(57)【要約】【課題】  油温推定精度を向上させ、適切な操舵力の付与が可能なパワーステアリング装置を提供する。【解決手段】  操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、油圧パワーシリンダの両圧力室に対し第１、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、操舵輪に与えるべき操舵力を検出する操舵力検出手段と、電動機の回転状態を検出する回転状態検出手段と、電動機の回転状態から油温を推定する油温推定手段と、操舵力と油温とに基づき、電動機に所望の油圧を発生させるために電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、を有することとした。【選択図】        図２
2006143026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、
前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し第１、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、
前記可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、
前記操舵輪に与えるべき操舵力を検出する操舵力検出手段と、
前記電動機の回転状態を検出する回転状態検出手段と、
前記電動機の回転状態から油温を推定する油温推定手段と、
前記操舵力と前記油温とに基づき、前記電動機に所望の油圧を発生させるために前記電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、
を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧により運転者の操舵をアシストするパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるようなパワーステアリング装置においては、電動モータの駆動電流を検出し、この電流によって生じるドライバ素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇をデータより求め、時間的に累和して油温に対する温度上昇値とし、この温度上昇値とドライバ素子の温度とから油温を推定している。
【特許文献１】特開平２０００−１４２４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来技術にあっては、実際の油温は環境温度等に影響されやすく、油温を適切に推定することができなかった。
【０００４】
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、油温推定精度を向上させ、適切な操舵力の付与が可能なパワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明では、操舵輪に連結された操舵機構の操舵力を補助する油圧パワーシリンダと、前記油圧パワーシリンダの両圧力室に対し第１、第２通路を介して油圧を供給する一対の吐出口を備えた可逆式ポンプと、前記可逆式ポンプを正・逆回転させる電動機と、前記操舵輪に与えるべき操舵力を検出する操舵力検出手段と、前記電動機の回転状態を検出する回転状態検出手段と、前記電動機の回転状態から油温を推定する油温推定手段と、前記操舵力と前記油温とに基づき、前記電動機に所望の油圧を発生させるために前記電動機に対して駆動信号を出力する電動機制御手段と、を有することとした。
【０００６】
よって、油温推定精度を向上させ、適切な操舵力の付与が可能なパワーステアリング装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のパワーステアリング装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
［パワーステアリング装置のシステム構成］
実施例１につき図１ないし図１０に基づき説明する。図１は、本願パワーステアリング装置を適用したパワーステアリング装置のシステム構成図である。ステアリングホイール１はシャフト２およびピニオン３を介してラック軸４と接続する。シャフト２には運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ５（操舵力検出手段）が設けられ、コントロールユニット１００に対しトルク信号を出力する。
【０００９】
ラック軸４には、運転者の操舵トルクに応じてラック軸４の移動をアシストするパワーステアリング機構が設けられている。このパワーステアリング機構には、モータMにより駆動する可逆式のポンプ１０と、ラック軸４を左右に移動させるシリンダ６が設けられている。このシリンダ６の内部には軸方向移動可能なピストン７が設けられ、このピストン７により第１シリンダ室６ａ及び第２シリンダ室６ｂが画成される。
【００１０】
第１シリンダ室６ａは第１油路２１と接続し、第１油路２１とポンプ１０とは第３油路２５を介して接続されている。また、第２シリンダ室６ｂは第２油路２２と接続し、第２油路２２とポンプ１０は第４油路２６を介して接続されている。第３、第４油路２５，２６にはそれぞれ第１、第２供給油路２３，２４が設けられ、それぞれリザーバタンク８と接続する。
【００１１】
第１、第２供給油路２３，２４にはそれぞれ吸入チェックバルブ３１，３２が設けられてリザーバタンク８への作動油の逆流を防止するとともに、第１、第２油路２１，２２における作動油が不足した場合にはリザーバタンク８から作動油を補給可能な構成となっている。
【００１２】
また、第１、第２油路２１，２２はそれぞれ第１、第２連通路２７，２８と接続し、第１、第２連通路２７，２８は接続部２９ａにおいて互いに接続する。また、第１、第２連通路２７，２８にはそれぞれ接続部２９ａ側への流れのみを許容するチェックバルブ３３，３４が設けられている。さらに、接続部２９ａは常開の電磁弁３０が設けられたドレン油路２９を介してリザーバタンク８と接続し、接続部２９ａは電磁弁３０によりリザーバタンク８と連通／遮断される。常開の電磁弁３０は通常時においては遮断され、フェイル時に開弁されてマニュアルステアを確保する構成となっている。
【００１３】
コントロールユニット１００には、トルクセンサ５からのトルク信号、イグニッションスイッチ１２からの各種信号が入力され、これら各種信号に基づいて操舵力を決定し、モータM及び電磁弁３０に対し指令信号を出力する。その他、コントロールユニット１００にはエンジン回転数センサからのエンジン回転数信号、車速センサからの車速信号等が入力される。
【００１４】
［コントロールユニットの制御構成］
図２は、コントロールユニット１００の制御ブロック図である。コントロールユニット１００は、モータ回転数検出部１１０（回転状態検出手段）、油温推定部１２０（油温推定手段）、基本制御量算出部１３０、擬似指令制御量発生部１４０、制御量補正部１５０、アシスト開始判定部１６０、制御出力切替部１７０、モータ駆動部１８０（電動機制御手段）、および電磁弁駆動部１９０を有する。
【００１５】
モータ回転数検出部１１０はモータMにおける電流値と電圧値とを入力し、この電流値と電圧値とからモータMの（単位時間当たり）回転数ωｍを推定し、油温推定部１２０およびアシスト開始判定部１６０へ出力する。電流および電圧からモータMの回転数を推定することで、回転数センサを省略できる。油温が低く粘度が高ければモータMの負荷は増大し、回転数は減少する。一方、油温が高く粘度が低ければ負荷は小さく回転数は増加することとなる。
【００１６】
なお、モータMがブラシレスモータの場合、ホールセンサ等のポジションセンサからモータ回転量を検出することができるため、正確にモータ回転数を検出することができる。ブラシ付きモータの場合、本願実施例のようにモータ電流及び電圧等から推定できる。また、エンコーダやレゾルバ等の回転数センサを用いて直接回転数を検出してもよく特に限定しない。
【００１７】
油温推定部１２０にはモータ回転数検出部１１０からモータ回転数ωｍが入力され、あらかじめ搭載された油温−粘度マップからωｍの値に基づいて作動油の油温Tの値を制御量補正部１５０に出力する。
【００１８】
基本制御量算出部１３０では、入力された操舵トルクに基づいて基本制御量S0が算出され、制御量補正部１５０に出力する。
【００１９】
擬似指令制御量発生部１４０では、油温推定する際のモータMの擬似指令制御量Sxを発生させ、制御出力切替部１７０に出力する。ここで擬似指令制御量Sxとは、モータMの（単位時間当たり）回転数ωｍを検出するためにモータMに一定の制御量を与えるためのものである。
【００２０】
制御量補正部１５０では、油温推定部１２０から入力された推定油温Tに基づき基本制御量S0の補正を行い、補正制御量S1を制御出力切替部１７０に出力する。また、補正実行後、補正終了フラグF0をアシスト開始判定部１６０に出力する。
【００２１】
アシスト開始判定部１６０では、イグニッション信号に基づきパワーステアリング装置による操舵アシスト開始判定を行い、モータ回転数検出部１１０から入力された単位時間当たり回転数ωｍおよび制御量補正部１５０から入力された補正終了フラグF0に基づきアシストトルク出力許可判定フラグFenを制御出力切替部１７０に出力する。
【００２２】
制御出力切替部１７０では、アシストトルク出力許可判定フラグFenに基づき擬似指令制御量Sxと基本制御量S0のいずれを出力するかを切り替え、モータ制御量Smおよび電磁弁制御量SdをそれぞれモータM、電磁弁３０に出力する。
【００２３】
モータ駆動部１８０ではモータ制御量Smに基づきモータMを駆動する。電磁弁駆動部１９０では電磁弁制御量Sdに基づき電磁弁３０を駆動するとともに、モータMの回転状態を検出するとき、電磁弁３０を開弁状態とする。開弁することにより油圧回路内の作動油は循環状態となるため、シリンダ６等にかかる作動油の粘性抵抗等の負荷がモータMの負荷に反映されず、純粋な作動油の粘性抵抗特性を検出することができる。
【００２４】
［モータ回転数による油温推定］
図３は、モータMの回転数特性と油温の関係を示すマップである。図２に示す制御ブロック図の油温推定部１２０では、このマップに従って油温を推定する。モータMの単位時間当たり回転数が高いほど、モータMの回転負荷が小さいことを示している。すなわち、同一制御量SaにおいてモータMの単位時間当たり回転数がω２→ω１→ω０と高くなるに伴い、作動油の粘性が低い、すなわち油温が高いと判断できる。
【００２５】
［制御量算出］
図４は、基本制御量S0および補正制御量S1の算出を示すシステム図である。図２のブロック図に示す基本制御量算出部１３０および制御量補正部１５０において、トルクセンサ５により検出された操舵トルクからモータMおよび電磁弁３０の基本制御量S0および補正制御量S1を算出する。
【００２６】
基本制御量算出部１３０はローパスフィルタLPF、ハイパスフィルタHPFを有し、入力された操舵トルクの最大値と最小値を抽出してそれぞれにゲインＫＬ，ＫＨを付加して加算することで基本制御量S0を算出する。
【００２７】
制御量補正部１５０は、推定された油温Tに基づき油温補正ゲインＧ１を設定し、基本制御量S0に付加して補正制御量S1を算出する。この油温補正ゲインＧ１の設定はあらかじめ搭載された油温−補正係数マップ（図５参照）を用いてもよいし、Ｇ１を伝達関数（図６参照）としてもよく特に限定しない。
【００２８】
［補正係数設定］
図５は、油温と補正係数Ｇ１の関係を示すマップである。油温が高くなるにつれ補正係数Ｇ１を上昇させ、低温時の作動油の粘度増大に伴うフリクションロスによるモータMの負荷分を補償するよう設定されている。
【００２９】
図６は、油温に対する伝達関数Ｇ１の特性を示す図である。この特性図では、ゲインＧ１の他カットオフ周波数も油温に応じて変更することとしている。油温が低温になるに伴いカットオフ周波数を高周波数側に移行させることで、低温下での好適なフィーリングを達成する。
【００３０】
なお、モータMやポンプ１０の個体差によって、正回転時と逆回転時におけるモータMの負荷は異なるため、正・逆回転に対して同様の制御量を出力した場合、モータMの負荷が大きい回転方向の操舵アシスト量が不足気味となり、右アシスト時と左アシスト時で操舵フィーリングが異なるおそれがある。
【００３１】
したがって、モータ回転数検出部１１０は正・逆回転両方の回転状態を検出し、制御量補正部１５０はこの正・逆回転特性に基づき、補正制御量S1を算出することとする。このように個体差に基づくモータMの負荷を検出し、補正することにより、左右操舵時の操舵フィーリングを一致させるものである。
【００３２】
［操舵アシスト制御処理］
図７は、操舵アシスト制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップにつき説明する。
【００３３】
（メインフロー）
ステップＳ１００では油温推定処理が実行され、ステップＳ２００へ移行する。
【００３４】
ステップＳ２００では、補正フラグF0が１であるかどうかが判断され、YESであれば補正フラグF0が立っていると判断されてステップＳ３００へ移行し、NOであれば補正フラグF0が立っていないと判断されてステップＳ１００へ戻る。
【００３５】
ステップＳ３００では、アシスト制御が実行され、ステップＳ４００へ移行する。
【００３６】
ステップＳ４００では、パワーアシスト制御のシステム終了が要求されているかどうかが判断され、YESであれば制御を終了し、NOであればステップＳ３００に戻る。
【００３７】
（油温推定制御処理）
図８は、図７のステップＳ１００における油温推定制御処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１０１では、擬似指令制御量Sxが出力され、モータ制御量S1を擬似駆動制御量SxとしてステップＳ１０２へ移行する。
【００３８】
ステップＳ１０２では、モータ制御量Smが補正制御量S1とされる。すなわちモータ制御量Sm=擬似指令制御量Sxとなり、ステップＳ１０３へ移行する。
【００３９】
ステップＳ１０３では、モータMに制御量Smが出力されてから所定時間ｔが経過したかどうかを判断する。この所定時間ｔとは、図１０のタイムチャートにおける時刻ｔ１からｔ２に至るまでの時間、すなわちｔ＝ｔ２−ｔ１である。所定時間ｔが経過していればステップＳ１０４へ移行し、経過していなければ油温推定制御を終了して図７のステップＳ２００へ移行する。
【００４０】
ステップＳ１０４ではモータ回転数ωｍが取り込まれ、ステップＳ１０５へ移行する。
【００４１】
ステップＳ１０５では、モータMの制御量Smを０とし、ステップＳ１０６へ移行する。
【００４２】
ステップＳ１０６では、図３に示す油温−回転数マップから油温を推定し、ステップＳ１０７へ移行する。
【００４３】
ステップＳ１０７では、図５に示す油温−補正係数マップまたは図６に示す伝達関数から補正係数Ｇ１を決定し、ステップＳ１０８へ移行する。
【００４４】
ステップＳ１０８では、モータMの回転数ωｍが０であるかどうかが判断され、YESであればステップＳ１０９へ移行し、NOであれば油温推定制御を終了して図７のステップＳ２００へ移行する。
【００４５】
ステップＳ１０９では、補正終了フラグF0を立てて油温推定制御を終了し、図７のステップＳ２００へ移行する。
【００４６】
（操舵アシスト制御処理）
図９は、図７のステップＳ３００における操舵アシスト制御処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ３０１では、電磁弁制御量Sdを閉弁指令とし、ステップＳ３０２へ移行する。
【００４７】
ステップＳ３０２では、操舵トルク信号Tdを読み込み、ステップＳ３０３へ移行する。
【００４８】
ステップＳ３０３では、操舵トルクTdに基づいて基本制御量S0を算出し、ステップＳ３０４へ移行する。
【００４９】
ステップＳ３０４では、油温に基づき補正係数Ｇ１を読み込み、基本制御量S0に補正係数Ｇ１を付加した補正制御量S1を算出してステップＳ３０５へ移行する。
【００５０】
ステップＳ３０５では、電磁弁制御量Sdを出力して電磁弁３０を閉弁とし、ステップＳ３０６へ移行する。
【００５１】
ステップＳ３０６では、補正制御量S1に基づいたモータ制御量Smを出力し、ステップＳ３０７へ移行する。
【００５２】
ステップＳ３０７では、モータMの駆動制御を行い、ステップＳ３０８へ移行する。
【００５３】
ステップＳ３０８では、電磁弁３０の駆動制御を行い、図７のステップＳ４００へ移行する。
【００５４】
［油温による制御量設定制御の経時変化］
図１０は、油温による制御量設定制御のタイムチャートである。
（時刻ｔ０）
時刻ｔ０においてイグニッションONとされ、システムが起動する。
【００５５】
（時刻ｔ１）
時刻ｔ１においてモータMの制御量が油温推定のための擬似駆動制御量Sx
とされ、モータMの回転数ωｍが上昇を開始する。
【００５６】
（時刻ｔ２）
時刻ｔ２において、時刻ｔ１からのモータMの回転数を検出し、単位時間当たり回転数ωｍを演算する。この単位時間当たり回転数ωｍに基づき、図３に示すマップから油温を特定し、基本制御量S0を設定する。また、図５に示すマップから油温に基づいた補正係数Ｇ１を特定し、補正制御量S1を設定する。その後、擬似駆動制御量SmでのモータMの制御を停止する。
【００５７】
（時刻ｔ３）
時刻ｔ３において油温推定のためのモータMの擬似駆動が終了し、補正制御が終了する。これにより補正制御終了フラグF0が出力される。
【００５８】
（時刻ｔ４）
時刻ｔ４において、モータMの回転停止と補正制御終了フラグF0が確認され、アシスト開始許可フラグF1が出力される。これに伴い通常アシスト制御が開始され、常開の電磁弁３０に制御量Sdが出力されて閉弁とされる。また、操舵トルクに応じた基本制御量S0が算出され、油温による補正を施した補正制御量S1がモータMに出力される。
【００５９】
［従来例と本願実施例における作用効果の対比］
従来パワーステアリング装置においては、電動モータの駆動電流によって生じるドライバ素子の単位時間当たりの発熱量に相当する温度上昇値と、ドライバ素子の温度とから油温を推定している。しかしながら上記従来技術にあっては、実際の油温は環境温度等に影響されやすく、油温を適切に推定することができなかった。
【００６０】
これに対し本願実施例では、モータMの単位時間当たり回転数ωｍを推定するモータ回転数検出部１１０と、油温−粘度マップからωｍの値に基づいて作動油の推定油温Tの値を推定する油温推定部１２０と、油温Tに基づきモータMおよび電磁弁３０の制御を行うモータ駆動部１８０を設けた。
【００６１】
これにより、油温が低ければ粘度が上昇してモータMの回転負荷が大きくなり、モータMの同一制御量Saに対する単位時間当たり回転数ωｍは減少し、油温が高ければ粘度は減少して回転負荷は小さくなり、同一制御量Sa対するωｍは大きくなる。この単位時間当たり回転数ωｍの変化を検出することで、ドライバ素子等の温度上昇を検出する上記従来技術に比べ、油温推定精度を向上させることが可能となる。よって、モータMに対する制御量S1を作動油の粘度にあわせて適宜変更することで、適切な操舵力を得ることができる（請求項１に対応。）。
（他の実施例）
【００６２】
以上実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００６３】
実施例１ではモータ回転数検出部１１０においてモータMにおける電流値と電圧値とを比較し、この電流値と電圧値とからモータMの単位時間当たり回転数ωｍを推定し、ωｍの変化によって回転負荷となる作動油の粘度のパラメータである油温を推定した。これに対しＰＷＭ制御によってモータMを駆動する場合、一定のＰＷＭ駆動における電圧値を検出することで、モータMの回転負荷を直接検出してもよい。ＰＷＭ駆動においてモータMの回転負荷が変化する場合、モータMに流れる逆起電力も同様に変化し、電圧値に反映される。これにより容易に回転負荷を検出し、油温を推定することができる。
【００６４】
更に、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
【００６５】
（イ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記回転状態検出手段は、電動機に定電流を流したときの電動機の単位時間当たりの回転数を検出する。
【００６６】
油温が低く作動油の粘性抵抗が大きいときには電動機にかかる負荷が大きいため、単位時間当たりの回転数は少なくなる。逆に油温が高いときは回転数が多くなる。この回転数の違いを検出することにより、容易に油温を検出することができる。
【００６７】
（ロ）上記（イ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記回転状態検出手段は、電動機に流れる電流値と電動機にかかる電圧値を検出し、これら電流値と電圧値とから電動機の回転数を推定する。
【００６８】
特別に回転数センサ等を設ける必要がない。
【００６９】
（ハ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記回転状態検出手段は、電動機の回転負荷を検出する。
【００７０】
油温が低く作動油の粘性抵抗が大きいときは電動機にかかる負荷が大きくなり、逆に油温が高いときは負荷が小さくなる。この負荷を検出することにより、容易に油温を推定することができる。
【００７１】
（ニ）上記（ハ）に記載のパワーステアリング装置において、
前記回転状態検出手段は、電動機に定電流を流したときの電動機にかかる電圧を検出し、この電圧値に基づき電動機の回転負荷を検出する。
【００７２】
電動機にかかる負荷が変化した場合、電動機に流れる逆起電力も同様に変化する。この変化は電圧値に反映されるため、この電圧値を検出することにより、電動機の負荷を検出することができる。
【００７３】
（ホ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記パワーステアリング装置は、前記第１、第２通路とを連通させる連通路と、この連通路の連通・遮断を切換える切換弁と、この切換弁に制御信号を出力する切換弁制御手段と、を更に備え、
前記切換弁制御手段は、前記電動機の回転状態を検出するとき、前記切換弁を開弁状態とする。
【００７４】
切換弁を開弁することにより、油圧回路内の作動油は循環状態となるため、純粋な作動油の粘性抵抗特性を検出することができる。（パワーシリンダ等にかかる負荷が電動機の負荷に反映されない。）
【００７５】
（ヘ）請求項１に記載のパワーステアリング装置において、
前記回転状態検出手段は、正・逆回転両方の電動機の回転状態を検出し、この正・逆回転特性に基づき、前記電動機の駆動信号を補正する。
【００７６】
電動機や可逆式ポンプの個体差によって、正回転時と逆回転時における電動機の負荷が異なる。すなわち、正・逆回転に対して同様に駆動信号を出力した場合、電動機の負荷が大きいほうの操舵アシスト量が不足気味となり、右アシスト時と左アシスト時で操舵フィーリングが異なるおそれがある。よって、電動機等の個体差に基づく電動機負荷を検出、補正することにより、左右操舵時の操舵フィーリングを一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本願パワーステアリング装置を適用したパワーステアリング装置のシステム構成図である。
【図２】コントロールユニットの制御ブロック図である。
【図３】モータの回転数特性と油温の関係を示すマップである。
【図４】基本制御量および補正制御量の算出を示すシステム図である。
【図５】油温−補正係数マップである。
【図６】油温に対する伝達関数の特性を示す図である。
【図７】操舵アシスト制御処理の主な流れを示すフローチャートである。
【図８】油温推定制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】操舵アシスト制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】油温による制御量設定制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
５    トルクセンサ
６    シリンダ
１０    ポンプ
１２    イグニッションスイッチ
３０    電磁弁
１００    コントロールユニット
１１０    モータ回転数検出部
１２０    油温推定部
１３０    基本制御量算出部
１４０    擬似指令制御量発生部
１５０    制御量補正部
１６０    アシスト開始判定部
１７０    制御出力切替部
１８０    モータ駆動部
１９０    電磁弁駆動部
【図１】
2006143026.tif 000003
【図２】
2006143026.tif 000004
【図３】
2006143026.tif 000005
【図４】
2006143026.tif 000006
【図５】
2006143026.tif 000007
【図６】
2006143026.tif 000008
【図７】
2006143026.tif 000009
【図８】
2006143026.tif 000010
【図９】
2006143026.tif 000011
【図１０】
2006143026.tif 000012