JPWO2017159843A1 - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック（ステアリングラック）機構の物理モデルに基づいて制御系を構成し、規範モデルに制御対象の出力が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、運転者が適切な反力を感じ、巻き込みによる運転者への違和感を抑制する電動パワーステアリング装置の制御装置を提供する。【解決手段】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の制御装置において、ラック変位に対する粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、モデルフォローイング制御の構成により、路面反力に相当する軸力を入力とするフィードバック制御を行い、仮想反力を生成する。【選択図】図３

Description

本発明は、電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、車両の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の制御装置に関し、特に粘弾性モデルを規範モデルとし、操舵時に仮想的な反力を発生することにより巻き込みを抑制する電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。

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Ｉｒｅｆは減算部３２に入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。減算部３２での減算結果である偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆ−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３２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θｅ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がアシスト力を付与する車両には、後進時に操舵角が大きくなるにつれて反力であるセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）が小さくなり、前進時にも操舵角が大きくなるにつれＳＡＴが小さくなる特性をもつサスペンションの車両がある。このような特性においては、操舵時にラックエンド（操舵系の最大舵角）方向への巻き込みが発生し、運転者は車両の取り回しに違和感を覚えることがある。これに対して、操舵系に適切な反力を与えることにより、巻き込みを抑制し、ハンドルを中立方向に戻すことも可能となる。適切な反力を与たえるという観点から、いくつかの技術が提案されている。

特許第４７４７９５８号公報（特許文献１）にて開示されているパワーステアリング装置では、ロック（エンド）位置付近でのアッカーマンステアリングの達成率低下によるＳＡＴ減少により戻り特性が悪化するのを改善するために、転舵角が最大転舵角付近であるときに戻し補正量（戻しトルク）を増大させている。また、車両制動時には、戻し補正量を非制動時よりも増大させることにより、制動時での戻り特性の改善も図っている。

特開平６−１４４２６２号公報（特許文献２）にて開示されているパワーステアリング装置では、車両後退時の操舵安定性及び操舵フィーリングの改善及び車両後退時におけるステアリングホイールの戻り性向上のために、車両の後退を検出した場合、転舵方向のアシスト力を低くし、戻し方向のアシスト力は高くなるように調整している。

特許第４２９３７３４号公報（特許文献３）にて開示されている電動式パワーステアリング制御装置では、滑り易い路面での走行等においても、走行条件に応じて操舵ハンドルに適切な操舵反力を与えるために、操舵系の反力トルクや路面反力トルクが大きい時には重畳反力トルクを低減し、操舵系の反力トルクや路面反力トルクが小さい時には重畳反力トルクを増大している。

特許第４４００５４４号公報（特許文献４）にて開示されている車両の操舵装置では、操舵ハンドルを切り出した時に多大な戻しトルクが作用するのを防ぎ、操舵感を向上させるために、操舵トルクの絶対値が大きくなるに従って戻しトルクが小さくなるようにしている。また、それに加えて、操舵角が大きくなるに従って戻しトルクが大きくなるようにもしている。

特許第４９９７４７２号公報（特許文献５）にて開示されている電動パワーステアリング装置では、凍結路等の低μ路走行時のようにＳＡＴが低下するような場合でも適切なステアリング戻し補償制御（ハンドル戻し補償制御）を行い、走行路面の状態に関わらず良好なステアリング戻し性を実現するために、操舵角の絶対値が大きいほど、ステアリングを中立方向に回転させる基礎制御量がより強くなるようにし、その基礎制御量又は操舵角を積分した積分値に応じた制御量をステアリング戻し補償成分としている。これにより、操舵角に残留舵角が発生するような場合でも、積分値が増大することで、より大きなステアリング戻し補償成分が演算され、低μ路等においても良好なステアリング戻し性を確保できるようにしている。また、中立位置近傍では積分値をクリアすることにより、速やかにステアリング位置を中立位置に復帰させるようにしている。

特許第４７４７９５８号公報 特開平６−１４４２６２号公報 特許第４２９３７３４号公報 特許第４４００５４４号公報 特許第４９９７４７２号公報

反力（トルク）を求めるために、特許文献１乃至５では、予め定められたマップ（又はテーブル）を使用している。

特許文献１の装置では、転舵角と制動時／保持中の基本戻しトルクとの関係を定めた２次元マップを使用している。特許文献２の装置では、転舵方向においては操舵トルクと基本転舵アシスト量との関係を定めたマップ及び車速に応じた係数を使用し、戻し方向においては操舵角と基本戻しアシスト量との関係を定めたマップ及び車速に応じた係数を使用している。特許文献３の装置では、ステアリング軸反力トルク（操舵系の反力）又は路面反力トルクとゲイン（操舵角Ｆ／Ｂゲイン）との関係を定めたマップを使用している。特許文献４の装置では、操舵角に依存して決定される基準戻しトルクを記憶しているテーブルと、操舵トルクに依存して決定される戻しトルクを記憶しているテーブルを使用している。特許文献４にはテーブルの代わりに予め定義された関数を使用しても良いとの記述があるが、具体的な関数は開示されていない。特許文献５の装置では、操舵角と基礎制御量とが関連付けられたマップを使用している。

しかしながら、各特許文献にはマップの具体的な作成方法は開示されておらず、通常は多量のデータからの推測、試行錯誤、経験則等により作成することになるので、作成が容易ではなく、使用環境や条件の変化、特に想定外の変化に対して柔軟な対応が取れない可能性がある。

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、ラック（ステアリングラック）機構の物理モデルに基づいて制御系を構成し、規範モデルに制御対象の出力が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、運転者が適切な反力を感じ、巻き込みによる運転者への違和感を抑制する電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。

本発明は、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の制御装置に関し、本発明の上記目的は、ラック変位に対する粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、前記モデルフォローイング制御の構成により、路面反力に相当する軸力を入力とするフィードバック制御を行い、仮想反力を生成することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記モータの回転角を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が所定の第１ラック位置を越えたことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラック位置判定部と、路面反力に相当する軸力、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て仮想軸力を生成する粘弾性モデル追従制御部と、前記仮想軸力を制御指令値に変換する指令値変換部とを備え、前記粘弾性モデル追従制御部は、前記軸力及び前記ラック変位に基づいてフィードバック制御により前記仮想軸力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仮想軸力の出力を切り替える切替部とを具備しており、前記制御指令値を前記電流指令値に加算して演算される補償電流指令値によって前記アシスト制御を行うことにより達成される。

さらに、本発明の上記目的は、操舵トルクを操舵軸力に変換する第１軸力変換部と、前記補償電流指令値をアシスト軸力に変換する第２軸力変換部とをさらに備え、前記操舵軸力及び前記アシスト軸力の加算により前記軸力を求めることにより、或いは、電動パワーステアリング装置の機構部に作用する抵抗力を求める抵抗力演算部をさらに備え、前記操舵軸力及び前記アシスト軸力の加算において前記抵抗力を減算することにより前記軸力を求めることにより、或いは、前記ラック変位又は仮想ラック変位により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ことにより、或いは、前記ラック変位又は前記仮想ラック変位が小さいところでは前記制御パラメータを小さくし、前記ラック変位又は前記仮想ラック変位が大きくなるにつれて前記制御パラメータを大きくするように変更することにより、或いは、前記第１ラック位置より大きくラックエンド位置より小さい所定の第２ラック位置を前記ラック変位が越えた場合、前記仮想軸力を制限する第１制限部をさらに備えることにより、或いは、前記仮想軸力に対して上限値及び下限値を設定し、前記仮想軸力を制限する第２制限部をさらに備えることにより、或いは、前記上限値及び下限値を操舵方向に応じて設定することにより、或いは、前記上限値及び下限値を前記軸力に基づいて設定することにより、或いは、前記上限値及び下限値を操舵速度により変更することにより、或いは、前記上限値及び下限値を車速により変更することにより、或いは、前記ラック変位により前記フィードバック制御部のモデルパラメータを変更することにより、或いは、前記判定用ラック位置が前記第１ラック位置を越えた時点の前記軸力を初期軸力として記憶し、前記時点以降は前記軸力と前記初期軸力の差分を前記軸力として用いることにより、より効果的に達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、ラック機構の物理モデルに基づいて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）な巻き込み抑制制御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（第１実施形態）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（第１実施形態）を示すブロック図である。 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な構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 仮想ラック変位及び仮想反力の発生による仮想ラック位置及びラック反力の変化の様子を示す図である。（Ａ）は仮想ラック位置の変化の様子を示す図であり、（Ｂ）はラック反力の変化の様子を示す図である。 本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 粘弾性モデル追従制御の動作例（第１実施形態）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（第２実施形態）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の動作例（第２実施形態）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（第３実施形態）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御の動作例（第３実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。 第１制限部の構成例（第４実施形態）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御の動作例（第４実施形態）を示すフローチャートである。 第１制限部の動作例（第４実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第５実施形態）を示すブロック図である。 本発明の動作例（第５実施形態）を示すフローチャートである。 粘弾性モデル追従制御の動作例（第５実施形態）を示すフローチャートである。 第２制限部の動作例（第５実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第６実施形態）を示すブロック図である。 第５実施形態での制限値の変化例を示す図である。 第６実施形態での制限値の変化例を示す図である。 第２制限部の動作例（第６実施形態）を示すフローチャートである。 第７実施形態での制限値の変化例を示す図である。 第８実施形態での制限値の変化例を示す図である。 本発明の構成例（第９実施形態）を示すブロック図である。 第２制限部の構成例（第９実施形態）を示すブロック図である。 操舵速度に対する高操舵時ゲインの特性例を示す図である。 操舵速度に対する低操舵時ゲインの特性例を示す図である。 第２制限部の動作例（第９実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第１０実施形態）を示すブロック図である。 第２制限部の構成例（第１０実施形態）を示すブロック図である。 車速に対する高速時ゲインの特性例を示す図である。 車速に対する低速時ゲインの特性例を示す図である。 第２制限部の動作例（第１０実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第１１実施形態）を示すブロック図である。 抵抗力演算部の構成例（第１１実施形態）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御の動作例（第１１実施形態）を示すフローチャートである。 抵抗力演算部の動作例（第１１実施形態）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（第１２実施形態）を示すブロック図である。 ラック変位によってモデル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の動作例（第１２実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（第１３実施形態）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御の動作例（第１３実施形態）を示すフローチャートである。

本発明は、ラック（ステアリングラック）機構の物理モデルに基づいて制御系を構成し、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（ラック位置）が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、運転者が適切な反力を感じ、巻き込みによる運転者への違和感を抑制する電動パワーステアリング装置の制御装置である。

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バック制御部で構成し、路面反力に相当する力を入力としたフィードバック制御により仮想反力を生成し、巻き込みを抑制し、ハンドルを中立方向へ戻すことも可能とする。路面反力に相当する力として、路面反力が伝達するラック軸やコラム軸等に荷重されるラック軸力やコラム軸トルク等の軸力を使用する。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、軸力としてラック軸力を使用するが、ラック軸力とコラム軸トルクとは等価であるから、コラム軸トルクを使用しても良い。また、ラック軸力は操舵トルク及び補償電流指令値より算出する。補償電流指令値は、粘弾性モデル追従制御部が生成する仮想軸力に基づいて電流指令値を補償した値（データ）であり、補償電流指令値に基づいて、操舵系のアシスト制御が行われる。

図３は本発明の実施形態の構成例（第１実施形態）を図２に対応させて示しており、同一構成には同一符号を付して説明は省略する。

操舵トルクＴｈはトルク制御部３１に入力されると共に、第１軸力変換部１０１に入力される。

第１軸力変換部１０１は、操舵トルクＴｈを下記数１に従って変換することにより、ラック軸力ｆ算出のための操舵軸力ｆｓを算出する。

ここで、Ｃｆはステアリングホイールが１回転したときのラック軸の移動量である比ストローク（ラック＆ピニオン比ストローク）［ｍ／ｒｅｖ．］である。

ラック軸力ｆを算出するために使用される補償電流指令値としては、記憶部（Ｚ^−１）１０６に保持される１サンプル前の補償電流指令値（補償電流指令値過去値Ｉｒｅｆｍｐ）が使用される。補償電流指令値算出の基となる仮想軸力ｆｆはラック軸力ｆを用いて粘弾性モデル追従制御部１２０で算出されるので、ラック軸力ｆを算出するためには、１サンプル前の補償電流指令値である補償電流指令値過去値Ｉｒｅｆｍｐを使用することになる。補償電流指令値過去値Ｉｒｅｆｍｐは、第２軸力変換部１０２にて、下記数２に従って、アシスト軸力ｆａに変換される。

ここで、Ｋｔはトルク定数［Ｎｍ／Ａ］、Ｇｒは減速比である。

ラック軸力ｆは、加算部１０４にて操舵軸力ｆｓ及びアシスト軸力ｆａを加算することにより算出され、粘弾性モデル追従制御部１２０に入力される。

回転角センサ２１からの回転角θｅ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はラック位置判定部１１０に入力され、ラック位置判定部１１０は、図４に示すように、判定用ラック位置Ｒｘがラックエンドより手前に設定された所定の位置（第１ラック位置）ｘ_０を越えた場合、モデルフォローイング制御を実行するために切替信号ＳＷＳを出力すると共に、第１ラック位置ｘ_０からの距離をラック変位ｘとして出力する。判定用ラック位置Ｒｘが第１ラック位置ｘ_０を越えていない場合は、何も出力されず、通常のアシスト制御が行われる。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で制御演算された仮想軸力ｆｆは指令値変換部１０３で、下記数３に従って、制御指令値Ｉｒｅｆｃに変換される。

制御指令値Ｉｒｅｆｃは、電流指令値Ｉｒｅｆを補償するために、加算部１０５で電流指令値Ｉｒｅｆと加算され、補償電流指令値Ｉｒｅｆｍとなる。そして、補償電流指令値Ｉｒｅｆｍに基づいて、アシスト制御が行われる。

なお、図４に示される第１ラック位置ｘ_０は適宜な位置に設定可能であり、車両が前進する場合と後進する場合とで違う値を設定しても良い。また、回転角θｅ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。

粘弾性モデル追従制御部１２０の構成例は、図５に示される。

図５に示されるように、ラック変位ｘ及びラック軸力ｆはフィードバック制御部１３０に入力される。フィードバック制御部１３０からの仮想軸力ＦＢは切替部１２１に入力される。切替部１２１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、切替部１２１からの出力はゼロである。切替信号ＳＷＳによって切替部１２１がＯＮされたとき、仮想軸力ＦＢが仮想軸力ｆｆとして出力される。仮想軸力ｆｆは、指令値変換部１０３で制御指令値Ｉｒｅｆｃに変換される。

本発明の粘弾性モデル追従制御部１２０は、ラック機構の物理モデルに基づいた制御系となっており、第１ラック位置からラックエンドまでの範囲（以下、「制御範囲」とする）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ている。

図６は制御範囲での模式図を示しており、質量ｍと力Ｆ_０，Ｆ_１の関係は下記数４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５〜数７が成立する。

従って、上記数４に上記数５〜数７を代入して数８となる。

上記数８を微分すると、下記数９となり、μ_１／ｋ_１を両辺に乗算すると数１０となる。

そして、数８と数１０を加算すると、数１１となる。

数１１に上記数５及び数７を代入すると、下記数１２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１２は数１３となり、ラプラス変換すると数１４が成立する。

上記数１４をＸ（ｓ）／Ｆ（ｓ）で整理すると、下記数１５となる。

数１５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１６が導かれる。

本発明では、数１６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１７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１３６を下記数１８で表わされるＰとし、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７の構成となる。ブロック１３３（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１９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７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２０のように設定する必要がある。なお、数２０は、数１７及び数１９より導かれる。

ブロック１３１（Ｎ／Ｆ）は下記数２１であり、ブロック１３４（Ｄ／Ｆ）は下記数２２である。

２自由度制御系の一例を示す図７において、実プラントＰへの入力（仮想軸力に対応する制御指令値）ｕは、下記数２３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２４である。

数２４を整理し、出力ｘの項を左辺に、入力ｆの項を右辺に揃えると、数２５が導かれる。

数２５を入力ｆに対する出力ｘの伝達関数として表わすと、数２６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２７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２８のようにすると考えるとき、

１／Ｆを下記数２９のようにすることで達成できる。

図７に示される構成はフィードバック制御系とフィードフォワード制御系を有しているが、どちらか一方の制御系だけでもモデルフォローイング制御が可能である。よって、本発明ではフィードバック制御系のみで構成し、図５で示されるように、粘弾性モデル追従制御部１２０は、フィードバック制御系であるフィードバック制御部１３０のみを備えている。

上記前提を踏まえ、以下に第１実施形態での粘弾性モデル追従制御部１２０の具体的な構成例を図８に示して説明する。

図８の構成例は図５の構成例に対応しており、ラック軸力ｆ及びラック変位ｘはフィードバック制御部１３０に入力される。フィードバック制御部１３０はフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１３１、減算部１３２、制御要素部１３３で構成され、フィードバック制御部１３０からの仮想軸力ＦＢ、つまり制御要素部１３３の出力は切替部１２１のｂ１接点に入力される。切替部１２１のａ１接点には、固定部１２２から固定値「０」が入力されている。

制御要素部１３３はＰＤ（比例微分）制御の構成で、伝達関数は下記数３０で表わされる。

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１３０の制御パラメータとなっている。

ラック軸力ｆはフィードバック制御部１３０のフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１３１に入力され、ラック変位ｘはフィードバック制御部１３０の減算部１３２に減算入力される。切替信号ＳＷＳは切替部１２１に入力され、切替部１２１の接点は通常時は接点ａ１に接続されており、切替信号ＳＷＳによって接点ｂ１に切替えられるようになっている。

フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１３１が、規範モデルである粘弾性モデルに相当し、巻き込みを発生しないような規範車両特性を粘弾性モデルが模擬するように、粘弾性モデルのパラメータ（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を設定する。例えば、１２Ｎｍ／ｒａｄのバネ特性をもつように設定する。そして、設定されたバネ定数ｋ_０及び粘性摩擦係数μを用いて、数２１に基づいて、ラック軸力ｆを仮想ラック変位ｉｘに変換する。つまり、仮想ラック変位ｉｘは、巻き込みを発生しない特性におけるラック軸力ｆに対するラック変位に相当する。よって、粘弾性モデルであるフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１３１に巻き込みを発生しない特性のラック軸力ｆを入力すれば、仮想ラック変位ｉｘと実際のラック変位であるラック変位ｘとは一致するが、巻き込みを発生する特性のラック軸力ｆを入力すると、ラック軸力ｆが小さいために、仮想ラック変位ｉｘがラックエンド方向に十分進まず、ラック変位ｘとの間に差が生じてしまう。この差Δｘ（＝ｉｘ−ｘ）に基づいて、制御要素部１３３を介して仮想軸力ＦＢ、さらに仮想軸力ｆｆが出力される。そして、仮想軸力ｆｆは指令値変換部１０３で制御指令値Ｉｒｅｆｃに変換され、制御指令値Ｉｒｅｆｃを電流指令値Ｉｒｅｆに加算した補償電流指令値Ｉｒｅｆｍに基づいてモータ２０が駆動制御されることにより、反力が発生する。実際には、仮想ラック変位ｉｘはラック変位ｘより小さいために、仮想軸力ｆｆは負となるので、アシスト力が小さくなることにより、仮想的に反力（仮想反力）が大きくなることとなる。

図９は、仮想ラック変位及び仮想反力の発生による、仮想ラック変位に対応する判定用ラック位置（以下、「仮想ラック位置」とする）及びラック軸にかかる反力（以下、「ラック反力」とする）の変化の様子を示す図である。図９（Ａ）は仮想ラック位置の変化の様子を示しており、横軸が判定用ラック位置で、縦軸が仮想ラック位置であり、実線は巻き込みを発生する特性の場合、点線は巻き込みを発生しない特性の場合の変化を表わしている。図９（Ｂ）はラック反力の変化の様子を示しており、横軸が判定用ラック位置で、縦軸がラック反力であり、実線は巻き込みを発生する特性での前進及び後進の場合、点線は巻き込みを発生しない特性での前進及び後進の場合の変化を表わしている。図９（Ａ）に示されるように、巻き込みを発生しない特性の場合は判定用ラック位置と仮想ラック位置とは一致するが、巻き込みを発生する特性の場合は、第１ラック位置ｘ_０を越えた後、仮想ラック位置は次第に減少に転じ、判定用ラック位置（＝巻き込みを発生しない特性の場合の仮想ラック位置）との間に矢印で示すような差が生じてしまう。その結果、図９（Ｂ）に示されるように、巻き込みを発生する特性の場合、ラック反力が減少してしまう。そこで、上記の差を用いて仮想軸力を電流指令値にフィードバックし、アシスト力を減少させることにより仮想反力を発生させ、図９（Ｂ）の矢印のようにラック反力を増加させ、巻き込みを発生しない特性へと近付ける。これにより、運転者は適切な反力を感じることができ、さらに、手放し時等にハンドルを効果的に中立方向へ戻すことが可能となり、巻き込みによる運転者への違和感を抑制できる。

このような構成において、先ず第１実施形態の動作例全体を図１０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の動作例を図１１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は切替信号ＳＷＳによってＯＦＦ（接点ａ１に接続）されており、記憶部１０６の補償電流指令値過去値Ｉｒｅｆｍｐにはゼロが設定されている。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Ｉｒｅｆ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θｅを判定用ラック位置Ｒｘに変換する（ステップＳ２０）。ラック位置判定部１１０は判定用ラック位置Ｒｘが第１ラック位置ｘ_０を越えたか否かを判定し（ステップＳ３０）、越えていないと判定された場合には、粘弾性モデル追従制御部１２０から仮想軸力ｆｆは出力されず、電流指令値Ｉｒｅｆに基づく通常の操舵制御が実行され（ステップＳ４０）、終了となるまで継続される（ステップＳ５０）。

一方、ラック位置判定部１１０で判定用ラック位置Ｒｘが第１ラック位置ｘ_０を越えたと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Ｓ６０）。

粘弾性モデル追従制御では、図１１に示すように、ラック位置判定部１１０から切替信号ＳＷＳが出力されると共に（ステップＳ６１０）、ラック変位ｘが出力される（ステップＳ６２０）。ラック変位ｘは減算部１３２に減算入力される。また、第１軸力変換部１０１は操舵トルクＴｈを数１に従って操舵軸力ｆｓに変換し（ステップＳ６３０）、第２軸力変換部１０２は、記憶部１０６に保持されている補償電流指令値過去値Ｉｒｅｆｍｐを数２に従ってアシスト軸力ｆａに変換する（ステップＳ６４０）。操舵軸力ｆｓ及びアシスト軸力ｆａは加算部１０４で加算され（ステップＳ６５０）、ラック軸力ｆとしてフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１３１に入力される。フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１３１は、予め設定されたバネ定数ｋ_０、粘性摩擦係数μ及び質量ｍを用いて、数２１に基づいてラック軸力ｆを仮想ラック変位ｉｘに変換する（ステップＳ６６０）。仮想ラック変位ｉｘは減算部１３２に加算入力され、ラック変位ｘが減算され（ステップＳ６７０）、その減算値Δｘが制御要素部１３３で数３０を用いて仮想軸力ＦＢに変換される（ステップＳ６８０）。制御要素部１３３から、変換された仮想軸力ＦＢが出力され、切替部１２１の接点ｂ１に入力される。

ラック位置判定部１１０からの切替信号ＳＷＳは切替部１２１に入力され、切替部１２１がＯＮ（接点をａ１からｂ１へ切替）される（ステップＳ６９０）。切替部１２１がＯＮされると、フィードバック制御部１３０からの仮想軸力ＦＢが仮想軸力ｆｆとして出力され、仮想軸力ｆｆが指令値変換部１０３で、数３に従って制御指令値Ｉｒｅｆｃに変換される（ステップＳ７００）。制御指令値Ｉｒｅｆｃは加算部１０５に入力され、電流指令値Ｉｒｅｆに加算され、補償電流指令値Ｉｒｅｆｍが出力される（ステップＳ７１０）。補償電流指令値Ｉｒｅｆｍは記憶部１０６に補償電流指令値過去値Ｉｒｅｆｍｐとして保持される（ステップＳ７２０）と共に、補償電流指令値Ｉｒｅｆｍに基づいて操舵制御が実行され、ステップＳ５０へとつながる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

第１実施形態では、フィードバック制御部の制御パラメータ（比例ゲインｋｐ、微分ゲインｋｄ）は固定値であるが、第２実施形態ではラック変位に基づいて可変とする。例えば、ラック変位がゼロ付近では制御パラメータを小さくし、ラックエンド方向に向かうにつれ大きくなるようにする。ラック変位がゼロ付近で小さくすることにより、仮想反力の変化を小さくし、運転者が変化を感知しにくくすることができる。

図１２は第２実施形態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８に示される第１実施形態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２２３が追加され、制御要素部１３３が制御要素部２３３に代わっている。他の構成要素は第１実施形態と同じであるから、説明は省略する。

制御パラメータ設定部２２３はラック変位ｘに対して、例えば図１３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を出力する。制御要素部２３３は比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄを入力し、数３０による仮想軸力ＦＢへの変換で使用する。比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄを図１３に示すような特性にすることにより、ラック変位ｘが小さい範囲では制御要素部２３３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制御ゲインが大きくなる。

このような構成において、第２実施形態の動作例を図１４のフローチャートを参照して説明する。第２実施形態の動作例は、第１実施形態の動作例と比べて、粘弾性モデル追従制御の動作が異なり、さらに、粘弾性モデル追従制御の動作では、制御パラメータ設定部２２３の動作が加わるだけである。図１４には粘弾性モデル追従制御の動作例を示しており、図１１に示される第１実施形態の動作例と比べると、ステップＳ６２１が加わっている。その他の動作は第１実施形態と同じである。

ステップＳ６２１では、ラック位置判定部１１０から出力されたラック変位ｘを制御パラメータ設定部２２３が入力し、制御パラメータ設定部２２３は、ラック変位ｘに応じて図１３に示される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２３３に設定する。制御要素部２３３は、設定された比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄを用いて、ステップＳ６８０にて、数３０に従って減算値Δｘを仮想軸力ＦＢに変換する。

なお、比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄの特性は、図１３に示されるような変化をする特性に限られず、直線的に変化するような特性等でも良い。

本発明の第３実施形態について説明する。

第２実施形態では、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、第３実施形態では、仮想ラック変位に基づいて可変とする。

図１５は第３実施形態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１２に示される第２実施形態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３２３にはラック変位ｘではなく、仮想ラック変位ｉｘが入力されている。制御パラメータ設定部３２３は仮想ラック変位ｉｘに対して、例えば図１３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３２３以外は第２実施形態での粘弾性モデル追従制御部と同様の構成である。

第３実施形態での粘弾性モデル追従制御の動作例を図１６に示す。第３実施形態では仮想ラック変位ｉｘを用いて制御パラメータを設定するので、図１４に示される第２実施形態での粘弾性モデル追従制御の動作例と比べると、制御パラメータ設定のタイミングが異なっている。即ち、第３実施形態での粘弾性モデル追従制御では、ステップＳ６２０の後ではなく、仮想ラック変位ｉｘが演算されるステップＳ６６０の後に制御パラメータを設定する（ステップＳ６６１）。

ステップＳ６６１では、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１３１から出力された仮想ラック変位ｉｘを制御パラメータ設定部３２３が入力し、制御パラメータ設定部３２３は、仮想ラック変位ｉｘに応じて図１３に示される特性と同様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２３３に設定する。制御要素部２３３は、設定された比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄを用いて、ステップＳ６８０にて、数３０に従って減算値Δｘを仮想軸力ＦＢに変換する。

なお、第２実施形態の場合と同様に、比例ゲインｋｐ及び微分ゲインｋｄの特性は、図１３に示されるような変化をする特性に限られず、直線的に変化するような特性等でも良い。また、第２実施形態で使用する特性に合わせなくても良い。

本発明の第４実施形態について説明する。

第４実施形態では、第１ラック位置ｘ_０の他に、第１ラック位置ｘ_０より大きくラックエンド位置より小さい所定の位置（第２ラック位置）ｘ_ｎを設け、ラック変位ｘが第２ラック位置ｘ_ｎを越えたら、仮想軸力ｆｆを大きくさせないようにする。ラックエンド付近で過剰にアシスト力を小さくすると、運転者の操舵力が大きくなり、操作性が悪くなるので、第２ラック位置ｘ_ｎを設けることにより、それを抑制することができる。

図１７に第４実施形態の構成例を示す。図３に示される第１実施形態の構成例と比べると、第１制限部４４０が追加されている。その他の構成要素は第１実施形態と同じであるから、説明は省略する。

第１制限部４４０は、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力される仮想軸力ｆｆ及びラック位置判定部１１０から出力されるラック変位ｘを入力し、ラック変位ｘに基づいて仮想軸力ｆｆに制限をかける。

第１制限部４４０の構成例を図１８に示す。第１制限部４４０は判定制限部４４１及び記憶部（Ｚ^−１）４４２を備える。判定制限部４４１は、仮想軸力ｆｆ及びラック変位ｘを入力し、ラック変位ｘが第２ラック位置ｘ_ｎを越えていない場合、仮想軸力ｆｆを変更せずに仮想軸力ｆｆ１として出力する。仮想軸力ｆｆ１は、１サンプル前の仮想軸力（仮想軸力過去値ｆｆｐ）として記憶部４４２に保持される。ラック変位ｘが第２ラック位置ｘ_ｎを越えていた場合、記憶部４４２に保持されている仮想軸力過去値ｆｆｐを仮想軸力ｆｆ１として出力する。これにより、ラック変位ｘが第２ラック位置ｘ_ｎを越えている間は、越える直前の仮想軸力ｆｆが仮想軸力ｆｆ１として出力され続けることになる。

第４実施形態の動作例を図１９に示す。第４実施形態の動作例は、第１実施形態の動作例と比べて、粘弾性モデル追従制御の動作が異なり、さらに、粘弾性モデル追従制御の動作では、第１制限部４４０の動作が加わるだけで、他の動作は第１実施形態の動作例と同じである。

ステップＳ６２０にてラック位置判定部１１０から出力されたラック変位ｘは、粘弾性モデル追従制御部１２０の減算部１３２に減算入力されると共に、第１制限部４４０に入力される。また、ステップＳ６９０にて切替部１２１がＯＮされて、粘弾性モデル追従制御部１２０のフィードバック制御部１３０から出力された仮想軸力ｆｆも第１制限部４４０に入力される。第１制限部４４０は、ラック変位ｘに基づいて、仮想軸力ｆｆの制限処理（以下、「第１制限処理」とする）を行い（ステップＳ６９１）、制限処理された仮想軸力ｆｆ１が指令値変換部１０３で制限指令値Ｉｒｅｆｃに変換される（ステップＳ７０１）。

第１制限部４４０での第１制限処理の動作例を図２０に示す。ラック変位ｘ及び仮想軸力ｆｆは判定制限部４４１に入力され（ステップＳ８１０）、判定制限部４４１は、予め設定された第２ラック位置ｘ_ｎとラック位置ｘとの比較を行う（ステップＳ８２０）。そして、ラック変位ｘが第２ラック位置ｘ_ｎを越えていない場合、仮想軸力ｆｆをそのまま仮想軸力ｆｆ１とする（ステップＳ８３０）。ラック変位ｘが第２ラック位置ｘ_ｎを越えていた場合、記憶部４４２に保持されている仮想軸力過去値ｆｆｐを仮想軸力ｆｆ１とする（ステップＳ８４０）。仮想軸力ｆｆ１は、指令値変換部１０３に出力されると共に、仮想軸力過去値ｆｆｐとして記憶部４４２に保持され（ステップＳ８５０）、ステップＳ７０１へとつながる。

なお、第２ラック位置ｘ_ｎは、第１ラック位置ｘ_０とラックエンド位置の間であれば、適宜な位置に設定可能であり、車両が前進する場合と後進する場合とで違う値を設定しても良い。また、ラック変位ｘが第２ラック位置ｘ_ｎを越えていた場合、仮想軸力過去値を仮想軸力ｆｆ１としているが、第２ラック位置ｘ_ｎを越えていない場合の過去の仮想軸力の平均値や最大値（負の値の場合は最小値）等を仮想軸力ｆｆ１としても良く、固定値を仮想軸力ｆｆ１としても良い。

本発明の第５実施形態について説明する。

第４実施形態では、ラック変位の位置に応じて仮想軸力に制限をかけているが、第５実施形態では、仮想軸力が過度に大きくならないように、仮想軸力に対して上限値及び下限値を設定して制限をかける。なお、第５実施形態以降の実施形態において、ラック軸力等のラック軸に対する回転力は、ハンドルが右に切られている（以下、「右切操舵」とする）ときは正の値に、ハンドルが左に切られている（以下、「左切操舵」とする）ときは負の値になるように設定されているとする。

図２１に第５実施形態の構成例を示す。図１７に示される第４実施形態の構成例と比べると、第１制限部４４０が第２制限部５５０に代わり、ラック位置判定部１１０がラック位置判定部５１０に代わっている。その他の構成要素は第４実施形態と同じであるから、説明は省略する。なお、第１制限部４４０の代わりに第２制限部５５０を設置するのではなく、第１制限部と第２制限部両方を設置しても良い。

ラック位置判定部５１０は、ラック変位ｘ及び切替信号ＳＷＳの他に、ハンドルの操舵方向を示す方向信号Ｓｄを出力する。ラック位置判定部５１０に入力される判定用ラック位置Ｒｘに基づいてハンドルの操舵方向を判定し、右切操舵の場合は方向信号Ｓｄを「右切」にして出力し、左切操舵の場合は方向信号Ｓｄを「左切」にして出力する。

第２制限部５５０は、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力される仮想軸力ｆｆの最大値及び最小値を制限する。制限するために仮想軸力ｆｆに対する上限値及び下限値（以下、上限値及び下限値の総称を「制限値」とする）を設定するが、右切操舵の場合の制限値と左切操舵の場合の制限値をそれぞれ設定する。例えば、右切操舵の場合、上限値（以下、「右切上限値」とする）ＲＵ１は下記数３１のように所定の値Ｆｘ１（例えば２Ｎｍ（ニュートンメートル））とし、下限値（以下、「右切下限値」とする）ＲＬ１は下記数３２のようにシステムの最大出力ｆｍａｘ（正の値）の符号を反転した値から所定の値Ｆｘ２（例えば１０Ｎｍ）を減算した値とする。

左切操舵の場合は、右切操舵の場合の上限値及び下限値を入れ替えた値を上限値（以下、「左切上限値」とする）ＬＵ１及び下限値（以下、「左切下限値」とする）ＬＬ１とする。即ち、下記数３３及び数３４のようになる。

第２制限部５５０はラック位置判定部５１０から出力される方向信号Ｓｄを入力する。そして、方向信号Ｓｄが「右切」の場合、右切上限値ＲＵ１及び右切下限値ＲＬ１を用いて仮想軸力ｆｆに制限をかけ、方向信号Ｓｄが「左切」の場合、左切上限値ＬＵ１及び左切下限値ＬＬ１を用いて仮想軸力ｆｆに制限をかける。制限された仮想軸力ｆｆは仮想軸力ｆｆ２として指令値変換部１０３に出力される。

このような構成において、第５実施形態の動作例を、図２２、図２３及び図２４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１０のフローチャートと比べると、方向信号Ｓｄの出力（ステップＳ２１）が追加され、通常操舵（ステップＳ４０）及び粘弾性モデル追従制御（ステップＳ６０）に第２制限部５５０での処理が加わるので、変更が生じている（ステップＳ４１、Ｓ６１）。

ステップＳ２１では、ラック位置判定部５１０が、入力された判定用ラック位置Ｒｘに基づいてハンドルの操舵方向を判定し、判定結果（右切、左切）を方向信号Ｓｄとして第２制限部５５０に出力する。

粘弾性モデル追従制御（ステップＳ６１）での動作例を図２３のフローチャートで示す。図１９に示される第４実施形態の動作例と比べると、ステップＳ６９１及びＳ７０１がそれぞれステップＳ６９２及びＳ７０２に代わっている。ステップＳ６９２では、ラック位置判定部５１０から出力された方向信号Ｓｄに基づいて、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力された仮想軸力ｆｆに対する制限処理（以下、「第２制限処理」とする）が第２制限部５５０にて行われる。図２４に第２制限部５５０の動作例を示す。第２制限部５５０は方向信号Ｓｄを入力する（ステップＳ９１０）。そして、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ９２０）、仮想軸力ｆｆが右切上限値ＲＵ１以上ならば（ステップＳ９３０）、仮想軸力ｆｆの値を右切上限値ＲＵ１とし（ステップＳ９４０）、仮想軸力ｆｆが右切下限値ＲＬ１以下ならば（ステップＳ９５０）、仮想軸力ｆｆの値を右切下限値ＲＬ１とし（ステップＳ９６０）、それ以外ならば仮想軸力ｆｆの値は変更しない。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ９２０）、仮想軸力ｆｆが左切上限値ＬＵ１以上ならば（ステップＳ９７０）、仮想軸力ｆｆの値を左切上限値ＬＵ１とし（ステップＳ９８０）、仮想軸力ｆｆが左切下限値ＬＬ１以下ならば（ステップＳ９９０）、仮想軸力ｆｆの値を左切下限値ＬＬ１とし（ステップＳ１０００）、それ以外ならば仮想軸力ｆｆの値は変更しない。制限をかけられた仮想軸力ｆｆは仮想軸力ｆｆ２として出力され（ステップＳ１０１０）、仮想軸力ｆｆ２は指令値変換部１０３で制限指令値Ｉｒｅｆｃに変換され（ステップＳ７０２）、加算部１０５で電流指令値Ｉｒｅｆに加算される。

通常操舵（ステップＳ４１）でも、粘弾性モデル追従制御の場合と同様に、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力された仮想軸力ｆｆに制限がかけられる。しかし、この場合の仮想軸力ｆｆの値はゼロであるから、制限されることなく、仮想軸力ｆｆがそのまま仮想軸力ｆｆ２として出力される。

なお、左切上限値及び左切下限値は右切上限値及び右切下限値を入れ替えた値としているが、違う所定の値を使用する等して、入れ替えた値にしなくても良い。また、右切操舵の場合と左切操舵の場合で同じ制限値を使用しても良く、その場合は、方向信号Ｓｄは不要となるので、ラック位置判定部５１０でのハンドルの操舵方向の判定及び第２制限部５５０での方向信号Ｓｄによる動作の切替えも不要となる。

本発明の第６実施形態について説明する。

第５実施形態では仮想軸力ｆｆに対する制限値は固定の値であるが、第６実施形態では、粘弾性モデル追従制御部１２０に入力されるラック軸力ｆに基づいて設定される。ラック軸力ｆに基づいて設定することにより、より適切な制限値を設定することができる。

図２５に第６実施形態の構成例を示す。図２１に示される第５実施形態の構成例と比べると、第２制限部５５０が第２制限部６５０に代わっている。第２制限部６５０には、仮想軸力ｆｆ及び方向信号Ｓｄの他に、加算部１０４から出力されるラック軸力ｆが入力されており、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆに基づいて仮想軸力ｆｆの最大値及び最小値を制限する。具体的には、例えば右切上限値ＲＵ２は下記数３５のようにラック軸力ｆに所定の値Ｆｘ３（例えば２Ｎｍ）を加算した値とし、右切下限値ＲＬ２は下記数３６のようにラック軸力ｆの符号を反転した値から所定の値Ｆｘ４（例えば１０Ｎｍ）を減算した値とする。

左切上限値ＬＵ２及び左切下限値ＬＬ２は、右切上限値ＲＵ２及び右切下限値ＲＬ２を入れ替えた、下記数３７及び数３８のような値とする。

例えば、ラック軸力ｆが操舵角に対して図２７の破線で示されるように変化する場合、第５実施形態での制限値は図２６に示されるようにラック軸力ｆによらず一定であるが、第６実施形態での制限値は図２７の実線で示されるように変化する。

このような構成において、第６実施形態の動作例を図２８のフローチャートを参照して説明する。

図２８は第２制限部６５０の動作例を示すフローチャートであり、図２４に示される第５実施形態の動作例と比べると、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力された仮想軸力ｆｆを制限値と比較する前に、加算部１０４から出力されたラック軸力ｆに基づいて各制限値が設定されている。即ち、仮想軸力ｆｆを右切上限値ＲＵ２と比較する前に右切上限値ＲＵ２が数３５により設定され（ステップＳ９２１）、仮想軸力ｆｆを右切下限値ＲＬ２と比較する前に右切下限値ＲＬ２が数３６により設定され（ステップＳ９４１）、仮想軸力ｆｆを左切上限値ＬＵ２と比較する前に左切上限値ＬＵ２が数３７により設定され（ステップＳ９６１）、仮想軸力ｆｆを左切下限値ＬＬ２と比較する前に左切下限値ＬＬ２が数３８により設定される（ステップＳ９８１）。その他の動作は第５実施形態の動作と同じである。

なお、制限値算出で使用する所定の値Ｆｘ３及びＦｘ４として、第５実施形態で使用する所定の値Ｆｘ１及びＦｘ２を使用しても良い。また、第５実施形態の場合と同様に、左切上限値及び左切下限値は右切上限値及び右切下限値を入れ替えた値ではなく、違う所定の値を使用する等して、入れ替えた値にしなくても良く、右切操舵の場合と左切操舵の場合で同じ制限値を使用しても良い。

本発明の第７実施形態について説明する。

第７実施形態では、第６実施形態と同様に、制限値をラック軸力ｆに基づいて設定するが、より強く制限するために、右切下限値及び左切上限値の算出において所定の値の加減算を第６実施形態とは逆にする。しかし、逆方向のアシスト力を加えないようにするために、右切下限値はゼロを超えず、左切上限値はゼロ未満にならないようにする。

第７実施形態の構成例は、図２５に示される第６実施形態の構成例と基本的に同じであるが、第２制限部での動作が異なる。即ち、第２制限部では、例えば右切上限値ＲＵ３は下記数３９のようにラック軸力ｆに所定の値Ｆｘ５（例えば２Ｎｍ）を加算した値とし、右切下限値ＲＬ３は下記数４０のようにラック軸力ｆの符号を反転した値に所定の値Ｆｘ６（例えば５Ｎｍ）を加算した値とするが、右切下限値ＲＬ３がゼロを超えた場合、右切下限値ＲＬ３はゼロにする。

左切上限値ＬＵ３及び左切下限値ＬＬ３は、右切上限値ＲＵ３及び右切下限値ＲＬ３を入れ替えた、下記数４１及び数４２のような値とするが、左切上限値ＬＵ３がゼロ未満の場合、左切上限値ＬＵ３はゼロにする。

例えば、ラック軸力ｆが操舵角に対して図２９の破線で示されるように変化する場合、第７実施形態での制限値は実線で示されるように変化する。

第７実施形態の動作は、上述のように第２制限部での動作が第６実施形態の動作例と異なるだけで、他は同じである。

なお、制限値算出で使用する所定の値Ｆｘ５及びＦｘ６として、第５実施形態及び／又は第６実施形態で使用する所定の値を使用しても良い。また、左切上限値及び左切下限値は右切上限値及び右切下限値を入れ替えた値ではなく、違う所定の値を使用する等して、入れ替えた値にしなくても良い。

本発明の第８実施形態について説明する。

第８実施形態では、第５実施形態と第６実施形態とでの制限値の設定方法を組み合わせて、制限値を設定する。例えば、右切上限値及び左切下限値は第５実施形態のようにして設定し、右切下限値及び左切上限値は第６実施形態のようにして設定する。即ち、右切上限値ＲＵ４、右切下限値ＲＬ４、左切上限値ＬＵ４及び左切下限値ＬＬ４は、下記数４３〜４６にように設定される。

例えば、ラック軸力ｆが操舵角に対して図３０の破線で示されるように変化する場合、第８実施形態での制限値は実線で示されるように変化する。

第８実施形態の構成例及び動作例は、第２制限部での動作が上述のように異なるのみで、他は第６実施形態の構成例及び動作例と同じである。

なお、制限値の設定方法の組み合わせとして、上述とは逆に、右切上限値及び左切下限値は第６実施形態のようにして設定し、右切下限値及び左切上限値は第５実施形態のようにして設定しても良い。また、第５実施形態と第７実施形態とでの制限値の設定方法を組み合わせても良い。

本発明の第９実施形態について説明する。

第６〜第８実施形態ではラック軸力ｆに基づいて制限値を設定しているが、第９実施形態では、さらに操舵速度により制限値を変更する。これにより、操舵速度が速いときは仮想軸力の制限を緩めて巻き込み抑制を強くし、遅いときは仮想軸力の制限を強くして過度な反力を抑える等、より柔軟な対応を取ることが可能となる。

図３１に第９実施形態の構成例を示す。図２５に示される第６実施形態の構成例と比べると、第２制限部６５０が第２制限部７５０に代わっており、第２制限部７５０には、仮想軸力ｆｆ、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆの他に、操舵速度ωが入力されている。

第２制限部７５０は、操舵速度が速いときは仮想軸力の制限を緩めて巻き込み抑制を強くするために第６実施形態での設定方法で制限値を設定し、操舵速度が遅いときは仮想軸力の制限を強くして過度な反力を抑えるために第７実施形態での設定方法で制限値を設定する。また、設定方法の移行が徐々に行われるように、第６実施形態及び第７実施形態での設定方法で設定された各制限値にゲインを乗算し、それらを加算した値を制限値とする。

第２制限部７５０の構成例を図３２に示す。第２制限部７５０は、高操舵時制限値演算部７５１、低操舵時制限値演算部７５２、高操舵時ゲイン部７５３、低操舵時ゲイン部７５４、制限処理部７５５及び加算部７５６、７５７で構成されている。

高操舵時制限値演算部７５１は、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆを用いて、第６実施形態での設定方法により上限値ＵＰＨ及び下限値ＬＷＨを算出する。即ち、方向信号Ｓｄが「右切」の場合は、数３５で算出される右切上限値ＲＵ２（＝ｆ＋Ｆｘ３）を上限値ＵＰＨとし、数３６で算出される右切下限値ＲＬ２（＝−ｆ−Ｆｘ４）を下限値ＬＷＨとする。方向信号Ｓｄが「左切」の場合は、数３７で算出される左切上限値ＬＵ２（＝−ｆ＋Ｆｘ４）を上限値ＵＰＨとし、数３８で算出される左切下限値ＬＬ２（＝ｆ−Ｆｘ３）を下限値ＬＷＨとする。

低操舵時制限値演算部７５２は、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆを用いて、第７実施形態での設定方法により上限値ＵＰＬ及び下限値ＬＷＬを算出する。即ち、方向信号Ｓｄが「右切」の場合は、数３９で算出される右切上限値ＲＵ３（＝ｆ＋Ｆｘ５）を上限値ＵＰＬとし、数４０で算出される右切下限値ＲＬ３（＝−ｆ＋Ｆｘ６）を下限値ＬＷＬとするが、下限値ＬＷＬがゼロを超えた場合、下限値ＬＷＬはゼロにする。方向信号Ｓｄが「左切」の場合は、数４１で算出される左切上限値ＬＵ３（＝−ｆ−Ｆｘ６）を上限値ＵＰＬとし、数４２で算出される左切下限値ＬＬ３（＝ｆ−Ｆｘ５）を下限値ＬＷＬとするが、上限値ＵＰＬがゼロ未満の場合、上限値ＵＰＬはゼロにする。

高操舵時ゲイン部７５３は、操舵速度ωに対して、例えば図３３に示されるような特性を有する高操舵時ゲインＧＨを上限値ＵＰＨ及び下限値ＬＷＨにそれぞれ乗算し、上限値ＵＰＨｇ及び下限値ＬＷＨｇを算出する。図３３に示される高操舵時ゲインＧＨの特性は、所定の操舵速度ω１までは０％で、所定の操舵速度ω１からω２（ω２＞ω１）の間では操舵速度ωに比例して大きくなり、所定の操舵速度ω２を超えると１００％となるような特性である。

低操舵時ゲイン部７５４は、操舵速度ωに対して、例えば図３４に示されるような特性を有する低操舵時ゲインＧＬを上限値ＵＰＬ及び下限値ＬＷＬにそれぞれ乗算し、上限値ＵＰＬｇ及び下限値ＬＷＬｇを算出する。図３４に示される低操舵時ゲインＧＬの特性は、図３３に示される高操舵時ゲインＧＨの特性の逆の特性となっている。

加算部７５６は、上限値ＵＰＨｇとＵＰＬｇを加算し、上限値ＵＰを算出する。加算部７５７は、下限値ＬＷＨｇとＬＷＬｇを加算し、下限値ＬＷを算出する。

制限処理部７５５は、上限値ＵＰ及び下限値ＬＷを用いて、仮想軸力ｆｆに制限をかける。

このような構成において、第９実施形態の動作例を図３５のフローチャートを参照して説明する。

図３５は第２制限部７５０の動作例を示すフローチャートであり、第９実施形態の動作は、第２制限部７５０の動作が異なるだけで、他の動作は第５〜第８実施形態の動作と同じである。

ラック位置判定部５１０から出力された方向信号Ｓｄ及び加算部１０４から出力されたラック軸力ｆは、高操舵時制限値演算部７５１及び低操舵時制限値演算部７５２に入力される（ステップＳ３０１）。

高操舵時制限値演算部７５１は、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ３０２）、右切上限値ＲＵ２を上限値ＵＰＨとし、右切下限値ＲＬ２を下限値ＬＷＨとして出力する（ステップＳ３０３）。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ３０２）、左切上限値ＬＵ２を上限値ＵＰＨとし、左切下限値ＬＬ２を下限値ＬＷＨとして出力する（ステップＳ３０４）。

低操舵時制限値演算部７５２は、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ３０５）、右切上限値ＲＵ３を上限値ＵＰＬとし、右切下限値ＲＬ３を下限値ＬＷＬとして出力する（ステップＳ３０６）。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ３０５）、左切上限値ＬＵ３を上限値ＵＰＬとし、左切下限値ＬＬ３を下限値ＬＷＬとして出力する（ステップＳ３０７）。なお、高操舵時制限値演算部７５１での動作と低操舵時制限値演算部７５２での動作の順番は逆でも並行して実行しても良い。

高操舵時ゲイン部７５３は、上限値ＵＰＨ、下限値ＬＷＨ及び操舵速度ωを入力し、図３３に示される特性を用いて操舵速度ωに対する高操舵時ゲインＧＨを求め、上限値ＵＰＨ及び下限値ＬＷＨにそれぞれ乗算し、上限値ＵＰＨｇ（＝ＵＰＨ×ＧＨ）及び下限値ＬＷＨｇ（＝ＬＷＨ×ＧＨ）を出力する（ステップＳ３０８）。

低操舵時ゲイン部７５４は、上限値ＵＰＬ、下限値ＬＷＬ及び操舵速度ωを入力し、図３４に示される特性を用いて操舵速度ωに対する低操舵時ゲインＧＬを求め、上限値ＵＰＬ及び下限値ＬＷＬにそれぞれ乗算し、上限値ＵＰＬｇ（＝ＵＰＬ×ＧＬ）及び下限値ＬＷＬｇ（＝ＬＷＬ×ＧＬ）を出力する（ステップＳ３０９）。なお、高操舵時ゲイン部７５３での動作と低操舵時ゲイン部７５４での動作の順番は逆でも並行して実行しても良い。

上限値ＵＰＨｇ及びＵＰＬｇは加算部７５６に入力され、加算結果が上限値ＵＰとして出力される（ステップＳ３１０）。下限値ＬＷＨｇ及びＬＷＬｇは加算部７５７に入力され、加算結果が下限値ＬＷとして出力される（ステップＳ３１１）。

上限値ＵＰ及び下限値ＬＷは、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力された仮想軸力ｆｆと共に、制限処理部７５５に入力される。制限処理部７５５は、仮想軸力ｆｆが上限値ＵＰ以上ならば（ステップＳ３１２）、仮想軸力ｆｆの値を上限値ＵＰとし（ステップＳ３１３）、仮想軸力ｆｆが下限値ＬＷ以下ならば（ステップＳ３１４）、仮想軸力ｆｆの値を下限値ＬＷとし（ステップＳ３１５）、それ以外ならば仮想軸力ｆｆの値を変更しない。制限をかけられた仮想軸力ｆｆは仮想軸力ｆｆ２として出力される（ステップＳ３１６）。

なお、高操舵時ゲインＧＨ及び低操舵時ゲインＧＬの操舵速度ω１とω２の間の特性は、図３３及び図３４に示されるような直線的な特性に限られず、高操舵時ゲインＧＨと低操舵時ゲインＧＬの和が１００％となるならば、曲線的な特性でも良い。また、高操舵時制限値演算部７５１及び／又は低操舵時制限値演算部７５２において第５実施形態での設定方法で制限値を設定しても良い。

本発明の第１０実施形態について説明する。

第９実施形態では操舵速度により制限値を変更しているが、第１０実施形態では車速により制限値を変更する。例えば、停車を含む極低速走行時は仮想軸力の制限を緩めて巻き込み抑制を強くし、低速走行を超えるようになるにつれて、制限値を徐々に変化させていく。

図３６に第１０実施形態の構成例を示す。図３１に示される第９実施形態の構成例に比べると、第２制限部７５０が第２制限部８５０に代わっており、第２制限部８５０には、操舵速度ωの代わりに車速Ｖｅｌが入力されている。

第２制限部８５０は、車速が低速のときは、仮想軸力の制限を緩めて巻き込み抑制を強くするために第６実施形態での設定方法で制限値を設定し、車速が高速になると第７実施形態での設定方法で制限値を設定する。そして、第９実施形態と同様に、設定方法の移行が徐々に行われるように、第６実施形態及び第７実施形態での設定方法で設定された各制限値にゲインを乗算し、それらを加算した値を制限値とする。

第２制限処理部８５０の構成例を図３７に示す。第２制限処理部８５０は、高速時制限値演算部８５１、低速時制限値演算部８５２、高速時ゲイン部８５３、低速時ゲイン部８５４、制限処理部７５５及び加算部７５６、７５７で構成されている。制限処理部７５５及び加算部７５６、７５７は、第９実施形態と同様の構成で同様の動作をするので、説明は省略する。

高速時制限値演算部８５１は、第９実施形態での低操舵時制限値演算部７５２と同様に、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆを用いて、第７実施形態での設定方法により上限値ＵｐＨ及び下限値ＬｗＨを算出する。

低速時制限値演算部８５２は、第９実施形態での高操舵時制限値演算部７５１と同様に、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆを用いて、第６実施形態での設定方法により上限値ＵｐＬ及び下限値ＬｗＬを算出する。

高速時ゲイン部８５３は、車速Ｖｅｌに対して、例えば図３８に示されるような特性を有する高速時ゲインｇＨを上限値ＵｐＨ及び下限値ＬｗＨにそれぞれ乗算し、上限値ＵｐＨｇ及び下限値ＬｗＨｇを算出する。図３８に示される高速時ゲインｇＨの特性は、所定の車速Ｖｅｌ１までは０％で、所定の車速Ｖｅｌ１からＶｅｌ２（Ｖｅｌ２＞Ｖｅｌ１）の間では車速Ｖｅｌに比例して大きくなり、所定の車速Ｖｅｌ２を超えると１００％となるような特性である。

低速時ゲイン部８５４は、車速Ｖｅｌに対して、例えば図３９に示されるような特性を有する低速時ゲインｇＬを上限値ＵｐＬ及び下限値ＬｗＬにそれぞれ乗算し、上限値ＵｐＬｇ及び下限値ＬｗＬｇを算出する。図３９に示される低速時ゲインｇＬの特性は、図３８に示される高速時ゲインｇＨの特性の逆の特性となっている。

このような構成において、第１０実施形態の動作例を図４０のフローチャートを参照して説明する。

図４０は第２制限処理部８５０の動作例を示すフローチャートであり、第１０実施形態の動作は、第２制限処理部８５０の動作が異なるだけで、他の動作は第９実施形態の動作と同じである。

方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆは、高速時制限値演算部８５１及び低速時制限値演算部８５２に入力される（ステップＳ３０１Ａ）。

高速時制限値演算部８５１は、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ３０２Ａ）、右切上限値ＲＵ３を上限値ＵｐＨとし、右切下限値ＲＬ３を下限値ＬｗＨとして出力する（ステップＳ３０３Ａ）。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ３０２Ａ）、左切上限値ＬＵ３を上限値ＵｐＨとし、左切下限値ＬＬ３を下限値ＬｗＨとして出力する（ステップＳ３０４Ａ）。

低速時制限値演算部８５２は、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ３０５Ａ）、右切上限値ＲＵ２を上限値ＵｐＬとし、右切下限値ＲＬ２を下限値ＬｗＬとして出力する（ステップＳ３０６Ａ）。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ３０５Ａ）、左切上限値ＬＵ２を上限値ＵｐＬとし、左切下限値ＬＬ２を下限値ＬｗＬとして出力する（ステップＳ３０７Ａ）。なお、高速時制限値演算部８５１での動作と低速時制限値演算部８５２での動作の順番は逆でも並行して実行しても良い。

高速時ゲイン部８５３は、上限値ＵｐＨ、下限値ＬｗＨ及び車速Ｖｅｌを入力し、図３８に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する高速時ゲインｇＨを求め、上限値ＵｐＨ及び下限値ＬｗＨにそれぞれ乗算し、上限値ＵｐＨｇ（＝ＵｐＨ×ｇＨ）及び下限値ＬｗＨｇ（＝ＬｗＨ×ｇＨ）を出力する（ステップＳ３０８Ａ）。

低速時ゲイン部８５４は、上限値ＵｐＬ、下限値ＬｗＬ及び車速Ｖｅｌを入力し、図３９に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する低速時ゲインｇＬを求め、上限値ＵｐＬ及び下限値ＬｗＬにそれぞれ乗算し、上限値ＵｐＬｇ（＝ＵｐＬ×ｇＬ）及び下限値ＬｗＬｇ（＝ＬｗＬ×ｇＬ）を出力する（ステップＳ３０９Ａ）。なお、高速時ゲイン部８５３での動作と低速時ゲイン部８５４での動作の順番は逆でも並行して実行しても良い。

その後は、第９実施形態での動作と同様に、上限値ＵｐＨｇ、ＵｐＬｇ及び下限値ＬｗＨｇ、ＬｗＬｇから加算部７５６、７５７を介して上限値Ｕｐ及び下限値Ｌｗを算出し（ステップＳ３１０、Ｓ３１１）、上限値Ｕｐ、下限値Ｌｗ及び仮想軸力ｆｆから制限処理部７５５を介して仮想軸力ｆｆ２を出力する（ステップＳ３１２〜Ｓ３１６）。

なお、高速時ゲインｇＨ及び低速時ゲインｇＬの車速Ｖｅｌ１とＶｅｌ２の間の特性は、図３８及び図３９に示されるような直線的な特性に限られず、高速時ゲインｇＨと低速時ゲインｇＬの和が１００％となるならば、曲線的な特性でも良い。また、高速時制限値演算部８５１及び／又は低速時制限値演算部８５２において第５実施形態での設定方法で制限値を設定しても良い。

本発明の第１１実施形態について説明する。

上述の実施形態では、ラック軸力を操舵トルク及び補償電流指令値より算出している。しかし、操舵系の機構部（減速ギア、ピニオンラック機構等）に作用する慣性力や摩擦力等がハンドル操舵の抵抗力となることがあり、路面反力に相当する力としてラック軸力を使用する場合、ラック軸力をより正確に算出するためには、このような抵抗力を考慮する必要がある。そこで、第１１実施形態では、操舵トルク及び補償電流指令値より算出される操舵軸力及びアシスト軸力の加算において、機構部に作用する慣性力及び摩擦力を減算する。

図４１に第１１実施形態の構成例を示す。図３に示される第１実施形態の構成例と比べると、抵抗力演算部９６０が追加され、抵抗力演算部９６０はラック位置判定部１１０より出力されるラック変位ｘを入力し、抵抗力ｆｒを出力し、第２軸力変換部１０２より出力されるアシスト軸力ｆａから抵抗力ｆｒが減算部１０７にて減算される。その他の構成要素は第１実施形態と同じであるから、説明は省略する。

抵抗力演算部９６０は、ラック変位ｘに基づいて慣性力ｐｉ及び摩擦力ｐｆを算出し、これらの加算値を抵抗力ｆｒとして出力するが、慣性力ｐｉ及び摩擦力ｐｆは以下のようにして算出される。

運転者がハンドルを操舵することによって操舵トルクＴｈが発生し、その操舵トルクＴｈに従ってモータがアシストトルクＴｍを発生する。その結果、車輪が転舵され、路面反力Ｔｒが発生する。操舵トルクＴｈ及びアシストトルクＴｍは、ラック軸においてそれぞれ操舵軸力ｆｓ及びアシスト軸力ｆａとなるが、機構部の慣性Ｊ及び摩擦（動摩擦）Ｆｒによる抵抗力も発生するので、これらの力の釣り合いから、下記数４７のような運動方程式が得られる。

ここで、αｒはラック加速度、ｖｒはラック速度である。上記数４７を初期値ゼロとしてラプラス変換し、Ｔｒについて解くと下記数４８が得られる。

上記数４８からわかるように、機構部に作用する抵抗力が無視できない場合、ラック軸力ｆを路面反力Ｔｒの代用とするためには、操舵軸力ｆｓ及びアシスト軸力ｆａの加算値から、慣性Ｊによる慣性力ｐｉ及び動摩擦Ｆｒによる摩擦力ｐｆを減算する必要があり、慣性力ｐｉ及び摩擦力ｐｆはそれぞれ下記数４９及び数５０より算出される。

抵抗力演算部９６０の構成例を図４２に示す。抵抗力演算部９６０は、ラック速度演算部９６１、ラック加速度演算部９６２、摩擦力演算部９６３、慣性力演算部９６４及び加算部９６５を備える。ラック速度演算部９６１は、ラック変位ｘを微分することによりラック速度ｖｒを算出し、ラック加速度演算部９６２は、ラック速度ｖｒを微分することによりラック加速度αｒを算出する。摩擦力演算部９６３は、動摩擦Ｆｒを定数として予め求めておき、ラック速度ｖｒを用いて、数５０より摩擦力ｐｆを算出する。慣性力演算部９６４は、慣性Ｊを定数として予め求めておき、ラック加速度αｒを用いて、数４９より慣性力ｐｉを算出する。摩擦力ｐｆ及び慣性力ｐｉは加算部９６５で加算され、抵抗力ｆｒとして出力される。

第１１実施形態の動作例を図４３に示す。第１１実施形態の動作例は、第１実施形態の動作例と比べて、粘弾性モデル追従制御の動作が異なり、さらに、粘弾性モデル追従制御の動作では、抵抗力演算部９６０の動作及び抵抗力ｆｒの減算動作が加わるだけで、他の動作は第１実施形態の動作例と同じである。

ステップＳ６２０にてラック位置判定部１１０から出力されたラック変位ｘは、粘弾性モデル追従制御部１２０の減算部１３２に減算入力されると共に、抵抗力演算部９６０に入力される。抵抗力演算部９６０はラック変位ｘに基づいて抵抗力演算を行い（ステップＳ６４１）、抵抗力ｆｒを出力し、抵抗力ｆｒは減算部１０７に減算入力される。第２軸力変換部１０２で変換されたアシスト軸力ｆａは減算部１０７に加算入力され、抵抗力ｆｒを減算され、さらに加算部１０４で操舵軸力ｆｓを加算され、ラック軸力ｆとして出力される（ステップＳ６５１）。

抵抗力演算部９６０の動作例を図４４に示す。ラック変位ｘはラック速度演算部９６１に入力され、ラック速度演算部９６１はラック変位ｘよりラック速度ｖｒを算出し（ステップＳ４０１）、ラック加速度演算部９６２及び摩擦力演算部９６３に出力する。ラック加速度演算部９６２は、ラック速度ｖｒよりラック加速度αｒを算出し（ステップＳ４０２）、慣性力演算部９６４に出力する。摩擦力演算部９６３はラック速度ｖｒを用いて数５０より摩擦力ｐｆを算出し（ステップＳ４０３）、加算部９６５に出力する。慣性力演算部９６４はラック加速度αｒを用いて数４９より慣性力ｐｉを算出し（ステップＳ４０４）、加算部９６５に出力する。加算部９６５では、摩擦力ｐｆ及び慣性力ｐｉが加算され（ステップＳ４０５）、抵抗力ｆｒとして出力される。

なお、抵抗力ｆｒの減算は、アシスト軸力ｆａに対してではなく、操舵軸力ｆｓに対して行っても良く、操舵軸力ｆｓ及びアシスト軸力ｆａの加算後に行っても良い。また、ラック速度ｖｒは、ラック位置変換部１００から出力される判定用ラック位置Ｒｘより算出しても良い。

本発明の第１２実施形態について説明する。

上述の実施形態では、モデルパラメータ（バネ定数ｋ_０、粘性摩擦係数μ）は予め設定されているが、本実施形態では、ラック変位に基づいて可変とする。例えば、仮想反力が発生し始める第１ラック位置（ラック変位ｘ＝０）付近では仮想反力が滑らかに立ち上がるようにモデルパラメータを小さくし、ラック変位が大きくなるにつれ、巻き込みを発生しないような規範車両特性を粘弾性モデルが模擬するように、モデルパラメータを徐々に大きくする。

図４５は第１２実施形態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８に示される第１実施形態での粘弾性モデル追従制御部の構成例と比べると、モデルパラメータ設定部４２４が追加され、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１３１がフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）４３１に代わっている。他の構成要素は第１実施形態と同じであるから、説明は省略する。

モデルパラメータ設定部４２４はラック変位ｘに対して、例えば図４６に示すような特性を有するバネ定数ｋ_０及び粘性摩擦係数μを出力する。フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）４３１はバネ定数ｋ_０及び粘性摩擦係数μを入力し、数２１によるラック軸力ｆから仮想ラック変位ｉｘへの変換に使用する。

このような構成において、第１２実施形態の動作例を図４７のフローチャートを参照して説明する。第１２実施形態の動作例は、第１実施形態の動作例と比べて、粘弾性モデル追従制御の動作が異なり、さらに、粘弾性モデル追従制御の動作では、モデルパラメータ設定部４２４の動作が加わるだけである。図４７には粘弾性モデル追従制御の動作例を示しており、図１１に示される第１実施形態の動作例と比べると、ステップＳ６２２が加わっている。その他の動作は第１実施形態と同じである。

ステップＳ６２２では、ラック位置判定部１１０から出力されたラック変位ｘをモデルパラメータ設定部４２４が入力し、モデルパラメータ設定部４２４は、ラック変位ｘに応じて図４６に示される特性に従って求められたバネ定数ｋ_０、粘性摩擦係数μをフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）４３１に設定する。フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）４３１は、設定されたモデルパラメータを用いて、ステップＳ６６０にて、数２１に従ってラック軸力ｆを仮想ラック変位ｉｘに変換する。

なお、バネ定数ｋ_０、粘性摩擦係数μの特性は、図４６に示されるような変化をする特性に限られず、直線的に変化するような特性等でも良い。また、第２実施形態での制御パラメータ設定部２２３又は第３実施形態での制御パラメータ設定部３２３と組み合わせて、制御パラメータ及びモデルパラメータ双方を可変としても良い。

本発明の第１３実施形態について説明する。

本実施形態では、判定用ラック位置が第１ラック位置を越えた時点（以下、「制御開始時点」とする）、即ち巻き込み特性が発生し始めるラック位置（仮想反力を発生し始めることが必要とされるラック位置）でのラック軸力を初期ラック軸力（初期軸力）として記憶し、制御開始時点以降は、ラック軸力と初期ラック軸力の差分をラック軸力として使用する。これにより、制御開始時点での規範モデル（フィードバック要素（Ｎ／Ｆ））の出力はゼロとなり、制御要素部の出力もゼロとなるので、第１ラック位置付近での操舵で補償電流指令値の段差がなくなり、保舵を容易にすることができる。

図４８に第１３実施形態の構成例を示す。図３に示される第１実施形態の構成例と比べると、軸力演算部９７０が追加され、軸力演算部９７０は加算部１０４より出力されるラック軸力ｆ及びラック位置判定部１１０より出力される切替信号ＳＷＳを入力し、ラック軸力ｆ’を出力する。その他の構成要素は第１実施形態と同じであるから、説明は省略する。

軸力演算部９７０は設定記憶部９７１及び減算部９７２を備える。設定記憶部９７１は制御開始時点のラック軸力ｆを記憶する。即ち、判定用ラック位置Ｒｘが第１ラック位置を越えて、ラック位置判定部１１０が切替信号ＳＷＳを出力したら、設定記憶部９７１は切替信号ＳＷＳを入力し、切替信号ＳＷＳの入力により制御開始時点であることを判断し、その時点で入力したラック軸力を初期ラック軸力Ｆｚとして記憶する。よって、設定記憶部９７１に記憶されている初期ラック軸力Ｆｚは、制御開始時点でのみ更新されることになる。減算部９７２は、設定記憶部９７１に記憶されている初期ラック軸力Ｆｚを、ラック軸力ｆから減算することによりラック軸力ｆ’を算出し、出力する。

第１３実施形態の動作例を図４９に示す。第１３実施形態の動作例は、第１実施形態の動作例と比べて、粘弾性モデル追従制御の動作が異なり、さらに、粘弾性モデル追従制御の動作では、軸力演算部９７０の動作が加わるだけで、他の動作は第１実施形態の動作例と同じである。

ステップＳ６１０にてラック位置判定部１１０から出力された切替信号ＳＷＳは、粘弾性モデル追従制御部１２０に入力されると共に、軸力演算部９７０の設定記憶部９７１に入力される。設定記憶部９７１は、切替信号ＳＷＳが制御開始時点で出力されたものである場合（ステップＳ６５２）、ステップＳ６５０にて加算部１０４から出力されたラック軸力ｆを、初期ラック軸力Ｆｚとして記憶する（ステップＳ６５３）。切替信号ＳＷＳが制御開始時点で出力されたものでない場合（ステップＳ６５２）、設定記憶部９７１に記憶されている初期ラック軸力Ｆｚはそのままである。加算部１０４から出力されたラック軸力ｆは、減算部９７２にも入力され、減算部９７２は、設定記憶部９７１に記憶されている初期ラック軸力Ｆｚを、ラック軸力ｆから減算し（ステップＳ６５４）、ラック軸力ｆ’を出力する。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。

なお、設定記憶部９７１に記憶される初期ラック軸力Ｆｚを利用して、第２実施形態での制御パラメータ設定部２２３で設定される制御パラメータ（比例ゲインｋｐ、微分ゲインｋｄ）や、第１２実施形態でのモデルパラメータ設定部４２４で設定されるモデルパラメータ（バネ定数ｋ_０、粘性摩擦係数μ）を調整しても良い。路面状態（アスファルト、濡れた路面、氷上、雪上等）により制御範囲のラック軸力は変化し、路面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。よって、制御パラメータやモデルパラメータの特性をアスファルトで適切になるように調整した場合、氷上や雪上等では適切でなくなる可能性があるので、上記のラック軸力の違いを、初期ラック軸力Ｆｚを利用して調整することにより、改善を図ることができる。

上述の実施形態（第１実施形態〜第１３実施形態）では、制御要素部は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５１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、第２及び第３実施形態において、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ようにする。

ＰＩ制御の構成とした場合の伝達関数は下記数５２となる。

また、ＰＤ制御での制御要素部の伝達関数として、微分ゲインｋｄの代わりに微分時間Ｔｄを用いた下記数５３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。

上述の実施形態では操舵トルク及び補償電流指令値よりラック軸力を算出しているが、ラック軸力を検出するセンサを設置し、センサからラック軸力を取得するようにしても良い。

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）
３ 減速ギア
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
１０１ 第１軸力変換部
１０２ 第２軸力変換部
１０３ 指令値変換部
１０６、４４２ 記憶部
１１０、５１０ ラック位置判定部
１２０ 粘弾性モデル追従制御部
１２１ 切替部
１３０、２３０、３３０、４３０ フィードバック制御部
２２３、３２３ 制御パラメータ設定部
４２４ モデルパラメータ設定部
４４０ 第１制限部
４４１ 判定制限部
５５０、６５０、７５０、８５０ 第２制限部
７５１ 高操舵時制限値演算部
７５２ 低操舵時制限値演算部
７５３ 高操舵時ゲイン部
７５４ 低操舵時ゲイン部
７５５ 制限処理部
８５１ 高速時制限値演算部
８５２ 低速時制限値演算部
８５３ 高速時ゲイン部
８５４ 低速時ゲイン部
９６０ 抵抗力演算部
９６１ ラック速度演算部
９６２ ラック加速度演算部
９６３ 摩擦力演算部
９６４ 慣性力演算部
９７０ 軸力演算部
９７１ 設定記憶部

本発明は、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の制御装置に関し、本発明の上記目的は、ラック変位に対する粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、前記モデルフォローイング制御の構成により、操舵トルクを変換して求められる操舵軸力と前記電流指令値を基にして求められるアシスト軸力とを加算して求められる軸力及び前記ラック変位を入力とするフィードバック制御を行い、仮想反力を生成することにより達成される。

また、本発明の上記目的は、操舵トルクを操舵軸力に変換する第１軸力変換部と、補償電流指令値をアシスト軸力に変換する第２軸力変換部と、前記モータの回転角を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が所定の第１ラック位置を越えたことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラック位置判定部と、前記操舵軸力及び前記アシスト軸力を加算して求められる軸力、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て仮想軸力を生成する粘弾性モデル追従制御部と、前記仮想軸力を制御指令値に変換する指令値変換部とを備え、前記粘弾性モデル追従制御部は、前記軸力及び前記ラック変位に基づいてフィードバック制御により前記仮想軸力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仮想軸力の出力を切り替える切替部とを具備しており、前記制御指令値を前記電流指令値に加算して演算される前記補償電流指令値によって前記アシスト制御を行うことにより達成される。

さらに、本発明の上記目的は、電動パワーステアリング装置の機構部に作用する抵抗力を求める抵抗力演算部をさらに備え、前記操舵軸力及び前記アシスト軸力の加算において前記抵抗力を減算することにより前記軸力を求めることにより、或いは、前記ラック変位又は仮想ラック変位により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ことにより、或いは、前記ラック変位又は前記仮想ラック変位が小さいところでは前記制御パラメータを小さくし、前記ラック変位又は前記仮想ラック変位が大きくなるにつれて前記制御パラメータを大きくするように変更することにより、或いは、前記第１ラック位置より大きくラックエンド位置より小さい所定の第２ラック位置を前記ラック変位が越えた場合、前記仮想軸力を制限する第１制限部をさらに備えることにより、或いは、前記仮想軸力に対して上限値及び下限値を設定し、前記仮想軸力を制限する第２制限部をさらに備えることにより、或いは、前記上限値及び下限値を操舵方向に応じて設定することにより、或いは、前記上限値及び下限値を前記軸力に基づいて設定することにより、或いは、前記上限値及び下限値を操舵速度により変更することにより、或いは、前記上限値及び下限値を車速により変更することにより、或いは、前記ラック変位により前記フィードバック制御部のモデルパラメータを変更することにより、或いは、前記判定用ラック位置が前記第１ラック位置を越えた時点の前記軸力を初期軸力として記憶し、前記時点以降は前記軸力と前記初期軸力の差分を前記軸力として用いることにより、より効果的に達成される。

Claims (14)

1. 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の制御装置において、
   ラック変位に対する粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、
   前記モデルフォローイング制御の構成により、路面反力に相当する軸力を入力とするフィードバック制御を行い、仮想反力を生成することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
2. 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の制御装置において、
   前記モータの回転角を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が所定の第１ラック位置を越えたことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラック位置判定部と、
   路面反力に相当する軸力、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て仮想軸力を生成する粘弾性モデル追従制御部と、
   前記仮想軸力を制御指令値に変換する指令値変換部とを備え、
   前記粘弾性モデル追従制御部は、
   前記軸力及び前記ラック変位に基づいてフィードバック制御により前記仮想軸力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仮想軸力の出力を切り替える切替部とを具備しており、
   前記制御指令値を前記電流指令値に加算して演算される補償電流指令値によって前記アシスト制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
3. 操舵トルクを操舵軸力に変換する第１軸力変換部と、
   前記補償電流指令値をアシスト軸力に変換する第２軸力変換部とをさらに備え、
   前記操舵軸力及び前記アシスト軸力の加算により前記軸力を求める請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
4. 電動パワーステアリング装置の機構部に作用する抵抗力を求める抵抗力演算部をさらに備え、
   前記操舵軸力及び前記アシスト軸力の加算において前記抵抗力を減算することにより前記軸力を求める請求項３に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
5. 前記ラック変位又は仮想ラック変位により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請求項２乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
6. 前記ラック変位又は前記仮想ラック変位が小さいところでは前記制御パラメータを小さくし、前記ラック変位又は前記仮想ラック変位が大きくなるにつれて前記制御パラメータを大きくするように変更する請求項５に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
7. 前記第１ラック位置より大きくラックエンド位置より小さい所定の第２ラック位置を前記ラック変位が越えた場合、前記仮想軸力を制限する第１制限部をさらに備える請求項２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の制御装置。
8. 前記仮想軸力に対して上限値及び下限値を設定し、前記仮想軸力を制限する第２制限部をさらに備える請求項２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の制御装置。
9. 前記上限値及び下限値を操舵方向に応じて設定する請求項８に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
10. 前記上限値及び下限値を前記軸力に基づいて設定する請求項８又は９に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
11. 前記上限値及び下限値を操舵速度により変更する請求項８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の制御装置。
12. 前記上限値及び下限値を車速により変更する請求項８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の制御装置。
13. 前記ラック変位により前記フィードバック制御部のモデルパラメータを変更する請求項２乃至１２のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
14. 前記判定用ラック位置が前記第１ラック位置を越えた時点の前記軸力を初期軸力として記憶し、前記時点以降は前記軸力と前記初期軸力の差分を前記軸力として用いる請求項２乃至１３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。

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