DE102005031326A1

DE102005031326A1 - Servo steering for vehicle incorporates a drive belt with chevron grip profiles for quiet operation

Info

Publication number: DE102005031326A1
Application number: DE200510031326
Authority: DE
Inventors: Paul-Gerhard Dr. Hoch; Baozhu Dr. Liang
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-01-11

Abstract

A servo steering system for a vehicle has the servo force transmitted from the servo motor to the steering via a drive belt with a chevron grip pattern and which is looped between similarly profiled pulleys. The chevron pattern is symmetrical to the middle line of the belt with the half pattern on one side of the dividing line offset from the other side by about half a tooth. No centering profiles are required for the belt which self aligns on the pulleys. Different designs of symmetrical grip patterns can be used, e.g. wavy line patterns.

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung.The The invention relates to a power steering device.

In heutigen Kraftfahrzeugen wird beinahe ausschließlich die Achsschenkellenkung meist in Verbindung mit der Einzelradaufhängung verwendet. Dabei erfolgt die Lenkkraftübertragung vom Lenkrad über die Lenksäule auf ein Lenkgetriebe und von dort auf die Lenkstange über die Lenkhebel auf die Achsschenkel der Räder, die über ein Federbein kombiniert mit einem Stützlager mit dem übrigen Fahrzeug verbunden sind. Um mit geringen Lenkbewegungen und geringer Kraft, die aufgrund immer schwerer Fahrzeuge und immer breiterer Reifen, immer größeren Lenkkräfte aufzubringen, kommt in den meisten Fällen ein Lenkkraftverstärker, die Servolenkung zum Zug. Dabei reduziert die Servolenkung, insbesondere im Stand, beim Rangieren oder bei geringen Fahrgeschwindigkeiten, die vom Fahrer aufzubringenden Lenkkräfte. In einer Ausführungsform ist die Servolenkung elektrischmechanisch ausgebildet, wobei die elektrische Hilfskraftlenkung nur dann arbeitet, wenn Lenkbewegungen stattfinden.In Today's vehicles are almost exclusively the steering knuckle mostly used in conjunction with the independent suspension. This takes place the steering power transmission from the steering wheel over the steering column on a steering gear and from there on the handlebar over the Steering arm on the knuckles of the wheels, which combined via a strut with a support bearing with the rest Vehicle are connected. Order with little steering and less Force due to ever heavier vehicles and getting wider Tires to apply ever greater steering forces comes in most cases a power steering, the power steering to the train. This reduces the power steering, in particular standing, maneuvering or at low speeds, the steering forces to be applied by the driver. In one embodiment the power steering is electrically mechanically formed, wherein the electric Power steering only works when steering movements take place.

Weiterhin ist es bekannt, dass zur Drehmomentübertragung zwischen einem Elektromotor der elektrischen Servolenkvorrichtung und einem davon mit anzutreibenden Lenkungselement die Abtriebswelle des Elektromotors sowie das Lenkungselement jeweils mit einer Riemenscheibe versehen sind, die miteinander über einen Zahnriemen verbunden sind. Dadurch werden mit Vorteil vom Lenkungselement herkommende Stoßbelastungen und Vibrationen mit Vorteil nur gedämpft auf den Elektromotor übertragen. Andererseits können durch den Eingriff der Zähne des Zahnriemens und der Zähne der Riemenscheiben während des Lenkens Vibrationen und Geräusche erzeugt werden, die sich auch in das Innere des Fahrzeugs als Geräusch bzw. Rauschen ausbreiten können und als störend empfunden werden.Farther It is known that for torque transmission between an electric motor the electric power steering apparatus and one of them to be driven Steering element, the output shaft of the electric motor and the steering element respectively are provided with a pulley, which together via a toothed belt are connected. As a result, advantageously coming from the steering element shocks and vibrations transmitted with advantage only attenuated to the electric motor. On the other hand through the engagement of the teeth of the toothed belt and the teeth the pulleys during of steering vibrations and noises be generated, which is also in the interior of the vehicle as a noise or Can spread noise and as disturbing be felt.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Servolenkvorrichtung zu schaffen, die besonders geräuscharm ist.A The object of the invention is therefore to provide an improved power steering device to create, which is particularly quiet is.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The The object is solved by the subject matter of claim 1. advantageous Embodiments are described in the subclaims.

Gemäß Anspruch 1 sind bei einer Servolenkvorrichtung mit einem Motor zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft und mit einem bewegbar gelagerten Lenkungselement, bei der der Motor und das Lenkungselement jeweils mit wenigstens einer Riemenscheibe verbunden sind, die durch einen Riemen miteinander verbunden sind, die Riemenscheiben und der Riemen mit einer Pfeilverzahnung ausgebildet.According to claim 1 are in a power steering apparatus with a motor for generating a steering aid and with a movably mounted steering element, in which the motor and the steering element each with at least a pulley connected by a belt with each other connected, the pulleys and the belt with an arrow toothing educated.

Durch die Pfeilverzahnung werden Störungen in Folge des Eingriffs der Zähne des Riemens und der Zähne der Riemenscheiben auf ein Mindestmaß herabgesetzt, so dass davon ausgehend mit Vorteil keine Geräusche in ein Fahrzeuginneres übertragen werden. Dazu hat die Pfeilverzahnung gegenüber einer einfachen Schrägverzahnung, die zwar gegenüber einer Geradverzahnung auch schon geringere Störungen in Folge des Zahneingriffs mit sich bringt, aber keinesfalls frei von derartigen Störungen ist, den weiteren Vorteil, dass anders als bei der Schrägverzahnung keine Borde an den Riemenscheiben vorzusehen sind, um ein Ablaufen des Zahnriemens zu verhindern, wodurch mit Vorteil eine potentielle Geräuschquelle und ein zusätzlicher Energieverbrauch infolge der Gleitreibung am Bord vermieden wird.By the hedge gearing becomes interference as a result of the engagement of the teeth of the belt and teeth the pulleys are minimized so that of it starting with no noise advantage transferred to a vehicle interior become. For this purpose, the herringbone has compared to a simple helical gearing, while facing a straight toothing even lower disturbances as a result of meshing entails, but is in no way free from such disturbances, the further advantage that unlike the helical gearing no shelves are to be provided on the pulleys to drain To prevent the timing belt, thereby advantageously a potential noise source and an additional one Energy consumption due to the sliding friction on board is avoided.

Dabei ist die Pfeilverzahnung derart ausgebildet, dass eine von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand des Riemens und der Riemenscheiben verlaufende Kopflinie der Zähne in etwa zwei Schenkeln eines Dreiecks entspricht, zickzack-, bogen- oder wellenförmig ist. Besagte bogenförmige Ausbildung wird dabei auch als Doppelbogenverzahnung bezeichnet. In anderen Ausführungsformen ist die Pfeilverzahnung derart ausgebildet, dass ein Teil der Pfeilverzahnung, der auf der einen Seite einer in Umfangsrichtung umlaufenden Mittenlinie des Riemens und der Riemenscheiben angeordnet ist, gegenüber dem auf der anderen Seite angeordneten Teil der Pfeilverzahnung in Umfangsrichtung, insbesondere um etwa einen halben Zahnabstand versetzt ist. In allen Fällen aber haben der Riemen und die Riemenscheiben die Eigenschaft, dass sich unabhängig von einem Flankenwinkel der Verzahnung axiale Kräfte im Riemen und den Riemenscheiben mit Vorteil selbst kompensieren. Dies gilt auch noch, wenn beiderseits einer in Umfangsrichtung, durch die Scheitelpunkte der Kopflinien der Zähne umlaufenden Linie betragsmäßig unterschiedliche Flankenwinkel bis zu einem Unterschied von in etwa 10° vorliegen, womit auch nach wie vor vorgenannte Borde an den Riemenscheiben mit Vorteil nicht benötigt werden.there the arrow toothing is formed such that one of a Edge to the opposite Edge of the belt and the pulleys running head line of the Teeth in is about two legs of a triangle, zigzag, arc or wavy. Said arched Training is also referred to as double-arc toothing. In other embodiments the arrow toothing is designed such that a part of the arrow toothing, on one side of a circumferentially circumferential center line the belt and the pulleys is arranged, opposite to the on the other side arranged part of the helical gearing in the circumferential direction, in particular offset by about half a tooth spacing. In all make but the belt and the pulleys have the property that independent from a flank angle of the teeth axial forces in the belt and the pulleys compensate yourself with advantage. This also applies if both sides one in the circumferential direction, through the vertices of the head lines the teeth circulating line in amount different Flank angles up to a difference of about 10 °, which still includes the aforementioned ribs on the pulleys not needed with advantage become.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens eine der Riemenscheiben und/oder der Riemen aus zwei einzelnen schrägverzahnten Scheiben bzw. Riemen, insbesondere eine einstückige Einheit ausbildend zusammengesetzt.In An advantageous embodiment is at least one of the pulleys and / or the belt of two individual helical disks or belts, in particular a one-piece Unit forming composite.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiment of the invention described below based on the figure.

Die Figur zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Prinzipskizze Teile einer Servolenkvorrichtung, wobei die Riemenscheiben 12 und 14 und ein diese verbindender Zahnriemen 16 geschnitten und die übrigen Teile schematisch ungeschnitten dargestellt sind. Die Servolenkvorrichtung umfasst dabei eine Lenkzahnstange 22, die sich im wesentlichen in Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt. Diese Lenkzahnstange 22 ist in an sich bekannter Weise zum Lenken von Rädern entsprechend mit den Rädern gekoppelt. Ein Drehen eines Lenkrades des Fahrzeugs bewirkt dabei eine entsprechende Linearbewegung der Lenkzahnstange 22 in Breitenrichtung des Fahrzeugs. Weiterhin ist die Lenkzahnstange 22 mit einem Wandler 24 gekoppelt, mittels dem eine Rotationsbewegung eines äußeren Teil des Wandlers 24 in eine Translationsbewegung der Lenkzahnstange 22 umsetzbar ist. Dieser Wandler 24 umfasst beispielsweise einen Kugelgewindemechanismus. Das äußere drehbare Teil des Wandlers 24 ist dabei mit der ersten Riemenscheibe 12 verbunden.The figure shows as an embodiment of the invention as a schematic diagram parts of a power steering apparatus, wherein the pulleys 12 and 14 and a timing belt connecting them 16 cut and the remaining parts are shown schematically uncut. The power steering device comprises a steering rack 22 which extends substantially in the width direction of the vehicle. This steering rack 22 is coupled in a conventional manner for steering wheels accordingly with the wheels. A turning of a steering wheel of the vehicle causes a corresponding linear movement of the steering rack 22 in the width direction of the vehicle. Furthermore, the steering rack 22 with a converter 24 coupled, by means of a rotational movement of an outer part of the transducer 24 in a translational movement of the steering rack 22 is feasible. This converter 24 includes, for example, a ball screw mechanism. The outer rotatable part of the transducer 24 is with the first pulley 12 connected.

Die Servolenkvorrichtung umfasst weiterhin einen Elektromotor 32 zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft, wobei der Elektromotor 32 eine von ihm antreibbare Welle 34 umfasst, auf der die zweite Riemenscheibe 14 befestigt ist, die über den Zahnriemen 16 mit der ersten Riemenscheibe 12 an der Lenkzahnstange 22 verbunden ist. Dabei sind sowohl die beiden Riemenscheiben 12 und 14 als auch der Zahnriemen 16 zueinander passend mit einer Pfeilverzahnung ausgebildet. Dabei ist die Pfeilverzahnung derart gestaltet, dass eine von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand des Zahnriemens 16 und der Riemenscheiben 12 und 14 verlaufende Kopflinie der Zähne in etwa den beiden gleichlangen Katheten eines Dreiecks entspricht. Durch die Pfeilverzahnung werden Störungen in Folge des Eingriffs der Zähne des Zahnriemens 16 und der Zähne der Riemenscheiben 12 und 14 auf ein Mindestmaß herabgesetzt, so dass davon ausgehend mit Vorteil keine Geräusche in ein Fahrzeuginneres übertragen werden. Dazu hat die Pfeilverzahnung gegenüber einer einfachen Schrägverzahnung, die zwar gegenüber einer Geradverzahnung auch schon geringere Störungen in Folge des Zahneingriffs mit sich bringt, aber keinesfalls frei von derartigen Störungen ist, den weiteren Vorteil, dass anders als bei der Schrägverzahnung keine Borde an den Riemenscheiben 12 und 14 vorzusehen sind, um ein Ablaufen des Zahnriemens 16 zu verhindern.The power steering apparatus further includes an electric motor 32 for generating a steering assist force, wherein the electric motor 32 a wave drivable by him 34 Includes, on the second pulley 14 is attached, over the timing belt 16 with the first pulley 12 at the steering rack 22 connected is. Here are both the pulleys 12 and 14 as well as the timing belt 16 formed matching each other with an arrow toothing. The arrow toothing is designed such that one of an edge to the opposite edge of the toothed belt 16 and the pulleys 12 and 14 extending head line of the teeth corresponds approximately to the two equal-length catheters of a triangle. The herringbone toothing causes disturbances as a result of the engagement of the teeth of the toothed belt 16 and the teeth of the pulleys 12 and 14 minimized, so that it is advantageous to transmit no noise into a vehicle interior. For this purpose, the herringbone has compared to a simple helical gearing, which compared to a straight gearing even less interference due to the meshing entails, but is not free of such interference, the further advantage that, unlike the helical gearing no borders on the pulleys 12 and 14 are provided to drain the belt 16 to prevent.

In anderen Ausführungsformen kann gemäß vorausgehender Definition die Pfeilverzahnung auch zickzack-, bogen- oder wellenförmig ausgebildet sein. In wiederum einer anderen Ausführungsform kann die Pfeilverzahnung derart ausgebildet sein, dass ein Teil der Pfeilverzahnung, der auf der einen Seite einer in Umfangsrichtung umlaufenden Mittenlinie des Riemens und der Riemenscheiben angeordnet ist, gegenüber dem auf der anderen Seite angeordneten Teil der Pfeilverzahnung in Umfangsrichtung, insbesondere um etwa einen halben Zahnabstand versetzt ist.In other embodiments can according to previous Definition the herringbone be zigzag, bow or wave-shaped. In yet another embodiment the arrow toothing be designed such that a part of the arrow toothing, on one side of a circumferentially circumferential center line the belt and the pulleys is arranged, opposite to the on the other side arranged part of the helical gearing in the circumferential direction, in particular offset by about half a tooth spacing.

Der Elektromotor 32 unterstützt die vom Fahrer des Fahrzeugs ausgeführten Lenkbewegungen insbesondere im Stand, beim Rangieren oder bei geringen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs und reduziert damit die vom Fahrer aufzubringenden Lenkkräfte; verbraucht somit mit Vorteil auch nur dann elektrische Energie, wenn solche Lenkbewegungen stattfinden.The electric motor 32 Supports the steering movements performed by the driver of the vehicle, in particular when standing, maneuvering or at low driving speeds of the vehicle and thus reduces the steering forces to be applied by the driver; consumes thus advantageously only then electrical energy when such steering movements take place.

Weiterhin kann die Servolenkvorrichtung Mittel umfassen, mit denen eine Spannung des Riemens einstellbar ist. Dabei kann es sich um einen an sich bekannten Riemenspanner bzw. eine Spannrolle handeln.Farther For example, the power steering apparatus may include means for applying a voltage of the belt is adjustable. It may be a known per se Belt tensioner or a tension roller act.

In einer anderen Ausführungsform kann die erste Riemenscheibe auch an einer Lenkwelle angeordnet sein, die infolge einer Lenkraddrehung mit gedreht wird. Ein entsprechender Wandler 24, wie bei der Lenkzahnstange 22, ist dabei nicht erforderlich, sondern die erste Riemenscheibe kann unmittelbar auf der Lenkwelle befestigt sein.In another embodiment, the first pulley may also be arranged on a steering shaft which is rotated as a result of a steering wheel rotation. A corresponding converter 24 , as with the steering rack 22 , is not required, but the first pulley can be mounted directly on the steering shaft.

12, 1412 14: Riemenscheibepulley
1616: Zahnriementoothed belt
2222: LenkzahnstangeSteering rack
2424: Wandlerconverter
3232: Elektromotorelectric motor
3434: Wellewave

Claims

A power steering apparatus comprising a motor for generating a steering assist force and a movably mounted steering element, wherein the motor and the steering element are each connected to at least one pulley, which are interconnected by a belt, characterized in that the pulleys and the belt with an arrow toothing are formed.

Power steering apparatus according to claim 1, wherein the haunches is formed such that one from one edge to the opposite Edge of the belt and the pulleys running head line of the Teeth in about two legs of a triangle, zigzag, bow or wavy.

Power steering device according to one of claims 1 or 2, wherein a part of the herringbone gearing, the is arranged on the one side of a circumferential circumferential center line of the belt and the pulleys, is offset relative to the arranged on the other side part of the arrow teeth in the circumferential direction.

Power steering apparatus according to claim 3, wherein the offset is about half the distance between teeth.

Power steering device according to one of claims 1 to 4, wherein the steering element is designed as a steering shaft, the torque wise with a Vehicle steering wheel is coupled.

Power steering apparatus according to claim 5, wherein a the pulleys is mounted on a portion of the steering shaft.

Power steering device according to one of claims 1 to 4, wherein the steering element formed as a steering rack is substantially along a width direction of a Vehicle extends.

Power steering device according to claim 7, wherein between the pulley of the steering rack and the steering rack means are arranged, with which a rotational movement of the pulley in a translational movement of the steering rack is implemented.

Power steering apparatus according to claim 8, wherein the means comprise a ball screw mechanism.

Power steering device according to one of claims 1 to 9, wherein the power steering device means for adjusting a voltage of the belt.

Power steering device according to one of claims 1 to 10, wherein the motor is an electric motor.

Power steering device according to one of claims 1 to 11, wherein at least one of the pulleys and / or the belt from at least two individual, helical discs or partial belts are composed.

Power steering device according to one of claims 1 to 12, wherein at least one of the pulleys and / or the belt one piece are formed.