JP7349552B2 - 自動車のステアバイワイヤーステアリングシステムのステアリングのロッキングを制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提文による自動車のステアバイワイヤーステアリングシステムのステアリングのロッキングを制御するための方法に関する。

ステアバイワイヤーステアリングシステムでは、車両のステアリングホイールは、ステアリング機構からの連結が解かれている。ステアリングの動きは、電気モーターを有するステアリングアクチュエーターによって達成される。ステアリングアクチュエーターは、ステアリングホイール角度及び車両スピードなどの様々なステアリングパラメーターの検出値に応答して作動する。検出値は、センサーからステアリングアクチュエーターに電気的に通信され、それによって電気モーターは、ラックを駆動し、ステアリングホイールを希望の方向に向ける。

ステアリングホイールと車輪の間の機械的連結が除かれたとしても、ステアバイワイヤーステアリングシステムは、通常の機械的に連結されたステアリングシステムと同じ機能及びステアリングフィールを生み出すことが期待される。ロードホイールを動かす際に生成された力は、ステアリングホイールにフィードバックされ、車両の方向制御のための情報をドライバーに与えなければならない。フィードバックはまた、ステアリングフィールとして言及されるステアリングの感覚に寄与する。ステアバイワイヤーステアリングシステムでは、フィードバックとステアリングフィールは、それぞれステアリングホイールに接続されたフィードバックアクチュエーターで生成される。

ステアリングコラムは、ロッキング装置、いわゆるステアリングロックを含み、それは、駐車車両を権限のない使用から守り、ステアリングホイールをブロックすることを意図され、ステアリングホイールは、車両への出入りを容易にするための取っ手として使用されることが多い。

特許出願ＤＥ１０２０１７１０４５１０Ａ１は、電気的に作動されるステアリングロックを有するステアバイワイヤーステアリングシステムのステアリングコラムを開示する。ステアリング軸の外部にはラッチング星状物が配置され、そこではスリーブ集成体によって車台に接続されたラッチングボルトは、ステアリング軸を止め、従ってステアリング操作を禁止して自動車の権限のない使用を防止するために公知の態様で係合することができる。しかしながら、ラッチングボルトのスナップイン位置間では、ステアリングホイールは、自由に動き、それは、もしドライバーが車への出入りのための取っ手としてステアリングホイールを使用するなら、ドライバーにとって極めて不快である。

本発明の目的は、より良好なステアリングロックを生み出す、自動車のステアバイワイヤーステアリングシステムのステアリングのロッキングを制御するための方法を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する自動車のステアバイワイヤーステアリングシステムのステアリングのロッキングを制御するための方法によって達成される。

即ち、自動車のステアバイワイヤーステアリングシステムのステアリングのロッキングを制御するための方法が提供され、ステアバイワイヤーステアリングシステムは、ステアリング装置に対するステアリングフィールをシミュレートするためのフィードバックアクチュエーターを含み、前記フィードバックアクチュエーターは、トルクを伝達することができるようにステアリング軸に接続されたモーター軸を有する電気モーター、及びねじれ抵抗態様でステアリング軸に接続されたラッチング要素とステアリング軸の回転を阻止するために離散ロッキング位置でラッチング要素と係合するように構成されたロッキング要素とを有するステアリングロックユニットを含み、前記方法は、以下の工程を含む：
－ 点火がスイッチオフされ、ステアリング装置の動きが検出される場合には、ステアリング軸の位置、及びロッキング要素と、ステアリング装置の動きの方向におけるラッチング要素の次のロッキング位置との間の距離を決定すること；
－ 前記距離が予め規定された値より大きい場合には、ロッキング位置がロッキング要素に到達し、ロッキング要素がラッチング要素と係合できるまで、ステアリング装置の動きとは反対の方向にフィードバックアクチュエーターによってステアリング軸に逆トルクを伝達すること。

この方法では、電力がスイッチオフされ、ドライバーがステアリング装置、特にステアリングホイールを取っ手として使用した後、アクチュエーターがトルクを発生し、それは、ステアリング軸の回転がロックされるまで操舵を難しくする。これは、ドライバーが電気機械ステアリングシステムにおいて経験するのと同じフィーリングをシミュレートする。ロッキング位置間の角距離は、一つのロッキング位置システムについて２１０～３６０度であることが好ましい。ロッキング位置間の角距離は、二つのロッキング位置システムについて１５０～２１０度であることが好ましい。二つより多いロッキング位置を有するシステムについては、ロッキング位置間の角距離は、好ましくは２０～４０度、より好ましくは３０～４０度である。

好ましくは、ステアリングロックユニットのロッキング要素とラッチング要素との間の相対位置を決定するために位置センサーが使用される。フィードバックアクチュエーターは、ドライバーがまだ車両中にいる限り、活性したままに維持させることができるか、又はドライバーが車両のロックを解除したことを検出されるときに活性化させることができる。点火がオフであったとしても、フィードバックアクチュエーターは、電力源に接続される。

好ましくは、フィードバックアクチュエーターによってステアリング軸に付与される逆トルクは、ロッキング要素と、ステアリング装置の動きの方向における次のロッキング位置との間の決定された距離に依存している。

逆トルクが、ロッキング要素と、ステアリング装置の動きの方向における次のロッキング位置との間の角距離の減少とともに増加することが有利である。好ましくは、この増加は、指数関数によって記載される。

もしフィードバックアクチュエーターによって発生された最大逆トルクが、ステアリングホイールの動きの方向におけるラッチング要素の次のロッキング位置へのロッキング要素の係合時に到達されるなら、ドライバーのフィーリングは、さらに改良される。好ましくは、ステアリング軸の角位置にわたるフィードバックアクチュエーターによって発生された逆トルク及びステアリングロックユニットの機械的ロッキングによって発生されたトルクからの移行が、連続的であり、かつ絶えず差異を生じることができる。

前記方法は、以下の工程をさらに含むことができる：
－ 点火がスイッチオフされ、ステアリング装置の動きが予め決められた時間間隔内に検出されない場合には、最も近いロッキング位置が、回転の方向にかかわらず、ロッキング要素に到達し、ロッキング要素がラッチング要素と係合できるまで、フィードバックアクチュエーターによってステアリング軸を積極的に回転させること。

この方法では、例えばドライバーが車のロックを解除し、中に入る場合、ステアリングロックユニットによってステアリングの回転がロックされていることを確実にすることができる。なぜならロッキングは、ドライバーが車をロックする前に既に行なわれているからである。

一実施形態では、ロッキング要素は、ばねによってステアリング軸の回転軸に対して半径方向の内側に予め緊張されている。

ラッチング要素は、互いに隣接しかつ円周方向に均一に離間された、外部表面上に配置された離散数の同等の凹部及び同等の凸部を有するラッチング星状物であることができ、ロッキング要素は、ラッチングボルトであることができ、そこでは凹部の位置が、ラッチングボルトのロッキング又はスナップイン位置を画定する。

ステアリング軸が、適合しうる外部及び内部プロファイルを有する回転軸のまわりで回転可能な内部軸及び外部軸を有し、二つのステアリング軸部分が、互いに係合して、ねじれ抵抗及び入れ子式配置を形成できることが好ましい。この場合において、ラッチング星状物は、外部軸の周囲を包囲し、ねじれ抵抗態様で外部軸に固定されることが好ましい。フィードバックアクチュエーターは、外部軸に作用することが好ましい。さらに、トレランスリングが使用されることができ、それは、外部軸とラッチング星状物との間に共軸配置される。

本発明の一つの例示的な実施形態が図面の助けで以下に記載される。全ての図において、同じ参照符号は、同じ構成要素又は機能的に同じ構成要素を示す。
図１は、ステアバイワイヤーステアリングシステムを概略図で示す。 図２は、ロック位置でのステアリングロックユニットを有するステアリング軸の横断面を示す。 図３は、ロック解除位置でのステアリングロックユニットを有するステアリング軸の横断面を示す。 図４は、別のロック解除位置でのステアリングロックユニットを有するステアリング軸の横断面を示す。 図５は、ステアリングホイールの角位置に依存してステアリング軸にフィードバックアクチュエーターによって付与されるトルクのダイヤグラムを示す。

図１は、車輪３を作動するための作動制御システム２、及び従来の機械的に連結されたステアリングシステムのステアリングフィールをシミュレートするためのフィードバックアクチュエーター４を含むステアバイワイヤーステアリングシステム１の概略図を表わす。ステアリング装置５（それは、例えばステアリングホイールである）は、ステアリング軸６に接続される。図示されていない位置センサー及びトルクセンサーは、ステアリング軸６に作動可能に連結されている。位置センサーは、ステアリング軸６の角位置を電子的に検出し、トルクセンサーは、ステアリング軸６に作用するねじれ力を電子的に検出し、評価する。ステアリングホイール５の角変位が検出され、作動制御システム２に伝達され、作動制御システム２で処理され、サーボモータ７に付与されてラック８１及びピニオン８２システム８によって操舵可能な車輪３を動かす。

フィードバックアクチュエーター４は、モーター９によって回転可能に駆動されかつステアリング軸６（図示せず）に接続されたモーター軸を有する電気モーター９を含む。作動制御システムとステアリングホイールの間に直接的な機械連結はないので、ドライバーは、ステアリング機構を通して道路面からのいかなるフィードバックも受けない。それゆえ、フィードバックアクチュエーター４は、車両スピード、ステアリング装置角度、ステアリング装置角度スピード、ステアリング装置回転加速度、車両のヨーレート、道路面状態、及び車両のさらなる駆動パラメーターのようなステアリングパラメーターの数値に基づいてステアリングホイール５に反応トルクを発生する。

図２は、ラッチング星状物１１及びラッチングボルト１２を有するステアリングロックユニット１０を示し、ラッチング星状物１１は、係合した位置で示されている。ステアリング軸６は、回転軸１００のまわりで回転可能な内部軸６１及び外部軸６２を有する。内部軸６１は、非円形、特にほぼクローバーの葉の形状の外形を含む。外部軸６２は、二つのステアリング軸が互いに係合してねじれ抵抗の入れ子式配置を形成できるように対応して適合しうる内側形状を含む。ステアリング軸に接続されたステアリングホイール５は、横断面に隣接して概略的に示されている。

ラッチング星状物１１は、外部軸６２の周囲を包囲し、ねじれ抵抗態様で外部軸６２に固定される。

トレランスリング１３は、外部軸６２とラッチング星状物１１の間で共軸配置されている。トレランスリング１３は、もし予め決められたトルクを超えるならラッチング星状物１１が外部軸６２に対して動かされることを可能にし、過負荷クラッチのように作用し、従って望ましくない損傷を避ける。

互いに隣接しかつ円周方向に均一に離間された、離散数の同等の凹部１４と同等の凸部１５が、ラッチング星状物１１の外部面に配置される。凹部１４の位置は、ラッチングボルト１２のロッキング又はスナップイン位置を画定する。凹部１４の中央として画定されたロッキング位置間の周囲方向の角距離は、例えば３０～４０度であることができる。ラッチングボルト１２は、ステアリング軸６が図２に示されるようにその回転運動における遊びを持ってブロックされるようにラッチング星状物１１の凹部１４中に動かされることができる。機械的ブロッキングの遊びは、係合の領域におけるラッチングボルト１２の幅に対する凹部１４の幅によって画定される。

ステアリング軸６を解放するためには、ラッチングボルト１２は、ステアリング軸の回転軸１００に対して半径方向外側に動かされ、ラッチング星状物の凹部１４から出る。

図３及び４は、ステアリングロックユニット１０のロック解除位置を示す。

点火がスイッチオフされ、ドライバーが車両への出入りのためにステアリングホイールを取っ手として使用したい場合には、ステアリング軸６は、ステアリングロックユニット１０がステアリング軸６の回転をロックできない角位置になりやすい。なぜならラッチングボルト１２は、ラッチング星状物１１の凹部１４と係合できないからである。この場合において、ステアリングホイール５は、自由に動き、それは、ドライバーにとってあまり快適でない。ステアリングホイールの自由な動きを克服するために、図示されていないフィードバックアクチュエーターが、ロック位置に到達するまでドライバーによって課されるステアリングホイールの動きとは反対の方向に逆トルクＴ_ＦＢＡを導入するために使用される。フィードバックアクチュエーターは、たとえ点火がスイッチオフされたとしても、そうするための電力を有する。

好ましくは、逆トルクＴ_ＦＢＡは、図５に示されるように、ステアリング軸６の実際の角位置とステアリングホイールの動きの方向における次のロッキング位置との間の角距離に依存する。この逆トルクＴ_ＦＢＡは、ステアリングホイールの角運動を難しくする。

図５は、ステアリングホイールの角位置に依存してステアリング軸にフィードバックアクチュエーターによって付与される逆トルクＴ_ＦＢＡを示す。ステアリングホイールの動きを妨げるトルクＴ_ＳＷは、ステアリングホイール角αに対してプロットされている。ｘ軸上の三つの点は、三つの連続したロッキング位置Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３を表わす。

点火のスイッチオフでのステアリングホイールの角位置は、開始点ＳＰを画定する。開始点ＳＰは、二つのロッキング点の間にある。ドライバーによって導入されるステアリングホイールの動きの方向における次のロッキング位置は、ロッキング位置Ｌ_２である。次のロッキング位置に対する実際のステアリングホイール位置の角距離の減少とともに逆トルクＴ_ＦＢＡが増加することが好ましい。この挙動は、車輪摩擦に対してステアリングホイールの回転によって与えられる電気機械的なステアリングシステムから知られている。この増加は、指数関数によって記載されることができる。フィードバックアクチュエーターによって発生される最大トルクＴ_{ＦＢＡ，ｍａｘ}は、示された例ではＬ_２に相当する、ステアリングホイールの動きの方向における次のロッキング位置のラッチング星状物へのラッチングボルトの係合時に到達されるだろう。ステアリング軸の角位置αにわたるフィードバックアクチュエーターによって発生される逆トルクＴ_ＦＢＡ及びステアリングロックユニットの機械的ブロッキングによって発生されるトルクＴ_ＳＬＵからの移行は、好ましくは連続的であり、特異性を防止するように絶えず差異を生じることができる。

さらに、フィードバックアクチュエーターは、ステアリングホイールを能動的にロックするために回転の方向にかかわらず最も近いロッキング位置にステアリングホイールを能動的に動かすことが可能である。

好ましくは、フィードバックアクチュエーターは、外部軸に作用する。

好ましい実施形態では、電気モーターは、ロッキング及びロック解除のためにラッチングボルトをラッチング星状物に出たり入ったりするように動かす。

また、ばねによってステアリング軸の回転軸に対して半径方向の内側に予め緊張されているラッチングボルトを使用することも可能である。

Claims (13)

1. 自動車のステアバイワイヤーステアリングシステム（１）のステアリングのロッキングを制御するための方法であって、ステアバイワイヤーステアリングシステム（１）が、ステアリング装置（５）に対するステアリングフィールをシミュレートするためのフィードバックアクチュエーター（４）を含み、前記フィードバックアクチュエーター（４）が、トルクを伝達することができるようにステアリング軸（６）に接続されたモーター軸を有する電気モーター（９）、及びねじれ抵抗態様でステアリング軸（６）に接続されたラッチング要素（１１）とステアリング軸（６）の回転を阻止するために離散ロッキング位置（Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３）でラッチング要素（１１）と係合するように構成されたロッキング要素（１２）とを有するステアリングロックユニット（１０）を含み、前記方法が、以下の工程を含むことを特徴とする方法：
   － 点火がスイッチオフされ、ステアリング装置（５）の動きが検出される場合には、ステアリング軸（６）の位置、及びロッキング要素（１２）と、ステアリング装置（５）の動きの方向におけるラッチング要素（１１）の次のロッキング位置（Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３）との間の距離を決定すること；
   － 前記距離が予め規定された値より大きい場合には、次のロッキング位置（Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３）がロッキング要素（１２）に到達し、ロッキング要素（１２）がラッチング要素（１１）と係合できるまで、ステアリング装置（５）の動きとは反対の方向にフィードバックアクチュエーター（４）によってステアリング軸（６）に逆トルク（Ｔ_ＦＢＡ）を伝達し、これによりステアリング装置（５）の角運動を難しくすること。
2. フィードバックアクチュエーター（４）によってステアリング軸（６）に付与された逆トルク（Ｔ_ＦＢＡ）が、ロッキング要素（１２）と、ステアリング装置（５）の動きの方向における次のロッキング位置（Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３）との間の決定された距離に依存することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 逆トルク（Ｔ_ＦＢＡ）が、ロッキング要素（１２）と、ステアリング装置（５）の動きの方向における次のロッキング位置（Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３）との間の角距離の減少とともに増加することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 逆トルク（Ｔ _ＦＢＡ ）が、ロッキング要素（１２）と、ステアリング装置（５）の動きの方向における次のロッキング位置（Ｌ _１ ，Ｌ _２ ，Ｌ _３ ）との間の角距離の減少とともに増加する指数関数であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. フィードバックアクチュエーターによって発生された最大逆トルク（Ｔ_{ＦＢＡ，ｍａｘ}）が、ステアリング装置の動きの方向におけるラッチング要素（１１）の次のロッキング位置（Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３）へのロッキング要素（１２）の係合時に到達されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の方法。
6. ステアリング軸の角位置（α）にわたるフィードバックアクチュエーターによって発生された逆トルク（Ｔ_ＦＢＡ）からステアリングロックユニットの機械的ブロッキングによって発生されたトルク（Ｔ_ＳＬＵ）への移行が、連続的であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の方法。
7. 以下の工程をさらに含むことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の方法：
   － 点火がスイッチオフされ、ステアリング装置（５）の動きが予め決められた時間間隔内に検出されない場合には、最も近いロッキング位置（Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３）が、ロッキング要素（１２）に到達し、ロッキング要素（１２）がラッチング要素（１１）と係合できるまで、フィードバックアクチュエーター（４）によってステアリング軸（６）を能動的に回転させること。
8. ロッキング要素（１２）が、ばねによってステアリング軸（１００）の回転軸に対して半径方向の内側に予め緊張されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の方法。
9. ラッチング要素（１１）が、互いに隣接しかつ円周方向に均一に離間された、外部表面上に配置された離散数の同等の凹部（１４）及び同等の凸部（１５）を有するラッチング星状物であり、ロッキング要素（１１）が、ラッチングボルトであり、そこでは凹部（１４）の位置が、ラッチングボルト（１２）のロッキング又はスナップイン位置（Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３）を画定することを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の方法。
10. ステアリング軸（６）が、適合しうる外部及び内部プロファイルを有する回転軸（１００）のまわりで回転可能な内部軸（６１）及び外部軸（６２）を有し、内部軸（６１）及び外部軸（６２）が、互いに係合して、ねじれ抵抗及び入れ子式配置を形成できることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の方法。
11. ラッチング星状物（１１）が、外部軸（６２）の周囲を包囲し、かつねじれ抵抗態様で外部軸（６２）に固定されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. フィードバックアクチュエーター（４）が、外部軸（６２）に作用し、内部軸（６１）が、ステアリング装置（５）に接続されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 外部軸（６２）とラッチング星状物（１１）との間にトレランスリング（１３）が共軸配置されることを特徴とする請求項１０～１２のいずれかに記載の方法。