JP3673377B2 - 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。オイルポンプは、電動モータによって駆動され、その回転数に応じた操舵補助力がパワーシリンダから発生される。ステアリングが切り込まれていない状態では操舵補助力を要しないから、ステアリングが舵角中点近傍にある直線操舵状態においては、電動モータを停止させ、一定値以上の舵角変化が検出されたことに応答して電動モータを起動するようにして、いわゆるストップ・アンド・ゴー制御が行われている。
【０００３】
舵角中点の検出は、たとえば、ステアリング機構に関連して設けられた舵角センサの出力に基づいて行われる。舵角センサは、初期舵角を基準とした舵角変位、すなわち相対舵角を検出するものである。初期舵角は、イグニッションキースイッチが導通されたときの舵角であるから、かならずしも舵角中点であるとは限らず、ステアリングホイールが切り込まれた舵角の状態の場合もある。そこで、たとえば、舵角データを逐次検出し、舵角データの出現頻度を求めて、最頻出舵角データを舵角中点の舵角データとして定めるようにしている。
【０００４】
一方、低速走行時には高速走行時に比較して大きな操舵補助力が必要とされることから、たとえば、車速が１０km/h未満のときには、わずかな舵角変化（たとえば、３度）で電動モータを起動させ、車速が１０km/h以上のときにはそれよりも大きな舵角変化（たとえば、１６度）で電動モータを起動させることが提案されている。これにより、とくに低速走行時におけるキャッチアップ（引っかかり感）が低減される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、舵角中点付近では、操舵補助力を要しないので、たとえ車速が１０km/h未満であっても、わずかな舵角変化で電動モータを始動させては、過剰な操舵補助が行われ、省エネルギー性が損なわれることになる。
そこで、舵角の大小による電動モータの起動制御と、車速の高低による電動モータの起動制御とを併用することが考えられる。
【０００６】
ところが、上述のとおり、舵角中点は、エンジンの始動後直ちに決定されるわけではなく、ある程度の距離を走行した後でなければ決定することができない。したがって、エンジンの始動直後の期間には、舵角の検出を行うことができず、当然に、舵角の大小による電動モータの起動制御を行うことができない。
そのため、従来は、舵角の大小に拘わらず、低速走行時には、わずかな舵角変化に応答して電動モータを起動するようにして、操舵フィーリングの向上を優先し、省エネルギー性を或る程度犠牲にしている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、舵角検出が行えない期間における操舵フィーリングを悪化させることなく省エネルギー性を向上する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、ステアリングホイール（２）の相対舵角を検出し、その検出した相対舵角を表す舵角データを出力する舵角センサ（１１）と、この舵角センサが出力する舵角データに基づいて、舵角中点の舵角データを決定する舵角中点検出手段（Ｓ４）と、上記舵角中点検出手段によって決定された舵角中点の舵角データおよび上記舵角センサが出力する相対舵角を表す舵角データを基に、舵角中点を基準としたステアリングホイールの舵角である絶対舵角を検出する舵角検出手段（図１の舵角センサ１１および図２のステップＳ１，Ｓ４）と、この舵角検出手段が検出する絶対舵角が第１しきい値以上となったことに応答して上記電動モータを起動する第１制御手段（図１のＣＰＵ３１など、および図２のステップＳ６，Ｓ８〜Ｓ１０）と、上記舵角中点検出手段が舵角中点の舵角データを決定していないときに、舵角変化が、上記第１しきい値よりも小さな第２しきい値以上となったことに応答して上記電動モータを起動する第２制御手段（図１のＣＰＵ３１など、および図２のステップＳ６，Ｓ１１，Ｓ９，Ｓ１０）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。
【０００９】
上記の構成によれば、舵角中点の舵角データが決定されて絶対舵角の検出が行われているときには、絶対舵角が比較的大きな第１しきい値に達したときに電動モータを起動するようにしている。したがって、舵角中点付近においては、わずかな舵角変化では電動モータが起動しないから、省エネルギー性を向上できる。
一方、舵角中点の舵角データが未決定であって絶対舵角の検出が行われていないときには、舵角変化が比較的小さな第２しきい値に達したことに応答して電動モータが起動されるから、とくに舵角が比較的大きなときに生じやすいキャッチアップの発生を効果的に防止できる。これにより、操舵フィーリングが良くなる。
【００１０】
このように、舵角中点の舵角データが決定されているときと決定されていないときとで、しきい値を変化させることによって、操舵フィーリングを悪化させることなく、省エネルギー性の向上を図ることができる。
【００１１】
上記パワーステアリング装置は、さらに、舵角中点の舵角データが決定されて舵角検出手段が絶対舵角を検出している状態において、絶対舵角が中点付近の所定範囲内の値を有する場合には、絶対舵角が比較的大きな第３しきい値（上記第１しきい値と等しくてもよい。）に達したことを条件として上記電動モータを起動し、絶対舵角が中点付近の所定範囲外の値を有する場合には、舵角変化が第３しきい値よりも小さな第４しきい値（上記第２しきい値と等しくてもよい。）に達したことに応答して上記電動モータを起動する手段（図２のステップＳ７，Ｓ８，Ｓ１１など）を有していてもよい。このようにすれば、舵角中点付近では電動モータが無用に起動されることがなくなる一方、舵角が大きな場合にはわずかな舵角変化で電動モータを起動させることにより、キャッチアップの発生を防止できる。
【００１２】
さらに、上記パワーステアリング装置は、車速を検出する車速検出手段（図１の車速センサ１２および図２のステップＳ１）と、上記車速検出手段によって検出される車速が所定値未満の場合に、舵角中点検出手段によって舵角中点の舵角データが決定されたか否かに応じて、絶対舵角を基準としたモータ起動制御と、舵角変化を基準としたモータ起動制御との切り替えを許容する手段（図２のステップＳ５，Ｓ６）を含むものであってもよい。このようにすれば、低速走行時におけるモータの起動制御を適切に行うことができ、適切な操舵補助を行える。
【００１３】
上記の各特徴は、個々に請求項１の発明と組み合わせられてもよく、また、任意の組み合わせで請求項１の発明と組み合わせられてもよい。
【００１４】
【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、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。
【００１５】
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とを有している。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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
操舵補助力の大きさは、オイルポンプ２６を作動させる電動モータ２７への印加電圧を制御することによって調整される。モータ２７は、電子制御ユニット３０によって制御されるようになっている。この電子制御ユニット３０は、ステアリングホイール２の舵角を検出する舵角センサ１１の出力信号と、車両の速さを検出する車速センサ１２の出力信号と、トーションバー９に加えられたトルクの方向および大きさを検出するトルクセンサ１３の出力信号とに基づいて、モータ２７への印加電圧を定める。これによって、舵角、車速および操舵トルクに応じた操舵補助力がステアリング機構１に与えられることになる。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。
【００２１】
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３１、ＣＰＵ３１のワークエリアなどを提供するＲＡＭ３２、およびＣＰＵ３１の動作プログラムなどを記憶したＲＯＭ３３と、これらを相互接続するバス３４とを有している。
ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３に記憶された動作プログラムに従って動作し、舵角、車速および操舵トルクに対応した適切な操舵補助力がステアリング機構１に与えられるようにモータ２７への印加電圧を制御する。
【００２２】
舵角センサ１１は、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され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を検出するものである。電子制御ユニット３０は、舵角センサ１１からの舵角データに基づいて舵角中点の舵角データを決定する中点検出処理を実行し、決定された舵角中点の舵角データと舵角センサ１１からの相対舵角データとに基づいて、舵角中点を基準としたステアリングホイール２の舵角である絶対舵角を算出する。舵角中点の検出は、たとえば、舵角センサ１１からの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の値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。その他、舵角中点の検出には、特開平８−１９８１２９号公報に開示された技術など任意の方法が適用可能である。いずれの方法を適用する場合であっても、イグニッションキースイッチが導通されて電子制御ユニット３０による処理が開始された直後の期間には、舵角中点の舵角データは決定しておらず、車両がある程度の距離を走行するまでは、舵角中点の舵角データが確定することはない。
【００２３】
電子制御ユニット３０は、下記表１に示す起動条件１、起動条件２、または起動条件３のいずれかに基づいて、モータ２７を起動する。
【００２４】
【表１】
起動条件１：絶対舵角の絶対値が第１しきい値（たとえば、９度）以上
または、舵角速度が９０度／秒以上
起動条件２：舵角変化が第２しきい値（たとえば、３度）以上
起動条件３：舵角変化が第３しきい値（たとえば、１６度）以上
または、舵角速度が９０度／秒以上
ただし、第３しきい値＞第１しきい値＞第２しきい値 である。
【００２５】
起動条件１は、絶対舵角の絶対値が比較的大きな第１しきい値（たとえば、９度）に達したとき、または、舵角速度が９０度／秒以上のときに、モータ２７を起動させる条件である。この起動条件１は、車速が10km/h未満で、かつ舵角が中点付近の所定範囲（たとえば、±５度。すなわち、ステアリングホイール２の遊び角程度の範囲）内の値であるときに適用される。
【００２６】
起動条件２は、舵角変化が比較的小さな第２しきい値（たとえば、３度）に達したときにモータ２７を起動させる条件である。この起動条件２は、車速が10km/h未満であり、舵角が中点付近の上記所定範囲外の値である場合に適用される。また、車速が１０km/h未満である場合であって、舵角中点の舵角データが未決定の場合は、絶対舵角を求めることができないので、この起動条件２が適用される。
【００２７】
起動条件３は、舵角変化が比較的大きな第３しきい値（たとえば、１６度）に達したとき、または、舵角速度が９０度／秒以上のときに、モータ２７を起動させる条件である。この起動条件３は、車速が10km/h以上の場合に、適用される条件である。
図２は、電動モータ２７の起動に関連する電子制御ユニット３０による処理を説明するためのフローチャートである。まず、車速センサ１２からの車速データおよび舵角センサ１１からの舵角データが読み込まれ（ステップＳ１）。そして舵角データに基づいて、舵角の変化率である舵角速度が算出され（ステップＳ２）、さらに舵角データのサンプリング周期（たとえば、２００マイクロ秒）内における舵角の変化量である舵角変化が算出される（ステップＳ３）。そして、ステップＳ１で読み込まれた舵角データを用いて中点検出処理（ステップＳ４）が行われる。上記のように、中点検出処理を行っても必ずしも直ちに舵角中点の舵角データが決定されるわけではなく、舵角中点の舵角データが決定される場合もあれば、決定できない場合もある。
【００２８】
次いで、車速が１０km/h未満かどうかが判断される（ステップＳ５）。車速が１０km/h未満である場合には、さらに、舵角中点の舵角データが決定済み（中点決定済み）かどうかが判断される（ステップＳ６）。舵角中点の舵角データが決定されていれば、舵角中点の舵角データと舵角センサ１１からの舵角データに基づいて絶対舵角を算出することができるので、次に、ステアリングホイール２の舵角が舵角中点付近の上記所定範囲内の値であるかどうかが判断される（ステップＳ７）。この判断が肯定されれば、上記起動条件１が採用され（ステップＳ８）、この起動条件が満たされれば（ステップＳ９）、モータ２７が起動される（ステップＳ１０）。こうして、舵角が中点付近の値の場合には、低速走行時であっても、絶対舵角の絶対値が、比較的大きく設定された第１しきい値に達しておらず、かつ、舵角速度が９０度／秒未満のときは、モータ２７が起動されない。したがって、操舵補助の不要な舵角中点付近において、モータ２７が無用に起動されることがなくなる。これにより、省エネルギー性が向上される。
【００２９】
ステップＳ７において、舵角が中点付近の値でないと判断された場合は、起動条件２を採用する（ステップＳ１１）。これにより、低速走行中において舵角が中点付近の値でない場合には、比較的小さな舵角変化でモータ２７が起動されることになるので、キャッチアップの発生を効果的に防止することができる。これにより、低速走行時における良好な操舵フィーリングが得られる。
【００３０】
もしも、ステップＳ６において、舵角中点の舵角データが決定されていないと判断されたならば、起動条件２が採用され（ステップＳ１１）、この起動条件２が満たされるか否かで、モータ２７の起動を行うか否かが決定される（ステップＳ９，Ｓ１０）。これにより、舵角中点の舵角データが決定される以前においては、全舵角範囲において、比較的小さな舵角変化でモータ２７が起動されることになる。これにより、低速走行時におけるキャッチアップの発生を防止でき、良好な操舵フィーリングが得られる。
【００３１】
一方、ステップＳ５において、車速が１０km/h以上であると判断されたならば、起動条件３が採用される（ステップＳ１２）。すなわち、低速走行中でない場合には、舵角変化が比較的大きくなった場合、または、舵角速度が大きい場合に、モータ２７が起動されることになる（ステップＳ９，Ｓ１０）。
ステップＳ９において起動条件が満たされない場合には、ステップＳ１に戻る。ただし、舵角中点の舵角データが決定された後には、ステップＳ４の中点検出処理は省かれてもよい。
【００３２】
また、モータ２７が起動された後には、一定の条件（たとえば、舵角がステアリングホイール２の遊び角の範囲内である状態が一定時間継続するなどの条件）が満たされれば、モータ２７が停止されることになる。そして、モータ２７が停止された後には、ステップＳ１からの処理が行われる。この場合にも、舵角中点の舵角データが一旦決定された後には、中点検出処理（ステップＳ４）は、省かれてもよい。
【００３３】
以上のようにこの実施形態によれば、舵角中点の舵角データが決定される以前の絶対舵角の検出を行えない期間には、比較的小さな舵角変化が検出されたことに応答してモータ２７を起動することにより、低速走行時における良好な操舵フィーリングが確保される。そして、舵角中点の舵角データが決定された後の絶対舵角の検出が可能な期間には、絶対舵角の絶対値が、比較的大きく設定された第１しきい値に達したこと、および、舵角速度が９０度／秒以上であることにそれぞれ応答して、モータ２７を起動するようにしている。そのため、舵角中点の舵角データが決定された後には、舵角中点付近においてモータ２７が無用に起動されることがなくなるので、省エネルギー性を向上できる。
【００３４】
さらに、この実施形態においては、絶対舵角が舵角中点付近の値を有する場合であっても、舵角速度が大きい場合にモータ２７を起動する起動条件１を採用するようにしているので、急操舵時などには必要な操舵補助力を速やかに発生させることができる。
この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、上記以外の形態でも実施することができ、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】電動モータの起動に関連する処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ ステアリング機構
１１ 舵角センサ
１２ 車速センサ
２０ パワーシリンダ
２６ オイルポンプ
２７ 電動モータ
３０ 電子制御ユニット
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３３ ＲＯＭ

Claims (1)

1. 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、
   ステアリングホイールの相対舵角を検出し、その検出した相対舵角を表す舵角データを出力する舵角センサと、
   この舵角センサが出力する舵角データに基づいて、舵角中点の舵角データを決定する舵角中点検出手段と、
   上記舵角中点検出手段によって決定された舵角中点の舵角データおよび上記舵角センサが出力する相対舵角を表す舵角データを基に、舵角中点を基準としたステアリングホイールの舵角である絶対舵角を検出する舵角検出手段と、
   この舵角検出手段が検出する絶対舵角が第１しきい値以上となったことに応答して上記電動モータを起動する第１制御手段と、
   上記舵角中点検出手段が舵角中点の舵角データを決定していないときに、舵角変化が、上記第１しきい値よりも小さな第２しきい値以上となったことに応答して上記電動モータを起動する第２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。

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