JP4500604B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の運転条件に応じてパワーステアリング出力部に導かれる作動油の流量ＱＰを調節するフローコントロールバルブを備えたパワーステアリング装置の改良に関するものである。

従来、この種のパワーステアリング装置の一例として、特許文献１に開示されたものは、エンジンによって駆動され作動油を吐出するポンプと、このポンプからパワーステアリング出力部に導かれる作動油の流量ＱＰを調節するフローコントロールバルブとを備える。

フローコントロールバルブは、コントローラによって制御される電磁弁と、電磁弁の作動に応動して作動油の一部をタンク側に戻すスプールとを備え、このスプールを介してパワーステアリング出力部に供給される作動油の流量ＱＰを調節する。コントローラがパワーステアリング出力部に供給される流量ＱＰを要求流量ＱＭに近づけるように調節することにより、無駄な作動油をパワーステアリング出力部に供給することが抑えられ、ポンプの駆動損失を低減するようになっている。

コントローラは、舵角センサからの舵角θの信号と車速センサからの車速ｖの信号とを入力し、舵角θを微分して舵角速度ωを算出し、舵角θと舵角速度ωと車速ｖに基づいて要求流量ＱＭを推定し、フローコントロールバルブの作動を制御する。

コントローラは操舵トルクの検出値を用いることなく要求流量ＱＭを推定する構成のため、操舵トルクを直接検出するトルクセンサが不要であり、制御システムのコストダウンがはかれる。
特開２００１−１６３２３３号公報 特開２００１−２６０９１７号公報

このような従来のパワーステアリング装置にあっては、舵角θを基に算出される舵角速度ωを制御するための演算に使用する構成としているため、舵角センサが検出する舵角分解能に起因して舵角速度ωの信号波形にリップルが生じる。ハンドルがゆっくり操舵される状況では、このリップルによる出力変動が大きくなり、このリップルに起因する操舵アシスト力の変動が運転者に違和感を与える可能性があった。

この対策として、舵角速度ωの信号波形をローパスフィルタを経て導き、信号波形に含まれるリップルによる高周波数成分をカットして出力することが考えられる。

しかし、ローパスフィルタにて舵角速度ωの信号波形に生じる高周波数成分をカットして出力すると、ハンドルが速く操作される高速転舵時に制御応答性が不足するという問題点が生じた。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、舵角センサの舵角分解能を高めることなく、ハンドルがゆっくり操舵される状況にてリップル感を解消することと、ハンドルが速く操舵される状況にて制御応答性すなわち転舵追従性を高めることとを両立できるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンによって駆動されるポンプからパワーステアリング出力部に導かれる作動油の流量ＱＰを調節するフローコントロールバルブと、車両に搭載される舵角センサによって検出される操舵角θに応じて流量ＱＰを制御するコントローラとを備える車両のパワーステアリング装置に適用する。

そして、コントローラは、舵角θを基に舵角速度ω１を算出する舵角速度算出手段と、舵角速度ω１を入力しカットオフ周波数ｆｃより高い周波数成分をカットした信号を舵角速度ω２として出力するローパスフィルタと、高速転舵時を検出する高速転舵時検出手段と、この高速転舵時にローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃを高く変更するカットオフ周波数変更手段と、舵角θと舵角速度ω２の少なくとも一つに応じて流量ＱＰを制御する流量制御手段とを備え、高速転舵時検出手段は舵角速度ω１がしきい値ω３より高い場合に高速転舵時と判定する構成とし、舵角センサが舵角θを検出する舵角分解能をＸとし、舵角速度ω１の演算周期をＹとすると、しきい値ω３をＸ／Ｙより大きい値に設定し、カットオフ周波数変更手段は、舵角速度ω１がしきい値ω３より高い高速転舵時に舵角速度ω１の信号をローパスフィルタを経ずに導く状態に切り換える構成としたことを特徴とするものとした。

本発明によると、流量制御手段は舵角θと舵角速度ω２の少なくとも一つに応じてフローコントロールバルブの作動を制御し、パワーステアリング出力部に導かれる作動油の流量ＱＰを調節する。これにより、適度な操舵アシスト力が得られるとともに、ポンプの駆動損失を低く抑えられる。

舵角速度ω１がしきい値ω３以下の低中速転舵時に、このカットオフ周波数ｆｃを低くすることにより、舵角速度ω１の信号に含まれる高周波数成分がカットされ、舵角速度ω２を舵角速度ω１のリップルを解消した信号出力となる。これにより、舵角分解能に起因した信号波形のリップルによって操舵アシスト力が変動することが抑えられ、運転者にリップル感を与えることを回避できる。

一方、高速転舵時に、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃを高く変更することにより、舵角速度ω２の信号の応答性が高められ、ハンドルが速く操舵される状況にて操舵アシスト力が速やかに立ち上がり、操舵アシスト力が十分に確保される。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、パワーステアリング装置は、車両に搭載されるエンジン１４によって駆動されるポンプ１と、このポンプ１から吐出される作動油をタンクＴ側に還流しパワーステアリング出力部８に導かれる作動油の流量ＱＰを調節するフローコントロールバルブ９とを備える。

パワーステアリング出力部８は、図示しないハンドルの操舵角及び操舵トルクに応じて作動油の流路方向及び圧力を制御するステアリングバルブ１５と、このステアリングバルブ１５を介して制御された作動油圧力により操舵力を付与するパワーシリンダ１６等によって構成される。ポンプ１から吐出される作動油は、ハンドル（ステアリングホイール）の操作によって切換わるステアリングバルブ１５を介して導かれ、操舵に対応するいずれか一方のパワーシリンダ室に流入し、パワーシリンダ１６に接続されたステアリングリンクに操舵アシスト力が付与される。

このフローコントロールバルブ９は、ポンプ１から吐出される作動油を並列に分岐してパワーステアリング出力部８へと導く第一、第二供給通路５，６を備え、この第一供給通路５に電磁弁６０が介装され、この第二供給通路６に回転数感応弁３が介装される。

フローコントロールバルブ９は、この電磁弁６０及び回転数感応弁３の前後差圧に応じて供給通路２の作動油をポンプ吸込み側に戻す流量調整弁４と、電磁弁６０及び回転数感応弁３より下流側に連通するリリーフバルブ７とを備える。

フローコントロールバルブ９は、そのケーシングとしてバルブボディ２１とキャップ３１とを備える。このバルブボディ２１には流量調整弁４を構成するスプール１１が摺動可能に挿入されるスプール孔２６、ポンプ１の吐出側に連通するポンプポート２２、ポンプ吸込み側に連通する戻りポート２３、第一供給通路５を構成するバイパスポート２４，２５等が形成される。このキャップ３１には、回転数感応弁３を構成する供給ポート３４、第二供給通路６を構成する下流側室３２、第一供給通路５を構成するバイパスポート３３等が形成される。

流量調整弁４は、スプール１１の外周にスプール孔２６に摺接するランド部１０が形成され、スプール１１がスプリング１３に抗して図面左方向に移動するとランド部１０の先端が戻りポート２３に面してポンプポート２２と戻りポート２３を連通し、スプール１１の摺動位置に応じてポンプポート２２から戻りポート２３へと戻される作動油の流量を調節するようになっている。スプール１１の一端には上流側パイロット圧室２０が画成され、この上流側パイロット圧室２０は電磁弁６０及び回転数感応弁３の上流側に連通している。スプール１１の他端にはスプリング１３が介装された下流側パイロット圧室２７が画成され、この下流側パイロット圧室２７は通孔２８を介して電磁弁６０及び回転数感応弁３の下流側に連通している。こうして流量調整弁４は、スプール１１の両端に電磁弁６０及び回転数感応弁３の前後差圧が導かれ、スプール１１は電磁弁６０及び回転数感応弁３の前後差圧とスプリング１３のバネ力が釣り合う位置へと移動する。

回転数感応弁３は第二供給通路６の途中に介装される供給ポート３４と、この供給ポート３４の開口面積を変えるテーパロッド１２とを備え、このテーパロッド１２はスプール１１の一端から突出し、テーパロッド１２がスプール１１とともに移動するのに伴って所定のストローク域にて供給ポート３４の開口面積が次第に減少する。こうして流量調整弁４と回転数感応弁３は連携し、流量調整弁４の開度が増えるのにしたがって回転数感応弁３の開度が減るようになっている。

ポンプ１の停止時に、フローコントロールバルブ９はスプリング１３の付勢力によってスプール１１がキャップ３１の端面３８に着座する。これにより、スプール１１のランド部１０によって戻りポート２３が閉塞され、流量調整弁４が全閉するとともに、スプール１１がキャップ３１の端面３８に着座して供給ポート３４が閉塞され、回転数感応弁３が全閉する。

電磁弁６０は、バルブボディ２１に挿入して取り付けられる円筒状のハウジング６１と、このハウジング６１側のシャフト穴５９に摺動可能に挿入されるシャフト６２を備える。ハウジング６１にはポンプ１の吐出側に連通する上流室６４と、シャフト６２との間で可変絞り部を画成するバルブ穴６６と、パワーステアリング出力部８に連通する下流室６７が形成される。ポンプ１から吐出される作動油は、上流室６４、バルブ穴６６、下流室６７を通ってパワーステアリング出力部８へと流れる。シャフト６２はコイル６９に生じる電磁力によりスプリング６８に抗して開弁方向（図１において上方向）に駆動される。

円柱状のシャフト６２はその先端に円錐状の弁体部６３が形成され、この弁体部６３がバルブ穴６６に挿入され、両者の間に可変オリフィス５２がシャフト６２の弁体部６３とバルブ穴６６の間に画成される環状の間隙として形成される。可変オリフィス５２は、コイル６９が非励磁状態のときにその開度が最少になり、励磁電流が大きくなるのにしたがってシャフト２が図１において上方向に変位して、可変オリフィス５２の開口面積が次第に大きくなる。

電磁弁６０はコア７７がハウジング６１の段部７８に着座した状態で、弁体部６３がバルブ穴６６からわずかに離れて第一供給通路５を全閉しない構造とする。これにより、可変オリフィス５２は供給通路２に対して回転数感応弁３の上流側と下流側に接続し、スプール１１がバルブボディ２１やキャップ３１に固着するバルブスティックが起きた場合にも、可変オリフィス５２を流れる作動油が回転数感応弁３を迂回してパワーステアリング出力部８に供給される。この結果、パワーステアリング出力部８に操舵アシスト力が得られるとともに、ポンプ１の負荷が過大になることを回避し、フェイルセーフ機能を果たすことができる。

エンジン１４によってポンプ１が駆動され、ポンプポート２２に加圧作動油が供給されると、作動油が流れる電磁弁６０側のバルブ穴６６及び回転数感応弁３に圧力損失が生じ、両パイロット圧室２０，２７に導かれる圧力差に応じてスプール１１がスプリング１３に抗して移動し、そのバランス位置にてポンプポート２２と戻しポート２３との開度が決まり、戻りポート２３に還流される作動油の流量とパワーステアリング出力部８に供給される作動油の流量ＱＰが調節される。

以下、回転数感応弁３がポンプ１の回転数に応じてフローコントロールバルブ９の流量ＱＰを調節する動作について説明する。

ポンプ１が低速域で回転している状態では、流量調整弁４及び回転数感応弁３が閉弁しており、ポンプ１の回転数に比例した流量ＱＰの作動油が電磁弁６０側のバルブ穴６６を通ってパワーステアリング出力部８に供給される。

ポンプ１の回転数が中速域に達すると、流量調整弁４が開弁し、上流側パイロット圧室２０に流入する作動油の一部がポンプ１の回転数増大に応じて戻りポート２３に還流されるため、電磁弁６０側のバルブ穴６６と回転数感応弁３を介してパワーステアリング出力部８に供給される作動油の流量ＱＰは略一定に保たれる。

さらにポンプ１の回転数が増大すると、回転数感応弁３はテーパロッド１２がスプール１１とともに移動して供給ポート３４の開口面積が次第に減少し、パワーステアリング出力部８に供給される作動油の流量ＱＰは次第に減少する。

このフローコントロールバルブ９の作動時、電磁弁６０側のバルブ穴６６を通過した作動油と、回転数感応弁３を通過した作動油が合流してパワーステアリング出力部８に供給される。

さらに、コントローラ１７がコイル６９の励磁電流を制御して可変オリフィス５２の開口面積が変化すると、両パイロット圧室２０，２７に導かれる圧力差に応じてスプール１１がスプリング１３に抗して移動し、そのバランス位置にてポンプポート２２と戻しポート２３との開度が決まり、パワーステアリング出力部８に供給される作動油の流量ＱＰが調節される。

こうしてフローコントロールバルブ９は、電磁弁６０すなわち可変オリフィス５２の開度と回転数感応弁３の開度に応じてスプール１１を移動し、ポンプ１から吐出される作動油の一部を戻りポート２３からタンクＴに還流する。この作動油を戻しポート２３からタンクＴまたはポンプ１の吸い込み側に還流する流路は、バルブボディ２１内に設けられるため、その圧力損失が小さく、ポンプ１側の駆動損失を低く抑えられ、エンジン１４の燃料消費量の低減化がはかれる。

コントローラ１７は、舵角センサ１８からの舵角θの信号と車速センサ１９からの車速ｖの信号とを入力し、舵角θを微分して舵角速度ω１を算出し、舵角速度ω１をローパスフィルタに入力し、このローパスフィルタからカットオフ周波数ｆｃより高い周波数成分をカットした舵角速度ω２の信号を出力し、舵角θと舵角速度ω２と車速ｖに基づいて要求流量ＱＭを推定し、電磁弁６０を駆動してフローコントロールバルブ９の作動を制御する。

図２に示すように、コントローラ１７は、舵角センサ１８からの舵角θの信号を入力し、舵角θを微分して舵角速度ω１を算出する舵角速度算出手段８１と、舵角速度ω１を入力しカットオフ周波数ｆｃより高い周波数成分をカットした信号を舵角速度ω２として出力するローパスフィルタ８２と、舵角θを基に要求流量ＱＭを求める舵角補正テーブル８３と、舵角速度ω２を基に要求流量ＱＭを求める舵角速度補正テーブル８４と、この各テーブル８３、８４を基に求められた要求流量ＱＭを比較して大きい方の値を基にコイル６９の励磁電流を制御する比較手段８５とを備え、電磁弁６０を駆動してフローコントロールバルブ９の作動を制御する。

なお、舵角補正テーブル８３と、舵角速度ω２を基に要求流量ＱＭを求める舵角速度補正テーブル８４と比較手段８５によって、舵角θと舵角速度ω２の少なくとも一つに応じて流量ＱＰを制御する流量制御手段８０を構成している。

舵角θを微分して算出される舵角速度ω１は、舵角θが舵角センサ１８の舵角分解能を超える毎にその信号波形が瞬間的に高くなるリップルが生じる。例えば舵角センサが舵角θを検出する舵角分解能が１．５ｄｅｇであり、舵角速度ω１の演算周期が１０ｍｓである場合、舵角速度ω１が１５０ｄｅｇ／ｓとして算出される可能性がある。例えば舵角センサが舵角θを検出する舵角分解能が２．５ｄｅｇであり、舵角速度ω１の演算周期が１０ｍｓである場合、舵角速度ω１が２５０ｄｅｇ／ｓとして算出される可能性がある。

こうして舵角速度ω１の信号波形に生じるリップルは、ハンドルがゆっくり操舵される状況で大きくなるため、これに起因した操舵アシスト力の変動が運転者に違和感を与える可能性がある。

これに対処して設けられるローパスフィルタ８２は、舵角速度ω１を入力しカットオフ周波数ｆｃより高い周波数成分をカットした信号を舵角速度ω２として出力する。このカットオフ周波数ｆｃを例えば１Ｈｚとすることにより、舵角速度ω１の信号に含まれる１Ｈｚより高い周波数成分がカットされ、舵角速度ω２を舵角速度ω１のリップルを解消した信号出力とすることができる。

しかし、ローパスフィルタ８２のカットオフ周波数ｆｃを１Ｈｚとすると、舵角速度ω１の信号に含まれる１Ｈｚより高い周波数成分がカットして出力されるため、ハンドルが速く操舵される状況においては、ハンドル操作に対する舵角速度ω２の信号の応答性が悪化し、操舵アシスト力の立ち上がりが遅れる。

本発明はこれに対処して、舵角速度ω１がしきい値ω３より高い高速転舵時を検出する高速転舵時検出手段８６と、この高速転舵時に前記ローパスフィルタ８２のカットオフ周波数ｆｃを高く変更するカットオフ周波数変更手段８７とを備える。

高速転舵時検出手段８６は例えば舵角速度ω１としきい値ω３とを比較し、舵角速度ω１がしきい値ω３以下の運転時を低速転舵時と判定し、舵角速度ω１がしきい値ω３より高い運転時を高速転舵時と判定する。

舵角センサ１８が舵角θを検出する舵角分解能をＸ（ｄｅｇ）とし、舵角速度ω１の演算周期をＹ（ｓ）とすると、しきい値ω３をＸ／Ｙ（ｄｅｇ／ｓ）より大きい値に設定する。

舵角分解能が１．５ｄｅｇまたは２．５ｄｅｇであり、舵角速度ω１の演算周期が１０ｍｓである場合、Ｘ／Ｙが１５０ｄｅｇ／ｓまたは２５０ｄｅｇ／ｓとなる。これに対応して、本実施の形態では、しきい値ω３を例えば３００ｄｅｇ／ｓに設定する。

このようにしきい値ω３がこれらＸ／Ｙの値より大きな値に設定されることにより、ハンドルがゆっくり操舵される状況にて、舵角分解能に起因して変動する舵角速度ω１がしきい値ω３より高くなることがなく、この低速転舵時を高速転舵時と誤って判定することが回避され、ローパスフィルタ８２のカットオフ周波数ｆｃが１Ｈｚに維持される。

本実施の形態では、カットオフ周波数変更手段８７は、舵角速度ω１がしきい値ω３以下の低中速転舵時に舵角速度ω１の信号を例えばカットオフ周波数ｆｃを１Ｈｚとしたローパスフィルタ８２を経て導く状態にし、舵角速度ω１がしきい値ω３より高い高速転舵時に舵角速度ω１の信号をローパスフィルタ８２を経ずに導く状態に切り換える構成とする。

換言すると、カットオフ周波数変更手段８７は、舵角速度ω１がしきい値ω３以下の低中速転舵時に、ローパスフィルタ８２のカットオフ周波数ｆｃを例えば１Ｈｚにする一方、舵角速度ω１がしきい値ω３より高い高速転舵時にカットオフ周波数ｆｃを無限大にし、舵角速度ω１の信号がそのまま舵角速度ω２として出力されるように切り換える構成としている。

コントローラ１７は以上のように構成されて、舵角速度ω１がしきい値ω３以下の低中速転舵時に、このカットオフ周波数ｆｃを例えば１Ｈｚにすることにより、舵角速度ω１の信号に含まれる１Ｈｚより高い周波数成分がカットして出力され、舵角速度ω２を舵角速度ω１のリップルを解消した信号出力とする。これにより、舵角分解能に起因した信号波形のリップルによって操舵アシスト力が変動することが抑えられ、運転者にリップルの違和感を与えることを回避できる。

一方、舵角速度ω１がしきい値ω３より高い高速転舵時に、舵角速度ω１の信号がそのまま舵角速度ω２として出力されることにより、舵角速度ω２の信号の応答性が最大限に高められ、ハンドルが速く操舵される状況にて操舵アシスト力が速やかに立ち上がり、操舵アシスト力が十分に確保される。

なお、この高速転舵時に、舵角速度ω１が高いためこれに対する舵角分解能に起因した信号波形のリップルが小さくなるため、舵角速度ω１の信号がそのまま舵角速度ω２として出力されても運転者にリップルの違和感を与える心配がない。

このようにして、舵角センサ１８の舵角分解能を高めることなく、ハンドルがゆっくり操舵される状況にてリップル感を解消することと、ハンドルが速く操舵される状況にて制御応答性すなわち転舵追従性を高めることとを両立し、運転者に違和感を与えないようにすることができる。

他の実施の形態として、図３に示すように、カットオフ周波数変更手段８７は、舵角速度ω１がしきい値ω３以下の低中速転舵時に舵角速度ω１の信号をカットオフ周波数ｆｃを例えば１Ｈｚとしたローパスフィルタ８２を経て導く状態にし、舵角速度ω１がしきい値ω３より高い高速転舵時に舵角速度ω１の信号をカットオフ周波数ｆｃを例えば９Ｈｚとしたローパスフィルタ８８を経て導く状態に切り換える構成とする。

この場合、舵角速度ω１がしきい値ω３より高い高速転舵時に、ローパスフィルタ８２のカットオフ周波数ｆｃを９Ｈｚと高く変更することにより、舵角速度ω２の信号の応答性が高められ、ハンドルが速く操舵される状況にて操舵アシスト力が速やかに立ち上がり、操舵アシスト力が十分に確保される。そして、舵角速度ω１の信号に含まれる９Ｈｚより高い周波数成分のノイズがカットして出力されるため、舵角速度ω２の安定性を高められる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は車両の運転条件に応じてパワーステアリング出力部に導かれる作動油の流量ＱＰを調節するフローコントロールバルブを備えたパワーステアリング装置に利用できる。

本発明の実施の形態を示すパワーステアリング装置のシステム図。 同じくコントローラの構成を示すブロック図。 他の実施の形態を示すコントローラの構成を示すブロック図。

符号の説明

１ ポンプ
８ パワーステアリング出力部
９ フローコントロールバルブ
１４ エンジン
１７ コントローラ
１８ 舵角センサ
８０ 流量制御手段
８１ 舵角速度算出手段
８２ ローパスフィルタ
８６ 高速転舵時検出手段
８７ カットオフ周波数変更手段

Claims (1)

1. エンジンによって駆動されるポンプからパワーステアリング出力部に導かれる作動油の流量ＱＰを調節するフローコントロールバルブと、
   車両に搭載される舵角センサによって検出される操舵角θに応じて流量ＱＰを制御するコントローラとを備える車両のパワーステアリング装置において、
   前記コントローラは、舵角θを基に舵角速度ω１を算出する舵角速度算出手段と、
   舵角速度ω１を入力しカットオフ周波数ｆｃより高い周波数成分をカットした信号を舵角速度ω２として出力するローパスフィルタと、
   高速転舵時を検出する高速転舵時検出手段と、
   この高速転舵時に前記ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃを高く変更するカットオフ周波数変更手段と、
   舵角θと舵角速度ω２の少なくとも一つに応じて流量ＱＰを制御する流量制御手段とを備え、
   前記高速転舵時検出手段は舵角速度ω１がしきい値ω３より高い場合に高速転舵時と判定する構成とし、
   前記舵角センサが前記舵角θを検出する舵角分解能をＸとし、前記舵角速度ω１の演算周期をＹとすると、前記しきい値ω３をＸ／Ｙより大きい値に設定し、
   前記カットオフ周波数変更手段は、前記舵角速度ω１が前記しきい値ω３より高い高速転舵時に前記舵角速度ω１の信号を前記ローパスフィルタを経ずに導く状態に切り換える構成としたことを特徴とするパワーステアリング装置。

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