JP2010208592A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角センサを用いない新たな制御方式で駆動源としてのモータを制御する構成の車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】仮想回転座標系であるγδ座標系のγ軸電流Ｉ_γでモータが駆動される。γδ座標系は、制御上の回転角である制御角θ_Ｃに従う座標系である。制御角θ_Ｃとロータ角θ_Ｍとの差は負荷角θ_Ｌである。この負荷角θ_Ｌに応じたアシストトルクＴ_Ａが発生する。一方、操舵トルクＴがフィードバックされ、指示操舵トルクＴ^＊に操舵トルクＴを近づけるように、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θ_Ｃの前回値θ_Ｃ(n-1)に加算されることにより、制御角θ_Ｃの今回値θ_Ｃ(n)が求められる。ゲイン設定部４３は、目標ヨーレートＹＲ^＊と実ヨーレートＹＲとの偏差ΔＹＲに基づいて、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を補正するためのゲインＧを設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置を備えた車両用操舵装置に関する。車両用操舵装置の一例は、電動パワーステアリング装置である。

ブラシレスモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転角を検出するための回転角センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。回転角センサとしては、一般的には、ロータ回転角（電気角）に対応した正弦波信号および余弦波信号を出力するレゾルバが用いられる。しかし、レゾルバは、高価であり、配線数が多く、また、設置スペースも大きい。そのため、ブラシレスモータを備えた装置のコスト削減および小型化が阻害されるという課題がある。

そこで、回転角センサを用いることなくブラシレスモータを駆動するセンサレス駆動方式が提案されている。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相（ロータの電気角）を推定する方式である。ロータ停止時および極低速回転時には、誘起電圧を推定できないので、別の方式で磁極の位相が推定される。具体的には、ステータに対してセンシング信号を注入し、このセンシング信号に対するモータの応答が検出される。このモータ応答に基づいて、ロータ回転位置が推定される。

特開2007-267549号公報

上記のセンサレス駆動方式は、誘起電圧やセンシング信号を用いてロータの回転位置を推定し、その推定によって得られた回転位置に基づいてモータを制御するものである。しかし、この駆動方式は、いずれの用途にも適しているわけではなく、たとえば、車両の舵取り機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置その他の車両用操舵装置の駆動源として用いられるブラシレスモータの制御に適用するための手法は未だ確立されていない。そのため、別の方式によるセンサレス制御の実現が望まれている。

そこで、この発明の目的は、回転角センサを用いない新たな制御方式で駆動源としてのモータを制御することができる車両用操舵装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ロータ（５０）と、このロータに対向するステータ（５５）とを備えたモータ（３）によって車両の舵取り機構に駆動力を付与する車両用操舵装置であって、制御上の回転角である制御角（θ_Ｃ）に従う回転座標系の軸電流値（Ｉ_γ ^＊）で前記モータを駆動する電流駆動手段（３１〜３６）と、所定の演算周期毎に、制御角の前回値に加算角（α）を加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段（２６）と、前記舵取り機構が路面から受ける路面負荷値を演算する路面負荷値演算手段（４，６，８，４１，４２）と、前記路面負荷値演算手段によって演算された路面負荷値に応じて、前記軸電流値を設定する軸電流設定手段（４３，４４）とを含む、車両用操舵装置である。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。

この構成によれば、制御角に従う回転座標系（γδ座標系。以下「仮想回転座標系」といい、この仮想回転座標系の座標軸を「仮想軸」という。）の軸電流値（以下「仮想軸電流値」という。）によってモータが駆動される一方で、制御角は、演算周期毎に加算角を加算することによって更新される。これにより、制御角を更新しながら、すなわち、仮想回転座標系の座標軸（仮想軸）を更新しながら、仮想軸電流値でモータを駆動することによって、必要なトルクを発生させることができる。こうして、回転角センサを用いることなく、モータから適切なトルクを発生させることができる。前記加算角は、たとえば、モータが発生すべきトルクに対応する値とされる。

さらに、この発明では、路面負荷値演算手段によって、舵取り機構が路面から受ける路面負荷値が演算される。そして、路面負荷値演算手段によって演算された路面負荷値に応じて、仮想軸電流値が設定される。路面負荷値が比較的小さい場合には、操舵に必要なトルクは小さくてよいから、仮想軸電流値は小さくてもよい。そこで、たとえば、路面負荷値が比較的小さい場合に、仮想軸電流値を低下させるとよい。このように、路面負荷値に応じて必要充分な仮想軸電流値を設定することが可能となるので、発熱量および消費電力の低減化が図れる。

請求項２記載の発明は、前記路面負荷値演算手段は、車両挙動の指標となる車両挙動指標値の目標値である、目標挙動指標値を演算する目標挙動指標値演算手段（４，６，４１）と、車両挙動指標値の実際値である実挙動指標値を検出する実挙動指標値検出手段（８）と、前記目標挙動指標値演算手段によって演算された目標挙動指標値と前記実挙動指標値検出手段によって検出された実挙動指標値との偏差を演算する偏差演算手段（４２）とを含む、請求項１記載の車両用操舵装置である。

この発明では、目標挙動指標値演算手段によって目標挙動指標値が演算される。一方、実挙動指標値検出手段によって実挙動指標値が検出される。そして、目標挙動指標値と実挙動指標値との偏差（挙動指標値偏差）が演算され、演算により求められた挙動指標値偏差に応じて仮想軸電流値が設定される。
挙動指標値偏差が大きいときは、車両の走行状態がアンダーステア状態またはオーバーステア状態となっていて、車輪が路面に対してスリップ状態にあると考えられる。スリップ状態では、舵取り機構が路面から受ける路面負荷値は小さくなる。したがって、挙動指標偏差に応じて仮想軸電流値を設定すれば、舵取り機構が路面から受ける路面負荷値に応じて仮想軸電流値を設定することができる。これにより、車両の走行状態に応じて必要充分な仮想軸電流値を設定することが可能となる。その結果、発熱量、消費電力の低減化を図ることができる。

請求項３記載の発明は、前記軸電流設定手段は、前記偏差演算手段によって演算される前記偏差が大きいほど前記軸電流値を小さくする、請求項２記載の車両用操舵装置である。挙動指標値偏差が大きいほど、スリップの程度が大きく、したがって、路面負荷が小さい状況であると考えられる。そこで、この発明では、挙動指標値偏差が大きいほど、仮想軸電流値が小さくされる。これにより、必要充分な仮想軸電流値を設定できるから、発熱量、消費電力の低減化を図ることができる。

前記軸電流設定手段は、たとえば、軸電流の指示値（指示電流値）を生成する手段（３１）と、挙動指標値偏差に応じて指示電流値を補正するためのゲインを設定するためのゲイン設定手段（４３）と、前記ゲイン設定手段によって設定されたゲイン（Ｇ）を、指示電流値に乗算することにより、指示電流値を補正する乗算手段（４４）とを含む、ものであってもよい。

ゲイン設定手段は、たとえば、挙動指標値偏差の増加に従ってゲインが減少する特性に従って、ゲインを設定する。より具体的には、ゲイン設定手段は、たとえば、挙動指標値偏差が第１の規定値（Ａ）未満である場合には、ゲインを上限値に設定し、挙動指標値偏差が第１の規定値（Ａ）より大きな第２の規定値（Ｂ）以上である場合には、ゲインを下限値に設定し、挙動指標値偏差が第１の規定値（Ａ）以上でかつ第２の規定値（Ｂ）未満である場合には、挙動指標値偏差の増加に応じて上限値から下限値まで減少する特性に従ってゲインを設定する。

請求項４記載の発明は、前記車両挙動指標値は、車両のヨーレートである、請求項２または３記載の車両用操舵装置である。この構成によれば、車両が路面から受ける路面負荷値に応じて仮想軸電流値を設定することができる。具体的には、路面負荷値が小さくなったときに、仮想軸電流値を小さくさせることが可能となる。これにより、発熱量、消費電力の低減化を図ることができる。なお、車両挙動指標値は、車両の横加速度であってもよい。

前記車両用操舵装置は、前記車両の操向のために操作される操作部材（１０）に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段（１）と、指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段（２１）と、前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて前記加算角を演算する加算角演算手段（２２，２３）とをさらに含むことが好ましい。

この構成によれば、指示操舵トルクが設定され、この指示操舵トルクと操舵トルク（検出値）との偏差に応じて前記加算角が演算される。これにより、操舵トルクが当該指示操舵トルクとなるように加算角が定められ、それに応じた制御角が定められることになる。したがって、指示操舵トルクを適切に定めておくことによって、モータから適切な駆動力を発生させて、これを舵取り機構に付与することができる。すなわち、ロータの磁極方向に従う回転座標系（ｄｑ座標系）の座標軸と前記仮想軸とのずれ量（負荷角）が指示操舵トルクに応じた値に導かれる。その結果、適切なトルクがモータから発生され、運転者の操舵意図に応じた駆動力を舵取り機構に付与できる。

前記車両用操舵装置は、前記操作部材の操舵角を検出する操舵角検出手段（４）をさらに含み、前記指示操舵トルク設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に応じて指示操舵トルクを設定するものであることが好ましい。この構成によれば、操作部材の操舵角に応じて指示操舵トルクが設定されるので、操舵角に応じた適切なトルクをモータから発生させることができ、運転者が操作部材に加える操舵トルクを操舵角に応じた値へと導くことができる。これにより、良好な操舵感を得ることができる。

前記指示操舵トルク設定手段は、前記車両の車速を検出する車速検出手段（６）によって検出される当該車速に応じて指示操舵トルクを設定するものであってもよい。この構成によれば、車速に応じて指示操舵トルクが設定されるので、いわゆる車速感応制御を行うことができる。その結果、良好な操舵感を実現できる。たとえば、車速が大きいほど、すなわち、高速走行時ほど指示操舵トルクを小さく設定することより、すぐれた操舵感が得られる。

この発明の第１の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。 モータの構成を説明するための図解図である。 前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。 操舵角に対する指示操舵トルクの特性例を示す図である。 図５Ａは操舵トルクに対するγ軸指示電流値の設定例を示す図であり、図５Ｂは指示操舵トルクに対するトルクゲインの特性の一例を示す図である。 ヨーレート偏差に対する指示電流値補正用ゲインの設定例を示す図である。 リミッタの働きを説明するためのフローチャートである。

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モータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置の一例）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、車両を操向するための操作部材としてのステアリングホイール１０に加えられる操舵トルクＴを検出するトルクセンサ１と、車両の舵取り機構２に減速機構７を介して操舵補助力を与えるモータ３（ブラシレスモータ）と、ステアリングホイール１０の回転角である操舵角を検出する舵角センサ４と、モータ３を駆動制御するモータ制御装置５と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の速度Ｖを検出する車速センサ６と、車両の実ヨーレートＹＲを検出するヨーレートセンサ（実挙動指標値検出手段）８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、舵角センサ４が検出する操舵角および車速センサ６が検出する車速およびヨーレートセンサ８が検出する実ヨーレートに応じてモータ３を駆動することによって、操舵状況、車両挙動および車速に応じた適切な操舵補助を実現する。
モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスモータであり、図２に図解的に示すように、界磁としてのロータ５０と、このロータ５０に対向するステータ５５に配置されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３とを備えている。モータ３は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。

各相のステータ巻線５１，５２，５３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ５０の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ５０の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ５０とともに回転する回転座標系である。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ５０のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ５０の回転角（ロータ角）θ_Ｍは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ角θ_Ｍに従う実回転座標系である。このロータ角θ_Ｍを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。

一方、この実施形態では、制御上の回転角を表す制御角θ_Ｃが導入される。制御角θ_Ｃは、Ｕ軸に対する仮想的な回転角である。この制御角θ_Ｃに対応する仮想的な軸をγ軸とし、このγ軸に対して９０°進んだ軸をδ軸として、仮想二相回転座標系（γδ座標系。仮想回転座標系）を定義する。制御角θ_Ｃがロータ角θ_Ｍに等しいとき、仮想回転座標系であるγδ座標系と実回転座標系であるｄｑ座標系とが一致する。すなわち、仮想軸としてのγ軸は実軸としてのｄ軸と一致し、仮想軸としてのδ軸は実軸としてのｑ軸と一致する。γδ座標系は、制御角θ_Ｃに従う仮想回転座標系である。ＵＶＷ座標系とγδ座標系との座標変換は、制御角θ_Ｃを用いて行うことができる。

制御角θ_Ｃとロータ角θ_Ｍとの差を負荷角θ_Ｌ（＝θ_Ｃ−θ_Ｍ）と定義する。
制御角θ_Ｃに従ってγ軸電流Ｉ_γをモータ３に供給すると、このγ軸電流Ｉ_γのｑ軸成分（ｑ軸への正射影）がロータ５０のトルク発生に寄与するｑ軸電流Ｉ_ｑとなる。すなわち、γ軸電流Ｉ_γとｑ軸電流Ｉ_ｑとの間に、次式(1)の関係が成立する。
Ｉ_ｑ＝Ｉ_γ・sinθ_Ｌ …(1)
再び図１を参照する。モータ制御装置５は、マイクロコンピュータ１１と、このマイクロコンピュータ１１によって制御され、モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）１２と、モータ３の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部１３とを備えている。

電流検出部１３は、モータ３の各相のステータ巻線５１，５２，５３に流れる相電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗ（以下、総称するときには「三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ」という。）を検出する。これらは、ＵＶＷ座標系における各座標軸方向の電流値である。
マイクロコンピュータ１１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、指示操舵トルク設定部２１と、トルク偏差演算部２２と、ＰＩ（比例積分）制御部２３と、リミッタ２４と、制御角演算部２６と、指示電流値生成部３１と、目標ヨーレート演算部（目標挙動指標値演算手段）４１と、ヨーレート偏差演算部４２と、ゲイン設定部４３と、ゲイン乗算部４４と、電流偏差演算部３２と、ＰＩ制御部３３と、γδ／ＵＶＷ変換部３４と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部３５と、ＵＶＷ／γδ変換部３６とが含まれている。

指示操舵トルク設定部２１は、舵角センサ４によって検出される操舵角と、車速センサ６によって検出される車速とに基づいて、指示操舵トルクＴ^＊を設定する。たとえば、図４に示すように、たとえば、操舵角が正の値（右方向へ操舵した状態）のとき指示操舵トルクＴ^＊は正の値（右方向へのトルク）に設定され、操舵角が負の値（左方向へ操舵した状態）のとき指示操舵トルクＴ^＊は負の値（左方向へのトルク）に設定される。そして、操舵角の絶対値が大きくなるに従って、その絶対値が大きくなるように（図４の例では非線型に大きくなるように）指示操舵トルクＴ^＊が設定される。ただし、所定の上限値（正の値。たとえば、＋６Ｎｍ）および下限値（負の値。たとえば−６Ｎｍ）の範囲内で指示操舵トルクＴ^＊の設定が行われる。また、指示操舵トルクＴ^＊は、車速が大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。すなわち、車速感応制御が行われる。

トルク偏差演算部２２は、指示操舵トルク設定部２１によって設定される指示操舵トルクＴ^＊とトルクセンサ１によって検出される操舵トルクＴ（以下、区別するために「検出操舵トルクＴ」という。）との偏差（トルク偏差）ΔＴを求める。ＰＩ制御部２３は、このトルク偏差ΔＴに対するＰＩ演算を行う。すなわち、トルク偏差演算部２２およびＰＩ制御部２３によって、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ^＊に導くためのトルクフィードバック制御手段が構成されている。ＰＩ制御部２３は、トルク偏差ΔＴに対するＰＩ演算を行うことで、制御角θ_Ｃに対する加算角αを演算する。

リミッタ２４は、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αに対して制限を加える制限手段である。より具体的には、リミッタ２４は、所定の上限値ＵＬ（正の値）と下限値ＬＬ（負の値）との間の値に加算角αを制限する。上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、所定の制限値ω_max（ω_max＞０。たとえばω_max＝４５度）に基づいて定められる。この所定の制限値ω_maxは、たとえば、最大操舵角速度に基づいて定められる。最大操舵角速度とは、ステアリングホイール１０の操舵角速度として想定され得る最大値であり、たとえば、８００deg/sec程度である。

最大操舵角速度のときのロータ５０の電気角の変化速度（電気角での角速度。最大ロータ角速度）は、次式(2)のとおり、最大操舵角速度と、減速機構７の減速比と、ロータ５０の極対数との積で与えられる。極対数とは、ロータ５０が有する磁極対（Ｎ極とＳ極との対）の個数である。
最大ロータ角速度＝最大操舵角速度×減速比×極対数 …(2)
制御角θ_Ｃの演算間（演算周期）におけるロータ５０の電気角変化量の最大値（ロータ角変化量最大値）は、次式(3)のとおり、最大ロータ角速度に演算周期を乗じた値となる。

ロータ角変化量最大値＝最大ロータ角速度×演算周期
＝最大操舵角速度×減速比×極対数×演算周期 …(3)
このロータ角変化量最大値が一演算周期間で許容される制御角θ_Ｃの最大変化量である。そこで、前記ロータ角変化量最大値を制限値ω_max（＞０）とすればよい。この制限値ω_maxを用いて、加算角αの上限値ＵＬおよび下限値ＬＬは、それぞれ次式(4)(5)で表すことができる。

ＵＬ＝＋ω_max …(4)
ＬＬ＝−ω_max …(5)
リミッタ２４による制限処理後の加算角αが、制御角演算部２６の加算器２６Ａにおいて、制御角θ_Ｃの前回値θ_Ｃ(n-1)（ｎは今演算周期の番号）に加算される（Ｚ^−１は信号の前回値を表す）。ただし、制御角θ_Ｃの初期値は予め定められた値（たとえば零）である。

制御角演算部２６は、制御角θ_Ｃの前回値θ_Ｃ(n-1)にリミッタ２４から与えられる加算角αを加算する加算器２６Ａを含む。すなわち、制御角演算部２６は、所定の演算周期毎に制御角θ_Ｃを演算する。そして、前演算周期における制御角θ_Ｃを前回値θ_Ｃ(n-1)とし、これを用いて今演算周期における制御角θ_Ｃである今回値θ_Ｃ(n)を求める。
指示電流値生成部３１は、制御上の回転角である前記制御角θ_Ｃに対応する仮想回転座標系であるγδ座標系の座標軸（仮想軸）に流すべき電流値を指示電流値として生成するものである。具体的には、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊およびδ軸指示電流値Ｉ_δ ^＊（以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Ｉ_γδ ^＊」という。）を生成する。指示電流値生成部３１は、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を有意値とする一方で、δ軸指示電流値Ｉ_δ ^＊を零とする。より具体的には、指示電流値生成部３１は、トルクセンサ１によって検出される検出操舵トルクＴと、指示操舵トルク設定部２１によって設定される指示操舵トルクＴ^＊とに基づいてγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を設定する。

検出操舵トルクＴに対するγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の設定例は、図５Ａおよび図５Ｂに示されている。図５Ａはγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の基本値の特性を示し、図５Ｂは図５Ａの特性に従って求められる基本値に乗じられるトルクゲインを示している。
図５Ａに示されているように検出操舵トルクＴが零付近の領域には不感帯ＮＲが設定されている。γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の基本値は、不感帯ＮＲの外側の領域で急峻に立ち上がり、所定のトルク以上でほぼ一定値となるように設定される。これにより、運転者がステアリングホイール１０を操作していないときには、モータ３への通電が停止され、不必要な電力消費が抑制される。

さらに、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の基本値に乗じられるトルクゲインは、図５Ｂに示されているように、指示操舵トルクＴ^＊が零付近の領域では、指示操舵トルクＴ^＊の絶対値｜Ｔ^＊｜が小さいほど小さくなるように定められている。より具体的には、指示操舵トルクＴ^＊の絶対値｜Ｔ^＊｜が所定値未満である領域においては、トルクゲインは指示操舵トルクＴ^＊の絶対値｜Ｔ^＊｜の増加に応じて下限値（＞０）から上限値（＝１）まで単調に（この実施形態ではリニアに）増加するように設定され、指示操舵トルクＴ^＊の絶対値｜Ｔ^＊｜が上記所定値以上の領域においてはトルクゲインは上限値に固定されている。

このように、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の基本値に対してトルクゲインを乗じることによって、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊が設定されるようになっている。ただし、トルクゲインを適用せずに、基本値をそのままγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊としてもよい。換言すれば、指示操舵トルクＴ^＊によらずにトルクゲインを１に固定してもよい。
なお、トルクゲインの決定には、指示操舵トルクＴ^＊をそのまま用いてもよいが、指示操舵トルクＴ^＊に対してフィルタ処理(たとえば、ローパスフィルタ、バンドパスフイルタ、移動平均フィルタ処理等)を行ってノイズを除去した値を求め、この値に応じてトルクゲインを決定してもよい。

目標ヨーレート演算部４１は、車速センサ６によって検出される車速Ｖ、舵角センサ４によって検出される操舵角にギヤレシオを乗算して求められる車輪の転舵角ηおよび車両に固有の値に基づいて、目標ヨーレートＹＲ^＊を演算する。より具体的には、目標ヨーレート演算部４１は、次式(6)に基づいて目標ヨーレートＹＲ^＊を演算する。
ＹＲ^＊＝η・Ｖ／｛(１＋Ｋ・Ｖ²)Ｌ｝ …(6)
ただし、Ｋはスタビリティファクタであり、Ｌはホイールベースである。スタビリティファクタＫおよびホイールベースＬは、車両に固有の値である。

ヨーレート偏差演算部４２は、目標ヨーレート演算部４１によって求められる目標ヨーレートＹＲ^＊と、ヨーレートセンサ８によって検出される実ヨーレートＹＲとの偏差(ヨーレート偏差)ΔＹＲを求める。ゲイン設定部４３は、ヨーレート偏差ΔＹＲに基づいて、指示電流値補正用のゲインＧを設定する。ゲイン乗算部４４は、ゲイン設定部４３によって設定されたゲインＧを、指示電流値生成部３１によって生成されるγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊に乗算することにより、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を補正する。

ヨーレート偏差ΔＹＲに対する指示電流値補正用ゲインＧの設定例は、図６に示されている。ヨーレート偏差ΔＹＲの絶対値｜ΔＹＲ｜が小さい場合、つまりヨーレート偏差ΔＹＲの絶対値｜ΔＹＲ｜が第１規定値Ａ未満である範囲内では、ゲインＧは上限値の１に固定される。ヨーレート偏差ΔＹＲの絶対値｜ΔＹＲ｜が大きい場合、つまり、ヨーレート偏差ΔＹＲの絶対値｜ΔＹＲ｜が第２規定値Ｂ（Ｂ＞Ａ）以上である場合には、ゲインＧは下限値（＞０）に固定される。ヨーレート偏差ΔＹＲの絶対値｜ΔＹＲ｜が第１規定値Ａ以上でかつ第２規定値Ｂ未満である範囲内では、ゲインＧは、絶対値｜ΔＹＲ｜の増加に応じて上限値から下限値まで単調に(例えばリニアに)減少する特性に従って設定される。

第１規定値Ａは、車両の走行状態がアンダーステア状態またはオーバーステア状態になっているか否かを判定するための閾値であり、実験に基づいて決定される。つまり、ヨーレート偏差ΔＹＲの絶対値｜ΔＹＲ｜が第１規定値Ａより大きい場合（｜ΔＹＲ｜＞Ａ）には、車両がアンダーステア状態(｜ΔＹＲ｜＞ＡかつＹＲ^＊＞ＹＲ)またはオーバーステア状態（｜ΔＹＲ｜＞ＡかつＹＲ^＊＜ＹＲ）になっていると判定される。

車両の走行状態がアンダーステア状態またはオーバーステア状態になっている場合には、車輪が路面に対してスリップした状態となっているので、舵取り機構２が路面から受けている路面負荷値は小さくなる。路面負荷値が小さい場合には、操舵に必要なトルクは小さくて済む。そこで、ヨーレート偏差ΔＹＲの絶対値｜ΔＹＲ｜が第１規定値Ａ以上となると、ゲインＧを減少させることにより、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を減少させ、アシストトルクを小さくさせる。これにより、必要充分な電流をモータ３に供給できるから、駆動回路１２およびモータ３における発熱量および消費電力を低減化できる。

電流偏差演算部３２は、指示電流値生成部３１によって生成されるγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊に対するγ軸検出電流Ｉ_γの偏差Ｉ_γ ^＊−Ｉ_γと、δ軸指示電流値Ｉ_δ ^＊（＝０）に対するδ軸検出電流Ｉ_δの偏差Ｉ_δ ^＊−Ｉ_δとを演算する。γ軸検出電流Ｉ_γおよびδ軸検出電流Ｉ_δは、ＵＶＷ／γδ変換部３６から偏差演算部３２に与えられるようになっている。

ＵＶＷ／γδ変換部３６は、電流検出部１３によって検出されるＵＶＷ座標系の三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ（Ｕ相検出電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相検出電流Ｉ_ＶおよびＷ相検出電流Ｉ_Ｗ）をγδ座標系の二相検出電流Ｉ_γおよびＩ_δ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_γδ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部３２に与えられるようになっている。ＵＶＷ／γδ変換部３６における座標変換には、制御角演算部２６で演算される制御角θ_Ｃが用いられる。

ＰＩ制御部３３は、電流偏差演算部３２によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行うことにより、モータ３に印加すべき二相指示電圧Ｖ_γδ ^＊（γ軸指示電圧Ｖ_γ ^＊およびδ軸指示電圧Ｖ_δ ^＊）を生成する。この二相指示電圧Ｖ_γδ ^＊が、γδ／ＵＶＷ変換部３４に与えられる。
γδ／ＵＶＷ変換部３４は、二相指示電圧Ｖ_γδ ^＊に対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊を生成する。三相指示電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、Ｕ相指示電圧Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相指示電圧Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相指示電圧Ｖ_Ｗ ^＊からなる。この三相指示電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、ＰＷＭ制御部３５に与えられる。

ＰＷＭ制御部３５は、Ｕ相指示電圧Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相指示電圧Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相指示電圧Ｖ_Ｗ ^＊にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路１２に供給する。
駆動回路１２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部３５から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧Ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧がモータ３の各相のステータ巻線５１，５２、５３に印加されることになる。

電流偏差演算部３２およびＰＩ制御部３３は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、モータ３に流れるモータ電流が、指示電流値生成部３１によって設定される二相指示電流値Ｉ_γδ ^＊に近づくように制御される。
図３は、前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。ただし、説明を簡単にするために、リミッタ２４の機能は省略してある。

指示操舵トルクＴ^＊と検出操舵トルクＴとの偏差（トルク偏差）に対するＰＩ制御（Ｋ_Ｐは比例係数、Ｋ_Ｉは積分係数、１／ｓは積分演算子である。）によって、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θ_Ｃの前回値θ_Ｃ(n-1)に対して加算されることによって、制御角θ_Ｃの今回値θ_Ｃ(n)＝θ_Ｃ(n-1)＋αが求められる。このとき、制御角θ_Ｃとロータ５０の実際のロータ角θ_Ｍとの偏差が負荷角θ_Ｌ＝θ_Ｃ−θ_Ｍとなる。

したがって、制御角θ_Ｃに従うγδ座標系（仮想回転座標系）のγ軸（仮想軸）にγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊に従ってγ軸電流Ｉ_γが供給されると、ｑ軸電流Ｉ_ｑ＝Ｉ_γsinθ_Ｌとなる。このｑ軸電流Ｉ_ｑがロータ５０の発生トルクに寄与する。すなわち、モータ３のトルク定数Ｋ_Ｔをｑ軸電流Ｉ_ｑ（＝Ｉ_γsinθ_Ｌ）に乗じた値が、アシストトルクＴ_Ａ（＝Ｋ_Ｔ・Ｉ_γsinθ_Ｌ）として、減速機構７を介して、舵取り機構２に伝達される。このアシストトルクＴ_Ａを舵取り機構２からの負荷トルクＴ_Ｌから減じた値が、運転者がステアリングホイール１０に与えるべき操舵トルクＴである。この操舵トルクＴがフィードバックされることによって、この操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ^＊に導くように系が動作する。つまり、検出操舵トルクＴを指示操舵トルクＴ^＊に一致させるべく、加算角αが求められ、それに応じて制御角θ_Ｃが制御される。

このように制御上の仮想軸であるγ軸に電流を流す一方で、指示操舵トルクＴ^＊と検出操舵トルクＴとの偏差ΔＴに応じて求められる加算角αで制御角θ_Ｃを更新していくことにより、負荷角θ_Ｌが変化し、この負荷角θ_Ｌに応じたトルクがモータ３から発生するようになっている。これにより、操舵角および車速に基づいて設定される指示操舵トルクＴ^＊に応じたトルクをモータ３から発生させることができるので、操舵角および車速に対応した適切な操舵補助力を舵取り機構２に与えることができる。すなわち、操舵角の絶対値が大きいほど操舵トルクが大きく、かつ、車速が大きいほど操舵トルクが小さくなるように、操舵補助制御が実行される。

このようにして、回転角センサを用いることなくモータ３を適切に制御して、適切な操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置を実現できる。これにより、構成を簡単にすることができ、コストの削減を図ることができる。
図７は、リミッタ２４の働きを説明するためのフローチャートである。リミッタ２４は、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αを上限値ＵＬと比較し（ステップＳ１）、加算角αが上限値ＵＬを超えている場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）には、上限値ＵＬを加算角αに代入する（ステップＳ２）。したがって、制御角θ_Ｃに対して上限値ＵＬ（＝＋ω_max）が加算されることになる。

ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αが上限値ＵＬ以下であれば（ステップＳ１：ＮＯ）、リミッタ２４は、さらに、その加算角αを下限値ＬＬと比較する（ステップＳ３）。そして、その加算角αが下限値未満であれば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、下限値ＬＬを加算角αに代入する（ステップＳ４）。したがって、制御角θ_Ｃに対して下限値ＬＬ（＝−ω_max）が加算されることになる。

ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αが下限値ＬＬ以上上限値ＵＬ以下（ステップＳ３：ＮＯ）であれば、その加算角αがそのまま制御角θ_Ｃへの加算のために用いられる。
このようにして、加算角αを上限値ＵＬと下限値ＬＬとの間に制限することができるので、制御の安定化を図ることができる。より具体的には、電流不足時や制御開始時に制御不安定状態（アシスト力が不安定な状態）が発生しても、この状態から安定な制御状態への遷移を促すことができる。

以上、この発明の一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、前述の実施形態では、車両の目標ヨーレートＹＲ^＊と実ヨーレートＹＲとの偏差ΔＹＲに基づいて、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を制御しているが、車両の目標横加速度ＧＹ^＊と実横加速度ＧＹとの偏差（横加速度偏差）ΔＧＹに基づいてγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を制御するようにしてもよい。つまり、横加速度偏差ΔＧＹが所定の規定値以上となった場合には、車両の走行状態か゛アンダーステア状態またはオーバーステア状態となっていると判定して、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を減少させるようにしてもよい。

この場合、車両の目標横加速度ＧＹ^＊は、たとえば、次式（７）に基づいて求められる。
ＧＹ^＊ ＝ η・Ｖ²／｛（１＋Ｋ・Ｖ²）Ｌ｝ …（７）
一方、車両の実横加速度ＧＹは、横加速度を検出するための加速度センサによって検出される。

また、舵取り機構２が路面から受けている負荷力に応じた出力が得られる路面負荷検出手段の出力から路面負荷値を演算し、演算により求められた路面負荷値に応じてγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を設定するようにしてもよい。より具体的には、路面負荷検出手段の出力から演算された路面負荷値が小さい場合に、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を減少させる。この場合、路面負荷検出手段としては、たとえば、ラック軸に作用する力を検出する軸力センサ、タイヤに作用する応力を検出するタイヤ力センサ等を用いることができる。

また、前述の実施形態では、回転角センサを備えずに、専らセンサレス制御によってモータ３を駆動する構成について説明したが、レゾルバ等の回転角センサを備え、この回転角センサの故障時に前述のようなセンサレス制御を行う構成としてもよい。これにより、回転角センサの故障時にもモータ３の駆動を継続できるから、操舵補助を継続できる。この場合、回転角センサを用いるときには、指示電流値生成部３１において、操舵トルクおよび車速に応じて、所定のアシスト特性に従ってδ軸指示電流値Ｉ_δ ^＊を発生させるようにすればよい。

さらに、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置にこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置のためのモータの制御や、パワーステアリング装置以外にも、ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）システム、可変ギヤレシオ（ＶＧＲ）ステアリングシステムその他の車両用操舵装置に用いることができる。

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。

１…トルクセンサ、３…モータ、４…舵角センサ、５…モータ制御装置、８…ヨーレートセンサ、１１…マイクロコンピュータ、２６…制御角演算部、４２…ヨーレート偏差演算部、４４…ゲイン乗算部、５０…ロータ、５１，５２，５２…ステータ巻線、５５…ステータ

Claims (4)

1. ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータによって車両の舵取り機構に駆動力を付与する車両用操舵装置であって、
   制御上の回転角である制御角に従う回転座標系の軸電流値で前記モータを駆動する電流駆動手段と、
   所定の演算周期毎に、制御角の前回値に加算角を加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段と、
   前記舵取り機構が路面から受ける路面負荷値を演算する路面負荷値演算手段と、
   前記路面負荷値演算手段によって演算された路面負荷値に応じて、前記軸電流値を設定する軸電流設定手段とを含む、車両用操舵装置。
2. 前記路面負荷値演算手段は、
   車両挙動の指標となる車両挙動指標値の目標値である、目標挙動指標値を演算する目標挙動指標値演算手段と、
   車両挙動指標値の実際値である実挙動指標値を検出する実挙動指標値検出手段と、
   前記目標挙動指標値演算手段によって演算された目標挙動指標値と前記実挙動指標値検出手段によって検出された実挙動指標値との偏差を演算する偏差演算手段とを含む、請求項１記載の車両用操舵装置。
3. 前記軸電流設定手段は、前記偏差演算手段によって演算される前記偏差が大きいほど前記軸電流値を小さくする、請求項２記載の車両用操舵装置。
4. 前記車両挙動指標値は、車両のヨーレートである、請求項２または３記載の車両用操舵装置。

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