JP2008505795A - 油圧式パワーステアリング及びステアリングトルクを算定する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両、特に自動車の運転者によって操舵を補助する、ステアリングギヤ及び油圧式アクチュエータを有する油圧式パワーステアリングにあって、追加ステアリングトルクを能動的にかける手段が、この油圧式パワーステアリングに敷設されている油圧式パワーステアリングに関する。追加ステアリングトルクを能動的にかける手段は、少なくとも１つの追加トルクアクチュエータ及びステアリングトルク用の１つの検出手段を有し、この検出手段は、油圧用の圧力検出手段（５０）である。

Description

本発明は、車両、特に自動車の運転者によって操舵を補助する、ステアリングギヤ及び油圧式アクチュエータを有する油圧式パワーステアリングに関する。追加ステアリングトルクを能動的にかける手段が、この油圧式パワーステアリングに敷設されている。

さらに本発明は、車両、特に自動車の運転者によって操舵を補助する、ステアリングギヤ及び油圧式アクチュエータを有する油圧式パワーステアリングに対するステアリングトルクを算定するために提供されている方法に関する。追加ステアリングトルクを能動的にかける手段が、この油圧式パワーステアリングに敷設されている。

一般に自動車、特に乗用自動車は、以下で「油圧式パワーステアリング」と呼ぶ油圧式又は電気油圧式のパワーステアリングを装備している。アクチュエータ、例えば油圧シリンダが、ステアリング機構の中間領域内に配置されているように、パワーアシストが構成されている。ステアリング機構の操作が、ハンドルの回転に対する応答ごとにアクチュエータから生成された力によって補助される（トルク補助）。こうして、車両を操舵するためにかけるべきトルクが低下し、運転者の操舵時の負担が軽くなる。

トルク補助又は操舵のアシストを速度に応じて設計することが公知である。割り込み駐車又は駐車からの発進に対して一般的であるような低い車両速度の場合、大きいトルク補助による非常に軽い操舵が好ましくなる。その一方で速い走行の場合、僅かなトルク補助による重い操舵が望ましい。
国際特許主眼公開第２００４／００５１１２号明細書 ドイツ連邦共和国特許第４４２２３８６号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５６３０６号明細書

本発明の課題は、可変なトルク補助による油圧式パワーステアリングの場合に技術経費を低減すること、及びこれによって製作コストの減少を可能にすることである。

この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。従属請求項は、本発明の好適な実施形に関する。
用語「ステアリングホイール」は、ここではハンドル，制御バー又は「ジョイスティック」のような車両を操舵するために考えられる全ての操作装置と解される。

追加のステアリングトルクを能動的にかける手段が、少なくとも１つの追加トルクアクチュエータ及びステアリングトルク用の１つの検出手段を有する点が、本発明に対して重要である。この検出手段は、油圧用の圧力検出手段である。

本発明によれば、この圧力検出手段は、圧力上昇装置（ポンプ）とステアリングバルブとの間の油圧導管内に配置されていることが提唱されている。

本発明によれば、油圧式のアクチュエータの能動的なそれぞれの作動チャンバ内の油圧が、運転者による操舵を補助するために圧力検出手段によって評価又は算出されることが提唱されている。

本発明によれば、追加トルクアクチュエータが、ユニットとして構成されていることが提唱されている。このユニットは、モジュールとしてステアリングホイールシャフトに沿って配置されている。このステアリングホイールシャフトは、ステアリングホイールをステアリングギヤに連結する。

本発明によれば、追加トルクアクチュエータが電気モータを有することが提唱されている。この電気モータは、ステアリングコラムに連結されている。

本発明によれば、追加ステアリングトルクを能動的にかける手段が、電気モータ，冗長な電気制御装置及び電気調整装置（ＥＣＵ）並びに冗長なステアリングホイールトルクセンサを有することが提唱されている。

本発明によれば、追加ステアリングトルクを能動的にかける手段が、追加トルクアクチュエータに連動する歯車装置を有することが提唱されている。

本発明によれば、歯車装置は、ベルトドライブ，ヘリカルウォームギヤ又は平歯車、特にベルトドライブである。

本発明によれば、追加トルクアクチュエータが、電気制御装置及び電気調整装置（ＥＣＵ）による制御を用いて実際の車両速度に適合された追加ステアリングトルクを生成することが提唱されている。

本発明によれば、追加トルクアクチュエータが、電気制御装置及び電気調整装置（ＥＣＵ）による制御を用いて車両のルート及び道路の変化に適合された追加ステアリングトルクを生成することが提唱されている。

これに対しては、特に、検出又は評価された走行ルートの変化から目標ルート又は目標ルート角度を算出する目標ルート検出手段，検出又は評価された車両ルートから実際のルート及び実際のルート角度を算出する実際ルート検出手段，目標ルート及び目標ルート角度を実際のルート及び実際のルート角度と比較する比較手段及び比較に応じて操舵を補助するための特性曲線の零点をシフトする零点シフト手段が設けられている。

本発明によれば、追加トルクアクチュエータが、電気制御装置及び電気調整装置（ＥＣＵ）による制御を用いて実際の車両動特性、特に実際の横加速度に適合された追加ステアリングホイールトルクを生成することが提唱されている。

本発明によれば、追加トルクアクチュエータは、電気機械式のアクチュエータ，電磁式のアクチュエータ又は油圧式のアクチュエータであることが提唱されている。

本発明の課題は、車両、特に自動車の運転者による操舵を補助するステアリングギヤ及び油圧式アクチュエータを有する油圧式のパワーステアリングシステムに対するステアリングトルクを算定する方法によって同様に解決される。追加ステアリングトルクを能動的にかける手段が、このパワーステアリングシステムに敷設されている。この方法は、油圧が検出され、ステアリングトルクがこの検出された油圧に応じて評価又は算出されることを特徴とする。

この方法の場合、特に圧力上昇装置（ポンプ）とステアリングバルブとの間の油圧導管内の油圧が検出される。

本発明によれば、油圧が検出され、この油圧は、運転者による操舵を補助する油圧式アクチュエータのそれぞれの能動的な作動チャンバ内の油圧に一致することがこの方法にしたがって提唱されている。

以下に、本発明を図面（図１〜図４）に基づいて例示的に詳しく説明する。

図１中に示されたステアリング機構は、ステアリングホイール１，このステアリングホイール１に連結されている自在継手３，４付きのステアリングコラム２から構成される。ステアリングコラム２は、ステアリングホイール・シャフト５に連結されているか又はステアリングホイール・シャフト５の一部である。このステアリングホイール・シャフト５は、ステアリングギヤ６及びここではステアリングラック７として構成されているステアリングロッド７を介してこのステアリングロッド７の横に固定されたタイロッド８，９を操作する。これによって、車輪１０，１１が旋回する。ここで示されたラックアンドピニオン・ステアリングの場合、油圧式補助が、車両の駆動エンジンによって、例えばベルトドライブ１２によって駆動される油圧式ポンプ１３を用いて実現される。このポンプ１３は、圧力下にある加圧液を導管５を通じてステアリングバルブ１４に供給する。この加圧液は、戻り管１６を通じて貯蔵タンク１７内に還流する。

ステアリングホイールの真っ直ぐな前進位置では、一定なオイルの流れが、ニュートラル位置にあるステアリングバルブ（オープンセンタ）及び戻り管１６を通じて還流する。このとき、ステアリングロッド７に沿って配置された作動シリンダ２０のチャンバ１８，１９内の圧力は、同じ大きさである。パワーステアリングは実施されない。

ステアリングホイール１が回転する場合、ステアリングロッド７がシフトし、したがってピストン２１もシフトする。ピストン２１の移動は、加圧液の圧力によってアシストされる。この場合、同時にバルブ１４が、加圧液を一方のチャンバから他方のチャンバ内に流す。その結果、全体として、ステアリング動作が、油圧式補助を受ける。

上述した従来の油圧式パワーステアリングは、追加トルク生成ユニット２２を備える。この追加トルク生成ユニット２２は、追加トルクアクチュエータ２３、ここでは電気モータ２３を有し、モータ２３を制御しステアリングトルク用の検出手段（ステアリングトルクセンサ５０）の信号及びエンジン位置２６用のセンサ２６の信号を評価する冗長な制御装置ＥＣＵ２４を有する。

検出手段５０によって測定された運転者のステアリングトルクが、ここでは追加トルクアクチュエータ２３の増幅特性曲線を制御するための入力値として必要になる。

好ましくは、圧力センサ５０の経費は、ステアリングホイール・シャフト５内の電気式回転トルクセンサの経費よりも技術的に少ない。さらにこの油圧センサ５０は、既存のシステム内により好都合にかつより簡単に組み込める。何故なら、ステアリングホイール・シャフト内に電気式回転トルクセンサを配置すると、スペースの状況及びいろいろに異なる構造が原因で、高い経費にむすびつくからである。さらに電気式回転トルクセンサは、一般に経費のかかる、したがって高価な構造部品である。それ故に、本発明のシステムに対するコストは総じて比較的低い。

圧力検出手段５０は、好ましくは油圧ポンプ１３とステアリングバルブ１４との間の油圧領域内に配置される。特定の用途に対しては、圧力検出手段５０を冗長に構成することが好ましい。

上述した領域内の油圧が、作動シリンダ２０のそれぞれ作動する作動チャンバ１８／１９内の圧力に十分正確に一致し、したがって油圧補助力が、十分正確に算出され得るので、全ステアリングシステムの既知の不変な幾何学データに基づいて、ステアリングホイール・シャフト５に作用する運転者のステアリングトルクが十分正確に計算され得る。
したがって、油圧から計算される値は、ステアリングホイール・シャフト５内の電気式回転トルクセンサによって測定される運転者のステアリングトルクを補う。

電気式構造部品は、電気エネルギー源２７に接続されている。制御装置２４は、ＥＣＵである。ここでは、ユニット２２が、制御装置ＥＣＵ２４も有する。しかし本発明の範囲内では、制御装置ＥＣＵ２４はユニット２４から分離して配置されてもよい。特にユニット２２は、少なくとも追加トルクアクチュエータ２３とエンジン位置用のセンサ２６とから構成される。

ステアリングシステムの特性及び作動力によって規定されているステアリングホイールトルク又はステアリングトルクは、追加トルク生成ユニット２２によって能動的に影響され得る。この場合、追加トルク（追加ステアリングトルク）が、電気モータ２３によって生成されてステアリングロッドにかけられる。このトルクを設計上プリセットされているステアリングホイールトルクに加算するか又はこのステアリングホイールトルクから減算する可能性がある。モータのトルクは、トランスミッションによって又はトランスミッションなしに直接に又はここで示したように歯車装置２８を介して伝達される。この場合、ベルトドライブ，ヘリカルウォームギヤ又は平歯車が使用され得る。

追加トルク生成ユニットが故障した場合、運転者に既知のサーボアシストによるステアリング特性が保存される。そのためユニット２２自体が、フェイルサイレントに設計されている。このことは、ユニット２２が不調中に遮断されることを意味する。好ましくは従来のサーボステアリングが、本発明の追加トルク生成ユニット２２を用いてこの特性を変更することなしに使用され得る。機能上の利益を得るため、このユニットは、従来の油圧式サーボステアリングのモジュールとして直接追加できる。

同様に、追加トルクを油圧式の追加トルクアクチュエータ（図２参照）によって又は電磁式の追加トルクアクチュエータ（図３参照）によって生成することが可能である。
油圧補助による基本的なステアリングシステムは、図１中に示されたシステムに等しく、それ故にもはや詳しく説明しない。

図２中に示されたシステムの場合、追加トルクが、油圧式の追加アクチュエータ３０を有するユニット２９によって生成される。本発明によれば、油圧用の圧力検出手段（圧力センサ５０）が、ステアリングトルク用の検出手段として使用される。

油圧式の追加トルクアクチュエータ３０は、２つの油圧チャンバ３１，３２を有する。圧力下にある加圧液が、油圧管３３，３４を通じてこれらの油圧チャンバ３１，３２内に流入可能である。油圧式に電磁式に操作可能なバルブ３５，３６が、油圧管３３，３４に１つずつ嵌合されている。加圧液は、油圧チャンバ３１，３２から導管３７，３８及び逆止めバルブに連結している共通導管３９を通じて貯蔵タンク１７内に還流され得る。逆止めバルブが、導管３７，３８に１つずつ嵌合されている。油圧式に電磁式に操作可能なバルブ４０が、この共通導管３９に嵌合されている。

チャンバ３１，３２内の圧力制御の目的で、すなわち追加トルクを制御するため、バルブ３５，３６，４０が、ステアリングトルク用の検出手段（圧力センサ５０）の信号及び２つの圧力センサ４１，４２の信号に応じて特に冗長な制御装置ＥＣＵ２４によって制御される。

特にここでは、ポンプが、車両の駆動エンジンによって（必ず）作動されるのではなくて（図１参照）、固有の電気モータ４３によって作動される。ポンプ１３が、モータ４３を適切に制御することによって油圧を要求に応じて生成する。これによって、エネルギーが節約され得る。

図３中に示された実施形の場合、追加トルクが、電磁式の追加トルクアクチュエータ４４によって生成される。この追加トルクアクチュエータ４４は、制御装置ＥＣＵ２４によって制御される。本発明によれば、油圧用の圧力検出手段（圧力センサ５０）が、ステアリングトルク用の検出手段として使用される。

増幅特性曲線を追加トルクの生成によって変更することが、本発明で可能である（図４参照）。増幅特性曲線は、ここでは油圧補助の存在するシステム圧力Ｐに対するステアリングホイールトルク又は作動トルクＭの依存性を意味する。示された例では、トルクＡ（Ｍ＿ステアリング）が、追加トルクＢ（Ｍ＿モータ）を能動的にかけることによって減少する。このことは、運転者のハンドル操作がより強く補助されることを意味する。その結果、変更された特性曲線（破線Ｋ_B ）は、最初の特性曲線（実線Ｋ_A ）よりも小さい操作力を伴う。さらに、能動的な運転者のアシストが実現され得る。この場合、ステアリング推奨が、トルクを適合するか若しくは変更することによって与えられるか、又は、運転者に危険を警告するため、その運転者の操舵が、トルクを上げることによって困難になる。

電気機械式アクチュエータを有する本発明のパワーステアリングの実施形を概略的に示す。 油圧式アクチュエータを有する本発明のパワーステアリングの実施形を概略的に示す。 磁気式の追加トルクアクチュエータを有する本発明のパワーステアリングの実施形を示す。 パワーステアリングの特性曲線を示す。

符号の説明

１ ステアリングホイール
２ ステアリングコラム
３ 自在継手
４ 自在継手
５ ステアリングホイール・シャフト
６ ステアリングギヤ
７ ステアリングロッド
８ タイロッド
９ タイロッド
１０ 車輪
１１ 車輪
１２ ベルトドライブ
１３ ポンプ
１４ ステアリングバルブ
１５ 導管
１６ 戻り管
１７ 貯蔵タンク
１８ チャンバ
１９ チャンバ
２０ 作動シリンダ
２１ ピストン
２２ 追加トルク生成ユニット、ユニット
２３ 追加トルクアクチュエータ
２４ 制御装置ＥＣＵ
２６ センサ
２７ 電気エネルギー源
２８ 歯車装置
２９ ユニット
３０ 追加トルクアクチュエータ
３１ 油圧チャンバ
３２ 油圧チャンバ
３３ 油圧管
３４ 油圧管
３５ バルブ
３６ バルブ
３７ 導管
３８ 導管
３９ 共通導管
４０ バルブ
４１ 圧力センサ
４２ 圧力センサ
４３ 電気モータ
４４ 追加トルクアクチュエータ
５０ 検出手段、ステアリングトルクセンサ、圧力センサ、油圧センサ

Claims (10)

1. 車両、特に自動車の運転者によって操舵を補助する、ステアリングギヤ及び油圧式アクチュエータを有する油圧式パワーステアリングにあって、追加ステアリングトルクを能動的にかける手段が、この油圧式パワーステアリングに敷設されている油圧式パワーステアリングにおいて、追加ステアリングトルクを能動的にかける手段は、少なくとも１つの追加トルクアクチュエータ及びステアリングトルク用の１つの検出手段を有し、この検出手段は、油圧用の圧力検出手段（５０）であることを特徴とする油圧式パワーステアリング。
2. 圧力検出手段（５０）は、圧力上昇装置（ポンプ１３）とステアリングバルブ（１４）との間の油圧導管内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の油圧式パワーステアリング。
3. 油圧式のアクチュエータ（２０）の能動的なそれぞれの作動チャンバ（１８，１９）内の油圧が、運転者による操舵を補助するために圧力検出手段（５０）によって評価又は算出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧式パワーステアリング。
4. 追加トルクアクチュエータは、ユニットとして構成されていて、このユニットは、モジュールとしてステアリングホイールシャフトに沿って配置されていて、このステアリングホイールシャフトは、ステアリングホイールをステアリングギヤに連結することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の油圧式パワーステアリング。
5. 追加トルクアクチュエータは、ステアリングコラムに連結されている電気モータを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパワーステアリング。
6. 追加ステアリングトルクを能動的にかける手段は、電気モータ並びに冗長な電気制御装置及び電気調整装置（ＥＣＵ）を有すること、及び、冗長なステアリングホイールトルクセンサが設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパワーステアリング。
7. 追加ステアリングトルクを能動的にかける手段は、追加トルクアクチュエータに連動する歯車装置、特にベルトドライブ、特にヘリカルウォームギヤ又は平歯車を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワーステアリング。
8. 車両、特に自動車の運転者によって操舵を補助する、ステアリングギヤ及び油圧式アクチュエータを有する油圧式パワーステアリングに対するステアリングトルクを算定するために提供されている方法にあって、追加のステアリングトルクを能動的にかける手段が、この油圧式パワーステアリングに敷設されている方法において、油圧が検出され、ステアリングトルクが、この検出された油圧に応じて評価又は算出されることを特徴とする方法。
9. 圧力上昇装置（ポンプ１３）とステアリングバルブ（１４）との間の油圧導管内の油圧が、検出されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 油圧が検出され、この油圧は、運転者による操舵を補助する油圧式アクチュエータ（２０）のそれぞれの能動的な作動チャンバ（１８，１９）内の油圧に一致することを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。

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