(57)【要約】      （修正有）【課題】好ましくは優れたコスト効率で、なお且つ信頼できる機能と正確な測定を有して製造できるステアリングシステムに対して、そのステアリングシステムに加わるトルクの測定方法を提供する。【解決手段】ステアリング列の領域部がその間に配置され、そこでトルクを受ける２つのセンサを用いて各角度信号を測定するステップと、前記ステアリング列における既知のねじれ剛性を考慮して、前記各角度信号の違いを評価するステップと、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者によって加えられるステアリング列のトルク測定方法であって、
前記ステアリング列の領域部がその間に配置され、そこでトルクを受ける２つのセンサを用いて各角度信号を測定するステップと、
前記ステアリング列における既知のねじれ剛性を考慮して、前記各角度信号の違いを評価するステップと、を備えたことを特徴とするステアリング列のトルク測定方法。
【請求項２】
前記ステアリング列の回転運動を支援する電動機（２６）の位置センサ（１２）によって各角度信号を測定し、
ステアリング角度センサ（２０）を用いることで、前記ステアリング列から各ステアリング角度信号を測定し、
前記電動機（２６）の位置センサ（１２）と前記ステアリング角度センサ（２０）との間の前記ステアリング列における既知のねじれ剛性を考慮して、前記電動機の位置センサ（１２）と前記ステアリング角度センサ（２０）との前記各角度信号の違いを評価することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ブラシレスの電動機（２６）を用いることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
ラック（１０）の位置センサ（１２）を介して各角度信号を測定し、
ステアリング角度センサ（２０）を用いることで、前記ステアリング列から各ステアリング角度信号を測定し、
電動機（２６）の位置センサ（１２）と前記ステアリング角度センサ（２０）との間の前記ステアリング列における既知のねじれ剛性を考慮して、前記ラック（１０）の位置センサ（１２）と前記ステアリング角度センサ（２０）との前記各角度信号の違いを評価することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
可動可能な前記ラック（１０）と固定部材に、感知体と受け部を提供することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ラック（１０）と共に移動するマグネット部品が提供され、その磁場の挙動が前記ラック（１０）の位置を測定するのに利用されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
短絡リングの原理に基づいて、前記位置センサ（１２）が設計されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項８】
一乃至幾つかの短絡リングが前記ラックに配置されると共に、一乃至幾つかのコイルがハウジングに固定して配置されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ステアリング列のねじり剛性を、トーションバー（２８）で測定することを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車におけるステアリング列のトルク測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、ステアリングホイールとステアされる各ホイールとの間を機械的に連結する電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）、およびステアリングホイールとステアされる各ホイールとの間を機械的に連結しない電動パワーステアリングシステム（ステアバイワイヤ）を引用するものである。
【０００３】
一般的なステアリングシステムでは、運転者により作動ユニットを介して、より好ましくはステアリングホイールのねじりによって、操舵可能な各ホイールが操縦される。ステアリングホイールを回転することにより、ラックの変位、言い換えると各ホイールの旋回をもたらす。パワーステアリングでは、運転者の操舵運動が、付加した電動機を通して支援される。ここでの操舵支援は、固有に制御され、若しくは調整されたシステムを通して一般的に行なわれ、車輌速度に応じて当該操舵支援が与えられる。
【０００４】
加えて、ステアされ得る各ホイールとステアリングホイールとの間で、機械的な連結が存在しない場合のステアリングシステムが知られている（ステアバイワイヤ）。ここでは、適切な原動機の助力によって、ステアリングホイールの回転角度と回転速度に応じて、各ホイールが旋回される。こうしたシステムにおける根本的な問題は、運転者がもはや各ホイールから実体的なフィードバック（反応）を何等受けないことで存在する。
【０００５】
加えて、現在の車輌は一般に、車輌の安定性に影響を及ぼすことができるダイナミックドライブシステムを備えている。こうしたダイナミックドライブシステムは、運転者支援のためにデータを連続的に測定している。例えば、スリップ制御や、ブレーキや、運転に関する各安定性システム（ＡＢＳ，ＡＳＣ，ＤＳＣ，ＥＳＰなど）をリンクすることで、一方では運転者を救済するようなアクティブセーフティや運転の快適さを向上させることに成功し、危険な状況下であっても、そうしたシステムが車輌を安全に制御して運転者を助けている。このようなシステムは、ホイールがスピンしたり、横滑りしたり、ブロックする前で、例えばタイヤが接地を失う危険性のある時にのみ、動作状態になる。ホイールセンサは、例えばブレーキ動作の間にホイールがどの程度の速さで回転するのかを監視する。そして、ホイールがブロックしそうになれば、当該ホイールが通常のスリップの下での走行に戻るまでの間に限り、それに対応したホイールブレーキシリンダのブレーキ圧を自動的に減少させる。
【０００６】
ドライブスリップ制御を備えることで、各センサは加速中における運転パワーが最小のスリップで伝達されるのを確実なものとする。アクセルペダルの位置に拘らず、ホイールをスピンすることなしに、現在の運転状況において可能であるような、非常に多くのエンジンパワーだけが許容される。このシステムでは、各センサを通じてホイール速度を感知することで、各ホイールが安全にグリップするかどうかを認識する。仮に、従動する各ホイールがスピンに向かおうとする場合には、エンジンの管理部に制御が連携し、現在のアクセルペダルの位置に関係なく、トルクを減少させる。
【０００７】
急な捕えがたい操縦や、突然危険な状況の間に、運転中の安全を高めるために、ダイナミックな安定性制御を備えることで、付加した各センサが更に運転状態を測定する。ＡＢＳを拡張することにより、とりわけカーブでのブレーキ時に、運転中の安全性が増加する。制御システムは、対向する各モーメントを安定化させるために、左右のブレーキ圧の相違量を通して、ＡＢＳ制御閾値の下でブレーキ圧を制御する。さらに、ダイナミックブレーキ管理システムは、運転者のブレーキングを支援し、例えばブレーキ動作を促進することが知られている。
【０００８】
各センサは、個々のホイールの回転速度のみならず、車輛がどの程度の速さでその標準軸の周りを回転するのかを示すヨー率と、カーブ率と速度に対する次元としてのラテラル加速度と、望ましい方向を示すステアリング角度と、運転者によりペダルを介して力が加えられるブレーキ圧とを測定する。上述した実施形態は、単に例示的に理解されなければならず、運転のダイナミックデータは別なシステムからも測定され、また利用される。
【０００９】
電動パワーステアリングシステムは、運転者によってステアリングホイールに加えられたステアリングモーメントを測定するために、そのステアリングシステムに割り当てられた個別のトルクセンサを利用している。このトルクセンサは、一般にはトルクを測定するためだけに用いられているが、それだけでなく回転角センサと組み合わせることも可能である。それに加えて、トーションバーのような弾性要素で連結されたステアリングコラムまたはステアリングギアにおける２個のパーツのねじれ角度を介して、トルクを測定する箇所で間接的にトルク測定を行なうことも知られており、前記弾性要素は間接的なトルク測定のために設けられる。さらに、例えば磁気弾性（magneto-elastic）原理に基づき、ステアリング列の構成部において、直接的にトルク測定を行なうことも知られている。
【００１０】
電動パワーステアリングにおける間接的なモーメント測定では、２つの操作上の原理が慣例化されている。
−トーションバー（主に、入力シャフトおよびピニオン）で連結された２個のパーツ間で、直接的に角度差の測定だけを行なう差動角度センサ。
−それぞれの場合において、その一つがトーションバーで連結されたステアリングの各パーツの一つに取付けられる２個の個別の回転動作角センサ。この２つの各センサにおける角度信号の差から、トルクが測定される。
【００１１】
しかしながら、モーメントセンサはそれぞれの場合において、一般にパワーステアリング（ＥＰＡＳシステム）に割り当てられ、適用できるならば、このＥＰＡＳシステムに一体化されることが要求される。
【００１２】
ステアリングシステムにおける制御若しくは調整の概念に依れば、同一の回転方向にステアリングを支援するという点で、運転者のステアリング指令を増幅し、若しくはステアリング角度を介して運転者にフィードバックするという意味で、ステアリングホイールにおける一定トルクを調整するのに、トルク信号が用いられる。
【００１３】
前記公知システムの欠点は、使用されるトルクセンサが意匠を凝らしたものとなり、高価になることにある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで本発明の目的は、好ましくは優れたコスト効率で、なお且つ信頼できる機能と正確な測定を有して製造できるステアリングシステムに対して、そのステアリングシステムに加わるトルクの測定方法を創出することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、本発明に基づき、
−前記ステアリング列の領域部がその間に配置され、そこでトルクを受ける２つのセンサを用いて、各角度信号を測定するステップと、
−前記ステアリング列における既知のねじれ剛性を考慮して、前記各角度信号の違いを評価するステップと、
からなる方法ステップを備えた運転者によってステアリング列に加えられるトルク測定方法で解決される。
【００１６】
したがって、上記方法を用いると、上述した用途のために明示的に与えられるトルクセンサを用いることなく、ステアリング列に加わるトルクを測定することが可能になる。高価であると共に、追加部品としてスペースを必要とするトルクセンサを、省略することができる。加えて、通常はステアリングコラムまたはステアリングギアに一体的に設けられるステアリング角度センサを、廃止することができる。本発明に依れば、運転原動力（drive dynamics）のためだけに測定された現在までのデータから、第１の時間中の値が導出され、この運転原動力はステアリングシステムに対して重要であり、当該ステアリングシステムによって変換することができる。
【００１７】
評価（算出）されるべき角度信号として、ステアリング列のステアリング角度信号は、ステアリング列の関連する領域部の一側に適合し、ステアリングコラム若しくはステアリングギアで測定することができる。
【００１８】
また領域部の他側では、次のものが利用できる。
−ステアリング列の回旋すなわちラックの移動を支援し、とりあえず入手可能な電動機の位置センサを介して測定される角度信号、若しくは、
−ラック上の位置センサを介して測定される角度信号。
【００１９】
電動機の位置センサを用いることで、ラックまたはホイールの正確な位置を測定することが常に可能になる。原理的には、例えばブラシレスの電動機のような位置センサを含む全ての電動機が、本発明に基づく方法に適合する。
【００２０】
しかし本発明に依れば、可動可能な前記ラックと、例えばラックハウジングのような固定された部材のそれぞれ何れかに、感知体と受け部品を提供することもできる。より好ましくは、マグネット部品を移動させることで、その磁場の挙動が密度システムによって重複して感知されるような、いわゆるＰＬＣＤ（Permanent Linear Contactless Displacement：永久磁石式リニア非接触変位）センサシステムが適している。マグネット部品の経路は、そこで制御信号として伝達することができる。したがって、マグネット部品をラックに配置すると共に、このマグネット部品を前記ラックで動かす。前記受け部は、一つのコイルまたは幾つかのコイルの配列体として、前記ハウジングに固定して配置される。ハウジングは、好ましくはアルミニウムまたは同様の材料で構成される。オプションとして、前記評価するユニットを感知体と一体にすることができる。
【００２１】
代替例として、短絡リングの原理に基づいて設計された位置センサを、利用することも可能である。一乃至幾つかの短絡リングはラックと、ハウジングに固定される一乃至幾つかのコイルとに配置される。オプションとして、前記評価するユニットをセンサと一体にすることができる。
【００２２】
これらのセンサは、より簡素に且つより頑丈に組立てられ、ステアリングギアおよび／またはステアリングコラムに配置される既存のセンサよりも、より優れたコスト効率で製造および据付けることができる。
【００２３】
本発明の本質は、センサ間におけるステアリング列のねじれ剛性を知ることにあり、それによりトーションまたはトルクを高い信頼性で測定できる。仮に、ねじれ剛性が簡単に決定できなければ、トーションを測定するのにトーションバーを付加的に提供することが可能である。トーションバーは、その両端で固定されたクランプを伴い、そこで固定された各構成部がお互いに関係して、回転軸の周りを旋回運動することができる。そして、こうしたトーションバーのねじれ剛性を測定することで、ねじれ剛性を知ることが可能になる。
【００２４】
本発明は、添付する各図面によってより詳細に説明される。これらの各図は、単に例示的に理解されるものでなければならず、本発明を制限することを意図してはいない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
各図は、本発明に基づくステアリングシステムを活用するための概略図を示している。それぞれの対応する凡例から理解できるように、図示した各構成部の間で、構造的な連結や、信号の流れや、力の流れや、エネルギーの流れが可能となっている。システムの境界と、サブシステムの境界が、異なる線の強さで示されている。図１および図２に基づくステアリングシステムでは、位置センサ１２が電動機２６内に配置され、図３および図４に基づくステアリングシステムでは、位置センサ１２がラック１０上に配置される。
【００２６】
ステアリング列の回転を支援し、すなわち各ホイール（車輪）を旋回させるラックの移動を支援する電動機２６は、位置センサ１２を含むこともでき、この位置センサ１２を通して、各ホイールの現在位置ひいてはステアリング角度を推定することができる。
【００２７】
ラック１０に配置される位置センサ１２は、例えばＰＬＣＤセンサシステムを通して形成することができる。当該位置センサ１２は、好ましくはラックハウジングのような固定された構成部に対する割合で、ラック１０の位置を測定する。
【００２８】
各図の全てに示すステアリングシステムでは、ステアリングコラム１６を介して、運転者１４がステアリングギア（操舵装置）１８にステアリングモーメントを加えることがわかる。オプションとして、最新技術に基づき、（図２と比較して）ステアリング角度センサ２０をステアリングコラム１６に備えることができる。
【００２９】
どの場合であっても、ステアリングギア１８はピニオン２２を備え、このピニオン２２を介してラック１０にステアリングモーメントを伝達する。このステアリングモーメントは減速装置２４によって支援され、減速装置２４は電動機２６によって駆動される。オプションとして、ステアリングギア１８はトーションバー２８をさらに有する。このトーションバーを介して、ステアリングギア１８を動作するステアリングモーメントを測定することができる。
【００３０】
図１および図３によれば、ここではステアリング角度センサ３０がステアリングギア１８に設けられ、ステアリング角度を測定する。前記位置センサにより測定されたデータを受取るのと同様に、測定したステアリング角度が制御ユニット３２に伝送される。したがって制御ユニット３２は、この受取った角度データから、最適な支援モーメントを測定できる。
【００３１】
図２および図４の基づく実施例では、既に説明したように、ステアリング角度センサ２０がステアリングギア１８にではなく、ステアリングコラム１６に配置される。
【００３２】
ラック１０若しくは電動機２６の位置センサ１２と、ステアリングギア１８若しくはステアリングコラム１６のいずれかに配置されたステアリング角度センサ２０とを通して、運転者１４の与えられたステアリングモーメントを測定することが可能になる。この目的に向けて、ステアリング角度センサ２０と位置センサ１２の間、若しくはオプションとしてトーションバー２８の既知の剛性（スティフネス）を、計算のために利用することができる。
【００３３】
各図は、本発明に基づくステアリングシステムに対する可能性のある応用例を説明したに過ぎない。ステアリングモーメントの決定に際し、様々な応用例では、単に位置センサ１２を通してラックの位置を測定するだけで十分なものとすることができる。本発明は、上述した例の実施形態に限定されるものではなく、むしろ同様の手法で動作するあらゆる実施形態を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に基づく方法を利用するための、電動パワーステアリングを示す概略図で、ここではステアリングコラムにステアリング角度センサを有すると共に、電動機に位置センサを有している。
【図２】本発明に基づく方法を利用するための、別な電動パワーステアリングを示す概略図で、ここではステアリングギアにステアリング角度センサを有すると共に、電動機に位置センサを有している。
【図３】本発明に基づく方法を利用するための、別な電動パワーステアリングを示す概略図で、ここではステアリングコラムにステアリング角度センサを有すると共に、ラックに位置センサを有している。
【図４】本発明に基づく方法を利用するための、別な電動パワーステアリングを示す概略図で、ここではステアリングギアにステアリング角度センサを有すると共に、ラックに位置センサを有している。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ラック
１２  位置センサ（センサ）
２０  ステアリング角度センサ（センサ）
２６  電動機
２８  トーションバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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