JP3981622B2 - 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】
この発明は、パワーシリンダ側に導く流量を制御する流量制御弁を備えたパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流量制御装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この従来例を示したのが図２である。
図示したように、流量制御弁Ｖに、ポンプＰを接続している。
上記流量制御弁Ｖのスプール１は、その一端を一方のパイロット室２に臨ませ、他端を他方のパイロット室３に臨ませている。上記一方のパイロット室２は、ポンプポート４を介してポンプＰに常時連通している。また、他方のパイロット室３にはスプリング５を介在させている。このようにした両パイロット室２，３は、ソレノイドＳＯＬの励磁電流Ｉに応じて開度を制御する可変オリフィスａを介して、たがいに連通している。
【０００３】
すなわち、一方のパイロット室２は、流路６→可変オリフィスａ→流路７を経由してパワーシリンダ８を制御するステアリングバルブ９の流入側に連通している。また、他方のパイロット室３は、流路１０および流路７を介してステアリングバルブ９の流入側に連通している。
したがって、上記両パイロット室２，３は、可変オリフィスａを介して連通することになり、可変オリフィスａの上流側の圧力が一方のパイロット室２に作用し、下流側の圧力が他方のパイロット室３に作用することになる。
【０００４】
そして、スプール１は、一方のパイロット室２の作用力と、他方のパイロット室３の作用力およびスプリング５の作用力とがバランスした位置を保つが、そのバランス位置において、前記タンクポート１１の開度が決められる。
今、エンジン等からなるポンプ駆動源１２が停止していると、ポンプポート４に圧油が供給されない。ポンプポート４に圧油が供給されなければ、両パイロット室２，３には圧力が発生しないので、スプール１はスプリング５の作用で図示のノーマル位置を保つ。
【０００５】
上記の状態からポンプＰが駆動して、ポンプポート４に圧油が供給されると、可変オリフィスａに流れができるので、そこに差圧が発生する。この差圧の作用で、両パイロット室２，３に圧力差が発生し、この圧力差に応じてスプール１がスプリング５に抗して移動し、上記バランス位置を保つ。
このようにスプール１がスプリング５に抗して移動することによって、タンクポート１１の開度を大きくするが、このときのタンクポート１１の開度に応じて、ステアリングバルブ９側に導かれる制御流量ＱＰと、タンクＴあるいはポンプＰに還流される戻り流量ＱＴの分配比が決まる。言い換えれば、タンクポート１１の開度に応じて制御流量ＱＰが決まることになる。
【０００６】
上記のように制御流量ＱＰが、スプール１の移動位置で決まるタンクポート１１の開度に応じて制御されるということは、結局は、可変オリフィスａの開度に応じて制御流量ＱＰが決まることになる。なぜなら、スプール１の移動位置は、両パイロット室２，３の圧力差で決まるとともに、この圧力差を決めているのが可変オリフィスａの開度だからである。
【０００７】
したがって、車速や操舵状況に応じて、制御流量ＱＰを制御するためには、可変オリフィスａの開度、すなわちソレノイドＳＯＬの励磁電流を制御すればよいことになる。
なぜなら、可変オリフィスａは、ソレノイドＳＯＬの励磁電流の大きさによって、開度を最大から最小まで任意に制御できるからである。
【０００８】
なお、前記ステアリングバルブ９は、図示していないステアリングホィールの入力トルク（操舵トルク）に応じて、パワーシリンダ８の圧力を制御するものである。例えば、操舵トルクが大きければ、パワーシリンダ８への供給量を大きくし、操舵トルクが小さければそれに応じてパワーシリンダ８の圧力を小さくするようにしている。この操舵トルクとステアリングバルブ９の切り換え量は、図示していないトーションバーなどのねじれ反力によって決まることになる。
【０００９】
上記のように操舵トルクが大きいときに、ステアリングバルブ９の切り換え量を大きくすれば、その分、パワーシリンダ８によるアシスト力が大きくなる。反対に、ステアリングバルブ９の切り換え量を小さくすれば、上記アシスト力は小さくなる。
そして、ピストンの移動速度によって決まるパワーシリンダ８の必要（要求）流量ＱＭと、流量制御弁Ｖで決められる制御流量ＱＰとをなるべく等しくすれば、ポンプＰ側のエネルギー損失を低く抑えることができる。なぜなら、ポンプＰ側のエネルギー損失は、制御流量ＱＰとパワーシリンダ８の必要流量ＱＭとの差によって発生するからである。
【００１０】
上記のように制御流量ＱＰを、パワーシリンダ８の必要流量ＱＭにできるだけ近づけるために、可変オリフィスａの開度を制御するのが、ソレノイドＳＯＬに対するソレノイド電流指令値ＳＩであり、このソレノイド電流指令値ＳＩを制御するのが、コントローラＣである。
このコントローラＣには、操舵角センサ１６と車速センサ１７とを接続し、これら両センサの出力信号に基づいて、ソレノイドＳＯＬの励磁電流を制御するようにしている。
【００１１】
なお、図中符号１８はスプール１の先端に形成したスリットで、スプール１が図示の位置にあるときにも、このスリット１８を介して一方のパイロット室２が流路７に常時連通するようにしている。言い換えると、スプール１が図示の状態にあって、流路６を閉じているようなときにも、ポンプＰの吐出油が、このスリット１８を介して、ステアリングバルブ９側に供給されるようにしている。
【００１２】
このように微少流量であるが、ステアリングバルブ９側に圧油を供給するようにしたのは、キックバック等の外乱の防止、および応答性の確保を目的にしているからである。
なお、符号１９は、コントローラＣとソレノイドＳＯＬとの間に接続したソレノイドＳＯＬの駆動装置ある。
また、符号１３，１４は絞りであり、符号１５はリリーフ弁である。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−２６０９１７号公報（第３〜６頁、図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の装置では、コントローラＣに操舵角センサを接続し、このセンサの出力信号に基づいて、ソレノイドＳＯＬの励磁電流を制御するようにしている。すなわち、操舵角センサからの操舵角信号が大きくなれば、コントローラＣから出力される基本ソレノイド電流指令値Ｉｂも大きくなるようにしている。基本ソレノイド電流指令値Ｉｂが大きければ、可変オリフィスａの開度は大きく保たれ、パワーシリンダへの供給流量が増大する。
しかし、例えば、高速道路のインターチェンジなどでは、操舵角を一定に保った状態で旋回走行することがある。この場合、操舵角はある程度大きくなるが、ステアリングホィールは一定に保ったままである。すなわち、ステアリングホィールが保舵状態である。上記ステアリングホィールが保舵状態にも拘わらず、上記操舵角に応じた流量がパワーシリンダに供給され、アシスト力が発揮される。
【００１５】
実際には、保舵状態なのに、上記操舵角に応じたアシスト力が発揮されるので、ステアリングホィールの保舵力が軽すぎるという問題がある。
また、上記のように必要以上のアシスト力が発揮されるので、その分、エネルギーロスが発生するという問題もあった。
【００１６】
この発明の目的は、ステアリングホィールを一定に保った保舵状態である場合でも、ステアリングホィールが極端に軽くなってしまうのを防止するとともに、省エネを実現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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、パワーシリンダを制御するステアリングバルブと、このステアリングバルブの上流側に設けた可変オリフィスと、この可変オリフィスの開度を制御するソレノイドと、このソレノイド励磁電流を制御するコントローラと、ポンプから供給される流量を上記可変オリフィスの開度に応じてステアリングバルブに導く制御流量とタンクまたはポンプに環流させる戻り流量とに分配する流量制御弁と、操舵角を検出する操舵角センサと、車両の旋回状態を検出する旋回検出手段とを備え、上記コントローラは操舵角に基づいて、ソレノイド励磁電流の基礎となるソレノイド電流指令値を出力するとともに、上記旋回検出手段からの信号によって旋回時であると判断した場合には、上記ソレノイド電流指令値に定数α＜１を乗算し、上記可変オリフィスの開度を相対的に小さくすることを特徴とする。
【００１８】
第２の発明は、操舵角速度を検出または算出する操舵角速度特定手段を備え、コントローラは操舵角センサからの操舵角信号θからソレノイド電流指令値Ｉθを決定し、操舵角速度特定手段からの操舵角速度信号ωからソレノイド電流指令値Ｉωを決定するとともに、上記ソレノイド電流指令値Ｉθに定数α＜１を乗算し、この乗算値にソレノイド指令値Ｉωを加算して基本ソレノイド電流指令値Ｉｂとすることを特徴とする。
第３の発明は、上記旋回検出手段が、車両の幅方向に発生する加速度を検出する横加速度センサからなり、コントローラは、上記横加速度センサからの横加速度信号ｇが基準値以上のとき、旋回時であると判断して、上記ソレノイド電流指令値に定数α＜１を乗算し、上記可変オリフィスの開度を相対的に小さくすることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に示したこの発明の実施形態は、コントローラＣで旋回状態を判断し、旋回状態の場合には可変オリフィスａの開度を小さくする点に特徴を有し、その他の構成については図２に示した前記従来例と同じである。
以下では、コントローラＣについて詳細に説明し、従来と同じ構成要素については同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
上記コントローラＣには旋回判定手段２０を設け、この旋回判定手段２０に図示しない横加速度センサからの横加速度信号ｇを入力している。上記横加速度センサは車両の幅方向に発生する加速度を検出するものであり、この横加速度センサが、本発明でいう旋回検出手段である。
また、上記コントローラＣには、操舵角信号θ、操舵角速度信号ω、および車速信号ｖを入力するようにしている。
【００２１】
上記操舵角信号θは、操舵角センサ１６によって検出した操舵角に基づいて算出するとともに、操舵角信号θに基づいてソレノイド電流指令値Ｉθを決定している。したがって、この発明でいう操舵角速度特定手段として操舵角センサ１６を用いている。
このソレノイド電流指令値Ｉθは、その操舵角信号θと制御流量ＱＰとの関係がリニアな特性になる理論値に基づいて決めている。ただし、ソレノイド電流指令値Ｉθは、操舵角信号θがある設定値以上にならなければゼロを出力するようにしている。つまり、ステアリングホィールが中立あるいはその近傍にあるときには、上記ソレノイド電流指令値Ｉθがゼロになるようにしている。
【００２２】
上記のようにソレノイド電流指令値Ｉθを決めたら、旋回判定手段２０から定数αを出力し、この定数αをこのソレノイド電流指令値Ｉθに乗算する。
すなわち、上記旋回判定手段２０は、上記横加速度信号ｇが基準値以上であるかどうかを検出し、基準値以上である場合には、旋回中であると判断する。そして、この旋回中であると判断した場合に定数α＜１を上記ソレノイド電流指令値Ｉθに乗算する。このときの定数αというのは、１よりも小さい数を設定しているので、この定数αを乗算することによって上記ソレノイド電流指令値Ｉθを小さくすることができる。
【００２３】
一方、上記加速度信号ｇが基準値よりも小さい場合には、旋回判定手段２０は旋回していないと判断し、定数α＝１をソレノイド電流指令値Ｉθに乗算する。したがって、ソレノイド電流指令値Ｉθはそのままの値となる。
【００２４】
上記のようにソレノイド電流指令値Ｉθに定数α＜１、あるいは定数α＝１を乗算したら、この乗算値に操舵角速度信号ωに基づいて決定したソレノイド電流指令値Ｉωを加算する。この操舵角速度信号ωは、上記操舵角信号θを微分して算出したものである。ただし、この操舵角速度信号ωは、操舵角速度センサを別に設けて、この操舵角速度センサによって直接求めてもよい。この場合には操舵角速度特定手段が操舵角速度センサとなる。
【００２５】
また、上記ソレノイド電流指令値Ｉωは、操舵角速度信号ωと制御流量ＱＰとがリニアな特性になる理論値に基づいて決めている。なお、操舵角速度信号ωが、ある設定値以上にならなければゼロを出力するようにしている。つまり、ステアリングホィールが中立あるいはその近傍にあるときには、上記ソレノイド電流指令値Ｉωがゼロになるようにしている。
【００２６】
上記のようにしてソレノイド電流指令値Ｉθに定数αを乗算し、これにソレノイド電流指令値Ｉωを加算したら、この加算値（Ｉθ×α＋Ｉω）に、車速信号ｖに基づいたソレノイド電流指令値Ｉｖを乗算する。
この車速信号ｖに基づいたソレノイド電流指令値Ｉｖは、車速が低速域では１を出力し、高速域ではゼロを出力する。また、低速域と高速域との間の中速域では、１からゼロまでの小数点以下の値を出力するようにしている。
【００２７】
したがって、上記（Ｉθ×α＋Ｉω）に車速信号ｖに基づいたソレノイド電流指令値Ｉｖを乗算すれば、低速域では（Ｉθ×α＋Ｉω）がそのまま出力され、高速域では（Ｉθ×α＋Ｉω）がゼロになる。
また、中速域では、速度が上がれば上がるほどそれに反比例した値が出力されることになる。
【００２８】
さらに、上記（Ｉθ×α＋Ｉω）×Ｉｖが決定したら、この値にスタンバイソレノイド電流指令値Ｉｓを加算する。そして、これを基本ソレノイド電流指令値ＩｂとしてコントローラＣから出力し、この基本ソレノイド電流指令値Ｉｂを基にソレノイド励磁電流を制御する。
【００２９】
上記スタンバイソレノイド電流指令値Ｉｓは、可変オリフィスａの開度を制御するソレノイドＳＯＬに所定の電流が常に供給されるようにするためのものである。つまり、操舵角信号θ、操舵角速度信号ωおよび車速信号ｖに基づいたソレノイド電流指令値が全てゼロの場合でも、スタンバイソレノイド電流指令値Ｉｓによって可変オリフィスａが一定の開度を保ち、所定のスタンバイ流量ＱＳがステアリングバルブ９側に常に供給されるようにしている。
【００３０】
このように一定のスタンバイ流量ＱＳを確保する理由は、以下の通りである。すなわち、タイヤにキックバック等の外乱やセルフアライニングトルク等による抗力が作用すると、それがパワーシリンダ８のロッドに作用するが、このような場合であっても、スタンバイ流量ＱＳを確保しておけば、タイヤがふらつくのを防止できるからである。また、スタンバイ流量ＱＳを確保しておけば、それが全然ないときよりも、目的の制御流量に短時間で達することができる分、応答性を向上させることができるからである。
また、どんな場合でもスタンバイ流量は必ず確保されるので、低速域での直進走行時であっても、キックバック等による外乱に対抗でき、また、操舵時の応答性も良好に保つことができる。
【００３１】
上記のような実施形態では、旋回判定手段２０によって、横加速度信号ｇが基準以上になった場合には、旋回中であると判断するようにしている。したがって、例えばインターチェンジなどで、操舵角を一定に保った保舵状態で旋回走行しているような場合であっても、横加速度信号ｇが基準以上になれば、これを旋回中と判断することができる。
そして、上記旋回中と判断した場合には、ソレノイド電流指令値Ｉθに定数α＜１が乗算されて、このソレノイド電流指令値Ｉθが実質小さくなるようにしている。したがって、その分基本ソレノイド電流指令値Ｉｂも小さくなり、パワーシリンダに供給される流量を抑制することができる。
【００３２】
上記保舵しながら旋回している場合に、パワーシリンダに供給される流量を抑制することができるので、ステアリングホィールが軽くなりすぎるのを防止することができる。また、上記保舵時のパワーシリンダに供給される流量を抑制することができるので、その分、省エネを実現することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では旋回検出手段として横加速度センサを設けるようにしているが、操舵角速度センサを用いるようにしてもよいし、操舵角センサを用いるようにしてもよい。上記操舵角速度センサを用いた場合には、操舵角が一定の値以上であって、かつ操舵角速度がゼロの場合に、保舵しながら旋回していると判断するようにしている。
このように操舵角速度センサを用いることによって、特別に旋回を検出するための旋回検出手段を設けなくてもよい。したがって、その分、コストダウンを図ることができる。
また、上記操舵角センサを用いた場合には、この操舵角から操舵角速度を演算して求めることができる。このように操舵角から操舵角速度を演算して求めることによって、操舵角センサだけを用いるだけでよく、特別に操舵角速度センサを用いる必要がない。したがって、その分コストダウンを図ることができる。なお、この操舵角センサだけを用いた場合の制御方法は、上記操舵角速度センサを用いた場合と同様であり、操舵角が一定の値以上であって、かつ、操舵角速度がゼロの場合に、保舵しながら旋回していると判断するようにしている。
【００３４】
また、上記旋回検出手段としては、ヨーレートセンサを設けることも考えられる。そして、このヨーレートセンサに基づいたヨーレート信号が、一定値以上でるときに、旋回中であると判断するようにする。
いずれにしても、上記旋回を判断できるものであれば、上記旋回検出手段として用いることができる。
【００３５】
さらに、上記実施形態では、定数αをソレノイド電流指令値Ｉθに乗算するようにしているが、これに限ったものではない。例えば、ソレノイド電流指令値Ｉθとソレノイド電流指令値Ｉωとの加算値、あるいはこれとソレノイド電流指令値Ｉｖとの乗算値に上記定数αを乗算するようにしてもよい。また、基本ソレノイド電流指令値Ｉｂに定数αを乗算するようにしてもよい。いずれにしても、旋回中であると判断された場合に、可変オリフィスａを制御するソレノイド電流の基礎となるソレノイド電流指令値が通常の制御をおこなっている場合に比べて小さくなればよい。
【００３６】
ただし、ソレノイド電流指令値Ｉωが加算される前に、定数αをソレノイド電流指令値Ｉθに乗算するようにした方が、操舵の応答性に影響を与えず、良好な操舵フィーリングを得ることができる。なぜなら、上記操舵角速度ωは、もともと応答性を向上させるために加算するようにしたものである。それにもかかわらず、このソレノイド電流指令値Ｉωが加算された後に定数αを乗算すると、せっかく向上した応答性が低下する可能性があるからである。したがって、この応答性の低下を防止するために、ソレノイド電流指令値Ｉωが加算される前に、定数αを乗算するようにしている。
【００３７】
【発明の効果】
第１，３の発明によれば、旋回検出手段からの信号によってコントローラが旋回時であると判断した場合には、ソレノイド電流指令値に定数α＜１を乗算し、上記可変オリフィスの開度を相対的に小さくすることとした。したがって、ステアリングホィールを固定しながら、旋回しているような状況でも、パワーシリンダへの供給流量を抑制することができる。パワーシリンダへの供給流量を抑制することができるので、ステアリングホィールが軽すぎたりするのを防止できる。しかも、上記供給流量を抑制した分、省エネを実現することができる。
【００３８】
第２の発明は、操舵角信号から決定したソレノイド電流指令値Ｉθに定数α＜１を乗算し、この乗算値にソレノイド指令値Ｉωを加算して基本ソレノイド電流指令値Ｉｂとすることとした。したがって、より応答性に影響を与えない、良好な操舵フィーリングを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のコントローラの通常制御の制御系を示すブロック図である。
【図２】従来例の回路図である。
【符号の説明】
８ パワーシリンダ
９ ステアリングバルブ
１６ 操舵角センサ
Ｖ 流量制御弁
Ｐ ポンプ
ａ 可変オリフィス
ＱＰ 制御流量
ＱＴ 戻り流量
Ｃ コントローラ
θ 操舵角信号
Ｉｂ 基本ソレノイド電流指令値

Claims (3)

1. パワーシリンダを制御するステアリングバルブと、このステアリングバルブの上流側に設けた可変オリフィスと、この可変オリフィスの開度を制御するソレノイドと、このソレノイド励磁電流を制御するコントローラと、ポンプから供給される流量を上記可変オリフィスの開度に応じてステアリングバルブに導く制御流量とタンクまたはポンプに環流させる戻り流量とに分配する流量制御弁と、操舵角を検出する操舵角センサと、車両の旋回状態を検出する旋回検出手段とを備え、上記コントローラは操舵角に基づいて、ソレノイド励磁電流の基礎となるソレノイド電流指令値を出力するとともに、上記旋回検出手段からの信号によって旋回時であると判断した場合には、上記ソレノイド電流指令値に定数α＜１を乗算し、上記可変オリフィスの開度を相対的に小さくすることを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 操舵角速度を検出または算出する操舵角速度特定手段を備え、コントローラは操舵角センサからの操舵角信号θからソレノイド電流指令値Ｉθを決定し、操舵角速度特定手段からの操舵角速度信号ωからソレノイド電流指令値Ｉωを決定するとともに、上記ソレノイド電流指令値Ｉθに定数α＜１を乗算し、この乗算値にソレノイド指令値Ｉωを加算して基本ソレノイド電流指令値Ｉｂとす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. 上記旋回検出手段は、車両の幅方向に発生する加速度を検出する横加速度センサからなり、コントローラは、上記横加速度センサからの横加速度信号ｇが基準値以上のとき、旋回時であると判断して、上記ソレノイド電流指令値に定数α＜１を乗算し、上記可変オリフィスの開度を相対的に小さくすることを特徴とする請求項１または２記載のパワーステアリング装置。

Images