JP4445671B2 - 電気的に助成された、自動車のためのパワーアシスト付きステアリング - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に記載の形式の、電気的に助成された、自動車のためのパワーアシスト付きステアリングに関する。パワーアシスト付きステアリングは入力軸を有しており、この入力軸はステアリングハンドホイールに作用結合されていて、舵取りされるべき車輪を舵取りするために必要なトルクを伝達するために働く。出力部材が、舵取りされるべき車輪に作用結合されている。直接的または間接的にアシスト力を出力部材に加えることができるサーボモータがパワーアシスト付きステアリングに配置されている。入力軸と出力部材とはねじり弾性的な部材を介して互いに結合されて、入力軸と出力部材との間に、ある程度の範囲内に制限されたねじり運動が可能であるようになっている。入力軸に作用する舵取りトルクの方向および大きさと、別の舵取り固有のパラメータとを無接触式に検出するために、無接触式の検出ユニットが働く。検出ユニットは、入力軸もしくは出力部材に結合された２つの磁気抵抗型センサを有している。
【０００２】
このようなパワーアシスト付きステアリングは例えばドイツ連邦共和国特許第３８４４５７８号明細書に基づき公知である。このようなパワーアシスト付きステアリングの場合、非磁性材料から成る２つのドラムが入力軸もしくは出力部材に結合されている。これらのドラムは周面または端面に、磁化可能な媒体を備えていて、これらのドラムが交互に磁気的なＮ極およびＳ極を形成するようになっている。両ドラムの回転角の差を測定することによって、磁気抵抗型のエレメントを使用してトルクが検出される。
【０００３】
トルクを検出することによって、電気的なステアリングのサーボ助成装置を制御することができる。電気的なステアリングにおけるサーボ助成装置を純粋にトルクだけに関連して制御すると、このことは走行運転中、不慣れなものと感じ取られる。それというのは、液圧式に助成されるパワーアシスト付きステアリングの場合とは異なる摩擦特性が生じるからである。舵取りトルクに対する舵取り速度の「応答(Rueckmeldung)」が欠如している。このような欠点を補償するために、舵取り速度の検出が必要である。舵取り速度の検出のために、公知の電気的なステアリングの場合、例えばドイツ連邦共和国特許第３７１１８５４号明細書においては付加的なセンサが設けられている。このようなセンサは例えば直流速度計用発電機を有している。この直流速度計用発電機は、舵取り速度に適合させられた電圧を備えた直流を形成する。このような舵取り速度センサは、舵取り速度を検出するための比較的大きな手間を意味する。
【０００４】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、電気的に助成されるパワーアシスト付きステアリングの制御を改善することである。特に、簡単な手段を用いて、ひいては低廉に舵取り固有のパラメータを検出できることが望ましい。
【０００５】
このような課題は、請求項１に記載の特徴を有するパワーアシスト付きステアリングによって解決される。この手段は特に、冒頭で述べた形式のパワーアシスト付きステアリングにおいて全てのパラメータを検出するための検出ユニットが、マグネットリングとして形成された唯１つのパルス発生器を有しており、このパルス発生器がその周面またはその端面に、交互の列を成す磁気的なＮ極およびＳ極を備えていて、対応配置された２つの磁気抵抗型センサを介して、入力軸と出力部材同士の互いの相対位置も、入力軸の位置の変化も検出されることによってもたらされる。このような構成によって、僅かな組み付け手間しか必要とならない。さらに、ステアリングの製造コストも減じられる。それというのは、僅かな構成部分しか必要とされないからである。
【０００６】
本発明の、目的に叶った有利な構成は請求項２以下に記載されている。つまり、センサの回転部分と定置のセンサケーシングとの間の電気的な接続は渦巻ばねを介して行われてよい。これにより、信号の簡単かつ確実な伝達が可能になる。
【０００７】
センサの回転部分と定置のセンサケーシングとの間の電気的な接続のために、渦巻ばねの代わりに、摺動子ユニットを使用することができる。
【０００８】
舵取り絶対角をも簡単な手段で検出可能にするために、出力部材には伝動装置が配置されており、この伝動装置によって、入力軸または出力部材の複数回の回転を小さな回転運動または並進運動に変換することができる。この伝動装置は、出力部材または入力軸に結合されたねじ山とねじ山付きナットとを有している。ねじ山付きナットが軸方向ガイドによって軸方向運動可能にしかし回動不能に案内されている。さらに、ねじ山付きナットが磁石に結合されており、この磁石の軸方向運動が舵取り絶対角のための信号を生ぜしめる。
【０００９】
このような伝動装置を使用することによって、舵取り固有のパラメータ、例えば舵取り角、舵取り速度および舵取り加速度を検出するために使用される磁気抵抗型のセンサと、舵取り絶対角を検出するために使用される別の磁気抵抗型のセンサとを、共通の１つのプリント配線板上に配置し、共通の１つの電子装置ユニットと協働させることができる。
【００１０】
トルク、舵取り方向、舵取り角、舵取り絶対角、舵取り速度および舵取り加速度のような舵取り固有のパラメータを検出するためのセンサユニットが唯１つの構成ユニットに一緒に纏められると有利である。このことにかかる組み付け手間はやはり僅かである。
【００１１】
サーボモータとして電動モータを使用すると、モータ回転数の制御のために、測定されたパラメータを簡単に使用することができ、この場合一層良好な制御良度がもたらされる。
【００１２】
以下に本発明を図面に示した３つの実施例につき詳しく説明する。
【００１３】
本発明をラックアンドピニオン式伝動装置を備えたパワーアシスト付きステアリングの例で説明する。ただし同じ作用を伴って、本発明を他のパワーアシスト付きステアリング、例えばボールナット式伝動装置を備えたパワーアシスト付きステアリング、または、サーボユニットがステアリングコラム内に配置されているようなパワーアシスト付きステアリングに適用することもできる。
【００１４】
ステアリングケーシング（略してケーシング１と呼ぶ）には、ピニオンシャフト２に結合されたピニオン３が回転可能に支承されている。ピニオン３は出力部材を形成している。この出力部材はラック４を介して、図示していない、舵取りしようとする車輪に作用結合されている。ボールナット式ステアリングの場合、ピニオン３の代わりに、ねじ山付きスピンドルが設けられている。ピニオンシャフト２はトーションバー５を介して、ステアリング伝動装置の入力軸６に結合されている。トーションバー５の代わりに、他のねじり弾性的な部材が使用されてよい。
【００１５】
ラック４は、図示されていない減速伝動装置を介して、電動モータ７として構成されたサーボモータに駆動結合されている。サーボモータは液圧モータによって形成されていてもよい。
【００１６】
ケーシング１の一部、つまり図１の実施例においては入力軸６に隣接する上側の部分には、拡張部８が検出ユニット１０を収容するために形成されている。
【００１７】
この検出ユニット１０は、この実施例においては２つの部分で形成されたセンサケーシング１１を有している。このセンサケーシング１１内では、磁気抵抗型センサ１２（以下、略してＭＲセンサと呼ぶ）が所属の電子装置ユニット１３と一緒にプリント配線板１４上に組み付けられている。ＭＲセンサ１２と電子装置ユニット１３とプリント配線板１４とが一緒に１つのセンサユニット１５を形成している。このセンサユニットは、入力軸６に回動不能に結合されている。
【００１８】
ピニオンシャフト２には、パルス発生器がマグネットリング１６の形で配置されている。このマグネットリング１６はその周面または端面に交互の列を成して、磁気的なＮ極およびＳ極を備えている。マグネットリング１６の代わりに、パルス発生器が棒磁石として形成されていてよい。マグネットリング１６はＭＲセンサ１２と協働する。
【００１９】
渦巻ばね１７は定置のセンサケーシング１１と、回転するセンサユニット１５との間の電気的な接続を形成している。渦巻ばね１７は、フレキシブルな、巻き上げられたフラットベルト線路である。
【００２０】
入力軸６に負荷されたトルクは、入力軸６とピニオンシャフト２との間の回動角を生ぜしめる。このような回動角はトルクのための尺度であり、センサユニット１５によって測定される。ＭＲセンサ１２は１つの磁極の領域内でしか測定を行わない。
【００２１】
検出ユニット１０には第２のセンサユニット１８が所属している。この第２のセンサユニット１８は、センサケーシング１１の一方の端面に配置されている。これにより、センサユニット１８は定置に形成されている。センサユニット１８はＭＲセンサ２０と電子装置ユニット２１とを有している。これらＭＲセンサ２０と電子装置ユニット２１とは、プリント配線板２２に組み付けられている。第２のセンサユニット１８は、そのＭＲセンサ２０が第１のＭＲセンサ１２が協働するのと同一のマグネットリング１６と協働するように配置されている。第２のセンサユニット１８は複数の磁極を介して、マグネットリング１６の運動を測定する。測定信号からは、舵取り角、舵取り速度および舵取り加速度を導出することができる。
【００２２】
両センサユニット１５，１８が供給する測定信号からは、その都度舵取り方向を導出することができる。両センサユニット１５，１８は渦巻ばね１７およびセンサケーシング１１と一緒に、統一された構成ユニットとしての検出ユニット１０を形成している。検出ユニット１０から、測定信号は共通のケーブル２３を介して、図示していない制御電子装置ユニットにさらに導くことができる。
【００２３】
図２に示した実施例においては、ピニオン３を備えたピニオンシャフト２が歯車伝動装置またはウォーム伝動装置２４を介して、電動モータ７に駆動結合されている。ピニオンシャフト２には、ウォーム伝動装置２４のウォーム歯車２５が固定されている。ウォーム歯車２５とはウォーム２６が協働する。このウォームは電動モータ７の被駆動軸２７に結合されている。
【００２４】
このような実施例の場合、定置のセンサケーシング１１と、回転するサーボユニット１５との間の電気的な接続のために、渦巻ばね１７の代わりに摺動子ユニット２８が使用される。
【００２５】
摺動子ユニット２８を使用しても渦巻ばね１７を使用しても、電動モータ７の位置には束縛されない。従って電気的な接続の両形式は、図１および図２に示した両実施例において選択的に採用することができる。
【００２６】
図２に示した実施例の残りの構成部分は、図１の部分にほぼ相当する。
【００２７】
第３の実施例を図３および図４につき説明する。ウォーム２６もしくは電動モータ７の被駆動軸２７には、パルス発生器として多極のマグネットリング３０が配置されている。このようなマグネットリング３０は、別のＭＲセンサ３１と協働する。このＭＲセンサ３１は、電子装置ユニット３２およびプリント配線板３３と一緒にセンサユニット３４を形成している。ウォーム２６におけるマグネットリング３０の位置決め、および、プリント配線板３３におけるＭＲセンサ３１の位置決めは互いに、マグネットリング３０とＭＲセンサ３１との間に正確に規定された間隔３５が生じるように行われる。この場合、マグネットリング３０が歯列噛み合い部の反対側でウォーム２６に、すなわち電動モータ７から離反して位置することが可能である。
【００２８】
電動モータ７の主要な構成部分は、ロータ３６およびステータ３７である。このステータ３７はケーシングに固定されている。ロータ３６は被駆動軸２７、ひいてはウォーム２６に結合されている。マグネットリング３０を介してロータ回転数が測定される。ウォーム伝動装置２４のウォーム２６とウォーム歯車２５とを介して、マグネットリング３０とピニオン３との間の機械的な結合が生じる。これにより、センサユニット３４は、ロータ回転数の他に、舵取り角、舵取り速度および舵取り加速度の測定値を検出することもできる。このような場合、ウォーム伝動装置２４の伝達比が信号を多重にするので、分解能が高められる。
【００２９】
入力軸６とピニオンシャフト２とは標準的な舵取り運転中には３６０°よりも大きく、つまり約２〜４回転させられる。センサユニット１８，３４はこのような角度範囲を絶対的には検出することはできない。従ってパワーアシスト付きステアリングの出力部材、つまりピニオンシャフト２には伝動装置３８が配置されている。この伝動装置によって、入力軸６およびピニオンシャフト２の複数回の回転を、小さな回転運動または並進運動に変換することができる。このような伝動装置３８の１つの実施例が図３に示されている。この実施例においては、ピニオンシャフト２にはねじ山４０が結合されている。このねじ山によって、ピニオンシャフト２が回転させられると、所属のねじ山付きナット４１が小さな並進運動を行う。図３に示した実施例においては、ねじ山４０はマグネットリング１６に配置されている一方、ねじ山付きナット４１は磁石４２を支持している。これにより、磁石４２はねじ山付きナット４１と同じ軸方向運動を行う。このような軸方向運動は別のＭＲセンサ４３によって検出され、舵取り絶対角のための尺度になる。このＭＲセンサ４３はＭＲセンサ３１と一緒に共通のプリント配線板３３に組み付けられている。両ＭＲセンサ３１，４３は互いに電子装置ユニット３２を共有している。
【００３０】
ねじ山付きナット４１がねじ山４０と一緒に回動するのを阻止するために、ねじ山付き４１が軸方向案内４４によって軸方向運動可能に、しかし回動不能に案内される。
【００３１】
図１〜３に示した実施例に対して選択的に、センサユニット１５は入力軸６の代わりにピニオンシャフト２に結合されてもよい。この場合マグネットリング１６と磁石４２とは入力軸６に配置されることになる。このような配置にすると、舵取り角もしくは舵取り速度を直接的に入力軸６で測定することができる。入力軸６とピニオン３との間の回動角度が、測定結果を損なうことはない。
【００３２】
マグネットリング１６または相応の棒磁石、マグネットリング３０および磁石４２の代わりに、他のパルス発生器、例えば歯車またはラックが使用されてよい。センサ技術の機能にこのことが影響を与えることはない。
【００３３】
重要な点は、パワーアシスト付きステアリングの機能にとっては唯１つのマグネットリングで十分であることである。図１および２の実施例を用いて、トルク、舵取り速度および舵取り加速度のパラメータを検出することができる。より高い舵取り快適性、例えば改善された戻りのためには、ステアリングの機能を例えば伝動装置３８および付加的な磁石４２を用いて舵取り絶対角を検出することによって拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるパワーアシスト付きステアリングをラックアンドピニオン式ステアリングの１実施例で示す縦断面図である。
【図２】 本発明によるパワーアシスト付きステアリングをラックアンドピニオン式ステアリングの１実施例で示す縦断面図である。
【図３】 本発明によるパワーアシスト付きステアリングをラックアンドピニオン式ステアリングの１実施例で示す縦断面図である。
【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った電動モータを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング、 ２ ピニオンシャフト、 ３ ピニオン、 ４ ラック、 ５ トーションバー、 ６ 入力軸、 ７ 電動モータ、 ８ 拡張部、 １０ 検出ユニット、 １１ センサケーシング、 １２ 磁気抵抗型センサ（ＭＲセンサ）、 １３ 電子装置ユニット、 １４ プリント配線板、 １５ センサユニット、 １６ マグネットリング、 １７ 渦巻ばね、 １８ センサユニット、 １９ 検出ユニット、 ２０ ＭＲセンサ、 ２１ 電子装置ユニット、 ２２ プリント配線板、 ２３ ケーブル、 ２４ ウォーム伝動装置、 ２５ ウォーム歯車、 ２６ ウォーム、 ２７ 被駆動軸、 ２８ 摺動子ユニット、 ３０ マグネットリング、 ３１ ＭＲセンサ、 ３２ 電子装置ユニット、 ３３ プリント配線板、 ３４ センサユニット、 ３５ 間隔、 ３６ ロータ、 ３７ ステータ、 ３８ 伝動装置、 ４０ ねじ山、 ４１ ねじ山付きナット、 ４２ 磁石、 ４３ ＭＲセンサ、 ４４ 軸方向ガイド

Claims (6)

1. 電気的に助成された、自動車のためのパワーアシスト付きステアリングであって、
   −舵取りされるべき車輪を舵取りするために必要な舵取りトルクを伝達するために、入力軸（６）がステアリングハンドホイールに作用結合されており、
   −出力部材が、舵取りされるべき車輪に作用結合されており、
   −サーボモータによって、直接的または間接的にアシスト力が出力部材に加えられるようになっており、入力軸（６）と出力部材とがねじり弾性的な部材を介して、入力軸（６）と出力部材との間に制限されたねじり運動が可能であるように互いに結合されており、
   −検出ユニット（１０；３４）が、入力軸（６）に作用する舵取りトルクの方向および大きさ、舵取り方向、舵取り角、舵取り絶対角、舵取り速度及び舵取り加速度の内の少なくとも１つを含む舵取りパラメータを無接触式に検出するために働き、
   −検出ユニット（１０；３４）が前記パラメータを検出するために、入力軸（６）もしくは出力部材に結合された少なくとも１つのセンサを有している形式のものにおいて、
   前記パラメータを検出するための検出ユニット（１０；３４）が、マグネットリング（１６；３０）として形成された唯１つのパルス発生器を有しており、該パルス発生器がその周面もしくは端面に、交互に列を成す磁気的なＳ極およびＮ極を備えていて、前記パラメータは、対応配置された２つのセンサ（１２，２０；３１，４３）を介して、入力軸（６）と出力部材同士の相対位置若しくは入力軸（６）もしくは出力部材の位置の変化が検出されることにより求められることを特徴とする、電気的に助成された、自動車のためのパワーアシスト付きステアリング。
2. センサ（１２）の回転する部分と、定置のセンサケーシング（１１）との間の電気的な接続が、渦巻ばね（１７）を介して行われるようになっている、請求項１記載のパワーアシスト付きステアリング。
3. センサ（１２）の回転する部分と、定置のセンサケーシング（１１）との間の電気的な接続が、摺動子ユニット（２８）を介して行われるようになっている、請求項１記載のパワーアシスト付きステアリング。
4. 舵取り絶対角を除く前記パラメータを検出するために使用される磁気抵抗型センサ（３１）と、舵取り絶対角を検出するため、前記出力部材が有するねじ山付きナット（４１）と結合された磁石（４２）の軸方向運動を検出する別の磁気抵抗型センサ（４３）とが１つの共通のプリント配線板（３３）に配置されていて、共通の電子装置ユニット（３２）と協働する、請求項１記載のパワーアシスト付きステアリング。
5. サーボモータが電動モータ（７）である、請求項１記載のパワーアシスト付きステアリング。
6. 舵取りパラメータ、即ち、トルク、舵取り方向、舵取り角、舵取り絶対角、舵取り速度、舵取り加速度および電動モータ（７）のロータ回転数を検出するためのセンサユニット（１５，１８，３４）が、唯１つの構成ユニット（検出ユニット１０）内に一緒に纏められている、請求項１記載のパワーアシスト付きステアリング。

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