JP4215662B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動モータによりポンプを駆動し、操舵アシストするパワーステアリング装置に関する。
従来、特許文献1に記載のパワーステアリング装置が知られている。この装置では、可逆式ポンプに連結された一対の油路にパワーシリンダが接続されており、この可逆式ポンプからパワーシリンダのそれぞれの油圧室に作動油を送ることによってパワーシリンダを作動させ、操舵アシスト力を発生させている。このパワーステアリング装置には、電動モータや可逆式ポンプが失陥したときに、左右のパワーシリンダの油圧室を連通させるための連通路が設けられている。この連通路には切替弁が設けられ、通常操舵時は連通路の連通を遮断し、装置の失陥時には連通路を連通状態としている。
特開2002−145087号公報。
しかしながら、上述のパワーステアリング装置にあっては、通常操舵時は常にソレノイドバルブに通電しなければならないため、消費電力が大きく、かつソレノイドバルブの発熱量が大きくなるという問題があった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、通常操舵時の消費電力を抑制可能なパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し第1及び第2通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、前記可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、前記操舵輪に与えるべき必要操舵補助力を検出する必要操舵補助力検出手段と、前記必要操舵補助力検出手段によって検出された必要操舵補助力に基づき、前記電動機に所望の油圧を発生させるために前記電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、作動油を貯留するリザーバタンクと、前記第1通路と前記リザーバタンクとを連通する第1連通路と、前記第2通路と前記リザーバタンクとを連通する第2連通路と、前記第1連通路に設けられ、前記第1連通路側から前記リザーバタンク側への連通のみ許容する第1一方向弁と、前記第2連通路に設けられ、前記第2連通路側から前記リザーバタンク側への連通のみ許容する第2一方向弁と、前記第1一方向弁及び第2一方向弁と前記リザーバタンクとの間に設けられ、通電状態では前記第1一方向弁及び第2一方向弁とリザーバタンクとの間を遮断し、非通電状態では前記第1一方向弁及び第2一方向弁とリザーバタンクとの間を連通させる共に、通電状態にかかわらず前記第1一方向弁または第2一方向弁側の油圧とリザーバタンク側の油圧との差圧が所定値以上のときは、前記第1一方向弁または第2一方向弁とリザーバタンクとの間を遮断するソレノイドバルブと、前記電動機または可逆式ポンプに異常が生じた場合には、前記ソレノイドバルブを開き、前記第1一方向弁及び第2一方向弁とリザーバタンクとの間を連通させるソレノイドバルブ制御手段と、を有するパワーステアリング装置において、前記ソレノイドバルブ制御手段は、前記第1一方向弁又は第2一方向弁とリザーバタンクとの間の油圧が所定値以上のときは通電量を第1所定値とし、前記第1一方向弁又は第2一方向弁とリザーバタンクとの間の油圧が所定値未満のときは通電量を前記第1所定値よりも大きい第2所定値とすることとした。
第1,第2一方向弁とリザーバタンクとの間の油圧が所定値以上のときは、ソレノイドバルブへかかる差圧によってソレノイドバルブが遮断されるため、ソレノイドバルブへの通電量を小さくすることが可能となり、消費電力を抑制することができる。一方、第1,第2一方向弁とリザーバタンクとの間の油圧が所定値未満のときは、ソレノイドバルブへかかる差圧では十分ソレノイドバルブを遮断することができないため、ソレノイドバルブへの通電量を大きくする。これにより、確実にソレノイドバルブを作動させることができる。
以下、本発明のパワーステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例1に基づいて説明する。
図1は実施例1における全体の概略構成を表す図である。運転者がステアリングホイールSWを操舵すると、ステアリングシャフトSを介して所謂ラック&ピニオン機構によりラック軸23が軸方向に移動し、前輪を操舵する。ステアリングシャフトSには、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ31が設けられ、コントロールユニット30に対し、トルク信号を出力する。
ラック軸23には、運転者の操舵トルクに応じてラック軸23の移動をアシストするパワーステアリング機構が設けられている。このパワーステアリング機構には、モータ1により駆動する可逆式のポンプ2と、第1油圧室21及び第2油圧室22を画成するピストン24を有するパワーシリンダ20から構成されている。
第1油圧室21とポンプ2は第1油路10を介して接続されている。第2油圧室22とポンプ2は第2油路11を介して接続されている。第1油路10上には、リザーバタンク5と第1吸入チェック弁3を介して接続された第1吸入油路10aが設けられている。第2油路11上には、リザーバタンク5と第2吸入チェック弁4を介して接続された第2吸入油路11aが設けられている。
第1油路10と第2油路11の間には、ポンプ2を介すことなく直接第1油路10と第2油路11とを連通する連通回路として、第1連通路12及び第2連通路13が設けられている。第1連通路12と第2連通路13の接続部であって、リザーバタンク5との間には、ノーマルオープンタイプの切替弁6を有するドレン油路14が接続されている。
第1連通路12上には第1油路10側への逆流を防止する第1チェック弁7が設けられている。第2連通路13上には第2油路11側への逆流を防止する第2チェック弁8が設けられている。
コントロールユニット30には、トルクセンサ31からのトルク信号に加え、モータ1への電流値を検出する電流センサ32からの電流値、イグニッションスイッチ33からのスイッチ信号、エンジン回転数センサからのエンジン回転数信号、車速センサからの車速信号等が入力される。これら各種信号に基づいて操舵アシスト力及び切替弁6の作動状態を決定し、後述するモータ1及び切替弁6に対し指令信号を出力する。
図2は切替弁6の構成を表す拡大断面図である。切替弁6は、ECU30からの指令信号に基づいて電磁力を発生するソレノイド55と、ソレノイド55により吸引されるアーマチュア50とを収装するハウジング58と、ハウジング58と嵌合され、油圧回路内に挿入されるバルブハウジング53から構成されている。
バルブハウジング53内には、軸方向貫通孔内に第1ポペット51及び第2ポペット52が格納され、第1ポペット51を上方に付勢する第1スプリング56と、第2ポペット52を上方に付勢する第2スプリング57が設けられている。
バルブハウジング53の軸方向貫通孔下方には、リザーバタンク5と連通する連通路62を有すると共に第2ポペット52が当接するシート54が設けられている。更に、バルブハウジング53には、第1連通路12と接続された第1連通口63と、第2連通路13と接続された第2連通口64が設けられている。
第2ポペット52には、第1ポペット51が当接するシート部52aが設けられている。
(イグニッションOFF時)
イグニッションOFF時には、ソレノイド55には通電されていないため、アーマチュア50は第1ポペット51に作用する第1スプリング56のスプリング力によって図中上方に移動する。すると、第2ポペット52も第2スプリング57によって上方に移動する。すなわち、第1連通口63及び第2連通口64と連通路62が連通された状態となる。よって、第1連通路12及び第2連通路13はドレン油路14と連通し、マニュアルステアが確保される。
(イグニッションON時)
イグニッションON時には、ソレノイド55に通電が開始され、アーマチュア50は図中下方に吸引される。すると、第1ポペット51も第1スプリング56のスプリング力に抗して下方に移動する。第1ポペット51の弁頭が第2ポペット52のシート部52aに着座し第2ポペット52を下方に付勢する。これにより、第2ポペット52は第2スプリング57のスプリング力に抗して下方に移動する。第2ポペット52の弁頭がシート54に着座し連通路62を遮断する。すなわち、第1連通口63及び第2連通口64と連通路62が遮断された状態となる。よって、ポンプ2により第1油圧室21もしくは第2油圧室22に油圧が供給されたとしても、リザーバタンク5に油が漏れることがなく、運転者の操舵力をアシストすることが可能となる。
(通常のパワーアシスト制御)
ここで、通常のパワーアシスト制御について説明する。例えば図1に示す構成において、運転者がステアリングホイールSWを右に操舵し、ラック軸23を左に動かすものとする。このとき、トルクセンサ31により検出されたトルク信号に応じたモータ駆動信号がモータ1に出力される。すると、モータ1の回転によりポンプ2は第2油圧室22側から第1油圧室21側に油を供給する。よって、第2油圧室22の油は第1油圧室21側に移動する。このとき発生する第1油圧室21の油圧によってピストン24は図1中左方に押され、この力が運転者の操舵力をアシストする力となる。尚、第2油圧室22に貯留された油のみならず、リザーバタンク5から吸入チェック弁4を介して油を供給してもよく、特に限定しない。
このとき、第1連通路12内の油圧が低いときは、第1油路10から第1油圧室21に供給される油圧が第1連通路12内にも供給され、この供給された油圧は第1チェック弁7,第2チェック弁8及び切替弁6によって連通回路内に封入される。すなわち、ポンプ2の駆動によって発生する油圧が連通回路内に封入された油圧よりも高いときは連通回路内の油圧が更に上昇し、ポンプ2の駆動によって発生する油圧が連通回路内に封入された油圧よりも低いときは連通回路内の油圧が維持される。尚、本実施例1では切替弁6としてリークの非常に少ないポペット弁を用いているため、更に液密性を確保できる。
(切替弁の閉弁時の作用)
ここで、連通回路内に油圧が封入された状態における切替弁6の閉弁時の作用について説明する。連通回路内の油圧をP、ソレノイド55のアーマチュア吸引力をFs、第1スプリング56の反力をFk1とする。
アーマチュア50を含む第1ポペット51がシート部52aに着座しているため、第1ポペット51に作用する力をFs1とすると、
Fs1=Fs−Fk1
と表される。
次に、第2ポペット52に作用する第1ポペット51の押圧力をFs1、第2スプリング57の反力をFk2、連通路62の有効断面積をAs2とする。
また、第2ポペット52がシート54に着座しているため、第2ポペット51には連通回路内とドレン油路14との差圧に基づいてFp2=P・As2の油圧力が作用する。第2ポペット52に作用する力の合計をFs2とすると、
Fs2=Fs1+Fp2−Fk2
と表される。下向きを正とすると、Fs2≧0のときに第2ポペット52は着座するため、第2ポペット52に作用する力には下記関係
Fs1+Fp2≧Fk2
が成立する。
上述のように、第1チェック弁7,第2チェック弁8により連通回路内に液圧を封じ込めることで、切替弁6を閉弁する際に油圧力Fp2によって各ポペットの閉じる力をアシストすることが可能となり、通常操舵時におけるソレノイド55の通電量を少なくすることができる。また、ソレノイド55自体のコンパクト化を図ることができる。
(切替弁の開弁時の作用)
次に、切替弁6の開弁時の作用について説明する。上述したように、第1ポペット51及び第2ポペット52にはそれぞれソレノイド55による電磁力に加えて、第2ポペット52には連通回路内に蓄圧された油圧に基づく押しつけ力が作用している。
ソレノイド55の通電を停止すると、アーマチュア吸引力Fsが減少し第1ポペット51が上方に移動する。
このとき、第2ポペット52に作用する力は、Fs1=0となり、下記関係
Fs2=Fp2−Fk2(=P・As2−Fk2)
となる。
ここで、Fp2<Fk2となると第2ポペット52が上方に移動し、油圧が連通路62からドレン油路14に排出される。
(切替弁通電制御処理)
図3はコントロールユニット30内で行われる切替弁6への通常操舵時における通電制御処理を表すフローチャートである。
ステップ101では、イグニッションON信号を読み込み、イグニッション信号がONのときはステップ102へ進む。
ステップ102では、ソレノイド55に励磁電流Aを流す。
ステップ103では、モータ1への電流値を検出する電流センサ値を読み込む。
ステップ104では、電流値が閾値1以下かどうかを判断し、閾値1以下のときはステップ103へ進み電流センサ値の読み込みを継続する。それ以外のときはステップ105へ進む。
ステップ105では、ソレノイド55に励磁電流Bを流す。
ステップ106では、イグニッションOFF信号を読み込み、読み込まれないときはステップ101から本制御フローを繰り返す。
上記制御処理について説明する。まず、イグニッションON信号が読み込まれると、切替弁6を閉弁する指令が出力される。このとき、まだステアリング操作が行われておらず、連通回路内の油圧は低いため、ソレノイド55に対して油圧力がなくとも確実に閉弁可能な高めの励磁電流Aを流す。
次に、モータ1への電流値を検出し、この電流値から連通回路内の油圧を推定する。基本的に連通回路内に蓄圧される油圧は、モータ1によって駆動されたポンプ2の吐出圧の最高値が蓄圧される。よって、ポンプ2の吐出圧が高いときはモータ1の負荷が大きく電流値も大きくなる。この作用に基づいて連通回路内の油圧が推定される。
検出された電流値が閾値1以下のときは、連通回路内に十分な油圧が蓄圧されておらず、切替弁6(特に第2ポペット52)には十分な油圧力が作用していない。よって、このときはソレノイド55に対し継続的に高めの励磁電流Aを継続して流すことで確実に切替弁6を閉弁する。
検出された電流値が閾値1よりも大きくなると、連通回路内には十分な油圧が蓄圧され、切替弁6(特に第2ポペット52)に十分な油圧力が閉弁方向に作用している。よって、このときはソレノイド55に対し励磁電流Aよりも低い励磁電流Bを流す。これにより、ソレノイド55における消費電力を抑制することができる。また、ソレノイド55に連続的に負荷がかかることを回避可能となり、ソレノイド55のコンパクト化を図ることができる。
次に、実施例2について説明する。基本的な構成は実施例1と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。実施例2では、コントロールユニット30内に内部タイマ30aが設けられている。これにより、実施例1における切替弁のリークチェック制御処理を行う。
(リークチェック処理)
図4はコントロールユニット30内で行われる切替弁6のリークをチェックするリークチェック処理を表すフローチャートである。尚、コントロールユニット30内には、内部タイマ30aが設けられている。
ステップ201では、イグニッション信号を読み込む。
ステップ202では、ソレノイド55に励磁電流Aを流す。
ステップ203では、モータ1への電流値を検出する電流センサ値を読み込む。
ステップ204では、電流値が閾値1以下かどうかを判断し、閾値1以下のときはステップ203へ進み電流センサ値の読み込みを継続する。それ以外のときは、ステップ205へ進む。
ステップ205では、ソレノイド55に励磁電流Bを流す。
ステップ206では、内部タイマによるカウントアップを開始する。
ステップ207では、内部タイマのカウント値が閾値2以下で、かつ、電流値が閾値1以下かどうかを判断し、条件を満たしたときはステップ206へ進んで内部タイマのカウントアップを継続し、それ以外のときはステップ208へ進む。
ステップ208では、内部タイマ30aをリセットしステップ209へ進む。
ステップ209では、電流値が閾値1よりも大きいかどうかを判断し、大きいときはステップ205へ進みソレノイド55に励磁電流Bを流す。小さいときはステップ202へ進みソレノイド55に励磁電流Aを流す。
ステップ201〜ステップ205までは、基本的に実施例1のステップ101〜ステップ105と同様であるため異なる点についてのみ説明する。
ステップ206及び207において、電流センサ値が閾値1を越え、連通回路内に十分な油圧が蓄圧されると、ソレノイド55に対し低い励磁電流Bが流される。このとき、内部タイマ30aによりカウントアップを開始し、下記条件が成立するまでカウントアップを継続する。
(条件)
カウント時間が閾値2以下、かつ、電流値が閾値1以下
上記条件が成立しなかったときはステップ208に進み内部タイマ30aをリセットする。そして、ステップ209において上記条件が成立しなかった理由が電流値によるものか内部タイマ30aのカウントアップ終了によるものかを判断する。
電流値が閾値1を上回った場合には、再度油圧力が確保されたとしてステップ205へ進み、励磁電流Bを流す。一方、電流値が閾値1を上回っていないときは、内部タイマ30aのカウントアップ終了によるものであるため、ソレノイド55に対し再度高めの励磁電流Aを流す。
ここで、カウント時間の閾値2について説明する。切替弁6は連通回路内に油圧が蓄圧された状態で励磁電流を流すと、基本的には連通回路とドレン油路14とを遮断する。しかしながら、実際には第2ポペット52とシート54との着座部においてドレン油路14側への若干のリークが発生しており、このリークによって連通回路内の油圧は徐々に低下する(尚、スプールバルブ等を用いた切替弁に比べればリークが少ないことは言うまでもない)。
このリークは設計段階において決定されているため、電流値の閾値1に対応する油圧条件下において、単位時間当たりにどの程度リークされるかは推定可能である。この推定されたリーク量に基づく油圧の低下は、第2ポペット52に作用する油圧力を下げ、低い励磁電流Bでは確実に切替弁6の閉弁状態を維持できない場合が考えられる。
よって、内部タイマ30aによるカウントアップ開始後に、十分な油圧(閾値1に対応する油圧)が発生しておらず、かつ、閾値2が経過したときは、十分な油圧(励磁電流Bによって切替弁6が確実に閉弁可能な油圧)が蓄圧されていないと判断できる。このときは、再度ソレノイド55に対し高めの励磁電流Aを流すことで、油圧力の不足分を補うものである。このように、切替弁6のリーク状態をチェックすることで、確実に切替弁6を閉弁することができる。
以上、実施例1,2について説明したが、本発明は上述の構成に限られるものではない。例えば、運転者の操舵によって発生する油圧を待つのではなく、イグニッションON時に、運転者の操舵にかかわらず大きな油圧を発生させ、連通回路内に高い油圧を蓄圧しておいても良い。これにより、さらにソレノイド55の消費電力を削減することができる。
更に、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
(イ) 請求項1記載のパワーステアリング装置において、
前記第1連通路と第2連通路は、リザーバタンクよりも上流側で接続され、この接続部とリザーバタンクとの間に1つのソレノイドバルブを設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
ソレノイドバルブを1つ設けるのみで2つの連通路とリザーバタンクとの連通状態を制御することが可能となり装置の簡略化を図ることができる。
(ロ) 請求項1または上記(イ)記載のパワーステアリング装置において、
前記ソレノイドバルブは、通電、非通電の切り替えにより軸方向位置を切り替えるソレノイド部と、このソレノイド部に接続されたポペット弁から構成されることを特徴とするパワーステアリング装置。
簡単な構成により、第1,第2一方向弁とリザーバタンクとの差圧により遮断、連通を切り替えることができるソレノイドバルブを構成することができる。
(ハ) 請求項1及び上記(イ),(ロ)に記載のパワーステアリング装置において、
前記ソレノイドバルブ制御手段は、前記第1,第2一方向弁とリザーバタンクとの間の油圧を、前記電動機の電流値によって推定することを特徴とするパワーステアリング装置。
電動機の電流値から電動機のトルクを推定することができ、この電動機のトルクは前記第1,第2通路の油圧を推定することができる。よって、特別なセンサを設けることなく油圧を推定することができるため、コストの低減を図ることができる。
(ニ) 請求項1及び上記(イ),(ロ),(ハ)に記載のパワーステアリング装置において、
前記ソレノイドバルブ制御手段は、前記第1,第2一方向弁とリザーバタンクとの間の差圧が所定値以上となるように構成されたフィードバック回路を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
ソレノイドバルブを遮断させる必要通電量のみ通電させることが可能となり、電力消費量を抑制しつつ確実にソレノイドバルブを遮断することができる。
(ホ) 請求項1及び上記(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)に記載のパワーステアリング装置において、
前記電動機制御手段は、イグニッションON時に前記第1,第2一方向弁とリザーバタンクとの間の差圧を所定値以上に上昇させ、
前記ソレノイドバルブ制御手段は、通常運転時には、ソレノイドバルブへの通電量を第1所定値とすることを特徴とするパワーステアリング装置。
イグニッションON時に第1,第2一方向弁とリザーバタンクとの間の差圧を所定値以上に上昇させることにより、ソレノイドバルブへの通電量が第1所定値でも遮断可能となる。よて、ソレノイドバルブを第1,第2所定値で切り替えながら制御する必要が無く、制御を簡略化することができる。尚、通常運転時とは、電動機及び可逆式ポンプに異常が発生していない場合を表すものとする。
(ヘ) 請求項1及び上記(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)、(ホ)に記載のパワーステアリング装置において、
前記ソレノイドバルブ制御手段は計時手段を備え、所定時間毎にソレノイドバルブを通電することを特徴とするパワーステアリング装置。
ソレノイドバルブの漏れにより第1,第2一方向弁とリザーバタンクとの間の差圧が小さくなる時間が経過する前にソレノイドバルブを通電することにより、確実にソレノイドバルブを遮断することができる。
実施例1におけるパワーステアリング装置を表す図である。 実施例1における切替弁の拡大断面図である。 実施例1における切替弁通電制御処理を表すフローチャートである。 実施例1における切替弁通電制御処理を表すフローチャートである。
符号の説明
SW ステアリングホイール
S ステアリングシャフト
1 モータ
2 オイルポンプ
3 第1吸入チェック弁
4 第2吸入チェック弁
5 リザーバタンク
6 切替弁
7 第1チェック弁
8 第2チェック弁
10 第1油路
10a 第1吸入油路
11 第2油路
11a 第2吸入油路
12 第1連通路
13 第2連通路
14 ドレン油路
20 パワーシリンダ
21 第1油圧室
22 第2油圧室
23 ラック軸
24 ピストン
30 コントロールユニット
30a 内部タイマ
31 トルクセンサ
32 電流センサ
33 イグニッションスイッチ
50 アーマチュア
51 第1ポペット
52 第2ポペット
52a シート部
53 バルブハウジング
54 シート
55 ソレノイド
56 第1スプリング
57 第2スプリング
58 ハウジング
62 連通路
63 第1連通口
64 第2連通口

Claims (1)

  1. 操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
    前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し第1及び第2通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、
    前記可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、
    前記操舵輪に与えるべき必要操舵補助力を検出する必要操舵補助力検出手段と、
    前記必要操舵補助力検出手段によって検出された必要操舵補助力に基づき、前記電動機に所望の油圧を発生させるために前記電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、
    作動油を貯留するリザーバタンクと、
    前記第1通路と前記リザーバタンクとを連通する第1連通路と、
    前記第2通路と前記リザーバタンクとを連通する第2連通路と、
    前記第1連通路に設けられ、前記第1連通路側から前記リザーバタンク側への連通のみ許容する第1一方向弁と、
    前記第2連通路に設けられ、前記第2連通路側から前記リザーバタンク側への連通のみ許容する第2一方向弁と、
    前記第1一方向弁及び第2一方向弁と前記リザーバタンクとの間に設けられ、通電状態では前記第1一方向弁及び第2一方向弁とリザーバタンクとの間を遮断し、非通電状態では前記第1一方向弁及び第2一方向弁とリザーバタンクとの間を連通させると共に、通電状態にかかわらず前記第1一方向弁または第2一方向弁側の油圧とリザーバタンク側の油圧との差圧が所定値以上のときは、前記第1一方向弁または第2一方向弁とリザーバタンクとの間を遮断するソレノイドバルブと、
    前記電動機または可逆式ポンプに異常が生じた場合には、前記ソレノイドバルブを開き、前記第1一方向弁及び第2一方向弁とリザーバタンクとの間を連通させるソレノイドバルブ制御手段と、
    を有するパワーステアリング装置において、
    前記ソレノイドバルブ制御手段は、前記第1一方向弁又は第2一方向弁とリザーバタンクとの間の油圧が所定値以上のときは通電量を第1所定値とし、前記第1一方向弁又は第2一方向弁とリザーバタンクとの間の油圧が所定値未満のときは通電量を前記第1所定値よりも大きい第2所定値とすることを特徴とするパワーステアリング装置。
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