JP6090551B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、電流指令値によってモータを駆動し、車両の操舵系にアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に粘弾性モデルを規範モデルとし、ラックエンド近傍で電流指令値を絞ることによりアシストトルクを減少させ、端当て時の勢いを減衰して衝撃エネルギーを低くし、運転者の不快に感じる打音（異音）を抑制し、操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング装置に関する。

車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力で減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいて、アシストマップを用いてアシスト指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図２に示されるような構成となっている。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０からの操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖｅｌは電流指令値を演算するトルク制御部３１に入力され、演算された電流指令値Ｉｒｅｆ１は減算部３２Ｂに入力され、モータ電流検出値Ｉｍと減算される。減算部３２Ｂでの減算結果である偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆ１−Ｉｍ）はＰＩ制御等の電流制御部３５で制御され、電流制御された電圧制御値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力されてデューティを演算され、ＰＷＭ信号でインバータ３７を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂに入力されてフィードバックされる。モータ２０にはレゾルバ等の回転角センサ２１が連結されており、回転角θが検出されて出力される。

このような電動パワーステアリング装置では、操舵系の最大舵角（ラックエンド）の近傍で大きなアシストトルクがモータにより付加されると、操舵系が最大舵角に至った時点で大きな衝撃が生じ、打音（異音）が発生して、運転者が不快に感じる可能性がある。

そのため、特公平６−４４１７号公報（特許文献１）には、操舵系の操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことを判定する操舵角判定手段を備えると共に、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったときにモータへ供給する電力を減少させて、アシストトルクを減少させる補正手段を備えた電動式パワーステアリング装置が開示されている。

また、特許第４１１５１５６号公報（特許文献２）には、調節機構が端位置に近づいているかどうかを決定し、調節機構が端位置に近づいていることがわかった場合、ステアリング補助を減少するように駆動手段を制御し、調節機構が端位置に近付く速度を決定するため、位置センサによって決定された調節速度が評価される電動パワーステアリング装置が示されている。

特公平６−４４１７号公報 特許第４１１５１５６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電動式パワーステアリング装置では、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことで電力を減少させており、操舵速度等を全く考慮していないので、微細な電流低減制御ができない。また、モータのアシストトルクを減少させる特性が全く示されておらず、具体的な構成となっていない。

また、特許文献２に開示された電動パワーステアリング装置では、アシスト量が終端に向かうに従って減少していくが、終端に近づく速度に応じてアシスト量低減の速さを調整し、終端での速度を十分に落とすようにしている。しかし、特許文献２では、速度に応じて低減する特性を変化させることのみを示しており、物理的なモデルには基づいていない。また、フィードバック制御していないため、路面状況（負荷状態）によっては特性或いは結果が変化する恐れがある。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、物理モデルに基づいた制御系を構成し、規範モデルに制御対象の出力（ラックエンドまでの距離）が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、運転者に操舵違和感を与えずに端当て時の異音の発生を抑制し、衝撃力を減衰する電動パワーステアリング装置を提供することにある。また、ラックエンド手前で保舵状態を継続した場合に発生する可能性があるＥＣＵやモータの過熱を防止すること、モデルフォローイング制御に対して安全方策を取れるようにすることも目的とする。

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値１を演算し、前記電流指令値１に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記電流指令値１をラック軸力１に変換する第１の変換部と、前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、モデルフォローイング制御の構成で、前記ラック軸力１、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力２を生成する粘弾性モデル追従制御部と、前記ラック軸力２を電流指令値２に変換する第２の変換部と、前記ラック軸力１又は前記粘弾性モデル追従制御部の粘弾性モデルの出力から減算するオフセットを車両状態情報に基づいて演算する過熱保護制御部とを具備し、前記粘弾性モデル追従制御部が、前記ラック軸力１に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４を出力するフィードバック制御部と、前記切替信号により前記ラック軸力３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部とで構成され、前記電流指令値２を前記電流指令値１に加算した電流指令値３に基づいて前記アシスト制御を行い、ラックエンド端当て時の衝撃力を抑制することにより達成される。また、本発明の上記目的は、前記電流指令値１をラック軸力１に変換する第１の変換部と、前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、
モデルフォローイング制御の構成で、前記ラック軸力１、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力２を生成する粘弾性モデル追従制御部と、前記ラック軸力２を電流指令値２に変換する第２の変換部と、前記ラック軸力１又は前記粘弾性モデル追従制御部の粘弾性モデルの出力から減算するオフセットを車両状態情報に基づいて演算する過熱保護制御部とを具備し、前記粘弾性モデル追従制御部が、前記ラック変位に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４を出力するフィードバック制御部と、前記切替信号により前記ラック軸力３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部とで構成され、前記電流指令値２を前記電流指令値１に加算した電流指令値３に基づいて前記アシスト制御を行うことにより達成される。

また、本発明の上記目的は、ラックエンド手前の所定角度の範囲内で粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、前記モデルフォローイング制御での制御量に対して、操舵方向に応じて、異なる上限値及び下限値を設定して範囲を制限し、ラックエンド端当て時の衝撃力を抑制することにより達成される。

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、物理モデルに基づいた制御系を構成しているので、定数設計に見通しが立て易くなり、規範モデルに制御対象の出力（ラックエンドまでの距離）が追従するようなモデルフォローイング制御を構成しているので、負荷状態（外乱）や制御対象の変動にロバスト（頑健）な端当て抑制制御が可能となる利点がある。

また、粘弾性モデルへの入力又は出力にオフセットを与えているので、モータに流れる電流を小さくすることができ、ＥＣＵやモータの過熱を防ぐことができる。

更に、モデルフォローイング制御での制御量の範囲に制限を設けているので、制御量過多による違和感を抑えることができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 ラック位置変換部の特性例を示す図である。 粘弾性モデル追従制御部の構成例（実施形態１）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の構成例（実施形態２）を示すブロック図である。 本発明の動作例（全体）を示すフローチャートである。 粘弾性モデル追従制御部の動作例を示すフローチャートである。 粘弾性モデルの模式図である。 粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例１）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例２）を示すブロック図である。 ラック位置によって規範モデルのパラメータを変更する例を示す図である。 粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例２）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（実施例３、４）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の構成例（実施例３）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の構成例（実施例４）を示すブロック図である。 本発明の動作例（実施例３、４）を示すフローチャートである。 粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例３、４）を示すフローチャートである。 過熱保護制御部の動作例（実施例３、４）を示すフローチャートである。 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例（実施例４）を示すブロック図である。 粘弾性モデル追従制御部の動作例（実施例４）を示すフローチャートである。 オフセット付与によるデータの変化例を示すイメージ図である。 過熱保護制御部の他の動作例（実施例５）を示すフローチャートである。 粘弾性モデル追従制御部の他の詳細な構成例（実施例６）を示すブロック図である。 本発明の構成例（実施例７）を示すブロック図である。 本発明の動作例（実施例７）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（実施例８）を示すブロック図である。 本発明の動作例（実施例８）を示すフローチャートである。 粘弾性モデル追従制御の動作例（実施例８）を示すフローチャートである。 制御量制限部の動作例（実施例８）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（実施例９）を示すブロック図である。 実施例８での制限値の変化例を示す図である。 実施例９での制限値の変化例を示す図である。 制御量制限部の動作例（実施例９）を示すフローチャートである。 実施例１０での制限値の変化例を示す図である。 実施例１１での制限値の変化例を示す図である。 本発明の構成例（実施例１２）を示すブロック図である。 実施例１２の制御量制限部の構成例を示すブロック図である。 操舵速度に対する高操舵時ゲインの特性例を示す図である。 操舵速度に対する低操舵時ゲインの特性例を示す図である。 制御量制限部の動作例（実施例１２）を示すフローチャートである。 本発明の構成例（実施例１３）を示すブロック図である。 実施例１３の制御量制限部の構成例を示すブロック図である。 車速に対する高速時ゲインの特性例を示す図である。 車速に対する低速時ゲインの特性例を示す図である。 制御量制限部の動作例（実施例１３）を示すフローチャートである。

本発明は、ラックエンド近傍の物理モデルに基づいた制御系を構成し、粘弾性モデル（バネ定数、粘性摩擦係数）を規範モデルとし、その規範モデルに制御対象の出力（ラックエンドまでの距離）が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、運転者に操舵違和感を与えずに端当て時の異音の発生を抑制し、衝撃力を減衰する電動パワーステアリング装置である。

モデルフォローイング制御は粘弾性モデル追従制御部で構成し、粘弾性モデル追従制御部をフィードバック制御部又はフィードフォワード制御部及びフィードバック制御部で構成し、ラックエンド手前の所定角度外では通常のアシスト制御を行い、ラックエンド手前の所定角度内でモデルフォローイング制御を行い、ラックエンドに当たる時の衝撃力を減衰する。

また、本発明では、粘弾性モデルへの入力又は出力にオフセットを与える処理（以下、「オフセット処理」とする）及びアシスト力の最大値を制限する処理（以下、「最大値制限処理」とする）を行う。

オフセット処理では、粘弾性モデル追従制御部での粘弾性モデルの入力又は出力にオフセットを与えることにより、モータ電流を小さくし、ラックエンド手前で保舵状態を継続した場合に発生する可能性があるＥＣＵやモータの過熱を防止する。具体的には、粘弾性モデル追従制御部に入力されるラック軸力若しくはコラム軸トルク、又は粘弾性モデルから出力される目標ラック変位（目標舵角）からオフセットを減算する。これにより、粘弾性モデル追従制御部から出力されるラック軸力若しくはコラム軸トルクが抑制され、その抑制が電流指令値にフィードバックされ、モータ電流が小さくなる。オフセットは過熱保護制御部で演算される。過熱保護制御部は、ラックエンド手前の所定角度内において、車両状態情報である電流指令値、操舵トルク、モータ回転数若しくはラック変位速度等に基づいて保舵状態で大きいモータ電流が流れていることを判定（以下、この判定に使用する条件を「オフセット算出条件」とする）し、その状態が継続したらオフセットを算出する。そして、オフセットの値を徐々に大きくすることにより、断続的にモータ電流を小さくするが、保舵状態判定の条件の一部が不成立となったら、オフセットの値を大きくすることを中断し、ラックエンド手前の所定角度外となったら、オフセットをゼロにリセットし、オフセットを与えないようにする。また、オフセットに上限値を設定することにより、モータ電流が過度に小さくならないようにする。オフセットの上限値の代わりに電流指令値の下限値を設定し、電流指令値が下限値となったときのオフセットの値を上限オフセットとして記憶し、電流指令値が下限値未満の間はオフセットの値は上限オフセットのままとすることにより、モータ電流が過度に小さくならないようにしても良い。ラックエンド手前の所定角度内においてモデルフォローイング制御と粘弾性モデルの入出力へのオフセット付与を統合して実行することにより、ラックエンドに当たることを防ぎながら過熱保護を行えるようにすると共に、両機能を個別に起動することにより電流値がハンチング（変動）を起こし、運転者に違和感を与える可能性を小さくすることができる。

モデルフォローイング制御では、仮想ラックエンドがあるように、即ち、運転者がハンドルを切り込もうとしてもラックエンドであるかのようにハンドルが進まないようにするために、運転者の手入力とタイヤ側からの反力との和に釣り合うようにアシスト力を出力する（タイヤと路面の摩擦が極低い場合は、運転者の手入力分だけとなる）。しかし、この場合、運転者の操舵方向と逆方向にアシストすることになるために、安全性を考慮して、最大値制限処理によりアシスト力の最大値を制限する。また、運転者の操舵方向と同じ方向へのアシストにおいても、同様に、アシスト力の最大値を制限する。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図３は本発明の実施形態の一例を図２に対応させて示しており、電流指令値Ｉｒｅｆ１は変換部１０１でラック軸力ｆに変換され、ラック軸力ｆは粘弾性モデル追従制御部１２０に入力される。ラック軸力ｆはコラム軸トルクと等価であるが、以下の説明では便宜的にラック軸力として説明する。なお、図２に示される構成と同一構成には同一符号を付して説明は省略する。

電流指令値Ｉｒｅｆ１からラック軸力ｆへの変換は、下記数１に従って行われる。
（数１）
ｆ＝Ｇ１×Ｉｒｅｆ１
ここで、Ｋｔをトルク定数［Ｎｍ／Ａ］、Ｇｒを減速比、Ｃｆを比ストローク［ｍ／ｒｅｖ．］として、Ｇ１＝Ｋｔ×Ｇｒ×（２π／Ｃｆ）である。

回転角センサ２１からの回転角θはラック位置変換部１００に入力され、判定用ラック位置Ｒｘに変換される。判定用ラック位置Ｒｘはラックエンド接近判定部１１０に入力され、ラックエンド接近判定部１１０は図４に示すように、判定用ラック位置Ｒｘがラックエンド手前の所定位置ｘ_０以内にあると判定したときに端当て抑制制御機能を働かせ、ラック変位ｘを出力すると共に切替信号ＳＷＳを出力する。切替信号ＳＷＳ及びラック変位ｘは、ラック軸力ｆと共に粘弾性モデル追従制御部１２０へ入力され、粘弾性モデル追従制御部１２０で制御演算されたラック軸力ｆｆは変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換され、電流指令値Ｉｒｅｆ２は加算部１０３で電流指令値Ｉｒｅｆ１と加算されて電流指令値Ｉｒｅｆ３となる。電流指令値Ｉｒｅｆ３に基づいて、上述したアシスト制御が行われる。

なお、図４に示すラックエンド近接領域を設定する所定位置ｘ_０は、適宜な位置に設定可能である。所定位置ｘ_０はラック比ストローク、車種、フィール等により一義的には定まらず、通常ラックエンド手前１〜５０ｍｍ程度に設定される。また、回転角θをモータに連結された回転角センサ２１から得ているが、舵角センサから取得するようにしても良い。

変換部１０２でのラック軸力ｆｆから電流指令値Ｉｒｅｆ２への変換は、下記数２に従って行われる。
（数２）
Ｉｒｅｆ２＝ｆｆ／Ｇ１

粘弾性モデル追従制御部１２０の詳細を、図５又は図６に示す。

図５の実施形態１では、ラック軸力ｆはフィードフォワード制御部１３０及びフィードバック制御部１４０に入力され、ラック変位ｘはフィードバック制御部１４０に入力される。フィードフォワード制御部１３０からのラック軸力ＦＦは切替部１２１に入力され、フィードバック制御部１４０からのラック軸力ＦＢは切替部１２２に入力される。切替部１２１及び１２２は切替信号ＳＷＳによってＯＮ／ＯＦＦされ、切替信号ＳＷＳによってＯＦＦされているときは、各出力ｕ_１及びｕ_２はゼロである。切替信号ＳＷＳによって切替部１２１及び１２２がＯＮされたとき、切替部１２１からのラック軸力ＦＦがラック軸力ｕ_１として出力され、切替部１２２からのラック軸力ＦＢがラック軸力ｕ_２として出力される。切替部１２１及び１２２からのラック軸力ｕ_１及びｕ_２が加算部１２３で加算され、加算値のラック軸力ｆｆが粘弾性モデル追従制御部１２０から出力される。ラック軸力ｆｆは、変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換される。

また、図６の実施形態２では、ラック変位ｘはフィードフォワード制御部１３０及びフィードバック制御部１４０に入力され、ラック軸力ｆはフィードバック制御部１４０に入力される。以下は図５の実施形態１と同様に、フィードフォワード制御部１３０からのラック軸力ＦＦは切替部１２１に入力され、フィードバック制御部１４０からのラック軸力ＦＢは切替部１２２入力される。切替部１２１及び１２２は切替信号ＳＷＳによってＯＮ／ＯＦＦされ、切替信号ＳＷＳによってＯＦＦされているときは、各出力ｕ_１及びｕ_２はゼロである。切替信号ＳＷＳによって切替部１２１及び１２２がＯＮされたとき、切替部１２１からのラック軸力ＦＦがラック軸力ｕ_１として出力され、切替部１２２からのラック軸力ＦＢがラック軸力ｕ_２として出力される。切替部１２１及び１２２からのラック軸力ｕ_１及びｕ_２が加算部１２３で加算され、加算値のラック軸力ｆｆが粘弾性モデル追従制御部１２０から出力される。ラック軸力ｆｆは変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換される。

このような構成において、先ず本発明の動作例全体を図７のフローチャートを参照して、次いで粘弾性モデル追従制御（実施形態１及び２）の動作例を図８のフローチャートを参照して説明する。

スタート段階においては、切替部１２１及び１２２は切替信号ＳＷＳによってＯＦＦされている。そして、動作がスタートすると先ず、トルク制御部３１は操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算し（ステップＳ１０）、ラック位置変換部１００は回転角センサ２１からの回転角θを判定用ラック位置Ｒｘに変換する（ステップＳ１１）。ラックエンド接近判定部１１０は判定用ラック位置Ｒｘに基づいてラックエンド接近か否かを判定し（ステップＳ１２）、ラックエンド接近でない場合には、粘弾性モデル追従制御部１２０からラック軸力ｆｆは出力されず、電流指令値Ｉｒｅｆ１に基づく通常の操舵制御が実行され（ステップＳ１３）、終了となるまで継続される（ステップＳ１４）。

一方、ラックエンド接近判定部１１０でラックエンド接近が判定された場合には、粘弾性モデル追従制御部１２０による粘弾性モデル追従制御が実行される（ステップＳ２０）。即ち、図８に示すように、ラックエンド接近判定部１１０から切替信号ＳＷＳが出力されると共に（ステップＳ２０１）、ラック変位ｘが出力される（ステップＳ２０２）。また、変換部１０１は、前記数１に従って電流指令値Ｉｒｅｆ１をラック軸力ｆに変換する（ステップＳ２０３）。図５の実施形態１では、フィードフォワード制御部１３０はラック軸力ｆに基づいてフィードフォワード制御を行い（ステップＳ２０４）、フィードバック制御部１４０はラック変位ｘ及びラック軸力ｆに基づいてフィードバック制御を行う（ステップＳ２０５）。また、図６の実施形態２では、フィードフォワード制御部１３０はラック変位ｘに基づいてフィードフォワード制御を行い（ステップＳ２０４）、フィードバック制御部１４０はラック変位ｘ及びラック軸力ｆに基づいてフィードバック制御を行う（ステップＳ２０５）。なお、いずれの場合も、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の順番は、逆であっても良い。

ラックエンド接近判定部１１０からの切替信号ＳＷＳは切替部１２１及び１２２に入力され、切替部１２１及び１２２がＯＮされる（ステップＳ２０６）。切替部１２１及び１２２がＯＮされると、フィードフォワード制御部１３０からのラック軸力ＦＦがラック軸力ｕ_１として出力され、フィードバック制御部１４０からのラック軸力ＦＢがラック軸力ｕ_２として出力される。ラック軸力ｕ_１及びｕ_２は加算部１２３で加算され（ステップＳ２０７）、加算結果としてのラック軸力ｆｆが変換部１０２で、前記数２に従って電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換される（ステップＳ２０８）。

ここで、本発明の粘弾性モデル追従制御部１２０は、ラックエンド近辺の物理モデルに基づいた制御系となっており、ラックエンド手前の所定角度以内で粘弾性モデル（バネ定数ｋ_０［Ｎ／ｍ］、粘性摩擦係数μ［Ｎ／（ｍ／ｓ）］）を規範モデル（入力：力、出力：変位で記述された物理モデル）としたモデルフォローイング制御を構成し、ラックエンドに当たる時の衝撃力を減衰している。

図９はラックエンド近傍の模式図を示しており、質量ｍと力Ｆ_０，Ｆ_１の関係は数３である。粘弾性モデルの方程式の算出は、例えば関西大学理工学会誌「理工学と技術」Ｖｏｌ．１７（２０１０）の「弾性膜と粘弾性の力学の基礎」（大場謙吉）に示されている。

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

従って、上記数３に上記数４〜数６を代入して数７となる。

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

そして、数７と数９を加算すると、数１０となる。

数１０に上記数４及び数６を代入すると、下記数１１となる。

ここで、μ_１／ｋ_１＝τ_ｅ，ｋ_０＝Ｅ_ｒ，μ_１（１／ｋ_０＋１／ｋ_１）＝τ_δとすると、上記数１１は数１２となり、ラプラス変換すると数１３が成立する。

上記数１３をＸ（ｓ）／Ｆ（ｓ）で整理すると、下記数１４となる。

数１４は入力力ｆから出力変位ｘまでの特性を示す３次の物理モデル（伝達関数）となり、バネ定数ｋ_１＝∞のバネとするとτ_ｅ→０であり、τ_δ＝μ_１・１／ｋ_０であるので、２次関数の下記数１５が導かれる。

本発明では、数１５で表される２次関数を規範モデルＧｍとして説明する。即ち、数１６を規範モデルＧｍとしている。ここで、μ_１＝μとしている。

次に、電動パワーステアリング装置の実プラント１４６を下記数１７で表わされるＰとし、本発明の規範モデル追従型制御を２自由度制御系で設計すると、Ｐｎ及びＰｄを実際のモデルとして図１０の構成となる。ブロック１４３（Ｃｄ）は制御要素部を示している。（例えば朝倉書店発行の前田肇、杉江俊治著「アドバンスト制御のためのシステム制御理論」参照）

実プラントＰを安定な有理関数の比で表わすために、Ｎ及びＤを下記数１８で表わす。Ｎの分子はＰの分子、Ｄの分子はＰの分母となる。ただし、αは（ｓ＋α）＝０の極が任意に選択できる。

図１０の構成を規範モデルＧｍに適用すると、ｘ／ｆ＝Ｇｍとなるためには、１／Ｆを下記数１９のように設定する必要がある。なお、数１９は、数１６及び数１８より導かれる。

フィードバック制御部のブロックＮ／Ｆは下記数２０である。

フィードフォワード制御部のブロックＤ／Ｆは下記数２１である。

２自由度制御系の一例を示す図１０において、実プラントＰへの入力（ラック軸力若しくはコラム軸トルクに対応する電流指令値）ｕは、下記数２２で表される。

また、実プラントＰの出力（ラック変位）ｘは下記数２３である。

数２３を整理し、出力ｘの項を左辺に、ｆの項を右辺に揃えると、数２４が導かれる。

数２４を入力ｆに対する出力ｘの伝達関数として表わすと、数２５となる。ここで、３項目以降ではＰ＝Ｐｎ／Ｐｄとして表現している。

実プラントＰを正確に表現できたとすれば、Ｐｎ＝Ｎ、Ｐｄ＝Ｄとすることができ、入力ｆに対する出力ｘの特性は、Ｐｎ／Ｆ（＝Ｎ／Ｆ）として表わされるので、数２６が成立する。

入力ｆに対して出力ｘの特性（規範モデル（伝達関数））を、下記数２７のようにすると考えるとき、

１／Ｆを下記数２８のようにすることで達成できる。

図１０において、フィードフォワード制御系をブロック１４４→実プラントＰの経路で考えると、図１１となる。ここで、Ｐ＝Ｎ／Ｄとすると、図１１（Ａ）は図１１（Ｂ）となり、数２０より図１１（Ｃ）が得られる。図１１（Ｃ）より、ｆ＝（ｍ・ｓ^２＋μ・ｓ＋ｋ０）ｘとなるので、これを逆ラプラス変換すると、下記数２９が得られる。

一方、図１２に示すようなフィードフォワード制御系の伝達関数ブロックを考えると、下記数３０が入力ｆ及び出力ｘにおいて成立する。

数３０を整理すると下記３１となり、数３１を入力ｆについて整理すると、数３２が得られる。

数３２を逆ラプラス変換すると上記数２９となり、結果的に図１３に示すように２つのフィードフォワード制御部Ａ及びＢは等価である。

上記前提を踏まえ、以下に本発明の具体的な構成例を図１４及び図１５に示して説明する。図１４の実施例１は図５の実施形態１に対応し、ラック軸力ｆがフィードフォワード制御部１３０内のフィードフォワード要素１４４（数２１で示されるＤ／Ｆ）及びフィードバック制御部１４０に入力され、ラック変位ｘがフィードバック制御部１４０に入力される。また、図１５の実施例２は図６の実施形態２に対応し、ラック変位ｘがフィードフォワード制御部１３０内のバネ定数項１３１及び粘性摩擦係数項１３２に入力され、ラック軸力ｆがフィードバック制御部１４０に入力される。

図１４の実施例１ではフィードフォワード要素１４４からのラック軸力ＦＦは切替部１２１のｂ１接点に入力される。また、図１５の実施例２では、フィードフォワード制御部１３０内のバネ定数項１３１及び粘性摩擦係数項１３２の出力を減算部１３３で減算し、減算部１３３の減算結果であるラック軸力ＦＦが切替部１２１のｂ１接点に入力される。切替部１２１のａ１接点には、固定部１２５から固定値「０」が入力されている。

図１４の実施例１及び図１５の実施例２のいずれにおいても、フィードバック制御部１４０はフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１、減算部１４２、制御要素部１４３で構成され、フィードバック制御部１４０からのラック軸力ＦＢ、つまり制御要素部１４３の出力は切替部１２２のｂ２接点に入力される。切替部１２２のａ２接点には、固定部１２６から固定値「０」が入力されている。フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１が、前述のように規範モデルであり、粘弾性モデルに相当し、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１からの出力が目標ラック変位となる。

図１４の実施例１では、ラック軸力ｆはフィードフォワード制御部１３０内のフィードフォワード要素１４４に入力されると共に、フィードバック制御部１４０のフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力される。ラック変位ｘはフィードバック制御部１４０の減算部１４２に減算入力されると共に、パラメータ設定部１２４に入力される。パラメータ設定部１２４はラック変位ｘに対して、例えば図１６に示すような特性のバネ定数ｋ_０及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数ｋ_０及び粘性摩擦係数μは、フィードフォワード制御部１３０内のフィードフォワード要素１４４及びフィードバック制御部１４０内のフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力される。

図１５の実施例２では、ラック変位ｘはフィードフォワード制御部１３０内のバネ定数項１３１及び粘性摩擦係数項１３２に入力されると共に、フィードバック制御部１４０の減算部１４２に入力され、更にパラメータ設定部１２４に入力される。ラック軸力ｆはフィードバック制御部１４０のフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力される。パラメータ設定部１２４はラック変位ｘに対して、上述と同様なバネ定数ｋ_０及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数ｋ_０はバネ定数項１３１及びフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力され、粘性摩擦係数μは粘性摩擦係数項１３２及びフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力される。

また、切替信号ＳＷＳは、実施例１及び２においていずれも切替部１２１及び１２２に入力され、切替部１２１及び１２２の接点は通常時はそれぞれ接点ａ１及びａ２に接続されており、切替信号ＳＷＳによってそれぞれ接点ｂ１及びｂ２に切替えられるようになっている。

このような構成において、図１５の実施例２の動作例を図１７のフローチャートを参照して説明する。

ラックエンド接近判定部１１０から切替信号ＳＷＳが出力されると共に（ステップＳ２１）、ラック変位ｘが出力される（ステップＳ２２）。ラック変位ｘはバネ定数項１３１、粘性摩擦係数項１３２、パラメータ設定部１２４及び減算部１４２に入力される。パラメータ設定部１２４は、ラック変位ｘに応じて図１６の特性に従って求められたバネ定数ｋ_０及び粘性摩擦係数μを、バネ定数項１３１、粘性摩擦係数項１３２及びフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に設定する（ステップＳ２３）。また、変換部１０１は電流指令値Ｉｒｅｆ１をラック軸力ｆに変換し（ステップＳ２３Ａ）、ラック軸力ｆはフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力され、Ｎ／Ｆ演算される（ステップＳ２４）。Ｎ／Ｆ演算値は減算部１４２に加算入力され、ラック変位ｘが減算され（ステップＳ２４Ａ）、その減算値が制御要素部１４３でＣｄ演算される（ステップＳ２４Ｂ）。制御要素部１４３から、演算されたラック軸力ＦＢが出力されて切替部１２２の接点ｂ２に入力される。

フィードフォワード制御部１３０内の粘性摩擦係数項１３２は、粘性摩擦係数μに基づいて“（μ−η）・ｓ”の演算を行い（ステップＳ２５）、バネ定数項１３１にバネ定数ｋ_０を設定し（ステップＳ２５Ａ）、減算部でバネ定数ｋ_０及び“（μ−η）・ｓ”の減算を行い（ステップＳ２５Ｂ）、演算結果としてラック軸力ＦＦを出力する。ラック軸力ＦＦは切替部１２１の接点ｂ１に入力される。なお、フィードフォワード制御部１３０及びフィードバック制御部１４０の演算の順番は、逆であっても良い。

ラックエンド接近判定部１１０からの切替信号ＳＷＳは切替部１２１及び１２２に入力され、切替部１２１及び１２２の各接点がａ１からｂ１へ、ａ２からｂ２へ切替えられ、切替部１２１及び１２２からのラック軸力ｕ_１及びｕ_２が加算部１２３で加算され（ステップＳ２６）、加算結果としてのラック軸力ｆｆが変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換される（ステップＳ２６Ａ）。電流指令値Ｉｒｅｆ２は加算部１０３に入力され、電流指令値Ｉｒｅｆ１に加算され（ステップＳ２７）、操舵制御が実行され、ステップＳ１４へとつながる。

なお、制御要素部１４３（Ｃｄ）は任意のＰＩＤ（比例積分微分）制御、ＰＩ制御、ＰＤ制御の構成のいずれでも良い。また、図１４の実施例１の動作も、ラック軸力ｆ及びラック変位ｘが入力する部分（要素）が異なるだけで、同様である。更に、図１４の実施例１及び図１５の実施例２では、フィードフォワード制御部１３０及びフィードバック制御部１４０の両方の制御演算を実行しているが、フィードフォワード制御部１３０のみの構成でも良く、フィードバック制御部１４０のみの構成でも良い。

次に、オフセット処理を行う本発明の実施例（実施例３〜７）について説明する。

図１８はオフセット処理を行う本発明の実施例を図３に対応させて示しており、図３に示される実施形態に対してラック変位速度演算部１５０及び過熱保護制御部１６０が追加されている。ラックエンド接近判定部１１０から出力されるラック変位ｘ及び切替信号ＳＷＳは、粘弾性モデル追従制御部２２０の他に、ラック変位速度演算部１５０にラック変位ｘが、過熱保護制御部１６０に切替信号ＳＷＳがそれぞれ入力される。ラック変位速度演算部１５０はラック変位ｘよりラック変位速度Ｒｖを算出し、過熱保護制御部１６０に出力する。過熱保護制御部１６０は、切替信号ＳＷＳ及びラック変位速度Ｒｖの他に、操舵トルクＴｈ、車速Ｖｅｌ及び後述の電流指令値Ｉｒｅｆ３を入力し、オフセットｏｆを算出する。オフセットｏｆは、ラック軸力ｆ、切替信号ＳＷＳ及びラック変位ｘと共に粘弾性モデル追従制御部２２０に入力され、粘弾性モデル追従制御部２２０で制御演算されたラック軸力ｆｆは変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換される。他の構成は図３に示される実施形態と同じであるから、説明は省略する。

粘弾性モデル追従制御部２２０の詳細を、図５に対応させて図１９（実施例３）に、図６に対応させて図２０（実施例４）にそれぞれ示す。

過熱保護制御部１６０から出力されるオフセットｏｆはフィードバック制御部２４０に入力される。その他は、図５の実施形態１又は図６の実施形態２と同じ構成である。

このような構成において、全体の動作例及び粘弾性モデル追従制御の動作例を、図２１、図２２及び図２３のフローチャートを参照して説明する。

図２１に全体の動作例をフローチャートで示しており、図７のフローチャートと比べると、ステップＳ１２Ａが追加されており、粘弾性モデル追従制御の動作が、後述のように変更されている（ステップＳ２０Ａ）。その他の動作は実施形態１又は実施形態２と同じである。

ステップＳ１２Ａでは、ラックエンド接近判定部１１０が判定用ラック位置Ｒｘに基づいてラックエンド接近か否かを判定した結果がラックエンド接近でない場合、過熱保護制御部１６０でのオフセットｏｆの値をゼロにリセットする動作が実行される。

ラックエンド接近判定部１１０でラックエンド接近が判定された場合には、過熱保護制御部１６０及び粘弾性モデル追従制御部２２０による粘弾性モデル追従制御が実行される（ステップＳ２０Ａ）。

図２２に粘弾性モデル追従制御の動作例をフローチャートで示しており、図８のフローチャートと比べると、ステップＳ２０３Ａ及びＳ２０３Ｂが追加され、フィードバック制御の動作に変更が加わっており（ステップＳ２０５からＳ２０５Ａに変更）、その他は実施形態１又は実施形態２の動作と同じである。なお、ステップＳ２０５Ａのフィードバック制御はフィードバック制御部２４０で実行されるが、その動作については、後述の粘弾性モデル追従制御部２２０の詳細説明のところで説明する。

ステップＳ２０３Ａでは、ラックエンド接近判定部１１０から出力されたラック変位ｘをラック変位速度演算部１５０が入力し、ラック変位ｘよりラック変位速度Ｒｖを算出する動作が実行される。そして、ステップＳ２０３Ｂでは、過熱保護制御部１６０が、切替信号ＳＷＳによりラックエンド接近を検知し、操舵トルクＴｈ、車速Ｖｅｌ、ラック変位速度Ｒｖ及び電流指令値Ｉｒｅｆ３に基づいてオフセットｏｆを算出する。

過熱保護制御部１６０でのオフセットｏｆの算出は、図２３に示されるような手順で実行される。

オフセットｏｆはオフセット算出条件が所定時間だけ成立したときに更新されるが、所定時間だけ成立したか否かをＯＮ／ＯＦＦで示すフラグ（以下、「所定時間経過フラグ」とする）が設けられており、スタート段階ではＯＦＦとなっている。オフセットｏｆの値は、スタート段階ではゼロとなっている。

過熱保護制御部１６０は、切替信号ＳＷＳの出力によりラックエンド接近を検知したら、車両状態情報である電流指令値Ｉｒｅｆ３、操舵トルクＴｈ、ラック変位速度Ｒｖ及び車速Ｖｅｌを読み取り（ステップＳ３０１）、所定時間経過フラグを確認する（ステップＳ３０２）。

所定時間経過フラグがＯＦＦの場合、オフセット算出条件が所定時間だけ成立しているかを確認する（ステップＳ３０３）。オフセット算出条件は、「車速Ｖｅｌが所定の車速値より小さく」且つ「操舵トルクＴｈが所定の操舵トルク値より大きく」且つ「ラック変位速度Ｒｖが所定の速度値より小さく」且つ「電流指令値Ｉｒｅｆ３が所定の電流指令値より大きい」であり、オフセット算出条件が成立している時間は時間カウンタを使用して計測する。オフセット算出条件が所定時間だけ成立している場合は、所定時間経過フラグをＯＮにして（ステップＳ３０４）、オフセットｏｆを出力する（ステップＳ３０５）。オフセット算出条件が所定時間だけ成立していない場合は、所定時間経過フラグはそのままにして、オフセットｏｆを出力する（ステップＳ３０５）。

所定時間経過フラグがＯＮの場合、保舵状態判定の条件の一部が不成立となっていないか確認する（ステップＳ３０６）。即ち、「車速Ｖｅｌが所定の車速値より小さい」、「操舵トルクＴｈが所定の操舵トルク値より大きい」又は「ラック変位速度Ｒｖが所定の速度値より小さい」の３つの条件のうちの少なくとも１つの条件が不成立となっていないか確認する。３条件とも成立している場合、オフセットｏｆに所定の値を加算することにより、オフセットｏｆを更新する（ステップＳ３０７）。そして、更新されたオフセットｏｆが所定の上限値を超えているか確認し（ステップＳ３０８）、超えていた場合、所定の上限値をオフセットｏｆの値とし（ステップＳ３０９）、超えていない場合は、オフセットｏｆの値は変更せず、オフセットｏｆを出力する（ステップＳ３０５）。上記の３つの条件のうちの少なくとも１つの条件が不成立の場合、所定時間経過フラグをＯＦＦにして（ステップＳ３１０）、オフセットｏｆは更新せずに出力する（ステップＳ３０５）。所定時間経過フラグをＯＦＦにする際に、ステップＳ３０３で使用する時間カウンタをゼロクリアする。

ラックエンド手前の所定角度外となり、ラックエンド接近でないと判定されたら、上述のように、オフセットｏｆの値はゼロにリセットされる（ステップＳ１２Ａ）。

以上により算出されたオフセットｏｆは粘弾性モデル追従制御部２２０のフィードバック制御部２４０に入力される。

なお、オフセット算出条件において、車速Ｖｅｌに関する条件はなくても良く、他の条件を付加しても良い。また、ラック変位速度Ｒｖの代わりにモータ回転数を使用し、「モータ回転数が所定の回転数より小さくなる」という条件に代えても良い。この場合、モータ回転数は回転角センサ２１から出力される回転角θより算出する。更に、オフセットｏｆの更新は所定の値を加算することにより行っているが、オフセットｏｆが徐々に大きくなるように更新されるのであれば、これ以外の方法、例えば指数関数的に大きくなるように更新しても良い。

ここで、粘弾性モデル追従制御部２２０について、更に詳細を、図２４及び図２５を用いて説明する。

図２０の実施例４での粘弾性モデル追従制御部２２０の具体的な構成例を図２４に示す。これは、図１５に示される実施例２に対応しており、フィードバック制御部１４０がフィードバック制御部２４０に代わっている。その他の構成は実施例２と同じであるから、説明は省略する。

フィードバック制御部２４０はフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１、制御要素部１４３、減算部１４２及び減算部１４５で構成され、過熱保護制御部１６０からのオフセットｏｆは減算部１４５に減算入力される。

フィードバック制御部２４０に入力されるラック軸力ｆは減算部１４５に加算入力され、減算部１４５に減算入力されたオフセットｏｆが減算され、ラック軸力ｆ’としてフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力される。

このような構成における動作例が図２５のフローチャートで示されている。

まず、図１７に示される実施例２での動作と同様に、ラックエンド接近判定部１１０から切替信号ＳＷＳ及びラック変位ｘが出力され（ステップＳ２１、Ｓ２２）、ラック変位ｘはバネ定数項１３１、粘性摩擦係数項１３２、パラメータ設定部１２４及び減算部１４２に入力される。パラメータ設定部１２４はバネ定数ｋ_０及び粘性摩擦係数μを、バネ定数項１３１、粘性摩擦係数項１３２及びフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に設定し（ステップＳ２３）、変換部１０１は電流指令値Ｉｒｅｆ１をラック軸力ｆに変換する（ステップＳ２３Ａ）。ラック軸力ｆは減算部１４５に加算入力される。ラック変位速度演算部１５０はラック変位ｘよりラック変位速度Ｒｖを算出し（ステップＳ２３Ｂ）、ラック変位速度Ｒｖは、切替信号ＳＷＳ、操舵トルクＴｈ、車速Ｖｅｌ及び電流指令値Ｉｒｅｆ３と共に過熱保護制御部１６０に入力され、過熱保護制御部１６０にてオフセットｏｆが算出される（ステップＳ２３Ｃ）。オフセットｏｆは減算部１４５に減算入力され、オフセットｏｆを減算されたラック軸力ｆ’がフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力され、Ｎ／Ｆ演算される（ステップＳ２４）。

その後は、実施例２でのステップＳ２４Ａ〜Ｓ２７と同様の動作が実行され、ステップＳ１４へとつながる。

なお、図１４に示される実施例１においてフィードバック制御部１４０を図２４の実施例４でのフィードバック制御部２４０に置き換えた構成を、図１９の実施例３での粘弾性モデル追従制御部２２０の具体的な構成例とすることができる。その構成例の動作は、ラック軸力ｆ及びラック変位ｘが入力する部分（要素）が異なるだけで、実施例４での動作と同様である。

ここで、オフセット付与による各データ（信号）の変化のイメージを図２６に示す。図２６において、横軸は時間で、縦軸は各データの大きさであるが、ここでは変化の様子を示すことを目的としているので、各データの大きさは実際とは異なっている。また、各データが変化するタイミングには、実際にはズレが生じることがあるが、ズレはないとし、粘弾性モデル追従制御部２２０に入力されるラック軸力ｆ及びラック変位ｘは一定とする。

ラックエンド手前の所定角度内において、時点ｔ_１でオフセット算出条件が所定時間だけ成立したとすると、オフセットｏｆの値が徐々に増加し、その分だけラック軸力ｆ’は減少していく。その結果、粘弾性モデルからの出力であるＮ／Ｆ演算値も減少し、減算部１４２で算出されるラック変位ｘとの偏差は大きくなり、その偏差を入力とする制御要素部（Ｃｄ）１４３の出力であるラック軸力ＦＢは減少する。そのラック軸力ＦＢの減少を受け、電流指令値も減少する。

オフセット付与の機能がなかった場合、各データは、図２６の点線で示されるように一定のままとなり、その結果、モータ電流が低減されず、ＥＣＵやモータが過熱するおそれがあるので、本機能が有効に作用することがわかる。

時点ｔ_２でオフセットｏｆが上限値に達したとすると、時点ｔ_２以降、オフセットｏｆは上限値で一定となり、他のデータも時点ｔ_２での値で一定となる。これにより、電流指令値が下がり過ぎるのを防ぐことができる。

上述のように、上記の実施例（実施例３、実施例４）では、オフセットに上限値を設定することにより、モータ電流が過度に小さくならないようにしているが、オフセットの上限値の代わりに電流指令値の下限値を設定し、電流指令値が下限値となったときのオフセットの値を上限オフセットとして記憶し、電流指令値が下限値未満の間はオフセットの値は上限オフセットのままとすることにより、モータ電流が過度に小さくならないようにすることも可能である。

この場合の実施例（実施例５）の構成は上記の実施例（実施例３、実施例４）と同様であるが、過熱保護制御部１６０でのオフセットｏｆの算出の動作に違いがある。

図２７は実施例５での過熱保護制御部１６０でのオフセットｏｆの算出の動作例を示したフローチャートであり、図２３に示されるフローチャートと比べると、車両状態情報である電流指令値Ｉｒｅｆ３、操舵トルクＴｈ、ラック変位速度Ｒｖ及び車速Ｖｅｌの読み取り（ステップＳ３０１）の後に、ステップＳ３０１Ａ〜Ｓ３０１Ｄが加わっており、オフセットｏｆの更新（ステップＳ３０７）後の処理がステップＳ３０８及びＳ３０９からステップＳ３０８Ａ及びＳ３０９Ａに代わっている。また、本実施例では、電流指令値が下限値になったか否かをＯＮ／ＯＦＦで示すフラグ（以下、「制限フラグ」とする）が設けられており、スタート段階ではＯＦＦとなっている。

過熱保護制御部１６０は読み取った電流指令値Ｉｒｅｆ３が所定の下限値より小さいか確認し（ステップＳ３０１Ａ）、小さい場合、その時点のオフセットｏｆの値を上限オフセットとして記憶し（ステップＳ３０１Ｂ）、制限フラグをＯＮにする（ステップＳ３０１Ｃ）。電流指令値Ｉｒｅｆ３が下限値より小さくない場合は、制限フラグをＯＦＦにする（ステップＳ３０１Ｄ）。

オフセットｏｆを更新した（ステップＳ３０７）後は、制限フラグを確認し（ステップＳ３０８Ａ）、制限フラグがＯＮの場合、上限オフセットをオフセットｏｆの値とし（ステップＳ３０９Ａ）、ＯＦＦの場合はオフセットｏｆの値は変更しない。

このように、ＥＣＵやモータの過熱に直接関わる電流指令値の大きさでオフセットに制限をかけるので、効果的に過熱を防止することができる。

オフセットの減算を、粘弾性モデルであるフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力されるラック軸力ｆに対してではなく、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１から出力されるＮ／Ｆ演算値に対して行うことも可能である。

図２８は、図２４に示される実施例４での粘弾性モデル追従制御部の構成例に対して、オフセットｏｆの減算をフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１から出力されるＮ／Ｆ演算値に対して行うようにした場合の構成例（実施例６）を示している。

フィードバック制御部２５０以外の構成は図２４の実施例４の構成と同じで、フィードバック制御部２５０においても構成要素は同じであるが、構成要素の接続が異なる。ラック軸力ｆは減算部１４５ではなく、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１に入力され、フィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１から出力されるＮ／Ｆ演算値は減算部１４２ではなく、減算部１４５に加算入力される。減算部１４５では、Ｎ／Ｆ演算値からオフセットｏｆが減算され、減算値が減算部１４２に加算入力され、ラック変位ｘが減算され、制御要素部１４３に入力される。

フィードバック制御部におけるラック軸力の流れは、実施例６と上記の他の実施例（実施例３〜５）とでは同じであり、その同じ流れの中でオフセットを与えているので、実施例６でも他の実施例と同等の効果を得ることができる。

なお、実施例３での粘弾性モデル追従制御部の構成例に対しても、オフセットｏｆの減算をフィードバック要素（Ｎ／Ｆ）１４１から出力されるＮ／Ｆ演算値に対して行うようにすることが可能である。

上記の実施例（実施例３〜６）においてラック変位ｘを用いて実行している処理は、ラック変位ｘの代わりにモータの回転角θの変位（以下、「回転角変位」とする）θｄを用いても実行可能である。上記の実施例でのラック位置変換部１００において回転角θが判定用ラック位置Ｒｘに変換されているように、ラック位置と回転角は連動しているので、ラックエンド手前の所定位置又は角度を基点としたラック変位及び回転角変位の間で代用が可能である。

図１８に対応させて、ラック変位ｘの代わりに回転角変位θｄを用いた場合の実施例（実施例７）を図２９に示す。

実施例７では、ラック位置を求める必要がないので、ラック位置変換部１００が不要となっており、ラックエンド接近判定部１１０がラックエンド接近判定部２１０に代わり、ラック変位速度演算部１５０の代わりにモータ回転数演算部２５０が設けられ、過熱保護制御部１６０が過熱保護制御部２６０に代わり、粘弾性モデル追従制御部２２０が粘弾性モデル追従制御部３２０に代わっている。回転センサ２１からの回転角θはラックエンド接近判定部２１０に入力され、ラックエンド接近判定部２１０は、回転角θがラックエンドに対応する回転角とラックエンド手前の所定位置に対応する回転角θ_０との間にあると判定したときに抑制制御機能を働かせ、回転角θと回転角θ_０の偏差である回転角変位θｄを出力すると共に切替信号ＳＷＳを出力する。回転角変位θｄは粘弾性モデル追従制御部３２０及びモータ回転数演算部２５０に入力され、切替信号ＳＷＳは粘弾性モデル追従制御部３２０及び過熱保護制御部２６０に入力される。モータ回転数演算部２５０は回転角変位θｄよりモータ回転数ωを算出し、過熱保護制御部２６０に出力する。過熱保護制御部２６０は、ラック変位速度Ｒｖの代わりにモータ回転数ωを使用してオフセットｏｆを算出する。粘弾性モデル追従制御部３２０は、ラック変位ｘの代わりに回転角変位θｄを使用してラック軸力ｆｆを演算する。

実施例７の全体の動作例は図３０のようになり、図２１に示される動作例と比較すると、回転角θを判定用ラック位置Ｒｘに変換するラック位置変換の処理（ステップＳ１１）が不要となっている。その他の処理においては、ラック変位ｘの代わりに回転角変位θｄが算出及び使用され、ラック変位速度Ｒｖの代わりにモータ回転数ωが算出及び使用される点が違うだけで、動作は同じである。

ラック変位ｘの代わりに回転角変位θｄを用いることにより、回転角を直接使用することができるので、処理量及び演算誤差の低減を図ることができる。

なお、上記の実施例（実施例３〜７）では、フィードフォワード制御部及びフィードバック制御部の両方の制御演算を実行しているが、フィードバック制御部のみの構成でも良い。

次に、最大値制限処理を行う本発明の実施例（実施例８〜１３）について説明する。なお、本実施例において、ラック軸力（及びコラム軸トルク）は、ハンドルが右に切られている（以下、「右切操舵」とする）ときは正の値に、ハンドルが左に切られている（以下、「左切操舵」とする）ときは負の値になるように設定されているとする。

まず、本発明の実施例８について説明する。図３１は実施例８の構成例を図３に対応させて示しており、図３に示される実施形態に対して制御量制限部１７０が追加されており、ラックエンド接近判定部１１０がラックエンド接近判定部２１０に代わっている。

ラックエンド接近判定部２１０は、ラック変位ｘ及び切替信号ＳＷＳの他に、ハンドルの操舵方向を示す方向信号Ｓｄを出力する。ラックエンド接近判定部２１０に入力される判定用ラック位置Ｒｘに基づいてハンドルの操舵方向を判定し、右切操舵の場合は方向信号Ｓｄを「右切」にして出力し、左切操舵の場合は方向信号Ｓｄを「左切」にして出力する。

制御量制限部１７０は、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力されるラック軸力ｆｆ（制御量）の最大値及び最小値を制限する。制限するためにラック軸力ｆｆに対する上限値及び下限値（以下、上限値及び下限値の総称を「制限値」とする）を設定するが、右切操舵の場合の制限値と左切操舵の場合の制限値をそれぞれ設定する。例えば、右切操舵の場合、上限値（以下、「右切上限値」とする）ＲＵ１は下記数３３のように所定の値Ｆｘ１（例えば２Ｎｍ（ニュートンメートル））とし、下限値（以下、「右切下限値」とする）ＲＬ１は下記数３４のようにシステムの最大出力ｆｍａｘ（正の値）の符号を反転した値から所定の値Ｆｘ２（例えば１０Ｎｍ）を減算した値とする。
（数３３）
ＲＵ１＝Ｆｘ１
（数３４）
ＲＬ１＝−ｆｍａｘ−Ｆｘ２
左切操舵の場合は、右切操舵の場合の上限値及び下限値を入れ替えた値を上限値（以下、「左切上限値」とする）ＬＵ１及び下限値（以下、「左切下限値」とする）ＬＬ１とする。即ち、下記数３５及び数３６のようになる。
（数３５）
ＬＵ１＝ｆｍａｘ＋Ｆｘ２
（数３６）
ＬＬ１＝−Ｆｘ１

制御量制限部１７０はラックエンド接近判定部２１０から出力される方向信号Ｓｄを入力する。そして、方向信号Ｓｄが「右切」の場合、右切上限値ＲＵ１及び右切下限値ＲＬ１を用いてラック軸力ｆｆに制限をかけ、方向信号Ｓｄが「左切」の場合、左切上限値ＬＵ１及び左切下限値ＬＬ１を用いてラック軸力ｆｆに制限をかける。制限されたラック軸力ｆｆはラック軸力ｆｆｍとして変換部１０２に出力される。

このような構成において、実施例８の動作例を、図３２及び図３３のフローチャートを参照して説明する。

図３２に全体の動作例をフローチャートで示しており、図７のフローチャートと比べると、方向信号Ｓｄの出力（ステップＳ１１Ａ）が追加され、通常操舵（ステップＳ１３）及び粘弾性モデル追従制御（ステップＳ２０）に制御量制限部１７０での処理が加わるので、変更が生じている（ステップＳ１３Ｂ、Ｓ２０Ｂ）。

ステップＳ１１Ａでは、ラックエンド接近判定部２１０が、入力された判定用ラック位置Ｒｘに基づいてハンドルの操舵方向を判定し、判定結果（右切、左切）を方向信号Ｓｄとして制御量制限部１７０に出力する。

粘弾性モデル追従制御（ステップＳ２０Ｂ）での動作例を図３３のフローチャートで示す。図８のフローチャートと比べると、ステップＳ２０７Ａが追加されている。ステップＳ２０７Ａでは、ラックエンド接近判定部２１０から出力された方向信号Ｓｄに基づいて、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力されたラック軸力ｆｆに制限がかけられる。図３４にステップＳ２０７Ａの詳細な動作例を示す。制御量制限部１７０は方向信号Ｓｄを入力する（ステップＳ２０７Ｂ）。そして、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ２０７Ｃ）、ラック軸力ｆｆが右切上限値ＲＵ１以上ならば（ステップＳ２０７Ｄ）、ラック軸力ｆｆの値を右切上限値ＲＵ１とし（ステップＳ２０７Ｅ）、ラック軸力ｆｆが右切下限値ＲＬ１以下ならば（ステップＳ２０７Ｆ）、ラック軸力ｆｆの値を右切下限値ＲＬ１とし（ステップＳ２０７Ｇ）、それ以外ならばラック軸力ｆｆの値は変更しない。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ２０７Ｃ）、ラック軸力ｆｆが左切上限値ＬＵ１以上ならば（ステップＳ２０７Ｈ）、ラック軸力ｆｆの値を左切上限値ＬＵ１とし（ステップＳ２０７Ｉ）、ラック軸力ｆｆが左切下限値ＬＬ１以下ならば（ステップＳ２０７Ｊ）、ラック軸力ｆｆの値を左切下限値ＬＬ１とし（ステップＳ２０７Ｋ）、それ以外ならばラック軸力ｆｆの値は変更しない。制限をかけられたラック軸力ｆｆはラック軸力ｆｆｍとして出力され（ステップＳ２０７Ｌ）、ラック軸力ｆｆｍは変換部１０２で電流指令値Ｉｒｅｆ２に変換され（ステップＳ２０８Ａ）、加算部１０３で電流指令値Ｉｒｅｆ１に加算される。

通常操舵（ステップＳ１３Ｂ）でも、粘弾性モデル追従制御の場合と同様に、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力されたラック軸力ｆｆに制限がかけられる。しかし、この場合のラック軸力ｆｆの値はゼロであるから、制限されることなく、ラック軸力ｆｆがそのままラック軸力ｆｆｍとして出力される。

なお、左切上限値及び左切下限値は右切上限値及び右切下限値を入れ替えた値としているが、違う所定の値を使用する等して、入れ替えた値にしなくても良い。また、右切操舵の場合と左切操舵の場合で同じ制限値を使用しても良く、その場合は、方向信号Ｓｄは不要となるので、ラックエンド接近判定部２１０でのハンドルの操舵方向の判定及び制御量制限部１７０での方向信号Ｓｄによる動作の切替えも不要となる。

本発明の実施例９について説明する。

実施例８ではラック軸力ｆｆに対する制限値は固定の値であるが、実施例９では、電流指令値Ｉｒｅｆ１から変換されたラック軸力ｆに基づいて設定される。ラック軸力ｆに基づいて設定することにより、より適切な制限値を設定することができる。

図３５に実施例９の構成例を示す。図３１に示される実施例８の構成例と比べると、制御量制限部１７０が制御量制限部２７０に代わっている。制御量制限部２７０には、ラック軸力ｆｆ及び方向信号Ｓｄの他に、変換部１０１から出力されるラック軸力ｆが入力されており、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆに基づいてラック軸力ｆｆの最大値及び最小値を制限する。具体的には、例えば右切上限値ＲＵ２は下記数３７のようにラック軸力ｆに所定の値Ｆｘ３（例えば２Ｎｍ）を加算した値とし、右切下限値ＲＬ２は下記数３８のようにラック軸力ｆの符号を反転した値から所定の値Ｆｘ４（例えば１０Ｎｍ）を減算した値とする。
（数３７）
ＲＵ２＝ｆ＋Ｆｘ３
（数３８）
ＲＬ２＝−ｆ−Ｆｘ４
左切上限値ＬＵ２及び左切下限値ＬＬ２は、右切上限値ＲＵ２及び右切下限値ＲＬ２を入れ替えた、下記数３９及び数４０のような値とする。
（数３９）
ＬＵ２＝−ｆ＋Ｆｘ４
（数４０）
ＬＬ２＝ｆ−Ｆｘ３
例えば、ラック軸力ｆが操舵角に対して図３７の破線で示されるように変化する場合、実施例８での制限値は図３６に示されるようにラック軸力ｆによらず一定であるが、実施例９での制限値は図３７の実線で示されるように変化する。

このような構成において、実施例９の動作例を図３８のフローチャートを参照して説明する。

図３８は制御量制限部２７０の動作例を示すフローチャートであり、図３４に示される実施例８の動作例と比べると、粘弾性モデル追従制御部１２０から出力されたラック軸力ｆｆを制限値と比較する前に、変換部１０１から出力されたラック軸力ｆに基づいて各制限値が設定されている。即ち、ラック軸力ｆｆを右切上限値ＲＵ２と比較する前に右切上限値ＲＵ２が数３７により設定され（ステップＳ２０７ｄ）、ラック軸力ｆｆを右切下限値ＲＬ２と比較する前に右切下限値ＲＬ２が数３８により設定され（ステップＳ２０７ｆ）、ラック軸力ｆｆを左切上限値ＬＵ２と比較する前に左切上限値ＬＵ２が数３９により設定され（ステップＳ２０７ｈ）、ラック軸力ｆｆを左切下限値ＬＬ２と比較する前に左切下限値ＬＬ２が数４０により設定される（ステップＳ２０７ｊ）。その他の動作は実施例８の動作と同じである。

なお、制限値算出で使用する所定の値Ｆｘ３及びＦｘ４として、実施例８で使用する所定の値Ｆｘ１及びＦｘ２を使用しても良い。また、実施例８の場合と同様に、左切上限値及び左切下限値は右切上限値及び右切下限値を入れ替えた値ではなく、違う所定の値を使用する等して、入れ替えた値にしなくても良く、右切操舵の場合と左切操舵の場合で同じ制限値を使用しても良い。

本発明の実施例１０について説明する。

実施例１０では、実施例９と同様に、制限値をラック軸力ｆに基づいて設定するが、より制御量を制限してあるトルク以上では、ハンドルとエンド方向に操舵できるように、右切下限値及び左切上限値の算出において所定の値の加減算を実施例９とは逆にする。しかし、右切上限値及び左切下限値と逆転しないように、右切下限値はゼロを超えず、左切上限値はゼロ未満にならないようにする。

実施例１０の構成例は、図３５に示される実施例９の構成例と基本的に同じであるが、制御量制限部での動作が異なる。即ち、制御量制限部では、例えば右切上限値ＲＵ３は下記数４１のようにラック軸力ｆに所定の値Ｆｘ５（例えば２Ｎｍ）を加算した値とし、右切下限値ＲＬ３は下記数４２のようにラック軸力ｆの符号を反転した値に所定の値Ｆｘ６（例えば５Ｎｍ）を加算した値とするが、右切下限値ＲＬ３がゼロを超えた場合、右切下限値ＲＬ３はゼロにする。
（数４１）
ＲＵ３＝ｆ＋Ｆｘ５
（数４２）
ＲＬ３＝−ｆ＋Ｆｘ６
左切上限値ＬＵ３及び左切下限値ＬＬ３は、右切上限値ＲＵ３及び右切下限値ＲＬ３を入れ替えた、下記数４３及び数４４のような値とするが、左切上限値ＬＵ３がゼロ未満の場合、左切上限値ＬＵ３はゼロにする。
（数４３）
ＬＵ３＝−ｆ−Ｆｘ６
（数４４）
ＬＬ３＝ｆ−Ｆｘ５
例えば、ラック軸力ｆが操舵角に対して図３９の破線で示されるように変化する場合、実施例１０での制限値は実線で示されるように変化する。

実施例１０の動作は、上述のように制御量制限部での動作が実施例９の動作例と異なるだけで、他は同じである。

なお、制限値算出で使用する所定の値Ｆｘ５及びＦｘ６として、実施例８及び／又は実施例９で使用する所定の値を使用しても良い。また、左切上限値及び左切下限値は右切上限値及び右切下限値を入れ替えた値ではなく、違う所定の値を使用する等して、入れ替えた値にしなくても良い。

本発明の実施例１１について説明する。

実施例１１では、実施例８と実施例９とでの制限値の設定方法を組み合わせて、制限値を設定する。例えば、右切上限値及び左切下限値は実施例８のようにして設定し、右切下限値及び左切上限値は実施例９のようにして設定する。即ち、右切上限値ＲＵ４、右切下限値ＲＬ４、左切上限値ＬＵ４及び左切下限値ＬＬ４は、下記数４５〜４８にように設定される。
（数４５）
ＲＵ４＝Ｆｘ１
（数４６）
ＲＬ４＝−ｆ−Ｆｘ４
（数４７）
ＬＵ４＝−ｆ＋Ｆｘ４
（数４８）
ＬＬ４＝−Ｆｘ１
例えば、ラック軸力ｆが操舵角に対して図４０の破線で示されるように変化する場合、実施例１１での制限値は実線で示されるように変化する。

実施例１１の構成例及び動作例は、制御量制限部での動作が上述のように異なるのみで、他は実施例９の構成例及び動作例と同じである。

なお、制限値の設定方法の組み合わせとして、上述とは逆に、右切上限値及び左切下限値は実施例９のようにして設定し、右切下限値及び左切上限値は実施例８のようにして設定しても良い。また、実施例８と実施例１０とでの制限値の設定方法を組み合わせても良い。

本発明の実施例１２について説明する。

実施例９〜１１ではラック軸力ｆに基づいて制限値を設定しているが、実施例１２では、さらに操舵速度により制限値を変更する。これにより、操舵速度が速いときは仮想ラックエンドになるように強く制御し、遅いときは制御量の制限を強くして安全性を高める等、より柔軟な対応を取ることが可能となる。

図４１に実施例１２の構成例を示す。図３５に示される実施例９の構成例と比べると、制御量制限部２７０が制御量制限部３７０に代わっており、制御量制限部３７０には、ラック軸力ｆｆ、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆの他に、操舵速度ωsが入力されている。

制御量制限部３７０は、操舵速度が速いときは、仮想ラックエンドになるように強く制御するために実施例９での設定方法で制限値を設定し、操舵速度が遅いときは、制御量の制限を強くした実施例１０での設定方法で制限値を設定する。また、設定方法の移行が徐々に行われるように、実施例９及び実施例１０での設定方法で設定された各制限値にゲインを乗算し、それらを加算した値を制限値とする。

制御量制限部３７０の構成例を図４２に示す。制御量制限部３７０は、高操舵時制限値演算部３７１、低操舵時制限値演算部３７２、高操舵時ゲイン部３７３、低操舵時ゲイン部３７４、制限部３７５及び加算部３７６、３７７で構成されている。

高操舵時制限値演算部３７１は、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆを用いて、実施例９での設定方法により上限値ＵＰＨ及び下限値ＬＷＨを算出する。即ち、方向信号Ｓｄが「右切」の場合は、数３７で算出される右切上限値ＲＵ２（＝ｆ＋Ｆｘ３）を上限値ＵＰＨとし、数３８で算出される右切下限値ＲＬ２（＝−ｆ−Ｆｘ４）を下限値ＬＷＨとする。方向信号Ｓｄが「左切」の場合は、数３９で算出される左切上限値ＬＵ２（＝−ｆ＋Ｆｘ４）を上限値ＵＰＨとし、数４０で算出される左切下限値ＬＬ２（＝ｆ−Ｆｘ３）を下限値ＬＷＨとする。

低操舵時制限値演算部３７２は、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆを用いて、実施例１０での設定方法により上限値ＵＰＨ及び下限値ＬＷＨを算出する。即ち、方向信号Ｓｄが「右切」の場合は、数４１で算出される右切上限値ＲＵ３（＝ｆ＋Ｆｘ５）を上限値ＵＰＬとし、数４２で算出される右切下限値ＲＬ３（＝−ｆ＋Ｆｘ６）を下限値ＬＷＬとするが、下限値ＬＷＬがゼロを超えた場合、下限値ＬＷＬはゼロにする。方向信号Ｓｄが「左切」の場合は、数４３で算出される左切上限値ＬＵ３（＝−ｆ−Ｆｘ６）を上限値ＵＰＬとし、数４４で算出される左切下限値ＬＬ３（＝ｆ−Ｆｘ５）を下限値ＬＷＬとするが、上限値ＵＰＬがゼロ未満の場合、上限値ＵＰＬはゼロにする。

高操舵時ゲイン部３７３は、操舵速度ωsに対して、例えば図４３に示されるような特性を有する高操舵時ゲインＧＨを上限値ＵＰＨ及び下限値ＬＷＨにそれぞれ乗算し、上限値ＵＰＨｇ及び下限値ＬＷＨｇを算出する。図４３に示される高操舵時ゲインＧＨの特性は、所定の操舵速度ωs１までは０％で、所定の操舵速度ωs１からωs２（ωs２＞ωs１）の間では操舵速度ωsに比例して大きくなり、所定の操舵速度ωs２を超えると１００％となるような特性である。

低操舵時ゲイン部３７４は、操舵速度ωsに対して、例えば図４４に示されるような特性を有する低操舵時ゲインＧＬを上限値ＵＰＬ及び下限値ＬＷＬにそれぞれ乗算し、上限値ＵＰＬｇ及び下限値ＬＷＬｇを算出する。図４４に示される低操舵時ゲインＧＬの特性は、図４３に示される高操舵時ゲインＧＨの特性の逆の特性となっている。

加算部３７６は、上限値ＵＰＨｇとＵＰＬｇを加算し、上限値ＵＰを算出する。加算部３７７は、下限値ＬＷＨｇとＬＷＬｇを加算し、下限値ＬＷを算出する。

制限部３７５は、上限値ＵＰ及び下限値ＬＷを用いて、ラック軸力ｆｆに制限をかける。

このような構成において、実施例１２の動作例を図４５のフローチャートを参照して説明する。

図４５は制御量制限部３７０の動作例を示すフローチャートであり、実施例１２の動作は、制御量制限部３７０の動作が異なるだけで、他の動作は実施例８〜１１の動作と同じである。

ラックエンド接近判定部２１０から出力された方向信号Ｓｄ及び変換部１０１から出力されたラック軸力ｆは、高操舵時制限値演算部３７１及び低操舵時制限値演算部３７２に入力される（ステップＳ４０１）。

高操舵時制限値演算部３７１は、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ４０２）、右切上限値ＲＵ２を上限値ＵＰＨとし、右切下限値ＲＬ２を下限値ＬＷＨとして出力する（ステップＳ４０３）。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ４０２）、左切上限値ＬＵ２を上限値ＵＰＨとし、左切下限値ＬＬ２を下限値ＬＷＨとして出力する（ステップＳ４０４）。

低操舵時制限値演算部３７２は、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ４０５）、右切上限値ＲＵ３を上限値ＵＰＬとし、右切下限値ＲＬ３を下限値ＬＷＬとして出力する（ステップＳ４０６）。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ４０５）、左切上限値ＬＵ３を上限値ＵＰＬとし、左切下限値ＬＬ３を下限値ＬＷＬとして出力する（ステップＳ４０７）。なお、高操舵時制限値演算部３７１での動作と低操舵時制限値演算部３７２での動作の順番は逆でも並行して実行しても良い。

高操舵時ゲイン部３７３は、上限値ＵＰＨ、下限値ＬＷＨ及び操舵速度ωsを入力し、図４３に示される特性を用いて操舵速度ωsに対する高操舵時ゲインＧＨを求め、上限値ＵＰＨ及び下限値ＬＷＨにそれぞれ乗算し、上限値ＵＰＨｇ（＝ＵＰＨ×ＧＨ）及び下限値ＬＷＨｇ（＝ＬＷＨ×ＧＨ）を出力する（ステップＳ４０８）。

低操舵時ゲイン部３７４は、上限値ＵＰＬ、下限値ＬＷＬ及び操舵速度ωsを入力し、図４４に示される特性を用いて操舵速度ωsに対する低操舵時ゲインＧＬを求め、上限値ＵＰＬ及び下限値ＬＷＬにそれぞれ乗算し、上限値ＵＰＬｇ（＝ＵＰＬ×ＧＬ）及び下限値ＬＷＬｇ（＝ＬＷＬ×ＧＬ）を出力する（ステップＳ４０９）。なお、高操舵時ゲイン部３７３での動作と低操舵時ゲイン部３７４での動作の順番は逆でも並行して実行しても良い。

上限値ＵＰＨｇ及びＵＰＬｇは加算部３７６に入力され、加算結果が上限値ＵＰとして出力される（ステップＳ４１０）。下限値ＬＷＨｇ及びＬＷＬｇは加算部３７７に入力され、加算結果が下限値ＬＷとして出力される（ステップＳ４１１）。

上限値ＵＰ及び下限値ＬＷは、粘弾性モデル追従制御部から出力されたラック軸力ｆｆと共に、制限部３７５に入力される。制限部３７５は、ラック軸力ｆｆが上限値ＵＰ以上ならば（ステップＳ４１２）、ラック軸力ｆｆの値を上限値ＵＰとし（ステップＳ４１３）、ラック軸力ｆｆが下限値ＬＷ以下ならば（ステップＳ４１４）、ラック軸力ｆｆの値を下限値ＬＷとし（ステップＳ４１５）、それ以外ならばラック軸力ｆｆの値を変更しない。制限をかけられたラック軸力ｆｆはラック軸力ｆｆｍとして出力される（ステップＳ４１６）。

なお、高操舵時ゲインＧＨ及び低操舵時ゲインＧＬの操舵速度ωs１とωs２の間の特性は、図４３及び図４４に示されるような直線的な特性に限られず、高操舵時ゲインＧＨと低操舵時ゲインＧＬの和が１００％となるならば、曲線的な特性でも良い。また、高操舵時制限値演算部３７１及び／又は低操舵時制限値演算部３７２において実施例８での設定方法で制限値を設定しても良い。この場合、操舵速度が速いときは仮想ラックエンドになるように強く制御し、遅いときは制御量の制限を強くして安全性を高めるように、上限値及び下限値を調整する。

本発明の実施例１３について説明する。

実施例１２では操舵速度により制限値を変更しているが、実施例１３では車速により制限値を変更する。例えば、停車を含む極低速走行時は仮想ラックエンドになるように強く制御し、低速走行を超えるようになるにつれて、制限値を徐々に変化させていく。

図４６に実施例１３の構成例を示す。図４１に示される実施例１２の構成例に比べると、制御量制限部３７０が制御量制限部４７０に代わっており、制御量制限部４７０には、操舵速度ωsの代わりに車速Ｖｅｌが入力されている。

制御量制限部４７０は、車速が低速のときは、仮想ラックエンドになるように強く制御するために実施例９での設定方法で制限値を設定し、車速が高速になると実施例１０での設定方法で制限値を設定する。そして、実施例１２と同様に、設定方法の移行が徐々に行われるように、実施例９及び実施例１０での設定方法で設定された各制限値にゲインを乗算し、それらを加算した値を制限値とする。

制御量制限部４７０の構成例を図４７に示す。制御量制限部４７０は、高速時制限値演算部４７１、低速時制限値演算部４７２、高速時ゲイン部４７３、低速時ゲイン部４７４、制限部３７５及び加算部３７６、３７７で構成されている。制限部３７５及び加算部３７６、３７７は、実施例１２と同様の構成で同様の動作をするので、説明は省略する。

高速時制限値演算部４７１は、実施例１２での低操舵時制限値演算部３７２と同様に、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆを用いて、実施例１０での設定方法により上限値ＵｐＨ及び下限値ＬｗＨを算出する。

低速時制限値演算部４７２は、実施例１２での高操舵時制限値演算部３７１と同様に、方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆを用いて、実施例９での設定方法により上限値ＵｐＬ及び下限値ＬｗＬを算出する。

高速時ゲイン部４７３は、車速Ｖｅｌに対して、例えば図４８に示されるような特性を有する高速時ゲインｇＨを上限値ＵｐＨ及び下限値ＬｗＨにそれぞれ乗算し、上限値ＵｐＨｇ及び下限値ＬｗＨｇを算出する。図４８に示される高速時ゲインｇＨの特性は、所定の車速Ｖｅｌ１までは０％で、所定の車速Ｖｅｌ１からＶｅｌ２（Ｖｅｌ２＞Ｖｅｌ１）の間では車速Ｖｅｌに比例して大きくなり、所定の車速Ｖｅｌ２を超えると１００％となるような特性である。

低速時ゲイン部４７４は、車速Ｖｅｌに対して、例えば図４９に示されるような特性を有する低速時ゲインｇＬを上限値ＵｐＬ及び下限値ＬｗＬにそれぞれ乗算し、上限値ＵｐＬｇ及び下限値ＬｗＬｇを算出する。図４９に示される低速時ゲインｇＬの特性は、図４８に示される高速時ゲインｇＨの特性の逆の特性となっている。

このような構成において、実施例１３の動作例を図５０のフローチャートを参照して説明する。

図５０は制御量制限部４７０の動作例を示すフローチャートであり、実施例１３の動作は、制御量制限部４７０の動作が異なるだけで、他の動作は実施例１２の動作と同じである。

方向信号Ｓｄ及びラック軸力ｆは、高速時制限値演算部４７１及び低速時制限値演算部４７２に入力される（ステップＳ４０１Ａ）。

高速時制限値演算部４７１は、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ４０２Ａ）、右切上限値ＲＵ３を上限値ＵｐＨとし、右切下限値ＲＬ３を下限値ＬｗＨとして出力する（ステップＳ４０３Ａ）。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ４０２Ａ）、左切上限値ＬＵ３を上限値ＵｐＨとし、左切下限値ＬＬ３を下限値ＬｗＨとして出力する（ステップＳ４０４Ａ）。

低速時制限値演算部４７２は、方向信号Ｓｄが「右切」の場合（ステップＳ４０５Ａ）、右切上限値ＲＵ２を上限値ＵｐＬとし、右切下限値ＲＬ２を下限値ＬｗＬとして出力する（ステップＳ４０６Ａ）。方向信号Ｓｄが「左切」の場合（ステップＳ４０５Ａ）、左切上限値ＬＵ２を上限値ＵｐＬとし、左切下限値ＬＬ２を下限値ＬｗＬとして出力する（ステップＳ４０７Ａ）。なお、高速時制限値演算部４７１での動作と低速時制限値演算部４７２での動作の順番は逆でも並行して実行しても良い。

高速時ゲイン部４７３は、上限値ＵｐＨ、下限値ＬｗＨ及び車速Ｖｅｌを入力し、図４８に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する高速時ゲインｇＨを求め、上限値ＵｐＨ及び下限値ＬｗＨにそれぞれ乗算し、上限値ＵｐＨｇ（＝ＵｐＨ×ｇＨ）及び下限値ＬｗＨｇ（＝ＬｗＨ×ｇＨ）を出力する（ステップＳ４０８Ａ）。

低速時ゲイン部４７４は、上限値ＵｐＬ、下限値ＬｗＬ及び車速Ｖｅｌを入力し、図４９に示される特性を用いて車速Ｖｅｌに対する低速時ゲインｇＬを求め、上限値ＵｐＬ及び下限値ＬｗＬにそれぞれ乗算し、上限値ＵｐＬｇ（＝ＵｐＬ×ｇＬ）及び下限値ＬｗＬｇ（＝ＬｗＬ×ｇＬ）を出力する（ステップＳ４０９Ａ）。なお、高速時ゲイン部４７３での動作と低速時ゲイン部４７４での動作の順番は逆でも並行して実行しても良い。

その後は、実施例１２での動作と同様に、上限値ＵｐＨｇ、ＵｐＬｇ及び下限値ＬｗＨｇ、ＬｗＬｇから加算部３７６、３５７を介して上限値Ｕｐ及び下限値Ｌｗを算出し（ステップＳ４１０、Ｓ４１１）、上限値Ｕｐ、下限値Ｌｗ及びラック軸力ｆｆから制限部３７５を介してラック軸力ｆｆを出力する（ステップＳ４１２〜Ｓ４１６）。

なお、高速時ゲインｇＨ及び低速時ゲインｇＬの車速Ｖｅｌ１とＶｅｌ２の間の特性は、図４８及び図４９に示されるような直線的な特性に限られず、高速時ゲインｇＨと低速時ゲインｇＬの和が１００％となるならば、曲線的な特性でも良い。また、高速時制限値演算部４７１及び／又は低速時制限値演算部４７２において実施例８での設定方法で制限値を設定しても良い。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１３ バッテリ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
２１ 回転角センサ
３０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１ トルク制御部
３５ 電流制御部
３６ ＰＷＭ制御部
１００ ラック位置変換部
１１０、２１０ ラックエンド接近判定部
１２０、２２０、３２０ 粘弾性モデル追従制御部
１２１、１２２ 切替部
１２４ パラメータ設定部
１３０ フィードフォワード制御部
１４０、２４０ フィードバック制御部
１５０ ラック変位速度演算部
１６０、２６０ 過熱保護制御部
１７０、２７０、３７０、４７０ 制御量制限部
２５０ モータ回転数演算部
３７１ 高操舵時制限値演算部
３７２ 低操舵時制限値演算部
３７３ 高操舵時ゲイン部
３７４ 低操舵時ゲイン部
３７５ 制限部
４７１ 高速時制限値演算部
４７２ 低速時制限値演算部
４７３ 高速時ゲイン部
４７４ 低速時ゲイン部

Claims (25)

1. 少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値１を演算し、前記電流指令値１に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
   前記電流指令値１をラック軸力１に変換する第１の変換部と、
   前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、
   前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、
   モデルフォローイング制御の構成で、前記ラック軸力１、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力２を生成する粘弾性モデル追従制御部と、
   前記ラック軸力２を電流指令値２に変換する第２の変換部と、
   前記ラック軸力１又は前記粘弾性モデル追従制御部の粘弾性モデルの出力から減算するオフセットを車両状態情報に基づいて演算する過熱保護制御部とを具備し、
   前記粘弾性モデル追従制御部が、
   前記ラック軸力１に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、
   前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４を出力するフィードバック制御部と、
   前記切替信号により前記ラック軸力３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、
   前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、
   前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部とで構成され、
   前記電流指令値２を前記電流指令値１に加算した電流指令値３に基づいて前記アシスト制御を行い、ラックエンド端当てを抑制するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値１を演算し、前記電流指令値１に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
   前記電流指令値１をラック軸力１に変換する第１の変換部と、
   前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、
   前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、
   モデルフォローイング制御の構成で、前記ラック軸力１、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力２を生成する粘弾性モデル追従制御部と、
   前記ラック軸力２を電流指令値２に変換する第２の変換部と、
   前記ラック軸力１又は前記粘弾性モデル追従制御部の粘弾性モデルの出力から減算するオフセットを車両状態情報に基づいて演算する過熱保護制御部とを具備し、
   前記粘弾性モデル追従制御部が、
   前記ラック変位に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、
   前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４を出力するフィードバック制御部と、
   前記切替信号により前記ラック軸力３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、
   前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、
   前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部とで構成され、
   前記電流指令値２を前記電流指令値１に加算した電流指令値３に基づいて前記アシスト制御を行い、ラックエンド端当てを抑制するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記ラック変位によって、前記フィードバック制御部及びフィードフォワード制御部のパラメータを変更する請求項６又は７に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記車両状態情報が少なくとも前記電流指令値３、前記操舵トルク及びモータ回転数若しくはラック変位速度からなり、
   少なくとも前記電流指令値３が所定の電流指令値より大きく、前記操舵トルクが所定の操舵トルク値より大きく、且つ前記モータ回転数若しくはラック変位速度が所定の値より小さい状態が継続した場合、前記オフセットを演算する請求項６又は７に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記オフセットの値が演算開始時点から徐々に大きくなるように更新される請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記オフセットの値が所定の上限値を超えた場合、前記所定の上限値を前記オフセットの値とする請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記電流指令値３が所定の下限値未満となった時点の前記オフセットの値を上限オフセットとして記憶し、前記電流指令値３が前記所定の下限値未満の間は前記上限オフセットを前記オフセットの値とする請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記操舵トルクが前記所定の操舵トルク値以下となった場合、或いは前記モータ回転数若しくはラック変位速度が前記所定の値以上となった場合、前記オフセットの更新を中断する請求項１１乃至１３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記ラックエンド手前の所定角度の範囲外となった場合、前記オフセットの値をゼロにリセットする請求項１０乃至１４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
10. 少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値１を演算し、前記電流指令値１に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
    ラックエンド手前の所定角度の範囲内で粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、
    前記モデルフォローイング制御での制御量に対して、操舵方向に応じて、異なる上限値及び下限値を設定して範囲を制限し、ラックエンド端当てを抑制するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
11. 前記モデルフォローイング制御の構成がフィードバック制御部である請求項１６に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記モデルフォローイング制御の構成がフィードフォワード制御部である請求項１６に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 前記モデルフォローイング制御の構成がフィードバック制御部及びフィードフォワード制御部である請求項１６に記載の電動パワーステアリング装置。
14. 前記規範モデルのパラメータをラック変位に基づいて可変する請求項１６に記載の電動パワーステアリング装置。
15. 前記電流指令値１をラック軸力１に変換する第１の変換部と、
    前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、
    前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、
    前記モデルフォローイング制御の構成で、前記ラック軸力１、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力２を生成する粘弾性モデル追従制御部と、
    前記ラック軸力２に対して操舵方向に応じて、異なる上限値及び下限値を設定し、前記ラック軸力２を制限する制御量制限部と、
    前記制限されたラック軸力２を電流指令値２に変換する第２の変換部とを具備し、
    前記電流指令値２を前記電流指令値１に加算して前記アシスト制御を行う請求項１６に記載の電動パワーステアリング装置。
16. 前記粘弾性モデル追従制御部が、
    前記ラック軸力１に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、
    前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４を出力するフィードバック制御部と、
    前記切替信号により前記ラック軸力３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、
    前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、
    前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部とで構成されている請求項２１に記載の電動パワーステアリング装置。
17. 前記粘弾性モデル追従制御部が、
    前記ラック変位に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力３を出力するフィードフォワード制御部と、
    前記ラック変位及び前記ラック軸力１に基づいてフィードバック制御してラック軸力４を出力するフィードバック制御部と、
    前記切替信号により前記ラック軸力３の出力をＯＮ／ＯＦＦする第１の切替部と、
    前記切替信号により前記ラック軸力４の出力をＯＮ／ＯＦＦする第２の切替部と、
    前記第１及び第２の切替部の出力を加算して前記ラック軸力２を出力する加算部とで構成されている請求項２１に記載の電動パワーステアリング装置。
18. 前記ラック変位によって、前記フィードバック制御部及びフィードフォワード制御部のパラメータを変更する請求項２２又は２３に記載の電動パワーステアリング装置。
19. 前記上限値及び下限値を前記ラック軸力１に基づいて設定する請求項２１乃至２４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
20. 前記上限値及び下限値を操舵速度により変更する請求項２１乃至２４のいずれか又は２６に記載の電動パワーステアリング装置。
21. 前記操舵速度による変更では、前記操舵速度の変化に対して前記上限値及び下限値が徐々に変化する請求項２７に記載の電動パワーステアリング装置。
22. 前記上限値及び下限値を車速により変更する請求項２１乃至２４のいずれか又は２６に記載の電動パワーステアリング装置。
23. 前記車速による変更では、前記車速の変化に対して前記上限値及び下限値が徐々に変化する請求項２９に記載の電動パワーステアリング装置。
24. 前記ラック軸力１、前記ラック軸力２、前記ラック軸力３及び前記ラック軸力４はそれぞれコラム軸トルク１、コラム軸トルク２、コラム軸トルク３及びコラム軸トルク４と等価である請求項６又は７に記載の電動パワーステアリング装置。
25. 前記ラック軸力１及び前記ラック軸力２はそれぞれコラム軸トルク１及びコラム軸トルク２と等価である請求項２１に記載の電動パワーステアリング装置。

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