本發(fā)明涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，其至少基于轉(zhuǎn)向扭矩來(lái)運(yùn)算電流指令值，并且通過(guò)電流指令值來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以便對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加輔助力。本發(fā)明特別是涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，其將粘彈性模型設(shè)為規(guī)范模型，并且，通過(guò)在齒條末端附近限制電流指令值(電流指令値を絞る)，以便減少輔助扭矩，使末端碰撞時(shí)的勢(shì)頭衰減并減少撞擊能量，從而抑制使駕駛員感到不舒服的撞擊噪音(異常音)并提高了轉(zhuǎn)向感。

還有，本發(fā)明涉及一種高性能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，其基于齒條軸力以及齒條位移來(lái)改變規(guī)范模型的模型參數(shù)和控制系統(tǒng)(反饋控制單元)的控制參數(shù)，或者，通過(guò)限制輸入來(lái)抑制撞擊，從而能夠?qū)?yīng)所有的路面狀況。

背景技術(shù)：

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置(eps)利用電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)力對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加輔助力，其將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)并通過(guò)諸如齒輪或傳送帶之類的傳送機(jī)構(gòu)向轉(zhuǎn)向軸或齒條軸施加輔助力。為了準(zhǔn)確地產(chǎn)生輔助力的扭矩，這樣的現(xiàn)有的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行電動(dòng)機(jī)電流的反饋控制。反饋控制調(diào)整電動(dòng)機(jī)外加電壓，以便使電流指令值與電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值之間的差變小，電動(dòng)機(jī)外加電壓的調(diào)整一般通過(guò)調(diào)整pwm(脈沖寬度調(diào)制)控制的占空比(duty)來(lái)進(jìn)行。

參照?qǐng)D1對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，轉(zhuǎn)向盤(方向盤)1的柱軸(轉(zhuǎn)向軸或方向盤軸)2經(jīng)過(guò)減速齒輪3、萬(wàn)向節(jié)4a和4b、齒輪齒條機(jī)構(gòu)5、轉(zhuǎn)向橫拉桿6a和6b，再通過(guò)輪轂單元7a和7b，與轉(zhuǎn)向車輪8l和8r連接。另外，在柱軸2上設(shè)置有用于檢測(cè)出轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向扭矩的扭矩傳感器10，對(duì)轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向力進(jìn)行輔助的電動(dòng)機(jī)20通過(guò)減速齒輪3與柱軸2連接。電池13對(duì)用于控制電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元(ecu)30進(jìn)行供電，同時(shí)，經(jīng)過(guò)點(diǎn)火開關(guān)11，點(diǎn)火信號(hào)被輸入到控制單元30?？刂茊卧?0基于由扭矩傳感器10檢測(cè)出的轉(zhuǎn)向扭矩th和由車速傳感器12檢測(cè)出的車速vel并使用輔助圖(アシストマップ)來(lái)進(jìn)行作為輔助指令的電流指令值的運(yùn)算，基于通過(guò)對(duì)運(yùn)算出的電流指令值實(shí)施補(bǔ)償?shù)榷玫降碾妷嚎刂浦祐ref來(lái)控制供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)20的電流。

另外，收發(fā)車輛的各種信息的can(controllerareanetwork，控制器局域網(wǎng)絡(luò))40被連接到控制單元30，車速vel也能夠從can40處獲得。此外，收發(fā)can40以外的通信、模擬/數(shù)字信號(hào)、電波等的非can41也可以被連接到控制單元30。

在這樣的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中，控制單元30主要由cpu(也包含mpu、mcu和類似裝置)構(gòu)成，該cpu內(nèi)部由程序執(zhí)行的一般功能，如圖2所示。

參照?qǐng)D2對(duì)控制單元30的功能和動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。如圖2所示，來(lái)自扭矩傳感器10的轉(zhuǎn)向扭矩th和來(lái)自車速傳感器12的車速vel被輸入到用于運(yùn)算出電流指令值的扭矩控制單元31中，運(yùn)算出的電流指令值iref1被輸入到減法運(yùn)算單元32b中，減法運(yùn)算單元32b對(duì)電流指令值iref1和電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值im進(jìn)行減法運(yùn)算。pi控制等的電流控制單元35對(duì)作為在減法運(yùn)算單元32b中得到的減法結(jié)果的偏差i(＝iref1-im)進(jìn)行控制，電流控制后得到的電壓控制值vref被輸入到pwm控制單元36中以便運(yùn)算出占空比，然后通過(guò)pwm信號(hào)經(jīng)由逆變器37來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)20進(jìn)行pwm驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)器38檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)20的電動(dòng)機(jī)電流值im，由電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)器38檢測(cè)出的電動(dòng)機(jī)電流值im被反饋輸入到減法運(yùn)算單元32b中。諸如分解器之類的旋轉(zhuǎn)角傳感器21被連接到電動(dòng)機(jī)20，其檢測(cè)出并且輸出旋轉(zhuǎn)角θ。

在這樣的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中，當(dāng)通過(guò)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)向角(齒條末端)的附近施加了大的輔助扭矩的時(shí)候，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)到達(dá)了最大轉(zhuǎn)向角的時(shí)刻，會(huì)產(chǎn)生大的撞擊并產(chǎn)生撞擊噪音(異常音)，所以有可能使駕駛員感到不舒服。

因此，日本特公平6-4417號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)公開了一種電動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向裝置，其具備用于判定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向角是否從最大轉(zhuǎn)向角變成了規(guī)定值的前面的轉(zhuǎn)向角判定單元，并且還具備用于當(dāng)轉(zhuǎn)向角從最大轉(zhuǎn)向角變成了規(guī)定值的前面的時(shí)候，通過(guò)減少供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)的電力來(lái)減少輔助扭矩的補(bǔ)正單元。

還有，日本專利第4115156號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)公開了一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，其決定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是否正靠近末端位置，在知道了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)正靠近末端位置的情況下，控制驅(qū)動(dòng)單元以便減少轉(zhuǎn)向扭矩，為了決定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)靠近末端位置的速度，評(píng)價(jià)基于位置傳感器決定的調(diào)節(jié)速度。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特公平6-4417號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利第4115156號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

然而，在專利文獻(xiàn)1中所公開的電動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向裝置中，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)向角從最大轉(zhuǎn)向角變成了規(guī)定值的前面的時(shí)候，雖然減少了電力，但完全沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)向速度等，所以不能進(jìn)行細(xì)微的降低電流控制。還有，完全沒(méi)有公開使電動(dòng)機(jī)的輔助扭矩減少的特性，也沒(méi)有具體的結(jié)構(gòu)。

另外，在專利文獻(xiàn)2中所公開的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中，盡管輔助量隨著靠近終端而減少，但根據(jù)靠近終端的速度來(lái)調(diào)整降低輔助量的速度，所以已經(jīng)充分地降低了在終端的速度。但是，在專利文獻(xiàn)2中，僅僅公開了改變根據(jù)速度而下降的特性，并沒(méi)有基于物理性的模型。還有，因?yàn)闆](méi)有進(jìn)行反饋控制，所以存在特性或結(jié)果隨著路面狀況(負(fù)荷狀態(tài))而發(fā)生變化的可能性。

因此，本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，本發(fā)明的目的在于提供一種高性能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，其構(gòu)成基于物理模型的控制系統(tǒng)，構(gòu)成模型追隨控制以便使控制對(duì)象的輸出(到齒條末端為止的距離)追隨規(guī)范模型，不會(huì)給駕駛員帶來(lái)轉(zhuǎn)向不協(xié)調(diào)感，抑制末端碰撞時(shí)的異常音的發(fā)生，抑制撞擊力，并且，改變反饋(fb)控制單元的模型參數(shù)、控制參數(shù)，或者，通過(guò)限制輸入來(lái)抑制撞擊力。

解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案

本發(fā)明涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，其至少基于轉(zhuǎn)向扭矩運(yùn)算出電流指令值，通過(guò)基于所述電流指令值來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，以便對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行輔助控制，本發(fā)明的上述目的可以通過(guò)下述這樣實(shí)現(xiàn)，即：具有在齒條末端的前面的規(guī)定角度x0的范圍內(nèi)將粘彈性模型設(shè)為規(guī)范模型的由反饋控制單元構(gòu)成的模型追隨控制的結(jié)構(gòu)，所述反饋控制單元由用于基于輸入側(cè)齒條軸力f運(yùn)算出目標(biāo)齒條位移的反饋要素和用于基于所述目標(biāo)齒條位移與齒條位移x之間的位置偏差輸出輸出側(cè)齒條軸力ff的控制要素單元構(gòu)成，具備用于改變并設(shè)定所述反饋要素和所述控制要素單元中的至少一方的參數(shù)的補(bǔ)正單元；或，還具備軸力運(yùn)算單元和限制器，所述軸力運(yùn)算單元基于所述轉(zhuǎn)向扭矩以及所述電流指令值運(yùn)算出齒條軸力f4，所述限制器通過(guò)限制值來(lái)限制所述齒條軸力f4的最大值，輸出所述輸入側(cè)齒條軸力f；或，還具備用于從基于所述轉(zhuǎn)向扭矩以及所述電流指令值的齒條軸力f3運(yùn)算出所述輸入側(cè)齒條軸力f的軸力運(yùn)算單元，所述軸力運(yùn)算單元由絕對(duì)值/符號(hào)單元、判定單元、減法運(yùn)算單元、乘法運(yùn)算單元和切換單元構(gòu)成，所述絕對(duì)值/符號(hào)單元計(jì)算出所述齒條軸力f3的絕對(duì)值以及符號(hào)，所述判定單元判定所述絕對(duì)值是否等于或大于閾值，所述減法運(yùn)算單元從所述絕對(duì)值中減去所述閾值，所述乘法運(yùn)算單元使所述符號(hào)與減法運(yùn)算結(jié)果相乘，所述切換單元輸出所述乘法運(yùn)算結(jié)果或固定值。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，因?yàn)闃?gòu)成了基于物理模型的控制系統(tǒng)，所以具有變得易于預(yù)測(cè)常數(shù)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，還有，因?yàn)闃?gòu)成了模型追隨控制以便使控制對(duì)象的輸出(到齒條末端為止的距離)追隨規(guī)范模型，所以具有能夠?qū)ω?fù)荷狀態(tài)(外部干擾)和控制對(duì)象的變動(dòng)進(jìn)行魯棒(穩(wěn)健)控制的優(yōu)點(diǎn)。

還有，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，因?yàn)榛邶X條軸力以及齒條位移來(lái)改變規(guī)范模型的模型參數(shù)和控制要素的參數(shù)，所以具有更進(jìn)一步提高控制性的優(yōu)點(diǎn)，還有，因?yàn)橄拗屏她X條軸力的輸入，所以具有能夠抑制撞擊，并且還能夠?qū)?yīng)所有的路面狀況的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是表示電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的概要的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是表示電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3是表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖4是表示齒條位置變換單元的特性示例的圖。

圖5是表示粘彈性模型追隨控制單元的結(jié)構(gòu)示例(第一實(shí)施方式)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖6是表示粘彈性模型追隨控制單元的結(jié)構(gòu)示例(第二實(shí)施方式)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖7是表示本發(fā)明的動(dòng)作示例(整體)的流程圖。

圖8是表示粘彈性模型追隨控制單元的動(dòng)作示例的流程圖。

圖9是粘彈性模型的示意圖。

圖10是用于說(shuō)明粘彈性模型追隨控制單元的詳細(xì)的原理的結(jié)構(gòu)框圖。

圖11是用于說(shuō)明粘彈性模型追隨控制單元的詳細(xì)的原理的結(jié)構(gòu)框圖。

圖12是用于說(shuō)明粘彈性模型追隨控制單元的詳細(xì)的原理的結(jié)構(gòu)框圖。

圖13是用于說(shuō)明粘彈性模型追隨控制單元的詳細(xì)的原理的結(jié)構(gòu)框圖。

圖14是表示粘彈性模型追隨控制單元的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)示例(第三實(shí)施方式)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖15是表示根據(jù)齒條位置變更規(guī)范模型的參數(shù)的示例的圖。

圖16是表示粘彈性模型追隨控制單元的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)示例(第四實(shí)施方式)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖17是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖18是表示控制系統(tǒng)的位置補(bǔ)正單元的感應(yīng)特性示例的特性圖。

圖19是表示控制參數(shù)設(shè)定單元的特性示例的特性圖。

圖20是表示模型系統(tǒng)的位置補(bǔ)正單元的感應(yīng)特性示例的特性圖。

圖21是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的動(dòng)作示例的流程圖。

圖22是表示反饋控制的動(dòng)作示例的流程圖。

圖23是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖24是表示控制參數(shù)設(shè)定單元的特性示例的特性圖。

圖25是表示模型參數(shù)設(shè)定單元的特性示例的特性圖。

圖26是表示本發(fā)明的第3實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖27是表示控制系統(tǒng)的位置補(bǔ)正單元的感應(yīng)特性示例的特性圖。

圖28是表示模型系統(tǒng)的位置補(bǔ)正單元的感應(yīng)特性示例的特性圖。

圖29是表示本發(fā)明的第4實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖30是表示控制系統(tǒng)的位置補(bǔ)正單元的感應(yīng)特性示例的特性圖。

圖31是表示模型系統(tǒng)的位置補(bǔ)正單元的感應(yīng)特性示例的特性圖。

圖32是表示基于行駛狀態(tài)的反力(齒條軸力)的特性示例的特性圖。

圖33是表示本發(fā)明的第5實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖34是表示限制器的特性示例的特性圖。

圖35是表示控制參數(shù)設(shè)定單元的特性示例的特性圖。

圖36是表示本發(fā)明的第5實(shí)施例的動(dòng)作示例的流程圖。

圖37是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的效果的特性圖。

圖38是表示本發(fā)明的第6實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖39是表示限制值的變化示例(增加)的特性圖。

圖40是表示限制值的變化示例(減少)的特性圖。

圖41是表示本發(fā)明的第7實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖42是表示本發(fā)明的第8實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖43是表示本發(fā)明的第8實(shí)施例的動(dòng)作示例的流程圖。

圖44是表示本發(fā)明的動(dòng)作示例(第8實(shí)施例)的時(shí)間關(guān)系圖。

圖45是表示本發(fā)明的第9實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖46是表示本發(fā)明的動(dòng)作示例(第9實(shí)施例)的時(shí)間關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明為一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，其構(gòu)成基于齒條末端附近的物理模型的控制系統(tǒng)，將粘彈性模型(彈簧常數(shù)、粘性摩擦系數(shù))設(shè)為規(guī)范模型，構(gòu)成模型追隨控制以便使控制對(duì)象的輸出(到齒條末端為止的距離)追隨該規(guī)范模型，不會(huì)給駕駛員帶來(lái)轉(zhuǎn)向不協(xié)調(diào)感，抑制末端碰撞時(shí)的異常音的發(fā)生，使撞擊力衰減。

通過(guò)粘彈性模型追隨控制單元來(lái)構(gòu)成模型追隨控制，通過(guò)前饋控制單元、反饋控制單元或兩者來(lái)構(gòu)成粘彈性模型追隨控制單元，在齒條末端的前面的規(guī)定角度的范圍外進(jìn)行通常的輔助控制，在齒條末端的前面的規(guī)定角度的范圍內(nèi)進(jìn)行模型追隨控制，以便使齒條末端碰撞時(shí)的撞擊力衰減。

另外，在本發(fā)明中，在規(guī)定角度的范圍內(nèi)改變模型追隨控制的粘彈性模型的模型參數(shù)和針對(duì)控制要素的控制參數(shù)(反饋控制單元的控制增益)，并且，根據(jù)進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)時(shí)的齒條軸力來(lái)改變模型參數(shù)和控制參數(shù)。例如，在開始轉(zhuǎn)向角附近設(shè)定小的粘彈性模型的彈簧這一項(xiàng)和小的控制增益，隨著靠近齒條末端設(shè)定大的粘彈性模型的彈簧這一項(xiàng)和大的控制增益。還有，進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)時(shí)的齒條軸力越小，則設(shè)定越大的彈簧這一項(xiàng)和越大的控制增益。通過(guò)這樣做，開始轉(zhuǎn)向角附近的控制量變小，規(guī)定范圍內(nèi)外的輔助量的變化量變小。因此，能夠使駕駛員不會(huì)感到由輔助量的變化而造成的反力不協(xié)調(diào)感。還有，因?yàn)樵诮咏X條末端的區(qū)域，能夠設(shè)定大的控制增益和大的控制量，所以能夠使到達(dá)齒條末端時(shí)的撞擊力衰減。

還有，規(guī)定角度范圍的齒條軸力隨著路面狀態(tài)(瀝青路面、濕的路面、冰上(結(jié)冰的路面)、雪上(積雪的路面)等)而發(fā)生變化。在路面的摩擦系數(shù)小(冰上、雪上)的情況下，齒條軸力小。在瀝青路面的情況下，路面摩擦系數(shù)大，齒條軸力也大。在瀝青路面適當(dāng)?shù)卦O(shè)定了模型參數(shù)和控制參數(shù)(增益)的情況下，存在這些根據(jù)瀝青路面而設(shè)定好的模型參數(shù)和控制參數(shù)(增益)在冰上、雪上等的情況下會(huì)變得不合適的可能性。在摩擦系數(shù)小的情況下，能夠產(chǎn)生朝向齒條末端的大的輔助力的寬裕量大，轉(zhuǎn)向角大大地前進(jìn)，到達(dá)齒條末端的可能性變大。優(yōu)選地，通過(guò)實(shí)現(xiàn)進(jìn)入規(guī)定角度范圍時(shí)的齒條軸力越小的話則更加增大粘彈性模型的彈簧常數(shù)和控制增益，以便減小轉(zhuǎn)向角前進(jìn)角度。因此，在本發(fā)明中，設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)齒條軸力越小的話則更加增大彈簧常數(shù)和控制增益的補(bǔ)正單元，并且，在別的實(shí)施例中，通過(guò)限制值來(lái)限制齒條軸力的最大輸入，以便實(shí)現(xiàn)抑制撞擊。

下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

首先，參照與圖2相對(duì)應(yīng)的圖3對(duì)作為本發(fā)明的前提的模型追隨控制進(jìn)行說(shuō)明。

在圖3所示的模型追隨控制中，電流指令值iref1在變換單元101被變換成齒條軸力f，齒條軸力f被輸入到粘彈性模型追隨控制單元120中。盡管齒條軸力f與柱軸扭矩等效，在下面的說(shuō)明中，為了便于說(shuō)明，使用齒條軸力來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

依照下述式1進(jìn)行從電流指令值iref1到齒條軸力f的變換。

(式1)

f＝g1×iref1

在這里，將kt設(shè)為扭矩常數(shù)[nm/a]，將gr設(shè)為減速比，將cf設(shè)為比行程[m/rev.]，則g1＝kt×gr×(2π/cf)成立。

來(lái)自旋轉(zhuǎn)角傳感器21的旋轉(zhuǎn)角θ被輸入到齒條位置變換單元100中，被變換成判定用齒條位置rx。判定用齒條位置rx被輸入到齒條末端接近判定單元110中，齒條末端接近判定單元110如圖4所示那樣，當(dāng)判定成判定用齒條位置rx位于齒條末端的前面的規(guī)定位置x0以內(nèi)的時(shí)候，啟動(dòng)末端碰撞抑制控制功能，輸出齒條位移x，并且輸出切換信號(hào)sws。切換信號(hào)sws和齒條位移x與齒條軸力f一起被輸入到粘彈性模型追隨控制單元120中，在粘彈性模型追隨控制單元120中經(jīng)控制運(yùn)算后得到的齒條軸力ff在變換單元102被變換成電流指令值iref2，電流指令值iref2在加法運(yùn)算單元103與電流指令值iref1相加后變成電流指令值iref3?；陔娏髦噶钪礽ref3進(jìn)行如上所述那樣的輔助控制。

此外，可以將用來(lái)設(shè)定圖4所示的齒條末端鄰近區(qū)域的規(guī)定位置x0設(shè)定在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｒ?guī)定位置x0因隨齒條比行程、車輛種類、感覺(jué)等而發(fā)生變化所以不能被唯一地決定，通常被設(shè)定為齒條末端的前面1～50mm左右。

變換單元102依照下述式2進(jìn)行從齒條軸力ff到電流指令值iref2的變換。

(式2)

iref2＝ff/g1

圖5和圖6示出了粘彈性模型追隨控制單元120的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

在圖5的第一實(shí)施方式中，齒條軸力f被輸入到前饋控制單元130和反饋控制單元140中，齒條位移x被輸入到反饋控制單元140中。來(lái)自前饋控制單元130的齒條軸力ff被輸入到切換單元121中，來(lái)自反饋控制單元140的齒條軸力fb被輸入到切換單元122中。根據(jù)切換信號(hào)sws來(lái)啟動(dòng)/關(guān)閉(on/off)切換單元121和切換單元122，當(dāng)切換單元121和切換單元122根據(jù)切換信號(hào)sws被關(guān)閉的時(shí)候，切換單元121的輸出u1和切換單元122的輸出u2均為零。當(dāng)切換單元121和切換單元122根據(jù)切換信號(hào)sws被啟動(dòng)的時(shí)候，來(lái)自切換單元121的齒條軸力ff被作為齒條軸力u1輸出，來(lái)自切換單元122的齒條軸力fb被作為齒條軸力u2輸出。加法運(yùn)算單元123對(duì)來(lái)自切換單元121的齒條軸力u1和來(lái)自切換單元122的齒條軸力u2進(jìn)行加法運(yùn)算，粘彈性模型追隨控制單元120輸出作為在加法運(yùn)算單元123得到的加法值的齒條軸力ff。齒條軸力ff在變換單元102被變換成電流指令值iref2。

還有，在圖6的第二實(shí)施方式中，齒條位移x被輸入到前饋控制單元130和反饋控制單元140中，齒條軸力f被輸入到反饋控制單元140中。接下來(lái)與圖5的第一實(shí)施方式相同，來(lái)自前饋控制單元130的齒條軸力ff被輸入到切換單元121中，來(lái)自反饋控制單元140的齒條軸力fb被輸入到切換單元122中。根據(jù)切換信號(hào)sws來(lái)啟動(dòng)/關(guān)閉切換單元121和切換單元122，當(dāng)切換單元121和切換單元122根據(jù)切換信號(hào)sws被關(guān)閉的時(shí)候，切換單元121的輸出u1和切換單元122的輸出u2均為零。當(dāng)切換單元121和切換單元122根據(jù)切換信號(hào)sws被啟動(dòng)的時(shí)候，來(lái)自切換單元121的齒條軸力ff被作為齒條軸力u1輸出，來(lái)自切換單元122的齒條軸力fb被作為齒條軸力u2輸出。加法運(yùn)算單元123對(duì)來(lái)自切換單元121的齒條軸力u1和來(lái)自切換單元122的齒條軸力u2進(jìn)行加法運(yùn)算，粘彈性模型追隨控制單元120輸出作為在加法運(yùn)算單元123得到的加法值的齒條軸力ff。齒條軸力ff在變換單元102被變換成電流指令值iref2。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，首先參照?qǐng)D7的流程圖對(duì)其動(dòng)作示例整體進(jìn)行說(shuō)明。接下來(lái)，參照?qǐng)D8的流程圖對(duì)粘彈性模型追隨控制(第一實(shí)施方式以及第二實(shí)施方式)的動(dòng)作示例進(jìn)行說(shuō)明。

在開始階段，根據(jù)切換信號(hào)sws切換單元121和切換單元122是被關(guān)閉的。然后，當(dāng)動(dòng)作開始的時(shí)候，首先，扭矩控制單元31基于轉(zhuǎn)向扭矩th和車速vel運(yùn)算出電流指令值iref1(步驟s10)，齒條位置變換單元100將來(lái)自旋轉(zhuǎn)角傳感器21的旋轉(zhuǎn)角θ變換成判定用齒條位置rx(步驟s11)。齒條末端接近判定單元110基于判定用齒條位置rx來(lái)判定是否接近齒條末端(步驟s12)，在沒(méi)有接近齒條末端的情況下，粘彈性模型追隨控制單元120不輸出齒條軸力ff，執(zhí)行基于電流指令值iref1的通常的轉(zhuǎn)向控制(步驟s13)，繼續(xù)進(jìn)行直到結(jié)束為止(步驟s14)。

另一方面，在被齒條末端接近判定單元110判定成接近了齒條末端的情況下，粘彈性模型追隨控制單元120執(zhí)行粘彈性模型追隨控制(步驟s20。也就是說(shuō)，如圖8所示，齒條末端接近判定單元110輸出切換信號(hào)sws(步驟s201)，同時(shí)還輸出齒條位移x(步驟s202)。還有，變換單元101依照上述式1將電流指令值iref1變換成齒條軸力f(步驟s203)。在圖5的第一實(shí)施方式中，前饋控制單元130基于齒條軸力f進(jìn)行前饋控制(步驟s204)，反饋控制單元140基于齒條位移x和齒條軸力f進(jìn)行反饋控制(步驟s205)。還有，在圖6的第二實(shí)施方式中，前饋控制單元130基于齒條位移x進(jìn)行前饋控制(步驟s204)，反饋控制單元140基于齒條位移x和齒條軸力f進(jìn)行反饋控制(步驟s205)。此外，無(wú)論在上述哪一種情況下，也可以將前饋控制和反饋控制的順序反過(guò)來(lái)。

來(lái)自齒條末端接近判定單元110的切換信號(hào)sws被輸入到切換單元121和切換單元122中，切換單元121和切換單元122被啟動(dòng)(步驟s206)。當(dāng)切換單元121和切換單元122被啟動(dòng)的時(shí)候，來(lái)自前饋控制單元130的齒條軸力ff被作為齒條軸力u1輸出，來(lái)自反饋控制單元140的齒條軸力fb被作為齒條軸力u2輸出。加法運(yùn)算單元123對(duì)齒條軸力u1和齒條軸力u2進(jìn)行加法運(yùn)算(步驟s207)，作為加法運(yùn)算結(jié)果的齒條軸力ff在變換單元102依照上述式2被變換成電流指令值iref2(步驟s208)。

在這里，本發(fā)明的粘彈性模型追隨控制單元120變成了基于齒條末端附近的物理模型的控制系統(tǒng)，構(gòu)成在齒條末端的前面的規(guī)定角度以內(nèi)將粘彈性模型(彈簧常數(shù)k0[n/m]、粘性摩擦系數(shù)μ[n/(m/s)])設(shè)為規(guī)范模型(用作為輸入的力和作為輸出的位移描述的物理模型)的模型追隨控制，從而使齒條末端碰撞時(shí)的撞擊力衰減。

圖9示出了齒條末端附近的示意圖，式3示出了質(zhì)量m與力f0、f1之間的關(guān)系。例如，關(guān)西大學(xué)理工學(xué)會(huì)雜志“理工學(xué)與技術(shù)”第17卷(2010年)中的“彈性膜和粘彈性的力學(xué)的基礎(chǔ)”(大場(chǎng)謙吉)示出了粘彈性模型的方程式的導(dǎo)出過(guò)程。

[式3]

接下來(lái)，針對(duì)齒條位移x1和x2，將k0和k1設(shè)為彈簧常數(shù)的話，則式4～式6成立。

(式4)

x＝x1+x2

(式5)

f0＝k0x

[式6]

因此，將上述式4～式6代入到上述式3，則可得式7。

[式7]

對(duì)上述式7進(jìn)行微分的話，則可得下述式8，然后，在兩邊都乘以μ1/k1的話，則可得下述式9。

[式8]

[式9]

然后，將式7和式9加在一起的話，則可得下述式10。

[式10]

將上述式4和式6代入到式10的話，則可得下述式11。

[式11]

在這里，μ1/k1＝τe、k0＝er和μ1(1/k0+1/k1)＝τδ均成立的話，則上述式11變成式12，然后，進(jìn)行拉普拉斯變換的話，則式13成立。

[式12]

[式13]

(1+τes)f(s)＝{τems³+ms²+er(1+τδs)}x(s)

通過(guò)x(s)/f(s)來(lái)整理上述式13的話，則可得下述式14。

[式14]

式14變成用來(lái)表示從作為輸入的力f到作為輸出的位移x的特性的三階物理模型(傳遞函數(shù))，當(dāng)使用彈簧常數(shù)k1＝∞的彈簧的話，則τe→0成立，并且τδ＝μ1·1/k0也成立，從而可以導(dǎo)出二次函數(shù)的下述式15。

[式15]

在本發(fā)明中，將用式15表示的二次函數(shù)作為規(guī)范模型gm并對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。也就是說(shuō)，將式16作為規(guī)范模型gm。在這里，μ1＝μ是成立的。

[式16]

接下來(lái)，將電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的實(shí)際工廠(actualplant)146設(shè)為用下述式17表示的p，當(dāng)通過(guò)具有2個(gè)自由度的控制系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)本發(fā)明的規(guī)范模型追隨型控制的話，則將pn以及pd作為實(shí)際的模型，變成圖10的結(jié)構(gòu)。方框(塊，block)143(cd)表示控制要素單元。(例如，參照“先行控制的系統(tǒng)控制理論”，作者：前田肇、杉江俊治，出版社：日本朝倉(cāng)書店)

[式17]

為了用穩(wěn)定的有理函數(shù)的比來(lái)表示實(shí)際工廠p，用下述式18來(lái)表示n以及d。n的分子變成p的分子，d的分子變成p的分母。此外，對(duì)于α來(lái)說(shuō)，可以任意地選擇(s+α)＝0的極。

[式18]

將圖10的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于規(guī)范模型gm的話，則為了使x/f＝gm成立，需要將1/f設(shè)定成下述式19那樣。此外，基于式16以及式18來(lái)導(dǎo)出式19。

[式19]

用下述式20來(lái)表示反饋控制單元的方框n/f。

[式20]

用下述式21來(lái)表示前饋控制單元的方框d/f。

[式21]

在表示具有2個(gè)自由度的控制系統(tǒng)的一個(gè)示例的圖10中，實(shí)際工廠p的輸入(與齒條軸力或柱軸扭矩相對(duì)應(yīng)的電流指令值)u是用下述式22來(lái)表示的。

[式22]

還有，實(shí)際工廠p的輸出(齒條位移)x是用下述式23來(lái)表示的。

[式23]

整理式23并使輸出x的項(xiàng)和左邊f(xié)的項(xiàng)匯集在右邊的話，則可以導(dǎo)出式24。

[式24]

將式24表示成針對(duì)輸入f的輸出x的傳遞函數(shù)的話，則可得下述式25。在這里，在第三項(xiàng)以后，作為p＝pn/pd來(lái)表現(xiàn)。

[式25]

如果能正確地表現(xiàn)了實(shí)際工廠p的話，則可以使pn＝n和pd＝d成立，因?yàn)獒槍?duì)輸入f的輸出x的特性可以被表示成pn/f(＝n/f)，所以下述式26成立。

[式26]

當(dāng)考慮將針對(duì)輸入f的輸出x的特性(規(guī)范模型(傳遞函數(shù)))設(shè)為下述式27的時(shí)候，能夠?qū)崿F(xiàn)將1/f設(shè)為下述式28。

[式27]

[式28]

在圖10中，以方框144→實(shí)際工廠p的路徑考慮前饋控制系統(tǒng)的話，則可得圖11。在這里，使p＝n/d成立的話，則圖11(a)變成圖11(b)，基于式20可以獲得圖11(c)。因?yàn)榛趫D11(c)，f＝(m·s²+μ·s+k0)x成立，所以對(duì)其進(jìn)行拉普拉斯逆變換的話，則可得下述式29。

[式29]

另一方面，考慮如圖12所示那樣的前饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框的話，則在輸入f和輸出x的情況下，下述式30成立。

[式30]

整理式30的話，則可得下述式31，然后，針對(duì)輸入f整理式31的話，則可得下述式32。

[式31]

f-{(μ-η)·s+k0}·x＝(m·s²+η·s)x

[式32]

f＝{m·s²+(μ-η+η)·s+k0}·x

對(duì)式32進(jìn)行拉普拉斯逆變換的話，則可得上述式29，其結(jié)果為，如圖13所示，前饋控制單元a和前饋控制單元b是等效的。

立足于上述前提的話，則即使沒(méi)有前饋控制單元130，在動(dòng)作上也不會(huì)有障礙，這種情況下的粘彈性模型追隨控制單元120的結(jié)構(gòu)成為圖14所示的結(jié)構(gòu)(第三實(shí)施方式)。也就是說(shuō)，反饋控制單元140將彈簧常數(shù)k0和粘性摩擦系數(shù)μ作為參數(shù)，其由反饋要素(n/f)141、減法運(yùn)算單元142和控制要素單元143構(gòu)成，其中，反饋要素(n/f)141基于齒條軸力f運(yùn)算出目標(biāo)齒條位移(目標(biāo)轉(zhuǎn)向角)；減法運(yùn)算單元142求出目標(biāo)齒條位移與齒條位移x之間的位置偏差；由pid、pi等構(gòu)成的控制要素單元143基于位置偏差對(duì)齒條軸力fb進(jìn)行控制處理。來(lái)自反饋控制單元140的齒條軸力fb，即，控制要素單元143的輸出被輸入到切換單元122的接點(diǎn)b2。來(lái)自固定單元126的固定值“0”被輸入到切換單元122的接點(diǎn)a2。然后，齒條軸力f被輸入到反饋要素141中，齒條位移x被減法輸入到反饋控制單元140內(nèi)的減法運(yùn)算單元142中，同時(shí)還被輸入到參數(shù)設(shè)定單元124中。參數(shù)設(shè)定單元124針對(duì)齒條位移x，基于圖15所示那樣的特性來(lái)輸出彈簧常數(shù)k0和粘性摩擦系數(shù)μ，彈簧常數(shù)k0和粘性摩擦系數(shù)μ被輸入到反饋要素141中?；趤?lái)自齒條末端接近判定單元110的切換信號(hào)sws來(lái)切換切換單元122的接點(diǎn)a2和接點(diǎn)b2。

還有，如圖16所示，也可以采用只有前饋控制單元130的結(jié)構(gòu)(第四實(shí)施方式)。

本發(fā)明基于齒條軸力(sat)f和齒條位移x來(lái)改變上述第三實(shí)施方式中的規(guī)范模型的模型參數(shù)(反饋要素141)、控制要素單元的控制參數(shù)或兩者的參數(shù)。也就是說(shuō)，例如在瀝青路面的路面狀況下，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定了規(guī)范模型的模型參數(shù)和控制系統(tǒng)的控制參數(shù)(增益)的情況下，存在這些根據(jù)瀝青路面而設(shè)定好的模型參數(shù)和控制參數(shù)(增益)在冰上、雪上等的情況下會(huì)變得不合適的可能性。在摩擦系數(shù)小的情況下，能夠產(chǎn)生朝向齒條末端的大的輔助力的寬裕量大，轉(zhuǎn)向角大大地前進(jìn)，到達(dá)齒條末端的可能性變大。優(yōu)選地，通過(guò)實(shí)現(xiàn)進(jìn)入規(guī)定角度范圍時(shí)的齒條軸力越小的話則更加增大粘彈性模型的彈簧常數(shù)和控制增益，以便減小轉(zhuǎn)向角前進(jìn)角度。因此，在本發(fā)明中，設(shè)置齒條軸力越小則更加增大彈簧常數(shù)和控制增益的各種補(bǔ)正單元，改變模型參數(shù)和控制參數(shù)。

與圖3和圖14相對(duì)應(yīng)的圖17示出了本發(fā)明的第1實(shí)施例，設(shè)有用于將轉(zhuǎn)向扭矩th變換成齒條軸力f1的變換單元200、用于對(duì)齒條軸力f1和來(lái)自變換單元101的齒條軸力f2進(jìn)行加法運(yùn)算的加法運(yùn)算單元202、用于基于在加法運(yùn)算單元202得到的齒條軸力f3(＝f1+f2)運(yùn)算出輸入側(cè)齒條軸力f的軸力運(yùn)算單元201、控制系統(tǒng)的位置補(bǔ)正單元210以及控制參數(shù)設(shè)定單元211和模型系統(tǒng)的位置補(bǔ)正單元220以及模型參數(shù)設(shè)定單元221。

用于輸入齒條軸力f3(＝f1+f2)的軸力運(yùn)算單元201由用于將齒條位移x進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)時(shí)的齒條軸力f3設(shè)定為初始齒條軸力fz并進(jìn)行存儲(chǔ)的設(shè)定存儲(chǔ)單元201－1和用于然后從齒條軸力f3中減去初始齒條軸力fz并輸出輸入側(cè)齒條軸力f的減法運(yùn)算單元201－2構(gòu)成。初始齒條軸力fz為齒條位移x進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)時(shí)的齒條軸力，初始齒條軸力fz作為參數(shù)被輸入到位置補(bǔ)正單元210和位置補(bǔ)正單元220中。軸力運(yùn)算單元201在齒條位移x進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)之后，依照下述式33運(yùn)算出輸入側(cè)齒條軸力f。

(式33)

f＝(f1+f2)－fz

位置補(bǔ)正單元210的特性例如為圖18所示那樣的特性，即，基本上與齒條位移x成比例關(guān)系，并且，隨著初始齒條軸力fz變小，輸出以大的斜率增加的補(bǔ)正位置xm1?？刂茀?shù)設(shè)定單元211輸入來(lái)自位置補(bǔ)正單元210的補(bǔ)正位置xm1，依照例如圖19所示那樣的增加率隨著補(bǔ)正位置xm1變大而變大的非線性的關(guān)系來(lái)輸出控制參數(shù)kd和kp。控制參數(shù)kd和kp如下述式34所示那樣被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的控制要素單元143中。

(式34)

cd＝kp+kd·s

位置補(bǔ)正單元220的特性例如為圖20所示那樣的特性，即，基本上與齒條位移x成比例關(guān)系，并且，隨著初始齒條軸力fz變小，輸出以大的斜率增加的補(bǔ)正位置xm2。模型參數(shù)設(shè)定單元221輸入來(lái)自位置補(bǔ)正單元220的補(bǔ)正位置xm2，依照例如圖15所示那樣的特性來(lái)輸出模型參數(shù)μ(粘性摩擦系數(shù))和k0(彈簧常數(shù))。模型參數(shù)μ和k0被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素(n/f)141中。

通過(guò)位置補(bǔ)正單元210和位置補(bǔ)正單元220，根據(jù)初始齒條軸力fz從外觀上來(lái)增大或減小齒條位置x，從而使規(guī)范模型的模型參數(shù)和的控制參數(shù)發(fā)生變化。通過(guò)進(jìn)行這樣的補(bǔ)正，就可以調(diào)整轉(zhuǎn)向角朝向齒條末端前進(jìn)的特性。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，參照?qǐng)D21和圖22的流程圖對(duì)圖17的第1實(shí)施例的動(dòng)作示例進(jìn)行說(shuō)明。

齒條末端接近判定單元110輸出切換信號(hào)sws，切換單元122的接點(diǎn)從接點(diǎn)a2被切換到接點(diǎn)b2(步驟s201)，并且，轉(zhuǎn)向扭矩th在變換單元200被變換成齒條軸力f1(步驟s202)。扭矩控制單元31運(yùn)算出電流指令值iref1，電流指令值iref1在變換單元101被變換成齒條軸力f2(步驟s203)，在切換單元122被切換到接點(diǎn)b2的瞬間，將該瞬間的齒條軸力f3作為初始齒條軸力fz并將其設(shè)定在設(shè)定存儲(chǔ)單元201－1(步驟s204)，然后，減法運(yùn)算單元201－2從齒條軸力f3中減去被存儲(chǔ)起來(lái)的初始齒條軸力fz以便運(yùn)算出齒條軸力f(步驟s205)，并將其作為輸入側(cè)齒條軸力輸入到反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素141中。

還有，齒條末端接近判定單元110輸出齒條位移x(步驟s206)，齒條位移x被減法輸入到反饋控制單元140內(nèi)的減法運(yùn)算單元142中，同時(shí)還被輸入到位置補(bǔ)正單元210和位置補(bǔ)正單元220中。位置補(bǔ)正單元210通過(guò)位置補(bǔ)正處理#1基于齒條位移x以及初始齒條軸力fz來(lái)運(yùn)算出補(bǔ)正位移xm1(步驟s210)，控制參數(shù)設(shè)定單元211基于補(bǔ)正位移xm1運(yùn)算出控制參數(shù)kp和kd(步驟s211)?？刂茀?shù)kp和kd被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的控制要素單元143中。位置補(bǔ)正單元220通過(guò)位置補(bǔ)正處理#2基于齒條位移x以及初始齒條軸力fz來(lái)運(yùn)算出補(bǔ)正位移xm2(步驟s212)，模型參數(shù)設(shè)定單元221基于補(bǔ)正位移xm2運(yùn)算出模型參數(shù)μ和k0(步驟s213)。模型參數(shù)μ和k0被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素141中。

反饋控制單元140基于齒條軸力f、齒條位移x和被設(shè)定好的控制參數(shù)kd和kp以及模型參數(shù)μ和k0進(jìn)行反饋控制的處理(步驟s220)，輸出輸出側(cè)齒條軸力ff(步驟s230)。齒條軸力ff在變換單元102被變換成電流指令值iref2(步驟s231)，重復(fù)進(jìn)行上述動(dòng)作直到結(jié)束為止(步驟s232)。

在上述步驟s232當(dāng)結(jié)束的時(shí)候，因?yàn)榍袚Q信號(hào)sws被輸出，所以切換單元122的接點(diǎn)從接點(diǎn)b2被切換到接點(diǎn)a2(步驟s233)，然后，轉(zhuǎn)移到圖7的步驟s14。

反饋控制單元140中的反饋控制的處理是按照?qǐng)D22所示那樣的動(dòng)作來(lái)實(shí)施的。

首先，由模型參數(shù)設(shè)定單元221運(yùn)算出的模型參數(shù)μ和k0被設(shè)定在反饋要素141中(步驟s221)，在反饋要素141實(shí)施n/f處理，運(yùn)算出目標(biāo)齒條位移(目標(biāo)轉(zhuǎn)向角)(步驟s222)。目標(biāo)齒條位移被加法輸入到減法運(yùn)算單元142中，運(yùn)算出與被減法輸入進(jìn)來(lái)的齒條位移x的位置偏差(步驟s223)，求出的位置偏差被輸入到控制要素單元143中。還有，由控制參數(shù)設(shè)定單元211運(yùn)算出的控制參數(shù)kd和kp被設(shè)定在控制要素單元143中(步驟s224)，實(shí)施控制運(yùn)算(步驟s225)，輸出通過(guò)控制運(yùn)算而得到的齒條軸力fb(步驟s226)。此外，可以適當(dāng)?shù)刈兏刂茀?shù)kd和kp的設(shè)定順序。

接下來(lái)，參照?qǐng)D23對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在第2實(shí)施例中，刪除了第1實(shí)施例的位置補(bǔ)正單元210和位置補(bǔ)正單元220，并且，初始齒條軸力fz作為參數(shù)被輸入到控制參數(shù)設(shè)定單元212和模型參數(shù)設(shè)定單元222中?？刂茀?shù)設(shè)定單元212的特性為圖24所示那樣的特性，即，控制參數(shù)kp和kd隨著初始齒條軸力fz變小而變成大的增加率。還有，模型參數(shù)設(shè)定單元222的特性為圖25所示那樣的特性，即，模型參數(shù)μ和k0隨著初始齒條軸力fz變小而變成大的值，用下述式35的函數(shù)來(lái)表示。

(式35)

μ＝f1(fz·x)

k0＝f2(fz·x)

圖26示出了本發(fā)明的第3實(shí)施例，車速vel作為參數(shù)被輸入到位置補(bǔ)正單元210a和位置補(bǔ)正單元220a中。并且，位置補(bǔ)正單元210a基于齒條位移x如圖27所示那樣，改變補(bǔ)正位移xm1使其隨車速vel變大而變大，位置補(bǔ)正單元220a基于齒條位移x如圖28所示那樣，改變補(bǔ)正位移xm2使其隨車速vel變大而變大。

通過(guò)位置補(bǔ)正單元210a和位置補(bǔ)正單元220a，根據(jù)車速vel從外觀上來(lái)增大或減小齒條位置x，從而使規(guī)范模型的模型參數(shù)和的控制參數(shù)發(fā)生變化。以爬行速度行駛時(shí)的齒條軸力fz的特性與停車時(shí)的齒條軸力fz的特性不同，針對(duì)轉(zhuǎn)向角，以爬行速度行駛時(shí)的大小變小，斜率也變小。通過(guò)進(jìn)行這樣的補(bǔ)正，就可以調(diào)整轉(zhuǎn)向角朝向齒條末端前進(jìn)的特性。

圖29示出了本發(fā)明的第4實(shí)施例，電動(dòng)機(jī)角速度ω作為參數(shù)被輸入到位置補(bǔ)正單元210b和位置補(bǔ)正單元220b中。角速度運(yùn)算單元203基于旋轉(zhuǎn)角θ通過(guò)運(yùn)算(微分)來(lái)計(jì)算出電動(dòng)機(jī)角速度ω。并且，位置補(bǔ)正單元210b基于齒條位移x如圖30所示那樣，改變補(bǔ)正位移xm1使其隨電動(dòng)機(jī)角速度ω變大而變大，位置補(bǔ)正單元220b基于齒條位移x如圖31所示那樣，改變補(bǔ)正位移xm2使其隨電動(dòng)機(jī)角速度ω變大而變大。

通過(guò)位置補(bǔ)正單元210b和位置補(bǔ)正單元220b，根據(jù)電動(dòng)機(jī)角速度ω(齒條位移速度)從外觀上來(lái)增大或減小齒條位置x，從而使規(guī)范模型的模型參數(shù)和的控制參數(shù)發(fā)生變化。在齒條位移速度ω(電動(dòng)機(jī)角速度)大的情況下，當(dāng)前往齒條末端的速度大的時(shí)候，增大規(guī)范模型的彈簧這一項(xiàng)和阻尼以便使得規(guī)范模型輸出不會(huì)朝向齒條末端變大，還有，增大控制參數(shù)(增益)以便使得齒條位移不會(huì)朝向齒條末端前進(jìn)。通過(guò)根據(jù)電動(dòng)機(jī)角速度(齒條位移速度)ω來(lái)對(duì)補(bǔ)正單元210b和位置補(bǔ)正單元220b進(jìn)行補(bǔ)正，就可以調(diào)整轉(zhuǎn)向角朝向齒條末端前進(jìn)的特性。

還有，在迄今為止所說(shuō)明的本發(fā)明的實(shí)施例中，采用在齒條末端的前面的規(guī)定角度的范圍內(nèi)將粘彈性模型設(shè)為規(guī)范模型的模型追隨控制的結(jié)構(gòu)，在規(guī)定角度的范圍內(nèi)改變?cè)撜硰椥阅Ｐ偷哪Ｐ蛥?shù)和控制參數(shù)(控制增益)，并且，還根據(jù)進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)時(shí)的齒條軸力來(lái)改變模型參數(shù)和控制參數(shù)。例如，在開始轉(zhuǎn)向角附近設(shè)定小的粘彈性模型的彈簧這一項(xiàng)和小的控制增益，隨著靠近齒條末端設(shè)定大的粘彈性模型的彈簧這一項(xiàng)和大的控制增益。還有，進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)時(shí)的齒條軸力越小，則設(shè)定越大的彈簧這一項(xiàng)和越大的控制增益。通過(guò)這樣做，開始轉(zhuǎn)向角附近的控制量變小，規(guī)定范圍內(nèi)外的輔助量的變化量變小，其結(jié)果為，能夠使駕駛員不會(huì)感到由輔助量變化而造成的反力不協(xié)調(diào)感。還有，因?yàn)樵诮咏X條末端的區(qū)域，能夠設(shè)定大的控制增益和大的控制量，所以能夠使到達(dá)齒條末端時(shí)的撞擊力衰減。

還有，規(guī)定角度范圍的齒條軸力隨著路面狀態(tài)(瀝青路面、濕的路面、冰上、雪上)而發(fā)生變化。在路面的摩擦系數(shù)小(冰上、雪上)的情況下，齒條軸力小。在瀝青路面的情況下，路面摩擦系數(shù)大，齒條軸力也大。另外，如圖32所示，在停車時(shí)、以爬行速度行駛時(shí)，因?yàn)閬?lái)自輪胎的反力不同，所以齒條軸力也發(fā)生變化。還有，負(fù)荷特性也隨著輪胎的扭轉(zhuǎn)程度而發(fā)生變化。希望與路面狀態(tài)和行駛狀態(tài)無(wú)關(guān)系地將轉(zhuǎn)向角控制在大體上為一定值。為了達(dá)到這個(gè)希望，在本發(fā)明(第5實(shí)施例～第7實(shí)施例)中，限制被輸入到規(guī)范模型的齒條軸力的正負(fù)最大值。設(shè)定限制值并限制了輸入的話，則規(guī)范模型輸出(目標(biāo)轉(zhuǎn)向角)變成一定值，從而能夠抑制控制效果的變動(dòng)。此外，通過(guò)使限制值能夠根據(jù)齒條軸力來(lái)調(diào)整，這樣就可以調(diào)整規(guī)范模型輸出(目標(biāo)轉(zhuǎn)向角)，并且，還可以減少效果的變動(dòng)。

與圖3和圖14相對(duì)應(yīng)的圖33示出了本發(fā)明的第5實(shí)施例，設(shè)有用于將轉(zhuǎn)向扭矩th變換成齒條軸力f1的變換單元200、用于對(duì)齒條軸力f1和來(lái)自變換單元101的齒條軸力f2進(jìn)行加法運(yùn)算的加法運(yùn)算單元202、用于基于在加法運(yùn)算單元202得到的齒條軸力f3(＝f1+f2)運(yùn)算出齒條軸力f4的軸力運(yùn)算單元201、用于限制來(lái)自軸力運(yùn)算單元201的齒條軸力f4的最大值并輸出輸入側(cè)齒條軸力f的限制器204、用于設(shè)定控制系統(tǒng)的控制參數(shù)的控制參數(shù)設(shè)定單元211和用于設(shè)定模型系統(tǒng)的模型參數(shù)的模型參數(shù)設(shè)定單元221。

用于輸入齒條軸力f3(＝f1+f2)的軸力運(yùn)算單元201由用于將齒條位移x進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)時(shí)的齒條軸力f3設(shè)定為初始齒條軸力fz并進(jìn)行存儲(chǔ)的設(shè)定存儲(chǔ)單元201－1和用于然后從齒條軸力f3中減去初始齒條軸力fz并輸出齒條軸力f4的減法運(yùn)算單元201－2構(gòu)成。初始齒條軸力fz為齒條位移x進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)時(shí)的齒條軸力，軸力運(yùn)算單元201在齒條位移x進(jìn)入規(guī)定角度范圍內(nèi)之后，依照上述式33運(yùn)算出齒條軸力f4(但是，在本實(shí)施例中，f＝f4)。這是為了在規(guī)定角度使規(guī)范模型的輸出成為“0”，使從控制要素單元143輸出的齒條軸力fb成為“0”。是為了消除因在規(guī)定角度附近進(jìn)行的轉(zhuǎn)向操作而產(chǎn)生的指令值的臺(tái)階，并使保持轉(zhuǎn)向盤不動(dòng)變得容易。

限制器204通過(guò)例如圖34所示那樣的特性來(lái)限制正負(fù)最大值，被限制了最大值的輸入側(cè)齒條軸力f被輸入到反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素141中。此外，在圖34中，x0r和x0l為用于設(shè)定規(guī)定角度范圍的角度。

還有，控制系統(tǒng)的控制參數(shù)設(shè)定單元211輸入齒條位移x，依照例如圖35所示那樣的增加率隨著齒條位移x變大而變大的非線性的關(guān)系來(lái)輸出控制參數(shù)kd和kp?？刂茀?shù)kd和kp如上述式34所示那樣被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的控制要素單元143中。

模型系統(tǒng)的模型參數(shù)設(shè)定單元221輸入齒條位移x，依照例如圖15所示那樣的特性來(lái)輸出模型參數(shù)μ(粘性摩擦系數(shù))和k0(彈簧常數(shù))。模型參數(shù)μ和k0被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素(n/f)141中。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，參照?qǐng)D36的流程圖對(duì)圖33的第5實(shí)施例的動(dòng)作示例進(jìn)行說(shuō)明。

齒條末端接近判定單元110輸出切換信號(hào)sws，切換單元122的接點(diǎn)從接點(diǎn)a2被切換到接點(diǎn)b2(步驟s201)，并且，轉(zhuǎn)向扭矩th在變換單元200被變換成齒條軸力f1(步驟s202)。扭矩控制單元31運(yùn)算出電流指令值iref1，電流指令值iref1在變換單元101被變換成齒條軸力f2(步驟s203)，在切換單元122被切換到接點(diǎn)b2的瞬間，將該瞬間的齒條軸力f3＝f1+f2作為初始齒條軸力fz并將其設(shè)定在設(shè)定存儲(chǔ)單元201－1(步驟s204)，然后，減法運(yùn)算單元201－2從齒條軸力f3中減去被存儲(chǔ)起來(lái)的初始齒條軸力fz以便運(yùn)算出齒條軸力f4(步驟s205)，限制器204進(jìn)行限制處理(步驟s206)，將經(jīng)過(guò)限制處理后的齒條軸力作為輸入側(cè)齒條軸力f輸入到反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素141中。

還有，齒條末端接近判定單元110輸出齒條位移x(步驟s210)，齒條位移x被減法輸入到反饋控制單元140內(nèi)的減法運(yùn)算單元142中，同時(shí)還被輸入到控制參數(shù)設(shè)定單元211和模型參數(shù)設(shè)定單元221中。控制參數(shù)設(shè)定單元211基于齒條位移x運(yùn)算出控制參數(shù)kp和kd(步驟s211)，控制參數(shù)kp和kd被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的控制要素單元143中。還有，模型參數(shù)設(shè)定單元221基于齒條位移x運(yùn)算出模型參數(shù)μ和k0(步驟s213)，模型參數(shù)μ和k0被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素141中。

反饋控制單元140基于齒條軸力f、齒條位移x和被設(shè)定好的控制參數(shù)kd和kp以及模型參數(shù)μ和k0進(jìn)行反饋控制的處理(步驟s220)，輸出輸出側(cè)齒條軸力ff(步驟s230)。齒條軸力ff在變換單元102被變換成電流指令值iref2(步驟s231)，重復(fù)進(jìn)行上述動(dòng)作直到結(jié)束為止(步驟s232)。

在上述步驟s232當(dāng)結(jié)束的時(shí)候，因?yàn)榍袚Q信號(hào)sws被輸出，所以切換單元122的接點(diǎn)從接點(diǎn)b2被切換到接點(diǎn)a2(步驟s233)，然后，轉(zhuǎn)移到圖7的步驟s14。

以與圖22相同的方式來(lái)實(shí)施反饋控制單元140中的反饋控制的處理。在第5實(shí)施例中，因?yàn)檩斎雮?cè)齒條軸力f的輸入在限制器204被限制，所以如圖37的實(shí)線所示那樣，規(guī)范模型輸出達(dá)到飽和。不加限制的話，則如虛線所示那樣，沒(méi)有達(dá)到飽和，而是繼續(xù)發(fā)生變化。

接下來(lái)，參照?qǐng)D38對(duì)本發(fā)明的第6實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

在第6實(shí)施例中，被設(shè)定存儲(chǔ)在設(shè)定存儲(chǔ)單元201－1的初始齒條軸力fz作為參數(shù)被輸入限制器204中。并且，根據(jù)初始齒條軸力fz來(lái)改變用來(lái)限制最大值的限制值fth。例如，如圖39的特性a所示那樣，改變限制值fth以便使其在初始齒條軸力fz小的時(shí)候變小，隨著初始齒條軸力fz變大而線性地變大，或者，如圖39的特性b所示那樣，使限制值fth非線性地增加。或者，如圖40的特性a所示那樣，改變限制值fth以便使其在初始齒條軸力fz小的時(shí)候變大，隨著初始齒條軸力fz變大而線性地變小，或者，如圖40的特性b所示那樣，使限制值fth非線性地減少。通過(guò)這樣做，就能夠根據(jù)車輛的齒條軸力的上升方式(轉(zhuǎn)向角變大時(shí)的齒條軸力變大的比率)來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

圖41示出了本發(fā)明的第7實(shí)施例，在設(shè)定初始齒條軸力fz的時(shí)候，采用了去除了慣性成分以及摩擦成分的齒條軸力。通過(guò)這樣做，使得被存儲(chǔ)起來(lái)的初始齒條軸力fz作為在規(guī)定角度保持轉(zhuǎn)向盤不動(dòng)時(shí)的齒條軸力被存儲(chǔ)起來(lái)。

也就是說(shuō)，在第7實(shí)施例中，在軸力運(yùn)算單元201中還設(shè)有慣性/摩擦單元201－3和減法運(yùn)算單元201－4。并且，齒條速度和齒條加速度被輸入到慣性/摩擦單元201－3中，運(yùn)算出的慣性成分以及摩擦成分被減法輸入到減法運(yùn)算單元201－4中。還有，齒條軸力f3(＝f1+f2)被加法輸入到減法運(yùn)算單元201－4中，在減法運(yùn)算單元201－4中經(jīng)過(guò)減法運(yùn)算處理后得到的齒條軸力f5被輸入到設(shè)定存儲(chǔ)單元201－1中。因此，當(dāng)齒條位移x變成了規(guī)定角度的時(shí)候，去除了慣性成分以及摩擦成分的齒條軸力作為初始齒條軸力fz被設(shè)定并被存儲(chǔ)起來(lái)。

與圖3和圖14相對(duì)應(yīng)的圖42示出了本發(fā)明的第8實(shí)施例，設(shè)有用于將轉(zhuǎn)向扭矩th變換成齒條軸力f1的變換單元200、用于對(duì)齒條軸力f1和來(lái)自變換單元101的齒條軸力f2進(jìn)行加法運(yùn)算的加法運(yùn)算單元202、用于基于在加法運(yùn)算單元202得到的齒條軸力f3(＝f1+f2)運(yùn)算出輸入側(cè)齒條軸力f的軸力運(yùn)算單元201、用于設(shè)定控制系統(tǒng)的控制參數(shù)的控制參數(shù)設(shè)定單元211和用于設(shè)定模型系統(tǒng)的模型參數(shù)的模型參數(shù)設(shè)定單元221。

軸力運(yùn)算單元201由絕對(duì)值/符號(hào)單元201－1、判定單元201－2、減法運(yùn)算單元201－3、乘法運(yùn)算單元201－4、切換單元201－5和固定單元201－6構(gòu)成，其中，絕對(duì)值/符號(hào)單元201－1計(jì)算出齒條軸力f3的絕對(duì)值以及符號(hào)；判定單元201－2將計(jì)算出的絕對(duì)值|f3|與閾值fth進(jìn)行比較后輸出判定信號(hào)jd；減法運(yùn)算單元201－3運(yùn)算出絕對(duì)值|f3|與閾值fth之間的差f4(＝|f3|－fth)；乘法運(yùn)算單元201－4使符號(hào)sn與差f4相乘；切換單元201－5具有接點(diǎn)a3和接點(diǎn)b3；固定單元201－6將固定值0輸入到切換單元201－5的接點(diǎn)a3。判定單元201－2的判定信號(hào)jd是用來(lái)切換切換單元201－5的接點(diǎn)的，依照下述式36來(lái)進(jìn)行基于判定信號(hào)jd的接點(diǎn)a3與接點(diǎn)b3之間的切換。

(式36)

當(dāng)|f3|＜fth的時(shí)候，接點(diǎn)a3

當(dāng)|f3|≧fth的時(shí)候，接點(diǎn)b3

還有，控制系統(tǒng)的控制參數(shù)設(shè)定單元211輸入齒條位移x，依照例如圖35所示那樣的增加率隨著齒條位移x變大而變大的非線性的關(guān)系來(lái)輸出控制參數(shù)kd和kp?？刂茀?shù)kd和kp如上述式34所示那樣被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的控制要素單元143中。

模型系統(tǒng)的模型參數(shù)設(shè)定單元221輸入齒條位移x，依照例如圖15所示那樣的特性來(lái)輸出模型參數(shù)μ(粘性摩擦系數(shù))和k0(彈簧常數(shù))。模型參數(shù)μ和k0被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素(n/f)141中。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，參照?qǐng)D43的流程圖對(duì)圖42的第8實(shí)施例的動(dòng)作示例進(jìn)行說(shuō)明。

齒條末端接近判定單元110輸出切換信號(hào)sws，切換單元122的接點(diǎn)從接點(diǎn)a2被切換到接點(diǎn)b2(步驟s201)，并且，轉(zhuǎn)向扭矩th在變換單元200被變換成齒條軸力f1(步驟s202)。扭矩控制單元31運(yùn)算出電流指令值iref1，電流指令值iref1在變換單元101被變換成齒條軸力f2(步驟s203)。加法運(yùn)算單元202對(duì)齒條軸力f1和齒條軸力f2進(jìn)行加法運(yùn)算，通過(guò)加法運(yùn)算得到的齒條軸力f3被輸入到絕對(duì)值/符號(hào)單元201－1中，絕對(duì)值/符號(hào)單元201－1求出絕對(duì)值|f3|，并且檢測(cè)出齒條軸力f3的符號(hào)sn(步驟s204)。絕對(duì)值|f3|被輸入到判定單元201－2中，判定單元201－2對(duì)絕對(duì)值|f3|和閾值fth進(jìn)行大小比較后輸出判定信號(hào)jd(步驟s205)。還有，絕對(duì)值|f3|被輸入到減法運(yùn)算單元201－3中，減法運(yùn)算單元201－3運(yùn)算出絕對(duì)值|f3|與閾值fth之間的差f4，并且，乘法運(yùn)算單元201－4對(duì)符號(hào)sn和差f4進(jìn)行乘法運(yùn)算，作為乘法運(yùn)算結(jié)果的齒條軸力f5被輸入到切換單元201－5的接點(diǎn)b3(步驟s206)。依照式33切換切換單元201－5，切換單元201－5的輸出作為輸入側(cè)齒條軸力f被輸入到反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素141中(步驟s207)。

還有，齒條末端接近判定單元110輸出齒條位移x(步驟s210)，齒條位移x被減法輸入到反饋控制單元140內(nèi)的減法運(yùn)算單元142中，同時(shí)還被輸入到控制參數(shù)設(shè)定單元211和模型參數(shù)設(shè)定單元221中?？刂茀?shù)設(shè)定單元211基于齒條位移x運(yùn)算出控制參數(shù)kp和kd(步驟s211)，控制參數(shù)kp和kd被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的控制要素單元143中。還有，模型參數(shù)設(shè)定單元221基于齒條位移x運(yùn)算出模型參數(shù)μ和k0(步驟s213)，模型參數(shù)μ和k0被設(shè)定在反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素141中。

反饋控制單元140基于齒條軸力f、齒條位移x和被設(shè)定好的控制參數(shù)kp和kd以及模型參數(shù)μ和k0進(jìn)行反饋控制的處理(步驟s220)，輸出輸出側(cè)齒條軸力ff(步驟s230)。齒條軸力ff在變換單元102被變換成電流指令值iref2(步驟s231)，重復(fù)進(jìn)行上述動(dòng)作直到結(jié)束為止(步驟s232)。

在上述步驟s232當(dāng)結(jié)束的時(shí)候，因?yàn)榍袚Q信號(hào)sws被輸出，所以切換單元122的接點(diǎn)從接點(diǎn)b2被切換到接點(diǎn)a2(步驟s233)，然后，轉(zhuǎn)移到圖7的步驟s14。

反饋控制單元140中的反饋控制的處理與圖22所示的動(dòng)作相同。

在第8實(shí)施例中，如圖44(a)所示那樣，當(dāng)齒條軸力f3變成等于或大于閾值fth之后，如圖44(b)所示那樣輸出目標(biāo)齒條位移。

接下來(lái)，參照與圖42相對(duì)應(yīng)的圖45對(duì)本發(fā)明的第9實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

在第9實(shí)施例中，在切換單元201－5的后級(jí)設(shè)有用于限制最大值的限制器201－7，被限制了最大值的齒條軸力作為輸入側(cè)齒條軸力f被輸入到反饋要素141中。根據(jù)本實(shí)施例，齒條軸力f的最大值如圖46(a)所示那樣被限制，目標(biāo)齒條位移的最大值也如圖46(b)所示那樣達(dá)到飽和。

此外，控制要素單元143(cd)也可以為任意的pid(比例積分微分)控制、pi控制和pd控制的結(jié)構(gòu)中的任意一種結(jié)構(gòu)。還有，盡管在上述實(shí)施方式以及實(shí)施例中，單獨(dú)地表示了位置補(bǔ)正單元和參數(shù)設(shè)定單元，但也可以使位置補(bǔ)正單元和參數(shù)設(shè)定單元成為一體化的結(jié)構(gòu)。另外，盡管在上述實(shí)施方式以及實(shí)施例中，是從被連接到電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角傳感器處獲得旋轉(zhuǎn)角θ的，但也可以從轉(zhuǎn)向角傳感器處獲得。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1轉(zhuǎn)向盤(方向盤)

2柱軸(轉(zhuǎn)向軸或方向盤軸)

10扭矩傳感器

12車速傳感器

13電池

14轉(zhuǎn)向角傳感器

20電動(dòng)機(jī)

23電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元

30控制單元(ecu)

31扭矩控制單元

35電流控制單元

36pwm控制單元

100齒條位置變換單元

110齒條末端接近判定單元

120粘彈性模型追隨控制單元

121、122切換單元

130前饋控制單元

140反饋控制單元