JP2006521955A - 自動車用のステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】自動車用のステアリング装置は、機械的ステアリング列を有する。ステアリング列は、ステアリングハンドル４８と接続された上方ステアリング列部分１０と、下方ステアリング列部分１２とに分割される。下方ステアリング列部分１２は、ステアリングギアを有するパワーステアリング装置５０と接続される。上方ステアリング列部分１０と下方ステアリング列部分１２との間に継手１８が提供される。２つのステアリング列部分１０、１２は、継手１８が閉じた状態にあるとき、継手を回転させ得るよう互いに接続され、継手１８が開放した状態にあるとき、互いから切り離される。

Description

本発明は、ステアリングハンドルと接続された上方ステアリング列部分と、ステアリングギアを有するパワーステアリング装置と接続された下方ステアリング列部分とに分割された、機械的ステアリング列を備える、自動車用のステアリング装置に関する。

機械的ステアリング列、すなわちステアリングハンドルとステアリングギアとの間の固定の機械的接続部を有する従来のステアリング装置において、運転者により導入されたステアリングハンドル角度と車輪の偏向角度との間に一定の関係が存在する。オーバレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）ステアリングによって、車輪の実際の偏向角度（全ステアリング角度）がステアリングハンドル角度よりも大きく又は小さいように、追加的なステアリング角度をステアリングハンドル角度に重ね合わせることにより、この関係を自由に設計することができる。追加的なステアリング角度は、状況に依存して色々な車の状況から計算される。この能動的なステアリング角度の影響の目的は、制限された範囲内にて運転の快適性を増し且つ、運転安定性を向上させることであり、これは、可変のステアリングトランスミッションと、誘導的ステアリングにより改良された敏捷さとにより実現される。オーバレイステアリングによって自律的なパーキング機能を実現することもでき、この場合、自律的ステアリングは、運転者の媒介無しに行われる。

殆どの装置において、ステアリング列内に挿入され、また、２つの入力部と、１つの出力部とを有するギアが使用される、オーバレイステアリング装置の色々な設計のものが既知である。ステアリングハンドル角度は、１つの入力部に付与され、モータによって提供される追加的なステアリング角度は、他方の入力部に付与され、ギア出力部はステアリングギアと連結される。これらの設計は、特に、多数の歯のかみ合いが必要とされるため、機械的に極めて複雑である。更に、車輪の実際の偏向角度はステアリングハンドルの回転角度から誘導することができる一方、実質的には、ラックパワーステアリングギアの捩れロッドにより発生されたステアリングトルクの全体がステアリングハンドルに付与されるという問題がある。このため、ステアリングハンドル角度とステアリングハンドルトルクとの間に一定の関係は存在せず、運転者はこのことを苛立しいと感じる可能性がある、この問題点は、ステアリングトルクは同様に、パラメータステアリング又は追加的なトルクアクチュエータを使用して調節されるようにすることでのみ解決され、このことは、かかるパワーステアリング装置の複雑さ及びコストを更に増大させることになる。運転者の媒介無しにて自律的パーキング機能を実現することは、更に、ギア入力にブレーキを掛けることを必要とする。

ステアリングハンドル角度と追加的なステアリング角度とを重ね合わせることは、また、純粋なステア・バイ・ワイヤステアリング装置によっても実現される。しかし、ステアリングハンドルとステアリングギアとの間の機械的接続が存在しないため、故障しないよう保証することに関して極めて大きい必要条件が課される。

本発明は、全体的なステアリング角度及びステアリングハンドルトルクを独立的に調節し、上述した問題点を回避することを可能にする、オーバレイステアリングを提供するものである。

当初に記載した型式のステアリング装置において、これは、上方ステアリング列部分と下方ステアリング列部分との間の継手が提供され、２つのステアリング列部分は、継手が閉じた状態にあるとき継手を回転させ得るよう互いに接続され、継手が開放した状態にあるとき互いから切り離されるようにした、本発明に従って実現される。ステアリング列を上方部分と下方部分とに物理的に完全に分離することは、一方にて、従来のオーバステアリングの場合のように、ステアリングハンドル角度から逸脱する全ステアリング角度を下方ステアリング列部分に付与することを許容する。他方、上方ハンドル列部分に対し相応する影響を与えることにより、適正なステアリングハンドルトルクを運転者に伝達することができる。本発明の更なる形態は、継手を閉じることにより、２つのステアリング部分の剛い機械的接続が実現され、このため、例えば、電気的なシステムへの障害が生じた場合のように必要とされる場合、ステアリングハンドルとステアリングギアとの間を連続的に機械的に接続する従来のステアリング方法を利用することができる。

本発明は、パワーステアリング装置が液圧支援力を提供する油ポンプを更に備える、液圧パワーステアリング装置である車にて特に適している。この場合、下方ステアリング列部分は、液圧パワーステアリング装置のステアリングギアに対する入力量としてステアリングトルクを提供すればよいから、下方ステアリング列部分を回転させる力の消費量は極めて少ない。

本発明に従ったステアリング装置において、ステアリング装置の重要な機能を実現することができる制御装置が提供されることが好ましい。
ステアリングハンドルトルクに対する影響は、上方ステアリング列部分に設けられ且つ、上方ステアリング列部分を回転させるため、制御装置と接続された、第一の駆動装置により生じさせることが好ましい。この駆動装置を適正に制御することにより、現在の全ステアリング角度に適応させたステアリングハンドルトルクを運転者に伝達することができる。

従って、下方ステアリング列部分において、下方ステアリング列部分を回転させるため、制御装置と接続された第二の駆動装置を提供することができる。このようにして、第二の駆動装置により、コスト高の加算ギアを必要とせずに、計算した全体的なステアリング角度を設定することができる。

ステアリングハンドルトルク及び全体的なステアリング角度を計算するため、上方ステアリング列部分において、制御装置と接続された少なくとも１つの第一のセンサは、ステアリングハンドル角度及び（又は）ステアリングハンドルに作用するステアリングトルクを検出し得るように配置され、また、下方ステアリング列部分にて、制御装置と接続された少なくとも１つの第二のセンサは、ステアリングギアにおけるステアリング角度及び（又は）ステアリングトルクを検出し得るよう配置される。

故障に関する本発明に従ったステアリング装置の確実性は、閉じた状態にあるとき継手にプレストレスが加わるようにすることで向上させることができる。好ましくは、継手は、制御装置により制御可能であり且つ、プレストレスの作用に対し開放した状態とすることのできる電磁継手であるものとする。このようにして、電気的故障又は同様の場合、ステアリングハンドルとステアリングギアとの間に直ちに剛いステアリング列の接続が生ずることが保証される。

ステアリングの適応化すなわち影響を与えることは、制御装置が更なるセンサと接続され、該センサは、特定の車の状態変数に関するデータを制御装置に伝送するようにすることで改良することが可能である。

継手、駆動装置及びセンサを組み合わせてアクチュエータ装置を形成し、また、該アクチュエータ装置をステアリング列のステアリングコラムと一体化することは、過度の努力無しにて具体化することができる。これと代替的に、継手、第一の駆動装置及び第一のセンサを組み合わせてアクチュエータ装置を形成し、また、第二の駆動装置及び第二のセンサを組み合わせて別個の組立体を形成することが可能であり、アクチュエータ装置は、ステアリング列のステアリングコラムに一体化し、また、組立体は、パワーステアリング装置にフランジ止めすることができる。

本発明の更なる特徴及び有利な効果は、以下の説明及び参照する添付図面から明らかになるであろう。
図１に示したステアリング装置は、ステアリング列を備えており、該ステアリング列は、ステアリングハンドル（図１に図示せず）と接続された上方ステアリング列部分１０と、液圧パワーステアリング装置（図１に図示せず）のステアリングギアと接続された下方ステアリング列部分とに分割されている。上方ステアリング列部分１０の上方軸１４と、下方ステアリング列部分１２の下方軸１６との間には、継手１８が配置されており、該継手１８は、閉じた状態にあるとき、上方軸１４と下方軸１６との間（従って、２つのステアリング列部分１０、１２の間）の相対的回転を防止する接続を生じさせ、また、開放した状態にあるとき、２つのステアリング列部分１０、１２を互いに切り離す。図示した一例としての実施の形態において、継手１８は、ばね２０によりプリストレスが加えられて閉じた状態となる電磁継手である。コイル２２により、継手１８は、ばね２０の力に抗して開放することができる。

上方軸１４は、ステアリングハンドルにより、また、第一のギア２６と、第一の駆動モータ２８とを備える、第一の駆動装置２４により更に回転させることができる。下方軸１６は、継手１８が閉じた状態にあるとき、上方軸１４と共に回転する他に、第二のギア３２と、第二の駆動モータ３４とを備える、第二の駆動装置３０により回転させることができる。第二の駆動装置３０は、通常、ステアリングハンドルを介して運転者により導入される大きさのステアリングトルク程度である、液圧パワーステアリング装置に対する入力量としてステアリングトルクを提供する。図示した一例としての実施の形態における２つのギア２６、３２は、非自己ロッキング（ｆｌｏｃｋｉｎｇ）ウォームギアの構造とされているが、例えば、モータ２８、３４の取り付け位置のため、その他の適宜な非自己フロッキングギアを提供することができる。

上方ステアリング列部分１０には、ステアリングハンドル角度及びステアリングハンドルに作用するステアリングトルクを検出する第一のセンサ３６が設けられている。下方ステアリング列部分１２における第二のセンサ３８は、液圧パワーステアリング装置のステアリングギアにおける現在のステアリング角度及びステアリングギアにおける現在のステアリングトルクを検出する。センサ３６、３８のデータを使用して検出された変数の時間に亙る変化を決定することもできる。ステアリング装置は、コイル２２と、モータ２８、３４と、センサ３６、３８とに接続された制御装置４０を更に備えている。更に、制御装置４０は、例えば、車速度、偏揺れ率、横方向加速度、ブレーキ圧力等のような更なる車の状態の変数に関するデータを制御装置４０に伝達する更なるセンサ４２と接続されている。

ステアリング装置の通常の作動時、２つのステアリング列部分１０、１２は、互いに分離されている、すなわち、コイル２２は励起され且つ、継手１８をばね２０の力に抗して開放した状態に保持する。ステアリングハンドルを介して運転者から上方軸１４に伝達されたステアリングハンドル角度は、第一のセンサ３６により検出され且つ、制御装置４０に伝達される。記録された特徴線図、色々な車の状態変数及び現在のステアリング角度、第二のセンサ３８により検出されたステアリングトルクデータから制御装置４０は、現在の作動状態に適応させたステアリングハンドルトルクを計算し且つ、これに応じて第一のモータ２８を制御し、計算されたステアリングハンドルトルクを上方軸１４に与える。これと同時に、制御装置４０は、第二のモータ３４を制御し、現在の運転状況及びステアリング装置の調節方法に依存して、ステアリングハンドル角度から逸脱する全体的なステアリング角度を液圧パワーステアリング装置に与える。上述したように、第二のモータ３４は、この場合、単にステアリングハンドルを介して運転者により導入される大きさのステアリングトルク程度であるステアリングトルクを発生させる。車輪に実際に作用するトルクは、パワーステアリング装置の液圧支援を受けて利用可能とされる。

制御装置４０によって診断された障害又はシステムのエラーの場合、継手１８は閉じられ、モータ２８、３４は制御されない。このとき、従来のステアリングシステムにおけるように、ステアリングハンドルとステアリングギアとの間に一定の機械的接続が存在し、このため、影響を受けないステアリング状態（追加的なステアリング角度のオーバレイが無い）が保証される。この場合、２つのモータ２８、３４の質量慣性モーメント、また、２つのギア２６、３２の摩擦並びに継手１８の取り付け摩擦は、運転者により追加的な動的又は静的ステアリングトルクとして感知される。しかし、これら荷重の効果は、液圧パワーステアリングの弁の特徴の極めて支援的な適応により少なくとも部分的に補償することができる。従来のステアリング機能を保証するためには、ギア２６、３２を非自己フロッキングに設計することを必要とする。

障害又はシステムのエラーが重大ではなく、また、センサ３６、３８の１つ及びモータ２８、３４の１つが完全な作動状態にあるとき、作動可能なモータを制御することにより、追加的な摩擦及び慣性力を補償することが可能である。更に、この場合、ステアリングトルクのオーバレイ又は自律的パーキング機能を備える制限されたシステムの機能は依然として可能である。

図２において、本発明に従ったステアリングシステムの第一の実施の形態が示されており、この場合、継手１８、駆動装置２４、３０及びセンサ３６、３８は組み合わされてアクチュエータ装置４４を形成する。アクチュエータ装置４４は、ステアリング列内にてステアリングハンドル４８に隣接するステアリングコラム４６に一体化されている。図示しない第一の実施の形態の１つの変更例に従って、アクチュエータ装置４４は液圧パワーステアリング装置５０と接続される。

図３に示した第二の実施の形態において、継手１８、第一の駆動装置２４及び第一のセンサ３６のみが組み合わされてアクチュエータ装置５２を形成し且つ、ステアリングコラム４６に一体化されている。第二の駆動装置３０及び第二のセンサ３８は、液圧パワーステアリング装置５０に対する別個の組立体５４としてフランジ止めされている。

本発明に従ったステアリング装置の線図的な基本図である。 第一の実施の形態に従って取り付けた状態における本発明によるステアリング装置の図である。 第二の実施の形態に従って取り付けた状態における本発明によるステアリング装置の図である。

Claims (16)

1. ステアリングハンドル（４８）と接続された上方ステアリング列部分（１０）と、ステアリングギアを有するパワーステアリング装置（５０）と接続された下方ステアリング列部分（１２）とに分割された、機械的ステアリング列を備える、自動車用のステアリング装置において、
   上方ステアリング列部分（１０）と下方ステアリング列部分（１２）との間に継手（１８）が提供され、
   ２つのステアリング列部分（１０、１２）は、継手（１８）が閉じた状態にあるとき、該継手を回転させ得るよう互いに接続され、継手（１８）が開放状態にあるとき、互いから切り離されることを特徴とする、自動車用のステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   パワーステアリング装置（５０）は、液圧支援力を提供する油ポンプを更に備える、液圧パワーステアリング装置であることを特徴とする、ステアリング装置。
3. 請求項１又は２に記載のステアリング装置において、
   制御装置（４０）が提供されることを特徴とする、ステアリング装置。
4. 請求項３に記載のステアリング装置において、
   上方ステアリング列部分（１０）には、上方ステアリング列部分（１０）を回転させるため、制御装置（４０）と接続された第一の駆動装置（２４）が設けられることを特徴とする、ステアリング装置。
5. 請求項３又は４に記載のステアリング装置において、
   下方ステアリング列部分（１２）には、下方ステアリング列部分（１２）を回転させるため、制御装置（４０）と接続された第二の駆動装置（３０）が設けられることを特徴とする、ステアリング装置。
6. 請求項３ないし５の何れか１つの項に記載のステアリング装置において、
   上方ステアリング列部分（１０）には、ステアリングハンドル角度及び（又は）ステアリングハンドル（４８）に作用するステアリングトルクを検出し得るよう制御装置（４０）と接続された少なくとも１つの第一のセンサ（３６）が設けられることを特徴とする、ステアリング装置。
7. 請求項３ないし６の何れか１つの項に記載のステアリング装置において、
   下方ステアリング列部分（１２）には、ステアリングギアにおけるステアリング角度及び（又は）ステアリングトルクを検出し得るよう制御装置（４０）と接続された少なくとも１つの第二のセンサ（３８）が設けられることを特徴とする、ステアリング装置。
8. 請求項１ないし７の何れか１つの項に記載のステアリング装置において、
   閉じた状態にあるとき、継手（１８）にプレストレスが加わることを特徴とする、ステアリング装置。
9. 請求項８に記載のステアリング装置において、継手（１８）は、制御装置（４０）により制御可能であり且つ、プレストレスの作用に対して開放した状態にすることのできる電磁継手であることを特徴とする、ステアリング装置。
10. 請求項３ないし９の何れか１つの項に記載のステアリング装置において、
    制御装置（４０）は、特定の車の状態変数（ｓｔａｔｅ ｖａｒｉａｂｌｅｓ）に関するデータを制御装置（４０）に伝送する更なるセンサ（４２）と接続されることを特徴とする、ステアリング装置。
11. 請求項３ないし１０の何れか１つの項に記載のステアリング装置において、
    制御装置（４０）は、現在の作動状態に適応させたステアリングハンドルトルクを計算し且つ、該ステアリングハンドルトルクを上方ステアリング列部分（１０）に与え得るよう第一の駆動装置（２４）を制御する設計とされることを特徴とする、ステアリング装置。
12. 請求項３ないし１１の何れか１つの項に記載のステアリング装置において、
    制御装置（４０）は、現在の運転状況に相応するステアリング角度を計算し且つ、該ステアリング角度を下方ステアリング列部分（１２）に与え得るよう第二の駆動装置（３０）を制御する設計とされることを特徴とする、ステアリング装置。
13. 請求項４ないし７の何れか１つの項に記載のステアリング装置において、
    継手（１８）、駆動装置（２４、３０）及びセンサ（３６、３８）は、組み合わされてアクチュエータ装置（４４）を形成することを特徴とする、ステアリング装置。
14. 請求項１３に記載のステアリング装置において、
    アクチュエータ装置（４４）は、ステアリング列のステアリングコラム（４６）内に一体化されることを特徴とする、ステアリング装置。
15. 請求項１３に記載のステアリング装置において、
    アクチュエータ装置（４４）は、パワーステアリング装置（５０）に接続されることを特徴とする、ステアリング装置。
16. 請求項４ないし７の何れか１つに記載のステアリング装置において、
    継手（１８）、第一の駆動装置（２４）及び第一のセンサ（３６）を組み合わせてアクチュエータ装置（５２）を形成し、
    また、第二の駆動装置（３０）及び第二のセンサ（３８）を組み合わせて別個の組立体（５４）を形成し、
    アクチュエータ装置（５２）は、ステアリング列のステアリングコラム（４６）に一体化され、
    組立体（５４）は、パワーステアリング装置（５０）にフランジ止めされることを特徴とする、ステアリング装置。

Images