JP5186657B2 - 自動車のステアリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、自動車のステアリングシステムであって、ステアリングホイールを備え、ステアリングホイールがステアリングコラムのステアリングピニオンを介してラックに係合し、ステアリングホイールを介して運転者によってステアリングモーメントがラックに付与可能であり、電気的な駆動装置と変速段とを有するステアリングモーメントアシストユニットを備え、ステアリングモーメントアシストユニットの、変速段を介してラックに係合する電気的な駆動装置を介してアシストステアリングモーメントをラックに付与可能である、自動車のステアリングシステムに関する。

ＤＥ１０２００５０３２０３７Ｂ４において自動車のためのステアリングシステムが公知となっている。このステアリングシステムでは、ステアリングコラムのステアリングピニオンを介してラックに係合するステアリングホイールを介して、ステアリングモーメントをラックに伝達できる。更に上記先行技術によるステアリングシステムは、電気的なステアリングモーメントアシストユニットを有している。ステアリングモーメントアシストユニットは電気的な駆動装置を有している。この構成において、ステアリングモーメントアシストユニットによって電気的なアシスト力をラックに付与することができる。

ＤＥ１０２００５０３２０３７Ｂ４

この種の電気的なステアリングモーメントアシストユニットを備えたステアリングシステムにおいては、ステアリングホイールにおいて運転者に重要な操舵フィーリングを提供することは困難である。なぜならば電気的なステアリングモーメントアシストユニットは大きな慣性、特に回転慣性を有しているからである。これにより走行路信号（Ｆａｈｒｂａｈｎｓｉｇｎａｌｅｎ）のステアリングホイールへの伝達は著しく減じられる。これにより最終的にローパスフィルタによるフィルタリングが行われ、運転者にとっての確実な操舵フィーリングが僅かになることの原因となる。従って運転者にとって確実な操舵フィーリングを提供し、また運転者にとっての操舵フィーリングを改良することができる、電気的なステアリングモーメントアシストユニットを備えたステアリングシステムに対する需要がある。

このことに基づいた本発明の根底にある課題は、操舵フィーリングを改良できる、自動車の新式のステアリングシステムを提供することである。

上記課題を解決するために本発明に係る自動車のステアリングシステムは、少なくとも１つのセンサが、ステアリングモーメントアシストユニットの支承体に作用する支承力を測定技術的に検出し、ステアリングモーメントアシストユニットが、運転者によって付与されたステアリングモーメントと測定技術的に検出された支承力とに基づいてアシストステアリングモーメントを形成するようになっている。

本発明の有利な構成は従属請求項を対象としている。

即ち、本発明において、好ましくは、測定技術的に検出された支承力が実際のラック力に比例している。

好ましくは、１つ又は各センサがステアリングモーメントアシストユニットの支承体に作用する支承力を、検出される支承力がステアリングモーメントアシストユニットの回転慣性に左右されないように直接的に又は間接的に検出する。

好ましくは、ステアリングモーメントアシストユニットの変速段が、支承体を介してステアリングケーシングに支承されており、１つ又は各センサが１つの支承体に作用する支承力を測定技術的に検出する。

好ましくは、ステアリングモーメントアシストユニットの変速段が、弾性的な支承体を介してステアリングケーシングに支承されており、支承力が、弾性的な支承体に対する変速段の移動、及び弾性的な支承体の剛性から間接的に算出される。

好ましくは、少なくとも２つのホールセンサが弾性的な支承体に対する変速段の移動を検出する。

好ましくは、非弾性的な支承体を介してステアリングケーシングに支承されており、支承力が直接算出される。

好ましくは、少なくとも２つの圧電性のセンサが支承力を検出する。

本発明によれば、少なくとも１つのセンサがステアリングモーメントアシストユニットの支承体に作用する支承力を測定技術的に検出し、ステアリングモーメントアシストユニットはアシストステアリングモーメントを、運転者によって与えられるステアリングモーメント及び測定技術的に検出される支承力に基づいて形成する。

本発明の意図するところは、本発明によるステアリングシステムにおいて、電気的なステアリングモーメントアシストユニットの支承体に作用する支承力を測定技術的に検出することである。

本発明によれば、ラックに設けられているステアリングモーメントアシストユニットによって付与されるアシストステアリングモーメントは、運転者により付与されるステアリングモーメント、更に測定技術的に検出された支承力に基づく。従って電気的なステアリングモーメントアシストユニットの大きな慣性を回避することにより、運転者に良好な操舵フィーリングを提供することができる。

有利には、ステアリングモーメントアシストユニットの変速段は支承体を介してステアリングケーシングに支承されていてよい。この場合、１つ又は各センサは支承体に作用する支承力を測定技術的に検出する。こうしてステアリングシステムの頑丈さ及び信頼性は、特にアシストステアリングモーメントの形成を考慮して、更に改良される。

本発明の有利な構成は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。

本発明に係るステアリングシステムの極めて概略的な図である。 本発明に係るステアリングシステムを明確にするためのブロック図である。 図１のステアリングシステムの断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１には自動車のステアリングシステムの概略図が示されている。ステアリングシステムはラック１０を有している。ラック１０にタイロッド（図示せず）を介してホイール１１，１２が係合している。更にステアリングシステムの構成部材として、ステアリングコラム１５のステアリングピニオン１４を介してラック１０に連結されているステアリングホイール１３がある。ステアリングホイール１３を介して運転者によってステアリングモーメントＭ_Ｌをラック１０に付与できる。ステアリングコラム１５は、例えば機械的、液圧的又は電気的なステアリングコラムであってよい。

更に図１のステアリングシステムは電気的なステアリングモーメントアシストユニット１６を有している。ステアリングモーメントアシストユニット１６は電気的な駆動装置１７と変速段１８とを有している。この構成では、電気的な駆動装置１７は変速段１８を介してラック１０に係合している。電気的な駆動装置１７によって電気的なアシストステアリングモーメントＭ_Ｍが、変速段１８を介してラック１０に付与可能である。図１によれば電気的なステアリングモーメントアシストユニット１６は支承体１９を介してステアリングケーシング２０に支承されている。支承体１９はステアリングケーシング２０とステアリングモーメントアシストユニット１６の変速段１８との間に形成されている。

走行中にラック１０に走行路信号として、いわゆるタイロッド力Ｆ_ＳＬ，Ｆ_ＳＲが作用する。電気的なステアリングモーメントアシストユニット１６は大きな慣性質量体を有しているので、タイロッド力Ｆ_ＳＬ，Ｆ_ＳＲは、先行技術から公知のステアリングシステムにおいては、ステアリングモーメントアシストユニット１６によってフィルタリングされ、少なくとも部分的に吸収される。その結果、先行技術から公知のステアリングシステムの場合には、走行路信号は不完全にしかステアリングホイール１３に伝達できない。先行技術から公知のステアリングシステムの場合には、一般的にローパスフィルタによるフィルタリングが行われる。重要な走行路信号はステアリングホイール１３を介して運転者には伝達されず、運転者には確実な操舵フィーリングは伝えられない。

本発明の意図するところは、ステアリングモーメントアシストユニット１６の支承体１９に走行運転中に作用する支承力Ｆ_Ｇを、少なくとも１つのセンサによって測定技術的に検出することを提案することである。この場合、測定技術的に検出された支承力Ｆ_Ｇは、ラック１０に実際に作用するラック力Ｆ_ＳＬ，Ｆ_ＳＲに比例している。この場合、測定技術的に検出された支承力Ｆ_Ｇと、運転者により付与されたステアリングモーメントＭ_Ｌとに基づき、ラック１０に設けられているステアリングモーメントアシストユニット１６の駆動装置１７は、電気的なアシストステアリングモーメントＭ_Ｍを提供する。こうして確実な操舵フィーリングを提供でき、運転者に走行路信号を伝達することができる。走行路信号は、例えば路面における表面状態及び／又は路面の変化を示す。

運転者により付与されたステアリングモーメントＭ_Ｌと、測定技術的に検出された支承力Ｆ_Ｇとに基づく、ステアリングモーメントアシストユニット１６の電気的な駆動装置１７による電気的なアシストステアリングモーメントＭ_Ｍの提供は、図２に明示されている。従って図２によれば、運転者によって付与されたステアリングモーメントＭ_Ｌは、入力量としてブロック２１に供給可能である。この場合にはブロック２１において、運転者によって付与されたステアリングモーメントＭ_Ｌは、特にステアリング角及び／又はステアリング速度及び／又は走行速度に基づき増幅される。測定技術的に検出された支承力Ｆ_Ｇはブロック２２に供給される。ブロック２２において測定技術的に検出された支承力は対応するモーメントに換算される。ブロック２１の出力量は入力量としてブロック２３に供給される。ブロック２３において選択的なフィルタリングが行われる。更にブロック２１の出力量をブロック２２の出力量と差引きし、この差引きによって算出された量がブロック２４に供給される。ブロック２４では同様に選択的なフィルタリングを行うことができる。この場合、ブロック２３及び２４の出力量は、図２によれば、駆動装置１７によって提供したい電気的なアシストステアリングモーメントＭ_Ｍの規定のために互いに差し引かれる。

従って電気的なステアリングモーメントアシストユニット１６を有する本発明のステアリングシステムでは、支承体１９に作用する支承力Ｆ_Ｇは測定技術的に検出される。電気的なステアリングモーメントアシストユニット１６は支承力Ｆ_Ｇによってステアリングケーシング２０に支承されている。測定技術的に検出された支承力Ｆ_Ｇと、運転者により付与されたステアリングモーメントＭ_Ｌとに基づき、電気的なアシストステアリングモーメントＭ_Ｍは規定される。

支承体１９に作用する支承力Ｆ_Ｇの測定技術的な検出は直接的に又は間接的に、とりわけ検出される支承力Ｆ_Ｇがステアリングモーメントアシストユニット１６の回転慣性に左右されずに行われる。これにより電気的なステアリングモーメントアシストユニット１６は大きな慣性質量体であるにもかかわらず、ステアリングシステムのステアリングホイール１３に走行路信号に基づく良好な操舵フィーリングを提供することができる。従って即ち検出された支承力Ｆ_Ｇは、実際に作用するラック力もしくは実際に作用するタイロッド力に比例している。

支承体１９に作用する支承力Ｆ_Ｇを測定技術的に検出するために、例えば以下に図３に基づき記載されているように実施することができる。図３にはボール循環式伝動装置が、ラック１０と、ボール循環式ナット２５と、玉軸受２６と共に示されている。この場合、玉軸受２６は受けとして形成されている。従って図３の実施の形態では、電気的なステアリングモーメントアシストユニット１６の変速段１８のボール循環式ナット２５が示されている。ステアリングモーメントアシストユニット１６はボール循環式ナット２５を介してラック１０に係合する。

ボール循環式ナット２５に係合する玉軸受２６を介して、変速段１８、ひいてはステアリングモーメントアシストユニット１６は支承体ケーシング２０に支承されている。支承体ケーシング２０における支持のために介在エレメント２７が設けられている。介在エレメント２７は、図３に示した実施の形態では弾性的な支承部として構成されている。従って玉軸受２６にエラストマが対応配置されている。玉軸受２６を介してステアリングケーシング２０の領域には弾性的な支承体、つまり介在エレメント２７が形成されている。介在エレメント２７は玉軸受２６とステアリングケーシング２０との間において、双方向矢印２８の方向における相対運動を可能にする。

図３によれば、支承体ケーシング２０に２つのセンサ２９が対応配置されている。２つのセンサ２９はホールセンサとして構成されていてよく、玉軸受２６に対応配置された磁石３０と協働する。

玉軸受２６と対応配置された磁石３０との、支承体ケーシング２０に対応配置されたセンサ２９に対する相対的な双方向矢印２８の方向における移動に基づき、センサ２９は、玉軸受２６ひいては変速段１８の、定置のステアリングケーシング２０に対する相対的な移動に対応する信号を提供する。前記移動及びエラストマとして形成された介在エレメント２７の剛性から、支承力Ｆ_Ｇが算出できる。

支承体ケーシング２０とステアリングモーメントアシストユニット１６との間における弾性的な支承体１９の、上記形式において測定技術的に算出された支承力Ｆ_Ｇは間接的にもたらされ、ステアリングモーメントアシストユニット１６の回転慣性に左右されない。この場合、少なくとも２つのセンサの使用により、確実性の理由から所望の冗長性が支承力の測定において提供される。

図示の実施の形態とは異なり、支承力を、有利には非弾性的な支承体において直接算出することもできる、即ち少なくとも１つの圧電性の、有利には圧電セラミック製のセンサを使用することによってである。

１０ ラック、 １１，１２ ホイール、 １３ ステアリングホイール、 １４ ステアリングピニオン、 １５ ステアリングコラム、 １６ ステアリングモーメントアシストユニット、 １７ 駆動装置、 １８ 変速段、 １９ 支承体、 ２０ ステアリングケーシング、 ２１，２２，２３，２４ ブロック、 ２５ ボール循環式ナット、 ２６ 玉軸受、 ２７ 介在エレメント、 ２８ 双方向矢印、 ２９ センサ、 ３０ 磁石、 Ｆ_Ｇ 支承力、 Ｆ_ＳＲ，Ｆ_ＳＬ タイロッド力、 Ｍ_Ｌ ステアリングモーメント、 Ｍ_Ｍ アシストステアリングモーメント

Claims (7)

1. 自動車のステアリングシステムであって、ステアリングホイールを備え、該ステアリングホイールがステアリングコラムのステアリングピニオンを介してラックに係合し、ステアリングホイールを介して運転者によってステアリングモーメントがラックに付与可能であり、電気的な駆動装置と変速段とを有するステアリングモーメントアシストユニットを備え、該ステアリングモーメントアシストユニットの、変速段を介してラックに係合する電気的な駆動装置を介してアシストステアリングモーメントをラックに付与可能である自動車のステアリングシステムにおいて、
   少なくとも１つのセンサが、ステアリングモーメントアシストユニット（１６）の支承体（１９）に作用する支承力を測定技術的に検出するように構成されていると共に、
   ステアリングモーメントアシストユニット（１６）の変速段（１８）が、支承体（１９）を介してステアリングケーシング（２０）に支承されており、前記センサ（２９）が前記支承体（１９）に作用する支承力を検出し、
   ステアリングモーメントアシストユニット（１６）が、運転者によって付与されたステアリングモーメントと、測定技術的に検出された支承力とに基づいてアシストステアリングモーメントを形成することを特徴とする、自動車のステアリングシステム。
2. 測定技術的に検出された支承力が実際のラック力に比例している、請求項１記載のステアリングシステム。
3. １つ又は各センサ（２９）が、ステアリングモーメントアシストユニット（１６）の支承体（１９）に作用する支承力を、前記検出される支承力がステアリングモーメントアシストユニット（１６）の回転慣性に左右されないように直接的に又は間接的に検出する、請求項１又は２記載のステアリングシステム。
4. ステアリングモーメントアシストユニット（１６）の変速段（１８）が、弾性的な支承体（１９）を介してステアリングケーシング（２０）に支承されており、支承力が、弾性的な支承体に対する変速段の移動、及び弾性的な支承体の剛性から間接的に算出される、請求項１記載のステアリングシステム。
5. 少なくとも２つのホールセンサ（２９）が弾性的な支承体（１９）に対する変速段（１８）の移動を検出する、請求項４記載のステアリングシステム。
6. ステアリングモーメントアシストユニットの変速段が、非弾性的な支承体を介してステアリングケーシングに支承されており、支承力が直接算出される、請求項１記載のステアリングシステム。
7. 少なくとも２つの圧電性のセンサが支承力を検出する、請求項６記載のステアリングシステム。

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