JP5664945B2 - モータ制御装置 - Google Patents

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に関する。ブラシレスモータは、たとえば、車両用操舵装置の駆動源として使用可能である。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モータを制御することができるモータ制御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、車両の舵取り機構（２）に駆動力を付与するためのモータ（３）を制御するためのモータ制御装置であって、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、前記ロータの回転角を検出するための回転角センサの検出値を用いずに演算される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 ^*）を生成し、この軸電流値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対する比例積分演算を行うことによって前記加算角を演算する加算角演算手段（２２，２３）と、前記軸電流値に応じて前記比例積分演算におけるゲインを変更することによって、前記制御角演算手段の特性を変更するための特性変更手段（２１ｂ，３０，３０Ａ）とを含む、モータ制御装置である。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または前記仮想軸電流値に対する前記モータの応答に対応する値とされる。
また、この発明によれば、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）との偏差に対する比例積分演算によっ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。

さらに、この発明では、制御角演算手段の特性が特性変更手段によって変更されるようになっている。これにより、状況に応じて制御角の演算特性を変化させることができるので、モータからより適切なトルクを発生させることができる。
具体的には、この発明によれば、モータ電流に応じて制御角の演算特性が変化するので、モータ電流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る。より具体的には、制御角をフィードバック制御（加算角をフィードバック制御）する際における比例積分演算のゲイン（比例ゲイン、積分ゲイン）がモータ電流に応じて変化させられる。さらに具体的には、モータ電流の絶対値が大きいほど、フィードバック制御のゲインを小さくするようにしてもよい。これにより、モータ電流値の変化に応じてゲインを変化させることができるので、制御が振動的になることを抑制して、モータを円滑に駆動することができる。
請求項２記載の発明は、前記特性変更手段は、さらに、前記モータの回転角速度に応じて前記比例積分演算におけるゲインを変更する、請求項１に記載のモータ制御装置である。
この構成では、前記特性変更手段は、モータの回転角速度に応じて前記特性を変更する。これにより、モータの回転角速度に応じて制御角の演算特性が変化するので、回転角速度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る。具体的には、回転角速度が大きいほど、モータ発生トルクが小さくなるように制御角演算特性を変化させるようにしてもよい。これにより、車両の舵取り機構に転舵力を付与するための駆動源としてのモータから、操舵速度に応じた力が舵取り機構に与えられるので、操舵時に良好な手応え感が得られ、いわゆるダンピング制御を実現することができる。また、回転角速度が大きいほど応答が鈍くなるように制御角演算特性を変化させてもよい。これにより、素速く操舵したときに良好な手応え感が得られるとともに、操舵角中点付近での収斂性を向上できる。

請求項３記載の発明は、前記特性変更手段は、さらに、前記モータの回転角速度に応じて前記指示操舵トルク設定手段によって設定される前記指示操舵トルクを変更する、請求項１または２に記載のモータ制御装置である。

前記モータ制御装置は、前記加算角を制限するための制限手段（２４）をさらに含んでいてもよい。この構成によれば、加算角に適切な制限を加えることによって、実際のロータの回転に比して過大な加算角が制御角に加算されることを抑制できる。より具体的には、ロータの回転速度範囲に対して妥当な範囲内で加算角が設定されるように制限を加えることによって、より適切にモータを制御することができる。

前記制限手段は、たとえば、加算角の絶対値を次式の制限値以下に制限するものであってもよい。ただし、次式における「最大ロータ角速度」とは、電気角でのロータ角速度の最大値である。
制限値＝最大ロータ角速度×演算周期
たとえば、モータの回転を所定の減速比の減速機構を介して車両用操舵装置の操舵軸に伝達している場合には、最大ロータ角速度は、最大操舵角速度（操舵軸の最大回転角速度）×減速比×極対数で与えられる。「極対数」とは、ロータが有する磁極対（Ｎ極とＳ極との対）の数である。

操作部材と舵取り機構とが機械的に結合された車両用操舵装置（たとえば、電動パワーステアリング装置）では、仮想軸電流値に対するモータの応答（モータが発生するトルク）は、検出操舵トルクの変化となって現れる。したがって、このような車両用操舵装置においては、検出操舵トルクに応じて加算角を演算することは、仮想軸電流値に対するモータの応答に応じて加算角を演算することになると言うこともできる。

前記モータ制御装置は、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。

参考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。 図４Ａは操舵角に対する指示操舵トルクの特性例を示す図であり、図４Ｂは操舵角速度に対する指示操舵トルクのゲインの特性例を示す図である。 操舵角速度に対するトルクフィードバック制御（加算角制御）の特性変更例を示す図である。 図６Ａ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６Ｂは操舵角に対するγ軸指示電流値のゲイン特性の一例を示す図である。 操舵角速度に対する電流フィードバック制御の特性変更例を示す図である。 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の電気的構成を説明するためのブロック図である。 図９Ａはγ軸指示電流値に対する比例ゲインの設定例を示す図であり、図９Ｂはγ軸指示電流値に対する積分ゲインの設定例を示す図である。 参考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。 電流制御器における制御の連続性を説明するためのブロック図である。 図１２Ａはレゾルバが正常なときの電流制御に関する構成を示すブロック図であり、図１２Ｂはレゾルバ故障時の電流制御に関する構成を示すブロック図である。

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、参考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を検出する車速センサ６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、舵角センサ４が検出する操舵角および車速センサ６が検出する車速に応じてモータ３を駆動することによって、操舵状況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、たとえば、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、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、操舵角速度演算部２７と、制御ゲイン設定部３０と、指示電流値生成部３１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、基本値設定部２１ａと、ゲイン設定部２１ｂと、乗算器２１ｃとを有している。基本値設定部２１ａ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、指示操舵トルク基本値Ｔ_Ｂ ^＊を設定する。たとえば、図４Ａ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基本値Ｔ_Ｂ ^＊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基本値Ｔ_Ｂ ^＊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４Ａの例では非線型に大きくなるように）指示操舵トルク基本値Ｔ_Ｂ ^＊が設定される。また、指示操舵トルク基本値Ｔ_Ｂ ^＊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。

ゲイン設定部２１ｂは、操舵角速度演算部２７によって求められる操舵角速度に基づいてゲインＧ_Sを設定する。操舵角速度は、たとえば、ステアリングホイール１０が右方向に回転するときに正の値をとり、ステアリングホイール１０が左方向に回転するときに負の値をとる。ゲインＧ_Sは、たとえば、図４Ｂに示すように、操舵角速度が零の近傍の所定範囲ΔＳ内の値であれば、所定の一定値Ｃ（たとえば「１」）に設定される。操舵角速度が当該所定範囲ΔＳ外では、ゲインＧ_Sは、操舵角速度の絶対値の増加に伴って前記一定値Ｃから単調に（たとえばリニアに）増加する特性で設定される。ただし、ゲインＧ_Sは、所定の上限値Ｇ_{S_limit}以下に設定される。

このゲイン設定部２１ｂによって設定されるゲインＧ_Ｓが、乗算器２１ｃで指示操舵トルク基本値Ｔ_Ｂ ^＊に乗じられることによって、指示操舵トルクＴ^＊（＝Ｔ_Ｂ ^＊×Ｇ_Ｓ）が求められる。ただし、指示操舵トルクＴ^＊は、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）の範囲内で設定されるようになっている。
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。

ＰＩ制御部２３は、比例要素２３ａと、積分要素２３ｂと、加算器２３ｃとを備えている。ただし、Ｋ_Ｐａは比例ゲイン、Ｋ_Ｉａは積分ゲイン、１／ｓは積分演算子である。比例要素２３ａおよび積分要素２３ｂの演算結果が加算器２３ｃで加算されることによって、加算角αが求められる。比例要素２３ａのゲイン（比例ゲイン）Ｋ_Ｐａと、積分要素２３ｂのゲイン（積分ゲイン）Ｋ_Ｉａとは、制御ゲイン設定部３０によって可変設定される。すなわち、制御ゲイン設定部３０は、操舵角速度演算部２７によって求められる操舵角速度に応じて、比例ゲインＫ_Ｐａおよび積分ゲインＫ_Ｉａを可変設定し、これにより、ＰＩ制御部２３の周波数特性を変更する。より具体的には、制御ゲイン設定部３０は、図５に示すように、操舵角速度が大きいほど遮断周波数の小さな周波数特性が得られるように、比例ゲインＫ_Ｐａおよび積分ゲインＫ_Ｉａを可変設定する。一般には、比例ゲインＫ_Ｐａおよび積分ゲインＫ_Ｉａを小さくすることにより、遮断周波数が低くなる。

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、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。操舵角速度は、モータの回転角速度に対応する。
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ω_max（＞０）と表すと、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、加算角αが上限値ＵＬを超えている場合には、上限値ＵＬを加算角αに代入する。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。一方、ＰＩ制御部２３によって求められた加算角αが下限値ＬＬ未満であれば、下限値ＬＬを加算角αに代入する。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と速やかに遷移させることができる。これにより、操舵感を向上することができる。
この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。
操舵角速度演算部２７は、舵角センサ４によって検出される操舵角に基づいて、ステアリングホイール１０の操舵角速度を演算する。具体的には、舵角センサ４が検出する操舵角が所定のサンプリング周期毎に繰り返しサンプリングされる。そして、操舵角がサンプリングされたときに、１サンプリング時間前の操舵角との差分が求められる。この差分に対しては、必要に応じて、移動平均フィルタやローパスフィルタ等の信号処理が施される。そして、信号処理後の差分をサンプリング時間で除することによって、操舵角速度が求まる。前記信号処理は、必要に応じて行えばよく、場合によっては省かれてもよい。

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６Ａに示されている。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 ^＊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。

また、図６Ｂに示すように、舵角センサ４によって検出される操舵角に応じて、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^*が可変設定されるようになっている。図６Ｂには、図６Ａの特性に従って設定されるγ軸指示電流値Ｉ_γ ^*に乗じるべき電流ゲインの設定例が示されている。すなわち、指示電流値生成部３１は、図６Ａの特性に従うγ軸指示電流値Ｉ_γ ^*に対して図６Ｂの特性に従う電流ゲインを乗じることによって、最終的なγ軸指示電流値Ｉ_γ ^*を設定する。図６Ｂの例では、操舵角中点付近の所定の操舵角範囲Δθ_Sの範囲内では、電流ゲインが零とされ、したがって、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^*＝０となる。この操舵角範囲Δθ_S外においては、操舵角絶対値の増加に応じて所定の上限値まで単調に（たとえばリニア）に
電流ゲインが増加するようになっている。操舵角中点付近では、操舵補助力は不要である。そこで、操舵角中点付近の操舵角範囲Δθ_Sにおいてγ軸指示電流値Ｉ_γ ^*＝０とすることにより、省エネルギー性の向上が図られる。

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。
ＰＩ制御部３３は、比例要素３３ａと、積分要素３３ｂと、加算器３３ｃとを備えている。ただし、Ｋ_Ｐｉは比例ゲイン、Ｋ_Ｉｉは積分ゲイン、１／ｓは積分演算子である。比例要素３３ａおよび積分要素３３ｂの演算結果が加算器３３ｃで加算されることによって、二相指示電圧Ｖ_γδが求められる。比例要素３３ａのゲイン（比例ゲイン）Ｋ_Ｐｉと、積分要素３３ｂのゲイン（積分ゲイン）Ｋ_Ｉｉとは、制御ゲイン設定部３０によって可変設定される。すなわち、制御ゲイン設定部３０は、操舵角速度演算部２７によって求められる操舵角速度に応じて、比例ゲインＫ_Ｐｉおよび積分ゲインＫ_Ｉｉを可変設定し、これにより、ＰＩ制御部３３の周波数特性を変更する。より具体的には、制御ゲイン設定部３０は、図７に示すように、操舵角速度が大きいほど遮断周波数の小さな周波数特性が得られるように、比例ゲインＫ_Ｐｉおよび積分ゲインＫ_Ｉｉを可変設定する。一般には、比例ゲインＫ_Ｐｉおよび積分ゲインＫ_Ｉｉを小さくすることにより、遮断周波数が低くなる。

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。
さらに、操舵角速度の絶対値が大きいほど、指示操舵トルクの絶対値が大きく定められる（図４Ｂ参照）。したがって、ステアリングホイール１０の回転が速いときには、指示操舵トルクの絶対値が大きくなる。これにより、いわゆるダンピング制御を実現することができ、ステアリングホイール１０を切り込むときに良好な手応え感が得られるとともに、ステアリングホイール１０が中立位置に戻るときに、ステアリングホイール１０の回転を減速して、収斂性を向上することができる。こうして、優れた操舵感を実現できる。

さらにまた、加算角αを求めるためのＰＩ制御部２３（トルクフィードバック制御部）および二相指示電圧Ｖ_γδ ^*を求めるためのＰＩ制御部３３（電流フィードバック制御部）の周波数特性が操舵角速度に応じて可変設定され、操舵角速度が大きいときほど、遮断周波数が低くなるようにされている。これにより、ステアリングホイール１０が速く回転しているときには、トルクフィードバック制御および電流フィードバック制御の応答が鈍化されることになる。このような働きによって、より優れたダンピング制御が実現されており、操舵時の手応え感および中立位置への復帰時の収斂性を向上して、すぐれた操舵感を達成できる。

このように、操舵角速度に応じて指示操舵トルクおよびＰＩ制御部２３のゲインを変更することによって、加算角αの演算特性が変更され、したがって制御角θ_Cの演算特性が変更されている。これにより、優れたダンピング特性を実現している。そして、さらに、ＰＩ制御部３３のゲインの変更によって、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^*の特性を操舵角速度に応じて変更しており、これによって、ダンピング特性の一層の向上が図られている。

なお、この参考形態では、操舵角速度に応じて、(a)指示操舵トルクの変更、(b)トルクフィードバック制御のゲイン変更、および(c)電流フィードバック制御のゲイン変更のすべてが行われているが、これらの(a)(b)(c)のうちの１つのみまたは２つの組み合わせによっても、ダンピング制御を実現できる。
図８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の電気的構成を説明するためのブロック図である。この図８において、前述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。

この実施形態では、加算角αを求めるためのＰＩ制御部２３におけるゲインがγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊に応じて可変設定されるようになっている。すなわち、制御ゲイン設定部３０Ａは、指示電流値生成部３１が生成するγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊に応じて、比例ゲインＫ_Ｐａおよび積分ゲインＫ_Ｉａを可変設定する。より具体的には、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、Ｉ_γ ^＊＝０を含む所定範囲ΔＩにおいては、比例ゲインＫ_Ｐａおよび積分ゲインＫ_Ｉａは、各上限値Ｋ_{Ｐａ_uplimit}，Ｋ_{Ｉａ_uplimit}に設定される。所定範囲ΔＩ外の領域では、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の絶対値の増加に伴って各下限値Ｋ_{Ｐａ-_downlimit}，Ｋ_{Ｉａ_downlimit}まで単調に（この実施形態ではリニアに）減少する特性に従って、比例ゲインＫ_Ｐａおよび積分ゲインＫ_Ｉａが定められる。

この構成によって、γ軸電流Ｉ_γが大きいときには角度フィードバック制御のゲインが抑制されるので、加算角αの変化が抑制される。そのため、操舵トルクの変動が抑制されることになるので振動を抑制することができ、優れた操舵感を実現することができる。
図８には、制御ゲイン設定部３０Ａがγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊に基づいて比例ゲインＫ_Ｐａおよび積分ゲインＫ_Ｉａを可変設定し、操舵角速度に基づくゲインの変更は行わない例を示してある。しかし、制御ゲイン設定部３０Ａによって、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊および操舵角速度の両方に基づいて比例ゲインＫ_Ｐａおよび積分ゲインＫ_Ｉａを可変設定する構成としてもよい。

また、この実施形態では、前述のとおり、操舵角および操舵トルクに応じてγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を可変設定しているが（図６Ａおよび図６Ｂ参照）、さらに車速センサ６によって検出される車速に応じてγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を可変設定する構成としてもよい。この場合にも、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の変動によらずに、ステアリングホイール１０の振動を抑制できるので、優れた操舵感を実現できる。電流値が異なると、指示操舵トルクおよび検出操舵トルクに基づいて加算角αを設定するトルクフィードバック制御のゲインの最適値が異なる。そこで、γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊に応じてＰＩ制御部２３のゲインを適切に定めることによって、操舵感を向上できる。

図１０は、参考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作トルクを検出するトルクセンサ６７と、車両の速度を検出する車速センサ６８と、車両の舵取り機構６３に操舵補助力を与えるモータ６１と、このモータ６１を駆動制御するモータ制御装置７０とを備えている。モータ制御装置７０は、トルクセンサ６７が検出する操舵トルクおよび車速センサ６８が検出する車速に応じてモータ６１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。モータ６１は、たとえば、三相ブラシレスモータであり、前述の図２に示したモータ３と同様の構成を有している。以下、必要に応じて、図２を併せて参照する。

モータ制御装置７０は、電流検出部７１、信号処理部としてのマイクロコンピュータ７２、および駆動回路７３を有する。このモータ制御装置７０に、モータ６１内のロータの回転角を検出するレゾルバ６２（回転角センサ）とともに、前述のトルクセンサ６７および車速センサ６８が接続されている。
電流検出部７１はモータ６１のステータ巻線５１，５２，５３（図２参照）を流れる電流を検出する。より具体的には、電流検出部７１は、３相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）のステータ巻線５１，５２，５３における相電流をそれぞれ検出する電流検出器を有する。

マイクロコンピュータ７２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、基本目標電流値演算部７５と、ｄｑ軸目標電流値演算部７６Ａと、αβ軸目標電流値演算部７６Ｂと、ＰＩ（比例積分）制御部７７と、γδ／αβ座標変換部７８と、αβ／ＵＶＷ座標変換部７９と、ＰＷＭ制御部８０と、ＵＶＷ／αβ座標変換部８１と、αβ／γδ座標変換部８２と、偏差演算部８３と、回転角算出部８４と、センサ故障判定部８５と、第１スイッチ９１と、第２スイッチ９２と、第３スイッチ９３とを備えている。

基本目標電流値演算部７５は、トルクセンサ６７により検出される操舵トルクと、車速センサ６８により検出される車速とに基づいて、モータ６１の基本目標電流値Ｉ^＊を演算する。基本目標電流値Ｉ^＊は、たとえば、操作トルクの大きさが大きいほど大きく、車速が小さい程大きくなるように定められる。
ｄｑ軸目標電流値演算部７６Ａは、基本目標電流値Ｉ^＊に基づいて、モータ６１のロータ磁極方向に沿うｄ軸電流成分の目標値（ｄ軸目標電流値Ｉ_ｄ ^＊）と、ｄ軸に直交するｑ軸電流成分の目標値（ｑ軸目標電流値Ｉ_ｑ ^＊）とを生成する。以下、これらをまとめていうときには、「目標電流値Ｉ_ｄｑ ^＊」という。

αβ軸目標電流値演算部７６Ｂは、基本目標電流値Ｉ^＊に基づいて、二相固定座標系（α−β）におけるα軸電流成分の目標値（α軸目標電流値Ｉ_α ^＊）と、α軸に直交するβ軸電流成分の目標値（β軸目標電流値Ｉ_β ^＊）とを生成する。以下、これらをまとめていうときには、「目標電流値Ｉ_αβ ^＊」という。二相固定座標系（α−β）とは、ロータ５０の回転中心を原点として、ロータ５０の回転平面内にα軸（たとえば、Ｕ軸と一致する座標軸）およびこれに直交するβ軸を定めた固定座標系である。

第１スイッチ９１は、２つの目標電流値演算部７６Ａ，７６Ｂによって求められる目標電流値のいずれかを選択して、ＰＩ制御部７７に入力する。
電流検出部７１は、モータ６１のＵ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗを検出する（以下、これらをまとめていうときには「三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ」という）。その検出値は、ＵＶＷ／αβ座標変換部８１に与えられる。

ＵＶＷ／αβ座標変換部８１は、三相検出電流Ｉ_ＵＶＷを、二相固定座標系（α−β）上での電流Ｉ_αおよびＩ_β（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_αβ」という。）に座標変換する。座標変換された二相検出電流Ｉ_αβは、αβ／γδ座標変換部８２および第２スイッチ９２に与えられる。
αβ／γδ座標変換部８２は、二相検出電流Ｉ_αβを、制御上のロータ回転角θ^（以下、「制御回転角θ^」という。）に従う二相回転座標系（γ−δ）上での電流Ｉ_γおよびＩ_δ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_γδ」という。）に座標変換する。二相回転座標系（γ−δ）は、制御回転角θ^にロータ５０がある場合に、ロータ磁極方向に沿うγ軸と、このγ軸に直交するδ軸とによって規定される回転座標系である。制御回転角θ^に誤差がなく、実際のロータ回転角と一致しているとき、二相回転座標系（ｄ−ｑ）と二相回転座標系（γ−δ）とは一致する。制御回転角θ^は、回転角算出部８４によって演算されたロータ回転角である。

第２スイッチ９２は、二相検出電流Ｉ_αβまたは二相検出電流Ｉ_γδのいずれかを選択して偏差演算部８３に与えるようになっている。
偏差演算部８３は、第１スイッチ９１から与えられる目標電流値Ｉ_ｄｑ ^＊，Ｉ_αβ ^＊と、第２スイッチ９２から与えられる検出電流Ｉ_γδ，Ｉ_αβとの偏差を演算する。より具体的には、第１スイッチ９１が目標電流値Ｉ_ｄｑ ^＊を選択し、第２スイッチ９２が二相検出電流Ｉ_γδを選択するとき、偏差演算部８３は、ｄ軸目標電流値Ｉ_ｄ ^＊に対するγ軸検出電流Ｉ_γの偏差、およびｑ軸目標電流値Ｉ_ｑ ^＊に対するδ軸検出電流Ｉ_δの偏差を演算する。また、第１スイッチ９１が目標電流値Ｉ_αβ ^＊を選択し、第２スイッチ９２が二相検出電流Ｉ_αβを選択するとき、偏差演算部８３は、α軸目標電流値Ｉ_α ^＊に対するα軸検出電流Ｉ_αの偏差、およびβ軸目標電流値Ｉ_β ^＊に対するβ軸検出電流Ｉ_βの偏差を演算する。これらの偏差がＰＩ制御部７７に与えられてそれぞれＰＩ演算処理を受ける。そして、これらの演算結果に応じて、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊（以下、これらをまとめていうときには「二相電圧指令値Ｖ_γδ ^＊」という。）、またはα軸電圧指令値Ｖ_α ^＊およびβ軸電圧指令値Ｖ_β ^＊（以下、これらをまとめていうときには「二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊」という。）が生成される。

第３スイッチ９３は、ＰＩ制御部７７が生成する二相電圧指令値（Ｖ_γδ ^＊）をγδ／αβ座標変換部７８に入力する状態と、ＰＩ制御部７７が生成する二相電圧指令値（Ｖ_αβ）を（γδ／αβ座標変換部７８をバイパスして）αβ／ＵＶＷ座標変換部７９に入力する状態とのいずれかに制御される。
γδ／αβ座標変換部７８は、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊を、二相固定座標系（α−β）の電圧指令値であるα軸電圧指令値Ｖ_α ^＊およびβ軸電圧指令値Ｖ_β ^＊（二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊）に座標変換する。この二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊は、αβ／ＵＶＷ座標変換部７９に与えられる。

αβ／ＵＶＷ座標変換部７９は、α軸電圧指令値Ｖ_α ^＊およびβ軸電圧指令値Ｖ_β ^＊を三相固定座標系の電圧指令値、すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊（以下、これらをまとめていうときには「三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊」という。）に変換する。
ＰＷＭ制御部８０は、三相の電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊に応じて制御されたデューティ比の駆動信号を生成して駆動回路７３に与える。これにより、モータ６１の各相には、該当する相の電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊に応じたデューティ比で電圧が印加されることになる。

このような構成によって、舵取り機構６３に結合された操作部材としてのステアリングホイール（図示せず）に操舵トルクが加えられると、これがトルクセンサ６７によって検出される。そして、その検出された操舵トルクおよび車速に応じた目標電流値Ｉ_ｄｑ ^＊，Ｉ_αβ ^＊が目標電流値演算部７６Ａ，７６Ｂによって生成される。この目標電流値Ｉ_ｄｑ ^＊，Ｉ_αβ ^＊と二相検出電流Ｉ_γδ，Ｉ_αβとの偏差が偏差演算部８３によって求められ、この偏差をゼロに導くようにＰＩ制御部７７によるＰＩ演算が行われる。この演算結果に対応した二相電圧指令値Ｖ_γδ ^＊，Ｖ_αβ ^＊が三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に変換される。そして、ＰＷＭ制御部８０の働きによって、その三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に応じたデューティ比で駆動回路７３が動作することによって、モータ６１が駆動され、目標電流値Ｉ_ｄｑ ^＊，Ｉ_αβ ^＊に対応したアシストトルクが舵取り機構６３に与えられることになる。こうして、操舵トルクおよび車速に応じて操舵補助を行うことができる。電流検出部７１によって検出される三相検出電流Ｉ_ＵＶＷは、座標変換部８１，８２によって、二相回転座標系（γ−δ）で表された二相検出電流Ｉ_γδに変換される。

回転座標系と固定座標系との間での座標変換のためには、ロータ５０の回転角（位相角、すなわち電気角）θが必要である。この回転角を表す制御回転角θ^が、レゾルバ６２の出力を用いて回転角算出部８４で生成される。この制御回転角θ＾が、αβ／γδ座標変換部８２およびγδ／αβ座標変換部７８に与えられるようになっている。
センサ故障判定部８５は、レゾルバ６２の故障の有無を判定する。たとえば、センサ故障判定部８５は、レゾルバ６２の信号線６２ａに導出される信号を監視することによって、レゾルバ６２の故障、信号線６２ａの断線故障、信号線６２ａの接地故障を検出することができる。

第１〜第３スイッチ９１〜９３は、センサ故障判定部８５による判定結果に応じて切り換わるようになっている。これらのスイッチ９１〜９３は、ソフトウェア処理によるスイッチ機能であってもよいし、アナログスイッチやリレー等のハードウェアスイッチであってもよい。
センサ故障判定部８５がレゾルバ６２の故障が生じていないと判定している通常時には、第１スイッチ９１はｄｑ軸目標電流値演算部７６Ａが出力するｄｑ軸目標電流値Ｉ_ｄｑ ^＊を選択して偏差演算部８３に入力し、第２スイッチ９２はαβ／γδ座標変換部８２が出力する二相検出電流Ｉ_γδを選択して偏差演算部８３に入力し、第３スイッチ９３はＰＩ制御部７７が出力する二相電圧指令値Ｖ_γδ ^＊をγδ／αβ座標変換部７８に入力する。したがって、偏差演算部８３は、ｄｑ軸目標電流値Ｉ_ｄｑ ^＊に対する二相検出電流Ｉ_γδの偏差Δ_ｄｑ（＝Ｉ_ｄｑ ^＊−Ｉ_γδ）を求めてＰＩ制御部７７に入力する。よって、ＰＩ制御部７７は、電流偏差Δ_ｄｑを零に導くように二相電圧指令値Ｖ_γδ ^＊を演算する。この二相電圧指令値Ｖ_γδ ^＊がγδ／αβ座標変換部７８に入力されて二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊に座標変換される。

一方、センサ故障判定部８５がレゾルバ６２の故障が生じていると判定している故障時には、第１スイッチ９１はαβ軸目標電流値演算部７６Ｂが出力するαβ軸目標電流値Ｉ_αβ ^＊を選択して偏差演算部８３に入力し、第２スイッチ９２はＵＶＷ／αβ座標変換部８１が出力する二相検出電流Ｉ_αβを選択して偏差演算部８３に入力し、第３スイッチ９３はＰＩ制御部７７が出力する二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊をαβ／ＵＶＷ座標変換部７９に入力する。したがって、偏差演算部８３は、αβ軸目標電流値Ｉ_αβ ^＊に対する二相検出電流Ｉ_αβの偏差Δ_αβ（＝Ｉ_αβ ^＊−Ｉ_αβ）を求めてＰＩ制御部７７に入力する。よって、ＰＩ制御部７７は、電流偏差Δ_αβを零に導くように二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊を演算する。この二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊がγδ／αβ座標変換部７８を迂回してαβ／ＵＶＷ座標変換部７９に入力される。

図１１は、電流制御器としてのＰＩ制御部７７における制御の連続性を説明するためのブロック図である。電流制御器（ＰＩ制御部７７に対応）の前段には、座標変換行列Θ１で表される座標変換部（αβ／γδ座標変換部８２に対応）が設けられ、電流制御器の後段には座標変換行列Θ１_{_inv}で表される座標変換部（γδ／αβ座標変換部７８に対応）が設けられている。３軸→２軸変換部はＵＶＷ／αβ座標変換部８１に対応し、２軸→３軸座標変換部はαβ／ＵＶＷ座標変換部７９に対応している。

電流制御器は、たとえば、下記式(6)(7)に示す状態方程式による線形表現が可能である。
ｘ１(n+1)＝Ａ１・ｘ１(n)＋Ｂ１・ε(n) ……(6)
ｕ１(n)＝Ｃ１・ｘ１(n)＋Ｄ１・ε(n) ……(7)
ただし、ｘ１は、演算特性の切換え（この参考形態では二相電圧指令値Ｖ_γδ ^＊を演算する状態と二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊を演算する状態との間の切換え）前の電流制御器の内部状態を表す変数（内部変数）である。また、ｕ１は切換え前の電流制御器の出力である。Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１は、切換え前の電流制御器の特性を決める行列である。εは、電流制御器への入力（この参考形態ではΔ_γδまたはΔ_αβ）である。

一方、演算特性を切り換えた後の電流制御器が、次式(8)(9)で表されるものとする。
ｘ２(n+1)＝Ａ２・ｘ２(n)＋Ｂ２・ε(n) ……(8)
ｕ１(n)＝Ｃ２・ｘ２(n)＋Ｄ２・ε(n) ……(9)
ただし、ｘ２は、切換え後の電流制御器の内部状態を表す変数（内部変数）である。また、ｕ２は切換え後の電流制御器の出力である。Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２は、切換え後の電流制御器の特性を決める行列である。

切換えの前後で電圧指令値が連続するためには、切換え時刻ｎ_０において、次式(10)が成立すればよい。ただし、切換え後における電流制御器の前段および後段の座標変換行列をそれぞれΘ２，Θ２_{_inv}と表すものとする。
Θ１_{_inv}×ｕ１(n₀)＝Θ２_{_inv}×ｕ２(n₀) ……(10)
これより、次式(11)のように切換え後の内部変数ｘ２(n₀)を決定すればよいことが分かる。

ｘ２(n₀)＝Ｃ２^−１×｛Θ２_{_inv} ^−１×Θ１_{_inv}×ｕ１(n₀)−Ｄ２×Θ２×Θ１^−１×ε(n₀)｝ ……(11)
ただし、上付添え字「−１」は、逆行列を表す。モータの２軸を独立に制御したいので、Ｃ２、Θ２_{_inv}、Θ１は、いずれも正則である。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、図１０に示した構成の場合における第１〜第３スイッチ９１〜９３の切換え前後の変化を示す図である。図１２Ａにレゾルバ６２が正常なときの構成を示す。この構成は、図１０において実線で示すスイッチ９１〜９３の状態に対応する。また、図１２Ｂにレゾルバ６２の故障時の構成を示す。この構成は、図１０において破線で示すスイッチ９１〜９３の状態に対応する。

ＰＩ制御部７７は、比例要素７７ａと、積分要素７７ｂと、加算器７７ｃとを含み、比例要素７７ａおよび積分要素７７ｂでの演算結果が加算器７７ｃで加算されるようになっている。Ｋ_Ｐ１は切換え前の比例ゲイン、Ｋ_Ｉ１は切換え前の積分ゲイン、Ｋ_Ｐ２は切換え後の比例ゲイン、Ｋ_Ｉ２は切換え後の積分ゲインである。切換え前の二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊（＝Ｖ_１）と切換え後の二相電圧指令値Ｖ_αβ ^＊（＝Ｖ_２）とが等しくなるためには、積分要素７７ｂにおける切換え後の内部変数ｓ_２を次式(12)に従って定めればよい。
ｓ_２＝Ｋ_Ｉ２ ^−１（Ｖ_１−Ｋ_Ｐ２×ｅ） ……(12)
ただし、ｅは電流誤差（Δ_αβ＝Ｉ_αβ ^＊−Ｉ_αβ）である。

このようにして、電流制御器としてのＰＩ制御部７７の出力の連続性を保ちながら、ＰＩ制御部７７での演算特性を切り換えることができ、レゾルバ６２の故障時においても、スムーズに制御内容を変更することができる。すなわち、レゾルバ６２が正常なときには、検出される回転角を用いてモータ６１の制御を行うことができ、レゾルバ６２の故障時には、回転角を用いずに、二相固定座標系での目標電流値Ｉ_αβ ^＊に従ってモータ６１を制御できる。そして、切換えの前後で制御の連続性が保持されるので、切換えに伴って電流制御系やシステム全体に与える悪影響を抑制することができる。

以上、この発明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、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。すなわち、たとえ回転角センサを備えていても、その回転角センサの検出値を用いずにモータを制御する構成が備えられている場合には、この発明の範囲に属する
。

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。
回転角センサの出力信号を用いる場合には、ロータ角θ_Ｍが求まるので制御角θ_Ｃを導入する必要がなく、制御角θ_Ｃに従う仮想回転座標系を用いる必要がない。つまり、ｄ軸電流およびｑ軸電流を制御すればよい。しかし、γδ軸に従って電流制御を行うγδ電流制御部と、ｄｑ軸に従って電流制御を行うｄｑ電流制御部との両方を備えると、マイクロコンピュータ１１においてプログラムを記憶するためのメモリ（ＲＯＭ）の多くの領域を使用することになる。そこで、角度変数を共用化することによって、γδ電流制御部とｄｑ電流制御部との共通化を図ることが好ましい。具体的には、共通化した電流制御部の角度変数を、回転角センサが正常なときにはｄｑ座標用角度として用い、回転角センサの故障時にはγδ座標用角度として用いるように切り換えればよい。これにより、メモリの使用量を抑制できるから、それに応じてメモリ容量を削減でき、コストダウンを図ることができる。

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備えられたブラシレスモータの制御のため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。
この明細書および添付図面の記載から抽出され得る特徴を以下に記す。
Ａ１．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）を制御するためのモータ制御装置であって、
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、
前記制御角演算手段の特性を変更するための特性変更手段（２１ｂ，３０，３０Ａ）とを含む、モータ制御装置。
なお、括弧内の英数字は前述の参考形態または実施形態における対応構成要素等を表す。以下同じ。
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または前記仮想軸電流値に対する前記モータの応答に対応する値とされる。
さらに、上記の構成では、制御角演算手段の特性が特性変更手段によって変更されるようになっている。これにより、状況に応じて制御角の演算特性を変化させることができるので、モータからより適切なトルクを発生させることができる。
Ａ２．前記特性変更手段は、モータの回転角速度に応じて前記特性を変更するものである、Ａ１記載のモータ制御装置。
この構成によれば、モータの回転角速度に応じて制御角の演算特性が変化するので、回転角速度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る。具体的には、回転角速度が大きいほど、モータ発生トルクが小さくなるように制御角演算特性を変化させるようにしてもよい。これにより、たとえば、モータを車両の舵取り機構に転舵力を付与するための駆動源として用いる場合に、操舵速度に応じた力が舵取り機構に与えられるので、操舵時に良好な手応え感が得られ、いわゆるダンピング制御を実現することができる。また、回転角速度が大きいほど応答が鈍くなるように制御角演算特性を変化させてもよい。これにより、素速く操舵したときに良好な手応え感が得られるとともに、操舵角中点付近での収斂性を向上できる。
Ａ３．前記特性変更手段は、モータ電流に応じて前記特性を変更するものである、請求項１記載のモータ制御装置。
この構成によれば、モータ電流に応じて制御角の演算特性が変化するので、モータ電流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る。具体的には、制御角をフィードバック制御（加算角をフィードバック制御）する際のゲインをモータ電流に応じて変化させるようにしてもよい。より具体的には、モータ電流の絶対値が大きいほど、フィードバック制御のゲインを小さくするようにしてもよい。これにより、モータ電流値の変化に応じてゲインを変化させることができるので、制御が振動的になることを抑制して、モータを円滑に駆動することができる。
前記モータ制御装置は、前記加算角を制限するための制限手段（２４）をさらに含んでいてもよい。この構成によれば、加算角に適切な制限を加えることによって、実際のロータの回転に比して過大な加算角が制御角に加算されることを抑制できる。より具体的には、ロータの回転速度範囲に対して妥当な範囲内で加算角が設定されるように制限を加えることによって、より適切にモータを制御することができる。
前記制限手段は、たとえば、加算角の絶対値を次式の制限値以下に制限するものであってもよい。ただし、次式における「最大ロータ角速度」とは、電気角でのロータ角速度の最大値である。
制限値＝最大ロータ角速度×演算周期
たとえば、モータの回転を所定の減速比の減速機構を介して車両用操舵装置の操舵軸に伝達している場合には、最大ロータ角速度は、最大操舵角速度（操舵軸の最大回転角速度）×減速比×極対数で与えられる。「極対数」とは、ロータが有する磁極対（Ｎ極とＳ極との対）の数である。
前記モータは、車両の舵取り機構（２）に駆動力を付与するものであってもよい。この場合に、前記モータ制御装置が、前記車両の操向のために操作される操作部材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）とをさらに含み、加算角演算手段が、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もの（２２，２３）であることが好ましい。
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。
操作部材と舵取り機構とが機械的に結合された車両用操舵装置（たとえば、電動パワーステアリング装置）では、仮想軸電流値に対するモータの応答（モータが発生するトルク）は、検出操舵トルクの変化となって現れる。したがって、このような車両用操舵装置においては、検出操舵トルクに応じて加算角を演算することは、仮想軸電流値に対するモータの応答に応じて加算角を演算することになると言うこともできる。
前記モータ制御装置は、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。

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、１１…マイクロコンピュータ、２１…指示操舵トルク設定部、２３…ＰＩ制御部、２６…制御角演算部、３３…ＰＷＭ制御部、５０…ロータ、５１，５２，５２…ステータ巻線、５５…ステータ

Claims (3)

1. ロータと、このロータに対向するステータとを備え、車両の舵取り機構に駆動力を付与するためのモータを制御するためのモータ制御装置であって、
   前記車両の操向のために操作される操作部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
   指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段と、
   前記ロータの回転角を検出するための回転角センサの検出値を用いずに演算される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を生成し、こ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対する比例積分演算を行うことによって前記加算角を演算する加算角演算手段と、
   前記軸電流値に応じて前記比例積分演算におけるゲインを変更することによって、前記制御角演算手段の特性を変更するための特性変更手段と
   を含む、モータ制御装置。
2. 前記特性変更手段は、さらに、前記モータの回転角速度に応じて前記比例積分演算におけるゲインを変更する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記特性変更手段は、さらに、前記モータの回転角速度に応じて前記指示操舵トルク設定手段によって設定される前記指示操舵トルクを変更する、請求項１または２に記載のモータ制御装置。

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