(57)【要約】ステアリングシステム（１）、特にラックアンドピニオンパワーアシスト付きステアリングの入力軸（２）と出力軸（３）との間の相対モーメントを検出するためのトルク測定装置（４）の固定法において、トルク測定装置（４）を、変形部材（８）によって局所的に入力軸（２）及び／又は出力軸（３）内へ加工成形する。
2004529365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシステム、特にラックアンドピニオンパワーアシスト付きステアリングの入力軸と出力軸との間の相対モーメントを検出するためのトルク測定装置の固定法において、
トルク測定装置（４）を、変形部材（８）によって局所的に入力軸（２）及び／又は出力軸（３）内へ加工成形することを特徴とする、トルク測定装置の固定法。
【請求項２】
トルク測定装置（４）にマグネットリング（５）とセンサ（６）とを設け、これらのマグネットリング及びセンサを、変形部材（８）によって入力軸（２）若しくは出力軸（３）内へ加工成形する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
マグネットリング（５）を円筒形の金属薄板リング（７）に配置し、この円筒形の金属薄板リング（７）を、変形部材（８）によって入力軸（２）内へ加工成形する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
センサ（６）を、コイルばね（１０）を備えた保持薄板（９）に配置し、該保持薄板（９）を変形部材（８）によって出力軸（３）内へ加工成形する、請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
入力軸（２）及び／又は出力軸（３）に、局所的に加工成形しようとするトルク測定装置（４）の材料を受容するための受容ポイント（１２）を設ける、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
受容ポイント（１２）を凹所、沈降部又は孔等として形成する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
第１の方法ステップにおいて、変形部材（８）と受容ポイント（１２）とを互いに重なり合うように位置調整する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
第２の方法ステップにおいて、マグネットリング（５）を備えた金属薄板リング（７）又はセンサ（６）を備えた保持薄板（９）を、変形部材（８）によって入力軸（２）の受容ポイント（１２）又は出力軸（３）の受容ポイント（１２）内へ加工成形する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
第３の方法ステップにおいて、変形部材（８）をまだふさがれていない受容ポイント（１２）に位置調整する、請求項６又は７記載の方法。
【請求項１０】
第４の方法ステップにおいて、マグネットリング（５）を備えた金属薄板リング（７）又はセンサ（６）を備えた保持薄板（９）を、入力軸（２）又は出力軸（３）に取り付けて、第２の方法ステップにおいて位置固定されたマグネットリング（５）又はセンサ（６）に対して調節若しくは位置決めする、請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】
第５の方法ステップにおいて、第４の方法ステップで位置決めされた、マグネットリング（５）を備えた金属薄板リング（７）又はセンサ（６）を備えた保持薄板（９）を、変形部材（８）によって入力軸（２）又は出力軸（３）の受容ポイント（１２）内へ加工成形する、請求項７から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
トルク測定装置（４）を深絞りプロセスによって加工成形する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
加工成形用に、変形ラム（８）として形成された３つの変形部材を設ける、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
受容ポイント（１２）と変形ラム（８）の数及び位置を互いに適合させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
トルク測定装置（４）の加工成形を力・距離監視装置によって制御する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
入力軸（２）及び／又は出力軸（３）が、加工成形しようとするトルク測定装置（４）の材料を受容するための受容ポイント（１２）を有していることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法を実施するための入力軸及び／又は出力軸。
【請求項１７】
受容ポイント（１２）が凹所、沈降部又は孔等として形成されている、請求項１６記載の入力軸及び／又は出力軸。
【請求項１８】
それぞれ１２０°ずつずらされた、沈降部を備えた３つの円筒形の孔（１２）が設けられている、請求項１７記載の入力軸及び／又は出力軸。
【請求項１９】
孔直径が１〜４ｍｍ、有利には２〜３ｍｍ、孔深さが１〜３ｍｍ、有利には１．５〜２ｍｍ、沈降部が４５°並びに孔深さが有利には０．５ｍｍ〜１ｍｍを有している、請求項１７又は１８記載の入力軸及び／出力軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸と出力軸との間の相対モーメントを検出するためのトルク測定装置の固定法に関する。また本発明は、該方法を実施するための入力軸及び／又は出力軸にも関する。
【０００２】
ステアリングシステム、特に手動操舵を電動モータによって助成するパワーアシスト付きステアリングでは、操舵要求を検出するために、入力軸と出力軸との間の相対モーメントを正確且つ確実に、永続的に検出することが特に重要である。この場合、検出用に使用されるトルク測定装置は、一般にステアリングシャフト接続部に結合された入力軸と、ピニオンに結合された出力軸との間に組み込まれている。これにより、トルク測定装置はステアリングシャフト接続部若しくは入力軸と、ピニオン若しくは出力軸との間の相対モーメントを検出して、電子機器モジュールを介して電動モータの駆動装置を制御する。この場合、この電動モータは従来のステアリング装置をパワーアシストするために役立つ。
【０００３】
ラックアンドピニオンパワーアシスト付きステアリングの機能原理に関しては、ヨーロッパ特許第０３６６６９１号明細書を参照されたい。
【０００４】
実地に基づき公知の、ステアリングシステムの入力軸及び出力軸におけるトルク測定装置の固定法では、トルク測定装置を入力軸と出力軸とに溶接する。但しこの場合、この溶接結合は手間がかかり且つ十分に確実ではないということが判った。例えば、不適当な材料を溶接すると、溶接シームの破断が生じる恐れがある。トルク測定装置は、高精度で確実に作動すべき安全上重要な要素なので、固定法には特に高い要求を課して、欠陥の可能性をできるだけ排除しなければならない。
【０００５】
本発明の課題は、従来技術の欠点を解決して、ステアリングシステムの入力軸と出力軸との間でトルク測定装置の精密且つ確実で永続的な固定を可能にし、簡単且つ有利に実施可能であり、更に、結合の解離を生ぜしめる恐れのある欠陥源をできるだけ排除する、特に冒頭で述べた形式の方法を提供することである。
【０００６】
この課題は、本発明に基づき請求項１の特徴部に記載の手段によって解決される。
【０００７】
トルク測定装置を変形部材によって局所的に入力軸及び／又は出力軸内へ加工成形することにより、正確且つ確実な、永続的な結合部が得られ、この結合部は、例えば不適当な材料選択によるトルク測定装置の誤った解離をほぼ排除する。更に、この方法は簡単、迅速且つ廉価に実施され得る。更にこの場合の利点は、テストで明らかになったように、結合部が耐腐食性、耐振動性、耐熱性及び物理的影響に対する耐性を有している点にある。
【０００８】
更に、本発明による方法に基づき得られる結合は、特に高い強度を有している。やはりテストで明らかになったように、トルク測定装置は規定された位置に正確に固定され得る。
【０００９】
この場合の利点は、互いに溶接不能な材料も結合可能であるという点にある。従って、溶接基準によって規定される、処理しようとする材料の選択は省かれる。事前に形状接続すること無く丸い構成部材を互いに結合することができるので、本発明による方法では、固定を特に廉価に実施することもできる。
【００１０】
接合プロセス中の、関与する構成部材の不都合な加熱若しくは従来技術に基づき公知の方法においてしばしば発生するような汚染は、本発明による方法では確実に防止される。更に、例えばピン、クランプ等の別の付加的な結合部材の使用を省くことができる。
【００１１】
確実なプロセスで実施可能な、入力軸若しくは出力軸におけるトルク測定装置の固定の思いがけない有利な二次効果は、特に焼入れされた軸において場合によっては結合を繰り返すことも可能であり、延いては再利用が可能であるという点にある。
【００１２】
テストで明らかになったように、トルク測定装置は有利には遊び無しで入力軸若しくは出力軸に結合され得るので、所与の操舵要求の助成は、例えば電動モータによって正確且つ簡単に可能である。
【００１３】
更に本発明では、トルク測定装置が変形部材によって入力軸若しくは出力軸内へ加工成形されるマグネットリング及びセンサを有していてよい。
【００１４】
入力軸に固定可能なマグネットリングと、出力軸固定用のセンサとを備えたトルク測定装置の構成に基づき、入力軸と出力軸との間の相対モーメントが特に簡単に測定され得る。検出されたねじれ角度に基づき、別のパラメータを用いてトルクが規定され、このトルクに基づいて、電動モータによる所要の助成力が規定され得る。
【００１５】
入力軸及び／又は出力軸に、局所的に加工成形されるべきトルク測定装置の材料を受容するための受容ポイントを設け、この受容ポイントを、凹所、沈降部、孔等として形成すると有利である。
【００１６】
入力軸及び／又は出力軸に設けられた受容ポイントにより、トルク測定装置若しくはマグネットリング及び／又はセンサは、簡単に入力軸若しくは出力軸に固定され得る。これにより、形状接続的且つ摩擦接続的な接合作業に基づき行われる、形状接続的な結合が得られる。この場合、結合しようとする２つの構成部材の内の一方、即ち入力軸及び／又は出力軸が、接合作業前に、後から形状接続するための手段を有していれば十分である。
【００１７】
本発明の方法によるトルク測定装置の固定は、前記受容ポイントに基づき特に正確、迅速且つ省エネ式で永続的に実施され得る。この場合、トルク測定装置の取付け若しくは調節に際するフレキシビリティーは全く影響を受けない。それというのも、トルク測定装置は事前に形状接続されること無く形成されており、これにより、任意に位置調整若しくは取付け可能だからである。トルク測定装置の材料を局所的に受容ポイント内へ加工成形する変形部材を適当に作動させた後で初めて、トルク測定装置と入力軸若しくは出力軸との間に所望の永続的で確実な結合が生ぜしめられる。
【００１８】
結合のために供給されるべき変形部材の力は、受容ポイントによって著しく減少され、これにより、規定された位置の特に正確な維持が可能である。
【００１９】
本発明の有利な構成では、トルク測定装置が深絞りプロセスによって加工成形されるということが規定されていてよい。
【００２０】
このような構成は、特に確実なプロセスで簡単に実施可能であるということが判った。
【００２１】
加工成形のために、変形ラムとして形成された３つの変形部材が設けられ、受容ポイントと変形ラムの数及び位置が、互いに適合されていると有利である。
【００２２】
テストで明らかになったように、３つの変形ラムと、対応して適合された受容ポイントとを備えた変形部材の構成に基づき、トルク測定装置の確実な固定が可能であり、更に、この固定は迅速且つ廉価に実施可能である。このためには、受容ポイントがそれぞれ１２０°ずつずらされて軸に設けられていると有利である。
【００２３】
結合部の構造的な構成において、トルク測定装置の加工成形が、力・距離監視装置によって制御されるということが規定されていてよい。
【００２４】
力監視装によって、特に確実なプロセスの結合が可能である。それというのも、例えば極端に薄い薄板若しくは材料欠陥が、比較的小さな抵抗に基づき認識されるからである。更に、距離監視によって、抵抗の増大発生時に、規定された形式で薄板を受容ポイント内にもたらすこと、若しくは規定された距離に達しない場合は、変形部材がリリースされないということが保証される。
【００２５】
本発明の方法を実施するための有利な入力軸及び／又は出力軸が、請求項１６に記載されている。
【００２６】
本発明の有利な改良は従属請求項に記載されている。
【００２７】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２８】
図１には、主として入力軸２、出力軸３及びトルク測定装置４を備えたステアリングシステム１、特にラックアンドピニオンパワーアシスト付きステアリングの一部が示されている。
【００２９】
この場合、入力軸２は図示しない形式でステアリングシャフト接続部を介して、操舵要求を伝達するためのステアリングハンドルに結合されている。出力軸３は詳しくは図示しない形式で、一般にはラックと噛み合っている駆動ピニオンを形成している。ラックは公知の形式でステアリングリンケージを介して、操舵可能な車輪と結合されている。
【００３０】
図１から判るように、トルク測定装置４は、入力軸２にも出力軸３にも固定若しくは組み込まれている。これにより、トルク測定装置４は、入力軸２と出力軸３との間の相対モーメント若しくはステアリングシャフト接続部と駆動ピニオンとの間の相対モーメントを検出することができる。検出した相対モーメントに基づき、電子機器モジュール（図示せず）を介して電動モータが制御される。
【００３１】
図１において認識できるように、トルク測定装置４はマグネットリング５とセンサ６とを有している。図示の実施例では、マグネットリング５は円筒形の金属薄板リング７に配置されており、この金属薄板リング７は、本方法では原理的にしか示さない変形部材８によって、局所的に入力軸２内へ加工成形されている（図３参照）。これと同様に、センサ６はコイルばね１０を備えた保持薄板９に配置されており且つ変形部材８によって出力軸３内へ加工成形されている。
【００３２】
入力軸２と出力軸３との間のねじれ角度を測定するためには、入力軸２にマグネットリング５を配置し、出力軸３にセンサ６を配置することが特に有利であると判った。勿論、択一的な実施例において、マグネットリング５若しくはセンサ６の配置が逆に行われるということが規定されていてもよい。
【００３３】
液圧式のステアリングシステムにおいて一般的であるように、入力軸２及び出力軸３はトーションバー１１と結合されている。これにより、トーションバーの剛性と測定したねじれ角度とを介して前記モーメントを算出することができる。
【００３４】
円筒形の金属薄板リング７を備えたマグネットリング５に対する、保持薄板９を備えたセンサ６の特に有利な配置は図２から明らかである。
【００３５】
保持薄板９を出力軸３内へ有利に加工成形するため、若しくは円筒形の金属薄板リング７を入力軸２内へ局所的に加工成形するために、出力軸３の受容ポイント１２（図１）若しくは入力軸２の受容ポイント１２（図３）が明らかである。これらの受容ポイント１２は、それぞれ凹所、沈降部又は有利には孔１２として形成されて、局所的に加工成形しようとするトルク測定装置４の材料を有利な形式で受容する。これにより、変形前に正確に調節若しくは位置調整されたトルク測定装置４の誤った移動若しくはぶれが大幅に減少される。
【００３６】
円筒形の金属薄板リング７の入力軸２内への有利な加工成形若しくは保持薄板９の出力軸３内への有利な加工成形は、入力軸２若しくは出力軸３を中心として適宜均等に配置された３つの変形部材を使用することによって可能である。変形部材を変形ラム８として構成すると有利である。この場合、孔１２の数及び位置は、変形ラム８に容易に適合させられる。従って、この実施例で示した入力軸２及び出力軸３は、図示しない方法でそれぞれ１２０°ずつずらされて配置された各３つの孔１２を有している。
【００３７】
孔１２が、凹所を備えた円筒形の孔として構成されていると有利であるということが判った。テストでは、１〜４ｍｍ、有利には２〜３ｍｍの孔直径、１〜３ｍｍ、有利には１．５〜２ｍｍの孔深さ、有利には０．５〜１ｍｍの深さを有する４５°の凹所が、迅速、廉価、精密且つ永続的な加工成形に関して特に適しているということが判った。孔１２の凹所と円筒形部分との間の縁部は、図示のように、有利な遊びの自由を担っている。保持力の大部分も、やはり前記縁部を介して伝達される。テストで明らかになったように、材料流れを保証するためには、孔深さにおける１０％の自由空間が特に有利である。
【００３８】
孔１２では、孔付加部の縁部は角張っていないということが考慮される。前記凹所は有利な形式で、孔１２内へ深絞り加工された円筒形の金属薄板リング７若しくは保持薄板９の材料が切断されないということを可能にする。本発明の方法による円筒形の金属薄板リング７若しくは保持薄板９の材料の局所的な加工成形は、力・距離監視装置によってコントロールすることができる。加工成形するためには、深絞りプロセスが特に適していることが判った。
【００３９】
図３には、本発明の方法によって得られた、入力軸２におけるマグネットリング５若しくは出力軸３におけるセンサ６の有利な固定が示されている。
【００４０】
図１及び図２に示したステアリングシステム１の部分は、既に説明した構成部材の他に、従来の形式でウォーム１３、軸受け１４及びトーションバー１１を入力軸２と結合する結合ピン１５を有している。
【００４１】
ウォーム１３及び軸受け１４の機能形式は十分に知られており、本発明による方法にとって重要ではないので、詳しい説明は省略する。
【００４２】
コイルばね１０の使用は、基本的に既にエアバッグ技術に基づき公知なので、やはり詳しい説明は省く。コイルばね１０には、図２に示した回動防止用のリブ１０ａが設けられていてよい。
【００４３】
原則として、コイルばね１０の使用は信号伝達のためには不要であり、このためには、例えば無接触式の伝達法等の他の方法を使用してもよい。
【００４４】
マグネットリング５とセンサ６との間のねじれ角度を検出可能な種々様々な測定原理もやはり公知であり、これらの測定原理は特に本発明による方法にとって重要ではないので、詳しくは説明しない。
【００４５】
本発明による特に有利な方法では、第１の方法ステップにおいて変形ラム８と孔１２とを互いに重ね合わせて位置調整する。即ち、変形ラム８若しくは孔１２が相対して正確に位置調整されているということが保証されている。これにより、特にトルク測定装置４が既に位置決めされている場合に、後から相互に位置調整することが回避され、その結果、トルク測定装置４の不本意なずれが防止される。
【００４６】
従って、まず最初に変形ラム８を、トルク測定装置４が配置されていない状態で入力軸２若しくは出力軸３に向かって進ませ、孔１２と重なるように位置調整してから、再び戻す。
【００４７】
第２の方法ステップにおいて、センサ６を備えた保持薄板９を出力軸３に取り付けて、変形ラム８によって出力軸３の孔１２内へ局所的に加工成形する。保持薄板９は、事前に形状接続されることの無い丸い構成部材なので、この保持薄板９は容易に出力軸３に取り付けられる。この場合、１００％正確な位置決めは必ずしも必要ではない。
【００４８】
勿論、センサ６を説明した形式で入力軸２に取り付けることもできる。当然、後続の方法ステップを相応に適合させねばならない別の択一的な実施例では、まず最初に円筒形の金属薄板リング７を備えたマグネットリング５を入力軸２若しくは出力軸３に固定してから、センサ６をマグネットリング５に対して位置決めして固定してもよい。
【００４９】
次いで第３の方法ステップにおいて、変形ラム８をまだふさがれていない若しくはまだ空いている受容ポイントに係合させる。このことは原則として、既に説明した第１の方法ステップと同様に進行する。このためには、実施形態に応じて同じ変形ラム８を使用するか、又は変形ラム８の別のユニットを使用してよい。
【００５０】
第４の方法ステップにおいて、センサ６を固定した後で、マグネットリング５を備えた円筒形の金属薄板リング７を入力軸２に取り付けて、第２の方法ステップで位置固定されたセンサ６に対して調節若しくは位置決めする。
【００５１】
第５の方法ステップにおいて、第４の方法ステップで位置決めされた、マグネットリング５を備えた円筒形の金属薄板リング７を、変形ラム８によって入力軸２の孔１２内へ加工成形する。この加工成形プロセスの後で、変形ラム８を再び戻す。
【００５２】
本発明の方法による固定に基づき、トルク測定装置４の、入力軸２若しくは出力軸３との永続的で確実なプロセスの結合が得られる。本発明による方法は、この分野における慣用の材料、特に鋼薄板、黄銅薄板及びＶＡ薄板に用いることができる。黄銅薄板若しくはＶＡ薄板材料の使用は、耐腐食性に基づき特に有利である。
【００５３】
説明した方法により、マグネットをウォームに固定することもできる。この場合、マグネットはモータの回転数検出に役立ち、調節する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ステアリングシステムの入力軸及び出力軸内へ加工成形されたトルク測定装置の断面図である。
【００５５】
【図２】図１に示した矢印方向ＩＩで見た図である。
【００５６】
【図３】金属薄板リングに配置された、入力軸にかしめ締結されたマグネットリングの拡大図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  ステアリングシステム部分、  ２  入力軸、  ３  出力軸、  ４  トルク測定装置、  ５  マグネットリング、  ６  センサ、  ７  円筒形の金属薄板リング、  ８  変形部材、  ９  保持薄板、  １０  コイルばね、  １１  トーションバー、  １２  受容ポイント／孔、  １３  ウォーム、  １４  軸受け、  １５  結合ピン
【国際公開パンフレット】
2004529365.tif 000003
2004529365.tif 000004
2004529365.tif 000005
2004529365.tif 000006
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2004529365.tif 000021
2004529365.tif 000022
2004529365.tif 000023
2004529365.tif 000024
2004529365.tif 000025
2004529365.tif 000026
【国際調査報告】
2004529365.tif 000027
2004529365.tif 000028
2004529365.tif 000029
2004529365.tif 000030