电动助力转向装置的制作方法

本发明涉及一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出电流指令值，并且，通过电流指令值来驱动电动机，以便将辅助力赋予给车辆的转向系统。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置，其将粘弹性模型设定为参考模型(referencemodel)，并且，通过在齿条末端附近减少电流指令值的大小来减少辅助扭矩，以便使齿条末端碰撞时的势头衰减并且减少撞击能量，从而能够抑制使驾驶员感到不舒服的撞击噪音(异常音)，并且，还提高了转向感。

背景技术：

电动助力转向装置(eps)利用电动机的旋转力将辅助力赋予给车辆的转向系统，其将电动机的驱动力经由减速装置并且通过诸如齿轮或皮带之类的传送机构，作为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。反馈控制通过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(dutyratio)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，用于对转向盘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(assistmap)，来进行辅助指令的电流指令值的运算，基于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，来对供应给电动机20的电流进行控制。

另外，用于收发车辆的各种信息的can(controllerareanetwork，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(centralprocessingunit，中央处理单元)(也包含mpu(microprocessorunit，微处理器单元)、mcu(microcontrollerunit，微控制器单元))来构成，该cpu内部由程序执行的一般功能例如，如图2的结构所示那样。

参照图2对控制单元30的功能以及动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩th以及来自车速传感器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iref1被输入到减法运算单元32b中，减法运算单元32b对电流指令值iref1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对作为在减法运算单元32b中得到的减法结果的偏差i(＝iref1-im)进行控制，经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，基于pwm信号并且经由逆变器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被反馈输入到减法运算单元32b中。诸如分解器之类的旋转角传感器21被连接到电动机20，还有，旋转角传感器21检测出旋转角θr并且将其输出。

在这样的电动助力转向装置中，在通过电动机在转向系统的最大转向角(齿条末端)的附近施加了大的辅助扭矩的情况下，在转向系统到达了最大转向角的时刻，就会产生大的撞击，并且，还产生撞击噪音(异常音)，所以有可能会使驾驶员感到不舒服。

针对这样的问题点，本发明专利申请的申请人通过国际专利公开号wo2016/104568(专利文献1)提出了这样一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置构成了“基于物理模型”的控制系统，构成了模型追随控制以便使控制对象的输出(到齿条末端为止的距离)能够追随参考模型，不会给驾驶员带来转向不协调感，抑制“齿条末端碰撞时的异常音的发生”，并且，使撞击力衰减。在专利文献1的电动助力转向装置中，因为构成了“基于物理模型”的控制系统，所以变得易于对参数设计进行预测。还有，因为构成了模型追随控制以便使控制对象的输出能够追随参考模型，所以针对负载状态(外部干扰)和控制对象的变动，能够进行鲁棒(稳健)的齿条末端碰撞抑制控制。

然而，在专利文献1的电动助力转向装置中，为了让虚拟齿条末端存在，也就是说，为了达到“即使驾驶员想要更进一步转动转向盘，但就像已经到达了齿条末端那样，转向盘就再也转动不下去”的效果，输出辅助力，以便使其与“驾驶员的手动输入和来自轮胎一侧的反作用力的和”保持均衡。在这种情况下，因为在“与驾驶员的转向方向相反”的方向上进行辅助，所以有时需要采取诸如“对辅助力的最大值进行限制”之类的安全对策。还有，即使在“与驾驶员的转向方向相同”的方向上进行辅助，同样地，有时也需要采取安全对策。

作为安全对策，本发明专利申请的申请人通过国际专利公开号wo2016/104571(专利文献2)提出了这样一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置为了对辅助力的最大值进行限制，对来自“构成了模型追随控制”的粘弹性模型追随控制单元的输出进行限制。通过控制量限制单元来进行输出的限制，通过使用“与固定的限制值、齿条轴力或柱轴扭矩相对应”的限制值等来进行限制。另外，还提出了这样一种装置，该装置根据转向速度来变更限制值，从而能够采取诸如“在转向速度快的时候，进行强大的控制，以便成为虚拟齿条末端；在转向速度慢的时候，增强控制量的限制，以便提高安全性”之类的更加灵活的对应。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际专利公开号wo2016/104568

专利文献2：国际专利公开号wo2016/104571

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

然而，即使在“用来对辅助力的最大值进行限制”的专利文献2的电动助力转向装置中，因为，为了抑制“齿条末端碰撞时所发生的异常音”，以“在齿条末端的前面形成虚拟齿条末端”的方式来生成控制量，所以在“虚拟齿条末端被形成在远离实际的齿条末端的位置”的情况下，该位置离实际的齿条末端越远，则车辆的转弯半径就越大，从而也存在“车辆的操控性会变差”的可能性。即使只根据转向速度来变更限制值，但也难以降低“车辆的操控性会变差”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，其构成了“基于物理模型”的控制系统，构成了模型追随控制以便使控制对象的输出(到齿条末端为止的距离)能够追随参考模型，不会给驾驶员带来转向不协调感，抑制“齿条末端碰撞时的异常音的发生”，使撞击力衰减，并且，能够抑制异常音，但不会使转弯半径恶化。

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，其至少基于转向扭矩来运算出电流指令值，通过基于所述电流指令值来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具备粘弹性模型追随控制单元和齿条末端接近判定单元，所述粘弹性模型追随控制单元在齿条末端的前面的所规定的范围内将粘弹性模型设定为参考模型，输出“用来对所述电流指令值进行补正”的控制量，所述齿条末端接近判定单元基于转向位置信息来判定“是否在所述齿条末端的前面的所规定的范围内”，所述电动助力转向装置至少基于所述转向位置信息、转向速度以及转向状态来调整所述控制量，并且，通过调整后的所述控制量来对所述电流指令值进行补正。

还有，本发明涉及一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出第1电流指令值，通过基于所述第1电流指令值来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具备齿条末端接近判定单元、粘弹性模型追随控制单元和控制量调整单元，所述齿条末端接近判定单元基于转向位置信息来判定“是否在作为齿条末端的前面的所规定的范围的齿条末端邻近区域内”，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“对所述第1电流指令值进行第1变换而求得”的第1轴力以及所述齿条位移中的至少一个和所述切换信号，来生成“将粘弹性模型设定为参考模型”的第2轴力，所述控制量调整单元至少基于所述转向位置信息、转向速度以及“用来表示增加转动的转向或减少转动的转向”的转向状态信号来设定“针对所述第2轴力”的限制值，对所述第2轴力进行限制，所述电动助力转向装置通过“对经限制后的所述第2轴力进行第2变换而求得”的第2电流指令值来对所述第1电流指令值进行补正，以便进行所述辅助控制。

还有，本发明涉及一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩来运算出第1电流指令值，通过基于所述第1电流指令值来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具备齿条末端接近判定单元、粘弹性模型追随控制单元、状态判定单元和控制量调整单元，所述齿条末端接近判定单元基于转向位置信息来判定“是否在齿条末端的前面的所规定的范围内”，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“对所述第1电流指令值进行第1变换而求得”的第1轴力以及所述齿条位移中的至少一个和所述切换信号，来生成“将粘弹性模型设定为参考模型”的第2轴力，所述状态判定单元至少基于所述转向位置信息、转向速度以及“用来表示增加转动的转向或减少转动的转向”的转向状态信号来判定“接近所述齿条末端”的接近状态，输出判定信号，所述控制量调整单元基于所述判定信号来对所述第2轴力进行调整，所述电动助力转向装置通过“对经调整后的所述第2轴力进行第2变换而求得”的第2电流指令值来对所述第1电流指令值进行补正，以便进行所述辅助控制。

发明的效果

根据本发明的电动助力转向装置，因为构成了“基于物理模型”的控制系统，所以变得易于对参数设计进行预测。还有，因为构成了模型追随控制以便使控制对象的输出能够追随参考模型(到齿条末端为止的距离)，所以针对负载状态(外部干扰)和控制对象的变动，能够进行鲁棒(稳健)的齿条末端碰撞抑制控制。还有，因为基于转向位置信息、转向速度、转向状态等来对控制量进行调整，所以驾驶员能够将转向盘转动到“到达齿条末端为止”，并且，还能够同时实现“异常音抑制”和“舒适的转向力”。通过驾驶员能够将转向盘转动到“到达齿条末端为止”，从而还可以减少对最小转弯半径的影响。

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系统的结构示例的结构框图。

图3是表示在齿条末端的前面的所规定的角度内的转向角和反作用力的变化示例的图。

图4是表示基本实施方式的结构示例的结构框图。

图5是表示齿条位置变换单元的特性示例的图。

图6是表示粘弹性模型追随控制单元的结构示例(第1基本实施方式)的结构框图。

图7是表示粘弹性模型追随控制单元的结构示例(第2基本实施方式)的结构框图。

图8是表示基本实施方式的动作示例(整体)的流程图。

图9是表示粘弹性模型追随控制的动作示例(基本实施方式)的流程图。

图10是粘弹性模型的示意图。

图11是用于说明粘弹性模型追随控制单元的详细原理的结构框图。

图12是用于说明粘弹性模型追随控制单元的详细原理的结构框图。

图13是用于说明粘弹性模型追随控制单元的详细原理的结构框图。

图14是用于说明粘弹性模型追随控制单元的详细原理的结构框图。

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基本实施方式)的结构框图。

图16是表示粘弹性模型追随控制单元的详细的结构示例(第4基本实施方式)的结构框图。

图17是表示“根据齿条位移来变更参考模型的参数”的示例的图。

图18是表示粘弹性模型追随控制单元的动作示例(第4基本实施方式)的流程图。

图19是表示本发明的结构示例(第1实施方式)的结构框图。

图20是表示齿条末端邻近区域内的区域示例的图。

图21是表示“针对转向速度的大小”的调整值的特性示例的图。

图22是表示限制值的变化示例的图。

图23是表示转向状态以及转向方向的判定条件的图。

图24是表示控制量调整单元的结构示例(第1实施方式)的结构框图。

图25是表示本发明的整体的动作示例(第1实施方式)的流程图。

图26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27是表示控制量限制的动作示例(第1实施方式)的流程图。

图28是表示接近齿条末端时的各个数据的时间变化的示例的图。

图29是表示齿条末端邻近区域内的其他的区域示例的图。

图30是表示控制量调整单元的结构示例(第2实施方式)的结构框图。

图31是表示调整值设定单元的动作示例(第2实施方式)的流程图。

图32是表示当简化调整值的变化时的“针对转向速度的大小”的调整值的特性示例的图。

图33是表示“针对齿条位移”的阈值的设定示例的图。

图34是表示齿条末端接近判定单元的动作示例(第4实施方式)的流程图。

图35是表示本发明的结构示例(第5实施方式)的结构框图。

图36是表示转向状态的判定条件的图。

图37是表示控制量调整单元的结构示例(第5实施方式)的结构框图。

图38是表示本发明的整体的动作示例(第5实施方式)的流程图。

图39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40是表示控制量调整的动作示例(第5实施方式)的流程图。

图41是表示控制量调整单元的结构示例(第6实施方式)的结构框图。

图42是表示本发明的结构示例(第7实施方式)的结构框图。

图43是表示“根据转向角来变更弹簧常数”的示例的图。

图44是表示控制量调整单元的结构示例(第7实施方式)的结构框图。

图45是表示控制量调整单元的动作示例(第7实施方式)的流程图。

图46是表示本发明的结构示例(第8实施方式)的结构框图。

图47是表示齿条位移限制单元的动作示例的流程图。

图48是表示“根据转向角来变更增加率”的示例的图。

具体实施方式

本发明为一种电动助力转向装置，其构成了“基于齿条末端附近的物理模型”的控制系统，将粘弹性模型(弹簧常数、粘性摩擦系数)设定为参考模型，构成了模型追随控制，以便使控制对象的输出(到齿条末端为止的距离)能够追随该参考模型，不会给驾驶员带来转向不协调感，抑制“齿条末端碰撞时的异常音的发生”，使撞击力衰减。

通过粘弹性模型追随控制单元来构成模型追随控制，还有，通过“前馈控制单元”、“反馈控制单元”或“前馈控制单元以及反馈控制单元”来构成粘弹性模型追随控制单元，并且，在齿条末端的前面的所规定的范围之外进行通常的辅助控制；在齿条末端的前面的所规定的范围内进行模型追随控制，这样就能够抑制“齿条末端碰撞”。

还有，本发明具有“基于诸如转向角(转向盘角度、柱轴角度)之类的用来表示转向位置的信息(转向位置信息)、转向速度以及转向状态(增加转动的转向或减少转动的转向)等来对模型追随控制中的控制量进行调整”的功能(下面，将其称为“控制量调整功能”)。

在模型追随控制中，为了让虚拟齿条末端存在，也就是说，为了达到“即使驾驶员想要更进一步转动转向盘，但就像已经到达了齿条末端那样，转向盘就再也转动不下去”的效果，输出辅助力，以便使其与“驾驶员的手动输入和来自轮胎一侧的反作用力的和”保持均衡(在轮胎与路面之间的摩擦非常低的情况下，就只有驾驶员的手动输入。)。然而，在这种情况下，就变成在“与驾驶员的转向方向相反”的方向上进行辅助。在本发明的一个样态中，考虑了安全性，对辅助力的最大值进行限制。还有，即使在“与驾驶员的转向方向相同”的方向上进行辅助，同样地，也对辅助力的最大值进行限制。另外，为了降低“因虚拟齿条末端被形成在远离实际的齿条末端的位置，所以车辆的转弯半径变大，从而导致车辆的操控性变差”的可能性，在对辅助力的最大值进行限制的时候，基于在靠近齿条末端的区域中的齿条位移的位置、转向速度以及转向状态，来设定限制值。此外，也可以使用“作为转向位置信息”的转向角、如后所述的判定用齿条位置，来代替齿条位移。

如图3所示那样，在齿条末端的前面的所规定的角度内，来自轮胎一侧的反作用力(自对准扭矩(sat))随着转向角θ的大小(绝对值)|θ|增加而增加，并且，当转向角θ的大小(绝对值)|θ|变成θd之后，反作用力就急剧增加。在本发明的另一个样态中，进行“考虑了反作用力的增加量”的处理，从而使驾驶员在“反作用力急剧增加”的区域，也可以轻松地进行转向操作。具体而言，在θd的附近设定阈值θz，在“转向角θ的大小|θ|超过了阈值θz”的区域，将转向速度以及转向状态作为判断材料，添加“能够对反作用力的增加量进行补偿”的辅助力(下面，将其称为“补偿辅助力”)。此外，也可以使用“作为转向位置信息”的齿条位移、如后所述的判定用齿条位置，来代替转向角。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

本发明为“针对专利文献1中所公开的电动助力转向装置，追加了控制量调整功能后得到的”电动助力转向装置。下面，首先，对“没有追加控制量调整功能”的实施方式(下面，将其称为“基本实施方式”)进行说明，然后，对“基于基本实施方式”的本发明的实施方式进行说明。

与图2相对应的图4示出了基本实施方式的一个示例。如图4所示，电流指令值iref1在变换单元101中被变换成齿条轴力f，齿条轴力f被输入到粘弹性模型追随控制单元120中。尽管齿条轴力f与柱轴扭矩等效，但在下面的说明中，为了便于说明，使用齿条轴力来进行说明。此外，齿条轴力以及柱轴扭矩的总称是轴力。还有，尽管“用于计算出齿条末端接近”的齿条位置或齿条位移与柱轴角度(转向盘角度)等效，但在下面的说明中，使用齿条位置或齿条位移来进行说明。也可以根据柱轴角度(转向盘角度)来判定“是否接近齿条末端”。此外，对“与如图2所示的结构相同”的结构赋予相同的附图标记，并且，省略它们的说明。

依照下述式1，来进行从电流指令值iref1到齿条轴力f的变换。

式1

f＝g1×iref1

其中，将kt设定为扭矩常数[nm/a]，将gr设定为减速比，并且，将cf设定为比行程[m/rev.]的话，则g1＝kt×gr×(2π/cf)成立。

来自旋转角传感器21的旋转角θr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被输入到齿条末端接近判定单元110中。如图5所示那样，当判定为“判定用齿条位置rx位于齿条末端的前面的规定位置x0以内(齿条末端邻近区域)”的时候，齿条末端接近判定单元110启动齿条末端碰撞抑制控制功能，输出齿条位移x，并且，输出切换信号sws。尽管在图5中，仅示出了原点右侧的齿条末端邻近区域，但在本发明中，以原点对称的方式来设定左侧的齿条末端邻近区域。还有，在右侧的齿条末端邻近区域内，齿条位移x被作为正的值输出；在左侧的齿条末端邻近区域内，齿条位移x被作为负的值输出；在齿条末端邻近区域之外的时候，齿条位移x为零。在齿条末端邻近区域内的时候，切换信号sws为on；在齿条末端邻近区域之外的时候，切换信号sws为off。切换信号sws和齿条位移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。在粘弹性模型追随控制单元120中经控制运算后得到的齿条轴力ff在变换单元102中被变换成电流指令值iref2，电流指令值iref2在加法运算单元103中与电流指令值iref1相加后，就变成了电流指令值iref3。基于电流指令值iref3进行如上所述那样的辅助控制。

此外，可以将“用来设定如图5所示的齿条末端邻近区域”的规定位置x0设定在适当的位置，另外，也可以将左侧的齿条末端邻近区域的规定位置x0和右侧的齿条末端邻近区域的规定位置x0设定成不同的值。还有，尽管从被连接到电动机的旋转角传感器21处获得旋转角θr，但也可以从转向角传感器处来获得旋转角θr。

变换单元102依照下述式2，来进行从齿条轴力ff到电流指令值iref2的变换。

式2

iref2＝ff/g1

图6和图7示出了粘弹性模型追随控制单元120的详细结构。

在图6的第1基本实施方式中，齿条轴力f被输入到前馈控制单元130和反馈控制单元140中，齿条位移x被输入到反馈控制单元140中。来自前馈控制单元130的齿条轴力ff被输入到切换单元121中，还有，来自反馈控制单元140的齿条轴力fb被输入到切换单元122中。根据切换信号sws来启动/关闭(on/off)切换单元121和切换单元122，当切换单元121和切换单元122基于切换信号sws而被关闭的时候，切换单元121的输出u1和切换单元122的输出u2均为零。当切换单元121和切换单元122基于切换信号sws而被启动的时候，来自切换单元121的齿条轴力ff被作为齿条轴力u1输出，还有，来自切换单元122的齿条轴力fb被作为齿条轴力u2输出。加法运算单元123对来自切换单元121的齿条轴力u1和来自切换单元122的齿条轴力u2进行加法运算，粘弹性模型追随控制单元120输出“作为在加法运算单元123中得到的加法值”的齿条轴力ff。齿条轴力ff在变换单元102中被变换成电流指令值iref2。

还有，在图7的第2基本实施方式中，齿条位移x被输入到前馈控制单元130和反馈控制单元140中，齿条轴力f被输入到反馈控制单元140中。接下来，与图6的第1基本实施方式相同，来自前馈控制单元130的齿条轴力ff被输入到切换单元121中，还有，来自反馈控制单元140的齿条轴力fb被输入到切换单元122中。根据切换信号sws来启动/关闭切换单元121和切换单元122，当切换单元121和切换单元122基于切换信号sws而被关闭的时候，切换单元121的输出u1和切换单元122的输出u2均为零。当切换单元121和切换单元122基于切换信号sws而被启动的时候，来自切换单元121的齿条轴力ff被作为齿条轴力u1输出，还有，来自切换单元122的齿条轴力fb被作为齿条轴力u2输出。加法运算单元123对来自切换单元121的齿条轴力u1和来自切换单元122的齿条轴力u2进行加法运算，粘弹性模型追随控制单元120输出“作为在加法运算单元123中得到的加法值”的齿条轴力ff。齿条轴力ff在变换单元102中被变换成电流指令值iref2。

在这样的结构中，首先，参照图8的流程图对基本实施方式的动作示例整体进行说明。接下来，参照图9的流程图对粘弹性模型追随控制(第1基本实施方式以及第2基本实施方式)的动作示例进行说明。

在开始阶段，基于切换信号sws，切换单元121和切换单元122是被关闭的。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和车速vel来运算出电流指令值iref1(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θr变换成判定用齿条位置rx(步骤s11)。齿条末端接近判定单元110基于判定用齿条位置rx来判定“是否接近齿条末端”(步骤s12)。在没有接近齿条末端的情况下，粘弹性模型追随控制单元120不输出齿条轴力ff，并且，执行“基于电流指令值iref1的通常的转向控制”(步骤s13)，继续进行“基于电流指令值iref1的通常的转向控制”直到结束为止(步骤s14)。

另一方面，在通过齿条末端接近判定单元110被判定为“接近了齿条末端”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s20)。也就是说，如图9所示，齿条末端接近判定单元110输出切换信号sws(步骤s201)，并且，还输出齿条位移x(步骤s202)。还有，变换单元101依照上述式1将电流指令值iref1变换成齿条轴力f(步骤s203)。在图6的第1基本实施方式中，前馈控制单元130基于齿条轴力f来进行前馈控制(步骤s204)，还有，反馈控制单元140基于齿条位移x以及齿条轴力f来进行反馈控制(步骤s205)。另外，在图7的第2基本实施方式中，前馈控制单元130基于齿条位移x来进行前馈控制(步骤s204)，还有，反馈控制单元140基于齿条位移x以及齿条轴力f来进行反馈控制(步骤s205)。此外，无论在上述哪一种情况下，都可以将前馈控制和反馈控制的顺序反过来。

来自齿条末端接近判定单元110的切换信号sws被输入到切换单元121和切换单元122中，这样切换单元121和切换单元122就被启动(步骤s206)。当切换单元121和切换单元122被启动的时候，来自前馈控制单元130的齿条轴力ff被作为齿条轴力u1输出，还有，来自反馈控制单元140的齿条轴力fb被作为齿条轴力u2输出。加法运算单元123对齿条轴力u1和齿条轴力u2进行加法运算(步骤s207)，作为加法运算结果的齿条轴力ff在变换单元102中依照上述式2被变换成电流指令值iref2(步骤s208)。此外，尽管在本基本实施方式中，采用了“通过2个切换单元(即，切换单元121和切换单元122)来分别切换齿条轴力ff和齿条轴力fb，然后，在加法运算单元123中进行加法运算”的结构，但也可以采用“对齿条轴力ff和齿条轴力fb进行加法运算，然后，通过1个切换单元来切换输出”的结构。

在这里，粘弹性模型追随控制单元120变成了“基于齿条末端附近的物理模型”的控制系统，构成了“在齿条末端的前面的规定角度以内，将粘弹性模型(弹簧常数k0[n/m]、粘性摩擦系数μ[n/(m/s)])设定为参考模型(“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，从而能够防止“齿条末端碰撞”。

图10示出了齿条末端附近的示意图，还有，式3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3

接下来，针对齿条位移x1和x2，将k0和k1设定为弹簧常数的话，则下述式4～式6成立。

式4

x＝x1+x2

式5

f0＝k0x

式6

因此，将上述式4～式6代入到上述式3中的话，则可获得式7。

式7

对上述式7进行微分的话，则可获得下述式8，然后，在两边都乘以μ1/k1的话，则可获得下述式9。

式8

式9

然后，将式7和式9加在一起的话，则可获得下述式10。

式10

将上述式4和上述式6代入到上述式10中的话，则可获得下述式11。

式11

在这里，如果μ1/k1＝τe、k0＝er和μ1(1/k0+1/k1)＝τδ均成立的话，则上述式11就变成式12，然后，进行拉普拉斯变换的话，则式13成立。

式12

式13

(1+τes)f(s)＝{τems³+ms²+er(1+τδs)}x(s)

通过x(s)/f(s)来整理上述式13的话，则可获得下述式14。

式14

式14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15。

式15

在本基本实施方式中，将通过式15来表示的二次函数作为参考模型gm并对其进行说明。也就是说，将式16作为参考模型gm。在这里，μ1＝μ是成立的。

式16

接下来，将电动助力转向装置的实际被控设备(actualplant)146设定为“通过下述式17来表示”的p，当通过具有2个自由度的控制系统来设计本基本实施方式的参考模型追随型控制的话，则将pn以及pd作为实际的模型，就变成图11的结构。方框(块，block)143(cd)表示控制要素单元。(例如，参照“先行控制的系统控制理论”，作者：前田肇、杉江俊治，出版社：日本朝仓书店)

式17

为了通过稳定的有理函数的比来表示实际被控设备p，通过下述式18来表示n以及d。n的分子变成p的分子，还有，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18

将图11的结构应用于参考模型gm的话，则为了使x/f＝gm成立，需要将1/f设定成下述式19那样。此外，基于式16以及式18来导出式19。

式19

用下述式20来表示反馈控制单元的方框n/f。

式20

用下述式21来表示前馈控制单元的方框d/f。

式21

在“用来表示具有2个自由度的控制系统的一个示例”的图11中，“被输入到实际被控设备p中”的输入(与齿条轴力或柱轴扭矩相对应的电流指令值)u是通过下述式22来表示的。

式22

还有，实际被控设备p的输出(齿条位移)x是通过下述式23来表示的。

式23

整理式23并且使输出x的项和左边f的项汇集在右边的话，则可以导出式24。

式24

将式24表示成“针对输入f的输出x的传递函数”的话，则可获得下述式25。在这里，在第三项以后，作为p＝pn/pd来表现。

式25

如果能够正确地表现了实际被控设备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26成立。

式26

当考虑将“针对输入f的输出x的特性”(参考模型(传递函数))设定为下述式27的时候，就能够实现“将1/f设定为下述式28”。

式27

式28

在图11中，如果通过前馈要素144→实际被控设备p的路径来考虑前馈控制系统的话，则可获得图12(a)、图12(b)以及图12(c)。在这里，如果使p＝n/d成立的话，则图12(a)就变成图12(b)，还有，基于式20就可以获得图12(c)。因为基于图12(c)，f＝(m·s²+μ·s+k0)x就成立，所以对其进行拉普拉斯逆变换的话，则可获得下述式29。

式29

另一方面，如果考虑“如图13所示那样的前馈控制系统的传递函数方框”的话，则在输入f和输出x的情况下，下述式30就成立。

式30

如果整理上述式30的话，则可获得下述式31，然后，针对输入f整理式31的话，则可获得下述式32。

式31

式32

f＝{m·s²+(μ-η+η)·s+k0}·x

如果对上述式32进行拉普拉斯逆变换的话，则可获得上述式29，其结果为，如图14所示那样，前馈控制单元a和前馈控制单元b是等效的。

立足于上述前提，下面，参照图15以及图16对基本实施方式的具体的结构示例进行说明。图15的第3基本实施方式与图6的第1基本实施方式相对应。如图15所示，齿条轴力f被输入到前馈控制单元130内的前馈要素144(通过式21来表示的d/f)和反馈控制单元140中，还有，齿条位移x被输入到反馈控制单元140中。另外，图16的第4基本实施方式与图7的第2基本实施方式相对应。如图16所示，齿条位移x被输入到前馈控制单元130内的弹簧常数项131以及粘性摩擦系数项132中，还有，齿条轴力f被输入到反馈控制单元140中。

在图15的第3基本实施方式中，来自前馈要素144的齿条轴力ff被输入到切换单元121的接点b1。还有，在图16的第4基本实施方式中，减法运算单元133减去前馈控制单元130内的弹簧常数项131的输出和粘性摩擦系数项132的输出，“作为在减法运算单元133中得到的减法运算结果”的齿条轴力ff被输入到切换单元121的接点b1。来自固定单元125的固定值“0”被输入到切换单元121的接点a1。

无论在图15的第3基本实施方式和图16的第4基本实施方式中的哪一种情况下，反馈控制单元140都由反馈要素(n/f)141、减法运算单元142以及控制要素单元143来构成，还有，来自反馈控制单元140的齿条轴力fb，即，控制要素单元143的输出都被输入到切换单元122的接点b2。来自固定单元126的固定值“0”被输入到切换单元122的接点a2。

在图15的第3基本实施方式中，齿条轴力f被输入到前馈控制单元130内的前馈要素144中，并且，还被输入到反馈控制单元140内的反馈要素(n/f)141中。齿条位移x被减法输入到反馈控制单元140内的减法运算单元142中，并且，还被输入到参数设定单元124中。参数设定单元124基于齿条位移x来输出例如，如图17所示那样的特性的弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ，还有，弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ被输入到前馈控制单元130内的前馈要素144和反馈控制单元140内的反馈要素(n/f)141中。此外，也可以将弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ的特性设定为针对“作为其他的转向位置信息”的转向角、判定用齿条位置的特性，而不是针对齿条位移的特性。

在图16的第4基本实施方式中，齿条位移x被输入到前馈控制单元130内的弹簧常数项131和粘性摩擦系数项132中，并且，还被输入到反馈控制单元140内的减法运算单元142中，另外，还被输入到参数设定单元124中。齿条轴力f被输入到反馈控制单元140内的反馈要素(n/f)141中。参数设定单元124基于齿条位移x来输出与上述相同的弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ，还有，弹簧常数k0被输入到弹簧常数项131和反馈要素(n/f)141中，粘性摩擦系数μ被输入到粘性摩擦系数项132和反馈要素(n/f)141中。

还有，无论在第3基本实施方式和第4基本实施方式中的哪一种情况下，切换信号sws都被输入到切换单元121和切换单元122中，还有，切换单元121以及切换单元122的接点在通常情况下(切换信号sws＝off)都被分别连接到接点a1以及接点a2，并且，当切换信号sws变成on的时候，分别被切换到接点b1和接点b2。

在这样的结构中，参照图18的流程图对图16的第4基本实施方式的动作示例进行说明。

齿条末端接近判定单元110输出切换信号sws(步骤s21)，并且，还输出齿条位移x(步骤s22)。齿条位移x被输入到弹簧常数项131、粘性摩擦系数项132、参数设定单元124和减法运算单元142中。参数设定单元124将“根据齿条位移x并依照图17的特性而求出的”弹簧常数k0以及粘性摩擦系数μ设定在弹簧常数项131、粘性摩擦系数项132以及反馈要素(n/f)141中(步骤s23)。还有，变换单元101将电流指令值iref1变换成齿条轴力f(步骤s23a)，齿条轴力f被输入到反馈要素(n/f)141中以便进行n/f运算(步骤s24)。n/f运算值被加法输入到减法运算单元142中，减法运算单元142从n/f运算值中减去齿条位移x(步骤s24a)，控制要素单元143对“在减法运算单元142中得到的”减法运算值进行cd运算(步骤s24b)。“从控制要素单元143输出的”运算出的齿条轴力fb被输入到切换单元122的接点b2。

前馈控制单元130内的粘性摩擦系数项132基于粘性摩擦系数μ来进行“(μ－η)·s·x”的运算(步骤s25)。弹簧常数项131设定弹簧常数k0(步骤s25a)。减法运算单元对“k0·x”和“(μ－η)·s·x”进行减法运算(步骤s25b)，作为运算结果，输出齿条轴力ff。齿条轴力ff被输入到切换单元121的接点b1。此外，作为x的时间微分，运算出“s·x”。还有，也可以将前馈控制单元130的运算和反馈控制单元140的运算的顺序反过来。

来自齿条末端接近判定单元110的切换信号sws被输入到切换单元121和切换单元122中，切换单元121的接点从a1被切换到b1，切换单元122的接点从a2被切换到b2，加法运算单元123对来自切换单元121的齿条轴力u1和来自切换单元122的齿条轴力u2进行加法运算(步骤s26)，作为加法运算结果的齿条轴力ff在变换单元102中被变换成电流指令值iref2(步骤s26a)。电流指令值iref2被输入到加法运算单元103中并与电流指令值iref相加(步骤s27)，执行转向控制，转移到步骤s14。

此外，控制要素单元143(cd)也可以为任意的pid(比例积分微分)控制、pi控制和pd控制的结构中的任意一种结构。还有，关于图15的第3基本实施方式的动作，只有“输入齿条轴力f以及齿条位移x”的部分(要素)是不同的，其他的部分都是相同的。另外，尽管在图15的第3基本实施方式以及图16的第4基本实施方式中，执行了前馈控制单元130的控制运算以及反馈控制单元140的控制运算，但本发明也可以采用“只有前馈控制单元130”的结构，还有，也可以采用“只有反馈控制单元140”的结构。尽管电流指令值iref1在变换单元101中被变换成齿条轴力f，还有，齿条轴力ff在变换单元102中被变换成电流指令值iref2，但也可以通过使作为变换单元101中的变换系数的g1以及作为变换单元102中的变换系数的1/g1分别与前馈控制单元130以及反馈控制单元140的参数相乘，来将变换单元101以及变换单元102的功能纳入到粘弹性模型追随控制单元120中，这样就可以消除变换单元101以及变换单元102。还有，也可以基于转向位置信息来变更控制要素单元143(cd)的控制参数(控制增益：比例增益、积分增益、微分增益)。例如，在规定位置x0的附近，减少控制增益；在齿条末端附近，增加控制增益。通过这样做，使得在规定位置x0的附近，就不会发生控制量的急剧的变化；在齿条末端附近，就可以在很大程度上抑制撞击。

接下来，对“基于基本实施方式”的本发明的实施方式进行说明。此外，在本实施方式中，当转向盘处于向右转动的状态(下面，将这种状态称为“向右转向操作”)的时候，齿条轴力(以及柱轴扭矩)被设定为正的值；当转向盘处于向左转动的状态(下面，将这种状态称为“向左转向操作”)的时候，齿条轴力(以及柱轴扭矩)被设定为负的值。还有，将“朝向车辆前进方向，并且，相对于右侧的齿条末端”的齿条位移设定为正的值；将“朝向车辆前进方向，并且，相对于左侧的齿条末端”的齿条位移设定为负的值。另外，将“在向右侧的齿条末端方向进行转向操作的情况下”的转向速度设定为正的值；将“在向左侧的齿条末端方向进行转向操作的情况下”的转向速度设定为负的值。

首先，对“限制辅助力的最大值”的实施方式(第1实施方式～第4实施方式)进行说明。

与图4相对应的图19示出了第1实施方式的结构示例。如图19所示，与如图4所示的结构示例相比，在图19的第1实施方式的结构示例中追加了转向速度运算单元150、转向信息抽出单元160以及控制量调整单元170，还有，通过转向速度运算单元150、转向信息抽出单元160以及控制量调整单元170来实现控制量调整功能。

在第1实施方式中，对“从粘弹性模型追随控制单元120输出”的齿条轴力ff(控制量)的最大值以及最小值进行限制。为了进行限制，作为限制值，设定上限值以及下限值，还有，分别设定“向右转向操作”的场合的限制值(将这种场合的上限值设定为“向右转向上限值”，并且，将这种场合的下限值设定为“向右转向下限值”)和“向左转向操作”的场合的限制值(将这种场合的上限值设定为“向左转向上限值”，并且，将这种场合的下限值设定为“向左转向下限值”)。另外，基于“对电流指令值iref1进行变换后而得到的”齿条轴力f来设定限制值。也就是说，如下述式33所示那样，将向右转向上限值ru设定为“反转了齿条轴力f的符号后得到的值与调整值vf相加后得到”的值，还有，如下述式34所示那样，将向右转向下限值rl设定为“反转了齿条轴力f的符号后得到的值与调整值va相加后得到”的值。在向右转向上限值ru超过了预先决定好的边界值vf的情况下，将向右转向上限值ru设定为边界值vf；在向右转向下限值rl超过了零的情况下，将向右转向下限值rl设定为零。

式33

ru＝－f+vf

式34

rl＝－f+va

尽管将向左转向上限值lu以及向左转向下限值ll分别设定为如下述式35以及式36所示那样的“对调了向右转向上限值ru以及向右转向下限值rl后得到”的值，但是，在向左转向下限值ll小于“反转了边界值vf的符号后得到的值(－vf)”的情况下，将向左转向下限值ll设定为－vf；在向左转向上限值lu小于零的情况下，将向左转向上限值lu设定为零。

式35

lu＝－f－va

式36

ll＝－f－vf

另外，将调整值vf设定为所规定的值(例如，2nm)，还有，将调整值va设定为“基于转向速度、齿条位移以及转向状态(增加转动的转向或减少转动的转向)来设定”的值。下面，对调整值va的设定方法进行说明。

首先，在例如，如图5所示的齿条末端邻近区域内设定所规定的位置(下面，将该所规定的位置称为“阈值位置”)xa(将此时的齿条位移x设定为xf)。如图20所示那样，当转向状态为增加转动的转向的时候，也就是说，当齿条位移x朝着齿条末端的方向移动的时候，将从规定位置x0(齿条位移x＝0)到阈值位置xa(齿条位移x＝xf)的区域设定为“第1增加转动的转向区域”，还有，将从阈值位置xa到齿条末端的区域设定为“第2增加转动的转向区域”；当转向状态为减少转动的转向的时候，也就是说，当齿条位移x朝着规定位置x0的方向移动的时候，将整个齿条末端邻近区域设定为“减少转动的转向区域”。此外，尽管在图20中仅示出了原点右侧，但针对原点左侧，也以与原点右侧相同的方式来进行设定。

根据转向速度ω的大小(绝对值)|ω|来改变调整值va。当转向速度ω的大小为小的时候，增加调整值va，以便使控制量变弱；随着转向速度ω的大小增加，减小调整值va，以便使控制量变强。在本实施方式中，如图21(a)所示那样，将调整值va的最大值(下面，将其称为“最大调整值”)设定为vah，将调整值va的最小值(下面，将其称为“最小调整值”)设定为val，还有，当转向速度ω的大小为零的时候，调整值va就成为最大调整值vah；随着转向速度ω的大小增加，调整值va就变得逐渐接近最小调整值val。另外，根据如上所述的3个区域来改变调整值va的变化量。也就是说，如图21(b)所示那样，在第1增加转动的转向区域，即使转向速度ω变慢，也可以强烈地抑制“调整值va朝着最大调整值vah的方向发生变化”；当转向速度ω快的时候，使“调整值va朝着最小调整值val的方向发生变化”变得足够快。在减少转动的转向区域，以与第1增加转动的转向区域相同的方式来改变调整值va。在第2增加转动的转向区域，与第1增加转动的转向区域的场合相反，如图21(c)所示那样，使“调整值va朝着最大调整值vah的方向发生变化”在一定程度上快速追随转向速度ω的变化；强烈地抑制“调整值va朝着最小调整值val的方向发生变化”。通过以如上所述的方式来改变调整值va，使得在第1增加转动的转向区域，调整值va就变成“接近最小调整值val”的值，并且，能够强烈地进行控制，从而使得在朝着齿条末端的方向，变成虚拟齿条末端。另一方面，在第2增加转动的转向区域，因为调整值va逐渐接近最大调整值vah，并且，朝着齿条末端的方向的辅助力逐渐恢复，所以驾驶员能够将转向盘转动到“到达齿条末端为止”。在减少转动的转向区域，因为调整值va朝着最小调整值val的方向快速发生变化，所以当再次变成增加转动的转向的时候，就能够强烈地进行控制，从而可以快速形成虚拟齿条末端。

调整值va的变化量的变更，具体而言，是通过“用来对变化量进行限制”的变化率限制处理来进行的。例如，将与上一次的调整值之间的差分的绝对值设定为调整值va的变化量δva，针对变化量δva设定上限值δvamax，在变化量δva超过了上限值δvamax的情况下，对调整值va进行加法或减法运算，从而使变化量δva变成上限值δvamax。还有，在第1增加转动的转向区域以及减少转动的转向区域，当调整值va朝着最大调整值vah的方向发生变化(下面，将这种变化称为“调整值上升”)的时候，减小上限值δvamax，以便使变化量δva减小；当调整值va朝着最小调整值val的方向发生变化(下面，将这种变化称为“调整值下降”)的时候，增加上限值δvamax，或者，不设定上限值，以便使变化量δva增加。在第2增加转动的转向区域，反过来，当调整值上升的时候，增加上限值δvamax，或者，不设定上限值，以便使变化量δva增加；当调整值下降的时候，减小上限值δvamax，以便使变化量δva减小。

通过如上所述的方式来设定限制值的话，则在齿条轴力f针对转向角例如，如图22的点划线所示那样发生变化的情况下，向右转向上限值ru以及向左转向下限值ll就如实线所示那样发生变化，还有，向右转向下限值rl的最大值以及最小值和向左转向上限值lu的最大值以及最小值就如虚线所示那样发生变化。

此外，在变化率限制处理中，也可以不使用差分的绝对值，而是通过针对差分本身设定上限值以及下限值来进行限制。还有，也可以不使用调整值va的变化量，而是通过针对调整值va的变化率(从上一次的调整值开始增加或减少的量的比例)设定上限值(以及下限值)来进行限制。

返回到如图19所示的结构示例的说明。如图19所示，转向速度运算单元150输入“从齿条末端接近判定单元110输出”的齿条位移x，并且，基于齿条位移x的变化量来计算出转向速度ω。转向速度ω被输入到转向信息抽出单元160以及控制量调整单元170中。此外，也可以基于转向角θ等来计算出转向速度ω。

转向信息抽出单元160通过使用齿条位移x以及转向速度ω，来判定转向状态(增加转动的转向或减少转动的转向)以及转向方向(向右转向或向左转向)。也就是说，如图23所示那样，在齿条位移x的符号与转向速度ω的符号一致的情况下，转向信息抽出单元160将转向状态判定为“增加转动的转向”；在齿条位移x的符号与转向速度ω的符号不一致的情况下，转向信息抽出单元160将转向状态判定为“减少转动的转向”，还有，在齿条位移x为正的值的情况下，转向信息抽出单元160将转向方向判定为“向右转向”；在齿条位移x为负的值的情况下，转向信息抽出单元160将转向方向判定为“向左转向”。转向状态的判定结果被作为转向状态信号sc输出，还有，转向方向的判定结果被作为转向方向信号sd输出。此外，也可以使用转向角θ等来代替齿条位移x。

控制量调整单元170基于齿条轴力f、齿条位移x、转向速度ω、转向状态信号sc以及转向方向信号sd来设定限制值，并且，通过使用设定好的限制值来对齿条轴力ff进行限制。图24示出了控制量调整单元170的结构示例。如图24所示，控制量调整单元170具备调整值设定单元171和控制量限制单元172。调整值设定单元171基于齿条位移x、转向速度ω以及转向状态信号sc来决定调整值va。也就是说，在齿条位移x等于或小于xf，并且，转向状态信号sc为“增加转动的转向”的情况下，调整值设定单元171就判断为“在第1增加转动的转向区域，进行转向操作”，按照如图21(a)以及图21(b)所示那样的特性并且通过转向速度ω的大小|ω|以及变化率限制处理来决定调整值va。在齿条位移x超过了xf，并且，转向状态信号sc为“增加转动的转向”的情况下，调整值设定单元171就判断为“在第2增加转动的转向区域，进行转向操作”，按照如图21(a)以及图21(c)所示那样的特性并且通过转向速度ω的大小|ω|以及变化率限制处理来决定调整值va。在转向状态信号sc为“减少转动的转向”的情况下，调整值设定单元171就判断为“在减少转动的转向区域，进行转向操作”，按照如图21(a)以及图21(b)所示那样的特性并且通过转向速度ω的大小|ω|以及变化率限制处理来决定调整值va。控制量限制单元172输入调整值va、齿条轴力f、齿条轴力ff以及转向方向信号sd。在转向方向信号sd为“向右转向”的情况下，控制量限制单元172使用上述式33以及式34并且基于齿条轴力f、调整值va以及预先设定好的调整值vf来计算出向右转向上限值ru以及向右转向下限值rl，并且，通过使用计算出的向右转向上限值ru以及向右转向下限值rl来对齿条轴力ff进行限制。还有，在转向方向信号sd为“向左转向”的情况下，控制量限制单元172使用上述式35以及式36并且基于齿条轴力f、调整值va以及vf来计算出向左转向上限值lu以及向左转向下限值ll，并且，通过使用计算出的向左转向上限值lu以及向左转向下限值ll来对齿条轴力ff进行限制。经限制后的齿条轴力ff作为齿条轴力ffm被输出到变换单元102。

在这样的结构中，参照图25、图26以及图27的流程图，对第1实施方式的动作示例进行说明。

图25的流程图示出了整体的动作示例。与图8的流程图相比，在图25的流程图中，因为在粘弹性模型追随控制中增加了“基于控制量调整功能”的处理，所以图8的流程图中的步骤s20被变更成图25的流程图中的步骤s20a。

图26的流程图示出了粘弹性模型追随控制(步骤s20a)中的动作示例。与图9的流程图相比，在图26的流程图中，追加了步骤s207a，还有，图9的流程图中的步骤s208被变更成图26的流程图中的步骤s208a。在步骤s207a中，通过转向速度运算单元150、转向信息抽出单元160以及控制量调整单元170来执行控制量调整功能，并且，对“从粘弹性模型追随控制单元120输出”的齿条轴力ff进行限制。

图27示出了步骤s207a的详细的动作示例。如图27所示，转向速度运算单元150基于“从齿条末端接近判定单元110输出”的齿条位移x，来计算出转向速度ω(步骤s207b)。转向信息抽出单元160输入齿条位移x以及转向速度ω，根据如图23所示那样的条件判定来判定转向状态是“增加转动的转向”还是“减少转动的转向”(步骤s207c)，然后，将判定结果作为转向状态信号sc来输出。并且，转向信息抽出单元160判定转向方向是“向右转向”还是“向左转向”(步骤s207d)，然后，将判定结果作为转向方向信号sd来输出。转向状态信号sc以及转向方向信号sd被输入到控制量调整单元170中。控制量调整单元170通过调整值设定单元171来确认转向状态信号sc的值(步骤s207e)。在转向状态信号sc为“增加转动的转向”的情况下，当齿条位移x等于或小于xf的时候(步骤s207f)，调整值设定单元171按照如图21(a)以及图21(b)所示那样的特性并且通过转向速度ω的大小|ω|以及变化率限制处理来决定调整值va(步骤s207g)。当齿条位移x超过了xf的时候(步骤s207f)，调整值设定单元171按照如图21(a)以及图21(c)所示那样的特性并且通过转向速度ω的大小|ω|以及变化率限制处理来决定调整值va(步骤s207h)。在转向状态信号sc为“减少转动的转向”的情况下，调整值设定单元171按照如图21(a)以及图21(b)所示那样的特性并且通过转向速度ω的大小|ω|以及变化率限制处理来决定调整值va(步骤s207g)。调整值va被输入到控制量限制单元172中。控制量限制单元172确认转向方向信号sd的值(步骤s207i)，在转向方向信号sd为“向右转向”的情况下，使用上述式33以及式34并且基于齿条轴力f、调整值va以及调整值vf来计算出向右转向上限值ru以及向右转向下限值rl(步骤s207j)。控制量限制单元172当齿条轴力ff等于或大于向右转向上限值ru的时候(步骤s207k)，将齿条轴力ff的值设定为向右转向上限值ru(步骤s207l)；当齿条轴力ff等于或小于向右转向下限值rl的时候(步骤s207m)，将齿条轴力ff的值设定为向右转向下限值rl(步骤s207n)；在除此以外的情况下，不变更齿条轴力ff的值。还有，控制量限制单元172在转向方向信号sd为“向左转向”的情况下(步骤s207i)，使用上述式35以及式36并且基于齿条轴力f、调整值va以及调整值vf来计算出向左转向上限值lu以及向左转向下限值ll(步骤s207o)。控制量限制单元172当齿条轴力ff等于或大于向左转向上限值lu的时候(步骤s207p)，将齿条轴力ff的值设定为向左转向上限值lu(步骤s207q)；当齿条轴力ff等于或小于向左转向下限值ll的时候(步骤s207r)，将齿条轴力ff的值设定为向左转向下限值ll(步骤s207s)；在除此以外的情况下，不变更齿条轴力ff的值。经限制后的齿条轴力ff作为齿条轴力ffm被输出(步骤s207t)。齿条轴力ffm在变换单元102中被变换成电流指令值iref2(步骤s208a)，然后，在加法运算单元103中与电流指令值iref1相加。

在这里，对接近齿条末端进行了转向操作的场合的各个数据(信号)的变化示例进行说明。

图28(a)以及图28(b)示出了“在向右侧的齿条末端方向进行了转向操作的情况下”的变化的样子，其中，图28(a)示出了电流指令值iref1、iref2以及iref3和转向扭矩th的变化的样子，图28(b)示出了判定用齿条位置rx以及转向速度ω的变化。在图28(a)中，横轴是时间t，纵轴是电流指令值以及转向扭矩。还有，在图28(b)中，横轴是时间t，纵轴是判定用齿条位置以及转向速度，并且，需要注意的是，纵轴仅显示了作为刻度的判定用齿条位置，而且，在括号中显示了相应的齿条位移。另外，在图28(a)以及图28(b)中，最大调整值vah被设定为“与电流指令值iref1的最大值相对应”的值。

朝着右侧的齿条末端方向进行转向操作，当在时刻t1判定用齿条位置rx超过了规定位置x0的时候，因为电流指令值iref2被输出，所以转向扭矩th增加，转向速度ω变得越来越小。朝着齿条末端方向进一步进行转向操作，当在时刻t2判定用齿条位置rx超过了阈值位置xa(齿条位移x超过了xf)，进入了第2增加转动的转向区域，转向速度ω的大小接近零的时候，调整值va朝着最大调整值vah逐渐发生变化。即使在第2增加转动的转向区域，转向速度ω发生了变动，但由于在第2增加转动的转向区域中，调整值朝着最大调整值vah的方向发生的变化(调整值上升)被设定为大于调整值朝着最小调整值val的方向发生的变化(调整值下降)，所以调整值在大致一个方向上逐渐发生变化。其结果为，电流指令值iref2也在大致一个方向上按照大致固定的比例逐渐发生变化。因为“作为电流指令值iref1与电流指令值iref2相加后得到的加法运算结果”的用来指示最终辅助力的电流指令值iref3逐渐增加，所以就可以朝着齿条末端方向进行转向操作。还有，因为电流指令值iref2在大致一个方向上按照大致固定的比例逐渐发生变化，所以不会发生辅助力的急剧的变化，从而使驾驶员能够朝着齿条末端方向进行转向操作，却不会给驾驶员带来不协调感。

此外，尽管在本实施方式中，针对调整值va来进行变化率限制处理，但也可以针对向右转向下限值rl和向左转向上限值lu来进行变化率限制处理。在这种情况下，通过控制量限制单元172来进行变化率限制处理。尽管将调整值vf设定为所规定的值，但与调整值va相同，也可以将调整值vf设定为“基于转向速度、齿条位移以及转向状态来设定”的值。还有，尽管将向左转向上限值以及向左转向下限值设定为“对调了向右转向上限值以及向右转向下限值后得到”的值，但也可以不必将向左转向上限值以及向左转向下限值设定为“对调了向右转向上限值以及向右转向下限值后得到”的值，或者，也可以在“向右转向操作”的场合和“向左转向操作”的场合使用相同的限制值，在这种情况下，因为不需要转向方向信号sd，所以也不需要转向信息抽出单元160中的转向方向的判定以及控制量限制单元172中的“基于转向方向信号sd”的动作的切换。

还有，尽管在转向状态为增加转动的转向的时候，将齿条末端邻近区域划分为2个区域，但也可以通过设定多个阈值位置等来将齿条末端邻近区域划分为3个或更多的区域，还有，也可以在各个区域中改变调整值的变化量。另外，在转向状态为减少转动的转向的时候，也可以将齿条末端邻近区域划分为多个区域，还有，也可以改变调整值的变化量。例如，如图29所示那样，除了设定阈值位置xa之外，还设定阈值位置xb(将此时的齿条位移x设定为xff)，在转向状态为增加转动的转向的时候，将齿条末端邻近区域划分为3个区域；在转向状态为减少转动的转向的时候，也将齿条末端邻近区域划分为3个区域，这样就设定了“第1增加转动的转向区域”、“第2增加转动的转向区域”以及“第3增加转动的转向区域”和“第1减少转动的转向区域”、“第2减少转动的转向区域”以及“第3减少转动的转向区域”总共6个区域。还有，如下述表1所示那样，将6个区域的每一个区域中的调整值上升时以及调整值下降时的“针对在变化率限制处理中使用的调整值va的变化量δva”的上限值(总共12个上限值)设定成不同的值。

表1

例如，通过这样的方式来设定如上述表1所示的12个上限值，以便使这12个上限值满足下述式37，即，在第1增加转动的转向区域、第1减少转动的转向区域以及第3减少转动的转向区域中，使调整值上升时的变化量δva小于调整值下降时的变化量δva(使限制变强)；在第3增加转动的转向区域中，使调整值上升时的变化量δva大于调整值下降时的变化量δva(使限制变弱)；在第2增加转动的转向区域中，实现第1增加转动的转向区域与第3增加转动的转向区域之间的中间的变化(限制)；在第2减少转动的转向区域中，实现第1减少转动的转向区域与第3减少转动的转向区域之间的中间的变化(限制)。

式37

δvfu1＜δvfd1，δvfu3＞δvfd3

δvbu1＜δvbd1，δvbu3＜δvbd3

δvfu1≧δvfu2≧δvfu3，δvfd1≦δvfd2≦δvfd3

δvbu1≧δvbu2≧δvbu3，δvbd1≦δvbd2≦δvbd3

还有，通过这样的方式来设定如上述表1所示的12个上限值，以便使这12个上限值满足下述式38，即，在第1增加转动的转向区域、第2增加转动的转向区域以及所有的减少转动的转向区域中，使调整值上升时的变化量δva小于调整值下降时的变化量δva(使限制变强)；在第3增加转动的转向区域中，使调整值上升时的变化量δva大于调整值下降时的变化量δva(使限制变弱)。

式38

δvfu1＜δvfd1，δvfu2＜δvfd2，δvfu3＞δvfd3

δvbu1＜δvbd1，δvbu2＜δvbd2，δvbu3＜δvbd3

还有，通过这样的方式来设定如上述表1所示的12个上限值，以便使这12个上限值满足下述式39，即，在第1增加转动的转向区域以及所有的减少转动的转向区域中，使调整值上升时的变化量δva小于调整值下降时的变化量δva(使限制变强)；在第2增加转动的转向区域以及第3增加转动的转向区域中，使调整值上升时的变化量δva大于调整值下降时的变化量δva(使限制变弱)。

式39

δvfu1＜δvfd1，δvfu2＞δvfd2，δvfu3＞δvfd3

δvbu1＜δvbd1，δvbu2＜δvbd2，δvbu3＜δvbd3

此外，尽管在图29中，增加转动的转向时的区域与减少转动的转向时的区域重叠在一起，但也可以设定成“增加转动的转向时的区域与减少转动的转向时的区域不重叠”。还有，也可以改变增加转动的转向时要设定的区域的数目和减少转动的转向时要设定的区域的数目，例如，也可以在增加转动的转向的时候，设定3个区域；在减少转动的转向的时候，设定1个或2个区域。

对本发明的第2实施方式进行说明。

在第2实施方式中，在第2增加转动的转向区域的设定条件中追加了针对转向扭矩th的条件，除了“作为第1实施方式中的第2增加转动的转向区域的设定条件”的“转向状态为增加转动的转向，为从阈值位置xa到齿条末端的区域”之外，还加上在转向扭矩th大于所规定的阈值(扭矩阈值)thf(例如，10nm)的情况下，通过与第1实施方式的第2增加转动的转向区域相同的处理，来决定调整值va。还有，在转向扭矩th小于或等于所规定的阈值thf的情况下，通过与第1实施方式的第1增加转动的转向区域以及减少转动的转向区域相同的处理，来决定调整值va。通过这样做，使得只有在转向扭矩大的时候，驾驶员才能将转向盘转动到“到达齿条末端为止”。

在第2实施方式的结构示例中，与如图19以及图24所示的第1实施方式的结构示例相比，转向扭矩th被输入到控制量调整单元内的调整值设定单元中。图30示出了第2实施方式中的控制量调整单元的结构示例。如图30所示，在控制量调整单元270中，控制量限制单元172与第1实施方式的控制量限制单元172相同，还有，调整值设定单元271基于齿条位移x、转向速度ω、转向状态信号sc以及转向扭矩th来决定调整值va。

在第2实施方式的动作中，只有调整值设定单元271的动作与第1实施方式的动作示例不同，其他的动作与第1实施方式的动作示例相同。参照图31的流程图，对调整值设定单元271的动作示例进行说明。

在执行了如图27所示的转向速度运算单元150以及转向信息抽出单元160中的动作(步骤s207b～步骤s207d)之后，调整值设定单元271确认转向状态信号sc的值(步骤s207e)，在转向状态信号sc为“增加转动的转向”的情况下，确认齿条位移x的值(步骤s207f)。在齿条位移x超过了xf的情况下，当转向扭矩th等于或小于阈值thf的时候(步骤s207f1)，调整值设定单元271按照如图21(a)以及图21(b)所示那样的特性并且通过转向速度ω的大小|ω|以及变化率限制处理来决定调整值va(步骤s207g)。当转向扭矩th大于阈值thf的时候(步骤s207f1)，调整值设定单元271按照如图21(a)以及图21(c)所示那样的特性并且通过转向速度ω的大小|ω|以及变化率限制处理来决定调整值va(步骤s207h)。在齿条位移x等于或小于xf的情况下，调整值设定单元271按照如图21(a)以及图21(b)所示那样的特性并且通过转向速度ω的大小|ω|以及变化率限制处理来决定调整值va(步骤s207g)。在转向状态信号sc为“减少转动的转向”的情况下，调整值设定单元271也通过相同的处理来决定调整值va(步骤s207g)。调整值va被输入到控制量限制单元172中。控制量限制单元172通过与第1实施方式相同的动作(步骤s207i～步骤s207t)来输出齿条轴力ffm。

对本发明的第3实施方式进行说明。

尽管在第1实施方式中，在第1增加转动的转向区域、第2增加转动的转向区域以及减少转动的转向区域中，按照如图21(a)、图21(b)以及图21(c)所示那样的特性来改变调整值va，但在第3实施方式中，简化调整值va的变化。具体而言，在第1增加转动的转向区域以及减少转动的转向区域中，如图32(a)所示那样，将调整值上升时的变化量设定为零；将调整值下降时的变化量设定为“不为零”的所规定的小的值a1。还有，在第2增加转动的转向区域中，如图32(b)所示那样，将调整值下降时的变化量设定为零；将调整值上升时的变化量设定为“不为零”的所规定的小的值a2。此外，a1以及a2既可以为相同的值，也可以为不同的值。通过如上所述的方式来简化调整值va的变化，就能够减少“用来决定调整值va”的运算量和数据量。

尽管第3实施方式的结构示例基本上与如图19以及图24所示的第1实施方式的结构示例相同，但控制量调整单元内的调整值设定单元中的动作是不同的。也就是说，调整值设定单元在第1增加转动的转向区域以及减少转动的转向区域中，将调整值上升时的变化量设定为零；将调整值下降时的变化量设定为a1，还有，在第2增加转动的转向区域中，将调整值上升时的变化量设定为a2；将调整值下降时的变化量设定为零。在变化量为零的情况下，当转向速度ω的大小为小的时候，调整值va就成为“接近最大调整值vah”的固定值；当转向速度ω的大小为大的时候，调整值va就成为“接近最小调整值val”的固定值。

在第3实施方式的动作中，如上所述那样，只有调整值设定单元中的动作与第1实施方式的动作示例不同，其他的动作与第1实施方式的动作示例相同。

此外，也可以将第3实施方式中的调整值va的变化的简化应用于第2实施方式中。也就是说，除了第1增加转动的转向区域以及减少转动的转向区域之外，还加上，在第2增加转动的转向区域中，当转向扭矩th等于或小于阈值thf的时候，调整值设定单元将调整值上升时的变化量设定为零；将调整值下降时的变化量设定为a1。只有在第2增加转动的转向区域中，当转向扭矩th大于阈值thf的时候，调整值设定单元将调整值下降时的变化量设定为零；将调整值上升时的变化量设定为a2。

对本发明的第4实施方式进行说明。

因为通过被安装在第1实施方式～第3实施方式中的控制量调整功能，能够使驾驶员将转向盘转动到“到达齿条末端为止”，所以在第4实施方式中，检测出当实际上将转向盘转动到了齿条末端的时候(确切地说，当判定为“将转向盘转动到了齿条末端”的时候)的转向角(齿条位移)，并且，通过使用检测出的转向角(齿条位移)来对齿条末端邻近区域进行补正，使得虚拟齿条末端能够位于“针对实际的齿条末端来说是适当的”范围。

尽管第4实施方式的结构示例基本上与其他的实施方式的结构示例相同，但齿条末端接近判定单元中的动作是不同的。也就是说，齿条末端接近判定单元基于以“作为齿条末端邻近区域的开始位置(设定值)”的规定位置x0为原点的齿条位移x来判定“是否将转向盘转动到了齿条末端(即，转向是否已经到达了齿条末端)”，在判定为“将转向盘转动到了齿条末端(即，转向已经到达了齿条末端)”的时候，通过使用此时的齿条位移x来更新规定位置x0。通过针对齿条位移x设定阈值(虚拟末端阈值)，来进行“是否将转向盘转动到了齿条末端(即，转向是否已经到达了齿条末端)”的判定。例如，如图33所示那样，在齿条末端附近设定“作为虚拟末端阈值”的阈值xt，当齿条位移x超过了阈值xt的时候，就判定为“将转向盘转动到了齿条末端”。此外，尽管在图33中仅示出了原点右侧的虚拟末端阈值，但也以与原点右侧的虚拟末端阈值相同的方式，来设定原点左侧的虚拟末端阈值。通过计算出“齿条位移x超过了阈值xt”的长度(下面，将该长度称为“超过的长度”)ex(＝x－xt)，然后，将超过的长度ex添加到规定位置x0，来进行规定位置x0的更新。还有，在判定为“将转向盘转动到了齿条末端”之后，当判定用齿条位置rx等于或小于规定位置x0的时候，即，当判定为“齿条末端邻近区域之外”的时候，来进行规定位置x0的更新。在多次判定为“将转向盘转动到了齿条末端”之后，才判定出“齿条末端邻近区域之外”的情况下，通过使用每一次计算出的多个超过的长度ex中的最大值(下面，将该最大值称为“最大超过的长度”)exm，来更新规定位置x0。此外，也可以使用平均值等来更新规定位置x0，而不是使用最大值来更新规定位置x0。

在第4实施方式的动作中，如上所述那样，只有齿条末端接近判定单元中的动作与其他的实施方式的动作示例不同，其他的动作与其他的实施方式的动作示例相同。参照图34的流程图，对第4实施方式中的齿条末端接近判定单元的动作示例进行说明。此外，在动作开始的时候，将最大超过的长度exm设定为零。

齿条末端接近判定单元输入“从齿条位置变换单元100输出”的判定用齿条位置rx，并且，确认“判定用齿条位置rx是否超过了规定位置x0”(步骤s121)。在判定用齿条位置rx超过了规定位置x0的情况下，齿条末端接近判定单元就判定为“接近了齿条末端”，输出切换信号sws以及齿条位移x(步骤s122)。接下来，在齿条位移x超过了阈值xt的情况下(步骤s123)，齿条末端接近判定单元计算出超过的长度ex(步骤s124)，在超过的长度ex大于最大超过的长度exm的情况下(步骤s125)，将超过的长度ex设定为最大超过的长度exm(步骤s126)。在超过的长度ex等于或小于最大超过的长度exm的情况下，不进行最大超过的长度exm的更新，还有，在齿条位移x没有超过阈值xt的情况下，既不进行最大超过的长度exm的更新，也不进行超过的长度ex的计算。在判定用齿条位置rx没有超过规定位置x0的情况下，如果最大超过的长度exm被更新的话(步骤s127)，则使用最大超过的长度exm来更新规定位置x0(步骤s128)，清除最大超过的长度exm(步骤s129)。如果最大超过的长度exm没有被更新的话(步骤s127)，则不进行规定位置x0的更新以及最大超过的长度exm的清除。

此外，尽管将阈值xt设定为固定值，但在每次更新规定位置x0的时候，例如，也可以通过从阈值xt中减去“小于最大超过的长度exm”的值，来变更阈值xt。还有，尽管通过左右两个方向的齿条末端接近判定来进行规定位置x0的更新，但也可以根据方向(左或右)来改变要设定的阈值xt的大小。也可以通过基于判定用齿条位置rx来设定“针对判定用齿条位置rx，成为阈值”的位置，而不是基于齿条位移x来设定“针对判定用齿条位置rx，成为阈值”的位置，以便进行“是否将转向盘转动到了齿条末端”的判定以及规定位置x0的更新。也可以通过柱轴角度(转向盘角度)和柱轴角度阈值θt(相当于阈值xt的值)，来进行“是否将转向盘转动到了齿条末端”的判定。

在第2实施方式～第4实施方式中，例如，如图29所示那样，也可以将齿条末端邻近区域划分为3个或更多的区域，还有，也可以在各个区域中改变调整值的变化量，另外，在转向状态为减少转动的转向的时候，也可以将齿条末端邻近区域划分为多个区域，还有，也可以改变调整值的变化量。在这种情况下，“离齿条末端最远的区域”(在图29中，从规定位置x0到阈值位置xa的区域)被包含在“远离齿条末端的区域”中，还有，“最靠近齿条末端的区域”(在图29中，从阈值位置xb到齿条末端的区域)被包含在“靠近齿条末端的区域”中。

接下来，对用来进行“考虑了反作用力的增加量”的处理的实施方式(第5实施方式～第9实施方式)进行说明。

与图4相对应的图35示出了第5实施方式的结构示例。如图35所示，与如图4所示的结构示例相比，在图35的第5实施方式的结构示例中追加了转向速度运算单元350、转向状态抽出单元360、状态判定单元370以及控制量调整单元380，还有，通过转向速度运算单元350、转向状态抽出单元360、状态判定单元370以及控制量调整单元380来实现控制量调整功能。

在本实施方式中，一个前提条件为，在“转向角的大小|θ|等于或大于θd”的区域中，以转向速度ωz[deg/sec](例如，5deg/sec)来进行转向操作(下面，将该转向速度ωz称为“虚拟转向速度”)。还有，如图3所示那样，作为另一个前提条件，反作用力(sat)大致按照斜率bi增加。因此，可以通过下述式40，来求得在如上所述的两个前提条件下的反作用力的增加率ft[nm/sec]。

式40

ft[nm/sec]＝bi[nm/deg]×ωz[deg/sec]

因此，为了对反作用力的增加量进行补偿，只要使补偿辅助力也按照上述增加率ft增加就可以了。还有，在“转向角的大小|θ|超过了阈值θz，转向速度ω’的大小|ω’|小于虚拟转向速度ωz，并且，转向状态为增加转动的转向”的情况下(辅助增加状态)，使补偿辅助力增加。在转向速度ω’的大小|ω’|等于或大于虚拟转向速度ωz的情况下，就不需要使补偿辅助力增加，这是因为整体的辅助力已经恢复到“能够以该转向速度来进行转向操作”的水平，所以不需要使辅助力恢复到“超过上述水平”的水平。还有，在转向状态为减少转动的转向的情况下，也不需要使补偿辅助力增加，这是因为此时朝着返回方向的辅助是需要的，所以需要使补偿辅助力减少。

转向速度运算单元350基于转向角θ来计算出转向速度ω’。此外，也可以基于齿条位移x等来计算出转向速度ω’。

转向状态抽出单元360通过使用转向角θ以及转向速度ω’，来判定转向状态(增加转动的转向或减少转动的转向)。也就是说，如图36所示那样，在转向角θ的符号与转向速度ω’的符号一致的情况下，转向状态抽出单元360将转向状态判定为“增加转动的转向”；在转向角θ的符号与转向速度ω’的符号不一致的情况下，转向状态抽出单元360将转向状态判定为“减少转动的转向”。判定结果被作为转向状态信号sc’输出。此外，也可以使用齿条位移x等来代替转向角θ。

状态判定单元370通过使用转向角θ、转向速度ω’以及转向状态信号sc’，来判定“用来决定补偿辅助力的增加或减少”的“接近齿条末端”的接近状态，并且，将判定结果作为判定信号js输出。具体而言，在转向角的大小|θ|等于或小于阈值θz的情况下，状态判定单元370设定js＝0。在转向角的大小|θ|大于阈值θz的情况下，如果转向速度的大小|ω’|小于虚拟转向速度ωz，并且，转向状态信号sc’为“增加转动的转向”的话，则状态判定单元370设定js＝1。如果转向速度的大小|ω’|等于或大于虚拟转向速度ωz，并且，转向状态信号sc’为“增加转动的转向”的话，则状态判定单元370设定js＝2。如果转向状态信号sc’为“减少转动的转向”的话，则状态判定单元370设定js＝3。还有，在状态判定单元370将判定信号js作为3输出的情况下，状态判定单元370还输出“按照下述式41来计算出”的时间(下面，将该时间称为“减少时间”)tr。

式41

减少时间tr表示在“转向角的大小|θ|超过了阈值θz之后，转向状态变成了减少转动的转向的情况下，在那之后，以变成了减少转动的转向时的转向速度来继续进行转向操作”的前提条件下的“转向角的大小|θ|变成阈值θz所需要”的时间。控制量调整单元380在判定信号js为3的情况下，按照“基于该减少时间tr来计算出”的减少率，使补偿辅助力减少。

控制量调整单元380基于判定信号js的值，并且，通过补偿辅助力的增加或减少，来对“从粘弹性模型追随控制单元120输出”的齿条轴力ff进行调整。在判定信号js为0的情况下，因为在“不需要对反作用力的增加量进行补偿”的区域中进行转向操作，所以控制量调整单元380不会将补偿辅助力添加到齿条轴力ff中。在判定信号js为1的情况下，控制量调整单元380使补偿辅助力按照增加率ft增加之后，再将其添加到齿条轴力ff中。在判定信号js为2的情况下，因为整体的辅助力已经恢复，所以控制量调整单元380不会使补偿辅助力增加，而是将上一次的控制周期中的补偿辅助力添加到齿条轴力ff中。在判定信号js为3的情况下，因为处于减少转动的转向状态，所以控制量调整单元380使补偿辅助力减少之后，再将其添加到齿条轴力ff中。

图37示出了控制量调整单元380的结构示例。如图37所示，控制量调整单元380具备轴力限制单元381、补偿辅助力生成单元382以及加法运算单元383。

轴力限制单元381根据判定信号js来对齿条轴力ff进行限制。也就是说，当判定信号js从0变成了1的时候，轴力限制单元381将此时的齿条轴力ff作为齿条轴力ffx存储起来，将齿条轴力ffx作为限制值来对齿条轴力ff进行限制直到判定信号js变成0为止，然后，将经限制后的齿条轴力作为齿条轴力ffc输出。还有，在判定信号js为0的情况下，轴力限制单元381原封不动地将齿条轴力ff作为齿条轴力ffc输出。

补偿辅助力生成单元382生成“与判定信号js相对应”的补偿辅助力fa。在判定信号js为0的情况下，补偿辅助力生成单元382将补偿辅助力fa设定为零。在判定信号js为1的情况下，补偿辅助力生成单元382使补偿辅助力fa按照增加率ft增加。也就是说，补偿辅助力生成单元382将补偿辅助力fa的初始值设定为零，然后，使补偿辅助力fa按照增加率ft以与时间成比例的方式来增加。在判定信号js为2的情况下，补偿辅助力生成单元382既不增加补偿辅助力fa，也不减少补偿辅助力fa，而是使补偿辅助力fa保持不变(即，使补偿辅助力fa仍为上一次的值)。在判定信号js为3的情况下，补偿辅助力生成单元382使补偿辅助力fa按照“通过此时的补偿辅助力fa除以减少时间tr来运算出”的减少率(＝fa/tr)[nm/sec]减少。通过在每个控制周期运算出并且使用减少率，这样在转向角的大小|θ|变成了阈值θz的时候，补偿辅助力fa就会变成零。

加法运算单元383使齿条轴力ffc与补偿辅助力fa相加，并且，将相加后得到的加法运算结果作为齿条轴力ffm’输出。

就这样，因为从“变成了辅助增加状态”的时刻开始，通过轴力限制单元381来对齿条轴力进行限制，在“转向角的大小|θ|超过了阈值θz”的区域，通过补偿辅助力生成单元382来对“会被添加到齿条轴力中”的补偿辅助力进行调整，所以能够进行“考虑了反作用力的增加量”的控制。因为补偿辅助力能够对反作用力的增加量进行补偿，所以驾驶员能够将转向盘转动到“到达齿条末端为止”，从而不会对转弯半径产生坏的影响。还有，当转向速度快的时候，因为不会使辅助力上升，所以能够降低“与齿条末端高速碰撞”的可能性。

在这样的结构中，参照图38、图39以及图40的流程图，对第5实施方式的动作示例进行说明。此外，将补偿辅助力生成单元382的补偿辅助力fa的初始值设定为零。

图38的流程图示出了整体的动作示例。与图8的流程图相比，在图38的流程图中，因为在粘弹性模型追随控制中增加了“基于控制量调整功能”的处理，所以图8的流程图中的步骤s20被变更成图38的流程图中的步骤s20a。

图39的流程图示出了粘弹性模型追随控制(步骤s20a)中的动作示例。与图9的流程图相比，在图39的流程图中，追加了步骤s207a，还有，图9的流程图中的步骤s208被变更成图39的流程图中的步骤s208a。在步骤s207a中，通过转向速度运算单元350、转向状态抽出单元360、状态判定单元370以及控制量调整单元380来执行控制量调整功能，并且，对“从粘弹性模型追随控制单元120输出”的齿条轴力ff进行调整。图40示出了步骤s207a的详细的动作示例。如图40所示，转向速度运算单元350输入转向角θ，并且，基于转向角θ来计算出转向速度ω’(步骤s207b)。转向速度ω’被输入到转向状态抽出单元360以及状态判定单元370中。转向状态抽出单元360输入转向速度ω’以及转向角θ，根据如图36所示那样的条件判定来判定转向状态是“增加转动的转向”还是“减少转动的转向”(步骤s207c)，然后，将判定结果作为转向状态信号sc’输出到状态判定单元370。状态判定单元370输入转向角θ、转向速度ω’以及转向状态信号sc’，判定“接近齿条末端”的接近状态，并且，输出判定信号js。具体而言，在转向角的大小|θ|等于或小于阈值θz的情况下(步骤s207d)，状态判定单元370将判定信号js设定为0(步骤s207e)。在转向角的大小|θ|大于阈值θz的情况下(步骤s207d)，如果转向状态信号sc’为“减少转动的转向”的话(步骤s207f)，则状态判定单元370将判定信号js设定为3(步骤s207g)，按照上述式41来计算出减少时间tr(步骤s207h)，并且，将计算出的减少时间tr输出到控制量调整单元380。如果转向状态信号sc’为“增加转动的转向”的话(步骤s207f)，当转向速度的大小|ω’|小于虚拟转向速度ωz的时候(步骤s207i)，则状态判定单元370将判定信号js设定为1(步骤s207j)。当转向速度的大小|ω’|等于或大于虚拟转向速度ωz的时候(步骤s207i)，则状态判定单元370将判定信号js设定为2(步骤s207k)。判定信号js被输入到控制量调整单元380中。在控制量调整单元380中，轴力限制单元381确认判定信号js的值，在判定信号js为0的情况下(步骤s207l)，原封不动地将齿条轴力ff作为齿条轴力ffc输出(步骤s207m)。在判定信号js不为0的情况下(步骤s207l)，如果判定信号js从0变成了1的话(步骤s207n)，则轴力限制单元381将被输入进来的齿条轴力ff作为齿条轴力ffx存储起来(步骤s207o)，然后，将齿条轴力ffx作为齿条轴力ffc输出。否则，轴力限制单元381将齿条轴力ffx作为限制值来对齿条轴力ff进行限制(步骤s207p)，然后，将经限制后的齿条轴力作为齿条轴力ffc输出。齿条轴力ffc被输入到加法运算单元383中。补偿辅助力生成单元382也确认判定信号js的值(步骤s207q)，在判定信号js为0的情况下，将补偿辅助力fa设定为0并将其输出(步骤s207r)。在判定信号js为1的情况下，补偿辅助力生成单元382使补偿辅助力fa按照增加率ft增加之后，再将其输出(步骤s207s)。在判定信号js为2的情况下，补偿辅助力生成单元382使补偿辅助力fa保持不变(即，使补偿辅助力fa仍为上一次的值)，并将其输出(步骤s207t)。在判定信号js为3的情况下，补偿辅助力生成单元382通过此时的补偿辅助力fa除以减少时间tr来计算出减少率(步骤s207u)，使补偿辅助力fa按照计算出的减少率减少之后，再将其输出(步骤s207v)。补偿辅助力fa被输入到加法运算单元383中以便使其与齿条轴力ffc相加(步骤s207w)，在加法运算单元383中得到的加法运算结果被作为齿条轴力ffm’输出(步骤s207x)。齿条轴力ffm’在变换单元102中被变换成电流指令值iref2(步骤s208a)，然后，在加法运算单元103中与电流指令值iref1相加。此外，也可以将“控制量调整单元380中的轴力限制单元381的动作”和“控制量调整单元380中的补偿辅助力生成单元382的动作”的顺序反过来，还有，也可以并行地执行“控制量调整单元380中的轴力限制单元381的动作”和“控制量调整单元380中的补偿辅助力生成单元382的动作”。

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，控制量调整单元380内的轴力限制单元381将齿条轴力ffx作为限制值来对齿条轴力ff进行限制直到判定信号js变成0为止，但也可以将齿条轴力ffx作为齿条轴力ffc来输出直到判定信号js变成0为止(下面，将这种情形称为“后者”)。在后者的情况下，也可以通过“与控制量调整单元380不同”的结构来实现后者的处理。图41示出了后者的结构示例(第6实施方式)。如图41所示，第6实施方式的控制量调整单元480具备轴力调整单元481、补偿辅助力生成单元382、切换单元483、减法运算单元484、加法运算单元485、加法运算单元486以及固定单元487。

轴力调整单元481当判定信号js从0变成了1的时候，将此时的齿条轴力ff作为齿条轴力ffx存储起来，将齿条轴力ffx作为齿条轴力ffa来输出直到判定信号js变成0为止。还有，在判定信号js为0的情况下，轴力调整单元481原封不动地将齿条轴力ff作为齿条轴力ffa输出。

在切换单元483中，来自加法运算单元485的加法值fad被输入到接点a，还有，从固定单元487输出的固定值“0”被输入到接点b。切换单元483根据判定信号js的值来切换接点。也就是说，当判定信号js为1、2或3的时候，变成与接点a相连接；当判定信号js为0的时候，变成与接点b相连接。

补偿辅助力生成单元382与第5实施方式中的补偿辅助力生成单元382相同。

减法运算单元484计算出齿条轴力ffa与齿条轴力ff之间的差分δf(＝ffa－ff)，还有，加法运算单元485计算出“差分δf与补偿辅助力fa相加后得到的”加法值fad(＝δf+fa)。加法运算单元486使来自切换单元483的输出与齿条轴力ff相加，并且，将相加后得到的加法运算结果作为齿条轴力ffm’输出。

因为通过如上所述的结构，使得在判定信号js为1、2或3的情况下，切换单元483就变成与接点a相连接，所以，如下述式42所示那样，齿条轴力ffm’就变成“齿条轴力ffa与补偿辅助力fa相加后得到的”值。

式42

ffm’＝ff+fad

＝ff+(δf+fa)

＝ff+(ffa－ff)+fa

＝ffa+fa

还有，在判定信号js为1、2或3的情况下，因为齿条轴力ffa是被存储起来的齿条轴力ffx并且其值是固定的，所以就可以通过补偿辅助力fa的增加或减少来对齿条轴力ffm’进行调整。在判定信号js为0的情况下，因为切换单元483变成与接点b相连接，齿条轴力ff变成与“0”相加，所以齿条轴力ff就原封不动地被作为齿条轴力ffm’输出。

在第6实施方式的动作中，只有如上所述的控制量调整单元480的动作与第5实施方式不同，其他的动作与第5实施方式相同。

此外，在判定信号js为0的情况下，因为不使用齿条轴力ffa以及补偿辅助力fa，所以在第6实施方式的动作中，也可以存在“轴力调整单元481以及补偿辅助力生成单元382不输出任何信号”的动作。

对本发明的第7实施方式进行说明。

尽管在第5实施方式中，通过控制量调整单元380内的轴力限制单元381来对齿条轴力ff进行限制，从而使得通过补偿辅助力fa的增加或减少，就能够进行齿条轴力ffm’的调整，但在第7实施方式中，通过对粘弹性模型追随控制单元的参数进行调整，来获得与“对齿条轴力ff进行限制”同等的效果。

图42示出了第7实施方式的结构示例。如图42所示，与如图35所示的第5实施方式的结构示例相比，在第7实施方式的结构示例中，粘弹性模型追随控制单元以及控制量调整单元发生了变化，还有，齿条位移x、切换信号sws、齿条轴力f以及转向角θ被输入到粘弹性模型追随控制单元520中。

在第7实施方式中，对粘弹性模型追随控制单元的参数中的弹簧常数k0进行调整。在如图15所示的第3基本实施方式的结构示例以及如图16所示的第4基本实施方式的结构示例中，在参数设定单元124中，弹簧常数k0的特性被定义成“针对齿条位移x”的特性。尽管在第7实施方式中，也在参数设定单元中定义弹簧常数k0的特性，但将弹簧常数k0的特性定义成“针对转向角θ”的特性，而不是“针对齿条位移x”的特性。因此，被输入到粘弹性模型追随控制单元520中的转向角θ就变成被输入到参数设定单元中。

例如，将弹簧常数k0的特性设定为如图43所示那样的特性。在图43中，θ0为“与齿条末端的前面的规定位置x0相对应”的转向角，还有，将“与齿条位移x相对应”的转向角设定为转向角位移，也就是说，将“以θ0为原点”的转向角设定为转向角位移。弹簧常数k0的特性在“转向角θ(尽管确切地说，这里的转向角θ实际上是转向角θ的大小|θ|，但在不发生混淆的范围内，下面，将转向角θ以及转向角θ的大小|θ|都当成转向角θ。)没有超过阈值θz”的区域中，与第3基本实施方式以及第4基本实施方式的场合相同，为这样的特性，即，随着转向角θ(在第3基本实施方式以及第4基本实施方式中，为齿条位移x)增加，弹簧常数k0也增加。然而，在“转向角θ超过了阈值θz”的区域中，在转向角θz时的弹簧常数k0的值为k1的情况下，通过使转向角位移β(θz―θ0)(β＞1)时的弹簧常数k0的值变成k1/β，这样转向角θz时的弹簧力就变成与转向角位移β(θz―θ0)时的弹簧力相同。通过这样做，使得在“转向角θ超过了阈值θz”的区域中，就会受到“从粘弹性模型追随控制单元520输出的齿条轴力ff不会增加”的限制。另外，通过对如上所述的设定进行调整，就能够改变转向感。也就是说，因为在将转向角位移β(θz―θ0)时的弹簧常数k0设定为低于如上所述的设定的时候，转向角位移β(θz―θ0)时的抵抗力(弹簧力)就会变成小于转向角θz时的抵抗力，所以转向操作就会变得更容易。反过来，因为在将转向角位移β(θz―θ0)时的弹簧常数k0设定为高于如上所述的设定的时候，转向角位移β(θz―θ0)时的抵抗力就会变成大于转向角θz时的抵抗力，所以就会变成能够一边感觉到朝向齿条末端的抵抗力，一边进行转向操作。

图44示出了第7实施方式中的控制量调整单元580的结构示例。如图44所示，与如图37所示的控制量调整单元380的结构示例相比，在控制量调整单元580的结构示例中，轴力限制单元发生了变化。尽管第5实施方式中的轴力限制单元381根据判定信号js来对齿条轴力ff进行限制，但由于“使用第7实施方式中的轴力限制单元581”的目的是为了防止“因发生异常等而导致齿条轴力ff变得非常大”的现象，所以第7实施方式中的轴力限制单元581根据预先决定好的固定值的限制值来对齿条轴力ff进行限制。因此，由于在轴力限制单元581中不使用判定信号js，所以判定信号js没有被输入到轴力限制单元581中。此外，在诸如“不会发生齿条轴力ff变得非常大”的场合之类的情况下，也可以删除掉轴力限制单元581。

在第7实施方式的动作中，与第5实施方式的动作相比，只有粘弹性模型追随控制单元520中的弹簧常数k0的设定和控制量调整单元580中的轴力限制单元581的动作是不同的，其他的动作与第5实施方式相同。

在粘弹性模型追随控制单元520中，在如图39所示的流程图中的“输出齿条位移x”的步骤s202与如图39所示的流程图中的“电流指令值iref1被变换成齿条轴力f”的步骤s203之间被执行的“参数设定单元中的参数设定”(相当于如图18所示的流程图中的步骤s23)中，根据转向角θ，并且，按照如图43所示的特性，来求得弹簧常数k0。

参照如图45所示的流程图，对控制量调整单元580的动作示例进行说明。如图45所示，“输入了齿条轴力ff”的轴力限制单元581在齿条轴力ff等于或小于预先决定好的限制值(固定值)的情况下(步骤s207l1)，原封不动地将齿条轴力ff作为齿条轴力ffc输出(步骤s207m)。在齿条轴力ff大于限制值的情况下(步骤s207l1)，轴力限制单元581将限制值作为齿条轴力ffc输出(步骤s207p1)。在那之后的动作为与第5实施方式的控制量调整单元380相同的动作(步骤s207q～)。

此外，尽管在第7实施方式中，只对弹簧常数k0进行调整，但也可以通过根据转向角θ，不但对弹簧常数k0进行调整，而且还对粘性摩擦系数μ进行调整，来对齿条轴力ff进行限制。在这种情况下，优选地，将粘性摩擦系数μ的特性设定为“在转向角θ超过了阈值θz的区域中，能够保持转向角θz时的粘性摩擦系数μ的值”的特性。另外，与第3基本实施方式以及第4基本实施方式的场合相同，也可以将参数的特性定义成“针对齿条位移x”的特性，而不是“针对转向角θ”的特性，还有，也可以将参数的特性定义成“针对判定用齿条位置rx”的特性。

对本发明的第8实施方式进行说明。

尽管在第7实施方式中，通过对粘弹性模型追随控制单元的参数进行调整，来获得与“对齿条轴力ff进行限制”同等的效果，但在第8实施方式中，通过对齿条位移x进行限制，来获得与“对齿条轴力ff进行限制”同等的效果。

图46示出了第8实施方式的结构示例。如图46所示，与如图35所示的第5实施方式的结构示例相比，在第8实施方式的结构示例中，在齿条末端接近判定单元110与粘弹性模型追随控制单元120之间插入了齿条位移限制单元690，还有，作为控制量调整单元，使用了第7实施方式中的控制量调整单元580。

齿条位移限制单元690输入齿条位移x以及判定信号js，根据判定信号js来对齿条位移x进行限制。也就是说，齿条位移限制单元690当判定信号js从0变成了1的时候，将此时的齿条位移x作为齿条位移xf存储起来，将齿条位移xf作为限制值来对齿条位移x进行限制直到判定信号js变成0为止，然后，将经限制后的齿条位移作为齿条位移xm输出。还有，在判定信号js为0的情况下，齿条位移限制单元690原封不动地将齿条位移x作为齿条位移xm输出。通过将“经如上所述的限制后获得的”齿条位移xm输入到粘弹性模型追随控制单元120中，其结果为，使得“从粘弹性模型追随控制单元120输出”的齿条轴力ff就会受到限制。还有，因为通过齿条位移限制单元690来进行限制，所以作为控制量调整单元，与第7实施方式相同，也使用控制量调整单元580。

在第8实施方式的动作中，与第5实施方式的动作相比，增加了齿条位移限制单元690的动作，还有，控制量调整单元的动作与第7实施方式的控制量调整单元580的动作相同。

在如图39所示的流程图中的“输出齿条位移x”的步骤s202之后，添加齿条位移限制单元690的动作。也就是说，参照图47的流程图对齿条位移限制单元690的动作示例进行说明。齿条位移x以及判定信号js被输入到齿条位移限制单元690中。如图47所示，齿条位移限制单元690确认判定信号js的值，在判定信号js为0的情况下(步骤s202a)，原封不动地将齿条位移x作为齿条位移xm输出(步骤s207b)。在判定信号js不为0的情况下(步骤s202a)，如果判定信号js从0变成了1的话(步骤s202c)，则齿条位移限制单元690将被输入进来的齿条位移x作为齿条位移xf存储起来(步骤s202d)，然后，将齿条位移xf作为齿条位移xm输出，否则，将齿条位移xf作为限制值来对齿条位移x进行限制(步骤s202e)，然后，将经限制后的齿条位移作为齿条位移xm输出。齿条位移xm被输入到粘弹性模型追随控制单元120中。之后，齿条位移限制单元690的动作转移到步骤s203。

此外，齿条位移限制单元690也可以“将齿条位移xf作为齿条位移xm来输出直到判定信号js变成0为止”，而不是“将齿条位移xf作为限制值来对齿条位移x进行限制直到判定信号js变成0为止”。还有，齿条位移限制单元690也可以“对判定用齿条位置rx进行限制”，而不是“对齿条位移x进行限制”。

通过采用第5实施方式～第8实施方式，使得在“反作用力增加”的转向角范围内，辅助力上升。通过这样做，就能够使驾驶员将转向盘转动到“到达实际的齿条末端为止”。因此，也可以将“安装在第4实施方式中”的功能安装在第5实施方式～第8实施方式中。也就是说，检测出当实际上将转向盘转动到了齿条末端的时候(确切地说，当判定为“将转向盘转动到了齿条末端”的时候)的转向角(齿条位移)，并且，通过使用检测出的转向角(齿条位移)来对齿条末端邻近区域进行补正，使得虚拟齿条末端能够位于“针对实际的齿条末端来说是适当的”范围。尽管这种情况下的结构示例(第9实施方式)基本上与第5实施方式～第8实施方式的结构示例相同，但齿条末端接近判定单元的动作与第4实施方式中的齿条末端接近判定单元的动作相同。

在第5实施方式～第9实施方式中，因为在辅助增加状态，齿条轴力ffm’继续增加，即使处于“例如转向速度ω’为零”的保舵状态，齿条轴力ffm’也继续增加，所以也可以刹住齿条轴力ffm’的增加。例如，在控制量调整单元的后一级设置限制器，将零作为限制值来对齿条轴力ffm’进行限制。或者，在控制量调整单元内的补偿辅助力生成单元的后一级设置限制器，对补偿辅助力fa进行限制。作为“对补偿辅助力fa进行限制”的场合的限制值，例如，使用“从来自轴力限制单元或轴力调整单元的输出(齿条轴力ffc或齿条轴力ffa)的绝对值中减去所规定的值mx后获得”的值。在设定了mx＝0的情况下，就变成与“将零作为限制值来对齿条轴力ffm’进行了限制”的场合相同。

还有，尽管补偿辅助力生成单元使补偿辅助力fa按照固定的增加率ft以与时间成比例的方式来增加，但补偿辅助力生成单元也可以使补偿辅助力fa以曲线方式来增加，而不是使补偿辅助力fa按比例来增加。另外，也可以根据转向速度的大小|ω’|来改变增加率ft。例如，如图48所示那样，也可以通过这样的方式来改变增加率ft，即，当转向速度的大小|ω’|小于或等于虚拟转向速度ωz的时候，增加率ft为所规定的值fz并且其值是固定的；当转向速度的大小|ω’|超过了虚拟转向速度ωz之后，增加率ft随着转向速度的大小|ω’|的增加而减少；当转向速度的大小|ω’|变成了ωz+lw(lw为固定值)的时候，增加率ft就变成零。还有，在使补偿辅助力fa减少的时候，也可以使补偿辅助力fa以曲线方式来减少，另外，也可以将减少率设定为固定值或“通过其他的计算式来计算出”的值。

尽管在状态判定单元中，通过转向角θ以及转向速度ω’的大小(绝对值)来进行判定，但也可以设定正的阈值、负的阈值以及虚拟转向速度，通过原封不动地使用转向角θ以及转向速度ω’来进行判定。在这种情况下，也可以按照是正的场合还是负的场合，来改变阈值以及虚拟转向速度的大小。

另外，尽管在转向角的大小|θ|大于阈值θz的情况下，如果转向速度的大小|ω’|小于虚拟转向速度ωz，并且，转向状态信号sc’为“增加转动的转向”的话，则设定判定信号js＝1，但也可以将转向扭矩的条件添加到上述条件中。当驾驶员想要将转向盘转动到“到达齿条末端为止”而正在进行转向操作的时候，被认为是转向扭矩变成了大的值(例如，10nm)。因此，针对转向扭矩th来设定阈值thf(例如，10nm)，在转向角的大小|θ|大于阈值θz的情况下，如果转向速度的大小|ω’|小于虚拟转向速度ωz，转向扭矩th大于阈值thf，并且，转向状态信号sc’为“增加转动的转向”的话，则设定判定信号js＝1。在如图40所示的控制量调整的动作示例中，步骤s207i中的判定就变成“当转向速度的大小|ω’|小于虚拟转向速度ωz，并且，转向扭矩的大小|th|大于thf的时候”。通过这样做，就能够按照“增加转动的转向”的条件来更好地进行判定。

附图标记说明

1转向盘(方向盘)

2柱轴(转向轴或方向盘轴)

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

36pwm控制单元

100齿条位置变换单元

101、102变换单元

110齿条末端接近判定单元

120、520粘弹性模型追随控制单元

121、122切换单元

124参数设定单元

130前馈控制单元

140反馈控制单元

150、350转向速度运算单元

160转向信息抽出单元

170、270、380、480、580控制量调整单元

171、271调整值设定单元

172控制量限制单元

360转向状态抽出单元

370状态判定单元

381、581轴力限制单元

382补偿辅助力生成单元

481轴力调整单元

690齿条位移限制单元