CN107207040B - 电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置，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，减少不舒服的振动，不会给驾驶员带来不协调感，能够进行流畅的转向。本发明的电动助力转向装置至少基于转向扭矩运算出第1电流指令值，通过基于第1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模型追随控制的结构，模型追随控制的结构具备反馈控制单元，模型追随控制具有降低噪音的功能，从而抑制齿条末端碰撞时的撞击力。

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。

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 ratio)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61-4417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61-4417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，使撞击力衰减。还有，本发明的目的还在于提供一种电动助力转向装置，其在因微小的扭矩变动、电动机角变化而造成电流指令值、控制量发生变动的情况下，通过使它们反馈以便减少驾驶员可能会一直感到的不舒服的振动，通过在模型追随控制前后的辅助力的变化以便不会给驾驶员带来不协调感，通过根据车速来改变控制范围，使得能够进行更加流畅的转向。

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第1电流指令值，通过基于所述第1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：具备第1变换单元、齿条位置变换单元、齿条末端接近判定单元、粘弹性模型追随控制单元和第2变换单元，所述第1变换单元将所述第1电流指令值变换成第1齿条轴力，所述齿条位置变换单元将所述电动机的旋转角变换成判定用齿条位置，所述齿条末端接近判定单元基于所述判定用齿条位置判定接近了齿条末端，输出齿条位移以及切换信号，所述粘弹性模型追随控制单元基于所述第1齿条轴力、所述齿条位移以及所述切换信号，并且，通过模型追随控制的结构来生成将粘弹性模型设为规范模型的第2齿条轴力，所述第2变换单元将所述第2齿条轴力变换成第2电流指令值，所述粘弹性模型追随控制单元具备所述反馈控制单元、切换单元和至少一个降低噪音单元，所述反馈控制单元基于所述齿条位移以及所述第1齿条轴力进行反馈控制，输出第2齿条轴力，所述切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第2齿条轴力的输出，所述降低噪音单元通过降低噪音的功能来降低所述齿条位移或所述第1齿条轴力中所含有的噪音，使所述第2电流指令值与所述第1电流指令值相加，进行所述辅助控制，以便抑制齿条末端碰撞。

还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样实现，即：具备第1变换单元、齿条位置变换单元、齿条末端接近判定单元、粘弹性模型追随控制单元、变化量限制单元和第2变换单元，所述第1变换单元将所述第1电流指令值变换成第1齿条轴力，所述齿条位置变换单元将所述电动机的旋转角变换成判定用齿条位置，所述齿条末端接近判定单元基于所述判定用齿条位置判定接近了齿条末端，输出齿条位移以及切换信号，所述粘弹性模型追随控制单元基于所述第1齿条轴力、所述齿条位移以及所述切换信号，并且，通过模型追随控制的结构来生成将粘弹性模型设为规范模型的第2齿条轴力，所述变化量限制单元当所述第2齿条轴力的变化量超过所述规定值的时候，变更所述第2齿条轴力以便使所述变化量变成所述规定值，所述第2变换单元将所述第2齿条轴力变换成第2电流指令值，使所述第2电流指令值与所述第1电流指令值相加，进行所述辅助控制，以便抑制齿条末端碰撞。

还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样实现，即：具备第1变换单元、齿条位置变换单元、齿条末端接近判定单元、粘弹性模型追随控制单元和第2变换单元，所述第1变换单元将所述第1电流指令值变换成第1齿条轴力，所述齿条位置变换单元将所述电动机的旋转角变换成判定用齿条位置，所述齿条末端接近判定单元基于所述判定用齿条位置判定接近了齿条末端，输出齿条位移以及切换信号，所述粘弹性模型追随控制单元基于所述第1齿条轴力、所述齿条位移以及所述切换信号，并且，通过模型追随控制的结构来生成将粘弹性模型设为规范模型的第2齿条轴力，所述第2变换单元将所述第2齿条轴力变换成第2电流指令值，所述粘弹性模型追随控制单元具备反馈控制单元和第1切换单元，所述反馈控制单元基于所述齿条位移以及所述第1齿条轴力进行反馈控制，输出第3齿条轴力，所述第1切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第3齿条轴力的输出，将来自所述第1切换单元的输出作为所述第2齿条轴力输出，所述齿条末端接近判定单元通过所述判定用齿条位置是否位于齿条末端的前面的规定位置以内来判定接近了所述齿条末端，根据所述车速变更所述规定位置，使所述第2电流指令值与所述第1电流指令值相加，进行所述辅助控制，以便抑制齿条末端碰撞。

发明的效果

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，通过在反馈路径设置降低噪音单元，即使存在微小的电流指令值的变化和电动机角的变化，也能够抑制驾驶员会感到的不舒服的振动。

另外，通过利用模型追随控制来对控制量的变化量设定限制，使得辅助力不会突然发生变化，从而可以抑制驾驶员会感到的转向扭矩的变动。

通过根据车速来改变齿条末端的前面的规定角度等，使得能够根据状况来进行流畅的转向。

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1实施例)的结构框图。

图15是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第2实施例)的结构框图。

图16是表示根据齿条位移变更规范模型的参数的示例的特性图。

图17是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例(第2实施例)的流程图。

图18是表示本发明的结构示例(第3实施例)的结构框图。

图19是表示粘弹性模型追随控制单元的结构示例(第3实施例)的结构框图。

图20是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第3实施例)的结构框图。

图21是表示降低噪音单元的频率特性(振幅特性)的示例的图。

图22是表示本发明的动作示例(整体)(第3实施例)的流程图。

图23是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例(第3实施例)的流程图。

图24是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第4实施例)的结构框图。

图25是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例(第4实施例)的流程图。

图26是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第5实施例)的结构框图。

图27是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例(第5实施例)的流程图。

图28是表示本发明的结构示例(第6实施例)的结构框图。

图29是表示粘弹性模型追随控制单元的结构示例(第6实施例)的结构框图。

图30是表示本发明的结构示例(第7实施例)的结构框图。

图31是表示规定值相对于齿条位移的特性示例的图。

图32是表示本发明的动作示例(整体)(第7实施例)的流程图。

图33是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例(第7实施例)的流程图。

图34是表示本发明的结构示例(第8实施例)的结构框图。

图35是表示规定值相对于旋转角的特性示例的图。

图36是表示随齿条轴力的差的符号而被变更的规定值的特性示例的图。

图37是表示本发明的结构示例(第10实施例)的结构框图。

图38是表示规定位置相对于车速的特性示例的图。

图39是表示本发明的动作示例(第10实施例)的流程图。

图40是表示根据齿条位移变更控制参数的示例的特性图。

图41是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第11实施例)的结构框图。

图42是表示参数设定单元的结构示例(第11实施例)的结构框图。

图43是表示根据车速变更停车时车速增益的示例的特性图。

图44是表示根据车速变更行驶时车速增益的示例的特性图。

图45是表示控制参数设定单元的结构示例(第11实施例)的结构框图。

图46是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例(第11实施例)的流程图。

图47是表示参数设定单元的动作示例(第11实施例)的流程图。

图48是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第12实施例)的结构框图。

图49是表示反馈要素(N/F)的结构示例(第12实施例)的结构框图。

图50是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例(第12实施例)的流程图。

图51是表示反馈要素(N/F)的动作示例(第12实施例)的流程图。

图52是表示根据车速变更车速增益的示例的特性图。

图53是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第13实施例)的结构框图。

图54是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例(第13实施例)的流程图。

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。

还有，在本发明中，进行用来降低振动(噪音)的处理(下面，被称为“降低噪音处理”)、用来抑制控制量的变化量的处理(下面，被称为“变化量限制处理”)以及用来变更齿条末端的前面的规定角度(开始转向角)的处理(下面，被称为“开始转向角变更处理”)。

在降低噪音处理中，设置用于抑制因微小的转向扭矩变化、电动机角的变化而产生的振动(噪音)的降低噪音单元。因为这些变化经由粘弹性模型追随控制单元被反馈，振动会持续下去，所以将降低噪音单元设置在粘弹性模型追随控制单元内。作为不舒服的振动，因为驾驶员尤其容易感到高频振动，所以降低噪音单元具有降低高频成分的特性。降低噪音单元的特性随诸如电动机角速度、齿条位移速度之类的转向速度信息而发生变化。也就是说，因为当保持转向盘不动的时候，或者，当转向速度慢的时候，驾驶员会感到不舒服的振动，所以进行调整使得当转向速度信息小的时候采用噪音的抑制效果大的特性，当转向速度信息大的时候，如果不提高控制的响应性的话，则末端碰撞防止的效果会变弱，所以采用噪音的抑制效果小的特性。并且，因为如果降低噪音单元的特性急剧地发生变化，导致电动机扭矩突然发生变化的话，则有可能作为不舒服的振动传递给驾驶员，所以进行调整使得特性随着转向速度信息的变化而逐渐发生变化，从而使得特性不会急剧地发生变化。

在变化量限制处理中，在诸如模型追随控制的开始时刻、返回到通常的辅助控制的时刻之类的时刻附近，抑制随模型追随控制而变化的控制量的变化量，以便使得不会发生在诸如模型追随控制的开始时刻、返回到通常的辅助抑制的时刻之类的时刻，辅助力突然发生变化，驾驶员感到转向扭矩的变动的情况。具体而言，在变化量限制单元中，追随相当于控制量的来自粘弹性模型追随控制单元的输出，在输出的变化量变成大于规定值的情况下，变更输出以便使得变化量成为规定值。尽管通过调整用于计算出电流指令值的参数也可以抑制辅助力的突然的变化，但是因为在转向速度、轮胎以及路面状况等各种各样的主要因素中，为了求出最合适的参数，存在调整的自由度少，调整需要花费时间的可能性，所以在本发明中，通过对与辅助力直接相关联的控制量设定限制，以便增加调整的自由度，并且实现缩短调整时间。设定在变化量限制单元中使用的规定值，以便在模型追随控制开始或结束的齿条末端的前面的规定角度的附近和齿条末端的附近改变其大小，在齿条末端的附近使其变大。在齿条末端附近，为了防止末端碰撞时的异常音发生(第一目的)，增大规定值，以便不过度抑制来自粘弹性模型追随控制单元的输出的变化量。在齿条末端的前面的规定角度附近，在可能的范围内减小规定值，以便能够抑制辅助力的突然的变化。为了实现这种要求，如后所述那样基于诸如齿条位移、电动机的旋转角、转向角之类的转向信息变更规定值。也就是说，因为随着转向信息的值变大，接近齿条末端，所以进行设定以便使规定值变大。还有，在进入齿条末端的前面的规定角度的范围的场合和在从齿条末端的前面的规定角度的范围出来的场合，通常情况下，因为来自粘弹性模型追随控制单元的输出的变化的方向(±)是相反的，所以通过根据输出的变化的方向来变更规定值，使得在进入齿条末端的前面的规定角度的范围的场合和在从齿条末端的前面的规定角度的范围出来的场合，分别使用具有不同特性的规定值，这样就可以进行更加柔软的调整。

在开始转向角变更处理中，根据车速来变更齿条末端的前面的规定角度(开始转向角)。因为齿条末端的位置不变，所以通过变更开始转向角，使得控制范围(进行模型追随控制的范围)发生变化，例如，在停车时，扩大控制范围，作为平滑的转向扭矩变化尽量避免扭力杆碰撞，在极低速(例如，爬行速度)以上的场合，缩小控制范围，就可以扩大没有转向变化的转向角范围。根据开始转向角的变更，通过根据车速还变更规范模型、规范模型的参数(下面，被称为“模型参数”)以及反馈控制单元的控制参数，使得能够进行流畅并且柔软的控制。具体而言，准备停车时以及行驶时的规范模型、模型参数以及控制参数，使得根据车速在停车时与行驶时之间进行迁移。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

与图2相对应的图3示出了本发明的实施方式的一个示例。如图3所示，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。此外，对与图2所示的结构相同的结构赋予相同的附图标记，并且，省略它们的说明。

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。还有，尽管从被连接到电动机的旋转角传感器21处获得旋转角θ，但也可以从转向角传感器处来获得。

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的流程图对本发明的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＝τ_e、k₀＝E_r和μ₁(1/k₀+1/k₁)＝τ_δ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+τ_es)F(s)＝{τ_ems³+ms²+E_r(1+τ_δs)}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τ_e→0成立，并且τ_δ＝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，下面，参照图14以及图15对本发明的具体的结构示例进行说明。图14的第1实施例与图5的第一实施方式相对应，齿条轴力f被输入到前馈控制单元130内的前馈要素144(用式21表示的D/F)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。还有，图15的第2实施例与图6的第二实施方式相对应，齿条位移x被输入到前馈控制单元130内的弹簧常数项131和粘性摩擦系数项132中，齿条轴力f被输入到反馈控制单元140中。

在图14的第1实施例中，来自前馈要素144的齿条轴力FF被输入到切换单元121的接点b1。还有，在图15的第2实施例中，减法运算单元133减去前馈控制单元130内的弹簧常数项131的输出和粘性摩擦系数项132的输出，作为在减法运算单元133得到的减法运算结果的齿条轴力FF被输入到切换单元121的接点b1。来自固定单元125的固定值“0”被输入到切换单元121的接点a1。

无论在图14的第1实施例和图15的第2实施例中的哪一种情况下，反馈控制单元140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，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。

在图14的第1实施例中，齿条轴力f被输入到前馈控制单元130内的前馈要素144中，同时还被输入到反馈控制单元140内的反馈要素(N/F)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基于齿条位移x输出例如图16所示那样的特性的弹簧常数k₀和粘性摩擦系数μ，弹簧常数k₀和粘性摩擦系数μ被输入到前馈控制单元130内的前馈要素144和反馈控制单元140内的反馈要素(N/F)141中。

在图15的第2实施例中，齿条位移x被输入到前馈控制单元130内的弹簧常数项131和粘性摩擦系数项132中，同时还被输入到反馈控制单元140内的减法运算单元142中，并且还被输入到参数设定单元124中。齿条轴力f被输入到反馈控制单元140内的反馈要素(N/F)141中。参数设定单元124基于齿条位移x输出与上述相同的弹簧常数k₀和粘性摩擦系数μ，弹簧常数k₀被输入到弹簧常数项131和反馈要素(N/F)141中，粘性摩擦系数μ被输入到粘性摩擦系数项132和反馈要素(N/F)141中。

还有，无论在第1实施例和第2实施例中的哪一种情况下，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的接点在通常情况下被分别连接到接点a1和接点a2，通过切换信号SWS被分别切换到接点b1和接点b2。

在这样的结构中，参照图17的流程图对图15的第2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(步骤S21)，同时还输出齿条位移x(步骤S22)。齿条位移x被输入到弹簧常数项131、粘性摩擦系数项132、参数设定单元124和减法运算单元142中。参数设定单元124将根据齿条位移x并依照图16的特性而求出的弹簧常数k₀和粘性摩擦系数μ设定在弹簧常数项131、粘性摩擦系数项132和反馈要素(N/F)141中(步骤S23)。还有，变换单元101将电流指令值Iref1变换成齿条轴力f(步骤S23A)，齿条轴力f被输入到反馈要素(N/F)141中以便进行N/F运算(步骤S24)。N/F运算值被加法输入到减法运算单元142中，减法运算单元142从N/F运算值中减去齿条位移x(步骤S24A)，控制要素单元143对在减法运算单元142得到的减法运算值进行Cd运算(步骤S24B)。从控制要素单元143输出的运算出的齿条轴力FB被输入到切换单元122的接点b2。

前馈控制单元130内的粘性摩擦系数项132基于粘性摩擦系数μ进行“(μ－η)·s”的运算(步骤S25)，将弹簧常数k₀设定在弹簧常数项131中(步骤S25A)，减法运算单元对弹簧常数k₀和“(μ－η)·s”进行减法运算(步骤S25B)，作为运算结果输出齿条轴力FF。齿条轴力FF被输入到切换单元121的接点b1。此外，也可以将前馈控制单元130和反馈控制单元140的运算的顺序反过来。

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的接点从a1被切换到b1，切换单元122的接点从a2被切换到b2，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(步骤S26)，作为加法运算结果的齿条轴力ff在变换单元102被变换成电流指令值Iref2(步骤S26A)。电流指令值Iref2被输入到加法运算单元103中并与电流指令值Iref相加(步骤S27)，执行转向控制，衔接到步骤S14。

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，关于图14的第1实施例的动作，只有齿条轴力f和齿条位移x输入的部分(要素)是不同的，其他都是同样的。还有，在图14的第1实施例和图15的第2实施例中，尽管执行前馈控制单元130和反馈控制单元140的双方的控制运算，但也可以采用只有前馈控制单元130的结构，还可以采用只有反馈控制单元140的结构。

接下来，对进行降低噪音处理的本发明的实施例(第3实施例～第6实施例)进行说明。

与图3相对应的图18示出了本发明的实施例(第3实施例)，相对于图3所示的实施方式，图18的第3实施例追加了电动机角速度运算单元150，并且，粘弹性模型追随控制单元220替代了图3的粘弹性模型追随控制单元120。因为图18的第3实施例的其他的结构与图3所示的实施方式相同，所以省略它们的说明。

来自旋转角传感器21的旋转角(电动机角)θ被输入到齿条位置变换单元100和电动机角速度运算单元150中，旋转角θ在电动机角速度运算单元150被变换成电动机角速度ω。电动机角速度ω与切换信号SWS、齿条位移x以及齿条轴力f一起被输入到粘弹性模型追随控制单元220中。

与图6相对应的图19示出了粘弹性模型追随控制单元220的结构示例。

在粘弹性模型追随控制单元220中追加了降低噪音单元127以及降低噪音单元128，被输入到粘弹性模型追随控制单元220的电动机角速度ω被输入到降低噪音单元127以及降低噪音单元128中。降低噪音单元127输入电动机角速度ω和齿条轴力f，将降低了噪音的齿条轴力f’输出到反馈控制单元140。降低噪音单元128输入电动机角速度ω和从切换单元122输出的齿条轴力u₂，将降低了噪音的齿条轴力u₂’输出到加法运算单元123。

与图15相对应的图20示出了粘弹性模型追随控制单元220的详细的结构示例。

与图19所示的结构示例相同，与图15的结构示例不同的地方是追加了降低噪音单元127以及降低噪音单元128，从降低噪音单元127输出的齿条轴力f’被输入到反馈控制单元140的反馈要素(N/F)141中。

降低噪音单元127例如由低通滤波器来构成，例如具有图21所示那样的频率特性(振幅特性)，通过由下述式33表示的一阶传递函数H(s)来降低高频成分。

式33

在这里，K为增益，Tc为时间常数。

还有，降低噪音单元127的特性为电动机角速度ω越小，则如图21的虚线所示那样截止频率越低的特性，并且，基于电动机角速度ω设定增益K和时间常数Tc，以便使得相对于电动机角速度ω的变化，特性以大致一定的比例发生变化。降低噪音单元127按照式33来降低齿条轴力f的高频成分，输出齿条轴力f’。

降低噪音单元128通过与降低噪音单元127相同的结构和动作，来降低齿条轴力u₂的高频成分，输出齿条轴力u₂’。

在这样的结构中，参照图22以及图23的流程图对整体的动作示例和粘弹性模型追随控制的动作示例进行说明。

图22通过流程图示出了整体的动作示例，与图7的流程图相比，追加了步骤S11A，如后所述那样变更了粘弹性模型追随控制的动作(步骤S20A)。其他的动作都相同。

在步骤S11A中，电动机角速度运算单元150基于来自旋转角传感器21的旋转角θ计算出电动机角速度ω。

图23通过流程图示出了粘弹性模型追随控制的动作示例。

在粘弹性模型追随控制中，首先，与图17所示的第2实施例的动作相同，齿条末端接近判定单元110输出切换信号SWS以及齿条位移x(步骤S21、步骤S22)，齿条位移x被输入到弹簧常数项131、粘性摩擦系数项132、参数设定单元124和减法运算单元142中。参数设定单元124将弹簧常数k₀和粘性摩擦系数μ设定在弹簧常数项131、粘性摩擦系数项132和反馈要素(N/F)141中(步骤S23)，变换单元101将电流指令值Iref1变换成齿条轴力f(步骤S23A)。齿条轴力f与电动机角速度ω一起被输入到降低噪音单元127中。降低噪音单元127基于上述式33的传递函数来降低齿条轴力f的噪音(步骤S23B)。被降低了噪音的齿条轴力f’被输入到反馈要素(N/F)141中以便进行N/F运算(步骤S24)。然后，反馈控制单元140执行与第2实施例中的步骤S24A以及步骤S24B相同的动作，齿条轴力FB被输入到切换单元122的接点b2。

前馈控制单元130执行与第2实施例中的步骤S25～步骤S25B相同的动作，齿条轴力FF被输入到切换单元121的接点b1。

通过来自齿条末端接近判定单元110的切换信号SWS，切换单元121的接点从a1被切换到b1，切换单元122的接点从a2被切换到b2，来自切换单元121的齿条轴力u₁被输入到加法运算单元123中，来自切换单元122的齿条轴力u₂被输入到降低噪音单元128中。降低噪音单元128降低齿条轴力u₂的噪音(步骤S25C)，并将降低了噪音的齿条轴力u₂’输出到加法运算单元123中，加法运算单元123将其与齿条轴力u₁相加(步骤S26)，作为加法运算结果的齿条轴力ff在变换单元102被变换成电流指令值Iref2(步骤S26A)。电流指令值Iref2被输入到加法运算单元103中并与电流指令值Iref相加(步骤S27)，执行转向控制，衔接到步骤S14。

此外，相对于图5所示的第一实施方式和图14所示的第1实施例，也可以采用与图19以及图20相同的形态，即，在被输入到反馈控制单元140的齿条轴力f的输入的前级和在来自切换单元122的齿条轴力u₂的输出的后级分别设置降低噪音单元。在这种情况下的动作，只有齿条轴力f和齿条位移x输入的部分(要素)是不同的，其他的动作都是与上述动作相同的。

对本发明的第4实施例进行说明。

尽管在第3实施例中降低噪音单元被设置在被输入到反馈控制单元140的齿条轴力的输入的前级和在来自切换单元122的输出的后级，但是在第4实施例中，降低噪音单元被设置在被输入到反馈控制单元140的齿条位移的输入的前级，以便替代被设置在来自切换单元122的输出的后级的降低噪音单元。电动机角的变化作为齿条位移的变化被输入到用于求出与反馈要素(N/F)的偏差的减法运算单元中，偏差被输入到控制要素单元(Cd)中。因此，由于电动机角的变化作为控制要素单元(Cd)的输出出现，尽管在第3实施例中在那个路径的最后一级设置了降低噪音单元，但是在第4实施例中在前级设置降低噪音单元。

图24示出了第4实施例的粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例，与图20所示的第3实施例的粘弹性模型追随控制单元的结构示例相比，降低噪音单元128A被设置在被输入到减法运算单元142的齿条位移的输入的前级，而不是切换单元122的后级。降低噪音单元128A通过与降低噪音单元127相同的结构和动作，来降低齿条位移x的高频成分，输出齿条位移x’，齿条位移x’被减法输入到减法运算单元142中。

尽管第4实施例的整体的动作与图22所示的第3实施例的动作示例相同，但在粘弹性模型追随控制的动作中，存在因降低噪音单元的设置位置的不同而造成的动作的不同。

图25示出了第4实施例的粘弹性模型追随控制的动作示例。在粘弹性模型追随控制中，执行与第3实施例相同的步骤S21以及步骤S22，齿条位移x被输入到参数设定单元124、降低噪音单元128A和前馈控制单元130中。参数设定单元124与第3实施例同样地执行步骤S23。然后，执行与第3实施例相同的步骤S23A～步骤S24。降低噪音单元128A输入齿条位移x和电动机角速度ω，降低齿条位移x中所含有的噪音(步骤S24a)。被降低了噪音的齿条位移x’被减法输入到减法运算单元142中，从被加法输入到减法运算单元142中的N/F运算值中减去齿条位移x’(步骤S24A)，控制要素单元143对在减法运算单元142得到的减法运算值进行Cd运算(步骤S24B)，来自控制要素单元143的齿条轴力FB被输入到切换单元122的接点b2。

前馈控制单元130执行与第3实施例中的步骤S25～步骤S25B相同的动作，齿条轴力FF被输入到切换单元121的接点b1。

然后，执行与图17所示的第2实施例中的步骤S26～步骤S27相同的动作，衔接到步骤S14。

此外，与第3实施例的场合相同，相对于图14所示的第1实施例，也可以以与图24相同的形态来设置降低噪音单元。

对本发明的第5实施例进行说明。

在第5实施例中，降低噪音单元被设置在反馈控制单元140的内部，具体而言，被设置在来自减法运算单元142的输出的后级，以便替代第3实施例中的来自切换单元122的输出的后级。

图26示出了第5实施例的粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例，与图20所示的第3实施例的粘弹性模型追随控制单元的结构示例相比，降低噪音单元128B被设置在来自减法运算单元142的输出的后级，而不是切换单元122的后级。降低噪音单元128B通过与降低噪音单元127相同的结构和动作，来降低来自减法运算单元142的输出的高频成分，输出到控制要素单元143。

尽管第5实施例的整体的动作也与图22所示的第3实施例的动作示例相同，但在粘弹性模型追随控制的动作中，存在因降低噪音单元的设置位置的不同而造成的动作的不同。

图27示出了第5实施例的粘弹性模型追随控制的动作示例。在粘弹性模型追随控制中，到步骤S24A为止执行与第3实施例相同的动作。在减法运算单元142从N/F运算值中减去齿条位移x得到的减法运算值被输入到降低噪音单元128B以便降低其噪音(步骤S24b)，控制要素单元143对来自降低噪音单元128B的输出进行Cd运算(步骤S24B)。然后，执行与图17所示的第2实施例中的步骤S25～步骤S27相同的动作，衔接到步骤S14。

此外，与第3实施例的场合相同，相对于图14所示的第1实施例，也可以以与图26相同的形态来设置降低噪音单元。

对本发明的第6实施例进行说明。

尽管在第3实施例中，根据电动机角速度来改变降低噪音单元的特性，但在第6实施例中，根据齿条位移速度来改变降低噪音单元的特性。因为齿条位移速度发生与电动机角速度相同的变化，所以可以将其用作用来使降低噪音单元的特性发生变化的参数，通过增加参数的选择项，就可以根据装置的结构、使用状况等来选择参数。

图28示出了第6实施例的结构示例，图29示出了该结构示例中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例。与图18所示的第3实施例相比，在第6实施例中，设置了齿条位移速度运算单元160以便替代电动机角速度运算单元150。齿条位移速度运算单元160基于从齿条末端接近判定单元110输出的齿条位移x来计算出齿条位移速度v，并将其输出到粘弹性模型追随控制单元320。在粘弹性模型追随控制单元320中，如图29所示，齿条位移速度v被输入到降低噪音单元327和降低噪音单元328中。降低噪音单元327和降低噪音单元328例如由具有与图21所示那样的频率特性(振幅特性)相同的特性的一阶低通滤波器来构成，设定增益K和时间常数Tc，以便使得特性基于齿条位移速度v发生变化，而不是基于电动机角速度ω。

第6实施例的动作除了通过在齿条位移速度运算单元160计算出齿条位移速度v，在降低噪音单元使用齿条位移速度v，以便替代在电动机角速度运算单元150计算出电动机角速度ω，在降低噪音单元使用电动机角速度ω之外，与第3实施例的动作示例相同。

此外，与第3实施例的场合相同，相对于图5所示的第一实施方式，也可以以与图29相同的形态来设置降低噪音单元。

尽管在如上所述的第3实施例～第6实施例中，降低噪音单元的特性是由一阶传递函数来表示的，但只要是低通滤波器的传递函数的话，降低噪音单元的特性也可以为二阶以上的传递函数，还可以为其他形式的传递函数。

还有，尽管各个实施例都具备两个降低噪音单元，但也可以只具备一个降低噪音单元，还可以具备三个或三个以上的降低噪音单元，并且还可以根据发生的振动的主要原因以及大小来适当地决定需要设置的降低噪音单元的数目和位置。

另外，尽管在第3实施例～第6实施例中，执行前馈控制单元和反馈控制单元的双方的控制运算，但也可以采用只有反馈控制单元的结构。

接下来，对进行变化量限制处理的本发明的实施例(第7实施例～第9实施例)进行说明。

与图3相对应的图30示出了本发明的第7实施例，相对于图3所示的实施方式，图30的第7实施例追加了变化量限制单元170。从齿条末端接近判定单元110输出的齿条位移x和从粘弹性模型追随控制单元120输出的齿条轴力ff被输入到变化量限制单元170中，从变化量限制单元170输出的齿条轴力ffm被输入到变换单元102中。

变化量限制单元170在时刻t的齿条轴力ff(t)与T时刻前(一个采样时间前，T为采样时间)的时刻t－T的齿条轴力ffm(t－T)之间的差Δffm(t)＝ff(t)－ffm(t－T)的绝对值|Δffm(t)|(变化量)大于规定值THf的情况下，按照下述式34来变更齿条轴力ff(t)以便使得变化量变成与规定值THf相同，然后作为齿条轴力ffm输出。

式34

ffm(t)＝ffm(t-T)+THf×sign(ff(t)-ffm(t-T))

在这里，sign(X)为符号函数，返回实数X的符号(－1，0，1)。

当变化量等于或小于规定值THf的情况下，齿条轴力ff(t)原封不动地作为齿条轴力ffm被输出。因为在下一个时刻的变化量计算中使用齿条轴力ffm(t)，所以齿条轴力ffm(t)被保持在变化量限制单元170。

作为上述规定值THf使用例如图31所示那样的与齿条位移x成比例的值。也就是说，变化量限制单元170基于被输入进来的齿条位移x来决定规定值THf，使用决定好的规定值THf来对齿条轴力ff设定限制，然后作为齿条轴力ffm输出。此外，在图31中，作为规定值THf实际上使用的是相当于齿条末端的前面的规定角度的范围的齿条位移x从零到与齿条末端相对应的值的范围。

在这样的结构中，参照图32以及图33的流程图对本实施例的动作示例进行说明。

图32通过流程图示出了整体的动作示例，与图7的流程图相比，因为在通常转向(步骤S13)和粘弹性模型追随控制(步骤S20)中追加了在变化量限制单元170中进行的处理，所以产生了变更(步骤S13B、步骤S20B)。

在通常转向(步骤S13B)，首先，齿条末端接近判定单元110输出齿条位移x。粘弹性模型追随控制单元120输出值为零的齿条轴力ff。变化量限制单元170输入齿条位移x和齿条轴力ff，基于齿条位移x并按照图31来决定规定值THf。然后，通过齿条轴力ff的值(零)以及T时刻前的齿条轴力ffm的值的变化量与规定值THf的比较，来计算出齿条轴力ffm并将其输出。齿条轴力ffm在变换单元102被变换成电流指令值Iref2，在加法运算单元103与电流指令值Iref1相加。在刚从粘弹性模型追随控制变成通常转向之后，很有可能T时刻前的齿条轴力ffm为零以外的值，其结果为，尽管有可能电流指令值Iref2变成零以外的值，齿条轴力ffm随着时间的经过而逐渐靠近零，其结果为，由于电流指令值Iref2也变成零，所以可以基于电流指令值Iref1来进行转向控制。

图33的流程图示出了粘弹性模型追随控制(步骤S20B)中的动作。与图8的流程图相比，追加了步骤S207A。在步骤S207A，执行与如上所述的通常转向时的变化量限制单元170的动作相同的动作。也就是说，基于齿条位移x并按照图31来决定规定值THf，通过齿条轴力ff的值以及T时刻前的齿条轴力ffm的值的变化量与规定值THf的比较，来计算出齿条轴力ffm并将其输出。然后，齿条轴力ffm在变换单元102被变换成电流指令值Iref2(步骤S208A)，在加法运算单元103与电流指令值Iref1相加。

对本发明的第8实施例进行说明。

尽管在第7实施例中基于齿条位移来变更在变化量限制单元中使用的规定值，但在本实施例中基于电动机的旋转角来变更在变化量限制单元中使用的规定值。像旋转角θ在齿条位置变换单元100被变换成判定用齿条位置Rx那样，因为齿条位置与旋转角是连动的，所以即使基于旋转角来变更规定值，也能够获得与第7实施例同等的效果。

图34示出了第8实施例的结构示例，与图30所示的第7实施例的结构示例相比，旋转角θ被输入到变化量限制单元中，而不是齿条位移x被输入到变化量限制单元中。

尽管在变化量限制单元270中，与第7实施例的场合相同，通过时刻t的齿条轴力ff(t)以及T时刻前的时刻t－T的齿条轴力ffm(t－T)的变化量与规定值THf的比较来计算出齿条轴力ffm，但作为规定值THf，如图35所示那样，使用与旋转角θ成比例的值。也就是说，变化量限制单元270基于被输入进来的旋转角θ来决定规定值THf，使用决定好的规定值THf来对齿条轴力ff设定限制，然后作为齿条轴力ffm输出。此外，在图35中，作为规定值THf实际上使用的是旋转角θ位于与齿条末端的前面的规定位置相对应的旋转角和与齿条末端相对应的旋转角之间的范围。

第8实施例的动作，只有基于从旋转角传感器21输出的旋转角θ来执行在变化量限制单元270中进行的规定值THf的决定这一点是不同的，其他的动作都是与第7实施例的动作相同的。

在第7实施例以及第8实施例中的变化量限制单元中，因为将时刻t的齿条轴力ff(t)与时刻t－T的齿条轴力ffm(t－T)之间的差Δffm(t)的绝对值作为变化量并将其与规定值THf进行比较，所以即使Δffm(t)的符号不同，如果绝对值相同的话，尽管使用相同的规定值THf，但也可以根据Δffm(t)的符号来改变使用的规定值THf。也就是说，在Δffm(t)的绝对值相同但符号不同的情况下，使用不同的规定值THf。通常情况下，因为在进入齿条末端的前面的规定角度的范围的场合的Δffm(t)的符号和在从齿条末端的前面的规定角度的范围出来的场合的Δffm(t)的符号是相反的，所以通过根据Δffm(t)的符号来变更规定值THf，这样就能够进行更加柔软的调整。

图36示出了在这样的场合的实施例(第9实施例)中的变化量限制单元中使用的规定值的特性的示例。如图36所示那样，在Δffm(t)为正的场合，使用用实线来表示的特性，在Δffm(t)为负的场合，使用用虚线来表示的特性。

在第7实施例～第9实施例中，尽管将时刻t的齿条轴力ff(t)与时刻t－T的齿条轴力ffm(t－T)之间的差Δffm(t)的绝对值作为变化量，但也可以将比率作为变化量。例如，将Δffm(t)的绝对值相对于齿条轴力ffm(t－T)的比例作为变化量，针对这样的变化量设定规定值。还有，尽管成为规定值与转向信息(齿条位移、旋转角)成比例的特性，但如果是随转向信息的增加而增加的特性的话，也可以为曲线性地发生变化的特性、像阶梯函数那样的特性等。并且，也可以将从齿条末端接近判定单元输出的切换信号SWS输入到变化量限制单元中，通过切换信号SWS的“ON/OFF”来进行进入齿条末端的前面的规定角度的范围的场合和从齿条末端的前面的规定角度的范围出来的场合的判别，只在齿条末端的前面的规定角度的范围内以及到从范围出来时的下一个定时为止，进行变化量的限制。通过这样做，能够减少通常转向时的处理量。还有，也可以进行上述判别，像第9实施例那样，在进入齿条末端的前面的规定角度的范围的场合和在从齿条末端的前面的规定角度的范围出来的场合改变规定值THf。通过这样做，能够获得与第9实施例相同的效果。

此外，在第7实施例～第9实施例中，粘弹性模型追随控制单元也可以采用只有前馈控制单元的结构，还可以采用只有反馈控制单元的结构。

接下来，对进行开始转向角变更处理的本发明的实施例(第10实施例～第13实施例)进行说明。

与图3相对应的图37示出了本发明的实施例(第10实施例)，相对于图3所示的实施方式，图37的第10实施例的还输入车速Vel的齿条末端接近判定单元210替代了图3的齿条末端接近判定单元110。也就是说，齿条末端接近判定单元210输入判定用齿条位置Rx以及车速Vel，输出齿条位移x以及切换信号SWS。因为图37的第10实施例的其他的结构与图3相同，所以省略它们的说明。

尽管齿条末端接近判定单元210与齿条末端接近判定单元110同样地，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，但根据车速Vel来变更规定位置x₀。例如，通过如图38所示那样变更规定位置x₀，使得在停车时使规定位置x₀离开齿条末端以便扩大控制范围，在行驶时使规定位置x₀靠近齿条末端以便缩小控制范围。

在这样的结构中，参照图39的流程图对本实施例的动作示例进行说明。

图39通过流程图示出了整体的动作示例，与图7的流程图相比，在齿条位置变换单元100将旋转角θ变换成判定用齿条位置Rx的步骤S11之后，插入了步骤S11A。在步骤S11A，齿条末端接近判定单元210基于被输入进来的车速Vel并使用图38所示的特性来决定规定位置x₀。基于被决定好的规定位置x₀以及判定用齿条位置Rx，来判定是否接近齿条末端(步骤S12)。其他的动作与图7的流程图所示的动作相同。

此外，规定位置x₀相对于车速Vel的特性并不限于图38所示那样的直线性的特性，也可以为曲线性的特性。

对本发明的第11实施例进行说明。

尽管在第10实施例中根据车速Vel来变更规定位置x₀，但在第11实施例中，除此之外，还根据车速Vel来变更作为模型参数的弹簧常数k₀以及粘性摩擦系数μ和反馈控制单元的控制参数。

在第11实施例中，反馈控制单元的控制要素单元(Cd)为PD(比例微分)控制的结构，传递函数是用下述式35来表示的。

式35

C_d＝kp+kd·s

其中，kp为比例增益，kd为微分增益，kp以及kd均为反馈控制单元的控制参数。

并且，控制参数基于齿条位移是可变的。例如，如图40所示那样，设定在开始转向角附近控制增益变小的控制参数，设定随着靠近齿条末端控制增益变大的控制参数。通过这样做，使得开始转向角附近的控制量变小，因为控制范围内外的辅助力的变化量变小，所以能够抑制给驾驶员带来由辅助力变化而造成的反力不协调感的现象。还有，因为在接近齿条末端的区域能够增加控制量，所以能够使到达齿条末端时的撞击力衰减。

图41示出了与图15所示的第2实施例中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例相对应的第11实施例中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例。在第11实施例中，追加了控制参数设定单元325，增加了被输入到参数设定单元324和反馈控制单元150内的控制要素单元153中的数据。因为图41的第11实施例的其他的结构与第2实施例相同，所以省略它们的说明。

尽管参数设定单元324与参数设定单元124同样地，基于齿条位移x输出模型参数(弹簧常数k₀和粘性摩擦系数μ)，但还输入车速Vel，根据车速Vel来变更模型参数。参数设定单元324具有停车时(车速为0的时侯)使用的模型参数(停车时模型参数)和行驶时(像以爬行速度行驶时那样的车速为极低速的时侯)使用的模型参数(行驶时模型参数)，通过根据车速来变更用于对这两个模型参数进行加法运算的比例，以便设定与车速相对应的模型参数。按照停车时以及行驶时各自的控制范围(齿条末端的位置－规定位置x₀)，设定停车时模型参数以及行驶时模型参数。也就是说，设定模型参数的特性，以便使得成为停止在控制范围内的控制量。具体而言，停车时设定弱的弹簧以便扩大控制范围，行驶时设定强的弹簧以便缩小控制范围。

图42示出了参数设定单元324的结构示例。参数设定单元324由停车时模型参数设定单元324A、行驶时模型参数设定单元324B、停车时车速增益单元324C、行驶时车速增益单元324D、加法运算单元324E和加法运算单元324F构成。被输入到参数设定单元324的齿条位移x被输入到停车时模型参数设定单元324A和行驶时模型参数设定单元324B中，车速Vel被输入到停车时车速增益单元324C和行驶时车速增益单元324D中。停车时模型参数设定单元324A具有停车时模型参数，基于被输入进来的齿条位移x来决定弹簧常数k₀s和粘性摩擦系数μs，并将它们输出到停车时车速增益单元324C。行驶时模型参数设定单元324B具有行驶时模型参数，基于被输入进来的齿条位移x来决定弹簧常数k₀r和粘性摩擦系数μr，并将它们输出到行驶时车速增益单元324D。停车时车速增益单元324C和行驶时车速增益单元324D基于车速Vel来决定分别具有图43以及图44所示那样的对称性的特性的车速增益(停车时车速增益、行驶时车速增益)。并且，停车时车速增益单元324C将停车时车速增益与弹簧常数k₀s以及粘性摩擦系数μs相乘，输出弹簧常数k₀sg以及粘性摩擦系数μsg。行驶时车速增益单元324D将行驶时车速增益与弹簧常数k₀r以及粘性摩擦系数μr相乘，输出弹簧常数k₀rg以及粘性摩擦系数μrg。加法运算单元324E将弹簧常数k₀sg与弹簧常数k₀rg相加，输出弹簧常数k₀。加法运算单元324F将粘性摩擦系数μsg与粘性摩擦系数μrg相加，输出粘性摩擦系数μ。

尽管控制参数设定单元325基于齿条位移x输出控制参数(比例增益kp、微分增益kd)，但与参数设定单元324同样地，具有停车时使用的控制参数(停车时控制参数)和行驶时使用的控制参数(行驶时控制参数)，通过根据车速来变更用于对这两个控制参数进行加法运算的比例，以便设定与车速相对应的控制参数。按照停车时以及行驶时各自的控制范围，设定停车时控制参数以及行驶时控制参数。也就是说，设定控制参数的特性，以便使得随着控制范围变窄，提高控制响应性，从而能够提高在狭窄的范围的末端碰撞抑制效果。具体而言，停车时设定弱的控制参数以便扩大控制范围，行驶时设定强的控制参数以便缩小控制范围。

图45示出了控制参数设定单元325的结构示例。控制参数设定单元325由停车时控制参数设定单元325A、行驶时控制参数设定单元325B、停车时车速增益单元325C、行驶时车速增益单元325D、加法运算单元325E和加法运算单元325F构成。被输入到控制参数设定单元325的齿条位移x被输入到停车时控制参数设定单元325A和行驶时控制参数设定单元325B中，车速Vel被输入到停车时车速增益单元325C和行驶时车速增益单元325D中。停车时控制参数设定单元325A具有停车时控制参数，基于被输入进来的齿条位移x来决定比例增益kps和微分增益kds，并将它们输出到停车时车速增益单元325C。行驶时控制参数设定单元325B具有行驶时控制参数，基于被输入进来的齿条位移x来决定比例增益kpr和微分增益kdr，并将它们输出到行驶时车速增益单元325D。停车时车速增益单元325C通过与停车时车速增益单元324C中的图43所示那样的特性同等的特性来决定停车时车速增益，并将其与比例增益kps以及微分增益kds相乘，输出比例增益kpsg以及微分增益kdsg。行驶时车速增益单元325D通过与行驶时车速增益单元324D中的图44所示那样的特性同等的特性来决定行驶时车速增益，并将其与比例增益kpr以及微分增益kdr相乘，输出比例增益kprg以及微分增益kdrg。加法运算单元325E将比例增益kpsg与比例增益kprg相加，输出比例增益kp。加法运算单元325F将微分增益kdsg与微分增益kdrg相加，输出微分增益kd。

反馈控制单元150内的控制要素单元153使用从控制参数设定单元325输出的控制参数(比例增益kp、微分增益kd)，对来自减法运算单元142的输出进行变换，输出齿条轴力FB。

在这样的结构中，参照图46以及图47的流程图对第11实施例的动作示例进行说明。

图46是表示图39所示的流程图中的粘弹性模型追随控制(步骤S20)的第11实施例中的动作示例的流程图，与图17所示的第2实施例中的动作示例相比，步骤S23a替代了图17的步骤S23，并且，在步骤S23a之后，插入了步骤S23b。图46的其他的动作与图17的流程图所示的动作相同。

在步骤S23a，参数设定单元324设定模型参数。图47是表示模型参数设定的动作示例的流程图。停车时模型参数设定单元324A输入齿条位移x，作为与齿条位移x相关联的停车时模型参数，输出弹簧常数k₀s和粘性摩擦系数μs(步骤S231)。行驶时模型参数设定单元324B也输入齿条位移x，作为与齿条位移x相关联的行驶时模型参数，输出弹簧常数k₀r和粘性摩擦系数μr(步骤S232)。此外，也可以将步骤S231和步骤S232的顺序反过来。停车时车速增益单元324C输入车速Vel和弹簧常数k₀s以及粘性摩擦系数μs，使用图43所示的特性来决定与车速Vel相关联的停车时车速增益(步骤S233)，将停车时车速增益与弹簧常数k₀s以及粘性摩擦系数μs相乘，输出弹簧常数k₀sg以及粘性摩擦系数μsg(步骤S234)。行驶时车速增益单元324D输入车速Vel和弹簧常数k₀r以及粘性摩擦系数μr，使用图44所示的特性来决定与车速Vel相关联的行驶时车速增益(步骤S235)，将行驶时车速增益与弹簧常数k₀r以及粘性摩擦系数μr相乘，输出弹簧常数k₀rg以及粘性摩擦系数μrg(步骤S236)。此外，也可以将步骤S233以及步骤S234和步骤S235以及步骤S236的顺序反过来。从停车时车速增益单元324C输出的弹簧常数k₀sg和从行驶时车速增益单元324D输出的弹簧常数k₀rg被输入到加法运算单元324E中，在加法运算单元324E得到的加法运算结果被作为弹簧常数k₀输出(步骤S237)。从停车时车速增益单元324C输出的粘性摩擦系数μsg和从行驶时车速增益单元324D输出的粘性摩擦系数μrg被输入到加法运算单元324F中，在加法运算单元324F得到的加法运算结果被作为粘性摩擦系数μ输出(步骤S238)。此外，也可以将步骤S237和步骤S238的顺序反过来。

在步骤S23b，控制参数设定单元325通过与如上所述的参数设定单元324设定模型参数的动作相同的动作，来设定控制参数(比例增益kp、微分增益kd)。

此外，与模型参数相乘的车速增益(停车时车速增益、行驶时车速增益)和与控制参数相乘的车速增益也可以为不同的特性，只要停车时车速增益和行驶时车速增益，在停车时，停车时车速增益成为100％，在行驶时，行驶时车速增益成为100％的话，也可以为与图43以及图44所示的特性不同的特性。还有，尽管模型参数和控制参数均基于齿条位移是可变的，但也可以是不可变的。

对本发明的第12实施例进行说明。

尽管在第10实施例中，根据车速Vel来变更规定位置x₀，在第11实施例中，除此之外，根据车速Vel还变更模型参数和控制参数，但在第12实施例中，根据车速Vel还更进一步变更规范模型。

图48示出了第12实施例中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例。与图41所示的第11实施例中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例相比，在第12实施例中，反馈要素(N/F)161替代了图41的反馈要素(N/F)141，在反馈要素(N/F)161，没有来自参数设定单元324的模型参数(弹簧常数k₀、粘性摩擦系数μ)的输入，车速Vel代替它们被输入到反馈要素(N/F)161中。因为图48的其他的结构与第11实施例相同，所以省略它们的说明。

尽管反馈控制单元160内的反馈要素(N/F)161与反馈要素(N/F)141同样地具有规范模型，但具有停车时使用的规范模型(停车时规范模型)和行驶时使用的规范模型(行驶时规范模型)，使用这两个规范模型来运算出N/F运算值(目标齿条位移)。根据车速Vel来变更使用的比例。按照停车时以及行驶时各自的控制范围，设定停车时规范模型以及行驶时规范模型。也就是说，调整规范模型的特性，以便使得目标齿条位移随着控制范围变窄而变小。具体而言，停车时设定弱的弹簧以便扩大控制范围，行驶时设定强的弹簧以便缩小控制范围。

图49示出了反馈要素(N/F)161的结构示例。反馈要素(N/F)161由停车时反馈要素161A、行驶时反馈要素161B、停车时车速增益单元161C、行驶时车速增益单元161D和加法运算单元161E构成。停车时反馈要素161A使用停车时规范模型，对齿条轴力f进行N/F运算，输出目标齿条位移xts。行驶时反馈要素161B使用行驶时规范模型，对齿条轴力f进行N/F运算，输出目标齿条位移xtr。停车时车速增益单元161C通过与图43所示的特性同等的特性，基于车速Vel来决定停车时车速增益并将其与目标齿条位移xts相乘，输出目标齿条位移xtsg。行驶时车速增益单元161D通过与图44所示的特性同等的特性，基于车速Vel来决定行驶时车速增益并将其与目标齿条位移xtr相乘，输出目标齿条位移xtrg。加法运算单元161E将目标齿条位移xtsg与目标齿条位移xtrg相加。

在这样的结构中，参照图50以及图51的流程图对第12实施例的动作示例进行说明。

图50是表示粘弹性模型追随控制的第12实施例中的动作示例的流程图，与图46所示的第11实施例中的动作示例相比，步骤S24b替代了图46的步骤S24。尽管其他的动作都相同，但在步骤S23b，将从参数设定单元324输出的模型参数只输入到前馈控制单元130中。

在步骤S24b，反馈要素(N/F)161对齿条轴力f进行N/F运算。图51是表示N/F运算的动作示例的流程图。停车时反馈要素161A使用预先设定好的停车时规范模型，对被输入进来的齿条轴力f进行N/F运算，输出目标齿条位移xts(步骤S241)。同样地，行驶时反馈要素161B使用预先设定好的行驶时规范模型，对齿条轴力f进行N/F运算，输出目标齿条位移xtr(步骤S242)。此外，也可以将步骤S241和步骤S242的顺序反过来。停车时车速增益单元161C输入目标齿条位移xts和车速Vel，使用图43所示的特性来决定与车速Vel相关联的停车时车速增益(步骤S243)，将停车时车速增益与目标齿条位移xts相乘，输出目标齿条位移xtsg(步骤S244)。同样地，行驶时车速增益单元161D输入目标齿条位移xtr和车速Vel，使用图44所示的特性来决定与车速Vel相关联的行驶时车速增益(步骤S245)，将行驶时车速增益与目标齿条位移xtr相乘，输出目标齿条位移xtrg(步骤S246)。此外，也可以将步骤S243以及步骤S244和步骤S245以及步骤S246的顺序反过来。从停车时车速增益单元161C输出的目标齿条位移xtsg和从行驶时车速增益单元161D输出的目标齿条位移xtrg被输入到加法运算单元161E中，在加法运算单元161E得到的加法运算结果被作为最终的N/F运算值(目标齿条位移)输出(步骤S247)。

此外，与目标齿条位移相乘的车速增益(停车时车速增益、行驶时车速增益)和与模型参数以及控制参数相乘的车速增益也可以为不同的特性。

对本发明的第13实施例进行说明。

尽管在第11实施例中，还根据车速Vel来变更根据齿条位移x而被变更的模型参数以及控制参数，但在第13实施例中，根据通过将基于车速Vel设定的车速增益与齿条位移x相乘而计算出的控制位移x’来变更模型参数以及控制参数。因为规定位置x₀(开始转向角)随车速Vel而发生变化，所以根据开始转向角的变化来改变齿条位移x的范围，设定模型参数以及控制参数。尽管开始转向角随车速Vel而发生变化，但由于通过将车速增益与齿条位移x相乘以便在成为基准的目标的控制范围内使控制位移x’工作，所以目标的齿条末端转向角变成一定。在车速增益的设定中，设定开始转向角的车速增益，以便使得因为在停车时通过减小开始转向角来扩大控制范围，所以控制位移x’相对于齿条位移x的范围变大，因为在行驶时通过增大开始转向角来缩小控制范围，所以控制位移x’相对于齿条位移x的范围变小，例如像图52(A)所示的特性那样，使控制范围的与车速相关联的增益和与位移x相关联的控制位移x’的增益具有比例关系。例如，在相对于停车时的规定位置x₀的转向角为520度，相对于行驶时的规定位置x₀的转向角为530度，相对于齿条末端的转向角为550度的情况下，停车时的控制范围成为30度，行驶时的控制范围成为20度。因此，如果模型参数以及控制参数按照停车时的特性的话，则将停车时的车速增益设为1倍，将行驶时的车速增益设为2/3倍，如果模型参数以及控制参数按照行驶时的特性的话，则将行驶时的车速增益设为1倍，将停车时的车速增益设为3/2倍。

图53示出了第13实施例中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例。与图41所示的第11实施例中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例相比，在第13实施例中，追加了车速增益单元427，控制参数设定单元425替代了图41的控制参数设定单元325。还有，尽管第2实施例中的参数设定单元124替代了图41的参数设定单元324，但被输入到图53的参数设定单元124中的是从车速增益单元427输出的控制位移x’，而不是齿条位移x。因为图53的其他的结构与第11实施例相同，所以省略它们的说明。

车速增益单元427使用图52(A)所示的特性来决定与车速Vel相关联的车速增益并将其与齿条位移x相乘，输出控制位移x’。控制参数设定单元425具有与车速Vel无关的控制参数(比例增益kp、微分增益kd)，控制参数例如具有图40所示那样的特性(在这里，横轴不是齿条位移x，而是被置换成控制位移x’。)，设定与控制位移x’相关联的控制参数。对图53的参数设定单元124而言，仅仅是控制位移x’的输入替代了齿条位移x的输入，图53的参数设定单元124的结构以及动作均与第2实施例中的参数设定单元124相同。

在这样的结构中，参照图54的流程图对第13实施例的动作示例进行说明。

图54是表示粘弹性模型追随控制的第13实施例中的动作示例的流程图，与图46所示的第11实施例中的动作示例相比，在步骤S22之后，插入了步骤S22A，步骤S23替代了图46的步骤S23a，步骤S23c替代了图46的步骤S23b。其他的动作都相同。

在步骤S22A，车速增益单元427输入齿条位移x和车速Vel，使用图52(A)所示的特性来决定与车速Vel相关联的车速增益，将车速增益与齿条位移x相乘，计算出控制位移x’。控制位移x’被输入到参数设定单元124和控制参数设定单元425中。参数设定单元124将根据控制位移x’并依照与图16所示的特性同等的特性而求出的模型参数(弹簧常数k₀、粘性摩擦系数μ)设定在弹簧常数项131、粘性摩擦系数项132和反馈要素(N/F)141中(步骤S23)。控制参数设定单元425将根据控制位移x’并依照与图40所示的特性同等的特性而求出的控制参数(比例增益kp、微分增益kd)设定在控制要素单元153中(步骤S23c)。

此外，车速增益相对于车速Vel的特性并不限于图52(A)所示那样的特性，只要是停车时的车速增益大于行驶时的车速增益的话，也可以为例如图52(B)所示那样的曲线性的特性。

在第11实施例～第13实施例中，尽管控制要素单元153为PD控制的结构，但也可以为PID(比例积分微分)控制或PI控制的结构。在采用PID控制的结构的场合，传递函数用下述式36来表示，比例增益kp、微分增益kd以及积分增益ki成为控制参数，积分增益ki具有近似于比例增益kp以及微分增益kd的特性。

式36

在采用PI控制的结构的场合，传递函数用下述式37来表示。

式37

作为PD控制的控制要素单元153的传递函数，也可以通过用微分时间Td替代了微分增益kd的下述式38来表示。

式38

C_d＝kp(1+Td·s)

在这种情况下，比例增益kp以及微分时间Td成为控制参数。同样地，在PID控制或PI控制中，也可以用积分时间Ti替代积分增益ki。

还有，也能够以同样的形态对图14所示的第1实施例中的粘弹性模型追随控制单元，进行针对在第11实施例～第13实施例中的第2实施例中的粘弹性模型追随控制单元而进行的追加以及变更。

在第10实施例～第13实施例中，粘弹性模型追随控制单元也可以为只有反馈控制单元的结构，而不是具备前馈控制单元以及反馈控制单元的结构。

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

21 旋转角传感器

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、210 齿条末端接近判定单元

120、220、320 粘弹性模型追随控制单元

121、122 切换单元

124、324 参数设定单元

127、128、128A、128B、327、328 降低噪音单元

130 前馈控制单元

140 反馈控制单元

150 电动机角速度运算单元

160 齿条位移速度运算单元

161A 停车时反馈要素

161B 行驶时反馈要素

161C、324C、325C 停车时车速增益单元

161D、324D、325D 行驶时车速增益单元

170、270 变化量限制单元

324A 停车时模型参数设定单元

324B 行驶时模型参数设定单元

325、425 控制参数设定单元

325A 停车时控制参数设定单元

325B 行驶时控制参数设定单元

427 车速增益单元

Claims (38)

1.一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出第1电流指令值，通过基于所述第1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：

具备第1变换单元、齿条位置变换单元、齿条末端接近判定单元、粘弹性模型追随控制单元和第2变换单元，

所述第1变换单元将所述第1电流指令值变换成第1齿条轴力，

所述齿条位置变换单元将所述电动机的旋转角变换成判定用齿条位置，

所述齿条末端接近判定单元基于所述判定用齿条位置判定接近了齿条末端，输出齿条位移以及切换信号，

所述粘弹性模型追随控制单元基于所述第1齿条轴力、所述齿条位移以及所述切换信号，并且，通过模型追随控制的结构来生成将粘弹性模型设为规范模型的第2齿条轴力，

所述第2变换单元将所述第2齿条轴力变换成第2电流指令值，

所述粘弹性模型追随控制单元具备反馈控制单元、切换单元和至少一个降低噪音单元，

所述反馈控制单元基于所述齿条位移以及所述第1齿条轴力进行反馈控制，输出第2齿条轴力，

所述切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第2齿条轴力的输出，

所述降低噪音单元通过降低噪音的功能来降低所述齿条位移或所述第1齿条轴力中所含有的噪音，

使所述第2电流指令值与所述第1电流指令值相加，进行所述辅助控制，以便抑制齿条末端碰撞。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述降低噪音单元被设置在被输入到所述反馈控制单元的所述第1齿条轴力的输入的前级。

3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述降低噪音单元被设置在来自所述切换单元的所述第2齿条轴力的输出的后级。

4.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述降低噪音单元被设置在被输入到所述反馈控制单元的所述齿条位移的输入的前级。

5.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述降低噪音单元被设置在所述反馈控制单元的内部。

6.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述降低噪音单元具有随转向速度信息而发生变化的特性。

7.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述降低噪音单元的特性为所述转向速度信息越小，则降低噪音的比率越大的特性。

8.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述降低噪音单元的特性随着所述转向速度信息的变化而逐渐发生变化。

9.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：根据所述齿条位移变更所述反馈控制单元的参数。

10.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第1齿条轴力以及所述第2齿条轴力分别与第1柱轴扭矩以及第2柱轴扭矩等效。

11.一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出第1电流指令值，通过基于所述第1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：

具备第1变换单元、齿条位置变换单元、齿条末端接近判定单元、粘弹性模型追随控制单元、变化量限制单元和第2变换单元，

所述第1变换单元将所述第1电流指令值变换成第1齿条轴力，

所述齿条位置变换单元将所述电动机的旋转角变换成判定用齿条位置，

所述齿条末端接近判定单元基于所述判定用齿条位置判定接近了齿条末端，输出齿条位移以及切换信号，

所述粘弹性模型追随控制单元基于所述第1齿条轴力、所述齿条位移以及所述切换信号，并且，通过模型追随控制的结构来生成将粘弹性模型设为规范模型的第2齿条轴力，

所述变化量限制单元当所述第2齿条轴力的变化量超过规定值的时候，变更所述第2齿条轴力以便使所述变化量变成所述规定值，

所述第2变换单元将所述第2齿条轴力变换成第2电流指令值，

使所述第2电流指令值与所述第1电流指令值相加，进行所述辅助控制，以便抑制齿条末端碰撞。

12.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元由前馈控制单元、反馈控制单元、第1切换单元、第2切换单元和加法运算单元构成，

所述前馈控制单元基于所述第1齿条轴力进行前馈控制，输出第3齿条轴力，

所述反馈控制单元基于所述齿条位移以及所述第1齿条轴力进行反馈控制，输出第4齿条轴力，

所述第1切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第3齿条轴力的输出，

所述第2切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第4齿条轴力的输出，

所述加法运算单元使所述第1切换单元的输出与所述第2切换单元的输出相加，输出所述第2齿条轴力。

13.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元由前馈控制单元、反馈控制单元、第1切换单元、第2切换单元和加法运算单元构成，

所述前馈控制单元基于所述齿条位移进行前馈控制，输出第3齿条轴力，

所述反馈控制单元基于所述齿条位移以及所述第1齿条轴力进行反馈控制，输出第4齿条轴力，

所述第1切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第3齿条轴力的输出，

所述第2切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第4齿条轴力的输出，

所述加法运算单元使所述第1切换单元的输出与所述第2切换单元的输出相加，输出所述第2齿条轴力。

14.根据权利要求12所述的电动助力转向装置，其特征在于：根据所述齿条位移变更所述反馈控制单元和所述前馈控制单元的参数。

15.根据权利要求13所述的电动助力转向装置，其特征在于：根据所述齿条位移变更所述反馈控制单元和所述前馈控制单元的参数。

16.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：根据所述第2齿条轴力的变化量的符号变更所述变化量限制单元的所述规定值。

17.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：根据齿条末端接近判定的“ON/OFF”变更所述变化量限制单元的所述规定值。

18.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：基于转向信息变更所述变化量限制单元的所述规定值。

19.根据权利要求18所述的电动助力转向装置，其特征在于：变更所述变化量限制单元的所述规定值以便使其在齿条末端附近变大。

20.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第1齿条轴力以及所述第2齿条轴力分别与第1柱轴扭矩以及第2柱轴扭矩等效。

21.根据权利要求12所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第1齿条轴力、所述第2齿条轴力、所述第3齿条轴力以及所述第4齿条轴力分别与第1柱轴扭矩、第2柱轴扭矩、第3柱轴扭矩以及第4柱轴扭矩等效。

22.根据权利要求13所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第1齿条轴力、所述第2齿条轴力、所述第3齿条轴力以及所述第4齿条轴力分别与第1柱轴扭矩、第2柱轴扭矩、第3柱轴扭矩以及第4柱轴扭矩等效。

23.一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出第1电流指令值，通过基于所述第1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：

具备第1变换单元、齿条位置变换单元、齿条末端接近判定单元、粘弹性模型追随控制单元和第2变换单元，

所述第1变换单元将所述第1电流指令值变换成第1齿条轴力，

所述齿条位置变换单元将所述电动机的旋转角变换成判定用齿条位置，

所述齿条末端接近判定单元基于所述判定用齿条位置判定接近了齿条末端，输出齿条位移以及切换信号，

所述粘弹性模型追随控制单元基于所述第1齿条轴力、所述齿条位移以及所述切换信号，并且，通过模型追随控制的结构来生成将粘弹性模型设为规范模型的第2齿条轴力，

所述第2变换单元将所述第2齿条轴力变换成第2电流指令值，

所述粘弹性模型追随控制单元具备反馈控制单元和第1切换单元，

所述反馈控制单元基于所述齿条位移以及所述第1齿条轴力进行反馈控制，输出第3齿条轴力，

所述第1切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第3齿条轴力的输出，

将来自所述第1切换单元的输出作为所述第2齿条轴力输出，

所述齿条末端接近判定单元通过所述判定用齿条位置是否位于齿条末端的前面的规定位置以内来判定接近了所述齿条末端，根据车速变更所述规定位置，

使所述第2电流指令值与所述第1电流指令值相加，进行所述辅助控制，以便抑制齿条末端碰撞。

24.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述粘弹性模型追随控制单元还具备前馈控制单元、第2切换单元和加法运算单元，

所述前馈控制单元基于所述第1齿条轴力进行前馈控制，输出第4齿条轴力，

所述第2切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第4齿条轴力的输出，

所述加法运算单元使所述第1切换单元的输出与所述第2切换单元的输出相加，输出所述第2齿条轴力。

25.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述粘弹性模型追随控制单元还具备前馈控制单元、第2切换单元和加法运算单元，

所述前馈控制单元基于所述齿条位移进行前馈控制，输出第4齿条轴力，

所述第2切换单元根据所述切换信号启动/关闭所述第4齿条轴力的输出，

所述加法运算单元使所述第1切换单元的输出与所述第2切换单元的输出相加，输出所述第2齿条轴力。

26.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元作为所述规范模型具有停车时规范模型和行驶时规范模型，根据所述车速变更使用所述停车时规范模型和所述行驶时规范模型的比例。

27.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元根据所述齿条位移变更所述规范模型的参数。

28.根据权利要求26所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元根据所述齿条位移变更所述规范模型的参数。

29.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元作为所述规范模型的参数具有停车时模型参数和行驶时模型参数，根据所述车速在所述停车时模型参数与所述行驶时模型参数之间变更所述规范模型的参数。

30.根据权利要求26所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元作为所述规范模型的参数具有停车时模型参数和行驶时模型参数，根据所述车速在所述停车时模型参数与所述行驶时模型参数之间变更所述规范模型的参数。

31.根据权利要求27所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元作为所述规范模型的参数具有停车时模型参数和行驶时模型参数，根据所述车速在所述停车时模型参数与所述行驶时模型参数之间变更所述规范模型的参数。

32.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元根据通过将基于所述车速设定的车速增益与所述齿条位移相乘而计算出的控制位移来变更所述规范模型的参数。

33.根据权利要求26所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述粘弹性模型追随控制单元根据通过将基于所述车速设定的车速增益与所述齿条位移相乘而计算出的控制位移来变更所述规范模型的参数。

34.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述反馈控制单元根据所述齿条位移变更控制参数。

35.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述反馈控制单元具有停车时控制参数和行驶时控制参数作为控制参数，根据所述车速在所述停车时控制参数与所述行驶时控制参数之间变更所述控制参数。

36.根据权利要求34所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述反馈控制单元具有停车时控制参数和行驶时控制参数作为所述控制参数，根据所述车速在所述停车时控制参数与所述行驶时控制参数之间变更所述控制参数。

37.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述反馈控制单元根据控制位移来变更控制参数，所述控制位移是将基于所述车速设定的车速增益与所述齿条位移相乘而计算出的。

38.根据权利要求23所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第1齿条轴力、所述第2齿条轴力以及所述第3齿条轴力分别与第1柱轴扭矩、第2柱轴扭矩以及第3柱轴扭矩等效。