JP2004306720A

JP2004306720A - パワーステアリング装置

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Publication number: JP2004306720A
Application number: JP2003101267A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Sasaki; 光雄佐々木
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: JP4378099B2

Abstract

【課題】電動モータによりポンプを駆動するパワーステアリング装置において、電源投入時のポンプ動作確認を行う際、運転者に違和感を与えることなく、動作確認が可能なパワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】パワーシリンダ室を連通するバイパス油路と、バイパス油路上であって、アシスト操舵制御手段からの制御信号に基づいて連通路の連通状態を制御するバイパス弁と、電源投入時に、運転者の操舵意図に関わらず、電動モータへ駆動信号を出力し、ポンプの作動信号に基づいて、ポンプが正常もしくは異常を判断する異常判断手段とを設け、異常判断手段は、正常判断後、電動モータの回転数が十分に低下可能な予め設定された第１設定時間の間、バイパス弁に対し開弁指令を出力することとした。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータでポンプを駆動することで操舵アシストするパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワーステアリング装置にあっては、操舵トルクを検出するトルクセンサの出力に基づき電動モータを駆動してオイルポンプを駆動し、ピストンで区切られたパワーシリンダの２室の一方の室の油圧を高めることで操舵アシストする技術が知られている。ここで、２室のパワーシリンダ室を連通するバイパス回路と、このバイパス回路の連通・非連通状態を切換可能なバイパス弁を設けた技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
この技術では、ステアリングに入力されるトルクが小さいときは、バイパス弁を連通状態とし、左右のパワーシリンダ室の差圧を解消することで、運転者の操舵によるマニュアル操舵を可能としている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２９０７７９号公報（図３参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ポンプが異常により停止して操舵アシストができない場合、運転者に違和感を与えてしまう。そこで、電動パワーステアリング制御装置の電源を入れるときにポンプ動作の確認を行う必要がある。
このポンプ動作確認において、ポンプを回転させるとパワーシリンダに作動油が供給されてしまう。これにより発生した差圧により不要な操舵補助を行うため、運転者に違和感を与える虞があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題に着目してなされたもので、電動モータによりポンプを駆動するパワーステアリング装置において、電源投入時のポンプ動作確認を行う際、運転者に違和感を与えることなく、動作確認が可能なパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため請求項１記載の発明では、異常判断手段による正常判断後、電動モータの回転数が十分に低下可能な予め設定された第１設定時間の間、バイパス弁を開弁することとした。すなわち、ポンプ回転により供給された作動油がポンプとバイパス油路により形成された油圧回路を環流するため、パワーシリンダへ供給されることがない。また、電動モータの回転数が低下する第１設定時間の間はバイパス弁が開弁しているため、運転者に違和感を与えることなく、ポンプの動作確認を行うことができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明では、モータ回転数が所定回転数を超えると、直ちに電動モータに対し逆方向の駆動力（制動力）を与えることで、モータ異常判断制御によって発生するモータ回転の慣性力を素早く停止することが可能となり、第１設定時間を短く設定することができる。これにより、通常のフェールセーフバルブ駆動状態（通常制御可能状態）への復帰遅れを防ぐことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるパワーステアリング装置の全体構成を表すシステム図である。まず、構成について説明すると、１はステアリングホイール、２はステアリングシャフト、３はラックアンドピニオン式ギア機構、５は運転者の操舵力をアシストするパワーステアリング機構、６は電動モータ６ａにより駆動する外接ギア型のオイルポンプ、７は操舵輪、８は運転者にステアリング系に故障が発生したことを報知するウォーニングランプ、１０はステアリングコントロールユニットである。
【００１０】
パワーステアリング機構５の油圧源であるオイルポンプ６は、パワーシリンダ５ａの第１シリンダ室５１及び第２シリンダ室５２を連通する油圧管６１に設けられている。運転者がステアリングホイール１を操作すると、操作方向に応じて電動モータ６ａの回転方向が切り換えられ、第１シリンダ室５１と第２シリンダ室５２との間の油を給排することで運転者の操舵力をアシストする。具体的には、図中ステアリング１を右に操舵すると、第２シリンダ室５２から第１シリンダ室５１に油圧が供給される方向に電動モータ６ａが駆動することでラック軸５４と一体に移動するピストン５３を第２シリンダ室側にアシストする。
【００１１】
油圧管６１には、第１シリンダ室５１と第２シリンダ室５２とを、オイルポンプ６を介すことなく連通するバイパス回路６２が設けられている。このバイパス回路６２上には、コントロールユニット１０からの指令信号に基づいて作動する電子制御式のフェールセーフバルブ４が設けられている。
【００１２】
このフェールセーフバルブ４は、コントロールユニット１０からの指令信号により電圧が供給されると閉じた状態となり、電圧の供給がない状態では開いた状態となるノーマルオープン弁を用いている。これにより、ステアリング系に何らかの以上が発生し、電源の供給をシャットダウンした場合であっても、第１シリンダ室５１と第２シリンダ室５２を連通状態とすることが可能となり、アシストトルク無しの通常の操舵を確保することができる。
【００１３】
また、ステアリングシャフト２には、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ１２が設けられている。
【００１４】
コントロールユニット１０には、トルクセンサ１２からの操舵トルク信号、イグニッションスイッチ１３からのＩＧＮ信号、エンジン回転数センサ１４からのエンジン回転数信号、車速センサ１５からの車速信号が入力される。これら入力された信号に基づいて、オイルポンプ６の電動モータ６ａ、フェールセーフバルブ４及びウォーニングランプ８へ指令信号を出力する。
【００１５】
図２はコントロールユニット１０内の構成を表すブロック図である。１０１は電源回路であり、バッテリ１１からの電圧信号、及びイグニッションスイッチ１３からのＩＧＮ信号が入力され、メインマイコン１０７と信号を送受信する。
【００１６】
１０２はエンジン回転数処理回路であり、エンジン回転数センサ１４からのエンジン回転数信号をメインマイコン１０７へ出力する。１０３はトルクセンサ処理回路であり、トルクセンサ１２からのトルク信号をメインマイコン１０７に出力すると共に、サブマイコン１０８へ出力する。１０４は車速信号処理回路であり、車速センサ１５からの車速信号をメインマイコン１０７へ出力する。１０５は診断回路であり、コネクタ１６を介して入力される診断信号をメインマイコンに出力する。１０６はＣＡＮ通信回路であり、車両系ＣＡＮによって送信される信号をメインマイコン１０７に出力する。
【００１７】
１０８はサブマイコンであり、メインマイコン１０７を監視する。メインマイコン１０７にフェールが発生したときは、フェールセーフリレー１０９，フェールセーフバルブ駆動回路１１６及びウォーニングランプ駆動回路１１７へ制御信号を出力可能に構成されている。
【００１８】
１０９はフェールセーフリレーであり、何らかのフェールが発生したときは、モータ駆動用の電源供給を遮断する。１１０はＥＥＰＲＯＭであり、制御に必要な各種データを格納すると共に、データを更新可能な構成となっている。１１１はフェールセーフリレー診断入力回路であり、フェールセーフリレー１０９の作動診断信号をメインマイコン１０７へ出力する。１１２はモータ駆動回路であり、メインマイコン１０７からの指令信号に基づいて電動モータ６ａへ電圧を供給する。１１３は電流モニタ回路であり、電動モータ６ａの電流値を検出し、メインマイコン１０７へ出力する。１１４はモータ端子電圧回路であり、電動モータ６ａの端子電圧をメインマイコン１０７へ出力する。
【００１９】
１１５はモータ回転信号処理回路であり、電動モータ６ａの回転数をメインマイコン１０７へ出力する。１１６はフェールセーフバルブ駆動回路であり、メインマイコン１０７もしくはサブマイコン１０８からの指令信号に基づいて、フェールセーフバルブ４に対し駆動信号を出力する。１１７はウォーニングランプ駆動回路であり、メインマイコン１０７もしくはサブマイコン１０８からの指令信号に基づいて、ウォーニングランプ８に対し指令信号を出力する。
【００２０】
図３は実施の形態１におけるポンプユニットの構成を表す概略図である。まず構成について説明すると、６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄは各シリンダ室５１とオイルポンプ６を接続する油圧管である。６２ａ，６２ａ’，６２ｂ，６２ｂ’は油圧管６１ｂ，６１ｃを連通するバイパス油路である。２０２ａ，２０２ｂ，２０５はオイルポンプ６へ油を供給すると共に、ドレンされた油を貯留するリザーバタンクである。２０１ａ，２０１ｂはオイルポンプ６により油圧が発生したときは閉じ、負圧が生じたときは開放するチェック弁である。
【００２１】
２０３はリターンチェック弁であり、詳細については後述する。２０４はドレンされた油をリザーバタンク２０５に供給するチェック弁、６３はリターンチェック弁２０３とリザーバタンク２０５とチェック弁２０４を介して接続するドレン油路である。
【００２２】
ここで、リターンチェック弁２０３について説明する。リターンチェック弁２０３は、第１リターンチェック弁２０３ａと、第２リターンチェック弁２０４ａと、スプールバルブ２１０と、スプールバルブ２１０を中央に付勢するリターンスプリング２０６ａ，２０６ｂから構成されている。
【００２３】
第１リターンチェック弁２０３ａには、油圧管６１ａ，６１ｂとの接続ポートを有する第１油圧室２０７ａと、ドレン油路６３とバイパス油路６２ａ’との接続ポートを有する第１ピストン室２０８ａが設けられている。同様に、第２リターンチェック弁２０３ｂには、油圧管６１ｃ，６１ｄとの接続ポートを有する第２油圧室２０７ｂと、ドレン油路６３とバイパス油路６２ｂ’との接続ポートを有する第２ピストン室２０８ｂが設けられている。
【００２４】
スプールバルブ２１０には、リターンスプリング２０６ａによる付勢力と、第１油圧室２０７ａの油圧と、第１ピストン室２０８ａの油圧により図中右側の付勢力が作用する。一方、反対側（図中左側）の付勢力として、リターンスプリング２０７ａによる付勢力と、第２油圧室２０７ｂの油圧と、第２ピストン室２０８ｂの油圧が作用する。これによりスプールバルブ２１０の位置が決定される。
【００２５】
スプールバルブ２１０には、リターンスプリング２０６ａによる付勢力と、第１油圧室２０７ａの油圧と、第１ピストン室２０８ａの油圧により図中右側の付勢力が作用する。一方、反対側（図中左側）の付勢力として、リターンスプリング２０７ａによる付勢力と、第２油圧室２０７ｂの油圧と、第２ピストン室２０８ｂの油圧が作用する。これによりスプールバルブ２１０の位置が決定される。
【００２６】
（ポンプ異常判断中にバイパス弁を開弁する制御処理）
【００２７】
次に、ポンプの作動信号に基づきポンプの異常を判断し、異常判断中にバイパス弁を開弁するパワーステアリング制御について説明する。図４はポンプ異常を判断し、異常判断中にバイパス弁を開弁するときの制御を表すフローチャートである。尚、本制御フローは所定間隔（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行されるものとする。
【００２８】
ステップ３０１では、イニシャルモータチェックの終了フラグが１であるかどうかを判断し、０の場合はステップ３０２へ、１の場合は本制御フローを終了する。
【００２９】
ステップ３０２では、イニシャルモータチェック異常フラグが１であるかどうかを判断する。０の場合はステップ３０３へ、１の場合は本制御フローを終了する。
【００３０】
ステップ３０３では、バッテリ電圧が正常範囲内かどうかを確認する。正常範囲内の場合はステップ３０４へ、正常範囲内でない場合は本制御フローを終了する。
【００３１】
ステップ３０４では、他に故障が検出されているかどうかを確認する。他に故障が検出されない場合はステップ３０５へ、故障が検出された場合は本制御フローを終了する。
【００３２】
ステップ３０５では、モータ通電時間Ｔｍ（特許請求の範囲に記載の第１設定時間に相当）の変化に伴いバッテリ電圧を減少させるようにセットし、ステップ３０６へ進む。
【００３３】
ステップ３０６では、フェールセーフバルブが開状態かどうかを判断し、開状態の場合はステップ３０７へ、閉状態の場合は本制御フローを終了する。
【００３４】
ステップ３０７では、モータ通電を開始し、ステップ３０８へ進む。
【００３５】
ステップ３０８では、戻り時間タイマＴが所定時間Ｔｍを上回るかどうかを確認する。上回る場合は、ステップ３０９へ、上回らない場合はステップ３１０へ進む。
【００３６】
ステップ３０９では、モータ通電を終了し、ステップ３１１へ進む。
【００３７】
ステップ３１０では、カウントアップを行い、ステップ３１１へ進む。
【００３８】
ステップ３１１では、モータ回転センサ出力が所定回転数を上回るかどうかを判断する。上回る場合はステップ３１２へ、上回らない場合はステップ３１９へ進む。
【００３９】
ステップ３１２では、モータ通電を終了し、ステップ３１３へ進む。
【００４０】
ステップ３１３では、イニシャルモータチェック異常フラグを０にセットし、ステップ３１４へ進む。
【００４１】
ステップ３１４では、イニシャルモータチェック終了フラグを１にセットし、ステップ３１５へ進む。
【００４２】
ステップ３１５では、戻り時間タイマＴが所定時間Ｔｍを上回るかどうかを判断し、上回る場合はステップ３１７へ、上回らない場合はステップ３１６へ進んでカウントアップを行い、再びステップ３１５に戻り、上回るまでこのステップを繰り返す。
【００４３】
ステップ３１７では、フェールセーフバルブを閉める。
【００４４】
ステップ３１８では、トルク信号が所定値よりも小さいかどうかを判断する。小さい場合は、ステップ３１９へ進み、大きい場合はステップ３２０へ進む。
【００４５】
ステップ３１９では、アシスト制御を即許可し、本制御フローを終了する。
【００４６】
ステップ３２０では、アシスト制御を漸増して許可する。
【００４７】
ステップ３２１では、戻り時間タイマＴが所定時間Ｔｍを上回るかどうかを確認し、上回る場合はステップ３２２へ、上回らない場合は本制御フローを終了する。
【００４８】
ステップ３２２では、イニシャルモータチェック異常フラグを１にセットする。
【００４９】
ステップ３２３では、イニシャルモータチェック終了フラグを１にセットして、
本制御フローを終了する。
【００５０】
上記内容を、図６のタイムチャートで説明する。
時間Ｔ_ａにおいては、イニシャルモータチェックがまだ終了していない状態で、バッテリ電圧が正常範囲内であり、モータ駆動がＯＦＦである。
【００５１】
時間Ｔ_ｂにおいて、フェールセーフバルブ４が開いていることを確認後、ステップ３０７でモータ通電を開始すると共に、カウンタＴのカウントアップを開始する。これによりモータ回転数が上昇する。このとき、図７のポンプユニット構成図に示されるように、フェールセーフバルブ４が開いているため、作動油は太線部分で示す油圧管６１ｂ→油圧管６１ｃ→バイパス油路６２ｂ→フェールセーフバルブ４→バイパス油路６２ａの方向（もしくは、その逆方向）を還流する。よって、パワーシリンダ室５１，５２への油圧供給がなされることはない。
【００５２】
時間Ｔ_ｃにおいて、モータ回転数が正常に作動していることを表す所定回数を超えるため、ステップ３１２においてモータ通電を終了する。この時点では、カウンタＴのカウント値が所定値Ｔｍを越えていないため、カウントアップを継続する。
【００５３】
時間Ｔ_ｄにおいて、予め設定された所定時間Ｔｍが経過すると、モータ回転数がほぼ０に近い値となる。このとき、ポンプ６により油圧が供給される虞が無いため、フェールセーフバルブ駆動状態をＯＮにして、フェールセーフバルブ４を閉じる。
【００５４】
これにより通常制御状態に移行する。このとき、上記ポンプ異常判断制御実行中に運転者がマニュアル操舵を実行していると、トルクセンサ１２に大きなトルク信号が入力されることとなる。通常制御に移行した際、このトルク信号に基づいてアシスト制御を即許可してしまうと、操舵負荷がいきなり軽減され、運転者に違和感を与える虞がある。そこで、トルクセンサ１２の信号を検出し、トルク信号が所定値を下回るときはアシスト制御を即許可する一方、トルク信号が所定値を上回るときはアシスト制御量を漸増して許可することで、安定したアシスト操舵制御を達成するものである。
【００５５】
以上説明したように、第１実施例においては、モータ異常判断制御実行中、予め設定された所定時間Ｔｍの間、フェールセーフバルブ４を開いた状態とし、電動モータ６ａの駆動を確認することで、ポンプ６により発生する作動油を図７の太線部分に還流させることができる。これにより、ポンプ６により作動する油をパワーシリンダ５１，５２へ供給することが無い。よって、モータ異常判断制御によって差圧を発生することがなく、不要な操舵補助を防ぐことができる。
【００５６】
（第２実施例）
次に、第２実施例について説明する。基本的な構成は第１実施例と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。
【００５７】
図８、図９は異常判断終了後、電動ポンプの回転方向と逆方向に制動力を与えた後にバイパス弁を閉弁する場合のフローチャートである。ステップ３０１〜ステップ３２３は第１実施例と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
尚、本制御フローは所定間隔（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行されるものとする。
【００５８】
（モータ異常判断制御におけるモータ制動制御処理）
ステップ４０１では、ブレーキフラグが０であるかどうかを判断し、０の場合はステップ３０１へ進み、０でない場合は、ステップ４０３へ進む。
【００５９】
ステップ４０２では、電動モータ６ａへの通電を逆方向にセットし、ステップ３１３へ進む。
【００６０】
ステップ４０３では、戻り時間タイマＴ２が所定時間Ｔｍ_２（特許請求の範囲に記載の第２設定時間に相当）を越えたかどうかを確認する。Ｔｍ_２を越えたときはステップ４０４へ進み、越えていないときはステップ４０６へ進む。
【００６１】
ステップ４０４では、電動モータ６ａへの通電を終了し、ステップ４０５へ進む。
【００６２】
ステップ４０５では、ブレーキ中フラグを０にセットして、ステップ３１７へ進む。
【００６３】
ステップ４０６では、戻り時間タイマＴ２のカウントアップを行い、ステップ４０７へ進む。
【００６４】
ステップ４０７では、ブレーキ中フラグを１にセットし、本制御フローを終了する。
【００６５】
上記内容を図１０のタイムチャートで説明する。
時間Ｔ_ａにおいて、イニシャルモータチェックがまだ終了していない状態で、バッテリ電圧が正常範囲内であり、モータ駆動がＯＦＦである。
【００６６】
時間Ｔ_ｂにおいて、フェールセーフバルブ４が開いていることを確認後、ステップ３０７で電動モータ６ａへの通電を開始すると共に、カウンタＴのカウントアップを開始する。これによりモータ回転数が上昇する。このとき、フェールセーフバルブ４が開いているため、作動油は還流し、パワーシリンダ室５１，５２への油圧供給がなされることはない。
【００６７】
時間Ｔ_ｃにおいて、モータ回転数が正常に作動していることを表す所定回転数を超えるため、ステップ４０２において電動モータ６ａへの通電を逆方向にする。同時に、戻り時間タイマＴ２のカウントアップを開始する。
【００６８】
時間Ｔ_ｄにおいて、電動モータ６ａへの逆方向への通電が、予め設定された所定時間Ｔｍ_２継続後、電動モータ６ａへの通電を終了し、ブレーキ中フラグを０にセットすると共に、フェールセーフバルブ４を閉じる。
【００６９】
以上説明したように、第２実施例においては、モータ回転数が所定回転数を超えると、直ちに電動モータ６ａに対し逆方向の駆動力（制動力）を与えることとした。これにより、モータ異常判断制御によって発生するモータ回転の慣性力を素早く停止することが可能となり、通常のフェールセーフバルブ駆動状態（通常制御可能状態）への復帰遅れを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるパワーステアリング装置の全体構成を表す概略図である。
【図２】実施の形態１における液圧戻し制御の制御内容を表すフローチャートである。
【図３】実施の形態１におけるポンプユニットの構成を表す概略図である。
【図４】実施の形態１におけるポンプ異常判断中にバイパス弁を開弁する制御の制御内容を表すフローチャートである。
【図５】実施の形態１におけるポンプ異常判断中にバイパス弁を開弁する制御の制御内容を表すフローチャートである。
【図６】実施の形態１におけるポンプ異常判断中にバイパス弁を開弁する制御の制御内容を表すタイムチャートである。
【図７】実施の形態１におけるモータ異常判断制御実行中における油の流れを示すポンプユニット構成図である。
【図８】実施の形態２における異常判断終了後、電動ポンプの回転方向と逆方向に制動力を与えた後にバイパス弁を閉弁する場合のフローチャートである。
【図９】実施の形態２における異常判断終了後、電動ポンプの回転方向と逆方向に制動力を与えた後にバイパス弁を閉弁する場合のフローチャートである。
【図１０】実施の形態２における異常判断終了後、電動ポンプの回転方向と逆方向に制動力を与えた後にバイパス弁を閉弁する場合のタイムチャートである。
【符号の説明】
１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３ギア機構
４フェールセーフバルブ
５パワーステアリング機構
５ａパワーシリンダ
６オイルポンプ
６ａ電動モータ
７操舵輪
８ウォーニングランプ
１０コントロールユニット（ＳＢＷＣＵ）
１１バッテリ
１２操舵角センサ
１３イグニッションスイッチ
１４エンジン回転数センサ
１５車速センサ
５１，５２パワーシリンダ室
５４ラック軸
６１ａ，ｂ，ｃ，ｄ油圧管
６２ａ，ａ’，ｂ，ｂ’ バイパス油路
２０１ａ，ｂチェック弁
２０２ａ，ｂリザーブタンク
２０３ａ，ｂリターンチェック弁
２０４チェック弁
２０５リザーブタンク
２０６リターンスプリング
２０７油圧室
２０８ピストン室
２１０スプールバルブ

Claims

運転者のステアリング操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
電動モータにより駆動されるポンプと、
前記ポンプの吐出圧をピストンで区切られたパワーシリンダの２室に導くことで操舵アシストを行う油圧系統を有する操舵アシスト手段と、
検出された操舵トルクに基づいて、前記電動モータの駆動を制御するアシスト操舵制御手段と、
を備えたパワーステアリング装置において、
前記２室のパワーシリンダ室を連通するバイパス油路と、
該バイパス油路上であって、前記アシスト操舵制御手段からの制御信号に基づいて前記連通路の連通状態を制御するバイパス弁と、
電源投入時に、運転者の操舵意図に関わらず、前記電動モータへ駆動信号を出力し、前記ポンプの作動信号に基づいて、前記ポンプが正常もしくは異常を判断する異常判断手段と、
を設け、
前記異常判断手段は、正常判断後、前記電動モータの回転数が十分に低下可能な予め設定された第１設定時間の間、前記バイパス弁に対し開弁指令を出力することを特徴とするパワーステアリング装置。
請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記異常判断手段は、正常判断後、予め設定された第２設定時間の間、前記ポンプの回転方向と反対の駆動力を与えることを特徴とするパワーステアリング装置。