JP6125534B2 - 角度差センサを有するパワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は自動車用のパワーステアリング機構用、具体的には油圧パワーステアリング機構用のパワーステアリング装置、および当該パワーステアリング装置を搭載した自動車に関する。

とりわけ、車両の油圧パワーステアリング機構用のパワーステアリング装置は、ロータリーサーボバルブとしても知られているサーボバルブを備える。それらは油圧を、ひいてはステアリング補助を、運転者によって加えられるステアリングトルクに応じて制御する。最もよく見られるのは、ロータリーサーボバルブが使用され、当該ロータリーサーボバルブでは、ステアリングホイールを有するステアリングコラムで接続される入力軸がバルブ部（制御要素、制御スリーブ、スリーブとも呼ばれる）に対して回転し、当該バルブ部は出力軸と、ステアリングピニオン（ピニオンとも呼ばれる）を有するラック＆ピニオン式ステアリング機構と、に接続される。前記サーボバルブの前記制御要素のトルク依存調整、ひいてはトルク依存バルブ特性、ステアリングパワー補助特性は、入力軸と前記制御要素の間のトーションシステムを使用して実現される。

トルク調整器の別の様々な機能、例えば車線逸脱防止補助、オーバーステアおよびアンダーステア補助、触覚フィードバック、例えば車両の速度或いは荷重に応じる可変ステアリング補助、街乗りモード、駐車パイロット、ステアリングトルク重畳等を実現するために、前記制御要素の位置の調整を、公知の前記サーボバルブのステアリングパワー補助特性に影響する目的で加えられるトルクとは無関係にする。

そのようなサーボステアリングバルブは、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１においては、ステアリングパワー補助特性は制御要素とサーボバルブの出力軸の間の相対角度の調整によって達成される。

ドイツ特許出願公開第ＤＥ １０ ２００４ ０４９ ６８６号

本発明は、従来技術に基づいて、ドライビングセーフティを強化するため、および／またはステアリングパワー補助機構の制御の改善のために、機能をより良く監視できるような方法で、最初に記載されたタイプのパワーステアリング装置を開発する目的をベースとする。

この目的は、請求項１のパワーステアリング装置および特許請求される効用によって達成される。本発明の別の具体的で好適な実施例は、個々の従属請求項によって開示される。

各請求項に個別に記載された特徴は、いくつかの技術的に重要な方法で互いに結合可能で、本発明の別の実施例を示し得ることに注意しなければならない。本明細書は、特に図面と関連させて、本発明をさらに特徴づけ、明記する。

自動車用のパワーステアリング機構のための本発明におけるパワーステアリング装置は、ステアリングホイールに接続するための入力軸と、ステアリングロッドとの作動的な係合のために前記入力軸と連結される出力軸と、を備え、前記入力軸と前記出力軸の間の連結が前記入力軸と前記出力軸の間のトーションバー（３０）を使用して実現される。本発明によれば、サーボ制御器、好適には油圧サーボバルブもまた、前記出力軸と係合状態で前記出力軸に駆動される回転可能な制御要素を備え、ステアリングパワー補助機構は前記入力軸と前記制御要素の間の相対回転に応じて制御される。本発明によれば、前記出力軸と前記制御要素の間の係合は、前記出力軸と前記制御要素の間の相対回転を可能とする。また、本発明によれば、ステアリングパワー補助特性に影響するように、前記出力軸に対して前記制御要素を相対回転させるために、アクチュエータ、例えば電動式あるいは電磁式アクチュエータが備えられる。

本発明におけるパワーステアリング装置は、前記制御要素と前記出力軸の間、あるいは前記制御要素と前記入力軸の間の少なくとも一つの角度差を測定するためのセンサ機構をさらに備える。加えて、前記センサ機構によって与えられる測定値を評価するための判定装置が備えられる。有利なことに、前記与えられるデータは、前記サーボ装置の機能と安全性の監視に役立つ。

本発明の目的は、前記ステアリングパワー補助機構に影響を与えるために、前記出力軸に対して回転可能な制御要素を有するステアリング機構において、フェイルセーフおよび制御関連の視点から重要情報を取得することにある。従来のトルクセンサに必要とされるステアリングラインの相対回転のための、前記入力軸と前記出力軸の間への第２の弾力性部材（Ｔバー）の挿入は、ステアリング感覚が別の面では悪影響を受ける利点と共に省略し得る。

ステアリングギアに近いステアリングギア上の前記センサ機構の位置を通じて、回転角度を前記入力軸と前記制御要素の間で直接測定され得る。包括的なサーボ装置において、運転者および／または前記アクチュエータによって回転が生じる。前記アクチュエータと運転者が同時に前記制御要素に作用し、変位を起こす場合は、この情報が逆算され、前記アクチュエータの変位距離を知ることによって純粋な運転者情報が確定できる。フェイルセーフ上の理由で、運転者が前記ステアリングホイールに触れているかどうかを確定するために、これは重要な情報である。

加えて、車両製造業者は、ステアリングコラムにおける前記ステアリングホイールに近いステアリング角度センサの統合を省くことができる。このことは、車両の空間、費用、重量を節約する。

旅行の出発前にシステムのセルフ試験の形式で、前記出力軸に対する前記制御要素の相対回転を操作する前記アクチュエータの全機能をチェックし得る。運転者がエンジンをまだ始動させておらず、ポンプによるステアリング補助がまだ提供されていない限りにおいては、全体の回転量、例えば各停止位置に至るまでの回転量を上回って前記制御要素を回転させることによって、前記アクチュエータはシステムの全機能をチェックすることができる。

例えば、変位機構によって引き起こされる、ステアリングパワー特性の変化に関連して、ニュートラル位置、例えばその中心位置を導き出すことができるし、前記システムが最後の旅行以後位置ずれしているかどうかを、例えば、現状の測定値結果と共にＥＥＰＲＯＭに保存されたデータからチェックすることができる。

前記アクチュエータが走行中に前記ニュートラル位置をとる限りにおいては、運転者の設定するステアリングトルクに関しては、前記角度差から結論が引き出される。さらに、長時間運転における前記システムのずれを確定することができる。一般に、センサ機構の信号は、車両内で得られる他の信号と比較されるべきである。例えば、車輪速度を比較する、横加速を計測する、あるいはヨーレートを測定することによって、異なる運転状況（例えば直進）を確定することができる。その場合、直進時の運転者が状況に依存したトルク‐ニュートラルステアリングが可能であるように、前記制御要素のニュートラル位置への平衡を再調整することができる。

加えて、アクチュエータの微小制御ステップを用いて、機械的変位ヒステリシスあるいは機械的変位クリアランスを確定することができる。前記センサ機構は非常に微細な解像度を有するので、これらの制御ステップは運転者には解決できない。しかし、機械的ヒステリシス情報は、例えば製造公差を使って、制御戦略に組み込まれ得る。次の段階において、前記クリアランスの増加が、前記機構の寿命によって、例えば摩耗を使って、上記の機能から確定され、補償されることもできる。

この知識で、ステアリング操作中に、運転者と、前記アクチュエータによる前記制御要素の同時の設定と、によって、望まれた追加の変位が実際に設定されたかを確定することができる。そもそも運転者が今も前記ステアリングホイールに触れているかどうかを、そこからさらに導き出すこともできる。もしもこれが事実と異なるならば、前記制御要素、例えばバルブスリーブは、前記アクチュエータは前記ニュートラル位置へと回転しなければならない。なぜなら、そうでなければ不注意なステアリング操作が前記アクチュエータを介して開始され、車両が望みの軌道から逸れてしまうだろう。

運転者が同時重畳と共に運転する限りにおいては、もちろん運転者によってセットされたステアリングトルクは差分計算によってまた逆にも確定されることができる。

原則として本発明における装置は、出力軸と、ステアリングロッドあるいはステアリングシャフトと、の間のどのようなステアリングギアとも組み合わせることができ、ラックアンドピニオンギア或いは再循環ボールステアリングギアが好適である。

ステアリングロッドとステアリングシャフトという用語は類義語として解釈でき、それぞれのケースで使用されているステアリングギアのタイプによる。再循環ボールステアリングギアは、この場合におけるステアリング機構はブロックステアリング機構とも呼ばれるが、商用車分野で好適に使用され、特に油圧サーボバルブと組み合わせられる。

別の有利な実施例によれば、前記アクチュエータはステッピングモータである。それ故に、例えば、相対変位を計測するためのモータのエンコーダを省略することができる。要求されるステップと、制御ギアの転換と、に基づいて、ステッピングモータは、前記制御要素、例えば前記バルブスリーブに対する予想相対変位について、予測され得る。さらに、ステッピングモータとセンサ機構からの情報を比較することによって、希望の要求値が作られているかどうか、あるいは、少なすぎや、多すぎや、意図していない等の形のエラーが存在しないかをチェックできる。

好適には、前記出力軸と前記制御要素の間の係合は多段遊星ギアユニットを備える。

好適には、前記サーボバルブと前記センサ機構は前記ステアリングギアハウジングのバルブタワーに収容されるか、あるいは少なくとも前記センサ機構は前記ステアリングギアハウジングのバルブタワーに取り付けられてもよい。

好適には、前記制御要素は前記入力軸および前記出力軸と同軸上に配置されるバルブスリーブである。

前記センサ機構は好適には一つまたは複数の角度差センサを備える。それらは好適には例えば光学センサ、誘導センサ、磁気センサ等の非接触センサである。より好適には、それらは永久磁気エンコーダあるいは誘導センサである。

好適な実施例によれば、前記センサ機構は前記バルブスリーブに回転しないように接続されるエンコーダスリーブを備える。

本発明の他の長所と特徴は、他の請求項および本発明の実施例の以下の記載から明らかになる。当該実施例は、限定をするものではないと理解するべきである。当該実施例を、図面を参照して以下に説明する。
本発明におけるパワーステアリング装置の第１実施例の縦軸に沿った断面図を示す。 第２実施例の断面図を示す。 第３実施例の断面図を示す。

角度差センサ２０は入力軸２１を押し嵌められ、バルブタワー２２の上のハウジングに固定される。前記角度差センサ２０の主要構成要素は、前記入力軸２１に回転しないように接続され、磁石２３は、制御要素としてのバルブスリーブ２４に回転しないように接続されるブッシュを用いて、前記バルブタワーの油圧部から出ている前記スリーブ２４の回転角を伝える。前記センサ２０の第三の部品２５は前記バルブタワー２２に固定され、前記入力軸２１と前記バルブスリーブ２４の間の角度差に関する角度差情報を、コネクタあるいは同種の物を介して、図示されていない判定装置に提供する。

図１に従った実施例においては、軸受け（通常は油圧ステアリング機構に一般に備えられている）は、前記バルブタワー２２内で前記入力軸２１を中心に置き、軸力を平衡させるために、二つの同心円状に配置されたボールベアリングを備える。図２に従った実施例は、その変形例を示す。バルブタワー２７が長くされ、上記のセンタリングベアリング２６が前記センサ２０の上に組み込まれる。

図３は、とりわけ前記入力軸２１と前記バルブスリーブ２４の間の角度差を測定するための誘導センサ２８を使用する点で異なる別の実施例を示す。

Claims (8)

1. 自動車用の油圧式のパワーステアリング装置であって、
   ステアリングホイールに接続された入力軸（２１）と、
   自動車の車輪を転向させるために移動するステアリングロッドに対して作動的に係合した出力軸（２９）と、
   前記入力軸（２１）と前記出力軸（２９）とを連結して前記入力軸（２１）に入力された回転力を前記出力軸（２９）に伝達するとともに、前記入力軸（２１）と前記出力軸（２９）との間の相対回転を可能にするトーションバー（３０）と、
   前記入力軸（２１）に対して相対回転可能な制御要素（２４）を有するとともに、前記制御要素（２４）に対する前記入力軸（２１）の相対回転量に応じたステアリングパワー補助を油圧を介して行う油圧サーボバルブと、
   前記出力軸（２９）と前記制御要素（２４）との間に介在する多段遊星ギアユニットと、
   前記多段遊星ギアユニットを駆動して前記出力軸（２９）に対する制御要素（２４）の相対角度を調整することで、ステアリングパワー補助特性を変更するアクチュエータと、
   前記制御要素（２４）と前記入力軸（２１）との間の少なくとも一つの角度差を測定するセンサ機構（２０，２８）と、
   運転者が前記ステアリングホイールに触れていない場合に前記出力軸（２９）に対する前記制御要素（２４）の位置をニュートラル位置にするために、前記センサ機構（２０，２８）によって与えられる測定値を使用して運転者が前記ステアリングホイールに触れているかどうかを判定する判定装置と、
   を備えたパワーステアリング装置。
2. 前記ステアリングロッドが、前記出力軸（２９）との間にラックアンドピニオンギア或いは再循環ボールステアリングギアを有することを特徴とする、請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. 前記アクチュエータがステッピングモータであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のパワーステアリング装置。
4. バルブタワー（２２，２７）を有するステアリングギアハウジングをさらに備え、
   前記油圧サーボバルブと前記センサ機構（２０，２８）は、前記ステアリングギアハウジングの前記バルブタワー（２２，２７）に収容されるか、前記油圧サーボバルブと前記センサ機構（２０，２８）が、前記バルブタワー（２２，２７）に取り付けられるかのどちらか一方である
   ことを特徴とする、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のパワーステアリング装置。
5. 前記制御要素（２４）が、前記入力軸（２１）および前記出力軸（２９）と同軸上に配置されるバルブスリーブであることを特徴とする、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のパワーステアリング装置。
6. 前記センサ機構（２０，２８）が一つまたは複数の角度差センサを備えることを特徴とする、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のパワーステアリング装置。
7. 前記バルブスリーブ（２４）に回転不可能に接続されるエンコーダスリーブ（２３）を備えることを特徴とする、請求項５に記載のパワーステアリング装置。
8. 車両における請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載のパワーステアリング装置を搭載した自動車。

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