JPH11334634A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】車両の操舵輪に結合されたステアリング機構に
操舵補助力を与えるパワーステアリング装置において、
タイヤの空気圧低下検出機能を備えること。 【解決手段】センサによる検出車速、検出舵角に対応さ
せて検出操舵トルクをサンプリングして平均値を基準操
舵トルクとして記憶し、走行時の検出操舵トルクと、検
出車速及び検出舵角に基づき読み出された基準操舵トル
クとの差又は比が所定値以上であるときに、操舵輪のタ
イヤＦＬ，ＦＲの空気圧に異常が生じていると判定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に備えられた
ステアリング機構に、操舵トルクおよび車速に応じた操
舵補助力を与えるパワーステアリング装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電動モータが発生する駆動力
をステアリング機構に操舵補助力として伝達するように
したパワーステアリング装置が用いられている。電動モ
ータの動作は、ステアリングホイールに加えられる操舵
トルクおよび車速に基づいて制御され、操舵トルクが大
きいほど大きな操舵補助力がステアリング機構に与えら
れ、かつ、車速が大きいほど小さな操舵補助力がステア
リング機構に与えられるようになっている。

【０００３】一方、車両には、タイヤの空気圧低下を検
出して警報を発生するための空気圧低下検出装置が備え
られる場合がある。従来の空気圧低下検出装置には、タ
イヤの空気圧を直接的に検知する構成のものや、車輪の
回転数の増加に基づいて間接的にタイヤの空気圧低下を
検知する構成のものなどがある。これにより、タイヤの
空気圧の低下が生じたときには、ドライバにそのことが
速やかに報知されるので、ドライバは速やかに適切な対
策を講じることができる。これにより、車両の安全な走
行を期することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】パワーステアリング装
置には、トルクセンサや舵角センサなど、操舵輪に関連
するデータを収集する構成が備えられている。したがっ
て、これらを利用することにより、操舵輪のタイヤの空
気圧低下の検出ができると考えられる。

【０００５】これが実現されれば、パワーステアリング
装置とは別に空気圧低下検出装置を設けていた従来技術
に比較して、車両の電気系統の構成を簡単にすることが
でき、ひいてはコストの削減を図ることができる。

【０００６】そこで、本発明の目的は、車両の操舵輪に
結合されたステアリング機構に操舵補助力を与えるパワ
ーステアリング装置において上述の技術的課題を解決
し、タイヤの空気圧低下検出機能を有するパワーステア
リング装置を提供することである。

【０００７】

【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、車速を検
出する車速センサと、舵角を検出する舵角センサと、操
舵トルクを検出するトルクセンサと、前記車速センサに
よる検出車速、前記舵角センサによる検出舵角に対応さ
せてトルクセンサの検出操舵トルクをサンプリングし基
準操舵トルクとして記憶する記憶手段と、検出操舵トル
クと、検出車速及び検出舵角に基づき前記記憶手段から
読み出された基準操舵トルクとの差又は比が所定値以上
であるときに、操舵輪のタイヤの空気圧に異常が生じて
いると判定する異常判定手段とを備えるものである。

【０００８】キングピンまわりにタイヤを転舵させるた
めに必要なトルクＴは、比例定数ｋ、路面とタイヤＷと
の間の摩擦係数ｆ、車両の全荷重のうちタイヤＷにかか
る分担荷重Ｎ、およびタイヤＷと路面との接地長ａに基
づいて、下記(a) 式で与えられる。

【０００９】Ｔ＝ｋｆＮａ ・・・・・・(a) タイヤＷの空気圧が低下すると、接地長ａが長くなるか
ら、それに応じて転舵に必要なトルクＴも増加する。そ
こで、トルクＴが過大であることを検知できれば、操舵
輪のタイヤＷに空気圧低下が生じていることを検出でき
る。

【００１０】そこで、本発明では、車速および舵角に応
じてサンプリングされた基準操舵トルクと、トルクセン
サによって検出される操舵トルク検出値とを検出車速及
び検出舵角に基づき比較し、操舵トルク検出値が基準操
舵トルクを一定以上上回った場合に、操舵輪のタイヤの
空気圧に異常が生じていると判定することとしている。

【００１１】ここで、前記基準操舵トルクは、車速およ
び舵角に応じて実際にサンプリングして得られた値であ
るから、車両の積載状態、車両に装着しているタイヤの
普段の空気圧などが、車両ごとに違っていても、その違
いを吸収して、当該車両のタイヤの空気圧の異常を正確
に判断するのに最適な値となっている。

【００１２】また、請求項２記載の発明によれば、前記
記憶手段は、手動操作をきっかけにして、一定時間又は
一定回数にわたるサンプリングを行う。

【００１３】この構成によれば、ドライバなどが自分の
意思で任意の時点でサンプリングした操舵トルクのデー
タを基準にすることができる。したがって、ドライバが
当該車両のタイヤの空気圧の異常を判断する基準として
最適と思う乗車人数や荷物の積載状態で、かつ、正常な
空気圧であることを確認している時点できっかけを与え
ることができる。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、異常判定手
段は、前記トルクセンサにより検出される操舵トルクと
基準操舵トルクとの差又は比が所定値以上である状態が
一定時間以上継続したことを条件に、操舵輪のタイヤの
空気圧に異常が生じていると判定する。

【００１５】この構成によれば、トルク検出値が基準操
舵トルクを上回る状態が所定時間以上継続することが条
件とされているので、ノイズの影響を排除して、タイヤ
の空気圧異常を確実に検出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下では、本発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１７】図１は、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。

【００１８】ステアリング機構１は、ドライバによって
操作されるステアリングホイール２と、このステアリン
グホイール２に連結されたステアリング軸３と、ステア
リング軸３の先端部に設けられたピニオンギア４と、こ
のピニオンギア４にかみ合うラックギア部５ａを有し、
車両の左右方向に延びたラック軸５を有している。

【００１９】ラック軸５の両端にはタイロッド６がそれ
ぞれ結合されており、このタイロッド６は、それぞれ、
操舵輪であるフロント左右輪ＦＬ，ＦＲを支持するナッ
クルアーム７に結合されている。ナックルアーム７は、
キングピン８を中心として回転自在である。

【００２０】以上の構成において、ステアリングホイー
ル２の操作によりステアリング軸３が回転すると、この
回転がピニオンギア４及びラック軸５によって車両の左
右方向に沿う直線運動に変換され、これによって、フロ
ント左右輪ＦＬ，ＦＲの操舵が行われる。

【００２１】ステアリング軸３の途中には、ステアリン
グホイール２に加えられた操舵トルクの方向及び大きさ
に応じてねじれを生じるトーションバー９と、このトー
ションバー９のねじれの方向及び大きさに応じて開度が
変化する油圧制御弁２３が設けられている。この油圧制
御弁２３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２０に接続されている。パワーシリンダ
２０は、ラック軸５に一体的に設けられたピストン２１
と、このピストン２１によって区画された一対のシリン
ダ室２０ａ，２０ｂとを有しており、シリンダ室２０
ａ，２０ｂは、それぞれオイル供給／帰還路２２ａ，２
２ｂを介して油圧制御弁２３に接続されている。

【００２２】油圧制御弁２３は、さらに、リザーバタン
ク２５及びオイルポンプ２６を通るオイル循環路２４に
も入っている。オイルポンプ２６は、電動モータ２７に
よって駆動され、リザーバタンク２５に溜められている
作動油を汲み出して油圧制御弁２３に供給する。余剰の
作動油は、油圧制御弁２３からオイル循環路２４を通っ
てリザーバタンク２５に戻される。

【００２３】油圧制御弁２３は、トーションバー９に一
方向のねじれが加わった場合には、オイル供給／帰還路
２２ａ，２２ｂのうちの一方を介してパワーシリンダ２
０のシリンダ室２０ａ，２０ｂのうちの一方に作動油を
供給する。また、トーションバー９に他方方向のねじれ
が加わった場合には、オイル供給／帰還路２２ａ，２２
ｂのうちの他方を介してパワーシリンダ２０のシリンダ
室２０ａ，２０ｂのうちの他方に作動油を供給する。ト
ーションバー９にねじれがほとんど加わっていない場合
には、油圧制御弁２３は、いわば平衡状態になり、作動
油はパワーシリンダ２０に供給されることなく、オイル
循環路２４を循環する。

【００２４】パワーシリンダ２０のいずれかのシリンダ
室に作動油が供給されると、ピストン２１が車幅方向に
沿って移動する。これにより、ラック軸５に操舵補助力
が作用することになる（パワーアシスト）。なお、油圧
制御弁に関連する動作については、特開昭59-118577 号
公報などを参照。操舵補助力の大きさは、オイルポンプ
２６を作動させる電動モータ２７への印加電圧を制御す
ることによって調整する。

【００２５】電動モータ２７は、電子制御ユニット３０
によって回転制御される。電子制御ユニット３０は、Ｃ
ＰＵ３１、ＣＰＵ３１のワークエリアなどを提供するＲ
ＡＭ３２、及びＣＰＵ３１の動作プログラムなどを記憶
したＲＯＭ３３と、これらを相互接続するバス３４と、
入出力部３５と、この入出力部３５に接続される、トル
クセンサ１３と、舵角センサ１５と、車速センサ１６
と、電動モータ２７を駆動する駆動回路１７と、表示ユ
ニット１８とを有している。

【００２６】車速センサ１６は、例えば車輪の回転数を
検出する車輪速センサなどが使用されるが、車両にＡＢ
Ｓ（アンチロックブレーキシステム）が搭載されていれ
ば、ＡＢＳユニットの車速センサから車速信号を取り込
むようにしてもよい。

【００２７】舵角センサ１５は、ステアリングホイール
に関連して設けられており、イグニッションキースイッ
チが導通されてエンジンが始動したときのステアリング
ホイール２の舵角を初期値０として、この初期値からの
相対舵角を検出する。

【００２８】トルクセンサ１３は、トーションバー９に
加えられたトルクの方向及び大きさを検出する。

【００２９】ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３に格納された所
定の空気圧低下検出プログラムに従って空気圧低下検出
処理を実行することにより、前左右輪ＦＬ，ＦＲのいず
れかのタイヤに空気圧の低下が生じているかどうかを検
出する。もしも、タイヤの空気圧の低下が生じていると
判断された場合には、車両の表示ユニット１８に警報ラ
ンプを点灯させる。

【００３０】図２は、表示ユニット１８の正面図であ
る。この表示ユニット１８は、車両のインストルメンタ
ルパネルなどに取り付けられるもので、リセット／サン
プリングボタン（Ｒ／Ｓボタン）１８ａ、エアチェック
ランプ（Ａランプ）１８ｂ、サンプリングランプ（Ｓラ
ンプ）１８ｃを備えている。

【００３１】Ａランプ１８ｂとＳランプ１８ｃがオフの
ときＲ／Ｓボタン１８ａをオンにすると、データのサン
プリングを開始し、Ｓランプ１８ｃが点灯する。サンプ
リングは、一定時間（例えば６００秒程度）にわたって
行われ、一定個数（例えば１００個程度）の検出車速デ
ータ、検出舵角データ及び検出操舵トルクデータが集め
られ、ＲＡＭ３２に記憶される。以前にサンプリングさ
れたデータはクリアされる。この一定時間が経過すれ
ば、サンプリングは終了し、Ｓランプ１８ｃは消灯す
る。

【００３２】Ｓランプ１８ｃが点灯しているときにＲ／
Ｓボタン１８ａをオンにすると、それまでにサンプリン
グされたデータはクリアされ、再度サンプリングが開始
される（Ｓランプ１８ｃは点灯したまま）。一定時間内
にもう一度Ｒ／Ｓボタン１８ａをオンにすると、Ｓラン
プ１８ｃは消灯し、データはクリアされる。

【００３３】ここで、データのサンプリングのきっかけ
はドライバの判断にゆだねられているが、サンプリング
を行うのにふさわしい条件を説明する。

【００３４】まず、タイヤの空気圧が正常な時点である
ことが必要である。例えば、タイヤに規定圧の空気を充
填した直後などである。次に、乗車人数や荷物の積載状
態が通常の走行時とかけ離れていないことが必要であ
る。例えば、いつも荷物を積載している状態で走行する
のに、サンプリング時は空荷の時であったとすれば、基
準操舵トルクは少なめに出るので、正常な空気圧である
のに異常と誤判定されることがある。また、いつも１人
乗車しているのに、サンプリング時だけ満員乗車してい
たとすれば、基準操舵トルクは大きめに出るので、空気
圧が低下しているのに正常と誤判定されることがある。

【００３５】また、乗車人数や荷物の積載状態がよく変
動するのであれば、ドライバは、タイヤの空気圧が正常
なことを前提にして、走行する都度、Ｒ／Ｓボタン１８
ａをオンにするとよい。これにより、タイヤの空気が比
較的急速に抜けている場合（パンクなど）、ハンドルが
重いと感じる前に、Ａランプ１８ｂの点灯により速やか
に空気圧の異常を知ることができる。

【００３６】集められたデータを、車速Ｖ、舵角θ及び
操舵トルクの３次元座標で構成される空間にプロットす
ることができる。プロットされた各点は、ＣＰＵ３１に
より周知の最小２乗法、最尤推定法などを用いて平均化
処理がなされ、１枚の曲面が決定される。

【００３７】図３は、このように決定された曲面を図示
したグラフである。この曲面の性質を概略説明すると、
舵角θが右又は左の方向に大きくなるにつれて、操舵ト
ルク（絶対値）は増大している。また車速Ｖが速くなる
につれて、操舵トルクは減少している。

【００３８】前記曲面に相当する平均化されたデータ
は、基準操舵トルクデータとしてＲＡＭ３２に記憶され
る。

【００３９】図４は、通常走行における空気圧低下検出
処理を説明するためのフローチャートである。まず、空
気圧低下判定のためのタイマＴがクリアされてその計時
動作が開始される（ステップＳ１）。次いで、ＣＰＵ３
１は、舵角センサ１５、車速センサ１６およびトルクセ
ンサ１３の各検出値を取り込む（ステップＳ２）。

【００４０】次に、ＣＰＵ３１は、ステップＳ２で取り
込まれた舵角検出値および車速検出値に基づいて、タイ
ヤの空気圧低下検出のための基準値としての基準操舵ト
ルクをＲＡＭ３２から読み出す（ステップＳ３）。ＲＡ
Ｍ３２には、前述したように、舵角および車速に応じて
予め定めた基準操舵トルクの値がデータとして記憶され
ており、このデータから舵角検出値および車速検出値に
対応した基準操舵トルクが読み出されることになる。

【００４１】ＣＰＵ３１は、読み出された基準操舵トル
クと、トルクセンサ１３によって検出された操舵トルク
検出値（図３にａ〜ｅ点として例示）とを比較する（ス
テップＳ４）。そして、操舵トルク検出値が基準操舵ト
ルク以下であれば、タイマＴの計時時間が０にクリアさ
れ（ステップＳ５）、ステップＳ２からの処理が繰り返
される。一方、操舵トルク検出値が、図３のａ〜ｅ点で
示したように、基準操舵トルクを一定割合（２０〜３０
％）以上又は一定値以上上回っていれば、タイマＴの計
時時間（Ｔ）が所定の基準時間Ｔref （たとえば1800
秒）と比較される（ステップＳ６）。タイマＴの計時時
間が基準時間Ｔref に達していなければステップＳ２か
らの処理を繰り返し行う。

【００４２】操舵トルク検出値が基準操舵トルクを上回
る状態が継続すると、タイマＴの計時時間が基準時間Ｔ
ref に達し、ステップＳ６での判断が肯定される。これ
に応答して、ＣＰＵ１は、Ａランプ１８ｂの点灯処理を
含む異常処理を行う（ステップＳ７）。Ａランプ１８ｂ
の点灯によって、ドライバは操舵輪である前左右輪Ｆ
Ｌ，ＦＲのいずれかのタイヤに空気圧低下が生じている
ことを認識できる。

【００４３】なお、図４に示された空気圧低下検出処理
では、このような状況が所定時間Ｔref だけ継続したこ
とを条件に、操舵輪ＦＬ，ＦＲのいずれかのタイヤに空
気圧低下が生じたものと判定することとしている。所定
時間Ｔref の継続を条件としていることにより、ノイズ
の影響を排除して正確な判定を行える。

【００４４】ドライバがタイヤの空気圧低下を認識した
後、基準データをリセットしようと思えば、Ａランプ１
８ｂの点灯下でＲ／Ｓボタン１８ａをオンする。これに
よりＲＡＭ３２の基準データはクリアされる。

【００４５】以上のようにこの実施形態によれば、パワ
ーステアリング装置に付属のトルクセンサ１３などを用
いて操舵輪ＦＬ，ＦＲのタイヤの空気圧低下検出を行え
る。そのため、空気圧低下検出装置を特別に設ける必要
がないから、車両に備えられる電装品のコストを抑える
ことができる。しかも、操舵輪のタイヤの空気圧が低下
した悪条件下での走行を回避できるので、結果として、
車両を安全に走行させることができる。

【００４６】本発明の実施形態の説明は以上のとおりで
あるが、本発明は他の形態でも実施することが可能であ
る。たとえば、上述の図１に示された構成以外のパワー
ステアリング装置に適用することも可能である。その
他、本発明の範囲で種々の設計変更を施すことが可能で
ある。

【００４７】

【発明の効果】パワーステアリング装置には、もともと
舵角センサやトルクセンサなどが備えられている場合が
多いから、本発明によれば、パワーステアリング装置が
有する既存の構成を利用してタイヤの空気圧の低下を検
出できる。これにより、常に適正なパワーアシスト制御
が可能になるとともに、タイヤと路面との摩擦抵抗の増
加による燃費の悪化を防ぐことができる。さらに、空気
圧低下検出装置を特別に設ける場合に比較して、車両に
搭載される電装品の構成が簡単になり、コストの削減に
寄与することができる。

【００４８】また、検出車速、検出舵角、検出操舵トル
クを統計的に処理して、当該車両に適した基準操舵トル
クデータとして保存し、これを基に空気圧の低下を判定
するので、正確な検出が行え、検出誤動作が少ない。

【００４９】特に、請求項２記載の本発明によれば、ド
ライバが自分の意思で何度でも基準操舵トルクデータを
設定することができるので、乗車人数や荷物の積載状態
の違いなど種々の走行条件の違いに対応することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の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】表示ユニットの正面図である。

【図３】基準操舵トルクと、車速、舵角との関係を説明
するためのグラフである。

【図４】空気圧低下検出処理を説明するためのフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ ステアリング機構 ２ ステアリングホイール ３ ステアリング軸 １３ トルクセンサ １５ 舵角センサ １６ 車速センサ １８ 表示ユニット ２０ パワーシリンダ ２６ オイルポンプ ２７ モータ ３０ 電子制御ユニット ３１ ＣＰＵ ３２ ＲＡＭ ３３ ＲＯＭ ＦＬ 前左輪 ＦＲ 前右輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 117:00 119:00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵輪に結合されたステアリング機構に操
   舵補助力を与えるパワーステアリング装置において、 車速を検出する車速センサと、 舵角を検出する舵角センサと、 操舵トルクを検出するトルクセンサと、 前記車速センサによる検出車速、前記舵角センサによる
   検出舵角に対応させてトルクセンサの検出操舵トルクを
   サンプリングし基準操舵トルクとして記憶する記憶手段
   と、 検出操舵トルクと、検出車速及び検出舵角に基づき前記
   記憶手段から読み出された基準操舵トルクとの差又は比
   が所定値以上であるときに、操舵輪のタイヤの空気圧に
   異常が生じていると判定する異常判定手段とを備えるこ
   とを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 【請求項２】前記記憶手段は、手動操作をきっかけにし
   て、一定時間又は一定個数にわたるサンプリングを行う
   ことを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装
   置。
3. 【請求項３】前記異常判定手段は、前記トルクセンサに
   より検出される操舵トルクと基準操舵トルクとの差又は
   比が所定値以上である状態が一定時間以上継続したこと
   を条件に、操舵輪のタイヤの空気圧に異常が生じている
   と判定することを特徴とする請求項１記載のパワーステ
   アリング装置。