JP4988119B2 - 車両操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、車両操舵装置と、車両操舵装置のための車軸操舵モジュールに関する。
【０００２】
今日の車両、特に乗用車は一般的に、油圧サーボ式操舵装置を備えている。この操舵装置の場合、ステアリングホイールが操舵可能な車輪に機械的に強制連結されている。
【０００３】
操舵可能な車輪をサーボモータに駆動連結することが知られている。このサーボモータは、操舵操作装置のその都度の操舵操作のために必要な手動の力を最小限に抑えるために、ステアリングホイールと操舵される車輪の間で伝達される力またはトクルに依存して制御される。
【０００４】
更に、操舵操作装置と操舵される車輪が制御系によってのみ連結されている車両操舵装置が知られている。この場合、ステアリングホイールと車輪はもはや機械的に連結されない。
【０００５】
しかし、往々にして、ステアリングホイールハブと操舵される車輪の間の機械的な直結装置は完全に省略されない。その場合、制御系が故障しないで作動する場合、機械的な直結装置が分離され、それによって働かなくなる。しかし、常時故障を自己監視する制御系で機能不良が検出されると、機械的な直結装置が自動的に作用するように切換えられる。従って、この機械的な直結装置は制御系の機能不良時に“機械的な緊急時モード”を生じる。
【０００６】
本発明の課題は、ステアリングホイールと車輪の間の機械的な連結装置を備えておらず、安全で確実な操舵機能を保証する、車両操舵装置と操舵可能な車軸のための有利な実施形を提供することである。
【０００７】
この課題は独立請求項記載の特徴によって解決される。本発明による操舵装置の特に有利な実施形は従属請求項に記載されている。
【０００８】
課題は、運転者によって操作可能である操舵操作装置、特にステアリングホイールと、少なくとも１個の操作力シミュレータと、車体に設けられた、操舵可能な車軸の車輪対の操舵可能な各々１個の右側と左側の車輪を制御するための各々１個の電気機械式アクチュエータと、操舵可能な車軸に付設された両アクチュエータの一方が故障したときまたは異常があるとき、正常に機能しているその都度他方のアクチュエータによって、この車軸の両車輪の制御を保証するための手段と、操舵操作装置によって操作可能である、調節すべき操舵角のための少なくとも１個の目標値トランスデューサと、車輪の操舵角を感知する少なくとも１個の実際値トランスデューサと、実際値トランスデューサの信号（実際値）と目標値トランスデューサの信号（目標値）の比較に依存して電気機械式アクチュエータを制御する中央制御ユニットとを備えた車両操舵装置によって解決される。本発明による車両操舵装置によって、比較的に短い調節変位と、高い調節速度が達成可能である。
【０００９】
この車両操舵装置の場合、操舵操作装置と電気機械式アクチュエータが機械的に直接連結されていないので、その都度の操舵状態に関する、従来は運転者に付与されたフィードバックが生じなくなる。従って、操舵操作装置自体を積極的に動かすことができるように形成された少なくとも１個の操作力シミュレータが設けられている。操舵操作装置に作用する操作力が操舵角目標値設定に影響を及ぼし、１個または複数のドライビングダイナミックス変数の直感的なフィードバックを行うことができる。
【００１０】
本発明の有利な実施形では、各電気機械式アクチュエータにそれぞれ、独立したエネルギー供給源からエネルギーが供給される。独立したエネルギー源は好ましくは独立した２個の車両バッテリである。この車両バッテリは好ましくは慣用のバッテリ回路よりも高い電圧、特に約３６〜４２Ｖを有する。
【００１１】
本発明の有利な実施形では、中央制御ユニットが“フェイル−サイレント”に従って形成され、かつ冗長プロセッサユニットを備えている。
【００１２】
用語“冗長プロセッサユニット”はここでは、冗長的なアーキテクチャ、従って２個のプロセッサを有するプロセッサユニットであると理解される。用語“フェイル−サイレント”はここでは、欠陥がある場合中央制御ユニットが静か（サイレント）であり、他のシステム構成要素に制御機能を及ぼさないことを意味する。その際、機能不良（欠陥）は中央制御ユニットの自動検査によって、特に欠陥検出回路、例えばコンパレータによって検出される。このコンパレータは冗長プロセッサユニットの両プロセッサから出力された値または信号を比較する。一方のプロセッサが機能不良である場合、両値または信号の所定の偏差を生じることになり、その場合中央制御ユニットが自動的に遮断される（フェイル−サイレント）。
【００１３】
中央制御ユニットは、少なくとも目標値と実際値の比較と、場合によっては他の変数に依存してアクチュエータを制御する。そのために、一方のアクチュエータが車輪の操舵調節のために調節ストローク運動を行うように、中央制御ユニットがアクチュエータを制御する。この場合、実際値トランスデューサによって感知された操舵角の実際値が、操舵操作装置の操作によって設定された目標値トランスデューサによって設定された操舵角目標値に調節される。場合によっては、この目標値は、例えば車両に作用する外乱力を少なくとも部分的に相殺するために、他の変数によって変更することができる。他の変数は好ましくは車両の速度、ドライビングスタビリティ、特に車両のヨートルクまたは横滑り角度、道路の状態およびまたは例えば横風のような他の影響要因である。更に、適当な制御機能によって、運転者による操舵操作装置の激しすぎる操作を補償するための緩衝機能が統合される。
【００１４】
しかし、速度に依存する操舵ギヤレシオおよび操舵アシストを達成するために、アクチュエータのための操舵角目標値は好ましくは少なくとも、操舵操作装置に加えられる操作力と、瞬時の車両縦方向速度に依存して可変に設定される。そのために、中央制御ユニットは入力側がセンサに接続される。このセンサの信号は操舵可能な車輪に発生する操舵力によって補正されている。例えばセンサはアクチュエータの力を検出することができる。更に、中央制御ユニットは入力側を、設定すべきパラメータ、例えば車両の横方向加速度およびまたはヨー速度を検出するセンサに接続可能である。
【００１５】
本発明の有利な実施形によれば、アクチュエータが“フェイル−サイレント”に従って形成され、かつ少なくとも各々１個の電気機械式アクチュエータ要素と各々１個の冗長電子モジュールユニットを備えている。
【００１６】
用語“冗長電子モジュールユニット”はここでは、冗長的なアーキテクチャ、特に２個のプロセッサを備えたモジュールユニットであると理解される。用語“フェイル−サイレント”はここでは、欠陥がある場合電子モジュールユニットが静か（サイレント）であり、他のシステム構成要素に制御機能を及ぼさないことを意味する。その際、機能不良（欠陥）は電子モジュールユニットの自動検査によって検出される。この場合、欠陥検出回路、例えばコンパレータによって、冗長プロセッサユニットの両プロセッサから出力された値または信号の間の偏差が検出される。この偏差は電子モジュールユニットを自動的に遮断することになる（フェイル−サイレント）。
【００１７】
従って、本発明による車両操舵装置は好ましくは、アクチュエータに付設された少なくとも４個のプロセッサと、中央制御ユニットに付設された２個のプロセッサを備えている。
【００１８】
本発明の有利な実施形によれば、アクチュエータの電子モジュールユニット、特にプロセッサユニットがアクチュエータ要素電流またはアクチュエータ要素位置のようなアクチュエータ要素特有のローカル信号に基づいて欠陥を認識し、欠陥が認識されたときに、車両操舵装置のシステムにメッセージを出力し、欠陥のあるアクチュエータを遮断する。従って、アクチュエータは通電しないときに開放している。これは、遮断されたアクチュエータがまだ正常に機能しているアクチュエータによって操舵操作時に受動的に“連動する”ことを意味する。
【００１９】
本発明の有利な実施形では、車両操舵装置が調節すべき操舵角のための２つの目標値トランスデューサと、車輪の操舵角を感知する２個の実際値トランスデューサを備えている。それによって、一方の目標値トランスデューサおよびまたは実際値トランスデューサの故障時に、まだ正常に機能している他方の目標値トランスデューサおよびまたは実際値トランスデューサによって、操舵装置を制御するための信号を発生することができる。
【００２０】
本発明の有利な実施形では、調節すべき操舵角のための目標値トランスデューサと、車両の操舵角を感知する実際値トランスデューサが冗長的に形成されている。
【００２１】
用語“冗長目標値トランスデューサ”はここでは、回転角度のための少なくとも２個の測定プローブと、少なくとも１個のアナログ−デジタル−変換器（Ａ／Ｄコンバータ）と、コンパレータを備えた目標値トランスデューサ、好ましくはステアリングホイールの回転角度用センサであると理解される。冗長目標値トランスデューサは好ましくは“フェイル−サイレント”に従って形成されている。これは、欠陥がある場合目標値トランスデューサが静か（サイレント）であり、他のシステム構成要素に制御機能を及ぼさないことを意味する。その際、機能不良（欠陥）は目標値トランスデューサの自動検査によって検出される。この場合、コンパレータによって、測定プローブによって検出された値または信号の間の偏差が確認される。この偏差は目標値トランスデューサを自動的に遮断することになる（フェイル−サイレント）。まだ正常に機能している他方の目標値トランスデューサの信号は、操舵装置の制御のために使用される。
【００２２】
用語“冗長実際値トランスデューサ”はここでは、操舵可能な車輪の位置、特に操舵装置のタイロッドの変位のためのセンサを意味する。この冗長的なセンサは同様に、調節変位、特にタイロッド変位のための少なくとも２個の測定プローブと、少なくとも１個のアナログ−デジタル−変換器（Ａ／Ｄコンバータ）と、コンパレータを備えている。冗長実際値トランスデューサは好ましくは“フェイル−サイレント”に従って形成され、欠陥がある場合静か（サイレント）であり、他のシステム構成要素に制御機能を及ぼさない。機能不良（欠陥）は実際値トランスデューサの自動検査によって検出される。この場合、コンパレータによって、測定プローブによって検出された値または信号の間の偏差が確認される。この偏差は目標値トランスデューサを自動的に遮断することになる（フェイル−サイレント）。まだ正常に機能している他方の実際値トランスデューサの信号は、操舵装置の制御のために使用される。
【００２３】
本発明の有利な実施形では、少なくともアクチュエータと中央制御ユニットの間に二重に形成されたデータバスが、データ伝送ユニットとして設けられている。これは、各々のアクチュエータが２個のデータバスラインに接続され、それによって一方のバスに欠陥がある場合、他方のデータバスが操舵装置の制御のために供されることを意味する。
【００２４】
本発明の他の有利な実施形では、データ伝送ユニットとして、アクチュエータと中央制御ユニットの間にそれぞれ１つのデータバスが設けられている。それぞれ１個のアクチュエータがそれぞれ１個のバスに接続されるので、両アクチュエータは基本的に他のバスに依存しない各々１個のデータバスを介して制御される。両データバスは好ましくは、空間的に分離されて形成される。それによって例えば、（共通の）１個のプラグ、例えば中央制御ユニットの入出力部の共通の１個のプラグにおいて、電気的な短絡が生じない。この短絡はシステム全体の機能を危険にさらす。この実施形の場合、両バスは好ましくは冗長的な別個の１つの車両プロセッサ内で接続されている。これは、ブレーキシステムまたはエンジン管理のような他の車両機能を制御することができるこの中央の車両プロセッサ内で、操舵装置の両バスがまとめられ、両バスを経て供給される情報が評価および交換されることを意味する。それによって、どの接続ユニットが存在し、場合によってこの接続ユニットがどのような状態にあるかが、バスに接続された各々の接続ユニットに伝送される。それによって、接続ユニットの異常または故障の際に、他の接続ユニットが応答可能である。
【００２５】
本発明の有利な実施形では、データバスが車両バスシステム、特にＣＡＮの一部である。
【００２６】
本発明の有利な実施形では、特に現在の車両状態に関する情報を受信するために、中央制御ユニットが車両バスシステム、特にＣＡＮに接続されている。
【００２７】
本発明の有利な実施形では、設定された所定の操作抵抗をシミュレートするために、操舵操作装置が機械式または機械油圧式の第１の操作力シミュレータに駆動連結されていることと、操舵操作装置が電気的に操作可能で、特にパラメータに依存する第２の操作力シミュレータに作用連結され、操舵操作装置が、少なくとも実際値およびまたは場合によっては他の信号、特に車速、車両ヨー角度、車両縦補講加速度、車両横方向加速度または現在の静止摩擦のような道路状態信号のごときダイナミックな車両状態信号に応じて、第２の操作力シミュレータを制御する。それによって、操舵力シミュレータは“フェイル−セーフ”に従って形成されている。第１の操作力シミュレータは第２の操作力シミュレータの故障時のフォールバックとしての働きをする。第１の操作力シミュレータは好ましくは、運転者にとってほぼ普通の操作力を操舵操作装置に加えるために、弾性手段を備えている。第１の操作力シミュレータは、操舵操作装置が中央位置から離れる、特に回転するにつれて、弾性的な抵抗が累進的に増大するように設計されていると有利である。
【００２８】
本発明の有利な実施形では、中央制御ユニットが電子式車両ブレーキシステム、特に電気機械式ブレーキシステム（ＥＭＢ）に接続されている。
【００２９】
本発明の有利な実施形では、それぞれ２個の電気機械式アクチュエータが車両の右側と左側にある、操舵可能な車軸の車輪対の操舵可能な車輪を制御するために、少なくとも１本の操舵ロッド（タイロッド）と関連して、車軸操舵モジュールとして形成されている。
【００３０】
本発明の有利な実施形では、車両操舵装置の中央制御ユニットと、電子式車両ブレーキシステムの中央制御ユニットが、個々のモジュールとして共通の１個のケーシング内に配置されている。
【００３１】
本発明の有利な実施形では、車両操舵装置と電子式車両ブレーキシステムのために、共通の１個の中央制御ユニットが設けられている。
【００３２】
本発明の有利な実施形では、車体に設けられた、操舵可能な車軸の車輪対の操舵可能な各々１個の右側と左側の車輪を制御するためのそれぞれ２個の電気機械式アクチュエータが、少なくとも１個の操舵ロッドと関連して、車軸操舵モジュールとして形成されている。
【００３３】
課題は更に、２個の電気機械式アクチュエータを備え、このアクチュエータがそれぞれ１個の電動機を備え、アクチュエータがそれぞれ、車体に設けられた、操舵可能な車軸の車輪対の操舵可能な右側と左側の車輪に付設され、かつ連結装置によって互いに連結可能であり、それによって操舵可能な両車輪が１個のアクチュエータによって揺動可能である、車軸操舵モジュールによって解決される。
【００３４】
本発明の有利な実施形では、車両操舵装置がスラストロッドとして形成された少なくとも１本の操舵ロッドを備え、この操舵ロッドの延長部が操舵可能な両車輪のためのタイロッドに連結可能であり、２個の電動機が操舵ロッド軸線と同軸に設けられ、この電動機がそれぞれ１個のロータを備え、電動機トルクを少なくとも１本の操舵ロッドに伝達するために、ロータが伝達装置を介して回転−並進変換装置に連結され、それによって少なくとも１個の電動機の操作時に少なくとも１本の操舵ロッドを摺動させることにより、車軸操舵モジュールの操舵機能が保証される。
【００３５】
本発明の有利な実施形では、伝達装置が回転−並進変換装置に直接的に連結するための手段を備えている。
【００３６】
本発明の有利な実施形では、伝達装置が回転−並進変換装置に直接的に連結するための手段を備えている。
【００３７】
本発明の有利な実施形では、回転−並進変換装置がねじ伝動装置、特にボールねじ装置である。
【００３８】
本発明の有利な実施形では、回転−並進変換装置が車軸操舵モジュールの範囲または部分範囲にねじ付きロッド状に形成された少なくとも１本の操舵ロッド（ねじ付きロッド）に駆動連結され、この操舵ロッドが少なくとも１個のねじ付きナットによって取り囲まれ、かつその間に配置された転動体によって前記ねじ付きナットに連結され、この転動体が少なくとも１本のねじ付きロッドのねじに嵌まる成形部を備えている。
【００３９】
本発明の有利な実施形では、伝達装置が歯車装置またはクラッチ、特に遊星歯車装置である。
【００４０】
本発明の有利な実施形では、電動機が操舵ロッドと同軸のコイルを有するステータと、このステータの周りに回転支承されたロータを備え、このロータが永久磁石、特に希土類磁石、特にサマリウムコバルト磁石またはネオジウム磁石を備えている。
【００４１】
本発明の有利な実施形では、電動機が、特にトランスバースフラックスモータとして形成された電子的に整流される直流モータである。
【００４２】
本発明の有利な実施形では、電動機のロータが伝達装置を介してねじ伝動装置のねじ付きナットに、遊びのないようにかつ形状拘束的に回転するように連結されている。
【００４３】
本発明の有利な実施形では、電動機のロータの少なくとも一部範囲が、伝達装置の一部として、特に遊星歯車装置の太陽歯車として形成されている。
【００４４】
本発明の有利な実施形では、各々のアクチュエータに少なくとも２個の電子ユニットが付設され、電子ユニットの１個に欠陥がある場合に、正常に機能する他方の電子ユニットがアクチュエータの制御を行う。
【００４５】
本発明の有利な実施形では、アクチュエータまたは電動機に欠陥がある場合に、まだ正常に機能するアクチュエータまたは電動機によって、車輪の揺動運動が行われ、この場合欠陥のあるアクチュエータのモジュールユニットが、連結装置、特に少なくとも１個のねじ付きナットと少なくとも１個のねじ装置を介して、機械的なクラッチによって純機械的に連動させられる。
【００４６】
本発明の有利な実施形では、少なくとも１本の操舵ロッドに作用する調節力を受け止めるために、少なくとも１個の軸受、特にアキシャルアンギュラ玉軸受が設けられ、この軸受が、ねじ付きナットと伝達装置またはクラッチの少なくとも１個の部品、特に遊星歯車装置の遊星キャリヤの部品を収容するために内側リングを備え、かつ調節力をケーシングまたはこのケーシングに摩擦連結された車軸操舵モジュールの部品に伝えるために外側リングを備えている。
【００４７】
本発明の有利な実施形では、作用する調節力を検出し、この検出された調節力を手動操作装置、特に車両操舵装置のステアリングホイールにフィードバックするために、軸受の外側リングに少なくとも１個の力センサが付設されている。
【００４８】
本発明の有利な実施形では、電動機のステータがケーシングに配置されているかあるいはこのケーシングに摩擦連結された車軸操舵モジュールの部品に配置され、電動機のロータが、固定の軸受と可動の軸受を介してケーシングに連結された車軸操舵モジュールの部品またはケーシングに摩擦連結された車軸操舵モジュールの部品に回転可能に支承されている。
【００４９】
本発明の有利な実施形では、各々のアクチュエータが伝達装置として遊星歯車装置を備え、この遊星歯車装置の太陽歯車がロータの部品として形成され、かつ調節力を受け止めるための軸受の外側リングの一部である内歯歯車に支持されている。
【００５０】
本発明の有利な実施形では、少なくとも１個のアクチュエータの操作時に、操舵ロッドを摺動させることによって車軸操舵モジュールの操舵機能を保証するために、スラストロッドとして形成された共通の１本の操舵ロッド、特に共通の１本のねじ付きロッドと、共通の１個の回転−並進変換装置、特に共通の１個のねじ付きナットとその間に配置された共通の転動体とが、２個のアクチュエータに付設されている。
【００５１】
本発明の有利な実施形では、両アクチュエータを連結し、１個のアクチュエータを操作する際に、連結された２本の操舵ロッドを摺動させることによって車軸操舵モジュールの操舵機能を保証するために、スラストロッドとして形成された各々１本の操舵ロッド、特に各々１本のねじ付きロッドと、各々１個の回転−並進変換装置、特に各々１個のねじ付きナットとその間に配置された共通の転動体とが、両アクチュエータの各々に付設されている。
【００５２】
本発明の有利な実施形では、連結装置が電気機械式クラッチを備え、このクラッチがクラッチディスクを備え、このクラッチディスクが２個の軸受、特にアキシャルアンギュラ玉軸受の内側リングに摩擦的に連結され、この軸受が２本の操舵ロッドで発生する調節力を受け止める働きをすることと、通電していない状態で両クラッチディスクが弾性的な手段、特に圧縮ばねによって互いに押し付けられ、アクチュエータの２個の回転−並進変換装置を摩擦的に連結する。
【００５３】
本発明の有利な実施形では、２本の操舵ロッドの相互の所定の最大調節範囲が機械的なストッパーによって設定され、このストッパーが２本の操舵ロッドの相対的な所定の変位の差だけを許容する。
【００５４】
本発明の有利な実施形では、両操舵ロッドの一方の少なくとも一部範囲が中空軸として形成され、この中空軸が２個のストッパーを備え、他方の操舵ロッドに連結された連結棒が中空軸の中空室に挿入され、連結棒が中空軸側の端片を備え、この端片が２個の内側のストッパーと２個の外側のストッパーを備え、このストッパーが、それに支持可能な２個の連動ディスクおよび連動ディスクに支持された圧縮ばねと協働して、２本の操舵ロッドの相対的な所定の変位の差だけを許容する。
【００５５】
本発明の有利な実施形では、電気機械式クラッチの閉鎖時に、連結棒が出発位置を定め、この出発位置で圧縮ばねが最大長さを有し、かつ両連動ディスクによって連結棒の２個の外側ストッパーと中空軸の両ストッパーに支持されていることと、電気機械式クラッチの開放時に、第１と第２の端位置が定められ、この端位置が操舵ロッドの変位の最大の差を決定し、この場合第１の端位置において圧縮ばねが最小の長さを有し、両連動ディスクによって一方では中空軸の第１のストッパーに支持され、他方では連結棒の第２の外側のストッパーに支持され、第２の端位置において圧縮ばねが最小長さを有し、両連動ディスクによって一方では中空軸の第２のストッパーに支持され、他方では連結棒の第１の外側のストッパーに支持されている。
【００５６】
実施の形態と４つの図（図１〜３）に基づいて本発明による車両操舵装置を詳しく説明する。
【００５７】
図１は本発明による車両操舵装置を概略的に示している。運転者はステアリングホイール１または運転者の意図する走行方向を設定可能である類似の操作要素、例えばサイドスティックを操作する。この場合、運転者の意図する走行方向は、ステアリングホイール１の回転角度として、２個のセンサ２，３によって冗長的に検出され、データ伝送線５，６によって中央制御ユニット４に電子的に伝えられる。運転者は操舵操作時に、第１の受動式操作力シミュレータ７によって触覚的なリアクションを受ける。このリアクションは第２の電気機械式操作力シミュレータ８によって、必要時に強められるかまたは弱められる。この第２の電気機械式操作力シミュレータ８はデータ伝送線９を介して中央制御ユニット４によって制御される。中央制御ユニット４には好ましくは、車速検出装置１０の信号がデータ伝送線１１を経て送られる。そして、中央制御ユニット４において、速度に依存して操舵トルクを変更するアルゴリズムが実行される。運転者の意図は中央制御ユニット４で評価され、２個のアクチュエータ１２，１３のための操舵角（目標値）に換算され、データ伝送線１４，１５を経てアクチュエータ１２，１３に供給される。操舵可能な車軸１８の操舵可能な車輪１６，１７につき、各々１個のアクチュエータ１２，１３が設けられているので、基本的には右側の車輪１６と左側の車輪１７の独立した制御が可能である。操舵可能な車輪１６，１７の車輪位置の現在の実際値は、適切なセンサ１９，２０から各々１本のデータ伝送線２１，２２を経て中央制御ユニット４に送られる。
【００５８】
従って、ステアリングホイール１と操舵可能な車輪１６，１７の間には、直接的な機械的連結部材は設けられていない。操舵可能な車軸１８からのステアリングホイール１の本発明によるこの機械的な切離しにより、ステアリングコラムを省略することができる。それによって、車両前部の組み込み状況と車両のクラッシュ状態が改善される。運転者と車輪１６，１７の間の切離しによって、運転者は車輪１６，１７によって励起されるステアリングホイール振動によってもはや刺激されない。更に、この操舵装置は、操舵操作時の運転者による過剰リアクションを補償するために、操舵アシスト機能を統合することを可能にする。アクチュエータ１６，１７の電子的な制御により、ドライビングスタビリティコントロール（ＥＳＰ）を適当に設計して関連づけると、複合制御をきわめて有利に実現することができる。そして、ドライビングスタビリティを高めるために操舵角を変更可能である。本発明による操舵装置は更に、操舵可能な車軸１８の右側と左側の車輪１６，１７の間の切離しに基づいて、車両の比較的に小さな旋回半径が達成され、同時に車両の比較的に高い方向安定性が達成されるという利点がある。更に、本発明による操舵装置の組立ては公知の操舵装置と比べて簡単である。というのは、操舵可能な車軸１８とステアリングホイール１とを機械的に連結する必要がないからである。
【００５９】
図２には、冗長センサ装置と冗長評価回路を備えた、本発明による車両操舵装置のシステム設計が示してある。この場合、この図と後続の図において、図１と同じ操舵装置部品には同じ参照符号が付けられている。運転者はその意図する走行方向を設定するためにステアリングホイール１を操作する。運転者のこの意図は、それぞれ１個のＡ／Ｄコンバータ３０，３１と出力部３２，３３を有する２個の冗長センサ２，３によって、冗長的に検出される。センサ２，３の信号は電子的な方法で、特に冗長バスシステム３４，３５（２本のデータライン）を介して中央制御ユニット４に伝えられる。第２の電気機械式操作力シミュレータ８の制御も行う中央制御ユニット４では、速度（パラメータステアリング）に依存して操舵トルクを変更するアルゴリズムが実行される。更に、運転者の強力な操舵リアクションを強く緩衝することができる（操舵アシスト）。横風に基づくヨーリアクションも、付加的な操舵角によって相殺することができる。というのは、車両バスシステム、特にＣＡＮ３６を介して、現在のドライビング状態に関する情報を読み取ることができるからである。
【００６０】
操舵角範囲全体にわたってやや増大する戻しトルクと、急速な操舵運動の際の運動を緩衝するトルクが、第１の受動式操作力シミュレータ７によって発生させられる。このリアクションは必要時に、第２の電気機械式操作力シミュレータ８によって強めたり弱めたりすることができる。そのために、モータ３７は伝動装置３８を経て、ステアリングホイール１に連結された軸３９にトルクを発生する。それによって、システムは、ハイドロプレーニング、縁石、低摩擦係数のような道路の状況を運転者にフィードバックすることができる。
【００６１】
運転者の意図は中央制御ユニット４で評価され、アクチュエータ１２，１３のための制御信号に換算される。本発明に従って基本的に独立しているアクチュエータ１２，１３により、操舵可能な車軸１８、特に前車軸１８の右側と左側の車輪１６，１７の間の操舵角度は少なくとも所定の限度内で互いに独立して調節可能である。それによって、旋回半径、タイヤ摩耗および直進安定性を最適に実現することができる。
【００６２】
中央制御ユニット４は好ましくは“フェイル−サイレント−アーキテクチャ”に従って構成され、２個の冗長プロセッサ４０，４１を備えている。操作ユニットは好ましくは“フェイル−セーフ−アーキテクチャ”を有する。これは、第２の電気機械式操作力シミュレータ８が通電していないときに開放し、スイッチ４２によって遮断可能であり、電気的なエネルギー源４３の故障時にトルクを発生しないことを意味する。故障の場合、運転者は第１の操作力シミュレータ７によって触覚的なリアクションを受ける。故障していないと、アクチュエータ１２，１３によって供給される力が検出される。これは好ましくはアクチュエータ１２，１３のモータ４４，４５の電流とアクチュエータ１２，１３の調節変位を測定することによって行われる。中央制御ユニットは検出された力から、第２の電気機械式操作力シミュレータ８のための制御信号を発生する。それによって、運転者は、第１の受動式操作力シミュレータ７に重畳された、道路に作用する摩擦係数に関する触覚的なフィードバックを得る。
【００６３】
アクチュエータ１２，１３はそれぞれ電動機４４，４５を備えている。この電動機は好ましくは１個のケーシング内に、冗長電子ユニット５７，５８を備えている。この電子ユニットは特にパワー出力段とロジックユニットを備えている。この場合、各々の電子ユニット５７，５８のためにそれぞれ２個のプロセッサ４６〜４９が設けられている。電子ユニット５７，５８はアクチュエータを駆動する。動力取り出しはギヤユニット５０，５１を介して行われる。このギヤユニットは必要な変速に応じて、回転／回転ギヤと回転／並進ギヤを含むことができる（図示していない）。両アクチュエータ、すなわち電動機４４，４５とギヤユニット５０，５１は、共通の１個のケーシング内に配置可能である。この場合、ケーシング半部の間に隔壁を配置することができる。それによって、漏れるシールを通って侵入する水が両アクチュエータを破壊することがない。アクチュエータの間にはクラッチ５２が設けられている。このクラッチは被駆動側で両ギヤ４４，４５を接続し、個々のアクチュエータ間の所定のねじれ角を許容する。ねじれ角は右側と左側のタイロッド５３，５４のために異なる調節変位を生じる。その際、ねじれ角は機械的に制限される。というのは、故障時に、一方のアクチュエータ１２または１３が両アクチュエータ１２，１３の操舵の役目をするからである。
【００６４】
アクチュエータ１２，１３の電子機器４６，４７，４８，４９と中央制御ユニット４の電子機器４０，４１はそれぞれ、操舵バスシステムの２本のデータ伝送線３４，３５のための入出力部５５〜５８を備えている。中央制御ユニット４は更に、ＣＡＮのような車両バスシステムのデータ伝送線のための入出力部５９を備えることができる。操舵バスシステムのデータ伝送線３４，３５は、エネルギー源４３，６０に付設された電子モジュールユニット６１，６２に接続されている。この電子モジュールユニットは特に電圧コンバータおよびコントローラと入出力部６３，６４を備えている。独立した２個のエネルギー源、特に２個の車両バッテリ６５，６６がそれぞれ、ライン６７，６８を経て、各々１個のアクチュエータ１２，１３と中央制御ユニット４の各々１個の電子ユニット４０，４１に電気エネルギーを供給するので、故障時に少なくとも１個のアクチュエータ１２または１３の制御と機能が保証される。好ましくは通電していないときに開放するクラッチ５２によって、１個のアクチュエータ１２または１３の故障時にも、その都度他方のアクチュエータ１２または１３が操舵の機能を保証し、その都度機能しないアクチュエータ１２または１３が通電していないときに開放するスイッチ６９，７０によって遮断される。２個の車両バッテリ６３，６４は車両ジェネレータ７１を介して充電される。
【００６５】
図２ａには、冗長制御要素と中央車両プロセッサ１１９を備えた本発明による車両操舵装置の他の実施の形態が示してある。図２に示した実施の形態と異なり、アクチュエータ１２，１３は１個ずつのバス３４，３５に接続されている。アクチュエータの入出力部での短絡が、全体システムの機能の損失を生じないという利点がある。バス３４，３５はここでも空間的に分離されている。更に、好ましくは中央の車両プロセッサ１１９が設けられている。それによって、基本的に独立したバス３４，３５の情報が互いに伝えられる。それによって、バスシステムの各々の接続ユニットは、どの接続ユニットがまだ使用可能であるかという情報を得ることができる。例えば接続ユニットが他の接続ユニットの故障に適切に応答し、例えばその機能を代わりに発揮することができる。ここでも同様に、機械式操作力シミュレータ７が設けられている。このシミュレータは電気機械式操作力シミュレータ７の故障時に“フォールバックモード”としての働きをする（“フェイル−セーフ”）。この電気機械式操作力シミュレータは、同様に冗長的におよび“フェイル−サイレント”として形成された中央制御ユニット４によって制御される。
【００６６】
図３には、本発明による操舵システムと電気機械式ブレーキシステム（ＥＭＢ）が接続されているシステムが示してある。車両操舵装置のシステムは図２に示したシステムとほぼ同じである。この場合、中央制御兼調整ユニット（中央ユニット）８０は車両操舵装置と車両ブレーキ装置の制御と調整を行う。
【００６７】
車輪ブレーキモジュール８１〜８４はアクチュエータ８５〜８８として特に電動機を備えている。この電動機は伝動装置８９〜９２を介して所定のブレーキ力を発生し、特にブレーキパッドを介してブレーキディスクに伝達する。車輪ブレーキモジュール８１〜８４はそれぞれ２個のプロセッサ９３〜１００を備えている。このプロセッサの入出力部１０１〜１０４は組み合わせられたブレーキ兼操舵バスシステム１０５，１０６に接続されている。運転者のブレーキングの意図はブレーキペダルと操作装置変位シミュレータ１０９を備えたブレーキ操作装置１０７によって伝達され、冗長変位センサおよびまたは力センサ１１０，１１１によって検出され、出力部１１２，１１３からバスシステム１０５，１０６を経て中央制御兼調整ユニット８０の２個の冗長中央プロセッサ１１４，１１５に伝えられる。更に、駐車ブレーキ操作装置１１６が設けられている。この駐車ブレーキ操作装置によって同様に、２個の冗長変位センサおよびまたは力センサ１１０，１１１を経て運転者のブレーキング意図を伝えることができる。
【００６８】
本発明のこの実施の形態において、中央ユニット８０はアクチュエータ１２，１３と車輪ブレーキモジュール８１〜８４の制御と操作力シミュレータ８の制御のほかに、操舵装置、ブレーキおよび駐車ブレーキのための操作センサ装置の評価を行う。信号に対応して、操作命令が車輪ブレーキモジュール８１〜８４およびまたはアクチュエータ１２，１３に供給される。中央ユニット８０が故障すると、操作センサ装置の情報は両バスシステムでも入手可能である。なぜなら、各々のアクチュエータ１２，１３と車輪ブレーキモジュール８１〜８４がそれらのための情報を有し、この情報から自動的に操作量を発生するからである。更に、エネルギー源４３または６０の故障時にも、操舵装置とブレーキの機能が保証される。なぜなら、各々１個のエネルギー源が分離され独立した２本の給電線１１７，１１８を経て、各々１個のアクチュエータと、２個の車輪ブレーキモジュールと、操舵およびブレーキングのための操作センサ装置の各々１個の冗長ユニットにエネルギーを供給するからである。それによって、システムは全体として、故障に対する大きな安全性と、欠陥がある場合の充分な“緊急時機能”を有する。
【００６９】
更に、中央ユニット８０によって、運転者の意図に依存するブレーキと操舵装置の制御または調整への積極的な介入が可能である。その際、本発明では、例えばドライビングダイナミクスコントロール（ＥＳＰ）またはトラクションスリップコントロール（ＴＣＳ）の場合に既に実施可能であるようなエンジン管理への付加的な介入も行われる。本発明によるシステムは全体として運転者を補助し、最大限の安全性および走行快適性の観点から車両を操舵し、車輪毎に制動または加速する。従って、システムは自動速度コントロール（クルーズコントロール、ＣＣ）または衝突回避および車間コントロール（ＡＣＣ、ＡＩＣＣ）のような運転者アシストシステムのために適している。
【００７０】
本発明による車両操舵装置用車軸操舵モジュールを、実施の形態と図（図４〜１４）に基づいて詳しく説明する。
【００７１】
図４には、車軸操舵モジュール２０１を備えた本発明による車両操舵装置が示してある。この場合、２個のアクチュエータ１２，１３が配置されている。このアクチュエータは中央制御ユニット４によって制御される。所定の調節変位２０４だけ操舵ロッドを調節することによって、所定の操舵角２０５が生じる。
【００７２】
２個のアクチュエータ１２，１３と、連続する１本の操舵ロッドを備えた車軸操舵モジュール２０１は図５，６に横断面が示してある。
【００７３】
アクチュエータ１２，１３は操舵ロッド２０３の周りに同心的に配置された２個の電動機４４，４５を備えている。この２個の電動機４４，４５によって冗長的な駆動装置設計が実現される。両電動機４４，４５は伝達ユニット、ここでは特に２個の遊星歯車装置５０，５１と、中央に装着されたナット２０６とによって、ボールねじ装置２０７と、少なくとも伝動装置または電動機モジュールの範囲にボールねじロッドとして形成された操舵ロッド２０３を駆動する。操舵ロッド２０３はここでは連続して延びるように形成されている。それによって、車輪１６，１７は運動力学的に互いに直接連結されている。駆動トルクを調節力と、２本のタイロッド５３，５４を介して連結される車輪１６，１７の操舵運動とに変換するのに適した伝達ユニットのために、他の伝動構造形態を使用可能である。同様に本発明では、伝動装置５０，５１を、伝達ユニットとしての２個のクラッチによって置き換えることができる。
【００７４】
操舵ロッド変位２０４は２個の冗長変位センサ２０８，２０９によって冗長的に検出可能である。妥当性チェックの後で、操舵ロッド２０３の検出された変位（実際値）に応じて、調節する操舵角（目標値）のための目標値が中央制御ユニット４によって決定される。中央制御ユニット４は好ましくはステアリグホイール１の範囲に配置されている（図４参照）。その代わりに、中央制御ユニットを車軸操舵モジュール１に統合してもよい。要求される目標値、すなわち調節すべき車輪１６，１７の操舵角２０５が達成されると、作用するタイロッド力に応じて、車輪を安定させる保持トルクが電動機４４，４５で生じる。
【００７５】
上記の作用の場合、電動機４４，４５に付設された２個のロータ２１０，２１１が、ボールねじ装置２０７のねじ付きナット２０６を備えた両遊星歯車装置５０，５１を介して、遊びのないようにかつ形状拘束的に回転するように互いに連結されている。すなわち、上記の作用では、両電動機４４，４５は互いに連結され、操舵ロッド２０３を平行に連結駆動する（普通操舵機能）。
【００７６】
欠陥がある場合、すなわち１個の電動機４４または４５が故障すると、まだ正常に機能している電動機が駆動を行う。そのために、電動機制御装置２７２，２７３を介して電動機４４，４５を制御するアクチュエータ１２，１３の電子ユニット４６〜４９も冗長的に形成されている。まだ正常に機能している電動機によって、ボールねじ装置２０７はボール２７４を介して操舵ロッド２０３の調節運動を行うことができる。そして、欠陥のあるアクチュエータのアセンブリはねじ付きナット２０６とボールねじ装置２０７を介して機械的なクラッチによって純機械的に一緒に移動させられる。
【００７７】
その結果、本発明による車軸操舵モジュール２０１と本発明による車両操舵装置の重要な利点として、例えば電気的なエネルギー供給部の故障または中央制御ユニット４またはアクチュエータの電子アセンブリの故障による電動機、例えば電動機４４の故障の際、運転者が操舵するときに、まだ正常に機能しているアクチュエータが、正常に機能している他の電動機、この例では電動機４５と共に、冗長的に形成した電動機制御装置と関連して、車軸操舵モジュール２０１の操舵機能全体を実施する。他の利点は、ボールねじ装置２０７の駆動されるナット２０６によって両車輪が操舵ロッド２０３を介して遊びのないように互いに直接連結されることによって得られる。力の伝達は操舵ロッド２０３とタイロッド５３，５４を経て車輪１６，１７に直接的に行われる。従って、両車輪１６，１７は遊びのないように互いに連結されている。
【００７８】
ボールねじ装置２０７のねじ付きナットの収容部として、および遊星歯車装置４４，４５の遊星キャリヤ２１２，２１３の収容部としてあるいはクラッチ（図７参照）を備えた実施の形態の場合クラッチの収容部として、アキシャルアンギュラ玉軸受２１５の内側リング２１４が設けられている。それによって、アキシャルアンギュラ玉軸受がねじ付きナット２０６と遊星キャリヤ２１２，２１３またはクラッチ（図７参照）の収容部として、ボールねじ装置２０７と伝動装置４４，４５と共に機能的なアセンブリを形成する。その際、アキシャルアンギュラ玉軸受２１５は操舵ロッド２０３の発生する調節力を受け止め、アキシャルアンギュラ玉軸受２１５の外側リング２１８を経て車軸操舵モジュール２０１のケーシング２１９に案内する。
【００７９】
アキシャルアンギュラ玉軸受２１５の外側リング２１８内には、作用する調節力を検出するための少なくとも１個の力センサ２２０を配置することができる。測定された力に応じて、運転者のために、ステアリングホイール１の所定の手動の力が第２の電気機械式操作力シミュレータ８を介して調節可能である（力のフィードバック）。同時に、力センサ２２０は妥当性チェックおよびシステム検査のために利用可能である。
【００８０】
ロータ２１０，２１１は好ましくは固定の軸受２２１，２２２と可動の軸受２２３，２２４を介してケーシング２１９に支承されている。それによって、横方向力を生じないロータ２１０，２１１の支承が達成可能である。電動機４４，４５に付設されたステータ２２５，２２６はケーシング２１９内に保持される。それによって更に、ロータ２１０，２１１とステータ２２５，２２６の間の小さな空隙を実現することができる。これは全体効率を高めることになる。同時に、遊星歯車装置５０，５１の太陽歯車２２７，２２８はロータ２１０，２１１の部品として形成されている。太陽歯車２２７，２２８は遊星歯車２２９，２３０を介して遊星キャリヤ２１２，２１３を駆動する。太陽歯車２２７，２２８はアキシャルアンギュラ玉軸受２１５の外側リング２１８に一体化された内歯歯車２３１，２３２に支持されている。ボールねじ装置２０７と操舵ロッド２０３の駆動トルクは、ケーシング２１９に一体化された２個の回転防止機構２３３，２３４を介して行われる。この場合、回転防止機構２３３，２３４は操舵ロッド２０３の直線軸受機能を有する。片側の回転防止機構２３３または２３４が省略可能であると有利である。
【００８１】
図７には、図５，６に示した車軸操舵モジュール２０１の実施の形態が示してある。この場合、伝動装置５０，５１は伝達要素としてのクラッチ２３５，２３６によって置き換えられている。すなわち、タイロッドはここでは２個のクラッチ２３５，２３６を介して直接駆動される（直接駆動装置）。この“直接駆動装置”は特に、前車軸の荷重が小さい、比較的に軽量で小型の車両のために設けられる。この場合、車輪を操舵するために比較的に小さな操作力しか必要としない。従って、構造的コストが低減されるという利点がある。これは信頼性を高め、製作コストを低減することになる。
【００８２】
上記の車軸操舵モジュール２１０の場合、操舵ロッド２０３は分割されていない。それによって、車輪１６，１７はタイロッド１１２，１１３を介して直接的に連結されている。しかし本発明では同様に、ドライビングダイナミクス的な制御介入のための片側の操舵角調節を可能にするために、少なくとも部分連結された特に電気機械式タイロッド１１２，１１３を備えた電気機械式車軸操舵モジュール２１０が設けられている。
【００８３】
部分連結されたタイロッド１１２，１１３のための車軸操舵モジュールの好ましい実施の形態の一例が図８，９に示してある。
【００８４】
車軸操舵モジュール２０１は両操舵ロッド２３７，２３８の周りに同心的に配置された２個の電動機４４，４５を備えている。操舵ロッド２３７，２３８はボールねじロッドとして形成されている。両電動機４４，４５によって冗長的な駆動装置設計が実現される。両電動機４４，４５は２個の遊星歯車装置５０，５１を介して、２個のボールねじ装置２４１，２４２の２個のナット２３９，２４０を駆動し、駆動トルクを、操作力と、両タイロッド５３，５４を介して連結された車輪１６，１７の操舵運動に変換する。
【００８５】
両操舵ロッド２３７，２３８の変位を検出するために、それぞれ１個の冗長変位センサ２４３，２４４がそれぞれ１個のアクチュエータ１２，１３に設けられている。検出された操舵ロッド変位に応じて、操舵角２０５と第２の操作力シミュレータ８の調整のための目標値が中央制御ユニット４によって求められる。中央制御ユニット４はステアリングホイール１の範囲または車軸操舵モジュール２１０内に一体化可能である。要求された目標値が達成されると、すなわち車輪１６，１７の操舵角２０５が達成されると、作用するタイロッド力に応じて、車輪安定保持トルクが電動機４４，４５で生じる。
【００８６】
操舵ロッド２３７，２３８は好ましくは、車軸操舵モジュール２０１の中央に設けられた分離範囲２４５を備えている。操舵ロッド２３７，２３８は１本の連結棒２４６によって連結されている。この連結棒は両操舵ロッドの一方（ここでは操舵ロッド２３７）に固定連結され、そして予圧縮され変位を制限される圧縮ばね２４７を介して他方の操舵ロッド（ここでは操舵ロッド２３８）内に部分弾性的に配置されている。従って、他方の操舵ロッド２３８は少なくとも連結棒２４６の運動の区間において、中空シリンダとして形成されている。両操舵ロッド２３７，２３８は調節されたばね圧縮の下方で、操舵ロッド変位２０４の移動方向において（並進的に）、連続する１本の剛性操舵ロッドのように作用する。
【００８７】
両ボールねじ装置２４１，２４２の両ねじ付きナット２３９，２４０は２個のアキシャルアンギュラ玉軸受２５０，２５１の２個の内側リング２４８，２４９と、通電していないときに閉じる電気機械式クラッチ２５４の２個のクラッチディスク２５２，２５３を介して、遊びのないようにかつ形状拘束的に回転するように互いに連結されている。普通の操舵機能では、両電動機４４，４５はクラッチ２５４を介して互いに連結され、それによって操舵ロッド２３７，２３８を平行に駆動することができる。欠陥がある場合、すなわち１個の電動機４４，４５の故障時に、正常な電動機は冗長的に形成された電動機制御装置によって、両操舵ロッド２３７，２３８の全体の調節運動を行う（冗長的な駆動装置設計）。そして、欠陥のあるアクチュエータ１２，１３は純機械的に一緒に動かされる。
【００８８】
アキシャルアンギュラ玉軸受２５０，２５１の内側リング２４８，２４９は好ましくは、ねじ付きナット２３９，２４０の収容部として、両遊星キャリヤ２１２，２１６の収容部としておよび両クラッチディスク２５２，２５３の収容部として形成され、一緒に機能的な１個のアセンブリを形成する。その際、アキシャルアンギュラ玉軸受２５０，２５１は操舵ロッド２３７，２３８の発生する調節力を受け止め、両アキシャルアンギュラ玉軸受２５０，２５１の２個の外側リング２５５，２５６を経てケーシング２１９に導く。外側リング２５５，２５６には、調節力を検出するためおよび第２の操作力シミュレータ８で作用する調節力をフィードバックするための２個の力センサ３５７，３５８を統合することができる。同時に、力センサ３５７，３５８を妥当性チェックおよびシステム検査のために使用することができる。
【００８９】
遊星歯車装置５０，５１の場合、ロータ２１０，２１１が固定の軸受２２１，２２２と可動の軸受２２３，２２４を介して、横方向力を生じないようにケーシング２１９に支承されている。このケーシングは同時にステータ２２５，２２６を収容する働きをする。それによって、ロータとステータの間の小さな空隙が達成される。これは全体効率を高めるように作用する。同時に、遊星歯車装置５０，５１の太陽歯車２２７，２２８はロータ２１０，２１１の構成要素であり、遊星歯車２２９，２３０によって遊星キャリヤ２１２，２１３を駆動する。この遊星歯車はアキシャルアンギュラ玉軸受２５０，２５１の外側リング１３９，１４０内にある内歯歯車２３１，２３２に支持されている。操舵ロッド２３７，２３８のスピンドル状範囲における、発生する駆動トルクの支持は、ケーシング２１９に統合された両回転防止機構２３３，２３４を介して行われる。この回転防止機構は操舵ロッド２３７，２３８の直線軸受機能を発揮する。
【００９０】
例えばダイナミックな操舵介入のために、基本的に独立して操作可能な操舵ロッド２３７，２３８に基づいて、その都度他方の車輪に依存してないで片側の操舵角調節を行うことができる。これは図１０に示してある。左側の車輪１６は右側の車輪１７に対して角度の差２５９だけ揺動している。
【００９１】
同様に、図１１に示したボールねじ装置の回転するナット２３９，２４０の代わりに、回転するボールねじ装置ロッドを設けることができる（図示していない）。この場合、力は例えば１個の遊星歯車装置１５０，１５１とプロペラシャフトとを介して、タイロッド５３，５４に連結されたボールねじ装置ロッドに伝達される。その際、ケーシングも二分割可能であるので、各アクチュエータ１２，１３がケーシング部分に付設されている。両アクチュエータは好ましくはクラッチ５２によって連結されている。このクラッチは少なくとも所定の範囲において車輪１６，１７を個別的に調節することができる。
【００９２】
電気機械式クラッチ２５４が図１１に詳しく示してある。両操舵ロッド２３７，２３８の直線運動を互いに分離し、片側の車輪の操舵角調節を実現するために、クラッチ２５４が設けられている。これは電気機械式クラッチ２５４の開放、すなわち通電によって行われる。クラッチ２５４が開放すると、両ナット２３９，２４０は回転運動的に互いに分離され、各々の電動機４４，４５は要求される操舵角の差３５９を、機械的に制限された許容される調節範囲２６０に調節することができる。この場合、調節は力センサと冗長的な変位センサによって検出された値に応じて行われる。クラッチ２５４はクラッチディスク２５２，２５３のほかに、極要素２６１、圧縮ばね２６２、クラッチセンサ２６３およびコイル２６４を備えている。両クラッチディスク２５２，２５３は確実で大きなトルクの伝達のために、好ましくはそのクラッチ面２６５で互いに形状拘束的に連結可能である。更に、クラッチ面２６５は所定の形状付与によって、１カ所で、特に両操舵ロッド２３７，２３８の普通の位置でのみロックされるように形成可能である。ケーシング２１９に固定連結された極２６１のコイル２６４に通電すると、一方のクラッチディスク２５３は圧縮ばね２６２に抗して引っ張られ、クラッチ２５４を開放する。クラッチの切離しと接続はクラッチセンサ２６３によって感知および監視される。クラッチディスク２５２はアーマチュアとして形成され、一方のアキシャルアンギュラ玉軸受２５０の内側リング２４８上に軸方向に摺動可能である。トルクの伝達はクラッチディスク２５２とアキシャルアンギュラ玉軸受２５０との成形部によって行われる。操舵角の差の操舵調整が終了すると、両電動機４４，４５によって操舵ロッド２３７，２３８がその普通位置または出発位置に戻され、コイル電流が低下し、両クラッチディスク２５２，２５３が圧縮ばね２６２によってその普通位置または出発位置にロックされる。このクラッチ接続はクラッチセンサ２６３によって感知される。そして、操舵角２０５の他の調整は普通操舵機能によって行われる。
【００９３】
図８，９に示した車軸操舵モジュールの作用が図１２〜１４に詳しく説明してある。モータモジュールが故障すると、安全設計により、車輪１６，１７の両操舵ロッド２３７，２３８が補助作用するばね力２７２によって出発位置に機械的に戻され、両ねじ付きナット２３９，２４０は好ましくは形状拘束的に形成されたクラッチ２５４によてその普通位置でロックされる（図１２，１２ａ参照）。圧縮ばね２４７は最大長さを有し、両連動ディスク２６６，２６７によって連結棒２７０，２７１の外側の２つのストッパーと中空軸２７５，２７６の両ストッパーに支持される。正常なアクチュエータは電動機が正常に機能する普通操舵機能を発揮する。
【００９４】
操舵ロッドの独立した調節範囲は基本的には、２個の操舵ロッド２３７，２３８を連結する構成要素の形状および構造、特に連結棒２４６と圧縮ばね２４７とそれらに隣接する部品によって設定される（図１３，１４ａ参照）。操舵角の差の調整中の両操舵ロッド２３７，２３８の許容される機械的調節範囲２６０は、２個の連動ディスクに関連しておよび連結棒の内側のストッパー２６８，２６９および外側のストッパー２７０，２７１と操舵ロッド中空軸２３８のストッパー２７５，２７６を介して、統合、拘束および予圧縮された圧縮ばね２４７によって実現される。ストッパーによるこの制限によって、操舵角の差は純機械的に調節不可能である。これは、両車輪１６，１７がこの範囲の上方で互いに固定連結されることを意味する（安全設計）。操舵角の差の調整の際、両操舵ロッド２３７，２３８は互いに摺動する。この場合、圧縮ばね２４７は連結棒２４６またはその端片２７７と２個の連動ディスク２６６，２６７によって機械的なストッパー２７０，２７１まで更に予圧縮可能である。この機能は操舵ロッド２３８内の圧縮ばね２４７の外側の拘束部と、連結棒２４６による圧縮ばね２４７の内側の拘束部とによって、両方向で保証される。操舵角の差の機械的な制限は第１の端位置（図１３，１３ａ参照）と第２の端位置（図１４，１４ａ参照）によって与えられる。
【００９５】
図１２，１２ａに示した操舵ロッド２３８が右側に（矢印２７８方向に）移動し、操舵ロッド２４６が移動しないと、中空軸２３８の第１のストッパー２７５によって、左側の連動ディスク２６６が右側に摺動し、ばねが、図１３，１３ａに示した第１の端位置に達するまでばね力に抗して圧縮される。このばねはその右側で右側の連動ディスク２６７を介して、連結棒２４６の定置された端片２７７の第２の外側のストッパー２７１によって定置保持される。第１の端位置（図１３，１３ａ）において、圧縮ばね２４７は最小の長さを有し、両連動ディスク２６６，２６７によって一方では中空軸２３８の第１のストッパー２７５に支持され、他方では連結棒２４６の端片２７７の第２の外側のストッパー２７１に支持される。
【００９６】
図１２，１２ａに示した操舵ロッド２３８が左側に（矢印２７９方向に）移動し、操舵ロッド２４６が移動しないと、中空軸２３８の第２のストッパー２７６によって、右側の連動ディスク２６７が左側に摺動し、ばね２４７が、図１４，１４ａに示した第２の端位置に達するまでばね力に抗して圧縮される。このばねはその左側で左側の連動ディスク２６６を介して、連結棒２４６の定置された端片２７７の第１の外側のストッパー２７０によって定置保持される。第２の端位置（図１４，１４ａ）において、圧縮ばね２４７は同様に最小の長さを有し、両連動ディスク２６６，２６７によって一方では中空軸２７６の第２のストッパーに支持され、他方では連結棒２４６の端片２７７の第１の外側のストッパー２７０に支持される。これは、操舵角の差の調整のために、圧縮ばね２４７による既存の増大するばね力によって、電動機４４，４５の追加モータトルクを加えなければならないことを意味する。
【００９７】
この実施の形態は特に、ボールねじ装置２４１，２４２のねじ付きナット２３９，２４０が直接駆動可能であり、それによって両車輪１６，１７が操舵ロッド２３７，２３８に統合された連結棒２４６と、統合され予圧縮された圧縮ばね２４７によって遊びのないように互いに連結可能であるという利点がある。これにより、ばね予圧縮の下方では両操舵ロッド２３７，２３８が機能的には一体であると見なすことができる。このシステムは更に、１つの位置に形状拘束的にロックされたクラッチ２５４と、機械的に制限された調節範囲２６０と、連結棒２４６によって作用する予圧縮された圧縮ばね２４７とによって、操舵角の差の調整のための安全なクラッチ設計を有する。
【００９８】
図１５には、２個のアクチュエータ１２，１３を介して調節可能な２個の操舵ロッド２３７，２３８を備えた車軸操舵モジュールが示してある。両アクチュエータ１２，１３が共通の１個のケーシング２１９内に配置された前述の実施形と異なり、ここでは両アクチュエータがそれぞれ１個のケーシング２８０，２８１内に配置され、クラッチ２８２を介して互いに連結されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による車両操舵装置の概略図である。
【図２】 図２は冗長制御要素を備えた本発明による車両操舵装置の回路図である。
図２ａは冗長制御要素を備えた本発明による車両操舵装置の他の実施の形態の回路図である。
【図３】 電気機械式ブレーキと関連して本発明による車両操舵装置を示す回路図である。
【図４】 ２個のアクチュエータを有する車軸操舵モジュールを備えた本発明による車両操舵装置を示す図である。
【図５】 連続する操舵タイロッドとボールねじ装置と遊星歯車装置を備えた本発明による車軸操舵モジュールの断面図である。
【図６】 本発明による車軸操舵モジュールの、図５に示した断面の一部の拡大図である。
【図７】 連続する操舵タイロッドと、ボールねじ装置と、遊星歯車装置の代わりにクラッチを備えた本発明による車軸操舵モジュールの断面図である。
【図８】 分割された操舵タイロッドとボールねじ装置と遊星歯車装置を備えた本発明による車軸操舵モジュールの断面図である。
【図９】 本発明による車軸操舵モジュールの、図８に示した断面の一部の拡大図である。
【図１０】 車輪毎に車輪を調節するための２個のアクチュエータを有する車軸操舵モジュールを備えた本発明による車両操舵装置を示す図である。
【図１１】 図９，１０に示した、右側と左側のアクチュエータの間のクラッチの拡大図である。
【図１２】 図１２は図９，１０に示した車軸操舵モジュールの第１の位置を示す図である。
図１２ａは図１２に示した車軸操舵モジュールの拡大図である。
【図１３】 図１３は図９，１０に示した車軸操舵モジュールの第２の位置を示す図である。
図１３ａは図１３に示した車軸操舵モジュールの拡大図である。
【図１４】 図１４は図９，１０に示した車軸操舵モジュールの第３の位置を示す図である。
図１４ａは図１３に示した車軸操舵モジュールの拡大図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２，３ ステアリングホイールの冗長的なセンサ
４ 中央制御ユニット
５，６ ステアリングホイール
７ 受動式操作力シミュレータ
８ 電気機械式操作力シミュレータ
９ 電気機械式操作力シミュレータへのデータ伝送線
１０ 車速検出装置
１１ 中央制御ユニットへのデータ伝送線
１２，１３ アクチュエータ
１４，１５ アクチュエータへのデータ伝送線
１６，１７ 操舵可能な車輪
１８ 操舵可能な車軸
１９，２０ アクチュエータの冗長変位センサ
２１，２２ アクチュエータからのデータ伝送線
３０，３１ ステアリングホイールのセンサのＡ／Ｄコンバータ
３２，３３ ステアリングホイールのセンサのＡ／Ｄコンバータの
出力部
３４，３５ 操舵システムのバスシステム
３６ 車両バスシステム（ＣＡＮ）
３７ 電気機械式シミュレータのモータ
３８ 電気機械式シミュレータの伝動装置
３９ ステアリングホイールの軸
４０，４１ 中央制御ユニットのプロセッサ
４２ 電気機械式シミュレータのスイッチ
４３ 第１の電気エネルギー源
４４，４５ アクチュエータのモータ
４６〜４９ アクチュエータのプロセッサ
５０，５１ アクチュエータのギヤユニット
５２ アクチュエータのクラッチ
５３，５４ タイロッド
５５，５６ アクチュエータの入出力部
５７，５８ アクチュエータの電子ユニット
５９ 車両バスシステム（ＣＡＮ）に至る入出力部
６０ 第２の電気エネルギー源
６１，６２ 電気エネルギー源の電子モジュールユニット
６３，６４ 電気エネルギー源の入出力部
６５，６６ 車両バッテリ
６７，６８ 構成要素の給電線
６９，７０ アクチュエータのスイッチ
７１ 車両ジェネレータ
８０ 中央制御兼調整ユニット（中央ユニット）
８１〜８４ 車輪ブレーキモジュール
８５〜８８ 車輪ブレーキモジュールのアクチュエータ
８９〜９２ 車輪ブレーキモジュールの伝動装置
９３〜１００ 車輪ブレーキモジュールのプロセッサ
１０１〜１０４ 車輪ブレーキモジュールの入出力部
１０５，１０６ ブレーキおよび操舵装置バスシステム
１０７ ブレーキ操作装置
１０８ ブレーキペダル
１０９ ブレーキ操作装置の操作変位シミュレータ
１１０，１１１ ブレーキ操作装置のセンサ
１１２，１１３ ブレーキ操作装置の出力部
１１４，１１５ 中央制御兼調整ユニット（中央ユニット）の中央プロ
セッサ
１１６ 駐車ブレーキ操作装置
１１７，１１８ 構成要素の給電線
１１９ 中央の車両プロセッサ
１５０，１５１ アクチュエータの回転／回転式伝動装置
２０１ 車軸操舵モジュール
２０２ 操作力シミュレータ（操舵シミュレータ）
２０３ 操舵ロッド
２０４ 操舵ロッド変位
２０５ 操舵角
２０６ ボールねじ装置のナット
２０７ ボールねじ装置
２０８，２０９ 操舵ロッドの変位センサ
２１０，２１１ モータのロータ
２１２，２１３ 遊星キャリヤ
２１４ 内側リング
２１５ アキシャルアンギュラ玉軸受
２１８ 外側リング
２１９ ケーシング
２２０ 力センサ
２２１，２２２ 固定の軸受
２２３，２２４ 可動の軸受
２２５，２２６ ステータ
２２７，２２８ 太陽歯車
２２９，２３０ 遊星歯車
２３１，２３２ 内歯歯車
２３３，２３４ ねじれ防止機構
２３５，２３６ クラッチ
２３７，２３８ 操舵ロッド
２３９，２４０ ボールねじ装置のナット
２４１，２４２ ボールねじ装置
２４３，２４４ 変位センサ
２４５ 操舵ロッドの分離範囲
２４６ 連結棒
２４７ 連結棒の圧縮ばね
２４８，２４９ アキシャルアンギュラ玉軸受の内側リング
２５０，２５１ アキシャルアンギュラ玉軸受
２５２，２５３ クラッチディスク
２５４ 電気機械式クラッチ
２５５，２５６ アキシャルアンギュラ玉軸受の外側リング
２５７，２５８ 力センサ
２５９ 操舵角の差
２６０ 機械的に制限された調節範囲
２６１ 極要素
２６２ 電気機械式クラッチの圧縮ばね
２６３ クラッチセンサ
２６４ コイル
２６５ クラッチ面
２６６，２６７ 連動回転ディスク
２６８，２６９ 連結棒の内側ストッパー
２７０，２７１ 連結棒の外側ストッパー
２７２，２７３ モータ制御装置
２７４ ボールねじ装置のボール
２７５，２７６ 操舵ロッド中空軸の機械式ストッパー
２７７ 連結棒の端片
２７８，２７９ 操舵ロッドの移動方向
２８０，２８１ アクチュエータのケーシング
２８２ アクチュエータ間のクラッチ

Claims (13)

1. 運転者によって操作可能である操舵操作装置と、
   設定された所定の操作抵抗を発生するための、少なくとも１個の操作力シミュレータと、
   車体に設けられた、操舵可能な車軸の車輪対の操舵可能な各々１個の右側と左側の車輪を制御するための各々１個の電気機械式アクチュエータと、
   操舵可能な車軸に付設された両アクチュエータの一方が故障したときまたは異常があるとき、正常に機能しているその都度他方のアクチュエータによって、この車軸の両車輪の制御を行うための手段と、
   操舵操作装置によって操作可能である、アクチュエータのための操舵角目標値のための少なくとも１個の目標値設定装置と、
   車輪の操舵角を感知する少なくとも１個の実際値感知装置と、
   実際値感知装置の信号（実際値）と目標値設定装置の信号（目標値）の比較に依存して電気機械式アクチュエータを制御し、実際値感知装置によって感知された操舵角の実際値が、操舵操作装置の操作によって設定された目標値設定装置によって設定された操舵角目標値に調節される中央制御ユニットと、
   中央制御ユニットと電気機械式アクチュエータとの間でデータ通信を行うデータ伝送ユニットとを備えている車両操舵装置であって、
   中央制御ユニットが、欠陥がある場合に中央制御ユニットが、他のシステム構成要素に制御機能を及さないよう、“フェイル−サイレント”に従って形成され、かつ２個のプロセッサ（４０，４１）を有する冗長プロセッサユニットを備えていること、および、
   アクチュエータ（１２，１３）が、欠陥がある場合に電子モジュールユニットが、他のシステム構成要素に制御機能を及ぼさないよう、“フェイル−サイレント”に従って形成され、かつ少なくとも各々１個の電気機械式アクチュエータ要素（４４，４５）と、２個のプロセッサ（４６〜４９）を有する各々１個の冗長電子モジュールユニットを備えていることを特徴とする車両操舵装置。
2. 各電気機械式アクチュエータにそれぞれ、独立したエネルギー供給源からエネルギーが供給されることを特徴とする請求項１記載の車両操舵装置。
3. アクチュエータの電子モジュールユニットが欠陥を認識し、欠陥が認識されたときに、車両操舵装置のシステムにメッセージを出力し、欠陥のあるアクチュエータを遮断することを特徴とする請求項１または２記載の車両操舵装置。
4. 車両操舵装置が、アクチュエータのための操舵角目標値のための２つの目標値設定装置と、車輪の操舵角を検知する２個の実際値感知装置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車両操舵装置。
5. アクチュエータのための操舵角目標値のための目標値設定装置と、車両の操舵角を感知する実際値感知装置が冗長的に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の車両操舵装置。
6. 少なくともアクチュエータと中央制御ユニットの間に二重に形成されたデータバスが、データ伝送ユニットとして設けられてい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車両操舵装置。
7. データ伝送ユニットとして、アクチュエータと中央制御ユニットの間にそれぞれ１つのデータバスが設けられてい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車両操舵装置。
8. 現在の車両状態に関する情報を受信するために、中央制御ユニットが車両バスシステムに接続されてい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車両操舵装置。
9. 設定された所定の操作抵抗を発生するために、操舵操作装置が機械式または機械油圧式の第１の操作力シミュレータに駆動連結されていることと、操舵操作装置が電気的に操作可能な第２の操作力シミュレータに作用連結され、操舵操作装置が、少なくとも実際値に応じて、第２の操作力シミュレータを制御す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車両操舵装置。
10. 中央制御ユニットが車両の電子式ブレーキシステムに接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の車両操舵装置。
11. 車両操舵装置の中央制御ユニットと、車両の電子式ブレーキシステムの中央制御ユニットが、個々のモジュールとして共通の１個のケーシング内に配置されていることを特徴とする請求項１０記載の車両操舵装置。
12. 車両操舵装置と車両の電子式ブレーキシステムのために、共通の１個の中央制御ユニットが設けられていることを特徴とする請求項１１記載の車両操舵装置。
13. 車体に設けられた、操舵可能な車軸の車輪対の操舵可能な各々１個の右側と左側の車輪を制御するためのそれぞれ２個の電気機械式アクチュエータが、少なくとも１個の操舵ロッドと関連して、車軸操舵モジュールとして形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の車両操舵装置。

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