JP5708209B2 - モータ制御装置及び車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置及び車両用操舵装置に関する。

従来、操舵系にアシスト力を付与する操舵力補助装置を備えた車両用操舵装置（電動パワーステアリング装置）等に用いられるモータ制御装置として、その駆動源となるブラシレスモータを、回転角センサ（レゾルバ）を用いず、推定したモータ回転角（推定モータ回転角）に基づいて制御するものが提案されている。こうしたセンサレス制御の態様として、誘起電圧に基づいて演算周期毎のモータ回転角の変化量を演算し、この変化量を積算することにより得られる推定モータ回転角に従う回転座標系において電流フィードバック制御を実行することにより、ブラシレスモータを駆動するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、モータがステアリングの回転に連動して回転するものであり、通常、操舵トルクの方向にステアリングが回転することを踏まえ、推定モータ回転角を演算する際に、操舵トルクの方向に応じて変化量の符号（モータの回転方向）を決定している。詳しくは、一演算周期前の推定モータ回転角（前回値）に対して、変化量を操舵トルクの方向に応じて加算又は減算することにより、最新の推定モータ回転角を演算している。

特開２０１１−５１５３７号公報

ところが、車両の走行状態によっては、操舵トルクの方向にステアリングが回転しないことがある。すなわち、車両の進行方向を変更しようとして、運転者がステアリングを操舵する場合には、その操舵トルクの方向にステアリングが回転する。しかし、車両の進行方向がある程度変化した後、運転者がステアリングに付与する操舵力を弱め、路面摩擦力に応じたセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）によりステアリングを切り戻す際において、運転者がステアリングを軽く把持すると、操舵トルクは同ステアリングが切り戻されることを妨げる方向に作用する。つまり、操舵トルクの方向と反対方向にステアリングが回転することになるため、上記特許文献１のように操舵トルクの方向に応じて一義的に変化量の符号を決めると、推定モータ回転角が実際のモータ回転角からずれることがある。

そして、このようなモータ制御装置を用いてＥＰＳの制御を行うと、例えば振動が生じて操舵フィーリングが低下するといった虞があり、この点においてなお改善の余地があった。なお、こうした課題は、推定モータ回転角と実際のモータ回転角とがずれることに起因して生じるものであるため、ＥＰＳの駆動源以外に用いられるモータを制御する場合にも同様に、例えば振動が発生する等の課題が生じうる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、精度良くモータ回転角を推定することのできるモータ制御装置及び車両用操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、モータ制御信号を出力するモータ制御信号出力手段と、前記モータ制御信号に基づいてモータに駆動電力を供給する駆動回路と、演算周期毎のモータ回転角の変化量を積算することにより推定モータ回転角を演算する推定モータ回転角演算手段とを備え、前記モータ制御信号出力手段は、前記推定モータ回転角に基づいて前記モータ制御信号を出力するモータ制御装置において、二相固定座標系における第１座標軸の軸誘起電圧値の符号と、第２座標軸の軸誘起電圧値の符号との組み合わせに基づいて前記モータの粗回転位置を推定する粗回転位置推定手段と、前記粗回転位置推定手段により推定された粗回転位置の遷移に基づいて前記モータの回転方向を推定する回転方向推定手段とを備え、前記推定モータ回転角演算手段は、前記回転方向推定手段により推定された前記モータの回転方向に応じて前記変化量の符号を決定することを要旨とする。

すなわち、第１及び第２座標軸の軸誘起電圧値は、それぞれモータの回転に伴って正弦波状に変化するとともに、第１座標軸の軸誘起電圧値と第２座標軸の軸誘起電圧値とは、互いに位相が電気角で９０°ずれた波形となる。そのため、各軸誘起電圧値の符号の組み合わせによって、モータ回転角が９０°間隔で４分割された領域（角度範囲）のうち、いずれの領域内に存在するのか、すなわちモータの大雑把な回転位置（粗回転位置）を推定することが可能となる。そして、粗回転位置を４区分以上で推定できるため、粗回転位置の遷移に基づいてモータの回転方向を推定することが可能となる。従って、上記構成のようにモータの回転に応じて変化する各軸誘起電圧値に基づく回転方向によって、モータ回転角の変化量の符号を決定することで、操舵トルクのようにモータの回転方向との関係が一定ではないパラメータによって同変化量の符号を決定する場合に比べ、精度良くモータ回転角を推定することができる。また、上記構成では、各軸誘起電圧値の符号の組み合わせに基づいて推定される粗回転位置によりモータの回転方向を推定するため、三角関数等を用いた複雑な演算により回転方向を推定する場合に比べ、演算負荷が増大することを抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記粗回転位置推定手段は、前記各軸誘起電圧値の符号の組み合わせに加え、前記第１座標軸の軸誘起電圧値と前記第２座標軸の軸誘起電圧値との大小関係に基づいて前記粗回転位置を推定することを要旨とする。

上記のように各軸誘起電圧値は、互いに位相が９０°ずれた正弦波状に変化するため、第１座標軸の軸誘起電圧値と第２座標軸の軸誘起電圧値との大小関係によって、モータ回転角が上記４つの領域をそれぞれ均等に２分割した領域のうち、どちらの領域内に存在するのかを推定することが可能となる。つまり、上記構成によれば、モータ回転角が４５°間隔で８つに分けられた領域のうち、いずれの領域内に存在するかを推定することが可能なる。従って、粗回転位置が８区分以上で検出可能となり、その角度範囲が細分化されるため、符号のみに基づいてモータの粗回転位置を推定する場合に比べ、速やかにモータの回転方向を推定することができる。また、上記構成では、各軸誘起電圧値の符号の組み合わせ及び大小関係に基づいて推定される粗回転位置によってモータの回転方向を推定するため、三角関数等を用いた複雑な演算により回転方向を推定する場合に比べ、演算負荷が増大することを抑制できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のモータ制御装置において、前記各軸誘起電圧値の符号が変化する閾値として、該符号が正から負に変化する場合の負側閾値をゼロよりも小さく設定するとともに、負から正に変化する場合の正側閾値をゼロよりも大きく設定したことを要旨とする。

各軸誘起電圧値は、ノイズ等の影響によって滑らかな正弦波状に変化せず、乱れた波形になることがある。そして、各軸誘起電圧値がゼロ近傍で乱れると、実際のモータ回転角の変化とは無関係にこれらの符号が変化してしまい、粗回転位置が遷移することでモータの回転方向を誤って推定する虞がある。

この点、上記構成によれば、各軸誘起電圧値の符号が正から負に変化する場合と負から正に変化する場合とで、その閾値が異なる。すなわち、各軸誘起電圧値の符号変化にヒステリシスが設けられるため、ノイズ等の影響で各軸誘起電圧値がゼロ近傍で乱れても、これらの符号が変化し難くなる。これにより、モータの回転方向を誤って推定することを防ぎ、より高精度にモータ回転角を推定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置を備えた車両用操舵装置であることを要旨とする。
上記構成によれば、操舵トルクの方向とステアリングの回転方向が一致しない状態でも、精度良くモータ回転角を推定することが可能になるため、操舵フィーリングの低下等を抑制することができる。

本発明によれば、精度良くモータ回転角を推定することのできるモータ制御装置及び車両用操舵装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 ＥＣＵの制御ブロック図。 推定モータ回転角演算部の制御ブロック図。 推定モータ回転角演算部による推定モータ回転角演算の処理手順を示すフローチャート。 α軸誘起電圧値及びβ軸誘起電圧値とモータ回転角（電気角）との関係を示すグラフ。 α／β座標系における誘起電圧ベクトルの回転とモータの粗回転位置との関係を示す説明図。 α軸誘起電圧値及びβ軸誘起電圧値の符号、及びこれらの大小関係とモータの粗回転位置との関係を示す対応表。 モータ回転方向推定部によるモータ回転方向推定の処理手順を示すフローチャート。 別例のα軸誘起電圧値及びβ軸誘起電圧値の符号変化を説明するための説明図。

以下、本発明を操舵力補助装置を備えた車両用操舵装置（電動パワーステアリング装置）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。これにより、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラム軸８、中間軸９、及びピニオン軸１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、モータ２１を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ２２と、同ＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御するモータ制御装置及び操舵制御装置としてのＥＣＵ２３とを備えている。

ＥＰＳアクチュエータ２２は、所謂コラムアシスト型のＥＰＳアクチュエータとして構成されており、モータ２１は、ウォーム＆ホイール等からなる減速機構２５を介してコラム軸８と駆動連結されている。これにより、モータ２１は、ステアリング２（ステアリングシャフト３）の回転に連動して回転し、ステアリング２の回転方向とモータ２１の回転方向との関係は常に同じとなる。なお、本実施形態のモータ２１には、ブラシレスモータが採用されており、ＥＣＵ２３から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力が供給されることにより駆動される。そして、ＥＰＳアクチュエータ２２は、モータ２１の回転を減速してコラム軸８に伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。

一方、ＥＣＵ２３には、操舵トルクＴを検出するトルクセンサ２７及び車速ＳＰＤを検出する車速センサ２８が接続されている。なお、本実施形態のトルクセンサ２７により検出される操舵トルクＴは、その方向が右方向の場合に正の値となり、左方向の場合に負の値となる。そして、ＥＣＵ２３は、これら操舵トルクＴ及び車速ＳＰＤに基づいて目標アシスト力を演算し、これに相当するモータトルクを発生させるべく駆動電力をモータ２１に供給することにより、ＥＰＳアクチュエータ２２の作動を制御する構成となっている（パワーアシスト制御）。

次に、本実施形態のＥＰＳの電気的構成について説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ２３は、モータ制御信号を出力するモータ制御信号出力手段としてのマイコン３１と、同マイコン３１の出力するモータ制御信号に基づいてモータ２１に三相の駆動電力を供給する駆動回路３２とを備えている。なお、以下に示す各制御ブロックは、マイコン３１が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。そして、同マイコン３１は、所定のサンプリング周期（検出周期）で各状態量を検出し、所定の演算周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を出力する。

駆動回路３２には、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（スイッチングアーム）として、各相のモータコイル３３ｕ，３３ｖ，３３ｗに対応する３つのスイッチングアームを並列に接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されている。つまり、マイコン３１の出力するモータ制御信号は、この駆動回路３２を構成する各相スイッチング素子のオン／オフ状態（各相スイッチングアームのオンＤＵＴＹ比）を規定するものとなっている。そして、駆動回路３２は、このモータ制御信号の入力により作動して、その印加される電源電圧に基づく三相の駆動電力をモータ２１に供給する構成となっている。

また、ＥＣＵ２３には、モータ２１の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwを検出するための電流センサ３５ｕ，３５ｖ，３５ｗ、及びモータ２１の各相電圧値Ｖu，Ｖv，Ｖwを検出するための電圧センサ３６ｕ，３６ｖ，３６ｗが設けられている。本実施形態のマイコン３１には、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び各相電圧値Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいて推定モータ回転角θmを演算する推定モータ回転角演算手段としての推定モータ回転角演算部４１が設けられている。そして、マイコン３１は、回転角センサによりモータ回転角を検出せず、推定モータ回転角演算部４１で演算される推定モータ回転角θmに基づいてモータ２１を駆動するセンサレス制御を実行する。

詳述すると、マイコン３１は、モータ２１に対する電力供給の目標値、すなわち目標アシスト力に対応する電流指令値（δ軸電流指令値Ｉδ*）を演算する電流指令値演算部４２と、電流指令値に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部４３とを備えている。

電流指令値演算部４２には、上記操舵トルクＴ及び車速ＳＰＤが入力される。そして、電流指令値演算部４２は、これら操舵トルクＴ及び車速ＳＰＤに基づいて、推定モータ回転角θmに従う二相回転座標系（γ／δ座標系）におけるδ軸電流指令値Ｉδ*を電流指令値として演算し、モータ制御信号出力部４３に出力する。なお、γ／δ座標系は、ロータ（図示略）とともに回転する座標系であって、ロータに設けられた界磁（磁石）の作る磁束の方向に沿ったγ軸と、このγ軸に直交したδ軸とにより規定されるものである。

具体的には、電流指令値演算部４２は、操舵トルクＴ（の絶対値）が大きいほど、また車速ＳＰＤが遅いほど、より大きな値（絶対値）を有するδ軸電流指令値Ｉδ*を演算する。なお、本実施形態では、検出される操舵トルクＴ（の絶対値）が所定トルクＴth以下である場合には、その操舵トルクＴに関わらずδ軸電流指令値Ｉδ*がゼロとなる（アシスト力を付与しない）所謂不感帯が設定されている。また、γ軸電流指令値Ｉγ*はゼロに固定される（Ｉγ*＝０）。

モータ制御信号出力部４３には、上記電流指令値演算部４２の出力するδ軸電流指令値Ｉδ*とともに、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び推定モータ回転角θmが入力される。そして、モータ制御信号出力部４３は、これら各パラメータに基づいてγ／δ座標系における電流フィードバック制御を実行することによりモータ制御信号を生成する。

具体的には、モータ制御信号出力部４３に入力された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwは、γ／δ変換部５１に入力される。同γ／δ変換部５１は、推定モータ回転角θmに基づいて、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをγ／δ座標上に写像することにより、γ軸電流値Ｉγ及びδ軸電流値Ｉδを演算する。続いて、δ軸電流値Ｉδは、電流指令値演算部４２から入力されたδ軸電流指令値Ｉδ*とともに減算器５２δに入力され、γ軸電流値Ｉγは、γ軸電流指令値Ｉγ*とともに減算器５２γに入力される。そして、各減算器５２γ，５２δにおいてγ軸電流偏差ΔＩγ及びδ軸電流偏差ΔＩδが演算される。

これらγ軸電流偏差ΔＩγ及びδ軸電流偏差ΔＩδは、それぞれ対応するＦ／Ｂ（フィードバック）制御部５３γ，５３δに入力される。そして、これら各Ｆ／Ｂ制御部５３γ，５３δにおいて、電流指令値演算部４２が出力するγ軸電流指令値Ｉγ*及びδ軸電流指令値Ｉδ*に実電流値であるγ軸電流値Ｉγ及びδ軸電流値Ｉδを追従させるべくフィードバック演算が行われる。より具体的には、Ｆ／Ｂ制御部５３γ，５３δは、入力されたγ軸電流偏差ΔＩγ及びδ軸電流偏差ΔＩδに所定のＦ／Ｂゲイン（ＰＩゲイン）を乗ずることにより、γ軸電圧指令値Ｖγ*及びδ軸電圧指令値Ｖδ*を演算する。

これらγ軸電圧指令値Ｖγ*及びδ軸電圧指令値Ｖδ*は、推定モータ回転角θmとともにγ／δ逆変換部５４に入力される。同γ／δ逆変換部５４は、推定モータ回転角θmに基づいて、γ軸電圧指令値Ｖγ*及びδ軸電圧指令値Ｖδ*を三相の交流座標上に写像することにより三相の相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を演算する。続いて、これら各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*は、ＰＷＭ変換部５５に入力される。そして、ＰＷＭ変換部５５は、これら各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に基づく各相のＤＵＴＹ指令値を演算するとともに、その各ＤＵＴＹ指令値に示されるオンＤＵＴＹ比を有するモータ制御信号を生成し、上記駆動回路３２に出力する。これにより、モータ制御信号に応じた駆動電力がモータ２１に出力され、同駆動電力（通電電流量）に応じたモータトルクがアシスト力として操舵系に付与される。

次に、本実施形態の推定モータ回転角の演算について説明する。
推定モータ回転角演算部４１には、上記トルクセンサ２７により検出される操舵トルクＴ、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び各相電圧値Ｖu，Ｖv，Ｖwが入力される。そして、推定モータ回転角演算部４１は、これら各状態量に基づいて演算周期毎のモータ回転角の変化量Δθmを演算し、この変化量Δθmを積算することにより、推定モータ回転角θmを演算する。

詳述すると、図３に示すように、推定モータ回転角演算部４１に入力された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び各相電圧値Ｖu，Ｖv，Ｖwは、相誘起電圧値演算部６１に入力され、同相誘起電圧値演算部６１において各相誘起電圧値ｅu，ｅv，ｅwが演算される。具体的には、相誘起電圧値演算部６１は、次の（１）〜（３）式を用いることにより、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び各相電圧値Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいて各相誘起電圧値ｅu，ｅv，ｅwを推定する。

ｅu＝Ｖu−Ｉu・Ｒu ・・・（１）
ｅv＝Ｖv−Ｉv・Ｒv ・・・（２）
ｅw＝Ｖw−Ｉw・Ｒw ・・・（３）
なお、上記（１）〜（３）式は周知のモータ電圧方程式であり、「Ｒu」、「Ｒv」、「Ｒw」は各相のモータコイル３３ｕ，３３ｖ，３３ｗの抵抗値を示している。

次に、相誘起電圧値演算部６１において演算された各相誘起電圧値ｅu，ｅv，ｅwは、誘起電圧値演算部６２に入力される。そして、誘起電圧値演算部６２は、三相交流座標系における各相誘起電圧値ｅu，ｅv，ｅwをγ／δ座標系における各軸誘起電圧値ｅγ，ｅδに変換し、次の（４）式を用いることにより、モータ２１で発生する誘起電圧値Ｅを演算する。なお、誘起電圧値演算部６２は、後述する積算部６４により演算された一演算周期前の推定モータ回転角θmを用いて各相誘起電圧値ｅu，ｅv，ｅwを各軸誘起電圧値ｅγ，ｅδに変換する。

次に、誘起電圧値演算部６２において演算された誘起電圧値Ｅは、演算周期毎のモータ回転角の変化量Δθmを演算する変化量演算部６３に入力される。変化量演算部６３には、誘起電圧値Ｅに基づいて第１変化量Δθmω（の絶対値）を演算する第１変化量演算部６５、及び操舵トルクＴに基づいて第２変化量ΔθmT（の絶対値）を演算する第２変化量演算部６６が設けられている。そして、変化量演算部６３は、誘起電圧値Ｅ（の絶対値）が所定電圧値Ｅthよりも大きい場合には、第１変化量演算部６５の演算する第１変化量Δθmωに基づく変化量Δθmを積算部６４に出力する。一方、誘起電圧値Ｅの絶対値が所定電圧値Ｅth以下の場合には、第２変化量演算部６６の演算する第２変化量ΔθmTに基づく変化量Δθmを積算部６４に出力する。なお、モータ２１の回転角速度が大きいほど、誘起電圧値Ｅの値が大きくなるとともに安定することを踏まえ、所定電圧値Ｅthは、誘起電圧値Ｅが安定し、当該誘起電圧に基づく変化量Δθmの精度が担保されるような値に設定されている。

具体的には、第１変化量演算部６５は、次の（５）式を用いることにより、モータ２１の推定モータ回転角速度ωmを演算する。

なお、上記（５）式において、「Ｋe」は、誘起電圧定数（逆起定数）である。そして、第１変化量演算部６５は、推定モータ回転角速度ωmに演算周期を乗算することにより演算周期毎の第１変化量Δθmωを演算し、当該第１変化量Δθmωの絶対値を切り替え制御部６７に出力する。

一方、第２変化量演算部６６には、操舵トルクＴと第２変化量ΔθmTとの関係を示すマップ６６ａが設けられている。そして、第２変化量演算部６６は、当該マップ６６ａを参照することにより第２変化量ΔθmTを演算し、当該第２変化量ΔθmTの絶対値を切り替え制御部６７に出力する。なお、マップ６６ａは、操舵トルクＴ（の絶対値）が所定の第１トルクＴ１以下の領域では第２変化量ΔθmTがゼロとなるように設定されている。また、操舵トルクＴが第１トルクＴ１よりも大きく第２トルクＴ２以下の領域では操舵トルクＴの増加に比例して増加し、第２トルクＴ２よりも大きな領域では一定値となるように設定されている。

また、変化量演算部６３には、誘起電圧値演算部６２で演算された誘起電圧値Ｅに基づいて、切り替え制御部６７に入力された第１変化量Δθmω及び第２変化量ΔθmTのいずれを出力するかの判定を行う切り替え判定部６８が設けられている。切り替え判定部６８は、誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅthよりも大きいか否かを判定し、誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅthよりも大きい場合には、第１変化量Δθmωを出力すべき旨の判定信号Ｓ_swを切り替え制御部６７に出力する。一方、誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅth以下の場合には、第２変化量ΔθmTを出力すべき旨の判定信号Ｓ_swを切り替え制御部６７に出力する。そして、切り替え制御部６７は、判定信号Ｓ_swに応じて第１変化量Δθmω又は第２変化量ΔθmTの絶対値を変化量Δθmの絶対値として回転方向決定部６９に出力する。

回転方向決定部６９は、後述するモータ回転方向推定部７１から出力される回転方向信号Ｓ_dに応じて変化量Δθmの符号（モータ２１の回転方向）を決定し、同変化量Δθmを積算部６４に出力する。

次に、変化量演算部６３において演算された変化量Δθmは、同変化量Δθmを積算する積算部６４に入力される。この積算部６４には、一演算周期前の推定モータ回転角θmの前回値を記憶するメモリ６４ａが設けられている。そして、積算部６４は、メモリ６４ａに記憶された一演算周期前の推定モータ回転角θmに変化量Δθmを積算する（変化量Δθmの符号に応じて加算又は減算する）ことにより推定モータ回転角θmを演算し、上記γ／δ変換部５１、γ／δ逆変換部５４（図２参照）及び誘起電圧値演算部６２に出力する。なお、イグニッションオン時（起動時）には、推定モータ回転角θmの初期値として任意の値（例えば「０」）を用い、モータ２１が回転し始めたら誘起電圧等に基づいて実際のモータ回転角に近づくように推定モータ回転角θmを補正する。

すなわち、図４のフローチャートに示すように、推定モータ回転角演算部４１は、操舵トルクＴ、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び各相電圧値Ｖu，Ｖv，Ｖwを取得すると（ステップ１０１）、上記（１）〜（３）式に基づいて各相誘起電圧値ｅu，ｅv，ｅwを演算する（ステップ１０２）。続いて、推定モータ回転角演算部４１は、各相誘起電圧値ｅu，ｅv，ｅwに基づいて誘起電圧値Ｅを演算する（ステップ１０３）。そして、ステップ１０４〜１０９において、この誘起電圧値Ｅ及び操舵トルクＴに基づいてモータ回転角の変化量Δθmを演算する。

具体的には、推定モータ回転角演算部４１は、誘起電圧値Ｅの絶対値が所定電圧値Ｅthよりも大きいか否かを判定する（ステップ１０４）。誘起電圧値Ｅの絶対値が所定電圧値Ｅthよりも大きい場合には（ステップ１０４：ＹＥＳ）、上記（５）式に基づいて推定モータ回転角速度ωmを演算し（ステップ１０５）、この推定モータ回転角速度ωmに基づいて第１変化量Δθmω（変化量Δθm）の絶対値を演算する（ステップ１０６）。一方、誘起電圧値Ｅの絶対値が所定電圧値Ｅth以下の場合には（ステップ１０４：ＮＯ）、マップ６６ａを参照することにより操舵トルクＴに基づいて第２変化量ΔθmT（変化量Δθm）の絶対値を演算する（ステップ１０７）。続いて、推定モータ回転角演算部４１は、モータ回転方向を推定し（ステップ１０８）、その推定結果に応じてステップ１０６又はステップ１０７において演算された変化量Δθmの符号を決定する（ステップ１０９）。そして、推定モータ回転角演算部４１は変化量Δθmを積算することにより、推定モータ回転角θmを演算する（ステップ１１０）。

（モータ回転方向推定）
次に、本実施形態のＥＰＳにおけるモータの回転方向推定について説明する。
上述のように、通常、ステアリング２は操舵トルクＴの方向に回転するが、例えば車両が旋回した後、路面摩擦力に応じたセルフアライニングトルクによりステアリング２を切り戻す際において運転者がステアリング２を軽く把持した場合等では、操舵トルクＴの方向にステアリング２が回転しなくなる。そのため、ステアリング２の回転に連動して回転するモータ２１の回転方向を操舵トルクＴの方向に応じて一義的に推定し、変化量Δθmの符号を決めると、推定モータ回転角θmが実際のモータ回転角からずれることがあり、例えばモータ２１が振動して操舵フィーリングの低下を招く虞がある。なお、セルフアライニングトルクによりステアリング２が切り戻される際の回転速度は比較的速く、通常、誘起電圧値Ｅは所定電圧値Ｅthよりも大きくなる。

この点、図３に示すように、推定モータ回転角演算部４１は、モータ２１の回転方向を推定するモータ回転方向推定部７１を備えている。モータ回転方向推定部７１には、操舵トルクＴ、各相誘起電圧値ｅu，ｅv，ｅw及び誘起電圧値Ｅが入力される。そして、モータ回転方向推定部７１は、誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅthよりも大きい場合には、二相固定座標系（α／β座標系）における各軸誘起電圧値ｅα，ｅβに基づいて回転方向を推定し、回転方向信号Ｓ_dを出力する。ここで、α／β座標系は、ロータ（図示略）の中心を原点としてα軸と、このα軸に直交したβ軸とにより規定される固定座標系である。

なお、モータ回転方向推定部７１は、誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅth以下の場合には、モータ２１がステアリング２の回転に連動して回転するものであり、操舵トルクＴの方向にステアリング２が回転するものとして、トルクセンサ２７により検出された操舵トルクＴの符号（方向）に応じた回転方向信号Ｓ_dを出力する。

詳しくは、モータ回転方向推定部７１は、誘起電圧値Ｅ（の絶対値）が所定電圧値Ｅthよりも大きい場合には、各相誘起電圧値ｅu，ｅv，ｅwをα／β座標系上に写像することにより、第１座標軸の軸誘起電圧値としてのα軸誘起電圧値ｅα、及び第２座標軸の軸誘起電圧値としてのβ軸誘起電圧値ｅβを演算（推定）する。そして、モータ回転方向推定部７１は、α軸誘起電圧値ｅα及びβ軸誘起電圧値ｅβに基づいてモータ２１の大雑把な回転位置（粗回転位置）を推定し、この粗回転位置の遷移に基づいてモータ２１の回転方向を推定する。

ここで、図５に示すように、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβは、それぞれモータ２１の回転に伴って正弦波状に変化するとともに、α軸誘起電圧値ｅαとβ軸誘起電圧値ｅβとは、互いに位相が電気角で９０°ずれた波形となる。つまり、図６に示すように、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβを成分とする誘起電圧ベクトルは、α／β座標系において円Ｃを描くように回転する。

従って、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号の組み合わせによって、モータ回転角（誘起電圧ベクトルのα軸に対する角度）が９０°間隔で４分割された領域（α／β座標系における第１象限〜第４象限）のうち、いずれの領域内に存在しているかが決まる。換言すれば、モータ回転角が第１〜第４象限のいずれの領域内の角度であるかによって、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号の組み合わせが変化する。具体的には、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号がともに正（＋）である場合には、モータ回転角はα／β座標系における第１象限内の角度となる。α軸誘起電圧値ｅαの符号が負（−）、且つβ軸誘起電圧値ｅβの符号が正（＋）である場合には、モータ回転角は第２象限内の角度となる。各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号がともに負（−）である場合には、モータ回転角は第３象限内の角度となる。α軸誘起電圧値ｅαの符号が正（＋）、且つβ軸誘起電圧値ｅβの符号が負（−）である場合には、モータ回転角は第４象限内の角度となる。

また、α軸誘起電圧値ｅα（の絶対値）とβ軸誘起電圧値ｅβ（の絶対値）との大小関係によって、第１〜第４象限内をそれぞれ均等に２分割した領域（図６における「１」〜「８」の領域）のうち、どちらの領域内に存在しているかが決まる。換言すれば、モータ回転角が第１〜第４象限のいずれかに存在する場合において、それぞれ均等に２分割した領域のうち、どちらの領域内の角度であるかによって、α軸誘起電圧値ｅαとβ軸誘起電圧値ｅβとの大小関係が変化する。具体的には、例えば各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号がともに正（＋）である場合に、α軸誘起電圧値ｅαがβ軸誘起電圧値ｅβ以上であると、モータ回転角は「１」の領域内に存在し、α軸誘起電圧値ｅαがβ軸誘起電圧値ｅβ未満であると、モータ回転角は「２」の領域内に存在する。

従って、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号の組み合わせ、及びこれらの大小関係に基づいて、モータ回転角が図５及び図６において電気角で４５°間隔で８分割された「１」〜「８」の領域のうち、いずれの領域に存在するかを推定することが可能になる。すなわち、モータ２１の粗回転位置を８区分で検出可能となる。

この点を踏まえ、モータ回転方向推定部７１のメモリ７１ａには、図７に示すような各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号及び大小関係と、粗回転位置との対応表が記憶されており、モータ回転方向推定部７１は、当該対応表を参照することにより各軸誘起電圧値ｅα，ｅβに基づいて粗回転位置情報Ｓ_pを得る。また、メモリ７１ａには、モータ２１の粗回転位置を示す粗回転位置情報Ｓ_pが記憶されている。なお、本実施形態では、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号は、該各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの値がゼロ以上の場合に正となり、ゼロ未満の場合に負となるように設定されている。そして、モータ回転方向推定部７１は、粗回転位置情報Ｓ_pが変化したときの遷移の態様に応じてモータ２１の回転方向を推定し、その旨を示す回転方向信号Ｓ_dを回転方向決定部６９に出力するとともに、メモリ７１ａに記憶された粗回転位置情報Ｓ_pを更新する。

具体的には、メモリ７１ａに記憶された粗回転位置情報Ｓ_pが示すモータ２１の粗回転位置が「１」である場合に、例えば粗回転位置が「８」に変化したときは、モータ２１は右回り（時計回り）に回転していると推定し、メモリ７１ａの粗回転位置情報Ｓ_pを「８」に更新する。一方、例えば粗回転位置が「２」に変化したときには、モータ２１は左回り（反時計回り）に回転していると推定し、メモリ７１ａの粗回転位置情報Ｓ_pを「２」に更新する。

次に、本実施形態のモータ回転方向推定部によるモータの回転方向推定の処理手順を図８のフローチャートに従って説明する。
モータ回転方向推定部７１は、誘起電圧値Ｅの絶対値が所定電圧値Ｅthよりも大きいか否かを判定し（ステップ２０１）、誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅthよりも大きい場合には（ステップ２０１：ＹＥＳ）、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβを演算する（ステップ２０２）。続いて、図７に示す対応表を参照することにより粗回転位置を推定して粗回転位置情報Ｓ_pを取得し（ステップ２０３）、継続して誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅthよりも大きい状態であることを示す継続フラグがセットされているか否かを判定する（ステップ２０４）。

続いて、モータ回転方向推定部７１は、継続フラグがセットされていない場合には（ステップ２０４：ＮＯ）、継続フラグをセットし（ステップ２０５）、メモリ７１ａに記憶された粗回転位置情報Ｓ_pを更新する（ステップ２０６）。これに対し、継続フラグがセットされている場合には（ステップ２０４：ＹＥＳ）、ステップ２０３で推定した粗回転位置が、メモリ７１ａに記憶された粗回転位置情報Ｓ_pの示す粗回転位置から変化したか否かを判定する（ステップ２０７）。続いて、粗回転位置が変化した場合には（ステップ２０７：ＹＥＳ）、その遷移に基づいてモータ２１の回転方向を推定し、回転方向信号Ｓ_dを出力する（ステップ２０８）。そして、モータ回転方向推定部７１は、メモリ７１ａに記憶された粗回転位置情報Ｓ_pをステップ２０３で得られた情報に更新する（ステップ２０９）。なお、粗回転位置が変化していない場合には（ステップ２０７：ＮＯ）、ステップ２０８，２０９の処理を実行しない。

一方、モータ回転方向推定部７１は、誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅth以下の場合には（ステップ２０１：ＮＯ）、継続フラグをクリアしてから（ステップ２１０）、操舵トルクＴに基づいてモータ２１の回転方向を推定し、回転方向信号Ｓ_dを出力する（ステップ２１０）なお、ステップ２０３の処理が粗回転位置推定手段に相当し、ステップ２０８の処理が回転方向推定手段に相当する。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）モータ回転方向推定部７１は、誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅthよりも大きい場合には、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号の組み合わせ、及びこれらの大小関係に基づいてモータ２１の粗回転位置を推定し、粗回転位置の遷移に基づいてモータ２１の回転方向を推定するようにした。

すなわち、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβは、互いに位相が９０°ずれた正弦波状に変化するため、これらの符号の組み合わせ及び大小関係によって、モータ回転角が４５°間隔で８つに分けられた「１」〜「８」の領域のうち、いずれの領域に存在しているか、すなわちモータ２１の粗回転位置を推定することが可能となる。そして、検出可能な粗回転位置が８区分あるため、粗回転位置の遷移に基づいてモータ２１の回転方向を推定することが可能となる。従って、上記構成のように、モータ２１の回転に応じて変化する各軸誘起電圧値ｅα，ｅβに基づく回転方向によって変化量Δθmの符号（モータの回転方向）を決定することで、操舵トルクＴのようにモータ２１の回転方向との関係が一定ではないパラメータによって同変化量Δθmの符号を決定する場合と比べ、精度良くモータ回転角を推定することができる。これにより、操舵トルクの方向とステアリング２の回転方向が一致しない状態でも、モータ２１の回転方向を正確に推定して精度良くモータ回転角を推定することができ、振動等を抑制して操舵フィーリングの優れたＥＰＳを提供することができる。また、上記構成では、粗回転位置を各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号の組み合わせ、及びこれらの大小関係に基づいて推定される粗回転位置によりモータ２１の回転方向を推定するため、三角関数等を用いた複雑な演算により回転方向を推定する場合に比べ、演算負荷が増大することを抑制できる。

（２）各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号の組み合わせ、及びこれらの大小関係に基づいて粗回転位置を推定することにより、符号の組み合わせのみに基づいてモータ２１の粗回転位置を推定する場合に比べ、同粗回転位置の角度範囲が細分化されるため、速やかにモータの回転方向を推定することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、第１変化量演算部６５は、誘起電圧値Ｅに基づく推定モータ回転角速度ωmを用いて第１変化量Δθmωを演算した。しかし、これに限らず、モータ２１の粗回転位置が遷移する時間に基づいてモータ回転角速度を演算し、当該モータ回転角速度を用いて第１変化量Δθmωを演算してもよい。

・上記実施形態では、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号の組み合わせ、及びこれらの大小関係に基づいて、モータ回転角が「１」〜「８」の領域のうち、いずれの領域内に存在するかを推定することにより、粗回転位置を８区分で推定した。しかし、これに限らず、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号の組み合わせのみに基づいて、モータ回転角がα／β座標系における第１象限〜第４象限のうち、いずれの領域内に存在するかを推定することにより、粗回転位置を４区分で推定してもよい。

・上記実施形態では、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号は、該各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの値がゼロ以上の場合に正となり、ゼロ未満の場合に負となるように設定した。しかし、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβは、ノイズ等の影響によって滑らかな正弦波状に変化せず、乱れた波形になることがある。そして、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβがゼロ近傍で乱れると、実際のモータ回転角の変化とは無関係にこれらの符号が変化してしまい、粗回転位置が遷移することでモータ２１の回転方向を誤って推定する虞がある。

この点を踏まえ、例えば図９に示すように、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号が変化する閾値として、該符号が正から負に変化する場合の各負側閾値ｅthnをゼロよりも小さく設定するとともに、負から正に変化する場合の正側閾値ｅthpをゼロよりも大きく設定し、これらの符号変化にヒステリシスを設けてもよい。この構成では、α軸誘起電圧値ｅα（β軸誘起電圧値ｅβ）の符号が正である場合、その値がゼロ未満となってもその符号は変化せず、負側閾値ｅthn以下となる回転角θ１で、その符号が負となる。一方、α軸誘起電圧値ｅα（β軸誘起電圧値ｅβ）の符号が負である場合、その値がゼロより大きくなってもその符号は変化せず、正側閾値ｅthp以上となる回転角θ２で、その符号が正となる。このように上記構成によれば、各軸誘起電圧値ｅα，ｅβの符号変化にヒステリシスが設けられるため、ノイズ等の影響で各軸誘起電圧値ｅα，ｅβがゼロ近傍で乱れても、これらの符号が変化し難くなる。これにより、モータ２１の回転方向を誤って推定することを防ぎ、より高精度にモータ回転角を推定することができる。

・上記実施形態では、誘起電圧値Ｅが所定電圧値Ｅthよりも大きい場合にのみ粗回転位置に基づいてモータ２１の回転方向を推定したが、これに限らず、誘起電圧値Ｅの大きさにかかわらず、粗回転位置に基づいてモータ２１の回転方向を推定してもよい。

・上記実施形態では、起動時に推定モータ回転角θmの初期値として任意の値を用いたが、これに限らず、例えば起動時に所定の通電パターンに固定して通電する相固定通電を行い、この通電パターンに対応したモータ回転角を初期値として用いてもよい。

・上記実施形態では、本発明を、回転角センサを設けないセンサレスタイプのモータ２１を駆動源とするＥＰＳに適用したが、これに限らず、回転角センサが設けられたモータを駆動源とするＥＰＳ１に適用し、回転角センサの故障時に上記センサレス制御を実行するようにしてもよい。

・上記実施形態では、本発明をＥＰＳアクチュエータ２２の駆動源であるモータ２１を制御するモータ制御装置としてのＥＣＵ２３に具体化した。しかし、これに限らず、例えば差動機構を用いてステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を上乗せして出力軸に伝達する伝達比可変装置のモータ等、他のモータを制御するモータ制御装置に具体化してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）操舵系にアシスト力を付与する操舵力補助装置の駆動源であるモータを、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置を用いて制御することを特徴とする操舵制御装置。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、２１…モータ、２２…ＥＰＳアクチュエータ、２３…ＥＣＵ、２７…トルクセンサ、２８…車速センサ、３１…マイコン、３２…駆動回路、３５ｕ，３５ｖ，３５ｗ…電流センサ、３６ｕ，３６ｖ，３６ｗ…電圧センサ、４１…推定モータ回転角演算部、４２…電流指令値演算部、４３…モータ制御信号出力部、６１…相誘起電圧値演算部、６２…誘起電圧値演算部、６３…変化量演算部、６４…積算部、６５…第１変化量演算部、６６…第２変化量演算部、６７…切り替え制御部、６８…切り替え判定部、６９…回転方向決定部、７０…α／β変換部、７１…モータ回転方向推定部、Ｅ…誘起電圧値、ｅu，ｅv，ｅw…相誘起電圧値、ｅα…α軸誘起電圧値、ｅβ…β軸誘起電圧値、ｅthn…負側閾値、ｅthp…正側閾値、Ｉu，Ｉv，Ｉw…相電流値、Ｓ_d…回転方向信号、Ｓ_p…粗回転位置情報、Ｔ…操舵トルク、Ｖu，Ｖv，Ｖw…相電圧値、θm…推定モータ回転角、Δθm…変化量。

Claims (4)

1. モータ制御信号を出力するモータ制御信号出力手段と、前記モータ制御信号に基づいてモータに駆動電力を供給する駆動回路と、演算周期毎のモータ回転角の変化量を積算することにより推定モータ回転角を演算する推定モータ回転角演算手段とを備え、前記モータ制御信号出力手段は、前記推定モータ回転角に基づいて前記モータ制御信号を出力するモータ制御装置において、
   二相固定座標系における第１座標軸の軸誘起電圧値の符号と、第２座標軸の軸誘起電圧値の符号との組み合わせに基づいて前記モータの粗回転位置を推定する粗回転位置推定手段と、
   前記粗回転位置推定手段により推定された粗回転位置の遷移に基づいて前記モータの回転方向を推定する回転方向推定手段とを備え、
   前記推定モータ回転角演算手段は、前記回転方向推定手段により推定された前記モータの回転方向に応じて前記変化量の符号を決定することを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記粗回転位置推定手段は、前記各軸誘起電圧値の符号の組み合わせに加え、前記第１座標軸の軸誘起電圧値と前記第２座標軸の軸誘起電圧値との大小関係に基づいて前記粗回転位置を推定することを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のモータ制御装置において、
   前記各軸誘起電圧値の符号が変化する閾値として、該符号が正から負に変化する場合の負側閾値をゼロよりも小さく設定するとともに、負から正に変化する場合の正側閾値をゼロよりも大きく設定したことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置を備えたことを特徴とする車両用操舵装置。

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