JP4832880B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

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。

図４および図５を用いて従来のパワーステアリング装置について説明する。
図４に示すポンプアッセンブリーＰＡは、流量制御弁Ｖのスプール１とともにポンプＰを一体的に本体に組み込んだものである。
上記スプール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。

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。

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、タンクポート１１の開度が決められる。
図４のノーマル位置から、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。

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。

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が非励磁状態のときにその開度を最小に保ち、励磁電流を大きくしていくにしたがってその開度を大きくするからである。

なお、上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への供給流量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への供給流量を大きくし、操舵トルクが小さければそれに応じて供給流量も少な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。

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、操舵トルク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、いつも等しくすれば、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側のエネルギーロスは、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。

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に対する励磁電流であり、この励磁電流を制御するのが、コントローラＣである。
このコントローラＣには、操舵角センサー１６と車速センサー１７とを接続し、これら両センサー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。

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、一方のパイロット室２が、このスリット１８を介して、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。
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、装置全体の焼き付きの防止、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。

また、符号１９は、コントローラＣとソレノイドＳＯＬとの間に接続したドライバーである。符号１２は動力源、符号１３，１４は流路１０に設けたオリフィス、符号１５はリリーフ弁である。

上記コントローラＣの制御システムは、図５に示すとおりである。すなわち、コントローラＣには、操舵角センサー１６からの操舵角信号と車速センサー１７からの車速信号とが入力される。そして、コントローラＣは、操舵角信号から操舵角θと操舵角速度ωとを演算するとともに、これら操舵角θおよび操舵角速度ωを基にして、ソレノイド電流指令値Ｉを制御し、このソレノイド電流指令値ＩによってソレノイドＳＯＬの励磁電流を制御している。
図５における操舵角θとソレノイド電流指令値Ｉ１とは、その操舵角θと制御流量ＱＰとの関係がリニアな特性になる理論値を基にして決めている。また、操舵角速度ωとソレノイド電流指令値Ｉ２との関係も、操舵角速度ωと制御流量ＱＰとがリニアな特性になる理論値を基にして決めている。

ただし、操舵角θおよび操舵角速度ωが、ある設定値以上にならなければ、上記指令値Ｉ１およびＩ２のいずれも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時には、上記指令値Ｉ１もＩ２もゼロになるようにしている。
そして、これら操舵角θに対するソレノイド電流指令値Ｉ１、および操舵角速度ωに対するソレノイド電流指令値Ｉ２は、テーブル値としてコントローラＣにあらかじめ記憶させてある。

また、コントローラＣは、車速センサー１７の出力信号に基づいて、操舵角用電流指令値Ｉ３と操舵角速度用電流指令値Ｉ４とを出力するようにしているが、これら操舵角用電流指令値Ｉ３および操舵角速度用電流指令値Ｉ４は、テーブル値としてコントローラＣにあらかじめ記憶させてある。

そして、操舵角用電流指令値Ｉ３は、低速域で１を出力し、最高速域で例えば０．６を出力するようにしている。また、操舵角速度用電流指令値Ｉ４は、低速域で１を出力し、最高速域で例えば０．８を出力するようにしている。
そして、上記操舵角θによるソレノイド電流指令値Ｉ１には、車速Ｖに応じた操舵角用電流指令値Ｉ３を掛け合わせる。したがって、車速Ｖが高速になればなるほど、その乗算結果である出力値すなわち操舵角系の電流指令値Ｉ５は小さくなる。
一方、操舵角速度ωによるソレノイド電流指令値Ｉ２には、車速に応じた操舵角速度用電流指令値Ｉ４を限界値として、操舵角速度系の電流指令値Ｉ６を出力させるようにしている。

上記のように出力された操舵角系の電流指令値Ｉ５と、操舵角速度系の電流指令値Ｉ６との大小を比較し、その大きな方の電流指令値Ｉ５あるいは電流指令値Ｉ６を採用するようにしている。
また、上記のようにして選択された電流指令値Ｉ５あるいはＩ６には、スタンバイ用電流指令値Ｉ７を加算する。
このスタンバイ用電流指令値Ｉ７は、常に、所定の電流が可変オリフィスａのソレノイドＳＯＬに供給されるようにするためのものである。このようにスタンバイ用電流指令値Ｉ７が供給された可変オリフィスａは、操舵角θ、操舵角速度ωおよび車速を基にしたソレノイド電流指令値が、たとえゼロだったとしても、その開度を一定に保つとともに、一定のスタンバイ流量ＱＳを確保する。

上記の構成にしたパワーステアリング装置によれば、操舵角θ、操舵角速度ω、車速Ｖに基づいて、ソレノイド電流指令値Ｉを制御し、このソレノイド電流指令値ＩによってソレノイドＳＯＬの励磁電流を制御している。
そして、上記したように、ソレノイドＳＯＬが非励磁状態のときに、可変オリフィスａの開度を最小に保ち、ソレノイドＳＯＬの励磁電流が、車速や操舵状況に応じて大きくなれば、可変オリフィスａの開度が大きくなる。このように、可変オリフィスａの開度を制御することで、エネルギー損失を小さくし、しかも、走行状況に応じた制御流量ＱＰを制御することができる。
特開２００１−２６０９１７

上記従来のパワーステアリング装置によれば、ソレノイド電流指令値Ｉが演算されれば、理論上、走行状況に応じて最適な制御流量ＱＰを制御できる。
しかし、ポンプＰは、寸法精度のばらつき等、ポンプＰ単体ごとに多少異なった特性を有するとともに、ソレノイドＳＯＬも個々に多少異なった特性を有するのが現状である。このように、個々の特性を有するポンプＰと、ソレノイドＳＯＬとが組み合わされて、ポンプアッセンブリーＰＡが構成されるため、ソレノイド電流指令値Ｉと制御流量ＱＰとの対応関係であって、最終的なポンプ出力特性であるＩ−Ｑ特性は、すべての実機において等しくなるとは限らず、実機ごとにばらつきが生じてしまう。

このように、走行状況に応じて最適な制御流量ＱＰを制御すべく、ソレノイド電流指令値Ｉを制御しても、実際は、ポンプアッセンブリーＰＡが、実機ごとに異なるＩ−Ｑ特性を有しているため、制御流量ＱＰを正確に制御することができず、制御流量ＱＰにばらつきが生じてしまう。
そして、制御流量ＱＰにばらつきが生じれば、走行状況に応じて最適な操舵フィーリングを実現することができなくなってしまうという問題があった。

この発明の目的は、ポンプアッセンブリーＰＡが個々のＩ−Ｑ特性を有していても、確実に必要流量を制御するパワーステアリング装置を提供することである。

この発明は、本体にスプールを組み込み、このスプールの一端を、ポンプポートに常時連通する一方のパイロット室に臨ませ、スプールの他端を、スプリングを介在させた他方のパイロット室に臨ませ、上記一方のパイロット室の下流側にオリフィスを設け、このオリフィスを介してパワーシリンダを制御するステアリングバルブに圧油を導く一方、上記オリフィスの上流側の圧力を上記一方のパイロット室のパイロット圧とし、下流側の圧力を上記他方のパイロット室のパイロット圧とし、両パイロット室の圧力バランスでスプールの移動位置を制御するとともに、その移動位置に応じて、ポンプの吐出量を上記ステアリングバルブ側に導く制御流量ＱＰと、タンクまたはポンプに還流させる戻り流量ＱＴとに分配する構成にし、上記オリフィスは、ソレノイドの励磁電流に応じて開度を制御する可変オリフィスにするとともに、ソレノイドの励磁電流を制御するコントローラを設け、このコントローラには、車速や操舵角等の走行状況に応じた信号を出力する信号出力部を接続するとともに、このコントローラが上記信号出力部から出力された信号に基づいて、上記ソレノイドに供給する励磁電流を出力するためのソレノイド電流指令値を特定し、このソレノイド電流指令値に基づいて、可変オリフィスを制御するパワーステアリング装置を前提とする。

そして、上記コントローラには、演算部とともに電流指令値変換部を設け、上記演算部は、上記走行状況に対応する制御流量値ＴＱを定めたテーブルを記憶するとともに、上記信号出力部から出力された信号に基づいて制御流量値ＴＱを特定し、上記電流指令値変換部は、制御流量値ＴＱとその制御流量値ＴＱに対応する実機ごとのソレノイド電流指令値との相対関係を特定する変換テーブルを記憶するとともに、上記変換テーブルに基づいて、上記演算部が特定した制御流量値ＴＱから実機ごとのソレノイド電流指令値を特定し、このソレノイド電流指令値に基づいて、可変オリフィスのソレノイドの励磁電流を制御する構成にした点に特徴を有する。

この発明によれば、演算部において制御流量値を演算し、制御流量値とソレノイド電流指令値とを実機ごとに特定しているので、実機ごとにばらつきのあるＩ−Ｑ特性に起因した、制御流量のばらつきが問題とならず、必要とされる制御流量に対応したソレノイド電流指令値を特定することができる。
上記のように必要とされる制御流量に対応したソレノイド電流指令値を特定できるので、走行状況に応じて最適な操舵フィーリングを実現することができる。

図１〜図３を用いて、この実施形態におけるパワーステアリング装置について説明する。
なお、この実施形態のパワーステアリング装置は、コントローラＣにおける制御システムに最大の特徴を有するものであり、特に構造をはじめとする他の構成については、従来のパワーステアリング装置と同様である。したがって、ここでは、コントローラＣにおける制御システムを中心に説明するとともに、従来のパワーステアリング装置と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明する。

この実施形態におけるコントローラＣの制御システムは、図１に示すとおりであるが、このコントローラＣは、ソレノイドＳＯＬに供給する励磁電流を制御することで、可変オリフィスａの開度を制御するものである。
コントローラＣには、従来のパワーステアリング装置と同様、操舵角センサー１６及び車速センサー１７を接続しているが、これら両センサー１６，１７が、この発明における、信号出力部２０を構成している。なお、この実施形態における信号出力部２０は、操舵角センサー１６と、車速センサー１７とからなるが、信号出力部２０を構成するのは、これらに限られるものではなく、制御流量ＱＰを制御するために有効なものを構成要素に加えてもよい。

コントローラＣは、演算部２１と電流指令値変換部２２とを備え、上記演算部２１に、上記操舵角センサー１６からの操舵角信号と車速センサー１７からの車速信号とが入力される。そして、演算部２１は、操舵角信号から操舵角θと操舵角速度ωとを演算するとともに、これら操舵角θおよび操舵角速度ωを基にして、理論的に定めた制御流量値ＴＱを出力する。
図１における操舵角θと制御流量値ＴＱ１との関係は、リニアな特性になる理論値を基にして決めている。また、操舵角速度ωと制御流量値ＴＱ２との関係も、リニアな特性になる理論値を基にして決めている。

ただし、操舵角θおよび操舵角速度ωが、ある設定値以上にならなければ、上記流量値ＴＱ１およびＴＱ２のいずれも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時には、上記流量値ＴＱ１もＴＱ２もゼロになるようにしている。
そして、これら操舵角θに対する制御流量値ＴＱ１、および操舵角速度ωに対する制御流量値ＴＱ２は、テーブル値として演算部２１にあらかじめ記憶させてある。

また、演算部２１は、車速センサー１７の出力信号に基づいて、操舵角用ゲイン指令値ＴＱ３と操舵角速度用ゲイン指令値ＴＱ４とを出力するようにしているが、これら操舵角用ゲイン指令値ＴＱ３および操舵角速度用ゲイン指令値ＴＱ４は、テーブル値として演算部２１にあらかじめ記憶させてある。

そして、操舵角用ゲイン指令値ＴＱ３は、低速域で１を出力し、最高速域で例えば０．６を出力するようにしている。また、操舵角速度用ゲイン指令値ＴＱ４は、低速域で１を出力し、最高速域で例えば０．８を出力するようにしている。
そして、上記操舵角θに対応して定めた制御流量値ＴＱ１には、車速Ｖに応じた操舵角用ゲイン指令値ＴＱ３を掛け合わせる。したがって、車速Ｖが高速になればなるほど、その乗算結果である出力値、すなわち操舵角系の制御流量値ＴＱ５は小さくなる。
一方、操舵角速度ωによる制御流量値ＴＱ２には、車速に応じた操舵角速度用ゲイン指令値ＴＱ４を限界値として、操舵角速度系の制御流量値ＴＱ６を出力させるようにしている。

上記のように出力された操舵角系の制御流量値ＴＱ５と、操舵角速度系の制御流量値ＴＱ６との大小を比較し、その大きな方の制御流量値ＴＱ５あるいはＴＱ６を採用するようにしている。
また、上記のようにして選択された制御流量値ＴＱ５あるいはＴＱ６には、スタンバイ用流量指令値ＴＱ７を加算する。
このスタンバイ用流量指令値ＴＱ７は、常に、所定の流量が、可変オリフィスａを介して、ステアリングバルブ側に導かれるようにするためのものである。このようにスタンバイ用流量指令値ＴＱ７が供給された可変オリフィスａは、操舵角θ、操舵角速度ωおよび車速を基にした制御流量値が、たとえゼロだったとしても、一定のスタンバイ流量ＱＳを確保する。
なお、この実施形態における演算部２１にあらかじめ記憶しておくテーブル値や、演算方法等は、一実施形態に過ぎないものである。

上記のように、演算部２１が出力した制御流量値ＴＱは、種々の走行状況のもとで、最適な操舵フィーリングを実現するために必要な要求流量ＱＭそのものであるとともに、この実施形態においては、可変オリフィスａを介してステアリングバルブ側に供給される制御流量ＱＰそのものでもある。
そして、実際に可変オリフィスａからステアリングバルブ側に制御流量値ＴＱ（制御流量ＱＰ）を導くためには、可変オリフィスａの開度を調整しなければならないが、この可変オリフィスａの開度を調整するのが、ソレノイドＳＯＬである。既に述べたように、可変オリフィスａは、ソレノイドＳＯＬが非励磁状態のときにその開度を最小に保ち、励磁電流を大きくしていくにしたがってその開度を大きくする。

つまり、演算部２１で演算した制御流量値ＴＱを制御するために、ソレノイドＳＯＬに所定の励磁電流を供給し、可変オリフィスａの開度が、制御流量値ＴＱを制御する開度に調整されることとなる。このように、ソレノイドＳＯＬに所定の励磁電流を供給するためのソレノイド電流指令値Ｉを出力するのが、コントローラＣに設けた電流指令値変換部２２である。
電流指令値変換部２２は、演算部２１で演算された制御流量値ＴＱを、ソレノイド電流指令値Ｉに変換して出力するが、その制御システムは以下の通りである。

図２に示すように、ポンプアッセンブリーＰＡは、実機ごとに微妙に異なったＩ−Ｑ特性を有している。すなわち、Ｘ機、Ｙ機、Ｚ機のソレノイドＳＯＬに対して、同様のソレノイド電流指令値Ｉを供給しても、そのＩ−Ｑ特性により、制御流量ＱＰが異なっている。なお、ここでいう、制御流量ＱＰは、制御流量値ＴＱと何ら変わるものではなく、また、上記Ｉ−Ｑ特性は、ポンプアッセンブリーＰＡを出荷する際の試験等によって把握することができる。すなわち、出荷時には、図２に示す図を実機ごとに保有していることとなる。
また、例えば図２のＸ機において、ソレノイド電流指令値Ｉ及び制御流量ＱＰを座標変換したものが図３であるが、この図からも明らかであるように、制御流量ＱＰを制御するために必要となる、ソレノイド電流指令値Ｉを特定することができる。

そして、電流指令値変換部２２は、実機ごとの制御流量ＱＰ及びソレノイド電流指令値Ｉの相対関係を特定することができるものを、変換テーブル２３として記憶している。なお、変換テーブル２３は、図３に示すようなグラフ状のものでもよいし、また、数値変換された表のようなものであってもよい。いずれにしても、変換テーブル２３は、実機ごとの制御流量ＱＰとソレノイド電流指令値Ｉとの相対関係を特定することができるものであれば、どのようなものであってもかまわない。

次に、この実施形態におけるパワーステアリング装置の作用について説明する。
いま、図１に示すように、信号出力部２０からの信号を受けた演算部２１が演算をした結果、制御流量値ＴＱが特定されるとともに、特定された制御流量値ＴＱが、電流指令値変換部２２に送られる。電流指令値変換部２２は、あらかじめ記憶している変換テーブル２３において、制御流量値ＴＱ（制御流量ＱＰ）を照合するとともに、当該実機において、制御流量値ＴＱに対応するソレノイド電流指令値Ｉを特定する。

言い換えれば、電流指令値変換部２２は、変換テーブル２３に基づいて制御流量値ＴＱを変換してソレノイド電流指令値Ｉを特定するとともに、特定されたソレノイド電流指令値Ｉが、ソレノイドＳＯＬに供給される。
このようにして、制御流量値ＴＱを制御するために必要であって、実機ごとに微妙に異なるソレノイド電流指令値Ｉが、ソレノイドＳＯＬに供給され、実機ごとに制御流量値ＴＱに対応した可変オリフィスａの開度が制御される。

この実施形態のパワーステアリング装置によれば、演算部２１において制御流量値ＴＱを演算し、制御流量値ＴＱとソレノイド電流指令値Ｉとを実機ごとに特定している。したがって、実機における個々のＩ−Ｑ特性に起因した、制御流量ＱＰのばらつきが問題とならず、可変オリフィスａが制御する制御流量ＱＰを、確実に制御流量値ＴＱと一致させることができる。したがって、走行状況に応じて最適な操舵フィーリングを実現することができる。

この実施形態のパワーステアリング装置におけるコントローラＣの制御システムを示す図である。 実機ごとのＩ−Ｑ特性を示す図である。 Ｘ機のＩ−Ｑ特性を座標変換したＱ−Ｉ特性を示す図である。 従来及びこの実施形態におけるパワーステアリング装置の構造を示す図である。 従来のパワーステアリング装置におけるコントローラＣの制御システムを示す図である。

符号の説明

１ スプール
２ パイロット室
３ パイロット室
４ ポンプポート
５ スプリング
８ パワーシリンダ
９ ステアリングバルブ
２０ 信号出力部
２１ 演算部
２２ 電流指令値変換部
２３ 変換テーブル
Ｃ コントローラ
Ｐ ポンプ
ａ 可変オリフィス
ＴＱ 制御流量値
ＱＰ 制御流量
ＱＴ 戻り流量
ＳＯＬ ソレノイド

Claims (1)

1. 本体にスプールを組み込み、このスプールの一端を、ポンプポートに常時連通する一方のパイロット室に臨ませ、スプールの他端を、スプリングを介在させた他方のパイロット室に臨ませ、上記一方のパイロット室の下流側にオリフィスを設け、このオリフィスを介してパワーシリンダを制御するステアリングバルブに圧油を導く一方、上記オリフィスの上流側の圧力を上記一方のパイロット室のパイロット圧とし、下流側の圧力を上記他方のパイロット室のパイロット圧とし、両パイロット室の圧力バランスでスプールの移動位置を制御するとともに、その移動位置に応じて、ポンプの吐出量を上記ステアリングバルブ側に導く制御流量ＱＰと、タンクまたはポンプに還流させる戻り流量ＱＴとに分配する構成にし、上記オリフィスは、ソレノイドの励磁電流に応じて開度を制御する可変オリフィスにするとともに、ソレノイドの励磁電流を制御するコントローラを設け、このコントローラには、車速や操舵角等の走行状況に応じた信号を出力する信号出力部を接続するとともに、このコントローラが上記信号出力部から出力された信号に基づいて、上記ソレノイドに供給する励磁電流を出力するためのソレノイド電流指令値を特定し、このソレノイド電流指令値に基づいて、可変オリフィスを制御するパワーステアリング装置において、上記コントローラには、演算部とともに電流指令値変換部を設け、上記演算部は、上記走行状況に対応する制御流量値ＴＱを定めたテーブルを記憶するとともに、上記信号出力部から出力された信号に基づいて制御流量値ＴＱを特定し、上記電流指令値変換部は、上記制御流量値ＴＱとその制御流量値ＴＱに対応する実機ごとのソレノイド電流指令値との相対関係を特定する変換テーブルを記憶するとともに、上記変換テーブルに基づいて、上記演算部が特定した制御流量値ＴＱから実機ごとのソレノイド電流指令値を特定し、このソレノイド電流指令値に基づいて、可変オリフィスのソレノイドの励磁電流を制御する構成にしたパワーステアリング装置。

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