(57)【要約】【課題】操舵補助用の油圧シリンダの２つの油室を送油ポンプの２つの吐出口に接続してなる簡素な構成のパワーステアリング装置において、逆入力トルクの影響を受けることなく、良好な応答性にて適正な操舵補助力を発生することを可能とする。【解決手段】ギヤポンプを用いてなる送油ポンプ７の２つの吐出口を、操舵機構１に操舵補助力を加える油圧シリンダ６の２つの油室61，62に、各別の油路63，64を介して接続する。ステアリングホイール30に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、ステアリングホイール30の操作角を検出する操舵角センサ５と、操舵機構１の動作量を検出する実舵角センサ９とを備え、各センサの検出結果をアシスト制御部８に与え、アシスト制御部８が、トルクセンサ４による検出トルクと操舵角センサ５及び実舵角センサ９による検出角度とに基づいて送油ポンプ７を駆動制御するように構成する。【選択図】図１
2008254707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正逆両方向の回転に応じて吐出方向を変える送油ポンプの２つの吐出口を、操舵機構に操舵補助力を加える油圧シリンダの両油室に夫々接続し、操舵部材の回転操作に応じて前記送油ポンプを駆動制御して、前記操舵機構の動作によりなされる操舵を補助するパワーステアリング装置において、
前記操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵部材の操作角を検出する操舵角センサと、
前記操舵機構の動作量を検出する実舵角センサと、
前記トルクセンサによる検出トルクと前記操舵角センサ及び実舵角センサによる検出角度とに基づいて前記送油ポンプを駆動制御する制御手段と
を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記トルクセンサによる検出トルクに基づいて前記送油ポンプの回転速度を制御し、前記操舵角センサ及び実舵角センサによる検出角度の偏差に基づいて前記送油ポンプの回転方向を制御する請求項１記載のパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵部材の操作に応じて操舵機構に操舵補助力を加え、前記操舵部材を操作する運転者の労力負担を軽減するように構成されたパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両の多くは、操舵のための運転者の労力負担を軽減して軽快な操舵感を実現することを目的としたパワーステアリング装置を装備している。このパワーステアリング装置は、操舵機構に付設した操舵補助用のアクチュエータを操舵部材の操作に応じて動作させ、操舵機構に操舵補助力を加える構成となっており、油圧シリンダを操舵補助用のアクチュエータとする油圧パワーステアリング装置と、電動モータを操舵補助用のアクチュエータとする電動パワーステアリング装置とが広く知られている。
【０００３】
油圧パワーステアリング装置は、操舵部材と操舵機構とを連結するステアリング軸の中途に、該ステアリング軸に加わる操舵トルクの作用により機械的な油路の切換え動作をなす油圧制御弁を設け、この油圧制御弁を、操舵補助用の油圧シリンダと油圧ポンプとの間に介装して構成されている。前記油圧制御弁は、油圧ポンプから送給される圧油を油圧シリンダの２つの油室に選択的に給排する動作をなし、この給排に応じて油圧シリンダは、２つの油室間の圧力差に応じた油圧力を発生し、この油圧力が操舵補助力として操舵機構に加えられる。
【０００４】
このように構成された油圧パワーステアリング装置は、油圧シリンダの大なる発生力を操舵補助力として利用することができるという利点を有する一方、油圧シリンダ、油圧ポンプ及び油圧制御弁と、これらを連絡する油圧回路とを要する装置の構成が複雑であるという欠点があり、また、油圧シリンダが発生する操舵補助力が油圧制御弁の機械的な動作により支配され、走行状態に応じた補助力特性の変更制御に対応することが難しいという欠点がある。
【０００５】
このような事情により、操舵補助用のアクチュエータとして油圧シリンダを用いる利点を生かしながら、油路の構成を簡素化し、補助力特性の変更を可能としたパワーステアリング装置が特許文献１に提案されている。
【０００６】
このパワーステアリング装置は、操舵機構に付設された操舵補助用の油圧シリンダと、正逆両方向の回転に応じて吐出方向を変える可逆式の送油ポンプを備え、該送油ポンプの２つの吐出口と前記油圧シリンダの２つの油室とを各別の油路を介して接続すると共に、操舵のために操舵部材に加えられる操舵トルクを、該操舵部材と操舵機構とを連結するステアリング軸の中途に設けたトルクセンサにより検出し、このトルクセンサの検出トルクに基づいて前記送油ポンプを駆動制御する制御手段を備えて構成されている。
【０００７】
このパワーステアリング装置は、送油ポンプと油圧シリンダとを２本の油路により接続した簡素な構成の油圧回路を備えるのみであり、また油圧制御弁も不要となって装置構成の簡素化を図ることができる。更に、制御手段の動作により油圧シリンダの発生力を増減制御することができ、走行状態に応じた補助力特性の変更に柔軟に対応することが可能である。
【特許文献１】特開２００２−１４５０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが特許文献１に開示されたパワーステアリング装置においては、トルクセンサによるトルク検出に応じて送油ポンプが駆動されている間、操舵補助用の油圧シリンダの動作により左右いずれかの方向に操舵補助力が発生するため、例えば、操舵の途中で操舵部材の操作を止める保舵状態にあるとき、操舵機構の側からの逆入力の作用によるトルク検出に応じて正逆両方向に不安定に操舵補助力が発生し、操舵感の悪化を招来するという問題がある。
【０００９】
この問題は、トルクセンサによる検出トルクに不感帯を設定することにより緩和されるが、正規の操舵に対する操舵補助力の応答性の悪化を招来することとなり好ましい対策ではない。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、操舵補助用の油圧シリンダの２つの油室を送油ポンプの２つの吐出口に接続してなる簡素な構成のパワーステアリング装置を、逆入力トルクの影響を受けることなく、良好な応答性にて適正な操舵補助力を発生することを可能として提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１発明に係るパワーステアリング装置は、正逆両方向の回転に応じて吐出方向を変える送油ポンプの２つの吐出口を、操舵機構に操舵補助力を加える油圧シリンダの両油室に夫々接続し、操舵部材の回転操作に応じて前記送油ポンプを駆動制御して、前記操舵機構の動作によりなされる操舵を補助するパワーステアリング装置において、前記操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操作角を検出する操舵角センサと、前記操舵機構の動作量を検出する実舵角センサと、前記トルクセンサによる検出トルクと前記操舵角センサ及び実舵角センサによる検出角度とに基づいて前記送油ポンプを駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２発明に係るパワーステアリング装置は、第１発明における制御手段が、前記トルクセンサによる検出トルクに基づいて前記送油ポンプの回転速度を制御し、前記操舵角センサ及び実舵角センサによる検出角度の偏差に基づいて前記送油ポンプの回転方向を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明に係るパワーステアリング装置においては、操舵トルクの検出結果に加えて操舵角及び実舵角センサの検出結果を用いて送油ポンプを駆動し、該送油ポンプの２つの吐出口に夫々接続された操舵補助用の油圧シリンダの２つの油室の作動油を給排する構成としてあるから、逆入力トルクの検出に応じて送油ポンプが駆動される虞れがなく、保舵状態における不安定な操舵補助を排除して良好な操舵感を実現することができる。
【００１４】
また第２発明に係るパワーステアリング装置においては、操舵角及び実舵角の検出結果を用いて送油ポンプの回転方向、即ち、操舵の方向を決定し、操舵トルクの検出結果を送油ポンプの回転速度、即ち、操舵補助力の大きさの決定に限って用いたから、操舵機構からの逆入力トルクの検出に応じた不安定な動作を確実に排除し、操舵部材の操作に応じた適正な操舵補助を良好な応答性にて実現することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るパワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。なお本図においては、ラックピニオン式の操舵機構１を備える車両への適用例が示されているが、本発明は、ボールねじ式の操舵機構等、ラックピニオン式以外の操舵機構を備える車両への適用も可能である。
【００１６】
ラックピニオン式の操舵機構１は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング10の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸11と、ラックハウジング10の中途に交叉するピニオンハウジング20の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備えている。ラック軸11の両端は、ラックハウジング10の両側外部に突出させてあり、これらの突出端は、各別のタイロッド12，12を介して操舵輪としての左右の前輪13，13に連結されている。またピニオンハウジング20の外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール30に連結されている。
【００１７】
ピニオンハウジング20の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが一体形成されており、このピニオンは、ラックハウジング10との交叉部において、ラック軸11の中途部外面に適長に亘って設けられたラックに噛合させてある。ステアリング軸３は、筒形をなすコラムハウジング31の内部に回転自在に支持され、該コラムハウジング31を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取り付けてあり、コラムハウジング31の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール30が固設されている。
【００１８】
以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール30が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラックとの噛合部においてラック軸11の軸長方向の移動に変換される。このように生じるラック軸11の移動が各別のタイロッド12，12を介して左右の前輪13，13に伝えられ、これらの前輪13，13が向きを変えて操舵がなされる。
【００１９】
ステアリング軸３を支持するコラムハウジング31の中途には、以上のステアリングホイール30の回転操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４が設けてあり、このトルクセンサ４の上位置には、ステアリングホイール30の操作角を検出する操舵角センサ５が並設してある。
【００２０】
トルクセンサ４は、検出対象となるステアリング軸３を上下の２軸に分割し、これらの２軸を捩れ特性が既知のトーションバーにより同軸上に連結して、操舵トルクの作用によりトーションバーの捩れを伴って前記２軸間に生じる相対角変位を適宜の手段により検出する公知の構成を有している。
【００２１】
操舵角センサ５は、トルクセンサ４よりも上位置においてステアリング軸３の回転角度を検出する回転角センサである。ここで、検出対象となるステアリング軸３は、ステアリングホイール30の回転操作に応じて左右夫々に複数回転するから、操舵角センサ５は、ステアリング軸３の全回転範囲に亘って絶対回転角度を検出可能に構成された回転角センサであるのが望ましいが、１回転内の回転角度を検出する一般的な回転角センサを用い、この回転角センサの検出値を逐次積算してステアリング軸３の絶対回転角度を検出するように構成することもできる。
【００２２】
なお操舵トルクの検出のためのトルクセンサ４として、上下の２軸の回転角度を各別の検出手段により検出し、これらの検出角度の差から前記２軸間に生じる相対角変位を求めるように構成されたものがあり、この種のトルクセンサ４が用いられている場合には、上軸の回転角度の検出手段を操舵角センサ５として兼用することができる。
【００２３】
ラック軸11を支持するラックハウジング10の中途には、図１中に一部を破断して示すように、ピニオンハウジング20との交叉部の逆側に操舵補助用の油圧シリンダ６が設けてある。油圧シリンダ６は、ラックハウジング10の内部に適長に亘って設けたシリンダ筒の内部に、ラック軸11に同軸的に嵌着されたピストン60を摺動自在に嵌挿し、このピストン60の両側に液密に封止された２つの油室61，62を設けて構成されている。油圧シリンダ６の２つの油室61，62は、各別の送油路63，64を介して送油ポンプ７に接続されており、油室61，62、送油路63，64及び送油ポンプ７の内部には作動油が充填されている。
【００２４】
送油ポンプ７は、図中に模式的に示すように、長円形のギヤ室70の内部に互いに平行をなす軸回りに回転する駆動ギヤ71及び従動ギヤ72を備えてなる公知のギヤポンプである。駆動ギヤ71は、駆動用のモータ73の出力側に連結されており、該モータ73からの伝動により正逆両方向に回転駆動される。従動ギヤ72は、ギヤ室70の中央において周面の一カ所を駆動ギヤ71に噛合させてあり、駆動ギヤ71の回転に追随して回転する。ギヤ室70には、駆動ギヤ71及び従動ギヤ72の噛合部を挟んだ両側に吸込吐出口が設けてあり、送油路63，64は、これらの吸込吐出口に夫々接続されている。
【００２５】
図２は、送油ポンプ７及び油圧シリンダ６の動作説明図であり、図２（ａ）は、駆動ギヤ71が正回転している状態を示し、図２（ｂ）は、駆動ギヤが71が逆回転している状態を示してある。
【００２６】
図２（ａ）に示す正回転の状態において、送油ポンプ７の駆動ギヤ71は、矢符により示す如く反時計回りに回転し、従動ギヤ72との噛合部の左側が吸込室となり、右側が吐出室となり、油圧シリンダ６の左側の油室61内の作動油が送油路63を経て送油ポンプ７に吸込まれ、送油路64を経て右側の油室62に送り込まれる。この場合、右側の油室62の内圧が左側の油室61の内圧よりも高くなり、油圧シリンダ６は、ピストン60の両面の圧力差に応じて左向きに動作し、ピストン60が固定されたラック軸11に図中に白抜矢符にて示す操舵補助力が加えられ、この操舵補助力により左方向の操舵が補助される。
【００２７】
一方、図２（ｂ）に示す逆回転の状態においては、送油ポンプ７の駆動ギヤ71が時計回りに回転し、該送油ポンプ７は、右側の油室62内の作動油を吸い込み、左側の油室61に送り出す動作をなし、油圧シリンダ６の右向きの動作により、ラック軸11に図中に白抜矢符にて示す向きの操舵補助力が加えられて右方向の操舵が補助される。
【００２８】
このとき発生する操舵補助力の大きさは、送油ポンプ７の回転速度の大きさに対応するから、送油ポンプ７、より具体的には、送油ポンプ７の駆動用モータ73の回転方向の切換えにより操舵補助力の方向を、また回転速度の増減により操舵補助力の大きさを夫々制御することができる。
【００２９】
図１に示すように、送油ポンプ７の駆動用モータ73には、アシスト制御部８からの動作指令が駆動回路を介して与えられている。アシスト制御部８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備え、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従うＣＰＵの動作により、送油ポンプ７を制御対象として後述するアシスト制御を実行するＥＣＵとして構成されている。
【００３０】
アシスト制御部８には、コラムハウジング31の中途に配したトルクセンサ４から操舵トルクの検出結果が与えられ、同じく操舵角センサ５から、ステアリングホイール30の操作角の検出結果が与えられている。またアシスト制御部８には、操舵機構１に付設された実舵角センサ９から、操舵機構１の動作量、即ち、操舵機構１の動作により実際に得られる舵角の検出結果が与えられている。図示の実舵角センサ９は、ラックハウジング10の一側端部に固定され、同側に突出するラック軸11とタイロッド12との連結部の移動位置を検出するリニアスケールとしてあるが、操舵機構１の動作量（前輪13，13の実舵角）に一義に対応する検出結果が得られる適宜のセンサを用いることができる。
【００３１】
図１に示すように、操舵補助用の油圧シリンダ６の２つの油室61，62は、バイパス油路65を介して接続されている。バイパス油路65の中途にはバイパス弁66が配してあり、バイパス弁66が開とされた場合、油室61，62はバイパス油路65を介して相互に連通されるように構成してある。
【００３２】
バイパス弁66は、アシスト制御部８から与えられる動作指令に応じて開動作する電磁弁である。アシスト制御部８は、以下に示すアシスト制御動作の実行中に、モータ73のロック、駆動ギヤ71又は従動ギヤ72の破損等の原因により送油ポンプ７が動作不能となったとき、バイパス弁66に動作指令を発するフェイルセーフ動作をなす。これにより油室61，62が相互に連通され、油圧シリンダ６は、何らの抵抗も受けずに左右に動作可能な状態となり、操舵部材としてのステアリングホイール30の回転操作の機械的な伝達のみによるマニュアル操舵が可能となる。
【００３３】
図３は、アシスト制御動作の内容を示すフローチャートである。この制御動作は、アシスト制御部８が図示しない電源に接続されている間、短周期毎に繰り返し実行される動作であり、まずアシスト制御部８は、操舵角センサ５による操舵角θの検出結果、及び実舵角センサ９による実舵角θ0 の検出結果を取り込み（ステップＳ１）、これらを比較する（ステップＳ２）。この比較の結果、θ＝θ0 であった場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、送油ポンプ７を停止して（ステップＳ３）、一回の制御動作を終え、次の制御周期まで待機する。
【００３４】
操舵角θと実舵角θ0 が等しい（θ＝θ0 ）状態は、直進走行状態、又は適宜の角度でステアリングホイール30の操作を止めた保舵状態であり、これらの状態にあるとき送油ポンプ７が停止される。送油ポンプ７が停止された場合、油圧シリンダ６の左右の油室61，62間の作動油の流れが遮断されるから、ラック軸11の移動位置は変化せず、操舵用の車輪である前輪13，13は、直進状態又は保舵位置に対応する転舵角を正しく保ち、操舵機構１の側からの逆入力によりトルクセンサ４によりトルク検出の影響を受けることなく安定した操舵が可能となる。
【００３５】
一方、ステップＳ２での比較の結果、θ≠θ0 であった場合（ステップＳ２：ＮＯ）、アシスト制御部８は、トルクセンサ４による操舵トルクの検出値を取り込み（ステップＳ４）、この操舵トルクに基づいて送油ポンプ７の目標回転速度Ｖを算出する（ステップＳ５）。この目標回転速度の算出は、操舵トルクの検出値を予め設定された算出式に適用して求めるようにしてもよく、またＲＯＭに格納された制御マップに適用して求めるようにしてもよい。
【００３６】
次にアシスト制御部８は、操舵角センサ５による操舵角θの検出結果と実舵角センサ９による実舵角θ0 の検出結果とを用いて操舵の方向を判定し（ステップＳ６）、左操舵であると判定された場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）には、送油ポンプ７に動作指令を発し、該送油ポンプ７をステップＳ５において求めた目標回転速度Ｖにて逆転駆動せしめ（ステップＳ７）、右操舵であると判定された場合（ステップＳ６：ＮＯ）には、送油ポンプ７に動作指令を発し、該送油ポンプ７をステップＳ５において求めた目標回転速度Ｖにて正転駆動させて（ステップＳ８）１回のアシスト制御動作を終える。
【００３７】
ステップＳ６での操舵方向の判定は、操舵角θと実舵角θ0 との偏差（＝θ−θ0 ）の正負によってなされ、本発明に係るパワーステアリング装置においては、前記偏差に基づいて操舵すべく方向を定めており、トルクセンサ４による操舵トルクの検出結果は、送油ポンプ７の回転速度、即ち、操舵補助力の大きさの決定のみに用いられている。従って、操舵機構の側からの逆入力の作用によるトルク検出に影響を受けることなく、良好な応答性にて適正な操舵補助力を発生することができる。
【００３８】
なお以上の実施の形態においては、送油ポンプ７としてギヤポンプを用いた場合について説明したが、送油ポンプ７としては、正逆両方向の回転に応じて吐出方向を変えるように構成された適宜のポンプを用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るパワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】送油ポンプ及び油圧シリンダの動作説明図である。
【図３】アシスト制御動作の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１  操舵機構、４  トルクセンサ、５  操舵角センサ、６  油圧シリンダ、７  送油ポンプ、８  アシスト制御部（制御手段）、９  実舵角センサ
【図１】
2008254707.tif 000003
【図２】
2008254707.tif 000004
【図３】
2008254707.tif 000005