JP2023018750A - ステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】バックアップ電源が異常である場合に、主電源も異常になったとしても、異常時制御を実行することができるステアリングシステムを提供する。【解決手段】本発明のステアリングシステム１は、主電源７０及びバックアップ電源９０の少なくとも一方から給電される転舵モータ５０を有する転舵装置１４と、転舵要求に基づいて転舵装置１４を制御する制御装置６２と、を備え、制御装置６２は、バックアップ電源９０が正常である場合には、主電源７０の電圧が第１閾値未満であると判断すると、主電源７０及びバックアップ電源９０の少なくとも一方から転舵モータ５０への給電に基づいて異常時制御を実行し、バックアップ電源９０が異常である場合には、主電源７０の電圧が第１閾値よりも大きい第２閾値未満であると判断すると、主電源７０から転舵モータ５０への給電に基づいて異常時制御を実行するように構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、車両に搭載されるステアバイワイヤ型のステアリングシステムに関する。

ステアバイワイヤ型のステアリングシステムでは、フェールセーフの観点から、バックアップ電源を備えたり、システムを冗長化（二重化）させたりすることが提案されている。例えば特開２００４－３３８６５７号公報に記載の車両用操舵装置によれば、主電源の電圧が低下すると、転舵軸駆動モータへの給電元が主電源からバックアップ電源に切り替わる。

特開２００４－３３８６５７号

しかしながら、上記装置では、バックアップ電源が異常となった後で、主電源の電圧が故障した場合の対策については特に記載がない。本発明の目的は、バックアップ電源が異常である場合に、主電源も異常になったとしても、異常時制御を実行することができるステアリングシステムを提供することである。

本発明のステアリングシステムは、主電源及びバックアップ電源と、前記主電源及び前記バックアップ電源の少なくとも一方から給電される転舵モータを有し、前記転舵モータの力により車輪を転舵する転舵装置と、前記主電源の電圧を検出し、前記主電源から前記転舵モータに給電させ、転舵要求に基づいて前記転舵装置を制御する制御装置と、を備えるステアバイワイヤ型のステアリングシステムであって、前記制御装置は、前記バックアップ電源が正常である場合には、前記主電源の電圧が第１閾値未満であると判断すると、前記主電源及び前記バックアップ電源の少なくとも一方から前記転舵モータへの給電に基づいて異常時制御を実行し、前記バックアップ電源が異常である場合には、前記主電源の電圧が前記第１閾値よりも大きい第２閾値未満であると判断すると、前記主電源から前記転舵モータへの給電に基づいて異常時制御を実行するように構成されている。

本発明によれば、第２閾値が第１閾値よりも大きい値（高い値）であるため、バックアップ電源が異常である状況で主電源の電圧が低下した場合、バックアップ電源が正常である状況で主電源の電圧が低下した場合よりも早く異常時制御が実行される。これにより、バックアップ電源による給電不可の状況で、異常時制御が実行できなくなるほど主電源の電圧が下がってしまう前に、異常時制御を開始することができる。早く異常時制御を開始できるため、すなわち主電源の電圧が高いうちに異常時制御を開始できるため、異常時制御の必要な実行時間を確保することができる。本発明によれば、バックアップ電源が異常である場合に、主電源も異常になったとしても、異常時制御を実行することができる。

実施例のステアリングシステムの全体構成を模式的に示す図である。 実施例のステアリングシステムにおける電源の模式図である。 実施例のバックアップ電源の構成を示す模式図である。 実施例における主電源の電圧の変化と退避走行制御の開始時期とを説明するためのタイムチャートである。 実施例における主電源の電圧の変化と退避走行制御の開始時期とを説明するためのタイムチャートである。 実施例の制御の流れを示すフローチャートである。

以下、請求可能発明を実施するための形態として、本発明の実施例であるステアリングシステムを、図を参照しつつ詳しく説明する。まず、ステアリングシステムの構成及び制御（［Ａ］～［Ｃ］）について説明した後に、［Ｄ］バックアップ電源の詳細構成及び［Ｅ］異常時制御について説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。

［Ａ］ステアリングシステムの構成
車両に搭載される実施例のステアリングシステム１は、図１に模式的に示すように、それぞれが転舵輪である２つの車輪（前輪）１０を転舵するためのシステムである。ステアリングシステム１は、機械的に互いに独立した操作装置１２および転舵装置１４を備えたステアバイワイヤ型のステアリングシステムである。

操作装置１２は、ステアリングホイール２０と、ステアリングシャフト２２と、ステアリングコラム２４と、反力付与機構２８と、を備えている。ステアリングホイール２０は、運転者によって操舵操作（ステアリング操作）される操作部材である。ステアリングシャフト２２は、先端にステアリングホイール２０が取り付けられたシャフト部材である。ステアリングコラム２４は、ステアリングシャフト２２を回転可能に保持するとともに、インパネリインフォースメント（図示を省略）に支持される部材である。反力付与機構２８は、ステアリングコラム２４に支持された電動モータである反力モータ２６を力源として、操舵操作に対する反力（厳密には、反力トルクであるが、以下、慣用されている「操作反力」という文言を用いることとする）を、ステアリングシャフト２２を介して、ステアリングホイール２０に付与する機構である。反力付与機構２８は、減速機等を含む一般的な構造のものであるため、反力付与機構２８の具体的な構造についての説明は、省略する。

反力モータ２６は、３相のブラシレスＤＣモータであり、回転シャフトの外周に磁石が付設され、それら磁石と対向するようにハウジングにコイルが配設されている。反力モータ２６は、１つの磁石に対して、２セットのコイルが配設された２系統モータである。以下、２系統の反力モータ２６のうちの一方の系統を反力モータ２６ａと呼び，他方の系統を反力モータ２６ｂと呼ぶ場合がある。反力モータ２６ａは、自身への電力供給における通電相の切換のために、１回転内における回転角（「相対角」，「位相」と考えることができる）を検出するためのモータ回転角センサ３０ａを有している。同様に、反力モータ２６ｂは、モータ回転角センサ３０ｂを有している。以下、モータ回転角センサ３０ａ、３０ｂを「モータ回転角センサ３０」と総称する場合がある。したがって、本操作装置１２は、冗長系である２系統の装置（以下、「操作装置１２ａ」，「操作装置１２ｂ」という場合がある）と考えることができる。

操作装置１２は、ステアリングホイール２０の操作角をステアリング操作量として検出する操作角センサ３２を有している。ちなみに、車両の直進状態においてステアリングホイール２０がとる姿勢を中立姿勢とした場合に、その中立姿勢からの左右方向それぞれへの回転角（「絶対角」と考えることができる）が、ステアリングホイール２０の操作角である。

また、ステアリングシステム１では、一般的ないわゆるパワーステアリングシステムと同様、ステアリングシャフト２２に、トーションバー３４が組み込まれており、そのトーションバー３４の捩じれ量に基づいて、運転者によってステアリングホイール２０に加えられる操作力としての操作トルクを検出するための操作トルクセンサ３６ａ，３６ｂ（以下、「操作トルクセンサ３６」と総称する場合がある）を有している。操作トルクセンサ３６は、当該操作装置１２の２系統に対応すべく、２つ設けられている。

車輪１０の各々は、サスペンション装置の一構成要素であるステアリングナックル４０を介して、転向可能に車体に支持されている。転舵装置１４は、ステアリングナックル４０を回動させることで、車輪１０の各々を一体的に転舵する。転舵装置１４は、主要構成要素として、転舵アクチュエータ４２を有している。

転舵アクチュエータ４２は、ステアリングロッド４６と、ハウジング４８と、ロッド移動機構５２と、を備えている。ステアリングロッド４６（「ラックバー」と呼ばれることもある）は、両端がリンクロッド４４を介して左右のステアリングナックル４０にそれぞれ連結された部材である。ハウジング４８は、ステアリングロッド４６を左右に移動可能に支持するとともに、車体に固定的に保持された部材である。ロッド移動機構５２は、電動モータである転舵モータ５０を駆動源として、ステアリングロッド４６を左右に移動させるための機構である。ロッド移動機構５２は、ステアリングロッド４６に螺設されたボール溝と、そのボール溝とベアリングボールを介して螺合するとともに転舵モータ５０によって回転させられるナットとによって構成されるボールねじ機構を主体とするものである。一般的な構造のものであるため、ロッド移動機構５２についてのここでの詳しい説明は省略する。

なお、転舵モータ５０も、反力モータ２６と同様、２系統の３相ブラシレスＤＣモータであり、２系統の一方を転舵モータ５０ａと呼び，他方を転舵モータ５０ｂと呼ぶ場合があることとする。転舵モータ５０ａは、自身への電力供給における通電相の切換のために、１回転内における回転角（「相対角」，「位相」と考えることができる）を検出するためのモータ回転角センサ５４ａを有している。同様に、転舵モータ５０ｂは、モータ回転角センサ５４ｂを有している。以下、モータ回転角センサ５４ａ、５４ｂを「モータ回転角センサ５４」と総称する場合がある。したがって、本転舵装置１４は、冗長系である２系統の装置（以下、「転舵装置１４ａ」，「転舵装置１４ｂ」という場合がある）と考えることができる。ちなみに、転舵モータ５０ａ，５０ｂは、モータとセンサが１対１で対応するように、それぞれ、自身に実際に供給されている電流ＩＳを検出するための電流センサ５６ａ，５６ｂ（以下、「電流センサ５６」と総称する場合がある）を、独自に有している。

ちなみに、転舵装置１４は、ステアリングロッド４６の中立位置（車両の直進状態において位置する位置）からの左右それぞれへの移動量を検出することで、車輪１０の転舵量としての転舵角を検出するための転舵角センサ５８を有している。

操作装置１２の制御、詳しくは操作反力の制御、すなわち操作装置１２の反力モータ２６の制御は、当該操作装置１２の２系統に対応して、それぞれのコントローラである操作コントローラとしての操作電子制御ユニット（以下、「操作ＥＣＵ」という）６０ａ，６０ｂによって実行される。以下、操作ＥＣＵ６０ａ，６０ｂを、操作ＥＣＵ６０と総称することがある。各操作ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するコンピュータや、反力モータ２６のドライバ（駆動回路）であるインバータ等によって構成されている。

同様に、転舵装置１４の制御、詳しくは転舵角の制御、すなわち転舵装置１４の転舵モータ５０の制御は、当該転舵装置１４の２系統に対応して、それぞれのコントローラである転舵コントローラとしての転舵電子制御ユニット（以下、「転舵ＥＣＵ」と言う場合がある）６２ａ，６２ｂによって実行される。以下、転舵ＥＣＵ６２ａ，６２ｂを、転舵ＥＣＵ６２と総称することがあることとする。各転舵ＥＣＵ６２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するコンピュータや、転舵モータ５０のドライバ（駆動回路）であるインバータ等によって構成されている。

操作装置１２ａ，転舵装置１４ａ，操作ＥＣＵ６０ａ，及び転舵ＥＣＵ６２ａが、１系統を構成し、操作装置１２ｂ，転舵装置１４ｂ，操作ＥＣＵ６０ｂ，及び転舵ＥＣＵ６２ｂが、別の１系統を構成している。つまり、ステアリングシステム１は、２系統のステアリングシステムとされている。そのため、操作装置１２ａと転舵装置１４ａとは、専用通信線６４ａによって繋がれ、操作装置１２ｂと転舵装置１４ｂとは、専用通信線６４ｂによって繋がれている（以下、専用通信線６４ａ，６４ｂを、「専用通信線６４」と総称する場合がある）。また、別系統の操作装置１２，転舵装置１４間の通信を可能とするため、各操作装置１２，転舵装置１４は、共通通信線としてのＣＡＮ（car area network or controllable area network）６６に接続されている。

なお、ステアリングシステム１では、操作装置１２ａ，転舵装置１４ａ，操作ＥＣＵ６０ａ，及び転舵ＥＣＵ６２ａが、メイン系統を構成し、操作装置１２ｂ，転舵装置１４ｂ，操作ＥＣＵ６０ｂ，及び転舵ＥＣＵ６２ｂが、サブ系統を構成している。転舵装置１４ａ，転舵モータ５０ａを、転舵メイン系統１４ａ，転舵メイン系統５０ａと考えることができ、転舵装置１４ｂ，転舵モータ５０ｂを、転舵サブ系統１４ｂ，転舵サブ系統５０ｂと考えることができる。同様に、操作装置１２ａ，反力モータ２６ａを、操作メイン系統１２ａ，反力メイン系統２６ａと考えることができ、操作装置１２ｂ，反力モータ２６ｂを、操作サブ系統１２ｂ，反力サブ系統２６ｂと考えることができる。また、操作ＥＣＵ６０ａ，転舵ＥＣＵ６２ａを、制御メイン系統６０ａ，制御メイン系統６２ａと考えることができ、操作ＥＣＵ６０ｂ，転舵ＥＣＵ６２ｂを、制御サブ系統６０ｂ，制御サブ系統６２ｂと考えることができる。

［Ｂ］ステアリングシステムにおける電源
実施例のステアリングシステム１は、操作装置１２及び転舵装置１４の電源として、図２に模式的に示すように、主電源としての主電源ユニット（以下、単に「主電源」という）７０と、バックアップ電源としてのバックアップ電源ユニット（以下、単に「バックアップ電源」という）９０とを備えている。主電源７０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７４と、蓄電池７６とを有している。蓄電池７６は、補機バッテリとも呼ばれる。バックアップ電源９０は、蓄電デバイスとしてのキャパシタ９１を有している。なお、図では、操作装置１２，転舵装置１４からのグランド線については記載を省略している。

ステアリングシステム１が搭載されている車両は、ハイブリッド車両であり、ＤＣ－ＤＣコンバータ７４には、駆動系電源８０から電力が供給される。ＤＣ－ＤＣコンバータ７４は、駆動系電源８０から印加されている電圧を、ステアリングシステム１の駆動電圧に変換する。蓄電池７６は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７４と並列に接続されており、ＤＣ－ＤＣコンバータ７４によって変圧された電圧の電気エネルギを蓄電する。ちなみに、ステアリングシステム１が搭載されている車両が、ハイブリッド車両や電動車両でない場合には、駆動系電源８０からではなく、例えばオルタネータから電力が供給されるように構成されてもよく、主電源７０がオルタネータを含んで構成されてもよい。

操作サブ系統１２ｂを構成する反力モータ２６ｂには操作ＥＣＵ６０ｂを介して主電源７０から給電され、転舵サブ系統１４ｂを構成する転舵モータ５０ｂには転舵ＥＣＵ６２ｂを介して主電源７０から給電される。一方で、操作メイン系統１２ａを構成する反力モータ２６ａには操作ＥＣＵ６０ａを介してバックアップ電源９０から給電され、転舵メイン系統１４ａを構成する転舵モータ５０ａには転舵ＥＣＵ６２ａを介してバックアップ電源９０から給電される。後述するように、通常の給電が行われる通常給電時において、反力モータ２６ａ及び転舵モータ５０ａには、主電源７０からバックアップ電源９０を介して給電される。

バックアップ電源９０は、主電源７０から給電されており、その給電によってキャパシタ９１は充電される。バックアップ電源９０は、その充電を行いつつ、主電源７０からの給電を通過させることで、主電源７０からの反力モータ２６ａ及び転舵モータ５０ａへの給電を実現させている。したがって、通常給電時、操作メイン系統１２ａを構成する反力モータ２６ａ及び転舵メイン系統１４ａを構成する転舵モータ５０ａに、主電源７０から給電される。また通常給電時、操作サブ系統１２ｂを構成する反力モータ２６ｂ及び転舵サブ系統１４ｂを構成する転舵モータ５０ｂにも、主電源７０から給電される。以下、主電源７０からバックアップ電源９０を通過させて行う給電を、単に、主電源７０からの給電と呼ぶこととする。

断線の一例として、図２において白抜き矢印で示す箇所で、主電源７０とバックアップ電源９０との接続が断たれたような場合を考える。この場合、主電源７０による反力モータ２６ａ，転舵モータ５０ａへの給電を行い得ず、バックアップ電源９０は、キャパシタ９１に蓄えられた電気エネルギに依拠して、反力モータ２６ａ及び転舵モータ５０ａに給電する。バックアップ電源９０は、適正な電圧で主電源７０から自身に受電されていない場合に、キャパシタ９１からの給電を行うようにされている。なお、キャパシタ９１からの給電を、バックアップ電源９０からの給電ということとする。

実施例のステアリングシステム１において、操作サブ系統１２ｂを構成する反力モータ２６ｂ及び転舵サブ系統１４ｂを構成する転舵モータ５０ｂには、主電源７０からだけ給電される。それに対して、操作メイン系統１２ａを構成する反力モータ２６ａ及び転舵メイン系統１４ａを構成する転舵モータ５０ａには、主電源７０とバックアップ電源９０とから選択的に給電可能となっている。そして、バックアップ時には、反力モータ２６ａ及び転舵モータ５０ａへの給電元（給電源）が、主電源７０からバックアップ電源９０に切り換えられ、反力モータ２６ａ及び転舵モータ５０ａへの給電は、バックアップ電源９０からなされる。バックアップ電源９０の詳細については後述する。

［Ｃ］ステアリングシステムの制御
以下に、ステアリングシステム１の制御について、転舵装置１４の制御である転舵制御と，操作装置１２の反力付与機構２８の制御である反力制御を、順次説明する。

（ａ）転舵制御
転舵制御は、転舵要求、すなわち手動運転の場合におけるステアリングホイール２０の操作角に応じて、車輪１０を転舵するための制御である。転舵制御は、転舵ＥＣＵ６２によって実行される。詳しく言えば、転舵制御としては、２系統のコントローラである転舵ＥＣＵ６２ａ及び転舵ＥＣＵ６２ｂがそれぞれ独立して制御を行う独立転舵制御（単に、「独立制御」という場合がある）と、それら転舵ＥＣＵ６２ａ及び転舵ＥＣＵ６２ｂが協調して制御を行う協調転舵制御（単に、「協調制御」という場合がある）との２種類が設定されている。以下に、独立転舵制御と協調転舵制御についてそれぞれ説明する。

i）独立転舵制御
独立転舵制御では、転舵ＥＣＵ６２ａが転舵メイン系統１４ａを制御し、転舵ＥＣＵ６２ｂが転舵サブ系統１４ｂを制御する。つまり、転舵ＥＣＵ６２ａ及び転舵ＥＣＵ６２ｂが、互いに同じ制御を並行して行う。以下に、転舵ＥＣＵ６２ａ及び転舵ＥＣＵ６２ｂの各々の転舵制御を、１つの系統の制御としてまとめて説明する。なお、以下の独立転舵制御の説明において、メイン系統であるかサブ系統であるかを問わないときには、構成要素の符号の添え字ａ，ｂを用いないこととする。

反力モータ２６のモータ回転角とステアリングホイール２０の操作角とは、所定のギヤ比となる関係にあり、当該車両の始動時に、操作角センサ３２によって検出された操作角を基にモータ回転角のキャリブレーションが行われる。操作ＥＣＵ６０は、ステアリングホイール２０の操作角を、反力モータ２６のモータ回転角センサ３０を介して検出されたモータ回転角に基づいて取得している。独立転舵制御では、転舵ＥＣＵ６２は、同系統の操作ＥＣＵ６０から、その操作角の情報を受信する。転舵ＥＣＵ６２は、操作角に基づいて、車輪１０の転舵角の目標となる目標転舵角を決定する。

転舵ＥＣＵ６２は、決定した目標転舵角に基づいて、転舵モータ５０のモータ回転角の目標である目標モータ回転角を決定する。転舵ＥＣＵ６２は、モータ回転角センサ５４を介して、転舵モータ５０の実際のモータ回転角を検出し、目標モータ回転角に対するモータ回転角の偏差であるモータ回転角偏差を決定する。転舵モータ５０が発生させるトルクを転舵トルクと呼べば、転舵ＥＣＵ６２は、モータ回転角偏差に基づくフィードバック制御則に従って、発生させるべき転舵トルクを決定する。

転舵モータ５０に供給される電流を転舵電流と呼べば、転舵トルクと転舵電流とは、概ね比例関係にある。その関係にしたがって、転舵ＥＣＵ６２は、決定された転舵トルクに基づいて、転舵モータ５０に供給すべき転舵電流を決定し、その転舵電流を、転舵モータ５０に供給する。なお、操作装置１２の反力付与機構２８の制御や、協調転舵制御において転舵電流の値を利用するために、転舵ＥＣＵ６２は、転舵電流についての情報を送信する。

ii）協調転舵制御
協調転舵制御は、転舵メイン系統１４ａおよび転舵サブ系統１４ｂに主電源７０から電力が供給可能となされている通常給電時に実行される。協調転舵制御は、転舵装置１４、詳しくは、転舵アクチュエータ４２の円滑な動作、および、転舵メイン系統１４ａと転舵サブ系統１４ｂとが互いに同じ力を発生させることに考慮した制御である。言い換えれば、協調転舵制御は、転舵サブ系統１４ｂを構成する転舵モータ５０ｂを、転舵メイン系統１４ａを構成する転舵モータ５０ａに整合させて作動させる制御である。

協調転舵制御では、制御メイン系統を構成する転舵ＥＣＵ６２ａは、自らが転舵モータ５０ａに供給する転舵電流についての情報を、制御サブ系統を構成する転舵ＥＣＵ６２ｂに送信する。転舵ＥＣＵ６２ｂは、自らが転舵モータ５０ｂに供給する転舵電流を決定するのではなく、受信した情報に基づく転舵電流を、転舵モータ５０ｂに供給する。

このように、実施例のステアリングシステム１は、主電源７０およびバックアップ電源９０と、メイン系統及びサブ系統の２系統とされた転舵モータ５０を有し、その転舵モータ５０が発生させる力によって車輪１０を転舵する転舵装置１４と、転舵装置１４を転舵要求に基づいて制御すべく、転舵モータ５０のメイン系統及びサブ系統の各々の作動を制御する転舵ＥＣＵ６２（制御装置）と、を備えている。ステアリングシステム１は、転舵モータ５０のメイン系統に主電源７０とバックアップ電源９０とから選択的に給電され、転舵モータ５０のサブ系統に主電源７０だけから給電されるように構成されている。転舵ＥＣＵ６２は、転舵モータ５０のメイン系統およびサブ系統に主電源７０から給電されている通常給電時には、転舵モータ５０のサブ系統を、転舵モータ５０のメイン系統に整合させて作動させ、転舵モータ５０のメイン系統にバックアップ電源９０から給電されるバックアップ時には、転舵モータ５０のメイン系統と転舵モータ５０のサブ系統とを、独立して制御するように構成されてもよい。

（ｂ）反力制御
反力制御は、運転者にステアリング操作に対する操作感を付与するための制御である。ステアリングシステム１では、反力制御は、通常給電時においては、操作メイン系統１２ａ及び操作サブ系統１２ｂが、互いに独立して、かつ、並行して、同じ操作反力を、ステアリングホイール２０に付与するように設定されている。以下に、反力制御において、制御メイン系統を構成する操作ＥＣＵ６０ａが行う反力付与処理，及び制御サブ系統を構成する操作ＥＣＵ６０ｂが行う反力付与処理について、それらを一元化して説明する。

操作ＥＣＵ６０は、操作反力を、２つの成分である転舵負荷依拠成分ＦＳと、操作力依拠減少成分ＦＡとに基づいて決定する。転舵負荷依拠成分ＦＳは、車輪１０を転舵するために必要な転舵力（転舵モータ５０の転舵トルク）に関する成分であり、転舵モータ５０に供給されている転舵電流に基づいて決定される。詳しい説明は省略するが、転舵電流が大きい程、車輪１０の転舵負荷が大きいと認識され、転舵負荷依拠成分ＦＳが大きな値に決定される。ちなみに、転舵モータ５０に実際に供給されている転舵電流に関する情報は、転舵ＥＣＵ６２から、専用通信線６４を介して、同系統の操作ＥＣＵ６０に送られる。

一方、操作力依拠減少成分ＦＡは、いわゆるパワーステアリングシステムにおける操作感を運転者に付与するための成分と考えることができる。パワーステアリングシステムでは、一般的には、操作トルクに応じたアシストトルクを、ステアリングシャフト２２に付与するようにされている。操作ＥＣＵ６０は、操作トルクセンサ３６を介して、操作トルクを検出する。操作ＥＣＵ６０は、操作反力に基づき、反力モータ２６に供給する電流である反力電流を決定し、その決定した反力電流を、反力モータ２６に供給する。

［Ｄ］バックアップ電源の詳細構成
図３に示すように、バックアップ電源９０は、電源ライン９０ａと、キャパシタ９１と、充電回路９２と、放電回路９３と、インターフェイス回路９４と、マイコン９５と、スイッチ９６、９７、９８と、を備えている。電源ライン９０ａは、バックアップ電源９０の入力端子９ａと出力端子９ｂとを接続する配線である。入力端子９ａは主電源７０の正極に接続され、出力端子９ｂは操作装置１２（操作ＥＣＵ６０ａ）及び転舵装置１４（転舵ＥＣＵ６２ａ）に接続されている。電源ライン９０ａにはスイッチ９６が配置されている。

キャパシタ９１は、電源ライン９０ａを介して、主電源７０に並列に接続されている。主電源７０の正極は、スイッチ９６、９７及び充電回路９２を介して、キャパシタ９１の一方端子に接続されている。また、主電源７０の正極は、スイッチ９６、９８及び放電回路９３を介して、キャパシタ９１の一方端子に接続されている。充電回路９２と放電回路９３とは並列に接続されている。

充電回路９２は、キャパシタ９１に電力を蓄えるための充電用回路である。スイッチ９６、９７がオン（接続）され、スイッチ９８がオフ（遮断）されると、電源ライン９０ａ、電源ライン９０ａと充電回路９２との間に設けられたダイオード９２１、及び充電回路９２を介して、主電源７０からキャパシタ９１への充電が開始される。放電回路９３は、主電源７０の故障等により、キャパシタ９１からの電力供給が必要となった際に、キャパシタ９１に蓄えられている電力を放電し、操作装置１２及び転舵装置１４に給電するための放電用回路である。スイッチ９６、９７がオフされ、スイッチ９８がオンされると、放電回路９３、電源ライン９０ａと放電回路９３との間に設けられたダイオード９３１、及び電源ライン９０ａを介して、キャパシタ９１から操作装置１２及び転舵装置１４に電力が供給される。

インターフェイス回路９４は、マイコン９５に接続された回路であって、主電源７０（電源ライン９０ａ）の電圧及びキャパシタ９１の電圧をレベル変換してマイコン９５に出力する機能と、各スイッチ９６～９８に対するマイコン９５からの制御信号を出力する機能とを有している。換言すると、インターフェイス回路９４は、マイコン９５が電圧をモニターするための回路であり、且つマイコン９５の制御信号を各スイッチ９６～９８に出力するための回路である。

バックアップ電源９０は、さらに、主電源の電圧を検出する第１電圧検出部（電圧検出回路又は電圧計ともいえる）９０ｂと、キャパシタ９１の電圧を検出する第２電圧検出部（電圧検出回路又は電圧計ともいえる）９０ｃと、を備えている。第１電圧検出部９０ｂ及び第２電圧検出部９０ｃは、インターフェイス回路９４を含んで構成されるといえる。マイコン９５は、第１電圧検出部９０ｂ及び第２電圧検出部９０ｃを介して、主電源７０の電圧及びキャパシタ９１の電圧を検出する。なお、操作ＥＣＵ６０及び転舵ＥＣＵ６２は、マイコン９５を介さずに（別ルートで）、主電源７０の電圧を検出可能に構成されている。つまり、操作ＥＣＵ６０及び転舵ＥＣＵ６２は、それぞれ、主電源７０の電圧を検出する電圧検出部を備えているといえる。

マイコン９５は、ＣＰＵ等を備える制御用のマイクロコンピュータである。マイコン９５は、主電源７０の電圧及びキャパシタ９１の電圧をモニターし、各電圧値に基づいて各スイッチ９６～９８のオンオフを制御する。マイコン９５は、電源ライン９０ａとは別に設けられた制御系電源回路９５１を介して、主電源７０から給電される。制御系電源回路９５１は、イグニッション（キースイッチ）９９がオンされると主電源７０と接続される。マイコン９５は、操作ＥＣＵ６０及び／又は転舵ＥＣＵ６２と通信可能に接続されている。図３の説明において、マイコン９５は、操作ＥＣＵ６０ａに接続されていることとする。

マイコン９５は、キャパシタ９１の電圧値に基づいてキャパシタ９１の蓄電量が不足していると判断した場合（例えばキャパシタ９１の電圧値が所定値以下となった場合）、制御モードを通常モードから充電モードに変更する。通常モードは、スイッチ９６がオンされ、スイッチ９７、９８がオフされる制御モードである。充電モードは、スイッチ９６、９７がオンされ、スイッチ９８がオフされる制御モードである。

マイコン９５は、主電源７０の電圧値に基づいて、主電源７０が故障であると判断した場合、具体的に主電源７０の電圧値が第１閾値未満であると判断した場合、制御モードを通常モード（又は充電モード）からバックアップモードに変更する。バックアップモードは、スイッチ９６、９７がオフされ、スイッチ９８がオンされる制御モードである。マイコン９５は、主電源７０の電圧値が所定時間継続して第１閾値未満である場合、主電源７０の電圧値が第１閾値未満であると判断するように構成されている。制御モードがバックアップモードになると、キャパシタ９１から操作ＥＣＵ６０ａ及び転舵ＥＣＵ６２ａのドライバ（インバータ）を介して反力モータ２６及び転舵モータ５０に電力が供給される。

マイコン９５は、キャパシタ９１や放電回路９３などの故障（異常）を検知すると、バックアップ電源９０が故障している旨の情報を操作ＥＣＵ６０ａに送信する。キャパシタ９１の故障は、例えば、充電モードであるにもかかわらず、キャパシタ９１の電圧が上昇しないなどにより検出できる。また、放電回路９３の故障は、例えば車両起動時のイニシャルチェックで検出することができる。マイコン９５は、キャパシタ９１や放電回路９３が故障している場合、主電源７０の電圧値の大小にかかわらず制御モードをバックアップモードに変更しない。

また、マイコン９５自体が故障している場合、マイコン９５から操作ＥＣＵ６０ａに信号（定期的な信号）が送信されなくなる。このため、操作ＥＣＵ６０ａは、マイコン９５から信号を受信しないことから、バックアップ電源９０が故障していると判断することができる。このように、操作ＥＣＵ６０ａは、バックアップ電源９０が故障したことを検知することができる。操作ＥＣＵ６０ａは、バックアップ電源９０が異常である場合、その情報を転舵ＥＣＵ６２に通知し、転舵ＥＣＵ６２がドライバに警告を出力する。転舵ＥＣＵ６２は、表示や音声により、ドライバに、異常である旨と、例えばディーラに向かうようになどのアドバイスを伝える。

［Ｅ］異常時制御
転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、バックアップ電源９０が正常である状態で、マイコン９５が制御モードをバックアップモードに変更した場合、当該変更とともに異常時制御を実行する。異常時制御は、車両を安全に停止させるための制御であり、例えば退避走行制御である。主電源７０の電圧低下は、駆動系電源８０の故障によるものが多く、この場合、走行可能時間が限られる。したがって、退避走行制御は、安全な場所に車を退避させて停止させることができるように、例えば、ドライバに対して警告（例えば警告表示や音声）を出力する等により退避走行を促す制御である。制御モードがバックアップモードであるため、退避走行制御中の転舵制御は、バックアップ電源９０からの給電により有効となる。また、退避走行制御では、例えばドライバに残りの走行可能時間を知らせてもよい。

第１閾値は、バックアップ電源９０が正常である場合の退避走行開始を判定するための閾値である。第１閾値は、操作装置１２及び転舵装置１４が作動不能となる電圧を基準として、当該基準に対して余裕を持たせた値（基準より高い値）に設定されている。図４に示すように、通常走行中に主電源７０の故障が発生し、主電源７０の電圧が低下し、主電源７０の電圧が所定時間第１閾値未満であった場合、マイコン９５が電力供給源を主電源７０からバックアップ電源９０に切り替えるとともに、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０が退避走行制御を開始する。所定時間は、ノイズ（瞬間的な電圧低下）を除くために設定されている。バックアップ電源９０の制御モードがバックアップモードとなることで、電源ライン９０ａを介して操作装置１２及び転舵装置１４にキャパシタ９１の電力が供給される。

一方、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、バックアップ電源９０の異常（故障）を検知した場合、退避走行制御の開始の判断指標となる主電源７０の電圧値である閾値を、第１閾値から第２閾値に変更する。第２閾値は、第１閾値よりも大きい値である（第２閾値＞第１閾値）。図５に示すように、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、主電源７０の電圧が低下して所定時間第２閾値未満であった場合、主電源７０の電圧が第２閾値未満であると判断し、異常時制御すなわち退避走行制御を実行する。これにより、バックアップ電源９０が正常である場合よりも早いタイミングで退避走行制御が開始され、早い分だけ長く主電源７０の電力により退避走行を実行することができる。つまり、電圧が低下しきる前の主電源７０の電力によって、操作装置１２及び転舵装置１４を作動させ、退避走行の完了が可能なタイミングで退避走行制御を開始することができる。マイコン９５、転舵ＥＣＵ６２、及び操作ＥＣＵ６０によって、ステアリングシステム１の１つのコントローラが構成されているともいえる。

図６を参照して、制御の流れの一例について説明する。まず、マイコン９５、転舵ＥＣＵ６２、及び操作ＥＣＵ６０が、主電源７０の電圧値の情報を取得する（Ｓ１０１）。転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、マイコン９５との通信結果（例えば故障通知の有無又は無信号）に基づいて、バックアップ電源９０が正常であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。バックアップ電源９０が正常である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、主電源７０の電圧値と第１閾値とを比較する（Ｓ１０３）。主電源７０の電圧値が第１閾値未満である場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、主電源７０の電圧値が第１閾値未満である状態の継続時間を計測する（Ｓ１０４）。具体的に、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、カウンタの数を１増やす（Ｓ１０４）。

続いて、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、カウンタの数が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。カウンタの数が所定値以上である場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は退避走行制御を実行する（Ｓ１０６）。主電源７０の電圧値が第１閾値以上である場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０はカウンタの数を０にする（Ｓ１０７）。また、マイコン９５は、ステップＳ１０３～Ｓ１０５及びＳ１０７と同様に、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０とは独立して、主電源７０の電圧とバックアップ移行閾値（ここでは第１閾値と同じ値）とを比較する。バックアップ移行閾値は、制御モードをバックアップモードに移行させるか否かを判断するための閾値である。つまり、マイコン９５は、主電源７０の電圧が所定時間継続してバックアップ移行閾値を下回ると（例えばカウンタ数が所定値以上である場合）、制御モードをバックアップモードに移行させる。本例において、ＥＣＵ６０、６２による異常時制御の開始判定と、マイコン９５によるバックアップモードへの移行判定とは、互いに独立して行われている。本例では、結果的に、バックアップモードへの移行とともに異常時制御が開始される（Ｓ１０６）。

一方で、バックアップ電源９０が異常（故障）である場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、主電源７０の電圧値と第２閾値（第２閾値＞第１閾値）とを比較する（Ｓ１０８）。主電源７０の電圧値が第２閾値未満である場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、主電源７０の電圧値が第２閾値未満である状態の継続時間を計測する（Ｓ１０９）。具体的に、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、カウンタの数を１増やす（Ｓ１０９）。続いて、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、カウンタの数が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。カウンタの数が所定値以上である場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は退避走行制御を実行する（Ｓ１１１）。なお、主電源７０の電圧値が第２閾値以上である場合（Ｓ１０８：Ｎｏ）、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０はカウンタの数を０にする（Ｓ１１２）。転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０は、このような処理を短い時間ピッチで繰り返し実行する。

このように、バックアップ電源９０が正常である場合、主電源７０の故障に伴う退避走行制御は、第１閾値に基づいて開始され、バックアップ電源９０の電力によって実行される。一方、バックアップ電源９０が異常である場合、主電源７０の故障に伴う退避走行制御は、第２閾値に基づいて開始され、主電源７０の電力によって実行される。なお、異常時制御の開始判定などの各種判定は、転舵ＥＣＵ６２及び操作ＥＣＵ６０の少なくとも一方が行えばよい。

（まとめ）
本実施形態のステアリングシステム１は、主電源７０及びバックアップ電源９０と、主電源７０及びバックアップ電源９０の少なくとも一方から給電される転舵モータ５０を有し、転舵モータ５０の力により車輪１０を転舵する転舵装置１４と、主電源７０の電圧を検出し、主電源７０から転舵モータ５０に給電させ、転舵要求に基づいて転舵装置１４を制御する制御装置としての転舵ＥＣＵ６２と、を備えるステアバイワイヤ型のステアリングシステムである。転舵ＥＣＵ６２は、バックアップ電源９０が正常である場合には、主電源７０の電圧が第１閾値未満であると判断すると、主電源７０及びバックアップ電源９０の少なくとも一方（主電源７０及びバックアップ電源９０のうち選択された電源）から転舵モータ５０への給電に基づいて異常時制御を実行し、バックアップ電源９０が異常である場合には、主電源７０の電圧が第１閾値よりも大きい第２閾値未満であると判断すると、主電源７０から転舵モータ５０への給電に基づいて異常時制御を実行するように構成されている。

本構成によれば、第２閾値が第１閾値よりも大きい値であるため、バックアップ電源９０が異常である状況で主電源７０の電圧が低下した場合、バックアップ電源９０が正常である状況で主電源の電圧７０が低下した場合よりも早く異常時制御が実行される。これにより、バックアップ電源９０による給電不可の状況で、異常時制御が実行できなくなるほど主電源７０の電圧が下がってしまう前に、異常時制御を開始することができる。早く異常時制御を開始できるため、すなわち主電源７０の電圧が高いうちに異常時制御を開始できるため、異常時制御の必要な実行時間を確保することができる。本構成によれば、バックアップ電源９０が異常である場合に、主電源７０も異常になったとしても、異常時制御を実行することができる。

バックアップ電源９０は、キャパシタ９１と、主電源７０の電圧を検出する第１電圧検出部９０ｂと、キャパシタ９１の電圧を検出する第２電圧検出部９０ｃと、第１電圧検出部９０ｂの検出結果に基づいて、転舵モータ５０への給電元を主電源７０とキャパシタ９１との間で切り替えるマイコン９５と、を備えている。マイコン９５は、主電源７０の電圧がバックアップ移行閾値未満であると判断すると、転舵モータ５０への給電元を主電源７０からバックアップ電源９０に切り替えるように構成されている。本実施形態では、第１閾値とバックアップ移行閾値とが同じ値に設定されている。これにより、異常時制御は、バックアップ電源９０の電力により実行される。

マイコン９５は、制御状況と第２電圧検出部９０ｃの検出結果とに基づいて、バックアップ電源９０（キャパシタ９１）が正常であるか否かを判定する。例えばバックアップモードであるのにキャパシタ９１の電圧が上昇しない場合、マイコン９５はバックアップ電源９０が異常であると判定する。マイコン９５は、転舵ＥＣＵ６２に判定結果を送信する。また、マイコン９５は、転舵ＥＣＵ６２に定期的に（周期的に）信号を送信する。転舵ＥＣＵ６２は、マイコン９５からの信号受信が途切れたと判定した場合（例えば所定時間受信なしの場合）、バックアップ電源９０が異常であると判定する。このように、制御装置としての転舵ＥＣＵ６２は、バックアップ電源９０の異常を把握する。

（その他）
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、電源の冗長構成は、上記に限らず、主電源７０及びバックアップ電源９０のうちの少なくとも１つが（例えば選択的に）転舵モータ５０に給電する構成であればよい。また、ステアリングシステム１は、例えば自動運転車両にも適用できる。この場合、例えば転舵要求はＥＣＵから出力される。異常時制御は、上記に限らず、異常発生時の制御であればよい。制御モードのバックアップモードへの変更と、異常時制御の開始タイミングとは、ずれていてもよい。例えば、バックアップモードへの変更より前に異常時制御を開始してもよいし、バックアップモードへの変更後に異常時制御を開始してもよい。つまり、例えばバックアップ移行閾値と第１閾値とは異なる値に設定されてもよいし、判定の所定時間（カウンタ数と比較する所定値）が異なってもよい。また、ステアリングシステム１は、２つの系統を統括するための統括コントローラとしての統括ＥＣＵを備えてもよい。また、例えば、メイン系統のＥＣＵ（操作ＥＣＵ６０ａ及び／又は転舵ＥＣＵ６２ａ）が２つの系統を統括するように作動してもよい。異常時制御は、最低限、転舵に関する部分（転舵ＥＣＵ６２）に対して実行されればよい。

１：ステアリングシステム、１０：車輪、１４：転舵装置、５０ａ、５０ｂ：転舵モータ、６２ａ、６２ｂ：転舵ＥＣＵ（制御装置）、７０：主電源、９０：バックアップ電源、９０ｂ：第１電圧検出部、９０ｃ：第２電圧検出部、９１：キャパシタ、９５：マイコン。

Claims (5)

1. 主電源及びバックアップ電源と、
   前記主電源及び前記バックアップ電源の少なくとも一方から給電される転舵モータを有し、前記転舵モータの力により車輪を転舵する転舵装置と、
   前記主電源の電圧を検出し、前記主電源から前記転舵モータに給電させ、転舵要求に基づいて前記転舵装置を制御する制御装置と、
   を備えるステアバイワイヤ型のステアリングシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記バックアップ電源が正常である場合には、前記主電源の電圧が第１閾値未満であると判断すると、前記主電源及び前記バックアップ電源の少なくとも一方から前記転舵モータへの給電に基づいて異常時制御を実行し、
   前記バックアップ電源が異常である場合には、前記主電源の電圧が前記第１閾値よりも大きい第２閾値未満であると判断すると、前記主電源から前記転舵モータへの給電に基づいて異常時制御を実行するように構成されている、
   ステアリングシステム。
2. 前記バックアップ電源は、
   キャパシタと、
   前記主電源の電圧を検出する第１電圧検出部と、
   前記キャパシタの電圧を検出する第２電圧検出部と、
   前記第１電圧検出部の検出結果に基づいて、前記転舵モータへの給電元を前記主電源と前記キャパシタとの間で切り替えるマイコンと、
   を備え、
   前記マイコンは、前記主電源の電圧がバックアップ移行閾値未満であると判断すると、前記転舵モータへの給電元を前記主電源から前記バックアップ電源に切り替えるように構成されている、
   請求項１に記載のステアリングシステム。
3. 前記第１閾値と前記バックアップ移行閾値とが、同じ値に設定されている、
   請求項２に記載のステアリングシステム。
4. 前記マイコンは、制御状況と前記第２電圧検出部の検出結果とに基づいて、前記バックアップ電源が正常であるか否かを判定する、
   請求項２又は３に記載のステアリングシステム。
5. 前記マイコンは、前記制御装置に定期的に信号を送信し、
   前記制御装置は、前記マイコンからの信号受信が途切れたと判断すると、前記バックアップ電源が異常であると判定する、
   請求項２～４の何れか一項に記載のステアリングシステム。

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