JP2005082058A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブラシレス式のモータＭを用いたパワーステアリング装置では、ハンドル戻し時等にモータＭが逆起電力を生じるおそれがある。
【解決手段】 ステアリングホイールと操舵輪とを連携する操舵伝達経路に、操舵助勢力を付与するブラシレス式のモータＭを備える。操舵助勢力の目標値に基づいて、バッテリＢからモータＭへ供給する電流を制御する。操舵助勢力の目標値が所定値以下のときに、リレー１６によりバッテリＢとモータＭとを結ぶ電力線を遮断して、モータＭの電流制御を禁止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操舵助勢力を発生するブラシレス式のモータを備えたパワーステアリング装置に関する。

特許文献１に開示されているように、２つの油圧室の差圧により操舵助勢力を付与するパワーステアリング装置において、２つの油圧室を選択的に加圧可能な可逆式ポンプを用いる技術が知られている。操舵アシスト時においては、ブラシレス式のモータにより可逆式ポンプを駆動して、一方の油圧室を加圧する。このような可逆式ポンプを用いた構成によれば、操舵助勢力を必要とする状況でのみポンプを駆動すれば良いのでエネルギーロスが少なくて済み、かつ、ポンプの小型化や油圧制御の簡素化等による低コスト化を図ることができるといったメリットがある。
特開２００２−１４５０８７号公報

ハンドル（ステアリングホイール）戻し時のように、トルクセンサの検出する入力トルク値がほぼ０であって、セルフアライニングトルクによって操舵輪が中立位置に戻ろうとするような場合、一般的には、ブラシレスモータの電流（電圧）指令値、つまり操舵助勢力の目標値を０とする。つまり、操舵助勢力の目標値を０としてモータの電流・電圧制御を継続する。この場合、操舵輪側からのセルフアライニングトルクによって油圧パワーシリンダから可逆式ポンプに押し戻される作動油の油圧により可逆式ポンプが回転しようとし、この可逆式ポンプの回転を止めようとしてブラシレスモータが発電作用して、逆起電力を発生する。この逆起電力は可逆式ポンプの回転の抵抗として作用するため、例えば油圧パワーシリンダが中立位置へ戻り難くなり、操舵輪の中立位置への戻り性が低下する等の課題があった。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。

第１の発明に係るパワーステアリング装置は、電力源と、ステアリングホイールと操舵輪とを連携する操舵伝達経路に設けられ、操舵助勢力を発生するブラシレス式のモータと、上記操舵助勢力の目標値を算出する操舵助勢力目標値算出手段と、この操舵助勢力の目標値に基づいて、上記電力源からモータへ供給する電流又は電圧を制御するモータ制御手段と、上記操舵助勢力の目標値が所定値以下のときに、上記モータの電流制御又は電圧制御を禁止するモータ制御禁止手段と、を有することを特徴としている。

第２の発明に係るパワーステアリング装置は、ステアリングホイールと操舵輪とを連携する操舵伝達経路に設けられ、第１油圧室及び第２油圧室の差圧に応じて操舵助勢力を発生するパワーシリンダと、上記第１，第２油圧室の油圧を選択的に加圧可能な可逆式の油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するブラシレス式のモータと、電力源と、上記操舵助勢力の目標値を算出する操舵助勢力目標値算出手段と、この操舵助勢力の目標値に基づいて、上記電力源からモータへ供給する電流又は電圧を制御するモータ制御手段と、上記目標値が所定値以下のときに、上記モータの電流制御又は電圧制御を禁止するモータ制御禁止手段と、を有することを特徴としている。

これらの発明によれば、操舵助勢力の目標値が所定値以下（典型的には０付近）のときに、モータの電流制御又は電圧制御を禁止しているため、セルフアライニングトルクに起因して不用意な逆起電力が生じることを確実に防止することができる。従って、操舵輪の中立位置への戻り性が向上し、また中立位置からのステアリングホイールの切り返しや切り込み等の操作性が向上する。

図１は、本発明に係るパワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。ステアリングホイールＳＷと車両の一対の操舵輪（図示省略）とを連携する操舵伝達経路には操舵軸１及びラックＬが設けられている。操舵軸１は、ステアリングホイールＳＷと軸周りに一体的に回転するように連結され、かつ、ピニオンＰを介してラックＬに連携されている。ラックＬの両端には一対の操舵輪が連携されている。従って、ステアリングホイールＳＷを手動で回動すると、操舵軸１の回転がピニオンＰを介してラックＬの直線運動に変換され、一対の操舵輪の向きを変更（操舵）することができる。ラックＬには油圧式のパワーシリンダ２が設けられている。この油圧パワーシリンダ２は、ラックＬに固定されたピストン２ｃにより画成される一対の油圧室２ａ，２ｂを有し、両油圧室２ａ，２ｂの差圧によりラックＬに操舵助勢力を付与する。

両油圧室２ａ，２ｂへ油圧を供給する可逆式のギヤポンプ３は、モータＭにより駆動される。このモータＭは、周知のブラシレス式のモータであり、正逆の両回転方向を切り換えてギヤポンプ３を駆動する。ギヤポンプ３は、正回転時および逆回転時にそれぞれ発生する加圧油を吐出する一対の吐出口３ａ、３ｂを備えている。各吐出口３ａ、３ｂがそれぞれ吐出側連通路７ａ、７ｂを介して油圧パワーシリンダ２の各油圧室２ａ、２ｂに接続されている。

車載の制御部（コントロールユニット）ＥＣＵには、操舵力および操舵方向を検出するトルクセンサＴＳ等の各種センサ類からの信号が入力される。ＥＣＵは、これらの信号に基づいて、操舵助勢力の目標値を算出し（操舵助勢力目標値算出手段）、この目標値に基づいてモータＭへ供給される電流を制御して、モータＭの動作を制御する（モータ制御手段）。このモータＭによりギヤポンプ３が駆動されて、油圧パワーシリンダ２の両油圧室２ａ、２ｂに供給される油圧が調整され、手動による操舵力及び操舵方向に応じた操舵助勢力が付与される。

ギヤポンプ３の吸入口３ｃには吸入側連通路８を介してリザーバタンクＴに接続されている。各吐出側連通路７ａ、７ｂとリザーバタンクＴとの間が油補給路９ａ、９ｂにより接続され、両油補給路９ａ、９ｂにはリザーバタンクＴから吐出側連通路７ａ、７ｂ方向への油の補給のみを可能とするように逆止弁５、５が介装されている。両吐出側連通路７ａ、７ｂ相互間がバイパス流路６により接続され、このバイパス流路６の途中には該バイパス流路６を開閉する電磁弁４が介装されている。この電磁弁４は、ＥＣＵにより開閉制御される。具体的には、電磁弁４は、通常運転時には閉じられ、初期状態及び異常検出時には開かれる。

図２〜図４は、それぞれ第１〜３実施例に係る制御部ＥＣＵを簡略的に示すブロック図である。図中の太線は電力線を示し、細線は制御線を示している。インバータ１４は、電力源としてのバッテリＢの電力を直流から交流に変換してモータＭへ供給する。電流センサ１５は、インバータ１４とモータＭとを結ぶ電力線１９の電流値を検出し、その検出信号をＣＰＵ１２へ出力する。ＣＰＵ１２は、上述したトルクセンサＴＳや電流センサ１５等の検出信号に基づいて、集積回路（ＩＣ）であるプリドライバ１３へ制御信号を出力する。これを受けてプリドライバ１３はインバータ１４へ制御信号を出力してインバータ１４を駆動制御する。

図２に示す第１実施例では、インバータ１４とモータＭとを結ぶ電力線１９に、この電力線１９を断続するリレー１６を設けている。リレー１６は、リレー制御線１１を介して入力されるＣＰＵ１２からの制御信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦが切り換えられる。

図５は、この第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ（ステップ）１１では、トルクセンサＴＳにより検出されるトーションバーのトルク検出値を読み込む。Ｓ１２では、トルク検出値が所定値以下、典型的には０付近であるか、言い換えると、操舵助勢力の目標値が所定値以下、典型的には０付近であるかを判定する。

トルク検出値が０付近である場合、つまりハンドル戻し時のように運転者がステアリングホイールＳＷを操作しておらず、操舵助勢力を与える必要がない状況では、Ｓ１２からＳ１３へ進み、リレー１６をＯＦＦとして電力線１９を遮断する。これにより、モータＭとインバータ１４とが電気的に切り離され、モータＭが開放された状態、つまりモータＭの電流制御が禁止された状態となる（モータ制御禁止手段）。これにより、ブラシレス式モータＭに特有の逆起電力が発生することがなく、ステアリングホイールＳＷの中立位置への戻り性が良くなり、かつ、ステアリングホイールＳＷの中立位置からの操作性が向上する。

トルク検出値（操舵助勢力の目標値）が０付近でない場合、つまり運転者が積極的にステアリングホイールＳＷを操作しており、操舵助勢力を与える必要がある場合には、Ｓ１２からＳ１４へ進み、リレー１４をＯＮとして電力線１９を接続する。続くＳ１５では、モータへ供給される電流を制御して、所望の操舵助勢力を付与する（モータ制御手段）。

このように本実施例では、トルク検出値（操舵助勢力の目標値）が０付近の場合には、リレー１４をＯＦＦとして電力線１９を遮断しているため、ブラシレス式モータの逆起電力の発生を確実に防止することができる。特に、リレー１４を用いて電力線１９を強制的に遮断しているため、信頼性が高い。

図３に示す第２実施例では、第１実施例のように電力線１９にリレーを設けておらず、代わりにＣＰＵ１２とプリドライバ１３とを結ぶ制御線として、主ドライバ制御線２１に加えて副ドライバ制御線２２を設けている。

図６は、第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。第１実施例と同様、Ｓ２１ではトルクセンサＴＳにより検出されるトーションバーのトルク検出値を読み込み、Ｓ２２では、トルク検出値（操舵助勢力の目標値）が０付近であるかを判定する。トルク検出値が０付近である場合、Ｓ２２からＳ２３へ進み、副ドライバ制御線２２を利用してＣＰＵ１２からプリドライバ１３へディスエーブル信号を出力して、プリドライバ１３をディスエーブル状態とする。例えば、バッテリＢからプリドライバ１３へ供給される電源回路を遮断する。これにより、プリドライバ１３によるインバータ１４の駆動制御が行われず、モータＭは電気的に開放された状態、つまりモータＭの電流制御が禁止された状態となる（モータ制御禁止手段）。従って、ブラシレス式モータＭに特有の逆起電力が発生することを回避することができる。

トルク検出値が０付近でない場合、つまり運転者が積極的にステアリングホイールＳＷを操作しており、操舵助勢力を与える必要がある場合には、Ｓ２２からＳ２４へ進み、副ドライバ制御線２２を介してＣＰＵ１２からプリドライバ１３へイネーブル信号を出力して、プリドライバ１３を駆動可能な状態とする。続くＳ２５では、主ドライバ制御線２１を介してＣＰＵ１２からプリドライバ１３へ制御信号を出力して、このプリドライバ１３を利用してモータＭへ供給される電流を制御し、所望の操舵助勢力を発生させる（モータ制御手段）。

このような第２実施例によれば、第１実施例と同様、逆起電力の発生を防止できることに加え、副ドライバ制御線２２を利用した制御回路・ソフトウェアによりモータの電流制御の禁止を実現しているため、第１実施例のようにリレーを設ける必要がなく、その分、構成の簡素化を図ることができるとともに、応答性・耐久性に優れ、また操舵抵抗も低く抑制される。

図４に示す第３実施例では、第２実施例の副ドライバ制御線をも省略し、ＣＰＵによるプリドライバ１３の制御を停止することにより、モータの電流制御の禁止を実現している。

図７は、第３実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。第１，２実施例と同様、Ｓ３１ではトルクセンサＴＳにより検出されるトーションバーのトルク検出値を読み込み、Ｓ３２ではトルク検出値が０付近であるかを判定する。トルク検出値が０付近である場合、Ｓ３２からＳ３３へ進み、ＣＰＵ１２によるプリドライバ１３の制御を停止する。これにより、プリドライバ１３によるインバータ１４の制御が行われず、モータＭは電気的に開放された状態、つまりモータＭの電流制御が禁止された状態となる（モータ制御禁止手段）。従って、ブラシレス式のモータＭの逆起電力が発生することを確実に回避することができる。

トルク検出値が０付近でない場合、つまり運転者が積極的にステアリングホイールＳＷを操作しており、操舵助勢力を与える必要がある場合には、Ｓ３２からＳ３４，Ｓ３５へ進み、ＣＰＵからプリドライバ１３へ指令信号を出力し、このプリドライバ１３及びインバータ１４によりモータＭへ供給される電流が制御され、所望の操舵助勢力が付与される。

このような第３実施例によれば、第２実施例と同様、ブラシレス式モータの逆起電力の発生を防止できることに加え、ソフトウェアによりモータの電流制御の禁止を実現しているため、既存の装置にも容易に適用でき、コスト的に有利であり、かつ、応答性・耐久性に優れ、また操舵抵抗も低く抑制される。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。

例えば、トルクセンサＴＳ等の検出信号に基づいて、ステアリングホイールＳＷを積極的に中立位置に戻す制御（以下、戻し制御と呼ぶ）を行うようにしても良い。この場合、戻し制御が実行されている場合には、仮にトルク検出値が０付近であっても、モータの電流制御を禁止せず、つまりＳ１３，Ｓ２３又はＳ３３の処理を行わず、操舵助勢力の目標値を０としてモータの電流制御を行う。これにより、ステアリングホイールＳＷを速やかに中立位置へ復帰させることができる。一方、トルク検出値が０付近で、かつ、戻し制御が行われていないか終了していれば、モータの電流制御を禁止する（Ｓ１３，Ｓ２３又はＳ３３）。これによりモータが開放された状態となり、上述した逆起電力が生じることがなく、この中立位置からのステアリングホイールＳＷの切り返しや切り込み操作を円滑に行うことができる。

また、操舵助勢力の目標値が０付近のときであれば、ハンドル戻し時に限らず直進時であってもモータの電流（又は電圧）制御を禁止するようにしても良い。

更に、上述したような可逆式ポンプを備えた油圧式パワーステアリング装置に限らず、ブラシレス式のモータにより直接的に操舵助勢力を付与するモータ直動式の電動パワーステアリング装置にも本発明を適用可能である。

以上の説明より把握し得る請求項以外の技術的思想について列記する。

（１）上記モータ制御禁止手段が、電力源からモータへ電力を供給する電力線に設けられるリレーを有し、上記目標値が所定値以下のときに、上記リレーにより電力線を遮断する。

（２）上記モータ制御禁止手段が、上記目標値が所定値以下のときに、ブラシレスモータへ供給される電流又は電圧を制御するインバータ又はプリドライバをディスエーブルとする。この場合、例えばリレーを用いた場合に比して、構成が簡素化されるとともに、応答性・耐久性に優れ、操舵抵抗も低く抑制される。

（３）上記モータ制御禁止手段が、上記目標値が所定値以下のときに、ブラシレスモータへ供給される電流又は電圧を制御するインバータ又はプリドライバの制御を停止する。このように、ソフトウェアによりモータの電流制御の禁止を実現しているため、既存の装置にも容易に適用でき、コスト的に有利であり、かつ、応答性・耐久性に優れ、また操舵抵抗も低く抑制される。

本発明に係るパワーステアリング装置を示す概略構成図。 第１実施例に係るパワーステアリング装置の制御部を簡略的に示すブロック図。 第２実施例に係るパワーステアリング装置の制御部を簡略的に示すブロック図。 第３実施例に係るパワーステアリング装置の制御部を簡略的に示すブロック図。 第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。 第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。 第３実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。

符号の説明

ＥＣＵ…制御部
Ｍ…モータ
Ｂ…バッテリ（電力源）
ＴＳ…トルクセンサ
１３…プリドライバ
１４…インバータ

Claims (2)

1. 電力源と、
   ステアリングホイールと操舵輪とを連携する操舵伝達経路に設けられ、操舵助勢力を発生するブラシレス式のモータと、
   上記操舵助勢力の目標値を算出する操舵助勢力目標値算出手段と、
   この操舵助勢力の目標値に基づいて、上記電力源からモータへ供給する電流又は電圧を制御するモータ制御手段と、
   上記操舵助勢力の目標値が所定値以下のときに、上記モータの電流制御又は電圧制御を禁止するモータ制御禁止手段と、
   を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
2. ステアリングホイールと操舵輪とを連携する操舵伝達経路に設けられ、第１油圧室及び第２油圧室の差圧に応じて操舵助勢力を発生するパワーシリンダと、
   上記第１，第２油圧室の油圧を選択的に加圧可能な可逆式の油圧ポンプと、
   この油圧ポンプを駆動するブラシレス式のモータと、
   電力源と、
   上記操舵助勢力の目標値を算出する操舵助勢力目標値算出手段と、
   この操舵助勢力の目標値に基づいて、上記電力源からモータへ供給する電流又は電圧を制御するモータ制御手段と、
   上記目標値が所定値以下のときに、上記モータの電流制御又は電圧制御を禁止するモータ制御禁止手段と、
   を有することを特徴とするパワーステアリング装置。
   

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