JP2007500652A - スーパーインポーズステアリング - Google Patents

Abstract

運転者によって入力される操舵角に、必要な場合に別の角度をスーパーインポーズすることができるスーパーインポーズステアリング（１）において、スーパーインポーズステアリングのスーパーインポーズ機能が、個々に操作可能な構造群（１６，１７，２１）によって実現される。

Description

本発明は、運転者によって入力される操舵角に、必要な場合に別の角度をスーパーインポーズすることができるスーパーインポーズステアリングに関する。

今日の自動車、特に乗用車は、通常、油圧又は電気油圧式のパワーステアリングを備えており、このパワーステアリングの場合、ステアリングホイールは、機械的に操舵可能な車輪と強制的に連結されている。パワーアシスト部は、ステアリングメカニズムの中心領域に、アクチュエータ、例えば油圧シリンダが配設されているように構成されている。アクチュエータによって発生される力によって、ステアリングホイールの回転に対応してステアリングメカニズムの操作がアシストされる。これにより、操舵工程での運転者の力の消費が軽減される。

スーパーインポーズステアリングが公知である。このスーパーインポーズステアリングは、運転者によって入力される操舵角に、必要な場合に別の角度をアクチュエータによってスーパーインポーズすることができることを特徴とする。この付加的な角度は、電子コントロールによって制御され、例えば車両の安定性及び敏捷性を向上させるために使用される。油圧又は電気的なアクチュエータが使用される。

本発明の課題は、運転者によって入力される操舵角に別の角度を安全かつ確実にスーパーインポーズすることができるスーパーインポーズステアリングを提供することにある。この場合、スーパーインポーズステアリングのための駆動機構は、簡単にステアリングシステムに統合することができ、僅かな構造空間しか要求しないものであるべきである。

この課題は、特許請求項１の特徴によって解決される。本発明の特別な形成は、下位の請求項に記載されている。

本発明によれば、スーパーインポーズステアリングのスーパーインポーズ機能は、個々に操作可能な構造群もしくはモジュールによって実現される。

この場合、原理では、ステアリングロッドに付加的操舵力を加え、ステアリングシャフトに付加的操舵トルクを加えるパワーステアリングのために適用が可能である。

本発明によれば、スーパーインポーズギヤでは、駆動機能が１つ又は複数の駆動機能モジュールによって、安全機能が駆動機能モジュールから分離された１つ又は複数の安全機能モジュールによって実現される。

本発明によれば、スーパーインポーズステアリングは、少なくとも１つのセカンダリギヤモジュールとプライマリギヤモジュールとを個々に操作可能な２つの構造群として備えるスーパーインポーズギヤを備える。

本発明によれば、セカンダリギヤモジュールは、駆動モータと、平歯車又はベルト駆動機構−好ましくはベルト駆動機構−と、プライマリギヤ駆動ユニットとを備える。

本発明によれば、プライマリギヤ駆動ユニットは、両側に作用するトルク制御されるフリーホイールを備え、このフリーホイールは、操舵トルクのノミナル領域−好ましくは約５〜１０Ｎｍの操舵トルク領域−では、要求されたスーパーインポーズ角を、セカンダリギヤとプライマリギヤとによってスーパーインポーズステアリングのステアリングギヤに伝達し、過負荷時で、調達された操舵トルクがノミナル領域外に出た場合−これは、調達された操舵トルクが好ましくは約５〜１０Ｎｍの操舵トルクよりも大きいことを意味する−には、プライマリギヤ駆動ユニットの逆回転を防止する手段を備える。

本発明によれば、プライマリギヤ駆動ユニットは、アウトプットホイールと、フリーホイールスプリングと、狭持体スプリングと、狭持体と、狭持及び支承リングと、プライマリギヤのカップリングと、セカンダリギヤベアリングと、狭持斜面とを備える。

本発明によれば、プライマリギヤモジュールは、プラネタリギヤユニットとロックユニットとを備える。

本発明によれば、ロックユニットとして、故障時にスーパーインポーズギヤをロックするための手段を備える個々に操作可能な構造群が、プライマリギヤもしくはプライマリギヤハウジング内に設けられている。

本発明によれば、スーパーインポーズステアリングは、プラネタリギヤをスーパーインポーズギヤとして備え、ロックユニットは、電気操作可能であり、電源の故障又は妥当性の故障のような故障が発生した場合に、噛合い係合による結合部を介して、好ましくはセレーションを介してプラネタリキャリヤハウジングをロックする。

本発明によれば、スーパーインポーズステアリングは、分割されたステアリングコラムに組み込むことによって、油圧又は電気油圧式のパワーステアリングに統合されている。換言すれば、スーパーインポーズステアリングのスーパーインポーズ機能のための手段が、「通常」の油圧又は電気油圧式のパワーステアリングに、ステアリングコラムへの「スーパーインポーズ機能モジュール」として統合されているということである。

実施例及び図面（図１〜図１８）を基にして、本発明を模範的に詳細に説明する。

２１は、好ましくは予組立て及び試験された個々に操作可能な構造群であり、プライマリギヤハウジング４３に、内部リング４４によって噛合い係合及び摩擦係合するように軸方向に組み立てられる。ロックユニット２１を組み立てる場合、同時に内部又は外部の回路（図１４の破線６２）への統合された操作磁石４６の接続４５が行なわれる。

本発明によるスーパーインポーズステアリング（ESAS/Electric Steer Assisted Steering）の適用例を、図１は、概略図で示す。

この場合、スーパーインポーズステアリング２のスーパーインポーズギヤ１は、通常のパワーステアリング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を介入させることによって、スーパーインポーズギヤ１により、増加又は減少された操舵角６を前輪７に発生させることができる（可変操舵角）。可変操舵角は、電動モータ５を制御するコントローラ８によって調整される。コントローラ８には、信号が回転角センサ９，１０から供給され、この回転角センサによって、ステアリングコラム３の回転角がスーパーインポーズギヤ１の前後で検出される。スーパーインポーズ（６）によって、確認された走行状況に応じて走行特性と車両力学に積極的に影響を与えることができる。特に、ステアリング操作時に運転者を支援するために、走行力学上のステアリングへの介入を実現することができる。この場合、スーパーインポーズステアリング２は、１つのモジュールとして通常のパワーステアリング４に統合されている。

スーパーインポーズステアリング２の本質的な要素は、図２において斜視図で図示されている。

スーパーインポーズステアリング２は、本発明によれば電動モータ５を有する本来のスーパーインポーズギヤ１を、モジュール式に構成された主構造群として備える。更に、スーパーインポーズステアリング２には、本質的にモジュール式に構成された別の２つの主構造群が、即ち本質的に通常のステアリングバルブ１３と本質的に通常のステアリングギヤ１４とが付設されている。

図３は、図２に図示したスーパーインポーズステアリング２を、個々の要素又は主構造群が立体的に互いに分離されている図で示す。

図４には、図３に図示したスーパーインポーズステアリング２の要素が斜視図で図示されている。

図５には、スーパーインポーズステアリングの本質的な要素が横断面図で示されており、図６には、スーパーインポーズステアリングのこれらの個々の要素が、立体的に互いに分離されて横断面図で図示されている。

個々に操作可能な構造群もしくはモジュールとしての個々の要素（１と５，１３，１４）の構造によって、これらの構造群は、その基礎機能を個々に試験可能であり、軸方向（矢印１５参照）にスーパーインポーズステアリング２のシステム全体を構成するように組立て可能である。

これは、ステアリングシステムのシリーズ製造において利点を提供する。何故なら、モジュール式に構成することによって、予め試験された構造群の最終組立てが可能であるからである。加えて、スーパーインポーズギヤ１の中心ユニットは、このモジュール式の構成を選択することによって、容易に既存の油圧ステアリングシステム４に統合することができる。

統合された本発明によるスーパーインポーズギヤ１の構造上の構成と、駆動コンセプトと安全コンセプトとを以下で説明する。

この場合、本発明によれば、駆動コンセプトと安全のコンセプトとの分離が行なわれる。これにより、有利に高いシステム力学を得ることができ、これは、特にＥＳＰ ＩＩのような改善された走行力学コントロールのために使用可能である。

先ず、スーパーインポーズギヤの構成と機能を詳細に説明する（図７及び図８参照）。

スーパーインポーズギヤ１自体の構造群は、２つのモジュール式の構造群を、即ちセカンダリギヤ１６とプライマリギヤ１７を備える。これは、スーパーインポーズギヤ１の簡単な軸方向の組立て（矢印６１）を可能にする。

プライマリギヤ１７は、統合されたロックユニット２１を備える。故障が生じた場合のスーパーインポーズギヤ１のロックは、噛合い係合により結合されて同調する電気操作されるロックユニット２１を介して行なわれる。このロックユニットは、個々に操作可能な構造群としても構成することができる。噛合い係合による結合は、ここではセレーション２０を介して行なわれる。ロックは、プラネタリキャリヤハウジング１９をブロックし、これによりロックすることによって行なわれる。電気操作されるロックユニット（２１）は、好ましくは通電された状態で開放している。

セカンダリギヤ１６は、図９及び図１０に詳細に示されている。以下では「ダイオード機能」とも呼ばれるセルフロック式のギヤのその機能は、図１１〜図１３によって図示されている。

セカンダリギヤ１６は、本質的に駆動モータ、即ち電動モータ５と、平歯車又はベルト駆動ホイール２３と、セカンダリギヤハウジング３３と、プライマリギヤ駆動ユニット２４とから成る。

プライマリギヤ駆動ユニット２４は、本質的に駆動ホイール２５と、フリーホイールスプリング２６と、狭持体スプリング２７と、狭持体２８と、狭持及び支承リング２９と、プライマリギヤのカップリング３０と、セカンダリギヤベアリング３１と、狭持斜面３２とから成る。

セカンダリギヤ１６は、予組立てされた試験可能なユニットであり、プライマリギヤユニット１７を組み立てた後駆動トルク３４をプライマリギヤのカップリング３０によってプラネタリギヤ１８に伝達する。

プライマリギヤ駆動ユニット２４の機能を以下で説明する。

操舵トルク（３５，図１〜図３参照）のノミナル領域では、好ましくは約５〜１０Ｎｍの操舵トルク領域では、要求されるスーパーインポーズ角がセカンダリギヤ１６及びプライマリギヤ１７によってステアリングバルブ１３に、最終的にステアリングギヤ１４に静的及び動的に伝達されるように、駆動モータ５のモータ駆動トルク３６が設定されている。これは、反作用トルク３７がモータ駆動トルク３６（例１，図１１参照）よりも小さいことを意味する。

調達される操舵トルク（３５，図１〜図３）がノミナル領域から外れた場合、これは、操舵トルクが約１０Ｎｍより大きいことを意味するが、モータトルク３６は、プライマリギヤ１７及びセカンダリギヤ１６を介して発生される反作用トルク３７を支持できず、この場合にはモータ５を逆回転させる。即ち、この場合には、反作用トルク３７は、モータ駆動トルク３６（例３，図１３参照）よりも大きい（＞）。これは、要求される操舵運動がもはやステアリングギヤ１４に伝達されないという結果を伴う。調達された操舵トルク３５は、例えば縁石の角で操舵運動を行なうテストの場合のような誤用時に、ノミナル領域から外れてしまう。プライマリギヤ駆動ユニット２４に有利に構造上統合された、ここではいわゆる「ダイオード機能」は、反作用トルク３７がモータ駆動トルク３６よりも大きい（＞）場合を意味する過負荷時のプライマリギヤ駆動ユニット１４のこの逆回転を防止する。

このいわゆる「ダイオード機能」を、以下で説明する（図１１〜図１３参照）。

「ダイオード機能」は、プライマリギヤ駆動ユニット２４内に統合されており、両側に作用するトルク制御されたフリーホイールによって実現される。

ノミナル領域では、「ダイオード機能」は作動していない。ここでは、反作用トルク３７は、フリーホイール作動トルク３８よりも小さく（＜）、モータ駆動トルク３６よりも小さい（＜）（例１，図１１参照）。

この場合には、モータ５によって発生されるモータ駆動トルク３６は、アウトプットホイール２５と予緊張されたフリーホイールスプリング２６を介してプライマリギヤのカップリング３０に伝達される。フリーホイールスプリング２６の予緊張が得られることによって、一定のフリーホイール作動トルク３８以下では、アウトプットホイール２５とプライマリギヤのカップリング３０間で相対回転運動が何ら行なわれない。この場合、狭持体２８は、狭持体スプリング２７によってプライマリギヤのカップリング３０に統合された狭持斜面３２に押し付けられ、噛合い係合することなく、セカンダリギヤハウジング３３上に圧入されている狭持及び支承リング２９へと回転が同調する。

ノミナル領域外で、ダイオード機能が作動している。ここで、反作用トルク３７は、フリーホイール作動トルク３８以下（＝＜）であり、モータ駆動トルク３６よりも小さい（＜）（例２，図１２参照）。

この場合、モータ５によって発生されるモータ駆動トルク３６は、フリーホイール作動トルク３８を上回り、これにより「ダイオード機能」を作動させる。この場合、駆動ホイール２５とプライマリギヤのカップリング３０間に相対回転運動が生じ、噛合い係合による当接４０が生じる。同時に、狭持体２８は、統合された狭持体スプリング２７によって狭持斜面３２と狭持及び支承リング２９間に当接４１させられる。これは、「ダイオード機能」がアクティブに切り換えられており、駆動モータ５がその最大限に可能なモータ駆動トルク３６に至るまでプライマリギヤ１７を駆動することができることを意味する。

過負荷領域で、「ダイオード機能」はアクティブである。この領域では、反作用トルク３７は、フリーホイール作動トルク３８よりも大きく（＞）、モータ駆動トルク３６よりも大きい（＞）（例３，図１３参照）。

この場合、反作用トルク３７は、モータ５によって発生されるモータ駆動トルク３６とフリーホイール作動トルクを上回る。この場合は、スーパーインポーズステアリング２のノミナル作動状態外にあり、例えば縁石での発進によって生じさせることができる。

反作用トルク３７による駆動モータ５の逆回転は、プライマリギヤのカップリング３０と狭持及び支承リング２９間に挟まれる狭持体２８によって防止される。これは、プライマリギヤ１７が機械的にセカンダリギヤハウジング３３にロックされることを意味する。プライマリギヤ１７の機械的なロックによって、ノミナル操舵領域外で、即ち誤用時に、調整運動は、ロックユニット２１を作動させることなくステアリングギヤ１２に伝達することができる。

セカンダリギヤ１６に統合された「ダイオード機能」は、その機械的な特性によって、例えばセカンダリギヤのようなセルフロック式のギヤを形成する。しかしながら、セカンダリギヤ１６に統合された「ダイオード機能」は、セルフロック式のギヤとは対照的に、本質的に自由であり、幾何学的な境界条件に依存せずに形成することができる。

電気操作されるロックユニット２１を以下で詳細に説明する（図１２〜図１６参照）。

前記のように、平行に同調するロックユニット２１は、例えばセレーション２０のような噛合い係合による結合を介して、故障（電源の故障、妥当性の故障）が生じた場合にプラネタリキャリヤハウジング１９をロックする。従って、コントロールされないスーパーインポーズへの介入は、機械的に防止される。車両の操舵性は、普通のステアリングギヤレシオによって維持されたままである。

ロックユニット２１は、好ましくは予組立て及び試験された個々に操作可能な構造群であり、プライマリギヤハウジング４３に、内部リング４４によって噛合い及び摩擦係合により軸方向に組み立てられている。ロックユニット２１を組み立てる際には、同時に内部又は外部の回路（図１４の破線６２）への統合された操作磁石４６の接続４５を行なうことができる。

スーパーインポーズステアリングの標準機能を、以下で詳細に説明する。

スーパーインポーズステアリング２の標準機能において、操作磁石４６は通電されている。この場合、操作磁石４６の操作タペット４７は、操作リング４８をバネ力５０に抗して機械的なストッパ５１に押し付ける。バネ力５０は、重複して構成された圧縮バネ４９によって発生される。自由に切り換えられるこの位置で、操作リング４８内で噛合い係合により、統合された圧縮バネ５２によって摩擦係合により拘束された狭持体５３は、内部リング４４に統合された狭持斜面５５の下の支承点５４に押し付けられる。従って、内部リング４４上で軸受部５６によって支承され、セレーションを切られ、プラネタリキャリヤハウジング１９によって共に牽引される外部リング５７は、自由に回転することができる。

ロックユニット２１のアクティブでない機能又は機能不良の状態を、以下で詳細に説明する。

スーパーインポーズステアリング２のアクティブでない機能又は機能不良の状態では、操作磁石４６は無通電状態であり、これは、操作磁石が通電されないことを意味する。圧縮バネ４９によって発生されるバネ力５０は、操作磁石４６の無力な操作タペット４７と操作リング４８とを、外部リング５７内で拘束されたスラストリング５８の端面に押し付ける。

操作リング４８とスラストリング５８の両端面５９は歯切りされており、これにより、高い操作トルクが、加わっているバネ力５０によってプラネタリキャリヤハウジング／外部リング／スラストリング（１９／５７／５８）が回転する際に操作リング４８に伝達される。

プラネタリキャリヤハウジング／外部リング／スラストリング（１９／５７／５８）を回転させ、バネ力５０によって操作トルクが生じた場合、狭持体５３が拘束された操作リング４８は、回転運動に移され、狭持体５３を、内側６０を溝切りされた外部リング５７と狭持斜面５５間で噛合い係合による狭持位置に移動させる。

プラネタリキャリヤハウジング１９のコントロールされない捩れが防止され、これにより、スーパーインポーズ機能のロックが得られる。

前記実施形において図示された駆動コンセプトと安全コンセプトの分離は、本発明によるスーパーインポーズギヤ１の本質的な特徴である。この分離によって、プラネタリギヤ１８の駆動機構として平行に配設されたセカンダリギヤ１６のダイナミックな設計及び最適化に関して大きな自由が得られる。

通常の油圧パワーステアリングに構成された本発明によるスーパーインポーズステアリングを示す。 スーパーインポーズステアリングの本質的な要素を斜視図で示す。 スーパーインポーズステアリングの個々の、即ち互いに分離された要素を示す。 図３に図示した要素を斜視図で示す。 スーパーインポーズステアリングの本質的な要素を横断面図で示す。 スーパーインポーズステアリングの個々の、即ち互いに分離された要素を横断面図に示す。 スーパーインポーズギヤの２つのモジュール式構造群を示す。 個々の、即ち互いに分離された要素としてスーパーインポーズギヤの２つのモジュール式構造群を示す。 スーパーインポーズギヤのセカンダリギヤ構造群からの部分図を示す。 セカンダリギヤの個々の、即ち互いに分離された要素を横断面図に示す。 ギヤの、即ちスーパーインポーズアクチュエータ（電動モータ）の、ノミナル負荷領域にある状態でスーパーインポーズギヤのセカンダリギヤ構造群からの部分図を示す。 ノミナル負荷領域の限界領域の状態でスーパーインポーズギヤのセカンダリギヤ構造群からの部分図を示す。 内部でスーパーインポーズアクチュエータ（電動モータ）が非常に大きな力もしくはトルクを発生させる、過負荷領域にある状態でスーパーインポーズギヤのセカンダリギヤ構造群からの部分図を示す。 ロックユニットを拡大図で示す。 「開放」状態のロックユニットからの第１の部分図を示す。 「開放」状態のロックユニットからの第２の部分図を示す。 「閉鎖」状態のロックユニットからの第１の部分図を示す。 「閉鎖」状態のロックユニットからの第２の部分図を示す。

符号の説明

１ スーパーインポーズギヤ
２ スーパーインポーズステアリング
３ ステアリングコラム
４ パワーステアリング
５ 電動モータ
６ 操舵角
７ 前輪
８ コントローラ
９ 回転角センサ
１０ 回転角センサ
１３ ステアリングバルブ
１４ ステアリングギヤ
１５ 軸方向
１６ セカンダリギヤ
１７ プラマリギヤ
１８ プラネタリギヤ
１９ プラネタリキャリヤハウジング
２０ セレーション
２１ ロックユニット
２３ 平歯車又はベルト駆動ホイール
２４ プライマリギヤ駆動ユニット
２５ 駆動ホイール
２６ フリーホイールスプリング
２７ 狭持体スプリング
２８ 狭持体
２９ 狭持及び支承リング
３０ プライマリギヤのカップリング
３１ セカンダリギヤベアリング
３２ 狭持斜面
３３ セカンダリギヤハウジング
３４ 駆動トルク
３５ 操舵トルク
３６ モータ駆動トルク
３７ 反作用トルク
３８ フリーホイール作動トルク
４０ 当接
４１ 当接
４３ プライマリギヤハウジング
４４ 内部リング
４５ 接続
４６ 操作磁石
４７ 操作タペット
４８ 操作リング
４９ 圧縮バネ
５０ バネ力
５１ ストッパ
５２ 圧縮バネ
５３ 狭持体
５４ 支承点
５５ 狭持斜面
５６ 軸受部
５７ 外部リング
５８ スラストリング
５９ 端面
６０ 内側
６１ 軸方向の組立て
６２ 回路

Claims (10)

1. 運転者によって入力される操舵角に、必要な場合に別の角度をスーパーインポーズすることができるスーパーインポーズステアリングにおいて、
   スーパーインポーズステアリングのスーパーインポーズ機能が、個々に操作可能な構造群によって実現されることを特徴とするスーパーインポーズステアリング。
2. スーパーインポーズギヤでは、駆動機能が駆動機能モジュールによって、安全機能が駆動機能モジュールから分離された安全機能モジュールによって実現されることを特徴とする請求項１に記載のスーパーインポーズステアリング。
3. スーパーインポーズステアリングが、少なくとも１つのセカンダリギヤモジュール（１６）とプライマリギヤモジュール（１７）とを個々に操作可能な２つの構造群として備えるスーパーインポーズギヤを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のスーパーインポーズステアリング。
4. セカンダリギヤモジュール（１６）が、駆動モータ（５）と、平歯車又はベルト駆動機構（２３）と、プライマリギヤ駆動ユニット（２４）とを備えることを特徴とする請求項３に記載のスーパーインポーズステアリング。
5. プライマリギヤ駆動ユニット（２４）が、両側に作用するトルク制御されるフリーホイールを備え、このフリーホイールが、操舵トルクのノミナル領域（２５）では、要求されたスーパーインポーズ角を、セカンダリギヤ（１６）とプライマリギヤ（１７）とによってスーパーインポーズステアリングのステアリングギヤ（１４）に伝達し、過負荷時で、調達された操舵トルク（３５）がノミナル領域外に出た場合には、プライマリギヤ駆動ユニット（２４）の逆回転を防止する手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のスーパーインポーズステアリング。
6. プライマリギヤ駆動ユニット（２４）が、アウトプットホイール（２５）と、フリーホイールスプリング（２６）と、狭持体スプリング（２７）と、狭持体（２８）と、狭持及び支承リング（２９）と、プライマリギヤのカップリング（３０）と、セカンダリギヤベアリング（３１）と、狭持斜面（３２）とを備えることを特徴とする請求項４又は５に記載のスーパーインポーズステアリング。
7. プライマリギヤモジュール（１７）が、プラネタリギヤユニット（１８）とロックユニット（２１）とを備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載のスーパーインポーズステアリング。
8. ロックユニット（２１）として、故障時にスーパーインポーズギヤ（１）をロックするための手段を備える個々に操作可能な構造群が、プライマリギヤもしくはプライマリギヤハウジング（４）内に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のスーパーインポーズステアリング。
9. スーパーインポーズステアリングが、プラネタリギヤをスーパーインポーズギヤとして備え、ロックユニット（２１）が、電気操作可能であり、故障が発生した場合に、噛合い係合による結合部を介して、好ましくはセレーション（２０）を介してプラネタリキャリヤハウジング（１９）をロックすることを特徴とする請求項７又は８に記載のスーパーインポーズステアリング。
10. スーパーインポーズステアリングが、分割されたステアリングコラムに組み込むことによって、油圧又は電気油圧式のパワーステアリングに統合されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のスーパーインポーズステアリング。

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