JP2006508317A - スーパーインポーズドステアリングのための低振動及び低騒音のスーパーインポーズドギヤユニット - Google Patents

Abstract

少なくとも２つの歯車によって、運転者によって入力される操舵角に、必要な場合に更なる角度を累積することができるスーパーインポーズドステアリングのためのギヤユニット、特にスーパーインポーズドギヤユニットにおいて、低騒音を顧慮して設計されており、ギヤユニット機能標準時の動力伝達を担う少なくとも１つの第１の歯車がギヤユニット内に設けられており、ギヤユニット機能過負荷時の動力伝達を顧慮して設計されている少なくとも１つの第２の歯車がギヤユニット内に設けられている。

Description

本発明は、少なくとも２つの歯車によって、運転者によって入力される操舵角に、必要な場合に更なる角度を累積することができるスーパーインポーズドステアリングのためのギヤユニット、特にスーパーインポーズドギヤユニットに関する。

本発明の課題は、低騒音で遊びのない作動を保証するギヤユニットを提供することである。

この課題は、独立した特許請求項の特徴によって解決される。本発明の特殊な形成は、従属する下位の請求項に記載されている。

本発明によれば、低騒音を顧慮して設計されており、ギヤユニット機能標準時の動力伝達を担う少なくとも１つの第１の歯車がギヤユニット内に設けられていること、そして、ギヤユニット機能過負荷時の動力伝達を顧慮して設計されている少なくとも１つの第２の歯車がギヤユニット内に設けられていることが重要である。

この設計によって、異なった適用のための種々の要求への適合が、特に機械的な負荷能力が同時に比較的高い場合の低騒音の運転が、実現可能である。

本発明の意図において、概念「ギヤユニット」は広範であると理解すべきである。しかしながら好ましくは、この概念「ギヤユニット」とは、少なくとも１つの段を有する回転／回転−ギヤユニット又は相応の手段によって作用結合している少なくとも２つの回転／回転ギヤユニットを有するギヤユニット装置であると理解すべきである。

ギヤユニットがスーパーインポーズドステアリングのためのスーパーインポーズドギヤユニットであることが好ましい。スーパーインポーズドステアリングは、運転者によって入力された操舵角に必要な場合に更なる角度をアクチュエータによって累積することができることによって特徴付けられている。付加的な角度は、調整器によって限定され、車両の安定性及び敏捷さを向上させるために使用される。過渡電流を補償し、ステアリングホイール角に対するホイール操舵角の勾配を車両の走行速度の関数として実現するという可能性もある。液圧又は電気によるアクチュエータが使用される。

本発明によって、自動車において適用するために特に有利である機械的な負荷能力が十分である場合でも低騒音の運転を得ることができる。

本発明の形成においては、第１の歯車が、低振動及び／又は少ない遊びを顧慮して設計されている。

本発明によれば、ギヤユニット機能過負荷時は、標準的な運転方式（ギヤユニット機能標準時）にあるギヤユニットが超過しない一定のトルク限界値以上にある。

本発明によれば、第２の歯車は、第１の歯車が一定の弾性変形をした後に係合する。

この課題は、少なくとも１つの第１の歯車と第２の歯車がギヤユニット内に設けられており、第１及び第２の歯車が異なった物理特性を備えるギヤユニットによっても解決される。

この場合、ギヤユニットがスーパーインポーズドステアリングのためのスーパーインポーズドギヤユニットであることが好ましい。スーパーインポーズドステアリングは、運転者によって入力された操舵角に必要な場合に更なる角度をアクチュエータによって累積することができることによって特徴付けられている。付加的な角度は、調整器によって限定され、車両の安定性及び敏捷さを向上させるために使用される。過渡電流を補償し、ステアリングホイール角に対するホイール操舵角の勾配を車両の走行速度の関数として実現するという可能性もある。液圧又は電気によるアクチュエータが使用される。歯車の異なった物理特性によって、ギヤユニットは、良好にステアリングギヤユニットの要求に適合させることができる。特に、低騒音の運転を得ることができる。

本発明の形成においては、第２の歯車が、第１の歯車よりも硬い。

本発明によれば、第２の歯車は、第１の歯車よりも形状が安定している。

本発明によれば、同様に、第１及び第２の歯車は、異なった弾性率（ヤング率）を備える。

本発明によれば、第１及び第２の歯車は、少なくとも部分領域内で、異なった材料もしくは異なった材料の組み合わせから成る。

これは、全ての歯車を１つの材料から製造することができること、又は、しかしながら、形状一体的な接触をする表面が、異なった材料を備えることを意味する。弾性材料としては、常時柔軟な合成物質を使用することができる。この場合、第１の歯車は、少なくとも部分表面を弾性材料で覆うことができる。材料は、接着、吹付け、加硫又は他の表面コーティング方法によって塗布することができる。第１の歯車は、この場合、好ましくは金属材料から成る。

本発明の形成においては、異なった材料として、金属材料及び合成物質が使用される。

本発明においては、第１及び第２の歯車が、軸方向に相並んで配設されている。

本発明によれば、第１の歯車は、正の転位によって半径方向に第２の歯車から後退させられている。

これにより、標準的なトルク伝達の場合、第１の歯車は、別のギヤユニット構造部分の付属の歯部と接触する。第１の歯車の弾性変形の領域内で先ず、第２の歯車は、別のギヤユニット構造部分の付属の歯部に接触する。

本発明によれば、ギヤユニットは、ストレートギヤ又はヘリカルギヤを備える。しかしながら、ストレートギヤが特に好ましい。

本発明によれば、ギヤユニットは、回転／回転−ギヤユニット、好ましくはプラネタリギヤユニットである。原理では、プラネタリギヤユニットは、軸上にある、プラネタリセットの中心点にあるサンギヤから成り、このプラネタリセットは、このサンギヤと噛み合っており、中心のサンギヤの周りを回転するプラネタリギヤを備える。プラネタリギヤは、同時にその固有の軸を中心として回転する。これを、個々のプラネタリギヤを保持するプラネタリキャリヤが可能にする。ギヤもしくは軸及び／又はキャリヤの固定の配設によって、種々の作動可能性及びプラネタリギヤのギヤユニットのための作動可能性を実現することができる。プラネタリギヤユニットによって、有利に非常に小さな構造空間を実現することができる。製造も、比較的割安である。何故なら、理由として、いかなる半径方向の力も生じず、これにより、簡単な滑り軸受で十分であるからである。

本発明によれば、第１及び第２の歯車は、プラネタリギヤユニットにおけるプラネタリギヤである。

本発明の形成においては、第１及び第２の歯車が、半径方向に柔軟な懸架装置又は軸受装置を備える。

好ましくは、ギヤユニットは、自動車のための電機式のスーパーインポーズドステアリング（ＥＳＡＳ）（２）において使用される。同様の要求を有する他の応用範囲が考えられる。

本発明を、実施例を基にして、また図（図１〜９）によって模範的に詳細に説明する。

図１には、スーパーインポーズドギヤユニットを有する電機式のスーパーインポーズドステアリング（ＥＳＡＳ）が概略的に図示されている。

図２には、車両ステアリングのためのスーパーインポーズドギヤユニットとして使用されるプラネタリギヤユニットが斜視図で示されている。

図３には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットが横断面図で概略的に示されている。

図４には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットが横断面図で示されている。

図５には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットからのプラネタリギヤの領域内の部分が拡大図で示されている。

図６には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットからのプラネタリギヤ及びサンギヤが示されている。

図７には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットからのプラネタリギヤが示されている。

図８には、プラネタリギヤの第１の実施形からの部分が横断面図で詳細に図示されている。

図９には、プラネタリギヤの第２の実施形からの部分が横断面図で図示されている。

電機式のスーパーインポーズドステアリングにおける適用例を図１は示す。この場合、ギヤユニット１は、通常のステアリングシステム４の分割されたステアリングコラム３に統合されている。配設された電動モータ５の介入により、ギヤユニット１によって、増加又は減少した操舵角６が前輪７に発生させることができる（可変ステアリングギヤレシオ）。可変ステアリングギヤレシオによって、走行状況に応じてステアリング挙動がより直接的（敏捷）又はより間接的に形成することができる。同様に、走行力学上のステアリング介入を実現することができる。

図２に詳細に示されたスーパーインポーズドギヤユニットは、累積角度を調節するための調整手段を有するプラネタリギヤユニットである。

ギヤユニット１は、本質的にギヤユニット入力軸９、第１のサンギヤ１０、プラネタリキャリヤ１１、プラネタリギヤ１２／１３、第２のサンギヤ１４、ギヤユニット出力軸１５、第１のギヤユニットハウジング１６、及び第２のギヤユニットハウジング１７から成る。

この場合、好ましくは、サンギヤ１０／１４とギヤユニット軸９／１５が一体的に形成される。

ギヤユニットの低騒音の作動は、本発明によれば、プラネタリギヤ１２／１３を合成物質部分１８と金属部分１９に分割することによって実現される。

それぞれのプラネタリギヤ１２／１３の合成物質部分１８と金属部分１９は、歯数に関して等しく、これに対して、合成物質部分１８は、正の転位（図５参照）によって半径方向に金属部分１９から後退させられている。これにより、合成物質部分１８だけが、付属のサンギヤ１０／１４と接触する。金属部分１９は、公称のステアリングトルク領域外のトルク伝達のためにだけ、また不正使用トルクにおける過負荷保護装置として使用される。この場合、合成物質部分１８は弾性領域で変形し、付属の金属部分１９がサンギヤ１０／１４に接触する。両方のプラネタリギヤ１２／１３並びに金属部分１９は、形状及び動力動力伝達に関して一体的に互いに結合されている。

全運転期間にわたるギヤユニット１の遊びのない作動は、プラネタリキャリヤ軸受装置２０及びプラネタリキャリヤ１１を半径方向に限定する圧力Ｆｒ（図６参照）によって保証される。この半径方向力は、好ましくはギヤユニットハウジング１６／１７に統合されたバネ要素２２を介して発生させられる。

ギヤユニット１のストレートギヤによって、いかなる軸力も生じず、ギヤユニットハウジング１６／１７に統合された加圧部材２４によって遊びなくその位置を保つことができる。

両方のギヤユニット軸９／１５に統合された浮動軸受２５は、互いに中心軸２６を安定させる。両方の固定軸受２７は、ギヤユニットハウジング１６／１７に不動に統合され、軸方向にサンギヤ１０／１４を固定する。

好ましくは、駆動機構２９の歯部（歯付きベルト又は平歯車）２８は、直接ギヤユニットハウジング１６に統合されている。

ギヤユニットハウジング１７に取り付けられた連結形状３０は、故障時にギヤユニットハウジング１６／１７を無通電で回転をブロックし、累積されたステアリング介入を阻止するロックユニットの取付けを可能にする。

ギヤユニット１の簡単な軸方向の組立ては、ストレートギヤ及び分割されたギヤユニットハウジングによって与えられている。

図３には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットが横断面図で示されている。従って、同じ要素は、また同じ符号を備えている。図３には、更に、歯車２９及び歯部２８を介してギヤユニット１もしくはギヤユニットのハウジングを駆動する累積調整モータ５が図示されている。

図４には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットが、ギヤユニットの回転軸に沿った断面図で示されている。従って、同じ要素は、また同じ符号を備えている。

図５には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットからのプラネタリギヤの領域内の部分が拡大図で示されている。従って、同じ要素は、また同じ符号を備えている。それぞれのプラネットギヤ１２／１３の合成物質部分１８と金属部分１９からの部分を認めることができる。合成物質部分１８は、正の転位３１によって半径方向に金属部分１９から後退させられている。これにより、合成物質部分１８だけが、付属のサンギヤ１０／１４と接触する。

図６には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットからのプラネタリギヤ及びサンギヤが示されている。従って、同じ要素は、また同じ符号を備えている。この部分には、どのようにしてギヤユニット１の遊びのない作動がプラネタリキャリヤ軸受装置２０及びプラネタリキャリヤ１１を半径方向に限定する圧力Ｆｒ２１によって保証されるかが図示されている。半径方効力２１は、公称のステアリングトルク領域内で、両方のプラネタリギヤ１２／１３の合成物質部分１８が遊びなく両方のサンギヤ１０／１４と噛み合うように限定されている。半径方向に柔軟なプラネタリギヤ１２／１３の懸架によって、スムーズかつ快適なギヤユニット１の作動が得られる。

図７には、図２に図示されたプラネタリギヤユニットからのプラネタリギヤが示されている。従って、同じ要素は、また同じ符号を備えている。ここでは、プラネタリギヤ１２／１３の合成物質部分１８と金属部分１９への分割を詳細に認めることができ、この場合、プラネタリギヤ１２／１３並びに金属部分１９は、形状及び動力伝達に関して一体的に互いに結合されている。

プラネタリギヤの合成物質部分及び金属部分への分割及び相応の転位によって、本質的に有利に、ステアリング介入の際のプラネタリギヤのギヤユニットの低騒音の作動（快適）、スーパーインポーズドステアリングが稼働してない場合（約１：１のギヤユニットの変速比）の通常のステアリング挙動、ステアリング介入の際のプラネタリギヤのギヤユニットの遊びのない作動（快適）、及び公称のステアリングトルク領域外（不正使用トルク）の高い過負荷保護が得られる。得られた快適の獲得は、更に、プラネタリギヤが半径方向に支持されてバネパック内に懸架されていることによって向上させられる。

図８には、歯車の第１の実施形からの部分が横断面図に詳細に図示されている。ここでは、歯車が、唯一の材料３２から、例えばギヤユニットの第１の歯車のための合成物質から、又は第２の歯車のための金属材料から成る。

図９には、歯車の第２の実施形からの部分が横断面図で詳細に図示されており、この場合、ここでは、歯車の表面は、弾性材料から成るコーティング３３を備え、コア３４は、金属材料から成る。

スーパーインポーズドギヤユニットを有する電機式のスーパーインポーズドステアリング（ＥＳＡＳ）を概略的に示す。 車両ステアリングのためのスーパーインポーズドギヤユニットとして使用されるプラネタリギヤユニットを斜視図で示す。 図２に図示されたプラネタリギヤユニットを横断面図で概略的に示す。 図２に図示されたプラネタリギヤユニットを横断面図で示す。 図２に図示されたプラネタリギヤユニットからのプラネタリギヤの領域内の部分を拡大図で示す。 図２に図示されたプラネタリギヤユニットからのプラネタリギヤ及びサンギヤを示す。 図２に図示されたプラネタリギヤユニットからのプラネタリギヤを示す。 プラネタリギヤの第１の実施形からの部分を横断面図で詳細に示す。 プラネタリギヤの第２の実施形からの部分を横断面図で示す。

符号の説明

１ ギヤユニット
３ ステアリングコラム
４ ステアリングシステム
５ 電動モータ
６ 操舵角
７ 前輪
９ ギヤユニット入力軸
１０ 第１のサンギヤ
１１ プラネタリキャリヤ
１２ プラネタリギヤ
１３ プラネタリギヤ
１４ 第２のサンギヤ
１５ ギヤユニット出力軸
１６ 第１のギヤユニットハウジング
１７ 第２のギヤユニットハウジング
１８ 合成物質部分
１９ 金属部分
２０ プラネタリキャリヤ軸受装置
２１ 圧力Ｆｒ
２２ バネ要素
２４ 加圧部材
２５ 浮動軸受
２６ 中心軸
２７ 固定軸受
２８ 歯部
２９ 駆動機構
３０ 連結形状
３１ 正の転位
３２ 材料
３３ コーティング
３４ コア

Claims (16)

1. 少なくとも２つの歯車によって、運転者によって入力される操舵角に、必要な場合に更なる角度を累積することができるスーパーインポーズドステアリングのためのギヤユニット、特にスーパーインポーズドギヤユニットにおいて、
   低騒音を顧慮して設計されており、ギヤユニット機能標準時の動力伝達を担う少なくとも１つの第１の歯車がギヤユニット内に設けられていること、そして、
   ギヤユニット機能過負荷時の動力伝達を顧慮して設計されている少なくとも１つの第２の歯車がギヤユニット内に設けられていること
   を特徴とするギヤユニット。
2. 第１の歯車が、低振動及び／又は少ない遊びを顧慮して設計されていることを特徴とする請求項１に記載のギヤユニット。
3. ギヤユニット機能過負荷時が、標準的な運転方式にあるギヤユニットが超過しない一定のトルク限界値以上にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のギヤユニット。
4. 第２の歯車が、第１の歯車が一定の弾性変形をした後に係合することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のギヤユニット。
5. 少なくとも１つの第１の歯車と第２の歯車がギヤユニット内に設けられており、第１及び第２の歯車が異なった物理特性を備えることを特徴とする、特に請求項１〜４のいずれか１つに記載の、少なくとも２つの歯車によって、運転者によって入力される操舵角に、必要な場合に更なる角度を累積することができるスーパーインポーズドステアリングのためのギヤユニット、特にスーパーインポーズドギヤユニット。
6. 第２の歯車が、第１の歯車よりも硬いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のギヤユニット。
7. 第２の歯車が、第１の歯車よりも形状が安定していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のギヤユニット。
8. 第１及び第２の歯車が、異なった弾性率（ヤング率）を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のギヤユニット。
9. 第１及び第２の歯車が、少なくとも部分領域内で、異なった材料もしくは異なった材料の組み合わせから成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のギヤユニット。
10. 異なった材料として、金属材料及び合成物質が使用されることを特徴とする請求項９に記載のギヤユニット。
11. 第１及び第２の歯車が、軸方向に相並んで配設されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のギヤユニット。
12. 第１の歯車が、正の転位によって半径方向に第２の歯車から後退させられていることを特徴とする請求項１１に記載のギヤユニット。
13. ギヤユニットが、ストレートギヤを備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載のギヤユニット。
14. ギヤユニットが、プラネタリギヤユニットであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載のギヤユニット。
15. 第１及び第２の歯車が、プラネタリギヤユニットにおけるプラネタリギヤであることを特徴とする請求項１４に記載のギヤユニット。
16. 第１及び第２のプラネタリギヤが、半径方向に柔軟な懸架装置又は軸受装置を備えることを特徴とする請求項１５に記載のギヤユニット。

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