JP6103164B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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、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。

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。

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。

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。

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、微小なトルク変動やモータ角変化によって電流指令値や制御量が変動した場合、これらがフィードバックされることで運転者が継続して感じるおそれがある不快な振動の低減を図ること、モデルフォローイング制御前後でのアシスト力の変化により、運転者に違和感を与えないようにすること、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、モデルフォローイング制御の構成で、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、ノイズ低減の機能により前記ラック変位又は前記ラック軸力１に含まれるノイズを低減する少なくとも１つのノイズ低減部とを具備しており、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抑制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、モデルフォローイング制御の構成で、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の変化量が所定値を超えたとき、前記変化量が前記所定値となるように、前記ラック軸力２を変更する変化量制限部と、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抑制することにより達成される。

更に、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、モデルフォローイング制御の構成で、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３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部とを具備し、前記第１の切替部からの出力を前記ラック軸力２として出力し、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、前記所定位置を前記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時の衝撃力を抑制す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）な端当て抑制制御が可能となる利点がある。

また、フィードバック経路にノイズ低減部を設けることにより、微小な電流指令値の変化やモータ角の変化があっても、運転者に不快な振動を感じさせることを抑制することができる。

更に、モデルフォローイング制御によりアシスト力が急変しないように、制御量の変化量に制限を設けることにより、運転者が操舵トルクの変動を感じることを抑えることができる。

ラックエンド手前の所定角度等を車速に応じて可変とすることにより、状況に応じたスムーズな操舵も行うことができる。

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。 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。 本発明の構成例（実施例３）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（実施例３）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。 ノイズ低減部の周波数特性（振幅特性）の例を示す図である。 本発明の動作例（全体）（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。 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。 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例５）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例５）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（実施例６）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（実施例６）を示すブロック図である。 本発明の構成例（実施例７）を示すブロック図である。 ラック変位に対する所定値の特性例を示す図である。 本発明の動作例（全体）（実施例７）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（実施例７）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（実施例８）を示すブロック図である。 回転角に対する所定値の特性例を示す図である。 ラック軸力の差の符号により変更する所定値の特性例を示す図である。 本発明の構成例（実施例１０）を示すブロック図である。 車速に対する所定位置の特性例を示す図である。 本発明の動作例（実施例１０）を示すフローチャートである。 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特性図である。 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例１１）を示すブロック図である。 パラメータ設定部の構成例（実施例１１）を示すブロック図である。 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。 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。 制御パラメータ設定部の構成例（実施例１１）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例１１）を示すフローチャートである。 パラメータ設定部の動作例（実施例１１）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１２）を示すブロック図である。 フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）の構成例（実施例１２）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例１２）を示すフローチャートである。 フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）の動作例（実施例１２）を示すフローチャートである。 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。 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例１３）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例１３）を示すフローチャートである。

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、衝撃力を減衰す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減衰する。

また、本発明では、振動（ノイズ）低減のための処理（以下、「ノイズ低減処理」とする）、制御量の変化量を抑えるための処理（以下、「変化量制限処理」とする）及びラックエンド手前の所定角度（開始舵角）を変更する処理（以下、「開始舵角変更処理」とする）を行う。

ノイズ低減処理では、微小な操舵トルクの変化やモータ角の変化により発生する振動（ノイズ）を抑制するためのノイズ低減部を設ける。これらの変化は粘弾性モデル追従制御部を介してフィードバックされ、振動が継続することになるので、ノイズ低減部は粘弾性モデル追従制御部内に設ける。運転者は特に高周波数の振動を不快な振動として感じやすいので、ノイズ低減部は高周波数成分を低減するような特性を有する。ノイズ低減部の特性は、モータ角速度やラック変位速度等のステアリング速度情報に応じて変化する。即ち、運転者が不快な振動を感じるのは保舵しているときや操舵速度が遅いときであるから、ステアリング速度情報が小さいときはノイズの抑制効果が大きい特性とし、ステアリング速度情報が大きいときは、制御の応答性を高くしなければ端当て防止の効果が薄れるので、ノイズの抑制効果が小さい特性となるように調整される。更に、ノイズ低減部の特性が急激に変化し、モータトルクが急変すると、運転者に不快な振動として伝わるおそれがあるので、特性が急激に変化しないように、ステアリング速度情報の変化に合わせて特性が徐々に変化するように調整される。

変化量制限処理では、モデルフォローイング制御の開始時点や通常のアシスト制御に戻る時点等でアシスト力が急変し、運転者に操舵トルクの変動を感じることがないように、そのような時点付近で、モデルフォローイング制御により変化する制御量の変化量を抑えるようにしている。具体的には、変化量制限部において、制御量に相当する粘弾性モデル追従制御部からの出力をトレースし、出力の変化量が所定値より大きくなった場合、変化量が所定値になるように出力を変更している。電流指令値を算出するためのパラメータを調整することよりアシスト力の急変を抑えることも可能であるが、操舵速度、タイヤや路面状況等の様々な要因の中で最適なパラメータを求めるのは、調整の自由度が少なく、調整に時間がかかる可能性があるので、本発明ではアシスト力に直結する制御量に制限をかけることにより、調整の自由度を増し、調整時間の短縮も図っている。変化量制限部で使用する所定値は、モデルフォローイング制御が開始或いは終了するラックエンド手前の所定角度の近辺とラックエンドの近辺とでは大きさを変え、ラックエンドの近辺で大きくなるように設定される。ラックエンド近辺では、第１の目的である端当て時の異音発生防止のために、粘弾性モデル追従制御部からの出力の変化量を抑えすぎないように所定値を大きくする。ラックエンド手前の所定角度近辺では、アシスト力の急変を抑えるべく、可能な範囲で所定値を小さくする。これを実現するために、後述で説明するラック変位、モータの回転角、舵角等の操舵情報に基づいて所定値を変更する。即ち、操舵情報の値が大きくなるにつれ、ラックエンドに接近するので、所定値が大きくなるように設定する。また、ラックエンド手前の所定角度の範囲に入る場合と出る場合とでは、通常、粘弾性モデル追従制御部からの出力の変化の向き（±）が逆であるから、出力の変化の向きによって所定値を変更することにより、入る場合と出る場合とで異なる特性の所定値を使用するようにし、より柔軟な調整ができるようにする。

開始舵角変更処理では、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。

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。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。

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ｘ_０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ｘ_０は、適宜な位置に設定可能である。所定位置ｘ_０はラック比ストローク、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。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。

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の詳細を、図５又は図６に示す。

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ｕ_１及びｕ_２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ｕ_１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ｕ_２として出力される。切替部１２１及び１２２からのラック軸力ｕ_１及びｕ_２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ｕ_１及びｕ_２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ｕ_１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ｕ_２として出力される。切替部１２１及び１２２からのラック軸力ｕ_１及びｕ_２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ｕ_１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ｕ_２として出力される。ラック軸力ｕ_１及びｕ_２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ｋ_０［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Ｆ_０，Ｆ_１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。

そして、ラック変位ｘ_１、ｘ_２に対して、ｋ_０、ｋ_１をバネ定数とすると、数４〜数６が成立する。

従って、上記数３に上記数４〜数６を代入して数７となる。

上記数７を微分すると、下記数８となり、μ_１／ｋ_１を両辺に乗算すると数９となる。

そして、数７と数９を加算すると、数１０となる。

数１０に上記数４及び数６を代入すると、下記数１１となる。

ここで、μ_１／ｋ_１＝τ_ｅ，ｋ_０＝Ｅ_ｒ，μ_１（１／ｋ_０＋１／ｋ_１）＝τ_δ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。

上記数１３をＸ（ｓ）／Ｆ（ｓ）で整理すると、下記数１４となる。

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ｋ_１＝∞のバネとするとτ_ｅ→０であり、τ_δ＝μ_１・１／ｋ_０であるので、２次関数の下記数１５が導かれる。

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、μ_１＝μとしている。

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）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、

１／Ｆを下記数２８のようにすることで達成できる。

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・ｓ^２＋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。

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。

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。

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に示すような特性のバネ定数ｋ_０及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数ｋ_０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。

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ｋ_０及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数ｋ_０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の特性に従って求められたバネ定数ｋ_０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ｋ_０を設定し（ステップＳ２５Ａ）、減算部でバネ定数ｋ_０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ｕ_１及びｕ_２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。

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、図１４の実施例１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の実施例１及び図１５の実施例２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。

次に、ノイズ低減処理を行う本発明の実施例（実施例３〜６）について説明する。

図１８は本発明の実施例（実施例３）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モータ角速度演算部１５０が追加され、粘弾性モデル追従制御部１２０が粘弾性モデル追従制御部２２０に代わっている。他の構成は図３に示される実施形態と同じであるから、説明は省略する。

回転角センサ２１からの回転角（モータ角）θはラック位置変換部１００の他にモータ角速度演算部１５０に入力され、モータ角速度演算部１５０でモータ角速度ωに変換される。モータ角速度ωは、切替信号ＳＷＳ、ラック変位ｘ及びラック軸力ｆと共に粘弾性モデル追従制御部２２０へ入力される。

粘弾性モデル追従制御部２２０の構成例を、図６に対応させて図１９に示す。

粘弾性モデル追従制御部２２０にはノイズ低減部１２７及び１２８が追加されており、粘弾性モデル追従制御部２２０に入力されたモータ角速度ωはノイズ低減部１２７及び１２８に入力される。ノイズ低減部１２７は、モータ角速度ωと共にラック軸力ｆを入力し、ノイズを低減したラック軸力ｆ’をフィードバック制御部１４０に出力する。ノイズ低減部１２８は、切替部１２２から出力されるラック軸力ｕ_２をモータ角速度ωと共に入力し、ノイズを低減したラック軸力ｕ_２’を加算部１２３に出力する。

粘弾性モデル追従制御部２２０をさらに詳細にした構成例を、図１５に対応させて図２０に示す。

図１９に示される構成例と同様に、ノイズ低減部１２７及び１２８が追加された点が図１５の構成例との違いであり、ノイズ低減部１２７から出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。

ノイズ低減部１２７は例えばローパスフィルタとして構成されており、例えば図２１に示されるような周波数特性（振幅特性）を有し、下記数３３で表わされる１次の伝達関数Ｈ（ｓ）により高域の周波数成分を低減する。

ここで、Ｋはゲイン（利得）、Ｔｃは時定数である。また、ノイズ低減部１２７の特性はモータ角速度ωが小さいほど、図２１の破線で示されるように遮断周波数が低くなる特性となり、さらにモータ角速度ωの変化に対して略一定の割合で特性が変化するように、モータ角速度ωに基づいてゲインＫ及び時定数Ｔが設定される。ノイズ低減部１２７は、数３３に従ってラック軸力ｆの高域の周波数成分を低減し、ラック軸力ｆ’を出力する。

ノイズ低減部１２８は、ノイズ低減部１２７と同様な構成及び動作により、ラック軸力ｕ_２の高域の周波数成分を低減し、ラック軸力ｕ_２’を出力する。

このような構成において、全体の動作例及び粘弾性モデル追従制御の動作例を、図２２及び図２３のフローチャートを参照して説明する。

図２２に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、ステップＳ１１Ａが追加され、粘弾性モデル追従制御の動作が後述のように変更されている（ステップＳ２０Ａ）。その他の動作は同じである。

ステップＳ１１Ａでは、モータ角速度演算部１５０が、回転角センサ２１からの回転角θよりモータ角速度ωを算出する。

粘弾性モデル追従制御の動作例は、図２３にフローチャートで示されている。

粘弾性モデル追従制御では、まず、図１７に示される実施例２での動作と同様に、ラックエンド接近判定部１１０から切替信号ＳＷＳ及びラック変位ｘが出力され（ステップＳ２１、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はバネ定数ｋ_０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に設定し（ステップＳ２３）、変換部１０１は電流指令値Ｉｒｅｆ１をラック軸力ｆに変換する（ステップＳ２３Ａ）。ラック軸力ｆはモータ角速度ωと共にノイズ低減部１２７に入力される。ノイズ低減部１２７は、前記数３３の伝達関数に基づいて、ラック軸力ｆのノイズを低減する（ステップＳ２３Ｂ）。ノイズを低減されたラック軸力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）。その後、実施例２でのステップＳ２４Ａ及びＳ２４Ｂと同様の動作がフィードバック制御部１４０で実行され、ラック軸力ＦＢが切替部１２２の接点ｂ２に入力される。

フィードフォワード制御部１３０では、実施例２でのステップＳ２５〜Ｓ２５Ｂと同様の動作が実行され、ラック軸力ＦＦが切替部１２１の接点ｂ１に入力される。

ラックエンド接近判定部１１０からの切替信号ＳＷＳにより、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からのラック軸力ｕ_１は加算部１２３に入力され、切替部１２２からのラック軸力ｕ_２はノイズ低減部１２８に入力される。ラック軸力ｕ_２はノイズ低減部１２８でノイズを低減され（ステップＳ２５Ｃ）、ラック軸力ｕ_２’として加算部１２３に出力され、ラック軸力ｕ_１と加算され（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。

なお、図５に示される実施形態１及び図１４に示される実施例１に対して、図１９及び図２０と同様の態様で、即ちフィードバック制御部１４０へのラック軸力ｆの入力の前段及び切替部１２２からのラック軸力ｕ_２の出力の後段にノイズ低減部をそれぞれ設けることも可能である。この場合の動作は、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、上記の動作と同じである。

本発明の実施例４について説明する。

実施例３では、ノイズ低減部はフィードバック制御部１４０へのラック軸力の入力の前段及び切替部１２２からの出力の後段に設けられているが、実施例４では、切替部１２２からの出力の後段に代わって、フィードバック制御部１４０へのラック変位の入力の前段に設けられる。モータ角の変化はラック変位の変化としてフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）との偏差をとる減算部に入力され、偏差は制御要素部（Ｃｄ）に入力される。よって、モータ角の変化は制御要素部（Ｃｄ）の出力として現れるので、実施例３ではその流れの最後段にノイズ低減部を設けているが、実施例４では前段にノイズ低減部を設ける。

図２４は実施例４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、ノイズ低減部１２８Ａが、切替部１２２の後段ではなく、減算部１４２へのラック変位の入力の前段に設けられている。ノイズ低減部１２８Ａは、ノイズ低減部１２７と同様な構成及び動作により、ラック変位ｘの高域の周波数成分を低減し、ラック変位ｘ’を出力し、ラック変位ｘ’は減算部１４２に減算入力される。

実施例４の全体の動作は図２２に示される実施例３の動作例と同様であるが、粘弾性モデル追従制御の動作において、ノイズ低減部の設置位置の違いによる動作の違いがある。

実施例４での粘弾性モデル追従制御の動作例を図２５に示す。粘弾性モデル追従制御では、実施例３と同様のステップＳ２１及びＳ２２が実行され、ラック変位ｘはパラメータ設定部１２４、ノイズ低減部１２８Ａ及びフィードフォワード制御部１３０に入力される。パラメータ設定部１２４では、実施例３と同様に、ステップＳ２３が実行される。その後、実施例３と同様のステップＳ２３Ａ〜Ｓ２４が実行される。ノイズ低減部１２８Ａは、ラック変位ｘと共にモータ角速度ωを入力し、ラック変位ｘに含まれるノイズを低減する（ステップＳ２４ａ）。ノイズを低減されたラック変位ｘ’は減算部１４２に減算入力され、加算入力されたＮ／Ｆ演算値からラック変位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（ステップＳ２４Ｂ）、制御要素部１４３からのラック軸力ＦＢが切替部１２２の接点ｂ２に入力される。

フィードフォワード制御部１３０では、実施例３でのステップＳ２５〜Ｓ２５Ｂと同様の動作が実行され、ラック軸力ＦＦが切替部１２１の接点ｂ１に入力される。

その後は、図１７に示される実施例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へとつながる。

なお、実施例３の場合と同様に、図１４に示される実施例１に対して、図２４と同様の態様でノイズ低減部を設けることも可能である。

本発明の実施例５について説明する。

実施例５では、ノイズ低減部は、実施例３での切替部１２２からの出力の後段に代わって、フィードバック制御部１４０の中に、具体的には減算部１４２からの出力の後段に設けられる。

図２６は実施例５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、ノイズ低減部１２８Ｂが、切替部１２２の後段ではなく、減算部１４２からの出力の後段に設けられている。ノイズ低減部１２８Ｂは、ノイズ低減部１２７と同様な構成及び動作により、減算部１４２からの出力の高域の周波数成分を低減し、制御要素部１４３に出力する。

実施例５の全体の動作も図２２に示される実施例３の動作例と同様であるが、粘弾性モデル追従制御の動作において、ノイズ低減部の設置位置の違いによる動作の違いがある。

実施例５での粘弾性モデル追従制御の動作例を図２７に示す。粘弾性モデル追従制御では、ステップＳ２４Ａまでは実施例３と同様の動作が実行される。減算部１４２でラック変位ｘが減算されたＮ／Ｆ演算値はノイズ低減部１２８Ｂに入力され、ノイズを低減され（ステップＳ２４ｂ）、制御要素部１４３でＣｄ演算される（ステップＳ２４Ｂ）。その後は、図１７に示される実施例２でのステップＳ２５〜Ｓ２７と同様の動作が実行され、ステップＳ１４へとつながる。

なお、実施例３の場合と同様に、図１４に示される実施例１に対して、図２６と同様の態様でノイズ低減部を設けることも可能である。

本発明の実施例６について説明する。

実施例３ではノイズ低減部の特性をモータ角速度に応じて変化させているが、実施例６ではラック変位速度に応じて変化させる。ラック変位速度は、モータ角速度と同様な変化をするので、ノイズ低減部の特性を変化させるパラメータとして使用することができ、パラメータの選択肢を増やすことにより、装置の構造や使用状況等に応じてパラメータを選択することができるようになる。

実施例６の構成例を図２８に、その構成例中の粘弾性モデル追従制御部の構成例を図２９に示す。図１８に示される実施例３と比較すると、実施例６ではモータ角速度演算部１５０の代わりにラック変位速度演算部１６０が設けられている。ラック変位速度演算部１６０は、ラックエンド接近判定部１１０から出力されるラック変位ｘよりラック変位速度ｖを算出し、粘弾性モデル追従制御部３２０に出力する。粘弾性モデル追従制御部３２０では、図２９に示されるように、ラック変位速度ｖはノイズ低減部３２７及び３２８に入力される。ノイズ低減部３２７及び３２８は、図２１に示されるような周波数特性（振幅特性）と同様な特性を有する例えば１次のローパスフィルタで構成されており、モータ角速度ωではなくラック変位速度ｖに基づいて特性が変化するように、ゲインＫ及び時定数Ｔが設定される。

実施例６の動作は、モータ角速度演算部１５０でモータ角速度ωを算出し、ノイズ低減部でモータ角速度ωを使用する代わりに、ラック変位速度演算部１６０でラック変位速度ｖを算出し、ノイズ低減部でラック変位速度ｖを使用する以外は、実施例３の動作例と同様である。

なお、実施例３の場合と同様に、図５に示される実施形態１に対して、図２９と同様の態様でノイズ低減部を設けることも可能である。

上述の実施例３〜６では、ノイズ低減部の特性は1次の伝達関数で表わされているが、ローパスフィルタの伝達関数であれば、２次以上の伝達関数でも、他の形式の伝達関数でも良い。

また、各実施例は２つのノイズ低減部を備えているが、ノイズ低減部は１つでも３つ以上を備えていても良く、発生する振動の要因や大きさに応じて、適宜、設置するノイズ低減部の数や位置を決めて良い。

さらに、実施例３〜６では、フィードフォワード制御部及びフィードバック制御部の両方の制御演算を実行しているが、フィードバック制御部のみの構成でも良い。

次に、変化量制限処理を行う本発明の実施例（実施例７〜９）について説明する。

図３０は本発明の実施例７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変化量制限部１７０が追加されている。ラックエンド接近判定部１１０から出力されるラック変位ｘ及び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が変化量制限部１７０に入力され、変化量制限部１７０から出力されるラック軸力ｆｆｍが変換部１０２に入力される。

変化量制限部１７０では、時刻ｔでのラック軸力ｆｆ（ｔ）とＴ時刻前（１サンプル時間前、Ｔはサンプリング時間）の時刻ｔ−Ｔでのラック軸力ｆｆｍ（ｔ−Ｔ）の差Δｆｆｍ（ｔ）＝ｆｆ（ｔ）−ｆｆｍ（ｔ−Ｔ）の絶対値｜Δｆｆｍ（ｔ）｜（変化量）が所定値ＴＨｆより大きい場合、変化量が所定値ＴＨｆと同じになるように、下記数３４によりラック軸力ｆｆ（ｔ）を変更し、ラック軸力ｆｆｍとして出力する。

ここで、ｓｉｇｎ（Ｘ）は符号関数で、実数Ｘの符号（−１，０，１）を返す。変化量が所定値ＴＨｆ以下の場合は、ラック軸力ｆｆ（ｔ）がそのままラック軸力ｆｆｍとして出力される。ラック軸力ｆｆｍ（ｔ）は、次の時刻での変化量算出で使用されるので、変化量制限部１７０に保持される。

上記の所定値ＴＨｆとして、ラック変位ｘに対して、例えば図３１に示すような比例する値を使用する。つまり、変化量制限部１７０は、入力されるラック変位ｘより所定値ＴＨｆを決定し、決定された所定値ＴＨｆを用いてラック軸力ｆｆに制限をかけて、ラック軸力ｆｆｍとして出力する。なお、図３１において、所定値ＴＨｆとして実際に使用されるのは、ラックエンド手前の所定角度の範囲に相当する、ラック変位ｘがゼロからラックエンドに対応する値までの範囲である。

このような構成において、本実施例の動作例を、図３２及び図３３のフローチャートを参照して説明する。

図３２に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、通常操舵（ステップＳ１３）及び粘弾性モデル追従制御（ステップＳ２０）に変化量制限部１７０での処理が加わるので、変更が生じている（ステップＳ１３Ｂ、Ｓ２０Ｂ）。

通常操舵（ステップＳ１３Ｂ）では、まず、ラックエンド接近判定部１１０からラック変位ｘが出力される。粘弾性モデル追従制御部１２０からは値がゼロのラック軸力ｆｆが出力される。変化量制限部１７０はラック変位ｘ及びラック軸力ｆｆを入力し、ラック変位ｘより図３１に従って所定値ＴＨｆを決定する。そして、ラック軸力ｆｆの値（ゼロ）及びＴ時刻前のラック軸力ｆｆｍの値の変化量と所定値ＴＨｆの比較からラック軸力ｆｆｍを算出し、出力する。ラック軸力ｆｆｍは変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換され、加算部１０３で電流指令値Ｉｒｅｆ１に加算される。粘弾性モデル追従制御から通常操舵に変わった直後はＴ時刻前のラック軸力ｆｆｍはゼロ以外の値である可能性が高く、その結果、電流指令値Ｉｒｅｆ２がゼロ以外の値となる可能性があるが、時間の経過と共にラック軸力ｆｆｍはゼロに近づいていき、その結果、電流指令値Ｉｒｅｆ２もゼロとなるので、電流指令値Ｉｒｅｆ１に基づいて操舵制御されることとなる。

粘弾性モデル追従制御（ステップＳ２０Ｂ）での動作は、図３３のフローチャートで示されている。図８のフローチャートと比べると、ステップＳ２０７Ａが追加されている。ステップＳ２０７Ａでは、上記の通常操舵での変化量制限部１７０の動作と同様の動作が実行される。つまり、ラック変位ｘより図３１に従って所定値ＴＨｆを決定し、ラック軸力ｆｆの値及びＴ時刻前のラック軸力ｆｆｍの値の変化量と所定値ＴＨｆの比較からラック軸力ｆｆｍを算出し、出力する。そして、ラック軸力ｆｆｍは変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換され（ステップＳ２０８Ａ）、加算部１０３で電流指令値Ｉｒｅｆ１に加算される。

本発明の実施例８について説明する。

実施例７では、変化量制限部で使用する所定値はラック変位に基づいて変更しているが、本実施例ではモータの回転角に基づいて変更する。ラック位置変換部１００において回転角θが判定用ラック位置Ｒｘに変換されているように、ラック位置と回転角は連動しているので、回転角に基づいて所定値を変更しても、実施例７と同等の効果を得ることができる。

図３４に実施例８の構成例を示しており、図３０に示される実施例７の構成例と比べると、変化量制限部にラック変位ｘではなく回転角θが入力されている。

変化量制限部２７０では、実施例７の場合と同様に、時刻ｔでのラック軸力ｆｆ（ｔ）及びＴ時刻前の時刻ｔ−Ｔでのラック軸力ｆｆｍ（ｔ−Ｔ）の変化量と所定値ＴＨｆの比較からラック軸力ｆｆｍが算出されるが、所定値ＴＨｆとして、図３５に示されるように、回転角θに比例する値が使用される。つまり、変化量制限部２７０は、入力される回転角θより所定値ＴＨｆを決定し、決定された所定値ＴＨｆを用いてラック軸力ｆｆに制限をかけて、ラック軸力ｆｆｍとして出力する。なお、図３５において、所定値ＴＨｆとして実際に使用されるのは、回転角θがラックエンド手前の所定位置に対応する回転角とラックエンドに対応する回転角との間の範囲である。

実施例８の動作は、変化量制限部２７０での所定値ＴＨｆの決定が回転角センタ２１から出力された回転角θに基づいて実行される点が異なるだけで、他は実施例７の動作と同様である。

実施例７及び実施例８での変化量制限部では、時刻ｔでのラック軸力ｆｆ（ｔ）と時刻ｔ−Ｔでのラック軸力ｆｆｍ（ｔ−Ｔ）の差Δｆｆｍ（ｔ）の絶対値を変化量として所定値ＴＨｆと比較しているので、Δｆｆｍ（ｔ）の符号が違っても絶対値が同じならば、同じ所定値ＴＨｆが使用されるが、Δｆｆｍ（ｔ）の符号により使用する所定値ＴＨｆを変えることも可能である。つまり、Δｆｆｍ（ｔ）の絶対値が同じでも符号が違う場合、違う所定値ＴＨｆを使用する。通常、ラックエンド手前の所定角度の範囲に入る場合と出る場合とではΔｆｆｍ（ｔ）の符号が逆であるから、Δｆｆｍ（ｔ）の符号により所定値ＴＨｆを変えることにより、より柔軟な調整ができるようになる。

このような場合の実施例（実施例９）での変化量制限部で使用される所定値の特性の例を図３６に示す。図３６に示されるように、Δｆｆｍ（ｔ）がプラスの場合は実線で示される特性を使用し、マイナスの場合は点線で示される特性を使用する。

実施例７〜９では、時刻ｔでのラック軸力ｆｆ（ｔ）と時刻ｔ−Ｔでのラック軸力ｆｆｍ（ｔ−Ｔ）の差Δｆｆｍ（ｔ）の絶対値を変化量としているが、比率を変化量としても良い。例えば、Δｆｆｍ（ｔ）の絶対値がラック軸力ｆｆｍ（ｔ−Ｔ）に対する割合を変化量とし、そのような変化量に対して所定値を設定する。また、所定値は操舵情報（ラック変位、回転角）に比例する特性となっているが、操舵情報の増加に従い増加する特性であれば、曲線的に変化する特性やステップ関数のような特性等でも良い。さらに、ラックエンド接近判定部から出力される切替信号ＳＷＳを変化量制限部にも入力するようにし、切替信号ＳＷＳのＯＮ／ＯＦＦによりラックエンド手前の所定角度の範囲に入る場合と出る場合の判別を行い、ラックエンド手前の所定角度の範囲内及び範囲から出た次のタイミングまででしか変化量の制限を行わないようにしても良い。これにより、通常操舵での処理量を軽減することができる。また、上記判別を行い、ラックエンド手前の所定角度の範囲に入る場合と出る場合とで、実施例９のように所定値ＴＨｆを変えても良い。これにより、実施例９と同様な効果を得ることができる。

なお、実施例７〜９でも、粘弾性モデル追従制御部を、フィードフォワード制御部のみの構成やフィードバック制御部のみの構成としても良い。

次に、開始舵角変更処理を行う本発明の実施例（実施例１０〜１３）について説明する。

図３７は本発明の実施例（実施例１０）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。

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ｘ_０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ｘ_０を車速Ｖｅｌに応じて変更する。例えば図３８に示すように所定位置ｘ_０を変更することにより、停車時には所定位置ｘ_０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ｘ_０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。

このような構成において、本実施例の動作例を、図３９のフローチャートを参照して説明する。

図３９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３８に示される特性を用いて所定位置ｘ_０を決定する。決定された所定位置ｘ_０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。

なお、車速Ｖｅｌに対する所定位置ｘ_０の特性は、図３８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。

本発明の実施例１１について説明する。

実施例１０では車速Ｖｅｌに応じて所定位置ｘ_０を変更しているが、実施例１１では、それに加えて、モデルパラメータであるバネ定数ｋ_０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。

実施例１１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３５で表わされる。

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４０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時の衝撃力を減衰できる。

実施例１１での粘弾性モデル追従制御部の構成例を、図１５に示される実施例２での粘弾性モデル追従制御部の構成例に対応させて図４１に示す。実施例１１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。他の構成は実施例２と同じであるから、説明は省略する。

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ｋ_０、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ｘ_０）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。

パラメータ設定部３２４の構成例を図４２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ｋ_０ｓ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ｋ_０ｒ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４３及び図４４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ｋ_０ｓ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ｋ_０ｓｇ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ｋ_０ｒ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ｋ_０ｒｇ及び粘性摩擦係数μｒｇを出力する。バネ定数ｋ_０ｓｇ及びｋ_０ｒｇは加算部３２４Ｅで加算され、バネ定数ｋ_０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。

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。

図４５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４３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４４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。

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。

このような構成において、実施例１１の動作例を、図４６及び図４７のフローチャートを参照して説明する。

図４６は、図３９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１１での動作例を示すフローチャートで、図１７に示される実施例２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。

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４７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ｋ_０ｓ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ｋ_０ｒ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ｋ_０ｓ及び粘性摩擦係数μｓと共に車速Ｖｅｌを入力し、図４３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ｋ_０ｓ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ｋ_０ｓｇ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ｋ_０ｒ及び粘性摩擦係数μｒと共に車速Ｖｅｌを入力し、図４４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ｋ_０ｒ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ｋ_０ｒｇ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ｋ_０ｓｇ及びｋ_０ｒｇは加算部３２４Ｅに入力され、加算結果がバネ定数ｋ_０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。

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。

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４３及び図４４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。

本発明の実施例１２について説明する。

車速Ｖｅｌに応じて、実施例１０では所定位置ｘ_０を変更し、実施例１１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１２では、更に規範モデルも変更する。

実施例１２での粘弾性モデル追従制御部の構成例を図４８に示す。図４１に示される実施例１１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１２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ｋ_０、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１１と同じであるから、説明は省略する。

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。

フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１６１の構成例を図４９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４３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４４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。

このような構成において、実施例１２の動作例を、図５０及び図５１のフローチャートを参照して説明する。

図５０は粘弾性モデル追従制御の実施例１２での動作例を示すフローチャートで、図４６に示される実施例１１での動作例と比べると、ステップＳ２４がステップＳ２４ｂに代わっている。その他の動作は同じであるが、ステップＳ２３ｂ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。

ステップＳ２４ｂ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５１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４３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４４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）。

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。

本発明の実施例１３について説明する。

実施例１１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、更に車速Ｖｅｌに応じて変更しているが、実施例１３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ｘ_０（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５２（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ｘ_０に対する舵角が５２０ｄｅｇ、走行時の所定位置ｘ_０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。

実施例１３での粘弾性モデル追従制御部の構成例を図５３に示す。図４１に示される実施例１１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１３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は実施例２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１１と同じであるから、説明は省略する。

車速ゲイン部４２７は、図５２（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４０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、構成や動作は実施例２でのパラメータ設定部１２４と同じである。

このような構成において、実施例１３の動作例を、図５４のフローチャートを参照して説明する。

図５４は粘弾性モデル追従制御の実施例１３での動作例を示すフローチャートで、図４６に示される実施例１１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。

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５２（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ｋ_０、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４０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）。

なお、車速Ｖｅｌに対する車速ゲインの特性は図５２（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５２（Ｂ）に示されるような曲線的な特性でも良い。

実施例１１〜１３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３６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。

ＰＩ制御の構成とした場合の伝達関数は下記数３７となる。

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３８を使用しても良い。

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。

また、図１４に示される実施例１での粘弾性モデル追従制御部に対しても、実施例１１〜１３において実施例２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。

実施例１０〜実施例１３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。

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、２２０、３２０ 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
１２７、１２８、１２８Ａ、１２８Ｂ、３２７、３２８ ノイズ低減部
１３０ フィードフォワード制御部
１４０ フィードバック制御部
１５０ モータ角速度演算部
１６０ ラック変位速度演算部
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
１７０、２７０ 変化量制限部
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

Claims (30)

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、
   モデルフォローイング制御の構成で、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、
   ノイズ低減の機能により前記ラック変位又は前記ラック軸力１に含まれるノイズを低減する少なくとも１つのノイズ低減部とを具備しており、
   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. 前記ノイズ低減部が、前記フィードバック制御部への前記ラック軸力１の入力の前段に設けられている請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ノイズ低減部が、前記切替部からの前記ラック軸力２の出力の後段に設けられている請求項３又は４に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記ノイズ低減部が、前記フィードバック制御部への前記ラック変位の入力の前段に設けられている請求項３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。
5. 前記ノイズ低減部が、前記フィードバック制御部の内部に設けられている請求項３乃至６のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記ノイズ低減部がステアリング速度情報に応じて変化する特性を有する請求項３乃至７のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記ノイズ低減部の特性が、前記ステアリング速度情報が小さいほど、ノイズを低減する割合が大きくなる請求項８に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記ノイズ低減部の特性が、前記ステアリング速度情報の変化に合わせて徐々に変化する請求項８又は９に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記ラック変位によって、前記フィードバック制御部のパラメータを変更する請求項３乃至１０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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、
    モデルフォローイング制御の構成で、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の変化量が所定値を超えたとき、前記変化量が前記所定値となるように、前記ラック軸力２を変更する変化量制限部と、
    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記載の電動パワーステアリング装置。
11. 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いる請求項１７に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 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請求項１７に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 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１８又は１９に記載の電動パワーステアリング装置。
14. 前記変化量制限部の前記所定値を前記ラック軸力２の変化量の符号によって変更する請求項１７乃至２０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
15. 前記変化量制限部の前記所定値をラックエンド接近判定のＯＮ／ＯＦＦによって変更する請求項１７乃至２０のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
16. 前記変化量制限部の前記所定値を操舵情報に基づいて変更する請求項１７乃至２２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
17. 前記変化量制限部の前記所定値をラックエンド近辺では大きくなるように変更する請求項２３に記載の電動パワーステアリング装置。
18. 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、
    モデルフォローイング制御の構成で、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３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部とを具備し、
    前記第１の切替部からの出力を前記ラック軸力２として出力し、
    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、前記所定位置を前記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。
19. 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４を出力するフィードフォワード制御部と、
    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を更に具備する請求項２５に記載の電動パワーステアリング装置。
20. 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４を出力するフィードフォワード制御部と、
    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を更に具備する請求項２５に記載の電動パワーステアリング装置。
21. 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２５に記載の電動パワーステアリング装置。
22. 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２５又は３５に記載の電動パワーステアリング装置。
23. 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２５又は３５又は３６に記載の電動パワーステアリング装置。
24. 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２５又は３５に記載の電動パワーステアリング装置。
25. 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２５に記載の電動パワーステアリング装置。
26. 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２５又は４０に記載の電動パワーステアリング装置。
27. 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２５に記載の電動パワーステアリング装置。
28. 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３又は１７に記載の電動パワーステアリング装置。
29. 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１８又は１９に記載の電動パワーステアリング装置。
30. 前記ラック軸力１、前記ラック軸力２及び前記ラック軸力３はそれぞれコラム軸トルク１、コラム軸トルク２及びコラム軸トルク３と等価である請求項２５に記載の電動パワーステアリング装置。

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