JP4889736B2 - スーパーポジションステアリング機構のためのステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載のスーパーポジションステアリング機構のためのステアリング装置に関するものである。

昨今では、パワーステアリング機構が自動車に標準装備されている。このパワーステアリング機構は、必要とされる操舵力、すなわち運転方向変更のために運転者によって加えられるトルクを低減することを目的としている。公知のパワーステアリング機構では、アシスト油圧機構のポンプが車両モータによって駆動されることで、エンジン速度の機能としてこの機能が生じる。また、作動可能な電動モータによってこのポンプを駆動し、その結果、速度に依存した操舵力をアシスト可能とされることが知られている。ここでこの種のパワーステアリング機構のアシスト動作は、速度が高くなるにつれて減少する。従って、運転者は、高速時においてはステアリングホイールの回転を変更するのにステアリングホイールを介して低速時よりも大きなモーメントを導入しなければならない。この種の機構では、導入されるモーメントがそれぞれの状態に適合するように調節される。

スーパーポジションステアリング機構は、運転者が入力する操舵角に基づいて所定の作動装置によって更なる角度を付加することが可能であるという特徴を有する。一例として、ＤＥ １０１ ６０ ３１３ Ａ１には、スーパーポジションステアリング機構のためのスーパーポジションギヤ機構が開示されている。このスーパーポジションギヤ機構は、ステアリングホイールに接続された入力シャフトと、ステアリングギヤに接続された出力シャフトとの間に配設されている。このスーパーポジションギヤ機構は、調節モータに関し設けられており、共に作動装置を構成する。この作動装置は、入力シャフトと出力シャフトとの間に配設され、その結果としてステアリングコラムの領域に追加の装着空間が必要となり、したがって専用のステアリングコラムが必要となることから不利となる。

本発明は、ステアリングコラムに追加の装着空間を必要としないスーパーポジションステアリング機構を提供するという目的に基づいている。また、これにより自律的な運転を選択的に可能とするのを援助する追加のアセンブリを搭載することが可能となる。

本発明によれば、請求項１の特徴によってこの目的を達成することが可能となる。

スーパーポジションステアリング機構（「ステアリング操作のために入力されるステアリング角ないし操舵角の調節機構」ともいう）のための所定のステアリング装置では、スーパーポジションステアリング機構のための少なくとも１つの作動装置（「作動器」、「作動部」或いは「アクチュエータ」ともいう）を用い、当該作動装置が本発明におけるステアリングホイールに配設される。これにより、従来のステアリング装置においてスーパーポジションステアリング機構のためにアセンブリを装着する、スーパーポジションステアリング機構のためのステアリングコラム空間が必要とならないため有利である。従って、本発明における装置は、パワーステアリング機構を有する従来のステアリングコラムを使用する際に、既存のステアリング機構への組み込みをより容易に行うことが可能とされる。

この作動装置は、ウォームギヤ機構と、ウォームを駆動するための少なくとも１つのモータを備える。一つの実施形態では、ウォームギヤ機構は、ステアリングシャフトに同軸状に接続された大型の（或いは大径の）ウォームギヤを有し、その大型のウォームギヤには、それぞれが１つの電動モータに接続された２つの小型の（或いは小径の）ウォームギヤが設けられている。

この大型のウォームギヤは、ステアリングシャフトへの接続のためにステアリングシャフトまわりに係合するスリーブを備えるのが好ましく、ステアリングホイールジャーナルを介して回転可能に確実に保持される。ステアリングホイールのスポークの少なくとも一部にモータが配設されるのが好ましい。

また、ウォームギヤ機構におけるリードアングル（ウォームギヤの進み角）を、（逆駆動ができないように規制する）セルフロックが可能となるような十分な大きさに設定されるのが好ましい。

同様に、モータの作動が車両の速度に依存するように設定されており、高速時においてはステアリング回転角が減じられ、低速時においてはステアリング回転角が増やされるように調節ないし調整されるのが好ましい。

このステアリング回転角は、運転方向変更の際に操舵される車輪の角度変更とされる。

好ましい１つの実施形態では、パワーステアリング機構は、スーパーポジションステアリング機構のステアリング角度差に反応する制御可能な入力モーメントを有し、スーパーポジションステアリング機構のための作動装置の後方に配設される。特に通常のステアリング感覚が結果的に生じる。ここでは、ステアリング角度が増された場合にはパワーステアリング機構の入力モーメントを減らし、ステアリング角度が減じられた場合には当該入力モーメントを増やすような調節ないし調整がなされる。ステアリング角度は、ステアリングシャフトの回転角度とされる。スーパーポジションステアリング機構の作動によって、前記のステアリング角度は、運転者によってステアリングホイールに伝えられた角度変更に対し等しく、大きく或いは小さくなるように調節ないし調整される。

１つの実施形態では、ステアリングホイールと当該ステアリングホイールの固定のために車両に固定される要素との間には、力伝達による接続、形状適合による接続、或いは摩擦力による接続が介在する。

作動装置はステアリングホイールベース上に配設され、また電磁式摩擦クラッチはステアリングホイール固定手段としてステアリングホイールベースの下側（下面）とステアリングホイールケーシングとの間に配設されるのが好ましい。

好ましい１つの実施形態では、この摩擦クラッチは、ステアリングシャフトケーシングの突出部分の内方にガイドピンによって誘導される円環状のクラッチ部材を有する。

更なる実施形態では、ステアリングホイールに搭載されるスーパーポジションステアリング機構とパワーステアリング機構との間には、車両に固定された構成要素に、例えばステアリングコラム収容部に接続されるプログラム可能な少なくとも１つの付加的なサーボモータが設けられる。このプログラム可能なサーボモータは、例えばギヤホイール機構を介してステアリングシャフトに直接的に作用する。従って、このプログラム可能なサーボモータは、ステアリングシャフト上部、及び引き続きパワーステアリング機構を介してステアリングギヤを直接的に駆動する。このサーボモータを介して車両の自律的な制御が可能とされる。従って、このサーボモータを使用することによって、操舵に関するアシスト機能（補助機能）、例えば自動で車線を維持する機能、或いは自動で駐車を行う機能が実現可能とされる。このサーボモータは、パワーステアリング機構の前方にあるため、ステアリングホイールに装備されるスーパーポジションステアリング機構を排除することが可能とされ、結果的にスーパーポジションステアリング機構のためのより小型の作動装置が搭載可能となる。

更なる改良においては、ウォームギヤの軸と作動装置のウォームとの間に、および／またはハウジングに間隔を設定するために、少なくとも１つの作動要素をスーパーポジションステアリング機構に関し設けるという対策がなされ、そこには振動を伝達するためにウォームギヤ及びウォームが配設される。例えば圧電式の作動装置を作動要素として設けることができる。

結果として、このギヤ機構の能力が設定可能とされる。

従って、圧電式の作動装置は、ウォームギヤが配設されるギヤ機構ハウジングを離間した状態で押圧することが可能とされる。これにより軸方向の間隔が増やされ、その結果としてウォームギヤ間のあそびも同様に増やされる。その結果、ギヤ機構の分離トルクが低下し、このギヤ機構はより容易に作動状態に設定される。変更或いは追加として、圧電式の作動装置により伝えられる振動によってこの分離トルクを低下させることが可能とされる。

ハウジングもまた圧電式の作動装置によって相互に押圧可能とされる。その結果、軸方向の間隔が減らされ、ウォームギヤ間のあそびが完全に削除され、これによりギヤ機構がブロックされ、確実にセルフロックされる。

最後に、圧電式の作動装置は、ウォームギヤを動的運転のための最適な間隔に維持することが可能とされる。好ましい形態では、軸方向の間隔を、作動装置が応力を受けない状態とされるギヤ機構の間隔に維持する。ここではギヤ機構は、最適なあそび及び最適な摩擦にて作動される。

本発明は、図面を用いて示す一実施の形態によって説明される。

図１には、スーパーポジションステアリング機構（「ステアリング操作のために入力されるステアリング角ないし操舵角の調節機構」ともいう）との関連において、ステアリングホイールリム１と、作動装置（「作動器」、「作動部」或いは「アクチュエータ」ともいう）の可視化のために断面にて示すステアリングホイール筒部２を備えるステアリングホイールが示されている。これらステアリングホイールリム１及びステアリングホイール筒部２は、スポーク３，４，５，６によって互いに接続されている。作動装置は、大型の（或いは大径の）ウォームギヤ７、小型の（或いは小径の）２つのウォームギヤ８，９、当該ギヤ８，９に対し設けられた電動モータ１０，１１を備えている。電動モータ１０は、スポーク５の一部を構成し、一方で電動モータ１１は、スポーク４の一部を構成している。大型のウォームギヤ７は、スリーブ１２を有し（図２参照）、これによってステアリングホイールがステアリングシャフト１３に取り付け可能とされている（図３参照）。スリーブ１２は、ステアリングホイールジャーナル１４（軸の首部、或いは軸の軸受けで支えられている部分）まわりに係合し（嵌め込まれ）、これら両者はネジ（ボルト）１５によって互いに接続される。

本発明における装置の更なる詳細に関しては図３が参照される。ステアリングホイール筒部２は、スリーブ１２を装着するためのボールベアリング１８を備えたステアリングホイールベース１７を有する。ステアリングシャフト１３は、ステアリングシャフトケーシング１６によって取り囲まれており、当該ケーシングには、ステアリングホイールベース１７と対向する面にステアリングホイール固定手段としての電磁式摩擦クラッチ１９が配置されている。前記の電磁式摩擦クラッチ１９は、図４から図６に詳細に示されている。また、ステアリングシャフトケーシング１６の上部領域には、ステアリング角度センサ２３が設けられている。

図４に示されるように、電磁式摩擦クラッチ１９は、ステアリングシャフトケーシング１６のうち内方への突出部２２においてガイドピン２１によって誘導される円環状のクラッチ部材２０を有する。この摩擦クラッチ１９によって、自律的な運転や、ＥＳＰ（電子制御により車両の安定化を図る機構）をステアリングに介入させることが可能とされる。この摩擦クラッチは、運転者から受ける力に打ち勝つようにステアリングホイールを固定する。自律的なステアリング状態になると、クラッチ部２０は、図６に示すようにステアリングシャフトケーシング１６の突出部２２から外れて、ステアリングホイールベース１７の外面を押圧することとなる。これにより、ステアリングホイールベース１７、すなわちステアリングホイールとステアリングシャフトケーシング１６との間に摩擦力による接続状態（摩擦接続状態）が生じる。このときスーパーポジションステアリング機構によって所望のステアリングロック状態がもたらされる。

運転者が急に別のステアリング角に操舵したい場合には、この機構は、摩擦力、或いは発生する角度差（角度変位）、或いは主なステアリングモーメントを検出して、図５に示すようなクラッチ解除動作を行なう。

図７には、このステアリングホイールが作用するステアリング機構全体が示されている。ステアリングホイールはステアリングシャフト１３に取り付けられたステアリング角度センサ２３を備え、当該ステアリングシャフトには更に、ステアリング角度センサ２４及びステアリングモーメント用センサ（モーメント検知センサ）２５，２６が設けられている。前記の２つのセンサ（ステアリングモーメント用センサ）間にはサーボモータ２７が配設されている。ステアリングシャフト１３の端部には、ドライブシャフト（駆動シャフト）２９，３０を備えるステアリングギヤ２８が既知の方法によって設けられている。これらステアリング角度センサ２３，２４、ステアリングモーメント用センサ２５，２６及びサーボモータ２７には、ソフトウェアを備える電子制御機器３１が接続されている。

図８に示す実施形態では、ステアリングホイールリム１と、３つのスポーク３２，３３，３４を備えるステアリングホイールが設けられている。作動装置は、ギヤ機構ハウジング３５に配設されたギヤ機構と、ステアリングホイールの中央部に配設された電動モータ３６からなる。図９に示すように、このギヤ機構は、ウォーム３７と、ステアリングシャフト１３に接続されたウォームギヤ３８を備えている。

図１０は、図８に示す実施形態を背面からみた斜視図であり、電動モータ３９及びそれに連結されたドライブピニオン４０を有する第２の作動装置、いわゆるサーボ作動装置が示されている。先に記載の作動装置と比較すると、このサーボ作動装置は、ステアリングコラム（図示省略）の領域において車体に固定されるように配設されている。このドライブピニオンは、内歯構造を有し回転に関しステアリングシャフト１３に固定状に連結されるクラウンギヤ４１に係合している。

２つの作動装置の本質的な構成要素の配置が図１１に再度示されている。パワーステアリング機構（図示省略）の前方にサーボ作動装置があるため、このサーボ作動装置は、ステアリングホイールに装着されるスーパーポジションステアリング機構を排除することが可能とされ、その結果このスーパーポジションステアリング機構のためにより小型の作動装置３６，３７，３８を搭載することが可能となる。

図１２に示すように、ステアリングホイールに作動装置が一体化された実施形態では、この図において閉止状態として示されているギヤ機構ハウジングは、２つの領域を有している。すなわち、ウォームギヤ４３のためのギヤ機構ハウジング領域４２（図１３参照）と、ウォーム４５のためのギヤ機構ハウジング領域４４（図１３参照）が設けられている。これらギヤ機構ハウジング領域４２，４４は、ステアリングシャフト軸４７（図１５参照）に平行な方向に関しギヤ機構ハウジングを貫通するギャップ（隙間）４６によって分離されている。ウォームギヤ４３のためのこのギヤ機構ハウジング領域４２は、ステアリングホイール（図示省略）に固定状に接続されている。電動モータ４８に関しウォーム４５が設けられている。

ギャップ４６には作動可能な作動要素４９が架設されており、例えば圧電式の作動装置が、ギヤ機構ハウジングのうち電動モータ４８とは反対側の終端面に配設されている。２つのギヤ機構ハウジング領域４２，４４の間のウォームギヤによって規定される平面上のギャップ４６の幅、及びウォームギヤ４３とウォーム４５との間のあそびは、作動要素４９の駆動に基づいて設定可能とされる。この目的において、作動装置５０は、ギヤ機構ハウジング領域４４に取り付けられた作動要素４９からギヤ機構ハウジング領域４２の方向に延在し、その延在部分において例えばネジ接続要素５１によって前記のギヤ機構ハウジング領域４２に固定状に接続されている。圧電作動装置を使用する場合には、作動要素４９内の作動装置５０の移動によって、或いは作動装置５０の長さの変更によって、ギャップ４６の幅が変更可能とされる。

図１４及び１５には、図１２に示す実施形態の本質的な構成要素が再度他の視点方向から示されている。

図１は、本発明における作動装置を有するステアリングホイールの斜視図である。 図２は、図１における作動装置の斜視図である。 図３は、図１におけるステアリングホイールの断面構造を示す図である。 図４は、本発明における、ステアリングホイール固定手段としての電磁式摩擦クラッチを有するステアリングホイールの断面構造を示す図である。 図５は、図４中のＥの詳細をクラッチ開放状態にて示す図である。 図６は、図４中のＥの詳細をクラッチ閉鎖状態にて示す図である。 図７は、ステアリング機構全体を示す概略図である。 図８は、３本スポークタイプのステアリングホイールにおける作動装置の一実施形態を示す図である。 図９は、図８における実施形態を前方からみた斜視図である。 図１０は、図８における実施形態を後方からみた斜視図である。 図１１は、図８における実施形態の側面図である。 図１２は、作動装置のウォームギヤの軸間の空間を設定可能な一実施形態を示す図である。 図１３は、図１２の実施形態をギヤ機構ハウジングの開放状態にて示す図である。 図１４は、図１２における実施形態の斜視図である。 図１５は、図１２における実施形態の側面図である。

符号の説明

１ ステアリングホイールリム
２ ステアリングホイール筒部
３，４，５，６ スポーク
７ 大型のウォームギヤ
８，９ 小型のウォームギヤ
１０，１１ 電動モータ
１２ スリーブ
１３ ステアリングシャフト
１４ ステアリングホイールジャーナル
１５ ネジ
１６ ステアリングシャフトケーシング
１７ ステアリングホイールベース
１８ ボールベアリング
１９ 電磁式摩擦クラッチ
２０ クラッチ部材
２１ ガイドピン
２２ 突出部
２３，２４ ステアリング角度センサ
２５，２６ ステアリングモーメント用センサ
２７ サーボモータ
２８ ステアリングギヤ
２９，３０ ドライブシャフト
３１ 電子制御機器
３２，３３，３４ スポーク
３５ ギヤ機構ハウジング
３６ 電動モータ
３７ ウォーム
３８ ウォームギヤ
３９ 電動モータ
４０ ドライブピニオン
４１ クラウンギヤ
４２，４４ ギヤ機構ハウジング領域
４３ ウォームギヤ
４５ ウォーム
４６ ギャップ（隙間）
４７ ステアリングシャフト軸
４８ 電動モータ
４９ 作動要素
５０ 作動装置
５１ ネジ接続要素

Claims (12)

1. 運転者のステアリング操作に基づいて車両の操舵角を調節するスーパーポジションステアリング機構のためのステアリング装置であって、
   ステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトに設けられたステアリングホイールと、前記ステアリングシャフトの回転角度を変更するべく作動する少なくとも１つの作動装置を備え、前記スーパーポジションステアリング機構のための前記作動装置（７−１１）は、前記ステアリングシャフトの回転角度の変更のために前記ステアリングホイール（１，２）に配設され、また大型のウォームギヤ（７）を含むウォームギヤ機構（７−９）と、前記大型のウォームギヤ（７）に係合する当該ウォームギヤよりも小型のウォームギヤ（８，９）を駆動するモータ（１０，１１）とを備えており、前記大型のウォームギヤ（７）のギヤ歯が当該ウォームギヤの外周に延在するように構成されていることを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置であって、
   前記ウォームギヤ機構（７−９）は、前記大型のウォームギヤ（７）がステアリングシャフト（１３）に同軸状に接続されており、また前記モータ（１０，１１）のそれぞれに接続される２つの小型のウォームギヤ（８，９）が前記大型のウォームギヤ（７）に係合するように設けられていることを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項２に記載のステアリング装置であって、
   前記大型のウォームギヤ（７）は、前記ステアリングシャフト（１３）との接続のために前記ステアリングシャフト（１３）まわりに係合するスリーブ（１２）を有し、これによりステアリングホイールジャーナル（１４）を介して回転可能に確実に保持されることを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のステアリング装置であって、
   前記モータ（１０，１１）は、前記ステアリングホイール（１，２）のスポーク（４，５）の少なくとも一部に配設されることを特徴とするステアリング装置。
5. 請求項１から４のうちのいずれか一項に記載のステアリング装置であって、
   前記ウォームギヤ機構（７−９）おけるウォームギヤの進み角は、セルフロックが可能な十分な大きさとされることを特徴とするステアリング装置。
6. 請求項１から５のうちのいずれか一項に記載のステアリング装置であって、
   前記モータ（１０，１１）の動作が車両の速度に依存しており、高速時にステアリングの回転が減らされ、低速時にステアリングの回転が増やされることを特徴とするステアリング装置。
7. 請求項１から６のうちのいずれか一項に記載のステアリング装置であって、
   ステアリングホイール（１７）と、車両に固定されるステアリングシャフトケーシング（１６）との間に、当該ステアリングホイールを固定するステアリングホイール固定手段としてロック或いは摩擦力による接続が介在することを特徴とするステアリング装置。
8. 請求項７に記載のステアリング装置であって、
   前記作動装置（７−１１）は、ステアリングホイールベース（１７）の上方に配設され、また前記ステアリングホイール固定手段として摩擦力による接続を生じさせる電磁式の摩擦クラッチ（１９）は、ステアリングホイール固定手段として前記ステアリングホイールベース（１７）の下側とステアリングシャフトケーシング（１６）との間に配設されることを特徴とするステアリング装置。
9. 請求項８に記載のステアリング装置であって、
   前記摩擦クラッチ（１９）は、前記ステアリングシャフトケーシング（１６）のうち内方への突出部２２においてガイドピン（２１）によって誘導される円環状のクラッチ部材（２０）を有することを特徴とするステアリング装置。
10. 請求項１から９のうちのいずれか一項に記載のステアリング装置であって、
    前記ステアリングホイールに搭載される前記スーパーポジションステアリング機構（３６，３７，３８）とパワーステアリング機構との間には、車体に固定されたステアリングコラム収容部に接続されるプログラム可能な少なくとも１つの付加的なサーボ作動装置（３９，４０）が設けられ、当該付加的なサーボ作動装置（３９，４０）は、ギヤホイール機構を介して前記ステアリングホイール直接的に作用することを特徴とするステアリング装置。
11. 請求項１から６のうちのいずれか一項に記載のステアリング装置であって、
    ウォームギヤ（４３）の軸と前記スーパーポジションステアリング機構の前記作動装置のウォーム（４５）とが配設されたハウジング（４２，４４）には、前記ウォームギヤ（４３）と前記ウォーム（４５）の間隔を設定するために駆動される少なくとも１つの作動要素（４９）が設けられていることを特徴とするステアリング装置。
12. 請求項１１に記載のステアリング装置であって、
    前記作動要素（４９）として、電圧を加えると変形する圧電素子を用いた圧電式の作動装置が設けられていることを特徴とするステアリング装置。

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