CN107107951B - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高性能的电动助力转向装置，其构成基于物理模型的控制系统，构成模型追随控制以便使控制对象的输出(到齿条末端为止的距离)追随规范模型，不会给驾驶员带来转向不协调感，抑制末端碰撞时的异常音的发生，抑制撞击力，并且，改变反馈(FB)控制单元的模型参数和控制参数。本发明的电动助力转向装置具有在齿条末端的前面的规定角度的范围内将粘弹性模型设为规范模型的由FB控制单元构成的模型追随控制的结构，FB控制单元由用于基于输入侧齿条轴力运算出目标齿条位移的FB要素和用于基于目标齿条位移与齿条位移之间的位置偏差输出输出侧齿条轴力的控制要素单元构成。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算电流指令值，并且通过电流指令值来驱动电动机以便对车辆的转向系统施加辅助力。本发明特别是涉及一种电动助力转向装置，其将粘弹性模型设为规范模型，并且，通过在齿条末端附近限制电流指令值(電流指令値を絞る)，以便减少辅助扭矩，使末端碰撞时的势头衰减并减少撞击能量，从而抑制使驾驶员感到不舒服的撞击噪音(异常音)并提高了转向感。
还有，本发明涉及一种高性能的电动助力转向装置，其基于齿条轴力以及齿条位移来改变规范模型的模型参数和控制系统(反馈控制单元)的控制参数，或者，通过限制输入来抑制撞击，从而能够对应所有的路面状况。
背景技术
电动助力转向装置(EPS)利用电动机的旋转力对车辆的转向系统施加辅助力，其将电动机的驱动力经由减速机构并通过诸如齿轮或传送带之类的传送机构向转向轴或齿条轴施加辅助力。为了准确地产生辅助力的扭矩，这样的现有的电动助力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机外加电压，以便使电流指令值与电动机电流检测值之间的差变小，电动机外加电压的调整一般通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(duty)来进行。
参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，在柱轴2上设置有用于检测出转向盘1的转向扭矩的扭矩传感器10，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，同时，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vel并使用辅助图(アシストマップ)来进行作为辅助指令的电流指令值的运算，基于通过对运算出的电流指令值实施补偿等而得到的电压控制值Vref来控制供应给电动机20的电流。
另外，收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速Vel也能够从CAN40处获得。此外，收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41也可以被连接到控制单元30。
在这样的电动助力转向装置中，控制单元30主要由CPU(也包含MPU、MCU和类似装置)构成，该CPU内部由程序执行的一般功能，如图2所示。
参照图2对控制单元30的功能和动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩Th和来自车速传感器12的车速Vel被输入到用于运算出电流指令值的扭矩控制单元31中，运算出的电流指令值Iref1被输入到减法运算单元32B中，减法运算单元32B对电流指令值Iref1和电动机电流检测值Im进行减法运算。PI控制等的电流控制单元35对作为在减法运算单元32B中得到的减法结果的偏差I(＝Iref1-Im)进行控制，电流控制后得到的电压控制值Vref被输入到PWM控制单元36中以便运算出占空比，然后通过PWM信号经由逆变器37来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电动机电流值Im，由电动机电流检测器38检测出的电动机电流值Im被反馈输入到减法运算单元32B中。诸如分解器之类的旋转角传感器21被连接到电动机20，其检测出并且输出旋转角θ。
在这样的电动助力转向装置中，当通过电动机在转向系统的最大转向角(齿条末端)的附近施加了大的辅助扭矩的时候，在转向系统到达了最大转向角的时刻，会产生大的撞击并产生撞击噪音(异常音)，所以有可能使驾驶员感到不舒服。
因此，日本特公平6-4417号公报(专利文献1)公开了一种电动式助力转向装置，其具备用于判定转向系统的转向角是否从最大转向角变成了规定值的前面的转向角判定单元，并且还具备用于当转向角从最大转向角变成了规定值的前面的时候，通过减少供应给电动机的电力来减少辅助扭矩的补正单元。
还有，日本专利第4115156号公报(专利文献2)公开了一种电动助力转向装置，其决定调节机构是否正靠近末端位置，在知道了调节机构正靠近末端位置的情况下，控制驱动单元以便减少转向扭矩，为了决定调节机构靠近末端位置的速度，评价基于位置传感器决定的调节速度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平6-4417号公报
专利文献2：日本专利第4115156号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在专利文献1中所公开的电动式助力转向装置中，因为当转向角从最大转向角变成了规定值的前面的时候，虽然减少了电力，但完全没有考虑转向速度等，所以不能进行细微的降低电流控制。还有，完全没有公开使电动机的辅助扭矩减少的特性，也没有具体的结构。
另外，在专利文献2中所公开的电动助力转向装置中，尽管辅助量随着靠近终端而减少，但根据靠近终端的速度来调整降低辅助量的速度，所以已经充分地降低了在终端的速度。但是，在专利文献2中，仅仅公开了改变根据速度而下降的特性，并没有基于物理性的模型。还有，因为没有进行反馈控制，所以存在特性或结果随着路面状况(负荷状态)而发生变化的可能性。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种高性能的电动助力转向装置，其构成基于物理模型的控制系统，构成模型追随控制以便使控制对象的输出(到齿条末端为止的距离)追随规范模型，不会给驾驶员带来转向不协调感，抑制末端碰撞时的异常音的发生，抑制撞击力，并且，改变反馈(FB)控制单元的模型参数、控制参数，或者，通过限制输入来抑制撞击力。
解决技术问题的技术方案
本发明涉及一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，通过基于所述电流指令值来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具有在齿条末端的前面的规定角度x0的范围内将粘弹性模型设为规范模型的由反馈控制单元构成的模型追随控制的结构，所述反馈控制单元由用于基于输入侧齿条轴力f运算出目标齿条位移的反馈要素和用于基于所述目标齿条位移与齿条位移x之间的位置偏差输出输出侧齿条轴力ff的控制要素单元构成，具备用于改变并设定所述反馈要素和所述控制要素单元中的至少一方的参数的补正单元；或，还具备轴力运算单元和限制器，所述轴力运算单元基于所述转向扭矩以及所述电流指令值运算出齿条轴力f4，所述限制器通过限制值来限制所述齿条轴力f4的最大值，输出所述输入侧齿条轴力f；或，还具备用于从基于所述转向扭矩以及所述电流指令值的齿条轴力f3运算出所述输入侧齿条轴力f的轴力运算单元，所述轴力运算单元由绝对值/符号单元、判定单元、减法运算单元、乘法运算单元和切换单元构成，所述绝对值/符号单元计算出所述齿条轴力f3的绝对值以及符号，所述判定单元判定所述绝对值是否等于或大于阈值，所述减法运算单元从所述绝对值中减去所述阈值，所述乘法运算单元使所述符号与减法运算结果相乘，所述切换单元输出所述乘法运算结果或固定值。
发明效果
根据本发明的电动助力转向装置，因为构成了基于物理模型的控制系统，所以具有变得易于预测常数设计的优点，还有，因为构成了模型追随控制以便使控制对象的输出(到齿条末端为止的距离)追随规范模型，所以具有能够对负荷状态(外部干扰)和控制对象的变动进行鲁棒(稳健)控制的优点。
还有，根据本发明的电动助力转向装置，因为基于齿条轴力以及齿条位移来改变规范模型的模型参数和控制要素的参数，所以具有更进一步提高控制性的优点，还有，因为限制了齿条轴力的输入，所以具有能够抑制撞击，并且还能够对应所有的路面状况的优点。
附图说明
图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是表示电动助力转向装置的控制系统的结构示例的结构框图。
图3是表示本发明的结构示例的结构框图。
图4是表示齿条位置变换单元的特性示例的图。
图5是表示粘弹性模型追随控制单元的结构示例(第一实施方式)的结构框图。
图6是表示粘弹性模型追随控制单元的结构示例(第二实施方式)的结构框图。
图7是表示本发明的动作示例(整体)的流程图。
图8是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例的流程图。
图9是粘弹性模型的示意图。
图10是用于说明粘弹性模型追随控制单元的详细的原理的结构框图。
图11是用于说明粘弹性模型追随控制单元的详细的原理的结构框图。
图12是用于说明粘弹性模型追随控制单元的详细的原理的结构框图。
图13是用于说明粘弹性模型追随控制单元的详细的原理的结构框图。
图14是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第三实施方式)的结构框图。
图15是表示根据齿条位置变更规范模型的参数的示例的图。
图16是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第四实施方式)的结构框图。
图17是表示本发明的第1实施例的结构框图。
图18是表示控制系统的位置补正单元的感应特性示例的特性图。
图19是表示控制参数设定单元的特性示例的特性图。
图20是表示模型系统的位置补正单元的感应特性示例的特性图。
图21是表示本发明的第1实施例的动作示例的流程图。
图22是表示反馈控制的动作示例的流程图。
图23是表示本发明的第2实施例的结构框图。
图24是表示控制参数设定单元的特性示例的特性图。
图25是表示模型参数设定单元的特性示例的特性图。
图26是表示本发明的第3实施例的结构框图。
图27是表示控制系统的位置补正单元的感应特性示例的特性图。
图28是表示模型系统的位置补正单元的感应特性示例的特性图。
图29是表示本发明的第4实施例的结构框图。
图30是表示控制系统的位置补正单元的感应特性示例的特性图。
图31是表示模型系统的位置补正单元的感应特性示例的特性图。
图32是表示基于行驶状态的反力(齿条轴力)的特性示例的特性图。
图33是表示本发明的第5实施例的结构框图。
图34是表示限制器的特性示例的特性图。
图35是表示控制参数设定单元的特性示例的特性图。
图36是表示本发明的第5实施例的动作示例的流程图。
图37是用来说明本发明的效果的特性图。
图38是表示本发明的第6实施例的结构框图。
图39是表示限制值的变化示例(增加)的特性图。
图40是表示限制值的变化示例(减少)的特性图。
图41是表示本发明的第7实施例的结构框图。
图42是表示本发明的第8实施例的结构框图。
图43是表示本发明的第8实施例的动作示例的流程图。
图44是表示本发明的动作示例(第8实施例)的时间关系图。
图45是表示本发明的第9实施例的结构框图。
图46是表示本发明的动作示例(第9实施例)的时间关系图。
具体实施方式
本发明为一种电动助力转向装置，其构成基于齿条末端附近的物理模型的控制系统，将粘弹性模型(弹簧常数、粘性摩擦系数)设为规范模型，构成模型追随控制以便使控制对象的输出(到齿条末端为止的距离)追随该规范模型，不会给驾驶员带来转向不协调感，抑制末端碰撞时的异常音的发生，使撞击力衰减。
通过粘弹性模型追随控制单元来构成模型追随控制，通过前馈控制单元、反馈控制单元或两者来构成粘弹性模型追随控制单元，在齿条末端的前面的规定角度的范围外进行通常的辅助控制，在齿条末端的前面的规定角度的范围内进行模型追随控制，以便使齿条末端碰撞时的撞击力衰减。
另外，在本发明中，在规定角度的范围内改变模型追随控制的粘弹性模型的模型参数和针对控制要素的控制参数(反馈控制单元的控制增益)，并且，根据进入规定角度范围内时的齿条轴力来改变模型参数和控制参数。例如，在开始转向角附近设定小的粘弹性模型的弹簧这一项和小的控制增益，随着靠近齿条末端设定大的粘弹性模型的弹簧这一项和大的控制增益。还有，进入规定角度范围内时的齿条轴力越小，则设定越大的弹簧这一项和越大的控制增益。通过这样做，开始转向角附近的控制量变小，规定范围内外的辅助量的变化量变小。因此，能够使驾驶员不会感到由辅助量的变化而造成的反力不协调感。还有，因为在接近齿条末端的区域，能够设定大的控制增益和大的控制量，所以能够使到达齿条末端时的撞击力衰减。
还有，规定角度范围的齿条轴力随着路面状态(沥青路面、湿的路面、冰上(结冰的路面)、雪上(积雪的路面)等)而发生变化。在路面的摩擦系数小(冰上、雪上)的情况下，齿条轴力小。在沥青路面的情况下，路面摩擦系数大，齿条轴力也大。在沥青路面适当地设定了模型参数和控制参数(增益)的情况下，存在这些根据沥青路面而设定好的模型参数和控制参数(增益)在冰上、雪上等的情况下会变得不合适的可能性。在摩擦系数小的情况下，能够产生朝向齿条末端的大的辅助力的宽裕量大，转向角大大地前进，到达齿条末端的可能性变大。优选地，通过实现进入规定角度范围时的齿条轴力越小的话则更加增大粘弹性模型的弹簧常数和控制增益，以便减小转向角前进角度。因此，在本发明中，设置能够实现齿条轴力越小的话则更加增大弹簧常数和控制增益的补正单元，并且，在别的实施例中，通过限制值来限制齿条轴力的最大输入，以便实现抑制撞击。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，参照与图2相对应的图3对作为本发明的前提的模型追随控制进行说明。
在图3所示的模型追随控制中，电流指令值Iref1在变换单元101被变换成齿条轴力f，齿条轴力f被输入到粘弹性模型追随控制单元120中。尽管齿条轴力f与柱轴扭矩等效，在下面的说明中，为了便于说明，使用齿条轴力来进行说明。
依照下述式1进行从电流指令值Iref1到齿条轴力f的变换。
(式1)
f＝G1×Iref1
在这里，将Kt设为扭矩常数[Nm/A]，将Gr设为减速比，将Cf设为比行程[m/rev.]，则G1＝Kt×Gr×(2π/Cf)成立。
来自旋转角传感器21的旋转角θ被输入到齿条位置变换单元100中，被变换成判定用齿条位置Rx。判定用齿条位置Rx被输入到齿条末端接近判定单元110中，齿条末端接近判定单元110如图4所示那样，当判定成判定用齿条位置Rx位于齿条末端的前面的规定位置x0以内的时候，启动末端碰撞抑制控制功能，输出齿条位移x，并且输出切换信号SWS。切换信号SWS和齿条位移x与齿条轴力f一起被输入到粘弹性模型追随控制单元120中，在粘弹性模型追随控制单元120中经控制运算后得到的齿条轴力ff在变换单元102被变换成电流指令值Iref2，电流指令值Iref2在加法运算单元103与电流指令值Iref1相加后变成电流指令值Iref3。基于电流指令值Iref3进行如上所述那样的辅助控制。
此外，可以将用来设定图4所示的齿条末端邻近区域的规定位置x0设定在适当的位置。规定位置x0因随齿条比行程、车辆种类、感觉等而发生变化所以不能被唯一地决定，通常被设定为齿条末端的前面1～50mm左右。
变换单元102依照下述式2进行从齿条轴力ff到电流指令值Iref2的变换。
(式2)
Iref2＝ff/G1
图5和图6示出了粘弹性模型追随控制单元120的详细结构。
在图5的第一实施方式中，齿条轴力f被输入到前馈控制单元130和反馈控制单元140中，齿条位移x被输入到反馈控制单元140中。来自前馈控制单元130的齿条轴力FF被输入到切换单元121中，来自反馈控制单元140的齿条轴力FB被输入到切换单元122中。根据切换信号SWS来启动/关闭(ON/OFF)切换单元121和切换单元122，当切换单元121和切换单元122根据切换信号SWS被关闭的时候，切换单元121的输出u1和切换单元122的输出u2均为零。当切换单元121和切换单元122根据切换信号SWS被启动的时候，来自切换单元121的齿条轴力FF被作为齿条轴力u1输出，来自切换单元122的齿条轴力FB被作为齿条轴力u2输出。加法运算单元123对来自切换单元121的齿条轴力u1和来自切换单元122的齿条轴力u2进行加法运算，粘弹性模型追随控制单元120输出作为在加法运算单元123得到的加法值的齿条轴力ff。齿条轴力ff在变换单元102被变换成电流指令值Iref2。
还有，在图6的第二实施方式中，齿条位移x被输入到前馈控制单元130和反馈控制单元140中，齿条轴力f被输入到反馈控制单元140中。接下来与图5的第一实施方式相同，来自前馈控制单元130的齿条轴力FF被输入到切换单元121中，来自反馈控制单元140的齿条轴力FB被输入到切换单元122中。根据切换信号SWS来启动/关闭切换单元121和切换单元122，当切换单元121和切换单元122根据切换信号SWS被关闭的时候，切换单元121的输出u1和切换单元122的输出u2均为零。当切换单元121和切换单元122根据切换信号SWS被启动的时候，来自切换单元121的齿条轴力FF被作为齿条轴力u1输出，来自切换单元122的齿条轴力FB被作为齿条轴力u2输出。加法运算单元123对来自切换单元121的齿条轴力u1和来自切换单元122的齿条轴力u2进行加法运算，粘弹性模型追随控制单元120输出作为在加法运算单元123得到的加法值的齿条轴力ff。齿条轴力ff在变换单元102被变换成电流指令值Iref2。
在这样的结构中，首先参照图7的流程图对其动作示例整体进行说明。接下来，参照图8的流程图对粘弹性模型追随控制(第一实施方式以及第二实施方式)的动作示例进行说明。
在开始阶段，根据切换信号SWS切换单元121和切换单元122是被关闭的。然后，当动作开始的时候，首先，扭矩控制单元31基于转向扭矩Th和车速Vel运算出电流指令值Iref1(步骤S10)，齿条位置变换单元100将来自旋转角传感器21的旋转角θ变换成判定用齿条位置Rx(步骤S11)。齿条末端接近判定单元110基于判定用齿条位置Rx来判定是否接近齿条末端(步骤S12)，在没有接近齿条末端的情况下，粘弹性模型追随控制单元120不输出齿条轴力ff，执行基于电流指令值Iref1的通常的转向控制(步骤S13)，继续进行直到结束为止(步骤S14)。
另一方面，在被齿条末端接近判定单元110判定成接近了齿条末端的情况下，粘弹性模型追随控制单元120执行粘弹性模型追随控制(步骤S20。也就是说，如图8所示，齿条末端接近判定单元110输出切换信号SWS(步骤S201)，同时还输出齿条位移x(步骤S202)。还有，变换单元101依照上述式1将电流指令值Iref1变换成齿条轴力f(步骤S203)。在图5的第一实施方式中，前馈控制单元130基于齿条轴力f进行前馈控制(步骤S204)，反馈控制单元140基于齿条位移x和齿条轴力f进行反馈控制(步骤S205)。还有，在图6的第二实施方式中，前馈控制单元130基于齿条位移x进行前馈控制(步骤S204)，反馈控制单元140基于齿条位移x和齿条轴力f进行反馈控制(步骤S205)。此外，无论在上述哪一种情况下，也可以将前馈控制和反馈控制的顺序反过来。
来自齿条末端接近判定单元110的切换信号SWS被输入到切换单元121和切换单元122中，切换单元121和切换单元122被启动(步骤S206)。当切换单元121和切换单元122被启动的时候，来自前馈控制单元130的齿条轴力FF被作为齿条轴力u1输出，来自反馈控制单元140的齿条轴力FB被作为齿条轴力u2输出。加法运算单元123对齿条轴力u1和齿条轴力u2进行加法运算(步骤S207)，作为加法运算结果的齿条轴力ff在变换单元102依照上述式2被变换成电流指令值Iref2(步骤S208)。
在这里，本发明的粘弹性模型追随控制单元120变成了基于齿条末端附近的物理模型的控制系统，构成在齿条末端的前面的规定角度以内将粘弹性模型(弹簧常数k0[N/m]、粘性摩擦系数μ[N/(m/s)])设为规范模型(用作为输入的力和作为输出的位移描述的物理模型)的模型追随控制，从而使齿条末端碰撞时的撞击力衰减。
图9示出了齿条末端附近的示意图，式3示出了质量m与力F0、F1之间的关系。例如，关西大学理工学会杂志“理工学与技术”第17卷(2010年)中的“弹性膜和粘弹性的力学的基础”(大场谦吉)示出了粘弹性模型的方程式的导出过程。
[式3]
接下来，针对齿条位移x1和x2，将k0和k1设为弹簧常数的话，则式4～式6成立。
(式4)
x＝x1+x2
(式5)
F0＝k0x
[式6]
因此，将上述式4～式6代入到上述式3，则可得式7。
[式7]
对上述式7进行微分的话，则可得下述式8，然后，在两边都乘以μ1/k1的话，则可得下述式9。
[式8]
[式9]
然后，将式7和式9加在一起的话，则可得下述式10。
[式10]
将上述式4和式6代入到式10的话，则可得下述式11。
[式11]
在这里，μ1/k1＝τe、k0＝Er和μ1(1/k0+1/k1)＝τδ均成立的话，则上述式11变成式12，然后，进行拉普拉斯变换的话，则式13成立。
[式12]
[式13]
(1+τes)F(s)＝{τems3+ms2+Er(1+τδs)}X(s)
通过X(s)/F(s)来整理上述式13的话，则可得下述式14。
[式14]
式14变成用来表示从作为输入的力f到作为输出的位移x的特性的三阶物理模型(传递函数)，当使用弹簧常数k1＝∞的弹簧的话，则τe→0成立，并且τδ＝μ1·1/k0也成立，从而可以导出二次函数的下述式15。
[式15]
在本发明中，将用式15表示的二次函数作为规范模型Gm并对其进行说明。也就是说，将式16作为规范模型Gm。在这里，μ1＝μ是成立的。
[式16]
接下来，将电动助力转向装置的实际工厂(actual plant)146设为用下述式17表示的P，当通过具有2个自由度的控制系统来设计本发明的规范模型追随型控制的话，则将Pn以及Pd作为实际的模型，变成图10的结构。方框(块，block)143(Cd)表示控制要素单元。(例如，参照“先行控制的系统控制理论”，作者：前田肇、杉江俊治，出版社：日本朝仓书店)
[式17]
为了用稳定的有理函数的比来表示实际工厂P，用下述式18来表示N以及D。N的分子变成P的分子，D的分子变成P的分母。此外，对于α来说，可以任意地选择(s+α)＝0的极。
[式18]
将图10的结构应用于规范模型Gm的话，则为了使x/f＝Gm成立，需要将1/F设定成下述式19那样。此外，基于式16以及式18来导出式19。
[式19]
用下述式20来表示反馈控制单元的方框N/F。
[式20]
用下述式21来表示前馈控制单元的方框D/F。
[式21]
在表示具有2个自由度的控制系统的一个示例的图10中，实际工厂P的输入(与齿条轴力或柱轴扭矩相对应的电流指令值)u是用下述式22来表示的。
[式22]
还有，实际工厂P的输出(齿条位移)x是用下述式23来表示的。
[式23]
整理式23并使输出x的项和左边f的项汇集在右边的话，则可以导出式24。
[式24]
将式24表示成针对输入f的输出x的传递函数的话，则可得下述式25。在这里，在第三项以后，作为P＝Pn/Pd来表现。
[式25]
如果能正确地表现了实际工厂P的话，则可以使Pn＝N和Pd＝D成立，因为针对输入f的输出x的特性可以被表示成Pn/F(＝N/F)，所以下述式26成立。
[式26]
当考虑将针对输入f的输出x的特性(规范模型(传递函数))设为下述式27的时候，能够实现将1/F设为下述式28。
[式27]
[式28]
在图10中，以方框144→实际工厂P的路径考虑前馈控制系统的话，则可得图11。在这里，使P＝N/D成立的话，则图11(A)变成图11(B)，基于式20可以获得图11(C)。因为基于图11(C)，f＝(m·s2+μ·s+k0)x成立，所以对其进行拉普拉斯逆变换的话，则可得下述式29。
[式29]
另一方面，考虑如图12所示那样的前馈控制系统的传递函数方框的话，则在输入f和输出x的情况下，下述式30成立。
[式30]
整理式30的话，则可得下述式31，然后，针对输入f整理式31的话，则可得下述式32。
[式31]
f-{(μ-η)·s+k0}·x＝(m·s2+η·s)x
[式32]
f＝{m·s2+(μ-η+η)·s+k0}·x
对式32进行拉普拉斯逆变换的话，则可得上述式29，其结果为，如图13所示，前馈控制单元A和前馈控制单元B是等效的。
立足于上述前提的话，则即使没有前馈控制单元130，在动作上也不会有障碍，这种情况下的粘弹性模型追随控制单元120的结构成为图14所示的结构(第三实施方式)。也就是说，反馈控制单元140将弹簧常数k0和粘性摩擦系数μ作为参数，其由反馈要素(N/F)141、减法运算单元142和控制要素单元143构成，其中，反馈要素(N/F)141基于齿条轴力f运算出目标齿条位移(目标转向角)；减法运算单元142求出目标齿条位移与齿条位移x之间的位置偏差；由PID、PI等构成的控制要素单元143基于位置偏差对齿条轴力FB进行控制处理。来自反馈控制单元140的齿条轴力FB，即，控制要素单元143的输出被输入到切换单元122的接点b2。来自固定单元126的固定值“0”被输入到切换单元122的接点a2。然后，齿条轴力f被输入到反馈要素141中，齿条位移x被减法输入到反馈控制单元140内的减法运算单元142中，同时还被输入到参数设定单元124中。参数设定单元124针对齿条位移x，基于图15所示那样的特性来输出弹簧常数k0和粘性摩擦系数μ，弹簧常数k0和粘性摩擦系数μ被输入到反馈要素141中。基于来自齿条末端接近判定单元110的切换信号SWS来切换切换单元122的接点a2和接点b2。
还有，如图16所示，也可以采用只有前馈控制单元130的结构(第四实施方式)。
本发明基于齿条轴力(SAT)f和齿条位移x来改变上述第三实施方式中的规范模型的模型参数(反馈要素141)、控制要素单元的控制参数或两者的参数。也就是说，例如在沥青路面的路面状况下，适当地设定了规范模型的模型参数和控制系统的控制参数(增益)的情况下，存在这些根据沥青路面而设定好的模型参数和控制参数(增益)在冰上、雪上等的情况下会变得不合适的可能性。在摩擦系数小的情况下，能够产生朝向齿条末端的大的辅助力的宽裕量大，转向角大大地前进，到达齿条末端的可能性变大。优选地，通过实现进入规定角度范围时的齿条轴力越小的话则更加增大粘弹性模型的弹簧常数和控制增益，以便减小转向角前进角度。因此，在本发明中，设置齿条轴力越小则更加增大弹簧常数和控制增益的各种补正单元，改变模型参数和控制参数。
与图3和图14相对应的图17示出了本发明的第1实施例，设有用于将转向扭矩Th变换成齿条轴力f1的变换单元200、用于对齿条轴力f1和来自变换单元101的齿条轴力f2进行加法运算的加法运算单元202、用于基于在加法运算单元202得到的齿条轴力f3(＝f1+f2)运算出输入侧齿条轴力f的轴力运算单元201、控制系统的位置补正单元210以及控制参数设定单元211和模型系统的位置补正单元220以及模型参数设定单元221。
用于输入齿条轴力f3(＝f1+f2)的轴力运算单元201由用于将齿条位移x进入规定角度范围内时的齿条轴力f3设定为初始齿条轴力Fz并进行存储的设定存储单元201－1和用于然后从齿条轴力f3中减去初始齿条轴力Fz并输出输入侧齿条轴力f的减法运算单元201－2构成。初始齿条轴力Fz为齿条位移x进入规定角度范围内时的齿条轴力，初始齿条轴力Fz作为参数被输入到位置补正单元210和位置补正单元220中。轴力运算单元201在齿条位移x进入规定角度范围内之后，依照下述式33运算出输入侧齿条轴力f。
(式33)
f＝(f1+f2)－Fz
位置补正单元210的特性例如为图18所示那样的特性，即，基本上与齿条位移x成比例关系，并且，随着初始齿条轴力Fz变小，输出以大的斜率增加的补正位置xm1。控制参数设定单元211输入来自位置补正单元210的补正位置xm1，依照例如图19所示那样的增加率随着补正位置xm1变大而变大的非线性的关系来输出控制参数kd和kp。控制参数kd和kp如下述式34所示那样被设定在反馈控制单元140内的控制要素单元143中。
(式34)
Cd＝kp+kd·s
位置补正单元220的特性例如为图20所示那样的特性，即，基本上与齿条位移x成比例关系，并且，随着初始齿条轴力Fz变小，输出以大的斜率增加的补正位置xm2。模型参数设定单元221输入来自位置补正单元220的补正位置xm2，依照例如图15所示那样的特性来输出模型参数μ(粘性摩擦系数)和k0(弹簧常数)。模型参数μ和k0被设定在反馈控制单元140内的反馈要素(N/F)141中。
通过位置补正单元210和位置补正单元220，根据初始齿条轴力Fz从外观上来增大或减小齿条位置x，从而使规范模型的模型参数和的控制参数发生变化。通过进行这样的补正，就可以调整转向角朝向齿条末端前进的特性。
在这样的结构中，参照图21和图22的流程图对图17的第1实施例的动作示例进行说明。
齿条末端接近判定单元110输出切换信号SWS，切换单元122的接点从接点a2被切换到接点b2(步骤S201)，并且，转向扭矩Th在变换单元200被变换成齿条轴力f1(步骤S202)。扭矩控制单元31运算出电流指令值Iref1，电流指令值Iref1在变换单元101被变换成齿条轴力f2(步骤S203)，在切换单元122被切换到接点b2的瞬间，将该瞬间的齿条轴力f3作为初始齿条轴力Fz并将其设定在设定存储单元201－1(步骤S204)，然后，减法运算单元201－2从齿条轴力f3中减去被存储起来的初始齿条轴力Fz以便运算出齿条轴力f(步骤S205)，并将其作为输入侧齿条轴力输入到反馈控制单元140内的反馈要素141中。
还有，齿条末端接近判定单元110输出齿条位移x(步骤S206)，齿条位移x被减法输入到反馈控制单元140内的减法运算单元142中，同时还被输入到位置补正单元210和位置补正单元220中。位置补正单元210通过位置补正处理#1基于齿条位移x以及初始齿条轴力Fz来运算出补正位移xm1(步骤S210)，控制参数设定单元211基于补正位移xm1运算出控制参数kp和kd(步骤S211)。控制参数kp和kd被设定在反馈控制单元140内的控制要素单元143中。位置补正单元220通过位置补正处理#2基于齿条位移x以及初始齿条轴力Fz来运算出补正位移xm2(步骤S212)，模型参数设定单元221基于补正位移xm2运算出模型参数μ和k0(步骤S213)。模型参数μ和k0被设定在反馈控制单元140内的反馈要素141中。
反馈控制单元140基于齿条轴力f、齿条位移x和被设定好的控制参数kd和kp以及模型参数μ和k0进行反馈控制的处理(步骤S220)，输出输出侧齿条轴力ff(步骤S230)。齿条轴力ff在变换单元102被变换成电流指令值Iref2(步骤S231)，重复进行上述动作直到结束为止(步骤S232)。
在上述步骤S232当结束的时候，因为切换信号SWS被输出，所以切换单元122的接点从接点b2被切换到接点a2(步骤S233)，然后，转移到图7的步骤S14。
反馈控制单元140中的反馈控制的处理是按照图22所示那样的动作来实施的。
首先，由模型参数设定单元221运算出的模型参数μ和k0被设定在反馈要素141中(步骤S221)，在反馈要素141实施N/F处理，运算出目标齿条位移(目标转向角)(步骤S222)。目标齿条位移被加法输入到减法运算单元142中，运算出与被减法输入进来的齿条位移x的位置偏差(步骤S223)，求出的位置偏差被输入到控制要素单元143中。还有，由控制参数设定单元211运算出的控制参数kd和kp被设定在控制要素单元143中(步骤S224)，实施控制运算(步骤S225)，输出通过控制运算而得到的齿条轴力FB(步骤S226)。此外，可以适当地变更控制参数kd和kp的设定顺序。
接下来，参照图23对本发明的第2实施例进行说明。在第2实施例中，删除了第1实施例的位置补正单元210和位置补正单元220，并且，初始齿条轴力Fz作为参数被输入到控制参数设定单元212和模型参数设定单元222中。控制参数设定单元212的特性为图24所示那样的特性，即，控制参数kp和kd随着初始齿条轴力Fz变小而变成大的增加率。还有，模型参数设定单元222的特性为图25所示那样的特性，即，模型参数μ和k0随着初始齿条轴力Fz变小而变成大的值，用下述式35的函数来表示。
(式35)
μ＝f1(Fz·x)
k0＝f2(Fz·x)
图26示出了本发明的第3实施例，车速Vel作为参数被输入到位置补正单元210A和位置补正单元220A中。并且，位置补正单元210A基于齿条位移x如图27所示那样，改变补正位移xm1使其随车速Vel变大而变大，位置补正单元220A基于齿条位移x如图28所示那样，改变补正位移xm2使其随车速Vel变大而变大。
通过位置补正单元210A和位置补正单元220A，根据车速Vel从外观上来增大或减小齿条位置x，从而使规范模型的模型参数和的控制参数发生变化。以爬行速度行驶时的齿条轴力Fz的特性与停车时的齿条轴力Fz的特性不同，针对转向角，以爬行速度行驶时的大小变小，斜率也变小。通过进行这样的补正，就可以调整转向角朝向齿条末端前进的特性。
图29示出了本发明的第4实施例，电动机角速度ω作为参数被输入到位置补正单元210B和位置补正单元220B中。角速度运算单元203基于旋转角θ通过运算(微分)来计算出电动机角速度ω。并且，位置补正单元210B基于齿条位移x如图30所示那样，改变补正位移xm1使其随电动机角速度ω变大而变大，位置补正单元220B基于齿条位移x如图31所示那样，改变补正位移xm2使其随电动机角速度ω变大而变大。
通过位置补正单元210B和位置补正单元220B，根据电动机角速度ω(齿条位移速度)从外观上来增大或减小齿条位置x，从而使规范模型的模型参数和的控制参数发生变化。在齿条位移速度ω(电动机角速度)大的情况下，当前往齿条末端的速度大的时候，增大规范模型的弹簧这一项和阻尼以便使得规范模型输出不会朝向齿条末端变大，还有，增大控制参数(增益)以便使得齿条位移不会朝向齿条末端前进。通过根据电动机角速度(齿条位移速度)ω来对补正单元210B和位置补正单元220B进行补正，就可以调整转向角朝向齿条末端前进的特性。
还有，在迄今为止所说明的本发明的实施例中，采用在齿条末端的前面的规定角度的范围内将粘弹性模型设为规范模型的模型追随控制的结构，在规定角度的范围内改变该粘弹性模型的模型参数和控制参数(控制增益)，并且，还根据进入规定角度范围内时的齿条轴力来改变模型参数和控制参数。例如，在开始转向角附近设定小的粘弹性模型的弹簧这一项和小的控制增益，随着靠近齿条末端设定大的粘弹性模型的弹簧这一项和大的控制增益。还有，进入规定角度范围内时的齿条轴力越小，则设定越大的弹簧这一项和越大的控制增益。通过这样做，开始转向角附近的控制量变小，规定范围内外的辅助量的变化量变小，其结果为，能够使驾驶员不会感到由辅助量变化而造成的反力不协调感。还有，因为在接近齿条末端的区域，能够设定大的控制增益和大的控制量，所以能够使到达齿条末端时的撞击力衰减。
还有，规定角度范围的齿条轴力随着路面状态(沥青路面、湿的路面、冰上、雪上)而发生变化。在路面的摩擦系数小(冰上、雪上)的情况下，齿条轴力小。在沥青路面的情况下，路面摩擦系数大，齿条轴力也大。另外，如图32所示，在停车时、以爬行速度行驶时，因为来自轮胎的反力不同，所以齿条轴力也发生变化。还有，负荷特性也随着轮胎的扭转程度而发生变化。希望与路面状态和行驶状态无关系地将转向角控制在大体上为一定值。为了达到这个希望，在本发明(第5实施例～第7实施例)中，限制被输入到规范模型的齿条轴力的正负最大值。设定限制值并限制了输入的话，则规范模型输出(目标转向角)变成一定值，从而能够抑制控制效果的变动。此外，通过使限制值能够根据齿条轴力来调整，这样就可以调整规范模型输出(目标转向角)，并且，还可以减少效果的变动。
与图3和图14相对应的图33示出了本发明的第5实施例，设有用于将转向扭矩Th变换成齿条轴力f1的变换单元200、用于对齿条轴力f1和来自变换单元101的齿条轴力f2进行加法运算的加法运算单元202、用于基于在加法运算单元202得到的齿条轴力f3(＝f1+f2)运算出齿条轴力f4的轴力运算单元201、用于限制来自轴力运算单元201的齿条轴力f4的最大值并输出输入侧齿条轴力f的限制器204、用于设定控制系统的控制参数的控制参数设定单元211和用于设定模型系统的模型参数的模型参数设定单元221。
用于输入齿条轴力f3(＝f1+f2)的轴力运算单元201由用于将齿条位移x进入规定角度范围内时的齿条轴力f3设定为初始齿条轴力Fz并进行存储的设定存储单元201－1和用于然后从齿条轴力f3中减去初始齿条轴力Fz并输出齿条轴力f4的减法运算单元201－2构成。初始齿条轴力Fz为齿条位移x进入规定角度范围内时的齿条轴力，轴力运算单元201在齿条位移x进入规定角度范围内之后，依照上述式33运算出齿条轴力f4(但是，在本实施例中，f＝f4)。这是为了在规定角度使规范模型的输出成为“0”，使从控制要素单元143输出的齿条轴力FB成为“0”。是为了消除因在规定角度附近进行的转向操作而产生的指令值的台阶，并使保持转向盘不动变得容易。
限制器204通过例如图34所示那样的特性来限制正负最大值，被限制了最大值的输入侧齿条轴力f被输入到反馈控制单元140内的反馈要素141中。此外，在图34中，x0R和x0L为用于设定规定角度范围的角度。
还有，控制系统的控制参数设定单元211输入齿条位移x，依照例如图35所示那样的增加率随着齿条位移x变大而变大的非线性的关系来输出控制参数kd和kp。控制参数kd和kp如上述式34所示那样被设定在反馈控制单元140内的控制要素单元143中。
模型系统的模型参数设定单元221输入齿条位移x，依照例如图15所示那样的特性来输出模型参数μ(粘性摩擦系数)和k0(弹簧常数)。模型参数μ和k0被设定在反馈控制单元140内的反馈要素(N/F)141中。
在这样的结构中，参照图36的流程图对图33的第5实施例的动作示例进行说明。
齿条末端接近判定单元110输出切换信号SWS，切换单元122的接点从接点a2被切换到接点b2(步骤S201)，并且，转向扭矩Th在变换单元200被变换成齿条轴力f1(步骤S202)。扭矩控制单元31运算出电流指令值Iref1，电流指令值Iref1在变换单元101被变换成齿条轴力f2(步骤S203)，在切换单元122被切换到接点b2的瞬间，将该瞬间的齿条轴力f3＝f1+f2作为初始齿条轴力Fz并将其设定在设定存储单元201－1(步骤S204)，然后，减法运算单元201－2从齿条轴力f3中减去被存储起来的初始齿条轴力Fz以便运算出齿条轴力f4(步骤S205)，限制器204进行限制处理(步骤S206)，将经过限制处理后的齿条轴力作为输入侧齿条轴力f输入到反馈控制单元140内的反馈要素141中。
还有，齿条末端接近判定单元110输出齿条位移x(步骤S210)，齿条位移x被减法输入到反馈控制单元140内的减法运算单元142中，同时还被输入到控制参数设定单元211和模型参数设定单元221中。控制参数设定单元211基于齿条位移x运算出控制参数kp和kd(步骤S211)，控制参数kp和kd被设定在反馈控制单元140内的控制要素单元143中。还有，模型参数设定单元221基于齿条位移x运算出模型参数μ和k0(步骤S213)，模型参数μ和k0被设定在反馈控制单元140内的反馈要素141中。
反馈控制单元140基于齿条轴力f、齿条位移x和被设定好的控制参数kd和kp以及模型参数μ和k0进行反馈控制的处理(步骤S220)，输出输出侧齿条轴力ff(步骤S230)。齿条轴力ff在变换单元102被变换成电流指令值Iref2(步骤S231)，重复进行上述动作直到结束为止(步骤S232)。
在上述步骤S232当结束的时候，因为切换信号SWS被输出，所以切换单元122的接点从接点b2被切换到接点a2(步骤S233)，然后，转移到图7的步骤S14。
以与图22相同的方式来实施反馈控制单元140中的反馈控制的处理。在第5实施例中，因为输入侧齿条轴力f的输入在限制器204被限制，所以如图37的实线所示那样，规范模型输出达到饱和。不加限制的话，则如虚线所示那样，没有达到饱和，而是继续发生变化。
接下来，参照图38对本发明的第6实施例进行说明。
在第6实施例中，被设定存储在设定存储单元201－1的初始齿条轴力Fz作为参数被输入限制器204中。并且，根据初始齿条轴力Fz来改变用来限制最大值的限制值fth。例如，如图39的特性A所示那样，改变限制值fth以便使其在初始齿条轴力Fz小的时候变小，随着初始齿条轴力Fz变大而线性地变大，或者，如图39的特性B所示那样，使限制值fth非线性地增加。或者，如图40的特性A所示那样，改变限制值fth以便使其在初始齿条轴力Fz小的时候变大，随着初始齿条轴力Fz变大而线性地变小，或者，如图40的特性B所示那样，使限制值fth非线性地减少。通过这样做，就能够根据车辆的齿条轴力的上升方式(转向角变大时的齿条轴力变大的比率)来进行调整。
图41示出了本发明的第7实施例，在设定初始齿条轴力Fz的时候，采用了去除了惯性成分以及摩擦成分的齿条轴力。通过这样做，使得被存储起来的初始齿条轴力Fz作为在规定角度保持转向盘不动时的齿条轴力被存储起来。
也就是说，在第7实施例中，在轴力运算单元201中还设有惯性/摩擦单元201－3和减法运算单元201－4。并且，齿条速度和齿条加速度被输入到惯性/摩擦单元201－3中，运算出的惯性成分以及摩擦成分被减法输入到减法运算单元201－4中。还有，齿条轴力f3(＝f1+f2)被加法输入到减法运算单元201－4中，在减法运算单元201－4中经过减法运算处理后得到的齿条轴力f5被输入到设定存储单元201－1中。因此，当齿条位移x变成了规定角度的时候，去除了惯性成分以及摩擦成分的齿条轴力作为初始齿条轴力Fz被设定并被存储起来。
与图3和图14相对应的图42示出了本发明的第8实施例，设有用于将转向扭矩Th变换成齿条轴力f1的变换单元200、用于对齿条轴力f1和来自变换单元101的齿条轴力f2进行加法运算的加法运算单元202、用于基于在加法运算单元202得到的齿条轴力f3(＝f1+f2)运算出输入侧齿条轴力f的轴力运算单元201、用于设定控制系统的控制参数的控制参数设定单元211和用于设定模型系统的模型参数的模型参数设定单元221。
轴力运算单元201由绝对值/符号单元201－1、判定单元201－2、减法运算单元201－3、乘法运算单元201－4、切换单元201－5和固定单元201－6构成，其中，绝对值/符号单元201－1计算出齿条轴力f3的绝对值以及符号；判定单元201－2将计算出的绝对值|f3|与阈值fth进行比较后输出判定信号JD；减法运算单元201－3运算出绝对值|f3|与阈值fth之间的差f4(＝|f3|－fth)；乘法运算单元201－4使符号sn与差f4相乘；切换单元201－5具有接点a3和接点b3；固定单元201－6将固定值0输入到切换单元201－5的接点a3。判定单元201－2的判定信号JD是用来切换切换单元201－5的接点的，依照下述式36来进行基于判定信号JD的接点a3与接点b3之间的切换。
(式36)
当|f3|＜fth的时候，接点a3
当|f3|≧fth的时候，接点b3
还有，控制系统的控制参数设定单元211输入齿条位移x，依照例如图35所示那样的增加率随着齿条位移x变大而变大的非线性的关系来输出控制参数kd和kp。控制参数kd和kp如上述式34所示那样被设定在反馈控制单元140内的控制要素单元143中。
模型系统的模型参数设定单元221输入齿条位移x，依照例如图15所示那样的特性来输出模型参数μ(粘性摩擦系数)和k0(弹簧常数)。模型参数μ和k0被设定在反馈控制单元140内的反馈要素(N/F)141中。
在这样的结构中，参照图43的流程图对图42的第8实施例的动作示例进行说明。
齿条末端接近判定单元110输出切换信号SWS，切换单元122的接点从接点a2被切换到接点b2(步骤S201)，并且，转向扭矩Th在变换单元200被变换成齿条轴力f1(步骤S202)。扭矩控制单元31运算出电流指令值Iref1，电流指令值Iref1在变换单元101被变换成齿条轴力f2(步骤S203)。加法运算单元202对齿条轴力f1和齿条轴力f2进行加法运算，通过加法运算得到的齿条轴力f3被输入到绝对值/符号单元201－1中，绝对值/符号单元201－1求出绝对值|f3|，并且检测出齿条轴力f3的符号sn(步骤S204)。绝对值|f3|被输入到判定单元201－2中，判定单元201－2对绝对值|f3|和阈值fth进行大小比较后输出判定信号JD(步骤S205)。还有，绝对值|f3|被输入到减法运算单元201－3中，减法运算单元201－3运算出绝对值|f3|与阈值fth之间的差f4，并且，乘法运算单元201－4对符号sn和差f4进行乘法运算，作为乘法运算结果的齿条轴力f5被输入到切换单元201－5的接点b3(步骤S206)。依照式33切换切换单元201－5，切换单元201－5的输出作为输入侧齿条轴力f被输入到反馈控制单元140内的反馈要素141中(步骤S207)。
还有，齿条末端接近判定单元110输出齿条位移x(步骤S210)，齿条位移x被减法输入到反馈控制单元140内的减法运算单元142中，同时还被输入到控制参数设定单元211和模型参数设定单元221中。控制参数设定单元211基于齿条位移x运算出控制参数kp和kd(步骤S211)，控制参数kp和kd被设定在反馈控制单元140内的控制要素单元143中。还有，模型参数设定单元221基于齿条位移x运算出模型参数μ和k0(步骤S213)，模型参数μ和k0被设定在反馈控制单元140内的反馈要素141中。
反馈控制单元140基于齿条轴力f、齿条位移x和被设定好的控制参数kp和kd以及模型参数μ和k0进行反馈控制的处理(步骤S220)，输出输出侧齿条轴力ff(步骤S230)。齿条轴力ff在变换单元102被变换成电流指令值Iref2(步骤S231)，重复进行上述动作直到结束为止(步骤S232)。
在上述步骤S232当结束的时候，因为切换信号SWS被输出，所以切换单元122的接点从接点b2被切换到接点a2(步骤S233)，然后，转移到图7的步骤S14。
反馈控制单元140中的反馈控制的处理与图22所示的动作相同。
在第8实施例中，如图44(A)所示那样，当齿条轴力f3变成等于或大于阈值fth之后，如图44(B)所示那样输出目标齿条位移。
接下来，参照与图42相对应的图45对本发明的第9实施例进行说明。
在第9实施例中，在切换单元201－5的后级设有用于限制最大值的限制器201－7，被限制了最大值的齿条轴力作为输入侧齿条轴力f被输入到反馈要素141中。根据本实施例，齿条轴力f的最大值如图46(A)所示那样被限制，目标齿条位移的最大值也如图46(B)所示那样达到饱和。
此外，控制要素单元143(Cd)也可以为任意的PID(比例积分微分)控制、PI控制和PD控制的结构中的任意一种结构。还有，尽管在上述实施方式以及实施例中，单独地表示了位置补正单元和参数设定单元，但也可以使位置补正单元和参数设定单元成为一体化的结构。另外，尽管在上述实施方式以及实施例中，是从被连接到电动机的旋转角传感器处获得旋转角θ的，但也可以从转向角传感器处获得。
附图标记说明
1 转向盘(方向盘)
2 柱轴(转向轴或方向盘轴)
10 扭矩传感器
12 车速传感器
13 电池
14 转向角传感器
20 电动机
23 电动机驱动单元
30 控制单元(ECU)
31 扭矩控制单元
35 电流控制单元
36 PWM控制单元
100 齿条位置变换单元
110 齿条末端接近判定单元
120 粘弹性模型追随控制单元
121、122 切换单元
130 前馈控制单元
140 反馈控制单元

Claims (29)

1.一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，通过基于所述电流指令值来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，其特征在于：
具有在齿条末端的前面的规定角度x0的范围内将粘弹性模型设为规范模型的由反馈控制单元构成的模型追随控制的结构，
所述反馈控制单元由用于基于输入侧齿条轴力f运算出目标齿条位移的反馈要素和用于基于所述目标齿条位移与齿条位移x之间的位置偏差输出输出侧齿条轴力ff的控制要素单元构成，
具备用于改变并设定所述反馈要素和所述控制要素单元中的至少一方的参数的补正单元。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：
设有轴力运算单元，
所述轴力运算单元通过对基于所述转向扭矩的齿条轴力f1和基于所述电流指令值的齿条轴力f2进行加法运算以便求出齿条轴力f3，将所述齿条位移x进入所述规定角度x0的范围内时的所述齿条轴力f3作为初始齿条轴力Fz并将其存储起来，然后将所述齿条轴力f3与所述初始齿条轴力Fz之间的差作为所述输入侧齿条轴力f。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：
通过第一位置补正单元和控制参数设定单元运算出所述控制要素单元的参数，
所述第一位置补正单元根据所述齿条位移x来进行补正，
所述控制参数设定单元根据来自所述第一位置补正单元的补正位移来输出控制参数，
通过第二位置补正单元和模型参数设定单元运算出所述反馈要素的参数，
所述第二位置补正单元根据所述齿条位移x来进行补正，
所述模型参数设定单元根据来自所述第二位置补正单元的补正位移来输出模型参数。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一位置补正单元和所述第二位置补正单元的输出特性均随作为参数的所述初始齿条轴力Fz而发生变化。
5.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述输出特性的增益随着所述初始齿条轴力Fz变小而变大。
6.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一位置补正单元和所述第二位置补正单元的输出特性均随作为参数的车速而发生变化。
7.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述输出特性的增益随着所述车速变大而变大。
8.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一位置补正单元和所述第二位置补正单元的输出特性均随作为参数的电动机角速度而发生变化。
9.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述输出特性的增益随着所述电动机角速度变大而变大。
10.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：
通过控制参数设定单元运算出所述控制要素单元的参数，所述控制参数设定单元根据所述齿条位移x来输出控制参数，
通过模型参数设定单元运算出所述反馈要素的参数，所述模型参数设定单元根据所述齿条位移x来输出模型参数。
11.根据权利要求10所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述控制参数的值随着所述初始齿条轴力Fz变小而变大，并且，所述模型参数的值随着所述初始齿条轴力Fz变小而变大。
12.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一位置补正单元和所述控制参数设定单元为一体化的结构，所述第二位置补正单元和所述模型参数设定单元为一体化的结构。
13.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：
还具备轴力运算单元和限制器，
所述轴力运算单元基于所述转向扭矩以及所述电流指令值运算出齿条轴力f4，
所述限制器通过限制值来限制所述齿条轴力f4的最大值，输出所述输入侧齿条轴力f。
14.根据权利要求13所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述限制值是可变的。
15.根据权利要求14所述的电动助力转向装置，其特征在于：根据所述齿条位移x变成规定角度x0时的初始齿条轴力Fz来改变所述限制值。
16.根据权利要求15所述的电动助力转向装置，其特征在于：为所述限制值随所述初始齿条轴力Fz而线性或非线性地增加的特性。
17.根据权利要求15所述的电动助力转向装置，其特征在于：为所述限制值随所述初始齿条轴力Fz而线性或非线性地减少的特性。
18.根据权利要求13所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述齿条轴力的运算中去除了惯性成分以及摩擦成分。
19.根据权利要求14所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述齿条轴力的运算中去除了惯性成分以及摩擦成分。
20.根据权利要求15所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述齿条轴力的运算中去除了惯性成分以及摩擦成分。
21.根据权利要求16所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述齿条轴力的运算中去除了惯性成分以及摩擦成分。
22.根据权利要求17所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述齿条轴力的运算中去除了惯性成分以及摩擦成分。
23.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：
还具备用于从基于所述转向扭矩以及所述电流指令值的齿条轴力f3运算出所述输入侧齿条轴力f的轴力运算单元，
所述轴力运算单元由绝对值/符号单元、判定单元、减法运算单元、乘法运算单元和切换单元构成，
所述绝对值/符号单元计算出所述齿条轴力f3的绝对值以及符号，
所述判定单元判定所述绝对值是否等于或大于阈值，
所述减法运算单元从所述绝对值中减去所述阈值，
所述乘法运算单元使所述符号与减法运算结果相乘，
所述切换单元输出乘法运算结果或固定值。
24.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：当所述判定单元判定为所述绝对值等于或大于所述阈值的时候，所述切换单元将所述乘法运算结果作为所述输入侧齿条轴力f并将其输出。
25.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：当所述判定单元判定为所述绝对值小于所述阈值的时候，所述切换单元将所述固定值作为所述输入侧齿条轴力f并将其输出。
26.根据权利要求24所述的电动助力转向装置，其特征在于：当所述判定单元判定为所述绝对值小于所述阈值的时候，所述切换单元将所述固定值作为所述输入侧齿条轴力f并将其输出。
27.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述固定值为0。
28.根据权利要求24所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述固定值为0。
29.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述切换单元的后级设有用于限制最大值的限制器。
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