と第２推定回転方向とが相違するとき第２推定回転方向が有効であると判定されている場合に、モータ推定回転方向として第２推定回転方向が選択されるため、モータ推定回転方向の精度が高まり、これに伴って電気角の推定精度が向上する。この結果、本発明によれば、センサレス制御時におけるモータの脱調を抑制して、操舵ハンドルの振動を低減することができる。
【００１６】
本発明の他の特徴は、前記推定回転方向切替部は、前記モータ推定回転方向として前記第１推定回転方向が選択されている状況において、前記第１推定回転方向と前記第２推定回転方向とが相違する場合、前記誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角と、前記電気角推定手段により演算されている推定電気角とが、予め設定した両者の一致判定条件を満たした時に、前記モータ推定回転方向を前記第１推定回転方向から前記第２推定回転方向に切り替える切替タイミング決定部（Ｓ３８，Ｓ３９）を備えたことにある。
【００１７】
モータ推定回転方向を第１推定回転方向から第２推定回転方向を切り替える場合、その切替タイミングによっては、モータの脱調状態が継続されてしまうことがある。例えば、電気角推定手段により演算されている推定電気角（モータ制御に使用されている推定電気角）と実際の推定電気角とが大きくずれている状況で、推定回転方向を第２推定回転方向（実際の回転方向）に切り替えた場合には、電気角を進める方向が正しくなっても、そのずれが保持されてしまうことがある。そこで、本発明においては、推定回転方向切替部は、切替タイミング決定部を備えている。
【００１８】
切替タイミング決定部は、モータ推定回転方向を第１推定回転方向から第２推定回転方向に切り替える場合、誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角と、電気角推定手段により演算されている推定電気角とが、予め設定した両者の一致判定条件を満たしている時に推定回転方向を切り替える。誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角は、推定精度の高い電気角となる。このため、推定回転方向を切り替えた後は、モータ制御に使用する推定電気角が実際の電気角に近い値に維持される。この結果、モータの脱調状態が継続されてしまうという不具合を抑制することができる。
【００１９】
本発明の他の特徴は、前記有効判定部は、前記３相ブラシレスモータで発生する誘起電圧の大きさが予め設定した有効判定値以上となる場合に、前記第２推定回転方向が有効であると判定することにある。
【００２０】
誘起電圧ベクトルは、モータで発生する誘起電圧の大きさが大きい場合には、精度良く検出することができる。従って、誘起電圧の大きさが予め設定した有効判定値以上となる場合には，誘起電圧ベクトルが移動する方向から推定した第２推定回転方向の信頼性は高い。この結果、本発明によれば、第２推定回転方向の有効判定を正確に行うことができる。
【００２１】
本発明の他の特徴は、前記モータ推定回転方向として前記第２推定回転方向が選択されている場合に、前記操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクの大きさが予め設定した設定値よりも大きくなった場合には、前記モータ推定回転方向を前記第２推定回転方向から前記第１推定回転方向に切り替えるトルク応答推定回転方向切替部（Ｓ１０６，Ｓ１０７）を備えたことにある。
【００２２】
運転者が操舵ハンドルに入力した操舵トルクが大きい場合には、運転者の操舵意図が強い状況にある。また、第１推定回転方向は、車両の挙動状態あるいは運転状態を表す車両情報に基づいて推定されたものであるため、第２推定回転方向に比べると、運転者の操舵意図をより強く反映しているものと考えられる。そこで、本発明においては、モータ推定回転方向として第２推定回転方向が選択されている場合に、操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクの大きさが予め設定した設定値よりも大きくなった場合には、モータ推定回転方向を第２推定回転方向から第１推定回転方向に切り替える。これにより、モータ推定回転方向を運転者の操舵意図にあった適正なものにすることができる。この結果、急なハンドル操作が行われた場合でも適切な操舵アシストトルクを発生させることができる。
【００２３】
本発明の他の特徴は、前記第２推定回転方向が有効であると判定されている場合に前記誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角と前記電気角推定手段により演算されている推定電気角とのずれが、予め設定した設定角度差以上である場合に、前記設定角度差未満となる場合に比べて、前記モータ制御値を制限するアシスト制限部（１１８）を備えたことにある。
【００２４】
誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角と電気角推定手段により演算されている推定電気角（モータ制御に使用されている推定電気角）とが大きく相違する場合、例えば、ずれ量が９０°以上となる場合には、モータ制御値演算手段が操舵アシストを邪魔する方向のモータ制御値を演算してしまう。そこで、本発明においては、アシスト制限部が、誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角と電気角推定手段により演算されている推定電気角とのずれが、予め設定した設定角度差以上である場合に、モータ制御値を制限する。従って、不適切な操舵アシストが抑制され、運転者に与える違和感を低減することができる。また、ずれ量が大きい場合には、モータ制御値を大きくしても実際のアシストトルクは増加しないため、モータの過熱保護やサージ電流抑制といった効果も得られる。尚、モータ制御値を制限する場合、例えば、モータに流す目標電流の増加を禁止するようにモータ制御値を演算する構成や、目標電流が徐々に低下していくようにモータ制御値を演算する構成が好ましい。また、目標電流の上限値を低下させる構成や、目標電流に低減係数（＜１）を乗じる構成を採用することもできる。
【００２５】
本発明の他の特徴は、前記第２回転方向推定部は、前記電機子の固定座標系平面を前記誘起電圧ベクトルの回転方向にそって等角度で複数の領域に分割し、時系列にしたがって前記誘起電圧ベクトルが入る領域の変化する方向に基づいて前記第２推定回転方向を推定することにある。
【００２６】
本発明によれば、固定座標系平面における誘起電圧ベクトルの入る領域の変化する方向に基づいて第２推定回転方向を推定するため、回転角度の計算が不要となり、マイクロコンピュータの演算負担を軽くして、容易にモータの回転方向を推定することができる。
【００２７】
本発明の他の特徴は、前記誘起電圧の大きさの増加に基づいて、前記一致判定条件を緩くする一致判定条件可変部を備えたことにある。
【００２８】
モータの回転速度が高い場合には、誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角の変化する速度が速い。このため、誘起電圧ベクトルの向く方向から決まる推定電気角と電気角推定手段により演算されている推定電気角とが一致判定条件を満たしにくくなってしまい、モータ推定回転方向を第１推定回転方向から第２推定回転方向に切り替えるタイミングを逸しやすくなることがある。そこで、本発明においては、一致判定条件可変部が、誘起電圧の大きさの増加に基づいて一致判定条件を緩くする。モータの回転速度が高い場合には、誘起電圧の大きさも増加し、一致判定条件が緩くなる。この結果、モータ推定回転方向を第１推定回転方向から第２推定回転方向に切り替えるタイミングを逸しにくくなり、素早く正しい回転方向に切り替えることができる。
【００２９】
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、発明の各構成要件を前記符号によって規定される実施形態に限定させるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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】アシスト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】電気角推定部の処理を表す機能ブロック図である。
【図４】ｄ−ｑ座標系、ｄ’−ｑ’座標系を表す説明図である。
【図５】アシストマップを表すグラフである。
【図６】誘起電圧の計算に用いるモータの回路図である。
【図７】電機子コイルの固定座標系（α―β座標系）を表す説明図である。
【図８】α―β座標系平面を分割した領域を表す説明図である。
【図９】第２回転方向推定ルーチンを表すフローチャートである。
【図１０】推定回転方向設定ルーチンを表すフローチャートである。
【図１１】実回転角と推定回転角との相違による操舵トルクの変動を説明するグラフである。
【図１２】最終推定回転方向の切替タイミングと、実回転角と推定回転角の推移とを表すグラフである。
【図１３】最終推定回転方向の切替タイミングと、実回転角と推定回転角の推移とを表すグラフである。
【図１４】Ｘ−Ｙ座標系を用いた推定電気角の一致判定を説明するグラフである。
【図１５】変形例としての推定回転方向設定ルーチンの一部を表すフローチャートである。
【図１６】判定領域設定マップを表すグラフである。
【図１７】第２実施形態における推定回転方向設定ルーチンを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
この電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１の操舵操作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を駆動するためのモータ駆動回路３０と、モータ２０の作動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をアシストＥＣＵ１００と呼ぶ。
【００３３】
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。
【００３４】
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、３相ブラシレスＤＣモータである。モータ２０の回転軸は、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操作をアシストする。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。
【００３５】
ステアリングシャフト１２には、操舵トルクセンサ２１が設けられる。操舵トルクセンサ２１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。
【００３６】
モータ２０には、回転角センサ２２が設けられる。この回転角センサ２２は、モータ２０内に組み込まれ、モータ２０の回転子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２２は、モータ２０の回転角θｍを表す検出信号をアシストＥＣＵ１００に出力する。アシスト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２２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２２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２２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。
【００３７】
モータ駆動回路３０は、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、各直列回路における２つのスイッチング素子間（３１−３２，３３−３４，３５−３６）からモータ２０への電力供給ライン３７を引き出した構成を採用している。
【００３８】
モータ駆動回路３０には、モータ２０に流れる電流を検出する電流センサ３８が設けられる。この電流センサ３８は、各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）ごとに流れる電流をそれぞれ検出し、その検出した電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwに対応した検出信号をアシストＥＣＵ１００に出力する。以下、この測定された３相の電流値をモータ電流Ｉuvwと総称する。また、モータ駆動回路３０には、モータ２０の端子電圧を検出する電圧センサ３９が設けられる。電圧センサ３９は、各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の端子電圧をそれぞれ検出し、その検出した電圧値Ｖu,Ｖv，Ｖwに対応した検出信号をアシストＥＣＵ１００に出力する。以下、この測定された３相の端子電圧をモータ端子電圧Ｖuvwと総称する。
【００３９】
モータ駆動回路３０の各スイッチング素子３１〜３６は、それぞれゲートがアシストＥＣＵ１００に接続され、アシスト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。
【００４０】
アシスト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。アシストＥＣＵ１００は、操舵トルクセンサ２１、回転角センサ２２、電流センサ３８、電圧センサ３９、および、車速を検出する車速センサ２５を接続し、操舵トルクＴｒ、回転角θｍ、モータ電流Ｉu，Ｉv，Ｉw、モータ端子電圧Ｖu,Ｖv，Ｖw、車速ｖ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、運転者の操舵操作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に流す指令電流を演算し、その指令電流が流れるようにモータ駆動回路３０の各スイッチング素子３１〜３６のデューティ比を制御する。
【００４１】
次に、電動パワーステアリング装置の電源供給系統について説明する。電動パワーステアリング装置は、車載電源装置８０から電源供給される。車載電源装置８０は、定格出力電圧１２Ｖの一般的な車載バッテリである主バッテリ８１と、エンジンの回転により発電する定格出力電圧１４Ｖのオルタネータ８２とを並列接続して構成される。車載電源装置８０には、電源供給元ライン８３と接地ライン８４が接続される。電源供給元ライン８３は、制御系電源ライン８５と駆動系電源ライン８６とに分岐する。制御系電源ライン８５は、アシストＥＣＵ１００に電源供給するための電源ラインとして機能する。駆動系電源ライン８６は、モータ駆動回路３０とアシストＥＣＵ１００との両方に電源供給する電源ラインとして機能する。
【００４２】
制御系電源ライン８５には、イグニッションスイッチ８７が接続される。駆動系電源ライン８６には、主電源リレー８８が接続される。この主電源リレー８８は、アシストＥＣＵ１００からの制御信号によりオンしてモータ２０への電力供給回路を形成するものである。制御系電源ライン８５は、アシストＥＣＵ１００の電源＋端子に接続されるが、その途中で、イグニッションスイッチ８７よりも負荷側（アシストＥＣＵ１００側）においてダイオード８９を備えている。このダイオード８９は、カソードをアシストＥＣＵ１００側、アノードを車載電源装置８０側に向けて設けられ、電源供給方向にのみ通電可能とする逆流防止素子である。
【００４３】
駆動系電源ライン８６には、主電源リレー８８よりも負荷側において制御系電源ライン８５と接続する連結ライン９０が分岐して設けられる。この連結ライン９０には、ダイオード９１が接続され、連結ライン９０を介して駆動系電源ライン８６から制御系電源ライン８５には電源供給できるが、制御系電源ライン８５から駆動系電源ライン８６には電源供給できないような回路構成となっている。駆動系電源ライン８６および接地ライン８４は、モータ駆動回路３０の電源入力部に接続される。また、接地ライン８４は、アシストＥＣＵ１００の接地端子にも接続される。
【００４４】
次に、アシストＥＣＵ１００が行うモータ２０の制御について説明する。アシスト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。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。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。アシスト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）。
【００４５】
アシスト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２２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２２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、アシストＥＣＵ１００は、回転角センサ２２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。この場合、ｄ軸を推定した制御上の軸をｄ’軸と呼び、ｑ軸を推定した制御上の軸をｑ’軸と呼ぶ。また、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。
【００４６】
次に、アシストＥＣＵ１００の機能について図２を用いて説明する。図２は、アシスト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。アシスト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５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ｖごとに、操舵トルクＴｒと目標アシストトルクＴ＊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２５により検出される車速ｖと、操舵トルクセンサ２１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ｖと操舵トルクＴｒとから目標アシストトルクＴ＊を算出する。尚、図５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Ｔ＊の符号をそれぞれ反対（つまり負）にしたものとなる。
【００４７】
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Ｔ＊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Ｔ＊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。
【００４８】
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、フィードバック制御部１０３に出力される。フィードバック制御部１０３は、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊からｑ軸実電流Ｉｑを減算した偏差ΔＩｑを算出し、この偏差ΔＩｑを使った比例積分制御によりｑ軸実電流Ｉｑがｑ軸指令電流Ｉｑ＊に追従するようにｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を計算する。同様に、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊からｄ軸実電流Ｉｄを減算した偏差ΔＩｄを算出し、この偏差ΔＩｄを使った比例積分制御によりｄ軸実電流Ｉｄがｄ軸指令電流Ｉｄ＊に追従するようにｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を計算する。
【００４９】
ｑ軸実電流Ｉｑおよびｄ軸実電流Ｉｄは、モータ２０のコイルに実際に流れた３相電流の検出値Ｉu，Ｉv，Ｉw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Ｉu，Ｉv，Ｉwからｄ−ｑ座標の２相電流Ｉｄ，Ｉｑへの変換は、３相／２相座標変換部１０４によって行われる。３相／２相座標変換部１０４は、電気角選択部１３２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、電流センサ３８により検出した３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ−ｑ座標系の２相電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。
【００５０】
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】
0005672191.tif 000002
【００５１】
尚、電気角選択部１３２は、後述するが、回転角センサ２２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２２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。
【００５２】
フィードバック制御部１０３により算出されたｑ軸指令電圧Ｖｑ＊とｄ軸指令電圧Ｖｄ＊は、２相／３相座標変換部１０５に出力される。２相／３相座標変換部１０５は、電気角選択部１３２から出力される電気角θｅに基づいて、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊とｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換して、その変換した３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ信号発生部１０６に出力する。ＰＷＭ信号発生部１０６は、３相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応したＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路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が駆動され、目標アシストトルクＴ＊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。
【００５３】
回転角センサ２２から出力される回転検出信号は、実電気角変換部１３０とセンサ異常検出部１３１とに出力される。実電気角変換部１３０は、回転角センサ２２により出力される回転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１３２に出力する。本発明における回転角センサは、この回転角センサ２２と実電気角変換部１３０とから構成される。センサ異常検出部１３１は、回転角センサ２２から出力される回転検出信号に基づいて、回転角センサ２２の異常を検出する。
【００５４】
回転角センサ２２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、センサ異常検出部１３１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。センサ異常検出部１３１は、このようにして回転角センサ２２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。センサ異常検出部１３１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。
【００５５】
回転角センサ２２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、アシストＥＣＵ１００には、回転角センサ２２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３に示すように、第１回転方向推定部１１１と、電気角変化量演算部１１２と、固定軸誘起電圧演算部１１３と、第２回転方向推定部１１４と、回転方向修正部１１５と、方向乗算部１１６と、積算部１１７と、アシスト制限指令部１１８とを備えている。
【００５６】
第１回転方向推定部１１１は、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｒを入力する。そして、操舵トルクＴｒの向き（正負の符号）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）、操舵トルクＴｒから推定される回転方向である第１推定回転方向ｄ１を表す情報を回転方向修正部１１５に出力する。この操舵トルクＴｒが本発明における車両情報に相当する。
【００５７】
尚、本実施形態においては、モータ２０の回転方向を推定する車両情報として操舵トルクＴｒを用いているが、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検出信号（ヨーレートあるいは横加速度を表す信号）を車両情報として使用することもできる。つまり、ヨーレートあるいは横加速度の方向（右方向、左方向）から操舵操作方向を推定できるため、この方向がモータ２０の回転方向と同じであるとみなして（推定して）、第１推定回転方向ｄ１を決定するようにしてもよい。
【００５８】
第１回転方向推定部１１１は、例えば、モータ２０の推定回転方向が左方向であれば、第１推定回転方向ｄ１＝１とした情報を出力し、モータ２０の推定回転方向が右方向であれば、第１推定回転方向ｄ１＝−１とした情報を出力し、モータ２０の回転が停止していると推定した場合には、第１推定回転方向ｄ１＝０とした情報を出力する。
【００５９】
電気角変化量演算部１１２は、電流センサ３８により検出した３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwと、電圧センサ３９により検出した３相電圧Ｖu,Ｖv，Ｖwに基づいて、モータ２０で発生する誘起電圧ｅを計算し、その誘起電圧ｅの大きさに応じた電気角変化量｜Δθｅ｜を計算する。まず、モータ２０で発生する誘起電圧ｅの計算から説明する。
【００６０】
図６に示すように、モータ２０のＵ相の誘起電圧をｅu、Ｖ相の誘起電圧をｅv、Ｗ相の誘起電圧をｅwとすると、誘起電圧ｅu，ｅv，ｅwは次式（２），（３），（４）にて求められる。
ｅu＝Ｖu−Ｉu・Ｒ−Ｖm  ・・・（２）
ｅv＝Ｖv−Ｉv・Ｒ−Ｖm  ・・・（３）
ｅw＝Ｖw−Ｉw・Ｒ−Ｖm  ・・・（４）
ここで、Ｖmは中点電圧、Ｒは各相のコイルの巻線抵抗である。中点電圧Ｖmは、Ｖm＝（Ｖu＋Ｖv＋Ｖw）／３として計算すればよい。
【００６１】
この場合、正確には、各相のコイルのインダクタンスＬによる電圧分（Ｌ・ｄＩ／ｄｔ）を加えるべきであるが、誘起電圧の計算においてはインダクタンスＬによる影響が非常に小さいため、本実施形態においてはそれをゼロとみなしている。尚、インダクタンスＬによる電圧分（Ｌ・ｄＩ／ｄｔ）を加味して計算するようにしてもよい。
【００６２】
モータ２０の誘起電圧ｅは、次式（５）により、３相の誘起電圧ｅu，ｅv，ｅwを２相のｄ−ｑ座標系における誘起電圧ｅｄ，ｅｑに変換した後に、次式（６）により、その大きさが求められる。
【数２】
0005672191.tif 000003
【数３】
0005672191.tif 000004
【００６３】
モータ２０で発生する誘起電圧ｅとモータ角速度とは比例関係を有する。従って、モータ角速度ωは、次式（７）により推定することができる。
ω＝ｅ／Ｋｅ  ・・・（７）
ここで、Ｋｅは、モータ２０の角速度と誘起電圧との関係を表すモータ誘起電圧定数〔Ｖ／（ｒａｄ／ｓ）〕である。以下、推定されたモータ角速度ωを推定角速度ωと呼ぶ。
【００６４】
電気角推定部１１０は、マイクロコンピュータにより所定の短い演算周期にて各種の演算処理を行う。従って、推定角速度ωと演算周期とから、１演算周期の間にモータ２０の回転子が回転した電気角を求めることができる。このことを利用して、電気角変化量演算部１１２は、１演算周期の間にモータ２０の回転子が回転した電気角を電気角変化量｜Δθｅ｜として計算する。電気角変化量｜Δθｅ｜は、次式（８）により算出される。
｜Δθｅ｜＝Ｋｆ・ω    ・・・（８）
ここでＫｆは、モータ角速度（ｒａｄ／ｓ）から１演算周期のあいだにモータ２０の回転子が回転する電気角（ｒａｄ）を求めるための定数であり、演算周期（ｓ）に相当する。
【００６５】
電気角変化量演算部１１２は、算出した電気角変化量｜Δθｅ｜を方向乗算部１１６に出力する。
【００６６】
固定軸誘起電圧演算部１１３は、図７に示すように、モータ２０の電機子コイルに固定された座標軸における誘起電圧ベクトルを計算する。この電機子コイルの固定座標軸（固定座標系）をα―β座標系と呼ぶ。例えば、電機子コイルのＵ相の軸を電機子コイルの固定座標系のα軸とし、そのα軸から電気角で９０°進んだ方向をβ軸とする。固定座標系は、モータ２０の回転軸に対して直交する平面上に設けられればよく、α軸の方向は、その平面上での任意の方向に固定すればよい。
【００６７】
誘起電圧ベクトルＥは、α軸方向の成分をｅα、β軸方向の成分をｅβとすると、次式（９）により計算することができる。尚、この式は、ｄ−ｑ座標系における誘起電圧の上記式（５）において電気角θｅをゼロとしたものである。
【数４】
0005672191.tif 000005
【００６８】
固定軸誘起電圧演算部１１３は、電流センサ３８により検出した３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwと、電圧センサ３９により検出し３相電圧Ｖu,Ｖv，Ｖwに基づいて、誘起電圧ベクトルＥを計算し、誘起電圧ベクトルＥを表す座標（ｅα，ｅβ）情報を第２回転方向推定部１１４と回転方向修正部１１５とアシスト制限指令部１１８とに出力する。
【００６９】
第２回転方向推定部１１４は、誘起電圧ベクトルＥが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８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８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。
【００７０】
第２回転方向推定部１１４は、演算周期毎に、固定軸誘起電圧演算部１１３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Ｋ）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Ｋは１となる。例えば、図８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Ｋは２となる。尚、第２回転方向推定部１１４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ＫがＮ／２以上にならないように設定されている。
【００７１】
第２回転方向推定部１１４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第２推定回転方向ｄ２を表す情報を回転方向修正部１１５とアシスト制限指令部１１８に出力する。
【００７２】
図９は、第２回転方向推定部１１４が実行する第２回転方向推定ルーチンを表す。この第２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、第２回転方向推定部１１４は、ステップＳ１１において、固定軸誘起電圧演算部１１３から出力される誘起電圧ベクトルＥの座標（ｅα，ｅβ）を読み込む。続いて、ステップＳ１２において、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が予め設定した基準値ｅth以上であるか否かを判断する。この誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜は、ｅαの二乗値とｅβの二乗値との和の平方根で計算できるが、上述した電気角変化量演算部１１２にて計算した値（式（６）参照）を用いても同じである。尚、基準値ｅthを二乗しておけば、平方根の計算を省略することができる。
【００７３】
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ｅの精度が悪い。このため、第２回転方向推定部１１４は、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が予め設定した基準値ｅth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。従って、基準値ｅthは、第２回転方向推定部１１４による推定を有効にするか否かを決める判定用閾値となる。第２回転方向推定部１１４は、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が基準値ｅth未満となる場合（Ｓ１２：Ｎｏ）には、ステップＳ１３において、第２推定回転方向を表す情報ｄ２を、推定無効であることを意味する「０」に設定する（ｄ２＝０）。
【００７４】
一方、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が予め設定した基準値ｅth以上である場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、第２回転方向推定部１１４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Ｋ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Ｋをゼロ（Ｋ＝０）に設定する。
【００７５】
続いて、第２回転方向推定部１１４は、ステップＳ１７において、移動領域数Ｋがゼロで無いか否かを判定する。移動領域数Ｋがゼロである場合（Ｓ１７：Ｎｏ）には、ステップＳ１３において、第２推定回転方向を表す情報ｄ２をゼロに設定する（ｄ２＝０）。一方、移動領域数Ｋ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Ｋは、１≦Ｋ＜（Ｎ／２）の値となるため、１演算周期前の領域に接近した側の領域に移動したものとして、誘起電圧ベクトルの移動方向を判断すればよい。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、第２推定回転方向を表す情報ｄ２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、第２推定回転方向を表す情報ｄ２を「−１」に設定する。従って、第２推定回転方向は、ｄ２＝１によりモータ２０の推定回転方向が左方向であることを表し、ｄ２＝−１によりモータ２０の推定回転方向が右方向であることを表す。また、ｄ２＝０により第２推定回転方向が無効であることを表す。
【００７６】
第２回転方向推定部１１４は、ステップＳ１３，Ｓ１９，Ｓ２０で有効・無効判定を含めた第２推定回転方向を設定すると、ステップＳ２１において、第２推定回転方向ｄ２を表す情報を回転方向修正部１１５およびアシスト制限指令部１１８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。
【００７７】
回転方向修正部１１５は、第１回転方向推定部１１１の出力する第１推定回転方向ｄ１と、第２回転方向推定部１１４の出力する第２推定回転方向ｄ２と、固定軸誘起電圧演算部１１３の出力するベクトル座標（ｅα，ｅβ）と、積算部１１７の出力する推定電気角θｅｂとを入力し、それらの入力値にしたがって、モータ２０の推定回転方向を、第１推定回転方向と第２推定回転方向とで選択的に切り替える。回転方向修正部１１５は、最終的なモータ２０の推定回転方向を決定するブロックであり、基本的には、第１推定回転方向を採用し、第２推定回転方向が有効な状態となるときに第１推定回転方向と第２推定回転方向とが相違する場合において、所定のタイミングで推定回転方向を第１推定回転方向から第２推定回転方向に修正する。この処理については、後述する。以下、回転方向修正部１１５で設定した推定回転方向を最終推定回転方向ｄｘと呼ぶ。回転方向修正部１１５は、設定した最終推定回転方向ｄｘを表す情報を方向乗算部１１６に出力する。
【００７８】
方向乗算部１１６は、電気角変化量演算部１１２の出力する電気角変化量｜Δθｅ｜と、回転方向修正部１１５の出力する最終推定回転方向ｄｘとを入力し、電気角変化量｜Δθｅ｜に最終推定回転方向ｄｘを乗算することにより電気角加算量Δθｅを求める。最終推定回転方向ｄｘは、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。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が左回転する場合には、電気角θｅｂが増加するように電気角加算量Δθｅは正の値に設定され、モータ２０が右回転する場合には、推定電気角θｅｂが減少するように電気角加算量Δθｅは負の値に設定されることになる。方向乗算部１１６は、計算結果である電気角加算量Δθｅを積算部１１７に出力する。
【００７９】
積算部１１７は、１演算周期前に算出した推定電気角θｅｂ(n-1)を記憶しており、この推定電気角θｅｂ(n-1)に、方向乗算部１１６から入力した電気角加算量Δθｅを加算することにより現在の推定電気角θｅｂ(n)を算出する。推定電気角θｅｂ(n)は、次式（１０）にて表される。
θｅｂ(n)＝θｅｂ（n-1)＋Δθｅ  ・・・（１０）
【００８０】
この場合、推定電気角θｅｂ（n-1)の初期値は、センサ異常検出部１３１により回転角センサ２２の異常が検出される直前の値としている。積算部１１７は、回転角センサ２２の異常が検出されていない時から、実電気角変換部１３０が出力する実電気角θｅａを入力して記憶更新し、センサ異常検出部１３１の出力するセンサ異常判定信号Ｆfailが回転角センサ２２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θｅｂ（n-1)に設定して、上述した推定電気角θｅｂ(n)の演算を開始する。また、その後は、算出した推定電気角θｅｂ(n)を次の演算周期における式（１０）での推定電気角θｅｂ（n-1)として使用するため、推定電気角θｅｂ(n)を推定電気角θｅｂ（n-1)として逐次記憶更新する。以下、推定電気角θｅｂ(n)を単に推定電気角θｅｂと呼ぶ。
【００８１】
積算部１１７は、算出した推定電気角θｅｂを電気角選択部１３２に出力する。電気角選択部１３２は、実電気角θｅａと推定電気角θｅｂとを入力するとともに、センサ異常検出部１３１からセンサ異常判定信号Ｆfailを読み込んで、センサ異常判定信号Ｆfailが回転角センサ２２が異常であることを表す「１」である場合には推定電気角θｅｂを選択する。また、センサ異常判定信号Ｆfailが回転角センサ２２が正常であることを表す「０」である場合には実電気角θｅａを選択する。電気角選択部１３２は、選択した実電気角θｅａまたは推定電気角θｅｂを電気角θｅとして出力する。
【００８２】
電気角θｅは、３相／２相座標変換部１０４，２相／３相座標変換部１０５に出力され、上述した座標変換演算に用いられる。従って、アシストＥＣＵ１００は、回転角センサ２２の異常が検出されているときは、推定電気角θｅｂにより定義されるｄ−ｑ座標系、つまり、ｄ’―ｑ’座標系を使って電流ベクトル制御を行う。
【００８３】
次に、回転方向修正部１１５の処理について説明する。図１０は、回転方向修正部１１５の実施する推定回転方向設定ルーチンを表す。本ルーチンが起動すると、回転方向修正部１１５は、ステップＳ３１において、第１回転方向推定部１１１から出力される第１推定回転方向ｄ１と、第２回転方向推定部１１４から出力される第２推定回転方向ｄ２とを読み込む。続いて、ステップＳ３２において、第２推定回転方向ｄ２が「０」で無いか否かを判定する。つまり、第２推定回転方向が無効に設定されていないか否かを判定する。回転方向修正部１１５は、第２推定回転方向ｄ２が「０」の場合（Ｓ３２：Ｎｏ）には、ステップＳ３４において、最終推定回転方向ｄｘを第１推定回転方向ｄ１に設定する。
【００８４】
一方、第２推定回転方向ｄ２が「０」で無い場合には、ステップＳ３３において、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが同じであるか否かを判断する。第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが同じである場合（Ｓ３３：Ｙｅｓ）には、ステップＳ３４において、最終推定回転方向ｄｘを第１推定回転方向ｄ１に設定する。続いて、ステップＳ４０において、最終推定回転方向ｄｘを方向乗算部１１６に出力して、本ルーチンを一旦終了する。
【００８５】
回転方向修正部１１５は、こうした処理を所定の演算周期で繰り返す。そして、ステップＳ３３において、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが同じでないと判定した場合には、ステップＳ３５において、最終推定回転方向ｄｘが第１推定回転方向ｄ１に設定されているか否かを判断する。最終推定回転方向ｄｘが第１推定回転方向ｄ１に設定されている場合には、ステップＳ３６において、誘起電圧ベクトルＥの座標（ｅα，ｅβ）を読み込み、ステップＳ３７において、この座標（ｅα，ｅβ）から求められる誘起電圧ベクトルＥの方向からモータ２０の電気角を推定する。ベクトル座標（ｅα，ｅβ）から推定される電気角を第２推定電気角θeb2と呼ぶ。α−β座標系における誘起電圧ベクトルＥの方向は、ｅα／ｅβの逆正接ｔａｎ−１（ｅα／ｅβ）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軸方向である。モータ２０の電気角θｅは、モータ２０のＵ相コイルを貫く軸とｄ軸とのなす角である。従って、第２推定電気角θeb2は、誘起電圧ベクトルＥの方向から９０°だけ遅れた方向として計算すればよい。
【００８６】
尚、モータ２０の回転方向によって誘起電圧の発生する方向が反転するため、回転方向修正部１１５は、モータ２０が右回転していると判定している場合には、上記のように計算した電気角に１８０°加算あるいは減算して第２推定電気角θeb2を算出する（本実施形態においては、モータ２０の左回転を正回転としているため）。
【００８７】
続いて、回転方向修正部１１５は、ステップＳ３８において、積算部１１７の出力している推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2との差の大きさ｜θｅｂ−θeb2｜が予め設定した基準値θth1以下であるか否かを判断する。この基準値θth1は、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2との一致を判定するための閾値である。換言すれば両者が一致していると判定する許容範囲である。従って、回転方向修正部１１５は、｜θｅｂ−θeb2｜≦θth1となる場合には、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2とが一致している（一致条件を満たしている）と判定する。この処理に代えて、推定電気角θｅｂで表されるモータ２０の制御上の推定ｑ軸であるｑ’軸方向と誘起電圧ベクトルＥの方向との一致を判定するようにしてもよい。尚、｜θｅｂ−θeb2｜が１８０°を越える場合には、反対回転方向に求めた１８０°より小さい方の角度差と基準値θth1とを比較する。
【００８８】
回転方向修正部１１５は、ステップＳ３８における判定が「Ｎｏ」、つまり、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2とが一致条件を満たしていない場合には、その処理をステップＳ３４に進める。従って、最終推定回転方向ｄｘは、変更されずに第１推定回転方向ｄ１に維持される。
【００８９】
こうした処理が繰り返されて、ステップＳ３８における判定が「Ｙｅｓ」、つまり、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2とが一致条件を満たすと、回転方向修正部１１５は、その処理をステップＳ３９に進めて、最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２に設定し、ステップＳ４０において、最終推定回転方向ｄｘを方向乗算部１１６に出力する。つまり、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違している場合には、誘起電圧ベクトルＥから算出される第２推定電気角θeb2が、現在アシスト制御に使用している推定電気角θｅｂと一致するまで待って（一致条件を満たすまで待って）、最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２に設定する。
【００９０】
こうして最終推定回転方向ｄｘが第２推定回転方向ｄ２に設定された後は、ステップＳ３５の判断は「Ｎｏ」となる。この場合、回転方向修正部１１５は、上述したステップＳ３６〜ステップＳ３８の処理をスキップする。従って、最終推定回転方向ｄｘが第２推定回転方向ｄ２に維持される。
【００９１】
こうした状態からモータ２０の回転速度が低下して誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が基準値ｅth未満となると、第２推定回転方向ｄ２が推定無効を表す「０」に変化する。これにより、ステップＳ３２の判断が「Ｎｏ」に切り替わり、ステップＳ３４において、最終推定回転方向ｄｘは第１推定回転方向ｄ１に戻される。
【００９２】
次に、アシスト制限指令部１１８について説明する。アシスト制限指令部１１８は、固定軸誘起電圧演算部１１３から出力された誘起電圧ベクトルＥを表す座標（ｅα，ｅβ）と、第２回転方向推定部１１４から出力された第２推定回転方向ｄ２と、積算部１１７から出力された推定電気角θｅｂとを入力する。そして、第２推定回転方向ｄ２が「０」でない場合、つまり、第２推定回転方向が有効である場合に、ベクトル座標（ｅα，ｅβ）から推定される第２推定電気角θeb2を演算し、積算部１１７の出力している推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2とのずれを計算する。第２推定電気角θeb2の演算方法は、上述したステップＳ３７の方法と同様に行えばよい。
【００９３】
アシスト制限指令部１１８は、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2とのずれ（｜θｅｂ−θeb2｜）を計算し、そのずれが予め設定した設定角度差θth2以上であるか否かを判定する。このずれが１８０°を越える場合には、反対回転方向に求めた１８０°より小さいほうの角度差をずれとする。アシスト制限指令部１１８は、ずれが設定角度差θth2以上である場合には、アシスト制限指令信号Ｆlimを「１」に設定して出力し、ずれが設定角度差θth2未満である場合には、アシスト制限指令信号Ｆlimを「０」に設定して出力する。このアシスト制限指令信号Ｆlimは、「０」に設定されているときに、通常時の操舵アシストが得られるようにモータ制御量が演算され、「１」に設定されているときに、通常時よりも制限されたモータ制御量が演算されるように指令する信号である。
【００９４】
アシスト制限指令部１１８は、モータ２０で発生するアシストトルクが、本来発生させたい方向（操舵トルクの方向）と反対方向に発生してしまうことを抑制するために設けたものである。従って、設定角度差θth2は、操舵アシストが反対方向に働いてしまう角度、つまり、９０°以上の任意の値に設定することが好ましい。
【００９５】
このアシスト制限指令信号Ｆlimは、アシスト電流指令部１０２に出力される。アシスト電流指令部１０２は、アシスト制限指令信号Ｆlimを入力し、アシスト制限指令信号Ｆlimが「０」の時は、上述したように目標アシストトルクＴ＊に応じたｑ軸指令電流Ｉｑ＊を算出するが、アシスト制限指令信号Ｆlimが「０」から「１」に切り替わったことを検出すると、その時点からｑ軸指令電流Ｉｑ＊を増加させないように電流制限を加える。あるいは、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊を徐々に低下させるようにする。そして、アシスト制限指令信号Ｆlimが「１」から「０」に切り替わったことを検出すると、通常の演算方法でのｑ軸指令電流Ｉｑ＊の算出を再開する。
【００９６】
尚、アシスト制限指令信号Ｆlimは、アシスト電流指令部１０２に代えて、アシストトルク設定部１０１、あるいは、ＰＷＭ信号発生部１０６に出力するようにしてもよい。この場合においても、目標アシストトルクＴ＊あるいは３相指令電圧ｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を増加させない、あるいは、徐々に低下させるようにすればよい。
【００９７】
以上説明したように、電気角推定部１１０においては、モータ２０の推定回転方向を、操舵トルクＴｒの方向から設定した第１推定回転方向ｄ１と、電機子コイルの固定座標系（α−β座標系）における誘起電圧ベクトルＥの方向の移動する方向から設定した第２推定回転方向ｄ２とを選択的に使って最終推定回転方向ｄｘを設定する。この場合、誘起電圧ｅが大きい場合には、第１推定回転方向ｄ１に比べて第２推定回転方向ｄ２の方が正確となる。従って、第２推定回転方向ｄ２が有効となっている状態で、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違する場合には、第１推定回転方向ｄ１に代えて第２推定回転方向ｄ２を選択するため、回転方向の推定精度が高い。このため、推定電気角θｅｂの積算方向（加算、減算）が正しくなり、電気角θｅｂの推定精度が向上する。
【００９８】
一般に、ハンドル戻し操作を行うときには、操舵ハンドル１１を握っている力を緩めるようにして操舵ハンドル１１を中立位置側に戻すため、操舵トルクＴｒの働く方向とモータ２０の回転方向とが互いに反対となる。このため、操舵トルクのみに基づいてモータ２０の回転方向を推定している従来装置においては、回転方向の推定を誤る状況が発生する。推定回転方向が実際の回転方向に対して反転すると、モータ２０が脱調して振動が操舵ハンドル１１に伝わることがある。例えば、図１１に示すように、時刻ｔ１で推定回転方向が実際の回転方向に対して反転すると、実回転角と推定回転角とが電気角で９０°以上ずれている部分でアシストトルクを出力することができないため、一時的に操舵トルクが上昇する。その後、実回転角と推定回転角とが一致すると正常な操舵アシスト状態に復帰するため操舵トルクが減少する。一般的に、電動パワーステアリング装置においては、高減速ギヤを介してモータ２０が取り付けられているため、モータ２０の電気角１回転あたりの操舵トルクの変動の影響は小さい。しかし、こうしたサイクルが繰り返されることもあり、その場合には、操舵ハンドル１１に振動が発生し、運転者に違和感を与えてしまう。
【００９９】
これに対して、本実施形態においては、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とを求め、この両者を使ってモータ２０の回転方向を推定するため、回転方向の推定精度が高くなり、結果的に、電気角の推定精度が向上する。この結果、操舵ハンドル１１に発生する振動を抑制することができる。
【０１００】
また、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違している場合には、第２推定電気角θeb2が推定電気角θｅｂと一致するまで待って、最終推定回転方向ｄｘを第１推定回転方向ｄ１から第２推定回転方向ｄ２に切り替えるため、モータ２０の脱調状態が長時間継続することを防止できる。ここで、その理由について説明する。
【０１０１】
例えば、図１２に示すように、時刻ｔ１において、推定回転方向が実際の回転方向に対して反転した場合、第２推定回転方向ｄ２が第１推定回転方向ｄ１に対して反転したタイミング（時刻ｔ２）で、最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２に修正すると、そのタイミングによっては、実際の電気角と推定電気角θｅｂとが１８０°相違している状態で回転方向を修正してしまうことになる。この場合には、同図に示すように、実際の電気角と推定電気角とが１８０°ずれた状態を長時間継続しやすい。従って、モータ２０の脱調状態が継続して操舵ハンドル１１の振動が続いてしまう。
【０１０２】
そこで、本実施形態においては、図１３に示すように、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違している場合には、第２推定電気角θeb2と推定電気角θｅｂ（現時点でモータ回転制御に使用している推定電気角）との一致判定処理（ステップＳ３８）を設けることにより、第２推定電気角θeb2が推定電気角θｅｂとほぼ一致するまで待って（時刻ｔ３）、最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２に修正する。このため、モータ２０の脱調が継続することがなく、操舵ハンドル１１の振動が抑えられてスムーズな操舵操作が可能となる。
【０１０３】
また、操舵アシストが反対方向に働くような推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2とのずれを検出した場合には、アシスト制限指令部１１８がモータ制御量を制限するため、ハンドル操作にブレーキがかかりにくくなり、操舵ハンドル１１の振動をさらに抑制することができる。また、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2とがずれた状態でモータ制御値を大きくしても実際のアシストトルクは増加しないため、モータ２０の過熱保護やサージ電流抑制といった効果も得られる。
【０１０４】
＜第２実施形態＞
次に、回転方向修正部１１５の別の実施形態（以下、第２実施形態と呼び、上述した実施形態を第１実施形態と呼ぶ）について説明する。
【０１０５】
上述したように、ハンドル戻し操作を行うときには、操舵ハンドル１１を握っている力を緩めるようにして操舵ハンドル１１を中立位置側に戻すため、操舵トルクＴｒの働く方向とモータ２０の回転方向とが互いに反対となる。例えば、交差点を左折して操舵ハンドル１１をゆっくり右に戻しているときには、操舵トルクＴｒの働く方向は左方向で、モータ２０の回転方向は右方向となる。従って、第１推定回転方向ｄ１は左方向、第２推定回転方向ｄ２は右方向となり、第２推定回転方向ｄ２が有効であれば、最終推定回転方向ｄｘは、第２推定回転方向ｄ２（右回転方向）に設定される。
【０１０６】
この状態で、運転者が、操舵ハンドル１１を急激に左方向に切り込むと、操舵ハンドル１１の回転操作に対してモータ２０の回転が遅れるため、操舵ハンドル１１を切り込んだ瞬間においては、モータ２０の回転方向は、そのまま右方向に維持される。このため、第１実施形態の回転方向修正部１１５においては、運転者の操舵意図とは反対方向の最終推定回転方向ｄｘ（＝ｄ２）が設定されてしまうことが考えられる。この場合には、適正な操舵アシストトルクが得られず、運転者に対して、操舵操作に引っ掛かりを感じさせてしまうことがある。
【０１０７】
そこで、第２実施形態の回転方向修正部１１５は、素早い切り返し操作が行われる状況での操舵フィーリングを向上させる。第２実施形態の回転方向修正部１１５は、第１回転方向推定部１１１の出力する第１推定回転方向ｄ１と、第２回転方向推定部１１４の出力する第２推定回転方向ｄ２と、固定軸誘起電圧演算部１１３の出力するベクトル座標（ｅα，ｅβ）と、積算部１１７の出力する推定電気角θｅｂとに加えて、図３に破線にて示すように、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｒを入力する。尚、誘起電圧ｅの大きさに基づく第２推定回転方向ｄ２の有効性の判断については、第１実施形態では第２回転方向推定部１１４にて行っているが（Ｓ１２，Ｓ１３）、この第２実施形態では、回転方向修正部１１５において行うようにしている。
【０１０８】
図１７は、第２実施形態としての回転方向修正部１１５の実施する推定回転方向設定ルーチンを表す。推定回転方向設定ルーチンは、所定の短い周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動すると、回転方向修正部１１５は、ステップＳ１０１において、第１回転方向推定部１１１から出力される第１推定回転方向ｄ１と、第２回転方向推定部１１４から出力される第２推定回転方向ｄ２とを読み込む。続いて、ステップＳ１０２において、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違するか否かについて判断する。ここでは、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違する場合から説明する。
【０１０９】
回転方向修正部１１５は、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違する場合には（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３において、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｒを読み込み、ステップＳ１０４において、固定軸誘起電圧演算部１１３から出力される誘起電圧ベクトルＥの座標（ｅα，ｅβ）を読み込む。
【０１１０】
続いて、回転方向修正部１１５は、ステップＳ１０５において、現在の最終推定回転方向ｄｘが第２推定回転方向ｄ２に設定されているか否かを判断する。最終推定回転方向ｄｘが第２推定回転方向ｄ２に設定されている場合には、ステップＳ１０６において、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が予め設定した第１基準トルクＴｒ１以上であるか否かを判断する。この第１基準トルクＴｒ１は、素早い切り返しなど運転者が操舵方向を意図的に変更しようとしている状況の開始を判断するために設定した操舵トルクの値である。
【０１１１】
回転方向修正部１１５は、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が第１基準トルクＴｒ１以上である場合には、ステップＳ１０７において、最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２から第１推定回転方向ｄ１に切り替える。一方、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が第１基準トルクＴｒ１未満である場合には（Ｓ１０６：Ｎｏ）、ステップＳ１０８において、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が予め設定した第１基準電圧ｅth１以下であるか否かを判断する。この誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜の計算は、第１実施形態と同様に行えばよい。この第１基準電圧ｅth１は、第２推定回転方向ｄ２の推定が有効であるか否か（推定回転方向の精度が高い状況であるか否か）を決める判定閾値である。回転方向修正部１１５は、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が第１基準電圧ｅth１以下である場合には、第２推定回転方向ｄ２が有効でなくなった（回転方向の推定精度が低く無効である）と判断して、ステップＳ１０７において、最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２から第１推定回転方向ｄ１に切り替える。
【０１１２】
回転方向修正部１１５は、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が第１基準電圧ｅth１を上回っている場合には（Ｓ１０８：Ｎｏ）、ステップＳ１０９において、第２推定回転方向ｄ２が有効であると判断して、最終推定回転方向ｄｘを変更することなく、そのまま第２推定回転方向ｄ２に維持する。
【０１１３】
このようにステップＳ１０６〜Ｓ１０９においては、現在の最終推定回転方向ｄｘが第２推定回転方向ｄ２に設定されている状態において、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が第１基準トルクＴｒ１以上であれば、第２推定回転方向ｄ２の有効性に関わらず、最終推定回転方向ｄｘを、強制的に第１推定回転方向ｄ１に切り替える。また、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が第１基準トルクＴｒ１未満であれば、第２推定回転方向ｄ２の有効性を判断し、有効でなくなった場合には、最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２から第１推定回転方向ｄ１に切り替え、有効であれば、最終推定回転方向ｄｘをそのまま第２推定回転方向ｄ２に維持する。
【０１１４】
回転方向修正部１１５は、ステップＳ１０５において、現在の最終推定回転方向ｄｘが第１推定回転方向ｄ１に設定されている場合には、ステップＳ１１０において、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が予め設定した第２基準トルクＴｒ２未満であるか否かを判断する。この第２基準トルクＴｒ２は、素早い切り返しなど運転者が操舵方向を意図的に変更しようとしている状況の終了を判断するために設定した操舵トルクの値である。従って、第２基準トルクＴｒ２は、第１基準トルクＴｒ１と同じ値に設定しても良いが、第１基準トルクＴｒ１よりも小さな値に設定することで、基準値を境界として判定が頻繁に切り替わることを防止することができる。
【０１１５】
回転方向修正部１１５は、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が第２基準トルクＴｒ２未満である場合には、ステップＳ１１１において、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が予め設定した第２基準電圧ｅth２を超えているか否かを判断する。この第２基準電圧ｅth２も、第２回転方向の回転方向の推定が有効であるか否かを決める判定閾値である。第２基準電圧ｅth２についても、第１基準電圧ｅth１と同じ値に設定しても良いが、第１基準電圧ｅth１よりも大きな値に設定することで、基準値を境界として判定が頻繁に切り替わることを防止することができる。
【０１１６】
回転方向修正部１１５は、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が第２基準電圧ｅth２を超えている場合には、ステップＳ１１２において、第２推定回転方向ｄ２が有効になったと判断して、最終推定回転方向ｄｘを第１推定回転方向ｄ１から第２推定回転方向ｄ２に切り替える。一方、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が第２基準トルクＴｒ２以上ある場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）、あるいは、誘起電圧ｅの大きさ｜ｅ｜が第２基準電圧ｅth２以下である場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）には、ステップＳ１１３において、最終推定回転方向ｄｘを変更することなく、そのまま第１推定回転方向ｄ１に維持する。
【０１１７】
また、回転方向修正部１１５は、ステップＳ１０２において、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが同じであると判断した場合には、推定回転方向の切替を判断する必要がないため、最終推定回転方向ｄｘを第１推定回転方向ｄ１に設定する（第２推定回転方向であってもよい）。
【０１１８】
回転方向修正部１１５は、ステップＳ１０７，Ｓ１０９，Ｓ１１２，Ｓ１１３において、最終推定回転方向ｄｘを設定すると、続くステップＳ１１４において、最終推定回転方向ｄｘを方向乗算部１１６に出力して、本ルーチンを一旦終了する。回転方向修正部１１５は、こうした処理を所定の演算周期で繰り返す。
【０１１９】
この第２実施形態の回転方向修正部１１５によれば、基本的には第１実施形態と同様に、第２推定回転方向ｄ２が有効であると判定された場合には（Ｓ１０８：Ｎｏ、Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、第２推定回転方向ｄ２が選択される。このため、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違しているときには、モータ推定回転方向が第１推定回転方向ｄ１から第２推定回転方向ｄ２に切り替えられるため回転方向の推定精度が高い。
【０１２０】
また、最終推定回転方向ｄｘが第２推定回転方向ｄ２に設定されている状態において、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が第１基準トルクＴｒ１以上となった場合には、第２推定回転方向ｄ２の有効性の有無に関わらず、最終推定回転方向ｄｘを、強制的に第１推定回転方向ｄ１に切り替える（Ｓ１０６，Ｓ１０７）。従って、運転者が切り戻し状態から急に操舵ハンドル１１を切り込んだ場合のように、素早い切り返し操作が行われた場合であっても、運転者の意図した方向である操舵トルクＴｒの働く方向に最終推定回転方向ｄｘを切り替えることができる。この結果、操舵アシストトルクを適切に発生させることができ、ハンドル操作に引っ掛かりが無くなる。
【０１２１】
また、操舵トルクＴｒの大きさ｜Ｔｒ｜が第２基準トルクＴｒ２未満にまで低下した場合には、第２推定回転方向ｄ２の有効性を判断して、第２推定回転方向ｄ２が有効であれば、最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２に切り替える。従って、素早い切り返し操作が終了した段階で、もとの制御状態に適切に戻すことができる。
【０１２２】
尚、ステップＳ１１１とステップＳ１１２との間に、第１実施形態の処理であるステップＳ３６〜Ｓ３８の処理を組み込み、ステップＳ３８において「Ｎｏ」と判断した場合には、その処理をステップＳ１１３に進めるように構成するとよい。これによれば、第２実施形態においても、適切なタイミングで、最終推定回転方向ｄｘを第１推定回転方向ｄ１から第２推定回転方向ｄ２に切り替えることができる。
【０１２３】
また、第２実施形態のステップＳ１０５、あるいは、第１実施形態のステップＳ３５における最終推定回転方向ｄｘの初期値は、第１推定回転方向ｄ１、第２推定回転方向ｄ２の何れであっても良い。また、第２実施形態の回転方向修正部１１５は、第２回転方向推定部１１４におけるステップＳ１７の処理において移動領域数Ｋがゼロであると判定されている場合には、最終推定回転方向ｄｘを第１推定回転方向ｄ１に設定すればよい。
【０１２４】
また、第２実施形態の推定回転方向設定ルーチンにおいては、運転者の切り返し操作を操舵トルクＴｒの絶対値を使って判断しているが（Ｓ１０６，Ｓ１１０）、第２推定回転方向ｄ２に対して反対方向となる操舵トルクＴｒの大きさを使って判断するようにしてもよい。例えば、第２推定回転方向ｄ２が右回転方向の場合には、左方向に働く操舵トルクＴｒの大きさが第１基準値Ｔｒ１以上の場合、あるいは、第２推定回転方向ｄ２が左回転方向の場合には、右方向に働く操舵トルクＴｒの大きさが第１基準値Ｔｒ１以上の場合に、最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向から第１推定回転方向ｄ１に強制的に切り替えるようにしてもよい。
【０１２５】
また、第２実施形態の推定回転方向設定ルーチンにおいては、ステップＳ１０２の処理を設けることにより、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが同じとなる場合の演算負荷を軽くしているが、ステップＳ１０２の処理を省略した構成であってもよい。この構成においても、第２推定回転方向ｄ２が有効であると判定されて第２推定回転方向ｄ２が選択された場合（Ｓ１０９，Ｓ１１２）には、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違しているときには、モータ推定回転方向が第１推定回転方向ｄ１から第２推定回転方向ｄ２に切り替えられる。また、第２推定回転方向ｄ２が有効でないと判定されて第１推定回転方向ｄ２が選択された場合（Ｓ１０７，Ｓ１１３）には、第１推定回転方向ｄ１と第２推定回転方向ｄ２とが相違しているときには、モータ推定回転方向が第２推定回転方向ｄ２から第１推定回転方向ｄ１に切り替えられる。
【０１２６】
＜変形例＞
次に、本実施形態における変形例について説明する。
本実施形態においては、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2との一致判定（Ｓ３７，Ｓ３８）にあたって、誘起電圧ベクトルＥの座標（ｅα，ｅβ）から第２推定電気角θeb2を逆正接の演算により求めている。しかし、逆正接を用いた演算は、マイクロコンピュータの演算負荷が大きい。そこで、マイクロコンピュータの演算負荷を軽くしたい場合には、以下に示す変形例のように、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2との一致を判定するとよい。
【０１２７】
図１４に示すように、推定電気角θｅｂは、モータ２０の制御に用いられる回転座標系（ｄ−ｑ座標系）における推定ｄ軸であるｄ’軸と固定軸αとのなす角であり、第２推定電気角θeb2は、誘起電圧ベクトルＥ（ｑ軸方向を向く）から９０°遅れた方向となるｄ軸と固定軸αとのなす角である。従って、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2との一致判定は、ｄ軸から９０°電気角が進んだｑ軸と、ｄ’軸から９０°電気角が進んだｑ’軸との一致判定を行うようにしてもよい。
【０１２８】
そこで、図１４に示すように、ｑ’軸から設定角度λ１だけ遅れた方向の回転軸をＸ軸とし、ｑ’軸から設定角度λ２だけ進んだ方向の回転軸をＹ軸としたＸ−Ｙ回転座標系を考える。そして、誘起電圧ベクトルＥをこのＸ軸とＹ軸とに投影して、誘起電圧ベクトルＥのＸ軸成分Ｅｘと誘起電圧ベクトルＥのＹ軸成分Ｅｙとを求める。
【０１２９】
モータ２０が正回転しているとき（ｄ２＝１）には、Ｘ軸成分Ｅｘが正の値、かつ、Ｙ軸成分Ｅｙが正の値となる場合には、誘起電圧ベクトルＥの方向とｑ’軸とが一致していると判定することができる。また、モータ２０が逆回転しているとき（ｄ２＝−１）には、Ｘ軸成分Ｅｘが負の値、かつ、Ｙ軸成分Ｅｙが負の値となる場合には、誘起電圧ベクトルＥの方向とｑ’軸とが一致していると判定することができる。
【０１３０】
図１４の例においては、塗りつぶした領域に誘起電圧ベクトルＥが入る場合に、誘起電圧ベクトルＥの方向とｑ’軸とが一致していると判定することができる。この場合、λ１，λ２の大きさを０〜９０°の範囲から適宜設定することにより、一致判定許容量を調整することができる。
【０１３１】
図１５は、上述した変形例として回転方向修正部１１５が実施する推定回転方向設定ルーチンを表すもので、変形部分に係る処理を実線にて示し、図１０の処理と同様な部分については省略している。この変形例に係る推定回転方向設定ルーチンは、ステップＳ３６からステップＳ３９までの間の処理が、図１０に示した処理と相違する。
【０１３２】
回転方向修正部１１５は、ステップＳ３６において、誘起電圧ベクトルＥの座標（ｅα，ｅβ）を読み込むと、続く、ステップＳ５１において、上述したように誘起電圧ベクトルＥをＸ−Ｙ座標系へ投影したＸ軸成分Ｅｘ，Ｙ軸成分Ｅｙを算出する。続いて、ステップＳ５２において、第２推定回転方向ｄ２が「１」であるか否か、つまり、モータ２０の推定回転方向が正方向であるか否かを判定する。ｄ２＝１の場合には、ステップＳ５３において、Ｘ軸成分Ｅｘ，Ｙ軸成分Ｅｙがともに正の値であるか否かを判断し、Ｘ軸成分Ｅｘ，Ｙ軸成分Ｅｙがともに正の値である場合（Ｓ５３：Ｙｅｓ）には、その処理をステップＳ３９に進めて最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２に設定し、Ｘ軸成分Ｅｘ，Ｙ軸成分Ｅｙの少なくとも一方が負の値である場合（Ｓ５３：Ｎｏ）には、その処理をステップＳ３４に進めて最終推定回転方向ｄｘを変更しない。また、モータ２０の推定回転方向が逆方向である場合（ｄ２＝−１）には、ステップＳ５４において、Ｘ軸成分Ｅｘ，Ｙ軸成分Ｅｙがともに負の値であるか否かを判断し、Ｘ軸成分Ｅｘ，Ｙ軸成分Ｅｙがともに負の値である場合（Ｓ５４：Ｙｅｓ）には、その処理をステップＳ３９に進めて最終推定回転方向ｄｘを第２推定回転方向ｄ２に設定し、Ｘ軸成分Ｅｘ，Ｙ軸成分Ｅｙの少なくとも一方が正の値である場合（Ｓ５４：Ｎｏ）には、その処理をステップＳ３４に進めて最終推定回転方向ｄｘを変更しない。
【０１３３】
このように誘起電圧ベクトルＥをＸ−Ｙ座標系への投影したＸ軸成分Ｅｘ，Ｙ軸成分Ｅｙの符号（正負）判定を行うことで、推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2との一致判定を行うようにすることができる。これによれば、第２推定電気角θeb2を計算する必要が無いため、マイクロコンピュータの演算量を低減することができる。
【０１３４】
ところで、上述した推定電気角の演算に当たっては、演算周期は短い方が良い。しかし、マイクロコンピュータの処理能力により、高速化には限界がある。このため、モータ回転速度が高くなると演算周期あたりの誘起電圧ベクトルＥの方向の移動量が大きくなり、誘起電圧ベクトルＥの方向とｑ’軸との一致判定に使う判定領域（一致とみなす許容範囲：θth1，λ１，λ２）を飛び越えてしまい一致判定ができなくなるおそれがある。その場合には、最終推定回転方向ｄｘを第１推定回転方向ｄ１から第２推定回転方向ｄ２に切り替えるタイミングを逸してしまうことがある。そこで、モータ回転速度に応じて判定領域を可変にするようにしてもよい。
【０１３５】
例えば、図１６に示すような判定領域設定マップを記憶し、誘起電圧｜ｅ｜の増加に伴って大きくなるθth1，λ１，λ２を設定するようにするとよい。誘起電圧｜ｅ｜は、モータ回転速度に比例する。従って、モータ回転速度に応じて判定領域を適切に可変することができる。この場合、回転方向修正部１１５は、ステップＳ３８にて推定電気角θｅｂと第２推定電気角θeb2との一致判定を行うとき、判定領域設定マップを参照して誘起電圧｜ｅ｜に応じた基準値θth1を設定すればよい。また、誘起電圧ベクトルＥをＸ−Ｙ座標系へ投影したＸ軸成分Ｅｘ，Ｙ軸成分Ｅｙの符号（正負）に基づいて一致判定を行う変形例においては、ステップＳ５１で誘起電圧ベクトルＥをＸ−Ｙ座標系へ変換するときに、判定領域設定マップを参照して誘起電圧｜ｅ｜に応じた設定角度λ１，λ２を設定すればよい。これにより、最終推定回転方向ｄｘを第１推定回転方向ｄ１から第２推定回転方向ｄ２に切り替えるタイミングを逸してしまうことが抑制され、素早く正しい回転方向に切り替えることができる。また、モータ回転速度が低い場合には、一致判定領域（θth1，λ１，λ２）が狭く設定されるため、モータ２０が脱調した状態で推定回転方向を切り替えてしまうといった不具合も生じない。
【０１３６】
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。
【０１３７】
例えば、本実施形態では、操舵トルクセンサ２１により検出される操舵トルクＴｒの方向をモータ２０の回転方向とみなして第１回転方向を推定するが、第１回転方向の推定は操舵トルクＴｒの方向に限るものではなく、モータ２０の回転方向を推定できる車体のヨーレートや横加速度などの車両情報を使用してもよい。
【０１３８】
また、本実施形態では、アシスト制限指令信号Ｆlimが「１」に切り替わったときに、その時点からｑ軸指令電流Ｉｑ＊を増加させないように電流制限を加える、あるいは、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊を徐々に低下させるようにしているが、例えば、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊の上限値を低下させる構成や、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊に低減係数（＜１）を乗じる構成など、種々のモータ制御値の制限手法を採用することができる。また、アシスト制限指令部１１８を設けない構成、つまり、モータ制御値を制限させる構成を備えないものであってもよい。
【０１３９】
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】
【０１４０】
１０…ステアリング機構、１１…操舵ハンドル、２０…モータ、２１…操舵トルクセンサ、２２…回転角センサ、３０…モータ駆動回路、３８…電流センサ、３９…電圧センサ、１００…電子制御装置（アシストＥＣＵ）、１０１…アシストトルク設定部、１０２…アシスト電流指令部、１０３…フィードバック制御部、１０４…３相／２相座標変換部、１０５…２相／３相座標変換部、１０６…ＰＷＭ制御信号発生部、１１０…電気角推定部、１１１…第１回転方向推定部、１１２…電気角変化量演算部、１１３…固定軸誘起電圧演算部、１１４…第２回転方向推定部、１１５…回転方向修正部、１１６…方向乗算部、１１７…積算部、１１８…アシスト制限指令部、１３０…実電気角変換部、１３１…センサ異常検出部、１３２…電気角選択部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005672191.tif 000015
【図１１】
0005672191.tif 000016
【図１２】
0005672191.tif 000017
【図１３】
0005672191.tif 000018
【図１４】
0005672191.tif 000019
【図１５】
0005672191.tif 000020
【図１６】
0005672191.tif 000021
【図１７】
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