JP5359687B2 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の操舵系にモータによるアシスト力（操舵補助力）を付与する電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

従来、この種の電動パワーステアリング装置の制御装置としては、車速センサを通じて検出される車速及びトルクセンサを通じて検出される操舵トルクに基づきモータを駆動制御するものがよく知られている。このモータの駆動力（回転力）が操舵補助力として歯車等からなる減速機構を介してステアリングシャフトあるいはラック軸に伝達されることにより、ステアリング操作が補助される。モータは複数のスイッチング素子等からなるモータ駆動回路のスイッチング駆動を通じてその駆動制御が行われる。

モータとしてはブラシレスモータが多く使用される。制御装置は、３相の電流センサ検出値を３相から２相（ｄ／ｑ軸）に座標変換し、ｄ／ｑ軸座標系で電流フィードバック制御を行う。ｄ／q軸座標系は回転座標系であるため、電流をトルク成分と弱め界磁成分とに分けて電流ベクトル制御を行う。電動パワーステアリング装置では、素早いステアリング操作がなされた場合など、その基底速度を超えた高速領域でのモータ回転が要求されるときがある。この高速領域では誘起電圧が電源電圧より高くなり、電流が流せなくなるいわゆる電圧飽和の状態が発生する。これを防ぐため、電流フィードバック制御におけるｄ軸電流指令値をモータの回転速度（換言すれば、ステアリングの操舵速度）に応じた負の値とする、すなわち負のd軸電流を流すことによりd軸方向の磁束を減少させ誘起電圧を低く抑える弱め界磁制御が一般に行われている。このような弱め界磁制御の実行を通じて、基底速度を超えた高速領域までモータの回転領域（運転範囲）の拡張が図られ、高速操舵時の追従性が確保される。なお、特許文献１には、操舵補助用のブラシレスモータの回転速度が所定範囲に達した場合に、弱め界磁制御によりブラシレスモータを回転駆動する電動パワーステアリング装置が記載されている。

また、本願出願人は、前述した弱め界磁制御に加え、モータの回転速度（ω）に応じてｑ軸電流指令値（Ｉｑ）を制限する、いわゆるωＩ制御を実行する電動パワーステアリング装置の制御装置の採用を検討している。このいわゆるωＩ制御は、バッテリからの引き込み電流を抑制するとともに、操舵トルクを適合してステアリングに重さをつけることを目的として行われる。例えば制御装置は、モータの回転速度が増大したときには、当該回転速度に応じて、ｑ軸電流指令値を減少させる。これにより、操舵補助力の制御目標量として算出される電流指令値の値が減少し、当該電流指令値に基づき算出されるモータの各相に対応するデューティ（オンデューティ）の値も低下する。この結果、モータによる操舵補助力も小さくなり、ステアリングにその操舵速度に応じた重さが持たせられる。

ここで、モータトルクとモータ回転数との関係で示されるモータの出力特性（ωＩ制御なしの場合の性能）は、図６のグラフに示されるように、モータトルクを横軸に、モータ回転数を縦軸にとった場合、同図に実線で示されるように、モータトルクの増大に伴い回転数が徐々に減少する特性を有している。これに対し、車両側で要求される特性は、例えば同図に白抜きの円で示されるように、特に高回転数領域及び高トルク領域において、本来のモータの出力性能を大きく下回る。すなわち、図６のグラフにおいてハッチングで示される高回転数領域あるいは高トルク領域は、過剰スペックとなるため、電力制限の対象領域となる。前述したωＩ制御の実行を通じて、電力制限の対象となる領域を削ることにより、モータの出力性能を車両側で要求される性能に応じた性能に近づけることが可能となる。

特開２００２−３４５２８１号公報

ところが、前述した弱め界磁制御及びωＩ制御を併せて実行するようにした場合には、次のような懸念があった。すなわち、弱め界磁制御はモータの回転速度の増大に伴いｄ軸電流指令値の値を小さくしようとする制御であり、ωＩ制御はモータの回転速度の増大に伴いｑ軸電流指令値の値を小さくしようとする制御である。このように、弱め界磁制御及びωＩ制御は、いずれもモータの回転速度、換言すればステアリングの操舵速度（ω）に依存している。

このため、高トルク且つ高速で操舵しようとすると、モータ駆動回路のスイッチングデューティがその上限値に達した旨（すなわち、電圧飽和状態である旨）判断されて、弱め界磁制御が実行される。これにより、高速操舵が可能になるものの、モータの動作状態がωＩ制御の動作領域（先の図６のグラフにおいてハッチングで示される領域）に入ると、ωＩ制御の実行を通じてｑ軸電流指令値、ひいては電流指令値の値が減少してモータ駆動回路のスイッチングデューティが低下する。これに伴いモータの出力状態が弱め界磁制御の動作条件を外れて、ステアリングが重くなる。このようなサイクルに入った場合には、前述の弱め界磁制御及びωI制御が互いに干渉することにより、ステアリングの円滑な操舵が阻害されるおそれがある。例えばステアリング操作に際して、１回詰まって抜けるような感触が発生する等、操舵感触の低下、あるいは違和感の発生につながる。

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、ステアリングが高速回転等された場合であれ、好適な操舵感触を得ることができる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、操舵補助力を発生する３相のモータに対する電流指令値としてｄｑ座標系のｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を演算し、検出される前記モータの各相の電流値を前記ｄｑ座標系のｄ軸電流値及びｑ軸電流値に変換してこれらの値を前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に追従させるべくフィードバック制御を実行する電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータの回転速度に応じて前記ｑ軸電流指令値の値を制限するωＩ制御を実行する第１の演算部と、特定の動作条件が成立する旨判断される場合に前記モータの回転速度に応じて前記ｄ軸電流指令値を負の値とする弱め界磁制御を実行する第２の演算部と、を備え、前記弱め界磁制御の実行中において当該制御の動作条件が非成立である旨判断される場合には、前記第１の演算部によるωＩ制御の実行中であるか否かの判断を行い、ωＩ制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御を継続して実行することをその要旨とする。

この構成によれば、弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁制御の動作条件が非成立である旨判断される場合であれ、ωＩ制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御を継続して実行する。このため、弱め界磁制御及びωＩ制御が交互に実行と停止とを繰り返す、いわゆる制御の振動の発生が回避される。したがって、ステアリングの円滑な操舵が維持される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記第２の演算部による弱め界磁制御の実行中において当該制御の動作条件が非成立である旨判断される場合、前記第１の演算部によるωＩ制御の実行が停止されている旨判断されるときには、前記モータの回転速度及び前記ｑ軸電流値がそれぞれ特定の閾値未満の値となるのを待ってから、第２の演算部による弱め界磁制御の実行を解除することをその要旨とする。

この構成によれば、弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁制御の動作条件が非成立である旨判断される場合において、ωＩ制御の実行が停止されている旨判断されるときには、前記モータの回転速度及び前記ｑ軸電流値がそれぞれ特定の閾値未満の値となるのを待ってから、弱め界磁制御の実行が解除される。ωＩ制御及び弱め界磁制御の双方の実行が一気に解除されることがないので、急激な操舵補助力の変化が抑制される。このため、ステアリングの好適な操舵感触が維持される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記第１の演算部によるωＩ制御の実行に際して、前記第２の演算部による弱め界磁制御が実行される可能性の有無を判断し、当該弱め界磁制御が実行される可能性がない旨判断される場合にのみ、前記ωＩ制御を実行することをその要旨とする。

この構成によれば、弱め界磁制御が実行される可能性がある場合には、ωＩ制御に優先して弱め界磁制御が実行される。このため、高速操舵を可能としつつ、ωＩ制御及び弱め界磁制御の干渉が回避されることにより、ステアリングの円滑な操舵感触が確保される。

本発明によれば、ステアリングが高速回転等された場合であれ、好適な操舵感触を得ることができる。

電動パワーステアリング装置の概略構成図。 当該装置の電気的構成を示す制御ブロック図。 操舵補助制御の処理手順を示すフローチャート。 ωＩ制御の処理手順を示すフローチャート。 弱め界磁制御の処理手順を示すフローチャート。 弱め界磁制御の解除許可領域を示すＮＴ特性図。

以下、本発明をパワーアシストユニット及びその制御装置等がステアリングコラムに設けられる、いわゆるコラム型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化した第１の実施形態を図１及び図２並びに図３〜図６のフローチャートに基づいて説明する。

＜電動パワーステアリング装置の概要＞
まず電動パワーステアリング装置の概略的な構成について説明する。図１に示すように、電動パワーステアリング装置１において、ステアリングホイール２と一体回転するステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２側からコラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９及びピニオンシャフト１０の順に連結されてなる。ピニオンシャフト１０はこれに直交して設けられるラック軸５のラック部分５ａに噛合されている。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、ピニオンシャフト１０及びラック部分５ａからなる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。当該往復直線運動が、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アームに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角が変更される。

また、電動パワーステアリング装置１は、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（パワーアシストユニット）２２、及び操舵力補助装置２２の作動を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２３を備えてなる。

操舵力補助装置２２の駆動源であるモータ２１は、歯車等からなる減速機構２４を介してコラムシャフト８に作動連結されている。モータ２１の回転力は減速機構２４により減速されてこれがアシスト力として操舵系、正確にはコラムシャフト８に伝達される。電子制御装置２３は、このアシスト力を次のようにして制御する。すなわち、電子制御装置２３は、転舵輪１２等に設けられる車速センサ２７を通じて車速Ｖを取得する。また、電子制御装置２３は、コラムシャフト８に設けられるトルクセンサ２８及び舵角センサ２９を通じて、ステアリングホイール２に印加される操舵トルクτ、及びステアリングホイール２の操舵角（回転角）θｓを取得する。そして電子制御装置２３は、これら車速Ｖ、操舵トルクτ、操舵角θｓに基づき目標アシスト力を算出し、この算出される目標アシスト力を発生させるべくモータ２１の給電制御を行う。このモータ２１の給電制御を通じて操舵系に印加されるアシスト力が制御される。なお、本例では、モータ２１として、ブラシレスモータが採用されている。モータ２１は、電子制御装置２３から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給を受けることにより回転する。

＜電気的構成＞
次に、電動パワーステアリング装置の電気的構成について説明する。
図２に示されるように、電子制御装置２３は、モータ制御信号を生成するマイクロコンピュータ３１と、当該マイクロコンピュータ３１により生成されるモータ制御信号に基づいてモータ２１に３相の駆動電力を供給するモータ駆動回路３２とを備えてなる。

モータ駆動回路３２は、直列に接続された一対の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等のスイッチング素子を基本単位（アーム）として、各相に対応する３つのアームが並列接続されてなる周知のＰＷＭインバータである。マイクロコンピュータ３１により生成されるモータ制御信号は、モータ駆動回路３２を構成する各スイッチング素子のオンデューティを規定する。モータ制御信号が各スイッチング素子のゲート端子に印加されて、同モータ制御信号に応答して各スイッチング素子がオン／オフすることにより、バッテリ等の図示しない車載電源の直流電圧が三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に変換されてモータ２１に供給される。

マイクロコンピュータ３１は、モータ２１に供給される各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwを検出する電流センサ２１ｕ，２１ｖ，２１ｗ、及びモータ２１の回転角θ（電気角）を検出する回転角センサ２１ａが接続されてなる。マイクロコンピュータ３１は、これら各センサを通じて検出されるモータ２１の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角θ、並びに前述した操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、目標アシスト力に対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。そしてマイクロコンピュータ３１は、これらｄ軸電流指令値Ｉd＊及びｑ軸電流指令値Ｉq＊に、実電流であるｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑを追従させるためのフィードバック制御を行う。

＜マイクロコンピュータの詳細説明＞
次に、このマイクロコンピュータ３１の構成について詳細に説明する。
図２に示されるように、マイクロコンピュータ３１は、基本アシスト演算部４１、減算器４２、ω換算部４３、２相変換部４４、ωＩ制御演算部４５、弱め界磁制御演算部４６、ＰＩ演算部４７、３相変換部４８、デューティ演算部４９、及びモータ制御信号出力部５０を備えてなる。なお、各部は、マイクロコンピュータ３１の図示しない不揮発性メモリに格納される各種の制御プログラムに基づく各種の演算機能をブロックとして示したものである。各部の演算結果などは図示しない揮発性メモリに一時的に格納される。以下、マイクロコンピュータ３１の各部で実行される演算処理の概要を説明する。

＜基本アシスト演算部＞
基本アシスト演算部４１は、トルクセンサ２８を通じて取得される操舵トルクτ及び車速センサに基づき取得される車速Ｖに基づいて、基本アシスト電流値Ｉ０を演算する。具体的には、取得される操舵トルクτ（正確には、その絶対値）が大きいほど、また車速Ｖが小さいほど、絶対値の大きな基本アシスト電流値Ｉ０を演算する。基本アシスト演算部４１は、演算結果を減算器４２へ出力する。この基本アシスト電流値Ｉ０は、後述するωＩ制御が実行されない場合には、ｑ軸電流指令値となる。

＜ω換算部＞
ω換算部４３は、回転角センサ２１ａを通じて取得されるモータ２１の回転角θを回転速度（操舵速度）ωに変換する。

＜２相変換部＞
２相変換部４４は、回転角センサ２１ａにより検出されるモータ２１の回転角閧ノ基づき、各電流センサ２１ｕ，２１ｖ，２１ｗを通じて取得されるモータ２１の各相電流値Ｉu，Ｉｖ，Ｉｗを、ｄ／ｑ座標系におけるｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑに変換（ｄ／ｑ変換）する。

＜ωＩ制御演算部＞
ωＩ制御演算部４５は、ω換算部４３を通じて取得されるモータ２１の回転速度ωに基づきｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を制限するωＩ制御を行う。すなわち、ωＩ制御演算部４５は、モータ２１び回転速度ωに基づきｑ軸電流制限値Ｉｑ_limを演算し、その算出されるｑ軸電流制限値Ｉｑ_limと基本アシスト演算部４１により算出される基本アシスト電流値Ｉ０との比較結果に基づき、基本アシスト電流値Ｉ０を制限する必要性の有無を判断する。ωＩ制御演算部４５は、基本アシスト電流値Ｉ０を制限する必要がある旨判断される場合にのみ算出したｑ軸電流制限値Ｉｑ_limを減算器４２へ出力する。また、ωＩ制御演算部４５は、ωＩ制御の実行の有無に基づき動作フラグをセットするとともに、当該動作フラグのオンオフ状態を示す信号を、後述する弱め界磁制御演算部４６へ出力する。

＜減算器＞
減算器４２は、基本アシスト演算部４１により算出される基本アシスト電流値Ｉ０、及びωＩ制御演算部４５の演算結果に基づきｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。減算器４２は、ωＩ制御演算部４５によりωＩ制御が実行される場合、すなわちωＩ制御演算部４５からｑ軸電流制限値Ｉｑ_limが入力されるときには、基本アシスト電流値Ｉ０からｑ軸電流制限値Ｉｑ_limを減算し、その結果をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として算出する。また、ωＩ制御演算部４５によりωＩ制御が実行されない場合、すなわちωＩ制御演算部４５からｑ軸電流制限値Ｉｑ_limが入力されないときには、基本アシスト電流値Ｉ０をそのままｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として算出する。

＜弱め界磁制御演算部＞
弱め界磁制御演算部４６は、ω換算部４３により生成されるモータ２１の回転速度ωに応じてｄ軸電流指令値Ｉd＊を負の値とする弱め界磁制御を実行する。詳述すると、回転速度ωが増大するにつれて各相のモータコイルに生ずる逆起電力もまた増大するところ、モータ２１の回転速度には上限（基底速度）がある。しかし、ｄ軸電流指令値Ｉd＊を負の値、すなわち負方向のｄ軸電流を流すことにより、ｄ軸電機子反作用による減磁起磁力を利用してｄ軸方向の磁束を減少させて誘起電圧を低く抑えることが可能である。これにより、基底速度を超えた高速領域までモータ２１の運転範囲（回転領域）が拡張可能となる。

なお、弱め界磁制御演算部４６は、２相変換部４４により生成されるｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑに基づき、モータ駆動回路３２における各スイッチング素子（ＦＥＴ）のスイッチングデューティが飽和しているか否かを、すなわち電圧飽和状態の発生の有無を判断し、その判断結果に基づき前述した弱め界磁制御の実行の要否を判定する。本例では、弱め界磁制御演算部４６は、弱め界磁制御を行わない場合には、ｄ軸電流指令値Ｉd＊を「０」とする（Ｉd＊＝０）。

＜ＰＩ（Ｆ／Ｂ）演算部４７＞
ＰＩ（比例−積分）演算部４７は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｑ軸電流値Ｉｑの差の値であるｑ軸電流偏差ΔＩｑ、並びにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｄ軸電流値Ｉｄの差の値であるｄ軸電流偏差ΔＩｄを演算する。そしてＰＩ演算部４７は、これら算出されるｑ軸電流偏差ΔＩｑ及びｄ軸電流偏差ΔＩｄに、所定のフィードバックゲイン（ＰＩゲイン）を乗ずることにより、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。

＜３相変換部＞
３相変換部４８は、モータ２１の回転角θに応じて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、３相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。

＜デューティ演算部＞
デューティ演算部４９は、各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応するデューティ指令値Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを生成する。

＜モータ制御信号出力部＞
モータ制御信号出力部５０は、各デューティ指令値Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗにより規定されるデューティ比（オンデューティ）を有するモータ制御信号を生成する。モータ制御信号出力部５０は、モータ制御信号の各スイッチング素子（正確には、そのゲート端子）への供給を通じて、モータ駆動回路３２の駆動、ひいてはモータ２１への電力の供給を制御する。

＜電動パワーステアリング装置の制御装置の動作＞
次に、前述のように構成された電動パワーステアリング装置による操舵補助制御の処理手順を図３のフローチャートについて説明する。当該フローチャートは、操舵補助制御のメインルーチンであって、マイクロコンピュータ３１の図示しない不揮発性メモリに格納される各種の制御プログラムに従って実行される。

＜操舵補助制御＞
図３に示されるように、マイクロコンピュータ３１は、トルク信号（操舵トルクτ）及び車速信号（車速Ｖ）を読み込み（ステップＳ１０１）、これらトルク信号及び車速信号に基づき基本アシスト電流値Ｉ０を演算する（ステップＳ１０２）。

次に、マイクロコンピュータ３１は、ωＩ制御を実行し（ステップＳ１０３）、先に算出した基本アシスト電流値Ｉ０に当該ωＩ制御の実行結果を加味してｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を決定する（ステップＳ１０４）。なお、当該ωＩ制御の処理手順については、後に詳述する。

次に、マイクロコンピュータ３１は、２相変換部４４により演算されるｑ軸電流値Ｉｑ及びｄ軸電流値Ｉｄ、並びに回転角センサ２１ａにより検出されるモータ２１の回転角θを読み込む（ステップＳ１０５）。

そして、マイクロコンピュータ３１は、ｑ軸電流値Ｉｑ及びｄ軸電流値Ｉｄ等に基づき弱め界磁制御を実行し（ステップＳ１０６）、当該制御結果に基づきｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を演算する。なお、当該弱め界磁制御の処理手順については、後に詳述する。

次に、マイクロコンピュータ３１は、ＰＩ演算を実行する（ステップＳ１０７）。すなわち、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｑ軸電流値Ｉｑの差の値であるｑ軸電流偏差ΔＩｑ、並びにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｄ軸電流値Ｉｄの差の値であるｄ軸電流偏差ΔＩｄを演算する。

そして、マイクロコンピュータ３１は、これら算出されるｑ軸電流偏差ΔＩｑ及びｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づき、モータ駆動回路３２へ供給するモータ制御信号のデューティ比を演算する（ステップＳ１０８）。

以後、マイクロコンピュータ３１は、所定の制御周期で前記ステップＳ１０１〜ステップＳ１０８の処理を繰り返す。モータ駆動回路３２は、マイクロコンピュータ３１により生成されるモータ制御信号に基づき動作する。これにより、操舵トルクτ及び車速Ｖに応じた操舵補助力（アシスト力）が操舵系に印加されるようにモータ２１が駆動する。

＜ωＩ制御＞
次に、ωＩ制御の処理手順を図４のフローチャートに従って説明する。ωＩ制御は、操舵補助制御のメインルーチン中のサブルーチン処理として、先の図３のフローチャートのステップＳ１０３に処理が移行された際に実行される。ωＩ制御は、モータ２１の回転速度ω（ステアリングの操舵速度）に基づき、モータ２１に対する電流制限を実行する制御である。

ωＩ制御の実行に際して、マイクロコンピュータ３１はまず、ω換算部４３により算出されるモータ２１の回転速度ωを読み込み（ステップＳ２０１）、当該回転速度ωに基づきｑ軸電流制限値Ｉｑ_limを演算する（ステップＳ２０２）。なお、ｑ軸電流制限値Ｉｑ_limは、マイクロコンピュータ３１の不揮発性メモリに記憶される電力制限マップに基づき決定される。このマップは、モータ２１の回転速度ωとｑ軸電流制限値Ｉｑ_limとの関係を規定するものであって、シミュレーション等により予め設定される。

次に、マイクロコンピュータ３１は、基本アシスト演算部４１により算出される基本アシスト電流値Ｉ０を読み込む（ステップＳ２０３）。そしてマイクロコンピュータ３１は、当該基本アシスト電流値Ｉ０と、先のステップＳ２０２において算出されるｑ軸電流制限値Ｉｑ_l imとの大小の比較を行う（ステップＳ２０４）。

マイクロコンピュータ３１は、ｑ軸電流制限値Ｉｑ_limが基本アシスト電流値Ｉ０以上の値である旨判断される場合（ステップＳ２０４でＮＯ）には、ωＩ制御を実行しない。そしてマイクロコンピュータ３１は、ωＩ制御の動作フラグをオフ状態として当該サブルーチンに係る処理を終了する。これは、後述する弱め界磁制御の実行を優先させるためである。すなわち、この場合には、モータ駆動回路３２のスイッチングデューティが上限値に達している、すなわち前述した電圧飽和の状態である可能性がある。

これに対し、マイクロコンピュータ３１は、ｑ軸電流制限値Ｉｑ_limが基本アシスト電流値Ｉ０よりも小さい値である旨判断される場合（ステップＳ２０４でＹＥＳ）には、ωＩ制御を実行する。この場合には、モータ駆動回路３２のスイッチングデューティが上限値に達している、すなわち前述した電圧飽和の状態である可能性は少ないからである。そして、マイクロコンピュータ３１は、ωＩ制御の実行を示すべく動作フラグをオン状態とする（ステップＳ２０６）とともに、先のステップＳ２０２で算出したｑ軸電流制限値Ｉｑ_limをメインルーチンに出力して（ステップＳ２０７）、当該サブルーチンに係る処理を終了する。

以上で、ωＩ制御に係る一連の処理が完了する。以後、メインルーチンである図３のフローチャートにおけるステップＳ１０３へ処理が移行されるたびに、前記ステップＳ２０１〜ステップＳ２０７の処理が実行される。

＜弱め界磁制御＞
次に、弱め界磁制御の処理手順を図５のフローチャートに従って説明する。弱め界磁制御は、操舵補助制御のメインルーチン中のサブルーチン処理として、先の図３のフローチャートのステップＳ１０６に処理が移行された際に実行される。弱め界磁制御は、電圧飽和等に起因して操舵補助動作の追従性が低下するおそれがある場合に実行される。なお、電圧飽和とは、前述したように、モータ２１の高速回転時等において、要求出力電圧がモータ駆動回路に印加可能とされる最大電圧（例えば電源電圧）を上回る状態をいう。

さて、弱め界磁制御の実行に際して、マイクロコンピュータ３１はまず、モータ制御信号のデューティ比が上限値に達しているか否かを判断する。具体的には、マイクロコンピュータ３１は、モータ駆動回路３２の出力電圧の飽和率Ｓ（％）と、飽和率判定閾値Ｓｈ（％）との値の大小を比較する（ステップＳ３０１）。

マイクロコンピュータ３１は、次式に示されるように、２相変換部４４により生成されるｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑに基づき出力電圧の飽和率Ｓを算出する。
・Ｓ＝√（Ｉｑ^２＋Ｉｄ^２）
また、飽和率判定閾値Ｓｈは、車両の走行状態及びモータ２１の回転速度ω等により異なり、概ね８０％以上の値（例えば９３％）とされる。

そしてマイクロコンピュータ３１は、算出した飽和率Ｓの値が飽和率判定閾値Ｓｈの値よりも大きい旨判断される場合（ステップＳ３０１でＹＥＳ）には、モータ２１の回転速度ωに基づき、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を公知の演算式に基づき算出する。そしてマイクロコンピュータ３１は、当該算出したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を操舵補助制御のメインルーチンに出力して（ステップＳ３０２）、当該サブルーチンに係る処理を終了する。

これに対して、マイクロコンピュータ３１は、算出した飽和率Ｓの値が飽和率判定閾値Ｓｈの値よりも大きくない旨判断される場合（ステップＳ３０１でＮＯ）には、ステップＳ３０３へ処理を移行する。

このステップＳ３０３では、前回のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値が０（ゼロ）よりも大きな値か否かを判断する。
マイクロコンピュータ３１は、前回のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値が０よりも大きな値ではない旨判断される場合（ステップＳ３０３でＮＯ）には、当該サブルーチンに係る処理を終了する。ここで、前回のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値が０よりも大きな値にならない場合とは、基本的には弱め界磁制御が実行されていないときのみである。これは前述したように、本例では、弱め界磁制御が実行されない場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の値が０とされるからである。したがって、この場合（ステップＳ３０３でＮＯ）には、マイクロコンピュータ３１は、弱め界磁制御の実行が解除された状態に維持されていた旨判断する。

これに対して、マイクロコンピュータ３１は、前回のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値が０よりも大きな値である旨判断される場合（ステップＳ３０３でＹＥＳ）には、弱め界磁制御が実行されていた旨判断し、ステップＳ３０４へ処理を移行する。

ステップＳ３０４において、マイクロコンピュータ３１は、ωＩ制御の実行の有無を判断する。マイクロコンピュータ３１は、ωＩ制御の実行フラグがオン状態である旨判断される場合には（ステップＳ３０４でＮＯ）、ωＩ制御の実行中であるとして、先のステップＳ３０２へ処理を移行する。そしてマイクロコンピュータ３１は、前述と同様にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を演算して当該サブルーチンに係る処理を終了する。すなわち、弱め界磁制御の動作条件（本例では、Ｓ＞Ｓｈ）が非成立である旨判断される場合であれ、ωＩ制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御の実行は解除されずに、そのまま継続される。

これに対してマイクロコンピュータ３１は、ωＩ制御の実行フラグがオフ状態である旨判断される場合には（ステップＳ３０４でＹＥＳ）、ωＩ制御は実行されていないとして、ステップＳ３０５へ処理を移行する。

ステップＳ３０５において、マイクロコンピュータ３１は、モータ２１の出力（＝トルク×回転数）に基づき、弱め界磁制御の実行の解除の可否を判断する。すなわち、マイクロコンピュータ３１は、モータ２１の出力が、先の図６のＮＴ特性図に示される解除許可領域Ａｃ内の値であるか否かの判断を行う。当該解除許可領域Ａｃは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が０（ゼロ）、すなわち弱め界磁制御が実行されない状態でのＮＴ特性曲線以下の出力領域に設定される。また、当該解除許可領域Ａｃは、弱め界磁効果のある領域、すなわち高トルク領域を外れる領域に設定される。

マイクロコンピュータ３１は、モータ２１の回転速度（回転数）ω及びモータ２１へ供給される電力（電流）のトルク成分であるｑ軸電流値Ｉｑに基づき、モータ２１の出力が解除許可領域Ａｃ内の値であるか否かの判断を行う。

解除許可領域Ａｃは、次の２つ条件式により設定される。
・「ω＜Ｂ」かつ「Ｉｑ＜Ｃ」
・「ω＜Ｄ」かつ「Ｉｑ＜Ｅ」
ただし、Ｂは第１の回転速度判定閾値、Ｄは第２の回転速度判定閾値である。また、Ｃは第１のトルク判定閾値、Ｅは第２のトルク判定閾値である。これら第１及び第２の回転速度判定閾値Ｂ，Ｄ、並びに第１及び第２のトルク判定閾値Ｃ，Ｅは、モータの仕様及び要求される出力等に基づき予め設定される。これら条件式中の第１及び第２の回転速度判定閾値Ｂ，Ｄ、並びに第１及び第２のトルク判定閾値Ｃ，Ｅの大小関係は、それぞれ次の通りである。

・Ｄ＜Ｂ、
・Ｃ＜Ｅ
マイクロコンピュータ３１は、前記２つの条件式のいずれも成立しない旨判断される場合（ステップＳ３０５でＮＯ）には、弱め界磁制御の実行をそのまま継続する。すなわち、マイクロコンピュータ３１は、ステップＳ３０２へ処理を移行して、前述と同様にｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を演算して当該サブルーチンに係る処理を終了する。

これに対して、マイクロコンピュータ３１は、前記２つの条件式のいずれか一方が成立する旨判断される場合（ステップＳ３０５でＹＥＳ）には、弱め界磁制御の実行を解除する（ステップＳ３０６）。すなわち、この場合には、マイクロコンピュータ３１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を演算することなく、当該ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を、弱め界磁制御を行わない場合に使用するべく定められた値である「０」とする。

以上で、弱め界磁制御に係る一連の処理が完了する。以後、メインルーチンである図３のフローチャートにおけるステップＳ１０６へ処理が移行されるたびに、前記ステップＳ３０１〜ステップＳ３０６の処理が実行される。

このように、弱め界磁制御が実行された後は、モータ２１の出力が前述した弱め界磁制御の解除許可領域Ａｃ内の出力まで低下しない限り、当該弱め界磁制御の許可状態が維持される。また、モータ２１の出力が解除許可領域Ａｃ内の値となった場合には、前述したωＩ制御の実行は停止される。これは、解除許可領域Ａｃは、図６のグラフにハッチングで示されるωＩ制御の動作領域から外れているからである。そして図６のグラフに示されるように、ωＩ制御の動作領域と解除許可領域Ａｃとの間には、若干の余裕が設けられている。すなわち、ωＩ制御の実行が停止された後に、即時に弱め界磁制御が停止されることはない。換言すれば、ωＩ制御の実行の停止後、モータ２１の出力が解除許可領域Ａｃ内の出力値に低下するのを待って弱め界磁制御の実行が停止される。このため、ωＩ制御及び弱め界磁制御の２つの制御の実行が連続的に停止されることがない。したがって、急激な操舵補助力の変化、ひいてはステアリング操作に際しての違和感等の発生も抑制される。

例えば、ωＩ制御の実行が停止されると、操舵補助力が増大して、ステアリングの操舵感触は軽くなる。また、弱め界磁制御の実行が停止されると、逆にステアリングの操舵感触は重くなる。このため、ωＩ制御及び弱め界磁制御の双方が同じタイミングで停止された場合には、ステアリング操作が軽くなってきたと感じるタイミングで、今度はステアリング操作が重くなるという具合に、ステアリングの操舵感触に違和感が発生するおそれがある。本例によれば、このような操舵感触の違和感の発生が好適に抑制される。

また、従来、弱め界磁制御及びωＩ制御を併せて実行する場合には、次のような問題の発生が懸念されていた。すなわち、前述したように、高トルク且つ高速で操舵しようとすると、モータ制御信号のデューティ比がその上限値に達した旨（いわゆる電圧飽和状態である旨）判断されて、弱め界磁制御が実行される。これにより、高速操舵が可能になるものの、モータ２１の動作状態がωＩ制御の動作領域（先の図６のグラフにおいてハッチングで示される領域）に入ると、ωＩ制御の実行を通じてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が減少してモータ駆動回路３２のスイッチングデューティの値が低下する。これに伴い弱め界磁制御の動作条件（本例では、「飽和率Ｓ＞飽和率判定閾値Ｓｈ」）を外れて、ステアリングが重くなる。このようなサイクルに入った場合、すなわちωＩ制御及び弱め界磁制御が交互に動作と停止とを繰り返す、いわゆる制御の振動が発生した場合にはステアリングの円滑な操舵が阻害されるおそれがある。

この点、本例では、一旦弱め界磁制御が実行された後においては、弱め界磁制御の動作条件（飽和率Ｓ＞飽和率判定閾値Ｓｈ）から外れた場合であれ、ωI制御が実行されているときには、弱め界磁制御が継続して実行される。このため、前述した弱め界磁制御及びωＩ制御が干渉する問題の発生が回避される。

＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁条件（飽和率Ｓ＞飽和率判定閾値Ｓｈ）から外れた場合であれ、ωＩ制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御を継続して実行する。このため、弱め界磁制御及びωＩ制御が交互に動作と実行を繰り返す、いわゆる制御の振動の発生が回避される。したがって、ステアリングの円滑な操舵が維持される。

（２）弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁条件から外れた場合において、ωＩ制御の実行が停止されている旨判断されるときには、モータ２１の出力値が解除許可領域Ａｃ内の値まで低下するのを待ってから、弱め界磁制御の実行を解除するようにした。これにより、ωＩ制御及び弱め界磁制御の双方が一気にオフすることはなく、急激な操舵補助力の変化が抑制される。したがって、ステアリングの好適な操舵感触が維持される。

（３）ωＩ制御の実行に際して、ｑ軸電流制限値Ｉｑ_limと基本アシスト電流値I０との大小関係に基づき、電圧飽和の可能性の有無を判定し、電圧飽和の可能性がある旨判断される場合には、ωI制御を実行しないようにした。すなわち、弱め界磁制御が実行される可能性がある場合には、ωＩ制御に優先して弱め界磁制御が実行される。このため、高速操舵を可能としつつ、ωＩ制御及び弱め界磁制御の干渉が回避されることにより、ステアリングの円滑な操舵感触が確保される。

＜他の実施の形態＞
なお、前記実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
・図４のフローチャートにおけるステップＳ２０４の処理、すなわちωＩ制御の実行可否の判定処理を省略してもよい。この場合であれ、ステアリングの円滑な操舵が維持される。すなわち、弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁条件から外れた場合であれ、ωＩ制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御が継続して実行されることに変わりはない。このため、弱め界磁制御及びωＩ制御が交互に動作と実行を繰り返す、いわゆる制御の振動の発生が回避される。

・図５のフローチャートにおけるステップＳ３０５の処理、すなわちモータ２１の出力が弱め界磁制御の解除許可領域Ａｃ内の値か否かの判断を省略してもよい。すなわち、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ３０４での判断結果がωＩ制御の実行中ではない旨判断された場合には、即時に弱め界磁制御の実行を解除する。この場合であれ、弱め界磁制御とωＩ制御との干渉は回避されるので、基本的には前述した両制御の振動の発生が回避される。

・パワーアシストユニット及びその制御装置等がラック軸５と同軸に設けられる、いわゆるラックドライブ型の電動パワーステアリング装置に具体化してもよい。
＜他の技術的思想＞
次に、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。

・請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータはブラシレスモータである電動パワーステアリング装置の制御装置。

・請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記第１の演算部によるωＩ制御は、操舵トルク及び車速に基づき算出される基本アシスト電流値（基本ｑ軸電流指令値）を、モータの回転速度に応じて算出されるｑ軸電流制限値により制限するものであって、前記第２の演算部による弱め界磁制御が実行される可能性の有無の判断は、前記基本アシスト電流値と前記ｑ軸電流制限値との大小の比較を通じて行い、当該ｑ軸電流指令値が前記基本アシスト電流値よりも小さな値である旨判断される場合には、前記弱め界磁制御が実行される可能性はない旨判断する電動パワーステアリング装置の制御装置。このように、基本アシスト電流値とｑ軸電流制限値との大小の比較を通じて、弱め界磁制御が実行される可能性の有無を判断可能となる。

１…電動パワーステアリング装置、２１…モータ、２３…電子制御装置、４５…ωＩ制御演算部（第１の演算部）、４６…弱め界磁制御演算部（第２の演算部）。

Claims (3)

1. 操舵補助力を発生する３相のモータに対する電流指令値としてｄｑ座標系のｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を演算し、検出される前記モータの各相の電流値を前記ｄｑ座標系のｄ軸電流値及びｑ軸電流値に変換してこれらの値を前記ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値に追従させるべくフィードバック制御を実行する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   前記モータの回転速度に応じて前記ｑ軸電流指令値の値を制限するωＩ制御を実行する第１の演算部と、特定の動作条件が成立する旨判断される場合に前記モータの回転速度に応じて前記ｄ軸電流指令値を負の値とする弱め界磁制御を実行する第２の演算部と、を備え、
   前記弱め界磁制御の実行中において当該制御の動作条件が非成立である旨判断される場合には、前記第１の演算部によるωＩ制御の実行中であるか否かの判断を行い、ωＩ制御の実行中である旨判断されるときには、弱め界磁制御を継続して実行する電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   前記第２の演算部による弱め界磁制御の実行中において当該制御の動作条件が非成立である旨判断される場合、前記第１の演算部によるωＩ制御の実行が停止されている旨判断されるときには、前記モータの回転速度及びｑ軸電流値がそれぞれ特定の閾値未満の値となるのを待ってから、第２の演算部による弱め界磁制御の実行を解除する電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置において、
   前記第１の演算部によるωＩ制御の実行に際して、前記第２の演算部による弱め界磁制御が実行される可能性の有無を判断し、当該弱め界磁制御が実行される可能性がない旨判断される場合にのみ、前記ωＩ制御を実行する電動パワーステアリング装置の制御装置。

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