WO2022244640A1 - アクチュエータ駆動装置、及び、それを備えるステアリングシステム - Google Patents

Abstract

制御部（４０）は、直流電源が失陥したとき、直流電源の正常時における制御である通常制御の再開を判定する電源失陥復帰処理において、以下の制御を行う。［１］電源失陥時から待機期間が経過するまでにインバータ入力電圧が復帰した場合、通常制御を再開する。電圧復帰しないまま待機期間が経過した時、電源リレー（３１）をオフする。［２］ターンオフ時から電源リレーオフ期間が経過した時、電源リレー（３１）を再オンする。ターンオン時にインバータ入力電圧が復帰した場合、通常制御を再開する。［３］ターンオン時から電源リレーオン期間が経過するまでにインバータ入力電圧が復帰した場合、通常制御を再開する。電圧復帰しないまま電源リレーオン期間が経過した時、電源リレー（３１）をオフし、アクチュエータ（８０）の駆動を停止する。

Description

アクチュエータ駆動装置、及び、それを備えるステアリングシステム 関連出願の相互参照

　本出願は、２０２１年５月２０日に出願された日本出願番号２０２１－０８５３２０号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、アクチュエータ駆動装置、及び、それを備えるステアリングシステムに関する。

　従来、車両のステアリングシステムにおける電源の失陥時にアクチュエータの駆動を制御する装置が知られている。例えば特許文献１に開示された車両の制御装置は、ステアバイワイヤ方式の車両において、主電源の失陥時にバックアップ電源から電力を供給し、反力アクチュエータの制御を停止するとともに、転舵アクチュエータによる転舵制御を継続する。

特開２０２０－１３８５５４号公報

　ステアバイワイヤシステムや電動パワーステアリングシステムを含むステアリングシステムのアクチュエータの駆動装置では、主電源の故障時に過電流の懸念や誤出力防止の観点から、電源ラインに設けられた電源リレーをオフして電力供給を遮断する安全機能がある。主電源失陥後にバックアップ電源側に電力経路を切り替えるとき、一旦両方のスイッチをオフする必要がある。そのタイムラグの間に安全処置により電源リレーがオフされると、バックアップ電源に切り替わっても電源リレーをオンしなければ電力が供給されないという事象が発生する。

　この事象は、主電源からバックアップ電源に切り替える場合に限らず、主電源が一時的に失陥してインバータ入力電圧が低下した後、暫くしてから復帰する場合にも発生する。電源の正常時における制御を「通常制御」とすると、上記の事象は、「電源が失陥して通常制御が停止した後に電源が復帰した場合、電源リレーがオフされていると、通常制御を適切に再開することができない。」というように表すことができる。

　本開示の目的は、電源失陥後の通常制御の再開を適切に判定するアクチュエータ駆動装置を提供することにある。

　本開示は、直流電源の電力をインバータにより変換してアクチュエータに供給するアクチュエータ駆動装置であって、インバータと、入力電圧検出器と、電源リレーと、制御部と、を備える。

　インバータは、直流電源から電源ラインを経由して電圧が印加される。電源リレーは、電源ラインの途中に設けられ、オフ時に直流電源側からインバータ側への電流を遮断する。入力電圧検出器は、インバータに印加されるインバータ入力電圧を検出する。制御部は、インバータの動作を制御し、インバータ入力電圧の低下及び復帰に基づき直流電源の失陥及び復帰を検知し、且つ、電源リレーを操作する。

　制御部は、直流電源が失陥したとき、直流電源の正常時における制御である通常制御の再開を判定する「電源失陥復帰処理」を実行するものである。制御部は、電源失陥復帰処理において以下の制御を行う。

　［１］直流電源が失陥した電源失陥時から待機期間が経過するまでにインバータ入力電圧が復帰した場合、通常制御を再開する。インバータ入力電圧が復帰しないまま待機期間が経過した時である１回目のターンオフ時、電源リレーをオフする。

　［２］ターンオフ時から電源リレーオフ期間が経過した時であるターンオン時、電源リレーを再オンする。ターンオン時にインバータ入力電圧が復帰した場合、通常制御を再開する。

　［３］ターンオン時から電源リレーオン期間が経過するまでにインバータ入力電圧が復帰した場合、通常制御を再開する。インバータ入力電圧が復帰しないまま電源リレーオン期間が経過した時である２回目のターンオフ時、電源リレーを２回目にオフする。

　制御部は、１回の電源リレーオフ期間と１回の電源リレーオン期間とがインバータ入力電圧が復帰しないまま経過した時、電源リレーを２回目にオフするとともにアクチュエータの駆動を停止する。又は、制御部は、２回以上繰り返されるＮ回の電源リレーオフ期間とＮ回の電源リレーオン期間とがインバータ入力電圧が復帰しないまま経過した時、電源リレーを（Ｎ＋１）回目にオフするとともにアクチュエータの駆動を停止する。

　本開示の制御部は、直流電源の失陥後に電源リレーをオンする期間とオフする期間とを交互に繰り返すことで、インバータ入力電圧の復帰時における迅速な通常制御の再開と安全処置の実施とを両立することができる。

　一方、インバータ入力電圧が復帰しないまま電源リレーオフ期間及び電源リレーオン期間が各１回、又は各Ｎ回（Ｎ≧２）経過した場合、制御部はアクチュエータの駆動を停止することで、復帰の可能性が見込めない場合の無用な処理の継続を回避する。このように本開示では、電源失陥後の通常制御の再開を適切に判定することができる。

　また、本開示は、操舵アシスト力を出力する操舵アシストアクチュエータ、ドライバの操舵に対する反力を出力する反力アクチュエータ、又は、タイヤを転舵させる転舵力を出力する転舵アクチュエータと、上記アクチュエータ駆動装置と、を備えるステアリングシステムとして提供される。アクチュエータ駆動装置は、アクチュエータとして、操舵アシストアクチュエータ、反力アクチュエータ又は転舵アクチュエータのうち少なくとも一つを駆動する。

　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、電動パワーステアリングシステムの概略構成図であり、 図２は、ステアバイワイヤシステムの概略構成図であり、 図３は、主電源、バックアップ電源装置及びアクチュエータ駆動装置を含むシステムの電力供給構成図であり、 図４は、主電源からバックアップ電源への切替過程を示す図であり、 図５は、第１実施形態の電源失陥復帰処理（Ｃａｓｅ１）を示すタイムチャートであり、 図６は、第１実施形態の電源失陥復帰処理（Ｃａｓｅ２）を示すタイムチャートであり、 図７は、第１実施形態の電源失陥復帰処理（Ｃａｓｅ３）を示すタイムチャートであり、 図８は、第１実施形態の電源失陥復帰処理（Ｃａｓｅ４）を示すタイムチャートであり、 図９は、電源失陥復帰処理におけるアクチュエータの出力制限を示す図であり、 図１０は、異常検出中制御におけるインバータ駆動停止等のフローチャートであり、 図１１は、第２実施形態の電源失陥復帰処理を示すタイムチャートであり、 図１２は、第３実施形態の電源失陥復帰処理を示すタイムチャートである。

　以下、複数の実施形態によるアクチュエータ駆動装置を図面に基づいて説明する。各実施形態のアクチュエータ駆動装置は、車両のステアリングシステムに適用され、操舵アシストアクチュエータや反力アクチュエータや転舵アクチュエータを駆動する。以下の第１～第３実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態のアクチュエータ駆動装置は、代表的なアクチュエータとしてモータを駆動する。

　［ステアリングシステム］
　図１、図２を参照し、ステアリングシステムとして、電動パワーステアリングシステム（以下「ＥＰＳシステム」）及びステアバイワイヤシステム（以下「ＳＢＷシステム」）の概略構成について説明する。図１、図２では片側のみのタイヤ９９を図示し、反対側のタイヤの図示を省略する。また、スペースの都合上、一部の箇所で「アクチュエータ」を「Ａｃｔ」と省略して記載する。図１、図２で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

　図１に、操舵機構と転舵機構とが機械的に結合したＥＰＳシステム９０１の全体構成を示す。なお、図１にはラックアシスト型のＥＰＳシステムを示すが、コラムアシスト型のＥＰＳシステムについても同様である。ＥＰＳシステム９０１では、ステアリングシャフト９２とラック９７とがインターミディエイトシャフト９５により接続されている。

　ドライバがハンドル９１を操作すると、ステアリングシャフト９２の回転運動は、インターミディエイトシャフト９５を介してピニオンギア９６に伝達される。ピニオンギア９６の回転運動はラック９７の直線運動に変換され、ラック９７の両端に設けられたタイロッド９８がナックルアーム９８５を往復移動させることで、タイヤ９９が転舵される。

　ＥＰＳシステム９０１は、操舵トルクセンサ９４、アクチュエータ駆動装置３００、操舵アシストアクチュエータ８０１等を含む。操舵トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、ドライバの操舵トルクを検出する。アクチュエータ駆動装置３００は、操舵トルク等に基づき演算された所望の操舵アシスト力を出力させるように、操舵アシストアクチュエータ８０１に電力供給する。操舵アシストアクチュエータ８０１が出力した操舵アシスト力は、減速ギア８９を介してラック９７に伝達される。

　アクチュエータ駆動装置３００には、主電源１０及びバックアップ電源装置２００が接続されている。主電源１０とアクチュエータ駆動装置３００とを結ぶ線のうち太い実線はパワー電源線を示し、細い実線は制御電源線を示す。以下、特に断らない限り、電力供給とはパワー電源線を介した電力供給を意味する。主電源１０が正常のとき、主電源１０の直流電力は、バックアップ電源装置２００を経由してアクチュエータ駆動装置３００に供給される。一方、主電源１０が失陥したときの電力供給構成については図３を参照して後述する。

　図２に、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したＳＢＷシステム９０２の全体構成を示す。ＳＢＷシステム９０２では、ステアリングシャフト９２とラック９７とが分離している。ステアリングシャフト９２側には、ドライバの操舵に対する反力を出力する反力アクチュエータ８０２が設けられている。反力アクチュエータ８０２が出力した反力は、減速ギア７９を介してステアリングシャフト９２に伝達される。ラック９７側には、ラック９７を直線運動させてタイヤ９９を転舵させる転舵アクチュエータ８０３が設けられている。転舵アクチュエータ８０３が出力した転舵力は、減速ギア８９を介してタイヤ９９に伝達される。

　ＳＢＷシステム９０２のアクチュエータ駆動装置３００は、反力アクチュエータ８０２に電力供給する反力アクチュエータ駆動装置３０２、及び、転舵アクチュエータ８０３に電力供給する転舵アクチュエータ駆動装置３０３を含む。反力アクチュエータ駆動装置３０２と転舵アクチュエータ駆動装置３０３とは相互に通信し、反力アクチュエータ８０２と転舵アクチュエータ８０３とを協調して動作させる。

　図１と同様に、図２においても、アクチュエータ駆動装置３００には、「直流電源」である主電源１０及びバックアップ電源装置２００が接続されている。例えば主電源１０及びバックアップ電源装置２００から供給された直流電力は、反力アクチュエータ駆動装置３０２及び転舵アクチュエータ駆動装置３０３に分配される。或いは、反力アクチュエータ駆動装置３０２及び転舵アクチュエータ駆動装置３０３に対し二つのバックアップ電源装置２００が個別に設けられてもよい。

　ＥＰＳシステム９０１の操舵アシストアクチュエータ８０１、ＳＢＷシステム９０２の反力アクチュエータ８０２及び転舵アクチュエータ８０３のいずれも、代表的には３相ブラシレスモータが用いられる。「アクチュエータ」を「モータ」に言い換えると、操舵アシストモータ８０１は操舵アシストトルク、反力モータ８０２は反力トルク、転舵モータ８０３は転舵トルクをそれぞれ出力する。本明細書ではモータ特有の構成や制御に言及しないため、基本的に「アクチュエータ」と称する。

　［システムの電力供給構成］
　次に図３、図４を参照し、主電源１０、バックアップ電源装置２００及びアクチュエータ駆動装置３００を含むシステムの電力供給構成について説明する。バックアップ電源装置２００は、バックアップ電源２０、ダイオード２１、２２及び電源切替スイッチ２５を含む。主電源１０は、相対的に容量の大きい直流電源である。バックアップ電源２０は、相対的に容量の小さい直流電源であり、主電源１０の失陥時に用いられる非常用サブバッテリである。本実施形態では、「電源」とは基本的に直流電源を意味する。

　制御部４０のマイコン４１に制御電源を供給するＩＧラインの合流点２３には、主電源１０及びバックアップ電源２０が並列に接続されている。主電源１０と合流点２３との間、及び、バックアップ電源２０と合流点２３との間には、それぞれ、合流点２３から電源１０、２０への電流の逆流を防ぐダイオード２１、２２が設けられている。ＩＧラインには低電流しか流れないため、主電源１０の失陥時にも経路の切替なしにバックアップ電源２０の電源供給が可能である。

　電源切替スイッチ２５は、電源ライン（いわゆるＰＩＧライン）に設けられており、主電源１０に接続された第１スイッチ２５１、及び、バックアップ電源２０に接続された第２スイッチ２５２から構成されている。第１スイッチ２５１及び第２スイッチ２５２は、いずれか一方がオン、又は両方がオフされる。主電源１０からバックアップ電源２０側に電流が流れ込みショートすることを防ぐため、両方のスイッチ２５１、２５２が同時にオンしないように操作される。

　図４に示すように、主電源１０の使用時には第１スイッチ２５１がオン、第２スイッチ２５２がオフされる。主電源１０からバックアップ電源２０に切り替えるとき、一旦両方のスイッチ２５１、２５２がオフされてから、第２スイッチ２５２がオンされ、バックアップ電源２０が使用される。そのため、電源の切替に伴うタイムラグが生じる。

　アクチュエータ駆動装置３００は、「直流電源」である主電源１０又はバックアップ電源２０の電力をインバータ５０により変換してアクチュエータ８０に供給する。駆動対象である「アクチュエータ８０」は、図１、図２に示す各アクチュエータ８０１、８０２、８０３を包括する。

　アクチュエータ駆動装置３００は、インバータ５０、電源リレー３１、入力電圧検出器３４、インバータリレー３５、アクチュエータリレー３８、及び、制御部４０を備える。インバータ５０は、「直流電源」である主電源１０又はバックアップ電源２０から、電源ライン（いわゆるＰＩＧライン）を経由して電圧が印加される。図中、電源ラインを太い実線で示す。

　インバータ５０は、ブリッジ接続された３相上下アームの複数のスイッチング素子５１－５６から構成され、入力された直流電力を交流電力に変換してアクチュエータ８０に供給する。詳しくは、スイッチング素子５１、５２、５３は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上アーム素子であり、スイッチング素子５４、５５、５６は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の下アーム素子である。スイッチング素子５１－５６として例えばＭＯＳＦＥＴが用いられる。インバータ５０の入力部に設けられる平滑コンデンサの図示を省略する。また、各相電流を検出するシャント抵抗が、例えば下アーム素子５４、５５、５６とグランドとの間に設けられてもよい。

　電源リレー３１は、電源ラインの途中、すなわち電源１０、２０とインバータ５０との間に設けられ、オフ時に電源１０、２０側からインバータ５０側への電流を遮断する。ただし図３の例のように電源リレー３１がＭＯＳＦＥＴで構成される場合、電源リレー３１がオフでも、インバータ５０側から電源１０、２０側へは寄生ダイオードを通って電流が流れる可能性がある。

　入力電圧検出器３４は、電源リレー３１とインバータ５０との間に設けられ、電源ラインを経由してインバータ５０に印加されるインバータ入力電圧Ｖｉｎｖを検出する。ここで検出されるインバータ入力電圧Ｖｉｎｖが後述する電源失陥復帰処理を行う上での判断情報となる。以下の説明における「電圧復帰」とは、一旦低下したインバータ入力電圧Ｖｉｎｖが通常値に復帰することを意味する。

　インバータリレー３５及びアクチュエータリレー３８は、本実施形態でのオプション構成である。本実施形態の機能の範囲では少なくとも一方が設けられることが好ましいが、最小限の構成として必須ではない。インバータリレー３５は、電源ラインにおける電源リレー３１とインバータ５０との間に設けられ、オフ時にインバータ５０側から電源１０、２０側への電流を遮断する。仮に電源１０、２０側の電圧が低下した状態でアクチュエータ８０の逆起電圧がインバータ５０を経由して逆入力されても、電源１０、２０側へ回生電流が流れることが防止される。

　一般にＥＰＳシステムやＳＢＷシステムのアクチュエータ駆動装置では、バッテリの正極と負極との逆接続時に回路に逆方向の電流が流れることを防止するための「逆接続保護リレー」として、電源リレー３１とインバータ５０との間に同種のリレーが設けられる。ただし本実施形態では、主電源１０の失陥時に代用されるはずのバックアップ電源２０が逆接続されているという事態まで想定しない。そのため、目的と異なる「逆接続保護リレー」に代えて、このリレーを「インバータリレー」と称する。

　アクチュエータリレー３８は、インバータ５０とアクチュエータ８０との間に設けられ、オフ時にアクチュエータ８０側からインバータ５０側への電流を遮断する。図３の例では、３相モータの各相電流経路に設けられた３個のモータリレーをまとめて「アクチュエータリレー３８」と記す。アクチュエータリレー３８をオフすることで、アクチュエータ８０で発生した逆起電圧がインバータ５０に逆入力されることが防止される。アクチュエータリレー３８が設けられ、且つ適切なタイミングでオフされる場合、インバータリレー３５の上記機能は必要ないとも考えられる。ただし、冗長的なフェールセーフ構成としてインバータリレー３５及びアクチュエータリレー３８の両方が設けられてもよい。

　制御部４０は、インバータ５０のスイッチング素子５１－５６を操作してインバータ５０の動作を制御する。以下、直流電源の正常時における制御を「通常制御」という。通常制御には、主電源１０が正常時の制御と、バックアップ電源２０への切替完了後の制御との両方が含まれる。アクチュエータ８０が３相ブラシレスモータの場合、制御部４０は、相電流検出値やモータ回転角検出値に基づきベクトル制御で電流フィードバック制御を行い、インバータ５０の駆動信号を生成する。この点は周知のモータ制御技術であるため、説明を省略する。

　また制御部４０は、入力電圧検出器３４から取得したインバータ入力電圧Ｖｉｎｖの低下及び復帰に基づき、「直流電源の失陥及び復帰」を検知する。本実施形態では「直流電源の失陥」は主電源１０の失陥を意味し、「直流電源の復帰」はバックアップ電源２０への接続切替が完了し、且つ、電源リレー３１がオンされたことを意味する。さらに制御部４０は、電源リレー３１、インバータリレー３５、アクチュエータリレー３８を操作してオン／オフ制御する。これらの制御部４０の機能に関する入出力を実線矢印で示す。

　加えて制御部４０は、破線矢印で示すように電源ラインに流れる電流Ｉｂｔを検出し、電流Ｉｂｔが所定の過電流閾値を超えたとき電源リレー３１をオフして回路を保護する。この過電流監視自体は本実施形態の主要機能ではないが、課題の背景として関係がある。すなわち、本実施形態の構成では主電源１０が失陥したとき、電源ラインの過電流異常が検出され、安全処置として電源リレー３１がオフされる。したがって、バックアップ電源装置２００において電源切替スイッチ２５の接続を主電源１０からバックアップ電源２０に切り替えた後、適切なタイミングで電源リレー３１をオンする必要があり、そのために「電源失陥復帰処理」を実行する技術的意義が発生する。

　本実施形態の制御部４０は、マイコン４１及びカスタムＩＣ４２を含む。制御部４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備え、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

　マイコン４１は、主に通常制御におけるインバータ駆動信号の制御演算を行う。また、マイコン４１は、車内ネットワークを経由して車両の他の機器との通信を行う。上述の通り、マイコン４１の制御電源は、主電源１０又はバックアップ電源２０から、逆流防止用ダイオード２１、２２が設けられたＩＧラインを経由して入力される。

　カスタムＩＣ４２は、インバータ入力電圧Ｖｉｎｖを取得して主電源１０の失陥及び復帰を検知し、その検知結果や過電流異常の監視に基づき電源リレー３１等の操作を行う。つまり、本実施形態に特有の電源失陥復帰処理は、主にカスタムＩＣ４２により実行される。専用のカスタムＩＣ４２を用いて電源失陥復帰処理を行うことで、高速に処置が可能となり、安全性がより向上する。

　［電源失陥復帰処理］
　制御部４０は、主電源１０が失陥したとき、通常制御の再開を判定する「電源失陥復帰処理」を実行する。本実施形態では、主電源１０が失陥し、電源ラインに接続される直流電源が主電源１０からバックアップ電源２０に切り替わるときに制御部４０が実行する電源失陥復帰処理について説明する。なお、「その他の実施形態」の欄に記載するように、主電源１０が一時的に失陥した後、暫くしてから復帰する場合に電源失陥復帰処理が適用されてもよい。

　（第１実施形態）
　図５～図８のタイムチャートを参照し、第１実施形態の電源失陥復帰処理について、インバータ入力電圧Ｖｉｎｖの復帰タイミングによりＣａｓｅ１～Ｃａｓｅ４に場合分けして説明する。以下、「インバータ入力電圧Ｖｉｎｖの復帰」を適宜省略して「電圧復帰」という。

　図の縦軸には、「主電源の供給状態」、「バックアップ電源の供給状態」、「電源リレー」、「インバータ入力電圧Ｖｉｎｖ」、「アクチュエータ制御」の５項目を示す。「主電源の供給状態」及び「バックアップ電源の供給状態」については、アクチュエータ駆動装置３００へ電源が供給されている状態を有効とし、電源が供給されていない状態を無効とする。具体的な箇所での検出電圧を示すものではない。主電源１０が失陥すると、「主電源の供給状態」は有効から無効になる。バックアップ電源２０への接続切替が完了すると、「バックアップ電源の供給状態」は無効から有効になる。

　図５～図８の横軸には、電源失陥時ｔ０、１回目のターンオフ時ｔ１、１回目のターンオン時ｔ２、２回目のターンオフ時ｔ３を示す。ただし、Ｃａｓｅ１で発生しないｔ２、ｔ３、及び、Ｃａｓｅ２で発生しないｔ３を括弧内に記し、対応する縦線を破線で記す。Ｃａｓｅ１～Ｃａｓｅ４で共通に、電源失陥時ｔ０に主電源１０が失陥し、「主電源の供給状態」が無効になり、インバータ入力電圧Ｖｉｎｖが０に低下する。また、主電源１０での通常制御が終了し、異常検出中制御が開始する。

　電源失陥時ｔ０から１回目のターンオフ時ｔ１までの期間を「待機期間Ｔｗｔ」と定義する。１回目のターンオフ時ｔ１から１回目のターンオン時ｔ２までの期間を「１回目の電源リレーオフ期間Ｔｏｆｆ＿１」と定義する。１回目のターンオン時ｔ２から２回目のターンオフ時ｔ３までの期間を「１回目の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿１」と定義する。

　ここで、待機期間Ｔｗｔと電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿１とは同等の長さに設定されている。これにより、カスタムＩＣ４２の機能を効果的に使用することができる。後述の第３実施形態においても、２回目以後の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿２・・・Ｔｏｎ＿Ｎは、待機期間Ｔｗｔ及び１回目の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿１と同等の長さに設定されることが好ましい。

　図５に示すＣａｓｅ１では、１回目のターンオフ時ｔ１まで、すなわち待機期間Ｔｗｔが経過するまでにバックアップ電源２０への切替が完了し、「バックアップ電源の供給状態」が有効になる。この時点で電源リレー３１はオンであるため、「バックアップ電源の供給状態」が有効になると同時に電圧復帰する。制御部４０は、電圧復帰と同時にバックアップ電源２０での通常制御を再開する。

　図６～図８に示すように、電圧復帰しないまま待機期間Ｔｗｔが経過すると、待機期間Ｔｗｔが経過した時である１回目のターンオフ時ｔ１、制御部４０は、電源リレー３１をオフする。

　図６に示すＣａｓｅ２では、１回目のターンオフ時ｔ１から１回目のターンオン時ｔ２まで、すなわち１回目の電源リレーオフ期間Ｔｏｆｆ＿１が経過するまでにバックアップ電源２０への切替が完了し、「バックアップ電源の供給状態」が有効になる。この時点では電源リレー３１がオフしているため電圧復帰しない。

　１回目のターンオフ時ｔ１から１回目の電源リレーオフ期間Ｔｏｆｆ＿１が経過した時である１回目のターンオン時ｔ２、制御部４０は、電源リレー３１を再オンする。Ｃａｓｅ２では１回目のターンオン時ｔ２に電圧復帰する。この場合、制御部４０は、電圧復帰と同時にバックアップ電源２０での通常制御を再開する。

　図７に示すＣａｓｅ３では、１回目のターンオン時ｔ２から２回目のターンオフ時ｔ３まで、すなわち１回目の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿１が経過するまでにバックアップ電源２０への切替が完了し、「バックアップ電源の供給状態」が有効になる。この時点で電源リレー３１はオンであるため、「バックアップ電源の供給状態」が有効になると同時に電圧復帰する。制御部４０は、電圧復帰と同時にバックアップ電源２０での通常制御を再開する。

　図８に示すように、電圧復帰しないまま１回目の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿１が経過すると、１回目の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿１が経過した時である２回目のターンオフ時ｔ３、制御部４０は、電源リレー３１を２回目にオフする。

　図８に示すＣａｓｅ４では、２回目のターンオフ時ｔ３以後にバックアップ電源２０への切替が完了するか、又は、恒久的にバックアップ電源２０への切替が完了しない。例えばバックアップ電源装置２００のバックアップ電源２０や電源切替スイッチ２５が異常の場合が想定される。そこで第１実施形態では、２回目のターンオフ時ｔ３に達するとタイムアップとみなす。

　つまり制御部４０は、１回の電源リレーオフ期間Ｔｏｆｆ＿１と１回の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿１とが電圧復帰しないまま経過した時、電源リレー３１を２回目にオフするとともにアクチュエータ８０の駆動を停止する。こうして、２回目のターンオフ時ｔ３に異常検出中制御が終了し、停止制御が開始する。

　次に図９を参照し、電源失陥復帰処理におけるアクチュエータ８０の出力制限について説明する。制御部４０は、電源失陥時ｔ０からインバータ入力電圧Ｖｉｎｖの復帰時までの間にアクチュエータ８０の出力を所定の出力制限値Ｐｌｉｍ以下に制限する。例えば制御部４０はアクチュエータ８０の出力を０にしてもよい。

　出力制限値を低下させるタイミングは、実線で示すように１回目のターンオフ時ｔ１の前に制限を完了させる場合に限らない。例えばＣａｓｅ２、Ｃａｓｅ３の場合、破線で示すように、１回目のターンオン時ｔ２の前までに制限が完了すればよい。そして制御部４０は、電圧復帰後、アクチュエータ８０の出力制限を解除する。これにより、通常制御の再開時にアクチュエータ８０の出力が急に発生することが抑制される。好ましくは、制御部４０が出力制限値を変更するとき、急変を避けて徐変する。

　また制御部４０は、バックアップ電源２０で通常制御を再開する場合、主電源１０での通常制御に比べアクチュエータ８０の出力を制限する。バックアップ電源２０は主電源１０に比べ容量が小さいため、出力を制限することで、制御の続行時間を延ばすことができる。例えばバックアップ電源２０の充電量に応じてアクチュエータ８０出力制限値が設定されてもよい。

　図１０のフローチャートを参照し、異常検出中制御における処理について説明する。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを示す。Ｓ１では時刻ｔ０に主電源１０が失陥し、制御部４０は通常制御から異常検出中制御に移行する。Ｓ２で制御部４０は、インバータ５０の駆動を停止し、インバータリレー３５又はアクチュエータリレー３８の少なくとも一方をオフする。「インバータ５０の駆動を停止する」とは、全相上下アーム素子５１－５６をオフすることを意味する。この状態は、Ｓ３で電圧復帰したと判断されるまで継続される。

　Ｓ３で電圧復帰したと判断されると、Ｓ４で制御部４０は、インバータ５０の駆動停止を解除し、インバータリレー３５及びアクチュエータリレー３８をオンする。なお、電圧復帰したと判断された時点で、既に電源リレー３１はオンされている。また、Ｓ４と同時にＳ５で、制御部４０は異常検出中制御を終了して通常制御を再開する。

　このように制御部４０は、電源失陥時ｔ０から電圧復帰時までインバータ５０の駆動を停止することで、インバータ５０による生成電圧が電源１０、２０側に印加されることを防止する。また制御部４０は、インバータリレー３５又はアクチュエータリレー３８の少なくとも一方をオフすることで、アクチュエータ８０側からの逆入力により、インバータ５０側から電源１０、２０側に回生電流が流れることを防止する。

　以上のように第１実施形態の制御部４０は、主電源１０の失陥後に電源リレー３１をオンする期間とオフする期間とを交互に繰り返すことで、インバータ入力電圧Ｖｉｎｖの復帰時における迅速な通常制御の再開と安全処置の実施とを両立することができる。一方、電圧復帰しないまま電源リレーオフ期間Ｔｏｆｆ＿１及び電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿１が各１回経過した場合、制御部４０はアクチュエータ８０の駆動を停止することで、復帰の可能性が見込めない場合の無用な処理の継続を回避する。このように本実施形態では、電源失陥後の通常制御の再開を適切に判定することができる。

　特に本実施形態の電源失陥復帰処理は、主電源１０とバックアップ電源２０とを備えるシステムにおいて、主電源１０が失陥し、電源ラインに接続される直流電源が主電源１０からバックアップ電源２０に切り替わるときに実行される。これにより、主電源１０からバックアップ電源２０への切替後の通常制御が効率良く安全に再開される。高い信頼性が要求されるＥＰＳシステムやＳＢＷシステムでは特に好適である。

　（第２実施形態）
　図１１を参照し、第２実施形態の電源失陥復帰処理について説明する。図１１には、第１実施形態のＣａｓｅ３（図７）に準ずる制御を代表として示す。制御部４０は、電源失陥時ｔ０からインバータ入力電圧Ｖｉｎｖの復帰時までの待機期間Ｔｗｔ及び電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿１において、電源リレー３１を常時オンするのでなく、間欠的にオンオフする。

　異常検出中制御で電源リレー３１を常時オンすると、過電流時の発熱によりインバータ素子５１－５６等が破壊するおそれがある。そこで、異常検出中制御では電源リレー３１を間欠的にオンオフすることで、過電流による発熱を抑制することができる。間欠動作のＤｕｔｙ比は固定値としてもよく、電流検出値等に応じて可変に設定されてもよい。

　（第３実施形態）
　図１２を参照し、第３実施形態の電源失陥復帰処理について説明する。図１２には、第１実施形態のＣａｓｅ４（図８）に準ずる制御を代表として示す。第３実施形態は第１実施形態に対し、２回目のターンオフ時ｔ３までの動作は同じであるが、アクチュエータ８０の駆動を停止するタイミング、言い換えれば異常検出中制御から停止制御に移行するタイミングが異なる。

　図１２において「バックアップ電源の供給状態」は、電源失陥時ｔ０から最終的に停止制御に移行するまで無効状態が継続する。２回目のターンオフ時ｔ３に制御部４０は電源リレー３１をオフし、２回目の電源リレーオフ期間Ｔｏｆｆ＿２に移行する。次に２回目のターンオン時ｔ４に電源リレーオフ期間Ｔｏｆｆ＿２が経過すると、制御部４０は電源リレー３１をオンし、２回目の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿２に移行する。

　仮に２回目の電源リレーオフ期間Ｔｏｆｆ＿２中にバックアップ電源２０への切替が完了した場合、第１実施形態のＣａｓｅ２に準じ、２回目のターンオン時ｔ４に通常制御が再開される。仮に２回目の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿２中にバックアップ電源２０への切替が完了した場合、第１実施形態のＣａｓｅ３に準じ、電圧復帰と同時に通常制御が再開される。

　以後、Ｎ回（Ｎ≧２）の電源リレーオフ期間と電源リレーオン期間Ｔｏｎとが繰り返される。Ｎ回目のターンオフ時ｔ（２Ｎ－１）に制御部４０は電源リレー３１をオフし、Ｎ回目の電源リレーオフ期間Ｔｏｆｆ＿Ｎに移行する。Ｎ回目のターンオン時ｔ（２Ｎ）に制御部４０は電源リレー３１をオンし、Ｎ回目の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿Ｎに移行する。

　その後、Ｎ回目の電源リレーオン期間Ｔｏｎ＿Ｎが経過した（Ｎ＋１）回目のターンオフ時ｔ（２Ｎ＋１）、制御部４０は電源リレー３１を（Ｎ＋１）回目にオフするとともにアクチュエータ８０の駆動を停止する。つまり制御部４０は、２回以上繰り返されるＮ回の電源リレーオフ期間とＮ回の前記電源リレーオン期間とが電圧復帰しないまま経過した時、電源リレー３１を（Ｎ＋１）回目にオフするとともにアクチュエータ８０の駆動を停止する。

　第３実施形態では、最終的に停止制御に移行するまでに通常制御を再開するチャンスをできるだけ長く確保することができる。或いは、停止制御に移行するまでのトータル時間を第１実施形態と同等に設定した場合、電源リレーオフ期間及び電源リレーオン期間を短周期で多数回繰り返すことで、Ｃａｓｅ２における切替完了タイミングから通常制御再開までのタイムラグを短縮することができる。

　（その他の実施形態）
　（ａ）アクチュエータ駆動装置３００により駆動されるアクチュエータ８０は、回転によりトルクを出力するモータ以外に、直進力を出力する電動リニアアクチュエータ等であってもよい。また、「インバータ」は、入力された直流電力の電流方向を変換するＨブリッジ回路を含むものと解釈し、アクチュエータにはＤＣモータ等のＤＣアクチュエータが含まれてもよい。

　（ｂ）インバータリレー３５又はアクチュエータリレー３８の一方又は両方が設けられなくてもよい。その場合、図１０の異常検出中制御における処理から、存在しないリレーのオフの項目が除外される。

　（ｃ）図３には電源リレー３１、インバータリレー３５、アクチュエータリレー３８として半導体スイッチング素子を図示しているが、これに限らず、各リレーは機械式リレーで構成されてもよい。

　（ｄ）電源失陥復帰処理は、主電源１０の失陥時にバックアップ電源２０に切り替える場合に限らず、電源が一時的に失陥した後、暫くしてから復帰する場合に実行されてもよい。つまり本開示は、主電源１０及びバックアップ電源２０を備えたシステムに限らず、一つの直流電源のみを備えたシステムにも適用可能である。この場合、通常制御を再開してアクチュエータ出力制限を解除するとき、アクチュエータ出力を電源失陥前と同程度に設定してもよい。

　（ｅ）本開示は、ＥＰＳやＳＢＷのステアリングシステムに限らず、直流電源の電力をインバータにより変換してアクチュエータに供給するどのようなアクチュエータ駆動システムに適用されてもよい。

　以上、本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

　本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (9)

1. 　直流電源の電力をインバータ（５０）により変換してアクチュエータ（８０）に供給するアクチュエータ駆動装置であって、
   　前記直流電源から電源ラインを経由して電圧が印加されるインバータと、
   　前記電源ラインの途中に設けられ、オフ時に前記直流電源側から前記インバータ側への電流を遮断する電源リレー（３１）と、
   　前記インバータに印加されるインバータ入力電圧（Ｖｉｎｖ）を検出する入力電圧検出器（３４）と、
   　前記インバータの動作を制御し、前記インバータ入力電圧の低下及び復帰に基づき前記直流電源の失陥及び復帰を検知し、且つ、前記電源リレーを操作する制御部（４０）と、
   　を備え、
   　前記制御部は、前記直流電源が失陥したとき、前記直流電源の正常時における制御である通常制御の再開を判定する電源失陥復帰処理を実行するものであり、前記電源失陥復帰処理において、
   　前記直流電源が失陥した電源失陥時（ｔ０）から待機期間（Ｔｗｔ）が経過するまでに前記インバータ入力電圧が復帰した場合、前記通常制御を再開し、
   　前記インバータ入力電圧が復帰しないまま前記待機期間が経過した時である１回目のターンオフ時（ｔ１）、前記電源リレーをオフし、
   　前記ターンオフ時から電源リレーオフ期間（Ｔｏｆｆ）が経過した時であるターンオン時（ｔ２）、前記電源リレーを再オンし、前記ターンオン時に前記インバータ入力電圧が復帰した場合、前記通常制御を再開し、
   　前記ターンオン時から電源リレーオン期間（Ｔｏｎ）が経過するまでに前記インバータ入力電圧が復帰した場合、前記通常制御を再開し、
   　前記インバータ入力電圧が復帰しないまま前記電源リレーオン期間が経過した時である２回目のターンオフ時（ｔ３）、前記電源リレーを２回目にオフし、
   　１回の前記電源リレーオフ期間と１回の前記電源リレーオン期間とが前記インバータ入力電圧が復帰しないまま経過した時、前記電源リレーを２回目にオフするとともに前記アクチュエータの駆動を停止するか、又は、
   　２回以上繰り返されるＮ回の前記電源リレーオフ期間とＮ回の前記電源リレーオン期間とが前記インバータ入力電圧が復帰しないまま経過した時、前記電源リレーを（Ｎ＋１）回目にオフするとともに前記アクチュエータの駆動を停止するアクチュエータ駆動装置。
2. 　相対的に容量の大きい直流電源である主電源（１０）と、相対的に容量の小さい直流電源であり前記主電源の失陥時に用いられるバックアップ電源（２０）とを備えるシステムにおいて、
   　前記主電源が失陥し、前記電源ラインに接続される前記直流電源が前記主電源から前記バックアップ電源に切り替わるとき、前記制御部は前記電源失陥復帰処理を実行する請求項１に記載のアクチュエータ駆動装置。
3. 　前記制御部は、前記バックアップ電源で前記通常制御を再開する場合、前記主電源での前記通常制御に比べ前記アクチュエータの出力を制限する請求項２に記載のアクチュエータ駆動装置。
4. 　前記制御部は、前記電源失陥時から前記インバータ入力電圧の復帰時までの間に前記アクチュエータの出力を所定の出力制限値以下に制限し、前記インバータ入力電圧の復帰後、前記アクチュエータの出力制限を解除する請求項１～３のいずれか一項に記載のアクチュエータ駆動装置。
5. 　前記制御部は、前記電源失陥時から前記インバータ入力電圧の復帰時までの前記待機期間及び前記電源リレーオン期間において、前記電源リレーを間欠的にオンオフする請求項１～４のいずれか一項に記載のアクチュエータ駆動装置。
6. 　前記待機期間と前記電源リレーオン期間とは同等の長さに設定されている請求項１～５のいずれか一項に記載のアクチュエータ駆動装置。
7. 　前記制御部は、前記電源失陥時から前記インバータ入力電圧の復帰時まで、前記インバータの駆動を停止する請求項１～６のいずれか一項に記載のアクチュエータ駆動装置。
8. 　前記電源ラインにおける前記電源リレーと前記インバータとの間に設けられ、オフ時に前記インバータ側から前記直流電源側への電流を遮断するインバータリレー（３５）、又は、前記インバータと前記アクチュエータとの間に設けられ、オフ時に前記アクチュエータ側から前記インバータ側への電流を遮断するアクチュエータリレー（３８）、のうち少なくとも一方をさらに備え、
   　前記制御部は、前記電源失陥時から前記インバータ入力電圧の復帰時まで、前記インバータリレー又は前記アクチュエータリレーをオフする請求項１～７のいずれか一項に記載のアクチュエータ駆動装置。
9. 　操舵アシスト力を出力する操舵アシストアクチュエータ（８０１）、ドライバの操舵に対する反力を出力する反力アクチュエータ（８０２）、又は、タイヤを転舵させる転舵力を出力する転舵アクチュエータ（８０３）と、
   　前記アクチュエータとして、前記操舵アシストアクチュエータ、前記反力アクチュエータ又は前記転舵アクチュエータのうち少なくとも一つを駆動する請求項１～８のいずれか一項に記載のアクチュエータ駆動装置（３００）と、
   　を備えるステアリングシステム。

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