JP2005041301A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵アシスト後の保舵時等において、オイルポンプ内部のフリクションや脈動等に起因する電動機の停止を防止するパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダ２の第１，第２圧力室２ａ，２ｂに対し、第１，第２配管８ａ，８ｂを介して油圧を供給する一対の吐出ポートを備えたオイルポンプ５と、このオイルポンプ５を正逆回転させる電動モータ６と、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０と、検出された操舵トルクに基づいて、電動モータ６に対し駆動電流を出力するコントロールユニット４とを備えたパワーステアリング装置においてコントロールユニット４は、予め設定された不感帯領域を除く全域にわたって、電動モータに対し所定電流値よりも高い駆動電流を出力する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーステアリング装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、操舵アシスト後の保舵状態においては、油圧パワーシリンダの加圧側圧力室の油圧が必要以上に上昇しないよう、電動機の回転速度を低下させる制御が実施される。このとき、可逆式オイルポンプと加圧側圧力室とを結ぶ閉回路が高圧のまま保持されるため、可逆式オイルポンプの脈動が大きくなる。この脈動に加えて、電動機および可逆式オイルポンプの動フリクションにより、電動機が回転速度を維持できずに一時停止を繰り返し、運転者に違和感を与えることがある。
【０００３】
この問題に対応して、従来のパワーステアリング装置では、可逆式オイルポンプの吐出油の一部を、両圧力室外に分岐させる分岐流路を設けたものが知られている。すなわち、分岐流路により可逆式オイルポンプから吐出される吐出油を、油圧パワーシリンダの外に分岐させることで、操舵アシスト後の保舵状態における可逆式オイルポンプの脈動を低減させ、ポンプ停止を抑制している（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４５０８８号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にあっては、操舵トルクが小さく、電動機に与えられる電流値が小さいときには、可逆式オイルポンプの内部フリクションや、脈動等により、電動機が一時的に停止するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、オイルポンプ内部のフリクションや脈動等に起因する電動機停止を防止するパワーステアリング装置を提供することにある。
【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、本発明では、パワーステアリング装置において、電動機制御手段は、操舵アシスト領域の全域にわたって、所定電流値よりも高い駆動電流を供給する。
ここで、「操舵アシスト領域」とは、操舵アシストを実施するように予め設定した操舵トルク領域、すなわち、操舵トルクがゼロまたはゼロ付近となるアシストを実施しない不感帯領域以外の領域をいう。また、「所定電流値」とは、可逆式オイルポンプに発生するフリクションが静フリクション領域を超えて動フリクション領域に達し、かつ、可逆式オイルポンプに定回転を与え得る駆動電流値をいう。
すなわち、本発明にあっては、操舵トルクが操舵アシスト領域にあるとき、電動機が常に動フリクション領域にあり、かつ、可逆式オイルポンプが一定速度で回転している。よって、操舵アシスト後の保舵時等、油圧パワーシリンダの必要アシスト力が小さいとき、オイルポンプ内部のフリクションや脈動等による電動機停止を防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のパワーステアリング装置を実現する実施の形態を、第１実施例に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施例）
図１は、第１実施例のパワーステアリング装置を示す概略構成図である。
第１実施例のパワーステアリング装置は、図外のステアリングシャフトと連結されたラックアンドピニオンギア１と、運転者のステアリング操舵力をアシストする油圧パワーシリンダ２と、ポンプユニット３と、コントロールユニット（電動機制御手段）４を主要な構成としている。
【００１０】
前記油圧パワーシリンダ２は、両端が図外の操舵輪と接続されたラック軸２ａと、このラック２ａと一体に移動するピストン２ｂと、ピストン２ｂにより仕切られた２つの圧力室（第１圧力室２ｃ，第２圧力室２ｄ）を有している。
【００１１】
前記ポンプユニット３は、可逆式のオイルポンプ５と、このオイルポンプ５を正逆回転させる電動モータ（電動機）６と、フェールセーフ弁７とから構成される。
【００１２】
前記オイルポンプ５は、電動モータ６の回転方向により吐出方向を切り換える一対の第１，第２吐出ポート５ａ，５ｂ（図２参照）を有している。第１吐出ポート５ａと油圧パワーシリンダ２の第１圧力室２ｃは、第１配管８ａにより連通している。一方、第２吐出ポート５ｂと油圧パワーシリンダ２の第２圧力室２ｄは、第２配管８ｂにより連通している。
【００１３】
前記フェールセーフ弁７は、第１配管８ａと第２配管８ｂとを、オイルポンプ５を介すことなく連通する配管９上に設けられている。このフェールセーフ弁７は、コントロールユニット４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異常が発生し、電源の供給をシャットダウンした場合であっても、第１圧力室２ｃと第２圧力室２ｄ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できる。
【００１４】
前記ラックアンドピニオンギア１には、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ（操舵トルク検出手段）１０が設けられている。このトルクセンサ１０により検出された運転者の操舵トルクは、操舵トルク信号としてコントロールユニット４へ出力される。
【００１５】
運転者がステアリングを操作すると、操舵トルクと操作方向に応じて電動モータ５の回転方向が切り換えられ、油圧パワーシリンダ２の第１圧力室２ｃと第２圧力室２ｄ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。なお、ステアリングの操作方向は、操舵トルクの増減から判断可能であるが、別途操作方向を検出する手段を設けてもよい。
【００１６】
次に、ポンプユニット３の構造について説明する。
図２はオイルポンプ５のポンプハウジングの正面図、図３はポンプユニット３の断面図であり、オイルポンプ５は、ポンプハウジング１１と、カムリング１２と、ポンプカバー１３とからなる３つのハウジングを備え、これらは図示しないボルト等によって締結固定されている。
【００１７】
前記ポンプハウジング１１には、貫通孔１１ａが形成されるとともに、この貫通孔１１ａ内には軸支持部１１ｂを介して回動自在に軸支された駆動軸１４が設けられている。この駆動軸１４の第１端部１４ａは、電動モータ６の出力軸６ａと連結され、第２端部１４ｂは、カムリング１２を貫通し、ポンプカバー１３にブッシュ１３ａを介して遊嵌されている。
【００１８】
前記カムリング１２内には、リング状の外歯車１５および内歯車１６が設けられている。外歯車１５は、カムリング１２と内歯車１６との間に位置し、内歯車１６は、その内周が駆動軸１４にスプライン結合されている。これら外歯車１５と内歯車１６は回転中心が所定の径方向に所定寸法だけ偏心した状態で密に噛み合い、間に複数のポンプ室１７が形成されている。
【００１９】
このポンプ室１７の容積は、外歯車１５と内歯車１６の回転に伴って変化する。すなわち、ポンプ室１７の容積は外歯車１５と内歯車１６が完全に噛み合う位置では略ゼロとなり、噛み合いが解ける位置で最大となり、噛み合いが始まる区間では縮小していく。
【００２０】
前記ポンプハウジング１１におけるカムリング１２との当接面には、ポンプ室１７の容積が拡張する区間に連通して、所定の深さで三日月状に形成された前記第１吐出ポート５ａが設けられている。また、この第１吐出ポート５ａと対照位置には、ポンプ室１７の容積が縮小する区間に連通して、所定の深さで三日月状に形成された前記第２吐出ポート５ｂが設けられている。
【００２１】
図２，３において、ポンプハウジング１１とカムリング１２の間（ポンプハウジング１１と外歯車１５，内歯車１６の間を含む）、カムリング１２とポンプカバー１３の間（外歯車１５，内歯車１６とポンプカバー１３の間を含む）、カムリング１２内周と外歯車１５外周の間、外歯車１５と内歯車１６の間には、クリアランスｔ１〜ｔ４が設定されている。
【００２２】
これらのクリアランスｔ１〜ｔ４は、オイルポンプ５から吐出される吐出油を、油圧パワーシリンダ２の外に分岐させる分岐流路として機能する。すなわち、これら分岐流路により、操舵アシスト後の保舵状態において、オイルポンプ５の脈動が低減され、オイルポンプ５の一時停止を防止している。
【００２３】
次に、作用を説明する。
［操舵アシスト制御処理］
図４は、コントロールユニット４で所定時間毎（例えば、１０ｍｓ）に実施される操舵アシスト制御処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【００２４】
ステップ１０１では、トルクセンサ１０の操舵トルク検出値を読み込み、ステップ１０２へ移行する。
【００２５】
ステップ１０２では、操舵トルク検出値の位相遅れを補償し、ステップ１０３へ移行する。
【００２６】
ステップ１０３では、基本アシストＯＮフラグがクリアされているかどうかを判断する。ＹＥＳの場合にはステップ１０４へ移行し、ＮＯの場合にはステップ１０８へ移行する。
【００２７】
ステップ１０４では、操舵トルクが予め設定されたアシスト開始閾値Ｔｓを超えたかどうかを判断する。ＹＥＳの場合にはステップ１０５へ移行し、ＮＯの場合にはステップ１１０へ移行する。
【００２８】
ステップ１０５では、基本アシストＯＮフラグをセットし、ステップ１０６へ移行する。
【００２９】
ステップ１０６では、車速毎に予め設定された基本アシストトルクマップから、図５に示すような現在の車速に応じたマップを参照して基本アシストトルク（アシスト制御量）を設定し、ステップ１０７へ移行する。
【００３０】
ステップ１０７では、図６に示すように、基本アシストトルクに所定量を加算してかさ上げし、ステップ１１１へ移行する。
【００３１】
ここで、このかさ上げ量は、オイルポンプ５に発生するフリクションが静フリクション領域を超えて動フリクション領域に達し、かつ、オイルポンプ５に定回転を与え得る値に設定されている。
【００３２】
また、このかさ上げによるオイルポンプ５の吐出油の増加量は、上述したオイルポンプ５の分岐流路（クリアランスｔ１〜ｔ４）によって、油圧パワーシリンダ２の外へ分岐される油量と略一致している。
【００３３】
ステップ１０８では、操舵トルクが予め設定されたアシスト停止閾値Ｔｅ（＜Ｔｓ）を下回ったかどうかを判断する。ＹＥＳの場合にはステップ１０９へ移行し、ＮＯの場合にはステップ１１０へ移行する。
【００３４】
ステップ１０９では、基本アシストＯＮフラグをクリアし、ステップ１１０へ移行する。
【００３５】
ステップ１１０では、基本アシストトルクをゼロに設定し、ステップ１１１へ移行する。
【００３６】
ステップ１１１では、設定された基本アシストトルクとなるように電動モータ６の駆動電流を設定して電動モータ６を駆動し、ステップ１０１へ移行する。
【００３７】
［操舵アシスト制御作用］
上述した図４のフローチャートに基づいて、操舵アシスト開始から終了までの流れを説明する。
【００３８】
（操舵開始直後）
ステアリング操舵開始直後で操舵トルクが小さいときは、図４のフローチャートにおいて、ステップ１０１→ステップ１０２→ステップ１０３→ステップ１０４→ステップ１１０→ステップ１１１へと進む流れとなる。
【００３９】
すなわち、ステップ１０４において、操舵トルクがアシスト開始閾値Ｔｓを超えていないと判断され、ステップ１１０において、基本アシストトルクがゼロに設定されるため、電動機６は停止したままであり、操舵アシストは開始しない。
【００４０】
（操舵アシスト開始）
次に、操舵トルクがアシスト開始閾値Ｔｓを超えた場合には、図４のフローチャートにおいて、ステップ１０１→ステップ１０２→ステップ１０３→ステップ１０４→ステップ１０５→ステップ１０６→ステップ１０７→ステップ１１１へと進む流れとなる。
【００４１】
すなわち、ステップ１０４において、操舵トルクがアシスト開始閾値Ｔｓを超えたと判断され、ステップ１０６において、車速と操舵トルクに応じた基本アシストトルクが設定され、ステップ１０７において、基本アシストトルクに予め設定された所定量がかさ上げされ、ステップ１１１において、かさ上げされた基本アシストトルクとなるように、電動モータ６に対し駆動電流が出力され、操舵アシストが開始する。
【００４２】
（保舵時）
続いて、ステアリングが保持状態にある場合には、操舵トルクがアシスト停止閾値Ｔｅを下回るまでは、図４のフローチャートにおいて、ステップ１０１→ステップ１０２→ステップ１０３→ステップ１０８→ステップ１０６→ステップ１０７→ステップ１１１へと進む流れとなる。
【００４３】
すなわち、ステップ１０８において、操舵トルクがアシスト停止閾値Ｔｅを下回っていないと判断されるため、ステップ１０６において、車速と操舵トルクに応じた基本アシストトルクが設定され、操舵アシストが継続する。
【００４４】
（操舵アシスト終了）
その後、操舵トルクがアシスト停止閾値Ｔｅを下回った場合には、図４のフローチャートにおいて、ステップ１０１→ステップ１０２→ステップ１０３→ステップ１０８→ステップ１０９→ステップ１１０→ステップ１１１へと進む流れとなる。
【００４５】
すなわち、ステップ１０８において、操舵トルクがアシスト停止閾値Ｔｅを下回ったと判断され、ステップ１０９において、基本アシストフラグがクリアされ、ステップ１１０において、基本アシストトルクがゼロに設定されるため、ステップ１１において、電動機６が停止し、操舵アシストが終了する。
【００４６】
［基本アシストトルクのかさ上げ］
ステアリングが所定角度で維持される保舵時には、必要アシストトルクが小さいため、オイルポンプ５の必要吐出圧、すなわち電動モータ６の必要回転速度は小さくなる。このとき、従来技術では、電動モータに与えられる電流値が小さいため、オイルポンプ５の内部フリクションや脈動等により、電動モータが一時的に停止するおそれがあった。
【００４７】
これに対し、第１実施例では、操舵トルクが操舵アシスト領域にあるとき、すなわち、操舵トルクがアシスト開始閾値Ｔｓを超えてから、アシスト停止閾値Ｔｅを下回るまでの間、電動モータ６を動フリクション領域で使用し、かつ、オイルポンプ５に定回転を与えるため、オイルポンプ５および電動モータ６の一時停止を防止できる。
【００４８】
［アシスト開始判定と終了判定のヒステリシス］
図７は、かさ上げ前の基本アシストトルクマップにおいて、ヒステリシスを設けないときの基本アシスト曲線を示す図である。この場合、行き（開始）と帰り（終了）の閾値が同一（Ｔｓ＝Ｔｅ）である。よって、操舵トルクが閾値付近を行き来するような状況となった場合には、電動モータ６が停止と駆動を繰り返して制御ハンチングが発生し、運転者に違和感を与えてしまう。
【００４９】
これに対し、第１実施例では、図８に示すように、アシスト開始閾値Ｔｓをアシスト停止閾値Ｔｅよりも大きな値に設定し、基本アシスト曲線の行きと帰りにヒステリシスを設けることで、制御ハンチングの発生を防止している。
【００５０】
次に、効果を説明する。
第１実施例のパワーステアリング装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００５１】
（１） コントロールユニット４は、操舵トルクが操舵アシスト領域にあるとき、電動モータ６を常に動フリクション領域で使用するとともに、オイルポンプ５を回転させた状態とするため、必要アシストトルクの小さな保舵時等において、オイルポンプ５の内部フリクションや脈動等による電動モータ６の停止を防止できる（請求項１に対応）。
【００５２】
（２） オイルポンプ２の吐出油を油圧パワーシリンダ２の外へ分岐させる分岐流路（クリアランスｔ１〜ｔ４）を設け、これら分岐流路により、基本アシストトルクのかさ上げ分を、油圧パワーシリンダ２の第１，第２圧力室２ｃ，２ｄ外へ排出することとしたため、必要操舵アシストトルクを超えた過度なアシストトルクの発生を防止できる。
【００５３】
（３） 操舵トルクがアシスト開始閾値Ｔｓを超えない不感帯領域では、基本アシストトルクをゼロとし、電動モータ６を停止させるため、不感帯領域において無駄な電動モータ６の制御が実施されず、操舵アシスト時の応答性が向上する。
【００５４】
（４） 電動モータ６の駆動電流値を、基本アシスト曲線に所定量をかさ上げして設定するため、従来の操舵トルク−アシスト制御量特性（基本アシストトルクマップ）をそのまま流用できる。
【００５５】
（他の実施例）
以上、本発明の実施の形態を第１実施例に基づき説明したが、本発明の具体的な構成は、第１実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５６】
例えば、第１実施例では、オイルポンプ５の各所に設定したクリアランスｔ１〜ｔ４により分岐流路を構成したが、分岐流路として、図９に示すように、第１配管８ａと第２配管８ｂとの間を連通する配管８ｃや、油圧パワーシリンダ２のピストン２ｂを貫通する貫通孔２ｅ等を設けた構成としてもよい。
【００５７】
さらに、上記第１実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに説明する。
【００５８】
（イ） 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記可逆式オイルポンプの一対の吐出ポートから吐出される吐出油の一部を、油圧パワーシリンダの両圧力室外に分岐させる分岐流路を設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
これにより、電動機に所定値以上の駆動電流が与えられたとき、その発生油圧を加圧側圧力室から排出できるため、必要操舵アシストトルクを超えた過度なアシストトルクの発生を防止できる。
【００５９】
（ロ） 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記電動機制御手段は、アシストを実施しない不感帯領域では、駆動電流をゼロとすることを特徴とするパワーステアリング装置。
これにより、不感帯領域において無駄な電動機制御が実施されないため、操舵アシスト時の応答性が向上する。
【００６０】
（ハ） 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記電動機制御手段は、操舵アシストを開始する操舵トルクよりも操舵アシストを終了する操舵トルクを小さく設定したことを特徴とするパワーステアリング装置。
これにより、操舵アシスト開始または終了時の制御ハンチングを防止できる。
【００６１】
（ニ） 請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記所定電流値を、可逆式オイルポンプに発生するフリクションが動フリクション領域に達し、かつ、可逆式オイルポンプに定回転を与え得る駆動電流値としたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
これにより、オイルポンプ内部のフリクションや脈動等による電動機停止を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のパワーステアリング装置を示す概略構成図である。
【図２】オイルポンプのポンプハウジングの正面図である。
【図３】ポンプユニットの断面図である。
【図４】コントロールユニットで実施される操舵アシスト制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】ある車速域における基本アシストトルクマップである。
【図６】かさ上げ後の基本アシストトルクマップである。
【図７】基本アシスト曲線にヒステリシスを設けない基本アシストトルクマップである。
【図８】基本アシスト曲線にヒステリシスを設けた基本アシストトルクマップである。
【図９】他の実施例のパワーステアリング装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ ラックアンドピニオンギア
２ 油圧パワーシリンダ
２ａ ラック軸
２ｂ ピストン
２ｃ 第１圧力室
２ｄ 第２圧力室
３ ポンプユニット
４ コントロールユニット
５ オイルポンプ
５ａ 第１吐出ポート
５ｂ 第２吐出ポート
６ 電動モータ
６ａ 出力軸
７ フェールセーフ弁
８ａ 第１配管
８ｂ 第２配管
９ 配管
１０ トルクセンサ
１１ ポンプハウジング
１１ａ 貫通孔
１１ｂ 軸支時部
１２ カムリング
１３ ポンプカバー
１３ａ ブッシュ
１４ 駆動軸
１４ａ 第１端部
１４ｂ 第２端部
１５ 外歯車
１６ 内歯車
１７ ポンプ室

Claims (1)

1. 操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
   この油圧パワーシリンダの両圧力室に対し、第１，第２油路を介して油圧を供給する一対の吐出ポートを備えた可逆式オイルポンプと、
   この可逆式オイルポンプを正逆回転させる電動機と、
   運転者の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   検出された操舵トルクに基づいて、電動機に供給する駆動電流を制御する電動機制御手段と、を備えたパワーステアリング装置において、
   前記電動機制御手段は、予め設定された操舵アシスト領域の全域にわたって、所定電流値よりも高い駆動電流を供給することを特徴とするパワーステアリング装置。

Images