DE102004020981A1

DE102004020981A1 - Elektrische Servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102004020981A1
Application number: DE102004020981A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Murakami
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2004-11-11
Also published as: FR2854118A1; US20040211620A1; JP2004322919A; US7159689B2; FR2854118B1; JP4085878B2

Abstract

Eine elektrische Servolenkvorrichtung (1) weist auf: ein Ritzel (12), das an einer Welle (5) vorgesehen ist, die gemeinsam mit einem Lenkelement (2) drehbar ist; eine Lenkwelle (8), die eine Zahnstange (11) beinhaltet, die mit dem Ritzel (12) in Eingriff steht, wobei die Lenkwelle (8) in einer axialen Richtung (S) hiervon bewegbar ist; eine Lenkwellenführungseinrichtung (17) und einen Bewegungswandlungsmechanismus (21). Die Lenkwellenführungseinrichtung (17) führt die Lenkwelle (8) in axialer Richtung und spannt die Lenkwelle (8) in Richtung hin zu dem Ritzel (12) vor. Der Bewegungswandlungsmechanismus (21) weist einen Drehzylinder (39) auf, der die Lenkwelle (8) umgibt und von einem elektrischen Lenkhilfsmotor (19) angetrieben ist, und wandelt eine Drehung des Drehzylinders (39) in die Axialbewegung der Lenkwelle (8) um. Die Lenkwelle (8) ist mittels des Drehzylinders (39), des Ritzels (12) und der Führung gelagert. Das Ritzel (12) ist in axialer Richtung der Lenkwelle (8) zwischen dem Drehzylinder (39) und der Führung (26) angeordnet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung, die mittels eines elektrischen Motors eine Lenkhilfskraft erzeugt.

Es ist eine elektrische Servolenkvorrichtung vom sogenannten Zahnstangenunterstützungstyp bekannt, die dazu ausgelegt ist, die Ausgangsrotation eines elektrischen Lenkhilfsmotors in die Axialbewegung einer eine Zahnstange aufweisenden Lenkwelle umzuwandeln, und zwar mittels eines Bewegungswandelmechanismus wie eines Kugelspindelmechanismus bzw. -gewindemechanismus.

Bei der elektrischen Servolenkvorrichtung tritt leicht ein Geräusch (Rasseln) auf, und zwar aufgrund eines Spiels der Komponenten des Kugelspindelmechanismus.

Generell sollte das Spiel innerhalb eines Bereiches minimiert werden, der durch die Genauigkeit der Bearbeitung der Komponenten zugelassen bzw. ermöglicht ist, um das Geräusch zu minimieren. Genauer gesagt wird ein sogenannter Montageanpassungsprozess ("matching assembly process") durchgeführt, bei dem Komponenten für die Kugelspindelmechanismen hinsichtlich der dimensionsmäßigen Genauigkeit gemäß der Abweichung klassifiziert werden, und Komponenten, die in Kombination eine akzep table dimensionsmäßige Genauigkeit bereitstellen, werden in die Kugelspindelmechanismen eingebaut. Der Montageanpassungsprozess erfordert jedoch Arbeitszeit, was zu höheren Herstellungskosten führt.

Eine elektrische Servolenkvorrichtung mit einer Lageranordnung, wie sie in den 5A, 5B und 5C gezeigt ist, ist beispielsweise in der japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichung mit der Nr. 10-194140 (1998) offenbart.

Wie es in 5A gezeigt ist, greift eine Kugelmutter 91 eines Kugelspindelmechanismus an einem ersten Endabschnitt 92a einer Lenkwelle 92 in der elektrischen Servolenkvorrichtung an. Ein Ritzel 93, das mit einem (nicht dargestellten) Lenkrad gekoppelt ist, steht mit einem zweiten Endabschnitt 92b der Lenkwelle 92 in Eingriff. Eine Zahnstangenführung 94, die ein Vorspannelement zum Vorspannen der Lenkwelle 92 in Richtung hin zu dem Ritzel 93 aufweist, ist zwischen der Kugelmutter 91 und dem Ritzel 93 angeordnet. Wie es in 5B gezeigt ist, ist die Lenkwelle 92 an drei Punkten gelagert, und zwar mittels der Kugelmutter 91, des Ritzels 93 und der Zahnstangenführung 94.

Andererseits ist eine elektrische Servolenkvorrichtung, die eine Lageranordnung aufweist, wie sie in den 6A, 6B und 6C gezeigt ist, beispielsweise in der japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichung mit der Nr. 10-194149 (1998) offenbart.

Wie es in 6A gezeigt ist, weist die elektrische Servolenkvorrichtung im Wesentlichen dieselbe Konstruktion auf wie die in 5A gezeigte elektrische Servolenkvorrichtung, mit der Ausnahme, dass zusätzlich ein Anschlag 95 zum Begrenzen eines Verwerfens bzw. Verbiegens des zweiten Endabschnittes 92b der Lenkwelle 92 vorgesehen ist. Wie es in 6B gezeigt ist, ist die Lenkwelle 92 unter normalen Zuständen durch drei Punkte gelagert, und zwar durch die Kugelmutter 91, das Ritzel 93 und die Zahnstangenführung 94, auf dieselbe Art und Weise wie bei der in 5B gezeigten elektrischen Servolenkvorrichtung. Wenn der zweite Endabschnitt 92b der Lenkwelle 92 von dem Ritzel 93 weggebogen wird, und zwar über eine vorbestimmte Biegung bzw. einen vorbestimmten Biegungsgrad hinaus, wird der zweite Endabschnitt 92b durch den Anschlag 95 abgestützt.

Bei der ersteren und der letzteren elektrischen Servolenkvorrichtung ist die Lenkwelle 92 in Querrichtung eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Das Ritzel 93 ist in Bezug auf das Fahrzeug vor (in einer Richtung F) der Lenkwelle 92 angeordnet, und die Zahnstangenführung 94 ist in Bezug auf das Fahrzeug hinter (in einer Richtung R) der Lenkwelle 92 angeordnet.

Bei der ersteren und der letzteren elektrischen Servolenkvorrichtung ist die Zahnstangenführung 94, die in Bezug auf die Lenkwelle 92 dem Ritzel 93 gegenüberliegend angeordnet ist, näher an einem axial mittleren Abschnitt (näher an der Kugelmutter 91) angeordnet, so dass eine Stützweite Y zwischen der Kugelmutter 91 und der Zahnstangenführung 94 relativ kurz ist. Demzufolge drückt die Zahnstangenführung 94 die Lenkwelle 92 gegen die Kugelmutter 91, und zwar nach der Art einer Schwenkung um den Eingriffspunkt zwischen der Lenkwelle 92 und dem Ritzel 93 herum, wodurch das Rasseln des Kugelspindelmechanismus eliminiert ist, um das Geräusch zu reduzieren.

Wenn die Lenkwelle 92 jedoch mittels einer Kraft verbogen wird, die von einer Fahrbahnoberfläche aufgenommen wird, wobei der erste und der zweite Endabschnitt 92a, 92b nach hinten versetzt werden (in der Richtung R), wie es in 5C bei der ersten elektrischen Servolenkvorrichtung gezeigt ist, ist die Lagerwelle 92 an zwei Punkten abgestützt, und zwar mittels der Kugelmutter 91 und der Zahnstangenführung 94. Da die Stützweite Y zwischen der Kugelmutter 91 und der Zahnstangenführung 94 kurz ist, besteht die Möglichkeit, dass die Lagerfestigkeit bzw. Stützsteifigkeit bzw. Stützfestigkeit ("support rigidity") der Lenkwelle 92 nicht hinreichend ist.

Wenn die Lenkwelle 92 mittels einer Kraft verbogen wird, die von einer Fahrbahnoberfläche aufgenommen wird, wobei der erste und der zweite Endabschnitt 92a, 92b nach hinten versetzt werden (in der Richtung R), wie es in 6C für die letztere elektrische Servolenkvorrichtung gezeigt ist, wird der zweite Endabschnitt 92B der Lenkwelle 92 nicht abgestützt bzw. gelagert, bis der zweite Endabschnitt 92b nach hinten (in der Richtung R) über den vorbestimmten Biegungsgrad hinaus verbogen wird. Demzufolge besteht eine Möglichkeit, dass die Stützfestigkeit der Lenkwelle 92 nicht hinreichend ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstigere elektrische Servolenkvorrichtung anzugeben, bei der Geräusche reduziert sind und die Stützfestigkeit einer Lenkwelle der elektrischen Servolenkvorrichtung auf einem hinreichenden Niveau gehalten werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Servolenkvorrichtung angegeben, die aufweist: ein Ritzel, das an einer Welle vorgesehen ist, die gemeinsam mit einem Lenkelement drehbar ist; eine Lenkwelle, die einen Zahnstange aufweist, die mit dem Ritzel in Eingriff steht bzw. kämmt, wobei die Lenkwelle axial bewegbar ist; eine Lenkwellenführungseinrichtung, die eine Führung aufweist, die die Lenkwelle führt, so dass diese sich axial bewegen kann, und ein Vorspannelement, dass die Lenkwelle in Richtung hin zu dem Ritzel vorspannt, indem die Führung vorgespannt wird; und einen Bewegungswandlungsmechanismus, der einen Drehzylinder aufweist, der die Lenkwelle umgibt und mittels eines elektrischen Lenkhilfsmotors angetrieben ist, wobei der Bewegungswandlungsmechanismus dazu in der Lage ist, eine Rotation des Drehzylinders in eine Axialbewegung der Lenkwelle umzuwandeln. Die Lenkwelle ist mittels des Drehzylinders, des Ritzels und der Führung gelagert bzw. abgestützt. Das Ritzel ist in axialer Richtung der Lenkwelle zwischen dem Drehzylinder und der Führung angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform ist die Lenkwellenführungseinrichtung betriebsbereit, um die Lenkwelle gegen den Drehzylinder des Bewegungswandlungsmechanismus zu drücken, um einen Eingriffspunkt von Ritzel und Lenkwelle herum. Im Ergebnis ist ein Rasseln, das zwischen der Lenkwelle und dem Drehzylinder auftritt, eliminiert, wodurch Geräusche signifikant reduziert werden können.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Darstellung des schematischen Aufbaus einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II der 1;
3 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht eines elektrischen Motors und eines Kugelspindelmechanismus;
4A ist eine schematische Darstellung einer Lager- bzw. Stützanordnung für eine Lenkwelle;
4B ist ein Diagramm, das die Lageranordnung der 4A weiter schematisiert darstellt;
4C und 4D sind schematische Diagramme, die Zustände darstellen, bei denen eine externe Kraft auf die Lenkwelle der 4B ausgeübt wird, und zwar in Längsrichtung einer Fahrzeugkarosserie;
5A ist eine schematische Darstellung einer Lageranordnung für eine herkömmliche Lenkwelle;
5B ist ein Diagramm, das die Lageranordnung der 5A weiter schematisch darstellt;
5C ist eine schematische Darstellung eines Zustandes, bei dem eine externe Kraft auf die Lenkwelle der 5B ausgeübt wird, und zwar in Längsrichtung einer Fahrzeugkarosserie;
6A ist ein schematisches Diagramm einer Lageranordnung für eine weitere herkömmliche Lenkwelle;
6B ist ein Diagramm, das die Lageranordnung der 6A weiter schematisch darstellt; und
6C ist ein schematisches Diagramm, das einen Zustand darstellt, bei dem eine externe Kraft auf die Lenkwelle der 6B ausgeübt wird, wobei die externe Kraft in Längsrichtung einer Fahrzeugkarosserie ausgeübt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung, die den schematischen Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 1 gezeigt ist, beinhaltet die elektrische Servolenkvorrichtung 1 eine erste Lenkwelle 3, die mit einem Lenkelement 2 wie einem Lenkrad auf eine gemeinsam drehbare Art und Weise verbunden ist, eine zweite Lenkwelle 5, die mit der ersten Lenkwelle 3 über einen Torsionsstab 4 koaxial und gemeinsam drehbar gekoppelt ist, und einen Lenkmechanismus 7, der einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus und dergleichen aufweist und mit der zweiten Lenkwelle 5 verbunden ist, um lenkbare Räder 6 einzulenken.
Der Lenkmechanismus 7 weist eine dritte Lenkstange bzw. Lenkwelle 8 auf, die nicht drehbar in einer axialen Richtung S beweglich ist, sowie Gelenkarme 10, die mit entgegengesetzten Enden der dritten Lenkwelle 8 gekoppelt sind, und zwar über Spurstangen 9, und die die jeweiligen lenkbaren Räder 6 lagern. Das Einlenken der Räder 6 wird durch eine Bewegung der dritten Lenkwelle 8 in axialer Richtung S erzielt. Eine Zahnstange 11 ist an einem axialen Abschnitt der dritten Lenkwelle 8 benachbart zu einem Endabschnitt 18 hiervon vorgesehen.
Die axiale Richtung S der dritten Lenkwelle 8 erstreckt sich quer bzw. transversal zu einem Kraftfahrzeug. In der folgenden Erläuterung wird die dritte Lenkwelle 8 manchmal einfach als "Lenkwelle 8" bezeichnet.
Ein Ritzel 12, das an einem Ende der zweiten Lenkwelle 5 gemeinsam drehbar hiermit (drehfest) gelagert ist, steht mit der Zahnstange 11 in Eingriff. Wenn die erste und die zweite Lenkwelle 3, 5 durch die Betätigung des Lenkelementes 2 gedreht werden, wird die Drehung mittels des Ritzels 12 und der Zahnstange 11 in die axiale Bewegung der dritten Lenkwelle 8 umgewandelt.
Die dritte Lenkwelle 8 und das Ritzel 12 sind in einem Gehäuse 13 aufgenommen. An der zweiten Lenkwelle 5 sind Lager 14, 15 angebracht, die an gegenüberliegenden Seiten des Ritzels 12 in dem Gehäuse 13 angeordnet sind. Die zweite Lenkwelle 5 ist mittels eines zweiten Lagerabschnittes 13B des Gehäuses 13 drehbar gelagert, und zwar über diese Lager 14, 15.
Eine Lenkwellenführungseinrichtung 17, die die Lenkwelle 8 in Richtung hin zu dem Ritzel 12 (hin zu der Rückseite einer Papieroberfläche in 1) vorspannt und die Lenkwelle 8 auf axial gleitbare Art und Weise lagert, ist an einem Endabschnitt 16 des Gehäuses 13 vorgesehen. Die Lenkwellenführungseinrichtung 17 lagert einen Abschnitt des einen Endabschnittes 18 der Lenkwelle 8, wobei dieser Abschnitt dem Ende der Lenkwelle 8 (dem rechten Ende in 1) näher ist als ein Eingriffspunkt des Ritzels 12.
Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 ist von einem sogenannten Zahnstangenunterstützungstyp und ist dazu ausgelegt, einen elektrischen Lenkhilfsmotor 19 anzusteuern, um an die dritte Lenkwelle 8 eine Lenkhilfskraft anzulegen. Die Ausgangsdrehung des elektrischen Motors 19 wird mittels eines Kugelspindelmechanismus 21 als Bewegungswandlungsmechanismus in die Axialbewegung der Lenkwelle 8 umgewandelt. Der Kugelspindelmechanismus 21 ist an dem anderen Endabschnitt 20 des Gehäuses 13 angeordnet und lagert den anderen Endabschnitt 40 der Lenkwelle 8 auf axial bewegliche Art und Weise.
Mit der zuvor genannten Anordnung ist das Ritzel 12 in axialer Richtung der Lenkwelle 8 zwischen dem Kugelspindelmechanismus 21 und der Lenkwellenführungseinrichtung 17 angeordnet. Genauer gesagt, wie es in 4A gezeigt ist, ist das Ritzel 12 zwischen einem Drehzylinder 39 des Kugelspindelmechanismus 21 und einer Führung 26 der Lenkwellenführungseinrichtung 17 angeordnet, wie es nachstehend beschrieben werden wird.
Zum anderen ist ein Drehmomentsensor 22 zum Erfassen eines Betätigungsdrehmomentes des Lenkelementes 2 auf der Grundlage eines relativen Winkelversatzes zwischen der ersten und der zweiten Lenkwelle 3, 5 mittels des Torsionsstabes 4 vorgesehen, und zwar in der Nachbarschaft des Torsionsstabes 4. Ein Erfassungssignal von dem Drehmomentsensor 22 wird in einen Steuerabschnitt 23 eingegeben, der einen Mikroprozessor und dergleichen aufweist. Ferner wird in den Steuerabschnitt 23 ein Erfassungssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 24 zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit eingegeben.
Der Steuerabschnitt 23 gibt ein Steuersignal an eine Ansteuerschaltung 25 als einen Ansteuerabschnitt zum Ansteuern des elektrischen Motors 19 gemäß den Erfassungssignalen von dem Drehmomentsensor 22 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 24 aus. Die Ansteuerschaltung 25, die das Steuersignal empfängt, versorgt den elektrischen Motor 19 mit elektrischer Leistung, um den elektrischen Motor 19 anzusteuern.
Wie es in 2 gezeigt ist, beinhaltet die Lenkwellenführungseinrichtung 17 eine Führung 26, die die dritte Lenkwelle 8 auf axial verschiebliche Art und Weise führt, ein Vorspannelement 27, das die Lenkwelle 8 durch Vorspannen der Führung 26 in Richtung hin zu dem Ritzel 12 vorspannt, eine Einstellschraube 28 zum Einstellen einer Vorspannkraft des Vorspannelementes 27 und eine Verriegelungsmutter 29, die die Einstellschraube 28 gegenüber dem Gehäuse 13 festlegt.
Das Vorspannelement 27 weist ein elastisches Element wie eine Schraubendruckfeder auf, um ein Beispiel zu nennen. Das Gehäuse 13 weist einen zylindrischen dritten Lagerabschnitt 13C auf. Die Führung 26 und das Vorspannelement 27 sind in einem Aufnahmeloch 30 des dritten Lagerabschnittes 13C aufgenommen.
Die Führung 26 ist mittels des dritten Lagerabschnittes 13C in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung S der dritten Lenkwelle 8 beweglich gelagert, d.h. bei der vorliegenden Ausführungsform in einer Richtung nach vorne bzw. nach hinten in Bezug auf das Fahrzeug (in einer Richtung F bzw. einer Richtung R).
Die Einstellschraube 28 wird in einen Gewindeabschnitt geschraubt, der in dem Aufnahmeloch 30 des dritten Lagerabschnittes 13C vorgesehen ist. Durch Einstellen der Eindringtiefe der Einstellschraube 28 in das Aufnahmeloch 30 wird die Kompression des Vorspannelementes 27 eingestellt. Im Ergebnis wird eine Vorspannkraft, die angelegt wird, um die Lenkwelle 8 in Richtung hin zu dem Ritzel 12 vorzuspannen, auf ein gewünschtes Niveau eingestellt. Die Führung 26 weist einen Kontaktabschnitt 31 auf, der einem Umfangsabschnitt der Lenkwelle 8 gegenüberliegt, und wird über den Kontaktabschnitt 31 in Kontakt zu der Lenkwelle 8 gehalten.
Die Länge des Kontaktabschnittes 31, der sich in Kontakt mit der Lenkwelle 8 befindet, gemessen in axialer Richtung S der Lenkwelle 8, ist sehr viel kürzer als die gesamte Länge L3 der Lenkwelle 8 (siehe 1 und 2). Daher wird angenommen, dass die Führung 26 die dritte Lenkwelle 8 in einer einzelnen Position lagert, um zwar in einer axial mittleren Position A der Führung.
3 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht des elektrischen Motors 19 und des Kugelspindelmechanismus 21. Wie es in 3 gezeigt ist, weist der elektrische Motor 19 beispielsweise einen bürstenlosen Motor auf und beinhaltet ein Motorgehäuse 90, das an dem Gehäuse 13 festgelegt ist, einen Stator 32, der an dem inneren Umfang des Motorgehäuses 90 festgelegt ist und sich in axialer Richtung erstreckt, und einen Rotor 33, der von dem Stator 32 koaxial umgeben ist.
Der Kugelspindelmechanismus 21 weist den Drehzylinder 29 als eine Kugelmutter auf, die die Lenkwelle 8 umgibt und die die Lenkwelle 8 auf axial verschiebliche Art und Weise lagert, und weist ferner eine Spindelwelle 41, die als ein Teil der Lenkwelle 8 vorgesehen ist, und eine Vielzahl von Kugeln (Rollelementen) 42 auf, die zwischen dem Drehzylinder 39 und der Spindelwelle 41 vorgesehen sind und in Eingriff stehen mit dem Drehzylinder 39 und der Spindelwelle 41.
Bei dem Kugelspindelmechanismus 21 sind der Drehzylinder 39 und die Spindelwelle 41 mittels der Kugeln 42 ineinandergeschraubt. Der Kugelspindelmechanismus 21 weist eine gewöhnliche Struktur vom sogenannten Innenzirkulations- oder Außenzirkulationstyp auf, wobei die Kugeln in einem Raum zirkulieren, der zwischen einer Gewindevertiefung an dem inneren Umfang des Drehzylinders 39 und einer Gewindevertiefung an dem äußeren Umfang der Spindelwelle 41 definiert ist.
Ein Ende des Drehzylinders 39 ist mit einem Ende des Rotors 33 des elektrischen Motors 19 gekoppelt, und zwar auf gemeinsam drehbare bzw. drehfeste Art und Weise.
Um gegenüberliegende Endabschnitte des Drehzylinders 39 herum sind Lager 35 bzw. 36 eingebaut. Das Gehäuse 13 weist einen zylindrischen ersten Lagerabschnitt 13A auf. Der Drehzylinder 39 ist mittels des ersten Lagerabschnittes 13A des Gehäuses 13 über die Lager 35, 36 drehbar gelagert, kann sich jedoch in axialer Richtung nicht bewegen.
Der Drehzylinder 39 lagert die Spindelwelle 41 in Umfangsrichtung mittels der Kugeln 42, und die dritte Lenkwelle 8, die die Spindelwelle 41 aufweist, wird in Übereinstimmung mit einer Drehung des Drehzylinders 39 axial bewegt.
Die volle Länge des Drehzylinders 39, gemessen in axialer Richtung S der Lenkwelle 8, ist sehr viel kürzer als die Länge L3 der Lenkwelle 8 (siehe 1). Daher wird angenommen, dass der Drehzylinder 39 die dritte Lenkwelle 8 in einer einzelnen Position lagert, d.h. in einer axial mittleren Position B des Drehzylinders 39 in Bezug auf dessen innere, Kugeln aufnehmende Fläche.
4A ist eine schematische einfache bzw. Draufsicht auf eine Ausführungsform der Lageranordnung für die dritte Lenkwelle 8. 4B ist ein Diagramm, das die Lageranordnung der 4A weiter schematisch darstellt. Unter Bezugnahme auf die 4A und 4B ist die Lenkwelle 8 mittels des Drehzylinders 39 des Kugelspindelmechanismus 21, mittels des Ritzels 12 und mittels der Führung 26 der Lenkwellenführungseinrichtung 17 gelagert. Der Drehzylinder 39 lagert die Lenkwelle 8 umfänglich, das Ritzel 12 lagert einen vorderen Abschnitt der Lenkwelle 8, und die Lenkwellenführungseinrichtung 17 lagert einen hinteren Abschnitt der Lenkwelle 8.
Wie es in 4B gezeigt ist, wird eine Kraft P1, die mittels der Lenkwellenführungseinrichtung 17 aufgebracht wird, um einen Druck auf die Lenkwelle 8 auszuüben, in eine Kraft P2 umgewandelt, die aufgebracht wird, um die Lenkwelle 8 gegen den Drehzylinder 29 zu drücken, und zwar nach der Art eines Hebels um das Ritzel 12 herum.
Wenn das Fahrzeug über eine raue Fahrbahn fährt, wird beispielsweise eine äußere Kraft auf die Enden der Lenkwelle 8 von der Fahrbahnoberfläche ausgeübt. Beispielsweise können Momente M1, M1 auf die Lenkwelle 8 wirken, um die Lenkwelle 8 zu verbiegen, wobei die Enden der Lenkwelle 8 nach hinten versetzt werden (in die Richtung R), wie es in 4C gezeigt ist. In diesem Fall ist die Lenkwelle 8 an drei Punkten gelagert, und zwar mittels des Drehzylinders 39, des Ritzels 12 und der Führung 26, und wird verbogen, wie es durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist. In 4C ist der Zustand der Lenkwelle 8 vor dem Verbiegen durch eine gestrichelte Linie gezeigt.
Ferner können auf die Lenkwelle 8 Momente M2, M2 wirken, um die Lenkwelle 8 so zu verbiegen, dass die Enden der Lenkwelle 8 nach vorne versetzt werden (in die Richtung F), wie es in 4D gezeigt ist. In diesem Fall ist die Lenkwelle 8 an zwei Punkten gelagert, und zwar mittels des Drehzylinders 39 und des Ritzels 12, und wird verbogen, wie es durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist. In 4D ist der Zustand der Lenkwelle 8 vor dem Verbiegen durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Der Drehzylinder 39, das Ritzel 12 und die Führung 26 sind positionsmäßig so zueinander angeordnet, dass die Verbiegung der Lenkwelle 8 minimiert wird.
Genauer gesagt, wenn eine Distanz zwischen der axial mittleren Position B des Drehzylinders 39 des Kugelspindelmechanismus 21 und der axial mittleren Position C des Ritzels 12 gleich L1 ist und wenn eine Distanz zwischen der axial mittleren Position C des Ritzels 12 und der axial mittleren Position A der Führung 26 gleich L2 ist, dann beträgt das Distanzverhältnis L1:L2 etwa 20:1 bis 45:1. Das heißt, L1/L2 = 20 bis 45.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform drückt die Führung 26 der Lenkwellenführungseinrichtung 17 die Lenkwelle 8 gegen den Drehzylinder 39 des Kugelspindelmechanismus 21, und zwar nach der Art eines Hebels um das Ritzel 12 herum. Im Ergebnis wird das Rasseln, das zwischen der Lenkwelle 8 und dem Drehzylinder 39 auftreten kann, eliminiert, wodurch Geräusche signifikant reduziert werden können.
Wie es in 4A gezeigt ist, ist die Führung 26 der Lenkwellenführungseinrichtung 17 weiter von dem Drehzylinder 39 entfernt angeordnet als das Ritzel 12, in axialer Richtung S der Lenkwelle 8 gesehen. Das heißt, die Distanz LS zwischen der Führung 26 und dem Drehzylinder 39 ist größer als die Distanz L1 zwischen dem Ritzel 12 und dem Drehzylinder 39 (LS > L1).
Demzufolge ist eine Stützweite zwischen der Führung 26 und dem Drehzylinder 39 (äquivalent zu LS = L1 + L2) nicht kürzer als die Stützweite einer gewöhnlichen elektrischen Servolenkvorrichtung. Selbst wenn die Momente M2, M2, die dazu führen, dass die Lenkwelle 8 verbogen wird, wobei sich die Enden der Lenkwelle 8 nach vorne versetzen (in die Richtung F), auf die Lenkwelle 8 wirken, wie es in 4D gezeigt ist, und wenn im Ergebnis die Lenkwelle 8 an zwei Punkten gelagert ist, und zwar mittels des Drehzylinders 39 und des Ritzels 12, ist die Stützweite L1 virtuell äquivalent zu jener einer herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung. Demzufolge kann die Stützfestigkeit bzw. Lagerfestigkeit bzw. Lagersteifigkeit der Lenkwelle 8 auf im Wesentlichen dem gleichen Niveau wie bei der herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung aufrecht erhalten werden.
Wenn Momente M1, M1, die dazu führen, dass die Lenkwelle 8 verbogen wird, wobei die Enden der Lenkwelle 8 nach hinten versetzt werden (in die Richtung R), auf die Lenkwelle 8 wirken, wie es in 4C gezeigt ist, ist die Lenkwelle 8 an drei Punkten gelagert, und zwar mittels des Drehzylinders 39, des Ritzels 12 und der Führung 26. Im Ergebnis kann die Stützfestigkeit der Lenkwelle 8 drastisch verbessert werden. Demzufolge kann die Stützfestigkeit der Lenkwelle 8 auf einem hinreichenden Niveau aufrechterhalten werden, selbst wenn die Enden der Lenkwelle 8 entweder nach vorne oder nach hinten versetzt werden (in die Richtung F oder die Richtung R).
Ferner kann eine Verringerung der Geräusche des Kugelspindelmechanismus 21 zu niedrigeren Kosten erzielt werden, ohne dass das herkömmlicherweise erforderliche aufwendige Montageanpassungsverfahren durchgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise, obgleich bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Ritzel 12 vor (in der Richtung F) der Lenkwelle 8 angeordnet ist und die Lenkwellenführungseinrichtung 17 hinter (in der Richtung R) der Lenkwelle 8 angeordnet ist, ist diese Anordnung nicht beschränkend.
Das Ritzel 12 und die Lenkwellenführungseinrichtung 17 können hinter (in der Richtung R) bzw. vor (in der Richtung F) der Lenkwelle 8 angeordnet sein.
Ferner kann anstelle des Kugelspindelmechanismus 21 ein Lagerspindelmechanismus ("bearing screw mechanism") als Bewegungswandlungsmechanismus verwendet werden.
Obgleich der elektrische Motor 19 bei der oben beschriebenen Ausführungsform um die Lenkwelle 8 herum vorgesehen ist und der Rotor 33 des elektrischen Motors 19 koaxial zu der Lenkwelle 8 angeordnet ist, ist diese Anordnung nicht beschränkend. Beispielsweise kann der Rotor 33 des elektrischen Motors 19 (entsprechend einer Ausgangswelle) so angeordnet sein, dass er sich entlang einer anderen Achse als die Lenkwelle 8 erstreckt, und der Ausgang des elektrischen Motors 19 kann über Übertragungsmittel bzw. Getriebemittel wie ein Getriebe oder ein Riemen auf den Kugelspindelmechanismus 21 übertragen werden.
Während die vorliegende Erfindung somit im Detail mittels der bestimmten Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, versteht sich für Fachleute, die die vorstehende Offenbarung verstehen, dass an der Erfindung auf einfache Weise Modifikationen, Variationen und Äquivalente vorgenommen werden können. Daher versteht sich, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die nachstehenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
Die vorliegende Anmeldung entspricht der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-122422, die am 25. April 2003 beim Japanischen Patentamt eingereicht wurde, wobei deren Offenbarungsgehalt vorliegend durch Bezugnahme enthalten sein soll.

Claims

Elektrische Servolenkvorrichtung (1) für ein Fahrzeug, mit: einem Ritzel (12), das an einer Welle (5) vorgesehen ist, die gemeinsam mit einem Lenkelement (2) drehbar ist; einer Lenkwelle (8), die eine Zahnstange (11) aufweist, die mit dem Ritzel (12) in Eingriff steht, wobei die Lenkwelle (8) in einer axialen Richtung (S) hiervon beweglich ist; einer Lenkwellenführungseinrichtung (17), die eine Führung (26), die die Lenkwelle (8) zur Bewegung in der axialen Richtung (S) führt, und ein Vorspannelement (27) aufweist, das die Lenkwelle (8) in Richtung hin zu dem Ritzel (12) vorspannt, und zwar durch Vorspannen der Führung (26); und einem Bewegungswandlungsmechanismus (21), der einen Drehzylinder (39) aufweist, der die Lenkwelle (8) umgibt und von einem elektrischen Lenkhilfsmotor (19) angetrieben ist, wobei der Bewegungswandlungsmechanismus (21) eine Drehung des Drehzylinders (39) in die axiale Bewegung der Lenkwelle (8) umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (8) mittels des Drehzylinders (39), des Ritzels (12) und der Führung (26) gelagert ist und dass das Ritzel (12) in axialer Richtung (S) der Lenkwelle (8) zwischen dem Drehzylinder (39) und der Führung (26) angeordnet ist.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Distanz (LS) zwischen einer mittleren Position (B) des Drehzylinders (39) und einer mittleren Position (A) der Führung (26), gemessen in der axialen Richtung (S) der Lenkwelle (8), größer ist als eine Distanz (L1) zwischen der mittleren Position (B) des Drehzylinders (39) und einer mittleren Position (C) des Ritzels (12), gemessen in der axialen Richtung (S) der Lenkwelle (8).
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Distanz (L1) zwischen einer mittleren Position (B) des Drehzylinders (39) und einer mittleren Position (C) des Ritzels (12), gemessen in der axialen Richtung (S) der Lenkwelle (8), 20 bis 45 mal so groß ist wie eine Distanz (L2) zwischen der mittleren Position (C) des Ritzels (12) und einer mittleren Position (A) der Führung (26), gemessen in der axialen Richtung (S) der Lenkwelle (8).
Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (13), das wenigstens einen Teil der Lenkwelle (8) aufnimmt, wobei das Gehäuse (13) einen ersten Lagerabschnitt (13A) aufweist, der den Drehzylinder (39) mittels einer Lageranordnung (35, 36) drehbar lagert, einen zweiten Lagerabschnitt (13B) aufweist, der die mit dem Ritzel (12) versehene Welle (5) mittels eine Lageranordnung (14, 15) drehbar lagert, und einen dritten Lagerabschnitt (13C) aufweist, der die Führung (26) in einer Richtung (F, R) senkrecht zu der axialen Richtung (S) der Lenkwelle (8) beweglich lagert.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungswandlungsmechanismus (21) einen Kugelspindelmechanismus (21) beinhaltet, der eine Kugelmutter (39) als den Drehzylinder (39), eine Spindelwelle (41), die als ein Teil der Lenkwelle (8) vorgesehen ist, und Kugeln (42) aufweist, die mit der Kugelmutter (39) und der Spindelwelle (41) in Eingriff stehen.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (12) oder die Führung (26) der Lenkwellenführungseinrichtung (17) in Bezug auf das Fahrzeug vor (F) der Lenkwelle (8) angeordnet ist und dass das andere Element in Bezug auf das Fahrzeug hinter (R) der Lenkwelle (8) angeordnet ist.