(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が発生する油圧により操舵補助を行うパワーステアリング装置において、
油圧源の負荷を検出する負荷検出手段と、該負荷検出手段による負荷検出信号を複数の区間に判別し、判別した区間に応じて、前記電動モータヘの印加電圧目標値をステップ状に制御する制御手段とを備え、該制御手段は、前記電動モータヘの印加電圧目標値の隣接するステップ電圧のうち、一方のステップ電圧から他方のステップ電圧へ制御したときに、前記負荷検出信号が、該他方のステップ電圧に対応する前記区間内に維持されるように、前記印加電圧目標値が設定されていることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
前記負荷検出手段は、モータ電流を負荷検出信号として検出する請求項１記載のパワーステアリング装置。
【請求項３】
前記負荷検出手段は、油圧回路の油圧を負荷検出信号として検出する請求項１記載のパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電動モータが回転駆動する油圧ポンプを作動油圧の発生源として操舵補助を行うパワーステアリング装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、電動モータが回転駆動する油圧ポンプを作動油圧の発生源として操舵補助を行うパワーステアリング装置の１例の要部構成を示すブロック図である。このパワーステアリング装置は、制御部１が指示する印加電圧の目標値に従って、モータ駆動回路２が電動モータ４に電圧を印加して駆動させ、電動モータ４は油圧ポンプ５を回転駆動して作動油圧を発生させる。コントロールバルブ６は、パワーシリンダへ通じるパイプライン６ａ，６ｂへ圧送する作動油の圧力を制御する。
【０００３】
コントロールバルブ６は、舵輪７が操作され、舵輪軸の下端に設けられたピニオンギア８を含むギア装置（図示せず）が作動することにより、パワーシリンダへ通じるパイプライン６ａ，６ｂへ圧送する作動油の圧力を制御する。これにより、パワーシリンダが作動して、舵輪７の操作方向に操作量に応じた操舵補助力を発生するようになっている。
モータ駆動回路２及び電動モータ４の間には、電動モータ４に流れる電流を検出するモータ電流検出回路３が設けられ、その検出信号は負荷検出信号として制御部１へ入力される。制御部１は、この負荷検出信号により、電動モータ４へ印加する電圧を制御するようになっている。
【０００４】
このような構成の従来のパワーステアリング装置では、制御部１は、舵輪７が操作されず操舵補助力を必要としないとき（電動モータ４に流れる電流は小さい）は、エネルギー消費量を抑えるため、図１０に示すように、電動モータ４へ印加する電圧を一段下げて、電動モータ４の出力を減少させている。そして、舵輪７が操作されてコントロールバルブ６が作動し、作動油圧が上昇して負荷が増大し、電動モータ４に流れる電流が増加して、モータ電流検出回路３の負荷検出信号が所定値に達すると、制御部１は、電動モータ４へ印加する電圧を一段上げて、電動モータ４の出力を増加させるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のパワーステアリング装置は、上述のように、電動モータ４へ印加する電圧を２段階に切り換えているので、切り換えられる電圧の差が大きい。そのため、切り換え時のショックが大きく、これが舵輪７に伝わって、運転者の操舵感覚を悪くしていた。
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、電動モータへ印加する電圧を切り換える時のショックが小さいパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るパワーステアリング装置は、電動モータにより駆動されるポンプが発生する油圧により操舵補助を行うパワーステアリング装置において、油圧源の負荷を検出する負荷検出手段と、該負荷検出手段による負荷検出信号を複数の区間に判別し、判別した区間に応じて、前記電動モータへの印加電圧目標値をステップ状に制御する制御手段とを備え、該制御手段は、前記電動モータへの印加電圧目標値の隣接するステップ電圧のうち、一方のステップ電圧から他方のステップ電圧へ制御したときに、前記負荷検出信号が、該他方のステップ電圧に対応する前記区間内に維持されるように、前記印加電圧目標値が設定されていることを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係るパワーステアリング装置は、前記負荷検出手段は、モータ電流を負荷検出信号として検出することを特徴とする。
【０００８】
第３発明に係るパワーステアリング装置は、前記負荷検出手段は、油圧回路の油圧を負荷検出信号として検出することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
第１発明に係るパワーステアリング装置では、負荷検出手段が油圧源の負荷を検出し、制御手段が負荷検出手段による負荷検出信号を複数の区間に判別し、判別した区間に応じて、電動モータへの印加電圧目標値をステップ状に制御する。制御手段は、電動モータへの印加電圧目標値の隣接するステップ電圧のうち、一方のステップ電圧から他方のステップ電圧へ制御したときに、負荷検出信号が、他方のステップ電圧に対応する区間内に維持されるように、電動モータへの印加電圧目標値を制御する。従って、電動モータへ印加する電圧を１ステップ上昇させたときに、電動モータに流れる電流も増加し、その結果、再度、印加する電圧を１ステップ上昇させ、その結果、電動モータに流れる電流も再度増加し‥‥となって、舵輪が操作されることによる負荷上昇がない状態でも、印加する電圧が一定電圧迄上昇して、印加する電圧をステップ状に制御する効果が無くなる虞がなくなる。
【００１０】
第２発明に係るパワーステアリング装置では、負荷検出手段は、モータ電流を負荷検出信号として検出する。
【００１１】
第３発明に係るパワーステアリング装置では、負荷検出手段は、油圧回路の油圧を負荷検出信号として検出する。
する。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明に係るパワーステアリング装置の実施例を、それを示す図面を参照しながら説明する。
図１は、第１，２発明に係るパワーステアリング装置の１実施例の要部構成を示すブロック図である。このパワーステアリング装置は、制御部１ａが指示する印加電圧の目標値に従って、モータ駆動回路２が電動モータ４に電圧を印加して駆動させ、電動モータ４は油圧ポンプ５を回転駆動して作動油圧を発生させる。コントロールバルブ６は、パワーシリンダへ通じるパイプライン６ａ，６ｂへ圧送する作動油の圧力を制御する。
【００１３】
コントロールバルブ６は、舵輪７が操作され、舵輪軸の下端に設けられたピニオンギア８を含むギア装置（図示せず）が作動することにより、パワーシリンダへ通じるパイプライン６ａ，６ｂへ圧送する作動油の圧力を制御する。これにより、パワーシリンダが作動して、舵輪７の操作方向に操作量に応じた操舵補助力を発生するようになっている。
モータ駆動回路２には、電動モータ４に流れる電流を検出するためのモータ電流検出回路３ａが接続され、その検出信号は負荷検出信号として制御部１ａへ入力される。制御部１ａでは、フィルタ回路１ｂによりこの負荷検出信号を処理し、この処理後の負荷検出信号に基づき、メモリに記憶させてある目標電圧テーブル１ｃに従って、電動モータ４へ印加する電圧をステップ状に制御するようになっている。
【００１４】
ここで、図９（ａ）に示すように、負荷検出信号が大きくなり、電動モータ４へ印加する電圧を１ステップ上げた（図９（ｂ））とき、電動モータ４の回転速度が印加電圧と釣り合うようになる迄に、油圧による負荷（図９（ｃ））のため、時間ΔＴ（電動モータ４のロータが加速されるのに必要な時間）（図９（ｅ））が必要であり、その間、モータ電流は大きな値を示す（図９（ｄ））。従って、モータ電流を負荷検出信号として利用する場合は、フィルタ回路１ｂにより、モータ電流検出信号をフィルタ処理して、急激な電流変化を除去するようにしている。
【００１５】
以下に、このような構成のパワーステアリング装置の動作を、その動作を示すフローチャート（図４）を参照しながら説明する。
制御部１ａは、常時、負荷検出信号（電動モータ４に流れる電流）に設定されている、電動モータ４へ印加する各ステップの電圧に対応する各区間を判別しており（図４Ｓ１０，Ｓ１４）、舵輪７が操作されず操舵補助力を必要としないとき（電動モータ４に流れる電流は小さい）は、エネルギー消費量を抑えるため、目標電圧テーブル１ｃに従って、図３に示すように、電動モータ４へ印加する電圧を最低電圧（例えば６Ｖ）に設定して（図４Ｓ１２）、電動モータ４の出力を減少させている。
【００１６】
舵輪７が操作されてコントロールバルブ６が作動し、作動油圧が上昇して負荷が増大し、電動モータ４に流れる電流が増加して、モータ電流検出回路３ａの負荷検出信号が所定値（例えばモータ電流８Ａ相当）に達し、負荷検出信号の判別区間が変わると（図４Ｓ１６）、制御部１ａは、目標電圧テーブル１ｃに従って、電動モータ４へ印加する電圧を１ステップ（例えば２Ｖ）上昇させて（図４Ｓ１２）、その判別区間に対応する電圧に設定し、電動モータ４の出力を増加させる。
【００１７】
以下、同様に、電動モータ４に流れる電流が増加して、モータ電流検出回路３ａの負荷検出信号の判別区間（例えばモータ電流２Ａ超相当）が変わる都度（図４Ｓ１６）、制御部１ａは、電動モータ４へ印加する電圧を１ステップ（例えば２Ｖ）上昇させて（図４Ｓ１２）、その判別区間に対応する電圧に設定し、電動モータ４の出力を増加させる。但し、電動モータ４へ印加する電圧を一定電圧（例えば１２Ｖ）迄上昇させる（図４Ｓ１２）と、それ以上は上昇させることはできないようになっている。
【００１８】
舵輪７の操作が小さくなり、作動油圧が下降して負荷が減少し、電動モータ４に流れる電流が減少する場合は、上述とは逆に、モータ電流検出回路３ａの負荷検出信号の判別区間（例えばモータ電流２Ａ超相当）が変わる都度（図４Ｓ１６）、制御部１ａは、電動モータ４へ印加する電圧を１ステップ（例えば２Ｖ）下降させて、その判別区間に対応する電圧に設定し（図４Ｓ１２）、電動モータ４の出力を減少させる。
【００１９】
ところで、電動モータ４へ印加する電圧を徐々に上昇させた場合、舵輪７が操作されていない状態でも、油圧ポンプ５の回転数上昇による油の粘性抵抗の上昇等に伴い、電動モータ４の負荷が増大して、電動モータ４に流れる電流は、図２に示すように増加する特性がある。
そのため、電動モータ４へ印加する電圧を１ステップ上昇させたときに、電動モータ４に流れる電流も増加し、その結果、再度、印加する電圧を１ステップ上昇させ、その結果、電動モータ４に流れる電流も再度増加し‥‥となって、舵輪７が操作されることによる負荷上昇がない状態でも、印加する電圧が一定電圧（例えば１２Ｖ）迄上昇して、印加する電圧をステップ状に制御する効果が無くなる虞がある。
【００２０】
そこで、本発明では、モータ印加電圧目標値の隣接するステップ電圧のうち、一方から他方へモータ印加電圧を制御するときに、そのモータ印加電圧の変化により変化する負荷検出信号（モータ電流）の変化範囲以下においては、他方の印加電圧目標値を維持するように、モータ印加電圧目標値を設定している。
【００２１】
図５は、第１，２発明に係るパワーステアリング装置の制御部１ａ、モータ駆動回路２及びモータ電流検出回路３ａの回路例を示す回路図である。この回路図は、制御部１ａに含まれるマイクロコンピュータ１３から、監視用のウォッチドッグパルスが、微分回路１４及びダイオードＤ１  を介して、電源用ＩＣ１０へ与えられている。電源用ＩＣ１０は、ウォッチドッグパルスが異常を示したときは、マイクロコンピュータ１３へバーリセット信号を与えるようになっている。電源用ＩＣ１０と電源用ＩＣ１０によりオン／オフ制御されるＰＮＰトランジスタＱ１  とで電源回路を構成している。
【００２２】
マイクロコンピュータ１３は、ＮＰＮトランジスタＱ２  ，Ｑ３  を通じて、電動モータ４の電源を接点ｒｙ１によりオン／オフするリレーの駆動回路Ｒｙ１をオン／オフする。リレーの駆動回路Ｒｙ１は、エンジン始動時にはオフされる電源ＶＩＧに接続されている。
また、マイクロコンピュータ１３は、電源ＶＩＧのオフを検出する回路２１が接続され、電源ＶＩＧオフ時には、動作を停止する。
マイクロコンピュータ１３は、電動モータ４へ印加する電圧の目標値を４ビットのデジタル信号で出力し、このデジタル信号は、ラダー（梯子型回路）からなるＤ／Ａ変換器２０で、アナログ電圧信号に変換される。
【００２３】
このアナログ電圧信号は、コンパレータをなすＯＰアンプ１６の反転入力端子へ入力される。ＯＰアンプ１６の非反転入力端子へは、ＯＰアンプ１５等からなるマルチバイブレータが発生するのこぎり波が入力されている。ＯＰアンプ１６は、前記のアナログ電圧信号とのこぎり波とで出力時間が定まる出力信号をＮＰＮトランジスタＱ５  へ与え、ＮＰＮトランジスタＱ５  は、この出力信号と反転したＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）信号をＦＥＴＱ４  へ与える。
【００２４】
ＦＥＴＱ４  は、ＰＷＭ信号に応じてオン／オフし、オンのときに電動モータ４に電流を流すようにする。電動モータ４には、回生電流を流すための回生ダイオードＤ２  が並列接続されている。
ＦＥＴＱ４  と接地との間には、抵抗Ｒｓ  が接続され、この抵抗Ｒｓ  の両端電圧により、電動モータ４に流れる電流を検出するようになっている。抵抗Ｒｓ  の両端電圧は、平滑回路１７を介してＯＰアンプ１８の非反転入力端子へ入力されて増幅され、マイクロコンピュータ１３へ入力される。マイクロコンピュータ１３は、この電動モータ４に流れる電流を表す信号により、電動モータ４へ印加する電圧の目標値をステップ状に設定するようになっている。
【００２５】
図６は、第１，３発明に係るパワーステアリング装置の１実施例の要部構成を示すブロック図である。このパワーステアリング装置は、制御部１ａが指示する印加電圧の目標値に従って、モータ駆動回路２が電動モータ４に電圧を印加して駆動させ、電動モータ４は油圧ポンプ５を回転駆動して作動油圧を発生させる。コントロールバルブ６は、パワーシリンダへ通じるパイプライン６ａ，６ｂへ圧送する作動油の圧力を制御する。
【００２６】
コントロールバルブ６は、舵輪７が操作され、舵輪軸の下端に設けられたピニオンギア８を含むギア装置（図示せず）が作動することにより、パワーシリンダへ通じるパイプライン６ａ，６ｂへ圧送する作動油の圧力を制御する。これにより、パワーシリンダが作動して、舵輪７の操作方向に操作量に応じた操舵補助力を発生するようになっている。
油圧回路の油圧（作動油圧）を検出する油圧センサ９は、例えば油圧ポンプ５の吐出口付近に取り付けられ、この油圧センサ９が検出した油圧に対応する負荷検出信号は制御部１ａへ与えられる。制御部１ａでは、この負荷検出信号に基づき、メモリに記憶させてある目標電圧テーブル１ｃに従って、電動モータ４へ印加する電圧をステップ状に制御するようになっている。その他の構成は、上述で説明した第１，２発明にかかるパワーステアリング装置と同様なので、説明を省略する。
【００２７】
以下に、このような構成のパワーステアリング装置の動作を、その動作を示すフローチャート（図４）を参照しながら説明する。
制御部１ａは、常時、負荷検出信号（作動油圧）に設定されている、電動モータ４へ印加する各ステップの電圧に対応する各区間を判別しており（図４Ｓ１０，Ｓ１４）、舵輪７が操作されず操舵補助力を必要としないとき（作動油圧は低い）は、エネルギー消費量を抑えるため、目標電圧テーブル１ｃに従って、図８に示すように、電動モータ４へ印加する電圧を最低電圧（例えば６Ｖ）に設定して（図４Ｓ１２）、電動モータ４の出力を減少させている。
【００２８】
舵輪７が操作されてコントロールバルブ６が作動し、作動油圧が上昇して、油圧センサ９の負荷検出信号が所定値（作動油圧Ｐａ相当とする）に達し、負荷検出信号の判別区間が変わると（図４Ｓ１６）、制御部１ａは、目標電圧テーブル１ｃに従って、電動モータ４へ印加する電圧を１ステップ（例えば２Ｖ）上昇させて（図４Ｓ１２）、その判別区間に対応する電圧に設定し、電動モータ４の出力を増加させる。
以下、同様に、作動油圧が上昇して、油圧センサ９の負荷検出信号の判別区間が変わる都度（図４Ｓ１６）、制御部１ａは、電動モータ４へ印加する電圧を１ステップ（例えば２Ｖ）上昇させて（図４Ｓ１２）、その判別区間に対応する電圧に設定し、電動モータ４の出力を増加させる。但し、負荷検出信号が所定値（作動油圧Ｐｂ相当を超える値）を超え（図４Ｓ１６）、電動モータ４へ印加する電圧を一定電圧（例えば１２Ｖ）迄上昇させる（図４Ｓ１２）と、それ以上は上昇させることはできないようになっている。
【００２９】
舵輪７の操作が小さくなり、作動油圧が下降して負荷が減少する場合は、上述とは逆に、油圧センサ９の負荷検出信号の判別区間が変わる都度（図４Ｓ１６）、制御部１ａは、電動モータ４へ印加する電圧を１ステップ（例えば２Ｖ）下降させて、その判別区間に対応する電圧に設定し（図４Ｓ１２）、電動モータ４の出力を減少させる。
【００３０】
ところで、電動モータ４へ印加する電圧を徐々に上昇させた場合、舵輪７が操作されていない状態でも、油圧ポンプ５の回転数上昇により、作動油圧は図７に示すように上昇する特性がある。
そのため、電動モータ４へ印加する電圧を１ステップ上昇させたときに、作動油圧も上昇し、その結果、再度、印加する電圧を１ステップ上昇させ、その結果、作動油圧も上昇し‥‥となって、舵輪７が操作されることによる負荷上昇がない状態でも、印加する電圧が一定電圧（例えば１２Ｖ）迄上昇して、印加する電圧をステップ状に制御する効果が無くなる虞がある。
【００３１】
そこで、本発明では、モータ印加電圧目標値の隣接するステップ電圧のうち、一方から他方へモータ印加電圧を制御するときに、そのモータ印加電圧の変化により変化する負荷検出信号（作動油圧）の変化範囲以下においては、他方の印加電圧目標値を維持するように、モータ印加電圧目標値を設定している。
尚、上述の各実施例では、電動モータ４へ印加する電圧を４ステップとしているが、４ステップに限らず、３ステップでも、また、５ステップ以上でも良いことは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
第１発明に係るパワーステアリング装置によれば、電動モータへ印加する電圧を負荷の状態に応じてステップ状に変化させることができ、電動モータへ印加する電圧を切り換える時のショックが小さくなる。
【００３３】
第２発明に係るパワーステアリング装置によれば、負荷検出信号としてモータ電流を利用することでモータ駆動回路中（コントローラ内部）にモータ電流検出回路（負荷検出手段）を設置することが可能であり、システムの小型化が図れる。さらに外付けの負荷検出用センサが不要で、センサとコントローラとの間に配線が不要である。
【００３４】
第３発明に係るパワーステアリング装置によれば、負荷検出信号として油圧を用いることで直接、負荷を検出することが可能である。従って、応答性及び精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１，２発明に係るパワーステアリング装置の１実施例の要部構成を示すブロック図である。
【図２】モータ印加電圧とモータ電流との関係を示す特性図である。
【図３】第１，２発明に係るパワーステアリング装置のモータ印加電圧の制御方法を示す説明図である。
【図４】第１〜３発明に係るパワーステアリング装置のモータ印加電圧の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】第１，２発明に係るパワーステアリング装置の制御部、モータ駆動回路及びモータ電流検出回路の回路例を示す回路図である。
【図６】第１，３発明に係るパワーステアリング装置の１実施例の要部構成を示すブロック図である。
【図７】モータ印加電圧と作動油圧との関係を示す特性図である。
【図８】第１，３発明に係るパワーステアリング装置のモータ印加電圧の制御方法を説明するための説明図である。
【図９】第１，２発明に係るパワーステアリング装置の動作を説明するための説明図である。
【図１０】従来のパワーステアリング装置のモータ印加電圧の制御方法を説明するための説明図である。
【図１１】従来のパワーステアリング装置の要部構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ  制御部
１ｂ  フィルタ回路
１ｃ  目標電圧テーブル
２  モータ駆動回路
３ａ  モータ電流検出回路
４  電動モータ
５  （油圧）ポンプ
６  コントロールバルブ
７  舵輪
９  油圧センサ
【図１】
0003574906.tif 000002
【図２】
0003574906.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003574906.tif 000008
【図８】
0003574906.tif 000009
【図９】
0003574906.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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