JP2008044602A - ラックの線形センサによるステアリングシステムの絶対位置測定 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵輪の位置と、ハンドルと転舵輪との間に機械的な連結を有するステアリングシステムにおいて、電気モータ及び他の従来の回転角センサを使用しないラックの線形センサの支援によるハンドル位置と、を測定するステアリングシステムを作製する。
【解決手段】本発明によると、転舵輪と端側で連結され、ラック１０の側方運動による転舵輪を旋回するステアリングシステムにおいて、連続的にラック１０の位置を測定し、対応する位置信号を発する位置センサ１２を有するラック１０を備える車両のステアリングシステムにより、課題が解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、転舵輪と端側で連結され、側方運動により転舵輪を旋回するラックを有する自動車におけるステアリングシステムに関する。

従来のステアリングシステムにおいては、作動ユニットを介して運転者により、転舵輪は操作され、好適には、ハンドルの回転により行うのがよい。ステアリングホイールであるハンドルの回転は、操舵時に転舵輪を旋回するラックの変位を発生させる。パワーステアリングでは、運転者のハンドル操作を、付加的な電気モータにより支援する。ここでは、操舵支援は、一般的に、車速に応じて操舵支援が適用される制御特性または調整されたシステムを介して動作する。

さらに、転舵輪とハンドルとの間の連結に、機械的な連結のないステアリングシステム、すなわちステア・バイ・ワイヤが知られている。ここでは、ハンドルの回転角に応じて、適切なモータの支援により転舵輪を旋回させる。

ハンドルと転舵輪との位置測定において、通常は操舵コラムのステアリングトレインに、ステアリングピニオンダイレクトまたはステアリングピニオンダイレクトに連結された入力シャフトに、回転式回転角センサが取付けられる。これらは、全操舵角範囲を越えるまたは単に３６０度を越えるいずれかの絶対操舵角を測定するように設計される。後者のケースにおいて、回転角センサは、中心探索アルゴリズムと連動してのみ絶対操舵角を測定できる。

これらの操舵角センサは、両者はいわゆるマルチターンセンサと呼ばれ、ロックからロックまで全回転角度の１回転を越える絶対操舵角を検出するセンサとして、または単に１回転を超える回転の絶対操舵角をたどることができるシングルターンセンサとして設計される。また、増加角度センサも知られている。

電動パワーステアリングにおいて、操舵角は、ステアリングコラムに間接的または直接的に所定の比率で設けられた電気モータの位置センサを介して測定される。ステアリングコラムと電気モータとの比率に基づいて、自分自身に関する絶対角度信号である前記位置センサの角度信号は、ステアリングコラムに対して、絶対角度信号ではない。

増加的な動作をする角度センサまたはモータの位置センサを介しての測定において、極めて高い精度の位置測定が要求される一方で、単にハンドル１回転を超える回転の絶対量を検出する角度センサを使用する場合、中心位置を測定するため、近似的な位置測定のみが要求される。このことは、車輪の回転速度の計算を介してまたはステアリングモーメントと操舵角速度の計算のいずれかにより行う。

さらに、電動パワーステアリングは、一般的に、運転者によりハンドルに加えられるステアリングモーメントを測定するため、ステアリングシステムに配置された分離型トルクセンサを使用する。このトルクセンサは、通常はトルクの測定のみ行うが、回転角センサと組合わせることも可能である。

しかしながら、角度信号の使用目的に応じて要求される通りに、これらの中心探索アルゴリズムを用いて十分に正確な中心位置を得るためには、どちらの場合においても、所定時間または移動距離が要求される。システムの再始動に続く、可用性を損ねるような所定時間において、このことが、操舵角により左右される快適性及び安全性に関するシステムの性能範囲を制限する。

本発明の目的は、転舵輪の位置と、ハンドルと転舵輪との間に機械的な連結を有するステアリングシステムにおいて、電気モータ及び他の従来の回転角センサを使用しないラックの線形センサの支援によるハンドル位置と、を測定するステアリングシステムの作製にある。

本発明によると、転舵輪と端側で連結され、ラックの側方運動による転舵輪を旋回するステアリングシステムにおいて、連続的にラックの位置を測定し、対応する位置信号を発する位置センサを有するラックを備える車両のステアリングシステムにより、本発明の目的が解決される。

本発明は、ラック位置と直接の相関がある操舵角も、ラックにより簡単な方法で測定されることが可能であるとの概念に基づいている。

本発明によると、センサ及び受信部品を備えることができ、それぞれは、例えばラックの筐体など、可動ラック及び固定部品に配置する。さらに好ましくは、磁気要素を移動し、濃度系を介して磁場特性を重複的に検出する、いわゆる残存非接触変位（ＰＬＣＤ：Permanent Linear Contact-less Displacement）センサシステムが適している。そして、磁気要素の経路（軌道）は制御信号として伝達されることが可能である。その結果、磁気要素はラックに配置され、ラックともに移動する。受信部品は、コイルまたはいくつかのコイルを筐体に固定して設けられる。好ましくは、筐体はアルミニウムまたは同種の材料で作製される。選択肢として、センサに計算ユニットを組み込むことも可能である。

もう１つの方法として、短絡環の方式で設計された位置センサを用いることも可能である。短絡環またはいくつかの短絡環は、ラック及び筐体に固定されたコイルまたは複数のコイルに設けられる。選択肢として、センサに計算ユニットを組み込むことも可能である。

ステアリングギア及び／またはステアリングコラムに設けられている既知のセンサに比較して、これらのセンサは、より単純構造であり、製造及び組込みに関しても、よりコスト効率よく行うことが可能である。本発明によるステアリングシステムにより、ステアリングトレインに設けられた角度センサからの信号と、ステアリングの筐体に設けられたラック位置からの信号との解析により、既知の型のステアリングモーメントセンサなしで、ステアリングモーメントの検出が可能である。２つの位置信号と、既知のセンサ間の剛性との解析により、ステアリングモーメントは決まる。この目的を達成するために、随意で、両センサ間に、回転弾性要素を使用することも、また使用しないことも可能である。

本発明によると、ステアリングシステムの操作性を左右する、測定のパラメータ化及び数量制御としてラック位置を使用することが可能である。これは、例えば、アクティブリターンの位置依存性をパラメータ化することが可能である。

都合の良いことに、ラック位置は、ＡＢＳやＥＰＳなどのダイナミック・ドライブ・システムに使用する測定のパラメータ化及び数量制御とすることも可能である。その結果、本発明は、現在の車両において、一般的に、運転者支援のため絶えずデータを測定する何らかのダイナミック・ドライブ・システムを搭載していることを継続して利用する。例えば、スリップ制御、ブレーキ及び運転に関する各安定性システム（ＡＢＳ，ＡＳＣ，ＤＳＣ，ＥＳＰなど）をリンクすることで、事故防止と乗心地との向上を達成し、このような方法により運転者の負担を軽減し、危機的状況においてさえ、車両を安全に制御するように運転者を支援する。このようなシステムは、例えば、タイヤが接地能力を失う危険性がある状況下であるような、ホイールスピン、横滑りまたはブロックなどを起こす前においてのみ動作する。車輪が、個々の車輪にかかるブレーキ圧をブロックする傾向にある場合、通常のスリップ状態でもう一度車輪が回りだすまでに限り、ブレーキシリンダが自動的に緩和される。ドライブスリップ制御により、各センサは加速時の駆動力が最小のスリップで伝達されるようにする。アクセルペダルの位置に関わらず、ホイールスピンを起こすことなく現状の運転状況において許される限りのエンジン出力のみ伝達させることが可能となる。各センサを介して車輪速度を測定することにより、このシステムは車輪が安全に接地しているか否か測定する。駆動している車輪がスピンの兆候がある場合、制御はエンジン制御に介入し、現状のアクセルペダルの位置に関わらずトルクを減らす。

ダイナミック・スタビリティ・コントロール（ＤＳＣ）により、突発的な回避行動または危機的状況時の安全走行を向上するため、追加のセンサがさらなる運転状況を測定する。特にカーブにおいてブレーキを踏んだ時に、ＡＢＳの拡張は操縦安定性を増大する。制御システムは、反作用モーメントを安定化するため、左右の異なる量のブレーキ圧を介して、ＡＢＳ制御閾値以下にブレーキ圧を制御する。さらに、運転者のブレーキ動作の支援、または、例えば、ブレーキ操作の促進などを行う、ダイナミック・ブレーキ・マネージメント・システムは周知である。

各センサは、車両を正常軸の周りに旋回する素早さと、カーブ半径及び速度の次元である横加速と、行きたい方向を示す操舵角と、アクセルペダルと個々の車輪の回転速度とを介して運転者が及ぼすブレーキ圧と、を示すヨーレートを測定する。上述した実施形態は、単に例として理解されるべきものであり、ダイナミック・ドライブ・データも、追加システムを介して、測定され利用される。

本発明によると、このような、検出と車両制御量とを連続的に測定するダイナミック・ドライブ・システムと連携することで、コンピュータが、運転者によりステアリングトレインに与えられるトルクを、判定された測定及び制御量とラックのセンサの位置信号とから、計算することが可能である。

本発明によると、ラックの動きが、ラックに密着した位置センサを有さない電気モータにより支援される場合においても、コンピュータは、電機モータとラックの間の機械的比率から、位置信号と同様に、電気モータの位置決めを計算でき、対応するモータの位置信号を発生する。そのため、電気モータの位置センサは必要ではない。

しかしながら、本発明によると、電気モータが位置センサを有していれば、コンピュータが、運転者によりステアリングトレインに与えられるトルクを、ダイナミック・ドライブ・システムの判定された測定及び制御量と、ラックのセンサの位置信号及びモータの位置信号とから、計算することが可能である。ブラシレス電気モータが、この目的の例に好適である。

本発明の詳細を以下の図面を用いて説明する。これらの図面は、例としてのみ解されるものであり、本発明を制限するものではない。

２つの図面のそれぞれは、本発明に係るスフアリングシステムの利用に関する概略図を示す。関連した個々の説明文から分かるように、図に示した部品間の構造的結合、信号伝達、駆動力伝達、またはエネルギー伝達が可能である。さらに、システムの境界とサブシステムの境界とは、異なる強度線を用いて示してある。両方のシステムにおいて、位置センサ１２は、ラック１０の固定された部品、好ましくはラックの筐体、とに対して位置を測定する。

両ステアリングシステムにおいて、運転者１４が、ステアリングギア１８に対して、ステアリングコラム１６を介して、ステアリングモーメントを与えることが示されている。選択肢として、最新技術によると、ステアリングコラム１６は、操舵角センサ２０を有することが可能である（図２と比較）。

両ケースにおいて、ステアリングギア１８は、ステアリングモーメントをラック１０に伝達するピニオン２２を有する。ステアリングモーメントは、旋回時に電気モータ２６により駆動される減速ギア２４を介して支援される。選択肢として、ステアリングギア１８は、トーションバー２８を有することも可能である。トーションバーを介して、ステアリングギア１８に影響するステアリングモーメントを測定することが可能である。

図１によると、操舵角を測定するステアリングギア１８に、操舵角センサ３０を備える。測定された操舵角は、位置センサ１２により測定されたラック位置も同様に受信する制御ユニット３２に伝達される。電気モータ２６は、制御ユニット３２を介して制御される。そのため、制御ユニットは、操舵角及びラック位置から、減速ギア２４に関する最適な支持モーメントを判断する。通常、ステアリングシステムからのデータは、ダイナミック・ドライブ・システムの一部として、例えば、ＡＢＣ，ＡＳＣ，ＤＳＣ，ＥＳＰ，その他のようなシステムに利用される。

図２に係る実施形態において、上記で既に説明した操舵角センサ２０は、ステアリングギア１８に設けられるのではなく、ステアリングコラム１６に設けられる。測定された操舵角は、同様に制御ユニット３２に伝達される。

ラック１０及び操舵角センサ２０、ステアリングギア１８またはステアリングコラムのいずれかに設けられた、位置センサ１２を介して、運転者により与えられるステアリングモーメントを測定することが可能である。この目的を達成するために、操舵角センサ２０と位置センサ１２との間の既知の剛性、または選択肢的にトーションバー２８のいずれかは、計算に使用されることが可能である。

２つの図面は、本発明に係るステアリングシステムの模範的な適用例の一例のみを説明した。ステアリングモーメントの測定において、位置センサ１２を介して、単にラック１０の位置を測定するには、様々な適用例に関して、十分である。本発明は、上述した適切な実施形態に制限されることなく、むしろ同様の効果を有する全ての実施形態からなるものである。

自身のトルクセンサを有さず、ステアリングギアにおいてラック位置及び操舵角センサを判断するセンサを有する電動パワーステアリングに関する概略図である。 自身のトルクセンサを有さず、ステアリングコラムにおいてラック位置及び操舵角センサを判断するセンサを有する電動パワーステアリングに関する概略図である。

符号の説明

１０ ラック
１２ 位置センサ（センサ）
２６ 電気モータ
３２ 制御ユニット

Claims (9)

1. ラック（１０）は、側方運動により転舵輪を旋回し、前記転舵輪は前記ラック（１０）の端側に連結される、前記ラック（１０）を有する車両のステアリングシステムにおいて、
   前記ラック（１０）の位置を連続的に測定し、対応する位置信号を発する位置センサ（１２）を備えることを特徴とするステアリングシステム。
2. 可動する前記ラック（１０）及び固定部品に設けられるセンサ及び受信部品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システム。
3. 磁気要素を備え、
   前記磁気要素は、前記ラック（１０）と、前記ラックの位置を測定するために利用される前記磁気要素の磁場特性と、一緒に移動することを特徴とする請求項２に記載のステアリングシステム。
4. 短絡環の方式に従い、前記位置センサ（１２）が組み込まれていることを特徴とする請求項２に記載のステアリングシステム。
5. １つのまたはいくつかの短絡環が、前記ラック及び筐体に固定された１つのまたはいくつかのコイルに設けられていることを特徴とする請求項４に記載のステアリングシステム。
6. 測定と車両の制御量とを連続的に測定するダイナミック・ドライブ・システムにおいて、制御ユニット（３２）が、運転者によりステアリングトレインに与えられるトルクを、判定された前記測定及び前記制御量と、前記ラック（１０）の前記位置センサ（１２）の前記位置信号と、から計算することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のステアリングシステム。
7. 前記ラック（１０）の動きを支援し、位置センサを有さない、前記ラック（１０）に密着した電気モータ（２６）を備え、前記電気モータ（２６）と前記ラック（１０）との間の比率から、線形センサの位置信号と同様に、前記電気モータ（２６）の位置決めを計算して、前記電気モータを制御するための対応するモータの位置信号を発することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のステアリングシステム。
8. 前記ラック（１０）の動きを支援するための位置センサを有し、前記ラック（１０）に密着して、モータ位置信号を発する電気モータ（２６）を備え、
   前記制御ユニット（３２）が、運転者によりステアリングトレインに与えられるトルクを、判定された前記測定及び前記ダイナミック・ドライブ・システムの前記制御量と、前記ラック（１０）の前記位置センサ（１２）の前記位置信号と、前記モータ位置信号と、から計算することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のステアリングシステム。
9. ブラシレスモータが使用されることを特徴とする請求項８に記載のステアリングシステム。

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