JPH08244636A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電動アクチュエータにより駆動されるポンプ
から油圧アクチュエータ１８に圧油を供給することで操
舵補助力を発生する。そのポンプを操舵補助条件の充足
時に操舵補助速度に増速すると共に操舵補助解除条件の
充足時に待機速度に減速する。操舵により軸方向移動す
ることで車輪を転舵させる操舵部材８の舵角中点からの
軸方向移動量を検知する手段５１を設ける。その操舵部
材８の舵角中点からの軸方向移動量に応じて操舵補助条
件を充足しているか否かを判断する。 【効果】 舵角中点を決定する必要がなく省エネルギー
性を向上でき、舵角中点を決定するためのトルクセンサ
が不要で、構造が複雑化したり大型化することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動アクチュエータに
より駆動されるポンプからの圧油によって操舵補助力を
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】操舵により軸方向移動することで車輪を
転舵させる操舵部材と、電動アクチュエータにより駆動
されるポンプと、そのポンプからの圧油により操舵補助
力を発生させる油圧アクチュエータとを備えるパワース
テアリング装置において、そのポンプを常に操舵補助に
必要な速度に保持しようとすると、その電動アクチュエ
ータの電源となるバッテリーのエネルギーを無駄に消費
することになる。

【０００３】そこで、そのポンプを電動アクチュエータ
により操舵時のみ操舵補助速度に増速し、直進時すなわ
ち舵角中点において待機速度まで減速する制御を行なう
ことで、省エネルギー性を向上することが図られている
（特開昭５６‐９９８５９号公報、特開平３‐１３２４
７４号公報）。

【０００４】すなわち、アブソリュート形のロータリー
エンコーダ等を用い、ステアリングホイールの回転角度
に応じたパルス信号から操舵角度を検知し、操舵中点か
らの操舵角度により操舵を行っているか否かを判断して
いた。

【０００５】そのようなアブソリュート形のロータリー
エンコーダから送られるパルス信号により検知される操
舵角度は相対的なものであり、舵角中点を基準とする絶
対的なものではないため、舵角中点の決定を行なう必要
があった。例えば、操舵トルクは舵角中点において小さ
くなることを利用し、操舵トルクを検出するトルクセン
サを設け、操舵トルクが設定値よりも小さくなる時を舵
角中点として決定したり（特開平２‐１９７４６５号公
報）、検出されるパルス信号の出現頻度の統計的分布は
舵角中点において最大になるような正規分布になること
を利用し、そのパルス信号の出現頻度の統計的分布に基
づき舵角中点を決定することが提案されている（特公平
６‐４３１８８号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、その舵角中点
の決定までは操舵を行なっているか否かを判断できない
ため、ポンプを電動アクチュエータにより操舵補助速度
に保持する必要がある。そのため、その決定までに停車
してアイドリング状態を続けるような場合、無駄なエネ
ルギーを消費するという問題があった。また、舵角中点
を決定するためにトルクセンサを用いると、構造が複雑
になり大型化するという問題点がある。

【０００７】また、ステアリングホイールをロック位置
まで回転させた状態で据え切り等を行なう場合、ステア
リングホイールはロック位置に保持されるため操舵補助
を行なう必要はないにも拘らず、従来の構成ではポンプ
を電動アクチュエータにより操舵補助速度に保持してい
た。そのため、無駄なエネルギーを消費し、電動アクチ
ュエータの焼き付きが生じ、圧油の流動音が増大すると
いう問題があった。

【０００８】本発明は、上記課題を解決することのでき
るパワーステアリング装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、操舵により軸
方向移動することで車輪を転舵させる操舵部材と、電動
アクチュエータにより駆動されるポンプからの圧油によ
って操舵補助力を発生させる油圧アクチュエータと、そ
のポンプを電動アクチュエータにより操舵補助条件の充
足時に操舵補助速度に増速すると共に操舵補助解除条件
の充足時に待機速度に減速する手段とを備えるパワース
テアリング装置において、その操舵部材の舵角中点から
の軸方向移動量を検知する手段が設けられ、その操舵部
材の舵角中点からの軸方向移動量に応じて操舵補助条件
を充足しているか否かを判断することを特徴とする。

【００１０】少なくとも二つの操舵補助解除条件を有
し、一つの操舵補助解除条件は、直進時においてポンプ
を電動アクチュエータにより待機速度に減速できるよう
に設定され、他の一つの操舵補助解除条件は、操舵部材
が移動端に位置する時にポンプを電動アクチュエータに
より待機速度に減速できるように設定されているのが好
ましい。

【００１１】

【発明の作用および効果】本発明の構成によれば、操舵
による操舵部材の軸方向移動により車輪が転舵するの
で、その操舵部材の舵角中点からの軸方向移動量を検知
することで、操舵が行なわれているか否かを判断でき
る。これにより、電動アクチュエータによってポンプを
操舵時のみ操舵補助速度にまで増速し、直進時において
待機速度まで減速することで省エネルギー性を向上でき
る。

【００１２】その操舵部材の舵角中点からの軸方向移動
量の検知は、例えば格子スケールとセンサとを有するイ
ンクリメンタル形のリニアエンコーダを用い、その格子
スケールを操舵部材側に、センサを固定側に取り付け、
舵角中点を予め基準点としてスケールの目盛りをセンサ
により読み取ることで行なえる。すなわち、従来のよう
にステアリングホイールの回転角度から舵角を検知する
場合、ステアリングホイールの回転角度範囲は３６０度
を超えるため、予め基準点を設定可能なインクリメンタ
ル形エンコーダのような検知手段は用いることはできな
い。これに対し、本発明では操舵部材の軸方向移動量を
検知することで、予め基準点を設定可能なインクリメン
タル形エンコーダ等を用いることができるので、舵角中
点を決定する必要がない。これにより、舵角中点の決定
までポンプを電動アクチュエータにより操舵補助速度に
保持する必要がなく、省エネルギー性を向上できる。し
かも、舵角中点を決定するためのトルクセンサが不要
で、構造が複雑化したり大型化することはない。

【００１３】また、操舵部材が移動端に位置する時、す
なわちステアリングホイールをロック位置まで回転させ
た時に、ポンプを電動アクチュエータにより待機速度に
減速することで、ステアリングホイールをロック位置ま
で回転させた状態で据え切り等を行なう場合に、省エネ
ルギー性を向上でき、電動アクチュエータの焼き付きを
防止し、圧油の流動音を低減できる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００１５】図１、図２に示すラックピニオン式パワー
ステアリング装置１は、ステアリングホイールＨに連結
される入力軸２と、この入力軸２にトーションバー３を
介し連結される出力軸４とを備えている。そのトーショ
ンバー３はピン５を介し入力軸２に連結され、また、セ
レーション６を介し出力軸４に連結されている。その出
力軸４にピニオン７が形成され、このピニオン７に噛み
合うラック（操舵部材）８の各端はラックハウジング１
０ｂの両端に形成された開口から突出する。そのラック
８の各端にボールジョイント１９ａ、１９ｂ、タイロッ
ド等を介して操舵用車輪（図示省略）が連結される。そ
の入力軸２はベアリング９を介しバルブハウジング１０
ａに支持され、また、ブッシュ１１を介し出力軸４に支
持されている。その出力軸４はベアリング１２、１３を
介しラックハウジング１０ｂに支持されている。これに
より、ハンドルＨの操舵による入力軸２の回転はトーシ
ョンバー３を介しピニオン７に伝達され、そのピニオン
７の回転によりラック８は軸方向に移動する。このラッ
ク８の移動により車輪が転舵される。なお、その入出力
軸２、４とバルブハウジング１０ａとの間にオイルシー
ル１４、１５が設けられている。また、そのラック８を
支持するサポートヨーク１６が設けられ、このサポート
ヨーク１６はバネ１７の弾性力によりラック８に押し付
けられている。

【００１６】図２に示すように、そのラックハウジング
１０ｂの内周とラック８の外周との間においてラック８
にピストン２０が取り付けられ、これにより、ピストン
２０によって仕切られる一対の油室２１、２２を有する
操舵補助用油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）１８が
構成されている。その一方の油室２１をシールするシー
ル部材４４の外方側において、ラックハウジング１０ｂ
に環状のストッパー４５が取り付けられている。そのス
トッパー４５によって一方のボールジョイント１９ａが
ラックハウジング１０ｂの内方に移動するのが阻止され
る。また、ラックハウジング１０ｂの他方の開口の内周
に段差１０ｃが形成され、この段差１０ｃに他方のボー
ルジョイント１９ｂが当接することで、ラック８のラッ
クハウジング１０ｂの内方への移動が阻止される。これ
により、ラック８の軸方向移動量は一定範囲に規制され
ている。

【００１７】その油圧シリンダ１８の各油室２１、２２
は、配管４６ａ、４６ｂを介してロータリー式油圧制御
弁２３に接続されている。図１、図３に示すように、そ
の制御弁２３は、筒状の第１バルブ部材２４と、この第
１バルブ部材２４に相対回転可能に挿入される第２バル
ブ部材２５とを備えている。その第１バルブ部材２４は
出力軸４にピン２６を介し同行回転可能に取り付けられ
ている。その第２バルブ部材２５は入力軸２の外周に一
体に形成されている。

【００１８】その第１バルブ部材２４の内周と第２バル
ブ部材２５の外周とに軸方向に沿う複数の凹部が周方向
等間隔に形成されている。その第１バルブ部材側凹部
は、互いに周方向等間隔に位置する４つの右操舵用凹部
２７と、互いに周方向等間隔に位置する４つの左操舵用
凹部２８とで構成される。その第２バルブ部材側凹部
は、互いに周方向等間隔に位置する４つの圧油供給用凹
部２９と、互いに周方向等間隔に位置する４つの圧油排
出用凹部３０とで構成される。各右操舵用凹部２７と各
左操舵用凹部２８とは周方向に交互に配置され、各圧油
供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０とは周方向に交
互に配置される。各右操舵用凹部２７は、第１バルブ部
材２４に形成された第１流路３１およびバルブハウジン
グ１０ａに形成された第１ポート３２を介し、図１に示
すように油圧シリンダ１８の一方の油室２１に通じ、各
左操舵用凹部２８は、第１バルブ部材２４に形成された
第２流路３３およびバルブハウジング１０ａに形成され
た第２ポート３４を介し油圧シリンダ１８の他方の油室
２２に通じる。各圧油供給用凹部２９は、第１バルブ部
材２４に形成された第３流路３５およびバルブハウジン
グ１０ａに形成された入口ポート３６を介し、図１に示
すようにポンプ３７に通じる。そのポンプ３７は、モー
タ（電動アクチュエータ）５０により駆動され、例え
ば、回転速度に応じた流量の圧油を吐出するベーンポン
プにより構成できる。そのモータ５０の駆動用電源とし
て車載バッテリーが用いられる。各圧油排出用凹部３０
は、第２バルブ部材２５に形成された第１排出路３８、
入力軸２とトーションバー３の内外周間の通路４７、図
１に示す入力軸２に形成された第２排出路３９、及びバ
ルブハウジング１０ａに形成された排出ポート４０を介
しタンク４１に通じる。これにより、そのポンプ３７、
タンク４１、及び油圧シリンダ１８の各油室２１、２２
が第１バルブ部材２４と第２バルブ部材２５の内外周間
の弁間流路４２を通じ連通する。その弁間流路４２にお
ける第１バルブ部材側凹部と第２バルブ部材側凹部の間
は、両バルブ部材２４、２５の相対回転により開度が変
化する絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされ、その絞り部Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄの開度変化により油圧シリンダ１８に作用す
る油圧が制御される。

【００１９】図３は、操舵が行なわれていない舵角中点
での両バルブ部材２４、２５の相対位置を示しており、
この状態においては各圧油供給用凹部２９と各圧油排出
用凹部３０とが全絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを介し連通する
ため、ポンプ３７から供給された圧油は直接タンク４１
へ還流し操舵補助力は発生せず、そのため、ポンプ３７
を操舵補助に必要な操舵補助速度で駆動する必要はな
い。

【００２０】舵角中点から右方へ操舵すると、操舵トル
クに応じトーションバー３は捩じれ、両バルブ部材２
４、２５は相対回転する。その結果、各右操舵用凹部２
７と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ａの開度およ
び各左操舵用凹部２８と各圧油排出用凹部３０との間の
絞り部Ｂの開度が大きくなり、各左操舵用凹部２８と各
圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ｃの開度および各右
操舵用凹部２７と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部
Ｄの開度が小さくなる。これにより、ポンプ３７から油
圧シリンダ１８の一方の油室２１へ圧油が供給され、油
圧シリンダ１８の他方の油室２２からタンク４１へ圧油
が還流され、車両の右方への操舵補助力がラック８に作
用する。

【００２１】舵角中点から左方へ操舵すると、各絞り部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は右方へ操舵した場合と逆に変化
するので、車両の左方への操舵補助力がラック８に作用
する。

【００２２】図２に示すように、そのラック８の舵角中
点からの軸方向移動量を検知する移動距離検知装置５１
が設けられている。この移動距離検知装置５１は、例え
ば公知のインクリメンタル形のリニアエンコーダであっ
て、格子スケール５１ａと、そのスケール５１ａの目盛
りの読み取りパルスを発信するセンサ５１ｂとを有する
ものにより構成できる。そのスケール５１ａはラック８
に同行移動するように取り付けられ、そのセンサ５１ｂ
はラックハウジング１０ｂや車体等の固定側に取り付け
られる。そのセンサ５１ｂは、スケール５１ａに形成さ
れた基準目盛りを舵角中点において読み取って基準パル
スを発信するように、スケール５１ａに対し配置されて
いる。図１に示すように、そのセンサ５１ａは、コンピ
ュータにより構成される制御装置５２に接続される。

【００２３】その制御装置５２に、車速センサ５３と、
前記ポンプ駆動用モータ５０とが接続される。その制御
装置５２は、モータ５０の制御プログラムを記憶する。
その制御プログラムの一部として、一つの操舵補助条件
と二つの操舵補助解除条件とを記憶する。制御装置５２
は、操舵補助条件の充足時に、操舵補助信号をモータ５
０にパワーアンプ（図示省略）を介して送り、これによ
り、モータ５０を操舵補助信号に応じた制御電圧で駆動
し、ポンプ３７を待機速度から操舵補助速度まで増速す
る。また、制御装置５２は、各操舵補助解除条件それぞ
れの充足時に、モータ５０に送る操舵補助信号を解除す
ることでポンプ３７を待機速度に減速する。

【００２４】その操舵補助条件は、ラック８の舵角中点
からの軸方向移動量が零を超えることにより充足され
る。

【００２５】第１の操舵補助解除条件は、ラック８の軸
方向移動量が設定時間だけ零の場合に充足される。その
設定時間は、無駄なポンプ３７の増速を可及的に少なく
できるように経験的に判断して設定すればよく、例えば
１秒とされる。

【００２６】第２の操舵補助解除条件は、ラック８が移
動端に位置する時にポンプ３７をモータ５０により待機
速度に減速できるように設定される。本実施例では、ラ
ック８が移動端近傍の予め設定した位置に達した時に第
２の操舵補助解除条件は充足される。

【００２７】制御装置５２は、車速センサ５３により検
知される車速に応じ、操舵補助時のモータ５０の制御電
圧を変化させる。すなわち、操舵補助時におけるモータ
５０の制御電圧に対応するポンプ３７の操舵補助速度
は、図４において実線Ｋで示すように車速に比例して減
少し、車速が零において最大値Ｎｍａｘとされ、予め設
定した車速Ｖａ以上では最小値Ｎｍｉｎとされる。これ
により、ポンプ３７の操舵補助速度を車速に応じ変化さ
せ、低車速では操舵補助力を大きくして車両の旋回性能
を向上し、高速では操舵補助力を小さくして車両の走行
安定性を向上している。また、制御装置５２は、待機速
度が一点鎖線Ｌで示すように操舵補助時における最小値
Ｎｍｉｎになるように、モータ５０を駆動する。これに
より、ポンプ３７から送り出される圧油流量は、停車中
の据え切り時は図５において実線Ｍで示すように、ラッ
ク８が移動端近傍の予め設定した位置±Ｅに達するまで
は最大値Ｑｍａｘとされ、ラック８が移動端近傍の予め
設定した位置±Ｅに達すると減少を開始し、移動端にお
いて最小値Ｑｍｉｎとされる。また、一定の車速での走
行中における圧油流量は、図５において実線Ｎで示すよ
うに、ラック８が移動端近傍の予め設定した位置±Ｅに
達するまでは車速に対応する値Ｑｎとされ、ラック８が
移動端近傍の予め設定した位置±Ｅに達すると減少を開
始して移動端において最小値Ｑｍｉｎとされる。なお、
操舵補助の開始時点においては、図中破線で示すよう
に、圧油流量はラック８の舵角中点からの移動量に応じ
て次第に増加する。

【００２８】図６のフローチャートを参照し、ポンプ３
７のモータ５０を介する制御手順を説明する。

【００２９】まず、エンジンを始動し（ステップ１）、
モータ５０によりポンプ３７を待機速度にする（ステッ
プ２）。次に、ラック８の移動量を検知し（ステップ
３）、ラック８が舵角中点に位置するか否か判断する
（ステップ４）。ラック８が舵角中点に位置すればステ
ップ２に戻り、舵角中点に位置しなければ移動端近傍に
達しているか否かを判断する（ステップ５）。ラック８
が移動端近傍に達していればステップ２に戻り、移動端
近傍に達していなければモータ５０によってポンプ３７
を操舵補助速度に増速する（ステップ６）。次に、ラッ
ク８の移動量を検知し（ステップ７）、ラック８が舵角
中点に位置するか否か判断する（ステップ８）。ラック
８が舵角中点に位置すれば設定時間が経過したか否かを
判断する（ステップ９）。なお、その設定時間が経過し
たか否かを判断する計時の進行途中に、ステップ８にお
いてラック８が舵角中点に位置しないと判断された場
合、その計時の進行はキャンセルされ、再度ステップ８
において舵角中点に位置すると判断されてから新たに計
時が進行する。その設定時間が経過していなければステ
ップ６に戻る。その設定時間が経過していればステップ
２に戻り、モータ５０によってポンプ３７を待機速度に
減速する。ステップ８においてラック８が舵角中点に位
置しないと判断された場合、移動端近傍に達しているか
否かを判断する（ステップ１０）。ラック８が移動端近
傍に達していなければステップ６に戻り、移動端近傍に
達していればステップ２に戻り、モータ５０によってポ
ンプ３７を待機速度に減速する。

【００３０】上記構成によれば、操舵によるラック８の
軸方向移動により車輪が転舵するので、そのラック８の
舵角中点からの軸方向移動量を検知することで、操舵が
行なわれているか否かを判断できる。これにより、モー
タ５０によってポンプ３７を操舵時のみ操舵補助速度に
まで増速し、直進時においては待機速度まで減速するこ
とで省エネルギー性を向上できる。そのラック８の舵角
中点からの軸方向移動量を検知する移動距離検知装置５
１として、予め基準点を設定可能なインクリメンタル形
エンコーダ等を用いることができるので、舵角中点を決
定する必要がなくなり、舵角中点の決定までポンプ３７
をモータ５０により操舵補助速度に保持する必要がな
く、省エネルギー性を向上できる。しかも、舵角中点を
決定するためのトルクセンサが不要で、構造が複雑化し
たり大型化することはない。また、ラック８が移動端に
位置する時、すなわちステアリングホイールＨをロック
位置まで回転させた時に、ポンプ３７をモータ５０によ
り待機速度に減速でき、ステアリングホイールＨをロッ
ク位置まで回転させた状態で据え切り等を行なう場合
に、省エネルギー性を向上でき、モータ５０の焼き付き
を防止し、制御弁２３における圧油の流動音を低減でき
る。

【００３１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、移動距離検知装置５１はインクリ
メンタル形のリニアエンコーダに限定されず、ポテンシ
ョメータを介して得られるラック８の軸方向移動量に応
じた電気信号を、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変
換して制御装置５２に送るものにより構成でき、この場
合、パワーステアリング装置の組み立て時に舵角中点に
対応する電気信号の基準値を制御装置５２に記憶するこ
とで、制御装置５２により舵角中点の決定を行なうこと
なく、その基準値からの変化に応じてラック８の舵角中
点からの軸方向移動量を検知できる。また、直進走行時
であっても路面の凹凸に対する応答時や、緩やかなカー
ブのコーナリング時は、操舵補助を行なうことなく省エ
ネルギー性を向上するため、ラック８の軸方向移動量が
零を超える値を超えることにより操舵補助条件が充足さ
れるようにしてもよい。また、ラック８の軸方向移動量
が零を超える値を超えることにより操舵補助条件が充足
される場合は、ラック８の軸方向移動量が設定時間だ
け、その零を超える値以下の場合に第１の操舵補助解除
条件が充足されるようにしてもよい。また、ラック８が
移動端に達した時に第２の操舵補助解除条件が充足され
るようにしてもよい。また、ポンプ３７の待機速度は零
であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の油圧パワーステアリング装置
の縦断面図

【図２】実施例の油圧パワーステアリング装置の正面図

【図３】図１のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図

【図４】実施例のパワーステアリング装置のポンプ速度
と車速との関係を示す図

【図５】実施例のパワーステアリング装置のラック移動
距離と圧油流量との関係を示す図

【図６】実施例のパワーステアリング装置のポンプの制
御手順を示すフローチャート

【符号の説明】

１ パワーステアリング装置 １８ 油圧シリンダ ３７ ポンプ ５０ ポンプ駆動用モータ ５１ 移動距離検知装置 ５２ 制御装置 ５３ 車速センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵により軸方向移動することで車輪を
   転舵させる操舵部材と、電動アクチュエータにより駆動
   されるポンプからの圧油によって操舵補助力を発生させ
   る油圧アクチュエータと、そのポンプを電動アクチュエ
   ータにより操舵補助条件の充足時に操舵補助速度に増速
   すると共に操舵補助解除条件の充足時に待機速度に減速
   する手段とを備えるパワーステアリング装置において、
   その操舵部材の舵角中点からの軸方向移動量を検知する
   手段が設けられ、その操舵部材の舵角中点からの軸方向
   移動量に応じて操舵補助条件を充足しているか否かを判
   断することを特徴とする油圧パワーステアリング装置。
2. 【請求項２】 少なくとも二つの操舵補助解除条件を有
   し、一つの操舵補助解除条件は、直進時においてポンプ
   を電動アクチュエータにより待機速度に減速できるよう
   に設定され、他の一つの操舵補助解除条件は、操舵部材
   が移動端に位置する時にポンプを電動アクチュエータに
   より待機速度に減速できるように設定されている請求項
   １に記載のパワーステアリング装置。