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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Fahrzeuglenkvorrichtung, die einen Kugelgewindetrieb umfasst.
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Hintergrund
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Einige Fahrzeuglenkvorrichtungen sind sogenannte elektrische Servolenkungen, die eine Antriebskraft, die von einem Elektromotor erzeugt wird, mittels eines Kugelgewindetriebs auf eine Lenkstange (z.B. eine Zahnstange) übertragen. Eine Bewegung der Lenkstange in axialer Richtung ermöglicht es, die Räder nach rechts oder nach links zu drehen. Eine solche Fahrzeuglenkvorrichtung ist z.B. in Patentschrift 1 offenbart.
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Die in Patentschrift 1 offenbarte Fahrzeuglenkvorrichtung umfasst einen Kugelgewindetrieb, der eine Antriebskraft, die von einem Elektromotor erzeugt wird, auf eine Lenkstange überträgt, und ein Lager, das eine Mutter, die eine Komponente des Kugelgewindetriebs ist, derart gegenüber einem Gehäuse abstützt, dass sie frei drehbar ist. Eine Seitenfläche des Lagers wird in axialer Richtung der Lenkstange durch eine Dämpfkomponente abgestützt (d.h. eine sogenannte schwimmende Lagerung). Die Dämpfkomponente umfasst eine Manschette und ein elastisches Element, das aus Gummi gebildet ist. Die Manschette und das elastische Element sind ringförmige Komponenten, die in der axialen Richtung der Lenkstange miteinander verbunden sind. Das elastische Element hat eine rechteckige Querschnittsform. Eine Belastungscharakteristik des elastischen Elements, d.h. ein Verhältnis (Federrate) einer Druckbelastung pro Kompressionsbetragseinheit der Verformung in axialer Richtung der Lenkstange ist im Wesentlichen konstant.
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Im Allgemeinen kann der Kugelgewindetrieb aufgrund schlechter Justierung Vibrationen und Betriebsgeräusche erzeugen, wenn ein Fahrzeug normal fährt. Derartige Vibrationen und Betriebsgeräusche werden von der Mutter auf das Lager übertragen. Die Vibrationen und Betriebsgeräusche werden von der Dämpfungskomponente gedämpft. Darüber hinaus kann im Lager eine geringfügige Spreizung aufgrund der ungleichmäßigen Last auftreten, die auf die Mutter des Kugelgewindetriebs wirkt. Wenn das Lager gespreizt wird, werden Vibrationen und Betriebsgeräusche zwischen einem Außenumfang des Lagers und einem Innenumfang des Gehäuses, das das Lager stützt, erzeugt. Die Dämpfungskomponente unterdrückt die Spreizung des Lagers, wodurch die Vibrationen und Betriebsgeräusche verhindert werden.
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Liste zitierter Dokumente
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Patentliteratur
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Patentschrift
1:
JP 2016-159668 A -
Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn ein Rad z.B. über einen Randstein einer Straße fährt, wirkt eine Stoßbelastung in axialer Richtung vom Rad auf die Lenkstange. Eine derartige Stoßbelastung in axialer Richtung wird von der Lenkstange über die Mutter des Kugelgewindetriebs auf das Lager übertragen. Wenn das Lager, das eine übermäßige Stoßbelastung aufgenommen hat, in axialer Richtung relativ zum Gehäuse stark verschoben wird, versagt das elastische Element vollständig. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Lager auf die Manschette trifft, wird ein Aufprallgeräusch erzeugt. Um eine Geräuschreduktion im Fahrzeuginneren weiter zu verbessern, ist es gewünscht, das Aufprallgeräusch so gut wie möglich zu unterdrücken. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, eine sogenannte Haltefähigkeit zu verbessern, die die Position des Lagers relativ zum Gehäuse sichert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Technologie bereitzustellen, die sowohl die Reduktion von Vibrationen und Betriebsgeräuschen von einem Lager, wenn ein Fahrzeug normal läuft, als auch die Haltefähigkeit hinsichtlich der Position des Lagers ermöglicht, wenn eine starke Stoßbelastung in axialer Richtung auf die Lenkstange ausgeübt wird.
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Lösung des Problems
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Eine Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst:
- eine Lenkstange, die derart in einem Gehäuse gehalten wird, dass sie in einer axialen Richtung beweglich ist;
- einen Kugelgewindetrieb, der eine Antriebskraft, die von einem Elektromotor erzeugt wird, auf die Lenkstange überträgt;
- ein Lager, das eine Mutter, die eine Komponente des Kugelgewindetriebs ist, derart abstützt, dass sie relativ zum Gehäuse drehbar ist; und
- ein ringförmiges elastisches Element, das umfasst: einen ersten elastischen Abschnitt, der
- eine erste Belastungscharakteristik aufweist, bei der ein Verhältnis der Druckbelastung pro Kompressionsbetragseinheit der Verformung in axialer Richtung der Lenkstange leicht zunimmt; und einen zweiten elastischen Abschnitt, der eine zweite Belastungscharakteristik aufweist, bei der das Verhältnis im Vergleich zur ersten Belastungscharakteristik stark zunimmt; und das eine Seitenfläche des Lagers in axialer Richtung der Lenkstange entlang des gesamten Umfangs abstützt und aus einem elastischen Material gebildet ist.
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Vorzugsweise ist der zweite elastische Abschnitt ein ringförmiges Element mit einer kreisrunden Scheibenform parallel zur Seitenfläche des Lagers und weist eine flache Stirnfläche auf, die der Seitenfläche des Lagers zugewandt ist, und der erste elastische Abschnitt ist ein ringförmiges Element, das von der Stirnfläche des zweiten elastischen Abschnitts in Richtung der Seitenfläche des Lagers abragt, wobei eine Querschnittsform des ersten elastischen Abschnitts eine sich verjüngende Form aufweist, die sich von der Stirnfläche des zweiten elastischen Abschnitts aus in Richtung der Seitenfläche des Lagers verjüngt, wobei ein Außendurchmesser des ersten elastischen Abschnitts kleiner als ein Außendurchmesser des zweiten elastischen Abschnitts ist; und ein Innendurchmesser des ersten elastischen Abschnitts größer als ein Innendurchmesser des zweiten elastischen Abschnitts ist.
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Vorzugsweise ist eine innere Umfangsfläche des zweiten elastischen Abschnitts eine schräge Fläche, die zu einer inneren Umfangsfläche des ersten elastischen Abschnitts kontinuierlich ist.
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Vorzugsweise ist eine Stirnfläche des ersten elastischen Abschnitts der Seitenfläche des Lagers zugewandt und weist in einer Querschnittsansicht eine Kreisbogenform auf.
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Vorzugsweise umfasst die obige Fahrzeuglenkvorrichtung weiterhin eine ringförmige Manschette, die in der axialen Richtung der Lenkstange zwischen dem Gehäuse und dem elastischen Element vorgesehen ist, wobei das elastische Element mit der Manschette verbunden ist.
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Vorzugsweise umfasst die Manschette eine ringförmige Aussparung in einer Stirnfläche, die der Seitenfläche des Lagers zugewandt ist, wobei der zweite elastische Abschnitt in die Aussparung eingesetzt ist, wobei der Innendurchmesser des zweiten elastischen Abschnitts stetig gleich einem Innendurchmesser der Manschette ist, und die Stirnfläche des zweiten elastischen Abschnitts in Richtung der Seitenfläche über die Stirnfläche der Manschette hinausragt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist das elastische Element, das die Seitenfläche des Lagers in der axialen Richtung abstützt, ein Element, das aus einem elastischen Material gebildet ist, das einen ersten elastischen Abschnitt mit einer ersten Belastungscharakteristik (Belastungskennlinie) und einen zweiten elastischen Abschnitt mit einer zweiten Belastungscharakteristik (Belastungskennlinie) umfasst. Bei der ersten Belastungscharakteristik nimmt ein Verhältnis (Federrate) der Druckbelastung pro Kompressionsbetragseinheit der Verformung in axialer Richtung der Lenkstange leicht zu. Bei der zweiten Belastungscharakteristik nimmt das Verhältnis im Vergleich zur ersten Belastungscharakteristik stark zu. Wie oben beschrieben, weist das elastische Element eine Federrate mit zwei Stufen auf.
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Vibrationen und Betriebsgeräusche aufgrund einer Verschiebung des Lagers in der axialen Richtung, die durch eine schlechte Justierung des Kugelgewindetriebs und eine ungleichmäßige Last, die auf die Mutter des Kugelgewindetriebs wirkt, entstehen, können insbesondere durch den ersten elastischen Abschnitt des elastischen Elements reduziert werden.
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Darüber hinaus können Stoßbelastungen, die in der axialen Richtung auf das Lager wirken, insbesondere durch den zweiten elastischen Abschnitt des elastischen Elements gedämpft werden. Folglich können der Kugelgewindetrieb und das Lager vor den Stoßbelastungen geschützt werden. Zudem kann die Position des Lagers relativ zum Gehäuse in der axialen Richtung durch den zweiten elastischen Abschnitt beibehalten werden. Folglich kann das Erzeugen eines Aufprallgeräusches verhindert werden.
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Wie oben beschrieben, ermöglicht die Federrate mit zwei Stufen sowohl die Reduktion von Vibrationen und Betriebsgeräuschen des Lagers, wenn das Fahrzeug normal fährt, als auch die die Haltefähigkeit hinsichtlich der Position des Lagers, wenn eine erhebliche Stoßbelastung in der axialen Richtung auf die Lenkstange ausgeübt wird.
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Darüber hinaus ist der Freiheitsgrad bei der Formgebung des elastischen Elements groß, da das elastische Element aus einem elastischen Material gebildet ist. Das elastische Element kann daher derart ausgebildet werden, dass sowohl die erste Belastungscharakteristik als auch die zweite Belastungscharakteristik optimiert sind. D.h., dass im Vergleich zu einem Fall, in dem eine federartige Scheibenfeder verwendet wird, eine optimale Einstellung der Belastungscharakteristik einfach möglich ist, da für das elastische Element ein elastisches Material verwendet wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine beispielhafte Darstellung einer Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine Querschnittsansicht um einen zweiten Übertragungsmechanismus herum, der in 1 dargestellt ist;
- 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts 3 in 2;
- 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Stützteils, das in 3 dargestellt ist; und
- 5 ist ein Druckbelastungs-/Kompressionsbetrags-Kurvendiagramm eines elastischen
Elements, das in 4 dargestellt ist.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Eine Ausführungsform zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst eine Fahrzeuglenkvorrichtung 10 eine Lenkanordnung 20 von einem Lenkrad 21 eines Fahrzeugs zu Rädern 31 und 31 (lenkende Räder 31 und 31), und einen Hilfsdrehmomentmechanismus 40, der ein Hilfsdrehmoment zur Lenkanordnung 20 beiträgt.
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Die Lenkanordnung 20 umfasst ein Lenkrad 21, eine Lenkwelle 22, die mit dem Lenkrad 21 verbunden ist, eine Eingangswelle 24, die mit der Lenkwelle 22 mittels eines Kardangelenks 23 verbunden ist, eine Lenkstange 26, die mit der Eingangswelle 24 mittels eines ersten Übertragungsmechanismus 25 verbunden ist, und das rechte und das linke (beide Seiten in einer Fahrzeugbreitenrichtung) Rad 31 und 31, die jeweils mit einem der beiden Enden der Lenkstange 26 mittels eines entsprechenden Kugelgelenks 27 und 27, einer jeweiligen Spurstange 28 und 28, und einem jeweiligen Achsschenkelgelenk 29 und 29 verbunden sind.
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Der erste Übertragungsmechanismus 25 ist z.B. ein Zahnstangengetriebe. Die Lenkstange 26 ist in der axialen Richtung (der Fahrzeugbreitenrichtung) beweglich.
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Gemäß der Lenkanordnung 20 können das rechte und das linke Rad 31 und 31 durch ein Lenkmoment über den ersten Übertragungsmechanismus 25, die Lenkstange 26 und die Spurstangen 28 und 28 gedreht werden, wenn ein Fahrer das Lenkrad 21 dreht.
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Der Hilfsdrehmomentmechanismus 40 umfasst einen Lenkmomentsensor 41, eine Steuereinheit 42, einen Elektromotor 43 und einen zweiten Übertragungsmechanismus 44. Der Lenkmomentsensor 41 erfasst ein Lenkmoment der Lenkanordnung 20, das auf das Lenkrad 21 aufgebracht wird. Die Steuereinheit 42 erzeugt basierend auf einem Momenterfassungssignal des Lenkmomentsensors 41 ein Steuersignal. Der Elektromotor 43 erzeugt ein Motordrehmoment (Hilfsdrehmoment), d.h. eine Antriebskraft, gemäß des Lenkmoments basierend auf dem Steuersignal der Steuereinheit 42. Der zweite Übertragungsmechanismus 44 überträgt das Hilfsdrehmoment, das vom Elektromotor 43 erzeugt wird, auf die Lenkstange 26.
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Gemäß der Fahrzeuglenkvorrichtung 10 können die Räder 31 und 31 mittels der Lenkstange 26 durch ein kombiniertes Moment gedreht werden, das durch das Hinzufügen des Hilfsdrehmoments durch den Elektromotor 43 zum Lenkmoment des Fahrers erreicht wird.
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Der erste Übertragungsmechanismus 25 wird in einem Gehäuse 50 gehalten. Die Lenkstange 26 wird auch im Gehäuse 50 derart gehalten, dass sie in der Fahrzeugbreitenrichtung (der axialen Richtung) bewegbar ist. Beide Enden der Lenkstange 26 ragen in der Fahrzeugbreitenrichtung jeweils aus einem der beiden Enden des Gehäuses 50 hervor. Das Gehäuse 50 ist in der Fahrzeugbreitenrichtung länglich und weist eine Durchgangsöffnung 50a auf, die sich in der Fahrzeugbreitenrichtung vollständig durch das Gehäuse hindurch erstreckt.
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Das Gehäuse 50 wird nun detailliert beschrieben. Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist das Gehäuse 50 in der Fahrzeugbreitenrichtung in zwei Teile aufgeteilt, die eine erste Gehäusekörperhälfte 51 und eine zweite Gehäusekörperhälfte 52 bilden, wobei die Gehäusekörperhälften mittels einer Schraubverbindung miteinander verbunden sind.
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Wie in 2 dargestellt, umfasst das Gehäuse 50 darüber hinaus einen Aufnahmeraum 53 im Verbindungsbereich zwischen der ersten Gehäusekörperhälfte 51 und der zweiten Gehäusekörperhälfte 52. Im Gehäuse 50 sind eine erste Wandfläche 54 und eine zweite Wandfläche 55, die in der Fahrzeugbreitenrichtung jeweils eine der beiden Endflächen des Aufnahmeraums 53 bilden, jeweils eine flache Oberfläche senkrecht zur Lenkstange 26. Die erste Gehäusekörperhälfte 51 weist die erste Endfläche 54 auf. Die zweite Gehäusekörperhälfte 52 weist die zweite Endfläche 55 auf. Eine hohle kreisförmige Scheibe 56, die frei befestigbar und lösbar ist, ist auf halbem Weg in der Fahrzeugbreitenrichtung im Aufnahmeraum 53 vorgesehen. Die kreisförmige Scheibe 56 umfasst eine flache Seitenfläche 57, die der zweiten Endfläche 55 zugewandt ist und parallel zu dieser ist. Die Seitenfläche 57 wird nachfolgend als dritte Endfläche 57 bezeichnet.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist der zweite Übertragungsmechanismus 44 im Aufnahmeraum 53 gelagert. Der zweite Übertragungsmechanismus 44 umfasst z.B. einen riemengetriebenen Mechanismus 60 und einen Kugelgewindetrieb 70. Der riemengetriebene Mechanismus 60 umfasst eine Antriebsscheibe 61, die auf einer Ausgangswelle 43a des Elektromotors 43 vorgesehen ist, eine Nachlaufscheibe 62, die auf einer Mutter 73 des Kugelgewindetriebs 70 vorgesehen ist, und einen Riemen 63, der zwischen der Antriebsscheibe 61 und der Nachlaufscheibe 62 gespannt ist.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt, ist der Kugelgewindetrieb 70 eine Art eines Umwandlungsmechanismus, der eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt, und die Antriebskraft, die vom Elektromotor 43 (siehe 1) erzeugt wird, d.h. das Hilfsdrehmoment, auf die Lenkstange 26 überträgt. Dieser Kugelgewindetrieb 70 umfasst einen Schraubenteil 71 (Schraube mit Gewindegang 71), der auf der Lenkstange 26 ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Kugeln 72, und die Mutter 73, die mittels der Mehrzahl von Kugeln 72 mit dem Schraubenteil 71 verbunden ist.
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Die Mutter 73 wird durch ein Lager 74 derart gelagert, dass sie relativ zum Gehäuse 50 frei drehbar ist und eine begrenzte Relativbewegung zum Lager 74 in der axialen Richtung aufweist. Das Lager 74 ist zwischen der zweiten Endfläche 55 und der dritten Endfläche 57 im Aufnahmeraum 53 angeordnet und steht mit einer inneren Umfangsfläche 58 des Aufnahmeraums 53 in Eingriff. Ein ziemlich kleiner Freiraum ist zwischen der inneren Umfangsfläche 58 des Aufnahmeraums 53 und einem Außenumfang 74a des Lagers 74 vorgesehen. Folglich ist das Lager 74 relativ zur inneren Umfangsfläche 58 des Aufnahmeraums 53 in der axialen Richtung der Lenkstange 26 bewegbar, wenn eine Last in axialer Richtung auf das Lager 74 wirkt.
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Es ist bevorzugt, dass das Lager 74 ein „Wälzlager“ ist, wie z.B. ein Kugellager oder ein Walzenlager. Das Lager 74 wird nachfolgend, soweit zutreffend, auch als „Wälzlager 74“ bezeichnet. Ein Paar von Stützteilen 75 und 75 ist einander in der axialen Richtung der Lenkstange 26 über das Wälzlager 74 hinweg zugewandt. Wie oben beschrieben, sind das Wälzlager 74 und das Paar von Stützteilen 75 und 75 zwischen der zweiten Endfläche 55 und der dritten Endfläche 57 im Aufnahmeraum 53 vorgesehen. Seitenflächen 74c und 74c des Außenrings 74b des Wälzlagers 74 sind entlang des gesamten Umfangs durch das Paar von ringförmigen Stützteilen 75 und 75 elastisch in der axialen Richtung der Lenkstange 26 abgestützt (d.h. eine sogenannte schwimmende Lagerung). Folglich wird die Mutter 73 indirekt durch das Lager 74 in der axialen Richtung der Lenkstange 26 elastisch abgestützt.
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Ein Stützteil 75 wird nachfolgend stellvertretend für das Paar von Stützteilen 75 und 75 beschrieben. Wie in den 3 und 4 dargestellt, umfasst das Stützteil 75 ein ringförmiges elastisches Element 80 und eine ringförmige Manschette 90, die das elastische Element 80 trägt. Das elastische Element 80 und die Manschette 90 sind in der axialen Richtung der Lenkstange 26 miteinander verbunden.
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Das elastische Element 80 ist aus einem elastischen Material gebildet. Beispielhafte elastische Materialien, die das elastische Element 80 bilden, sind ein einzelner Gummikörper, ein einzelner Harzkörper, eine Kombination aus einem Gummi und einem Harz, und eine zweifarbige, gegossene Komponente aus einem Gummi und einem Harz. Das elastische Element 80 umfasst einen ringförmigen ersten elastischen Abschnitt 81 und einen ringförmigen zweiten elastischen Abschnitt 82, die miteinander verbunden sind.
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Der erste elastische Abschnitt 81 weist eine „erste Belastungscharakteristik“ auf, bei der das Verhältnis einer Druckbelastung pro Kompressionsbetragseinheit der Verformung in axialer Richtung der Lenkstange 26, d.h. die Federrate, leicht zunimmt. Gemäß einer solchen ersten Belastungscharakteristik ist es bevorzugt, dass eine Veränderung der Federrate annähernd linear ist. Darüber hinaus wird der Maximalwert der Federrate der ersten Belastungscharakteristik derart festgelegt, dass er klein ist, um in der Lage zu sein, Vibrationen des Lagers 74 in der axialen Richtung der Lenkstange 26 zu reduzieren.
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Der zweite elastische Abschnitt 82 weist eine „zweite Belastungscharakteristik“ auf, bei der das Verhältnis der Druckbelastung pro Kompressionsbetragseinheit (Federrate) im Vergleich zur ersten Belastungscharakteristik stark zunimmt.
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Das elastische Element 80 erhält die erste Belastungscharakteristik und die zweite Belastungscharakteristik dadurch, dass es im ersten elastischen Abschnitt 81 und im zweiten elastischen Abschnitt 82 eine unterschiedliche Querschnittsform aufweist.
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Die Belastungscharakteristik des elastischen Elements 80 wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein Druckbelastungs-/Kompressionsbetrag-Kurvendiagramm des elastischen Elements 80 und zeigt die Charakteristik eines Kompressionsbetrags δ, d.h. eine Belastungscharakteristik des elastischen Elements 80 relativ zur Druckbelastung, wobei eine vertikale Achse eine Eingangsdruckbelastung fc auf das elastische Element 80 darstellt und eine horizontale Achse den Kompressionsbetrag δ des elastischen Elements 80 darstellt. Ein Bereich A1 des Kompressionsbetrags vom Ursprung bis zu einem vorbestimmten Bezugskompressionsbetrag δa wird als erster Bereich A1 bezeichnet. Ein darauf folgender Bereich A2 des Kompressionsbetrags nach dem ersten Bereich A1 wird als zweiter Bereich A2 bezeichnet.
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Die Eigenschaften des elastischen Elements 80 umfassen die erste Belastungscharakteristik, bei der „die Federrate klein ist“ und „die Federrate im ersten Bereich A1 leicht zunimmt“, und die zweite Belastungscharakteristik, bei der „die Federrate im zweiten Bereich A2 stark zunimmt“. Bei der ersten Belastungscharakteristik ist eine Veränderung der Federrate nahezu linear und die Federrate erreicht beim Bezugskompressionsbetrag δa ein Maximum. Wie oben beschrieben, umfassen die Eigenschaften des elastischen Elements 80 die Federrate mit zwei Stufen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Anfangswert δs des Kompressionsbetrags δ nahe des Bezugskompressionsbetrags 5a festgelegt, d.h. so, dass er im ersten Bereich A1 klein ist.
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Wie in 3 und 4 dargestellt, umfasst der zweite elastische Abschnitt 82 ein ringförmiges (hohles scheibenförmiges) Element, das parallel zur Seitenfläche 74c des Wälzlagers 74 ist. Die Querschnittsform des zweiten elastischen Abschnitts 82 ist im Wesentlichen eine rechteckig. Der zweite elastische Abschnitt 82 umfasst eine flache Stirnfläche 82a (eine Oberfläche 82a), die der Seitenfläche 74c des Wälzlagers 74 zugewandt ist, und eine flache Rückseite 82b, die der Manschette 90 zugewandt ist. Der zweite elastische Abschnitt 82 weist (in der axialen Richtung der Lenkstange 26) eine einheitliche Dicke auf.
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Der erste elastische Abschnitt 81 ist ein ringförmiges Element, das um einen überstehenden Betrag X1 in Richtung der Seitenflächen 74c des Wälzlagers 74 von der flachen Stirnfläche 82a des zweiten elastischen Abschnitts 82 hervorragt. Die Querschnittsform des ersten elastischen Abschnitts 81 weist eine sich verjüngende Form auf, die sich von der Stirnfläche 82a des zweiten elastischen Abschnitts 82 aus in Richtung der Seitenfläche 74c des Wälzlagers 74 verjüngt. D.h., dass sowohl die äußere Umfangsfläche 81a als auch die innere Umfangsfläche 81b des ersten elastischen Abschnitts 81 geneigte Flächen sind. Die Stirnfläche 81c des ersten elastischen Abschnitts 81 ist in einer Querschnittsansicht in einer Kreisbogenform ausgebildet.
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Der Außenumfang 82c des zweiten elastischen Abschnitts 82 weist eine Kreisform auf. Die innere Umfangsfläche 82d des zweiten elastischen Abschnitts 82 ist eine schräge Fläche kontinuierlich zur inneren Umfangsfläche 81b des ersten elastischen Abschnitts 81. Ein Außendurchmesser D11 des ersten elastischen Abschnitts 81 ist kleiner als ein Außendurchmesser D21 des zweiten elastischen Abschnitts 82. Ein Innendurchmesser D12 des ersten elastischen Abschnitts 81 ist größer als ein Innendurchmesser D22 des zweiten elastischen Abschnitts 82.
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Die Manschette 90 ist zwischen der zweiten Endfläche 55 oder der dritten Endfläche 57 und dem elastischen Element 80 angeordnet. Die Manschette 90 ist ein ringförmiges (hohles scheibenförmiges) Element, das aus einem Metall oder einem harten Harz gebildet ist. Eine Stirnfläche 91 der Manschette 90 ist der Seitenfläche 74c des Wälzlagers 74 zugewandt. Eine ringförmige Aussparung 92 ist in der Stirnfläche 91 ausgebildet. Eine Bodenfläche 92a der Aussparung 92 ist eine flache Oberfläche. Der zweite elastische Abschnitt 82 ist in die Aussparung 92 eingesetzt. Ein Innendurchmesser D31 der Manschette 90 ist gleich dem Innendurchmesser D22 des zweiten elastischen Abschnitts 82. Die Stirnfläche 82a des zweiten elastischen Abschnitts 82 ragt über die Stirnfläche 91 der Manschette 90 um einen überstehenden Betrag X2 hinaus.
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Als Nächstes wird die Funktion des Paars von Stützteilen 75 und 75 beschrieben. Wie in 3 dargestellt, wird das Wälzlager 74 zwischen dem Paar von Stützteilen 75 und 75 in der axialen Richtung der Lenkstange 26 gehalten und ist zwischen der zweiten Endfläche 55 und der dritten Endfläche 57 angeordnet.
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Ein Abstandsmaß Di (siehe 3) zwischen der zweiten Endfläche 55 und der dritten Endfläche 57 ist derart ausgelegt, dass es kleiner als die Summe der Breite des Wälzlagers 74 und der jeweiligen Breiten Wd und Wd (siehe 4) des Paars von Stützteilen 75 und 75 ist. In einem Ausgangszustand, in dem keine Kraft in der axialen Richtung auf die Mutter 73 wirkt, sind die ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 daher bereits um einen festen Kompressionsbetrag komprimiert (Anfangseinstellung). Der konstante Kompressionsbetrag entspricht dem Anfangswert δs des Kompressionsbetrags δ, der in 5 dargestellt ist, und ist innerhalb des ersten Bereichs A1 festgelegt. Folglich wird eine anfängliche Druckbelastung fcs (Vorspannkraft) entsprechend dem Anfangswert δs auf jede Seitenfläche 74c und 74c des Wälzlagers 74 ausgeübt. Im Ausgangszustand, wie in 3 dargestellt, sind in der axialen Richtung der Lenkstange 26 bestimmte Freiräume Sp und Sp zwischen der jeweiligen Seitenfläche 74c und 74c des Wälzlagers 74 und der entsprechenden Stirnfläche 91 und 91 der Manschetten 90 und 90 vorgesehen.
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Eine geringe Kraft (einschließlich Vibrationen) in der axialen Richtung, die auf die Mutter 73 und das Wälzlager 74 wirkt, wird durch die ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 gedämpft. Eine große Kraft in der axialen Richtung, die auf die Mutter 73 und das Wälzlager 74 wirkt, wird durch die zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 gedämpft.
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Die oben beschriebenen Details werden wie folgt zusammengefasst. Wie in den 2 und 3 dargestellt, umfasst eine Fahrzeuglenkvorrichtung 10:
- die Lenkstange 26, die im Gehäuse 50 derart gehalten wird, dass sie in der axialen Richtung beweglich ist;
- den Kugelgewindetrieb 70, der eine Antriebskraft, die vom Elektromotor 43 (siehe 1) erzeugt wird, auf die Lenkstange 26 überträgt;
- das Lager 74, das die Mutter 73, die eine Komponente des Kugelgewindetriebs 70 ist, derart lagert, dass sie relativ zum Gehäuse 50 drehbar ist; und
- die ringförmigen elastischen Elemente 80 und 80, die umfassen: jeweils einen ersten elastischen Abschnitt 81 und 81, der eine erste Belastungscharakteristik aufweist, bei der das Verhältnis der Druckbelastung pro Kompressionsbetragseinheit der Verformung in axialer Richtung der Lenkstange 26 leicht zunimmt; und jeweils einen zweiten elastischen Abschnitt 82 und 82, der eine zweite Belastungscharakteristik aufweist, bei der das Verhältnis im Vergleich zur ersten Belastungscharakteristik stark zunimmt; und die die Seitenflächen 74c und 74c des Lagers 74 in der axialen Richtung der Lenkstange entlang des gesamten Umfangs abstützen, und die aus einem elastischen Material gebildet sind.
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Wie oben beschrieben, umfassen die elastischen Elemente 80 und 80 jeweils einen ersten elastischen Abschnitt 81 und 81, der eine erste Belastungscharakteristik aufweist, und jeweils einen zweiten elastischen Abschnitt 82 und 82, der eine zweite Belastungscharakteristik aufweist, wodurch die Federrate mit zwei Stufen erreicht wird.
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Vibrationen und Betriebsgeräusche aufgrund einer Verschiebung des Lagers 74 in der axialen Richtung aufgrund einer schlechten Justierung des Kugelgewindetriebs 70 und einer ungleichmäßigen Last, die auf die Mutter 73 des Kugelgewindetriebs 70 wirkt, können insbesondere durch den jeweiligen ersten elastischen Abschnitt 81 und 81 der elastischen Elemente 80 und 80 reduziert werden.
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Darüber hinaus kann eine Stoßbelastung, die in der axialen Richtung auf das Lager 74 wirkt, insbesondere durch den jeweiligen zweiten elastischen Abschnitt 82 und 82 der elastischen Elemente 80 und 80 gedämpft werden. Folglich können der Kugelgewindetrieb 70 und das Lager 74 gegen die Stoßbelastung geschützt werden. Zudem kann die Position des Lagers 74 relativ zum Gehäuse 50 in der axialen Richtung durch die zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 gehalten werden. Folglich kann die Erzeugung eines Aufprallgeräusches verhindert werden.
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Wie oben beschrieben, bewirkt die zweistufige Federrate sowohl die Reduktion von Vibrationen und Betriebsgeräuschen des Lagers 74, wenn das Fahrzeug normal läuft, als auch die Haltefähigkeit hinsichtlich der Position des Lagers 74, wenn eine starke Stoßbelastung in der axialen Richtung auf die Lenkstange 26 ausgeübt wird.
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Da die elastischen Elemente 80 und 80 jeweils aus einem elastischen Material gebildet sind, ist die Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Form derselben groß. Die elastischen Elemente 80 und 80 können daher derart ausgebildet werden, dass die erste Belastungscharakteristik und die zweite Belastungscharakteristik optimiert werden. D.h., dass im Vergleich zu einem Fall, in dem federartige Scheibenfedern verwendet werden, eine optimale Einstellung der Belastungscharakteristik einfach ist, da ein elastisches Material für die elastischen Elemente 80 und 80 verwendet wird.
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Weiterhin sind die zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 ringförmige Elemente in Form einer kreisrunden Scheibe parallel zur jeweiligen Seitenfläche 74c und 74c des Lagers 74 und umfassen jeweils eine flache Stirnfläche 82a und 82a, die der jeweiligen Seitenfläche 74c und 74c des Lagers 74 zugewandt ist, wie in den 3 und 4 dargestellt. Die ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 sind ringförmige Elemente, die in Richtung der jeweiligen Seitenfläche 74c und 74c des Lagers 74 von der jeweiligen Stirnfläche 82a und 82a der zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 hervorragen. Die Querschnittsform der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 weist eine sich verjüngende Form auf, die sich von der jeweiligen Stirnfläche 82a und 82a der zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 aus in Richtung der jeweiligen Seitenfläche 74c und 74c verjüngt. Der jeweilige Außendurchmesser D11 der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 ist kleiner als der jeweilige Außendurchmesser der zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82. Der jeweilige Innendurchmesser D12 der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 ist größer als der jeweilige Innendurchmesser D22 der zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82.
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Wie oben beschrieben, unterscheiden sich die Querschnittsform der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 und die Querschnittsform der zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 erheblich voneinander. Zudem unterscheiden sich die Durchmesser D11 und D12 der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 von den Durchmessern D21 und D22 der zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82. Folglich kann die Federrate einfach in zwei sich erheblich unterscheidenden Stufen ausgebildet werden. Des Weiteren können die erste Belastungscharakteristik, bei der die Federrate leicht zunimmt, vollständig dadurch erreicht werden, dass die jeweilige Querschnittsform der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 eine sich verjüngende Form aufweist.
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Des Weiteren ist, wie in den 3 und 4 dargestellt, die jeweilige innere Umfangsfläche 82d und 82d der zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 eine schräge Fläche, die kontinuierlich zu der jeweiligen inneren Umfangsfläche 81b und 81b der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 verläuft. Eine erhöhte Stoßbelastung, die von der jeweiligen Seitenfläche 74c und 74c des Lagers 74 auf den jeweiligen ersten elastischen Abschnitt 81 und 81 wirkt, kann daher effizient auf den jeweiligen zweiten elastischen Abschnitt 82 und 82 übertragen werden.
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Wie weiterhin in den 3 und 4 dargestellt, ist die jeweilige Stirnfläche 81c und 81c der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 der jeweiligen Seitenfläche 74c und 74c des Lagers 74 zugewandt und weist in einer Querschnittsansicht eine Kreisbogenform auf. Durch das Ausbilden der jeweiligen Stirnfläche 81c und 81c der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 in einer Querschnittsansicht in einer Kreisbogenform, kann die Lebensdauer der ersten elastischen Abschnitte 81 und 81 vergrößert werden.
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Weiterhin umfasst die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 die ringförmigen Manschetten 90 und 90, die in der axialen Richtung der Lenkstange 26 zwischen dem Gehäuse 50 und dem jeweiligen elastischen Element 80 und 80 angeordnet sind, wie in den 3 und 4 dargestellt. Die elastischen Elemente 80 und 80 sind mit der jeweiligen Manschette 90 und 90 verbunden.
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Wie oben beschrieben, kann eine geeignete Stellung relativ zu den Seitenflächen 74c und 74c des Lagers 74 stets aufrecht erhalten werden, da die elastischen Elemente 80 und 80 mit der jeweiligen Manschette 90 und 90 verbunden sind. Da die Manschetten 90 und 90 zwischen dem Gehäuse und dem jeweiligen elastischen Element 80 und 80 vorgesehen sind, tritt keine Verschiebung in der axialen Richtung der Lenkstange 26 innerhalb des Gehäuses 50 auf. Folglich können die elastischen Elemente 80 und 80 die jeweilige Seitenfläche 74c und 74c in der axialen Richtung der Lenkstange 26 auf geeignete Art und Weise abstützen (eine sogenannte schwimmende Lagerung).
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Wie weiterhin in den 3 und 4 dargestellt, umfassen die Manschetten 90 und 90 jeweils eine ringförmige Aussparung 92 und 92 in der jeweiligen Stirnfläche 91 und 91, die der jeweiligen Seitenfläche 74c und 74c des Lagers 74 zugewandt ist. Die zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 sind in die jeweilige Aussparung 92 und 92 eingesetzt. Der jeweilige Innendurchmesser D22 der zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 ist gleich dem jeweiligen Innendurchmesser D31 der Manschetten 90 und 90. Die jeweilige Stirnfläche 82a und 82a der zweiten elastischen Abschnitte 82 und 82 ragt in Richtung der jeweiligen Seitenfläche 74c und 74c über die jeweilige Stirnfläche 91 und 91 der Manschetten 90 und 90 hinaus.
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Die jeweilige Stirnfläche 91 und 91 der Manschetten 90 und 90 definiert einen Bereich, in dem das Lager 74 in der axialen Richtung verschoben wird. Wenn das Lager 74, das eine übermäßige Stoßbelastung aufnimmt, relativ zum Gehäuse 50 stark in der axialen Richtung verschoben wird, werden die elastischen Elemente 80 und 80 vollständig eingedrückt. Da die Seitenflächen 74c und 74c des Lagers 74 auf die jeweilige Stirnfläche 91 und 91 der Manschetten 90 und 90 treffen, kann das Lager 74 nicht weiter in der axialen Richtung verschoben werden.
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Es ist anzumerken, dass die Lenkvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, solange die Funktion und Wirkung der vorliegenden Offenbarung erreichbar ist.
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Z.B. kann die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine sogenannte Steer-by-Wire Lenkvorrichtung sein, bei der das Lenkrad 21 und die Lenkstange 26 mechanisch getrennt sind, wobei ein Lenkantrieb (nicht dargestellt) eine Lenkkraft gemäß eines Lenkbetrags des Lenkrads 21 erzeugt und diese Lenkkraft mittels des Kugelgewindetriebs 70 auf die Lenkstange 26 überträgt.
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Darüber hinaus ist das Lager 74 nicht auf ein Wälzlager beschränkt, und es kann z.B. ein Gleitlager verwendet werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist dazu geeignet, in einem Kraftfahrzeug vorgesehen zu werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeuglenkvorrichtung
- 26
- Lenkstange
- 43
- Elektromotor
- 50
- Gehäuse
- 70
- Kugelgewindetrieb
- 73
- Mutter
- 74
- Lager
- 74c
- Seitenfläche des Lagers
- 80
- elastisches Element
- 81
- erster elastischer Abschnitt
- 81b
- innere Umfangsfläche
- 81c
- Stirnfläche
- 82
- zweiter elastischer Abschnitt
- 82a
- Stirnfläche
- 82d
- innere Umfangsfläche
- 90
- Manschette
- 91
- Stirnfläche
- 92
- Aussparung
- D11
- Außendurchmesser des ersten elastischen Abschnitts
- D12
- Innendurchmesser des ersten elastischen Abschnitts
- D21
- Außendurchmesser des zweiten elastischen Abschnitts
- D22
- Innendurchmesser des zweiten elastischen Abschnitts
- D31
- Innendurchmesser der Manschette
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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