(57)【要約】従来の力帰還型あるいは並列型バイラテラルサーボ構成に必要なマスタの位置（回転運動においては角度）センサと力（回転運動においてはトルク）センサを互いに冗長センサとして使用する。力帰還型あるいは並列型バイラテラルサーボにおいて、故障したセンサを他のセンサにより代替してスレーブの目標位置（角度）を決定することができるため、制御動作を継続することができる。また、本来はバイラテラルサーボのために備えたセンサを冗長センサの代わりに活用するので、より低いセンサの冗長度で所定の信頼度を有する制御装置が実現可能となる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作端であるマスタと作用端であるスレーブとを有し、前記マスタは前記スレーブの制御目標値を決定するための第１のセンサと、当該マスタへの反力を制御するための第２のセンサとを有し、前記スレーブにおける反力が前記マスタに作用するマスタ・スレーブ制御系のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記マスタが有する前記第１のセンサの出力と前記第２のセンサの出力により前記スレーブの制御目標値を決定する演算手段を有するバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項２】
力帰還型のバイラテラルサーボ制御装置である特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項３】
並列型のバイラテラルサーボ制御装置である特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項４】
特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記演算手段は、前記第２のセンサの出力と相関する値を前記第１のセンサの出力に加算して前記スレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項５】
特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記演算手段は、前記第２のセンサの出力と相関する値と前記マスタの制御目標値との差分を前記第１のセンサの出力に加算して前記スレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項６】
特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記演算手段は、前記第２のセンサの出力と相関する値を、前記第１のセンサの出力と多数決をとって前記スレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項７】
特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記演算手段は、前記第２のセンサの出力と相関する値と前記マスタの制御目標値との差分を、前記第１のセンサの出力と多数決をとって前記スレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項８】
特許請求の範囲第４項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
比例演算器を有し、前記比例演算器に前記第２のセンサの出力が入力され、前記比例演算器が前記第２のセンサの出力と相関する値を出力するバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項９】
特許請求の範囲第８項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記比例演算器は、ゼロ付近に不感帯要素を含むものであるバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項１０】
特許請求の範囲第５項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
比例演算器を有し、前記比例演算器に前記第２のセンサの出力が入力され、前記比例演算器が前記第２のセンサの出力と相関する値を出力するバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項１１】
特許請求の範囲第１０項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記比例演算器は、ゼロ付近に不感帯要素を含むものであるバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項１２】
特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記第１のセンサの出力が正常か異常かを検査する検査手段を有し、
前記検査手段が前記第１のセンサの出力が正常であると判断した場合には前記第１のセンサの出力により前記スレーブの制御目標値を決定し、前記検査手段が前記第１のセンサの出力が異常であると判断した場合には前記第２のセンサの出力によりスレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項１３】
特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記第１のセンサの出力が正常か異常かを検査する検査手段を有し、
前記検査手段が前記第１のセンサの出力が正常であると判断した場合には前記第１のセンサの出力により前記スレーブの制御目標値を決定し、前記検査手段が前記第１のセンサの出力が異常であると判断した場合には前記第２のセンサの出力と前記マスタの制御目標値との差分によりスレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項１４】
特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記マスタは自動車の操舵操縦用のステアリングコラムを有し、前記スレーブは自動車のステアリング機構を有し、自動車用ステアリング制御装置をなしているバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項１５】
特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記マスタは自動車の制動操作用のブレーキペダルを有し、前記スレーブは自動車のステアリング機構を有し、自動車用制動制御装置をなしているバイラテラルサーボ制御装置。
【請求項１６】
特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラルサーボ制御装置において、
前記マスタは航空機のコントロールコラムまたはサイドスティックなどの操作部材を有し、前記スレーブは航空機の舵面制御機構を有し、航空機用操舵制御装置をなしているバイラテラルサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、バイラテラルサーボ制御装置によるマスタ・スレーブ制御系に関し、さらに詳細には、操作力覚が得られるようスレーブ（作用端）の反力がマスタ（操作端）に作用する力帰還型あるいは並列型のバイラテラルサーボ制御装置に関する。
【背景技術】  近年、リンク機構等の機械的機構で実現されていた古典的な機械式の操縦操作装置が、操作者の操作量を電気信号に置き換え、電気信号によって被操作物（作用端）を操作（制御）する電気式操縦操作装置に置き換わってきている。
航空機制御では、Ｆｌｙ−ｂｙ−Ｗｉｒｅが、自動車制御ではＸ−ｂｙ−Ｗｉｒｅが、その好例であり、これらは、操作端であるマスタと作用端であるスレーブとによるマスタ・スレーブ制御系をなす。
そして、これらは、スレーブの動作時に生じる反力をマスタに戻し、マスタ側で操作力覚が得られるようにするバイラテラルサーボ制御装置として構成される（例えば、日本国特許庁公開特許公報：特開平１０−２０２５５８、特開２００３−１１８３８）。
バイラテラルサーボは、参考文献（ｈｔｔｐ：／／ｐａｒａｄｉｓｅ．ｋｚ．ｔｓｕｋｕｂａ．ａｃ．ｊｐ／〜ｌａｂｈｐ／ｌａｂｏ／ｓｔｕｄｙ／ｆｏｒｃｅ／ｂｉｌａｔｅｒａｌ．ｈｔｍｌ）に記されているように、大別して対称型、力逆送型、力帰還型、並列型に分類される。
現在では、力帰還型バイラテラルサーボが最も広く用いられており、今後、モデルベース制御技術が発達し、位置指令生成部の設計技術が確立すれば、最も特性の面で優れている並列型バイラテラルサーボが主流となろう。
これらのうち、力帰還型、並列型は、対称型、力逆送型に比べて操作性が優れている一方、位置（角度）センサ、力（トルク）センサを必要としている。
力帰還型バイラテラルサーボでは、マスタの位置（角度）センサ出力によりスレーブの目標位置（角度）が決定され、マスタへの反力の応答特性を改善するためにマスタに力（トルク）センサが取り付けられている。つまり、スレーブはマスタとスレーブとの位置偏差によるスレーブの位置制御を、マスタはマスタとスレーブとの力の偏差によるマスタの力制御を行う。
航空機制御や自動車制御の用途では、従来は、故障に備えて機械的なバックアップ機構を有していたが、機械的機構がなくなるにつれて、電気的機構の高信頼化が必要となってきている。
自動車を電気的に制御するＸ−ｂｙ−Ｗｉｒｅのなかでも、ステアリングを電気的に制御するＳｔｅｅｒ−ｂｙ−Ｗｉｒｅは、故障時に安全を保証する（フェールセーフな）ステアリング位置が存在しないために、特に高い信頼性が要求される。
Ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−Ｗｉｒｅの高信頼化に関しては、異常時には全油圧に油圧経路を切替えてフェールセーフを行うもの（例えば、日本国特許庁公開特許公報：特開平７−１２５６４３）、Ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステムの故障時にはブレーキで車両を旋回させるように制御するもの（例えば、日本国特許庁公開特許公報：特開平１１−３３４５５９、特開２００３−６３３７３）等の従来技術がある。
上記従来技術によれば、Ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステムの信頼性を向上させることができるが、センサの故障に対してさらに考慮が必要である。従来技術では、センサの故障に対してはセンサを多重化する以外に対策がなかった。従って、所定の信頼度を確保するためには、センサを充分に冗長に持たなければならず、コスト上昇に繋がる。
本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、より低いセンサの冗長度で所定の信頼度を有するバイラテラルサーボ制御装置を提供することを目的としている。
【発明の開示】
上記目的を達成するために、本発明では、特にスレーブ（作用端）からの反力がマスタ（操作端）に作用するバイラテラルサーボの高信頼化を対象にして、力帰還形及び並列型バイラテラルサーボ構成に必要なマスタの位置（回転運動においては角度）センサと力（回転運動においてはトルク）センサを互いに冗長センサとして使用する。
力帰還型バイラテラルサーボ装置、並列型バイラテラルサーボ装置型は、位置（角度）センサ、力（トルク）センサを必要としている。これらのセンサを互いに冗長センサとして使用すれば、センサの故障に対する耐故障性を持たせることができる。
つまり、力帰還形バイラテラルサーボでは、マスタの位置（角度）センサ出力によりスレーブの目標位置（角度）が決定され、マスタへの反力の応答特性を改善するためにマスタに力（トルク）センサが取り付けられている。ここで、本発明では、マスタの位置（角度）センサ故障時にはマスタの力（トルク）センサ出力によりスレーブの目標位置（角度）を決定する。
また、並列型バイラテラルサーボでは、マスタの力（トルク）センサによりスレーブの目標位置（角度）が決定され、マスタへの反力の応答特性を改善するためにマスタに位置（角度）センサが取り付けられている。ここで、本発明では、マスタの力（トルク）センサ故障時には、マスタの位置（角度）センサ出力によりスレーブの目標位置（角度）を決定する。
これにより、力帰還型あるいは並列型のバイラテラルサーボ制御装置では、故障したセンサを他のセンサにより代替してスレーブの目標位置（角度）を決定することができるため、制御動作を継続することができる。
本発明は、以下の（ａ）〜（ｌ）のバイラテラルサーボ制御装置を提供することができる。
（ａ）操作端であるマスタと作用端であるスレーブとを有し、前記マスタは前記スレーブの制御目標値を決定するための第１のセンサと、当該マスタへの反力を制御するための第２のセンサとを有し、前記スレーブにおける反力が前記マスタに作用するマスタ・スレーブ制御系の力帰還型あるいは並列型のバイラテラルサーボ制御装置において、前記マスタが有する前記第１のセンサの出力と前記第２のセンサの出力により前記スレーブの制御目標値を決定する演算手段を有するバイラテラルサーボ制御装置。
（ｂ）前記演算手段が、前記第２のセンサの出力と相関する値を前記第１のセンサの出力に加算して前記スレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
（ｃ）前記演算手段が、前記第２のセンサの出力と相関する値と前記マスタの制御目標値との差分を前記第１のセンサの出力に加算して前記スレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
（ｄ）前記演算手段が、前記第２のセンサの出力と相関する値を、前記第１のセンサの出力と多数決をとって前記スレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
（ｅ）前記演算手段が、前記第２のセンサの出力と相関する値と前記マスタの制御目標値との差分を、前記第１のセンサの出力と多数決をとって前記スレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
（ｆ）比例演算器を有し、前記比例演算器に前記第２のセンサの出力が入力され、前記比例演算器が前記第２のセンサの出力と相関する値を出力するバイラテラルサーボ制御装置。
（ｇ）前記比例演算器が、ゼロ付近に不感帯要素を含むものであるバイラテラルサーボ制御装置。
（ｈ）前記第１のセンサの出力が正常か異常かを検査する検査手段を有し、前記検査手段が前記第１のセンサの出力が正常であると判断した場合には前記第１のセンサの出力により前記スレーブの制御目標値を決定し、前記検査手段が前記第１のセンサの出力が異常であると判断した場合には前記第２のセンサの出力によりスレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
（ｉ）前記第１のセンサの出力が正常か異常かを検査する検査手段を有し、前記検査手段が前記第１のセンサの出力が正常であると判断した場合には前記第１のセンサの出力により前記スレーブの制御目標値を決定し、前記検査手段が前記第１のセンサの出力が異常であると判断した場合には前記第２のセンサの出力と前記マスタの制御目標値との差分によりスレーブの制御目標値を決定するバイラテラルサーボ制御装置。
（ｊ）前記マスタは自動車の操舵操縦用のステアリングコラムを有し、前記スレーブは自動車のステアリング機構を有し、自動車用ステアリング制御装置をなしているバイラテラルサーボ制御装置。
（ｋ）前記マスタは自動車の制動操作用のブレーキペダルを有し、前記スレーブは自動車のステアリング機構を有し、自動車用制動制御装置をなしているバイラテラルサーボ制御装置。
（ｌ）前記マスタは航空機のコントロールコラムまたはサイドスティックなどの操作部材を有し、前記スレーブは航空機の舵面制御機構を有し、航空機用操舵制御装置をなしているバイラテラルサーボ制御装置。
従って、力帰還形あるいは並列型バイラテラルサーボにおいて、故障したセンサを他のセンサにより代替してスレーブの目標位置（角度）を決定することができるため、制御動作を継続することができる。また、本来はバイラテラルサーボのために備えたセンサを冗長センサの代わりに活用するので、より低いセンサの冗長度で所定の信頼度を有する制御装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明によるバイラテラルサーボ制御装置の基本構成を示すブロック線図、図２は本発明装置を力帰還型バイラテラルサーボ制御装置として適用した一つの実施形態を示すブロック線図、図３は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の他の実施形態を示すブロック線図、図４は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置のもう一つの実施形態を示すブロック線図、図５は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の他の実施形態を示すブロック線図、図６は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置のもう一つの実施形態を示すブロック線図、図７は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の一つの実施形態を示すブロック線図、図８は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の他の実施形態を示すブロック線図、図９は本発明装置を並列型バイラテラルサーボ制御装置として適用した一つの実施形態を示すブロック線図、図１０は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の他の実施形態を示すブロック線図、図１１は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の他の実施形態を示すブロック線図、図１２は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置のもう一つの実施形態を示すブロック線図、図１３は本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の他の実施形態を示すブロック線図、図１４はステアリングコラムを有するマスタの一つの実施形態を示すブロック線図、図１５はステアリングコラムを有するマスタの他の実施形態を示すブロック線図、図１６はステアリング機構を有するスレーブの一つの実施形態を示すブロック線図、図１７はステアリング機構を有するスレーブの他の実施形態を示すブロック線図、図１８はステアリング機構を有するスレーブのもう一つの実施形態を示すブロック線図、図１９はステアリング機構を有するスレーブの他の実施形態を示すブロック線図、図２０はブレーキペダルを有するマスタの一つの実施形態を示すブロック線図、図２１はブレーキ機構を有するスレーブの一つの実施形態を示すブロック線図、図２２はブレーキ制御のための本発明によるバイラテラルサーボ制御装置の一つの実施形態を示すブロック線図、図２３は操作部材を有するマスタの一つの実施形態を示すブロック線図、図２４は舵面制御機構を有するスレーブの一つの実施形態を示すブロック線図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明に係る好適な実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明によるバイラテラルサーボ制御装置の基本構成を示している。
バイラテラルサーボ制御装置は、操作端であるマスタ１００と、作用端であるスレーブ２００と、スレーブ制御器３０と、マスタ制御器４０とを有する。
マスタ１００は、位置（角度）センサ１０１と、力（トルク）センサ１０２とを有し、本来のスレーブの制御のためのセンサ出力である通常センサ出力（第１のセンサ出力）と、バイラテラルサーボの反力制御出力のためのセンサ出力である補助センサ出力（第２のセンサ出力）を生成する。
スレーブ制御器３０は、マスタ１００が出力する通常センサ出力と補助センサ出力とを入力し、通常センサ出力と補助センサ出力とによりスレーブ２００の制御目標値を決定し、決定した制御目標値とスレーブ２００のセンサ出力に基づき制御出力Ｙｓを生成する。
マスタ制御器４０は、マスタ１００が出力する補助センサ出力と反力目標値との差に基づいて反力制御出力Ｙｍを出力する。
力帰還型バイラテラルサーボでは、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍが通常センサ出力に相当し、マスタの力（トルク）センサ出力Ｆｍが補助センサ出力に相当する。これに対し、並列型バイラテラルサーボでは、マスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍが通常センサ出力に相当し、マスタの位置（角度）センサ出力Ｘｍが補助センサ出力に相当する。
従来技術の力帰還型バイラテラルサーボでは、マスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍがスレーブ２００への制御出力Ｙｓの演算に関係することはなく、∂Ｙｓ／∂Ｆｍ＝０である。同様に、従来技術の並列型バイラテラルサーボでは、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍがスレーブ２００への制御出力Ｙｓの演算に関係することはなく、∂Ｙｓ／∂Ｘｍ＝０である。
本発明によるバイラテラルサーボ制御装置では、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍとマスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍの両方によりスレーブ２００の操作量、つまり制御出力Ｙｓを決定する、即ち、∂Ｙｓ／∂Ｘｍ≠０かつ∂Ｙｓ／∂Ｆｍ≠０とする。これにより、マスタ１００に属する位置センサ、力センサの故障を許容することができる。
図２は、本発明装置を力帰還型バイラテラルサーボ制御装置として適用した一つの実施形態を示している。マスタ１００は、第１のセンサである位置（角度）センサ１０１と、第２のセンサである力（トルク）センサ１０２とを有し、スレーブ２００は、位置（角度）センサ２０１と、力（トルク）センサ２０２とを有する。
マスタ１００に設けられている位置（角度）センサ１０１が通常センサ出力として位置（角度）センサ出力Ｘｍを出力する。位置（角度）センサ出力Ｘｍは、スレーブ２００の位置（角度）目標値となり、加算点（演算器）５０１における演算によりスレーブ２００の位置（角度）センサ２０１の出力Ｘｓとの偏差がサーボ制御器３００に入力される。
なお、図示されていないが、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍに係数を乗じた値をスレーブ２００の位置（角度）目標値としてもよい。
サーボ制御器３００は、位置（角度）目標値Ｘｍと位置（角度）センサ出力Ｘｓとの偏差に基づいてスレーブ２００への制御出力Ｙｓを生成する。サーボ制御器３００の伝達関数Ｇ（ｓ）は、ＰＩ制御（比例・積分制御）の場合には、ゲインをＫ、時定数とＴ、ラプラス演算子をｓとすると、
Ｇ（ｓ）＝Ｋ｛１＋（１／（Ｔｓ））｝
となる。
同様に、スレーブ２００の力（トルク）センサ２０２の出力Ｆｓは、マスタ１００への反力の目標値となり、加算点（演算器）５０３における演算により、反力目標値と補助センサ出力であるマスタ１００の力（トルク）センサ１０２の出力Ｆｍとの偏差がサーボ制御器４００に入力される。サーボ制御器４００は、反力目標値Ｆｓと力（トルク）センサ出力Ｆｍとの偏差に基づいてマスタ１００への制御出力Ｙｍを生成する。
なお、図示されていないが、スレーブ２００の力（トルク）センサ出力Ｆｓに係数を乗じたものをマスタ１００への反力の目標値としてもよい。
サーボ制御器４００の伝達関数は、前述の制御器３００の伝達関数と同様に決定される。
ここまでの動作は、従来の力帰還型バイラテラルサーボ制御装置と同じである。
さらに、本発明の力帰還型バイラテラルサーボ制御装置では、補助センサ出力であるマスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍが、伝達関数Ｈ（ｓ）による比例演算要素（関数発生器ｏｒゲイン設定器？？？）３１０を介して加算点（演算器）５０２に入力され、加算点５０２において通常センサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍに加えられる。
比例演算要素３１０はマスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍの伝達関数Ｈ（ｓ）により表される関数計算により、力（トルク）センサ出力Ｆｍと相関性を有する値の出力を行うものである。
加算点５０２における加算値がスレーブ２００の位置（角度）目標値となり、この目標値とスレーブ２００の位置（角度）センサ出力Ｘｍとの偏差がサーボ制御器３００に入力され、この偏差に基づいてサーボ制御器３００がスレーブ３００への制御出力Ｙｓを生成する。
上述した本発明の特徴により、通常センサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍだけでなく、補助センサ出力であるマスタの力（トルク）センサ出力Ｆｍによってもスレーブ２００を制御できる。
従って、通常センサ出力を行うマスタ１００の位置（角度）センサ１０１が故障した場合であっても、補助センサ出力であるマスタ１００の力（トルク）センサ１０２のセンサ出力Ｆｍを用いてスレーブ２００を制御できる。
本発明が特に対象としている用途であるＸ−ｂｙ−ｗｉｒｅでは、スレーブ２００、すなわち、車体の挙動は、操作者Ｈを通じてマスタ１００、例えば、ステアリングコラム（ステアリングホイール）やブレーキペダルなどの運転操作器にフィードバックされているので、マスタ１００によりスレーブ２００が制御できれば、多少の操作性の低下が見られても、全く操作不能に陥ることはない。
図３は、本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の他の実施形態を示している。この実施形態では、反力生成部４１０で生成した値をマスタ１００への反力の目標値とし、マスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍとの差がサーボ制御器４００に入力され、サーボ制御器４００がマスタ１００への制御出力Ｙｍの演算を行う。
反力生成部４１０での反力生成の方法は、例えば、図４に示すように、Ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−Ｗｉｒｅ向けでは、スレーブ（車体）に取り付けられた横方向加速度センサ２０３の出力である横方向の加速度Ｇｙや、ヨーレートセンサ２０４の出力であるヨーレートωより反力を生成する方式や、図５に示すように、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍより反力を生成する方法などを適用できる。これらの方法は、簡単には、ヨーレートωや位置（角度）センサ出力Ｘｍに一定の係数を掛けてこれらの値に比例した反力の目標値を生成することが考えられる。
Ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−Ｂｒａｋｅの場合には、ヨーレートセンサ２０４の代わりに、減速度センサ２０５（図４参照）を用い、減速度に比例した値を反力の目標値とすることも考えられる。
これらの実施形態によれば、反力目標値の生成に関して、スレーブ２００の力（トルク）センサ２０２が不要となる利点がある。
図６は、本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置のもう一つの実施形態を示している。この実施形態では、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍをスレーブ２００の横方向の加速度Ｇｙまたはヨーレートωの目標値とし、目標値Ｘｍとスレーブ２００の横方向の加速度Ｇｙまたはヨーレートωとの偏差がサーボ制御器３００に入力され、この偏差に基づいてサーボ制御器３００がスレーブ２００への制御出力Ｙｓを生成する。
横方向加速度計の出力である横方向の加速度Ｇｙにより反力を生成する従来技術は、例えば、日本国特許庁公開特許公報：特開２００３−１１８３８号公報に示されており、この技術を、図７に示されているように、本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置に適用することができる。
また、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍにより反力を生成する従来技術も、同様に、日本国特許庁公開特許公報：特開２００３−１１８３８に示されており、この技術を、図８に示されているように、本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置に適用することができる。
本発明によれば、図７、図８に示されているように、日本国特許庁公開特許公報：特開２００３−１１８３８に示されている従来技術に、伝達関数Ｈ（ｓ）による比例演算要素３１０を介して力（トルク）センサ出力Ｆｍと等価のステアリングホイール１１０のトルク（Ｔｈ）を、位置（角度）センサ出力Ｘｍと等価のステアリングホイール１１０の角度（θｈ）に加えるだけで高信頼化を図ることができる。
日本国特許庁公開特許公報：特開２００３−１１８３８号公報に示されている従来技術では、ステアリングホイール１１０の角度θｈを検出する位置（角度）センサ１０１が故障すると、車両を制御することができないが、本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置では、ステアリングホイール１１０のトルクＴｈ、つまりステアリングホイール１１０を操作するために加えられた力に基づいてサーボ制御器３００により、車両の操舵制御を行うことができる。
これら図３〜図８に示されている実施形態では、図２に示されている実施形態と同様に、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍだけでなく、マスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍによってもスレーブ２００を制御できる。
従って、マスタ１００の位置（角度）センサ１０１が故障した場合であっても、マスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍを用いてスレーブ２００を制御できる。
図９は、本発明を並列型バイラテラルサーボ制御装置として適用した一つの実施形態を示している。なお、図９において、図２に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
並列型バイラテラルサーボ制御装置は、位置指令生成部６００を含み、マスタの力（トルク）センサ出力Ｆｍとスレーブの力（トルク）センサ出力Ｆｓとが加算点（演算器）５１１に入力される。
位置指令生成部６００は、加算点（演算器）５１１の出力、つまり、並列型バイラテラルサーボ制御装置における通常センサ出力であるマスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍと、スレーブ２００の力（トルク）センサ出力Ｆｓにより、マスタ１００及びスレーブ２００の位置（角度）目標値を生成する。
図では、マスタの力（トルク）センサ出力Ｆｍとスレーブの力（トルク）センサ出力Ｆｓに乗じられる係数が１．０の場合を示しているが、任意の係数を乗じた形とすることも可能である。
位置指令生成部６００が生成した位置（角度）目標値からスレーブ２００の位置（角度）センサ出力Ｘｓが加算点（演算器）５１２で減算された演算結果による偏差がサーボ制御器３００に入力される。サーボ制御器３００は、この偏差に基づいてスレーブ２００への制御出力Ｙｓを生成する。
また、位置指令生成部６００が生成した位置（角度）目標値から補助センサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍが加算点（演算器）５１３で減算された演算結果による偏差がサーボ制御器４００に入力される。サーボ制御器４００は、この偏差に基づいてマスタ１００への制御出力Ｙｍを生成する。
さらに、本発明では、補助センサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍが、伝達関数Ｈ（ｓ）による比例演算要素３１０を介して加算点（演算器）５１４において、通常センサ出力であるマスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍに加えられ、スレーブ２００の力（トルク）センサ出力Ｆｓと共に位置指令生成部６００に入力される。位置指令生成部６００では、これに基づいてマスタ１００及びスレーブ２００の位置（角度）目標値を生成する。
上述した本発明の特徴により、通常センサ出力であるマスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍだけでなく補助センサ出力であるマスタ２００の位置（角度）センサ出力Ｘｍによってもスレーブ２００を制御できる。
従って、通常センサ出力であるマスタ１００の力（トルク）センサ１０２が故障した場合であっても、補助センサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ１０１の出力Ｘｍを用いてスレーブ２００を制御できる。
図１０は、本発明を並列型バイラテラルサーボ制御装置として適用した他の実施形態を示している。
この実施形態では、補助センサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍと位置指令生成部６００で生成された制御目標値との差分（加算点５１３の出力）が、比例演算要素３１０を介して加算点５１４において通常センサ出力であるマスタの力（トルク）センサ出力Ｆｍに加えられ、スレーブ２００の力（トルク）センサ出力Ｆｓと共に位置指令生成部６００に入力される。位置指令生成部６００は、この入力に基づいてマスタ１００及びスレーブ２００の位置（角度）目標値を生成する。
図１０に示されている実施形態では、マスタ１００に操作力を加えることにより、マスタ１００の制御偏差、即ち、補助センサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍとマスタ１００への制御目標値との差分が生じ、その制御偏差によってもスレーブ２００を制御できる。
従って、通常センサ出力であるマスタ１００の力（トルク）センサ１０１が故障した場合であっても、補助センサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ１０２の出力Ｘｍを用いてスレーブ２００を制御できる。
図１１は、本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の他の実施形態を示している。この実施形態では、比例演算要素３１０がゼロ付近で不感帯を含む。
この実施形態では、補助センサ出力であるマスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍが通常センサ出力であるマスタの位置（角度）センサ出力Ｘｍに常時加算されるわけでなく、ある一定以上の力（トルク）がマスタ１００の加わった場合にのみ加算される。
従って、この実施形態によれば、操作者が、ある一定以上の力で操作したときにのみ、制御系は、緊急時と判断してマスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍによってスレーブを制御することができる。
なお、この実施形態は、図２に示されている型式のバイラテラルサーボ制御装置のみならず、図３〜図９に示されている型式のバイラテラルサーボ制御装置においても、比例演算要素３１０を不感帯付きのものとすれば、適用可能であることは、言うまでもない。
図１２は、本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置のもう一つの実施形態を示している。この実施形態では、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍを冗長化し、冗長化したマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍと共にマスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍも加えて多数決をとり、スレーブ２００の位置（角度）目標値を設定する。
なお、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍ、マスタ１００の力（トルク）センサ出力Ｆｍは、数値データであるので、これらの単純な多数決をとると、センサの誤差、アナログデジタル変換に際しての量子化誤差により、値が完全に一致することはないので、単純多数決をとる操作の代わりに中間値をとる操作、平均値をとる操作などが考えられる。
この実施形態は、図３〜図９に示されている実施形態にも同様に適用でき、何れの実施形態においても補助センサ出力値を比例演算器３１０を介して通常センサ出力を交えて多数決（または中間値、平均値）をとる操作を施せば、適用可能であることは言うまでもない。
図１３は、本発明による力帰還型バイラテラルサーボ制御装置の他の実施形態を示している。この実施形態では、通常のセンサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍの検査を行う検査部（検査手段）３２０と、検査部３２０の検査結果に応じて切替動作する切替スイッチｓｅｌとを有する。
切替スイッチｓｅｌは、通常のセンサ出力であるマスタの位置（角度）センサ出力Ｘｍと補助センサ出力であるマスタの力（トルク）センサ出力Ｆｍの何れか一方を選択するものであり、検査部３２０による検査結果が正常時には、マスタの位置（角度）センサ出力Ｘｍを選択し、これに対し検査部３２０がマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍの異常を検出した場合には、マスタの力（トルク）センサ出力Ｆｍを選択する。
検査部３２０の実現方法としては、通常のセンサ出力であるマスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍの値が一定の範囲に入っているのならば正常、一定の範囲に入っていないのならば異常と判断する方法や、マスタ１００の位置（角度）センサ出力Ｘｍを冗長化し、それらの差が一定の範囲に入っているのならば正常、一定の範囲に入っていないのならば異常と判断する方法などが考えられる。
以上、本実施形態では、力帰還型バイラテラルサーボの例を示したが、並列型バイラテラルサーボでも同様に実施可能であるのは言うまでもない。
本発明によるバイラテラルサーボ制御装置を自動車用ステアリング制御装置として適用した実施形態を、図１４〜図１９を参照して説明する。
図１４は、ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−ｗｉｒｅのマスタ１００、即ち、自動車等の車両のステアリングコラムの一つの実施形態を示している。マスタ１００は、ステアリングホイール１１０、トルクセンサ１１１、角度センサ１１２、反力アクチュエータ１１３を有する。反力アクチュエータ１０４は、ブラシレスモータ等の電動モータを用いることができ、必要に応じて減速機構を介して回転シャフト（ステアリングホイール軸）１１０に駆動連結される。
ステアリングホイール１１０の直進位置からの回転量を求める手段として、ステアリングホイール１１０の直進位置からの回転角度Ｘｍを検出する角度センサ１１２が設けられている。同様に、ステアリングホイール１１０への操作力及び反力を求める手段として、トルクＦｍを求めるトルクセンサ１１１が設けられている。
なお、トルクセンサ１１１、角度センサ１１２は、図１５に示されているように、トルクセンサ１１１−１〜１１１−ｎ、角度センサ１１２−１〜１１２−ｎとして冗長化することも可能で、図１２に示されている実施形態に対応することができる。
図１６は、ｓｔｅｅｒ−ｂｙ−ｗｉｒｅのスレーブ２００、即ち、自動車等の車両のステアリング機構（車体）の一つの実施形態を示している。ステアリング機構は、操舵輪（車輪）２１０と、操舵伝達機構２１１と、操舵用アクチュエータ２１２と、角度センサ２１３と、トルクセンサ２１４とを有する。
操舵用アクチュエータ２１２は、例えば、公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成できる。操舵伝達機構２１１は、公知のものを用いることができ、操舵用アクチュエータ２１２の動きを、舵角が変化するように操舵輪２１０に伝達できれば、構成は限定されない。
例えば、操舵伝達機構２１１は、操舵用アクチュエータ２１２の出力シャフトの回転運動を、図示しないステアリングロッドの直線運動に変換する、例えばボールねじ機構等の運動変換機構により構成されている。そのステアリングロッドの動きが図示しないタイロッド及び図示しないナックルアームを介して操舵輪２１０に伝達され、操舵輪２１１のトー角が変化する。
なお、操舵伝達機構２１１は、ボールねじ機構の代わりに、操舵用アクチュエータ２１２の出力シャフトに連結するピニオンギアとタイロッドに接続するラックバーの組合せとすることもできる。
ステアリング機構の操舵角Ｘｓは角度センサ２１３で検出され、トルクＦｓはトルクセンサ２１４で検出される。
また、図１７に示すように、スレーブ２００に、横方向加速度計またはヨーレートセンサ２１５を設け、その出力である横方向加速度Ｇｙまたはヨーレートωをスレーブ側の反力の代表値とすれば、図１８に示すようにトルクセンサ２１４を不要とできる。
また、角度センサ２１３、トルクセンサ２１４は、図１９に示されているように、角度センサ２１３−１〜２１３−ｎ、トルクセンサ２１４−１〜２１４−ｎ、として冗長化することも可能である。
本発明によるバイラテラルサーボ制御装置を自動車用制動制御装置として適用した実施形態を、図２０〜図２２を参照して説明する。
図２０は、Ｂｒａｋｅ−ｂｙ−Ｗｉｒｅのマスタ１００、即ち、ストロークシミュレータの一つの実施形態を示している。マスタ１００は、ブレーキペダル１２０、力センサ１２１、角度センサ１２２、反力アクチュエータ１２３を有し、これらを車体側より回転可能に支持される回転シャフト１２４で連結したものである。ブレーキペダル１２０の踏み込み量は角度センサ１２２で検出され、その力は力センサ１２１で検出される。高信頼化のために必要に応じて力センサ１２１、角度センサ１２２を冗長化することも可能である。
図２１は、Ｂｒａｋｅ−ｂｙ−Ｗｉｒｅのスレーブ２００、即ち、電動ブレーキの一つの実施形態を示している。電動ブレーキは、ブレーキ駆動用アクチュエータ２２０、運動変換機構２２１、ブレーキパッド２２２、車輪２２４の車軸２２５に設けられたブレーキディスク２２６、位置センサ２２７、力センサ２２８とを有する。
ブレーキ駆動用アクチュエータ２２０により発生したモータ出力軸周りの回転運動は、運動変換機構２２１により直線運動に変換される。この直線運動変換によってブレーキパッド２２２がブレーキディスク２２６に押し付けられ、ブレーキ力を生じる。ブレーキパッド２２２の位置は位置センサ２２７により検出され、押付力は力センサ２２８により検出される。
Ｂｒａｋｅ−ｂｙ−Ｗｉｒｅのための制御系は、図２〜図１３に示すようなバイラテラルサーボ制御装置でもよいが、ブレーキ力はブレーキパッド２２２の押付力に比例するので、マスタ１００の力センサ出力Ｆｍを制御目標値とする制御系とするのがよい。この場合でも、図２２に示すように、マスタ１００への位置フィードバックのための位置センサ出力Ｘｍを用いて本発明による装置で、高信頼化をはかることが可能である。
以上に述べた実施形態により、元来、バイラテラルサーボの操作性向上のために付加したセンサを効果的に活用してＢｒａｋｅ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステムを高信頼化することができる。
本発明によるバイラテラルサーボ制御装置を航空機用操舵制御装置として適用した実施形態を、図２３、図２４を参照して説明する。
図２３は、Ｆｌｙ−ｂｙ−Ｗｉｒｅのマスタ１００、即ち、コントロールコラムまたはサイドスティックの一つの実施形態を示している。マスタ１００は、フライトデッキに備えられたコントロールコラムまたはサイドスティックなどの操作部材１３０と、トルクセンサ１３１、位置（角度）センサ１３２、反力アクチュエータ１３３とを有し、これらが回転シャフト１３４によって相互に連結されている。
コントロールコラムまたはサイドスティック１１２の操作量は位置（角度）センサ１３２により検出され、その力または反力はトルクセンサ１３１により検出される。
図２４は、Ｆｌｙ−ｂｙ−Ｗｉｒｅのスレーブ２００、即ち、制御舵面装置の一つの実施形態を示している。制御舵面装置は、制御舵面２３０、駆動用アクチュエータ２３１、トルクセンサ２３２、角度センサ２３３を有し、これらが回転シャフト２３４によって相互に連結されている。
制御舵面２３０は駆動用アクチュエータ２３１により駆動され、その回転角は角度センサ２３３により、加わる力はトルクセンサ２３２により検出される。
以上に述べた実施形態により、元来、バイラテラルサーボの操作性向上のために付加したセンサを効果的に活用してＦｌｙ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステムを高信頼化することができる。
産業上の利用の可能性
本発明によるバイラテラルサーボ制御装置は、帰還型あるいは並列型のバイラテラルサーボ制御装置であり、自動車等の車両のｓｔｅｅｒ−ｂｙ−ｗｉｒｅやＢｒａｋｅ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステム、航空機のＦｌｙ−ｂｙ−Ｗｉｒｅシステムとして利用可能であり、これらシステムの高信頼化を図ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2005069095.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
2005069095.tif 000021
【図２１】
2005069095.tif 000022
【図２２】
2005069095.tif 000023
【図２３】
2005069095.tif 000024
【図２４】
2005069095.tif 000025
【国際調査報告】
2005069095.tif 000026
2005069095.tif 000027
2005069095.tif 000028
2005069095.tif 000029