JP6922669B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵制御装置に関する。

従来、車両の操舵機構にモータのトルクをアシスト力として付与するＥＰＳ（電動パワーステアリング装置）が存在する。たとえば特許文献１に記載されるように、ＥＰＳの制御装置は、回転角センサを通じて検出されるモータの電気角を使用してモータの駆動を制御する。また、制御装置は回転角センサに何らかの異常が発生したとき、回転角センサの検出結果に基づく電気角に代えて、モータで発生する誘起電圧（逆起電圧）に基づき推定される推定電気角を使用してモータの駆動を制御する、いわゆる回転角センサレス制御を実行する。制御装置は、誘起電圧に基づき加算角度（１演算周期の間にモータが回転した電気角）を演算し、当該加算角度を積算することにより推定電気角を演算する。加算角度の正負は、たとえば操舵トルクの正負に基づき推定されるモータの回転方向によって決まる。

特開２０１４−１３８５３０号公報

モータに発生する誘起電圧の値の大きさと、モータの単位時間当たりの変化量である角速度とは、比例関係を有する。このため、モータの角速度が遅いときほど、誘起電圧の値はより小さくなる。この場合、ノイズの影響がより大きくなりやすいことなどに起因して、推定電気角の演算精度を確保すること、ひいては運転者の操舵に対する操舵補助の応答性を確保することが困難となるおそれがある。

本発明の目的は、回転角センサレス制御の実行中において、運転者の操舵に対する操舵補助の応答性を向上させることができる操舵制御装置を提供することにある。

上記目的を達成し得る操舵制御装置は、少なくとも操舵トルクに基づき車両の操舵機構に付与する動力の発生源であるモータに対する電流指令値を演算するとともに、前記モータに発生する誘起電圧に基づき前記モータの推定電気角を演算し、この演算される推定電気角を使用して前記モータに対する給電を制御することを前提としている。

操舵制御装置は、前記誘起電圧に基づき１演算周期における推定電気角の変化量である第１の加算角度を演算する第１の推定電気角演算部と、前記操舵トルクに基づき１演算周期における推定電気角の変化量である第２の加算角度を演算する第２の推定電気角演算部と、前記誘起電圧がしきい値電圧よりも大きいときには前記第１の加算角度を、前記誘起電圧が前記しきい値電圧以下であるときには前記第２の加算角度を選択する選択部と、前記選択部により選択される前記第１の加算角度または前記第２の加算角度を積算することにより前記推定電気角を演算する積算部と、を有している。前記第２の推定電気角演算部は、操舵状態が反映される操舵状態量の微分値に基づき前記第２の加算角度の位相を補償する。

上記の構成によれば、モータに発生する誘起電圧がしきい値電圧以下である場合、操舵トルクに基づく第２の加算角度に基づき推定電気角が演算されるところ、操舵状態量の微分値に基づき第２の加算角度の位相が補償される。操舵状態量の微分値は、操舵状態量に対して位相が進められる。このため、操舵状態量の微分値に基づき第２の加算角度の位相を補償することにより、当該第２の加算角度の位相もトータル的に進められる。この第２の加算角度を使用することにより、運転者の操舵状況に応じたより適切な推定電気角が演算される。したがって、運転者の操舵に対する操舵補助の応答性を向上させることができる。

上記の操舵制御装置において、前記第２の推定電気角演算部は、前記操舵トルクに基づき１演算周期における推定電気角の変化量である第１のプレ加算角度を演算する第１の演算部と、前記操舵状態量の微分値に基づき１演算周期における推定電気角の変化量である第２のプレ加算角度を演算する第２の演算部と、前記第１のプレ加算角度および前記第２のプレ加算角度に対して、前記操舵状態量に応じて設定される使用比率を乗算した値を合算することにより前記第２の加算角度を演算する配分演算部と、を有していることが好ましい。

この構成によれば、第２の加算角度の位相を補償するための処理として、第１のプレ加算角度および第２のプレ加算角度に対して、それぞれ操舵状態量に応じて設定される使用比率をそれぞれ乗算した値が合算されることにより、操舵状態に応じたより適切な第２の加算角度を演算することができる。

上記の操舵制御装置において、前記第２の推定電気角演算部は、前記操舵トルクと前記第１のプレ加算角度との関係を規定する第１のマップと、前記指令値と前記第２のプレ加算角度との関係を規定する第２のマップと、前記操舵状態量に基づき、前記第１のプレ加算角度と前記第２のプレ加算角度との使用比率を決定するための配分ゲインを演算する第３のマップと、を有していてもよい。前記第２の推定電気角演算部は、前記第１のマップを使用して前記第１のプレ加算角度を、前記第２のマップを使用して前記第２のプレ加算角度を、第３のマップを使用して配分ゲインを簡単に演算することができる。

上記の操舵制御装置において、前記モータに対する給電を制御するために使用する前記モータの電気角として、前記モータに設けられる回転角センサを通じて検出される電気角、および前記積算部により演算される推定電気角のいずれか一を選択する回転角選択部を有していてもよい。前記回転角選択部は、前記回転角センサの異常が検出されないときには前記回転角センサを通じて検出される電気角を、前記回転角センサの異常が検出されるときには前記積算部により演算される推定電気角を選択することが好ましい。

この構成によれば、回転角センサに異常が発生した場合であれ、推定電気角を使用してモータに対する給電を継続して制御することができる。
上記の操舵制御装置において、前記操舵状態量は、前記誘起電圧および前記操舵トルクの少なくとも一であることが好ましい。

本発明によれば、回転角センサレス制御の実行中において、運転者の操舵に対する操舵補助の応答性を向上させることができる。

操舵制御装置の一実施の形態が搭載される電動パワーステアリング装置の概略を示す構成図。 一実施の形態の電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図。 一実施の形態の操舵制御装置のマイクロコンピュータの機能ブロック図。 一実施の形態の操舵制御装置における回転角推定部の機能ブロック図。 一実施の形態の回転角推定部における第２推定電気角演算部の機能ブロック図。 一実施の形態の第２推定電気角演算部で使用される第１のマップを示すグラフ。 一実施の形態の第２推定電気角演算部で使用される第２のマップを示すグラフ。 一実施の形態の第２推定電気角演算部で使用される第３のマップを示すグラフ。

以下、操舵制御装置の一実施の形態を説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、運転者のステアリングホイール１０の操作に基づいて転舵輪１５を転舵させる操舵機構２、および運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構３を備えている。また、電動パワーステアリング装置１には、操舵制御装置５０が搭載されている。

操舵機構２は、ステアリングホイール１０と、ステアリングホイール１０と固定されたステアリングシャフト１１とを備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０と連結されたコラムシャフト１１ａと、コラムシャフト１１ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト１１ｂと、インターミディエイトシャフト１１ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト１１ｃとを有している。ピニオンシャフト１１ｃの下端部は、ラックアンドピニオン機構１３を介してラックシャフト１２に連結されている。ラックシャフト１２の両端には、タイロッド１４を介して、左右の転舵輪１５が連結されている。したがって、ステアリングホイール１０、すなわちステアリングシャフト１１の回転運動は、ピニオンシャフト１１ｃ及びラックシャフト１２からなるラックアンドピニオン機構１３を介してラックシャフト１２の軸方向（図１の左右方向）の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト１２の両端にそれぞれ連結されたタイロッド１４を介して、左右の転舵輪１５，１５にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪１５，１５の転舵角θｔが変更される。

アシスト機構３は、モータ４０を備えている。モータ４０は、操舵機構２に対して付与する動力（アシスト力）の発生源であって、たとえば３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に基づき回転する３相ブラシレスモータが採用される。モータ４０の回転軸４１は、減速機構４２を介してコラムシャフト１１ａに連結されている。減速機構４２は、モータ４０（回転軸４１）の回転を減速し、当該減速したモータ４０の回転力をコラムシャフト１１ａに伝達する。コラムシャフト１１ａに伝達される回転力は、ラックアンドピニオン機構１３を介して、ラックシャフト１２の軸方向の力に変換される。当該変換される力がアシスト力としてラックシャフト１２に付与されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

操舵制御装置５０は、各種のセンサの検出結果に基づき、モータ４０の駆動を制御する。各種のセンサとしては、例えば、トルクセンサ６０、回転角センサ６１、および車速センサ６２がある。トルクセンサ６０は、コラムシャフト１１ａに設けられている。トルクセンサ６０は、運転者のステアリングの操作を通じてステアリングシャフト１１に付与される操舵トルクＴｒｑを検出する。回転角センサ６１は、モータ４０に設けられている。回転角センサ６１は、モータ４０の電気角（回転角）θｍａを検出する。車速センサ６２は、車両の走行速度である車速Ｖを検出する。

＜操舵制御装置＞
つぎに、操舵制御装置５０の電気的な構成について説明する。
図２に示すように、操舵制御装置５０は、マイコン（マイクロコンピュータ）５１、および駆動回路５２を備えている。マイコン５１は、モータ４０の駆動を制御するためのモータ制御信号を生成する。駆動回路５２は、マイコン５１により生成されるモータ制御信号に基づいてモータ４０に電流を供給する。駆動回路５２とモータ４０との間は、給電線Ｗ１ｕ〜Ｗ１ｗにより接続されている。給電線Ｗ１ｕ〜Ｗ１ｗには、電流センサ５３ｕ，５３ｖ，５３ｗが設けられている。マイコン５１と駆動回路５２との間は、信号線Ｗ２ｕ，Ｗ２ｖ，Ｗ２ｗにより接続されている。信号線Ｗ２ｕ，Ｗ２ｖ，Ｗ２ｗには電圧センサ５４ｕ，５４ｖ，５４ｗが設けられている。電圧センサ５４ｕ〜５４ｗは、モータ４０における各相の端子電圧を分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を通じて分圧し、それら分圧値に応じた検出信号Ｓｕ〜Ｓｗを生成する。

マイコン５１は、トルクセンサ６０、回転角センサ６１、および車速センサ６２の検出結果（Ｔｒｑ，θｍａ，Ｖ）を取り込む。また、マイコン５１は、電流センサ５３ｕ，５３ｖ，５３ｗの検出結果（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）、および電圧センサ５４ｕ，５４ｖ，５４ｗの検出結果（検出信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ）を取り込む。マイコン５１は、これら取り込まれる検出結果に基づき、モータ制御信号としてＰＷＭ駆動信号α１〜α６を生成する。ＰＷＭ駆動信号α１〜α６は、駆動回路５２をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動させるための信号である。

駆動回路５２は、車載バッテリなどの直流電源（電源電圧「＋Ｖｃｃ」）からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ４０に供給するＰＷＭ方式のインバータ回路である。駆動回路５２は、直列に接続された２つのスイッチング素子を１組とする３組のスイッチングアームが互いに並列に接続されてなる。スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２はＵ相に、スイッチング素子Ｔ３，Ｔ４はＶ相に、スイッチング素子Ｔ５，Ｔ６はＷ相に対応するスイッチングアームを構成する。また、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５は電源側に、スイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６はグランド側に設けられている。

スイッチング素子Ｔ１とスイッチング素子Ｔ２との中点Ｐｕ、スイッチング素子Ｔ３とスイッチング素子Ｔ４との中点Ｐｖ、およびスイッチング素子Ｔ５とスイッチング素子Ｔ６との中点Ｐｗは、給電線Ｗ１ｕ〜Ｗ１ｗを介してモータ４０の各相のコイルに接続されている。マイコン５１により生成されるＰＷＭ駆動信号α１〜α６に基づいてスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のオンオフが切り替わることによって、直流電源から供給される直流電圧が三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電圧に変換される。この変換される三相交流電圧が給電線Ｗ１ｕ〜Ｗ１ｗを介してモータ４０の各相のコイルに供給されることによりモータ４０が駆動する。

＜マイクロコンピュータ＞
つぎに、マイコン５１について詳細に説明する。
図３に示すように、マイコン５１は、電流指令値演算部７０および制御信号生成部７１を有している。

電流指令値演算部７０は、電流指令値を演算する。電流指令値は、モータ４０に発生させるべきアシスト力に対応した電流量の目標値である。電流指令値演算部７０は、車速Ｖ及び操舵トルクＴｒｑをそれぞれ取り込む。電流指令値演算部７０は、車速Ｖ及び操舵トルクＴｒｑに基づいて、ｄ／ｑ座標系におけるｑ軸上の電流指令値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、およびｄ／ｑ座標系におけるｄ軸上の電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を演算する。電流指令値演算部７０は、操舵トルクＴｒｑの絶対値が大きいほど、また車速Ｖの値が小さいほど、より大きな絶対値となるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。また本例において、電流指令値演算部７０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を「０（零値）」に固定する。

制御信号生成部７１は、電流指令値に対応するＰＷＭ駆動信号α１〜α６を生成する。制御信号生成部７１は、電流指令値（Ｉｑ＊，Ｉｄ＊）、各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、および電気角θｍａをそれぞれ取り込む。制御信号生成部７１は、モータ４０の実際の電流値（ｑ軸電流値，ｄ軸電流値）を電流指令値（Ｉｑ＊，Ｉｄ＊）に追従させるべく、各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗおよび電気角θｍａに基づく電流フィードバック制御の実行を通じてＰＷＭ駆動信号α１〜α６を生成する。

ちなみに、制御信号生成部７１では、回転角センサ６１を通じて検出される電気角θｍａに代えて、後述する回転角推定部７７により演算される推定電気角θｍｂが使用されることがある。

制御信号生成部７１は、ｄ／ｑ変換部７２、フィードバック制御部（以下「Ｆ／Ｂ制御部」という。）７３、ｄ／ｑ逆変換部７４、およびＰＷＭ変換部７５を有している。
ｄ／ｑ変換部７２は、各相の電流値Ｉｕ，Ｉｗ，Ｉｗ、および電気角θｍａをそれぞれ取り込む。ｄ／ｑ変換部７２は、電気角θｍａに基づいて、各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ／ｑ座標上に写像することによって、ｄ／ｑ座標系におけるモータ４０の実際の電流値であるｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑを演算する。

Ｆ／Ｂ制御部７３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊からｄ軸電流値Ｉｄを減算することによって得られるｄ軸電流偏差ΔＩｄ、およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｑ軸電流値Ｉｑを減算することによって得られるｑ軸電流偏差ΔＩｑをそれぞれ取り込む。Ｆ／Ｂ制御部７３は、ｄ軸電流値Ｉｄをｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に追従させるべく、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づく電流フィードバック制御を実行することによって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を演算する。また、Ｆ／Ｂ制御部７３は、ｑ軸電流値Ｉｑをｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に追従させるべく、ｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づく電流フィードバック制御を実行することによって、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。

ｄ／ｑ逆変換部７４は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、ならびに電気角θｍａをそれぞれ取り込む。ｄ／ｑ逆変換部７４は、電気角θｍａに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を三相の交流座標系上に写像することによって、三相の交流座標系における各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算する。

ＰＷＭ変換部７５は、各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をそれぞれ取り込む。ＰＷＭ変換部７５は、各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ変換することによって、ＰＷＭ駆動信号α１〜α６を生成する。これらＰＷＭ駆動信号α１〜α６は、駆動回路５２の対応するスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のゲート端子に対してそれぞれ印加される。

ここで、何らかの原因によって回転角センサ６１に異常が発生した場合、正しい電気角θｍａが検出できないとき、モータ４０を適切に制御することが困難となるおそれがある。そこで本例では、回転角センサ６１に異常が発生した場合、バックアップ制御として、いわゆる回転角センサレス制御を実行する。すなわち、マイコン５１は、モータ４０に発生する誘起電圧（逆起電力）に基づいて電気角を推定し、この推定される電気角（以下、「推定電気角」という。）を使用してモータ４０を継続して制御する。

図３に示すように、マイコン５１は、回転角センサレス制御を実行するための構成として、端子電圧値演算部７６、回転角推定部７７、異常検出部７８、および回転角選択部７９を有している。

端子電圧値演算部７６は、電圧センサ５４ｕ，５４ｖ，５４ｗの検出結果である検出信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗをそれぞれ取り込む。端子電圧値演算部７６は、検出信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗに基づいて、モータ４０における各相の端子電圧値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算する。

回転角推定部７７は、各相の端子電圧値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ、操舵トルクＴｒｑ、および各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをそれぞれ取り込む。回転角推定部７７は、各相の端子電圧値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ、操舵トルクＴｒｑ、および各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、推定電気角θｍｂを演算する。

異常検出部７８は、電気角θｍａを取り込む。異常検出部７８は、電気角θｍａに基づいて回転角センサ６１の異常を検出する。異常検出部７８は、たとえば電気角θｍａの今回値と前回値との差の絶対値が予め定められた許容範囲を逸脱する場合、回転角センサ６１の異常を検出する。許容範囲は、マイコン５１の制御周期あるいは回転角センサ６１の検出公差を考慮して設定される。異常検出部７８は、検出結果に基づき異常検出信号Ｓｅを生成する。異常検出信号Ｓｅは、回転角センサ６１の異常の有無を示す情報を含む。

回転角選択部７９は、回転角推定部７７により演算される推定電気角θｍｂ、異常検出部７８により生成される異常検出信号Ｓｅ、および電気角θｍａをそれぞれ取り込む。回転角選択部７９は、異常検出信号Ｓｅが回転角センサ６１に異常が発生していない旨示すものであるとき、回転角センサ６１の検出結果である電気角θｍａをモータ制御用の電気角として選択する。これに対し、回転角選択部７９は、異常検出信号Ｓｅが回転角センサ６１に異常が発生している旨示すものであるとき、回転角推定部７７により演算される推定電気角θｍｂをモータ制御用の電気角として選択する。

＜回転角推定部＞
つぎに、回転角推定部７７について詳細に説明する。
図４に示すように、回転角推定部７７は、相誘起電圧値演算部８４、誘起電圧値演算部８５、角速度演算部８６、第１推定電気角演算部８０、第２推定電気角演算部８１、選択部としての切替部８２、および積算部８３を有している。

相誘起電圧値演算部８４は、各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、および各相の端子電圧値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをそれぞれ取り込む。相誘起電圧値演算部８４は、各相の電流値Ｉｕ〜Ｉｗ、および各相の端子電圧値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、三相交流座標系における各相の誘起電圧値ｅｕ，ｅｖ，ｅｗを演算する。相誘起電圧値演算部８４は、各相の誘起電圧値ｅｕ，ｅｖ，ｅｗを演算するに際して、モータ４０の各相のコイルの抵抗値を考慮してもよい。

誘起電圧値演算部８５は、相誘起電圧値演算部８４により演算される各相の誘起電圧値ｅｕ，ｅｖ，ｅｗ、および推定電気角θｍｂの前回値（１演算周期前に演算された値）をそれぞれ取り込む。誘起電圧値演算部８５は、推定電気角θｍｂの前回値を使用して各相の誘起電圧値ｅｕ，ｅｖ，ｅｗをｄ／ｑ座標系上の２相のベクトル成分である誘起電圧値（ｅｄ，ｅｑ）に変換する。誘起電圧値演算部８５は、２相の誘起電圧値（ｅｄ，ｅｑ）の２乗和の平方根を誘起電圧値（絶対値）Ｅとして演算する。

角速度演算部８６は、誘起電圧値演算部８５により演算される誘起電圧値Ｅを取り込む。角速度演算部８６は、誘起電圧値Ｅに基づいて、モータ４０の電気角θｍａの単位時間当たりの変化量であるモータ４０の角速度の推定値である推定角速度ωｅを演算する。誘起電圧値Ｅと推定角速度ωｅとは、比例関係を有するため、誘起電圧値Ｅを定められた誘起電圧定数（逆起定数）で除算することにより推定角速度ωｅが得られる。

なお、モータ４０は減速機構４２を介してステアリングシャフト１１に連結されているため、モータ４０の電気角θｍａと、ステアリングホイール１０（ステアリングシャフト１１）の回転角度である操舵角θｓとの間には相関関係がある。このため、モータ４０の電気角θｍａに基づき操舵角θｓを演算することが可能である。モータ４０の角速度と、ステアリングホイール１０の操舵角θｓの単位時間当たりの変化量である操舵速度（ωｓ）との間にも相関関係がある。

第１推定電気角演算部８０は、操舵トルクＴｒｑ、および角速度演算部８６により演算される推定角速度ωｅを取り込む。第１推定電気角演算部８０は、推定角速度ωｅに基づいて、１演算周期における推定電気角θｍｂの変化量である第１の加算角度Δθｍ１を演算する。第１推定電気角演算部８０は、推定角速度ωｅに対して制御周期を乗算することにより第１の加算角度Δθｍ１を演算する。ただし、第１推定電気角演算部８０は、操舵トルクＴｒｑの値の正負をモータ４０の回転方向とみなして、第１の加算角度Δθｍ１の値の正負を設定する。

第２推定電気角演算部８１は、操舵トルクＴｒｑを取り込む。第２推定電気角演算部８１は、操舵トルクＴｒｑに基づいて、１演算周期における推定電気角θｍｂの変化量である第２の加算角度Δθｍ２を演算する。第２推定電気角演算部８１は、操舵トルクＴｒｑの値の正負に基づいて、第２の加算角度Δθｍ２の値の正負を設定する。なお、第２推定電気角演算部８１については後に詳述する。

切替部８２は、第１の加算角度Δθｍ１、第２の加算角度Δθｍ２、および誘起電圧値Ｅを取り込む。切替部８２は、誘起電圧値Ｅとしきい値電圧（正値）との比較を通じて、積算部８３へ供給する加算角度を第１の加算角度Δθｍ１と第２の加算角度Δθｍ２との間で切り替える。切替部８２は、誘起電圧値Ｅがしきい値電圧値よりも大きいとき、第１の加算角度Δθｍ１を積算部８３へ供給する。切替部８２は、誘起電圧値Ｅがしきい値電圧以下であるとき、第２の加算角度Δθｍ２を積算部８３へ供給する。

しきい値電圧は、誘起電圧値Ｅに基づき演算される推定電気角θｍｂの誤差が、製品仕様などに基づき要求される許容範囲内の値となるかどうか、換言すれば、製品仕様などに基づき要求される推定電気角θｍｂの演算精度が確保できるかどうかの観点に基づき設定される。

誘起電圧値Ｅとモータ４０の角速度との間、ならびにモータ４０の角速度と操舵速度との間には相関関係がある。このため、操舵速度が速いときほど、誘起電圧値Ｅはより大きな値となる。逆に、操舵速度が遅いときほど、誘起電圧値Ｅはより小さな値となる。したがって、操舵速度がより遅い状況であるとき、誘起電圧値Ｅはしきい値電圧以下の値となる。この状況下においては、各センサ（５３ｕ〜５３ｗ，５４ｕ〜５４ｗ）の検出値に含まれるノイズの影響が大きくなりやすいため、推定電気角θｍｂの演算精度を確保することが困難である。これに対して、モータ４０の角速度、ひいては操舵速度がより速い状況であるとき、誘起電圧値Ｅはしきい値電圧よりも大きな値となる。この状況下においては、推定電気角θｍｂの演算精度を確保することができる。

積算部８３は、切替部８２から供給される第１の加算角度Δθｍ１または第２の加算角度Δθｍ２を取り込む。積算部８３は、推定電気角θｍｂの前回値（１演算周期前の値）を記憶する記憶部８３ａを有している。積算部８３は、記憶部８３ａに記憶されている推定電気角θｍｂの前回値に対して、第１の加算角度Δθｍ１または第２の加算角度Δθｍ２を積算することによって、推定電気角θｍｂを演算する。

したがって、回転角推定部７７は、推定電気角θｍｂの演算精度を確保できる状況であるとき（誘起電圧値Ｅ＞しきい値電圧）、誘起電圧値Ｅに基づいて推定電気角θｍｂを演算する。すなわち、回転角推定部７７は、第１推定電気角演算部８０により演算される第１の加算角度Δθｍ１を積算することによって推定電気角θｍｂを演算する。これに対し、回転角推定部７７は、推定電気角θｍｂの演算精度を確保できない状況であるとき（誘起電圧値Ｅ≦しきい値電圧）、誘起電圧値Ｅに代えて、操舵トルクＴｒｑに基づいて推定電気角θｍｂを演算する。すなわち、回転角推定部７７は、第２推定電気角演算部８１により演算される第２の加算角度Δθｍ２を積算することによって推定電気角θｍｂを演算する。

ここで、推定電気角θｍｂを使用してモータ４０を制御する回転角センサレス制御が実行されている場合、特に誘起電圧値Ｅがしきい値電圧よりも小さな値であるとき、運転者の操舵に対する操舵補助の応答性をより向上させることが要求されることもある。そこで、本例では第２推定電気角演算部８１をつぎのように構成している。

＜第２推定電気角演算部＞
図５に示すように、第２推定電気角演算部８１は、第１の演算部９１、第２の演算部９２、配分演算部９３、および微分器９４を有している。

微分器９４は、誘起電圧値Ｅを微分することにより誘起電圧微分値ｄＥを演算する。誘起電圧値Ｅに対して、誘起電圧微分値ｄＥの位相は進められる。
第１の演算部９１は、操舵トルクＴｒｑに基づいて第１のプレ加算角度β１を演算する。第１の演算部９１は第１のマップＭ１を有し、当該第１のマップＭ１を使用して第１のプレ加算角度β１を演算する。

図６のグラフに示すように、第１のマップＭ１は、横軸を操舵トルクＴｒｑ、縦軸を第１のプレ加算角度β１とするマップであって、操舵トルクＴｒｑと第１のプレ加算角度β１との関係を規定する。第１のマップＭ１は、つぎのような特性を有する。すなわち、操舵トルクＴｒｑの絶対値が第１のしきい値Ｔｒｑ１以上であるとき、第１のプレ加算角度β１の絶対値は、操舵トルクＴｒｑの絶対値が増大するにつれて増加し、第２のしきい値Ｔｒｑ２（＞Ｔｒｑ１）を境として一定値に維持される。第１のプレ加算角度β１の正負は、操舵トルクＴｒｑの正負と一致する。操舵トルクＴｒｑの絶対値の「０」近傍（より正確には、第１のしきい値Ｔｒｑ１未満）の領域には、第１のプレ加算角度β１の値を「０」とする不感帯が設けられている。

図５に示すように、第２の演算部９２は、誘起電圧微分値ｄＥに基づいて第２のプレ加算角度β２を演算する。第２の演算部９２は第２のマップＭ２を有し、当該第２のマップＭ２を使用して第２のプレ加算角度β２を演算する。

図７のグラフに示すように、第２のマップＭ２は、横軸を誘起電圧微分値ｄＥ、縦軸を第２のプレ加算角度β２とするマップであって、誘起電圧微分値ｄＥと第２のプレ加算角度β２との関係を規定する。第２のマップＭ２は、つぎのような特性を有する。すなわち、誘起電圧微分値ｄＥの絶対値が第１のしきい値ｄＥ１以上であるとき、第２のプレ加算角度β２の絶対値は、誘起電圧微分値ｄＥの絶対値が増大するにつれて増加し、第２のしきい値ｄＥ２（＞ｄＥ１）を境として一定値に維持される。第２のプレ加算角度β２の正負は、誘起電圧微分値ｄＥの正負と一致する。誘起電圧微分値ｄＥの絶対値の「０」近傍（より正確には、第１のしきい値ｄＥ１未満）の領域には、第２のプレ加算角度β２の値を「０」とする不感帯が設けられている。

図５に示すように、配分演算部９３は、誘起電圧値Ｅに基づき第１のプレ加算角度β１と第２のプレ加算角度β２との使用比率を決定し、当該決定される使用比率に基づき第２の加算角度Δθｍ２を演算する。

配分演算部９３は、第３のマップＭ３を有し、当該第３のマップＭ３を使用して配分ゲインＧを演算する。配分ゲインＧは、第１のプレ加算角度β１と第２のプレ加算角度β２との使用比率を決定するために使用される。

図８のグラフに示すように、第３のマップＭ３は、横軸を誘起電圧値Ｅ、縦軸を配分ゲインＧとするマップであって、誘起電圧値Ｅと配分ゲインＧとの関係を規定する。第３のマップＭ３は、つぎのような特性を有する。すなわち、誘起電圧値Ｅが増大するほど、配分ゲインＧはより大きな値に設定される。逆に、誘起電圧値Ｅが減少するほど、配分ゲインＧはより小さな値に設定される。ちなみに、配分ゲインＧは、「０」〜「１」の範囲の値である。

配分演算部９３は、配分ゲインＧを次式（Ａ）に適用することにより、第２の加算角度Δθｍ２を演算する。
Δθｍ２＝β１・Ｇ＋β２・（１−Ｇ） …（Ａ）
ただし、「Ｇ」は配分ゲインであって、第１のプレ加算角度β１の使用比率でもある。「１−Ｇ」は第２のプレ加算角度β２の使用比率である。

式（Ａ）において、配分ゲインＧは、「０」から「１」までの値に設定される。配分ゲインＧが「０」であるとき、第２のプレ加算角度β２の使用比率が１００％となる。配分ゲインＧが「１」であるとき、第１のプレ加算角度β１の使用比率が１００％となる。配分ゲインＧが「１」と「０」との間の値であるとき、第１のプレ加算角度β１と第２のプレ加算角度β２とは、それぞれ配分ゲインＧの値に応じた使用比率で足し合わされる。このようにして、配分ゲインＧの値に応じて第１のプレ加算角度β１と第２のプレ加算角度β２との使用比率が調節される。

先の図８のグラフに示されるように、誘起電圧値Ｅが大きくなるほど配分ゲインＧはより大きな値に設定される。このため、誘起電圧値Ｅの値が大きくなるほど第１のプレ加算角度β１の使用比率は大きく、第２のプレ加算角度β２の使用比率は小さくなる。逆に、誘起電圧値Ｅが小さくなるほど配分ゲインＧはより小さな値に設定される。このため、誘起電圧値Ｅが小さくなるほど第２のプレ加算角度β２の使用比率は大きく、第１のプレ加算角度β１の使用比率は小さくなる。

＜実施の形態の作用および効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の作用および効果を得ることができる。
（１）回転角センサレス制御が実行されている場合、誘起電圧値Ｅがしきい値電圧以下であるとき、誘起電圧値Ｅの演算精度を確保することが困難であるため、誘起電圧値Ｅに基づく第１の加算角度Δθｍ１に代えて、第２の加算角度Δθｍ２に基づきモータ４０の駆動が制御される。ここで、操舵状態が反映される操舵状態量である誘起電圧値Ｅの微分値に基づき、第２の加算角度Δθｍ２の位相が補償される。すなわち、先の式（Ａ）に示されるように、操舵トルクＴｒｑに基づき演算される第１のプレ加算角度β１、および誘起電圧微分値ｄＥに基づき演算される第２のプレ加算角度β２に対して、それぞれ誘起電圧値Ｅに基づく所定の使用比率を乗算した値を合算することにより演算される。誘起電圧微分値ｄＥは誘起電圧値Ｅに対して位相が進められるところ、この誘起電圧微分値ｄＥに基づく第２のプレ加算角度β２が第１のプレ加算角度β１に加算されることにより、トータルとしての第２の加算角度Δθｍ２の位相が進められる。この位相補償後の第２の加算角度Δθｍ２を使用することにより、運転者の操舵状況に応じたより適切な推定電気角θｍｂが演算される。したがって、運転者の操舵に対する操舵補助の応答性を向上させることができる。ひいては、運転者の操舵時における摩擦感を抑制することもできる。

（２）配分演算部９３は、誘起電圧値Ｅが小さくなるほど、誘起電圧微分値ｄＥに基づく第２のプレ加算角度β２の使用比率をより大きな値に設定する。このため、第２の加算角度Δθｍ２は、操舵状態に応じたより適切なものとなる。

（３）操舵制御装置５０は、回転角選択部７９を有している。回転角選択部７９は、モータ４０に対する給電を制御するために使用するモータ４０の電気角として、モータ４０に設けられる回転角センサ６１を通じて検出される電気角θｍａ、および積算部８３により演算される推定電気角θｍｂのいずれか一を選択する。回転角選択部７９は、回転角センサ６１の異常が検出されないときには回転角センサ６１を通じて検出される電気角θｍａを、回転角センサ６１の異常が検出されるときには積算部８３により演算される推定電気角θｍｂを選択する。この構成によれば、回転角センサ６１に異常が発生した場合であれ、推定電気角θｍｂを使用してモータ４０に対する給電を継続して制御することができる。

（４）第２推定電気角演算部８１は、操舵トルクＴｒｑと第１のプレ加算角度β１との関係を規定する第１のマップＭ１と、誘起電圧微分値ｄＥと第２のプレ加算角度β２との関係を規定する第２のマップＭ２と、を有している。第２推定電気角演算部８１は、第１のマップＭ１を使用して第１のプレ加算角度β１を、第２のマップＭ２を使用して第２のプレ加算角度β２を簡単に演算することができる。また、第２推定電気角演算部８１は、誘起電圧値Ｅと配分ゲインＧとの関係を規定する第３のマップＭ３を有している。第２推定電気角演算部８１は、第３のマップＭ３を使用して配分ゲインＧを簡単に演算することができる。

（５）第１のマップＭ１において、操舵トルクＴｒｑの絶対値が第１のしきい値Ｔｒｑ１未満であるとき、第１のプレ加算角度β１の値は「０」に設定される。このような不感帯を設けることにより、操舵トルクＴｒｑの値が「０」付近において正の値と負の値との間で細かく繰り返し切り替わる事象、すなわち第１のプレ加算角度β１の値が正の値と負の値との間で細かく繰り返し切り替わる事象の影響が抑えられる。このため、第１のプレ加算角度β１の演算精度を確保することができる。

（６）第２のマップＭ２において、誘起電圧微分値ｄＥが第１のしきい値ｄＥ１未満であるとき、第２のプレ加算角度β２の値は「０」に設定される。このような不感帯を設けることにより、ノイズなどの影響に起因して、誘起電圧微分値ｄＥの値が「０」付近において正の値と負の値との間で細かく繰り返し切り替わる事象、すなわち第２のプレ加算角度β２の値が正の値と負の値との間で細かく繰り返し切り替わる事象の影響が抑えられる。このため、第２のプレ加算角度β２の演算精度を確保することができる。

＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・第１のマップＭ１および第２のマップＭ２として、不感帯を割愛した構成を採用してもよい。

・図５に括弧書きの符号で示すように、第２推定電気角演算部８１は、誘起電圧微分値ｄＥに代えて、操舵トルクＴｒｑを微分することにより得られる操舵トルク微分値ｄＴｒｑを使用して第２のプレ加算角度β２を演算してもよい。この場合、先の図７に括弧書きの符号で示すように、第３のマップＭ３として、操舵トルク微分値ｄＴｒｑ（絶対値）と第２のプレ加算角度β２との関係を規定するマップを使用する。操舵トルクＴｒｑが変化したとき、即時に操舵トルク微分値ｄＴｒｑに基づく第２のプレ加算角度β２が演算される。特に、操舵トルクＴｒｑに対する摩擦感を改善（低減）する場合、操舵トルク微分値ｄＴｒｑを使用することが好ましい。操舵感が抑えられることにより、操舵補助の応答性もより高められる。

・また、第２推定電気角演算部８１は、誘起電圧微分値ｄＥおよび操舵トルク微分値ｄＴｒｑの双方を使用して第２のプレ加算角度β２を演算してもよい。この場合であれ、操舵トルクＴｒｑに基づく加算角度、誘起電圧微分値ｄＥに基づく加算角度、および操舵トルク微分値ｄＴｒｑに基づく加算角度が所定の使用比率で合算されることにより、第２のプレ加算角度β２が演算される。このようにすれば、運転者の操舵に対する操舵補助の応答性が向上するとともに、操舵トルクＴｒｑに対する摩擦感を抑制することができる。

・第１推定電気角演算部８０は、誘起電圧値Ｅから得られる推定角速度ωｅに基づき第１の加算角度Δθｍ１を演算したが、誘起電圧微分値ｄＥを加味して第１の加算角度Δθｍ１を演算してもよい。具体的には、第１推定電気角演算部８０として、先の図５に示される第２推定電気角演算部８１と同様の構成を採用する。すなわち、推定角速度ωｅ（誘起電圧値Ｅ）に基づく第１のプレ加算角度（β１）、および誘起電圧微分値ｄＥに基づく第２のプレ加算角度β２に対して、それぞれ誘起電圧値Ｅに応じて設定される使用比率を乗算した値を合算することにより、第１の加算角度Δθｍ１を演算する。

・本例では、回転角センサ６１に異常が発生した場合のバックアップ制御として推定電気角θｍｂに基づきモータ４０を制御する回転角センサレス制御を実行したが、バックアップ制御としてではなく、常時、回転角センサ６１を使用せずにモータ４０を制御するようにしてもよい。この場合、回転角センサ６１を割愛してもよい。

・本例では、ステアリングシャフト１１（コラムシャフト１１ａ）にアシスト力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置に操舵制御装置５０を適用したが、ラックシャフト１２にアシスト力を付与するタイプの電動パワーステアリング装置に操舵制御装置５０を適用してもよい。この場合、トルクセンサ６０をピニオンシャフト１１ｃに設けてもよい。

＜他の技術的思想＞
つぎに、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記第１のマップおよび前記第２のマップには、零値を含む所定範囲において不感帯が設定されていること。

２…操舵機構、４０…モータ、５０…操舵制御装置、６１…回転角センサ、７９…回転角選択部、８０…第１の推定電気角演算部、８１…第２の推定電気角演算部、８２…切替部（選択部）、８３…積算部、９１…第１の演算部、９２…第２の演算部、９３…配分演算部、Ｅ…誘起電圧値、ｄＥ…誘起電圧微分値、Ｇ…配分ゲイン、Ｉｑ＊…ｑ軸電流指令値、Ｉｄ＊…ｄ軸電流指令値、Ｍ１…第１のマップ、Ｍ２…第２のマップ、Ｍ３…第３のマップ、Ｔｒｑ…操舵トルク、ｄＴｒｑ…操舵トルク微分値、β１…第１のプレ加算角度、β２…第２のプレ加算角度、θｍｂ…推定電気角、Δθｍ１…第１の加算角度、Δθｍ２…第２の加算角度。

Claims (5)

1. 少なくとも操舵トルクに基づき車両の操舵機構に付与する動力の発生源であるモータに対する電流指令値を演算するとともに、前記モータに発生する誘起電圧に基づき前記モータの推定電気角を演算し、この演算される推定電気角を使用して前記モータに対する給電を制御する操舵制御装置において、
   前記誘起電圧に基づき１演算周期における推定電気角の変化量である第１の加算角度を演算する第１の推定電気角演算部と、
   前記操舵トルクに基づき１演算周期における推定電気角の変化量である第２の加算角度を演算する第２の推定電気角演算部と、
   前記誘起電圧がしきい値電圧よりも大きいときには前記第１の加算角度を、前記誘起電圧が前記しきい値電圧以下であるときには前記第２の加算角度を選択する選択部と、
   前記選択部により選択される前記第１の加算角度または前記第２の加算角度を積算することにより前記推定電気角を演算する積算部と、を有し、
   前記第２の推定電気角演算部は、操舵状態が反映される操舵状態量の微分値に基づき前記第２の加算角度の位相を補償する操舵制御装置。
2. 請求項１に記載の操舵制御装置において、
   前記第２の推定電気角演算部は、
   前記操舵トルクに基づき１演算周期における推定電気角の変化量である第１のプレ加算角度を演算する第１の演算部と、
   前記操舵状態量の微分値に基づき１演算周期における推定電気角の変化量である第２のプレ加算角度を演算する第２の演算部と、
   前記第２の加算角度の位相を補償するための処理として、前記第１のプレ加算角度および前記第２のプレ加算角度に対して、それぞれ前記操舵状態量に応じて設定される使用比率を乗算した値を合算することにより前記第２の加算角度を演算する配分演算部と、を有している操舵制御装置。
3. 請求項２に記載の操舵制御装置において、
   前記第２の推定電気角演算部は、
   前記操舵トルクと前記第１のプレ加算角度との関係を規定する第１のマップと、
   前記操舵状態量と前記第２のプレ加算角度との関係を規定する第２のマップと、
   前記操舵状態量に基づき、前記第１のプレ加算角度と前記第２のプレ加算角度との使用比率を決定するための配分ゲインを演算する第３のマップと、を有している操舵制御装置。
4. 請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
   前記モータに対する給電を制御するために使用する前記モータの電気角として、前記モータに設けられる回転角センサを通じて検出される電気角、および前記積算部により演算される推定電気角のいずれか一を選択する回転角選択部を有し、
   前記回転角選択部は、前記回転角センサの異常が検出されないときには前記回転角センサを通じて検出される電気角を、前記回転角センサの異常が検出されるときには前記積算部により演算される推定電気角を選択する操舵制御装置。
5. 請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の操舵制御装置において、
   前記操舵状態量は、前記誘起電圧および前記操舵トルクの少なくとも一である操舵制御装置。

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