JP2005535498A - 自動車および自動車用のステアリング装置およびステアリング方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車、自動車用のステアリング装置および方法である。このステアリング装置は、自動車のばね懸架取付けされる部材に固定されることを意図されるキングピンと、キングピンに連結される突出軸と、からなる自動車用ステアリング装置であって、前記突出軸に固定される少なくとも１つの動力装置を備え、前記動力装置は、前記キングピンにトルクを伝達する。

Description

本発明は、自動車用のステアリング装置と自動車用のステアリング方法とに関する。

近代の自動車は、剛直な前車軸上に懸架される前輪を有しており、車輪は各々の突出軸に取り付けられる。突出軸における上側および下側軸受点で支持されるキングピンによって、突出軸が前車軸に連結される。前車軸は２つのばね組立部品によって、自動車のフレーム／シャーシに固定される。自動車のステアリングのために、突出軸には、ステアリングリンク機構と、ステアリング角をステアリングホイールからステアリングリンク機構に、以って車輪に伝達するステアリング歯車装置とによって互いに接続されるステアリングアームが設けられる。

特に大型車両に関する法的要件は、ステアリング装置のさまざまなパラメータに適用される。たとえば、ステアリング歯車装置およびステアリングホイールは、たとえ動力補助ステアリング装置が故障していても、ステアリングホイールに作用するトルクが車輪を回転させうるように設計されなければならない。

このような従来式ステアリング装置は、数多くの欠点を有する。第１に、前記装置は重い。ステアリングコラムとステアリング歯車装置と１つまたは２つのパワーステアリング装置等とからなる完全なステアリング装置は、数百キログラムの重さを有しうる。第２に、ステアリング装置と車輪との角度を相対的に整合させるために、複雑な車輪調節が必要とされる。第３に、従来式パワーステアリング機能は、エネルギーを不必要に浪費する。第４に、異なる軸距および車輪の取付けを有する自動車には、異なるアッカーマンステア角が必要であり、そのために、全ての種類の自動車用に数多くの異なる部品が必要になる。第５に、ステアリングアームは、車輪の最大角度を制限し、その結果として、回転円半径が制限される。第６に、２つの前軸および／または多重操向軸を有する自動車は、極度に複雑になる。

したがって、本発明の目的は、軽量かつ柔軟かつ取付け容易な自動車用ステアリング装置とともに、自動車用のステアリング方法において、最大限の柔軟性をもたらすステアリング装置が得られる方法を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、前記ステアリング装置に関しては、請求項１の主要部に記載の解決策により、前記方法に関しては、請求項１１に記載の特徴により達成される。特許請求の範囲のその他の請求項には、本発明にしたがった好適な開発形態および軸受装置のさらに他の開発形態が含まれる。

自動車のばね懸架取付けされる部材に固定されることを意図されるキングピンに連結される突出軸と、キングピンに連結される突出軸と、からなる自動車用ステアリング装置であって、本発明の前記目的は、ステアリング装置が、前記突出軸に固定される動力装置を備え、前記動力装置が前記キングピンにトルクを伝達するという点において達成される。

本発明にしたがった方法は、別々の突出軸に取り付けられる少なくとも２つの各動力装置を用いて各々の突出軸が自動車に取り付けられるそれぞれのキングピンに対して回転せしめられるという点において前記目的を達成する。

本発明にしたがったステアリング装置の第１の実施例は、各車輪が独立してステアリングおよび制御される自動車用ステアリング装置である。このことの効果は、前記ステアリング装置を自動車の部類が異なる自動車に容易に適用できることにある。加えて、本発明にしたがったステアリング装置は、自動車の前輪の独立懸架を可能にし、このことによりエンジンをより下方に配置することが可能になる。

本発明にしたがったステアリング装置の好適な第１の開発形態において、ステアリング装置は、動力装置からの動力をキングピンに伝達する手段を含む。このことの効果は、動力装置をステアリング装置の要件に適合させることができるように、動力装置により加えられるトルクを適合させうるところにある。

本発明にしたがったステアリング装置の好適な第２の開発形態において、動力装置は、電気制御されうる。このことの効果は、動力装置が、自動車の電子装置を介して制御されうるところにある。このため、前記ステアリング装置を自動車の部類が異なる自動車に容易に適用できること、たとえば前記ステアリング装置を、たとえば異なる運転状況に合わせることが容易になる。

本発明にしたがったステアリング装置の好適な第３の開発形態において、ステアリング装置は、車輪の角度に関する情報を提供するセンサを含む。このことの目的は、車輪の角度を自動的に監視および調節可能にすることにある。

本発明にしたがったステアリング装置の好適な第４の開発形態において、ステアリング装置は、突出軸に作用するトルクに関する情報を提供するセンサを含む。このことの目的は、車輪の角度を自動的に監視および調節可能にすることにある。

本発明にしたがった自動車のステアリング方法は、各々の突出軸が、別々の突出軸に取り付けられる少なくとも２つの各動力装置によって、それぞれのキングピンに対して回転せしめられるステップを含む。この方法の効果は、自動車のステアリング装置を自動車の部類が異なる自動車および異なる運転状況に適合させることが容易になるところにある。

本発明にしたがった方法の好適な第１の開発形態において、前記動力装置を制御する制御信号は、各動力装置用の別個の信号である。このことの効果は、ステアリングパラメータを自動車の部類が異なる自動車および異なる運転状況に容易に適合させうるところにある。

本発明にしたがった方法の好適な第２の開発形態において、前記動力装置を制御する制御信号は、自動車速度の関数である。このことの効果は、異なるステアリングパラメータを自動車の速度に合わせることができるところにある。

以下に説明される本発明の実施例の実施形態とそれらの開発形態とは、単なる実施例とみなされなければならず、いかなる形でも特許請求の範囲を制限するものではない。本明細書に記載の実施例の実施形態において、異なる図面に示される同じ参照符号は、同じ種類の構成部材に関連する。したがって、各構成部材を全ての実施例の実例において詳細に説明することはしない。

図１に示される自動車用ステアリング装置１は、キングピン３に連結される突出軸２からなる。この連結式の取付けは、たとえば円錐ころ軸受等の上側軸受１０と、滑り軸受等の下側軸受１１とを有する、当業者に周知の設計である。上側軸受１０は、突出軸の上側支持部１３に取り付けられ、下側軸受１１は、突出軸の下側支持部１４に取り付けられる。キングピン３は、当業者にはよく知られている態様で車軸部材４（図２参照）に取り付けられる。前記ステアリング装置は、さらにまた、ここではモータの形態をとる動力装置５が設けられ、突出軸２に取り付けられている。このモータ５とキングピン３とは、さらにまた、ここでは２つの歯付き部分６、７を有するものとして示され、動力伝達装置を構成する。

図２において、略図の形態で、車軸部材４に取り付けられる２つの各ステアリング装置１が示されている。これらの車軸部材４は、車軸部材４が当業者にはよく知られている態様で自動車にばね懸架取付けされるトラックの前側の一部分を形成する。車軸部材４は、堅い前車軸懸架装置、または、ここに示されるような独立車輪懸架装置のいずれであってもよい。

モータ５は、ボルト８からなるボルト接続部等の適切な機械接続部により突出軸２に取り付けられる。本実施例において、モータ５は、このモータが機械的安定性が得られる態様に取り付けることができるように改良された突出軸の下側支持部１４に取り付けられている。モータは、特に、利用可能な空間によって、突出軸の上側または下側支持部に取り付けられうる。キングピンは上側支持部に締結されることが多いため、前記モータを突出軸の下側支持部に取り付けることが好適である。それが必要とされる場合は、モータを各支持部に取り付けることも可能である。

モータ５は、点検整備または交換のために突出軸２から都合よく取り外すことができる。突出軸２に対するモータ５の当接面に何らかの形態のシール９が設けられており、そのため好適な点として、水分やほこり等がモータ内およびモータとキングピンとの間の動力伝達装置内に入り込むことができないようになっている。

動力は、モータ５とキングピン３との間において、何らかの種類の歯付き歯車装置、たとえば２つの歯付き部分６、７によって適切に伝達される。この歯付き部分６は、たとえばスプラインによってキングピン３に回転的に固定され、歯付き部分７は、たとえばスプラインによってモータ５の軸に回転的に固定される。突出軸２がキングピン３に対して回転しうる角度が制限されるため（たとえば最大＋／−４０度）、キングピン３は、この角度に対応する歯付き部分６を備えうる。

これらの２つの歯付き部分６、７間における比、すなわち前記動力伝達装置のギヤ比は、特にモータの最大トルクとステアリング装置が車輪を回転させうるために必要とする最大トルクとによって判断される。本実施例においては、これらの２つの歯付き部分６、７間における比は、ギヤ比が約４：１となるような比である。適切なギヤ比は、１：１〜２０：１の範囲内である。これは、モータ５が車輪の全旋回移動時に多数回にわたって回転して、歯付き部分７が全周歯車の形態をとるようになることを意味する。したがって、モータ５の設計および寸法、たとえば歯車装置がモータ５に内蔵されるか否かによって、モータ５もまた、キングピン３に直接作用するか、またはいかなる追加の動力伝達装置も用いずに前記キングピンと一体化することもできる。たとえば、モータ５の軸を、キングピン３の凹部に嵌合することもできる。

モータ５は、流体圧（油圧）モータであることが好適であるが、何らかの形態の電動モータ等のその他の種類のモータも実施可能である。流体圧モータの効果は、小型構造であることと、重量に対して良好な出力を有することと、制御しやすいこととにある。モータ５は、動力伝達歯車装置と一緒になって、関連した法的要件を満たすように設計される。モータへの動力およびあらゆる制御信号は、当業者によく知られている態様で可撓性接続部１２を介して、すなわち流体圧（油圧）ホースおよび／または導線を介して供給される。

前記モータは、流体圧（油圧）的に制御可能とされうる。このことは、自動車の両側の２つのモータを流体圧（油圧）制御出力部によりステアリング歯車装置に接続することを可能にする。このことは、ステアリングホイールの角度が、ステアリング歯車装置を介してモータに直接伝達され、さらに前記モータが車輪を操向することを意味する。
この場合は、ステアリング歯車装置または動力伝達装置のいずれかが、ステアリング角を車輪の旋回移動の関数として調節する手段を含みうる。

図示された実施例において、モータは、電気的に制御される設計になっている。このことは、自動車のステアリング装置を完全自動式として、以って非常に小型かつ柔軟なものにしうることを意味する。もはや、ステアリング歯車装置および連続的なステアリングコラムは皆無となり、このことによって自動車が軽量化される。

モータが電気的に制御される場合は、ステアリング装置は、車輪の角度を検出するセンサを含むことが好適である。このセンサは、キングピンに適切に内蔵され、たとえばモータ軸上において、たとえば円錐軸受または動力伝達装置に組み込まれる。前記センサは、アナログセンサまたはパルス発生器のいずれであってもよく、さらにまた絶対的でもよいし相対的であってもよい。前記センサは、抵抗、光学または磁気の原理またはこれらを組み合わせたものに基づいて動作しうる。絶対センサは、製造時において、センサ出力信号が車輪の角度に対応するように調整される。パルス発生器は、たとえば特定の角度変化に対応する多数のパルスを発する。したがって、パルス発生器を用いる場合は、自動車の制御装置は、製造時において、車輪が周知の位置にあるときに該制御装置がパルスの計数を開始するように調整されなければならない。

したがって、前記ステアリング装置は、角度情報を提供するセンサと、たとえば車輪が真っ直ぐ前方を向いているときに車輪の所定の調整位置を指示するセンサとの両方を有することが好適である。このことは、角度情報を提供するセンサが、車輪が所定の調整位置に配置される度毎に点検されうることを意味する。このセンサは、製造時に設定されるか、または再調節されなくてもよいようにキングピンに内蔵されうる。このことは、適切に選択された許容差とセンサとを用いることによって、自動車における車輪の角度が生産時に機械的に調節されなくてもよくなることを意味する。

第２の好適な実施例において、ステアリング装置は、車輪に作用する横方向の力を検出するセンサを備える。このセンサは、突出軸に適切に取り付けられる。このセンサを用いて、車輪の互いに対する角度、いわゆるトーインを調節することができる。一般に、自動車における前輪は、いくらか内方に角度をなしており、すなわち車輪は、たとえば１．５ｍｍ／ｍのトーインを有する。このことにより、低速時において自動車を操作することがより容易になる。このことは、さらにまた、車輪が駆動されているときに、力が車輪に作用することを意味する。この力が、前記センサによって測定される。より高い速度、たとえば４０ｋｍ／時を超える速度においては、トーインを完全に補償することが好適である。これは、ステアリング装置が車輪をいくらか引き離す方向に回転させて、車輪に作用する横方向の力がゼロになるようにすること、すなわち車輪が真っ直ぐ前方を向くようにすることにおいて達成されうる。このことのひとつの効果は、タイヤの摩耗が減少するところにある。

第３の好適な実施例において、トーインおよび車輪角度の設定または調整は、さらにまた、自動的に行なわれうる。これは、ある一定の速度時、たとえば幹線道路走行時に車輪に作用する横方向の力を測定することによって行なわれる。車輪が調節されて、いかなる力も該車輪に作用しないようになっている場合、このことは、車輪が真っ直ぐ前方を向いていることを意味する。このため、この車輪位置が、車輪が真っ直ぐ前方を向いている調整位置として用いられうる。その後、この位置から、車輪の角度が所望の値に調節されうる。

第３の好適な実施例において、本発明にしたがったステアリング装置は、ステアリング角およびホイールロックを容易に外部パラメータに合わせて調節することを可能にする。このため、たとえば高速時において、ある一定のステアリング車輪角が、より小さい車輪旋回移動、いわゆるプログレッシブ・ステアリングをもたらしうる。同時に、自動車が静止状態にあるとき、または操作時において、ステアリングを非常に軽くすることができる。さらにまた、車輪の旋回移動を独立的に調節することが可能になる。自動車のコーナリング時には、車輪は様々な車輪角度を有さなければならず、この機能はアッカーマンステアリングとして知られている。自動車に最適なアッカーマンステア角は、特に自動車の軸距によって決まる。したがってある種類の自動車に関して、アッカーマンステア角は、遭遇する異なる軸距と車輪構成とに合わせて調節されなければならない。したがって、各自動車に最適なアッカーマンステア角を提供するためには、数多くの様々な部材が必要とされる。さらにまた、自動車製造元は、車輪構成または軸距にかかわりなく、ひとつのアッカーマンステア角を全ての自動車に関して用いうる。このことは、車輪の互いに対する角度が、自動車のコーナリング時において最適ではないことを意味する。本発明に従ったステアリング装置を用いると、アッカーマンステア角を全ての様々な自動車に最適な条件に合わせて容易に調節することができる。

本発明にしたがったステアリング装置のさらにまた他の効果は、自動車の最大車輪旋回移動を増大させうるところにある。これは、ひとつには本発明に従ったステアリング装置が従来のステアリング装置より小型であるため、またひとつには最大車輪旋回移動が異なる様々な自動車に関して最適化されうるためである。最大車輪旋回移動は、自動車に固有のデータセットに記憶され、このデータセットにおいて、その自動車にのみ設けられる装置にしたがって車輪旋回移動が調節されうる。このことは、異なる様々な自動車において、車輪旋回移動が、タイヤの大きさ、懸架装置、軸距等の関数として、車輪を自動車のいかなる部分にも衝突させることなしに最大化されうることを意味する。このことは、各自動車が、可能な最大限の車輪旋回移動、すなわち可能な最小限の回転円半径を有することを意味する。

本発明にしたがったステアリング装置の第４の好適な実施例において、ステアリング装置は、たとえば２つのモータの形態をとる２つの動力装置を備える。このことは、いくつかの点において好適でありうる。第１に、２つのより小さいモータは、１つのより大きいモータより収容が容易でありうる。第２に、ステアリング装置において、一方のモータが故障した場合でも、ある一定の冗長性が得られる。さらにまた、２つのモータは、互いに補強し合うように制御され得、すなわち動力伝達装置におけるあらゆる遊びが補償されうる。これらのモータを突出軸の一方の支持部に取り付けること、または１つのモータを各々の支持部に取り付けることができる。

図１に、キングピン３およびモータ５の長手軸が平行をなす実施例が示されている。このことにより、モータとキングピンとの間における動力伝達装置の設計が容易になる。特に空間の点から、モータの設計によって、モータをキングピンに対してある一定の角度に取り付けることが好適でありうる。動力伝達装置は、この角度に合わせて適合せしめられる。

第５の好適な実施例において、ステアリング装置は、図２に示されるように、独立ばね懸架アームに取り付けられる。本発明にしたがったステアリング装置を独立前輪懸架装置と組み合わせると、２つの車輪間における固定接続部（剛直な前車軸およびステアリングリンク機構の形態をとる）が不要になるため、特に好適である。このことは、ステアリング装置および車輪懸架装置に関係なく、エンジンを垂直方向に配置しうることを意味する。これにより、エンジンをより下方に配置することが可能になる。さらにまた、独立ばね懸架アームは、より多くの操向軸が必要とされる自動車において、ステアリング装置をいかなる場所にも容易に取付け可能にする。

本発明にしたがったステアリング装置の効果は、２つの前操向軸を有する自動車において、より一層明らかになる。前二軸操向は、一般に、ステアリングリンク機構およびその他のステアリング装置構成部材を収容する空間を確保する上で大きな問題が生じる。本発明にしたがったステアリング装置を用いると、同じ構成部材が第２の操向軸にも用いられうる。各モータが独立して制御されるため、ステアリング装置を各車軸の異なる車輪旋回移動に合わせて調節することが容易になる。当該の自動車構成に見合う適正なデータセットが生産時にダウンロードされる。これにより、ステアリング旋回移動を機械的に調節するという問題が解消される。ある一定の自動車構成の組み合わせによる異なる特別な実施形態を省く。

本発明にしたがったステアリング装置のさらにまた他の効果は、自動車が後操向軸を備える場合に得られる。このような後操向軸もまた、剛直な後車軸のいずれかの側部または２つの独立車輪懸架装置上のいずれかに取り付けられる本発明にしたがったステアリング装置を有して設計されうる。大型バスおよび連接バスの場合でも、本発明にしたがったステアリング装置を用いることにより、アクセシビリティが大幅に向上されうる。

本発明にしたがったステアリング装置の第２の開発形態において、自動車に連結されうるトレーラーにステアリング装置を用いることも可能である。これは、狭い車道を通り抜けること、または頻繁に操作されることが必要である大型トレーラーとを組み合せたものにおいて好適でありうる。各車輪を別々に操向する機能は、たとえば後退することを大幅に容易にする。たとえば、ステアリングホイール旋回移動が所定の値を超えるとき、並びに速度が低いときに自動車を後退させようとすると、大型トレーラーユニットは、操作時に「クラブ（斜め）」、すなわち側方（斜め向き）に移動する。

本発明にしたがった自動車のステアリング方法の実施形態の第１の実施例において、自動車は、別々のキングピン上において連結される２つの各突出軸を含む。各キングピンは、自動車上においてばね懸架取付けされる剛直な前車軸等の部材に固定されるか、または別々のばね懸架取付けされる部材、たとえば独立車輪懸架装置に固定される。たとえばモータの形態をとる動力装置は、それぞれの突出軸に取り付けられる。このモータを適切に制御することにより、各突出軸は、各キングピンに対して回転せしめられうる。モータは、流体圧（油圧）モータまたは電動モータとされうる。

各動力装置は、自動車に設けられる電子制御装置からの制御信号によって電気的に好適に制御される。各動力装置に独立した制御信号を供給することにより、自動車は、容易に操向され得、特に車輪旋回移動と車輪角度とを各動力装置に関して独立して調節することと、これらを異なる運転状況に合わせて調節することとが可能になる。たとえば、制御信号は、たとえば車輪旋回移動に対するステアリングホイール角が自動車の速度に合わせて調節されうるように、自動車速度の関数とされうる。

動力装置を流体圧（油圧）によって、たとえばステアリング歯車装置から制御することも可能である。

本発明は、前述した例証的な実施例に制限されると見なされてはならず、数多くのさらに他の変形態様および改変が、添付の特許請求の範囲内において実施可能である。例えば、このステアリング装置は、独立的な車輪操向が好適であるが、その他の種類の自動車にも使用することができる。

本発明にしたがったステアリング装置の図である。 トラックの前部に取り付けられる本発明にしたがったステアリング装置の略図である。

Claims (14)

1. 自動車のばね懸架取付けされる部材（４）に固定されることを意図されるキングピン（３）と、キングピン（３）に連結される突出軸（２）と、からなる自動車用ステアリング装置（１）であって、
   前記突出軸（２）に固定される少なくとも１つの動力装置（５）を備え、前記動力装置（５）は、前記キングピン（３）にトルクを伝達することを特徴とするステアリング装置。
2. 前記ステアリング装置（１）が、さらにまた、前記動力装置（５）から前記キングピン（３）にトルクを伝達する手段（６、７）を備えることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記動力装置（５）から前記キングピン（３）に動力を伝達する前記手段（６、７）が、さらにまた、前記動力装置（５）のトルクを連動させることを特徴とする請求項１または２に記載のステアリング装置。
4. 前記手段（６、７）が、歯付き歯車装置からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のステアリング装置。
5. 少なくとも１つの前記動力装置（５）が、流体圧または電動モータであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のステアリング装置。
6. 少なくとも１つの前記動力装置（５）が、電気的に制御可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のステアリング装置。
7. 少なくとも１つの前記動力装置（５）が、前記動力装置（５）の長手軸と、前記キングピン（３）の長手軸とが平行にならないように配置されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のステアリング装置。
8. 前記ステアリング装置が、前記突出軸（２）と前記キングピン（３）との間における角度の違いに関する情報を提供するセンサを備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のステアリング装置。
9. 前記ステアリング装置が、前記突出軸（２）に作用するトルクに関する情報を提供するセンサを備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のステアリング装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載のステアリング装置を少なくとも２つ備える自動車。
11. 自動車のばね懸架取付けされる１つ以上の軸部材に固定されることを意図されるキングピンと、別々のキングピン（３）に各々連結される少なくとも２つの突出軸（２）と、からなる自動車のステアリング方法であって：
    各々の突出軸が、別々の突出軸に取り付けられる少なくとも２つの各動力装置によって、それぞれの前記キングピンに対して回転せしめられるステップを含むステアリング方法。
12. 各々の動力装置が、制御信号により電気的に制御されるステップを含む請求項１１に記載のステアリング方法。
13. 独立した制御信号が、各々の動力装置に供給されるステップを含む請求項１１または１２に記載のステアリング方法。
14. 前記制御信号が、自動車の速度の関数であるステップを含む請求項１１ないし１３のいずれかに記載のステアリング方法。
    
    

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