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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenksäule für ein Fahrzeug. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Lenksäule für ein Fahrzeug, die in ihrem gesamten Volumen und Gewicht reduziert werden kann, während sichergestellt wird, dass eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle nicht verdreht werden oder aus einer normalen Position an einem Bereich, an dem eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad, die eine Lenkassistenzleistung von einem Motor liefern, sowie ein Drehmomentsensor und so weiter gekoppelt sind, ausbricht.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Im Allgemeinen verwendet eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug eine Servolenkung als einen zusätzlichen Kraft- bzw. Hilfsmechanismus, um die von einem Fahrer aufzubringende Kraft zu unterstützen. Servolenkungen werden in eine hydraulische Servolenkung, die einen hydraulischen Druck zum Unterstützen einer Lenkkraft durch Betätigen einer Hydraulikpumpe unter Verwendung der Leistung einer Maschine verwendet, und ein elektrisches Servolenksystem, das einen elektrischen Motor verwendet, klassifiztiert.
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Das hydraulische Servolenksystem weist einen Aufbau auf, bei dem die Drehung eines Lenkrads abgetastet wird und ein Drehmoment von einem Motor zum Betätigen einer hydraulischen Pumpe empfangen wird und der hydraulische Druck auf eine Antriebseinheit, wie einen Zylinder, der als Zahnstange oder Lenkwelle ausgebildet ist, gesandt wird, wodurch die Lenkkraft des Fahrers unterstützt wird.
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Das elektrische Servolenksystem weist einen Aufbau auf, bei dem die Drehung eines Lenkrads abgetastet wird, um einen Motor zu betätigen, der in einer Zahnstange oder einer Lenkwelle installiert ist, um eine Drehbewegung zu unterstützen, wodurch bewirkt wird, dass die Lenkvorrichtung reibungslos betätigt wird. Das elektrische Servolenksystem wird im Allgemeinen in eine Servolenkung mit Zahnstangenantrieb (R-EPS) und eine Servolenkung mit Säulenantrieb (C-EPS) aufgeteilt.
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Im Folgenden wird eine Beschreibung unter Bezugnahme auf ein elektrisches Servolenksystem gegeben.
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1 ist eine schematische Ansicht, die eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug nach dem Stand der Technik darstellt, und 2 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, die eine Lenksäule für ein Fahrzeug nach dem Stand der Technik darstellt.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst die Lenkvorrichtung nach dem Stand der Technik für Fahrzeuge ein Lenksystem 100, das sich von einem Lenkrad 101 zu gegenüberliegenden Fahrzeugrädern 108 fortsetzt, und einen Hilfskraftmechanismus 120, der eine Lenkassistenzkraft für das Lenksystem 100 vorsieht.
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Das Lenksystem 100 umfasst eine Lenkwelle 102, die an einer Seite mit dem Lenkrad 101 verbunden ist, damit sie zusammen mit dem Lenkrad 101 rotieren kann, und an der anderen Seite mit einer Ritzelwelle 104 über ein Paar von Kardangelenken 103 verbunden ist.
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Zusätzlich ist die Ritzelwelle 104 mit einer Zahnstange über einen Zahnstangenantrieb 104 verbunden und die entgegengesetzten Enden der Zahnstange sind mit den Fahrzeugrädern 108 über Spurstangen 106 und Spurhebel 107 verbunden. Der Zahnstangenantrieb 105 ist als Ritzel 111 ausgebildet, das auf der Ritzelwelle 104 ausgebildet ist, und als Zahnrad 112 ausgebildet, das auf einer Seite der Außenumfangsfläche der Zahnstange geformt ist, wobei Ritzel und Zahnrad miteinander im Eingriff sind. Wenn somit ein Fahrer das Lenkrad 101 betätigt, wird ein Drehmoment im Lenksystem 100 erzeugt und die Fahrzeugräder 108 werden durch das Drehmoment, das über den Zahnantrieb bzw. Zahnstangenmechanismus 105 und die Spurstangen 106 übertragen wird, gelenkt.
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Ein Hilfskraftmechanismus 120 umfasst: einen Drehmomentsensor 125, der ausgebildet ist, ein durch den Fahrer auf das Lenkrad 101 aufgebrachte Drehmoment abzutasten und ein elektrisches Signal auszugeben, das proportional zu dem abgetasteten Drehmoment ist; eine elektronische Steuereinheit (ECU) 123, die ausgebildet ist, ein Steuersignal, basierend auf dem von dem Drehmomentsensor 125 übertragenen elektrischen Signal zu erzeugen; einen Motor 130, der ausgebildet ist, eine Hilfskraft, basierend auf dem von der ECU 123 gesendeten Steuersignal zu erzeugen; und ein Untersetzungsgetriebe 140, das ein Schneckenrad 141 und eine Schneckenwelle 143 umfasst, um die von dem Motor 130 erzeugte Hilfskraft auf die Lenkwelle 102 zu übertragen.
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Zusätzlich umfasst die Lenkwelle eine Eingangswelle 215, eine untere Lenkwelle 210, die mit der Eingangswelle 250 durch einen Stift 225 gekoppelt ist, und eine obere Lenkwelle 205, die mit der unteren Lenkwelle 210 gekoppelt ist, und die Wellen sind miteinander gekoppelt, damit sie auf dieselbe Mittelachse ausgerichtet sind. Die obere Lenkwelle 205 ist mit dem Lenkrad (nicht dargestellt) verbunden und die Eingangswelle 215 ist mit der Ausgangswelle 220 in Presspassung verbunden, um die Lenkkraft des Lenkrads zu übertragen.
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Das untere Ende der unteren Lenkwelle 210 ist in die Eingangswelle 215 eingefügt und ist mit der Eingangswelle 215 und einer Torsionsstange 230 über einen Stift 225 gekoppelt, und das obere Ende der unteren Lenkwelle 210 ist mit der oberen Lenkwelle 205 durch eine Kerbverzahnung 235, die auf der Außenumfangsfläche des oberen Endes ausgebildet ist und mit einer Verzahnung 235 zusammenpasst, die auf der Innenumfangsfläche der oberen Lenkwelle 205 geformt ist, und Einbetten von Kunststoff in die Verzahnungen 235, so dass die Verzahnungen miteinander gekoppelt sind, gekoppelt.
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Eine Lenksäule für ein Fahrzeug nach dem Stand der Technik, wie oben beschrieben, hat ein Problem dahingehend, dass die Eingangswelle und die Ausgangswelle verwunden werden oder von einer regulären Position in einem Bereich, in dem die Schneckenwelle und das Schneckenrad, die eine Lenkassistenzkraft von dem Motor liefern, der Drehmomentsensor und dergleichen gekoppelt sind, abweicht, und als Ergebnis kann keine korrekte Lenkassistenzkraft geliefert werden.
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Zusätzlich besteht aufgrund des Aufbaus der Lenksäule die Notwendigkeit, das Volumen und das Gewicht der Lenksäule zu verringern, da es schwierig ist, die Position des zusätzlichen Mechanismus oder dergleichen, der mit der Lenkwelle gekoppelt ist, zu ändern und es auch schwierig ist, das Volumen der Lenksäule zu verringern.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich in genauerer Weise auf eine Lenksäule für ein Fahrzeug, die im gesamten Volumen und Gewicht reduziert werden kann, wobei sichergestellt wird, dass eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle nicht verwunden werden und nicht aus der regulären Stellung an einem Bereich, an dem eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad, die eine Lenkassistenzkraft von einem Motor liefern, ein Drehmomentsensor und dergleichen gekoppelt sind, ausbrechen.
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Außerdem ist der Aspekt der vorliegenden Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere nicht erwähnte Aspekte der vorliegenden Erfindung können klar durch die Fachleute aus der folgenden Beschreibung verstanden werden.
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Um die Aufgabe der Erfindung zu erreichen, sieht diese eine Lenksäule für ein Fahrzeug vor, die umfasst: eine Eingangswelle mit einem ersten mit der Lenkwelle verbundenen Ende, einen Drehmomentsensor, der an einer Außenumfangsfläche der Eingangswelle befestigt ist, eine Ausgangswelle mit einem ersten Ende, das mit einem zweiten Ende der Eingangswelle verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit einer Ritzelwelle verbunden ist, wobei ein Schneckenrad mit einer Außenumfangsfläche der Ausgangswelle gekoppelt ist; einen Torsionsstab mit einem ersten und einem zweiten Ende, die jeweils mit einer Außenumfangsfläche der Eingangswelle und einer Innenumfangsfläche der Ausgangswelle gekoppelt sind; und ein Stützelement, das mit einer Außenumfangsfläche des zweiten Endes der Eingangswelle und einer Innenumfangsfläche des ersten Endes der Ausgangswelle gekoppelt ist.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, ist es bei einer Lenksäule für ein Fahrzeug möglich, das Gesamtgewicht und Gesamtvolumen zu reduzieren, wobei sichergestellt wird, dass die Eingangswelle und Ausgangswelle nicht verwunden werden oder aus ihrer regulären Position an einem Bereich ausscheren, an dem eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad, die eine Lenkassistenzkraft von einem Motor liefern, ein Drehmomentsensor und dergleichen gekoppelt sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlicher, die in Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung ausgeführt ist, in der:
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1 eine schematische Ansicht ist, die eine Lenkvorrichtung für Fahrzeuge nach dem Stand der Technik darstellt,
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2 eine Teilquerschnittsansicht ist, die eine Lenksäule für ein Fahrzeug nach dem Stand der Technik zeigt,
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3 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die einen Bereich einer Lenksäule für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 eine Teilquerschnittsansicht ist, die einen Bereich einer Lenksäule für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 eine Teilquerschnittsansicht ist, die einen Bereich einer Lenksäule für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt,
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6 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Bereich einer Lenksäule für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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7 eine vergrößerte Querschnittsansicht ist, die einen Bereich in 4 in einem vergrößerten Maßstab darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Bereich einer Lenksäule für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt, 4 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Bereich einer Lenksäule für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt, und 5 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Bereich der Lenksäule für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Bereich einer Lenksäule für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt, und 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Bereich in 4 in einem vergrößerten Maßstab zeigt.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst eine Lenksäule für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung: eine Eingangswelle 310, die ein erstes Ende aufweist, das mit einer Lenkwelle (siehe ”102” in 2) verbunden ist, an der ein Drehmomentsensor 340 an der Außenumfangsfläche der Eingangswelle 310 befestigt ist; eine Ausgangswelle 320, die ein erstes Ende aufweist, das mit einem zweiten Ende der Eingangswelle 310 verbunden ist und ein zweites Ende, das mit einer Ritzelwelle (siehe ”104” in 1) verbunden ist, bei der ein Schneckenrad 301 mit einer äußeren Umfangsfläche der Ausgangswelle 320 gekoppelt ist; eine Torsionsstange 302, die ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die jeweils mit einer Innenumfangsfläche der Eingangswelle 310 und einer Innenumfangsfläche der Ausgangswelle 320 gekoppelt sind; und ein Stützelement 330, das mit einer Außenumfangsfläche des zweiten Endes der Eingangswelle 310 und einer Innenumfangsfläche des ersten Endes der Ausgangswelle 320 gekoppelt ist.
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Der Drehmomentsensor 340 ist mit der Außenumfangsfläche der Eingangswelle 310, die mit der Lenkwelle verbunden ist, gekoppelt, um so ein Drehmoment zu messen, das erzeugt wird, wenn der Fahrer das Lenkrad betätigt, und es wird eine Lenkassistenzkraft auf die Ausgangswelle 320 über den Hilfskraftmechanismus übertragen.
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Hier umfasst der Hilfskraftmechanismus: einen Drehmomentsensor 340, der ausgebildet ist, einen Drehmoment zu erfassen, wenn das Lenkrad durch den Fahrer betätigt wird, und ein elektrisches Signal auszugeben, das proportional zum erfassten Drehmoment ist; eine elektronische Steuereinheit (nicht dargestellt), die ausgebildet ist, ein Steuersignal, basierend auf dem von dem Drehmomentsensor 340 übertragenen elektrischen Signal zu erzeugen; einen Motor, der ausgebildet ist, eine Hilfskraft, basierend auf dem Steuersignal zu erzeugen, das von der elektronischen Steuereinheit gesendet wird; und eine Schneckenwelle 303 und ein Schneckenrad 301, die ausgebildet sind, die von dem Motor erzeugte Hilfskraft an die Ausgangswelle 320 zu übertragen.
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Das erste Ende der Ausgangswelle 320 ist mit dem zweiten Ende der Eingangswelle 310 verbunden, und das Schneckenrad 310 ist mit der Außenumfangsfläche der Ausgangswelle 320 gekoppelt. Das zweite Ende der Ausgangswelle 320 ist mit der Ritzelwelle über ein Kreuzgelenk verbunden, und ein erstes Ende und ein zweites Ende der Torsionsstange 302 sind jeweils mit der Innenumfangsfläche der Eingangswelle 310 und der Innenumfangsfläche der Ausgangswelle 320 gekoppelt.
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Um zusätzlich sicherzustellen, dass die Eingangswelle 210 und die Ausgangswelle 320 koaxial reibungslos arbeitet, kann ein Stützelement 330 zwischen der Außenumfangsfläche des zweiten Endes der Eingangswelle 310 und der Innenumfangsfläche des ersten Endes der Ausgangswelle 320 angeordnet sein.
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Außerdem umfasst das erste Ende der Ausgangswelle 320 eine Erhebung bzw. einen Ansatz 320b, die bzw. der axial hervorragt, und die Eingangswelle 310 umfasst einen ersten Bereich 310b kleineren Durchmessers, der ausgebildet ist, weil ein Durchmesser in der äußeren Umfangsfläche, auf der der Drehmomentsensor 340 gelagert ist, reduziert wird, so dass der vorstehende Ansatz 320b der Ausgangswelle 320 mit einer Außenumfangsseite des ersten Bereichs 310b kleineren Durchmessers der Eingangswelle gekoppelt ist.
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Die Eingangswelle 310 umfasst einen zweiten Bereich 310 kleineren Durchmessers, der ausgebildet wird, da der Durchmesser an dem vorderen Ende des ersten Bereichs 310b kleineren Durchmessers reduziert wird, so dass das Stützelement 330 zwischen der Innenumfangsfläche der Ausgangswelle 320 und einer Außenumfangsfläche des zweiten Bereichs 310a kleineren Durchmessers gekoppelt ist.
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Zusätzlich umfasst das erste Ende der Ausgangswelle 320 einen Bereich 320a vergrößerten Durchmessers, der gebildet wird, da der Durchmesser sich nach außen in einer Einführungsöffnung 300c diametral vergrößert, in die die Torsionsstange 302 eingefügt ist, so dass das Stützelement 330 zwischen einer Innenumfangsfläche des vergrößerten Durchmesserbereichs 320a und der Außenumfangsfläche des zweiten Bereichs 310a kleineren Durchmessers gekoppelt werden kann.
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Außerdem umfasst die Ausgangswelle 320 einen ersten abgestuften Bereich 320d, der diametral auf einer Außenumfangsfläche eines Vorderendes des herausragenden Ansatzes 320b derart vorspringt, dass ein Seitenende des Schneckenrads 301 durch den ersten abgestuften Bereich 320d gelagert ist und mit diesem gekoppelt ist. Somit ist das Schneckenrad 301, das durch die Schneckenwelle 303 rotiert, angepasst, in der Lage zu sein, die Ausgangswelle 320 ohne Wegrollen oder Ausbrechen von einer regulären Position zu rotieren.
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Zusätzlich ist die Ausgangswelle 320 mit einem dritten Bereich 320e geringeren Durchmessers versehen, der gebildet wird, da der Durchmesser an dem vorderen Ende der Außenumfangsfläche, auf dem das Schneckenrad 301 gelagert ist, reduziert wird, wobei ein erstes Lager 307 mit der Außenumfangsfläche des dritten Bereichs 320e geringeren Durchmessers gekoppelt ist, und, wie in 4 dargestellt, ein Ende des Innenrings des ersten Lagers 307 so gekoppelt ist, dass er axial durch eine Feststellmutter 308 gestützt ist, und ein Ende eines Außenrings des ersten Lagers 307 so gekoppelt ist, dass er axial von einer Feststellschraube 309 gestützt wird, die mit einer Innenumfangsfläche eines Gehäuses 350 gekoppelt ist.
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Zusätzlich, wie in 5 dargestellt ist, kann das erste Lager 307 in einer solchen Weise gekoppelt sein, in der das Ende des Innenrings des ersten Lagers 307 so gekoppelt ist, dass er durch die Feststellmutter 308 gestützt wird, und das Ende des Außenrings des ersten Lagers 307 ist so gekoppelt, dass er axial durch einen Stützbügel 306 gestützt ist, der mit der Außenseite des Gehäuses 340 gekoppelt ist.
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Somit sind entgegengesetzte Enden des ersten Lagers 307 axial starr durch den abgestuften Bereich, der auf einer Seite des dritten Bereichs 320e geringeren Durchmessers, die Feststellmutter 308, die Feststellschraube 309, den Stützbügel 306 und dergleichen gelagert sind, wodurch die Ausgangswelle 320 und die Eingangswelle 310 koaxial gelagert werden ohne aus der regulären Position auszurollen oder auszubrechen.
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Zusätzlich umfasst die Eingangswelle 310 einen zweiten abgestuften Bereich 310c, der am vorderen Ende der Außenumfangsfläche diametral vorspringt, auf der der Drehmomentsensor 340 gelagert ist, so dass ein Seitenende des Drehmomentsensors 340 durch den zweiten abgestuften Bereich 310c abgestützt und gekoppelt wird. Somit kann der Drehmomentsensor 340 präzise das Drehmoment der Eingangswelle 310 messen, ohne aus der regulären Position wegzurollen oder auszubrechen.
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Ein zweites Lager 305 ist an einer Seite gegenüberliegend zu dem zweiten abgestuften Bereich 310c auf der Innenwelle 310 abgestützt und ist mit der Außenumfangsfläche der Eingangswelle 310 gekoppelt und ist auf einem inneren abgestuften Bereich des ersten Gehäuses 350a an der anderen Seite abgestützt und gekoppelt. Somit stützt das zweite Lager 305 die Ausgangswelle 320 und die Eingangswelle 310 koaxial ab, ohne aus der regulären Position wegzurollen oder auszubrechen.
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Das erste Lager 307, das zweite Lager 305, das Schneckenrad 301, der Drehmomentsensor 340 und dergleichen, die mit der Eingangswelle 310 und der Ausgangswelle 320, wie oben beschrieben, gekoppelt sind, sind innerhalb des Gehäuses 350 eingebettet, das ausgebildet ist zusammengesetzt zu werden, indem ein erstes Gehäuse 350a und ein zweites Gehäuse 350b miteinander gekoppelt werden.
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Schließlich umfasst das Stützelement 330 ein zylindrisches Außenelement 331 und Drehelemente 333, die auf einer Innenumfangsfläche des Außenelements 332 so angeordnet sind, dass sie in einer Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind und rotierend mit der Innenumfangsfläche des Außenelements 331 gekoppelt sind. Somit kann die Eingangswelle 310 koaxial auf der Ausgangswelle 320 abgestützt werden und die Drehung der Eingangswelle 310 kann in einer solchen Weise unterstützt werden, in der die Eingangswelle 310 nicht zu irgendeiner Seite kippen kann, wenn sie rotiert. Gegebenenfalls kann eine zylindrische Buchse verwendet werden.
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Durch Koppeln des Stützelements 330 zum Abstützen eines Verbindungsbereichs der Eingangswelle 310 und der Ausgangswelle 320 axial zwischen dem ersten Lager 307 und dem zweiten Lager 305 kann zusätzlich die Koppelkraft zwischen der Eingangswelle 310 und der Ausgangswelle 320 und die Koppelkraft zwischen dem ersten Gehäuse 350a und dem zweiten Gehäuse 350b von der Eingangswelle 310 zu der Ausgangswelle 320 erhöht werden. Somit ist es möglich, das Gesamtgewicht und das Gesamtvolumen der Eingangswelle 310, der Ausgangswelle 320, des ersten Gehäuses 350a und des zweiten Gehäuses 350b zu reduzieren, ohne zu bewirken, dass die Eingangswelle 310, die Ausgangswelle 320, das erste Gehäuse 350a und das zweite Gehäuse 350b verdreht werden oder aus der regulären Position ausbrechen, selbst wenn eine von dem Motor eingegebene übertragene Kraft und eine Stoßkraft, die von außen eingeführt wird, übertragen werden.
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Zwei oder mehr Stützelemente 330 können an Positionen gekoppelt sein, die axial zueinander auf der Außenumfangsfläche des zweiten Bereichs geringeren Durchmessers beabstandet sind. In der vorliegenden Erfindung ist dargestellt, dass zwei Stützelemente 330 an den Positionen gekoppelt sind, die axial voneinander durch ein vorbestimmtes Ausmaß als Beispiel beabstandet sind. Wenn zwei oder mehr Stützelemente 330 gekoppelt sind, wie oben beschrieben, werden die Stützkräfte und Koppelkräfte an der Position, an der das zweite Ende der Eingangswelle 310 und das erste Ende der Ausgangswelle 320 miteinander gekoppelt sind, erhöht werden.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung, die den Aufbau und die Gestalt wie oben beschrieben hat, ist es in einer Lenksäule für ein Fahrzeug möglich, das Gesamtgewicht und das Gesamtvolumen zu reduzieren, wobei sichergestellt wird, dass die Eingangswelle und die Ausgangswelle nicht verdreht werden oder aus einer regulären Position ausbrechen, an einem Bereich, an dem eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad, die eine Lenkassistenzkraft von einem Motor vorsehen, ein Drehmomentsensor und so weiter gekoppelt sind.
