DE102019121325A1

DE102019121325A1 - Fahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102019121325A1
Application number: DE102019121325.8A
Authority: DE
Inventors: Joseph Washnock; Jack Barry; Soungjin Wou; Garry Robert Smith; Jennifer LAZ; James Philip COOPER; Daniel Steven Payne; Rohit Kadam
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2020-02-13
Also published as: US11753067B2; US20210053611A1; CN110816640A; US20200047793A1; US10829145B2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt eine Fahrzeuglenkung bereit. Eine Lenkungsvorrichtung beinhaltet ein erstes Ritzel, ein Hohlrad, das mit dem ersten Ritzel in Eingriff steht, ein zweites Ritzel, das relativ zum Hohlrad fixiert ist, ein erstes Zahnrad, das mit dem zweiten Ritzel in Eingriff steht, ein drittes Ritzel, das relativ zum ersten Zahnrad fixiert ist, und eine Zahnstange, die mit dem dritten Ritzel verzahnt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein Fahrzeuglenkung.s
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Lenkungssystem eines Fahrzeugs steuert das Wenden der Räder des Fahrzeugs und bestimmt so eine Richtung, in die das Fahrzeug fährt. Bei dem Lenkungssystem kann es sich um ein Zahnstangensystem mit elektrischer Servolenkung, ein Steer-by-Wire-System usw. handeln. Das Lenkungssystem kann eine elektronische Steuereinheit (electronic control unit - ECU) oder dergleichen beinhalten, die mit einem Computer und/oder einem menschlichen Fahrer in Kommunikationsverbindung steht und Eingaben davon empfängt. Der menschliche Fahrer kann das Lenksystem z. B. über ein Lenkrad steuern.
KURZDARSTELLUNG
Eine Lenkungsvorrichtung beinhaltet ein erstes Ritzel, ein Hohlrad, das mit dem ersten Ritzel in Eingriff steht, ein zweites Ritzel, das relativ zum Hohlrad fixiert ist, ein erstes Zahnrad, das mit dem zweiten Ritzel in Eingriff steht, ein drittes Ritzel, das relativ zum ersten Zahnrad fixiert ist, und eine Zahnstange, die mit dem dritten Ritzel verzahnt ist.
Das erste Zahnrad kann mit dem zweiten Ritzel verzahnt sein.
Das Hohlrad kann mit dem ersten Ritzel verzahnt sein.
Das erste Zahnrad kann ein Schrägzahnrad sein.
Das erste Ritzel kann um eine erste Achse drehbar sein und das dritte Ritzel kann um eine dritte Achse parallel zur ersten Achse drehbar sein.
Das zweite Ritzel kann um eine zweite Achse drehbar sein und das dritte Ritzel kann um eine dritte Achse parallel zur zweiten Achse drehbar sein.
Das dritte Ritzel kann um eine Achse drehbar sein, die im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist.
Das erste Zahnrad kann über der Zahnstange angeordnet sein.
Das Hohlrad kann über dem ersten Zahnrad angeordnet sein.
Die Lenkungsvorrichtung kann ferner einen Motor beinhalten, der antreibbar an das erste Ritzel gekoppelt ist. Die Lenkungsvorrichtung kann ferner ein Lenkrad beinhalten, und der Motor ist elektronisch an das Lenkrad gekoppelt. Der Motor kann mechanisch vom Lenkrad isoliert sein.
Die Lenkungsvorrichtung kann ferner ein Stangengehäuse beinhalten, und die Zahnstange und das dritte Ritzel können im Stangengehäuse angeordnet sein. Das erste Zahnrad und das zweite Ritzel können im Stangengehäuse angeordnet sein.
Die Lenkungsvorrichtung kann ferner ein Hohlradgehäuse beinhalten, und das Hohlrad kann im Hohlradgehäuse angeordnet sein. Das Hohlradgehäuse kann sich vollständig über dem ersten Zahnrad erstrecken.
Die Lenkungsvorrichtung kann ferner ein Stangengehäuse mit einer Bohrung beinhalten, und das Hohlradgehäuse kann einen Drehzapfen beinhalten, der drehbar mit der Bohrung in Eingriff steht.
Die Lenkungsvorrichtung kann ferner eine obere Abdeckung beinhalten, die sich vollständig über dem Hohlrad erstreckt. Das Hohlradgehäuse kann eine Bohrung beinhalten, und die obere Abdeckung kann einen Drehzapfen beinhalten, der drehbar mit der Bohrung in Eingriff steht.
Die Lenkungsvorrichtung kann ferner ein Joch beinhalten, das gegenüber dem dritten Ritzel mit der Zahnstange in Eingriff steht.
Figurenliste

1 ist eine Oberseitenansicht eines Fahrzeugs.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Lenkungssystems des Fahrzeugs.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Getriebesystems des Lenkungssystems.
4 ist eine perspektivische Ansicht des Lenkungssystems.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Lenkungssystems mit zur Veranschaulichung freiliegendem Getriebesystem.
6 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Abschnitts des Getriebesystems.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Lenkungssystems von hinten unten.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren beinhaltet eine Lenkungsvorrichtung 30 für ein Fahrzeug 32 ein erstes Ritzel 34, ein Hohlrad 36, das mit dem ersten Ritzel 34 in Eingriff steht, ein zweites Ritzel 38, das relativ zum Hohlrad 36 fixiert ist, ein erstes Zahnrad 40, das mit dem zweiten Ritzel 38 in Eingriff steht, ein drittes Ritzel 42, das relativ zum ersten Zahnrad 40 fixiert ist, und eine Zahnstange 44, die mit dem dritten Ritzel 42 verzahnt ist. Zu Zwecken dieser Offenbarung bedeutet „in Eingriff stehen“ in Bezug auf Zahnräder, dass die Zahnräder in Wirkbeziehung stehen, d. h. die Bewegung eines Zahnrads das andere Zahnrad in Bewegung versetzt. Zu Zwecken dieser Offenbarung bedeutet „verzahnt“ in Bezug auf Zahnräder, dass die Zähne der Zahnräder ineinandergreifen, sodass die Bewegung eines Zahnrads das andere Zahnrad unmittelbar in Bewegung versetzt.
Die Lenkungsvorrichtung 30 ermöglicht ein vertikales Stapeln ihrer Komponenten, was bei der Unterbringung der Komponenten des Fahrzeugs 32 hilfreich sein kann. Die Anordnung der Lenkungsvorrichtung 30 kann Flexibilität hinsichtlich der Positionierung der Lenkungsvorrichtung 30 relativ zu anderen Komponenten des Fahrzeugs 32 ermöglichen. Die Lenkungsvorrichtung 30 muss nicht auskragen und weist daher eine sicherere Positionierung im Fahrzeug 32 auf. Darüber hinaus kann die Lenkungsvorrichtung 30 hohe Untersetzungsverhältnisse erzeugen.
Unter Bezugnahme auf 1 kann das Fahrzeug 32 ein beliebiges Personen- oder Nutzkraftfahrzeug sein, wie etwa ein Auto, ein Pickup, ein SUV, ein Crossover-Fahrzeug, ein Van, ein Minivan, ein Taxi, ein Bus usw.
Das Fahrzeug 32 beinhaltet einen Rahmen 46. Das Fahrzeug 32 kann eine selbsttragende Konstruktion aufweisen, bei welcher der Rahmen 46 und eine Karosserie des Fahrzeugs 32 eine einzelne Komponente sind, wie in 1 gezeigt. Das Fahrzeug 32 kann alternativ eine Karosserie-auf-Fahrzeugrahmen-Konstruktion aufweisen, bei welcher der Rahmen 46 eine Karosserie trägt, die eine vom Rahmen 46 getrennte Komponente ist. Der Rahmen 46 und die Karosserie können aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, beispielsweise Stahl, Aluminium usw.
Das Fahrzeug 32 beinhaltet Räder 48. Die Räder 48 steuern eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs 32. Eine Position der Räder 48, z. B. relativ zu einer Vorwärtsfahrtrichtung nach rechts oder links gewendet, steuert die Fahrtrichtung, z. B. kann das Fahrzeug 32 nach rechts steuern, wenn die Räder 48 nach rechts gewendet sind. Die Position der Räder 48 definiert den Lenkwinkel θ, d. h. ein Maß der Abweichung der Räder 48 von der Mitte nach rechts oder links.
Unter Bezugnahme auf 2 steuert ein Lenkungssystem 50 den Lenkwinkel θ der Räder 48. Das Lenksystem 50 kann in Kommunikationsverbindung mit einem Lenkrad 52 und/oder dem einem Computer 54 stehen und Eingaben davon empfangen. Das Lenksystem 50 ein elektrisches Servolenkungssystem, ein Steer-by-Wire-System oder ein beliebiges anderes geeignetes System sein. Das Drehen des Lenkrads 50 kann beispielsweise Drehmoment für das Lenkungssystem 50 zum Wenden der Räder 48 bereitstellen, und das Lenkungssystem 50 kann auch einen Hilfsmechanismus bereitstellen, der zusätzliche Leistung zum Wenden der Räder 48 in eine Richtung bereitstellt, die von einem Insassen angegeben wird, der das Lenkrad 52 dreht. Alternativ kann das Lenkungssystem 50 ein unabhängiges System sein, das mechanisch vom Lenkrad 52 isoliert ist und die gesamte Leistung zum Wenden der Räder 48 bereitstellt.
Das Lenkrad 52 ermöglicht es einem Führer des Fahrzeugs, das Fahrzeug 32 zu lenken, indem die Drehung des Lenkrads 52 in die Bewegung der Zahnstange 44 übertragen wird. Das Lenkrad 52 kann z. B. ein starrer Ring sein, der fest an einer Lenksäule 56 angebracht ist. Das Lenkrad 52 ist relativ zum Rahmen 46 um die Lenksäule 56 drehbar.
Der Computer 54 kann eine Steuerung auf Mikroprozessorbasis sein, die über Schaltungen, Chips oder andere elektronische Komponenten implementiert ist. Beispielsweise kann der Computer 54 einen Prozessor, Speicher usw. beinhalten. Der Speicher des Computers 54 kann Speicher zum Speichern von Anweisungen, die von dem Prozessor ausführbar sind, sowie zum elektronischen Speichern von Daten und/oder Datenbanken beinhalten. Obwohl zur einfacheren Darstellung ein Computer 54 gezeigt ist, versteht es sich, dass der Computer 54 eine oder mehrere Rechenvorrichtungen beinhalten kann und verschiedene hierin beschriebene Vorgängen von diesen ausgeführt werden können.
Ein Kommunikationsnetz 58 kann eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation unter den Komponenten des Lenkungssystems 50, z. B. dem Computer 54, einem Motor 60, einem Positionssensor 62 usw. ermöglichen. Das Kommunikationsnetz 58 beinhaltet Hardware wie etwa einen Kommunikationsbus, um die Kommunikation unter den Komponenten zu ermöglichen. Ein Kommunikationsnetz 58 kann drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation unter den Komponenten gemäß einer Anzahl von Kommunikationsprotokollen ermöglichen, wie etwa CAN (controller area network), Ethernet, WiFi, LIN (Local Interconnect Network) und/oder andere drahtgebundene oder drahtlose Mechanismen.
Der Computer 54 kann den Motor 60 anweisen, die Zahnstange 44 zu bewegen, z. B. in einem Steer-by-Wire-Lenkungssystem. Der Motor 60 bewegt die Zahnstange 44 mittels der Lenkungsvorrichtung 30, wie nachstehend ausführlich beschrieben. Der Motor 60 ist elektronisch an das Lenkrad 52 gekoppelt. Beispielsweise kann eine Drehposition der Lenksäule 56 vom Computer 54 mittels des Positionssensors 62 erfasst werden. Der Positionssensor 62 ist dazu ausgelegt, eine Drehposition der Lenksäule 56 zu erfassen, z. B. ein Näherungssensor, ein Hall-Sensor, ein Drehmesswandler, ein Potentiometer usw. Der Computer 54 kann mit dem Motor 60 in Kommunikationsverbindung stehen. Der Motor 60 kann mechanisch vom Lenkrad 52 isoliert sein. Zu Zwecken dieser Offenbarung bedeutet „mechanisch isoliert“, dass keine ununterbrochene Übertragung von mechanischer Bewegung von einer Komponente auf eine andere stattfindet.
Der Speicher des Computers 54 speichert Anweisungen, die von dem Prozessor ausführbar sind, um den Motor 60 auszuführen, um den Lenkwinkel θ der Räder 48 auf Grundlage einer erfassten Position, z. B. einer Drehposition, des Lenkrads 52 zu steuern. Beispielsweise kann der Computer 54 über das Kommunikationsnetz 58 Informationen vom Positionssensor 62 empfangen, die die erfasste Position der am Lenkrad 52 fixierten Lenksäule 56 angeben. Auf Grundlage der erfassten Position des Lenkrads 52 kann der Computer 54 eine Anweisung an den Motor 60 übertragen, die eine Drehrichtung, eine Drehgröße usw. angibt, die der Motor 60 an eine Welle 64 bereitstellen soll. Wenn die erfasste Position beispielsweise angibt, dass das Lenkrad 52 und die Lenksäule 56 in eine bestimmte Position oder in eine bestimmte Richtung gedreht wurden, kann der Computer 54 den Motor 60 betätigen, um die Zahnstange 44 zu bewegen und den Lenkwinkel θ in Entsprechung zur erfassten Position zu ändern. Alternativ oder zusätzlich kann der Computer 54 den Lenkwinkel θ aus einem Algorithmus für autonomes Fahren empfangen oder wählen, wie es bekannt ist.
Der Motor 60 wandelt elektrische Leistung in mechanische Drehbewegung um. Bei dem Motor 60 kann es sich um einen beliebigen geeigneten Motor handeln, um Drehbewegung mit ausreichendem Drehmoment zum Drehen der Räder 48 zu liefern, z. B. einen Elektromotor wie etwa einen elektrisch angeregten Gleichstrommotor, ein einen Permanentmagnetgleichstrommotor, einen bürstenlosen Gleichstrommotor usw.
Unter Bezugnahme auf die 3-5 ist der Motor 60 antreibbar an das erste Ritzel 34 gekoppelt, z. B. über die Welle 64. Der Motor 60 wandelt elektrische Energie in Drehbewegung des ersten Ritzels 34 um. Das erste Ritzel 34 definiert eine erste Drehachse A1 und dreht sich um diese. Mit anderen Worten, das erste Ritzel 34 ist um die erste Achse A1 drehbar. Der Motor 60 steht mit dem ersten Ritzel 34 in Eingriff, um Drehmoment dazwischen zu übertragen. Anders ausgedrückt bewirkt die Drehung der Welle 64 des Motors 60 eine Drehung des ersten Ritzels 34 und umgekehrt. Beispielsweise kann die Welle 64 des Motors 60 relativ zum ersten Ritzel 34 fixiert sein, derart, dass eine Drehung der Welle 64 eine Drehung des ersten Ritzels 34 bewirkt. Beispielsweise kann das erste Ritzel 34 an der Welle 64 über eine Anschlagschraube oder einen anderen Befestiger, Schweißen, mechanische Arretierung, z. B. Keile, Keilschlitze usw. fixiert sein. Als anderes Beispiel können das erste Ritzel 34 und die Welle 64 eine monolithische Einheit sein und über eine Anschlagschraube oder einen anderen Befestiger, Schweißen, mechanische Arretierung, z. B. Keile, Keilschlitze usw. mit dem Motor 60 verbunden sein.
Das erste Ritzel 34 beinhaltet eine Vielzahl von Zahnradzähnen 66. Die Zahnradzähne 66 erstrecken sich nach außen, z. B. radial von der ersten Achse A1 des ersten Ritzels 34 weg. Die Zahnradzähne 66 können in Umfangsrichtung um das erste Ritzel 34 angeordnet sein. Die Zahnradzähne 66 können z. B. gerade oder schräg sein. Das erste Ritzel 34 kann von einer oberen Abdeckung 68 drehbar getragen werden, derart, dass sich das erste Ritzel 34 um die erste Achse A1 drehen kann.
Das Hohlrad 36 beinhaltet eine Vielzahl von Zahnradzähnen 70. Das Hohlrad 36 definiert eine zweite Drehachse A2. Mit anderen Worten, das Hohlrad 36 ist um die zweite Achse A2 drehbar. Die Zahnradzähne 70 erstrecken sich nach innen, z. B. radial zur zweiten Achse A2 des Hohlrads 36 hin. Die Zahnradzähne 70 können in Umfangsrichtung um das Hohlrad 36, z. B. um die Achse A2, angeordnet sein. Die Zahnradzähne 70 können z. B. gerade oder schräg sein. Das Hohlrad 36 kann von einem Hohlradgehäuse 72 drehbar getragen werden, derart, dass sich das Hohlrad 36 um die zweite Achse A2 drehen kann. Das Hohlrad 36 kann über der Zahnstange 44 angeordnet sein, z. B. relativ zu einer Oberseite und Unterseite des Fahrzeugs 32. Die zweite Achse A2 des Hohlrads 36 und die erste Achse A1 des ersten Ritzels 34 können parallel sein.
Das erste Ritzel 34 steht mit dem Hohlrad 36 in Eingriff. Beispielsweise ist das erste Ritzel 34 mit dem Hohlrad 36 verzahnt. Die Verzahnung zwischen dem ersten Ritzel 34 und dem Hohlrad 36 überträgt Kraft vom ersten Ritzel 34 auf das Hohlrad 36, z. B. derart, dass eine Drehung des ersten Ritzels 34 eine Drehung des Hohlrads 36 bewirkt und umgekehrt. Beispielsweise können die Zahnradzähne 66 des ersten Ritzels 34 mit den Zahnradzähnen 70 des Hohlrads 36 verzahnt sein. Es kann Kraft zwischen ihnen übertragen werden, indem die Zahnradzähne 66 des ersten Ritzels 34 mit den Zahnradzähnen 70 des Hohlrads 36 in Kontakt stehen.
Das zweite Ritzel 38 ist relativ zum Hohlrad 36 fixiert. Die Anbringung des zweiten Ritzels 38 am Hohlrad 36 überträgt Kraft zwischen ihnen. Anders ausgedrückt bewirkt die Drehung des Hohlrads 36 eine Drehung des zweiten Ritzels 38 und umgekehrt. Beispielsweise können das Hohlrad 36 und das zweite Ritzel 38 koaxial sein, d. h. beide um die zweite Achse A2 drehbar sein. Beispielsweise kann das zweite Ritzel 38 am Hohlrad 36 fixiert sein, z. B. durch Schweißen usw. Als anderes Beispiel können das zweite Ritzel 38 und das Hohlrad 36 an einer gemeinsamen Welle fixiert sein. Als ein weiteres Beispiel können das zweite Ritzel 38 und das Hohlrad 36 monolithisch sein, d. h. ein einzelnes Materialstück ohne Schweißnähte, Verbindungen, Befestiger oder Klebstoffe, die das zweite Ritzel 38 und das Hohlrad 36 zusammenhalten.
Das zweite Ritzel 38 definiert die zweite Drehachse A2. Das zweite Ritzel 38 beinhaltet eine Vielzahl von Zahnradzähnen 74. Die Zahnradzähne 74 erstrecken sich nach außen, z. B. radial von der zweiten Achse A2 des zweiten Ritzels 38 weg. Die Zahnradzähne 74 können in Umfangsrichtung um das zweite Ritzel 38 angeordnet sein. Die Zahnradzähne 74 können z. B. gerade oder schräg sein. Das zweite Ritzel 38 kann von einem Stangengehäuse 76 drehbar getragen werden, derart, dass sich das zweite Ritzel 38 um die zweite Achse A2 drehen kann. Das zweite Ritzel 38 kann über der Zahnstange 44 angeordnet sein, z. B. relativ zu einer Oberseite und Unterseite des Fahrzeugs 32.
Das ersten Zahnrad 40 definiert eine dritte Drehachse A3. Mit anderen Worten, das erste Zahnrad 40 ist um die dritte Achse A3 drehbar. Das erste Zahnrad 40 beinhaltet eine Vielzahl von Zahnradzähnen 78. Die Zahnradzähne 78 erstrecken sich nach außen, z. B. radial von der dritten Achse A3 des ersten Zahnrads 40 weg. Die Zahnradzähne 78 können in Umfangsrichtung um das erste Zahnrad 40 angeordnet sein. Die Zahnradzähne 78 können z. B. gerade sein, d. h., das erste Zahnrad 40 ist ein Stirnrad; oder schräg, d. h., das erste Zahnrad 40 ist ein Schrägzahnrad. Das erste Zahnrad 40 kann vom Stangengehäuse 76 drehbar getragen werden, derart, dass sich das erste Zahnrad 40 um die dritte Achse A3 drehen kann. Das erste Zahnrad 40 kann über der Zahnstange 44 angeordnet sein, z. B. relativ zu einer Oberseite und Unterseite des Fahrzeugs 32.
Das erste Zahnrad 40 steht mit dem zweiten Ritzel 38 in Eingriff. Beispielsweise ist das erste Zahnrad 40 mit dem zweiten Ritzel 38 verzahnt. Die Verzahnung zwischen dem ersten Zahnrad 40 und dem zweiten Ritzel 38 überträgt Kraft vom ersten Zahnrad 40 auf das zweite Ritzel 38, z. B. derart, dass eine Drehung des ersten Zahnrad 40 eine Drehung des zweiten Ritzels 38 bewirkt und umgekehrt. Beispielsweise können die Zahnradzähne 78 des ersten Zahnrads 40 mit den Zahnradzähnen 74 des zweiten Ritzels 38 verzahnt sein. Es kann Kraft zwischen ihnen übertragen werden, indem die Zahnradzähne 78 des ersten Zahnrads 40 mit den Zahnradzähnen 74 des zweiten Ritzels 38 in Kontakt stehen.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 ist das dritte Ritzel 42 relativ zum ersten Zahnrad 40 fixiert. Die Anbringung des dritten Ritzels 42 am ersten Zahnrad 40 überträgt Kraft zwischen ihnen. Anders ausgedrückt bewirkt die Drehung des ersten Zahnrads 40 eine Drehung des dritten Ritzels 42 und umgekehrt. Beispielsweise kann das dritte Ritzel 42 am ersten Zahnrad 40 fixiert sein, z. B. durch Schweißen usw. Als anderes Beispiel können das dritte Ritzel 42 und das erste Zahnrad 40 an einer gemeinsamen Welle fixiert sein. Als ein weiteres Beispiel können das dritte Ritzel 42 und das erste Zahnrad 40 monolithisch sein, d. h. ein einzelnes Materialstück ohne Schweißnähte, Verbindungen, Befestiger oder Klebstoffe, die das dritte Ritzel 42 und das erste Zahnrad 40 zusammenhalten.
Das dritte Ritzel 42 definiert die dritte Drehachse A3. Mit anderen Worten, das dritte Ritzel 42 ist um die dritte Achse A3 drehbar. Das dritte Ritzel 42 beinhaltet eine Vielzahl von Zahnradzähnen 80. Die Zahnradzähne 80 erstrecken sich nach außen, z. B. radial von der dritten Achse A3 des dritten Ritzels 42 weg. Die Zahnradzähne 80 können in Umfangsrichtung um das dritten Ritzel 42 angeordnet sein. Die Zahnradzähne 80 können z. B. gerade oder schräg sein. Das dritte Ritzel 42 kann vom Stangengehäuse 76 drehbar getragen werden, derart, dass sich das dritte Ritzel 42 um die dritte Achse A3 drehen kann. Das dritte Ritzel 42 kann über der Zahnstange 44 angeordnet sein, z. B. relativ zu einer Oberseite und Unterseite des Fahrzeugs 32.
Die Zahnstange 44 ist dazu ausgelegt, den Lenkwinkel θ der Räder 48 zu steuern. Beispielsweise kann die Zahnstange 44 mit den Rädern 48 über Spurstangen, Achsschenkel usw. verbunden sein. und zu einer rechten und einer linken Seite des Fahrzeugs 32 bewegt werden. Die Bewegung der Zahnstange 44 kann den Lenkwinkel θ ändern. Die Zahnstange 44 kann in einer lateralen Richtung relativ zum Fahrzeug 32 gestreckt sein. Die Zahnstange 44 kann eine Vielzahl von Zahnradzähnen 82 beinhalten, die entlang einer Längserstreckung der Zahnstange 44 angeordnet sind. Die Zahnstange 44 kann verschiebbar vom Stangengehäuse 76 getragen werden. Beispielsweise kann die Zahnstange 44 im Stangengehäuse 76 gleiten, wenn sich die Zahnstange 44 zum Ändern des Lenkwinkels θ bewegt.
Das dritte Ritzel 42 ist mit der Zahnstange 44 verzahnt. Die Verzahnung zwischen dem dritten Ritzel 42 und der Zahnstange 44 überträgt Kraft vom dritten Ritzel 42 auf die Zahnstange 44, z. B. derart, dass eine Drehung des dritten Ritzels 42 eine Drehung der Zahnstange 44 bewirkt und umgekehrt. Beispielsweise können die Zahnradzähne 80 des dritten Ritzels 42 mit den Zahnradzähnen 82 der Zahnstange 44 verzahnt sein. Es kann Kraft zwischen ihnen übertragen werden, indem die Zahnradzähne 80 des dritten Ritzels 42 mit den Zahnradzähnen 82 der Zahnstange 44 in Kontakt stehen.
Unter Bezugnahme auf 6 kann das Lenkungssystem 50 ein Joch 84 beinhalten. Das Joch 84 hilft, die Verzahnung zwischen der Zahnstange 44 und dem dritten Ritzel 42 beizubehalten. Das Joch 84 kann vom Stangengehäuse 76 getragen werden. Das Joch 84 steht gegenüber dem dritten Ritzel 42 in Wirkeingriff mit der Zahnstange 44. Beispielsweise kann das Joch 84 ein Jochglied 86 mit einer Reaktionsfläche 88 gegenüber einem distalen Ende 90 beinhalten. Die Reaktionsfläche 88 kann gegenüber dem dritten Ritzel 42 an der Zahnstange 44 anliegen. Mit anderen Worten kann sich die Zahnstange 44 direkt zwischen dem Jochglied 86 und dem dritten Ritzel 42 befinden. Ein Lager, eine Buchse oder eine andere Reibung reduzierende Komponente kann sich zwischen der Reaktionsfläche 88 und der Zahnstange 44 befinden.
Das Joch 84 kann eine Feder 92 beinhalten. Die Feder 92 kann zwischen dem Jochglied 86 und dem Stangengehäuse 76 angeordnet sein. Beispielsweise kann sich die Feder 92 zwischen dem distalen Ende 90 des Jochglieds 86 und einem Steckstück 94 befinden, das am Stangengehäuse 76 angebracht ist. Die Feder 92 spannt das Jochglied 86 zur Zahnstange 44 und zum dritten Ritzel 42 vor. Kraft von der Feder 92 und dem Jochglied 86 an der Zahnstange 44 spannt die Zahnradzähne 82 der Zahnstange 44 und die Zahnradzähne 80 des dritten Ritzels 42 zueinander hin vor, z. B. in Verzahnung miteinander.
Unter Bezugnahme auf die 2, 4, und 5 trägt das Stangengehäuse 76 die Zahnstange 44, das dritte Ritzel 42, das erste Zahnrad 40 und das zweite Ritzel 38. Das Stangengehäuse 76 trägt auch das Hohlradgehäuse 72 und die obere Abdeckung 68. Die Zahnstange 44, das dritte Ritzel 42, das erste Zahnrad 40 und das zweite Ritzel 38 sind im Stangengehäuse 76 angeordnet. Das Stangengehäuse 76 kann relativ zum Rahmen 46 des Fahrzeugs 32 fixiert sein. Das Stangengehäuse 76 kann aus Metall oder einem beliebigen anderen ausreichend festem und beständigem Material sein. Das Stangengehäuse 76 kann eine rohrförmige Kammer 96 beinhalten, in der die Zahnstange 44 angeordnet ist. Die Zahnstange 44 ist entlang der rohrförmigen Kammer 96 bewegbar. Das Stangengehäuse 76 kann eine obere Kammer 98 beinhalten, in der das erste Zahnrad 40 und das zweite Ritzel 38 angeordnet sind. Die obere Kammer 98 kann sich relativ zum Fahrzeug 32 vertikal über der rohrförmigen Kammer 96 befinden. Das Stangengehäuse 76 kann eine Oberseitenfläche 100 beinhalten. Die Oberseitenfläche 100 kann flach sein. Die obere Kammer 98 kann an der Oberseitenfläche 100 offen sein. Die Oberseitenfläche 100 kann eine erste Bohrung 102 beinhalten.
Unter Bezugnahme auf die 2, 4 und 7 trägt das Hohlradgehäuse 72 das Hohlrad 36. Das Hohlradgehäuse 72 trägt auch die obere Abdeckung 68. Das Hohlrad 36 ist im Hohlradgehäuse 72 angeordnet. Das Hohlradgehäuse 72 kann aus Metall oder einem beliebigen anderen ausreichend festem und beständigem Material sein, z. B. dem gleichen Material wie das Stangengehäuse 76. Das Gehäuse des Hohlrads 36 kann sich vollständig über der Oberseitenfläche 100 des Stangengehäuses 76 erstrecken. Das Hohlradgehäuse 72 kann sich vollständig über dem ersten Zahnrad 40 erstrecken. Das Hohlradgehäuse 72 kann eine Hohlradgehäusekammer 104 beinhalten, in der das Hohlrad 36 angeordnet ist. Das Hohlradgehäuse 72 kann einen Plattenabschnitt 106 beinhalten, der sich von der Hohlradgehäusekammer 104 weg und über das erste Zahnrad 40 erstreckt. Der Plattenabschnitt 106 kann mit der Oberseitenfläche 100 des Stangengehäuses 76 bündig sein. Das Hohlradgehäuse 72 kann eine Oberseitenfläche 108 beinhalten. Die Oberseitenfläche 108 kann flach sein. Die Hohlradgehäusekammer 104 kann an der Oberseitenfläche 108 des Hohlradgehäuses 72 offen sein. Die Oberseitenfläche 108 kann eine zweite Bohrung 110 beinhalten.
Unter Bezugnahme auf 7 kann das Hohlradgehäuse 72 am Stangengehäuse 76 fixiert sein. Das Hohlradgehäuse 72 beinhaltet einen ersten Drehzapfen 112, der mit der ersten Bohrung 102 drehbar in Eingriff steht. Der erste Drehzapfen 112 erstreckt sich vom Hohlradgehäuse 72 nach unten. Bei der Montage des Lenkungssystems 50 kann der erste Drehzapfen 112 in die erste Bohrung 102 eingeführt werden, und das Hohlradgehäuse 72, das Hohlrad 36 und das zweite Ritzel 38 können gemeinsam in eine Position gedreht werden, in der die Zahnradzähne 74 des zweiten Ritzels 38 mit den Zahnradzähnen 78 des ersten Zahnrads 40 verzahnt sind. Dann können ein oder mehrere zusätzliche Bolzen 116 hinzugefügt werden, um das Hohlradgehäuse 72 relativ zum Stangengehäuse 76 zu fixieren, wie in 4 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf die 2, 4 und 7 kann sich die obere Abdeckung 68 vollständig über das Hohlrad 36 erstrecken. Die obere Abdeckung 68 kann sich vollständig über die Oberseitenfläche 108 des Hohlradgehäuses 72 erstrecken. Die obere Abdeckung 68 kann eine flache, plattenartige Form aufweisen. Die obere Abdeckung 68 kann mit der Oberseitenfläche 108 des Hohlradgehäuses 72 bündig sein. Die obere Abdeckung 68 kann aus Metall oder einem beliebigen anderen ausreichend festem und beständigem Material sein, z. B. dem gleichen Material wie das Stangengehäuse 76 und/oder das Hohlradgehäuse 72.
Unter Bezugnahme auf 7 kann die obere Abdeckung 68 am Hohlradgehäuse 72 fixiert sein. Die obere Abdeckung 68 beinhaltet einen zweiten Drehzapfen 114, der mit der zweiten Bohrung 110 drehbar in Eingriff steht. Der zweite Drehzapfen 114 erstreckt sich von der oberen Abdeckung 68 nach unten. Bei der Montage des Lenkungssystems 50 kann der zweite Drehzapfen 114 in die zweite Bohrung 110 eingeführt werden, und die obere Abdeckung 68 und das erste Ritzel 34 können gemeinsam in eine Position gedreht werden, in der die Zahnradzähne 66 des ersten Ritzels 34 mit den Zahnradzähnen 70 des Hohlrads 36 verzahnt sind. Dann können ein oder mehrere zusätzliche Bolzen 118 hinzugefügt werden, um die obere Abdeckung 68 am Hohlradgehäuse 72 zu fixieren, wie in 4 gezeigt.
Die Offenbarung wurde in veranschaulichender Weise beschrieben, und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie von beschreibender und nicht einschränkender Art sein soll. Die Adjektive „erster“ „zweiter“ und „dritter“ werden in diesem Dokument stets als Kennungen verwendet und sollen keine Wichtigkeit oder Reihenfolge angeben. Viele Modifikationen und Abwandlungen der vorliegenden Offenbarung sind angesichts der vorstehenden Lehren möglich, und die Offenbarung kann in anderer als der spezifisch beschriebenen Weise ausgeübt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungsvorrichtung bereitgestellt, aufweisend: ein erstes Ritzel, ein Hohlrad, das mit dem ersten Ritzel in Eingriff steht, ein zweites Ritzel, das relativ zum Hohlrad fixiert ist, ein erstes Zahnrad, das mit dem zweiten Ritzel in Eingriff steht, ein drittes Ritzel, das relativ zum ersten Zahnrad fixiert ist, und eine Zahnstange, die mit dem dritten Ritzel verzahnt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Zahnrad mit dem zweiten Ritzel verzahnt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Hohlrad mit dem ersten Ritzel verzahnt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Zahnrad ein Schrägzahnrad.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Ritzel um eine erste Achse drehbar und das dritte Ritzel um eine dritte Achse parallel zur ersten Achse drehbar.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite Ritzel um eine zweite Achse drehbar und das dritte Ritzel um eine dritte Achse parallel zur zweiten Achse drehbar.
Gemäß einer Ausführungsform ist das dritte Ritzel um eine Achse drehbar, die im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Zahnrad über der Zahnstange angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Hohlrad über dem ersten Zahnrad angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obenstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Motor, der antreibbar an das erste Ritzel gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obenstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Lenkrad, wobei der Motor elektronisch an das Lenkrad gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Motor vom Lenkrad mechanisch isoliert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obenstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Stangengehäuse, wobei die Zahnstange und das dritte Ritzel im Stangengehäuse angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste Zahnrad und das zweite Ritzel im Stangengehäuse angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obenstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Hohlradgehäuse, wobei das Hohlrad im Hohlradgehäuse angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich das Hohlradgehäuse vollständig über dem ersten Zahnrad.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obenstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Stangengehäuse mit einer Bohrung, wobei das Hohlradgehäuse einen Drehzapfen beinhaltet, der drehbar mit der Bohrung in Eingriff steht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obenstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine obere Abdeckung, die sich vollständig über dem Hohlrad erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Hohlradgehäuse eine Bohrung, und die obere Abdeckung beinhaltet einen Drehzapfen, der drehbar mit der Bohrung in Eingriff steht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obenstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Joch, das gegenüber dem dritten Ritzel mit der Zahnstange in Eingriff steht.

Claims

Lenkungsvorrichtung, umfassend: ein erstes Ritzel; ein Hohlrad, das mit dem ersten Ritzel in Eingriff steht; ein zweites Ritzel, das relativ zum Hohlrad fixiert ist; ein erstes Zahnrad, das mit dem zweiten Ritzel in Eingriff steht; ein drittes Ritzel, das relativ zum ersten Zahnrad fixiert ist; und eine Zahnstange, die mit dem dritten Ritzel verzahnt ist.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Hohlrad mit dem ersten Ritzel verzahnt ist.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Ritzel um eine erste Achse drehbar ist und das dritte Ritzel um eine dritte Achse parallel zur ersten Achse drehbar ist.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Ritzel um eine zweite Achse drehbar ist und das dritte Ritzel um eine dritte Achse parallel zur zweiten Achse drehbar ist.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Zahnrad über der Zahnstange angeordnet ist.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Hohlrad über dem ersten Zahnrad angeordnet ist.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Motor, der antreibbar an das erste Ritzel gekoppelt ist.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Lenkrad, wobei der Motor elektronisch an das Lenkrad gekoppelt ist und der Motor mechanisch vom Lenkrad isoliert ist.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Stangengehäuse, wobei die Zahnstange und das dritte Ritzel im Stangengehäuse angeordnet sind.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das erste Zahnrad und das zweite Ritzel im Stangengehäuse angeordnet sind.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Hohlradgehäuse, wobei das Hohlrad im Hohlradgehäuse angeordnet ist.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 11, ferner umfassend ein Stangengehäuse mit einer Bohrung, wobei das Hohlradgehäuse einen Drehzapfen beinhaltet, der drehbar mit der Bohrung in Eingriff steht.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 11, ferner umfassend eine obere Abdeckung, die sich vollständig über dem Hohlrad erstreckt.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Hohlradgehäuse eine Bohrung beinhaltet und die obere Abdeckung einen Drehzapfen beinhaltet, der drehbar mit der Bohrung in Eingriff steht.
Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, wobei das erste Zahnrad mit dem zweiten Ritzel verzahnt ist.