(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（３０）及び前記モータ（３０）によって制御され、車両のステアリングハンドルで設定されたかじ取り角に補正角を重畳する重ね合せ装置（１２）を有し、前記モータ（３０）の回転子が前記重ね合せ装置（１２）の機械的装置部分（２０）を運動させ、かつ前記モータ（３０）が機械式ロッキング（１０）を有し、少なくとも障害が起こる状況では前記機械式ロッキング（１０）が前記モータ（３０）の電気的非活動化に加えて、前記重ね合せ装置（１２）の前記機械的装置部分（２０）を固定し、運動を阻止するパワーステアリングにおいて、
前記機械的装置部分（２０）が複数の細長い穴状のスロット（２１）を備え、前記スロット（２１）に前記機械式ロッキング（１０）のピン（１１）が係合するようになっており、かつ、ロック解除の前に前記モータ（３０）の機能及び前記ロッキング（１０）の適正なロック機能について検査する診断回路（４０）が設けられていることを特徴とするパワーステアリング。
【請求項２】
前記ピン（１１）が弾支されており、先が尖った形状を有し、少なくとも最大トルクの送出時でも前記モータ（３０）の回転子が固定されているように、前記形状が前記スロット（２１）への前記ピン（１１）の係合を保証することを特徴とする、請求項１に記載のパワーステアリング。
【請求項３】
前記重ね合せ装置（１２）の２つの入力側装置部材（２０、１）のうちの前記ロッキング（１０）により固定される一方の機械的装置部分（２０）が、ウオーム（２０）、ウオーム歯車、スクリュー又はねじ歯車であることを特徴とする、請求項１に記載のパワーステアリング。
【請求項４】
前記診断回路（４０）が、前記モータ（３０）の固定子の電流供給を測定する電流センサに接続されており、前記モータ（３０）のトルク（Ｍｄ）の増加の際に前記電流センサがゼロでない電流測定値か、又は少なくとも診断期間中に変化する電流測定値を指示するか否かを、前記診断回路（４０）が検査することを特徴とする、請求項１に記載のパワーステアリング。
【請求項５】
前記診断回路（４０）が前記モータ（３０）の固定子巻線（ｕ、ｖ、ｗ）の通電を監視し、前記モータ（３０）によって負荷されるトルク（Ｍｄ）が値ゼロから最大値（Ｍｄｍａｘ）まで上昇するように、回転子磁界に対する固定子磁界の漸次の回転を制御することを特徴とする、請求項１に記載のパワーステアリング。
【請求項６】
前記診断回路（４０）が前記モータ（３０）の回転子の角度位置を測定する回転子位置センサ（３１）に接続され、トルク（Ｍｄ）の増加の際に前記モータの回転子が停止したままであるか否かを前記診断回路（４０）が検査することを特徴とする、請求項１に記載のパワーステアリング。
【請求項７】
前記回転子位置センサ（３１）が誘導性センサ又は磁気抵抗性センサであることを特徴とする、請求項６に記載のパワーステアリング。
【請求項８】
前記機械式ロッキング（１０）によるロックが解除された後、前記診断回路（４０）が回転子の方向に整列された固定子磁界を発生して、前記回転子が動くか否かを前記診断回路（４０）が監視することによって、前記診断回路（４０）が前記モータ（３０）の回転子の角度位置を測定するための回転子位置センサ（３１）の機能も検査することを特徴とする、請求項５に記載のパワーステアリング。
【請求項９】
前記診断回路（４０）が点火サイクルの開始及びロッキングの解除の前に、前記モータ（３０）の回転子の角位置を測定する回転子位置センサ（３１）によって測定された角位置を記憶し、記憶された角位置及び既知の前記スロット（２１）のピッチに基づいて前記回転子を前記機械式ロッキング（１０）のピン（１１）の位置に対して最適に整列するために、制御回路（ＥＣＵ）が前記モータ（３０）の通電を制御することを特徴とする、請求項５に記載のパワーステアリング。
【請求項１０】
前記複数のスロットは円周方向に間隔を空けて並んでおり、前記機械的ロッキング（１０）は、前記ピン（１１）を突出させて前記ピン（１１）が前記スロット（２１）の１つに係合するように付勢するばね（８）と、通電時に前記ばね（８）の力に抗して前記ピン（１１）を引っ込んだ位置に保持する保持磁石（７）とを有しており、
前記診断回路（４０）は、前記モータ（３０）に接続されるとともに、前記モータ（３０）に通電して前記機械的装置部分（２０）を回転させることによって、前記ロッキング（１０）の適正なロック機能の検査を実行するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のパワーステアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ及びモータによって制御され、車両のステアリングハンドルで指定されるかじ取り角に補正角を重畳する重ね合せ装置（１２）を有するパワーステアリングに関する。このようなパワーステアリングではステアリングギヤの変速比は固定値でなくて、種々のパラメータ、例えば車速に応じて可変的に調整し、現れる運転状況に適応させることができる。
【背景技術】
【０００２】
この種のパワーステアリングはＤＥ−Ａ１−１９６０１８２６で周知である。そこではモータ及びモータによって制御される重ね合せ装置を有するステアリングが記述される。重ね合せ装置は、車両のステアリングハンドルで指定されたかじ取り角に補正角を重畳する。即ち運転者によって行われた回転運動に、補助回転運動が重畳されるのである。そのためにモータの回転子は重ね合せ装置の機械的装置部分、例えばウオーム歯車又はねじ歯車と結合され、モータによって発生され、手動回転運動に重畳される運動がこの機械的装置部分を介してステアリングに送られる。重畳の度合は例えば現在の車速に依存する。この種のパワーステアリングによって変速比（ステアリングレシオ）を極めて柔軟に変えることができる。例えば車両の高速走行時の変速比が車両の低速走行時又は駐車時より小さければ、すこぶる好都合である。例えばモータ又はその電子制御の故障によってアシストが働かない場合でも、原則として補助アシストなしでも車両を操縦することができるから、運転者にとって危険な事態は起こらない。
【０００３】
ところがモータ自体又はその電子制御装置の故障又は誤機能をなくすことはできない。このような故障又は誤機能は意図せぬモータ運動、それとともにステアリングアシスト装置への意図せぬ干渉を引き起こす。それが一方では運転者及び車両にとって極めて不快な又は危険でさえある事態を招くことがある。
【０００４】
ＤＥ−Ａ１−１００００２１９ではとりわけ「セルフロッキング式に構成されたウオームギヤ」を有する改善された重ね合せ装置を備えたパワーステアリングが提案される（その第２カラム第１８〜３０行及び請求項１３を参照）。その場合この構造はかみ合う装置部分の遊びを減少するために使用される。ところがこのようなセルフロッキング式ギヤが冒頭に挙げた問題を少なくするため、即ち制御に現れる過誤又は誤機能の危険な影響を抑制するためにも役立つことは、そこでは説明されない。
【０００５】
実際が示すところでは、セルフロッキング式ウオームギヤがあっても、サーボモータが（意図せずに又は故意に）停止すると、車両のかじ取りに大きな危険が存在する。即ち無視し得ない残留リスクが残る。このことは特にセルフロッキングのないねじ歯車装置又はその他の種類のギヤに当てはまる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、使用されるギヤの種類に関係なく、意図せぬステアリングアシストが起こることを防止する安全装置を、冒頭に上げた種類のパワーステアリングに装備することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は請求項１の特徴を有するパワーステアリングによって解決される。
【０００８】
それによればモータは機械式ロッキングを備えており、モータの電気的非活動化に加えてこの機械式ロッキングが作用し、装置部分（例えばウオーム、ウオーム歯車又はねじ歯車）が細長い穴状のスロットを備え、これに機械式ロッキングのピンが係合することによって、少なくとも障害が起こる状況で機械式ロッキングが重ね合せ装置の機械的装置部分を固定し、運動を停止する。
【０００９】
有利な実施態様が従属請求項で明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に実施例に基づき、下記の概略図面を参照して本発明を詳述する。
【００１１】
図１に本発明に基づくパワーステアリングの構造の概要を示す。パワーステアリングは第１の入力側装置部材１及び第２の入力側装置部材２０並びに出力側装置部材４を有する重ね合せ装置１２を具備する。第１の入力側装置部材１は、通常、かじ取り車であるステアリングハンドル（図示せず）に連結される。出力側装置部材４はステアリングギヤ（図示せず）に連結される。ステアリングギヤは周知のように例えば油圧アシストによってかじ取り運動を増強して車輪に転送する。第２の入力側装置部材は、ここに示す例ではモータ３０に連結されたウオーム２０として形成されている。モータは、ウオーム２０を介して重ね合せ装置１２の重ね合せ軸２に作用するサーボモータとして使用される。このようにして図示のパワーステアリングは、かじ取り車によって起動された運動に、サーボモータから出る運動を重畳することができるサーボステアリング装置である。こうしてかじ取り車の回転角に補助回転角を加算又は減算することができる。
【００１２】
ところがサーボモータ３０が故障するか又はその制御装置（図２のＥＣＵを参照）が不正に動作するようなことがあれば、サーボモータが故意に切断される。それに加えて、機械式ロッキング１０が作動される。さもなければ、重ね合せ装置１２の第２の入力側装置部材２０が誤った逆トルクによって無秩序に回転する危険がある。こうした状況では確実なステアリングはもはや不可能である。
【００１３】
本発明は、重ね合せ装置にセルフロッキングしかない在来のパワーステアリングは不確実であるという認識に基づいている。研究が明らかにしたところでは、周知の装置ではセルフロッキング効果が振動、動揺等によって解除されるからである。また、ほとんど又はまったくセルフロッキングがない他の種類の装置は使用できない。
【００１４】
本発明に基づき補設される機械式ロッキング１０によって、サーボモータ３０が（故意に又は意図せずに）停止した場合に、重ね合せ装置１２の第２の入力側装置部材２０の以後の回転運動を確実に阻止することが可能である。これによって上記の事態で車両に振動が起こっても、かじ取り車により導入されたかじ取り運動をステアリングギヤに正確に伝達することが保証される。細長い穴状のスロット２１は、ロッキングピン１１の極度に厳密な位置決めが必要でないという利点がある。こうして組立許容差が吸収される。またロッキングピン１１がスロット２１に係合する前に中間腹板に衝突して、不快ながたつき騒音を発生することはほとんどあり得ないから、騒音発生が減少する。
【００１５】
また回転子の角位置、それとともに入力側装置部材の角位置、本例ではウオーム２０の角位置がロッキングピン１１の位置と理想的に同一線上になくても、ロッキング１０が直ちに動作することに支障はない。しかも細長い穴として形成されたスロット２１はサーボモータ３０の確実な機械的ロッキングを遂行する。スロット２１の長さは、ねじりが例えば１０°の最大角許容差に制限されるように設計することが好ましい。従ってウオームギヤの変速比が例えば１：４０の場合は、ロッキング状態でなお許される重なり角は最大０．２５°となる。
【００１６】
図１に示したパワーステアリングを次にさらに詳しく説明する。
【００１７】
符号１２で示す重ね合せ装置に第１の入力側装置部材１、第２の入力側装置部材２０及び出力側装置部材４が属する。第１の入力側装置部材１は車両の、図１に示さないかじ取り車に連結される。第２の入力側装置部材２０はサーボモータ３０によって駆動される。本例では図示のサーボモータはとりわけ無段階調整可能なモータ３０として構成されている。出力側装置部材４は車両の、図１に示さないステアリングギヤに連結される。
【００１８】
第１の入力側装置部材１は、太陽歯車１’を有する入力軸として構成されている。出力側装置部材４は太陽歯車４’を有する出力軸として構成されている。２つの太陽歯車１’及び４’は、プラネットキャリア２に回転可能に支承された若干数のずれば遊星歯車３とかみ合う。太陽歯車１’及び４’並びに遊星歯車３ははすば平歯車として形成されている。プラネットキャリア２は外歯２’を備えており、この場合第２の入力側装置部材をなすウオーム２０とかみ合う。ウオーム２０はサーボモータ３０によって直接駆動される。従って部材２０及び２はウオームギヤを構成する。その代案として別の種類のギヤ、特にねじ歯車装置又はハイポイドギヤ（かさ歯車装置）も使用することができる。
【００１９】
重要な技術革新として、第２の入力側装置部材２０に、全体を符号１０で示す機械式ロッキングが配属されている。この点について詳しくは下記のとおりである。
【００２０】
ねじ歯車２０は、細長い穴状のスロット２１として形成された正面側空欠部の環状配列を有する。ばね８の作用で、ピン（「ロッキングピン」とも称する）１１がこのスロット２１の１つに係合することができる。通常−サーボモータ（単に「モータ」とも称する）３０の作動時−は保持磁石７によりばね８の力に抗して、ピン１１のこの係合が阻止される。ところがサーボモータが停止するか又は故意に非活動化されると直ちに、即ちモータ３０が切断されると直ちに保持磁石７も切断されるから、ばね８は短時間でロッキングピン１１をスロット２１の１つに押し込む。こうしてウオーム２０及び間接的にプラネットキャリア２も、以後の回転運動を阻止される。第１の入力側装置部材１は引続きかじ取り車の回転運動を、ずれば遊星歯車３を経て出力側装置部材４に伝達する。しかし今度は伝達される回転角及びトルクは固定変速比、即ち重ね合せ装置１２のいわゆる静止変速比をなす。
【００２１】
この状況で車両の確実なステアリングを十分に安全に行うことができる。サーボモータ３０によるステアリング操作のアシストだけは、この状況で断念しなければならない。
【００２２】
−細長い穴状のスロット２１が設けられているにかかわらず−係合及び／又は解除の際にロッキングピン１１が中間腹板にあまりに頻繁に衝突して不快な騒音を引き起こすならば、例えば油圧式ショックアブソーバのような騒音抑制のための補助装置を設けることができる。代案として、ロッキングピン１１と保持磁石７の接極子が別個の部材をなし、その間に柔軟な中間部材例えば吸収ばねを設けることによって、補助装置を実現することができる。
【００２３】
ここで説明する例はいわゆるＡＦＳ（Active Front Steeringアクティブ・フロントステアリング）（略してＡＳ（Active Steering）ともいう）の領域で普及している。モータ３０はインバータ給電式ブラシレス直流モータであり、これをロッキング１０でロックすることができる。ロッキング作用はすこぶる大きいので、最大トルク（Ｍｄ＝Ｍｄｍａｘ、図２を参照）の送出時でも、モータ３０を停止状態に保持することができる。従ってこれは本来の意味でロッキングであり、ブレーキ等ではない。上記のロッキング及び後述の機能診断は様々な種類のモータ、例えば非同期モータ又はブラシ付き直流モータに使用することができる。
【００２４】
図２にモータ３０及びロッキング１０をさらに詳細に示す。そこに見られるように、ピン１１（ボルトであってもよい）は細長い穴状のスロット２１に係合する。スロット２１は重ね合せ装置１２の機械的装置部分、この場合はウオーム２０の上にある。スロット２１を機械的装置部分２０の別の場所又は場合によってはプラネットキャリア（図１の“２”を参照）に設けることもできる。ＡＳの場合はスロット２１をウオーム２０に設置することが好ましい。しかし歯車又はベルト車にも同様に設置することができる。
【００２５】
ロッキング１０の役目は、通電してないモータ３０をロックすることである。即ち車両が停止されたとき、即ち点火が切断（イグニッションＯＦＦ）されたときは、常にロッキングが挿入されるのである。ここで提案するパワーステアリングは、ロッキング１０の機能を検査する診断回路４０も備えている。点火が接続（イグニッションＯＮ）されると、ＡＳシステムが起動され、その際下記の診断が行われる。
【００２６】
まずロッキング１０が締結されると、モータ３０の固定子磁界が回転子磁界の方向に、即ち回転子の固定ｄｑ−座標系のｄ軸の方向にセットされる（図３を参照）。レゾルバ即ち誘導性センサ又は磁気抵抗式センサである回転子位置センサ３１から回転子の方向が得られる。モータ３０の各位相で所定の電圧を送出することによって、固定子磁界が回転子磁界に対して垂直（ｑ方向）のときに所望の最大トルクが発生するように、磁界の値を選定する。
【００２７】
しかし２つの磁界は差当り平行であるからトルクが発生されず、モータは動かない。次に固定子磁界が回転子磁界に対して徐々に回転され、やがて２つの磁界は結局互いに直交する。その場合モータ軸に生じるトルクもゼロから最大値まで増加し、９０°で最大値に達する（図４）。その際モータ３０はロッキング１０によってロックされるから、運動することは許されない。場合によってはロッキングピン１１がスロット２１に完全に係合しないことがある（図２を参照）。このような場合回転子はせいぜい２つのスロットの間の角だけ引続き運動することが許される。トルク発生時に回転子が２つのスロットの間の角以上に運動すれば、ロッキング１０のロッキング作用が生じておらず、ロッキング１０の故障が起きている。
【００２８】
図３は固定子磁界を示す。固定子磁界は固定子電流ＩSで表され、ゼロの角位置（φ＝０）から９０°位置（φ＝９０°）まで回転し続ける。図４には、生じるトルクＭｄが最大トルクＭｄｍａｘに関連して示されている。破線は理想的な正弦状曲線、実線は実際に測定された曲線を示す。実際の曲線はとりわけ部材の許容差及び角位置センサの許容差の変動に影響される。
【００２９】
診断回路４０はロッキング１０の機能検査に加えて、さらにモータ３０の給電線の電流センサの機能及び最終段とモータ巻線（位相Ｕ、Ｖ、Ｗ）の間の導線の接続を検査することができる。固定子磁界の９０°の回転運動によって、各相で少なくとも一時的に電流が必ず流れるはずだからである。この電流の大きさは、送出される電圧のほかに、導線及び接触部の品質に依存する。全過程の間に電流センサが値ゼロ又はその他の一定値を送出するならば、その電流センサに欠陥があるか、又は当該の位相が接続されていないのである。
【００３０】
電流センサ又は位相のいずれに欠陥があるかは、次のようにして区別することができる。即ちある位相が接続されていなければ、残りの２つの位相は等しい電流（異なる符号の）を導き、従って当該の電流センサは同じ値を与える。これに対して１つの電流センサにだけ欠陥があれば、残りの電流センサは絶対値の異なる値を与える。
【００３１】
回転子（ロータ）に対する固定子磁界の回転によりトルクＭｄを生じる上記の診断方法は、とりわけ次の利点を有する。
【００３２】
まず第一に、すべての位相が一時的にコンバータ回路（電力制御装置ＰＣＵともいう）によって通電されるから、電流センサ及びモータ位相のテストを行うことができる。また、回転子位置センサ３１が与える値が誤りであっても、固定子磁界の回転運動中に１回最大トルクに到達する。ここで提案する方法は、こうしておおむね固定子磁界の相回転に基づいている。
【００３３】
その代案として、トルクを生じるために純振幅増加を行うとすれば、まず固定子磁界を回転子に対して垂直（ｑ方向）に置き、続いて固定子電流の絶対値だけをゼロから最大値まで増加する。しかしその場合１つの位相が通電されない回転子位置がある。従ってこのモータ位相及び当該の電流センサのテストは不可能である。しかも回転子位置角の値が誤っていれば、完全なモータトルクは生じないであろう。
【００３４】
ロッキング１０及び電流路のテストが首尾よく行われたならば、ロッキング１０を開き、モータ３０を運転のために解放することができる。そこで診断回路４０はさらに回転子位置センサ３１の機能も検査することができる（図３を参照）。
【００３５】
磁界を再び回転子磁界の方向（ｄ方向）に印加すれば、今回転自在な回転子は運動することを許されない。それでも回転子が運動するならば、回転子位置センサ３１が与える値は誤ったものであった。モータ３０は取付け状態で大きなトルクのときしか運動しないから、角信号の誤りは小さくないはずである。およそ４０度（約４０°）以上に及ぶことがある。生じる誤りはおおむねモータ軸の摩擦に関係する。ごく小さな誤り（＜１０°）の場合は、生じるトルクが比較的小さく、モータ３０は運動することができない。しかしモータ３０は通常のように運動するから、このように小さな誤り角は基本的な問題ではなく、効率が悪化するだけである。これに対して大きな誤り角（約９０°）の場合は、モータ３０が無秩序に走り出し、誤りが適時に認識されなければ、危険な走行状態になる恐れがある。
【００３６】
点火サイクルの終りに回転子は、ロッキングピン１１がスロット２１に入り込むように位置決めされる。スロット２１の位置は、ロッキング１０の解除の直前の点火サイクルの開始時に記憶されるスタート位置と、既知のスロットピッチから計算することができる。それぞれ最寄りのスロット２１に突き当たる。この位置に達すると、ロッキング１０を理想的に締結することができる。ロッキング１０のテストで、各点火サイクルの初めにピン１１はすでにスロット２１の中に最適に配置されているから、診断回路４０と制御回路によって行われるこの位置決め方法はとりわけ騒音、がたつき音又は類似の音響障害が起こらないという利点をもたらす。
【００３７】
上記の診断回路４０は、あらゆる任意の種類のロッキングを検査することができる独特な解決策とみなすことができる。診断によって、ごく短い時間（数十ｍｓ）の間にロッキング、モータ導線、電流センサ及び回転子位置センサの状態を検出することができる。全系の安全性に否定的影響を及ぼすこれらの部品の重大な欠陥を、すでに作動操作の前に認識し、こうして安全性の向上に効果的に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】機械式ロッキング付きモータが配置されたパワーステアリングの重ね合せ装置を示す。
【図２】電子制御装置及び機械式ロッキングを有し、ロッキングピンが細長い穴状のスロットに係合するモータ（サーボモータ）の詳細図を示す。
【図３】固定子に対向して回転する回転子をサーボモータの断面図で示す。
【図４】回転子と固定子の間の相対角位置がゼロから９０°まで増加するときに生じるモータトルクの上昇を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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