(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に接続される原動部と、
第１リンケージを介して前記駆動軸に連結される第１中間軸と、
第２リンケージを介して前記第１中間軸に連結される出力軸と、
前記駆動軸の角度位置を検出する第１センサと、
前記第１中間軸の角度位置を検出する第２センサと、
前記第１、第２センサからの信号を受信する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１、第２センサで検出される角度位置に基づき前記出力軸の回転量を算出するとともに、前記出力軸の動作を制御するための信号を前記原動部へ伝達する
ことを特徴とする車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項２】
前記第１中間軸が前記第１リンケージに係合する第２中間軸と、前記第２リンケージに係合する第３中間軸とからなり、前記第２、第３中間軸が第３リンケージを介して連結されるとともに、前記第２センサが前記第２、第３中間軸の角度位置を検出する第３センサと第４センサとからなることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項３】
前記各リンケージがフレキシブルリンクであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項４】
前記フレキシブルリンクがベルトを備えることを特徴とする請求項３に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項５】
前記フレキシブルリンクがチェーンを備えることを特徴とする請求項３に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項６】
前記各リンケージがギアリンクであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項７】
前記制御部が車両制御システムと通信することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項８】
前記出力軸が車両ステアリングシャフトを備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項９】
車両ステアリングシャフトのトルク検出する第５センサを備えることを特徴とする請求項８に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項１０】
前記第５センサが前記制御部へトルク信号を伝達することを特徴とする請求項９に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【請求項１１】
前記各リンケージの各ギア比は、１よりも大きいことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の車両ステアリング・システム・トランスミッション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両ステアリング・システム・トランスミッションに関し、より詳しくは、駆動軸に接続されたドライバを備え、駆動軸はフレキシブルリンクによって出力シャフトに接続され、第１のセンサが駆動軸を検知し、制御装置は第１のセンサから信号を受信し、制御装置はドライバへ信号を転送して出力シャフトの動きを制御する、車両ステアリング・システム・トランスミッションに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワー・アシスト・ステアリングシステム（ＥＰＡＳ）は１９６０年代頃から存在する。油圧式パワー・アシスト・ステアリングは従来市場を支配してきた。油圧式装置は油圧ポンプがポンピングするとき、高い寄生エネルギ損失を有するが、パワー・アシストを必要としない。この寄生損失を取り除くための初期の試みは、ポンプに電動モータを適合すること、および必要な時にポンプだけを駆動することを含んでいた。
【０００３】
電動油圧式パワー・アシスト・ステアリングシステムは、油圧式パワー・ステアリングシステムに供給する油圧式ポンプを駆動するために電動モータを使用する。これらのシステムは業界の中間段階であり、その使用はＥＰＡＳの使用の増加に伴って衰える可能性がある。ＥＰＡＳシステムは、騒音の低減、エネルギ使用の削減、安全性の高い機能、および運転条件を満たす調整能力を実現する。しかし、これらのシステムの使用は、最近のＣＡＦＥの要求を満たすことがより困難になるまで制限されたままである。これは、自動車の燃費を向上させる努力の中で、自動車メーカーがＥＰＡＳシステムをより多く使用するように推進している。ＥＰＡＳシステムは、油圧式パワー・アシスト・ステアリングシステムで通常見られる寄生損失を排除する。Ｎｅｘｔｅｅｒのようなシステムメーカーは、燃費を６％向上させると主張している。
【０００４】
例えば、ＥＰＡＳシステムの実装が遅くなったことの難点の１つは、１２ボルトの電気モータで必要な電力を満たすことであった。最近、この問題を解決するシステムが開発された。さらに、すべてのＥＰＡＳシステムは、運転者の入力を感知し、電気モータを制御して所望のアシストを提供するための制御モジュールを必要とする。制御モジュールはドライバの入力トルクを測定し、これを使用して必要なアシスト量を決定する。アシストは、運転条件に応じて運転者の要求を満たすために調整され得る。システムは、運転者が利用可能で調整可能な「感覚」さえ有し得る。
【０００５】
自動車用ＥＰＡＳの主なけん引役は燃費向上だが、ＥＰＡＳにはさらなる利点がある。システムは、車両のエンジンが作動していなくても操舵補助（ステアリング・アシスト）を行うことができる。また、今日利用可能な自動縦列駐車システムの利用を可能にする。
【０００６】
ＥＰＡＳシステムには２つの主要な種類、カラム・アシストおよびラック・アシストがある。ラック・アシストＥＰＡＳシステムはステアリングラックに接続された電動モータを備える。電動モータは、通常、リードスクリュー機構の駆動を通してラックの動きを補助する。カラム・アシストＥＰＡＳシステムは、ステアリングカラムに接続された電動モータを有する。電動モータは、通常、ウォームギア型の構成を通してカラムシャフトの動きを補助する。これらのタイプのシステムの１つの利点は、電気モータを客室内に配置して、ボンネットの下の貴重なスペースを解放することができることである。また、これにより、ボンネット環境下の厳しさからあらゆる敏感な電気部品を保護する。
【０００７】
ウォーム・ドライブ・カラム・アシスト・システムは、通常、大型重量車で必要とされるアシストパワーよりも要求が低い小型車で使用される。これらのシステムは、ステアリングホイールの速度とウォームドライブの比率によって制限される。その最速の速度において、ステアリングホイールは、約６０ｒｐｍで比較的にゆっくりと回転する。ステアリングホイールの６０ｒｐｍ速度でかつ１５：１のウォームドライブ比において、電動モータの最大速度は９００ｒｐｍにしかならないであろう。それよりも比率が高いとバック駆動ができないため、ウォームドライブは１：２０より小さい比率に制限される。
【０００８】
ステアリングシステムは、電源なしで動作され得るものでなければならない。これは、ウォームドライブが、ウォーム（バック駆動型）を駆動するギアで動作され得ることを要求する。低いモータ速度と制限されたウォームドライブ比を有することは、高トルクモータの必要性が生じさせる。高トルクモータを備えていても、これらのタイプのシステムは大型車両において成功していなかった。小型車は軽量であり、また小さい操舵力（ステアリング・エフォート）しか必要としないため、これらのシステムの使用を可能にする。ウォームドライブ・カラム・アシストＥＰＡＳシステムは、最も低コストのシステムであり、したがって、より小型で安価な車両に対してウォームドライブが役立つ。
【０００９】
ウォームドライブアシストを備える一般的なステアリングシステムは、その効率が制限されている。ＥＰＡＳシステムは、利用可能な電力がないときに動作するように設計されなければならない。比率が約２０：１を超えたときにバック駆動時にロックアップする傾向があるウォームドライブの性質が原因で、ウォームドライブＥＰＡＳシステム効率は、バック駆動環境のあいだは約８５％より大きくなく６５％に近い。
【００１０】
この技術の代表は、米国特許第８，３２７，９７２号であり、これは、ハウジング、ハウジングに軸支される入力軸、ハウジングに接続されて入力軸に連結された電動モータ、ハウジングに軸支された出力軸とを備え、入力軸と出力軸は、間に第１のベルトがかけ回されるとともに第１の比率を有する第１の一対のスプロケットによって結合され、かつ、第１のベルトおよび第１の一対のスプロケットははす歯構造を備え、入力軸と出力軸は、間に第２のベルトがかけ回されるとともに第２の比率を有する第２の一対のスプロケットによって結合され、入力軸と出力軸とは、間に第３のベルトがかけ回されるとともに第３の比率を有する第３の一対のスプロケットによって結合される、車両ステアリングシステム・トランスミッションを開示する。
【００１１】
必要とされるのは、駆動軸に接続されたドライバと、フレキシブルリンクにより出力軸に接続された駆動軸と、駆動軸を検知する第１のセンサと、第１のセンサからの信号を受信する制御部と、出力軸の動きを制御するためのドライバに信号を送信する制御部とを備える、車両ステアリング・システム・トランスミッションである。本発明は、この必要性を満たす。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の主要な態様は、駆動軸に接続されたドライバと、フレキシブルリンクにより出力軸に接続された駆動軸と、駆動軸を検知する第１のセンサと、第１のセンサからの信号を受信する制御部と、出力軸の動きを制御するためのドライバに信号を送信する制御部とを備える、車両ステアリング・システム・トランスミッションである。
【００１３】
本発明の他の態様は、本発明の以下の明細書および添付図面によって指摘されるとともに明らかになるであろう。
【００１４】
本発明は、駆動軸に接続されたドライバと、フレキシブルリンクにより出力軸に接続される駆動軸と、駆動軸を検知する第１のセンサと、第１のセンサからの信号を受信する制御部と、出力軸の動きを制御するためのドライバに信号を送信する制御部とを備える、車両ステアリング・システム・トランスミッションを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
添付の明細書に組み込まれその一部を形成する図面は、本発明の好適な実施形態を例示し、描写と共に本発明の原理の説明を果たす。
【００１６】
【図１】システム伝送の斜視図である。
【図２】中間スプロケットの斜視図である。
【図３】中間スプロケットの斜視図である。
【図４】ステアリングシステムの斜視図である。
【図５】制御システムの概略図である。
【図６】他の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、システムトランスミッションの斜視図である。本発明の装置は、センサ１、センサ２、センサ３を備える。センサ１は入力軸４に装着される。センサ２は中間軸１２に取り付けられる。センサ３は中間軸２３に装着される。フレキシブルリンク６は入力軸４と中間軸１２との間にかけ回される。フレキシブルリンク７は中間軸１２と中間軸２３との間にかけ回される。ベルト８は中間軸２３と出力軸１０との間にかけ回される。各ベルトはそれぞれのスプロケットとの間に機械的結合を備える。
【００１８】
入力スプロケット４は、電動モータや回転トルクを提供する任意の他の装置によって駆動される。センサ１は入力軸４の角度位置を測定する。センサ２は中間軸１２の角度位置を測定する。センサ３は中間軸２３の角度位置を測定する。入力軸４は２０の歯を有する。フレキシブルリンク６およびフレキシブルリンク７は、それぞれ、歯付きベルトまたはチェーンを備えてもよい。
【００１９】
中間軸１２は、第１スプロケット１２０および第２のスプロケット１２１を含む。スプロケット１２０は４３の歯を有し、スプロケット１２１は１８の歯を有する（図２参照）。入力軸４とスプロケット１２０は、フレキシブルリンク６を通して接続される。中間軸２３は第１のスプロケット２３０および第２のスプロケット２３１を有する。スプロケット２３０は４１の歯を有する。スプロケット２３１は１８の歯を有する。スプロケット１２１とスプロケット２３０は、フレキシブルリンク７を通して接続される。出力軸５は７３の歯を有する。スプロケット２３１と出力軸５は、フレキシブルリンク８を通して接続される。
【００２０】
適切に操作するために、センサ１、２、３を備える３つの軸４、１２、２３の初期開始位置は、出力軸５の位置と同様に知られていなければならない。この開始位置から、入力軸４の回転の結果として各軸の位置が測定され得る。我々は、各段階での駆動比および全体の駆動比を知っているので、各スプロケットの角度位置は計算され得る。
【００２１】
例えば、以下のように与えられるとき：
Θ１＝その開始位置からの入力軸４の角度（回転において、１回転＝３６０度のとき）
Ｎｎ＝入力スプロケットから各スプロケットへの駆動の比率
Θｎ＝その開始位置からのシャフトの角度（回転において）
【００２２】
各軸の角度位置は、以下の式を用いて決定され得る：
Θｎ＝ＮｎΘ１
【００２３】
２０回転の入力軸４の回転に対して、中間軸１２は、
Θ１２＝（２０／４３）（２０）
Θ１２＝９．３０２３回転
回転する。
【００２４】
回転数の小数部分は、その後角度位置に変換される。
０．３０２３回転＝０．３０２３＊３６０度／回転＝１０８．２８度
【００２５】
この結果は、中間軸１２の元の開始位置からの回転角度の数を表す。駆動における各スプロケットの駆動比が知られているので、その開始位置からの各軸の位置を決定することができる。
【００２６】
本発明の装置は、出力軸５の各位置は、他の３つの軸の１つのみの固有の位置に対応するように構成される。電力がシステム内で失われた場合、電源が復帰するとき、出力軸５の位置は、センサを備えた３つの軸の位置によって決定されてもよい。ドライブは、出力軸の回転数に制限されない場合、個々の軸の位置は、最終的にそれぞれの開始位置に戻り、シャフトの相対位置が再現される。
【００２７】
電動アシスト・ステアリングシステムのような装置において、出力軸が車両ステアリングシャフトであるとき、ステアリングシャフトの位置を知ることが有利である。出力軸の既知の位置が失われることを防止するために、駆動比の配置は、位置を再現させるのに必要な回転数が、駆動における合計の回転数を超えるようなものでなければならない。
【００２８】
上述のシステムでは、現在位置と各軸の元の開始位置とを比較することができる。３つのすべての現在位置が、センサの公差域内で元の位置と一致するとき、固有の位置はその後それ自体を再現している。位置センサの誤差は、シャフト位置の検出の際に各軸の考えられる位置を拡張する。
【００２９】
例えば、センサ１が、入力軸４がその元の位置から時計回りで５度の位置にあることを示す場合、センサ２は、中間軸１２に関する位置だけを示すことができ、これは、駆動ステージ１の固定比率に基づいて乗じられた、その開始位置から入力軸４の全ての回転数に回転の５度加算したものに等しい。この考察において、全ての開始位置が垂直位置に対応すると仮定する。例えば、入力軸４が５度回転したとき、中間軸１２は５度×（２０／４３）＝２．３２５度だけ回転している必要がある。入力軸４は、１回転と５度回転した場合は、中間軸１２は、（３６０＋５）×（２０／４３）＝１６９．７６７度回転している必要がある。この同じロジックは中間軸２３の位置にも合致する。同じ例を続けると、中間軸２３は、入力軸４の５度の回転に対して、５度×（２０／４２）×（１９／４３）＝１．０２７度回転している必要がある。入力軸４の１回転と５度回転に対して、中間軸２３は、７５．０１３度回転する。
【００３０】
入力軸４の各位置に関して、中間軸１２および中間軸２３の両方のうちの一方のみに対応する位置に存在する。これらの位置は、主に入力軸４の回転数を示すために使用される。例えば、中間軸２３のセンサ３が１６．４度の角度を示し、センサ１が５度の角度を示し、およびセンサ２が１６９．７度示すとき、入力軸４が回転した回転数は４４回転に相当する。したがって、出力軸５の位置は（４４回転×（３６０度／回転）＋５度）×（２０／４３）（１９／３４）（１８／７３）＝８０２．９度として決定される。これは、その開始位置から２回転と８２．９５度、もしくは２．２３回転に相当する。
【００３１】
出力軸５の最終位置の精度は、入力軸４のセンサ１の精度によって決定される。出力軸５の位置は、駆動比で割られたセンサ１の精度に等しい精度で知られる。例えば、センサ１が、１９．７３の全体比で上記ドライブに５度の位置公差を有する場合、出力軸５の位置は、５／１９．７３度または０．２５度以内に決定され得る。このセンサ配置は、個々の位置センサの精度に対して重要な位置精度を獲得する能力を与える。センサ自体の精度を変更することなく、出力軸上にセンサを置くことと比較した場合、この配置は改善された精度を提供する。
【００３２】
所与のセンサの公差域に関して、シャフト位置を再現させるのに必要な入力軸４の回転数を決定する際に、この公差を含めなければならない。本発明の装置の解析は、各センサに５度の位置公差を含むとき、入力軸４の２５８回転毎にシャフト位置が再現されることを示す。これは出力軸５の１３．０７回転に相当する。出力軸５の位置を正確に追跡するために、その動きは、シャフト位置の再現を避けることを目的に、総回転数１３．０７より少なく制限されなければならない。
【００３３】
シャフト位置の再現の間の回転総数を最大にするために、各ステージの比率は、それらが整数でないように配置されるべきである。例えば、本発明の装置では、駆動ステージ１の比率は２０／４３＝２．１５であり、駆動ステージ２の比率は４３／１９＝２．２６であり、また駆動ステージ３の比率は７３／１８＝４．０５である。その比率が最も近い整数、例えば４０／２０＝２、であるように駆動ステージ１を変更することは、同じセンサ精度が与えられた入力軸４の６８回転ごとにシャフトの位置を再現させる。ドライブの比率は、軸の位置の再現パターンが出力軸に必要な回転数を超えるのに十分な大きさであるように構成されるべきである。
【００３４】
例では、各センサは５度の精度公差を有する。１つがセンサ１の精度を２．５度まで増加させた場合、１つは他の２つのセンサ（２、３）の公差を倍増でき、またシャフト位置が再現されるまで同じ回転数（２５８）を維持する。これはまた、出力軸５の位置検出の精度を、誤差の０．２５度から０．１２５度へ向上させるであろう。
【００３５】
センサ１の精度を２．５度へ倍加し、センサ２および３の５度の公差を維持することは、シャフト位置が再現されるまでの回転数を１８４９へ上昇させる。これは、この例において装置の総回転数を１３．０７から９３．７へ向上させる。
【００３６】
センサ１の精度は、ドライブの全体的な位置精度を決定し、従って、センサ２およびセンサ３はセンサ１の公差の２倍を有することができ、装置は依然としてシャフト位置を再現するために同じ回転数を維持することができる。
【００３７】
出力軸５の位置を決定するのに有効な、センサ１、センサ２、センサ３の配置のために、駆動ステージの比率は、入力軸４の１回転が、他の軸の少なくとも一つを、センサの公差を含めて、その前の位置と考えられる外の位置に移動させるようでなければならない。
【００３８】
例えば、以下のように与えられる：
Ｔ＝入力軸の１回転
Ｎ＝関与のある軸に対する比率
Ｅ＝センサ誤差（回転において）
【００３９】
そこで：
ＴＮ＞Ｅ
１（２０／４３）＞５／３６０
０．４６５１＞０．０１３８９
【００４０】
図４は、ステアリングシステムの斜視図である。出力軸５は、ステアリングシステム８０のステアリングシャフトである。ステアリングホイール５１はステアリングシャフト５に接続される。シャフト５はステアリングラック６０に接続される。ステアリングラック６０は、図示されていないステアリングのための車両ホイールに接続される。本実施形態では、モータ４０は、ジョンソン・エレクトリックＥＰＳ−Ｂ７７を備える。本明細書に記載されているモータは一例であり、他の適切なモータの範囲または使用を制限することを意図しない。
【００４１】
図５は、制御システムの概略図である。センサ１は軸４のための角度位置信号をステアリング制御部５００へ送信する。センサ２は、軸１２の角度位置を検出し、ステアリング制御部５００へ信号を送信する。センサ３は、軸２３の角度位置を検出し、ステアリング制御部５００へ信号を送信する。また、トルクセンサ４００は、ユーザによって軸１０に加えられるトルク負荷を検出する。トルクセンサは、ステアリング制御部５００へ信号を送信する。ステアリング制御部５００は、モータ４０のための制御要件を決定するために、位置センサ（１、２、３）およびトルクセンサからの信号を処理する。装置５００は制御信号をモータ４０へ送信し、次にシャフト１０にブーストトルクを加える。モータ４０は、車両用電源６００に接続される。センサ１、センサ２、センサ３はギルブレード３６０回転センサを備える。トルクセンサ４００は、ＴＴエレクトロニクスモデルＳＸ−４４２８を備える。本明細書に記載されているセンサは一例であり、他の適切なモータの範囲または使用を制限することを意図しない。
【００４２】
図６は、他の実施形態の斜視図である。他の実施形態において、本発明の装置は、センサ１、センサ２、センサ３を備える。センサ１は入力軸４に取り付けられる。センサ２は中間軸１２に取り付けられる。センサ３は中間軸２３に取り付けられる。入力軸４は電動モータ４０または回転およびトルクを提供する他の装置によって駆動される。センサ１は入力軸４の角度位置を測定する。センサ２は中間軸１２の角度位置を測定する。センサ３は中間軸２３の角度位置を測定する。入力軸４は、２０の歯を有するギア４０を備える。
【００４３】
中間軸１２は、第１のギア１２０と第２のギア１２１とからなる。ギア１２０は４３の歯を有する。ギア１２１は１８の歯を有する。シャフト間の各ギア対は、機械的結合を備える。入力軸４はギア１２０を駆動する。中間軸２３は第１のギア２３０と第２のギア２３１とを有する。ギア２３０は４１の歯を有する。ギア２３１は１８の歯を有する。ギア１２１はギア２３０を駆動する。出力ギア５０は７３の歯を有する。ギア２３１は出力軸５を駆動する。
【００４４】
次のように記載されている場合を除き、ギア駆動システムのための計算は、ベルト駆動システムの場合と同じである。
【００４５】
センサが公差を有するので、シャフト位置を再現させるために必要な入力軸４の回転数を決定する際に、この公差を含まなければならない。本発明の装置の解析は、各センサに５度の位置公差を有するとき、シャフト位置は入力軸４が３８７回転ごとに再現することを示している。これは出力軸５の１９．４９回転に相当する。出力軸５の位置を完全に追跡するために、その移動は、シャフト位置の再現を避けるために、この１９．４９総回転数以下に制限されなければならない。
【００４６】
シャフト位置の再現の間の総移動を最大にするために、ドライブの各ステージの比率は、それらが整数でないように構成されるべきである。例えば、本発明の装置では、駆動ステージ１の比率が４３／２０＝２．１５であり、駆動ステージ２の比率が４３／１９＝２．２６であり、駆動ステージ３の比率が７３／１８＝４．０５である。駆動ステージ１をその比率が最も近い整数、例えば４０／２０＝２となるように変更することが、同じセンサ精度が与えられた入力軸４の３２回転ごとにシャフト位置を再現させる。ドライブの比率は、シャフト位置の再現パターンが、出力軸に必要な回転数を超えるのに十分な大きさであるように構成されるべきである。
【００４７】
ここに挙げた例では、センサそれぞれが同じ５度の精度公差を有している。センサ１の精度が２．０度に増加される場合、１つが他の２つのセンサの公差を５．０度へ増加させ、シャフト位置が再現されるまで同じ回転数（３８７）を維持することができる。これはまた、出力軸５の位置の精度を誤差の０．２５度から０．１２５度へ向上させるであろう。
【００４８】
センサ１の精度公差を２．５度まで倍加し、またセンサ２および３の５度の公差を維持することは、シャフト位置が再現するための回転数を１７６３まで向上させる。これは、挙げられた例において、装置の総回転数を１９．４９から８８．７７に向上させる。センサ１の精度は、ドライブの全体的な位置精度を決定する。センサ２および３は、より大きな公差を有することができ、また装置はシャフト位置を再現するための同じ回転数を維持することができる。
【００４９】
本発明の形態がここに記載されてきたが、本明細書に記載される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、構成と部分との関係で変更され得ることは、当業者には明らかであろう。
【図１】
0006454406.tif 000002
【図２】
0006454406.tif 000003
【図３】
0006454406.tif 000004
【図４】
0006454406.tif 000005
【図５】
0006454406.tif 000006
【図６】
0006454406.tif 000007