JP4000993B2 - 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、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、その電動モータの回転速度に応じた流量の作動油を送出する。また、ステアリング軸には、ステアリングホイール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と、このトーションバー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とが組み込まれている。油圧制御弁は、オイルポンプとパワーシリンダとの間の油圧系統に介装されていて、この油圧制御弁の開度およびオイルポンプからの作動油の流量に応じた操舵補助力がパワーシリンダから発生される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のパワーステアリング装置の中には、電動モータのストップ・アンド・ゴー制御を行うものがある。すなわち、ステアリングホイールがほとんど操作されていない状況では操舵補助力を必要としないから、たとえば、ステアリングホイールの操舵角が所定角度未満のときには、電動モータが所定の低回転速度（零を含む。）で駆動されて、オイルポンプから送出される作動油の流量が小さく抑えられる。そして、ステアリングホイールが所定角度以上に操作されると、これに応答して、電動モータの回転速度が所定の高回転速度まで立ち上げられる。このようなストップ（アイドル）・アンド・ゴー制御により、省エネルギー性の向上を図ることができ、また、ステアリングホイールが積極的に操舵されている状況において、そのステアリングホイールの操作に応じた適切な操舵補助力を速やかに発生することができる。
【０００４】
【特許文献１】
登録実用新案第２５６２４２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
たとえば、山道などを走行しているときに、ステアリングホイールを左側または右側に一定角度以上切り込んでから反対方向に切り返すといった操作（切り返し操作）が繰り返された後、ステアリング操作がほとんど行われない状態（車両が直進している状態）がしばらく続き、その後、ステアリングホイールの切り返し操作が再び繰り返されることがある。
【０００６】
このようなステアリング操作が行われた場合、従来のストップ・アンド・ゴー制御の下では、ステアリング操作がほとんど行われない状態となって、ステアリングホイールの操舵角が所定角度未満に下がると、これに応答して、直ちに、電動モータの回転速度が低回転速度に下げられる。このため、ステアリングホイールの切り返し操作が再開された直後は、ステアリング操作に対して十分な応答性で操舵補助力を発生させることができなかった。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、ストップ・アンド・ゴー制御による省エネルギー性を確保しつつ、切り返し操作の多い状況下では良好な応答性で操舵補助力を発生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。
【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、操作手段（１１）の操作に応じて電動モータ（２９）を制御し、この電動モータにより駆動されるポンプ（２７）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であって、上記操作手段の一定時間あたりの操作回数を検出する操作回数検出手段（３１）と、この操作回数検出手段によって検出される操作回数が予め定める回数以上であるか未満であるかに基づいて、上記電動モータの目標回転速度を予め定める高回転速度（ＶＨ）とそれよりも低い低回転速度（ＶＬ）とに切り替えて設定する目標回転速度設定手段（３２）と、上記電動モータの目標回転速度が上記高回転速度に設定されている状態で、上記操作回数検出手段が上記予め定める回数未満の操作回数を検出した場合に、その検出時点から所定の遅延時間が経過するまでの間、上記目標回転速度設定手段による目標回転速度の低回転速度への切り替えを禁止して、電動モータの目標回転速度を高回転速度に保持し続ける高回転速度保持手段（３３）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】
なお、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を表す。以下、この項において同じ。
上記の構成によれば、電動モータの目標回転速度が高回転速度に設定されると、その後、一定時間あたりの操作回数が予め定める回数未満に下がっても、所定の遅延時間が経過するまでの間は、電動モータの目標回転速度が高回転速度に保持され続ける。
【００１０】
たとえば、一定時間あたりの操作回数が予め定める回数以上となるようなステアリング操作（切り返し操作）が繰り返された後、ステアリング操作がほとんど行われない状態が短時間続き、その後、一定時間内あたりの操作回数が予め定める回数以上となるようなステアリング操作が再び行われた場合、一定時間あたりの操作回数が上記予め定める回数以上となるようなステアリング操作が行われている間は、電動モータの目標回転速度が高回転速度に設定される。その後、ステアリング操作がほとんど行われなくなると、一定時間あたりの操作回数が上記予め定める回数未満となるが、所定の遅延時間が経過するまでは、電動モータの目標回転速度が高回転速度に保持され続ける。したがって、一定時間内あたりの操作回数が予め定める回数以上となるようなステアリング操作が再開された時には、電動モータの目標回転速度が高回転速度に保持されているから、ステアリングホイール操作の開始直後から良好な応答性で適切な操舵補助力を発生させることができる。また、一定時間あたりの操作回数が予め定める回数未満になった後、所定の遅延時間が経過するまでの間にステアリング操作がほとんど行われなかった場合には、電動モータの目標回転速度が低回転速度に下げられるので、それ以降は、ストップ・アンド・ゴー制御による省エネルギー性を発揮することができる。
【００１１】
つまり、請求項１の発明によれば、ステアリング操作がほとんど行われない状況下では、省エネルギー性を発揮することができ、切り返し操作の多い状況下では、ステアリング操作に対して良好な応答性で操舵補助力を発生することができる。
なお、上記パワーステアリング装置が、上記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段（６）をさらに含む場合、上記操作回数検出手段は、上記操作量検出手段によって検出される操作量が所定量以上に連続的に変化した場合を１回の操作として、上記操作手段の一定時間あたりの操作回数を検出するものであってもよい。
【００１２】
【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。
【００１３】
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１１と、このステアリングホイール１１に連結されたステアリング軸１２と、ステアリング軸１２の先端部に設けられたピニオンギヤ１３と、車両の左右方向に延びたラック軸１４とを備えている。ラック軸１４には、ラックギヤ部１４ａが形成されていて、このラックギヤ部１４ａにピニオンギヤ１３が噛合している。ラック軸１４の両端には、タイロッド１５がそれぞれ結合されており、このタイロッド１５は、それぞれ、舵取り車輪としての前左輪ＦＬおよび前右輪ＦＲを支持するナックルアーム１６に結合されている。ナックルアーム１６は、キングピン１７まわりに回動自在に設けられている。
【００１４】
この構成により、ステアリングホイール１１が操作されてステアリング軸１２が回転されると、この回転がピニオンギヤ１３およびラック軸１４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１６のキングピン１７まわりの回動に変換されて、前左輪ＦＬおよび前右輪ＦＲの転舵が達成される。
ステアリング軸１２には、ステアリングホイール１１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２１と、このトーションバー２１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２２とが組み込まれている。油圧制御弁２２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２３に接続されている。パワーシリンダ２３は、ラック軸１４に一体的に設けられたピストン２３１と、ピストン２３１によって区画された一対のシリンダ室２３２，２３３とを有しており、シリンダ室２３２，２３３は、それぞれ、オイル供給／帰還路２４，２５を介して、油圧制御弁２２に接続されている。
【００１５】
また、油圧制御弁２２は、リザーバタンク２６およびオイルポンプ２７を通るオイル循環路２８の途中部に介装されている。オイルポンプ２７は、電動モータ２９によって駆動され、リザーバタンク２６に貯留されている作動油を汲み出して油圧制御弁２２に供給する。
ステアリングホイール１１が左方向Ｌへ回転操作されると、トーションバー２１にねじれが生じ、オイル供給／帰還路２５を介して、油圧制御弁２２からパワーシリンダ２３のシリンダ室２３３に作動油が供給される。すると、シリンダ室２３２，２３３間に油圧差が生じ、この油圧差によって、パワーシリンダ２３のピストン２３１が左方向へ移動する。これにより、ラック軸１４に左方向の操舵補助力が作用することになる。逆に、ステアリングホイール１１が右方向Ｒへ回転操作されたときには、オイル供給／帰還路２４を介して、油圧制御弁２２からパワーシリンダ２３のシリンダ室２３２に作動油が供給される。そして、シリンダ室２３２，２３３間に生じる油圧差によって、パワーシリンダ２３のピストン２３１が右方向へ移動し、ラック軸１４に右方向の操舵補助力が作用する。オイルポンプ２７から油圧制御弁２２に供給された作動油のうち、余剰分の作動油は、油圧制御弁２２からオイル循環路２８を介してリザーバタンク２６に帰還される。また、トーションバー２１にねじれがほとんど加わっていない状態では、油圧制御弁２２は、いわば平衡状態となり、作動油は、パワーシリンダ２３に供給されることなく、オイル循環路２８を循環する。
【００１６】
電動モータ２９の駆動制御は、マイクロコンピュータを含む構成の電子制御ユニット３が駆動回路４をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより達成されるようになっている。たとえば、電動モータ２９は、３相ＤＣブラシレスモータで構成されており、駆動回路４は、６個のパワー素子をブリッジ接続した３相インバータ回路で構成されている。
電子制御ユニット３には、操舵角センサ６の出力信号が与えられるようになっている。操舵角センサ６は、たとえば、ステアリング軸１２に関連して設けられていて、そのステアリング軸１２（ステアリングホイール１１）が一定角度回転する度にパルス信号を出力する。
【００１７】
電子制御ユニット３は、操舵角センサ６から与えられる信号に基づいて、電動モータ２９の目標回転速度を設定し、その目標回転速度に応じたデューティのＰＷＭ信号を生成する。このＰＷＭ信号が駆動回路４に与えられて、駆動回路４の各パワー素子がオン／オフし、そのパワー素子のオン／オフに応じた駆動電圧が駆動回路４から電動モータ２９に供給されることにより、電動モータ２９が目標回転速度で駆動される。
【００１８】
図２は、電子制御ユニット３の構成を説明するためのブロック図である。電子制御ユニット３は、マイクロコンピュータが実行するプログラム処理により、操舵角センサ６から与えられる信号に基づいて、ステアリングホイール１１の一定時間（たとえば、３０秒間）あたりの操作回数を検出する操作回数検出部３１、この操作回数検出部３１が検出する一定時間あたりの操作回数に基づいて、電動モータ２９の目標回転速度を所定の高回転速度ＶＨ（たとえば、ＶＨ＝３５００ｒｐｍ）と低回転速度（たとえば、ＶＬ＝１５００ｒｐｍ）とに切り替えて設定する目標回転速度設定部３２、操作回数検出部３１が検出する一定時間あたりの操作回数に基づいて、目標回転速度設定部３２による目標回転速度の切り替えを禁止する目標回転速度切替禁止部３３（高回転速度保持手段）、および、電動モータ２９の目標回転速度に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部３４の各機能を実現する。
【００１９】
操作回数検出部３１は、ステアリングホイール１１の操舵角が所定量（たとえば、５度）以上に連続的に変化した場合を１回の操作として検出する。たとえば、ステアリングホイール１１を舵角中点から右側に２０度切り込んでから切り返して舵角中点に戻すといったステアリング操作が行われた場合、このステアリング操作における操作回数は２回と検出される。
目標回転速度設定部３２は、操作回数検出部３１によって検出された一定時間あたりの操作回数が予め定める回数（たとえば、１回）以上であるか否かを判断する。そして、一定時間あたりの操作回数が予め定める回数未満の場合には、ステアリングホイール１１がほとんど操作されておらず、操舵補助力が必要な状況ではないと判断して、電動モータ２９の目標回転速度を所定の低回転速度ＶＬに設定する。これにより、オイルポンプ２７から送出される作動油の流量が小さく抑えられるので、省エネルギー性の向上を図ることができる。
【００２０】
一方、一定時間あたりの操作回数が予め定める回数以上の場合には、電子制御ユニット３は、電動モータ２９の目標回転速度を所定の高回転速度ＶＨに設定する。これにより、電動モータ２９の回転速度が高回転速度ＶＨに立ち上がった後は、オイルポンプ２７から油圧制御弁２２に十分な流量の作動油が供給されるので、ステアリングホイール１１の操作（油圧制御弁２２の開度変化）に対して良好な応答性で適切な操舵補助力を発生させることができる。
【００２１】
目標回転速度切替禁止部３３は、目標回転速度設定部２２によって電動モータ２９の目標回転速度が所定の高回転速度ＶＨに設定されている状態で、操作回数検出部３１が上記予め定める回数未満の操作回数を検出した場合に、その検出時点から所定の遅延時間ΔＴが経過するまでの間、目標回転速度設定手段３２による目標回転速度の低回転速度ＶＬへの切り替えを禁止する。これにより、遅延時間ΔＴが経過するまでの間は、電動モータ２９の目標回転速度が高回転速度ＶＨに保持され続ける。その後、操作回数検出部３１によって上記予め定める回数未満の操作回数が検出された時点から遅延時間ΔＴが経過するまでの間に、ステアリングホイール１１がほとんど操作されなかった場合には、電動モータ２９の目標回転速度が高回転速度ＶＨから低回転速度ＶＬに切り替えられる。
【００２２】
図３は、ステアリング操作に対する電動モータ２９の目標回転速度の設定例を示す図である。時刻Ｔ１〜Ｔ２の間、一定時間あたりの操作回数が上記予め定める回数以上となるようなステアリング操作（切り返し操作）が行われた後、ステアリング操作がほとんど行われない状態が時刻Ｔ３まで続き、その後、時刻Ｔ３〜Ｔ４の間、一定時間内あたりの操作回数が上記予め定める回数以上となるようなステアリング操作が再び行われた場合を想定する。
【００２３】
この場合、時刻Ｔ１〜Ｔ２の間は、一定時間あたりの操作回数が上記予め定める回数以上となるようなステアリング操作が行われているので、電動モータ２９の目標回転速度が高回転速度ＶＨに設定される。その後、時刻Ｔ２でステアリング操作が行われなくなると、一定時間あたりの操作回数が上記予め定める回数未満となるが、その時刻Ｔ２から遅延時間ΔＴが経過するまでは、目標回転速度切替禁止部３３によって目標回転速度設定手段３２による目標回転速度の低回転速度ＶＬへの切り替えが禁止されて、電動モータ２９の目標回転速度が高回転速度ＶＨに保持され続ける。したがって、時刻Ｔ３でステアリング操作が再開された時には、電動モータ２９の目標回転速度が高回転速度ＶＨに保持されたままで、オイルポンプ２７から油圧制御弁２２に十分な流量の作動油が供給されているので、ステアリングホイール１１の操作に対して良好な応答性で適切な操舵補助力を発生させることができる。また、時刻Ｔ４で一定時間あたりの操作回数が再び上記予め定める回数未満になった後、遅延時間ΔＴが経過するまでの間にステアリングホイール１１がほとんど操作されなかった場合には、電動モータ２９の目標回転速度が低回転速度ＶＬに下げられるので、時刻Ｔ５以降は、ストップ・アンド・ゴー制御による省エネルギー性を発揮することができる。
【００２４】
以上のようにこの実施形態によれば、ステアリング操作がほとんど行われない状況下では、省エネルギー性を発揮することができ、切り返し操作の多い状況下では、ステアリング操作に対して良好な応答性で操舵補助力を発生することができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することも可能である。たとえば、上記の実施形態では、操舵角センサ６から与えられる信号に基づいて、ステアリングホイール１１の操舵角が連続的に所定量以上変化するようなステアリング操作が行われた回数を操作回数として計数するとしたが、操舵角センサ６に代えて、ステアリングホイール１１に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサが設けられて、ステアリングホイール１１に所定トルク以上の操舵トルクが加えられた回数を操作回数として計数してもよい。
【００２５】
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】電子制御ユニットの構成を説明するためのブロック図である。
【図３】ステアリング操作に対する電動モータの目標回転速度の設定例を示す図である。
【符号の説明】
１ ステアリング機構
３ 電子制御ユニット
６ 操舵角センサ
１１ ステアリングホイール
２７ オイルポンプ
２９ 電動モータ
３１ 操作回数検出部
３２ 目標回転速度設定部
３３ 目標回転速度切替禁止部（高回転速度保持手段）

Claims (1)

1. 操作手段の操作に応じて電動モータを制御し、この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であって、
   上記操作手段の一定時間あたりの操作回数を検出する操作回数検出手段と、
   この操作回数検出手段によって検出される操作回数が予め定める回数以上であるか未満であるかに基づいて、上記電動モータの目標回転速度を予め定める高回転速度とそれよりも低い低回転速度とに切り替えて設定する目標回転速度設定手段と、
   上記電動モータの目標回転速度が上記高回転速度に設定されている状態で、上記操作回数検出手段が上記予め定める回数未満の操作回数を検出した場合に、その検出時点から所定の遅延時間が経過するまでの間、上記目標回転速度設定手段による目標回転速度の低回転速度への切り替えを禁止して、電動モータの目標回転速度を高回転速度に保持し続ける高回転速度保持手段と
   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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