DE102014111624A1

DE102014111624A1 - Universalhülsen-Drehmomentüberlagerungsanordnung

Info

Publication number: DE102014111624A1
Application number: DE102014111624.0A
Authority: DE
Inventors: Jason A. Dutsky; Joel E. Birsching; Martin P. Sheridan
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2034-08-15
Also published as: US20150047919A1; DE102014111624B4; US9415802B2; CN104527779B; CN104527779A

Abstract

In einem Aspekt der Erfindung wird ein Servolenkunterstützungssystem geschaffen. Das System enthält ein Gehäuse, eine Aktuatoranordnung, eine Drehventilanordnung, eine Lageranordnung, einen Differenzdruckwandler und einen Koppler. Der Koppler enthält ein erstes Ende und ein freies zweites Ende, wobei das freie zweite Ende aus dem Gehäuse verläuft und zum Koppeln mit einer Komponente eines Lenkgetriebesystems konfiguriert ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung lfd. Nr. 61/866,111, eingereicht am 15. August 2013, die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf ein Fahrzeuglenkungssystem und insbesondere auf ein Universal-Lenkungsunterstützungssystem zum Verbinden mit einem Hydrauliklenkgetriebe.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einigen Fahrzeugen sind Servolenkungssysteme dafür ausgelegt, eine Hydraulikunterstützung bereitzustellen, um zu ermöglichen, dass ein Fahrer eine Fahrtrichtungsänderung des Fahrzeugs abschließt. Zum Beispiel übt der Fahrer eine Lenkungseingabe über ein Lenkrad, das zur Drehung mit einer ersten Welle verbunden ist, aus. Die erste Welle ist zur Drehung mit einer zweiten Welle gekoppelt, die wiederum mit einem Lenkmechanismus verbunden ist. Die erste und die zweite Welle sind durch ein nachgiebiges Organ wie etwa einen Torsionsstab zur Drehmomentübertragung miteinander gekoppelt, was ermöglicht, dass sich die erste Welle in Bezug auf die zweite Welle dreht.
Einige bekannte Hydrauliklenkungssysteme verwenden ein Lenkgetriebe von der Kugelumlaufbauart oder ein Lenkgetriebe von der Zahnstangenbauart, von denen jedes in der Lage sein kann, Funktionen wie etwa Parkassistenz, Fahrspurhaltung, Voreilungs- und Zugausgleich, Einschlaferkennung, aktive Mittenrückstellung, aktive Dämpfung oder Fahrdynamikhilfe bereitzustellen. Um solche Zusatzleistungsmerkmale bereitzustellen, ist üblicherweise ein System wie etwa z. B. ein hydraulisches System mit variablem Lenkaufwand erforderlich. Allerdings ist die Werkzeugausstattung für ein fabrikneues Lenkgetriebe als Schnittstelle mit dem Lenkungssystem teuer und zeitaufwendig.
Dementsprechend ist es erwünscht, ein Universal-Lenkungssystem zu schaffen, das an mehrere vorhandene Lenkgetriebesysteme anpassbar ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Servolenkunterstützungssystem geschaffen. Das System enthält ein Gehäuse, eine Aktuatoranordnung, eine Drehventilanordnung, eine Lageranordnung, einen Differenzdruckwandler und einen Koppler. Der Koppler enthält ein erstes Ende und ein freies zweites Ende, wobei das freie zweite Ende aus dem Gehäuse verläuft und zum Koppeln mit einer Komponente eines Lenkgetriebesystems konfiguriert ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Baugruppe zum Bereitstellen einer Lenkunterstützung für ein Fahrzeug geschaffen. Die Baugruppe ist konfiguriert, mit einem Fahrzeuglenkgetriebesystem zu koppeln, und enthält ein Gehäuse, eine Aktuatoranordnung, eine Drehventilanordnung, eine Lageranordnung, einen Differenzdruckwandler und einen Koppler. Der Koppler enthält ein erstes Ende und ein freies zweites Ende, wobei das freie zweite Ende aus dem Gehäuse verläuft und zum Koppeln mit einer Komponente eines Lenkgetriebesystems konfiguriert ist.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist besonders in den Ansprüchen am Schluss der Patentschrift dargelegt und charakteristisch beansprucht. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen:
1 eine Seitenansicht eines beispielhaften Lenkunterstützungs-Hülsensystems ist;
2 eine Unteransicht des in 1 gezeigten Systems ist;
3 eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Systems ist; und
4 eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Kopplers des in 1–3 gezeigten Systems ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Systeme und Verfahren für Drehmomentüberlagerungsanordnungen für Servolenkungssysteme beschrieben. Viele Lenkungssysteme können Funktionen wie etwa Parkassistenz und Fahrdynamikregelungshilfe nicht ausführen. Allerdings ermöglichen die hier beschriebenen Drehmomentüberlagerungsanordnungen solche Funktionen durch Bereitstellen eines magnetischen Aktuators, um ein Drehmoment unabhängig von der Fahrereingabe anzuwenden. Die Drehmomentüberlagerungsanordnung enthält einen vielseitigen Koppler (z. B. einen Universalkoppler), der mit einem Hydrauliklenkgetriebe irgendeiner Bauart verbinden kann. Somit sind die Drehmomentüberlagerungsanordnungen dem Wesen nach modular und können mit vielen Typen von Lenkgetriebeanordnungen universell verwendet werden.
Nun in den Figuren, in denen die Erfindung anhand spezifischer Ausführungsformen beschrieben ist, ohne diese zu beschränken, ist in 1–3 eine beispielhafte Ausführungsform eines modularen Hydraulikunterstützungs-Servolenkungs-Hülsensystems 10 für ein Fahrzeug dargestellt. Allgemein enthält das System 10 ein Ventilgehäuse 12 und eine zugeordnete Abdeckung 14, die allgemein eine magnetische Aktuatoranordnung 20, eine hydraulische Drehventilanordnung 22, eine Lageranordnung 24, einen Differenzdrucksender oder Differenzdruckwandler 26 und einen Universalkoppler 28 aufnehmen.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält das System 10 eine Eingangswelle 38, die durch ein Lager 40 drehbar gestützt ist. Die Eingangswelle 38 enthält eine Bohrung 42 zur Aufnahme eines Torsionsstabs 44, ein erstes Ende 46 und ein zweites Ende 48. Das erste Ende 46 des Torsionsstabs ist zur Drehung auf herkömmliche Weise mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs gekoppelt und das zweite Ende 48 ist mit einem Koppler 28 gekoppelt, der konfiguriert ist, mit einem vorhandenen Lenkgetriebe (nicht gezeigt), wie hier ausführlicher beschrieben wird, zu koppeln. Die Orientierung der Eingangswelle 38 zu dem Koppler 28 wird z. B. mit Mitnehmerstiften (nicht gezeigt) gesteuert, die in den Koppler 28 drücken und an entsprechende Mitnehmerschlitze (nicht gezeigt), die in der Aktuatoranordnung 20 gebildet sind, angepasst sind.
Die magnetische Aktuatoranordnung 20 enthält einen Permanentmagnetring 50, der mit der Welle 38 gekoppelt ist, und eine Spule 52 zum Erzeugen eines magnetischen Flusses. Der magnetische Fluss veranlasst, dass sich der Ring 50 dreht und an der Welle 38 ein Drehmoment erzeugt, das das effektive Zentrierdrehmoment des Torsionsstabs 44 ändert, um den Grad der Lenkunterstützung (d. h. des Lenkunterstützungs-Verstärkungsdrucks), die für eine gegebene auf das Lenkrad des Fahrzeugs ausgeübte manuelle Lenkeingabe erzielt wird, zu ändern.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Hydraulik-Drehventilanordnung 22 konfiguriert, eine Hydraulikunterstützung für den Lenkbetrieb des Fahrzeugs bereitzustellen. Die Hydraulik-Drehventilanordnung 22 enthält die Anschlüsse 54, 56 und 58 und eine Dichtung 60.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält die Lageranordnung 24 eine Mutter 62 zur Lagerhalterung, eine oder mehrere Rollen 64, eine Spannschlossmutter 66 zum Koppeln mit dem Lenkgetriebe, eine Trennwand 68 und einen Abstandshalter 70 zum Trennen der Lager 72 und 74 (z. B. Axiallager). Die Lageranordnung 24 ist zum Unterstützen der Drehbewegung des Universalkopplers 28 konfiguriert. Die Lager 72 und 74 und die Mutter 62 belasten den Universalkoppler 28 in der axialen Richtung vor (d. h., der Universalkoppler 28 ist axial belastet). Allerdings ermöglicht die Lageranordnung 24 ein radiales Rutschen, um an eine Fehlausrichtung zwischen dem Universalkoppler 28 und dem Lenkgetriebe anzupassen. Es ist wichtig anzumerken, dass die Lageranordnung 24 nicht dafür bemessen ist, die Axiallasten des Lenkgetriebes wie etwa Straßenereignisse (z. B. statische Lenkung oder Schlaglochstoß) zu behandeln. Die Lageranordnung 24 braucht nur dafür bemessen zu sein, Kräfte während der Montage und das Hydraulikfluids innerhalb der Anordnung selbst zu behandeln, die im Vergleich zu den Kräften auf das Fahrzeuglenkgetriebe minimal sind.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Differenzdruckwandler 26 in der Nähe der Hydraulik-Drehventilanordnung 22 mit dem Gehäuse 12 gekoppelt. Der Differenzdruckwandler 26 wandelt den Druck in ein elektrisches Signal um. Ein beispielhafter Typ eines Druckwandlers ist ein Wandler auf Dehnmessstreifengrundlage, wobei die Umwandlung des Drucks in ein elektrisches Signal durch die physikalische Verformung eines oder mehrerer Dehnmessstreifen, die in die Membran des Druckwandlers geklebt sind, erzielt wird. Die Membran kann das Sensorelement wie etwa den Dehnmessstreifen vor dem Fluid, das gemessen wird, schützen helfen. Ein Dehnmessstreifen ist ein resistives Element, dessen Widerstand sich mit dem Betrag der darauf ausgeübten Dehnung ändert. Der auf den Wandler ausgeübte Druck kann eine Durchbiegung der Membran erzeugen, die für die Dehnmessstreifen eine Dehnung einführt, die eine Änderung des elektrischen Widerstands proportional zu dem Druck erzeugt.
Anhand von 3 und 4 enthält der Koppler 28 in der beispielhaften Ausführungsform ein erstes Ende 76, das mit einem Torsionsstab 44 und/oder mit einer Welle 38 gekoppelt ist, und ein freies zweites Ende 78, das aus dem Gehäuse 12 verläuft. Der Koppler 28 ist für die für die Universalanwendung spezifische Kopplung mit einem Lenkgetriebe eines Fahrzeugs konfiguriert. Zum Beispiel kann der Koppler 28 eine Schnecke, ein Ritzel oder ein Keilprofil zum funktionalen Koppeln mit einem Lenkgetriebe (z. B. einem Lenkgetriebe von der Kugelumlaufbauart, einem Lenkgetriebe von der Zahnstangenbauart usw.) enthalten. Außerdem kann der Koppler 28 dafür ausgelegt sein, in das Lenkgetriebe pressgepasst zu werden, oder gebohrt und auf das Lenkgetriebe gesteckt zu werden. Allerdings kann der Koppler 28 eine Art einer Kopplung enthalten, die ermöglicht, dass das System 10 wie hier beschrieben fungiert. Es ist wichtig anzumerken, dass der Koppler 28 variabel ausgelegt ist, um mit einem vorhandenen Lenkgetriebe (nicht gezeigt) funktional zu koppeln, so dass das Fahrzeug mit dem System 10 ausgestattet oder nachgerüstet werden kann, um zusätzliche Merkmale für das Lenkgetriebe bereitzustellen. Somit brauchen die Hersteller kein neues Lenkgetriebe zu bearbeiten, um ein vorhandenes Lenkungssystem, das diese Funktionen bereitstellt, anzupassen. Die zusätzlichen Merkmale können z. B. Parkassistenz, Fahrspurhaltung, Voreilungs- und Zugausgleich, Einschlaferkennung, aktive Mittenrückstellung, aktive Dämpfung, Fahrdynamikhilfe oder irgendein anderes Merkmal, von dem erwünscht ist, es zu einem Fahrzeug hinzuzufügen, enthalten. In einem Beispiel ist das System 10 als eine Baugruppe vorgesehen, die konfiguriert ist, mit einem vorhandenen Lenkrad und Lenkgetriebe eines Fahrzeugs funktional gekoppelt zu werden.
Das hier beschriebene hydraulisch unterstützte Servolenkungs-Hülsensystem verwendet ein Ventilgehäuse der festgeschraubten Bauart mit einer Magnetaktuatoranordnung, einer Hydraulik-Drehventilanordnung, einer Axiallageranordnung und einem Differenzdruckwandler. Das Hülsensystem kann eine Magnasteer-Drehmomentüberlagerung enthalten, die einen magnetischen Aktuator verwendet, um auf das Hydraulikventil unabhängig von der Fahrereingabe ein Drehmoment auszuüben. Das Hülsensystem ist eine modulare Anordnung, die einen Universalkoppler verwendet, der dafür ausgelegt oder abgewandelt worden ist, mit einem Hydrauliklenkgetriebe irgendeiner Bauart zu verbinden. Dieses enthält ein Zahnstangen- und Lenkgetriebe und dies, ohne zu dem Lenkungssystem Zusatzkomponenten hinzuzufügen, die das Lenkgefühl beeinträchtigen, Trägheit hinzufügen oder Reibung hinzufügen. Der Universalkoppler kann anwendungsspezifisch sein, um eine Schnecke, ein Ritzel, ein Keilprofil, eine Presspassung zu enthalten, oder kann gebohrt und gesteckt sein, um mit einem Lenkgetriebe zu verbinden. Das Hülsensystem ermöglicht, dass Hersteller auf der Fahrzeugebene und Hydrauliklenkgetriebehersteller auf ein Fahrzeug eine Zusatztechnologie (z. B. die Magnasteer-Drehmomentüberlagerungstechnologie) anwenden, ohne ein vollständiges Hydrauliksystem zu ersetzen. Da das Hülsensystem als ein von dem Lenkgetriebe getrenntes System vorgesehen ist, kann ferner jedes unabhängig gewartet oder ersetzt werden, wodurch Zeit und Geld gespart werden.
Obwohl die Erfindung nur in Verbindung mit einer beschränkten Anzahl von Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden ist, ist leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung abgewandelt werden, um irgendeine Anzahl von Varianten, Abwandlungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen zu enthalten, die bisher nicht beschrieben worden sind, die aber mit dem Erfindungsgedanken und mit dem Schutzumfang der Erfindung vereinbar sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, können Aspekte der Erfindung selbstverständlich zusätzlich nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen.

Claims

Servolenkunterstützungssystem, das umfasst: ein Gehäuse; eine Aktuatoranordnung; eine Drehventilanordnung; eine Lageranordnung; einen Differenzdruckwandler; und einen Koppler, der ein erstes Ende und ein freies zweites Ende aufweist, wobei sich das freie zweite Ende aus dem Gehäuse erstreckt und konfiguriert ist, mit einer Komponente eines Lenkgetriebesystems zu koppeln.
System nach Anspruch 1, wobei die Aktuatoranordnung eine magnetische Aktuatoranordnung ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Drehventilanordnung eine hydraulische Drehventilanordnung ist.
System nach Anspruch 1, das ferner umfasst: eine Eingangswelle, die wenigstens teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Eingangswelle eine Bohrung, ein erstes Ende, das konfiguriert ist, mit einem Fahrzeuglenkrad zu koppeln, und ein zweites Ende, das konfiguriert ist, mit dem ersten Ende des Kopplers zu koppeln, aufweist; und einen Torsionsstab, der innerhalb der Eingangswellenbohrung angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Torsionsstab ein erstes Ende und ein zweites Ende enthält, wobei sich das erste Ende in eine in dem ersten Ende des Kopplers gebildete Bohrung erstreckt.
System nach Anspruch 1, wobei die Lageranordnung in dem Gehäuse angeordnet ist und ein erstes Lager und ein zweites Lager, die konfiguriert sind, den Koppler drehbar zu stützen, enthält, wobei die Lageranordnung ein radiales Gleiten des Kopplers ermöglicht.
System nach Anspruch 6, wobei die Lageranordnung ferner eine Mutter enthält, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist, wobei der Koppler durch eine in der Mutter gebildete Öffnung verläuft, wobei der Koppler durch die Lageranordnung axial belastet ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Servolenkunterstützungssystem eine modulare Hülse ist.
Baugruppe zum Bereitstellen einer Lenkunterstützung für ein Fahrzeug, wobei die Baugruppe konfiguriert ist, mit einem Fahrzeuglenkgetriebesystem zu koppeln, wobei die Baugruppe umfasst: ein Gehäuse; eine Aktuatoranordnung; eine Drehventilanordnung; eine Lageranordnung; einen Differenzdruckwandler; und einen Koppler, der ein erstes Ende und ein freies zweites Ende umfasst, wobei das freie zweite Ende aus dem Gehäuse verläuft und zum Koppeln mit einer Komponente eines Lenkgetriebesystems konfiguriert ist.
Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Aktuatoranordnung eine magnetische Aktuatoranordnung ist.
Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Drehventilanordnung eine hydraulische Drehventilanordnung ist.
Baugruppe nach Anspruch 9, die ferner umfasst: eine Eingangswelle, die wenigstens teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Eingangswelle eine Bohrung, ein erstes Ende, das konfiguriert ist, mit einem Fahrzeuglenkrad zu koppeln, und ein zweites Ende, das konfiguriert ist, mit dem ersten Ende des Kopplers zu koppeln, aufweist; und einen Torsionsstab, der innerhalb der Eingangswellenbohrung angeordnet ist.
Baugruppe nach Anspruch 9, wobei der Torsionsstab ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei sich das erste Ende in eine in dem ersten Ende des Kopplers gebildete Bohrung erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Lageranordnung in dem Gehäuse angeordnet ist und ein erstes Lager und ein zweites Lager, die konfiguriert sind, den Koppler drehbar zu stützen, enthält, wobei die Lageranordnung ein radiales Gleiten des Kopplers ermöglicht.
Baugruppe nach Anspruch 14, wobei die Lageranordnung ferner eine Mutter enthält, die mit dem Gehäuse gekoppelt ist, wobei der Koppler durch eine in der Mutter gebildete Öffnung verläuft.