DE102015203624A1

DE102015203624A1 - Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102015203624A1
Application number: DE102015203624.3A
Authority: DE
Inventors: c/o Fuji Jukogyo K.K. Minami Mitsuharu
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2015-09-10
Also published as: JP5810186B2; JP2015168327A; CN104890718A; US9499192B2; US20150251687A1; CN104890718B

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Lenkvorrichtung (1) bereitgestellt. Die Lenkvorrichtung (1) weist eine Ritzelwelle (2) mit einem auf einer Außenumfangsfläche davon ausgebildeten Ritzel und eine Zahnstangenwelle (9) auf, die eine mit dem Ritzel in Eingriff stehende Zahnstange aufweist. Die Lenkvorrichtung (1) weist ferner auf: ein Zahnstangengehäuse (4), das eine auf einer Innenumfangsfläche davon ausgebildete Vertiefung (11) aufweist, zum Aufnehmen der Zahnstangenwelle (9), eine Zahnstangenführung (12) mit einem Vorsprung (13), der kleiner ausgebildet ist als eine Breite der Vertiefung (11) in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle (9) und im Inneren der Vertiefung (11) angeordnet ist, wobei die Zahnstangenführung (12) mit einer Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle (9) und mit einer Innenumfangsfläche des Zahnstangengehäuses (4) in Eingriff steht und die Zahnstangenwelle (9) entlang einer Achse der Zahnstangenwelle (9) führt, und ein Abstandselement, das mit einer Seite und mit der anderen Seite des Vorsprungs in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle (9) in Kontakt steht und zwischen einer Innenfläche der Vertiefung (11) und einer Außenfläche des Vorsprungs (13) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 6. März 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-044281 , deren Inhalt hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung.
Herkömmlich wird eine Zahnstangenwelle durch eine an einem Gehäuse montierte Zahnstangenlagerbuchse gleitend gehalten, wobei die Zahnstangenlagerbuchse durch den Eingriff zwischen einem Eingriffsvorsprung der Zahnstangenlagerbuchse, in die die Zahnstangenwelle eingesetzt ist, und einer Eingriffsnut des Gehäuses befestigt ist (vergl. z. B. JP-A-2007-131025 ).
Zwischen dem Eingriffsvorsprung und der Eingriffsnut entsteht jedoch immer ein Spalt. Dieser ist zum Montieren von Bauteilen erforderlich, wobei die Spaltgröße in Abhängigkeit von den spezifischen Lenkvorrichtungen innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs in einem gewissen Maß variiert. Weil die Zahnstangenlagerbuchse über den Spalt in Eingriff steht, so dass sie Spiel hat, kann die Zahnstangenlagerbuchse, wenn aufeinanderfolgende Lenkvorgänge ausgeführt werden, durch einen vorangehenden Lenkvorgang beeinflusst worden sein. Daher kann zwischen einem Fall, in dem ein Lenkvorgang in die gleiche Richtung fortgesetzt ausgeführt wird (Drehbewegung), und einem Fall, in dem eine Lenkvorgang zunächst in eine Richtung, und dann in die entgegengesetzte Richtung ausgefürt wird (Umkehrdrehbewegung), ein Unterschied im Lenkgefühl auftreten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkvorrichtung bereitzustellen, bei der kein oder kaum ein Unterschied im Lenkgefühl zwischen einer Drehbewegung und einer Umkehrdrehbewegung eines Lenkrades verursacht wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines nicht einschränkenden Beispiels unter Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen; es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung;
2A und 2B vergrößerte Teil-Querschnittansichten der in 1 dargestellten Lenkvorrichtung;
3 einen Graphen zum Darstellen einer Beziehung zwischen einer einer Zahnstangenwelle während eines Lenkvorgangs zugeführten Kraft und einer Bewegungsstrecke der Zahnstangenwelle; und
4A und 4B eine vergrößerte Teil-Querschnittansicht zum Darstellen von Modifizierungen eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements.
Eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung ist auf beliebige Fahrzeuge anwendbar, die einen Lenkvorgang erfordern und einen Lenkmechanismus mit einem Ritzel und einer Zahnstange aufweisen. Nachstehend wird ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Teils einer Lenkvorrichtung 1, die ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung ist.
Wie in 1 dargestellt ist, weist die Lenkvorrichtung 1 eine Ritzelwelle 2, ein Ritzelgehäuse 3, ein Zahnstangengehäuse 4, ein Haltergehäuse 5, feste Teile 6, Spurstangen 7 und Manschetten 8 auf.
Die Ritzelwelle 2 ist ein Wellenkörper mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Säulenform. Die Ritzelwelle 2 ist an einem Ende mit einem Lenkrad, einer Lenksäule und einem geeigneten Kupplungselement (diese Komponenten sind nicht dargestellt) verbunden, und ein Ritzel (nicht dargestellt) ist um einen Außenumfang des anderen Endes herum ausgebildet. Die Ritzelwelle 2 ist ein Element, das um seine Mittelachse drehbar ist, wenn durch Drehen oder Einschlagen des Lenkrades ein Lenkvorgang ausgeführt wird.
Das Ritzelgehäuse 3 ist ein zylinderförmiges Gehäuse, das den anderen Endabschnitt der Ritzelwelle 2, wo das Ritzel ausgebildet ist, teilweise aufnimmt. Das Zahnstangengehäuse 4 ist ein zylinderförmiges Gehäuse, das sich dort, wo die Lenkvorrichtung 1 angeordnet ist, in die Breitenrichtungen einer Fahrzeugkarosserie erstreckt, und durch das hindurch eine Zahnstangenwelle (in 1 nicht dargestellt) eingesetzt ist. Das Haltergehäuse 5 ist ein zylinderförmiges Gehäuse, das einen Zahnstangenhalter (nicht dargestellt) aufnimmt. Ein Vorspannelement zum Vorspannen des Zahnstangenhalters derart, dass der Zahnstangenhalter mit der Zahnstangenwelle in Kontakt steht, während die Zahnstange gegen das Ritzel gedrückt wird, ist im Inneren des Haltergehäuses 5 angeordnet. Dadurch kann der Eingriffszustand zwischen der Zahnstange und dem Ritzel aufrechterhalten werden. Das Ritzelgehäuse 3, das Zahnstangengehäuse 4 und das Haltergehäuse 5 kreuzen sich an einer Stelle und sind integral ausgebildet.
Jedes feste Teil ist ein Element, das die Lenkvorrichtung 1 durch ein geeignetes Befestigungselement an einem Teil eines Bauteils der Fahrzeugkarosserie (z. B. an einem Querträger) fest montiert, wobei am Zahnstangengehäuse 4 mehrere feste Teile 6 bereitgestellt werden.
Jede Spurstange 7 ist ein Wellenkörper, der mit einem der beiden Enden der in das Zahnstangengehäuse 4 eingesetzten Zahnstangenwelle verbunden ist. Die Achsen der Spurstangen 7 und die Achse der Zahnstangenwelle sind im Wesentlichen miteinander ausgerichtet. Die Spurstangen 7 erstrecken sich ähnlich wie das Zahnstangengehäuse 4 in die Breitenrichtungen der Fahrzeugkarosserie und sind über geeignete Verbindungelemente mit dem linken und mit dem rechten Vorderrad verbunden. Wenn ein Lenkvorgang ausgeführt wird, bewegen sich die Spurstangen 7 entlang ihren Achsen zusammen mit der Zahnstangenwelle in eine der Breitenrichtungen der Fahrzeugkarosserie, um das linke und das rechte Vorderrad zu lenken, wodurch die Fahrtrichtung des Fahrzeugs geändert werden kann. Die Manschetten 8 sind Elemente, die die Verbindungsabschnitte zwischen den Spurstangen und der Zahnstangenwelle umschließen.
2A zeigt eine schematische Querschnittansicht eines in 1 durch eine gestrichelte Linie umschlossenen Teils (d. h. eines Endabschnitts des Zahnstangengehäuses 4). 2B zeigt eine schematische Querschnittansicht, in der die Umgebung einer in 2A dargestellten Zahnstangenführung weiter vergrößert dargestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den 2A und 2B dargestellten Querschnittansichten durch Schneiden der Lenkvorrichtung 1 parallel zu den Achsen des Zahnstangengehäuses 4 und der Zahnstangenwelle (später beschrieben) erzeugt sind.
Wie in den 2A und 2B dargestellt ist, ist eine Zahnstangenwelle 9 im Inneren des Zahnstangengehäuses 4 derart angeordnet, dass eine Mittelachse der Zahnstangenwelle 9 mit der Achse des Zahnstangengehäuses 4 ausgerichtet ist. Die Zahnstangenwelle 9 ist derart angeordnet, dass ein Ende davon von einer an einem Ende des Zahnstangengehäuses 5 ausgebildeten Öffnung hervorsteht. Ein Kugelgelenk 10 ist an jedem Ende der Zahnstangenwelle 9 im Verbindungsabschnitt mit jeder Spurstange 7 zwischen der Zahnstangenwelle und der Spurstange angeordnet. Ein im Wesentlichen kugelförmiges Element, das Teil des Kugelgelenks 10 ist, ist an einem Endabschnitt der Spurstange 7 angeordnet, und die Spurstange 7 ist in einen Befestigungsabschnitt eingepasst, der derart ausgebildet ist, dass er das im Wesentlichen kugelförmige Element abdeckt. Daher kann sich die Spurstange 7 auch in Richtungen bewegen, die von den Breitenrichtungen der Fahrzeugkarosserie verschieden sind.
Die Zahnstangenwelle 9 ist ein stangenförmiges Element mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, und die Zahnstange (nicht dargestellt), die mit dem Ritzel der Ritzelwelle 2 in Eingriff steht, ist auf einem Teil der Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle 9 geradlinig ausgebildet. Wenn die Ritzelwelle 2 sich gemäß einem Lenkvorgang dreht, kann sich die Zahnstangenwelle 9 durch den Eingriff zwischen dem Ritzel und der Zahnstange entlang ihrer Achse bewegen. D. h., die Zahnstangenwelle 9 ist in 2A in den Seitenrichtungen beweglich.
Eine Vertiefung 11 ist auf der Innenumfangsfläche des Zahnstangengehäuses 4 ausgebildet. Eine Zahnstangenführung 12 ist in der Nähe der an dem einen Ende des Zahnstangengehäuses 4 ausgebildeten Öffnung im Inneren des Zahnstangengehäuses 4 angeordnet. Obwohl die Vertiefung 11 auf der gesamten Innenumfangsfläche des Zahnstangengehäuses 4 ausgebildet ist, kann (können) eine Vertiefungen(en) anstatt auf der gesamten Umfangsfläche erfindungsgemäß nur an einer bestimmten Stelle (bestimmten Stellen) ausgebildet sein, indem die Form eines Vorsprungs des Zahnstangengehäuses 4 (später beschrieben), die Form eines Abstandselements, usw. geeignet geändert werden.
Insbesondere ist, wie in 2B dargestellt ist, die Zahnstangenführung 12 ein zwischen der Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle 9 und der Innenumfangsfläche des Zahnstangengehäuses 4 angeordnetes zylinderförmiges Element mit einem flanschförmigen Vorsprung 13, der von einem Endrandabschnitt des Zahnstangengehäuses 4 auf der Öffnungsseite radial hervorsteht. Der Vorsprung 13 ist ein Teil, das mit der Vertiefung 11 des Zahnstangengehäuses 4 in Eingriff steht, und hat eine Breite, die kleiner ist als die Breite der Vertiefung 11 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9, d. h. die Breite der Vertiefung 11 in den Seitenrichtungen in den 2A und 2B.
Zwei Schlitze 14 sind auf der Außenumfangsfläche des zylinderförmigen Abschnitts der Zahnstangenführung 12 ausgebildet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der auf der Außenumfangsfläche des zylinderförmigen Abschnitts der Zahnstangenführung 12 ausgebildeten Schlitze nicht besonders eingeschränkt ist und eins oder drei oder mehr betragen kann, so lange ein stabiles Verhalten der Zahnstangenwelle 9 gewährleistet werden kann. Ein O-Ring 15 ist in jeden Schlitz 14 eingepasst. Eine Innenseite des O-Rings 15 steht mit dem Schlitz 14 in den radialen Richtungen der Zahnstangenführung 12 in Kontakt, und eine Außenseite des O-Rings steht mit der Innenumfangsfläche des Zahnstangengehäuses 4 in Kontakt. Daher kann die Achse der Zahnstangenführung 12 mit den Achsen des Zahnstangengehäuses 4 und der Zahnstangenwelle 9 unabhängig davon, ob ein Lenkvorgang stattfindet, so genau wie möglich ausgerichtet sein. Daher ist die Position der Zahnstangenführung 12 im Inneren des Zahnstangengehäuses 4 durch den Eingriff des Vorsprungs 13 mit der Vertiefung 11 und die Anordnung der O-Ringe 15 begrenzt. Ferner führt die Zahnstangenführung 12 die Zahnstangenwelle 9, die sich in die axialen Richtungen bewegt, durch einen Kontakt mit der Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle 9. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zahnstangenführung 12 sich innerhalb des Zahnstangengehäuses 4 in einem gewissen Maß in die axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 bewegen kann. Die Bewegung der Zahnstangenführung 12 wird später beschrieben.
Es sind elastische Elemente 16 vorgesehen, die mit einer Seitenfläche und mit der anderen Seitenfläche des Vorsprungs 13 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 in Kontakt stehen. Das elastische Element 16 ist zwischen der Innenfläche der Vertiefung 11 und der Außenfläche des Vorsprungs 13 angeordnet. Die in den 2A und 2B dargestellten elastischen Elemente 16 sind aus einem geeignete Elastomer oder dergleichen hergestellt und als ringförmige Elemente mit einem im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Die elastischen Elemente 16 sind aus dem gleichen Material hergestellt und haben den gleichen Querschnittsdurchmesser. Die durch die beiden elastischen Elemente 16 ausgeübten elastischen Kräfte können gleich sein, indem das gleiche Material und der gleiche Querschnittsdurchmesser für die elastischen Elemente 16 verwendet werden. Daher kann die Position des Vorsprungs 13 innerhalb der Vertiefung 11 des Zahnstangengehäuses 4 im Wesentlichen fest sein. Das elastische Element 16 ist ein Beispiel eines Abstandselements der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung. Es wird darauf hingewiesen, dass das Abstandselement erfindungsgemäß ein aus einem harten Material hergestelltes hartes Element sein kann. Wenn das als ein hartes Element ausgebildete Abstandselement derart angeordnet wird, dass es den Spalt zwischen der Vertiefung 11 und dem Vorsprung 13 ausfüllt, wird bei einer Drehbewegung und einer Umkehrdrehbewegung des Lenkrades kein oder kaum ein Unterschied im Lenkgefühl verursacht, wie später beschrieben wird.
Wenn der Vorsprung 13 mit der Vertiefung 11 in Eingriff kommt, wird die Zahnstangenführung 12 in das Zahnstangengehäuse 4 eingeführt, während die Zahnstangenführung 12 verformt wird. Daher wird die Zahnstangenführung 12 oft aus einem verformbaren Kunstharz hergestellt.
Beim Montieren der Zahnstangenführung 12 am Zahnstangengehäuse 4 muss die Breite des Vorsprungs 13 kleiner ausgebildet sein als die Breite der Vertiefung 11 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9, so dass der Vorsprung 13 in die Vertiefung 11 eingeführt werden kann. Daher werden, wenn die elastischen Elemente 16 nicht bereitgestellt werden, Spalte zwischen dem Vorsprung 13 und der Vertiefung erzeugt 11. Dies ist ähnlich wie bei der herkömmlichen Struktur im Hinblick auf das Erfordernis der Montage, wobei zwischen dem Eingriffsvorsprung der Zahnstangenlagerbuchse und der Eingriffsnut des Gehäuses unvermeidbar ein Spalt erzeugt wird, wie in der JP-A-2007-131025 dargestellt ist. Da jedoch der Spalt bei der herkömmlichen Struktur häufig innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereich erzeugt wird, ist er sehr klein. Das Vorhandensein des Spalts führt zu einem individuellen Lenkgefühl für jede Lenkvorrichtung. Weil der Spalt innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt, ist es schwierig, Elemente präzise herzustellen, ohne dass der Spalt erzeugt wird. Als nächstes wird das Verhalten der Zahnstangenwelle 9, der Zahnstangenführung 12 und der elastischen Elemente 16 beschrieben.
Bevor ein Lenkvorgang ausgeführt wird, steht die Zahnstangenführung 12 in Kontakt mit der Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle 9, wie vorstehend beschrieben wurde. Ferner wird, wie in den 2A und 2B dargestellt ist, der Vorsprung 13 durch die elastischen Kräfte der beiden elastischen Elemente 16 in einem im Wesentlichen mittigen Abschnitt der Vertiefung 11 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 gehalten.
Wenn der Lenkvorgang ausgeführt wird, wird das Lenkrad gedreht. Wenn das Lenkrad gedreht wird, wird diese Drehbewegung durch die Lenksäule und das geeignete Kupplungselement auf die in 1 dargestellte Ritzelwelle 2 übertragen. Wenn die Drehbewegung übertragen wird, dreht sich die Ritzelwelle 2 um ihre Mittelachse. Wenn die Ritzelwelle 2 sich dreht, dreht sich das auf der Außenumfangsfläche der Ritzelwelle ausgebildete Ritzel. Wenn das Ritzel sich dreht, wird ein Drehmoment auf die mit dem Ritzel in Eingriff stehende Zahnstange übertragen. Wenn das Drehmoment auf die Zahnstange übertragen wird, wird die Zahnstangenwelle 9, auf der die Zahnstange ausgebildet ist, entlang der Achse der Zahnstangenwelle 9 bezüglich der Fahrzeugkarosserie nach links oder rechts gedrückt. Wenn die Zahnstangenwelle 9 sich entlang der Achse bewegt, empfängt die Zahnstangenführung 12, die mit der Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle 9 in Kontakt steht, Reibung von der Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle 9. Daher folgt die Zahnstangenführung 12 der Bewegung der Zahnstangenwelle 9. D. h., die Zahnstangenführung 12 wird durch die Zahnstange 9 mittel der Reibungskraft gezogen, so dass sie sich ausgehend von dem in den 2A und 2B dargestellten Anfangszustand in die gleiche Richtung wie die Zahnstangenwelle 9 bewegt.
Nachstehend wird das Verhalten einer herkömmlichen Zahnstangenführung beschrieben. Ähnlich wie bei der herkömmlichen Struktur steht, wenn die elastischen Elemente 16 nicht bereitgestellt werden und der Vorsprung 13 der Zahnstangenführung einfach in die Vertiefung 11 des Zahnstangengehäuses 4 eingeführt ist und damit in Eingriff steht, eine Seitenfläche oder die andere Seitenfläche des Vorsprungs 13 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 auch vor Beginn eines Lenkvorgangs mit der Innenfläche der Vertiefung 11 in Kontakt. D. h., aufgrund des vorstehend beschriebenen Erfordernisses der Montage der Elemente existiert immer ein Spalt zwischen dem Vorsprung 13 und der Vertiefung 11. Daher befindet sich der Vorsprung 13 in einem Zustand, in dem er durch einen vorangehenden Lenkvorgang gegen einen Teil der Innenfläche der Vertiefung 11 gedrückt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass es im herkömmlichen Fall schwierig ist, den Vorsprung 13 in den in 2B dargestellten Zustand einzustellen, d. h., die Position der Zahnstangenführung 12 fein einzustellen, ohne dass der Vorsprung 13 mit irgendeinem Abschnitt der Vertiefung 11 in Kontakt kommt. Daher wird die Einstellung nicht normal ausgeführt.
Beispielsweise wird in der herkömmlichen Struktur vorausgesetzt, dass die Zahnstangenwelle 9 sich bei einem Lenkvorgang von dem Zustand, in dem der Vorsprung 13 mit der Innenumfangsfläche der Vertiefung 11 auf der Öffnungsseite des Zahnstangengehäuses 4 in Kontakt steht, in Richtung der Öffnungsseite des Zahnstangengehäuses 4 (d. h. in 2B nach rechts) bewegt. In diesem Fall kann, weil der Vorsprung 13 mit der Innenfläche der Vertiefung 11 an der Öffnungsseite des Zahnstangengehäuses 4 in Kontakt steht, die Zahnstangenführung 12 sich nicht bewegen, auch wenn die Zahnstangenwelle 9 versucht sich zu bewegen. Daher ist, um die Zahnstangenwelle 9 zu bewegen, eine Kraft erforderlich, die größer ist als die zwischen der Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle 9 und der Innenumfangsfläche der Zahnstangenführung 12 erzeugte Haftreibungskraft. D. h., eine Kraft, die größer ist als die Haftreibungskraft, ist die für den Lenkvorgang erforderliche Kraft und die Kraft, die der Zahnstangenwelle 9 über das Lenkrad, die Ritzelwelle, usw. zugeführt werden muss.
3 zeigt ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen der der Zahnstangenwelle 9 zugeführten Kraft und einer Bewegungsstrecke der Zahnstangenwelle 9. Diese Beziehung ist beispielsweise der Beziehung zwischen dem für einen Lenkvorgang erforderlichen Drehmoment und einem Drehwinkel des Lenkrades ähnlich. In der herkömmlichen Struktur entspricht, weil die Zahnstangenwelle 9 erstmals beginnt sich zu bewegen, wenn eine Kraft zugeführt wird, die größer ist als die zwischen der Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle 9 und der Innenumfangsfläche der Zahnstangenführung 12 erzeugte Haftreibungskraft, die Beziehung zwischen der der Zahnstangenwelle 9 zugeführten Kraft und der Bewegungsstrecke der Zahnstangenwelle 9 einer gestrichelten Linie des in 3 dargestellten Graphen. D. h., auch wenn ein Lenkvorgang ausgeführt wird, bewegt sich die Zahnstangenwelle 9 so lange nicht, bis die zugeführte Kraft die vorstehend beschriebene Haftreibungskraft übersteigt. D. h., auch wenn versucht wird, das Lenkrad zu drehen, bewegt sich die Zahnstangenwelle 9 nicht und spiegelt sich der Lenkvorgang nicht in einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs wider. Außerdem beginnt, wenn die Kraft die Haftreibungskraft übersteigt, die Zahnstangenwelle 9 sich abrupt zu bewegen.
Es wird darauf hingewiesen, dass tatsächlich die Zeit nach dem Beginn eines Lenkvorgangs, bis die der Zahnstangenwelle 9 zugeführte Kraft die Haftreibungskraft übersteigt, in vielen Fällen sehr kurz ist. Daher ist auch die Zeit kurz, während der ein Lenkvorgang sich nicht in einer Bewegungsrichtung widerspiegelt. Außerdem ist die Strecke klein, über die die Zahnstangenwelle 9 sich abrupt bewegt. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann im Lenkvorgang ein leicht unangenehmes Gefühl verursacht werden, obwohl dadurch die Fahrsicherheit nicht so weit abnimmt, dass beispielsweise einen Fehler im Lenkvorgang verursacht würde. Dies führt zu einer Verminderung der Gleichmäßigkeit des Lenkvorgangs.
Außerdem variiert in der herkömmlichen Struktur oft das Verhalten der Zahnstangenführung 12 gemäß dem Typ eines Lenkvorgangs. Beispiele eines Lenkvorgangs, die einen Unterschied im Verhalten der Zahnstangenführung 12 verursachen, sind eine Umkehrdrehbewegung und eine Drehbewegung des Lenkrades. Ein Beispiel für eine Umkehrdrehbewegung ist ein Lenkvorgang, in dem das Lenkrad nach rechts und anschließend wieder nach links zurück gedreht wird. Ein Beispiel für eine Drehbewegung ist ein Lenkvorgang, in dem das Lenkrad nach rechts und dann weiter nach rechts gedreht wird.
Es wird angenommen, dass beim Ausführen einer Umkehrdrehbewegung, wenn beispielsweise das Lenkrad zunächst nach rechts gedreht wird, der Vorsprung 13 mit der Innenfläche der Vertiefung 11 an der Öffnungsseite des Zahnstangengehäuses 4 in Kontakt steht. Dies ist ein Zustand, in dem beispielsweise der Vorsprung 13, wenn das Lenkrad zunächst nach rechts gedreht wird, mit der rechten Innenfläche der in 2B dargestellten Vertiefung 11 in Kontakt gekommen ist. Von diesem Zustand ausgehend bewegt sich, wenn das Lenkrad nach links gedreht wird, die Zahnstangenwelle 9 in 2B nach links. Wenn sich die Zahnstangenwelle 9 bewegt, bewegt sich die Zahnstangenführung 12 ebenfalls in 2B nach links, um der Bewegung der Zahnstangenwelle 9 zu folgen. Die Zahnstangenführung 12 bewegt sich, bis der Vorsprung 13 mit der Innenfläche der Vertiefung 11 auf der der Öffnung des Zahnstangengehäuses 4 gegenüberliegenden Seite in Kontakt kommt. Weil die Zahnstangenführung 12 sich nicht weiter bewegt, wenn der Vorsprung 13 mit der Vertiefung 11 in Kontakt kommt, wird die Haftreibungskraft zwischen der Zahnstangenwelle 9 und der Zahnstangenführung 12 erzeugt. Wenn der Lenkvorgang fortgesetzt wird, wird, weil nur die Zahnstangenwelle 9 beginnt sich zu bewegen, eine Gleitreibungskraft zwischen der Zahnstangenwelle 9 und der Zahnstangenführung 12 erzeugt.
Daher wird während einer Umkehrdrehbewegung die Zahnstangenwelle 9 sich in dem Zustand befinden, in dem sie sich nicht bewegt, wenn die Haftreibungskraft nicht überschritten wird, während die Kraft zum Bewegen der Zahnstangenwelle 9 zugeführt wird. Daher kann sich in der herkömmlichen Struktur das Lenkgefühl in der Mitte der Umkehrdrehbewegung ändern.
Andererseits wird angenommen, dass, wenn die Drehbewegung ausgeführt wird, wenn beispielsweise das Lenkrad zunächst nach rechts gedreht wird, der Vorsprung 13 mit der Innenfläche der Vertiefung 11 an der Öffnungsseite des Zahnstangengehäuses 4 in Kontakt kommt. Dies ist ein Zustand, in dem beispielweise der Vorsprung 13, wenn das Lenkrad zunächst nach rechts gedreht wird, mit der rechten Innenfläche der in 2B dargestellten Vertiefung 11 in Kontakt gekommen ist. Von diesem Zustand ausgehend bewegt sich, wenn das Lenkrad weiter nach rechts gedreht wird, die Zahnstangenwelle 9 in 2B nach rechts. Zu diesem Zeitpunkt kann, auch wenn die Zahnstangenführung 12 versucht sich zu bewegen, um der Bewegung der Zahnstangenwelle 9 zu folgen, die Zahnstangenführung 12 sich nicht bewegen, weil der Vorsprung 13 mit der Vertiefung 11 in Kontakt steht. D. h., die Haftreibungskraft ist zwischen der Zahnstangenwelle 9 und der Zahnstangenführung 12 erzeugt worden, nachdem die Drehbewegung begonnen hat. Weil nur die Zahnstangenwelle 9 beginnt sich zu bewegen, wenn der Lenkvorgang weiter ausgeführt wird, während die Haftreibungskraft überschritten wird, wird die Gleitreibungskraft zwischen der Zahnstangenwelle 9 und der Zahnstangenführung 12 erzeugt.
Daher bewegt sich während einer Drehbewegung, wenn versucht wird, die Zahnstange 9 zu bewegen, die Zahnstangenwelle 9 nicht, bis die Haftreibungskraft überschritten wird. Weil die Zahnstangenwelle 9 sich während einer Drehbewegung nicht bewegt, wenn die Kraftzufuhr beginnt, wird zu Beginn des Lenkvorgangs eine leicht hakeliges Gefühl wahrgenommen. Daher kann in der herkömmlichen Struktur das leicht hakelige Gefühl bei einer Drehbewegung oft im Lenkgefühl verursacht werden.
Mit der vorstehend beschriebenen Struktur des Lenkvorgangs tritt eine Drehbewegung des Lenkrades beispielsweise nach rechts sowohl in der Umkehrdrehbewegung als auch in der Drehbewegung auf. Durch den Spalt zwischen dem Vorsprung 13 und der Vertiefung 11 wird jedoch im Verhalten der Zahnstangenführung 12 zwischen der Umkehrdrehbewegung und der Drehbewegung ein Unterschied erzeugt, wenn die Zahnstangenwelle 9 sich bewegt. D. h., durch den Unterschied im Verhalten der Zahnstangenführung 12 kann ein Unterschied im Lenkgefühl verursacht werden, auch wenn der Lenkvorgang aus der gleichen Richtung ausgeführt wird, ähnlich wie bei der Umkehrdrehbewegung und der Drehbewegung.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden, während im herkömmlichen Fall, in dem die elastischen Elemente nicht vorgesehen sind, verschiedene Probleme verursacht werden können, diese Probleme in der Lenkvorrichtung 1 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung nicht oder kaum verursacht, weil die Lenkvorrichtung 1 die elastischen Elemente 16 aufweist.
Insbesondere können zunächst, wenn kein Lenkvorgang ausgeführt wird, die elastischen Elemente 16 den Vorsprung 13 innerhalb der Vertiefung 11 unverändert in Position halten. Insbesondere halten, wie in 2B dargestellt ist, die elastischen Elemente 16 den Vorsprung 13 im Wesentlichen im Mittelteil der Vertiefung 11 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9.
Weil außerdem der Vorsprung 13 durch die elastischen Elemente 16 in einem Zustand gehalten wird, in dem der Vorsprung 13 nicht mit der Innenfläche der Vertiefung 11 in Kontakt steht, kann sich die Zahnstangenführung 12 nach links oder nach rechts bewegen und so immer der Bewegung der Zahnstangenwelle 9 folgen, wenn ein Lenkvorgang ausgeführt wird. Daher kann eine Beziehung erhalten werden, die einer idealen Beziehung zwischen der der Zahnstangenwelle 9 zugeführten Kraft und der Bewegungsstrecke der Zahnstangenwelle 9 gleicht, wie durch den durch die durchgezogene Linie in 3 dargestellten Graphen dargestellt ist.
D. h., wenn kein Lenkvorgang ausgeführt wird, kann sich, weil die Zahnstangenführung 12 durch die elastische Kraft des elastischen Elements 16 immer in die in 2B dargestellte Position zurück gedrückt wird, die Zahnstangenführung 12 zusammen mit der Zahnstangenwelle 9 bewegen, während das elastische Element 16 zusammengedrückt wird, wenn die Kraftzufuhr zur Zahnstangenwelle 9 beginnt. Weil die Zahnstangenführung 12 sich nicht mehr bewegt, wenn das elastische Elements 16 bis zu seinem Grenzwert zusammengedrückt ist, beginnt nur die Zahnstangenwelle 9 sich zu bewegen, wenn die der Zahnstangenwelle 9 zugeführte Kraft die zwischen der Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle 9 und der Innenumfangsfläche der Zahnstangenführung 12 erzeugte Haftreibungskraft übersteigt. Daher wird, weil die elastischen Elemente 16 bereitgestellt werden, der Zustand, in dem der Lenkvorgang sich nicht in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs widerspiegelt, und in dem die Zahnstangenwelle 9 sich auch dann nicht bewegt, wenn versucht wird, das Lenkrad zu drehen, nicht oder kaum verursacht. Außerdem ist durch Bereitstellen der elastischen Elemente 16, weil es erforderlich ist, dem Lenkrad weiterhin eine bestimmte Kraft zuzuführen, damit die Zahnstangenwelle 9 beginnt, sich zusammen mit der Zahnstangenführung 12 zu bewegen, nicht von Anfang an eine die Haftreibungskraft übersteigende Kraft erforderlich, und die Änderung der dem Lenkrad zugeführten Kraft zeigt im Vergleich zur herkömmlichen Struktur einen gleichmäßigen Übergang. Infolgedessen erfolgt keine oder kaum eine abrupte Bewegung der Zahnstange 9. Infolgedessen wird ein gleichmäßiger Lenkvorgang in der Lenkeinrichtung 1 nicht gestört.
Außerdem kehrt, wenn die Zahnstangenführung 12 sich bewegt, um der Bewegung der Zahnstangenwelle 9 zu folgen, und auch wenn der Lenkvorgang gestoppt wird, um die Zahnstangenwelle 9 an der Stelle zu belassen, zu der sie bewegt worden ist, die Zahnstangenführung 12 durch die elastische Kraft des elastischen Elements 16 problemlos in ihre Ausgangsposition zurück. Daher kehrt die Zahnstangenführung 12 prompt und korrekt in die Ausgangsposition zurück, auch wenn die Drehbewegung oder die Umkehrdrehbewegung im Lenkvorgang ausgeführt wird. Infolgedessen wird ein konstantes Lenkgefühl erhalten. Folglich verursacht die Lenkvorrichtung 1, die die elastischen Elemente 16 aufweist, zwischen der Drehbewegung und der Umkehrdrehbewegung eines Lenkvorgangs keinen oder kaum einen Unterschied im Lenkgefühl.
Die Größen der Vertiefung 11 und des Vorsprungs 13 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 und der Querschnittsdurchmesser, der Elastizitätsmodul, usw. der elastischen Elemente 16 sind nicht eingeschränkt, so lange jedes Element montierbar ist, der Vorsprung 13 in dem Zustand, in dem kein Lenkvorgang ausgeführt wird, an der Ausgangsposition gehalten werden kann, und der Vorsprung 13 prompt und korrekt in die Ausgangsposition zurückkehren kann, auch wenn kein Lenkvorgang ausgeführt wird. Beispielsweise können diese Parameter insbesondere gemäß der zwischen der Zahnstangenwelle 9 und der Zahnstangenführung 12 wirkenden Reibungskraft, der Bewegungsgeschwindigkeit der Zahnstangenwelle 9, den während der Fahrt auf die Lenkvorrichtung 1 ausgeübten Schwingungen und Stoßkräften, usw. ausgewählt werden. Insbesondere können der Querschnittsdurchmesser und der Elastizitätsmodul der elastischen Elemente 16 derart ausgewählt werden, dass die während des Zusammendrückens des elastischen Elements 16 auf die Zahnstangenwelle 9 ausgeübte Kraft einen gleichmäßigen Übergang von der Haftreibungskraft zur Gleitreibungskraft veranlasst und ausreichend ist, um die Zahnstangenführung 12 problemlos in die Ausgangsposition zurückzustellen, auch wenn die Zahnstangenführung 12 sich bewegt.
Die 4A und 4B zeigen Modifizierungen des elastischen Elements der vorliegenden Erfindung, wobei das elastische Element und seine Umgebung vergrößert dargestellt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass, weil die in den 4A und 4B dargestellte Zahnstangenwelle die gleichen Elemente verwendet wie die in den 2A und 2B dargestellte Zahnstangenwelle, das gleiche Bezugszeichen zugeordnet ist und die Zahnstangenwelle nicht näher beschrieben wird. Obwohl dies in den 4A und 4B nicht dargestellt ist, ist die linke Seite in den 4A und 4B die Öffnungsseite an dem einen Ende des Zahnstangengehäuses.
In der in 4A dargestellten Modifikation ist ein Vorsprung 131 einer Zahnstangenführung 121 in einer Vertiefung 111 eines Zahnstangengehäuse 41 eingesetzt und angeordnet und stehen elastische Elemente 161 mit einer Seitenfläche bzw. mit der anderen Seitenfläche des Vorsprungs 131 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 in Kontakt. Die Vertiefung 111 ist so ausgebildet, dass die Breite der Vertiefung 111 in der axialen Richtung betrachtet in den radialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 nach außen schmäler wird, d. h. in 4A nach oben. Weil die Vertiefung 111 eine solche Form hat, ist die Montage wesentlich einfacher als im beispielsweise in den 2A und 2B dargestellten Beispiel. Es wird darauf hingewiesen, dass der Vorsprung 131 der Zahnstangenführung 121 anders als der Vorsprung 13 der Zahnstangenführung 12 nicht vom Rand nach außen hervorsteht, sondern so ausgebildet ist, dass er von einem Teil einer Außenumfangsfläche der Zahnstangenführung 121 hervorsteht. Dies dient dazu, zu verhindern, dass das elastische Element 161 aus der Vertiefung 111 herausfällt, weil, wenn die Zahnstangenführung 121 sich bewegt, um der Bewegung der Zahnstangenwelle 9 zu folgen, das elastische Element 161 zusammengedrückt wird und das elastische Element 161 in Abhängigkeit von der Form der Vertiefung 111 durch den Vorsprung 131 radial innen von der Zahnstangenwelle 9 heraus gedrückt wird.
In einer in 4B dargestellten weiteren Modifikation ist der Vorsprung 13 der Zahnstangenführung 12 in die Vertiefung 11 des Zahnstangengehäuses 4 eingesetzt und angeordnet und steht ein elastisches Element 162 mit einer Seitenfläche und der anderen Seitenfläche des Vorsprungs 13 in den axialen Richtungen der Zahnstange 9 in Kontakt. Das elastische Element 162 ist ein in der Vertiefung 11 angeordnetes blockförmiges, plattenförmiges oder ringförmiges Element. Bei der Montage wird die Zahnstangenführung 12 so angeordnet, dass ein im Wesentlichen mittiger Teil des elastischen Elements 162 (das im Voraus in der Vertiefung 11 angeordnet wurde) in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 durch den Vorsprung 13 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 gequetscht wird. Daher kommt das elastische Element 162 ähnlich wie die in den 2 und 4A dargestellten elastischen Elemente 16 und 161 mit der einen Seitenfläche und der andere Seitenfläche des Vorsprungs 13 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 in Kontakt. Es wird darauf hingewiesen, dass, weil das elastische Element 162 durch den Vorsprung 13 in der radialen Richtung der Zahnstangenwelle 9 nach außen gedrückt wird, es kaum aus der Vertiefung 11 herausfällt. Daher muss das elastische Element 162 nicht vollständig in der Umfangsrichtung der Zahnstangenführung 12 bereitgestellt werden, solange der Vorsprung 13 bereitgestellt wird. Beispielsweise können ähnliche elastische Elemente an vier Stellen, um 90 Grad in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet bereitgestellt werden.
Durch Bereitstellen des elastischen Elements 161 oder 162 wird die Position des Vorsprungs 131 oder 13 in der Vertiefung 111 oder 11 an der gleichen Position gehalten, wenn kein Lenkvorgang ausgeführt wird. Insbesondere wird, wie in den 4A und 4B dargestellt ist, der Vorsprung 131 oder 13 durch das elastische Element 161 oder 162 im Wesentlichen im Mittelteil der Vertiefung 111 oder 11 in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle 9 gehalten.
Außerdem kann sich, weil der Vorsprung 131 oder 13 durch das elastische Element 161 oder 162 in dem Zustand gehalten wird, in dem der Vorsprung 131 oder 13 nicht mit der Innenfläche der Vertiefung 111 oder 11 in Kontakt steht, die Zahnstangenführung 121 oder 12 entweder nach links oder nach rechts bewegen und so immer der Bewegung der Zahnstangenwelle 9 folgen, wenn ein Lenkvorgang ausgeführt wird. Daher kann eine Beziehung zwischen der der Zahnstangenwelle 9 zugeführten Kraft und der Bewegungsstrecke der Zahnstangenwelle 9 erhalten werden, die näherungsweise einer idealen Beziehung entspricht, die durch den durch die durchgezogene Linie in 3 dargestellten Graphen dargestellt ist. Daher wird ein gleichmäßig Lenkvorgang in den in den 4A und 4B dargestellten Modifikationen nicht gestört.
Außerdem kehrt, wenn die Zahnstangenführung 121 oder 12 sich bewegt, um der Bewegung der Zahnstangenwelle 9 zu folgen, auch wenn der Lenkvorgang gestoppt wird und die Zahnstangenwelle 9 an der Stelle verbleibt, zu der die Zahnstangenwelle 9 bewegt wurde, die Zahnstangenführung 121 oder 12 durch die elastische Kraft des elastischen Elements 161 oder 162 leicht in die Ausgangsposition zurück. Daher kehrt die Zahnstangenführung 121 oder 12 prompt und korrekt in die Ausgangsposition zurück, auch wenn eine Drehbewegung oder eine Umkehrdrehbewegung des Lenkvorgangs ausgeführt wurde. Dadurch wird ein konstantes Lenkgefühl erhalten. Daher verursachen die in den 4A und 4B dargestellten Modifikationen keinen oder kaum einen Unterschied im Lenkgefühl zwischen der Drehbewegung und der Umkehrdrehbewegung eines Lenkvorgangs.
Vorstehend wurde ein Beispiel beschrieben, auf das die durch den vorliegenden Erfinder entwickelte Erfindung angewendet wird, die vorliegende Erfindung soll aber durch die Beschreibung und die Zeichnungen des Beispiels nicht eingeschränkt werden. D. h., es wird darauf hingewiesen, dass innerhalb des durch die Ansprüche definierten Umfangs der vorliegenden Erfindung weitere Beispiele, Fälle, Funktionsweisen, usw. eingeschlossen sind, die durch einen Fachmann basierend auf dem Beispiel implementierbar sind.
Ferner sind in der vorstehenden Beschreibung spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Für Fachleute ist jedoch ersichtlich, dass innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche definierten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verschiedenartige Modifikationen und Änderungen möglich sind. Daher sollen die Beschreibung und die Figuren eher als veranschaulichend als in einem einschränkenden Sinn verstanden werden, und alle derartigen Modifikationen und Änderungen sollen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein. Der Nutzen, Vorteile, Problemlösungen und jedes der Elemente, die zu irgendeinem Nutzen, Vorteil oder einer Lösung führen oder zu einer Verbesserung davon beitragen, sollen nicht als entscheidende, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Elemente irgendwelcher oder aller Ansprüche betrachtet werden. Die Erfindung ist ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche einschließlich jedweder Änderungen, die während der Anhängigkeit dieser Anmeldung vorgenommen werden, und durch alle Äquivalente dieser Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-044281 [0001]
JP 2007-131025 A [0003, 0026]

Claims

Lenkvorrichtung mit: einer Ritzelwelle mit einem auf einer Außenumfangsfläche davon angeordneten Ritzel; einer Zahnstangenwelle mit einer mit dem Ritzel in Eingriff stehenden Zahnstange; einem Zahnstangengehäuse mit einer auf einer Innenumfangsfläche davon ausgebildeten Vertiefung zum Aufnehmen der Zahnstangenwelle; einer Zahnstangenführung, auf der ein Vorsprung ausgebildet ist, der kleiner ist als eine Breite der Vertiefung in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle und der im Inneren der Vertiefung angeordnet ist, wobei die Zahnstangenführung mit einer Außenumfangsfläche der Zahnstangenwelle und mit einer Innenumfangsfläche des Zahnstangengehäuses in Kontakt steht und die Zahnstangenwelle entlang einer Achse der Zahnstangenwelle führt; und einem Abstandselement, das mit einer Seite und mit der anderen Seite des Vorsprungs in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle in Eingriff steht und zwischen einer Innenfläche der Vertiefung und einer Außenfläche des Vorsprungs angeordnet ist.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Abstandselement ein elastisches Element ist.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertiefung auf der gesamten Innenumfangsfläche des Zahnstangengehäuses ausgebildet ist, und wobei das Abstandselement zwei ringförmige Elemente aufweist, die an einer Seite und an der anderen Seite des Vorsprungs in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle angeordnet sind.
Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vertiefung derart ausgebildet ist, dass ihre Breite in den axialen Richtungen der Zahnstangenwelle in den radialen Richtungen der Zahnstangenwelle zur Außenseite kleiner wird.