JP2005319932A - 車両用パワーステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 パワーステアリング流体を温度調節し粘度を快適な運転が出来る適温の状態に調節し、操舵フィーリングを高めた車輌用パワーステアリングシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】 制御装置の制御下で作動電流がバッテリから供給される電動モータによって油圧ポンプを可変の速度で駆動し、パワーステアリング作動要求に適応した可変の流量でパワーステアリング流体を供給する車両用パワーステアリングシステムにおいて、パワーステアリング流体の流路に、所要のハンドルアシスト力に対応してパワーステアリング流体の温度を調節する温度調節手段を設けることにより、低温下における車両の始動時等においてもパワーステアリング流体が最適な温度に保たれ、操舵フィーリングの良い車両用パワーステアリングシステムが得られる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用パワーステアリングシステムに係り、特に電動モータ駆動の油圧ポンプにより供給されるパワーステアリング流体の作動温度最適化に関する。

第１の従来例を説明すると、車両用パワーステアリングシステムでは、車両の操舵を行うためにハンドルを廻す上で、車両のオペレータをパワーアシストするための高圧のパワーステアリング流体を、油圧ポンプが供給する。このようなシステムの多くは車両用エンジンを使用し、プーリ−ベルト装置を介して油圧ポンプを駆動する。

しかしながら、車両用エンジンとは別個に油圧ポンプを駆動するため、電動油圧パワーステアリングシステムで電動モータを使用することも周知である。この方法によれば、車両が直線的に進んでいる場合や停止している場合等のパワーアシストが全く必要とされない場合にエネルギーを大きく節約するため、油圧ポンプを低速度で駆動出来る。

特許文献１には、電動油圧式パワーステアリングシステムの基本的構成が示されている。この構成において、ステアリングハンドルは、ステアリング伝達装置に連結されており、ステアリング伝達装置はステアリングハンドルの操舵に応答して、油圧ポンプから流体圧が供給される流体圧作動のステアリング駆動装置を制御する。そして、制御装置の制御下で作動電流がバッテリから供給される電動モータによって駆動される油圧ポンプが記載されている。パワーアシストに対する要求は、パワーステアリング流体の逆圧力（counter-pressure）によって示される。これは、モータ負荷を増大し、かくしてモータ電流を増大する。制御装置は、モータ電流センサに応じて、電動モータへの電力を要求に合わせて変化させる。

しかしながら、パワーステアリング負荷が、油圧ポンプを駆動する電動モータの電流又は油圧ポンプ出口での油圧によって表されるというこのシステムの基本的前提は、近似的にしか成り立たない。電動モータの出力の一部は、パワーステアリングシステムの油圧ポンプ／モータアッセンブリ及び流体配管の損失に打ち勝つために使用される。
これらの損失には、電動モータの渦電流損失及びヒステリシス損失、電動モータ及び油圧ポンプのパワーステアリング流体の粘性−クーロン摩擦、及び配管、制御弁及びギヤでの粘性損失が含まれ、これらは、パワーステアリング流体の温度、及び好ましくは油圧ポンプ、電動モータの回転速度に従って有意に変化する。

特開昭５７−１２１９７１号公報

特に制御装置がモータ速度の閉ループ制御を行う場合、パワーステアリング負荷の大きな圧力範囲に亘って、このような不正確さには問題が殆んどない。しかし、最近は高度な操舵フィーリングの要求により複雑な補正による制御が行われるようになってきた。この場合、氷点下に長時間駐車された場合などは、粘度の大幅な増加によりパワーステアリングシステム負荷が増大し、かえって操舵フィーリングの低下を招いてしまう。

さらに、最近では駐車場での据え切り等も良く行われるが、この操舵状態ではパワーステアリングシステムに最大負荷が連続して掛かる。すると、パワーステアリング流体のオーバーヒートを来たし、制御装置の電力制御手段、電動モータ、油圧ポンプなどの温度限界をもたらしパワーステアリングシステムの停止を招く。さらに、特許文献１に示される車両用パワーステアリングシステムでは、温度センサでパワーステアリング流体の温度を測定し温度−制御量変換テーブルを介して温度補正して動作させている。これらの手間もさることながら間接的に複雑な制御を行っても、例えば温度−制御量変換テーブルを切り換えた場合に生じる不連続な制御による違和感を生じたり、操舵フィーリングの低下を招いたりしてしまう。

そこでこの発明は、パワーステアリング流体を温度調節し粘度を快適な運転が出来る適温の状態に調節し、操舵フィーリングを高めた車輌用パワーステアリングシステムを提供することを目的とする。

この発明は、制御装置の制御下で作動電流がバッテリから供給される電動モータによって油圧ポンプを可変の速度で駆動し、パワーステアリング作動要求に適応した可変の流量でパワーステアリング流体を供給する車両用パワーステアリングシステムにおいて、前記パワーステアリング流体の流路に、所要のハンドルアシスト力に対応して前記パワーステアリング流体の温度を調節する温度調節手段を設けたものである。

パワーステアリング流体の配管に温度調節手段を設けて所要のハンドルアシスト力に対応してパワーステアリング流体を温度調節するので、低温下における車両の始動時等においてもパワーステアリング流体が最適な温度に保たれ操舵フィーリングの良い車両用パワーステアリングシステムが得られる。

実施の形態１．
以下に、この発明の実施の形態をそれを示す図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態１の構成を示したブロック図で、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
このパワーステアリング装置は、制御装置１２から電動モータ６に電圧を印加して駆動させ、電動モータ６は油圧ポンプ４を回転駆動して作動油圧を発生させる。コントロールバルブ２６は、油圧シリンダ（図示せず）へ通じるパイプライン２６ａ、２６ｂへ圧送するパワーステアリング流体１１０の圧力を制御する。ここでパワーステアリング流体１１０は、温度により粘度が大幅に変化するが、油圧ポンプ４に至る付近の配管１００をパワーステアリング流体１１０が通る面積を残して平たくつぶす。そして、温度調節手段である例えばペルチェ素子２２０を介して放熱フィン３３０を各々の接する面に図示しない熱伝導性コンパウンド等を塗り、バネクリップ３１０でこれらを圧接し、放熱フィン３３０により自然空冷をしている。配管１００の円形断面のままでも良いが、これを平たくつぶすことにより同一のパワーステアリング流体１１０が通る面積当たりに対するペルチェ素子２２０と配管１００の接触面積を増やし、かつパワーステアリング流体１１０とペルチェ素子２２０間の距離を短くし熱的時定数を小さくするほうが良い。熱的時定数が小さいのは、パワーステアリング流体１１０の温度調節の高速化につながる。よって、ペルチェ素子２２０の位置は、操向用アクチュエータに近いほうが良い。

ここで、制御装置１２からリード線２２１を通じてペルチェ素子２２０に加える直流電圧の極性と電流により、ペルチェ素子２２０の一面と他面の間の熱の移動を可変に出来る。、すなわち、ペルチェ素子２２０に掛ける電圧の極性により熱の移動方向が、電流により熱流〔Ｊ／Ｓ＝Ｗ〕が素子定格の範囲内で可変出来る。同時にペルチェ素子２２０自身の抵抗値によるジュール熱〔Ｊ〕が発生する。外気の温度が制御時間から見て短時間に変わらないとするならば、外気温≒放熱フィン３３０の温度を基準値として、ジュール熱が発生しても配管１００の温度を上げたり下げたり自由に制御出来ることになる。制御装置１２は、パワーステアリング流体１１０の温度を温度センサ１０１ｓで検知している。制御装置１２は、バッテリ１１の電圧を図示しない電圧センサで検知しているので、バッテリ１１電圧が放電限界に近く低い場合は、パワーステアリング流体１１０を適温に制御するのを止めて、バッテリ１１の過放電に対処するほうが賢明である。ここで、油圧ポンプ４に至る付近の扁平パイプ１０１を適温に制御するのは、適温を必要とする油圧ポンプ４に少しでも近いほうが都合が良いからである。

コントロールバルブ２６は、ハンドル１が操舵され、舵輪軸の下端に設けられたピニオンギア２６ｃを含むギヤ装置（図示せず）が作動することにより、油圧シリンダへ通じるパイプライン２６ａ、２６ｂへ圧送するパワーステアリング流体１１０の圧力を制御する。これにより、油圧シリンダが作動して、ハンドル１の操舵方向に操舵量に応じた操舵補助力を発生するようになっている。パワーステアリング流体１１０は、油圧ポンプ４、コントロールバルブ２６、油圧シリンダ及びオイルリザーバ５ａ等で構成される油圧回路を循環する。制御装置１２は、電動モータ６に流れる電流を検出し、その電動モータ６の電流の変化量により、電動モータ６へ印加する電圧を高低に切り換え制御するようになっている。
実施の形態２．

図３は、この発明の実施の形態２による車輌用パワーステアリングシステムの説明図で、車輌のシャーシによる自然空冷を利用するものである。
パワーステアリング流体１１０の熱をより効率よく放熱するため、車輌のシャーシ３４０等の放熱性の良い金属部分、例えばアルミニウムで構成された部分を利用している。これは、出来れば熱伝導の良いアルミニウム製で厚みのある部分が良い。車輌のシャーシ３４０は、車輌用パワーステアリングシステムの全体よりも放熱面積、熱容量とも大きいので、放熱に都合が良い。さらに少しでも放熱あるいは熱交換に寄与するため、配管１００に蛇腹の金属パイプ１０２を用いても良い。これは、表面積が大きく取れ、曲げるのも比較的自由なため配置の制約が無く効率よく大気へ放熱あるいは熱交換出来る。車輌のシャーシ３４０と蛇腹の金属パイプ１０２の組合せは、任意であって当然制約は無い。
実施の形態３．

図４は、この発明の実施の形態３による車輌用パワーステアリングシステムの説明図、で、ティーエスヒートロニクス株式会社製ヒートレーン（登録商標）でカバーした車輌のシャーシによる自然空冷を利用するものである。
図５は、図４のＢ−Ｂ断面図、図６は、図４のＣ−Ｃ断面図である。

図４において、扁平パイプ１０１、ペルチェ素子２２０の存在しない部位では、ヒートレーン３００は図示しない熱伝導性コンパウンドを塗って、伝熱する相手方にボルト等で固定される。そして、車輌の構造上通常シャーシ３３１は下部に位置し、車輌用パワーステアリングシステムは上部に位置する。よって加熱する熱源は、上部に位置する。

図４は、より一般的なシャーシ構成である、発熱源の近くに例えばアルミ鋳物等の放熱性の良い金属部分がない場合に対処している。通常シャーシは鋼板で構成されることが多いので、これに熱を直接逃がしても材質がアルミニウムの場合に比べて熱は逃げにくい。このような場合、まず、パワーステアリング流体１１０の熱を扁平パイプ１０１を通じてヒートレーン３００に放熱する。次に熱輸送量の大きなかつ低熱抵抗のヒートレーン３００内部をバイパスとして、ヒートレーン３００を大面積に延在させたシャーシ３３１の金属部に放熱する。こうすれば、シャーシ３３１の熱抵抗が高くても、ヒートレーン３００にシャーシ３３１による熱抵抗が多数並列に分布定数的にぶら下がったことになり、熱抵抗が下がる。車輌のシャーシ３３１は、車輌用パワーステアリングシステムの全体よりも放熱面積、熱容量とも大きく、欠点である高熱抵抗もヒートレーン３００により低熱抵抗化されるので、放熱に都合が良い。シャーシ３３１の金属部は、その大面積により大気との間で最終的に熱交換される。

このことにより、通常自動車に良く使われる圧延鋼のシャーシ３３１であっても十分な放熱結果が得られる。ヒートレーン３００を用いることによって伝熱要素が薄く軽くなり、重力の影響も受けにくい。毛細管現象を利用した一般的なヒートパイプでは、上から下へあるいは水平方向へかなり長く熱輸送することは困難であり、伝熱容量も少なく、熱抵抗も少し高い。したがってヒートパイプは、シャーシ３３１の金属部の大面積がヒートパイプの上部に存在し、かつ伝熱容量が少ない場合に限って適用出来る。

さらに少しでも放熱あるいは熱交換に寄与するため、配管１００に図６のような異形断面の金属パイプ１０３を用いても良い。これは、表面積が大きく取れるため効率よく大気へ放熱あるいは熱交換出来る。

また、曲げ２次モーメントが増えるため、仕上がり同一外形のパイプと比較して丈夫になる。この製作は、押し出し成型あるいは連続シーム溶接にて製作される。図６のような異形断面は、高圧が掛かると膨張変形を生じるため、油圧の開放系に用いるのが望ましい。実施の形態３における異形断面の金属パイプ１０３の組合せは、任意であって他の実施の形態のものと組み合わせても問題は無く当然制約は無い。

図７は、この発明による車輌用パワーステアリングシステムに最適な加熱及び冷却に用いられるヒートレーンの説明図、図８は、図７のＤ−Ｄ断面図である。
以下に詳細を説明するヒートレーン３００は、大量の熱輸送を実用上瞬時に行い、熱の授受を行う相手の存在しない部分で大きな半径で折り曲げて実装するのもたやすい。熱の授受を行う部分で折り曲げて実装するのは、不可能ではないが密着させるのが困難である。このことで、以下に述べる上部加熱、下部放熱可能なことと合わせて実装の自由な配置が可能である。ヒートレーン３００の構成は、後述するがヒートパイプを改良したものであって、ヒートパイプにある取付け方向と伝熱方向の制約が無いものである。したがって放熱の方向条件によってはヒートパイプが使用可能かもしれないが、小型化、軽量化の要請の厳しい車輌用としては、同一断面積においてヒートパイプより伝熱容量が１桁優れるヒートレーン３００の使用が望ましい。

通常ヒートパイプが使われるのは、冷媒３００Ｒの沸点以上の温度であるが、この発明では、冷媒３００Ｒの沸点を境にして、それ以上の温度、それ以下の温度の両方にまたがってヒートパイプとしてその両方の機能が切り替わるように構成して使うので、その構造と動作を説明する。ヒートレーンはヒートパイプの下位概念であり機能の切り替わりは双方に適用される。

図７、８において、２枚の熱伝達面を構成する金属平板３００Ｍと外周をスペーサ３００Ｓで囲んでケースが形成され、その中に熱伝達方向（本実施例では、受熱端３００Ｈから放熱端３００Ｃ）に沿って蛇行してループを描く蛇行細管ヒートパイプ３００Ｐが、ろう接充填材３００Ａにより熱伝達のため隙間を塞ぐようにして充填されている。蛇行細管ヒートパイプ３００Ｐは、パイプの中に液体の冷媒３００Ｒがパイプ内容積の一部を占めるように真空充填されている。シャーシ３３１あるいは扁平パイプ１０１に取り付けるための貫通穴３００Ｔが、蛇行細管ヒートパイプ３００Ｐを避けて必要数設けられている。

図７の受熱端３００Ｈになる上部からパワーステアリング流体１１０の扁平パイプ１０１を通じて冷媒３００Ｒの沸点を超える熱を加えると、冷媒３００Ｒが沸騰するのでその瞬間冷媒３００Ｒの気体の状態（蒸気）が占める気相３００Ｋを生じ移動し、冷媒３００Ｒが隣から移ってくるとその場は、冷媒３００Ｒが液体の状態つまり液相３００Ｅが占める。連続して熱が加わっているので、次の瞬間冷媒３００Ｒが沸騰し、その瞬間気相３００Ｋを生じ、蛇行細管ヒートパイプ３００Ｐ内部をどちらかに移動し、冷媒３００Ｒが隣から移ってくるとその場は、液相３００Ｅが占める。これらが連続して気相３００Ｋ、液相３００Ｅ交互にまだら模様になるが、冷媒３００Ｒ自身の表面張力で液相３００Ｅの部分は、ほぼ保たれたままの状態で、ループ内を往復振動するように移動することで大量の熱の移動がすばやく行われる。これらの動作により、自励振動ヒートパイプとも言われる。（ヒートレーン３００の詳細は、特許第２５４４７０１号公報参照）このとき、ヒートレーン３００の外部から加熱される受熱端３００Ｈ、つまり扁平パイプ１０１に接している面では、気化熱を奪いシャーシ３３１に接している放熱端３００Ｃでは、蒸気が液体に戻る際に潜熱を放出し、シャーシ３３１を加熱しようとする。

ところが、低温時の長時間駐車等により冷媒３００Ｒが沸点以下の温度になっているような場合、シャーシ３３１も含めて冷え切っている。そのため、パワーステアリング流体１１０の温度を適温にするためにはヒートパイプが熱を伝えないほうが望ましい。図７の構成では、低温時の長時間駐車等により冷媒３００Ｒが沸点以下の温度になっていれば冷媒３００Ｒは気化しないので、このような大量の熱を運ぶヒートパイプとしての動作をせず、ただの冷媒３００Ｒの詰まった金属板３００Ｍとしての動作（しかも蛇行細管ヒートパイプ３００Ｐは細すぎて、粘性のため冷媒３００Ｒによる対流が殆んど起きない）なので、熱の移動は極めて（２桁以上）少ない。よって熱移動体としてＯＮ、ＯＦＦのスイッチング動作、冷媒３００Ｒの沸点以下ではＯＦＦを行う。一般のヒートパイプは、熱伝達を行っていないヒートパイプ使用機器の非動作時においても、冷媒３００Ｒの沸点以上で通常使われ、高圧に耐えるよう製作されるので、沸点以下で使っても当然問題はない。蛇行細管ヒートパイプ３００Ｐは、冷媒を毛細管現象でヒートパイプ内の隅々まで行き渡らせるウイックの無い一般のヒートパイプを真空にして冷媒を封入し、この両端を気密接続して環状にしたものであり、同様に丈夫であり、沸点以下で使っても当然問題はない。

図４，図５，図７において、パワーステアリング流体１１０の熱の流れを説明する。車輌用パワーステアリングシステムの運転により生じた熱は、パワーステアリング流体１１０を加熱し接している扁平パイプ１０１、ペルチェ素子２２０を通じてヒートレーン３００の受熱端３００Ｈに放熱する。次に熱輸送量の大きな（ちなみに５００Ｗ／ｃｍ^２）、かつ低熱抵抗（１ｋＷ入力用の規模のもので０．０３２５Ｋ／Ｗ、つまり１ｋＷの熱を与えて３２．５℃の温度上昇を生じる）、かつ伝熱速度（固体内の伝熱ではなくて冷媒３００Ｒが振動する速さ）の速い、ヒートレーン３００内部を通じて放熱端３００Ｃから金属シャーシ４００に放熱する。金属シャーシ４００の熱抵抗が高い場合であっても、ヒートレーン３００を車体の金属シャーシ４００上の大面積にしっかり接触させて延在するようにすれば、ヒートレーン３００にそれより高い熱抵抗（金属シャーシ４００）が多数並列に分布してぶら下がったことになり、熱抵抗が下がる。金属シャーシ４００は、大気との間で最終的に熱力学の第二法則により熱交換される。

車両の運転状態において、このヒートレーン３００に内蔵する冷媒３００Ｒは、パワーステアリング流体１１０の温度が上昇したとき、冷媒３００Ｒ自身の沸点を通過する種類のものを選択する。パワーステアリング流体１１０の温度が上昇する前の冷媒３００Ｒは、液体のままである。温度が上昇して冷媒３００Ｒの温度が上昇し沸点を超えると、冷媒３００Ｒは、一部が気体（前に説明した気相、液相混在状態）になる。この状態でヒートレーン３００は本来の特性である上記伝熱特性を発揮する。これから、最初の冷媒３００Ｒ自身の沸点以下の温度ではヒートレーン３００は熱伝導率がＯＦＦ特性、沸点を超えてからはＯＮ特性となっている。ＯＮ特性は、上記で詳しく説明したので、ＯＦＦ特性を説明する。ＯＦＦ特性は同じ断面積、同じ材質の熱抵抗相当である。ＯＮ特性とＯＦＦ特性の差あるいは比率が問題であって、ＯＦＦ特性での熱伝導率が断熱材ほど完全に熱を遮断しなくても全く問題はない。この温度によるＯＮ、ＯＦＦの動作は、パワーステアリング流体１１０の温度の上下に伴い静止、動作あわせて作動する。ＯＮ特性は、ＯＦＦ特性の何桁も熱伝導率が良いので実用上スイッチング特性を示す。またその特性が切り替わりが急峻であってもそれほど急峻でなくても、チャタリングなどを起こす可能性はなく、本実施形態の用途には差し支えはない。さらにその特性の切り替わりに多少のヒステリシス特性があってもなくても、制御要素に発振の可能性はないので本実施形態の用途には問題はない。液体は一般的に突然沸騰する突沸という現象を生じるが、自動車の場合適度な振動があるのでこの問題も回避できる。

また、ヒートレーン３００を用いることによって、自身が薄く軽くなり、重力の影響も受けにくいため、毛細管現象を利用した一般的なヒートパイプでは冷媒のドライアップ現象により性能が発揮出来にくい、上から下へ、あるいは水平方向へかなり長くても熱輸送出来る。したがって何らかの理由でパワーステアリング流体１１０が冷媒３００Ｒの沸点以上に加熱されると、通常下方向にあるシャーシ３３１に対しても効率よく放熱される。

逆にパワーステアリング流体１１０を暖めたい場合、つまりパワーステアリング流体１１０の温度が冷媒３００Ｒの沸点より低い場合、殆んどシャーシ３３１に熱が逃げないため、効率よくＰＴＣサーミスタで加熱出来る。ＰＴＣサーミスタで、加熱中にもパワーステアリング流体１１０で制御装置１２の電力制御手段、電動モータ６を冷やし続けることが出来る。冷媒３００Ｒの沸点は０℃〜３０℃、パワーステアリング流体１１０の温度は４０℃〜６０℃が適している。（温度の単位は明細書中全て摂氏とする）冷媒３００Ｒの沸点が低めで温度差を設けているのは、熱抵抗による伝熱ロスを考慮したのと、制御装置１２の電力制御手段、電動モータ６を接触面の温度差を大きくとることで、熱流を大きくし効率よく冷やしたいためである。

具体的な冷媒としては、例えばＨＦＥ−２４５ｍｃ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＨ_３）沸点：５．５℃、ＨＦＣ−２４５ｆａ（ＣＦ_３ＣＨ_２ＣＨＦ_２）沸点：１５．１℃、ＨＦＥ−３４７ｍｍｙ（（ＣＦ_３）_２ＣＦＯＣＨ_３）沸点：２９．４℃、がある。実際は熱抵抗があり、適度の熱勾配を設ける必要があるので、熱勾配分だけ低い沸点の冷媒を選択する必要がある。したがって冷媒は、実情にあわせ実験にて選択することになる。臨界温度は、上記３種類ともすべて４００℃以上で必要十分に高く、環境に与える害も少なく冷媒としての性能もよいので、好適である。

上記冷媒に関する詳細は、インターネット上に公開されている、新エネルギー・産業技術総合開発機構他による「エネルギー使用合理化新規冷媒等研究開発」（平成１４年１月１６日付け）および新エネルギー・産業技術総合開発機構環境調和型技術開発室による「エネルギー使用合理化新規冷媒等研究開発事業原簿」（２００１年１１月１２日作成）に記述されている。なお、ヒートレーン開発者によるものと冷媒が相違するのは、冷媒の沸点以下でヒートレーンの機能を停止させて／発揮させての２つのモードを加熱側の温度によりヒートレーン自身が切り替わるのを使う目的のためである。この機能を停止させて／発揮させてのモードは、物理的に冷媒の封入圧力と沸点温度だけで決まってしまう。
実施の形態４．

図９は、この発明の実施の形態４による車輌用パワーステアリングシステムの説明図で、ヒートレーンを用いて離れた位置にある車輌のシャーシへ自然空冷を行う場合の例である。本実施形態では、パワーステアリング流体１１０をあらかじめ適切な温度に温度調節し、この温度を利用して過熱しやすい補機である制御装置１２の電力制御手段、電動モータ６を冷やし、油圧ポンプ４手前でＰＴＣサーミスタ２０４（ＰＴＣサーミスタ：PositiveTemperature Coefficient Thermistor ）により望ましい温度まで加熱するものである。パワーステアリング流体１１０をペルチェ素子２２０により温度制御するが、その温度ベースとなるのは、シャーシ３３１と熱結合したヒートレーン３００である。（通常は、動作中のパワーステアリング流体１１０の温度は周囲外気温度より高いと考えられる。）適切な温度に温度調節されたパワーステアリング流体１１０で制御装置１２の電力制御手段、電動モータ６を冷やす（通常は、動作中の制御装置１２の電力制御手段、電動モータ６の温度は周囲外気温度やパワーステアリング流体１１０より高いと考えられる）。

さらに、油圧ポンプ４手前でＰＴＣサーミスタ２０４により望ましい温度まで不足温度分を加熱することで温度制御するものである。加熱手段として定温度発熱特性を持つＰＴＣサーミスタ２０４を用いたものである。具体的には、配管１００を平たくつぶしパイプ形状に加工した扁平パイプ１０１にＰＴＣサーミスタ２０４を取り付けた構成としたものである。ＰＴＣサーミスタ２０４は、ある電圧範囲でキュリー温度（定義：抵抗値が２５℃の２倍になる温度、例えば４０℃）に達すると、それ以上の温度では指数カーブで急激に抵抗値が何桁も上がるためＰＴＣサーミスタ２０４自身で電流を制限し、キュリー温度より下がると抵抗値が急激に減少し電流が増加する。そのためほぼキュリー温度付近の定温度で発熱する定温度発熱特性を持っている。それほど精密な温度制御が必要ではない場合、かつ周囲温度より温度を高い所定の一定値（キュリー温度付近）に加熱制御したい場合には、ある適当な範囲の電圧を掛けるだけでその温度制御を省略することが出来る。ＰＴＣサーミスタ２０４が既にキュリー温度を超えている場合には、非常に高抵抗となっているので、殆んど電流は流れず殆んど加熱されない。パワーステアリング流体１１０は、温度制御範囲はアバウトで良い。したがって、キュリー温度が適切なＰＴＣサーミスタ２０４を選択すれば、加熱方向の温度制御を省略することが出来る。

さらに、パワーステアリング流体１１０の配管１００の内部に温度調節手段であるＰＴＣサーミスタ２０４を設ければ、熱の伝達効率が向上した車輌用パワーステアリングシステムが得られる。

実際のＰＴＣサーミスタ２０４は、キュリー温度が４０℃〜２７０℃程度までのものが製作されている。キュリー温度が４０℃のＰＴＣサーミスタ２０４では表面温度が６５℃、６０℃のもので７５℃程度になる。よって、この発明の用途にはキュリー温度は４０℃〜６０℃のものが適している。この表面温度が高めのものを選択したのは、熱抵抗による伝熱ロスを考慮したのと、接触面の温度差を大きくとり小面積で効率よく加熱したいためである。このような構成とすることにより制御装置１２の電力制御手段１２Ｐ、電動モータ６を冷やすことが出来、その時にパワーステアリング流体１１０は、予熱されるので、ＰＴＣサーミスタ２０４の加熱電力を減らすことが出来る効果がある。熱全体の収支に及ぶ説明は後述する。

図１０に負荷状態と環境温度による動作と操舵フィーリングの関係を示す。
図１０において、低温時は、例えば氷点下の長時間駐車、高温時は、例えば真夏の日中露天駐車を想定し、低負荷時は、例えば断続負荷もありうる直進路のような低負荷であり、高負荷時は、例えば駐車場における据え切りとか切り換えし等の連続操舵である。このような状態であればパワーステアリング流体１１０は、極端に低温又は高温になっている。そして各々の動作負荷状態によって温度が推移する。温度の推移状態とともに操舵フィーリングが変化する様子を実施例と従来例について表に示す。従来例については、各部を過熱保護している例が多いので、過熱保護された結果アシスト力を失う状態も示す。

本実施形態では、パワーステアリング流体１１０が低温ではペルチェ素子２２０により加熱方向の温度制御が行われ、過熱しそうになると冷却方向に温度制御が行われる。よって操舵フィーリングは常に快適であることがわかる。

さらに、運転中の要望に応じて、許容温度範囲の変更も制御装置で可能である。また、車両用パワーステアリングシステム自身の消費電力量が所定量を超えるモータの駆動制御があって初めて温度調節をするようにすれば、パワーステアリング流体１１０の温度調節が無駄なく、実用上遅れなく出来る車輌用パワーステアリングシステムが得られる。

さらにまた、車輌用パワーステアリングシステムの制御モードをパワーステアリング流体の温度調節要求度の高いモードと低いモードに分け、図示しないこのモード選択手段を設け、運転手に選択させるようにすれば、状況に応じて温度調節出来る車輌用パワーステアリングシステムが得られる。ここで、温度調節要求度の高いモードとは例えばスポーツ走行など軽いハンドルさばきが要求される場合である。低いモードとは、多少ハンドルが重くなるよりも省エネ走行を目的としたい場合などが考えられる。モード選択手段は例えばレバースイッチのようなものでもディスプレイで選択するタッチスイッチのようなものであっても良い。

さらにまたバッテリ電圧が低い場合、温度調節する／しないを、別途設けた図示しない選択手段で運転手に選択させるようにしても良い。この場合も許容電圧範囲で任意選択とすればよく、より運転手のニーズに応えるものが出来る効果がある。

さらにまた、パワーステアリング流体１１０の温度が低い場合、温度調節する／しないを別途設けた図示しない選択手段で、運転手に選択させるようにしても良い。この場合も許容温度範囲で任意選択とすればよく、より運転手のニーズに応えるものが出来る効果がある。

本実施形態では、前もって、ペルチェ素子２２０で温度調整してから車輌用パワーステアリングシステムを備えた車輌の補機類の冷却必要部位を前記パワーステアリング流体により冷却したので、どこかの部分が過熱しそうな場合に、図示しない温度センサで温度検知し流路の補機類を必要十分に冷却しながらパワーステアリング流体を適温に制御出来る。さらに補機類の駆動電流×電圧×力率で加熱される電力と加熱される部分の熱抵抗から温度上昇を予測し温度制御すれば、加熱された結果を図示しない温度センサで温度検知するよりも遅れが無く、流路の補機類を必要十分に冷却しながらパワーステアリング流体を適温に制御出来る。これは、温度上昇の結果を見ることでなく予測せざるを得ない正確さに劣る部分を差し引いてもより効果的である。実際の市販製品で温度センサを設置できない部分の温度上昇の結果をおおよそでも予測できるということではさらに効果的である。加熱される電力を予測するのに、演算ではなく計算マップを制御装置１２の図示しない記憶手段に記憶させ、これを参照するようにして制御装置１２の図示しないＣＰＵの演算負荷を減らすように構成しても良い。
実施の形態５．

図１１は、実施の形態５の車輛用パワーステアリング装置を示す外観図である。これは、必要な油圧を発生させる油圧ポンプ４とこれを駆動する電動モータ６と電動モータ６を制御する制御装置１２が一体的に構成されており、元々制御装置１２を油圧ポンプ４のハウジング外側に設けられたフィンで間接的に冷やす目的もあって、油圧ポンプ４と電動モータ６で制御装置１２を挟んでいる。そして本実施形態では、さらに油圧ポンプ４と制御装置１２の間にペルチェ素子２２０を、さらに挟んでいる。パワーステアリング流体の温度が低すぎる場合には、ペルチェ素子２２０に直流電圧を掛けて、油圧ポンプ４側を放熱側に制御装置１２側を吸熱側になるように制御する。そうすれば油圧ポンプ４が加熱されるので、パワーステアリング流体も加熱される。ペルチェ素子２２０の制御装置１２側は、制御装置１２の熱を吸熱しつつ温度が低下するが、結露したりしない程度に冷却制御する。運転が継続されパワーステアリング流体１１０が適温になれば、温度制御を止める。
実施の形態６．

図１２は、実施の形態６の車輛用パワーステアリング装置を示す外観図である。本実施形態では、制御装置１２とペルチェ素子２２０の間にヒートレーンの受熱端３００Ｈを挟んである。図示しないヒートレーンの放熱端をシャーシに熱結合すれば、制御装置１２の熱を下げ油圧ポンプ４側を加熱すること、パワーステアリング流体１１０が過熱しているときには、制御装置１２の熱を下げ油圧ポンプ４側を放熱することも出来る。通常は、車輌用パワーステアリングシステム自身にとって望ましい範囲の常温であり、かつ大熱容量、かつ全体では低熱抵抗のシャーシ温度を基準に出来るので、どこかの部分が過熱、過冷却することもない。

従って、本実施形態によれば、過酷なハンドルさばき等で過熱気味になっても、制御装置１２側をなお吸熱側になるように制御したい場合、制御装置１２側の熱と過酷なハンドルさばきで車輌用パワーステアリングシステム自身がフル稼働し発熱しても、パワーステアリング流体１１０自身が過熱してしまうようなことがない。

この発明によれば、以上のような構成の矛盾しない組合せによる熱流マネージメントを行うことで、トータルの熱的ロスを少なくしながら、必要個所の適度の加熱及び冷却により望ましい車輌用パワーステアリングシステムの操舵特性が得られる。

さらにそれぞれの構成要素は、同等のものに置き換えても同等の効果を発揮するが、要求機能、性能、コスト、信頼性、他の構成要素との組合せ適合性等を考慮して適宜選択する必要があることは言うまでもない。

一般的な車輌用パワーステアリングシステムについて述べたが、これに限らず航空機用、船舶用、限界性能が要求されるレーシングカー、あるいは逆に停止したまま（風冷効果が全く期待出来ない状況にて）使用される条件の厳しい建設車両用、農業用などにももちろん適用出来、これら以外にもＦＡ機器用など油圧機器にも適用出来、同等の効果を発揮することは言うまでもない。

この発明に実施の形態１による車輌用パワーステアリングシステムの構成図である。 図１のＡ―Ａ断面図である。 この発明の実施の形態２による車輌用パワーステアリングシステムの構成図である。 この発明の実施の形態３による車輌用パワーステアリングシステムの構成図である。 図４のＢ―Ｂ断面図である。 図４のＣ−Ｃ断面図である。 実施の形態３に用いるヒートレーンの平面図である。 図７のＤ―Ｄ断面図である。 この発明の実施の形態４による車輌用パワーステアリングシステムの構成図である。 この発明の実施の形態４における負荷状態と環境温度による動作と操舵フィーリングの関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態５による車輌用パワーステアリングシステムの構成図である。 この発明の実施の形態６による車輌用パワーステアリングシステムの構成図である。

符号の説明

４ 油圧ポンプ
５ａ オイルリザーバ
６ 電動モータ
１１ バッテリ
１２ 制御装置
１２Ｐ 電力制御手段
１００ 配管
１０１ 扁平パイプ
１０１ｓ 温度センサ
１０２ 蛇腹パイプ
１０４ モータ密着パイプ
１１０ パワーステアリング流体
２０４ ＰＴＣサーミスタ
２２０ ペルチェ素子
２２１ リード線
３００ ヒートレーン
３００Ａ ろう接充填材
３００Ｃ 放熱端
３００Ｅ 液相
３００Ｋ 気相
３００Ｍ 金属平板
３００Ｐ 蛇行細管ヒートパイプ
３００Ｒ 冷媒
３００Ｈ 受熱端
３００Ｓ スペーサ
３３１、３４０ シャーシ

Claims (14)

1. 制御装置の制御下で作動電流がバッテリから供給される電動モータによって油圧ポンプを可変の速度で駆動し、パワーステアリング作動要求に適応した可変の流量でパワーステアリング流体を供給する車両用パワーステアリングシステムにおいて、
   前記パワーステアリング流体の流路に、所要のハンドルアシスト力に対応して前記パワーステアリング流体の温度を調節する温度調節手段を設けたことを特徴とする車両用パワーステアリングシステム。
2. 前記パワーステアリング流体の流路となる配管の内部に温度調節手段を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の車輌用パワーステアリングシステム。
3. 前記温度調節手段をペルチェ素子としたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の車輌用パワーステアリングシステム。
4. 前記ペルチェ素子を車輌シャーシ金属部に取り付けたことを特徴とする、請求項３記載の車輌用パワーステアリングシステム。
5. 前記ペルチェ素子を車輌シャーシ金属部に延在されたヒートパイプに取り付けたことを特徴とする、請求項４に記載の車輌用パワーステアリングシステム。
6. 前記配管を扁平な断面とする、請求項２乃至５のいずれかに記載の車輌用パワーステアリングシステム。
7. 前記温度調節手段を操向用アクチュエータに近い配管に設けたことを特徴とする、請求項２乃至６のいずれかに記載の車輌用パワーステアリングシステム。
8. 前記パワーステアリング流体に対する加熱要求度の高いモードと低いモードの選択手段を設け、利用者により任意に制御モードを選択し得るようにしたことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用パワーステアリングシステム。
9. 前記バッテリー電圧が所定値以下の場合に温度調節する／しないの選択手段を設けたことを特徴とする、請求項1乃至８のいずれかに記載の車輌用パワーステアリングシステム。
10. 前記電動モータの消費電力量が所定量を超える場合に温度調節をすることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の車輌用パワーステアリングシステム。
11. 現在のパワーステアリング流体の温度とモータの駆動制御量からパワーステアリング流体の温度を予測して温度調節をすることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の車輌用パワーステアリングシステム。
12. 前記油圧ポンプと制御装置と電動モータを積層し、油圧ポンプと制御装置間にペルチェ素子を挟んで油圧ポンプと制御装置間の熱流を制御したことを特徴とする、請求項３乃至１１のいずれかに記載の車輌用パワーステアリングシステム。
13. 前記油圧ポンプと制御装置と電動モータを積層し、油圧ポンプと制御装置間にペルチェ素子とヒートパイプを挟みさらにこのヒートパイプを車体に熱結合させたことを特徴とする、請求項1乃至１２のいずれかに記載の車輌用パワーステアリングシステム。
14. 前記パワーステアリング流体を予め温度調節手段により温度調整してから車輌の補機類の冷却必要部位を前記パワーステアリング流体により冷却したことを特徴とする、請求項1乃至１３のいずれかに記載の車輌用パワーステアリングシステム。

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