JP2009248962A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フェールセーフにより回転角の推定を行う際に、推定誤差に伴う操舵フィーリングの悪化を抑制する。
【解決手段】推定した相対回転角θｅｅに推定誤差があるか否かを判定し、推定誤差があると判定されたときに、その相対回転角θｅｅを補正する。具体的には、各相の電流検出値Ｉａ〜Ｉｃが、定格電流よりも大きな所定値αを超えているか否かを判定し（ステップＳ３４〜Ｓ３６）、所定値αを超えるような過大な電流が流れているときには、推定誤差が発生していると考えられるので、相対角速度ωｅｅに補正量Δωを加算することでオフセットし補正を行う（ステップＳ３７、Ｓ３８）。このように、前回の回転角θｅｒ(n)に加算される相対角速度ωｅｅを補正することで、推定される相対回転角θｅｅの推定誤差を小さくする、又は解消する。
【選択図】図８

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

複数のホールセンサによってモータ回転角を検出すると共に、モータ逆起電圧からモータ回転角を推定し、双方を比較することでホールセンサの異常を検知し、且つホールセンサの異常を検知したら、推定されるモータ回転角の変化傾向に基づいて、アシスト制御を継続するものがあった（特許文献１参照）。
また、レゾルバによってモータ回転角を検出すると共に、操舵トルクからモータ回転角を推定し、レゾルバの異常を検知したら、推定されるモータ回転角に基づいて、アシスト制御を継続するものがあった（特許文献２参照）。
特開２００５−３３５５９１号公報（図１３） 特開２００７−１１８８２３号公報

しかしながら、上記の特許文献１、２に記載された従来例にあっては、推定したモータ回転角と実際のモータ回転角との間に誤差があると、電動モータに予期せぬ電流が流れ、アシストトルクに振動が発生する可能性がある。
本発明の課題は、フェールセーフにより回転角の推定を行う際に、推定誤差に伴う操舵フィーリングの悪化を抑制することである。

本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング系にアシストトルクを伝達する電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、前記電動モータの回転角を推定する回転角推定手段と、前記回転角検出手段の異常を検知する異常検知手段と、該異常検知手段が異常を検知しなければ、前記回転角検出手段で検出した回転角を選択し、当該異常検知手段が異常を検知したら、前記回転角推定手段で推定した回転角を選択する選択手段と、前記トルク検出手段で検出した操舵トルク及び前記選択手段で選択した回転角に応じて、前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記回転角推定手段で推定した回転角に推定誤差があるか否かを判定する判定手段と、該判定手段で推定誤差があると判定されたときに前記回転角推定手段で推定した回転角を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、前記判定手段は、前記電動モータの通電電流が所定値を超えたときに、推定誤差があると判定することを特徴とする。
本発明の請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御手段は、前記トルク検出手段で検出した操舵トルクに応じて前記電動モータに対する電流指令値を算出し、算出した電流指令値と、前記選択手段で選択した回転角と、に応じて前記電動モータを駆動制御し、前記判定手段は、前記電動モータの通電電流と前記電流指令値との差分が所定値を超えたときに、推定誤差があると判定することを特徴とする。

本発明の請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、前記判定手段は、前記電動モータに発生する逆起電圧のモデル値を前記回転角推定手段で推定した回転角に応じて算出すると共に、前記電動モータに発生する逆起電圧の実値を前記電動モータの通電電流及び線間電圧に応じて算出し、前記モデル値と前記実値との差分が所定値を超えたときに、推定誤差があると判定することを特徴とする。

本発明の請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、前記補正手段は、前記回転角推定手段で推定した回転角を、推定誤差修正方向に、所定量だけ補正することを特徴とする。
本発明の請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御手段は、前記判定手段で推定誤差があると判定されたときに、所定時間だけ、前記電動モータの駆動制御を中断することを特徴とする。

本発明によれば、回転角検出手段の異常を検知したら、フェールセーフにより回転角の推定を行い、推定した回転角に推定誤差があるときには、この回転角を補正することで、推定誤差を小さくする、又は解消し、操舵フィーリングの悪化を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す全体構成図である。図中、１は通常の車両に搭載されているバッテリであって、このバッテリ１から出力されるバッテリ電圧Ｖｂがヒューズ２を介して制御装置３に入力される。この制御装置３は、ヒューズ２を介して入力されるバッテリ電圧Ｖｂが図３中に示すリレー４を介して入力された操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ５を駆動するモータ駆動手段としてのモータ駆動回路６を有する。

電動モータ５は、例えば三相交流駆動されるスター（Ｙ）結線されたブラシレスモータで構成され、電動パワーステアリング装置の操舵補助力を発生する操舵補助力発生用モータとして動作する。この電動モータ５は、ステアリングホイール１１が接続されたステアリングシャフト１２に減速機構１３を介して連結され、このステアリングシャフト１２がラックピニオン機構１４に連結され、このラックピニオン機構１４がタイロッド等の連結機構１５を介して左右の転舵輪１６に連結されている。

ステアリングシャフト１２には、ステアリングホイール１１に入力された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１７が配設されていると共に、電動モータ５にはモータ回転角を検出するレゾルバ１８が配設され、操舵トルクセンサ１７で検出した操舵トルク検出信号及びレゾルバ１８で検出したモータ回転角検出信号が制御装置３へ入力されている。
操舵トルクセンサ１７は、ステアリングホイール１１に付与されてステアリングシャフト１２に伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを図示しない入力軸及び出力軸間に介挿したトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。この操舵トルクセンサ１７は、図２に示すように、入力される操舵トルクが零のときには、所定の中立トルクＴ₀となり、この状態から例えば右切りすると、操舵トルクの増加に応じて中立トルクＴ₀より増加する値となり、操舵トルクが零の状態から左切りすると操舵トルクの増加に応じて中立トルクＴ₀より減少する値となる。

モータ駆動回路６は、図３に示すように、２つの電界効果トランジスタＱａａ及びＱａｂが直列に接続された直列回路と、この直列回路と並列に接続された同様に２つの電界効果トランジスタＱｂａ及びＱｂｂの直列回路、並びに電界効果トランジスタＱｃａ及びＱｃｂの直列回路とで構成されるインバータ回路２１を有する。このインバータ回路２１の電界効果トランジスタＱａａ及びＱａｂの接続点、電界効果トランジスタＱｂａ及びＱｂｂの接続点、並びに電界効果トランジスタＱｃａ及びＱｃｂの接続点が、電動モータ５のスター結線された各励磁コイルＬａ、Ｌｂ並びにＬｃに接続され、さらにインバータ回路２１から電動モータ５に出力されるモータ駆動電流Ｉａ、Ｉｂがモータ電流検出回路７で検出される。

モータ駆動回路６は、インバータ回路２１の各電界効果トランジスタを制御するＦＥＴゲート駆動回路２２を有する。このＦＥＴゲート駆動回路２２は、インバータ回路２１の電界効果トランジスタを、後述するマイクロコンピュータ３０から出力される電流指令値Ｉａｔ、Ｉｂｔ及びＩｃｔに基づいて決定されるデューティ比Ｄａ、Ｄｂ及びＤｃのＰＷＭ（パルス幅変調）信号によってＯＮ／ＯＦＦされ、実際に電動モータ５に流れる電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃの大きさが制御される。ここで、デューティ比Ｄａ、Ｄｂ及びＤｃの大きさに伴って上アームを構成するＱａａ、Ｑｂａ、Ｑｃａと、下アームを構成するＱａｂ、Ｑｂｂ、Ｑｃｂは、夫々アームショートを避けるためのデッドタイムを持ってＰＷＭ駆動される。

制御装置３は、ゲート駆動回路２２に対して電動モータ５で操舵補助力を発生させるデューティ比のパルス幅変調信号を供給するマイクロコンピュータ３０を有する。
マイクロコンピュータ３０には、電動モータ５の各相電流を検出する電流検出回路７から入力される各相電流検出値Ｉａ〜Ｉｃと、電動モータ５の各相の端子電圧を検出する端子電圧検出回路８から入力される各相端子電圧Ｖａ〜Ｖｃとが入力されると共に、操舵トルクセンサ１７で検出した操舵トルク信号がＡ／Ｄ変換回路３１を介して入力され、レゾルバ１８の出力信号が入力されたモータ回転角信号を出力するモータ回転角検出回路３２からのモータ回転角信号sinθ及びcosθ が入力端子に入力され、さらに車速Ｖを検出する車速センサ３３から出力される車速Ｖが入力される。

マイクロコンピュータ３０には、ヒューズ２に接続されて例えば５Ｖのマイクロコンピュータ用電源を形成する安定化電源回路３４から出力される安定化電源が制御電源として入力されている。
モータ回転角検出回路３２は、所定の周波数を有する搬送波信号sinωｔをレゾルバ１８に供給して、この搬送波信号sinωｔを正弦波sinθで振幅変調した波形を有する正弦波信号（sinωｔ・sinθ）及び搬送波信号sinωｔを余弦波cosθで振幅変調した波形を有する余弦波信号（sinωｔ・cosθ）を発生させ、これら正弦波信号（sinωｔ・sinθ）及び余弦波信号（sinωｔ・cosθ）をＡ／Ｄ変換器３５及び３６を介してマイクロコンピュータ３０に入力すると共に、搬送波sinωｔの例えば正のピーク時期を検出してピーク検出パルスＰｐをマイクロコンピュータ３０に入力する。

マイクロコンピュータ３０の構成は、機能ブロック図で表すと図４に示すようになり、後述するフェールセーフ処理部４９からのフェールセーフ信号ＳＦによって操舵トルクセンサ１７から入力される操舵トルクＴの急激な変化を抑制して徐々に変化させる徐変制御部４１と、この徐変制御部４１で急激な変化が制限された操舵トルクＴと車速センサ３３で検出した車速Ｖが入力されると共に、後述する角速度・角加速度検出部から入力される角速度ωｅ及び角加速度αに基づいてベクトル制御を行って３相の電流指令値Ｉａ^*〜Ｉｃ^*を算出する電流指令値算出部４２と、この電流指令値算出部４２から出力される電流指令値Ｉａ^*〜Ｉｃ^*を後述するフェールセーフ処理部４９からのフェールセーフ信号ＳＦによって制限する電流出力制限部４３と、この電流出力制限部４３から出力される電流指令値Ｉａ^*〜Ｉｃ^*と電流検出回路７から入力される相電流検出値Ｉａ〜Ｉｃを減算して偏差ΔＩａ〜ΔＩｃを算出する減算部４４と、この減算部４４から出力される偏差ΔＩａ〜ΔＩｃを例えば比例・積分（ＰＩ）制御して指令電圧Ｖａ^*〜Ｖｃ^*をモータ駆動回路６のＦＥＴゲート駆動回路２２に出力する電流制御部４５と、電流検出回路７から入力される電流検出値Ｉａ〜Ｉｃと、端子電圧検出回路８から入力される端子電圧Ｖａ〜Ｖｃとが入力され、これらに基づいて各モータコイルの線間で発生する線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ、ＥＭＦｃａを演算する逆起電圧演算部４６と、モータ回転角検出回路３２から入力される正弦波信号（sinωｔ・sinθ）及び余弦波信号（sinωｔ・cosθ）とピーク検出パルスＰｐとに基づいて電気角で表されるモータ回転角θｅを演算するモータ回転角演算部４７と、逆起電圧演算部４６で演算された線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ、ＥＭＦｃａとモータ回転角演算部４７で演算されたモータ回転角θｅとに基づいて角速度及び角加速度を算出する回転角速度・角加速度演算部４８と、操舵トルクセンサ１７で検出した操舵トルクＴ、車速センサ６で検出した車速Ｖ及びモータ回転角演算部４７で演算されたモータ回転角θｅが入力され、これらに基づいて操舵トルクセンサ１７、車速センサ３３及びレゾルバ１８、モータ回転角検出回路３２、モータ回転角演算部４７の異常を検知してフェールセーフ信号ＳＦを出力するフェールセーフ処理部４９と、を備えている。

電流指令値算出部４２は、図５に示すように、操舵トルクセンサ１７から入力される操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*を算出する操舵補助トルク指令値演算部４２Ａと、この操舵補助トルク指令値演算部４２Ａで算出した操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*に対して後述する角速度ωｅ及び角加速度αに基づいて補償を行う指令値補償部４２Ｂと、この指令値補償部４２Ｂで補償した補償後トルク指令値Ｉ_M ^*′に基づいてｄ−ｑ軸電流指令値を算出し、これを３相電流指令値に変換するｄ−ｑ軸電流指令値演算部４２Ｃと、を備える。

操舵補助トルク指令値演算部４２Ａは、図６のマップを参照し、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて電流指令値である操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*を算出する。このマップは、図６に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*をとると共に、車速Ｖをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが“０”からその近傍の設定値Ｔ１までの間は操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*が“０”を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔ１を超えると最初は操舵補助指令値Ｉ_M ^*が操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*が急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。

指令値補償部４２Ｂは、後述するモータ角速度ωｅに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償部５１と、後述するモータ角加速度αに基づいて電動モータ５の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償部５２と、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を推定するＳＡＴ推定フィードバック部５３と、を備える。

収斂性補償部５１は、車速センサ３３で検出した車速Ｖ及び後述するモータ角速度ωｅが入力され、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール１が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、モータ角速度ωｅ及び車速Ｖに応じて変更される収斂性制御ゲインＫｖを乗じて収斂性補償値Ｉｃを算出する。
ＳＡＴ推定フィードバック部５３は、操舵トルクＴ、角速度ω、角加速度α及び操舵補助トルク指令値演算部４２Ａで算出した操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*が入力され、これらに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを演算する。

ここで、セルフアライニングトルクＳＡＴの算出原理を、図７に基づいて説明する。ドライバがステアリングホイール１を操舵することによって操舵トルクＴが発生し、その操舵トルクＴに従って電動モータ５がアシストトルクＴｍを発生し、これによって車輪Ｗが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクＳＡＴが発生する。このとき、電動モータ５の慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってステアリングホイール１の操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記（１）式のような運動方程式が得られる。

Ｊ・α＋Ｆｒ・sign(ω)＋ＳＡＴ＝Ｔｍ＋Ｔ ………（１）
ここで、上記（１）式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクＳＡＴについて解くと下記（２）式が得られる。
ＳＡＴ(s)＝Ｔｍ(s)＋Ｔ(s)−Ｊ・α(s)−Ｆｒ・sign(ω(s)) ………（２）

上記（２）式から明らかなように、電動モータ５の慣性Ｊ及び静摩擦Ｆｒを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ω、回転角加速度α、アシストトルクＴｍ及び操舵トルクＴよりセルフアライニングトルクＳＡＴを推定することができる。操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*は、アシストトルクＴｍに比例するので、この操舵補助電流指令値Ｉ_M ^*をアシストトルクＴｍに代入することで、セルフアライニングトルクＳＡＴを演算する。

指令値補償部４２Ｂでは、慣性補償部５２からの慣性補償値ＩｉとＳＡＴ推定フィードバック部５３からのセルフアライニングトルクＳＡＴとを加算器５４で加算すると共に、この加算器５４からの出力と収斂性補償部５１からの収斂性補償値Ｉｃとを加算器５５で加算して指令補償値Ｉｃｏｍを算出する。この指令補償値Ｉｃｏｍが操舵補助トルク指令値演算部４２Ａからの操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*に加算器５６を介して加算されることで補償後トルク指令値Ｉ_M ^*′が算出され、この補償後トルク指令値Ｉ_M ^*′がｄ−ｑ軸電流指令値演算部４２Ｃに入力される。

ｄ−ｑ軸電流指令値演算部４２Ｃは、補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′及びモータ角速度ωに基づいてｄ軸目標電流Ｉｄ^*を算出するｄ軸目標電流算出部６１と、モータ回転角θ及びモータ角速度ωに基づいてｄ−ｑ軸誘起電圧モデルＥＭＦ（Electro Magnetic Force）のｄ軸ＥＭＦ成分ｅd(θ)及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅq(θ)を算出する誘起電圧モデル算出部６２と、この誘起電圧モデル算出部６２からのｄ軸ＥＭＦ成分ｅｄ(θ)及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅｑ(θ)、ｄ軸目標電流算出部６１からのｄ軸目標電流Ｉｄ^*、補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′、並びにモータ角速度ωに基づいてｑ軸目標電流Ｉｑ^*を算出するｑ軸目標電流算出部６３と、ｄ軸目標電流算出部６１からのｄ軸目標電流Ｉｄ^*及びｑ軸目標電流算出部６３からのｑ軸目標電流Ｉｑ^*を３相電流指令値Ｉａ^*、Ｉｂ^*、Ｉｃ^*に変換する２相／３相変換部６４と、を備える。

逆起電圧演算部４６は、先ず端子電圧検出回路８から入力される各相端子電圧Ｖａ〜Ｖｃに基づいて下記（３）式〜（５）式の演算を行って線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａを算出する。
Ｖａｂ＝Ｖａ−Ｖｂ ………（３）
Ｖｂｃ＝Ｖｂ−Ｖｃ ………（４）
Ｖｃａ＝Ｖｃ−Ｖａ ………（５）

次いで、算出した線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａと、電流検出回路７から入力される各相電流検出値Ｉａ〜Ｉｃとに基づいて下記（６）式〜（８）式の演算を行って各線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ、ＥＭＦｃａを算出する。

ＥＭＦａｂ＝Ｖａｂ−｛(Ｒａ＋ｓ・Ｌａ)・Ｉａ−(Ｒｂ＋ｓ・Ｌｂ)・Ｉｂ｝…（６）
ＥＭＦｂｃ＝Ｖｂｃ−｛(Ｒｂ＋ｓ・Ｌｂ)・Ｉｂ−(Ｒｃ＋ｓ・Ｌｃ)・Ｉｃ｝…（７）
ＥＭＦｃａ＝Ｖｃａ−｛(Ｒｃ＋ｓ・Ｌｃ)・Ｉｃ−(Ｒａ＋ｓ・Ｌａ)・Ｉａ｝…（８）
ここで、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃはモータの巻線抵抗、Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃはモータのインダクタンス、ｓはラプラス演算子で、ここでは微分演算（ｄ／ｄｔ）を表している。

そして、算出された各線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ及びＥＭＦｃａの絶対値を加算して逆起電圧ＥＭＦ（＝｜ＥＭＦａｂ｜＋｜ＥＭＦｂｃ｜＋｜ＥＭＦｃａ｜）を算出する。ここで、逆起電圧ＥＭＦを各線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ及びＥＭＦｃａの絶対値を加算して求めるのは、演算を簡素化するためであり、相対角度演算精度を向上させるために逆起電圧ＥＭＦを求めるには、各線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ及びＥＭＦｃａの二乗和の平方根即ちＥＭＦ＝√（ＥＭＦａｂ²＋ＥＭＦｂｃ²＋ＥＭＦｃａ²）を演算する。なお、求められる各線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ及びＥＭＦｃａはモータの相対角度が得られる程度の精度でよい。

また、前記（６）〜（８）式では、モータの巻線抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを固定値としているが、モータの巻線抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃは温度依存性を有するので、モータ温度を検出してモータの巻線抵抗Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃを補正することが好ましいが、モータの巻線抵抗Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃとして固定値を用い、温度変動等の理由によりモータ抵抗が増減した場合でも、操舵補助制御を継続することに必要なレベルの逆起電圧・角度情報が得られる場合には固定値を採用してもよい。但し、この場合に設定するモータの巻線抵抗Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃと不感帯幅設定値は角度情報を得るために温度変化に対して十分なマージンを持った値を設定する必要がある。

モータ回転角演算部４７では、モータ回転角検出回路３２からピーク検出パルスＰｐが入力される毎に図示しないモータ回転角算出処理を実行してsinθ及びcosθを算出し、算出したsinθ及びcosθから電気角でなるモータ回転角θｅを算出する。

角速度・角加速度演算部４８は、図８に示すように、逆起電圧演算部４６からの逆起電圧ＥＭＦに基づいて相対角速度ωｅｅを演算する相対角速度演算部４８ａと、操舵トルクセンサ１７からの操舵トルクＴに基づいて回転方向を表す符号を取得する符号取得部４８ｂと、角速度演算部４８ａで演算した相対角速度ωｅｅに符号取得部４８ｂで取得した符号を乗算する乗算部４８ｃと、電流検出回路７からの電流検出値Ｉａ〜Ｉｃ及び電流出力制限部４３からの電流指令値Ｉａ^*〜Ｉｃ^*に基づいて乗算部４８ｃからの相対角速度ωｅｅに推定誤差があるか否かを判定する推定誤差判定部４８ｋと、この推定誤差判定部４８ｋで推定誤差があると判定されたときに相対角速度ωｅｅの補正量Δωを算出する補正量設定部４８ｐと、乗算部４８ｃからの相対速度ωｅｅに対して補正量設定部４８ｐで算出した補正量Δωだけ加算する加算部４８ｒと、この加算部４８ｒからの相対角速度ωｅｅの急激な変化を抑制するレイトリミッタ部４８ｄと、このレイトリミッタ部４８ｄからの相対角速度ωｅｅを前回のモータ回転角θｅ(n-1)に加算して相対回転角θｅｅを算出する加算部４８ｆと、この加算部４８ｆからの相対回転角θｅｅとモータ回転角演算部４７からの実回転角θｅｒとをフェールセーフ信号ＳＦに基づいて選択する回転角選択部４８ｇと、モータ回転角演算部４７からの実回転角θｅｒを微分して実角速度ωｅｒを算出する角速度演算部４８ｈと、この角速度演算部４８ｈからの実角速度ωｅｒ及び相対角度情報オフセット処理部４８ｅからの相対角速度ωｅｅをフェールセーフ信号ＳＦに基づいて選択する角速度選択部４８ｉと、角速度選択部４８ｉからの角速度ωｅを微分して角加速度αを算出する角加速度演算部４８ｊと、で構成されている。

相対角速度演算部４８ａでは、逆起電圧演算部４６から入力される逆起電圧ＥＭＦに基づいて下記（９）式の演算を行って相対角速度ωｅｅを算出する。
ωｅｅ＝ＥＭＦ／Ｋｅ ………（９）
ここで、Ｋｅはモータの逆起電圧定数［Ｖ／ｒｐｍ］である。

ちなみに、逆起電圧演算部４６内の図示しない不感帯設定部では、前述した各線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ及びＥＭＦｃａを算出する際に、モータの巻線抵抗Ｒａ〜Ｒｃとして、実際の抵抗値の代わりに抵抗のモデル値を採用する。したがって、相対角速度ωｅｅには誤差が生じるものの、その誤差はモータ電流に比例したオフセット誤差であるため、電流に比例した不感帯設定を行うことで推定誤差を取り除く。すなわち、相対角速度ωｅｅは電流（逆起電圧量）に比例し、誤差も電流（逆起電圧量）に比例するため、不感帯の設定値は電流指令値Ｉ_M ^*に応じた値に設定する。また、モータ回転速度変化によるインダクタンスの影響も受けることから、モータの回転速度に応じてインダクタンス変動分を逆起電圧演算部４６にフィードバックすることにより、インダクタンス変動の影響を除去することが好ましい。

回転角選択部４８ｇは、フェールセーフ処理部４９から出力されるフェールセーフ信号ＳＦが論理値“０”であるときにはモータ回転角演算部４７から出力される実回転角θｅｒを選択し、論理値“１”であるときに加算部４８ｆから入力される相対回転角θｅｅを選択する。
角速度選択部４８ｉは、フェールセーフ処理部４９から出力されるフェールセーフ信号ＳＦが論理値“０”であるときには角速度演算部４８ｈから出力される実角速度ωｅｒを選択し、論理値“１”であるときにはレイトリミッタ部４８ｄから出力される相対角速度ωｅｅを選択する。

次に、フェールセーフ処理部４９で所定時間（例えば１０msec）毎に実行されるモータ回転角異常検出処理を、図９のフローチャートに基づいて説明する。
先ずステップＳ２１では、図示しないモータ回転角算出処理で算出された正弦波sinθ及び余弦波cosθを読込む。

続くステップＳ２２では、図１０のマップを参照し、正弦波sinθ及び余弦波cosθが正常範囲にあるか否かを判定する。このマップは、図１０に示すように、横軸にsinθ、縦軸にcosθをとり、原点Ｇ（０，０）を中心に３つの同心円及び２つの四角形が表示されている。３つの同心円について説明すると、一番内側は（sinθ）²＋（cosθ）²＝Ｐmin、真ん中は（sinθ）²＋（cosθ）²＝１、一番外側は（sinθ）²＋（cosθ）²＝Ｐmaxの円が表示されている。大きな四角形αは一辺が２・Ｐmaxの正方形であり、小さな四角形βは一辺が２（Ｐmin／√２）の四角形である。ここで、正常範囲とは大きな四角形αと小さな四角形βに囲まれた斜線部の範囲を示し、それ以外の領域は異常範囲を示す。

なお、上述した判定基準のＰmin及びＰmaxは検出の精度やモータの極数などの影響を考慮して、ＰmaxとＰminとにより異常検出精度を調整できる。このＰmax及びＰminを適切に設定することにより、モータ駆動中の故障やレゾルバ１８の異常を検出することができる。そして、（sinθ）²＋（cosθ）²＝１は通常の正常の判定基準であり、（sinθ）²＋（cosθ）²＝Ｐmin、及び（sinθ）²＋（cosθ）²＝Ｐmaxは、Ｐmin＜（sinθ）²＋（cosθ）²＜Ｐmaxの正常範囲を示すためのものであり、通常の正常の判定基準より広いことになる。

ここで、sinθ及びcosθが正常範囲にある場合にはステップＳ２３に移行し、sinθ及びcosθが異常範囲にある場合にはステップＳ２４に移行する。
ステップＳ２３では、正常であることを示す論理値“０”のフェールセーフ信号ＳＦを角速度・角加速度演算部４８に出力してから所定のメインプログラムに復帰する。
ステップＳ２４では、異常であることを表す論理値“１”のフェールセーフ信号ＦＳを角速度・角加速度演算部４８に出力してから所定のメインプログラムに復帰する。

上記のように、異常判定用マップを使用して、sinθ及びcosθが正常であるか異常であるかを判定することにより、（sinθ）²＋（cosθ）²＝１を判定するための（sinθ）²＋（cosθ）²の演算を行う必要がなく、マイクロコンピュータ３０の処理負荷を大幅に軽減することができると共に、判定時間を大幅に短縮することができる。

次に、電流指令値算出部４２で所定時間（例えば１０msec）毎に実行される操舵補助制御処理を、図１１のフローチャートに基づいて説明する。
先ずステップＳ１では、操舵トルクセンサ１７、車速センサ３３等の各種センサの検出値及び角速度・角加速度演算部４８で算出した回転角θｅ、角速度ωｅ及び角加速度αを読込む。
続くステップＳ２では、図６のマップを参照し、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*を算出する。

続くステップＳ３では、収斂性補償部５１と同様に、モータ角速度ωｅ及び車速Ｖに応じて設定された補償係数Ｋｖを乗算して収斂性補償値Ｉｃを算出する。
続くステップＳ４では、慣性補償部５２と同様に、モータ角加速度αに基づいて慣性補償値Ｉｉを算出する。
続くステップＳ５では、ＳＡＴ推定フィードバック部５３と同様に、前述した（２）式に従い、モータ角速度ωｅ及びモータ角加速度αに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを算出する。

続くステップＳ６では、操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*に対して、収斂性補償値Ｉｃ、慣性補償値Ｉｉ、及びセルフアライニングトルクＳＡＴを加算して補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′を算出する。
続くステップＳ７では、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部４２Ｂと同様に、補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′にｄ−ｑ軸指令値演算処理を実行してｄ軸目標電流Ｉｄ^*及びｑ軸目標電流Ｉｑ^*を算出する。

続くステップＳ８では、２相／３相変換処理を行ってモータ電流指令値Ｉａ^*〜Ｉｃ^*を算出する。
続くステップＳ９では、モータ電流指令値Ｉａ^*〜Ｉｃ^*からモータ電流Ｉａ〜Ｉｃを減算して電流偏差ΔＩａ〜ΔＩｃを算出する。
続くステップＳ１０では、電流偏差ΔＩａ〜ΔＩｃについてＰＩ制御処理を行って電圧指令値Ｖａ^*〜Ｖｃ^*を算出する。
続くステップＳ１１では、電圧指令値Ｖｕ^*〜Ｖｗ^*をモータ駆動回路６のＦＥＴゲート駆動回路２２に出力してから所定のメインプログラムに復帰する。

次に、角速度・角加速度演算部４８で所定時間（例えば１０msec）毎に実行される相対角速度演算処理を、図１２のフローチャートに基づいて説明する。この相対角速度演算処理は、相対角速度演算部４８ａ、符号取得部４８ｂ、乗算部４８ｃ、推定誤差判定部４８ｋ、補正量設定部４８ｐ、加算部４８ｒ、レイトリミッタ部４８ｄ、及び加算部４８ｆの処理に相当する。

先ずステップＳ３１では、逆起電圧ＥＭＦを読込む。
続くステップＳ３２では、前記（９）式に従い、逆起電圧ＥＭＦに基づいて相対角速度ωｅｅを算出する。
続くステップＳ３３では、操舵トルクＴの符号を相対速度ωｅｅに乗算する。
続くステップＳ３４では、ａ相の電流検出値Ｉａが所定値α以下であるか否かを判定する。αはモータ定格電流よりも大きな値である。ここで、判定結果がＩａ≦αであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差はないと判断してステップＳ３５に移行する。一方、判定結果がＩａ＞αであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差があると判断して後述するステップＳ３７に移行する。

ステップＳ３５では、ｂ相の電流検出値Ｉｂが所定値α以下であるか否かを判定する。ここで、判定結果がＩｂ≦αであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差はないと判断してステップＳ３６に移行する。一方、判定結果がＩｂ＞αであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差があると判断して後述するステップＳ３７に移行する。

ステップＳ３６では、ｃ相の電流検出値Ｉｃが所定値α以下であるか否かを判定する。ここで、判定結果がＩｃ≦αであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差はないと判断して後述するステップＳ３９に移行する。一方、判定結果がＩｃ＞αであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差があると判断してステップＳ３７に移行する。

ステップＳ３７では、相対角速度ωｅｅに対する補正量Δωを設定する。ここでは、単に所定量とし、例えばシステムの応答時間に応じて設定するが、電流の大きさに応じて可変にしてもよい。その符号は、補正方向に対応し、相対角速度ωｅｅや操舵トルクＴの方向に応じて定める。
続くステップＳ３８では、相対角速度ωｅｅに補正量Δωを加算して、この相対角速度ωｅｅを補正してからステップＳ３９に移行する。

ステップＳ３９では、相対角速度ωｅｅ(n)から前回算出した相対角速度ωｅｅ(n-1)を減算して変化量Δωｅｅを算出する。
続くステップＳ４０では、変化量Δωｅｅの絶対値が所定の上限値Δωｓを超えているか否かを判定する。ここで、判定結果が｜Δωｅｅ｜＞Δωｓであるときには、変化量Δωｅｅが許容範囲を超えていると判断してステップＳ４１に移行する。一方、判定結果が｜Δωｅｅ｜≦Δωｓであるときには、変化量Δωｅｅが許容範囲にあると判断して後述するステップＳ４４に移行する。

ステップＳ４１では、変化量Δωｅｅが正値又は零である否かを判定する。ここで、判定結果がΔωｅｅ≧０であるときにはステップＳ４２に移行する。一方、判定結果がΔωｅｅ＜０であるときにはステップＳ４３に移行する。
ステップＳ４２では、前回の相対角速度ωｅｅ(n-1)に上限値Δωｓを加算して、今回の相対角速度ωｅｅ(n)を算出してからステップＳ４４に移行する。

ステップＳ４３では、前回の相対角速度ωｅｅ(n-1)から上限値Δωｓを減算して、今回の相対角速度ωｅｅ(n)を算出してからステップＳ４４する。
ステップＳ４４では、前回のモータ回転角θｅｅ(n-1)に今回の相対角速度ωｅｅを加算して、今回のモータ回転角θｅｅ(n)を算出してから所定のメインプログラムに復帰する。

以上より、モータ回転角演算部４７が「回転角検出手段」に対応し、角速度・角加速度演算部４８、及び図１２の相対角速度演算処理が「回転角推定手段」に対応し、フェールセーフ処理部４９、及び図９のモータ回転角異常検出処理が「異常検知手段」に対応し、回転角選択部４８ｇが「選択手段」に対応し、制御装置３、モータ駆動回路６、及び図１１の操舵補助制御処理が「制御手段」に対応する。また、推定誤差判定部４８ｋ、及び図１２のステップＳ３４〜Ｓ３６の処理が「判定手段」に対応し、補正量設定部４８ｐ、加算部４８ｒ、及び図１２のステップＳ３７、Ｓ３８の処理が「補正手段」に対応する。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
イグニッションスイッチ３７をオン状態とすると、制御装置３にバッテリ１からの電源が投入されて、制御装置３内のマイクロコンピュータ３０で、図９に示すモータ回転角異常検出処理、図１１に示す操舵補助制御処理及び図１２に示す相対角速度算出処理等が実行開始される。

この状態では、マイクロコンピュータ３０で実行する図１１の操舵補助制御処理では、操舵トルクセンサ１７で検出した操舵トルクＴを読込み（ステップＳ１）、次いで、読込んだ操舵トルクＴから中立トルクＴ₀を減算して操舵トルクＴを算出し（ステップＳ２）、次いで車速センサ３３から車速Ｖを読込み（ステップＳ３）、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて図６に示す操舵補助指令値算出マップを参照して操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出する（ステップＳ４）。

このとき、レゾルバ１８、モータ回転角検出回路３２及びＡ／Ｄ変換器３５，３６が正常であるものとすると、図９のモータ回転角異常検出処理を実行したときに、図４に示すモータ回転角演算部４７で、モータ回転角検出回路３２から入力される正弦波信号（sinωｔ＋sinθ）及び余弦波信号（sinωｔ＋cosθ）とピーク検出パルスＰｐとに基づいて算出されるsinθ及びcosθを読込み（ステップＳ２１）、読込んだsinθ及びcosθに基づいて図１０に示す異常判定マップを参照することにより、sinθ及びcosθで表される点が斜線図示の正常領域内に入ることにより、正常と判断されて論理値“０”のフェールセーフ信号ＳＦが角速度・角加速度演算部４８に出力される。（ステップＳ２３）。

このため、図８に示す角速度・角加速度演算部４８では、回転角選択部４８ｇでモータ回転角演算部４７によって算出される実回転角θｅｒが選択されてこれが回転角θｅとされると共に、角速度選択部４８ｉで角速度演算部４８ｈで実回転角θｅｒを微分した実角速度ωｅｒが選択されてこれが角速度ωｅとされ、さらに角速度ωｅを角加速度演算部４８ｊで微分して角加速度αを算出して、これら回転角θｅ、角速度ωｅ及び角加速度αを電流指令値算出部４２に出力する。

したがって、電流指令値算出部４２で実行する図１１の操舵補助制御処理では、ステップＳ２からステップＳ３に移行して、角速度ωｅに基づいて収斂性補償値Ｉｃを算出し、次いでモータ角加速度αに基づいて慣性補償制御用の慣性補償値Ｉｉを算出し（ステップ
Ｓ４）、さらに角速度ωｅ、角加速度α、操舵トルクＴ及び操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*に基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを算出する（ステップＳ５）。

次いで、操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*に収斂性補償値Ｉｃ、慣性補償値Ｉｉ及びセルフアライニングトルクＳＡＴを加算して補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′を算出し（ステップＳ６）、算出した補償後操舵補助トルク指令値Ｉ_M ^*′、回転角θｅ及び角速度ωｅに基づいてｄ−ｑ軸指令値演算処理を実行して、目標ｄ軸電流Ｉｄ^*及び目標ｑ軸電流Ｉｑ^*を算出し（ステップＳ７）、これら目標ｄ軸電流Ｉｄ^*及び目標ｑ軸電流Ｉｑ^*を２相／３相変換処理して３相のモータ電流指令値Ｉａ^*、Ｉｂ^*及びＩｃ^*を算出する（ステップＳ８）。

そして、算出した目標相電流値Ｉａ^*、Ｉｂ^*及びＩｃ^*と検出したモータ相電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃとに基づいて電流フィードバック処理を行って電動モータ５の各相の電圧指令値Ｖａ^*、Ｖｂ^*及びＶｃ^*を算出し（ステップＳ１０）、これら各相電圧指令値Ｖａ^*、Ｖｂ^*及びＶｃ^*をモータ駆動回路６のＦＥＴゲート駆動回路２２に出力する（ステップＳ１１）。

このため、ＦＥＴゲート駆動回路２２で、モータ駆動回路６の電界効果トランジスタＱｕａ〜Ｑｗｂをパルス幅変調制御することにより、モータ駆動回路６から電動モータ５に三相駆動電流を供給して、この電動モータ５でステアリングホイール１に作用された操舵トルクに応じた方向の操舵補助力を発生させ、これを減速ギヤ１３を介して出力軸１２に伝達する。

このとき、車両が停車している状態でステアリングホイール１を操舵する所謂据え切り状態では、車速Ｖが零であって、図６に示す操舵補助指令値算出マップの特性線の勾配が大きいことにより、小さい操舵トルクＴで大きな操舵補助指令値Ｉ_M ^*を算出するので、電動モータ５で大きな操舵補助力を発生して軽い操舵を行うことができる。
この車両の停車状態から車両を発進させて走行状態とし、この状態でステアリングホイール１を操舵する通常操舵状態では、車速の増加に応じて必要とする操舵補助トルクが小さくなることから、ステアリングホイール１に伝達される操舵トルクも小さい値となり、これが操舵トルクセンサ１７で検出されてマイクロコンピュータ３０に入力される。このため、操舵補助指令値Ｉ_M ^*も小さい値となり、電動モータ５で発生される操舵補助トルクは据切り時の操舵補助トルクに比較して小さくなる。

ところが、例えば車両が走行している状態で、レゾルバ１８、モータ回転角検出回路３２及びＡ／Ｄ変換器３５，３６のモータ回転角検出系に断線、ショート、地絡、天絡等の異常が発生すると、モータ回転角検出回路３２からマイクロコンピュータ３０に入力される正弦波信号（sinωｔ＋sinθ）及び余弦波信号（sinωｔ＋cosθ）が異常となり、これらとピーク検出パルスＰｐとに基づいて図示しないモータ回転角算出処理で算出されるsinθ及びcosθとの組み合わせが異常となって、図９のモータ異常検出処理で、sinθ及びcosθに基づいて図１０に示す異常判定マップを参照したときに、sinθ及びcosθで表される点が斜線図示の正常領域外となり、直ちに論理値“１”のフェールセーフ信号ＳＦが角速度・角加速度演算部４８に出力される。

このため、角速度・角加速度演算部４８において、回転角選択部４８ｇで加算部４８ｆによって算出された相対回転角θｅｅが選択されると共に、角速度選択部４８ｉで相対角度情報オフセット処理部４８ｅによって算出される相対角速度ωｅｅが選択される。このとき、相対回転角θｅｅの初期値として、レゾルバ１８等が正常であった前回の回転角θｅｒ(n-1)が加算部４８ｆに供給される。

このように、回転角選択部４８ｇ及び角速度選択部４８ｉが切換えられると、その前から実行されている図１２の相対回転角算出処理によって逆起電圧ＥＭＦに基づく相対（回転）角の算出処理により回転角θｅ、角速度ωｅ及び角加速度αが決定される。
このとき、逆起電圧演算部４６で、前述した（３）式〜（５）式の演算を行って各線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ及びＶｃａを算出し、次いで前記（６）〜（８）式の演算を行うことにより、線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ及びＥＭＦｃａを算出し、これらを加算して逆起電圧ＥＭＦを算出する。

そして、相対回転角算出処理で、算出された逆起電圧ＥＭＦを読込み（ステップＳ３１）、次いで逆起電圧ＥＭＦに基づいて前記（９）式の演算を行って、相対角速度ωｅｅを算出する（ステップＳ３２）。

次いで、算出した相対角速度ωｅｅに操舵トルクセンサ１７で検出した操舵トルクＴの符号を付加することにより、電動モータ５の回転方向に応じた符号を有する現在の相対角速度ωｅｅ(n)が算出される（ステップＳ３３）。

そして、算出された現在の相対角速度ωｅｅ(n)から前回の相対角速度ωｅｅ(n-1)を減算して変化量Δωｅｅを算出し（ステップＳ３９）、この変化量Δωｅｅの絶対値が変化量上限値Δωｓ以下であるときにはそのまま相対角速度ωｅｅ(n)を現在値とするが、変化量Δωｅｅの絶対値が変化量上限値Δωｓを超えているときには変化量が大き過ぎるものと判断して前回の相対角速度ωｅｅ(n-1)に変化量上限値Δωｓを加減算して相対角速度ωｅｅの変化量を制限する（ステップＳ４０〜Ｓ４３）。

こうして、相対角速度ωｅｅ(n)を確定し、これを加算部４８ｆで前回の回転角θｅｒ(n-1)に加算することにより、相対回転角θｅｅを推定する（ステップＳ４４）。
この推定された相対回転角θｅｅが回転角選択部４８ｇで選択されて回転角θｅとして電流指令値算出部４２に出力されると共に、相対角速度ωｅｅ(n)が角速度選択部４８ｉで選択されて角速度ωｅとして電流指令値算出部４２に出力され、さらに角速度ωｅを角加速度演算部４８ｊで微分して角加速度αを算出し、この角加速度αも電流指令値算出部４２に出力される。

このため、電流指令値算出部４２で、実行される図１１の操舵補助制御処理によって、異常となった実回転角θｅｒ、これに基づく実角速度ωｅｒ、角加速度αに代えて、相対回転角θｅｅ、相対角速度ωｅｅ及び相対角加速度αが適用されて、これら相対角速度情報に基づく指令値補償処理及びｄ−ｑ軸指令値演算処理が実行されて、操舵補助制御処理が継続される。

しかも、電動モータ５の逆起電圧ＥＭＦに基づいて相対角速度ωｅｅを算出する場合には、電動モータ５の回転方向を捉えることが困難で、例えば電動モータ５に供給する電流の相転流や逆起電圧の見え方によってモータ回転方向を決定するようにしてもよいが、運転者の意志に反した操舵補助力を発生する可能性が残るので、上記第１の実施形態のように運転者の直接的な意志を表す操舵トルクＴの方向で決定することにより、運転者の意志に応じた回転方向を設定することができる。

ところで、推定した相対回転角θｅｅと実際のモータ回転角との間に誤差があると、電動モータ５に予期せぬ電流が流れ、アシストトルクに振動が発生する可能性がある。そこで、相対回転角θｅｅに推定誤差があるか否かを判定し、推定誤差があるときには、その相対回転角θｅｅを補正する。つまり、二重のフェールセーフである。

先ず、各相の電流検出値Ｉａ〜Ｉｃが、定格電流よりも大きな所定値αを超えているか否かを判定し（ステップＳ３４〜Ｓ３６）、所定値αを超えるような過大な電流が流れているときには、推定誤差が発生していると考えられるので、相対角速度ωｅｅに補正量Δωを加算することでオフセットし補正を行う（ステップＳ３７、Ｓ３８）。このように、前回の回転角θｅｒ(n)に加算される相対角速度ωｅｅを補正することで、図１３に示すように、推定される相対回転角θｅｅの推定誤差を小さくする、又は解消し、操舵フィーリングの悪化を抑制することができる。しかも、新たなセンサ類を設けることなく、推定誤差を判定し、そして補正することができるので、コストアップを防ぐことができ、また専用の故障モードを考慮する必要もない。

ちなみに、相対回転角θｅｅに基づいて電動モータ５を回転駆動することができる原理は、以下の通りである。
すなわち、ブラシレスモータのロータとステータとの磁界ベクトル相対角誤差とロータに発生するエネルギーの絶対値との関係は図１４に示すようになる。
ここで、ロータ位置を考慮せずにステータに固定の電流を流すと、図１４の「状態１」に示すように、ロータとステータの磁界ベクトルが一致する所までモータはトルクを発生して回転する。

そして、「状態２」に示すように、ロータとステータの磁界ベクトルが一致すると、ロータはステータの磁界に拘束されて動かなくなる（モータトルク＝０Ｎｍ）。つまり、完全なｄ軸への通電状態となる。この「状態２」でモータを回したい方向と回転速度にしたがって相電流を変化させると、ロータはステータの磁界に拘束された状態で回転することになる。このときの拘束力は相電流に比例する。

このように、上記の実施形態では、電動モータ５の回転角を検出する回転角検出系統に異常が発生したときに、逆起電圧ＥＭＦに基づいて相対角速度ωｅｅを算出することにより、運転者の操舵系に対する操舵量に応じた相対回転角θｅｅ及び相対角加速度αを算出して、操舵補助制御を継続することができるものであるが、より安全性を考えると、回転角検出系統に異常が発生したときに、操舵補助制御の感度を低下させて操舵補助制御を継続することが好ましい。

この場合には、前述した図４の機能ブロック図で電流指令値算出部４２の前後に徐変制御部４１及び電流出力制限部４３を設け、これら徐変制御部４１及び電流出力制限部４３をフェールセーフ処理部４９から入力されるフェールセーフ信号ＳＦが論理値“０”であるときには徐変機能及び制限機能を停止させ、論理値“１”であるときに徐変機能及び制限機能を発揮させるようにして、電流指令値Ｉａ^*〜Ｉｃ^*を制限して、電動モータ５で発生させる操舵補助力を低下させることが好ましい。

また、指令値補償部４２Ｂについても、回転角検出系統が正常の場合には必要でも、逆起電圧に基づく相対角速度ωｅｅに基づく相対回転角θｅｅを使用する際には不必要に反応してしまう補償部についてはその出力を“０”とするか、“１”以下のゲイン倍することにより、正常時に比較して小さい値とすることで補償部の影響を小さくし、逆にいっそうの補償が必要となる補償部については通常よりも大きな補償値を採用するように構成することが好ましい。

具体的には、角度情報を基にした補償制御（モータの位置を基準に補償を行うもの）は補償停止とすべきであるが、相対角度に対する実角度の誤差を小さくする効果を持つか、ゲインを正常時よりも小さくするか大きくすることで相対角と実角度の誤差を小さくする効果を持つ補償制御は行うべきである。換言すると、相対角と実角度の誤差を大きくする要素となりうる補償制御は停止とすべきである。

さらに、上記の実施形態においては、線間電圧Ｖａｂ〜Ｖｃａに基づいて線間逆起電圧ＥＭＦａｂ〜ＥＭＦｃａを算出して、これらを加算してモータ逆起電圧ＥＭＦを算出するようにしたので、電動モータ５の結線即ちＹ結線やΔ結線に依存することなく逆起電圧から相対角速度ωｅｅを算出することができると共に、別途検出回路等を設けることなく逆起電圧を検出することができる利点がある。

なお、上記の実施形態では、逆起電圧ＥＭＦを線間電圧Ｖａｃ〜Ｖｃａを用いて（６）式〜（８）式に従って線間逆起電圧ＥＭＦａｂ〜ＥＭＦｃａを算出し、これらを加算して算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータ５としてＹ結線モータを適用する場合に、電動モータの中点電圧を検出して、この中点電圧を各モータ端子電圧Ｖａ〜Ｖｃから減算して相電圧Ｖｉｈ（ｉ＝ａ〜ｃ）を算出し、この相電圧Ｖｉｈに基づいて下記（１０）式の演算を行って各相の逆起電圧ｅｉを算出し、算出した逆起電圧ｅａ〜ｅｃに基づいて下記（１１）の演算を行って相対角速度ωｅｅを算出するようにしてもよい。この場合には演算負荷を大きくすることなく相対角速度ωｅｅと実角度の間の誤差量を小さくすることができ、回転角検出系統を省略して、相対角速度ωｅｅに基づいて正確な操舵補助制御処理を実行することができる。

ｅｉ＝Ｖｉｈ−（Ｒｉ＋ｓ・Ｌｉ）・Ｉｉ ………（１０）
ωｅｅ＝２×｛max（｜ｅａ｜，｜ｅｂ｜，｜ｅｃ｜）｝／Ｋｅ ………（１１）

この場合、中点電圧を検出する場合に代えて、中点電圧はモータ駆動回路印加電圧の１／２となることから、モータ駆動回路印加電圧１／２の値を中点電圧Ｖｎとして相電圧Ｖａｈ〜Ｖｃｈを算出するようにしてもよい。

さらに、下記（１２）式のように電動モータ５の各モータ端子電圧の総和を求めて、その値をモータの相数で除した値をモータ中点電圧Ｖｎとして各相電圧を算出するようにしてもよい。
Ｖｎ＝（Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋……＋Ｖｘ）÷モータ相数） ………（１２）

また、逆起電圧ｅｉを算出する場合に、上記（１０）式に代えて、下記（１３）式に示すように、電流制御部４５から出力される電圧指令値Ｖｉ^*（ｉ＝ａ〜ｃ）に基づいてＦＥＴゲート駆動回路２２で算出されるデューティ比Ｄｉとバッテリ電圧Ｖｂａｔとモータ電流Ｉｉとに基づいて逆起電圧ｅｉを算出するようにしてもよい。
ｅｉ＝Ｄｉ・Ｖｂａｔ−（Ｒｉ＋ｓ・Ｌｉ）・Ｉｉ ………（１３）

この場合には、モータ端子電圧Ｖａ〜Ｖｃを使用することなく逆起電圧ｅｉを算出することができるので、上記（１３）式に基づいて逆起電圧ｅｉを算出する逆起電圧演算部を前述した逆起電圧演算部４６に代えて設けることにより、モータ端子電圧検出部８を省略することができ、この分制御装置３の構成を簡略化することができる。

また、上記（１３）式に基づいて逆起電圧ｅｉを算出する逆起電圧演算部を前記逆起電圧演算部４６と並列に設けることにより、逆起電圧演算部４６で逆起電圧ｅｉを演算できない異常状態が発生した場合に、逆起電圧ｅｉの代替え演算を行うことが可能となる。
さらに、上記の実施形態では、操舵トルクに基づいて回転方向を付与する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転方向を付与する為に、情報の信頼性が保てる場合には、例えば舵角センサからの操舵回転方向情報と、相転流状況や逆起電圧の見え方などの２つ以上の異なる情報源から回転方向を判断して方向付与することが望ましい。

また、上記の実施形態では、逆起電圧ＥＭＦに基づいて相対角速度ωｅｅを算出し、この相対角速度ωｅｅを前回のモータ回転角θｅｅ(n-1)に加算することによりモータ回転角θｅｅを算出する場合について説明したが、線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ及びＥＭＦｃａは正弦波となるので、この線間逆起電圧ＥＭＦａｂ、ＥＭＦｂｃ及びＥＭＦｃａの０クロス点を検出し、０クロス点を検出した時点で一意に決まるモータ回転角（電気角）でモータ回転角θｅｅを下記表１に示すように補正することにより、より正確なモータ回転角θｅｅを算出することができる。

さらに、上記の実施形態では、相対回転角θｅｅの初期値としてレゾルバ１８等が正常であった前回の相対回転角θｅｒ(n-1)を加算部４８ｆに供給する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、上述したように相対角度に基づいて確実にモータを駆動することができるので、初期値として任意の回転角θｅｒを設定することができる。このため、モータ回転角が異常と判断されるまでは相対角度を算出せず、モータ回転角が異常と判断された時又は異常の兆候を捉えられた時から相対角度の算出を開始し、算出した相対角度に基づいてモータ駆動を行うようにしてもよい。この場合には演算処理装置の処理負荷を小さくすることができる。

また、上記の実施形態では、逆起電圧ＥＭＦに基づいて相対角度情報としての相対速度ωｅｅを算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵角センサから得られた操舵角の角度変化量に基づいて相対速度ωｅｅを算出するようにしてもよく、さらには逆起電圧を求めることができない二重故障状態である場合は、操舵角センサから得た操舵量に切換えて直接相対角度θｅｅを算出するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、相対回転角θｅｅに推定誤差があると判定されたときに、相対角速度ωｅｅに補正量Δωを加算することで、相対回転角θｅｅを補正しているが、これに限定されるものではない。要は、最終的に相対回転角θｅｅを補正できればよいので、角速度演算部４８ａから出力されるωｅｅを補正したり、レイトリミッタ部４８ｄから出力されるωｅｅを補正したり、加算部４８ｆから出力される相対回転角θｅｅを補正してもよい。

また、上記の実施形態では、電流検出値Ｉｉ（ｉ＝ａ、ｂ、ｃ）が所定値αを超えた時点で、推定誤差があると判定しているが、これに限定されるものではなく、電流検出値Ｉｉが所定値αを超えた状態で所定時間が経過したときに、推定誤差があると判定するようにしてもよい。これによれば、ノイズによる誤判定を避けられる。
また、上記の実施形態では、相対回転角θｅｅに推定誤差があると判定されたときに、相対回転角θｅｅを補正して電動モータ５の駆動制御を継続しているが、これに限定されるものではなく、所定時間だけ、電界効果トランジスタの全てのゲートをＯＦＦにすることで、電動モータ５の駆動制御を中断してもよい。これによれば、電動モータ５に無駄電流が流れることを防ぐことができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
この第２実施形態は、図１５に示すように、相対回転角θｅｅの推定誤差を判定する方法が異なる。すなわち、前述したステップＳ３４〜Ｓ３６を新たなステップＳ５１〜Ｓ５３に変更したことを除いては、図１２の相対角速度演算処理と同様であり、同一部分の詳細説明は省略する。

ステップＳ５１では、ａ相の電流指令値Ｉａ^*と電流検出値Ｉａとの差分｜Ｉａ^*−Ｉａ｜が、所定値β以下であるか否かを判定する。ここで、判定結果が｜Ｉａ^*−Ｉａ｜≦βであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差はないと判断してステップＳ５２に移行する。一方、判定結果が｜Ｉａ^*−Ｉａ｜＞βであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差があると判断して前記ステップＳ３７に移行する。

ステップＳ５２では、ｂ相の電流指令値Ｉｂ^*と電流検出値Ｉｂとの差分｜Ｉｂ^*−Ｉｂ｜が、所定値β以下であるか否かを判定する。ここで、判定結果が｜Ｉｂ^*−Ｉｂ｜≦βであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差はないと判断してステップＳ５３に移行する。一方、判定結果が｜Ｉｂ^*−Ｉｂ｜＞βであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差があると判断して前記ステップＳ３７に移行する。

ステップＳ５３では、ｃ相の電流指令値Ｉｃ^*と電流検出値Ｉｃとの差分｜Ｉｃ^*−Ｉｃ｜が、所定値β以下であるか否かを判定する。ここで、判定結果が｜Ｉｃ^*−Ｉｃ｜≦βであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差はないと判断して前記ステップＳ３９に移行する。一方、判定結果が｜Ｉｃ^*−Ｉｃ｜＞βであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差があると判断して前記ステップＳ３７に移行する。

以上より、ステップＳ５１〜Ｓ５３の処理が「判定手段」に対応する。
この第２実施形態では、各相の電流指令値Ｉｉ^*（ｉ＝ａ、ｂ、ｃ）と電流検出値Ｉｉとの差分が、所定値βを超えているか否かを判定し（ステップＳ５１〜Ｓ５３）、図１６に示すように、所定値βを超えるほど電流指令値Ｉｉ^*と電流検出値Ｉｉとが乖離しているときには、推定誤差が発生していると考えられるので、相対角速度ωｅｅに補正量Δωを加算することでオフセットし補正を行う（ステップＳ３７、Ｓ３８）。このように、電流指令値Ｉｉ^*と電流検出値Ｉｉとの差分に基づいても、推定誤差を確実に検知することができる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
この第３実施形態は、図１７に示すように、相対回転角θｅｅの推定誤差を判定する方法が異なる。すなわち、前述したステップＳ３４〜Ｓ３６を新たなステップＳ６１〜Ｓ６５に変更したことを除いては、図１２の相対角速度演算処理と同様であり、同一部分の詳細説明は省略する。

ステップＳ６１では、電動モータ５に発生する逆起電圧のモデル値ＥＭＦ_MDLを、相対回転角θｅｅに基づいて算出する。
続くステップＳ６２では、下記（１４）式に示すように、電動モータ５に発生する各相の逆起電圧の実値ＥＭＦ_REALを、電流検出値Ｉｉ及び電圧検出値Ｖｉに基づいて算出する。Ｒｉは各相の抵抗モデル値である。

ＥＭＦｉ_REAL＝Ｖｉ−（２／３）×（Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ）−Ｉｉ×Ｒｉ
………（１４）

続くステップＳ６３では、ａ相のモデル値ＥＭＦ_MDLと実値ＥＭＦａ_REALとの差分｜ＥＭＦ_MDL−ＥＭＦａ_REAL｜が、所定値γ以下であるか否かを判定する。ここで、判定結果が｜ＥＭＦ_MDL−ＥＭＦａ_REAL｜≦γであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差はないと判断してステップＳ６４に移行する。一方、判定結果が｜ＥＭＦ_MDL−ＥＭＦａ_REAL｜＞γであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差があると判断して前記ステップＳ３７に移行する。

ステップＳ６４では、ｂ相のモデル値ＥＭＦ_MDLと実値ＥＭＦｂ_REALとの差分｜ＥＭＦ_MDL−ＥＭＦｂ_REAL｜が、所定値γ以下であるか否かを判定する。ここで、判定結果が｜ＥＭＦ_MDL−ＥＭＦｂ_REAL｜≦γであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差はないと判断してステップＳ６５に移行する。一方、判定結果が｜ＥＭＦ_MDL−ＥＭＦｂ_REAL｜＞γであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差があると判断して前記ステップＳ３７に移行する。

ステップＳ６５では、ｃ相のモデル値ＥＭＦ_MDLと実値ＥＭＦｃ_REALとの差分｜ＥＭＦ_MDL−ＥＭＦｃ_REAL｜が、所定値γ以下であるか否かを判定する。ここで、判定結果が｜ＥＭＦ_MDL−ＥＭＦｃ_REAL｜≦γであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差はないと判断して前記ステップＳ３９に移行する。一方、判定結果が｜ＥＭＦ_MDL−ＥＭＦｃ_REAL｜＞γであるときには、推定された回転角θｅｅに推定誤差があると判断して前記ステップＳ３７に移行する。

以上より、ステップＳ６１〜Ｓ６５の処理が「判定手段」に対応する。
この第３実施形態では、逆起電圧のモデル値ＥＭＦ_MDLと実値ＥＭＦｉ_REALとの差分が、所定値γを超えているか否かを判定し（ステップＳ６１〜Ｓ６５）、図１８に示すように、所定値γを超えるほどモデル値ＥＭＦ_MDLと実値ＥＭＦｉ_REALとが乖離しているときには、推定誤差が発生していると考えられるので、相対角速度ωｅｅに補正量Δωを加算することでオフセットし補正を行う（ステップＳ３７、Ｓ３８）。このように、逆起電圧のモデル値ＥＭＦ_MDLと実値ＥＭＦｉ_REALとの差分に基づいても、推定誤差を確実に検知することができる。

電動パワーステアリング装置の概略構成である。 トルクセンサの検出信号である。 制御装置のブロック図である。 マイクロコンピュータのブロック図である。 電流指令値算出部のブロック図である。 操舵補助指令値の算出に用いるマップである。 セルフアライニングトルクの模式図である。 角速度・角加速度演算部のブロック図である。 モータ回転角異常検出処理を示すフローチャートである。 異常判定に用いるマップである。 操舵補助制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の相対角速度演算処理を示すフローチャートである。 電流検出値のタイムチャートである。 磁界ベクトルの相対角度に応じたロータの回転エネルギーを示す。 第２実施形態の相対角速度演算処理を示すフローチャートである。 電流指令値、及び電流検出値のタイムチャートである。 第３実施形態の相対角速度演算処理を示すフローチャートである。 逆起電圧のモデル値、及び実値のタイムチャートである。

符号の説明

１…車載バッテリ、３…制御装置、５…電動モータ、６…モータ駆動回路、１１…ステアリングホイール、１２…ステアリングシャフト、１３…減速装置、１７…トルクセンサ、１８…レゾルバ、２１…インバータ回路、２２…ＦＥＴゲート駆動回路、３０…マイクロコンピュータ、３２…モータ回転角検出回路、３３…車速センサ、４２…電流指令値算出部、４２Ａ…操舵補助トルク指令値演算部、４２Ｂ…指令値補償部、４２Ｃ…ｄ−ｑ軸電流指令値演算部、４４…減算部、４５…電流制御部、４６…逆起電圧演算部、４７…モータ回転角演算部、４８…角速度・角加速度演算部、４８ａ…相対角速度演算部、４８ｂ…符号取得部、４８ｃ…乗算部、４８ｋ…推定誤差判定部、４８ｐ…補正量設定部、４８ｒ…加算部、４８ｄ…レイトリミッタ部、４８ｆ…加算部、４８ｇ…回転角選択部、４８ｈ…角速度演算部、４８ｉ…角速度選択部、４８ｊ…角加速度演算部、４９…フェールセーフ処理部

Claims (6)

1. ステアリング系にアシストトルクを伝達する電動モータと、運転者の操舵トルクを検出するトルク検出手段と、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、前記電動モータの回転角を推定する回転角推定手段と、前記回転角検出手段の異常を検知する異常検知手段と、該異常検知手段が異常を検知しなければ、前記回転角検出手段で検出した回転角を選択し、当該異常検知手段が異常を検知したら、前記回転角推定手段で推定した回転角を選択する選択手段と、前記トルク検出手段で検出した操舵トルク及び前記選択手段で選択した回転角に応じて、前記電動モータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記回転角推定手段で推定した回転角に推定誤差があるか否かを判定する判定手段と、該判定手段で推定誤差があると判定されたときに前記回転角推定手段で推定した回転角を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記判定手段は、前記電動モータの通電電流が所定値を超えたときに、推定誤差があると判定することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記制御手段は、前記トルク検出手段で検出した操舵トルクに応じて前記電動モータに対する電流指令値を算出し、算出した電流指令値と、前記選択手段で選択した回転角と、に応じて前記電動モータを駆動制御し、
   前記判定手段は、前記電動モータの通電電流と前記電流指令値との差分が所定値を超えたときに、推定誤差があると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記判定手段は、前記電動モータに発生する逆起電圧のモデル値を前記回転角推定手段で推定した回転角に応じて算出すると共に、前記電動モータに発生する逆起電圧の実値を前記電動モータの通電電流及び線間電圧に応じて算出し、前記モデル値と前記実値との差分が所定値を超えたときに、推定誤差があると判定することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記補正手段は、前記回転角推定手段で推定した回転角を、推定誤差修正方向に、所定量だけ補正することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記制御手段は、前記判定手段で推定誤差があると判定されたときに、所定時間だけ、前記電動モータの駆動制御を中断することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

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