(57)【要約】【課題】  パワーステアリング流体の温度を制御し、その粘度を定常運転時相当に調節でき、操舵フィーリングを高めることの出来る車両用パワーステアリングシステムを提供する。【解決手段】  制御装置の制御下で作動電流がバッテリから供給される電動モータによって油圧ポンプを可変の速度で駆動し、パワーステアリング作動要求に適応した可変の流量でパワーステアリング流体を供給する車両用パワーステアリングシステムにおいて、前記パワーステアリング流体の流路に、所要のハンドルアシスト力に対応して前記パワーステアリング流体を加熱する加熱手段を設けた。【選択図】図１
2005319933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置の制御下で作動電流がバッテリから供給される電動モータによって油圧ポンプを可変の速度で駆動し、パワーステアリング作動要求に適応した可変の流量でパワーステアリング流体を供給する車両用パワーステアリングシステムにおいて、
前記パワーステアリング流体の流路に、所要のハンドルアシスト力に対応して前記パワーステアリング流体を加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする車両用パワーステアリングシステム。
【請求項２】
前記加熱手段は、車両の始動時にパワーステアリング流体を加熱することを特徴とする、請求項１に記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項３】
前記加熱手段として、パワーステアリング流体の流路となる配管の外部に発熱体を設けたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項４】
前記加熱手段として、前記パワーステアリング流体の流路となる配管の内部に発熱体を設けたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項５】
前記加熱手段として、前記パワーステアリング流体の流路となる導電性配管の一部を絶縁し、この導電性配管に電圧を掛けて電流を流し配管自体を利用することを特徴とする請求項１記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項６】
前記電圧と電流から配管の電気抵抗を演算し、電気抵抗温度特性から配管の温度を算出し、これをパワーステアリング流体の温度とみなして前記パワーステアリング流体の温度制御を行うことを特徴とする、請求項５に記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項７】
前記加熱手段が設けられる前記配管の一部を扁平な断面としたことを特徴とする、請求項３乃至６記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項８】
前記パワーステアリング流体に対する加熱要求度の高いモードと低いモードの選択手段を設け、利用者により任意に制御モードを選択し得るようにしたことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項９】
前記バッテリ電圧が所定値以下の場合は前記発熱体を付勢しないことを特徴とする、請求項1乃至８のいずれかに記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項１０】
前記バッテリ電圧が所定値以下の場合に前記発熱体を付勢する／しないの選択手段を設け、利用者により任意に選択し得るようにしたことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項１１】
前記発熱体として正温度特性サーミスタを設けたことを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項１２】
前記加熱手段の一部として、前記制御装置に内蔵された電力制御手段の発熱を利用することを特徴とする、請求項１１記載の車両用パワーステアリングシステム。
【請求項１３】
前記加熱手段の一部として、前記電動モータの発熱を利用することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の車両用パワーステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用パワーステアリングシステムに係り、特に電動モータ駆動の油圧ポンプにより供給されるパワーステアリング流体の作動温度最適化に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の従来例を説明すると、車両用パワーステアリングシステムでは、車両の操舵を行うためにハンドルを廻す上で、車両のオペレータをパワーアシストするための高圧のパワーステアリング流体を、油圧ポンプが供給する。このようなシステムの多くは車両用エンジンを使用し、プーリ−ベルト装置を介して油圧ポンプを駆動する。
【０００３】
しかしながら、車両用エンジンとは別個に油圧ポンプを駆動するため、電動油圧パワーステアリングシステムで電動モータを使用することも周知である。この方法によれば、車両が直線的に進んでいる場合や停止している場合等のパワーアシストが全く必要とされない場合にエネルギーを大きく節約するため、油圧ポンプを低速度で駆動出来る。
【０００４】
特許文献１には、電動油圧式パワーステアリングシステムの基本的構成が示されている。この構成において、ステアリングハンドルは、ステアリング伝達装置に連結されており、ステアリング伝達装置はステアリングハンドルの操舵に応答して、油圧ポンプから流体圧が供給される流体圧作動のステアリング駆動装置を制御する。そして、制御装置の制御下で作動電流がバッテリから供給される電動モータによって駆動される油圧ポンプが記載されている。パワーアシストに対する要求は、パワーステアリング流体の逆圧力（counter-pressure）によって示される。これは、モータ負荷を増大し、かくしてモータ電流を増大する。制御装置は、モータ電流センサに応じて、電動モータへの電力を要求に合わせて変化させる。
【０００５】
しかしながら、パワーステアリング負荷が、油圧ポンプを駆動する電動モータの電流又は油圧ポンプ出口での油圧によって表されるというこのシステムの基本的前提は、近似的にしか成り立たない。電動モータの出力の一部は、パワーステアリングシステムの油圧ポンプ／モータアッセンブリ及び流体配管の損失に打ち勝つために使用される。
これらの損失には、電動モータの銅損及び鉄損、電動モータ及び油圧ポンプのパワーステアリング流体の粘性−クーロン摩擦、及び配管、制御弁及びギヤでの粘性損失が含まれ、これらは、パワーステアリング流体の温度、及び好ましくは油圧ポンプ、電動モータの回転速度に従って有意に変化する。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−１２１９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に制御装置がモータ速度の閉ループ制御を行う場合、パワーステアリング負荷の大きな圧力範囲に亘って、このような不正確さには問題がほとんどない。しかしながら、近年の高度な操舵フィーリングの要求により複雑な補正による制御を行う場合、氷点下に長時間駐車された場合などでは、パワーステアリング流体の粘度の大幅な増加により操舵フィーリングの低下を招いてしまう。
【０００８】
さらに特許文献１に示される車両用パワーステアリングシステムでは、温度センサでパワーステアリング流体の温度を測定し、変換テーブルを介して温度補正して動作させている。これらの手間もさることながら、間接的に複雑な制御を行っても切り換え点で操舵フィーリングの低下を招いてしまう。
【０００９】
つまり長時間低温下に駐車された自動車の始動時等において、パワーステアリング装置中のパワーステアリング流体が冷え切った状態では、電動モータ及び油圧ポンプのパワーステアリング流体の粘性−クーロン摩擦、及び配管、制御弁及びギヤでの粘性損失により十分な性能が発揮出来ない。
【００１０】
よって、パワーステアリング流体が温まるまで十分な性能が発揮出来ないまま、それを承知で運転するか、あるいは電動モータの銅損及び鉄損、モータ及び油圧ポンプのパワーステアリング流体の粘性−クーロン摩擦、及びホース、制御弁及びギヤでの粘性損失等によりパワーステアリング流体を暖めるいわゆる暖機運転をせざるを得なかった。
【００１１】
あるいは逆に、高温時連続的なハンドル操舵により特に過熱しやすい電動モータ及び制御装置の電力制御手段を各種方法で見張っておき、これらが過熱しそうになればハンドルアシスト力（操舵補助力）を制限するように制御されていたので、ハンドルが重くなり不便であった。
【００１２】
そこでこの発明は、パワーステアリング流体の温度を制御し、その粘度を定常運転時相当に調節でき、操舵フィーリングを高めることの出来る車両用パワーステアリングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、制御装置の制御下で作動電流がバッテリから供給される電動モータによって油圧ポンプを可変の速度で駆動し、パワーステアリング作動要求に適応した可変の流量でパワーステアリング流体を供給する車両用パワーステアリングシステムにおいて、前記パワーステアリング流体の流路に、所要のハンドルアシスト力に対応して前記パワーステアリング流体を加熱する加熱手段を設けたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、パワーステアリング流体の流路に加熱手段を設けて所要のハンドルアシスト力に対応してパワーステアリング流体を温度調節するので、低温下における車両の始動時等においてもパワーステアリング流体が最適な温度に保たれ操舵フィーリングの良い車両用パワーステアリングシステムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下に、この発明の実施の形態を、それを示す図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態の構成を示したブロック図である。このパワーステアリング装置は、図示しない制御装置ハウジングに内蔵された制御装置１２が電動モータ６にバッテリ１１の電圧を印加して駆動させ、電動モータ６は油圧ポンプ４を回転駆動してパワーステアリング流体圧を発生させる。コントロールバルブ２６は、ステアリングハンドル１に結合された油圧シリンダ（図示せず）へ通じるパイプライン２６ａ、２６ｂへ圧送するパワーステアリング流体１１０の圧力を制御し、所要のハンドルアシスト力を発生させる。
【００１６】
ここで、パワーステアリング流体１１０は温度により粘度が大幅に変化するが、油圧ポンプに至る付近の配管１００をパワーステアリング流体１１０が通る面積を残して平たくつぶし扁平パイプ１０１を構成する。配管１００は、断面積が減少する分を見込んで予め大径のパイプを用いる。そして、扁平パイプ１０１の面に図示しない熱伝導性コンパウンドを塗り、絶縁された加熱手段であるヒータ２００を、例えば、巻く、あるいは図示しないバネクリップで圧接する、等の方法で取り付ける。パイプを平たくつぶすことにより、ヒータ２００と扁平パイプ１０１の接触面積を増やし、かつ流れるパワーステアリング流体１１０断面の平均距離とヒータ２００間の距離を短くし、熱的時定数を小さくしている。熱的時定数が小さいのは、パワーステアリング流体１１０の加熱調節の高速化につながる。
【００１７】
ここで、パワーステアリング流体１１０のヒータ２００での加熱後の温度を、温度センサ１１１により測定し、制御装置１２によりヒータ２００に加える電圧と電流を制御すれば、加熱量が簡単に制御出来る。具体的には温度ｔ−加熱必要量Ｗマップを制御装置１２内の図示しない記憶手段に記憶させておき、これを参照し、さらに加熱必要量Ｗ−電圧Ｖマップを制御装置１２内の図示しない記憶手段に記憶させておき、これを参照すればよい。制御装置１２はバッテリ１１の電圧をモニタしているので、バッテリ電圧が放電限界に近く低い場合は、パワーステアリング流体１１０の温度が低くても加熱制御するのを止めて、いわゆるバッテリ１１の上がりに対処する方が賢明である。ここで油圧ポンプ４に至る付近の扁平パイプ１０１を加熱制御するのは、適温を必要とする油圧ポンプ４に近いほうが都合が良いからである。
【００１８】
コントロールバルブ２６は、ハンドル１が操舵され、ハンドル軸の下端に設けられたピニオンギア２６ｃを含むギヤ装置（図示せず）が作動することにより、油圧シリンダへ通じるパイプライン２６ａ、２６ｂへ圧送するパワーステアリング流体１１０の圧力を制御する。これにより、油圧シリンダが作動して、ハンドル１の操舵方向に操舵量に応じたハンドルアシスト力を発生するようになっている。パワーステアリング流体１１０は、油圧ポンプ４、コントロールバルブ２６、油圧シリンダ及びリザーブタンク５ａ等で構成される油圧回路を循環する。制御装置１２は、電動モータ６に流れる電流を検出し、そのモータ電流の変化量により、電動モータ６へ印加する電圧を高低に切り換え制御するようになっている。
実施の形態２．
【００１９】
図２は、この発明による車両用パワーステアリングシステムの説明図である。図１においては配管１００の外側からヒータ２００で加熱していたが、その時間的応答性が十分でない場合に対処するため、配管１００の内部に加熱手段であるヒータ２０１を設けてパワーステアリング流体１１０が直接ヒータ２０１に接するように構成した。この場合、パワーステアリング流体１１０は密閉されており、湿気を帯びることもない。また、絶縁体であるので、ヒータ２０１の絶縁が不十分でも問題はなく、配管１００との絶縁に注意すればヒータ２０１は絶縁されていなくともかまわない。その場合、パワーステアリング流体１１０が直接ヒータ２０１に接するので、熱的応答性が高まる。
実施の形態３．
【００２０】
図３は、この発明による車両用パワーステアリングシステムの説明図である。図４は、この発明による車両用パワーステアリングシステムの外観図である。図３、図４において、制御装置１２は放熱を兼ねた例えばアルミニウム製ダイキャスト製の制御装置ハウジング１２ａに収容されている。電動モータ６、制御装置ハウジング１２ａ、油圧ポンプ４と積み重ねてねじ止めされており、ここで、この油圧ポンプ４と制御装置１２の間に加熱手段であるシート状のヒータ２０２を挟み、油圧ポンプ４を加熱してパワーステアリング流体１１０を加熱しても良い。ここで使うシート状のヒータ２０２は例えば耐熱性が良く弾力性に富んだシリコンラバーに加熱手段である発熱体が内蔵されたものが良く、ちょうどパッキンの形状に形成され、アルミニウムダイキャスト等で構成された油圧ポンプ４と制御装置ハウジング１２ａの間のパッキンに置き換えて構成する。
【００２１】
なお、ヒータ２０２の制御において低温時でも軽快に運転したいスポーツ運転モードであれば加熱し、少しハンドル１が重くなっても省エネで運転したい省エネ運転モードであれば加熱しないようにすれば望ましい。この２つのモードを選択する選択スイッチ（図示しない）を設けておき、この選択スイッチを運転手が状況に応じて切り換えられるようにする。あるいはアクセル開度が大きい場合に、スポーツ運転モード、小さい場合に省エネ運転モードとしておき、デフォルトをスポーツ運転モードとしておけば望ましい。アクセル開度を検知するのは、電子制御の自動車であれば一般的に行われているので説明を省く。
この実施例においては、パワーステアリングシステムの制御モードをパワーステアリング流体の加熱要求度の高いモードと低いモードの選択手段を設け、その選択を利用者の選択に任せられるので、利用者のニーズに応えられる車両用パワーステアリングシステムが得られる。
【００２２】
さらには、低温時、あるいはバッテリ１１の寿命末期、あるいはあまり充電されていない状態など、バッテリ１１の出力電圧、出力容量が減少するが、どちらかが少なすぎる場合、ヒータ２０２を付勢する／しないを選択する選択スイッチ（図示しない）を設けておき、この選択スイッチを運転手が状況に応じて切り換えられるようにする。このように無条件にヒータ２０２を付勢しないようにすれば、バッテリ１１が放電してしまう、いわゆる上がりを防止出来る。もちろん、バッテリ１１の出力電圧、出力容量のどちらかが少なすぎる場合、安全を見て強制的に加熱しないようにしても良い。
実施の形態４．
【００２３】
図５は、この発明による車両用パワーステアリングシステムの説明図である。本実施例では、加熱手段として配管１００をニクロム線の材料（高抵抗のステンレス材料）で平たくパワーステアリング流体１１０の通路を確保してつぶしたパイプ形状になるよう構成したもの、つまり導電性配管を設けたものである。このパイプヒータ２０３とアース回路２１０ｅ間に接続金具２０３ａで制御装置１２から直接電圧を掛けて電流を流し、その電流により発生するジュール熱を制御したものである。よって掛ける電圧は直流交流を問わない。
【００２４】
さらには、加熱手段としてパイプヒータ２０３を磁性体（通常の鉄パイプ）で製作し、外部に図示しない電磁誘導コイルを設け、これに交流を流し電磁誘導作用によりパイプヒータ２０３を加熱しても良い。
【００２５】
さらにその電圧Ｖと電流Ｉからパイプヒータ２０３の抵抗値Ｒ＝Ｖ／Ｉを制御装置１２で演算するようにすれば、そのパイプの構成材質の抵抗温度特性からパイプヒータ２０３の温度ｔがわかる。具体的には抵抗値Ｒ−温度ｔマップを制御装置１２内の図示しない記憶手段に記憶させておき、これを参照するようにすればよい。パイプヒータ２０３とパワーステアリング流体１１０間の伝熱の時定数は小さく、その温度差も少ないので、温度センサを用いることなくパワーステアリング流体１１０の温度がわかり、この温度をパワーステアリング流体１１０の温度制御に用いることが出来る。
この実施例によれば、パワーステアリング流体の導電性配管自体を電気的加熱手段により加熱するので、熱効率が良く温度の立ち上がりの良い車両用パワーステアリングシステムが得られる。また、別途温度センサを設けることなく、配管の電気抵抗からパワーステアリング流体の温度を知ることが出来る。
実施の形態５．
【００２６】
図６は、この発明による車両用パワーステアリングシステムの説明図である。本実施例では、加熱手段として定温度発熱特性を持つ正温度特性サーミスタ（ＰＴＣサーミスタ：PositiveTemperature Coefficient Thermistor ）を用いたものである。配管１００を平たくつぶしパイプ形状に加工した扁平パイプ１０１にＰＴＣサーミスタ２０４を取り付けた構成としたものである。ＰＴＣサーミスタ２０４はある電圧範囲でキュリー温度（抵抗値が２５℃の２倍になる温度、例えば４０℃）に達するとそれ以上の温度では急激に抵抗値が上がるためＰＴＣサーミスタ２０４自身で電流を制限し、キュリー温度より下がると抵抗値が急激に減少し電流が増加する。そのためキュリー温度で発熱する定温度発熱特性を持つので、それほど精密な温度制御が必要ではない場合、かつ周囲温度より温度を高い所定の一定値（キュリー温度付近）に加熱制御したい場合には、ある適当な範囲の電圧を掛けるだけでその温度制御を省略することが出来る。パワーステアリング流体１１０は、おおよその温度範囲を保てばよい。従って、キュリー温度が適切なＰＴＣサーミスタ２０４を選択することによって温度制御を省略することが出来る。実際のＰＴＣサーミスタはキュリー温度が４０℃〜２７０℃程度までのものが製作されている。キュリー温度が４０℃のＰＴＣサーミスタで表面温度が６５℃、６０℃のもので７５℃程度になる。よって、この発明の用途にはキュリー温度は４０℃〜６０℃のものが適している。この表面温度が高めのものを選択したのは、熱抵抗による伝熱ロスを考慮したのと、接触面の温度差を大きくとり小面積で効率よく加熱したいためである。
このように加熱手段を定温度発熱特性を持つＰＴＣサーミスタとすることにより、特に温度制御をせずにパワーステアリング流体をある一定値の温度に出来、またＰＴＣサーミスタに掛ける電圧と電流から温度を測定するセンサを兼用出来る車両用パワーステアリングシステムが得られる。
実施の形態６．
【００２７】
図７は、この発明による車両用パワーステアリングシステムの説明図である。本実施例では、制御装置１２に内蔵された電力制御手段１２Ｐ、電動モータ６の発熱を前記扁平パイプ１０１を通じてパワーステアリング流体１１０に放熱させ加熱手段の一部として利用してこれを予備加熱し、加熱の不足分を油圧ポンプ４手前でＰＴＣサーミスタ２０４により望ましい温度まで加熱するものである。一般に車両用パワーステアリングシステムは、その運転状態により電力制御手段１２Ｐ、電動モータ６の発熱量は極端（１桁以上）に変化する。したがって、加熱の不足分も大きく変化するが、定温度特性を持つＰＴＣサーミスタ２０４を用いれば、温度センサも加熱量の面倒な演算、制御も不要である。ＰＴＣサーミスタ２０４を付勢するか／しないかを前述のとおり選択スイッチにより選択するようにしても良い。また、制御装置１２の電力制御手段１２Ｐ、電動モータ６の発熱部分をパワーステアリングリザーバ５ａなどを利用してパワーステアリング流体１１０に直接浸漬させても良い。なお、制御装置１２の電力制御手段１２Ｐ、電動モータ６の発熱のいずれか一方を利用するだけでも良い。
【００２８】
このような構成とすることにより、制御装置１２の電力制御手段１２Ｐ、電動モータ６を数十度に冷やすことが出来、その時にパワーステアリング流体１１０は数十度に予熱されるので、ＰＴＣサーミスタ２０４の加熱電力を減らすことが出来る効果がある。
【００２９】
以上のように、構成の矛盾しない組み合わせによる熱流マネージメントを行うことで、トータルの熱的ロスを少なくしながら、必要個所の適度の加熱及び冷却により望ましい車両用パワーステアリングシステムの動作特性が得られる。
【００３０】
さらに、それぞれの構成要素は、同等のものに置き換えても同等の効果を発揮するのはいうまでもない。図中同一符号は同一又は相当のものを示す。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
一般的な車両用パワーステアリングシステムについて述べたが、これに限らず航空機用、船舶用、限界性能が要求されるレーシングカー、あるいは停止したまま（風冷効果が全く期待出来ない状況にて）使用される条件の厳しい建設車両用、農業用などにももちろん適用出来、これら以外にもＦＡ機器用など油圧機器にも適用出来、同等の効果を発揮することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【図２】この発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態２を示すブロック構成図である。
【図３】この発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態３を示すブロック構成図である。
【図４】この発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態３の構成を示す外観図である。
【図５】この発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態４を示すブロック構成図である。
【図６】この発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態５を示すブロック構成図である。
【図７】この発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態６を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
４  油圧ポンプ
６  電動モータ
１１  バッテリ
１２  制御装置
１２ａ  制御装置ハウジング
１２Ｐ  電力制御手段
１００  配管
１０１  扁平パイプ
１１０  パワーステアリング流体
１１１  温度センサ
２００、２０１  ヒータ
２０２  シートヒータ
２０３  パイプヒータ
２０３ａ  接続金具
２０４  ＰＴＣサーミスタ
２１０ｅ  アース回路
【図１】
2005319933.tif 000003
【図２】
2005319933.tif 000004
【図３】
2005319933.tif 000005
【図４】
2005319933.tif 000006
【図５】
2005319933.tif 000007
【図６】
2005319933.tif 000008
【図７】
2005319933.tif 000009