JP2022506165A - ボール循環式ステアリング機構 - Google Patents

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Abstract

本発明は、操舵運動をピットマンアーム（３０）に伝達するためのボール循環式ステアリング機構（１）であって、ハウジング（１０）であって、このハウジング（１０）の内部に配置された操舵ピストン（２０）を備え、この操舵ピストン（２０）は、ボールねじ伝動装置（２７）を有し、操舵ピストン（２０）の長手方向軸線に沿って移動可能である、ハウジング（１０）と、操舵ピストン（２０）の運動をアシストするための電動式のアクチュエータ（４０）とを有する、ボール循環式ステアリング機構（１）に関する。

Description

本発明は、操舵運動をピットマンアームに伝達するための、車両用、特に商用車用のボール循環式ステアリング機構に関する。さらに、本発明は、本発明に係るボール循環式ステアリング機構を有する車両、特に商用車に関する。
ボール循環式ステアリング機構は、特に軽商用車および重商用車に使用され、ステアリングホイールの回転運動を構造形態に応じて直接的にまたはリンク機構を介して間接的にタイロッドに伝達する操舵伝動装置の一部を成している。ボール循環式ステアリング機構は、力が、ねじ溝内で循環するボールによってスピンドルとナットとの間で伝達される一種のスピンドル式ステアリング機構である。
このような形態の操舵伝動装置は数年来知られていて、多種多様な構成で入手することができる。例えば独国特許出願公開第１０２０１４１０６４８８号明細書ならびに独国特許出願公開第１０２０１４１０６４９３号明細書には、液圧装置の使用によって操舵アシストが得られるボール循環式ステアリング機構が記載されている。
しかしながら、液圧式のシステムは複雑なインフラストラクチャを有している。手間のかかる液圧的な配管に加えて、別の構成要素、例えばポンプ、ホースまたはシール要素が必要となる。
したがって、本発明の課題は、先行技術に比べて改善されたボール循環式ステアリング機構、特に大幅に簡略化されたインフラストラクチャを有するボール循環式ステアリング機構を提供することである。
本発明によれば、この課題は、独立請求項１の特徴を有するボール循環式ステアリング機構によって解決される。有利な別の構成は、それぞれ従属請求項に記載してある。
本発明に係るボール循環式ステアリング機構はハウジングを有している。このハウジングは、その内部に配置された操舵ピストンを備えている。この操舵ピストンは、ボールねじ伝動装置を有していて、操舵ピストンの長手方向軸線に沿って移動可能である。さらに、本発明に係るボール循環式ステアリング機構は、操舵ピストンの運動をアシストするための電動式のアクチュエータを有している。
本発明者らは、少なくとも１つのボールねじ伝動装置と電動式のアクチュエータとを組み合わせることによって、液圧式の構成要素なしでも事足りるボール循環式ステアリング機構を実現することができることを見出した。操舵運動のために必要な補助力アシストは純粋に電気的に行われる。
したがって、手間のかかる液圧式のシステムを省略することができ、電動式のアクチュエータに電気的なエネルギを供給するためには、単純なコネクタで十分であるので、顧客側での本発明に係るボール循環式ステアリング機構の組付けが大幅に簡単になる。
さらに、このようなアセンブリによって、特にコンパクトなボール循環式ステアリング機構を実現することができることが判った。
好適な実施形態では、操舵ピストンが、電動式のアクチュエータに連結された第２のボールねじ伝動装置を有している。特にこの第２のボールねじ伝動装置では、そのねじ山付きナットが電動式のアクチュエータのロータに組み合わせられる。ボールねじ伝動装置は極めて高い効率を有しているので、ねじ山付きナットとロータとの組合せによって、より出力の弱い電動式のアクチュエータを使用することができる。この電動式のアクチュエータは、ボール循環式ステアリング機構のサイズに特に有利な影響を与える。
別の好適な実施形態では、電動式のアクチュエータが、力伝達手段を介して操舵ピストンに結合されている。力伝達手段を介して、電動式のアクチュエータと操舵ピストンとの間の空間的な分離が可能となり、これによって、スペースジオメトリに関する顧客設定に応じてボール循環式ステアリング機構を固有に適合させることができる。
別の好適な実施形態では、操舵ピストンが、力伝達手段を介して電動式のアクチュエータに連結された第２のボールねじ伝動装置を有している。
力伝達手段は、好ましくは、歯付きベルト伝動装置、チェーン伝動装置、歯車伝動装置、傘歯車伝動装置、ハイポイド伝動装置、冠歯車伝動装置またはウォーム伝動装置を含むグループから選択されている。
特に好適な実施形態では、ボール循環式ステアリング機構が液圧式のユニットを有しておらず、これによって、操舵ピストンの運動のアシストが専ら電気的に行われる。
別の態様によれば、本発明は、本発明に係るボール循環式ステアリング機構を有する車両、特に商用車に関する。
本発明による装置の更なる利点および特徴は複数の従属請求項から明らかとなる。これらの従属請求項は本発明の有利な構成に該当し、自体限定するものと解釈すべきではない。従属請求項が互いに関連していないかまたは請求項のそれぞれ異なるカテゴリーに属している場合でも、技術的に可能である限り、それぞれ異なる従属請求項の特徴の組合せも本発明に一緒に包括されている。このことは、当業者にとって必然的に互いに属するものと認識することができない限り、以下に説明する実施例の個々の特徴にも当てはまる。
以下に記載した実施例は、当業者に本発明を詳しく説明するために設けてある。実施例を添付の図面に基づき説明する。
本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第１の実施形態の横断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第２の実施形態の横断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第３の実施形態の横断面図である。 図３に示した実施形態のＡ－Ａ断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第４の実施形態の横断面図である。 図４に示した実施形態のＡ－Ａ断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第５の実施形態の横断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第６の実施形態の横断面図である。 図６に示した実施形態のＡ－Ａ断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第７の実施形態の横断面図である。 図７に示した実施形態のＡ－Ａ断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第８の実施形態の横断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第９の実施形態の横断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第１０の実施形態の横断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第１１の実施形態の横断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第１２の実施形態の横断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第１３の実施形態の横断面図である。 図１３に示した実施形態のＡ－Ａ断面図である。 本発明に係るボール循環式ステアリング機構の第１４の実施形態の横断面図である。
図１には、ステアリングホイール（図示せず）からの操舵運動をピットマンアーム３０に伝達するための本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第１の実施形態が示してある。
ボール循環式ステアリング機構１はハウジング１０を有している。このハウジング１０は、その内部に配置された、長手方向軸線Ｘ－Ｘに沿って運動可能である操舵ピストン２０を備えている。この操舵ピストン２０は複数の個々の構成要素から成っていて、特に操舵ナット２１と、操舵ウォーム２６と、ボール循環路２７とを有している。操舵ナット２１と、操舵ウォーム２６と、ボール循環路２７とは、回転運動を並進運動に変換する第１のボールねじ伝動装置２７ひいては第１の作用ポイントを形成している。
操舵ナット２１は、滑動するようにハウジング１０の内部に配置されており、これによって、軸線方向での操舵ピストン２０の長手方向移動が実施可能となる。操舵ナット２１は外面に歯列領域２２を有している。この歯列領域２２には、ステアリングシャフト２４の歯が噛み合っている。ステアリングシャフト２４はピットマンアーム３０に結合されているため、長手方向軸線Ｘ－Ｘに沿った操舵ピストン２０の長手方向移動によって、ステアリングシャフト２４ひいてはピットマンアーム３０が回動させられる。操舵ピストン２０の長手方向移動は、運転者によって、回転させられる駆動軸２５を介して生じる。この駆動軸２５は、操舵発生器（図示せず）、例えばステアリングホイールを操舵ウォーム２６に結合している。
さらに、ボール循環式ステアリング機構１は、長手方向軸線Ｘ－Ｘに対して横方向に配置された電動式のアクチュエータ４０を有している。この電動式のアクチュエータ４０は制御装置５０を介して制御可能である。電動式のアクチュエータ４０は、図示の実施形態では電動モータ、特に横方向磁束型モータ（Transversalmotor）として形成されていて、ハウジング１０の内部に配置されている。電動式のアクチュエータ４０は、トルクを提供することによって操舵ピストン２０の長手方向移動をアシストする。このためには、電動式のアクチュエータ４０が、操舵ウォーム２６を取り囲むように配置された、ハウジング１０に固く結合されたステータ４１と、操舵ウォーム２６に固く結合されたロータ４２とを有している。したがって、操舵ウォーム２６は、この操舵ウォーム２６にトルクを伝達することができる第２の作用ポイントを有している。
駆動軸２５に位置決めされた、例えば回転角またはトルクを検出するためのセンサ８０を介して検出される運転者の操舵命令および場合によっては別の車両パラメータに応じて、電動式のアクチュエータ４０が制御装置５０を介して制御される。このとき、電動式のアクチュエータ４０がトルクを提供する。電動式のアクチュエータ４０は、操舵ウォーム２６の回転運動をアシストし、ひいては、長手方向軸線Ｘ－Ｘに沿った操舵ナット２１の長手方向移動を生じさせ、この長手方向移動が、引き続き、ステアリングシャフト２４ひいてはピットマンアーム３０の回動を生じさせる。
図２には、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第２の実施形態が示してある。第１の実施形態と異なり、ボール循環式ステアリング機構１は後方の領域１１を有している。この後方の領域１１は、前方の領域１２と反対の側に配置されている。この前方の領域１２には、例えば駆動軸２５が配置されている。この駆動軸２５はハウジング１０を貫いて延在していて、操舵発生器に結合可能である。
さらに、操舵ピストン２０が、図示の実施形態ではピストン状の延長部２１ａを有している。このピストン状の延長部２１ａは第２のボールねじ伝動装置２８を有していて、ボール循環式ステアリング機構１の後方の領域１１へと延在している。したがって、操舵ピストン２０は、ボール循環式ステアリング機構１の前方の領域１２に第１のボールねじ伝動装置２７を有していて、後方の領域１１に第２のボールねじ伝動装置２８を有している。
さらに、ボール循環式ステアリング機構１の後方の領域１１でハウジング１０の内部に電動式のアクチュエータ４０が配置されている。この電動式のアクチュエータ４０は、図示の実施形態では電動モータ、特に中空軸サーボモータとして形成されている。電動式のアクチュエータ４０は、トルクを提供することによって操舵ピストン２０の長手方向移動をアシストする。後方の領域１１に配置されたステータ４１は、ピストン状の延長部２１ａを取り囲むように同心的に配置されていて、ハウジング１０に固く結合されている。ピストン状の延長部２１ａとステータ４１との間には、ロータ４２が配置されている。このロータ４２が、第２のボール循環路２９およびピストン状の延長部２１ａと共に第２のボールねじ伝動装置２８を形成している。この特有の配置形態によって、ピストン状の延長部２１ａがハウジング１０の内部に十分に支承されており、これによって、例えば玉軸受によるピストン状の延長部２１ａの付加的な支承が省略される。
さらに、後方の領域１１でハウジング１０の外部に制御装置５０が配置されている。
センサ８０を介して検出される運転者の操舵命令および場合によっては別の車両パラメータに応じて、電動式のアクチュエータ４０が制御装置５０を介して制御される。このとき、電動式のアクチュエータ４０がトルクを提供する。電動式のアクチュエータ４０は、第２の作用ポイントに設けられた第２のボールねじ伝動装置２８を介して操舵ピストン２０に伝達され、長手方向軸線Ｘ－Ｘに沿った操舵ピストン２０の長手方向移動をアシストする。
図３および図３ａには、ステアリングホイール（図示せず）からの操舵運動をピットマンアーム３０に伝達するための本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第３の実施形態が示してある。
ボール循環式ステアリング機構１は、第１の実施形態の構造に実質的に等しいものの、電動式のアクチュエータ４０のトルクが、力伝達手段６０、特に歯付きベルト伝動装置６１０を介して操舵ウォーム２６に伝達されるという違いを伴っている。電動式のアクチュエータ４０は、図示の実施形態ではハウジング１０の外部に配置されていて、電動モータ、特にサーボモータとして形成されている。
歯付きベルト伝動装置６１０は、伝動歯車６１１と歯付きベルト６１２（図３ａ）とを有している。伝動歯車６１１は操舵ウォーム２６に固く結合されていて、したがって、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ウォーム２６に伝達することができる第２の作用ポイントを有している。歯付きベルト６１２には、伝動歯車６１１と電動式のアクチュエータ４０の軸４３とを介して張力が与えられている。
図４および図４ａには、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第４の実施形態が示してある。この第４の実施形態は、第２の実施形態の構造に実質的に等しいものの、電動式のアクチュエータ４０のトルクが、力伝達手段６０、特に歯付きベルト伝動装置６１０を介して操舵ピストン２０に伝達されるという違いを伴っている。電動式のアクチュエータ４０は、図示の実施形態ではハウジング１０の外部に配置されていて、電動モータ、特にサーボモータとして形成されている。
歯付きベルト伝動装置６１０は、伝動歯車６１１と歯付きベルト６１２（図４ａ）とを有している。伝動歯車６１１は、伝動ナット２１ｂを介してピストン状の延長部２１ａに結合されていて、したがって、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ピストン２０に伝達することができる第２の作用ポイントを有している。歯付きベルト６１２には、伝動歯車６１１と電動式のアクチュエータ４０の軸４３とを介して張力が与えられている。
伝動ナット２１ｂは、支承要素７０、例えば玉軸受を介してハウジング１０に結合されており、これによって、操舵ピストン２０は、互いに離れた少なくとも２つの点でハウジング１０の内部に支承されていて、半径方向の運動に関して制限されている。
図示の実施例では、ボール循環式ステアリング機構１全体がコンパクトな構成ユニットを成すように、電動式のアクチュエータ４０と制御装置５０とが互いに配置されている。
代替的には、ボール循環式ステアリング機構１全体がスリムな構成ユニットを成すように（図５）、電動式のアクチュエータ４０と制御装置５０とが互いに配置されてもよい。
図６および図６ａには、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第６の実施形態が示してある。この第６の実施形態は、第３の実施形態の構造に実質的に等しいものの、力伝達手段６０としてチェーン伝動装置６２０が使用されるという違いを伴っている。
チェーン伝動装置６２０は、複数のスプロケット６２１，６２２，６２３と１つのチェーン６２４（図４ａ）とを有している。スプロケット６２１は操舵ウォーム２６に固く結合されていて、したがって、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ウォーム２６に伝達することができる第２の作用ポイントを有している。別のスプロケット６２２は軸４３に外嵌されていて、この軸４３に固く結合されている。チェーン６２４はスプロケット６２１，６２２にわたって走行する。また、チェーン６２４には、テンションスプロケット６２３を介して張力が与えられる。
図７および図７ａには、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第７の実施形態が示してある。この第７の実施形態は、第４の実施形態の構造に実質的に等しいものの、力伝達手段６０がチェーン伝動装置６２０を有しているという違いを伴っている。
力伝達手段６０は、図示の実施形態では、図４に示した実施形態と同様に後方の領域１１に配置されている。スプロケット６２１は、伝動ナット２１ｂを介してピストン状の延長部２１ａに結合されていて、したがって、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ピストン２０に伝達することができる第２の作用ポイントを有している。別のスプロケット６２２は電動式のアクチュエータ４０の軸４３に外嵌されていて、この軸４３に固く結合されている。チェーン６２４はスプロケット６２１とスプロケット６２２とにわたって走行する。また、チェーン６２４には、テンションスプロケット６２３を介して張力が与えられる。
図８には、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第８の実施形態が示してある。この第８の実施形態は、第３の実施形態の構造に実質的に等しいものの、力伝達手段６０が歯車伝動装置６３０を有しているという違いを伴っている。
力伝達手段６０は、図示の実施形態では、図３に示した実施形態と同様にハウジング１０の前方の領域１２に配置されていて、複数の歯車６３１，６３２，６３３を有している。これらの歯車６３１，６３２，６３３は互いに係合していて、ひいては、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ウォーム２６に伝達する。
図９には、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第９の実施形態が示してある。この第９の実施形態は、第４の実施形態の構造に実質的に等しいものの、力伝達手段６０が歯車伝動装置６３０を有しているという違いを伴っている。
力伝達手段６０は、図示の実施形態では、図４に示した実施形態と同様にハウジング１０の後方の領域１１に配置されていて、複数の歯車６３１，６３２，６３３を有している。これらの歯車６３１，６３２，６３３は互いに係合していて、ひいては、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ピストン２０に伝達する。
図１０には、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第１０の実施形態が示してある。この第１０の実施形態は、第３の実施形態の構造に実質的に等しいものの、力伝達手段６０が傘歯車伝動装置６４０を有しているという違いを伴っている。
力伝達手段６０は、図示の実施形態では、図３に示した実施形態と同様にハウジング１０の前方の領域１２に配置されていて、２つの伝動歯車６４１，６４２を有している。両伝動歯車６４１，６４２は互いに噛み合っていて、ひいては、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ウォーム２６に伝達する。
図１１には、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第１１の実施形態が示してある。この第１１の実施形態は、第４の実施形態の構造に実質的に等しいものの、力伝達手段６０が傘歯車伝動装置６４０を有しているという違いを伴っている。
力伝達手段６０は、図示の実施形態では、図４に示した実施形態と同様にハウジング１０の後方の領域１１に配置されていて、２つの伝動歯車６４１，６４２を有している。両伝動歯車６４１，６４２は互いに噛み合っていて、ひいては、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ピストン２０に伝達する。
図１２には、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第１２の実施形態が示してある。この第１２の実施形態は、第３の実施形態の構造に実質的に等しいものの、力伝達手段６０が冠歯車伝動装置６５０を有しているという違いを伴っている。
力伝達手段６０は、図示の実施形態では、図３に示した実施形態と同様にハウジング１０の前方の領域１２に配置されていて、２つの伝動歯車６５１，６５２を有している。両伝動歯車６５１，６５２は互いに噛み合っていて、ひいては、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ウォーム２６に伝達する。
図１３および図１３ａには、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第１３の実施形態が示してある。この第１３の実施形態は、第４の実施形態の構造に実質的に等しいものの、力伝達手段６０がウォームホイール伝動装置６５０を有しているという違いを伴っている。
力伝達手段６０は、図示の実施形態では、図４に示した実施形態と同様にハウジング１０の後方の領域１１に配置されていて、２つの伝動歯車６６１，６６２を有している。両伝動歯車６６１，６６２は互いに噛み合っていて、ひいては、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ピストン２０に伝達する。
最後に図１３ｂには、本発明に係るボール循環式ステアリング機構１の第１４の実施形態が示してある。この第１４の実施形態は、第３の実施形態の構造に実質的に等しいものの、力伝達手段６０がウォームホイール伝動装置６６０を有しているという違いを伴っている。
力伝達手段６０は、図示の実施形態では、図３に示した実施形態と同様にハウジング１０の前方の領域１２に配置されていて、２つの伝動歯車６６１，６６２を有している。両伝動歯車６６１，６６２は互いに噛み合っていて、ひいては、電動式のアクチュエータ４０のトルクを操舵ウォーム２６に伝達する。
１ ボール循環式ステアリング機構
１０ ハウジング
１１ 後方の領域
１２ 前方の領域
２０ 操舵ピストン
２１ 操舵ナット
２１ａ ピストン状の延長部
２１ｂ 伝動ナット
２２ 歯列領域
２３ 歯
２４ ステアリングシャフト
２５ 駆動軸
２６ 操舵ウォーム
２７ 第１のボール循環路
２７ａ 第１のボールねじ伝動装置
２８ 第２のボールねじ伝動装置
２９ 第２のボール循環路
３０ ピットマンアーム
４０ 電動式のアクチュエータ
４１ ステータ
４２ ロータ
４３ 軸
５０ 制御装置
６０ 力伝達手段
７０ 支承要素
８０ センサ
６１０ 歯付きベルト伝動装置
６１１ 伝動歯車
６１２ 歯付きベルト
６２０ チェーン伝動装置
６２１ スプロケット
６２２ スプロケット
６２３ テンションスプロケット
６２４ チェーン
６３０ 歯車伝動装置
６３１ 歯車
６３２ 歯車
６３３ 歯車
６４０ 傘歯車伝動装置
６４１ 伝動歯車
６４２ 伝動歯車
６５０ 冠歯車伝動装置
６５１ 伝動歯車
６５２ 伝動歯車
６６０ ウォームホイール伝動装置
６６１ 伝動歯車
６６２ 伝動歯車

Claims (6)

  1. 操舵運動をピットマンアーム（３０）に伝達するためのボール循環式ステアリング機構（１）であって、
    － ハウジング（１０）であって、該ハウジング（１０）の内部に配置された操舵ピストン（２０）を備え、該操舵ピストン（２０）は、ボールねじ伝動装置（２７）を有し、前記操舵ピストン（２０）の長手方向軸線に沿って移動可能である、ハウジング（１０）と、
    － 前記操舵ピストン（２０）の運動をアシストするための電動式のアクチュエータ（４０）と
    を有する、ボール循環式ステアリング機構（１）。
  2. 前記操舵ピストン（２０）は、前記電動式のアクチュエータ（４０）に連結された第２のボールねじ伝動装置（２８）を有する、請求項１記載のボール循環式ステアリング機構（１）。
  3. 前記電動式のアクチュエータ（４０）は、力伝達手段（６０）を介して前記操舵ピストン（２０）に結合されている、請求項１または２記載のボール循環式ステアリング機構（１）。
  4. 前記力伝達手段（６０）は、歯付きベルト伝動装置（６１０）、チェーン伝動装置（６２０）、歯車伝動装置（６３０）、傘歯車伝動装置（６４０）、ハイポイド伝動装置、冠歯車伝動装置（６５０）またはウォーム伝動装置（６６０）を含むグループから選択されている、請求項３記載のボール循環式ステアリング機構（１）。
  5. 前記ボール循環式ステアリング機構は液圧式のユニットを有さず、前記操舵ピストン（２０）の運動のアシストは専ら電気的に行われる、請求項１から４までのいずれか１項記載のボール循環式ステアリング機構（１）。
  6. 請求項１から５までのいずれか１項記載のボール循環式ステアリング機構（１）を有する車両。
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