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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung, die zum Lenken eines Rades aufgebaut ist, und auf ein Radmontagemodul für ein Fahrzeug, das die Lenkvorrichtung als einen Bestandteil umfasst, und wobei das Rad über das Radmontagemodul am Fahrzeug montiert ist.
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Erläuterung des Stands der Technik
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Eine Lenkvorrichtung, die dazu aufgebaut ist, nur eines von zahlreichen Rädern eines Fahrzeugs zu lenken, nämlich eine Lenkvorrichtung, die dazu aufgebaut ist, nur eines der rechten und linken Räder zu lenken, kann als Einzelradlenkvorrichtung bezeichnet werden. So offenbart beispielsweise die japanische Offenlegungsschrift
JP 2014-169745 A eine Lenkvorrichtung als die Einzelradlenkvorrichtung. Die offenbarte Lenkvorrichtung ist so aufgebaut, dass ein Achsschenkel von einem Aufhängungsarm, insbesondere von einem oberen Arm, über ein Untersetzungsgetriebe zur Übertragung einer Lenkkraft gelagert wird.
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KURZE ERLÄUTERUNG
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Die vorstehend beschriebene Einzelradlenkvorrichtung befindet sich noch in der Entwicklung und hat verschiedene Nachteile. In der offenbarten Lenkvorrichtung sind die Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes und das Achsschenkelgelenk starr gekoppelt, so dass die Neigung der Achse des Achsschenkelbolzens gegenüber dem oberen Arm durch eine Ein- und Ausfederbewegung des Rades die Leichtgängigkeit der Lenkvorrichtung beeinträchtigen kann. Das Untersetzungsgetriebe der offenbarten Lenkvorrichtung umfasst einen Untersetzungsmechanismus, der aus einem Stirnrad bzw. einer Planverzahnung und einem Ritzel besteht, und der Wirkungsgrad ist nicht unbedingt hoch. Um ein hohes Untersetzungsverhältnis, also ein hohes Verhältnis der Drehzahl der Eingangswelle zur Drehzahl der Ausgangswelle, zu erhalten, muss das Stirnrad einen größeren Durchmesser aufweisen, wodurch die Größe der Lenkvorrichtung zwangsläufig vergrößert wird. Um das Stirnrad zu drehen, wird ein Ritzel angetrieben und gedreht. Eine Antriebsquelle (z.B. ein Elektromotor) zum Antreiben und Drehen des Ritzels muss radial außerhalb des Stirnrades angeordnet sein, dessen Achse mit der Achse des Achsschenkelbolzens zusammenfällt. Auch dies trägt zur Vergrößerung der Lenkvorrichtung bei. Mit anderen Worten wird die Lenkvorrichtung zwangsläufig in einer Richtung orthogonal zur Achse des Achsschenkelbolzens größer. Somit bleibt viel Raum für Verbesserungen in der Einzelradlenkvorrichtung, und manche Änderungen können den Nutzen der Einzelradlenkvorrichtung erhöhen. Dementsprechend ist ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung auf eine Lenkvorrichtung mit hohem Nutzen gerichtet. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist durch den Einsatz der Lenkvorrichtung auf ein Fahrzeugradmontagemodul mit hohem Nutzen gerichtet.
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In einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Lenkvorrichtung Folgendes:
- einen Achsschenkel, der ein Rad drehbar hält bzw. lagert;
- einen Elektromotor und ein Untersetzungsgetriebe, das dazu aufgebaut ist, die Drehung des Elektromotors zu untersetzen, wobei der Elektromotor und das Untersetzungsgetriebe an einem Aufhängungsarm befestigt sind; und
- ein Gelenk, über das der Achsschenkel durch den Aufhängungsarm in einem Zustand getragen wird, in dem eine Achse des Achsschenkelbolzens relativ zum Aufhängungsarm neigbar ist, wobei das Gelenk den Achsschenkel und eine Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes so verbindet, dass der Achsschenkel durch einen Betrieb des Elektromotors um die Achse des Achsschenkelbolzens schwenkt.
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In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Radmontagemodul für ein Fahrzeug Folgendes:
- eine Basis, die an einer Karosserie des Fahrzeugs montierbar ist;
- einen ersten Aufhängungsarm als den Aufhängungsarm, wobei ein proximaler Endabschnitt des ersten Aufhängungsarms schwenkbar durch die Basis gelagert ist;
- die wie vorstehend beschrieben konstruierte Lenkvorrichtung;
- einen zweiten Aufhängungsarm, dessen proximaler Endabschnitt durch die Basis schwenkbar gelagert ist, wobei der zweite Aufhängungsarm über ein weiteres Gelenk mit dem Achsschenkel gekoppelt ist;
- eine Aufhängungsfeder und einen Stoßdämpfer, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Aufhängungsfeder und der Stoßdämpfer die Basis mit entweder dem ersten Aufhängungsarm oder dem zweiten Aufhängungsarm verbinden; und
- eine Radantriebseinheit, die innerhalb einer Felge des Rades angeordnet ist und einen Antriebsmotor zum Antreiben des Rades umfasst, wobei ein Gehäuse der Radantriebseinheit als Achsschenkel arbeitet.
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In der Lenkvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ist die Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes über das Gelenk mit dem Achsschenkel gekoppelt, und der Achsschenkel wird durch eine über das Gelenk übertragene Drehkraft der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes geschwenkt, so dass das Rad gelenkt wird. Das Untersetzungsgetriebe ist am Aufhängungsarm bzw. Lenker befestigt, und die Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes wird daran gehindert, sich relativ zum Lenker zu neigen. Andererseits muss sich das Achsschenkelgelenk relativ zum Lenker in der Ein- und Ausfederbewegung des Rades neigen. Diese Neigung des Achsschenkels wird durch das Gelenk in der vorliegenden Lenkvorrichtung ermöglicht. Somit ermöglicht die Lenkvorrichtung ein sanftes Lenken des Rades, obwohl die Lenkvorrichtung das Untersetzungsgetriebe umfasst, das an der Aufhängung gelagert ist. Dementsprechend kann die Einzelradlenkvorrichtung mit hohem Nutzen aufgebaut werden.
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Im Fahrzeugradmontagemodul der vorliegenden Offenbarung ist nicht nur eine Radantriebs- und Drehvorrichtung und die Aufhängungsvorrichtung, sondern auch die Lenkvorrichtung modularisiert. Die Installation des Moduls in der Fahrzeugkarosserie ermöglicht somit eine einfache Konstruktion des Fahrgestells. Weiterhin hat das vorliegende Fahrzeugradmontagemodul die Vorteile der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Lenkvorrichtung, nämlich die Vorteile eines sanften Lenkens des Rades, so dass das Fahrzeugradmontagemodul mit hohem Nutzen herstellbar ist.
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Figurenliste
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Die Aufgaben, Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung der vorliegenden Offenbarung werden besser verstanden, wenn man die folgende detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform im Verbindung mit den beigefügten Figuren liest, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Lenkvorrichtung und eines Fahrzeugradmontagemoduls mit der Lenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
- 2 eine Ansicht der Lenkvorrichtung und des Fahrzeugradmontagemoduls aus 1 von vorn, also einer Vorderseite des Fahrzeugs gesehen ist;
- 3A eine Schnittansicht eines Untersetzungsmechanismus der in 1 dargestellten Lenkvorrichtung ist;
- 3B eine Ansicht des Untersetzungsmechanismus der in 1 dargestellten Lenkvorrichtung von unten ist;
- 4A eine Schnittansicht eines Tripodegelenks der in 1 dargestellten Lenkvorrichtung ist, die entlang einer Ebene geschnitten ist, in der eine Achse des Tripodegelenks liegt;
- 4B eine Schnittansicht des Tripodegelenks der in 1 dargestellten Lenkvorrichtung ist, die entlang einer Ebene geschnitten ist, die senkrecht zur Achse des Tripodegelenks liegt;
- 5A eine Schnittansicht eines Untersetzungsmechanismus ist, der in der Lenkvorrichtung von 1 anstelle des Untersetzungsmechanismus der 3A und 3B einsetzbar und entlang einer Ebene geschnitten ist, in der eine Achse des Untersetzungsmechanismus liegt; und
- die 5B und 5C schematische Ansichten des Untersetzungsmechanismus der 5A in axialer Richtung gesehen sind.
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VERSCHIEDENE FORMEN DER LENKVORRICHTUNG UND DES FAHRZEUG-RADMONTAGEMODULS GEMÄSS DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
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Der Typ der Aufhängungsvorrichtung, in der die Lenkvorrichtung der vorliegenden Offenbarung eingesetzt wird, ist nicht auf einen bestimmten festgelegt. Mit anderen Worten kann der „Aufhängungsarm“ in der vorliegenden Lenkvorrichtung ein Aufhängungsarm sein, der in einer beliebigen Aufhängungsvorrichtung einsetzbar ist. Insbesondere kann der Aufhängungsarm ein unterer Arm in einer MacPherson-Aufhängungsvorrichtung sein, oder er kann ein oberer Arm oder ein unterer Arm in einer Aufhängungsvorrichtung vom Doppelquerlenkertyp oder einer Mehrlenker-Aufhängungsvorrichtung sein.
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Ein flexibles Gelenk bzw. eine flexible Verbindung, wie beispielsweise ein Kreuz- bzw. Kardangelenk, ist als „Gelenk“ in der Lenkvorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendbar. Es ist jedoch wünschenswert, eine Verbindung einzusetzen, die keine Drehmomentänderung aufgrund einer Änderung der Drehphase verursacht, wenn sich eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle der Verbindung relativ zueinander neigen bzw. verkippen. Somit wird bevorzugt ein Gleichlaufgelenk eingesetzt. Das Gleichlaufgelenk ermöglicht ein sanfteres Lenken. Als Gleichlaufgelenk wird vorzugsweise ein Tripodegleichlaufgelenk eingesetzt. Das Tripodegleichlaufgelenk ist ein Gleitgelenk und weist eine gewisse Nachgiebigkeit auf, wodurch ein sanfteres Lenken des Rades und ein sanfterer Betrieb der Aufhängungsvorrichtung gewährleistet sind.
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Das „Untersetzungsgetriebe“ in der vorliegenden Lenkvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Untersetzungsmechanismus, in dem eine Abtriebswelle und eine Eingangswelle koaxial angeordnet sind und der ein Untersetzungsverhältnis von nicht weniger als 50 aufweist. Das Untersetzungsverhältnis ist ein Verhältnis der Drehzahl der Eingangswelle zur Drehzahl der Ausgangswelle. Das Untersetzungsgetriebe umfasst also vorzugsweise einen koaxialen Mechanismus für hohe Untersetzungen. Der Einsatz des koaxialen Mechanismus für hohe Untersetzungen ermöglicht es, den Elektromotor zu verkleinern und ermöglicht, dass ein Einbauraum für das Untersetzungsgetriebe an der Aufhängung relativ klein ist. Als koaxialer Mechanismus für hohe Untersetzungen kann ein Differentialmechanismus vom Typ mit innenverzahntem Getriebe wie ein Zykloid-Drehzahluntersetzungsmechanismus oder ein Spannungswellengetriebemechanismus bzw. Wellgetriebemechanismus (Flexspline-Drehzahluntersetzungsmechanismus) wie der sogenannte HarmonicDrive®-Mechanismus eingesetzt werden. Das in der Lenkvorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendete Untersetzungsgetriebe kann ein mehrstufiges Untersetzungsgetriebe sein, das zusätzlich zum vorstehend beschriebenen koaxialen Getriebe mit hoher Untersetzung weitere Untersetzungsgetriebe umfasst, die aus Zahnrädern, einem Riemen und Riemenscheiben oder dergleichen bestehen.
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In der Lenkvorrichtung der vorliegenden Offenbarung können das Untersetzungsgetriebe und der Elektromotor so angeordnet sein, dass eine Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes und eine Motorwelle des Elektromotors (drehende Welle) nicht koaxial, sondern parallel zueinander sind. Diese Anordnung reduziert die Größe der Lenkvorrichtung in einer Verlängerungsrichtung der Achse des Achsschenkelbolzens, im Allgemeinen in der Auf/Ab-Richtung.
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Das Radmontagemodul der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es, das Rad an der Fahrzeugkarosserie zu halten und ermöglicht es, zahlreiche notwendige Funktionen in Bezug auf das Rad in einer Einheit vorzusehen, wobei die Funktionen eine Radantriebs- und Drehfunktion, eine Radlenkfunktion und eine Karosserieaufhängungsfunktion umfassen. Das heißt, die Radantriebs- und Drehvorrichtung, die Radlenkvorrichtung und die Aufhängungsvorrichtung sind als ein Modul modularisiert. Vorzugsweise ist zudem eine Bremsvorrichtung in das Modul integriert, um eine Radbremsfunktion zu erzielen.
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Das Radmontagemodul der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise eine Aufhängungsvorrichtung vom sogenannten Doppelquerlenkertyp umfassen. In dem so konstruierten Modul können der Elektromotor und das Untersetzungsgetriebe an entweder dem unteren oder dem oberen Arm befestigt werden, und das Achsschenkelgelenk kann über ein Gelenk, wie beispielsweise ein Kugelgelenk, das keine Kraftübertragung erfordert, mit dem jeweils anderen Arm gekoppelt werden.
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Die „Radantriebseinheit“ im Radmontagemodul der vorliegenden Offenbarung ist die so genannte Radnabenmotoreinheit und kann aus dem Elektromotor, dem Untersetzungsgetriebe etc. bestehen. Das Gehäuse der Radantriebseinheit dient als Achsschenkel, so dass das Radmontagemodul aufgebaut werden kann, dessen Größe kompakt ist.
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GENAUE ERLÄUTERUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Anhand der Figuren wird im Folgenden detailliert eine Lenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Fahrzeugradmontagemodul einschließlich der Lenkvorrichtung erläutert. Selbstverständlich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Einzelheiten der folgenden Ausführungsform beschränkt, sondern kann basierend auf den Arten ausgearbeitet werden, die in den verschiedenen Formen beschrieben sind, und kann anhand des Wissens von Fachleuten geändert und überarbeitet werden.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt umfasst das Fahrzeugradmontagemodul gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: eine Basis 10 mit einer Rückseite, die an einer Fahrzeugkarosserie B befestigt ist (gekennzeichnet durch die einmal lang, zweimal kurz gestrichelte Linie in 2); einen unteren Arm 12 als ersten Aufhängungsarm, der an seinem proximalen Endabschnitt mittels eines unteren Endabschnitts der Basis 10 schwenkbar gelagert ist; einen oberen Arm 14 als zweiten Aufhängungsarm, der an seinem proximalen Endabschnitt mittels eines oberen Endabschnitts der Basis 10 schwenkbar gelagert ist; eine Radantriebseinheit 16, die schwenkbar zwischen einem distalen Endabschnitt des unteren Arms 12 und einem distalen Endabschnitt des oberen Arms 14 gehalten wird, wobei ein Gehäuse, das als Achsschenkel dient und dazu aufgebaut ist, ein Rad W anzutreiben und zu drehen, das von der Radantriebseinheit 16 gehalten wird (wie durch die einmal lang, zweimal kurz gestrichelte Linie in 2 verdeutlicht); eine Feder-/Stoßdämpferanordnung 18, die so angeordnet ist, dass sie die Basis 10 und einen mittleren Abschnitt des unteren Arms 12 verbindet; und eine Lenkvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die dazu aufgebaut ist, das Rad durch Schwenkbewegung der Radantriebseinheit 16 zu lenken. Obwohl wenn dies nicht gezeigt ist, enthält das Gehäuse der Radantriebseinheit 16 auch einen Bremssattel. Zudem hält das Gehäuse der Radantriebseinheit 16 neben dem Rad auch eine Bremsscheibe. Somit umfasst das Radmontagemodul auch eine Scheibenbremsvorrichtung.
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Wie aus dem vorstehend erläuterten Aufbau ersichtlich ist, erreicht das Radmontagemodul gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Einheit die Radantriebs- und Drehfunktion, die Radlenkfunktion, die Karosserieaufhängungsfunktion und die Radbremsfunktion. Dementsprechend wird in Betracht gezogen, dass die Radantriebs- und Drehvorrichtung, die Radlenkvorrichtung, die Aufhängungsvorrichtung und die Bremsvorrichtung modularisiert sind, d.h. als ein Modul gebildet sind. Das vorliegende Radmontagemodul zeichnet sich daher dadurch aus, dass es ein Fahrwerk einfach durch die Montage an der Fahrzeugkarosserie aufbauen kann. Man bemerke, dass die Aufhängungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform eine Aufhängungsvorrichtung vom Doppelquerlenkertyp ist.
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Der untere Arm 12 ist in zwei Armabschnitte 12a und einen Verbindungsabschnitt 12b unterteilt, der die distalen Enden der beiden Armabschnitte 12a verbindet. Ein Untersetzungsmechanismus (der noch erläutert wird) der Lenkvorrichtung 20, insbesondere ein Gehäuse des Untersetzungsmechanismus, dient als Verbindungsabschnitt 12b. Die distalen Enden der jeweiligen beiden Armabschnitte 12a und des Verbindungsabschnitts 12b sind durch Schrauben miteinander verbunden, so dass die beiden Armabschnitte 12a und der Verbindungsabschnitt 12b integriert bzw. einstückig sind. Anders gesagt wird der Untersetzungsmechanismus mit den Schrauben an den distalen Enden der jeweiligen Armabschnitte 12a befestigt. Proximale Enden der jeweiligen zwei Armabschnitte 12a sind durch entsprechende Buchsen in einem Paar Halterungen 10a drehbar gelagert, die am unteren Endabschnitt der Basis 10 vorgesehen sind, so dass die beiden Armabschnitte 12a, also der untere Arm 12, schwenkbar sind.
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Der obere Arm 14 ist so geformt, dass zwei Armabschnitte 14a an seinen distalen Enden integriert sind. Anders gesagt gabelt sich der obere Arm 14 auf seiner proximalen Endseite in die beiden Armabschnitte 14a. Die proximalen Enden der jeweiligen beiden Armabschnitte 14a werden am oberen Endabschnitt der Basis 10 durch entsprechende Buchsen drehbar gelagert, so dass der obere Arm 14 schwenkbar ist.
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Im Gehäuse 16a der Radantriebseinheit 16 befindet sich ein Radantriebsmotor, der ein Elektromotor ist, und ein Untersetzungsgetriebe zum Untersetzen der Drehzahl des Motors. Die Radantriebseinheit 16 umfasst eine Achsnabe 16b, die im Gehäuse 16a über ein Lager gelagert ist. Eine Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes ist mit der Achsnabe 16b gekoppelt. Das Rad W ist mit Nabenschrauben zusammen mit einer drehenden Scheibe bzw. Bremsscheibe der Bremsvorrichtung an der Achsnabe 16b befestigt. Das heißt, die Radantriebseinheit 16 ist so aufgebaut, dass das Gehäuse 16a das Rad W drehbar hält.
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Das Gehäuse 16a weist eine nach oben ragende Halterung 16c auf und ist an einem oberen Ende der Halterung 16c über ein Kugelgelenk 22 mit dem distalen Ende des oberen Arms 14 gekoppelt. Das Gehäuse 16a ist an seinem unteren Ende mit dem Verbindungsabschnitt 12b als distalem Ende des unteren Arms 12 gekoppelt, d.h. das Gehäuse 16a ist mit dem Untersetzungsmechanismus, der als Verbindungsabschnitt 12b dient, über ein Tripodegelenk 24 gekoppelt, das ein Gleichlaufgelenk ist. Eine Linie, die die Mitte des Kugelgelenks 22 und die Mitte des Tripodegelenks 24 verbindet, ist eine Achse KP des Achsschenkelbolzens. Das Gehäuse 16a der Radantriebseinheit 16 schwenkt um die Achse KP des Achsschenkelbolzens. Somit fungiert das Gehäuse 16a als Achsschenkel.
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Die Feder- und Stoßdämpferanordnung 18 wird nun kurz erläutert. Die Feder- und Stoßdämpferanordnung 18 umfasst eine Luftfeder 18a als Aufhängungsfeder und einen Hydraulikstoßdämpfer 18b, die als eine Einheit ausgebildet sind. Die Feder- und Stoßdämpferanordnung 18 wird an ihrem oberen Ende vom oberen Endabschnitt der Basis 10, der als Montageabschnitt wirkt, über einen Montagegummi gelagert. Die Feder- und Stoßdämpferanordnung 18 ist an einem unteren Ende mit dem unteren Arm 12, insbesondere mit den in Längsrichtung mittleren Abschnitten der jeweiligen Armabschnitte 12a, über ein Joch 18c mittels entsprechender Buchsen gekoppelt. Die Feder- und Stoßdämpferanordnung 18 ist dazu aufgebaut, über die Luftfeder 18a eine Last der Fahrzeugkarosserie B aufzunehmen, die die Feder- und Stoßdämpferanordnung 18 aufnehmen soll. Die Ein-/Ausfederbewegung des Rades W bewirkt, dass der untere Arm 12 und der obere Arm 14 schwenken, und die Schwenkbewegung des unteren Arms 12 bewirkt, dass sich die Feder- und Stoßdämpferanordnung 18 ausdehnt und zusammenzieht. Der Stoßdämpfer 18b erzeugt eine Dämpfungskraft gegen das Ausdehnen und Zusammenziehen, genauer gesagt eine Dämpfungskraft gegen die Ein- und Ausfederbewegung des Rades W.
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Die Lenkvorrichtung 20 umfasst einen Elektromotor 26, ein Untersetzungsgetriebe 28 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30 als Steuerung des Elektromotors 26. Der Elektromotor 26 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor. Eine Motorwelle 26b des Elektromotors 26 verläuft im Allgemeinen von einem Motorkörper 26a nach unten. Der Elektromotor 26 ist am unteren Arm 12 durch ein (nicht dargestelltes) Befestigungselement befestigt. Die ECU 30 wird mittels einer Montagehalterung 32 am Motorkörper 26a befestigt und umfasst einen Computer und einen Wechselrichter, der ein Treiber für den Elektromotor 26 ist. Das Untersetzungsgetriebe 28 besteht aus zwei Untersetzungsmechanismen, d.h. einem ersten Untersetzungsmechanismus 34 und einem zweiten Untersetzungsmechanismus 36.
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Der erste Untersetzungsmechanismus 34 entspricht dem vorstehend anhand des unteren Arms 12 erläuterten Untersetzungsmechanismus. Wie vorstehend erläutert, dient ein Gehäuse 34c des Untersetzungsmechanismus 34 als Verbindungsabschnitt 12b des unteren Arms 12. Wie in einer Schnittansicht in 3A und einer Ansicht von unten in 3B dargestellt, ist der erste Untersetzungsmechanismus 34 ein Spannungswellengetriebe (das auch als „HarmonicDrive®“-Mechanismus bezeichnet werden kann). Der erste Untersetzungsmechanismus 34 umfasst das Gehäuse 34c, das aus einer Basis 34a und einem Deckel 34b besteht. Im engeren Sinne dient die Basis 34a als Verbindungsabschnitt 12b des unteren Arms 12.
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Das Spannungswellengetriebe ist bekannt, und der erste Untersetzungsmechanismus 34 wird kurz erläutert. Eine drehende Platte 34f, deren Außenumfang eine ovale Form aufweist, ist auf einer Hauptwelle 34e montiert, in die eine Eingang- bzw. Antriebswelle 34d eingesetzt ist. Die Hauptwelle 34e dreht sich mit der Eingangswelle 34d. Der erste Untersetzungsmechanismus 34 weist im Deckel 34b ein topfartiges flexibles Element 34g auf, das vergleichsweise dünn und im Wesentlichen flexibel ist. Eine scheibenförmige Abtriebswelle 34h ist an einem mittleren Abschnitt des Bodens des flexiblen Elements 34g befestigt, die Abtriebswelle 34h ist also an einem oberen Ende des flexiblen Elements 34g befestigt. Ein flexibles Radiallager 34i ist auf einem Außenumfang der drehenden Platte 34f montiert, und ein Rand des flexiblen Elements 34g ist auf einen Außenumfang des Radiallagers 34i montiert. Ein feinverzahntes Innenzahnrad 34j ist an einem inneren Umfangsabschnitt der Basis 34a ausgebildet, die ein Loch definiert. Ein Außenzahnrad 34k, dessen Zähnezahl um zwei kleiner ist als die des Innenzahnrads 34j, ist an einem Außenumfangsabschnitt des Rands des flexiblen Elements 34g ausgebildet. Das Innenrad 34j und das Außenrad 34k sind miteinander verbunden. Da die Drehplatte 34f jedoch eine ovale Form besitzt, greifen das Innenrad 34j und das Außenrad 34k nur an zwei Positionen ineinander, die in Umfangsrichtung um 180° voneinander entfernt sind. Wird die Eingangswelle 34d gedreht, ändert sich jede der beiden Eingriffspositionen des Innenzahnrads 34j und des Außenzahnrads 34k um einen Betrag, der zwei Zähnen pro Umdrehung der Eingangswelle 34d entspricht, und das flexible Element 34g dreht passend zur Änderung der Eingriffspositionen.
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Hier wird ein Verhältnis der Drehzahl der Eingangswelle 34d zur Drehzahl der Ausgangswelle 34h als Untersetzungsverhältnis definiert. Das Untersetzungsverhältnis des ersten Untersetzungsmechanismus 34 ist nicht kleiner als 50. Im ersten Untersetzungsmechanismus 34 sind die Eingangswelle 34d und die Ausgangswelle 34h koaxial angeordnet, und das Untersetzungsverhältnis ist groß. Somit ist der erste Untersetzungsmechanismus 34 als koaxialer Mechanismus mit hoher Untersetzung ausgebildet. Anders gesagt ist der erste Untersetzungsmechanismus 34 so aufgebaut, dass der Abschnitt der Basis 34a, auf dem das Innenzahnrad 34j ausgebildet ist, als kreisförmige Verzahnung wirkt, der Abschnitt des flexiblen Elements 34g, auf dem das Außenzahnrad 34k ausgebildet ist, als Flexspline wirkt, und die Kombination aus der ovalen drehenden Platte 34f, dem Radiallager 34i und der Hauptwelle 34e als Wellengenerator wirkt. Wie später erläutert wird, ist ein Flanschabschnitt einer Welle des Tripodegelenks 24 mit der Abtriebswelle 34h gekoppelt. Vereinfachend ist ein Lageraufbau zur Aufnahme einer Schubkraft im ersten Untersetzungsmechanismus 34 nicht dargestellt, aber der erste Untersetzungsmechanismus 34 weist tatsächlich diesen Lageraufbau auf.
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Der zweite Untersetzungsmechanismus 36 ist dazu aufgebaut, die Drehung der Motorwelle 26b des Elektromotors 26 zu untersetzen und die untersetzte Drehung auf die Eingangswelle 34d des ersten Untersetzungsmechanismus 34 zu übertragen. Der Elektromotor 26 und der erste Untersetzungsmechanismus 34 sind so angeordnet, dass die Motorwelle 26b und die Eingangswelle 34d parallel zueinander sind. Wie in 2 dargestellt ist, umfasst der zweite Untersetzungsmechanismus 36 eine Abdeckung 36a, die vom Motorkörper 26a getragen wird. In 1 wird die Abdeckung 36a vom zweiten Untersetzungsgetriebe 36 entfernt. Der zweite Untersetzungsmechanismus 36 umfasst einen Getriebezug, der aus einem Antriebs- bzw. Eingangszahnrad 36b besteht, das an der Motorwelle 26b befestigt ist, einem Abtriebs- bzw. Ausgangszahnrad 36c, das an der eingangsseitigen Welle 34d des ersten Untersetzungsmechanismus 34 befestigt ist, und einem Zwischengetriebe 36d, das von der Abdeckung 36a getragen wird und mit dem eingangsseitigen Getriebe 36b und dem abtriebsseitigen Getriebe 36c in Eingriff steht. Das Untersetzungsverhältnis des zweiten Untersetzungsmechanismus 36, nämlich das Verhältnis der Drehzahl der Motorwelle 26b des Elektromotors 26 zur Drehzahl der Eingangswelle 34d des ersten Untersetzungsmechanismus 34, wird auf ungefähr 3 eingestellt.
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Das Tripodegelenk 24, also das Gleichlaufgelenk, weist einen bekannten Aufbau auf. Das Tripodegelenk 24 wird anhand der 4A und 4B kurz erläutert. 4A ist eine Schnittansicht, die entlang einer Ebene mit einer Achse des Tripodegelenks 24 wiedergegeben wurde, und 4B ist eine Schnittansicht, die entlang einer Ebene senkrecht zur Achse wiedergegeben wurde. Das Tripodegelenk 24 umfasst ein Lagersitz- bzw. Sitzelement 24a, auf bzw. in dem die Radantriebseinheit 16 montiert ist, ein topfartiges Gehäuse 24b, das in das Sitzelement 24a eingebaut ist, eine Welle 24c, die sich von einer Innenseite des Gehäuses 24b nach unten erstreckt, und eine Rollenanordnung 24d, die an einem oberen Ende der Welle 24c im Gehäuse 24b befestigt ist. Wie vorstehend erläutert wird, weist die Welle 24c an ihrem unteren Ende einen Flanschabschnitt 24e (2) auf, der mit der Abtriebswelle 34h des ersten Untersetzungsmechanismus 34 gekoppelt ist.
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Die Walzenanordnung 24d besteht aus folgenden Teilen: einem Tripodenelement 24g mit drei Lagerzapfen 24f, das auf der Welle 24c montiert ist; und drei Doppelrollenpaaren, die jeweils durch einen entsprechenden der drei Lagerzapfen 24f gelagert werden, und die jeweils aus einer inneren Rolle 24h und einer äußeren Rolle 24i bestehen. Im Gehäuse 24b sind drei Führungsnuten 24j so ausgebildet, dass sie parallel zu einer Achse des Gehäuses 24b verlaufen. Die drei Doppelrollenpaare gleiten in den zugehörigen Führungsnuten 24j, so dass die äußere Rolle 24i jedes Paares auf einer Wandfläche der entsprechenden Führungsnut 24j wälzt. Mit diesem Aufbau kann das Tripodegelenk 24 eine Drehung mit konstanter Geschwindigkeit selbst dann gleichmäßig übertragen, wenn die Achse des Gehäuses 24b und die Achse der Welle 24c relativ zueinander geneigt sind. Selbst wenn sich der von diesen Achsen definierte Neigungswinkel ändert, kann die Drehung mit konstanter Geschwindigkeit gleichmäßig übertragen werden.
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Im vorliegenden Radmontagemodul (im Folgenden gegebenenfalls einfach als „Modul“ bezeichnet), nämlich in der vorliegenden Lenkvorrichtung 20, wird der Elektromotor 26 unter Steuerung der ECU 30 gedreht, so dass die als Achsschenkel arbeitende Radantriebseinheit 16 über das Untersetzungsgetriebe 28 und das Tripodegelenk 24 verschwenkt wird. Durch die Schwenkbewegung der Radantriebseinheit 16 wird das Rad W gelenkt. Im vorliegenden Modul ändert sich beim Auf- und Abfedern des Rades W wie in 2 schematisch dargestellt ein relativer Neigungswinkel θ der Radantriebseinheit 16 und des unteren Arms 12. Daie Achse KP des Achsschenkelbolzens neigt sich also relativ zum unteren Arm 12. Das vorliegende Modul, nämlich die vorliegende Lenkvorrichtung 20, ist so aufgebaut, dass die Radantriebseinheit 16 und die Abtriebswelle 34h des ersten Untersetzungsmechanismus 34 als Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes 28 über das Tripodegelenk 24 miteinander gekoppelt sind, so dass ein gleichmäßiges Lenken des Rads W beim Auf- und Abfedern des Rads gewährleistet ist.
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Darüber hinaus umfasst das Untersetzungsgetriebe 28 im vorliegenden Modul, nämlich in der vorliegenden Lenkvorrichtung 20, den ersten Untersetzungsmechanismus 34 als den koaxialen Mechanismus mit hoher Untersetzung. Obwohl der Elektromotor 26 und das Untersetzungsgetriebe 28 am unteren Arm 12 als dem Aufhängungsarm befestigt sind, ist die Lenkvorrichtung 20 relativ kompakt und kann in einem Innenraum einer Felge des Rades W angeordnet sein.
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Modifizierung
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In der veranschaulichten Ausführungsform wird der erste Drehzahluntersetzungsmechanismus 34, also der koaxiale Mechanismus mit hoher Untersetzung, in der Lenkvorrichtung 20 eingesetzt. So kann beispielsweise ein in den 5A und 5B dargestellter Untersetzungsmechanismus 40 als koaxialer Mechanismus mit hoher Untersetzung verwendet werden. 5A ist eine Schnittansicht des Untersetzungsmechanismus 40 entlang einer Ebene, in der seine Achse liegt. Der Untersetzungsmechanismus 40 umfasst Folgendes: ein Gehäuse 40c, das als Verbindungsabschnitt 12b des unteren Arms 12 fungiert und eine im Allgemeinen ringförmige Basis 40a und eine Abdeckung 40b umfasst; eine Hauptwelle 40d, die von der Basis 40a über ein Radiallager getragen wird und in die die Eingangswelle 34d eingesetzt ist; ein Planetengetriebeelement 40e, das von der Hauptwelle 40d über ein Radiallager gelagert wird; eine Ausgangswelle 40f, die von der Hauptwelle 40d über Rollen gelagert wird; und ein Hohlradelement 40g, das an der Basis 40a befestigt ist.
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Mit Bezug auf die schematischen Ansichten der 5B und 5C in axialer Richtung wird ein erstes Innenzahnrad 40h auf dem Hohlradelement 40g und ein erstes Außenzahnrad 40i, von dem ein Teil mit einem Teil des ersten Innenrades 40h in Eingriff steht, an einem radial äußeren Abschnitt des Planetenradelements 40e gebildet. Weiterhin ist am radial äußeren Abschnitt des Planetengetriebeelements 40e ein zweites Innenzahnrad 40j so ausgebildet, dass es in axialer Richtung direkt neben dem ersten Außenzahnrad 40i angeordnet ist, und ein zweites Außenzahnrad 40k, von dem ein Teil mit einem Teil des zweiten Innenzahnrades 40j in Eingriff steht, ist an einem radial äußeren Abschnitt des Flanschabschnitts 401 der Abtriebswelle 40f ausgebildet.
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Der Abschnitt der Hauptwelle 40d, der das Planetengetriebeelement 40e lagert, besitzt eine Achse L', die exzentrisch zu einer Achse L der Hauptwelle 40d ist. Im Folgenden wird der Abschnitt als exzentrischer Abschnitt und die Achse L' als exzentrische Achse L' bezeichnet. Der Mittelpunkt des ersten Hohl- bzw. Innenzahnrades 40h liegt auf der Achse L, während der Mittelpunkt des ersten Außenzahnrades 40i auf der Exzenterachse L' liegt. Die Mitte des zweiten Hohl- bzw. Innenzahnrades 40j liegt auf der Exzenterachse L', während die Mitte des zweiten Außenzahnrades 40k auf der Achse L liegt. Die Eingriffsposition des ersten Innenzahnrades 40h in das erste Außenzahnrad 40i liegt hinsichtlich der Achse L oder der Exzenterachse L' der Eingriffsposition des zweiten Innenzahnrades 40j und des zweiten Außenzahnrades 40k gegenüber. Das heißt, diese Eingriffspositionen unterscheiden sich voneinander in der Phase um 180° in Umfangsrichtung. Anders gesagt ist der Drehzahluntersetzungsmechanismus 40 ein Differentialmechanismus vom Typ mit innen ineinandergreifenden Zahnräderm, der Folgendes umfasst: einen ersten innen ineinandergreifenden Planetengetriebemechanismus, der aus dem ersten Innenzahnrad 40h und dem ersten Außenzahnrad 40i besteht, das in die Innenzähne des ersten Innenzahnrads 40h eingreift; und einen zweiten innen ineinandergreifenden Planetengetriebemechanismus, der aus dem zweiten Innenzahnrad 40j und dem zweiten Außenzahnrad 40k besteht, das in die Innenzähne des zweiten Innenzahnrads 40j eingreift.
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Das erste Innenzahnrad 40h weist ein Kreisbogenzahnprofil auf, und das erste Außenzahnrad 40i weist ein epitrochoides Zahnprofil mit parallelen Kurven auf. Analog weist das zweite Innenzahnrad 40j ein Kreisbogenzahnprofil auf, und das zweite Außenzahnrad 40k weist ein epitrochoides Zahnprofil mit parallelen Kurven auf. Somit ist der Untersetzungsmechanismus 40 als Zykloiden-Untersetzungsgetriebe ausgeführt. Im Untersetzungsgetriebe 40 unterscheiden sich die Zähnezahl des ersten Innenrades 40h und die Zähnezahl des ersten Außenrades 40i nur um eins, und die Zähnezahl des zweiten Innenrades 40j und die Zähnezahl des zweiten Außenrades 40k unterscheiden sich nur um eins. Infolgedessen ist der Untersetzungsmechanismus 40 als ein Untersetzungsmechanismus mit einem hohen Untersetzungsverhältnis konstruiert. Es wird darauf hingewiesen, dass das Untersetzungsverhältnis nicht kleiner als 50 ist, wie im ersten Drehzahluntersetzungsmechanismus 34, der vorstehend erläutert wurde. Das Zykloiden-Getriebe und der Differentialmechanismus des innen verzahnten Getriebetyps sind Fachleuten bekannt. Daher wird die Tragstruktur zur Aufnahme der Schubkraft im Untersetzungsmechanismus 40 aus Gründen der Kürze nicht erläutert, aber der Untersetzungsmechanismus 40 umfasst tatsächlich die Tragstruktur.
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Im Modul der veranschaulichten Ausführungsform ist die Lenkvorrichtung 20 der veranschaulichten Ausführungsform am unteren Arm 12 vorgesehen. Die Lenkvorrichtung kann am oberen Arm 14 angebracht werden. Insbesondere können der Elektromotor und das Untersetzungsgetriebe am oberen Arm 14 befestigt werden, und die Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes kann mit dem Gehäuse 16a der Radantriebseinheit 16 gekoppelt werden, die als Achsschenkel über ein dem Tripodegelenk 24 ähnliches Gelenk arbeitet. Das Modul der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Aufhängung vom Doppelquerlenkertyp. Das Modul kann beispielsweise eine MacPherson-Aufhängungsvorrichtung umfassen, bei der die Lenkvorrichtung der vorliegenden Offenbarung am unteren Arm vorgesehen ist. Das heißt, die Lenkvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ist für verschiedene Arten von Aufhängungsvorrichtungen anwendbar, zu denen die Aufhängungsvorrichtung vom Doppelquerlenkertyp und die MacPherson-Aufhängungsvorrichtung gehören.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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