JP2007522019A - 車両用ステアリングシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、車両用ステアリングシステム（２）、特に油圧作動のパワーステアリングシステムに関するもので、当該システムは、ステアリング部材（３）の一端を第１回転要素（６）を用いてステアリングバルブのロータリースライドバルブまたはロータリーピストン（４）に接続しているステアリングシャフト（２）を備えている。このステアリングシステム（１）は、ステアリング機構の（９）の出力要素（８）を作動させる油圧サーボモータ（７）と、油圧サーボモータ（７）の作動空間内での高圧媒体の流れを制御するステアリングバルブ（５）と、電動サーボモータ（１０）によってさらに作動される出力要素（８）と、を備えている。本発明は、安全性を内包した油圧サーボモータが機械式ステアリング部材と電動サーボモータとの両方によって支援されるステアリングシステムを提供することを目的としている。このため、電動サーボモータ（１０）とステアリングシャフト（２）は、第１回転要素（６）とロータリースライドバルブまたはロータリーピストン（４）との間に位置する共通回転要素（１１）上で作動する。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う、車両用ステアリングシステム、特に自動車用の油圧補助のパワーステアリング、に関する。

ステアリング操作装置にもたらされる作動（操作）トルクをサーボモータの回転トルクに重複（重畳）させるための重複（重畳）機能を備えたパワーステアリングは、多様な構造が知られている。これらのパワーステアリングは、ステアリングギヤの出力要素を作動させ、それによって車両の一または複数の操舵可能車輪の操舵角を変えるために、同タイプの複数のサーボモータ（ＤＥ−ＰＳ２９１８９７５参照）、あるいは異なるタイプ、例えば油圧またはハイドロスタティックのサーボモータ１台と電動サーボモータ１台（ＵＳ−ＰＳ４８３８１０６参照）など、の複数のサーボモータを伴う冗長（重複）の理由からも、実施され得る。

公知のパワーステアリングは、好ましくない大きな取付けスペースを必要とするか、あるいは、第２サーボモータは、冗長という理由のためだけにステアリングシステム内に配置されていて、切替可能なクラッチを介して締結可能であるか、あるいはそのタイプに基づいて（直巻モータ）ステアリング操作装置での作動トルクと第１サーボモータのトルクによって重複制御可能である。

ＥＰ１１６７１６１Ａ２は、ステアリング操作装置をその一方の端で保持するステアリングシャフト（ステアリングコラム）を備えた、車両用のステアリングシステムについて記述している。このステアリングシャフトは、そのもう一方の端で第１ねじれ要素と結合しており、その第１ねじれ要素は、油圧サーボモータの制御用の操舵バルブのロータリーバルブまたはロータリーピストンと結合している。この油圧サーボモータは、ステアリングギヤの出力要素を作動する。これに加えて、電動サーボモータがステアリングギヤの出力要素を作動させるために、冗長に（重複して）設けられている。

ＥＰ１１６７１６１Ａ２に記述されているように、パワーステアリングシステム内で冗長（重複）の理由から提供されている電動サーボモータの使用可能性は、確実には保証されていない。さらに、このようなステアリングシステムは、ただ一つの（einzigen）サーボモータの機能に対して設計されており、そのためにこれらはコストにおいて最適ではない。

本発明の課題は、ステアリングシステムの油圧サーボモータが、作動中において、機械的にも電気的にも常に支援されており、フェイルセーフであり（故障のおそれがなく）、レーン（進行方向）維持制御された運転を可能にするような、車両用ステアリングシステムを提供することにある。

本課題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴部分を有するステアリングシステムによって解決される。

ステアリングシステムの電動サーボモータとステアリングシャフト（ステアリングコラム）とが共通の回転要素、例えば電動サーボモータのウォームが作用するウォーム歯車付き出力軸、に作用することによって、また、その共通の回転要素がステアリングシャフトまたは第１ねじれ要素とステアリングバルブのロータリーバルブまたはロータリーピストンとの間に配置されていることによって、ステアリングバルブは、ステアリング操作装置によっても電動サーボモータによっても制御され得て、そして油圧サーボモータとステアリングギヤの出力要素とが作動され得る。特に第１ねじれ要素のところで測定される回転角に応じて、電動サーボモータは、一様に（gleichsinnigen）ステアリング操作装置での作動トルクを補助するサーボモータトルクを出力するように制御され得る。

好ましい形態は、下位請求項から明らかになる。

電動サーボモータとそのモータ制御装置がすぐに使用できる状態にある場合、その電動サーボモータは、それがそのトルクをステアリングギヤの出力要素へ補助して制御するというように、同時かつ一様に油圧サーボモータに作用する。この電動サーボモータは、ステアリングシャフト内の作動トルクに基づく第１ねじれ要素またはトーションバーのねじれを測定する回転角センサーの信号によって、ステアリングシステムのまたは車両の制御装置および／または調整装置（レギュレータ）を介して、制御される。

ステアリングバルブのロータリーバルブまたはロータリーピストンは、共通の回転要素に回転しないように配置されている。ロータリーバルブまたはロータリーピストンは、そのもう一方の軸方向の端で、第２ねじれ要素またはトーションバーにより、油圧サーボモータの作動ピストンに噛み合うウォームまたはスクリューと結合されている。この作動ピストンは、ウォームまたはスクリューの回転によっても、また、ロータリーバルブないしはロータリーピストンによって制御される圧力媒体（高圧オイル）の流れによっても、作動ピストンの作動空間の両側に軸方向に移動される。このときロータリーバルブは、制御溝を介してバルブ筒と一緒に作用する。ロータリーバルブはバルブ筒に対して、限度があるものの、相対的に回転する（ねじれる）ことができる。このそれ自体公知の方法で、ステアリングギヤの出力要素が動かされる。このとき、公知のキネマチック（kinematische）結合を介して、車両の一または複数の車輪の操舵角を変えることができる。

共通の回転要素は、好ましくは、クラッチを用いて、ステアリングバルブのロータリーバルブないしはロータリーピストンに結合されている。電動サーボモータがパラメーターに依存して制御装置および／または調整装置によって作動（駆動）され、共通の回転要素やステアリングバルブのロータリーバルブないしはロータリーピストンがバルブ筒に対して相対的にねじられることによって、運転者支援運転または自動運転が当該ステアリングシステムで可能である。電動および油圧、好ましくはハイドロスタティック、のサーボモータによる排他的なサーボモータ駆動が、これによって、与えられる。

油圧サーボモータが故障の場合、ステアリングシャフトのトルクと電動サーボモータのトルクとにより、油圧サーボモータの作動ピストン内でウォームまたはスクリューが回転されて、ステアリングギヤの出力要素が作動される。

特に電動サーボモータが故障した場合、電動サーボモータと共通の回転要素との間に、ステアリングシャフトの作動トルクによって重複（重畳）制御可能にウォームギヤまたはスクリューギヤを形成することは、実用的でもあり得る。ステアリングシステムをコンパクトに形成するために、電動サーボモータのハウジングをステアリングギヤのハウジングに固定することは有効である。油圧サーボモータの作動ピストン内でウォームと結合された第２ねじれ要素は、第１ねじれ要素よりもかなりねじれ強く形成されている。

ステアリングギヤをボールナット式油圧操舵のタイプ（Sinne ）に構成する代わりに、ギヤラックまたはシャフトの移動運動を支援するために、ギヤラック式油圧操舵用の作動装置のタイプに油圧サーボモータを形成することは、有効であるかもしれない。本発明に従うステアリングシステムは、乗用車に使用する以外に、特に商用車への投入に適している。

ステアリングシャフトは、ステアリング作動装置の入力軸に噛合い式で取り外し可能に取り付けられる。その際、そのステアリング作動装置は、前述の方法で、電動サーボモータをウォームギヤまたはスクリューギヤとともに、共通回転要素及びそのクラッチをロータリーバルブないしはロータリーピストンに、ステアリングバルブと第１および第２ねじれ要素と油圧サーボモータと、そして好ましくは電動サーボモータ用の制御装置および／または調整装置をも、ステアリングギヤと一緒に一つにまとめている。

ここで、本発明を、実施の形態に基づいてさらに詳しく説明し、添付の図面に基づいて再現する。図１は、本発明に従うステアリングシステムの正面図であり、一部は縦断面図である。

図１では、正面図及び部分縦断面図として、ステアリング作動装置２９のステアリングシャフト２の入力軸２３と、電動サーボモータ１０と、油圧ボールナット式回転操舵装置２４と、の間のギヤ的接続２２によるステアリングシステム１が示されている。

このステアリングシステム１は、商用車に組み込むために考慮されているが、原理的にはあらゆる種類の車両または自動車に使用できる。このステアリングシステム１は、ステアリングシャフト２、電動サーボモータ１０、及び、ボールナット式回転操舵装置２４の油圧サーボモータ７によって、ステアリングギヤ９の出力要素８の並行、同時作動を可能にする。出力要素８は、操舵軸２５として、ステアリングレバーを作動するために形成されている。さらにステアリングシステム１は、電動サーボモータ１０または油圧サーボモータ７が故障した場合に、出力要素８の運転および作動を可能にし、そして、ステアリング操作装置３及びステアリングシャフト２の作動トルクの調達なく、電動サーボモータ１０によって自動の制御された運転を可能にする。

ステアリングシステム１は、ステアリングシステム１のコンポーネントが機能的に一列に順に接続されるように配置されている縦軸２６を有している。ステアリング操作装置３は、ステアリングシャフト２に対して回転しないように結合されている。ステアリングシャフト２は、噛合い式で取り外し可能に、入力軸２３に対して回転しないように結合されている。トーションバーとして形成されている第１ねじれ要素６を介して、入力軸２３は、軸として形成さている共通の回転要素１１と作用結合されている。第１ねじれ要素６の軸部分では、電動サーボモータ１０が、その縦軸２７と共にステアリングシステム１の縦軸２６に対して横向きに配置されている。電動サーボモータ１０は、モータ軸のウォームと共通の回転要素１１に固定されているウォーム歯車２８とで構成されるウォームギヤ１４を介して、共通の回転要素１１を作動させる。これは、第１ねじれ要素６のねじれを測定する回転角センサーまたはトルクセンサー１３の信号を処理する制御装置および／または調整装置１２に従って行われる。

共通の回転要素１１は、クラッチ１５を介して、ステアリングバルブ５のロータリーバルブ４と回転しないように結合されている。このロータリーバルブ４は、公知の方法で制御溝を介してステアリングバルブ５のバルブ筒３０と一緒に作用する。ここで、ロータリーバルブ４のバルブ筒３０に対する移動は、ロータリーバルブ４の横穴にあるクロスバー（クロスピン）によって制限されている。このロータリーバルブ４は、油圧サーボモータ７のシリンダの作動空間内の圧力媒体（高圧オイル）の流れを制御する。これによって、油圧サーボモータ７の作動ピストン１７の軸方向の動きがもたらされる。油圧サーボモータ７とその出力要素８に対するギヤ結合−噛み合い−は、ステアリングギヤ９のハウジング２１内にまとめられる。ウォーム１６は、作動ピストン１７と噛み合っているが、このとき、ウォーム１６は、その回転の際に作動ピストン１７をボール回転（ボール循環）を介して軸方向に移動させる。ウォーム１６は、第１ねじれ要素６よりもかなり硬質の第２ねじれ要素１８と、ステアリングバルブ５のロータリーバルブ４のところで、回転可能に固定されている。第２ねじれ要素１８のねじれが、油圧シリンダの作動空間の圧力媒体の衝撃を制御する。

電動サーボモータ１０は、制御装置および／または調整装置１２を包囲するハウジング２０と共に、ステアリングギヤ９のハウジング２１に固定されており、そのハウジングとともにステアリング作動装置２９を形成する。

レーン維持制御されたステアリングシステム１の自動運転において、共通の回転要素１１は、電動サーボモータ１０によって作動され、当該サーボモータは、第２ねじれ要素１８のねじれとロータリーバルブ４を介して油圧シリンダの作動空間内の圧力媒体流を制御し、ウォーム１６を介して機械的に作動ピストン１７を軸方向に動かす。油圧サーボモータ７が故障の場合、ステアリングギヤ９の出力要素８と作動ピストン１７とが、共通の回転要素１１に作用するステアリング操作装置３の作動トルクによって、および／または、電動サーボモータ１０のモータトルクによって、作動される。このとき、特に電動サーボモータ１０が故障している場合、第１ねじれ要素６は、ドッグエレメント１９がステアリングシャフト２と共通回転要素１１との間で第１ねじれ要素６を橋渡しすることによって、過変形から守られ得る。

本発明に従うステアリングシステムの正面図（一部は縦断面図）。

Claims (16)

1. 車両用ステアリングシステム、特に油圧で支援される自動車用のパワーステアリング、であって、
   ステアリング操作装置（３）を一方の端でステアリングバルブ（５）のロータリーバルブまたはロータリーピストン（４）と第１ねじれ要素（６）を介して結合するステアリングシャフト（ステアリングコラム）（２）と、
   ステアリングギヤ（９）の出力要素（８）の作動のための油圧サーボモータ（７）と、
   前記出力要素（８）の作動のための電動サーボモータ（１０）と、
   を備え、
   油圧サーボモータ（７）の作動空間内の圧力媒体の流れは、ステアリングバルブ（５）によって制御されており、
   電動サーボモータ（１０）およびステアリングシャフト（２）は、第１ねじれ要素（６）とロータリーバルブまたはロータリーピストン（４）との間の共通の回転要素（１１）に作用する
   ことを特徴とするステアリングシステム。
2. 電動サーボモータ（１０）と油圧サーボモータ（７）は、当該ステアリングシステム（１）の作動中、同時に、ステアリングギヤ（９）の出力要素（８）に作用する
   ことを特徴とする請求項１に記載のステアリングシステム。
3. 電動サーボモータ（１０）は、当該ステアリングシステム（１）または当該車両の制御装置および／または調整装置（レギュレータ）（１２）を介して、ステアリング操作装置（３）の作動トルクおよび／または回転角を測定する回転角センサー（１３）の信号に応じて、制御される
   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システム。
4. 電動サーボモータ（１０）は、ヘリカル（スクリュー）ギヤまたはウォームギヤ（１４）を介して共通の回転要素（１１）に作用する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のステアリングシステム。
5. 共通の回転要素（１１）は、クラッチ（１５）でステアリングバルブ（５）のロータリーバルブまたはロータリーピストン（４）と結合している
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のステアリングシステム。
6. 油圧サーボモータ（７）は、ウォーム（１６）によって作動される作動ピストン（１７）を有し、その際、前記ウォーム（１６）は第２ねじれ要素（１８）を介してステアリングバルブ（５）のロータリーバルブまたはロータリーピストン（４）と回転しないように結合している
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のステアリングシステム。
7. 油圧サーボモータ（７）の作動空間への圧力媒体の流れは、第２ねじれ要素（１８）のねじれに応じて制御される
   ことを特徴とする請求項６に記載のステアリングシステム。
8. ステアリングシステム（１）のレーン（進行方向）維持制御された自動運転において、または、ステアリングシステム（１）の運転者支援運転において、共通の回転要素（１１）が排他的に電動サーボモータ（１０）によって作動される
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のステアリングシステム。
9. 油圧サーボモータ（７）が故障の場合、ステアリングギヤ（９）の出力要素（８）は、ステアリングシャフト（２）によって、及び、電動サーボモータ（１０）によって、作動される
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のステアリングシステム。
10. 電動サーボモータ（１０）、および／または、電動サーボモータ（１０）と共通の回転要素（１１）との間のウォームギヤまたはヘリカル（スクリュー）ギヤ（１４）は、ステアリング操作装置（３）を操作することによって重複制御可能である（uebersteuerbar）
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のステアリングシステム。
11. 電動サーボモータ（１０）が故障の場合、ステアリングバルブ（５）と油圧サーボモータ（７）は、ステアリング操作装置（３）によって操作可能であり、その際、第１ねじれ要素（６）は、ステアリングシャフト（２）と共通の回転要素（１１）との間でドッグエレメント（Mitnahmeelement）（１９）により橋渡しされる（ueberbrueckt）
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のステアリングシステム。
12. 電動サーボモータ（１０）のハウジング（２０）が、ステアリングギヤ（９）のハウジング（２１）に固定されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のステアリングシステム。
13. 第２ねじれ要素（１８）は、第１ねじれ要素（６）よりもねじれ強い
    ことを特徴とする請求項６乃至１２のいずれかに記載のステアリングシステム。
14. 油圧サーボモータ（７）は、ギヤラック油圧操舵装置内に組み込まれている
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のステアリングシステム。
15. 当該ステアリングシステム（１）は、商用車に組み込まれている
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のステアリングシステム。
16. ステアリング作動装置（２９）の中、電動サーボモータ（１０）、共通の回転要素（１１）、油圧サーボモータ（７）、第１および第２のねじれ要素（６、１８）、ステアリングバルブ（５）、および、出力要素（８）がまとめられている
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のステアリングシステム。

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