JP5712098B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、操向ハンドル（ステアリングホイール）等の操作部材による車両の操舵時に、操舵系（ステアリング系）にモータ（電動機）の動力を操舵アシスト力（操舵補助力）として伝え、運転者による操向ハンドル等の操作部材の操作負担を軽減する電動パワーステアリング装置に関し、一層詳細には、前記モータの弱め界磁制御を行う電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置のモータには、車両停止中に操向ハンドルを操舵する据え切り時のような高トルク低回転性能と、走行中にオーバーステアが発生したとき操向ハンドルを後輪の滑り出した方向に素早く操作（早切り操舵ともいう。）しカウンターステアを当てる時のような低トルク高回転性能と、が要求される。

高トルク低回転性能と低トルク高回転性能を両立するため、電動パワーステアリング装置では、高トルク低回転型定格のモータを搭載し、この高トルク低回転型定格のモータに弱め界磁制御を行うことにより、低トルク高回転性能を得るようにしていた。

より具体的に説明すると、モータに流れる電流に応じて、換言すれば、トルクに応じて、低トルク側ではモータの界磁を弱めて回転数を増加させることで低トルク高回転性能を確保し、高トルク側ではモータの界磁を弱めないで、高トルク低回転性能を確保することで、２つの性能を両立させていた。

なお、ブラシレスモータにおいて、弱め界磁制御によりモータ回転数を増加させようとする際には、ｄ軸を界磁成分の方向、ｑ軸をこれと電気角でπ／２進んだトルク成分の方向としたとき、ｑ軸電流Ｉｑを所定値に保持した状態で、弱め界磁制御を行わない場合にはゼロ値とされるｄ軸電流Ｉｄ（極性は負）の値（絶対値）を増加させる制御を行うことが知られている（特許文献１）。

特開２０１０−６４５４４号公報（［００３０］、［００３３］−［００３５］、［００３７］、［００４４］、図７、図１０）

ところで、この出願の発明者等によってなされた特許文献１に係る発明では、図１６（特許文献１の図１０）に示すように、ｄ軸電流Ｉｄを増加させても（ｄ軸電流Ｉｄの値は負の値であるので、絶対値の増加、以下同じ。）、モータ回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］が増加しない領域では、それ以上ｄ軸電流Ｉｄを増加させないように制御することで、ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴う発熱を抑制するようにしている。

この場合、ｄ軸電流Ｉｄの最大値は、電源電圧であるバッテリ電圧Ｖｂ、すなわちモータに印加されるモータ電圧に応じて、例えば、バッテリ電圧ＶｂがＶｂ＝１０［Ｖ］であれば、ｄ軸電流ＩｄをＩｄ＝−３５［Ａ］に制限し、バッテリ電圧ＶｂがＶｂ＝１２［Ｖ］であれば、Ｉｄ＝−５７［Ａ］に制限すると開示されている。

しかしながら、単に、バッテリ電圧Ｖｂに応じてｄ軸電流Ｉｄが採り得る最大値（絶対値の最大値）を制限する制御技術では、操舵の状況、すなわちモータの駆動状況によっては、発熱を抑制する十分な効果が得られない場合があるという課題が分かり、改良の余地がある。

本発明は、このような技術に関連してなされたものであって、弱め界磁制御によって軽快な操舵フィーリングを保持しつつ、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータの駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することを可能とする電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置であって、以下の特徴［１］−［５］を有する。

［１］前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部と、前記操舵入力検出部からの信号に基づいて、前記モータのトルク電流を設定するトルク電流設定部と、前記トルク電流設定部にて設定された前記トルク電流及び前記モータの回転数に基づいて、前記モータの界磁を弱めるための弱め界磁電流を設定する弱め界磁電流設定部と、前記トルク電流設定部によって設定された前記トルク電流及び前記弱め界磁電流設定部によって設定された前記弱め界磁電流に基づいて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御部と、前記弱め界磁電流を制限値以下に設定する弱め界磁電流制限部と、を備え、前記弱め界磁電流制限部は、前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定することを特徴とする。

上記の特徴［１］を有する発明によれば、トルク電流設定部によって設定されたトルク電流に応じて、換言すれば、モータの駆動状況に応じて弱め界磁電流の制限値を設定するようにしているので、制限値の設定が容易であり、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータの駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。

これにより、トルク電流を変化させたときに無駄な（無効な、不必要な）弱め界磁制御を行うことを避けることができる。すなわち、無駄な（無効な、不必要な）弱め界磁電流の増加によるモータの回転数の低下や、無駄な発熱を避けることができる。

［２］上記［１］の特徴を有する発明において、前記弱め界磁電流制限部は、前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定する際、前記トルク電流の値毎に、当該トルク電流の値を保持して前記弱め界磁電流の値を増加させたときに、前記モータ回転数が最大回転数から所定回転数減少したときの弱め界磁電流値に前記制限値を設定することを特徴とする。

上記の特徴［２］を有する発明によれば、それ以上弱め界磁を強めるとモータの回転数が下がってしまうピーク値である最大回転数を制限値の基準値とし、誤差等を考慮して最大回転数から所定回転数減少したときの弱め界磁電流値を制限値としたので、操舵入力検出部等の各機能部に誤差やばらつきが存在した場合において、制限値の設定が容易になる。換言すれば、電動パワーステアリング装置を構成する部品及びセンサ等を選択する際の設計の自由度が大きく、且つコストを低減することができる。

［３］上記［１］の特徴を有する発明において、前記弱め界磁電流制限部は、前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定する際、前記トルク電流の値毎に、当該トルク電流の値を保持して前記弱め界磁電流の値を増加させたときに、前記モータ回転数が最大回転数となる前記弱め界磁電流の値に前記制限値を設定することを特徴とする。

上記の特徴［３］を有する発明によれば、それ以上弱め界磁を強めるとモータ回転数が下がってしまう、モータ回転数のピーク値となる弱め界磁電流の値を制限値としたので、前記制限値までの間では、弱め界磁電流の値の増加に応じてモータ回転数が増加することとなり、軽快な操舵フィーリングを保持したまま、発熱損失量を抑制することができる。すなわち、不必要な弱め界磁電流の増加に伴う無駄な発熱を回避することができる。

［４］上記の特徴［１］〜［３］のいずれかを有する発明において、さらに、前記モータの相電流の上限値を設定する相電流制限部と、前記相電流制限部により前記モータの相電流の上限値が変更されたとき、前記上限値の変更に応じて、前記トルク電流の値と前記弱め界磁電流の値とにより決定されるベクトルの大きさを表す電流制限円を変更し、変更後の電流制限円内に、前記弱め界磁電流の前記制限値で制限される制限後の使用領域を設定する弱め界磁電流制限後の使用領域設定部と、を備えることを特徴とする。

上記の特徴［４］を有する発明によれば、弱め界磁電流制限部を簡易に構築することができる。

［５］上記の特徴［１］〜［４］のいずれかを有する発明において、前記弱め界磁電流制限部は、当該電動パワーステアリング装置の電源電圧値に基づいて、前記弱め界磁電流の前記制限値を変更することを特徴とする。

上記の特徴［５］を有する発明によれば、電源電圧値に基づいて制限値をさらに変更するので、より効果的な発熱抑制が可能となる。

この発明によれば、トルク電流設定部によって設定されたトルク電流に応じて、換言すれば、モータの駆動状況に応じて弱め界磁電流の制限値を設定するようにしているので、制限値の設定が容易であり、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータの駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。

これにより、トルク電流を変化させたときに無駄な（無効な、不必要な）弱め界磁制御を行うことを避けることができる。すなわち、無駄な（無効な、不必要な）弱め界磁電流の増加によるモータの回転数の低下や、無駄な発熱を避けることができる。

よって、弱め界磁制御によって軽快な操舵フィーリングを保持しつつ、上記のように、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータの駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 図１例の電動パワーステアリング装置中、制御装置とモータ駆動制御装置を備えるモータ制御システムの構成図である。 ｄ軸電流設定部及び弱め界磁電流制限部を含むｄ軸電流設定・制限部の機能ブロック図である。 ｑ軸指令電圧対応処理部に格納されるｑ軸指令電圧対応マップの説明図である。 ｑ軸実電流対応処理部に格納されるｑ軸実電流対応マップの説明図である。 モータ回転速度対応処理部に格納されるモータ回転速度対応マップの説明図である。 比較例に係るｄ軸電流の制限後の使用領域を示す説明図である。 図８Ａは、図７に示した使用領域中、発熱のみ増加する領域を説明する実施形態に係る説明図である。図８Ｂは、実施形態に係るｄ軸電流の制限後の設定例を示す説明図である。 トルク電流を所定値に維持し、弱め界磁電流を増加（絶対値の増加）さたときの回転数の変化と、発熱量の変化を示す説明図である。 図９例の条件で、トルク電流を変化させた場合の発熱のみ増加する領域を使用しないようにするｄ軸電流制限線の説明図である。 制限前の弱め界磁電流の制限値と制限後の弱め界磁電流の制限値の例を説明する説明図である。 図１２Ａ、図１２Ｂは、電流ベクトル制限円の大きさを変化させた場合の、弱め界磁電流の使用領域の変更説明図である。 図１３Ａ、図１３Ｂは、電流ベクトル制限円の大きさを変化させた場合の、弱め界磁電流の制限値の例を説明する説明図である。 図１４Ａ、図１４Ｂは、電源電圧を変化させた場合の弱め界磁電流の使用領域の変更説明図である。 図１５Ａ、図１５Ｂは、電源電圧を変化させた場合の弱め界磁電流の制限値の例を説明する説明図である。 特許文献１に開示されている電源電圧をパラメータとした弱め界磁電流とモータ回転数の関係説明図である。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０の構成図である。

車両（不図示）に搭載された電動パワーステアリング装置１０は、操向ハンドル１２に連結されたステアリング軸１４に対して、運転者が与える操舵トルクを補助するトルク（補助トルク）を与えるように構成される。

ステアリング軸１４の上端は操向ハンドル１２に連結され、下端にはピニオン１６が取り付けられている。ピニオン１６に噛み合うラック１８を設けたラック軸２０が配置されている。ピニオン１６とラック１８によってラック・ピニオン機構２２が形成される。ラック軸２０の両端にはタイロッド２４が設けられ、各タイロッド２４の外側端には前輪（転舵輪）２６が取り付けられている。

ステアリング軸１４に対して、減速機構である動力伝達機構２８を介してモータ（ブラシレスモータ）３０が設けられている。モータ３０は、操舵トルクを補助するための回転力を出力する。この回転力は、上記補助トルクとして、動力伝達機構２８を経由して増力されステアリング軸１４に与えられる。

ステアリング軸１４には、また、操舵トルクセンサ３２が設けられている。操舵トルクセンサ３２は、運転者が操向ハンドル１２を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１４に加えたとき、ステアリング軸１４に加わる当該操舵トルクの大きさと方向を検出し、検出した操舵トルクの大きさに応じた電気信号である操舵トルクＴｑと方向を出力する。操舵トルクセンサ３２は例えばトーションバーを利用して構成されている。

ステアリング軸１４には、さらに、ステアリング軸１４の回転による操舵角すなわち舵角を操舵方向を含めて検出し、検出した舵角に応じた電気信号である舵角θｓを出力する舵角センサ３４が設けられている。

電動パワーステアリング装置１０の搭載車両には、当該車両の走行速度に対応した電気信号である車速Ｖｓを検出して出力する車速センサ３６が設けられている。

さらにまた、電動パワーステアリング装置１０は、制御装置４０を含むモータ駆動制御装置４２を備える。制御装置４０を含むモータ駆動制御装置４２に対して、上述した操舵トルクセンサ３２、舵角センサ３４、車速センサ３６、モータ３０、及び後述する回転角センサ３８が電気的に接続されている。

図２は、図１に示した、電動パワーステアリング装置１０のモータ３０を駆動制御する、制御装置（モータ制御装置）４０を含むモータ駆動制御装置４２を備えるモータ制御システム５０の構成図である。

制御装置４０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、前記ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、並びにＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、タイマ等を備えるマイクロコンピュータを含み、該マイクロコンピュータの前記ＣＰＵが各種入力に基づき前記ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで各種機能部（各種機能手段）として動作する。

モータ３０は、ｄｑ軸電流成分に基づくベクトル制御により、モータ駆動制御装置４２によって駆動制御される。

モータ３０には、モータ３０のロータの回転角を検出し、電気信号であるロータ回転角、すなわち所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度に係る状態量を検出して出力するレゾルバ等の回転角センサ３８が設けられている。

制御装置４０内のＲＤ（レゾルバ・デジタル）コンバータ４６により回転角センサ３８の出力からモータ３０のロータ回転角θｍ及びモータ３０の回転速度（モータ回転速度、モータ回転数、又は回転数ともいう。）Ｎｍがデジタル信号として出力される。

モータ駆動制御装置４２は、操舵トルクセンサ３２からの操舵トルクＴｑ、舵角センサ３４からの舵角θｓ、車速センサ３６からの車速Ｖｓ及び回転角センサ３８からのモータ回転角（ＲＤコンバータ４６からのロータ回転角θｍ）等に基づき、モータ３０を回転駆動するモータ電流Ｉｍ｛Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の相電流（Ｕ相電流）Ｉｕ、相電流（Ｖ相電流）Ｉｖ、相電流（Ｗ相電流）Ｉｗ｝をモータ３０に対して出力する。

この場合、電動パワーステアリング装置１０は、制御装置４０を構成するＰＷＭ変換部５２からのＵ、Ｖ、Ｗ各相のＰＷＭ信号に基づいて、バッテリ６０から供給される電力を、例えばＦＥＴフルブリッジ構成のインバータ５４によって電力変換（直流→三相交流変換）することによりモータ３０を駆動し、モータ３０の各巻線に正弦波の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを通電してベクトル制御を行うことで、補助トルクを発生させる。上述したように、モータ３０の補助トルクは、運転者の操向ハンドル１２の操作をアシストする。

モータ３０に実際に流れるモータ電流Ｉｍ（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を構成する３つの相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ中、相電流Ｉｕ及び相電流Ｉｕの大きさと流れる方向とがモータ電流センサ５６によりそれぞれ検出され、電気信号としてのＵ相電流ＩｕとＶ相電流Ｉｖとされ、ｄｑ変換部５８にフィードバック出力される。残りの相電流Ｉｗは、演算部５９によりＩｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ）として計算され、ｄｑ変換部５８にフィードバック出力される。

ｄｑ変換部５８は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをデジタル信号とした後、ｄｑ変換を行う。

ベクトル制御におけるｄｑ座標とは、例えば２極のロータを有するモータ３０において、永久磁石による界磁極の磁束方向をｄ軸（界磁軸）とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸（トルク軸）とする回転直交座標であり、モータ３０のロータと共に同期して回転する。

制御装置４０が、ｑ軸を基準とした電流位相を与えることにより、インバータ５４からモータ３０の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを与えるようになっている。

制御装置４０は、２相回転磁界座標系（ｄｑ座標系）で記述されるベクトル制御によって、指令トルクＴｑｃｏｍに応じたモータ３０の制御を行う。すなわち、操向ハンドル１２に加わる操舵トルクＴｑを操舵トルクセンサ３２により検出し、検出した操舵トルクＴｑに応じたアシストトルクが得られるようにモータ３０をベクトル制御することにより、手動操舵のアシストを行う。

基本的には、以上のように構成され動作する制御装置４０及びモータ駆動制御装置４２の基本動作についてさらに詳細な構成を説明しながら、電動パワーステアリング装置１０との関係において以下に説明する。

制御装置４０は、先ず、指令トルク算出部６７において、操舵トルクセンサ３２が検出して出力する操舵トルクＴｑ、舵角センサ３４が検出して出力する操舵角θｓから算出した操舵角速度ｄθｓ／ｄｔ、及び車速センサ３６が検出して出力する車速Ｖｓなどに基づき、指令トルクＴｑｃｏｍを求める。この指令トルクＴｑｃｏｍから、目標電流設定部６８において、モータ電流Ｉｍの目標電流Ｉｔが設定され、ｑ軸目標電流設定部７０に出力される。

ｑ軸目標電流設定部７０は、目標電流Ｉｔに基づいて、トルク電流指令値であるｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍを設定する。一方、ｄ軸目標電流設定部７２は、弱め界磁電流指令値であるｄ軸電流指令値ｉｄｃｏｍを基準値（ここでは、０値）に設定する。

一方、モータ電流センサ５６によって検出された、モータ３０の三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗがロータ回転角θｍに基づきｄｑ変換部５８によりｄ軸電流とｑ軸電流に変換され、ｄ軸実電流値ｉｄｒ及びｑ軸実電流値ｉｑｒが求められる。

減算部８４は、ｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍとフィードバックされたｑ軸実電流値ｉｑｒとの偏差Δｉｑを算出する。

加算部８６は、ｄ軸電流指令値ｉｄｃｏｍ（＝０）に対して弱め界磁電流制限部６２によりｄ軸電流Ｉｄ（＜０）の最大値が制限されたｄ軸電流Ｉｄ＊（＜０）を加算してｄ軸電流目標値ｉｄｔ（＜０）を算出する。

減算部８８は、ｄ軸電流目標値ｉｄｔとフィードバックされたｄ軸実電流値ｉｄｒとの偏差Δｉｄを算出する。

ＰＩ演算部８０、８２は、ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑに対してＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例）制御処理及びＩ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ：積分）制御処理を実行し、ｄ軸電流偏差Δｉｄ及びｑ軸電流偏差Δｉｑをそれぞれ０に近づけようとするｄ軸指令電圧Ｖｄｃｏｍ及びｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍを算出し、ｄｑ逆変換部９０に出力する。

ｄｑ逆変換部９０は、ｄｑ座標上でのｄ軸指令電圧Ｖｄｃｏｍ及びｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍに対してロータ角度θｍを用いてｄｑ逆変換を行い、静止座標である３相交流座標上でのＵ相交流指令電圧Ｖｕ、Ｖ相交流指令電圧Ｖｖ及びＷ相交流指令電圧Ｖｗに変換する。

ＰＷＭ変換部５２は、各指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを、インバータ５４の各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン・オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令（つまり、パルス幅変調信号）へと変換する。なお、各パルスのデューティは予めＰＷＭ変換部５２に記憶されている。

各パルス幅変調信号によりインバータ５４が駆動され、対応する相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗがモータ３０の固定子の各巻線に供給されることで、回転磁界が発生され、モータ３０のロータ（回転子）が回転する。

ｄ軸電流設定部６１により設定される弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄ（負の値）は、図３の機能ブロック図に示すように生成される。なお、図３は、ｄ軸電流設定部６１と弱め界磁電流制限部（弱め界磁電流の上限値設定部）６２とから基本的に構成され、制限後のｄ軸電流（ｄ軸補正電流）Ｉｄ＊を決定するｄ軸電流設定・制限部６３を示している。

図３に示すように、ｄ軸電流設定部６１は、ＰＩ演算部８２の出力であるｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが入力されるｑ軸指令電圧対応処理部１１２と、ｄｑ変換部５８からのｑ軸実電流ｉｑｒ（＝Ｉｑと置く。）が入力されるｑ軸実電流対応処理部１１４と、ＲＤコンバータ４６の出力であるモータ３０のモータ回転数Ｎｍが入力されるモータ回転速度対応処理部１１６と、相乗積演算部１１８とから構成される。

ｑ軸指令電圧対応処理部１１２は、図４に示すｑ軸指令電圧対応マップ（特性）１２４を格納し、ｑ軸実電流対応処理部１１４は、図５に示すｑ軸実電流対応マップ（特性）１２２を格納し、モータ回転速度対応処理部１１６は、図６に示すモータ回転速度対応マップ（特性）１２６を格納する。

ｑ軸指令電圧対応処理部１１２は、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍをアドレスとしてｑ軸指令電圧対応マップ１２４を検索することにより、補正電流要素（ｄ軸電流要素）である出力Ｃ１を求める。ｑ軸指令電圧対応マップ１２４では、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが小さい領域、すなわちｑ軸電流偏差Δｉｑが小さい領域部分では、出力Ｃ１が０に設定され、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが大きい領域、すなわちｑ軸電流偏差Δｉｑが大きい領域では、出力Ｃ１がほぼ一定の値となるように設定される。

この処理により、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが大きい領域、すなわちｑ軸電流偏差Δｉｑが大きい領域でのみ、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄが流れてモータ３０の界磁が減少し、モータ３０のモータ回転数Ｎｍが増加する。その結果、走行中にゆっくり且つ小さく操向ハンドル１２を操作した場合などでは、弱め界磁電流が流れることが防止され、モータ３０の電力消費が抑制される。

ｑ軸実電流対応処理部１１４は、ｑ軸実電流値ｉｑｒをアドレスとしてｑ軸実電流対応マップ１２２を検索することにより補正電流要素（ｄ軸電流要素）である出力Ｃ２を求める。ｑ軸実電流対応マップ１２２では、ｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい領域では出力Ｃ２がほぼ一定の値に設定され、ｑ軸実電流値ｉｑｒが大きい領域では出力Ｃ２が０に設定される。この処理により、ｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい領域でのみ、弱め界磁電流であるｄ軸補正電流ｉｄｃが流れてモータ３０の界磁が減少し、モータ３０のモータ回転数Ｎｍが増加する。その結果、モータ回転数Ｎｍが高く、インバータ５４の電圧飽和に至った状態でさらに早くステアリング操作をしようとする場合などに、操向ハンドル１２の操作が急に重たくなる現象が防止される。

モータ回転速度対応処理部１１６は、モータ回転数Ｎｍをアドレスとしてモータ回転速度対応マップ１２６を検索することにより補正電流要素（ｄ軸電流要素）である出力Ｃ３を求める。モータ回転速度対応マップ１２６では、モータ回転数（モータ回転速度）Ｎｍが小さい領域では出力Ｃ３が０に設定され、モータ回転数Ｎｍが大きい領域では出力Ｃ３が一定の値に設定される。この処理により、操向ハンドル１２をゆっくり操作した場合に、モータ３０に弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄが流れることを防止でき、無駄な電流の消費、すなわち無駄な発熱を防止することができる。

ｑ軸指令電圧対応処理部１１２の出力Ｃ１、ｑ軸実電流対応処理部１１４の出力Ｃ２、及びモータ回転速度対応処理部１１６の出力Ｃ３は、相乗積演算部１１８で乗算され、この相乗積Ｃ１×Ｃ２×Ｃ３に比例するｄ軸電流（ｄ軸基準電流ともいう。）Ｉｄが算出される。これにより、ｄ軸電流補正を行う各要素（ｑ軸指令電圧対応処理部１１２、ｑ軸実電流対応処理部１１４、及びモータ回転速度対応処理部１１６）がそれぞれ独立に作用し、ｑ軸指令電圧Ｖｑｃｏｍが大きい場合、ｑ軸実電流値ｉｑｒが小さい場合、及びモータ回転数Ｎｍが小さい場合に、ｄ軸電流Ｉｄが流れて弱め界磁制御が行われる。

次に、この発明の要部に係わる弱め界磁電流制限部６２の構成及び動作について説明する。弱め界磁電流制限部６２は、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの制限範囲、換言すれば弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの使用領域の上限値を設定する。

弱め界磁電流制限部６２に入力されるｄ軸電流Ｉｄ（の絶対値）が使用領域の上限値Ｉｄｌｉｍ（の絶対値）より小さい値（絶対値が小さいの意）である場合には、そのままｄ軸電流Ｉｄ＊（Ｉｄ＊＝Ｉｄ）を出力し、ｄ軸電流Ｉｄ（の絶対値）が使用領域の上限値Ｉｄｌｉｍ（の絶対値）より大きい値（絶対値が大きいの意）である場合には、ｄ軸電流Ｉｄ＊として上限値Ｉｄｌｉｍに制限して（Ｉｄ＊＝Ｉｄｌｉｍ）出力する。すなわち、弱め界磁電流制限部６２は、下記（ａ）、（ｂ）のプログラム（処理）を実行するｄ軸電流Ｉｄのいわゆるリミッタ（制限器）として動作する。
ＩＦ |Ｉｄ|＜|Ｉｄｌｉｍ| ＴＨＥＮ Ｉｄ＊←Ｉｄ …（ａ）
ＩＦ |Ｉｄ|≧|Ｉｄｌｉｍ| ＴＨＥＮ Ｉｄ＊←Ｉｄｌｉｍ …（ｂ）

弱め界磁電流制限部６２には、仮最大弱め界磁電流設定部１０４から仮最大弱め界磁電流設定値Ｉｄｍａｘが設定される。仮最大弱め界磁電流設定値Ｉｄｍａｘは、ロータの磁石の減磁等の観点を考慮して予め設定される。ｄ軸電流Ｉｄの使用領域の上限値Ｉｄｌｉｍの絶対値は、この仮最大弱め界磁電流設定値Ｉｄｍａｘの絶対値以下の値が採れるようになっている（|Ｉｄｌｉｍ|≦|Ｉｄｍａｘ|）。

弱め界磁電流制限部６２には、また、相電流制限部１０２からモータ３０の巻線やインバータ５４を構成するスイッチング素子や配線パターンに流れる最大電流を規制する予め定められた最大相電流制限値Ｉｕｍａｘが設定される。最大相電流制限値Ｉｕｍａｘは、モータ３０の巻線抵抗がモータ温度Ｔａに応じて大きくなり発熱損失が大きくなることを考慮してモータ３０の温度センサ１０６により検出されるモータ温度Ｔａに応じて、値が設定されるマップ又は特性としてメモリに格納されている。

図７は、最大相電流制限値Ｉｕｍａｘを、Ｉｕｍａｘ＝８５［Ａｒｍｓ］に設定し、仮最大弱め界磁電流設定値ＩｄｍａｘをＩｄｍａｘ＝−１００［Ａ］に設定した場合の、ｄ軸電流制限値（ｄ軸電流制限値線）１３３で区画される、比較例のｄ軸電流Ｉｄの制限後の使用領域１３０（ハッチングを付けている領域）を示している。縦軸は、トルク電流としてのｑ軸電流Ｉｑ、横軸は、弱め界磁電流としてのｄ軸電流Ｉｄである。

モータ相電流Ｉｕ［Ａｒｍｓ］と、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄ［Ａ］と、トルク電流であるｑ軸電流Ｉｑ［Ａ］との間には、次の（１）式の関係がある。
Ｉｕ＝√（Ｉｑ^２＋Ｉｄ^２）／√３ …（１）

よって、図７において、ｑ軸電流Ｉｑの最大値（最大ｑ軸電流値）Ｉｑｍａｘは、Ｉｑｍａｘ＝√３×Ｉｕｍａｘ＝√３×８５＝１４７［Ａ］に制限される。ｄ軸電流Ｉｄの最大値は、仮最大弱め界磁電流設定値Ｉｄｍａｘ＝−１００［Ａ］に設定される。

ｄ軸電流Ｉｄの制限後の使用領域１３０は、電流ベクトル制限円１３２を構成する図７中、実線で示す円弧の部分１３３と仮最大弱め界磁電流設定値Ｉｄｍａｘによるｄ軸電流制限値線１３３により区画（規定）されるハッチング領域になる。このようにして、その図７に示すように、トルク電流であるｑ軸電流Ｉｑに応じて、ｄ軸電流Ｉｄの使用領域の上限値Ｉｄｌｉｍが、ｄ軸電流制限値線１３３で規定される。上述したように、ｄ軸電流指令値ｉｄｃｏｍをｉｄｃｏｍ＝０［Ａ］に設定しているので、ｄ軸電流目標値ｉｄｔが、ｉｄｔ＝ｉｄｃｏｍ＋Ｉｄ＊＝Ｉｄ＊として、制御装置４０中の加算部８６（図２参照）により算出されることに留意する。

なお、電流ベクトル制限円１３２において、「電流ベクトル」は、図７中の原点を始点とし、電流ベクトル制限円１３２の円周上を終点とするベクトルであり、その電流ベクトルは、ｑ軸電流Ｉｑの成分ベクトル（電流ベクトル）と、ｄ軸電流Ｉｄの成分ベクトル（電流ベクトル）と、から構成される。

ところで、電動パワーステアリング装置１０は、図１に示したように、モータ３０と操向ハンドル１２とが動力伝達機構２８を介して連結されている。

この場合、操向ハンドル１２の回転速度は、運転者により操舵されるため、人が操舵できる範囲に回転速度が規制される。よって、モータ３０の回転速度も、その低い回転数により規制されることになり、概ね、Ｎｍ＝３０００［ｒｐｍ］以下で使用に供される。このことに着目して理論的に分析した結果、電動パワーステアリング装置１０のようにモータ３０のモータ回転数Ｎｍが低く規制されている場合には、図７の電流ベクトルの使用領域（ハッチング領域）１３０において、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの増加が回転数（＝回転速度）Ｎｍの増加には寄与せずに、発熱のみが増加してしまう領域があることが分かった。

弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの増加がモータ回転数Ｎｍの増加には寄与せずに発熱のみが増加してしまう領域の計算の仕方については、後に詳しく説明するが、モータ回転数Ｎｍが低く規制されている場合に、図７と同様に、最大相電流制限値Ｉｕｍａｘを、Ｉｕｍａｘ＝８５［Ａｒｍｓ］に設定し、仮最大弱め界磁電流設定値ＩｄｍａｘをＩｄｍａｘ＝−１００［Ａ］に設定した場合の、実施形態に係る図８Ａ、図８Ｂにおいて、発熱のみが増加する領域１３５をドットを付けた領域１３５で示している。

図８Ａ及びその使用例を示す図８Ｂに示すように、弱め界磁電流制限部６２は、基本的には、モータ回転数Ｎｍとトルク電流であるｑ軸電流Ｉｑ（ｑ軸実電流ｉｑｒ）を引数（アドレス）として弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの上限値Ｉｄｌｉｍを、図８Ａ、図８Ｂ中、ハッチング領域で示す制限後の使用領域１３４の範囲に制限する。

図８Ｂに示すように、ｑ軸電流ＩｑがＩｑ＝Ｉｑ´であるとき、ｄ軸電流Ｉｄの制限後の電流ベクトルｋは、制限前電流ベクトルｉから制限値電流ベクトルｊを引いたベクトルで表すことができる。

ここで、図８Ａ、図８Ｂ中、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの増加がモータ回転数Ｎｍの増加には寄与せずに発熱のみが増加する領域１３５の計算の仕方を、具体的数値例で説明する。

まず、Ｐｎ：極対数（既知）、Φａ：起電圧定数（既知）、Ｖｄ：ｄ軸電圧、Ｖｑ：ｑ軸電圧、Ｉｄ：ｄ軸電流、Ｉｑ：ｑ軸電流、Ｒ：抵抗（既知）、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス（既知）、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス（既知）、Ｖｉ：線間電圧（＝電源電圧Ｖｂ／√２）（測定値・算出値）、ωｅ：ロータの電気角速度（測定値・算出値）、ｐ：微分演算子、Ｔｍ：モータトルク、Ｔｆ：フリクショントルク（既知）、Ｉｕ：相電流（測定値）とする。

電流−トルク特性は、（２）式で得られる。
Ｔｍ＝Ｐｎ｛Φａ×Ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ×Ｉｑ｝−Ｔｆ
≒Ｐｎ（Φａ×Ｉｑ）−Ｔｆ …（２）

ただし、Ｌｄ≒Ｌｑ：この実施形態においては、モータ３０をブラシレスモータの非突極機としているので、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差がゼロ値となる。

相電流は、上記（１）式を再掲すると、次の通りである。
Ｉｕ＝√（Ｉｑ^２＋Ｉｄ^２）／√３ …（１）

通常、マトリクス表記されるｄｑ軸電圧方程式は、次の（３）式及び（４）式で得られる。
Ｖｄ＝（Ｒａ＋ｐＬｄ）×Ｉｄ＋（−ωｅＬｑ）×Ｉｑ＋０ …（３）
Ｖｑ＝ωｅＬｄ×Ｉｄ＋（Ｒａ＋ｐＬｑ）×Ｉｑ＋ωｅΦａ …（４）

線間電圧Ｖｉとｑ軸電圧Ｖｑとｄ軸電圧Ｖｄの関係は、（５）式で与えられる。
Ｖｉ＝√（Ｖｄ^２＋Ｖｑ^２） …（５）

ここで、定常状態のモータ出力特性を計算するために（定常解を得るために）、（３）、（４）式における微分演算子ｐを含む項は微小量とみなしてゼロ値とする。

そして、上記（５）式の両辺を自乗し、上記（３）、（４）を代入して整理すると、次の（６）式が得られる。
Ｖｉ^２＝Ｖｄ^２＋Ｖｑ^２
＝（Ｒａ×Ｉｄ−ωｅＬｑ×Ｉｑ）^２
＋（Ｒａ×Ｉｑ＋ωｅＬｄ×Ｉｄ＋ωｅΦａ）^２ …（６）

ここで、（６）式の右辺（Ｒａ×Ｉｄ−ωｅＬｑ×Ｉｑ）^２＋（Ｒａ×Ｉｑ＋ωｅＬｄ×Ｉｄ＋ωｅΦａ）^２から左辺Ｖｉ^２を引いた式を０と置いた、電気角速度ωｅ［ｒａｄ／ｓ］を変数とする二次方程式（ａ・ωｅ^２＋２ｂ・ωｅ＋ｃ＝０）をその変数である電気角速度ωｅ［ｒａｄ／ｓ］について解くと、ωｅ＝｛−ｂ±√（ｂ^２−ａｃ）｝／ａ、となることから、次の（７）式が得られる。
ωｅ＝［−Ｒａ×Ｉｑ（−Ｌｑ×Ｉｄ＋Ｌｄ×Ｉｄ＋Φａ）±√［｛Ｒａ×Ｉｑ（−Ｌｑ×Ｉｄ＋Ｌｄ×Ｉｄ＋Φａ）｝^２−｛（Ｌｄ×Ｉｄ＋Φａ）^２＋Ｌｑ^２×Ｉｑ^２｝｛Ｒａ^２×（Ｉｄ^２＋Ｉｑ^２）−Ｖｉ^２｝］］／｛（Ｌｄ×Ｉｄ＋Φａ）^２＋Ｌｑ^２×Ｉｑ^２｝
…（７）

なお、モータ回転数Ｎｍ［ｒ／ｓ］と電気角速度ωｅ［ｒａｄ／ｓ］との関係は、（８）式で変換できるので、（７）式に代入すれば、モータ回転数Ｎｍとｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑとの関係を求めることができる。
Ｎｍ＝（ωｅ／２π）／Ｐｎ …（８）

上記（７）式において、例えば、同一トルクでモータ回転数Ｎｍを変化させるために、トルク電流であるｑ軸電流値ＩｑをＩｑ＝８１［Ａ］一定とし、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄを０値から変化させると、図９に示すように、ｄ軸電流ＩｄがＩｄ＝Ｉｄｍ＝−８４［Ａ］までは、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値の増加に応じてモータ回転数Ｎｍが増加する、すなわち、弱め界磁制御の効果が発生されるが、それ以上ｄ軸電流Ｉｄの絶対値を増加させてもモータ回転数Ｎｍが減少し、一方で発熱損失量Ｐｌｏｓｓ［Ｗ］は、Ｐｌｏｓｓ＝Ｒａ×Ｉｕ^２［Ｗ］で算出されるので、発熱損失のみが増加することが分かる。ｄ軸電流ＩｄがＩｄ＝Ｉｄｍ＝−８４［Ａ］でのモータ回転数Ｎｍを最大回転数Ｎｍｍａｘという。前記ｄ軸電流Ｉｄｍを、実行最大ｄ軸電流値という。

ここで、ｑ軸電流値Ｉｑを変化させて、上記の（７）式を解くと、図１０に示すｑ軸電流制限値（ｑ軸電流制限値線）１３３Ｒを算出することができる。

なお、図９例の場合、ｄ軸電流値ＩｑをＩｄ＝０〜Ｉｄｍ＝０〜−８４［Ａ］まで使用することで、モータ回転数ＮｍとしてＮｍ＝Ｎｍｍａｘ＝２８００［ｒｐｍ］まで対応できるが、モータ回転数Ｎｍ＝２５００［ｒｐｍ］まで対応させる場合等には、ｄ軸電流値ＩｄとしてＩｄ＝−５０［Ａ］程度に制限すればよい。

［実施例１］
弱め界磁電流制限部６２の実施例１について、図１１を参照して説明する。

図１１は、モータ回転数ＮｍがＮｍ＝３０００［ｒｐｍ］以下の場合に、例として、制限前の電流ベクトルが同図中の電流ベクトルＡ（トルク電流＝ｑ軸電流Ｉｑ＝７５［Ａ］、弱め界磁電流＝ｄ軸電流Ｉｄ＝−１００［Ａ］、モータ相電流Ｉｕ＝７２［Ａｒｍｓ］）の時に、弱め界磁電流制限部６２により、同図中の電流ベクトルＢ（トルク電流＝ｑ軸電流Ｉｑ＝７５［Ａ］、弱め界磁電流＝ｄ軸電流Ｉｄ＝−７５［Ａ］、モータ相電流Ｉｕ＝６１［Ａｒｍｓ］）に制限された場合を示す。

トルク電流軸のｑ軸電流Ｉｑが制限前後でも、Ｉｑ＝７５［Ａ］に保持されていることから、モータ３０によるアシストトルクは一定に保持される。また、モータ回転数ＮｍがＮｍ＝３０００［ｒｐｍ］以下に規定されているこの場合においては、弱め界磁電流であるｄ軸電流ＩｄをＩｄ＝−７５［Ａ］に制限しても、モータ回転数Ｎｍは制限の前後で保持（すなわち、概ね同回転数に）される。

従って、図１１例では、モータ３０のトルク（ｑ軸電流Ｉｑに比例する。）とモータ回転数Ｎｍを保持したまま、発熱源となる相電流Ｉｕを７２［Ａｒｍｓ］（７２＝√（１００^２＋７５^２）／√３）から６１［Ａｒｍｓ］（６１＝√（７５^２＋７５^２）／√３）に低減することができる。発熱量は電流の二乗に比例することから、発熱量の低減割合は（６１／７２）^２＝０．７２となり、弱め界磁の効果、すなわちモータ回転数Ｎｍの増加量は略同一であっても、約２８［％］の発熱低減効果が得られることが分かる。

［実施例２］
弱め界磁電流制限部６２の実施例２について、図１２Ａ、図１２Ｂを参照して説明する。

図１２Ａは、図８Ａにおける仮最大弱め界磁電流Ｉｄｍａｘを、Ｉｄｍａｘ＝−１００［Ａ］からＩｄｍａｘ＝−１０８［Ａ］に変更して描いた使用領域を示す図であり、図１２Ｂは、温度センサ１０６により検出されるモータ温度Ｔａが上昇した場合の使用領域を示す図である。

電動パワーステアリングにおいて、電流ベクトル制限円と組み合わせることで、より効果的な発熱抑制が可能となる。例えば、通常の温度時は、電流ベクトル制限円を、図１２Ａに示すように、最大相電流制限値Ｉｕｍａｘ＝８５［Ａｒｍｓ］の電流ベクトル制限円１３２に設定し、温度上昇に対応したさらなる低減が必要になった場合は、図１２Ｂに示すように、最大相電流制限値Ｉｕｍａｘ＝７５［Ａｒｍｓ］の電流ベクトル制限円１３２Ｂに切り替える。

これにより、後述するような温度低減効果を、電流ベクトル制限円の大きさに応じて効果的に得ることができる。電動パワーステアリングにおいては、モータ温度の他、ＥＣＵの温度などにより相電流の最大値が制限される場合があり、その場合等に有効である。

［実施例２の具体例］
図１２Ａ、図１２Ｂを参照して説明した実施例２の弱め界磁電流制限部６２の動作例に対して、電流制限ベクトル円の大きさに応じて制限値を設定する具体例を図１３Ａ、図１３Ｂに示す。

図１３Ａは電流ベクトル制限円１３２が最大相電流制限値Ｉｕｍａｘ＝８５［Ａｒｍｓ］の場合（図１２Ａを再掲）であり、モータ回転数ＮｍがＮｍ＝３０００［ｒｐｍ］以下に規制されている場合に、例として、制限前の電流ベクトルが同図中の電流ベクトルＡ（トルク電流Ｉｑ＝１００［Ａ］、ｄ軸電流（弱め界磁電流）Ｉｄ＝−１０８［Ａ］、モータ相電流Ｉｕ＝８５［Ａｒｍｓ］）から、弱め界磁電流制限部６２により、同図中の電流ベクトルＢ（トルク電流Ｉｑ＝１００［Ａ］、ｄ軸電流（弱め界磁電流）Ｉｄ＝−７０［Ａ］、モータ相電流Ｉｕ＝７０［Ａｒｍｓ］）に制限することができ、発熱量の低減割合は（７０／８５）^２＝０．６８となり、約３２［％］の発熱低減効果が得られる。

これに対して、図１３Ｂは、電流ベクトル制限円１３２Ｂが最大相電流制限値Ｉｕｍａｘ＝７５［Ａｒｍｓ］の場合（図１２Ｂを再掲）であり、同図中の電流ベクトルＣ（Ｉｑ＝１００［Ａ］、Ｉｄ＝−８２［Ａ］、Ｉｕ＝７５［Ａｒｍｓ］）から、弱め界磁電流制限部６２により、同図中の電流ベクトルＤ（Ｉｑ＝１００［Ａ］、Ｉｄ＝−７０［Ａ］、Ｉｕ＝７０［Ａｒｍｓ］）に制限することができ、発熱量の低減割合は（７０／７５）^２＝０．８７となり、約１３［％］の発熱低減効果が得られる。このように、電流制限ベクトル円の大きさに応じて電流制限の設定を変更することは、電動パワーステアリングにおいては、ＥＣＵの温度などにより相電流の最大値が制限される場合があるため、その場合に効果がある。

［実施例３］
モータ３０の電源電圧であるバッテリ６０のバッテリ電圧Ｖｂを検出する電圧センサ６４と弱め界磁電流制限部６２とを組み合わせることで、より効果的な発熱抑制が可能となる。例えば、バッテリ電圧ＶｂがＶｂ＝１２［Ｖ］の場合に対して、バッテリ電圧ＶｂがＶｂ＝１３［Ｖ］に上昇した場合には、さらに小さな弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄによりモータ３０を駆動することが可能となる。すなわち、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄをより小さな値に制限することが可能となる。その結果、より効果的に発熱を抑制することができる。このことは、バッテリ電圧Ｖｂが、車載電装部品の使用状況によりモータ３０に供給される電源電圧であるバッテリ電圧Ｖｂが１２〜１６［Ｖ］程度の範囲で変動する電動パワーステアリングにおいて、より効果的である。バッテリ電圧Ｖｂに応じた制限値の設定例について図１４Ａ、図１４Ｂを参照して説明する。

バッテリ電圧Ｖｂが増加した場合には、図１６に示したように、同一のｄ軸電流値Ｉｄに対してよりモータ回転数Ｎｍが増加する。

そこで、この実施例３では、図１４Ｂに示す電源電圧がＶｂ＝１３［Ｖ］の場合には、図１４Ａに示す電源電圧ＶｂがＶｂ＝１２［Ｖ］の場合に比較して、弱め界磁電流制限部６２により、使用領域を使用領域１３４から使用領域１３４Ｃに制限することができる。

［実施例３の具体例］
バッテリ電圧Ｖｂに応じて、制限値を設定した実施例３の具体例を図１５Ａ、図１５Ｂに示す。

図１５Ａは、バッテリ電圧ＶｂがＶｂ＝１２［Ｖ］の場合であり、例として、同図中の電流ベクトルＡ（Ｉｑ＝１１５［Ａ］、Ｉｄ＝−８０［Ａ］、モータ相電流Ｉｕ＝８１［Ａｒｍｓ］）から、弱め界磁電流制限部６２により、同図中の電流ベクトルＢ（Ｉｑ＝１１５［Ａ］、Ｉｄ＝−６０［Ａ］、Ｉｕ＝７５［Ａｒｍｓ］）に制限することができ、発熱量の低減割合は（７５／８１）^２＝０．８６となり、約１４［％］の発熱低減効果が得られる。

これに対して、図１５Ｂは、バッテリ電圧ＶｂがＶｂ＝１３［Ｖ］に増加したした場合であり、同図中の電流ベクトルＣ（Ｉｑ＝１１５［Ａ］、Ｉｄ＝−８０［Ａ］、モータ相電流Ｉｕ＝８１［Ａｒｍｓ］）から、弱め界磁電流制限部６２により、同図中の電流ベクトルＤ（Ｉｑ＝１１５［Ａ］、Ｉｄ＝−４５［Ａ］、Ｉｕ＝７１［Ａｒｍｓ］）に制限することができ、発熱量の低減割合は（７１／８１）^２＝０．７７となり、約２３［％］の発熱低減効果が得られる。

このように、モータ３０の電源電圧であるバッテリ電圧Ｖｂやモータ温度Ｔａに応じて電流制限の設定を変更することは、車載電装部品の使用状況によりバッテリ電圧Ｖｂが１２［Ｖ］〜１６［Ｖ］程度まで変動する電動パワーステアリング装置１０においては効果的である。

［実施形態のまとめ］
上述した実施形態によれば、運転者の操向ハンドル１２の操作による操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータ３０を駆動制御する電動パワーステアリング装置１０であって、以下の技術的特徴［１］−［５］を有する。

［１］前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部としての操舵トルクセンサ３２と、操舵トルクセンサ３２の出力信号である操舵トルクＴｑに基づいて、モータ３０のトルク電流であるｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍを設定するトルク電流設定部としてのｑ軸目標電流設定部７０と、ｑ軸目標電流設定部７０にて設定されたｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍ及びモータ３０のモータ回転数Ｎｍに基づいて、モータ３０の界磁を弱めるための弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄを設定するｄ軸電流設定部６１と、前記ｑ軸目標電流設定部７０によって設定されたｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍ及びｄ軸電流設定部６１によって設定されたｄ軸電流Ｉｄに基づいてモータ３０を駆動制御するモータ駆動制御部としてのモータ駆動制御装置４２と、ｄ軸電流Ｉｄを制限値以下のｄ軸電流Ｉｄ＊に設定する弱め界磁電流制限部（ｄ軸電流制限部）６２と、を備え、弱め界磁電流制限部６２は、モータ３０のトルク電流であるｑ軸実電流ｉｑｒに応じてｄ軸電流（弱め界磁電流）Ｉｄの前記制限値を設定する。

上記の技術的特徴［１］を有する電動パワーステアリング装置１０によれば、ｑ軸目標電流設定部７０によって設定されたｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍに応じて、換言すればモータ３０の駆動状況に応じてｄ軸電流（弱め界磁電流）Ｉｄの制限値を設定するようにしているので、制限値の設定が容易であり、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータ３０の駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。

これにより、ｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍを変化させたときに無駄な（無効な、不必要な）弱め界磁制御を行うことを避けることができる。すなわち、無駄な（無効な、不必要な）弱め界磁電流の増加によるモータ３０のモータ回転数Ｎｍの低下や、無駄な発熱を避けることができる。

［２］上記の弱め界磁電流制限部６２は、モータ３０のトルク電流であるｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍに応じて弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの前記制限値を設定する際、ｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍに対応するｑ軸実電流値ｉｑｒの値毎に、当該ｑ軸実電流値ｉｑｒの値を保持して、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの値の絶対値を増加させたときに、図９に示したように、モータ回転数Ｎｍが最大回転数Ｎｍｍａｘから所定回転数ΔＮｍ減少したときの弱め界磁電流値であるｄ軸電流値Ｉｄｂ又はＩｄａに設定する。

上記の技術的特徴［２］を有する電動パワーステアリング装置１０によれば、それ以上弱め界磁を強めるとモータの回転数が下がってしまうピーク値である最大回転数Ｎｍｍａｘでの弱め界磁電流値である実行最大ｄ軸電流値Ｉｄｍを制限値の基準値（図９中、基準値＝Ｉｄｍ）とし、誤差等を考慮して最大回転数Ｎｍａｘから所定回転数ΔＮｍ減少したときの弱め界磁電流値であるｄ軸電流値Ｉｄａ、Ｉｄｂを制限値としたので、操舵入力検出部としての操舵トルクセンサ３２等の各機能部に誤差やばらつきが存在した場合において、制限値の設定が容易になる。換言すれば、電動パワーステアリング装置１０を構成する部品及びセンサ等を選択する際の設計の自由度が大きく、且つコストを低減することができる。

［３］上記の技術的特徴［２］を有する電動パワーステアリング装置１０において、弱め界磁電流制限部６２は、モータ３０のトルク電流であるｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍに応じて弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの前記制限値を設定する際、ｑ軸電流指令値ｉｑｃｏｍに対応するｑ軸実電流値ｉｑｒの値毎に、当該ｑ軸実電流値ｉｑｒの値を保持して、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの値を増加させたときに、図９に示したように、モータ回転数Ｎｍが最大回転数Ｎｍｍａｘとなる弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの値（実行最大ｄ軸電流値Ｉｄｍ）に設定する。

上記の技術的特徴［３］を有する電動パワーステアリング装置１０によれば、それ以上弱め界磁を強めるとモータ回転数Ｎｍが下がってしまう、モータ回転数Ｎｍのピーク値となる最大回転数Ｎｍｍａｘでの弱め界磁電流値である実行最大ｄ軸電流値Ｉｄｍを制限値としたので、前記制限値までの間では、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの値の増加に応じてモータ回転数Ｎｍが増加することとなり、軽快な操舵フィーリングを保持したまま、発熱損失量を抑制することができる。すなわち、不必要な弱め界磁電流の増加に伴う無駄な発熱を回避することができる。

［４］さらに、モータ３０の相電流Ｉｕの上限値Ｉｕｍａｘを設定する相電流制限部１０２と、相電流制限部１０２によりモータ３０の相電流Ｉｕの上限値Ｉｕｍａｘが変更されたとき、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して説明したように、上限値Ｉｕｍａｘの変更に応じて、トルク電流であるｑ軸電流Ｉｑの値と弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの値とにより決定されるベクトルの大きさを表す電流制限円の大きさを変更し、変更後の電流制限円内に、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの前記制限値で制限される制限後の使用領域を設定する弱め界磁電流制限後の使用領域設定部としての弱め界磁電流制限部６２と、を備えるようにする。

上記の技術的特徴［４］を有する発明によれば、電動パワーステアリング装置１０の発熱状況により、相電流Ｉｕを制限する必要がある場合に対応して、弱め界磁電流制限部６２を簡易に構築することができる。

［５］さらにまた、弱め界磁電流制限部６２は、図１４Ａ、図１４Ｂを参照して説明したように、電動パワーステアリング装置１０の電源電圧値であるバッテリ電圧Ｖｂに基づいて、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの前記制限値を変更する。バッテリ電圧Ｖｂに基づいて制限値をさらに変更するので、より効果的な発熱抑制が可能となる。

よって、弱め界磁制御によって操向ハンドル１２の操作に係る軽快な操舵フィーリングを保持しつつ、上記のように、弱め界磁制御が有効ではなくなって無駄な発熱が発生する事象を、モータ３０の駆動状況に応じて簡易な構成で且つ効果的に回避することができる。

上述したように、この実施形態では、弱め界磁電流であるｄ軸電流Ｉｄの増加（絶対値の増加）がモータ回転数Ｎｍの増加に寄与せず、発熱のみが増加してしまう領域を使用しないように電流の使用領域を制限するようにしている。これにより、操舵速度が低く規定されている電動パワーステアリング装置１０のモータ３０においては、モータ３０から出力されるトルクおよび回転数を保持したまま、モータ駆動電流による発熱を抑制する効果が得られる。この効果により、電動パワーステアリング装置１０の軽快な操舵フィーリングを保持したまま、モータ電流による発熱を抑制し、電動パワーステアリング装置１０を発熱から保護することができる。

実際に、電動パワーステアリング装置１０の発熱が厳しい状況、例えば、真夏の高速道路走行直後に、駐車場で車庫入れをするために、据え切りを数分間連続して行った状況等を想定した耐久試験において、電動パワーステアリング装置１０のモータ３０を構成する部品の最高温度は、１４５［℃］程度から１１５［℃］程度に低減することができた。

また、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採りうることができる。

１０…電動パワーステアリング装置 １２…操向ハンドル
１４…ステアリング軸 １６…ピニオン
１８…ラック ２０…ラック軸
２２…ラック・ピニオン機構 ２４…タイロッド
２６…前輪 ２８…動力伝達機構
３０…モータ ３２…操舵トルクセンサ
３４…舵角センサ ３６…車速センサ
３８…回転角センサ ４０…制御装置
４２…モータ駆動制御装置 ５０…モータ制御システム
５６…モータ電流センサ ５８…ｄｑ変換部
６０…バッテリ ６１…ｄ軸電流設定部
６２…弱め界磁電流制限部 ６７…指令トルク算出部
６８…目標電流設定部 ７０…ｑ軸目標電流設定部
７２…ｄ軸目標電流設定部 ９０…ｄｑ逆変換部
１０２…相電流制限部 １０４…仮最大弱め界磁電流設定部
１０６…温度センサ １１２…ｑ軸指令電圧対応処理部
１１４…ｑ軸実電流対応処理部 １１６…モータ回転速度対応処理部
１１８…相乗積演算部 １２２…ｑ軸実電流対応マップ
１２４…ｑ軸指令電圧対応マップ １２６…モータ回転速度対応マップ

Claims (4)

1. 運転者の操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置であって、
   前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部と、
   前記操舵入力検出部からの信号に基づいて、前記モータのトルク電流を設定するトルク電流設定部と、
   前記トルク電流設定部にて設定された前記トルク電流及び前記モータの回転数に基づいて、前記モータの界磁を弱めるための弱め界磁電流を設定する弱め界磁電流設定部と、
   前記トルク電流設定部によって設定された前記トルク電流及び前記弱め界磁電流設定部によって設定された前記弱め界磁電流に基づいて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御部と、
   前記弱め界磁電流を制限値以下に設定する弱め界磁電流制限部と、
   を備え、
   前記弱め界磁電流制限部は、
   前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を、設定するものであり、前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定する際、前記トルク電流の値毎に、当該トルク電流の値を保持して前記弱め界磁電流の値を増加させたときに、前記モータ回転数が最大回転数から所定回転数減少したときの弱め界磁電流値を前記制限値に設定する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 運転者の操舵入力に応じて操舵アシスト用のモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置であって、
   前記操舵入力の大きさを検出する操舵入力検出部と、
   前記操舵入力検出部からの信号に基づいて、前記モータのトルク電流を設定するトルク電流設定部と、
   前記トルク電流設定部にて設定された前記トルク電流及び前記モータの回転数に基づいて、前記モータの界磁を弱めるための弱め界磁電流を設定する弱め界磁電流設定部と、
   前記トルク電流設定部によって設定された前記トルク電流及び前記弱め界磁電流設定部によって設定された前記弱め界磁電流に基づいて前記モータを駆動制御するモータ駆動制御部と、
   前記弱め界磁電流を制限値以下に設定する弱め界磁電流制限部と、
   を備え、
   前記弱め界磁電流制限部は、
   前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を、設定するものであり、前記モータの前記トルク電流に応じて前記弱め界磁電流の前記制限値を設定する際、前記トルク電流の値毎に、当該トルク電流の値を保持して前記弱め界磁電流の値を増加させたときに、前記モータ回転数が最大回転数となる前記弱め界磁電流の値に前記制限値を設定する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   さらに、
   前記モータの相電流の上限値を設定する相電流制限部と、
   前記相電流制限部により前記モータの相電流の上限値が変更されたとき、前記上限値の変更に応じて、前記トルク電流の値と前記弱め界磁電流の値とにより決定されるベクトルの大きさを表す電流制限円を変更し、変更後の電流制限円内に、前記弱め界磁電流の前記制限値で制限される制限後の使用領域を設定する弱め界磁電流制限後の使用領域設定部と、
   を備える
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記弱め界磁電流制限部は、
   当該電動パワーステアリング装置の電源電圧値に基づいて、前記弱め界磁電流の前記制限値を変更する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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