JP3185022B2 - 車両のかじ取り装置 - Google Patents

車両のかじ取り装置

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JP3185022B2 JP37727598A JP37727598A JP3185022B2 JP 3185022 B2 JP3185022 B2 JP 3185022B2 JP 37727598 A JP37727598 A JP 37727598A JP 37727598 A JP37727598 A JP 37727598A JP 3185022 B2 JP3185022 B2 JP 3185022B2
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Steering Controls (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、運転者により操作
されるかじ取りハンドル特にかじ取りハンドル輪、かじ
取りされる車輪に付属する操作装置、及びかじ取りハン
ドルに伝動結合される手動力操作器を持ち、かじ取りハ
ンドルが制御系を介して操作装置に作用的に結合され、
この制御系の制御装置が、入力側を、かじ取りハンドル
により操作されるかじ取り角設定用目標値発信器、及び
車輪のかじ取り角を記録する実際値発信器に接続され、
かつその出力端を介して、これらの目標値発信器及び実
際値発信器の信号の比較に応じて操作装置を制御し、手
動力操作器が、かじ取りハンドルの所で、パラメータに
関係するかじ取り抵抗を模擬し、かじ取りハンドル及び
手動力操作器として設けられる操作電動機が軸を介して
互いに伝動結合され、制御装置が、手動力の実際値信号
と目標値信号との比較に応じて操作電動機を制御する、
車両かじ取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の乗用自動車等は、一般に液圧動力
かじ取り装置を備えており、かじ取りハンドルがかじ取
り可能な車輪に機械的に強制連結されている。かじ取り
可能な車輪は更にサーボモータに伝動結合され、かじ取
りハンドルとかじ取りされる車輪との間に伝達される力
又はトルクに応じてサーボモータが制御され、しかもか
じ取りハンドルにおけるそのつどの操縦に必要な手動力
を多少著しく減少するように制御される。サーボモータ
を制御するため、一般にかじ取りハンドルとかじ取りさ
れる車輪との間の機械的伝動結合部分が互いに弾性的に
連結されているので、これらの部分は、そのつど作用す
る力又はトルクに応じて、大きいかまたは小さい行程又
は大きいか又は小さい相対回転を行う。この行程又はこ
の相対回転により、液圧サーボモータの場合、これを制
御するサーボ弁が操作される。場合によっては行程又は
相対回転により、サーボモータとして使用される電気的
操作装置も制御することができる。
【０００３】航空機において、尾翼装置及び翼フラツプ
等を、付属するハンドルと、制御系を介して作用時にの
み結合することが公知であり、ハンドルは目標値発信器
を操作し、翼フラツプ又は尾翼装置は実際値発信器を操
作し、制御系の制御装置は、目標値発信器及び実際値発
信器の信号を目標値−実際値比較のために処理し、この
比較の結果に応じて尾翼装置又は翼フラツプ用の電動操
作装置を制御する。“フライバイワイヤ”とも称される
この構想はその間に信頼性を増して、旅客機も適当に装
備するようになっている。
【０００４】対比可能な装置は、例えば最初にあげた種
類の車両かじ取りを記載いるドイツ連邦共和国特許第１
９５４０９５６号明細書に示すように、原理的に車両か
じ取り装置に設けることができる。
【０００５】このような装置の特別な利点は、実際上任
意のかじ取り運動及び特にかじ取りハンドルの操作運動
とかじ取りされる車輪のかじ取り運動との間の任意の変
換比も実現できることである。他方適当なセンサ装置を
備えるシステムは、外乱パラメータ例えば横風の影響を
所定のように打消すのに容易に適している。
【０００６】ドイツ連邦共和国特許第１９５４０９５６
号明細書によれば、かじ取りハンドルとかじ取りされる
車輪との間の機械的連続伝動体が完全になくなっていな
い。故障なしに動作する制御系では、むしろこのような
連続伝導体を分離し、従って作用しないようにすること
が考慮されている。しかし常に自身で故障を監視される
制御系において、誤操作が確認されると、機械的連続伝
動体が自動的に作用するように切換えられ、即ち機械的
連続伝導体が、制御系の万一の誤操作の場合“緊急事態
面”を形成する。
【０００７】更にドイツ連邦共和国特許第１９５４０１
９５６号明細書によれば、手動力を模擬するため可逆電
動機が用いられる。
【０００８】欧州特許出願公開第０５３９８２３号明細
書も、かじ取りハンドルとかじ取りされる車輪とが制御
系を介して結合されている車両かじ取り装置を示してい
る。
【０００９】ドイツ連邦共和国特許第３２４０６２９号
明細書から、かじ取りハンドルとかじ取りされる車輪と
の間に作用する機械的連続伝動体を持つ従来の車両かじ
取り装置に関連して、弾性抵抗に抗して相対回転可能な
かじ取りハンドル側軸部分とかじ取り歯車装置側軸部分
とを持つかじ取り軸を構成し、これらの軸部分の間の相
対回転の程度及び方向からサーボ装置の制御用信号を誘
導することが公知である。その際両方の軸部分の間に、
ねじり棒の形のばね装置を設けることができる。
【００１０】かじ取りハンドルとかじ取りされる車輪と
の間に機械的強制連結部を持つドイツ連邦共和国特許出
願公開第３９１８９８７号明細書から公知の動力かじ取
り装置では、必要な手動力を電動機により変化し、通常
の場合この電動機がパラメータに関係する反作用力をか
じ取りハンドルに発生し、特別の場合サーボモータとし
ても作用できるように考慮されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】さて本発明の課題は、
最初にあげた種類のかじ取り装置のために有利な構成を
提示し、特に手動力操作器の制御を改善することであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】最初にあげた種類の車両
かじ取り装置において、この課題を解決するため本発明
によれば、軸が、弾性抵抗に抗して相対回転可能なかじ
取りハンドル側軸部分及び操作電動機側軸部分を持ち、
両方の軸部分の相対回転の程度及び方向から、手動力の
実際値信号が発生可能である。
【００１３】本発明は、かじ取りハンドルと手動力操作
器として設けられる操作電動機との間に、ばね状弾性を
持つ機械的伝動結合部を設け、作動の際現れる弾性変形
を、手動力の実際値信号として操作電動機の制御に利用
する、という一般的な考えに基いている。それによりま
ず、手動力操作器により発生される手動力の実際値を変
位発信器又は回転角発信器により検出でき、即ち手動力
の実際値検出を測定技術的に特に簡単に行うことができ
る、といる利点が得られる。他方手動力操作器とかじ取
りハンドルとの弾性伝動結合部のために、従来の動力か
じ取り装置におけるサーボモータの制御のために信頼で
きるような類似の装置を使用でき、即ち従来の大量生産
を大幅に起用することができる、という利点が得られ
る。
【００１４】更に本発明によれば、かじ取りハンドルと
かじ取りされる車輪との間の制御系の誤動作の際、弾性
抵抗に抗して相対回転可能なかじ取りハンドル側軸部分
及び操作電動機側軸部分を持つ軸を経て導かれかつ制御
系の正しい動作の際分離されている機械的連続伝動体が
作用し、補助力操作器の操作電動機が、両方の軸部分の
相対回転の程度及び方向に応じて制御されるサーボモー
タとして動作する。
【００１５】ここで正常動作の際サーボモータが手動力
の発生に用いられる時、軸の弾性が手動力の実際値を求
めるために利用され、緊急事態において操作電動機がサ
ーボモータとして動作せねばならない時、軸の弾性がサ
ーボ補助力の制御のために利用されることによって、軸
は二重の機能を持っている。
【００１６】こうして構造的に簡単に緊急事態面として
充分に従来の動力かじ取り装置を利用でき、その際サー
ボ力の発生及び制御に用いられる構成要素を、通常のス
テアーバイワイヤ作動の際、手動力の発出及び検出に利
用することができる。
【００１７】なお本発明の好ましい特徴に関して、請求
項及び図面の以下の説明が参照され、この図面に基いて
本発明の特に好ましい実施例が説明される。
【００１８】
【実施例】図１によれば、詳細には示してない自動車
は、通常のようにかじ取り可能な２つの前部車輪１を持
ち、これらの車輪は車体に対して弾性的に保持される車
輪保持体２にそれぞれ設けられ、これらの車輪保持体２
はそれぞれ車両垂直軸線の周りに旋回可能で、対応する
車輪１のかじ取りを可能にする。車輪保持体２は、タイ
ロツド３を介して、図示した例では液圧操作装置４に結
合され、この操作装置は複動液圧ピストン−シリンダ装
置として構成されている。操作装置４のピストンにより
互いに区分される２つの液圧室は、電磁石で操作可能な
制御弁５を介して、液圧源、図示した例では液圧ポンプ
６の吐出側又は比較的圧力なしの液体タンク７に接続す
ることができ、液体タンク７には液圧ポンプ６の吸入側
も接続されている。制御弁５の位置に応じて、液圧操作
装置４は、制御可能な操作力を一方又は他方の方向に発
生するか、又は設定される位置を変化するか又は保持す
ることができる。
【００１９】運転者により操作されるかじ取りハンドル
９は目標値発信器１０を制御し、この目標値発信器の電
気出力信号は、かじ取り可能な車輪１のかじ取り角の目
標値又はそれに関連する量を表わす。
【００２０】更にかじ取りハンドル９は、ねじり弾性軸
又は軸装置１１を介して、電動機１２に伝動結合され、
この電動機は手動力操作器としてかじ取りハンドル９の
所で感じられる手動力の発生に役立つ。
【００２１】更にかじ取りハンドル９は、軸又は軸装置
１１及びクラツチ１３及び軸列１４（又は他の伝導結合
部）を経て、かじ取り可能な車輪１のかじ取り歯車装置
部分に伝動結合されている。図示した例では、軸列１４
はピニオン１５へ至り、このピニオンは液圧操作装置の
ピストン棒に続くラツク１６にかみ合っている。
【００２２】クラツチ１３は例えば係合ばね１７により
常に係合力を加えられ、操作電動機１８によりクラツチ
１３は、ばね力に抗して係合解除位置へもたらされる
か、又は係合解除位置に保持されることができる。
【００２３】計算機で援助される制御装置１９は、入力
側をかじ取り角用目標値発信器１０及びセンサ２０に接
続され、これらのセンサの信号はかじ取り可能な車輪１
に現われるかじ取り力により補正される。例えばセンサ
２０は操作装置４の液圧を検出することができる。操作
装置４の両方の室の間の圧力差は、符号及び値に関して
作用するかじ取り力の類似な程度である。
【００２４】更に制御装置１９は入力側を変位発信器２
１に接続され、この変位発信器が、かじ取り歯車装置部
分、ここでは操作装置４のピストン棒の操作行程、従っ
て車輪１のかじ取り角の実際値に類似な量を検出する。
【００２５】同様に制御装置１９の入力側に２つの回転
角発信器２２が接続され、これらの発信器の信号から軸
又は軸装置１１の弾性ねじりが求められる。
【００２６】最後に制御装置１９の入力側は、規定すべ
きパラメータ例えば車両の横加速度及び／又は横揺れ速
度を検出するセンサ２３に接続することができる。
【００２７】出力側で制御装置１９は、制御弁５、電動
機１２及び操作電動機１８に接続されている。
【００２８】正常な作動の際、即ち常に自身で正しい動
作を検査される制御装置１９が誤動作を確認しないと、
操作電動機１８が制御装置１９により制御されて、係合
ばね１７の常に作用する係合力に抗してクラツチ１３を
係合解除状態に保ち、従ってかじ取りハンドル９とかじ
取り可能な車輪１との間に強制連結は存在しない。
【００２９】かじ取りハンドル９により操作される目標
値発信器１０の信号に応じて、制御装置９が制御弁５を
制御して、車輪１をかじ取り操作する操作装置４が操作
行程を行い、変位発信器２１により検出されるかじ取り
角の実際値が、目標値発信器１０により規定されるかじ
取り角目標値に制御されるようにする。場合によっては
この目標値をセンサ２３の信号により変更して、車両に
作用する外乱力例えば横風の影響を打消すことができ
る。
【００３０】更に制御装置１９は、車輪１へ作用するか
じ取り力を表わすセンサ２０の信号から、及び場合によ
っては別のセンサ又は発信器例えば走行速度用センサの
信号から、かじ取りハンドル９において感知可能である
べき手動力を求める。この目標値に応じて電動機１２が
始動され、その際手動力のそのつどの実際値が回転角発
信器２２の信号から求められる。回転角発信器２２によ
り検出される回転角は軸又は軸装置１１の弾性ねじりの
程度、従ってかじ取りハンドル９と電動機１２との間に
作用するトルクの程度であり、このトルクはかじ取りハ
ンドル９の所で感じられる手動力に類似している。
【００３１】制御装置１９がその機能検査の際誤動作を
確認する場合、制御弁５の操作電磁石が無電流に切換え
られるので、制御弁が図示しないばね等により中立位置
へもたらされ、この中立位置で操作装置４が液圧で惰行
に切換えられる。更にクラツチ１３の操作電動機１８も
無電流に切換えられる結果、クラツチ１３がその係合ば
ね１７により係合せしめられ、従ってかじ取りハンドル
９とかじ取りされる車輪１との強制連結が行われる。
【００３２】さてかじ取りハンドル９が操作されると、
軸又は軸装置１１が、かじ取りハンドル９とかじ取り可
能な車輪１との間に伝達される力又はトルクに応じてね
じられる。それによりこの力又はトルクに応じて電動機
１２を制御して、この作動段階において運転者により生
じるべき操縦用手動力を減少することができる。これ
は、電動機１２が今やサーボモータの機能を引受けるこ
とと同じである。回転角発信器２２の信号に応じる電動
機１２の適当な制御を、この作動のために設けられる制
御装置１９の別個の制御回路が引受けることができる。
この制御回路は、クラツチ１３が係合している時、自動
的に作用するように切換えられる。
【００３３】更に又はその代りに、クラツチ１３が係合
している時、液圧操作装置４をサーボモータとして使用
することも考えられる。この目的のためこの場合、制御
装置１９の別個の別の制御回路により、回転角発信器２
２の信号に応じて制御弁５が操作されて操作装置４が操
作力を発生し、回転角発信器２２により求められる回転
角差がこの操作力により減少せしめられるようにする。
【００３４】図２は軸又は軸装置１１の有利な実施例を
示している。図２によれば、この図には示されてないか
じ取りハンドル９（図１参照）に結合されている軸部分
１１′は、ねじり棒２４を介してねじり弾性的に、電動
機１２（図１参照）に結合されるか又はその電動機軸を
形成する軸部分１１″に連結されている。ねじり棒２４
は軸部分１１′及び１１″の適当な軸線方向穴に収容さ
れ、その軸線方向両端をそれぞれピン２５によりそれぞ
れの軸部分１１′又は１１″に相対回転しないよいうに
結合されている。ピン２５は、軸部分１１′及び１１″
又はねじり棒２４の端部片にあって互いに一直線をなす
横穴をそれぞれ貫通している。従ってねじり棒２４のね
じり弾性のため、トルクを伝達する際軸部１１′と１
１″との間に相対ねじりが起こり、この相対ねじりの方
向及び程度はトルクの方向及び程度に関係している。
【００３５】この相対ねじりを検出する両方の回転角発
信器２２は、両方の軸部分１１′及び１１″の互いに隣
接する端部に設けられ、静止ハウジング２６に対する軸
部分１１′又は１１″の相対ねじりをそれぞれ検出す
る。
【００３６】図３に示す実施例は、図２による実施例と
は、とりわけ軸部分１１′と１１″とのねじり弾性結合
の異なる構造の点で相違している。
【００３７】軸部分１１″には中空円筒２７が設けられ
るか又は一体に形成され、図４の断面からわかるようよ
うに、内周側に軸線方向リブ２８を持っている。中空円
筒２７を軸線方向に貫通する軸部分１１′の区域は、そ
の外周に類似のリブ２９を持っている。更に軸部分１
１′のこの区域はＣ状ばね３０により包囲され、このば
ねの両端は、軸部分１１′及び１１″の図４に示す相対
中間位置で、両方のリブ２８及び２９の側面に、なるべ
く大きい予荷重なしに接している。軸部分１１′及び１
１″の相対ねじりの際、Ｃ状ばね３０はリブ２８及び２
９により、大きく又は小さく弾性的に広げられ、その際
Ｃ状ばね３０の弾性ばね張力は著しく累進的に増大し、
即ち軸部分１１′及び１１″の僅かな相対ねじりでは、
Ｃ状ばね３０により発生される戻し力は比較的小さいば
ね定数で増大し、軸部分１１′及び１１″の大きい相対
ねじりでは、回転角変化と戻し力変化との関係は著しく
大きい値をとる。
【００３８】軸１１′及び１１″の前記の相対ねじりの
際、リブ２８のそれぞれ１つの側面がＣ状ばね３０の一
方の端部を押し、Ｃ状ばねの他方の端部が他のリブ２９
の隣接する側面により押される。
【００３９】中空円筒２７の内周とこの中空円筒を貫通
する軸部分１１′の区域との外周との間の環状空間内で
Ｃ状ばね３０が動かなくなるのを防止するため、軸部分
１１′と１１″との間の可能な回転角をストツパにより
限定することができる。
【００４０】そのため例えば図４によれば、中空円筒２
７の内周に２つの別な軸線方向リブ３１が設けられ、軸
部分１１′及び１１″が相対的に充分大きくねじられる
と、リブ２８及び２９から遠い方にあるＣ状ばね３０の
端部の側面３０′と両方のリブ３１とが共同作用する。
【００４１】その代わりに図５に従って、軸部分１１″
に近い方にある軸部分１１′の終端区域が非円形断面を
持ち、例えば図５に示すように断面を三角形に形成され
るようにすることも可能である。この非円形終端区域
は、軸部分１１″に形成されている同様に非円形の軸線
方向凹所３２へ入り込んでいる。凹所３２の断面は、図
示した例では３尖端星のように形成されて、両方の軸部
分１１′及び１１″が所定の最大角だけ互いにねじれる
ことができるようになっている。
【００４２】図６による線図は、軸部分１１′と１１″
との間に作用するトルクＭを回転角αに関して示し、角
αは、軸部分１１′と１１″との間の相対回転方向に応
じて正又は負の値を持っている。
【００４３】ほぼ直線の曲線Ｋ１は、図２による実施例
における関係を示している。軸部分１１′と１１″との
相対ねじりの際、回転角αｅにほぼ比例して変化するト
ルクＭが１１′と１１″との間に現れる。このトルクは
ねじり棒２４によって発生され、大幅に一定なばね定数
がこのねじり棒に特有である。
【００４４】曲線Ｋ２は図３及び４による構造における
関係を示している。ここではトルクは、軸部分１１′と
１１″との間に小さい回転角の範囲で、回転角の増大と
共にまず徐々に増大し、即ちＣ状ばね３０のばね定数は
この回転角範囲では比較的小さい。それより大きい回転
角では、トルクは著しく累進的に変化する。回転角＋α
ｅ又は−αｅでは、ストツパ（図４の例ではリブ３１）
により、軸部分１１′と１１″との間のそれ以上の相対
ねじりが制限される。
【００４５】従って図３及び４の実施例では、軸部分１
１′及び１１″相互の中間位置の範囲では、これら軸部
分１１′と１１″との間のトルクの比較的僅かな変化の
際、回転角が比較的著しく変化する。小さいトルクの範
囲における回転角のこの広がりにより、生じる手動力又
は手動トルクを精確に決定し、それにより図示したかじ
取り装置の正常作動中に手動力を発生する際、電動機１
２の操作力の制御を容易にすることができる。
【００４６】すべての実施例において、軸部分１１′に
付属する回転角発信器２２は、かじ取り角の目標値発信
器１０の機能も引受けることができるので、別個の部分
としてのこの目標値発信器１０を省略するか、又はかじ
取り角目標値に関して前記の回転角発信器２２により冗
長装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両のかじ取り装置の構成図であ
る。
【図２】かじ取りハンドルを手動力発生用操作電動機と
伝動結合する弾性撓み軸装置の第１実施例の縦列断面図
である。
【図３】変わった実施例の図に対応する縦断面図であ
る。
【図４】図３の切断線ＩＶ−ＩＶによる断面図である。
【図５】図３の切断線Ｖ−Ｖによる断面図である。
【図６】図２及び３による装置の作動特性線図である。
【符号の説明】
１ かじ取りされる車輪 ４ 操作装置 ９ かじ取りハンドル １０ 目標値発信器 １１ 軸 １１′，１１″ 軸部分 １２ 手動操作器 １９ 制御装置 ２１ かじ取り角実際値発信器 ２２ 回転角発信器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−291268（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62D 5/06 B62D 5/04 B62D 6/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両のかじ取り装置が、運転者により操
    作されるかじ取りハンドル、かじ取りされる車輪に付属
    する操作装置、及びかじ取りハンドルに伝動結合される
    手動力操作器を持ち、 かじ取りハンドルが制御系を介して操作装置に作用的に
    結合され、この制御系の制御装置が、入力側を、かじ取
    りハンドルにより操作されるかじ取り角設定用目標値発
    信器、及び車輪のかじ取り角を記録する実際値発信器に
    接続され、かつその出力端を介して、これらの目標値発
    信器及び実態値発信器の信号の比較に応じて操作装置を
    制御し、 手動力操作器が、かじ取りハンドルの所で、パラメータ
    に関係するかじ取り抵抗を模擬し、かじ取りハンドル及
    び手動力操作器として設けられる操作電動機が軸を介し
    て互いに伝動結合され、 制御装置が、手動力の実際値信号と目標値信号との比較
    に応じて操作電動機を制御するものにおいて、 軸（１１）が、弾性抵抗に抗して相対回転可能なかじ取
    りハンドル側軸部分（１１′）及び操作電動機側軸部分
    （１１″）を持ち、両方の軸部分（１１′，１１″）の
    相対回転の程度及び方向から、手動力の実際値信号が発
    生可能であり、 制御系（１９）の誤動作の際、軸（１１）を経て導かれ
    かつ制御系（１９）の正しい動作の際分離されている機
    械的連続伝動体（１１，１３，１４）が作用し、操作電
    動機（１２）が、両方の軸部分（１１′，１１″）の相
    対回転の程度及び方向に応じて制御されるサーボモータ
    として動作することを特徴とする、車両かじ取り装置。
  2. 【請求項２】 軸部分（１１′，１１″）にそれぞれ回
    転角発信器（２２）が付属して、静止部分（２６）に対
    する軸部分の回転を検出することを特徴とする、請求項
    １に記載の車両かじ取り装置。
  3. 【請求項３】 両方の軸部分（１１′，１１″）が中間
    位置からますます相対回転せしめられると、弾性抵抗が
    累進的に増大することを特徴とする、請求項１又は２に
    記載の車両かじ取り装置。
  4. 【請求項４】 両方の軸部分（１１′，１１″）がねじ
    り弾性軸の端部範囲を形成していることを特徴とする、
    請求項１〜３の１つに記載の車両かじ取り装置。
  5. 【請求項５】 両方の軸部分（１１′，１１″）の間に
    ばね装置（２４，３０）が設けられていることを特徴と
    する、請求項１〜４の１つに記載の車両かじ取り装置。
  6. 【請求項６】 手動力の模擬に役立つサーボモータが可
    逆電動機（１２）として構成されていることを特徴とす
    る、請求項１〜６の１つに記載の車両かじ取り装置。
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