(57)【要約】  本発明は、車両用の操舵システム（１０）に関する。操舵システムは、ステアリングギヤ（１）と、２つの操舵可能車輪の２つのナックル（９）と、操舵アクチュエータ（３）と、複数のセンサ（５，６）と、処理ユニット（８）とを含む。ステアリングギヤ（１）は、２つのナックル（９）のうちの第１のナックル（９）に接続されており、かつステアリングギヤ（１）は、２つのナックル（９）のうちの第２のナックル（９）に接続されている。ステアリングギヤ（１）は、操舵アクチュエータ（３）に接続されている。複数のセンサ（５，６）は、ステアリングギヤ（１）に関連付けられた位置に取り付けられている。複数のセンサ（５，６）の各々は、操舵システムの位置情報を取得するように構成されている。複数のセンサ（５，６）の各々は、取得した操舵システムの情報を処理ユニット（８）に提供するように構成されている。
2021536405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用の操舵システム（１０）であって、前記操舵システムは、
ステアリングギヤ（１）と、
２つの操舵可能車輪の２つのナックル（９）と、
操舵アクチュエータ（３）と、
複数のセンサ（５，６）と、
処理ユニット（８）と、
を含み、
前記ステアリングギヤは、前記２つのナックルのうちの第１のナックルに接続されており、かつ前記ステアリングギヤは、前記２つのナックルのうちの第２のナックルに接続されており、
前記ステアリングギヤは、前記操舵アクチュエータに接続されており、
前記複数のセンサは、前記ステアリングギヤに関連付けられた位置に取り付けられており、
前記複数のセンサの各々は、操舵システムの位置情報を取得するように構成されており、
前記複数のセンサの各々は、取得した操舵システムの情報を前記処理ユニットに提供するように構成されている、
車両用の操舵システム。
【請求項２】
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、前記２つのナックルのうちの少なくとも１つのナックルおよび／または関連するコネクティングロッドでの操舵位置を測定するように構成されている、請求項１記載の操舵システム。
【請求項３】
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つの第１のセンサは、前記第１のナックルおよび／または関連するコネクティングロッドでの操舵位置を測定するように構成されており、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つの第２のセンサは、前記第２のナックルおよび／または関連するコネクティングロッドでの操舵位置を測定するように構成されている、請求項１または２記載の操舵システム。
【請求項４】
前記ステアリングギヤと前記２つのナックルとの間の接続部は、前記ステアリングギヤの出力シャフトを含み、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、前記出力シャフトでの操舵位置を測定するように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の操舵システム。
【請求項５】
前記ステアリングギヤと前記操舵アクチュエータとの間の接続部は、トルク伝達ユニットまたは入力シャフト（２）を含み、前記複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、前記トルク伝達ユニットまたは入力シャフトでの操舵位置を測定するように構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の操舵システム。
【請求項６】
前記複数のセンサのうちの少なくとも２つのセンサは、前記トルク伝達ユニットまたは入力シャフトでの操舵位置を測定するように構成されている、請求項５記載の操舵システム。
【請求項７】
少なくとも１つの前記センサは、ステアリングコラムに取り付けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の操舵システム。
【請求項８】
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、前記ステアリングギヤの内部測定に基づき、操舵位置を決定するように構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の操舵システム。
【請求項９】
前記複数のセンサのうちの少なくとも２つのセンサは、前記ステアリングギヤの内部測定に基づき、操舵位置を決定するように構成されている、請求項８記載の操舵システム。
【請求項１０】
前記複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、線形位置情報を取得するように構成されており、かつ／または前記複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、角度位置情報を取得するように構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の操舵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の操舵システムに関する。
【０００２】
発明の背景
ステアバイワイヤシステムまたは高度な自動運転システムを備えた将来の車両は、システムにおいて単一の故障が生じた後でも操作可能なままであるシステムを提供する必要がある。運転者との接続は機械的であるし、または運転者が操舵制御ループから省かれることさえあるので、故障後に機能性を提供するためには冗長性が必要とされる。システムの故障は、たとえば操舵角度センサの機能不全であり得る。
【０００３】
米国特許出願公開第２０１７０１５３４８号明細書は、パワーステアリング装置であって、少なくとも２つの冗長的な操舵トルクセンサユニットと、少なくとも２つの冗長的な操舵角度センサユニットと、少なくとも２つの冗長的なモータ位置センサユニットと、正常状態において、操舵トルクセンサユニットのうちの１つの操舵トルクセンサユニットの操舵トルク検出信号と、操舵角度センサユニットのうちの１つの操舵角度センサユニットの操舵角度検出信号と、モータ位置センサユニットのうちの１つのモータ位置センサユニットのモータ位置検出信号とに基づき、操舵支援制御を行い；操舵トルクセンサユニットと、操舵角度センサユニットと、モータ位置センサユニットとについて、冗長的な監視を行い；かつ冗長的な監視によっていずれかのセンサ出力信号に異常が検出された場合に、異常信号を代替信号に切り換えるように構成された制御ユニットとを有する、パワーステアリング装置について記載している。センサ出力信号において異常が発生した場合であっても、この制御プロセスによって操舵支援機能を維持できることが記載されている。
【０００４】
独国特許出願公開第１０２０１５２２２２６６号明細書は、ラックアンドピニオン式ステアリング用の電気機械式アクチュエータであって、ステータとロータとを含む、電気機械式アクチュエータに関する。さらに、アクチュエータは、電子システムであって、第１のパワー出力段と第１の制御ユニットと第１のロータ位置センサ装置とを備えた少なくとも１つの第１の電子サブシステム、および第２のパワー出力段と第２の制御ユニットと第２のロータ位置センサ装置とを備えた第２の電子サブシステムを有する、電子システムを含む。このように、第１の電子サブシステムおよび第２の電子サブシステムは、ステータおよびロータに作用接続されている。第１の電子サブシステムは、少なくとも第１の回路基板および第２の回路基板に配置されており、第２の電子サブシステムは、少なくとも第１の回路基板および第３の回路基板に配置されている。さらに、第１の回路基板、第２の回路基板および第３の回路基板は、ロータの回転軸線に対して垂直に、かつ回転軸線に沿って相互に間隔を空けて配置されている。
【０００５】
米国特許第９８７８７４１号明細書は、自動車のステアリングコラムにおけるセンサ装置であって、ステアリングコラムに印加されたトルクの冗長的な取込みおよび／またはステアリングコラムの回転角度の取込みのための少なくとも２つのセンサからなる、センサ装置に関する。センサ装置のセンサは、電気線路を介して電源に接続されており、センサの各々は、信号線路を介してコントローラにデータを送信する。コントローラへの接続ケーブルの数を低減するために、２つのセンサからの信号線路が共通データ線路を介してコントローラに接続されるという構成が行われている。各々のセンサは、コントローラによって、データ線路と信号線路とを介して個別に作動させることができ、これにより、コントローラからの信号が、アドレシングされたセンサに対して当該センサのデータを、信号線路とデータ線路とを介してコントローラに出力するように促す。
【０００６】
特開第２０１５−０６３２７０号公報は、ステアリングホイールの操舵軸または操舵軸連動体の回転角を検出する二系統出力センサであって、絶対位置を検出可能な二系統の出力部を含む、第１のセンサが設けられることについて記載している。第１のセンサの二系統の出力値は、操舵軸または操舵軸連動体の回転領域において相互に同一の増加率で直線的に変化し、それぞれの増減方向が回転領域の基準位置である起点とは正反対な出力値を有する。第１のセンサのセンサ信号の二系統の出力値の比較演算を行うことにより二系統出力センサの信号異常を診断する、異常診断部が設けられている。
【０００７】
しかしながら、車両の操舵システム用の改善された冗長手段を提供する必要がある。
【０００８】
発明の概要
したがって、車両の操舵システム用の冗長手段を提供するための改善された技術を有することが有利となり得る。
【０００９】
本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、さらなる実施形態は、従属請求項に組み込まれている。
【００１０】
一態様では、車両用の操舵システムであって、
・ステアリングギヤと、
・２つの操舵可能車輪の２つのナックルと、
・操舵アクチュエータと、
・複数のセンサと、
・処理ユニットと、
を含む操舵システムを提供する。
【００１１】
ステアリングギヤは、２つのナックルのうちの第１のナックルに接続されており、かつステアリングギヤは、２つのナックルのうちの第２のナックルに接続されている。ステアリングギヤは、操舵アクチュエータに接続されている。複数のセンサは、ステアリングギヤに関連付けられた位置に取り付けられている。複数のセンサの各々は、操舵システムの位置情報を取得するように構成されている。複数のセンサの各々は、取得した操舵システムの情報を処理ユニットに提供するように構成されている。
【００１２】
このように、操舵システムの位置情報はステアリングギヤに関連付けられた２つ以上のセンサによって取得されるので、１つのセンサによる位置検出に故障が生じた場合であっても安全なステアリング機能を提供することができる。
【００１３】
センサは、種々異なる態様のステアリングギヤに関連付けられた操舵システムの位置情報を取得することができ、線形測定と角度測定との両方を含み得る、操舵位置情報を検出するための種々異なる測定を行う。したがって、故障が発生した場合に冗長性を提供することに加えて、処理ユニットは、操舵位置の信頼性を判定することができる。というのも、この信頼性は、複数の独立した情報源によって判定することができるからであり、これにより精度および信頼性が向上する。
【００１４】
一実施例では、複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、２つのナックルのうちの少なくとも１つのナックルおよび／または関連するコネクティングロッドでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００１５】
一実施例では、複数のセンサのうちの少なくとも１つの第１のセンサは、第１のナックルおよび／または関連するコネクティングロッドでの操舵位置を測定するように構成されており、複数のセンサのうちの少なくとも１つの第２のセンサは、第２のナックルおよび／または関連するコネクティングロッドでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００１６】
一実施例では、ステアリングギヤと２つのナックルとの間の接続部は、ステアリングギヤの出力シャフトを含み、複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、出力シャフトでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００１７】
一実施例では、ステアリングギヤと操舵アクチュエータとの間の接続部は、トルク伝達ユニットまたは入力シャフトを含む。複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、トルク伝達ユニットまたは入力シャフトでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００１８】
一実施例では、複数のセンサのうちの少なくとも２つのセンサは、トルク伝達ユニットまたは入力シャフトでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００１９】
一実施例では、少なくとも１つのセンサは、ステアリングコラムに取り付けられている。
【００２０】
一実施例では、複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサが、ステアリングギヤの内部測定に基づき、操舵位置を決定するように構成されている。
【００２１】
一実施例では、複数のセンサのうちの少なくとも２つのセンサが、ステアリングギヤの内部測定に基づき、操舵位置を決定するように構成されている。
【００２２】
一実施例では、複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサが、線形位置情報(linear position information)を取得するように構成されており、かつ／または複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサが、角度位置情報を取得するように構成されている。
【００２３】
上記の態様および実施例は、以下に説明する実施形態を参照することにより明らかになり、解明されるであろう。
【００２４】
以下の図面を参照しながら、例示的な実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】車両用の操舵システムの一実施例を示す概略図である。
【図２】操舵システム用の冗長的なセンサの配置の一実施例を示す概略図である。
【図３】操舵システム用の冗長的なセンサの配置の一実施例を示す概略図である。
【図４】操舵システム用の冗長的なセンサの配置の一実施例を示す概略図である。
【００２６】
実施形態の詳細な説明
図１には、車両用の操舵システム１０の一実施例が示されている。操舵システムは、ステアリングギヤ１と、２つの操舵可能車輪の２つのナックル９と、操舵アクチュエータ３と、複数のセンサ５，６と、処理ユニット８とを含む。ステアリングギヤは、２つのナックルのうちの第１のナックルに接続されており、かつ２つのナックルのうちの第２のナックルに接続されている。ステアリングギヤは、操舵アクチュエータに接続されている。複数のセンサは、ステアリングギヤに関連付けられた位置に取り付けられている。複数のセンサの各々は、操舵システムの位置情報を取得するように構成されている。複数のセンサの各々は、取得した操舵システムの情報を処理ユニットに提供するように構成されている。
【００２７】
一実施例では、処理ユニットは、ビークルダイナミクスコントロールのＥＣＵである。
【００２８】
一実施例では、ステアリングギヤは、関連するコネクティングロッドを介してそれぞれのナックルに接続されている。
【００２９】
一実施例によれば、複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、２つのナックルのうちの少なくとも１つのナックルおよび／または関連するコネクティングロッドでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００３０】
一実施例によれば、複数のセンサのうちの少なくとも１つの第１のセンサは、第１のナックルおよび／または関連するコネクティングロッドでの操舵位置を測定するように構成されており、複数のセンサのうちの少なくとも１つの第２のセンサは、第２のナックルおよび／または関連するコネクティングロッドでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００３１】
一実施例によれば、ステアリングギヤと２つのナックルとの間の接続部は、ステアリングギヤの出力シャフトを含む。複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、出力シャフトでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００３２】
一実施例によれば、ステアリングギヤと操舵アクチュエータとの間の接続部は、トルク伝達ユニットまたは入力シャフト２を含む。複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、トルク伝達ユニットまたは入力シャフトでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００３３】
一実施例によれば、複数のセンサのうちの少なくとも２つのセンサは、トルク伝達ユニットまたは入力シャフトでの操舵位置を測定するように構成されている。
【００３４】
一実施例によれば、少なくとも１つのセンサは、ステアリングコラムに取り付けられている。
【００３５】
一実施例によれば、複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、ステアリングギヤの内部測定に基づき、操舵位置を決定または測定するように構成されている。
【００３６】
一実施例によれば、複数のセンサのうちの少なくとも２つのセンサは、ステアリングギヤの内部測定に基づき、操舵位置を決定または測定するように構成されている。
【００３７】
一実施例では、少なくとも１つのセンサは、ステアリングギヤの内側に位置している。
【００３８】
一実施例によれば、複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、線形位置情報を取得するように構成されており、かつ／または複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、角度位置情報を取得するように構成されている。
【００３９】
一実施例では、複数のセンサのうちの少なくとも１つのセンサは、ステアリングギヤの内部部品のいずれかの部品に関するトルクを測定するように構成されている。
【００４０】
図２〜図４には、操舵システム用の冗長的なセンサの配置のさらなる詳細が示されている。センサの配置には、冗長的な操舵制御のアーキテクチャが提供される。操舵システムは、ステアリングギヤ１と、手動操作のためのサーボ支援または自動運転操作のためのトルクオーバーレイを提供することができる操舵アクチュエータ３と、ステアリングギヤとアクチュエータとの間に設けられたトルク伝達ユニット２と、操舵制御電子回路４とを含む。冗長的な操舵位置センサ５，６は、情報をビークルダイナミクスコントロールのＥＣＵ（処理ユニット）に提供し、これらのセンサの情報提供は同時であってもよい。センサは、制御システムが測定の信頼性を判定することができるように設計されている。一方のセンサ５がエラーを有する場合でも、他方のセンサ６は、操舵システムの位置情報を制御電子回路に供給することができる。
【００４１】
図２には、冗長的なセンサの配置の一実施例が示されている。操舵位置は、少なくとも２つのセンサ、すなわち操舵車輪のナックルに設けられたセンサ５と、ステアリングギヤ１の入力シャフト（もしくはトルク伝達ユニット）２または出力シャフトに設けられたセンサ６とを用いて測定される。ステアリングギヤのいずれかの内部部品に設けられたトルク測定センサ７は、制御のために設けられていてもよい。
【００４２】
図３には、冗長的なセンサの配置の別の実施例が示されている。冗長的な操舵角度測定は、統合されたステアリングギヤ１を介して提供される。ステアリングギヤはその内側に、操舵システムの位置の決定専用の少なくとも２つの操舵位置センサ５，６を含む。ステアリングギヤのいずれかの内部部品に設けられたトルク測定センサ７は、制御のために設けられていてもよい。
【００４３】
図４には、冗長的なセンサの配置のさらに別の実施例が示されている。センサ５，６を用いた操舵位置測定は、ステアリングギヤ１と操舵アクチュエータユニット３との間に設けられたトルク伝達ユニット２で実現され、たとえば、このセンサの配置は、ステアリングコラムにおいて実現することができる。ステアリングギヤのいずれかの内部部品に設けられたトルク測定センサ７は、制御のために設けられていてもよい。
【００４４】
本発明を、図面および上述の説明において詳細に図示および説明したが、これらの図示および説明は例証または例示として見なされるべきであり、限定として見なされるべきではない。本発明は、開示した実施形態に制限されない。開示した実施形態の他の変形形態は、図面、開示および従属請求項の検討により、当業者が請求項に係る発明を実践することによって理解および達成することができる。
【００４５】
特許請求の範囲において、「含む（comprising）」という用語は他の構成要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」または「an」は複数形を排除するものではない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、特許請求の範囲に列挙したいくつかの部材の機能を満たすことができる。特定の措置が相互に異なる従属請求項に列挙されているという事実のみによって、これらの措置の組合せが利点として使用できないことが示唆されるものではない。特許請求の範囲におけるいずれの参照符号も、その範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００４６】
１  ステアリングギヤ
２  トルク伝達ユニットまたはステアリングギヤへの入力シャフト
３  操舵アクチュエータ
４  操舵制御電子回路
５，６  位置測定センサ
７  トルク測定センサ
８  処理ユニットまたはＥＣＵ
９  操舵可能車輪のナックル
１０  操舵システム
【図１】
2021536405.tif 000003
【図２】
2021536405.tif 000004
【図３】
2021536405.tif 000005
【図４】
2021536405.tif 000006
【国際調査報告】
2021536405.tif 000007
2021536405.tif 000008
2021536405.tif 000009