(57)【要約】      （修正有）【課題】入力の制限によりトルク及び推力伝達機構の破損を抑制した電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ラックエンド手前の所定角度の範囲内で粘弾性モデルを規範モデルとした、モデルフォローイング制御の構成であり、入力側ラック軸力に基づいて目標ラック変位を演算するＦＢ要素と、目標ラック変位及びラック変位の位置偏差に基づいて出力側ラック軸力を出力する制御要素部とで構成され、ＦＢ要素及び制御要素部を可変して設定する補正部と、ラック軸力から入力側ラック軸力を演算する軸力演算部とを具備し、ラック軸力演算部が、ラック軸力の絶対値及び符号を算出する絶対値／符号部２０１−１と、絶対値が所定値以上であるかを判定する判定部２０１−２と、絶対値から所定値を減算する減算部２０１−３と、減算結果に符号を乗算する乗算部２０１−４と、乗算結果又は固定値を出力する切替部２０１−５とで構成されている。【選択図】図１７
2017165306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
ラックエンド手前の所定角度ｘ０の範囲内で粘弾性モデルを規範モデルとした、フィードバック制御部で成るモデルフォローイング制御の構成であり、
前記フィードバック制御部が入力側ラック軸力ｆに基づいて目標ラック変位を演算するフィードバック要素と、前記目標ラック変位及びラック変位ｘの位置偏差に基づいて出力側ラック軸力ｆｆを出力する制御要素部とで構成され、
前記フィードバック要素及び前記制御要素部の少なくとも一方のパラメータを可変して設定する補正部と、
前記操舵トルク及び前記電流指令値に基づくラック軸力ｆ３から前記入力側ラック軸力ｆを演算する軸力演算部と、
を具備し、
前記ラック軸力演算部が、
前記ラック軸力ｆ３の絶対値及び符号を算出する絶対値／符号部と、前記絶対値がスレッショルド以上であるかを判定する判定部と、前記絶対値から前記スレッショルドを減算する減算部と、減算結果に前記符号を乗算する乗算部と、前記乗算結果又は固定値を出力する切替部とで構成され、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制していることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記切替部は、前記判定部が前記絶対値が前記スレッショルド以上であると判定したときに、前記乗算結果を前記入力側ラック軸力ｆとして出力するようになっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記切替部は、前記判定部が前記絶対値が前記スレッショルド未満であると判定したときに、前記固定値を前記入力側ラック軸力ｆとして出力するようになっている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記固定値が０である請求項１乃至３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記切替部の後段に、最大値を制限するリミッタが設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、電流指令値によってモータを駆動し、車両の操舵系にアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に粘弾性モデルを規範モデルとし、ラックエンド近傍で電流指令値を絞ることによりアシストトルクを減少させ、端当て時の勢いを減衰させ、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制するようになっており、ラック軸力（ＳＡＴ）、ラック変位に基づいて規範モデルのモデルパラメータ、制御系（フィードバック制御部）の制御パラメータを可変させ、入力の制限によりトルク及び推力伝達機構の破損を抑制し、安全性を向上し、かつ、あらゆる路面状況にも対応可能な高性能な電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。
【０００３】
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいて、アシストマップを用いてアシスト指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。
【０００４】
コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller  Area  Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。
【０００５】
このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。
【０００６】
図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは電流指令値を演算するトルク制御部３１に入力され、演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。減算部３２Ｂでの減算結果である偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆ１−Ｉｍ）はＰＩ制御等の電流制御部３５で制御され、電流制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力されてデューティを演算され、ＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。モータ２０にはレゾルバ等の回転角センサ２１が連結されており、回転角θが検出されて出力される。
【０００７】
このような電動パワーステアリング装置では、操舵系の最大舵角（ラックエンド）の近傍で大きなアシストトルクがモータにより付加されると、操舵系が最大舵角に至った時点で大きな衝撃が生じ、トルク及び推力伝達機構に過大な負荷がかかり、耐久性を劣化させる可能性がある。
【０００８】
そのため、特公平６−４４１７号公報（特許文献１）には、操舵系の操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことを判定する操舵角判定手段を備えると共に、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったときにモータへ供給する電力を減少させて、アシストトルクを減少させる補正手段を備えた電動式パワーステアリング装置が開示されている。
【０００９】
また、特許第４１１５１５６号公報（特許文献２）には、調節機構が端位置に近づいているかどうかを決定し、調節機構が端位置に近づいていることがわかった場合、ステアリング補助を減少するように駆動手段を制御し、調節機構が端位置に近付く速度を決定するため、位置センサによって決定された調節速度が評価される電動パワーステアリング装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平６−４４１７号公報
【特許文献２】特許第４１１５１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された電動式パワーステアリング装置では、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことで電力を減少させており、操舵速度等を全く考慮していないので、微細な電流低減制御ができない。また、モータのアシストトルクを減少させる特性が全く示されておらず、具体的な構成となっていない。
【００１２】
また、特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置では、アシスト量を終端に向かうに従って減少していくが、終端に近づく速度に応じてアシスト量低減の速さを調整し、終端での速度を十分に落とすようにしている。しかし、特許文献２では、速度に応じて低減する特性を変化させることのみを示しており、物理的なモデルには基づいていない。また、フィードバック制御していないため、路面状況（負荷状態）によっては特性或いは結果が変化する恐れがある。
【００１３】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、物理モデルに基づいた制御系を構成し、規範モデルに制御対象の出力（ラックエンドまでの距離）が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制し、安全性を更に向上させると共に、フィードバック（ＦＢ）制御部のモデルパラメータ、制御パラメータを可変とし、入力制限によりトルク及び推力伝達機構の破損を抑制した高性能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、ラックエンド手前の所定角度ｘ０の範囲内で粘弾性モデルを規範モデルとした、フィードバック制御部で成るモデルフォローイング制御の構成であり、前記フィードバック制御部が入力側ラック軸力ｆに基づいて目標ラック変位を演算するフィードバック要素と、前記目標ラック変位及びラック変位ｘの位置偏差に基づいて出力側ラック軸力ｆｆを出力する制御要素部とで構成され、前記フィードバック要素及び前記制御要素部の少なくとも一方のパラメータを可変して設定する補正部と、前記操舵トルク及び前記電流指令値に基づくラック軸力ｆ３から前記入力側ラック軸力ｆを演算する軸力演算部とを具備し、前記ラック軸力演算部が、前記ラック軸力ｆ３の絶対値及び符号を算出する絶対値／符号部と、前記絶対値がスレッショルド以上であるかを判定する判定部と、前記絶対値から前記スレッショルドを減算する減算部と、減算結果に前記符号を乗算する乗算部と、前記乗算結果又は固定値を出力する切替部とで構成されていることにより達成される。
【００１５】
また、本発明の上記目的は、前記切替部は、前記判定部が前記絶対値が前記スレッショルド以上であると判定したときに、前記乗算結果を前記入力側ラック軸力ｆとして出力するようになっていることにより、或いは前記切替部は、前記判定部が前記絶対値が前記スレッショルド未満であると判定したときに、前記固定値を前記入力側ラック軸力ｆとして出力するようになっていることにより、或いは前記固定値が０であることにより、或いは前記切替部の後段に、最大値を制限するリミッタが設けられていることにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、物理モデルに基づいた制御系を構成しているので、定数設計に見通しが立て易くなり、規範モデルに制御対象の出力（ラックエンドまでの距離）が追従するようなモデルフォローイング制御を構成しているので、負荷状態（外乱）や制御対象の変動にロバスト（頑健）なトルク及び推力伝達機構の保護が可能となる利点がある。
【００１７】
更に、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、規範モデルのモデルパラメータ及び制御要素のパラメータをラック軸力、ラック変位に基づいて可変しているので制御性が一層向上し、また、ラック軸力の入力を制限しているので衝撃を抑制することができ、あらゆる路面状況に応じた対応が可能となる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の構成例を示すブロック図である。
【図４】ラック位置変換部の特性例を示す図である。
【図５】粘弾性モデル追従制御部の構成例（実施形態１）を示すブロック図である。
【図６】粘弾性モデル追従制御部の構成例（実施形態２）を示すブロック図である。
【図７】本発明の動作例（全体）を示すフローチャートである。
【図８】粘弾性モデル追従制御部の動作例を示すフローチャートである。
【図９】粘弾性モデルの模式図である。
【図１０】粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。
【図１１】粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。
【図１２】粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。
【図１３】粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。
【図１４】粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施形態３）を示すブロック図である。
【図１５】ラック位置によって規範モデルのパラメータを変更する例を示す図である。
【図１６】走行状態による反力（ラック軸力）の特性例を示す特性図である。
【図１７】本発明の第１実施例を示すブロック構成図である。
【図１８】制御パラメータ設定部の特性例を示す特性図である。
【図１９】本発明の第１実施例の動作例を示すフローチャートである。
【図２０】フィードバック制御の動作例を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の動作例（第１実施例）を示すタイムチャートである。
【図２２】本発明の第２実施例を示すブロック構成図である。
【図２３】本発明の動作例（第２実施例）を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、ラックエンド近傍の物理モデルに基づいた制御系を構成し、粘弾性モデル（バネ定数、粘性摩擦係数）を規範モデルとし、その規範モデルに制御対象の出力（ラックエンドまでの距離）が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制し、安全性を更に向上させると共に、フィードバック（ＦＢ）制御部のモデルパラメータ、制御パラメータを可変とし、入力制限によりトルク及び推力伝達機構の破損を抑制した電動パワーステアリング装置である。
【００２０】
モデルフォローイング制御は粘弾性モデル追従制御部で構成し、粘弾性モデル追従制御部をフィードフォワード制御部若しくはフィードバック制御部或いはその両者で構成し、ラックエンド手前の所定角度外では通常のアシスト制御を行い、ラックエンド手前の所定角度内でモデルフォローイング制御を行い、ラックエンドに当たることを防止する。
【００２１】
更に本発明では、モデルフォローイング制御の粘弾性モデルのモデルパラメータ及び制御要素に対する制御パラメータ（フィードバック制御部の制御ゲイン）を所定角度内で可変すると共に、ラック軸力の入力を制限する。例えば、開始舵角付近では、粘弾性モデルのバネ項を小さく、制御ゲインを低くし、ラックエンドに近づくにつれて大きく設定する。また、所定角度範囲内に入ったときのラック軸力が小さいほどバネ項を大きくし、制御ゲインを大きく設定する。このようにすることで、開始舵角付近の制御量が小さく、所定範囲内外でのアシスト量の変化量が小さくなる。これにより、運転者はアシスト量の変化による反力違和感を感じないようにできる。また、ラックエンドに近い領域では制御ゲインを大きく設定し、制御量を大きくすることができるため、ラックエンドに到達することを防止できる。
【００２２】
また、路面状態（アスファルト、濡れた路面、氷上、雪上等）により、所定角度範囲のラック軸力が変化する。路面の摩擦係数が小さい場合（氷上、雪上）ではラック軸力が小さく、アスファルトでは路面摩擦係数が大きくラック軸力が大きい。モデルパラメータ、制御パラメータ（ゲイン）をアスファルトで適切に設定した場合、氷上、雪上などでは適切ではなくなる可能性がある。摩擦係数が小さい場合は、ラックエンドに向けて大きなアシスト力を発生できる余裕量が大きく、舵角が大きく進み、ラックエンドに到達する可能性が高くなる。所定角度範囲に入った時点でのラック軸力が小さいほど、粘弾性モデルのバネ定数を大きくし、制御ゲインを高くすることで、舵角進み角度を小さくすることが望まれる。そこで、本発明では、ラック軸力が小さいほど、バネ定数が大きく制御ゲインを高くすることのできる補正部を設けると共に、ラック軸力の最大入力を制限値により制限して、衝撃の抑制を図っている。
【００２３】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
先ず、本発明の前提となるモデルフォローイング制御について、図２に対応させて示す図３を説明する。
【００２５】
図３に示すモデルフォローイング制御では、電流指令値Ｉｒｅｆ１は変換部１０１でラック軸力ｆに変換され、ラック軸力ｆは粘弾性モデル追従制御部１２０に入力される。ラック軸力ｆはコラム軸トルクと等価であるが、以下の説明では便宜的にラック軸力として説明する。
【００２６】
電流指令値Ｉｒｅｆ１からラック軸力ｆへの変換は、下記数１に従って行われる。
【００２７】
【数１】
2017165306.tif 000003
ここで、Ｋｔをトルク定数［Ｎｍ／Ａ］、Ｇｒを減速比、Ｃｆを比ストローク［ｍ／ｒｅｖ．］として、Ｇ１＝Ｋｔ×Ｇｒ×（２π／Ｃｆ）である。
回転角センサ２１からの回転角θはラック位置変換部１００に入力され、判定用ラック位置Ｒｘに変換される。判定用ラック位置Ｒｘはラックエンド接近判定部１１０に入力され、ラックエンド接近判定部１１０は図４に示すように、判定用ラック位置Ｒｘがラックエンド手前の所定位置ｘ０以内にあると判定したときに端当て抑制制御機能を働かせ、ラック変位ｘを出力すると共に切替信号ＳＷＳを出力する。切替信号ＳＷＳ及びラック変位ｘは、ラック軸力ｆと共に粘弾性モデル追従制御部１２０へ入力され、粘弾性モデル追従制御部１２０で制御演算されたラック軸力ｆｆは変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換され、電流指令値Ｉｒｅｆ２は加算部１０３で電流指令値Ｉｒｅｆ１と加算されて電流指令値Ｉｒｅｆ３となる。電流指令値Ｉｒｅｆ３に基づいて、上述したアシスト制御が行われる。
【００２８】
なお、図４に示すラックエンド近接領域を設定する所定位置ｘ０は、適宜な位置に設定可能である。
【００２９】
変換部１０２でのラック軸力ｆｆから電流指令値Ｉｒｅｆ２への変換は、下記数２に従って行われる。
【００３０】
【数２】
2017165306.tif 000004
粘弾性モデル追従制御部１２０の詳細は、図５又は図６に示される。
【００３１】
図５の実施形態１では、ラック軸力ｆはフィードフォワード制御部１３０及びフィードバック制御部１４０に入力され、ラック変位ｘはフィードバック制御部１４０に入力される。フィードフォワード制御部１３０からのラック軸力ＦＦは切替部１２１に入力され、フィードバック制御部１４０からのラック軸力ＦＢは切替部１２２入力される。切替部１２１及び１２２は切替信号ＳＷＳによってＯＮ／ＯＦＦされ、切替信号ＳＷＳによってＯＦＦされているときは、各出力ｕ１及びｕ２はゼロである。切替信号ＳＷＳによって切替部１２１及び１２２がＯＮされたとき、切替部１２１からのラック軸力ＦＦがラック軸力ｕ１として出力され、切替部１２２からのラック軸力ＦＢがラック軸力ｕ２として出力される。切替部１２１及び１２２からのラック軸力ｕ１及びｕ２が加算部１２３で加算され、加算値のラック軸力ｆｆが粘弾性モデル追従制御部１２０から出力される。ラック軸力ｆｆは、変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換される。
【００３２】
また、図６の実施形態２では、ラック変位ｘはフィードフォワード制御部１３０及びフィードバック制御部１４０に入力され、ラック軸力ｆはフィードバック制御部１４０に入力される。以下は図５の実施形態１と同様に、フィードフォワード制御部１３０からのラック軸力ＦＦは切替部１２１に入力され、フィードバック制御部１４０からのラック軸力ＦＢは切替部１２２入力される。切替部１２１及び１２２は切替信号ＳＷＳによってＯＮ／ＯＦＦされ、切替信号ＳＷＳによってＯＦＦされているときは、各出力ｕ１及びｕ２はゼロである。切替信号ＳＷＳによって切替部１２１及び１２２がＯＮされたとき、切替部１２１からのラック軸力ＦＦがラック軸力ｕ１として出力され、切替部１２２からのラック軸力ＦＢがラック軸力ｕ２として出力される。切替部１２１及び１２２からのラック軸力ｕ１及びｕ２が加算部１２３で加算され、加算値のラック軸力ｆｆが粘弾性モデル追従制御部１２０から出力される。ラック軸力ｆｆは変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換される。
【００３３】
このような構成において、先ずその動作例全体を図７のフローチャートを参照して、次いで粘弾性モデル追従制御（実施形態１及び２）の動作例を図８のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
スタート段階においては、実施形態１及び２の切替部１２１及び１２２はいずれも、ラックエンド接近判定部１１０からの切替信号ＳＷＳによってＯＦＦされている。そして、動作がスタートすると先ず、トルク制御部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算し（ステップＳ１０）、ラック位置変換部１００は回転角センサ２１からの回転角θを判定用ラック位置Ｒｘに変換する（ステップＳ１１）。ラックエンド接近判定部１１０は判定用ラック位置Ｒｘに基づいてラックエンド接近か否かを判定し（ステップＳ１２）、ラックエンド接近でない場合には、粘弾性モデル追従制御部１２０からラック軸力ｆｆは出力されず、電流指令値Ｉｒｅｆ１に基づく通常の操舵制御が実行され（ステップＳ１３）、終了となるまで継続される（ステップＳ１４）。
【００３５】
一方、ラックエンド接近判定部１１０でラックエンド接近が判定された場合には、粘弾性モデル追従制御部１２０による粘弾性モデル追従制御が実行される（ステップＳ２０）。即ち、図８に示すように、ラックエンド接近判定部１１０から切替信号ＳＷＳが出力されると共に（ステップＳ２０１）、ラック変位ｘが出力される（ステップＳ２０２）。また、変換部１０１は、前記数１に従って電流指令値Ｉｒｅｆ１をラック軸力ｆに変換する（ステップＳ２０３）。図５の実施形態１では、フィードフォワード制御部１３０はラック軸力ｆに基づいてフィードフォワード制御を行い（ステップＳ２０４）、フィードバック制御部１４０はラック変位ｘ及びラック軸力ｆに基づいてフィードバック制御を行う（ステップＳ２０５）。また、図６の実施形態２では、フィードフォワード制御部１３０はラック変位ｘに基づいてフィードフォワード制御を行い（ステップＳ２０４）、フィードバック制御部１４０はラック変位ｘ及びラック軸力ｆに基づいてフィードバック制御を行う（ステップＳ２０５）。なお、いずれの場合も、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の順番は、逆であっても良い。
【００３６】
ラックエンド接近判定部１１０からの切替信号ＳＷＳは切替部１２１及び１２２に入力され、切替部１２１及び１２２がＯＮされる（ステップＳ２０６）。切替部１２１及び１２２がＯＮされると、フィードフォワード制御部１３０からのラック軸力ＦＦがラック軸力ｕ１として出力され、フィードバック制御部１４０からのラック軸力ＦＢがラック軸力ｕ２として出力される。ラック軸力ｕ１及びｕ２は加算部１２３で加算され（ステップＳ２０７）、加算結果としてのラック軸力ｆｆが変換部１０２で、前記数２に従って電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換される（ステップＳ２０８）。
【００３７】
ここで、本発明の粘弾性モデル追従制御部１２０は、ラックエンド近辺の物理モデルに基づいた制御系となっており、ラックエンド手前の所定角度以内で粘弾性モデル（バネ定数ｋ０［Ｎ／ｍ］、粘性摩擦係数μ［Ｎ／（ｍ／ｓ）］）を規範モデル（入力：力、出力：変位で記述された物理モデル）としたモデルフォローイング制御を構成し、ラックエンドに当たることを防止している。
【００３８】
図９はラックエンド近傍の模式図を示しており、質量ｍと力Ｆｏ，Ｆ１の関係は数３である。粘弾性モデルの方程式の算出は、例えば関西大学理工学会誌「理工学と技術」Ｖｏｌ．１７（２０１０）の「弾性膜と粘弾性の力学の基礎」（大場謙吉）に示されている。
【００３９】
【数３】
2017165306.tif 000005
そして、ラック変位ｘ１、ｘ２に対して、ｋ０、ｋ１をバネ定数とすると、数４〜数６が成立する。
【００４０】
【数４】
2017165306.tif 000006
【００４１】
【数５】
2017165306.tif 000007
【００４２】
【数６】
2017165306.tif 000008
従って、上記数３に上記数４〜数６を代入して数７となる。
【００４３】
【数７】
2017165306.tif 000009
上記数７を微分すると、下記数８となり、μ１／ｋ１を両辺に乗算すると数９となる。
【００４４】
【数８】
2017165306.tif 000010
【００４５】
【数９】
2017165306.tif 000011
そして、数７と数９を加算すると、数１０となる。
【００４６】
【数１０】
2017165306.tif 000012
数１０に上記数４及び数６を代入すると、下記数１１となる。
【００４７】
【数１１】
2017165306.tif 000013
ここで、μ１／ｋ１＝τｅ，ｋ０＝Ｅｒ，μ１（１／ｋ０＋１／ｋ１）＝τδとすると、上記数１１は数１２となり、ラプラス変換すると数１３が成立する。
【００４８】
【数１２】
2017165306.tif 000014
【００４９】
【数１３】
2017165306.tif 000015
上記数１３をＸ（ｓ）／Ｆ（ｓ）で整理すると、下記数１４となる。
【００５０】
【数１４】
2017165306.tif 000016
数１４は入力力ｆから出力変位ｘまでの特性を示す３次の物理モデル（伝達関数）となり、バネ定数ｋ１＝∞のバネとするとτｅ→０であり、τδ＝μ１・１／ｋ０であるので、２次関数の下記数１５が導かれる。
【００５１】
【数１５】
2017165306.tif 000017
本発明では、数１５で表される２次関数を規範モデルＧｍとして説明する。即ち、数１６を規範モデルＧｍとしている。ここで、μ１＝μとしている。
【００５２】
【数１６】
2017165306.tif 000018
次に、電動パワーステアリング装置の実プラント１４６を下記数１７で表わされるＰとし、本発明の規範モデル追従型制御を２自由度制御系で設計すると、Ｐｎ及びＰｄを実際のモデルとして図１０の構成となる。ブロック１４３（Ｃｄ）は、ＰＩＤ，ＰＩ，ＰＤ等の制御要素部を示している（例えば朝倉書店発行の前田肇、杉江俊治著「アドバンスト制御のためのシステム制御理論」参照）。
【００５３】
【数１７】
2017165306.tif 000019
実プラントＰを安定な有理関数の比で表わすために、Ｎ及びＤを下記数１８で表わす。Ｎの分子はＰの分子、Ｄの分子はＰの分母となる。ただし、αは（ｓ＋α）＝０の極が任意に選択できる。
【００５４】
【数１８】
2017165306.tif 000020
図１０の構成を規範モデルＧｍに適用すると、ｘ／ｆ＝Ｇｍとなるためには、１／Ｆを下記数１９のように設定する必要がある。なお、数１９は、数１６及び数１８より導かれる。
【００５５】
【数１９】
2017165306.tif 000021
フィードバック制御部のブロックＮ／Ｆは下記数２０である。
【００５６】
【数２０】
2017165306.tif 000022
フィードフォワード制御部のブロックＤ／Ｆは下記数２１である。
【００５７】
【数２１】
2017165306.tif 000023
２自由度制御系の一例を示す図１０において、実プラントＰへの入力（ラック軸力若しくはコラム軸トルクに対応する電流指令値）ｕは、下記数２２で表される。
【００５８】
【数２２】
2017165306.tif 000024
また、実プラントＰの出力（ラック変位）ｘは下記数２３である。
【００５９】
【数２３】
2017165306.tif 000025
数２３を整理し、出力ｘの項と左辺ｆの項を右辺に揃えると、数２４が導かれる。
【００６０】
【数２４】
2017165306.tif 000026
数２４を入力ｆに対する出力ｘの伝達関数として表わすと、数２５となる。ここで、３項目以降ではＰ＝Ｐｎ／Ｐｄとして表現している。
【００６１】
【数２５】
2017165306.tif 000027
実プラントＰを正確に表現できたとすれば、Ｐｎ＝Ｎ、Ｐｄ＝Ｄとすることができ、入力ｆに対する出力ｘの特性は、Ｐｎ／Ｆ（＝Ｎ／Ｆ）として表わされるので、数２６が成立する。
【００６２】
【数２６】
2017165306.tif 000028
入力ｆに対して出力ｘの特性（規範モデル（伝達関数））を、下記数２７のようにすると考えるとき、
【００６３】
【数２７】
2017165306.tif 000029
１／Ｆを下記数２８のようにすることで達成できる。
【００６４】
【数２８】
2017165306.tif 000030
図１０において、フィードフォワード制御系をブロック１４４→実プラントＰの経路で考えると、図１１となる。ここで、Ｐ＝Ｎ／Ｄとすると、図１１（Ａ）は図１１（Ｂ）となり、数２０より図１１（Ｃ）が得られる。図１１（Ｃ）より、ｆ＝（ｍ・ｓ２＋μ・ｓ＋ｋ０）ｘとなるので、これを逆ラプラス変換すると、下記数２９が得られる。
【００６５】
【数２９】
2017165306.tif 000031
一方、図１２に示すようなフィードフォワード制御系の伝達関数ブロックを考えると、下記数３０が入力ｆ及び出力ｘにおいて成立する。
【００６６】
【数３０】
2017165306.tif 000032
数３０を整理すると下記３１となり、数３１を入力ｆについて整理すると、数３２が得られる。
【００６７】
【数３１】
2017165306.tif 000033
【００６８】
【数３２】
2017165306.tif 000034
数３２を逆ラプラス変換すると上記数２９となり、結果的に図１３に示すように２つのフィードフォワード制御部Ａ及びＢは等価である。
【００６９】
上記前提を踏まえると、フィードフォワード制御部１３０がなくても動作上に支障はなく、この場合の粘性モデル追従制御部１２０の構成は図１４となる（実施形態３）。即ち、フィードバック制御部１４０は、バネ定数ｋ０、粘性摩擦係数μをパラメータとして、ラック軸力ｆに基づいて目標ラック変位（目標舵角）を演算するフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１と、目標ラック変位及びラック変位ｘの位置偏差を求める減算部１４２と、位置偏差に基づいてラック軸力ＦＢを制御処理するＰＩＤ、ＰＩ等で成る制御要素部１４３とで構成され、フィードバック制御部１４０からのラック軸力ＦＢ、つまり制御要素部１４３の出力は切替部１２２のｂ２接点に入力される。切替部１２２のａ２接点には、固定部１２６から固定値「０」が入力されている。そして、ラック軸力ｆがフィードバック要素１４１に入力され、ラック変位ｘがフィードバック制御部１４０内の減算部１４２に減算入力されると共に、パラメータ設定部１２４に入力される。パラメータ設定部１２４はラック変位ｘに対して、図１５に示すような特性でバネ定数ｋ０及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数ｋ０及び粘性摩擦係数μはフィードバック要素１４１に入力される。切替部１２２の接点は、ラックエンド接近判定部１２０からの切替信号ＳＷＳによって接点ａ２と接点ｂ２を切替えられる。
【００７０】
本発明は上記実施形態３における規範モデルのモデルパラメータ（フィードバック要素１４１）又は制御要素部の制御パラメータ或いは両者のパラメータを、ラック軸力（ＳＡＴ）ｆ、ラック変位ｘに基づいて可変させると共に、入力側ラック軸力ｆのフィードバック要素１４１への入力を、制限値（可変）の設定により制限している。
【００７１】
即ち、ラックエンド手前の所定角度の範囲内で、粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成をとり、その粘弾性モデルのモデルパラメータ及び制御パラメータ（制御ゲイン）を所定角度内で可変とする。さらに加えて、所定角度範囲内に入ったときのラック軸力に応じてモデルパラメータ及び制御パラメータを可変とする。例えば、開始舵角付近では、粘弾性モデルのバネ項を小さく、制御ゲインを低くし、ラックエンドに近づくに従って大きく設定する。また、所定角度範囲内に入ったときのラック軸力が小さいほどバネ項を大きく、制御ゲインを大きく設定する。このようにすることで、開始舵角付近の制御量が小さく、所定範囲内外でのアシスト量の変化量が小さく、結果、運転者はアシスト量変化による反力違和感を感じないようにできる。また、ラックエンドに近い領域では制御ゲインを大きく設定し、制御量を大きくすることができるため、ラックエンドに到達することを防止できる。
【００７２】
更に、路面状態（アスファルト、濡れた路面、氷上、雪上）により、所定角度範囲のラック軸力が変化する。路面の摩擦係数が小さい場合（氷上、雪上）ではラック軸力が小さく、アスファルトでは路面摩擦係数が大きくラック軸力が大きい。また、図１６に示すように、停車中やクリーピング速度での走行では、タイヤからの反力が異なり、ラック軸力が変わる。また、タイヤの捩れ程度によっても、負荷特性が異なる。路面状態や走行状態によらず、ほぼ一定で舵角を制御することが望まれ、それを達成するために、本発明では規範モデルへのラック軸力の入力を制限する。制限値を設定して入力を制限すれば、規範モデル出力（目標舵角）を一定とすることができる。
【００７３】
図１７は、本発明の第１実施例を図３及び図１４に対応させて示しており、操舵トルクＴｈからラック軸力ｆ１に変換する変換部２００と、ラック軸力ｆ１と変換部１０１からのラック軸力ｆ２を加算する加算部２０２と、加算部２０２で得られたラック軸力ｆ３（＝ｆ１＋ｆ２）から入力側ラック軸力ｆを演算する軸力演算部２０１と、制御系の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部２１１と、モデル系のモデルパラメータを設定するモデルパラメータ設定部２２１とが設けられている。
【００７４】
軸力演算部２０１は、ラック軸力ｆ３の絶対値及び符号を算出する絶対値／符号部２０１−１と、算出された絶対値｜ｆ３｜をスレッショルドｆｔｈと比較して判定信号ＪＤを出力する判定部２０１−２と、絶対値｜ｆ３｜及びスレッショルドｆｔｈの差ｆ４（＝｜ｆ３｜−ｆｔｈ）を演算する減算部２０１−３と、差ｆ４に符号ｓｎを乗算する乗算部２０１−４と、接点ａ３及びｂ３を持つ切替部２０１−５と、切替部２０１−５の接点ａ３に固定値０を入力する固定部２０１−６とで構成されている。判定部２０１−２の判定信号ＪＤは切替部２０１−５の接点を切替えるようになっており、判定信号ＪＤによる接点ａ３及びｂ３の切替は数３３のようになっている。
【００７５】
【数３３】
2017165306.tif 000035
また、制御系の制御パラメータ設定部２１１はラック変位ｘを入力し、例えば図１８に示すように、ラック変位ｘが大きくなるに従って増加率が大きくなる非線形な関係で、制御パラメータｋｄ、ｋｐを出力する。制御パラメータｋｄ、ｋｐは、フィードバック制御部１４０内の制御要素部１４３に、下記数３４のように設定される。
【００７６】
【数３４】
2017165306.tif 000036
モデル系の制御パラメータ設定部２１１はラック変位ｘを入力し、例えば図１５に示すような特性でモデルパラメータμ（粘性摩擦係数）、ｋ０（バネ定数）を出力する。モデルパラメータμ、ｋ０は、フィードバック制御部１４０内のフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に設定される。
【００７７】
このような構成において、図１７の第１実施例の動作例を図１９及び図２０のフローチャートを参照して説明する。
【００７８】
ラックエンド接近判定部１１０から切替信号ＳＷＳが出力され、切替部１２２の接点がａ２から接点ｂ２に切替えられると共に（ステップＳ２０１）、変換部２００で操舵トルクＴｈがラック軸力ｆ１に変換され（ステップＳ２０２）、トルク制御部３１で電流指令値Ｉｒｅｆ１が演算され、電流指令値Ｉｒｅｆ１は変換部１０１でラック軸力ｆ２に変換される（ステップＳ２０３）。ラック軸力ｆ１及びｆ２は加算部２０２で加算され、加算されたラック軸力ｆ３が絶対値／符号部２０１−１に入力され、絶対値｜ｆ３｜が求められると共に、ラック軸力ｆ３の符号ｓｎが検出される（ステップＳ２０４）。絶対値｜ｆ３｜は判定部２０１−２に入力され、スレッショルドｆｔｈと大小が比較され、判定信号ＪＤが出力される（ステップＳ２０５）。また、絶対値｜ｆ３｜は減算部２０１−３に入力され、スレッショルドｆｔｈとの差ｆ４が演算されると共に、差ｆ４と符号ｓｎとが乗算部２０１−４で乗算され、乗算結果であるラック軸力ｆ５が切替部２０１−５の接点ｂ３に入力される（ステップＳ２０６）。切替部２０１−５は数３３に従って切替えられ、切替部２０１−５の出力が入力側ラック軸力ｆとしてフィードバック制御部１４０内のフィードバック要素１４１に入力される。
【００７９】
また、ラックエンド接近判定部１１０からラック変位ｘが出力され（ステップＳ２１０）、ラック変位ｘはフィードバック制御部１４０内の減算部１４２に減算入力されると共に、制御パラメータ設定部２１1及びモデルパラメータ設定部２２１に入力される。制御パラメータ設定部２１１はラック変位ｘに基づいて制御パラメータｋｐ、ｋｄを演算し（ステップＳ２１１）、制御パラメータｋｐ、ｋｄは、フィードバック制御部１４０内の制御要素部１４３に設定される。また、モデルパラメータ設定部２２１はラック変位ｘに基づいてモデルパラメータμ、ｋ０を演算し（ステップＳ２１３）、モデルパラメータμ、ｋ０は、フィードバック制御部１４０内のフィードバック要素１４１に設定される。
【００８０】
フィードバック制御部１４０は、ラック軸力ｆ、ラック変位ｘ及び設定された制御パラメータｋｐ、ｋｄ、モデルパラメータμ、ｋ０によりフィードバック制御の処理を行い（ステップＳ２２０）、出力側ラック軸力ｆｆを出力する（ステップＳ２３０）。ラック軸力ｆｆは変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換され（ステップＳ２３１）、終了となるまで上記動作を繰り返す（ステップＳ２３２）。
【００８１】
上記ステップＳ２３２で終了となった場合には、切替信号ＳＷＳの出力によって切替部１２２の接点を接点ｂ２から接点ａ２に切替え（ステップＳ２３３）、その後、図７のステップＳ１４に移行する。
【００８２】
フィードバック制御部１４０におけるフィードバック制御の処理は、図２０に示すような動作で実施される。
【００８３】
先ずモデルパラメータ設定部２２１で演算されたモデルパラメータμ、ｋ０がフィードバック要素１４１に設定され（ステップＳ２２１）、フィードバック要素１４１でＮ／Ｆ処理が実施され、目標ラック変位（目標舵角）が演算される（ステップＳ２２２）。目標ラック変位は減算部１４２に加算入力され、減算入力されるラック変位ｘとの位置偏差が演算され（ステップＳ２２３）、求められた位置偏差は制御要素部１４３に入力される。また、制御パラメータ設定部２１１で演算された制御パラメータｋｐ、ｋｄが、制御要素部１４３に設定され（ステップＳ２２４）、制御演算が実施され（ステップＳ２２５）、制御演算により得られたラック軸力ＦＢが出力される（ステップＳ２２６）。なお、制御パラメータｋｐ、ｋｄの設定順序は適宜変更可能である。
【００８４】
第１実施例では、図２１（Ａ）に示すようにラック軸力ｆ３がスレッショルドｆｔｈ以上になったとき以降に、図２１（Ｂ）に示すように目標ラック変位が出力される。
【００８５】
次に、本発明の第２実施例を、図１７に対応させて図２２に示して説明する。
【００８６】
本第２実施例では、切替部２０１−５の後段に最大値を制限するリミッタ２０１−７が設けられており、最大値を制限されたラック軸力が入力側ラック軸力ｆとしてフィードバック要素１４１に入力されている。本例によれば、ラック軸力ｆの最大値が図２３（Ａ）のように制限され、目標ラック変位の最大値も図２３（Ｂ）に示すように飽和する。
【００８７】
なお、制御要素部１４３（Ｃｄ）は任意のＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ制御、ＰＤ制御の構成のいずれでも良い。また、上述では位置補正部とパラメータ設定部を個別に表示しているが、一体的な構成であっても良い。更に、上述では回転角θをモータに連結された回転角センサから得ているが、舵角センサから取得するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８８】
１                  ハンドル
２                  コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０                トルクセンサ
１２                車速センサ
１３                バッテリ
１４                舵角センサ
２０                モータ
２３                モータ駆動部
３０                コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１                トルク制御部
３５                電流制御部
３６                ＰＷＭ制御部
１００              ラック位置変換部
１０１、２００      変換部
１１０              ラックエンド接近判定部
１２０              粘弾性モデル追従制御部
１２１、１２２      切替部
１３０              フィードフォワード制御部
１４０              フィードバック制御部
１４１              フィードバック要素
１４３              制御要素部
２０１              軸力演算部
２０１−１          設定記憶部
２０１−３          慣性／摩擦部
２０３              角速度演算部
２１１              制御パラメータ設定部
２２１              モデルパラメータ設定部
【図１】
2017165306.tif 000037
【図２】
2017165306.tif 000038
【図３】
2017165306.tif 000039
【図４】
2017165306.tif 000040
【図５】
2017165306.tif 000041
【図６】
2017165306.tif 000042
【図７】
2017165306.tif 000043
【図８】
2017165306.tif 000044
【図９】
2017165306.tif 000045
【図１０】
2017165306.tif 000046
【図１１】
2017165306.tif 000047
【図１２】
2017165306.tif 000048
【図１３】
2017165306.tif 000049
【図１４】
2017165306.tif 000050
【図１５】
2017165306.tif 000051
【図１６】
2017165306.tif 000052
【図１７】
2017165306.tif 000053
【図１８】
2017165306.tif 000054
【図１９】
2017165306.tif 000055
【図２０】
2017165306.tif 000056
【図２１】
2017165306.tif 000057
【図２２】
2017165306.tif 000058
【図２３】
2017165306.tif 000059