JP4535820B2

JP4535820B2 - パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4535820B2
Application number: JP2004278690A
Authority: JP
Inventors: 昌和倉田; 忠治横田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP2006088947A; DE102005044155B4; US20060064973A1; US7155905B2; DE102005044155A1

Description

本発明は、電動機によりポンプを駆動して油圧を発生させ、発生した油圧により操舵を補助する電動油圧式のパワーステアリング装置に関する。

電動油圧式のパワーステアリング装置は、作動油の粘性が高い極低温の場合、電動機が操舵アシストできるように、電動機を回転させて作動油を循環させて暖めている。この電動機の制御に必要な作動油の油温は一般に油温センサで検出しているが、油温センサを使用せずに、電動機を駆動するためのドライバ素子の温度と電動機の電流とを検出し、記憶手段に予め記憶されている電動機の電流とその電流によって生じるドライバ素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇率との関係から、検出電流に対する温度上昇率を求めて累積することにより、油温に対する温度上昇値を求め、求めた温度上昇値とドライバ素子の温度とに基づき、演算手段により油温を推定しているパワーステアリング装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１４２４３４号公報

従来、油温を推定している電動油圧式のパワーステアリング装置においては、電動機の駆動電流を検出し、この電流によって生じるドライバ素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇をデータより求め、時間的に累加して、油温に対する温度上昇値とし、この温度上昇値と、ドライバ素子の温度とから油温を推定している。しかしながら、モータドライバとポンプユニットが別体となっている場合、ドライバ素子による油温推定は困難であり、作動油温度の変化により粘性抵抗が変化する。これによりモータトルクに対する発生油圧が変化し、操舵補助特性が変化してしまうという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、モータドライバとポンプユニットの設置場所が異なる場合においてもポンプ部作動油温度を推定して適切な操舵アシスト力を決定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を目的とする。

本発明のパワーステアリング装置は、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、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操舵力を検出する操舵力検出手段と、前記可逆式ポンプの吐出量を検出または推定するポンプ吐出量測定手段と、前記油圧パワーシリンダの圧力室の容積変化量を検出または推定するシリンダ容積変化量測定手段と、前記ポンプ吐出量とシリンダ容積変化量との差分から前記可逆式ポンプのリーク量を演算するリーク量演算手段と、前記リーク量から油温を推定する油温推定手段と、前記操舵力と前記油温とに基づき、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指令電流を出力する電動機制御手段と、を有し、前記第１通路の一端は前記可逆式ポンプの前記一対の吐出口の一方に接続され、前記第１通路の他端は前記油圧パワーシリンダの前記両圧力室の一方に接続され、前記第２通路の一端は前記可逆式ポンプの前記一対の吐出口の他方に接続され、前記第２通路の他端は前記油圧パワーシリンダの前記両圧力室の他方に接続され、前記電動機制御手段は、前記電動機の前記指令電流を制御することにより前記油圧パワーシリンダの圧力室の圧力を制御し、前記油温が上昇するのに伴い前記可逆式ポンプの回転数が過剰になることを抑制するように前記電動機に対して出力される指令電流の指令電流値を小さくするように補正することを特徴とする。

可逆式ポンプのリーク量は作動油の特性を直接的に表しており、リーク量が多いときは油温が高く、リーク量が少ないときは油温が低い。この発明では、可逆式ポンプのリーク量を転舵速度とモータ回転速度から求めて油温を推定し、操舵アシスト力と油温とに基づいて電動機の駆動信号を決定しているので、適切な操舵アシスト力を得ることができる、という作用効果を奏する。このため、モータドライバとポンプユニットの設置場所が異なる場合においてもポンプ部作動油温度を推定して適切な操舵アシスト力を決定することができる。

請求項２の発明は、前記ポンプ吐出量測定手段は、ポンプ吐出量をポンプ回転数と単位回転数当たりのポンプ吐出量との積により求めることを特徴としている。

この発明によれば、ポンプ吐出量をポンプ回転数と単位回転数当たりのポンプ吐出量との積により求めているため、ポンプ吐出量を測定するために特別に流量センサ等を設ける必要がないという効果がある。

請求項３の発明は、前記シリンダ容積変化量測定手段は、シリンダ容積変化量をシリンダ移動量とシリンダ断面積との積により求めることを特徴としている。

この発明によれば、シリンダ容積変化量をシリンダ移動量とシリンダ断面積との積により求めているため、シリンダ容積変化量を測定するために特別に流量センサ等を設ける必要がないという効果がある。

本発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に、本発明に係るパワーステアリング装置のシステム構成図を示す。電動機（モータ）１には可逆式ポンプ２が連結され、可逆式ポンプ２には第１、第２の作動油通路３ａ，３ｂを介して操舵力をアシストする油圧パワーシリンダ４の左右のシリンダ室４ａ，４ｂが連結されている。ステアリングホイール（操舵輪）５には、操舵軸５ａ，５ｂを介して操舵軸５ｂの回転を車幅方向の動きに変えるラック・ピニオンギア機構７のピニオンギアが接続されており、ラック・ピニオンギア機構７のラックギアに油圧パワーシリンダ４のピストン軸４ｃが接続されている。また、操舵軸５ｂには操舵トルクセンサ６ａ及び操舵角センサ６ｂが設けられており、操舵トルクセンサ（操舵力検出手段）６ａからのトルク信号及び操舵角センサ６ｂからの操舵角信号は電子制御ユニット（ＥＣＵ）８に入力し、それぞれ操舵トルクＴｈ及び転舵速度Ｖｈに変換される。

ＥＣＵ８はトルク信号に応じた電流を電動機１に通電し、電動機１は電流に応じたトルクを可逆式ポンプ２に伝達し、ポンプ２は電動機１のトルクに応じた圧力を発生する。シリンダ室４ａ，４ｂに発生した圧力に応じ操舵アシスト力を発生する。

作動油温度におけるポンプ駆動トルクを図２に示し、作動油温度におけるポンプリーク量（吐出性能）を図３に示す。作動油温度の変化により可逆式ポンプ２の駆動トルクと吐出流量は変化する。駆動トルクの変化は操舵アシスト力すなわち操舵トルクＴｈの変化となるため、作動油温度変化に応じてアシスト特性を補正する必要がある。ポンプ吐出流量の変化を転舵速度Ｖｈとモータ回転数Ｎｍから推定し、作動油温度の変化をポンプ吐出流量の変化から推定する。上記トルク信号に応じたモータ電流は、上記推定した作動油の温度により最適値とする。

ＥＣＵ８は、上記作動油の温度を推定して適切な操舵アシスト力を決定するため、以下に記載する手段（機能）を備えている。

ポンプ吐出量測定手段：モータ回転数Ｎｍを検出または推定し、モータ回転数Ｎｍと比例関係にあるポンプ回転数を求め、ポンプ回転数とポンプ１回転当たりのポンプ吐出量Ｑｐとの積により単位時間当たりのポンプ吐出量（Ｑｐ×Ｎｍ）を検出または推定する。上記モータ回転数Ｎｍは、電動機１がブラシレスモータの場合、ブラシレスモータのホールセンサ等のポジションセンサの信号から検出する。この場合、正確にモータ回転数を検出することができる。また、電動機１がブラシ付きモータの場合は、モータ回転数Ｎｍをモータ電流、電圧等から推定する。

シリンダ容積変化量測定手段：油圧パワーシリンダ４の圧力室単位時間当たりの容積変化量をシリンダ４の単位時間当たりの移動量とシリンダ４の断面積（受圧面積）Ｓから検出または推定する。油圧パワーシリンダ４の単位時間当たりの移動量は、操舵輪５の単位時間当たりの回転量に比例するので、上記転舵速度Ｖｈと上記ラック・ピニオンギア機構７のギア比ｒ及びシリンダ４の受圧面積Ｓとの積により単位時間当たりのシリンダ容積変化量（Ｖｈ×ｒ×Ｓ）を推定する。なお、上記ピストン移動量は、ポジションセンサ等により直接測定してもよい。

リーク量演算手段：可逆式ポンプ２のリーク量を、上記ポンプ吐出量測定手段からのポンプ吐出量（Ｑｐ×Ｎｍ）と上記シリンダ容積変化量測定手段からのシリンダ容積変化量（Ｖｈ×ｒ×Ｓ）との差分から演算する。

油温推定手段：作動油温度とポンプリーク量は図３に示すように所定の温度以上で略比例する関係にあるので、上記リーク量演算手段で測定したリーク量から油温を推定する。

電動機制御手段：操舵トルクセンサ６ａから与えられる操舵トルクＴｈが所定値以上のとき、操舵トルクＴｈのみに基づいて操舵アシスト力を決定する。操舵輪突き当て状態となると、シリンダ移動量は０となる。一方トルクセンサ出力は大きくなる（所定値以上）ため、モータ回転数Ｎｍは大きくなる。そのため可逆式ポンプ２のリーク量は大となるが、これは油温の上昇に伴う作動油の粘性の低下によるものではない。よって操舵輪突き当て状態においてはポンプリーク量による操舵アシスト力の補正を禁止することにより、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。

図４にＥＣＵ８が行う操舵アシスト力制御フローを示し、図５（ａ）〜（ｄ）に、図４の制御フローに使用する変数（係数）Ａ〜Ｄを得るためのマップ１〜４を示す。同図（ａ）に示すマップ１は、車速Ｖｓから車速の増加に応じてモータ指令電流値を減少補正するための変数Ａを出力するものであり、同図（ｂ）に示すマップ２は、操舵トルクＴｈの増加に伴いポンプ吐出圧も増加すると、ポンプ回転数が同じでも実際のポンプ吐出量は減少するため、実際のポンプ吐出量に近づけるための変数Ｂを出力するものである。また、同図（ｃ）に示すマップ３は、油温（リーク量）の増加に伴いモータ指令電流値を減少補正する変数Ｃを出力し、同図（ｄ）に示すマップ４は、油温（リーク量）の減少に伴いモータ指令電流値を増加補正する変数Ｄを出力するものである。

図４に示す操舵アシスト力制御フローについて説明する。ＥＣＵ８のメモリーには予め上記ポンプ吐出量測定に使用するポンプ１回転当たりのポンプ吐出量Ｑｐとシリンダ容積変化量測定に使用するラック・ピニオンギア機構７のギア比ｒ及びシリンダ４の受圧面積Ｓが記憶されている。操舵が開始されると、上記転舵速度Ｖｈ、操舵トルクＴｈ、モータ回転数Ｎｍ及び車速Ｖｓを読み込み（Ｓ１）、マップ１より車速Ｖｓに対する変数Ａを読み込み（Ｓ２）、マップ２より操舵トルクＴｈに対する変数Ｂを読み込み（Ｓ３）、ステップＳ４で、転舵速度Ｖｈとギア比ｒ及びシリンダの受圧面積Ｓから単位時間当たりのシリンダ容積変化量（Ｖｈ×ｒ×Ｓ）を求めると共に、モータ回転数Ｎｍとポンプ１回転当たりのポンプ吐出量Ｑｐから単位時間当たりのポンプ吐出量（Ｑｐ×Ｎｍ）を求め、単位時間当たりのシリンダ容積変化量（Ｖｈ×ｒ×Ｓ）と単位時間当たりのポンプ吐出量（Ｑｐ×Ｎｍ）を上記変数Ｂで補正し実際に近いポンプ吐出量（Ｂ×Ｑｐ×Ｎｍ）との差（リーク量）をしきい値Ｘと比較し、リーク量が所定値Ｘ以内であるか否か判断する。

ステップＳ４の判断結果がＹＥＳの場合、リーク量（油温）が適正であり操舵アシストゲインを変更する必要がないので、上記操舵トルクＴｈを上記変数Ａで補正したモータ指令電流値（Ａ×Ｔｈ）を出力する（Ｓ５）。

ステップＳ４の判断結果がＮＯの場合、ステップＳ６で、上記単位時間当たりのシリンダ容積変化量（Ｖｈ×ｒ×Ｓ）と上記単位時間当たりのポンプ吐出量（Ｂ×Ｑｐ×Ｎｍ）との差がしきい値Ｘより大きいか否かを判断する。ステップＳ６の判断結果がＹＥＳの場合、通常関係よりポンプ回転数が高く油温は上昇しているため、上記モータ指令電流値（Ａ×Ｔｈ）を上記変数Ｃで補正した通常より操舵アシストゲインを下げるモータ指令電流値（Ａ×Ｔｈ×Ｃ）を出力する（Ｓ７，Ｓ８）。また、ステップＳ６の判断結果がＮＯの場合、通常関係よりポンプ回転数が低く油温は下降しているため、上記モータ指令電流値（Ａ×Ｔｈ）を上記変数Ｄで補正した通常より操舵アシストゲインを上げるモータ指令電流値（Ａ×Ｔｈ×Ｄ）を出力する（Ｓ９，Ｓ１０）。

以上のように、本発明に係るパワーステアリング装置は、可逆ポンプのリーク量を転舵速度とモータ回転速度から求めて作動油の温度を推定しているので、モータドライバとポンプユニットの設置場所が異なる場合においても作動油の温度を推定して適切な操舵アシスト力を決定することができる。また、モータドライバとポンプユニットの設置場所が近い場合においても、適切な作動油の温度の推定ができる。

本発明の実施形態に係るパワーステアリング装置のシステム構成図。作動油温度とポンプ駆動トルクの関係を示す特性図。作動油温度とポンプリーク量の関係を示す特性図。操舵アシスト力制御フロー図。（ａ）は、車速の増加に応じモータ指令電流値を減少補正するための変数Ａを出力するマップの特性図、（ｂ）は、操舵トルクに応じ実際のポンプ吐出量に近づけるための変数Ｂを出力するマップの特性図、（ｃ）は、油温の増加に伴いモータ指令電流値を減少補正する変数Ｃを出力するマップの特性図、（ｄ）は、油温の減少に伴いモータ指令電流値を増加補正する変数Ｄを出力するマップの特性図。

符号の説明

１…電動機、モータ
２…可逆式ポンプ
３ａ，３ｂ…作動油通路
４…シリンダ
４ａ，４ｂ…シリンダ室
５…操舵輪、ステアリングホイール
６ａ…操舵トルクセンサ
６ｂ…操舵角センサ
７…ラック・ピニオンギア機構
８…ＥＣＵ、電子制御ユニット
Ｔｈ…操舵トルク
Ｖｈ…転舵速度
Ｎｍ…モータ回転数
Ｖｓ…車速
ｒ…ラック・ピニオンギア機構のギア比
Ｓ…シリンダの受圧面積
Ｑｐ…ポンプ１回転当りの吐出量

Claims

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、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操舵力を検出する操舵力検出手段と、
前記可逆式ポンプの吐出量を検出または推定するポンプ吐出量測定手段と、
前記油圧パワーシリンダの圧力室の容積変化量を検出または推定するシリンダ容積変化量測定手段と、
前記ポンプ吐出量とシリンダ容積変化量との差分から前記可逆式ポンプのリーク量を演算するリーク量演算手段と、
前記リーク量から油温を推定する油温推定手段と、
前記操舵力と前記油温とに基づき、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指令電流を出力する電動機制御手段と、
を有し、
前記第１通路の一端は前記可逆式ポンプの前記一対の吐出口の一方に接続され、
前記第１通路の他端は前記油圧パワーシリンダの前記両圧力室の一方に接続され、
前記第２通路の一端は前記可逆式ポンプの前記一対の吐出口の他方に接続され、
前記第２通路の他端は前記油圧パワーシリンダの前記両圧力室の他方に接続され、
前記電動機制御手段は、前記電動機の前記指令電流を制御することにより前記油圧パワーシリンダの圧力室の圧力を制御し、前記油温が上昇するのに伴い前記可逆式ポンプの回転数が過剰になることを抑制するように前記電動機に対して出力される指令電流の指令電流値を小さくするように補正することを特徴とするパワーステアリング装置。
前記操舵力検出手段はトルクセンサであって、このトルクセンサ出力が所定値以上のとき、前記電動機制御手段は、前記トルクセンサの出力のみに基づいて操舵アシスト量を決定することを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
前記ポンプ吐出量測定手段は、可逆式ポンプの吐出量をポンプ回転数と単位回転数当たりのポンプ吐出量との積により求めることを特徴とする請求項1又は２に記載のパワーステアリング装置。
前記シリンダ容積変化量測定手段は、油圧パワーシリンダの圧力室の容積変化量をシリンダ移動量とシリンダ断面積との積により求めることを特徴とする請求項1ないし３のいずれかに記載のパワーステアリング装置。