本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其至少基于轉(zhuǎn)向扭矩來運(yùn)算電流指令值，并且通過電流指令值來驅(qū)動電動機(jī)以便對車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加輔助扭矩。本發(fā)明特別是涉及一種電動助力轉(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助力轉(zhuǎn)向裝置，其基于齒條軸力、齒條位移以及轉(zhuǎn)向狀態(tài)(順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤/反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤)來改變規(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)，通過限制輸入來抑制撞擊，從而能夠?qū)?yīng)所有的路面狀況。

背景技術(shù)：

電動助力轉(zhuǎn)向裝置(eps)利用電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)力對車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加輔助力，其將電動機(jī)的驅(qū)動力經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)并通過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)有的電動助力轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行電動機(jī)電流的反饋控制。反饋控制調(diào)整電動機(jī)外加電壓，以便使電流指令值與電動機(jī)電流檢測值之間的差變小，電動機(jī)外加電壓的調(diào)整一般通過調(diào)整pwm(脈沖寬度調(diào)制)控制的占空比(duty)來進(jìn)行。

參照圖1對電動助力轉(zhuǎn)向裝置的一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。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)過減速齒輪3、萬向節(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)置有用于檢測出轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向扭矩的扭矩傳感器10，對轉(zhuǎn)向盤1的轉(zhuǎn)向力進(jìn)行輔助的電動機(jī)20通過減速齒輪3與柱軸2連接。電池13對用于控制電動助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元(ecu)30進(jìn)行供電，同時(shí)，經(jīng)過點(diǎn)火開關(guān)11，點(diǎn)火信號被輸入到控制單元30?？刂茊卧?0基于由扭矩傳感器10檢測出的轉(zhuǎn)向扭矩th和由車速傳感器12檢測出的車速vel并使用輔助圖(アシストマップ)來進(jìn)行作為輔助指令的電流指令值的運(yùn)算，基于通過對運(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來控制供應(yīng)給電動機(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、電波等的非can41也可以被連接到控制單元30。

在這樣的電動助力轉(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。

參照圖2對控制單元30的功能和動作進(jìn)行說明。如圖2所示，來自扭矩傳感器10的轉(zhuǎn)向扭矩th和來自車速傳感器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對電流指令值iref1和電動機(jī)電流檢測值im進(jìn)行減法運(yùn)算。pi控制等的電流控制單元35對作為在減法運(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pwm信號經(jīng)由逆變器37來對電動機(jī)20進(jìn)行pwm驅(qū)動。電動機(jī)電流檢測器38檢測出電動機(jī)20的電動機(jī)電流值im，由電動機(jī)電流檢測器38檢測出的電動機(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被連接到電動機(jī)20，其檢測出并且輸出旋轉(zhuǎn)角θ。

在這樣的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，當(dāng)通過電動機(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61-4417號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)公開了一種電動式助力轉(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，通過減少供應(yīng)給電動機(jī)的電力來減少輔助扭矩的補(bǔ)正單元。

還有，日本專利第4115156號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)公開了一種電動助力轉(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61-4417號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利第4115156號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)問題

然而，在專利文獻(xiàn)1中所公開的電動式助力轉(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，完全沒有公開使電動機(jī)的輔助扭矩減少的特性，也沒有具體的結(jié)構(gòu)。

另外，在專利文獻(xiàn)2中所公開的電動助力轉(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，并沒有基于物理性的模型。還有，因?yàn)闆]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電動助力轉(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象的輸出(到齒條末端為止的距離)追隨規(guī)范模型，不會給駕駛員帶來轉(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。另外，本發(fā)明的目的還在于提供一種高性能的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其基于齒條軸力、齒條位移以及轉(zhuǎn)向狀態(tài)(順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤/反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤)來改變反饋(fb)控制單元的模型參數(shù)、控制參數(shù)，通過限制輸入來抑制撞擊力。

解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其至少基于轉(zhuǎn)向扭矩運(yùn)算出電流指令值，通過基于所述電流指令值來驅(qū)動電動機(jī)，以便對轉(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)，以便抑制齒條末端碰撞(包括齒條末端碰撞時(shí)的撞擊力的衰減)。

還有，本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向裝置，其至少基于轉(zhuǎn)向扭矩運(yùn)算出第1電流指令值，通過基于所述第1電流指令值來驅(qū)動電動機(jī)，以便對轉(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下述這樣實(shí)現(xiàn)，即：具備第1變換單元、齒條位置變換單元、齒條末端接近判定單元、粘彈性模型追隨控制單元和第2變換單元，所述第1變換單元將所述第1電流指令值變換成齒條軸力或第1柱軸扭矩，所述齒條位置變換單元將所述電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角變換成判定用齒條位置，所述齒條末端接近判定單元基于所述判定用齒條位置判定接近了齒條末端，輸出齒條位移以及切換信號，所述粘彈性模型追隨控制單元基于所述齒條軸力或第1柱軸扭矩、所述齒條位移以及所述切換信號，生成將粘彈性模型設(shè)為規(guī)范模型的齒條軸力或第2柱軸扭矩，所述第2變換單元將所述齒條軸力或第2柱軸扭矩變換成第2電流指令值，使所述第2電流指令值與所述第1電流指令值相加，進(jìn)行所述輔助控制，以便使齒條末端碰撞時(shí)的撞擊力衰減。

另外，本發(fā)明的上述目的還可以通過下述這樣實(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反饋要素和控制要素單元構(gòu)成，所述反饋要素基于輸入側(cè)齒條軸力f運(yùn)算出目標(biāo)齒條位移，所述控制要素單元基于所述目標(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，具備補(bǔ)正單元、軸力運(yùn)算單元、限制器和轉(zhuǎn)向狀態(tài)判定單元，所述補(bǔ)正單元改變并設(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)，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，所述限制器通過限制值來限制所述齒條軸力f4的最大值，輸出所述輸入側(cè)齒條軸力f，所述轉(zhuǎn)向狀態(tài)判定單元判定轉(zhuǎn)向狀態(tài)，根據(jù)所述轉(zhuǎn)向狀態(tài)判定單元的判定結(jié)果來改變或切換所述參數(shù)。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的電動助力轉(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)和控制對象的變動進(jìn)行魯棒(穩(wěn)健)控制的優(yōu)點(diǎn)。

另外，因?yàn)樵谝?guī)定角度的范圍內(nèi)改變控制參數(shù)，所以不會給駕駛員帶來由輔助力變化造成的反力不協(xié)調(diào)感，并且，能夠使到達(dá)齒條末端時(shí)的撞擊力衰減，同時(shí)還具有針對電動機(jī)的制動效果，從而可以抑制電動機(jī)慣性的撞擊力，并且還可以保護(hù)中間軸(intermediateshaft)和齒輪。

還有，根據(jù)本發(fā)明的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，因?yàn)榛邶X條軸力、齒條位移以及轉(zhuǎn)向狀態(tài)(順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤/反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤)來改變規(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)。

附圖說明

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

圖2是表示電動助力轉(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1實(shí)施例)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖15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2實(shí)施例)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖16是表示根據(jù)齒條位置變更規(guī)范模型的參數(shù)的示例以及齒條末端附近的圖。

圖17是表示粘彈性模型追隨控制單元的動作示例的流程圖。

圖18是表示本發(fā)明的其他的實(shí)施方式(第三實(shí)施方式)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖19是表示本發(fā)明的其他的實(shí)施方式(第四實(shí)施方式)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖20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3實(shí)施例)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖21是表示根據(jù)齒條位移變更控制參數(shù)的示例的圖。

圖22是表示粘彈性模型追隨控制單元的動作示例(第3實(shí)施例)的流程圖。

圖23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4實(shí)施例)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖24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25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26是表示本發(fā)明的第5實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖27是表示限制器的特性示例的特性圖。

圖28是表示控制參數(shù)設(shè)定單元的特性示例的特性圖。

圖29是表示順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤/反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的切換模式的一個(gè)示例的特性圖。

圖30是表示順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤/反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的切換模式的其他示例的特性圖。

圖31是表示本發(fā)明的第5實(shí)施例的動作示例的流程圖。

圖32是表示反饋控制的動作示例的流程圖。

圖33是用來說明限制輸入的效果的特性圖。

圖34是表示本發(fā)明的第7實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明為一種電動助力轉(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象的輸出(到齒條末端為止的距離)追隨該規(guī)范模型，不會給駕駛員帶來轉(zhuǎn)向不協(xié)調(diào)感，抑制末端碰撞時(shí)的異常音的發(fā)生，抑制齒條末端碰撞(包括齒條末端碰撞時(shí)的撞擊力的衰減)。

通過粘彈性模型追隨控制單元來構(gòu)成模型追隨控制，通過前饋控制單元、反饋控制單元或兩者來構(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，以便抑制齒條末端碰撞時(shí)的撞擊力。

還有，在規(guī)定角度的范圍內(nèi)基于齒條位移或目標(biāo)齒條位移(目標(biāo)轉(zhuǎn)向角)來改變反饋控制單元的控制參數(shù)。例如，設(shè)定在開始轉(zhuǎn)向角(開始進(jìn)行模型追隨控制的轉(zhuǎn)向角)附近反饋控制單元的控制增益變小的控制參數(shù)，設(shè)定隨著靠近齒條末端控制增益變大的控制參數(shù)。通過這樣，開始轉(zhuǎn)向角附近的控制量變小，因?yàn)橐?guī)定角度的范圍內(nèi)外的輔助力的變化量變小，所以能夠抑制給駕駛員帶來由輔助力變化造成的反力不協(xié)調(diào)感的現(xiàn)象。還有，因?yàn)樵诮咏X條末端的區(qū)域能夠增加控制量，所以能夠抑制到達(dá)齒條末端時(shí)的撞擊力。

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)和針對控制要素的控制參數(shù)(反饋控制單元的控制增益)，并且，限制齒條軸力的最大輸入。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，通過限制值來限制齒條軸力的最大輸入，以便實(shí)現(xiàn)抑制撞擊。

另外，在本發(fā)明中，通過根據(jù)順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤和反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向狀態(tài)來改變模型參數(shù)和控制參數(shù)，使得可以改變駕駛員感到的轉(zhuǎn)向扭矩的變化。例如，在反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)向扭矩突然變小的時(shí)候，由于駕駛員會感到一種被轉(zhuǎn)動回來的感覺，所以舒適性會受到損害。通過進(jìn)行反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時(shí)粘性變大的參數(shù)設(shè)計(jì)，使得能夠回避這種情況。

下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。

與圖2相對應(yīng)的圖3示出了本發(fā)明的實(shí)施方式的一個(gè)示例。如圖3所示，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，在下面的說明中，為了便于說明，使用齒條軸力來進(jìn)行說明。

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sws。切換信號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sws來啟動/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sws被啟動的時(shí)候，來自切換單元121的齒條軸力ff被作為齒條軸力u1輸出，來自切換單元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對來自切換單元121的齒條軸力u1和來自切換單元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。接下來與圖5的第一實(shí)施方式相同，來自前饋控制單元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sws來啟動/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sws被啟動的時(shí)候，來自切換單元121的齒條軸力ff被作為齒條軸力u1輸出，來自切換單元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對來自切換單元121的齒條軸力u1和來自切換單元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，首先參照圖7的流程圖對本發(fā)明的動作示例整體進(jìn)行說明。接下來，參照圖8的流程圖對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)的動作示例進(jìn)行說明。

在開始階段，根據(jù)切換信號sws切換單元121和切換單元122是被關(guān)閉的。然后，當(dāng)動作開始的時(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來判定是否接近齒條末端(步驟s12)，在沒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，如圖8所示，齒條末端接近判定單元110輸出切換信號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來。

來自齒條末端接近判定單元110的切換信號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(步驟s206)。當(dāng)切換單元121和切換單元122被啟動的時(shí)候，來自前饋控制單元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)”(大場謙吉)示出了粘彈性模型的方程式的導(dǎo)出過程。

[式3]

接下來，針對齒條位移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x(s)/f(s)來整理上述式13的話，則可得下述式14。

[式14]

式14變成用來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并對其進(jìn)行說明。也就是說，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，將電動助力轉(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)通過具有2個(gè)自由度的控制系統(tǒng)來設(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：日本朝倉書店)

[式17]

為了用穩(wěn)定的有理函數(shù)的比來表示實(shí)際工廠p，用下述式18來表示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，對于α來說，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來導(dǎo)出式19。

[式19]

用下述式20來表示反饋控制單元的方框n/f。

[式20]

用下述式21來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應(yīng)的電流指令值)u是用下述式22來表示的。

[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斎雈的輸出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，下面，參照圖14以及圖15對本發(fā)明的具體的結(jié)構(gòu)示例進(jìn)行說明。圖14的第1實(shí)施例與圖5的第一實(shí)施方式相對應(yīng)，齒條軸力f被輸入到前饋控制單元130內(nèi)的前饋要素144(用式21表示的d/f)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。還有，圖15的第2實(shí)施例與圖6的第二實(shí)施方式相對應(yīng)，齒條位移x被輸入到前饋控制單元130內(nèi)的彈簧常數(shù)項(xiàng)131和粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132中，齒條軸力f被輸入到反饋控制單元140中。

在圖14的第1實(shí)施例中，來自前饋要素144的齒條軸力ff被輸入到切換單元121的接點(diǎn)b1。還有，在圖15的第2實(shí)施例中，減法運(yùn)算單元133減去前饋控制單元130內(nèi)的彈簧常數(shù)項(xiàng)131的輸出和粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132的輸出，作為在減法運(yùn)算單元133得到的減法運(yùn)算結(jié)果的齒條軸力ff被輸入到切換單元121的接點(diǎn)b1。來自固定單元125的固定值“0”被輸入到切換單元121的接點(diǎn)a1。

無論在圖14的第1實(shí)施例和圖15的第2實(shí)施例中的哪一種情況下，反饋控制單元140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，來自反饋控制單元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。

在圖14的第1實(shí)施例中，齒條軸力f被輸入到前饋控制單元130內(nèi)的前饋要素144中，同時(shí)還被輸入到反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素(n/f)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基于齒條位移x輸出例如圖16(a)所示那樣的特性的彈簧常數(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被輸入到前饋控制單元130內(nèi)的前饋要素144和反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素(n/f)141中。

此外，圖16(b)是實(shí)際上進(jìn)行了控制的場合的末端碰撞附近的電流i[a](或齒條軸力f[n])的示意圖，如果沒有進(jìn)行控制的話，則到齒條末端或目標(biāo)值為止是一定的或增加，從而沒有粘彈性效果。與階梯狀相比，本發(fā)明更能抑制撞擊力，與逐漸變化相比，因?yàn)檗D(zhuǎn)向盤的手感，本發(fā)明更具有末端碰撞時(shí)的感觸(制動效果)。

在圖15的第2實(shí)施例中，齒條位移x被輸入到前饋控制單元130內(nèi)的彈簧常數(shù)項(xiàng)131和粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132中，同時(shí)還被輸入到反饋控制單元140內(nèi)的減法運(yùn)算單元142中，并且還被輸入到參數(shù)設(shè)定單元124中。齒條軸力f被輸入到反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素(n/f)141中。參數(shù)設(shè)定單元124基于齒條位移x輸出與上述相同的彈簧常數(shù)k0和粘性摩擦系數(shù)μ，彈簧常數(shù)k0被輸入到彈簧常數(shù)項(xiàng)131和反饋要素(n/f)141中，粘性摩擦系數(shù)μ被輸入到粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132和反饋要素(n/f)141中。

還有，無論在第1實(shí)施例和第2實(shí)施例中的哪一種情況下，切換信號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的接點(diǎn)在通常情況下被分別連接到接點(diǎn)a1和接點(diǎn)a2，通過切換信號sws被分別切換到接點(diǎn)b1和接點(diǎn)b2。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，參照圖17的流程圖對圖15的第2實(shí)施例的動作示例進(jìn)行說明。

齒條末端接近判定單元110輸出切換信號sws(步驟s21)，同時(shí)還輸出齒條位移x(步驟s22)。齒條位移x被輸入到彈簧常數(shù)項(xiàng)131、粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132、參數(shù)設(shè)定單元124和減法運(yùn)算單元142中。參數(shù)設(shè)定單元124將根據(jù)齒條位移x并依照圖16(a)的特性而求出的彈簧常數(shù)k0和粘性摩擦系數(shù)μ設(shè)定在彈簧常數(shù)項(xiàng)131、粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132和反饋要素(n/f)141中(步驟s23)。還有，變換單元101將電流指令值iref1變換成齒條軸力f(步驟s23a)，齒條軸力f被輸入到反饋要素(n/f)141中以便進(jìn)行n/f運(yùn)算(步驟s24)。n/f運(yùn)算值被加法輸入到減法運(yùn)算單元142中，減法運(yùn)算單元142從n/f運(yùn)算值中減去齒條位移x(步驟s24a)，控制要素單元143對在減法運(yùn)算單元142得到的減法值進(jìn)行cd運(yùn)算(步驟s24b)。從控制要素單元143輸出的運(yùn)算出的齒條軸力fb被輸入到切換單元122的接點(diǎn)b2。

前饋控制單元130內(nèi)的粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132基于粘性摩擦系數(shù)μ進(jìn)行“(μ－η)·s”的運(yùn)算(步驟s25)，將彈簧常數(shù)k0設(shè)定在彈簧常數(shù)項(xiàng)131中(步驟s25a)，減法運(yùn)算單元對彈簧常數(shù)k0和“(μ－η)·s”進(jìn)行減法運(yùn)算(步驟s25b)，作為運(yùn)算結(jié)果輸出齒條軸力ff。齒條軸力ff被輸入到切換單元121的接點(diǎn)b1。此外，也可以將前饋控制單元130和反饋控制單元140的運(yùn)算的順序反過來。

來自齒條末端接近判定單元110的切換信號sws被輸入到切換單元121和切換單元122中，切換單元121的接點(diǎn)從a1被切換到b1，切換單元122的接點(diǎn)從a2被切換到b2，加法運(yùn)算單元123對來自切換單元121的齒條軸力u1和來自切換單元122的齒條軸力u2進(jìn)行加法運(yùn)算(步驟s26)，作為加法運(yùn)算結(jié)果的齒條軸力ff在變換單元102被變換成電流指令值iref2(步驟s26a)。電流指令值iref2被輸入到加法運(yùn)算單元103中并與電流指令值iref相加(步驟s27)，執(zhí)行轉(zhuǎn)向控制，返回到步驟s14。

在圖14的第1實(shí)施例和圖15的第2實(shí)施例中，在第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中，盡管執(zhí)行了前饋控制單元130和反饋控制單元140的雙方的控制運(yùn)算，但也可以如圖18所示那樣，具有只有反饋控制單元140的結(jié)構(gòu)(第三實(shí)施方式)，并且，還可以如圖19所示那樣，具有只有前饋控制單元130的結(jié)構(gòu)(第四實(shí)施方式)。

與圖15相對應(yīng)的圖20示出了本發(fā)明的第3實(shí)施例的粘彈性模型追隨控制單元的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)示例，與第2實(shí)施例相比，在第3實(shí)施例中追加了控制參數(shù)設(shè)定單元127。來自控制參數(shù)設(shè)定單元127的輸出被輸入到反饋控制單元150內(nèi)的控制要素單元153中。因?yàn)槠渌慕Y(jié)構(gòu)與第四實(shí)施方式相同，所以省略說明。

控制要素單元153為pd(比例微分)控制的結(jié)構(gòu)，傳遞函數(shù)是用下述式33來表示的。

[式33]

cd＝kp+kd·s

其中，kp為比例增益，kd為微分增益，它們均為反饋控制單元150的控制參數(shù)。

控制參數(shù)設(shè)定單元127基于齒條位移x輸出具有例如圖21所示那樣的特性的比例增益kp和微分增益kd，比例增益kp和微分增益kd被輸入到控制要素單元153中。通過使比例增益kp和微分增益kd具有圖21所示那樣的特性，使得在齒條位移x小的范圍(即，開始轉(zhuǎn)向角附近)，控制要素單元153的控制增益變小，隨著齒條位移變大(即，隨著靠近齒條末端)，控制增益變大。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，參照圖22的流程圖對粘彈性模型追隨控制的動作示例進(jìn)行說明。此外，只有步驟s23a是不同的，其他的動作與第2實(shí)施例相同。

齒條末端接近判定單元110輸出切換信號sws(步驟s21)，同時(shí)還輸出齒條位移x(步驟s22)。齒條位移x被輸入到彈簧常數(shù)項(xiàng)131、粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132、參數(shù)設(shè)定單元124、減法運(yùn)算單元142和控制參數(shù)設(shè)定單元127中。參數(shù)設(shè)定單元124將根據(jù)齒條位移x并依照圖16(a)的特性而求出的彈簧常數(shù)k0和粘性摩擦系數(shù)μ設(shè)定在彈簧常數(shù)項(xiàng)131、粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132和反饋要素(n/f)141中(步驟s23)?？刂茀?shù)設(shè)定單元127將根據(jù)齒條位移x并依照圖21的特性而求出的比例增益kp和微分增益kd設(shè)定在控制要素單元153中(步驟s23a)。還有，變換單元101依照式1將電流指令值iref1變換成齒條軸力f(步驟s23a)，齒條軸力f被輸入到反饋要素(n/f)141中以便進(jìn)行n/f運(yùn)算(步驟s24)。n/f運(yùn)算值被加法輸入到減法運(yùn)算單元142中，減法運(yùn)算單元142從n/f運(yùn)算值中減去齒條位移x(步驟s24a)，控制要素單元153對在減法運(yùn)算單元142得到的減法值進(jìn)行cd運(yùn)算(步驟s24b)。從控制要素單元153輸出的運(yùn)算出的齒條軸力fb被輸入到切換單元122的接點(diǎn)b2。

前饋控制單元130通過與第2實(shí)施例中的步驟s25～步驟s25b相同的動作來輸出齒條軸力ff，齒條軸力ff被輸入到切換單元121的接點(diǎn)b1。此外，也可以將前饋控制單元130和反饋控制單元150的運(yùn)算的順序反過來。

然后，執(zhí)行與第2實(shí)施例中的步驟s26～步驟s27相同的動作，返回到步驟s14。

接下來，對第4實(shí)施例進(jìn)行說明。

盡管在第3實(shí)施例中基于齒條位移來改變反饋控制單元的控制參數(shù)，但在第4實(shí)施例中，基于目標(biāo)齒條位移(目標(biāo)轉(zhuǎn)向角)來改變反饋控制單元的控制參數(shù)。

圖23示出了第4實(shí)施例中的粘彈性模型追隨控制單元的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)示例，與圖20所示的第3實(shí)施例中的粘彈性模型追隨控制單元的結(jié)構(gòu)示例相比，在第4實(shí)施例中，作為目標(biāo)齒條位移的來自反饋要素(n/f)141的n/f運(yùn)算值被輸入到控制參數(shù)設(shè)定單元128中，而不是齒條位移x被輸入到控制參數(shù)設(shè)定單元128中。控制參數(shù)設(shè)定單元128基于目標(biāo)齒條位移輸出具有與例如圖21所示那樣的特性相同的特性的比例增益kp和微分增益kd。除控制參數(shù)設(shè)定單元128以外的第4實(shí)施例中的粘彈性模型追隨控制單元的結(jié)構(gòu)為與第3實(shí)施例中的粘彈性模型追隨控制單元相同的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行相同的動作。

在上述實(shí)施例(第1實(shí)施例～第4實(shí)施例)中，盡管控制要素單元143(cd)(或153)為pd控制的結(jié)構(gòu)，但也可以為pid(比例積分微分)控制或pi控制的結(jié)構(gòu)。在采用了pid控制的結(jié)構(gòu)的情況下，傳遞函數(shù)是用下述式34來表示的，比例增益kp、微分增益kd和積分增益ki均成為控制參數(shù)，積分增益ki具有類似比例增益kp和微分增益kd的特性。

[式34]

在采用了pi控制的結(jié)構(gòu)的情況下，傳遞函數(shù)是用下述式35來表示的。

[式35]

還有，作為采用pd控制的控制要素單元153(或143)的傳遞函數(shù)，也可以使用作為微分增益kd的替代利用了微分時(shí)間td的下述式36。

[式36]

cd＝kp(1+td·s)

在這種情況下，比例增益kp和微分時(shí)間td均成為控制參數(shù)。同樣地，在pid控制或pi控制中，作為積分增益ki的替代，也可以使用積分時(shí)間ti。

此外，也可以在圖14的第1實(shí)施例中，以同樣的方式追加在第3實(shí)施例中追加的控制參數(shù)設(shè)定單元127或在第4實(shí)施例中追加的控制參數(shù)設(shè)定單元128。還有，與第1實(shí)施例和第2實(shí)施例的場合相同，也可以為只有反饋控制單元150的結(jié)構(gòu)，而不是具備了前饋控制單元130和反饋控制單元150的結(jié)構(gòu)。

接下來，對第5實(shí)施例進(jìn)行說明。

在圖18所示的第三實(shí)施方式中，反饋控制單元140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將彈簧常數(shù)k0和粘性摩擦系數(shù)μ設(shè)為參數(shù)，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基于位置偏差對齒條軸力fb進(jìn)行控制處理。來自反饋控制單元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基于齒條位移x輸出具有圖24的實(shí)線所示那樣的特性的彈簧常數(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?；趤碜札X條末端接近判定單元110的切換信號sws來切換切換單元122的接點(diǎn)a2和接點(diǎn)b2。還有，除了第三實(shí)施方式之外，還基于齒條軸力(sat)f、齒條位移x和轉(zhuǎn)向狀態(tài)(順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤/反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤)來改變規(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)，并且，通過設(shè)定(可變的)限制值來限制被輸入到反饋要素141的輸入側(cè)齒條軸力f。

也就是說，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)改變該粘彈性模型的模型參數(shù)和控制參數(shù)(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25所示，在停車時(shí)、以爬行速度行駛時(shí)，因?yàn)閬碜暂喬サ姆戳Σ煌札X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，在第5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。此外，通過使限制值能夠根據(jù)齒條軸力來調(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。

還有，在第5實(shí)施例中，根據(jù)轉(zhuǎn)向狀態(tài)(順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤/反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤)來改變規(guī)范模型和控制參數(shù)。通過根據(jù)順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤和反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向狀態(tài)來改變模型參數(shù)和控制參數(shù)，使得能夠改變駕駛員感覺到的轉(zhuǎn)向扭矩的變化。例如，在反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)向扭矩突然變小的時(shí)候，由于駕駛員會感到一種被轉(zhuǎn)動回來的感覺，所以舒適性會受到損害。通過進(jìn)行反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時(shí)粘性變大的參數(shù)設(shè)計(jì)，使得能夠回避這種情況。

此外，關(guān)于順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤/反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的判定，例如，將齒條位移x和齒條位移速度為相同的方向(相同的符號)的場合判定為順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，將齒條位移x和齒條位移速度為不同的方向(不同的符號)的場合判定為反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤。作為齒條位移x和齒條位移速度的替代，也可以利用柱軸角度和柱軸角速度的方向來進(jìn)行轉(zhuǎn)向狀態(tài)的判定。

與圖3和圖14相對應(yīng)的圖26示出了第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、用于對齒條軸力f1和來自變換單元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。

并且，還設(shè)有用于輸入齒條位移x(或判定用齒條位置rx)，運(yùn)算出齒條位移速度，根據(jù)齒條位移x和齒條位移速度的方向(正負(fù))來判定轉(zhuǎn)向狀態(tài)(順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤/反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤)，輸出判定結(jié)果sb的轉(zhuǎn)向狀態(tài)判定單元205。轉(zhuǎn)向狀態(tài)的判定結(jié)果sb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。

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)行存儲的設(shè)定存儲單元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，依照下述式37運(yùn)算出齒條軸力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)生的指令值的臺階，并使保持轉(zhuǎn)向盤不動變得容易。

(式37)

f4＝(f1+f2)－fz

限制器204通過例如圖27所示那樣的特性來限制正負(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27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28的實(shí)線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)系來輸出控制參數(shù)kd和kp?？刂茀?shù)kd和kp如下述式38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38)

cd＝kp+kd·s

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24的實(shí)線所示那樣的特性來輸出模型參數(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。

在第5實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向狀態(tài)判定單元205判定轉(zhuǎn)向狀態(tài)是否為順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤或反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，該判定結(jié)果sb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。模型參數(shù)設(shè)定單元221根據(jù)轉(zhuǎn)向狀態(tài)的順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤或反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，使模型參數(shù)μ和k0在圖24的實(shí)線與虛線之間變化。還有，控制參數(shù)設(shè)定單元211根據(jù)轉(zhuǎn)向狀態(tài)的順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤或反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，使控制參數(shù)kd和kp在圖28的實(shí)線與虛線之間變化。

在進(jìn)行該切換的時(shí)候，控制參數(shù)設(shè)定單元211和模型參數(shù)設(shè)定單元221如圖29所示那樣，當(dāng)從順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤狀態(tài)量1變化到反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤狀態(tài)量0的時(shí)候，從順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤參數(shù)逐漸地切換到反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤參數(shù)，在規(guī)定期間內(nèi)進(jìn)行切換。或者，如圖30所示那樣，也可以將規(guī)定區(qū)域設(shè)定在齒條位移速度，分配狀態(tài)量增益α，進(jìn)行下述式39的運(yùn)算，求出最終參數(shù)。

(式39)

最終參數(shù)＝順方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤參數(shù)×α+反方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤參數(shù)×(1－α)

在這樣的結(jié)構(gòu)中，參照圖31和圖32的流程圖對圖26的第5實(shí)施例的動作示例進(jìn)行說明。

齒條末端接近判定單元110輸出切換信號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中減去被存儲起來的初始齒條軸力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被輸入到轉(zhuǎn)向狀態(tài)判定單元205中，轉(zhuǎn)向狀態(tài)判定單元205判定轉(zhuǎn)向狀態(tài)(步驟s211)，判定結(jié)果sb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。

還有，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和判定結(jié)果sb運(yùn)算出控制參數(shù)kd和kp(步驟s212)，控制參數(shù)kd和kp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和判定結(jié)果sb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圖32所示那樣的動作來實(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。

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33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，沒有達(dá)到飽和，而是繼續(xù)發(fā)生變化。

盡管在第5實(shí)施例中基于齒條位移x和齒條位移速度來判定轉(zhuǎn)向狀態(tài)，但也可以基于柱軸角度(θ)和柱軸角速度(ω)來判定轉(zhuǎn)向狀態(tài)(第6實(shí)施例)。

在上述第5實(shí)施例和第6實(shí)施例中，盡管對在模型追隨控制的結(jié)構(gòu)中不包括前饋控制單元的第三實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但也可以同樣地適用于模型追隨控制的結(jié)構(gòu)為反饋控制單元以及前饋控制單元的第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中，也可以根據(jù)齒條位移x和轉(zhuǎn)向狀態(tài)的判定結(jié)果sb來改變或切換前饋控制單元的參數(shù)。

參照圖34對在這種情況下的結(jié)構(gòu)示例進(jìn)行說明。齒條位移x被輸入到前饋控制單元130內(nèi)的彈簧常數(shù)項(xiàng)131和粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132中，同時(shí)還被輸入到反饋控制單元140內(nèi)的減法運(yùn)算單元142中，并且還被輸入到參數(shù)設(shè)定單元124和轉(zhuǎn)向狀態(tài)判定單元205中。齒條軸力f被輸入到反饋控制單元140內(nèi)的反饋要素(n/f)141中。參數(shù)設(shè)定單元124根據(jù)齒條位移x和轉(zhuǎn)向狀態(tài)判定單元205的判定結(jié)果sb輸出彈簧常數(shù)k0和粘性摩擦系數(shù)μ，彈簧常數(shù)k0被輸入到彈簧常數(shù)項(xiàng)131和反饋要素(n/f)141中，粘性摩擦系數(shù)μ被輸入到粘性摩擦系數(shù)項(xiàng)132和反饋要素(n/f)141中。還有，切換信號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的接點(diǎn)在通常情況下被分別連接到接點(diǎn)a1和接點(diǎn)a2，通過切換信號sws被分別切換到接點(diǎn)b1和接點(diǎn)b2。

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，是從被連接到電動機(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，還可以從can等處獲得。

附圖標(biāo)記說明

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電動機(jī)

23電動機(jī)驅(qū)動單元

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