DE10208725B4

DE10208725B4 - Elektromotorische Servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE10208725B4
Application number: DE10208725A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Wako Shimizu; Katsuji Wako Watanabe; Yasuhiro Wako Terada
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: DE10208725A1; US6832662B2; JP3888607B2; JP2002264827A; US20040094353A1; US20020121401A1

Abstract

Elektrische Servolenkvorrichtung, umfassend:
einen Elektromotor (7) zum Hinzufügen einer Hilfslenkkraft zu einem Lenksystem;
ein Steuergerät (10), das den Elektromotor (7) antreibt;
eine Zahnstange (8), die durch axiale Verschiebung derselben ein gelenktes Rad (9, 9) lenkt;
eine Ritzelwelle (4), die durch einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus (4A, 8A) mit der Zahnstange (8) in Eingriff steht;
eine Schneckenwelle (12), die durch den Elektromotor (7) gedreht wird, wobei ein Endteil (12B) der Schneckenwelle (12) mit dem Elektromotor (7) verbunden ist;
ein Schneckenrad (11), das mit der Schneckenwelle (12) in Eingriff steht und integral mit der Ritzelwelle (4) angeordnet ist; und
ein Endteilhaltemittel (32), das das eine Endteil (12B) der Schneckenwelle (12) hält, während es eine Drehung der Schneckenwelle (12) erlaubt;
gekennzeichnet durch
ein Mitten-Stützmittel (35), das den Längsmittelteil der Schneckenwelle (12) hält, während es die Drehung der Schneckenwelle (12) erlaubt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Servolenkvorrichtung, die die Lenkkraft des Fahrers unterstützt, indem die Kraft des Elektromotors direkt auf das Lenksystem einwirkt.
Eine elektromotorische Servolenkvorrichtung (nachfolgend als elektrische Servolenkvorrichtung bezeichnet) unterstützt die Lenkkraft des Fahrers, indem sie die Antriebskraft des Elektromotors direkt nutzt. Fahrzeuge, an denen elektrische Servolenkvorrichtungen angebracht sind, sind weit verbreitet. Da bei einer solchen elektrischen Servolenkvorrichtung die Lenkbewegung leicht wird, kann der Fahrer ohne starke Kraft lenken.
Als Beispiel der elektrischen Servolenkvorrichtung ist eine elektrische Servolenkvorrichtung in Ritzelbauart bekannt, in der eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad benutzt werden, um die Antriebskraft eines Elektromotors zu übertragen. Ein Beispiel einer solchen elektrischen Servolenkvorrichtung ist in der JP-1104306 A offenbart.

Bei dieser elektrischen Servolenkvorrichtung, wie sie in 8 gezeigt ist, ist ein Elektromotor 51 vorgesehen, um einer durch Lenkradbetätigung gedrehten Lenkwelle eine Hilfslenkkraft aufzulagern. Die Schneckenwelle 52 ist mit dem Elektromotor 51 verbunden. Eine Ritzelwelle 53 ist mit der Lenkwelle verbunden. Das Schneckenrad 54, das mit einer Schneckenverzahnung 52A der Schneckenwelle 52 in Eingriff steht, ist an einer Ritzelwelle 53 derart befestigt, dass es in Bezug auf die Ritzelwelle 53 koaxial angeordnet ist.

Beide Endteile 52B und 52C der Schneckenwelle 52 werden durch jeweilige Kugellager 55 und 56 gehalten. Die von dem Elektromotor 51 aufgebrachte Hilfslenkkraft wird zu der Ritzelwelle 53 durch die Schneckenverzahnung 52 und das Schneckenrad 54, die miteinander in Eingriff stehen, hinzugefügt. Durch Hinzufügung dieser Hilfslenkkraft wird die Lenkkraft, die der Fahrer zur Lenkbetätigung aufbringen muss, gesenkt.

Bei der elektrischen Servolenkvorrichtung 50, die in der oben beschriebenen japanischen Patentoffenlegungsschrift offenbart ist, sind beide Endteile der Schneckenwelle 52 nur durch die Kugellager 55 und 56 mit Spiel drehbar gehalten.

Da die Biegesteifigkeit (der Biegewiderstand) der Schneckenwelle 52 nicht besonders hoch ist, besteht die Tendenz, dass sich die Schneckenwelle 52 durchbiegt. Wenn während Kurvenfahrt in der einen Richtung das Lenkrad zur anderen Seite zurückgedreht wird, wird, da das vom Lenkdrehmomentsensor (nicht gezeigt) erfasste Lenkdrehmoment abnimmt, der Elektromotor 51 so geregelt, dass die Hilfslenkkraft abnimmt.

In diesem Fall muss die Lenkung durch Drehung des Elektromotors 51 über das Schneckenrad 54 und die Schneckenwelle 52 glattgängig zurückgedreht werden. Wenn jedoch an der Schneckenwelle 52 eine Durchbiegung auftritt, entsteht eine korrigierende Rückverformung der Durchbiegung, da das auf die Drehwelle des Schneckenrads 52A einwirkende Biegemoment durch die Abnahme der vom Elektromotor 51 aufgebrachten Hilfslenkkraft gesenkt wird.

Da diese Rückverformung eine unerwünschte Kraft ist und die Drehung der Schneckenverzahnung 52A hemmt, wird die Drehkraft von dem Schneckenrad 54 nicht glattgängig auf den Elektromotor 51 übertragen.

Somit kommt es zu einer Fehlpassung der Beziehung zwischen dem Drehmomentsensor (nicht gezeigt), der Steuereinheit und dem Elektromotor 51. Wenn das Trägheitsmoment hinzukommt, wird die Fehlpassung noch ausgeprägter. Dann wird das Zurückdrehen der Lenkung gestört und wird die Lenkreaktion schlechter.

Ferner kann in der elektrischen Servolenkvorrichtung 50 ein einen vorbestimmten Abstandswert überschreitender Abstand zwischen der Schneckenverzahnung 52A und dem Schneckenrad 54 auftreten, wenn sich die Schneckenwelle 52 durchbiegt. Wenn ein solcher Abstand auftritt, wird auch das zu vermeidende Zahnspiel zwischen der Schneckenverzahnung 52A und dem Schneckenrad 54 größer. Somit kann die vom Elektromotor 51 aufgebrachte Hilfslenkkraft nicht vollständig auf die Lenkwelle übertragen werden.

Diese Nachteile, die durch Verbiegung der Schneckenwelle 52 verursacht werden, werden deutlich, wenn die vom Elektromotor 51 aufgebrachte Hilfslenkkraft groß wird.

Aus der DE 44 01 333 C2 ist eine elektrische Servolenkvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Dort ist der Längsmittelteil der Schneckenwelle nicht abgestützt.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine elektromotorische Servolenkvorrichtung, insbesondere eine elektrische Servolenkvorrichtung in Ritzelbauart anzugeben, bei der eine Verschlechterung des Lenkgefühls verhindert werden kann, indem die Durchbiegung der Schneckenwelle verhindert wird, und die die Hilfslenkkraft des Elektromotors vollständig auf die Lenkwelle übertragen kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, umfassend: einen Elektromotor zum Hinzufügen einer Hilfslenkkraft zu einem Lenksystem; ein Steuergerät, das den Elektromotor antreibt; eine Zahnstange, die durch axiale Verschiebung derselben ein gelenktes Rad lenkt; eine Ritzelwelle, die durch einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus mit der Zahnstange in Eingriff steht; eine Schneckenwelle, die durch den Elektromotor gedreht wird; ein Schneckenrad, das mit der Schneckenwelle in Eingriff steht und integral mit der Ritzelwelle angeordnet ist; ein Endteilhaltemittel, das das eine Endteil der Schneckenwelle hält, während es eine Drehung der Schneckenwelle erlaubt; ein Mitten-Stützmittel, das den Längsmittelteil der Schneckenwelle hält, während es die Drehung der Schneckenwelle erlaubt, wobei das eine Endteil der Schneckenwelle mit dem Elektromotor verbunden ist.

Bei dieser elektrischen Servolenkvorrichtung wird etwa das Mittelteil in der Längsrichtung der Schneckenwelle gestützt, während die Drehung der Schneckenwelle erlaubt wird. Somit kann die Schneckenwelle in einem drehbaren Zustand gehalten werden, und kann eine Durchbiegung der Schneckenwelle verhindert werden. Daher kann die Verschlechterung des Lenkgefühls verhindert werden und kann die vom Elektromotor aufgebrachte Lenkkraft sicher auf die Ritzelwelle übertragen werden. Bei dem Mitten-Stützmittel wird die Schneckenwelle gehalten, ohne das Haltemittel am einen Endteil der Schneckenwelle anzuordnen, wobei insgesamt die Montageeffizienz der Vorrichtung verbessert wird.

Indem eine Durchbiegung der Schneckenwelle verhindert wird, werden nicht nur das Auftreten der Fehlpassung aufgrund der Durchbiegung der Schneckenwelle während der Rückdrehung der Lenkung verhindert, sondern auch eine Verschlechterung des Lenkgefühls. Somit kann eine sichere Übertragung der vom Elektromotor aufgebrachten Lenkkraft auf die Ritzelwelle erreicht werden.

Bevorzugt weist in der elektrischen Servolenkvorrichtung das Mitten-Stützmittel ein Druckmittel auf, das eine Druckkraft zu dem Eingriffsteil zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad von der in Bezug auf das Eingriffsteil entgegengesetzten Richtung her ausübt.

Erfindungsgemäß ist das Druckmittel angeordnet, das die Schneckenwelle in Bezug auf das Schneckenrad zu der Eingriffsteilseite drückt. Da die Durchbiegung der Schneckenwelle verhindert wird und die Schneckenwelle mit ausreichender Kraft auf das Schneckenrad gedrückt wird, wird der Abstand zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad innerhalb des vorbestimmten Bereichs gehalten. So kann das Auftreten des ungewünschten Spiels zwischen der Schneckenverzahnung und dem Schneckenrad verhindert werden, und die Drehung der Schneckenwelle kann auf das Schneckenrad sicher übertragen werden.

Bevorzugt weist in der elektrischen Servolenkvorrichtung das Mitten-Stützmittel eine erste Rolle und eine zweite Rolle auf, die die Schneckenwelle berühren und die Schneckenwelle zu dem Eingriffsteil zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad hin drücken.

Erfindungsgemäß drücken die erste Rolle und die zweite Rolle, die an der Schneckenwelle sitzen, auf das Eingriffsteil zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad. Somit wird der Versatz in Auf- und Abrichtung der Schneckenwelle unterbunden, und die Schneckenwelle wird auf das Eingriffsteil zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad gedrückt. Da die Rolle verwendet wird, hat der Stützmechanismus eine sehr geringe Reibung.

Erfindungsgemäß wird die Schneckenwelle mit ausreichender Biegesteifigkeit gehalten, in dem die Schneckenwelle spielfrei gehalten wird. Da bei der Erfindung die Durchbiegung der Schneckenwelle verhindert wird, wird eine Verschlechterung aufgrund der Durchbiegung der Schneckenwelle während des Zurückdrehens der Lenkung verhindert. Infolgedessen kann das Schlechterwerden des Lenkgefühls verhindert werden und kann eine sichere Übertragung der Lenkkraft, die vom Elektromotor aufgebracht wird, auf die Ritzelwelle erreicht werden.

Erfindungsgemäß werden das eine Endteil und das andere Endteil der Schneckenwelle jeweils durch eine Mehrzahl von Kugellagern gehalten. Hierbei wird die Schneckenwelle spielfrei gehalten, während die glatte Drehung der Schneckenverzahnung erhalten bleibt. Da als Kugellager Mehrzweckkomponenten verwendet werden können, lässt sich eine Kostenreduktion erzielen.

Erfindungsgemäß werden beide Endteile der Schneckenwelle mit der gleichmäßigen Biegesteifigkeit gehalten, indem die Seite des anderen Endteils, an der die Biegesteifigkeit ein wenig geringer ist, durch das Nadellager gehalten wird. Hierbei wird die Durchbiegung der Schneckenwelle sicher verhindert. Auch ein unterschiedliches Gefühl zwischen dem Fall, in dem die Lenkung in Gegenzeigerrichtung zurückgedreht wird, und dem Fall, in dem die Lenkung in Uhrzeigerrichtung zurückgedreht wird, kann vermieden werden. Hierdurch erreicht man eine sichere Übertragung der vom Elektromotor aufgebrachten Lenkkraft auf die Ritzelwelle.

Erfindungsgemäß kann das Auftreten einer Durchbiegung der Schneckenwelle verhindert werden, während die Schneckenwelle in einem drehbaren Zustand ist. Erfindungsgemäß kann eine Verschlechterung des Lenkgefühls verhindert werden und kann eine sichere Übertragung der vom Elektromotor aufgebrachten Lenkkraft auf die Ritzelwelle erreicht werden.

Da erfindungsgemäß die Schneckenwelle durch die Druckkraft des Druckmittels mit geeigneter Kraft zu dem Eingriffsteil zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad hingedrückt wird, kann der Abstand zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad innerhalb vorbestimmter Bereiche gehalten werden. Da erfindungsgemäß das Auftreten des Spiels zwischen der Schneckenverzahnung und dem Schneckenrad verhindert wird, kann die Drehung der Schneckenwelle sicher auf das Schneckenrad übertragen werden.

Erfindungsgemäß wird der Versatz in Aufwärts- und Abwärtsrichtung der Schneckenwelle unterbunden. Die Schneckenwelle wird zu dem Eingriffsteil mit dem Schneckenrad hin gedrückt, während die Drehung der Schneckenwelle unbehindert bleibt. Da erfindungsgemäß die Rolle verwendet wird, kann eine ungewünschte Reibung in Bezug auf das Schneckenrad reduziert werden.

Die Erfindung wird nun in Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Gesamtblockdiagramm der elektrischen Servolenkvorrichtung nach einer ersten Ausführung zum Vergleich, die nicht durch den Anspruch 1 gedeckt ist;
2 eine Draufsicht auf das wesentliche Teil der elektrischen Servolenkvorrichtung der ersten Ausführung;
3 eine Schnittansicht entlang Linie X-X in 2;
4A eine Erläuterung eines Balkenmodells, dessen beide Endteile spielfrei gehalten sind, und des auf den Balken ausgeübten Biegemoments;
4B eine Erläuterungsansicht des Balkenmodells, dessen beide Endteile mit Spiel gehalten sind, und des auf den Balken ausgeübten Biegemoment;
5 eine Draufsicht auf den wesentlichen Teil der elektrischen Servolenkvorrichtung nach der zweiten Ausführung zum Vergleich, die nicht durch Anspruch 1 gedeckt ist;
6 eine Draufsicht auf den wesentlichen Teil der elektrischen Servolenkvorrichtung nach der dritten Ausführung;
7 eine Schnittansicht entlang Linie Y-Y in 2;
8 eine Draufsicht auf das wesentliche Teil der herkömmlichen Servolenkvorrichtung.
1 ist ein Blockdiagramm der elektrischen Servolenkvorrichtung.
2 ist eine Draufsicht des Hauptteils der elektrischen Servolenkvorrichtung. 3 ist eine Schnittansicht entlang X-X in 2.
Wie in 1 gezeigt, ist eine elektrische Servolenkvorrichtung einem Lenkrad 2 zugeordnet. Das Lenkrad 2 ist durch eine Lenkwelle 3 mit einer Ritzelwelle 4 verbunden. An der Ritzelwelle 4 sind ein Drehmomentsensor 5 und ein Drehmomentübertrager 6 angebracht. Der Drehmomentsensor 5 erfasst das an das Lenksystem angelegte Lenkdrehmoment. Der Drehmomentübertrager 6 ist ein Unterstützungsglied und ist mit einem Elektromotor 7 verbunden, der die Hilfslenkkraft dem Lenksystem hinzufügt.
Ein Ritzel 4A, das am Unterteil der Ritzelwelle 4 angeordnet ist, steht mit einer Stangenverzahnung 8A einer Zahnstange 8 in Eingriff. In dieser Konstruktion wird die Drehung der Ritzelwelle 4 in einen längsgerichteten Hub der Zahnstange 8 umgewandelt und dann werden die damit gekoppelten gelenkten Räder 9 und 9 gelenkt. Der Drehmomentsensor 5 ist mit einer Steuereinheit 10 verbunden und gibt das Drehmomentsignal an die Steuereinheit 10 aus. Die Steuereinheit 10 berechnet die Hilfslenkkraft zumindest anhand des vom Drehmomentsensor 5 ausgegebenen Drehmomentsignals T, und gibt an den Elektromotor 7 ein Elektromotorsteuersignal VO aus, wodurch der Elektromotor gesteuert bzw. geregelt wird.
Wie in 2 und 3 gezeigt, besitzt der Drehmomentübertrager 6 ein Schneckenrad 11, das an der Ritzelwelle 4 in koaxialer Anordnung in Bezug auf die Ritzelwelle 4 befestigt ist. Eine Schneckenwelle 12 ist mit der Welle des Elektromotors 7 durch eine Kupplung u.dgl. verbunden. Eine an der Schneckenwelle 12 vorgesehene Schneckenverzahnung 12A steht mit dem Schneckenrad 11 in Eingriff.
Wenn die Schneckenwelle 12 durch Betrieb des Elektromotors 7 gedreht wird, wird das mit der Schneckenverzahnung 12A in Eingriff stehende Schneckenrad 11 gedreht und somit wird die Ritzelwelle 12 durch die Drehung des Schneckenrads 11 durch einen Mechanismus, wie etwa ein Planetengetriebe o.dgl., gedreht. Die vom Elektromotor 7 aufgebrachte Hilfslenkkraft (Lenkraft) wird auf die Ritzelwelle 4 übertragen, und wird dann durch die Ritzelwelle 4 auf die Lenkwelle 3 übertragen.
Ein Endteil 12B der Schneckenwelle 12 wird von einem ersten Kugellager 14A und einem zweiten Kugellager 14B gehalten, die in Längsrichtung der Schneckenwelle 12 einander benachbart angeordnet sind, um die Drehung der Schneckenwelle 12 zu erlauben.
Die Kugellager 14A und 14B sind ein Haltemittel, das das eine Endteil 12B der Schneckenwelle 12 mit ausreichender Biegesteifigkeit hält. Anders gesagt, das Haltemittel begrenzt die Durchbiegung der Schneckenwelle 12.
Ferner ist das andere Endteil 12C der Schneckenwelle 12 von einem ersten Kugellager 15A und einem zweiten Kugellager 15B gehalten, die in Längsrichtung der Schneckenwelle 12 einander benachbart angeordnet sind, um die Drehung der Schneckenwelle 12 zu erlauben.
Die Kugellager 15A und 15B sind ebenfalls ein Haltemittel, das das andere Endteil 12C der Schneckenwelle 12 mit ausreichender Biegesteifigkeit hält. Anders gesagt, das Haltemittel begrenzt die Durchbiegung der Schneckenwelle 12.
Der Anordnungsabstand L1 zwischen dem Kugellager 14A und 14B ist hier gleich dem Anordnungsabstand L2 zwischen dem Kugellager 15A und 15B. Der Anordnungsabstand L1 und der Anordnungsabstand L2 sind so lang wie möglich ausgelegt, sodass sie die Durchbiegung der Schneckenwelle 12 effizient unterbinden können.
Es folgt nun eine Erläuterung der Funktion und des Betriebs der elektrischen Servolenkvorrichtung der obigen Konstruktion.
Wenn der Fahrer das in 1 gezeigte Lenkrad 2 betätigt, erfasst der Drehmomentsensor 5 das Lenkdrehmoment. Das vom Drehmomentsensor 5 erfasste Lenkdrehmoment wird als Drehmomentsignal T an die Steuereinheit 10 ausgegeben.
In der Steuereinheit 10 wird die Hilfslenkkraft, die vom Elektromotor 7 aufgebracht und dem Lenksystem hinzugefügt wird, unter Verwendung zumindest des durch das Drehmomentsignal T ausgedrückten Lenkdrehmoments berechnet, unter Berücksichtigung von Faktoren, wie etwa der Fahrgeschwindigkeit und des Lenkwinkels.
Auf der Basis dieser berechneten Hilfslenkkraft gibt die Steuereinheit 10 an den Elektromotor 7 das Elektromotorsteuersignal Vo aus.
Der Elektromotor 7 wird durch das Elektromotorsteuersignal Vo angetrieben und dreht die in 2 gezeigte Schneckenwelle 12. Ein Endteil 12B der Schneckenwelle 12 wird von den Kugellagern 14A und 14B drehbar gehalten. Das andere Endteil 12C der Schneckenwelle 12 wird ebenfalls durch die Kugellager 15A und 15B gehalten. Somit werden beide Endteile 12B und 12C der Schneckenwelle 12 so gehalten, dass sich die Schneckenwelle drehen kann.
Es folgt nun eine Erläuterung des Biegewiderstands der Schneckenwelle 12, unter Betrachtung der Schneckenwelle 12 als Balken.
4A ist eine Erläuterungsansicht des Biegemoments in dem Fall, dass die Kraft P auf die Längsmitte eines Balkens von oben her ausgeübt wird, wobei beide Endteile des Balkens spielfrei starr gehalten werden (Spiel bedeutet lose Passung).
4A ist eine Erläuterungsansicht des Biegemoments in dem Fall, dass die Kraft P auf die Längsmitte eines Balkens von oben her ausgeübt wird, worin beide Teile des Balkens mit Spiel gehalten sind (Spiel bedeutet lose Passung).
Wie in 4A gezeigt, beträgt im Falle des Balkens H, der eine Länge I hat und dessen beide Endteile HA und HB spielfrei starr gehalten sind, das hinzugefügte Biegemoment P1/8.
Wie in 4B gezeigt, beträgt im Falle des Balkens H, der eine Länge I hat und dessen beide Endteile HA und HB mit Spiel gehalten sind, das hinzugefügte Biegemoment P1/4.
Das auf den Balken H ausgeübte Biegemoment, dessen beide Endteile HA und HB spielfrei starr gehalten sind, beträgt eine Hälfte des Falls, dass beide Endteile HA und HB des Balkens H mit Spiel gelagert sind. Somit kann, wenn beide Endteile HA und HB des Balkens H starr und spielfrei gehalten werden, das Biegemoment kleiner sein als in dem Fall, in dem beide Endteile HA und HB mit Spiel gelagert sind.
Wenn die Kraft P, die in Richtung von oben auf die Längsmitte des Balkens H ausgeübt wird, dessen beide Endteile HA und HB spielfrei starr gehalten sind, wird der maximale Durchbiegungsbetrag (δ max) des Balkens H mit der Formel (1) ausgedrückt: δ max = PI3/192EI2 (1)hierin ist

P:: die auf den Balken H ausgeübte Kraft
I:: die Länge des Balkens H
E:: das Young's Modul
I₂:: das geometrische Trägheitsmoment

Wenn hingegen die Kraft P in Richtung von oben her auf die Längsmitte des Balkens H ausgeübt wird, dessen beide Endteile HA und HB mit Spiel gehalten sind, wird der maximale Biegebetrag (δ max) des Balkens H mit der Formel (2) ausgedrückt: δ max = PI3/48EI2 (2)hierin ist

Daher wird der Biegebetrag des Balkens H, dessen beide Endteile spielfrei starr gehalten sind, ein Viertel des Falls, wo beide Endteile mit Spiel gehalten sind. Wie oben beschrieben kann, wenn beide Endteile HA und HB des Balkens H starr und spielfrei gehalten sind, der Durchbiegungsbetrag des Balkens H kleiner sein als beim Balken H, dessen beide Endteile mit Spiel gehalten sind. Den Balken mit ausreichender Biegesteifigkeit und mit hohem Biegewiderstand erhält man, wenn beide Endteile des Balkens spielfrei gehalten sind.
Daher kann, wenn beide Endteile des Balkens H starr gehalten sind, die Halterung des Balkenelements mit besserer Steifigkeit erfolgen als in dem Fall, in dem beide Endteile mit Spiel gehalten sind, wodurch der maximale Durchbiegungsbetrag des Balkens H verkleinert werden kann.
Bei der elektrischen Servolenkvorrichtung der bevorzugten Ausführung ist die Schneckenwelle 12 durch die Kugellager 14A, 14B, 15A und 15B spielfrei starr gehalten. Aus dem gleichen Grund, wie oben im Falle des Balkens H beschrieben, kann, im Vergleich zur herkömmlichen Ausführung, die Schneckenwelle mit ausreichender Biegesteifigkeit gehalten werden.
Wenn in Folge des Betriebs des Elektromotors 7, die Kraft P auf die Längsmitte der Schneckenwelle 12 einwirkt, reduziert sich daher das Biegemoment auf eine Hälfte und der maximale Durchbiegungsbetrag auf ein Viertel. Somit wird die Durchbiegung der Schneckenwelle 12 wirkungsvoll verhindert.
Somit werden das Auftreten von Fehlpassung, die aufgrund der Durchbiegung der Schneckenwelle beim Zurückdrehen des Lenkrads in der Rückwärtsrichtung verursacht wird, und die Verschlechterung der Lenkreaktion in der elektrischen Servolenkvorrichtung ausreichend verhindert. Somit kann die Übertragung der vom Elektromotor 7 aufgebrachten Hilfslenkkraft auf die Lenkwelle 3 glattgängig erfolgen.
In der vorliegenden Ausführung kann, wegen des Gewichts des Elektromotors 7, die Differenz zwischen der Biegesteifigkeit am einen Endteil 12B und am anderen Endteil 12C der Schneckenwelle 12 zunehmen.
Wenn die Drehachse des Elektromotors 7 mit der Schneckenwelle 12 fest verbunden ist, ist z.B. die Biegesteifigkeit an dem einen Endteil 12B der Schneckenwelle 12 höher als am anderen Endteil 12C der Schneckenwelle (der Biegewinkel wird kleiner).
Wenn die Drehachse des Elektromotors 7 fest mit der Schneckenwelle 12 verbunden ist, ist es hinnehmbar, dass das der Anordnungsabstand L2 zwischen den Kugellagern 15A und 15B, die das andere Endteil 12C der Schneckenwelle 12 stützen, breiter festgelegt ist als der Anordnungsabstans L1 zwischen den Kugellagern 14A und 14B.
Genauer gesagt, die Biegesteifigkeit seitens des anderen Endteils 12C kann stärker sein als jene seitens des einen Endteils 12B, indem der Abstand zwischen den Kugellagern 15A und 15B breiter festgelegt wird als jener zwischen den Kugellagern 14A und 14B. Da somit das eine Endteil 12B und das andere Endteil 12C mit gleichmäßiger Biegesteifigkeit in Abhängigkeit von der Festigkeit des Verbindungsteils zwischen der Drehachse des Elektromotors 7 und der Schneckenwelle 12 starr gehalten werden, kann die Durchbiegung der Schneckenwelle 12 noch sicherer verhindert werden.
Es wird nun die zweite bevorzugte Ausführung beschrieben. 5 ist eine geschnittene Draufsicht, die einen wesentlichen Teil der elektrischen Servolenkvorrichtung zeigt.
In der elektrischen Servolenkvorrichtung 20 der bevorzugten Ausführung unterscheidet sich nur die Konstruktion des Drehmomentübertragers von der elektrischen Servolenkvorrichtung 1. Daher werden nur die unterschiedlichen Komponenten erläutert, und die gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführung werden nicht erläutert und sind mit den gleichen Symbolen bezeichnet.
Wie in 5 gezeigt, besitzt ein Drehmomentübertrager 21 der zweiten Ausführung der elektrischen Servolenkvorrichtung 20 ein Schneckenrad 11, das an der Ritzelwelle 4 so befestigt ist, dass er in Bezug auf die Ritzelwelle 4 koaxial angeordnet sein kann.
Mit dem Elektromotor 7 ist eine Schneckenwelle 12 verbunden. Die an der Schneckenwelle 12 vorgesehene Schneckenverzahnung 12A steht mit dem Schneckenrad 11 in Eingriff.
Wenn die Schneckenwelle 12 durch Betrieb des Elektromotors 3 gedreht wird, wird das mit der Schneckenverzahnung 12A in Eingriff stehende Schneckenrad 11 gedreht, und dann wird die Ritzelwelle 4 gemeinsam mit der Drehung des Schneckenrads 11 gedreht. Die vom Elektromotor 7 aufgebrachte Hilfslenkkraft wird auf die Ritzelwelle 4 übertragen. Diese Komponenten sind die gleichen wie in der ersten bevorzugten Ausführung.
Ein Endteil 12B der Schneckenwelle 12 wird durch die Kugellager 14A und 14B gehalten, die in Längsrichtung der Schneckenwelle 12 einander benachbart angeordnet sind.
Andererseits wird das andere Endteil 12C der Schneckenwelle 12 durch ein Nadellager 22 gehalten, das die Drehung um die Achse herum erlaubt. Die elektrische Servolenkvorrichtung 20 nach der vorliegenden Ausführung unterscheidet sich darin, dass das andere Endteil 12C der Schneckenwelle 12 spielfrei drehbar gehalten ist.
Bei der Schneckenwelle 12 in der elektrischen Servolenkvorrichtung 20 nach der vorliegenden Ausführung wird ein Endteil 12B der Schneckenwelle 12 spielfrei durch die zwei Kugellager 14A und 14B gehalten, und das andere Endteil 12C der Schneckenwelle 12 wird spielfrei durch das Nadellager 22 gehalten.
Da bei dem Nadellager 22 Nadelrollen (die in der Figur an der Innenseite und der Außenseite angeordnet sind) entlang der Längsrichtung der Schneckenwelle 12 die Schneckenwelle 12 kontaktieren, wird ein weiter Bereich der Schneckenwelle 12 durch die Nadelrollen gehalten.
Somit ist der Biegewiderstand in Durchmesserrichtung an dem anderen Endteil 12C der Schneckenwelle 12, wo diese durch das Nadellager 22 gehalten wird, höher als an dem einen Endteil. Da somit das andere Endteil 12C durch das Nadellager 22 gehalten wird, ist auch die Biegesteifigkeit an dem anderen Endteil 12C der Schneckenwelle höher als an dem anderen Endteil 12B, wo die Schneckenwelle 12 durch die Kugellager 14A und 14B gehalten wird.
Die Biegesteifigkeit an dem einen Endteil 12B und dem anderen Endteil 12C der Schneckenwelle 12 kann gleichmäßig gemacht werden, indem das andere Endteil 12C mittels des Nagellagers 22 gehalten wird, das die überragende Biegesteifigkeit ergibt, auch wenn die Steifigkeit an dem einen Endteil 12B, in Folge der festen Verbindung zwischen der Welle des Elektromotors 7 und der Schneckenwelle 12, hoch wird.
Somit wird das Auftreten der Durchbiegung der Schneckenwelle verhindert. Auch kann ein unterschiedliches Gefühl zwischen dem Fall der Rückdrehung der Lenkung in Gegenuhrzeigerrichtung und dem Fall der Rückdrehung der Lenkung in Uhrzeigerrichtung vermieden werden. Somit kann nicht nur ein Schlechterwerden des Lenkgefühls verhindert werden, sondern es wird auch eine sichere Übertragung der vom Elektromotor 7 aufgebrachten Lenkrad auf die Ritzelwelle 3 erreicht.
Nun wird die dritte bevorzugte Ausführung erläutert. 6 ist eine geschnittene Draufsicht des wesentlichen Teils der elektrischen Servolenkvorrichtung dieser Ausführung. 7 ist eine Schnittansicht entlang Linie Y-Y in 6.
In der elektrischen Servolenkvorrichtung 30 dieser Ausführung unterscheidet sich nur die Konstruktion des Drehmomentübertragens von der elektrischen Servolenkvorrichtung 1. Daher werden nur die unterschiedlichen Komponenten erläutert, und die gleichen Komponenten wie in der ersten Ausführung werden nicht erläutert und sind mit dem gleichen Symbol bezeichnet.
Wie in 6 gezeigt, besitzt ein Drehmomentübertrager 21 der dritten bevorzugten Ausführung der elektrischen Servolenkvorrichtung 30 ein Schneckenrad 11, das an der Ritzelwelle 4 derart befestigt ist, dass es zu der Ritzelwelle 4 in einem koaxialen Zustand sein kann.
Die Schneckenwelle 12 ist mit dem Elektromotor 7 verbunden, und eine daran vorgesehene Schneckenverzahnung 12A steht mit dem Schneckenrad 11 in Eingriff.
Wenn die Schneckenwelle 12 durch Betrieb des Elektromotors 7 gedreht wird, wird das mit der Schneckenverzahnung 12A in Eingriff stehende Schneckenrad 11 gedreht, und dann wird gemeinsam mit dem Schneckenrad 11 die Ritzelwelle 4 gedreht. Die vom Elektromotor 7 aufgebrachte Hilfslenkkraft wird auf die Ritzelwelle 4 übertragen. Diese Komponenten sind die gleichen wie in der ersten und der zweiten bevorzugten Ausführung.
Ein Endteil 12B der Schneckenwelle 12 wird von einem Kugellager 32 so gehalten, dass die Schneckenwelle 12 drehbar ist. Das andere Endteil 12C wird ebenfalls von einem Kugellager 33 so gehalten, dass die Schneckenwelle 12 drehbar ist.
Ein Mitten-Haltemittel 35 ist angenähert im Längsmittelteil der Schneckenwelle 12 angeordnet. Das Mitten-Haltemittel 35 ist so positioniert, dass die Schneckenwelle 12 sandwichartig zwischen dem Schneckenrad 11 und dem Mitten-Haltemittel 35 angeordnet werden kann, und es weist ein Druckmittel 34 auf, das die Schneckenwelle 12 in Richtung zu dem Schneckenrad 11 hin drückt.
Durch dieses Druckmittel 34 wird die Schneckenwelle 12 an der von dem Eingriffsteil, wo die Schneckenverzahnung 12A mit dem Schneckenrad 11 in Eingriff steht, entgegengesetzten Seite zu dem Schneckenrad 11 hin gedrückt. Dieses Druckmittel 34 ist angeordnet, um die Schneckenwelle 12 zu dem Eingriffsteil des Schneckenrads 11 hin zu drücken, und es besteht aus einer Feder 36, einer oberen Rolle 37, einer unteren Rolle 38 sowie einem Rollenhalter 39 (siehe 7).
Wie in 7 gezeigt, weist das Druckmittel 34 die obere Rolle 37 und die untere Rolle 38 auf, die in Bezug auf das Eingriffsteil, wo das Schneckenrad 11 und die Schneckenverzahnung 12A der Schneckenwelle 12 miteinander in Eingriff stehen, an der entgegengesetzten Seite angeordnet sind. Das Druckmittel 34 weist ferner einen Rollenhalter 39 auf, der die obere Rolle 38 und die untere Rolle 39 drehbar trägt, sowie die Feder 36, die den Rollenhalter 39 zu der Schneckenwelle 12 hin drückt.
Die obere Rolle 37 und die untere Rolle 38 sitzen jeweils an der Schneckenverzahnung 12A auf und übertragen die von der Feder 36 aufgebrachte Druckkraft auf die Schneckenverzahnung 12A. Die Drehwellen der oberen Rolle 37 und der unteren Rolle 38 sind an dem Rollenhalter 39 gelagert, wodurch deren Bewegung in Richtung nach oben und unten unterbunden ist.
Bei der elektrischen Servolenkvorrichtung 30 der vorliegenden Ausführung wird etwa der Längsmittelteil der Schneckenwelle 12 durch das Mitte-Haltemittel 35 gestützt. Der Durchbiegungsgrad der Schneckenwelle 12 hat herkömmlich die Tendenz, dass er am Längsmittelteil der Schneckenwelle 12 sein Maximum hat. Da bei der vorliegenden Ausführung die Schneckenwelle 12 von dem Mitten-Haltemittel 35 gestützt wird, wird eine Durchbiegung der Schneckenwelle 12 wirkungsvoll verhindert. Aufgrund dieser Maßnahme wird eine Verschlechterung während des Zurückdrehens der Lenkung verhindert. Somit lässt sich ein Schlechterwerden des Lenkgefühls vermeiden und kann eine sichere Übertragung der Lenkkraft von dem Elektromotor auf die Ritzelwelle erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird das Mittelteil zwischen dem einen Endteil und dem anderen Teil der Schneckenwelle 12 gestützt, und die Streuung des Biegewiderstands in der Längsrichtung der Schneckenwelle 12 kann verkleinert werden. Somit können die Unterschiede im Lenkgefühl in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Lenkung kleiner gemacht werden.
Da bei der Erfindung ferner das Mitten-Haltemittel 35 das Druckmittel 34 aufweist, wird die von der Feder 36 aufgebrachte Druckkraft durch die obere Rolle 37 und die untere Rolle 38 auf die Schneckenwelle 12 übertragen. Daher bleibt der Abstand zwischen der Schneckenverzahnung 12A und dem Schneckenrad 12 innerhalb des vorbestimmten Abstands erhalten, auch wenn der Abstand, wenn er einen vorbestimmten Abstandswert überschreitet, in Folge einer leichten Durchbiegung der Schneckenwelle 12 eng wird.
Die Schneckenverzahnung 12A und das Schneckenrad 11 werden durch das Mitten-Haltemittel 35 in sicherem Eingriff gehalten, und es kann ein ungewünschtes Spiel zwischen der Schneckenverzahnung 12A und dem Schneckenrad 11 vermieden werden. Dies stellt eine sichere Übertragung der vom Elektromotor 7 aufgebrachten Hilfslenkkraft auf das Schneckenrad 11 durch die Schneckenwelle 12 sicher.
Da die von der Feder 36 aufgebrachte Druckkraft durch die obere Rolle und die untere Rolle 38, die drehbar sind, auf die Schneckenwelle 12 übertragen wird, lässt sich die Schneckenwelle 12 ohne jede Behinderung drehen.
Der Versatz in Aufwärts- und Abwärtsrichtung der oberen Rolle 37 und der unteren Rolle 38, die an der Schneckenwelle 12 anliegen, wird unterbunden. Ferner wird auch der Versatz in Aufwärts- und Abwärtsrichtung der Schneckenwelle 12 verhindert.
Bei dieser Ausführung wird auch die Durchbiegung in Aufwärts- und Abwärtsrichtung der Schneckenwelle 12 verhindert. So wird eine Verschlechterung des Lenkgefühls verhindert. Ferner wird auch die vom Elektromotor 7 aufgebrachte Lenkkraft sicher auf die Ritzelwelle 4 übetragen. Da bei dem Stützmechanismus die Schneckenwelle von der oberen Rolle 37 und der unteren Rolle 38 abgestützt wird, kann eine unerwünschte Reibung des Stützmechanismus reduziert werden.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführung werden beide Endteile der Schneckenwelle von den Kugellagern 32 und 32 gehalten, wobei aber die Halterung der Schneckenwelle nicht auf diese Ausführung beschränkt ist. Beispielsweise kann die Halterung, in der die Schneckenwelle 12 ohne das am anderen Endteil der Schneckenwelle angeordnete Kugellager gehalten wird, angewendet werden, solange der vom Mitten-Haltemittel aufgebrachte Biegewiderstand akzeptabel ist.
Die gegenwärtig bevorzugten Ausführung ist eine elektrische Servolenkvorrichtung, die die vom Fahrer aufgebrachte Lenkkraft unterstützt, indem sie die vom Elektromotor aufgebrachte Hilfslenkkraft zu der vom Fahrer aufgebrachten Lenkkraft addiert.
Die Anwendung der Erfindung ist aber nicht auf den oben beschriebenen Fall beschränkt, sondern ist auch auf andere Konstruktionstypen anwendbar, solange sie eine Konstruktion hat, bei der die vom Elektromotor aufgebrachte Antriebskraft zu der Ritzelwelle addiert wird, die mit der Zahnstange verbunden ist und das Fahrzeugrad lenkt. Ein Beispiel hiervon ist ein elektrischer Lenkmechanismus (steer-by-wire mechanism), der das Fahrzeugrad nur durch die vom Elektromotor aufgebrachte Antriebskraft lenkt und durch das elektrische Signal gesteuert wird. Auch in Frage kommt ein Vierrad-Lenkmechanismus.
Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Servolenkvorrichtung, die eine Verschlechterung des Lenkgefühls verhindern kann und die die vom Elektromotor aufgebrachte Hilfslenkkraft vollständig auf die Lenkwelle übertragen kann, indem die Durchbiegung der Schneckenwelle der elektromotorischen Servolenkvorrichtung verhindert wird, bevorzugt einer elektrischen Servolenkvorrichtung in Ritzelbauart.
Hierzu wird eine elektrische Servolenkvorrichtung vorgeschlagen, umfassend: einen Elektromotor 7 zum Hinzufügen einer Hilfslenkkraft zu einem Lenksystem, ein Steuergerät 10, das den Elektromotor 7 antreibt, eine Zahnstange 8, die durch axiale Verschiebung derselben ein gelenktes Rad 9, 9 lenkt, eine Ritzelwelle 4, die durch einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 4A, 8A mit der Zahnstange 8 in Eingriff steht, eine Schneckenwelle 12, die durch den Elektromotor 7 gedreht wird, und ein Schneckenrad 11, das mit der Schneckenwelle 12 in Eingriff steht und mit der Ritzelwelle 4 gekoppelt ist, wobei ein Endteil 12B der Schneckenwelle 12 mit dem Elektromotor 7 verbunden ist, und wobei ein Haltemittel 14A, 14B, 15B, 15B; 22 angeordnet ist, das das eine Endteil 12B und ein anderes Endteil 12C der Schneckenwelle 12 hält, während es die Drehung derselben gestattet.

Claims

Elektrische Servolenkvorrichtung, umfassend: einen Elektromotor (7) zum Hinzufügen einer Hilfslenkkraft zu einem Lenksystem; ein Steuergerät (10), das den Elektromotor (7) antreibt; eine Zahnstange (8), die durch axiale Verschiebung derselben ein gelenktes Rad (9, 9) lenkt; eine Ritzelwelle (4), die durch einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus (4A, 8A) mit der Zahnstange (8) in Eingriff steht; eine Schneckenwelle (12), die durch den Elektromotor (7) gedreht wird, wobei ein Endteil (12B) der Schneckenwelle (12) mit dem Elektromotor (7) verbunden ist; ein Schneckenrad (11), das mit der Schneckenwelle (12) in Eingriff steht und integral mit der Ritzelwelle (4) angeordnet ist; und ein Endteilhaltemittel (32), das das eine Endteil (12B) der Schneckenwelle (12) hält, während es eine Drehung der Schneckenwelle (12) erlaubt; gekennzeichnet durch ein Mitten-Stützmittel (35), das den Längsmittelteil der Schneckenwelle (12) hält, während es die Drehung der Schneckenwelle (12) erlaubt.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitten-Stützmittel (35) ein Druckmittel (34) aufweist, das eine Druckkraft zu dem Eingriffsteil zwischen der Schneckenwelle (12) und dem Schneckenrad (11) von der in Bezug auf das Eingriffsteil entgegengesetzten Richtung her ausübt.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitten-Stützmittel (35) eine erste Rolle (37) und eine zweite Rolle (38) aufweist, die die Schneckenwelle (12) berühren und die Schneckenwelle (12) zu dem Eingriffsteil zwischen der Schneckenwelle (12) und dem Schneckenrad (11) hin drücken.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Endteilhaltemittel (32) aus einer Mehrzahl von Kugellagern zusammengesetzt ist.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Endteilhaltemittel (32) ein Nadellager ist.