JP3609897B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータにより駆動されるポンプからの圧油によって操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータにより駆動されるポンプと、そのポンプからの圧油により操舵補助力を発生させる油圧アクチュエータとを備えるパワーステアリング装置において、そのモータを常に操舵補助に必要な速度に保持した場合、そのモータの電源となるバッテリーのエネルギーを無駄に消費することになる。
【０００３】
そこで、そのモータの回転速度を操舵補助時のみ操舵補助速度にし、操舵補助解除時においては待機速度にすることで、車両の燃費を低減することが図られている。
【０００４】
例えば、特開昭５７‐２２９６７号公報は、そのポンプの圧力に対応するモータの負荷電流を検知する手段を備え、その負荷電流に応じてモータの回転数を制御するパワーステアリング装置を開示する。すなわち、操舵がなされることでポンプの吐出側油圧が高くなり、そのポンプを駆動するモータ負荷が大きくなった場合は、モータを操舵補助に必要な速度まで増速し、操舵がなされていないためにポンプの吐出側油圧が低く、モータ負荷が小さい場合は、モータを低速回転で駆動するものである。
【０００５】
また、特開平５‐２７０４２４号公報は、舵角を検知する手段を備え、その舵角の変化に応じてモータの回転数を制御するパワーステアリング装置を開示している。すなわち、舵角の変化量が基準量以上になった場合は、モータを操舵補助に必要な速度まで増速し、その舵角の変化量が基準量以下になって所定時間経過した場合は、モータを停止させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開昭５７‐２２９６７号公報に開示されたパワーステアリング装置では、非操舵時にモータを停止させることはできない。なぜなら、非操舵時にモータが停止していると、操舵がなされてもモータの負荷電流は零のままで変化することがないため、モータの負荷電流の変化に応じたモータ回転数の制御ができないからである。そのため、非操舵時であってもモータを駆動する必要があり、その間はたとえ低速回転であってもエネルギーが無駄になる。
また、操舵がなされてからモータ負荷が増大するまでに追従遅れがある。そのため、モータ負荷が増大した場合にモータ回転数を増加させる場合、操舵開始当初は操舵補助が不十分になってしまう。
さらに、ある程度以上の車速では、操舵角度の小さい範囲では走行安定性のために操舵補助を必要としない。このような場合に、モータ負荷に応じて操舵補助を解除すると、操舵に対するモータの追従遅れにより、必要以上に操舵補助の解除が遅れてしまうためにエネルギーが無駄に消費されるだけでなく、走行安定性を得ることができない。
【０００７】
上記特開平５‐２７０４２４号公報に開示されたパワーステアリング装置では、その油圧アクチュエータに作用する油圧を、ステアリングホイールに連動するトーションバーのねじれ弾性変形に応じて制御する制御弁を備えている。そのため、停車時や低車速時で行なう据え切りや車庫入れ等の際に、舵角を一定に保持するのが困難になる場合がある。
すなわち、据え切りや車庫入れ等を行なっている最中は、ドライバーがステアリングホイールを保持することで、舵角を変化させない場合がある。そうすると、上記特開平５‐２７０４２４号公報に開示されたパワーステアリング装置では、その舵角の変化しない時間が上記所定時間よりも長くなると、モータを停止させてしまう。そうすると、操舵補助力がなくなるため、上記トーションバーの弾力によりステアリングホイールが直進位置に向かい回転し、舵角が変化する。その舵角変化により再びモータが駆動されるため、ドライバーが作用させている操舵力に操舵補助力が加えられる。これにより、ステアリングホイールが直進位置から離れる方向に回転し、舵角が変化する。以上の作用が繰り返されるため、ステアリングホイールが振動し、舵角を一定に保持するのが困難になり、据え切りや車庫入れ等を円滑に行なえなくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することのできるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のパワーステアリング装置は、電動モータにより駆動されるポンプからの圧油によって操舵補助力を発生させる油圧アクチュエータと、その油圧アクチュエータに作用する油圧を、ステアリングホイールに連動する弾性部材の弾性変形に応じて制御する制御弁と、そのモータ負荷に対応する値を検知する手段と、車速を検知する手段と、そのモータを、操舵補助条件の充足時に操舵補助速度で駆動すると共に、操舵補助解除条件の充足時に停止させる制御手段とを備え、その操舵補助解除条件は、車速が設定値以下の場合においては、モータ負荷に対応する値が設定値以下であることにより充足可能とされていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の構成によれば、非操舵時にモータを停止させるので、エネルギーが無駄になるのを防止できる。
しかも、車速が設定値以下の場合は、モータ負荷に対応する値が設定値以下にならない限り操舵補助が解除されることはない。よって、停車時や低車速時で行なう据え切りや車庫入れ等の際に舵角を一定に保持した場合でも、操舵補助に必要な負荷がモータに作用するので、操舵補助が解除されるのを防止できる。これにより、ステアリングホイールの振動を防止し、据え切りや車庫入れ等を円滑に行なうことができる。
【００１１】
本発明のパワーステアリング装置は、舵角を検知する手段を備え、その操舵補助条件を充足するか否かは、舵角の変化に基づき決定されるのが好ましい。
これにより、操舵補助を必要とする操舵がなされてからモータ回転数を増加させるまでの時間遅れを可及的に短くし、操舵開始当初の操舵補助が不十分になるのを防止できる。
【００１２】
本発明のパワーステアリング装置は、舵角を検知する手段を備え、車速が設定値を超える場合に操舵補助解除条件を充足するか否かは、舵角の変化に基づき決定されるのが好ましい。
これにより、車速が設定値を超えるため据え切りや車庫入れ等が行なわれることのない場合に、操舵補助の解除条件の充足が必要以上に遅くなってエネルギーが無駄に消費されるのを防止でき、しかも走行安定性の低下を防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１に示すラックピニオン式パワーステアリング装置１は、ステアリングホイールＨに連結される入力軸２と、この入力軸２にトーションバー（弾性部材）３を介し連結される出力軸４とを備えている。そのトーションバー３はピン５を介し入力軸２に連結され、また、セレーション６を介し出力軸４に連結されている。その出力軸４にピニオン７が形成され、このピニオン７に噛み合うラック８が操舵用車輪（図示省略）に連結されている。その入力軸２はベアリング９を介しバルブハウジング１０ａに支持され、また、ブッシュ１１を介し出力軸４に支持されている。その出力軸４はベアリング１２、１３を介しラックハウジング１０ｂに支持されている。これにより、操舵による入力軸２の回転がトーションバー３を介しピニオン７に伝達されてラック８が車両幅方向に移動し、このラック８の移動により車輪が操舵される。なお、その入出力軸２、４とバルブハウジング１０ａとの間にオイルシール１４、１５が設けられている。また、そのラック８を支持するサポートヨーク１６が設けられ、このサポートヨーク１６はバネ１７の弾性力によりラック８に押し付けられている。
【００１５】
操舵補助力を付与する油圧アクチュエータとして油圧シリンダ１８が設けられている。その油圧シリンダ１８は、ラックハウジング１０ｂにより構成されるシリンダチューブと、ラック８に一体に形成されたピストン２０と、そのピストン２０により仕切られる一対の油室２１、２２とを備える。その油圧シリンダ１８に作用する油圧を、上記トーションバー３の弾性変形に応じて制御するため、各油室２１、２２にロータリー式油圧制御弁２３が接続されている。その制御弁２３は、筒状の第１バルブ部材２４と、この第１バルブ部材２４に相対回転可能に挿入される第２バルブ部材２５とを備えている。その第１バルブ部材２４は出力軸４にピン２６を介し同行回転可能に取り付けられている。その第２バルブ部材２５は入力軸２の外周に一体に形成されている。
【００１６】
図２に示すように、第１バルブ部材２４の内周と第２バルブ部材２５の外周とに、軸方向に沿う複数の凹部が周方向等間隔に形成されている。
その第１バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つの右操舵用凹部２７と、互いに周方向等間隔に位置する４つの左操舵用凹部２８とで構成される。
その第２バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つの圧油供給用凹部２９と、互いに周方向等間隔に位置する４つの圧油排出用凹部３０とで構成される。
各右操舵用凹部２７と各左操舵用凹部２８とは周方向に交互に配置され、各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０とは周方向に交互に配置される。
各右操舵用凹部２７は、第１バルブ部材２４に形成された第１流路３１およびバルブハウジング１０ａに形成された第１ポート３２を介し、図１に示すように油圧シリンダ１８の一方の油室２１に通じる。各左操舵用凹部２８は、第１バルブ部材２４に形成された第２流路３３およびバルブハウジング１０ａに形成された第２ポート３４を介し、油圧シリンダ１８の他方の油室２２に通じる。
各圧油供給用凹部２９は、第１バルブ部材２４に形成された第３流路３５およびバルブハウジング１０ａに形成された入口ポート３６を介し、図１に示すようにポンプ３７に通じる。そのポンプ３７は電動モータ５０により駆動される。そのポンプ３７は、例えば、そのモータ５０の回転速度に応じた流量の圧油を吐出するベーンポンプにより構成できる。そのモータ５０は、例えば、直流モータにより構成できる。
各圧油排出用凹部３０は、第２バルブ部材２５に形成された第１排出路３８、入力軸２とトーションバー３の内外周間の通路４７、図１に示す入力軸２に形成された第２排出路３９、及びバルブハウジング１０ａに形成された排出ポート４０を介して、タンク４１に通じる。
これにより、そのポンプ３７、タンク４１、及び油圧シリンダ１８の各油室２１、２２は、第１バルブ部材２４と第２バルブ部材２５の内外周間の弁間流路４２を通じ連絡する。
その弁間流路４２における第１バルブ部材側凹部と第２バルブ部材側凹部の間は、両バルブ部材２４、２５の相対回転により開度が変化する絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされ、その絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度変化により油圧シリンダ１８に作用する油圧が制御される。
【００１７】
図２は、操舵が行なわれていない舵角中点での両バルブ部材２４、２５の相対位置を示す。この状態において、各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０とは全絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを介し連絡する。よって、ポンプ３７から供給された圧油は直接タンク４１へ還流し操舵補助力は発生しない。そのため、上記モータ５０を操舵補助に必要な操舵補助速度で駆動する必要はない。
【００１８】
舵角中点から右方へ操舵すると、ステアリングホイールＨに連動するトーションバー３のねじれ弾性変形により、両バルブ部材２４、２５は相対回転する。その結果、各右操舵用凹部２７と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ａの開度および各左操舵用凹部２８と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｂの開度が大きくなり、各左操舵用凹部２８と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ｃの開度および各右操舵用凹部２７と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｄの開度が小さくなる。これにより、ポンプ３７から油圧シリンダ１８の一方の油室２１へ圧油が供給され、油圧シリンダ１８の他方の油室２２からタンク４１へ圧油が還流され、車両の右方への操舵補助力がラック８に作用する。
【００１９】
舵角中点から左方へ操舵すると、各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は右方へ操舵した場合と逆に変化するので、車両の左方への操舵補助力がラック８に作用する。
【００２０】
図１に示すように、上記モータ５０はコントローラ６０に接続される。そのコントローラ６０は制御回路６１と駆動回路６２とを有する。
その制御回路６１はコンピュータにより主構成され、そのモータ５０の出力軸の回転位置を検知するエンコーダ等の回転位置センサ７０と、ステアリングホイールＨの舵角中点からの舵角を検出する舵角センサ５１と、車速センサ５３と、そのモータ負荷に対応する値としてモータ５０の駆動電流を検知する電流検出回路７１とに接続され、記憶した制御プログラムに従って指示信号を駆動回路６２に出力する。
その駆動回路６２は、制御回路６１からの指示信号に対応する駆動電流をモータ５０に印加することで、その指示信号に対応する速度でモータ５０を駆動するもので、公知のものを用いることができる。
【００２１】
図３に示すフローチャートを参照し、上記制御回路６１によるモータ５０の制御手順を説明する。
まず、モータ５０を停止状態とする（ステップ１）。
次に、センサ５３により検知した車速が、予め設定した値Ｖａ以下か否かを判断する（ステップ２）。その設定値Ｖａは、後述の第１設定時間Ｔａを超えて舵角を一定に保持する操作、例えば、据え切りや車庫入れ等、を行なう可能性のある上限値とされ、例えば１０ｋｍ／時とされる。
その車速が設定値Ｖａ以下である場合、舵角センサ５１からの信号により舵角が変化したか否かを判断する（ステップ３）。舵角の変化がなければステップ１に戻る。
ステップ３において舵角変化がある場合、操舵補助条件が充足される。これにより、モータ５０の回転速度を操舵補助速度にする指示信号を駆動回路６２に出力する（ステップ４）。その操舵補助速度は、上記ポンプ３７から送り出される圧油の流量が操舵補助に必要な流量になるように予め設定される速度である。例えば図４に示すように、そのモータ５０の操舵補助速度Ｎａは、車速に比例して減少するものとされる。これにより、低車速では操舵補助力を大きくして車両の旋回性能を向上し、高車速では操舵補助力を小さくして車両の走行安定性を向上できる。その車速は上記車速センサ５３により検知される。
次に、電流検出回路７１により検知されるモータ５０の駆動電流が、予め設定した値Ｉａ以下か否かを判断する（ステップ５）。上記回転位置センサ７０の検出値から求められるモータ５０の回転速度が、負荷の作用により上記操舵補助速度Ｎａよりも低下した場合、制御回路６１は、その操舵補助速度Ｎａを維持するために駆動電流を増加させる。すなわち、その駆動電流値はモータ５０の負荷に対応する。その設定値Ｉａは、操舵がなされていないため、ポンプ３７を駆動するのに要する動力が最小の場合の駆動電流に対応し、例えば１０アンペアとされる。例えば、据え切りや車庫入れ等の際に舵角を一定に保持した場合、油圧シリンダ１８に高圧油を供給するため、ポンプ３７を駆動するのに要する動力は非操舵時に比べ大きくなり、モータ５０の負荷は大きくなるので、この場合、その駆動電流は設定値Ｉａよりも大きくなる。そのモータ５０の駆動電流が設定値Ｉａ以下でない場合はステップ４に戻る。
ステップ５において、そのモータ５０の駆動電流が設定値Ｉａ以下の場合、すなわちモータ負荷に対応する値が設定値以下の時、その設定値Ｉａ以下になった時点から第１設定時間Ｔａが経過したか否かを判断する（ステップ６）。その第１設定時間Ｔａは、トーションバー３のねじれ弾性変形が復元するのに要する時間よりも長く、且つ、ポンプ３７の無駄な駆動時間を可及的に短くできるように設定するのが好ましく、経験的に判断して設定すればよく、例えば１秒とすることができる。その第１設定時間Ｔａが経過していなければステップ４に戻る。その第１設定時間Ｔａが経過することで操舵補助解除条件が充足され、ステップ１に戻ってモータ５０を停止させる。
ステップ２において、車速が設定値Ｖａを超える場合、舵角速度の絶対値が、予め設定した基準値Ｐａ以上か否かを判断する（ステップ７）。その操舵角速度は、舵角センサ５１により時系列に検知した舵角の変化に要する時間から求めることができる。その基準値Ｐａは、例えば、舵角速度の絶対値が基準値に達してからポンプ３７の増速を開始した場合に、操舵補助の遅れが問題にならない範囲で、可及的に大きく設定するのが好ましい。この基準値は実験により求めることができ、例えば９０度／秒とすることができる。
その舵角速度の絶対値が基準値Ｐａ以上でなければ、舵角の舵角中点からの変化量の絶対値が、予め設定した基準値Ｑａ以上か否かを判断する（ステップ８）。その操舵角の変化量は、舵角センサ５１により求めることができる。その基準値Ｑａは、例えば、ステアリングホイールＨの舵角中点からの遊び角度とされ、例えば１５度とすることができる。その舵角の舵角中点からの変化量の絶対値が基準値Ｑａ以上でなければステップ１に戻る。
ステップ７において舵角速度の絶対値が基準値Ｐａ以上である場合、あるいは、ステップ８において舵角の舵角中点からの変化量の絶対値が基準値Ｑａ以上である場合、操舵補助条件が充足される。これにより、モータ５０の回転速度を操舵補助速度にする指示信号を駆動回路６２に出力する（ステップ９）。
次に、舵角の舵角中点からの変化量の絶対値が、上記基準値Ｑａ以上か否かを判断する（ステップ１０）。その基準値Ｑａ以上であればステップ９に戻る。その基準値Ｑａ未満であれば、その基準値Ｑａ未満になった時点から第２設定時間Ｔｂが経過したか否かを判断する（ステップ１１）。その第２設定時間Ｔｂは、トーションバー３のねじれ弾性変形が復元するのに要する時間よりも長く、且つ、ポンプ３７の無駄な駆動時間を可及的に短くできるように設定するのが好ましく、経験的に判断して設定でき、例えば１秒とすることができる。その第２設定時間Ｔｂが経過していなければステップ９に戻る。第２設定時間Ｔｂが経過することで操舵補助解除条件が充足され、ステップ１に戻ってモータ５０を停止させる。
【００２２】
上記構成によれば、非操舵時にモータ５０を停止させるので、エネルギーが無駄になるのを防止できる。しかも、車速が設定値Ｖａ以下の場合は、モータ５０の負荷に対応する電流値が設定値Ｉａ以下にならない限り操舵補助が解除されることはない。よって、停車時や低車速時で行なう据え切りや車庫入れ等の際に舵角を一定に保持した場合でも、操舵補助に必要な負荷がモータ５０に作用するので、操舵補助が解除されるのを防止できる。これにより、ステアリングホイールＨの振動を防止し、据え切りや車庫入れ等を円滑に行なうことができる。また、操舵補助条件を充足するか否かを舵角の変化に基づき決定するので、操舵補助を必要とする操舵がなされてからモータ５０の回転数を増加させるまでの時間遅れを可及的に短くし、操舵開始当初の操舵補助が不十分になるのを防止できる。さらに、車速が設定値Ｖａを超える場合に操舵補助解除条件を充足するか否かは、舵角の変化に基づき決定されるので、車速が設定値Ｖａを超えるため据え切りや車庫入れ等が行なわれることのない場合に、操舵補助の解除条件の充足が必要以上に遅くなってエネルギーが無駄に消費されるのを防止でき、しかも走行安定性の低下を防止できる。
【００２３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、モータ負荷に対応する値はモータの駆動電流に限定されるものではない。また、上記実施形態では、本発明をラックピニオン式パワーステアリング装置に適用したが、例えばボールスクリュー式パワーステアリング装置にも適用できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のパワーステアリング装置によれば、エネルギーが無駄になるのを防止でき、据え切りや車庫入れ等を円滑に行なうことができ、操舵開始当初の操舵補助が不十分になるのを防止でき、走行安定性の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のパワーステアリング装置の縦断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】本発明の実施形態のパワーステアリング装置の制御手順を示すフローチャート
【図４】本発明の実施形態のパワーステアリング装置におけるモータの操舵補助速度と車速との関係を示す図
【符号の説明】
１ パワーステアリング装置
３ トーションバー
１８ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
２３ 制御弁
３７ ポンプ
５０ モータ
５１ 舵角センサ
５３ 車速センサ
６０ コントローラ
７１ 電流検出回路
Ｈ ステアリングホイール

Claims (2)

1. 電動モータにより駆動されるポンプからの圧油によって操舵補助力を発生させる油圧アクチュエータと、
   その油圧アクチュエータに作用する油圧を、ステアリングホイールに連動する弾性部材の弾性変形に応じて制御する制御弁と、
   そのモータ負荷に対応する値を検知する手段と、
   車速を検知する手段と、
   そのモータを、操舵補助条件の充足時に操舵補助速度で駆動すると共に、操舵補助解除条件の充足時に停止させる制御手段と、
   舵角を検知する手段とを備え、
   その操舵補助解除条件は、車速が設定値以下の場合においては、モータ負荷に対応する値が設定値以下であることにより充足可能とされ、
   車速が設定値を超える場合に操舵補助解除条件を充足するか否かは、舵角の変化に基づき決定されることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. その操舵補助条件を充足するか否かは、舵角の変化に基づき決定されることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。

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