JP2017528369A - 車両の従動車軸用ステアリングシステム - Google Patents

Abstract

車両の少なくとも１つの従動車軸または前駆車軸に対するステアリングシステムは、・車両の前車軸の従動輪のステアリング角を測定するためのステアリング角センサと、・車両の走行速度を測定するための走行速度センサと、・油圧ポンプ（２）を駆動する電気モータ（１．２）と、・油圧ポンプ（２）に接続される、従動車軸の従動輪を操縦するための作業シリンダ（１１）と、・ステアリング角センサと走行速度センサとのデータを用いて、車両の従動車軸における従動輪のキャスタ角を決定し、および電気モータを対応して制御する制御装置（１．１）とを含み、・その場合に、作業シリンダ（１１）は、それを介して油圧流体を作業シリンダ（１１）から排出することができる中心位置穿孔（１１．３）を備え、およびピストンは従動車軸の従動輪の直進位置において中心位置穿孔（１１．３）を密閉し、・作業シリンダ（１１）は還流弁（１０および１０．１）に接続され、それを介して油圧流体はタンク（６）に流れ戻ることができ、・前記作業シリンダ（１１）の中心位置穿孔（１１．３）は中心位置の弁（１２）に接続され、それを介して油圧流体はタンク（６）に流れ戻ることができ、および・還流弁（１０および１０．１）と中心位置の弁（１２）はポペット弁として製作される。

Description

本発明はステアリングシステム、特に請求項１に記載の車両の従動車軸用ステアリングシステムの技術分野に関する。

大型車両、特に有用車両はしばしば２軸以上のいわゆる従動車軸（ＮＬＡ）を持つ。ＮＬＡが固定されて製作された場合、車両は大きな回転半径を持つ。したがってしばしば前車軸ステアリングの他に付加的にステアリング可能なＮＬＡが組み込まれる。その場合、ＮＬＡは強制操縦または粘着操縦される、すなわち車輪の復元運動によって自動的に操縦されることができる。この付加的なＮＬＡステアリングは小さいカーブ半径を可能にし、それによって高い操縦性が獲得される。付加的にタイヤのスリップ角が低下し、それによって車両のタイヤ摩耗が低減される。

しかしＮＬＡの能動的なステアリングは低速度においてのみ望まれる。高い車両速度において、それは安定走行にマイナスの影響を及ぼすので、ＮＬＡのステアリングは望ましくない。不安定な走行状態を引き起こさないために、ＮＬＡは、車両に依存する一定の速度から固定されなければならない。そのようなシステムにおいて、故障または高い走行速度の際に、車軸は直進位置に保持されることができることが有利である。

従来技術では、ＮＬＡが油圧シリンダを介して操縦されている。オイルは内燃エンジンを介して駆動されるポンプを介して、どのように弁が切り替えられるかに依存して、一方のまたは他方のシリンダ室に入れられる。したがって、車両が長時間直進走行状態にある際に、必要でないにも拘わらず、油圧ポンプは常に作動させられる。この運転状態において油圧装置は、対する付加価値が何もない損失を発生させる。これは車両の低い燃料需要に基づく要求の妨げになる。

この問題は、ステアリングポンプが内燃エンジンを介して駆動されるのではなく、電気モータを介して駆動されることによって解決される。電気モータは両方向に同価値に作動することができるので、一方のまたは他方のシリンダ室は可逆ポンプを用いて回転方向に応じて加圧されることができる。

ドイツの特許文献１において、その中でマスタシリンダが制御される多軸ステアリング装置が述べられている。前車軸におけるマスタシリンダの位置に応じて後車軸におけるスレーブシリンダが反応する。しかしこのシステムにおいて、マスタシリンダの各位置への直接依存性は不利である。すなわちこのシステムにおいて、速度に依存する後車軸への影響力行使の可能性は存在しない。

特許文献２は、油圧操縦される車両後車軸が付加的なブロック装置によって現状位置に保持され、もしくは粘着操縦されて中央位置に戻り操縦されて、且つ次にブロックされるステアリングシステムを示している。しかしこれは別の部品を必要とし、付加的な設計スペースを必要とし、したがって高価である。

特許文献３は、それが能動的にも、すなわちステアリング動作においても必要とされる場合のみにステアリング力が付加的なステアリング軸に加えられる、機械的に連結された多軸ステアリング装置を示している。しかし、直線走行において特定の速度領域から遮断されなければならない後車軸ステアリングに対するこのシステムは、非常に多くの経費によってのみ実現可能である。

最後に特許文献４は、従動車軸の操縦が前車軸から独立して行われる電子的な制御部を有する従動車軸に対するステアリングシステムを開示している。ポンプは電気モータを介して駆動され、それによってシステムはエネルギ効率よく働く。ブロック機能は最も単純な態様において、粘着運転されるピストンの戻り運動の際に、油圧流体が作業シリンダから中央穿孔を通って排出されることによって実現される。ピストンがこの中心穿孔に到達した場合、ピストンは中心穿孔を密閉し、それによってそれ以上の運動はブロックされる。

中央穿孔とポンプとの間の流体接続において、作業位置において流体流動をそこで阻止する弁が切り替えられる。障害が発生した場合、無電流に切り替えられ、それによって流体流動が可能になる。この弁はスライド弁として製作される。

但しスライド弁は汚れの影響を受けやすい。例えばステアリングシステムにおいて、油圧流体に浮遊する金属粒子がピストンを動かなくする可能性がある。

ポンプはそれぞれ接続配管によって作業シリンダの２つのシリンダ室に接続される。第１のシリンダ室が油圧流体によって満たされた場合、ピストンは油圧流体を第２のシリンダ室から接続配管を介してポンプの方向に押す。したがって２つの接続配管は同時に供給配管であり且つ戻り配管である。油圧流体は循環において事実上常に前後に押される。それによって、油圧流体における空気介在物は排出されることができないので、複数の欠点が生じる。特に初期充填において、システムは不適切に排気される可能性がある。さらに油圧流体が両方向に流れるので、油圧流体から不純物を濾過するためのフィルタは循環内に組み込まれることができない。

独国特許第４４１４１６１Ｃ１号公報 独国特許第１０３５１４８２Ａ１号公開 独国特許第１０２００６００８４３６Ａ１号公開 独国特許第１０２０１２１０５９７６Ａ１号公開

提供する本発明の課題は、上述の欠点が排除される従動車軸に対するステアリングシステムを用意することにある。弁ピストンが動かなくなることによる、または配管破損によるシステムの故障は回避されなければならない。さらに、システムは簡単に排気されることができ、および油圧流体は濾過によって浄化されることができる、ことが可能でなければならない。

この課題は、１つのスライド弁の代わりに複数のポペット弁が使用されることによって解決される。これは、油圧流体内の金属粒子が弁の機能を損なわせないことができるだけでなく、再び外へ押し流されることができる利点を持つ。このポペット弁はハウジング内に組み込まれ、および固定の安定した配管を介して作業シリンダに接続される。この固定の配管はハウジング内に作孔されたオイル通路、またはハウジングに延在する金属管であることができる。それによって、構成要素がホースによって互いに接続されたこれまでのシステムにおいて生じる可能性があった配管破損によるシステムの故障は阻止される。

さらに課題は、今や戻り配管が作業シリンダからオイルタンクへ設けられることによって解決される。ポンプは最初に常にオイルをオイルタンクから吸い込み、且つ作業シリンダへ導く。次に作業シリンダはオイルを戻り配管を介して再びタンクへ押して動かし、次にそこで可能性のある空気介在物を沈殿させることができる。したがってオイルの流れ方向は、各配管において一義的に限定される。それに伴って、今や、オイルを汚染粒子から浄化するためにフィルタを組み込むことも可能である。

図１は車両の機能図を示す。前車軸の従動輪のステアリング角を検知するために、ここではステアリング角センサＳ_αが、および走行速度ｖを検知するための走行速度センサＳ_ｖが設けられる。それらの信号は信号回線を介して従動車軸のステアリングシステムＬＳに伝達される。 図２はステアリングシステム全体の油圧回路図を示す。前車軸におけるステアリング角を測定するステアリング角センサによって、および走行速度センサによって確認されたデータは制御装置１．１に入力される。制御装置１．１はデータから車両の従動車軸における従動輪のキャスタ角を算出し、且つ対応して電気モータ１．２を制御する。

電気モータ１．２は、同様に従動車軸の従動輪を操縦するための少なくとも１つの作業シリンダ１１に接続される油圧ポンプ２を駆動するために使用される。作業シリンダ１１は、それを介して油圧流体を作業シリンダ１１から排出することができる中央穿孔１１．３を自由に使用でき、その結果、ピストンは中央位置まで粘着運転されて動くことができ、中央位置においてピストンは中央穿孔を密閉し、および従動車軸の従動輪は直進位置に固定される。

この電気油圧式ステアリングシステムにおいて、ステアリング車輪はステアリングすべき車軸に機械的に接続されないので、前車軸から独立して従動車軸の操縦が行われる。加えて、このシステムは内燃エンジンから切り離され、その結果、一方において需要に即応した制御が確保され、および他方において、少量で且つそれに加えて自由に配置できる部品によって、この構造における高い空間的な自在性が確保される。低速度において、および停止状態において、このシステムを用いて、前車軸のステアリング角と走行速度に依存する能動的なステアリングが可能である。特に従動車軸の車輪は電子機器および／または油圧装置の故障の際にも、いつでも自動的に、すなわち粘着運転されて、そのために追加の電子機器および／または油圧装置を必要とすることなく、各偏位角からその直進位置に戻されることができ、且つそこで強制的に固定されることができる。

中央穿孔の方向へのピストンの粘着運転される動きにおいて、油圧流体は一方のシンリンダ室からオイルタンクの方向に排出され、その間に他方のシリンダ室に、ポンプの使用なしに、液体が吸い込まれる。中央穿孔がピストンによって密閉されると直ちに、両側にいわば閉じ込められた油圧流体によってそれ以上の動きは遮断され、その結果、従動車軸の車輪は確実にその直進位置に保持される。したがって低速度における油圧装置および／または電気装置の故障の場合、従動車軸は和らげられて粘着操縦されて中央位置に動き、且つそこに保持される、可能性が存在する。

その場合、従動車軸とは、ステアリングされる車軸の傾きについていく各車軸、および固定された後車軸または前車軸の後ろを走るまたは前を走る、すなわち前駆車軸としても配置されることができる各車軸と、理解されなければならない。したがって本発明に基づくステアリングシステムは、トレーラ、セミトレーラまたはステアリングされる第２の前車軸においても使用されることができる。

本発明に基づくステアリングシステムは、中央穿孔とオイルタンクの間の流体接続において切り替えられて、および基本位置において作業シリンダの中央穿孔とオイルタンクとの間の流体流れを自由にし、および作業位置において作業シリンダの中央穿孔とオイルタンクとの間の流体流れを阻止し、および制御装置が障害を認識するために、および障害が発生した場合にその基本位置に弁を切り替えるために形成され、その結果、ピストンは粘着運転されてその中央位置まで動かされることができ、該中央位置においてピストンは中央穿孔を密閉し、および従動車軸の従動輪は直進位置に固定される、１つの弁を備える。例えばポンプの故障の際に、システムは弁の適切な切り替えによって安全な状態に移行させることができる。例えばステアリングシステムの障害のない運転において、ピストンがポンプを介してのみ動くことができるその作業位置に弁がある間に、障害が発生した時に中央穿孔の開口によって、中央位置へのその運動を許すことができる。その基本位置において弁は、無電流に切り替えられ、したがってエネルギのない状態にされ、それによって特に確実に保持され、その場合に、非作動化されたポンプも付加的なエネルギを最早必要としない。シリンダの中央穿孔は密閉されて、且つ油圧流体のそれ以上の流出は最早不可能なので、ピストンの中央位置は確実に保持されることができる。

その場合、制御装置は、設定可能な走行速度を越えた場合にモータを無電流に切り替えるためにも形成されることができる。それによって従動車軸は、予め設定可能な特定の速度から、自動的に、すなわち粘着運転されてその中央位置に動かされ、且つそこに保持され、その結果、その従動輪は直進走行位置にある。この中央位置はさらなるエネルギ消費なしに保持されることができるので、システムの電力消費は最小である。

好ましい態様において、ポンプは可逆に運転可能なポンプとして、または一方向に運転可能なポンプと弁ブロックとの組み合わせとして製作される。その場合、可逆に運転可能なポンプはステアリングシステムの最少のスペース必要量が要求され、その一方で一方向に運転可能なポンプはより単純な電気駆動が必要である。

ポンプ２は吸い込み弁３、３．１を介してオイルをオイル容器６から吸い込む。オイルタンク６には粗い汚れがある可能性があるので、防護のために２つのフィルタ４、４．１が吸い込み配管に配置される。

ステアリングプロセスにおいて、ポンプ２は導管７、７．１を介してフィルタ８、８．１と逆止弁９、９．１を通してオイルをシリンダ室１１．１、１１．２に給送する。

各シリンダ室１１．１、１１．２に、シリンダ室１１．１、１１．２の充填の際は閉じられる還流弁１０、１０．１が配置される。一方のシリンダ室１１．１、１１．２内の圧力構築によってそれぞれ他方のシリンダ室１１．１、１１．２の還流弁１０、１０．１が開かれ、それによって他方のシリンダ室１１．１、１１．２からフィルタ５を通ってタンク６への還流が可能になる。

中央位置の弁１２は開かれた切り替え位置に対して指定された貫通断面を備え、それによって従動車軸の復元速度は厳密に調整されることができる。

以下において、幾つかの運転状態が説明される。

直進走行、高い走行速度
高い走行速度による直進走行において、従動車軸は操縦されるのではなく直進位置に保持されなければならない。ここで車軸はモータによって能動的に保持されることができるが、しかしそれによってエネルギは消費される。

したがって好ましくは、車軸はシリンダ１１内に密封されたオイルによって保持される。その場合、車軸は能動的にモータによって直進走行ポジションに戻され、且つ続いてステアリングシステムは受動的に切り替えられ、すなわち中央位置の弁１２は密閉され、それによって逆止弁９および９．１と共にシリンダ室を封鎖する。その場合、エネルギがモータによって必要とされないことは有利である。

能動的ステアリング、低い走行速度
能動的ステアリングにおいて、前車軸のステアリング旋回角は測定技術的に検知され、且つ後車軸ステアリングの制御装置１．１に伝達される。このパラメータと別のパラメータ、例えば車両速度とを用いて後車軸の目標値が算出され、およびモータ１．２が制御装置１．１によって制御される。位置センサ１３を介して実際値が検知され、且つ制御に対して使用される。

これは可逆ポンプ２を直接駆動する。これは、例えばシリンダサイド１１．１に対する導管７の方向に給送する。ポンプ２は常に、濾過されたオイルを吸い込み弁３および３．１を介してオイル容器６から吸い込む。シリンダ室１１．１内の圧力構築によって還流弁１０．１は切り替えられ、シリンダ室１１．２からフィルタ５を通ってタンク６への還流が可能になる。モータ１の制御は、後車軸の目標値が獲得されるまで、対応する制御アルゴリズムを介して行われる。

ステアリングシステムの故障
ステアリングシステムの故障（例えばモータ１．２、センサ１３または制御装置１．１の欠陥）が生じた場合、モータ１．２はスイッチオフされ、中央位置の弁１２はその基本位置になり、車軸は車輪力と、中央穿孔１１．３を介する所望の制動とを介して直進走行位置、すなわち安全な状態に戻される。そこで車軸は次に説明するように保持される。

直進走行おける故障、高い走行速度
システムが直線走行において故障した場合、ピストンシール材が中央位置穿孔を密閉しており、且つ逆止弁９および９．１はシリンダ１１からのオイルの還流を可能にしない、すなわちシリンダは油圧的にブロックされるので、何も影響を及ぼさない。

支援ステアリングにおける故障、低い走行速度
能動的ステアリングにおいてシステムが故障した場合、中央位置の弁１２の磁石は無電流に切り替えられ、それによって弁はその基本位置を占める。ピストンは直進走行ポジションにある場合、これはそれ以上動かされることができず、したがって車軸は保持されたままになる。車軸が進路から逸れている場合、多くのエラーケースにおいて、車軸を能動的に中央位置に移す可能性は存在しない。カーブ走行において、中央位置の弁１２の無電流切り替えによって、車軸がその瞬間にあるよりもさらに進路から逸れることは阻止される。車軸復元力はシリンダを直進方向に動かすことを試み、ピストンが中央ポジションに到達するまでこの動きはシリンダ内の中央位置穿孔１１．３によって可能である。中央ポジションに到達後に、ピストンは中央位置穿孔１１．３を密閉するので、車軸はその位置に保持される。

中央位置穿孔１１．３もしくは中央位置の弁１２内の絞りによって、故障のケースにおける車軸の動きの速度は、危険な走行状態が発生しないように調整されることができる。

中央位置方向へのピストンの戻り運動に対して、タンク６からオイルが吸い込まれなければならない。これは吸い込み弁３および３．１、および逆止弁９および９．１を介して行われる。

１．１ 制御装置
１．２ 電気モータ
２ ポンプ
３／３．１ 吸い込み弁
４／４．１ フィルタ
５ フィルタ
６ タンク
７／７．１ 導管
８／８．１ フィルタ
９／９．１ 逆止弁
１０／１０．１ 還流弁
１１ 作業シリンダ
１１．１／１１．２ シリンダ室
１１．３ 中央位置穿孔
１２ 中央位置の弁
１３ 位置センサ
Ｓ_α ステアリング角センサ
Ｓ_Ｖ 走行速度センサ
ＬＳ ステアリングシステム
ＥＣＵ 電子制御装置
Ｍ モータ

Claims (4)

1. ・車両の前車軸の従動輪のステアリング角を測定するためのステアリング角センサと、
   ・前記車両の走行速度を測定するための走行速度センサと、
   ・油圧ポンプ（２）を駆動する電気モータ（１．２）と、
   ・導管（７および７．１）を介して前記油圧ポンプ（２）に接続される、従動車軸の従動輪を操縦するための作業シリンダ（１１）と、
   ・前記ステアリング角センサと前記走行速度センサとのデータを用いて、前記車両の前記従動車軸における前記従動輪のキャスタ角を決定し、および前記電気モータを対応して制御する制御装置（１．１）とを含み、
   ・その場合に、前記作業シリンダ（１１）は、それを介して油圧流体を前記作業シリンダ（１１）から排出することができる中心位置穿孔（１１．３）を備え、およびピストンは前記従動車軸の前記従動輪の直進位置において前記中心位置穿孔（１１．３）を密閉する、車両の少なくとも１つの従動車軸または前駆車軸に対するステアリングシステムであって、
   ・前記作業シリンダ（１１）は還流弁（１０および１０．１）に接続され、それを介して油圧流体はタンク（６）に流れ戻ることができ、
   ・前記作業シリンダ（１１）の前記中心位置穿孔（１１．３）は中心位置の弁（１２）に接続され、それを介して油圧流体はタンク（６）に流れ戻ることができ、および
   ・前記還流弁（１０および１０．１）と前記中心位置の弁（１２）はポペット弁として製作される、ことを特徴とするステアリングシステム。
2. 前記作業シリンダ（１１）から前記タンク（６）への還流配管に、前記油圧流体を浄化するためのフィルタ（５）が配置される、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. 前記吸い込み配管にフィルタ（４および４．１）が配置される、ことを特徴とする請求項１および２に記載のステアリングシステム。
4. 前記導管（７および７．１）にフィルタ（８および８．１）が配置される、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のステアリングシステム。

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