(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によって操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置において、
車両の速度を検出する車速センサと、電動モータに流れる電流を検出する電流センサと、
前記電動モータに操舵時に第１の電圧Ｖ1を印加する第１状態と、非操舵時に電動モータに電圧を印加しないか、もしくは前記第１の電圧よりも低い第２の電圧Ｖ2を印加する第２状態とを切り換えることのできる制御手段とを有し、
前記制御手段は、(a) 第１状態で、舵角の変化率dθ/dtが所定値以下であるかどうか、(b) 第１状態で、電流センサから検出される電流Ｉが、無負荷電流値Ｉ0から無負荷電流値Ｉ0に電流のしきい値ΔＩを加えた範囲内にあるか、もしくは電流のしきい値ΔＩ以下であるかどうか、(c) 第１状態で、舵角θが中点から左右しきい値±Δθの範囲内にあるかどうかを判定する手段と、前記舵角のしきい値Δθを車両の速度に応じて変化する値として求める手段とを備え、
前記しきい値Δθは、車速が大きくなれば徐々に減少し、車速が小さいほど増加し、ある一定の車速よりも小さくなると、急激に増加する連続的特性を有するものであり、
前記(a) の条件が満たされることと、前記(b) の条件が満たされることと、前記(c) の条件が満たされることの全部に基づいて、第１状態を第２状態に切り換えることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記電流のしきい値ΔＩを車両の速度に応じて変化する値として求める手段をさらに備えてい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。
【請求項３】
前記制御手段は、第１状態を第２状態に切り換える場合に、当該切り換えの条件が一定時間にわたって継続していることを条件とするタイマー手段をさらに有する請求項１又は２記載のパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータ駆動ポンプの発生油圧により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関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリング機構に結合されたパワーシリンダにオイルポンプからの作動油を供給することにより、ステアリングホイールの操舵を補助するパワーステアリング装置が使用されている。オイルポンプは電動モータによって駆動され、その回転数に応じた操舵補助力がパワーシリンダから発生する。ステアリングが切り込まれていない状態では操舵補助力を要しないから、ステアリングが操舵中点近傍にある直進操舵状態（非操舵時）においては、電動モータを停止させ、操舵に連動する何らかの条件の変化が検出されたことに応答して電動モータを起動している。
【０００３】
また、電力を節約し、油圧の立ち上がりをスムーズにするため、非操舵時においても、電動モータを低電圧で駆動するスタンバイ駆動が行われることも多くなっている。
【０００４】
前記電動モータの制御においては、操舵時から非操舵に切り変わるタイミングの検出方法が種々考えられる。
【０００５】
例えば、電動モータに流れる電流がステアリングトルクに応じて変化することに着目し、当該電流を検知して、当該検知電流の絶対値あるいは無負荷時の電流値からの相対変化量がしきい値を下回ったことで、電動モータを停止又は最小回転数にするという制御が提案されている（特開平５−６９８４４号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述の制御方法では、舵角位置に対する電動モータ電流曲線は、図６に示すように、車速によって変化するため、一定の電流のしきい値ΔＩに基づく判定では、車速の違いにより、モータ停止状態又はスタンバイ状態に入る舵角位置に違いが出てきて、ステアリング操作のフィーリングに変化が出てしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、車速の違いにかかわらず、ステアリング操作フィーリングが変化しないパワーステアリング装置を実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のパワーステアリング装置によれば、制御手段は、(a) 第１状態で、舵角の変化率dθ/dtが所定値以下であるかどうか、(b) 第１状態で、電流センサから検出される電流Ｉが、無負荷電流値Ｉ0から無負荷電流値Ｉ0に電流のしきい値ΔＩを加えた範囲内にあるか、もしくは電流のしきい値ΔＩ以下であるかどうか、(c) 第１状態で、舵角θが中点から左右しきい値±Δθの範囲内にあるかどうかを判定する手段と、前記舵角のしきい値Δθを車両の速度に応じて変化する値として求める手段とを備え、
前記(a) の条件が満たされることと、前記(b) の条件が満たされることと、前記(c) の条件が満たされることの全部に基づいて、第１状態を第２状態に切り換えるものである。前記しきい値Δθは、車速が大きくなれば徐々に減少し、車速が小さいほど増加し、ある一定の車速よりも小さくなると、急激に増加する連続的特性を有するものである。この発明のパワーステアリング装置によれば、保舵状態（舵角の変化率dθ/dt≦所定値）であることを前提にして、電流センサから検出される電流Ｉが
Ｉ0≦Ｉ≦Ｉ0＋ΔＩ もしくは ０≦Ｉ＜ΔＩ     (1)
を満たしているかどうか、及び舵角θが舵角中点から左右しきい値±Δθの範囲内にあるかどうか
θ0−Δθ＜θ＜θ0＋Δθ （θ0は舵角中点を表す）   (2)
を判定し、全部満たしていれば、アシスト状態からストップ状態もしくはスタンバイ状態に切り換える。ここでＩ0は、無負荷電流であり、ストップ状態であればＩ0＝０、スタンバイ状態であれば作動油の温度等によって決まる値をとる。
【００１２】
図２(a),(b) は、この判定条件を示すグラフであり、前記(1)式で特定される範囲を横線Ａ−Ａで示し、前記(2)式で特定される範囲を縦線Ｂ−Ｂで示す。
【００１３】
この発明では、前記舵角のしきい値Δθを車両の速度に応じて変化する値として求めるので、前記縦線Ｂ−Ｂで制限される範囲は、車速に応じて変化する値となる。
【００１４】
図３は、舵角のしきい値Δθと車速との関係を示したグラフである。車速が小さいほど舵角のしきい値Δθが高くなり、ある一定の車速よりも小さくなると、舵角のしきい値Δθは、急激に増加する。舵角のしきい値Δθが急増すると、舵角がどの位置にあっても前記(2)式は満たされるので、前記(2)式は実質的には条件として働かないことになる。一方、車速が大きくなれば舵角のしきい値Δθは徐々に減少していく。これにより車速が速くなるほど、ストップ状態もしくはスタンバイ状態となる舵角の範囲は狭くなることが判る。 このように舵角のしきい値Δθと車速との関係を設定したのは、停車時に、舵角の位置にかかわらず、操舵していない場合には、アシスト状態からストップ状態又はスタンバイ状態に切り換えるためである。また、ある程度以上の速度で走行していると、舵角が中点付近にあれば、ほぼ直進走行中で、非操舵状態と判断できるからである。
【００１５】
請求項２記載のパワーステアリング装置によれば、前記制御手段は、前記電流のしきい値ΔＩを車両の速度に応じて変化する値として求める手段をさらに備えている。図１は、電流のしきい値ΔＩと車速との関係を示したグラフである。車速が小さいほど電流のしきい値ΔＩが低くなり、車速が大きいほど電流のしきい値ΔＩは高くなっているので、図６に示したグラフと合わせてみると、アシスト状態からストップ状態もしくはスタンバイ状態に切り換えるハンドルの舵角位置は、一定に近づくのが判る。したがって、車速の違いにかかわらず、ステアリング操作フィーリングを一定にすることができる。
【００１６】
このパワーステアリング装置によれば、前記舵角のしきい値Δθを車両の速度に応じて変化する値として求めるとともに、電流のしきい値ΔＩを車両の速度に応じて変化する値として求める。したがって、図２(a) (b) を参照すれば、前記(1)式で特定される範囲Ａ−Ａと、前記(2)式で特定される範囲Ｂ−Ｂが、ともに車速に応じて変動することになる。
【００１７】
以上の制御手段は、第１状態を第２状態に切り換える場合に、当該切り換えの条件が一定時間にわたって継続していることを条件とするタイマー手段をさらに有することが好ましい（請求項３）。
【００１８】
この構成であれば、不整地走行などにおいて、当該切り換えが不用意に行われるのを防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図４は、パワーステアリング装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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２０ａ，２０ｂは、それぞれオイル供給／帰還路２２ａ，２２ｂを介して油圧制御弁２３に接続されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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のうち一方を介してパワーシリンダ２０のシリンダ室２０ａ，２０ｂのうち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，２２ｂのうち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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、ＣＰＵ３１、ＣＰＵ３１のワークエリアなどを提供するＲＡＭ３２、及びＣＰＵ３１の動作プログラム、車速の関数としての電流のしきい値ΔＩ、車速の関数としての舵角のしきい値Δθ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、電動モータ２７に流れる電流を検出する電流センサ１４と、電動モータ２７を駆動する駆動回路１７とを有している。
【００２９】
また、電子制御ユニット３０には、舵角センサ１５と、車速センサ１６とが接続されている。
【００３０】
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ＡＢＳ（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。
【００３１】
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。
【００３２】
本発明の実施形態においては、非操舵時において電動モータ２７を駆動しないストップアンドゴー制御を採用する。しかし、ステアリング操作の引っかかり感をなくし、電動モータ２７の起動をスムーズにするため、非操舵時においても、電動モータ２７を低電圧で駆動するスタンバイ制御を行っている場合にも、本発明の適用が可能であることはいうまでもない。
【００３３】
電子制御ユニット３０は、操舵時、電動モータ２７にパワーアシストに十分な電圧Ｖ1 を印加しており、後述する条件下で電動モータ２７を停止する。
【００３４】
電動モータの状態を切り換える条件をフローチャート（図５）を用いて説明する。
【００３５】
イグニションスイッチオンなどにより、電子制御ユニット３０が立ち上げられると、ＣＰＵ３１は、舵角センサ１５から出力される舵角データに基づいて、舵角θ及びその変化率dθ/dtを求める（ステップＳ１）。
【００３６】
そして、電動モータ２７が駆動中であるかどうかを判断する（ステップＳ２）。
【００３７】
駆動中でなければ、舵角の変化率dθ/dtの絶対値としきい値ａ（例えばa=5degree/sec）との比較に基づいて電動モータを起動するかどうかを判断する（ステップＳ３，Ｓ４）。なお、電動モータの起動条件は、舵角の変化率判定に限られるものでなく、他の公知条件を当てはめることもできる。
【００３８】
電動モータが駆動中であれば、ＣＰＵ３１は、舵角の変化率dθ/dtの絶対値が所定のしきい値ｂ以下であるかどうかを判断する（ステップＳ５）。このしきい値ｂは、前記しきい値ａと同程度の値であり、好ましくは、ｂ＞ａにとられる（例えばb=8degree/sec）。ｂ＞ａとするのは、操舵が開始されたときは操舵補助力を速やかに発生させ、操舵完了時には操舵補助を速やかに停止させるためである。
【００３９】
舵角の変化率dθ/dtの絶対値がしきい値ｂ以下であれば、ステップＳ６に移行し、電流センサ１４の出力から電流値Ｉを読み出し（ステップＳ６）、この読み出された電流値Ｉが、電流のしきい値ΔＩ以内にあるかどうかを判定する（ステップＳ７）。
【００４０】
Ｉ＜ΔＩ
この電流のしきい値ΔＩは、操舵補助を不要とする電動モータ電流の範囲を確定するものである。本発明の実施形態においては、電流のしきい値ΔＩは、車速センサ１６の出力から読み出された車速の関数となっているところに特徴があり、当該関数値がＲＯＭ３３に格納されている。
【００４１】
なお、スタンバイ制御を行っている場合は、無負荷電流値Ｉ0を求め、電流値Ｉが、
Ｉ0＜Ｉ＜Ｉ0＋ΔＩ
を満たしているかどうかで判断する。なお無負荷電流値Ｉ0の値は作動油の温度等によって異なるので、例えば、サンプリングした電流値Ｉのうち最頻出電流値もしくは最小値を求めることによって知ることができる。
【００４２】
電流値Ｉが、電流のしきい値ΔＩに入っていれば（ステップＳ７のＹＥＳ）、舵角θの絶対値が舵角のしきい値Δθ以内に入っているかどうかを調べる（ステップＳ８）。この舵角のしきい値Δθも、操舵補助を不要とする舵角範囲を確定するものである。なお、舵角中点の検出は、舵角センサ１５から出力される舵角データをサンプリングし、最頻出舵角を求めることにより可能となる。
【００４３】
本発明の実施形態においては、舵角のしきい値Δθは、車速センサ１６の出力から読み出された車速の関数となっていて、当該関数値がＲＯＭ３３に格納されている。
【００４４】
舵角θの絶対値が、舵角のしきい値Δθ以内に入っていれば（ステップＳ８のＹＥＳ）、以上に説明したステップＳ５，Ｓ７，Ｓ８を満たす状態が一定時間（例えば１〜３秒）継続したかどうかを判断する（ステップＳ９）。この判断の結果が肯定ならば、ステアリングホイールの操舵がないと判断できるから、ＣＰＵ３１は、電動モータ２７を停止させる（ステップＳ１０）。前記ステップＳ５，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９の判断のいずれかで、否定があれば、処理は元に戻る。
【００４５】
以上の本発明の実施の形態では、電流のしきい値ΔＩ、舵角のしきい値Δθがともに車速の関数として、ＲＯＭ３３に記憶されているものであった。しかし、本発明の実施形態としては、これに限らず、電流のしきい値ΔＩ、舵角のしきい値Δθの少なくとも１つが車速の関数として記憶されているものであってもよい。さらに、電流のしきい値ΔＩ、舵角のしきい値Δθを車速に基づいて演算により求めることとしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明のパワーステアリング装置によれば、車速に応じてアシスト状態からストップ状態もしくはスタンバイ状態に切り換えるハンドルの舵角位置のしきい値を選ぶことができるので、車速の違いにかかわらず、ステアリング操作フィーリングを一定にすることができる。
【００４８】
また、請求項２記載の本発明のパワーステアリング装置によれば、車速に応じてアシスト状態からストップ状態もしくはスタンバイ状態に切り換える電動モータ電流のしきい値を選ぶことができるので、車速の大小にかかわらず、アシスト状態からストップ状態もしくはスタンバイ状態に切り換えるハンドルの舵角位置を一定に近づけることができる。
【００４９】
請求項３記載の本発明のパワーステアリング装置によれば、アシスト状態からストップ状態もしくはスタンバイ状態への切り換えが安定して行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】電流のしきい値ΔＩと車速との関係を示したグラフである。
【図２】舵角θの左右しきい値±Δθの範囲、及び電動モータ電流の電流のしきい値ΔＩの範囲を示すグラフである。(a) は、Ｉ0＜Ｉ＜Ｉ0＋ΔＩの場合を示し、(b) は  ０≦Ｉ＜ΔＩの場合を示す。
【図３】舵角のしきい値Δθと車速との関係を示したグラフである。
【図４】パワーステアリング装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図５】アシスト状態から電動モータ停止状態に切り換える条件を説明するためのフローチャートである。
【図６】舵角位置に対する電動モータ電流曲線を示すグラフであり、車速がパラメータとなっている。
【符号の説明】
１４  電流センサ
１５  舵角センサ
１６  車速センサ
２７  電動モータ
３０  電子制御ユニット
３１  ＣＰＵ
３２  ＲＡＭ
３３  ＲＯＭ
【図１】
0003668614.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003668614.tif 000007