(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータおよび複数相のステータ巻線を有するステータを具備するブラシレスモータと、
各相の前記ステータ巻線への通電を切換制御する通電切換手段と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記ロータの回転角度を推定して推定回転角度を出力する回転角度推定手段と、
前記回転角度推定手段から出力される前記推定回転角度に応じて前記通電切換手段により前記ブラシレスモータを駆動制御した際に前記操舵トルク検出手段によって検出される前記操舵トルクに基づいて、前記推定回転角度が適正か否かを判定する判定手段とを有し、
前記操舵トルクと、前記判定手段により適正であると判定された前記推定回転角度とに応じて、前記ブラシレスモータを起動し、前記操舵トルクを補助する補助トルクを前記ブラシレスモータから発生させる操舵制御手段とを備え、
前記判定手段は、外部からの操舵入力の方向と、前記ブラシレスモータから出力される前記補助トルクの方向とが、同一方向であるか又は反対方向であるかを判定することにより、前記推定回転角度が適正か否かを判定することを特徴とする電動ステアリング装置。
【請求項２】
前記ブラシレスモータのインダクタンスに係る所定状態量を検出する状態量検出手段を備え、
前記回転角度推定手段は、
前記状態量検出手段の出力に基づいて、前記ロータの回転角度の複数の回転角度候補を推定する回転角度候補推定手段と、
前記回転角度候補推定手段により推定された複数の前記回転角度候補のうち何れか１つを前記推定回転角度として選択して出力する選択手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電動ステアリング装置。
【請求項３】
前記状態量検出手段は、
前記複数相の相間電圧または線間電圧を検出する電圧検出手段と、
前記複数相の線間に所定交流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記電圧印加手段により前記複数相の線間に前記所定交流電圧が印加された状態で、前記電圧検出手段により検出される、前記複数相の前記相間電圧の比、または、前記複数相の前記線間電圧の比に基づき、前記所定状態量を検出することを特徴とする請求項２に記載の電動ステアリング装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記ブラシレスモータの駆動制御を、前記操舵トルク検出手段により検出される前記操舵トルクが所定トルク以下である状態で実行することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の電動ステアリング装置。
【請求項５】
前記操舵トルク検出手段は、磁歪式のトルクセンサであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の電動ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばブラシレスモータの停止状態での磁極位置つまり所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度を推定する際に、ロータの回転には寄与しない程度のパルス電圧をブラシレスモータに印加し、このときのブラシレスモータの電流および電圧からフーリエ変換によって得られるインダクタンスに基づき、ロータの突極性に応じたインダクタンス変化から、ロータの位置を示すロータ角度つまり所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度を推定する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
ところがインダクタンス変動を観察しても、磁極のＮ極とＳ極との区別ができないため、非特許文献１の図４のように、一電気角あたり２振幅のインダクタンス変化を生じていた。これは、非特許文献１の手法に限らずインダクタンス変化に基づいてロータの位置を推定する場合には必ず生じることであった。
モータ起動時にＮ極とＳ極を間違えて駆動すると、ブラシレスモータが逆転する虞れがあるため、例えば磁気回路が飽和する程度の電流を通電し、この磁気飽和に応じてロータの磁極の向きに対してインダクタンスが非対称となることに基づき、ロータのＮ磁とＳ極およびロータの起動方向を判別する方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献１】山本、他１名、「パルス電圧を用いた表面磁石同期モータの初期磁極位置推定法」、ＩＥＥＪ  Ｔｒａｎｓ．ＩＡ，Ｖｏｌ．１２５，Ｎｏ．３，２００５，ｐ２５３−２５８
【非特許文献２】金子、他３名、「ＩＰＭモータの停止時・初期位置推定方式」、ＩＥＥＪ  Ｔｒａｎｓ．ＩＡ，Ｖｏｌ．１３２，Ｎｏ．２，２００３，ｐ１４０−１４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術の一例（非特許文献２）に係る方法では、ロータの磁極の極性を判別するために磁気回路が飽和する程度の過剰に大きな電流を通電するため、ブラシレスモータに不必要なトルクが発生してしまい、電動ステアリング装置に具備されるブラシレスモータにおいては、運転者が予期しない操舵トルクや振動・騒音が発生し、運転者が違和感を感じてしまうという問題が生じる。
またＰＬＬ処理の煩雑な処理を実行する必要があることから極性の判定に要する時間を短縮することが困難であって、ブラシレスモータの起動時の応答性を向上させることができないという問題が生じ、電動ステアリング装置に具備されるブラシレスモータにおいては、運転者の操舵入力をブラシレスモータから発生する操舵補助力によって適切に補助することができず、運転者が操舵フィーリングに違和感を感じてしまうという問題が生じる。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、停止状態からブラシレスモータを迅速に起動すると共に、所望の静粛性を確保しつつ運転者が操舵フィーリングに違和感を感じてしまうことを防止することが可能な電動ステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る電動ステアリング装置は、ロータ（例えば、実施の形態の図３でのロータ６３）および複数相のステータ巻線（例えば、実施の形態の図３でのステータ巻線６４ａ）を有するステータ（例えば、実施の形態の図３でのステータ６４）を具備するブラシレスモータ（例えば、実施の形態の図３でのモータ３１）と、各相の前記ステータ巻線への通電を切換制御する通電切換手段（例えば、実施の形態の図４でのＰＷＭ信号生成部８７およびＦＥＴブリッジ７２）と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（例えば、実施の形態の図１での操舵トルクセンサ４０）と、前記ロータの回転角度を推定して推定回転角度を出力する回転角度推定手段（例えば、実施の形態の図４での回転角推定器８９）と、前記回転角度推定手段から出力される前記推定回転角度に応じて前記通電切換手段により前記ブラシレスモータを駆動制御した際に前記操舵トルク検出手段によって検出される前記操舵トルクに基づいて、前記推定回転角度が適正か否かを判定する判定手段（例えば、実施の形態の図１３でのステップＳ１１〜ステップＳ１８、図４での回転角推定器８９が兼ねる）とを有し、前記操舵トルクと、前記判定手段により適正であると判定された前記推定回転角度とに応じて、前記ブラシレスモータを起動し、前記操舵トルクを補助する補助トルクを前記ブラシレスモータから発生させる操舵制御手段（例えば、実施の形態の図４での制御部７３）とを備え、前記判定手段は、外部からの操舵入力の方向と、前記ブラシレスモータから出力される前記補助トルクの方向とが、同一方向であるか又は反対方向であるかを判定することにより、前記推定回転角度が適正か否かを判定する。
【０００６】
さらに、本発明の第２態様に係る電動ステアリング装置は、前記ブラシレスモータのインダクタンスに係る所定状態量を検出する状態量検出手段（例えば、実施の形態の図１２でのステップＳ０３〜ステップＳ０５）を備え、前記回転角度推定手段は、前記状態量検出手段の出力に基づいて、前記ロータの回転角度の複数の回転角度候補を推定する回転角度候補推定手段（例えば、実施の形態の図１２でのステップＳ０６）と、前記回転角度候補推定手段により推定された複数の前記回転角度候補のうち何れか１つを前記推定回転角度として選択して出力する選択手段（例えば、実施の形態の図１２でのステップＳ０７〜ステップＳ１０）とを備える。
【０００７】
さらに、本発明の第３態様に係る電動ステアリング装置では、前記状態量検出手段は、前記複数相の相間電圧または線間電圧を検出する電圧検出手段（例えば、実施の形態の図４での電圧センサ７７および第１及び第２相間電圧算出部８８ａ，８８ｂ、図１２でのステップＳ０４〜ステップＳ０５）と、前記複数相の線間に所定交流電圧を印加する電圧印加手段（例えば、実施の形態の図１２でのステップＳ０３）とを備え、前記電圧印加手段により前記複数相の線間に前記所定交流電圧が印加された状態で、前記電圧検出手段により検出される、前記複数相の前記相間電圧の比、または、前記複数相の前記線間電圧の比に基づき、前記所定状態量を検出する。
【０００８】
さらに、本発明の第４態様に係る電動ステアリング装置では、前記判定手段は、前記ブラシレスモータの駆動制御を、前記操舵トルク検出手段により検出される前記操舵トルクが所定トルク（例えば、実施の形態での補助下限トルク）以下である状態で実行する。
【０００９】
さらに、本発明の第５態様に係る電動ステアリング装置では、前記操舵トルク検出手段は、磁歪式のトルクセンサである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１から第３態様に係る電動ステアリング装置によれば、推定回転角度に応じてブラシレスモータを所定電流により駆動制御する状態で電動ステアリング装置に具備される既存の操舵トルク検出手段により検出される操舵トルクに基づき、推定回転角度が適正か否かを判定し、適正であると判定された推定回転角度に基づいてブラシレスモータを起動することから、ブラシレスモータの回転角度の推定に煩雑な処理を要することを防止し、回転角度の推定に要する時間を短縮することができ、ブラシレスモータの起動時の応答性を向上させることができ、運転者の操舵入力をブラシレスモータから発生する操舵補助力によって適切に補助することができ、運転者が操舵フィーリングに違和感を感じてしまうことを防止することができる。しかも、電動ステアリング装置に具備される既存の操舵トルク検出手段により検出される操舵トルクに基づき、推定回転角度が適正か否かを判定することから、例えば新たな構成要素を備える必要無しに、装置構成が複雑化することを防止することができる。
【００１１】
さらに、本発明の第４態様に係る電動ステアリング装置によれば、推定回転角度に応じてブラシレスモータを所定電流により駆動制御する際に、所定トルクを超える過剰かつ不要なトルクが発生して、操舵フィーリングに違和感を与えることを防止することができる。
【００１２】
さらに、本発明の第５態様に係る電動ステアリング装置によれば、例えばステアリングシャフトの入力側と出力側を連結するトーションバーのねじれを検出するトルクセンサ等に比べて、相対的に高い剛性を確保することができる磁歪式のトルクセンサにより、操舵トルクの変化に対する応答性を向上させることができ、ブラシレスモータを所定電流により駆動制御する場合であっても、操舵トルクを遅れることなく高い感度で精度よく検出することができるので、推定回転角度の選択が適正か否かを判定する処理を短時間に確実に行う事ができ、ブラシレスモータの起動が遅れて、アシストが遅れる事により、運転者が操舵フィーリングに違和感を感じてしまうことを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の電動ステアリング装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による電動ステアリング装置１は、例えば図１に示すように、車両のステアリングホイール２に連結されたステアリングシャフト３およびステアリングシャフト３に連結された自在軸継手４から操舵輪（車輪）５，５に至るステアリング系において、ステアリングギヤボックスを構成するハウジング６内に収容された操舵機構７と、この操舵機構７に操舵補助力を発生させる操舵補助機構８とを備えている。
【００１４】
操舵機構７は、ラックアンドピニオン機構１０を備え、このラックアンドピニオン機構１０のピニオン軸１１は自在軸継手４に連結されている。
そして、ピニオン軸１１に具備されるピニオン１２と、車幅方向に往復動可能なラック軸１３に具備されるラック１４とは、互いに噛み合わされている。
【００１５】
ピニオン軸１１は、例えば下部、中間部、上部を各軸受１５ａ，１５ｂ，１５ｃによって回転可能に支持されており、ピニオン１２はピニオン軸１１の下端部に設けられている。
ラック軸１３は、ハウジング６の車幅方向に延びる略円筒状のラックハウジング６ａ内において、軸受１６を介して軸長手方向に往復動可能に支持されている。
【００１６】
ラックハウジング６ａの両端は開口する開口部を備え、開口部からラック軸１３の端部１３ａが突出している。
ラック軸１３の各端部１３ａにはラック軸１３よりも大きな外径のラックエンドプレート１７が固定され、さらに、ラックエンドプレート１７にはラックエンドヘッド１８が固定されている。
ラックエンドヘッド１８はボールジョイント１９を備え、このボールジョイント１９にタイロッド２０が連結され、タイロッド２０に操舵輪（前輪）５が連係されている。
【００１７】
ラックハウジング６ａの両端の開口部近傍の外周面上には、径方向内方に突出する円環凹溝６ｂが形成されている。
そして、ラックハウジング６ａの円環凹溝６ｂにはラック軸１３の軸長手方向に伸縮可能な蛇腹状のラックエンドカバー２１の端部が装着され、ラック軸１３の端部１３ａと、ラックエンドプレート１７と、ラックエンドヘッド１８と、ボールジョイント１９とは、ラックエンドカバー２１内に収容され、タイロッド２０はラックエンドカバー２１を貫通して外方に突出している。
【００１８】
操舵補助機構８は、ステアリングホイール２による操舵力を軽減するための操舵補助力を発生させるブラシレスモータからなるモータ３１と、ウォームギヤ３２と、ウォームホイールギヤ３３とを備えて構成され、ウォームギヤ３２およびウォームホイールギヤ３３は、ステアリングギヤボックスを構成するハウジング６内に収容されている。
モータ３１はハウジング６に軸支されたウォームギヤ３２に連結され、このウォームギヤ３２は、ピニオン軸１１に一体的に設けられたウォームホイールギヤ３３に噛合している。ウォームギヤ３２およびウォームホイールギヤ３３は減速機構を構成し、モータ３１で発生したトルクは、ウォームギヤ３２とウォームホイールギヤ３３により倍力されてピニオン軸１１に伝達される。
【００１９】
また、ピニオン軸１１において中間部の軸受１５ｂと上部の軸受１５ｃとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいて操舵トルク（操舵入力）を検出する磁歪式の操舵トルクセンサ４０が配置されている。
操舵トルクセンサ４０は、ピニオン軸１１の外周面に設けられた２つの磁歪膜４１，４２と、各磁歪膜４１，４２に対向配置された２つの検出コイル４３，４４と、各検出コイル４３，４４に接続された検出回路４５，４６を備え、各検出回路４５，４６は、磁歪に起因して生じる各検出コイル４３，４４のインダクタンスの変化を電圧変化に変換してＥＣＵ（Electric Control Unit）５０に出力する。ＥＣＵ５０は各検出回路４５，４６の出力に基づいてステアリングシャフト３に作用する操舵トルクを算出する。
【００２０】
そして、ＥＣＵ５０は、操舵トルクセンサ４０で検出される操舵トルク（つまり運転者によってステアリングホイール２から入力される操舵トルク）の大きさに応じて、モータ３１に供給すべき目標電流を決定し、モータ３１に流れる電流が目標電流と一致するようにして、例えばＰＩＤ制御等の制御を行うことにより、操舵トルクに応じた補助トルクをモータ３１から発生させ、この補助トルクを減速機構を介してピニオン軸１１に伝達する。これにより、運転者による操舵入力と同方向にモータ３１による操舵補助力が作用し、運転者の操舵トルクにモータ３１の補助トルクが加算された複合トルクによって、操舵輪５が操舵される。 
【００２１】
モータ３１は、例えば図２に示すように、ハウジング６の側部にボルトによりハウジング６より突出して取付けられ、ハウジング６の側部開口を閉塞するリッド６１と、リッド６１にボルトにより取付けられた有底筒状のモータケース６２と、回転軸Ｏ周りに回転可能に設けられ、永久磁石６３ａを有するロータ６３と、ロータ６３の外周部を覆うようにして径方向で対向配置され、ロータ６３を回転させる回転磁界を発生する複数相のステータ巻線６４ａを有するステータ６４とを備えて構成されている。
ステータ６４は、例えばモータケース６２内に圧入等により収容され、ロータ６３の内周部には回転軸Ｏと同軸に配置された出力軸６５が固定されている。
そして、モータ３１のリッド６１およびモータケース６２は、出力軸６５を２つの軸受６６を介して回転可能に支持している。
【００２２】
なお、モータ３１のステータ６４は、例えば図３に示すように、環状に配列された複数の分割コア６４ｂと、絶縁性のボビン６４ｃと、ボビン６４ｃに多重に巻回されたステータ巻線６４ａとを備えて構成され、例えばプレス成型等により成型されたモータケース６２内に圧入等によって収容されている。
分割コア６４ｂは、例えば略Ｔ字型の複数の珪素鋼板が回転軸Ｏ方向に積層されて構成され、外周側のヨーク部６４ｂ１と内周側のティース部６４ｂ２とにより構成されている。ヨーク部６４ｂ１の周方向の両端面において、一方の端面上には周方向に突出する凸部が設けられ、他方の端面上には凸部が嵌合可能な凹部が設けられ、周方向で隣り合う分割コア６４ｂ，６４ｂの一方のヨーク部６４ｂ１の凸部が他方のヨーク部６４ｂ１の凹部に嵌合することで円環状のヨークが形成されている。ティース部６４ｂ２は、ヨーク部６４ｂ１よりも小さな周方向幅を有し、ヨーク部６４ｂ１から径方向内方のロータ６３に向かい突出している。そして、ティース部６４ｂ２には、例えば絶縁性樹脂材等からなるボビン６４ｃが装着されている。
【００２３】
また、モータ３１のロータ６３は、例えば永久磁石６３ａと、磁石カバー６３ｂと、バックヨーク６３ｃと、出力軸６５とを備えて構成されている。
略筒状のバックヨーク６３ｃは、例えば略環状の複数の珪素鋼板が回転軸Ｏ方向に積層されて構成され、内周部に出力軸６５が装着され、外周面上には周方向に所定間隔をおいて複数の永久磁石６３ａが配置されている。そして、磁石カバー６３ｂは、複数の永久磁石６３ａの外周面を覆うようにして配置されている。
【００２４】
モータ３１の出力軸６５は、例えば図２に示すように、カップリング６７を介してウォームギヤ３２のウォーム軸３２ａに連結されている。
ウォーム軸３２ａは、モータ３１の出力軸６５と同軸に配置され、２つの軸受６８を介してハウジング６に回転可能に支持されている。なお、ハウジング６内に装着された２つの軸受６８のうち、モータ３１側の一方の軸受６８は止め輪６９によって軸長手方向でのモータ３１側への移動が規制されている。
【００２５】
本実施の形態による電動ステアリング装置１において、モータの制御装置７０は、例えば図４に示すように、バッテリ７１を直流電源とするＦＥＴブリッジ７２と、制御部７３とを備えて構成され、ＥＣＵ５０に具備されている。
【００２６】
このモータの制御装置７０において、モータ３１の駆動は制御部７３から出力される制御指令を受けてＦＥＴブリッジ７２により行われる。
ＦＥＴブリッジ７２は、例えば図５に示すように、ＦＥＴ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備し、このブリッジ回路がパルス幅変調（ＰＷＭ）された信号によって駆動される。
このブリッジ回路は、例えば各相毎に対をなすハイ側およびロー側Ｕ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、ハイ側およびロー側Ｖ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、ハイ側およびロー側Ｗ相トランジスタＷＨ，ＷＬとをブリッジ接続して構成され、各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨはドレインがバッテリ７１（＋Ｂ）に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬはソースが接地されてローサイドアームを構成しており、各相毎にハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのソースとローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのドレインとが接続されている。
【００２７】
ＦＥＴブリッジ７２は、例えばモータ３１の駆動時等において制御部７３から出力されて各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）に基づき、各相毎に対をなす各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えることによって、バッテリ７１から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相のステータ巻線６４ａへの通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線６４ａに交流のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。
【００２８】
なお、昇圧回路７４は、例えばコンデンサと、トランジスタからなるチャージポンプ回路とを備え、各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えるゲート信号（つまり、昇圧回路７４の昇圧動作を指示する信号）が制御部７３から入力されている。
そして、昇圧回路７４は、ＦＥＴブリッジ７２のハイサイドアームを構成する各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのゲート電圧を昇圧する。
また、バッテリ７１とＦＥＴブリッジ７２および昇圧回路７４との間、および、ＦＥＴブリッジ７２とモータ３１の３相のうちの何れか２相（例えば、Ｕ相およびＶ相）のステータ巻線６４ａ，６４ａとの間には、リレー駆動回路７５ａにより開閉駆動されるリレー７５ｂが設けられている。そして、リレー駆動回路７５ａには、リレー７５ｂの開閉動作を制御するためのリレー駆動信号が制御部７３から入力されている。
【００２９】
制御部７３は、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、例えば運転者によってステアリングホイール２から入力される操舵トルクに応じて、操舵トルクセンサ４０が出力する信号に応じて設定されるトルク指令Ｔｑｃなどから目標ｄ軸電流Ｉｄｃおよび目標ｑ軸電流Ｉｑｃを演算し、目標ｄ軸電流Ｉｄｃ及び目標ｑ軸電流Ｉｑｃに基づいて３相の各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じてＦＥＴブリッジ７２へゲート信号であるＰＷＭ信号を入力すると共に、実際にＦＥＴブリッジ７２からモータ３１に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値をｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、目標ｄ軸電流Ｉｄｃ及び目標ｑ軸電流Ｉｑｃとの各偏差がゼロとなるように制御を行う。
【００３０】
例えばモータ３１の起動時に、制御部７３は、正弦波状の電流を通電するために、各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、三角波等のキャリア信号とを比較して、ＦＥＴブリッジ７２の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオン／オフ駆動させるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成する。そして、ＦＥＴブリッジ７２において３相の各相毎に対をなす各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えることによって、バッテリ７１から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相のモータ３１の各ステータ巻線６４ａへの通電を順次転流させることで、各ステータ巻線６４ａに交流のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。
なお、各トランジスタＵＨ，ＵＬおよびＶＨ，ＶＬおよびＷＨ，ＷＬを、パルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動させるためのＰＷＭ信号のデューティ、つまりオン／オフの比率のマップ（データ）は予め制御部７３に記憶されている。
【００３１】
このため、制御部７３には、ＦＥＴブリッジ７２からモータ３１の各相のステータ巻線６４ａ毎に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの少なくとも何れか２つ（例えば、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｗ相電流Ｉｗ等）を検出する電流センサ７６から出力される検出信号（例えば、Ｕ相検出電流Ｉｕｓ，Ｗ相検出電流Ｉｗｓ等）と、例えば座標変換の処理等において用いられるモータ３１のロータ６３の回転角θｍ（つまり、所定の基準回転位置からのロータ６３の磁極の回転角度であって、モータ３１の出力軸６５の回転位置）を推定するために必要とされる各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの少なくとも何れか２つ（例えば、Ｕ相電圧Ｖｕ，Ｖ相電圧Ｖｖ等）およびモータ３１の複数相のステータ巻線６４ａが接続される中点の電圧（中点電圧）Ｖｎを検出する電圧センサ７７から出力される検出信号（例えば、Ｕ相電圧Ｖｕ，Ｖ相電圧Ｖｖ，中点電圧Ｖｎ等）とが入力されている。
【００３２】
この制御部７３は、例えば、目標電流設定部８１と、電流偏差算出部８２と、電流制御部８３と、非干渉制御器８４と、電圧補正部８５と、ｄｑ−３相変換部８６と、ＰＷＭ信号生成部８７と、第１及び第２相間電圧算出部８８ａ，８８ｂと、回転角推定器８９と、回転速度演算部９０と、３相−ｄｑ変換部９１とを備えて構成されている。
【００３３】
目標電流設定部８１は、トルク指令Ｔｑｃと、回転速度演算部９０から出力されるモータ３１の回転速度ωｍとに基づき、ＦＥＴブリッジ７２からモータ３１に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上でのｄ軸目標電流Ｉｄｃ及びｑ軸目標電流Ｉｑｃとして電流偏差算出部８２へ出力されている。
【００３４】
この回転直交座標をなすｄｑ座標は、例えばロータ６３の永久磁石による界磁極の磁束方向をｄ軸（界磁軸）とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸（トルク軸）としており、ロータ６３の回転位相に同期して回転している。これにより、ＦＥＴブリッジ７２からモータ３１の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるｄ軸目標電流Ｉｄｃおよびｑ軸目標電流Ｉｑｃを与えるようになっている。
【００３５】
電流偏差算出部８２は、ｄ軸目標電流Ｉｄｃとｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄを算出するｄ軸電流偏差算出部８２ａと、ｑ軸目標電流Ｉｑｃとｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑを算出するｑ軸電流偏差算出部８２ｂとを備えて構成されている。
【００３６】
電流制御部８３は、例えばＰＩＤ（比例積分微分）動作により、偏差ΔＩｄを制御増幅してｄ軸電圧指令値ΔＶｄを算出するｄ軸電流ＰＩ制御器８３ａと、偏差ΔＩｑを制御増幅してｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出するｑ軸電流ＰＩ制御器８３ｂとを備えて構成されている。
【００３７】
また、非干渉制御器８４は、例えばｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、予め記憶されているｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑとに基づき、ｄ軸とｑ軸との間で干渉し合う速度起電力成分を相殺してｄ軸及びｑ軸を独立して制御するために、ｄ軸及びｑ軸に対する各干渉成分を相殺するｄ軸補償項Ｖｄｃ及びｑ軸補償項Ｖｑｃを算出する。
【００３８】
電圧補正部８５は、ｄ軸電圧指令値ΔＶｄからｄ軸補償項Ｖｄｃを減算して得た値をｄ軸電圧指令値Ｖｄとするｄ軸電圧演算部８５ａと、ｑ軸電圧指令値ΔＶｑからｑ軸補償項Ｖｑｃを減算して得た値をｑ軸電圧指令値Ｖｑとするｑ軸電圧演算部８５ｂとを備えて構成されている。
【００３９】
ｄｑ−３相変換部８６は、回転角推定器８９から出力されるモータ３１の回転位置に相当する回転角θｍにより、ｄｑ座標上でのｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、静止座標である３相交流座標上での電圧指令値であるＵ相出力電圧ＶｕおよびＶ相出力電圧ＶｖおよびＷ相出力電圧Ｖｗに変換する。
【００４０】
ＰＷＭ信号生成部８７は、例えばモータ３１の駆動時に、正弦波状の電流を通電するために、各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、三角波等のキャリア信号とを比較して、ＦＥＴブリッジ７２の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオン／オフ駆動させるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成する。
【００４１】
また、ＰＷＭ信号生成部８７は、例えばモータ３１の停止状態での回転角推定時において、後述する回転角推定器８９から出力される指令信号Ｖｓａに応じて、ＦＥＴブリッジ７２の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオン／オフ駆動させる各パルスからなる所定のゲート信号を出力する。この所定のゲート信号は、モータ３１の相端子間（例えば、Ｕ相−Ｖ相端子間等）に所定矩形波、例えば可聴周波数外の周波数として、モータ３１の駆動時のＰＷＭ周波数（例えば、２０ｋＨｚ等）の２倍の周波数（例えば、４０ｋＨｚ等）を有する所定電圧値（例えば、１２Ｖ等）の矩形波の交流電圧を印加することをＦＥＴブリッジ７２に指示する。
【００４２】
また、ＰＷＭ信号生成部８７は、例えばモータ３１の停止状態での回転角推定時において、後述のように、回転角θｍの複数の候補から単一の推定値を選択する際にも、後述する回転角推定器８９から出力される指令信号Ｖｓｂの入力があった際には、操舵トルクに応じて生成された各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じて、ＦＥＴブリッジ７２の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオン／オフ駆動させる各パルスからなる所定のゲート信号を出力する。
詳細には、この所定のゲート信号は、後述する回転角θｍの複数の候補から、単一の推定値θｍを仮推定値とし、この仮推定値を用いて、運転者による操舵入力と同方向にモータ３１による操舵補助力が作用するようにして、アシスト不感帯内の所定微小電流の通電によりモータ３１を駆動することをＦＥＴブリッジ７２に指示する。
【００４３】
また、ＰＷＭ信号生成部８７は、昇圧回路７４の昇圧動作を指示する信号（例えば、昇圧回路７４に具備されるチャージポンプ回路の各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えるゲート信号など）を出力する。
【００４４】
第１及び第２相間電圧算出部８８ａ，８８ｂは作動アンプを備え、各電圧センサ７７により検出された各相電圧Ｖｕ，Ｖｖおよび中点電圧Ｖｎにより、第１相間電圧算出部８８ａはＵ相間電圧Ｖｕｎ（＝Ｖｕ−Ｖｎ）を算出し、第２相間電圧算出部８８ｂはＶ相間電圧Ｖｖｎ（＝Ｖｖ−Ｖｎ）を算出する。
【００４５】
回転角推定器８９は、第１及び第２相間電圧算出部８８ａ，８８ｂから出力される各相間電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎにより、回転角θｍの複数の候補を選定する。この複数の候補から単一の推定値θｍを仮推定値とし、この仮推定値を用いて、運転者による操舵入力と同方向にモータ３１による操舵補助力が作用するようにして、アシスト不感帯内の所定微小電流の通電によりモータ３１を駆動し、このとき操舵トルクセンサ４０から出力される操舵トルクＴｑとから、仮推定値の正否判定を行い、結果として正しい回転角θｍの推定値を出力する。
【００４６】
回転角推定器８９は、先ず、Ｕ相間電圧ＶｕｎまたはＶ相間電圧Ｖｖｎの値が所定値よりも小さい時には、モータ３１が回転することによる誘起電圧が発生しておらず、モータ３１が停止していると推定する。
そして、例えばモータ３１の停止状態での回転角推定時において、ＦＥＴブリッジ７２の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを、例えば図６（ａ）に示すように、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨおよびロー側Ｖ相トランジスタＶＬをオン、かつ、他のトランジスタＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＷＬをオフとする状態と、例えば図６（ｂ）に示すように、ハイ側Ｕ相トランジスタＵＨをオン、かつ、他のトランジスタＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオフとする状態との２つの状態を繰り返して、駆動させることでモータ３１のＵ相−Ｖ相端子間に所定矩形波（例えば、４０ｋＨｚかつ１２Ｖ）の交流電圧を印加することを指示する指令信号Ｖｓａを出力する。そして、モータ３１のＵ相−Ｖ相端子間に所定矩形波が印加されている際のＵ相間電圧ＶｕｎとＶ相間電圧Ｖｖｎとの比（相間電圧比）Ｖｕｎ／Ｖｖｎに基づき、例えば予め設定された所定の第１マップに対するマップ検索により、回転角θｍを取得する。
なお、この第１マップは、例えば相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎと、回転角θｍとの所定の対応関係を示すマップであって、例えば図７に示すように、電気角（ｅｄｅｇ）での０°から３６０°の範囲内において、相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎの適宜の単一の値に対して、回転角θｍの４つの値θ１，…，θ４が対応するようになっている。つまり、相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎの２周期が電気角（ｅｄｅｇ）での３６０°となっている。例えば相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎ＝１．５の場合、回転角θｍ＝θ１（＝１００°），θ２（＝１５０°），θ３（＝２８０°），θ４（＝３３０°）が対応している。
【００４７】
そして、回転角推定器８９は、モータ３１のＵ相−Ｖ相端子間に所定矩形波が印加されている際のＶ相間電圧Ｖｖｎに基づき、例えば予め設定された所定の第２マップに対するマップ検索により、第１マップにより検索された回転角θｍの４つの値θ１，…，θ４のうちの何れか２つを選択する。
この第２マップは、例えばＶ相間電圧Ｖｖｎと、回転角θｍとの所定の対応関係を示すマップであって、例えば図８に示すように、電気角（ｅｄｅｇ）での０°から３６０°の範囲内において、Ｖ相間電圧Ｖｖｎの適宜の単一の値に対して、回転角θｍの４つの値φ１，…，φ４が対応するようになっている。つまり、各相間電圧Ｖｖｎの２周期が電気角（ｅｄｅｇ）での３６０°となっている。
なお、バッテリ電圧（つまり、ＦＥＴブリッジ７２の電源電圧）が変動しても正確な回転角θｍを得るために、バッテリ電圧Ｖｂを検出して、この値を用いて検出したＶ相間電圧Ｖｖｎを補正し、補正後のＶ相間電圧Ｖｖｎを用いて第２マップを検索し、回転角θｍの４つの値φ１，…，φ４を得ている。このため、回転角推定器８９とバッテリ７１（＋Ｂ）との間には、例えば図４に示すように、作動アンプを備えるボルテージフォロア回路７１ａが設けられ、このボルテージフォロア回路７１ａの出力が回転角推定器８９に入力されている。
例えば相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎ＝１．５が得られるときのＶ相間電圧ＶｖｎがＶｖｎ＝２．３であったとすると、これを満たす回転角は、回転角θｍ＝φ１（＝１００°），φ２（＝１７５°），φ３（＝２８０°），φ４（＝３５５°）が対応している。
このため、回転角θｍの４つの値θ１（＝１００°），θ２（＝１５０°），θ３（＝２８０°），θ４（＝３３０°）が第１マップにより検索された場合に、第２マップの検索結果と等しくなる値θ１（＝１００°），θ３（＝２８０°）の２つが回転角θｍの推定値候補として選択される。
【００４８】
なお、ＦＥＴブリッジ７２による通電切換において、例えばＵ相およびＶ相の各ステータ巻線６４ａに通電される場合には、Ｕ相およびＶ相の各ステータ巻線６４ａに流れる電流の大きさは等しくなることから、相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎは、下記数式（１）に示すように、インピーダンス比Ｚｕｎ／Ｚｖｎに等しくなる。そして、各インピーダンスＺｕｎ（＝Ｒｕｎ+ｊ・ω・Ｌｕｎ），Ｚｖｎ（＝Ｒｖｎ+ｊ・ω・Ｌｖｎ）において、角周波数ω（ω＝２πｆ、ｆ＝４０ｋＨｚ）が十分に大きいため、各巻線抵抗Ｒｕｎ，Ｒｖｎが各リアクタンス（ω・Ｌｕｎ），（ω・Ｌｖｎ）に比べて十分に小さいので、相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎは、相間インダクタンス比Ｌｕｎ／Ｌｖｎにほぼ等しくなる。
各相間インダクタンスＬｕｎ，Ｌｖｎ，Ｌｗｎは、モータ３１の突極性に起因して、例えば図９に示すように、電気角（ｅｄｅｇ）で１２０°の位相差を有しつつ、回転角θｍに応じて変化し、この変化の２周期が電気角（ｅｄｅｇ）での３６０°となっている。
モータ３１のインダクタンス変化を示す図９において、例えば、各相間インダクタンスＬｕｎ，Ｌｖｎ，Ｌｗｎの平均値は約７２μＨであり、各相間インダクタンスＬｕｎ，Ｌｖｎ，Ｌｗｎは、最小値（例えば、５８μＨ）と最大値（例えば、８６μＨ）との間で変動している。
したがって、相間インダクタンス比Ｌｕｎ／Ｌｖｎに近似される相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎから回転角θｍを検知することができる。
【００４９】
【数１】
0004559464.tif 000002
【００５０】
例えば、モータ３１の巻線抵抗Ｒｕｎ（例えば、１０ｍΩ）と、角周波数ω（例えば、２π×４０×１０３ｒａｄ／ｓｅｃ）とに対して、巻線抵抗Ｒｕｎ（＝１０×１０−３Ω）＜＜インピーダンスω・Ｌｕｎ（＝１８１００×１０−３Ω）となり、上記数式（２）に示すように、巻線抵抗Ｒｕｎを無視することができる。
また、バッテリ７１の電圧に対して、各インピーダンスＺｕｎ，Ｚｖｎが相対的に高いことから、Ｕ相およびＶ相の各ステータ巻線６４ａに流れる電流の大きさ（例えば、０．１Ａ程度）は相対的に小さくなり、回転角推定時においてモータ３１の相端子間に印加される矩形波の通電によりモータ３１に不必要なトルクが発生することは防止されている。
【００５１】
さらに、回転角推定器８９は、操舵トルクセンサ４０から出力される操舵トルクＴｑにより、第２マップに基づき選択された回転角θｍの２つの値（例えば、θ１，θ３）のうちの何れか１つを仮推定値として選択する。
第２マップに基づき選択された回転角θｍの２つの推定値候補（例えば、θ１，θ３）は、電気角（ｅｄｅｇ）で１８０°の位相差を有することから、各値（例えば、θ１，θ３）に対応するロータ６３の界磁方向つまり磁極の向きは互いに逆方向となる。
このため、２つの各推定値候補（例えば、θ１，θ３）においてモータ３１に同一の通電を行うと、一方では運転者の操舵トルクを補助するようにして、運転者の操舵方向と同一の方向にモータ３１による補助トルクが発生し、他方では運転者の操舵トルクを減少させるようにして、運転者の操舵方向の反対方向にモータ３１による補助トルクが発生するからである。これにより、操舵トルクを観察することによって推定値候補が適正か否かを判定することができる。
【００５２】
例えば、図１０または図１１のタイムチャートに示すように、操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑがゼロである期間（つまり、時刻ｔ１以前の期間）において、モータ３１は停止状態であって、回転角推定器８９は第１マップおよび第２マップに基づき回転角θｍとして２つの推定値候補（例えば、θ１，θ３）を取得している。ここで、回転角推定器８９は、回転角θｍの２つの推定値候補（例えば、θ１，θ３）のうち何れか一方（例えば、θ１）を、いわば一時的な回転角θｍの推定値（仮推定値）として選択する。なお、図１０または図１１に示す例では、検出される操舵トルクＴｑがゼロである期間においてモータ３１は停止状態であったが、微小なトルクが生じている場合において、モータが停止している場合も同様である。
そして、例えば図１０または図１１に示す時刻ｔ１以降のように、運転者の操舵入力に応じて操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑがゼロから増大傾向に変化を開始すると、回転角推定器８９は、回転角θｍの仮推定値に応じて運転者による操舵入力と同方向にモータ３１による操舵補助力が作用するようにして、ＦＥＴブリッジ７２を介してモータ３１に所定微小電流を一時的（時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間）に通電することを指示する指令信号ＶｓｂをＰＷＭ信号生成部８７に出力する。
なお、この所定微小電流の通電は、操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑが所定の補助下限トルク（アシスト不感帯）以下である状態（例えば、図１０または図１１に示す時刻ｔ１から時刻ｔ４に亘る期間）で実行される。
【００５３】
そして、回転角推定器８９は、例えば図１０または図１１に示す時刻ｔ２から時刻ｔ３に亘る期間のように、モータ３１に所定微小電流（モータ電流）が通電されたことに起因して、例えば図１０に示すように、操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑの増大速度が低下あるいは操舵トルクＴｑが減少した場合には、運転者の操舵方向と同一の方向にモータ３１による補助トルクが発生しており、回転角θｍの仮推定値（例えば、θ１）の設定が適正であると判断し、この仮推定値（例えば、θ１）を、所定微小電流の通電前のモータ３１の停止状態での回転角θｍの推定値として設定する。
【００５４】
一方、例えば図１１に示すように、モータ３１に所定微小電流（モータ電流）が通電されたことに起因して、操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑの増大速度が増大した場合には、運転者の操舵方向と異なる（つまり反対）の方向にモータ３１による補助トルクが発生しており、回転角θｍの仮推定値（例えば、θ１）の設定が適正ではないと判断し、この仮推定値（例えば、θ１）以外、つまり回転角θｍの２つの値（例えば、θ１，θ３）のうち何れか他方（例えば、θ３）を回転角θｍの推定値として設定することが適正であると判断し、例えば図１１に示す時刻ｔ３以降のように、モータ３１の駆動方向を反転させることを指示する駆動方向反転フラグのフラグ値に「１」を設定し、回転角θｍの２つの値（例えば、θ１，θ３）のうち何れか他方（例えば、θ３）を、所定微小電流の通電前のモータ３１の停止状態での回転角θｍの推定値として設定する。
【００５５】
また、回転角推定器８９は、例えば図１０または図１１に示す時刻ｔ４以降のように、モータ３１の回転速度ωｍが所定速度以上となる駆動状態では、Ｕ相間電圧ＶｕｎまたはＶ相間電圧Ｖｖｎはモータ３１が回転することによる誘起電圧により、所定値より増大するので、この場合にはモータ３１が回転していると推定し、ロータ６３の磁極位置に応じて変動する誘起電圧に基づいて回転角θｍを推定する。詳細の説明は省略する。
【００５６】
このとき、回転速度演算部９０は、回転角推定器８９から出力される回転角θｍから回転速度ωｍ（＝ｄθｍ／ｄｔ）を算出する。
【００５７】
３相−ｄｑ変換部９１は、各電流センサ７６，７６により検出された各相電流Ｉｕ，Ｉｗの検出信号、つまりＵ相検出電流Ｉｕｓ，Ｗ相検出電流Ｉｗｓと、回転角推定器８９から出力される回転角θｍとにより、モータ３１の回転位相による回転座標すなわちｄｑ座標上でのｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。
【００５８】
この実施の形態による電動ステアリング装置１は上記構成を備えており、次に、この電動ステアリング装置１の動作、特に、停止状態のモータ３１の回転角θｍを推定する処理について説明する。
先ず、例えば図１２に示すステップＳ０１においては、車両のイグニッションスイッチがオン（ＩＧ  ＯＮ）とされたか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０２に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、処理は進行しない。
【００５９】
そして、ステップＳ０２においては、モータ３１が停止状態であるか否かを判定する。
これは例えば前述の様に、Ｕ相間電圧ＶｕｎまたはＶ相間電圧Ｖｖｎの値が所定値よりも小さい時には、モータ３１が回転することによる誘起電圧が発生しておらず、モータ３１が停止していると判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、エンドに進み、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０３に進む。
そして、ステップＳ０３においては、モータ３１の相端子間（例えば、Ｕ相−Ｖ相端子間等）に所定矩形波の交流電圧の印加を開始する。
そして、ステップＳ０４においては、各電圧センサ７７により検出された各相電圧Ｖｕ，Ｖｖおよび中点電圧Ｖｎに基づき算出されるＵ相間電圧Ｖｕｎ（＝Ｖｕ−Ｖｎ）およびＶ相間電圧Ｖｖｎ（＝Ｖｖ−Ｖｎ）を取得する。
【００６０】
そして、ステップＳ０５においては、相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎを算出する。
そして、ステップＳ０６においては、相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎに基づく第１マップに対するマップ検索により、回転角θｍの４つの値θ１，…，θ４を取得する。
そして、ステップＳ０７においては、Ｖ相間電圧Ｖｖｎに基づく第２マップに対するマップ検索により、回転角θｍの４つの値φ１，…，φ４を取得する。
そして、ステップＳ０８においては、４つの値θ１，…，θ４のうちから、４つの値φ１，…，φ４の何れかと同等の２つの値を推定値候補として選択する。
【００６１】
そして、ステップＳ０９においては、所定矩形波の交流電圧の印加を終了する。
そして、ステップＳ１０においては、回転角θｍの２つの推定値候補のうち何れか一方を仮推定値として選択する。
そして、ステップＳ１１においては、操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑがゼロよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、このステップＳ１１の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり運転者の操舵入力が開始された場合には、ステップＳ１２に進む。
【００６２】
そして、ステップＳ１２においては、操舵トルクＴｑが、補助下限トルクよりも小さい所定の設定トルク（＜補助下限トルク）であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１３に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、このステップＳ１２の判定処理を繰り返し実行する。
そして、ステップＳ１３においては、操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑおよび回転角θｍの仮推定値に応じて、運転者による操舵入力と同方向にモータ３１による操舵補助力が作用するようにして、ＦＥＴブリッジ７２を介してモータ３１を所定微小電流により駆動制御する。
【００６３】
そして、ステップＳ１４においては、モータ３１に所定微小電流が通電されたことに起因して、操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑの増大速度が低下したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１６に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、回転角θｍの仮推定値の設定が適正であると判断してステップＳ１５に進み、このステップＳ１５においては、回転角θｍの仮推定値を、所定微小電流の通電前のモータ３１の停止状態での回転角θｍの推定値として設定し、後述するステップＳ１８に進む。
【００６４】
また、ステップＳ１６においては、モータ３１に所定微小電流が通電されたことに起因して、操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑの増大速度が増大したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ１４に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、回転角θｍの仮推定値の設定が適正ではないと判断してステップＳ１７に進み、このステップＳ１７においては、２つの推定値候補のうち何れか他方を、所定微小電流の通電前のモータ３１の停止状態での回転角θｍの推定値として設定する。これは、前述の駆動方向反転フラグに相当する。
そして、ステップＳ１８においては、所定微小電流によるモータ１３の駆動制御の実行を終了し、一連の処理を終了する。
【００６５】
上述したように、本実施の形態による電動ステアリング装置１によれば、モータ３１の停止状態における回転角推定時において、各相間インダクタンスＬｕｎ，Ｌｖｎ，Ｌｗｎの変化に対応する各相間電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎの比の変化に基づいて回転角θｍを推定するので、相間電圧または線間電圧より直接推定する場合より、変化を大きく検出する事ができ、推定精度が向上する。そして、例えばモータ３１の各相間インダクタンスＬｕｎ，Ｌｖｎ，Ｌｗｎの変化に対応する電流変化に応じて回転角θｍを推定する場合に比べて、回転角θｍの推定精度を向上させることができる。しかも、相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎに基づき回転角θｍを推定することから、例えばバッテリ７１の出力電圧が不安定に変動することに起因して各相間電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎの誤差が増大する場合であっても、相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎにおいては、各相間電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎの誤差を相殺することができ、回転角θｍの推定精度を、より一層、向上させることができる。
さらに、本発明は電流の応答を用いて回転角θｍを推定することが無いので、モータ３１の相端子間（例えば、Ｕ相−Ｖ相端子間等）に可聴周波数外の周波数の所定矩形波の電圧を印加しても分解能が低下することがなく、回転角θｍを精度よく推定することが可能となり、所望の静粛性を確保することができる。
【００６６】
また、例えばレゾルバ等の回転角センサを備える必要無しに、装置構成の簡略化および装置の小型化を図ることができ、車両搭載性を向上させることができると共に、ステアリングギヤボックスを構成するハウジング６に対するモータ３１のオーバーハング（例えば、ピニオン軸１１に対する距離）を低減させることができ、モータ３１の駆動時に発生する振動によりハウジング６が加振される際のモーメントを低下させることができ、モータ３１の駆動に起因して発生する振動を低減させることができる。さらに、モータ３１の回転角度の推定時の電磁騒音を低減させつつ、回転角度の推定精度を向上させることができ、運転者が操舵フィーリングに違和感を感じてしまうことを防止することができる。
【００６７】
さらに、ロータ６３の界磁方向つまり磁極の向きを判定する際に、第２マップに基づき選択された回転角θｍの２つの各推定値候補（例えば、θ１，θ３）に対応する回転角θｍの２つの推定値候補の何れか一方（例えば、θ１）を、いわば一時的な回転角θｍの推定値（仮推定値）とし、この仮推定値に応じてモータ３１を所定微小電流により駆動制御し、この駆動制御時に操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑに応じて判定を行うことから、ロータ６３の界磁方向つまり磁極の向きの判定に煩雑な処理を要することを防止し、回転角θｍの推定に要する時間を短縮することができる。
これにより、モータ３１の起動時の応答性を向上させることができ、過剰な応答遅れ無しに運転者の操舵入力をモータ３１から発生する操舵補助力によって適切に補助することができる。
しかも、電動ステアリング装置１に具備される既存の操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑに基づき、一時的な回転角θｍの推定値（仮推定値）の選択が適正か否かを判定することから、例えば新たな構成要素を備える必要無しに、装置構成が複雑化することを防止することができる。
【００６８】
また、一時的な回転角θｍの推定値（仮推定値）に応じてモータ３１を所定微小電流により駆動制御するので、従来の様に、ロータ６３の磁極の極性を判別するために磁気回路が飽和する程度の過剰に大きな電流を通電する必要がなく、所定の補助下限トルクを超える過剰かつ不要なトルクが発生してしまうことを防止することができる。これにより、運転者が予期しない操舵トルクや振動・騒音が発生し、運転者が違和感を感じてしまうということがなくなる。
さらに、本発明では、操舵トルクセンサ４０を磁歪式トルクセンサにしたので、ステアリングシャフト３の入力側と出力側を連結するトーションバーのねじれを検出するトーションバー式トルクセンサ等に比べて剛性が高く、図１４に示す様にトーションバー式トルクセンサと比べて高周波までゲインの低下、および位相の遅れがない。これにより、操舵トルクＴｑの変化に対するトルク検出の感度を向上させ、位相遅れを改善することができ、モータ３１を所定微小電流により駆動制御する場合であっても、操舵トルクＴｑを遅れなく精度よく検出することができ、回転角θｍの推定を遅れなく、精度良く行うことができ、運転者が違和感を感じてしまうということがなくなる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態では、回転角推定器８９は、相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎに基づき回転角θｍの２つの推定値候補（例えば、θ１，θ３）を推定するとしたが、これに限定されず、例えば線間電圧比Ｖｕｖ／Ｖｗｕに基づき回転角θｍの２つの推定値候補（例えば、θ１，θ３）を推定してもよい。
この変形例に係るブラシレスモータの制御装置７０では、例えば図１５に示すように、回転角推定器８９には、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを検出する電圧センサ７７から出力される検出信号が入力されている。
【００７０】
そして、回転角推定器８９は、各線間電圧Ｖｕｖ（＝Ｖｕ−Ｖｖ），Ｖｗｕ（＝Ｖｗ−Ｖｕ）を算出すると共に、線間電圧比Ｖｕｖ／Ｖｗｕは線間インダクタンス比Ｌｕｖ／Ｌｗｕにほぼ等しくなることを利用して、線間電圧比Ｖｕｖ／Ｖｗｕと、回転角θｍとの所定の対応関係を示す第３マップに対するマップ検索により回転角θｍを取得する。
なお、この第３マップは、例えば線間電圧比Ｖｕｖ／Ｖｗｕと、回転角θｍとの所定の対応関係を示すマップであって、電気角（ｅｄｅｇ）での０°から３６０°の範囲内において、線間電圧比Ｖｕｖ／Ｖｗｕの適宜の単一の値に対して、回転角θｍの４つの値α１，…，α４が対応するようになっている。つまり、線間電圧比Ｖｕｖ／Ｖｗｕの２周期が電気角（ｅｄｅｇ）での３６０°となっている。
そして、回転角推定器８９は、第３マップにより検索された回転角θｍの４つの値α１，…，α４のうちの何れか２つを選択するために、線間電圧Ｖｗｕと、回転角θｍとの所定の対応関係を示す第４マップに対するマップ検索により回転角θｍを取得する。
この第４マップは、例えば線間電圧Ｖｗｕと、回転角θｍとの所定の対応関係を示すマップであって、電気角（ｅｄｅｇ）での０°から３６０°の範囲内において、線間電圧Ｖｗｕの適宜の単一の値に対して、回転角θｍの４つの値β１，…，β４が対応するようになっている。つまり、各線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｗｕの２周期が電気角（ｅｄｅｇ）での３６０°となっている。
そして、第３マップにより検索された回転角θｍの４つの値α１，…，α４のうち、線間電圧Ｖｗｕに対応する回転角θｍの４つの値β１，…，β４の何れか２つと同等の２つの値を回転角θｍの推定値候補として選択する。
なお、バッテリ電圧（つまりＦＥＴブリッジ７２の電源電圧）が変動しても正確な回転角θｍを得るために、バッテリ電圧Ｖｂを検出して、この値を用いて検出した線間電圧Ｖｗｕを補正し、補正後の線間電圧Ｖｗｕを用いて第４マップを検索し、回転角θｍの４つの値β１，…，β４を得ている。このため、回転角推定器８９とバッテリ７１（＋Ｂ）との間には、例えば図１５に示すように、作動アンプを備えるボルテージフォロア回路７１ａが設けられ、このボルテージフォロア回路７１ａの出力が回転角推定器８９に入力されている。
【００７１】
なお、この変形例に係る各線間電圧Ｖｕｖ（＝Ｖｕ−Ｖｖ），Ｖｖｗ（＝Ｖｖ−Ｖｗ），Ｖｗｕ（＝Ｖｗ−Ｖｕ）は、例えば下記数式（２）に示すように、上述した実施の形態での各相間電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎに対して、大きさが√３倍されて、位相が（π／６）だけ遅れる。
【００７２】
【数２】
0004559464.tif 000003
【００７３】
なお、上述した実施の形態において、回転角推定器８９はモータ３１に所定微小電流が通電された際に回転角θｍの仮推定値（例えば、θ１）の設定が適正ではないと判断したときに、駆動方向反転フラグのフラグ値に「１」を設定し、第２マップに基づき選択された回転角θｍの２つの推定値候補（例えば、θ１，θ３）のうち何れか他方（例えば、θ３）を、所定微小電流の通電前のモータ３１の停止状態での回転角θｍの推定値として設定するとしたが、これに限定されず、例えば回転角θｍの仮推定値（例えば、θ１）の設定が適正ではないと判断した場合であっても、この仮推定値を所定微小電流の通電前のモータ３１の停止状態での回転角θｍの推定値として設定し、図１０および図１１に示すように駆動方向反転フラグのフラグ値に「１」を設定し、操舵トルクセンサ４０により検出される操舵トルクＴｑが所定の補助下限トルク以上となった時刻以降において操舵トルクＴｑに応じてモータ３１から補助トルクを発生させる際に、補助トルクの大きさは変更せずに補助トルクの発生方向のみを反転させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動ステアリング装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電動ステアリング装置の操舵補助機構の構成図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るブラシレスモータの制御装置の構成図である。
【図５】図４に示すＦＥＴブリッジの構成図である。
【図６】図４に示すＦＥＴブリッジの各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る相間電圧比Ｖｕｎ／Ｖｖｎと回転角θｍとの対応関係を示すグラフ図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る相間電圧Ｖｖｎと回転角θｍとの対応関係を示すグラフ図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る各相間インダクタンスＬｕｎ，Ｌｖｎ，Ｌｗｎと回転角θｍとの対応関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る操舵トルクＴｑとモータ電流と駆動方向反転フラグのフラグ値との変化の一例を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る操舵トルクＴｑとモータ電流と駆動方向反転フラグのフラグ値との変化の一例を示すグラフ図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る電動ステアリング装置の動作、特に、停止状態のモータの始動時に回転角θｍを推定する処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る電動ステアリング装置の動作、特に、停止状態のモータの始動時に回転角θｍを推定する処理を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態に係る磁歪式トルクセンサとトーションバー式トルクセンサとに対する、ゲインおよび位相と、周波数との対応関係の一例を示すグラフ図である。
【図１５】本発明の一実施形態の変形例に係るブラシレスモータの制御装置の構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  電動ステアリング装置
３１  モータ
４０  操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
６３  ロータ
６４  ステータ
６４ａ  ステータ巻線
７０  ブラシレスモータの制御装置
７２  ＦＥＴブリッジ（通電切換手段）
７３  制御部（操舵制御手段）
７７  電圧センサ（電圧検出手段）
８７  ＰＷＭ信号生成部（通電切換手段）
８９  回転角推定器（回転角度推定手段、判定手段）
８８ａ  第１相間電圧算出部（電圧検出手段）
８８ｂ  第２相間電圧算出部（電圧検出手段）
ステップＳ０３  電圧印加手段
ステップＳ０４〜ステップＳ０５  電圧検出手段
ステップＳ０３〜ステップＳ０５  状態量検出手段
ステップＳ０６  回転角度候補推定手段
ステップＳ０７〜ステップＳ１０  選択手段
ステップＳ１１〜ステップＳ１８  判定手段
【図１】
0004559464.tif 000004
【図２】
0004559464.tif 000005
【図３】
0004559464.tif 000006
【図４】
0004559464.tif 000007
【図５】
0004559464.tif 000008
【図６】
0004559464.tif 000009
【図７】
0004559464.tif 000010
【図８】
0004559464.tif 000011
【図９】
0004559464.tif 000012
【図１０】
0004559464.tif 000013
【図１１】
0004559464.tif 000014
【図１２】
0004559464.tif 000015
【図１３】
0004559464.tif 000016
【図１４】
0004559464.tif 000017
【図１５】
0004559464.tif 000018