(57)【要約】【課題】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、さらに車速に応じて制御範囲を可変とすることにより、よりスムーズな操舵を可能とする電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】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とし、所定角度を車速に応じて可変とし、ラックエンド端当てを防止する。【選択図】図１８
2017171060.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とし、
前記所定角度を車速に応じて可変とし、ラックエンド端当てを防止するようにした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】
前記規範モデルを前記車速に応じて可変とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記規範モデルのパラメータをラック変位に応じて可変とする請求項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】
前記規範モデルのパラメータを前記車速に応じて可変とする請求項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】
前記規範モデルのパラメータを、前記車速により設定される車速ゲインを前記ラック変位に乗算して算出される制御変位に応じて可変とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
前記モデルフォローイング制御の構成がフィードバック制御部を具備している請求項１乃至５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７】
前記フィードバック制御部の制御パラメータを前記ラック変位に応じて可変とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項８】
前記フィードバック制御部の制御パラメータを前記車速に応じて可変とする請求項６又は７に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項９】
前記フィードバック制御部の制御パラメータを前記制御変位に応じて可変とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１０】
少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値１を演算し、前記電流指令値１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、
前記電流指令値１をラック軸力若しくはコラム軸トルク１に変換する第１の変換部と、
前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、
前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、
前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク１、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力若しくはコラム軸トルク２を生成する粘弾性モデル追従制御部と、
前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク２を電流指令値２に変換する第２の変換部とを具備し、
前記ラックエンド接近判定部は、ラックエンド手前の所定位置以内に前記判定用ラック位置があるか否かで前記ラックエンドに接近したことを判定し、前記所定位置を車速に応じて変更し、
前記電流指令値２を前記電流指令値１に加算して前記アシスト制御を行い、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１１】
前記粘弾性モデル追従制御部は、前記規範モデルとして停車時規範モデル及び走行時規範モデルを有し、前記車速に応じて前記停車時規範モデル及び前記走行時規範モデルを使用する割合を変更する請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１２】
前記粘弾性モデル追従制御部は、前記ラック変位に応じて前記規範モデルのパラメータを変更する請求項１０又は１１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１３】
前記粘弾性モデル追従制御部は、前記規範モデルのパラメータとして停車時モデルパラメータ及び走行時モデルパラメータを有し、前記車速に応じて前記停車時モデルパラメータと前記走行時モデルパラメータとの間で前記規範モデルのパラメータを変更する請求項１０乃至１２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１４】
前記粘弾性モデル追従制御部は、前記車速により設定される車速ゲインを前記ラック変位に乗算して算出される制御変位に応じて、前記規範モデルのパラメータを変更する請求項１０又は１１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１５】
前記粘弾性モデル追従制御部は、
前記ラック変位及び前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク１に基づいてフィードバック制御してラック軸力若しくはコラム軸トルク３を出力するフィードバック制御部と、
前記切替信号により前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク３の出力をＯＮ／ＯＦＦする切替部とを具備している請求項１０乃至１４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１６】
前記フィードバック制御部は、前記ラック変位に応じて制御パラメータを変更する請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１７】
前記フィードバック制御部は、前記制御パラメータとして停車時制御パラメータ及び走行時制御パラメータを有し、前記車速に応じて前記停車時制御パラメータと前記走行時制御パラメータとの間で前記制御パラメータを変更する請求項１５又は１６に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項１８】
前記フィードバック制御部は、前記制御変位に応じて前記制御パラメータを変更する請求項１５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して衝撃エネルギーを低くし、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制し、操舵フィーリングを向上した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、モータの駆動力で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づ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、アシスト量が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する電動パワーステアリング装置を提供することにある。さらに、車速に応じて制御範囲を可変とすることにより、よりスムーズな操舵を可能とする。
【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とし、前記所定角度を車速に応じて可変とし、ラックエンド端当てを防止することにより達成される。
【００１５】
本発明の上記目的は、前記規範モデルを前記車速に応じて可変とすることにより、或いは前記規範モデルのパラメータをラック変位に応じて可変とすることにより、或いは前記規範モデルのパラメータを前記車速に応じて可変とすることにより、或いは前記規範モデルのパラメータを、前記車速により設定される車速ゲインを前記ラック変位に乗算して算出される制御変位に応じて可変とすることにより、或いは前記モデルフォローイング制御の構成がフィードバック制御部を具備していることにより、或いは前記フィードバック制御部の制御パラメータを前記ラック変位に応じて可変とすることにより、或いは前記フィードバック制御部の制御パラメータを前記車速に応じて可変とすることにより、或いは前記フィードバック制御部の制御パラメータを前記制御変位に応じて可変とすることにより、より効果的に達成される。
【００１６】
また、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値１を演算し、前記電流指令値１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、前記電流指令値１をラック軸力若しくはコラム軸トルク１に変換する第１の変換部と、前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク１、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力若しくはコラム軸トルク２を生成する粘弾性モデル追従制御部と、前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク２を電流指令値２に変換する第２の変換部とを具備し、前記ラックエンド接近判定部は、ラックエンド手前の所定位置以内に前記判定用ラック位置があるか否かで前記ラックエンドに接近したことを判定し、前記所定位置を車速に応じて変更し、前記電流指令値２を前記電流指令値１に加算して前記アシスト制御を行い、ラックエンド端当てを防止することにより、或いは前記粘弾性モデル追従制御部は、前記規範モデルとして停車時規範モデル及び走行時規範モデルを有し、前記車速に応じて前記停車時規範モデル及び前記走行時規範モデルを使用する割合を変更することにより、或いは前記粘弾性モデル追従制御部は、前記ラック変位に応じて前記規範モデルのパラメータを変更することにより、或いは前記粘弾性モデル追従制御部は、前記規範モデルのパラメータとして停車時モデルパラメータ及び走行時モデルパラメータを有し、前記車速に応じて前記停車時モデルパラメータと前記走行時モデルパラメータとの間で前記規範モデルのパラメータを変更することにより、或いは前記粘弾性モデル追従制御部は、前記車速により設定される車速ゲインを前記ラック変位に乗算して算出される制御変位に応じて、前記規範モデルのパラメータを変更することにより、或いは前記粘弾性モデル追従制御部は、前記ラック変位及び前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク１に基づいてフィードバック制御してラック軸力若しくはコラム軸トルク３を出力するフィードバック制御部と、前記切替信号により前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク３の出力をＯＮ／ＯＦＦする切替部とを具備していることにより、或いは前記フィードバック制御部は、前記ラック変位に応じて制御パラメータを変更することにより、或いは前記フィードバック制御部は、前記制御パラメータとして停車時制御パラメータ及び走行時制御パラメータを有し、前記車速に応じて前記停車時制御パラメータと前記走行時制御パラメータとの間で前記制御パラメータを変更することにより、或いは前記フィードバック制御部は、前記制御変位に応じて前記制御パラメータを変更することにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【００１８】
また、ラックエンド手前の所定角度等を車速に応じて可変としているので、状況に応じたスムーズな操舵を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施形態４）を示すブロック図である。
【図１６】ラック変位によって規範モデルのパラメータを変更する例を示す特性図である。
【図１７】粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施形態４）を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の構成例（実施例１）を示すブロック図である。
【図１９】車速に対する所定位置の特性例を示す図である。
【図２０】本発明の動作例（実施例１）を示すフローチャートである。
【図２１】ラック変位によって制御パラメータを変更する例を示す特性図である。
【図２２】粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例２）を示すブロック図である。
【図２３】パラメータ設定部の構成例（実施例２）を示すブロック図である。
【図２４】車速によって停車時車速ゲインを変更する例を示す特性図である。
【図２５】車速によって走行時車速ゲインを変更する例を示す特性図である。
【図２６】制御パラメータ設定部の構成例（実施例２）を示すブロック図である。
【図２７】粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例２）を示すフローチャートである。
【図２８】パラメータ設定部の動作例（実施例２）を示すフローチャートである。
【図２９】粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例３）を示すブロック図である。
【図３０】フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）の構成例（実施例３）を示すブロック図である。
【図３１】粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例３）を示すフローチャートである。
【図３２】フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）の動作例（実施例３）を示すフローチャートである。
【図３３】車速によって車速ゲインを変更する例を示す特性図である。
【図３４】粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例４）を示すブロック図である。
【図３５】粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例４）を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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する電動パワーステアリング装置である。
【００２１】
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。
【００２２】
また、ラックエンド手前の所定角度（開始舵角）を車速に応じて変更するようにしている。ラックエンドの位置は変わらないので、開始舵角が変更されることにより制御範囲（モデルフォローイング制御を行う範囲）が変わることになり、例えば、パーキングでは制御範囲を大きくして滑らかな操舵トルク変化としてトーションバー当たりをなるべく避けるようにし、極低速（例えばクリーピング）以上では制御範囲を小さくして操舵変化のない舵角範囲を大きくすることが可能となる。開始舵角の変更に合わせて、規範モデル、規範モデルのパラメータ（以下、「モデルパラメータ」とする）及びフィードバック制御部の制御パラメータも車速に応じて変更することにより、スムーズで柔軟な制御が可能となる。具体的には、停車時及び走行時の規範モデル、モデルパラメータ及び制御パラメータを用意し、車速に応じて停車時と走行時の間を遷移させるようにする。
【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】
図３は本発明の実施形態の一例を図２に対応させて示しており、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。なお、図２に示される構成と同一構成には同一符号を付して説明は省略する。
【００２５】
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。
【００２６】
【数１】
2017171060.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。
【００２７】
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。また、回転角θをモータに連結された回転角センサ２１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。
【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】
2017171060.tif 000004
粘弾性モデル追従制御部１２０の詳細を、図５又は図６に示す。
【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に入力される。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、先ず本発明の動作例全体を図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、切替部１２１及び１２２は切替信号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Ｆ０，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】
2017171060.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】
2017171060.tif 000006
【００４１】
【数５】
2017171060.tif 000007
【００４２】
【数６】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.tif 000010
【００４５】
【数９】
2017171060.tif 000011
そして、数７と数９を加算すると、数１０となる。
【００４６】
【数１０】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.tif 000014
【００４９】
【数１３】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.tif 000025
数２３を整理し、出力ｘの項を左辺に、ｆの項を右辺に揃えると、数２４が導かれる。
【００６０】
【数２４】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.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】
2017171060.tif 000033
【００６８】
【数３２】
2017171060.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、以下に本発明の具体的な構成例を図１４及び図１５に示して説明する。図１４の実施形態３は図５の実施形態１に対応し、ラック軸力ｆがフィードフォワード制御部１３０内のフィードフォワード要素１４４（数２１で示されるＤ／Ｆ）及びフィードバック制御部１４０に入力され、ラック変位ｘがフィードバック制御部１４０に入力される。また、図１５の実施形態４は図６の実施形態２に対応し、ラック変位ｘがフィードフォワード制御部１３０内のバネ定数項１３１及び粘性摩擦係数項１３２に入力され、ラック軸力ｆがフィードバック制御部１４０に入力される。
【００７０】
図１４の実施形態３ではフィードフォワード要素１４４からのラック軸力ＦＦは切替部１２１のｂ１接点に入力される。また、図１５の実施形態４では、フィードフォワード制御部１３０内のバネ定数項１３１及び粘性摩擦係数項１３２の出力を減算部１３３で減算し、減算部１３３の減算結果であるラック軸力ＦＦが切替部１２１のｂ１接点に入力される。切替部１２１のａ１接点には、固定部１２５から固定値「０」が入力されている。
【００７１】
図１４の実施形態３及び図１５の実施形態４のいずれにおいても、フィードバック制御部１４０はフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１、減算部１４２、制御要素部１４３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。
【００７２】
図１４の実施形態３では、ラック軸力ｆはフィードフォワード制御部１３０内のフィードフォワード要素１４４に入力されると共に、フィードバック制御部１４０のフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力される。ラック変位ｘはフィードバック制御部１４０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、例えば図１６に示すような特性のバネ定数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、フィードフォワード制御部１３０内のフィードフォワード要素１４４及び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に入力される。
【００７３】
図１５の実施形態４では、ラック変位ｘはフィードフォワード制御部１３０内のバネ定数項１３１及び粘性摩擦係数項１３２に入力されると共に、フィードバック制御部１４０の減算部１４２に入力され、更にパラメータ設定部１２４に入力される。ラック軸力ｆはフィードバック制御部１４０のフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１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、上述と同様なバネ定数ｋ０及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数ｋ０はバネ定数項１３１及びフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力され、粘性摩擦係数μは粘性摩擦係数項１３２及びフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力される。
【００７４】
また、切替信号ＳＷＳは、実施形態３及び４においていずれも切替部１２１及び１２２に入力され、切替部１２１及び１２２の接点は通常時はそれぞれ接点ａ１及びａ２に接続されており、切替信号ＳＷＳによってそれぞれ接点ｂ１及びｂ２に切替えられるようになっている。
【００７５】
このような構成において、図１５の実施形態４の動作例を図１７のフローチャートを参照して説明する。
【００７６】
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Ｓ２１）、ラック変位ｘが出力される（ステップＳ２２）。ラック変位ｘはバネ定数項１３１、粘性摩擦係数項１３２、パラメータ設定部１２４及び減算部１４２に入力される。パラメータ設定部１２４は、ラック変位ｘに応じて図１６の特性に従って求められたバネ定数ｋ０及び粘性摩擦係数μを、バネ定数項１３１、粘性摩擦係数項１３２及びフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に設定する（ステップＳ２３）。また、変換部１０１は電流指令値Ｉｒｅｆ１をラック軸力ｆに変換し（ステップＳ２３Ａ）、ラック軸力ｆはフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力され、Ｎ／Ｆ演算される（ステップＳ２４）。Ｎ／Ｆ演算値は減算部１４２に加算入力され、ラック変位ｘが減算され（ステップＳ２４Ａ）、その減算値が制御要素部１４３でＣｄ演算される（ステップＳ２４Ｂ）。制御要素部１４３から、演算されたラック軸力ＦＢが出力されて切替部１２２の接点ｂ２に入力される。
【００７７】
フィードフォワード制御部１３０内の粘性摩擦係数項１３２は、粘性摩擦係数μに基づいて“（μ−η）・ｓ”の演算を行い（ステップＳ２５）、バネ定数項１３１にバネ定数ｋ０を設定し（ステップＳ２５Ａ）、減算部でバネ定数ｋ０及び“（μ−η）・ｓ”の減算を行い（ステップＳ２５Ｂ）、演算結果としてラック軸力ＦＦを出力する。ラック軸力ＦＦは切替部１２１の接点ｂ１に入力される。なお、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の演算の順番は、逆であっても良い。
【００７８】
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の各接点がａ１からｂ１へ、ａ２からｂ２へ切替えられ、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（ステップＳ２６）、加算結果としてのラック軸力ｆｆが変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換される（ステップＳ２６Ａ）。電流指令値Ｉｒｅｆ２は加算部１０３に入力され、電流指令値Ｉｒｅｆ１に加算され（ステップＳ２７）、操舵制御が実行され、ステップＳ１４へとつながる。
【００７９】
なお、図１４の実施形態３の動作も、ラック軸力ｆ及びラック変位ｘが入力する部分（要素）が異なるだけで、同様である。また、図１４の実施形態３及び図１５の実施形態４では、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の両方の制御演算を実行しているが、フィードフォワード制御部１３０のみの構成でも良く、フィードバック制御部１４０のみの構成でも良い。
【００８０】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００８１】
図１８は本発明の実施例（実施例１）を図３に対応させて示しており、図３に示される実施形態に対して、ラックエンド接近判定部１１０が車速Ｖｅｌも入力するラックエンド接近判定部２１０に代わっている。つまり、ラックエンド接近判定部２１０は判定用ラック位置Ｒｘ及び車速Ｖｅｌを入力し、ラック変位ｘ及び切替信号ＳＷＳを出力する。他の構成は図３と同じであるから、説明は省略する。
【００８２】
ラックエンド接近判定部２１０は、ラックエンド接近判定部１１０と同様に、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るが、所定位置ｘ０を車速Ｖｅｌに応じて変更する。例えば図１９に示すように所定位置ｘ０を変更することにより、停車時には所定位置ｘ０をラックエンドから離して制御範囲が広くなるようにし、走行時には所定位置ｘ０をラックエンドに近付けて制御範囲が狭くなるようにする。
【００８３】
このような構成において、本実施例の動作例を、図２０のフローチャートを参照して説明する。
【００８４】
図２０は全体の動作例をフローチャートで示しており、図７のフローチャートと比べると、ラック位置変換部１００が回転角θを判定用ラック位置Ｒｘに変換するステップＳ１１の後に、ステップＳ１１Ａが挿入されている。ステップＳ１１Ａでは、ラックエンド接近判定部２１０が、入力した車速Ｖｅｌに基づいて図１９に示される特性を用いて所定位置ｘ０を決定する。決定された所定位置ｘ０及び判定用ラック位置Ｒｘに基づいてラックエンド接近か否かが判定される（ステップＳ１２）。その他の動作は図７のフローチャートで示される動作と同じである。
【００８５】
なお、車速Ｖｅｌに対する所定位置ｘ０の特性は、図１９のような直線的な特性に限られず、曲線的な特性でも良い。
【００８６】
本発明の実施例２について説明する。
【００８７】
実施例１では車速Ｖｅｌに応じて所定位置ｘ０を変更しているが、実施例２では、それに加えて、モデルパラメータであるバネ定数ｋ０及び粘性摩擦係数μ並びにフィードバック制御部の制御パラメータも車速Ｖｅｌに応じて変更する。
【００８８】
実施例２では、フィードバック制御部の制御要素部（Ｃｄ）はＰＤ（比例微分）制御の構成とし、伝達関数は下記数３３で表わされる。
【００８９】
【数３３】
2017171060.tif 000035
ｋｐは比例ゲイン、ｋｄは微分ゲインであり、ｋｐ及びｋｄがフィードバック制御部の制御パラメータとなる。そして、制御パラメータはラック変位に基づいて可変となっている。例えば、図２１に示されるように、開始舵角付近では制御ゲインが小さくなるような制御パラメータを設定し、ラックエンドに近付くにつれて制御ゲインが大きくなるような制御パラメータを設定する。これにより、開始舵角付近の制御量が小さくなり、制御範囲内外でのアシスト力の変化量が小さくなるので、運転者にアシスト力変化による反力違和感を与えるのを抑えることができる。また、ラックエンドに近い領域では制御量を大きくすることができるので、ラックエンドに到達することを防止できる。
【００９０】
実施例２での粘弾性モデル追従制御部の構成例を、図１５に示される実施形態４での粘弾性モデル追従制御部の構成例に対応させて図２２に示す。実施例２では、制御パラメータ設定部３２５が追加されており、パラメータ設定部３２４及びフィードバック制御部１５０の制御要素部１５３に入力されるデータが増えている。他の構成は実施形態４と同じであるから、説明は省略する。
【００９１】
パラメータ設定部３２４は、パラメータ設定部１２４と同様に、ラック変位ｘに対してモデルパラメータ（バネ定数ｋ０、粘性摩擦係数μ）を出力するが、車速Ｖｅｌも入力し、車速Ｖｅｌに応じてモデルパラメータを変更する。パラメータ設定部３２４は、停車時（車速が０のとき）に使用するモデルパラメータ（停車時モデルパラメータ）と走行時（クリーピングでの走行のように車速が極低速のとき）に使用するモデルパラメータ（走行時モデルパラメータ）を持っており、この２つのモデルパラメータを加算する割合を車速に応じて変更することにより、車速に応じたモデルパラメータを設定する。停車時モデルパラメータ及び走行時モデルパラメータは、停車時及び走行時それぞれの制御範囲（ラックエンドの位置−所定位置ｘ０）に合わせて設定する。つまり、制御範囲で止まる制御量となるように、モデルパラメータの特性を設定する。具体的には、停車時には制御範囲が広くなるようにバネを弱く設定し、走行時には制御範囲が狭くなるようにバネを強く設定する。
【００９２】
パラメータ設定部３２４の構成例を図２３に示す。パラメータ設定部３２４は、停車時モデルパラメータ設定部３２４Ａ、走行時モデルパラメータ設定部３２４Ｂ、停車時車速ゲイン部３２４Ｃ、走行時車速ゲイン部３２４Ｄ及び加算部３２４Ｅ、３２４Ｆより構成される。パラメータ設定部３２４に入力されるラック変位ｘは停車時モデルパラメータ設定部３２４Ａ及び走行時モデルパラメータ設定部３２４Ｂに入力され、車速Ｖｅｌは停車時車速ゲイン部３２４Ｃ及び走行時車速ゲイン部３２４Ｄに入力される。停車時モデルパラメータ設定部３２４Ａは停車時モデルパラメータを持っており、入力されたラック変位ｘに対してバネ定数ｋ０ｓ及び粘性摩擦係数μｓを決定し、停車時車速ゲイン部３２４Ｃに出力する。走行時モデルパラメータ設定部３２４Ｂは走行時モデルパラメータを持っており、入力されたラック変位ｘに対してバネ定数ｋ０ｒ及び粘性摩擦係数μｒを決定し、走行時車速ゲイン部３２４Ｄに出力する。停車時車速ゲイン部３２４Ｃ及び走行時車速ゲイン部３２４Ｄは、車速Ｖｅｌに対してそれぞれ図２４及び図２５に示されるような対称的な特性を有する車速ゲイン（停車時車速ゲイン、走行時車速ゲイン）を決定する。そして、停車時車速ゲイン部３２４Ｃはバネ定数ｋ０ｓ及び粘性摩擦係数μｓに停車時車速ゲインを乗算し、バネ定数ｋ０ｓｇ及び粘性摩擦係数μｓｇを出力する。走行時車速ゲイン部３２４Ｄはバネ定数ｋ０ｒ及び粘性摩擦係数μｒに走行時車速ゲインを乗算し、バネ定数ｋ０ｒｇ及び粘性摩擦係数μｒｇを出力する。バネ定数ｋ０ｓｇ及びｋ０ｒｇは加算部３２４Ｅで加算され、バネ定数ｋ０が出力され、粘性摩擦係数μｓｇ及びμｒｇは加算部３２４Ｆで加算され、粘性摩擦係数μが出力される。
【００９３】
制御パラメータ設定部３２５は、ラック変位ｘに対して制御パラメータ（比例ゲインｋｐ、微分ゲインｋｄ）を出力するが、パラメータ設定部３２４と同様に、停車時に使用する制御パラメータ（停車時制御パラメータ）と走行時に使用する制御パラメータ（走行時制御パラメータ）を持っており、この２つの制御パラメータを加算する割合を車速に応じて変更することにより、車速に応じた制御パラメータを設定する。停車時制御パラメータ及び走行時制御パラメータは、停車時及び走行時それぞれの制御範囲に合わせて設定する。つまり、制御範囲が狭くなるに応じて制御応答性を上げ、狭い範囲で端当て抑制効果を高められるように、制御パラメータの特性を設定する。具体的には、停車時には制御範囲が広くなるように制御パラメータを弱く設定し、走行時には制御範囲が狭くなるように制御パラメータを強く設定する。
【００９４】
図２６に制御パラメータ設定部３２５の構成例を示す。制御パラメータ設定部３２５は、停車時制御パラメータ設定部３２５Ａ、走行時制御パラメータ設定部３２５Ｂ、停車時車速ゲイン部３２５Ｃ、走行時車速ゲイン部３２５Ｄ及び加算部３２５Ｅ、３２５Ｆより構成される。制御パラメータ設定部３２５に入力されるラック変位ｘは停車時制御パラメータ設定部３２５Ａ及び走行時制御パラメータ設定部３２５Ｂに入力され、車速Ｖｅｌは停車時車速ゲイン部３２５Ｃ及び走行時車速ゲイン部３２５Ｄに入力される。停車時制御パラメータ設定部３２５Ａは停車時制御パラメータを持っており、入力されたラック変位ｘに対して比例ゲインｋｐｓ及び微分ゲインｋｄｓを決定し、停車時車速ゲイン部３２５Ｃに出力する。走行時制御パラメータ設定部３２５Ｂは走行時制御パラメータを持っており、入力されたラック変位ｘに対して比例ゲインｋｐｒ及び微分ゲインｋｄｒを決定し、走行時車速ゲイン部３２５Ｄに出力する。停車時車速ゲイン部３２５Ｃは、停車時車速ゲイン部３２４Ｃでの図２４に示される特性と同等の特性により停車時車速ゲインを決定し、比例ゲインｋｐｓ及び微分ゲインｋｄｓに乗算し、比例ゲインｋｐｓｇ及び微分ゲインｋｄｓｇを出力する。走行時車速ゲイン部３２５Ｄは、走行時車速ゲイン部３２４Ｄでの図２５に示される特性と同等の特性により走行時車速ゲインを決定し、比例ゲインｋｐｒ及び微分ゲインｋｄｒに乗算し、比例ゲインｋｐｒｇ及び微分ゲインｋｄｒｇを出力する。比例ゲインｋｐｓｇ及びｋｐｒｇは加算部３２５Ｅで加算され、比例ゲインｋｐが出力され、微分ゲインｋｄｓｇ及びｋｄｒｇは加算部３２５Ｆで加算され、微分ゲインｋｄが出力される。
【００９５】
フィードバック制御部１５０の制御要素部１５３は、制御パラメータ設定部３２５から出力される制御パラメータ（比例ゲインｋｐ、微分ゲインｋｄ）を用いて、減算部１４２からの出力を変換し、ラック軸力ＦＢを出力する。
【００９６】
このような構成において、実施例２の動作例を、図２７及び図２８のフローチャートを参照して説明する。
【００９７】
図２７は、図２０に示されるフローチャート中の粘弾性モデル追従制御（ステップＳ２０）の実施例２での動作例を示すフローチャートで、図１７に示される実施形態４での動作例と比べると、ステップＳ２３がステップＳ２３ａに代わり、その後にステップＳ２３ｂが挿入されている。その他の動作は図１７のフローチャートで示される動作と同じである。
【００９８】
ステップＳ２３ａでは、パラメータ設定部３２４がモデルパラメータを設定する。図２８はモデルパラメータ設定の動作例を示すフローチャートである。停車時モデルパラメータ設定部３２４Ａは、ラック変位ｘを入力し、ラック変位ｘに対する停車時モデルパラメータとしてバネ定数ｋ０ｓ及び粘性摩擦係数μｓを出力する（ステップＳ２３１）。走行時モデルパラメータ設定部３２４Ｂも、ラック変位ｘを入力し、ラック変位ｘに対する走行時モデルパラメータとしてバネ定数ｋ０ｒ及び粘性摩擦係数μｒを出力する（ステップＳ２３２）。なお、ステップＳ２３１とステップＳ２３２の順番は逆でも良い。停車時車速ゲイン部３２４Ｃは、バネ定数ｋ０ｓ及び粘性摩擦係数μｓと共に車速Ｖｅｌを入力し、図２４に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する停車時車速ゲインを決定し（ステップＳ２３３）、バネ定数ｋ０ｓ及び粘性摩擦係数μｓに停車時車速ゲインを乗算し、バネ定数ｋ０ｓｇ及び粘性摩擦係数μｓｇを出力する（ステップＳ２３４）。走行時車速ゲイン部３２４Ｄは、バネ定数ｋ０ｒ及び粘性摩擦係数μｒと共に車速Ｖｅｌを入力し、図２５に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する走行時車速ゲインを決定し（ステップＳ２３５）、バネ定数ｋ０ｒ及び粘性摩擦係数μｒに走行時車速ゲインを乗算し、バネ定数ｋ０ｒｇ及び粘性摩擦係数μｒｇを出力する（ステップＳ２３６）。なお、ステップＳ２３３、Ｓ２３４とステップＳ２３５、Ｓ２３６の順番は逆でも良い。出力されたバネ定数ｋ０ｓｇ及びｋ０ｒｇは加算部３２４Ｅに入力され、加算結果がバネ定数ｋ０として出力される（ステップＳ２３７）。出力された粘性摩擦係数μｓｇ及びμｒｇは加算部３２４Ｆに入力され、加算結果が粘性摩擦係数μとして出力される（ステップＳ２３８）。ステップＳ２３７とステップＳ２３８の順番も逆でも良い。
【００９９】
ステップＳ２３ｂでは、制御パラメータ設定部３２５が、パラメータ設定部３２４がモデルパラメータを設定する上記の動作と同様の動作により、制御パラメータ（比例ゲインｋｐ、微分ゲインｋｄ）を設定する。
【０１００】
なお、モデルパラメータに乗算する車速ゲイン（停車時車速ゲイン、走行時車速ゲイン）と制御パラメータに乗算する車速ゲインは同じ特性でなくても良く、停車時車速ゲイン及び走行時車速ゲインは、停車時には停車時車速ゲインが１００％、走行時は走行時車速ゲインが１００％となるようになっておれば、図２４及び図２５に示される特性とは違う特性でも良い。また、モデルパラメータ及び制御パラメータはラック変位に基づいて可変となっているが、可変でなくても良い。
【０１０１】
本発明の実施例３について説明する。
【０１０２】
車速Ｖｅｌに応じて、実施例１では所定位置ｘ０を変更し、実施例２ではそれに加えてモデルパラメータ及び制御パラメータを変更しているが、実施例３では、さらに規範モデルも変更する。
【０１０３】
実施例３での粘弾性モデル追従制御部の構成例を図２９に示す。図２２に示される実施例２での粘弾性モデル追従制御部の構成例と比べると、実施例３では、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１がフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１６１に代わり、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１６１には、パラメータ設定部３２４からのモデルパラメータ（バネ定数ｋ０、粘性摩擦係数μ）の入力はなく、代わりに車速Ｖｅｌが入力されている。他の構成は実施例２と同じであるから、説明は省略する。
【０１０４】
フィードバック制御部１６０のフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１６１は、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１と同様に規範モデルを有するが、停車時に使用する規範モデル（停車時規範モデル）と走行時に使用する規範モデル（走行時規範モデル）を有しており、この２つの規範モデルを使用してＮ／Ｆ演算値（目標ラック変位）を演算する。使用する割合は車速Ｖｅｌに応じて変更する。停車時規範モデル及び走行時規範モデルは、停車時及び走行時それぞれの制御範囲に合わせて設定する。つまり、制御範囲が狭くなるに応じて目標ラック変位が小さくなるように、規範モデルの特性を調整する。具体的には、停車時には制御範囲が広くなるようにバネを弱く設定し、走行時には制御範囲が狭くなるようにバネを強く設定する。
【０１０５】
フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１６１の構成例を図３０に示す。フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１６１は、停車時フィードバック要素１６１Ａ、走行時フィードバック要素１６１Ｂ、停車時車速ゲイン部１６１Ｃ、走行時車速ゲイン部１６１Ｄ及び加算部１６１Ｅより構成される。停車時フィードバック要素１６１Ａは、停車時規範モデルを用いてラック軸力ｆに対してＮ／Ｆ演算し、目標ラック変位ｘｔｓを出力する。走行時フィードバック要素１６１Ｂは、走行時規範モデルを用いてラック軸力ｆに対してＮ／Ｆ演算し、目標ラック変位ｘｔｒを出力する。停車時車速ゲイン部１６１Ｃは図２４に示される特性と同等の特性により車速Ｖｅｌに対して停車時車速ゲインを決定し、目標ラック変位ｘｔｓに乗算し、目標ラック変位ｘｔｓｇを出力する。走行時車速ゲイン部１６１Ｄは図２５に示される特性と同等の特性により車速Ｖｅｌに対して走行時車速ゲインを決定し、目標ラック変位ｘｔｒに乗算し、目標ラック変位ｘｔｒｇを出力する。目標ラック変位ｘｔｓｇ及びｘｔｒｇは加算部１６１Ｅで加算される。
【０１０６】
このような構成において、実施例３の動作例を、図３１及び図３２のフローチャートを参照して説明する。
【０１０７】
図３１は粘弾性モデル追従制御の実施例３での動作例を示すフローチャートで、図２７に示される実施例２での動作例と比べると、ステップＳ２４がステップＳ２４ａに代わっている。その他の動作は同じであるが、ステップＳ２３ａでは、パラメータ設定部３２４から出力されたモデルパラメータはフィードフォワード制御部１３０だけに入力される。
【０１０８】
ステップＳ２４ａでは、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１６１がラック軸力ｆをＮ／Ｆ演算する。図３２はＮ／Ｆ演算の動作例を示すフローチャートである。停車時フィードバック要素１６１Ａは、予め設定された停車時規範モデルを用いて、入力したラック軸力ｆに対してＮ／Ｆ演算し、目標ラック変位ｘｔｓを出力する（ステップＳ２４１）。同様に、走行時フィードバック要素１６１Ｂは、予め設定された走行時規範モデルを用いてラック軸力ｆに対してＮ／Ｆ演算し、目標ラック変位ｘｔｒを出力する（ステップＳ２４２）。なお、ステップＳ２４１とステップＳ２４２の順番は逆でも良い。停車時車速ゲイン部１６１Ｃは、目標ラック変位ｘｔｓと共に車速Ｖｅｌを入力し、図２４に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する停車時車速ゲインを決定し（ステップＳ２４３）、目標ラック変位ｘｔｓに停車時車速ゲインを乗算し、目標ラック変位ｘｔｓｇを出力する（ステップＳ２４４）。同様に、走行時車速ゲイン部１６１Ｄは、目標ラック変位ｘｔｒ及び車速Ｖｅｌを入力し、図２５に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する走行時車速ゲインを決定し（ステップＳ２４５）、目標ラック変位ｘｔｒに走行時車速ゲインを乗算し、目標ラック変位ｘｔｒｇを出力する（ステップＳ２４６）。なお、ステップＳ２４３、Ｓ２４４とステップＳ２４５、Ｓ２４６の順番は逆でも良い。出力された目標ラック変位ｘｔｓｇ及びｘｔｒｇは加算部１６１Ｅに入力され、加算結果が最終的なＮ／Ｆ演算値（目標ラック変位）として出力される（ステップＳ２４７）。
【０１０９】
なお、目標ラック変位に乗算する車速ゲイン（停車時車速ゲイン、走行時車速ゲイン）は、モデルパラメータ及び制御パラメータに乗算する車速ゲインと同じ特性でなくても良い。
【０１１０】
本発明の実施例４について説明する。
【０１１１】
実施例２では、ラック変位ｘに応じて変更されるモデルパラメータ及び制御パラメータを、さらに車速Ｖｅｌに応じて変更しているが、実施例４では、車速Ｖｅｌにより設定される車速ゲインをラック変位ｘに乗算して算出される制御変位ｘ’に応じてモデルパラメータ及び制御パラメータを変更する。車速Ｖｅｌに応じて所定位置ｘ０（開始舵角）が変わるので、開始舵角の変化に応じてラック変位ｘのレンジを変えてモデルパラメータ及び制御パラメータを設定するのである。車速Ｖｅｌに応じて開始舵角が変化するが、基準となる目標の制御範囲で制御変位ｘ’が動作するようにラック変位ｘに対して車速ゲインを乗算するので、目標のラックエンド舵角は一定となる。車速ゲインの設定では、停車時は開始舵角を小さくして制御範囲が広くなるので、ラック変位ｘに対する制御変位ｘ’のレンジが大きくなるように、走行時は開始舵角を大きくして制御範囲が狭くなるので、ラック変位ｘに対する制御変位ｘ’のレンジが小さくなるように、例えば図３３（Ａ）に示される特性のように、制御範囲の車速に対するゲインと変位xに対する制御変位x’のゲインとが比例の関係となるように、開始舵角の車速ゲインを設定する。例えば、停車時の所定位置ｘ０に対する舵角が５２０ｄｅｇ、走行時の所定位置ｘ０に対する舵角が５３０ｄｅｇ、ラックエンドに対する舵角が５５０ｄｅｇである場合、停車時の制御範囲は３０ｄｅｇ、走行時の制御範囲は２０ｄｅｇとなる。よって、モデルパラメータ及び制御パラメータが停車時の特性に合わせてあるならば、停車時の車速ゲインを１倍として、走行時の車速ゲインは２／３倍とし、モデルパラメータ及び制御パラメータが走行時の特性に合わせてあるならば、走行時の車速ゲインを１倍として、停車時の車速ゲインは３／２倍とする。
【０１１２】
実施例４での粘弾性モデル追従制御部の構成例を図３４に示す。図２２に示される実施例２での粘弾性モデル追従制御部の構成例と比べると、実施例４では、車速ゲイン部４２７が追加され、制御パラメータ設定部３２５が制御パラメータ設定部４２５に代わっている。また、パラメータ設定部３２４は実施形態４でのパラメータ設定部１２４に代わっているが、ラック変位ｘではなく、車速ゲイン部４２７から出力される制御変位ｘ’が入力される。他の構成は実施例２と同じであるから、説明は省略する。
【０１１３】
車速ゲイン部４２７は、図３３（Ａ）に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する車速ゲインを決定し、ラック変位ｘに乗算して、制御変位ｘ’を出力する。制御パラメータ設定部４２５は、車速Ｖｅｌに依存しない制御パラメータ（比例ゲインｋｐ、微分ゲインｋｄ）を持っており、制御パラメータは、例えば図２１に示されるような特性（但し、横軸はラック変位ｘではなく、制御変位ｘ’に置き換える）を有し、制御変位ｘ’に対する制御パラメータを設定する。パラメータ設定部１２４は、ラック変位ｘの入力が制御変位ｘ’の入力に代わるだけで、構成や動作は実施形態４でのパラメータ設定部１２４と同じである。
【０１１４】
このような構成において、実施例４の動作例を、図３５のフローチャートを参照して説明する。
【０１１５】
図３４は粘弾性モデル追従制御の実施例４での動作例を示すフローチャートで、図２７に示される実施例２での動作例と比べると、ステップＳ２２の後にステップＳ２２Ａが挿入されており、ステップＳ２３ａがステップＳ２３に、ステップＳ２３ｂがステップＳ２３ｃにそれぞれ代わっている。その他の動作は同じである。
【０１１６】
ステップＳ２２Ａでは、車速ゲイン部４２７がラック変位ｘ及び車速Ｖｅｌを入力し、図３３（Ａ）に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する車速ゲインを決定し、ラック変位ｘに車速ゲインを乗算し、制御変位ｘ’を算出する。制御変位ｘ’はパラメータ設定部１２４及び制御パラメータ設定部４２５に入力される。パラメータ設定部１２４は、制御変位ｘ’に応じて図１６に示される特性と同等の特性に従って求められたモデルパラメータ（バネ定数ｋ０、粘性摩擦係数μ）をバネ定数項１３１、粘性摩擦係数項１３２及びフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に設定する（ステップＳ２３）。制御パラメータ設定部４２５は、制御変位ｘ’に応じて図２１に示される特性と同等の特性に従って求められた制御パラメータ（比例ゲインｋｐ、微分ゲインｋｄ）を制御要素部１５３に設定する（ステップＳ２３ｃ）。
【０１１７】
なお、車速Ｖｅｌに対する車速ゲインの特性は図３３（Ａ）に示されるような特性に限られず、停車時の車速ゲインが走行時の車速ゲインより大きければ、例えば図３３（Ｂ）に示されるような曲線的な特性でも良い。
【０１１８】
上述の実施例２〜実施例４では、制御要素部１５３はＰＤ制御の構成であるが、ＰＩＤ（比例積分微分）制御或いはＰＩ制御の構成でも良い。ＰＩＤ制御の構成とした場合、伝達関数は下記数３４で表わされ、比例ゲインｋｐ、微分ゲインｋｄ及び積分ゲインｋｉが制御パラメータとなり、積分ゲインｋｉは比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄに近似した特性を有する。
【０１１９】
【数３４】
2017171060.tif 000036
ＰＩ制御の構成とした場合の伝達関数は下記数３５となる。
【０１２０】
【数３５】
2017171060.tif 000037
ＰＤ制御での制御要素部１５３の伝達関数として、微分ゲインｋｄの代わりに微分時間Ｔｄを用いた下記数３６を使用しても良い。
【０１２１】
【数３６】
2017171060.tif 000038
この場合、比例ゲインｋｐ及び微分時間Ｔｄが制御パラメータとなる。同様に、ＰＩＤ制御又はＰＩ制御において、積分ゲインｋｉの代わりに積分時間Ｔｉを用いても良い。
【０１２２】
また、図１４に示される実施形態３での粘弾性モデル追従制御部に対しても、実施例２〜実施例４において実施形態４での粘弾性モデル追従制御部に対して行った追加及び変更を、同様の態様で行うことが可能である。
【０１２３】
上述の実施例１〜実施例４において、粘弾性モデル追従制御部を、フィードフォワード制御部及びフィードバック制御部を具備した構成ではなく、フィードバック制御部のみの構成としても良い。
【符号の説明】
【０１２４】
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
２１                          回転角センサ
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
１１０、２１０                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
１２４、３２４                パラメータ設定部
１３０                        フィードフォワード制御部
１４０                        フィードバック制御部
１６１Ａ                      停車時フィードバック要素
１６１Ｂ                      走行時フィードバック要素
１６１Ｃ、３２４Ｃ、３２５Ｃ  停車時車速ゲイン部
１６１Ｄ、３２４Ｄ、３２５Ｄ  走行時車速ゲイン部
３２４Ａ                      停車時モデルパラメータ設定部
３２４Ｂ                      走行時モデルパラメータ設定部
３２５、４２５                制御パラメータ設定部
３２５Ａ                      停車時制御パラメータ設定部
３２５Ｂ                      走行時制御パラメータ設定部
４２７                        車速ゲイン部
【図１】
2017171060.tif 000039
【図２】
2017171060.tif 000040
【図３】
2017171060.tif 000041
【図４】
2017171060.tif 000042
【図５】
2017171060.tif 000043
【図６】
2017171060.tif 000044
【図７】
2017171060.tif 000045
【図８】
2017171060.tif 000046
【図９】
2017171060.tif 000047
【図１０】
2017171060.tif 000048
【図１１】
2017171060.tif 000049
【図１２】
2017171060.tif 000050
【図１３】
2017171060.tif 000051
【図１４】
2017171060.tif 000052
【図１５】
2017171060.tif 000053
【図１６】
2017171060.tif 000054
【図１７】
2017171060.tif 000055
【図１８】
2017171060.tif 000056
【図１９】
2017171060.tif 000057
【図２０】
2017171060.tif 000058
【図２１】
2017171060.tif 000059
【図２２】
2017171060.tif 000060
【図２３】
2017171060.tif 000061
【図２４】
2017171060.tif 000062
【図２５】
2017171060.tif 000063
【図２６】
2017171060.tif 000064
【図２７】
2017171060.tif 000065
【図２８】
2017171060.tif 000066
【図２９】
2017171060.tif 000067
【図３０】
2017171060.tif 000068
【図３１】
2017171060.tif 000069
【図３２】
2017171060.tif 000070
【図３３】
2017171060.tif 000071
【図３４】
2017171060.tif 000072
【図３５】
2017171060.tif 000073