JP2014051263A - ハイブリッドステアリングシステム及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステアリングホイールシャフトに連結された第1トーションバー320、第1トーションバー320のトルクを測定する第1トルクセンサー340、及びステアリングホイールシャフトにトルクを加えるMDPSモーター360から構成されたMDPSモジュールと、MDPSモジュールの後端においてステアリングホイールシャフトに連結された第2トーションバー520、および第2トーションバー520のねじれに応じて油圧で操舵出力を加える油圧機構から構成されたEHPSモジュールと、車両の速度又は操舵角度に応じてMDPSモーター360のトルクと油圧機構の操舵出力を共に制御する制御部700を含む。
【選択図】図1
Description
従って、操舵装置によるエンジン駆動力の損失を減少させた場合には、その分だけ燃費が改善できる。
燃費改善の例として、エンジンで駆動される油圧ポンプが備えられ、ホースの管路抵抗を減らすか、または、アイドル時のポンプ流量を減らすことによりエンジン駆動力の損失を減少させた油圧式操舵装置が知られている(特許文献1参照)。
しかしながら、油圧式操舵装置による燃費改善方式は、エンジンで駆動される油圧ポンプを使用する限り、小さな効果しか得られない。操舵装置が大きな燃費改善効果を得るためには、エンジンで駆動される油圧ポンプを使用しないことが好ましい。
この種の操舵装置の例としては、油圧を必要としない電動モーターが用いられるモータードライブ・パワーステアリング (Motor Driven Power Steering:以下、MDPSと略す)や、油圧をエンジンの駆動力ではなくモーターで駆動される電動ポンプで送り出す電動油圧パワーステアリング(Electro−hydraulic Power Steering:以下、EHPSと略す)を挙げることができる(特許文献2〜4参照)。
一方、燃費改善は、乗用車両のみならず商用車両においても追求しなければならない重要課題である。このために、商用車両においても、エンジンの駆動力を利用する油圧ポンプに替えてMDPS又はEHPSを操舵装置として使用できれば、商用車両の燃費が改善されるとの期待が高まるのは当然のことである。
しかし、従来のMDPS操舵装置又はEHPS操舵装置は、乗用車両向けに設計されているため、トラックやバスなどの中型または大型の商用車両の操舵装置としては適さないという問題があった。
商用車両の操舵装置がMDPS操舵装置又はEHPS操舵装置で代替できない主な原因は、操舵装置のステアリング容量にある。例えば、乗用車両の場合は約13KN程度のステアリング容量で十分であるが、商用車両の場合は約50KN〜190KN程度のステアリング容量を必要とする。このため、商用車両では、燃費改善効果の高いMDPS操舵装置又はEHPS操舵装置を採用することが困難であった。
そこで、中大型商用車両においてステアリング容量を満たし、燃費改善が可能な新概念のステアリングシステムの開発が求められると共に、そのようなステアリングシステムの操舵安定性を確保するための制御ロジックが求められていた。
第1トーションバーの剛性が第2トーションバーの剛性より大きいとき、制御部は、車速が低速の場合には油圧機構による操舵出力を最大に増大させ、車速が高速の場合にはモータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターと油圧機構の出力を共に制御することを特徴とする。
一方、ハイブリッドステアリングシステムの制御方法は、車速をチェックする速度測定段階と、車速を基準速度と比較して低速か高速か判断する車速判断段階と、車速が低速の場合、油圧機構から加える操舵出力を増大させて操舵性能を向上させる低速制御段階と、車速が高速の場合、油圧機構から加える操舵出力を減少させて走行安定性を向上させる高速制御段階と、を含んでなることを特徴とする。
さらに本発明のハイブリッドステアリングシステムの制御方法は、車速をチェックする速度測定段階と、車速を基準速度と比較して低速か高速か判断する車速判断段階と、車速が低速の場合、油圧機構から加える操舵出力を増大させ、モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターから加えるトルクを減少させる低速制御段階と、車速が高速の場合、油圧機構から加える操舵出力を減少させ、モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターから加えるトルクを増大させる高速制御段階と、を含んでなることを特徴とする。
また、多重のトーションバーの適用により路面反力が正確に感知されてステアリング性能を向上させることができる。
さらに、車速に応じて制御方法を分け、車両のオンセンターフィール精密制御及び操舵異質感防止及びシステム制御が容易であり、制御方法に応じて車両の操舵の大部分をEHPSが担当するようにし、或いはMDPS、EHPSが操舵を分担するように構成することにより各部品の耐久性を向上させることができる。
図1に示したとおり、本発明のハイブリッドステアリングシステムは、ステアリングホイール10の後端においてステアリングホイールシャフト100に連結された第1トーションバー320、第1トーションバー320のトルクを測定する第1トルクセンサー340、及びステアリングホイールシャフト100にトルクを加えるMDPSモーター360から構成されたMDPSモジュール300と、MDPSモジュール300の後端においてステアリングホイールシャフト100に連結された第2トーションバー520、および第2トーションバー520のねじれに応じて油圧で操舵出力を加える油圧機構560から構成されたEHPSモジュール500と、車両の速度又は操舵角度に応じてMDPSモーター360のトルクと油圧機構560の操舵出力を共に制御することにより、ステアリングホイールシャフト100にMDPSモーターと油圧機構による出力が全て適用できるようにする制御部700と、を含んでなる。
すなわち、本発明のハイブリッドステアリングシステムは、MDPSとEHPSの同時使用及び協同制御によって各状況に応じて適切な操舵感を提供することに特徴がある。このために、MDPSとEHPSはステアリングホイールシャフト100に直列に連結されて構成される。
運転者はステアリングホイール10を介して操舵トルクを発生させるが、これをTdとする。運転者の操舵トルクTdはMDPSモジュール300の第1トーションバー320に伝達される。このTdを第1トルクセンサー340が測定する。そして、ステアリングホイールシャフト100にはMDPSモーター360によるトルクTmが加えられ、これによりステアリングホイールシャフト100に掛かるトルクは運転者のトルクとMPDSモーターのトルクとの和である「Td+Tm」となる。
バルブ側には第2トルクセンサーを設置することにより、ねじれ角を測定してMDPS又はEHPSの細部制御に活用することもできる。このような構成は、さらに具体的に、MDPSモーターの場合にはMDPSモーター電子制御ユニット(ECU)362および減速器364が備えられてもよく、油圧機構の場合にはレザーバー(reservoir)562、シリンダー装置540及びボールナット620が備えられてもよい。一方、このようなMDPSとEHPSとによる最終出力はピットマンアーム640、ドラッグリンク660、スピンドルアーム680及びタイロッド690を介して各ホイールWに伝達される。
具体的に、制御部700は、車速が低速の場合には油圧機構560から加える操舵出力を増大させて操舵性能を向上させ、車速が高速の場合には油圧機構560から加える操舵出力を減少させて走行安定性を向上させるようにする。すなわち、車速が低速の場合には油圧機構560の操舵出力を増大させて油圧機構560による影響を減少させ、逆にMDPSモーター360による制御がさらに主流を成すことができるようにする。それにより、運転者はより少ない力で柔らかくかつ正確な操舵感を得ることができる。
また、第1トーションバー320の剛性が第2トーションバー520の剛性より大きいとき、制御部700は、車速が低速の場合には油圧機構560による操舵出力を最大に増大させ、車速が高速の場合にはMDPSモーター360と油圧機構560の出力を共に制御する。すなわち、設計上、第1トーションバー320の剛性が第2トーションバー520の剛性より大きく設計されたときは、車速が低速の場合には油圧機構560による操舵出力を最大に増大させて油圧による影響を除去し、車速が高速の場合にはMDPSモーター360と油圧機構560の出力を共に制御する。
逆に、第1トーションバー320の剛性が第2トーションバー520の剛性より小さいときは、制御部700は、車速が低速の場合には油圧機構560による操舵出力を増大させ、MDPSモーター360によるトルクは減少させ、車速が高速の場合には油圧機構560による操舵出力を減少させ、MDPSモーター360によるトルクは増大させることにより、油圧とMDPSモーターを同時に用いて制御する。
車速が低速と判断された場合、油圧機構から加える操舵出力を最大に増大させ(S320)、第1トルクセンサーで測定されたトルクに応じてMDPSモーターのトルクを制御する(S340)低速制御段階を行う。
車速が高速と判断された場合には、オンセンターなのかを判断する(S400)。車速が高速で操舵がオンセンターの場合にはS420に進み、車速が高速で操舵がオフセンターの場合にはS430に進む。
車速が高速で操舵がオンセンターの場合にはS420に進み、MDPSモーターから加えるトルクを減少させ(S420)、第2トルクセンサーで測定されたトルクに応じて油圧機構の操舵出力を制御する(S440)第1高速制御段階を行う。
車速が高速で操舵がオフセンターの場合、S430に進み、油圧機構から加える操舵出力を減少させ(S430)、第1トルクセンサーで測定されたトルクに応じてMDPSモーターのトルクを制御する(S450)第2高速制御段階を行う。
一方、高速では操舵がオンセンターであれば、直進安定性をよく維持する必要があるので、MDPSモーターから加えるトルクを減少させてMDPSの影響力を減らし、第2トルクセンサーで測定されたトルクに応じて油圧機構の操舵出力を制御する。 そして、操舵がオフセンターであれば、コーナーリング安定性のために操舵正確度と便宜性を高めるために、油圧機構から加える操舵出力を減少させてEHPSの影響を減らし、第1トルクセンサーで測定されたトルクに応じてMDPSモーターのトルクを制御する。
車速が低速と判断された場合、油圧機構から加える操舵出力を増大させ(S360)、MDPSモーターから加えるトルクを減少させる(S380)低速制御段階を行う。
車速が高速と判断された場合、油圧機構から加える操舵出力を減少させ(S460)、MDPSモーターから加えるトルクを増大させる(S480)高速制御段階を行う。
一方、高速の場合には、油圧機構から加える操舵出力を減少させてEHPSの重さをある程度維持し、MDPSモーターから加えるトルクを増大させ、重くなったEHPSのためにMDPSを重くすることにより、操舵に大きな力を必要としないようにする。
すなわち、このような区分された制御方法によって運転者が操舵便宜性と操舵安定感を時期に応じて適切に感じることができる。
100:ステアリングホイールシャフト
300:モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モジュール
320:第1トーションバー
340:第1トルクセンサー
360:MDPSモーター
362:MDPSモーター電子制御ユニット(ECU)
364:減速器
500:電動油圧パワーステアリング(EHPS)モジュール
520:第2トーションバー
540:シリンダー装置
560:油圧機構
562:レザーバー(reservoir)
620:ボールナット
640:ピットマンアーム
660:ドラッグリンク
680:スピンドルアーム
690:タイロッド
700:制御部
S200:車速判断段階
Td:操舵トルク(運転者のトルク)
Tm:MPDSモーターのトルク
W:ホイール
Claims (7)
- ステアリングホイールの後端においてステアリングホイールシャフトに連結された第1トーションバー、前記第1トーションバーのトルクを測定する第1トルクセンサー、及び前記ステアリングホイールシャフトにトルクを加えるモータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターから構成されたモータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モジュールと、
前記モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モジュールの後端において前記ステアリングホイールシャフトに連結された第2トーションバー、および前記第2トーションバーのねじれに応じて油圧で操舵出力を加える油圧機構から構成された電動油圧パワーステアリング(EHPS)モジュールと、
車両の速度又は操舵角度に応じて前記モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターのトルクと前記油圧機構の操舵出力を共に制御することにより、前記ステアリングホイールに前記モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターと前記油圧機構による出力が全て適用できるようにする制御部と、を含んでなることを特徴とするハイブリッドステアリングシステム。 - 前記制御部は、車速が低速の場合には前記油圧機構から加える操舵出力を増大させて操舵性能を向上させ、車速が高速の場合には前記油圧機構から加える操舵出力を減少させて走行安定性を向上させることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッドステアリングシステム。
- 前記第1トーションバーの剛性が前記第2トーションバーの剛性より大きいとき、前記制御部は、車速が低速の場合には前記油圧機構による操舵出力を最大に増大させ、車速が高速の場合には前記モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターと前記油圧機構の出力を共に制御することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッドステアリングシステム。
- 前記第1トーションバーの剛性が前記第2トーションバーの剛性より小さいとき、前記制御部は、車速が低速の場合には前記油圧機構による操舵出力は増大させ、前記モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターによるトルクは減少させ、車速が高速の場合には前記油圧機構による操舵出力は減少させ、前記モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターによるトルクは増大させることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッドステアリングシステム。
- 請求項1のハイブリッドステアリングシステムの制御方法であって、
車速をチェックする速度測定段階と、
車速を基準速度と比較して低速か高速か判断する車速判断段階と、
車速が低速の場合、油圧機構から加える操舵出力を増大させて操舵性能を向上させる低速制御段階と、
車速が高速の場合、油圧機構から加える操舵出力を減少させて走行安定性を向上させる高速制御段階と、を含んでなることを特徴とするハイブリッドステアリングシステムの制御方法。 - 請求項1のハイブリッドステアリングシステムの制御方法であって、
車速をチェックする速度測定段階と、
車速を基準速度と比較して低速か高速か判断する車速判断段階と、
車速が低速の場合には油圧機構から加える操舵出力を最大に増大させ、第1トルクセンサーで測定されたトルクに応じてモータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターのトルクを制御する低速制御段階と、
車速が高速で操舵がオンセンターの場合にはモータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターから加えるトルクを減少させ、油圧機構の操舵出力を制御する第1高速制御段階と、
車速が高速で操舵がオフセンターの場合には油圧機構から加える操舵出力を減少させ、第1トルクセンサーで測定されたトルクに応じてモータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターのトルクを制御する第2高速制御段階と、を含んでなることを特徴とするハイブリッドステアリングシステムの制御方法。 - 請求項1のハイブリッドステアリングシステムの制御方法であって、
車速をチェックする速度測定段階と、
車速を基準速度と比較して低速か高速か判断する車速判断段階と、
車速が低速の場合、油圧機構から加える操舵出力を増大させ、モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターから加えるトルクを減少させる低速制御段階と、
車速が高速の場合、油圧機構から加える操舵出力を減少させ、モータードライブ・パワーステアリング(MDPS)モーターから加えるトルクを増大させる高速制御段階と、を含んでなることを特徴とするハイブリッドステアリングシステムの制御方法。
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