(57)【要約】      （修正有）【課題】自動運転中にモータの２つを連動してステアリング軸を駆動する場合、２つのモータ間に位相の遅れのない乗り心地の良い自動運転装置を提供する。【解決手段】所定周期毎に入力されるモータ回転角指令に基づいて駆動力を発生する２つのモータ２１Ａ、２１Ｂにより、１つの操舵機構の２つのモータ回転角を制御する位置、速度、及び電流制御部を２つ有する自動運転装置において、２つのモータ実回転角を検出する回転角センサ２２Ａ、２２Ｂと、２つのモータ実回転角を微分してモータ実回転速度を演算する回転速度演算手段と、２つのモータ実電流を検出するモータ実電流検出センサ３５Ａ、３５Ｂと、モータ回転角の制御を行う制御手段を備え、制御手段は、２つのモータ実回転角の差分をそれぞれの位置制御指令部に加算し、２つのモータ実回転速度の差分をそれぞれの速度制御指令部に加算し、２つのモータ実電流の差分をそれぞれの電流制御指令部に加算する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周期毎に入力されるモータ回転角指令に基づいて駆動力を発生する２つのモータにより、１つの操舵機構の２つのアクチュエータであるモータ回転角を制御する位置制御部、速度制御部、及び電流制御部を２つ有する自動運転装置において、
前記２つのモータ実回転角をそれぞれ検出する２つのモータ回転角センサと、
前記２つのモータ実回転角を微分して２つのモータ実回転速度を演算する２つのモータ実回転速度演算手段と、
前記２つのモータ実電流をそれぞれ検出する２つのモータ実電流検出センサと、
前記モータ回転角の制御を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記２つのモータ実回転角の差分をそれぞれの位置制御指令部に加算するとともに、前記２つのモータ実回転速度の差分をそれぞれの速度制御指令部に加算するとともに、前記２つのモータ実電流の差分をそれぞれの電流制御指令部に加算すること、
を特徴とする自動運転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの電動モータを有する自動運転装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの電動モータを有する操舵装置においては、２つの電動モータの間に介在するメカ機構に考慮して、２つの電動モータに同一制御状態量を、同時に入力指令としてフィードバック制御則を構成することはしていない。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の操舵装置では、２つの電動モータのうち、操舵トルクセンサに近い方の電動モータはフィードバック制御により駆動し、操舵トルクセンサから離れた方の電動モータはフィードフォワード制御により駆動している。そうすることにより、２つの電動モータの間に介在するメカ機構の影響を低減しつつ、位相の遅れを抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５６５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記方法では、操舵トルクセンサから離れた方の電動モータはフィードフォワード制御により駆動しているため、フィードバック制御でなく、オープンループ制御であるため、確実に電動モータが駆動しているという保証がない、という虞があった。
【０００６】
本発明の目的は、自動運転中に電動モータの２つを連動してステアリング軸を駆動する場合、フィードバック制御で確実に電動モータを駆動し、２つの電動モータ間に位相の遅れのない、乗り心地の良い自動運転装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、所定周期毎に入力されるモータ回転角指令に基づいて駆動力を発生する２つのモータにより、１つの操舵機構の２つのアクチュエータであるモータ回転角を制御する位置制御部、速度制御部、及び電流制御部を２つ有する自動運転装置において、前記２つのモータ実回転角をそれぞれ検出する２つのモータ回転角センサと、前記２つのモータ実回転角を微分して２つのモータ実回転速度を演算する２つのモータ実回転速度演算手段と、前記２つのモータ実電流をそれぞれ検出する２つのモータ実電流検出センサと、前記モータ回転角の制御を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記２つのモータ実回転角の差分をそれぞれの位置制御指令部に加算するとともに、前記２つのモータ実回転速度の差分をそれぞれの速度制御指令部に加算するとともに、前記２つのモータ実電流の差分をそれぞれの電流制御指令部に加算することを、要旨とする。
【０００８】
本請求項の自動運転装置では、２つのモータ実回転角の差分をそれぞれの位置制御指令部に加算するとともに、２つのモータ実回転速度の差分をそれぞれの速度制御指令部に加算するとともに、２つのモータ実電流の差分をそれぞれの電流制御指令部に加算する構成とした。
【０００９】
即ち、２つのモータは、それぞれが位置制御部、速度制御部、及び電流制御部を有することにより、フィードバック制御を実行するとともに、２つのモータ実回転角の差分をそれぞれの位置制御指令部に加算することにより、２つのモータ実回転角の位相差を最小にすることができる。また、２つのモータ実回転速度の差分をそれぞれの速度制御指令部に加算することにより、２つのモータ実回転速度の位相差を最小にすることができる。更に、２つのモータ実電流の差分をそれぞれの電流制御指令部に加算することにより、２つのモータ実電流の位相差を最小にすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、自動運転中に電動モータの２つを連動してステアリング軸を駆動する場合、フィードバック制御で確実に電動モータを駆動し、２つの電動モータ間に位相の遅れのない、乗り心地の良い自動運転装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態における自動運転装置の概略構成図。
【図２】本実施形態における自動運転装置のＥＰＳＥＣＵの制御ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、コラム型の電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳという）を備えた自動運転装置１に具体化した本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、所定周期毎に入力される自動運転位置指令である第１モータ回転角指令θｒ１*、及び第２モータ回転角指令θｒ２*（本実施例は、θｒ１*＝θｒ２*）に基づいて操舵機構の第１アクチュエータ２４Ａである第１モータ実回転角θｍ１、及び操舵機構の第２アクチュエータ２４Ｂである第２モータ実回転角θｍ２を制御する本実施形態の自動運転装置１は、所定周期毎に入力される第１モータ回転角指令θｒ１*（第２モータ回転角指令θｒ２*）を車内ネットワーク９０（ＣＡＮ）を介して、ＥＰＳＥＣＵ２７に送信する上位コントローラである自動運転ＥＣＵ２９を有している。
【００１３】
次に、本実施形態のＥＰＳについて説明する。図1に示すように、本実施形態のＥＰＳにおいて、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。
【００１４】
尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の操舵角が変更されるようになっている。
【００１５】
また、ＥＰＳは、第１モータ２１Ａと、第２モータ２１Ｂの２つのモータを駆動源として、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する第１、及び第２操舵力補助装置としてのアクチュエータ（２４Ａ、２４Ｂ）と、アクチュエータ（２４Ａ、２４Ｂ）の作動を制御するＥＰＳＥＣＵ２７とを備えている。
【００１６】
本実施形態のアクチュエータ２４（２４Ａ、２４Ｂ）は、コラム型、及びピニオン型のアクチュエータであり、その駆動源である２つのモータのうち、第１モータ２１Ａは、第１減速機構２３Ａを介してコラムシャフト８と、又、第２モータ２１Ｂは、第２減速機構２３Ｂを介してピニオンシャフト１０とそれぞれ駆動連結されている。そして、第１モータ２１Ａの回転を第１減速機構２３Ａにより、又、第２モータ２１Ｂの回転を第２減速機構２３Ｂにより減速してコラムシャフト８、及びピニオンシャフト１０に伝達することによって、その合成モータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。
【００１７】
一方、ＥＰＳＥＣＵ２７には、車速センサ２５、第１モータ回転角センサ２２Ａ、及び第２モータ回転角センサ２２Ｂが接続されており、ＥＰＳＥＣＵ２７は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速Ｖ、第１モータ実回転角θｍ１、及び第２モータ実回転角θｍ２を検出する。
【００１８】
図２は、本実施形態の自動運転装置のＥＰＳＥＣＵ２７の制御ブロック図である同図に示すように、ＥＰＳＥＣＵ２７は、自動運転時の制御系を構築する制御手段であるＥＰＳ用マイコン５０と、第１モータ２１Ａを駆動する第１駆動回路部３４Ａと、第１モータ実電流Ｉ１を検出する第１モータ実電流検出センサ３５Ａと、第２モータ２１Ｂを駆動する第２駆動回路部３４Ｂと、第２モータ実電流Ｉ２を検出する第２モータ実電流検出センサ３５Ｂで構成されている。
【００１９】
ＥＰＳ用マイコン５０は、第１モータ２１Ａを制御する第１モータ用制御部５１と、第２モータ２１Ｂを制御する第２モータ用制御部５２と、モータ実回転速度演算手段である第１微分器３６Ａ、及び第２微分器３６Ｂを有している。更に、ＥＰＳ用マイコン５０は、２つのモータ実回転角の差分を算出する減算器４５と、２つのモータ実回転速度の差分を算出する減算器４６、及び、２つのモータ実電流の差分を算出する減算器４７を有している。
【００２０】
詳述すると、第１モータ２１Ａを制御する第１モータ用制御部５１は、第１モータ回転角指令θｒ１*と、第１モータ実回転角θｍ１と、第１モータ実回転角と第２モータ実回転角との差Δθｍを加減算器４０Ａで加減算した後算出される第１モータ回転角偏差値Δθｒ１を第１位置制御部３０Ａで比例制御（Ｐ制御）する。
【００２１】
更に、第１モータ２１Ａを制御する第１モータ用制御部５１は、第１位置制御部３０Ａで生成され出力される第１モータ回転速度指令ω１*と、第１モータ実回転速度ω１と、第１モータ実回転速度と第２モータ実回転速度との差Δωを加減算器４１Ａで加減算した後算出される第１モータ回転速度偏差Δω１を第１速度制御部３１Ａで比例、積分、微分制御（ＰＩＤ制御）する。
【００２２】
更に、第１モータ２１Ａを制御する第１モータ用制御部５１は、第１速度制御部３１Ａで生成され出力される第１モータ電流指令Ｉ１*と、第１モータ実電流Ｉ１と、第１モータ実電流と第２モータ実電流との差ΔＩを加減算器４２Ａで加減算した後算出される第１モータ電流偏差ΔＩ１を第１電流制御部３２Ａで比例、積分、微分制御（ＰＩＤ制御）する。
【００２３】
更に、第１モータ２１Ａを制御する第１モータ用制御部５１は、第１電流制御部３２Ａで生成され出力される第１モータ電圧指令Ｖ１＊を第１ＰＷＭ出力部３３Ａに出力する。第１ＰＷＭ出力部３３Ａは、入力された第１モータ電圧指令Ｖ１＊をモータ制御信号（ＤＵＴＹ信号）に変換し、第１駆動回路部３４Ａに出力する。
【００２４】
一方、第２モータ２１Ｂを制御する第２モータ用制御部５２は、第２モータ回転角指令θｒ２*と、第２モータ実回転角θｍ２と、第１モータ実回転角と第２モータ実回転角との差Δθｍを加減算器４０Ｂで加減算した後算出される第２モータ回転角偏差値Δθｒ２を第２位置制御部３０Ｂで比例制御（Ｐ制御）する。
【００２５】
更に、第２モータ２１Ｂを制御する第２モータ用制御部５２は、第２位置制御部３０Ｂで生成され出力される第２モータ回転速度指令ω２*と、第２モータ実回転速度ω２と、第１モータ実回転速度と第２モータ実回転速度との差Δωを加減算器４１Ｂで加減算した後算出される第２モータ回転速度偏差Δω２を第２速度制御部３１Ｂで比例、積分、微分制御（ＰＩＤ制御）する。
【００２６】
更に、第２モータ２１Ｂを制御する第２モータ用制御部５２は、第２速度制御部３１Ｂで生成され出力される第２モータ電流指令Ｉ２*と、第２モータ実電流Ｉ２と、第１モータ実電流と第２モータ実電流との差ΔＩを加減算器４２Ｂで加減算した後算出される第２モータ電流偏差ΔＩ２を第２電流制御部３２Ｂで比例、積分、微分制御（ＰＩＤ制御）する。
【００２７】
更に、第２モータ２１Ｂを制御する第２モータ用制御部５２は、第２電流制御部３２Ｂで生成され出力される第２モータ電圧指令Ｖ２＊を第２ＰＷＭ出力部３３Ｂに出力する。第２ＰＷＭ出力部３３Ｂは、入力された第２モータ電圧指令Ｖ２＊をモータ制御信号（ＤＵＴＹ信号）に変換し、第２駆動回路部３４Ｂに出力する。
【００２８】
また、ＥＰＳ用マイコン５０は、第１モータ回転角センサ２２Ａから検出される第１モータ実回転角θｍ１と、第２モータ回転角センサ２２Ｂから検出される第２モータ実回転角θｍ２を減算器４５で減算し、第１モータ実回転角と第２モータ実回転角との差Δθｍを生成する。そして、生成された第１モータ実回転角と第２モータ実回転角との差Δθｍは、第１モータ用制御部５１の加減算器４０Ａと、第２モータ用制御部５２の加減算器４０Ｂに入力される。
【００２９】
また、ＥＰＳ用マイコン５０は、モータ実回転速度演算手段である第１微分器３６Ａで生成される第１モータ実回転速度ω１と、第２微分器３６Ｂで生成される第２モータ実回転速度ω２を減算器４６で減算し、第１モータ実回転速度と第２モータ実回転速度との差Δωを生成する。そして、生成された第１モータ実回転速度と第２モータ実回転速度との差Δωは、第１モータ用制御部５１の加減算器４１Ａと、第２モータ用制御部５２の加減算器４１Ｂに入力される。
【００３０】
また、ＥＰＳ用マイコン５０は、第１モータ実電流検出センサ３５Ａから検出される第１モータ実電流Ｉ１と、第２モータ実電流検出センサ３５Ｂから検出される第２モータ実電流Ｉ２を減算器４７で減算し、第１モータ実電流と第２モータ実電流との差ΔＩを生成する。そして、生成された第１モータ実電流と第２モータ実電流との差ΔＩは、第１モータ用制御部５１の加減算器４２Ａと、第２モータ用制御部５２の加減算器４２Ｂに入力される。
【００３１】
第１駆動回路部３４Ａ、及び第２駆動回路部３４Ｂは、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（アーム）として各相に対応する２つのアームを並列接続してなる公知のＰＷＭインバータ（図示せず）である。また、ＥＰＳ用マイコン５０の出力するモータ制御信号は、第１駆動回路部３４Ａ、及び第２駆動回路部３４Ｂを構成する各スイッチング素子のオンデューティ比を規定するものとなっている。モータ制御信号が各スイッチング素子のゲート端子に印加され、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン／オフすることにより、バッテリ（図示せず）の電源電圧に基づくモータ駆動電力を生成して、第１モータ２１Ａ、及び第２モータ２１Ｂへと出力する構成になっている。
【００３２】
次に、上記のように構成された本実施形態の自動運転装置１の作用及び効果について説明する。
所定周期毎に入力される第１モータ回転角指令θｒ１*、及び第２モータ回転角指令θｒ２*（本実施例では、θｒ１*＝θｒ２*）に基づいて駆動力を発生する第１モータ２１Ａ、及び第２モータ２１Ｂにより、操舵機構の第１アクチュエータ２４Ａである第１モータ実回転角θｍ１、及び操舵機構の第２アクチュエータ２４Ｂである第２モータ実回転角θｍ２を制御する位置制御部（３０Ａ、３０Ｂ）、速度制御部（３１Ａ，３１Ｂ）、及び電流制御部（３２Ａ、３２Ｂ）を２つ有する自動運転装置１において、第１モータ２１Ａの第１モータ実回転角θｍ１を検出する第１モータ回転角センサ２２Ａ、及び第２モータ２１Ｂの第２モータ実回転角θｍ２を検出する第２モータ回転角センサ２２Ｂと、第１モータ２１Ａの第１モータ実回転角θｍ１を微分して第１モータ実回転速度ω１を演算するモータ実回転速度演算手段である第１微分器３６Ａと、第２モータ２１Ｂの第２モータ実回転角θｍ２を微分して第２モータ実回転速度ω２を演算するモータ実回転速度演算手段である第２微分器３６Ｂと、第１モータ２１Ａの第１モータ実電流Ｉ１を検出する第１モータ実電流検出センサ３５Ａと、第２モータ２１Ｂの第２モータ実電流Ｉ２を検出する第２モータ実電流検出センサ３５Ｂと、第１モータ２１Ａの第１モータ実回転角θｍ１、及び第２モータ２１Ｂの第２モータ実回転角θｍ２の制御を行う制御手段としてのＥＰＳ用マイコン５０と、を備え、ＥＰＳ用マイコン５０は、第１モータ実回転角と第２モータ実回転角との差Δθｍを加減算器４０Ａ、及び加減算器４０Ｂに加算するとともに、第１モータ実回転速度と第２モータ実回転速度との差Δωを加減算器４１Ａ、及び加減算器４１Ｂに加算するとともに、第１モータ実電流と第２モータ実電流との差ΔＩを加減算器４２Ａ、及び加減算器４２Ｂに加算する構成とした。
【００３３】
即ち、２つのモータは、それぞれが位置制御部、速度制御部、及び電流制御部を有することにより、フィードバック制御を実行するとともに、２つのモータ実回転角の差分をそれぞれの位置制御指令部に加算することにより、２つのモータ実回転角の位相差を最小にすることができる。また、２つのモータ実回転速度の差分をそれぞれの速度制御指令部に加算することにより、２つのモータ実回転速度の位相差を最小にすることができる。更に、２つのモータ実電流の差分をそれぞれの電流制御指令部に加算することにより、２つのモータ実電流の位相差を最小にすることができる。
【００３４】
その結果、自動運転中に電動モータの２つを連動してステアリング軸を駆動する場合、フィードバック制御で確実に電動モータを駆動し、２つの電動モータ間に位相の遅れのない、乗り心地の良い自動運転装置を提供することができる。
【００３５】
尚、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、２つのモータをコラムシャフト８及びピニオンシャフト１０に設置したが、このような構造に限ったことではなく、他のモータをコラムシャフト８の別の場所に設置してもよい。
【００３６】
・本実施形態では、２つのモータの場合を示したが、モータは２つ以上、何個設置してもよい。
【００３７】
・本実施形態では、本発明をコラムアシストＥＰＳに具体化したが、本発明をラックアシストＥＰＳやピニオンアシストＥＰＳに適用してもよい。
【００３８】
・本実施形態では、本発明をアクチュエータ２４の駆動源であるモータ（２１Ａ、２１Ｂ）として、ＤＣモータに具体化したが、本発明を三相のブラシレスＤＣモータ、誘導モータ、及びステッピングモータとしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１：自動運転装置、２：ステアリング、３：ステアリングシャフト、
４：ラックアンドピニオン機構、５：ラック軸、８：コラムシャフト、
９：インターミディエイトシャフト、１０：ピニオンシャフト、１１：タイロッド、１２：転舵輪、２１Ａ：第１モータ、２１Ｂ：第２モータ、
２２Ａ：第１モータ回転角センサ、２２Ｂ：第２モータ回転角センサ、
２３Ａ：第１減速機構、２３Ｂ：第２減速機構、
２４Ａ：第１アクチュエータ、２４Ｂ：第２アクチュエータ、
２５：車速センサ、２７：ＥＰＳＥＣＵ、２９：自動運転ＥＣＵ、
３０Ａ：第１位置制御部、３１Ａ：第１速度制御部、３２Ａ：第１電流制御部、
３３Ａ：第１ＰＷＭ出力部、３４Ａ：第１駆動回路部、
３５Ａ：第１モータ実電流検出センサ、
３６Ａ：第１微分器（モータ実回転速度演算手段）、
３０Ｂ：第２位置制御部、３１Ｂ：第２速度制御部、３２Ｂ：第２電流制御部、
３３Ｂ：第２ＰＷＭ出力部、３４Ｂ：第２駆動回路部、
３５Ｂ：第２モータ実電流検出センサ、
３６Ｂ：第２微分器（モータ実回転速度演算手段）、
４０Ａ、４１Ａ、４２Ａ、４０Ｂ、４１Ｂ、４２Ｂ：加減算器、
４５、４６、４７：減算器、５０：ＥＰＳ用マイコン（制御手段）、
５１：第１モータ用制御部、５２：第２モータ用制御部、
９０：車内ネットワーク（ＣＡＮ）、
Ｖ：車速、
θｒ１*：第１モータ回転角指令（自動運転位置指令）、
θｒ２*：第２モータ回転角指令（自動運転位置指令）、
θｍ１：第１モータ実回転角、θｍ２：第２モータ実回転角、
Δθｒ１：第１モータ回転角偏差値、Δθｒ２：第２モータ回転角偏差値、
Δθｍ：第１モータ実回転角と第２モータ実回転角との差、
ω１*：第１モータ回転速度指令、ω２*：第２モータ回転速度指令、
ω１：第１モータ実回転速度、ω２：第２モータ実回転速度、
Δω１：第１モータ回転速度偏差、Δω２：第２モータ回転速度偏差、
Δω：第１モータ実回転速度と第２モータ実回転速度との差、
Ｉ１*：第１モータ電流指令、Ｉ２*：第２モータ電流指令、
Ｉ１：第１モータ実電流、Ｉ２：第２モータ実電流、
ΔＩ１：第１モータ電流偏差、ΔＩ２：第２モータ電流偏差、
ΔＩ：第１モータ実電流と第２モータ実電流との差、
Ｖ１＊：第１モータ電圧指令、Ｖ２＊：第２モータ電圧指令
【図１】
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【図２】
2016132408.tif 000004