(57)【要約】【課題】モータの高速回転域においても電流偏差に基づく異常判定処理を行うことができ、これにより、電流偏差に基づく異常判定機能を高めることができる電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】舵取り機構２に操舵補助力を与える電動モータ３は、モータ制御装置５によって制御される。モータ制御装置５は、ｄｑ座標上のｄ軸電流およびｑ軸電流を制御することにより電動モータ３を制御する。ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、操舵トルクおよび車速に基づいてｑ軸電流指令値ｉqa*を設定し、これをｑ軸電流上限値およびｑ軸電流下限値と比較して、その比較結果に応じてｑ軸電流指令値ｉqa*に制限を加える。この制限されたｑ軸電流指令値ｉqa*に対するｑ軸電流ｉqaの偏差（ｑ軸電流偏差）δｉqに基づいて、異常判定部３３による異常判定処理が行われる。【選択図】図１
2009137323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ指示電流に基づいてモータを駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、
前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、
モータ指示電流と所定の上限値および下限値とを比較し、前記モータ指示電流が前記上限値を超える場合は当該上限値を、前記モータ指示電流が前記下限値未満の場合は当該下限値を、前記モータ指示電流が前記下限値以上前記上限値以下の場合は当該モータ指示電流を、それぞれ比較結果として出力する比較手段と、
この比較手段が出力する比較結果と前記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流との差に基づいて異常の有無を判定する異常判定手段とを含むモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記モータ制御装置が、ｄｑ座標上のｄ軸電流およびｑ軸電流を制御することによりモータを制御するものであり、
前記モータ指示電流としてのｑ軸電流指令値に対する前記上限値および下限値が、下記（Ａ）式で与えられる最上限値ｉqa_uplimと、下記（Ｂ）式で与えられる最下限値ｉqa_downlimとの間で設定されている、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
2009137323.tif 000017
Ｒはモータの固定子巻線抵抗
φは界磁による固定子鎖交磁束から計算されるｄｑ座標上の磁束
ωはモータの電気角における回転角速度
Ｌdはｄ軸インダクタンス
Ｌqはｑ軸インダクタンス
Ｖlimは正弦波駆動が可能なｄｑ座標での制限電圧
【請求項３】
前記比較手段の比較結果が入力されるフィルタをさらに含み、
前記異常判定手段が、前記フィルタの出力と前記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流との差に基づいて異常の有無を判定するものである、請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
モータ指示電流に基づいて基本駆動値を演算する基本駆動値演算手段と、
この基本駆動値演算手段によって演算される基本駆動値に対して、非干渉化制御量による補正を加えてモータ駆動値を求める非干渉化制御手段と、
この非干渉化制御手段によって求められたモータ駆動値に基づいてモータを駆動する駆動手段とをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に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】
この発明は、モータが発生する駆動力を舵取り機構に伝達して操舵補助する構成の電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータが発生する駆動力を舵取り機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置が知られている。電動パワーステアリング装置は、具体的には、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサによって検出される操舵トルクに基づいてモータを駆動するモータ制御装置とを備えている。
モータには、たとえば、三相ＤＣブラシレスモータが適用される。モータ制御装置は、ロータの電気角に基づいて、ステータの各相に正弦波状に変化する電圧を印加する正弦波駆動を行う。より具体的には、たとえば、モータ制御装置は、トルクセンサによって検出される操舵トルクに基づいて、ｄｑ座標における二相電流の指令値、すなわち、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を設定する。さらに、モータ制御装置は、モータに実際に流れているｄ軸電流値およびｑ軸電流値を検出し、各指令値に対するｄ軸電流値およびｑ軸電流値の偏差を求め、それらの偏差に対応したｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を演算する。そして、モータ制御装置は、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電圧値に変換し、これらの値の電圧をモータの各相に印加する。
【０００３】
一方、モータ制御系に異常が生じたときのフェールセーフのために、電流指令値と電流値との差である電流偏差がモニタされるようになっている。この電流偏差が所定の閾値以上である状態が予め定める異常判定時間以上継続した場合には、異常が発生したものと判定され、モータの制御が中断される。
【特許文献１】特開２０００−１７７６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、高速回転域では、図１０に示すように、モータの逆起電力のためにモータ電流が低下し、電流指令値に対応するアシストトルクが得られない状態（いわゆるアシスト切れ）が生じる。このようなアシスト切れが生じると、図１１に示すように、電流指令値が一定に保持されていても、モータ回転角速度の増加に伴って、実電流値が低下する。その結果、異常が発生していない状態でも、電流偏差が大きくなるから、異常判定に誤りが生じる。この問題を解決するために、モータ回転角速度が所定値以上のときには、電流偏差に基づく異常判定を中断することが考えられるが、高速回転域での異常判定が犠牲となる。
【０００５】
また、電流制御をフィードバック制御で行っているため、図１２に示すように、応答遅れに起因する電流偏差が生じる。そのため、異常判定時間を長く（たとえば、１００ミリ秒）設定する必要があり、異常判定に遅れが生じるという課題がある。これらのために、電流偏差に基づく異常判定は、異常判定機能を高めることが求められている。
そこで、この発明の目的は、モータの高速回転域においても電流偏差に基づく異常判定処理を行うことができ、これにより、電流偏差に基づく異常判定機能を高めることができる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
また、この発明の他の目的は、電流偏差に基づく異常判定処理に要する時間を短縮でき、これにより、電流偏差に基づく異常判定機能を高めることができる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、モータ指示電流に基づいてモータ（３）を駆動して操舵補助する電動パワーステアリング装置であって、前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段（７Ｕ，７Ｖ，１６，１７，２８）と、モータ指示電流と所定の上限値および下限値とを比較し、前記モータ指示電流が前記上限値を超える場合は当該上限値を、前記モータ指示電流が前記下限値未満の場合は当該下限値を、前記モータ指示電流が前記下限値以上前記上限値以下の場合は当該モータ指示電流を、それぞれ比較結果として出力する比較手段（２６，Ｓ３〜Ｓ６）と、この比較手段が出力する比較結果と前記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流との差に基づいて異常の有無を判定する異常判定手段（２７ｑ，３３，３６）とを含むモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００８】
この構成によれば、モータ指示電流が所定の上限値および下限値と比較され、この上限値および下限値の間の値に制限された比較結果が求められる。この比較結果とモータ電流（検出値）との差（電流偏差）に基づいて異常の有無が判定される。このように、モータ指示電流を予め上限値と下限値との間の値に制限していることにより、高速回転時等であっても、正常時に電流偏差が拡大してしまうような事態を回避できる。こうして、電流偏差を用いた異常判定処理を、高速回転時等においても適用することができるようになり、電流偏差を用いた異常判定処理の機能を高めることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記モータ制御装置が、ｄｑ座標上のｄ軸電流およびｑ軸電流を制御することによりモータを制御するものであり、前記モータ指示電流としてのｑ軸電流指令値に対する前記上限値および下限値が、下記（Ａ）式で与えられる最上限値ｉqa_uplimと、下記（Ｂ）式で与えられる最下限値ｉqa_downlimとの間で設定されている、請求項１記載の電動パワーステアリング装置である。
2009137323.tif 000003
Ｒはモータの固定子巻線抵抗
φは界磁による固定子鎖交磁束から計算されるｄｑ座標上の磁束
ωはモータの電気角における回転角速度
Ｌdはｄ軸インダクタンス
Ｌqはｑ軸インダクタンス
Ｖlimは正弦波駆動が可能なｄｑ座標での制限電圧
この構成によれば、正弦波駆動が可能な上限値および下限値の間に制限された比較結果が求められることになる。これにより、モータの逆起電力の影響でアシスト切れが生じる高速域においても、電流偏差に基づく異常判定を誤りなく行うことができるようになる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記比較手段の比較結果が入力されるフィルタ（３５）をさらに含み、前記異常判定手段が、前記フィルタの出力と前記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流との差に基づいて異常の有無を判定するものである、請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置である。
この構成によれば、比較結果をフィルタによってさらに最適化できるので、電流偏差に基づく異常判定処理をより適切に行うことができる。たとえば、電流応答特性のフィルタを用いれば、電流応答の遅れに対応させた比較結果が得られることになる。したがって、このような比較結果とモータ電流（検出値）との偏差を用いることにより、電流応答遅れに起因する電流偏差成分を排除できる。その結果、電流偏差を用いた異常判定処理をより適切に行うことができるようになる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、モータ指示電流に基づいて基本駆動値を演算する基本駆動値演算手段（５１ａ，５２ａ）と、この基本駆動値演算手段によって演算される基本駆動値に対して、非干渉化制御量による補正を加えてモータ駆動値を求める非干渉化制御手段（５１ｂ，５１ｃ，５２ｂ，５２ｃ）と、この非干渉化制御手段によって求められたモータ駆動値に基づいてモータを駆動する駆動手段（３１，３２，９）とをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置である。
【００１２】
非干渉化制御とは、ロータの回転に伴ってモータ内部で生じる速度起電力を補償するように電圧指令値を定める制御である。非干渉化制御を行うことによって、速度起電力による応答性や追従性の低下を効果的に抑制できる。その結果、電流フィードバック制御に起因する応答遅れを改善できる。これにより、応答遅れに起因する電流偏差成分を抑制できるから、電流偏差に基づく異常判定処理の時間を短縮することができる。その結果、電流偏差に基づく異常判定処理機能を向上することができる。それに応じて、電動パワーステアリング装置において用いられている他の異常判定処理を省いたり、電流偏差を利用した異常判定処理の優先順位を高めたりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両のステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ１と、車両の舵取り機構２に操舵補助力を与える電動モータ３と、この電動モータ３を駆動制御するモータ制御装置（ＥＣＵ：電子制御ユニット）５とを備えている。モータ制御装置５は、トルクセンサ１が検出する操舵トルクと車内ＬＡＮ（ＣＡＮバス）を通じて与えられる車速情報とに応じて電動モータ３を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。電動モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスＤＣモータである。
【００１４】
モータ制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含むマイクロコンピュータ６と、電動モータ３に流れるＵ相電流ｉuaおよびＶ相電流ｉvaをそれぞれ検出するモータ電流検出回路７Ｕおよび７Ｖと、電動モータ３に付設されたロータ位置センサとしてのレゾルバ４の出力信号を増幅するレゾルバアンプ８と、電動モータ３に電力を供給するモータドライバ９とを備えている。レゾルバアンプ８は、レゾルバ４からの信号を処理して、電動モータ３のロータ回転角度θに関する正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを出力する。ロータ回転角度θは、電動モータ３のＵ相電機子巻線の位置を基準とするロータ（界磁）の角度（電気角）である。
【００１５】
マイクロコンピュータ６は、トルクセンサ１の出力信号をＡ／Ｄ変換ポート１１を介してディジタルデータで表された操舵トルクとして取り込み、また、車内ＬＡＮからの車速情報を通信ポート１２を介して取り込む。そして、マイクロコンピュータ６は、操舵トルクおよび車速に基づいて電動モータ３の電流指令値を設定し、さらに、この電流指令値とモータ電流検出回路７Ｕ，７Ｖの出力信号とに基づいて電圧指令値を設定し、この電圧指令値をモータドライバ９に与える。これにより、モータドライバ９から電動モータ３に適切な電圧が印加され、電動モータ３から操舵補助に必要十分なトルクが発生する。
【００１６】
マイクロコンピュータ６は、所定のプログラムを実行することによって実現される複数の機能処理手段を備えている。この複数の機能処理手段には、操舵トルクおよび車速に基づいて目標電流値を演算する目標電流演算部２１が含まれている。この目標電流演算部２１が出力する目標電流値は、加算部２２に入力されるようになっている。この加算部２２には、各種の補償制御を行う補償制御部２３からの補正値が与えられ、この補正値が目標電流値に加算されて、補正後の目標電流値が求められるようになっている。
【００１７】
補償制御部２３は、たとえば、ステアリングホイールの収斂性を向上させるための収斂性補正値を演算する収斂性補正部などを含み、通信ポート１２からの車速および電動モータ３のロータの回転角速度ωに基づいて、目標電流値を補正するための補正値を演算するようになっている。
マイクロコンピュータ６は、電動モータ３のロータの回転角速度ω（電気角における回転角速度）を演算するための角速度演算部２５を備えている。この角速度演算部２５には、レゾルバアンプ８の出力信号をディジタルデータに変換して取り込むＡ／Ｄ変換ポート１３からのデータが与えられている。Ａ／Ｄ変換ポート１３は、所定のサンプリング周期でレゾルバアンプ８の出力信号をサンプリングしてディジタルデータに変換し、ディジタル化された正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを生成する。
【００１８】
角速度演算部２５は、たとえば、次式に従って、回転角速度ωを求めるように構成されていてもよい。
ω＝Δθ≒sinΔθ＝sinθicosθi-1−cosθisinθi-1
ただし、θiは今サンプリング周期でのロータ回転角度、
θi-1は前サンプリング周期でのロータ回転角度
Δθ＝θi−θi-1である。
【００１９】
マイクロコンピュータ６は、さらに、ｄｑ軸電流指令値演算部２６を備えている。このｄｑ軸電流指令値演算部２６は、前述の補正後の目標電流値に基づいて、ｄｑ座標系におけるｄ軸電流指令値ｉda*およびｑ軸電流指令値ｉqa*を求める。ｄｑ座標系は、電動モータ３のロータと同期して回転するｄ軸およびｑ軸からなる回転直交座標系である。ｄ軸は、ロータが形成する磁束の方向に沿った軸であり、ｑ軸は、ｄ軸に対してπ／２進んだ位相にある軸である。ただし、この実施形態では、界磁（ロータ）のＳ極からＮ極に向かう方向をｄ軸の正方向にとることにする。
【００２０】
ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、高速回転域（たとえば、８００rpmを超える回転速度域）では、ｄ軸電流指令値ｉda*≠０に設定して、いわゆる弱め磁束制御を行って出力を増加させる。
ｄｑ軸電流指令値演算部２６によって算出されたｑ軸電流指令値ｉqa*は、減算部２７ｑに入力されるようになっている。この減算部２７ｑには、Ｕ相モータ電流検出回路７ＵおよびＶ相モータ電流検出回路７Ｖがそれぞれ検出するＵ相電流ｉuaおよびＶ相電流ｉvaを三相交流／ｄｑ座標変換して求められるｑ軸電流ｉqaが入力されている。Ｕ相モータ電流検出回路７ＵおよびＶ相モータ電流検出回路７Ｖの出力信号は、Ａ／Ｄ変換ポート１４，１５によってディジタルデータに変換されてマイクロコンピュータ６に取り込まれ、電流検波部１６，１７で検波された後、三相交流／ｄｑ座標変換部２８に入力されるようになっている。三相交流／ｄｑ座標変換部２８は、下記（１）式に従って、Ｕ相電流ｉuaおよびＶ相電流ｉvaをｄｑ座標系の値に変換する。
【００２１】
【数１】
2009137323.tif 000004
三相交流／ｄｑ座標変換部２８には、Ａ／Ｄ変換ポート１３からの正弦信号sinθおよび余弦信号cosθが与えられており、これらを用いて前記（１）式に従う演算が行われるようになっている。
【００２２】
三相交流／ｄｑ座標変換部２８は、三相交流／ｄｑ座標変換により得られたｑ軸電流ｉqaを減算部２７ｑに与える。したがって、減算部２７ｑからは、ｑ軸電流指令値ｉqa*に対するｑ軸電流ｉqaの偏差（ｑ軸電流偏差）δｉqが出力されることになる。
一方、ｄ軸電流指令値ｉda*は、減算部２７ｄに入力されるようになっている。そして、減算部２７ｄには、三相交流／ｄｑ座標変換部２８において前記（１）式に従い、Ｕ相電流ｉuaおよびＶ相電流ｉvaを三相交流／ｄｑ座標変換して得られるｄ軸電流ｉdaが入力されている。これにより、減算部２７ｄは、ｄ軸電流指令値ｉda*に対するｄ軸電流ｉdaの偏差（ｄ軸電流偏差）δｉdを出力することになる。
【００２３】
減算部２７ｄ，２７ｑから出力される偏差は、ｄｑ軸電圧指令値演算部２９に与えられる。ｄｑ軸電圧指令値演算部２９は、減算部２７ｄ，２７ｑから入力される各偏差δｉd，δｉqに基づいてＰＩ（比例積分）演算を行い。さらに、三相交流／ｄｑ座標変換部２８から入力されるｄ軸電流およびｑ軸電流、ならびに角速度演算部２５から入力される回転角速度ωに基づいて、後述の非干渉化制御を行う。これにより、ｄｑ軸電圧指令値演算部２９は、ｄ軸電圧指令値Ｖda*およびｑ軸電圧指令値Ｖqa*を求める。
【００２４】
ｄ軸電圧指令値Ｖda*およびｑ軸電圧指令値Ｖqa*は、ｄｑ／三相交流座標変換部３１に入力されるようになっている。このｄｑ／三相交流座標変換部３１にはまた、レゾルバアンプ８からＡ／Ｄ変換ポート１３を介して取り込まれた正弦信号sinθおよび余弦信号cosθが入力されている。ｄｑ／三相交流座標変換部３１は、これらを用い、下記（２）式に従って、ｄ軸電圧指令値Ｖda*およびｑ軸電圧指令値Ｖqa*を三相交流座標系の指令値Ｖua*，Ｖva*，Ｖwa*に変換する。そして、その得られたＵ相電圧指令値Ｖua*、Ｖ相電圧指令値Ｖva*およびＷ相電圧指令値Ｖwa*を、三相ＰＷＭ形成部３２に入力する。
【００２５】
【数２】
2009137323.tif 000005
なお、Ｗ相電圧指令値Ｖwa*は、上記（２）式の演算によるのではなく、零からＵ相電圧指令値Ｖua*およびＶ相電圧指令値Ｖva*を減算することにより求めることができる。このようにすれば、ＣＰＵへの負担を軽減できる。むろん、ＣＰＵの演算速度が十分である場合には、上記（２）式に従う演算によってＷ相電圧指令値Ｖwa*を算出するようにしてもよい。
【００２６】
三相ＰＷＭ形成部３２は、Ｕ相電圧指令値Ｖua*、Ｖ相電圧指令値Ｖva*およびＷ相電圧指令値Ｖwa*にそれぞれ対応したＰＷＭ信号Ｓu，Ｓv，Ｓwを作成し、その作成したＰＷＭ信号Ｓu，Ｓv，Ｓwをモータドライバ９に向けて出力する。これにより、モータドライバ９から、電動モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に、それぞれＰＷＭ信号Ｓu，Ｓv，Ｓwに応じた電圧Ｖua，Ｖva，Ｖwaが印加され、電動モータ３から、操舵補助に必要なトルクが発生される。
【００２７】
マイクロコンピュータ６は、さらに、ｑ軸電流指令値ｉqa*とｑ軸電流値ｉqとの偏差（ｑ軸電流偏差δｉq）に基づいて、異常判定処理を行う異常判定部３３を備えている。この異常判定部３３は、減算部２７ｑが出力するｑ軸電流偏差δｉqを監視しており、このｑ軸電流偏差δｉqが所定の閾値Ｉth（たとえば、１０アンペア）を超える状態が所定の異常判定時間Ｔth（たとえば、０．１秒）だけ継続したときに、異常が発生したと判定し、そのことを表す異常発生信号を生成する。この異常判定部３３が異常発生信号を生成すると、マイクロコンピュータ６は、所定のフェールセーフ処理を行う。フェールセーフ処理は、たとえば、電動モータ３の駆動制御を中止する処理を含む。
【００２８】
図２は、ｄｑ軸電流指令値演算部２６の動作を説明するための図であり、モータ回転角速度ωに応じたｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimが示されている。これらの上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimの間でｑ軸電流指令値ｉqa*が設定されることによって、電動モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に正弦波電圧を印加する正弦波駆動が可能になる。
【００２９】
弱め磁束制御をしないとき、すなわち、ｄ軸電流指令値ｉda*＝０とするときには、破線で示す特性Ｌ１+，Ｌ１-に従ってｑ軸電流指令値ｉqa*が制限される。特性Ｌ１+は、一方向（たとえば右回り方向）へのトルクを発生させるために正のｑ軸電流指令値ｉqa*を設定するときの上限値を示し、特性Ｌ１-は他方向（たとえば左回り方向）へのトルクを発生させるために負のｑ軸電流指令値ｉqa*を設定するときの下限値を示す。この場合、モータ回転角速度ωの絶対値が所定の第１閾値ω１（たとえば、ω１＝８００rpm）以下の低中速回転域においては、ｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値および下限値はそれぞれ一定値α、−α（ただしαは正の定数）であり、モータ回転角速度ωの絶対値が前記第１閾値ω１を超える高速回転域においては、ｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値は、モータ回転角速度ωの増加に伴ってリニアに減少し、ｑ軸電流指令値ｉqa*の下限値は、モータ回転角速度ωの絶対値の増加に伴ってリニアに増加する（絶対値が減少する）特性とされる。つまり、ｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値および下限値の絶対値は、第１閾値ω１以下の中低速回転域において一定値に保持される一方で、第１閾値ω１を超える高速回転域においてモータ回転角速度ωの増加に応じてリニアに減少する特性とされる。
【００３０】
一方、弱め磁束制御をするときには、実線で示す特性Ｌ２+，Ｌ２-に従ってｑ軸電流指令値ｉqa*が制限される。特性Ｌ２+は、一方向（たとえば右回り方向）へのトルクを発生させるために正のｑ軸電流指令値ｉqa*を設定するときの上限値を示し、特性Ｌ２-は他方向（たとえば左回り方向）へのトルクを発生させるために負のｑ軸電流指令値ｉqa*を設定するときの下限値を示す。この場合、モータ回転角速度ωの絶対値が前記第１閾値ω１よりも大きな第２閾値ω２（＞ω１。たとえば、ω２＝９００rpm）以下の回転速度域においては、ｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値および下限値はそれぞれ一定値α，−αである。そして、モータ回転角速度ωの絶対値が前記第２閾値ω２を超える回転速度域においては、ｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値は、モータ回転角速度ωの増加に伴って非線形に減少し、ｑ軸電流指令値ｉqa*の下限値は、モータ回転角速度ωの絶対値の増加に伴って非線形に増加（絶対値が減少）する特性とされる。つまり、ｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値および下限値の絶対値は、第２閾値ω２以下の回転速度域において一定値に保持される一方で、第２閾値ω２を超える回転速度域においてモータ回転角速度ωの増加に応じて非線形に減少する特性とされる。
【００３１】
ｑ軸電流は、電動モータ３の出力トルクに対応する。したがって、弱め磁束制御を行わないときには、特性Ｌ１+，Ｌ１-から理解されるとおり、モータ回転角速度ωの絶対値が第１閾値ω１を超える高速回転域では、モータ回転角速度ωの絶対値の上昇に応じて、出力トルクが減少していき、或る回転速度ω１０（たとえば、ω１０＝１５００rpm）でトルクを発生することができなくなる。そこで、第１閾値ω１を超える高速回転域において、ｄ軸電流指令値ｉda*を零以外の有意な値に設定して弱め磁束制御を行うことで、第１閾値ω１を超える高速回転域において、電動モータ３の出力を増加させることができる。
【００３２】
弱め磁束制御を行うときのｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値ｉqa_uplimは下記（３）式で与えられ、その下限値ｉqa_downlimは下記（４）式で与えられる。ただし、上限値ｉqa_uplimは正のｑ軸電流指令値ｉqa*に対して適用され、下限値ｉqa_downlimは負のｑ軸電流指令値ｉqa*に対して適用される。
【００３３】
【数３】
2009137323.tif 000006
Ｒはモータの固定子巻線抵抗
φは界磁による固定子鎖交磁束から計算されるｄｑ座標上の磁束
ωはモータの電気角における回転角速度
Ｌdはｄ軸インダクタンス
Ｌqはｑ軸インダクタンス
Ｖlimは正弦波駆動が可能なｄｑ座標での制限電圧
αは正の定数
である。
【００３４】
また、弱め磁束制御のためのｄ軸電流指令値ｉda*は、下記（５）式で与えられる。
【００３５】
【数４】
2009137323.tif 000007
【００３６】
図３は、弱め磁束制御を行うときのｄｑ軸電流指令値演算部２６の動作を説明するためのフローチャートである。ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、図２の特性Ｌ２+，Ｌ２-に従って、モータ回転角速度ωに対応する上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimを設定する（ステップＳ１）。さらに、ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、車速および操舵速度等に基づいてｑ軸電流指令値ｉqa*を設定する（ステップＳ２）。
【００３７】
次に、ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、ｑ軸電流指令値ｉqa*と上限値ｉqa_uplimとを比較する（ステップＳ３）。もしも、ｑ軸電流指令値ｉqa*が上限値ｉqa_uplimよりも大きければ（ステップＳ３：ＹＥＳ）、このｑ軸電流指令値ｉqa*に制限が加えられる。すなわち、その後の制御に用いるためのｑ軸電流指令値ｉqa*として上限値ｉqa_uplimが代入される（ステップＳ４）。
【００３８】
一方、ｑ軸電流指令値ｉqa*が上限値ｉqa_uplim以下であれば（ステップＳ３：ＮＯ）、次に、ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、ｑ軸電流指令値ｉqa*と下限値ｉqa_downlimとを比較する（ステップＳ５）。もしも、ｑ軸電流指令値ｉqa*が下限値ｉqa_downlim未満であれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、このｑ軸電流指令値ｉqa*に制限が加えられる。すなわち、その後の制御に用いるためのｑ軸電流指令値ｉqa*として下限値ｉqa_downlimが代入される（ステップＳ６）。
【００３９】
ステップＳ２で設定されたｑ軸電流指令値ｉqa*が、上限値ｉqa_uplim以下（ステップＳ３：ＮＯ）で、かつ、下限値ｉqa_downlim以上（ステップＳ５：ＮＯ）の値であれば、そのｑ軸電流指令値ｉqa*がそのまま用いられる。
こうして、ｑ軸電流指令値ｉqa*に必要に応じた制限を加えた後、ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、前記（５）式に従って、ｄ軸電流指令値ｉda*を設定する。
【００４０】
こうして求められたｑ軸電流指令値ｉqa*およびｄ軸電流指令値ｉda*に基づいて、減算部２７ｄ，２７ｑにおいてｄ軸電流偏差δidおよびｑ軸電流偏差δiqがそれぞれ求められる。さらにそれらの電流偏差δid，δiqに基づいて、ｄｑ軸電圧指令値演算部２９によって、ｄ軸電圧指令値Ｖda*およびｑ軸電圧指令値Ｖqa*が求められる。また、ｑ軸電流偏差δiqに基づいて、異常判定部３３による異常判定処理が行われる。
【００４１】
図４は、正弦波駆動のためにｄ軸電圧指令値Ｖda*とｑ軸電圧指令値Ｖqa*とに課される条件を示す図である。電動モータ３の各相の電圧が正弦波となるようにするためには、各相電圧の振幅を電源電圧Ｅd（モータドライバ９に印加される電圧。バッテリ電圧で代用してもよい。）の１／２以下とする必要があり、ｄ軸電圧Ｖdおよびｑ軸電圧Ｖqに関して、次の（６）式が成立する必要がある。
【００４２】
√（Ｖd2＋Ｖq2）≦Ｅd√３／２√２＝Ｖlim      …… （６）
一方、定常状態でのｑ軸電圧Ｖqおよびｄ軸電圧Ｖdは、次のように、表される。
【００４３】
【数５】
2009137323.tif 000008
これらを前記（６）式に代入すると、次の（９）式が得られる。
【００４４】
【数６】
2009137323.tif 000009
弱め磁束制御をしないとき、すなわち、ｄ軸電流指令値ｉda*＝０で前記（９）式が満たされる条件は、次の（１０）式である。
【００４５】
【数７】
2009137323.tif 000010
これを変形すると、弱め磁束制御をしないときに正弦波駆動を行うための条件は、次の（１１）式で与えられることがわかる。
【００４６】
【数８】
2009137323.tif 000011
一方、ｉda*＝０では前記（１０）式を満たさないとき、すなわち、下記（１２）式の条件のときには、ｄ軸電流指令値ｉda*≠０とすることにより前記（９）式を満たす必要がある。
【００４７】
【数９】
2009137323.tif 000012
そこで、前記（９）式をｉda*について解くと、下記（１３）式を得る。
【００４８】
【数１０】
2009137323.tif 000013
【００４９】
ｄ軸電流の絶対値が大きくなるほどモータ効率が低下するので、前記（１３）式の条件を満たす絶対値が最小の値をｄ軸電流指令値ｉda*とすればよい。
Ａ＞０は自明であり、前記（１２）式よりＣ＞０であるので、次の（１４）式および（１５）式のとおりとなる。
【００５０】
【数１１】
2009137323.tif 000014
前記（１５）式のときは、ｄ軸電流指令値ｉda*が正値となり、ｄ軸の界磁を強める方向に電流を流すことになるので、Ｂ＜０のときは、ｉda*＝０とする。
【００５１】
ここで、Ｂ2−ＡＣ≧０を満たさなければ、前記（１４）式の値が虚数となり、この（１４）式を満たすｉda*が存在しない。つまり、どのようなｑ軸電流指令値ｉda*を設定しても、図４の円で示される制限電圧範囲内に収まらない。そこで、Ｂ2−ＡＣ≧０をｉqa*について解くと、下記（１６）式が得られ、これが、制限電圧範囲内とするために、すなわち、正弦波駆動を行うために、ｑ軸電流指令値ｉqa*に課される条件となる。
【００５２】
【数１２】
2009137323.tif 000015
【００５３】
したがって、ｑ軸電流指令値ｉqa*を予め前記（１６）式の範囲に制限し（図３のステップＳ３〜Ｓ６）、その後に、前記（１５）式によりｄ軸電流指令値ｉda*を求めればよい（図３のステップＳ７）。これにより、制限電圧範囲内で最大の出力を得ることができる。すなわち、高速回転域においても、振動を生じさせることなく、出力の増加を図ることができる。これにより、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上することができる。
【００５４】
図５は、異常判定部３３が所定の制御周期毎に繰り返し実行する処理を説明するためのフローチャートである。異常判定部３３は、減算部２７ｑによって求められるｑ軸電流偏差δｉqと、予め定める閾値Ｉthとを比較する（ステップＳ１１）。ｑ軸電流偏差δｉqが閾値Ｉth以上のときには（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、異常判定部３３は、さらに、δｉq≧Ｉthの状態の継続時間Ｔが予め定める異常判定時間Ｔth以上継続しているかどうかを判断する（ステップＳ１２）。この判断が肯定されるときは、ｑ軸電流偏差δｉqが過大な状態が長時間継続しているので、異常が発生していると判定して、異常発生信号を生成する（ステップＳ１３）。δｉq≧Ｉthの状態の継続時間Ｔが異常判定時間Ｔthに満たないときには、以後の処理を行わずにリターンする。
【００５５】
ｑ軸電流偏差δｉqが閾値Ｉth未満であれば（ステップＳ１１：ＮＯ）、前記継続時間Ｔを零にリセットして（ステップＳ１４）、リターンする。したがって、δｉq≧Ｉthの状態が異常判定時間Ｔthだけ継続する前にδｉq＜Ｉthの状態となったときには、異常発生信号は生成されない。
ｑ軸電流指令値ｉqa*は、前述のとおり、前記（１６）式の範囲に制限されている。つまり、電動モータ３に生じる逆起電力のためにアシスト切れが生じる高速回転域においては、当該逆起電力の影響による電流低下の影響を予め加味して、ｑ軸電流指令値ｉqa*が設定される。そのため、ｑ軸電流指令値ｉqa*とｑ軸電流ｉqa（検出値）との差であるｑ軸電流偏差δｉqは、正常時には、アシスト切れが生じる高速回転域においても、大きな値になることがない。その結果、高速回転域においても、異常判定部３３による異常判定処理は信頼性を維持している。このように、ｑ軸電流偏差δｉqを用いた異常判定処理を高速回転域においても有効に用いることができるので、この異常判定処理の機能を高めることができる。
【００５６】
図６は、ｄｑ軸電圧指令値演算部２９の構成例を説明するためのブロック図である。ｄｑ軸電圧指令値演算部２９は、ｄ軸電圧指令値演算部５１、およびｑ軸電圧指令値演算部５２を有する。ｄ軸電圧指令値演算部５１は、ｄ軸電流偏差δｉdを低減するように、ｄ軸電流偏差δｉdのＰＩ演算（以下「ｄ軸ＰＩ演算」という。）等に基づいてｄ軸電圧指令値Ｖda*を求める。ｑ軸電圧指令値演算部５２は、ｑ軸電流偏差δｉqを低減するように、ｑ軸電流偏差δｉqのＰＩ演算（以下「ｑ軸ＰＩ演算」という。）等に基づいてｑ軸電圧指令値Ｖqa*を求める。
【００５７】
ｄ軸電圧指令値演算部５１は、ｄ軸ＰＩ演算部５１ａ、ｄ軸非干渉化制御量演算部５１ｂ、およびｄ軸加算部５１ｃを有する。
ｄ軸ＰＩ演算部５１ａは、ｄ軸電流偏差δｉdのＰＩ演算によりｄ軸ＰＩ演算値Ｖdoを演算し、このｄ軸ＰＩ演算値Ｖdoをｄ軸加算部５１ｃに出力する。
ｄ軸非干渉化制御量演算部５１ｂは、三相交流／ｄｑ座標変換部２８により求められるｑ軸電流ｉqaと、角速度演算部２５によって求められる回転角速度ω（rad/sec）とに基づき、ｄ軸非干渉化制御量Ｄdを求める。
【００５８】
ｄ軸加算部５１ｃは、ｄ軸ＰＩ演算値Ｖdoにｄ軸非干渉化制御量Ｄdを加算する。この加算結果が、ｄ軸電圧指令値Ｖda*（＝Ｖdo＋Ｄd）となる。これにより、ｄ軸ＰＩ演算値Ｖdoをｄ軸非干渉化制御量Ｄdにより補正して、ｄ軸電圧指令値Ｖda*が求められている。
ｑ軸電圧指令値演算部５２は、ｑ軸ＰＩ演算部５２ａ、ｑ軸非干渉化制御量演算部５２ｂ、およびｑ軸加算部５２ｃを有する。
【００５９】
ｑ軸ＰＩ演算部５２ａは、ｑ軸電流偏差δｉqのＰＩ演算によりｑ軸ＰＩ演算値Ｖqoを演算し、このｑ軸ＰＩ演算値Ｖqoをｑ軸加算部５２ｃに出力する。
ｑ軸非干渉化制御量演算部５２ｂは、三相交流／ｄｑ座標変換部２８により求められるｄ軸電流ｉdaと、角速度演算部２５によって求められる回転角速度ω（rad/sec）とに基づき、ｑ軸非干渉化制御量Ｄqを求める。
【００６０】
ｑ軸加算部５２ｃは、ｑ軸ＰＩ演算値Ｖqoにｑ軸非干渉化制御量Ｄqを加算する。この加算結果が、ｑ軸電圧指令値Ｖqa*（＝Ｖqo＋Ｄq）となる。これにより、ｑ軸ＰＩ演算値Ｖqoをｑ軸非干渉化制御量Ｄqにより補正して、ｑ軸電圧指令値Ｖqa*が求められている。
電動モータ３の内部で生じる速度起電力は、ｄ軸については、−ωＬqｉqaと表され、ｑ軸については、ωＬdｉda＋ωΦと表される。したがって、これらを補償するｄ軸非干渉化制御量Ｄdおよびｑ軸非干渉化制御量Ｄqは次式（１７）（１８）のとおりとなる。これらがｄ軸非干渉化制御量演算部５１ｂおよびｑ軸非干渉化制御量演算部５２ｂによってそれぞれ演算される。
【００６１】
Ｄd＝−ωＬqｉqa            …（１７）
Ｄq＝ωＬdｉda＋ωΦ        …（１８）
このように非干渉化制御を行うことによって、電動モータ３の応答性および追従性を向上することができる。そして、電動モータ３の応答性および追従性が向上されることによって、フィードバック制御による電流応答の遅れを抑制することができる。そのため、減算部２７ｑで求められるｑ軸電流偏差δｉqが、電流応答の遅れに起因して、大きな値となったり、大きな値の状態が長時間継続したりすることを抑制または防止できる。しかも、様々な状況において、一様な電流応答が得られる。これにより、異常判定部３３での異常判定処理をより正確に行うことができる。また、電流応答の遅れが抑制されるので、異常判定時間Ｔthを短く設定することができる。これにより、ｑ軸電流偏差δｉqに基づく異常判定処理に要する時間を短縮できる。
【００６２】
図７は、この発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するための図であり、異常判定に関連する部分の構成が示されている。この図７において、前述の図１の各部に対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、ｄｑ軸電流指令値演算部２６が生成するｑ軸電流指令値ｉqa*に対して所定のフィルタ処理を行うフィルタ３５と、このフィルタ３５によって処理されたｑ軸電流指令値ｉqa*′とｑ軸電流値ｉqa（検出値）との偏差を演算するｑ軸電流偏差演算部３６とが設けられ、このｑ軸電流偏差演算部３６によって求められたｑ軸電流偏差δｉq′が異常判定部３３に与えられるようになっている。
【００６３】
フィルタ３５は、ｑ軸電流ｉqaに対応した電流応答特性（たとえば一次遅れ特性）のフィルタ処理をｑ軸電流指令値ｉqa*に対して行い、その処理後のｑ軸電流指令値ｉqa*′を出力する。したがって、フィルタ処理後のｑ軸電流指令値ｉqa*′は、フィルタ処理前のｑ軸電流指令値ｉqa*に対して、ｑ軸電流ｉqaの応答特性に近似した応答特性を有することになる。したがって、ｑ軸電流偏差演算部３６が演算するｑ軸電流偏差δｉq′は、ｑ軸電流ｉqaの応答遅れの影響がほぼ排除された値となっている。
【００６４】
しかも、非干渉化制御が導入されていることにより、前述のとおり、電流応答特性は種々の状況でほぼ一様となっている。そのため、その一様な電流応答特性に整合するようにフィルタ３５の処理を設定しておくことにより、正常時には、フィルタ処理後のｑ軸電流指令値ｉqa*′は、ｑ軸電流ｉqにごく近似した値を有することになる。その結果、ｑ軸電流偏差演算部３６が求めるｑ軸電流偏差δｉq′は、電流応答特性の影響をほぼ排除した値となる。このようなｑ軸電流偏差δｉq′を用いて、図５に示す異常判定処理を行うことにより、より一層正確な異常判定処理が可能になる。
【００６５】
図８は、この発明の第３の実施形態を説明するための図であり、前述の図１または図７の構成におけるｄｑ軸電流指令値演算部２６が設定するｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimが示されている。
この実施形態では、回転角速度ωの絶対値が所定の第３閾値ω３（＞ω２。たとえば、ω３＝３５００rpm）を超える回転速度域においては、ｑ軸電流指令値ｉqa*に対して、前記（１６）式による制限よりもさらに大きな制限をかける特性Ｌ３+，Ｌ３-が適用される。すなわち、モータ回転角速度絶対値｜ω｜が第３閾値ω３を超える範囲では、前記（１６）式の場合よりも上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimの絶対値が小さく設定されるように、モータ回転角速度絶対値｜ω｜の増加に伴って、前記（１６）式の場合よりも大きな変化率で上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimの絶対値がリニアに減少する。そして、上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimは、それぞれ、第４閾値ω４（＞ω３。たとえば、ω４＝４０００rpm），−ω４で零となっている。
【００６６】
このような構成とすることによって、回転角速度ωが異常に大きな値となることを防止できるので、マイクロコンピュータ６が実行するソフトウェアの変数がオーバーフローしたりすることがなく、安定な制御が可能になる。
図９は、この発明の第４の実施形態を説明するための図であり、前述の図１または図７の構成におけるｄｑ軸電流指令値演算部２６が設定するｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimが示されている。
【００６７】
この実施形態では、図２の特性Ｌ２+の曲線に内接する線分（原点Ｏ側から接する線分）で構成された折れ線特性Ｌ２Ａ+に従ってｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値ｉqa_uplimが定められている。図示は省略するが、同様に、特性Ｌ２-の曲線に内接する線分（原点Ｏ側から接する線分）で構成された折れ線特性Ｌ２Ａ-に従ってｑ軸電流指令値ｉqa*の下限値ｉqa_downlimが定められるようになっている。より具体的には、折れ線特性Ｌ２Ａ+，Ｌ２Ａ-を形成する複数の頂点４０の値がマイクロコンピュータ６に備えられたメモリ（図示せず）に記憶されており、頂点４０の間の線分４１上の値は線形補間によって求められる。このような構成とすることにより、前記（１６）式の制限範囲内にｑ軸電流指令値ｉqa*を制限するための演算負荷を軽減することができる。
【００６８】
以上、この発明の４つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、弱め磁束制御を行うときのｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値ｉqa_uplimは、図２の特性Ｌ１+と特性Ｌ２+（最上限値）との間の値に定めればよく、同じく弱め磁束制御を行うときのｑ軸電流指令値ｉqa*の下限値ｉqa_downlimは、図２の特性Ｌ１-と特性Ｌ２-（最下限値）との間の値に定めればよい。したがって、たとえば、図２に二点鎖線で示す特性Ｌ４+，Ｌ４-のように特性Ｌ２+，Ｌ２-のよりも絶対値が低めの上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimが設定される特性にしてもよい。このような特性Ｌ４+，Ｌ４-は、たとえば、モータドライバ９などの回路素子の特性のばらつき（製造ばらつき、温度変化、経年変化など）や、入力電圧（バッテリ電圧）の変動を考慮して、これらのばらつきや変動によらずに、特性Ｌ１+，Ｌ２+間に上限値ｉqa_uplimが収まり、特性Ｌ１-，Ｌ２-間に下限値ｉqa_downlimが収まるように定めてもよい。この場合、特性Ｌ４+，Ｌ４-は、下記（１９）式および（２０）式に示すように、前記（３）式および（４）式の右辺に定数Ｋ（０＜Ｋ＜１）を乗じて設定してもよい。
【００６９】
【数１３】
2009137323.tif 000016
【００７０】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図２】ｄｑ軸電流指令値演算部の動作を説明するための図であり、モータ回転角速度に応じたｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimが示されている。
【図３】弱め磁束制御を行うときのｄｑ軸電流指令値演算部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】正弦波駆動のためにｄ軸電圧指令値Ｖda*とｑ軸電圧指令値Ｖqa*とに課される条件を示す図である。
【図５】異常判定部処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】ｄｑ軸電圧指令値演算部の構成例を説明するためのブロック図である。
【図７】この発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するための図であり、異常判定に関連する部分の構成が示されている。
【図８】この発明の第３の実施形態を説明するための図であり、ｄｑ軸電流指令値演算部が設定するｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimを示す。
【図９】この発明の第４の実施形態を説明するための図であり、ｄｑ軸電流指令値演算部が設定するｑ軸電流指令値ｉqa*の上限値ｉqa_uplimおよび下限値ｉqa_downlimを示す。
【図１０】モータの逆起電力によるアシスト切れを説明するための図である。
【図１１】アシスト切れに伴う異常判定の誤りを説明するための図である。
【図１２】電流応答に起因する電流偏差を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
３…電動モータ、４…レゾルバ、５…モータ制御装置、６…マイクロコンピュータ，２７ｑ…減算部、３６…ｑ軸電流偏差演算部
【図１】
2009137323.tif 000018
【図２】
2009137323.tif 000019
【図３】
2009137323.tif 000020
【図４】
2009137323.tif 000021
【図５】
2009137323.tif 000022
【図６】
2009137323.tif 000023
【図７】
2009137323.tif 000024
【図８】
2009137323.tif 000025
【図９】
2009137323.tif 000026
【図１０】
2009137323.tif 000027
【図１１】
2009137323.tif 000028
【図１２】
2009137323.tif 000029