車両用ステアバイワイヤシステムと車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法
【課題】車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、ステアバイワイヤシステムでありながら油圧式パワーステアリングシステムに近い操舵フィーリングを達成できるステアバイワイヤシステムを提供すること。
【解決手段】操舵装置のモータ１１のトルク推定回路１３は、モータ１１に加えられた入力トルクの推定トルクＴ＾i1を算出する。その推定トルクＴ＾i1は、（Ａ1−１）倍されてモータ１１へ伝達される。転舵装置のモータ２１のトルク推定回路２３は、モータ２１に加えられた入力トルクの推定トルクＴ＾i2を算出する。その推定トルクＴ＾i2は、Ａ2倍されてモータ１１へ伝達される。またモータ１１のロータ位置θ1とモータ２１のロータ位置θ2との偏差は、Ａ3倍されてモータ２１へ伝達される。
【解決手段】操舵装置のモータ１１のトルク推定回路１３は、モータ１１に加えられた入力トルクの推定トルクＴ＾i1を算出する。その推定トルクＴ＾i1は、（Ａ1−１）倍されてモータ１１へ伝達される。転舵装置のモータ２１のトルク推定回路２３は、モータ２１に加えられた入力トルクの推定トルクＴ＾i2を算出する。その推定トルクＴ＾i2は、Ａ2倍されてモータ１１へ伝達される。またモータ１１のロータ位置θ1とモータ２１のロータ位置θ2との偏差は、Ａ3倍されてモータ２１へ伝達される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、操舵装置と転舵装置の間の機械的結合をなくして電気的に結合する車両用ステアバイワイヤシステムとその車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
操舵装置の反力アクチュエータとしてのモータ（反力モータ）と転舵装置の転舵アクチュエータとしてのモータ（転舵モータ）を制御する車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、従来車速センサにより検出された車速と操舵装置のハンドルの回転軸に取り付けた操舵角センサにより検出された操舵角に基づいて目標転舵角を設定し、その目標転舵角と転舵角センサにより検出された転舵角との偏差に基づいて転舵モータを制御するとともに、前記センサやハンドルの軸に取り付けたトルクセンサ等の検出信号に基づいて操舵装置のハンドルの操作方向と逆方向の反力を発生させるように反力モータを制御するステアバイワイヤシステムが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５４４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来のステアバイワイヤシステムは、転舵輪のタイヤが路面から受ける力（反力）が反力モータへ反映されないため、車の運転者は、路面の凹凸等の路面の力を実感することができない。そのため操舵装置のハンドルを操作するときの操舵フィーリングが悪い。
本願発明は、従来のステアバイワイヤシステムにおける前記問題点に鑑み、ステアバイワイヤシステムでありながら油圧式パワーステアリングシステムに近い操舵フィーリングを実現できるステアバイワイヤシステムとその車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の車両用ステアバイワイヤシステムは、反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達することを特徴とする。
請求項２に記載の車両用ステアバイワイヤシステムは、反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを反力モータのモータ電流と反力モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを転舵モータのモータ電流と転舵モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを転舵モータへ伝達するとともにその推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、反力モータのロータ位置と転舵モータのロータ位置の偏差を位置制御用ゲイン倍し、トルクに変換して転舵モータへ伝達することを特徴とする。
請求項３に記載の車両用ステアバイワイヤシステムは、請求項１又は請求項２に記載の車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、転舵モータは複数個であることを特徴とする。
【０００６】
請求項４に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法は、反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して転舵モータへ伝達し、操舵モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達することを特徴とする。
請求項５に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法は、反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを反力モータのモータ電流と反力モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを転舵モータのモータ電流と転舵モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを転舵モータへ伝達するとともにその推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、反力モータのロータ位置と転舵モータのロータ位置の偏差を位置制御用ゲイン倍し、トルクに変換して転舵モータへ伝達することを特徴とする。
請求項６に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法は、請求項４又は請求項５に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法において、転舵モータは複数個であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明は、操舵装置の反力モータと転舵装置の転舵モータに加わるトルクを夫々推定し、その推定したトルクは、夫々任意に設定した伝達倍率倍して転舵モータから反力モータへ、反力モータから転舵モータへ伝達されるから、転舵輪が路面から受ける力を操舵装置のハンドルへ伝えることができる。したがって本願発明は、油圧式パワーステアリングシステムに近い操舵フィーリングを実現できる。また伝達倍率は、運転者の好みに応じて変えることができるから、運転者の好みに合った操舵フィーリングを実現できる。
【０００８】
本願発明は、転舵装置に２個の転舵モータを用いているから、２個の転舵モータが正常に駆動しているときは、各モータの負担は１／２になるからモータの信頼性が向上し、またいずれか一方の転舵モータが故障したときは、残りの転舵モータで操舵を継続できるから安全性を確保できる。
本願発明のセンサは、電流センサとモータのロータ位置を検出する位置センサのみでよいから、センサの個数や種類が少なくてよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本願発明の実施例に係るステアバイワイヤシステムの概要を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１のステアバイワイヤシステムのブロック線図である。
【図３】図３は、図２の一部のブロック線図の変形例を示す図である。
【図４】図４は、図２のブロック線図の変形例を示す図である。
【図５】図５は、本願発明の実施例に係る転舵装置に２個のモータを用いた場合のブロック線図である。
【図６】図６は、図２のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を示す図である。
【図７】図７は、図５のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を示す図である。
【図８】図８は、図２のステアバイワイヤシステムの実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜図８により本願発明の実施例に係るステアバイワイヤシステムを説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本願発明の実施例に係るステアバイワイヤシステムの概要を示すブロック図である。
ステアバイワイヤシステムは、操舵装置５１、転舵装置５２、マイコン等によって構成する制御装置６０等からなる。操舵装置５１は、ハンドル５１１、ハンドル５１１によって回転する回転軸５１２、回転軸５１２と一体の回転軸を持つ反力アクチュエータとしてのモータ（反力モータ）１１、モータ駆動回路１２、モータ電流を検出する電流センサＳ１１，Ｓ１２、モータ１１のロータ位置（回転角度）を検出する位置センサＳ１３等を備えている。転舵装置５２は、ラックアンドピニオン５２２、転舵アクチュエータとしてのモータ（転舵モータ）２１、モータ駆動回路２２、モータ電流を検出する電流センサＳ２１，Ｓ２２、モータ２１のロータの位置（回転角度）を検出する位置センサＳ２３等を備えている。モータ２１は、ラックアンドピニオン５２２を駆動して一対の転舵輪５２１を旋回してその方向を変える。モータ１１、モータ２１は、例えば永久磁石同期モータを用いるが、他のモータであってもよい。
制御装置６０は、モータ１１，２１の電流を制御する電流制御部６１，６２等からなる。
【００１２】
制御装置６０は、モータ１１のモータ電流とモータ１１のロータ位置に基づいてモータ１１に加えられた入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍してモータ２１へ伝達してモータ２１を制御する。一方制御装置６０は、モータ２１のモータ電流とモータ２１のロータ位置に基づいてモータ２１に加えられた入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍してモータ１１へ伝達する。即ち制御装置６０は、モータ１１，２１に加えられた入力トルクを夫々推定してその推定した入力トルクを双方のモータへ伝達して両モータのロータの位置（回転角度）が一致するように制御する。また一方のモータから他方のモータへ伝達するトルクの大きさは、伝達倍率を任意の値に設定することにより調整することができる。
【００１３】
図２は、図１のステアバイワイヤシステムの具体例を示すブロック線図である。
図２は、永久磁石同期モータのベクトル制御方式を適用し、ｄ軸、ｑ軸電流を非干渉かつ最大効率となるように制御するもので、ｄ軸電流を０としたときのブロック線図である。
図２において、上半分は、モータ１１に関係するブロック線図で、モータ１１、駆動回路１２、トルク推定回路１３、伝達倍率（Ａ1−１）の増力回路１４等を備えている。下半分は、モータ２１に関係するブロック線図で、モータ２１、駆動回路２２、トルク推定回路２３、伝達倍率Ａ2の増力回路２４、位置制御用ゲイン回路２６、位置・トルク変換回路２７等を備えている。
【００１４】
トルク推定回路１３は、モータ電流ｉq1とモータ１１のロータ位置θ1に基づいてモータ１１のロータ軸に加えられる入力トルクＴi1を推定して推定トルクＴ＾i1を算出する。推定トルクＴ＾i1は、増力回路１４で（Ａ1−１）倍され、加算点１５を介して駆動回路１２へ伝達される。一方推定回路２３は、モータ電流ｉq2とモータ２１のロータ位置θ2に基づいてモータ２１のロータ軸に加えられる入力トルクＴi2を推定して推定トルクＴ＾i2を算出する。推定トルクＴ＾i2は、駆動回路２２へ伝達されるとともに、増力回路２４でＡ2倍され、加算点１５を介してモータ１１の駆動回路１２へ伝達される。モータ２１側の加算点２５は、モータ１１とモータ２１のロータ位置θ1，θ2の偏差を算出し、そのロータ位置偏差は、位置制御用ゲイン回路２６でＡ3倍され、位置・トルク変換回路２７でトルクに変換されて駆動回路２２へ伝達される。
【００１５】
次に図２におけるモータ１１,２１のロータ位置θ1，θ2の関係について説明する。
図２において、Ｒa1,Ｒa2はモータ１１，２１の電機子抵抗、Ｌaq1,Ｌaq2はモータ１１，２１の電機子リアクタンス、Ｊ1，Ｊ2はモータ１１，２１の慣性モーメント、Ｄ1，Ｄ2はモータ１１，２１の粘性制動係数、ＫT1，ＫT2はモータ１１，２１のトルク定数、ＫE1，ＫE2はモータ１１，２１の逆起電力定数である。Ｔi1，Ｔi2はモータ１１，２１へ加えられる入力トルク、Ｔ＾i1，Ｔ＾i2は入力トルクＴi1，Ｔi2の推定トルク、θ1，θ2はモータ１１，２１のロータ位置である。Ｐi1，Ｐi2はモータ１１，２１の電流制御用ゲイン、Ａ1はモータ１１からモータ２１へトルクを伝達する伝達倍率、Ａ2はモータ２１からモータ１１へトルクを伝達する伝達倍率、Ａ3はモータ２１のロータ位置制御用ゲイン、Ｇ(s)はロータの位置をトルクに変換する位置・トルク変換要素、ｓはラプラス変数である。
【００１６】
モータ１１，２１のｑ軸のモータ電流ｉq1，ｉq2は、式（１），（２）で表すことができる。
なお式（１）は、図２のｉq1*とｉq1の間のブロックを図３（ａ）のように変形して求める。式（２）も同様にｉq2*とｉq2の間のブロックを変形して求める。
【数１】
ここでｉq1*，ｉq2*は、モータ１１，２１のモータ電流ｉq1，ｉq2の電流指令値であり、θ・1，θ・2はモータ１１，２１のロータの回転角速度である。
【００１７】
図２において駆動回路１２，２２の電流制御用ゲインＰi1，Ｐi2を十分に大きくすると、式（１），（２）は、式（３），（４）のように近似できる。
【数２】
【００１８】
また電流指令値ｉq1*は、入力トルクの推定トルクＴ＾i1，Ｔ＾i2を用いて式（５）で表すことができる。
【数３】
【００１９】
ここでモータ１１，２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i1，Ｔ＾i2は、トルク推定回路１３，２３において、モータ電流ｉq1，ｉq2とロータ位置θ1，θ2を用いて式（６），（７）で求めることができる。
【数４】
【００２０】
モータ１１のロータ位置θ1は、式（６）から式（８）で表すことができる。
【数５】
【００２１】
式(８)に式(１)，(５)を代入すると、式（９）になる。
【数６】
【００２２】
一方モータ２１のロータ位置θ2は、θ1を用いて式（１０）で表すことができる。
なお式（１０）は、図２のモータ２１、駆動回路２２、「１／ｓ」のブロック、位置制御用ゲイン回路２６、位置・トルク変換回路２７を図３（ｂ）のように変形して求めることができる。
【数７】
【００２３】
図２のステアバイワイヤシステムは、式（９）、（１０）を用いて図４（ａ）のブロック線図のように表すことができる。そしてモータ１１，２１に加えられる入力トルクＴi1，Ｔi2とそれらの推定トルクＴ＾i1，Ｔ＾i2との推定誤差（Ｔi1−Ｔ＾i1），（Ｔi2−Ｔ＾i2）がない場合には、図４（ａ）のブロック線図は、図４（ｂ）のように表すことができる。
【００２４】
図４（ａ）により、モータ１１のロータの位置θ1は、モータ１１の入力トルクの推定トルクＴ＾i1をＡ1倍した値とモータ２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i2をＡ2倍した値の和に、モータ１１の入力トルクの推定誤差（Ｔi1−Ｔ＾i1）を加え、二次フィルタＦ１を通したものとして表すことができる。一方モータ２１のロータ位置θ2は、モータ２１の入力トルクの推定誤差（Ｔi2−Ｔ＾i2）を１／Ａ3倍してロータ位置θ1に加え、二次フィルタＦ２を通したものとして表すことができる。したがってモータ１１は、モータ１１，２１に加えられたトルクの和によって回転し、モータ２１のロータの位置は、２次遅れを含むが最終的にはモータ１１のロータの位置と一致する。モータ１１の入力トルクの推定誤差のオフセット成分は、予めロータのゼロ位置の調整を行うことに解決できる。そして入力トルクの推定トルクに誤差があったとしてもトルクを伝達する倍率が多少異なるだけでステアバイワイヤシステム全体には大きな影響はない。またモータ２１の入力トルクの推定誤差は、モータ２１のロータの位置に関係するが、位置制御用ゲインＡ3が大きい場合には、その推定誤差の影響は小さくなる。
【００２５】
位置制御用ゲインＡ3が大きい場合には、モータ１１，２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i1，Ｔ＾i2は、入力トルクＴi1，Ｔi2と等しいものとして扱うことができ、図４（ｂ）のように、モータ１１，２１に加わる入力トルクを任意の伝達倍率Ａ1，Ａ2で双方向へ伝達することができ、かつモータ１１，２１のロータ位置θ1，θ2は一致する。したがって位置制御用ゲインＡ3が大きい場合には、モータ１１，２１のロータ位置θ1，θ2は一致するから、図２のステアバイワイヤシステムは、油圧式パワーステアリングシステムと同様の操舵フィーリングを実現することができる。
【００２６】
次に図５により、転舵装置にモータを２個用いた場合のブロック線図について説明する。
図１、図２の例は、操舵装置と転舵装置にモータ１１，２１をそれぞれ一個用いているが、図５は、安全性の観点から転舵装置側に図２のモータ２１に加えてモータ３１を用いている。
図５において、図２と表示した部分は、図２の構成と同じであり、追加したモータ３１は、モータ２１と同じ構成である。即ちモータ３１、駆動回路３２、トルク推定回路３３、増力回路３４、位置制御用ゲイン回路３６、位置・トルク変換回路３７は、モータ２１、駆動回路２２、トルク推定回路２３、増力回路２４、位置制御用ゲイン回路２６、位置・トルク変換回路２７に対応している。
モータ３１の入力トルクの推定トルクＴ＾i3は、増力回路３４でＡ4倍されて加算点１５を介してモータ１１へ伝達される。したがって図５の場合、モータ１１には、モータ２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i2とモータ２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i3が伝達される。一方モータ１１のロータ位置θ1は、加算点２５，３５、位置制御用ゲイン回路２６，３６、位置・トルク変換回路２７，３７を介してモータ２１，３１へ伝達される。
【００２７】
モータ１１，２１，３１のロータ位置θ1，θ2，θ3は、式（１１），（１２），（１３）で表わすことができる。
【数８】
【００２８】
モータ１１のロータ位置θ1は、式（１１）によりモータ１１，２１，３１の入力トルクの推定トルクの和によって決まる。モータ２１，３１のロータ位置θ2，θ3は、式（１２），（１３）によって決まり、若干の遅れと推定誤差を含むが、モータ１１のロータ位置θ1と一致している。
したがって図５の場合には、図２の場合と同様に、モータ１１，２１，３１は、全てのモータのロータ軸に加わる入力トルクの総和によって回転し、全てのモータのロータの位置は一致している。
【００２９】
モータ２１，３１は、転舵装置のラック部に接続されているから、モータ２１，３１の入力トルクの総和はラック部が地面から受ける力と等しくなる。一方転舵輪を旋回させるために必要なトルクは、ラックが地面から受ける力と平衡するから、モータ２１，３１の各々の出力トルクは、モータ２１だけを用いた場合よりもモータの信頼性が向上する。
ラックに取り付けるモータ２１，３１が同一仕様の場合、各モータに供給される電流や電圧は略等しくなるから、どちらかのモータの電流や電圧が異常に大きくなったときは、どちらかのモータに異常が発生していることになる。したがってその場合には、異常が発生しているモータを電気的或いは機械的に切り離して正常なモータのみで操舵を継続することができる。
【００３０】
なお図５は、転舵装置に２個の転舵モータを用いた例について説明したが、操舵装置に２個の反力モータを用いることもできる。また操舵装置の反力モータが故障した場合には、反力モータを停止し、ロータ軸に取り付けた位置センサの信号を用いて操舵を継続することができる。その場合、路面からの力は、操舵装置のハンドルには伝わらないが、操舵を継続できるから安全を確保できる。さらにロータ軸に取り付けた位置センサが故障した場合には、反力モータが発生する逆起電力によりハンドルの位置（ロータ位置）を検出して操舵を継続することができる。
【００３１】
次に図６により、図２のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を説明する。
シミュレーションは、ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋを用い、永久磁石同期モータのベクトル制御モデルを用いて行った。
シミュレーションは、モータ１１とモータ２１のロータの位置が一致すること、及び任意の伝達倍率でモータに加わるトルクが伝達されることを確認した。
図６において、縦軸は、ロータの回転数とモータのロータ軸に印加するトルクを表わし、横軸は、時間を表している。点線の台形は、モータ１１，２１の回転数を、実線は、モータ１１，２１に印加するトルクを示し、ＴＭ１はモータ１１に印加したトルクＴi1を、ＴＭ２はモータ２１に印加したトルクＴi2を示す。なおロータの回転数は、ロータが回転した位置（角度）、即ちロータの位置に相当する。
【００３２】
まず図６（ａ）について説明する。
図６（ａ）は、伝達倍率が１の場合で、ロータが０．５秒で約１回転するトルクを基準に、０．５〜１秒の間モータ１１のロータ軸にステップ状のトルクＴＭ１を印加し、２〜２．５の間モータ２１のロータ軸にステップ状のトルクＴＭ２を印加した。なおトルクＴＭ２は、ロータを逆転させるため逆方向のトルクを印加している。
図６（ａ）の場合、モータ１１，２１のロータの回転数（台形の点線）は、同じで重なっている（２個のモータの回転数を重ねて表示してある）。またモータ１１，２１のロータの回転数は、トルクが加えられたモータと同じ回転数で動作し、両モータのロータの位置は一致している。そしてモータ１１，２１に加えられたトルクの大きさは略同じで、ロータの回転数が略一致していることから、両モータのトルク伝達倍率が一対一になっていることが確認できた。
【００３３】
次に図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）について説明する。
図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、モータ１１，２１のトルク伝達倍率を変えて図６（ａ）と同様の動作を確認した。
図６（ｂ）は、モータ１１，２１のトルク伝達倍率が夫々２，１の場合、図６（ｃ）は、モータ１１，２１のトルク伝達倍率が夫々１，０．５の場合、図６（ｄ）は、モータ１１，２１のトルク伝達倍率が夫々２，０．５の場合である。
図６（ｂ）の場合、モータ１１の入力トルクは、図６（ａ）の１／２倍程度になり、モータ２１の入力トルクは、図６（ａ）と略同じである。同様に図６（ｃ）の場合、モータ１１の入力トルクは、図６（ａ）と略同じであり、モータ２１の入力トルクは、図６（ａ）の約２倍である。また図６（ｄ）の場合、モータ１１の入力トルクは、図６（ａ）の１／２倍程度になり、モータ２１の入力トルクは、図６（ａ）の約２倍である。
以上図６（ａ）〜図６（ｄ）から、図２のステアバイワイヤシステムは、モータ１１，２１に加わるトルクを任意の伝達倍率で伝達することができ、モータ１１，２１のトルクの伝達倍率は、他方のモータの伝達倍率と干渉せずに決定できることが確認できた。
【００３４】
図７は、図５のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を示す。
図７において、図７（ａ）は、図５のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を示し、図７（ｂ）は、比較のため図６（ａ）と同じものを記載してある。シミュレーションは、図６と同様に、ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋを用い、永久磁石同期モータのベクトル制御モデルを用いて行った。
図７（ａ）は、モータ１１，２１，３１のトルク伝達倍率を、夫々１に設定し、０．５〜１秒の間モータ１１にトルクを加え、２〜２．５秒の間モータ２１，３１にトルクを加えて確認した。
【００３５】
図７（ａ）の場合、モータ１１，２１，３１のロータの回転数（台形の点線）は、同じで重なっている（３個のモータの回転数を重ねて表示してある）。即ちモータ１１，２１，３１のロータの位置は一致している。またモータ２１，３１の入力トルクは、図７（ｂ）のモータ２１の入力トルクの１／２倍になっていることが確認できた。そして転舵輪から受ける反力をラックアンドピニオンを経由してモータが受けるトルクと、ラックアンドピニオンに印加するトルクとは平衡する。したがって転舵装置のモータ２１，３１の夫々の出力トルクは、図２のステアバイワイヤシステムのように転舵装置にモータ２１を１個だけ設けた場合の１／２となる。したがってその分モータ２１，３１の負担は小さくなる。
【００３６】
図８は、図２のステアバイワイヤシステムにおけるモータ１１，２１のトルクの双方向伝達実験の実験システムと実験結果を示す。
実験システムは、図８（ｂ）のようにモータ１１，２１に相当する永久磁石同期モータＭ１，Ｍ２、位置センサとしてロータリエンコーダＥＣ１，２、ＭＰＵ１，２、インバータＩＶ１，２を用いた。
実験は、実験開始後約２秒から１秒間モータＭ１のロータ軸にパルス状のトルクＴi1を印加し、５．５秒から１秒間モータＭ２のロータ軸にパルス状のトルクＴi2を印加して行った。
実験結果は、図８（ａ）に示すように、モータＭ１のロータの回転数ＲＭ１（点線）とモータＭ２のロータの回転数（実線）は略重なり、モータＭ１，Ｍ２の位置は一致していることが確認できた。
この実験結果からも、操舵装置側のモータＭ１と転舵装置側のモータＭ２は、モータＭ１が外部トルクで回転すると、モータＭ２もロータの位置がモータＭ１と同じになるように回転し、モータＭ２が外部トルクで回転すると、モータＭ１もロータの位置がモータＭ２と同じになるように回転することが確認できた。
【符号の説明】
【００３７】
１１，２１，３１ モータ
１２，２２，３２ 駆動回路
１３，２３，３３ トルク推定回路
５１ 操舵装置
５２ 転舵装置
６０ 制御装置
Ａ1，Ａ2，Ａ4 トルクの伝達倍率
Ａ3，Ａ5 位置制御用ゲイン
θ1，θ2，θ3 モータのロータ位置
θ・1，θ・2，θ・3 モータの回転角速度
Ｔi1，Ｔi2，Ｔi3 モータに加わるトルク
Ｔ＾i1，Ｔ＾i2，Ｔ＾i3 推定トルク
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２ 電流センサ
Ｓ１３，Ｓ２３ 位置センサ
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、操舵装置と転舵装置の間の機械的結合をなくして電気的に結合する車両用ステアバイワイヤシステムとその車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
操舵装置の反力アクチュエータとしてのモータ（反力モータ）と転舵装置の転舵アクチュエータとしてのモータ（転舵モータ）を制御する車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、従来車速センサにより検出された車速と操舵装置のハンドルの回転軸に取り付けた操舵角センサにより検出された操舵角に基づいて目標転舵角を設定し、その目標転舵角と転舵角センサにより検出された転舵角との偏差に基づいて転舵モータを制御するとともに、前記センサやハンドルの軸に取り付けたトルクセンサ等の検出信号に基づいて操舵装置のハンドルの操作方向と逆方向の反力を発生させるように反力モータを制御するステアバイワイヤシステムが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５４４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来のステアバイワイヤシステムは、転舵輪のタイヤが路面から受ける力（反力）が反力モータへ反映されないため、車の運転者は、路面の凹凸等の路面の力を実感することができない。そのため操舵装置のハンドルを操作するときの操舵フィーリングが悪い。
本願発明は、従来のステアバイワイヤシステムにおける前記問題点に鑑み、ステアバイワイヤシステムでありながら油圧式パワーステアリングシステムに近い操舵フィーリングを実現できるステアバイワイヤシステムとその車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の車両用ステアバイワイヤシステムは、反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達することを特徴とする。
請求項２に記載の車両用ステアバイワイヤシステムは、反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを反力モータのモータ電流と反力モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを転舵モータのモータ電流と転舵モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを転舵モータへ伝達するとともにその推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、反力モータのロータ位置と転舵モータのロータ位置の偏差を位置制御用ゲイン倍し、トルクに変換して転舵モータへ伝達することを特徴とする。
請求項３に記載の車両用ステアバイワイヤシステムは、請求項１又は請求項２に記載の車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、転舵モータは複数個であることを特徴とする。
【０００６】
請求項４に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法は、反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して転舵モータへ伝達し、操舵モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達することを特徴とする。
請求項５に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法は、反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを反力モータのモータ電流と反力モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを転舵モータのモータ電流と転舵モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを転舵モータへ伝達するとともにその推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、反力モータのロータ位置と転舵モータのロータ位置の偏差を位置制御用ゲイン倍し、トルクに変換して転舵モータへ伝達することを特徴とする。
請求項６に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法は、請求項４又は請求項５に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法において、転舵モータは複数個であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明は、操舵装置の反力モータと転舵装置の転舵モータに加わるトルクを夫々推定し、その推定したトルクは、夫々任意に設定した伝達倍率倍して転舵モータから反力モータへ、反力モータから転舵モータへ伝達されるから、転舵輪が路面から受ける力を操舵装置のハンドルへ伝えることができる。したがって本願発明は、油圧式パワーステアリングシステムに近い操舵フィーリングを実現できる。また伝達倍率は、運転者の好みに応じて変えることができるから、運転者の好みに合った操舵フィーリングを実現できる。
【０００８】
本願発明は、転舵装置に２個の転舵モータを用いているから、２個の転舵モータが正常に駆動しているときは、各モータの負担は１／２になるからモータの信頼性が向上し、またいずれか一方の転舵モータが故障したときは、残りの転舵モータで操舵を継続できるから安全性を確保できる。
本願発明のセンサは、電流センサとモータのロータ位置を検出する位置センサのみでよいから、センサの個数や種類が少なくてよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本願発明の実施例に係るステアバイワイヤシステムの概要を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１のステアバイワイヤシステムのブロック線図である。
【図３】図３は、図２の一部のブロック線図の変形例を示す図である。
【図４】図４は、図２のブロック線図の変形例を示す図である。
【図５】図５は、本願発明の実施例に係る転舵装置に２個のモータを用いた場合のブロック線図である。
【図６】図６は、図２のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を示す図である。
【図７】図７は、図５のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を示す図である。
【図８】図８は、図２のステアバイワイヤシステムの実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜図８により本願発明の実施例に係るステアバイワイヤシステムを説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本願発明の実施例に係るステアバイワイヤシステムの概要を示すブロック図である。
ステアバイワイヤシステムは、操舵装置５１、転舵装置５２、マイコン等によって構成する制御装置６０等からなる。操舵装置５１は、ハンドル５１１、ハンドル５１１によって回転する回転軸５１２、回転軸５１２と一体の回転軸を持つ反力アクチュエータとしてのモータ（反力モータ）１１、モータ駆動回路１２、モータ電流を検出する電流センサＳ１１，Ｓ１２、モータ１１のロータ位置（回転角度）を検出する位置センサＳ１３等を備えている。転舵装置５２は、ラックアンドピニオン５２２、転舵アクチュエータとしてのモータ（転舵モータ）２１、モータ駆動回路２２、モータ電流を検出する電流センサＳ２１，Ｓ２２、モータ２１のロータの位置（回転角度）を検出する位置センサＳ２３等を備えている。モータ２１は、ラックアンドピニオン５２２を駆動して一対の転舵輪５２１を旋回してその方向を変える。モータ１１、モータ２１は、例えば永久磁石同期モータを用いるが、他のモータであってもよい。
制御装置６０は、モータ１１，２１の電流を制御する電流制御部６１，６２等からなる。
【００１２】
制御装置６０は、モータ１１のモータ電流とモータ１１のロータ位置に基づいてモータ１１に加えられた入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍してモータ２１へ伝達してモータ２１を制御する。一方制御装置６０は、モータ２１のモータ電流とモータ２１のロータ位置に基づいてモータ２１に加えられた入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍してモータ１１へ伝達する。即ち制御装置６０は、モータ１１，２１に加えられた入力トルクを夫々推定してその推定した入力トルクを双方のモータへ伝達して両モータのロータの位置（回転角度）が一致するように制御する。また一方のモータから他方のモータへ伝達するトルクの大きさは、伝達倍率を任意の値に設定することにより調整することができる。
【００１３】
図２は、図１のステアバイワイヤシステムの具体例を示すブロック線図である。
図２は、永久磁石同期モータのベクトル制御方式を適用し、ｄ軸、ｑ軸電流を非干渉かつ最大効率となるように制御するもので、ｄ軸電流を０としたときのブロック線図である。
図２において、上半分は、モータ１１に関係するブロック線図で、モータ１１、駆動回路１２、トルク推定回路１３、伝達倍率（Ａ1−１）の増力回路１４等を備えている。下半分は、モータ２１に関係するブロック線図で、モータ２１、駆動回路２２、トルク推定回路２３、伝達倍率Ａ2の増力回路２４、位置制御用ゲイン回路２６、位置・トルク変換回路２７等を備えている。
【００１４】
トルク推定回路１３は、モータ電流ｉq1とモータ１１のロータ位置θ1に基づいてモータ１１のロータ軸に加えられる入力トルクＴi1を推定して推定トルクＴ＾i1を算出する。推定トルクＴ＾i1は、増力回路１４で（Ａ1−１）倍され、加算点１５を介して駆動回路１２へ伝達される。一方推定回路２３は、モータ電流ｉq2とモータ２１のロータ位置θ2に基づいてモータ２１のロータ軸に加えられる入力トルクＴi2を推定して推定トルクＴ＾i2を算出する。推定トルクＴ＾i2は、駆動回路２２へ伝達されるとともに、増力回路２４でＡ2倍され、加算点１５を介してモータ１１の駆動回路１２へ伝達される。モータ２１側の加算点２５は、モータ１１とモータ２１のロータ位置θ1，θ2の偏差を算出し、そのロータ位置偏差は、位置制御用ゲイン回路２６でＡ3倍され、位置・トルク変換回路２７でトルクに変換されて駆動回路２２へ伝達される。
【００１５】
次に図２におけるモータ１１,２１のロータ位置θ1，θ2の関係について説明する。
図２において、Ｒa1,Ｒa2はモータ１１，２１の電機子抵抗、Ｌaq1,Ｌaq2はモータ１１，２１の電機子リアクタンス、Ｊ1，Ｊ2はモータ１１，２１の慣性モーメント、Ｄ1，Ｄ2はモータ１１，２１の粘性制動係数、ＫT1，ＫT2はモータ１１，２１のトルク定数、ＫE1，ＫE2はモータ１１，２１の逆起電力定数である。Ｔi1，Ｔi2はモータ１１，２１へ加えられる入力トルク、Ｔ＾i1，Ｔ＾i2は入力トルクＴi1，Ｔi2の推定トルク、θ1，θ2はモータ１１，２１のロータ位置である。Ｐi1，Ｐi2はモータ１１，２１の電流制御用ゲイン、Ａ1はモータ１１からモータ２１へトルクを伝達する伝達倍率、Ａ2はモータ２１からモータ１１へトルクを伝達する伝達倍率、Ａ3はモータ２１のロータ位置制御用ゲイン、Ｇ(s)はロータの位置をトルクに変換する位置・トルク変換要素、ｓはラプラス変数である。
【００１６】
モータ１１，２１のｑ軸のモータ電流ｉq1，ｉq2は、式（１），（２）で表すことができる。
なお式（１）は、図２のｉq1*とｉq1の間のブロックを図３（ａ）のように変形して求める。式（２）も同様にｉq2*とｉq2の間のブロックを変形して求める。
【数１】
ここでｉq1*，ｉq2*は、モータ１１，２１のモータ電流ｉq1，ｉq2の電流指令値であり、θ・1，θ・2はモータ１１，２１のロータの回転角速度である。
【００１７】
図２において駆動回路１２，２２の電流制御用ゲインＰi1，Ｐi2を十分に大きくすると、式（１），（２）は、式（３），（４）のように近似できる。
【数２】
【００１８】
また電流指令値ｉq1*は、入力トルクの推定トルクＴ＾i1，Ｔ＾i2を用いて式（５）で表すことができる。
【数３】
【００１９】
ここでモータ１１，２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i1，Ｔ＾i2は、トルク推定回路１３，２３において、モータ電流ｉq1，ｉq2とロータ位置θ1，θ2を用いて式（６），（７）で求めることができる。
【数４】
【００２０】
モータ１１のロータ位置θ1は、式（６）から式（８）で表すことができる。
【数５】
【００２１】
式(８)に式(１)，(５)を代入すると、式（９）になる。
【数６】
【００２２】
一方モータ２１のロータ位置θ2は、θ1を用いて式（１０）で表すことができる。
なお式（１０）は、図２のモータ２１、駆動回路２２、「１／ｓ」のブロック、位置制御用ゲイン回路２６、位置・トルク変換回路２７を図３（ｂ）のように変形して求めることができる。
【数７】
【００２３】
図２のステアバイワイヤシステムは、式（９）、（１０）を用いて図４（ａ）のブロック線図のように表すことができる。そしてモータ１１，２１に加えられる入力トルクＴi1，Ｔi2とそれらの推定トルクＴ＾i1，Ｔ＾i2との推定誤差（Ｔi1−Ｔ＾i1），（Ｔi2−Ｔ＾i2）がない場合には、図４（ａ）のブロック線図は、図４（ｂ）のように表すことができる。
【００２４】
図４（ａ）により、モータ１１のロータの位置θ1は、モータ１１の入力トルクの推定トルクＴ＾i1をＡ1倍した値とモータ２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i2をＡ2倍した値の和に、モータ１１の入力トルクの推定誤差（Ｔi1−Ｔ＾i1）を加え、二次フィルタＦ１を通したものとして表すことができる。一方モータ２１のロータ位置θ2は、モータ２１の入力トルクの推定誤差（Ｔi2−Ｔ＾i2）を１／Ａ3倍してロータ位置θ1に加え、二次フィルタＦ２を通したものとして表すことができる。したがってモータ１１は、モータ１１，２１に加えられたトルクの和によって回転し、モータ２１のロータの位置は、２次遅れを含むが最終的にはモータ１１のロータの位置と一致する。モータ１１の入力トルクの推定誤差のオフセット成分は、予めロータのゼロ位置の調整を行うことに解決できる。そして入力トルクの推定トルクに誤差があったとしてもトルクを伝達する倍率が多少異なるだけでステアバイワイヤシステム全体には大きな影響はない。またモータ２１の入力トルクの推定誤差は、モータ２１のロータの位置に関係するが、位置制御用ゲインＡ3が大きい場合には、その推定誤差の影響は小さくなる。
【００２５】
位置制御用ゲインＡ3が大きい場合には、モータ１１，２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i1，Ｔ＾i2は、入力トルクＴi1，Ｔi2と等しいものとして扱うことができ、図４（ｂ）のように、モータ１１，２１に加わる入力トルクを任意の伝達倍率Ａ1，Ａ2で双方向へ伝達することができ、かつモータ１１，２１のロータ位置θ1，θ2は一致する。したがって位置制御用ゲインＡ3が大きい場合には、モータ１１，２１のロータ位置θ1，θ2は一致するから、図２のステアバイワイヤシステムは、油圧式パワーステアリングシステムと同様の操舵フィーリングを実現することができる。
【００２６】
次に図５により、転舵装置にモータを２個用いた場合のブロック線図について説明する。
図１、図２の例は、操舵装置と転舵装置にモータ１１，２１をそれぞれ一個用いているが、図５は、安全性の観点から転舵装置側に図２のモータ２１に加えてモータ３１を用いている。
図５において、図２と表示した部分は、図２の構成と同じであり、追加したモータ３１は、モータ２１と同じ構成である。即ちモータ３１、駆動回路３２、トルク推定回路３３、増力回路３４、位置制御用ゲイン回路３６、位置・トルク変換回路３７は、モータ２１、駆動回路２２、トルク推定回路２３、増力回路２４、位置制御用ゲイン回路２６、位置・トルク変換回路２７に対応している。
モータ３１の入力トルクの推定トルクＴ＾i3は、増力回路３４でＡ4倍されて加算点１５を介してモータ１１へ伝達される。したがって図５の場合、モータ１１には、モータ２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i2とモータ２１の入力トルクの推定トルクＴ＾i3が伝達される。一方モータ１１のロータ位置θ1は、加算点２５，３５、位置制御用ゲイン回路２６，３６、位置・トルク変換回路２７，３７を介してモータ２１，３１へ伝達される。
【００２７】
モータ１１，２１，３１のロータ位置θ1，θ2，θ3は、式（１１），（１２），（１３）で表わすことができる。
【数８】
【００２８】
モータ１１のロータ位置θ1は、式（１１）によりモータ１１，２１，３１の入力トルクの推定トルクの和によって決まる。モータ２１，３１のロータ位置θ2，θ3は、式（１２），（１３）によって決まり、若干の遅れと推定誤差を含むが、モータ１１のロータ位置θ1と一致している。
したがって図５の場合には、図２の場合と同様に、モータ１１，２１，３１は、全てのモータのロータ軸に加わる入力トルクの総和によって回転し、全てのモータのロータの位置は一致している。
【００２９】
モータ２１，３１は、転舵装置のラック部に接続されているから、モータ２１，３１の入力トルクの総和はラック部が地面から受ける力と等しくなる。一方転舵輪を旋回させるために必要なトルクは、ラックが地面から受ける力と平衡するから、モータ２１，３１の各々の出力トルクは、モータ２１だけを用いた場合よりもモータの信頼性が向上する。
ラックに取り付けるモータ２１，３１が同一仕様の場合、各モータに供給される電流や電圧は略等しくなるから、どちらかのモータの電流や電圧が異常に大きくなったときは、どちらかのモータに異常が発生していることになる。したがってその場合には、異常が発生しているモータを電気的或いは機械的に切り離して正常なモータのみで操舵を継続することができる。
【００３０】
なお図５は、転舵装置に２個の転舵モータを用いた例について説明したが、操舵装置に２個の反力モータを用いることもできる。また操舵装置の反力モータが故障した場合には、反力モータを停止し、ロータ軸に取り付けた位置センサの信号を用いて操舵を継続することができる。その場合、路面からの力は、操舵装置のハンドルには伝わらないが、操舵を継続できるから安全を確保できる。さらにロータ軸に取り付けた位置センサが故障した場合には、反力モータが発生する逆起電力によりハンドルの位置（ロータ位置）を検出して操舵を継続することができる。
【００３１】
次に図６により、図２のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を説明する。
シミュレーションは、ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋを用い、永久磁石同期モータのベクトル制御モデルを用いて行った。
シミュレーションは、モータ１１とモータ２１のロータの位置が一致すること、及び任意の伝達倍率でモータに加わるトルクが伝達されることを確認した。
図６において、縦軸は、ロータの回転数とモータのロータ軸に印加するトルクを表わし、横軸は、時間を表している。点線の台形は、モータ１１，２１の回転数を、実線は、モータ１１，２１に印加するトルクを示し、ＴＭ１はモータ１１に印加したトルクＴi1を、ＴＭ２はモータ２１に印加したトルクＴi2を示す。なおロータの回転数は、ロータが回転した位置（角度）、即ちロータの位置に相当する。
【００３２】
まず図６（ａ）について説明する。
図６（ａ）は、伝達倍率が１の場合で、ロータが０．５秒で約１回転するトルクを基準に、０．５〜１秒の間モータ１１のロータ軸にステップ状のトルクＴＭ１を印加し、２〜２．５の間モータ２１のロータ軸にステップ状のトルクＴＭ２を印加した。なおトルクＴＭ２は、ロータを逆転させるため逆方向のトルクを印加している。
図６（ａ）の場合、モータ１１，２１のロータの回転数（台形の点線）は、同じで重なっている（２個のモータの回転数を重ねて表示してある）。またモータ１１，２１のロータの回転数は、トルクが加えられたモータと同じ回転数で動作し、両モータのロータの位置は一致している。そしてモータ１１，２１に加えられたトルクの大きさは略同じで、ロータの回転数が略一致していることから、両モータのトルク伝達倍率が一対一になっていることが確認できた。
【００３３】
次に図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）について説明する。
図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、モータ１１，２１のトルク伝達倍率を変えて図６（ａ）と同様の動作を確認した。
図６（ｂ）は、モータ１１，２１のトルク伝達倍率が夫々２，１の場合、図６（ｃ）は、モータ１１，２１のトルク伝達倍率が夫々１，０．５の場合、図６（ｄ）は、モータ１１，２１のトルク伝達倍率が夫々２，０．５の場合である。
図６（ｂ）の場合、モータ１１の入力トルクは、図６（ａ）の１／２倍程度になり、モータ２１の入力トルクは、図６（ａ）と略同じである。同様に図６（ｃ）の場合、モータ１１の入力トルクは、図６（ａ）と略同じであり、モータ２１の入力トルクは、図６（ａ）の約２倍である。また図６（ｄ）の場合、モータ１１の入力トルクは、図６（ａ）の１／２倍程度になり、モータ２１の入力トルクは、図６（ａ）の約２倍である。
以上図６（ａ）〜図６（ｄ）から、図２のステアバイワイヤシステムは、モータ１１，２１に加わるトルクを任意の伝達倍率で伝達することができ、モータ１１，２１のトルクの伝達倍率は、他方のモータの伝達倍率と干渉せずに決定できることが確認できた。
【００３４】
図７は、図５のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を示す。
図７において、図７（ａ）は、図５のステアバイワイヤシステムのシミュレーションの結果を示し、図７（ｂ）は、比較のため図６（ａ）と同じものを記載してある。シミュレーションは、図６と同様に、ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋを用い、永久磁石同期モータのベクトル制御モデルを用いて行った。
図７（ａ）は、モータ１１，２１，３１のトルク伝達倍率を、夫々１に設定し、０．５〜１秒の間モータ１１にトルクを加え、２〜２．５秒の間モータ２１，３１にトルクを加えて確認した。
【００３５】
図７（ａ）の場合、モータ１１，２１，３１のロータの回転数（台形の点線）は、同じで重なっている（３個のモータの回転数を重ねて表示してある）。即ちモータ１１，２１，３１のロータの位置は一致している。またモータ２１，３１の入力トルクは、図７（ｂ）のモータ２１の入力トルクの１／２倍になっていることが確認できた。そして転舵輪から受ける反力をラックアンドピニオンを経由してモータが受けるトルクと、ラックアンドピニオンに印加するトルクとは平衡する。したがって転舵装置のモータ２１，３１の夫々の出力トルクは、図２のステアバイワイヤシステムのように転舵装置にモータ２１を１個だけ設けた場合の１／２となる。したがってその分モータ２１，３１の負担は小さくなる。
【００３６】
図８は、図２のステアバイワイヤシステムにおけるモータ１１，２１のトルクの双方向伝達実験の実験システムと実験結果を示す。
実験システムは、図８（ｂ）のようにモータ１１，２１に相当する永久磁石同期モータＭ１，Ｍ２、位置センサとしてロータリエンコーダＥＣ１，２、ＭＰＵ１，２、インバータＩＶ１，２を用いた。
実験は、実験開始後約２秒から１秒間モータＭ１のロータ軸にパルス状のトルクＴi1を印加し、５．５秒から１秒間モータＭ２のロータ軸にパルス状のトルクＴi2を印加して行った。
実験結果は、図８（ａ）に示すように、モータＭ１のロータの回転数ＲＭ１（点線）とモータＭ２のロータの回転数（実線）は略重なり、モータＭ１，Ｍ２の位置は一致していることが確認できた。
この実験結果からも、操舵装置側のモータＭ１と転舵装置側のモータＭ２は、モータＭ１が外部トルクで回転すると、モータＭ２もロータの位置がモータＭ１と同じになるように回転し、モータＭ２が外部トルクで回転すると、モータＭ１もロータの位置がモータＭ２と同じになるように回転することが確認できた。
【符号の説明】
【００３７】
１１，２１，３１ モータ
１２，２２，３２ 駆動回路
１３，２３，３３ トルク推定回路
５１ 操舵装置
５２ 転舵装置
６０ 制御装置
Ａ1，Ａ2，Ａ4 トルクの伝達倍率
Ａ3，Ａ5 位置制御用ゲイン
θ1，θ2，θ3 モータのロータ位置
θ・1，θ・2，θ・3 モータの回転角速度
Ｔi1，Ｔi2，Ｔi3 モータに加わるトルク
Ｔ＾i1，Ｔ＾i2，Ｔ＾i3 推定トルク
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２ 電流センサ
Ｓ１３，Ｓ２３ 位置センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して転舵モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達することを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステム。
【請求項２】
反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを反力モータのモータ電流と反力モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを転舵モータのモータ電流と転舵モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを転舵モータへ伝達するとともにその推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、反力モータのロータ位置と転舵モータのロータ位置の偏差を位置制御用ゲイン倍し、トルクに変換して転舵モータへ伝達することを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、転舵モータは複数個であることを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステム。
【請求項４】
反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して転舵モータへ伝達し、操舵モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達することを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法。
【請求項５】
反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを反力モータのモータ電流と反力モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを転舵モータのモータ電流と転舵モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを転舵モータへ伝達するとともにその推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、反力モータのロータ位置と転舵モータのロータ位置の偏差を位置制御用ゲイン倍し、トルクに変換して転舵モータへ伝達することを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法において、転舵モータは複数個であることを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法。
【請求項１】
反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して転舵モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達することを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステム。
【請求項２】
反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを反力モータのモータ電流と反力モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを転舵モータのモータ電流と転舵モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを転舵モータへ伝達するとともにその推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、反力モータのロータ位置と転舵モータのロータ位置の偏差を位置制御用ゲイン倍し、トルクに変換して転舵モータへ伝達することを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、転舵モータは複数個であることを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステム。
【請求項４】
反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して転舵モータへ伝達し、操舵モータに加わる入力トルクを推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達することを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法。
【請求項５】
反力アクチュエータとして反力モータを用いた操舵装置と転舵用アクチュエータとして転舵モータを用いた転舵装置を備えた車両用ステアバイワイヤシステムにおいて、反力モータに加わる入力トルクを反力モータのモータ電流と反力モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、転舵モータに加わる入力トルクを転舵モータのモータ電流と転舵モータのロータ位置に基づいて推定し、その推定した入力トルクを転舵モータへ伝達するとともにその推定した入力トルクを任意の伝達倍率倍して反力モータへ伝達し、反力モータのロータ位置と転舵モータのロータ位置の偏差を位置制御用ゲイン倍し、トルクに変換して転舵モータへ伝達することを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法において、転舵モータは複数個であることを特徴とする車両用ステアバイワイヤシステムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１６８０１７（Ｐ２０１０−１６８０１７Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４７７６（Ｐ２００９−１４７７６）
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年８月７，８日社団法人電気学会「回転機・リニアドライブ合同研究会」において文書をもって発表
【出願人】（５９５１０６９４７）
【出願人】（５０９０２５８５４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年８月７，８日社団法人電気学会「回転機・リニアドライブ合同研究会」において文書をもって発表
【出願人】（５９５１０６９４７）
【出願人】（５０９０２５８５４）
【Ｆターム（参考）】
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