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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf eine leicht montierbare Struktur einer elektrischen
Servolenkungsvorrichtung, welche zur Unterstützung beim Drehen eines Lenkrads
eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann.
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2. Stand der
Technik
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Typische elektrische Servolenkungsvorrichtungen
beinhalten eine Anordnung eines Drehmomentsensors, welcher arbeitet,
um ein einem Lenkrad zugefügtes
Lenkmoment zu messen, einen Regler bzw. ein Steuergerät, welches
arbeitet, um ein Hilfslenkmoment als eine Funktion des gemessenen Lenkmoments
zu bestimmen, einen Elektromotor, welcher das Hilfslenkmoment ausgibt,
wie es durch das Steuergerät
bestimmt ist, und einen Drehmomentübertragungsmechanismus, welcher
arbeitet, um den Ausgang des Elektromotors auf zu lenkende Räder zu übertragen.
Das Steuergerät
weist ein Substrat auf, auf welchem ein Schalttransistor arbeitet, um
einen Arbeitszyklus Tastgrad, Tastverhältnis) eines durch den Elektromotor
fließenden
Stroms zu steuern, und verschiedene elektrische Teile hergestellt
sind. Der Schalttransistor ist wegen hierin erzeugter Wärme, die
aus demselben entweicht, nicht direkt auf dem Substrat montiert,
sondern wird durch ein Gehäuse,
innerhalb dessen der Drehmomentübertragungsmechanis mus
montiert ist, gehalten. Der Schalttransistor ist auf das Substrat
gelötet.
Eine solche Struktur wird beispielsweise in der japanischen Patenterstveröffentlichung
Nr. 8-188164 offenbart.
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Die vorgenannte Struktur weist jedoch
einen Nachteil dahingehend auf, daß ein Montage- oder Zusammenbauprozeß eines
Lötens
des Schalttransistors auf das Substrat des Steuergeräts von dem eines
Einbauens des Drehmomentübertragungsmechanismus
innerhalb des Gehäuses
getrennt ist, was zu einer Schwierigkeit führt, den Schalttransistor mit dem
Substrat des Steuergeräts
zu verbinden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine Hauptaufgabe der
vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu
vermeiden.
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Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine
leicht montierbare Struktur einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung
bereitzustellen, welche in Kraftfahrzeugen verwendet werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale
der unabhängigen
Ansprüche
1 und 22 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird
eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, welche
eingesetzt werden kann, um ein Hilfslenkmoment in Kraftfahrzeugen
zu produzieren. Die Lenkvorrichtung weist auf: (a) einen Elektromotor;
(b) ein Steuergerät,
das einen Schalttransistor, welcher arbeitet, um einen Arbeitszyklus
eines Stroms zu steuern, und ein Steuersubstrat, mit welchem der
Schalttransistor elektrisch verbunden ist, aufweist, wobei das Steuergerät ein von
dem Elektromotor auszugebendes Hilfslenkmoment als eine Funktion
eines einer Lenkwelle zugefügten
Lenkmoments bestimmt; (c) einen Drehmomentübertragungsmechanismus, welcher
arbeitet, um das von dem Elektromotor ausgegebene Hilfslenkmoment
an die Lenkwelle zu übertragen;
(d) eine Umhüllung,
innerhalb deren der Drehmomentübertragungsmechanismus
angeordnet ist; und (e) ein Stützelement,
welches arbeitet, um die Lenkwelle und das Steuergerät zu stützen. Das
Stützelement
ist innerhalb der Umhüllung
befestigt.
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Insbesondere wird das Steuergerät nicht durch
die Umhüllung,
innerhalb deren der Drehmomentübertragungsmechanismus
angeordnet ist, gehalten, sondern durch das Stützelement gehalten, was es
erlaubt, den Schalttransistor elektrisch mit dem Steuersubstrat
zu verbinden, nachdem. das Steuersubstrat auf dem Stützelement
montiert worden ist. Dies verbessert die Montierbarkeit des Steuergeräts. Zusätzlich erlaubt
die Installation des Stützelements
innerhalb der Umhüllung,
daß das
Stützelement
die Lenkwelle trägt,
ohne daß zusätzliche zum
Stützen
der Lenkwelle verwendete Teile benötigt werden.
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In der bevorzugten Form der Erfindung
weist das Stützelement
einen hohlzylindrischen Vorsprung auf, welcher sich in einer Längsrichtung
der Lenkwelle erstreckt. Der hohlzylindrische Vorsprung weist eine
innere Wand, welche die Lenkwelle mittels eines Lagers drehbar unterstützt, und
eine äußere Wand, um
welche herum das Steuersubstrat angeordnet ist, auf.
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Die Lenkvorrichtung beinhaltet ferner
einen auf der Lenkwelle installierten Drehmomentsensor, welcher
arbeitet, um das der Lenkwelle zugefügte Lenkmoment in magnetischer
Weise zu messen. Das Stützelement
weist eine in nere Umfangsoberfläche auf,
welche dem Lenksensor gegenübersteht.
Die innere Umfangsoberfläche
weist darauf angeordnet ein magnetisches Sammelelement auf, welches
arbeitet, um einen von dem Drehmomentsensor produzierten magnetischen
Fluß zu
sammeln.
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Das Steuergerät steuert den Arbeitszyklus eines
dem Elektromotor zugeführten
Stroms als eine Funktion des bestimmten Hilfslenkmoments, um dafür zu sorgen,
daß der
Elektromotor das bestimmte Hilfslenkmoment ausgibt. Die Umhüllung ist
aus Aluminium hergestellt. Die Lenkvorrichtung beinhaltet ebenfalls
Zufuhrleitungen, welche zwischen dem Elektromotor und dem Steuersubstrat
angeschlossen sind, um den Strom dem Elektromotor zuzuführen. Die
Zufuhrleitungen sind innerhalb der Aluminiumumhüllung angeordnet, wodurch ein
Verlust von elektromagnetischen Wellen, welcher von der Steuerung
des Arbeitszyklus des dem Elektromotor zugeführten Stroms herrührt, von
den Zufuhrleitungen an die Umgebung der Umhüllung minimiert wird.
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Die Lenkvorrichtung beinhaltet ferner
ein Motorgehäuse,
innerhalb dessen der Elektromotor angeordnet ist. Das Motorgehäuse ist
mit der Umhüllung
derart verbunden, daß die
Verbindungsstelle des Elektromotors mit den Zufuhrleitungen nahe
an einer Verbindungsstelle des Steuergeräts mit den Zufuhrleitungen
angeordnet ist.
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Der Drehmomentsensor, das Steuergerät, der Elektromotor
und der Drehmomentübertragungsmechanismus
sind innerhalb der Umhüllung
und des Motorgehäuses
integral angeordnet. Dies ermöglicht eine
Längenreduzierung
von Drähten,
welche den Drehmomentsensor und den Elektromotor mit dem Steuergerät verbinden,
wodurch ein Erfordernis nach zusätzlicher
Verdrahtung beseitigt wird.
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Die Umhüllung ist aus einem Gehäuse, an welchem
das Stützelement
befestigt ist, und einem Deckel, welcher ein offenes Ende des Gehäuses schließt, aufgebaut.
Das Stützelement
ist in einer Berührungsstelle,
welche zwischen dem Gehäuse
und dem Deckel ausgebildet ist, angeordnet, welche so gelegen sind,
daß sie
miteinander in einer Längsrichtung
der Lenkwelle überlappen.
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Der Schalttransistor ist auf dem
Stützelement
montiert.
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Die Umhüllung weist auf einer Innenwand hiervon
ausgebildet eine Verlängerung
auf, welche sich in einer radialen Richtung der Lenkwelle erstreckt,
um eine in dem Drehmomentübertragungsmechanismus
vorgesehene Schnecke eines Schneckengetriebes abzudecken, welche
arbeitet, um die Drehzahl des Elektromotors zu reduzieren. Das Stützelement
weist einen Anschlagabschnitt auf, welcher auf die Verlängerung
des Gehäuses
trifft.
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Der Schalttransistor ist in der Nähe des Anschlagabschnitts
angeordnet, wodurch die Ableitung von durch den Schalttransistor
erzeugter Wärme
von dem Stützelement
erleichtert wird.
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Der Schalttransistor ist auf einer
Oberfläche des
Stützelements
im Wesentlichen gegenüber
dem Anschlagabschnitt installiert.
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Das Stützelement weist ein erstes
Ende und ein zweites Ende auf, welche in einer Längsrichtung der Lenkwelle einander
gegenüberliegen.
Das erste Ende weist darauf angebracht das Steuergerät auf. Das
zweite Ende weist eine Schnecke des Drehmomentübertragungsmechanismus hierauf
angebracht auf. Das Stützelement
befindet sich mit seinem gesamten Umfang mit einer inneren Wand
der Umhüllung
in berührendem
Kontakt, wodurch ein Eindringen eines in das Schneckengetriebe eingebrachten Schmiermittels
in das Steuergerät
ausgeschlossen wird. Die Innenwand der Umhüllung dient auch dazu, das
Stützelement
in der radialen Richtung der Lenkwelle zu positionieren.
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Der Drehmomentsensor weist einen
nicht drehbaren Abschnitt auf, welcher auf einer inneren Umfangsoberfläche des
Stützelements
vorgesehen ist. Dies erlaubt, daß der Drehmomentsensor mit dem
Steuergerät
verbunden wird, bevor das Stützelement
innerhalb der Umhüllung
plaziert wird.
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Die Lenkwelle umfaßt eine
erste Welle, eine zweite Welle, und ein elastisches Bauelement,
welches die erste und die zweite Welle fluchtend miteinander verbindet
und unter Einwirkung einer Eingabe des Lenkmoments auf entweder
die erste oder die zweite Welle tordiert bzw. sich verwindet. Der
Drehmomentsensor beinhaltet (a) ein hartmagnetisches Bauteil, welches
mit der ersten Welle verbunden ist und darum herum ein Magnetfeld
erzeugt, (b) ein weichmagnetisches Bauteil, welches mit der zweiten Welle
verbunden ist, innerhalb des Magnetfelds so angeordnet ist, daß sich ein
magnetischer Kreis ausbildet, und arbeitet, um eine Dichte von in
dem magnetischen Kreis erzeugtem magnetischem Fluß zu ändern, wenn
das weichmagnetische Bauteil in einer Relativposition zu dem hartmagnetischen
Bauteil aufgrund einer Verwindung des elastischen Bauelements verändert wird,
(c) ein Paar von weichmagnetischen Hilfsbauteilen, welches nahe
dem weichmagnetischen Bauteil angeordnet ist, und (d) einen Magnetsensor,
welcher arbeitet, um eine Dichte von zwischen den weichmagnetischen
Hilfsbauteilen fließendem
magnetischen Fluß als
eine Funktion des Lenkmoments zu messen. Eines der weichmagnetischen
Hilfsbauteile weist einen Magnetflußsammelabschnitt auf, welcher
dem anderen weichmagnetischen Hilfsbauteil in einer radialen Richtung
der Lenkwelle gegenüberliegt
und arbeitet, um den magnetischen Fluß von dem weichmagnetischen
Bauteil zu sammeln. Der Magnetsensor ist zwischen dem Magnetflußsammelabschnitt
und dem anderen weichmagnetischen Hilfsbauteil angeordnet.
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Die vorgenannte Struktur beseitigt
das Bedürfnis,
den von dem hartmagnetischen Bauteil erzeugten magnetischen Fluß direkt
zu erfassen, wodurch ein Einbau des Magnetsensors an einem feststehenden
Ort möglich
wird.
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Die weichmagnetischen Hilfsbauteile
können ersatzweise
jeweils Magnetflußsammelabschnitte aufweisen,
welche einander in der radialen Richtung der Lenkwelle gegenüberliegen
und arbeiten, um den magnetischen Fluß von dem weichmagnetischen Bauteil
zu sammeln. Der Magnetsensor ist zwischen den Magnetflußsammelabschnitten
angeordnet, wodurch ein Anwachsen der Größe des Drehmomentsensors vermieden
wird.
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Die weichmagnetischen Hilfsbauteile
sind innerhalb eines Harzformteils mit einer Öffnung installiert. Das Harzformteil
weist darin ausgebildet eine Kammer auf, innerhalb deren der Magnetsensor
angeordnet ist. Die Kammer weist eine konische Wand auf, welche
sich in Richtung der Öffnung
im Durchmesser erweitert und als eine Führung zum Einsetzen des Magnetsensors
in die Kammer dient, wenn der Magnetsensor innerhalb der Kammer
installiert wird.
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Der Magnetsensor weist Anschlüsse auf, welche
elektrisch mit einem Substrat des Steuergeräts verbunden sind. Das Steuergerät bestimmt
das Hilfslenkmoment als eine Funktion der Dichte eines magnetischen
Flusses, welcher von dem Drehmomentsensor gemessen wird.
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Das Substrat erstreckt sich senkrecht
zu den Anschlüssen
des Magnetsensors.
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Das Substrat erstreckt sich senkrecht
zu den Anschlüssen
des Magnetsensors, wodurch eine Vereinfachung der Verbindung zwischen
den Anschlüssen
des Magnetsensors und dem Substrat des Steuergeräts ermöglicht wird.
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Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt
der Erfindung wird eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt,
welche aufweist: (a) einen Elektromotor; (b) ein Steuergerät, das einen
Schalttransistor, welcher arbeitet, um einen Arbeitszyklus von Strom
zu steuern, und ein Steuersubstrat, mit welchem der Schalttransistor
elektrisch verbunden ist, beinhaltet, wobei das Steuergerät ein von
dem Elektromotor auszugebendes Hilfslenkmoment als eine Funktion
eines einer Lenkwelle zugefügten
Lenkmoments bestimmt; (c) einen Drehmomentübertragungsmechanismus, welcher
arbeitet, um das von dem Elektromotor ausgegebene Hilfslenkmoment
an die Lenkwelle zu übertragen;
und (d) eine Umhüllung, welche
aus einem Gehäuse,
innerhalb dessen der Drehmomentübertragungsmechanismus
angeordnet ist, und einer ein offenes Ende des Gehäuses schließenden Abdeckung
gebildet ist. Die Abdeckung stützt
die Lenkwelle mittels eines Lagers und weist das Steuergerät an einer
inneren Wand hiervon befestigt derart auf, daß das Steuergerät innerhalb der
Umhüllung
angeordnet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird aus
der nachstehend gegebenen genauen Beschreibung und den begleitenden
Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung vollständiger
verstanden werden, welche jedoch nicht herangezogen werden sollten,
um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen zu begrenzen,
sondern nur zum Zwecke der Erläuterung
und zur Erleichterung des Verständnisses
angeführt
sind.
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In den Zeichnungen:
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ist 1 eine
Teilschnittansicht, welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 2 eine
Längsschnittansicht
der elektrischen Servolenkungsvorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist;
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ist 3 eine
Teillängsschnittansicht,
welche ein Steuersubstrat und ein Stützelement der elektrischen
Servolenkungsvorrichtung von 1 zeigt;
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ist 4(a) eine
Vorderansicht, welche das Steuersubstrat in 3 zeigt;
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ist 4(b) eine
Seitenansicht von 4(a);
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ist 5 eine
Schnittansicht, wie sie in einer radialen Richtung der elektrischen
Servolenkungsvorrichtung von 1 genommen
ist;
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ist 6 eine
Teilschnittansicht, welche eine elektrische Verbindung eines Substrats
eines Steuergeräts
mit einem Elektromotor zeigt;
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ist 7 eine
Teilschnittansicht, welche eine Modifizierung einer Verbindung eines
Substrats eines Steuergeräts
mit einem Elektromotor zeigt;
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ist 8 eine
Längsschnittansicht,
welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 9 eine
Längsschnittansicht,
welche eine modifizierte Form der elektrischen Servolenkungsvorrichtung
von 8 zeigt;
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ist 10 eine
Längsschnittansicht,
welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 11 eine
Längsschnittansicht,
welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 12 eine
Längsschnittansicht,
welche eine elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 13 eine
teilweise vergrößerte Schnittansicht,
welche eine Struktur eines Drehmomentsensors der elektrischen Servolenkungsvorrichtung in
der fünften
Ausführungsform
zeigt;
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ist 14 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht von 13;
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ist 15 eine
vergrößerte Teilansicht
von 2, und zeigt eine
elektrische Servolenkungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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ist 16 eine
vergrößerte Teilansicht,
welche eine modifizierte Form einer Pfanne zeigt, die zum Speichern von
Lecköl
aus einem Lager an einer Eingangswelle befestigt ist; und
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ist 17 eine
Teilschnittansicht, wie sie in einer radialen Richtung der elektrischen
Servolenkungsvorrichtung von 1 genommen
ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in
welchen gleiche Bezugsziffern in unterschiedlichen Ansichten gleiche
Teile bezeichnen, insbesondere auf 1 und 2, ist dort eine elektrische
Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 ist
innerhalb einer Kabine eines Kraftfahrzeugs eingebaut und besteht
im Wesentlichen aus einem Drehmomentsensor 2, einem Steuergerät 3,
einem Elektromotor 4 und einem Drehmomentübertragungsmechanismus 5.
Der Drehmomentsensor 2, das Steuergerät 3 und der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 sind
innerhalb einer Kammer eingebaut, welche durch ein Gehäuse 6 und
eine Abdeckung 7 definiert ist. Der Elektromotor 4 ist
auf einem Joch 49 installiert.
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Eine Lenkwelle ist aus einer Eingangswelle 51,
einer Ausgangswelle 52 und einem Torsionsstab 53 aufgebaut
und durch Lager 11, 12, 13 und 14 unterstützt. Die
Eingangswelle 51 ist typischerweise mit einem Lenkrad (nicht
gezeigt) gekoppelt und ist, wie in 2 deutlich
gezeigt, mittels des Lagers 14 drehbar innerhalb der Ausgangswelle 52 angeordnet.
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Die Ausgangswelle 52 ist
mit der Eingangswelle 51 ausgerichtet und mittels des Torsionsstabs 53 hiermit
drehbar gekoppelt.
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Der Torsionsstab 53 ist
in zylindrische Kammern der Eingangs- und der Ausgangswelle 51 und 52 eingepaßt und an
Enden mittels Stiften 9 und 10 hiermit verbunden.
Der Torsionsstab 53 dient als ein elastisches Element.
Insbesondere erzeugt eine Drehung der Lenkwelle ein Drehmoment,
welches wiederum auf die Eingangswelle 51 übertragen
wird, wodurch der Torsionsstab 53 dazu veranlaßt wird,
sich elastisch um eine longitudinale Mittenlinie hiervon zu verdrehen,
so daß die
Eingangs- und Ausgangswelle 51 und 52 sich relativ
zueinander drehen.
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Der Drehmomentsensor 2 arbeitet,
um ein von einem Fahrzeugführer
manuell auf das Lenkrad aufgebrachtes Lenkmoment zu messen, und
ist aus einem Magneten 21, einem Magnetjoch 22,
einem Paar von Magnetflußsammelringen 23 und
einem Magnetsensor 24 aufgebaut.
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Der Magnet 21 ist aus einem
ringförmigen hartmagnetischen
Material hergestellt und mittels eines magnetischen Halters 21a in
Preßpassung über den
Umfang der Eingangswelle 51 gebracht. Der Magnet 21 weist
wechselweise angeordnete N- und S-Pole auf.
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Das Magnetjoch bzw. Poljoch 22 ist
mit der Ausgangswelle 52 verbunden und besteht aus einem Paar
von Ringen, von denen jeder aus einem weichmagnetischen Material
hergestellt ist und eine Mehrzahl von magnetischen Zähnen (nicht
gezeigt) aufweist, die als die N-Pole oder die S-Pole des auf dem gesamten Umfang hiervon
angeordneten Magneten 21 in regelmäßigen Abständen dienen. Das Magnetjoch 22 befindet
sich koaxial mit dem Magneten 21 um einen gegebenen Luftspalt
von dem Umfang desselben entfernt. Jeder der Zähne eines der Ringe des Magnetjochs 22 ist
in einer Umfangsrichtung des Magnetjochs 22 gegenüber einem
der Zähne
des anderen Rings verschoben. Insbeson dere ist jeder der Zähne eines
der Ringe des Magnetjochs 22 zwischen zwei aneinandergrenzenden
Zähnen
des anderen Rings angeordnet. Das Magnetjoch 22 ist innerhalb des
von dem Magneten 21 produzierten Magnetfelds angeordnet,
um zusammen mit dem Magneten 21 einen magnetischen Kreis
auszubilden, und arbeitet, um die Dichte des innerhalb des magnetischen
Kreises fließenden
magnetischen Flusses zu ändern, wenn
das Magnetjoch 22 in einer Relativposition zu dem Magneten 21 aufgrund
einer Verdrehung des Torsionsstabs 53 verändert wird.
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Die Magnetflußsammelringe 23 sind,
wie das Magnetjoch 22, aus einem weichmagnetischen Material
hergestellt und befinden sich nahe dem Umfang des Magnetjochs 22.
Die Magnetflußsammelringe 23 arbeiten
als ein Hilfsmagnetjoch, um magnetische Flüsse, welche aus dem Magneten 21 durch
das Magnetjoch 22 entfliehen, zu sammeln. Die Magnetflußsammelringe 23 sind
mittels einer Ringhalterung 23b auf einer inneren Umfangswand
eines Stützelements 8 montiert,
wie später
im Detail beschrieben werden wird. Insbesondere sind die Magnetflußsammelringe 23 integral
mit der Ringhalterung 23b montiert. Beispielsweise sind
die Magnetflußsammelringe 23 innerhalb
der Ringhalterung 23b einsatzgegossen. Einer der Magnetflußsammelringe 23 weist
eine magnetische Sammelplatte 23a auf, welche auf einem Umfangsende
hiervon ausgebildet ist und sich in der axialen Richtung der Eingangs-
und Ausgangswellen 51 und 52 erstreckt.
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Der Magnetsensor 24 ist
zwischen der magnetischen Sammelplatte 23a eines der Magnetflußsammelringe 23 und
dem anderen Magnetflußsammelring 23 angeordnet
und arbeitet, um die Dichte des hierdurch fließenden magnetischen Flusses
zu messen und ein elektrisches Signal (z. B. ein Spannungssignal),
welches dies anzeigt, auszugeben. Der Magnetsensor 24 ist
aus einem Hall-IC hergestellt und ist mittels der Ringhalterung 23b an
dem Stützelement 8 befestigt.
Der Magnetsensor 24 weist L-förmige Hall-IC-Anschlüsse auf,
welche sich in Richtung des Lenkrads erstrecken und welche an ein Steuersubstrat 31 des
Steuergeräts 3 gelötet sind.
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Im Betrieb wird, wenn das Lenkmoment
auf die Lenkwelle 51 aufgebracht wird und der Torsionsstab 53 tordiert
bzw. verdreht wird, dies bewirken, daß das Magnetjoch 22 seine
Relativposition zu dem Magneten 21 in der Umgangsrichtung
hiervon ändert.
Der von dem Magneten 21 produzierte magnetische Fluß wird durch
das Magnetjoch 22 zu der magnetischen Sammelplatte 23a der
Magnetflußsammelringe 23 geführt. Die Änderung
in der Relativposition des Magnetjochs 22 bezüglich des
Magneten 21 bewirkt, daß sich die Dichte des magnetischen
Flußes
zwischen der magnetischen Sammelplatte 23a und dem gegenüberliegenden
Magnetflußsammelring 23 ändert. Der
Magnetsensor 24 erfaßt
eine solche Änderung
als eine Funktion des auf die Eingangswelle 51 aufgebrachten
Lenkmoments und gibt ein dieses anzeigendes Signal an das Steuergerät 3 aus.
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Das Steuergerät 3 arbeitet, um den
Arbeitszyklus (den Tastgrad, das Tastverhältnis) eines durch den Elektromotor 4 fließenden Stroms
als eine Funktion des von dem Drehmomentsensor 2 (d. h.
dem Magnetsensor 24) gemessenen Lenkmoment zu steuern bzw.
zu regeln.
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Das Steuersubstrat 31 ist,
wie in 4(a) deutlich
gezeigt, aus einem rechteckigen Abschnitt und einem halbkreisförmigen Abschnitt
gebildet. Der halbkreisförmige
Abschnitt weist in einem mittleren Abschnitt hiervon ausgebildet
ein Loch 31a auf, durch welches die Eingangswelle 51 verläuft. Das Steuersubstrat 31 weist
darin ausgebildet Löcher 31b auf,
mit welchen Motoranschlüsse 41 des
Elektromotors 4, wie in 1 gezeigt;
verbunden sind.
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Ein Schalttransistor 32 ist,
wie in 3 deutlich gezeigt,
mittels einer Schraube direkt auf einer abgeschrägten Oberfläche 82 des Stützelements 8 befestigt.
Der Schalttransistor 32 arbeitet, um den Arbeitszyklus
von dem Elektromotor 4 zugeführtem Strom zu steuern. Der
Schalttransistor 32 weist, wie in 2 gezeigt, Anschlüsse auf, welche sich von einer
Seitenwand hiervon erstrecken, in Richtung des Lenkrads gebogen
sind und an das Steuersubstrat 31 gelötet sind.
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Das Steuersubstrat 31 weist
hierauf hergestellt, wie in 3 und 4(a) deutlich gezeigt, eine Steuervorrichtung 33,
Relais 34 und 35 sowie einen Kondensator 36 auf.
Das Steuersubstrat 31 ist zur Aufnahme eines das Lenkmoment
anzeigenden Ausgangs des Drehmomentsensors 2 mit Anschlüssen des
Drehmomentsensors 2 verbunden.
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Die Steuervorrichtung 33 ist
durch einen Mikrocomputer implementiert, welcher den dem Elektromotor 4 zugeführten Strom
als eine Funktion des Lenkmoments, wie es durch den Drehmomentsensor 2 gemessen
wird, bestimmt und ein arbeitszyklusgesteuertes Signal an den Schalttransistor 32 erzeugt. Das
Relais 34 spricht auf eine Ein/Aus-Betätigung
eines Zündschalters
(nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs an, um die Zufuhr des Stroms
an den Elektromotor 4 selektiv zu trennen. Das Relais 35 arbeitet,
um den Stromfluß zwischen
dem Schalttransistor 32 und dem Elektromotor 4 zu
unterbrechen, um eine von einer Eingabe des Lenkmoments in den Elektromotor 4 herrührenden
Erzeugung einer Leistungsabgabe des Elektromotors 4 zu
vermeiden, wenn eine Treiberschaltung des Elektromotors 4 versagt.
Der Kondensator 36 arbeitet, um eine Variation in einer
Spannung einer Energieversorgung zu minimieren.
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Der Elektromotor 4 arbeitet,
um zur Unterstützung
eines Fahrzeugbetreibers beim Drehen des Lenkrads ein Drehmoment
an die Ausgangswelle 52 bereitzustellen. Der Elektromotor 4 ist,
wie in 5 gezeigt, ein
Gleichstrom- bzw.
Gleichspannungsmotor, welcher aus einem Feld, einem Anker 47 und Bürsten 43 aufgebaut
ist. Das Feld weist einen Magneten 48 auf, der auf einem
inneren Umfang des Jochs 49 installiert ist, welches aus
einem magnetischen Material hergestellt ist und als ein Motorgehäuse dient.
Der Anker 47 ist durch den inneren Umfang des Feldes drehbar
gelagert. Die Bürsten 43 befinden
sich in Kontakt mit einem auf dem Anker 47 montierten Kommutator
oder Kollektor 46. Die Bürsten 43 werden durch
innerhalb von Bürstenhaltern 43a montierten
Federn 44 in einen konstanten Kontakt mit dem Kommutator 46 gedrängt. Das
Joch 49 weist ein offenes Ende auf, welches an einer Seitenoberfläche des
Gehäuses 6 angebracht
ist, und ist mittels einer Schraube 18 an einer Rahmenseite 70 befestigt.
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Der Elektromotor 4 weist,
wie in 1 gesehen werden
kann, mit den Bürsten 43 elektrisch
verbundene Anschlußlitzen
(Pigtails) 42 auf und ist mit innerhalb des Gehäuses 6 installierten
metallischen Motoranschlüssen 41 ausgerüstet. Die
Motoranschlüsse 41 sind
durch Widerstandsschweißen
mit einer Platte 19a verbunden, welche in einer Halteplatte 19 aus
einem Harzmaterial einsatzgegossen ist.
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Die Halteplatte 19 dient
dazu, die Bürstenhalter 43a zu
halten, welche die Bürsten 43 so
stützen,
daß sie
gleiten können,
und, wie in 5 gezeigt,
innerhalb des an dem offenen Ende des Elektromotors 4 befestigten
Rahmenkopfstücks 70 angeordnet
sind. Bei der Befestigung des Elektromotors 4 an dem Gehäuse 6 wird
zuerst der Elektro motor 4 durch eine Öffnung 20 in das Gehäuse 6 eingesetzt.
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Die Motoranschlüsse 41 arbeiten, um
dem Elektromotor 4 Energie bzw. Strom zuzuführen. Die Motoranschlüsse 41 sind
unter im Wesentlichen rechten Winkeln gebogen und an Enden hiervon
mit einer Anschlußplatte 43c verbunden,
wie in 6 gezeigt, welche
zwischen dem Endrahmen 43d und den Bürstenhaltern 43c mittels
eines Montageelements 42b aus Gummi gehalten wird. Die
anderen Enden der Motoranschlüsse 41 werden
an das Steuersubstrat 31 des Steuergeräts 3 gelötet, nachdem der
Elektromotor 4 an dem Gehäuse 6 befestigt worden
ist. Das Joch 49 und das Gehäuse 6 sind derart aneinander
befestigt, daß sich
das Steuersubstrat 31 nahe der Anschlußplatte 43c befindet.
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Der Endrahmen 43d ist aus
einer Metallplatte hergestellt und ist an dem Joch 49 zwischen
dem Joch 49 und dem Gehäuse 6 befestigt.
Das Gummi-Montageelement 43b arbeitet, um von einer Gleitbewegung
der Bürsten 43 auf
dem Umfang des Kommutators 46 herrührende Vibrationen zu absorbieren. Die
Anschlußplatte 43c ist
aus einem Harzbauteil mit darin angeordneten Metallanschlüssen hergestellt. Die
Metallanschlüsse
sind zwischen den Motoranschlüssen 41 und
den Anschlußlitzen 42 zum
Zuführen
des Stroms von der Batterie zu den Bürsten 43 angeschlossen.
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Der Strom, welcher im Arbeitszyklus
von dem Steuergerät 3 bestimmt
und von dem Schalttransistor 32 eingestellt wird, wird
mittels der Motoranschlüsse 41,
der Platte 19a, den Anschlußlitzen 42 und den
Bürsten 43 dem
Anker 47 zugeführt.
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Der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 arbeitet,
um ein von dem Elektromotor 4 produziertes Hilfslenkmoment
an zu lenkende Räder
zu übertragen.
Der Drehmomentüber tragungsmechanismus 5 ist
aus der Eingangswelle 51, der Ausgangswelle 52,
der Torsionsstab 53, einem Schneckenrad 54, einer
Schnecke 55, einer Ankerwelle 45 und einer Hülse 16 aufgebaut.
Die Ankerwelle 45, die Hülse 16 und die Schnecke 55 sind
senkrecht zu der Eingangswelle 51, der Ausgangswelle 52 und
dem Torsionsstab 53 ausgerichtet.
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Die Ankerwelle 45 ist mit
dem Anker 47 verbunden und weist einen geringeren Durchmesser
als der Anker 47 auf. Die Ankerwelle 45 ist in
die Hülse 16 preßgepaßt.
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Die Schnecke 55 wird, wie
in 1 gesehen werden
kann, durch ein Ausgangsdrehmoment der Ankerwelle 45 des
Elektromotors 4, welches durch die über die Ankerwelle 45 montierte
Hülse 16 übertragen
wird, gedreht. Die Schnecke 55 weist in einer äußeren Oberfläche hiervon
ausgebildet Schraubenkeile auf, welche mit der Hülse 16 verzahnt sind.
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Das Schneckenrad 54 ist,
wie in 2 gezeigt, auf
dem Umfang der Ausgangswelle 52 montiert und ist mit der
Schnecke 55 so verzahnt, daß es durch eine Drehung der
Schnecke 55 gedreht wird.
-
Das Gehäuse 6 definiert eine
Aluminiumumhüllung,
innerhalb deren der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 und
das Stützelement 8 angeordnet
sind. Das Gehäuse 6 stützt die
Ausgangswelle 52 drehbar mittels des Lagers 12.
-
Die Abdeckung 7 definiert
eine Aluminiumumhüllung,
welche ein in eine axiale Richtung der Lenkwelle orientiertes offenes
Ende des Gehäuses 6 abdeckt.
Die Abdeckung 7 weist darin installiert das Lager 13 auf,
welches die Eingangswelle 51 drehbar trägt. Bei Montage auf dem Gehäuse 6 drängt die
Abdeckung 7 das Stützelement 8 im
an stoßenden
Kontakt mit einer Innenwand des Gehäuses 6. Dies bewirkt,
daß das
Stützelement 8 in
einer Berührungsstelle
zwischen einer Endoberfläche 7a der
Abdeckung 7 und einer Innenwand 6a des Gehäuses 6 angeordnet
ist. Die Abdeckung 7 ist, wie in 5 gezeigt, an Flanschen 71a und 71b des
Gehäuses 6 befestigt.
Der Flansch 71a befindet sich in der Nähe einer Linie 300 eines
Kontakts mit einer äußeren Wand des
Gehäuses 6 und
einer äußeren Wand
des Jochs 49. Der Flansch 71b befindet sich diametral
gegenüber
dem Flansch 71a auf der anderen Seite des Torsionsstabs 53.
-
Das Stützelement 8 ist aus
einem Aluminiummaterial hergestellt und besteht im Wesentlichen aus
einem zylindrischen Abschnitt und einem Rechteckquaderabschnitt
und ist innerhalb einer zwischen dem Gehäuse 6 und der Abdeckung 7 definierten Kammer
angeordnet. Das Stützelement 8 trägt, wie in 2 deutlich gezeigt, das
Steuergerät 3 auf
einer dem Lenkrad gegenüberliegenden
Oberfläche
hiervon und ist innerhalb des Gehäuses 6 in anstoßendem Kontakt
einer der Innenwand des Gehäuses 6 gegenüberliegenden
Oberfläche
hiervon gehalten. Das Stützelement 8 weist,
wie bereits beschrieben, die Ringhalterung 23b auf, in
welcher die Magnetflußsammelringe 23 angeordnet
sind, und hält
mittels des Lagers 11 die Ausgangswelle 52 in
drehbarer Lagerung. Das Stützelement 8 weist
einen Halteflansch 81 auf, welcher an eine Verlängerung 61 anstößt, welche
auf der Innenwand des Gehäuses 6 ausgebildet
ist und sich einwärts
erstreckt, um die Schnecke 55 abzudecken. Der Halteflansch 81 weist
eine Oberfläche
gegenüber
der Verlängerung 61 auf,
auf welcher der Schalttransistor 32 montiert ist. Das Stützelement 8 weist,
wie in 4(b) gezeigt,
darauf montiert einen Verbinder 15 auf, welcher Energieversorgungs-
oder Zuführungsanschlüsse, die
zu der Batterie (nicht gezeigt) führen, und Signalanschlüsse zum Empfangen
eines Fahrzeuggeschwindig keitssignals aufweist. Das Stützelement 8 weist
einen ringförmigen
Vorsprung 84 auf, welcher an dem Ende des Stützelements 8,
welches zu den zu lenkenden Rädern
zeigt, ausgebildet ist, und ragt in der axialen Richtung der Eingangs-
und Ausgangswelle 51 und 52 hervor. Der Vorsprung 84 weist
einen äußeren Umfang
auf, welcher an die Innenwand des Gehäuses 6 insgesamt stößt, und
weist ebenfalls eine innere Kammer auf, innerhalb deren das Lager 11 eingepaßt ist.
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Das Stützelement 8, auf welchem
das Steuergerät 3,
wie in 3 gezeigt, montiert
ist, ist innerhalb der Kammer zwischen dem Gehäuse 6 und der Abdeckung 7 angeordnet.
-
Wie aus der obigen Diskussion ersichtlich, weist
die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 das Steuergerät 3,
auf dem Stützelement 8 montiert
auf, welches unabhängig
von dem Gehäuse 6 ist,
innerhalb dessen der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 angeordnet
ist, was es erlaubt, die Anschlüsse
des Schalttransistors 32 an das Steuersubstrat 31 zu
löten,
nachdem der Schalttransistor 32 und das Steuersubstrat 31 auf
dem Stützelement 8 montiert
worden sind. Dies ermöglicht
eine Erleichterung der Montage des Steuergeräts 3 im Vergleich mit
der herkömmlichen
Struktur, bei welcher die Anschlüsse
des Schalttransistors 32 an das Steuersubstrat 31 gelötet werden,
nachdem der Schalttransistor 32 und das Steuersubstrat 31 an
dem Gehäuse 6 montiert
worden sind.
-
Es ist auch möglich, einen Betrieb des Steuergeräts 3,
welches auf dem Stützelement 8 montiert ist,
zu prüfen,
bevor es in dem Gehäuse 6 plaziert wird.
Insbesondere gibt es keine Notwendigkeit, den Betrieb des Steuergeräts 3 nach
Anordnung innerhalb des Gehäuses 6 zu
prüfen.
-
Y Die Montage des Stützelements 8 innerhalb
der Kammer, welche zwischen dem Gehäuse 6 und der Abdeckung 7 definiert
ist, ermöglicht
es dem Stützelement 8,
die Ausgangswelle 52 mittels des Lagers 11 drehbar
zu halten, wodurch das Bedürfnis nach
einem zusätzlichen
Bauelement zum Stützen der
Ausgangswelle 52 beseitigt ist.
-
Das Stützelement 8 ist aus
einem Aluminiummaterial hergestellt und weist die abgeschrägte Oberfläche 82 auf,
auf welcher der Schalttransistor 32 direkt montiert ist,
was eine Ableitung von Wärme, die
von dem Schalttransistor 32 erzeugt wird, von dem Stützelement 8 erleichtert.
Zusätzlich
weist das Stützelement 8 den
Halteflansch 81 auf, welcher sich in anstoßendem Kontakt
mit der Verlängerung 61 des Gehäuses 6 befindet,
die vorgesehen ist, um die Schnecke 55 abzudecken, wodurch
eine Übertragung
der. von dem Schalttransistor 32 erzeugten Wärme durch
das Stützelement 8 auf
die Verlängerung 61 erleichtert
wird, um die Wärme
abzuleiten.
-
Der Halteflansch 81 befindet
sich mit der Oberfläche
hiervon, welche der Oberfläche,
auf welcher der Schalttransistor 32 montiert ist, gegenüberliegt,
in anstoßendem
Kontakt mit der Verlängerung 61 des
Gehäuses 6,
wodurch die Ableitung der von dem Schalttransistor 32 erzeugten
wärme durch
das Stützelement 8 auf
das Gehäuse 6 erleichtert
wird, womit eine weitere Erleichterung der Wärmeableitung ermöglicht wird.
-
Die Ringhalterung 23b, in
welcher die Magnetflußsammelringe 23 angeordnet
sind, ist direkt an der Innenwand des Stützelements 8 angebracht,
was das Bedürfnis
nach einer zusätzlichen
Halterung für den
Magnetflußsammelring
beseitigt.
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Die Motoranschlüsse 41, die als Zufuhrleitungen
verwendet werden, um dem Elektromotor 4 die Energie oder
den Strom zuzuführen,
sind in dem aus Aluminium hergestellten Gehäuse 6 angeordnet, was
einen Verlust elektromagnetischer Wellen, der erzeugt wird, wenn
das Steuergerät 3 den
Arbeitszyklus des durch den Elektromotor 4 fließenden Stroms steuert,
an die Umgebung des Gehäuses 6 minimiert. Dies
minimiert nachteilige Wirkungen auf äußere Einrichtungen wie etwa
einen in dem Fahrzeug installierten Radioempfänger.
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Das Joch 49 des Elektromotors 4 und
das Gehäuse 6 sind
so befestigt, daß sich
das Steuersubstrat 31, mit welchem die Motoranschlüsse 41 verbunden
sind, nahe der Anschlußplatte 43c befindet, wodurch
eine Verkürzung
der Motoranschlüsse 41 möglich wird.
Dies führt
zu einer Abnahme elektromagnetischer Wellen, welche von der Steuerung
des Arbeitszyklus des dem Elektromotor 4 zugeführten Stroms
durch das Steuergerät 3 herrühren.
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Der Drehmomentsensor 2,
das Steuergerät 3,
der Elektromotor 4 und der Drehmomentübertragungsmechanismus 5 sind
integral zusammengebaut, wodurch eine Verkleinerung der Größe der elektrischen
Servolenkungsvorrichtung 1 sowie von Drähten oder Leitern zwischen
dem Drehmomentsensor 2 und dem Steuergerät 3 und
zwischen dem Elektromotor 4 und dem Steuergerät 3 ermöglicht wird.
Die Motoranschlüsse 41 und
die Anschlüsse des
Magnetsensors 24 sind direkt mit dem Steuersubstrat 31 verbunden,
was das Bedürfnis
nach zusätzlicher
Verdrahtung beseitigt.
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Das Gummi-Montageelement 43b ist
zwischen der Anschlußplatte 43c und
den Bürstenhaltern 43a angeordnet
und arbeitet, um von einer Gleitbewegung der Bürsten 43 auf dem Kommutator 46 herrührende Vibrationen
zu absorbieren, um eine Übertragung
der Vibrationen auf die An schlußplatte 43c zu
minimieren, was es vermeidet, die zwischen der Anschlußplatte 43c und
dem Steuersubstrat 31 angeordneten Motoranschlüsse 41 einer
durch die Vibrationen hervorgerufenen Belastung zu unterwerfen,
wodurch die Stabilität
der Verbindung zwischen den Motoranschlüssen 41 und dem Steuersubstrat 31 sichergestellt
wird.
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Das Stützelement 8 weist,
wie zuvor beschrieben, den Vorsprung 84, welcher durch
einen Abschnitt des Endes hiervon, welches den zu lenkenden bzw.
zu steuernden Rädern
gegenüberliegt,
ausgebildet ist und sich in der axialen Richtung der Lenkwelle (d.
h. der Eingangs- und Ausgangswelle 51 und 52 und
dem Torsionsstab 53) erstreckt. Der Vorsprung 84 weist
einen äußeren Umfang
in Kontakt mit der inneren Wand des Gehäuses 6 insgesamt auf,
wodurch die Genauigkeit einer Positionierung des Stützelements 8 in
der radialen Richtung der Lenkwelle sichergestellt wird. Dies beseitigt
ein Bedürfnis
nach einer Erhöhung
eines Zwischenraums zwischen dem inneren Umfang der Magnetflußsammelringe 23 und
dem Magnetjoch 22, um einen physikalischen Kontakt hierzwischen
zu vermeiden, und minimiert auch eine Verringerung des durch die
Magnetflußsammelringe 23 fließenden magnetischen Flusses,
was in einer verbesserten Genauigkeit einer Messung der magnetischen
Flußdichte
in dem Magnetsensor 24 resultiert. Der anstoßende Kontakt
des gesamten Umfangs des Vorsprungs 84 mit der Innenwand
des Gehäuses 6 minimiert
das Eindringen eines auf die Schnecke 55 aufgebrachten
Schmiermittels in das Steuergerät 3,
um nachteilige Wirkungen des Schmiermittels auf auf dem Steuersubstrat 31 hergestellte
Schaltungselemente zu vermeiden.
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Das Stützelement 8 wird durch
eine Verbindungsstelle gehalten, welche durch das Gehäuse 6 und
die Abdeckung 7 ausgebildet ist, welche so gelegt sind,
daß sie
in der axialen Richtung der Lenkwelle überlappen, wodurch eine unerwünschte physikalische
Verschiebung hiervon in der axialen Richtung beseitigt wird.
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Das Stützelement 8 weist
den Magnetsensor 24 des Drehmomentsensors 2 und
das Steuersubstrat 31 des Steuergeräts 3 hierauf montiert
auf, wodurch eine elektrische Verbindung der Hall-IC-Anschlüsse 24a des
Magnetsensors 24 mit dem Steuersubstrat 31 möglich wird,
bevor sie innerhalb des Gehäuses 6 angeordnet
werden. Dies erlaubt es, den Betrieb des Steuergeräts 3 zu
testen, bevor das Stützelement 8 innerhalb
des Gehäuses 6 montiert
wird. Die direkte Verbindung des Magnetsensors 24 mit dem
Steuersubstrat 31 minimiert das Erfordernis für Drähte oder
Verbinder.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 kann
ein Schmiermittel aufweisen, welches zwischen dem Halteflansch 81 des
Stützelements 8 und
der Innenwand des Gehäuses 6 angeordnet
ist, um die Wärmeübertragung
zu verbessern.
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Das Stützelement 8 kann ersatzweise
aus einem magnetischen Material hergestellt sein, wodurch magnetisches
Rauschen, welches von außerhalb
des Gehäuses 6 zugeführt wird,
vermindert wird.
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Ein magnetisches Schild kann zwischen
den Magnetflußsammelringen 23 und
dem Stützelement 8 angeordnet
sein, um einen durch den Drehmomentsensor 2 fließenden externen
magnetischen Fluß,
welcher durch das aus Aluminium hergestellte Gehäuse 6 hindurchgetreten
und in das Stützelement 8 eingetreten
ist, zu minimieren, was einen Fehler bei der Messung des Drehmomentsensors 2 hervorrufen
könnte.
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Das Steuersubstrat 31 und
die Anschlußplatte 43c können alternativ
durch Anschlußlitzen
(Pigtails) 41a, wie in 7 dargestellt,
oder beschichtete Drähte
(nicht gezeigt) anstelle der Motoranschlüsse 41 verbunden sein.
Die Verwendung solcher Leiter verhindert, daß Vibrationen der Anschlußplatte 43c, welche
beispielsweise von der Gleitbewegung der Bürsten 43 herrühren, auf
das Steuersubstrat 31 übertragen
werden.
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Der Drehmomentsensor 2 kann
alternativ von einem Induktanztyp sein, in welchem eine Spule anstelle
der Magnetflußsammelringe 23 verwendet wird.
Die Spule kann auf dem Stützelement 8 so montiert
sein, daß sie
im wesentlichen die gleichen Wirkungen wie oben beschrieben zeigt.
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Der Schalttransistor 32 ist
direkt auf der abgeschrägten
Oberfläche 82 des
Stützelements 8 angebracht,
kann aber ersatzweise mittels einer Metallplatte montiert sein.
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Der Elektromotor 4 kann
ersatzweise durch einen bürstenlosen
Motor implementiert sein.
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8 und 9 zeigen die elektrische
Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Das Steuergerät 3 ist nicht auf
dem Stützelement 8 montiert,
sondern wird durch die innere Wand der Abdeckung 7 gehalten.
Nachdem das Steuergerät 3 auf
der Abdeckung 7 montiert ist, wird die Abdeckung 7 an
dem offenen Ende des Gehäuses 6 so
befestigt, daß das
Steuergerät 3 innerhalb
einer durch das Gehäuse 6 und
die Abdeckung 7 definierten Kammer angeordnet ist. Die
Ringhalterung 23b ist an dem Steuersubstrat 31 befestigt.
Ein O-Ring 23c ist über
die Ringhalterung 23b gepaßt, um das Eindringen eines
der Schnecke 55 zugeführten
Schmiermittels in das Steuergerät 3 auszuschließen. Nachdem die
Abdeckung 7, auf welcher das Steuergerät 3 montiert ist,
mit dem offenen Ende des Gehäuses 6 verbunden
ist, ist es schwierig, die Motoranschlüsse 41 an das Steuersubstrat 31 zu
löten.
Die Motoranschlüsse 41 werden
mittels eines Verbinders (nicht gezeigt) mit dem Steuersubstrat 31 verbunden.
Die Struktur dieser Ausführungsform
zeigt im wesentlichen die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die
der ersten Ausführungsform.
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Andere Anordnungen sind mit denen
in der ersten Ausführungsform
identisch, und eine Erläuterung
hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
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Das Stützelement 8 unterstützt, wie
in 8 deutlich gezeigt,
den Umfang der Ausgangswelle 52 mittels des Lagers 11,
aber wie in 9 gezeigt,
können
das Stützelement 8 und
das Lager 11 weggelassen werden, falls die Steifigkeit
der Lenkwelle vergleichsweise hoch ist. In diesem Fall ist vorzugsweise
eine Trennwand 17 vorgesehen, um ein Auslaufen eines der
Schnecke 55 zugeführtes
Schmiermittels zu dem Steuersubstrat 31 hin auszuschließen.
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10 zeigt
die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer
dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Das Stützelement 8 weist
eine Verlängerungshülse 83 auf,
welche sich in Richtung der Lenkwelle erstreckt. Die Verlängerungshülse 83 weist
darin angeordnet das Lager 13 auf, durch welches die Eingangswelle 51 verläuft. Die
Lenksäule 56 ist
teilweise in die Verlängerungshülse 83 eingepaßt. Die Verlängerungshülse 83 ist
in der Abdeckung 7 in anstoßendem Kontakt einer Außenwand
der Abdeckung 7 eingepaßt. Das Steuersubstrat 3 umgibt
die Verlängerungshülse 83.
Dieser Aufbau verhindert, daß ein
in dem Lager 13 enthaltenes Schmiermittel entlang der Lenkwelle
zu dem Steuersubstrat 31 zu dem Steuersubstrat 13 hin
fließt
und minimiert auch eine örtliche
Verschiebung des Stützelements
in einer radialen Richtung der Lenkwelle.
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Andere Anordnungen sind identisch
mit denen in der ersten Ausführungsform,
und eine Erläuterung
hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
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11 ist
eine Schnittansicht, welche die Lenkwelle der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung quer schneidet.
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Die Eingangswelle 51 verläuft nicht
durch das Steuersubstrat 31. Das Steuersubstrat 31 ist
aus einer rechteckigen Platte hergestellt. Diese Struktur ist nützlich in
einem Fall, in welchem das Steuersubstrat 31 eine kleine
Anzahl von darauf hergestellten Teilen aufweist oder eine verringerte
Größe aufweist.
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Die Steuervorrichtung 33 ist,
wie in 11 dargestellt,
aus einem integrierten Chip hergestellt, welcher aus einem Mikrocomputer
und einem IC besteht, kann aber ersatzweise, wie in 4 gezeigt, den
Mikrocomputer und den IC getrennt auf dem Steuersubstrat 31 hergestellt
aufweisen.
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Andere Anordnungen sind identisch
mit denen in der ersten Ausführungsform,
und eine Erläuterung
hiervon im Detail wird hier weggelassen werden.
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12 zeigt
die elektrische Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer
fünften
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Das Magnetjoch 22 ist wie
in der ersten Ausführungsform
innerhalb eines Harzformteils 122 angeordnet, welches mittels
eines Jochhalters 123 über die
Ausgangswelle 52 preßgepaßt ist.
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Die Magnetflußsammelringe 23 sind,
wie in 13 und 14 deutlich gezeigt, innerhalb
einer Innenwand des Ringhalters 23b, der aus einem Hohlzylinder
aus Harz hergestellt ist, angeordnet. Die Magnetflußsammelringe 23 sind
so gelegen, daß sie einander
in der Längsrichtung
der Lenkwelle überlappen.
Die Ringhalterung 23b weist darin ausgebildet eine offene
Sensormontagekammer 171 auf, innerhalb deren der Magnetsensor 24 montiert
ist Die Ringhalterung 23b ist an der Innenwand der in dem Stützelement 8 ausgebildeten
Kammer fest gesichert. Die Ringhalterung 23b weist eine
konische Wand 172 auf, welche an einer Seite eines offenen Endes
der Sensormontagekammer 171 ausgebildet ist und als eine
Führung
zur Ermöglichung
eines leichteren Einsetzens des Magnetsensors 24 dient. Die
konische Wand 172 weist einen Durchmesser auf, welcher
zu dem offenen Ende der Sensormontagekammer 171 hin zunimmt.
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Die Installation des Magnetsensors 24 wird durch
Einsetzen desselben in die Sensormontagekammer 171 in der
Längsrichtung
der Lenkwelle und Platzieren desselben zwischen der magnetischen Sammelplatte 23a und
einem oberen der Magnetflußsammelringe 23,
die in der Längsrichtung
beweglich sind, erreicht. Der Magnetsensor 24 weist die
Anschlüsse 24a auf,
welche sich, wie in 14 deutlich gezeigt,
in der Längsrichtung
der Lenkwelle erstrecken. Ein Abschnitt des oberen Magnetflußsammelrings 23,
wel cher der magnetischen Sammelplatte 23a gegenüberliegt,
ist von dem Rest des oberen Magnetflußsammelrings 23 aus
kontinuierlich gekrümmt
und weist eine Funktion auf, die von dem Magneten 21 zusammen
mit der magnetischen Sammelplatte 23a generierten magnetischen
Flüsse, kann
aber alternativ so gearbeitet sein, daß er eine flache Oberfläche aufweist,
welche der magnetischen Sammelplatte 23a in der radialen
Richtung der Magnetflußsammelringe 23 gegenübersteht.
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Das Steuergerät 3 überwacht
die Torsion oder das Drehmoment, welches dem Lenkrad hinzugefügt wird,
wie es von dem Drehmomentsensor 2 gemessen wird, um den
Arbeitszyklus des durch den Elektromotor 4 fließenden Stroms
zu steuern.
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Das Steuersubstrat 31 ist
senkrecht zu den Anschlüssen 24a des
Magnetsensors 24 angeordnet und wird von dem Stützelement 8 gehalten.
Die Anschlüsse 24a des
Magnetsensors 24 sind an das Steuersubstrat 31 gelötet, um
den Ausgang des Drehmomentsensors 2, welcher das Lenkmoment anzeigt,
an das Steuergerät 3 zu übertragen.
Die Orientierung des Steuersubstrats senkrecht zu den Anschlüssen 24a des
Magnetsensors 24 erlaubt es, die Anschlüsse 24a ohne einen
zusätzlichen
Biegeprozeß direkt
mit dem Steuersubstrat 31 zu verbinden. Dies ermöglicht es,
daß die
Anschlüsse 24a verkürzt sind,
und führt
zu einer verbesserten Montierbarkeit des Magnetsensors 24.
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15 ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht von 2 und zeigt die elektrische
Servolenkungsvorrichtung 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Eine Pfanne 90 ist um einem
gesamten Umfang der Eingangswelle 51 herum vorgesehen.
Die Pfanne 90 ist durch einen tassenförmigen Zylinder ausgebildet,
welcher aus einem elastischen Material wie etwa Gummi hergestellt
ist, und ist zwischen dem Lager 13 und dem Steuersubstrat 31 angeordnet.
Die Pfanne 90 ist aus einem scheibenförmigen Boden 90a und
einer ringförmigen
Seitenwand 90b, welche sich im wesentlichen parallel zu
der Längsrichtung der
Eingangswelle 51, erstreckt, aufgebaut, um eine Kammer
mit einer zu dem Lager 13 hin orientierten Öffnung zu
definieren. Die Pfanne weist einen Außendurchmesser auf, der größer als
ein Innendurchmesser einer Innenwand 72a eines Lagergehäuses 72 ist,
welches durch einen integral mit der Abdeckung 7 ausgebildeten
Hohlzylinder definiert ist. Die Gesamtheit eines offenen Endes der
Pfanne 90 befindet sich nahe der Innenwand der Abdeckung 7.
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Die Pfanne 90 dient dazu, Öl, welches
aus dem Lager 13 entlang dem Umfang der Eingangswelle 51 fließt, darin.
zu sammeln oder zu speichern, um eine Ablagerung des Öls über den
Schaltungsteilen des Steuersubstrats 31 auszuschließen. Die
Pfanne 90 ist, wie zuvor beschrieben, im Durchmesser größer als
das Lager 13 und befindet sich nahe der Innenwand der Abdeckung 7,
so daß sie
alle Tropfen des Öls,
welche von dem Lager 13 und/oder der Oberfläche der
Eingangswelle 51 während
Drehung der Eingangswelle 51 verstreut werden, aufnehmen kann.
Zweckmäßigerweise
weist die Kammer der Pfanne 90 eine ausreichende Tiefe
auf, um Tropfen des Öls
während
einer Drehung der Eingangswelle 51 mit vergleichsweise
hoher Drehzahl vollständig aufzufangen.
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In einem Fall, in welchem es keine
Notwendigkeit von Befürchtungen über ein
direktes Fliegen des Öls
von dem Lager 13 gibt, kann die Pfanne 90 einen
kleineren Durchmesser als den Innendurchmesser der Innenwand 72a des
Lagergehäuses 72 aufweisen.
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16 zeigt
eine Modifizierung der Pfanne 90.
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Die Pfanne 90 weist eine
ringförmige
Abdeckung 90d auf, welche sich einwärts von dem Ende der Seitenwand 90b aus
erstreckt, um eine Öffnung 90c zu
definieren. Die Öffnung 90c ist
im Durchmesser kleiner als der Boden 90a.
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In der Struktur von 15 kann eine der Drehung der Eingangswelle 51 folgende
Drehung der Pfanne 90 bewirken, daß das Öl innerhalb der Pfanne 90 über die
Seitenwand 90b nach außen
fliegt bzw. schwappt. Die Abdeckung 90 dient dazu, eine solche
Situation zu vermeiden.
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Ein Einbauort des Kondensators 36 und
vorteilhafte Wirkungen, welche hierdurch angeboten werden, werden
nachstehend im Detail beschrieben werden.
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Der Kondensator 36 ist,
wie in 4(b) deutlich
gezeigt, von einer zylindrischen Gestalt und weist eine Länge auf,
die sich senkrecht zu der Ankerwelle 45 des Elektromotors 4 erstreckt.
Insbesondere ist der Kondensator 36 parallel zu der Lenkwelle
orientiert, wodurch ein Einbau des Kondensators 36 innerhalb
des Gehäuses 6 ermöglicht wird,
ohne die Größe der elektrischen
Servolenkungsvorrichtung 1 in einer radialen Richtung der
Lenkwelle vergrößern zu müssen. Der
Kondensator 36 ist, wie in 5 und 17 gezeigt, innerhalb einer
Kammer 61 angeordnet, die sich innerhalb des Gehäuses 6 außerhalb
des Durchmessers der Hülse 16 und
innerhalb des Durchmessers des Elektromotors 4 befindet.
In anderen Worten, die Kammer 61 ist zwischen der Eingangswelle 51 innerhalb
des Gehäuses 6 und
dem Elektromotor 4 definiert. Üblicherweise liegt die Ankerwelle 45 von der
Schnecke 55 getrennt vor und ist mit dieser durch die Hülse 16 verbunden,
was bewirkt, daß die
Kammer 61 unvermeidlich außerhalb des Durchmessers der
Hülse 16 definiert
ist. Der Einbau des Kondensators 36 innerhalb der Kammer 61 ermöglicht eine
effiziente Ausnutzung eines Innenraums des Gehäuses 6 ohne ein Erfordernis,
die Größe der elektrischen
Servolenkungsvorrichtung 1 zu vergrößern. Der Kondensator 36 ist
nahe der Innenwand des Gehäuses 6 mittels
eines Füllmaterials
gesichert.
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Das Gehäuse 6 ist aus einem
Aluminiummaterial hergestellt und weist, wie bereits beschrieben, das
Stützelement 8 hierin
angeordnet auf. Das Gehäuse 6 stützt die
Ausgangswelle 52 drehbar durch das Lager 12. Der
Kondensator 36 ist an der Innenwand des Gehäuses 6 mittels
des Füllmaterials
befestigt, wodurch eine Ableitung von in dem Kondensator 36 erzeugter
Wärme an
das Gehäuse 6 verbessert
wird, was die Ableitung der Wärme
von dem Kondensator 36 ermöglicht. Die Innenwand des Gehäuses 6,
an welcher der Kondensator 36 befestigt ist, ist rund,
d.h., von einem Umriß derart,
daß er
mit dem Umriß des
Kondensators 36 im Einklang steht, wodurch der Kondensator 36 frei
von hierauf wirkenden mechanischen Vibrationen fest gehalten wird. Dies
minimiert die Belastung, die auf Verbindungsstellen des Kondensators 36 mit
dem Steuersubstrat 31 wirkt, was die Zuverlässigkeit
eines Betriebs des Kondensators 36 sicherstellt.
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Der Kondensator 36 kann,
wie aus 5 ersehen werden
kann, teilweise außerhalb
des Durchmessers des Elektromotors 4 angeordnet sein. In
anderen Worten, der Kondensator 36 ist vorzugsweise hauptsächlich innerhalb
des Durchmessers des Elektromotors 4 angeordnet.
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Die Ankerwelle 45 und die
Schnecke 55 können
ersatzweise ohne Verwendung der Hülse 16 integral ausgebildet
sein.
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Während
die vorliegende Erfindung in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen
offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis derselben zu erleichtern,
sollte verstanden werden, daß die
Erfindung in vielfältiger
Weise ausgeführt
werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher
sollte die Erfindung so verstanden werden, daß sie alle möglichen
Ausführungsformen
und Modfizierungen an den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, welche
ausgeführt
werden können,
ohne von dem Prinzip der Erfindung, wie es in den beigefügten Ansprüchen niedergelegt
ist, abzuweichen.
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Eine montagefreundliche elektrische
Servolenkungsvorrichtung (1) für Kraftfahrzeuge wird vorgestellt,
welche einen Elektromotor (4), ein Steuergerät (3)
und einen Drehmomentübertragungsmechanismus
(5) umfaßt.
Das Steuergerät
(3) steuert ein durch den Motor (4) ausgegebenes
Hilfslenkmoment. Der Drehmomentübertragungsmechanismus
(5) arbeitet, um den Ausgang des Motors (4) an
eine Lenkwelle (51, 52, 53) zu übertragen.
Die Lenkvorrichtung beinhaltet ebenfalls ein Stützelement (8), welches
arbeitet, um die Lenkwelle (51, 52, 53)
und das Steuergerät
(3) innerhalb einer Umhüllung
(6, 7) zu stützen. Insbesondere
ist das Steuergerät
(3) nicht direkt auf einer Innenwand der Umhüllung (6, 7)
montiert, sondern wird durch das Stützelement (8) gehalten,
was eine leichte elektrische Verbindung zwischen auf dem Stützelement
(8) installierten elektrischen Bauteilen und einem Substrat
(31) des Steuergeräts
(3) ermöglicht,
nachdem das Substrat (31) auf dem Stützelement (8) montiert
ist.