JPH05505371A - 車両用パワーステアリングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 車両用パワーステアリングシステム 本発明は、車両用パワーステアリングシステムに係り、請求項１において記述さ れた一般的な車両用パワーステアリングシステムに関する。

この種のパワーステアリングは、ドイツ国特許公告第ＤＥ−Ａ−３，８２４，４ ２４号によって知られている。このパワーステアリングにおいてのサーボモータ は、自動車のエンジン室内で、ステアリングのカラムと、同軸あるいはその近く に設置されている。

これは、エンジン室の汚れやエンジン室内の高い温度によって、そのエンジン室 にある電気的なサーボモータに不都合な影響を与えるという問題があった。

特に、例えば、土木車両や大型商用自動車においては、そのエンジン室が、これ の内部に収納される部品の冷却上の理由から、開放されているため、そのエンジ ン室に収納される機能部品は、極めて汚れ易い。汚れを防止する予定の機能部品 のための個々のプロテクターは、一般に高価なものであるが、従来の構造にあっ ては、運転条件上、その部品の機能を確実に維持するため、そのプロテクターを 設けることはしばしば避けられない。

従って、この発明の目的は、請求項１における前段において記載された一般的な 車両用パワーステアリングにおける前述の不具合を解消し、よって、電気的なサ ーボモータの汚れを防ぎ、かつ、その据付けが容易な構造のものを提供すること にある。さらに加えて、この種のノくワーステアリングシステムにおいて、ステ アリング方向を検出するセンサユニットを合体するに適するものである。また、 前記センサユニツトがコンパクトで容易に組み付けることができるとともＩこ、 安全性が得られ、特に、安価に作れるというものである。

これらの目的は、請求項１において記述された特徴（こよって達成される。

この目的はサーボモータを乗員室内に設けること（こよって達成される。つまり 、パワーステアリングシステムのサーボモータが、エンジン室内に存するところ のオイル、燃料、エンジンクリーナ等による汚れ、さらには、湿気や過度の温度 から悪影響を受けないようになる。

さらに、本発明は、従前の〕くワーステアリングシステムに比べて、より軽量化 か図れ、かつ、より安価１こ作れるとともに、容易に組み込むことができる経済 的なノくワーステアリングシステムを提供することにある。

本発明の優れた展開例がそれぞれ従属請求項に挙げられてい。

適当なものには、このパワーステアリングシステム１こお（為で、サーボモータ 用の電気的システムも、乗員室内（こ備えれば、それらの組付は構造をより簡略 化すること力くできる。

特に、サーボモータおよびこれに関係する電気的なシステムの好ましい構造とし ては、それらをステアリングホイールのすぐ近くに配置し、或いはステアリング ホイールにその少なくとも一方を一体的に取り付けることが望ましい。このため 、とりわけ小さくフラットなモータの形式のデスクロータ型モータ、或いは進行 波型モータとして構成するとよい。

前記サーボモータおよびその電気システムを保護するため、適当なハウジングを 設けるとよい。このハウジングは、例えばステアリングホイールとステアリング 軸の下で、後者のガイドチューブに固定してもよい。それらの配置は、それに容 易にアクセスできるので、最初の組み立てや修理作業を容易な方法で行うことが できる。

本発明の特に好ましい実施例において、サーボモータは、ステアリングホイール に一体的な歯付リムと噛み合わせられる。この歯付リムの例によれば、所要な操 作スピードに減速する一方、同時に、所望の検出を可能ならしめる。

さらに、本発明のすぐれた利点は、後から取り付け、あるいは従前のものと交換 可能なユニットを構成するもので、このユニットは、例えばステアリングホイー ル、電気モータ、一体の歯付リム、センサ装置を備えるのが好ましい。この方法 によれば、自動車は、古い形式のステアリングホイールを交換することにより、 パワーステアリングユニットを装備した新しいパワーステアリングシステムを装 備するものにすることができる。

この目的を直ちに実現するため、このステアリングホイールが、ステアリングギ アと、所望の検出を行うためのハンドホイールとに分かれていることか望ましい 。

さらに、電気モータにコレクターフリーの整流モータを用いる二とが望ましい。

この種の電気モータはジャムを起さず、中間媒介物を用いずに直接に接続できる 利点がある。電気的メカニカルな補助動力の発生が必要な場合、前記歯付リムと ハンドホイールは、前記センサユニットと相互に関係して、その回転方向と供給 されたトルクに依存して、前記サーボモータに補助パワーを発生させる。

例えば、電気的整流モータのようなコレクターフリー（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａ ｌｌｙ　ｃｏｍｗｕｔａｔｅｄ）の電気モータを用いれば、そのモータが作動し ない場合でも、サーボモータと歯付リムの間の結合を予見し、ステアリングシス テムのジャムのリスクがなくなる。

この発明の最適な実施例は、従属形式の請求の範囲に述べられている。この発明 に関係する他の特徴や作用効果についてのそれの詳細な内容は後述する説明及び 図面（図１〜６）の記載によってより良く理解されるであろう。

図面において、 図１は、本発明に係るパワーステアリングシステムの一部分を少し簡略して表し た概略図。

図２は、図１中Ｘで示す細部の断面図。

図３は、図２で示したＸ部の細部を全面から見た図。

図４は、センサーユニットを示す斜視図。

図５は、図４におけるセンサーユニットからの回転信号のモニタ波形を示す特性 図。

図６は、前記パワーステアリングシステムにおいてセンサーユニットを示した例 の概略図。

図１は、運転室２のある乗り物に適用した本発明の一実施例に係るパワーステア リングシステム１を示す。このパワーステアリングシステム１は、電気的ステア リング方式で構成されており、これは、ステアリング軸４に支持されたステアリ ングホイール３を備えている。

さらに、このパワーステアリングシステム１は、図１で詳図しないステアリング ギアを備え、このステアリングギアは、前記ステアリング軸４に接続されている 。

言うまでもないか、このパワーステアリングシステム１は、前記ステアリング軸 ４から前記ステアリングホイール３に操作力へ伝達するため、及び、それらを連 結するため、通常、想起されるところの部品を備える。

さらに、図１において、サーボモータ制御用電気システム６を備えた電気的サー ボモータ５は、ステアリング軸４とステアリングギアにトルクを発生させて、ス テアリングホイール３の回転を助けるものである。

この発明において、サーボモータ５、特に、図１において、示した実施例のもの では、そのモータ用電気システム６の両者が、乗員室に設置される。図示した実 施例において、サーボモータ５とモータ制御用電気システム６の両者は、ステア リングホイール３の近くで直接的に備え付けられている。そこで、以下に示す例 において、ハウジング７は、適切な組付は固定方法、例えばフープ９による方法 で、ステアリング軸４の下側に位置してそのステアリング軸４のガイドチューブ ８に固定されている。前記ハウジング７は、ダメージ等からサーボモータ、及び そのサーボモータ用電気システム６を保護することができる。

図１で明らかなように、サーボモータとそのサーボモータ制御用電気システムと は、前記ステアリング軸４の下側に位置して配置する構造になっている。これに よると、運転室内に、たやすく装備できるため、その組み立てや修理作業を容易 に行うことかできる。

図１に示されない他の実施例として、サーボモータ、及び必要ならば、そのモー タの電気的なシステムも、ステアリングホイール３内に組み込むものでもよい。

この場合、前記サーボモータを、とりわけフラットなモータ、例えばデスクロー タ型モータや進行波型モータとして構成する。

しかしながら、図示された実施例において、サーボモータ５は、ステアリング軸 ４の下側に配置されており、そのステアリングホイール３は、図２で示したよう な歯付リム１０を一体に設けてなり、前記歯付リム１０は内歯１１が形成されて いる。前記リム１０は、ステアリング軸４に対して回転しない固定的な関係で取 り付けられている。歯付リム１０を嵌め込むため、前記ステアリングホイール３ には、その歯付リム１０に適合する凹部からなる受け部１２が形成されている。

つまり、受は部１２は、前記歯付リム１０が入り込むに適合する断面形状が略Ｕ 字状に形成されている。図２および図３に示されるように、前記受は部１２内に おいて、これに適合する前記歯付リム１０は、ベアリング１３を介してステアリ ングホイール３に連結される。このため、前記ベアリング１３は、内輪１５を備 えており、この内輪１５は、ステアリングホイール３の壁部１４に位置してそれ に取り付けられている。一方、前記歯付リム１０において、内周面側に前記内歯 １１を有した円環状のカラー１６の外周面には、ベアリング１３の回転体１８を 受ける凹部１７が形成されている。また、回転体１８は、保持器１９によって回 転自在に保持されながらガイドされる。

図３から明らかな如く、ステアリングホイール３は、２つのストップ２０．２１ が形成されている。この各ストップ２０．２１は、前記歯付リム１０に形成した ２つのストップ２２．２３にそれぞれ対応して向かい合っている。この場合、互 いに向き合うストップ２０．２２の組と、同じく互いに向き合うストップ２１． ２３の組は、サーボモータ５が故障し、ステアリングホイール３が回転するとき 、互いに突き当たり、回転トルクを伝達する作用をなす構成となっている。

さらに、図１から明らかに理解されるように、サーボモータ５は駆動軸２４を備 え、この駆動軸２４には回転しない状態で駆動ピニオン２５が取り付けている。

前記駆動ピニオン２５は、常に、歯付リム１０の内歯１１に噛み合う。

操作中において、そのステアリングホイール３が、回転可能な一方の向きに回転 したとき、ステアリング軸４と歯付リム１０に関係して、そのステアリングホイ ール３は回転する。

この回転は、それに適切なセンサによってモニターされる。

そして、センサは、ステアリング信号を発信する。このセンサは、前記サーボモ ータ５及びその電気システムを収容するハウジング７内に、適当な省スペース方 式で直接かつ一体的に設けられている。

前記センサが発するステアリング信号は、図において示さないラインを通じて前 記モータの電気システム６に伝送される。従って、前記モータの電気システム６ は、所望の操作方向と操作トルクに応じて前記サーボモータ５を動作させ、この ため、サーボモータ５はアナロク的な補助トルクを発生し、これを駆動ピニオン ２５を介して歯付リム１０に伝達する。

このトルクは、歯付リム１０を介してステアリング軸４に伝達され、ステアリン グホイール３を操作したときの補助パワーとなり、この発明におけるパワーステ アリングシステム１のサーボ機構を示すものである。

この発明のパワーステアリングシステム１は、既に述べた効果に加えて、以下の 特有の効果を奏する。すなわち、従前のパワーステアリングシステムを容易に改 造することにより、この発明に係るパワーステアリングシステム１の構造にする ことができる。そして、この改造は従前のステアリングホイールユニットを、前 述したユニット（ステアリングホイール３、歯付リム１０、モータ、及び電気シ ステム）に置き替えることにより簡単に行うことが可能である。その上、サーボ モータ５とこれの電気システムとを前記運転室２の中に簡単な方法で取り付ける ことができる。しかも、これは、従前のステアリングシステムに構成上の変更を 加えることなく行うことかできる。

図４はセンサユニット３１の全体的な配置構造を示す。このセンサユニット３１ は、冗長（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ　）　タフ’ルのセンサＳｌ、Ｓ２を備え、二の センサＳｌ、Ｓ２の両者は合わせてグループ化され、かつ馬蹄形状に配置されて いる。さらに、センサＳｌ、Ｓ２の両者はペアーとして、互いに向き合って配置 されるとともに、後述するように回転操作方向を知るための伝達要素として作用 するセンサデスクと、同心的に配置されている。センサデスクは第１のセンサデ スク３３と第２のセンサデスク３２とを有し、第１のセンサデスク３３は第２の センサデスク３２の内側に配置されている。前記第２のセンサデスク３２の内周 部には、信号用ピ・ソチＴで等間隔の複数の凹部３４が設けられ、同じく第１の センサデスク３３の外周部にも、信号用ピッチＴで等間隔の複数の凹部３４が設 けられている。前記各凹部３４は、例えば歯間スペースを形成し、図４で示すよ うに、ステアリングホイールのニュートラルポジションにおいては、センサデス ク３２の歯間スペースは、他のセンサデスク３３の歯スペースにそれぞれ対応し て整列する。また、ダブルセンサＳｌ、５２の各組は上下に配置されるとともに 、これに関係するセンサデスク３２゜３３に対応して配置されている。そこで、 ステアリングホイール３が回転すると、これに取り付けられた第２のセンサデス ク３２が回転し、ステアリングホイール３は、第１のセンサデスク３３に対して 回転する。一方、／ぐワーステアリングシステムの歯付リム１０を備えた内側に 位置する第２のセンサデスク３３は、図６で示すように原位置で休止状態（こあ る。

前記ダブルセンサＳｌ、Ｓ２により、凹部３４の相対的な回転からステアリング ホイール３の反時計方向あるいは時計方向を表し、その回転する向きに応じてパ ワーステアリングシステムを作動させる操作回転角信号を発生させる。そして、 サーボモータ５は、図６で示す歯付リム１０を介して、２つのセンサデスク３２ ．３３の凹部３４か再び整位されるまで、手動操作のステアリング動作に伴う第 １のセンサデスク３３を調整し直す。

図５は、回転する向きを検出する動作を説明するための線図であって、ステアリ ングホイールに固定された外側のセンサデスク３３によって生成されるデジタル 信号の一例を、時間に対する電圧信号の波形で表している。この際、以下の事項 との関連で注意すべきである。つまり、回転角の正確な検出を確保するため、前 記ダブルセンサの２つのセンサエレメントＳＬ、Ｓ２は、軌道上において互いに 近くに配置され、かつ、そのセンサエレメント間の距離Ａは、前記凹部３４、或 いは歯間スペースに対応したそれぞれの信号距離ピッチＴより大きい。その結果 、信号パターンの異なる時系列により、ステアリングホイール３の回転状態が、 第１及び第２のセンサエレメントＳＬ、５２間の信号列に基づいて検出される。

サーボステアリング装置に同期して連動する前記第１の、つまり、内側のセンサ デスク３３の再調整とモニタ動作は、前述した動作に続けて起こり、それは、第 ２の冗長ダブルセンサＳｌ、Ｓ２を通じてサーボステアリング装置は、ステアリ ング動作の同期に対して信号シーケンスパターンを随時比較を可能とし、第２の センサデスクに関しての相対的な位置は、コントロールユニットのコンピュータ 援用のマスタースレブシステムの機構内の所要のステアリングサーボ特性に適し た演算手段によって同時にモニタされる。

図６は、図１を参照して既に述べたセンサ測定装置の構造に関する他の実施例を 示すものである。前記外側、つまり、第２のセンサデスク３２は、ステアリング ホイール３に配設され、前記内側、つまり、第１のセンサデスク３３は、前記歯 付リム１０の一部に一体的に取り付けられている。前記センサエレメントＳｌ、 Ｓ２は、それぞれセンサデスク３２゜３３から数ｍｍのオーダーでの距離をあけ て配置され、かつ、そのセンサユニット３１は、好ましくはステアリングカラム に固定的に取り付けるとよい。前記センサユニット３１の検出方式としては、例 えばホール効果、あるいは磁気抵抗の原理による。前記サーボモータの制御用電 気システム６は、そのサーボモータ５に対して直接に取り付けられている。前記 サーボモータ５は、前記ステアリングホイール３の回転を補助するため、前記ス テアリング軸４を回転するトルクを発生する。前記サーボモータ５とその電気シ ステム６の両方は、前記ステアリングホイール３に直接的に取り付けられている 。

この図６に示す実施例において、前記サーボモータ５は、前記ステアリング軸４ の真下近くに配置され、前記ステアリングホイール３は、内歯を備えた歯付リム １０に一体的になっている。前述した歯付リム１０は、軸受１３を介して前記ス テアリングホイール３に連結されている。図２および図３から知れるように、前 記軸受１３を設ける箇所には回止め手段が配設されている。このため、所定の回 転角範囲を越えると、前記ステアリングホイール３と歯付リム１０との間には、 ロック係合が行われる。前記サーボモータ５は、ドライブシャフト２４を有し、 このドライブシャフト２４には非回転的にドライブピニオン２５が取り付けられ ている。このドライブピニオン２５は、歯付リム１０の内歯に対して常に噛合し ている。

ステアリングホイール３を操作して回転可能な２方向の一方の向きに回転すると 、このステアリングホイール３に関係するステアリング軸４と歯付リム１０が回 転し、この回転はセンサユニット３１によって認知される。この操作信号は、図 示しない信号ラインを通じて前記モータ制御用電気システムへ伝送される。する と、前記電気システムは、前記回転操作方向とそのときの操作トルクに相応して 前記サーボモータ５を駆動する。この結果、前記サーボモータ５は、それに応じ た補助トルクが発生し、この補助トルクは駆動ピニオン２５を介して歯付リム１ ０に伝達される。また、このトルクは、前記歯付リム１０を介して前記ステアリ ング軸４に伝達される。つまり、本発明のパワーステアリングシステム１におけ るサーボアシスタンスを行って、ステアリングホイール３の操作を行う際の補助 パワーを誘起して操作性を高める。

１　パワーステアリングシステム ２　運転室 ３　ステアリングホイール ４　ステアリング軸 ５　サーボモータ ６　電気システム １０　歯付リム １１　内歯 １２　受は部 １３　ベアリング １４　壁部 １８　回転体 １９　保持器 ２４　駆動軸 ２５　駆動ビニオン ３１　センサユニット Ａ　センサエレメント間の距離 ＳＬ、Ｓ２センサ Ｔ　信号距離ビ・ソチ 要約す り 車両用パワーステアリングシステム この発明は、電気的な車両用パワーステアリングシステムに係り、これにおいて のサーボモータが、エンジン室内に通常存するところの泥、オイル、燃料、ある いはそれに類似物による悪い影響を回避するため、そのサーボモータを運転室内 に設置したものである。

（第１図） 国際調査報告 １ｍ＾―　”　ＰＣＴ／ＥＰ　９２１００１０１

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．運転室を有した車両用パワーステアリングシステム１において、 ステアリングホイール３を支持したステアリング軸４と、前記ステアリング軸４ に接続されたステアリングギアと、前記ステアリング軸４と前記ステアリングギ アとにトルクを与えて、前記ステアリングホイール３の回転を補助する電気サー ボモータ５とを具備して成り、 前記サーボモータ５を前記運転室内に設置したことを特徴とするものである。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の車両用パワーステアリングシステムにおいて、 前記サーボモータ制御用の電気的システムも、前記運転室内に設置したことを特 徴とするものである。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項に記載の車両用パワーステアリングシステム において、 前記サーボモータ５とサーボモータ制御用電気的システムは、前記ステアリング ホイール３の直ぐ近くに設置されていることを特徴とするものである。
4. ４．請求の範囲第１項または第２項に記載の車両用パワーステアリングシステム において、 前記サーボモータ５とサーボモータ制御用電気的システムは、前記ステアリング ホイール３に一体的に組み込まれて設置され、前記サーボモータ５は、デスクロ ータ型モータ、あるいは進行波型モータで構成されることを特徴とするものであ る。
5. ５．請求の範囲第１項、第２項または第３項に記載の車両用パワーステアリング システムにおいて、前記サーボモータ５とそれの電気的システム、さらに加えて センサーは、前記ステアリング軸４の下に設置したハウジング７内に１つのユニ ットとして組み込まれたことを特徴とするものである。
6. ６．請求の範囲第１項、第２項または第３項に記載の車両用パワーステアリング システムにおいて、前記サーボモータ５とそれの電気的システムは、前記ステア リングホイール３に一体的に組み込まれて設置されたことを特徴とするものであ る。
7. ７．請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１つの項に記載の車両用パワース テアリングシステムにおいて、前記サーボモータ５は、前記ステアリング軸４に 一体に取り付けられた有歯リムに連結されたことを特徴とするものである。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の車両用パワーステアリングシステムにおいて、 前記有歯リム１０は、前記ステアリング軸４に対して回転することなく固定的な 関係で取り付けられていることを特徴とするものである。
9. ９．請求の範囲第７項に記載の車両用パワーステアリングシステムにおいて、 前記ステアリングホイール３は、軸受１３を介して前記有歯リム１０に支持され 、かつ、前記有歯リム１０と前記ステアリング軸４とに関して回転できる関係で 取り付けられている。
10. １０．請求の範囲第７項、第８項または第９項のいずれか１つの項に記載の車両 用パワーステアリングシステムにおいて、 前記ステアリングホイール３と前記有歯リム１０とは、ステアリング軸４に回転 トルクを伝達するための対のストップ２０，２２または２１，２３を備えること を特徴とするものである。
11. １１．請求の範囲第１０項に記載の車両用パワーステアリングシステムにおいて 、 前記モータ制御用電気システムを通じて前記ステアリングホイール３の回転方向 及びサーボモータ５を始動するトルクをモニタするためのセンサ装置を有するこ とを特徴とするものである。
12. １２．前記請求の範囲のいずれか１つの項に記載の車両用パワーステアリングシ ステムにおいて、前記サーボモータは、コレクターフリーの電気モータであるこ とを特徴とするものである。
13. １３．前記請求の範囲のいずれか１つの項に記載の車両用パワーステアリングシ ステムにおいて、前記ステアリング軸４に関して同心的な位置あり、相対的に可 動の２つの伝送用要素３２，３３を有し、この軸は少なくとも１つのダブルセン サＳ１，Ｓ２を備えた測定装置とともに、センサユニット３１を構成することを 特徴とするものである。
14. １４．前記請求の範囲１３の項に記載の車両用パワーステアリングシステムにお いて、 前記伝送用要素３２，３３は、周部に等間隔で複数であるところの凹部３４また は開口を備え、かつ、異なる半径の２つのセンサデスクからなることを特徴とす るものである。
15. １５．前記請求の範囲１３の項に記載の車両用パワーステアリングシステムにお いて、 前記センサユニット３１は、冗長な前記ダブルセンサダブルセンサＳ１，Ｓ２か らなることを特徴とするものである。
16. １６．前記請求の範囲のいずれか１つの項に記載の車両用パワーステアリングシ ステムにおいて、前記ダブルセンサユニットは、第１及び第２のセンサエレメン トＳ１，Ｓ２からなり、その間の距離Ａは、前記伝送用要素３２，３３における 前記凹部３４によって形成されるピッチＴより、１．５倍大きいことを特徴とす るものである。
17. １７．前記請求の範囲のいずれか１つの項に記載の車両用パワーステアリングシ ステムにおいて、前記ステアリングホイール３の一部に第２の伝送用要素３２を 構成し、有歯リムに第１の伝送用要素３３を有することを特徴とするものである 。