JP4275752B2

JP4275752B2 - 自動車用操舵装置

Info

Publication number: JP4275752B2
Application number: JP02098497A
Authority: JP
Inventors: ハックルマティアス; クレーマーヴォルフガング
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2017-01-20
Also published as: JPH09202251A; DE19601826A1; US5887675A; DE19601826B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，自動車用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用操舵装置においては，運転者がステアリングホイール（ハンドル）を通じて開始した操舵動作が，操舵機構によって，または補助力に支援されることによって，操舵可能な車輪へ伝達される。さらに，運転者によって開始される操舵動作に，操作部材によって開始される他の操舵動作を重畳する操舵装置が知られている。この操舵装置は，例えばドイツ連邦共和国公開公報ＤＥ−ＯＳ４０３１３１６（ＵＳ５２０５３７１に相当。）において開示されている。上記公報により開示されている操舵装置においては，運転者によって操作されるステアリングホイールと操舵機構との間に，運転者の操舵動作に操作部材の動作を重畳することのできる重畳機構が備えられている。従って，この操舵装置により，車両，例えば自動車に備えられた操舵可能な車輪の操舵角度が，運転者によって操作されるステアリングホイールの切れ角度と，固定の関係を持つ必要がなくなる。さらに，操舵装置が備えられることにより，運転者のステアリングホイール角度に基づく操舵補助が可能となると共に，操舵装置に付加的な操舵信号を与えることにより，大きな可変性を与えることができ，例えば走行安定性や走行快適性などを得ることができる。また，他の構成の重畳操舵機構を備えた操舵装置は，ドイツ連邦共和国公開公報ＤＥ−ＯＳ４２４３２６７においても開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，各動作，例えば運転者の操舵操作と操作部材の動作との重畳によって作動する上記操舵装置による補助力支援操舵においては，操舵機構及び重畳機構の構造的な構成において決定される一定の操舵機構変速比を選択することによっても，必ずしもすべての走行状態の場合に対応するステアリングホイールトルクまたは良好な操舵感覚を得ることができないという問題が生じることがある。すなわち，特に車両の停止状態において，操舵角度が大きい場合にステアリングホイールトルクが大きくなり過ぎたり，または車両が高速で走行している場合にステアリングホイールトルクが小さくなり過ぎたりすることである。
【０００４】
本発明は，従来の自動車用操舵装置が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，操舵機構の機械的な変速比を可変に設計したことにより，運転者の操舵感覚を改善することが可能な，新規かつ改良された自動車用操舵装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は，少なくとも１つの操舵可能な車軸と，操作部材と，重畳機構と操舵機構とを有する自動車用の操舵システム，すなわち操舵装置に基づくものである。そして，重畳機構と操舵機構とは，それぞれ別々の機械的な変速比を備えている。また，操舵可能な車軸と操作部材と重畳機構と操舵機構とは，互いに作用結合で結合，すなわち機構的に連結されている。そして，重畳機構によって，運転者により開始される操舵動作と，操作部材によって開始される動作との重畳が行われる構成となっている。さらに，これらの構成により得られた全体動作が，操舵機構へ供給されると共に，この操舵機構が，全体動作を操舵角度として操舵可能な車軸の車輪へ伝達される構成となっている。
【０００６】
本発明の特徴は，操舵機構の機械的な変速比が可変に設計されていることにあると共に，重畳機構と可変の変速比を有する操舵機構または操舵ギヤとの組み合せにある。そして，かかる組み合せにより，ステアリングホイール動作と操舵可能に設計された車輪の操舵角度との間に，任意に調節可能な関係を得ることができ，さらに運転者の良好な操舵感覚を犠牲にする必要がなくなるといった効果を得ることができる。特に，当該発明は，一定の操舵ギヤ変速比を有する重畳機構と比較すると，非常に良好なステアリングホイールトルク及び改善された操舵感覚を得ることができる。
【０００７】
また，本発明は，例えば上述のドイツ連邦共和国公開公報ＤＥ−ＯＳ４０３１３１６または同国公開公報ＤＥ−ＯＳ４２４３２６７において開示されているような操舵システムにも実施することができる。この場合，上記公報ＤＥ−ＯＳ４０３１３１６で開示されている操舵システムにおいては，例えば同公報中の図１に示されている操舵システム６の変速比を可変にすることが考えられる。また，上記公報ＤＥ−ＯＳ４２４３２６７で開示されている操舵システムにおいては，例えば同公報中の図１に示されている操舵機構（Ｌ）の変速比を可変にすることが考えられる。なお，可変の変速比を有する操舵機構は，従来から知られている（例えば，「操舵テクノロジーにおける進化（Evolution in der Lenkungstechnologie）」Automobil-Industrie ４／５−９１，第３１５〜３２１ページを参照。）。しかしながら，本発明の特徴は，車両，例えば自動車を安定させるための補正的な操舵作用が，操舵機構の可変に設計された変速比によっても，制限されることなく実施可能なことにある。
【０００８】
また，本発明を実施する場合において，操舵機構の変速比を，操舵角度が小さい場合には操舵角度が大きい場合よりも小さく設計することにより，さらに運転者の良好な操舵感覚を向上させることが可能となる。
【０００９】
さらに，運転者によって開始される操舵動作は，運転者によって操作されるステアリングホイールのステアリングホイール角度によって表すことができる。従って，この場合には，重畳機構によりステアリングホイール角度に操作部材によって開始される回転角度を重畳することができる。
【００１０】
また，上述の従来技術によれば，ステアリングホイール角度に操作部材の回転角度が重畳される場合において，操作部材は，少なくともステアリングホイール角度または車両動作に従って駆動される構成となっている。そして，これらの構成に加え，本発明においては，さらに操作部材によって開始される回転角度が，操舵機構の可変に設計された機械的な変速比に関係するように構成されている。
【００１１】
また，操舵可能な車輪には反応トルクが作用し，この反応トルクは操舵機構及び重畳機構を介して，運転者により操作されるステアリングホイールにステアリングホイールトルクとして作用することが知られている。そこで，本発明によれば，操舵機構の機械的な変速比は，反応トルクが操舵角度が小さい場合には，操舵角度が大きい場合に比べて，弱い強さでステアリングホイールに作用するように設計されている。
【００１２】
さらに，本発明は，重畳機構の第１の入力軸と作用結合され，運転者によって操作されるステアリングホイールを備えている自動車用操舵装置に関するものである。重畳機構の出力軸は，操舵機構の入力軸と作用結合されていると共に，操舵機構は，ステアリングロッドを介して操舵可能な車輪と結合されている。また，重畳機構は，第２の入力軸を備えていると共に，この入力軸は，操作部材と作用結合されている。そして，本発明に係る操舵結合の特徴は，操舵機構の機械的な変速比が可変に設計されていることである。
【００１３】
また，本発明に係る自動車用操舵装置においては，操舵機構の変速比は，操舵機構の入力軸の回転が小さい場合には，操舵機構の入力軸の回転が大きい場合よりも小さく設計されることが好ましい。
【００１４】
本発明は，以上のように構成されているため，運転者の操舵感覚を改善し，向上させることができると共に，車両が直線走行する場合には，わずかなエネルギーの消費しか必要とされることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる操舵装置の実施の一形態について詳細に説明する。図１及び２には，例えば上述した従来技術に基づいて構成された，車両２５，例えば自動車における操舵機構１４，２４と重畳機構１２，２２との組み合せが図示されている。これら図中の参照符号１１，２１には，運転者によって操作されるステアリングホイールが示されている。運転者は，ステアリングホイール１１，２１の操作によって，操舵角δＬとステアリングホイールトルクＭＬとをもたらし，このステアリングホイールトルクＭＬは，重畳機構１２，２２へ供給される。さらに，重畳機構１２，２２によって，車両２５の運転者によって開始される動作δＬに，サーボモータ１３，２３の回転角度δＭが重畳される。そして，この重畳によって発生した回転動作δＬ’は，入力軸１０３を介して操舵機構１４，２４に供給される。
【００１６】
また，操舵機構１４，２４は，上記重畳された回転動作δＬ’を，操舵可能に設計された車輪１５ａ，１５ｂへ伝達することによって，操舵角度δｖを調節する。また，図１中，回転角度δＭ＝０の場合における重畳機構１２，２２の機械的な変速比は，参照符号ｉue（ｉ ue ＝δＬ／δＬ’）に，操舵機構１４，２４の機械的な変速比は，参照符号ｉＬに示されている。そして，操舵可能に設計された車輪１５ａ，１５ｂには，路面の影響を受ける反応トルクＭｖが作用する。
【００１７】
また，図２には，参照符号２６において，例えばヨーイング運動などの車両２５の動作を検出するセンサを示している。このセンサ２６の検出信号は，制御装置２７によってサーボモータ２３の駆動信号に変換される構成となっている。さらに，参照符号２８は，ステアリングホイール角度センサを示しており，このステアリングホイール角度センサ２８の信号は，制御装置２７に供給される構成となっている。
【００１８】
そして，図１及び図２に示す各角度と，各トルクとの間には，次に示すような公知の関係が成立する。
δｖ＝〔δＬ／ｉue＋δＭ〕／ｉＬ …（１）
ＭＬ＝Ｍｖ／（ｉＬ＊ｉue） …（２）
【００１９】
サーボ操舵機能は，図１及び図２に示す操舵システム（操舵装置）により，大きい全変速比（ｉＬ＊ｉue）によって，すなわち極めて間接的な操舵によって，ステアリングホイールトルクＭＬを減少することができる。すなわち，ステアリングホイール角度δＬには，上記式（１）に基づいてモータ角度δＭが重畳されるため，大き過ぎないステアリングホイール角度δＬで，所望の車輪操舵角度δｖを調節することができる。また，この場合には，サーボモータ１３，２３を適切に駆動することにより，ステアリングホイール角度δＬと操舵角度δｖとの間に任意の関係を生じさせることができると共に，この関係は走行状態，車両速度またはステアリングホイール角度δｖにも関連づけることができる。
【００２０】
また，上記式（２）によれば，ステアリングホイールトルクＭＬは，操舵可能な車輪１５ａ，１５ｂにおける反応トルクＭｖにのみ関係するため，サーボモータ２３の作用によっては調節することができない。従って，上述したような問題，すなわち，「操舵機構の一定の変速比を選択することによっても，必ずしもすべての走行状態について受け入れ可能なステアリングホイールトルクまたは操舵感覚が達成できない。」という問題が生じることがある。特に，ステアリングホイールトルクＭＬは，停止状態において操舵角度δｖが大きい場合には大きくなり過ぎてはならず，高速で走行している場合に操舵角度が小さい場合には小さくなり過ぎてはならない。
【００２１】
また，発明者らによれば，上記問題を解決するために，操舵機構１４，２４に，図３に基づいて可変の変速比を設けることが提案されている。そして，図３は，操舵機構１４，２４における変速比ｉＬは，入力回転角度δＬ’に従うことを示している。さらに，変速比ｉＬは，入力回転角δＬ’の小さい領域においては，入力回転角度δＬ’が大きい場合よりも小さく選択される。従って，操舵機構１４，２４の変速比ｉＬは，そのストローク（工程）に従う。
【００２２】
このように，上記ストロークに従う変速比を備えた操舵機構を，例えば機械的に形成するためには，上述した論文「操舵テクノロジーにおける進化（Evolution in der Lenkungstechnologie）」Automobil-Industrie ４／５−９１，第３１５〜３２１ページを参照することができる。
【００２３】
さらに，図３に示すようなストロークに関係する操舵機構変速比ｉＬによって，図４〜６に図示したような推移を得ることができる。図４ａにおいては，操舵角度δｖが，ステアリングホイール角度δＬに関係することが図示されている。そして，図４ａの下方のカーブ，すなわち曲線の推移においては，サーボモータ１３，２３によって開始される回転動作δＭは，ゼロに等しいと仮定される。すなわち図４ａの下方のカーブ（曲線）に示される，回転動作δＬと操舵角度δｖとの非線形な関係を得ることができる。
【００２４】
また，図４ｂにおいては，サーボモータ１３，２３によって開始される回転動作δＭが，ステアリングホイール角度δＬに関係することが図示されており，この場合に，ステアリングホイール角度δＬと操舵角度δｖとの間には，線形の関係が形成されるものと仮定される。そして，従来技術によれば（ｉＬ＝一定），支援（補助）のために，ステアリングホイール動作δＬに比例動作δＭが重畳される。これは，図４ｂの上方に示されている大きなカーブによって表される。そこで，本実施の形態に基づいて，操舵機構１４，２４の変速比ｉＬを可変に設定した場合には（図３），本実施の形態によりサーボモータ１３，２３は制御装置２７によって，図４ｂの下方のカーブに示したように，ステアリングホイール動作δＬに基づいて駆動される構成となっている。
【００２５】
また，図４ｂの下方のカーブの推移に示されるように，サーボモータ１３，２３を駆動することによって，図４ａの上方のカーブの推移に示される操舵角度δｖとステアリングホイール角度δＬとの間の依存性を得ることができる。さらに，この依存性は，所望のほぼ線形となっている。
【００２６】
また，サーボモータ１３，２３を，上記のように駆動することによって（図４ｂの下方のカーブ），操舵機構１４，２４の可変に設計された変速比ｉＬを，回転角度δＭに関してほぼ「補償」することができる。すなわち，運転者は，ステアリングホイール角度δＬと操舵角度δｖとの結合に関して，従来技術と比較して変速比ｉＬが可変であることによって変化を感じることがない。これはまた，上記式（１）によっても明らかである。
【００２７】
これに対して，それに応じたトルクを考える場合には，状況は異なる。この関係を説明するにあたり，図５には，操舵可能な車輪１５ａ，１５ｂに作用する反応トルクＭｖに対するステアリングホイールトルクＭＬが図示されている。そして，上記式（２）からもわかるように，図５に示した各トルク間の線形の関係は，操舵機構１４，２４の変速比ｉＬに関係して，すなわちステアリングホイール角度δＬに関係して変化する。
【００２８】
しかしながら，この事実と異なる説明が図６に示されている。この図６においては，ステアリングホイールトルクＭＬは，反応トルクＭｖが一定であるとみなされる場合において，ステアリングホイール角度δＬに従って示されている。図６から明らかなように，反応トルクＭｖが一定である場合には，運転者が知覚できるステアリングホイールトルクＭＬは，ステアリングホイール角度δＬが小さい領域においては，ステアリングホイール角度δＬが大きい領域におけるよりも大きいことがわかる。
【００２９】
従ってまず，本実施の形態により操舵機構１４，２４の変速比ｉＬを可変にすることによって，さらにそれに応じてサーボモータ１３，２３を駆動することによって，車両の停止状態において操舵角度が大きい場合には，大きいステアリングホイールトルクＭＬを防止することができると共に，走行速度が大きく，操舵角度が小さい場合には，運転者の良好な操舵感覚（大きいステアリングホイールトルクＭＬ）を失うことがない。
【００３０】
操舵機構１４，２４のストロークに関係する変速比ｉＬは，例えば上記論文に記載されているように，ラック機構（Ｚａｈｎｓｔａｎｇｅｎｇｅｔｒｉｅｂｅｎ）によって実現することができる。従って，変速比ｉＬをストロークに関係させる他の方法としては，操舵機構１４，２４と車輪１５ａ，１５ｂとの間の機構を然るべく構成することである。
【００３１】
以上，本発明の好適な実施の一形態について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種変更例及び修正例に相当し得るものであり，それら変更例及び修正例についても本発明の技術的思想に属するものと了解される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば，操舵機構の機械的な変速比が可変に設計されているため，ステアリングホイール動作と操舵可能に設計された車輪の操舵角度との間に，任意に調節可能な関係を生じさせることができ，運転者に良好な操舵感覚をもたらすことができる。さらに，操舵機構の変速比を，操舵角度が小さい場合に操舵角度が大きい場合よりも小さくすることにより，運転者の操舵感覚をより一層向上させることができる。また，操舵機構の変速比は，反応トルクが，操舵角度が小さい場合には，操舵角度が大きい場合よりも弱い強さでステアリングホイールに作用するため，運転者による操舵に負担をかけることがない。さらに，重畳機構によって，ステアリングホイール角度に回転角度が重畳されるため，運転者が少ない力で車両を操舵することができる。また，回転角度は，ステアリングホイール角度と，操舵機構の変速比とに依存しているため，常に快適な環境で運転者が車両を操舵することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる重畳機構と従来技術に基づく操舵機構との組み合せを説明するための説明図である。
【図２】本発明にかかる重畳機構と従来技術に基づく操舵機構との組み合せを説明するための説明図である。
【図３】本発明にかかる操舵機構の変速比の推移を説明するための説明図である。
【図４】本発明にかかる操舵装置の各部材における回転角度の推移またはトルクの推移を説明するための説明図である。
【図５】本発明にかかる操舵装置の各部材における回転角度の推移またはトルクの推移を説明するための説明図である。
【図６】本発明にかかる操舵装置の各部材における回転角度の推移またはトルクの推移を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１１，２１ステアリングホイール
１２，２２重畳機構
１３，２３サーボモータ
１４，２４操舵機構
１５ａ，１５ｂ車輪
２７制御装置

Claims

少なくとも１つの操舵可能な車軸（１６）と，操作部材（１３，２３）と，機械的な変速比（ｉue）を有する重畳機構（１２，２２）と，機械的な変速比（ｉＬ）を有する操舵機構（１４，２４）とを備え，操舵可能な前記車軸（１６）と，前記操作部材（１３，２３）と，前記重畳機構（１２，２２）と，前記操舵機構（１４，２４）とは，互いに作用結合されており，さらに，前記重畳機構（１２，２２）は，運転者により開始される操舵動作（δＬ）と，前記操作部材（１３，２３）により開始される動作（δＭ）とを重畳して全体動作（δＬ’）とし，前記操舵機構（１４，２４）は，前記全体動作（δＬ’）を操舵角度（δｖ）として操舵可能な前記車軸（１６）の車輪（１５ａ，１５ｂ）に伝達する自動車用操舵装置において，
前記操舵機構（１４，２４）の機械的な前記変速比（ｉＬ）は，可変に設計され，
前記運転者によって開始される前記操舵動作は，前記運転者によって操作されるステアリングホイール（１１，２１）のステアリングホイール角度（δＬ）によって表され，
前記重畳機構（１２，２２）によって，前記ステアリングホイール角度（δＬ）に，前記操作部材（１３，２３）により開始される動作として回転角度（δＭ）が重畳され，
前記操作部材（１３，２３）によって開始される前記回転角度（δＭ）は，前記ステアリングホイール角度（δＬ）と，前記操舵機構（１４，２４）の可変に設計された機械的な前記変速比（ｉＬ）とに依存し、
走行状態に応じた適切なステアリングホイールトルクを発生させるために、前記操舵機構（１４，２４）の前記変速比（ｉＬ）は，前記全体動作（δＬ’）が小さい場合には，前記全体動作（δＬ’）が大きい場合よりも小さく設計されていることを特徴とする，自動車用操舵装置。
前記ステアリングホイール（１１，２１）に，操舵可能な前記車輪（１５ａ，１５ｂ）の反応トルク（Ｍｖ）によってもたらされるステアリングホイールトルク（ＭＬ）が作用する場合において，前記操舵機構（１４，２４）の機械的な前記変速比（ｉＬ）は，前記反応トルク（Ｍｖ）が，操舵角度の小さい場合には，前記操舵角度の大きい場合よりも弱い強さで，前記ステアリングホイール（１１，２１）に作用するように設計されていることを特徴とする，請求項１に記載の自動車用操舵装置。
運転者によって操作可能なステアリングホイール（１１，２１）を備え，このステアリングホイール（１１，２１）は，重畳機構（１２，２２）の第１入力軸（１０１）と作用結合され，前記重畳機構（１２，２２）の出力軸（１０２）は，操舵機構（１４，２４）の入力軸（１０３）と作用結合され，前記操舵機構（１４，２４）は，ステアリングロッド（１６）を介して，少なくとも１つの操舵可能な車軸（１６）の少なくとも２つの操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）と作用接続され，さらに，前記重畳機構（１２，２２）の第２の入力軸（１０４）と作用結合された操作部材（１３，２３）を有する自動車用操舵装置において，前記操舵機構（１４，２４）の機械的な変速比（ｉＬ）が，可変に設計され，
前記運転者によって開始される前記操舵動作は，前記運転者によって操作されるステアリングホイール（１１，２１）のステアリングホイール角度（δＬ）によって表され，
前記重畳機構（１２，２２）によって，前記ステアリングホイール角度（δＬ）に，前記操作部材（１３，２３）により開始される動作として回転角度（δＭ）が重畳され，
前記操作部材（１３，２３）によって開始される前記回転角度（δＭ）は，前記ステアリングホイール角度（δＬ）と，前記操舵機構（１４，２４）の可変に設計された機械的な前記変速比（ｉＬ）とに依存し、
走行状態に応じた適切なステアリングホイールトルクを発生させるために、前記操舵機構（１４，２４）の前記変速比（ｉＬ）は，前記全体動作（δＬ’）が小さい場合には，前記全体動作（δＬ’）が大きい場合よりも小さく設計されていることを特徴とする，自動車用操舵装置。
前記操舵機構（１４，２４）の前記変速比（ｉＬ）は，前記操舵機構（１４，２４）の前記入力軸（１０３）の回転が小さい場合には，前記操舵機構（１４，２４）の前記入力軸（１０３）の回転が大きい場合よりも小さく設計されていることを特徴とする，請求項３に記載の自動車用操舵装置。