JP2003515499A - 高効率の管状電気かじ取り補助配置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、ラック配置（１）に対し同軸で配置された駆動ユニットを備える、自動車用かじ取り補助に関するものである。このかじ取り補助は、管状電気モータ（９，１０，１２）のボール循環式ねじスピンドル伝動装置との組み合わせからなり、ボールねじ伝動装置のボールナット（７）が、外部回転子として形成される回転子（９）と同時に載置されることにより、わずかな部材で極めてコンパクトかつ経済的なかじ取り補助配置が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

この発明は、請求項１のプリアンブルによる自動車用かじ取り補助配置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来のサーボかじ取りシステムは例えば液圧を用いて以下のように操作される
。すなわち、操縦ハンドルによって生じた操縦トルクがかじ取りシャフトにおい
て測定され、液圧装置を介して制御されるピストンが、連接棒の一部である、か
じ取りシステムの横向きのラックに作用する。こうして、ハンドルの振幅にした
がって動力が補強される。そのような電気液圧システムには、車両がそれ自体ご
くわずかなサーボ補助しか必要としない高速であっても、最大の液圧出力が生じ
、車両停止の際には動力補助が急激に降下し、最大のかじ取り力が必要となり得
る、という欠点がある。

【０００３】 したがって、直接ラックを電気モータで駆動するかじ取り補助配置の実現が既
に試みられてきた。そのようなシステムは、必要に応じてのみ電気モータが起動
するので、場所とエネルギーを節減できる。電気モータ操作のかじ取り補助配置
では補助力を適切な時点で、例えば停止しつつある車両ではそれに応じてより強
い補助力を提供できるであろう。

【０００４】 米国特許第５，７１１，３９６号によって例えば、かじ取りシステムのラック
に直接作用する電気モータ操作によるサーボ駆動装置が知られるようになった。
十分な強さの動力を提供できるように、相応に強固な電気モータが設けられるが
、これが十分な大きさの操作力を出すには、相応に強力な補助が必要である。前
述の特許では、電気モータがラックないし連接棒の側部に配置されて、ラック軸
と同心で配置され減速ギアとして働くボールスピンドル伝動装置を駆動する。こ
の配置の欠点は、モータと伝動配置の構造が複雑であり、比較的多くの取付け空
間を必要とする点である。さらに、効率が特に高くはない。取付け空間を節減す
るためにまた、例えばＧＢ ２ ２８４ ７９０から周知となったように、循環
ボールスピンドル伝動装置が電気モータと共にラック軸に同軸で配置する試みが
なされた。ＥＰ ０ １０１ ５７９では、もう一つの同軸配置が開示された。
今日までに知られている配置は、特にボールナットやモータ回転子のベアリング
領域の、建造コストが比較的高いという欠点を有する。また従来の電動サーボか
じ取り配置は効率に制約があるため使用領域が限定されるが、これはまたそれら
の配置では、電気モータが高い給電出力を必要とするからでもある。自動車で使
用される車内回路網の電力は限られている。さらに、これまでのかじ取り補助は
全くコンパクトではなかったので、小さな自動車での使用は同様に限界があるか
、あるいは使用が非経済的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】

この発明の課題は、上述の現行技術の欠点を除去することである。特に、構造
が極めてコンパクトであり、運転者が反射的にハンドル操作を行うと、優れた動
力学で迅速に対応でき、高効率で作動し、連接棒ないしラックに直接作用する大
きな操作力を出すことができ、さらに経済的に製造可能な、かじ取り配置のため
の電気かじ取り補助を実現することが、その課題である。この配置は特にコンパ
クトであるべきで、管形状で、連接棒の軸と同軸で配置可能であるべきである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この発明によるとこの課題は、請求項１の特徴を備える配置によって解決する
。従属項は、その他の有利な実施形態を明記する。

【０００７】 この発明によるとこの課題は、連接棒の軸と同軸で配置された電気モータがそ
の回転子によって、回転運動―並進運動変換器を駆動することで、解決する。こ
の回転―並進変換器は、連接棒の部分領域に配置されるねじ片にそれ自体が係合
するボールねじナットからなる。旋回可能なナットないし回転子は、ベアリング
一つだけで旋回載置されて配置され、ベアリングは車両のシャーシに対し固定支
持されるため、ナットが回ると連接棒が軸方向に変位され、したがって相応の力
が連接棒に働く。ナットと連接棒は、伝動歯車装置のように働く。この配置の利
点は、モータの回転子が回転―並進変換器のボールねじナットに直接連結され、
ベアリングが一つしか必要でない点である。

【０００８】 回転―並進変換器としては、既に周知の循環ボールスピンドル伝動装置ないし
ボール循環スピンドル伝動装置が特に適している。そのような配置では、ナット
とねじ棒のねじ山間隔との間を転がるボールが、例えば循環式の管を通って本来
の位置に戻される。ボール循環式ねじ伝動装置に特に適した配置は、例えばスイ
ス ＣＨ−８２４５、Ｆｅｕｅｒｔｈａｌｅｎの会社であるＡｍｓｌｅｒ ＆
Ｃｏ ＡＧによって、「Ｓｔａｒ」の規格表示で、ボールねじ伝動装置という名
で製造されている。この実施形態により、極めてコンパクトで精確な、高効率の
変換器配置が獲得可能である。鐘のような回転子を備えた特殊な電気整流モータ
を用いることにより特に、ボールねじナットを鐘状の回転子とともに載置するの
にベアリング一つで済ませることが可能となる。ラック軸ないし連接棒の軸と同
軸で配置される電気モータは、固定子のコイルが連接棒の軸を同軸で包囲し、さ
らに好ましくは回転子が旋回載置されて管のように固定子を包囲するように、形
成される。回転子は希土類型の永久磁石を担い、鐘状の回転子として形成され、
その片側はボールねじナットと共に載置される。そのような配置によって、コン
パクトな形態であっても高い効率が達成可能である。

【０００９】 回転―並進変換器およびモータの動力変速比は、好ましくはわずかな反応時間
で９ｋＮを超える値に至る、高い操作力を出すことが可能なように設計されるが
、これは特に運転操作の安全性にとり重要である。モータは、所望の要件に応じ
て電気出力段階を介して周波数制御されるが、その際の制御周波数は好ましくは
人間の聴力の領域を超えるものである。出力段階は制御ユニットによって操作さ
れるが、このユニットは、かじ取りの際にラックに対して生じかじ取りシャフト
において測定されるトルクを実際値信号として処理する。そのため、かじ取り伝
動装置とかじ取りシャフトとの間に例えばねじり棒が配置され、動力が作用した
際のねじり棒のひずみが測定される。制御装置は、様々な操作様態において所望
の制御特性を生じ得るように、相応の特性ないし伝動機能を備え得るのが有利で
ある。例えば、速度および重量に依存する制御力様態が考慮され、補整され得る
。さらに、ハンドル解除の際、前輪の戻り運動が補強され、かつ／または例えば
カルダンの欠陥によるかじ取りジョイントの非均一性が補整され、かつ／または
かじ取り装置の回転振動が能動的に軽減され得るのが、有利である。電気制御モ
ータはさらに、固定した基準値によって、あるいはセンサを介した効果の測定お
よびプログラムされた調整システムへの集約により、例えばモータ出力が補整を
受けながら調整されることにより、例えば残存するわずかな振動や、あるいはま
た製造公差のようなモータの特定の負の特性を補整することができる。制御装置
はプログラム可能な制御装置として、すなわちソフトウェアあるいはまた定着保
存されたプログラムを介して規定可能な、例えばマイクロプロセッサシステムと
して形成されるのが有利である。この発明のモータ変換器配置によると、コンパ
クトな構造で、車内回路網に過負荷をかけない高い操作力を伴う、優れた全体効
率が達成可能である。以下においては概略図を例に、この説明のより詳細な説明
がなされる。

【００１０】

【発明の実施の形態】

図面には、軸方向に変位するラック配置１と同軸配置された電気モータ駆動ユ
ニットとを備える、この発明によるかじ取り補助配置の断面が概略的に示される
。ラック配置１は周知の方法で以下のように自動車内に配置される。すなわち、
かじ取り可能な車輪にその両端部が、例えばいわゆるタイロッドを介して連結さ
れる。タイロッドは操縦されてあちこち移動することにより、回転載置された車
輪と共に向きが変わり得るが、車輪はそれに応じた制御旋回角をとる。ラック配
置１は第一のセグメント２を有し、そのバーの部分領域には、小歯車６と係合し
ている歯車５が配置され、小歯車６は操縦の際、かじ取りシャフトを介してハン
ドルによって駆動される。このバーの、歯車５を備えた第一の部分領域２は小歯
車６と共に、ハウジング２０に格納されたかじ取り伝動装置２０を形成する。旋
回の際には、小歯車６とハンドルとの間で動力が作用し、これが測定手段によっ
て検知され、その結果得られる信号が分析されて、制御配置ないし制御系配置を
介してモータ駆動装置に導かれ、駆動装置が再び動力をラック配置１に連結する
ことにより、より容易な操縦が可能となる。

【００１１】 バーの第一部分領域２は、ラック部分領域２を第二の部分領域４と接続する中
間部材３を介して継続するが、このラックの部分領域４はボールスピンドルとし
て形成され、駆動装置の一部をなす。第一のバー部材２および第二のバー部材４
の外側端部は、車両に組み込まれた状態で、旋回可能な車輪と作用接続されてい
る。バーの第二部材ないしボールスピンドルには、同軸で回転するボールナット
７が配置されるが、これはバー軸の周りを旋回可能なようにベアリング配置８に
よって載置されるので、ナット７は取り付け位置に対して軸方向に、したがって
シャーシに対し、ラック配置１に向かう軸方向において固定される。したがって
ボールナット７が旋回すると、半径方向の力および軸方向の力が最短距離で受容
され、ベアリングとモータとを囲むハウジング１８内に吸収される。こうしてボ
ールナット７が旋回すると、ボールスピンドル４が、したがってラック配置１が
長手方向に変位する。ベアリング配置８は高負荷を受容可能なボールベアリング
、例えば二列式の斜向ボールベアリングや、あるいはまた四点ボールベアリング
、ローラボールベアリングや溝付きボールベアリングからなるのが有利である。

【００１２】 電気モータは電気整流モータとして形成され、固定子１０を有するが、この固
定子１０は電気コイルとして形成され、かつボールナット７の直ぐ隣に固定配置
されてラック配置１を同軸で囲む。この固定子コイル１０は例えば、管形状でラ
ック配置を囲むハウジング部材１８上に配置され、同時に保護管ないし、かじ取
り伝動ハウジング２０とモータ変換器ハウジング１８との間の接続管としての働
きを担い得る。固定子コイル１０は、既に述べられたように、電気制御ユニット
ないし調整ユニットによって給電される。電気モータの回転子９は管状または鐘
状の外部回転子として形成されるのが有利であり、直接ボールナット７と共にベ
アリング配置８を介して載置される。回転子９は、希土類磁石型の、好ましくは
コバルト―サマリウムまたはネオジム型の高エネルギ生産物による永久磁石を担
う。

【００１３】 回転子９と固定子１０との間には、２ｍｍに達しない有効空気間隙２１が設け
られるが、この空気間隙は、特に優れた効率を得るには、１．５ｍｍより小さい
のが好ましい。ここで空気間隙幅の公差は、十分に優れた等速特性を、したがっ
て十分に優れた制御様態を可能にするには、平均的空気間隙幅の基準に対し１０
％以下である。

【００１４】 ハウジング１８には、第二のバー部材４の端部側に対しはめ管１５が設けられ
るのが有利であり、このはめ管１５はボールスピンドル４を囲みながら同軸の開
口部１６を形成し、したがってモータ領域への空気流入開口部の形成を可能にす
る。このはめ管１５には例えばゴム製保護ベローが配置されるが、これはラック
配置１が行ったり来たりすると、一種の空気ポンプとして作用し、ベアリング配
置８の領域にある開口部ないし空所１７によって、空気が特にモータ空気間隙２
１を通り抜けるのを可能にする。これにより、効率的な配置冷却が低コストで行
われる。

【００１５】 ラック配置１の中間部材３を囲む接続管部材１９は、その内部管表面がすべり
面として形成されるのが有利であり、ラック配置１が行き来すると、中間部材３
に配置された支持エレメント１１がそれに沿って滑らされる。この支持部１１は
、ともすればボールねじスピンドル変換器内での一種の挟み込みによって効率が
悪化しかねないボールスピンドルバー部材４の傾倒を防ぐ。支持部１１の滑走面
領域には、適切な合成樹脂や相応な滑走ブッシュ等のすべり材料が設けられるの
が有利である。しかしながらまた支持部１１には、内部管１９に固定装着された
支持エレメント１１ａが設けられ得、その際には中間部材３にすべり面が形成さ
れる。前記二種類の支持部材を組み合わせることもまた可能である。

【００１６】 ハウジング１８と接続されたはめ管１５には、シャーシに対するかじ取り補助
配置の固定装置が、例えばゴム製リング緩衝配置１３や支持柄によって提供され
る。

【００１７】 この配置は高効率でありながら、わずかな部材で極めてコンパクトかつ経済的
に実現可能である。この発明の実施形態によると、長さｌが１４０ｍｍに至らず
、直径ｄが１２０ｍｍに達しないコンパクトな寸法のモータ変換器が容易に実現
可能である。この寸法でのスピンドル行程は約２×７０ｍｍ、すなわち全体で１
４０ｍｍが実現可能であり、その際のスピンドルの直径は、ねじスピンドルピッ
チが５から１０ｍｍで、約２４ｍｍである。スピンドルの軸方向の力はここでは
、モータの回転速度が最大８００°／ｓ、かつ電気モータのトルクが１０Ｎｍま
でで、少なくとも９０００Ｎに達する。

【００１８】 この発明によるかじ取り補助配置は基本的にはごくわずかの構造部材、すなわ
ち固定子１０、磁石１２を備えた回転子９、ベアリング配置８、カバー付きハウ
ジング１８、ボールナット７およびボールスピンドル部材４ないしラック配置１
等からなる。これらの構造部材が高度に統合されているため、上述のようにモー
タ変換器配置の大きさが極めて小さいだけでなく、かじ取り伝動ハウジングの一
端からバー配置１の他方の端部に至るラック配置１の全長ｇもまた短く、例えば
６５０ｍｍである。さらに、構造部材の数がわずかであるため公差鎖が大変短く
、このため妥当なコストで精確な製造が可能であり、この配置の高い効率が維持
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるかじ取り補助配置の概略横断面図である。

【図２】 モータ変換器配置の、図１の配置を拡大した概略横断面図である
。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年１１月１２日（２００１．１１．１２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バットログ，シュテファン オーストリア、アー−6771 ザンクト・ア ントン・イム・モンタフォン、ハウスヌー メル・166 Ｆターム(参考） 3D033 CA02 CA04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 かじ取り可能な自動車の車輪をハンドル旋回の際に転向する
   ためのかじ取り補助配置であって、 車輪の転向運動を引起すために移動可能なラック配置（１）を含み、前記バー配
   置（１）は、歯車（５）を備える第一のバー部分領域（２）と、中間領域（３）
   と、さらにボールスピンドル（４）として形成される第二のバー領域（４）との
   三つの部分領域を有し、さらに ハンドルによって旋回可能であり、かつ第一のバー部材（２）の歯車（５）と係
   合してかじ取り動力をラック配置に与える小歯車（６）を備える配置と、 ボールスピンドル（４）に係合し、ハウジング（１８）に対し旋回可能なように
   ベアリング配置（８）によって載置されるボールナット（７）と、 バー配置（１）に対して同軸で配置される固定子（１０）と回転子（９）とを備
   える電気モータ配置（９，１０，１２）とを含み、回転子（９）はボールナット
   （７）と作用接続される配置であって、 個々の主要ベアリング配置（８）が設けられ、かつ回転子（９）がナット（７）
   と共に旋回載置されることを特徴とする、配置。
2. 【請求項２】 回転子（９）が鐘形状であることを特徴とする、請求項１に
   記載の配置。
3. 【請求項３】 電気モータ配置（９，１０，１２）が電気整流モータ配置と
   して形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の配置。
4. 【請求項４】 固定子（１０）が、バー配置（１）に向き合う側に固定配置
   され、かつコイルとして形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれ
   かに記載の配置。
5. 【請求項５】 回転子（９）に、コバルト―サマリウムまたはネオジム磁石
   のような、特に希土類磁石型の、永久磁石（１２）が装備されることを特徴とす
   る、請求項１から４のいずれかに記載の配置。
6. 【請求項６】 回転子（９）と固定子（１０）との間に、２ｍｍ以下の、好
   ましくは１．５ｍｍ以下の空気間隙が設けられることを特徴とし、特に空気間隙
   の基準に対する空気間隙幅の公差が１０％以下である、請求項１から５のいずれ
   かに記載の配置。
7. 【請求項７】 中間部材（３）の領域に滑走可能な支持手段（１１，１１ａ
   ）が、中間部材（３）とガイド管部材（１９）との間に配置されて設けられるこ
   とを特徴とし、支持手段（１１，１１ａ）の好ましくは接触表面領域に、合成樹
   脂やすべり焼結材料のようなすべり材料が設けられる、請求項１から６のいずれ
   かに記載の配置。
8. 【請求項８】 ベアリング配置（８）の領域に、冷却空気が空気間隙（２１
   ）を通って通過するための、空気流通開口部（１６，１７）が設けられることを
   特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の配置。
9. 【請求項９】 ベアリング配置（８）がローラベアリングから、特に好まし
   くは二列に形成された斜向ボールベアリングのようなボールベアリングからなる
   ことを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の配置。
10. 【請求項１０】 ボールナット（７）が、循環ボールナットやボールねじ伝
    動装置のような、循環式ボールナットであることを特徴とする、請求項１から９
    のいずれかに記載の配置。
11. 【請求項１１】 ナットと（７）とベアリング配置（８）とを備えた電気モ
    ータ配置（９，１０，１２）の最大直径（ｄ）が１２０ｍｍであり、最大長さ（
    ｌ）が１４０ｍｍであることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載
    の配置。
12. 【請求項１２】 ハンドルが旋回した際のトルクを測定するための測定手段
    が設けられ、前記手段は、電気モータ配置（９，１０）を備えた制御装置および
    ／または調整装置と作用接続され、かつ好ましくは前記制御装置および／または
    調整装置が、あらかじめ設定可能な伝動特性を確定または後から制御するための
    プログラム制御を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載の
    配置。