JP3652142B2 - 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、パワーステアリング装置に関し、特に、電動モータによってオイルポンプを駆動して油圧を発生させ、この発生された油圧によって操舵を補助する、いわゆる電動油圧式の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、電動モータによりオイルポンプを回転させ、オイルポンプからパワーシリンダに作動油を供給することで、ステアリングホイールの操作力を軽減させる電動油圧式のパワーステアリング装置が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、雰囲気温度が極低温（例えば−４０°Ｃ）の場合に電動モータを起動するとき、作動油の粘性抵抗は非常に高くなっている。
このような場合に、操舵補助を行うべく電動モータが起動されても、背圧が高いので電動モータが駆動できないか、駆動できても電動モータの回転速度が一定以上にならず、電動モータドライバ素子を保護するためフェールセーフ機能が働いて、パワーステアリング機能が停止してしまうことがある。
【０００４】
このようなパワーステアリング機能の停止を避けるため、電動モータドライバ素子自体の温度を測定して、この温度に基づく判断ができれば好ましい。
またパワーステアリング機能の停止に至らなくとも、必要な流量の作動油がパワーシリンダに供給されるまでにはある程度の時間がかかるので、このような場合に操舵を開始しても、操舵補助は十分に行われずに、いわゆる引っかかり感が強い。この引っかかり感は、オイルポンプを駆動した結果作動油の温度が上昇して粘性抵抗が低下することで解消される。しかし、低回転でオイルポンプを駆動しても、作動油の温度上昇までにある程度時間がかかるので、ドライバに長時間にわたって不快感を与える結果となっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、極低温の下でも電動モータの起動が問題なく行え、引っかかり感のある状態を迅速に解消できるパワーステアリング装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、電動モータドライバ素子を保護しつつ、フェールセーフ機能を適切に制御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である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のパワーステアリング装置は、油温を検出する油温検出手段と、電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電動モータに流れる電流のしきい値を油温の関数として記憶する記憶手段と、電流検出手段で検出された電動モータに流れる電流が、油温検出手段で検出された油温に基づき、前記記憶手段より求めたしきい値以上であるか否かを判別する判別手段と、前記判別手段において前記電動モータに流れる電流値が前記記憶手段より求めたしきい値以上であると判別された場合には、電動モータを一定の回転速度又は一定の電圧で駆動させる制御手段とを含むものである（請求項１）。
【０００７】
このパワーステアリング装置では、電動モータに流れる電流のしきい値を油温の関数として記憶しておき、電動モータに流れる電流が検出された油温に基づくしきい値以上であると判別された場合には、電動モータを一定の回転速度又は一定の電圧で駆動させる。
前記「一定の回転速度又は一定の電圧」とは、油温を上昇させ、速やかに操舵補助力を得るのに必要な回転速度又は電圧であり、通常アシスト制御のために設定される回転速度又は電圧と同等か、それ以上に設定される。また前記「油温に基づくしきい値」は、油温が高いほど高く、油温が低いほど低く設定される。
【０００８】
本発明によれば、操舵時、非操舵時にかかわらず、油温に応じて、電動モータが駆動される。例えば、油温が低くて作動油の粘性抵抗が高い場合には、油温が高くて作動油の粘性抵抗が低い場合に比べて早めにオイルポンプを駆動する必要があるから、オイルポンプを駆動する電動モータの電流しきい値を低めに設定することができる。これとは逆に、油温が高くて作動油の粘性抵抗が低い場合には、油温が低くて作動油の粘性抵抗が高い場合に比べて早めにオイルポンプを駆動する必要はないから、オイルポンプを駆動する電動モータの電流しきい値を高めに設定することができる。
【０００９】
なお、電動モータを一定の回転速度又は一定の電圧で駆動させる場合に、一定時間駆動させることが好ましい（請求項２）。
前記「一定時間」は前記「一定の回転速度又は一定の電圧」で電動モータを駆動したとき、油温を上昇させ、速やかに操舵補助力を得ることのできる時間に設定される。
【００１０】
また、本発明のパワーステアリング装置は、電動モータドライバ素子の温度を検出するドライバ素子の温度検出手段と、電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出手段で検出された電動モータの回転速度が予め記憶されているしきい値以下であるか否かを判別するための判別手段と、前記判別手段において前記電動モータの回転速度が、一定の基準時間以上前記しきい値以下であると判別された場合に、パワーステアリング機能を停止する制御手段とを含み、前記制御手段は、ドライバ素子の温度検出手段により検出された電動モータドライバ素子の温度に応じて、当該温度が高いほど前記基準時間を短く、当該温度が低いほど前記基準時間を長く設定するものである（請求項３）。
本発明によれば、システムの立ち上げ時、電動モータが駆動されると、その回転速度を検出し、しきい値以下であることを検出すると、フェールセーフを働かせる。このときに、ドライバ素子の温度が低ければ、多少長い時間、ドライバ素子に大電流が流れてもよいので、基準時間を長く設定する。ドライバ素子の温度が高い場合には、ドライバ素子の破壊を防止するため、基準時間を短く設定する。
【００１１】
これにより、電動モータドライバ素子を保護しつつ、フェールセーフ機能を適切に制御することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、本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、本発明の一実施形態のパワーステアリング装置の全体構成を示す概要図である。このパワーステアリング装置は、車両に装着されて使用されるもので、ステアリング機構１における操舵を補助するためのものである。
【００１３】
ステアリング機構１には、ステアリングホイール２が備えられている。ステアリングホイール２にはステアリング軸３が連結されており、このステアリング軸３の先端部にはピニオンギア４が取り付けられている。ピニオンギア４は、車幅方向に延びたラックギア５に噛合している。ラックギア５には、タイロッド６を介して前輪タイヤ７が取り付けられている。
【００１４】
ステアリングホイール２が操作され、その回転力がステアリング軸３に伝達されると、その先端部のピニオンギア４が回転し、これに伴ってラックギア５が車幅方向に移動する。その結果、ラックギア５の移動がタイロッド６に伝達され、前輪タイヤ７の向きが変わる。
パワーステアリング装置には、操舵補助力を発生するためのパワーシリンダ２０が備えられている。パワーシリンダ２０は、ラック軸５に連結されたピストン２１と、このピストン２１によって形成される一対のシリンダ室２０ａ，２０ｂとを含んでいる。シリンダ室２０ａ，２０ｂには、それぞれ破線で示すオイル供給路２２ａ，２２ｂを介して油圧制御弁２３が接続されている。
【００１５】
油圧制御弁２３は、破線で示すオイル循環路２４の途中に介装されている。オイル循環路２４は、リザーバタンク２５に貯留されている作動油がオイルポンプ２６により汲み出され、この汲み出された作動油がオイルポンプ２６から吐出された後再びリザーバタンク２５に戻る経路である。
オイルポンプ２６は、電動モータＭによって駆動制御される。オイルポンプ２６が電動モータＭによって駆動されている場合には作動油はオイル循環路２４を循環し、駆動されていない場合には作動油の循環は停止している。
【００１６】
トルクセンサ２７は、ステアリング軸３に取り付けられたトーションバー８に関連して設けられており、ステアリング軸３に加えられたトルクに比例し、かつトルクの方向に応じた符号のトルク信号を出力する。トルクセンサ２７には、ポテンショメータからなる機械的接点を有する形式のものや、非接触式トルクセンサなどのいずれの形式のものであっても適用することができる。
【００１７】
油圧制御弁２３は、ステアリング軸３に加えられるトルクの方向および大きさに応じて開度が変化する。これにより、作動油のパワーシリンダ２０への供給状態が変化する。
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が車幅方向に沿ういずれかの方向に移動する。これにより、操舵力が発生し、ラック軸５の移動が補助される。
【００１８】
油温センサ２８は、オイル循環路２４やリザーバタンク２５などに取り付けられ、作動油の温度を検出するものである。
電動モータＭの駆動は、駆動回路２９によって行われる。駆動回路２９は、電子制御ユニットＥＣＵによって制御される。電子制御ユニットＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータを含むものである。
【００１９】
ＲＯＭは、電動モータＭに流れる電流のしきい値を油温の関数として記憶している。図２は、電動モータＭに流れる電流のしきい値と油温との関係を示したグラフである。電動モータＭの電流しきい値は、図２に示すように、作動油の温度が低くなるに従って小さくなる。作動油は、電動モータＭによって駆動されるオイルポンプ２６から油圧制御弁２３を介してパワーシリンダ２０に供給されるが、作動油の温度が低ければ低いほど、その粘性抵抗は高くなるので、オイルポンプ２６を、早く大きな駆動力で駆動する必要がある。したがって、電動モータＭを高速で回転させるための電流のしきい値も下げているのである。
【００２０】
ＲＯＭは、さらに図３に示すように、ドライバ素子の温度と電動モータロックの検出時間の関係も記憶している。電動モータロックの検出時間は、図３に示すように、ドライバ素子の温度が低くなるに従って長くなっている。電動モータロックを検出したときにフェールセーフを働かせる場合に、ドライバ素子の温度が低ければ、多少長い時間、ドライバ素子に大電流が流れてもよいので、電動モータロックの検出時間を長く設定し、ドライバ素子の温度が高い場合には、ドライバ素子の破壊が起こりやすいので、電動モータロックの検出時間を短く設定している。
【００２１】
図４は、電子制御ユニットＥＣＵ等の電気的接続状態を示す図である。電子制御ユニットＥＣＵにはトルクセンサ２７および油温センサ２８からそれぞれトルク信号および油温信号が与えられるようになっている。さらに、電子制御ユニットＥＣＵには、駆動回路２９の中のドライバ素子の温度検出信号、電動モータＭの回転速度信号が入力されるようになっている。前記ドライバ素子の温度は駆動回路に内蔵されているサーミスタ等により検出されるものである。
【００２２】
電動モータＭには車両のバッテリ３０からの電源が駆動回路２９を通して供給される。駆動回路２９は、電子制御ユニットＥＣＵから指令されるデューティ比でパルス幅変調された駆動信号を発生する回路である。そしてこの駆動回路２９を流れる電動モータに流れる電流値が検出され、電子制御ユニットＥＣＵに入力されるようになっている。
【００２３】
電子制御ユニットＥＣＵは、トルクセンサ２７および油温センサ２８から与えられるトルク信号、油温信号、ドライバ素子の温度信号及び電動モータＭの回転速度信号に基づいて、駆動回路２９を制御する。
図５は、電子制御ユニットＥＣＵによる電動モータ起動時の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
【００２４】
イグニッションスイッチ(IG)がオンされてエンジンが始動されると、これに応答して電子制御ユニットＥＣＵは、操舵トルクの大きさに応じた所定のデューティ比で電動モータＭの駆動を開始する（ステップＳ１）。その結果、オイルポンプ２６が駆動され、作動油がオイル循環路２４を循環する。
このとき、低温環境でなければ、作動油の温度は速やかに上がり、アシスト制御を支障なく行える状態になるが、低温環境であれば、作動油の温度がなかなか上昇せず、粘性抵抗が高いままである。
【００２５】
そこで、本処理では、電子制御ユニットＥＣＵは、電動モータに流れる電流ＩMを読み取る（ステップＳ２）。さらに、電子制御ユニットＥＣＵは、油温センサ２８から与えられる油温を読み取る（ステップＳ３）。そしてＲＯＭのテーブル（図２参照）を検索して（ステップＳ４）、当該油温に対応するしきい値ＩTHを決定する（ステップＳ５）。その結果、電動モータに流れる電流ＩMが前記しきい値ＩTH以上であると判別された場合には（ステップＳ６のＹＥＳ）、作動油の粘性抵抗が高いと判断し、電動モータＭを１００％のデューティ比で駆動する（ステップＳ７）。つまり、いままでアイドル回転やアシスト回転のために１００％未満の所定のデューティ比で駆動されていたものを、油温を速やかに上げるために、全力で作動油をオイル循環路２４に循環させるのである。この１００％駆動は一定時間（例えば２ｓｅｃ）続けられ（ステップＳ８）、一定時間が経過すると、１００％駆動は解除される（ステップＳ９）。あまり長時間駆動すると電動モータの焼きつきやドライバ素子の損傷が引き起こされるからである。
【００２６】
なお、本処理においては、ステップＳ７で電動モータＭを１００％のデューティ比で駆動しているが、比較的高速で回転させるものであれば、必ずしも１００％に限られるものではない（図６においても同じ）。
一方、ステップＳ６で電流信号ＩM がしきい値ＩTH未満であると判別された場合には、作動油の粘性抵抗は低いと判断され、この処理を出る。
【００２７】
図６は、電子制御ユニットＥＣＵによる電動モータＭ起動時の他の駆動制御を説明するためのフローチャートである。この処理と、図５の処理との違いは、図５の処理では電動モータの負荷が大きくなると電動モータＭの電流値が大きくなることを利用して電動モータＭ電流に基づいて電動モータ起動時の制御を行っていたが、図６の処理は電動モータ電流を利用せず、油温のみに基づいて電動モータ起動時の制御を行うところである。
【００２８】
図６を参照して、電子制御ユニットＥＣＵは、電動モータＭを駆動すると（ステップＳ１１）、油温センサ２８から与えられる油温信号を読み取る（ステップＳ１２）。そして当該油温ＴOをしきい値ＴTHと比較し（ステップＳ１３）、その結果、当該油温ＴOがしきい値ＴTH以下であると判別された場合には、作動油の粘性抵抗を下げるべく、電動モータＭを１００％のデューティ比で駆動する（ステップＳ１４）。この１００％駆動は一定時間（例えば２ｓｅｃ）続けられ（ステップＳ１５）。一定時間が経過すると、１００％駆動は解除される（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１３で油温がしきい値より高いと判別された場合には、処理を出る。
【００２９】
以上のように、この実施形態にかかるパワーステアリング装置によれば、作動油の粘性抵抗が相対的に高い場合には粘性抵抗が低くなるまで電動モータＭを強制的に駆動させているから、極低温下でも、電動モータＭの起動を確実に行わせることができる。
図７は、他の実施形態に係る、電子制御ユニットＥＣＵによる電動モータ起動時のフェールセーフ機能制御を説明するためのフローチャートである。この処理は、図５又は図６の電動モータ駆動制御処理とは別個に行われる処理である。
【００３０】
電動モータＭが駆動されると、まず、電子制御ユニットＥＣＵは、電動モータＭの回転速度を読み取る（ステップＴ１）。さらに、電子制御ユニットＥＣＵは、駆動回路２９から与えられるドライバ素子の温度を読み取る（ステップＴ２）。そしてＲＯＭのテーブル（図３参照）を検索して（ステップＴ３）、当該ドライバ素子の温度に対応する電動モータロック検出時間を決定する（ステップＴ４）。さらに、電動モータＭの回転速度がしきい値（数１００ｒｐｍに設定される）以下であるかどうか判定し（ステップＴ５）、その結果、電動モータロック検出時間にわたって電動モータＭの回転速度がしきい以下であると判別された場合には（ステップＴ６のＹＥＳ）、電動モータに流れる電流ＩMの高い状態が維持され、電動モータＭに過剰な負荷がかかり、ついには電動モータＭの焼き付きが起こることも予測されるので、電動モータロックのおそれのあるフェール状態であると判断して、パワーステアリング機能を停止し（ステップＴ７）マニュアルステアリングに移行し、警告等を点灯させる（ステップＴ８）。ステップＴ５において、電動モータＭの回転速度がしきい値を超えれば、この処理を終わる。
【００３１】
以上のように、電動モータロック検出時間をドライバ素子の温度の関数として記憶し、ドライバ素子の温度を検出して、ドライバ素子の温度が低ければ電動モータ電流が比較的長時間流れてもこれを許容し、ドライバ素子の温度が高ければ、電流を短時間しか流せないと判断する。
これにより、ドライバ素子を保護しながら、フェールセーフ機能を実現することができる。
【００３２】
本発明の実施の一形態の説明は以上のとおりであるが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。前記実施形態では、油温を検出するセンサとドライバ素子の温度を検出するセンサとを別個に設けていたが、たとえば図８に示すように、ドライバ素子の冷却がヒートシンク３１を介して作動油で行われる構造を有していれば、両者の温度には一定の関連があるので、いずれか一方の温度を知ることによって、他方の温度も知ることができる。この場合は、油温検出手段及びドライバ素子の温度検出手段を１つの温度検出手段で兼ねることができる。その他、本発明の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の本発明によれば、電動モータに流れる電流のしきい値を油温の関数として記憶しておき、電動モータに流れる電流が油温に基づき求めたしきい値以上であると判別された場合には、電動モータを一定の回転速度又は一定の電圧で駆動させることとしているから、極低温の下でも電動モータの起動が問題なく行え、引っかかり感のある状態を迅速に解消できる。よって、操作性の良いパワーステアリング装置とすることができる。
【００３４】
また、請求項３記載の発明によれば、電動モータの回転速度を監視してフェールセーフを働かせるときに、ドライバ素子の温度が低ければ、多少長い時間、ドライバ素子に大電流が流れてもよいので、基準時間を長く設定し、ドライバ素子の温度が高い場合には、ドライバ素子の早期の破壊を防止するため、基準時間を短く設定するので、電動モータドライバ素子を保護しつつ、フェールセーフ機能を適切に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のパワーステアリング装置の全体構成を示す概要図である。
【図２】電動モータの電流しきい値と作動油の温度との対応関係を示すグラフである。
【図３】ドライバ素子の温度と電動モータロック検出時間との対応関係を示すグラフである。
【図４】電子制御ユニットＥＣＵ等の電気的接続状態を示す図である。
【図５】電子制御ユニットにおける電動モータの駆動制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】電子制御ユニットにおける電動モータの他の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】電子制御ユニットＥＣＵによる電動モータ起動時のフェールセーフ機能制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】ドライバ素子の油冷構造を示す概念図である。
【符号の説明】
１ ステアリング機構
２ ステアリングホイール
２０ パワーシリンダ
２６ オイルポンプ
２７ トルクセンサ
２８ 油温センサ
２９ 駆動回路
ＥＣＵ 電子制御ユニット
Ｍ 電動モータ

Claims (3)

1. 電動モータによってオイルポンプを駆動して油圧を発生させ、この発生された油圧により操舵を補助するためのパワーステアリング装置であって、
   油温を検出する油温検出手段と、
   電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   電動モータに流れる電流のしきい値を油温の関数として記憶する記憶手段と、電流検出手段で検出された電動モータに流れる電流が、油温検出手段で検出された油温に基づき、前記記憶手段より求めたしきい値以上であるか否かを判別する判別手段と、
   前記判別手段において前記電動モータに流れる電流値が前記記憶手段より求めたしきい値以上であると判別された場合には、電動モータを一定の回転速度又は一定の電圧で駆動させる制御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。
2. 電動モータを一定の回転速度又は一定の電圧で駆動させる場合に、一定時間駆動させることを 特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置。
3. 電動モータによってオイルポンプを駆動して油圧を発生させ、この発生された油圧により操舵を補助するためのパワーステアリング装置であって、
   電動モータドライバ素子の温度を検出するドライバ素子の温度検出手段と、
   電動モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   回転速度検出手段で検出された電動モータの回転速度が予め記憶されているしきい値以下であるか否かを判別するための判別手段と、
   前記判別手段において前記電動モータの回転速度が、一定の基準時間以上前記しきい値以下であると判別された場合に、パワーステアリング機能を停止する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、ドライバ素子の温度検出手段により検出された電動モータドライバ素子の温度に応じて、当該温度が高いほど前記基準時間を短く、当該温度が低いほど前記基準時間を長く設定するものであることを特徴とするパワーステアリング装置。

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