JP4485802B2 - 油圧式サーボ操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングギヤと、車両、特に自動車の運転者によるステアリングホイール操作を補助するための油圧式アクチュエータとを備え、追加操舵トルクを積極的に加えるための手段がサーボ操舵装置に付設されている、油圧式サーボ操舵装置に関する。

今日の自動車、特に乗用車は一般的に、油圧式または電気油圧式サーボ操舵装置（以下、“油圧式サーボ操舵装置”と言う）を備えている。サーボ補助装置は、操舵機構の中央範囲内に、アクチュエータ、例えば油圧シリンダが配置されるように構成されている。アクチュエータによって発生した力によって、操舵機構の操作はステアリングホイールの回転に応じて補助される（トルク補助）。車両を操舵するために加えられるトルクは小さくなり、運転者は操舵の際に負荷が軽減される。

トルク補助または操舵作用の増大を速度に依存して行うことが知られている。例えば車庫の出し入れ時のような低い車両速度の場合、トルク補助を大きくして操舵を非常に容易にすることが好まれる。一方、高速走行時には、トルク補助を小さくして操舵を重くすることが望まれる。

本発明の課題は、可変のトルク補助装置を設け、既存の油圧式サーボ操舵装置に簡単に組み込むことができる、油圧式サーボ操舵装置を提供することである。

この課題は独立請求項の特徴によって解決される。従属請求項には、本発明の有利な実施形が記載されている。

用語“ステアリングホイール”とは、ステアリングホイール、コントロールスティックまたは“ジョイスティック”のような、車両を操舵するための考えられるすべての操作装置であると理解される。

本発明にとって、追加操舵トルクを積極的に加えるための手段がユニットとして形成され、このユニットが少なくとも１個の追加トルクアクチュエータと、操舵トルク用検出手段とを備え、ユニットがモジュールとして、ステアリングホイールをステアリングギヤに連結するステアリングホイール軸に配置されていることが重要である。

本発明に従い、追加トルクアクチュエータは、ステアリングコラムに連結されたモータを備えている。

本発明に従い、追加操舵トルクを積極的に加えるための手段はモータと、冗長的な電子制御兼調整ユニット（ＥＣＵ）と、冗長的なステアリングホイールトルクセンサとを備えている。

本発明に従い、追加操舵トルクを積極的に加えるための手段が追加トルクアクチュエータと協働する伝動装置を備えている。

本発明では、伝動装置がベルト装置、ヘリカルウォームギヤまたは平歯車装置である。

本発明に従い、追加トルクアクチュエータは電子制御兼調整ユニット（ＥＣＵ）による制御によって、現在の車速に適合した追加ステアリングホイールトルクを発生する。

本発明では、追加トルクアクチュエータが電子制御兼調整ユニット（ＥＣＵ）による制御によって、車両のコースと道路の延長形状に適合した追加ステアリングホイールトルクを発生する。

そのために、検出または推定された道路延長形状から目標トラックまたは目標トラック角度を決定するための目標トラック検出手段と、検出または推定された車両コースから実際トラックまたは実際トラック角度を決定するための実際トラック検出手段と、目標トラックおよび目標トラック角度を実際トラックおよび実際トラック角度と比較するための比較手段と、零点移動手段とが設けられている。それによって、比較に応じて、ステアリングハンドルを補助するための特性曲線の零点を移動させることができる。

本発明では、追加トルクアクチュエータが電子制御兼調整ユニット（ＥＣＵ）による制御によって、現在の車両ダイナミクス、特に現在の横方向加速度に適合した追加ステアリングホイールトルクを発生する。

本発明に従い、追加トルクアクチュエータは電気機械式、電磁式または油圧式アクチュエータである。

課題は、ステアリングギヤと、車両、特に自動車の運転者によるステアリングホイール操作を補助するための油圧式アクチュエータとを備え、追加操舵トルクを積極的に加えるための手段がサーボ操舵装置に付設されている、油圧式サーボ操舵装置において、追加操舵トルクを積極的に加えるための手段が少なくとも１個の追加トルクアクチュエータを備え、かつユニットとして形成され、このユニットがモジュールとして、油圧式サーボ操舵装置の操舵弁のステアリングホイール側の端部分に配置されていることによって解決される。

追加トルク−アクチュエータの駆動手段は好ましくは操舵弁の入力軸の歯状部にかみ合っている。

以下、図（図１〜７）を参照して本発明を例示的に詳しく説明する。

図１に示した操舵システムはステアリングホイール１と、このステアリングホイール１に連結されたステアリングコラム２を備えている。このステアリングコラムは２個のユニバーサルジョイント３，４を備えている。ステアリングコラム２はステアリングホイール軸５に連結されているかあるいはステアリングホイール軸の一部を形成している。ステアリングホイール軸はステアリングギヤ６と、ここではラック７として形成されたドラッグリンク７とを介して、ラック７の側方に固定されたタイロッド８，９を操作し、それによって車輪１０，１１を揺動させる。図示したラック・アンド・ピニオン式の操舵装置の場合、油圧補助は、車両の駆動エンジンによって例えばベルト装置１２を介して駆動される油圧ポンプ１３によって行われる。この油圧ポンプは圧液を管路１５から操舵弁１４に供給する。圧液は戻し管路１６を経て貯蔵容器１７に還流可能である。ステアリングホイールの直進位置では、一定の油流が中立位置にある操舵弁（開放した中央）と戻し管路１６を経て還流する。その際、ラック７に配置された作動シリンダ２０の２つのチャンバ１８，１９内の圧力は、同じ大きさである。操舵補助は行われない。ステアリングホイール１が回転すると、ラック７ひいてはピストン２１が摺動する。ピストン２１の運動は圧液の圧力によって補助される。その際、弁１４によって同時に、圧液が一方のチャンバから他方のチャンバに流れるので、操舵操作装置は油圧で補助される。

上記の慣用の油圧式サーボ操舵装置は追加トルクを発生するためのユニット２２を備えている。このユニットは追加トルクアクチュエータ２３、ここではモータ２３と、モータ２３を制御しかつ冗長的な操舵トルクセンサ２５とモータ位置センサ２６の信号を評価するための冗長的な制御ユニットＥＣＵ ２４とを備えている。電子部品は電気エネルギー源２７に接続されている。制御ユニットＥＣＵ ２４とトルクセンサは好ましくは冗長的に形成されている。ユニット２２が制御ユニットＥＣＵ ２４を備えているがしかし、本発明では、制御ユニットＥＣＵ ２４をユニット２２から分離して配置してもよい。ユニット２２は好ましくは少なくとも追加トルクアクチュエータ２３と、操舵トルクセンサ２５と、場合によってはモータ位置用センサ２６とからなっている。

操舵システム特性と作用力によって定められるステアリングホイールトルクまたはステアリングトルクは、追加トルクを発生するためのユニット２２によって積極的に影響を与えることが可能である。その際、電気モータ２３によって追加トルク（追加操舵トルク）が発生させられてステアリングロッドに加えられる。構造的に定められたステアリングホイールトルクにトルクを加算するかまたはステアリングホイールトルクからトルクを減算することができる。モータトルクの伝達は減速装置を介してまたは減速装置を介さないで直接的にまたは図示のように伝動装置２８を介して行うことができる。その際、ベルト伝動装置、ヘリカルウォームギヤ、平歯車装置を使用することができる。

追加トルクを発生するためのユニットの故障時には、運転者に知られているサーボ補助式操舵装置特性が保たれる。そのために、ユニット２２はフェール−サイレントである。これは、故障時に、ユニットが遮断されることを意味する。

追加トルクを発生するための本発明によるユニット２２によって、特性を変更しないで慣用のサーボ操舵装置を使用できるという利点がある。ユニットは、機能を達成するために、慣用の油圧式サーボ操舵装置の１つのモジュールとして直接付け加えられる。

本発明により、追加トルクの発生によって、ブースト特性曲線を変更することができる（図２参照）。ブースト特性曲線は、油圧補助装置のシステム圧力Ｐに対するステアリングホイールトルクまたは操作トルクＭの依存性を意味する。図示した例では、トルクＡ（Ｍ Lenkung)は追加トルクＢ（Ｍ Motor)を積極的に加えることによって小さくなる。これは、運転者の操舵操作が強く補助されることを意味する。その結果、元の特性曲線（実線の曲線Ｋ_A）と比べて操作力の小さな変更された特性曲線（破線の曲線Ｋ_B）が生じる。更に、積極的な運転者アシストを実現することができる。その際、トルクの適合または変更によって、操舵が推奨されるかまたは運転者に危険を知らせるために、トルク過剰上昇によって運転者の操舵を困難にする。

油圧式追加トルク−アクチュエータ（図３参照）によってあるいは磁気式追加トルク−アクチュエータ（図４参照）によって、追加トルクを発生することができる。

油圧で補助する基本操舵システムは、図１に示したシステムと同一であり、従ってもはや詳細に説明しない。

図３に示したシステムの場合、追加トルクは油圧式追加トルク−アクチュエータ３０を備えたユニット２９によって発生させられる。

油圧式追加トルク−アクチュエータ３０は２つの油圧チャンバ３１，３２を備えている。このチャンバには油圧管路３３，３４を経て圧液を供給可能である。この油圧管路にはそれぞれ、電磁操作可能な油圧弁３５，３６が設けられている。圧液は油圧チャンバ３１，３２から管路３７，３８とそれに接続された共通の１本の管路３９を経て貯蔵容器１７に還流することができる。管路３７，３８にはそれぞれ１個の逆止弁が設けられている。管路３９には電磁操作可能な油圧弁４０が設けられている。

弁３５，３６，４０はチャンバ３１，３２内の圧力制御のために、ひいては追加トルクの制御のために、好ましくは冗長的な制御ユニットＥＣＵ ２４によって、冗長的な操舵トルクセンサ２５と２個の圧力センサ４１，４２の信号に応じて制御される。

ポンプは好ましくは、車両の駆動エンジンによって（強制的に）駆動されないで、固有のモータ４３によって駆動される。モータ４３の適当な制御によって、ポンプ１３は需要に即応して油圧を発生することができ、それによってエネルギーを節約することができる。

図４に示した実施の形態の場合、追加トルクは制御ユニットＥＣＵ ２４によって制御される電磁式追加トルク−アクチュエータ４４によって発生させられる。

図５に示した電気機械式追加トルク−アクチュエータは第１のケーシング部材５０と第２のケーシング部材５１を備えている。この両ケーシング部材はボルト止め部５２ａ，５２ｂによって互いに連結されている。ケーシング部材５１にはモータ５３が配置されている。このモータは電気的な端子５４によって制御ユニットおよび給電部に接続されている。モータ５３の出力軸５５は第１のベルトプーリ５６に連結されている。この第１のベルトプーリはベルト、好ましくは歯付きベルト５７を介して第２のベルトプーリ５８に接続されている。第２のベルトプーリ５８は好ましくは大きな直径を有するので、1: 2〜1:5・の比、好ましくは約1:4の比の変速が行われる。第２のケーシング部材５１には、ステアリングホイールトルクを検出するためのトルクセンサ５９，６０が配置されている。このセンサ５９，６０には軸６１が付設されている。この軸は軸受６２，６３を介して第２のケーシング部材５１に連結され、シール６４（軸シールリング）によってシールされている。第１のケーシング部材５０は好ましくは操舵弁６６のステアリングホイール側の入口に直接配置されているかあるいはこの操舵弁に連結されている。ステアリングホイール側のピン６５はその歯状部が軸６１の対応する相手方部分（凹部）に直接かみ合う。ステアリングホイール側の軸６１の端部分６７がピン６５のように形成されているので、車両のステアリングホイールに連結されている短縮されたステアリングホイール軸が、この端部分に直接かみ合うことができる。この構造により、追加トルクを発生するためのユニットは操舵装置をそれ以上変更せずに、車両の“短縮された”ステアリングコラムに有利に組み込むことが可能である。

図５に示したユニットの電磁式追加トルク−アクチュエータは、図６に分解図で示してあり、そして図７において操舵弁に接続される共通の構成部材として斜視図で示してある。従って、アクチュエータについては詳しく説明しない。同じ部品には同じ参照符号が用いてある。既存の操舵システムに容易に統合可能であるきわめて有利なコンパクトな形状が図から明らかである。それによって、電気機械式駆動装置は、ステアリングコラムが短縮されるということを除いて、きわめて少ない技術的コストで既存のシステムに組込み可能である。追加トルク−アクチュエータのための技術的コストも比較的に少なくて済む。従って、このアクチュエータは比較的に低コストで製作可能であり、更に外乱や故障に対して比較的に安全である。

電気機械式アクチュエータを備えた本発明によるサーボ操舵装置の実施の形態を概略的に示す図である。 サーボ操舵装置の特性曲線を示す図である。 油圧式アクチュエータを備えた本発明によるサーボ操舵装置の実施の形態を概略的に示す図である。 磁気式追加トルク−アクチュエータを備えた本発明によるサーボ操舵装置の実施の形態を概略的に示す図である。 本発明による電気機械式アクチュエータユニットの実施の形態の横断面を概略的に示す図である。 電気機械式追加トルク−アクチュエータの分解斜視図である。 電気機械式追加トルク−アクチュエータの組み立てられたユニットの斜視図である。

Claims (9)

1. ステアリングギヤと、車両の運転者によるステアリングホイール操作を補助するための油圧式アクチュエータとを備え、追加操舵トルクを積極的に加えるための手段がサーボ操舵装置に付設されている、油圧式サーボ操舵装置において、
   追加操舵トルクを積極的に加えるための手段（２３，２４，２５，２６，２８）が、少なくとも１個の追加トルクアクチュエータ（２３，３０，４４）と、運転者による操舵トルクの検出手段（２５）とを備え、かつユニット（２２，２９）として形成され、このユニットがモジュールとして油圧式サーボ操舵装置の操舵弁のステアリングホイール側の端部分に配置されていることを特徴とするサーボ操舵装置。
2. 追加トルクアクチュエータ（２３，３０，４４）が、ステアリングコラム（２）に連結されたモータ（２３）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のサーボ操舵装置。
3. 追加操舵トルクを積極的に加えるための手段がモータ（２３）と、冗長的な電子制御兼調整ユニット（ＥＣＵ）（２４）と、冗長的なステアリングホイールトルクセンサ（２５）とを備えていることを特徴とする、請求項１または２記載のサーボ操舵装置。
4. 追加操舵トルクを積極的に加えるための手段（２３，２４，２５，２６，２８）が追加トルクアクチュエータ（２３，３０，４４）と協働する伝動装置（２８）を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載のサーボ操舵装置。
5. 伝動装置（２８）がベルト装置、ヘリカルウォームギヤまたは平歯車装置であることを特徴とする、請求項４記載のサーボ操舵装置。
6. 追加トルクアクチュエータ（２３，３０，４４）が電子制御兼調整ユニット（ＥＣＵ）（２４）による制御によって、現在の車速に適合した追加ステアリングホイールトルクを発生することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のサーボ操舵装置。
7. 追加トルクアクチュエータ（２３，３０，４４）が電子制御兼調整ユニット（ＥＣＵ）（２４）による制御によって、車両のコースと道路の延長形状に適合した追加ステアリングホイールトルクを発生することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載のサーボ操舵装置。
8. 追加トルクアクチュエータ（２３，３０，４４）が電子制御兼調整ユニット（ＥＣＵ）（２４）による制御によって、現在の車両ダイナミクスに適合した追加ステアリングホイールトルクを発生することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載のサーボ操舵装置。
9. 追加トルクアクチュエータ（２３，３０，４４）が電気機械式、電磁式または油圧式アクチュエータであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載のサーボ操舵装置。

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