JP2006327542A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動ポンプ式パワーステアリング装置において、省エネルギ化を達成しつつ耐久性を向上でき、また、操舵フィーリングを損わず、しかもコスト安価であること
【解決手段】本パワーステアリング装置は、操舵補助力発生用の油圧ポンプを駆動するための電動モータと、車速センサと、ドアセンサと、操舵角速度センサと、電動モータの駆動を制御する電子制御ユニットとを備えている。車速が零であると検出され且つドアが開いていると検出され、操舵角速度が零であると検出されたときに、電子制御ユニットは、電動モータを減速または停止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動モータにより油圧ポンプを駆動して操舵補助力を発生するパワーステアリング装置に関する。

電動モータを含む構成によって操舵補助力を発生するパワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このようなステアリング装置には、電動モータにより油圧ポンプを駆動して、作動油をパワーシリンダに供給することにより、ステアリング機構に操舵補助力を付与する、電動ポンプ式パワーステアリング装置がある。
特開平９−１８２２１３号公報 特開２０００−３４７６３９号公報

通例、電動ポンプ式パワーステアリング装置では、電動モータを常時駆動させて油圧ポンプを常時駆動している。これにより、操舵補助力を発生するための作動油の流量を、常時所定量以上に維持している。しかしながら、操舵補助の必要のない非操舵時にも電動モータを駆動することになるため、省エネルギの観点から好ましくなく、また、電動モータや油圧ポンプに高い耐久性が求められる。

そこで、非操舵時に、電動モータの駆動を常に停止することが考えられる。しかしながら、電動モータ（油圧ポンプ)の駆動の開始から、作動油が十分な操舵補助力を発生できるような流量（圧力）に達するまでの間に、タイムラグ（立ち上がり遅れ）が生じる。したがって、非操舵時に常に電動モータの駆動を停止しておくようにすると、操舵開始時に操舵補助力の立ち上がりに応答遅れを生じ、操舵フィーリングの低下を招いてしまう。この傾向は、急操舵が行われたときに顕著である。

特許文献１では、駐車ブレーキがかけられ且つ変速用のセレクタレバーがニュートラルの位置にあるときには、車両が走行状態になく操舵が行われない（操舵補助の必要がない）と判断して、電動モータの駆動を停止するようになっている。しかしながら、例えば、縦列駐車で前者と後車との間が狭い状態から車を出す時に、駐車ブレーキをかけたまま、ニュートラルやパーキングの状態で操舵することがある。この場合、電動モータの駆動が停止された状態で操舵を行う必要があり、操舵フィーリングの低下を招いてしまう。

特許文献２では、運転席に着座スイッチを設け、運転席に乗員が座っていなくて着座スイッチがオフになると、非操舵時であると判断して、電動モータの駆動を停止するようにしている。しかしながら、従来着座スイッチが設けられていない車両には、着座スイッチを新たに設ける必要が生じ、部品点数が増大して製造コストの増大を招いてしまう。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、省エネルギ化を達成しつつ耐久性を向上でき、また、操舵フィーリングを損わず、しかもコスト安価なパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵補助力発生用の油圧ポンプ（３０）を駆動するための電動モータ（３１）と、車両の速度を検出する車速検出手段（３７）と、少なくとも１つのドアに対応して設けられ上記ドアが開放状態にあるか否かを検出するドア開閉検出手段（３２，３３，３４）と、操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段（３５）と、操舵角速度検出手段により検出された操舵角速度が零であるときに電動モータの回転数を第１の回転数（Ｒ１）に制御する制御手段（３）とを備え、制御手段は、車速検出手段により検出された車速が零であり且つドア開閉検出手段によりドアの開放状態が検出され、操舵角速度検出手段により検出された操舵角速度が零であるときに、電動モータの回転数を上記第１の回転数よりも低い第２の回転数（Ｒ２）（零を含む）に制御することを特徴とするパワーステアリング装置（１００）を提供する。

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。
本発明によれば、車両が停止しており且つドアが開き、操舵角速度が零という条件が満たされている場合には、例えば、乗員が乗降したり、荷物の積み卸し作業が行われている可能性が高く、したがって、操舵が行われない可能性が高い。このような場合に、電動モータの回転数を、例えば従来の非操舵時の回転数（いわゆるアイドリング回転数）に相当する第１の回転数よりも低くしたり、電動モータを停止したりすることにより、非操舵時の無用な電力の消費を防止でき、その結果、省エネルギ化を達成できる。また、電動モータや油圧ポンプの負担を低減でき、その結果、耐久性を向上することができる。さらに、走行の準備のためにドアが閉じられたり、何らかの事情で例えばハンドルを操舵しようとしたときに上記の条件が解除されると、電動モータの回転数が第１の回転数に戻されるので、作動油の流量（圧力）を十分に高めておくことができる。これにより、操舵が開始されたときに、この操舵開始に素早く応答して、十分な操舵補助力を発生させることができる。したがって、操舵フィーリングを損なうことがない。さらに、車両に通例設けられている車速センサ等の車速検出手段や、ドアスイッチ等のドア開閉検出手段を用いることができるので、電動モータの駆動を制御するために、新たなセンサ等の検出手段を設ける必要がなく、コスト安価である。

また、本発明において、上記ドア開閉検出手段は複数のドアにそれぞれ対応して設けられ、制御手段は、車速検出手段により検出された車速が零であり且つ少なくとも１つのドア開閉検出手段によりドアの開放状態が検出され、操舵角速度検出手段により検出された操舵角速度が零であるときに、電動モータの回転数を上記第１の回転数よりも低い第２の回転数（零を含む）に制御する場合がある。いずれか１つでもドアが開放されると、走行が開始される可能性が低く、したがって、操舵が行われる可能性が低い。そこで、このような場合にも電動モータの回転数を低下させておくことにより、より長い時間、電動モータの回転数を低下させ、省エネ効果を高めることができる。

また、本発明において、上記ドア開閉検出手段は、乗員室のドアに設けられたドア開閉検出手段（３２，３３）を含む場合がある。この場合、乗員室に設けられたドアが開いていると検出されたときは、乗員が車両を乗降している可能性が高く、したがって、操舵が行われない可能性が高い。このような操舵が行われない可能性の高いときに、電動モータの回転数を低下させ、省エネに寄与することできる。

また、本発明において、上記ドア開閉検出手段は、荷室のドアに設けられたドア開閉検出手段（３４）を含む場合がある。この場合、荷室に設けられたドアが開いていると検出されたときは、荷物の積み卸しが行われている可能性が高く、したがって、操舵が行われない可能性が高い。このような操舵が行われない可能性の高いときに、電動モータの回転数を低下させ省エネに寄与することができる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の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１を参照して、本パワーステアリング装置１００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。

このパワーステアリング装置１００が備えられている車両（以下、単に車両ともいう）は、荷物運搬用のトラック（例えば、排気量が２０００ｃｃ程度のエンジンを搭載する小型トラック）である。なお、車両は、大型トラックや商用バンや乗用車等の他の車両であってもよい。
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の先端部に中間軸４を介して設けられたピニオンギア１３と、このピニオンギア１３に噛合するラックギア部１４ａを有し、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の両端にはタイロッド１５がそれぞれ連結されており、このタイロッド１５は、それぞれ、操舵輪としての前左右輪ＦＬ，ＦＲを支持するナックルアーム１６に連結されている。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。
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、この回転はピニオンギア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る。この直線運動は、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、これにより、前左右輪ＦＬ，ＦＲの転舵が達成される。

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ねじれを生じるトーションバー２１と、このトーションバー２１のねじ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。
この油圧制御弁２２は、ステアリング機構１に操舵補助力を与えるパワーシリンダ２３に接続されている。パワーシリンダ２３は、ラック軸１４に一体に設けられたピストン２４と、このピストン２４によって区画された一対のシリンダ室２５，２６とを有しており、シリンダ室２５，２６は、それぞれ、対応する油路２７，２８を介して、油圧制御弁２２に接続されている。

油圧制御弁２２は、さらに、リザーバタンク２９および操舵補助力発生用の油圧ポンプ３０を通る油循環路１９の途中部に介装されている。油圧ポンプ３０は、例えば、ギヤポンプからなり、電動モータ３１によって駆動され、リザーバタンク２９に貯留されている作動油をくみ出して油圧制御弁２２に供給する。余剰分の作動油は、油圧制御弁２２から油循環路１９を介してリザーバタンク２９に帰還される。

電動モータ３１は、その出力軸が油圧ポンプ３０の入力軸に連結されており、電動モータ３１の出力軸が回転することで、油圧ポンプ３０の入力軸が回転して油圧ポンプ３０の駆動が達成される。
油圧制御弁２２は、トーションバー２１に一方方向のねじれが加わった場合には、油路２７，２８のうちの一方を介してパワーシリンダ２３のシリンダ室２５，２６のうちの一方に作動油を供給する。また、トーションバー２１に他方方向のねじれが加えられた場合には、油路２７，２８のうちの他方を介してシリンダ室２５，２６のうちの他方に作動油を供給する。

トーションバー２１にねじれがほとんど加わっていない場合には、油圧制御弁２２は、いわば平衡状態となり、作動油はパワーシリンダ２３に供給されることなく、油循環路１９を循環する。パワーシリンダ２３のシリンダ室２５，２６のいずれかに作動油が供給されると、ピストン２４が車幅方向に沿って移動する。これにより、ラック軸１４に操舵補助力が作用することになる。

車両の各ドアには、ドア開閉検出手段としてのドアセンサが設けられている。具体的には、運転席のドアに運転席ドアセンサ３２が設けられ、助手席のドアに助手席ドアセンサ３３が設けられ、荷室のドアに荷室ドアセンサ３４が設けられている。
各ドアセンサ３２〜３４は、例えばリミットスイッチからなり、本パワーステアリング装置１００を備えているか否かに関わらず、車両に標準的に装備されているものである。

上記運転席ドアセンサ３２および助手席ドアセンサ３３はそれぞれ、車両の乗員室（乗降用）のドアに設けられたドア開閉検出手段であり、対応する運転席のドアおよび助手席のドアが開放状態にあるか否かをそれぞれ検出するものである。
上記荷室ドアセンサ３４は、車両の荷室のドアに設けられたドア開閉検出手段であり、荷室のドアが開放状態にあるか否かを検出するものである。

車両に乗降用のドアが３つ以上備えられている場合、乗降用の各ドアにドアセンサが設けられる。また、荷室のドアが２つ以上ある場合、荷室の各ドアにドアセンサが設けられる。なお、車両のドアの少なくとも１つにドアセンサが設けられていればよい。
また、車両が、例えば、乗員室と荷室との間に仕切りのない車両（ワンボックスカー等）である場合、荷室ドアセンサ３４は、車両後部に設けられて、車両後方から開閉操作がされるドアに設けられるセンサとなる。

電動モータ３１の駆動は、制御手段としての電子制御ユニット３によって制御されるようになっている。電子制御ユニット３は、たとえば、ＣＰＵとこのＣＰＵの動作プログラム等を記憶したメモリとを含むマイクロコンピュータで構成されている。
電子制御ユニット３には、操舵角速度検出手段としての角速度センサ３５の出力信号と、電流検出回路３６の出力信号のそれぞれが与えられるようになっている。

角速度センサ３５は、ステアリングホイール１１の操舵角速度を検出するものであり、出力信号を電子制御ユニット３に与える。電流検出回路３６は、電動モータ３１を流れる電流（モータ電流）値を検出するための回路である。
また、電子制御ユニット３には、車両の速度を検出する車速検出手段としての車速センサ３７の出力信号と、運転席ドアセンサ３２の出力信号と、助手席ドアセンサ３３の出力信号と、荷室ドアセンサ３４の出力信号のそれぞれが与えられるようになっている。

なお、車速センサ３７は、車両の速度を直接的に検出するものであってもよいし、車輪ＦＬ，ＦＲ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両の速度を計算により求めるものであってもよい。
また、各ドアセンサ３２〜３４は、対応するドアが開いているときにのみ、出力信号を電子制御ユニット３に与えるようにしてもよいし、対応するドアが閉じているときにのみ、出力信号を電子制御ユニット３に与えるようにしてもよいし、対応するドアが開いているときと閉じているときの双方において、出力信号を電子制御ユニット３に与えるようにしてもよい。

車両には、車両の電源スイッチとしてのイグニッションスイッチ３８が設けられている。イグニッションスイッチ３８をオンにしている間、電子制御ユニット３や各センサ３２〜３７等に、バッテリ（図示せず）からの電力が供給されるようになっている。
電子制御ユニット３は、角速度センサ３５、電流検出回路３６および車速センサ３７から与えられる信号に基づいて、適切な操舵補助力がステアリング機構１に与えられるように電動モータ３１の駆動を制御する。

電子制御ユニット３は、イグニッションスイッチ３８がオンにされている間において、角速度センサ３５により検出された操舵角速度が零であるときに、電動モータ３１の出力軸の回転数を第１の回転数Ｒ１となるように制御している。
通常、イグニッションスイッチ３８がオンにされている間、電子制御ユニット３は、電動モータ３１の出力軸の回転数（以下、単に電動モータ３１の回転数という）を、第１の回転数Ｒ１以上の回転数に維持している。これにより、作動油の流量を、必要最低限の流量以上に維持している。なお、作動油の必要最低限の流量とは、操舵の開始から操舵補助力の発生までの間に、実質的なタイムラグを生じないようにすることのできる流量の最低値をいう。すなわち、第１の回転数Ｒ１とは、従来のパワーステアリング装置における通常のスタンバイ状態の回転数（いわゆるアイドリング回転数）に相当するものである。

本実施の形態の特徴とするところは、電子制御ユニット３は、車速センサ３７により検出された車速が零であり、且つドアセンサ３２〜３４の少なくとも１つが、対応するドアの開放状態を検出し、角速度センサ３５により検出された操舵角速度が零であるときに、電動モータ３１の回転数を第１の回転数Ｒ１よりも低い第２の回転数Ｒ２に制御するようになっている点にある。

図２は、電子制御ユニット３による電動モータ３１の駆動の制御の一例について説明するためのタイミングチャートである。図１および図２を参照して、イグニッションスイッチ３８がオンの状態で車両が所定の速度Ｖで直進走行している非操舵時（タイミングＴ１）、各ドアは閉じられており、また、操舵角速度は零である。電動モータ３１の回転数は第１の回転数Ｒ１とされ、作動油の流量が必要最低限に維持されている。

運転者の操舵により操舵角速度が発生すると（タイミングＴ２）、電子制御ユニット３は検出された操舵角速度の値に対応して、電動モータ３１の回転数を第１の回転数Ｒ１よりも上昇させ、（タイミングＴ２〜Ｔ３）、検出された操舵角速度に対応した操舵補助力を発生させる。
その後、車両が非操舵状態に戻った後（タイミングＴ３）、車両の速度が所定の速度Ｖから減速を開始し（タイミングＴ４）、その所定時間経過後のタイミングＴ５で停止して車速が零になる。車両が停止してから、例えば、運転者が車両を降りようとして運転席のドアを開けると（タイミングＴ６）、車速がゼロで且つ少なくとも１つのドア（運転席のドア）が開き、操舵角速度が零という条件が満たされるので、電子制御ユニット３は、電動モータ３１の回転数を第１の回転数Ｒ１よりも低い第２の回転数Ｒ２に低下させる。

運転者が運転席から降りた後、荷室のドアを開けて荷物を積み卸しすること等により、車両のドアが開いた状態が継続されると（タイミングＴ６〜タイミングＴ７）、電動モータ３１は、第２の回転数Ｒ２に維持される。
運転者が荷物の積み卸しを終えて荷室のドアを閉じ、運転席に乗り込んで運転席のドアを閉じると、車両のドアが全て閉じられることになる（タイミングＴ７）。これに応答して、電動モータ３１の回転数が第１の回転数Ｒ１に復帰し（タイミングＴ８）、操舵開始時の操舵補助力の立ち上がりに遅れを生じさせないための最低限の作動油の流量が確保される。

運転者が運転席のドアを閉めてから所定時間経過すると、運転者は運転の準備を済ませ、車両を再び走行させる（タイミングＴ８）。
以上説明したように、本実施の形態によれば、車両が停止しており且つ車両のドアが開き、操舵角速度が零という条件が満たされている場合には、例えば、乗員が乗降したり、荷物の積み卸し作業が行われたりしている可能性が高く、したがって、操舵が行われない可能性が高い。

このような場合に、電動モータ３１の回転数を、従来の非操舵時の回転数（いわゆるアイドリング回転数）に相当する第１の回転数Ｒ１よりも低くすることにより、非操舵時の無用な電力の消費を防止でき、その結果、省エネルギ化を達成できる。また、電動モータ３１や油圧ポンプ３０の負担を低減でき、その結果、耐久性を向上することができる。特に、頻繁に荷物の積み卸しをするトラックにおいて、省エネルギ化の効果や耐久性の向上の効果が顕著である。

さらに、走行の準備のためにドアが閉じられたり、何らかの事情でステアリングホイール１１を操舵しようとした時に上記の条件が解除されると、電動モータ３１の回転数が第１の回転数Ｒ１に戻されるので、作動油の流量（圧力）を十分に高めておくことができる。これにより、操舵が開始されたときに、この操舵に素早く応答して、十分な操舵補助力を発生させることができる。したがって、操舵フィーリングを損なうことがない。

さらに、車両に通例設けられている車速センサ３７や、各ドアセンサ３２〜３４を用いることができるので、電動モータ３１の駆動を制御するために、新たなセンサを設ける必要がなく、コスト安価である。
また、車速が零であると検出され、且つ少なくとも１つのドアが開いていると検出され、操舵角速度が零であると検出されたときに、電動モータ３１の回転数を第２の回転数Ｒ２に減速するようにしている。いずれか１つでもドアが開放されていると、走行が開始される可能性が低く、したがって、操舵が行われる可能性が低い。そこで、このような場合にも電動モータ３１の回転数を低下させておくことにより、より長い時間、電動モータ３１の回転数を低下させ、省エネ効果を高めることができる。

さらに、乗員室に設けられたドア（運転席のドアや助手席のドア、後部席のドア）が開いていると検出されたときは、乗員が車両を乗降している可能性が高く、したがって、操舵が行われない可能性が高い。このような操舵が行われない可能性の高いときに、電動モータ３１の回転数を低下させ、省エネに寄与することができる。
また、荷室のドアが開いていると検出されたときは、荷物の積み卸しが行われている可能性が高く、したがって、操舵が行われない可能性が高い。このような操舵が行われない可能性の高いときに、電動モータ３１の回転数を低下させ、省エネに寄与することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されない。例えば、第２の回転数Ｒ２は、零であってもよい。また、車速が零で且つ車両の複数のドアが開き、操舵角速度が零であるときに、電動モータ３１の回転数を第２の回転数Ｒ２に減速するようにしてもよい。さらに、車速が零で且つ車両のドアの全てが開き、操舵角速度が零であるときに、電動モータ３１の回転数を回転数Ｒ２に減速するようにしてもよい。

本発明の一実施の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。 電子制御ユニットによる電動モータの駆動の制御の一例について説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

３…電子制御ユニット（制御手段）、３０…油圧ポンプ、３１…電動モータ、３２，３３，３４…ドアセンサ（ドア開閉検出手段）、３５…角速度センサ（操舵角速度検出手段）、３７…車速センサ（車速検出手段）、１００…パワーステアリング装置、Ｒ１…第１の回転数、Ｒ２…第２の回転数

Claims (4)

1. 操舵補助力発生用の油圧ポンプを駆動するための電動モータと、
   車両の速度を検出する車速検出手段と、
   少なくとも１つのドアに対応して設けられ上記ドアが開放状態にあるか否かを検出する
   ドア開閉検出手段と、
   操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
   操舵角速度検出手段により検出された操舵角速度が零であるときに電動モータの回転数を第１の回転数に制御する制御手段とを備え、
   制御手段は、車速検出手段により検出された車速が零であり且つドア開閉検出手段によりドアの開放状態が検出され、操舵角速度検出手段により検出された操舵角速度が零であるときに、電動モータの回転数を上記第１の回転数よりも低い第２の回転数（零を含む）に制御することを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記ドア開閉検出手段は複数のドアにそれぞれ対応して設けられ、
   制御手段は、車速検出手段により検出された車速が零であり且つ少なくとも１つのドア開閉検出手段によりドアの開放状態が検出され、操舵角速度検出手段により検出された操舵角速度が零であるときに、電動モータの回転数を上記第１の回転数よりも低い第２の回転数（零を含む）に制御することを特徴とするパワーステアリング装置。
3. 請求項１または２において、上記ドア開閉検出手段は、乗員室のドアに設けられたドア開閉検出手段を含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
4. 請求項１，２または３において、上記ドア開閉検出手段は、荷室のドアに設けられたドア開閉検出手段を含むことを特徴とするパワーステアリング装置。
   
   

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