JP2014516008A - 車両におけるステアリングシステム - Google Patents

Abstract

車両におけるステアリングシステムは、運転手により設定された舵角を伝達するためのステアリング軸（３）と、アシスト用の駆動トルクを形成するための電気的なサーボモータ（７）とを有しており、この場合、サーボモータ（７）はステアリング軸（３）に結合されている。ステアリング軸（３）とサーボモータ（７）とは、共通の支承ケーシング（８）内に収容されており、この場合、ステアリング軸（３）及び／又はサーボモータ（７）のモータ軸（１５）は、少なくとも１つの調節可能な偏心軸受け（３０，３１）に取り付けられている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、車両におけるステアリングシステムに関する。

背景技術
例えばＤＥ１９７０３９０３Ａ１から公知の、車両におけるステアリングシステムは、ステアリングホイールを介して操作可能なステアリング軸を有しており、このステアリング軸はラックに結合されており、ラックを介して、操舵可能な車輪が所望の車輪舵角で調節可能になっている。ステアリングパワーアシスト用には電気的なサーボモータが設けられており、この電気的なサーボモータは、ステアリング軸に直接に作用して、アシスト用のサーボトルクをステアリング軸にもたらす。

組立てに際しては、ステアリング軸の軸線に対する電気的なサーボモータの長手方向軸線の位置調整における高い精度に気をつける必要があり、これにより、電気的なサーボモータのロータ軸と、ステアリング軸との間の、遊びのない伝動機構的な連結が保証されている。このことは、高い効率と長時間運転のための前提条件である。

発明の開示
本発明の課題は、特にステアリングパワーアシストの領域のコンパクトな寸法と同時に、長時間運転における高い効率が得られるように、車両におけるステアリングシステムを形成することにある。

この課題は本発明に基づき、請求項１記載の構成により解決される。有利な改良は、従属請求項に記載されている。

本発明によるステアリングシステムは、運転手により設定された舵角を操舵可能な車輪の車輪舵角に変換するために、車両において使用される。このステアリングシステムは、ステアリングスピンドル若しくはステアリング軸を有しており、ステアリングホイールの操作により、ステアリングスピンドル若しくはステアリング軸を介して、舵角が設定される。更にこのステアリングシステムは、ラックを備えたステアリングリンク機構を有しており、ラックはステアリング軸と伝動機構的に連結されており、ラックを介して、操舵可能な車輪が所望の車輪舵角に調節される。更にこのステアリングシステムには、アシスト用の駆動トルクを発生させる電気的なサーボモータが対応配置されていて、この電気的なサーボモータはステアリング軸に結合されている。サーボモータを作動させると、ステアリング軸の回動運動が、付加的なトルクによりアシストされる。

ステアリング軸と、サーボモータのモータ軸とは、共通の支承ケーシング内に収容されていて、このことが、ステアリングパワーアシストの領域のコンパクトな構成を可能にしている。ステアリング軸と、サーボモータのモータ軸とは、特に互いに所定の角度で、例えば少なくともほぼ９０°の角度で配置されており且つ互いにずらされて配置されている。サーボモータのモータ軸と、ステアリング軸との間の伝動機構的な結合は、好適にはウォーム及びウォーム歯車として形成された伝動装置構成部材を介して行われ、この場合、ウォームは、サーボモータのモータ軸と一体的に形成されていてよく、ウォーム歯車は、ステアリング軸と相対回動不能に結合されている。

サーボモータのモータ軸と、ステアリング軸との間の伝動機構における遊びを補償できるようにするために、ステアリング軸及び／又はサーボモータのモータ軸のうちの少なくとも一方の軸が、支承ケーシング内の調節可能な偏心軸受けに取り付けられている。この偏心軸受けを介して、軸の位置を、軸の長手方向軸線に対して半径方向に調節することができる。この構成は、軸を支承ケーシング内に組み込み、次いで偏心軸受けを介して遊びの補償を実施することを可能にする。特に、ウォームがサーボモータのモータ軸と一体的に形成されていて、支承ケーシング内への組込み後には個別軸受け内に半径方向で不動に取り付けられており、後調節する可能性のない構成では、偏心軸受けにおけるステアリング軸の支承部を介して、ステアリング軸とモータ軸との間の間隔を、所望の寸法に調節することができる。この場合モータ軸は、合理的には２つの個別軸受けのみを介して、支承ケーシング内に回転可能に収容されており、この場合、これらの個別軸受けは、例えば軸方向に見て、モータ軸に設けられたウォームの互いに反対の側に位置している。この場合、ステータから遠い側の個別軸受けは、有利には固定側軸受けとして形成されており、ステータに面した側の軸受けは、自由側軸受けとして形成されている。

好適には、ステアリング軸は、少なくとも１つの偏心軸受けにおいて調節可能に、支承ケーシング内に収容されており、これに対してモータ軸は、このような調節手段無しで支承ケーシング内に収容されている。但し基本的には、モータ軸だけが少なくとも１つの偏心軸受けを介して支承されているのに対して、ステアリング軸はこのような偏心軸受け無しで収容されている構成、又はステアリング軸とモータ軸の両方が、それぞれ少なくとも１つの偏心軸受けを介して調節可能に支承ケーシング内に収容されている構成も可能である。

合理的な構成では、両軸のうちの少なくとも一方が、支承ケーシング内の、軸方向で互いに隔てられた２つの偏心軸受けに取り付けられている。この場合、２つの偏心軸受けは、有利には軸方向に見て、伝動装置部材のそれぞれ異なる側に位置しており、この伝動装置部材は、電気的なサーボモータとステアリング軸との間の伝動機構の一部分である。ウォームと、ウォーム歯車と、２つの偏心軸受けでのステアリング軸の支承とを用いた伝動機構の構成では、２つの偏心軸受けは、好適にはステアリング軸に不動に結合されたウォーム歯車の、それぞれ異なる側に位置している。この場合、少なくとも一方の偏心軸受け、場合によっては両偏心軸受けが、それぞれ伝動装置部材の各端面に直接に隣接している、つまり伝動装置部材がウォーム歯車として形成されている場合は、ウォーム歯車の各端面に接触して位置していることが合理的である。

軸において互いに軸方向に隔てられた２つの偏心軸受けの場合、これらの偏心軸受けは、２つの独立した調節手段若しくは調節自由度を提供する。支承ケーシング内での軸の三次元的な傾動を回避し且つ理想的な位置が得られるように軸を、軸の長手方向軸線に対して半径方向にのみ移動させるために、合理的には１つの共通の組立段階において、両偏心軸受けが同時に移動されるので、軸は軸線に平行に、半径方向に移動することになる。移動方向に応じて、互いの遊びが調節されるべき伝動装置部材の間を離間又は接近させることが可能である。

偏心軸受けは、合理的には支承ケーシング内に回動可能に収容されている偏心スリーブを有している。この偏心スリーブに個別軸受けが収容されていて、この個別軸受け内で軸が支承されている。偏心スリーブを支承ケーシングに対して回動させることにより、軸の軸線を半径方向に移動させることができる。

別の有利な構成では、偏心スリーブは、係止部材を介して支承ケーシング内で位置固定され得る。偏心スリーブを操作することにより所望の軸受け遊びを調節した後で、偏心スリーブは係止部材を介して支承ケーシング内に固定され、これにより、伝動装置部材間の相対位置も、持続的に確定された状態となる。

別の利点及び合理的な構成は、別の請求項、図面の説明及び図面から明らかである。

ステアリングシステムのステアリング軸に対応配置されたサーボモータを備えた、車両におけるステアリングシステムの概略図である。 ステアリング軸と電気的なサーボモータを収容する支承ケーシングの領域でステアリング軸を縦断して示した図であり、ステアリング軸は２つの偏心軸受けを介して回転可能に支承ケーシング内に収容されている。 ステアリング軸の別の縦断面図である。 支承ケーシングをステアリング軸に対して横方向に横断して、電気的なサーボモータと共に示した図である。 支承ケーシングの斜視図である。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。図中、同じ構成部材には同じ符号が付されている。

図１に示した、車両におけるステアリングシステム１は、ステアリングホイール２と、ステアリング軸３と、ステアリングギア４と、ラックを備えたステアリングリンク機構５と、操舵可能な車輪６とを有している。運転手は、ステアリングホイール２の操作により、ステアリングホイールに結合されたステアリング軸３において舵角δ_ＬＷを設定し、ステアリング軸３は、ステアリングギア４を介してステアリングリンク機構５のラックを横方向に移動させ、次いで操舵可能な車輪において、車輪の舵角δ_Ｖが調節される。

ステアリングパワーアシスト用には電気的なサーボモータ７が用いられており、この電気的なサーボモータ７は、アシスト用の駆動トルクを伝動装置を介してステアリング軸３に導入する。この伝動装置は、サーボモータ７のモータ軸の軸部分に設けられたウォームと、このウォームに係合しているウォーム歯車とを有しており、ウォーム歯車は、ステアリング軸３に相対回動不能に結合されている。ステアリング軸３と、電気的なサーボモータ７のモータ軸とは、ステアリングシステム１の支承ケーシング８内に収容されている。

図２及び図３には、内部に偏心軸３とサーボモータ７とが収容された支承ケーシング８の第１実施形態が示されている。支承ケーシング８は、ステアリング軸３を支承するための収容開口９と、モータ支承ケーシング１０とを有しており、このモータ支承ケーシング１０は、支承ケーシング８と一体的に形成されており且つモータ軸ケーシング１１と、ステータケーシング１２とを含んでいる。モータ軸ケーシング１１内には、電気的なサーボモータ７のモータ軸１５が収容されている。ステータケーシング１２は、ステータフランジ２８として形成されていて、このステータフランジ２８にはサーボモータ７のステータ１６（図２）が取り付けられている。モータ軸１５の長手方向軸線１３と、ステアリング軸３の長手方向軸線１４とは、互いに直交して位置しており且つ横方向にずらされて位置している。

電気的なサーボモータ７により形成される駆動トルクは、モータ軸１５と一体的に形成されたウォーム１９を介して、ステアリング軸３と相対回動不能に結合されたウォーム歯車２０に伝達される。モータ軸１５は、モータ軸ケーシング１１内で２つの個別軸受けに支承されており、この場合、両個別軸受けは、モータ軸１５を半径方向でモータ軸ケーシング１１に位置固定している。これに対してステアリング軸３は、支承ケーシング８内の２つの偏心軸受け３０，３１内に取り付けられており、これらの偏心軸受け３０，３１を介して、支承ケーシング８内でのステアリング軸３の位置を調節することができる。両偏心軸受け３０，３１を適宜操作すると、ステアリング軸３の長手方向軸線１４を、半径方向に且つ出発位置に対して平行に移動させることができる。これにより、ウォーム１９とウォーム歯車２０との間の遊びを調節することができる。

両偏心軸受け３０，３１は、互いにウォーム歯車２０を挟んで反対側に位置していて、ウォーム歯車２０の各端面と直接に接触している。上側に位置する第１の偏心軸受け３０は、支承ケーシング８内に回動可能に収容されている偏心スリーブ３２と、ステアリング軸３を取り付けるための個別軸受け３３とを有している。係止ピン３４を介して、支承ケーシング８における偏心スリーブ３２の相対回動位置を位置固定することができる。

下側に位置する第２の偏心軸受け３１は、第１の偏心軸受け３０と同様に構成されていて、支承ケーシング８内に回動可能に収容されている偏心スリーブ３５を有しており、この偏心スリーブ３５内に、ステアリング軸３を支承するための個別軸受け３６が収容されている。支承ケーシング８内で調節された偏心スリーブ３５の回動位置は、係止ピン３７を介して位置固定することができる。

図４に示した実施形態から判るように、モータ支承ケーシング１０の長手方向軸線１３は、収容開口９若しくは挿入されたステアリング軸３の長手方向軸線１４に対して直角に且つ横方向にずらされて延在している。モータ支承ケーシング１０は２つの部分から構成されていて、２つのケーシングシェル１０ａ，１０ｂを有しており、これらのケーシングシェル１０ａ，１０ｂのうち、第１のケーシングシェル１０ａは、収容開口９を形成している第１のケーシング部分と一体的に形成されており、且つ第２のケーシングシェル１０ｂは、前記第１のケーシング部分とは別体に形成されていて、第１のケーシングシェル１０ａに取付け可能である。全体としてモータ支承ケーシング１０は、内部にサーボモータ７のモータ軸１５が収容されているモータ軸ケーシング１１と、サーボモータのステータ１６を収容するためのステータケーシング１２とから構成されている。

モータ軸１５は、２つのケーシング側の個別軸受け１７，１８に支承されており、これらの個別軸受け１７，１８のうち、ステータ１６に隣接する、軸方向に見てステータ１６の直前に配置された個別軸受け１７は、自由側軸受けとして形成されており、ステータから遠い側の個別軸受け１８は、固定側軸受けとして形成されている。両個別軸受け１７，１８は軸方向に見て、互いにウォーム１９の反対の側に位置しており、ウォーム１９は、図４に略示したウォーム歯車２０に噛み合っており、ウォーム歯車２０は、ステアリング軸３に相対回動不能に結合されている。個別軸受け１８は、モータ軸１５の自由端面に隣接して位置している。ステータ１６から軸方向に突出する軸部分は、全体としてウォーム１９の支持体でもあり、モータ軸１５と一体的に形成されているか、若しくはモータ軸１５により形成されている。これにより、支承ケーシング８内でのモータ軸１５の支承は、２つの個別軸受け１７，１８だけで可能である。

図４から更に判るように、軸方向に見てモータ軸１５の自由端面には磁石部材２１が取り付けられていて、この磁石部材２１は、モータ軸１５と一緒に回転する。磁石部材２１には、軸方向に見てすぐ手前に配置された磁界センサ２２が対応配置されており、この磁界センサ２２はケーシングに固定されて位置決めされていて、回転する磁界を検出する。磁石部材２１と磁界センサ２２とは、共にモータ軸１５の目下の回動位置を検出するためのロータ位置センサシステムを形成している。磁界センサ２２は、例えば電子ボード、特にサーボモータを制御する電子制御装置を備えたボード基板上に配置されている。

図５には、支承ケーシング８を下から見た図が示されている。下側に位置する第２の偏心軸受け３１の構成部分である、偏心スリーブ３５の偏心を認識することができる。偏心スリーブ３５の回動により、支承ケーシング８内のステアリング軸３の半径方向位置が調節され、延いてはステアリング軸３に相対回動不能に結合されたウォーム歯車２０と、電気的なサーボモータ７のモータ軸１５に設けられたウォーム１９との間の遊びが調節される。

Claims (10)

1. 車両におけるステアリングシステムであって、運転手により設定された舵角を伝達するためのステアリング軸（３）と、該ステアリング軸（３）に結合されていて、アシスト用の駆動トルクを形成するための電気的なサーボモータ（７）とを備えているものにおいて、
   前記ステアリング軸（３）と、前記サーボモータ（７）のモータ軸（１５）とは、共通の支承ケーシング（８）内に収容されており、前記ステアリング軸（３）及び／又は前記サーボモータ（７）のモータ軸（１５）は、前記支承ケーシング（８）内の少なくとも１つの調節可能な偏心軸受け（３０，３１）内に取り付けられており、該偏心軸受け（３０，３１）を介して、前記軸（３）の位置を、該軸の長手方向軸線（１４）に対して半径方向に調節することができることを特徴とする、車両におけるステアリングシステム。
2. 前記ステアリング軸（３）だけが、少なくとも１つの調節可能な偏心軸受け（３０，３１）内に取り付けられている、請求項１記載のステアリングシステム。
3. 前記軸（３）は、前記支承ケーシング（８）内の、軸方向に隔てられた２つの偏心軸受け（３０，３１）内に取り付けられている、請求項１又は２記載のステアリングシステム。
4. 前記支承ケーシング（８）内の２つの偏心軸受け（３０，３１）は、軸に設けられた伝動装置部材（２０）の、軸方向に見てそれぞれ異なる側に配置されており、前記伝動装置部材（２０）は、前記サーボモータ（７）と前記ステアリング軸（３）との間の伝動機構の一部分である、請求項３記載のステアリングシステム。
5. 前記伝動装置部材は、前記軸（３）に相対回動不能に結合されたウォーム歯車（２０）である、請求項４記載のステアリングシステム。
6. 前記偏心軸受け（３０，３１）は、それぞれ前記伝動装置部材（２０）の各端面に直接に隣接している、請求項４又は５記載のステアリングシステム。
7. 前記偏心軸受け（３０，３１）は、個別軸受け（３３，３６）を備えた偏心スリーブ（３２，３５）を有しており、前記個別軸受け（３３，３６）は、前記支承ケーシング（８）内に回動可能に収容された前記偏心スリーブ（３２，３５）内に、偏心的に収容されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のステアリングシステム。
8. 前記偏心スリーブ（３２，３５）は、係止部材（３４，３７）を介して前記支承ケーシング（８）内で位置固定可能である、請求項７記載のステアリングシステム。
9. 前記支承ケーシング（８）内に、前記モータ軸（１５）を支承するための半径方向の位置固定部を備えた２つの個別軸受け（１７，１８）が収容されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のステアリングシステム。
10. 前記支承ケーシング（８）は、前記ステアリング軸の軸線（１４）に対して直角に延びている前記モータ軸（１５）を収容するためのモータ軸ケーシング（１１）を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のステアリングシステム。

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