JP2020006833A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で作動油の過熱を監視できる車両用制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵは、ポンプの吐出圧に基づいて駆動トルクＴｐを演算し（ステップ１０２）、駆動トルクＴｐに回転数Ｎを乗算することでポンプの消費動力Ｗ（＝Ｔｐ×Ｎ）を演算し（ステップ１０３）、所定期間内の各演算周期で演算した消費動力Ｗの総和をポンプの発熱量Ｊとして演算する（ステップ１０４）。続いて、ＥＣＵは、演算した発熱量Ｊに基づいて作動油の推定油温Ｏｅを演算し（ステップ１０５）、推定油温Ｏｅが規定温度Ｏｔｈを超えるか否かを判定する（ステップ１０６）。そして、ＥＣＵは、推定油温Ｏｅが規定温度Ｏｔｈを超える場合には（ステップ１０６：ＹＥＳ）、作動油が過熱していると判定し、回転数Ｎが下限回転数を下回らない範囲で回転数Ｎを低下させて内燃機関の作動を制御する（ステップ１０７）。【選択図】図３

Description

本発明は、油圧パワーステアリング装置を制御対象とする車両用制御装置に関する。

一般に油圧パワーステアリング装置は、内燃機関（エンジン）の駆動により作動するポンプと、ピストンにより内部が第１及び第２油圧室に区画された油圧シリンダと、ステアリング操作に基づいて油圧シリンダへの作動油の給排を制御する制御バルブ（ロータリバルブ）とを備えている。そして、制御バルブの切り替え状態に応じて、ポンプと油圧シリンダとを繋ぐ供給油路を介してポンプから油圧シリンダ内の第１及び第２油圧室のいずれか一方に作動油が供給されるとともに、他方から油圧シリンダとリザーバタンクとを繋ぐ排出油路を介して作動油が排出されることにより、操舵を補助するためのアシスト力を操舵機構に付与する。

ところで、ポンプには、その吐出圧を予め設定された規定圧力以下に保持するための内部レリーフ弁を備えたものがある。これにより、例えば制御バルブが全閉となる状態が継続してポンプの吐出圧が高くなった場合に、ポンプの吐出側から吸入側へとポンプ内で作動油が還流することで、吐出圧が規定圧力以下に保持される。しかし、ポンプ内で作動油が還流する期間が長くなると、ポンプ内の作動油が過熱し、該ポンプが高温になるおそれがある。

この点を踏まえ、例えば特許文献１に記載の油圧パワーステアリング装置では、供給油路と排出油路との間に、ポンプの吐出圧を規定圧力以下に保持する外部レリーフ弁を、制御バルブと並列的に設けている。この構成では、例えば制御バルブが全閉となる状態が継続してポンプの吐出圧が高くなると、外部レリーフ弁が開状態となり、作動油がポンプ内で還流せずに外部レリーフ弁を介して排出油路に設けられたクーラ配管を含む経路で還流するようになるため、作動油の過熱を抑制できる。

特開２００７−１６１２３４号公報

しかし、上記特許文献１の構成において、例えば雪道等で駆動輪が空転するスタック状態から脱出しようとして、内燃機関の回転数が非常に高くなる状況が継続した場合、外部レリーフ弁が開状態となることで、ポンプが高温になることを防止できるものの、パワーステアリング装置の油圧回路を流れる作動油全体の油温が上昇し、ポンプ以外の機能部品に影響するおそれがある。そこで、油温の上昇に応じて何らかの対策を講じるべく、作動油の油温を監視することが考えられるが、例えば油温を検出する温度センサを設ける場合には、その構成が煩雑なものとなってしまう。

本発明の目的は、簡易な構成で作動油の過熱を監視できる車両用制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する車両用制御装置は、内燃機関の駆動により作動するポンプと、前記ポンプから吐出される作動油の油圧に基づいてアシスト力を発生する油圧シリンダと、ステアリング操作に基づいて前記油圧シリンダへの作動油の給排を制御する制御バルブとを備えた油圧パワーステアリング装置を制御対象とし、前記ポンプの負荷を示す負荷状態量と前記内燃機関の回転数とに基づいて推定される該ポンプの発熱量を用いて前記作動油の過熱を判定する。

上記構成によれば、ポンプの負荷状態量と内燃機関の回転数とに基づいて推定されるポンプの発熱量を用いて作動油が過熱しているか否かを判定するため、例えば温度センサを設ける場合に比べ、簡易な構成で作動油の過熱を監視できる。

上記車両用制御装置において、前記負荷状態量は、前記ポンプの駆動トルクに応じた値として示されるものであることが好ましい。
上記構成によれば、ポンプの駆動トルクに応じた値と内燃機関の回転数とに基づいてポンプの消費動力（仕事）を演算することで、ポンプの発熱量を好適に推定できる。

上記車両用制御装置において、前記負荷状態量は、前記ポンプの吐出圧に応じた値として示されるものであることが好ましい。
上記構成によれば、ポンプの吐出圧に応じた値と内燃機関の回転数とに基づいてポンプの消費動力（仕事）を演算することで、ポンプの発熱量を好適に推定できる。

上記車両用制御装置において、前記作動油が過熱していると判定した場合には、前記内燃機関の回転数を低下させることが好ましい。
上記構成によれば、内燃機関の回転数を低下させることで、ポンプの発熱量を減少させるため、油温の上昇を好適に抑制できる。

本発明によれば、簡易な構成で作動油の過熱を監視できる。

油圧パワーステアリング装置の概略構成図。 操舵トルクとポンプの吐出圧との関係を示すグラフ。 ＥＣＵによる作動油の過熱監視の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）は作動油の推定油温の変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は内燃機関の回転数の変化の一例を示すグラフ、（ｃ）はポンプの吐出圧の変化の一例を示すグラフ。

以下、車両用制御装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、油圧パワーステアリング装置１は、運転者によるステアリングホイール２の操作に基づいて転舵輪３を転舵させる操舵機構４と、操舵機構４に操舵を補助するためのアシスト力を付与する油圧機構５とを備えている。

操舵機構４は、ステアリングホイール２が固定されるステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１の回転に応じて軸方向に往復動するラック軸１２とを備えている。ステアリングシャフト１１の先端部分には、ラック軸１２と噛合するピニオン軸１３が一体回転可能に設けられている。

ラック軸１２とピニオン軸１３とは、所定の交差角をもって配置されており、ラック軸１２に形成されたラック歯１２ａとピニオン軸１３に形成されたピニオン歯１３ａとが噛合されることでラックアンドピニオン機構１４が構成されている。また、ラック軸１２の両端には、タイロッド１５が連結されており、タイロッド１５の先端は、転舵輪３が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。したがって、油圧パワーステアリング装置１では、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト１１の回転がラックアンドピニオン機構１４によりラック軸１２の軸方向移動に変換され、この軸方向移動がタイロッド１５を介してナックルに伝達されることにより、転舵輪３の転舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

油圧機構５は、油圧の供給源となるポンプ２１と、作動油が貯留される樹脂製のリザーバタンク２２と、油圧に基づくアシスト力を付与する油圧シリンダ２３と、油圧シリンダ２３への作動油の給排を制御する制御バルブ２４と、ポンプ２１、リザーバタンク２２、油圧シリンダ２３及び制御バルブ２４間を連結する各油路Ｌ１〜Ｌ５とを備えている。また、油圧機構５は、ポンプ２１と制御バルブ２４とを繋ぐ供給油路Ｌ１とリザーバタンク２２と制御バルブ２４とを繋ぐ排出油路Ｌ２との間に、制御バルブ２４と並列的に設けられた外部レリーフ弁２５とを備えている。

ポンプ２１には、内燃機関（エンジン）３１のクランク軸の回転によって駆動される機関駆動式のポンプが採用されている。内燃機関３１は、車両用制御装置としてのＥＣＵ３２によりその作動が制御される。

油圧シリンダ２３は、ラック軸１２が往復動可能に挿通される円筒状のシリンダチューブ４１と、シリンダチューブ４１内を第１油圧室４２と第２油圧室４３とに区画するピストン４４とを備えている。ピストン４４は、ラック軸１２に対して該ラック軸１２と一体で軸方向移動可能に固定されている。

制御バルブ２４は、ステアリング操作に連動して油圧シリンダ２３の第１及び第２油圧室４２，４３への作動油の給排を制御する周知のロータリバルブとして構成されている。具体的には、制御バルブ２４には、供給ポート５１、排出ポート５２、第１及び第２給排ポート５３，５４が設けられている。供給ポート５１は供給油路Ｌ１を介してポンプ２１に接続され、排出ポート５２は排出油路Ｌ２を介してリザーバタンク２２に接続されている。本実施形態の排出油路Ｌ２には、作動油を冷却するためのクーラ配管Ｌｃが設けられている。第１給排ポート５３は、第１給排油路Ｌ３を介して第１油圧室４２に接続され、第２給排ポート５４は、第２給排油路Ｌ４を介して第２油圧室４３に接続されている。なお、ポンプ２１とリザーバタンク２２とは、吸入油路Ｌ５を介して互いに接続されている。また、各油路Ｌ１〜Ｌ５は、金属材料からなる鋼管Ｌ１ａ〜Ｌ５ａとゴム等からなるチューブＬ１ｂ〜Ｌ５ｂとを連結することにより構成されている。

そして、制御バルブ２４は、運転者によるステアリングホイール２の操舵方向に応じて供給油路Ｌ１と第１及び第２給排油路Ｌ３，Ｌ４のいずれか一方とを連通するとともに、排出油路Ｌ２と第１及び第２給排油路Ｌ３，Ｌ４の他方とを連通する。また、制御バルブ２４は、例えばステアリングホイール２がその操舵限界となるステアリングエンド位置まで操舵されて全閉状態となるまでは、供給油路Ｌ１から排出油路Ｌ２への作動油の流通を許容する。

外部レリーフ弁２５は、ポンプ２１の吐出圧Ｐｄが規定圧力Ｐｔｈ以下の状態では閉弁状態となり、吐出圧Ｐｄが規定圧力Ｐｔｈを超えると開弁状態となることで、制御バルブ２４を介さずに供給油路Ｌ１から排出油路Ｌ２への作動油の流通を許容する。なお、規定圧力Ｐｔｈは、制御バルブ２４が全閉状態となることで供給油路Ｌ１から排出油路Ｌ２への作動油の流通が遮断された際に生じるポンプ２１の吐出圧Ｐｄよりもやや小さな圧力であり、予め実験等により設定されている。

このように構成された油圧パワーステアリング装置１では、ポンプ２１から送出される作動油は、供給油路Ｌ１を介して制御バルブ２４に供給される。そして、制御バルブ２４に供給された作動油は、運転者のステアリング操作に応じて、第１及び第２給排油路Ｌ３，Ｌ４のいずれか一方を介して第１及び第２油圧室４２，４３のいずれか一方に供給される。このとき、第１及び第２油圧室４２，４３の他方から作動油が排出され、この作動油は第１及び第２給排油路Ｌ３，Ｌ４の他方、制御バルブ２４及び排出油路Ｌ２（クーラ配管Ｌｃ）を介してリザーバタンク２２に排出される。その結果、第１油圧室４２と第２油圧室４３との間に油圧差が発生し、この油圧差に基づいてピストン４４とともにラック軸１２が軸方向移動することで、操舵機構４にアシスト力が付与され、ステアリング操作がアシストされる。

次に、油圧パワーステアリング装置１の電気的構成について説明する。
ＥＣＵ３２には、油圧パワーステアリング装置１が搭載される車両の車速Ｖを検出する車速センサ６１、内燃機関３１の回転数Ｎを検出する回転数センサ６２、ポンプ２１の吐出圧Ｐｄを検出する圧力センサ６３が接続されている。また、ＥＣＵ３２には、図示しないアクセル開度等の各種状態量が入力される。そして、ＥＣＵ３２は、これらの状態量に基づいて内燃機関３１の作動を制御する。一例として、ＥＣＵ３２は、ステアリング操作が行われると、図２に示すように操舵トルクＴｈの絶対値の増大に応じて吐出圧Ｐｄが高くなることを踏まえ、例えばアイドル時にステアリング操作が行われた場合に、ポンプ２１の吐出圧Ｐｄの増大によって内燃機関３１が停止しないようにその回転数Ｎが高くなるように制御する。つまり、圧力センサ６３は、ＥＣＵ３２が所謂アイドルアップ制御を行うために用いられるセンサである。なお、ＥＣＵ３２には、何らかの異常を報知するための警告灯やスピーカ等の報知部６４が接続されている。

ここで、例えば雪道等で駆動輪が空転するスタック状態から脱出しようとして、内燃機関３１の回転数Ｎが非常に高くなる状況が継続した場合において、制御バルブ２４が全閉状態となるような操舵を運転者が行った場合を想定する。この場合、外部レリーフ弁２５が開状態となることにより、ポンプ２１が高温になることが防止されるが、油圧機構５を流れる作動油全体の油温が上昇し、樹脂製のリザーバタンク２２やゴム製のチューブＬ１ｂ〜Ｌ５ｂ等の劣化が進むおそれがある。

この点を踏まえ、本実施形態のＥＣＵ３２は、ポンプ２１の負荷を示す負荷状態量としての駆動トルクＴｐと内燃機関３１の回転数Ｎとに基づいて推定されるポンプ２１の発熱量Ｊを用いて作動油の過熱を判定する。そして、ＥＣＵ３２は、作動油が過熱していると判定した場合には、ポンプ２１での発熱を抑制すべく、回転数Ｎが低下するように内燃機関３１の作動を制御する。

詳しくは、図３のフローチャートに示すように、ＥＣＵ３２は、各種状態量を取得すると（ステップ１０１）、下記（１）式を用いてポンプ２１の駆動トルクＴｐを演算する（ステップ１０２）。

Ｔｐ＝α×Ｐｄ＋β…（１）
なお、「α」及び「β」は、ポンプ２１の内圧や油圧機構５を流通する作動油の総油量、クーラ配管Ｌｃの冷却性能等によって定まる係数であり、予め実験等により設定されている。

ＥＣＵ３２は、ステップ１０２で演算した駆動トルクＴｐに回転数Ｎを乗算することでポンプ２１の消費動力（仕事）Ｗ（＝Ｔｐ×Ｎ）を演算し（ステップ１０３）、予め設定された所定期間（例えば、１０秒程度）内の各演算周期で演算した消費動力Ｗの総和をポンプ２１の発熱量Ｊとして演算する（ステップ１０４）。続いて、演算した発熱量Ｊに基づき、作動油の総油量や比熱等を考慮して作動油の推定油温Ｏｅを演算する（ステップ１０５）。

ＥＣＵ３２は、ステップ１０５で演算した推定油温Ｏｅが予め設定された規定温度Ｏｔｈを超えるか否かを判定する（ステップ１０６）。そして、推定油温Ｏｅが規定温度Ｏｔｈを超える場合には（ステップ１０６：ＹＥＳ）、作動油が過熱していると判定し、内燃機関３１の回転数Ｎが下限回転数Ｎｌｏを下回らない範囲で回転数Ｎを低下させて内燃機関３１の作動を制御する（ステップ１０７）。なお、ＥＣＵ３２は、車速Ｖと車速Ｖに応じた最低限の出力を維持できる下限回転数Ｎｌｏとの関係を示すマップを有しており、同マップを参照することにより、下限回転数Ｎｌｏを演算する。一方、推定油温Ｏｅが規定温度Ｏｔｈ以下である場合には（ステップ１０６：ＮＯ）、作動油が過熱していないと判定し、ステップ１０７の処理を実行しない。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）ＥＣＵ３２は、ポンプ２１の駆動トルクＴｐと内燃機関３１の回転数Ｎとに基づいて推定されるポンプ２１の発熱量Ｊを用いて作動油が過熱しているか否かを判定するため、例えば温度センサを設ける場合に比べ、簡易な構成で作動油の過熱を監視できる。

（２）ＥＣＵ３２は、ポンプ２１の吐出圧Ｐｄに基づく駆動トルクＴｐと内燃機関３１の回転数Ｎとに基づいてポンプ２１の消費動力Ｗを演算するため、その発熱量Ｊを好適に推定できる。

（３）ＥＣＵ３２は、アイドルアップ制御を行うために用いる圧力センサ６３により検出される吐出圧Ｐｄに基づいて駆動トルクＴｐを演算するため、油圧パワーステアリング装置１の構成が複雑化することを防止できる。

（４）ＥＣＵ３２は、作動油が過熱していると判定した場合には、内燃機関３１の回転数Ｎを低下させる。そのため、例えば図４（ａ）に示す時刻ｔ１において、推定油温Ｏｅが規定温度Ｏｔｈを超えると、図４（ｂ）に示すように回転数Ｎが低下する。これにより、図４（ｃ）に示すように、ポンプ２１の吐出圧Ｐｄが変動しても、ポンプ２１の発熱量Ｊが減少するため、同図（ａ）に示すように、油温の上昇を好適に抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、ポンプ２１に、吐出圧Ｐｄに応じてその吐出側から吸入側へとポンプ２１内で作動油を還流させる内部レリーフ弁を設けてもよい。また、油圧機構５が外部レリーフ弁２５を備えない構成としてもよい。

・上記実施形態では、吐出圧Ｐｄに基づいて演算される駆動トルクＴｐをポンプ２１の負荷状態量としたが、これに限らず、例えばステアリングシャフト１１にトルクセンサを設け、該トルクセンサにより検出される操舵トルクＴｈを負荷状態量としてもよい。なお、ポンプ２１の吐出圧Ｐｄは、操舵トルクＴｈの増大に基づいて大きくなることから（図２参照）、操舵トルクＴｈの増大に基づいてポンプ２１での発熱量は大きくなる。

・上記実施形態において、推定油温Ｏｅが規定温度Ｏｔｈを超える場合に、内燃機関３１の回転数Ｎを低下させることに加えて又は代えて、推定油温Ｏｅが規定温度Ｏｔｈを超える旨を上記報知部６４により報知してもよい。このように推定油温Ｏｅが規定温度Ｏｔｈを超える旨を報知することで、例えばステアリング操作を一時的に中止するように運転者に促すことができ、ポンプ２１の負荷を低減して作動油が過熱することを抑制できる。

・上記実施形態では、車両用制御装置としてのＥＣＵ３２は、内燃機関３１の作動を制御したが、これに限らず、例えば内燃機関３１の作動を制御せず、油圧パワーステアリング装置１の作動を制御するためのＥＣＵであってもよい。なお、この場合、内燃機関３１の回転数Ｎを低下させるためには、内燃機関３１の作動を制御する上位ＥＣＵに対して、回転数Ｎを低下させるように要求する信号を出力することになる。

１…油圧パワーステアリング装置、５…油圧機構、２１…ポンプ、２３…油圧シリンダ、２４…制御バルブ、２５…外部レリーフ弁、３１…内燃機関、３２…ＥＣＵ（車両用制御装置）、Ｊ…発熱量、Ｎ…回転数、Ｐｄ…吐出圧、Ｔｈ…操舵トルク、Ｏｅ…推定油温、Ｔｐ…駆動トルク、Ｏｔｈ…規定温度、Ｗ…消費動力。

Claims (4)

1. 内燃機関の駆動により作動するポンプと、
   前記ポンプから吐出される作動油の油圧に基づいてアシスト力を発生する油圧シリンダと、
   ステアリング操作に基づいて前記油圧シリンダへの作動油の給排を制御する制御バルブとを備えた油圧パワーステアリング装置を制御対象とし、
   前記ポンプの負荷を示す負荷状態量と前記内燃機関の回転数とに基づいて推定される該ポンプの発熱量を用いて前記作動油の過熱を判定する車両用制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用制御装置において、
   前記負荷状態量は、前記ポンプの駆動トルクに応じた値として示されるものである車両用制御装置。
3. 請求項１に記載の車両用制御装置において、
   前記負荷状態量は、前記ポンプの吐出圧に応じた値として示されるものである車両用制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用制御装置において、
   前記作動油が過熱していると判定した場合には、前記内燃機関の回転数を低下させる車両用制御装置。