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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Umlaufkugel-Servolenksysteme für Fahrzeuge.
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HINTERGRUND
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Fahrzeuge verwenden Lenksysteme, um von dem Fahrer, etwa durch ein Lenkrad, angewiesene Änderungen in Richtung oder Kurs an lenkbare Räder des Fahrzeugs, häufig die Vorderräder, zu übermitteln. Servolenksysteme unterstützen den Fahrer des Fahrzeugs beim Lenken, indem Kraft zu der hinzugefügt wird, die von dem Fahrer geliefert wird, und die Anstrengung verringert wird, die notwendig ist, um das Lenkrad von Hand einzuschlagen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Servolenksystem zum Übertragen von Drehmoment auf ein Sektorzahnrad vorgesehen. Das Servolenksystem umfasst eine erste Kugelspindel und eine erste Kugelmutter, die die erste Kugelspindel umgibt. Die erste Kugelmutter steht durch mehrere Kugellager mit der ersten Kugelspindel in Drehmomentübertragungsverbindung. Die erste Kugelmutter kämmt auch mit einem Sektorzahnrad zur Drehmomentübertragung mit diesem. Ein Elektromotor ist ausgestaltet, um dem Sektorzahnrad durch die erste Kugelmutter selektiv Drehmoment zuzuführen. Das Servolenksystem kann eine Antriebseinheit umfassen, die zwischen dem Elektromotor und der ersten Kugelmutter angeordnet ist, so dass die Antriebseinheit die Drehmomentübertragung zwischen dem Elektromotor und der ersten Kugelmutter erleichtert.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Ausführungsarten und anderen Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung leicht deutlich werden, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Perspektivansicht eines elektrischen Umlaufkugel-Servolenksystems für ein Fahrzeug;
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2 ist eine schematische, perspektivische Draufsicht im Teilschnitt eines elektrischen Umlaufkugelmechanismus, der mit Servolenksystemen, wie etwa dem System in 1 gezeigten und anderen, verwendbar ist, welche einen Elektromotor zeigt, der an der vorderen Seite des Umlaufkugelmechanismus montiert ist;
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3 ist eine schematische, perspektivische Teilschnittansicht eines elektrischen Umlaufkugelmechanismus, der mit Servolenksystemen ähnlich dem in 1 gezeigten verwendbar ist, die einen Elektromotor zeigt, der an der hinteren oder Eingangswellenseite des Umlaufkugelmechanismus montiert ist;
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4 ist eine schematische, perspektivische Teilschnittansicht eines elektrischen Umlaufkugelmechanismus, der mit Servolenksystemen ähnlich dem in 1 gezeigten verwendbar ist, die eine Kraftübertragung auf den Umlaufkugelmechanismus durch eine zweite Kugelspindel zeigt; und
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5 ist eine schematische, perspektivische Teilschnittansicht eines Umlaufkugelmechanismus, der mit Servolenksystemen ähnlich dem in 1 gezeigten verwendbar ist, die eine Kraftübertragung auf den Kugelumlaufmechanismus durch eine zweite Kugelmutter zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, wann immer es über die mehreren Figuren hinweg möglich ist, ist in 1 ein schematisches Diagramm eines Umlaufkugel-Servolenksystems 10 für ein Fahrzeug gezeigt (der Rest davon ist nicht gezeigt). 1 zeigt einige der primären Komponenten des Lenksystems 10, die in Richtung der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet sein können. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in jene, die in 1 gezeigt sind, eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden.
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Obgleich die vorliegende Erfindung ausführlich anhand von Kraftfahrzeuganwendungen beschrieben wird, werden Fachleute die breitere Anwendbarkeit der Erfindung erkennen. Fachleute werden erkennen, dass Ausdrücke, wie etwa ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”aufwärts”, ”abwärts” usw. für die Figuren beschreibend verwendet werden und keine Einschränkungen am Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, darstellen.
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Das Lenksystem 10 überträgt Rotation und Drehmoment von einem Lenkrad 12 auf einen Lenkstockhebel 14 (teilweise nicht sichtbar), der einen Relaisstab 16 bewegt. Die Räder (nicht gezeigt) des Fahrzeugs werden durch eine Bewegung des Relaisstabs 16 eingeschlagen. Eine Lenksäule 18 ist an dem Lenkrad 12 angebracht und umfasst verschiedene Gestänge, einen Sensor, Schalter und Zubehöre. Das Lenkrad 12 ist lediglich zur Veranschaulichung gezeigt, und andere Arten von Lenkeinrichtungen können mit dem Lenksystem 10 verwendet werden. Ein Umlaufkugelmechanismus 20, von dem Beispiele hierin ausführlicher beschrieben werden, überträgt Drehmoment von dem Lenkrad 12 auf den Lenkstockhebel 14.
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In dem in 1 gezeigten Lenksystem 10 wirkt das Lenkrad 12 als das Eingangselement. Eingangssignale – in der Form von Drehmoment und Drehbewegung – werden durch den Bediener oder Fahrer des Fahrzeugs in das Lenksystem 12 eingegeben. Die Vorderräder des Fahrzeugs sind in dem in 1 gezeigten Lenksystem 10 die Ausgangselemente. Daher befindet ist der Umlaufkugelmechanismus 20 ein Mittler zwischen dem Eingang von dem Lenkrad 12 und dem Ausgang zu dem Lenkstockhebel 14 und den Rädern. Andere Eingangs- und Ausgangselemente können mit dem Lenksystem 10 und dem Umlaufkugelmechanismus 20 verwendet werden. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann der Umlaufkugelmechanismus 20 Eingangssignale von einem Drive-by-Wire-System empfangen, das mit dem Lenkrad 12 nicht direkt verknüpft ist, wobei in diesem Fall das Eingangselement ein Solenoid oder eine kleine Elektromaschine sein kann und die Lenksäule beseitigt oder verkürzt sein kann.
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Darüber hinaus können der Lenkstockhebel 14 und die Relaisstäbe 16 mit Hinterrädern (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verknüpft sein.
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Um das von dem Lenkrad 12 durch den Fahrzeugbediener übertragene Drehmoment selektiv zu erhöhen, umfasst das Lenksystem 10 auch eine elektrische Maschine oder einen Elektromotor 22. Der Umlaufkugelmechanismus 20 überträgt auch Drehmoment und Kraft von dem Elektromotor 22 auf den Lenkstockhebel 14 und kombiniert Drehmoment von sowohl dem Lenkrad 12 als auch dem Elektromotor 22, um den Lenkstockhebel 14 und den Relaisstab 16 zu bewegen. Drehmoment und Drehung von dem Lenkrad 12 werden auf eine Eingangswelle 24 des Umlaufkugelmechanismus 20 übertragen.
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Das Lenksystem 10 zeichnet sich durch das Fehlen eines Verstärkungsmechanismus an der Lenksäule 18 aus, der zwischen dem Lenkrad 12 und der Eingangswelle 24 (teilweise sichtverdeckt) angeordnet ist, so dass das Lenksystem 10 keine Säulenunterstützung umfasst. Darüber hinaus umfasst der Umlaufkugelmechanismus 20 keine hydraulische Verstärkung oder hydraulische Unterstützung. Der Betrag an Drehmoment und Kraft, der durch die elektrische Maschine 22 zugeführt wird, kann auf der Basis der Fahrbedingungen des Fahrzeugs verändert werden.
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Das Lenksystem 10 kann einen Controller oder ein Steuersystem (nicht gezeigt) umfassen. Das Steuersystem kann eine oder mehrere Komponenten mit einem Speichermedium und einer geeigneten Menge an programmierbarem Speicher umfassen, die in der Lage sind, einen oder mehrere Algorithmen oder Verfahren zu speichern und auszuführen, um eine Steuerung des Lenksystems 10 und möglicherweise anderer Komponenten des Fahrzeugs zu bewirken. Das Steuersystem steht mit, zumindest, dem Elektromotor 22 und der Eingangswelle 24 in Verbindung. Das Steuersystem kann mit zahlreichen Sensoren und Kommunikationssystemen des Fahrzeugs in Verbindung stehen. Jede Komponente des Steuersystems kann eine verteilte Controllerarchitektur, wie etwa eine elektronische Steuereinheit (ECU) auf Mikroprozessorbasis, umfassen. Es können zusätzliche Module oder Prozessoren innerhalb des Steuersystems vorhanden sein.
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Nun unter Bezugnahme auf 2 und mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 ist ein Umlaufkugelmechanismus 220 gezeigt, der mit Servolenksystemen, wie etwa dem in 1 gezeigten Lenksystem 10, verwendbar ist. 2 zeigt allgemein eine Draufsicht des Umlaufkugelmechanismus 220. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in jene, die in 2 gezeigt sind, eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden.
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Der Umlaufkugelmechanismus 220 kombiniert Drehmoment von einem Lenkrad (nicht gezeigt) oder einem anderen Eingangselement und einem Elektromotor 222 und überträgt Drehmoment auf einen und von einem Lenkstockhebel 214. Eine Eingangswelle 224 ist funktional mit dem Lenkrad, wie etwa durch eine Lenksäule und ein Gestänge (nicht gezeigt), verbunden und innerhalb eines Gehäuses 225 getragen. Die Eingangswelle 224 kann mit anderen Eingangselementen verbunden sein. Teile des Gehäuses 225 sind entweder entfernt oder im Schnitt gezeigt worden, um die Funktionsweise des Umlaufkugelmechanismus 220 besser zu veranschaulichen. Das Gehäuse 225 (und die anderen gezeigten Gehäuseausgestaltungen) ist nur veranschaulichend und kann gegenüber dem in den Figuren gezeigten unterschiedliche Formen annehmen.
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Die Eingangswelle 224 weist eine erste Kugelspindel 226 auf, die an einem Ende gebildet ist. Die gezeigte erste Kugelspindel 226 ist als ein integrales, einstückiges Element mit der Eingangswelle 224 gebildet. Das Gehäuse 225 kann in mehr als einem Stück gebildet sein und verschiedene Dichtungen und Lager umfassen, um eine Bewegung der Komponenten des Umlaufkugelmechanismus 220 zu erleichtern.
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Eine erste Kugelmutter 228 umgibt die erste Kugelspindel 226 und steht durch mehrere Kugellager 227, die schematisch gezeigt sind, welche zwischen der ersten Kugelspindel 226 und der ersten Kugelmutter 228 zirkulieren, mit der ersten Kugelspindel 226 in Drehmomentübertragungsverbindung. Das Gehäuse 225 umgibt die erste Kugelmutter 228 und führt deren Bewegung, so dass die erste Kugelmutter 228 innerhalb des Gehäuses 225 gleitet, aber nicht rotiert. Eine Drehung des Lenkrads bewirkt, dass die Eingangswelle 224 und die erste Kugelspindel 226 rotieren. Wenn die erste Kugelspindel 226 rotiert, wird die Rotation auf die erste Kugelmutter 228 übertragen und bewirkt eine lineare (links und rechts, wie in 2 betrachtet) Bewegung der ersten Kugelmutter 228.
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Die erste Kugelmutter 228 kämmt mit einem Sektorzahnrad 232 zur Drehmomentübertragung mit diesem. Das Sektorzahnrad 232 ist, wie etwa durch eine Kerbverzahnungs- oder Keilnutverbindung, starr an dem Lenkstockhebel 214 angebracht und kann durch das Gehäuse 225 oder eine andere Struktur getragen oder abgestützt sein. Daher bewirkt eine lineare Bewegung der ersten Kugelmutter 228 eine Drehung des Sektorzahnrads 232, so dass eine Bewegung des Lenkrads zu einer Bewegung des Sektorzahnrads 232 und des Lenkstockhebels 214 führt.
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Der Umlaufkugelmechanismus 220 umfasst einen oder mehrere Sensoren 234, die ausgestaltet sind, um Drehmoment an der Eingangswelle 224 zu ermitteln. Die Sensoren 234 überwachen das Drehmoment und die Verschiebung der Eingangswelle 224 aus den Bedienereingaben in das Lenkrad oder einer anderen Steuereinrichtung. Die Sensoren 234 überwachen auch das Reaktionsdrehmoment, das durch die Fahrzeugräder auf die Eingangswelle 224 übertragen wird. Die Sensoren 234 sind nur schematisch gezeigt und können mehrere Sensoren unterschiedlicher Typen umfassen. Darüber hinaus können die Sensoren 234 mit einem oder mehreren Steuersystemen (nicht gezeigt) in Verbindung stehen, um Signale oder Befehle von den Sensoren 234 zu verarbeiten.
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Der Elektromotor 222 ist ausgestaltet, um dem Sektorzahnrad 232 selektiv Drehmoment durch den Umlaufkugelmechanismus 220 zuzuführen. Der Betrag an Drehmoment, der von dem Elektromotor 222 abgegeben wird, kann zum Teil auf der Grundlage von den Signalen von den Sensoren 234, dem Steuersystem oder anderen Komponenten und Sensoren variabel abgegeben werden. Darüber hinaus kann der Elektromotor 222 zur Verwendung mit anderen Fahrzeugsystemen gesteuert werden, die: elektronische Stabilitätssteuerung, Parkhilfe und Spurabweichung umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Bei Hinterradlenk- oder Drive-by-Wire-Ausgestaltungen können die Sensoren 234 das Lenkrad, das nicht mechanisch mit der Eingangswelle 224 verknüpft zu sein braucht, direkt überwachen.
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Eine Antriebseinheit 236 ist zwischen dem Elektromotor 222 und der ersten Kugelmutter 228 angeordnet und ermöglicht eine Drehmomentübertragung zwischen dem Elektromotor 222 und dem Sektorzahnrad 232. Teile der Antriebseinheit 236 sind entfernt oder geschnitten worden, um die Funktionsweise der Antriebseinheit 236 besser zu veranschaulichen. In der in 2 gezeigten Ausgestaltung wird die Antriebseinheit 236 durch ein Schneckenrad 238 angetrieben. Die Antriebseinheit 236 ist mit der ersten Kugelspindel 226 an dem Ende des Gehäuses 225 entgegengesetzt von der Eingangswelle 224 – der Vorderseite relativ zu der Vorwärtsbewegungsrichtung des Fahrzeugs – direkt verbunden und wirkt auf dieses. Die erste Kugelspindel 226 überträgt dann Drehmoment auf die erste Kugelmutter 228. Daher verstärkt der Elektromotor 222 das Drehmoment und die Kraft, die an das Sektorzahnrad 232 und die Fahrzeugräder abgegeben werden.
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Andere Ausgestaltungen der Antriebseinheit 236, von denen manche hierin besprochen werden, können mit dem Umlaufkugelmechanismus 220 verwendet werden. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann die Antriebseinheit 236 durch eine Kette oder einen Riemen anstatt durch das Schneckenrad 238 angetrieben werden, oder die Antriebseinheit 236 kann andere Zahnräder, Kettenräder usw. umfassen. Darüber hinaus kann die Lage der Verbindung von der Antriebseinheit 236 variieren, solange die Verknüpfung zwischen dem Elektromotor 222 und dem Sektorzahnrad 232 für eine ausreichende Drehmomentübertragung und Lenkunterstützung aufrechterhalten wird.
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Alternativ kann der Umlaufkugelmechanismus 220 mit Hinterradlenksystemen benutzt werden. In einer derartigen Ausgestaltung braucht der Umlaufkugelmechanismus 220 die Eingangswelle 224 nicht zu umfassen, und die Eingangssignale würden von dem Steuersystem kommen, das das Lenkrad überwachen und Fahrerbefehle in Drehmoment umwandeln kann, das benötigt wird, um die Hinterräder (nicht gezeigt) einzuschlagen. Bei Hinterradanwendungen kann der Umlaufkugelmechanismus 220 den Elektromotor 222 als alleinige Drehmomentquelle zum Einschlagen der Hinterräder verwenden.
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Nun unter Bezugnahme auf 3 und mit fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein Umlaufkugelmechanismus 320 gezeigt, der mit Servolenksystemen, wie etwa dem in 1 gezeigten Lenksystem 10, verwendbar ist. 3 zeigt allgemein eine Seitenansicht des Umlaufkugelmechanismus 320, der ähnlich wie der in 2 gezeigte Umlaufkugelmechanismus 220 ist. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in jene, die in 3 gezeigt sind, eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden.
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Der Umlaufkugelmechanismus 320 kombiniert Drehmoment von einem Lenkrad (nicht gezeigt) oder einem anderen Eingangselement und einem Elektromotor 322 und überträgt Drehmoment auf einen und von einem Lenkstockhebel 314. Eine Eingangswelle 324 ist funktional mit dem Lenkrad verbunden und innerhalb eines Gehäuses 325 getragen. Teile des Gehäuses 325 sind entfernt oder geschnitten worden, um die Funktionsweise des Umlaufkugelmechanismus 320 besser zu veranschaulichen. Die Eingangswelle 324 weist eine erste Kugelspindel 326 auf, die an einem Ende gebildet ist. Die gezeigte erste Kugelspindel 326 ist als ein integrales, einstückiges Element mit der Eingangswelle 324 gebildet.
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Eine erste Kugelmutter 328 umgibt die erste Kugelspindel 326 und steht durch mehrere Kugellager (in 3 nicht gezeigt, aber in 2 schematisch veranschaulicht), die zwischen der ersten Kugelspindel 326 und der ersten Kugelmutter 328 zirkulieren, mit der ersten Kugelspindel 326 in Drehmomentübertragungsverbindung. Das Gehäuse 325 umgibt die erste Kugelmutter 328 und führt deren Bewegung. Eine Drehung des Lenkrads bewirkt, dass die Eingangswelle 324 und die erste Kugelspindel 326 rotieren. Wenn die erste Kugelspindel 326 rotiert, wird die Rotation auf die erste Kugelmutter 328 übertragen und bewirkt eine lineare Bewegung (allgemein links und rechts, wie in 3 betrachtet) der ersten Kugelmutter 328.
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Die erste Kugelmutter 328 kämmt mit einem Sektorzahnrad 332 und steht mit diesem in Eingriff (weitgehend sichtverdeckt) zur Drehmomentübertragung mit diesem. Das Sektorzahnrad 332 ist starr, wie etwa durch eine Kerbverzahnungs- oder Keilnutverbindung, an dem Lenkstockhebel 314 angebracht. Daher bewirkt eine lineare Bewegung der ersten Kugelmutter 328 eine Drehung des Sektorzahnrads 332, so dass eine Bewegung des Lenkrads zu einer Bewegung des Sektorzahnrads 332 und des Lenkstockhebels 314 führt.
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Der Umlaufkugelmechanismus 320 umfasst einen oder mehrere Sensoren 334, die ausgestaltet sind, um Drehmoment an der Eingangswelle 324 oder der ersten Kugelspindel 326 zu ermitteln. Die Sensoren 334 überwachen das Drehmoment und die Verschiebung der Eingangswelle 324, die von den Bedienereingaben in das Lenkrad übermittelt werden, und überwachen auch das Reaktionsdrehmoment, das durch die Fahrzeugräder zurück auf die Eingangswelle 324 übertragen wird. Die Sensoren 334 können mehrere Sensoren unterschiedlicher Typen umfassen und können mit einem Steuersystem (nicht gezeigt) in Verbindung stehen, um Signale oder Befehle von den Sensoren 334 zu verarbeiten.
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Der Elektromotor 322 ist ausgestaltet, um dem Sektorzahnrad 332 selektiv Drehmoment durch den Umlaufkugelmechanismus 320 zuzuführen. Der Betrag an Drehmoment, der von dem Elektromotor 322 abgegeben wird, kann zum Teil auf den Signalen von den Sensoren 334, dem Steuersystem oder anderen Komponenten und Sensoren beruhen.
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Eine Antriebseinheit 336 ist zwischen dem Elektromotor 322 und der ersten Kugelmutter 328 angeordnet und ermöglicht eine Drehmomentübertragung zwischen dem Elektromotor 322 und dem Sektorzahnrad 332. Teile der Antriebseinheit 336 sind entfernt oder geschnitten worden, um die Funktionsweise der Antriebseinheit 336 besser zu veranschaulichen. In der in 3 gezeigten Ausgestaltung wird die Antriebseinheit 336 durch ein Schneckenrad 338 angetrieben und ist mit der ersten Kugelspindel 326 direkt verbunden und wirkt auf diese.
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Die Antriebseinheit 336 von 3 wirkt auf das Ende des Gehäuses 325 benachbart zu der Eingangswelle 324, was zulässt, dass der Elektromotor 322 und die Antriebseinheit 336 auf der Lenkradseite des Umlaufkugelmechanismus 320 angeordnet sein können. Die Verbindungen zwischen der Antriebseinheit 336 und der ersten Kugelspindel 326 sind schematisch gezeigt, und einzelne Zahnradzähne sind nicht veranschaulicht. Die erste Kugelspindel 326 überträgt dann Drehmoment auf die erste Kugelmutter 328. Daher verstärkt der Elektromotor 322 das Drehmoment und die Kraft, die an das Sektorzahnrad 332 und die Fahrzeugräder abgegeben werden.
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Nun unter Bezugnahme auf 4 und mit fortgesetzter Bezugnahme auf die 1–3 ist ein Umlaufkugelmechanismus 420 gezeigt, der mit Servolenksystemen, wie etwa dem in 1 gezeigten Lenksystem 10, verwendbar ist. 4 zeigt allgemein eine Seitenansicht des Umlaufkugelmechanismus 420. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in jene, die in 4 gezeigt sind, eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden.
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Der Umlaufkugelmechanismus 420 kombiniert Drehmoment von einem Lenkrad (nicht gezeigt) oder einem anderen Eingangselement und einem Elektromotor 422 und überträgt Drehmoment auf einen und von einem Lenkstockhebel 414. Eine Eingangswelle 424 ist funktional mit dem Lenkrad verbunden und innerhalb eines Gehäuses 425 getragen. Eine Querschnittsebene ist durch das Gehäuse 425 genommen worden, um die Funktionsweise des Umlaufkugelmechanismus 420 besser zu veranschaulichen. Die Eingangswelle 424 weist eine erste Kugelspindel 426 auf, die an einem Ende gebildet ist. Die gezeigte erste Kugelspindel 426 ist als ein integrales, einstückiges Element mit der Eingangswelle 424 gebildet.
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Eine erste Kugelmutter 428 umgibt die erste Kugelspindel 426 und steht durch mehrere Kugellager (nicht gezeigt), die zwischen der ersten Kugelspindel 426 und der ersten Kugelmutter 428 zirkulieren, mit der ersten Kugelspindel 426 in Drehmomentübertragungsverbindung. Das Gehäuse 425 umgibt die erste Kugelmutter 428 und führt deren Bewegung. Eine Drehung des Lenkrads bewirkt, dass die Eingangswelle 424 und die erste Kugelspindel 426 rotieren. Wenn die erste Kugelspindel 426 rotiert, wird die Rotation auf die erste Kugelmutter 428 übertragen und bewirkt eine lineare Bewegung (im Allgemeinen links und rechts, wie in 4 betrachtet) der ersten Kugelmutter 428.
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Die erste Kugelmutter 428 kämmt mit einem Sektorzahnrad 432 (weitgehend sichtverdeckt) zur Drehmomentübertragung mit diesem. Das Sektorzahnrad 432 ist starr, wie etwa durch eine Kerbverzahnungs- oder Keilnutverbindung, an dem Lenkstockhebel 414 angebracht. Daher bewirkt eine lineare Bewegung der ersten Kugelmutter 428 eine Rotation des Sektorzahnrads 432, so dass eine Bewegung des Lenkrads zu einer Bewegung des Sektorzahnrads 432 und des Lenkstockhebels 414 führt.
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Der Umlaufkugelmechanismus 420 umfasst einen oder mehrere Sensoren 434, die ausgestaltet sind, um Drehmoment an der Eingangswelle 424 oder der ersten Kugelspindel 426 zu ermitteln. Die Sensoren 434 überwachen das Drehmoment und die Verschiebung der Eingangswelle 424, die von den Bedienereingaben in das Lenkrad übermittelt werden, und überwacht auch das Reaktionsdrehmoment, das durch die Fahrzeugräder zurück auf die Eingangswelle 424 übertragen wird. Die Sensoren 434 können mehrere unterschiedliche Typen von Sensoren umfassen und können mit einem Steuersystem (nicht gezeigt) in Verbindung stehen, um Signale oder Befehle von den Sensoren 434 zu verarbeiten.
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Der Elektromotor 422 ist ausgestaltet, um dem Sektorzahnrad 432 selektiv Drehmoment durch den Umlaufkugelmechanismus 420 zuzuführen. Der Betrag an Drehmoment, der von dem Elektromotor 422 abgegeben wird, kann zum Teil auf den Signalen von den Sensoren 434, dem Steuersystem oder anderen Komponenten und Sensoren beruhen.
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Eine Antriebseinheit 436 ist zwischen dem Elektromotor 422 und der ersten Kugelmutter 428 angeordnet und ermöglicht eine Drehmomentübertragung zwischen dem Elektromotor 422 und dem Sektorzahnrad 432. Teile der Antriebseinheit 436 sind ebenfalls geschnitten worden, um die Funktionsweise der Antriebseinheit 436 besser zu veranschaulichen.
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Der Umlaufkugelmechanismus 420 umfasst ferner eine zweite Kugelspindel 440, die im Wesentlichen koaxial mit der ersten Kugelspindel 426 ist. Die zweite Kugelspindel 440 steht auch durch die mehreren Kugellager mit der ersten Kugelmutter 428 in Drehmomentübertragungsverbindung. Daher kann Drehmoment von einer oder beiden von der ersten Kugelspindel 426 und der zweiten Kugelspindel 440 auf die erste Kugelmutter 428 übertragen werden.
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In der in 4 gezeigten Ausgestaltung wird die Antriebseinheit 436 durch ein Schneckenrad 438 angetrieben und ist durch ein daran angebrachtes Zahnrad mit der zweiten Kugelspindel 440 direkt verbunden und wirkt auf diese. In der in 4 gezeigten Ausgestaltung wirkt die Antriebseinheit 436 auf das Ende des Gehäuses 425 entgegengesetzt von der Eingangswelle 424. Die Verbindungen zwischen der Antriebseinheit 436 und der zweiten Kugelspindel 440 sind schematisch gezeigt, und einzelne Zahnradzähne sind nicht veranschaulicht. Die zweite Kugelspindel 440 und die erste Kugelspindel 426 übertragen dann kombiniertes Drehmoment auf die erste Kugelmutter 428. Daher verstärkt der Elektromotor 422 das Drehmoment und die Kraft, die an das Sektorzahnrad 432 und die Fahrzeugräder abgegeben werden.
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Nun unter Bezugnahme auf 5 und mit fortgesetzter Bezugnahme auf die 1–4 ist ein Umlaufkugelmechanismus 520 gezeigt, der mit Servolenksystemen, wie etwa dem in 1 gezeigten Lenksystem 10, verwendbar ist. 5 zeigt allgemein eine Seitenansicht des Umlaufkugelmechanismus 520. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in jene, die in 5 gezeigt sind, eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden.
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Der Umlaufkugelmechanismus 520 kombiniert Drehmoment von einem Lenkrad (nicht gezeigt) oder einem anderen Eingangselement und einem Elektromotor 522 und überträgt Drehmoment auf einen und von einem Lenkstockhebel 514. Viel von dem Elektromotor 522 ist in der Ansicht in 5 sichtverdeckt. Eine Eingangswelle 524 ist funktional mit dem Lenkrad verbunden und ist innerhalb eines Gehäuses 525 getragen. Eine Querschnittsebene ist durch das Gehäuse 525 genommen worden, um die Funktionsweise des Umlaufkugelmechanismus 520 besser zu veranschaulichen.
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Die Eingangswelle 524 weist eine erste Kugelspindel 526 auf, die an einem Ende gebildet ist. Die gezeigte erste Kugelspindel 526 ist als ein integrales, einstückiges Element mit der Eingangswelle 524 gebildet. Das Gehäuse 525 kann in mehr als einem Stück gebildet sein und kann verschiedene Dichtungen und Lager umfassen, um eine Bewegung der Komponenten des Umlaufkugelmechanismus 520 zu erleichtern.
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Eine erste Kugelmutter 528 umgibt die erste Kugelspindel 526 und steht mit der ersten Kugelspindel 526 durch mehrere Kugellager (nicht gezeigt), die zwischen der ersten Kugelspindel 526 und der ersten Kugelmutter 528 zirkulieren, in Drehmomentübertragungsverbindung. Das Gehäuse 525 umgibt die erste Kugelmutter 528 und führt deren Bewegung.
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Eine Drehung des Lenkrads bewirkt, dass die Eingangswelle 524 und die erste Kugelspindel 526 rotieren. Wenn die erste Kugelspindel 526 rotiert, wird die Rotation auf die erste Kugelmutter 528 übertragen und bewirkt eine lineare Bewegung (im Allgemeinen links und rechts, wie in 5 betrachtet) der ersten Kugelmutter 528.
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Die erste Kugelmutter 528 kämmt mit einem Sektorzahnrad 532 (weitgehend sichtverdeckt) und steht mit diesem für eine Drehmomentübertragung in Eingriff. Das Sektorzahnrad 532 ist starr, wie etwa durch eine Kerbverzahnungs- oder Keilnutverbindung, an dem Lenkstockhebel 514 angebracht. Daher bewirkt eine lineare Bewegung der ersten Kugelmutter 528 eine Drehung des Sektorzahnrads 532, so dass eine Bewegung des Lenkrads zu einer Bewegung des Sektorzahnrads 532 und des Lenkstockhebels 514 führt. Das Gehäuse 525 und das Sektorzahnrad 532 verhindern eine Rotation der ersten Kugelmutter 526, so dass sie eine Translation ausführen, aber nicht rotieren kann.
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Der Umlaufkugelmechanismus 520 umfasst einen oder mehrere Sensoren 534, die ausgestaltet sind, um Drehmoment an der Eingangswelle 524 oder der ersten Kugelspindel 526 zu ermitteln. Die Sensoren 534 überwachen das Drehmoment und die Verschiebung der Eingangswelle 524, die von den Bedienereingaben in das Lenkrad übermittelt werden, und überwacht auch das Reaktionsdrehmoment, das durch die Fahrzeugräder zurück auf die Eingangswelle 524 übertragen wird. Die Sensoren 534 können mehrere Sensoren unterschiedlicher Typen umfassen und können mit einem Steuersystem (nicht gezeigt) in Verbindung stehen, um Signale oder Befehle von den Sensoren 534 zu verarbeiten.
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Der Elektromotor 522 ist ausgestaltet, um dem Sektorzahnrad 532 durch den Umlaufkugelmechanismus 520 selektiv Drehmoment zuzuführen. Der Betrag an Drehmoment, der von dem Elektromotor 522 abgegeben wird, kann zum Teil auf den Signalen von den Sensoren 534, dem Steuersystem oder anderen Komponenten und Sensoren beruhen.
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Eine Antriebseinheit 536 ist zwischen dem Elektromotor 522 und der ersten Kugelmutter 528 angeordnet und ermöglicht eine Drehmomentübertragung zwischen dem Elektromotor 522 und dem Sektorzahnrad 532. Teile der Antriebseinheit 536 sind ebenfalls geschnitten worden, um die Funktionsweise der Antriebseinheit 536 besser zu veranschaulichen.
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Der Umlaufkugelmechanismus 520 umfasst ferner eine zweite Kugelspindel 540, die im Wesentlichen koaxial mit der ersten Kugelspindel 526 ist. Die zweite Kugelspindel 540 ist integral, als ein Stück, mit der ersten Kugelmutter 528 gebildet. Daher bewegen sich die erste Kugelmutter 528 und die zweite Kugelspindel 540 gemeinsam. Anders als die in 4 gezeigte zweite Kugelspindel 440 gleitet die in 5 gezeigte zweite Kugelspindel 540 nur und rotiert nicht.
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Der Umlaufkugelmechanismus 520 umfasst auch eine zweite Kugelmutter 542, die die zweite Kugelspindel 540 umgibt, und steht durch die mehreren Kugellager, die zwischen der zweiten Kugelspindel 540 und der zweiten Kugelmutter 542 zirkulieren, mit der zweiten Kugelspindel 540 in Drehmomentübertragungsverbindung. Der Umlaufkugelmechanismus 520 kann zwei separate Sätze Kugellager innerhalb der mehreren Kugellager umfassen. Das Gehäuse 525 umgibt auch die zweite Kugelmutter 540 und führt deren Bewegung. Anders als die erste Kugelmutter 526 rotiert die zweite Kugelmutter 542, führt aber keine Translation innerhalb des Gehäuses 525 aus.
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In der in 5 gezeigten Ausgestaltung wird die Antriebseinheit 536 durch eine Kette oder einen Riemen 538 angetrieben und ist durch ein Zahnrad oder einen daran angebrachten Flansch mit der zweiten Kugelmutter 542 direkt verbunden und wirkt auf diese. In der in 5 gezeigten Ausgestaltung wirkt die Antriebseinheit 536 auf das Ende des Gehäuses 525 entgegengesetzt von der Eingangswelle 524. Die Verbindungen zwischen der Antriebseinheit 536 und der zweiten Kugelmutter 542 sind schematisch gezeigt. Die zweite Kugelmutter 542 überträgt Drehmoment von dem Elektromotor 522 auf die zweite Kugelspindel 540, die an der ersten Kugelmutter 528 angebracht ist.
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Das kombinierte Drehmoment von dem Elektromotor 522 durch die zweite Kugelmutter 542 und von dem Lenkrad durch die erste Kugelspindel 526 wird auf die erste Kugelmutter 528 übertragen. Daher verstärkt der Elektromotor 522 das Drehmoment und die Kraft, die an das Sektorzahnrad 532 und die Fahrzeugräder abgegeben werden.
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Die in den Figuren gezeigten Umlaufkugelmechanismen 220, 320, 420 und 520 können auch mit Hinterradlenksystemen in Drive-by-Wire-Ausgestaltungen verwendet werden. In einer derartigen Ausgestaltung können die Umlaufkugelmechanismen 220, 320, 420 und 520 Eingangssignale von dem Lenkrad in Drehmomentbefehle für die Elektromotoren 222, 322, 422 und 522 umwandeln, die dann die Bewegung der Hinterräder steuern werden.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind für die Erfindung unterstützend und beschreibend, aber der Umfang der Erfindung ist allein durch die Ansprüche definiert. Obgleich einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
