JP5692569B2 - 車両用操舵装置 - 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。しかし、回転角センサが故障すると、モータ制御を継続できなくなる。
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。

特開平10-243699号公報 特開2009-124811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（２）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で前記モータを駆動する電流駆動手段（３１，３０，３３〜３６Ｂ）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（２６）と、前記車両の速度を検出する車速検出手段（６）と、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操舵トルク検出手段（１）と、操舵トルクの目標値としての指示操舵トルク(Ｔ^＊)を設定する指示操舵トルク設定手段（２１）と、前記操舵トルク検出手段によって検出される検出操舵トルク（Ｔ）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の偏差であるトルク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、前記トルク偏差に基づいて演算される電流増減値を前記軸電流値の目標値である指示電流値（Ｉ_γ ^＊）の前回値に加算することにより今演算周期での指示電流値を求める指示電流値演算手段（６１，６２）と、前記指示電流値演算手段によって求められた今演算周期での指示電流値を上限値（ξ_max）以下に制限する指示電流値制限手段（６３）と、前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記上限値を設定する上限値設定手段（６４，６４Ａ）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が、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。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。

この発明では、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が、操舵トルク検出手段によって検出される。また、操舵トルクの目標値としての指示操舵トルクが、指示操舵トルク設定手段によって設定される。そして、加算角演算手段によって、検出操舵トルクと指示操舵トルクとの偏差であるトルク偏差に応じて加算角が演算される。加算角演算手段は、たとえば、検出操舵トルクを指示操舵トルクに一致させるべく、加算角を演算するように動作する。これにより、検出操舵トルクが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である負荷角が、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。

また、この発明では、指示電流値演算手段によって、指示電流値が設定される。具体的には、検出操舵トルクと指示操舵トルクとの偏差であるトルク偏差に基づいて演算される電流増減値を、軸電流値の目標値である指示電流値の前回値に加算することにより今演算周期での指示電流値が設定される。これにより、トルク偏差に応じてモータトルクの大きさを制御することができる。このため、検出操舵トルクを指示操舵トルクに速やかに一致させることが可能となる。
さらに、この発明では、指示電流値制限手段によって、指示電流値演算手段によって求められた今演算周期での指示電流値が上限値以下に制限される。この上限値は、上限値設定手段によって、車速検出手段によって検出された車速に基づいて設定される。指示電流値の上限値が大きすぎると、モータ抵抗による発熱が大きくなるおそれがあるため、電力効率が悪くなる。一方、指示電流値の上限値が小さすぎると、必要なモータトルクを発生できなくなるおそれがあるため、制御が不安定になる。この発明では、車速に応じて指示電流値の上限値が設定されるので、指示電流値の上限値を適切な値に設定することが可能となる。これにより、電力効率の向上化および制御の安定化を図ることができるようになる。

請求項２記載の発明は、前記上限値設定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速が大きくなるほど前記上限値が小さくなるように、前記上限値を設定するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置である。

請求項３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（２）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で前記モータを駆動する電流駆動手段（３１，３０，３３〜３６Ｂ）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（２６）と、前記車両の速度を検出する車速検出手段（６）と、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操舵トルク検出手段（１）と、操舵トルクの目標値としての指示操舵トルク(Ｔ ^＊ )を設定する指示操舵トルク設定手段（２１）と、前記操舵トルク検出手段によって検出される検出操舵トルク（Ｔ）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の偏差であるトルク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、前記トルク偏差に基づいて、前記軸電流値の目標値である指示電流値（Ｉ _γ ^＊ ）を求める指示電流値演算手段（６１，６２）と、前記指示電流値演算手段によって求められた指示電流値を上限値（ξ _max ）以下に制限する指示電流値制限手段（６３）と、前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記上限値を設定する上限値設定手段（６４，６４Ａ）とを含み、前記車両用操舵装置は、前記モータの駆動力をアシストトルクとして前記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であり、操舵トルクに対する目標アシストトルクの関係を表すアシスト特性を車速毎に記憶したトルク対アシストマップと、前記加算角の絶対値を所定の加算角制限値（ω_max）以下に制限する加算角制限手段（２４）をさらに含み、前記上限値設定手段は、前記トルク対アシストマップと前記車速検出手段によって検出された車速とから求められる車速に対応する最大負荷トルクと、前記加算角制限値とに応じた上限値を設定するように構成されている、車両用操舵装置である。

この構成によれば、車速検出手段によって検出された車速に対応する最大負荷トルクと、加算角制限値とに応じた上限値を、指示電流値の上限値として設定することができる。たとえば、加算角制限値をω_maxとすると、指示電流値が上限値に設定された状態において、負荷角が（９０゜−ω_max）のときに、最大負荷トルクに相当する大きさのアシストトルクがモータから発生されるように、上限値を設定することが可能となる。これにより、負荷角を好ましい範囲内で制御することが可能となる。

前記加算角制限値は、たとえば、次式によって定められた値であってもよい。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。
加算角制限値＝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。

請求項４記載の発明は、前記車速に対応する最大負荷トルクは、前記車速検出手段によって検出された車速に対応するアシスト特性における、所定の操舵トルクとそれに対応するアシストトルクとの和である請求項３に記載の車両用操舵装置である。この構成によれば、車速に対応する最大負荷トルクを、車速検出手段によって検出された車速に対応するアシスト特性における、所定の操舵トルクとそれに対応するアシストトルクとの和として求めることができる。

請求項５記載の発明は、前記上限値設定手段は、車速に対する前記上限値の関係を記憶した車速対上限値マップと、前記トルク対アシストマップが変更されたときに、変更後のトルク対アシストマップに応じて前記車速対上限値マップを更新する手段とを更に含む、請求項３または４に記載の車両用操舵装置である。この構成によれば、トルク対アシストマップが変更されたときには、変更後のトルク対アシストマップに応じて車速対上限値マップを自動的に更新させることができる。

請求項６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（２）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で前記モータを駆動する電流駆動手段（３１，３０，３３〜３６Ｂ）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（２６）と、前記車両の速度を検出する車速検出手段（６）と、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操舵トルク検出手段（１）と、操舵トルクの目標値としての指示操舵トルク(Ｔ ^＊ )を設定する指示操舵トルク設定手段（２１）と、前記操舵トルク検出手段によって検出される検出操舵トルク（Ｔ）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の偏差であるトルク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、前記トルク偏差に基づいて、前記軸電流値の目標値である指示電流値（Ｉ _γ ^＊ ）を求める指示電流値演算手段（６１，６２）と、前記指示電流値演算手段によって求められた指示電流値を上限値（ξ _max ）以下に制限する指示電流値制限手段（６３）と、前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記上限値を設定する上限値設定手段（６４，６４Ａ）と、前記加算角の絶対値を所定の加算角制限値以下に制限する加算角制限手段とを含み、前記上限値設定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速に対応する最大負荷トルクと、前記加算角制限値とに応じた上限値を設定するように構成されている、車両用操舵装置である。この構成によれば、請求項３記載の発明と同様な効果を得ることができる。

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、前記車速検出手段によって検出される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。 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。 操舵トルクリミッタの働きを説明するための図である。 検出操舵トルクに対する目標アシストトルクの特性の一例を示す図である。 加算角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。 マップ作成・更新部による車速対上限値マップの作成処理の手順を示すフローチャートである。 車速対上限値マップの作成処理を説明するための図である。 車速対上限値特性の一例を示す図である。 第１指示電流値生成部の構成を示すブロック図である。 図１２Ａは、指示操舵トルクの符号が正である場合の、トルク偏差に対する電流増減量の設定例を示す図であり、図１２Ｂは、指示操舵トルクの符号が負である場合の、トルク偏差に対する電流増減量の設定例を示す図である。 第１指示電流値生成部の変形例を示すブロック図である。 上限値設定部による上限値演算処理の手順を示す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車両用操舵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内のロータの回転角を検出するレゾルバ８（回転角センサ）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。レゾルバ８は、ロータ回転角（ロータ回転位置）に対応する正弦波信号および余弦波信号を生成するものである。

モータ制御装置５は、レゾルバ８の出力信号、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、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、操舵トルクリミッタ２０と、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、加算角リミッタ２４と、制御角演算部２６と、回転角演算部２７と、第１指示電流値生成部３１と、第２指示電流生成部３２と、電流偏差演算部３０と、ＰＩ制御部３３と、γδ／αβ（ｄｑ／αβ）変換部３４Ａと、αβ／ＵＶＷ変換部３４Ｂと、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部３５と、ＵＶＷ／αβ変換部３６Ａと、αβ／γδ（αβ／ｄｑ）変換部３６Ｂと、マップ作成・更新部３９と、センサ故障判定部４０と、指示電流値切換部４１と、角度切換部４２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、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の例では非線形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。

操舵トルクリミッタ２０は、トルクセンサ１の出力を所定の上限飽和値＋Ｔ_max（＋Ｔ_max＞０。たとえば＋Ｔ_max＝７Ｎｍ）と下限飽和値−Ｔ_max（−Ｔ_max＜０。たとえば−Ｔ_max＝−７Ｎｍ）との間に制限する。具体的には、操舵トルクリミッタ２０は、図５に示すように、上限飽和値＋Ｔ_maxと下限飽和値−Ｔ_maxの間では、トルクセンサ１の検出操舵トルクＴをそのまま出力する。また、操舵トルクリミッタ２０は、トルクセンサ１の検出操舵トルクＴが上限飽和値＋Ｔ_max以上であれば、上限飽和値＋Ｔ_maxを出力する。そして、操舵トルクリミッタ２０は、トルクセンサ１の検出操舵トルクＴが下限飽和値−Ｔ_max以下であれば、下限飽和値−Ｔ_maxを出力する。飽和値＋Ｔ_maxおよび−Ｔ_maxは、トルクセンサ１の出力信号が安定な領域（信頼性のある領域）の境界を画定するものである。つまり、トルクセンサ１の出力信号は、上限飽和値Ｔ_maxを超える区間、および下限飽和値−Ｔ_maxを下回る区間では不安定であり、実際の操舵トルクに対応しなくなる。換言すれば、飽和値＋Ｔ_max，−Ｔ_maxは、トルクセンサ１の出力特性に応じて定められる。

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、操舵トルクリミッタ２０による制限処理を受けた操舵トルク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（＝Ｔ−Ｔ^＊）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。したがって、前記トルクフィードバック制御手段は、加算角αを演算する加算角演算手段を構成している。

加算角リミッタ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加算角制限手段である。より具体的には、加算角リミッタ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の既定値＝４５度）に基づいて定められる。この所定の制限値ω_maxの既定値は、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の既定値とすればよい。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)
加算角リミッタ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）。

制御角演算部２６は、制御角θ_Ｃの前回値θ_Ｃ(n-1)に加算角リミッタ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。
回転角演算部２７は、レゾルバ８の出力信号に基づいてロータ５０の回転角θ_Ｅを演算する。角度切換部４２は、制御角演算部２６によって求められた制御角θ_Ｃと、回転角演算部２７によって求められたロータ回転角θ_Ｅとのうちのいずれか一方を選択し、座標変換用の変換角θ_Ｓとして出力するものである。

第１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。
第１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、第１指示電流値生成部３１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、操舵トルクリミッタ２０による制限処理を受けた検出操舵トルクＴと、車速センサ６によって検出される車速と、マップ作成・更新部３９によって作成される車速対上限値マップに基づいてγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊を設定する。第１指示電流値生成部３１およびマップ作成・更新部３９の詳細については、後述する。

第２指示電流値生成部３２は、ｄｑ座標系の座標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、ｄ軸指示電流値Ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸指示電流値Ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を生成する。さらに具体的には、第２指示電流値生成部３２は、ｑ軸指示電流値Ｉ_ｑ ^＊を有意値とする一方で、ｄ軸指示電流値Ｉ_ｄ ^＊を零とする。より具体的には、第２指示電流値生成部３２は、トルクセンサ１によって検出され、操舵トルクリミッタ２０による制限処理を受けた検出操舵トルクＴと、車速センサ６によって検出される車速と、操舵トルクＴに対する目標アシストトルクＴ_Ａ ^＊の関係を表すアシスト特性を車速毎に記憶したトルク対アシストマップとに基づいてｑ軸指示電流値Ｉ_ｑ ^＊を設定する。

トルク対アシストマップは車種毎に予め作成されている。そして、車種別のトルク対アシストマップが、第２指示電流値生成部３２に保持されている。第２指示電流値生成部３２は、車種別のトルク対アシストマップのうちからユーザ等によって選択された当該車種に対応するトルク対アシストマップと、車速センサ６によって検出される車速とに基づいて、車速に対応するアシスト特性を選択する。そして、第２指示電流値生成部３２は、車速に対応するアシスト特性と、検出操舵トルクＴとに基づいて、検出操舵トルクＴに対応する目標アシストトルクＴ_Ａ ^＊を求める。そして、得られた目標アシストトルクＴ_Ａ ^＊を、モータの３のトルク定数Ｋ_Ｔで除算することにより、ｑ軸指示電流値Ｉ_ｑ ^＊を演算する。つまり、ｑ軸指示電流値Ｉ_ｑ ^＊は、目標アシストトルクＴ_Ａ ^＊に比例した値となる。

図６は、当該車種に対応したトルク対アシストマップによって表される検出操舵トルクＴに対する目標アシストトルクＴ_Ａ ^＊の特性（以下、「トルク対アシスト特性」という）の一例を示す図である。検出操舵トルクＴは、たとえば右方向への操舵のための検出操舵トルクが正の値にとられ、左方向への操舵のための検出操舵トルクが負の値にとられている。また、目標アシストトルクＴ_Ａ ^＊は、右方向操舵のための目標アシストトルクが正の値とされ、左方向操舵のための目標アシストトルクが負の値とされる。目標アシストトルクＴ_Ａ ^＊は、検出操舵トルクＴの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクＴの負の値に対しては負の値をとる。

図６に示されるトルク対アシスト特性では、目標アシストトルクＴ_Ａ ^＊（ｑ軸指示電流値Ｉ_ｑ ^＊）は、検出操舵トルクＴの絶対値が大きいほど、その絶対値が大きくなる（図６の例では非線形に大きくなる）。また、目標アシストトルクＴ_Ａ ^＊（ｑ軸指示電流値Ｉ_ｑ ^＊）は、車速センサ６によって検出される車速が大きいほど、その絶対値が小さくなる。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。

指示電流切換部４１は、第１指示電流値生成部３１によって生成される二相指示電流値Ｉ_γδ ^＊と、第２指示電流値生成部３２によって生成される二相指示電流値Ｉ_ｄｑ ^＊とのうちのいずれか一方を選択し、電流偏差演算部３０に供給するものである。
センサ故障判定部４０は、レゾルバ８の故障の有無を判定し、その判定結果に応じてモータ３の制御モードの切換を行なうものである。たとえば、センサ故障判定部４０は、レゾルバ８の信号線に導出される信号を監視することによって、レゾルバ８の故障、レゾルバ８の信号線の断線故障、レゾルバ８の信号線の接地故障を検出することができる。センサ故障判定部４０は、レゾルバ８の故障の有無の判定結果に応じて、第１モードと第２モードとの間で制御モードを切換え、モード切換指令を生成する。このモード切換指令に応じて、指示電流値切換部４１および角度切換部４２における切換えが実行される。

具体的には、センサ故障判定部４０は、レゾルバ８の故障が生じていないと判定している場合（通常時）には、制御モードを第２モードに設定する。一方、レゾルバ８の故障が生じていると判定している場合（故障時）には、センサ故障判定部４０は、制御モードを第２モードから第１モードに切り換える。第２モードにおいては、指示電流値切換部４１は第２指示電流値生成部３２が生成する二相指示電流値Ｉ_ｄｑ ^＊を選択して出力し、角度切換部４２は回転角演算部２７が生成するロータ回転角θ_Ｅを選択して出力する。第１モードにおいては、指示電流値切換部４１は第１指示電流値生成部３１が生成する二相指示電流値_γδ ^＊を選択して出力し、角度切換部４２は制御角演算部２６が生成する制御角θ_Ｃを選択して出力する。

電流偏差演算部３０は、指示電流値切換部４１で選択された指示電流値Ｉ_γδ ^＊またはＩ_ｄｑ ^＊に対する二相検出電流Ｉ_γδ（γ軸検出電流Ｉ_γおよびδ軸検出電流Ｉ_δ）またはＩ_ｄｑ（ｄ軸検出電流Ｉ_ｄおよびｑ軸検出電流Ｉ_ｑ）の偏差を演算する。具体的には、指示電流値切換部４１が二相指示電流値Ｉ_γδ ^＊を出力するときには、電流偏差演算部３０は、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。また、指示電流値切換部４１が二相指示電流値Ｉ_ｄｑ ^＊を出力するときには、電流偏差演算部３０は、ｄ軸指示電流値Ｉ_ｄ ^＊（＝０）に対するｄ軸検出電流Ｉ_ｄの偏差Ｉ_ｄ ^＊−Ｉ_ｄと、ｑ軸指示電流値Ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流Ｉ_ｑの偏差Ｉ_ｑ ^＊−Ｉ_ｑを演算する。γ軸検出電流Ｉ_γおよびδ軸検出電流Ｉ_δまたはｄ軸検出電流Ｉ_ｄおよびｑ軸検出電流Ｉ_ｑは、αβ／γδ（αβ／ｄｑ）変換部３６Ｂから偏差演算部３０に与えられるようになっている。

ＵＶＷ／αβ変換部３６Ａ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）を二相固定座標系であるαβ座標系の二相検出電流Ｉ_αおよびＩ_β（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_αβ」という。）に変換する。αβ座標系は、図２に示すように、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軸およびこれに直交するβ軸（図２の例ではＵ軸と同軸）を定めた固定座標系である。αβ／γδ（αβ／ｄｑ）変換部３６Ｂは、制御モードが第1モードのときには、二相検出電流Ｉ_αβ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。一方、制御モードが第２モードのときには、αβ／γδ（αβ／ｄｑ）変換部３６Ｂは、二相検出電流Ｉ_αβをｄｑ座標系の二相検出電流Ｉ_ｄおよびＩ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_ｄｑ」という。）に変換する。これらが電流偏差演算部３０に与えられるようになっている。αβ／γδ（αβ／ｄｑ）変換部３６Ｂにおける座標変換には、角度切換部４２で選択された変換角θ_Ｓが用いられる。

ＰＩ制御部３３は、電流偏差演算部３０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 ^＊）または二相指示電圧Ｖ_ｄｑ ^＊（ｄ軸指示電圧Ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸指示電圧Ｖ_ｑ ^＊）を生成する。具体的には、ＰＩ制御部３３は、制御モードが第1モードであるときには二相指示電圧Ｖ_γδ ^＊を生成し、制御モードが第２モードてあるときには二相指示電圧Ｖ_ｄｑ ^＊を生成する。ＰＩ制御部３３によって生成された二相指示電圧Ｖ_γδ ^＊またはＶ_ｄｑ ^＊は、γδ／αβ（ｄｑ／αβ）変換部３４Ａに与えられる。

γδ／αβ（ｄｑ／αβ）変換部３４Ａは、制御モードが第1モードであるときには二相指示電圧Ｖ_γδ ^＊をαβ座標系の二相指示電圧Ｖ_αβ ^＊に変換し、制御モードが第２モードであるときには二相指示電圧Ｖ_ｄｑ ^＊をαβ座標系の二相指示電圧Ｖ_αβ ^＊に変換する。この座標変換には、角度切換部４２で選択された変換角θ_Ｓが用いられる。二相指示電圧Ｖ_αβ ^＊は、α軸指示電圧Ｖ_α ^＊およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^＊からなる。αβ／ＵＶＷ変換部３４Ｂは、二相指示電圧Ｖ_αβ ^＊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３０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、指示電流値切換部４１によって選択された二相指示電流値Ｉ_γδ ^＊または二相指示電流値Ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。
図３は、前記第１モードのときの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、加算角リミッタ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）ΔＴ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、前記第１モードにおいて、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。
一方、前記第２モードにおいては、検出操舵トルクＴおよび車速に応じた二相指示電流値Ｉ_ｄｑ ^＊が設定され、モータ３の電流が当該二相指示電流値Ｉ_ｄｑ ^＊に収束するようにフィードバック制御が行なわれる。そして、レゾルバ８の出力信号に基づいてロータ５０の回転角θ_Ｅが求められ、この回転角θ_Ｅを用いて、γδ／αβ（ｄｑ／αβ）変換部３４Ａおよびαβ／γδ（αβ／ｄｑ）変換部３６Ｂにおける座標変換が行なわれることになる。つまり、第２モードでは、回転角センサであるレゾルバ８を用いてモータ３が制御されることにより、適切な操舵補助が行なわれる。

前記第１モードにおいて有効化される構成部分によって第１制御手段（負荷角制御手段）が構成され、前記第２モードにおいて有効化される構成部分によって第２制御手段が構成されている。第１制御手段は、指示操舵トルク設定部２１、操舵トルクリミッタ２０、トルク偏差演算部２２、ＰＩ制御部２３、加算角リミッタ２４、制御角演算部２６、第１指示電流値生成部３１、電流偏差演算部３０、ＰＩ制御部３３、γδ／αβ（ｄｑ／αβ）変換部３４Ａ、αβ／ＵＶＷ変換部３４Ｂ、ＰＷＭ制御部３５、ＵＶＷ／αβ変換部３６Ａ、αβ／γδ（αβ／ｄｑ）変換部３６Ｂおよびマップ作成・更新部３９によって構成されている。また、第２制御手段は、回転角演算部２７、操舵トルクリミッタ２０、第２指示電流値生成部３２、電流偏差演算部３０、ＰＩ制御部３３、γδ／αβ（ｄｑ／αβ）変換部３４Ａ、αβ／ＵＶＷ変換部３４Ｂ、ＰＷＭ制御部３５、ＵＶＷ／αβ変換部３６Ａおよびαβ／γδ（αβ／ｄｑ）変換部３６Ｂによって構成されている。すなわち、第１および第２制御手段は、操舵トルクリミッタ２０、電流偏差演算部３０、ＰＩ制御部３３、γδ／αβ（ｄｑ／αβ）変換部３４Ａ、αβ／ＵＶＷ変換部３４Ｂ、ＰＷＭ制御部３５、ＵＶＷ／αβ変換部３６Ａおよびαβ／γδ（αβ／ｄｑ）変換部３６Ｂを共有している。

図７は、加算角リミッタ２４の働きを説明するためのフローチャートである。加算角リミッタ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）、加算角リミッタ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。

以下、マップ作成・更新部３９と第１指示電流値生成部３１とについて、詳しく説明する。マップ作成・更新部３９は、第２指示電流値生成部３２に保持されている車種別のトルク対アシストマップのうちから、当該車種に応じたトルク対アシストマップがユーザ等によって選択されたときには、選択されたトルク対アシストマップに基づいて、車速に対するγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の上限値の関係を記憶した車速対上限値マップを作成する。作成された車速対上限値マップは、第１指示電流値生成部３１に与えられ、第１指示電流値生成部３１に保持される。

また、マップ作成・更新部３９は、現在選択されているトルク対アシストマップが変更された場合には、変更後のトルク対アシストマップに基づいて、車速に対するγ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の上限値の関係を記憶した車速対上限値マップを作成する。そして、作成した車速対上限値マップに基づいて、第１指示電流値生成部３１に保持されている車速対上限値マップを更新する。

図８は、マップ作成・更新部３９による車速対上限値マップの作成処理の手順を示すフローチャートである。
車速対上限値マップを作成する元となるトルク対アシストマップが、図６に示されるようなトルク対アシスト特性に対応するトルク対アシストマップであるものとする。
マップ作成・更新部３９は、まず、車速を表す変数ｖを複数種類の車速のうちの１つの車速ｖ０に設定する（ステップＳ１１）。そして、車速対上限値マップを作成する元となる車速対上限値マップで表されるトルク対アシスト特性に基づいて、変数ｖによって表される車速（図８の説明においては、「車速ｖ」ということにする。）に対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）を求める（ステップＳ１２）。車速ｖに対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）は、図６に示すように、車速ｖに対応するトルク対アシスト特性における、所定の操舵トルクａとそれに対応する目標アシストトルクｂ（ｖ）との和を演算することにより、求められる。つまりｃ（ｖ）＝ａ＋ｂ（ｖ）となる。ここで、所定の操舵トルクａは、たとえば、５Ｎｍ以上の所定値（たとえば、６Ｎｍ）に設定される。なお、車速別の最大負荷トルクｃ（ｖ）は、車速ｖが大きいほど小さくなる。

次に、マップ作成・更新部３９は、ステップＳ１２で求められた車速ｖに対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）とモータ３のトルク定数Ｋ_Ｔとを用い、次式（6）に基づいて、車速ｖに対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）をモータ３に発生させるためのγ軸電流値（以下、最大負荷トルク対応電流値ｄ（ｖ）」という）を求める（ステップＳ１３）。
ｄ（ｖ）＝ｃ（ｖ）／Ｋ_Ｔ …（6）
この後、マップ作成・更新部３９は、ステップＳ１３で求められた車速ｖに対応する最大負荷トルク対応電流値ｄ（ｖ）と加算角リミッタ２４の制限値ω_maxと用い、次式（7）に基づいて、車速ｖに対応する上限値ξ_max（ｖ）（γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の上限値）を求める（ステップＳ１４）。

ξ_max（ｖ）＝ｄ（ｖ）÷sin（９０°−ω_max） …(7)
式(7)に基づいて上限値ξ_max（ｖ）を求めている理由について説明する。図９の曲線Ｓ１は、γ軸電流Ｉ_γが最大負荷トルク対応電流値ｄ（ｖ）である場合の、負荷角θ_Ｌとｑ軸電流Ｉ_ｑとの関係を示している。図２を用いて説明したように、ｑ軸電流Ｉ_ｑは、負荷角θ_Ｌとγ軸電流Ｉ_γを用いて、Ｉ_ｑ＝Ｉ_γsinθ_Ｌ（θ_Ｌ＝θ_Ｃ−θ_Ｍ）で与えられる。したがって、γ軸電流Ｉ_γが最大負荷トルク対応電流値ｄ（ｖ）である場合の、負荷角θ_Ｌに対するｑ軸電流Ｉ_ｑの変化は、図９にＳ１で示すような曲線（サインカーブ）となる。なお、アシストトルクＴ_Ａは、モータ３のトルク定数Ｋ_Ｔをｑ軸電流Ｉ_ｑに乗じた値となる。したがって、負荷角θ_Ｌに対するアシストトルクＴ_Ａの変化も、曲線Ｓ１と同様なサインカーブとなる。

ｑ軸電流Ｉ_ｑ（アシストトルクＴ_Ａ）は、−９０°≦θ_Ｌ≦９０°の区間Ｑ１では単調増加となり、９０°＜θ_Ｌ＜２７０°の区間Ｑ２では単調減少となる。この実施形態では、負荷角θ_Ｌとアシストトルク（モータトルク）とが正の相関を有する区間Ｑ１の領域で負荷角θ_Ｌが調整されるように、加算角αが制御されるものとする。
γ軸電流Ｉ_γが最大負荷トルク対応電流値ｄ（ｖ）である場合（負荷角θ_Ｌに対するｑ軸電流Ｉ_ｑの変化が曲線Ｓ１で表される場合）において、負荷角θ_Ｌが９０°を超えると、アシストトルクが適値に収束するのに時間がかかる。そこで、この実施形態では、負荷角θ_Ｌが９０°を超えない範囲で、負荷角θ_Ｌが制御されるようにする。つまり、負荷角θ_Ｌが（９０°−ω_max）のときに、ｑ軸電流Ｉ_ｑが最大負荷トルク対応電流値ｄ（ｖ）となるように、γ軸電流Ｉ_γの上限値ξ_max（ｖ）を決定する。具体的には、負荷角θ_Ｌに対するｑ軸電流Ｉ_ｑの変化が、図９にＳ２で示される曲線となるように、γ軸電流Ｉ_γの上限値ξ_max（ｖ）を決定する。

このためには、次式（8）が成り立つように、γ軸電流Ｉ_γの上限値ξ_maxを決定すればよい。
ｄ（ｖ）＝ξ_max（ｖ）×sin（９０°−ω_max） …(8)
この式(8)を変形することにより、前記式(7)が得られる。
このようにして上限値ξ_max（ｖ）を決定すると、γ軸電流Ｉ_γが上限値ξ_max（ｖ）である場合には、負荷角θ_Ｌが、−９０°よりω_maxだけ大きい（−９０°＋ω_max）であるとき、または９０°よりω_maxだけ小さい（９０°−ω_max）であるときに、最大負荷トルクに応じた大きさのアシストトルクＴ_Ａをモータ３から発生させることができるようになる。したがって、原則的には、（−９０°＋ω_max）≦θ_Ｌ≦（９０°−ω_max）の範囲で負荷角θ_Ｌが制御されるようになる。そして、負荷角θ_Ｌがこの範囲内にある場合において、アシストトルク不足により、負荷角θ_Ｌが加算角リミッタ２４の制限値ω_max（加算角αの最大値）分だけ変動したとしても、負荷角θ_Ｌは−９０°≦θ_Ｌ≦９０°の範囲内に収まる。このため、負荷角θ_Ｌを好ましい範囲内で制御することができる。

なお、負荷角θ_Ｌとアシストトルク（モータトルク）とが負の相関を有する区間Ｑ２の領域で負荷角θ_Ｌが調整されるように、加算角αが制御される場合には、負荷角θ_Ｌが２７０°を超えると、アシストトルクが適値に収束するのに時間がかかる。そこで、次式（9）が成り立つように、γ軸電流Ｉ_γの上限値ξ_maxを決定すればよい。
−ｄ（ｖ）＝ξ_max（ｖ）×sin（２７０°−ω_max）…(9)
式(9)を変形すると、前記式(8)が得られる。したがって、この場合にも、前記式(7)に基づいて、車速ｖに対応する上限値ξ_max（ｖ）を求めることができる。

図８に戻り、前記ステップＳ１４において、車速ｖに応じた上限値ξ_max（ｖ）が求められると、マップ作成・更新部３９は、全ての車速ｖに対する上限値ξ_max（ｖ）が求められたか否かを判別する（ステップＳ１５）。全ての車速ｖに対する上限値ξ_max（ｖ）が求められてない場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、車速ｖを未だ選択されていない車速に更新した後（ステップＳ１６）、ステップＳ１２に戻る。そして、ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理が再度実行されることにより、更新後の車速ｖに応じた上限値ξ_max（ｖ）が求められる。

このような処理が繰り返されることにより、全ての車速ｖに対する上限値ξ_max（ｖ）が求められる。つまり、車速対上限値マップが作成される。このようにして、車速対上限値マップが作成されると、ステップＳ１５でＹＥＳとなるので、今回の車速対上限値マップの作成処理を終了する。
図１０は、車速対上限値マップによって表される車速に対する上限値ξ_maxの特性（以下、「車速対上限値特性」という）の一例を示している。図１０に示される車速対上限値特性では、上限値ξ_maxは車速が大きくなるほど小さくなる（図１０の例では非線形に小さくなる）。

図１１は、第１指示電流値生成部３１の構成を示すブロック図である。
第１指示電流値生成部３０は、指示電流増減量演算部６１と、加算器６２と、上下限リミッタ６３と、上限値設定部６４とを含んでいる。指示電流増減量演算部６１は、所定の演算周期毎に、指示操舵トルクＴ^＊と検出操舵トルクＴに基づいて、指示電流値Ｉ_γ ^＊に対する電流増減量ΔＩ_γ ^＊を演算する。具体的には、指示電流増減量演算部６１は、指示操舵トルクＴ^＊の符号と、指示操舵トルクＴ^＊と検出操舵トルクＴとの偏差ΔＴ（＝Ｔ−Ｔ^＊）とに基づいて、電流増減量ΔＩ_γ ^＊を演算する。

指示操舵トルクＴ^＊の符号が正（Ｔ^＊≧０）である場合の、トルク偏差ΔＴに対する電流増減量ΔＩ_γ ^＊の設定例は、図１２Ａに示されている。トルク偏差ΔＴが所定値−Ａ（Ａ＞０）以上でかつ所定値＋Ａ以下の範囲では、電流増減量ΔＩ_γ ^＊は零に設定される。そして、トルク偏差ΔＴが所定値−Ａより小さくなるに従って、その値が零より小さくなるように（図１２Ａの例では線形に小さくなるように）電流増減量ΔＩ_γ ^＊が設定される。また、トルク偏差ΔＴが所定値＋Ａより大きくなるに従って、その値が零より大きくなるように（図１２Ａの例では線形に大きくなるように）電流増減量ΔＩ_γ ^＊が設定される。

指示操舵トルクＴ^＊の符号が正（Ｔ^＊≧０）である場合において、トルク偏差ΔＴ（＝Ｔ−Ｔ^＊）が零以上である場合とは、検出操舵トルクＴの絶対値が指示操舵トルクＴ^＊の絶対値よりも大きく、従ってモータトルク（アシストトルク）が不足している場合である。そこで、トルク偏差ΔＴが所定値＋Ａより大きい場合には、アシストトルク不足を補うように、電流増減量ΔＩ_γ ^＊が正の値にされている。この場合、トルク偏差ΔＴの絶対値が大きいほど、電流増減量ΔＩ_γ ^＊の絶対値も大きくなる（絶対値の大きな正の値となる）。

一方、トルク偏差ΔＴ（＝Ｔ−Ｔ^＊）が零より小さい場合とは、検出操舵トルクＴの絶対値が指示操舵トルクＴ^＊の絶対値よりも小さく、従ってモータトルク（アシストトルク）が過剰となっている場合である。そこで、トルク偏差ΔＴが所定値−Ａ未満の場合には、アシストトルクを低減させるために、電流増減量ΔＩ_γ ^＊が負の値にされている。この場合、トルク偏差ΔＴの絶対値が大きいほど、電流増減量ΔＩ_γ ^＊の絶対値も大きくなる（絶対値の大きな負の値となる）。

指示操舵トルクＴ^＊の符号が負（Ｔ^＊＜０）である場合の、トルク偏差ΔＴに対する電流増減量ΔＩ_γ ^＊の設定例は、図１２Ｂに示されている。トルク偏差ΔＴが所定値−Ａ以上でかつ所定値＋Ａ以下の範囲では、電流増減量ΔＩ_γ ^＊は零に設定される。そして、トルク偏差ΔＴが所定値−Ａより小さくなるに従って、その値が零より大きくなるように（図１２Ｂの例では線形に大きくなるように）電流増減量ΔＩ_γ ^＊が設定される。また、トルク偏差ΔＴが所定値＋Ａより大きくなるに従って、その値が零より小さくなるように（図１２Ｂの例では線形に小さくなるように）電流増減量ΔＩ_γ ^＊が設定される。

指示操舵トルクＴ^＊の符号が負（Ｔ^＊＜０）である場合において、トルク偏差ΔＴ（＝Ｔ−Ｔ^＊）が零以上である場合とは、検出操舵トルクＴの絶対値が指示操舵トルクＴ^＊の絶対値よりも小さく、従ってモータトルク（アシストトルク）が過剰となっている場合である。そこで、トルク偏差ΔＴが所定値＋Ａより大きい場合には、アシストトルクを低減させるために、電流増減量ΔＩ_γ ^＊が負の値にされている。この場合、トルク偏差ΔＴの絶対値が大きいほど、電流増減量ΔＩ_γ ^＊の絶対値も大きくなる（絶対値の大きな負の値となる）。

一方、トルク偏差ΔＴ（＝Ｔ−Ｔ^＊）が零より小さい場合とは、検出操舵トルクＴの絶対値が指示操舵トルクＴ^＊の絶対値よりも大きく、従ってモータトルク（アシストトルク）が不足している場合である。そこで、トルク偏差ΔＴが所定値−Ａ未満である場合には、アシストトルク不足を補うように、電流増減量ΔＩ_γ ^＊が正の値にされている。この場合、トルク偏差ΔＴの絶対値が大きいほど、電流増減量ΔＩ_γ ^＊の絶対値も大きくなる（絶対値の大きな正の値となる）。

指示電流増減量演算部６１によって演算された電流増減量ΔＩ_γ ^＊は、加算器６２において、指示電流値Ｉ_γ ^＊の前回値Ｉ_γ ^＊（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）。これにより、今演算周期での指示電流値Ｉ_γ ^＊が演算される。つまり、指示電流増減量演算部６１および加算器６２は、指示電流値Ｉ_γ ^＊を演算するための指示電流値演算手段である。ただし、指示電流値Ｉ_γ ^＊の初期値は予め定められた値（例えば零）である。加算器６２によって得られた指示電流値Ｉ_γ ^＊は、上下限リミッタ６３に与えられる。上下限リミッタ６３は、加算器６２によって得られた指示電流値Ｉ_γ ^＊を、下限値ξ_min（ξ_min≧０）と上限値ξ_max（ξ_max＞ξ_min）との間の値に制限する。下限値ξ_minは予め設定される。下限値ξ_minは、たとえば零に設定される。一方、上限値ξ_maxは、上限値設定部６４によって設定される。

加算器６２によって得られた指示電流値Ｉ_γ ^＊が、下限値ξ_min以上でかつ上限値ξ_max以下であるときには、上下限リミッタ６３は、当該指示電流値Ｉ_γ ^＊をそのまま出力する。加算器６２によって得られた指示電流値Ｉ_γ ^＊が下限値ξ_minより小さいときには、上下限リミッタ６３は、下限値ξ_minを今演算周期の指示電流値Ｉ_γ ^＊として出力する。加算器６２によって得られた指示電流値Ｉ_γ ^＊が上限値ξ_maxより大きいときには、上下限リミッタ６３は、上限値ξ_maxを今演算周期の指示電流値Ｉ_γ ^＊として出力する。

上限値設定値６４は、マップ作成・更新部３９によって設定された車速対上限値マップと、車速センサ６によって検出された車速とに基づいて、上限値ξ_maxを設定する。具体的には、上限値設定値６４は、前記所定の演算周期毎に、車速センサ６によって検出された車速を取得する。そして、上限値設定値６４は、マップ作成・更新部３９によって設定された車速対上限値マップから車速に対応する上限値ξ_maxを求め、得られた上限値ξ_maxを上限値リミッタ６３に設定する。

図１３は、第１指示電流値生成部の変形例を示すブロック図である。図１３において、図１１に示された各部に対応する部分には、図１１と同じ参照符号を付して示す。この第１指示電流値生成部３１Ａでは、上限値設定部６４Ａの動作が図１１の上限値設定部６４と異なっている。また、第１指示電流値生成部３１Ａが採用される場合には、図１のマップ作成更新部３９は、不要である。

上限値設定部６４Ａには、図１に破線または図１３に示されているように、第２指示電流値生成部３２に保持されている車種別のトルク対アシストマップのうち、ユーザ等によって選択されたトルク対アシストマップが、第２指示電流値生成部３２によって設定されている。第２指示電流値生成部３２は、現在選択されているトルク対アシストマップが変更されたときには、上限値設定部６４Ａに設定されているトルク対アシストマップを、変更後のトルク対アシストマップを用いて更新する。

上限値設定部６４Ａは、第２指示電流値生成部３２によって設定または更新されたトルク対アシストマップを保持している。上限値設定部６４Ａは、保持しているトルク対アシストマップと、車速センサ６によって検出された車速とに基づいて上限値ξ_maxを求め、得られた上限値ξ_maxを上下限リミッタ６３に設定する。
図１４は、上限値設定部６４Ａによる上限値演算処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、所定の演算周期毎に実行される。

上限値設定部６４Ａは、車速センサ６によって検出されている車速を取得する（ステップＳ２１）。図１４の説明においては、取得した車速を「車速ｖ」ということにする。次に、保持しているトルク対アシストマップのうち、ステップＳ２１で取得した車速ｖに対応するトルク対アシストマップ（アシスト特性）に基づいて、車速ｖに対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）を求める（ステップＳ２２）。車速ｖに対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）は、車速ｖに対応するトルク対アシストマップにおける、所定の操舵トルクａとそれに対応する目標アシストトルクｂ（ｖ）との和を演算することにより、求められる。ここで、所定の操舵トルクａは、たとえば、５Ｎｍ以上の所定値（たとえば、６Ｎｍ）に設定される。

次に、上限値設定部６４Ａは、ステップＳ２２で求められた車速ｖに対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）とモータ３のトルク定数Ｋ_Ｔとを用い、次式(10)に基づいて、車速ｖに対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）をモータ３に発生させるためのγ軸電流値（最大負荷トルク対応電流値ｄ（ｖ））を求める（ステップＳ２３）。
ｄ（ｖ）＝ｃ（ｖ）／Ｋ_Ｔ …（10）
この後、上限値設定部６４Ａは、ステップＳ２３で求められた車速ｖに対応する最大負荷トルク対応電流値ｄ（ｖ）と加算角リミッタ２４の制限値ω_maxと用い、次式（11）に基づいて、車速ｖに対応する上限値ξ_max（ｖ）（γ軸指示電流値Ｉ_γ ^＊の上限値）を求める（ステップＳ２４）。

ξ_max（ｖ）＝ｄ（ｖ）÷sin（９０°−ω_max） …(11)
上述した実施形態および変形例では、車速に応じて指示電流値Ｉ_γ ^＊の上限値ξ_maxが設定されるので、指示電流値Ｉ_γ ^＊の上限値を適切な値に設定することが可能となる。これにより、電力効率の向上化および制御の安定化を図ることができるようになる。
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、車速ｖに対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）は、車速ｖに対応するトルク対アシストマップにおける、所定の操舵トルクａとそれに対応する目標アシストトルクｂ（ｖ）との和を演算することによって求められている。しかし、車速ｖに対応する最大負荷トルクｃ（ｖ）を、別の方法、たとえば、車両の緒元から求めるようにしてもよい。

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。

１…トルクセンサ、３…モータ、５…モータ制御装置、１１…マイクロコンピュータ、２３…ＰＩ制御部、２６…制御角演算部、５０…ロータ、５１，５２，５３…ステータ巻線、５５…ステータ

Claims (6)

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、
   前記車両の速度を検出する車速検出手段と、
   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操舵トルク検出手段と、
   操舵トルクの目標値としての指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段と、
   前記操舵トルク検出手段によって検出される検出操舵トルクと、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の偏差であるトルク偏差に応じて前記加算角を演算する加算角演算手段と、
   前記トルク偏差に基づいて演算される電流増減値を前記軸電流値の目標値である指示電流値の前回値に加算することにより今演算周期での指示電流値を求める指示電流値演算手段と、
   前記指示電流値演算手段によって求められた今演算周期での指示電流値を上限値以下に制限する指示電流値制限手段と、
   前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記上限値を設定する上限値設定手段と、を含む車両用操舵装置。
2. 前記上限値設定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速が大きくなるほど前記上限値が小さくなるように、前記上限値を設定するように構成されている、請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 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、
   前記車両の速度を検出する車速検出手段と、
   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操舵トルク検出手段と、
   操舵トルクの目標値としての指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段と、
   前記操舵トルク検出手段によって検出される検出操舵トルクと、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の偏差であるトルク偏差に応じて前記加算角を演算する加算角演算手段と、
   前記トルク偏差に基づいて、前記軸電流値の目標値である指示電流値を求める指示電流値演算手段と、
   前記指示電流値演算手段によって求められた指示電流値を上限値以下に制限する指示電流値制限手段と、
   前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記上限値を設定する上限値設定手段とを含み、
   前記車両用操舵装置は、前記モータの駆動力をアシストトルクとして前記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であり、
   操舵トルクに対する目標アシストトルクの関係を表すアシスト特性を車速毎に記憶したトルク対アシストマップと、
   前記加算角の絶対値を所定の加算角制限値以下に制限する加算角制限手段をさらに含み、
   前記上限値設定手段は、前記トルク対アシストマップと前記車速検出手段によって検出された車速とから求められる車速に対応する最大負荷トルクと、前記加算角制限値とに応じた上限値を設定するように構成されている、車両用操舵装置。
4. 前記車速に対応する最大負荷トルクは、前記車速検出手段によって検出された車速に対応するアシスト特性における、所定の操舵トルクとそれに対応するアシストトルクとの和である請求項３に記載の車両用操舵装置。
5. 前記上限値設定手段は、
   車速に対する前記上限値の関係を記憶した車速対上限値マップと、
   前記トルク対アシストマップが変更されたときに、変更後のトルク対アシストマップに応じて前記車速対上限値マップを更新する手段とを更に含む、請求項３または４に記載の車両用操舵装置。
6. 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、
   前記車両の速度を検出する車速検出手段と、
   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操舵トルク検出手段と、
   操舵トルクの目標値としての指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段と、
   前記操舵トルク検出手段によって検出される検出操舵トルクと、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の偏差であるトルク偏差に応じて前記加算角を演算する加算角演算手段と、
   前記トルク偏差に基づいて、前記軸電流値の目標値である指示電流値を求める指示電流値演算手段と、
   前記指示電流値演算手段によって求められた指示電流値を上限値以下に制限する指示電流値制限手段と、
   前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記上限値を設定する上限値設定手段と、
   前記加算角の絶対値を所定の加算角制限値以下に制限する加算角制限手段とを含み、
   前記上限値設定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速に対応する最大負荷トルクと、前記加算角制限値とに応じた上限値を設定するように構成されている、車両用操舵装置。

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