JP3671136B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents
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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】
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知られている。オイルポンプは、たとえば、直流モータからなる電動モータによって駆動され、そ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、たとえば、ステアリングホイールの舵角速度に基づいて行われる。すなわち、ステアリングホイールに関連して設けられた舵角センサの出力に基づいて舵角速度が求められ、この舵角速度に基づいて電動モータの目標回転速度が設定される。この目標回転速度が達成されるように、電動モータに電圧が供給される。さらに具体的には、舵角速度が極めて小さい場合には、ステアリングホイールの操作がわずかであるから、操舵補助が不要であるとみなされ、電動モータが停止される。一方、舵角速度が大きければ、ステアリングホイールが大きく操作されていると見なされ、そのときの舵角速度に応じて電動モータが駆動され、操舵補助力が発生される。
【０００４】
車両が車幅方向に傾斜を有する直線道路を走行している場合には、車両を安定させるためには、ステアリングホイールにトルクを加えて一定の舵角で保持する必要がある。したがって、舵角速度のみに基づいて電動モータの停止制御を行うと、上記のような場合に操舵補助が行われないから、操舵フィーリングが悪くなるおそれがある。
そこで、従来では、舵角速度が所定の舵角速度しきい値以下であって、かつ、電動モータに流れるモータ電流が所定の電流しきい値以下である状態が一定時間にわたって継続することを条件に、電動モータを停止するようにしている（たとえば、ＷＯ９９／０８９２２参照）。
【０００５】
ステアリングホイールにトルクが加えられていると、電動モータに負荷がかかるから、目標回転速度を達成するために、電動モータの負荷電流が増大する。すなわち、モータ電流は、ステアリングホイールに加えられるトルクに対応している。上述の従来技術は、この点に着目し、モータ電流が電流しきい値以下であることを、電動モータを停止する際の必要条件としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電動モータは、車両に搭載されたバッテリからの給電を受けて作動する。この車載バッテリは、発生電圧（バッテリ電圧）が必ずしも安定していない。とくに、バッテリ電圧が低下すると、電動モータの停止制御に不具合が生じる。
すなわち、バッテリ電圧が低下すると、電動モータへの供給電力が減少し、電動モータの回転速度が低下する。そこで、電動モータを制御するコントローラは、目標回転速度を達成するために、バッテリ電圧の低下による電力不足分を、モータ電流を増加させて補おうとする。その結果、電動モータの負荷が小さいときにも、モータ電流が大きな値をとることになる。
【０００７】
したがって、無負荷状態であっても、モータ電流が電流しきい値以下とならなくなり、電動モータを停止させることができなくなる。これにより、電力が無駄に消費されてしまう。
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、電源電圧の変動によらずに電動モータの停止または減速制御を良好に行うことができるパワーステアリング装置を提供することである。
【０００８】
【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（２７）により駆動されるポンプ（２６）の発生油圧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おいて、上記電動モータに電力を供給する電源（４０）の電圧（ＶＢ）を検出する電源電圧検出手段（３０，Ｓ１２）と、上記電動モータに流れるモータ電流の値を検出するための電流検出手段（１２，Ｓ１１）と、上記電源電圧検出手段によって検出された電源電圧に基づいて、上記電動モータを停止または所定のアイドル回転速度（Ｒｉ）に減速するときのモータ電流値に関するしきい値である電流しきい値（Ｉstop）を可変設定する電流しきい値設定手段（３０，Ｓ１３）と、上記電流検出手段により検出されたモータ電流値が上記電流しきい値設定手段によって設定された電流しきい値以下である状態が所定時間にわたって継続したことを条件に、上記電動モータを停止させるか、または、上記電動モータを上記アイドル回転速度に減速するモータ制御手段（３０，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７）とを含み、上記電流しきい値設定手段は、上記電源電圧検出手段によって検出された電源電圧が低いほど上記電流しきい値を大き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である。括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等の符号を表す。以下、この項において同じ。
【０００９】
この発明によれば、電源電圧の変動に応じて電流しきい値が可変設定される。具体的には、電源電圧が低いほど電流しきい値が大きく設定される。そして、モータ電流値がこの可変設定される電流しきい値以下となることが、電動モータを停止またはアイドル回転速度に減速させるための必要条件となっている。
したがって、電源電圧が変動しても、電動モータに対する負荷が小さい状態となると、モータ電流値が確実に電流しきい値以下となる。とくに、電源電圧が低下したときに、電動モータを目標回転速度で回転させるためにモータ電流値が大きくなった場合であっても、モータ電流値を電流しきい値以下の値とすることができる。これにより、確実に、電動モータを停止または減速させることができる。
【００１０】
これにより、無駄な電力消費を省くことができ、パワーステアリング装置の省エネルギー性を向上することができる。
【００１１】
電動モータのモータ電流値は、その負荷、すなわち操舵トルクに応じて変化する。したがって、モータ電流値が操舵補助が不要な操舵トルク範囲に相当する電流しきい値以下の値を有する状態が一定時間継続したことを条件に電動モータを停止または減速することとすれば、操舵トルクが小さいときに電動モータを停止または減速させることができる。
請求項２記載の発明は、舵角速度を検出するための舵角速度検出手段（１１，３０，Ｓ１）をさらに含み、上記モータ制御手段は、上記舵角速度検出手段により検出された舵角速度が所定の舵角速度しきい値（Ｖｂ）以下であって、かつ、上記電流検出手段により検出されたモータ電流値が上記電流しきい値設定手段によって設定された電流しきい値以下である状態が所定時間にわたって継続したことを条件に、上記電動モータを停止させるか、または、上記電動モータを上記アイドル回転速度に減速するものである（３０，Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７）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である。
【００１２】
この発明では、舵角速度に関する条件が付加されているので、電動モータの停止または減速制御をより適切に行うことができる。
【００１３】
【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、本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１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。
【００１４】
ステアリング機構１は、ドライバ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の先端に設けられたピニオンギア４と、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まわりに回動可能に設けられている。
【００１５】
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。
ステアリング軸３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、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とが組み込まれている。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、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。
【００１６】
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汲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。
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。
油圧制御弁に関連する構成例は、たとえば、特開昭５９−１１８５７７号公報に詳しく開示されている。
電動モータ２７は、たとえば直流モータからなり、駆動回路２８を介して、電子制御ユニット３０によって制御される。駆動回路２８は、たとえば、パワートランジスタのブリッジ回路からなり、電源としての車載バッテリ４０からの電力を、電子制御ユニット３０から与えられる制御信号に応じて電動モータ２７に供給する。
【００１８】
電子制御ユニット３０は、車載バッテリ４０からの電力供給を受けて動作するマイクロコンピュータを含み、このマイクロコンピュータは、ＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１のワークエリアなどを提供するＲＡＭ３２と、ＣＰＵ３１の動作プログラムを記憶したＲＯＭ３３と、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２およびＲＯＭ３３を相互接続するバス３４とを備えている。ＣＰＵ３１は、制御周期毎に車載バッテリ４０の発生電圧（以下「バッテリ電圧」という。）ＶＢを検出する。
【００１９】
電子制御ユニット３０には、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、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し、かつ操舵方向に応じた符号の舵角データを出力する。ＣＰＵ３１は、この舵角データに基づいて、車両が直進状態のときの舵角である舵角中点を求め、さらに、この舵角中点と舵角センサ１１が出力する舵角データとに基づいて、車輪ＦＲ，ＦＬの方向に対応した絶対舵角θを求める。舵角中点の検出は、たとえば、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、舵角データの値のヒストグラムを作成し、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舵角中点の舵角データとして求めることにより達成される。
【００２０】
電子制御ユニット３０には、さらに、電動モータ２７に流れる電流を検出する電流検出回路１２からの電流データが与えられるようになっている。電流データは、電動モータ２７の消費電流値（モータ電流）に比例した値を有する。
さらに、電子制御ユニット３０には、車速センサ１３から出力される車速データが与えられるようになっている。車速センサ１３は、車両の速度Ｖf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Ｖfを計算により求めるものであってもよい。
【００２１】
電子制御ユニット３０は、舵角センサ１１、電流検出回路１２および車速センサ１３からそれぞれ与えられる舵角データ、電流データおよび車速データに基づいて、電動モータ２７の駆動を制御する。
図２は、電動モータ２７の駆動制御を説明するためのフローチャートであり、図３は、舵角速度とモータ回転速度との対応関係を示す特性図である。ＣＰＵ３１は、舵角センサ１１から出力される舵角データに基づいて、ステアリングホイール２の舵角の時間変化率である舵角速度Ｖθおよび車両の速度Ｖfを求める（ステップＳ１）。その後、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７が停止しているか否かを判断する（ステップＳ２）。この判断は、たとえば、電動モータ２７が起動されたときにセットされ、電動モータ２７が停止されたときにリセットされるフラグを用いて行うことができる。
【００２２】
電動モータ２７が停止していれば（ステップＳ２のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７を起動すべきか否かを調べるために、上記求められた舵角速度Ｖθが所定の起動しきい値Ｖａ（たとえばＶａ＝５(degree/sec)）以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。舵角速度Ｖθが起動しきい値Ｖａ未満であれば（ステップＳ３のＮＯ）、プログラムはステップＳ１に戻る。舵角速度Ｖθが起動しきい値Ｖａ以上であれば（ステップＳ３のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７を起動する（ステップＳ４）。この場合、ＣＰＵ３１は、上記求められた舵角速度Ｖθの値に基づいてモータ回転速度Ｒを決定する。
【００２３】
ＣＰＵ３１は、モータ回転速度Ｒの決定に際し、舵角速度Ｖθが所定の第１しきい値ＶＴ１（たとえばＶＴ１＝10(degree/sec)）以下であるか否かを判断する（ステップＳ５）。舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１以下であれば（ステップＳ５のＹＥＳ）、モータ回転速度Ｒが所定の第１回転速度Ｒ１（たとえばＲ１＝1800(rpm) ）になるように、電動モータ２７を駆動する（ステップＳ６）。すなわち、舵角速度Ｖθが起動しきい値Ｖａ以上で、かつ第１しきい値ＶＴ１以下であれば、電動モータ２７は、舵角速度Ｖθの値によらずに、一定の第１回転速度Ｒ１で駆動される。
【００２４】
舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１を超えている場合には（ステップＳ５のＮＯ）、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１よりも大きな第２しきい値ＶＴ２（たとえばＶＴ２＝600(degree/sec) ）未満であるか否かを判断する（ステップＳ７）。舵角速度Ｖθが第２しきい値ＶＴ２未満であれば（ステップＳ７のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθの値に応じたモータ回転速度Ｒで電動モータ２７を駆動する（ステップＳ８）。すなわち、舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１よりも大きく、かつ、第２しきい値ＶＴ２未満である領域では、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθに対してモータ回転速度Ｒが第１回転速度Ｒ１と第２回転速度Ｒ２（Ｒ２＞Ｒ１）との間でほぼリニアに変化するように、モータ回転速度Ｒを決定する。
【００２５】
舵角速度Ｖθが第２しきい値ＶＴ２以上であるならば（ステップＳ７のＮＯ）、ＣＰＵ３１は、モータ回転速度Ｒが所定の第２回転速度Ｒ２（たとえばＲ２＝6000(rpm) ）になるように、電動モータ２７を駆動する（ステップＳ９）。すなわち、舵角速度Ｖθが第２しきい値ＶＴ２以上であれば、電動モータ２７は、舵角速度Ｖθの値によらずに、一定の第２回転速度Ｒ２で駆動される。
図３に示されているように、第２しきい値ＶＴ２は、車速域に応じて可変設定される。すなわち、車両の速度Ｖfが大きいほど、第２しきい値ＶＴ２は大きな値に設定される。これにより、車両の速度Ｖfが大きいほどモータ回転速度Ｒが小さく設定されることになり、操舵補助力が小さくなる。こうして、車両の速度Ｖfに応じた適切な操舵補助力を発生するための車速感応制御が行われる。
【００２６】
ステップＳ２において、電動モータ２７が駆動されていると判断されれば、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθが所定の停止しきい値（第２所定値）Ｖｂ（たとえばＶｂ＝８(degree/sec)）以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。舵角速度Ｖθが停止しきい値Ｖｂを超えていれば（ステップＳ１０のＮＯ）、プログラムはステップＳ５に移行し、ＣＰＵ３１は、求められた舵角速度Ｖθの値に基づいてモータ回転速度Ｒを決定し、この決定されたモータ回転速度Ｒで電動モータ２７を駆動する。
【００２７】
舵角速度Ｖθが停止しきい値Ｖｂ（舵角しきい値）以下であれば（ステップＳ１０のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電流検出回路１２から出力される電流データに基づいてモータ電流値Ｉｍを求める（ステップＳ１１）。さらに、ＣＰＵ３１は、最新のバッテリ電圧ＶＢを検出し（ステップＳ１２）、この検出されたバッテリ電圧ＶＢおよび車速センサ１３によって検出される車速Ｖfに基づいて、モータ停止判定電流値Ｉstop（電流しきい値）を求める（ステップＳ１３）。そして、ＣＰＵ３１は、この求められたモータ電流値Ｉｍがモータ停止判定電流値Ｉstop以下か否かを判断する（ステップＳ１４）。
【００２８】
モータ停止判定電流値Ｉstopは、操舵補助が不要な状態のときのモータ電流の上限値である。このモータ停止判定電流値Ｉstopは、モータ停止電流初期値Ｉstop(0)に対して、バッテリ電圧ＶＢおよび車速Ｖfに基づく補正を加えることによって求められる。モータ停止電流初期値Ｉstop(0)は、後述するモータ停止電流初期値演算処理によって定められる。
モータ電流値Ｉｍがモータ停止判定電流値Ｉstop以下の値を有するならば（ステップＳ１３のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、さらに、上述のようにして検出される絶対舵角θが、舵角中点付近の停止可能範囲Δθ内（たとえば、舵角中点を中心とした±３度程度の範囲）の値かどうかを調べる（ステップＳ１５）。この判断が肯定されると、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθが停止しきい値Ｖｂ以下であって、モータ電流値Ｉｍがモータ停止判定電流値Ｉstop以下であり、かつ、絶対舵角θが停止可能範囲Δθの範囲内の値である状態が一定時間（たとえば１〜３秒）継続したか否かを判断する（ステップＳ１６）。この判断が肯定されれば（ステップＳ１６のＹＥＳ）、ステアリングホイール２はほとんど操舵されていないと考えることができるから、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７を停止させる（ステップＳ１７）。一方、上記ステップＳ１０，Ｓ１４〜Ｓ１６の判断のいずれかが否定されれば、ＣＰＵ３１は、ステップＳ５からの処理を行ってモータ回転速度Ｒを求め、その回転速度で電動モータ２７を駆動する。
【００２９】
図４は、モータ停止電流初期値Ｉstop(0)の演算処理を説明するためのフローチャートである。ＣＰＵ３１は、ステアリングホイール２に加えられる操舵トルクＴに応じてモータ電流値Ｉｍが変化することを利用し、モータ電流値Ｉｍを常時モニタする（ステップＵ１）。このモータ電流値Ｉｍに基づいて、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７が無負荷状態である場合のモータ電流値である無負荷電流値Ｉ０を求める（ステップＵ２）。そして、この求められた無負荷電流値Ｉ０に、車両の仕様に応じて予め定められた所定値ｄＩを加算した値Ｉ０＋ｄＩをモータ停止電流初期値Ｉstop(0)として設定する。
【００３０】
図５は、操舵トルクＴとモータ電流値Ｉｍとの対応関係を示す特性図である。横軸に操舵トルクＴがとられ、縦軸にモータ電流値Ｉｍがとられている。モータ電流値Ｉｍは、操舵トルクＴが０の付近では、Ｔ＝０の点を頂点とする曲線で表すことができる。操舵トルクＴが０の場合には電動モータ２７は無負荷状態であるから、モータ電流値Ｉｍの極小値が無負荷電流値Ｉ０に対応する。
一方、ステアリングホイール２に対して操舵補助力を与える必要のないトルクの範囲は、車両の仕様により定まる。このトルク範囲が、０を中心にトルクしきい値Ｔ１、−Ｔ１によって挟まれた範囲である場合、これらのトルクしきい値Ｔ１、−Ｔ１に対応するモータ電流値と無負荷電流値Ｉ０との差が予め求められて上記所定値ｄＩとして設定される。そして、無負荷電流値Ｉ０に所定値ｄＩを加算した値Ｉ０＋ｄＩ（＝Ｉstop(0)）以下の範囲を、ステアリングホイール２が操舵されていない範囲と判断することができる。上記所定値ｄＩは、たとえば車種ごとに予め求められてＲＯＭ３３に格納されている。
【００３１】
無負荷電流値Ｉ０は、主として作動油の温度によって変動する。すなわち、たとえば作動油の温度が低い場合には、作動油の粘性は高いから、作動油の温度が高い場合に比べて電動モータ２７の負荷は大きくなる。したがって、モータ電流値Ｉｍは、作動油の温度が低い場合には大きな値をとる。つまり、図５のＩｍ−Ｔ曲線は、上方にスライドし、無負荷電流値Ｉ０も大きくなる。
そこで、この実施形態では、無負荷電流値Ｉ０を演算により求め、求められた無負荷電流値Ｉ０にＲＯＭ３３に格納されている所定値ｄＩを加算した値Ｉ０＋ｄＩが、モータ停止電流初期値Ｉstop(0)として設定される。
【００３２】
無負荷電流値Ｉ０の演算は、たとえば、サンプリングしたモータ電流値Ｉｍのうち最頻出電流値を求めることによって達成される。より具体的には、ＣＰＵ３１は、モータ回転速度Ｒが一定であることを条件として、電流検出回路１２から出力される電流データを一定時間（たとえば10(min) 〜１(hour)）にわたってサンプリングする。このサンプリングによって得られた電流データに基づいて求められるモータ電流値Ｉｍは、正規分布をなす。この場合、操舵トルクＴが０の場合のモータ電流値Ｉｍが最頻出電流値となるから、この最頻出電流値を無負荷電流値Ｉ０として求める。
【００３３】
このような演算以外に、たとえば、モータ回転速度Ｒが一定であることを条件として、一定時間または一定回数にわたってサンプリングされたモータ電流値Ｉｍの中から最小値を求め、この求められた最小値を無負荷電流値Ｉ０としてもよい。
図６は、図２のステップＳ１３におけるモータ停止判定電流値Ｉstopの演算処理を説明するための図である。図６(a)にはバッテリ電圧ＶＢとモータ停止判定電流値Ｉstopとの関係が示されており、図６(b)には車速Ｖfとモータ停止判定電流値Ｉstopとの関係が示されている。より具体的には、モータ停止判定電流値Ｉstopは、モータ停止電流初期値Ｉstop(0)、バッテリ電圧ＶＢおよび車速Ｖfの関数として定められる。
【００３４】
図６(a)に示されているように、モータ停止判定電流値Ｉstopは、バッテリ電圧ＶＢが高いほど小さく設定され、バッテリ電圧ＶＢが低いほど大きく設定される。電動モータ２７は、その回転速度が設定回転速度Ｒに等しくなるようにフィードバック制御される。バッテリ電圧ＶＢが低下すると、電動モータ２７への供給電力が不足するから、電子制御ユニット３０は、その不足分をモータ電流を増加させて補おうとする。その結果、ステアリングホイール２にトルクが加えられていない無負荷状態においても、モータ電流値Ｉｍが大きな値をとることになる。
【００３５】
そこで、この実施形態では、バッテリ電圧ＶＢが低下したときには、モータ停止判定電流値Ｉstopを大きく設定することとしている。これにより、無負荷状態のときには、モータ電流値Ｉｍが大きな値をとる場合であっても、図２のステップＳ１４において肯定的な判定がされることになり、電動モータ２７の適切な停止制御を行える。これにより、無駄な電力消費を低減できるから、パワーステアリング装置の省エネルギー性を向上できる。
【００３６】
一方、図６(b)に示されているように、車速Ｖfの増加に伴って、モータ停止判定電流値Ｉstopは大きく設定される。高速走行時には、操舵補助はさほど必要にならない。そこで、この実施形態では、車速Ｖfが大きいときには、モータ停止判定電流値Ｉstopを大きく設定することにより、電動モータ２７を可能な限り停止状態とし、省エネルギー性の向上が図られている。
以上のようにこの第１実施形態によれば、バッテリ電圧ＶＢの変動に応じてモータ停止判定電流値Ｉstopが可変設定されるから、電動モータ２７の停止制御を適切に行える。これにより、無駄なエネルギー消費を抑制できる。
【００３７】
また、舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１以下の領域では、舵角速度Ｖθとモータ回転速度Ｒとは、いわゆるヒステリシス特性を有している。すなわち、モータ起動のためのしきい値Ｖａは、モータ停止のためのしきい値Ｖｂよりも小さくなっている。これにより、操舵が開始されたときには操舵補助力を速やかに発生させることができるとともに、操舵終了時には操舵補助を速やかに停止させることができる。これにより、操舵フィーリングの向上と省エネルギー性の向上とを併せて達成できる。
【００３８】
図７は、この発明の第２の実施形態を説明するための図であり、舵角速度Ｖθとモータ回転速度Ｒとの関係が示されている。この図７の説明において、上述の図１および図２を再び参照する。
この実施形態では、無負荷状態においては、電動モータ２７を停止させるのではなく、電動モータ２７の回転速度Ｒをアイドル回転速度Ｒｉ（Ｒｉ＜Ｒ１）に減速することとしている。すなわち、図２のステップＳ１０，Ｓ１４〜Ｓ１６のすべての条件が成立したときに、電動モータ２７を停止する代わりに、その回転速度をアイドル回転速度Ｒｉに減速する。
【００３９】
この構成は、操舵補助が必要になったときに、電動モータ２７の回転速度を速やかに立ち上げて必要な油圧を発生させることができるので、操舵補助の応答性に優れているという利点がある。この構成を採用することで、操舵補助が不要なときには、アイドル回転速度Ｒｉでの回転により省エネルギー化を図り、かつ、操舵補助が必要になったときには速やかな立ち上がりを実現できるので、操舵フィーリングを向上できる。
【００４０】
そして、図２のステップＳ１３の処理によって、バッテリ電圧ＶＢの変動に応じて、モータ停止判定電流値Ｉstopが適切に可変設定されるから、無負荷状態のときには、バッテリ電圧ＶＢの変動によらずに、電動モータ２７の回転をアイドル回転速度Ｒｉに減速することができる。
以上、本発明の実施の２つの形態について説明しているが、本発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、絶対舵角θが舵角中点付近の値であることを電動モータ２７の停止またはアイドル回転速度Ｒｉへの減速のための必要条件としているが、この条件は省かれてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された技術的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】本発明の第１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】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３】舵角速度に対するモータ回転速度の設定例を示す特性図である。
【図４】モータ停止電流初期値設定処理を示すフローチャートである。
【図５】モータ停止電流初期値設定処理を説明するための図である。
【図６】モータ停止判定電流値の演算処理を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施形態における舵角速度とモータ回転速度との関係を示す特性図である。
【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
１１ 舵角センサ
１２ 電流検出回路
１３ 車速センサ
２０ パワーシリンダ
２３ 油圧制御弁
２６ オイルポンプ
２７ 電動モータ
２８ 駆動回路
３０ 電子制御ユニット
４０ 車載バッテリ
【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】
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知られている。オイルポンプは、たとえば、直流モータからなる電動モータによって駆動され、そ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、たとえば、ステアリングホイールの舵角速度に基づいて行われる。すなわち、ステアリングホイールに関連して設けられた舵角センサの出力に基づいて舵角速度が求められ、この舵角速度に基づいて電動モータの目標回転速度が設定される。この目標回転速度が達成されるように、電動モータに電圧が供給される。さらに具体的には、舵角速度が極めて小さい場合には、ステアリングホイールの操作がわずかであるから、操舵補助が不要であるとみなされ、電動モータが停止される。一方、舵角速度が大きければ、ステアリングホイールが大きく操作されていると見なされ、そのときの舵角速度に応じて電動モータが駆動され、操舵補助力が発生される。
【０００４】
車両が車幅方向に傾斜を有する直線道路を走行している場合には、車両を安定させるためには、ステアリングホイールにトルクを加えて一定の舵角で保持する必要がある。したがって、舵角速度のみに基づいて電動モータの停止制御を行うと、上記のような場合に操舵補助が行われないから、操舵フィーリングが悪くなるおそれがある。
そこで、従来では、舵角速度が所定の舵角速度しきい値以下であって、かつ、電動モータに流れるモータ電流が所定の電流しきい値以下である状態が一定時間にわたって継続することを条件に、電動モータを停止するようにしている（たとえば、ＷＯ９９／０８９２２参照）。
【０００５】
ステアリングホイールにトルクが加えられていると、電動モータに負荷がかかるから、目標回転速度を達成するために、電動モータの負荷電流が増大する。すなわち、モータ電流は、ステアリングホイールに加えられるトルクに対応している。上述の従来技術は、この点に着目し、モータ電流が電流しきい値以下であることを、電動モータを停止する際の必要条件としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電動モータは、車両に搭載されたバッテリからの給電を受けて作動する。この車載バッテリは、発生電圧（バッテリ電圧）が必ずしも安定していない。とくに、バッテリ電圧が低下すると、電動モータの停止制御に不具合が生じる。
すなわち、バッテリ電圧が低下すると、電動モータへの供給電力が減少し、電動モータの回転速度が低下する。そこで、電動モータを制御するコントローラは、目標回転速度を達成するために、バッテリ電圧の低下による電力不足分を、モータ電流を増加させて補おうとする。その結果、電動モータの負荷が小さいときにも、モータ電流が大きな値をとることになる。
【０００７】
したがって、無負荷状態であっても、モータ電流が電流しきい値以下とならなくなり、電動モータを停止させることができなくなる。これにより、電力が無駄に消費されてしまう。
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、電源電圧の変動によらずに電動モータの停止または減速制御を良好に行うことができるパワーステアリング装置を提供することである。
【０００８】
【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（２７）により駆動されるポンプ（２６）の発生油圧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おいて、上記電動モータに電力を供給する電源（４０）の電圧（ＶＢ）を検出する電源電圧検出手段（３０，Ｓ１２）と、上記電動モータに流れるモータ電流の値を検出するための電流検出手段（１２，Ｓ１１）と、上記電源電圧検出手段によって検出された電源電圧に基づいて、上記電動モータを停止または所定のアイドル回転速度（Ｒｉ）に減速するときのモータ電流値に関するしきい値である電流しきい値（Ｉstop）を可変設定する電流しきい値設定手段（３０，Ｓ１３）と、上記電流検出手段により検出されたモータ電流値が上記電流しきい値設定手段によって設定された電流しきい値以下である状態が所定時間にわたって継続したことを条件に、上記電動モータを停止させるか、または、上記電動モータを上記アイドル回転速度に減速するモータ制御手段（３０，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７）とを含み、上記電流しきい値設定手段は、上記電源電圧検出手段によって検出された電源電圧が低いほど上記電流しきい値を大き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である。括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等の符号を表す。以下、この項において同じ。
【０００９】
この発明によれば、電源電圧の変動に応じて電流しきい値が可変設定される。具体的には、電源電圧が低いほど電流しきい値が大きく設定される。そして、モータ電流値がこの可変設定される電流しきい値以下となることが、電動モータを停止またはアイドル回転速度に減速させるための必要条件となっている。
したがって、電源電圧が変動しても、電動モータに対する負荷が小さい状態となると、モータ電流値が確実に電流しきい値以下となる。とくに、電源電圧が低下したときに、電動モータを目標回転速度で回転させるためにモータ電流値が大きくなった場合であっても、モータ電流値を電流しきい値以下の値とすることができる。これにより、確実に、電動モータを停止または減速させることができる。
【００１０】
これにより、無駄な電力消費を省くことができ、パワーステアリング装置の省エネルギー性を向上することができる。
【００１１】
電動モータのモータ電流値は、その負荷、すなわち操舵トルクに応じて変化する。したがって、モータ電流値が操舵補助が不要な操舵トルク範囲に相当する電流しきい値以下の値を有する状態が一定時間継続したことを条件に電動モータを停止または減速することとすれば、操舵トルクが小さいときに電動モータを停止または減速させることができる。
請求項２記載の発明は、舵角速度を検出するための舵角速度検出手段（１１，３０，Ｓ１）をさらに含み、上記モータ制御手段は、上記舵角速度検出手段により検出された舵角速度が所定の舵角速度しきい値（Ｖｂ）以下であって、かつ、上記電流検出手段により検出されたモータ電流値が上記電流しきい値設定手段によって設定された電流しきい値以下である状態が所定時間にわたって継続したことを条件に、上記電動モータを停止させるか、または、上記電動モータを上記アイドル回転速度に減速するものである（３０，Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７）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である。
【００１２】
この発明では、舵角速度に関する条件が付加されているので、電動モータの停止または減速制御をより適切に行うことができる。
【００１３】
【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、本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１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。
【００１４】
ステアリング機構１は、ドライバ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の先端に設けられたピニオンギア４と、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まわりに回動可能に設けられている。
【００１５】
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。
ステアリング軸３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、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とが組み込まれている。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、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。
【００１６】
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汲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。
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。
油圧制御弁に関連する構成例は、たとえば、特開昭５９−１１８５７７号公報に詳しく開示されている。
電動モータ２７は、たとえば直流モータからなり、駆動回路２８を介して、電子制御ユニット３０によって制御される。駆動回路２８は、たとえば、パワートランジスタのブリッジ回路からなり、電源としての車載バッテリ４０からの電力を、電子制御ユニット３０から与えられる制御信号に応じて電動モータ２７に供給する。
【００１８】
電子制御ユニット３０は、車載バッテリ４０からの電力供給を受けて動作するマイクロコンピュータを含み、このマイクロコンピュータは、ＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１のワークエリアなどを提供するＲＡＭ３２と、ＣＰＵ３１の動作プログラムを記憶したＲＯＭ３３と、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２およびＲＯＭ３３を相互接続するバス３４とを備えている。ＣＰＵ３１は、制御周期毎に車載バッテリ４０の発生電圧（以下「バッテリ電圧」という。）ＶＢを検出する。
【００１９】
電子制御ユニット３０には、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、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し、かつ操舵方向に応じた符号の舵角データを出力する。ＣＰＵ３１は、この舵角データに基づいて、車両が直進状態のときの舵角である舵角中点を求め、さらに、この舵角中点と舵角センサ１１が出力する舵角データとに基づいて、車輪ＦＲ，ＦＬの方向に対応した絶対舵角θを求める。舵角中点の検出は、たとえば、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、舵角データの値のヒストグラムを作成し、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舵角中点の舵角データとして求めることにより達成される。
【００２０】
電子制御ユニット３０には、さらに、電動モータ２７に流れる電流を検出する電流検出回路１２からの電流データが与えられるようになっている。電流データは、電動モータ２７の消費電流値（モータ電流）に比例した値を有する。
さらに、電子制御ユニット３０には、車速センサ１３から出力される車速データが与えられるようになっている。車速センサ１３は、車両の速度Ｖf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Ｖfを計算により求めるものであってもよい。
【００２１】
電子制御ユニット３０は、舵角センサ１１、電流検出回路１２および車速センサ１３からそれぞれ与えられる舵角データ、電流データおよび車速データに基づいて、電動モータ２７の駆動を制御する。
図２は、電動モータ２７の駆動制御を説明するためのフローチャートであり、図３は、舵角速度とモータ回転速度との対応関係を示す特性図である。ＣＰＵ３１は、舵角センサ１１から出力される舵角データに基づいて、ステアリングホイール２の舵角の時間変化率である舵角速度Ｖθおよび車両の速度Ｖfを求める（ステップＳ１）。その後、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７が停止しているか否かを判断する（ステップＳ２）。この判断は、たとえば、電動モータ２７が起動されたときにセットされ、電動モータ２７が停止されたときにリセットされるフラグを用いて行うことができる。
【００２２】
電動モータ２７が停止していれば（ステップＳ２のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７を起動すべきか否かを調べるために、上記求められた舵角速度Ｖθが所定の起動しきい値Ｖａ（たとえばＶａ＝５(degree/sec)）以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。舵角速度Ｖθが起動しきい値Ｖａ未満であれば（ステップＳ３のＮＯ）、プログラムはステップＳ１に戻る。舵角速度Ｖθが起動しきい値Ｖａ以上であれば（ステップＳ３のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７を起動する（ステップＳ４）。この場合、ＣＰＵ３１は、上記求められた舵角速度Ｖθの値に基づいてモータ回転速度Ｒを決定する。
【００２３】
ＣＰＵ３１は、モータ回転速度Ｒの決定に際し、舵角速度Ｖθが所定の第１しきい値ＶＴ１（たとえばＶＴ１＝10(degree/sec)）以下であるか否かを判断する（ステップＳ５）。舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１以下であれば（ステップＳ５のＹＥＳ）、モータ回転速度Ｒが所定の第１回転速度Ｒ１（たとえばＲ１＝1800(rpm) ）になるように、電動モータ２７を駆動する（ステップＳ６）。すなわち、舵角速度Ｖθが起動しきい値Ｖａ以上で、かつ第１しきい値ＶＴ１以下であれば、電動モータ２７は、舵角速度Ｖθの値によらずに、一定の第１回転速度Ｒ１で駆動される。
【００２４】
舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１を超えている場合には（ステップＳ５のＮＯ）、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１よりも大きな第２しきい値ＶＴ２（たとえばＶＴ２＝600(degree/sec) ）未満であるか否かを判断する（ステップＳ７）。舵角速度Ｖθが第２しきい値ＶＴ２未満であれば（ステップＳ７のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθの値に応じたモータ回転速度Ｒで電動モータ２７を駆動する（ステップＳ８）。すなわち、舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１よりも大きく、かつ、第２しきい値ＶＴ２未満である領域では、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθに対してモータ回転速度Ｒが第１回転速度Ｒ１と第２回転速度Ｒ２（Ｒ２＞Ｒ１）との間でほぼリニアに変化するように、モータ回転速度Ｒを決定する。
【００２５】
舵角速度Ｖθが第２しきい値ＶＴ２以上であるならば（ステップＳ７のＮＯ）、ＣＰＵ３１は、モータ回転速度Ｒが所定の第２回転速度Ｒ２（たとえばＲ２＝6000(rpm) ）になるように、電動モータ２７を駆動する（ステップＳ９）。すなわち、舵角速度Ｖθが第２しきい値ＶＴ２以上であれば、電動モータ２７は、舵角速度Ｖθの値によらずに、一定の第２回転速度Ｒ２で駆動される。
図３に示されているように、第２しきい値ＶＴ２は、車速域に応じて可変設定される。すなわち、車両の速度Ｖfが大きいほど、第２しきい値ＶＴ２は大きな値に設定される。これにより、車両の速度Ｖfが大きいほどモータ回転速度Ｒが小さく設定されることになり、操舵補助力が小さくなる。こうして、車両の速度Ｖfに応じた適切な操舵補助力を発生するための車速感応制御が行われる。
【００２６】
ステップＳ２において、電動モータ２７が駆動されていると判断されれば、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθが所定の停止しきい値（第２所定値）Ｖｂ（たとえばＶｂ＝８(degree/sec)）以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。舵角速度Ｖθが停止しきい値Ｖｂを超えていれば（ステップＳ１０のＮＯ）、プログラムはステップＳ５に移行し、ＣＰＵ３１は、求められた舵角速度Ｖθの値に基づいてモータ回転速度Ｒを決定し、この決定されたモータ回転速度Ｒで電動モータ２７を駆動する。
【００２７】
舵角速度Ｖθが停止しきい値Ｖｂ（舵角しきい値）以下であれば（ステップＳ１０のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、電流検出回路１２から出力される電流データに基づいてモータ電流値Ｉｍを求める（ステップＳ１１）。さらに、ＣＰＵ３１は、最新のバッテリ電圧ＶＢを検出し（ステップＳ１２）、この検出されたバッテリ電圧ＶＢおよび車速センサ１３によって検出される車速Ｖfに基づいて、モータ停止判定電流値Ｉstop（電流しきい値）を求める（ステップＳ１３）。そして、ＣＰＵ３１は、この求められたモータ電流値Ｉｍがモータ停止判定電流値Ｉstop以下か否かを判断する（ステップＳ１４）。
【００２８】
モータ停止判定電流値Ｉstopは、操舵補助が不要な状態のときのモータ電流の上限値である。このモータ停止判定電流値Ｉstopは、モータ停止電流初期値Ｉstop(0)に対して、バッテリ電圧ＶＢおよび車速Ｖfに基づく補正を加えることによって求められる。モータ停止電流初期値Ｉstop(0)は、後述するモータ停止電流初期値演算処理によって定められる。
モータ電流値Ｉｍがモータ停止判定電流値Ｉstop以下の値を有するならば（ステップＳ１３のＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、さらに、上述のようにして検出される絶対舵角θが、舵角中点付近の停止可能範囲Δθ内（たとえば、舵角中点を中心とした±３度程度の範囲）の値かどうかを調べる（ステップＳ１５）。この判断が肯定されると、ＣＰＵ３１は、舵角速度Ｖθが停止しきい値Ｖｂ以下であって、モータ電流値Ｉｍがモータ停止判定電流値Ｉstop以下であり、かつ、絶対舵角θが停止可能範囲Δθの範囲内の値である状態が一定時間（たとえば１〜３秒）継続したか否かを判断する（ステップＳ１６）。この判断が肯定されれば（ステップＳ１６のＹＥＳ）、ステアリングホイール２はほとんど操舵されていないと考えることができるから、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７を停止させる（ステップＳ１７）。一方、上記ステップＳ１０，Ｓ１４〜Ｓ１６の判断のいずれかが否定されれば、ＣＰＵ３１は、ステップＳ５からの処理を行ってモータ回転速度Ｒを求め、その回転速度で電動モータ２７を駆動する。
【００２９】
図４は、モータ停止電流初期値Ｉstop(0)の演算処理を説明するためのフローチャートである。ＣＰＵ３１は、ステアリングホイール２に加えられる操舵トルクＴに応じてモータ電流値Ｉｍが変化することを利用し、モータ電流値Ｉｍを常時モニタする（ステップＵ１）。このモータ電流値Ｉｍに基づいて、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７が無負荷状態である場合のモータ電流値である無負荷電流値Ｉ０を求める（ステップＵ２）。そして、この求められた無負荷電流値Ｉ０に、車両の仕様に応じて予め定められた所定値ｄＩを加算した値Ｉ０＋ｄＩをモータ停止電流初期値Ｉstop(0)として設定する。
【００３０】
図５は、操舵トルクＴとモータ電流値Ｉｍとの対応関係を示す特性図である。横軸に操舵トルクＴがとられ、縦軸にモータ電流値Ｉｍがとられている。モータ電流値Ｉｍは、操舵トルクＴが０の付近では、Ｔ＝０の点を頂点とする曲線で表すことができる。操舵トルクＴが０の場合には電動モータ２７は無負荷状態であるから、モータ電流値Ｉｍの極小値が無負荷電流値Ｉ０に対応する。
一方、ステアリングホイール２に対して操舵補助力を与える必要のないトルクの範囲は、車両の仕様により定まる。このトルク範囲が、０を中心にトルクしきい値Ｔ１、−Ｔ１によって挟まれた範囲である場合、これらのトルクしきい値Ｔ１、−Ｔ１に対応するモータ電流値と無負荷電流値Ｉ０との差が予め求められて上記所定値ｄＩとして設定される。そして、無負荷電流値Ｉ０に所定値ｄＩを加算した値Ｉ０＋ｄＩ（＝Ｉstop(0)）以下の範囲を、ステアリングホイール２が操舵されていない範囲と判断することができる。上記所定値ｄＩは、たとえば車種ごとに予め求められてＲＯＭ３３に格納されている。
【００３１】
無負荷電流値Ｉ０は、主として作動油の温度によって変動する。すなわち、たとえば作動油の温度が低い場合には、作動油の粘性は高いから、作動油の温度が高い場合に比べて電動モータ２７の負荷は大きくなる。したがって、モータ電流値Ｉｍは、作動油の温度が低い場合には大きな値をとる。つまり、図５のＩｍ−Ｔ曲線は、上方にスライドし、無負荷電流値Ｉ０も大きくなる。
そこで、この実施形態では、無負荷電流値Ｉ０を演算により求め、求められた無負荷電流値Ｉ０にＲＯＭ３３に格納されている所定値ｄＩを加算した値Ｉ０＋ｄＩが、モータ停止電流初期値Ｉstop(0)として設定される。
【００３２】
無負荷電流値Ｉ０の演算は、たとえば、サンプリングしたモータ電流値Ｉｍのうち最頻出電流値を求めることによって達成される。より具体的には、ＣＰＵ３１は、モータ回転速度Ｒが一定であることを条件として、電流検出回路１２から出力される電流データを一定時間（たとえば10(min) 〜１(hour)）にわたってサンプリングする。このサンプリングによって得られた電流データに基づいて求められるモータ電流値Ｉｍは、正規分布をなす。この場合、操舵トルクＴが０の場合のモータ電流値Ｉｍが最頻出電流値となるから、この最頻出電流値を無負荷電流値Ｉ０として求める。
【００３３】
このような演算以外に、たとえば、モータ回転速度Ｒが一定であることを条件として、一定時間または一定回数にわたってサンプリングされたモータ電流値Ｉｍの中から最小値を求め、この求められた最小値を無負荷電流値Ｉ０としてもよい。
図６は、図２のステップＳ１３におけるモータ停止判定電流値Ｉstopの演算処理を説明するための図である。図６(a)にはバッテリ電圧ＶＢとモータ停止判定電流値Ｉstopとの関係が示されており、図６(b)には車速Ｖfとモータ停止判定電流値Ｉstopとの関係が示されている。より具体的には、モータ停止判定電流値Ｉstopは、モータ停止電流初期値Ｉstop(0)、バッテリ電圧ＶＢおよび車速Ｖfの関数として定められる。
【００３４】
図６(a)に示されているように、モータ停止判定電流値Ｉstopは、バッテリ電圧ＶＢが高いほど小さく設定され、バッテリ電圧ＶＢが低いほど大きく設定される。電動モータ２７は、その回転速度が設定回転速度Ｒに等しくなるようにフィードバック制御される。バッテリ電圧ＶＢが低下すると、電動モータ２７への供給電力が不足するから、電子制御ユニット３０は、その不足分をモータ電流を増加させて補おうとする。その結果、ステアリングホイール２にトルクが加えられていない無負荷状態においても、モータ電流値Ｉｍが大きな値をとることになる。
【００３５】
そこで、この実施形態では、バッテリ電圧ＶＢが低下したときには、モータ停止判定電流値Ｉstopを大きく設定することとしている。これにより、無負荷状態のときには、モータ電流値Ｉｍが大きな値をとる場合であっても、図２のステップＳ１４において肯定的な判定がされることになり、電動モータ２７の適切な停止制御を行える。これにより、無駄な電力消費を低減できるから、パワーステアリング装置の省エネルギー性を向上できる。
【００３６】
一方、図６(b)に示されているように、車速Ｖfの増加に伴って、モータ停止判定電流値Ｉstopは大きく設定される。高速走行時には、操舵補助はさほど必要にならない。そこで、この実施形態では、車速Ｖfが大きいときには、モータ停止判定電流値Ｉstopを大きく設定することにより、電動モータ２７を可能な限り停止状態とし、省エネルギー性の向上が図られている。
以上のようにこの第１実施形態によれば、バッテリ電圧ＶＢの変動に応じてモータ停止判定電流値Ｉstopが可変設定されるから、電動モータ２７の停止制御を適切に行える。これにより、無駄なエネルギー消費を抑制できる。
【００３７】
また、舵角速度Ｖθが第１しきい値ＶＴ１以下の領域では、舵角速度Ｖθとモータ回転速度Ｒとは、いわゆるヒステリシス特性を有している。すなわち、モータ起動のためのしきい値Ｖａは、モータ停止のためのしきい値Ｖｂよりも小さくなっている。これにより、操舵が開始されたときには操舵補助力を速やかに発生させることができるとともに、操舵終了時には操舵補助を速やかに停止させることができる。これにより、操舵フィーリングの向上と省エネルギー性の向上とを併せて達成できる。
【００３８】
図７は、この発明の第２の実施形態を説明するための図であり、舵角速度Ｖθとモータ回転速度Ｒとの関係が示されている。この図７の説明において、上述の図１および図２を再び参照する。
この実施形態では、無負荷状態においては、電動モータ２７を停止させるのではなく、電動モータ２７の回転速度Ｒをアイドル回転速度Ｒｉ（Ｒｉ＜Ｒ１）に減速することとしている。すなわち、図２のステップＳ１０，Ｓ１４〜Ｓ１６のすべての条件が成立したときに、電動モータ２７を停止する代わりに、その回転速度をアイドル回転速度Ｒｉに減速する。
【００３９】
この構成は、操舵補助が必要になったときに、電動モータ２７の回転速度を速やかに立ち上げて必要な油圧を発生させることができるので、操舵補助の応答性に優れているという利点がある。この構成を採用することで、操舵補助が不要なときには、アイドル回転速度Ｒｉでの回転により省エネルギー化を図り、かつ、操舵補助が必要になったときには速やかな立ち上がりを実現できるので、操舵フィーリングを向上できる。
【００４０】
そして、図２のステップＳ１３の処理によって、バッテリ電圧ＶＢの変動に応じて、モータ停止判定電流値Ｉstopが適切に可変設定されるから、無負荷状態のときには、バッテリ電圧ＶＢの変動によらずに、電動モータ２７の回転をアイドル回転速度Ｒｉに減速することができる。
以上、本発明の実施の２つの形態について説明しているが、本発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、絶対舵角θが舵角中点付近の値であることを電動モータ２７の停止またはアイドル回転速度Ｒｉへの減速のための必要条件としているが、この条件は省かれてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された技術的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】本発明の第１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】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３】舵角速度に対するモータ回転速度の設定例を示す特性図である。
【図４】モータ停止電流初期値設定処理を示すフローチャートである。
【図５】モータ停止電流初期値設定処理を説明するための図である。
【図６】モータ停止判定電流値の演算処理を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施形態における舵角速度とモータ回転速度との関係を示す特性図である。
【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
１１ 舵角センサ
１２ 電流検出回路
１３ 車速センサ
２０ パワーシリンダ
２３ 油圧制御弁
２６ オイルポンプ
２７ 電動モータ
２８ 駆動回路
３０ 電子制御ユニット
４０ 車載バッテリ
Claims (2)
- 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補助力を発生させるパワーステアリング装置において、
上記電動モータに電力を供給する電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、
上記電動モータに流れるモータ電流の値を検出するための電流検出手段と、
上記電源電圧検出手段によって検出された電源電圧に基づいて、上記電動モータを停止または所定のアイドル回転速度に減速するときのモータ電流値に関するしきい値である電流しきい値を可変設定する電流しきい値設定手段と、
上記電流検出手段により検出されたモータ電流値が上記電流しきい値設定手段によって設定された電流しきい値以下である状態が所定時間にわたって継続したことを条件に、上記電動モータを停止させるか、または、上記電動モータを上記アイドル回転速度に減速するモータ制御手段とを含み、
上記電流しきい値設定手段は、上記電源電圧検出手段によって検出された電源電圧が低いほど上記電流しきい値を大き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。 - 舵角速度を検出するための舵角速度検出手段をさらに含み、
上記モータ制御手段は、上記舵角速度検出手段により検出された舵角速度が所定の舵角速度しきい値以下であって、かつ、上記電流検出手段により検出されたモータ電流値が上記電流しきい値設定手段によって設定された電流しきい値以下である状態が所定時間にわたって継続したことを条件に、上記電動モータを停止させるか、または、上記電動モータを上記アイドル回転速度に減速するものであ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。
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