(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に装着されて用いられ、電動モータにより駆動されるポンプから送出される作動油をパワーシリンダに供給して、このパワーシリンダから車両の操向のための操作部材の操作に応じた操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置であって、
車速を検出する車速検出手段と、
操作部材の操作による舵角変化に応じた舵角データを出力する舵角データ出力手段と、
この舵角データ出力手段から出力される舵角データに基づいて、上記操作部材の操舵角の時間変化率である操舵速度を演算する操舵速度演算手段と、
この操舵速度演算手段によって演算された操舵速度が予め定めるしきい値以上であるか否かを判断して、上記操舵速度が上記しきい値以上であれば、上記車速検出手段によって検出される車速に基づいて設定した流量を新たな目標流量に定め、上記操舵速度が上記しきい値未満であれば、現在の目標流量から所定の減流量を減じて得られる流量を予め定めるスタンバイ流量を下限として新たな目標流量に定める目標流量設定手段と、
この目標流量設定手段によって設定された目標流量の作動油が上記ポンプから送出されるように上記電動モータを駆動制御するモータ制御手段と、
上記舵角データ出力手段から出力される舵角データに基づいて、上記操作部材の操舵角を検出する操舵角検出手段とを含み、
上記目標流量設定手段は、上記操舵速度演算手段によって演算された操舵速度が上記しきい値未満である場合に、上記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて減流量を設定し、その設定した減流量を現在の目標流量から減じることによって得られる流量を新たな目標流量に定めるものであることを特徴とするパワーステアリング装置。
【請求項２】
上記目標流量設定手段は、上記操舵速度演算手段によって演算された操舵速度が上記しきい値以上である場合に、上記車速検出手段によって検出される車速に対応した基本流量に上記操舵速度演算手段によって演算される操舵速度に対応した付加流量を加算して得られる流量を新たな目標流量に定めるものであることを特徴とする請求項１記載のパワーステアリング装置。
【請求項３】
上記付加流量は、上記操舵速度演算手段によって演算される操舵速度の大きさに予め定める比例項を乗じることにより生成され、
上記比例項は、上記パワーシリンダの受圧面積と操舵角変化に対するピストン移動量の割合との積であることを特徴とする請求項２記載のパワーステアリング装置。
【請求項４】
上記目標流量設定手段は、上記操舵速度が上記しきい値未満である状態が続いている場合に、所定の制御周期ごとに現在の目標流量から上記減流量を減じることにより、目標流量を、現在の目標流量から予め定めるスタンバイ流量に達するまで、上記減流量／上記制御周期の速度で漸減させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータにより駆動されるポンプの発生油圧によって、操舵を補助するための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】
従来より、ステアリング機構に結合されたパワーシリンダにオイルポンプからの作動油を供給し、これによりパワーシリンダから操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置が用いられている。このようなパワーステアリング装置の中には、たとえば、ブラシレスモータなどの電動モータによってオイルポンプを駆動するようにしたものがある。
【０００３】
このモータ駆動ポンプ型のパワーステアリング装置では、電動モータのストップ・アンド・ゴー制御が行われている。すなわち、ステアリングホイールの操作速度（操舵速度）が所定速度未満のときには、電動モータが一定の低回転速度（零を含む。）で駆動されて、オイルポンプから送出される作動油の流量が小さく抑えられる。一方、操舵速度が上記所定速度以上のときには、車速に応じた適切な操舵補助力が発生されるように、車速に対応した回転速度で電動モータが駆動される。このストップ・アンド・ゴー制御により、省エネルギー性の向上を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のストップ・アンド・ゴー制御では、操舵速度が上記所定速度よりも大きい速度から減少して上記所定速度未満になったときに、これに応答して、電動モータの回転速度が車速に対応した回転速度から上記一定の低回転速度まで急激に下げられることにより、オイルポンプからパワーシリンダに供給される作動油の流量が急減し、これに伴って、パワーシリンダからステアリング機構に与えられる操舵補助力が急減するという問題がある。操舵補助力が急減すると、ドライバに操舵違和感を与えるだけでなく、ステアリングホイールの保舵状態を維持できず、車両が左右にふらつくおそれがある。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、操舵補助力の急激な減少を防止できるパワーステアリング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両に装着されて用いられ、電動モータ（２７）により駆動されるポンプ（２３）から送出される作動油をパワーシリンダ（２６）に供給して、このパワーシリンダから車両の操向のための操作部材（１１）の操作に応じた操舵補助力を発生させるパワーステアリング装置であって、車速（Ｖ）を検出する車速検出手段（５）と、操作部材の操作による舵角変化に応じた舵角データを出力する舵角データ出力手段（４）と、この舵角データ出力手段から出力される舵角データに基づいて、上記操作部材の操舵角の時間変化率である操舵速度（ｄθ／ｄｔ）を演算する操舵速度演算手段（３，Ｓ１）と、この操舵速度演算手段によって演算された操舵速度が予め定めるしきい値（Ｓ）以上であるか否かを判断して、上記操舵速度が上記しきい値以上であれば、上記車速検出手段によって検出される車速に基づいて設定した流量（Ｑｖ；Ｑｖ＋ΔＱ）を新たな目標流量に定め、上記操舵速度が上記しきい値未満であれば、現在の目標流量から所定の減流量（Ｋ）を減じて得られる流量（Ｑ−Ｋ）を予め定めるスタンバイ流量を下限として新たな目標流量に定める目標流量設定手段（３，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７）と、この目標流量設定手段によって設定された目標流量の作動油が上記ポンプから送出されるように上記電動モータを駆動制御するモータ制御手段（３，６）と、上記舵角データ出力手段から出力される舵角データに基づいて、上記操作部材の操舵角（θ）を検出する操舵角検出手段（３，Ｓ１）をさらに含み、上記目標流量設定手段は、上記操舵速度演算手段によって演算された操舵速度が上記しきい値未満である場合に、上記操舵角検出手段によって検出される操舵角に基づいて減流量を設定し、その設定した減流量を現在の目標流量から減じることによって得られる流量を新たな目標流量に定めるものであることを特徴とするパワーステアリング装置である。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、操舵速度が減少して予め定めるしきい値に達した後、操舵速度がしきい値未満である状態が続いている間は、所定の制御周期ごとに、減流量が設定されて、目標流量が予め定めるスタンバイ流量に達するまで減流量ずつ減じられていく。これにより、目標流量は減流量／制御周期の速度で漸減されていくことになり、これに伴って、パワーシリンダから発生される操舵補助力が漸減されていく。ゆえに、操舵補助力の急減に起因する操舵違和感をドライバに与えることを防止でき、また、操舵補助力の急減に起因する車両のふらつきを防止することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載のように、上記目標流量設定手段は、上記操舵速度演算手段によって演算された操舵速度が上記しきい値以上である場合に、上記車速検出手段によって検出される車速に対応した基本流量に上記操舵速度演算手段によって演算される操舵速度に対応した付加流量を加算して得られる流量を新たな目標流量に定めるもの（３１，３２，３３）であってもよい。
さらに、請求項３に記載のように、上記付加流量は、操舵速度の大きさに予め定める比例項を乗じることによって生成されることが好ましく、上記比例項は、上記パワーシリンダのピストン（２６３）の受圧面積（Ａｐ）と操舵角変化に対するピストン移動量の割合（ｒ）との積であることがより好ましい。
【００１０】
この場合、付加流量は、操舵速度に応じたパワーシリンダの油室の容積変化率（単位時間当たりの容積変化量）にほぼ等しい値に設定されることになる。したがって、基本流量および付加流量の加算値が目標流量とされ、この目標流量に基づいて電動モータが駆動制御されると、パワーシリンダの油室の容積変化に伴い、その容積変化率にほぼ等しい速度でポンプから送出される作動油の流量が増加または減少する。これにより、操舵速度に応じた適切な流量の作動油をポンプから送出することができ、パワーシリンダに供給される作動油の流量不足または流量過剰による操舵違和感（急操舵時の操舵のひっかかり感、操舵速度減少時のトルク抜け感など）をなくすことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。このパワーステアリング装置は、車両のステアリング機構１に関連して設けられ、このステアリング機構１に操舵補助力を与えるためのものである。
【００１２】
ステアリング機構１は、運転者によって操作されるステアリングホイール１１と、このステアリングホイール１１に連結されたステアリング軸１２と、ステアリング軸１２の先端部に設けられたピニオンギア１３と、車両の左右方向に延びたラック軸１４とを備えている。ラック軸１４には、ラックギア部１４ａが形成されていて、このラックギア部１４ａにピニオンギア１３が噛合している。また、ラック軸１４の両端にはタイロッド１５がそれぞれ結合されており、このタイロッド１５は、それぞれ、操舵輪としての前左輪ＦＬおよび前右輪ＦＲを支持するナックルアーム１６に結合されている。ナックルアーム１６は、キングピン１７まわりに回動自在に設けられている。この構成により、ステアリングホイール１１が操作されてステアリング軸１２が回転されると、この回転がピニオンギア１３およびラック軸１４によって車両の左右方向に沿う直線運動に変換され、この直線運動がナックルアーム１６のキングピン１７まわりの回動に変換されて、前左輪ＦＬおよび前右輪ＦＲの転舵が達成される。
【００１３】
ステアリング軸１２の途中部には、ステアリングホイール１１に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じて捩れを生じるトーションバー２１と、このトーションバー２１の捩れの方向および大きさに応じて開度が変化する油圧制御弁２２とが介装されている。
油圧制御弁２２には、４個のポート２２１，２２２，２２３，２２４が設けられていて、ポート２２１には、オイルポンプ２３によってリザーバタンク２４から汲み出された作動油が油管２５１を介して供給されるようになっている。ポート２２２は、油管２５２を介してリザーバタンク２４に連通している。また、ポート２２３，２２４は、それぞれ、油管２５３，２５４を介して、操舵補助力を発生するパワーシリンダ２６の油室２６１，２６２に連通されている。パワーシリンダ２６の油室２６１，２６２間には、油室２６１，２６２内の油圧差によって車両幅方向に移動するピストン２６３が設けられている。このピストン２６３は、ラック軸１４と一体的に構成されている。
【００１４】
ステアリングホイール１１が左右いずれかの方向へ回転操作されると、トーションバー２１に捩れが生じ、このトーションバー２１の捩れに応じた量だけ、油圧制御弁２２からパワーシリンダ２６の油室２６１，２６２の一方に作動油が供給される。その結果、油室２６１，２６２間に油圧差が生じ、この油圧差に応じてパワーシリンダ２６のピストン２６３が移動することにより、ラック軸１４への操舵補助力の付与が達成される。このとき、余剰分の作動油は、油圧制御弁２２から油管２５２を介してリザーバタンク２４に戻される。また、トーションバー２１に捩れがほとんど加わっていないときには、油圧制御弁２２が平衡状態となって、オイルポンプ２３から油圧制御弁２２に供給される作動油は、パワーシリンダ２６に供給されることなく、油管２５２を介してリザーバタンク２４に戻される。
【００１５】
オイルポンプ２３は、電動モータ２７によって駆動されるようになっている。また、電動モータ２７は、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニット３によって駆動制御される。
電子制御ユニット３には、舵角センサ４から出力される舵角データが与えられるようになっている。舵角センサ４は、ステアリングホイール１１に関連して設けられており、イグニッションキースイッチが導通されてエンジンが始動したときのステアリングホイール１１の舵角を初期値「０」として、この初期値からの相対舵角に対応し、かつ操舵方向に応じた符号の舵角データを出力する。電子制御ユニット３は、この舵角データに基づいて、車両が直進状態のときの舵角である舵角中点を求め、さらに、舵角中点と舵角データとに基づいて、車輪ＦＲ，ＦＬの方向に対応した絶対舵角（操舵角）θを求める。舵角中点の検出は、たとえば、舵角センサ４から出力される舵角データをサンプリングして、舵角データの値のヒストグラムを作成し、所定のサンプリング数のデータが収集された後に最頻出舵角データを舵角中点の舵角データとして求めることにより達成される。また、電子制御ユニット３は、操舵角θを時間微分することにより操舵速度ｄθ／ｄｔを求める。
【００１６】
電子制御ユニット３には、さらに、車速センサ５から出力される車速データが与えられるようになっている。車速センサ５は、車両の走行速度（車速）Ｖを直接的に検出するものでもよく、また、車輪に関連して設けられた車輪速センサの出力パルスに基づいて車速Ｖを計算により求めるものであってもよい。
さらにまた、電子制御ユニット３には、モータ電流検出回路６から出力される電流データが与えられるようになっている。モータ電流検出回路６は、電動モータ２７に流れる電流（モータ電流）に比例した電流データを出力する。
【００１７】
電子制御ユニット３は、舵角センサ４から与えられる舵角データおよび車速センサ５から与えられる車速データに基づいて、オイルポンプ２３から油圧制御弁２２に供給すべき作動油の目標流量Ｑを設定する。そして、その目標流量Ｑに応じた電動モータ２７の回転速度を設定し、この設定した回転速度で電動モータ２７が駆動されるように、モータ電流検出回路６の出力信号に基づいてモータ電流をフィードバック制御する。
【００１８】
図２は、オイルポンプ２３から油圧制御弁２２に供給すべき作動油の目標流量Ｑを設定するための処理の流れを示すフローチャートである。この図２に示された目標流量設定処理は、電子制御ユニット３のマイクロコンピュータによって、一定の制御周期ごとに繰り返し実行される。まず、舵角センサ４から出力される舵角データに基づいて、ステアリングホイール１１の操舵角θおよび操舵速度ｄθ／ｄｔが演算により取得されるとともに、車速センサ５から車速データが取り込まれて、車速Ｖが取得される（ステップＳ１）。
【００１９】
次に、操舵速度ｄθ／ｄｔの絶対値が予め定めるしきい値Ｓ以上であるか否かが判断される（ステップＳ２）。そして、操舵速度ｄθ／ｄｔの絶対値がしきい値Ｓ以上であれば、車速Ｖに対応した流量Ｑｖが設定され、この設定された車速対応流量Ｑｖが目標流量Ｑに設定されて（ステップＳ３）、この目標流量設定処理はリターンされる。車速対応流量Ｑｖは、たとえば、図３に示す車速−目標流量特性線に従って、予め定める流量範囲内で車速Ｖが大きいほど小さな値に設定される。
【００２０】
一方、操舵速度ｄθ／ｄｔの絶対値がしきい値Ｓ未満である場合には（ステップＳ２でＮＯ）、操舵角θに対応した減流量Ｋが設定される（ステップＳ４）。減流量Ｋは、図４に示す操舵角−減流量特性線に従って、操舵角θの絶対値の増加に対して単調に減少（この実施形態では、リニアに減少）するように、上限値Ｋmaxと零との間で定められる。減流量Ｋが設定されると、つづいて、現在の目標流量Ｑから減流量Ｋが減じられ、これにより得られる値Ｑ−Ｋが新たな目標流量Ｑとされる（ステップＳ５）。
【００２１】
その後、新たに設定された目標流量Ｑが予め定めるスタンバイ流量Ｑｕ未満であるか否かが判断される（ステップＳ６）。目標流量Ｑがスタンバイ流量Ｑｕ以上であれば、この目標流量設定処理が直ちにリターンされる。一方、目標流量Ｑがスタンバイ流量Ｑｕ未満であれば、目標流量Ｑがスタンバイ流量Ｑｕに再設定された後（ステップＳ７）、この目標流量設定処理がリターンされる。これにより、操舵速度ｄθ／ｄｔの絶対値がしきい値Ｓ未満である状態が続く間は、目標流量Ｑが、スタンバイ流量Ｑｕに達するまで漸減されていくことになる。
【００２２】
図５は、この実施形態に係るパワーステアリング装置の特徴的な動作を説明するためのタイムチャートである。図５(a)は、ステアリングホイール１１の操舵速度ｄθ／ｄｔの時間変化を示し、図５(b)は、目標流量Ｑの時間変化を示している。なお、この図５には、車速Ｖが一定に保持されている場合の例が示されている。
操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓ以上である時刻ｔ１〜ｔ２の期間において、目標流量Ｑは車速対応流量Ｑｖに設定される。時刻ｔ２で操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓに達し、その後、操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓを下回ると、その時（時刻ｔ２の直後）の操舵角θに応じた減流量Ｋが設定される。そして、現在の目標流量Ｑ（操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓに達する直前の目標流量）から減流量Ｋを減じた値Ｑ−Ｋが新たな目標流量Ｑとされる。操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓ未満である時刻ｔ２〜ｔ３の期間において、上述した図２に示す処理の制御周期ごとに、減流量Ｋが設定されて、目標流量Ｑが予め定めるスタンバイ流量Ｑｕに達するまで減流量Ｋずつ減じられていく。
【００２３】
したがって、時刻ｔ２以降、目標流量Ｑは減流量Ｋ／制御周期の速度で漸減されていくことになり、これに伴って、パワーシリンダ２６からステアリング機構１（ラック軸１４）に与えられる操舵補助力が漸減されていく。これにより、操舵補助力の急減に起因する操舵違和感をドライバに与えることを防止でき、また、操舵補助力の急減に起因する車両のふらつきを防止することができる。さらに、時刻ｔ３〜ｔ４の期間では、目標流量Ｑがスタンバイ流量Ｑｕに設定され、電動モータ２７は一定の低回転速度（零を含む。）で駆動されるので、ストップ・アンド・ゴー制御による省エネルギー性を確保することができる。
【００２４】
時刻ｔ４で操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓに達すると、目標流量Ｑが車速対応流量Ｑｖに設定されて、オイルポンプ２３から油圧制御弁２２に供給される作動油の流量がスタンバイ流量Ｑｕから目標流量Ｑ＝Ｑｖまで速やかに増やされる。その後、操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓ以上である時刻ｔ４〜ｔ５の期間は、目標流量が車速対応流量Ｑｖに設定される。
時刻ｔ５で操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓに達し、さらに、操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓ未満になると、目標流量Ｑが車速対応流量Ｑｖから漸減されていく。そして、目標流量Ｑがスタンバイ流量Ｑｕに達するよりも前に、時刻ｔ６で操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓを超えた場合には、目標流量Ｑは、その時刻ｔ６の直前の目標流量Ｑから車速対応流量Ｑｖに速やかに増やされる。
【００２５】
以上のように、この実施形態によれば、オイルポンプ２３から油圧制御弁２２に供給すべき作動油の目標流量Ｑを、操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓ未満になったことに応答してスタンバイ流量Ｑｕに急減されるのではなく、車速対応流量Ｑｖからスタンバイ流量Ｑｕまで減流量Ｋ／制御周期の速度で漸減されていく。これにより、操舵補助力の急減に起因する操舵違和感をドライバに与えることを防止でき、また、操舵補助力の急減に起因する車両のふらつきを防止することができる。
【００２６】
なお、この実施形態では、操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓ以上である状態において、目標流量Ｑが車速対応流量Ｑｖに設定されるとしたが、この状態における目標流量Ｑを、車速対応流量（基本流量）Ｑｖに操舵速度ｄθ／ｄｔに対応した付加流量ΔＱを加えた流量Ｑｖ＋ΔＱに設定するようにしてもよい。そのための構成は図６に示されている。
この図６に示された各部は、たとえば、電子制御ユニット３のマイクロコンピュータがプログラム処理を実行することにより実現される。すなわち、電子制御ユニット３は、操舵速度ｄθ／ｄｔがしきい値Ｓ以上の状態で目標流量Ｑ＝Ｑｖ＋ΔＱを設定するため、車速Ｖに応じた基本流量Ｑｖを生成する基本流量生成部３１、操舵速度ｄθ／ｄｔの絶対値に応じた付加流量ΔＱを生成する付加流量生成部３２、および基本流量Ｑｖと付加流量ΔＱとを加算して目標流量Ｑ＝Ｑｖ＋ΔＱを生成する加算部３３を含む。
【００２７】
付加流量設定部３２において、付加流量ΔＱは、操舵速度ｄθ／ｄｔの絶対値に予め定める比例項を乗じることによって生成される。上記比例項は、たとえば、パワーシリンダ２６のピストン２６３の受圧面積（一方の油室内の作動油との接触面積）をＡｐとし、操舵角θの変化に対するピストン２６３の移動量ｘの変化の割合（比）をｒ＝ｘ／θとした場合に、受圧面積Ａｐと比ｒとを乗じて得られる一定値Ａｐ・ｒに定められている。よって、付加流量ΔＱは、操舵速度ｄθ／ｄｔに応じたパワーシリンダ２６の油室２６１，２６２の容積変化率（単位時間当たりの容積変化量）にほぼ等しい値に設定されることになる。
【００２８】
したがって、基本流量Ｑｖおよび付加流量ΔＱの加算値が目標流量Ｑとされ、この目標流量Ｑに基づいて電動モータ２７が駆動制御されると、パワーシリンダ２６の油室２６１，２６２の容積変化に伴い、その容積変化率にほぼ等しい速度で油圧制御弁２２に供給される作動油の流量が増加または減少する。これにより、操舵速度ｄθ／ｄｔに応じた適切な流量の作動油をオイルポンプ２３から送出することができ、パワーシリンダ２６に供給される作動油の流量不足または流量過剰による操舵違和感（急操舵時の操舵のひっかかり感、操舵速度減少時のトルク抜け感など）をなくすことができる。
【００２９】
この発明の実施形態の説明は以上のとおりであるが、この発明は、他の形態で実施することもでき、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るパワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。
【図２】目標流量を設定するための処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】車速と目標流量との対応関係を示す特性図である。
【図４】操舵角と減流量との対応関係を示す特性図である。
【図５】この実施形態に係るパワーステアリング装置の特徴的な動作を説明するためのタイムチャートである。
【図６】目標流量を車速対応流量および付加流量の加算流量に設定するための構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      ステアリング機構
３      電子制御ユニット
４      舵角センサ
５      車速センサ
６      モータ電流検出回路
１１    ステアリングホイール
２３    オイルポンプ
２６    パワーシリンダ
２６１，２６２  油室
２６３  ピストン
２７    電動モータ
３１    基本流量生成部
３２    付加流量設定部
３３    加算部
【図１】
0003890199.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003890199.tif 000006
【図６】
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