JP3368631B2 - 動力舵取装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータに印加される印
加電圧を制御してアシストトルクを制御する動力舵取装
置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアシストトルクは、エンジンの回
転軸につながれたポンプで油圧を作り、この油圧を動力
源としてアシストトルクを制御するパワーステアリング
装置が普及しているが、それに対し、この油圧を必要な
時に必要なだけ発生させるように電動ポンプで発生させ
る動力舵取装置が提案されている。この電動ポンプ式は
自由に回転を制御できる利点をもつ。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の電動
ポンプ式動力舵取装置では、ポンプの駆動モータを定電
圧で制御しており、急激に負荷がかかった場合等に回転
数が低下し必要な油圧が得られない上、逆に負荷が少な
い時にはポンプの回転数が高いため無駄に油圧が供給さ
れ、エネルギーが無駄に消費されるという問題があっ
た。

【０００４】従って本発明は、負荷の変化に伴ってポン
プの駆動モータの電圧を制御することを目的とするもの
である。また、この負荷を検出するのに圧力センサやト
ルクセンサ等の外部センサを用いることなく、簡単な構
成にて負荷検出をするようにしたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの請求項１の発明は、相対回転可能な入力軸および出
力軸と、前記入力軸と出力軸の相対回転によって供給通
路からパワーシリンダの一方に圧油を供給する制御弁
と、前記供給通路に圧油を吐出するポンプと、このポン
プを駆動するモータからなる動力舵取装置において、前
記モータの電流を検出する電流検出手段と、電流の低い
状態においては指令電圧が一定の低電圧値となり、電流
が所定値以上になると指令電圧が増大し、さらに電流が
上昇すると指令電圧が一定の高電圧値となるように電流
と指令電圧との関係を記憶する指令電圧記憶手段と、前
記電流検出手段にて検出された電流に対応する指令電圧
を前記指令電圧記憶手段から求めて出力する指令電圧出
力手段と、この指令電圧出力手段より出力された指令電
圧に基づいて前記モータを制御するモータ制御手段とを
備えたものである。また、請求項２の発明は、上記請求
項１に記載の発明に、さらに、モータ制御手段に、前記
指令電圧の前回の値と今回の値を比較し、この比較の結
果、今回の指令電圧の値が小さい場合には前回の指令電
圧の値を所定時間維持したのちに今回の指令電圧を出力
させる指令電圧維持手段を備えたものである。

【０００６】

【作用】モータを流れる電流値が、流体圧を発生させる
モータトルクに比例することから、電流検出手段にてモ
ータ電流を検出することによってモータに作用する負荷
を検出し、この負荷に対応するモータ指令電圧を指令電
圧記憶手段から求め、モータを制御する指令電圧を決定
する。また、流体圧が減少して指令電圧が前回より低下
した場合には、指令電圧維持手段にて前回の指令電圧を
一定期間保持した後に今回の指令電圧を出力することに
よって、応答遅れを防止する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。まず、図１により本発明を実施した前輪動力舵
取装置１０の全体構造を説明する。前輪動力舵取装置１
０は、操舵ハンドル１１の回動を作動ロッド１４の往復
動に変換するラックピニオン機構１３に伝達する途中に
設けたサーボ弁１２と、作動ロッド１４に設けられたパ
ワーシリンダ１５を主要な構成部材としている。電気モ
ータ２０８により回転駆動されるポンプ２０から吐出さ
れる作動流体はサーボ弁（制御弁）１２に供給される。
操舵ハンドル１１から入力軸１２ａを経て与えられる手
動トルクに応じて作動して、ポンプ２０からパワーシリ
ンダ１５のピストン１５ａ両側の両作動室１５ｂに対し
供給される作動流体の給排を制御する。これにより作動
ロッド１４にはアシスト力が与えられ、その両端に設け
たタイロッド１６及びナックルアーム１７を介して両前
輪１８は操舵され、使用後の作動流体はリザーバ３８に
戻される。

【０００８】そして、図２に示すように、入力軸１２ａ
は、トーションバー２２を介して出力軸２３に同軸上に
結合され、この入力軸１２ａと出力軸２３はギヤハウジ
ング２１に収納されている。前記サーボ弁１２は、入力
軸１２ａに嵌合されたインナ弁部材２４と出力軸２３に
嵌合されたアウタ弁部材２５より構成されている。この
アウタ弁部材２５の内周には図３に示すように８個の凹
溝４２が形成され、これ等各凹溝４２の間にはランド部
４１が形成されている。

【０００９】また、インナ弁部材２４の外周には、アウ
タ弁部材２５の各凹溝４２に対応する８個のランド部３
１が形成され、これ等各ランド部３１の間には凹溝３２
が形成されている。アウタ弁部材４０のランド部４１に
は、一つおきに供給穴４３が開口され、各供給穴４３は
ポンプ２０から圧力流体が供給される供給ポート５１に
連通している。

【００１０】そして、供給穴４３が開口したランド部４
１のうちトーションバー２２を挟んで対向する２つのラ
ンド部の両側に形成された凹溝４２にはパワーシリンダ
１５の両作動室１５ｂと給排ポート５４を介してそれぞ
れ連通する分配穴４４が形成され、さらに供給穴４３が
開口されたランド部４１以外のランド部４１と対向する
インナ弁部材２４の凹溝３２には、排出口３３が開口さ
れ入力軸１２ａとトーションバー２２の間に形成された
通路５５および入力軸１２ａに形成された貫通穴５６を
経て、リザーバタンク３８に通じる排出ポート５７に連
通されている。

【００１１】前記インナ弁部材４１の各ランド部３１の
両端には、アウタ弁部材４０のランド部３１との間で形
成される絞りの入力軸１２ａと出力軸２３の相対回転角
に応じた開口面積を決定する面取り部４６が形成されて
いる。この面取り部４６は連通する部位に応じて３種類
に形成され、分配穴４４と対向するランド部３１には、
供給穴４３から排出穴３３に向かってＴ１，Ｎの順で２
種類の面取りが施され、分配穴４４が形成されていない
凹溝４２に対向するランド部３１にはＴ２の面取りが施
されている。前記Ｔ１の形成されたランド部３１は入力
軸１２ａと出力軸２３の相対回転がない状態（中立状
態）でランド部４１とオーバラップし、閉鎖状態になっ
ている。そして、面取り部４６の各面取りの入力軸１２
ａと出力軸２３の相対回転がない状態（中立状態）での
開口面積は図４に示すとおりになっており、Ｔ１，Ｎの
順で開口面積が大きくなっている。そして、この３種類
の面取りＴ１，Ｔ２，Ｎによって図５に示すように中立
状態では、パワーシリンダ１５は面取りＴ２の作用によ
り油が供給されず、面取りＴ１側の通路が開口するだけ
のセミセンタオープンとなっており、相対回転角が大き
くなるにつれて段階的に圧力を増加する２段折れ特性を
達成している。

【００１２】前記電気モータ２０８は電子制御装置４５
に接続され、この電子制御装置４５にはモータ電流検出
器２１０が接続されている。さらに、この図１に示した
電子制御装置４５は、ＣＰＵ２００、モータ電流検出器
２１０より得られるモータ電流Ｉを電圧ＶＩに変換する
電流電圧変換部２１１、モータドライバ２０６およびメ
モリ２０５より構成され、このメモリ２０５には図６に
示すようなモータ電流Ｉに応じた電圧ＶＩによって制御
するモータ指令電圧Ｖの関係を示すデータと、モータ電
流値Ｉ応じた電圧ＶＩを読み取り、電圧ＶＩに応じた指
令電圧Ｖを出力するための制御プログラムが記憶されて
いる。モータドライバ２０６は指令電圧Ｖを基にＰＷＭ
信号を電気モータ２０８に出力し、電気モータ２０８の
回転を制御する。図６に示す電流Ｉと指令電圧Ｖとの関
係を示すデータは、同図から明らかなように、電流Ｉの
低い状態においては指令電圧Ｖが一定の低電圧値となっ
ており、電流Ｉが所定値以上になると指令電圧Ｖが次第
に増大し、さらに電流Ｉが上昇すると指令電圧Ｖが一定
の高電圧値となるように設定されている。

【００１３】この構成においてＣＰＵ２００の動作は、
図７に示すフローチャートで示される。まず、この図７
のフローチャートは所定の時間毎もしくは距離毎に実行
され、ステップ１００にてモータ電流Ｉがモータ検出器
２１０にて検出され、電流電圧変換部２１１にて電流電
圧変換された電圧ＶIを読み込む。そして、ステップ１
０１にてこの電圧ＶIによってメモリ２０からこれに応
じた指令電圧Ｖを検出してステップ１０２にて指令電圧
Ｖを出力する。

【００１４】このフローチャートが実行されると、中立
時において、ポンプ２０にかかる負荷は、入力軸１２ａ
と出力軸２３に相対回転が発生していないため、パワー
シリンダ１５の両作動室１５ａには圧力は作用せず、面
取り部４６の絞り作用と管路抵抗によるものだけであ
り、ポンプ２０にはメモリに記憶された指令電圧Ｖの最
低設定電圧の指令電圧が出力され、低速で回転される。

【００１５】そして、操舵ハンドル１１が操作されて入
力軸１２ａと出力軸２３に相対回転が発生すると、サー
ボ弁１２の作用により両作動室１５ａの一方に圧力流体
が供給され、ピストン１５ａが移動されて車輪１８が移
動される。このとき、ポンプ２０はサーボ弁１２による
絞り作用により、負荷圧力が上昇し、モータ電流Ｉを上
昇させることになる。このモータ電流Ｉの上昇に伴い電
子制御装置４５は指令電圧Ｖをモータ電流Ｉに応じた値
に制御するが、この指令電圧Ｖにて制御すると、モータ
電流Ｉは指令電圧Ｖが上昇したぶんだけ上昇し、この上
昇によってさらに指令電圧Ｖが上昇するために結局、指
令電圧Ｖは最大値まで上昇し、最大指令電圧で電気モー
タ２０８が駆動され、ポンプ２０が回転する。

【００１６】このように動作することにより電気モータ
２０８は操舵ハンドル１１が操舵されると最大指令電圧
で制御されることになる。以上のように操舵ハンドル１
１が操舵された際の指令電圧の増大をモータ電流Ｉによ
ってのみ制御することで、操舵ハンドル１１が操舵され
たことによる負荷を検出する圧力センサやトルクセンサ
を不要にでき、装置自体を簡素化することができる。次
に、第２の実施例について説明する。この第２の実施例
では、ＣＰＵ２００にて実行される制御が第１実施例と
は異なり、その制御を図８に示すフローチャートで説明
する。ステップ１５０にてモータ電流Ｉを読み込み、ス
テップ１５１にて、モータ電流Ｉに応じた指令電圧Ｖを
求め、ステップ１５２では、前回の指令電圧Ｖ０と今回
の指令電圧Ｖとを比較し、今回の指令電圧のほうが小さ
い場合（実際の装置では、電圧値の多少のふらつきがあ
るため、今回の指令電圧の所定誤差範囲以上小さい場合
になる）にはステップ１５３に進み、小さくない場合に
は、ステップ１５７に進む。

【００１７】そして、ステップ１５３ではタイマがスタ
ートしているか判定し、スタートしていればステップ１
５５に進み、タイマがスタートしていなければステップ
１５４でタイマをスタートさせ、ステップ１５６に進
む。ステップ１５５ではこのタイマスタートから所定時
間ｔだけ経過したか判定し、時間ｔだけ経過していれ
ば、ステップ１５７にて今回の指令電圧Ｖを出力し、ス
テップ１５８で今回の指令電圧Ｖを前回の指令電圧Ｖ０
として処理を完了する。ステップ１５５で時間ｔだけ経
過していなければ、ステップ１５６にて前回の指令電圧
Ｖ０を出力して処理を終了する。

【００１８】このようにすることで、負荷圧力が減少し
てモータ電流Ｉが低下したときの指令電圧Ｖ０の変化を
徐々に行うことができ、操舵ハンドル１１を右切りから
左切りもしくは左切りから右切りと、連続して操作する
切り返しが行われたときに負荷圧が減少し、瞬時に指令
電圧が低下して電気モータ２０８の回転が落ちて、次に
連続して行われる操舵ハンドル１１の操作による負荷圧
力の上昇にポンプ２０の回転に追従遅れが生じることを
防止することができる。

【００１９】また、上述の実施例では、モータ電流Ｉか
ら直接指令電圧Ｖを求めるようにしているが、これに限
られるものでなく、負荷圧の変化に応じた吐出流量、電
気モータ４０の回転数等を求めたのち、指令電圧を求め
るようにしてもよい。以下その例について述べると、メ
モリ２０５にはモータ電流Ｉと吐出圧Ｐの関係を示すマ
ップ、吐出圧Ｐと吐出流量Ｑとの関係を示すマップ、吐
出流量Ｑと回転数Ｎの関係を示すマップ、モータ電流Ｉ
とモータトルクＴの関係を示すマップおよび最大指令電
圧Ｖmax での回転数とモータトルクの関係を示すマップ
と最小指令電圧Ｖmin での回転数とモータトルクの関係
を示すマップを記憶しており、指令電圧Ｖを図９のフロ
ーチャートによって求める。図９でステップ３００はま
ずＣＰＵで吐出圧Ｐをモータ電流Ｉからマップで決定す
る。次にステップ３０１で、この吐出圧Ｐを得るために
必要な吐出流量Ｑをマップで決定し、さらにこの吐出流
量Ｑを得るためのポンプ２０の回転数Ｎ１をマップより
求める。そして、ステップ３０２でモータ電流Ｉから
は、現在の電気モータ４０のトルクＴ１を求めておき、
ステップ３０３にてこのトルクＴ１を得るための最大指
令電圧Ｖmax での回転数Ｎ３と最小指令電圧Ｖmin での
回転数Ｎ２を求め、ステップ３０４にてこの最大指令電
圧Ｖmax での回転数Ｎ３と最小指令電圧Ｖmin での回転
数Ｎ２および吐出流量Ｑを得るためのモータ回転数Ｎ１
を次式に代入することで指令電圧Ｖを求め、ステップ３
０５にて指令電圧Ｖを出力する。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明は、ハンドルが操舵
されていない状態（モータ負荷電流が低い状態）におい
ては、モータに印加する指令電圧が一定の低電圧に保持
されているため、エネルギの消費が抑えられ、ハンドル
が操舵される（モータ負荷電流が上昇する）と、指令電
圧が最大値まで増大されるため、ハンドルをアシストす
るに必要な吐出流量までポンプの回転速度を増大するこ
とができる。しかも、本発明は、ハンドル操舵による指
令電圧の増大をモータ電流によってのみ制御すること
で、操舵ハンドルの操舵に伴う負荷を検出する圧力セン
サやトルクセンサを不要にでき、装置の構成を簡素化す
ることができる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の構成を示す図。

【図２】本実施例の構成の一部を示す図

【図３】本実施例の構成の一部を示す図

【図４】本実施例の構成の一部を示す図

【図５】本実施例のサーボ弁の圧力特性を示す図

【図６】本実施例の電流と指令電圧の関係を示す図

【図７】第１実施例によるＣＰＵの処理を示すフローチ
ャート

【図８】第２実施例によるＣＰＵの処理を示すフローチ
ャート

【図９】第３実施例によるＣＰＵでの指令電圧を求める
処理を示すフローチャート

【符号の説明】

１２ サーボ弁（制御弁） １２ａ 入力軸 １５ パワーシリンダ ２０ ポンプ ２３ 出力軸 ４５ 電子制御装置 ２０５ メモリ（指令電圧記憶手段） ２０８ モータ ２１０ 電流検出器（電流検出手段） ２００ ＣＰＵ（モータ制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−132470（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−152973（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−69844（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−49784（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−51680（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−46983（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 5/00 B62D 6/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対回転可能な入力軸および出力軸と、
   前記入力軸と出力軸の相対回転によって供給通路からパ
   ワーシリンダの一方に圧油を供給する制御弁と、前記供
   給通路に圧油を吐出するポンプと、このポンプを駆動す
   るモータからなる動力舵取装置において、前記モータの
   電流を検出する電流検出手段と、電流の低い状態におい
   ては指令電圧が一定の低電圧値となり、電流が所定値以
   上になると指令電圧が増大し、さらに電流が上昇すると
   指令電圧が一定の高電圧値となるように電流と指令電圧
   との関係を記憶する指令電圧記憶手段と、前記電流検出
   手段にて検出された電流に対応する指令電圧を前記指令
   電圧記憶手段から求めて出力する指令電圧出力手段と、
   この指令電圧出力手段より出力された指令電圧に基づい
   て前記モータを制御するモータ制御手段とを備えたこと
   を特徴とする動力舵取装置の制御装置。
2. 【請求項２】 前記モータ制御手段に、前記指令電圧の
   前回の値と今回の値を比較し、この比較の結果、今回の
   指令電圧の値が小さい場合には前回の指令電圧の値を所
   定時間維持したのちに今回の指令電圧を出力させる指令
   電圧維持手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の動力舵取装置の制御装置。