JP2019531959A - 車両用の操舵装置 - Google Patents

Abstract

車両用の操舵装置は、プッシュロッド（２）を軸力で付勢するために装備されたアクチュエータ（１）を備える。プッシュロッド（２）が、両側で各連結ロッド（３ａ、３ｂ）と関節結合され、各連結ロッド（３ａ、３ｂ）が、各偏向レバー（４ａ、４ｂ）と関節結合され、各偏向レバー（４ａ、４ｂ）が、各タイロッド（５ａ、５ｂ）と関節結合され、各タイロッド（５ａ、５ｂ）が、各ステアリングアーム（６ａ、６ｂ）と関節結合され、各ステアリングアーム（６ａ、６ｂ）が、プッシュロッド（２）の軸方向の動きに応じて車両の車軸（９）の各車輪（８ａ、８ｂ）を操舵するために、各ホイールキャリア（７ａ、７ｂ）と作動的に結合されている。また、各偏向レバー（４ａ、４ｂ）は、アクチュエータ（１）にかかる軸力を低下させるために、プッシュロッド（２）と各タイロッド（５ａ、５ｂ）との間の伝達比を変更するために装備されている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用、特に乗用車又は商用車用の操舵装置に関する。本発明の適用分野は、車両における独立懸架式サスペンション並びにリジッドアクスルの両方に及ぶ。

乗用車、及び、例えばトラクタのような商用車において独立懸架式サスペンションを使用する際には、ラックアンドピニオンステアリングシステムが使用される。ラックアンドピニオンステアリングシステムは、タイロッドを介してホイールサスペンションと結合されたリニアアクチュエータを備える。

ラックアンドピニオンステアリングシステムは、システムの性質上、アクチュエータとの車輪の動きとの間で、極めて強く変化する伝達比を有する。端部位置へと延在するために、この場合比較的大きなアクチュエータ力が必要とされる。従って、アクチュエータの性能は、アクチュエータ力が最大の操舵角を導入するために十分であるように設計されている。しかしながら、車輪の操舵軸で生じるトルクは、操舵角を超えて、ほぼ一定の挙動をとる。

ドイツ公開特許第１０ ２００６ ０５２ ２５２号は、自動車用の独立懸架式サスペンションを開示する。この独立懸架式サスペンションにおいては、少なくとも１つの第１リンク及び少なくとも１つの第２リンクのが、それぞれ車輪を支持する車輪支持体と枢着式に連結されている。独立懸架式サスペンションが、車輪姿勢を修正するための補償手段を備える。少なくとも、１つの第１リンク及び１つの第２リンクが、補償手段を備える、又は補償手段と結合されている。各車輪の少なくとも２つの補償手段は、少なくとも１つの連結部材によって相互結合されている。

ドイツ公開特許第１０ ２００６ ０５２ ２５２号

本発明は、車両用の操舵装置を更に発展させることである。特に、操舵装置の操舵運動特性を改善させる。

この課題は、請求項１の主題によって解決される。好適な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明による車両用の操舵装置は、プッシュロッドを軸力で付勢するために装備されたアクチュエータを備える。プッシュロッドは、両側で各連結ロッドと関節結合されている。各連結ロッドは、各偏向レバーと関節結合されている。各偏向レバーは、各タイロッドと関節結合されている。各タイロッドは、各ステアリングアームと関節結合されている。各ステアリングアームは、プッシュロッドの軸方向の動きに応じて車両の車軸の各車輪を操舵するために、各ホイールキャリアと作動的に結合されている。また、各偏向レバーは、アクチュエータにかかる軸力を低下させるために、プッシュロッドと各タイロッドとの間の伝達比を変更するために装備されている。

換言すると、各偏向レバーにおいて伝達比が変更される。その際、最大の操舵角を設定するためにアクチュエータによって加えられねばならない最大の軸力が、著しく低下される。従って、アクチュエータの性能をより小さく設計できる。アクチュエータの性能の低減は、同時に重量の低減及び費用の低減を伴う。アクチュエータが、特にコンパクトに構成されている。

さらに本発明による解決策は、各伝達比を選択することによって、より大きな設計自由度を提供する。特に、これによって操舵角誤差も低減できる。

関節結合とは、２つの相互に関節結合された、例えば連結ロッド及び偏向レバーである構成部分が、可動に相互結合されており、少なくとも１つの自由度を有する、と理解される。特に、各連結ロッド及び各偏向レバーは、ボールジョイントを用いて相互結合されている。好適には、各偏向レバーは、ボールジョイント又はゴム製ベアリングを用いて、各タイロッドと結合されている。

この場合、作動的に結合されるとは、２つの要素が直接に相互結合され得ること、又は２つの要素の間に、また更なる要素、例えば１つ以上のシャフト、連結ロッド又は同様の要素が存在すること、と理解される。

好適には、各偏向レバーは、第１脚及び第２脚を備える。両方の脚が、回転不能に相互結合されている。その結果、各偏向レバーの両方の脚は、固定された、従って変更不可能な角度をなす。特に、各偏向レバーはワンピースで構成されている。

好適には、各偏向レバーは、少なくとも部分的に固定されている。各偏向レバーが、旋回運動を実現するヒンジジョイントを備える。ヒンジジョイントは、単一の自由度を有し、従って固定点を中心として限られた角度範囲で回転可能である。ヒンジジョイントのために、アクチュエータは、各車輪がばねによる圧縮を受ける際に、軌道変化に影響を及びさない。なぜなら、ヒンジジョイントが固定点を中心とした回転運動のみを許容するためである。

特に、偏向レバーは、フレームに固定されて、アームリンクに固定されて、又はホイールキャリアに固定されて、構成されている。従って、各偏向レバー、又は各偏向レバーの少なくとも一部分は、第１実施形態によれば、車両の各フレーム部材に堅固に固定されてよい。第２実施形態によれば、各偏向レバー、又は各偏向レバーの少なくとも一部分は、車両の各アームリンクに堅固に固定されてよい。第３実施形態によれば、各偏向レバー、又は各偏向レバーの少なくとも一部分は、車両の各ホイールキャリアに堅固に固定されてよい。各偏向レバーの旋回運動は、常に可能である。

本発明は、アクチュエータは入力軸と作動的に結合されており、アクチュエータが、入力軸の回転運動をプッシュロッドの並進運動に変換するために装備されている、という技術的教示を含む。並進運動とは、プッシュロッドの長手方向への直進運動、と理解される。

入力軸は、少なくとも間接的に、ステアリングハンドル、好適にはステアリングホイールと接続されている。ステアリングハンドルの操舵運動は、操舵装置を介して、車両の操舵運動へと変換される。このために、入力軸の回転運動は、アクチュエータを介してプッシュロッドの並進運動へと変換される。プッシュロッドが、各連結ロッド、各連結ロッドと関節結合された偏向レバー、偏向レバーと関節結合された各タイロッド、及びタイロッドと関節結合された各ステアリングアームを介して、各ホイールキャリアと、従って車両の操舵可能な車軸の各車輪とも、協働する。

入力軸は、アクチュエータを介して、機械的、電気的、空気圧的、又は液圧的にプッシュロッドと連結されてよい。機械的な連結は、製造が容易であるため、好適には歯車‐ラックの組み合わせを介して実現可能である。このために、例えば、入力軸上に第１歯車を配置する。第１歯車が、プッシュロッド上に配置されたラックと噛合う。入力軸が回転すると、ラックと噛合う歯車が回転する。これによって、ラックがプッシュロッドと共に軸方向に変位される。好適には、プッシュロッドはラックとして構成され、従ってプッシュロッドに一体的に統合されている。

入力軸とプッシュロッドとの電気的な連結は、入力軸上に、入力軸の回転数を検出するセンサを配置することで実現できる。これに対して、プッシュロッドを軸方向に移動可能なアクチュエータがプッシュロッドに配置されている。入力軸の回転を検出すると、それに対応してプッシュロッドを移動させるために、センサによってアクチュエータが制御される。

液圧的又は空気圧的な連結の際には、例えば、１つ以上の弁が、入力軸上にセンサとして配置されている。入力軸が回転すると、圧力媒体が、プッシュロッドに配置された２つの作動シリンダに導入される。これによって、作動シリンダの各１つのピストンロッドが出入りする。一方ピストンロッドは、プッシュロッドと結合されている。これによって、ピストンロッドの出入りの際に、プッシュロッドが軸方向に移動される。

好適には、アクチュエータ及び両方の偏向レバーは、異なる水平面に配置されている。水平面とは、路面と平行する面、と理解される。換言すると、車両の垂直軸は、水平面に対して垂直である。これに対して、車両の前後軸は、水平面に平行である。その結果、アクチュエータは第１水平面に配置され、各偏向レバーは第２水平面に配置されている。両方の水平面は軸方向で相互に離間している。これにより、特にアクチュエータの直接的な周囲において、特にエンジン又はオイルパンである他の車両構成要素によって占められる可能性のある構造スペースが増大する。

本発明の好適な実施形態を、図面を参照して以下に詳述する。

本発明による操舵装置の非常に単純化された概略的な平面図である。 図１の本発明による操舵装置の概略的な斜視図である。

図１及び図２によれば、ここでは図示されない車両用の本発明による操舵装置は、アクチュエータ１を備える。アクチュエータ１が、入力軸１１及びプッシュロッド２と作動的に結合されている。アクチュエータ１が、入力軸１１の回転運動をプッシュロッド２の並進運動に変換するために装備されている。その結果、入力軸１１が第１方向に回転すると、プッシュロッド２が第１車輪８ａの方向に軸方向へ移動する。従って、入力軸１１が第２方向に回転すると、プッシュロッド２が第２車輪８ｂの方向に軸方向へ移動する。両方の車輪８ａ、８ｂは、車両の車軸９の一部であり、入力軸１１における回転運動に応じて、操舵装置を介して、少なくとも部分的に各操舵軸１７ａ、１７ｂを中心に回転する。

アクチュエータ１は、プッシュロッド２を軸力で付勢するために装備されている。この場合、プッシュロッド２はワンピースで構成され、２つの遠位端を備える。プッシュロッド２が、各遠位端において、各連結ロッド３ａ、３ｂと関節結合されている。プッシュロッド２と各連結ロッド３ａ、３ｂとの間に、各ボールジョイント１２ａ、１２ｂが配置されている。さらに、各連結ロッド３ａ、３ｂは、各偏向レバー４ａ、４ｂと関節結合されている。ここにも、各ボールジョイント１２ｃ、１２ｄが装備されている。

各偏向レバー４ａ、４ｂは、第１脚１５ａ、１５ａ´、及び第２脚１５ｂ、１５ｂ´を備える。各第１脚１５ａ、１５ａ´は、各第２脚１５ｂ、１５ｂ´と回転不能に結合されている。その結果、両方の脚１５ａ、１５ｂ及び１５ａ´及び１５ｂ´の間の角度は、常に一定である。各偏向レバー４ａ、４ｂは、少なくとも部分的にフレームに固定して配置されている。従って各偏向レバー４ａ、４ｂが、少なくとも部分的に移動可能であり、特に車両のフレーム１３に旋回可能に固定されている。さらに、各偏向レバー４ａ、４ｂは、ヒンジジョイント１０ａ、１０ｂを備える。各ヒンジジョイント１０ａ、１０ｂによって、各偏向レバー４ａ、４ｂのフレーム１３における回転運動が可能になる。さらに、各偏向レバー４ａ、４ｂは、各タイロッド５ａ、５ｂと関節結合されている。ここにも、各ボールジョイント１２ｅ、１２ｆが装備されている。各偏向レバー４ａ、４ｂは、アクチュエータ１にかかる軸力を低下させるために、プッシュロッド２と各タイロッド５ａ、５ｂとの間の伝達比を変更するために装備されている。特に、各偏向レバー４ａ、４ｂが、プッシュロッド２と各タイロッド５ａ、５ｂとの間で、一様な、実質的に全操舵角に亘って一定の伝達比を発生させる。操舵装置の操舵運動特性が、著しく改善される。

各タイロッド５ａ、５ｂは、各ステアリングアーム６ａ、６ｂと関節結合されている。各タイロッド５ａ、５ｂと各ステアリングアーム６ａ、６ｂとの間に、各ボールジョイント１２ｇ、１２ｈが配置されている。各ステアリングアーム６ａ、６ｂは、プッシュロッド２の軸方向の動きに応じて車両の車軸９の各車輪８ａ、８ｂを操舵するために、各ホイールキャリア７ａ、７ｂと協働する。

図２は、図１に示す操舵装置の斜視図を示す。特に図２からは、アクチュエータ１及び両方の偏向レバー４ａ、４ｂが、異なる水平面１４ａ、１４ｂに配置されていることが分かる。この場合、アクチュエータ１が第１水平面１４ａに配置されている。また両方の偏向レバー４ａ、４ｂは、第２水平面１４ｂに配置されている。両方の水平面１４ａ、１４ｂは相互に離間している。両方の水平面１４ａ、１４ｂの間隔は、各連結ロッド３ａ、３ｂによって橋渡しされる。各車輪８ａ、８ｂは、独立懸架式サスペンションによって車両に受容され、各上部アームリンク面１６ａ、１６ａ´及び各下部アームリンク面１６ｂ、１６ｂ´を介して、車両と結合されている。各スプリングストラットを構成するために、各ホイールキャリア７ａ、７ｂに加えて、各ショックアブソーバ１８ａ、１８ｂ及び各スプリング１９ａ、１９ｂが装備されている。各ホイールキャリア７ａ、７ｂ、各ショックアブソーバ１８ａ、１８ｂ、及び各スプリング１９ａ、１９ｂは、相互に作動的に結合されている。

本発明は、上述の実施形態に限定されない。更なる発展形態の可能性は、明細書及び特許請求の範囲から見出すことができる。特に、個々の関節結合を、ゴム製ベアリングを介して実現することもできる。さらに、少なくとも１つの自由度を有する他の関節結合の可能性も考慮できる。

１ アクチュエータ
２ プッシュロッド
３ａ、３ｂ 連結ロッド
４ａ、４ｂ 偏向レバー
５ａ、５ｂ タイロッド
６ａ、６ｂ ステアリングアーム
７ａ、７ｂ ホイールキャリア
８ａ、８ｂ 車輪
９ 車両の車軸
１０ａ、１０ｂ ヒンジジョイント
１１ 入力軸
１２ａ〜１２ｈ ボールジョイント
１３ フレーム
１４ａ、１４ｂ 水平面
１５ａ、１５ａ´ 第１脚
１５ｂ、１５ｂ´ 第２脚
１６ａ、１６ａ´ 上部アームリンク面
１６ｂ、１６ｂ´ 下部アームリンク面
１７ａ、１７ｂ 操舵軸
１８ａ、１８ｂ ショックアブソーバ
１９ａ、１９ｂ スプリング

Claims (7)

1. 車両用の操舵装置であって、プッシュロッド（２）を軸力で付勢するために装備されたアクチュエータ（１）を備え、前記プッシュロッド（２）が、両側で各連結ロッド（３ａ、３ｂ）と関節結合され、各前記連結ロッド（３ａ、３ｂ）が、各偏向レバー（４ａ、４ｂ）と関節結合され、各偏向レバー（４ａ、４ｂ）が、各タイロッド（５ａ、５ｂ）と関節結合され、各前記タイロッド（５ａ、５ｂ）が、各ステアリングアーム（６ａ、６ｂ）と関節結合され、各ステアリングアーム（６ａ、６ｂ）が、前記プッシュロッド（２）の軸方向の動きに応じて車両の車軸（９）の各車輪（８ａ、８ｂ）を操舵するために、各ホイールキャリア（７ａ、７ｂ）と作動的に結合され、また、各前記偏向レバー（４ａ、４ｂ）が、前記アクチュエータ（１）にかかる軸力を低下させるために、前記プッシュロッド（２）と各前記タイロッド（５ａ、５ｂ）との間の伝達比を変更するために装備されている操舵装置。
2. 請求項１に記載の操舵装置であって、各前記偏向レバー（４ａ、４ｂ）が、第１脚及び第２脚（１５ａ、１５ａ´、１５ｂ、１５ｂ´）を備え、両方の前記第１脚及び前記第２脚（１５ａ、１５ａ´、１５ｂ、１５ｂ´）が、回転不能に相互結合されていることを特徴とする操舵装置。
3. 請求項１又は２に記載の操舵装置であって、各前記偏向レバー（４ａ、４ｂ）が、少なくとも部分的に固定され、各前記偏向レバー（４ａ、４ｂ）が、旋回運動を実現するヒンジジョイント（１０ａ、１０ｂ）を備えることを特徴とする操舵装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の操舵装置であって、前記アクチュエータ（１）が入力軸（１１）と作動的に結合されており、前記アクチュエータ（１）が、前記入力軸（１１）の回転運動を前記プッシュロッド（２）の並進運動に変換するために装備されていることを特徴とする操舵装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の操舵装置であって、前記プッシュロッド（２）がラックとして構成されていることを特徴とする操舵装置。
6. 請求項１に記載の操舵装置であって、前記アクチュエータ（１）及び両方の前記偏向レバー（４ａ、４ｂ）が、異なる水平面（１４ａ、１４ｂ）に配置されていることを特徴とする操舵装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の操舵装置の、乗用車又は商用車における使用。

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