CN108778900A - 电动助力转向装置的控制装置 - Google Patents

电动助力转向装置的控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置的控制装置，其基于齿条(转向齿条)机构的物理模型来构成控制***，构成模型追随控制以便使控制对象的输出追随规范模型，使驾驶员感受到适当的反力，并且，抑制因“拉转向盘的倾向”而给驾驶员带来的不协调感。本发明的电动助力转向装置的控制装置通过基于电流指令值来驱动电动机，以便对转向***进行辅助控制，其具有将针对齿条位移的粘弹性模型设为规范模型的模型追随控制的结构，通过模型追随控制的结构来进行以相当于路面反力的轴力为输入的反馈控制，从而生成虚拟反力。

Description

电动助力转向装置的控制装置
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置的控制装置，其通过基于电流指令值来驱动电动机，以便对车辆的转向***进行辅助控制。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置的控制装置，其将粘弹性模型设为规范模型，并且，通过在转向时产生虚拟反力，从而抑制“将转向盘拉向转向***的齿条末端的倾向(以下，将其简称为“拉转向盘的倾向”)”。
背景技术
电动助力转向装置(EPS)利用电动机的旋转力对车辆的转向***施加辅助力，其将电动机的驱动力经由减速机构并且通过诸如齿轮或皮带之类的传送机构将辅助力赋予给转向轴或齿条轴。为了准确地产生辅助力的扭矩，这样的现有的电动助力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机外加电压，以便使电流指令值与电动机电流检测值之间的差变小，一般来说，通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(duty ratio)来进行电动机外加电压的调整。
参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R相连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向扭矩的扭矩传感器10，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2相连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30中。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vel并且使用辅助图(assist map)来进行辅助指令的电流指令值的运算，根据通过对运算出的电流指令值实施补偿等而得到的电压控制值Vref来控制供应给电动机20的电流。
另外，用于收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速Vel也能够从CAN40处获得。此外，用于收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41也可以被连接到控制单元30。
在这样的电动助力转向装置中，控制单元30主要由CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)(也包含MPU(Micro Processor Unit，微处理器单元)、MCU(MicroController Unit，微控制器单元)等)来构成，该CPU内部由程序执行的一般功能例如具有如图2所示的结构。
参照图2对控制单元30的功能和动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩Th和来自车速传感器12的车速Vel被输入到用于运算出电流指令值的扭矩控制单元31中，运算出的电流指令值Iref被输入到减法单元32中，减法单元32对电流指令值Iref和电动机电流检测值Im进行减法运算。诸如PI(比例积分)控制之类的电流控制单元35对作为在减法单元32中得到的减法结果的偏差I(＝Iref-Im)进行控制，经过电流控制后得到的电压控制值Vref被输入到PWM控制单元36中以便运算出占空比，然后按照PWM信号并经由逆变器37来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电动机电流值Im，由电动机电流检测器38检测出的电动机电流值Im被反馈输入到减法单元32中。诸如分解器之类的旋转角传感器21被连接到电动机20，旋转角传感器21检测出旋转角θe并且将其输出。
在通过这样的电动助力转向装置来赋予辅助力的车辆中，存在具备具有“向后行驶时，随着转向角变大，作为反力的自对准扭矩(SAT)变小；向前行驶时，随着转向角变大，SAT也变小”的特性的悬架的车辆。在具备了具有这样的特性的悬架的车辆的情况下，因为在转向时有时会产生“将转向盘拉向齿条末端(转向***的最大转向角)方向的倾向”，所以驾驶员在操纵车辆时会感受到不协调感。针对这种情况，通过将适当的反力赋予给转向***，就能够抑制“拉转向盘的倾向”，并且还可以使转向盘返回到中立方向。基于“将适当的反力赋予给转向***”这种观点，已经提出了下面这几种技术。
在日本专利第4747958号公报(专利文献1)所公开的助力转向装置中，为了改善“因为在锁定(末端)位置(lock(end)position，极限位置)附近的阿克曼转向的实现率下降，所以导致SAT减少，从而造成回正特性恶化”这种现象，当车轮转向角度处在最大车轮转向角度的时候，增大回正补正量(回正扭矩)。还有，在专利文献1所公开的助力转向装置中，在车辆制动时，通过增大回正补正量以便使该回正补正量大于非制动时的回正补正量，从而改善了制动时的回正特性。
在日本特开平6-144262号公报(专利文献2)所公开的助力转向装置中，为了改善车辆后退时的转向稳定性以及转向感并且提高车辆后退时的转向盘的回正性，在检测出车辆的后退的情况下，进行调整，以便降低车轮转向方向的辅助力，并且，提高回正方向的辅助力。
在日本专利第4293734号公报(专利文献3)所公开的电动式助力转向控制装置中，为了即使在易滑路面上行驶时也能够根据行驶条件将适当的转向反力赋予给转向盘，当转向***的反力扭矩或路面反力扭矩大的时候，减小叠加反力扭矩；当转向***的反力扭矩或路面反力扭矩小的时候，增大叠加反力扭矩。
在日本专利第4400544号公报(专利文献4)所公开的车辆的转向装置中，为了防止“在开始转动转向盘的时候，很大的回正扭矩发挥作用”并且提高转向感，使回正扭矩随着转向扭矩的绝对值变大而变小。还有，除此之外，在专利文献4所公开的车辆的转向装置中，还使回正扭矩随着转向角变大而变大。
在日本专利第4997472号公报(专利文献5)所公开的电动助力转向装置中，即使在像在诸如冻结路面之类的低μ(μ为摩擦系数)路上行驶时那样SAT下降的情况下，也能够进行适当的转向回正补偿控制(转向盘回正补偿控制)，并且，为了无论行驶路面的状态如何都能够实现良好的转向回正性，采用这样的结构，即，转向角的绝对值越大，则使转向盘朝向中立方向旋转的基础控制量就越强，并且，将与通过对该基础控制量或转向角进行积分后得到的积分值相对应的控制量作为转向回正补偿成分。通过这样做，即使在转向角中产生残留转向角的情况下，通过增大积分值，就能够运算出更大的转向回正补偿成分，从而即使在低μ路的情况下，也能够确保良好的转向回正性。还有，在专利文献5所公开的电动助力转向装置中，通过在中立位置附近清除积分值，以便使转向盘位置迅速地返回到中立位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4747958号公报
专利文献2：日本特开平6-144262号公报
专利文献3：日本专利第4293734号公报
专利文献4：日本专利第4400544号公报
专利文献5：日本专利第4997472号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
为了求出反力(扭矩)，在专利文献1、专利文献2、专利文献3、专利文献4以及专利文献5中，均使用了预先设定的图(map)(或表(table))。
在专利文献1的助力转向装置中，使用了“设定了车轮转向角度与制动时/保持中的基本回正扭矩之间的关系”的二维图。在专利文献2的助力转向装置中，在车轮转向方向，使用了“设定了转向扭矩与基本车轮转向辅助量之间的关系”的图以及与车速相对应的系数；在回正方向，使用了“设定了转向角与基本回正辅助量之间的关系”的图以及与车速相对应的系数。在专利文献3的电动式助力转向控制装置中，使用了“设定了转向轴反力扭矩(转向***的反力)或路面反力扭矩与增益(转向角F/B增益)之间的关系”的图。在专利文献4的车辆的转向装置中，使用了“存储了取决于转向角的基准回正扭矩”的表和“存储了取决于转向扭矩的回正扭矩”的表。尽管在专利文献4中存在“也可以使用预先定义好的函数来替代表”的记述，但专利文献4并没有公开具体的函数。在专利文献5的电动助力转向装置中，使用了“将转向角与基础控制量联系起来”的图。
然而，在各个专利文献中，并没有公开图的具体的制作方法，因为在通常情况下，通过来自大量数据的推测、反复试验、由经验体会到的法则等来制作图，所以存在“制作起来不容易，并且，针对使用环境和条件的变化，尤其是针对预料外的变化，无法采取灵活的对应措施”的可能性。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种电动助力转向装置的控制装置，其基于齿条(转向齿条)机构的物理模型来构成控制***，构成模型追随控制以便使控制对象的输出追随规范模型，使驾驶员感受到适当的反力，并且，抑制因“拉转向盘的倾向”而给驾驶员带来的不协调感。
解决技术问题的技术方案
本发明涉及一种电动助力转向装置的控制装置，其通过基于电流指令值来驱动电动机，以便对转向***进行辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具有将针对齿条位移的粘弹性模型设为规范模型的模型追随控制的结构，通过所述模型追随控制的结构来进行以相当于路面反力的轴力为输入的反馈控制，从而生成虚拟反力。
还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样实现，即：具备齿条位置变换单元、齿条位置判定单元、粘弹性模型追随控制单元和指令值变换单元，所述齿条位置变换单元将所述电动机的旋转角变换成判定用齿条位置，所述齿条位置判定单元判定“所述判定用齿条位置超过了所规定的第1齿条位置”，输出齿条位移以及切换信号，所述粘弹性模型追随控制单元基于相当于路面反力的轴力、所述齿条位移以及所述切换信号，并且，将粘弹性模型设为规范模型，来生成虚拟轴力，所述指令值变换单元将所述虚拟轴力变换成控制指令值，所述粘弹性模型追随控制单元具备反馈控制单元和切换单元，所述反馈控制单元基于所述轴力以及所述齿条位移，并且，通过反馈控制，来输出所述虚拟轴力，所述切换单元根据所述切换信号来切换所述虚拟轴力的输出，按照通过所述控制指令值与所述电流指令值相加来运算出的补偿电流指令值来进行所述辅助控制。
另外，本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：还具备第1轴力变换单元和第2轴力变换单元，所述第1轴力变换单元将转向扭矩变换成转向轴力，所述第2轴力变换单元将所述补偿电流指令值变换成辅助轴力，通过所述转向轴力与所述辅助轴力相加来求出所述轴力；或，还具备抵抗力运算单元，所述抵抗力运算单元求出作用于电动助力转向装置的机构部上的抵抗力，通过所述转向轴力与所述辅助轴力相加后再减去所述抵抗力来求出所述轴力；或，按照所述齿条位移或虚拟齿条位移来变更所述反馈控制单元的控制参数；或，以这样的方式来变更所述控制参数，即，在所述齿条位移或所述虚拟齿条位移小的情况下，减小所述控制参数，随着所述齿条位移或所述虚拟齿条位变大，增大所述控制参数；或，还具备第1限制单元，所述第1限制单元在所述齿条位移超过了大于所述第1齿条位置并且小于齿条末端位置的所规定的第2齿条位置的情况下，限制所述虚拟轴力；或，还具备第2限制单元，所述第2限制单元针对所述虚拟轴力设定上限值以及下限值，限制所述虚拟轴力；或，根据转向方向来设定所述上限值以及所述下限值；或，基于所述轴力来设定所述上限值以及所述下限值；或，根据转向速度来变更所述上限值以及所述下限值；或，根据车速来变更所述上限值以及所述下限值；或，根据所述齿条位移来变更所述反馈控制单元的模型参数；或，将所述判定用齿条位置超过所述第1齿条位置的时刻的所述轴力作为初始轴力并将其存储起来，在所述时刻之后，将所述轴力与所述初始轴力之间的差分用作所述轴力。
发明的效果
根据本发明的电动助力转向装置的控制装置，因为基于齿条机构的物理模型来构成控制***，所以具有“变得易于预测常数设计”的优点，还有，因为构成了模型追随控制以便使控制对象的输出追随规范模型，所以具有“针对负荷状态(外部干扰)和控制对象的变动，能够进行用于抑制‘拉转向盘的倾向’的鲁棒(稳健)控制”的优点。
附图说明
图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是表示电动助力转向装置的控制***的结构示例的结构框图。
图3是表示本发明的结构示例(第1实施方式)的结构框图。
图4是表示齿条位置变换单元的特性示例的图。
图5是表示粘弹性模型追随控制单元的结构示例(第1实施方式)的结构框图。
图6是粘弹性模型的示意图。
图7是用于说明粘弹性模型追随控制单元的详细的原理的结构框图。
图8是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第1实施方式)的结构框图。
图9是表示因虚拟齿条位移以及虚拟反力的发生而造成的虚拟齿条位置以及齿条反力的变化的样子的图，图9(A)是表示虚拟齿条位置的变化的样子的图，图9(B)是表示齿条反力的变化的样子的图。
图10是表示本发明的动作示例(第1实施方式)的流程图。
图11是表示粘弹性模型追随控制的动作示例(第1实施方式)的流程图。
图12是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第2实施方式)的结构框图。
图13是表示“按照齿条位移来变更控制参数”的示例的图。
图14是表示粘弹性模型追随控制的动作示例(第2实施方式)的流程图。
图15是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第3实施方式)的结构框图。
图16是表示粘弹性模型追随控制的动作示例(第3实施方式)的流程图。
图17是表示本发明的结构示例(第4实施方式)的结构框图。
图18是表示第1限制单元的结构示例(第4实施方式)的结构框图。
图19是表示粘弹性模型追随控制的动作示例(第4实施方式)的流程图。
图20是表示第1限制单元的动作示例(第4实施方式)的流程图。
图21是表示本发明的结构示例(第5实施方式)的结构框图。
图22是表示本发明的动作示例(第5实施方式)的流程图。
图23是表示粘弹性模型追随控制的动作示例(第5实施方式)的流程图。
图24是表示第2限制单元的动作示例(第5实施方式)的流程图。
图25是表示本发明的结构示例(第6实施方式)的结构框图。
图26是表示第5实施方式中的限制值的变化示例的图。
图27是表示第6实施方式中的限制值的变化示例的图。
图28是表示第2限制单元的动作示例(第6实施方式)的流程图。
图29是表示第7实施方式中的限制值的变化示例的图。
图30是表示第8实施方式中的限制值的变化示例的图。
图31是表示本发明的结构示例(第9实施方式)的结构框图。
图32是表示第2限制单元的结构示例(第9实施方式)的结构框图。
图33是表示相对于转向速度的高速转向时增益的特性示例的图。
图34是表示相对于转向速度的低速转向时增益的特性示例的图。
图35是表示第2限制单元的动作示例(第9实施方式)的流程图。
图36是表示本发明的结构示例(第10实施方式)的结构框图。
图37是表示第2限制单元的结构示例(第10实施方式)的结构框图。
图38是表示相对于车速的高速时增益的特性示例的图。
图39是表示相对于车速的低速时增益的特性示例的图。
图40是表示第2限制单元的动作示例(第10实施方式)的流程图。
图41是表示本发明的结构示例(第11实施方式)的结构框图。
图42是表示抵抗力运算单元的结构示例(第11实施方式)的结构框图。
图43是表示粘弹性模型追随控制的动作示例(第11实施方式)的流程图。
图44是表示抵抗力运算单元的动作示例(第11实施方式)的流程图。
图45是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第12实施方式)的结构框图。
图46是表示“按照齿条位移来变更模型参数”的示例的图。
图47是表示粘弹性模型追随控制的动作示例(第12实施方式)的流程图。
图48是表示本发明的结构示例(第13实施方式)的结构框图。
图49是表示粘弹性模型追随控制的动作示例(第13实施方式)的流程图。
具体实施方式
本发明为一种电动助力转向装置的控制装置，其基于齿条(转向齿条)机构的物理模型来构成控制***，将粘弹性模型(弹簧常数、粘性摩擦系数)设为规范模型，构成模型追随控制以便使控制对象的输出(齿条位置)追随该规范模型，使驾驶员感受到适当的反力，并且，抑制因“拉转向盘的倾向”而给驾驶员带来的不协调感。
通过粘弹性模型追随控制单元来构成模型追随控制，通过反馈控制单元来构成粘弹性模型追随控制单元，通过以相当于路面反力的力为输入的反馈控制来生成虚拟反力，这样就能够抑制“拉转向盘的倾向”，并且还可以使转向盘返回到中立方向。作为相当于路面反力的力，使用诸如加载在传递路面反力的齿条轴、柱轴等上的齿条轴力、柱轴扭矩之类的轴力。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在下面的实施方式中，尽管作为轴力使用齿条轴力，但因为齿条轴力与柱轴扭矩是等价的，所以也可以使用柱轴扭矩。还有，通过转向扭矩以及补偿电流指令值来计算出齿条轴力。补偿电流指令值为“基于由粘弹性模型追随控制单元来生成的虚拟轴力对电流指令值进行补偿后得到”的值(数据)，基于补偿电流指令值来进行转向***的辅助控制。
与图2相对应的图3示出了本发明的实施方式的结构示例(第1实施方式)，对相同的结构赋予相同的附图标记，并且省略其说明。
转向扭矩Th被输入到扭矩控制单元31中，并且还被输入到第1轴力变换单元101中。
第1轴力变换单元101通过依照下述式1来变换转向扭矩Th，从而计算出“用于计算出齿条轴力f”的转向轴力fs。
式1
在式1中，Cf为作为转向盘旋转一周时的齿条轴的移动量的行程比(齿轮齿条行程比)[m/rev.]。
作为“被用于计算出齿条轴力f”的补偿电流指令值，使用被保持在存储单元(Z-1)106中的“1个样本前的补偿电流指令值(补偿电流指令值过去值Irefmp)”。因为粘弹性模型追随控制单元120使用齿条轴力f来计算出作为计算补偿电流指令值时的基础的虚拟轴力ff，所以为了计算出齿条轴力f，需要使用作为“1个样本前的补偿电流指令值”的补偿电流指令值过去值Irefmp。第2轴力变换单元102依照下述式2将补偿电流指令值过去值Irefmp变换成辅助轴力fa。
式2
fa＝G1×Irefmp
在式2中，Kt为扭矩常数[Nm/A]，还有，Gr为减速比。
通过在加法单元104中转向轴力fs与辅助轴力fa相加来计算出齿条轴力f，计算出的齿条轴力f被输入到粘弹性模型追随控制单元120中。
来自旋转角传感器21的旋转角θe被输入到齿条位置变换单元100中，被变换成判定用齿条位置Rx。判定用齿条位置Rx被输入到齿条位置判定单元110中，如图4所示那样，齿条位置判定单元110在判定用齿条位置Rx超过了“被设定在齿条末端的前面”的所规定的位置(第1齿条位置)x0的情况下，为了执行模型追随控制，输出切换信号SWS，并且，将从第1齿条位置x0开始的距离设定为齿条位移x并将其输出。在判定用齿条位置Rx没有超过第1齿条位置x0的情况下，齿条位置判定单元110不输出任何内容，进行通常情况下的辅助控制。切换信号SWS以及齿条位移x与齿条轴力f一起被输入到粘弹性模型追随控制单元120中。指令值变换单元103依照下述式3将“在粘弹性模型追随控制单元120中经控制运算后得到”的虚拟轴力ff变换成控制指令值Irefc。
式3
为了对电流指令值Iref进行补偿，控制指令值Irefc在加法单元105中与电流指令值Iref相加，在加法单元105中得到的加法结果成为补偿电流指令值Irefm。还有，基于补偿电流指令值Irefm来进行辅助控制。
此外，可以将如图4所示的第1齿条位置x0设定在适当的位置。还有，也可以将车辆向前行驶时的第1齿条位置x0和车辆向后行驶时的第1齿条位置x0设定成不同的值。还有，尽管从与电动机相连接的旋转角传感器21处获得旋转角θe，但也可以从转向角传感器处获得旋转角θe。
图5示出了粘弹性模型追随控制单元120的结构示例。
如图5所示，齿条位移x以及齿条轴力f被输入到反馈控制单元130中。来自反馈控制单元130的虚拟轴力FB被输入到切换单元121中。根据切换信号SWS来启动/关闭(ON/OFF)切换单元121，当切换单元121根据切换信号SWS而被关闭(OFF)的时候，来自切换单元121的输出为零。当切换单元121根据切换信号SWS而被启动(ON)的时候，虚拟轴力FB被作为虚拟轴力ff输出。指令值变换单元103将虚拟轴力ff变换成控制指令值Irefc。
本发明的粘弹性模型追随控制单元120变成了基于齿条机构的物理模型的控制***，构成了在从第1齿条位置到齿条末端的范围(以下，将其称为“控制范围”)内将粘弹性模型(弹簧常数k0[N/m]、粘性摩擦系数μ[N/(m/s)])设为规范模型(通过作为输入的力和作为输出的位移来描述的物理模型)的模型追随控制。
图6示出了在控制范围内的示意图，下述式4示出了质量m与力F0、F1之间的关系。例如，关西大学理工学会杂志“理工学与技术”第17卷(2010年)中的“弹性膜和粘弹性的力学的基础”(大场谦吉)示出了粘弹性模型的方程式的导出过程。
式4
接下来，针对齿条位移x1和x2，将k0和k1设为弹簧常数的话，则式5～式7成立。
式5
x＝x1+x2
式6
F0＝k0x
式7
因此，将上述式5～式7代入到上述式4，则可得式8。
式8
对上述式8进行微分的话，则可得下述式9，然后，在两边都乘以μ1/k1的话，则可得下述式10。
式9
式10
然后，将式8和式10加在一起的话，则可得下述式11。
式11
将上述式5和式7代入到式11的话，则可得下述式12。
式12
在这里，μ1/k1＝τe、k0＝Er和μ1(1/k0+1/k1)＝τδ均成立的话，则上述式12变成式13，然后，进行拉普拉斯变换的话，则式14成立。
式13
式14
(1+τes)F(s)＝{τems3+ms2+Er(1+τδs)}X(s)
通过X(s)/F(s)来整理上述式14的话，则可得下述式15。
式15
式15变成用来表示从作为输入的力f到作为输出的位移x的特性的三阶物理模型(传递函数)，当使用弹簧常数k1＝∞的弹簧的话，则τe→0成立，并且，τδ＝μ1·1/k0也成立，从而可以导出二次函数的下述式16。
式16
在本发明中，将用式16表示的二次函数作为规范模型Gm并对其进行说明。也就是说，将式17作为规范模型Gm。在这里，μ1＝μ是成立的。
式17
接下来，将电动助力转向装置的实际工厂(actual plant)136设为用下述式18表示的P，当通过具有2个自由度的控制***来设计规范模型追随型控制的话，则将Pn以及Pd作为实际的模型，这样就变成了图7的结构。方框(块，block)133(Cd)表示控制要素单元。(例如，参照“先行控制的***控制理论”，作者：前田肇、杉江俊治，出版社：日本朝仓书店)
式18
为了用稳定的有理函数的比来表示实际工厂P，用下述式19来表示N以及D。N的分子变成P的分子，D的分子变成P的分母。此外，对于α来说，可以任意地选择(s+α)＝0的极。
式19
将图7的结构应用于规范模型Gm的话，则为了使x/f＝Gm成立，需要将1/F设定成下述式20那样。此外，基于式17以及式19来导出式20。
式20
用下述式21来表示方框131(N/F)，还有，用下述式22来表示方框134(D/F)。
式21
式22
在用来表示具有2个自由度的控制***的一个示例的图7中，实际工厂P的输入(与虚拟轴力相对应的控制指令值)u是用下述式23来表示的。
式23
还有，实际工厂P的输出(齿条位移)x是用下述式24来表示的。
式24
整理式24，并且，使输出x的项汇集在左边，使输入f的项汇集在右边的话，则可以导出式25。
式25
将式25表示成针对输入f的输出x的传递函数的话，则可得下述式26。在这里，在第三项以后，作为P＝Pn/Pd来表现。
式26
如果能够正确地表现了实际工厂P的话，则可以使Pn＝N和Pd＝D成立，因为针对输入f的输出x的特性可以被表示成Pn/F(＝N/F)，所以下述式27成立。
式27
当考虑“将针对输入f的输出x的特性(规范模型(传递函数))设为下述式28”的时候，通过将1/F设为下述式29就能够实现。
式28
式29
尽管如图7所示的结构具有反馈控制***和前馈控制***，但即使只通过反馈控制***和前馈控制***中的任何一方的控制***，也能够进行模型追随控制。因此，本发明为“只具有反馈控制***”的结构，如图5所示那样，粘弹性模型追随控制单元120只具备作为反馈控制***的反馈控制单元130。
立足于上述前提，下面，参照图8对第1实施方式中的粘弹性模型追随控制单元120的具体的结构示例进行说明。
图8的结构示例与图5的结构示例相对应，齿条轴力f以及齿条位移x被输入到反馈控制单元130中。反馈控制单元130由反馈要素(N/F)131、减法单元132和控制要素单元133来构成，来自反馈控制单元130的虚拟轴力FB，即，控制要素单元133的输出被输入到切换单元121的接点b1。来自固定单元122的固定值“0”被输入到切换单元121的接点a1。
控制要素单元133为PD(比例微分)控制的结构，还有，传递函数是用下述式30来表示的。
式30
Cd＝kp+kd·s
在式30中，kp为比例增益，kd为微分增益，它们均为反馈控制单元130的控制参数。
齿条轴力f被输入到反馈控制单元130的反馈要素(N/F)131中，齿条位移x被减法输入到反馈控制单元130的减法单元132中。切换信号SWS被输入到切换单元121中，切换单元121的接点在通常情况下被连接到接点a1，还有，切换单元121的接点根据切换信号SWS被切换到接点b1。
反馈要素(N/F)131相当于作为规范模型的粘弹性模型，并且，设定作为粘弹性模型的参数(模型参数)的弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ以便粘弹性模型模拟不会发生“拉转向盘的倾向”的规范车辆特性。例如，设定成具有12Nm/rad的弹簧特性。另外，反馈要素(N/F)131使用设定好的弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ并且基于式21，来将齿条轴力f变换成虚拟齿条位移ix。也就是说，虚拟齿条位移ix相当于针对不会发生“拉转向盘的倾向”的特性的齿条轴力f的齿条位移。因此，尽管将不会发生“拉转向盘的倾向”的特性的齿条轴力f输入到作为粘弹性模型的反馈要素(N/F)131中的话，虚拟齿条位移ix与作为实际的齿条位移的齿条位移x就会变得一致，但输入发生“拉转向盘的倾向”的特性的齿条轴力f的话，则因为齿条轴力f小，所以虚拟齿条位移ix不能充分地朝着齿条末端方向前进，从而在虚拟齿条位移ix与齿条位移x之间会产生差。基于这个差Δx(＝ix－x)，经由控制要素单元133，虚拟轴力FB被输出，然后，虚拟轴力ff被输出。接下来，指令值变换单元103将虚拟轴力ff变换成控制指令值Irefc。基于通过控制指令值Irefc与电流指令值Iref相加后得到的补偿电流指令值Irefm，对电动机20进行驱动控制，这样就会发生反力。实际上，因为虚拟齿条位移ix小于齿条位移x，所以虚拟轴力ff变为负值，通过辅助力变小，虚拟性的反力(虚拟反力)就会变大。
图9是表示因虚拟齿条位移以及虚拟反力的发生而造成的“与虚拟齿条位移相对应的判定用齿条位置”(以下，将其称为“虚拟齿条位置”)以及“施加在齿条轴上的反力”(以下，将其称为“齿条反力”)的变化的样子的图。图9(A)示出了虚拟齿条位置的变化的样子，在图9(A)中，横轴为判定用齿条位置，纵轴为虚拟齿条位置，实线表示了发生“拉转向盘的倾向”的特性的场合的变化，虚线表示了不会发生“拉转向盘的倾向”的特性的场合的变化。还有，图9(B)示出了齿条反力的变化的样子，在图9(B)中，横轴为判定用齿条位置，纵轴为齿条反力，实线表示了在发生“拉转向盘的倾向”的特性的情况下的向前行驶以及向后行驶的场合的变化，虚线表示了在不会发生“拉转向盘的倾向”的特性的情况下的向前行驶以及向后行驶的场合的变化。如图9(A)所示那样，尽管在不会发生“拉转向盘的倾向”的特性的情况下，判定用齿条位置与虚拟齿条位置一致，但在发生“拉转向盘的倾向”的特性的情况下，当判定用齿条位置超过了第1齿条位置x0之后，虚拟齿条位置变成逐渐减小，在虚拟齿条位置与判定用齿条位置(＝不会发生“拉转向盘的倾向”的特性的场合的虚拟齿条位置)之间产生了如箭头所示的差。其结果为，如图9(B)所示那样，在发生“拉转向盘的倾向”的特性的情况下，齿条反力减少。因此，通过使用上述的差将虚拟轴力反馈到电流指令值从而减少辅助力，这样就能够产生虚拟反力，如图9(B)的箭头所示那样增加齿条反力，从而能够接近不会发生“拉转向盘的倾向”的特性。通过这样做，驾驶员就能够感受到适当的反力，并且，在诸如松开转向盘之类的情况下，能够有效地将转向盘返回到中立方向，而且还能够抑制因“拉转向盘的倾向”而给驾驶员带来的不协调感。
在这样的结构中，首先，参照图10的流程图对第1实施方式的整个动作示例进行说明，接着，参照图11的流程图对粘弹性模型追随控制的动作示例进行说明。
在开始阶段，依据切换信号SWS，切换单元121被关闭(即，切换单元121被连接到接点a1)，还有，被保持在存储单元106中的补偿电流指令值过去值Irefmp被设定为零。然后，当动作开始的时候，首先，扭矩控制单元31基于转向扭矩Th以及车速Vel来运算出电流指令值Iref(步骤S10)，齿条位置变换单元100将来自旋转角传感器21的旋转角θe变换成判定用齿条位置Rx(步骤S20)。齿条位置判定单元110判定“判定用齿条位置Rx是否超过了第1齿条位置x0”(步骤S30)，在被判定为“判定用齿条位置Rx没有超过第1齿条位置x0”的情况下，粘弹性模型追随控制单元120不输出虚拟轴力ff，执行基于电流指令值Iref的通常的转向控制(步骤S40)，继续进行直到结束为止(步骤S50)。
另一方面，在通过齿条位置判定单元110而被判定为“判定用齿条位置Rx超过了第1齿条位置x0”的情况下，粘弹性模型追随控制单元120执行粘弹性模型追随控制(步骤S60)。
在粘弹性模型追随控制中，如图11所示那样，齿条位置判定单元110输出切换信号SWS(步骤S610)，并且还输出齿条位移x(步骤S620)。齿条位移x被减法输入到减法单元132中。还有，第1轴力变换单元101依照式1将转向扭矩Th变换成转向轴力fs(步骤S630)，第2轴力变换单元102依照式2将被保持在存储单元106中的补偿电流指令值过去值Irefmp变换成辅助轴力fa(步骤S640)。在加法单元104中转向轴力fs与辅助轴力fa相加(步骤S650)，相加后得到的加法结果作为齿条轴力f被输入到反馈要素(N/F)131中。反馈要素(N/F)131使用预先设定好的弹簧常数k0、粘性摩擦系数μ以及质量m，并且，基于式21，来将齿条轴力f变换成虚拟齿条位移ix(步骤S660)。虚拟齿条位移ix被加法输入到减法单元132中，减法单元132从虚拟齿条位移ix中减去齿条位移x(步骤S670)，控制要素单元133使用式30来将在减法单元132中得到的减法值Δx变换成虚拟轴力FB(步骤S680)。控制要素单元133输出经变换后得到的虚拟轴力FB，虚拟轴力FB被输入到切换单元121的接点b1。
来自齿条位置判定单元110的切换信号SWS被输入到切换单元121中，切换单元121被启动(即，切换单元121的接点从a1被切换到b1)(步骤S690)。当切换单元121被启动的时候，来自反馈控制单元130的虚拟轴力FB被作为虚拟轴力ff输出，指令值变换单元103依照式3将虚拟轴力ff变换成控制指令值Irefc(步骤S700)。控制指令值Irefc被输入到加法单元105中，控制指令值Irefc在加法单元105中与电流指令值Iref相加，在加法单元105中得到的加法结果被作为补偿电流指令值Irefm输出(步骤S710)。补偿电流指令值Irefm作为补偿电流指令值过去值Irefmp被保持在存储单元106中(步骤S720)，并且，基于补偿电流指令值Irefm执行转向控制，跳到步骤S50。
接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。
尽管在第1实施方式中，反馈控制单元的控制参数(比例增益kp和微分增益kd)为固定值，但在第2实施方式中，基于齿条位移来改变反馈控制单元的控制参数(比例增益kp和微分增益kd)。例如，在齿条位移为零的附近，减小控制参数；随着朝向齿条末端方向，增大控制参数。通过在齿条位移为零的附近减小控制参数，就能够减少虚拟反力的变化，从而能够使驾驶员不容易感受到变化。
图12示出了第2实施方式中的粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例，与如图8所示的第1实施方式中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例相比的话，可知在第2实施方式中，追加了控制参数设定单元223，并且，控制要素单元233替代了如图8所示的第1实施方式中的控制要素单元133。因为第2实施方式的其他的结构要素与第1实施方式相同，所以省略其说明。
控制参数设定单元223基于齿条位移x输出具有例如图13所示那样的特性的比例增益kp和微分增益kd。控制要素单元233输入比例增益kp和微分增益kd，并且，在基于式30将来自减法单元132的减法值Δx变换成虚拟轴力FB的时候，使用比例增益kp和微分增益kd。通过使比例增益kp和微分增益kd具有如图13所示那样的特性，在齿条位移x小的范围内，控制要素单元233的控制增益就变小；随着齿条位移变大，控制增益就变大。
在这样的结构中，参照图14的流程图对第2实施方式的动作示例进行说明。与第1实施方式的动作示例相比，在第2实施方式的动作示例中，粘弹性模型追随控制的动作不同于第1实施方式，还有，在粘弹性模型追随控制的动作中，仅添加了控制参数设定单元223的动作。图14示出了粘弹性模型追随控制的动作示例，与如图11所示的第1实施方式的动作示例相比，在图14中添加了步骤S621。第2实施方式的其他的动作与第1实施方式相同。
在步骤S621中，控制参数设定单元223输入从齿条位置判定单元110输出的齿条位移x，控制参数设定单元223将“根据齿条位移x并且按照如图13所示的特性来求出的”比例增益kp以及微分增益kd设定在控制要素单元233中。控制要素单元233使用设定好的比例增益kp以及微分增益kd，在步骤S680中，按照式30将减法值Δx变换成虚拟轴力FB。
此外，比例增益kp以及微分增益kd的特性并不限于如图13所示那样的特性，比例增益kp以及微分增益kd的特性也可以为线性地发生变化的特性。
对本发明的第3实施方式进行说明。
尽管在第2实施方式中，基于齿条位移来改变反馈控制单元的控制参数，但在第3实施方式中，基于虚拟齿条位移来改变反馈控制单元的控制参数。
图15示出了第3实施方式中的粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例，与如图12所示的第2实施方式中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例相比的话，可知在第3实施方式中，虚拟齿条位移ix被输入到控制参数设定单元323中，而不是齿条位移x被输入到控制参数设定单元323中。控制参数设定单元323基于虚拟齿条位移ix输出“具有与例如图13所示的特性相同的特性”的比例增益kp以及微分增益kd。除了控制参数设定单元323以外，第3实施方式中的粘弹性模型追随控制单元的结构与第2实施方式中的粘弹性模型追随控制单元的结构相同。
图16示出了第3实施方式中的粘弹性模型追随控制的动作示例。因为在第3实施方式中使用虚拟齿条位移ix来设定控制参数，所以与如图14所示的第2实施方式中的粘弹性模型追随控制的动作示例相比的话，可知在第3实施方式中的粘弹性模型追随控制中，设定控制参数的时刻不同于第2实施方式。也就是说，在第3实施方式中的粘弹性模型追随控制中，在“运算出虚拟齿条位移ix”的步骤S660之后，设定控制参数(步骤S661)，而不是在步骤S620之后设定控制参数。
在步骤S661中，控制参数设定单元323输入从反馈要素(N/F)131输出的虚拟齿条位移ix，控制参数设定单元323将“根据虚拟齿条位移ix并且按照与如图13所示的特性相同的特性来求出的”比例增益kp以及微分增益kd设定在控制要素单元233中。控制要素单元233使用设定好的比例增益kp以及微分增益kd，在步骤S680中，按照式30将减法值Δx变换成虚拟轴力FB。
此外，与第2实施方式的场合相同，在第3实施方式中，比例增益kp以及微分增益kd的特性并不限于如图13所示那样的特性，比例增益kp以及微分增益kd的特性也可以为线性地发生变化的特性。还有，在第3实施方式中，比例增益kp以及微分增益kd的特性也可以不与在第2实施方式中使用的特性相匹配。
对本发明的第4实施方式进行说明。
在第4实施方式中，除了第1齿条位置x0之外，还设置了“大于第1齿条位置x0并且小于齿条末端位置”的所规定的位置(第2齿条位置)xn，并且，当齿条位移x超过了第2齿条位置xn的时候，不让虚拟轴力ff增大。因为在齿条末端附近过度减少辅助力的话，则会发生“驾驶员的转向力变大，从而导致操作性变差”的现象，所以通过设置第2齿条位置xn，就能够抑制这种现象。
图17示出了第4实施方式的结构示例。与如图3所示的第1实施方式的结构示例相比，在第4实施方式的结构中，追加了第1限制单元440。因为第4实施方式的其他的结构要素与第1实施方式相同，所以省略其说明。
第1限制单元440输入从粘弹性模型追随控制单元120输出的虚拟轴力ff以及从齿条位置判定单元110输出的齿条位移x，并且，基于齿条位移x对虚拟轴力ff进行限制。
图18示出了第1限制单元440的结构示例。第1限制单元440具备判定限制单元441和存储单元(Z-1)442。判定限制单元441输入虚拟轴力ff以及齿条位移x，并且，在齿条位移x没有超过第2齿条位置xn的情况下，不变更虚拟轴力ff，将虚拟轴力ff作为虚拟轴力ff1输出。虚拟轴力ff1作为“1个样本前的虚拟轴力”(虚拟轴力过去值ffp)被保持在存储单元442中。在齿条位移x超过了第2齿条位置xn的情况下，将被保持在存储单元442中的虚拟轴力过去值ffp作为虚拟轴力ff1输出。通过这样做，在处于“齿条位移x超过了第2齿条位置xn”的状态的期间中，就能够连续输出“作为虚拟轴力ff1”的“齿条位移x即将超过第2齿条位置xn之前的虚拟轴力ff”。
图19示出了第4实施方式的动作示例。与第1实施方式的动作示例相比，在第4实施方式的动作示例中，粘弹性模型追随控制的动作不同于第1实施方式，还有，在粘弹性模型追随控制的动作中，仅添加了第1限制单元440的动作，第4实施方式的其他的动作与第1实施方式的动作示例相同。
通过步骤S620从齿条位置判定单元110输出的齿条位移x被减法输入到粘弹性模型追随控制单元120的减法单元132中，并且还被输入到第1限制单元440中。还有，通过步骤S690切换单元121被启动(ON)，从粘弹性模型追随控制单元120的反馈控制单元130输出的虚拟轴力ff也被输入到第1限制单元440中。第1限制单元440基于齿条位移x来进行虚拟轴力ff的限制处理(以下，将其称为“第1限制处理”)(步骤S691)，经限制处理后得到的虚拟轴力ff1在指令值变换单元103中被变换成限制指令值Irefc(步骤S701)。
图20示出了第1限制单元440中的第1限制处理的动作示例。齿条位移x以及虚拟轴力ff被输入到判定限制单元441中(步骤S810)，判定限制单元441进行预先设定好的第2齿条位置xn与齿条位置x的比较(步骤S820)。在齿条位移x没有超过第2齿条位置xn的情况下，将虚拟轴力ff原封不动地设定为虚拟轴力ff1(步骤S830)。在齿条位移x超过了第2齿条位置xn的情况下，将被保持在存储单元442中的虚拟轴力过去值ffp设定为虚拟轴力ff1(步骤S840)。虚拟轴力ff1被输出到指令值变换单元103，并且，还作为虚拟轴力过去值ffp被保持在存储单元442中(步骤S850)，跳到步骤S701。
此外，只要第2齿条位置xn位于第1齿条位置x0与齿条末端位置之间的话，就可以将第2齿条位置xn设定在适当的位置。还有，也可以将车辆向前行驶时的第2齿条位置xn和车辆向后行驶时的第2齿条位置xn设定成不同的值。另外，在齿条位移x超过了第2齿条位置xn的情况下，尽管将虚拟轴力过去值设定为虚拟轴力ff1，但也可以将齿条位移x没有超过第2齿条位置xn的场合的过去的虚拟轴力的平均值、最大值(如果是负的值的话，则为最小值)等设定为虚拟轴力ff1，还有，也可以将固定值设定为虚拟轴力ff1。
对本发明的第5实施方式进行说明。
尽管在第4实施方式中，根据齿条位移的位置来对虚拟轴力进行限制，但在第5实施方式中，通过针对虚拟轴力设定上限值以及下限值来对虚拟轴力进行限制，以便使虚拟轴力不会变得过大。此外，在第5实施方式和第5实施方式之后的实施方式中，当使转向盘向右转动(下面，被称为“向右转动转向盘”)的时候，诸如齿条轴力之类的相对于齿条轴的旋转力被设定为正的值；当使转向盘向左转动(下面，被称为“向左转动转向盘”)的时候，诸如齿条轴力之类的相对于齿条轴的旋转力被设定为负的值。
图21示出了第5实施方式的结构示例。与如图17所示的第4实施方式的结构示例相比，在第5实施方式的结构中，第2限制单元550替代了如图17所示的第4实施方式中的第1限制单元440，还有，齿条位置判定单元510替代了如图17所示的第4实施方式中的齿条位置判定单元110。因为第5实施方式的其他的结构要素与第4实施方式相同，所以省略其说明。此外，在第5实施方式的结构中，也可以通过设置第1限制单元和第2限制单元来替代第1限制单元440，而不是通过设置第2限制单元550来替代第1限制单元440。
齿条位置判定单元510输出齿条位移x、切换信号SWS以及用来表示转向盘的转向方向的方向信号Sd。基于被输入到齿条位置判定单元510中的判定用齿条位置Rx来判定转向盘的转向方向，在判定为“转向盘的转向方向为向右转动转向盘”的情况下，将方向信号Sd设定为“向右转动”并将其输出；在判定为“转向盘的转向方向为向左转动转向盘”的情况下，将方向信号Sd设定为“向左转动”并将其输出。
第2限制单元550对从粘弹性模型追随控制单元120输出的虚拟轴力ff的最大值以及最小值进行限制。为了进行限制，尽管设定针对虚拟轴力ff的上限值以及下限值(下面，将“上限值以及下限值”总称为“限制值”)，但是分别设定向右转动转向盘的场合的限制值和向左转动转向盘的场合的限制值。例如，在向右转动转向盘的场合，如下述式31所示那样将上限值(下面，被称为“向右转动上限值”)RU1设定为所规定的值Fx1(例如，2Nm(牛顿米))，如下述式32所示那样将下限值(下面，被称为“向右转动下限值”)RL1设定为从通过反转***的最大输出fmax(正的值)的符号后而得到的值中减去所规定的值Fx2(例如，10Nm)而得到的值。
式31
RU1＝Fx1
式32
RL1＝－fmax－Fx2
在向左转动转向盘的场合，将通过对调了向右转动转向盘的场合的上限值以及下限值而得到的值分别设定为上限值(下面，被称为“向左转动上限值”)LU1以及下限值(下面，被称为“向左转动下限值”)LL1。也就是说，由下述式33以及式34来分别表示向左转动上限值LU1以及向左转动下限值LL1。
式33
LU1＝fmax+Fx2
式34
LL1＝－Fx1
第2限制单元550输入从齿条位置判定单元510输出的方向信号Sd。还有，在方向信号Sd为“向右转动”的情况下，使用向右转动上限值RU1以及向右转动下限值RL1来对虚拟轴力ff进行限制；在方向信号Sd为“向左转动”的情况下，使用向左转动上限值LU1以及向左转动下限值LL1来对虚拟轴力ff进行限制。经过限制之后的虚拟轴力ff作为虚拟轴力ff2被输出到指令值变换单元103。
在这样的结构中，参照图22、图23以及图24的流程图对第5实施方式的动作示例进行说明。
图22通过流程图示出了整体的动作示例，与图10的流程图相比，在图22中，追加了方向信号Sd的输出(步骤S21)，还有，因为在通常转向(步骤S40)以及粘弹性模型追随控制(步骤S60)中，增加了第2限制单元550的处理，所以产生了变更(步骤S41、步骤S61)。
在步骤S21中，齿条位置判定单元510基于被输入进来的判定用齿条位置Rx来判定转向盘的转向方向，并且将判定结果(向右转动、向左转动)作为方向信号Sd输出到第2限制单元550。
图23的流程图示出了粘弹性模型追随控制(步骤S61)中的动作示例。与如图19所示的第4实施方式的动作示例相比，在图23的流程图中，步骤S692以及步骤S702分别替代了图19的步骤S691以及步骤S701。在步骤S692中，基于从齿条位置判定单元510输出的方向信号Sd，第2限制单元550进行“针对从粘弹性模型追随控制单元120输出的虚拟轴力ff的限制处理”(以下，将其称为“第2限制处理”)。
图24示出了第2限制单元550的动作示例。第2限制单元550输入方向信号Sd(步骤S910)。还有，在方向信号Sd为“向右转动”的情况下(步骤S920)，当虚拟轴力ff等于或大于向右转动上限值RU1的时候(步骤S930)，将虚拟轴力ff的值设定为向右转动上限值RU1(步骤S940)；当虚拟轴力ff等于或小于向右转动下限值RL1的时候(步骤S950)，将虚拟轴力ff的值设定为向右转动下限值RL1(步骤S960)；如果为除此以外的情况的话，则不变更虚拟轴力ff的值。在方向信号Sd为“向左转动”的情况下(步骤S920)，当虚拟轴力ff等于或大于向左转动上限值LU1的时候(步骤S970)，将虚拟轴力ff的值设定为向左转动上限值LU1(步骤S980)；当虚拟轴力ff等于或小于向左转动下限值LL1的时候(步骤S990)，将虚拟轴力ff的值设定为向左转动下限值LL1(步骤S1000)；如果为除此以外的情况的话，则不变更虚拟轴力ff的值。经过限制之后的虚拟轴力ff被作为虚拟轴力ff2输出(步骤S1010)，虚拟轴力ff2在指令值变换单元103被变换成限制指令值Irefc(步骤S702)，然后在加法单元105中与电流指令值Iref相加。
在通常转向(步骤S41)中，与粘弹性模型追随控制的场合相同，也对从粘弹性模型追随控制单元120输出的虚拟轴力ff进行限制。然而，因为在这种情况下的虚拟轴力ff的值为零，所以不需要对虚拟轴力ff进行限制，将虚拟轴力ff原封不动地作为虚拟轴力ff2来输出。
此外，尽管将通过对调了向右转动上限值以及向右转动下限值而得到的值分别设定为向左转动上限值以及向左转动下限值，但作为向左转动上限值以及向左转动下限值，也可以使用不同的所规定的值，还可以不使用通过对调而得到的值。还有，也可以在向右转动转向盘的场合和在向左转动转向盘的场合使用相同的限制值，在这种情况下，因为不需要方向信号Sd，所以也不需要进行齿条位置判定单元510中的转向盘的转向方向的判定以及第2限制单元550中的基于方向信号Sd的动作的切换。
对本发明的第6实施方式进行说明。
尽管在第5实施方式中，“针对虚拟轴力ff的限制值”为固定的值，但在第6实施方式中，基于被输入到粘弹性模型追随控制单元120中的齿条轴力f来设定“针对虚拟轴力ff的限制值”。通过基于齿条轴力f来设定“针对虚拟轴力ff的限制值”，就能够设定更合适的限制值。
图25示出了第6实施方式的结构示例。与如图21所示的第5实施方式的结构示例相比，在第6实施方式的结构中，第2限制单元650替代了如图21所示的第5实施方式中的第2限制单元550。虚拟轴力ff、方向信号Sd以及从加法单元104输出的齿条轴力f被输入到第2限制单元650中，第2限制单元650基于方向信号Sd以及齿条轴力f来对虚拟轴力ff的最大值以及最小值进行限制。具体地说，例如，如下述式35所示那样将向右转动上限值RU2设定为通过将所规定的值Fx3(例如，2Nm)与齿条轴力f相加而得到的值，如下述式36所示那样将向右转动下限值RL2设定为从通过反转齿条轴力f的符号后而得到的值中减去所规定的值Fx4(例如，10Nm)而得到的值。
式35
RU2＝f+Fx3
式36
RL2＝－f－Fx4
将通过对调了向右转动上限值RU2以及向右转动下限值RL2而得到的值分别设定为向左转动上限值LU2以及向左转动下限值LL2。也就是说，由下述式37以及式38来分别表示向左转动上限值LU2以及向左转动下限值LL2。
式37
LU2＝－f+Fx4
式38
LL2＝f－Fx3
例如，在齿条轴力f随转向角如图27的虚线所示那样发生变化的情况下，尽管第5实施方式中的限制值如图26所示那样与齿条轴力f无关地为一定的值，但第6实施方式中的限制值如图27的实线所示那样发生变化。
在这样的结构中，参照图28的流程图对第6实施方式的动作示例进行说明。
图28是表示第2限制单元650的动作示例的流程图，与如图24所示的第5实施方式的动作示例相比，在图28的流程图中，在将从粘弹性模型追随控制单元120输出的虚拟轴力ff与限制值进行比较之前，基于从加法单元104输出的齿条轴力f来设定各个限制值。也就是说，在将虚拟轴力ff与向右转动上限值RU2进行比较之前，按照式35来设定向右转动上限值RU2(步骤S921)；在将虚拟轴力ff与向右转动下限值RL2进行比较之前，按照式36来设定向右转动下限值RL2(步骤S941)；在将虚拟轴力ff与向左转动上限值LU2进行比较之前，按照式37来设定向左转动上限值LU2(步骤S961)；在将虚拟轴力ff与向左转动下限值LL2进行比较之前，按照式38来设定向左转动下限值LL2(步骤S981)。其他的动作与第5实施方式的动作相同。
此外，作为在计算限制值的时候使用的所规定的值Fx3以及Fx4，也可以使用在第5实施方式中使用的所规定的值Fx1以及Fx2。还有，与第5实施方式的场合相同，作为向左转动上限值以及向左转动下限值，也可以使用不同的所规定的值，而不是使用通过对调了向右转动上限值以及向右转动下限值而得到的值，还可以不使用通过对调而得到的值，另外，也可以在向右转动转向盘的场合和在向左转动转向盘的场合使用相同的限制值。
对本发明的第7实施方式进行说明。
尽管在第7实施方式中，与第6实施方式相同，基于齿条轴力f来设定限制值，但为了进行更强的限制，在第7实施方式中，使在计算向右转动下限值以及向左转动上限值的时候所进行的所规定的值的加减法运算与第6实施方式成为相反。然而，为了使得不会施加反方向的辅助力，将向右转动下限值设定为“不超过零”，并且，将向左转动上限值设定为“不会变成小于零”。
尽管第7实施方式的结构示例与如图25所示的第6实施方式的结构示例基本上是相同的，但是第2限制单元中的动作是不同的。也就是说，尽管在第2限制单元中，例如，如下述式39所示那样将向右转动上限值RU3设定为通过将所规定的值Fx5(例如，2Nm)与齿条轴力f相加而得到的值，如下述式40所示那样将向右转动下限值RL3设定为通过将所规定的值Fx6(例如，5Nm)与通过反转齿条轴力f的符号后而得到的值相加而得到的值，但是当向右转动下限值RL3超过了零的时候，将向右转动下限值RL3设定为零。
式39
RU3＝f+Fx5
式40
RL3＝－f+Fx6
尽管将通过对调了向右转动上限值RU3以及向右转动下限值RL3而得到的值分别设定为向左转动上限值LU3以及向左转动下限值LL3，也就是说，尽管由下述式41以及式42来分别表示向左转动上限值LU3以及向左转动下限值LL3，但是当向左转动上限值LU3小于零的时候，将向左转动上限值LU3设定为零。
式41
LU3＝－f－Fx6
式42
LL3＝f－Fx5
例如，在齿条轴力f随转向角如图29的虚线所示那样发生变化的情况下，第7实施方式中的限制值如实线所示那样发生变化。
第7实施方式的动作，如上所述那样，只有第2限制单元中的动作与第6实施方式的动作示例不同，其他的动作都是相同的。
此外，作为在计算限制值的时候使用的所规定的值Fx5以及Fx6，也可以使用在第5实施方式和/或第6实施方式中使用的所规定的值。还有，作为向左转动上限值以及向左转动下限值，也可以使用不同的所规定的值，而不是使用通过对调了向右转动上限值以及向右转动下限值而得到的值，还可以不使用通过对调而得到的值。
对本发明的第8实施方式进行说明。
在第8实施方式中，通过对第5实施方式中的限制值的设定方法和第6实施方式中的限制值的设定方法进行组合，来设定限制值。例如，按照第5实施方式中的限制值的设定方法来设定向右转动上限值以及向左转动下限值，还有，按照第6实施方式中的限制值的设定方法来设定向右转动下限值以及向左转动上限值。也就是说，按照下述式43～式46来分别设定向右转动上限值RU4、向右转动下限值RL4、向左转动上限值LU4以及向左转动下限值LL4。
式43
RU4＝Fx1
式44
RL4＝－f－Fx4
式45
LU4＝－f+Fx4
式46
LL4＝－Fx1
例如，在齿条轴力f随转向角如图30的虚线所示那样发生变化的情况下，第8实施方式中的限制值如实线所示那样发生变化。
第8实施方式的结构示例以及动作示例，只有第2限制单元中的动作如上所述那样是不同的，第8实施方式的其他的结构示例以及动作示例与第6实施方式的结构示例以及动作示例都是相同的。
此外，作为限制值的设定方法的组合，也可以采用与上述相反的方法，即，按照第6实施方式的中的限制值的设定方法来设定向右转动上限值以及向左转动下限值，还有，按照第5实施方式中的限制值的设定方法来设定向右转动下限值以及向左转动上限值。还有，也可以将第5实施方式中的限制值的设定方法和第7实施方式中的限制值的设定方法组合起来。
对本发明的第9实施方式进行说明。
尽管在第6实施方式～第8实施方式中，基于齿条轴力f来设定限制值，但在第9实施方式中，还进一步根据转向速度来变更限制值。通过这样做，就可以在转向速度快的时候，通过放宽虚拟轴力的限制，来强烈地抑制“拉转向盘的倾向”；在转向速度慢的时候，通过加强虚拟轴力的限制，来抑制过度的反力等，从而能够采取更加柔软的对应。
图31示出了第9实施方式的结构示例。与如图25所示的第6实施方式的结构示例相比，在第9实施方式的结构中，第2限制单元750替代了如图25所示的第6实施方式中的第2限制单元650，还有，虚拟轴力ff、方向信号Sd、齿条轴力f以及转向速度ω被输入到第2限制单元750中。
第2限制单元750在转向速度快的时候，为了通过放宽虚拟轴力的限制来强烈地抑制“拉转向盘的倾向”，按照第6实施方式中的限制值的设定方法来设定限制值；在转向速度慢的时候，为了通过加强虚拟轴力的限制来抑制过度的反力，按照第7实施方式中的限制值的设定方法来设定限制值。还有，通过将按照第6实施方式以及第7实施方式中的限制值的设定方法设定好的各个限制值与增益相乘，然后再将它们相加后得到的值作为限制值，这样就能够逐渐地进行设定方法的转移。
图32示出了第2限制单元750的结构示例。第2限制单元750由高速转向时限制值运算单元751、低速转向时限制值运算单元752、高速转向时增益单元753、低速转向时增益单元754、限制处理单元755、加法单元756以及加法单元757来构成。
高速转向时限制值运算单元751使用方向信号Sd以及齿条轴力f并且按照第6实施方式中的限制值的设定方法来计算出上限值UPH以及下限值LWH。也就是说，在方向信号Sd为“向右转动”的情况下，将按照式35计算出的向右转动上限值RU2(＝f+Fx3)作为上限值UPH，将按照式36计算出的向右转动下限值RL2(＝－f－Fx4)作为下限值LWH。在方向信号Sd为“向左转动”的情况下，将按照式37计算出的向左转动上限值LU2(＝－f+Fx4)作为上限值UPH，将按照式38计算出的向左转动下限值LL2(＝f－Fx3)作为下限值LWH。
低速转向时限制值运算单元752使用方向信号Sd以及齿条轴力f并且按照第7实施方式中的限制值的设定方法来计算出上限值UPL以及下限值LWL。也就是说，尽管在方向信号Sd为“向右转动”的情况下，将按照式39计算出的向右转动上限值RU3(＝f+Fx5)作为上限值UPL，将按照式40计算出的向右转动下限值RL3(＝－f+Fx6)作为下限值LWL，但是当下限值LWL超过了零的时候，将下限值LWL设定为零。还有，尽管在方向信号Sd为“向左转动”的情况下，将按照式41计算出的向左转动上限值LU3(＝－f－Fx6)作为上限值UPL，将按照式42计算出的向左转动下限值LL3(＝f－Fx5)作为下限值LWL，但是当上限值UPL小于零的时候，将上限值UPL设定为零。
高速转向时增益单元753将具有相对于转向速度ω例如图33所示那样的特性的高速转向时增益GH分别与上限值UPH以及下限值LWH相乘，计算出上限值UPHg以及下限值LWHg。如图33所示的高速转向时增益GH的特性为这样的特性，即，到所规定的转向速度ω1为止，高速转向时增益GH为0％；在从所规定的转向速度ω1到所规定的转向速度ω2(ω2＞ω1)的范围内，高速转向时增益GH与转向速度ω成比例地变大；当超过所规定的转向速度ω2的时候，高速转向时增益GH变成100％。
低速转向时增益单元754将具有相对于转向速度ω例如图34所示那样的特性的低速转向时增益GL分别与上限值UPL以及下限值LWL相乘，计算出上限值UPLg以及下限值LWLg。如图34所示的低速转向时增益GL的特性为如图33所示的高速转向时增益GH的特性的相反的特性。
加法单元756通过将上限值UPHg与上限值UPLg相加，来计算出上限值UP。还有，加法单元757通过将下限值LWHg与下限值LWLg相加，来计算出下限值LW。
限制处理单元755使用上限值UP以及下限值LW来对虚拟轴力ff进行限制。
在这样的结构中，参照图35的流程图来对第9实施方式的动作示例进行说明。
图35是表示第2限制单元750的动作示例的流程图，第9实施方式的动作，只有第2限制单元750的动作是不同的，其他的动作与第5实施方式～第8实施方式的动作相同。
从齿条位置判定单元510输出的方向信号Sd和从加法单元104输出的齿条轴力f被输入到高速转向时限制值运算单元751和低速转向时限制值运算单元752中(步骤S301)。
高速转向时限制值运算单元751在方向信号Sd为“向右转动”的情况下(步骤S302)，将向右转动上限值RU2作为上限值UPH，将向右转动下限值RL2作为下限值LWH，并且将它们输出(步骤S303)。还有，高速转向时限制值运算单元751在方向信号Sd为“向左转动”的情况下(步骤S302)，将向左转动上限值LU2作为上限值UPH，将向左转动下限值LL2作为下限值LWH，并且将它们输出(步骤S304)。
低速转向时限制值运算单元752在方向信号Sd为“向右转动”的情况下(步骤S305)，将向右转动上限值RU3作为上限值UPL，将向右转动下限值RL3作为下限值LWL，并且将它们输出(步骤S306)。还有，低速转向时限制值运算单元752在方向信号Sd为“向左转动”的情况下(步骤S305)，将向左转动上限值LU3作为上限值UPL，将向左转动下限值LL3作为下限值LWL，并且将它们输出(步骤S307)。此外，也可以将高速转向时限制值运算单元751中的动作和低速转向时限制值运算单元752中的动作的顺序反过来，还可以并行地执行高速转向时限制值运算单元751中的动作和低速转向时限制值运算单元752中的动作。
高速转向时增益单元753输入上限值UPH、下限值LWH以及转向速度ω，使用如图33所示的特性来求出相对于转向速度ω的高速转向时增益GH，将其分别与上限值UPH以及下限值LWH相乘，输出上限值UPHg(＝UPH×GH)以及下限值LWHg(＝LWH×GH)(步骤S308)。
低速转向时增益单元754输入上限值UPL、下限值LWL以及转向速度ω，使用如图34所示的特性来求出相对于转向速度ω的低速转向时增益GL，将其分别与上限值UPL以及下限值LWL相乘，输出上限值UPLg(＝UPL×GL)以及下限值LWLg(＝LWL×GL)(步骤S309)。此外，也可以将高速转向时增益单元753中的动作和低速转向时增益单元754中的动作的顺序反过来，还可以并行地执行高速转向时增益单元753中的动作和低速转向时增益单元754中的动作。
上限值UPHg以及上限值UPLg被输入到加法单元756中，在加法单元756中得到的加法结果被作为上限值UP输出(步骤S310)。还有，下限值LWHg以及下限值LWLg被输入到加法单元757中，在加法单元757中得到的加法结果被作为下限值LW输出(步骤S311)。
上限值UP以及下限值LW与从粘弹性模型追随控制单元120输出的虚拟轴力ff一起被输入到限制处理单元755中。限制处理单元755当虚拟轴力ff等于或大于上限值UP的时候(步骤S312)，将虚拟轴力ff的值作为上限值UP(步骤S313)；当虚拟轴力ff等于或小于下限值LW的时候(步骤S314)，将虚拟轴力ff的值作为下限值LW(步骤S315)；在除此以外的情况下，不变更虚拟轴力ff的值。经过限制之后的虚拟轴力ff被作为虚拟轴力ff2输出(步骤S316)。
此外，高速转向时增益GH以及低速转向时增益GL的在从转向速度ω1到转向速度ω2的范围内的特性并不限于如图33以及图34所示那样的直线性的特性，只要高速转向时增益GH与低速转向时增益GL的和成为100％的话，也可以为曲线性的特性。还有，也可以在高速转向时限制值运算单元751和/或低速转向时限制值运算单元752中，按照第5实施方式中的限制值的设定方法来设定限制值。
对本发明的第10实施方式进行说明。
尽管在第9实施方式中根据转向速度来变更限制值，但在第10实施方式中，根据车速来变更限制值。例如，在包括停车在内的极低速行驶时，通过放宽虚拟轴力的限制，来强烈地抑制“拉转向盘的倾向”；随着变成超过低速行驶，使限制值逐渐地发生变化。
图36示出了第10实施方式的结构示例。与如图31所示的第9实施方式的结构示例相比，在第10实施方式的结构中，第2限制单元850替代了与如图31所示的第9实施方式中的第2限制单元750，还有，车速Vel被输入到第2限制单元850中，以便替代如图31所示的第9实施方式中的转向速度ω。
第2限制单元850在车速为低速的时候，为了通过放宽虚拟轴力的限制来强烈地抑制“拉转向盘的倾向”，按照第6实施方式中的限制值的设定方法来设定限制值；当车速变成高速的时候，按照第7实施方式中的限制值的设定方法来设定限制值。还有，与第9实施方式相同，第10实施方式通过将按照第6实施方式以及第7实施方式中的限制值的设定方法设定好的各个限制值与增益相乘，然后再将它们相加后得到的值作为限制值，这样就能够逐渐地进行设定方法的转移。
图37示出了第2限制单元850的结构示例。第2限制单元850由高速时限制值运算单元851、低速时限制值运算单元852、高速时增益单元853、低速时增益单元854、限制处理单元755、加法单元756以及加法单元757来构成。因为限制处理单元755、加法单元756以及加法单元757具有与第9实施方式相同的结构并且进行同样的动作，所以省略它们的说明。
与第9实施方式中的低速转向时限制值运算单元752相同，高速时限制值运算单元851使用方向信号Sd以及齿条轴力f并且按照第7实施方式中的限制值的设定方法来计算出上限值UpH以及下限值LwH。
与第9实施方式中的高速转向时限制值运算单元751相同，低速时限制值运算单元852使用方向信号Sd以及齿条轴力f并且按照第6实施方式中的限制值的设定方法来计算出上限值UpL以及下限值LwL。
高速时增益单元853将具有相对于车速Vel例如图38所示那样的特性的高速时增益gH分别与上限值UpH以及下限值LwH相乘，计算出上限值UpHg以及下限值LwHg。如图38所示的高速时增益gH的特性为这样的特性，即，到所规定的车速Vel1为止，高速时增益gH为0％；在从所规定的车速Vel1到所规定的车速Vel2(Vel2＞Vel1)的范围内，高速时增益gH与车速Vel成比例地变大；当超过所规定的车速Vel2的时候，高速时增益gH变成100％。
低速时增益单元854将具有相对于车速Vel例如图39所示那样的特性的低速时增益gL分别与上限值UpL以及下限值LwL相乘，计算出上限值UpLg以及下限值LwLg。如图39所示的低速时增益gL的特性为如图38所示的高速时增益gH的特性的相反的特性。
在这样的结构中，参照图40的流程图来对第10实施方式的动作示例进行说明。
图40是表示第2限制单元850的动作示例的流程图，第10实施方式的动作，只有第2限制单元850的动作是不同的，其他的动作与第9实施方式的动作相同。
方向信号Sd和齿条轴力f被输入到高速时限制值运算单元851和低速时限制值运算单元852中(步骤S301A)。
高速时限制值运算单元851在方向信号Sd为“向右转动”的情况下(步骤S302A)，将向右转动上限值RU3作为上限值UpH，将向右转动下限值RL3作为下限值LwH，并且将它们输出(步骤S303A)。还有，高速时限制值运算单元851在方向信号Sd为“向左转动”的情况下(步骤S302A)，将向左转动上限值LU3作为上限值UpH，将向左转动下限值LL3作为下限值LwH，并且将它们输出(步骤S304A)。
低速时限制值运算单元852在方向信号Sd为“向右转动”的情况下(步骤S305A)，将向右转动上限值RU2作为上限值UpL，将向右转动下限值RL2作为下限值LwL，并且将它们输出(步骤S306A)。还有，低速时限制值运算单元852在方向信号Sd为“向左转动”的情况下(步骤S305A)，将向左转动上限值LU2作为上限值UpL，将向左转动下限值LL2作为下限值LwL，并且将它们输出(步骤S307A)。此外，也可以将高速时限制值运算单元851中的动作和低速时限制值运算单元852中的动作的顺序反过来，还可以并行地执行高速时限制值运算单元851中的动作和低速时限制值运算单元852中的动作。
高速时增益单元853输入上限值UpH、下限值LwH以及车速Vel，使用如图38所示的特性来求出相对于车速Vel的高速时增益gH，将其分别与上限值UpH以及下限值LwH相乘，输出上限值UpHg(＝UpH×gH)以及下限值LwHg(＝LwH×gH)(步骤S308A)。
低速时增益单元854输入上限值UpL、下限值LwL以及车速Vel，使用如图39所示的特性来求出相对于车速Vel的低速时增益gL，将其分别与上限值UpL以及下限值LwL相乘，输出上限值UpLg(＝UpL×gL)以及下限值LwLg(＝LwL×gL)(步骤S309A)。此外，也可以将高速时增益单元853中的动作和低速时增益单元854中的动作的顺序反过来，还可以并行地执行高速时增益单元853中的动作和低速时增益单元854中的动作。
然后，与第9实施方式的动作相同，上限值UpHg、上限值UpLg以及下限值LwHg、下限值LwLg分别经由加法单元756、加法单元757后，计算出上限值Up以及下限值Lw(步骤S310、步骤S311)，接着，上限值Up、下限值Lw以及虚拟轴力ff经由限制处理单元755后，输出虚拟轴力ff2(步骤S312～步骤S316)。
此外，高速时增益gH以及低速时增益gL的在从车速Vel1到车速Vel2的范围内的特性并不限于如图38以及图39所示那样的直线性的特性，只要高速时增益gH与低速时增益gL的和成为100％的话，也可以为曲线性的特性。还有，也可以在高速时限制值运算单元851和/或低速时限制值运算单元852中，按照第5实施方式中的限制值的设定方法来设定限制值。
对本发明的第11实施方式进行说明。
在上述实施方式中，基于转向扭矩以及补偿电流指令值来计算出齿条轴力。然而，有时作用于转向***的机构部(减速齿轮、齿轮齿条机构等)上的惯性力摩擦力等会变成操纵转向盘时的抵抗力，作为相当于路面反力的力，当使用齿条轴力的时候，为了更加正确地计算出齿条轴力，需要考虑这样的抵抗力。因此，在第11实施方式中，基于转向扭矩以及补偿电流指令值计算出的转向轴力与辅助轴力相加后，再减去作用于机构部上的惯性力以及摩擦力。
图41示出了第11实施方式的结构示例。与如图3所示的第1实施方式的结构示例相比，在第11实施方式的结构中，追加了抵抗力运算单元960。抵抗力运算单元960输入从齿条位置判定单元110输出的齿条位移x，并且，输出抵抗力fr。减法单元107从“从第2轴力变换单元102输出的辅助轴力fa”中减去抵抗力fr。因为第11实施方式的其他的结构要素与第1实施方式相同，所以省略其说明。
抵抗力运算单元960基于齿条位移x来计算出惯性力pi以及摩擦力pf，并且，将惯性力pi与摩擦力pf相加后得到的加法值作为抵抗力fr来输出。还有，抵抗力运算单元960以如下所示那样的方法来计算出惯性力pi以及摩擦力pf。
因驾驶员操纵转向盘从而导致产生转向扭矩Th，然后，电动机按照该转向扭矩Th来产生辅助扭矩Tm。其结果为，车轮开始转向(即，车轮开始转动)，从而产生路面反力Tr。尽管转向扭矩Th以及辅助扭矩Tm在齿条轴上分别变成转向轴力fs以及辅助轴力fa，但因为还产生起因于机构部的惯性J以及摩擦(动摩擦)Fr的抵抗力，所以根据这些力之间的平衡关系，就能够获得如下述式47所示那样的运动方程。
式47
J·αr+Fr·sign(vr)+Tr＝fs+fa
在式47中，αr为齿条加速度，vr为齿条速度。
通过将上述式47设定为初始值为零并对其进行拉普拉斯变换，针对路面反力Tr求解上述式47的话，就能够获得下述式48。
式48
Tr＝fs(s)+fa(s)-J·αr(s)-Fr·sign(vr(s))
从上述式48中可知，在无法忽视作用于机构部上的抵抗力的情况下，为了用齿条轴力f代替路面反力Tr，需要从转向轴力fs与辅助轴力fa相加后得到的加法值中减去“起因于惯性J的惯性力pi”以及“起因于动摩擦Fr的摩擦力pf”，按照下述式49以及式50分别计算出惯性力pi以及摩擦力pf。
式49
pi＝J·αr
式50
pf＝Fr·sign(vr)
图42示出了抵抗力运算单元960的结构示例。抵抗力运算单元960具备齿条速度运算单元961、齿条加速度运算单元962、摩擦力运算单元963、惯性力运算单元964以及加法单元965。齿条速度运算单元961通过对齿条位移x进行微分来计算出齿条速度vr，还有，齿条加速度运算单元962通过对齿条速度vr进行微分来计算出齿条加速度αr。摩擦力运算单元963预先求出作为常数的动摩擦Fr，使用齿条速度vr并按照式50来计算出摩擦力pf。还有，惯性力运算单元964预先求出作为常数的惯性J，使用齿条加速度αr并按照式49来计算出惯性力pi。摩擦力pf与惯性力pi在加法单元965中相加，相加后得到的加法值被作为抵抗力fr输出。
图43示出了第11实施方式的动作示例。与第1实施方式的动作示例相比，在第11实施方式的动作示例中，粘弹性模型追随控制的动作不同于第1实施方式，还有，在粘弹性模型追随控制的动作中，仅添加了抵抗力运算单元960的动作以及“减去抵抗力fr”的动作，第11实施方式的其他的动作与第1实施方式的动作示例相同。
通过步骤S620从齿条位置判定单元110输出的齿条位移x被减法输入到粘弹性模型追随控制单元120的减法单元132中，并且还被输入到抵抗力运算单元960中。抵抗力运算单元960基于齿条位移x来进行“抵抗力运算”(步骤S641)，输出抵抗力fr。抵抗力fr被减法输入到减法单元107中。由第2轴力变换单元102进行变换而得到的辅助轴力fa被加法输入到减法单元107中。从辅助轴力fa中减去抵抗力fr，然后，得到的减法结果在加法单元104中与转向轴力fs相加，在加法单元104中得到的加法结果被作为齿条轴力f输出(步骤S651)。
图44示出了抵抗力运算单元960的动作示例。齿条位移x被输入到齿条速度运算单元961中。齿条速度运算单元961基于齿条位移x来计算出齿条速度vr(步骤S401)，并且，将计算出的齿条速度vr输出到齿条加速度运算单元962以及摩擦力运算单元963。齿条加速度运算单元962基于齿条速度vr来计算出齿条加速度αr(步骤S402)，并且，将计算出的齿条加速度αr输出到惯性力运算单元964。摩擦力运算单元963使用齿条速度vr并按照式50来计算出摩擦力pf(步骤S403)，并且，将计算出的摩擦力pf输出到加法单元965。惯性力运算单元964使用齿条加速度αr并按照式49来计算出惯性力pi(步骤S404)，并且，将计算出的惯性力pi输出到加法单元965。在加法单元965中，摩擦力pf与惯性力pi相加(步骤S405)，相加后得到的加法值被作为抵抗力fr输出。
此外，“减去抵抗力fr”的动作也可以为“从转向轴力fs中减去抵抗力fr”的动作，而不是“从辅助轴力fa中减去抵抗力fr”的动作。另外，也可以在转向轴力fs与辅助轴力fa相加后，进行“减去抵抗力fr”的动作。还有，也可以基于从齿条位置变换单元100输出的判定用齿条位置Rx来计算出齿条速度vr。
对本发明的第12实施方式进行说明。
尽管在上述实施方式中，模型参数(弹簧常数k0、粘性摩擦系数μ)是预先设定好的，但在本实施方式中，基于齿条位移来改变模型参数(弹簧常数k0、粘性摩擦系数μ)。例如，在开始发生虚拟反力的第1齿条位置(齿条位移x＝0)附近，减小模型参数，以便使虚拟反力平稳地上升；随着齿条位移变大，逐渐增大模型参数，以便粘弹性模型模拟不会发生“拉转向盘的倾向”的规范车辆特性。
图45示出了第12实施方式中的粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例，与如图8所示的第1实施方式中的粘弹性模型追随控制单元的结构示例相比的话，可知在第12实施方式中，追加了模型参数设定单元424，并且，反馈要素(N/F)431替代了如图8所示的第1实施方式中的反馈要素(N/F)131。因为第12实施方式的其他的结构要素与第1实施方式相同，所以省略其说明。
模型参数设定单元424基于齿条位移x输出具有例如图46所示那样的特性的弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ。反馈要素(N/F)431输入弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ，并且，在基于式21将齿条轴力f变换成虚拟齿条位移ix的时候，使用弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ。
在这样的结构中，参照图47的流程图对第12实施方式的动作示例进行说明。与第1实施方式的动作示例相比，在第12实施方式的动作示例中，粘弹性模型追随控制的动作不同于第1实施方式，还有，在粘弹性模型追随控制的动作中，仅添加了模型参数设定单元424的动作。图47示出了粘弹性模型追随控制的动作示例，与如图11所示的第1实施方式的动作示例相比，在图47中添加了步骤S622。第12实施方式的其他的动作与第1实施方式相同。
在步骤S622中，模型参数设定单元424输入从齿条位置判定单元110输出的齿条位移x，模型参数设定单元424将“根据齿条位移x并且按照如图46所示的特性来求出的”弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ设定在反馈要素(N/F)431中。反馈要素(N/F)431使用已经设定好的模型参数，在步骤S660中，按照式21将齿条轴力f变换成虚拟齿条位移ix。
此外，弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ的特性并不限于如图46所示那样的特性，弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ的特性也可以为线性地发生变化的特性。还有，也可以将第12实施方式与第2实施方式中的控制参数设定单元223或第3实施方式中的控制参数设定单元323组合起来，这样就能够改变控制参数以及模型参数。
对本发明的第13实施方式进行说明。
在本实施方式中，将“判定用齿条位置超过第1齿条位置的时刻”(以下，将其称为“控制开始时刻”)的齿条轴力作为初始齿条轴力(初始轴力)并将其存储起来，也就是说，将“开始发生‘拉转向盘的倾向’的特性的齿条位置”(需要开始发生虚拟反力的齿条位置)的齿条轴力作为初始齿条轴力(初始轴力)并将其存储起来，在控制开始时刻之后，将齿条轴力与初始齿条轴力之间的差分用作齿条轴力。通过这样做，因为控制开始时刻的规范模型(反馈要素(N/F))的输出变成零，控制要素单元的输出也变成零，所以在第1齿条位置附近进行转向时，补偿电流指令值的阶梯差就会消失，从而能够使“保持转向盘不动”这种操作变得容易。
图48示出了第13实施方式的结构示例。与如图3所示的第1实施方式的结构示例相比，在第13实施方式中，追加了轴力运算单元970，轴力运算单元970输入从加法单元104输出的齿条轴力f以及从齿条位置判定单元110输出的切换信号SWS，并且，输出齿条轴力f’。因为第13实施方式的其他的结构要素与第1实施方式相同，所以省略其说明。
轴力运算单元970具备设定存储单元971和减法单元972。设定存储单元971存储控制开始时刻的齿条轴力f。也就是说，当判定用齿条位置Rx超过第1齿条位置，齿条位置判定单元110输出切换信号SWS的时候，设定存储单元971输入切换信号SWS，通过切换信号SWS的输入来判断“已经到了控制开始时刻”，将在该时刻被输入进来的齿条轴力作为初始齿条轴力Fz并将其存储起来。因此，仅在控制开始时刻更新被存储在设定存储单元971中的初始齿条轴力Fz。减法单元972通过从齿条轴力f中减去被存储在设定存储单元971中的初始齿条轴力Fz，来计算出齿条轴力f’并将其输出。
图49示出了第13实施方式的动作示例。与第1实施方式的动作示例相比，在第13实施方式的动作示例中，粘弹性模型追随控制的动作不同于第1实施方式，还有，在粘弹性模型追随控制的动作中，仅添加了轴力运算单元970的动作，第13实施方式的其他的动作与第1实施方式的动作示例相同。
通过步骤S610从齿条位置判定单元110输出的切换信号SWS被输入到粘弹性模型追随控制单元120中，并且还被输入到轴力运算单元970的设定存储单元971中。在切换信号SWS为“在控制开始时刻被输出的信号”的情况下(步骤S652)，设定存储单元971将通过步骤S650从加法单元104输出的齿条轴力f作为初始齿条轴力Fz并将其存储起来(步骤S653)。在切换信号SWS不是“在控制开始时刻被输出的信号”的情况下(步骤S652)，被存储在设定存储单元971中的初始齿条轴力Fz保持原样。从加法单元104输出的齿条轴力f还被输入到减法单元972中。减法单元972从齿条轴力f中减去被存储在设定存储单元971中的初始齿条轴力Fz(步骤S654)，输出齿条轴力f’。齿条轴力f’被输入到粘弹性模型追随控制单元120中。
此外，也可以通过利用被存储在设定存储单元971中的初始齿条轴力Fz，来调整由第2实施方式中的控制参数设定单元223设定的控制参数(比例增益kp、微分增益kd)和由第12实施方式中的模型参数设定单元424设定的模型参数(弹簧常数k0、粘性摩擦系数μ)。还有，控制范围的齿条轴力随着路面状态(沥青路面、湿的路面、冰上(结冰的路面)、雪上(积雪的路面)等)而发生变化。在路面的摩擦系数小(冰上、雪上)的情况下，齿条轴力小；在沥青路面的情况下，因为路面摩擦系数大，所以齿条轴力也大。因此，由于在沥青路面适当地调整了控制参数和模型参数的特性的情况下，存在“这些根据沥青路面而调整好的控制参数和模型参数的特性在冰上、雪上等的情况下会变得不合适”的可能性，所以通过利用初始齿条轴力Fz来调整如上所述的齿条轴力的差异，就能够得到改善。
在上述实施方式(第1实施方式～第13实施方式)中，尽管控制要素单元为PD(比例微分)控制的结构，但也可以为PID(比例积分微分)控制或PI(比例积分)控制的结构。在采用了PID控制的结构的情况下，传递函数是用下述式51来表示的，比例增益kp、微分增益kd以及积分增益ki均成为控制参数，在第2实施方式以及第3实施方式中，使积分增益ki具有类似比例增益kp以及微分增益kd的特性。
式51
在采用了PI控制的结构的情况下，传递函数是用下述式52来表示的。
式52
还有，作为采用了PD控制的控制要素单元的传递函数，作为微分增益kd的替代，也可以使用利用了微分时间Td的下述式53。
式53
Cd＝kp(1+Td·s)
在这种情况下，比例增益kp以及微分时间Td均成为控制参数。同样地，在PID控制或PI控制中，作为积分增益ki的替代，也可以使用积分时间Ti。
尽管在上述实施方式中，基于转向扭矩以及补偿电流指令值来计算出齿条轴力，但也可以设置用于检测出齿条轴力的传感器，并且，从该传感器处获得齿条轴力。
附图标记说明
1 转向盘(方向盘)
2 柱轴(转向轴或方向盘轴)
3 减速齿轮
10 扭矩传感器
12 车速传感器
13 电池
14 转向角传感器
20 电动机
21 旋转角传感器
30 控制单元(ECU)
31 扭矩控制单元
35 电流控制单元
36 PWM控制单元
100 齿条位置变换单元
101 第1轴力变换单元
102 第2轴力变换单元
103 指令值变换单元
106、442 存储单元
110、510 齿条位置判定单元
120 粘弹性模型追随控制单元
121 切换单元
130、230、330、430 反馈控制单元
223、323 控制参数设定单元
424 模型参数设定单元
440 第1限制单元
441 判定限制单元
550、650、750、850 第2限制单元
751 高速转向时限制值运算单元
752 低速转向时限制值运算单元
753 高速转向时增益单元
754 低速转向时增益单元
755 限制处理单元
851 高速时限制值运算单元
852 低速时限制值运算单元
853 高速时增益单元
854 低速时增益单元
960 抵抗力运算单元
961 齿条速度运算单元
962 齿条加速度运算单元
963 摩擦力运算单元
964 惯性力运算单元
970 轴力运算单元
971 设定存储单元
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种电动助力转向装置的控制装置，其通过基于电流指令值来驱动电动机，以便对转向***进行辅助控制，其特征在于：
具有将针对齿条位移的粘弹性模型设为规范模型的模型追随控制的结构，
通过所述模型追随控制的结构来进行以相当于路面反力的轴力以及所述齿条位移为输入的反馈控制，从而生成虚拟反力。
2.一种电动助力转向装置的控制装置，其通过基于电流指令值来驱动电动机，以便对转向***进行辅助控制，其特征在于：
具备齿条位置变换单元、齿条位置判定单元、粘弹性模型追随控制单元和指令值变换单元，
所述齿条位置变换单元将所述电动机的旋转角变换成判定用齿条位置，
所述齿条位置判定单元判定“所述判定用齿条位置超过了所规定的第1齿条位置”，输出齿条位移以及切换信号，
所述粘弹性模型追随控制单元基于相当于路面反力的轴力、所述齿条位移以及所述切换信号，并且，将粘弹性模型设为规范模型，来生成虚拟轴力，
所述指令值变换单元将所述虚拟轴力变换成控制指令值，
所述粘弹性模型追随控制单元具备反馈控制单元和切换单元，
所述反馈控制单元基于所述轴力以及所述齿条位移，并且，通过反馈控制，来输出所述虚拟轴力，
所述切换单元根据所述切换信号来切换所述虚拟轴力的输出，
按照通过所述控制指令值与所述电流指令值相加来运算出的补偿电流指令值来进行所述辅助控制。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
还具备第1轴力变换单元和第2轴力变换单元，
所述第1轴力变换单元将转向扭矩变换成转向轴力，
所述第2轴力变换单元将所述补偿电流指令值变换成辅助轴力，
通过所述转向轴力与所述辅助轴力相加来求出所述轴力。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
还具备抵抗力运算单元，
所述抵抗力运算单元求出作用于电动助力转向装置的机构部上的抵抗力，
通过所述转向轴力与所述辅助轴力相加后再减去所述抵抗力来求出所述轴力。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
按照所述齿条位移或虚拟齿条位移来变更所述反馈控制单元的控制参数。
6.根据权利要求5所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
以这样的方式来变更所述控制参数，即，在所述齿条位移或所述虚拟齿条位移小的情况下，减小所述控制参数，随着所述齿条位移或所述虚拟齿条位变大，增大所述控制参数。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
还具备第1限制单元，
所述第1限制单元在所述齿条位移超过了大于所述第1齿条位置并且小于齿条末端位置的所规定的第2齿条位置的情况下，限制所述虚拟轴力。
8.根据权利要求2至7中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
还具备第2限制单元，
所述第2限制单元针对所述虚拟轴力设定上限值以及下限值，限制所述虚拟轴力。
9.根据权利要求8所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
根据转向方向来设定所述上限值以及所述下限值。
10.根据权利要求8或9所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
基于所述轴力来设定所述上限值以及所述下限值。
11.根据权利要求8至10中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
根据转向速度来变更所述上限值以及所述下限值。
12.根据权利要求8至10中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
根据车速来变更所述上限值以及所述下限值。
13.根据权利要求2至12中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
根据所述齿条位移来变更所述反馈控制单元的模型参数。
14.根据权利要求2至13中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
将所述判定用齿条位置超过所述第1齿条位置的时刻的所述轴力作为初始轴力并将其存储起来，在所述时刻之后，将所述轴力与所述初始轴力之间的差分用作所述轴力。

Claims (14)

1.一种电动助力转向装置的控制装置，其通过基于电流指令值来驱动电动机，以便对转向***进行辅助控制，其特征在于：
具有将针对齿条位移的粘弹性模型设为规范模型的模型追随控制的结构，
通过所述模型追随控制的结构来进行以相当于路面反力的轴力为输入的反馈控制，从而生成虚拟反力。
2.一种电动助力转向装置的控制装置，其通过基于电流指令值来驱动电动机，以便对转向***进行辅助控制，其特征在于：
具备齿条位置变换单元、齿条位置判定单元、粘弹性模型追随控制单元和指令值变换单元，
所述齿条位置变换单元将所述电动机的旋转角变换成判定用齿条位置，
所述齿条位置判定单元判定“所述判定用齿条位置超过了所规定的第1齿条位置”，输出齿条位移以及切换信号，
所述粘弹性模型追随控制单元基于相当于路面反力的轴力、所述齿条位移以及所述切换信号，并且，将粘弹性模型设为规范模型，来生成虚拟轴力，
所述指令值变换单元将所述虚拟轴力变换成控制指令值，
所述粘弹性模型追随控制单元具备反馈控制单元和切换单元，
所述反馈控制单元基于所述轴力以及所述齿条位移，并且，通过反馈控制，来输出所述虚拟轴力，
所述切换单元根据所述切换信号来切换所述虚拟轴力的输出，
按照通过所述控制指令值与所述电流指令值相加来运算出的补偿电流指令值来进行所述辅助控制。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
还具备第1轴力变换单元和第2轴力变换单元，
所述第1轴力变换单元将转向扭矩变换成转向轴力，
所述第2轴力变换单元将所述补偿电流指令值变换成辅助轴力，
通过所述转向轴力与所述辅助轴力相加来求出所述轴力。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
还具备抵抗力运算单元，
所述抵抗力运算单元求出作用于电动助力转向装置的机构部上的抵抗力，
通过所述转向轴力与所述辅助轴力相加后再减去所述抵抗力来求出所述轴力。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
按照所述齿条位移或虚拟齿条位移来变更所述反馈控制单元的控制参数。
6.根据权利要求5所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
以这样的方式来变更所述控制参数，即，在所述齿条位移或所述虚拟齿条位移小的情况下，减小所述控制参数，随着所述齿条位移或所述虚拟齿条位变大，增大所述控制参数。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
还具备第1限制单元，
所述第1限制单元在所述齿条位移超过了大于所述第1齿条位置并且小于齿条末端位置的所规定的第2齿条位置的情况下，限制所述虚拟轴力。
8.根据权利要求2至7中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
还具备第2限制单元，
所述第2限制单元针对所述虚拟轴力设定上限值以及下限值，限制所述虚拟轴力。
9.根据权利要求8所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
根据转向方向来设定所述上限值以及所述下限值。
10.根据权利要求8或9所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
基于所述轴力来设定所述上限值以及所述下限值。
11.根据权利要求8至10中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
根据转向速度来变更所述上限值以及所述下限值。
12.根据权利要求8至10中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
根据车速来变更所述上限值以及所述下限值。
13.根据权利要求2至12中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
根据所述齿条位移来变更所述反馈控制单元的模型参数。
14.根据权利要求2至13中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：
将所述判定用齿条位置超过所述第1齿条位置的时刻的所述轴力作为初始轴力并将其存储起来，在所述时刻之后，将所述轴力与所述初始轴力之间的差分用作所述轴力。
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