JP2017140961A - 電動油圧式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】悪路走行時にステアリングギヤからの振動や異音の発生を低減し、操舵フィーリングのよい電動油圧式パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵは、検出された車速Ｖおよび操舵角θｈを取得し、操舵角θｈを微分することにより操舵速度ωｈを演算する。車速Ｖが所定の車速値Ｖｏより大きい場合、通常走行と判断し、操舵速度ωｈおよび車速Ｖに基いて、操舵速度および車速に対する目標モータ回転速度Ｎｍ*を記憶したモータ回転速度マップを選択する。操舵速度ωｈに応じて車速Ｖが増大するとモータ回転速度Ｎｍが減少するように目標モータ回転速度Ｎｍ*が設定され、操舵速度ωｈが増大すると目標モータ回転速度Ｎｍ*は上昇する。一方、車速Ｖが所定の車速値Ｖｏ以下の場合、悪路等の低速走行と判断し、目標モータ回転速度Ｎｍ*を操舵速度ωｈの大小にかかわらない一定の値に設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、電動油圧式パワーステアリング装置に関するものである。

従来より、ステアリングギヤに連結された油圧シリンダに油圧ポンプからのオイル（作動油）を供給することによって、操舵状態に応じた操舵補助力を電動モータおよび油圧ポンプにより発生させ、ステアリングホイールの操作をアシストする電動油圧式パワーステアリング装置が知られている。このような電動油圧式パワーステアリング装置において、電動モータが車速およびステアリングホイールの操舵角速度（操舵速度）に応じた目標モータ回転速度で回転されるように、電動モータに供給される駆動電力が制御される（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３０４３７号公報

上記のような電動油圧式パワーステアリング装置では、車両走行時、ＥＣＵ内に記憶された車速と操舵速度とに対応したモータ回転速度マップが選択され、油圧ポンプの回転速度が決定される。車速が上昇するとモータ回転速度が下がり、ポンプ回転速度が下がると、ステアリングギヤへの油圧ポンプの吐出流量が減少し、ステアリングギヤの油圧特性が重くなる（ステアリングホイールが重い）。一方、操舵速度が上昇するとモータ回転速度が上がり、ポンプ回転速度が上がると、ステアリングギヤへのポンプ吐出流量が増加し、ギヤの油圧特性が軽くなる（ステアリングホイールが軽い）。

しかしながら、ステアリングギヤが悪路（凹凸路）走行によって転舵輪のタイヤから逆入力を受けると、ラックは軸線方向に左右に振られ、ラックに噛み合っているピニオンが回転方向に回される。それにより、ステアリングシャフトに設置された操舵角センサから得られる操舵角が変動し、モータ回転速度も変動することになる。このため、油圧ポンプの吐出流量が変動することによってバルブ（油圧制御弁）の圧力変動が発生し、ステアリングギヤに配置された油圧シリンダのピストンが振動すると配管系統の共振を誘発する。また、バルブの圧力変動が油圧回路（バルブハウジング、油圧シリンダ、油圧ポンプ、電動モータ、およびタンク等を配管で繋ぎ形成される）に伝達され、発生した振動が車室内のステアリングホイールまで伝達される。さらに、ＥＣＵが操舵角に追従して通常の油圧パワーステアリング（ＰＳ）システムに比べて異常に脈動の大きい油圧源でアシストするため配管系統の振動を招く場合がある。これにより、油圧パワーステアリングシステム全体から異音が発生するおそれがある。この結果、このような電動油圧式パワーステアリング装置においては、振動は操舵フィーリングを低下させると同時に、異音は車室内の静粛性を損なうものとなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、悪路走行時にステアリングギヤからの振動や異音の発生を低減し、操舵フィーリングのよい電動油圧式パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電動油圧式パワーステアリング装置において、電動モータと、前記電動モータにより駆動され、油圧源としてオイルを吐出する油圧ポンプと、ステアリングギヤに配置され、操舵機構に操舵補助力を与える油圧シリンダと、前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間に介装され、ステアリングホイールと前記操舵機構との連結軸の中途に配置され、前記ステアリングホイールの操作に応じて、前記油圧シリンダに前記オイルの給排動作を行う油圧制御弁と、車速と操舵角速度とに応じた所定のモータ回転速度マップに基いて、前記電動モータの回転速度を制御する制御装置と、を備える電動油圧式パワーステアリング装置であって、前記制御装置は、前記車速が所定の値以下の場合、前記操舵角速度にかかわらず前記電動モータの回転速度一定とする制御を行うことを要旨とする。

上記構成によれば、車速および操舵速度に応じた目標モータ回転速度を、選択されたモータ回転速度マップにて設定して電動モータを制御し、車両の低速走行時には操舵角速度の大小にかかわらない一定のモータ回転速度を設定し制御する。このため、車両の悪路走行による路面からの逆入力によって操舵角速度が変動しても油圧ポンプの最適吐出流量を設定することができるので、モータ回転速度が変動することなく、油圧ポンプが安定して吐出動作することができる。これにより、ステアリングギヤでの油圧制御弁の油圧変動による振動が抑えられ、油圧回路に伝達される振動を低減できる。この結果、油圧パワーステアリングシステム全体から発生する振動や異音を低減するとともに、操舵フィーリングの向上を図ることが可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動油圧式パワーステアリング装置において、前記制御装置は、前記車速が所定の値より大きい場合、前記モータ回転速度マップに基いた前記操舵角速度に応じて前記車速の増大により前記電動モータの回転速度を減少させ、前記車速が所定の値以下の場合、前記モータ回転速度マップによらない一定の前記電動モータの回転速度とすることを要旨とする。

上記構成によれば、低速走行時に車速が所定の車速値以下の場合、モータ回転速度はモータ回転速度マップによらない一定の値に設定される。このため、油圧ポンプの吐出流量を一定に保つことができる。これにより、悪路走行等の低速走行時においてステアリングギヤから油圧回路に伝達される油圧の変動による振動が抑制され、油圧パワーステアリングシステム全体から発生する振動や異音を低減するとともに、操舵フィーリングの向上を図ることが可能になる。

本発明によれば、悪路走行時にステアリングギヤからの振動や異音の発生を低減し、操舵フィーリングのよい電動油圧式パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る電動油圧式パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。 車速に対するモータ回転速度の特性を示す図。 制御装置による目標モータ回転速度を設定する動作の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態に係る電動油圧式パワーステアリング装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動油圧式パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、電動油圧式パワーステアリング装置１は、車両のステアリング機構（操舵機構）２に関連して設けられ、このステアリング機構２に操舵補助力を与えるためのものである。ステアリング機構２は、車両の操向のために運転者によって操作されるステアリングホイール３と、このステアリングホイール３に連結されたステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４の先端部に油圧制御弁１４を介して連結され、ピニオン（ピニオンギヤ）６を持つピニオン軸５と、ピニオン６に噛合するラック（ラックギヤ）８を有し（ラックアンドピニオン機構）、車両の左右方向に延びた転舵軸としてのラック軸７とを備えている。

ラック軸７の両端にはタイロッド９がそれぞれ連結されており、このタイロッド９は、それぞれ左右の転舵輪１０を支持するナックルアーム１１に連結されている。ナックルアーム１１は、キングピン１２まわりに回動可能に設けられている。
ステアリングホイール３が操作されてステアリングシャフト４が回転されると、この回転がピニオン６およびラック８によって、ラック軸７の軸線方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム１１のキングピン１２まわりの回転運動に変換され、これにより、左右の転舵輪１０の転舵が行われる。

油圧制御弁１４は、ピニオンハウジング（図示せず）の内部に支持されたピニオン軸５（連結軸）の中途に設けられたロータリーバルブであり、ステアリングシャフト４に接続されたスリーブ弁体（メインシャフト、図示せず）と、ピニオン軸５に接続されたシャフト弁体（バルブボディ、図示せず）と、入出力軸を同軸上に連結するトーションバー（図示せず）とからなる。トーションバーは、ステアリングホイール３に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じて捩れを生じ、このトーションバーの捩れの方向および大きさに応じて油圧制御弁１４の相対角変位が生じる。

この油圧制御弁１４は、ステアリング機構２に操舵補助力を与える油圧シリンダ１５に接続されている。油圧シリンダ１５は、ラック軸７を支持するラックハウジング（図示せず）の一端半部に所定の長さ範囲にわたって設けられ、ラック軸７に一体に設けられたピストン１６と、このピストン１６によって区画された一対のシリンダ室１７，１８とを有している。各シリンダ室１７，１８は、それぞれ対応する油路１９，２０を介して油圧制御弁１４に接続されている。

油圧制御弁１４は、リザーバタンク２１および油圧の発生源としての油圧ポンプ２２を通る油循環路２３の中途に介装されている。油圧ポンプ２２は、例えばギヤポンプからなり、電動モータ２４によって駆動され、リザーバタンク２１に貯留されているオイル（作動油）を汲み出して油圧制御弁１４に供給する。余剰分のオイルは、油圧制御弁１４から油循環路２３を介してリザーバタンク２１に帰還される。

電動モータ２４は、一方向に回転駆動されて油圧ポンプ２２を駆動する。具体的には、電動モータ２４は、その出力軸が油圧ポンプ２２の入力軸に連結されており、電動モータ２４の出力軸が回転することで、油圧ポンプ２２の入力軸が回転して油圧ポンプ２２の駆動が行われる。

油圧制御弁１４は、トーションバーに一方方向の捩れが加わった場合には、油路１９，２０のうちの一方を介して油圧シリンダ１５のシリンダ室１７，１８のうちの一方にオイルを供給するとともに、他方のオイルをリザーバタンク２１に戻す。また、トーションバーに他方方向の捩れが加えられた場合には、油路１９，２０のうちの他方を介してシリンダ室１７，１８のうちの他方にオイルを供給するとともに、一方のオイルをリザーバタンク２１に戻す。

トーションバーに捩れがほとんど加わっていない場合には、油圧制御弁１４は、いわば平衡状態となり、操舵中立で油圧シリンダ１５の両シリンダ室１７，１８は等圧に維持され、オイルは油循環路２３を循環する。操舵により油圧制御弁１４の両弁体が相対回転すると、油圧シリンダ１５のシリンダ室１７，１８のいずれかにオイルが供給され、油圧シリンダ１５は両シリンダ室１７，１８の間に生じる圧力差に応じた油圧を発生し、ピストン１６が車幅方向（車両の左右方向）に沿って移動する。これにより、ラック軸７に操舵補助力が作用する。

電動モータ２４は、例えば３相ブラシレスモータが用いられ、モータ制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）２５によって制御される。ＥＣＵ２５には、操舵角センサ２６、回転角センサ２７および車速センサ２８が接続されている。
操舵角センサ２６は、運転者によって操作されるステアリングホイール３の操舵角θｈを検出し、ステアリングシャフト４の中立位置からのステアリングシャフト４の正逆両方向の回転角を検出する。回転角センサ２７は、例えばレゾルバから構成されており、電動モータ２４のロータの回転角θｍを検出する。車速センサ２８は、車両の速度Ｖを検出する。

ＥＣＵ２５は、ＣＰＵ（マイコン、図示せず）と、ＣＰＵによって制御され電動モータ２４に電力を供給する駆動回路（インバータ）とを備えている。ＣＰＵは、操舵角センサ２６の出力値を時間微分することによって操舵角速度（以下、操舵速度という）ωｈを演算する。また、操舵速度ωｈおよび車速Ｖに基いて電動モータ２４のモータ回転速度Ｎｍの目標値である目標モータ回転速度Ｎｍ*を設定する。より具体的には、操舵速度および車速に対する目標モータ回転速度を記憶したモータ回転速度マップを用いて、検出された操舵速度ωｈおよび検出された車速Ｖに応じた目標モータ回転速度Ｎｍ*を設定する。これにともない、モータ回転速度Ｎｍに対応して油圧ポンプ２２の回転速度が決定される。そして、油圧ポンプ２２が電動モータ２４により回転駆動され、所望のポンプ吐出流量が得られる。

図２は、車速Ｖに対するモータ回転速度特性を示す図である。
図２に示すように、所定の車速値Ｖｏ以上では車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）の増大によりモータ回転速度Ｎｍ（ｒ／ｍｉｎ^−１）を減少させ、操舵速度ωｈ（ｄｅｇ／ｓｅｃ）が大きくなるにしたがって、車速Ｖに対するモータ回転速度Ｎｍの特性は変化し、モータ回転速度Ｎｍは増大する。一方、所定の車速値Ｖｏ以下では操舵速度ωｈの大小にかかわらず、モータ回転速度Ｎｍを一定とするような特性をもって電動モータ２５を駆動制御するように構成している。これにより、悪路走行のような低速走行時において、油圧ポンプ２２の吐出流量を一定に保つことができる。

次に、図３は、ＥＣＵ２５による目標モータ回転速度Ｎｍ*を設定する動作の処理手順を示すフローチャートである。なお、以下に示す制御ブロック（ステップＳ３０１〜Ｓ３０６）は、ＥＣＵ２５のＣＰＵ（マイコン、図示せず）が実行するプログラムにより実現され、所定の周期毎に各演算処理が繰り返し実行されることにより、複数の機能処理を行う。

図３に示すように、まず、ＣＰＵは、車速センサ２８によって検出された車速Ｖ、および操舵角センサ２６によって検出された操舵角θｈを取得する（ステップＳ３０１）。
続いて、ＣＰＵは、検出された操舵角θｈを時間微分することにより操舵速度ωｈを演算する（ステップＳ３０２）。

次に、検出された車速Ｖが所定の車速値Ｖｏ以下か否かを判定する（ステップＳ３０３）。
車速Ｖが所定の車速値Ｖｏより大きい場合、車両は通常走行であると判断し、演算された操舵速度ωｈおよび検出された車速Ｖに応じた電動モータ２４の回転速度の目標値である目標モータ回転速度Ｎｍ*をモータ回転速度マップを用いて設定する。
まず、操舵速度ωｈおよび車速Ｖに基いて、所定の操舵速度および車速に対する目標モータ回転速度Ｎｍ*を記憶したモータ回転速度マップ（図示せず）を選択する（ステップＳ３０４）。ここで、モータ回転速度マップは、例えば不揮発性メモリに記憶されており、隣り合う列（例えば、操舵速度ωｈ）の間、および行（例えば、車速Ｖ）の間の目標モータ回転速度Ｖｍ*は、線形補間によって求められる。

そして、操舵速度ωｈに応じて車速Ｖが増大するとモータ回転速度Ｎｍが減少するように目標モータ回転速度Ｎｍ*が設定される（ステップＳ３０５）。このとき、操舵速度ωｈが増大すると目標モータ回転速度Ｎｍ*は上昇する。その後、処理を終了してフローを抜ける。

一方、車速Ｖが所定の車速値Ｖｏ（例えば、２０ｋｍ／ｈ）以下の場合、車両は悪路等の低速走行であると判断し、目標モータ回転速度Ｎｍ*をモータ回転速度マップによらない、すなわち操舵速度ωｈの大小にかかわらない一定の値に設定する（ステップＳ３０６）。その後、処理を終了してフローを抜ける。

上記設定が選択したモータ回転速度マップおよびプログラムに組み込まれており、油圧ポンプ２２の回転速度を増減することによりステアリング機構２のステアリングギヤへの油圧ポンプ２２の吐出流量を増減する制御を行い、ステアリング機構２のステアリングギヤの油圧特性を変化させることができる。

次に、上記のように構成された本実施形態である電動油圧式パワーステアリング装置１の作用および効果について説明する。

上記構成によれば、車速Ｖおよび操舵速度ωｈに応じた目標モータ回転角度Ｎｍ*を、選択したモータ回転速度マップにて設定して電動モータ２４を制御し、車両の低速走行時には、操舵速度ωｈの大小にかかわらない一定の目標モータ回転速度Ｎｍ*を設定し制御する。このため、車両の悪路（凹凸路）走行による路面からの逆入力によって操舵速度ωｈが変動しても油圧ポンプ２２の最適吐出流量を設定することができるので、モータ回転速度Ｎｍが変動することなく、油圧ポンプ２２が安定して吐出動作することができる。

また、低速走行時に車速Ｖが所定の車速値Ｖｏ以下の場合、目標モータ回転速度Ｎｍ*はモータ回転速度マップによらない一定の値に設定される。このため、油圧ポンプ２２の吐出流量を一定に保つことができる。

これにより、悪路走行等の低速走行時においてステアリング機構２のステアリングギヤでの油圧制御弁１４の油圧変動による振動が抑えられ、油圧回路に伝達される振動が低減される。この結果、油圧パワーステアリングシステム全体から発生する振動や異音を低減するとともに、操舵フィーリングの向上を図ることができる。

以上のように、本実施形態によれば、悪路走行時にステアリングギヤからの振動や異音の発生を低減し、操舵フィーリングのよい電動油圧式パワーステアリング装置を提供できる。

以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。

上記実施形態では、電動モータ２４とＥＣＵ２５とを別体で設け、油圧ポンプ２２と電動モータ２４の入出力軸を結合する電動油圧式パワーステアリング装置１について説明したが、これに限らず、他の構成としてもよい。例えば、軸線方向に隣接してＥＣＵ２５を内蔵した電動モータ２４（ＥＣＵ一体型モータ）を設け、ＥＣＵ２５の中央を貫通した電動モータ２４の回転軸が油圧ポンプ２２と結合する構成であってもよい。

上記実施形態では、操舵角センサ２６をステアリングコラム側（ステアリングシャフト４）に搭載する例について示したが、これに限らず、ステアリング機構２のステアリングギヤ側（ピニオン６）に搭載されるように構成してもよい。

上記実施形態では、電動モータ２４の制御において、モータ回転速度Ｎｍが車速Ｖの減少にともなって直線的に上昇し、所定の車速値Ｖｏで一定値に移行する例を示したが、これに限らず、車速値Ｖｏより大きい所定の車速において目標モータ回転速度Ｎｍ*を直線的にまたは滑らかに増大あるいは減少させるようにして一定速度に移行するように設定してもよい。あるいは、車速値Ｖｏ以下の所定の車速に向かって直線的にまたは滑らかに増減させて一定速度に移行するように設定してもよい。これにより、車速Ｖが所定の車速値Ｖｏを跨いで変化したとき、モータ回転速度Ｎｍが急変し、操舵フィーリングに違和感を与えることを抑制することができる。

１：電動油圧式パワーステアリング装置、２：ステアリング機構（操舵機構）、
３：ステアリングホイール、４：ステアリングシャフト、５：ピニオン軸、
６：ピニオン、７：ラック軸、８：ラック、９：タイロッド、１０：転舵輪、
１１：ナックルアーム、１２：キングピン、１３：ポンプロータ、１４：油圧制御弁、
１５：油圧シリンダ、１６：ピストン、１７，１８：シリンダ室、１９，２０：油路、
２１：リザーバタンク、２２：油圧ポンプ、２３：油循環路，２４：電動モータ、
２５：ＥＣＵ（制御装置）、２６：操舵角センサ、２７：回転角センサ、
２８：車速センサ、
Ｖ：車速、θｈ：操舵角、ωｈ：操舵速度（操舵角速度）、θｍ：ロータ回転角、
Ｎｍ：モータ回転速度、Ｎｍ*：目標モータ回転速度

Claims (2)

1. 電動モータと、
   前記電動モータにより駆動され、油圧源としてオイルを吐出する油圧ポンプと、
   ステアリングギヤに配置され、操舵機構に操舵補助力を与える油圧シリンダと、
   前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間に介装され、ステアリングホイールと前記操舵機構との連結軸の中途に配置され、前記ステアリングホイールの操作に応じて、前記油圧シリンダに前記オイルの給排動作を行う油圧制御弁と、
   車速と操舵角速度とに応じた所定のモータ回転速度マップに基いて、前記電動モータの回転速度を制御する制御装置と、を備える電動油圧式パワーステアリング装置であって、
   前記制御装置は、前記車速が所定の値以下の場合、前記操舵角速度にかかわらず前記電動モータの回転速度一定とする制御を行うことを特徴とする電動油圧式パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動油圧式パワーステアリング装置において、
   前記制御装置は、前記車速が所定の値より大きい場合、前記モータ回転速度マップに基いた前記操舵角速度に応じて前記車速の増大により前記電動モータの回転速度を減少させ、前記車速が所定の値以下の場合、前記モータ回転速度マップによらない一定の前記電動モータの回転速度とすることを特徴とする電動油圧式パワーステアリング装置。

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