(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵により軸方向移動することで車輪を転舵させる操舵部材と、電動アクチュエータにより駆動されるポンプからの圧油によって操舵補助力を発生させる油圧アクチュエータと、そのポンプを電動アクチュエータにより操舵補助条件の充足時に操舵補助速度に増速すると共に操舵補助解除条件の充足時に待機速度に減速する手段とを備えるパワーステアリング装置において、
その操舵部材の舵角中点からの軸方向移動量を検知する手段が設けられ、
少なくとも二つの操舵補助解除条件を有し、一つの操舵補助解除条件は、直進時においてポンプを電動アクチュエータにより待機速度に減速できるように設定され、他の一つの操舵補助解除条件は、操舵部材が移動端に位置する時にポンプを電動アクチュエータにより待機速度に減速できるように設定され、
その操舵部材の舵角中点からの軸方向移動量に応じて操舵補助条件を充足しているか否かを判断することを特徴とする油圧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、電動アクチュエータにより駆動されるポンプからの圧油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関する。
【０００２】
【従来の技術】
操舵により軸方向移動することで車輪を転舵させる操舵部材と、電動アクチュエータにより駆動されるポンプと、そのポンプからの圧油により操舵補助力を発生させる油圧アクチュエータとを備えるパワーステアリング装置において、そのポンプを常に操舵補助に必要な速度に保持しようとすると、その電動アクチュエータの電源となるバッテリーのエネルギーを無駄に消費することになる。
【０００３】
そこで、そのポンプを電動アクチュエータにより操舵時のみ操舵補助速度に増速し、直進時すなわち舵角中点において待機速度まで減速する制御を行なうことで、省エネルギー性を向上することが図られている（特開昭５６‐９９８５９号公報、特開平３‐１３２４７４号公報）。
【０００４】
すなわち、アブソリュート形のロータリーエンコーダ等を用い、ステアリングホイールの回転角度に応じたパルス信号から操舵角度を検知し、操舵中点からの操舵角度により操舵を行っているか否かを判断していた。
【０００５】
そのようなアブソリュート形のロータリーエンコーダから送られるパルス信号により検知される操舵角度は相対的なものであり、舵角中点を基準とする絶対的なものではないため、舵角中点の決定を行なう必要があった。例えば、操舵トルクは舵角中点において小さくなることを利用し、操舵トルクを検出するトルクセンサを設け、操舵トルクが設定値よりも小さくなる時を舵角中点として決定したり（特開平２‐１９７４６５号公報）、検出されるパルス信号の出現頻度の統計的分布は舵角中点において最大になるような正規分布になることを利用し、そのパルス信号の出現頻度の統計的分布に基づき舵角中点を決定することが提案されている（特公平６‐４３１８８号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、その舵角中点の決定までは操舵を行なっているか否かを判断できないため、ポンプを電動アクチュエータにより操舵補助速度に保持する必要がある。そのため、その決定までに停車してアイドリング状態を続けるような場合、無駄なエネルギーを消費するという問題があった。また、舵角中点を決定するためにトルクセンサを用いると、構造が複雑になり大型化するという問題点がある。
【０００７】
また、ステアリングホイールをロック位置まで回転させた状態で据え切り等を行なう場合、ステアリングホイールはロック位置に保持されるため操舵補助を行なう必要はないにも拘らず、従来の構成ではポンプを電動アクチュエータにより操舵補助速度に保持していた。そのため、無駄なエネルギーを消費し、電動アクチュエータの焼き付きが生じ、圧油の流動音が増大するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することの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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵により軸方向移動することで車輪を転舵させる操舵部材と、電動アクチュエータにより駆動されるポンプからの圧油によって操舵補助力を発生させる油圧アクチュエータと、そのポンプを電動アクチュエータにより操舵補助条件の充足時に操舵補助速度に増速すると共に操舵補助解除条件の充足時に待機速度に減速する手段とを備えるパワーステアリング装置において、その操舵部材の舵角中点からの軸方向移動量を検知する手段が設けられ、その操舵部材の舵角中点からの軸方向移動量に応じて操舵補助条件を充足しているか否かを判断することを特徴とする。
【００１０】
少なくとも二つの操舵補助解除条件を有し、一つの操舵補助解除条件は、直進時においてポンプを電動アクチュエータにより待機速度に減速できるように設定され、他の一つの操舵補助解除条件は、操舵部材が移動端に位置する時にポンプを電動アクチュエータにより待機速度に減速できるように設定されているのが好ましい。
【００１１】
【発明の作用および効果】
本発明の構成によれば、操舵による操舵部材の軸方向移動により車輪が転舵するので、その操舵部材の舵角中点からの軸方向移動量を検知することで、操舵が行なわれているか否かを判断できる。これにより、電動アクチュエータによってポンプを操舵時のみ操舵補助速度にまで増速し、直進時において待機速度まで減速することで省エネルギー性を向上できる。
【００１２】
その操舵部材の舵角中点からの軸方向移動量の検知は、例えば格子スケールとセンサとを有するインクリメンタル形のリニアエンコーダを用い、その格子スケールを操舵部材側に、センサを固定側に取り付け、舵角中点を予め基準点としてスケールの目盛りをセンサにより読み取ることで行なえる。すなわち、従来のようにステアリングホイールの回転角度から舵角を検知する場合、ステアリングホイールの回転角度範囲は３６０度を超えるため、予め基準点を設定可能なインクリメンタル形エンコーダのような検知手段は用いることはできない。これに対し、本発明では操舵部材の軸方向移動量を検知することで、予め基準点を設定可能なインクリメンタル形エンコーダ等を用いることができるので、舵角中点を決定する必要がない。これにより、舵角中点の決定までポンプを電動アクチュエータにより操舵補助速度に保持する必要がなく、省エネルギー性を向上できる。しかも、舵角中点を決定するためのトルクセンサが不要で、構造が複雑化したり大型化することはない。
【００１３】
また、操舵部材が移動端に位置する時、すなわちステアリングホイールをロック位置まで回転させた時に、ポンプを電動アクチュエータにより待機速度に減速することで、ステアリングホイールをロック位置まで回転させた状態で据え切り等を行なう場合に、省エネルギー性を向上でき、電動アクチュエータの焼き付きを防止し、圧油の流動音を低減できる。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１５】
図１、図２に示すラックピニオン式パワーステアリング装置１は、ステアリングホイールＨに連結される入力軸２と、この入力軸２にトーションバー３を介し連結される出力軸４とを備えている。そのトーションバー３はピン５を介し入力軸２に連結され、また、セレーション６を介し出力軸４に連結されている。その出力軸４にピニオン７が形成され、このピニオン７に噛み合うラック（操舵部材）８の各端はラックハウジング１０ｂの両端に形成された開口から突出する。そのラック８の各端にボールジョイント１９ａ、１９ｂ、タイロッド等を介して操舵用車輪（図示省略）が連結される。その入力軸２はベアリング９を介しバルブハウジング１０ａに支持され、また、ブッシュ１１を介し出力軸４に支持されている。その出力軸４はベアリング１２、１３を介しラックハウジング１０ｂに支持されている。これにより、ハンドルＨの操舵による入力軸２の回転はトーションバー３を介しピニオン７に伝達され、そのピニオン７の回転によりラック８は軸方向に移動する。このラック８の移動により車輪が転舵される。なお、その入出力軸２、４とバルブハウジング１０ａとの間にオイルシール１４、１５が設けられている。また、そのラック８を支持するサポートヨーク１６が設けられ、このサポートヨーク１６はバネ１７の弾性力によりラック８に押し付けられている。
【００１６】
図２に示すように、そのラックハウジング１０ｂの内周とラック８の外周との間においてラック８にピストン２０が取り付けられ、これにより、ピストン２０によって仕切られる一対の油室２１、２２を有する操舵補助用油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）１８が構成されている。その一方の油室２１をシールするシール部材４４の外方側において、ラックハウジング１０ｂに環状のストッパー４５が取り付けられている。そのストッパー４５によって一方のボールジョイント１９ａがラックハウジング１０ｂの内方に移動するのが阻止される。また、ラックハウジング１０ｂの他方の開口の内周に段差１０ｃが形成され、この段差１０ｃに他方のボールジョイント１９ｂが当接することで、ラック８のラックハウジング１０ｂの内方への移動が阻止される。これにより、ラック８の軸方向移動量は一定範囲に規制されている。
【００１７】
その油圧シリンダ１８の各油室２１、２２は、配管４６ａ、４６ｂを介してロータリー式油圧制御弁２３に接続されている。図１、図３に示すように、その制御弁２３は、筒状の第１バルブ部材２４と、この第１バルブ部材２４に相対回転可能に挿入される第２バルブ部材２５とを備えている。その第１バルブ部材２４は出力軸４にピン２６を介し同行回転可能に取り付けられている。その第２バルブ部材２５は入力軸２の外周に一体に形成されている。
【００１８】
その第１バルブ部材２４の内周と第２バルブ部材２５の外周とに軸方向に沿う複数の凹部が周方向等間隔に形成されている。
その第１バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つの右操舵用凹部２７と、互いに周方向等間隔に位置する４つの左操舵用凹部２８とで構成される。
その第２バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つの圧油供給用凹部２９と、互いに周方向等間隔に位置する４つの圧油排出用凹部３０とで構成される。
各右操舵用凹部２７と各左操舵用凹部２８とは周方向に交互に配置され、各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０とは周方向に交互に配置される。
各右操舵用凹部２７は、第１バルブ部材２４に形成された第１流路３１およびバルブハウジング１０ａに形成された第１ポート３２を介し、図１に示すように油圧シリンダ１８の一方の油室２１に通じ、各左操舵用凹部２８は、第１バルブ部材２４に形成された第２流路３３およびバルブハウジング１０ａに形成された第２ポート３４を介し油圧シリンダ１８の他方の油室２２に通じる。
各圧油供給用凹部２９は、第１バルブ部材２４に形成された第３流路３５およびバルブハウジング１０ａに形成された入口ポート３６を介し、図１に示すようにポンプ３７に通じる。そのポンプ３７は、モータ（電動アクチュエータ）５０により駆動され、例えば、回転速度に応じた流量の圧油を吐出するベーンポンプにより構成できる。そのモータ５０の駆動用電源として車載バッテリーが用いられる。
各圧油排出用凹部３０は、第２バルブ部材２５に形成された第１排出路３８、入力軸２とトーションバー３の内外周間の通路４７、図１に示す入力軸２に形成された第２排出路３９、及びバルブハウジング１０ａに形成された排出ポート４０を介しタンク４１に通じる。
これにより、そのポンプ３７、タンク４１、及び油圧シリンダ１８の各油室２１、２２が第１バルブ部材２４と第２バルブ部材２５の内外周間の弁間流路４２を通じ連通する。
その弁間流路４２における第１バルブ部材側凹部と第２バルブ部材側凹部の間は、両バルブ部材２４、２５の相対回転により開度が変化する絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされ、その絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度変化により油圧シリンダ１８に作用する油圧が制御される。
【００１９】
図３は、操舵が行なわれていない舵角中点での両バルブ部材２４、２５の相対位置を示しており、この状態においては各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０とが全絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを介し連通するため、ポンプ３７から供給された圧油は直接タンク４１へ還流し操舵補助力は発生せず、そのため、ポンプ３７を操舵補助に必要な操舵補助速度で駆動する必要はない。
【００２０】
舵角中点から右方へ操舵すると、操舵トルクに応じトーションバー３は捩じれ、両バルブ部材２４、２５は相対回転する。その結果、各右操舵用凹部２７と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ａの開度および各左操舵用凹部２８と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｂの開度が大きくなり、各左操舵用凹部２８と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ｃの開度および各右操舵用凹部２７と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｄの開度が小さくなる。これにより、ポンプ３７から油圧シリンダ１８の一方の油室２１へ圧油が供給され、油圧シリンダ１８の他方の油室２２からタンク４１へ圧油が還流され、車両の右方への操舵補助力がラック８に作用する。
【００２１】
舵角中点から左方へ操舵すると、各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は右方へ操舵した場合と逆に変化するので、車両の左方への操舵補助力がラック８に作用する。
【００２２】
図２に示すように、そのラック８の舵角中点からの軸方向移動量を検知する移動距離検知装置５１が設けられている。この移動距離検知装置５１は、例えば公知のインクリメンタル形のリニアエンコーダであって、格子スケール５１ａと、そのスケール５１ａの目盛りの読み取りパルスを発信するセンサ５１ｂとを有するものにより構成できる。そのスケール５１ａはラック８に同行移動するように取り付けられ、そのセンサ５１ｂはラックハウジング１０ｂや車体等の固定側に取り付けられる。そのセンサ５１ｂは、スケール５１ａに形成された基準目盛りを舵角中点において読み取って基準パルスを発信するように、スケール５１ａに対し配置されている。図１に示すように、そのセンサ５１ａは、コンピュータにより構成される制御装置５２に接続される。
【００２３】
その制御装置５２に、車速センサ５３と、前記ポンプ駆動用モータ５０とが接続される。その制御装置５２は、モータ５０の制御プログラムを記憶する。その制御プログラムの一部として、一つの操舵補助条件と二つの操舵補助解除条件とを記憶する。制御装置５２は、操舵補助条件の充足時に、操舵補助信号をモータ５０にパワーアンプ（図示省略）を介して送り、これにより、モータ５０を操舵補助信号に応じた制御電圧で駆動し、ポンプ３７を待機速度から操舵補助速度まで増速する。また、制御装置５２は、各操舵補助解除条件それぞれの充足時に、モータ５０に送る操舵補助信号を解除することでポンプ３７を待機速度に減速する。
【００２４】
その操舵補助条件は、ラック８の舵角中点からの軸方向移動量が零を超えることにより充足される。
【００２５】
第１の操舵補助解除条件は、ラック８の軸方向移動量が設定時間だけ零の場合に充足される。その設定時間は、無駄なポンプ３７の増速を可及的に少なくできるように経験的に判断して設定すればよく、例えば１秒とされる。
【００２６】
第２の操舵補助解除条件は、ラック８が移動端に位置する時にポンプ３７をモータ５０により待機速度に減速できるように設定される。本実施例では、ラック８が移動端近傍の予め設定した位置に達した時に第２の操舵補助解除条件は充足される。
【００２７】
制御装置５２は、車速センサ５３により検知される車速に応じ、操舵補助時のモータ５０の制御電圧を変化させる。すなわち、操舵補助時におけるモータ５０の制御電圧に対応するポンプ３７の操舵補助速度は、図４において実線Ｋで示すように車速に比例して減少し、車速が零において最大値Ｎｍａｘとされ、予め設定した車速Ｖａ以上では最小値Ｎｍｉｎとされる。これにより、ポンプ３７の操舵補助速度を車速に応じ変化させ、低車速では操舵補助力を大きくして車両の旋回性能を向上し、高速では操舵補助力を小さくして車両の走行安定性を向上している。また、制御装置５２は、待機速度が一点鎖線Ｌで示すように操舵補助時における最小値Ｎｍｉｎになるように、モータ５０を駆動する。これにより、ポンプ３７から送り出される圧油流量は、停車中の据え切り時は図５において実線Ｍで示すように、ラック８が移動端近傍の予め設定した位置±Ｅに達するまでは最大値Ｑｍａｘとされ、ラック８が移動端近傍の予め設定した位置±Ｅに達すると減少を開始し、移動端において最小値Ｑｍｉｎとされる。また、一定の車速での走行中における圧油流量は、図５において実線Ｎで示すように、ラック８が移動端近傍の予め設定した位置±Ｅに達するまでは車速に対応する値Ｑｎとされ、ラック８が移動端近傍の予め設定した位置±Ｅに達すると減少を開始して移動端において最小値Ｑｍｉｎとされる。なお、操舵補助の開始時点においては、図中破線で示すように、圧油流量はラック８の舵角中点からの移動量に応じて次第に増加する。
【００２８】
図６のフローチャートを参照し、ポンプ３７のモータ５０を介する制御手順を説明する。
【００２９】
まず、エンジンを始動し（ステップ１）、モータ５０によりポンプ３７を待機速度にする（ステップ２）。次に、ラック８の移動量を検知し（ステップ３）、ラック８が舵角中点に位置するか否か判断する（ステップ４）。ラック８が舵角中点に位置すればステップ２に戻り、舵角中点に位置しなければ移動端近傍に達しているか否かを判断する（ステップ５）。ラック８が移動端近傍に達していればステップ２に戻り、移動端近傍に達していなければモータ５０によってポンプ３７を操舵補助速度に増速する（ステップ６）。次に、ラック８の移動量を検知し（ステップ７）、ラック８が舵角中点に位置するか否か判断する（ステップ８）。ラック８が舵角中点に位置すれば設定時間が経過したか否かを判断する（ステップ９）。なお、その設定時間が経過したか否かを判断する計時の進行途中に、ステップ８においてラック８が舵角中点に位置しないと判断された場合、その計時の進行はキャンセルされ、再度ステップ８において舵角中点に位置すると判断されてから新たに計時が進行する。その設定時間が経過していなければステップ６に戻る。その設定時間が経過していればステップ２に戻り、モータ５０によってポンプ３７を待機速度に減速する。ステップ８においてラック８が舵角中点に位置しないと判断された場合、移動端近傍に達しているか否かを判断する（ステップ１０）。ラック８が移動端近傍に達していなければステップ６に戻り、移動端近傍に達していればステップ２に戻り、モータ５０によってポンプ３７を待機速度に減速する。
【００３０】
上記構成によれば、操舵によるラック８の軸方向移動により車輪が転舵するので、そのラック８の舵角中点からの軸方向移動量を検知することで、操舵が行なわれているか否かを判断できる。これにより、モータ５０によってポンプ３７を操舵時のみ操舵補助速度にまで増速し、直進時においては待機速度まで減速することで省エネルギー性を向上できる。そのラック８の舵角中点からの軸方向移動量を検知する移動距離検知装置５１として、予め基準点を設定可能なインクリメンタル形エンコーダ等を用いることができるので、舵角中点を決定する必要がなくなり、舵角中点の決定までポンプ３７をモータ５０により操舵補助速度に保持する必要がなく、省エネルギー性を向上できる。しかも、舵角中点を決定するためのトルクセンサが不要で、構造が複雑化したり大型化することはない。また、ラック８が移動端に位置する時、すなわちステアリングホイールＨをロック位置まで回転させた時に、ポンプ３７をモータ５０により待機速度に減速でき、ステアリングホイールＨをロック位置まで回転させた状態で据え切り等を行なう場合に、省エネルギー性を向上でき、モータ５０の焼き付きを防止し、制御弁２３における圧油の流動音を低減できる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、移動距離検知装置５１はインクリメンタル形のリニアエンコーダに限定されず、ポテンショメータを介して得られるラック８の軸方向移動量に応じた電気信号を、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換して制御装置５２に送るものにより構成でき、この場合、パワーステアリング装置の組み立て時に舵角中点に対応する電気信号の基準値を制御装置５２に記憶することで、制御装置５２により舵角中点の決定を行なうことなく、その基準値からの変化に応じてラック８の舵角中点からの軸方向移動量を検知できる。また、直進走行時であっても路面の凹凸に対する応答時や、緩やかなカーブのコーナリング時は、操舵補助を行なうことなく省エネルギー性を向上するため、ラック８の軸方向移動量が零を超える値を超えることにより操舵補助条件が充足されるようにしてもよい。また、ラック８の軸方向移動量が零を超える値を超えることにより操舵補助条件が充足される場合は、ラック８の軸方向移動量が設定時間だけ、その零を超える値以下の場合に第１の操舵補助解除条件が充足されるようにしてもよい。また、ラック８が移動端に達した時に第２の操舵補助解除条件が充足されるようにしてもよい。また、ポンプ３７の待機速度は零であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の油圧パワーステアリング装置の縦断面図
【図２】実施例の油圧パワーステアリング装置の正面図
【図３】図１のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図
【図４】実施例のパワーステアリング装置のポンプ速度と車速との関係を示す図
【図５】実施例のパワーステアリング装置のラック移動距離と圧油流量との関係を示す図
【図６】実施例のパワーステアリング装置のポンプの制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１  パワーステアリング装置
１８  油圧シリンダ
３７  ポンプ
５０  ポンプ駆動用モータ
５１  移動距離検知装置
５２  制御装置
５３  車速センサ
【図１】
0003579489.tif 000002
【図２】
0003579489.tif 000003
【図３】
0003579489.tif 000004
【図４】
0003579489.tif 000005
【図５】
0003579489.tif 000006
【図６】
0003579489.tif 000007