JP3641160B2

JP3641160B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP3641160B2
Application number: JP10040899A
Authority: JP
Inventors: 泰介辻本
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: EP1043211A2; DE60028643T2; DE60028643D1; EP1043211A3; JP2000289635A; EP1043211B1; US6334502B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によりステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ステアリング機構に結合されたパワーシリンダにオイルポンプからの作動油を供給することによって、ステアリングホイールの操作を補助するパワーステアリング装置が用いられている。このようなパワーステアリング装置では、オイルポンプは電動モータによって駆動されるようになっており、その電動モータの回転速度に応じた操舵補助力がパワーシリンダから発生される。
【０００３】
電動モータの駆動制御は、電子制御ユニットが、たとえばＦＥＴ（Field Effect Transistor）からなるモータ駆動素子のオン／オフを制御することにより達成される。そのため、ステアリングホイールの激しい操作が続き、モータ駆動素子が頻繁にオン／オフされたり、モータの負荷が増加し、大電流が流れたりすると、モータ駆動素子が発熱して、このモータ駆動素子が破壊されるおそれがある。
【０００４】
また、電子制御ユニットは、たとえばＣＰＵやＲＡＭおよびＲＯＭを含むコンピュータで構成されており、外部から与えられる熱に弱い。そのため、ステアリングホイールの激しい操作が続いて、モータ駆動素子が発熱すると、このモータ駆動素子からの発熱によって電子制御ユニットが破壊されるおそれがある。
そこで、従来のパワーステアリング装置では、たとえば電子制御ユニットの内部温度を検出するための温度センサを設け、この温度センサによる検出温度が予め定める温度よりも高くなれば、電動モータを強制的に停止させるようにしている。そして、温度センサによる検出温度が上記予め定める温度以下に下がった後に、強制停止させた電動モータを再起動するようにしている。これにより、モータ駆動素子や電子制御ユニットが、発熱によって破壊されることを防止できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の制御では、電動モータを強制的に停止させた後に、ステアリングホイールの操作が行われている途中で、電子制御ユニットの内部温度が上記予め定める温度以下に下がった場合に、運転者が操舵違和感を感じることがあった。すなわち、運転者がステアリングホイールにトルクを加えているときに、電子制御ユニットの内部温度が上記予め定める温度以下に下がると、これに応答して電動モータが再起動されて、突然にステアリングホイールの操舵補助が行われるため、運転者は操舵抵抗が急に軽くなったと感じてしまう。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、運転者に操舵違和感を与えることを防止できるパワーステアリング装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によって、操舵を補助するための操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置において、予め定める部分の温度を検出するための温度検出手段と、操舵角度に応じた舵角データを出力する舵角検出手段と、上記温度検出手段によって検出される温度に基づいて、上記電動モータの最大回転速度を設定する最大回転速度設定手段とを備え、上記最大回転速度設定手段は、上記電動モータの駆動中に上記温度検出手段によって検出される温度が予め定める上限温度以上に上昇したことに応答して、上記電動モータの最大回転速度を零に設定し、上記電動モータの駆動を禁止する駆動禁止手段と、上記駆動禁止手段によって電動モータの駆動が禁止された後に、上記温度検出手段によって検出される温度が予め定める下限温度未満に低下したことに応答して、上記舵角検出手段からの舵角データに基づいて、操舵角度が予め定める舵角中点範囲に含まれているか否かを判断する判断手段と、この判断手段によって操舵角度が予め定める舵角中点範囲内であると判断された場合に、上記電動モータの最大回転速度を零から予め定める第１回転速度に変更し、上記電動モータの再駆動を許容する再駆動許容手段とを含むことを特徴とするパワーステアリング装置である。
【０００８】
この発明によれば、温度検出手段による検出温度が予め定める上限温度以上になると、駆動禁止手段によって電動モータの駆動が禁止される。その後、温度検出手段による検出温度が予め定める下限温度未満に下がると、操舵角度が舵角中点範囲内であるか否かが判断される。そして、操舵角度が舵角中点範囲内である場合に限り、再駆動許容手段によって電動モータの再駆動が許容される。
【０００９】
これにより、運転者がステアリング操作を行っている途中に、突然に操舵補助が行われるといったことを防止でき、運転者に操舵抵抗が急に軽くなったという操舵違和感を感じさせることを防止できる。
なお、上記舵角中点範囲は、車両が直進しているときの操舵角度である舵角中点を含む予め定める範囲である。
【００１０】
また、請求項２に記載のように、上記最大回転速度設定手段は、上記電動モータの駆動中に上記温度検出手段によって検出される温度が上記下限温度未満であるときに、上記電動モータの最大回転速度を上記第１回転速度に設定する手段をさらに含んでいてもよい。
さらに、請求項３に記載のように、上記最大回転速度設定手段は、上記電動モータの駆動中に上記温度検出手段によって検出される温度が上記下限温度以上、かつ、上記上限温度と上記下限温度との間の予め定める温度未満であるときに、上記電動モータの最大回転速度を、上記第１回転速度とそれよりも低い第２回転速度との間で、上記温度検出手段によって検出される温度が高いほど低くなるように設定する手段をさらに含んでいてもよい。
さらにまた、請求項４に記載のように、上記最大回転速度設定手段は、上記電動モータの駆動中に上記温度検出手段によって検出される温度が上記予め定める温度以上、かつ、上記上限温度未満であるときに、上記電動モータの最大回転速度を、上記第２回転速度とそれよりも低い第３回転速度との間で、上記温度検出手段によって検出される温度が高いほど低くなるように設定する手段をさらに含んでいてもよい。
さらに、請求項５に記載のように、上記予め定める部分は、上記電動モータの駆動を制御するための制御ユニットの内部であることが好ましい。また、上記予め定める部分は、電動モータへの電力の供給を制御するためのモータ駆動素子（ＦＥＴ）などであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。このパワーステアリング装置は、車両のステアリング機構に関連して設けられ、このステアリング機構１に操舵補助力を与えるためのものである。
【００１２】
ステアリング機構１は、運転者によって操作されるステアリングホイール２と、このステアリングホイール２に連結されたステアリング軸３と、ステアリング軸３の先端部に設けられたピニオンギア４と、このピニオンギア４に噛合するラックギア部５ａを有し、車両の左右方向に延びたラック軸５とを備えている。ラック軸５の両端にはタイロッド６がそれぞれ結合されており、このタイロッド６は、それぞれ、操舵輪としての前左右輪ＦＬ，ＦＲを支持するナックルアーム７に結合されている。ナックルアーム７は、キングピン８まわりに回動自在に設けられている。
【００１３】
この構成により、ステアリングホイール２が操作されてステアリング軸３が回転されると、この回転がピニオンギア４およびラック軸５によって車両の左右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７のキングピン８まわりの回動に変換され、これによって、前左右輪ＦＬ，ＦＲの転舵が達成される。
【００１４】
ステアリング軸３の途中部には、ステアリングホイール２に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じてねじれを生じるトーションバー９と、このトーションバー９のねじれの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧制御弁２３とが介装されている。この油圧制御弁２３は、ステアリング機構１に操舵補助力を与えるパワーシリンダ２０に接続されている。パワーシリンダ２０は、ラック軸５に一体的に設けられたピストン２１と、このピストン２１によって区画された一対のシリンダ室２０ａ，２０ｂとを有しており、シリンダ室２０ａ，２０ｂは、それぞれ、オイル供給／帰還路２２ａ，２２ｂを介して、油圧制御弁２３に接続されている。
【００１５】
油圧制御弁２３は、さらに、リザーバタンク２５およびオイルポンプ２６を通るオイル循環路２４の途中部に介装されている。オイルポンプ２６は、電動式のモータ２７によって駆動され、リザーバタンク２５に貯留されている作動油をくみ出して油圧制御弁２３に供給する。余剰分の作動油は、油圧制御弁２３からオイル循環路２４を介してリザーバタンク２５に帰還される。
【００１６】
油圧制御弁２３は、トーションバー９に一方方向のねじれが加わった場合には、オイル供給／帰還路２２ａ，２２ｂのうちの一方を介してパワーシリンダ２０のシリンダ室２０ａ，２０ｂのうちの一方に作動油を供給する。また、トーションバー９に他方方向のねじれが加えられた場合には、オイル供給／帰還路２２ａ，２２ｂのうちの他方を介してシリンダ室２０ａ，２０ｂのうちの他方に作動油を供給する。トーションバー９にねじれがほとんど加わっていない場合には、油圧制御弁２３は、いわば平衡状態となり、作動油はパワーシリンダ２０に供給されることなく、オイル循環路２４を循環する。
【００１７】
パワーシリンダ２０のいずれかのシリンダ室に作動油が供給されると、ピストン２１が車幅方向に沿って移動する。これにより、ラック軸５に操舵補助力が作用することになる。
モータ２７の駆動制御は、電子制御ユニット３０内のＣＰＵ３１が、たとえばＦＥＴからなるモータ駆動素子３５のオン／オフを制御することによって達成される。電子制御ユニット３０には、バス３７を介してＣＰＵ３１に接続されたＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３および温度センサ３４が備えられている。ＲＡＭ３２は、ＣＰＵ３１のワークエリアとして機能するものである。ＲＯＭ３３には、ＣＰＵ３１の動作プログラムなどが記憶されている。温度センサ３４は、電子制御ユニット３０の内部に設けられており、電子制御ユニット３０の内部温度を検出するものである。
【００１８】
また、ＣＰＵ３１には、バス３７に接続されたＩ／Ｏ（Input/Output）ポート３６を介して、舵角センサ１１から出力される舵角データが与えられるようになっている。舵角センサ１１は、ステアリングホイール２に関連して設けられており、車両のイグニッションキースイッチが導通されてエンジンが始動したときのステアリングホイール２の舵角を初期値「０」として、この初期値からの相対舵角に対応する舵角データを出力する。
【００１９】
さらに、ＣＰＵ３１には、Ｉ／Ｏポート３６を介して、車両の速度を検出するための車速センサ１２の出力信号が与えられるようになっている。車速センサ１２は、車両の速度を直接的に検出するものでもよく、また、車輪に関連して設けられた車輪速センサの出力パルスに基づいて車両の速度を計算により求めるものであってもよい。
【００２０】
ＣＰＵ３１は、舵角センサ１１から与えられる舵角データに基づいて舵角速度を求める。そして、この舵角データから求めた舵角速度、車速センサ１２で検出される車両速度および温度センサ３４による検出温度に基づいて、モータ２７の駆動を制御する。
図２は、電動モータ２７の駆動に関連するＣＰＵ３１の動作を説明するためのフローチャートである。また、図３は、温度センサ３４によって検出される電子制御ユニット３０の内部温度Ｔと電動モータ２７の最大モータ回転速度Ｎとの関係を示すグラフである。
【００２１】
電子制御ユニット３０のＣＰＵ３１は、車両のイグニションスイッチがオンにされると、まず、温度センサ３４の出力信号を参照して、電子制御ユニット３０の内部温度Ｔを検出する（ステップＳ１）。そして、検出した内部温度Ｔが予め定める第１しきい温度Ｔ１（たとえば１０５℃）以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。内部温度Ｔが第１しきい温度Ｔ１未満であれば（ステップＳ２でＮＯ）、電動モータ２７の最大モータ回転速度Ｎを予め定める第１回転速度Ｎ１に設定する（ステップＳ３）。
【００２２】
内部温度Ｔが第１しきい温度Ｔ１以上である場合には、次に、内部温度Ｔが第１しきい温度Ｔ１よりも高い第２しきい温度Ｔ２（たとえば１１０℃）以上であるか否かを判断する（ステップＳ４）。そして、内部温度Ｔが第２しきい温度Ｔ２未満の場合、すなわち、内部温度Ｔが第１しきい温度Ｔ１以上、かつ、第２しきい温度Ｔ２未満である場合は、内部温度Ｔに対して第１回転速度Ｎ１と第２回転速度Ｎ２（Ｎ１＞Ｎ２）との間でほぼ直線的な変化を示す比例直線Ｐ１（図３参照）に従って、最大モータ回転速度Ｎを設定する（ステップＳ５）。
【００２３】
内部温度Ｔが第２しきい温度Ｔ２以上である場合には、ＣＰＵ３１は、内部温度Ｔが第２しきい温度Ｔ２よりもさらに高い第３しきい温度Ｔ３（たとえば１２２℃）以上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。そして、内部温度Ｔが第３しきい温度Ｔ３未満の場合、すなわち、内部温度Ｔが第２しきい温度Ｔ２以上、かつ、第３しきい温度Ｔ３未満である場合は、内部温度Ｔに対して第２回転速度Ｎ２と第３回転速度Ｎ３（Ｎ２＞Ｎ３）との間でほぼ直線的な変化を示す比例直線Ｐ２（図３参照）に従って、最大モータ回転速度Ｎを設定する（ステップＳ７）。
【００２４】
こうして電子制御ユニット３０の内部温度Ｔに応じた電動モータ２７の最大モータ回転速度Ｎを決定すると、ＣＰＵ３１は、車速センサ１２からの出力信号に基づいて、その時の車両速度に対応するモータ制御マップをＲＯＭ３３から読み出す。このモータ制御マップは、良好な操舵フィーリングを実現できるように、ＣＰＵ３１が舵角速度に応じた適切なモータ目標回転速度を設定するために参照するものであり、予め定める複数の車速域（たとえば低速域、中速域および高速域）ごとに設けられている。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３から読み出したモータ制御マップを参照し、舵角センサ１１が出力する舵角データから求めた舵角速度に基づいて、ステップＳ３，Ｓ５，Ｓ７で設定した最大モータ回転速度Ｎの範囲内で電動モータ２７の駆動を制御する（ステップＳ１２）。
【００２５】
この実施形態では、たとえば、ステアリングホイール２が切り込まれていない直進操舵状態では、電動モータ２７を一定の低回転速度で回転させておき、ステアリングホイール２が切り込まれると、電動モータ２７の回転速度を舵角速度に応じた回転速度に上げるようにする、いわゆるアイドル・アンド・ゴー制御が行われる。
【００２６】
一方、内部温度Ｔが第３しきい温度Ｔ３以上の場合には、ＣＰＵ３１は、最大モータ回転速度Ｎを零に設定する（ステップＳ８）。これにより、たとえば、電動モータ２７の駆動中に、電子制御ユニット３０の内部温度Ｔが第３しきい温度Ｔ３以上になると、その駆動中の電動モータ２７は強制的に停止される。なお、この実施形態では、ステップＳ８の処理が駆動禁止手段の機能に相当している。
【００２７】
ＣＰＵ３１は、最大モータ回転速度Ｎを零に設定した後、温度センサ３４の出力を常に監視しており、電子制御ユニット３０の内部温度Ｔが上記第１しきい温度Ｔ１未満に下がったか否かを繰り返し判断する（ステップＳ９）。そして、電子制御ユニット３０の内部温度Ｔが第１しきい温度Ｔ１未満になれば、舵角センサ１１から与えられる舵角データを参照して、ステアリングホイール２の舵角が舵角中点範囲（たとえば−５〜＋５度）内であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。
【００２８】
舵角中点は、車両が直進しているときのステアリングホイール２の舵角である。たとえば、電子制御ユニット３０は、車両のイグニッションキースイッチが導通された後に、舵角センサ１１から出力される舵角データをサンプリングし、舵角データ値のヒストグラムを作成する。そして、電子制御ユニット３０は、所定のサンプリング数のデータが収集された後に最頻出舵角データを求め、この最頻出舵角データを舵角中点の舵角データとみなし、このデータを含む所定の範囲を舵角中点範囲として設定する。こうして設定された舵角中点範囲は、電子制御ユニット３０に内蔵されているＲＡＭ３２に格納される。電子制御ユニット３０は、舵角センサ１１からの舵角データがＲＡＭ３２に保持されている舵角中点範囲内のデータであるか否かを判断する。
【００２９】
ステアリングホイール２の舵角が舵角中点範囲内でない場合には、ステアリングホイール２が舵角中点範囲内に戻されるまで、電子制御ユニット３０の内部温度Ｔが第１しきい温度未満であるか否か、および、ステアリングホイール２の舵角が舵角中点範囲内であるか否かが繰り返し調べられる。そして、ステアリングホイール２が舵角中点範囲内に戻されて、ステアリングホイール２の舵角が舵角中点範囲内であると判断すると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、電動モータ２７の最大モータ回転速度Ｎを第１回転速度Ｎ１に設定し（ステップＳ１１）、電動モータ２７の駆動制御を再開する（ステップＳ１２）。具体的には、この実施形態のようにアイドル・アンド・ゴー制御が行われている場合、停止中の電動モータ２７を再起動して、電動モータ２７を上記一定の低回転速度で回転させる。こうして電動モータ２７の駆動制御を開始または再開すると、この処理をリターンする。なお、この実施形態では、ステップＳ１０の処理が判断手段の機能に相当し、ステップＳ１１の処理が再駆動許容手段の機能に相当している。
【００３０】
以上のようにこの実施形態によれば、電子制御ユニット３０の内部温度Ｔが第３しきい温度Ｔ３以上になると、電動モータ２７の駆動を停止し、その後、電子制御ユニット３０の内部温度Ｔが第１しきい温度Ｔ１未満に下がると、ステアリングホイール２の舵角が所定の舵角中点範囲内であるか否かを判断して、ステアリングホイール２の舵角が舵角中点範囲内である場合に限り、停止中の電動モータ２７の駆動を再開する。これにより、運転者がステアリングホイール２の操作を行っている途中に、突然にステアリングホイール２の操舵補助が行われるといったことを防止でき、運転者にステアリングホイール２が急に軽くなったという操舵違和感を感じさせることを防止できる。
【００３１】
この発明の一実施形態の説明は以上の通りであるが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではない。たとえば、上述の実施形態では、ステアリングホイール２が切り込まれていない直進操舵状態であっても、電動モータ２７を一定の低回転速度で回転させておく、いわゆるアイドル・アンド・ゴー制御が行われるとしたが、直進操舵状態では電動モータ２７を停止させておき、ステアリングホイール２が一定以上の舵角速度で操舵されたことに応答して電動モータ２７を起動する、いわゆるストップ・アンド・ゴー制御が行われてもよい。このストップ・アンド・ゴー制御が行われる場合には、たとえば、電子制御ユニット３０の内部温度Ｔが第１しきい温度Ｔ１未満に下がり、ステアリングホイール２の舵角が所定の舵角中点範囲内であると一度判断された後に、ステアリングホイール２が操舵されたことに応答して、電動モータ２７が再起動されるとよい。
【００３２】
また、上述の実施形態では、温度センサ３４が電子制御ユニット３０の内部に設けられ、この電子制御ユニット３０の内部温度Ｔに基づいて、電動モータ２７の最大モータ回転速度Ｎが決定されるとしたが、たとえば、温度センサ３４がモータ駆動素子３５に関連して設けられ、この温度センサ３４によって検出されるモータ駆動素子３５の温度に基づいて、電動モータ２７の最大モータ回転速度Ｎが決定されてもよい。また、温度センサ３４が電動モータ２７に関連して設けられ、上記実施形態と同様な電動モータ制御が行われてもよい。
【００３３】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。
【図２】電動モータの駆動に関連するＣＰＵの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】電子制御ユニットの内部温度と電動モータの最大モータ回転速度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２ステアリングホイール
１１舵角センサ（舵角検出手段）
２７電動モータ
３０電子制御ユニット
３１ＣＰＵ
３２ＲＡＭ
３３ＲＯＭ
３４温度センサ（温度検出手段）
Ｔ電子制御ユニットの内部温度（予め定める部分の温度）
Ｔ１第１しきい温度（下限温度）
Ｔ３第３しきい温度（上限温度）

Claims

電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によって、操舵を補助するための操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置において、
予め定める部分の温度を検出するための温度検出手段と、
操舵角度に応じた舵角データを出力する舵角検出手段と、
上記温度検出手段によって検出される温度に基づいて、上記電動モータの最大回転速度を設定する最大回転速度設定手段とを備え、
上記最大回転速度設定手段は、
上記電動モータの駆動中に上記温度検出手段によって検出される温度が予め定める上限温度以上に上昇したことに応答して、上記電動モータの最大回転速度を零に設定し、上記電動モータの駆動を禁止する駆動禁止手段と、
上記駆動禁止手段によって電動モータの駆動が禁止された後に、上記温度検出手段によって検出される温度が予め定める下限温度未満に低下したことに応答して、上記舵角検出手段からの舵角データに基づいて、操舵角度が予め定める舵角中点範囲に含まれているか否かを判断する判断手段と、
この判断手段によって操舵角度が予め定める舵角中点範囲内であると判断された場合に、上記電動モータの最大回転速度を零から予め定める第１回転速度に変更し、上記電動モータの再駆動を許容する再駆動許容手段とを含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
上記最大回転速度設定手段は、
上記電動モータの駆動中に上記温度検出手段によって検出される温度が上記下限温度未満であるときに、上記電動モータの最大回転速度を上記第１回転速度に設定する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置。
上記最大回転速度設定手段は、
上記電動モータの駆動中に上記温度検出手段によって検出される温度が上記下限温度以上、かつ、上記上限温度と上記下限温度との間の予め定める温度未満であるときに、上記電動モータの最大回転速度を、上記第１回転速度とそれよりも低い第２回転速度との間で、上記温度検出手段によって検出される温度が高いほど低くなるように設定する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２記載のパワーステアリング装置。
上記最大回転速度設定手段は、
上記電動モータの駆動中に上記温度検出手段によって検出される温度が上記予め定める温度以上、かつ、上記上限温度未満であるときに、上記電動モータの最大回転速度を、上記第２回転速度とそれよりも低い第３回転速度との間で、上記温度検出手段によって検出される温度が高いほど低くなるように設定する手段をさらに含むことを特徴とする請求項３記載のパワーステアリング装置。
上記予め定める部分は、上記電動モータの駆動を制御するための制御ユニットの内部であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のパワーステアリング装置。