JP3156350B2 - 電動ポンプ式動力舵取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電動ポンプを使用した流
体式の動力舵取装置、特にベーン式のポンプを駆動する
電気モータの回転速度を車速などの走行状態に応じて変
化させることにより、操舵アシスト力を走行状態に応じ
て制御するようにした流体式の動力舵取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体式の動力舵取装置は、操舵のための
アシスト力を発生するパワーシリンダに対するポンプか
らの作動流体の給排の制御は、操舵ハンドルに加わる手
動トルクに応じて作動するサーボ弁により行っている。
このポンプは自動車のエンジンにより駆動されかつバイ
パス弁により吐出量を一定としたベーン式のものが通常
は使用されており、これに車速等に応じて開度が制御さ
れる電磁弁を組み合わせて、操舵アシスト力が低速時に
は大となり高速時には小となるようにしている。また、
ミッドシップエンジン車等でエンジンと動力舵取装置の
距離が離れるものにおいては、作動流体のための配管が
長くなるのを避けるため電動ポンプを使用したものがあ
る。この場合においても通常は吐出量が一定の電動ポン
プを使用し、前述と同様、車速等に応じて制御される電
磁弁により操舵アシスト力を制御している。

【０００３】これに対し、電子制御装置により車速等に
応じた電圧（例えば図６に示す車速感応電圧Ｅ）を演算
し、ポンプを駆動する電気モータに印加することにより
ポンプの回転速度を変化させて、操舵アシスト力を走行
状態に応じて制御するものもあり、これによれば車速等
に応じて制御される電磁弁を省略することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した最後の従来技
術において、ポンプを駆動する直流電気モータは、例え
ば図７に示すように、印加電圧の増大に応じてほぼ比例
的に回転速度が増大する。これに対し、例えば図２及び
図３に示すようなベーン式のポンプ２０は、回転の初期
でロータ２５の回転速度が低いときはスリット２５ａ内
に摺動可能に保持されたベーン２６の先端が必ずしも常
にカムリング２３の内周面に当接されず、従って作動流
体の吐出がなされず、回転速度が上昇し遠心力によりベ
ーン２６が半径方向に飛び出して常にカムリング２３に
当接するようになってから吐出が開始される。一旦吐出
が開始されれば吐出室３４内に圧力が生じ、連通孔３７
及び背圧溝３６を介してスリット２５ａの根元側に導入
されたこの圧力によりベーン２６の先端がカムリング２
３の内周面に押圧されるので、回転速度がある程度低下
してもポンプ２０からの吐出は続行される。

【０００５】しかしながら遠心力によりベーン２６が半
径方向に飛び出してカムリング２３に当接するときのロ
ータ２５の回転速度は、スリット２５ａとベーン２６の
間の摩擦力や作動流体の粘度の影響を受けるので一定の
値とはならず、個々の製品毎にあるいは温度等の作動環
境により異なった値となる。このため、車速等に応じて
演算した電圧を電気モータ４０に印加してロータ２５の
回転速度を制御しても、操舵アシストが開始される車速
がばらつき、操舵フィーリングにばらつきを生じるとい
う問題がある。本発明はこのような問題を解決すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このために、本発明によ
る電動ポンプ式動力舵取装置は、図１〜図７に例示する
ように、アシスト力を発生するパワーシリンダ１５と、
印加される電圧の増大に応じて回転速度が増大する電気
モータ４０により駆動されて前記パワーシリンダ１５に
作動流体を供給するポンプ２０と、前記パワーシリンダ
１５とポンプ２０の間に設けられ操舵ハンドル１１に加
わる手動トルクに応じて作動して前記パワーシリンダ１
５の作動室１５ｂへの作動流体の給排を制御するサーボ
弁１２と、車速等の走行状態に応じた電圧を演算して前
記電気モータ４０に印加する電子制御装置４５を備え、
前記ポンプ２０は、放射状に形成した多数のスリット２
５ａ内に半径外方に突出するベーン２６をそれぞれ摺動
可能に保持したロータ２５をハウジング２１により回転
可能に軸支し、前記ハウジング２１に設けたカムリング
２３の内周面と前記ロータ２５の間に前記ベーン２６に
より区画された複数のポンプ室３２を形成してロータ２
５の回転に伴う同ポンプ室の容積の変化により吸入室３
０内の作動流体を吐出室３４に送り込むと共にこの吐出
室内の圧力を前記各スリット２５ａ内の根元側に導入し
てなる電動ポンプ式動力舵取装置において、前記電子制
御装置４５は、前記ベーン２６の先端が前記カムリング
２３の内周面に確実に当接する前記ロータ２５の回転速
度が得られる以上の電圧まで所定の短時間前記電気モー
タ４０に印加する電圧を増大させる電圧制御手段４５ａ
を備えたことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】電子制御装置４５は車速等の走行状態に応じて
電圧を演算してこれを電気モータ４０に印加し、電圧制
御手段４５ａは電気モータ４０に印加する電圧を所定の
短時間増大させる。これによりロータ２５の回転速度が
一時的に増大してベーン２６の先端はカムリング２３の
内周面に当接し、ポンプ２０からの作動流体の吐出が直
ちに開始される。その後電気モータ４０への印加電圧は
車速等の走行状態に応じて演算した電圧に戻されるが、
ベーン２６の先端はスリット２５ａの根元側に導入され
た吐出室３４内に圧力によりカムリング２３の内周面に
常に押圧されるのでポンプ２０からの作動流体の吐出は
続行される。

【０００８】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、車速等
の走行状態に応じて電子制御装置により演算された電圧
が増大してポンプの吐出を開始させる回転速度に対応す
る比較的小さい所定の値を越えれば、確実にポンプから
の作動流体の吐出が開始されるので、個々の製品毎の摩
擦力のばらつきや温度による作動流体の粘度の変化など
の作動環境の変化に係わらず、車速等の走行状態が所定
の状態となったところで確実にアシストが開始され、従
って操舵フィーリングにばらつきを生じることがなくな
る。

【０００９】

【実施例】先ず図１により本発明を実施した前輪動力舵
取装置１０の全体構造の説明をする。前輪動力舵取装置
１０は、操舵ハンドル１１の回動を作動ロッド１４の往
復動に変換するラックピニオン機構１３に伝達する途中
に設けたサーボ弁１２と、作動ロッド１４に設けられた
パワーシリンダ１５を主要な構成部材としている。電気
モータ４０により回転駆動されるポンプ２０から吐出さ
れる作動流体はサーボ弁１２に供給される。サーボ弁１
２は公知のロータリータイプのものであり、操舵ハンド
ル１１から入力軸１２ａを経て与えられる手動トルクに
応じて作動して、ポンプ２０からパワーシリンダ１５の
ピストン１５ａ両側の両作動室１５ｂに対し供給される
作動流体の給排を制御する。これにより作動ロッド１４
にはアシスト力が与えられ、その両端に設けたタイロッ
ド１６及びナックルアーム１７を介して両前輪１８は操
舵され、使用後の作動流体はリザーバ３８に戻される。

【００１０】図２及び図３に示すように、ポンプ２０は
ベーンポンプであり、ハウジング２１内には、カムリン
グ２３とその両側を挟むサイドプレート２２，２４が２
本のガイドピン２７により回り止めされてばね２８によ
り互いに押圧されている。カムリング２３には略楕円形
状の内周面が形成されており、その内部にはカムリング
２３とほゞ同一幅のロータ２５が、ポンプ２０を回転駆
動する電気モータ４０の出力軸４１先端にスプライン結
合されて、回転自在に支持されている。主として図３に
示すように、ロータ２５には等角度間隔で放射状に延び
て外周に達する１０個のスリット２５ａが全幅にわたり
形成され、各スリット２５ａにはそれぞれ板状のベーン
２６がほゞ液密に半径外方に突出して摺動可能に保持さ
れている。電気モータ４０は、図７に示すように、印加
電圧に応じて回転速度がほゞ比例的に増加する特性の直
流モータである。

【００１１】作動状態では、各ベーン２６は先端がカム
リング２３の内周面に当接されて、この内周面とロータ
２５の外周面の間に区画された１０個のポンプ室３２を
形成している。各ポンプ室３２の容積は矢印で示すロー
タ２５の回転に伴い増減するが、各サイドプレート２
２，２３には、この容積が増加する位置に１対の吸入ポ
ート３１が形成され、容積が減少する位置に１対の吐出
ポート３３が形成されている。吸入ポート３１はハウジ
ング２１内に形成されて吸入口２９が設けられた吸入室
３０に連通され、吐出ポート３３はハウジング２１内に
形成されて吐出口３５が設けられた吐出室３４に連通さ
れている。従ってロータ２５の回転に伴う各ポンプ室３
２の容積の変化により、吸入室３０内の作動流体はポン
プ室３２内に吸入されて吐出室３４内に送り出される。
各サイドプレート２２，２４のロータ２５と当接する面
には、各スリット２５ａの根元部に連通される各４個の
背圧溝３６が形成されており、この背圧溝３６にはサイ
ドプレート２４に形成した連通孔３７を介して吐出室３
４内の圧力が導入されている。

【００１２】図１に示すように、電気モータ４０は電子
制御装置４５に接続されて回転速度が制御される。本実
施例では、電子制御装置４５は車速センサ４６により検
出される車速ｖに基づいて、図６に示すような車速感応
電圧Ｅを演算し、これを電気モータ４０に印加してポン
プ２０のロータ２５の回転速度を制御するものである。
電子制御装置４５はこの演算した車速感応電圧Ｅを常に
電気モータ４０に印加するのではなく、次に述べるよう
に、演算された車速感応電圧Ｅが増大して比較的小さい
所定の値に達すれば、所定の短時間に相当大きい電圧を
電気モータ４０に印加し、その後は再び演算された車速
感応電圧Ｅを電気モータ４０に印加するものである。

【００１３】次に上記実施例の作動の詳細を、図４に示
すフローチャートにより説明する。自動車のメインスイ
ッチがオンとなれば、電子制御装置４５の中央処理装置
（単にＣＰＵという）は先ず各変数を所定の初期値（フ
ラグＦの初期値は１）にセットし、所定の小時間毎に割
込み信号が入力される都度、図４のフローチャートに示
す制御動作を繰り返して実行する。ＣＰＵは先ずステッ
プ１００において、車速センサ４６から入力されて車速
ｖに基づき内蔵するマップまたは演算式を用いて図６に
示す車速感応電圧Ｅを演算する。走行開始直後の低速走
行状態では車速感応電圧Ｅは大（Ｅ≧ａ，Ｅ≧ｂ）であ
り、Ｆ＝１であるので、ＣＰＵは制御動作をステップ１
０１からステップ１０２，１０３を経てステップ１０８
に進め、電気モータ４０にステップ１００で演算した車
速感応電圧Ｅを印加する。

【００１４】車速感応電圧Ｅは車速の増大に応じて図６
に示すように減少し、これに応じて電気モータ４０の回
転速度及びポンプ２０の吐出量もほゞ同様に減少する。
従って前輪動力舵取装置１０により与えられるアシスト
力も次第に減少し、車速感応電圧Ｅが０になる車速v1の
直前で電気モータ４０及びポンプ２０は停止し、それ以
上の高速走行では前輪動力舵取装置１０はアシスト力を
生じなくなる。車速の増大に伴い車速感応電圧Ｅが減少
するこの過程において、Ｅ＜ｂとなればＣＰＵは制御動
作をステップ１０２からステップ１０８に進め、更に車
速感応電圧Ｅが減少してＥ＜ａとなれば制御動作をステ
ップ１０１からステップ１０７に進め、Ｆ＝０としてか
らステップ１０８に進めるが、上記作動に変わりはな
い。

【００１５】次に車速v1以上の高速で電気モータ４０へ
の印加電圧が０（図５において時間t1の位置）、または
それ以下の車速でも印加電圧が次に述べるきわめて小さ
い所定値ａ以下の状態から、車速の減少に伴って印加電
流が次第に増大した場合の説明をする。車速感応電圧Ｅ
が電圧ａ未満のとき（時間t1とt2の間）は、ＣＰＵは制
御動作をステップ１０１からステップ１０７，１０８に
進めて車速感応電圧Ｅを電気モータ４０に印加するが、
電気モータ４０は作動しないかまたは回転速度が低くて
ベーン２６の先端がカムリング２３の内周面に当接しな
いので、ポンプ２０からの作動流体の吐出は行われな
い。車速感応電圧Ｅが電圧ａを越えたが次に述べる比較
的小さい所定値ｂ未満のとき（時間t2とt3の間）は、Ｃ
ＰＵは制御動作をステップ１０２からステップ１０８に
進めて多少高い車速感応電圧Ｅを印加して電気モータ４
０を低速で回転させるが、ベーン２６がカムリング２３
の内周面に当接する回転速度以下であるのでポンプ２０
からの作動流体の吐出は行われない。

【００１６】電圧ｂは、車速感応電圧Ｅが増加した場合
にベーン２６がカムリング２３の内周面に当接してポン
プ２０からの吐出が開始される電圧（製品毎等によるば
らつきの最小値）と、車速感応電圧Ｅが減少した場合に
ベーン２６がカムリング２３の内周面から離れてポンプ
２０からの吐出が停止される電圧（ばらつきの最大値）
の間であって、ポンプ２０からの吐出開始が要望される
電圧である。なお電圧ａは、車速感応電圧Ｅが減少した
場合にベーン２６がカムリング２３の内周面から離れて
ポンプ２０からの吐出が停止される電圧（ばらつきの最
小値）より多少小さい電圧である。

【００１７】車速が更に減少して車速感応電圧Ｅがｂ以
上となれば（図５において時間t2を越えた位置）、ＣＰ
Ｕは制御動作をステップ１０にからステップ１０３に進
め、この状態ではＦ＝０であるので制御動作をステップ
１０４に進め、電気モータ４０に所定の高い電圧ｃを加
える。この電圧ｃはベーン２６の先端がカムリング２３
の内周面に確実に当接するロータ２５の回転速度が得ら
れる以上の電圧である。ＣＰＵはステップ１０４と１０
５を所定の短時間T1繰り返してこの電圧ｃをポンプ２０
に印加する。なお、このステップ１０４と１０５にて電
圧制御手段を構成している。このステップ１０４と１０
５によりポンプ２０は回転速度が一時的に増大し、ベー
ン２６がカムリング２３の内周面と当接して吐出が開始
される。時間T1が経過すればＣＰＵは制御動作をステッ
プ１０６に進め、Ｆ＝１として図４のフローチャートに
よる制御動作を一旦終了する。この時間T1は、ポンプ２
０の回転速度が一時的に増大し、ベーン２６がカムリン
グ２３の内周面と当接して吐出が確実に開始されるのに
充分であるが、吐出時間が増大しすぎて操舵フィーリン
グに影響を与えることがない程度の時間とする。

【００１８】その後は再び所定の小時間毎に割込み信号
が入力される都度、ＣＰＵは図４のフローチャートの制
御動作を繰り返す。この状態ではＥ≧ｂであるがＦ＝１
であるので、ＣＰＵは制御動作をステップ１０３からス
テップ１０８に進め、その都度ステップ１００で演算し
た車速感応電圧Ｅを電気モータ４０に印加する。これに
より電気モータ４０への印加電圧は、図５に示すよう
に、時間と共に変化する車速に応じて変化し、ポンプ２
０から前輪動力舵取装置１０に供給される作動流体の量
も同様に変化するので、車速に応じた操舵力制御がなさ
れる。

【００１９】車速v1が増大し車速感応電圧Ｅが減少し
て、図５の時間t4の位置のように比較的小さい所定の電
圧ｂ未満となれば、ＣＰＵは制御動作をステップ１０２
からステップ１０８に進めてポンプ２０に車速感応電圧
Ｅを印加する。このときの車速感応電圧Ｅは電圧ｂ未満
ではあるが、ベーン２６がカムリング２３の内周面から
離れる電圧よりは大であるのでポンプ２０は前輪動力舵
取装置１０に対する作動流体の吐出を続行している。こ
の状態から再び車速感応電圧Ｅが増大して電圧ｂを越え
れば（時間t5の位置）ＣＰＵは制御動作をステップ１０
２からステップ１０３に進めるが、Ｆ＝１のままである
のでステップ１０３からステップ１０８に制御動作を進
める。従ってこの場合には一時的に高い電圧ｃが電気モ
ータ４０に印加されることはない。車速感応電圧Ｅが電
圧ｂから更に低下して電圧ａ未満となれば、ベーン２６
がカムリング２３の内周面から離れてポンプ２０は作動
流体の吐出を停止する。この状態になればＣＰＵは制御
動作をステップ１０１からステップ１０７に進めてＦ＝
０としてからステップ１０８で電気モータ４０に車速感
応電圧Ｅを印加する。この状態から車速感応電圧Ｅが増
加すれば、前述と同様に電圧ｂを越えたところで一時的
に高い電圧ｃを印加し、ベーン２６をカムリング２３の
内周面に当接してポンプ２０の吐出を開始させる。

【００２０】上述した実施例によれば、車速に応じて電
子制御装置４５により演算される車速感応電圧Ｅがポン
プ２０からの吐出開始が要望される電圧ｂを越えれば、
個々の製品毎の摩擦力のばらつきや温度による作動流体
の粘度の変化などの作動環境の変化に係わらず、ポンプ
２０からの作動流体の吐出が確実に開始されるので、所
定の車速となったところで確実にアシストが開始され、
操舵フィーリングにばらつきを生じることがなくなる。

【００２１】上記実施例では、電子制御装置４５は車速
センサ４６により検出される車速に基づいて車速感応電
圧Ｅを演算しているが、本発明は操舵角などその他の走
行状態に応じた電圧を演算し、これを電気モータ４０に
印加するようにして実施してもよい。また上記実施例で
はきわめて小さい所定の電圧ａを設定し、車速感応電圧
Ｅがこれ以下から増大して比較的小さい所定の電圧ｂを
越えたときに、電気モータ４０に一時的に高い電圧を印
加するようにしたが、本発明は電圧ａの設定を取りや
め、車速感応電圧Ｅが増大して電圧ｂを越えれば常に電
気モータ４０に一時的に高い電圧を印加するようにして
実施してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による電動ポンプ式動力舵取装置の一
実施例の全体構造を示す図である。

【図２】 図１の実施例に使用するポンプの縦断面図で
ある。

【図３】 図２の３−３断面のカムリングより内側の部
分を示す図である。

【図４】 本発明の作動を説明するフローチャートであ
る。

【図５】 車速感応電圧Ｅの特性を示す図である。

【図６】 電気モータに対する印加電圧の時間的変化状
態を示す図である。

【図７】 電気モータの印加電圧に対する回転速度の特
性を示す図である。

【符号の説明】

１１…操舵ハンドル、１２…サーボ弁、１５…パワーシ
リンダ、１５ｂ…作動室、２０…ポンプ、２１…ハウジ
ング、２３…カムリング、２５…ロータ、２５ａ…スリ
ット、２６…ベーン、３０…吸入室、３２…ポンプ室、
３４…吐出室、４０…電気モータ、４５…電子制御装
置、４５ａ…電圧制御手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 6/02 B62D 5/07 F04C 2/30 - 2/352

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アシスト力を発生するパワーシリンダ
   と、印加される電圧の増大に応じて回転速度が増大する
   電気モータにより駆動されて前記パワーシリンダに作動
   流体を供給するポンプと、前記パワーシリンダとポンプ
   の間に設けられ操舵ハンドルに加わる手動トルクに応じ
   て作動して前記パワーシリンダの作動室への作動流体の
   給排を制御するサーボ弁と、車速等の走行状態に応じた
   電圧を演算して前記電気モータに印加する電子制御装置
   を備え、前記ポンプは、放射状に形成した多数のスリッ
   ト内に半径外方に突出するベーンをそれぞれ摺動可能に
   保持したロータをハウジングにより回転可能に軸支し、
   前記ハウジングに設けたカムリングの内周面と前記ロー
   タの間に前記ベーンにより区画された複数のポンプ室を
   形成してロータの回転に伴う同ポンプ室の容積の変化に
   より吸入室内の作動流体を吐出室に送り込むと共にこの
   吐出室内の圧力を前記各スリット内の根元側に導入して
   なる電動ポンプ式動力舵取装置において、前記電子制御
   装置は、前記ベーンの先端が前記カムリングの内周面に
   確実に当接する前記ロータの回転速度が得られる以上の
   電圧まで所定の短時間前記電気モータに印加する電圧を
   増大させる電圧制御手段を備えたことを特徴とする電動
   ポンプ式動力舵取装置。