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JP2001080530A - 車両のためのステアリングシステム - Google Patents

車両のためのステアリングシステム

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Publication number
JP2001080530A
JP2001080530A JP2000260089A JP2000260089A JP2001080530A JP 2001080530 A JP2001080530 A JP 2001080530A JP 2000260089 A JP2000260089 A JP 2000260089A JP 2000260089 A JP2000260089 A JP 2000260089A JP 2001080530 A JP2001080530 A JP 2001080530A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steering
steering system
link
vehicle
servomotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000260089A
Other languages
English (en)
Inventor
Haitsuaa Heinz-Dieter
ハインツ−ディーター・ハイツァー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TRW Fahrwerksysteme GmbH and Co KG
Original Assignee
TRW Fahrwerksysteme GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Fahrwerksysteme GmbH and Co KG filed Critical TRW Fahrwerksysteme GmbH and Co KG
Publication of JP2001080530A publication Critical patent/JP2001080530A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/003Backup systems, e.g. for manual steering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021Determination of steering angle
    • B62D15/0245Means or methods for determination of the central position of the steering system, e.g. straight ahead position
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421Electric motor acting on or near steering gear
    • B62D5/0424Electric motor acting on or near steering gear the axes of motor and final driven element of steering gear, e.g. rack, being parallel
    • B62D5/0427Electric motor acting on or near steering gear the axes of motor and final driven element of steering gear, e.g. rack, being parallel the axes being coaxial
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0445Screw drives
    • B62D5/0448Ball nuts

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Steering Controls (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両のステアリングホイールとステアリング
リンクとの間に機械的結合が存在しない車両のためのス
テアリングシステムの提供。 【解決手段】 本発明は、車両のためのステアリングシ
ステムに関し、このシステムは、ステアリングリンク
と、どうしにステアリングリンクを位置決めすることが
できる2つのポジショナー(16)と、を含んでおり、
ポジショナーの各々は、電子制御回路(26)と、サー
ボモーター(18)と、サーボモーターの位置を検知す
るための位置センサー(24)と、を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両のステアリン
グホイールとステアリングリンクとの間に機械的結合が
存在しない車両のためのステアリングシステムに関す
る。
【0002】
【従来の技術】このようなステアリングシステムは、”
電気接続線による操舵(ateer−by−wir
e)”として知られている。このような装置において
は、ステアリングホイールの動きは、ドライバによって
入力されたステアリング角度によってステアリングホイ
ールからステアリングリンクへ電子的に伝達される。ド
ライバによって入力されたステアリング角度は、まず、
電子制御回路へ”電線”によって伝達され、電子制御回
路は、次いで、”電線によって”位置決めコマンドを液
圧又は電気サーボモーターとして構成可能なアクチュエ
ータへと送り、アクチュエータは、前方車軸のステアリ
ングリンクにおけるステアリング動作を生じさせる。こ
の構造においては、電子制御回路は、種々のセンサから
受け取った信号を処理する。最も重要な2つの信号は、
ステアリングホイールにおけるドライバによって入力さ
れたステアリング角度のための設定値と、アクチュエー
タの位置決め動作によって生じる前方車軸におけるステ
アリングリンクの位置の実際の値とである。この他の信
号は、例えば、車両の速度及び横揺れ率である。
【0003】このようなステアリングシステムは、前方
車輪のステアリング動作を検知する機能の他に、ドライ
バに知覚信号を与える仕事すなわち前方車輪の路面接触
のための”感触”をドライバに提供する仕事を有してい
る。従って、電気接続線によるステアリングシステム
は、ドライバによるステアリング動作を車輪の位置決め
の動きに変換することができる必要があるばかりでな
く、路面と前方車輪との間で伝達されるコーナリング力
に関する復帰力をステアリングホイールに発生させるこ
とができる必要がある。この目的のためには、ステアリ
ングホイールに接続された更に別のアクチュエータが必
要とされ、このアクチュエータもまた電子的に信号を供
給される。しかしながら、位置決め動作を実行すること
は、このアクチュエータの機能ではなく、その代わりに
ドライバのためにステアリングホイールに知覚できる保
持動作を生じる役目を果たす。この目的のためには、電
子制御回路は、前方車軸の車輪におけるコーナリング力
に関する情報を処理する必要がある。この情報は、ステ
アリングリンク内に配置された力センサによって得るこ
とができるか又はアクチュエータに作用する液圧若しく
は適用された電流の力から生じて前方車軸の車輪におけ
るコーナリング力のための測定値を直接受け取る。
【0004】従来の機械的なステアリングシステムと比
較したこのようなステアリングシステムの利点は、より
特別には、ステアリングの伝達が例えば車両速度の関数
として自由に選択可能であるということである。ステア
リングの増加は、同様に、自由にプログラム可能であ
る。付加的な機能として、能動的で力学的な角度の補正
を提供して、乗車性能の安定性を高めるような役目を果
たすようにしてもよい。この機能は、乗車性能の安定性
を高める際に自動制動を提供する所謂ESPシステムの
機能と似ている。最後に、自動トラッキング(軌道追
跡:tracking)のため及び衝突防止のために利
用してもよい。
【0005】電気接続線による操舵に関する一つの重要
な考慮すべき事項は、安全保障機構リスポンスすなわち
確実性に極めて近い蓋然性のために防止することができ
ないシステム内の単一の欠陥が、システム全体の故障を
生じさせて車両の操舵性の喪失につながってはならない
ことである。この要件を満足させるために、全ての能動
的で安全性に関連したシャシシステムは、欠陥のある能
動的なシステムを回路から取り去ることによって安全性
が付与され得る従来の技術に基づいた代替システムを使
用する。別の方法として、予備のサブシステムにおける
欠陥が自動的に補償可能である多くの予備的な解決手段
を設けることができ、このようなシステムは耐誤動作性
と称されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな機能が、特に単一の手段によって達成することがで
きると同時に全ての安全性の充足を保証することができ
るステアリングシステムを提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によるステアリン
グシステムは、ステアリングリンクと、同ステアリング
リンクを位置決めすることができる2つのポジショナー
(位置決め装置)と、を同時に含み、同ポジショナーの
各々は、電子制御回路と、サーボモーターと、サーボモ
ーターの位置を検知するための位置センサーと、を含ん
でいる。従って、このシステムは、このような場合に予
備装置が必要とされないように、部分的に予備的な構成
となっており、ステアリングリンクは一般的な構成にな
されており且つ純粋に機械的な構造とされているので、
ほぼ安全性が保障されていると考えられ、一方、ステア
リングリンクを作動させるのに必要とされ且つ例えば電
源の欠陥により故障することがあり得る構成部品が、車
両のステアリングホイールとステアリングリンクとの間
に機械的な連結が存在することなく所望の作動の安全性
を確保するように予備的に設計されている。
【0008】本発明の一つの好ましい実施形態に従っ
て、ステアリングリンクは、並進的に移動可能なステア
リング軸を含み、サーボモータによって駆動される再循
環(recirculating)ボールナットが設け
られている。これは、証明された成功の記録を備えた機
械的な設計であり且つ極めてコンパクトであり従って小
さいスペースを採る解決方法である。
【0009】好ましくは、2つのサーボモータは、各々
一つのローターを含み、その回転軸はステアリング軸の
長手軸線と一致している。すなわち、ローターは、ステ
アリング軸を中心に同心状に配列されており、このこと
もまたコンパクトな形状をもたらす。
【0010】好ましくは、サーボモータの2つのロータ
ーは、共通の駆動軸上に配置され、このことはまた特に
コンパクトな形状をもたらす。好ましくは、相互に分離
して包囲され、これによって、サーボモータのうちの一
つが例えばローターの巻線の消失のような欠陥に発展し
たとしても、他方のサーボモータが一緒に包囲されてい
ないので、このサーボーモータは機能を維持し続けるの
が確保される。
【0011】更に、2つの電子制御回路が相互に分離さ
れ包囲されて安全保障リスポンスを高める役目を果たす
ように提供してもよい。本発明の好ましい実施形態に従
って、制御ユニットと共に同制御ユニットによって信号
が処理されるステアリングトルクセンサが設けられ、こ
の制御ユニットは、ステアリングトルクのための信号に
基づいて規定されたサーボモータの設定トルクと、実際
のトルクとの間の差が所定値を超えるやいなや、ステア
リングシステムのスイッチを切る。このようにして、設
定トルクの値が正しいか又はゼロに等しいことが確認さ
れて、誤ったステアリング動作が防止される。
【0012】2つのサーボモータの各々は、最大値とし
てこのサーボモータによって発生されたトルクが静止中
の車両のステアリングリンクを動かすのに十分でないよ
うな大きさとされてもよい。このことは、車両が動いて
いるときに車両の車輪を傾けるためにステアリングリン
ク内に必要とされる力は、車両が静止状態にあるときに
車両の車輪を傾けるのに必要とされる力の大まかにほん
の30%に相当するという認識を考慮している。車両が
静止状態にある間に2つのサーボモータのうちの一つが
故障した場合には、車両が静止状態にあるときに装置全
体が安全に電源を切られるので、残りのサーボモータが
ステアリング動作を行うことは必要でない。しかしなが
ら、車両が動いている間に2つのサーボモータのうちの
一つが故障に発展したときは、車両が安全に止まり、そ
の後に装置のスイッチを切ることができるまで、車両を
操舵可能に維持するのに比較的小さい力で十分である。
【0013】ステアリングリンクの位置を検知するため
に、ステアリングリンクの特定の位置を検知するスイッ
チを設けてもよい。このようにして、制御ユニットは、
特定の時点においてステアリングリンクの絶対的な位置
についての情報を得ることができる。これに続いて、各
場合における実際の位置は、サーボモータの位置センサ
及びそれによって供給されるパルスを介して、特定の位
置が最後に決定されるまでリンクが移動した経路の長さ
を計算することによって決定される。
【0014】制御ユニットに、車輪において実際に有効
な関係する力についての情報を提供するために、力セン
サーをステアリングリンク上に配置してもよい。別の方
法として、サーボモーターに供給される電流のためのセ
ンサーを設けて、ステアリングリンクに作用する力が電
流及び結果的に得られるトルクから推定できるようにし
てもよい。対応するセンサーが設けられているときに、
車両速度、ステアリング角度及び/又は車両の横揺れ率
の関数として有効な関係する力を計算することも考えら
れる。
【0015】本発明の有利な特徴は特許請求の範囲から
読み取ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるステアリング
システムが図示されている単一の図面に示された好まし
い実施形態に関して説明する。
【0017】図面を参照すると、ステアリングシステム
は、長手軸線Lを有し且つケーシング12内で並進動作
をすることができるステアリング軸10を含んでいる。
ステアリング軸10には、車両の操舵可能な車輪につな
がっているステアリングリンク(図示せず)が結合され
ている。
【0018】ケーシング12内のステアリング軸10の
並進運動は、ケーシングの内側に直列に配置された2つ
のポジショナー16によって駆動することができる再循
環可能なボールナット14によって達成される。ポジシ
ョナー16の各々は、ローター20を含んでいるサーボ
モーター18を含んでいる。サーボモーター18のロー
ター20は、共通の駆動軸22上に配置されており、同
駆動軸22は、再循環可能なボールナット14に回転不
能に結合されている。駆動軸22は、ローター20と共
にステアリング軸10に同心状に配置されている。
【0019】ポジショナー16の各々はまた、対応する
ローター20の回転位置を検知することができる位置セ
ンサー24をも含んでいる。ポジショナーの各々のサー
ボモーター18とセンサー24とは、いずれかのサーボ
モーター内の欠陥が他方のサーボモーターの機能を損な
うことがないようにカプセル封入されている。この目的
のために、電子制御回路26の各々に供給電圧Vが供給
されて、各サーボモーターに必要な電流を供給され得る
ようになされている。
【0020】ケーシング12には、ステアリング軸10
の特定の位置、例えば、その中心位置を検知することが
できる位置センサー27もまた収納されている。電子制
御回路26は、対応する位置センサー24によって供給
される信号と結合された位置センサー27によって供給
される信号に基づいて、各場合のステアリング軸の実際
の位置を決定することができる。
【0021】対応するサーボモーターへの信号の供給
は、電子制御回路26に提供された情報に従って起こ
る。例えば、各電子制御回路は、位置センサー24か
ら、サーボモーターのローターの回転位置を示す信号を
受け取る。電子制御回路26は、更に、制御ユニット2
8からステアリングの設定位置を示す信号を受け取る。
この設定値は、例えば、ステアリング角度センサーによ
って供給されるステアリング角度の設定値に依存する外
部パラメータの関数として制御ユニットによって確立さ
れる。しかしながら、このこと自体はよく知られている
ので、本明細書では詳述しない。
【0022】制御ユニット28は、次いで、ステアリン
グ軸10に作用する力を表す信号を受け取り且つ操舵可
能な車輪に作用する関係する力についての決定を可能に
する。図示した実施形態においては、この情報は、サー
ボモーター18に供給される電流に基づいて受け取ら
れ、サーボモーターによって供給されるこの電流及びト
ルクは、続いて、特定の比率でステアリング軸10に作
用する力に関係する。
【0023】通常、ステアリングホイールとステアリン
グ軸との間に機械的な結合が設けられて代替システムを
形成している誤動作許容システムと異なり、ステアリン
グシステムのある構成部品が欠陥に発展する場合にも、
本発明のステアリングシステムは、予備的な構造とされ
ている。サーボモーターのうちの一つが故障した場合
に、他のサーボモーターは、依然として車両が動いてい
る場合に限り、車両の連続する操縦性を確保することが
できる。位置センサー24のうちの一つが故障した場合
に、残りのセンサーは、依然として必要とされる情報を
供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のステアリングシステムの構成を示す概
略構成図である。
【符号の説明】
10 ステアリング軸、 12 ケーシング、 1
4 ボールナット、16 ポジショナー、 18 サ
ーボモーター、 20 ローター、22 駆動軸、
24 位置センサー、 26 電子制御回路、27
位置センサー、 28 制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B62D 121:00

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両のためのステアリングシステムであ
    って、ステアリングリンクと、同ステアリングリンクを
    同時に位置決めすることができる2つのポジショナー
    (16)と、を含み、同ポジショナーの各々が、電子制
    御回路(26)と、サーボーモーター(18)と、同サ
    ーボモーターの位置を検知するための位置センサー(2
    4)と、を含んでいる、ステアリングシステム。
  2. 【請求項2】 請求項1の記載のステアリングシステム
    であって、 前記ステアリングリンクが、並進的に変位可能なステア
    リング軸(10)を含み、サーボーモーターによって駆
    動される再循環ボールナット(14)が設けられてい
    る、ステアリングシステム。
  3. 【請求項3】 請求項2の記載のステアリングシステム
    であって、 前記2つのサーボモーターが、各々一つのローター(2
    0)を含み、その回転軸線がステアリング軸(10)の
    長手軸線と一致している、ステアリングシステム。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のうちのいずれか一の項
    に記載のステアリングシステムであって、 サーボモーターの2つのローター(20)が共通の駆動
    軸(22)上に配置されている、ステアリングシステ
    ム。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のうちのいずれか一の項
    に記載のステアリングシステムであって、 前記2つのローター(20)が相互に分離されてカプセ
    ル封入されている、ステアリングシステム。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のうちのいずれか一の項
    に記載のステアリングシステムであって、 前記2つの電子制御回路(26)が、相互に分離されて
    カプセル封入されている、ステアリングシステム。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のうちのいずれか一の項
    に記載のステアリングシステムであって、 制御ユニット(28)が設けられていると共に、同制御
    ユニットによってその信号が処理されるステアリングト
    ルクセンサーが設けられ、同制御ユニットは、ステアリ
    ングトルクのための信号に基づいて規定されたサーボモ
    ーターの設定値トルクと実際のトルクとの差が所定値を
    超えるとすぐにステアリングシステムのスイッチを切る
    ようになされた、ステアリングシステム。
  8. 【請求項8】 請求項1乃至7のうちのいずれか一の項
    に記載のステアリングシステムであって、 前記2つのサーボモーター(18)の各々が、同サーボ
    モーターによって最大値として発生されるトルクが車両
    の静止中にステアリングリンクを動かすのに十分でない
    ような大きさとされている、ステアリングシステム。
  9. 【請求項9】 請求項1乃至8のうちのいずれか一の項
    に記載のステアリングシステムであって、 ステアリングリンクの特定の位置を検知するためのスイ
    ッチ(27)が設けられている、ステアリングシステ
    ム。
  10. 【請求項10】 請求項1乃至8のうちのいずれか一の
    項に記載のステアリングシステムであって、 ステアリングリンクの位置を検知するための位置センサ
    ーが設けられている、ステアリングシステム。
  11. 【請求項11】 請求項1乃至10のうちのいずれか一
    の項に記載のステアリングシステムであって、 ステアリングリンクに力センサーが配置されている、ス
    テアリングシステム。
  12. 【請求項12】 請求項1乃至10のうちのいずれか一
    の項に記載のステアリングシステムであって、 サーボモーターに供給される電流を検知するためのセン
    サーが設けられている、ステアリングシステム。
  13. 【請求項13】 請求項1乃至10のうちのいずれか一
    の項に記載のステアリングシステムであって、 車両速度、ステアリング角度及び/又は車両の横揺れ率
    を検知するためのセンサーが設けられている、ステアリ
    ングシステム。
JP2000260089A 1999-09-03 2000-08-30 車両のためのステアリングシステム Pending JP2001080530A (ja)

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DE29915559.5 1999-09-03

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