(57)【要約】ステアリングホイール（１１）の角度位置を検出するための角度検出手段（１２）と、車輪位置センサ（２２）が車輌の操向される車輪（２０）の位置を表わす出力信号を発するように配設されて、角度検出手段（１２）に接続され上記車輪位置センサ（２２）に接続可能なプロセシング手段（１０）とを有しているステアバイワイヤのためのステアユニット。プロセシング手段（１０）が操向される車輪（２０）に機械的に結合されたステアリングアクチュエータ（２１）に接続可能となっており、上記プロセシング手段（１０）がステアリングホイール（１１）の角度位置にしたがって、ステアリングアクチュエータ（２１）を駆動するように配設されている。ステアユニットは、さらに、ステアリングホイール（１１）へ摩擦力を与えるための摩擦手段（１４）を有し、該摩擦手段（１４）はプロセシング手段（１０）に接続され、該プロセシング手段（１０）は車輪位置センサの出力信号と独立して摩擦手段（１４）を駆動するように構成されている。
2004535975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイール（１１）の角度位置を検出するための角度検出手段（１２）と、車輪位置センサ（２２）が車輌の操向される車輪（２０）の位置を表わす出力信号を発するように配設されて、角度検出手段（１２）に接続され上記車輪位置センサ（２２）に接続可能なプロセシング手段（１０）とを有し、
上記プロセシング手段（１０）が操向される車輪（２０）に機械的に結合されたステアリングアクチュエータ（２１）に接続可能となっており、上記プロセシング手段（１０）がステアリングホイール（１１）の角度位置にしたがって、ステアリングアクチュエータ（２１）を駆動するように配設されているステアユニットにおいて、
ステアユニットは、さらに、ステアリングホイール（１１）へ摩擦力を与えるための摩擦手段（１４）を有し、該摩擦手段（１４）はプロセシング手段（１０）に接続され、該プロセシング手段（１０）は車輪位置センサの出力信号と独立して摩擦手段（１４）を駆動するように構成されていることを特徴とするステアバイワイヤのためのステアユニット。
【請求項２】
プロセシング手段（１０）はエンドストップで摩擦手段（１４）を活力化させるように設定されていることとする請求項１に記載のステアユニット。
【請求項３】
エンドストップは、ステアリングアクチュエータ（２１）の機械的限度と一致していることとする請求項２に記載のステアユニット。
【請求項４】
プロセシング手段（１０）は、少なくとも一つの車輌パラメータにもとづいてエンドストップを決めるように設定されていることとする請求項２に記載のステアユニット。
【請求項５】
少なくとも一つのパラメータが車輌速度、荷重、荷高さのグループの一つもしくはそれ以上であることとする請求項４に記載のステアユニット。
【請求項６】
プロセシング手段（１０）は、エンドストップに近づいたときに、ステアリングホイール（１１）での摩擦力を次第に増大するように設定されていることとする請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項７】
プロセシング手段（１０）は、ステアリングホイール（１１）が第一の方向に回転したとき、ステアリングホイール（１１）が上記第一の方向と反対方向に回転したときに比べて、より大きい摩擦力を摩擦手段（１４）に生ずるように設定されていることとする請求項１ないし請求項６のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項８】
ステアリングホイール（１１）の回転の割合が、角度検出手段で定められるように、ステアリングアクチュエータ（２１）の対応最大回転割合よりも大きいときに、プロセシング手段（１０）がステアリングホイールでの摩擦力を増大するように設定されていることとする請求項１ないし請求項７のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項９】
プロセシング手段（１０）はステアリングホイールの回転と操向される車輪との間の比を採用するように設定されていることとする請求項１ないし請求項８のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１０】
摩擦手段（１４）がステアリングホイール（１１）の第一部分（１７）と係合し、ステアリングホイール（１１）が該第一部分と結合する可撓性カップリング（４１）を有し、該第一部分でプロセシング手段（１０）は、ステアリングホイールの方向の変化が角度検出手段信号から検出されたとき、摩擦手段（１４）を解除するように設定されていることとする請求項１ないし請求項９のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１１】
ステアユニットは、さらに、ステアリングホイールの軸（１７）へのトルクを検出する検出要素（１３）を有し、該検出要素（１３）がプロセシング手段（１０）に接続されていることとする請求項１ないし請求項１０のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１２】
プロセシング手段（１０）は、ステアリングホイール（１１）での検出トルクがその方向を変えたとき、ステアリングホイールの軸（１７）での摩擦力を減ずるように設定されていることとする請求項１１に記載のステアユニット。
【請求項１３】
ステアユニットは、さらに、車輌の車輪（２０）へ外部から作用するトルクを検出する少なくとも一つの車輪トルクセンサ（２３）を有し、この少なくとも一つの車輪トルクセンサ（２３）はプロセシング手段（１０）に接続されていることとする請求項１ないし請求項１２のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１４】
プロセシング手段（１０）は、さらに、車輪トルクセンサの出力にしたがい、摩擦手段（１４）を駆動するように設定されていることとする請求項１３に記載のステアユニット。
【請求項１５】
摩擦手段（１４）は電気的に制御されるブレーキ（１５，１６）を有していることとする請求項１ないし請求項１４のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１６】
電磁ブレーキはステアリングホイール（１１）の軸（１７）に取りつけられたディスク（１５）と該ディスクと実質的に平行に位置する少なくとも一つの電磁コイル（１６）とを有し、該電磁コイルがプロセシング手段（１０）に接続されていることとする請求項１５に記載のステアユニット。
【請求項１７】
ディスク（１５）は可撓性カップリングによってステアリングホイール（１１）の軸（１７）へ取付けられていることとする請求項１６に記載のステアユニット。
【請求項１８】
摩擦手段（１４）が機械的ブロッキング手段（５０，５１；５３）を有していることとする請求項１ないし請求項１４のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１９】
機械的ブロッキング手段はステアリングホイールの軸（１７）に取りつけられたディスク（５０）を有し、該ディスク（５０）は周囲に少なくとも一つの鋸歯部を有し、ブロッキング部材が阻止位置と遊び位置との間で、アクチュエータ（５２）によって移動可能となっていることとする請求項１８に記載のステアユニット。
【請求項２０】
アクチュエータ（５２）はブロッキング部材（５１）の動きを検出するセンサを有していることとする請求項１９に記載のステアユニット。
【請求項２１】
機械的なブロッキング手段はステアリングホイールの軸（１７）に取りつけられたディスク（５０）を有し、該ディスク（５０）は周囲に半円状の凹部を有し、ブロッキング部材（５３）は、該ブロッキング部材（５３）が上記半円状の凹部と係合する第一位置とディスク（５０）が自由に回転できる第二位置との間で可動となっていることとする請求項１８に記載のステアユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォークリフトトラックのような車輌におけるステアバイワイヤ（steer-by-wire）の応用分野のためのステアユニットに関する。（運転者に操作される）ステアリングホイールと（操向される）車輪のアクチュエータとの間には、直接的な機械的リンクはない。さらに詳しくは、本発明は、ステアリングホイールの角度位置を検出する角度検出手段と、角度検出手段に接続され車輪位置センサに接続可能なプロセシング手段とを備え、車輪位置センサが車輌の操向される車輪の位置を表わす出力信号を発するように配設され、上記プロセシング手段が操向される車輪に機械的に結合されたステアリングアクチュエータに接続可能となっており、上記プロセシング手段がステアリングホイールの角度位置にしたがって、ステアリングアクチュエータを駆動するように配設されているステアバイワイヤのためのステアユニットに関する。
【発明の背景】
【０００２】
ドイツ特許出願DE-A-19834868は自動車におけるステアバイワイヤの応用分野のためのステアリングホイール調整ユニットを開示している。これはステアリングホイールの回転駆動を検出するための角度検出手段を有している。運転者へのフィードバックは二つのリダンダントな電動モータによってなされる。調整ユニットは自動車の操向される車輪を駆動するためのアクチュエータに接続されることができる。
【０００３】
この調整ユニットの欠点は、電動モータが運転者への人為的感覚を与える（フィードバックする）ことを要求されるということである。これは、前輪が操向されている自動車の自己調整効果によってなされ、こうして、電動モータにステアリングホイールの駆動を要求する。
【発明の要約】
【０００４】
本発明は、種々の状況下で運転者にフィードバックを与えることを経済的に解決できる、ステアバイワイヤに用いられるステアユニットを提供せんとしている。
【０００５】
本発明によると、ステアユニットは特許請求の範囲の請求項１の前文に揚げる形式のものにおいて、該ステアユニットは、さらに、ステアリングホイールへ摩擦力を与えるための摩擦手段を有し、該摩擦手段はプロセシング手段に接続され、該プロセシング手段は車輪位置センサの出力信号と独立して摩擦手段を駆動するように構成されている。これは、車輌、特にフォークリフトトラックのステアリングホイールを操作する運転者へ人為的感覚を与えるのに非常に経済的効果のある解決策となる。通常の前輪操向車輌では、運転者に人為的感覚を与えるのには、電気的ブレーキは非常にコスト高な解決策である。フォークリフトトラックでは、操向後は操向された車輪は中立位置へ戻らなく（これは望んでいる効果ではない）、この分野では、本発明は特に好適である。
【０００６】
本発明の一つの形態では、プロセシング手段はエンドストップで摩擦手段を活力化させる。エンドストップは、ステアリングアクチュエータの機械的限度と一致しているようにすることができ、あるいは、プロセシング手段は、少なくとも一つの車輌パラメータにもとづいてエンドストップを決めるように設定されているようにすることができる。少なくとも一つのパラメータが車輌速度、荷重、荷高さ等のグループの一つもしくはそれ以上である。これは、種々のパラメータにもとづいて、ステアリングホイールに種々なエンドストップを提供することを可能とする。これは、色々な状況を考慮した、非常に適用性の高いエンドストップシステムをもたらす。特にフォークリフトトラックには、荷の搭載そして荷高さが、エンドストップが運転者に対して急な旋回運転を阻止し、又、エンドストップがそれ以上の操向に限度を与えるので、車輌の安全運転につながる。このようにステアリングホイールの位置のフィードバックが操作者に与えられる。これはステアリング制御の応答性を改善し安全性も改善する。
【０００７】
さらなる形態では、プロセシング手段は、エンドストップに近づいたときに、ステアリングホイールでの摩擦力を次第に増大するように設定されている。これは、運転者に対し、彼が可能性のある危険な状況に近づいていること、あるいは、少なくとも彼の車輌のステアリング限界に近づいていることを警告する。
【０００８】
又、さらなる形態では、プロセシング手段は、ステアリングホイールが第一の方向に回転したとき、ステアリングホイールが上記第一の方向と反対方向に回転したときに比べて、より大きい摩擦力を生ずるように設定されている。この形態では、運転者は、カーブに入る旋回運転をしたときには、大きな摩擦力を感じ、カーブから出るように運転したとき、小さな摩擦力を感じる。
【０００９】
ステアリングホイールの回転の割合が、角度検出手段で定められるように、ステアリングアクチュエータの対応最大回転割合よりも大きいときに、プロセシング手段がステアリングホイールでの摩擦力を増大するように設定されているようにすることができる。これは、運転者がステアバイワイヤシステムに対して大きすぎる入力を与えることを阻止し、操作される車輪のアクチュエータがステアリングホイールの回転に対して遅れるといった問題を回避する。又、ステアリングホイールでの摩擦力を上述の要領で、ステアリングホイールと操向される車輪との間の角度誤差にもとづいて制御することも可能とする。
【００１０】
さらなる形態では、プロセシング手段はステアリングホイールの回転と操向される車輪との間の比を採用するように設定されている。これは、ステアリングホイールの絶対角度位置と操向される車輪の絶対角度との間の関係の変動を許容する。この形態は、又、操向される車輪の中立位置（車輌がまっすぐに前方に向く位置）に対応してステアリングホイールの中立位置を回復できるようにする。
【００１１】
さらに他の形態によると、摩擦手段がステアリングホイールの第一部分と係合し、ステアリングホイールが該第一部分と結合する可撓性カップリングを有している。プロセシング手段は、ステアリングホイールの方向の変化が角度検出手段信号から検出されたとき、摩擦手段を解除するように設定されている。摩擦手段が作動すると（ステアリングホイールで高摩擦力が作用）、可撓性カップリングは運転者がステアリングホイールをエンドストップから離れる方向に回転することを許容し、これは角度検出手段で検出できる。かかる事態を検出すると、プロセシング手段は摩擦手段を非作動にすることができる。可撓性カップリングは、例えば、ステアリングホイールの軸を長くて薄い弾性材で作ったり、あるいは他の弾性要素、例えば、ステアリングホイールの軸や摩擦手段に取りつけられる可撓バーを用いることにより得られる。しかし、同じ効果は、単に動作に対して若干のクリアランスや空間を設けるだけでも得られる。さらなる形態では、ステアユニットは、さらに、ステアリングホイールの軸のトルクを検出する検出要素を有し、該検出要素がプロセシング手段に接続されている。この場合、プロセシング手段は、ステアリングホイールでの検出トルクがその方向を変えたとき、ステアリングホイールの軸での摩擦力を減ずるように設定されているようにすることができる。これは、運転者が操向される車輪を反対方向に向けたいときに、ステアリングホイールの摩擦力を早く解除できるようにしている。
【００１２】
さらなる形態では、ステアユニットは、さらに、車輌の車輪へ外部から作用するトルクを検出する少なくとも一つの車輪トルクセンサを有し、この少なくとも一つの車輪トルクセンサはプロセシング手段に接続されている。この場合、プロセシング手段は、さらに、車輪トルクセンサの出力にしたがい、摩擦手段を駆動するように設定されている。これは、例えば、操向される車輪が縁石に当ったとき、操作された車輪への外力の実際のフィードバックを運転者へ与えるようになる。
【００１３】
本発明の一形態では、摩擦手段は電極ブレーキ、電気流動あるいは磁気流動による流体ブレーキ等の電気的に制御されるブレーキを有しているようにしてもよい。電気流動あるいは磁気流動による流体ブレーキは、電気的あるいは磁気的信号を用いて粘性がそれぞれ制御される流体を有している。電磁ブレーキは、例えば、ステアリングホイールの軸に取りつけられたディスクと該ディスクと実質的に平行に位置する少なくとも一つの電磁コイルとを有し、該電磁コイルがプロセシング手段に接続されている。これは、コストの面で非常に効果的に摩擦手段を得る。さらなる形態では、ディスクは可撓性カップリングによってステアリングホイールの軸へ取付けられている。これは、ステアリングホイールの急激なブロッキングを防止し、運転者がもっと快適に少しだけステアリングホイールを動かせるようにする。これは、又、ステアリングホイールのトルクセンサの作動を改善する。
【００１４】
本発明のさらなる形態では、摩擦手段が機械的ブロッキング手段を有している。これらは、経済的に効果のある方法で実行でき、ステアバイワイヤシステムに種々のエンドストップ機能性をもたらす。機械的ブロッキング手段は、一形態として、ステアリングホイールの軸に取りつけられたディスクを有し、該ディスクは周囲に少なくとも一つの鋸歯部を有し、ブロッキング部材が阻止位置と遊び位置との間で、アクチュエータによって移動可能となっている。ディスクに逆方向をなす二種の鋸歯部を設けることによって、摩擦手段は両方向のステアリングに用いられるようになる。さらなる形態では、アクチュエータはブロッキング部材の動きを検出するセンサを有しているようにすることができる。これは、非常に簡単で経済的方法で、運転者の反対方向へのステアリング動作を検出する。エンドストップに近づくと、ブロッキング手段が作用し、種々の手段を用いて検出される反対方向へのステアリングの動きを鋸歯部は許容する。
【００１５】
さらに異なる形態では、機械的なブロッキング手段はステアリングホイールの軸に取りつけられたディスクを有し、該ディスクは周囲に半円状の凹部を有し、ブロッキング部材は、該ブロッキング部材が上記半円状の凹部と係合する第一位置とディスクが自由に回転できる第二位置との間で可動となっている。
【好適な実施形態】
【００１６】
本発明は、以下、添付図面を参照していくつかの実施形態にもとづき、さらに詳しく説明される。
【００１７】
図１は、ステアバイワイヤの技術分野で用いられるステアリング構成の概要構成を示す。プロセシング手段あるいはコントローラ１０がこのステアリング構成の主ユニットであり、種々の入力信号を受け、さらなる多くの装置を制御する。自動車の運転者は、ステアホイール１１を用いて車輌の車輪２０の位置を制御する。車輪２０の角度位置はアクチュエータ２１によって制御され、該アクチュエータは、液圧アクチュエータあるいは電気的もしくは機械的に駆動されるアクチュエータでもよい。
【００１８】
ステアホイール１１（の軸１７）の角度位置は角度センサ１２のような角度検出手段によって検出され、該検出手段はコントローラ１０に接続されている。特定の応用分野では、角度センサ１２は、インクレメンタル形式のもの、すなわち、出力信号が角度変位に比例する形式でよい。しかし、さらに精巧な機能をもたらせるには、下述するように、一回転（２π）あるいは、複数回転（例えば±３回転）について、ステアホイール１１の絶対的位置に関連づけられる信号を角度センサが出力するようにする。絶対角度センサ１２を用いると、ステアホイール１１のステア角は駆動方向（操向される車輪のステア角）に直接関連づけられるようになる。
【００１９】
又、ステアホイール１１に作用するトルクはオプションとしてのトルクセンサ１３で計測されコントローラ１０へ入力される。又、コントローラは１０は、車輌の操向される車輪２０の実際の角度位置を測定する車輪角度センサ２２から入力信号を受ける。これは、図１に見られるように、アクチュエータ２１（の要素）の位置を検出することにより間接的になされるようになっていてもよい。これに代え、車輪角度センサ２２は、操向される車輪２０に組込まれてもよく、例えばキングピン組立体に一体的に組み込まれる。
【００２０】
さらに、コントローラ１０は車輌の速度を示す速度信号２４を受けてもよい。又、コントローラ１０は非常用ブレーキ２５、例えば非常時の停止を行う電磁ブレーキシステムに接続されていてもよい。
【００２１】
さらなる実施形態では、ステアリング構成はさらに車輪トルクセンサ２３が設けられており、これは、アクチュエータ２１で操向される車輪２０により作用するトルクを示す信号、すなわち、操向される車輪２０へ外部から加えられるトルクに比例した信号をコントローラ１０へ供給する。これは、例えば、車輌の特定の旋回半径に対して、速度が大きすぎると生ずるようにしてもよい。
【００２２】
図１に示されるように、運転者がステアリングホイール１１を操作するときにステアリングの感覚を得ることができるようにするために、ステアリング構成はさらに摩擦手段１４を有している。図示の形態では、摩擦手段１４は電磁ブレーキを有している。電磁ブレーキは、ステアリングホイール１１の軸７に固定的に取りつけられ、好ましくは高永久性磁性材から作られているディスク１５を有するようにできる。金属ディスク１５と平行に、多数の電磁コイルを有するステータ１６が配設されている。ステータ１６の電磁コイルを励磁することによって、ステアリングホイール１１のための摩擦力が生じ、すなわち、車輌の運転者は、ステアリングホイールをまわすのにさらに力を加えなければならない。ステータ１６のコイルへの駆動信号の強さを変えることにより、生ずる摩擦力も変えられる。
【００２３】
上述のステアリング構成は、特定の閾値以上でステータ１６のコイルを励磁することにより、ステアリングホイール１１に（実質上の）エンドストップを設けるようにして有効的に用いることができる。
【００２４】
先ず、アクチュエータ２１（そして操向される車輪２０から）が機械的限界により定まるので、一方の極限位置にあるときを、コントローラ１０はアクチュエータ２１から角度位置信号を受けて検出する。極限位置では、コントローラ１０は上記閾値以上でステータ１６のコイルを励磁し、効果的にステアリングホイール１１のそれ以上の回転を阻止する（効果的にエンドストップをもたらす）。
【００２５】
又、ステアリングホイール１１が同一方向でさらなる回転できないような、操向される車輪２０のさならる角度のどの位置でも実質的エンドストップを決定するかも知れない。実質的エンドストップは、例えば、車輌の速度信号２４とは独立して制御されることができ、車輌の速度にしたがい最大旋回半径を効果的に決定する。速度信号２４とは別に、実質的エンドストップを定めるために他の信号をコントローラ１０へ入力でき、例えば、フォークリフトトラックの荷重あるいは荷の高さである。コントローラ１０は、例えば、一連の入力パラメータ（速度、荷重、荷高さ等）にもとづいた実質的エンドストップを定めるために、車輌（あるいはフォークリフトトラック）の形式を用いることもできる。
【００２６】
（実質的）エンドストップを設ける他に、（実質的）エンドストップに近づいたときに、コントローラ１０は摩擦手段１４の摩擦を次第に増大させるようにすることもできる。（実質的）エンドストップに近づいたということは、車輪角度センサ２２からの信号によって決定することができる。すると、運転者は、車輌の旋回能力の限度に近づいているということを感じ取るであろう。同様にして、カーブに入る旋回時にステアリングホイール１１の軸１７へ高い摩擦力を加え、カーブから出る旋回時に低い摩擦力を加えることにより、運転者に人為的な感覚を与えることもできる。
【００２７】
摩擦手段１４により与えられる摩擦力は、ステアリングホイール１１の回転速度がアクチュエータ２１の最大角速度（物理的限界）よりも大きいということをコントローラ１０が検出したときに、増大させるようにしてもよい。ステアリングホイール１１の回転速度は角度センサ１２からの信号でコントローラ１０によって決定してもよい。
【００２８】
トルクセンサ１３は、運転者によりステアリングホイール１１に加えられるトルクを表わす信号を発する。運転者がカーブに入る運転に入って摩擦手段がステアホイール１１へ摩擦力を加えると、トルクはトルクセンサ１３によって第一の方向で検出される。運転者が逆方向にステア操作しようとするときに、摩擦力は依然作用している。トルクセンサ１３が反対方向でのトルクを表わす（運転者が逆方向にステア操作したいということを示す）信号をコントローラ１０へ一旦与えると、コントローラは摩擦手段１４を解放して、加えられる摩擦力が弱められる。
【００２９】
本発明はステアリングホイール１１の中立位置をずらすこともできる。ステアリングホイール１１と操向される車輪２０との間には直接的な機械結合がないので、ステアリングホイール１１が中立位置にあるときに、操向される車輪が中立角度位置（車輌がまっすぐに前方に進む位置）でないような状態を作ることができる。これは、車輌の運転者にとって違和感のある状況である。本発明は、例えば、コントローラ１０における感度（ステアリングホイール１１の回転角と操向される車輪２０の傾角との比）を採用することによって、ステアリングホイール１１の中立位置をずらすことができる。
【００３０】
コントローラ１０は、車輪トルクセンサ２３から信号を用いてステアリングホイール１１を介して、運転者の実感をもっと高めるようにすることもできる。車輌の操向される車輪２０に外力が加えられたとき、検出信号がコントローラ１０へ入力され、これが摩擦手段１４の摩擦をもたらす。これは、例えば、車輌が縁石に当ったとき、ステアリングホイール１１の反力を介して運転者へ知覚的指示を与える。
【００３１】
さらには、コントローラ１０は安全チェック機能をももたらすことができる。コントローラ１０は、すべての部材（センサ、アクチュエータ）が適正に機能しているかどうかチェックする。コントローラ１０は、さらなる実施形態では、ＣＡＮ−バスインターフェイスのような入手可能な車輌コントロールシステムへの接続のためのインターフェイスをもつこともできる。ＣＡＮ−バスインターフェイスによると、多くのパラメータ（実際のステアリング角、警告、情況等）が車輌のコントロールシステムあるいは車輌における他の部材へ伝達される。
【００３２】
一つの実施形態では、正確なステアリング角信号をコントローラ１０へ与えるために、車輪角度センサ２０をキングピン組立体へ一体的に組むことができる。コントローラ１０は、例えば、車輌の形式を用いて、検出したステアリング角に関連した最大速度を決定するように配設することができる。車輌がフォークリフトトラックの場合、上記形式は車輌の重量が採用されるかも知れないし、又、荷重と荷重位置かも知れない。さらなる形態では、計算上の最大（許容）速度が車輌の実際の速度を制御するのに用いられる（実際の回転の割合が高すぎるときに車輌の速度を効果的に低減する）。
【００３３】
さらなる実施形態では、図２に示されるように、摩擦手段はディスク１５を有し、このディスクはステアリングホイール１１の軸１７に可撓的に連結されている。この形態でのステアリングホイールの部分は図２に示されている。図２はハウジング３０を有するステアリングホイールユニットを示しており、このハウジング内では、ステアリングホイール１１の軸１７が２つの軸受３１，３２を用いて組まれている。ハウジングの前部には、角度センサ１２が、角度センサ信号を（前）処理するオプションの電子回路基板３３と共に配設されている。摩擦手段１４のステータ１６はハウジング３０へ固定的に取りつけられている。この実施形態では、ディスク１５（上記参照）が、ゴムのモールドのような可撓性結合によってステアリングホイールの軸１７と接続されている。これは、ステアリングホイール１１の急激なブロックを回避して、ステアリングホイール１１を操作する運転者にもっと自然な感じを与える。可撓性結合は、摩擦手段１４がディスク１５へ非常に大きい力を与えたときであっても、ステアリングホイールが若干しか動かないようにする。この形態は、もっと簡単なトルクセンサ１３の採用の可能性を高める。
【００３４】
選択的に、コントローラ１０は、また、ステアリングホイールユニットに一体化されることができる。コントローラ１０は、メモリを含むマイクロプロセッサを基本としたコントロールユニットとして構成でき、また、例えば、回路基板３３に含まれるようにすることもできる。これは、例えばフォークリフトトラックのように組立が簡単な、高度に一体化されたステアリングホイールユニットで可能である。
【００３５】
アクチュエータ２１は電気−液圧比例弁とすることができ、これはコントローラ１０の制御のもとで、作動シリンダへの液の流れを比例的に制御する。この場合、コントローラ１０は、アクチュエータ２１の効果的制御のために、ＰＷＭ駆動器を用いることができる。
【００３６】
図３に、本発明のさらなる実施形態によるステアリングユニットについて、それらの要素が分解図で示されている。この図において、既述の実施形態と同じ要素には同一の符号が付してある。図３に示される実施形態は、組立状態で、ステアプレート４４によってステアリングホイールの軸１７に取付けられているステアリングホイール１１を有している。ステアリングホイールの軸１７は、ロッキングリング４３により配設されている前軸受３１と後軸受３２とによって回転自在に組まれている。角度センサ１２はセンサプレート４５に取りつけられている。さらには、ステアリングユニットはブレーキパッド１５と電磁ブレーキコイル１６とを有している。センサプレート４５とブレーキプレート４０は四本のピンを用いて互いに固定的に結合され、そしてステアリングユニットは３０（図２参照）に取りつけられることも可能である。ブレーキパッド１５はステアリングホイールの軸１７に固定的に取付けられ、電磁ブレーキコイル１６は可撓カップリング、図示の形態では四つのベアリングダンパを用いてブレーキプレート４０へ（したがって固定系）へ取りつけられている。当業者にとっては、ステアリングホイール１１と摩擦手段１４との間の可撓カップリングが、他の種々の方法でも可能であること、例えば、ステアリングホイールの軸１７に（部分的に）可撓性をもたせることによって実現できるということが明らかである。これは、ステアリングホイールの軸１７の一部にばね鋼の薄く長いセグメントを用いたり、ステアリングホイールの軸１７に可撓バーを設け、あるいは電磁ブレーキコイル１６を組みこむことによって可能となる。
【００３７】
図３のステアリングユニットは、また、図１に示された構成にも用いることが可能である。アクチュエータ２１が末端位置まで達すると、これは角度センサ２２（例えば、操向される車輪の一方もしくは両方のキングピンにおけるセンサ）によって検出される。コントローラ１０はこれを検出して摩擦手段１４を最大値まで励磁し、かくしてステアリングホイール１１のさらなる動きを阻止する。運転者がホイールを他の方向へ回転させると（これは可撓性カップリング４１により可能となる）、コントローラ１０は絶対エンコーダ（固定座標系に対するエンコーダ）としての角度センサ１２からの信号を検出し、信号を変換する。この事態が一旦検出されると、コントローラ１０は摩擦手段１４を駆動して電磁ブレーキコイル１６を解放する。
【００３８】
このステアリングユニットの上述した形態の摩擦手段１４は機械的なブロッキング（阻止）手段を有するようにすることもできる。図４ａと図４ｂは機械的ブロッキング手段の第一の形態の部分側面図と上面図である。ディスク５０がステアリングホイールの軸１７に取り付けられていて、このディスクはその外周に鋸歯部を有している。ブロッキング部材５１がディスク５０の鋸歯部に係合するように設けられていて、図示の方向でのディスク５０の回転を効果的に阻止する。ブロッキング部材５１は、例えば、図示の阻止位置と遊び位置との間をアクチュエータ５２により回動する。二つの鋸歯部５０，５０’が図４ｂのごとくディスク５０に設けられていて、機械的ブロッキング手段は、互いの間の角度が一定の二つのブロッキング部材５１，５１’を有することにより二つの方向でディスク５０の回転を阻止するために用いられている。アクチュエータ５２は第一の阻止位置と第二の阻止位置との間の操作に用いられる。
【００３９】
再び図４ａを参照すると、ブロッキング部材５１が鋸歯部に係止したとき、図示の矢印と反対の方向へ回転することができる。ブロッキング部材５１の動きは、センサにより検出することができ、このセンサは、好ましくはアクチュエータ５２と一体化されコントローラ１０に接続されている。逆方向へのステアリング動がなされたということをコントローラ１０が一旦検出すると、これはアクチュエータ５２を駆動してブロッキング部材５１をその遊び位置へ再びもたらす。
【００４０】
図５は機械的ブロッキング手段の他の形態を示し、ここでは、ディスク５０は複数の半円凹部が形成されている。ブロッキング部材５３は、回転自在な半円部材として形成されていて、阻止位置では上記凹部に係合し、遊び位置では凹部を離れてディスク５０の回転を自由に行わせしめる。これはステアリングホイールの軸１７を両方向のいずれの回転阻止も行える。
【００４１】
機械的ブロッキング手段は、図１，２そして３を参照して説明した電磁ブレーキに加えて使用されることもできる。この場合、ステアリングホイールへの摩擦力を制御することによりステアリングの感覚を与える機能性が得られる。この場合、エンドストップにおけるブロッキング機能が機械的ブロッキング手段により得られるので、電磁ブレーキは軽量型のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態によるステアバイワイヤ応用分解に用いられるステアリング構成の概要構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に用いられるステアリングユニットの断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態のステアリングホイールユニットの分解図である。
【図４ａ】機械的ブロッキング手段の第一形態の部分側面図である。
【図４ｂ】図４ａの形態についての上面図である。
【図５】機械ブロッキング手段の第二形態の部分側面図である。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月4日(2003.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイール（１１）の角度位置を検出するための角度検出手段（１２）と、車輪位置センサ（２２）が車輌の操向される車輌（２０）の位置を表わす出力信号を発するように配設されて、角度検出手段（１２）に接続され上記車輪位置センサ（２２）に接続可能なプロセシング手段（１０）とを有し、
上記プロセシング手段（１０）が操向される車輪（２０）に機械的に結合されたステアリングアクチュエータ（２１）に接続可能となっており、上記プロセシング手段（１０）がステアリングホイール（１１）の角度位置にしたがって、ステアリングアクチュエータ（２１）を駆動するように配設されており、ステアユニットは、さらに、ステアリングホイール（１１）へ摩擦力を与えるための摩擦手段（１４）を有し、該摩擦手段（１４）はプロセシング手段（１０）に接続され、該プロセシング手段（１０）は車輪位置センサの出力信号と独立して摩擦手段（１４）を駆動するように構成されているステアユニットにおいて、
プロセシング手段（１０）はエンドストップで摩擦手段（１４）を活力化させるように設定されていることを特徴とするステアユニット。
【請求項２】
エンドストップは、ステアリングアクチュエータ（２１）の機械的限度と一致していることとする請求項１に記載のステアユニット。
【請求項３】
プロセシング手段（１０）は、少なくとも一つの車輌パラメータにもとづいてエンドストップを決めるように設定されていることとする請求項１に記載のステアユニット。
【請求項４】
少なくとも一つのパラメータが車輌速度、荷重、荷高さのグループの一つもしくはそれ以上であることとする請求項３に記載のステアユニット。
【請求項５】
プロセシング手段（１０）は、エンドストップに近づいたときに、ステアリングホイール（１１）での摩擦力を次第に増大するように設定されていることとする請求項１ないし請求項４のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項６】
プロセシング手段（１０）は、ステアリングホイール（１１）が第一の方向に回転したとき、ステアリングホイール（１１）が上記第一の方向と反対方向に回転したときに比べて、より大きい摩擦力を摩擦手段（１４）に生ずるように設定されていることとする請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項７】
ステアリングホイール（１１）の回転の割合が、再度検出手段で定められるように、ステアリングアクチュエータ（２１）の対応最大回転割合よりも大きいときに、プロセシング手段（１０）がステアリングホイールでの摩擦力を増大するように設定されていることとする請求項１ないし請求項６のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項８】
プロセシング手段（１０）はステアリングホイールの回転と操向される車輪との間の比を採用するように設定されていることとする請求項１ないし請求項７のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項９】
摩擦手段（１４）がステアリングホイール（１１）の第一部分（１７）と係合し、ステアリングホイール（１１）が該第一部分と結合する可撓性カップリング（４１）を有し、該第一部分でプロセシング手段（１０）は、ステアリングホイールの方向の変化が角度検出手段信号から検出されたとき、摩擦手段（１４）を解除するように設定されていることとする請求項１ないし請求項８のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１０】
ステアユニットは、さらに、ステアリングホイールの軸（１７）のトルクを検出する検出要素（１３）を有し、該検出要素（１３）がプロセシング手段（１０）に接続されていることとする請求項１ないし請求項９のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１１】
プロセシング手段（１０）は、ステアリングホイール（１１）での検出トルクがその方向を変えたとき、ステアリングホイールの軸（１７）での摩擦力を減ずるように設定されていることとする請求項１０に記載のステアユニット。
【請求項１２】
ステアユニットは、さらに、車輌の車輪（２０）へ外部から作用するトルクを検出する少なくとも一つの車輪トルクセンサ（２３）を有し、この少なくとも一つの車輪トルクセンサ（２３）はプロセシング手段（１０）に接続されていることとする請求項１ないし請求項１１のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１３】
プロセシング手段（１０）は、さらに、車輪トルクセンサの出力にしたがい、摩擦手段（１４）を駆動するように設定されていることとする請求項１２に記載のステアユニット。
【請求項１４】
摩擦手段（１４）は電気的に制御されるブレーキ（１５，１６）を有していることとする請求項１ないし請求項１３のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１５】
電磁ブレーキはステアリングホイール（１１）の軸（１７）に取りつけられたディスク（１５）と該ディスクと実質的に平行に位置する少なくとも一つの電磁コイル（１６）とを有し、該電磁コイルがプロセシング手段（１０）に接続されていることとする請求項１４に記載のステアユニット。
【請求項１６】
ディスク（１５）は可撓性カップリングによってステアリングホイール（１１）の軸（１７）へ取付けられていることとする請求項１５に記載のステアユニット。
【請求項１７】
摩擦手段（１４）が機械的ブロッキング手段（１５０，５１；５３）を有していることとする請求項１ないし請求項１３のうちの一つに記載のステアユニット。
【請求項１８】
機械的ブロッキング手段はステアリングホイールの軸（１７）に取りつけられたディスク（５０）を有し、該ディスク（５０）は周囲に少なくとも一つの鋸歯部を有し、ブロッキング部材が阻止位置と遊び位置との間で、アクチュエータ（５２）によって移動可能となっていることとする請求項１７に記載のステアユニット。
【請求項１９】
アクチュエータ（５２）はブロッキング部材（５１）の動きを検出するセンサを有していることとする請求項１８に記載のステアユニット。
【請求項２０】
機械的なブロッキング手段はステアリングホイールの軸（１７）に取りつけられたディスク（５０）を有し、該ディスク（５０）は周囲に半円状の凹部を有し、ブロッキング部材（５３）は、該ブロッキング部材（５３）が上記半円状の凹部と係合する第一位置とディスク（５０）が自由に回転できる第二位置との間で可動となっていることとする請求項１９に記載のステアユニット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、フォークリフトトラックのような車輌におけるステアバイワイヤ（steer-by-wire）の応用分野のためのステアユニットに関する。（運転者に操作される）ステアリングホイールと（操向される）車輪のアクチュエータとの間には、直接的な機械的リンクはない。さらに詳しくは、本発明は、ステアリングホイールの角度位置を検出するための角度検出手段と、車輪位置センサが車輌の操向される車輪の位置を表わす出力信号を発するように配設されて、角度検出手段に接続され上記車輪位置センサに接続可能なプロセシング手段とを有し、上記プロセシング手段が操向される車輪に機械的に結合されたステアリングアクチュエータに接続可能となっており、上記プロセシング手段がステアリングホイールの角度位置にしたがって、ステアリングアクチュエータを駆動するように配設されており、ステアユニットは、さらに、ステアリングホイールへ摩擦力を与えるための摩擦手段を有し、該摩擦手段はプロセシング手段に接続され、該プロセシング手段は車輪位置センサの出力信号と独立して摩擦手段を駆動するように構成されているステアバイワイヤのためのステアユニットに関する。
ステアユニットは、車輌、特にフォークリフトトラックのステアリングホイールを操作する運転者へ人為的感覚を与えるのに非常に経済的効果のある解決策となる。通常の前輪操向車輌では、運転者に人為的感覚を与えるのには、電気ブレーキは非常にコスト高な解決策である。フォークリフトトラックでは、操向後は操向された車輪は中立位置へ戻らなく（これは望んでいる効果ではない）、この分野では、本発明は特に好適である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
この調整ユニットの欠点は、電動モータが運転者への人為的感覚を与える（フィードバックする）ことを要求されるということである。これは、前輪が操向されている自動車の自己調整効果によってなされ、こうして、電動モータにステアリングホイールの駆動を要求する。
米国特許第4,771,846号は上記前文で掲げたステアリングユニットを開示しており、ここでは、プロセシング手段は車輪位置センサ出力信号にしたがって摩擦手段を駆動するように設定されている。システムは、ステアリングホイールと操向される車輪との間に機械的接続をもたないステアリングシステムで、運転者に人為的なステアリング感覚を与えている。システムは、さらに、ステアリングの両方向でステアリングホイールの最大回転角を定める機械的なエンドストップをも備えている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明は、装備が簡単で経済的にステアリングシステムを提供できる、ステアバイワイヤの分野に用いられるステアユニットを提供せんとしている。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明によると、ステアユニットは特許請求の範囲の請求項１の前文に揚げる形式のものにおいて、プロセシング手段がエンドストップにて摩擦手段を活性化するように設定されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
エンドストップは、ステアリングアクチュエータの機械的限度と一致しているようにすることができ、あるいは、プロセシング手段は、少なくとも一つの車輌パラメータにもとづいてエンドストップを決めるように設定されているようにすることができる。少なくとも一つのパラメータが車輌速度、荷重、荷高さ等のグループの一つもしくはそれ以上である。これは、種々のパラメータにもとづいて、ステアリングホイールに種々なエンドストップを提供することを可能とする。これは、色々な状況を考慮した、非常に適用性の高いエンドストップシステムをもたらす。特にフォークリフトトラックには、荷の搭載そして荷高さが、エンドストップが運転者に対して急な旋回運転を阻止し、又、エンドストップがそれ以上の操向に限度を与えるので、車輌の安全運転につながる。このようにステアリングホイールの位置のフィードバックが操作者に与えられる。これはステアリング制御の応答性を改善し安全性も改善する。




【国際調査報告】
2004535975.tif 000023
2004535975.tif 000024