特許 7065973 操舵装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-28

(45)【発行日】2022-05-12

(54)【発明の名称】操舵装置

(51)【国際特許分類】

   B62D 6/00 20060101AFI20220502BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20220502BHJP

【ＦＩ】

B62D6/00

B62D5/04

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020536107

(86)(22)【出願日】2018-11-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-03-11

(86)【国際出願番号】 EP2018082831

(87)【国際公開番号】W WO2019129455

(87)【国際公開日】2019-07-04

【審査請求日】2020-06-26

(31)【優先権主張番号】102017223814.3

(32)【優先日】2017-12-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】390023711

【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】トーマス キューンヘーファー

(72)【発明者】

【氏名】マークス ヴェーバー

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン カーステン ヴェーバー

【審査官】田邉 学

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１５１１５４２３（ＤＥ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１００５０８１９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００７／１３８７７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－０５９８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０６１３９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１４１１７４０６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開平１１－０９１６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－３２９０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３７２４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０９８４１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ ６／００

Ｂ６２Ｄ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

通常動作状態において、電気モータ（１２ａ～ｅ）の動作を制御するために設けられている主制御ユニット（１０ａ～ｅ）と、前記主制御ユニット（１０ａ～ｅ）に依存することなく動作可能である補助制御ユニット（１４ａ～ｅ）とを備える、電動操舵アシストを提供するための操舵装置であって、
前記主制御ユニット（１０ａ～ｅ）は、通常動作状態において、パワーエレクトロニクス（１６ａ～ｅ）を駆動制御することによって、前記電気モータ（１２ａ～ｅ）のアシストトルクを設定するために設けられており、
前記補助制御ユニット（１４ａ～ｅ）は、通常動作状態において、受動的な動作モードにあり、前記主制御ユニット（１０ａ～ｅ）の障害及び／又は故障が発生しているエラー動作状態においてのみ、前記電気モータ（１２ａ～ｅ）の動作を制御するために設けられており、
前記補助制御ユニット（１４ａ～ｅ）は、非常時及び／又は緊急時動作を開始するために、前記主制御ユニット（１０ａ～ｅ）をエラー動作状態において置き換え、前記電気モータ（１２ａ～ｅ）の動作の制御を引き継ぐために設けられており、
前記補助制御ユニット（１４ａ～ｅ）は、エラー動作状態において、前記パワーエレクトロニクス（１６ａ～ｅ）を駆動制御し、これによって、前記電気モータ（１２ａ～ｅ）の前記アシストトルクの下降勾配が達成されるように、前記電気モータ（１２ａ～ｅ）を動作させるために設けられていることを特徴とする、操舵装置。

【請求項2】

前記主制御ユニット（１０ａ～ｅ）は、通常動作状態において動作信号（５０ａ）を提供するために設けられており、前記補助制御ユニット（１４ａ～ｅ）は、前記動作信号（５０ａ）の欠如に依存して前記主制御ユニット（１０ａ～ｅ）の障害及び／又は故障の発生を特定するために設けられている、請求項１に記載の操舵装置。

【請求項3】

前記動作信号（５０ａ）は、不連続な信号であり、前記主制御ユニット（１０ａ～ｅ）は、前記動作信号（５０ａ）を規則的な時間間隔で提供するために設けられている、請求項２に記載の操舵装置。

【請求項4】

前記主制御ユニット（１０ａ～ｅ）は、前記動作信号（５０ａ）を少なくとも１ｍｓかつ最大で１００ｍｓの時間間隔で提供するために設けられている、請求項２又は３に記載の操舵装置。

【請求項5】

前記補助制御ユニット（１４ａ～ｃ）の計算能力は、前記主制御ユニット（１０ａ～ｃ）の計算能力よりも少なくとも５０％低い、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の操舵装置。

【請求項6】

前記電気モータ（１２ｂ～ｅ）の少なくとも１つの相を分離するためのスイッチングユニット（１８ｂ）を備え、前記補助制御ユニット（１４ｂ～ｅ）は、エラー動作状態において前記スイッチングユニット（１８ｂ～ｅ）を駆動制御するために設けられている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の操舵装置。

【請求項7】

制御ユニット（２０ａ；２０ｂ；２０ｃ；２０ｅ）を含み、前記制御ユニット（２０ａ；２０ｂ；２０ｃ；２０ｅ）は、少なくともエラー動作状態において前記補助制御ユニット（１４ａ～ｅ）の駆動制御信号（５２ａ）に依存して前記主制御ユニット（１０ａ～ｅ）による前記電気モータ（１２ａ～ｅ）の動作を阻止するために設けられている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の操舵装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の操舵装置を備えた操舵システム（２２ａ）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念による操舵装置に関する。さらに、本発明は、請求項１１による操舵システムに関する。

【背景技術】

【0002】

パワーステアリングの形態の電動操舵アシストを備えた操舵システムは、従来技術から公知であり、ここでは、操舵アシストの生成のために電気モータが使用される。安全構想として、例えば、操舵システムの電気及び／又は電子コンポーネントにエラーが発生した場合、通常、機械的なフォールバックレベルが用いられる。このフォールバックレベルは、故障した操舵アシストでも操舵を可能にし、統御可能でかつ安全な動作を保証するために設けられている。純粋な機械的動作への変更は、電気モータの動作を制御するための高水準のソフトウェアを用いた主制御ユニットの遮断によって、及び／又は、電気モータに接続されたパワーエレクトロニクスの非アクティブ状態によって、実現される。しかしながら、操舵アシストの突発的な遮断は、操舵システムのステアリング操作に大きなトルク変化を引き起こし、このことは、運転者にとって大きな苛立ちになりかねず、事故のリスクを高める。

【0003】

この理由から、例えば独国特許出願公開第１０２０１００５０８２０号明細書（ＤＥ１０２０１００５０８２０Ａ１）においては、主制御ユニットにエラーが発生した場合に、監視コンピュータの形態の補助制御ユニットを用いて電気モータの動作を制御することが提案されている。このケースにおいては、補助制御ユニットは、一方では通常動作状態における主制御ユニットの監視のために用いられ、他方ではエラー動作状態における電気モータ又はパワーエレクトロニクスの駆動制御のために用いられる。

【0004】

さらに、独国特許出願公開第１０２００８０４８９５２明細書（ＤＥ１０２００８０４８９５２Ａ１）においては、パワーエレクトロニクスを駆動制御する主制御ユニットと、付加的な補助制御ユニットとを備えた操舵システムが開示されている。この付加的な補助ユニットは、通常動作の際には、主制御ユニットに関するセンサデータの監視及び／又は処理のために用いられ、主制御ユニットにエラーが発生した場合には、非常時用のパワーエレクトロニクスを駆動制御して、過酷な遮断を防ぎ、これによって、運転者の苛立ちを防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１００５０８２０号明細書（ＤＥ１０２０１００５０８２０Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１００５０８２０号明細書（ＤＥ１０２００８０４８９５２Ａ１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、補助制御ユニットの二重機能により、両ケースにおいて計算量が大幅に増加することになり、同時に融通性及び動作信頼性が制限される。

【0007】

従って、本発明の課題は、特に融通性に関して改善された特性を有する、特に効率的な操舵装置を提供することにある。この課題は、請求項１の特徴及び請求項１１の特徴によって解決され、それに対して、本発明の好適な実施形態及び発展形態は、従属請求項から読み取ることができる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

発明の開示
本発明は、特に電動操舵アシストを提供するための操舵装置であって、少なくとも１つの通常動作状態において、少なくとも１つの電気モータの動作を制御するために設けられている少なくとも１つの主制御ユニットと、特に通常動作状態とは異なる、主制御ユニットの障害及び／又は故障が発生している少なくとも１つのエラー動作状態において、特に少なくとも一時的に電気モータの動作を制御するために設けられている少なくとも１つの補助制御ユニットと、を備える操舵装置を基礎としている。

【0009】

主制御ユニットは、特に通常動作状態において、補助制御ユニットに依存することなく動作可能であり、補助制御ユニットは、通常動作状態において受動的な動作モードにあることが提案される。この実施形態により、特に、操舵装置の融通性を高めることができる。その上さらに、計算労力を最小限にすることができ、及び／又は、制御アルゴリズムを簡素化することができる。さらに、好適には、エラー動作状態における運転者の苛立ちを防止することができるため、動作信頼性を高めることができる。さらに、好適には、効率、特に電力効率、制御効率、エネルギー効率、スペース効率、及び／又は、コスト効率を最適化することができる。

【0010】

「操舵装置」とは、特に、この関係において、特に車両、好適には自動車の操舵システムの少なくとも一部、特にサブアセンブリを意味するものと理解されたい。操舵システムは、この場合、好適には、特に機械的な支配率を有する従来の操舵システムとして構成され、従って、特に、ステアバイワイヤ方式の操舵システムとして構成された操舵システムとは異なる。さらに、操舵装置は、特に電気モータも含み得る。その上さらに、操舵装置は、さらなる部品及び／又はアセンブリ、例えば、少なくとも１つの操舵ハンドル、好適には電気モータの動作、特に駆動制御及び／又は給電のためのインバータユニット及び／又は出力段として構成された少なくとも１つのパワーエレクトロニクス、及び／又は、電気モータのロータ位置を検出するための及び／又は操舵ハンドルからの操舵角情報を検出するための少なくとも１つのセンサユニットを含み得る。さらに、電気モータは、特にサーボモータとして、好適にはブラシレスモータとして、特に好適には非同期モータとして又は永久励磁同期モータとして構成されている。好適には、電気モータは、ここでは電動アシストパワーステアリングの一部であり、特に電動操舵アシストの生成のために設けられている。電気モータは、ここでは、例えば、６相、９相又は１２相の電気モータとして構成されてもよい。しかしながら、好適には、電気モータは、三相電気モータ及び／又は標準的な電気モータとして構成されていることが提案される。「設けられる」とは、特に、専用にプログラミングされ、設計され、及び／又は、装備されることを意味するものと理解されたい。１つの対象が所定の機能のために設けられているということのもとでは、特に、当該対象がこの所定の機能を、少なくとも１つの適用及び／又は動作状態において充足及び／又は実行することを意味するものと理解されたい。

【0011】

さらに、「制御ユニット」とは、特に、情報入力端、情報処理部及び情報出力端を有する電子ユニットを意味するものと理解されたい。好適には、制御ユニット、特に主制御ユニット及び／又は補助制御ユニットは、さらに、少なくとも１つの計算ユニット及び／又は例えばマイクロプロセッサの形態のプロセッサ、少なくとも１つの動作メモリ、少なくとも１つの入力及び／又は出力手段、少なくとも１つの動作プログラム、少なくとも１つの開ループ制御ルーチン、少なくとも１つの閉ループ制御ルーチン、少なくとも１つの計算ルーチン、及び／又は、少なくとも１つの処理ルーチンを有する。主制御ユニットは、特に、電気モータの動作を制御するために高水準のソフトウェアを含む。好適には、主制御ユニットは、通常動作状態において、特にパワーエレクトロニクスの駆動制御によって、電気モータのモータトルク、好適には、電気モータのアシストトルクを設定するために設けられている。補助制御ユニットは、特に、主制御ユニットとの作用接続路を有し、特に、主制御ユニットをエラー動作状態において置き換え、電気モータの動作の制御を引き継ぐために設けられている。好適には、主制御ユニットは通常動作状態において、補助制御ユニットはエラー動作状態において、電気モータの動作を制御するために、少なくとも部分的に同一の及び／又は同一の、特に既存のアセンブリ及び接続線路を使用し、好適には電気モータの同相で動作するために設けられている。さらに、補助制御ユニットは、好適には、主制御ユニットに依存することなく動作可能である。特に、補助制御ユニットは、少なくとも好適には、専ら、エラー動作状態において、特にパワーエレクトロニクスの駆動制御により、電気モータのモータトルク、好適には電気モータのアシストトルクを変更するために及び／又は変化させるために設けられている。三相電気モータを使用する場合、主制御ユニット及び補助制御ユニットを用いた電気モータの制御により、ここでは特に、冗長性を達成することができ、さらに好適には、仮想の６相動作又は２×３相動作を達成することができる。さらに、補助制御ユニットは、好適には少なくとも、非常時及び／又は緊急時動作を開始及び／又は提供するために設けられている。さらに、主制御ユニット及び／又は補助制御ユニットは、好適には操舵装置の制御機器内に統合されている。

【0012】

その上さらに、「主制御ユニットの障害及び／又は故障」とは、特に、主制御ユニット自体の障害及び／又は故障、及び／又は、主制御ユニットと相互作用する例えばエネルギー供給部などの周辺アセンブリの障害及び／又は故障、並びに、これにより引き起こされる主制御ユニットの障害を意味するものと理解されたい。さらに、「主制御ユニットは、補助制御ユニットに依存することなく動作可能である」との表現は、特に、電気モータの動作の制御が、通常動作状態において、主制御ユニットにより、特に補助制御ユニットに依存することなく行われることを意味するものと理解されたい。このケースにおいては、主制御ユニットは、特に自立的に構成されており、特に補助制御ユニットの監視のために設けられていない。同様に、「補助制御ユニットは、主制御ユニットに依存することなく動作可能である」との表現は、特に、電気モータの動作の制御は、エラー動作状態において、補助制御ユニットにより、特に主制御ユニットに依存することなく行われることを意味するものと理解されたい。このケースにおいては、補助制御ユニットは、特に自立的に構成されており、特に主制御ユニットの監視のために設けられていない。さらに特に、「受動的な動作モード」は、特に省エネの静止動作モード及び／又は特に省エネの待機動作モードを意味するものと理解されたい。これらのモードにおいては、補助制御ユニットは、特に非動作状態及び／又は非アクティブ状態であり、特に、アクティブな機能は知覚されない。

【0013】

さらに、主制御ユニットは、通常動作状態において、動作信号、特に動作状態を提供し、特に、補助制御ユニットに、特に例えば光学式及び／又は誘導式のように無線で、及び／又は、有線で伝送するために設けられていることが提案される。補助制御ユニットは、特に、動作信号を検出及び／又は評価するために設けられている。さらに、補助制御ユニットは、特に、動作信号の欠如に依存して主制御ユニットの障害及び／又は故障を特定し、特に、エラー動作状態に結合されたエラー動作モードを開始するために設けられている。このエラー動作モードにおいて、電気モータの動作を制御するために、補助制御ユニットは設けられている。この目的のために、好適には、主制御ユニットは、補助制御ユニットと電気的に接続されている。これにより、好適には、特に補助制御ユニットが受動的な動作モードにある動作状態においても、エラー動作状態を簡単に検出することができる。さらに、好適には、補助制御ユニットを用いた主制御ユニットの計算労力が集中する監視を省くことができる。

【0014】

動作信号は、例えば連続的な信号であってもよいが、特別に高いエネルギー効率は、特に動作信号が不連続な信号で、主制御ユニットは、動作信号を規則的な時間間隔で提供するために設けられている場合に達成することができる。

【0015】

好適には、主制御ユニットは、動作信号を少なくとも１ｍｓ、好適には少なくとも５ｍｓ、及び／又は、最大で１００ｍｓ、好適には最大で５０ｍｓの時間間隔で提供し、補助制御ユニットに伝送するために設けられている。これにより、特に、動作信頼性を高めることができ、エラー動作状態の確実な検出を保証すると同時に有利なエネルギー効率を達成することができる。

【0016】

補助制御ユニットの計算能力が、主制御ユニットの計算能力よりも低い場合には、特に、補助制御ユニットのための追加コストを削減することができる。好適には、補助制御ユニットの計算能力は、この場合、主制御ユニットの計算能力よりも少なくとも１０％、好適には少なくとも２５％、より好適には少なくとも５０％、特に好適には少なくとも７５％低い。

【0017】

補助制御ユニットは、特に、電気モータのモータトルク、特にアシストトルクの段階的な減少が達成され、特に操舵アシストが段階的に低減されるように、電気モータを、エラー動作状態において動作させるために、特に阻止及び／又は制動するために設けられていてもよい。しかしながら、本発明の好適な実施形態によれば、補助制御ユニットは、電気モータの少なくとも１つのモータトルク、特にアシストトルクの下降勾配が達成されるように、電気モータを、エラー動作状態において動作させるために、特に阻止及び／又は制動するために設けられていることが提案される。好適には、補助制御ユニットは、この場合、電気モータのモータトルク、特にアシストトルクが連続的にかつ特に突発的に低減しないように、電気モータを、エラー動作状態において動作させるために設けられている。従って、好適には、提供される操舵アシストは連続的に低減され、これによって、特に、純粋な機械的動作への好適で滑らかな切り替え及び／又は目立たない切り替えが達成され、運転者の苛立ちを防止することができる。

【0018】

本発明のさらなる実施形態においては、補助制御ユニットは、電気モータの通常動作状態と同等のモータトルク、特にアシストトルクが生成可能であるように、電気モータを、エラー動作状態において動作させるために設けられていることが提案される。好適には、補助制御ユニットは、この場合、有利には完全なモータトルク、特にアシストトルクを提供し得るように、電気モータを、エラー動作状態において主制御ユニットと同等の方法により動作させるために設けられている。好適には、補助制御ユニットはさらに、エラー動作状態において、特にパワーエレクトロニクスの駆動制御によって、電気モータのモータトルク、好適には電気モータのアシストトルクを設定するために設けられている。この目的のために、補助制御ユニットは、特に、電気モータの動作を制御するために高水準のソフトウェアを含み得る。これにより、好適には、運転者の苛立ちをさらに低減することができる。なぜなら、エラー動作状態においてさえも、運転者に快適な操舵を可能にさせる操舵アシストを提供することができるからである。さらに、好適には、動作信頼性を高めることができる。なぜなら、主制御ユニットに割り当てられた制御パスも、補助制御ユニットに割り当てられたさらなる制御パスも、相互に依存しておらず、同時に電気モータの動作に関して十分に安全であるからである。

【0019】

さらに、操舵装置は、電気モータを動作させるための少なくとも１つのパワーエレクトロニクス、特に、前述したパワーエレクトロニクスを含み、ここで、補助制御ユニットは、エラー動作状態においてパワーエレクトロニクスを、特に、例えば別個のドライバエレクトロニクスなどを介して間接的に、又は、好適には直接的に駆動制御するために設けられていることが提案される。これにより、特に、好適な高い動作信頼性を達成することができ、及び／又は、好適で簡単な制御アルゴリズムを提供することができる。

【0020】

代替的又は付加的に、操舵装置は、電気モータの少なくとも１つの相を分離するための、好適には電気モータの個々の相を選択的に分離するための少なくとも１つのスイッチングユニットを含み、ここで、補助制御ユニットは、エラー動作状態においてスイッチングユニットを、特に間接的又は好適には直接的に駆動制御するために設けられていることが提案される。好適には、このスイッチングユニットは、ここでは複数のスイッチング素子を含み、ここで、好適には、スイッチング素子の数は、相の数に適合化されており、特に、電気モータの各相にスイッチング素子の正確に１つが割り当てられているように適合化されている。さらに、スイッチングユニットは、好適には、回路技術的にパワーエレクトロニクスと電気モータとの間に配置されている。これにより、好適には、補助制御ユニットの計算能力をさらに低減することができ、それによって、好適には、補助制御ユニットを、最小の追加コストに関する最小のチップセットで提供することができる。

【0021】

その上さらに、操舵装置は、少なくとも１つの制御ユニット、例えばパワーエレクトロニクス用のさらなるスイッチングユニット、レベル変換器、電力減衰器、電力増幅器、及び／又は、別個のドライバエレクトロニクスを含み、当該制御ユニットは、少なくともエラー動作状態において補助制御ユニットの駆動制御信号に依存して主制御ユニットによる電気モータの動作を阻止するために設けられていることが提案される。これにより、特に動作信頼性を高めることができる。なぜなら、主制御ユニットを、エラーの際に好適には、残余のアセンブリから分離することができるからである。

【0022】

操舵装置は、ここでは、上述の適用及び実施形態に限定されるものではない。特に、操舵装置は、本明細書において説明される機能を満たすために、本明細書において挙げられた個々の要素、部品及びユニットの数とは異なる数を有することが可能である。

【0023】

さらなる利点は、以下の図面についての説明から得られる。これらの図面には、本発明の実施例が示されている。これらの図面、説明及び特許請求の範囲は、複数の特徴の組合せを含む。当業者は、また、これらの特徴を便宜的に個別に観察し、有意なさらなる組合せに統合し得る。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】操舵装置を備えた例示的な操舵システムの簡略図。

【図2】操舵装置の電気モータの駆動制御部の概略図。

【図3a】エラー動作状態における電気モータのモータトルクの下降勾配の例示的な図。

【図3b】エラー動作状態における電気モータのモータトルクの下降勾配の例示的な図。

【図4】電動操舵アシストを提供する操舵装置のさらなる実施例を示した図。

【図5】電動操舵アシストを提供する操舵装置のさらなる実施例を示した図。

【図6】電動操舵アシストを提供する操舵装置のさらなる実施例を示した図。

【図7】電動操舵アシストを提供する操舵装置のさらなる実施例を示した図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

実施例の説明
図１は、例示的な操舵システム２２ａを簡略図において示している。この操舵システム２２ａは、機械的な支配率を有する従来の操舵システムとして構成されている。さらに、この操舵システム２２ａは、電動アシスト操舵システムとして構成され、従って、電動補助力アシストを有する。さらに、操舵システム２２ａは、車両（図示せず）、特に自動車において使用するために設けられている。

【0026】

操舵システム２２ａは、取り付けられた状態において、車両の車輪２４ａとの作用接続部を有し、車両の走行方向に作用するために設けられている。

【0027】

操舵システム２２ａは、操舵装置を含む。この操舵装置は、本実施例のケースにおいては、例示的にステアリングホイールとして形成された操舵ハンドル２６ａを含み、この操舵ハンドル２６ａは、手動の操舵トルクを付加するために設けられている。従って、操舵ハンドル２６ａは、操舵設定量の導入のために用いられ、特に、車両の走行方向の手動による、特に運転者による制御のために用いられる。

【0028】

その上さらに、操舵装置は、ステアリングギア２８ａを有し、このステアリングギア２８ａは、本実施例のケースにおいては、それ自体公知のラックアンドピニオン式ステアリングギアとして構成されている。このステアリングギア２８ａは、ステアリングピニオン３０ａと、当該ステアリングピニオン３０ａに機械的に結合された歯付きラック３２ａとを含む。ステアリングギア２８ａは、車輪２４ａの旋回運動及び／又は回転運動を引き起こすために、特に、操舵設定量を車輪２４ａの操舵運動に置き換えるために設けられている。

【0029】

操舵ハンドル２６ａとステアリングギア２８ａとの機械的な結合のために、操舵装置は、さらに、ステアリングコラム３４ａを含む。このステアリングコラム３４ａは、少なくとも１つのねじり要素（図示せず）、本実施例のケースにおいては、特にトーションバーを含み、このねじり要素は、操舵設定量に依存したねじれのために設けられている。

【0030】

さらに、操舵装置は、操舵アシストを生成及び／又は提供するための電気的に構成されたアシストユニット３６ａを備える。このアシストユニット３６ａは、アシストトルクをステアリングギア２８ａに導入し、特に運転者によって付加された手動による操舵トルクをアシストするために設けられている。

【0031】

この目的のために、アシストユニット３６ａは、本実施例のケースにおいては、特に永久励磁同期モータとして構成された電気モータ１２ａを含む。この電気モータ１２ａは、多相電気モータとして、本実施例のケースにおいては三相電気モータとして構成されている。この電気モータ１２ａは、ステアリングギア２８ａ、特に歯付きラック３２ａと作用接続を形成している。電気モータ１２ａは、モータトルク、特にアシストトルクの生成のために設けられている。電気モータ１２ａは、ここでは電動アシストパワーステアリングの一部であり、特に電動操舵アシストの生成のために用いられる。しかしながら、基本的には、電気モータは、６相又は１２相の電気モータとして構成されてもよい。

【0032】

さらに、操舵装置は、第１のセンサユニット３８ａを有する。この第１のセンサユニット３８ａは、少なくとも１つの例えばトルクセンサとして構成された角度センサ４０ａを含み、操舵ハンドル２６ａからの操舵角情報４１ａの検出のために設けられている。本実施例のケースにおいては、第１のセンサユニット３８ａは、ねじり要素の領域に配置されており、特にねじれ要素に関連付けられたトルク信号の形態の操舵角情報４１ａの検出のために設けられている。このトルク信号は、ここでは、特に運転者によって付加された手動による操舵トルクの尺度量である。しかしながら、好適には、第１のセンサユニット３８ａは、少なくとも２つの角度センサを有することもでき、これにより、特に有利な冗長性を達成することができる。

【0033】

さらに、操舵装置は、第２のセンサユニット４２ａを有する。この第２のセンサユニット４２ａは、少なくとも１つのロータ位置センサ４４ａ、４６ａを含み、本実施例のケースにおいては、好適には、２つのロータ位置センサ４４ａ，４６ａを含む（特に図２を参照）。第２のセンサユニット４２ａは、電気モータ１２ａの領域に配置されており、電気モータ１２ａのロータ位置信号４７ａの検出のために設けられている。しかしながら、基本的には、第２のセンサユニットは、正確に１つのロータ位置センサ又は少なくとも３つのロータ位置センサを有していてもよい。

【0034】

その上さらに、操舵装置は、制御機器４８ａを有している。この制御機器４８ａは、第１のセンサユニット３８ａ、第２のセンサユニット４２ａ及びアシストユニット３６ａとの作用接続部を有する。制御機器４８ａは、電気モータ１２ａの駆動制御のために、従って、特に操舵角情報４１ａ及びロータ位置信号４７ａに依存した特にモータトルクの設定のために設けられている。

【0035】

図２は、制御機器４８ａの簡略化された概略構造、特に、電気モータ１２ａの駆動制御のための簡略化された基本的なブロック回路図を示している。

【0036】

操舵装置は、主制御ユニット１０ａを含む。この主制御ユニット１０ａは、本実施例のケースにおいては、制御機器４８ａに統合されている。しかしながら、基本的には、主制御ユニットは、制御機器とは別個に構成されていてもよい。主制御ユニット１０ａは、例えばマイクロプロセッサの形態の少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）を含む。さらに、主制御ユニット１０ａは、少なくとも１つの動作メモリ（図示せず）を含み得る。さらに、主制御ユニット１０ａは、少なくとも１つの計算ルーチン、少なくとも１つの開ループ制御ルーチン、及び、少なくとも１つの処理ルーチンを備え、動作メモリに格納された少なくとも１つの動作プログラムを含む。主制御ユニット１０ａは、さらに、第１のセンサユニット３８ａ及び第２のセンサユニット４２ａ、特にロータ位置センサ４４ａ，４６ａのうちの第１のロータ位置センサ４４ａとの電気的な接続路を有する。

【0037】

その上さらに、操舵装置は、出力段として構成されているそれ自体公知のパワーエレクトロニクス１６ａを含む。このパワーエレクトロニクス１６ａは、本実施例のケースにおいては、制御機器４８ａに統合されている。しかしながら、基本的には、パワーエレクトロニクスは、制御機器とは別個に構成されていてもよい。パワーエレクトロニクス１６ａは、主制御ユニット１０ａ及び電気モータ１２ａとの電気的な接続路を有する。パワーエレクトロニクス１６ａは、主制御ユニット１０ａと電気モータ１２ａとの間に配置されている。パワーエレクトロニクス１６ａは、エネルギー源の整流された脈動電圧を相電流に変換し、各センタータップを介して電気モータ１２ａに、特にこの電気モータ１２ａの各相に供給するために設けられている。しかしながら、基本的には、パワーエレクトロニクスを省くか、又は、パワーエレクトロニクスを主制御ユニット及び／又は補助制御ユニットに統合することも考えられる。

【0038】

通常動作状態においては、主制御ユニット１０ａは、電気モータ１２ａの動作を制御するために設けられている。ここでは、主制御ユニット１０ａは、操舵角情報４１ａ及びロータ位置信号４７ａを受信し、パワーエレクトロニクス１６ａの駆動制御により電気モータ１２ａのモータトルクを設定するために設けられている。

【0039】

操舵システムは、運転者及び／又は車両案内への直接的な影響を及ぼす保安部品に係る車両コンポーネントであるため、主制御ユニット１０ａ自体及び／又は主制御ユニット１０ａと相互作用する例えばエネルギー供給部などの周辺アセンブリの障害及び／又は故障並びにこれによって生じる主制御ユニット１０ａの障害が発生するエラー動作状態においては、対応する安全構想が必要になる。この安全構想として、例えば、少なくとも、操舵ハンドル２６ａ、ステアリングコラム３４ａ及びステアリングギア２８ａを含み、故障した操舵アシストであっても操舵を可能にする機械的なフォールバックレベルを用いることができる。しかしながら、機械的動作への変更の際の操舵アシストの突発的な遮断は、操舵ハンドル２６ａにおける大きなトルク変化を引き起こし、このことは、運転者にとって大きな苛立ちになりかねず、事故のリスクを高める。

【0040】

特に、この種のケースにおいて運転者の苛立ちを防止するために、操舵装置は、補助制御ユニット１４ａを含む。この補助制御ユニット１４ａは、本実施例のケースにおいては、制御機器４８ａに統合されている。補助制御ユニット１４ａは、例えばマイクロプロセッサの形態の少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）を含む。さらに、補助制御ユニット１４ａは、さらなる動作メモリに格納されたさらなる動作プログラムを備える少なくとも１つのさらなる動作メモリ（図示せず）を含む。

【0041】

補助制御ユニット１４ａは、主制御ユニット１０ａとは別個に構成されている。さらに、補助制御ユニット１４ａは、主制御ユニット１０ａとは構造的に異なっている。この場合、補助制御ユニット１４ａの計算能力は、主制御ユニット１０ａの計算能力よりも少なくとも５０％低い。しかしながら、基本的には、補助制御ユニットは、制御機器とは別個に構成されてもよい。さらに、補助制御ユニットの計算能力も、主制御ユニットの計算能力と同一又はほぼ同一であってもよい。

【0042】

補助制御ユニット１４ａは、さらに、主制御ユニット１０ａとパワーエレクトロニクス１６ａとの電気的な接続路を有する。さらに、補助制御ユニット１４ａは、第２のセンサユニット４２ａ、特にロータ位置センサ４４ａ，４６ａのうちの第２のロータ位置センサ４６ａとの電気的な接続路を有する。しかしながら、本実施例のケースにおいては、補助制御ユニット１４ａは、第１のセンサユニット３８ａとの電気的な接続路がない。ただし、基本的には、補助制御ユニットは、例えば以下の実施例のいくつかにおいて示されるように、第１のセンサユニットとの電気的な接続路を有していてもよい。

【0043】

その上さらに、補助制御ユニット１４ａ及び主制御ユニット１０ａは、相互に依存することなく動作可能である。補助制御ユニット１４ａは、通常動作状態においては純粋に受動的な動作モードにあり、エラー動作状態においては専ら電気モータ１２ａの動作を制御するために設けられている。本実施例のケースにおいては、補助制御ユニット１４ａは、非常時及び／又は緊急時動作を開始するために、主制御ユニット１０ａを、エラー動作状態において置き換え、電気モータ１２ａの動作の制御を引き継ぐために設けられている。補助制御ユニット１４ａは、さらに、電気モータ１２ａの動作を制御するために、主制御ユニット１０ａと少なくとも部分的に同一の及び／又は同一の、特に既存のアセンブリ及び接続線路を使用し、主制御ユニット１０ａと同一の、電気モータ１２ａの相を動作させるために設けられている。三相電気モータ１２ａを使用する場合、これによって冗長性を達成することができ、さらに好適には、仮想の６相動作又は２×３相動作を達成することができる。本実施例のケースにおいては、補助制御ユニット１４ａは、エラー動作状態においてパワーエレクトロニクス１６ａを直接駆動制御し、これによって、電気モータ１２ａのモータトルク、特にアシストトルクの下降勾配が達成されかつ操舵ハンドル２６ａにおける操舵運動が好適に減衰されるように、電気モータ１２ａを動作させるために設けられている。特に、この場合、補助制御ユニット１４ａによって、電気モータ１２ａのモータトルク、ひいては提供される操舵アシストが連続的に低減され、特に突発的に低減されず、これによって、特に、機械的動作への好適で滑らかな切り替え及び／又は目立たない切り替えが達成され、運転者の苛立ちを防止することができる。

【0044】

主制御ユニット１０ａのエラー動作状態、特に障害及び／又は故障を特定するために、主制御ユニット１０ａは、通常動作状態において、動作信号５０ａを提供し、特に補助制御ユニット１４ａに伝送するように設けられている。この動作信号５０ａは、本実施例のケースにおいては、不連続な信号であり、１ｍｓから１００ｍｓの間の規則的な時間間隔で主制御ユニット１０ａから補助制御ユニット１４ａに伝送される。通常動作状態において特に受動的な補助制御ユニット１４ａは、動作信号５０ａを検出するために設けられている。主制御ユニット１０ａの障害及び／又は故障のケースにおいては、動作信号５０ａはもはや主制御ユニット１０ａによって生成されず、そのため、補助制御ユニット１４ａは、動作信号５０ａの欠如に基づき、主制御ユニット１０ａの障害及び／又は故障を特定し、特に、補助制御ユニット１４ａが電気モータ１２ａの動作の制御を引き継ぐ、エラー動作状態に結合されたエラー動作モードを開始することができる。しかしながら、基本的には、動作信号は、連続的な信号にも対応し得る。

【0045】

その上さらに、操舵装置は、本実施例のケースにおいては制御ユニット２０ａを含む。この制御ユニット２０ａは、本実施例のケースにおいては制御機器４８ａに統合されている。しかしながら、基本的には、制御ユニットは、制御機器とは別個に構成されてもよい。制御ユニット２０ａは、補助制御ユニット１４ａとの電気的な接続路を有する。さらに、制御ユニット２０ａは、主制御ユニット１０ａ及びパワーエレクトロニクス１６ａとの電気的な接続路を有する。本実施例のケースにおいては、制御ユニット２０ａは、主制御ユニット１０ａとパワーエレクトロニクス１６ａとの間に配置されている。制御ユニット２０ａは、パワーエレクトロニクス１６ａ用の例えばスイッチングユニットとして、レベル変換器として、電力減衰器として、電力増幅器として、及び／又は、別個のドライバエレクトロニクスとして構成されてもよい。制御ユニット２０ａは、少なくともエラー動作状態において、補助制御ユニット１４ａの駆動制御信号５２ａに依存して、主制御ユニット１０ａによる電気モータ１２ａの動作を阻止するために設けられている。本実施例のケースにおいては、制御ユニット２０ａは、この場合、少なくとも、主制御ユニット１０ａをパワーエレクトロニクス１６ａから切り離すために設けられており、これにより、特に動作信頼性を高めることができる。なぜなら、主制御ユニット１０ａを、エラーの際に残余のアセンブリから分離させることができるからである。しかしながら、基本的には、制御ユニットを完全に省くことも考えられる。さらに、制御ユニットは、例えばパワーエレクトロニクス用のドライバエレクトロニクスの形態で、パワーエレクトロニクス、主制御ユニット及び／又は補助制御ユニットに統合されてもよい。

【0046】

その上さらに、操舵装置及び／又は制御機器４８ａは、例えばエネルギー供給回路及び／又は電気モータ１２ａの少なくとも１つの相の分離のためのスイッチングユニットなどのさらなる部品及び／又はアセンブリを含み得る。

【0047】

図３ａ及び図３ｂは、それぞれ電気モータ１２ａのモータトルクの例示的な経過を示している。縦軸５４ａは、それぞれ変化量軸として形成されており、操舵アシストの程度を％で示している。横軸５６ａは、それぞれ時間軸として形成されている。特性曲線５８ａは、それぞれ電気モータ１２ａのモータトルクを示している。

【0048】

図３ａにおいては、時点ｔ１において、主制御ユニット１０ａの障害及び／又は故障が発生している。次いで、補助制御ユニット１４ａは、電気モータ１２ａのモータトルクの下降勾配が達成され、それによって、操舵アシストが連続的に低減されるように電気モータ１２ａを動作させるために設けられている。電気モータ１２ａのモータトルクの下降勾配を特徴付ける持続時間Ｔ１は、この場合、０．５秒及び５秒の間である。強調表示された領域は、操舵アシストの突発的な喪失領域（sudden loss of assistance＝ｓＬｏＡ）を特徴付ける。

【0049】

図３ｂは、図３ａに対する代替案を示している。このケースにおいては、時点ｔ２において、主制御ユニット１０ａの障害及び／又は故障が発生している。次いで、補助制御ユニット１４ａは、電気モータ１２ａのモータトルクの段階的な減少が達成され、それによって、操舵アシストが段階的に低減されるように電気モータ１２ａを動作させるために設けられている。本実施例のケースにおいては、補助制御ユニット１４ａは、時点ｔ２から電気モータ１２ａのモータトルク、ひいては操舵アシストを、さらなる持続時間Ｔ２にわたって値ｘまで低減するために設けられている。特にモータトルクが消滅するまでの電気モータ１２ａのモータトルクの減少を特徴付けるさらなる持続時間Ｔ２は、３秒及び５秒の間である。値ｘは、最大モータトルクの１５％及び３０％の間にある。図３ｂにおいて例示的に１つの段のみが示されている場合であっても、電気モータのモータトルクの段階的な減少を達成するために、補助制御ユニットは、電気モータを複数の段で駆動制御するために設けてもよい。

【0050】

図４乃至図７には、本発明のさらなる実施例が示されている。以下の説明及び図面は、実質的に実施例間の相違に絞られており、この場合、名称が同一の部品、特に同一の参照符号の部品に関しては、基本的に、他の実施例、特に図１乃至図３ｂの実施例の図面及び／又は説明を参照することも可能である。これらの実施例との区別のために、図１乃至図３ｂの実施例の参照符号には文字ａが後付けされている。この文字ａは、図４乃至図７の実施例においては文字ｂ乃至ｅに置き換えられている。

【0051】

図４は、さらなる操舵装置を備えた本発明のさらなる実施例をより詳細な図面において示している。図４の実施例には、文字ｂが後付けされている。

【0052】

操舵装置は、ここでは、先の実施例と同様に、主制御ユニット１０ｂ、補助制御ユニット１４ｂ、電気モータ１２ｂ、パワーエレクトロニクス１６ｂ、第１のセンサユニット３８ｂ、第２のセンサユニット４２ｂ、及び、本実施例のケースにおいては、特にパワーエレクトロニクス１６ｂ用の別個のドライバエレクトロニクスの形態の制御ユニット２０ｂを含む。

【0053】

さらに、主制御ユニット１０ｂは、車両バスシステム７０ｂへの付加的な接続部を有する。

【0054】

その上さらに、操舵装置は、このケースにおいてはスイッチングユニット１８ｂを含む。このスイッチングユニット１８ｂは、補助制御ユニット１４ｂとの電気的な接続路を有する。さらに、スイッチングユニット１８ｂは、パワーエレクトロニクス１６ｂ及び電気モータ１２ｂとの電気的な接続路を有する。本実施例のケースにおいては、スイッチングユニット１８ｂは、パワーエレクトロニクス１６ｂと電気モータ１２ｂとの間に配置されている。スイッチングユニット１８ｂは、電気モータ１２ｂの個々の相を選択的に分離するために設けられている。この目的のために、スイッチングユニット１８ｂは、複数のスイッチング素子（図示せず）を含み、この場合、本実施例のケースにおいては、電気モータ１２ｂの各相にこれらのスイッチング素子の正確に１つが割り当てられている。

【0055】

このケースにおいては、補助制御ユニット１４ｂは、特に付加的又は代替的に、パワーエレクトロニクス１６ｂの駆動制御のために、エラー動作状態においてスイッチングユニット１８ｂを駆動制御し、これによって、電気モータ１２ｂのモータトルク、特にアシストトルクの少なくとも１つの下降勾配が達成されるように電気モータ１２ｂを動作させるために設けられている。

【0056】

図４には、付加的に、操舵装置のエネルギー供給回路６０ｂが示されている。このケースにおいては、主制御ユニット１０ｂ及びパワーエレクトロニクス１６ｂは、例えば、エネルギー源６２ｂとの車両搭載電源網の形態の直接的な接続路を有し、補助制御ユニット１４ｂは、同一のエネルギー源６２ｂとの間接的な接続路を有する。エネルギー源６２ｂへの補助制御ユニット１４ｂの接続部のために、エネルギー供給回路６０ｂは、例えば少なくとも１つの接続スイッチ６４ｂ、少なくとも１つの電圧レギュレータ６６ｂ及び／又は少なくとも１つのコンデンサ６８を含み得る。

【0057】

図５には、本発明のさらなる実施例が示されている。この図５の実施例においては、文字ｃが後付けされている。図５のさらなる実施例は、少なくとも実質的に、操舵装置のパワーエレクトロニクス１６ｃへの操舵装置の補助制御ユニット１４ｃの接続部によって、先の実施例とは異なっている。

【0058】

このケースにおいては、補助制御ユニット１４ｃは、少なくとも、エラー動作状態における電気モータ１２ｃの動作を制御するために、パワーエレクトロニクス１６ｃと間接的に接続されている。

【0059】

この目的のために、操舵装置は、さらなる制御ユニット７２ｃを含み、このさらなる制御ユニット７２ｃは、補助制御ユニット１４ｃとパワーエレクトロニクス１６ｃとの間に配置されている。さらなる制御ユニット７２ｃは、パワーエレクトロニクス１６ｃ用の例えばスイッチングユニットとして、レベル変換器として、電力減衰器として、電力増幅器として、及び／又は、別個のドライバエレクトロニクスとして構成されてもよい。さらなる制御ユニット７２ｃは、エラー動作状態において、補助制御ユニット１４ｃのさらなる駆動制御信号７４ｃに依存して、操舵装置の電気モータ１２ｃの動作を、補助制御ユニット１４ｃによって可能にするために及び／又は最適化するために設けられており、これにより、主制御ユニット１０ｃの障害及び／又は故障の際に、特に高い動作信頼性を達成することができる。好適には、さらなる制御ユニット７２ｃは、ここでは、特に主制御ユニット１０ｃとパワーエレクトロニクス１６ｃとの間に配置された切り替えスイッチとしての制御ユニット２０ｃと相互作用することができる。制御ユニット２０ｃ及びさらなる制御ユニット７２ｃは、このケースにおいては、主制御ユニット１０ｃ及び補助制御ユニット１４ｃによるパワーエレクトロニクス１６ｃの交互の駆動制御のために用いられる。

【0060】

その上さらに、補助制御ユニット１４ｃは、このケースにおいては、接続線路７６ｃを用いてパワーエレクトロニクス１６ｃ内の電流を検出するために設けられており、これにより、電気モータ１２ｃのモータトルクの少なくとも一時的な制御を達成することができる。

【0061】

図６には、本発明のさらなる実施例が示されている。この図６の実施例においては、文字ｄが後付けされている。図６のさらなる実施例は、少なくとも実質的に、操舵装置の補助制御ユニット１４ｄの実施形態によって、先の実施例とは異なっている。

【0062】

このケースにおいては、補助制御ユニット１４ｄの計算能力は、主制御ユニット１０ｄの計算能力と同一又はほぼ同一である。補助制御ユニット１４ｄは、主制御ユニット１０ｄをエラー動作状態において置き換え、電気モータ１２ｄの動作の制御を引き継ぐために設けられている。この場合、補助制御ユニット１４ｄは、エラー動作状態においてパワーエレクトロニクス１６ｄを駆動制御し、これによって、電気モータ１２ｄの通常動作状態と同等のモータトルク、特にアシストトルクが生成可能であるように電気モータ１２ｄを動作させるために設けられている。従って、補助制御ユニット１４ｄは、電気モータ１２ｄをエラー動作状態において主制御ユニット１０ｄと同等の方法で動作させるために、即ち、完全なアシストトルクを提供し得るように設けられている。

【0063】

この目的のために、補助制御ユニット１４ｄは、操舵ハンドルからの操舵角情報、特にトルク信号の検出のために第１のセンサユニット３８ｄとの電気的な接続路を有する。

【0064】

図７は、本発明のさらなる実施例を示している。図７の実施例には、文字ｅが後付けされている。

【0065】

このケースにおいては、補助制御ユニット１４ｅも同様に、エラー動作状態においてパワーエレクトロニクス１６ｅを駆動制御し、これによって、電気モータ１２ｅの通常動作状態と同等のモータトルク、特にアシストトルクが生成可能であるように電気モータ１２ｅを動作させるために設けられている。いずれにせよ、補助制御ユニット１４ｅは、この場合、パワーエレクトロニクス１６ｅの直接的な駆動制御のために設けられている。この場合、パワーエレクトロニクス１６ｅ用のドライバエレクトロニクス（図示せず）は、補助制御ユニット１４ｅに統合されている。これにより、好適にはワンチップ解決手段を用いた場合でもパワーエレクトロニクス１６ｅ用のドライバエレクトロニクスをエラーパスとしてカバーすることができる。

【0066】

さらに、このケースにおいては、主制御ユニット１０ｅが制御ユニット２０ｅの駆動制御のために設けられており、これにより、操舵装置の融通性及び／又は主制御ユニット１０ｅの制御信号の制御をさらに向上させることができる。

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】