JP6103163B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

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トルク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、運転者の不快に感じる打音（異音）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。また、ラック軸力、ラック変位並びに操舵状態（切増し／切戻し）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、入力の制限により衝撃を抑制し、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、打音（異音）が発生して、運転者が不快に感じる可能性がある。
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。
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分かった場合、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。
特公平６−４４１７号公報 特許第４１１５１５６号公報
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。
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。
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、運転者に操舵違和感を与えずに端当て時の異音の発生を抑制し、衝撃力を減衰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。また、ラック軸力、ラック変位並びに操舵状態（切増し／切戻し）に基づいてフィードバック（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、入力制限により衝撃力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も、目的とする。
本発明は、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、前記粘弾性モデル追従制御部が、前記ラック軸力１に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４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３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部と、で構成されており、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時の衝撃力を減衰することにより達成される。また、本発明の上記目的は、前記粘弾性モデル追従制御部が、前記ラック変位に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４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３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部と、で構成されていることにより、或いは、前記粘弾性モデル追従制御部が、前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力２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２の出力をＯＮ／ＯＦＦする切替部とを具備しており、前記ラック変位又は目標ラック変位によって、前記フィードバック制御部の制御パラメータを変更するようになっていることにより達成される。
更に、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いてラック軸力ｆ４を演算する軸力演算部と、前記ラック軸力ｆ４の最大値を制限値により制限して前記入力側ラック軸力ｆを出力するリミッタと、操舵状態を判定する操舵状態判定部とを具備し、前記操舵状態判定部の判定結果に応じて前記パラメータを可変若しくは切替えることにより達成される。
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）な制御が可能となる利点がある。
また、制御パラメータを所定角度の範囲内で可変としているので、運転者にアシスト力変化による反力違和感を与えず、また、ラックエンドに到達する時の衝撃力を減衰することができると共に、モータに対してのブレーキ効果があり、モータ慣性の衝撃力も抑制できるので、インタミやギアの保護もできる。
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、ラック変位並びに操舵状態（切増し／切戻し）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。
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。 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。 本発明の構成例を示すブロック図である。 ラック位置変換部の特性例を示す図である。 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。 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。 本発明の動作例（全体）を示すフローチャートである。 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。 粘弾性モデルの模式図である。 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。 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。 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。 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。 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例１）を示すブロック図である。 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。 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及びラックエンド付近を示す図である。 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。 本発明の他の実施形態（実施形態３）を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態（実施形態４）を示すブロック図である。 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。 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図である。 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。 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。 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。 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。 本発明の実施例５を示すブロック構成図である。 リミッタの特性例を示す特性図である。 制御パラメータ設定部の特性例を示す特性図である。 切増し／切戻しの切替パターンの一例を示す特性図である。 切増し／切戻しの切替パターンの他の例を示す特性図である。 本発明の実施例５の動作例を示すフローチャートである。 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。 入力制限の効果を説明する特性図である。 本発明の実施例７を示すブロック構成図である。
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、運転者に操舵違和感を与えずに端当て時の異音の発生を抑制し、ラックエンド端当ての抑制（ラックエンド端当て時の衝撃力の減衰を含む）を図る電動パワーステアリング装置である。
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時の衝撃力を抑制する。
また、フィードバック制御部の制御パラメータを、所定角度の範囲内において、ラック変位又は目標ラック変位（目標舵角）に基づいて可変とする。例えば、開始舵角（モデルフォローイング制御を開始する舵角）付近ではフィードバック制御部の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、所定角度の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時の衝撃力を抑制できる。
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、ラック軸力の最大入力を制限する。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時の衝撃力を減衰できる。
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。
更に本発明では、切増し操舵と切戻し操舵の操舵状態に応じて、モデルパラメータ及び制御パラメータを可変することで、運転者が感じる操舵トルクの変化を変えることを可能としている。例えば、切戻し時に操舵トルクが急に小さくなると、運転者は戻されるような感覚を覚えるため、快適性が損なわれる。切戻し時には粘性が大きくなるようなパラメータ設計にすることで、これを回避することが可能となる。
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
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。
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。
（数１）
ｆ＝Ｇ１×Ｉｒｅｆ１
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。
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。所定位置ｘ０はラック比ストロ−ク、車種、フィール等により一義的には定まらず、通常ラックエンド手前１〜５０ｍｍ程度に設定される。
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。
（数２）
Ｉｒｅｆ２＝ｆｆ／Ｇ１

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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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）。
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時の衝撃力を減衰している。
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。
Figure 0006103163
 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。
（数４）
ｘ＝ｘ１＋ｘ２
（数５）
Ｆ０＝ｋ０ｘ
Figure 0006103163
 従って、上記数３に上記数４〜数６を代入して数７となる。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
Figure 0006103163
 そして、数７と数９を加算すると、数１０となる。
Figure 0006103163
 数１０に上記数４及び数６を代入すると、下記数１１となる。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
Figure 0006103163
 上記数１３をＸ（ｓ）／Ｆ（ｓ）で整理すると、下記数１４となる。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
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。
Figure 0006103163
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）
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
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。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
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。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
 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、
Figure 0006103163
 １／Ｆを下記数２８のようにすることで達成できる。
Figure 0006103163
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。
Figure 0006103163
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。
Figure 0006103163
 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。
Figure 0006103163
Figure 0006103163
 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。
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の実施例１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の実施例２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。
図１４の実施例１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の実施例２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。
図１４の実施例１及び図１５の実施例２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。
図１４の実施例１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（Ａ）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。
なお、図１６（Ｂ）は、実際に制御した場合の端当て付近の電流Ｉ［Ａ］（若しくはラック軸力ｆ［Ｎ］）のイメージを示しており、制御が入っていなければラックエンド又は目標値まで一定或いは増加し、粘弾性効果はない。本発明はステップ状よりも衝撃力を抑制でき、徐変よりもハンドルの手感で端当て時の感触（ブレーキ効果）がある。
図１５の実施例２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。
また、切替信号ＳＷＳは、実施例１及び２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。
このような構成において、図１５の実施例２の動作例を図１７のフローチャートを参照して説明する。
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（Ａ）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。
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。
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へリターンする。
図１４の実施例１及び図１５の実施例２では、実施形態１及び２において、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、図１８に示すようにフィードバック制御部１４０のみの構成（実施形態３）でも良く、また、図１９に示すようにフィードフォワード制御部１３０のみの構成（実施形態４）でも良い。
図２０は本発明の実施例３の粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例を図１５に対応させて示しており、実施例２に対して制御パラメータ設定部１２７が追加されている。制御パラメータ設定部１２７からの出力はフィードバック制御部１５０の制御要素部１５３に入力される。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。
制御要素部１５３はＰＤ（比例微分）制御の構成で、伝達関数は下記数３３で表わされる。
Figure 0006103163
 ｋｐは比例ゲイン、ｋｄは微分ゲインであり、フィードバック制御部１５０の制御パラメータとなっている。

制御パラメータ設定部１２７はラック変位ｘに対して、例えば図２１に示すような特性を有する比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄを出力し、比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄは制御要素部１５３に入力される。比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄを図２１に示すような特性にすることにより、ラック変位ｘが小さい範囲（即ち開始舵角付近）では制御要素部１５３の制御ゲインは小さくなり、ラック変位が大きくなるにつれて（即ち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。
このような構成において、粘弾性モデル追従制御の動作例を図２２のフローチャートを参照して説明する。なお、ステップＳ２３ａが異なるだけで、その他の動作は実施例２と同じである。
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、減算部１４２及び制御パラメータ設定部１２７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（Ａ）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）。制御パラメータ設定部１２７は、ラック変位ｘに応じて図２１の特性に従って求められた比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄを制御要素部１５３に設定する（ステップＳ２３ａ）。また、変換部１０１は数１に従って電流指令値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１５３でＣｄ演算される（ステップＳ２４Ｂ）。制御要素部１５３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。
フィードフォワード制御部１３０は、実施例２でのステップＳ２５〜Ｓ２５Ｂと同様の動作によりラック軸力ＦＦを出力し、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１５０の演算の順番は、逆であっても良い。
その後は、実施例２でのステップＳ２６〜Ｓ２７と同様の動作が実行され、ステップＳ１４へリターンする。
次に、他の実施例４について説明する。
実施例３では、フィードバック制御部の制御パラメータをラック変位に基づいて可変としているが、実施例４では、目標ラック変位（目標舵角）に基づいて可変とする。
図２３は実施例２での粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例を示しており、図２０に示される実施例３での粘弾性モデル追従制御部の構成例と比べると、制御パラメータ設定部１２８にはラック変位ｘではなく、目標ラック変位であるフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１からのＮ／Ｆ演算値が入力されている。制御パラメータ設定部１２８は目標ラック変位に対して、例えば図２１に示される特性と同様な特性を有する比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄを出力する。制御パラメータ設定部１２８以外は実施例１での粘弾性モデル追従制御部と同様の構成で、同様の動作を行う。
上述の実施例（実施例１〜実施例４）では、制御要素部１４３（Ｃｄ）（又は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。
Figure 0006103163
 ＰＩ制御の構成とした場合の伝達関数は下記数３５となる。
Figure 0006103163
 また、ＰＤ制御での制御要素部１５３（又は１４３）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。
Figure 0006103163
 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。
なお、図１４の実施例１に対しても、実施例３で追加した制御パラメータ設定部１２７又は実施例４で追加した制御パラメータ設定部１２８を、同様の態様で追加することが可能である。また、実施例１及び実施例２の場合と同様に、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１５０を具備した構成ではなく、フィードバック制御部１５０のみの構成としても良い。
次に、実施例５を述べる。
図１８に示す実施形態３では、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２４の実線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。そして、実施形態３に加えて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及び操舵状態（切増し／切戻し）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）の設定により制限する。
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時の衝撃力を減衰できる。
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２５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、本実施例５では規範モデルへのラック軸力の入力の正負最大値を制限する。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）は一定となり、制御効果のバラツキを抑えられる。また、制限値をラック軸力に応じて調整できるようにすることで、規範モデル出力（目標舵角）を調整でき、さらに効果のバラツキを小さくできる。
更に実施例５では、操舵状態（切増し/切戻し）に応じて規範モデルおよび制御パラメータを可変とする。切増し操舵と切戻し操舵の操舵状態に応じて、モデルパラメータ及び制御パラメータを可変することで、運転者が感じる操舵トルクの変化を変えることが可能となる。例えば、切戻し時に操舵トルクが急に小さくなると、運転者は戻されるような感覚を覚えるため、快適性が損なわれる。切戻し時には粘性が大きくなるようなパラメータ設計にすることで、これを回避することが可能となる。
なお、切増し/切戻しの判定は、例えばラック変位ｘとラック変位速度が同じ方向（同符号）の場合を切増しと判定し、ラック変位ｘとラック変位速度が異なる方向（異符号）の場合を切戻しと判定する。ラック変位ｘとラック変位速度に代えて、コラム軸角度とコラム軸角速度の各方向でも操舵状態の判定が可能である。
図２６は、実施例５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）からラック軸力ｆ４を演算する軸力演算部２０１と、軸力演算部２０１からのラック軸力ｆ４の最大値を制限して入力側ラック軸力ｆを出力するリミッタ２０４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。
更に、ラック変位ｘ（若しくは判定用ラック位置Ｒｘ）を入力し、ラック変位速度を演算し、ラック変位ｘとラック変位速度の方向（正負）によって操舵状態（切増し／切戻し）を判定し、判定結果Ｓｂを出力する操舵状態判定部２０５が設けられている。操舵状態の判定結果Ｓｂは、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。
ラック軸力ｆ３（＝ｆ１＋ｆ２）を入力する軸力演算部２０１は、ラック変位ｘが所定角度範囲になった時のラック軸力ｆ３を初期ラック軸力Ｆｚとして設定し記憶する設定記憶部２０１−１と、以後、ラック軸力ｆ３から初期ラック軸力Ｆｚを減算して軸力ｆ４を出力する減算部２０１−２とで構成されている。初期ラック軸力Ｆｚは、ラック変位ｘが所定角度範囲になった時のラック軸力であり、軸力演算部２０１は、ラック変位ｘが所定角度範囲になって以降、下記数３７に従ってラック軸力ｆ４を演算する。これは、所定角度では規範モデルの出力として“０”とし、制御要素部１４３から出力されるラック軸力ＦＢを“０”とするためである。所定角度付近での操舵で指令値の段差をなくし、保舵を容易とするためである。
（数３７）
ｆ４＝（ｆ１＋ｆ２）−Ｆｚ

リミッタ２０４は、例えば図２７に示すような特性で正負最大値を制限し、最大値を制限された入力側ラック軸力ｆが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。なお、図２７において、ｘＯＲ及びｘＯＬは、所定角度範囲を設定する角度である。
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２８の実線に示すように、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３８に示すように設定される。
（数３８）
Ｃｄ＝ｋｐ＋ｋｄ・ｓ

モデル系のモデルパラメータ設定部２２１はラック変位ｘを入力し、例えば図２４の実線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。
実施例５では操舵状態判定部２０５は操舵の切増し又は切戻しを判定し、その判定結果Ｓｂが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に入力されている。モデルパラメータ設定部２２１は、操舵状態の切増し又は切戻しに応じて図２４の実線と破線の間でモデルパラメータμ、ｋ０を変化させる。また、制御パラメータ設定部２１１は、操舵状態の切増し又は切戻しに応じて図２８の実線と破線の間で制御パラメータｋｄ、ｋｐを変化させる。
その切替の際、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は、図２９に示すように、切増し状態量１から切戻し状態量０に変わるときは、切増しパラメータから切戻しパラメータへ徐々に切替え、所定期間内で切替わるようにする。或いは、図３０に示すように、ラック変位速度に所定領域を設定して状態量ゲインαを割り付け、下記数３９の演算を行って最終パラメータを求めるようにしても良い。
（数３９）
最終パラメータ＝切増しパラメータ×α＋切戻しパラメータ×（１−α）

このような構成において、図２６の実施例５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。
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に変換される（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（ステップＳ２０３）、切替部１２２が接点ｂ２に切替えられた瞬間にその時のラック軸力ｆ３を初期ラック軸力Ｆｚとして設定記憶部２０１−１に設定し（ステップＳ２０４）、その後はラック軸力ｆ３から、記憶された初期ラック軸力Ｆｚを減算部２０１−２で減算してラック軸力ｆ４を演算し（ステップＳ２０５）、リミッタ２０４で制限処理を行い（ステップＳ２０６）、制限処理されたラック軸力をフィードバック制御部１４０内のフィードバック要素１４１に入力側ラック軸力ｆとして入力する。
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は操舵状態判定部２０５に入力され、操舵状態が判定され（ステップＳ２１１）、判定結果Ｓｂが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。
また、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及び判定結果Ｓｂに基づいて制御パラメータｋｐ、ｋｄを演算し（ステップＳ２１２）、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及び判定結果Ｓｂ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。
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）。
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。
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３２に示すような動作で実施される。
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。
本実施例５では、入力側ラック軸力ｆの入力がリミッタ２０４で制限されるため、図３３の実線に示すように規範モデル出力が飽和する。制限されないと、破線のように飽和しないで変化し続ける。
実施例５ではラック変位ｘ及びラック変位速度に基づいて操舵状態を判定しているが、コラム軸角度（θ）及びコラム軸角速度（ω）で操舵状態を判定するようにしても良い（実施例６）。
上述の実施例５及び実施例６では、モデルフォローイング制御の構成にフィードフォワード制御部を含まない第３実施形態を説明したが、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及びフィードフォワード制御部である実施形態１及び実施形態２にも同様に適用でき、ラック変位ｘ及び操舵状態の判定結果Ｓｂに応じて、フィードフォワード制御部のパラメータを可変若しくは切替えるようにしても良い。
この場合の構成例を図３４に示して説明する。 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及び操舵状態判定部２０５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及び操舵状態判定部２０５の判定結果Ｓｂに応じてバネ定数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。また、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。
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く、ＣＡＮ等から取得しても良い。
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
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

Claims (15)

  1. 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、
    前記粘弾性モデル追従制御部が、
    前記ラック軸力１に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、
    前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４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３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、
    前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、
    前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部と、
    で構成されており、
    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。
  2. 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、
    前記粘弾性モデル追従制御部が、
    前記ラック変位に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、
    前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４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３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、
    前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、
    前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部と、
    で構成されており、
    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。
  3. 前記ラック変位によって、前記フィードバック制御部及びフィードフォワード制御部のパラメータを変更する請求項９又は１０に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 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、
    前記粘弾性モデル追従制御部が、
    前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力２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２の出力をＯＮ／ＯＦＦする切替部とを具備しており、
    前記ラック変位又は目標ラック変位によって、前記フィードバック制御部の制御パラメータを変更するようになっており、
    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。
  5. 前記ラック変位又は前記目標ラック変位が小さいところでは制御ゲインを小さく、前記ラック変位又は前記目標ラック変位が大きくなるにつれて前記制御ゲインを大きくするように、前記制御パラメータを変更する請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 前記ラック変位によって、前記規範モデルのパラメータを変更する請求項１２又は１３に記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 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いてラック軸力ｆ４を演算する軸力演算部と、
    前記ラック軸力ｆ４の最大値を制限値により制限して前記入力側ラック軸力ｆを出力するリミッタと、
    操舵状態を判定する操舵状態判定部と、
    を具備し、前記操舵状態判定部の判定結果に応じて前記パラメータを可変若しくは切替えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  8. 前記モデルフォローイング制御の構成に更にフィードフォワード制御部が設けられ、前記ラック変位ｘ及び前記操舵状態判定部の判定結果に応じて前記フィードフォワード制御部のパラメータを可変若しくは切替えるようになっている請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
  9. 前記操舵状態判定部が、前記ラック変位ｘ及びラック変位速度に基づいて切増し／切戻しを判定するようになっている請求項１５又は１６に記載の電動パワーステアリング装置。
  10. 前記操舵状態判定部が、コラム軸角及びコラム軸角速度に基づいて切増し／切戻しを判定するようになっている請求項１５又は１６に記載の電動パワーステアリング装置。
  11. 前記切増し／切戻しの判定結果により、前記パラメータの可変若しくは切替を徐々に行うようになっている請求項１７又は１８に記載の電動パワーステアリング装置。
  12. 前記切増し／切戻しの状態を状態量ゲイン０〜１として演算し、前記切増し／切戻しのパラメータに対して前記状態量ゲインに重み付けを行って最終パラメータを演算する請求項１９に記載の電動パワーステアリング装置。
  13. 前記状態量ゲインをαとし、前記切増しパラメータ×α＋前記切戻しパラメータ×（１−α）で前記最終パラメータを演算する請求項２０に記載の電動パワーステアリング装置。
  14. 前記ラック軸力１、前記ラック軸力２、前記ラック軸力３及び前記ラック軸力４はそれぞれコラム軸トルク１、コラム軸トルク２、コラム軸トルク３及びコラム軸トルク４と等価である請求項９又は１０に記載の電動パワーステアリング装置。
  15. 前記ラック軸力１及び前記ラック軸力２はそれぞれコラム軸トルク１及びコラム軸トルク２と等価である請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。
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