JP2008505007A - 車両ステアリング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】車両ステアリング装置（７０）は、回転可能な入力シャフト（１５２）と、該入力シャフト（１５２）と長さ方向軸（２５４）を共有する、入力増幅シャフト（１５２）と、該入力増幅シャフト（１５２）と連通すると共に、前記入力シャフト（１５２）の回転に対して静止しているステータ（９４）を更に有する、モータ（２２）と、を備える。車両ステアリング装置（７０）は、ステアリング装置（７０）に可変比率ステアリングを提供する差動機構（４２）を更に備える。差動機構（４２）は、調和駆動差動機構（３００）又は遊星ギアシステムである。一実施例では、外部波発生器（８２）は調和駆動差動機構（３００）のギア機構内で使用される。車両ステアリング装置（７０）は、センサレスの同期装置を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、概して車両ステアリング装置に係り、より詳しくは、可変ステアリング比率を有する車両ステアリング装置に関する。

例えば、車やトラック等の自動車は、車両の移動方向を制御するためステアリングシステムを必要としている。ステアリングシステムは、１つ以上の組の道路車輪の制御を通して車両の移動方向を制御する。そのようなステアリングシステムは、一般に、機械式の操舵リンケージを介してハンドルから道路車輪へとドライバーの意図を伝達する。かくして、ドライバーによるハンドルの運動は、道路車輪の対応する運動を引き起こす。液圧及び／又は電動のアシストシステムは、一般に、そのような機械式システムと組み合わせて使用される。これらのアシストシステムは、機械式システムを作動させるため必要となるドライバーの労力を減少させる。

自動車のアクティブフロントステアリングシステムで使用されるもののような、アクティブステアリングを備えた車両ステアリングシステムにとっては、ハンドルの入力シャフトへの与えられた運動は、ハンドルの与えられた運動に必ずしも対応しない操舵可能な道路車輪の運動へと変換する例えば増幅モータを始めとする差動ステアリングアクチュエータから出力シャフトへの運動等の追加の運動によって増補することができる。その結果、差動ステアリングアクチュエータが不活性であるときには、操舵可能な道路車輪の運動は、従来のシステムにおけるように、関節でつながれた機械的結合に起因してハンドル運動に直接対応する。

「アクティブステアリング」という用語は、車両制御システムに関し、該システムは、フロントステアリング角度に加えられるか又は該角度から引かれる出力を発生し、該出力は、典型的には、車両のヨー及び／又は横方向加速度に応答する。アクティブフロント制御ステアリングは、様々な道路条件上の車両操縦安定性を改善する。安定制御は、絶えず、アクティブにすることができる。より速い車両速度に対しては、操舵の車両感度は、より小さくなり得る。より低い車両速度では、駐車案内の感度を増大させることができ、ドライバーの労力負荷を減少させることができる。かくして、幾つかの状況では、アクティブステアリング制御システムは、遷移的な操縦不安定性を訂正するため、平均的なドライバーよりも更に迅速かつ正確に反応することができる。加えて、アクティブステアリングは、車両の感触及び応答性を改善しつつ、ドライバーの披露を減少するため可変ステアリング比率も提供する。例えば、駐車状況で経験し得る速度のような非常に低い速度では、ハンドルの比較的小さい回転は、操舵可能な道路車輪に、増大したステアリング角度を提供するためアクティブステアリングシステムを使用して増補することができる。

アクティブフロントステアリング「ＡＦＳ」は、典型的には、制御された比率変化又は位置増加を達成するため差動機構を使用する。これらの機構は、自動車のステアリングシステムにおける装備を困難にする特性を持っている。これらの特性には、入力から出力への遊び、地面に対する摩擦、並びに、差動装置を通した速度変化が含まれている。

米国特許番号６，１９９，６５４号は、ステアリングシャフトと接続された電動モータータを有し、よって電動モータアッセンブリがハンドルと一緒に回転する車両ステアリング装置を示している。電動モータ（ステータ）は、回転し、接続された電動モータにおけるステアリングシャフトの任意の角度に対して、電力用の螺旋ケーブルを有する。本装置の実施例の全てがステアリングシャフトと共に回転する電動モータのステータを備えるので、螺旋ケーブルは、本装置の適切な機能のため電気的な連続性を維持するように装備されている。完全な電動モータの回転は、大きい慣性力を持ち、螺旋ケーブルという更なるアッセンブリを有するが、ノイズ、摩擦、慣性及び耐久力を始めとする更なる問題を有する。

本明細書で開示されるものは、一例としての実施態様では、車両ステアリング装置であり、該車両ステアリング装置は、回転可能な入力シャフトと、該入力シャフトと長さ方向軸を共有する、入力増幅シャフトと、該入力増幅シャフトと連通するモータと、を備える。該モータは、モータステータを更に有し、該モータステータは入力シャフトの回転に対して静止している。

本明細書で開示されるものは、別の実施態様では、車両ステアリング装置であり、該車両ステアリング装置は、回転可能な入力シャフトと、モータと、該ステアリング装置に可変比率ステアリングを提供するための差動機構とを備える。該差動機構は、フレックススプライン、円形スプライン、及び、該フレックススプラインを取り囲む外部波発生器を備え、前記波発生器は、モータにより回転される。

本明細書で開示されるものは、更に別の実施態様では、車両ステアリング装置に可変比率ステアリングを提供する方法であり、該方法は、電子制御ユニットを提供し、前記車両ステアリング装置の入力シャフトの回転を検出し、該電子制御ユニットに第１の信号を送り、モータに第２の信号を送り、該モータはステータを有し、前記第２の信号は、前記モータと連通する入力増幅シャフトの回転を規定し、該入力増幅シャフトは前記入力シャフトと共通の長さ方向軸を共有し、前記入力増幅シャフトを前記第２の信号により決定されるように回転し、前記入力増幅シャフトは差動機構を回転させ、該差動機構は前記入力シャフトを前記車両ステアリング装置の出力シャフトに接続し、前記ステータを、前記入力シャフト及び前記出力シャフトに接続の回転に対して静止した状態に維持する、各工程を備える。

以下、添付図面を参照して本発明を例を用いて説明する。添付図面では、同様の構成要素は幾つかの図面において同様に附番されている。

一例としての実施例は、車両アクティブフロントステアリングシステムに関連し、制御ステアリングシステムは、例えば、トルク、位置、ヨー、横方向加速度及び車両速度の各センサ等のセンサを備えることができるが、これらの例に限定されるものではない。これらのセンサからの信号は、電子制御ユニット（「ＥＣＵ」）に送ることができる。ＥＣＵは、信号を検出し、所望の効果を達成するため電動モータの位置を制御するように、入力信号を出力決定制御へと提供する。

図１は、車両の一例としてのステアリングシステム１０を示している。ステアリングシステム１０は、フロントハンドル操舵能力を有する自動車に備えることができる。ステアリングシステム１０は、検出された入力パラメータに応答して操舵可能車輪の角度を機械的に調整することにより自動車のフロント操舵可能要素の操舵能力のアクティブ制御を提供するように構成することができる。そのようなアクティブ制御は、検出された入力パラメータから導き出された限界操縦状況の存在を補償し、一般に、自動車の操縦者により経験され得る制御から独立している。しばしば、検出された入力パラメータの大きさに応じて、ステアリングシステム１０により取られた任意の補償作用は、操縦者によっては検出可能ではない。

ステアリングシステム１０は、自動車が移動している間に道路車輪１２（一つの車輪のみが図示されている）又は他の車両操舵可能要素（図示せず）の位置を変えることにより自動車（図示せず）の移動方向を変えることができる。ステアリングシステム１０は、ハンドル１４を、ハウジング１９を通して延在し得るステアリングシャフト１６に接続することができる。しかし、幾つかの実施例では、ハウジングは備えられていなくてもよく、他の実施例では異なる組の要素を収容してもよい。ステアリングシステム１０は、ドライバーに、例えば道路車輪１２等の操舵可能要素を操舵する際の援助を提供する。ステアリングシステム１０は、例えば、電力援助又はドライバーの援助を提供する液圧パワーアシストステアリング装置を備えていてもよい。

ドライバーは、ハンドル１４を回し、該ハンドルは、ステアリングシャフト１６に機械的に接続される。ハンドル１４の回転力は、ステアリングシャフト１６に伝達され、該回転力は、幾つかの実施例では、ステアリングシャフト１６に配置されているトルクセンサ２０により検出され得る。トルクセンサ２０は、ステアリングシャフト１６上のトルクを測定し、信号４４を、電子制御ユニット「ＥＣＵ」であり得るコントローラ２８に送る。トルクセンサ２０がステアリングシステム１０の実施例に備えられている場合、それは、「非従順型トルクセンサを備えたステアリングコラム」と題された米国特許番号６，６５５，４９３号に記載されている。非従順型トルクセンサであってもよい。その記載内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。トルクセンサ２０に加えて、コントローラ２８への検出された入力パラメータは、車両速度センサ（図示せず）からの車両速度信号４６、横方向加速計（図示せず）からの横方向加速信号４８、車両角度センサ（図示せず）からのハンドル角度信号５０、ヨーレートセンサからのヨー角度速度信号５２、位置センサ５６からの位置信号５４、並びに、トルク及び位置センサ２０、５６からのステアリングギア角度信号５８を更に含み得るが、これらに限定されるものではない。トルクセンサ２０及び位置センサ５６が別個のセンサであり得るが、それらのセンサは、トルク及び位置の両方のセンサを備える結合モジュールに提供されていてもよい。複数のセンサを余分に設けていてもよい。更には、上述されたセンサの任意の組み合わせをシステム１０内で用いてもよいことが理解されるべきである。信号４４，４６、４８、５０、５２、５４及び５８又はそのような信号のサブセットの分析及び定量化によって、コントローラ２８が、自動車の移動の直線方向に対して操舵可能要素１２の角度を変えるように利用される出力信号を最終的に導き出すことを可能にする。

任意の一つの信号、又は、幾つかの信号の組み合わせ、又は、上述されたセンサからの信号の全ての受信後に、コントローラ２８は、作動を開始するためモータ２２に信号を送ることができる。モータ２２は、幾つかの実施例では、シャフト１６と同じ中心線及び長さ方向軸を有する。差動機構４２と機械的連通状態にあり得るモータ２２は、ステアリングシャフト１６に回動の援助を提供することができる。差動機構４２は、周転円機構であってもよく、該周転円機構には、調和駆動差動機構（応力波ギア機構としても知られている）、遊星ギアシステム、及び、サイクロイド駆動機構のような機構が含まれている。ステアリングシャフト１６が回動するとき、ユニバーサルジョイント２１を介して接続することができる中間シャフト部分３３は、ギアハウジング３５の下に配置されたピニオンギア（図示せず）を回転することができる。そのようなピニオンギア（図示せず）の回転は、ラック２９を移動させ、タイロッド３７を移動させる。タイロッド３７が移動するとき、それは、ステアリングナックル部３９を回動させ、該ステアリングナックル部は道路車輪１２を操舵する。モータ２２は、システムがアクティブでないときモータを係止するように、ブレーキ３０と作動可能に連通し得る。なお、入力回転がドライバーのみからであるときには、モータブレーキ又は機械的な係止機構の代わりに、磁気レオロジー流体ストッパーを有することが可能となる。

特別の一例としてのステアリングシステム１０が説明されたが、ステアリングシステム１０で使用するための車両ステアリング装置の実施例は、部品及び特徴の異なる組み合わせ、及び／又は、部品及び特徴の異なる配列、又は、詳細には説明されていない追加の部品及び特徴を有するステアリングシステムで使用することもできることが理解されるべきである。即ち、ステアリングシステム１０は、本明細書で記載された車両ステアリング装置の実施例を利用することができる、単に可能となるステアリングシステムの一例に過ぎない。

各々の実施例に関して更に説明されたように、本明細書で開示された車両ステアリング装置の一例としての実施例は、ステアリングシャフトに対して静止している電動モータ（ステータ）を備えていてもよく、この場合、ステータが位置を変えないので、螺旋ケーブルを必要としない。ロータは、コントローラが電力を提供するときに回転することができる。電動モータのロータは、アクティブフロントステアリング機能を達成するため、周転円差動機構に接続することができる。一実施例では、周転円差動機構は、波形発生器に接続されたモータのロータを備えた調和駆動機構であってもよい。

図２は、モータが波形発生器を回転させる調和駆動機構を用いる車両ステアリング装置７０の一実施例を示している。波発生器は、外部ギアの内部であり得る周囲のフレックススプラインギアの直径方向に対向する部分を撓ませる卵形状の部材であってもよい。フレックススプラインギアの直径方向に対向する歯が外部ギアの歯と接触するとき、ギアのうち回転可能なギアは、ギアの回転可能ではないギアに対して回転する。フレックススプラインギアは、外部ギアよりも少ない歯（例えば、２より少ない歯）を持ち、それにより、波発生器が一回転する度に、フレックススプラインギア及び外部ギアは、外部ギアよりも少ない（例えば、２つの）、フレックススプラインが有する歯の数だけシフトすることができる。

図２に更に示されるように、ドライバーは、ハンドル１４及びステアリングシャフト１６を回転させ、装置７０への入力を形成することができる。代わりに、全機構は、システムの機能を変化させること無く逆転させることができることが理解されるべきである。即ち、出力部８０は、ハンドル１４が、この場合には、シャフト８０に配置された「入力部」であってもよい。この場合にも、ステアリングシャフト１６は、システムのための出力部となる。かくして、本明細書に開示されたシステムは、モータが差動機構よりもハンドル１４により近く配置されるシステムを備えることができる。いずれの実施例においても、シャフト１６に取り付けられた差動機構は、ハウジング６８内に収容されることができ、該ハウジングを通して、シャフト１６の移動に対してハウジングが静止するように、シャフト１６をベアリング６６内に支持することができる。シャフト１６がステアリングシャフトであり、よってシステムのための入力シャフトであるとき、シャフト１６は、支持部７２及び円形スプライン７４を回転させることができる。円形スプライン７４は、調和駆動差動機構の一部であってもよく、フレックススプライン７５への入力回転を与えることができる。フレックススプライン７６は、動的スプライン７８と共に、出力（下側）シャフト８０への出力回転を与えることができる。なお、フレックススプライン７６は、少なくとも円形スプライン７４及び動的スプライン７８の両方と係合するのに十分に長い、装置７０の長さ方向軸に沿って定義されるような長さを有する。円形スプリング７４は、パンケーキ型の調和駆動（波発生器において２つのベアリングを有する）差動トランスミッションであってもよく、フレックススプライン７６のハウジングと係合する内側歯を備えた剛性リングであってもよい。フレックススプライン７６は、円形スプライン７４よりも僅かに小さいピッチの直径で外部歯を備えた非剛性リングであってもよい。

調和駆動機構は、応力波ギア機構としても知られている。波発生器は、フレックススプラインに応力波を導入するからである。これらの実施例で使用される調和駆動機構は、より平坦な構成で調和駆動ギアの利点を提供し、よってよりコンパクトなサイズ及びより軽量な重量を提供するパンケーキ型セットであってもよい。調和駆動ギア機構の利点は、歯の係合パターンを含んでおり、スパーギアのための１つ又は２つの歯とは反対に、歯のうち約３０％、又は、おそらく平坦ギアに関しては６つ以内の歯が、全時間を通して調和駆動ギア内で係合することができる。加えて、調和駆動ギアの歯は、歯の側面の両側で係合し、よって、バックラッシュがゼロの状態を提供する。バックラッシュは、歯の空間及び歯の幅の間の差異として定義され、調和駆動ギア機構に関しては０に等しい。

与えられた出力トルクを生成するため必要となる主要入力トルクは、実質的に１：１の比率である。実際には、フレックススプライン出力トルクは、因子（Ｒ＋１）／（Ｒ）だけ入力トルクにおける僅かな増加を必要とし、その一方で円形スプライン出力は、因子（Ｒ）／（Ｒ＋１）だけ入力トルクにおける僅かな減少を必要とする。よって、調和駆動差動機構のサイジングは、減少因子に対するものと同じであり、要求された出力トルクに基づいている。波発生器に必要とされるトリム入力又は保持トルクは、減少因子としての効率により乗算されたタビュレーティド比率の積によって除算された主要出力トルクに等しい。即ち、
主要出力トルク（ｌｂ・ｉｎ）／（タビュレーティド比率）（効率）＝トリムトルク（ｌｂ・ｉｎ）
となる。

フレックススプライン７６は、波発生器８２を覆って嵌合され、波発生器８２により弾性的に偏向される。動的スプライン７８は、剛性リングであってもよく、フレックススプライン７６と同じ内側歯数を持っていてもよい。本実施例では、動的スプライン７８は、出力シャフト８０とのその接続を通した支持部としても機能する。かくして、動的スプライン７８は、フレックススプライン７６から出力シャフト８０へと出力を転移させるための一部品の一体支持部材とすることができる。動的スプライン７８は、フレックススプライン７６と一緒に回転され、出力部材として機能する。波発生器８２は、楕円プロフィール上に嵌合された薄いレースベアリングアッセンブリであってもよく、制御入力部材としてみなすことができる。別の実施例では、波発生器を歪ませる２つ以上の遊星ローラーを備えた遊星キャリアを、楕円状の薄いレースベアリングアッセンブリの代わりに応力波を形成するために使用することができる。

波発生器８２は、ステータ９４及びモータケーシング９６を更に備える、電動モータ８６の中空ローラーシャフト８４上に固定されてもよい。本実施例では、中空ローラーシャフト８４は、入力増幅シャフトとみなすことができる。ロータシャフト８４は、コントローラ２８によりそうするように作動されるときシステムに追加の入力を提供することができるからである。中空ロータシャフト８４を通過しているものは、出力（下側）シャフト８０とすることができる。電動モータ８６のモータケーシング９６及びステータ９４は、ステアリングシャフト１６に対して、並びに、出力シャフト８０及び車両ステアリング装置７０の長さ方向軸９８に対して静止している。電動モータ８６は、コントローラ２８からパワーを受け取り、ロータシャフト８４は、追加の回転のため、正方向又は負方向のいずれかに、波発生器８２と共に回転する。電動モータ８６は、波発生器８２を備えるのと同じシャフトに配置することができる。ロータが回転するとき、中空シャフト及び波発生器８２が一緒に回転する。モータ及び波発生器の組み合わせは、ステアリングコラム又はピニオン領域に設けることができる。差動機構の比率は、これらに限定するものではないが、例えば、パッケージ、慣性、モータ速度、モータサイズ、ノイズ、及び、システム性能等の品質に基づいてシステムを最適化するために選択することができる。

電動モータ８６の端部には、本システムが、入力シャフトのドライバーの回転が効率的な出力シャフト回転を生じさせるようにオフとなるとき、差動機構へとモータ入力を係止する機能を有する、モータ係止機構８８を設けることができる。このモータ係止機構は、例えば、ＭＲＦストッパー、電磁クラッチ、ブレーキ、グリップ、又は、ソレノイドとすることができる。他の安全な要素も、これらの実施例の範囲内にある。電動モータ８６のロータシャフト８４は、モータケーシング９６を、回転に対して静止した状態に維持するように示される、内部ベアリング９０及び９２を回転させることができる。モータケーシング９６及びハウジング６８は、一緒に連結することができ、必ずしも必要というわけではないが、ケーシング９６及びハウジング６８は、車両内の静止設備品に取り付けられていてもよい。

ここで図３を参照すると、車両ステアリング装置１００の一実施例が示されている。車両ステアリング装置１００は、図２の車両ステアリング装置に類似しているが、車両ステアリング装置１００は、ベアリング１０２及び１０４を備えている。ベアリング１０２及び１０４は、モータ８６に起因してドライバーにより感じられる摩擦を減少するため、中空ロータシャフト８４と出力シャフト８０との間に配置することができる。モータは、ギア比率に起因して、入力シャフトから出力シャフトへの１対１比率を達成するため、入力シャフトにおいて回転する必要がある。この条件では、内側ベアリングレース及び外側ベアリングレースは、同じ速度で移動しており、よって、これに伴うベアリング摩擦は最小となる。

また、車両ステアリング装置１００は、フレックススプライン１１０及び動的スプライン１１２を備えた、接続支持部７２及び１０６を備えていてもよい。接続支持部１０６は、動的スプライン１１２に取り付けられていてもよく、それにより、動的スプライン１１２からの出力が、接続支持部１０６へと伝達される。動的スプライン１１２が歯付き部材であるので、動的スプライン１１２のための別々の部材及び出力シャフト８０に取り付けられる支持部を構成することがより簡単とすることができる。他の方法では、車両ステアリング装置１００は、車両ステアリング装置７０と類似の態様で機能することができ、それによって、ステアリングシャフト１６が支持部７２を回転させて、円形スプライン１０８、フレックススプライン１１０、動的スプライン１１２及び接続支持部１０６を回転させる。代替例として、ハンドル１４が図２に関して上述されたようにシャフト８０に配置されている場合には、シャフト８０は、入力（ステアリング）シャフトとなり、シャフト１６は出力シャフトとなり、構成要素の回転が逆転されることになる。シャフト１６は、ベアリング１１６を介してハウジング１１４内に支持することができる。前述した実施例と同様に、上述された回転の全ては、モータケーシング９６、ステータ９４、及び差動機構を収容するハウジング１１４から独立に発生する。

図４は、比率が１：１となるように調和１：１差動トランスミッションを備えた一例としての車両ステアリング装置１３０を示している。支持部７２は、第１の剛性スプライン１３２に接続され、該スプラインは、前述した実施例からの円形スプラインと同じ機能を奏する。第１の波発生器１４２は、第１の剛性スプライン１３２内に配置されている。第２の剛性スプライン１３４は、第１の波発生器１４２及び第２の波発生器１４０の両方を取り囲む。前述した実施例からの動的スプラインと同じ機能を奏する第３の剛性スプライン１３３は、第２の波発生器１４０のみを取り囲み、支持部１０６に接続され、出力シャフト８０に接続される。一対のフレックススプラインは、第１のフレックススプラインが剛性ステアリングプラン１３２、１３４と波発生器１４２との間に配置され、第２のフレックススプラインが、剛性ステアリングプラン１３３、１３４と波発生器１４０との間に配置されるように、配置されていてもよい。よって、車両ステアリング装置１３０は、２つのパンケーキ型駆動機構を使用する。パンケーキ型の調和差動機構が本当に１：１ではないので、２つのパンケーキ型調和駆動機構を直列に配置し、一方が比率Ｒ／（Ｒ＋１）を持ち、他方が比率（Ｒ＋１）／Ｒをすることによって、当該比率は相殺し、真に１：１比率を備えたシステムをもたらすことができる。

モータシャフト８４が静止した状態では、入力側のステアリングシャフト１６と、出力側の出力シャフト８０とは、１：１のギア比率で回転する。前述した実施例で説明したように、シャフト８０がハンドル１４に接続され、シャフト１６が出力シャフトとして機能する場合にも同じことが成立する。入力及び出力の相対的な位相は、ロータシャフト８４を回転させることにより動的に変更することができる。モータ８６がそのような変更を実行するためコントローラ２８から入力を受け取るとき、ロータシャフト８４を回転することができる。よって、ロータシャフト８４がこの車両ステアリング装置１３０のための入力増幅シャフトである。なお、モータ８６は、モータケーシング９６、及び、覆われたステータが、シャフト１６並びにシャフト８０の運動に対して静止するように設計される。同様に、調和差動トランスミッションを収容するハウジング１３６は、シャフト１６が、ベアリング１３８を介してハウジング１３６内に回転可能に支持されている間に静止することもできる。ハウジング１３６は、モータケーシング９６に動かないように取り付けることができる。ハウジング１３６及びモータケーシング９６のいずれか一方又は両方は、車両内の固定手段に動かないように取り付けることができる。再び、モータ及びステータがステアリングシャフトに対して静止しているので、螺旋ケーブルの組み込みは、必ずしも必要とはならない。

図５は、差動機構として２つのステージ遊星ギアを有する車両ステアリング装置１５０を示している。ドライバーは、ハンドル１４及び入力シャフト１５２を回転させることができる。入力シャフト１５２は、遊星ギア１５４及び１５６と係合している支持部１７４と一体結合されるか、又は、別々に製造されて最後に組み立てられてもよい。遊星ギア１５４は、中空シャフト１５８を回転させ、該シャフトは、太陽ギア１６０を回転させる。出力シャフト１６２は、太陽ギア１６０を介して遊星ギア１５６からの回転を受け取る。電動モータ１６６の中空ロータシャフト１６４は、追加の可変回転のため中空シャフト１５８に接続されている太陽ギア１６８を回転させる。よって、ロータシャフト１６４は、この車両ステアリング装置のための入力増幅シャフトとして機能する。ケーシング１７２は、ギア機構のための一体型ハウジングと、モータ１６６のためのモータケーシングとを備えていてもよい。代替例として、別個のギアハウジング及びモータケーシングを使用することができる。ケーシング１７２及び覆われたステータ１７０は、入力シャフト１５２の運動に対して静止したままであってもよい。また、ギア機構は、ケーシング１７２に取り付けられておらず、入力シャフト１５２の回転及び引き続くギア回転が、ケーシング１７２上にほとんど効果がない状態から全く効果がない状態にある間にケーシング１７２が静止したままであることを可能にしている。出力シャフト１６２が中空ロータシャフト１６４を通過し、よって、中空ロータシャフト１６４、ステータ１７０又はケーシング１７２に対して回転を出力しない。シャフト１５２が入力シャフトとして説明され、シャフト１６２が出力シャフトとして説明されたが、本実施例とは逆に、ハンドル１４をシャフト１６２に取り付けることができ、シャフト１５２を出力シャフトとして機能させることができることが理解されるべきである。

図６は、可変ギアユニット１９０、車両ステアリング装置を示している。可変ギア比率を有する本実施例の差動機構は、遊星ギアを使用する差動機構を備える減速ユニットである。可変ギアユニット１９０は、ドライバーにより回動されたとき入力シャフト１９２を回転させることができるハンドル１４を備えている。入力シャフト１９２は、シャフト部１９４と、カップ形状部分１９６と、を備えていてもよい。カップ形状部分１９６は、リングギア２０６に取り付けられていてもよい。遊星ギア２０４は、リングギア２０６と噛み合う部分と、ギア２０８と噛み合う部分とを有する。即ち、長さ方向軸２１４に沿って測定されたとき、遊星ギア２０４の第１の区分は、リングギア２０６とかみ合い、第１の区分とは、長さ方向軸に沿って顕著に異なる部分を占める第２の区分は、ギア２０８と噛み合う。リングギア２０６は、ギア２０８よりも少ない２つの歯を有する。リングギア２０６は、リングギア２０６の回転毎に２つ分の歯だけ遅延した状態で回転し、従って、減速ユニットとして作動する。ギア２０８は、支持部２１６に一体的に接続されてもよく、該支持部は出力シャフト２１８に接続される。ギア２０８、支持部２１６及び出力シャフト２１８が一体的に接続されているが、一対の構成要素又はこれらの構成要素が、図示と同じ配置で一緒に組み立てられる前に別々に製造されることも本実施例の範囲内にある。中空回転シャフト１９８が、モータ２０２のロータ２００と共に回転することができる。よって、回転シャフト１９８は、ロータ２００が回転するとき、車両ステアリング装置１９０のための入力増幅シャフトを形成する。回転シャフト１９８は、遊星ギア２０４に取り付けることができる。モータ２０２は、ケーシング２１０及びステータ２１２が、遊星ギア及びリングギア、並びに、入力シャフト１９２を含むギアシステムの回転によって影響を受けないままであるように、ギアシステムから取り外されるケーシング２１０を備えていてもよい。出力シャフト２１８は、中空回転シャフト１９８を通過し、よって、モータ２０２は、出力シャフト２１８と共に回転することを要求されない。図示されていないが、可変ギアユニット１９０は、ギア機構を収容するためのギアハウジングを更に備えていてもよい。ギアハウジングは、入力シャフト１９２の回転がギアハウジングの回転に変換されないように、入力シャフト１９２の回りに支持されてもよい。ギアハウジングは、モータケーシング２１０に取り付けられてもよく、ギアハウジング及びモータケーシング２１０のいずれか一方又は両方は、ステアリングシャフトと共に回転しない車両内の要素に動かないように取り付けられてもよい。更には、入力シャフト１９２が入力を受け取るためハンドル１４に接続されるものとして説明されたが、ハンドル１４は、シャフト１９２が出力シャフトとして機能することができるようにシャフト２１８に接続されてもよい。

図７は、差動機構が外部波発生器２３２を有する調和駆動差動機構を備えるところの、車両ステアリング装置２３０を示している。外部波発生器は、特定のステアリングシステムに依存して、オプションの設計及び包装の選択を提供する。外部波発生器の実施例によれば、入力シャフト及び出力シャフトの位置決めを、ステアリングシステムにおける一体化のため、有利により簡単にすることもできる。ドライバーは、ハンドル１４、ステアリングシャフト２３４、支持部２３６、及び、フレックススプライン２３８を回転することができる。フレックススプライン２３８は、円形スプライン２４０に入力回転を与える調和駆動差動機構の一部であってもよい。なお、ステアリング装置２３０は、フレックススプライン２３８及び円形スプライン２４０が係合しないが、車両ステアリング装置２３０の異なる断面が、円形スプライン２４０の直径方向に対向する部分において、円形スプライン２４０と係合したフレックススプライン２３８を示していることが理解されるべきである。円形スプライン２４０は、出力（下側）シャフト８０への出力回転を与えている。差動トランスミッションの円形スプライン２４０は、フレックススプライン２３８の歯と係合する外部歯２を備えて剛性である。フレックススプライン２３８は、円形スプライン２４０よりも僅かに大きいピッチ直径上に内部歯を備えた、非剛性リングであってもよい。フレックススプライン２３８は、波発生器２３２内に嵌合され、弾性的に偏向することができる。本実施例では、波発生器２３２は、支持部２５０と一体化されており、該支持部は、ロータ２４２の中空ロータシャフト２５２に接続されている。波発生器２３２は、内側楕円プロフィールへと嵌合する薄いレースベアリングアッセンブリであり、通常では、制御入力部材である。別の実施例では、波発生器を撓ませる２つ以上の遊星ローラーを備えた平坦キャリアを、楕円状の薄いレースベアリングアッセンブリの代わりに応力波を形成するため使用することができる。中空ロータシャフト２５２を通過しているものは、出力（下側）シャフト８０である。電動モータ８６、径方向の空気ギャップ装置は静止していてもよい。即ち、モータケーシング９６及びステータ９４は、入力シャフト２３４及び出力シャフト８０が回転している間に静止したままであることができる。ギアハウジング２６０は、静止した状態のままであり、モータケーシング９６に接続されてもよい。モータケーシング９６及びギアハウジング２６０のうちいずれか一方又は両方は、ステアリングシャフトと共に回転しない車両内の構成要素に固定されてもよい。電動モータ８６はコントローラ２８（図１）からパワーを受け取り、電動モータ８６のロータシャフト２５２は、追加の回転のため、正又は負の方向に波発生器２３２と共に回転する。よって、ロータシャフト２５２は、車両ステアリング装置２３０のための入力増幅装置として機能する。モータ８６の端部には、システムが故障した場合に操舵を保護する機能を有する安全要素８８が設けられていてもよい。この安全要素８８は、例えば、磁気レオロジー流体（ＭＲＦ）ストッパー、電磁クラッチ、ブレーキ、グリップ、ソレノイド、又は、他の適切な安全要素であってもよい。安全要素８８は、システムが故障した場合に、モータ８６のロータシャフト２５２の回転及び波発生器２３２を停止させる機能を有する。そのようなシステムの故障では、当該回転は、波発生器２３２を通したモータ８６からの追加の入力回転無しに、入力シャフト２３４から出力シャフト８０へと至る。電動モータ８６のロータシャフト２５２は、ベアリング２４４及び２４６の内部で回転することができる。ベアリング２４８は、入力シャフト２３４及び出力シャフト８０が、同じ中心線、即ち装置２３０の長さ方向軸２５４に沿って維持されることを確実にする。入力シャフト２３４の一部分２５６は、出力シャフト８０に取り付けられたカップ形状部２５８内に着座していてもよいが、ベアリング２４８は、入力シャフト２３４からの回転が出力シャフト８０に直接伝達されることを防止する。その代わりに、回転は、入力シャフト２３４から支持部２３６、フレックススプライン２３８、円形スプライン２４０及び最終的に出力シャフト８０へと伝達される。可変回転が、モータ８６により提供され、ロータシャフト２５２を回転させ、ひいては、波発生器２３２を回転させ、フレックススプライン２３８の回転を増加又は減少させ、よって、円形スプライン２４０及び出力シャフト８０の回転に影響を与える。ロータシャフト２５２の回転量は、コントローラ２８により規定される。再び、シャフト２３４が入力用のハンドル１４に取り付けられるものとして説明されたが、ハンドル１４は、シャフト８０に取り付けられてもよく、それによりシャフト２３４がこの車両ステアリング装置の逆の態様の実施例において出力シャフトとして機能する。

図８は、車両ステアリング装置２７０を示している。図７と類似しているが、本実施例における入力シャフト２７４は、一部分２５６を備えておらず、出力シャフト２８０も、カップ形状部分２５８を備えておらず、よって、図７に示されるようにベアリング２４８を必要としない。安全要素２７２は、図７に記載される安全要素８８に類似され得る。なお、モータケーシング９６及びステータ９４は、出力シャフト８０と共に回転せず、中空ローラシャフト２５２は、波発生器２３２に回転を提供し、モータ８６を回転させることなく該モータ８６を通過する出力シャフト８０の回転に影響を与える。モータケーシング９６及びステータ９４は、それらが入力要素の全てから独立しているので、入力シャフト２７４と共に回転しない。

図９は、車両ステアリング装置２３０及び２７０内で使用されるとき外部波発生器を使用して特別の差動調和駆動構成要素３００を示している。主要入力回転は、図７及び図８に示されるように、入力シャフト２３４及び２７４等の入力シャフトから各々提供され、フレックススプライン（ＦＳ）３０２から与えられる。入力回転は、コントローラ２８からの信号を受信したとき、モータ８６及び外部波発生器（ＷＧ）３０４等の電動モータから提供されてもよい。その結果が、円形スプライン（ＣＳ）３０６に亘る出力シャフト８０等の出力シャフトにおける可変回転である。図９から、フレックススプライン３０２が、直径方向に交差するライン３１２に沿って置かれている直径方向に対向する部分３０８、３１０において円形スプライン３０６と如何に接触し、その一方で直径方向に交差するライン３１８に沿って存在する円形スプライン３０６の一部分３１４、３１６に何ら接触されていないことを理解することができる。この例では、直径方向に交差するライン３１２及び３１８は、垂直である。しかし、フレックススプライン３０２が回転するとき、円形スプライン３０６の異なる部分がフレックススプライン３０２と接触することが更に理解されるべきである。

前述されたように、自動ステアリングシステムにおいてギア機構の設置を困難にする特徴には、入力から出力にかけての遊び、地面に対する摩擦、加えて、差動装置を通した速度変化が含まれている。本明細書で説明される一例としての実施例は、地面に対する摩擦を絶対的な最小値へと維持しつつ遊びを完全に無くすことができる。

一例としての実施例は、上記した問題を無くすため、次に説明するコンセプトを単独か又は組み合わせて使用する。「応力波ギア機構」又は「サイクロイド駆動機構」としても知られている調和装置等を予め実装すると共に効率を維持する、差動機構トレインのクラスの一つを使用することができる。例えば、図５及び図６に示されているシステム等のギアシステムを予め実装することもできるが、それらは、効率を減少させ得る。それらは、入力から出力にかけての摩擦の故に、効率の僅かな減少を受けるが、より強力なモータを単に追加することは、当該問題を解決することとなる。即ち、図５及び図６の実施例は何らかの摩擦を持ち得るが、入力から出力にかけての摩擦は、当該摩擦が入力から地面へのものではないため、ドライバーによっては経験されない。調和駆動装置及びサイクロイド駆動機構は、一般に、予め実装されており、低い摩擦を維持しつつ遊びもない。車両ステアリング装置へと折り畳められる差動機構の実施例は、前述された。また、外部波発生器の使用は、更に後述されるように、同期センサレス装置の装備のように、使用されてもよい。当該機構は、図１０ないし図１１に示されるように更に構成されてもよく、それにより、噛み合いの予備負荷に起因した摩擦は、入力から出力へと作用するが、地面へは作用しない。即ち、摩擦は、前記した実施例で以前に経験されるように、入力シャフト及びハウジングの間ではなく、入力シャフト及び出力シャフトの間に発生する。摩擦が入力シャフト及び出力シャフトの間にのみ発生する状態では、摩擦に関するドライバーへの感触は、少なくなる。

図１０は、調和装置を使用し、かつ、フレックススプライン３５４への入力回転を提供するため回転することができる入力シャフト３５２を有する車両ステアリング装置３５０を示している。フレックススプライン３５４は、波発生器３５６を取り囲んでいてもよく、該波発生器は、出力シャフト３６０に接続された円形スプライン３５８内でフレックススプライン３５４を弾性的に撓ませることができる。車両ステアリング装置３５０は、アクチュエータロータ３６２及びアクチュエータステータ３６６を有するアクチュエータ３６４を更に備えることができる。本実施例では、ロータシャフト３７４は中空ではなく、図示のように波発生器３５６へと接続される。かくして、ロータシャフト３７４は、車両ステアリング装置３５０のための入力増幅シャフトとして機能する。アクチュエータ３６４は、電圧がブースト（圧力）の関数として制御される同期センサレス装置であってもよい。ブレーキロータ３７０及びブレーキステータ３７２を備えるブレーキ３６８を用いることもできる。ブレーキステータは、場を相殺するためコイルを実装した、永久磁石であってもよい。ステータ３６６及びその添付したモータハウジング（図示せず）は、入力シャフト３５２及び出力シャフト３６０の回転に関して静止しており、よって、ステータ３６６がステアリングシャフトと共に回転される場合には、大きな慣性力も螺旋ケーブルの組み込みも必要となったところ、完全なアクチュエータ３６４を回転させるための大きな慣性力は必要とされず、螺旋ケーブルの組み込みも必要とされない。シャフト３５２が入力シャフトとして説明され、シャフト３６０が出力シャフトとして説明されたが、逆の車両ステアリングシステムも、これらの実施例の範囲内にあり、出力シャフト３６０がステアリングシャフトとして機能し、シャフト３５２が出力シャフトとして機能することが理解されるべきである。

図１０を更に参照すると、上述されたコンセプトを効果的に用いるため、アクチュエータ３６４のロータ３６２は、図示の機構の非磁性部分に亘って磁気的に連結される電動装置を用いて制御される。即ち、ステータ３６６及びロータ３５２の間の空気ギャップを通過するフレックススプライン３５４の一部分が、非磁性である。フレックススプライン３５４及び入力シャフト３５２へと接続されるその支持構造を形成する全要素は、非磁性材料から形成され、空気ギャップの間に配置された一部分のみが非磁性である必要があるので、円形スプライン３５８と係合するフレックススプライン３５４の一部分が磁性材料から作られてもよい。当該磁性部分は、フレックススプライン３５４を入力シャフト３５２へと接続する支持構造の一部分であってもよい。製造及び耐久性因子を、フレックススプライン３５４を形成するための材料を決定するとき考慮に入れることができる。本実施例では、センサレスの同期装置として当該装置を運転することが望ましい。これは、所望のロータ角度に応答してフラックスベクトルの角度を制御し、要求されたトルクの大きさに応答してフラックスベクトルの大きさを制御することによって達成することができる。要求されたトルクは、電動ステアリングシステムのトルクセンサ又は液圧ステアリングシステムの圧力センサによって測定されたときのステアリングトルクから推定することができる。例えば、ハンドル位置、ハンドル速度、車両速度及び位置増加速度等のパラメータを使用して要求されたトルクを推定する他の方法も存在している。

図１１は、差動機構としてカップ式の調和駆動機構を使用した車両ステアリング装置４００を示している。カップ式の調和駆動機構は、前述したパンケーキ型の調和駆動機構が備えているような動的スプラインを備えていない。また、フレックススプラインは、カップ式調和駆動差動機構において予め装備されている。車両ステアリング装置４００は、入力シャフト４０８からフレックススプライン４０４への支持である支持部４１０に取り付けることができる入力シャフト４０８を備えている。支持部４１０及びフレックススプライン４０４は、「カップ」を形成する。前述した実施例で使用される径方向の空気ギャップ装置とは対照的に、車両ステアリング装置４００は、波発生器及びロータの組み合わせ４０６と連係したステータ４１２を有する軸方向空気ギャップモータを備えている。車両ステアリング装置４００の機構は、例えば図９に示されたように、フレックススプライン４０４内に円形スプライン（剛性ギア）４０２を配置し、波発生器４０６を外部に配置することによって、「逆転」回転させることができる。次に、ロータ４０６及びステータ４１２を備え得る中空シャフトモータ４１４を使用して、空気ギャップ内の介在材料を配置すること無く達成することができ、位置センサは、遠隔測定、ブラシ及び変換器のいずれの形態も要求すること無く、容易に実装される。円形スプライン４０２は、出力回転のため出力シャフト４１６に接続される。モータ４１４のロータは、波発生器及びロータの組み合わせ態様４０６への入力を提供し、よって、車両ステアリング装置４００のための入力増幅シャフトとしても機能する。ステータ４１２及びその連係したハウジングは、入力シャフト４０８及び出力シャフト４１６の回転に対して静止したままである。シャフト４０８が入力シャフトとして説明され、シャフト４１６が出力シャフトとして説明されたが、システム４００の逆の態様では、シャフト４１６が入力シャフトとして機能し、シャフト４０８が出力シャフトとして機能することもできることが理解されるべきである。

更には、図１０又は図１１のいずれかにおいて、戻り動作を防止するためブレーキを装備することもできる。車両ステアリング装置３５０、４００では、アクティブ前述した実施例に関して説明されたような安全要素を、用いることができ、同様に、ハイブリッドステータを備えた永久磁石ロータは、電圧を断たれたときブレーキとして作用し、電圧を印加されたとき自由回転ハンドルとなる装置に装備するため使用される。

他の実施例では、車両ステアリングシステムは、デルファイステアリングから市販されているマグナステア^ＴＭステアリングシステム等、磁石アシスト液圧ステアリングシステムのピニオンにおいて、一体化されてもよい。マグナステア^ＴＭステアリングシステムは、ステアリングギア内に組み込まれた磁石装置の作動を通してステアリングギアにおいて可変のねじれ率を提供する。磁石装置内のコイルは、装置のねじれ率を調整する。駐車操作中には、操舵の労力は、ねじれ率をバルブから減算することによって減少される。車両速度が増大するとき、ねじれ率は、通り上における感触及び安定性を改善するように増大する。マグナステア^ＴＭ磁気アシストステアリングは、高度な車両の旋回性を提供し、駐車動作及び通り上の動作の間で幅広い範囲の労力を提供する。マグナステア^ＴＭシステムは、磁気ねじれ率を電子的に調整することによって、可変労力の操舵を達成する。その結果生じた整列力は、コイル内の電流の極性に応じて、現存するねじれバー率への追加分又は減少分のいずれかとなる。

図１２ないし図１４では、磁気アシストステアリングシステムの特定の実施例が開示されているが、これらの実施例の車両ステアリングシステムは、先述された実施例に開示されたもののような、代替形式のステアリングシステムで用いることができる。また、図１２ないし図１４の実施例は、ピニオンに隣接して開示されたが、図１２ないし図１４の車両ステアリングシステムは、ステアリングシャフト、上側シャフト又は下側シャフトに沿った任意箇所に位置することができる。即ち、図示の特定の実施例の各々は、一つのモードの使用形態の一例にしか過ぎず、他のモードの使用形態も各実施例で可能である。

図１２ないし図１４に示された磁気アシストステアリングシステムは、電子制御ユニットからパワー供給された、電動モータを備えた調和駆動差動トランスミッションを備えていてもよい。係止機構は、可変の回転を係止するため利用することができ、よって、ドライバーからタイヤ道路へのステアリング比率を変えないままにすることができる。本システムは、車両内のより容易な設置のためのコンパクトな組み込みを持つことができる。磁気アシストステアリングシステムは、トーションバーのねじれ率への追加分又は減少分として機能し、液圧ステアリングシステムの感触を有効に変化させる電子制御式の磁気トルクを超える労力変化を提供することができる。可変ステアリング労力は、駐車操作の間には軽いステアリング労力を提供し、通り上での速度では、より正確な労力を提供する。

図１２は、磁気アシストステアリング液圧ステアリングシステムと一体化されたアクティブフロントステアリングアクチュエータを示している。上述されたような代替システム内で用いることができる車両ステアリングシステム４３０内では、ドライバーは、ハンドル、ステアリングシャフト、中間シャフト（全てが図示されているわけではない）、上側シャフト４３２、Ｔ字バー４３４、及び、下側シャフト４３６を回転させることができる。Ｔ字バー４３４をねじることにより、ラック４３８を移動させるための液圧アシスト機構のためのバルブが開放される。下側シャフト４３６は、支持部４４２及びねじ４４４を覆う調和駆動機構のフレックススプライン４４０と接続されていてもよい。本実施例で使用される調和駆動機構は、平坦なパンケーキ型に対して、システムにほんの僅かに多い軸方向長さを追加し、動的スプラインが要求されないためより少ない部品の使用で済むカップ型式である。即ち、この場合には円形スプライン４４８であるカップ型式において、一つの剛性スプラインだけが必要とされる。波発生器４４６が静止しているとき、フレックススプライン４４０は、約１：１の比率で円形スプライン４４８を回転させる。円形スプライン４４８は、例えばコントローラ２８等のＥＣＵからの入力信号に応じてラック４３８を左右に移動させる。円形スプライン４４８がピニオン４５０と接続された状態で示されている間に、車両ステアリングシステム４３０がステアリングシャフトや他の上側及び下側シャフトに沿った他の位置で使用可能であり、従って、図示されるようにピニオン４５０に直接接続される必要がないことが理解されるべきである。任意の適切な位置は、本実施例の範囲内にあり、特別の車両のためのパッケージング要求に基づいて選択することができる。

図１で提供されたセンサ等のセンサがＥＣＵに信号を送った場合、ＥＣＵ、例えばコントローラ２８は、電動モータ４５２をパワー供給し、該モータは、ギア４５４（遊び除去ギア４５６付き）及びギア歯を覆う波発生器４４６を回転させる。遊び除去ギア４５６が示されているが、遊びを除去するための他の装置及びシステムを代替手段として使用することもできる。特定の車両のための特定の実施例及びシステムの要求に応じて、調和駆動比率を最適化することができるように、ギア比率を最適に選択することができる。電動モータ４５２は、ステアリングシャフト、中間シャフト、上側シャフト４３２、Ｔ字バー４３４、及び、下側シャフト４３６の回転に対して静止している。モータ４５２は、ステアリングシャフト、中間シャフト、上側シャフト４３２、Ｔ字バー４３４、及び、下側シャフト４３６の回転に対して静止しているハウジング４６４に接続されていてもよい。モータが作動されたとき、波発生器４４６は、オーバーベアリング４５８、円形スプライン４４８の追加の回転を提供するためのフレックススプライン４４０及びよってピニオン４５０を回転させる。ピニオン４５０は、ハウジング４６４内で内部ベアリング４６０及び４６２を回転させることができる。下側シャフト４３６は、内部ベアリング４６６及び４６８を回転させることができる。波発生器４４６は、下側シャフト４３６を覆うオーバーベアリング４７０及び４７２を回転させることができる。

本システムが故障するか又はシステムがオフとなっている場合、係止機構４７４は、ギア４５４、電動モータ４５２及び波発生器４４６の回転を呈しさせることができる。任意の適切な係止機構を用いることができるが、係止機構４７４は、スプリング作動式プランジャー４８２を備えたソレノイドを備えていてもよい。スプリング作動式プランジャー４８２は、モータ４５２のロータシャフト４７６の長さ方向軸に平行であるソレノイドの長さ方向軸に従うことができる。ギア４５４は、少なくとも１つ又はそれ以上のディボット４８４を備えるように示されている。図１２では、ソレノイドは、未係止位置で示されており、該未係止位置では、プランジャー４８２は、ギア４５４内のディボット４８４から解放され、かくして、ギア４５４の運動を可能にしている。係止位置では、プランジャー４８２は、ディボット４８４内に挿入され、かくして、ギア４５４が更なる回転することを係止する。ソレノイドは、未係止位置を呈するように電圧印加されてもよく、係止位置を呈するように停止されてもよい。ギア４５４、モータ４５２及び波発生器４４６の回転が停止されたとき、ドライバー入力から道路車輪への比率は変化されない。ギア４５４が説明されたが、代替実施例では、電動モータ４５２から波発生器４４６へと回転を伝達するためのギア４５４の代わりにベルトトランスミッションを利用することができる。波発生器４４６が車両ステアリングシステム４３０に入力回転を提供しているので、波発生器４４６は、車両ステアリングシステム４３０のための入力増幅シャフトとして形成されてもよい。波発生器４４６は、この場合には下側シャフト４３６である入力シャフトと同一直線上にある。

図１２に示された実施例では、入力回転は、フレックススプライン４４０に亘って、ドライバーからもたらされる。追加の入力回転は、波発生器４４６に亘る。出力回転は、円形スプライン４４８を覆い、次式のように定義される。

ｎ_cs ＝（ｎ_fs×Ｒ／（Ｒ＋１））＋ｎ_wg／（Ｒ＋１）
車両ステアリング装置４３０は、前述した実施例におけるように逆転されてもよい。即ち、下側シャフト４３６がピニオンとして形成され、ピニオン４５０が入力シャフトとして形成されてもよく、それにより円形スプライン４４８への入力回転がフレックススプライン４４０へと伝達され、支持部４４２を覆う下側シャフト４３６へと回転を伝達させるようにしてもよい。そのような逆転実施例では、入力回転は、円形スプライン４４８を覆うドライバーからくる。第２の入力回転は、再び、波発生器４４６を覆うことになる。出力回転は、フレックススプラインを覆い、次式のように定義される。

ｎ_fs ＝（ｎ_cs×（Ｒ＋１）／Ｒ）＋ｎ_wg／Ｒ
いずれの構成においても、モータハウジング及びモータ４５２のステータは、差動トランスミッションのためのハウジングが静止したままであるように、入力シャフトの回転に関して静止したままであり、よって、螺旋ケーブルは、これらの実施例に関しては必要とされない。

図１３は、磁気ステアリングアシスト液圧ステアリングシステムと一体化されたアクティブフロントステアリングアクチュエータの別の実施例を示している。車両ステアリングシステム５００は、ブラシレスの中空電動モータ５０２を備えていてもよい。ロータ５０４は、波発生器５０６に接続されてもよい。ブラシレス巻き線５０８は、ハウジング５１０、外側静止部材内にある。ワイヤ５０９は、ＥＣＵへの接続のために提供される。係止機構５１２は、変化しないステアリング比率に関して波発生器５０６を係止することができる。ＥＣＵが、係止機構５１２のパワーを供給して、波発生器５０６を係止解除し、電動モータ５０２のパワーを供給するとき、ロータ５０４は、波発生器５０６を回転し、追加の可変ステアリング回転を生成し、よって、ロータ５０４は、システム５００のための入力増幅シャフトとなる。モータ５０２のステータ及びモータハウジング並びに差動トランスミッションのためのハウジングは、入力及び出力シャフトの回転の間に静止したままであり、よって、螺旋ケーブルは、この実施例に関しては必要とされない。システム５００の他の全ての機構は、図１２のシステム４３０に類似している。

図１４は、図１２に示されるシステム４３０に類似した磁気ステアリングアシスト液圧ステアリングシステムを備えたアクティブフロントステアリングアクチュエータを示している。車両ステアリングシステム５３０は、円形スプライン５３２を覆う入力回転を有する。フレックススプライン５３４は、ピニオン５３６と接続されてもよい。波発生器５３８は、ギア５４８と接続されていてもよい。追加の回転に関しては、ＥＣＵにより決定されたとき、電動モータ５４２は、ロータ５４４を介してギア５４０を回転させる。ギア５４０の回転は、ギア５４８を回転させ、システム５３０に追加の入力を提供するため波発生器５３８を回転させる。波発生器５３８は、システム５３０に追加の入力を提供し、従って、システム５３０のための入力増幅シャフトとしてみなすことができる。波発生器５３８は、入力シャフト、この場合にはシステム５３０の下側シャフト４３６と同一直線上にあってもよい。係止機構５４６は、前述された目的のため電動モータ５４２上に設けられてもよい。代替のパッケージング構成として、電動モータ５４２は、上方から下方へと反対方向に設置されてもよく、即ち、モータ５４２が差動トランスミッションハウジング５５０に隣接して配置され、ロータ５４４がラック４３８に向かう方向にモータ５４２から延在する。そのような実施例では、モータ５４２の長さ方向軸は、スペースを考慮するため、図１４に示されたものよりもピニオン５３６の長さ方向軸から更に間隔を隔てられている必要がある。従って、そのような場合には、ベルトトランスミッションがギアトランスミッションを覆うのが好ましい。任意の場合には、パッケージング設計は、最終的に意図された用途に基づいて決定されてもよく、車両ステアリングシステム５３０の機能には影響を与えない。

図１２及び図１４は、入力シャフトとは同一直線上にはないが、該入力シャフトに平行であるロータシャフトを有するモータを備えた車両ステアリングシステムを実証しているが、これらの実施例は、これらのシステムの摩擦が入力シャフトと出力シャフトとの間の摩擦に事実上制限されるので、地面に対する摩擦を最小にする差動機構を有するアクティブフロントステアリングシステムになおも関連していることが理解されるべきである。これらのシステムは、モータハウジングと、入力シャフト及び出力シャフトの回転に対して静止しているモータのステータを全て備えている。更には、これらのシステムは、車両ステアリングシステムの入力シャフトと同一直線上にある入力増幅シャフトを依然として備えている。これらの実施例は、オフセットモータを備えているので、ギア、ベルト又はロータを入力増幅シャフトに接続するための他のトランスミッションを考慮に入れなければならないが、ロータのシャフトサイズを減少させることができ、システム全体のコストを減少させることができる。かくして、これらの実施例は、追加の設計及び車両ステアリングシステムのためのパッケージングオプションを提供する。

上述された実施例の特徴を利用する方法は、電子制御ユニットを提供し、車両ステアリング装置の入力シャフトの回転を検出して第１の信号を電子制御ユニットに送り、第２の信号をモータに送り、モータがモータケーシング及びステータを有することによって、車両ステアリング装置に可変比率ステアリングを提供する工程を備えることができる。第２の信号は、モータのロータシャフトの回転を規定し、入力増幅シャフトは、入力シャフトと共通の長さ方向軸を共有しており、第２の信号により決定されたときロータシャフトを回転させる。ロータシャフトは、可変ギア機構を回転させ、該可変ギア機構は、車両ステアリング装置の入力シャフトをその出力シャフトに接続しており、ステータを入力シャフト及び出力シャフトの回転に対して静止した状態に維持している。本方法は、上述された実施例の範囲内で、図面に記載されているように、他の要素の使用を更に含んでいる。

かくして、モータケーシング及びステータがステアリングシステムの入力シャフトと共に回転せず、よって、モータケーシング及びステータがステアリングシステムの入力シャフトと共に回転するシステムと比較したとき、ハンドルを回したとき遭遇する慣性力を減少させる、車両ステアリング装置のためのシステム及び方法が記載された。差動機構のハウジングは、ステアリングシャフトの回転に対して有利に固定されていてもよく、これによって、慣性力を更に減少させる。本実施例で用いられる静止電動モータは、螺旋ケーブルを必要とせず、よって、螺旋ケーブルの追加の組み立ての必要性を有利に無くすことができる。外部波発生器も、センサレスの同期装置の組み込みを有するものとして説明された。入力シャフトと同一直線上にある入力増幅シャフトを有することによって他の実施例の他の特徴及び利点を維持しつつオフセットモータを備える追加の実施例が説明された。これらの実施例は、入力シャフト及び出力シャフトが交換可能である状態で可逆であるように設計されているので、出力シャフトがトルクを提供するとき道路フィードバックがドライバーに伝達させられる。

本発明は、一例としての実施例を参照して説明されたが、本発明の範囲から逸脱すること無く、様々な変更をなし、均等物がその構成要素の代用となり得ることは、当業者によって理解されよう。例えば、「第１」及び「第２」等の用語は、２つの同様の構成要素の間を単に識別するために本明細書で使用されており、例えば、重要性又は位置等の順位を意味することを意図しているわけではない。更には、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教えに特定の状況又は材料を採用するため多くの変形をなすことができる。従って、本発明は、本発明を実行するため考慮されるベストモードとして開示された特定の実施例に限定されるものではなく、本発明は、添付した請求の範囲内に属する全ての実施例を含むことが意図されている。

図１は、車両のステアリングシステムの概略的な斜視図である。 図２は、図１のステアリングシステムで使用するための車両ステアリング装置の一実施例の側断面図である。 図３は、図１のステアリングシステムで使用するための車両ステアリング装置の別の実施例の側断面図である。 図４は、図１のステアリングシステムで使用するための車両ステアリング装置の別の実施例の側断面図である。 図５は、図１のステアリングシステムで使用するための車両ステアリング装置の別の実施例の側断面図である。 図６は、図１のステアリングシステムで使用するための車両ステアリング装置の別の実施例の側断面図である。 図７は、図１のステアリングシステムで使用するための車両ステアリング装置の別の実施例の側断面図である。 図８は、図１のステアリングシステムで使用するための車両ステアリング装置の別の実施例の側断面図である。 図９は、図７及び図８のステアリングシステムで使用される、波形発生器、円形スプライン、撓みスプラインの断面図である。 図１０は、図１のステアリングシステムで使用するための車両ステアリング装置の別の実施例の側断面図である。 図１１は、図１のステアリングシステムで使用するための車両ステアリング装置の別の実施例の側断面図である。 図１２は、車両ステアリング装置の別の代替実施例の側断面図である。 図１３は、車両ステアリング装置の別の代替実施例の側断面図である。 図１４は、車両ステアリング装置の別の代替実施例の側断面図である。

Claims (47)

1. 車両ステアリング装置（７０）であって、
   回転可能な入力シャフト（１５２）と、
   入力シャフト（１５２）と長さ方向軸（２５４）を共有する、入力増幅シャフト（１５２）と、
   前記入力増幅シャフト（１５２）と連通すると共に、モータステータ（９４）を更に有する、モータ（２２）と、
   を備え、
   前記モータステータ（９４）は前記入力シャフト（１５２）の回転に対して静止している、車両ステアリング装置。
2. 前記入力シャフト（１５２）は、ハンドル（１４）に接続されたステアリングシャフト（１６）である、請求項１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
3. 前記入力シャフト（１５２）は、前記車両ステアリング装置（７０）の下側シャフトであり、前記車両ステアリング装置（７０）の出力シャフト（８０）は、前記車両ステアリング装置（７０）のピニオンである、請求項１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
4. 前記モータ（２２）を収容するモータハウジング（６８）を更に備え、前記モータハウジング（６８）は、前記入力シャフト（１５２）の回転に対して静止している、請求項１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
5. 出力シャフト（８０）を更に備え、該出力シャフト（８０）は、カップ形状の部分（１９６）を備え、前記入力シャフト（１５２）の端部は、該入力シャフト（１５２）と前記出力シャフト（８０）との間の長さ方向の整列を維持するため前記カップ形状部分（１９６）内に収容されている、請求項１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
6. 前記モータ（２２）は、センサレスの同期装置である、請求項１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
7. 前記入力シャフト（１５２）に接続されたフレックススプライン（７６）を有する調和駆動機構を更に備え、前記フレックススプライン（７６）は、前記モータ（２２）内の空気ギャップを通過する非磁性部分を備えている、請求項６に記載の車両ステアリング装置（７０）。
8. 前記入力増幅シャフトは、前記モータ（２２）のロータシャフト（８４）であり、前記ロータシャフト（８４）は、前記フレックススプライン（７６）内に配置された波発生器（８４）への入力を提供する、請求項７に記載の車両ステアリング装置（７０）。
9. 前記フレックススプライン（７６）と連通する円形スプライン（７４）を更に備え、該円形スプライン（７４）は出力シャフト（８０）に接続されている、請求項７に記載の車両ステアリング装置（７０）。
10. 前記ステアリング装置（７０）に可変比率ステアリングを提供するための差動機構（４２）を更に備え、前記入力増幅シャフト（１５２）は、前記差動機構（４２）に可変回転を提供する、請求項１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
11. 前記差動機構（４２）を取り囲むハウジング（１８）を更に備え、該ハウジング（１８）は前記入力シャフト（１５２）の回転に対して静止している、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
12. 前記ハウジング（１８）内での前記入力シャフト（１５２）の回転を可能にするため、前記ハウジング（１８）と前記入力シャフト（１５２）との間に配置されたベアリングを更に備えている、請求項１１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
13. 前記差動機構（４２）に接続された出力シャフト（８０）を更に備え、該出力シャフト（８０）は、前記入力増幅シャフト（１５２）と同一直線上にある、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
14. 前記入力増幅シャフト（１５２）は、前記モータ（２２）のロータシャフト（８４）である、請求項１３に記載の車両ステアリング装置（７０）。
15. 前記ロータシャフト（８４）は中空であり、前記出力シャフト（８０）は前記ロータシャフト（８４）を同一直線上で通過する、請求項１４に記載の車両ステアリング装置（７０）。
16. 前記ロータシャフト（８４）と前記出力シャフト（８０）との間に配置されたベアリングを更に備える、請求項１５に記載の車両ステアリング装置（７０）。
17. 前記入力増幅シャフト（１５２）は、前記モータ（２２）のロータシャフト（８４）と連通する波発生器（８２）である、請求項１３に記載の車両ステアリング装置（７０）。
18. 前記ロータシャフト（８４）の長さ方向軸（２５４）は、前記波発生器（８２）の長さ方向軸（２５４）に平行である、請求項１７に記載の車両ステアリング装置（７０）。
19. 前記ロータシャフト（８４）と前記波発生器（８２）との間でギアトランスミッションを更に備える、請求項１７に記載の車両ステアリング装置（７０）。
20. 前記ロータシャフト（８４）と前記波発生器（８２）との間にベルトトランスミッションを更に備える、請求項１７に記載の車両ステアリング装置（７０）。
21. 前記モータ（２２）は、電子制御ユニットから入力信号を受け取る、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
22. 前記差動機構（４２）は、円形スプライン（７４）と、フレックススプライン（７６）と、動的スプライン（７８）と、を備え、前記入力シャフト（１５２）は前記円形スプライン（７４）を回転させ、前記フレックススプライン（７６）を回転させ、前記動的スプライン（７８）を回転させ、前記車両ステアリング装置（７０）の出力シャフト（８０）を回転させる、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
23. 前記差動機構（４２）は、パンケーキ型の調和駆動機構（３００）である、請求項２２に記載の車両ステアリング装置（７０）。
24. 前記動的スプライン（７８）を前記出力シャフト（８０）に接続する支持部（７２）を更に備える、請求項２２に記載の車両ステアリング装置（７０）。
25. 前記入力シャフト（１５２）を前記円形スプライン（７４）に接続する支持部（７２）を更に備える、請求項２２に記載の車両ステアリング装置（７０）。
26. 前記差動機構（４２）は、前記フレックススプライン（７６）内に波発生器（８２）を更に備え、前記波発生器（８２）は前記入力増幅シャフト（１５２）により回転される、請求項２２に記載の車両ステアリング装置（７０）。
27. 前記差動機構（４２）は、円形スプライン（７４）と、フレックススプライン（７６）と、動的スプライン（７８）と、を備え、前記入力シャフト（１５２）は前記動的スプライン（７８）を回転させ、前記フレックススプライン（７６）を回転させ、前記フレックススプライン（７６）を回転させ、前記円形スプライン（７４）を回転させ、前記車両ステアリング装置（７０）の出力シャフト（８０）を回転させる、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
28. 前記差動機構（４２）は、調和型１：１差動トランスミッションを備える、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
29. 前記調和型１：１差動トランスミッションは、一対のパンケーキ型調和駆動機構（３００）を備え、一方のパンケーキ型調和駆動機構（３００）は、比率Ｒ／（Ｒ＋１）を持ち、他方のパンケーキ型調和駆動機構（３００）は、比率（Ｒ＋１）／Ｒを持っている、請求項２８に記載の車両ステアリング装置（７０）。
30. 前記差動機構（４２）は、フレックススプライン（７６）と、円形スプライン（７４）と、前記フレックススプライン（７６）を取り囲む外部波発生器（８２）と、を備え、前記入力シャフト（１５２）は前記フレックススプライン（７６）を回転させ、前記円形スプライン（７４）を回転させ、前記波発生器（８２）は前記入力増幅シャフト（１９２）により作動可能である、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
31. 前記円形スプライン（７４）は、出力シャフト（８０）に取り付けられ、該出力シャフト（８０）は前記入力増幅シャフト（１９２）と同一直線上にある、請求項３０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
32. 前記入力増幅シャフト（１９２）は、前記モータ（２２）のロータシャフト（８４）であり、前記ロータシャフト（８４）は中空であり、前記出力シャフト（８０）は前記ロータシャフト（８４）を同一直線上で通過する、請求項３１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
33. システムの故障の間に前記モータ（２２）のロータの回転を停止させるための安全要素を更に備える、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
34. 前記安全要素は、磁気レオロジー流体ストッパー、電磁クラッチ、ブレーキ（３０）、グリップ、及び、ソレノイドを含む組から選択される、請求項３３に記載の車両ステアリング装置（７０）。
35. 前記安全要素は、前記ロータ（８４）の長さ方向軸（２５４）に平行なスプリング作動式プランジャーを備え、該プランジャーは、前記安全要素（２７２）が前記ロータ（８４）の回転を停止させるため電圧印加を断たれたとき延長し、前記安全要素（２７２）が前記ロータ（８４）の回転を可能にするため電圧を印加されたとき収縮する、請求項３３に記載の車両ステアリング装置（７０）。
36. 前記差動機構（４２）は、遊星ギアシステムを備える、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
37. 前記入力増幅シャフト（１５２）は、前記遊星ギアシステムの第１の太陽ギアを回転させ、該第１の太陽ギア（１８）は遊星ギアシステムの中空シャフト（８４）に接続され、該遊星ギアシステム中空シャフトは第１の遊星ギアを第２の太陽ギアに接続し、該第２の太陽ギアは第２の遊星ギアに取り付けられ、前記第１の遊星ギア（２０４）及び前記第２の遊星ギアは前記入力シャフト（１５２）に接続され、前記第２の太陽ギアは前記車両ステアリング装置（７０）の出力シャフト（８０）に接続されている、請求項３６に記載の車両ステアリング装置（７０）。
38. 前記遊星ギアシステムは、遊星ギア（２０４）、リングギア（２０６）、及び、外部ギアを備え、前記遊星ギア（２０４）は前記リングギアの歯と噛み合う第１の組の歯と、前記外部ギアの歯と噛み合う第２の組の歯とを備え、前記リングギアは前記外部ギアよりも少ない歯を有し、前記リングギアは前記入力シャフト（１５２）に取り付けられ、前記外部ギアは前記車両ステアリング装置（７０）の出力シャフト（８０）に取り付けられ、前記入力増幅シャフトは、可変回転のため前記遊星ギアに取り付けられている、請求項３６に記載の車両ステアリング装置（７０）。
39. 前記差動機構（４２）はカップ式の調和駆動機構である、請求項１０に記載の車両ステアリング装置（７０）。
40. 前記モータ（２２）は軸方向空気ギャップモータ（２２）である、請求項３９に記載の車両ステアリング装置（７０）。
41. 車両ステアリング装置（７０）であって、
    回転可能な入力シャフト（１５２）と、
    モータ（２２）と、
    前記ステアリング装置（７０）に可変比率ステアリングを提供するための差動機構（４２）であって、該差動機構（４２）は、フレックススプライン（７６）、円形スプライン（７４）、及び、前記フレックススプライン（７６）を取り囲む外部波発生器（８２）を備え、前記波発生器（８２）は、前記モータ（２２）により回転される、前記差動機構（４２）と、
    を備える、車両ステアリング装置（７０）
42. 前記波発生器（８２）は前記モータ（２２）のロータシャフト（８４）に接続する支持部に取り付けられている、請求項４１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
43. 前記差動機構（４２）からの入力部（１５２）を受け入れるための前記車両ステアリング装置（７０）の出力シャフト（８０）を更に備え、該出力シャフト（８０）は、前記入力シャフト（１５２）と前記出力シャフト（８０）との間で長さ方向の整列を維持するため前記入力シャフト（１５２）の端部を受け入れるカップ形状部分（１９６）を備える、請求項４１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
44. 前記差動機構（４２）を取り囲むハウジング（１８）を更に備え、該ハウジングは、前記入力シャフト（１５２）の回転に対して静止している、請求項４１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
45. 前記ハウジング（１８）に対する前記入力シャフト（１５２）の回転のため前記ハウジング（１８）と前記入力シャフト（１５２）との間に配置されたベアリング（６６）を更に備える、請求項４４に記載の車両ステアリング装置（７０）。
46. 前記差動機構（４２）からの入力部（１５２）を受け入れるための前記車両ステアリング装置（７０）の出力シャフト（８０）を更に備え、前記モータ（２２）は前記出力シャフト（８０）を取り囲む中空ロータシャフト（８４）を備え、該ロータシャフト（８４）は前記波発生器（８２）を作動するため配置されている、請求項４１に記載の車両ステアリング装置（７０）。
47. 車両ステアリング装置（７０）に可変比率ステアリングを提供する方法であって、
    電子制御ユニットを提供し、
    前記車両ステアリング装置（７０）の入力シャフト（１５２）の回転を検出し、前記電子制御ユニットに第１の信号を送り、
    モータ（２２）に第２の信号を送り、該モータ（２２）はステータ（２１２）を有し、前記第２の信号は、前記モータ（２２）と連通する入力増幅シャフト（１５２）の回転を規定し、該入力増幅シャフト（１５２）は前記入力シャフト（１５２）と共通の長さ方向軸（２５４）を共有し、
    前記入力増幅シャフト（１５２）を前記第２の信号により決定されるように回転し、前記入力増幅シャフト（１５２）は差動機構（４２）を回転させ、該差動機構（４２）は前記入力シャフト（１５２）を前記車両ステアリング装置（７０）の出力シャフト（８０）に接続し、
    前記ステータ（９４）を、前記入力シャフト（１５２）及び前記出力シャフト（８０）に回転に対して静止した状態に維持する、各工程を備える、方法。

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