JPH09202251A

JPH09202251A - 自動車用操舵装置

Info

Publication number: JPH09202251A
Application number: JP9020984A
Authority: JP
Inventors: Matthias Hackl; ハックルマティアス; Wolfgang Kraemer; クレーマーヴォルフガング
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1997-08-05
Anticipated expiration: 2017-01-20
Also published as: US5887675A; DE19601826A1; DE19601826B4; JP4275752B2

Abstract

(57)【要約】【課題】運転者の操舵感覚を改善可能な自動車用操舵
装置を提供する。【解決手段】重畳機構１２及び操舵機構１４は，それ
ぞれ機械的な変速比ｉ ue及びｉＬを有している。操舵
可能な車軸１６と操作部材１３と重畳機構１２と操舵機
構１４とは，互いに作用結合されている。重畳機構１２
によって，運転者により開始される操舵動作δＬと操作
部材１３によって開始される動作δＭとの重畳が行われ
る。この重畳により得られた全体動作δＬ’は，操舵機
構１４へ供給されると共に，操舵機構１４は，この全体
動作δＬ’を操舵角度δＶとして操舵可能な車軸１６の
車輪１５ａ，１５ｂへ伝達する。そして，操舵機構１４
の機械的な変速比ｉＬは，可変に設計されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，自動車用操舵装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動車用操舵装置においては，運
転者がステアリングホイール（ハンドル）を通じて開始
した操舵動作が，操舵機構によって，または補助力に支
援されることによって，操舵可能な車輪へ伝達される。
さらに，運転者によって開始される操舵動作に，操作部
材によって開始される他の操舵動作を重畳する操舵装置
が知られている。この操舵装置は，例えばドイツ連邦共
和国公開公報ＤＥ−ＯＳ４０３１３１６（ＵＳ５２０５
３７１に相当。）において開示されている。上記公報に
より開示されている操舵装置においては，運転者によっ
て操作されるステアリングホイールと操舵機構との間
に，運転者の操舵動作に操作部材の動作を重畳すること
のできる重畳機構が備えられている。従って，この操舵
装置により，車両，例えば自動車に備えられた操舵可能
な車輪の操舵角度が，運転者によって操作されるステア
リングホイールの切れ角度と，固定の関係を持つ必要が
なくなる。さらに，操舵装置が備えられることにより，
運転者のステアリングホイール角度に基づく操舵補助が
可能となると共に，操舵装置に付加的な操舵信号を与え
ることにより，大きな可変性を与えることができ，例え
ば走行安定性や走行快適性などを得ることができる。ま
た，他の構成の重畳操舵機構を備えた操舵装置は，ドイ
ツ連邦共和国公開公報ＤＥ−ＯＳ４２４３２６７におい
ても開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，各動
作，例えば運転者の操舵操作と操作部材の動作との重畳
によって作動する上記操舵装置による補助力支援操舵に
おいては，操舵機構及び重畳機構の構造的な構成におい
て決定される一定の操舵機構変速比を選択することによ
っても，必ずしもすべての走行状態の場合に対応するス
テアリングホイールトルクまたは良好な操舵感覚を得る
ことができないという問題が生じることがある。すなわ
ち，特に車両の停止状態において，操舵角度が大きい場
合にステアリングホイールトルクが大きくなり過ぎた
り，または車両が高速で走行している場合にステアリン
グホイールトルクが小さくなり過ぎたりすることであ
る。

【０００４】本発明は，従来の自動車用操舵装置が有す
る上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，操
舵機構の機械的な変速比を可変に設計したことにより，
運転者の操舵感覚を改善することが可能な，新規かつ改
良された自動車用操舵装置を提供することを目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は，少なくとも１
つの操舵可能な車軸と，操作部材と，重畳機構と操舵機
構とを有する自動車用の操舵システム，すなわち操舵装
置に基づくものである。そして，重畳機構と操舵機構と
は，それぞれ別々の機械的な変速比を備えている。ま
た，操舵可能な車軸と操作部材と重畳機構と操舵機構と
は，互いに作用結合で結合，すなわち機構的に連結され
ている。そして，重畳機構によって，運転者により開始
される操舵動作と，操作部材によって開始される動作と
の重畳が行われる構成となっている。さらに，これらの
構成により得られた全体動作が，操舵機構へ供給される
と共に，この操舵機構が，全体動作を操舵角度として操
舵可能な車軸の車輪へ伝達される構成となっている。

【０００６】本発明の特徴は，操舵機構の機械的な変速
比が可変に設計されていることにあると共に，重畳機構
と可変の変速比を有する操舵機構または操舵ギヤとの組
み合せにある。そして，かかる組み合せにより，ステア
リングホイール動作と操舵可能に設計された車輪の操舵
角度との間に，任意に調節可能な関係を得ることがで
き，さらに運転者の良好な操舵感覚を犠牲にする必要が
なくなるといった効果を得ることができる。特に，当該
発明は，一定の操舵ギヤ変速比を有する重畳機構と比較
すると，非常に良好なステアリングホイールトルク及び
改善された操舵感覚を得ることができる。

【０００７】また，本発明は，例えば上述のドイツ連邦
共和国公開公報ＤＥ−ＯＳ４０３１３１６または同国公
開公報ＤＥ−ＯＳ４２４３２６７において開示されてい
るような操舵システムにも実施することができる。この
場合，上記公報ＤＥ−ＯＳ４０３１３１６で開示されて
いる操舵システムにおいては，例えば同公報中の図１に
示されている操舵システム６の変速比を可変にすること
が考えられる。また，上記公報ＤＥ−ＯＳ４２４３２６
７で開示されている操舵システムにおいては，例えば同
公報中の図１に示されている操舵機構（Ｌ）の変速比を
可変にすることが考えられる。なお，可変の変速比を有
する操舵機構は，従来から知られている（例えば，「操
舵テクノロジーにおける進化（Evolution in der Lenku
ngstechnologie）」Automobil-Industrie ４／５−９
１，第３１５〜３２１ページを参照。）。しかしなが
ら，本発明の特徴は，車両，例えば自動車を安定させる
ための補正的な操舵作用が，操舵機構の可変に設計され
た変速比によっても，制限されることなく実施可能なこ
とにある。

【０００８】また，本発明を実施する場合において，操
舵機構の変速比を，操舵角度が小さい場合には操舵角度
が大きい場合よりも小さく設計することにより，さらに
運転者の良好な操舵感覚を向上させることが可能とな
る。

【０００９】さらに，運転者によって開始される操舵動
作は，運転者によって操作されるステアリングホイール
のステアリングホイール角度によって表すことができ
る。従って，この場合には，重畳機構によりステアリン
グホイール角度に操作部材によって開始される回転角度
を重畳することができる。

【００１０】また，上述の従来技術によれば，ステアリ
ングホイール角度に操作部材の回転角度が重畳される場
合において，操作部材は，少なくともステアリングホイ
ール角度または車両動作に従って駆動される構成となっ
ている。そして，これらの構成に加え，本発明において
は，さらに操作部材によって開始される回転角度が，操
舵機構の可変に設計された機械的な変速比に関係するよ
うに構成されている。

【００１１】また，操舵可能な車輪には反応トルクが作
用し，この反応トルクは操舵機構及び重畳機構を介し
て，運転者により操作されるステアリングホイールにス
テアリングホイールトルクとして作用することが知られ
ている。そこで，本発明によれば，操舵機構の機械的な
変速比は，反応トルクが操舵角度が小さい場合には，操
舵角度が大きい場合に比べて，弱い強さでステアリング
ホイールに作用するように設計されている。

【００１２】さらに，本発明は，重畳機構の第１の入力
軸と作用結合され，運転者によって操作されるステアリ
ングホイールを備えている自動車用操舵装置に関するも
のである。重畳機構の出力軸は，操舵機構の入力軸と作
用結合されていると共に，操舵機構は，ステアリングロ
ッドを介して操舵可能な車輪と結合されている。また，
重畳機構は，第２の入力軸を備えていると共に，この入
力軸は，操作部材と作用結合されている。そして，本発
明に係る操舵結合の特徴は，操舵機構の機械的な変速比
が可変に設計されていることである。

【００１３】また，本発明に係る自動車用操舵装置にお
いては，操舵機構の変速比は，操舵機構の入力軸の回転
が小さい場合には，操舵機構の入力軸の回転が大きい場
合よりも小さく設計されることが好ましい。

【００１４】本発明は，以上のように構成されているた
め，運転者の操舵感覚を改善し，向上させることができ
ると共に，車両が直線走行する場合には，わずかなエネ
ルギーの消費しか必要とされることがない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら，
本発明にかかる操舵装置の実施の一形態について詳細に
説明する。図１及び２には，例えば上述した従来技術に
基づいて構成された，車両２５，例えば自動車における
操舵機構１４，２４と重畳機構１２，２２との組み合せ
が図示されている。これら図中の参照符号１１，２１に
は，運転者によって操作されるステアリングホイールが
示されている。運転者は，ステアリングホイール１１，
２１の操作によって，操舵角δＬとステアリングホイー
ルトルクＭＬとをもたらし，このステアリングホイール
トルクＭＬは，重畳機構１２，２２へ供給される。さら
に，重畳機構１２，２２によって，車両２５の運転者に
よって開始される動作δＬに，サーボモータ１３，２３
の回転角度δＭが重畳される。そして，この重畳によっ
て発生した回転動作δＬ’は，入力軸１０３を介して操
舵機構１４，２４に供給される。

【００１６】また，操舵機構１４，２４は，上記重畳さ
れた回転動作δＬ’を，操舵可能に設計された車輪１５
ａ，１５ｂへ伝達することによって，操舵角度δｖを調
節する。また，図１中，回転角度δＭ＝０の場合におけ
る重畳機構１２，２２の機械的な変速比は，参照符号ｉ
ue（ｉue＝δＬ’／δＬ）に，操舵機構１４，２４の機
械的な変速比は，参照符号ｉＬに示されている。そし
て，操舵可能に設計された車輪１５ａ，１５ｂには，路
面の影響を受ける反応トルクＭｖが作用する。

【００１７】また，図２には，参照符号２６において，
例えばヨーイング運動などの車両２５の動作を検出する
センサを示している。このセンサ２６の検出信号は，制
御装置２７によってサーボモータ２３の駆動信号に変換
される構成となっている。さらに，参照符号２８は，ス
テアリングホイール角度センサを示しており，このステ
アリングホイール角度センサ２８の信号は，制御装置２
７に供給される構成となっている。

【００１８】そして，図１及び図２に示す各角度と，各
トルクとの間には，次に示すような公知の関係が成立す
る。 δｖ＝〔δＬ／ｉue＋δＭ〕／ｉＬ …（１）ＭＬ＝Ｍｖ／（ｉＬ＊ｉue） …（２）

【００１９】サーボ操舵機能は，図１及び図２に示す操
舵システム（操舵装置）により，大きい全変速比（ｉＬ
＊ｉue）によって，すなわち極めて間接的な操舵によっ
て，ステアリングホイールトルクＭＬを減少することが
できる。すなわち，ステアリングホイール角度δＬに
は，上記式（１）に基づいてモータ角度δＭが重畳され
るため，大き過ぎないステアリングホイール角度δＬ
で，所望の車輪操舵角度δｖを調節することができる。
また，この場合には，サーボモータ１３，２３を適切に
駆動することにより，ステアリングホイール角度δＬと
操舵角度δｖとの間に任意の関係を生じさせることがで
きると共に，この関係は走行状態，車両速度またはステ
アリングホイール角度δｖにも関連づけることができ
る。

【００２０】また，上記式（２）によれば，ステアリン
グホイールトルクＭＬは，操舵可能な車輪１５ａ，１５
ｂにおける反応トルクＭｖにのみ関係するため，サーボ
モータ２３の作用によっては調節することができない。
従って，上述したような問題，すなわち，「操舵機構の
一定の変速比を選択することによっても，必ずしもすべ
ての走行状態について受け入れ可能なステアリングホイ
ールトルクまたは操舵感覚が達成できない。」という問
題が生じることがある。特に，ステアリングホイールト
ルクＭＬは，停止状態において操舵角度δｖが大きい場
合には大きくなり過ぎてはならず，高速で走行している
場合に操舵角度が小さい場合には小さくなり過ぎてはな
らない。

【００２１】また，発明者らによれば，上記問題を解決
するために，操舵機構１４，２４に，図３に基づいて可
変の変速比を設けることが提案されている。そして，図
３は，操舵機構１４，２４における変速比ｉＬは，入力
回転角度δＬ’に従うことを示している。さらに，変速
比ｉＬは，入力回転角δＬ’の小さい領域においては，
入力回転角度δＬ’が大きい場合よりも小さく選択され
る。従って，操舵機構１４，２４の変速比ｉＬは，その
ストローク（工程）に従う。

【００２２】このように，上記ストロークに従う変速比
を備えた操舵機構を，例えば機械的に形成するために
は，上述した論文「操舵テクノロジーにおける進化（Ev
olution in der Lenkungstechnologie）」Automobil-In
dustrie ４／５−９１，第３１５〜３２１ページを参
照することができる。

【００２３】さらに，図３に示すようなストロークに関
係する操舵機構変速比ｉＬによって，図４〜６に図示し
たような推移を得ることができる。図４ａにおいては，
操舵角度δｖが，ステアリングホイール角度δＬに関係
することが図示されている。そして，図４ａの下方のカ
ーブ，すなわち曲線の推移においては，サーボモータ１
３，２３によって開始される回転動作δＭは，ゼロに等
しいと仮定される。すなわち図４ａの下方のカーブ（曲
線）に示される，回転動作δＬと操舵角度δｖとの非線
形な関係を得ることができる。

【００２４】また，図４ｂにおいては，サーボモータ１
３，２３によって開始される回転動作δＭが，ステアリ
ングホイール角度δＬに関係することが図示されてお
り，この場合に，ステアリングホイール角度δＬと操舵
角度δｖとの間には，線形の関係が形成されるものと仮
定される。そして，従来技術によれば（ｉＬ＝一定），
支援（補助）のために，ステアリングホイール動作δＬ
に比例動作δＭが重畳される。これは，図４ｂの上方に
示されている大きなカーブによって表される。そこで，
本実施の形態に基づいて，操舵機構１４，２４の変速比
ｉＬを可変に設定した場合には（図３），本実施の形態
によりサーボモータ１３，２３は制御装置２７によっ
て，図４ｂの下方のカーブに示したように，ステアリン
グホイール動作δＬに基づいて駆動される構成となって
いる。

【００２５】また，図４ｂの下方のカーブの推移に示さ
れるように，サーボモータ１３，２３を駆動することに
よって，図４ａの上方のカーブの推移に示される操舵角
度δｖとステアリングホイール角度δＬとの間の依存性
を得ることができる。さらに，この依存性は，所望のほ
ぼ線形となっている。

【００２６】また，サーボモータ１３，２３を，上記の
ように駆動することによって（図４ｂの下方のカー
ブ），操舵機構１４，２４の可変に設計された変速比ｉ
Ｌを，回転角度δＭに関してほぼ「補償」することがで
きる。すなわち，運転者は，ステアリングホイール角度
δＬと操舵角度δｖとの結合に関して，従来技術と比較
して変速比ｉＬが可変であることによって変化を感じる
ことがない。これはまた，上記式（１）によっても明ら
かである。

【００２７】これに対して，それに応じたトルクを考え
る場合には，状況は異なる。この関係を説明するにあた
り，図５には，操舵可能な車輪１５ａ，１５ｂに作用す
る反応トルクＭｖに対するステアリングホイールトルク
ＭＬが図示されている。そして，上記式（２）からもわ
かるように，図５に示した各トルク間の線形の関係は，
操舵機構１４，２４の変速比ｉＬに関係して，すなわち
ステアリングホイール角度δＬに関係して変化する。

【００２８】しかしながら，この事実と異なる説明が図
６に示されている。この図６においては，ステアリング
ホイールトルクＭＬは，反応トルクＭｖが一定であると
みなされる場合において，ステアリングホイール角度δ
Ｌに従って示されている。図６から明らかなように，反
応トルクＭｖが一定である場合には，運転者が知覚でき
るステアリングホイールトルクＭＬは，ステアリングホ
イール角度δＬが小さい領域においては，ステアリング
ホイール角度δＬが大きい領域におけるよりも大きいこ
とがわかる。

【００２９】従ってまず，本実施の形態により操舵機構
１４，２４の変速比ｉＬを可変にすることによって，さ
らにそれに応じてサーボモータ１３，２３を駆動するこ
とによって，車両の停止状態において操舵角度が大きい
場合には，大きいステアリングホイールトルクＭＬを防
止することができると共に，走行速度が大きく，操舵角
度が小さい場合には，運転者の良好な操舵感覚（大きい
ステアリングホイールトルクＭＬ）を失うことがない。

【００３０】操舵機構１４，２４のストロークに関係す
る変速比ｉＬは，例えば上記論文に記載されているよう
に，ラック機構（Ｚａｈｎｓｔａｎｇｅｎｇｅｔｒｉｅ
ｂｅｎ）によって実現することができる。従って，変速
比ｉＬをストロークに関係させる他の方法としては，操
舵機構１４，２４と車輪１５ａ，１５ｂとの間の機構を
然るべく構成することである。

【００３１】以上，本発明の好適な実施の一形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において，当業者であれば，各種変更例
及び修正例に相当し得るものであり，それら変更例及び
修正例についても本発明の技術的思想に属するものと了
解される。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば，操舵機構の機械的な変
速比が可変に設計されているため，ステアリングホイー
ル動作と操舵可能に設計された車輪の操舵角度との間
に，任意に調節可能な関係を生じさせることができ，運
転者に良好な操舵感覚をもたらすことができる。さら
に，操舵機構の変速比を，操舵角度が小さい場合に操舵
角度が大きい場合よりも小さくすることにより，運転者
の操舵感覚をより一層向上させることができる。また，
操舵機構の変速比は，反応トルクが，操舵角度が小さい
場合には，操舵角度が大きい場合よりも弱い強さでステ
アリングホイールに作用するため，運転者による操舵に
負担をかけることがない。さらに，重畳機構によって，
ステアリングホイール角度に回転角度が重畳されるた
め，運転者が少ない力で車両を操舵することができる。
また，回転角度は，ステアリングホイール角度と，操舵
機構の変速比とに依存しているため，常に快適な環境で
運転者が車両を操舵することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる重畳機構と従来技術に基づく操
舵機構との組み合せを説明するための説明図である。

【図２】本発明にかかる重畳機構と従来技術に基づく操
舵機構との組み合せを説明するための説明図である。

【図３】本発明にかかる操舵機構の変速比の推移を説明
するための説明図である。

【図４】本発明にかかる操舵装置の各部材における回転
角度の推移またはトルクの推移を説明するための説明図
である。

【図５】本発明にかかる操舵装置の各部材における回転
角度の推移またはトルクの推移を説明するための説明図
である。

【図６】本発明にかかる操舵装置の各部材における回転
角度の推移またはトルクの推移を説明するための説明図
である。

【符号の説明】

１１，２１ステアリングホイール１２，２２重畳機構１３，２３サーボモータ１４，２４操舵機構１５ａ，１５ｂ車輪２７制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヴォルフガングクレーマードイツ連邦共和国，70191 シュツットガルト，ビルケンヴァルトシュトラーセ133

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの操舵可能な車軸（１
６）と，操作部材（１３，２３）と，機械的な変速比
（ｉue）を有する重畳機構（１２，２２）と，機械的な
変速比（ｉＬ）を有する操舵機構（１４，２４）とを備
え，操舵可能な前記車軸（１６）と，前記操作部材（１
３，２３）と，前記重畳機構（１２，２２）と，前記操
舵機構（１４，２４）とは，互いに作用結合されてお
り，さらに，前記重畳機構（１２，２２）は，運転者に
より開始される操舵動作（δＬ）と，前記操作部材（１
３，２３）により開始される動作（δＭ）とを重畳して
全体動作（δＬ’）とし，前記操舵機構（１４，２４）
は，前記全体動作（δＬ’）を操舵角度（δｖ）として
操舵可能な前記車軸（１６）の車輪（１５ａ，１５ｂ）
に伝達する自動車用操舵装置において，前記操舵機構
（１４，２４）の機械的な前記変速比（ｉＬ）は，可変
に設計されていることを特徴とする，自動車用操舵装
置。
【請求項２】前記操舵機構（１４，２４）の前記変速
比（ｉＬ）は，前記全体動作（δＬ’）が小さい場合に
は，前記全体動作（δＬ’）が大きい場合よりも小さく
設計されていることを特徴とする，請求項１に記載の自
動車用操舵装置。
【請求項３】前記運転者によって開始される前記操舵
動作は，前記運転者によって操作されるステアリングホ
イール（１１，２１）のステアリングホイール角度（δ
Ｌ）によって表されることを特徴とする，請求項１また
は２に記載の自動車用操舵装置。
【請求項４】前記ステアリングホイール（１１，２
１）に，操舵可能な前記車輪（１５ａ，１５ｂ）の反応
トルク（Ｍｖ）によってもたらされるステアリングホイ
ールトルク（ＭＬ）が作用する場合において，前記操舵
機構（１４，２４）の機械的な前記変速比（ｉＬ）は，
前記反応トルク（Ｍｖ）が，操舵角度の小さい場合に
は，前記操舵角度の大きい場合よりも弱い強さで，前記
ステアリングホイール（１１，２１）に作用するように
設計されていることを特徴とする，請求項３に記載の自
動車用操舵装置。
【請求項５】前記重畳機構（１２，２２）によって，
前記ステアリングホイール角度（δＬ）に，前記操作部
材（１３，２３）により開始される動作として回転角度
（δＭ）が重畳されることを特徴とする，請求項３に記
載の自動車用操舵装置。
【請求項６】前記操作部材（１３，２３）によって開
始される前記回転角度（δＭ）は，前記ステアリングホ
イール角度（δＬ）と，前記操舵機構（１４，２４）の
可変に設計された機械的な前記変速比（ｉＬ）とに依存
することを特徴とする，請求項５に記載の自動車用操舵
装置。
【請求項７】運転者によって操作可能なステアリング
ホイール（１１，２１）を備え，このステアリングホイ
ール（１１，２１）は，重畳機構（１２，２２）の第１
入力軸（１０１）と作用結合され，前記重畳機構（１
２，２２）の出力軸（１０２）は，操舵機構（１４，２
４）の入力軸（１０３）と作用結合され，前記操舵機構
（１４，２４）は，ステアリングロッド（１６）を介し
て，少なくとも１つの操舵可能な車軸（１６）の少なく
とも２つの操舵可能な車輪（１５ａ，１５ｂ）と作用接
続され，さらに，前記重畳機構（１２，２２）の第２の
入力軸（１０４）と作用結合された操作部材（１３，２
３）を有する自動車用操舵装置において，前記操舵機構
（１４，２４）の機械的な変速比（ｉＬ）が，可変に設
計されていることを特徴とする，自動車用操舵装置。
【請求項８】前記操舵機構（１４，２４）の前記変速
比（ｉＬ）は，前記操舵機構（１４，２４）の前記入力
軸（１０３）の回転が小さい場合には，前記操舵機構
（１４，２４）の前記入力軸（１０３）の回転が大きい
場合よりも小さく設計されていることを特徴とする，請
求項７に記載の自動車用操舵装置。