JP5620013B2 - ２つの操舵車軸を有する自動車用のパワーステアリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、２つの操舵車軸を有する自動車、特に大型トラック等の産業車両用のパワーステアリングシステムに関する。

パワーステアリングシステムは、何年もの間、自動車、特に産業車両において標準の機能となってきた。こうしたシステムは、自動車のかじ取りハンドルから操向輪へと機械的に伝達される運転者の作用力を補う力を車輪に操舵用油圧アクチュエータを介して加えることにより、自動車の運転者を補助する。従って、かじ取りハンドルを回す時に運転者にはより小さい作用力が求められ、自動車をより容易に操作することができる。

２つの操舵車軸を有する自動車用のパワーステアリングシステムも知られている。このような先行技術のシステムを図１に示すと共に、以下に説明する。記載の例において、自動車は２つの前車軸を有しており、２つの操舵車軸はこれらの２つの前車軸である。それにも係わらず、場合によっては、一方の操舵車軸が前車軸であってもよく、第２の操舵車軸が後車軸であってもよい。

自動車は、２つの第１の車輪１０１を繋ぐ第１の操舵車軸１００と、２つの第２の車輪１０３を繋ぐ第２の操舵車軸１０２とを備え、第２の操舵車軸１０２は第１の操舵車軸１００より後方に配置される。

一般に、このパワーステアリングシステム１０４は、かじ取りハンドル１０６の動きがステアリングコラム１０７により伝達される油圧アクチュエータ（図示せず）を含むかじ取り歯車１０５を備える。この動きは、ポンプ（図示せず）からの油圧によって増強されると共に、然る後に機械的機構１０８により第１の車輪１０１の一方に伝達される。横方向のトラックロッド１０９は、この第１の車輪の動きを他方の第１の車輪に伝達する。

第２の車軸１０２に対するかじ取りは、１つ以上の連結ロッド１１０と、車枠に固定されて設けられることがある中間アーム１１１と、かじ取り歯車１０５の油圧アクチュエータに油圧的に接続される第２のアクチュエータ１１２とにより達成される。連結ロッド１１０の目的は、第１の車軸１００のかじ取り角に従って第２の車軸１０２のかじ取り角を設定する一方で、第２のアクチュエータ１１２を用いてサーボ動力を第２の車軸１０２に伝達することにある。

しかし、このような従来式パワーステアリングシステムの２つの重要な欠点は、重く且つ高費用な部品を備えることと、空間を必要とする一方で対応する空間配分が一般に限られることとである。従って、このようなシステムの実施は、組立作業の重労働化に繋がると共に、車輪及び／又は車枠の大きさによって多少の制限を伴う。

従って、幾つかの観点から、自動車用パワーステアリングシステムを改良する余地があると思われる。

本発明の目的は、２つの操舵前車軸、即ち２つの第１の車輪を繋ぐ第１の操舵車軸と２つの第２の車輪を繋ぐ第２の操舵車軸とを有する自動車用の改良型パワーステアリングシステムを提供することにある。

これらの２つの操舵車軸は２つの前車軸であってよい。このような場合は、第２の操舵車軸は第１の操舵車軸の後方に配置されてよいが、その逆も可能である。

本発明のまた他の目的は、先行技術のシステムほど空間を必要とせず、且つより軽量化される一方で、しかも効果的な且つ信頼性あるパワーステアリングシステムを提供することにある。

好ましくは、このパワーステアリングシステムは、自動車のかじ取りハンドルから第１の操舵輪に動きを伝える機械伝動装置を備える。

本発明によれば、このようなパワーステアリングシステムは：
−第１の車輪（８）の少なくとも一方のかじ取りを制御するように設計される第１の制御装置（１４）であって、
−自動車のかじ取りハンドルから第１の車輪の少なくとも一方に動きを伝える機械伝動装置と；
−力制御される第１の油圧アクチュエータ（１６）とを含む第１の制御装置（１４）と；
−第２の車輪の少なくとも一方のかじ取りを制御するように設計される第２の制御装置であって、
−力制御される第２の油圧アクチュエータと；
−第２の油圧アクチュエータと同時に第２の車輪の少なくとも一方に作用を及ぼすことができる追加のアクチュエータであって、位置指示に対して制御装置により変位制御される追加のアクチュエータとを含む第２の油圧アクチュエータとを備える。

このため、本発明に従ったパワーステアリングシステムでは、第１の車輪は、力制御される第１の油圧アクチュエータを手段として、例えば運転者がかじ取りハンドルに加える操舵作用力の関数として操舵補助作用力を受ける。

第２の車輪に関しては、かじ取りは、同時に作用する２つのアクチュエータ、即ち：
−力制御されると共に、一般に第１の油圧アクチュエータから、即ち第１の車輪に供給される操舵補助から作用力情報を導出することができる第２の油圧アクチュエータと；
−例えば、一般に適切なセンサにより検出される、操舵輪又はステアリングコラムのかじ取り角の関数として変位制御される追加のアクチュエータとを手段として行なわれる。

第２の車輪の適正な角位置は追加のアクチュエータを手段として達成可能であるため、必ずしも第１の車輪への機械的連結によってもたらされ且つ達成されなくてもよい。その結果として、先行技術の場合のようにパワーステアリングシステムに１つ以上の連結ロッドを設ける必要はなく、これは対応する欠点が回避されることを意味する。

更に、この配置により、例えば自動車の速度によって第２の車軸を第１の車軸と比べてオーバーステア又はアンダーステアして安定性を高めること、又は大角度／低速度でオーバーステアして操舵半径を小さくすることができる。

上記及びその他の特徴と利点とは、本発明に従ったパワーステアリングシステムの実施形態を非限定的な例として示す本明細書の添付図面を参照して以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。

以下の本発明の幾つかの実施形態の詳細な説明は、添付図面と併せて読むとよりよく理解できるが、本発明は開示の特定の実施形態に制限されないことを理解するべきである。

先行技術のパワーステアリングシステムの概略斜視図である。 ２つの操舵前車軸を有する自動車の側面図である。 図２の自動車において実施可能である本発明に従ったパワーステアリングシステムの概略斜視図である。

本発明は、２つの操舵前車軸を有する自動車用に意図されるパワーステアリングシステム１に関する。一般に、こうした自動車は、建設現場又は工事現場で用いられるような大型トラックであってよい。

このような自動車２を図２に示す。自動車は、車枠３と、運転台４と、例えばダンプ車体であってよい後側部分５とを備える。自動車２は、後車軸、一般に各々が２つの後輪６を繋ぐ２つの後車軸と、２つの操舵前車軸、即ち：
−２つの第１の車輪８を繋ぐ第１の操舵車軸７と；
−２つの第２の車輪１０を繋ぐ第２の操舵車軸９であって、第１の操舵車軸７より後方に配置される第２の操舵前車軸９とを有する。

自動車２は、以下に説明する、本発明に従ったパワーステアリングシステム１を備えてよい。

第１の車輪８のかじ取りは、従来式の第１の制御装置１４によって制御される。

図に示す実施形態において、第１の制御装置１４は、自動車のかじ取りハンドルから第１の車輪の少なくとも一方に動きを伝える従来式機械伝動装置を備える。この機械伝動装置は、機械的機構により第１の車輪８に接続されるかじ取り歯車１５を駆動するためにステアリングコラム１３に機械的に接続されるかじ取りハンドル１２又はその他の種類の運転者インタフェース部材を含んでよい。この機械的機構は、かじ取り歯車１５からドラッグリンク１９を介して上側ステアリングアーム１８にかじ取り動作を伝えるドロップアーム１７を含んでよい。この動作は、上側ステアリングアーム１８から、第１の車輪８を回すステアリングナックル２０へと続く。他方の第１の車輪８も回ることを確実にするために、かじ取りハンドルの動きはステアリングナックル２０から下側ステアリングアーム２１とトラックロッド２２と更に他の下側ステアリングアーム２３とを用いて他方の第１の車輪８のステアリングナックル２４に伝えられる。このように、第１の制御装置は、かじ取りハンドルの動きを第１の車輪８に伝える完全に機械的な伝動システムを備える。かじ取り歯車を、例えば、図の例の場合のようにボールナット形として、ステアリングコラムの回転動作を例えば垂直軸の周りにおけるまた他の回転動作に変えることができる。これに代わる方法として、かじ取り歯車をラックピニオン形として、ステアリングコラムの回転動作を線形動作に変換することもできる。

第１の制御装置は、力制御される第１の油圧アクチュエータ１６を備える。第１の油圧アクチュエータにより供給される作用力は、好ましくは運転者がかじ取りハンドルに加えるかじ取り作用力の関数として設定される。このような作用力は、地面が自動車の第１の車輪の操舵車軸の周りにおける動きに抗して第１の車輪に加える抵抗作用力に従属する。従来式の実施形態では、第１の油圧アクチュエータはかじ取り歯車と一体化されると共に、運転者がかじ取りハンドルに加えるトルクによって自身の２つのチャンバの一方で加圧流体を受ける２方向アクチュエータである。一般に、制御弁は、かじ取り歯車２５における機械伝動システムの一部分をなすトルクロッドに対するかじ取り作用力と抵抗作用力とによって引き起こされる若干の変形に基づいて操作される。

第１の制御装置１４は、更に、作動油タンクに結合されると共にかじ取り補助を行なうために油圧アクチュエータに作動油を送給することができるポンプ２５を備えてよい。

第２の車輪を回転させるため及びこれらの車輪のかじ取り補助を行なうために、パワーステアリングシステム１は、更に、第２の制御装置３０を備える。

第２の制御装置３０は、力制御される第２の油圧アクチュエータ３１を備える。実際には、第２の油圧アクチュエータ３１を油圧的に第１の油圧アクチュエータ１６に結合させて、第２の油圧アクチュエータ３１の油圧チャンバ内の圧力が第１の油圧アクチュエータ１６の油圧チャンバ内の圧力と実質的に同一になるようにすることができる。従って、第２の油圧アクチュエータ３１は、運転者がかじ取りハンドルに加えるかじ取り作用力の関数として制御される。これは、第１及び第２の油圧アクチュエータ１６、３１の一方のチャンバ３３間において流体連通をもたらす第１の導管３２と、第１及び第２の油圧アクチュエータ１６、３１の他方のチャンバ３５間において流体連通をもたらす第２の導管３４とを手段として達成可能である。運転者がかじ取りハンドルに加えるかじ取り作用力は、第１の車輪を回すために必要とされる作用力に本質的に従属し、第２の車輪を回すために必要とされる作用力とは本質的に無関係であることに注意しなければならない。

実際には、図３に示すように、第２の油圧アクチュエータ３１を車枠３と車枠３に取り付けられる左側中間アーム３６との間に取り付けることができる。図に示す例では、左側中間アーム３６は一方の端部により車枠３に取り付けられて実質的に水平な横軸の周りにおいて枢動するようになっており、本質的に下方に延在し、従って第１の制御装置１４のドロップアーム１７に匹敵する。この左側中間アーム３６の動きは、左側中間アーム３６の下端部に枢動可能に接続されると共に後方に向かって長手方向に延在する左側ドラッグリンク３７を手段として一方の第２の車輪１０に伝えられる。左側ドラッグリンク３７は、自身の後端部において、左側の第２の車輪１０が取り付けられる左側ステアリングナックル３９と一体をなす上側ステアリングアーム３８に連接される。左側ステアリングナックル３９と一体をなす左側の下側ステアリングアーム４０と、右側の第２の車輪１０が取り付けられる右側ステアリングナックル４３と一体をなす右側の下側ステアリングアーム４２とは横向きのトラックロッド４１によって互いに接続され、このトラックロッド４１は自身の端部において下側ステアリングアーム４０、４２の一方と連接されて、第２の油圧アクチュエータ３１を手段として右側の第２の車輪１０も回ることを確実にする。

第２の制御装置３０は、更に、第２の油圧アクチュエータ３１と同時に第２の車輪１０の少なくとも一方に作用を及ぼすことができる追加のアクチュエータ４５を備える。

図に示す実施形態において、第２の油圧アクチュエータ３１は左側の第２の車輪１０に直接補助力を供給するように設計される一方で、追加のアクチュエータ４５は右側の第２の車輪１０に直接補助力を供給するように設計され、いずれの第２の車輪１０もトラックロッド４１と下側ステアリングアーム４０、４２とを手段として両方のアクチュエータ３１、４５の作用力の恩恵を受けることがわかる。しかし、第２の制御装置３０の２つのアクチュエータ３１、４５が同じ第２の車輪１０に直接作用するまた他の構成も考えられる。更に別の実施形態では、一方又は両方のアクチュエータをトラックロッド４１に接続することができる。

図３に示す実施形態において、追加のアクチュエータ４５は、車枠３と車枠３に取り付けられる右側の中間アーム３６との間に取り付けられる。この中間アーム３６の動きは、本実施形態ではいずれも上記に説明した対応する左側部品の、自動車の中央長手垂直平面を対称面とする鏡像である右側ドラッグリンク３７と右側の上側ステアリングアーム３８と右側ステアリングナックル４３とを手段として右側の第２の車輪１０に伝えられる。

本発明によれば、追加のアクチュエータ４５は、一般に電子制御装置であってよい制御装置４６により位置指示４７に対して変位制御される。電子制御装置４６は一般に、好ましくは自動車データバスに接続されると共に、従って、位置指示に加えて、車両速度、車両重量、車両重量分布、路面密着度、電子的安定性制御プログラムにより検出される潜在的な車両の滑り等の１つ以上を含んでよい複数のパラメータに依存して、第２の車輪の所望のかじ取り角を計算することができる。

この位置指示４７は、運転者が作用を及ぼすことができるかじ取り部の制御部材、好ましくはステアリングコラム上で検出されるかじ取りハンドル１２のかじ取り角により設定可能であり、このかじ取り角は例えばステアリングコラム上において適切なセンサ２６により検出されてよい。それにも係わらず、かじ取り位置指示は、第１の操舵車軸の回転を確実にする機械伝動装置の何らかの部分から得られてよい。かじ取り位置指示は、第１の車輪のいずれか１つのかじ取り角を表す。好ましくは、制御装置４６は、第２の車輪のいずれか１つのかじ取り角を表す第２の車軸からの帰還情報を用いて、この位置指示４７に従って追加のアクチュエータ４５を閉ループ制御することができる。

図に示す実施形態において、追加のアクチュエータ４５は油圧アクチュエータである。しかし、これに代わる方法として、これを電動アクチュエータとすることができる。

追加のアクチュエータ４５が油圧アクチュエータである場合は、第２の制御装置３０は、更に、作動油タンク４９に結合されると共にこの作動油を追加の油圧アクチュエータ４５に、例えば制御装置４６により制御される方向弁２７を介して送給することができるポンプ４８を備えてよい。追加のアクチュエータは、これにより、第２の車輪の正確な角位置を制御する。

好ましくは、追加のアクチュエータ４５を動作させることができる動力源は、第１の油圧アクチュエータ１６を動作させることができる動力源とは無関係とされる。換言すれば、図に示す実施形態では、ポンプ２５及び４８は、好ましくは分離される。

この構成は、たとえ第１の油圧アクチュエータ１６と追加のアクチュエータ４５との一方又は他方或いはポンプ２５、４８の一方が故障した場合でもパワーステアリングシステム１が依然として少なくとも部分的に動作することを確実にする安全保障システムとなる。実際には、パワーステアリングシステム１は、車輪操向力の観点で規制要件を満たすために、たとえ上記の構成要素の１つが故障してもシステムは運転者が車輪を回すのを助けることができる特性を維持するように特性化される。

追加のアクチュエータ４５を設けることにより、パワーステアリングシステム１は、第１の車軸７と第２の車軸９との間において第１の車輪８のかじ取り動作を第２の車輪１０に伝えるためのいかなる連結ロッドも有さずにすむ。この本発明の構成では、第２の車輪１０の位置は、先行技術の場合のように第１の車軸７と第２の車軸９との間の機械的連結部によるのではなしに、専用の追加のアクチュエータ４５によって正確に制御される。

当然ながら、本発明は非限定的な例として上記に説明した実施形態に制限されるわけではなしに、逆に全ての実施形態を包含するものである。

Claims (9)

1. ２つの操舵車軸、即ち２つの第１の車輪８を繋ぐ第１の操舵車軸（７）と２つの第２の車輪（１０）を繋ぐ第２の操舵車軸（９）とを有する自動車（２）用のパワーステアリングシステムにおいて：
   −前記第１の車輪（８）の少なくとも一方のかじ取りを制御するように設計される第１の制御装置（１４）であって、
   ・前記自動車のかじ取りハンドルから前記第１の車輪の少なくとも一方に動きを伝える機械伝動装置と；
   ・力制御される第１の油圧アクチュエータ（１６）とを含む第１の制御装置（１４）と；
   −前記第２の車輪（１０）の少なくとも一方のかじ取りを制御するように設計される第２の制御装置（３０）であって、力制御される第２の油圧アクチュエータ（３１）を含む第２の制御装置（３０）とを備え、
   前記第２の制御装置（３０）は、更に、前記第２の油圧アクチュエータ（３１）と同時に前記第２の車輪の少なくとも一方に作用を及ぼすことができる追加のアクチュエータ（４５）を含み、前記追加のアクチュエータ（４５）は油圧アクチュエータであり、前記追加のアクチュエータ（４５）は、制御装置（４６）により、位置指示（４７）に対して変位制御されることを特徴とするパワーステアリングシステム。
2. 前記第１の車軸（７）と前記第２の車軸（９）との間において前記第１の車輪（８）のかじ取り動作を前記第２の車輪（１０）に伝えるためのいかなる連結ロッドも有さないことを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリングシステム。
3. 前記位置指示（４７）は、ステアリングコラム（１３）上において検出されるかじ取り角等、前記自動車のかじ取りハンドルから前記第１の車輪の少なくとも一方に動きを伝える機械伝動装置の構成要素の位置により設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワーステアリングシステム。
4. 前記第２の油圧アクチュエータ（３１）は油圧的に前記第１の油圧アクチュエータ（１６）に結合されて、前記第２の油圧アクチュエータ（３１）により受けられる圧力が前記第１の油圧アクチュエータ（１６）により受けられる圧力と実質的に同一になるようにされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
5. 前記第２の制御装置（３０）の前記制御装置（４６）は、前記位置指示（４７）と前記第２の車軸（９）のかじ取り角とに従って前記追加のアクチュエータ（４５）を制御することができることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
6. 前記追加のアクチュエータ（４５）を動作させることができる動力源（４８）は、前記第１の油圧アクチュエータ（１６）を動作させることができる動力源（２５）とは無関係とされることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
7. 前記第１及び第２の車軸は２つの前車軸であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のパワーステアリングシステム。
8. 前記第２の操舵車軸（９）は前記第１の操舵車軸（７）より後方に配置されることを特徴とする請求項７に記載のパワーステアリングシステム。
9. ２つの操舵前車軸、即ち２つの第１の車輪（８）を繋ぐ第１の操舵車軸（７）と２つの第２の車輪（１０）を繋ぐ第２の操舵車軸（９）とを有し、前記第２の操舵車軸（９）は前記第１の操舵車軸（７）より後方に配置される自動車において、請求項１乃至８のいずれかに記載のパワーステアリングシステムを備えることを特徴とする自動車。

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