DE19517621A1

DE19517621A1 - Servo-steering for vehicle

Info

Publication number: DE19517621A1
Application number: DE19517621A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dipl Ing Wahnschaffe; Horst Nikl
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1994-05-21
Filing date: 1995-05-13
Publication date: 1995-11-23

Abstract

The servo steering is controlled by the relative angular settings at both ends of the torsion bar (6) which couples the input flange (10), connected to the steering column, to the output shaft (2) coupled to the wheel mountings. The torsion bar is securely connected to the output shaft and has a spring coupling (13) to the input end. The preset tension of the springs (13) provides a point at which the servo characteristic changes to a shallower plot with the springs (13) in series with the torsion rod. The springs operate in both directions onto radial bars through the inputs flange. When the torque applied is greater than the preset tension of the springs they start to compress, thereby reducing the servo characteristic.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine Kraftfahr zeug-Servolenkeinrichtung der im Oberbegriff des Patentan spruchs 1 genannten Art, wie es beispielsweise bekannt ist aus DE 30 02 598-C2, DE 32 48 001-C2, DE 40 27 877-A1 oder DE 36 12 619 C2.The invention relates to a steering gear for a motor vehicle power steering device in the preamble of patent pronounced 1 type, as is known for example from DE 30 02 598-C2, DE 32 48 001-C2, DE 40 27 877-A1 or DE 36 12 619 C2.

Bei Kraftfahrzeug-Servolenkeinrichtungen erfolgt die Steuerung der Servounterstützung im allgemeinen in Abhängigkeit vom auf zubringenden Lenkmoment.The control takes place in motor vehicle power steering devices the servo support in general depending on the steering torque to be applied.

Diese Abhängigkeit wird mit Hilfe von Federelementen erzeugt, die im Zuge der Drehverbindung vom Lenkrad zum Lenkgetriebe angeordnet sind.This dependency is created with the help of spring elements, that in the course of the turning connection from the steering wheel to the steering gear are arranged.

In den meisten Fällen werden Federelemente in Form von Tor sionsstäben eingesetzt, die jeweils mit ihrem einen Ende dreh fest mit einem um eine Drehachse verdrehbaren ersten Lenkge triebeteil, z. B. dem Antriebsritzel einer Zahnstangenlenkung, und mit ihrem anderen Ende drehfest mit der Getriebeeingangs welle des Lenkgetriebes verbunden sind, die ihrerseits mit der vom Lenkrad betätigten Lenkspindel koppelbar ist.In most cases, spring elements are in the form of a gate sion rods used, each rotating with one end fixed with a first steering wheel rotatable about an axis of rotation drive part, e.g. B. the drive pinion of a rack and pinion steering, and with its other end rotatably with the transmission input Shaft of the steering gear are connected, which in turn with the steering shaft operated by the steering wheel can be coupled.

Bei den bekannten Anordnungen besteht eine lineare Abhängig keit zwischen dem Eingangs- bzw. Lenkmoment und dem Verdreh winkel des Torsionsstabs.In the known arrangements there is a linear dependency speed between the input or steering torque and the torsion angle of the torsion bar.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun de, ein Lenkgetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art mit möglichst geringem Aufwand derart weiterzu bilden, daß sich eine Kennlinie ergibt, bei der das Eingangs moment nach Überschreiten eines vorgegebenen Wertes bei einem bestimmten Verdrehwinkel mit zunehmendem Verdrehwinkel deut lich schwächer oder nahezu überhaupt nicht mehr ansteigt als zuvor.Against this background, the invention is based on the object de, a steering gear in the preamble of claim 1 continue in this way with the least possible effort form that there is a characteristic curve at which the input moment after exceeding a specified value at a certain twist angle with increasing twist angle weaker or almost no more than before.

Solche Kennlinienverläufe wären für verschiedene Anwendungs fälle sehr wünschenswert, beispielsweise bei elektromechani schen Servolenkeinrichtungen.Such characteristic curves would be for different applications cases very desirable, for example with electromechani power steering devices.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of Pa claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the subclaims.

Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbei spiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.On the basis of two exemplary embodiments shown in the drawing games, the invention is explained in more detail below.

In der prinzipienhaften Zeichnung zeigenShow in the principle drawing

Fig. 1 den Längsschnitt eines Lenkgetriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin dung, Fig. 1 is a longitudinal cross-sectional extension of a steering gear according to a first embodiment of the OF INVENTION,

Fig. 1a einen Ausschnitt eines solchen Längs schnittes einer im Detail leicht abgewan delten Variante dieses Lenkgetriebes, Fig. 1a shows a detail of such a longitudinal abgewan a slightly punched in detail variant section of this steering gear,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittfüh rung II der Fig. 1, Fig. 2 is a cross section along the Schnittfüh tion II of Fig. 1,

Fig. 3 den Längsschnitt eines Lenkgetriebes gemäß einem bevorzugten zweiten Ausführungsbei spiel der Erfindung, Fig. 3 is a longitudinal section of a steering gear according to a preferred second Ausführungsbei game of the invention,

Fig. 4 eine Detaildraufsicht dieses Lenkgetriebes in Richtung des in Fig. 3 gezeigten Pfeils IV und Fig. 4 is a detailed plan view of this steering gear in the direction of arrow IV and shown in Fig. 3

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der mit einem er findungsgemäßen Lenkgetriebe erzielbaren Kennlinie. Fig. 5 is a schematic diagram of the characteristic curve achievable with a steering gear according to the invention.

In den Fig. 1 bis 2 ist als Ausführungsbeispiel das Lenkge triebe einer hydraulischen Kraftfahrzeug-Servolenkeinrichtung in Form einer Zahnstangenlenkung dargestellt, bei dem ein im Lenkgetriebegehäuse 4 um eine mit 14 bezifferte Drehachse drehbar gelagertes erstes Lenkgetriebeteil, nämlich ein An triebsritzel 2 sich mit einem zweiten Lenkgetriebeteil, näm lich einer Zahnstange 3 im Wirkeingriff, d. h. im Zahneingriff befindet.In Figs. 1 to 2 as an embodiment of the Lenkge drives a hydraulic vehicle power steering device in the form of a steering rack shown in which a in the steering gear housing 4 by a numbered with 14 rotational axis is rotatably mounted first steering gear part, namely an on drive pinion 2, the second with a Steering gear part, namely a rack 3 in active engagement, ie located in the tooth mesh.

Die Getriebeeingangswelle 5 des Lenkgetriebes ist in üblicher Weise drehfest mit dem unteren Ende einer vom nicht weiter dargestellten Lenkrad des Fahrzeugs betätigten Lenkspindel 8 gekoppelt, und zwar mit einer z. B. über ein Kreuzgelenk 9 mit der eigentlichen Lenkspindel 8 verbundenen üblichen Gelenkga bel 10. Die drehschlüssige Verbindung erfolgt dabei mittels einer angedeuteten Keilverzahnung 52.The transmission input shaft 5 of the steering gear is coupled in a conventional manner in a rotationally fixed manner to the lower end of a steering spindle 8 actuated by the steering wheel of the vehicle (not shown), specifically with a z. B. via a universal joint 9 with the actual steering spindle 8 connected to the usual articulated bel 10th The rotational connection is made by means of an indicated spline 52 .

Die Getriebeeingangswelle 5 und das erste Lenkgetriebeteil, hier das Antriebsritzel 2, sind miteinander in üblicher Weise nicht mechanisch starr, sondern unter Zwischenschaltung eines Drehmomente übertragenden Torsionsstabes 6 gekoppelt, so daß Antriebsritzel 2 und Getriebeeingangswelle 5 bei einer durch Betätigen des Lenkrads bewirkten Drehbewegung der Lenkspindel um einen Winkel α relativ zueinander verdreht werden, wobei die Größe des Verdrehwinkels α von der Höhe des wirksamen Drehmoments M abhängt.The transmission input shaft 5 and the first steering gear part, here the drive pinion 2 , are not mechanically rigid with one another in the usual way, but are coupled with the interposition of a torque-transmitting torsion bar 6 , so that the drive pinion 2 and the transmission input shaft 5 rotate when the steering spindle is rotated by actuating the steering wheel an angle α are rotated relative to one another, the size of the angle of rotation α being dependent on the magnitude of the effective torque M.

Diese Relativverdrehung zwischen der Getriebeeingangswelle 5 und dem ersten Lenkgetriebeteil, d. h. dem Antriebsritzel 2 wird in üblicher Weise zur Aussteuerung eines den Hydraulik strom der hydraulischen Kraftfahrzeug-Servolenkeinrichtung steuernden Drehschieberventils ausgenutzt,. welches u. a. ein z. B. durch eine Stiftverbindung 7 drehfest mit dem Antriebs ritzel 2 verbundenes erstes Ventilelement 21 und ein mit die sem zusammenwirkendes, konzentrisch dazu angeordnetes zweites Ventilelement 51 enthält, welches seinerseits drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel bildet dieses zweite Ventilelement 51 mit der Getriebeein gangswelle 5 eine einstückige Baueinheit, wie dies häufig der Fall ist.This relative rotation between the transmission input shaft 5 and the first steering gear part, ie the drive pinion 2 , is used in the usual way for modulating a rotary slide valve controlling the hydraulic current of the hydraulic motor vehicle power steering device. which among other things a z. B. by a pin connection 7 rotatably connected to the drive pinion 2 first valve element 21 and a with the sem cooperating, concentrically arranged second valve element 51 , which in turn is rotatably connected to the transmission input shaft. In the exemplary embodiment, this second valve element 51 forms a one-piece structural unit with the transmission input shaft 5 , as is often the case.

Im Gegensatz zu bekannten hydraulischen Servolenkeinrichtungen ist der die zueinander konzentrisch angeordneten Ventilelemen te 21, 51 in einer koaxialen Bohrung 12 durchsetzende Tor sionsstab 6 hier jedoch nur mit einem seiner beiden Torsions stabenden 61, 62 unmittelbar drehfest an das ihm zugeordnete Bauelemente des Lenkgetriebes angekoppelt.In contrast to known hydraulic power steering devices, the concentrically arranged Ventilelemen te 21 , 51 in a coaxial bore 12 penetrating gate sion rod 6 but here only with one of its two torsion rod ends 61 , 62 directly rotatably coupled to the associated components of the steering gear.

Wie die Fig. 1 erkennen läßt, ist das dem Antriebsritzel 2 zugekehrte Torsionsstabende 61 mit diesem in üblicher Weise mittels einer Keilverzahnung 63 unmittelbar drehfest verbun den. Das der Getriebeingangswelle 5 zugekehrte andere Tor sionsstabende 62 ist mit dieser dagegen nicht wie sonst üblich unmittelbar drehfest mittels einer Keilverzahnung oder einer Stiftverbindung verbunden. Dessen drehmomentenübertragende An- Kopplung erfolgt vielmehr unter Zwischenschaltung einer in beiden Drehrichtungen gleich wirksamen vorgespannten Federvor richtung 13.As can be seen in FIG. 1, the drive pinion 2 facing torsion bar end 61 is connected to this in a conventional manner by means of spline teeth 63 in a rotationally fixed manner. The gearbox input shaft 5 facing other gate sion rod end 62 , however, is not directly connected to this, as is customary, in a rotationally fixed manner by means of splines or a pin connection. Rather, its torque-transmitting coupling takes place with the interposition of a prestressed spring device 13 which is equally effective in both directions of rotation.

Durch diese federvorgespannte Ankopplung des Torsionsstabendes 62 wird für die Eingangs- bzw. Lenkmomenten/Verdreh winkel-Kennlinie M = f (α) in vorteilhafter Weise kein übli cher durchgängig linearer, sondern ein geknickter Kennlinien verlauf mit einem jeweils unteren vergleichsweise steilen er sten Linearbereich I und einem daran anschließenden deutlich flacher verlaufenden zweiten Linearbereich II erzeugt, wie dies in Fig. 5 rein exemplarisch angedeutet ist. Erforderli chenfalls könnte bei α₁ natürlich auch quasi eine "Momenten kappung" vorgesehen werden, d. h. ein etwa horizontal verlau fender Kennlinienbereich II.Through this spring-biased coupling of the torsion bar end 62 for the input or steering torque / torsion angle characteristic curve M = f (α) is advantageously not a usual, consistently linear, but a kinked characteristic curve with a lower, comparatively steep, he most linear area I and an adjoining, clearly flatter second linear region II, as is indicated in FIG. 5 purely by way of example. If necessary, a “torque capping” could of course also be provided at α 1, ie an approximately horizontally extending characteristic area II.

Das zweite Torsionsstabende 62 ist in der Getriebeeingangs welle 5 selbst verdrehbar gelagert und trägt einen starr an ihm befestigten Übertragungshebel 11, welcher etwa recht winkelig vom Torsionsstab 6 abgewinkelt ist. Wie Fig. 2 erken nen läßt, greift der Übertragungshebel 11 zur Drehmomenten einleitung mit einem freien Ende 111 spielfrei zwischen zwei in Umfangsdrehrichtung des Torsionsstabs 6 vorgespannte Federn 131, 132, welche ihrerseits in einem mit der Lenkspindel 8 drehschlüssig gekoppelten Bauelement gehaltert sind. Im Aus führungsbeispiel ist dies die über das Kreuzgelenk 9 dreh schlüssig mit dem unteren Ende der Lenkspindel 8 verbundene Gelenkgabel 10.The second torsion bar end 62 is itself rotatably mounted in the transmission input shaft 5 and carries a transmission lever 11 rigidly attached to it, which is angled approximately at an angle from the torsion bar 6 . As can be seen in FIG. 2, the transmission lever 11 for introducing torques engages with a free end 111 without play between two springs 131 , 132 biased in the circumferential direction of rotation of the torsion bar 6 , which in turn are held in a component which is rotationally coupled to the steering spindle 8 . In the exemplary embodiment, this is the articulated fork 10 connected to the lower end of the steering spindle 8 via the universal joint 9 .

Der Federmechanismus der vorgespannten Federvorrichtung 13 ist so eingestellt, daß der Übertragungshebel 11 sich spielfrei und bei nichtbetätigter Lenkspindel 8 auch kraftfrei zwischen den beiden vorgespannten Federn 131 und 132 befindet. Wird während des Fahrbetriebs über diesen Federmechanismus ein Drehmoment eingeleitet, dann wird dieses durch den Torsions stab 6 zunächst in gewohnter Weise, d. h. unter der üblichen Verdrehung des Torsionsstabs mit einer vergleichsweise steilen linearen Kennlinie (Kennlinienbereich I) auf das Antriebsrit zel 2 übertragen, und zwar so lange, wie das eingeleitete Drehmoment M nicht größer ist als das Produkt aus der Vorspan nung der vorgespannten Federn 131 bzw. 132 und der wirksamen Hebellänge des Übertragungshebels 11. Wird das eingeleitete Drehmoment über diesen Wert hinaus weiter gesteigert, dann werden die vorgespannten Federn 131, 132 entsprechend ihrer Federsteifigkeit zusammengedrückt und es ergibt sich aus der nun wirksamen Reihenschaltung einerseits des Torsionsstabes 6 und andererseits der wirksamen vorgespannten Feder 131 oder 132 eine entsprechend geringere Gesamtfedersteifigkeit, wie dies in Fig. 5 mit dem flacheren oder u. U. sogar etwa hori zontalen Kennlinienbereich II prinzipienhaft angedeutet ist. The spring mechanism of the preloaded spring device 13 is set so that the transmission lever 11 is free of play and, when the steering spindle 8 is not actuated, also free of force between the two preloaded springs 131 and 132 . If a torque is introduced during driving operation via this spring mechanism, this is initially transmitted through the torsion bar 6 in the usual manner, ie under the usual torsion of the torsion bar with a comparatively steep linear characteristic curve (characteristic curve area I) to the drive pin 2 , namely as long as the torque M is not greater than the product of the preload of the preloaded springs 131 and 132 and the effective lever length of the transmission lever 11th If the introduced torque is further increased beyond this value, then the preloaded springs 131 , 132 are compressed according to their spring stiffness, and the now effective series connection of the torsion bar 6 on the one hand and the effective preloaded spring 131 or 132 on the other hand result in a correspondingly lower overall spring stiffness, as shown in Fig. 5 with the flatter or u. U. even about horizontal characteristic area II is indicated in principle.

Es ist leicht erkennbar, daß diese Kennlinie und damit die An steuerung der hydraulischen Servounterstützung durch entspre chende Bemessung und gegenseitige Abstimmung der zusammenwir kenden Bauelemente dieses Drehmomente übertragenden Federme chanismus′ konstruktiv in einfacher Weise an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden kann.It is easy to see that this characteristic and thus the type control of the hydraulic servo support by corresponding appropriate dimensioning and mutual coordination of the kenden components of this torque-transmitting spring chanismus' constructive to the respective in a simple manner Requirements can be adjusted.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vorgespannten Federn 131, 132 als Schraubendruckfedern ausgebildet. Statt dessen können natürlich auch andere geeignete Federtypen zum Einsatz kommen, z. B. Lamellenfedern.In the exemplary embodiment shown, the prestressed springs 131 , 132 are designed as helical compression springs. Instead of this, other suitable types of springs can of course also be used, e.g. B. lamellar springs.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vorgespannten Federn 131, 132 in separaten Federgehäusen 133 gelagert, die ihrerseits an der mit der Lenkspindel 8 drehschlüssig gekop pelten Gelenkgabel 10 gehaltert sind. Eine solche Anordnung bietet u. a. den Vorteil, daß die Federgehäuse 133 gegebenen falls nicht unlösbar starr, sondern verstellbar am tragenden Bauelement, im Ausführungsbeispiel an der Gelenkgabel 10 ge haltert werden können, um so erforderlichenfalls in einfacher Weise noch "vor Ort" eine Mittenjustierung durchführen zu kön nen. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, die vorgespannten Federn der Federvorrichtung unmittelbar, z. B. in entsprechen den Bohrungen, im mit der Lenkspindel 8 drehschlüssig gekop pelten Bauelement, also z. B. in der Gelenkgabel 10 unterzu bringen, wie dies in Fig. 2 gestrichelt angedeutet und mit 13′ beziffert ist. In diesem Falle liegen natürlich andere Hebel verhältnisse vor, was bei Bemessung der vorgespannten Feder vorrichtung 13′ berücksichtigt werden muß.In the illustrated embodiment, the preloaded springs 131 , 132 are mounted in separate spring housings 133 , which in turn are held on the articulated fork 10 which is rotatably coupled to the steering spindle 8 . Such an arrangement offers the advantage, among other things, that the spring housing 133 can be held, if not permanently rigid, but adjustable on the load-bearing component, in the exemplary embodiment on the articulated fork 10 , in order to carry out a center adjustment in a simple manner "on site" can. Basically, it is also conceivable to directly, the biased springs of the spring device, for. B. in correspond to the holes in the steering spindle 8 with a locking coupling Kop pelt component, so z. B. in the articulated fork 10 to bring, as indicated by dashed lines in Fig. 2 and numbered 13 ' . In this case, of course, there are other lever ratios, which device 13 'must be taken into account when dimensioning the preloaded spring.

Im Prinzip wäre es natürlich auch denkbar, die vorgespannte Federvorrichtung in entsprechender Weise in der Getriebeein gangswelle 5 selbst unterzuordnen, was wegen der dort vorlie genden eingeschränkteren Raumverhältnisse jedoch nur in be schränktem Umfang und konstruktiv sehr schwierig zu realisie ren sein dürfte. In principle, it would of course also be conceivable to subordinate the preloaded spring device in a corresponding manner in the gearbox input shaft 5 itself, which, however, should only be to a limited extent and structurally very difficult to implement because of the limited space available there.

In den Fig. 1 und 2 ist der am Torsionsstabende 62 befe stigte Übertragungshebel 11 mit dem erforderlichen Umfangs spiel einseitig radial jeweils durch die Getriebeeingangswelle 5 und die Gelenkgabel 10 zur vorgespannten Federvorrichtung 13 nach außen geführt. Er könnte natürlich auch, wie z. B. in Fig. 4, nach beiden Seiten herausgeführt sein.In Figs. 1 and 2 of the BEFE Torsionsstabende 62 stigte transmission lever 11 is provided with the required circumferential side play radially in each case by the transmission input shaft 5 and out the yoke 10 to the prestressed spring device 13 to the outside. It could of course also, such as. B. in Fig. 4, be led out on both sides.

In Fig. 1a ist dargestellt, daß der den Übertragungshebel 11 tragende Teil des zweiten Torsionsstabendes 62 in vorteilhaf ter Weise auch einfach axial aus dem ihn drehbar lagernden Bauelement, nämlich aus der Getriebeeingangswelle 5, herausra gen kann, so daß der Übertragungshebel 11 dann radial nur noch mit entsprechendem Umfangsspiel durch die Gelenkgabel 10 hin durchgeführt werden muß, und zwar entweder wie hier einseitig oder wie in Fig. 4 zweiseitig.In Fig. 1a it is shown that the transmission lever 11 carrying part of the second torsion rod end 62 in an advantageous manner also axially out of the rotatably mounted component, namely from the transmission input shaft 5 , out so that the transmission lever 11 then only radially must still be carried out with a corresponding circumferential clearance through the joint fork 10 , either as here one-sided or as in Fig. 4 two-sided.

In den Fig. 3 und 4 ist als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung das Lenkgetriebe einer elektromechanischen Kraft fahrzeug-Servolenkeinrichtung dargestellt. Eine elektromecha nische Kraftfahrzeug-Servolenkeinrichtung dieses Typs ist von ihrem konstruktiven Grundaufbau sowie von ihrem generellen Funktionsprinzip her beispielsweise bekannt aus der DE 36 12 619 C2.In FIGS. 3 and 4, vehicle power steering device shown as a second embodiment of the invention, the steering gear of an electromechanical force. An electromechanical African motor vehicle power steering device of this type is known for example from DE 36 12 619 C2 from its basic construction and from its general functional principle.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das Lenkgetriebe 1 in Form einer Zahnstangenlenkung dargestellt, bei dem ein in ei nem Lenkgetriebegehäuse 4 um eine mit 14 bezifferte Drehachse drehbar gelagertes erstes Lenkgetriebeteil, nämlich ein An triebsritzel 2 sich mit einem zweiten Lenkgetriebeteil, näm lich einer hier nicht weiter dargestellten üblichen Zahnstange im Wirkeingriff, d. h. im Zahneingriff befindet.Also in this embodiment, the steering gear 1 is shown in the form of a rack-and-pinion steering, in which a first steering gear part, namely a pinion gear 2 with a second steering gear part, is mounted in a steering gear housing 4 that is rotatably mounted around an axis 14 with a number 14 , namely, no further here shown conventional rack in active engagement, ie located in the tooth mesh.

Die zum Antriebsritzel 2 koaxiale Getriebeeingangswelle 5 ist wieder wie üblich mittels der Gelenkgabel 10 an die vom nicht weiter dargestellten Lenkrad des Fahrzeugs betätigte, eben falls nicht weiter dargestellte Lenkspindel ankoppelbar.The transmission input shaft 5, which is coaxial with the drive pinion 2, can again be coupled, as usual, by means of the joint fork 10 to the steering spindle, which is actuated by the steering wheel of the vehicle, not shown, if not shown.

Die Servounterstützung erfolgt bei einer solchen elektromecha nische Servolenkeinrichtung durch einen nur in einer Richtung umlaufenden Elektromotor, dessen Drehmoment über eine Kupp lungseinrichtung auf die Lenkwelle bzw. auf das Antriebsritzel 2 übertragbar ist, wobei der Grad der Drehmomentenübertragung in Abhängigkeit vom Lenkmoment mechanisch selbsttätig ge steuert wird. Die Kupplungseinrichtung besteht dabei aus zwei voneinander unabhängigen Kupplungsvorrichtungen 41 und 42, welche im axialen Abstand zueinander konzentrisch und drehbar auf einer Zwischenwellen 15 der Lenkgetriebewelle 5/15/2 gela gert sind und von dem ihnen gemeinsamen Elektromotor, von dem lediglich die eine Antriebsschnecke tragende Motorwelle 19 dargestellt ist, gegenläufig angetrieben werden.The servo support is provided in such an electromechanical African power steering device by an electric motor rotating only in one direction, the torque of which can be transmitted via a coupling device to the steering shaft or to the drive pinion 2 , the degree of torque transmission being controlled mechanically automatically as a function of the steering torque . The coupling device consists of two mutually independent coupling devices 41 and 42 , which are axially spaced concentrically and rotatably on an intermediate shaft 15 of the steering gear shaft 5/15/2 gela and from the common electric motor, of which only the drive shaft carrying a motor shaft 19 is shown to be driven in opposite directions.

Die Kupplungsvorrichtungen 41, 42 sind hierzu jeweils in kege ligen Tellerrädern 31, 32 gelagert, die mit einem kegeligen Zahnritzel 30 kämmen, welches seinerseits - vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines nicht weiter bezifferten Freilaufs - mit einem von der Motorwelle 19 angetriebenen Schneckenrad 20 gekoppelt ist.The coupling devices 41 , 42 are each mounted in conical ring gears 31 , 32 which mesh with a conical toothed pinion 30 , which in turn - preferably with the interposition of a freewheel, not further identified - is coupled to a worm wheel 20 driven by the motor shaft 19 .

Je nach Wirkrichtung des Lenkmoments wird selbsttätig entweder nur die Kupplungsvorrichtung 41 oder aber nur die Kupplungs vorrichtung 42 in Kupplungseingriff gebracht, wodurch das vom Elektromotor zur Verfügung gestellte Drehmoment entsprechend der Lenkraddrehrichtung entweder in der einen oder in der an deren Drehrichtung auf die Zwischenwelle 15 und damit auf das erste Lenkgetriebeteil, nämlich das Antriebsritzel 2 übertra gen wird. Die etwas axial verschieblich gelagerte Zwischenwel le 15 ist nämlich einerseits über eine Kugelkörper aufweisende Keilverzahnung 16 drehmomentenschlüssig mit dem Antriebsritzel 2 verbunden und trägt andererseits auf ihrem Außenumfang jeweils drehmomentenschlüssig ein Lamellenpaket der beiden Kupplungsvorrichtungen 41, 42.Depending on the direction of action of the steering torque, either only the clutch device 41 or only the clutch device 42 is automatically brought into clutch engagement, as a result of which the torque provided by the electric motor corresponding to the steering wheel direction of rotation either in one direction or in the other direction of rotation on the intermediate shaft 15 and thus on the first steering gear part, namely the drive pinion 2 is transmitted gene. The slightly axially displaceably mounted Zwischenwel le 15 is on the one hand connected via a spherical body having splines 16 torsionally connected to the drive pinion 2 and carries on the other hand on its outer circumference each torsionally a disk set of the two clutch devices 41, 42nd

Der Kupplungseingriff entweder der Kupplungsvorrichtung 41 oder aber der Kupplungsvorrichtung 42 erfolgt durch eine unter der Wirkung eines Lenkmoments je nach dessen Wirkrichtung selbsttätig entweder etwas in die eine oder in die andere Richtung verlaufende Axialverschiebung der Zwischenwelle 15. Diese ist zu diesem Zwecke auf ihrer Getriebeeingangsseite über ein nur prinzipienhaft angedeutetes steiles Bewegungsge winde 17, d. h. über eine Mutter-Spindel-Anordnung mit der Ge triebeeingangswelle 5 gekoppelt.The clutch engagement of either the clutch device 41 or the clutch device 42 takes place by means of an axial displacement of the intermediate shaft 15 which, depending on the direction of action thereof, takes place automatically under the action of a steering torque, either slightly in one direction or in the other direction. For this purpose, this is on its transmission input side via an only principle-indicated steep Bewegungsge thread 17 , ie coupled via a nut-spindle arrangement with the transmission input shaft 5 Ge.

Die Getriebeeingangswelle 5 ist mechanisch mit dem Antriebs ritzel 2 außerdem durch einen sich axial durch die hohle Zwi schenwelle 15 erstreckenden Feder- bzw. Torsionsstab 6 gekop pelt. Dieser ist nur mit seinem einen Torsionsstabende mittels einer Stiftverbindung 18 unmittelbar drehfest an das ihm zuge ordnete Bauelement, nämlich an das Antriebsritzel 2 angekop pelt, während die drehmomentenübertragende Ankopplung des an deren Torsionsstabendes 62 an das diesem zugeordnete Bauele ment, nämlich die Getriebeeingangswelle 5 unter Zwischenschal tung einer in beiden Drehrichtungen gleich wirksamen vorge spannten Federvorrichtung 13 erfolgt.The transmission input shaft 5 is mechanically with the drive pinion 2 also by means of an axially extending through the hollow inter mediate shaft 15 spring or torsion bar 6 gekop pelt. This is only with its one torsion bar end by means of a pin connection 18 directly rotatably to the assigned component, namely to the drive pinion 2 , while the torque-transmitting coupling of the other end of the torsion bar 62 to the component assigned to it, namely the transmission input shaft 5 with intermediate shawl tion of an equally effective biased spring device 13 takes place in both directions of rotation.

Dazu ist dieses Torsionsstabende 62 wie beim oben erläuterten Ausführungsbeispiel wiederum verdrehbar in der Getriebeein gangswelle 5 gelagert und mit einem starr an ihm befestigten, etwa rechtwinkelig vom Torsionsstab 6 abgewinkelten Übertra gungshebel 11 versehen, welcher mit einem freien Ende jeweils spielfrei an einer in der einen Umfangsdrehrichtung des Tor sionsstabs 6 vorgespannten ersten Feder 131 und einer in der anderen Umfangsdrehrichtung des Torsionsstabs 6 vor gespannten zweiten Feder anliegt, die ihrerseits in einem mit der Lenk spindel 8 drehschlüssig gekoppelten Bauelement, nämlich der Gelenkgabel 10 gehaltert sind, und zwar vorzugsweise wieder in separaten Federgehäusen 133, wie in Fig. 4 dargestellt.For this purpose, this torsion bar end 62 is in turn rotatably mounted in the transmission input shaft 5 and with a rigidly attached to it, approximately angled from the torsion bar 6 transmission lever 11 , which is provided with a free end in each case free of play in one of the circumferential directions of rotation the Tor sionsstabs 6 biased first spring 131 and one in the other circumferential direction of rotation of the torsion bar 6 bears in front of the biased second spring, which in turn is held in a rotationally coupled to the steering spindle 8 component, namely the joint fork 10 , and preferably again in separate spring housings 133 as shown in FIG. 4.

Der Übertragungshebel 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 2 nicht mit nur einem freien Ende, sondern mit zwei einander diametral gegenüberliegenden freien Enden 111, 112 versehen, wobei jedes der beiden freien Enden jeweils spielfrei an einer der beiden vorgespannten Federn 131 bzw. 132 anliegt, wie in Fig. 4 erkennbar. In contrast to the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 2, the transmission lever 11 in this exemplary embodiment is not provided with only one free end, but with two diametrically opposite free ends 111 , 112 , each of the two free ends being free of play on one of the two biased springs 131 and 132 abut, as can be seen in Fig. 4.

Gegebenenfalls kann aber natürlich abweichend davon auch hier nur ein freies Hebelende vorgesehen werden, welches dann so wohl an der ersten als auch an der zweiten vorgespannten Feder anliegt.If necessary, it can of course also deviate here only one free end of the lever can be provided, which is then like this probably on the first as well as on the second preloaded spring is present.

Durch den Torsionsstab 6 und dessen spezielle Anbindung an die Getriebeeingangswelle 5 bzw. die Gelenkgabel 10 wird ohne we sentlichen Aufwand eine für die elektromechanische Servolenk einrichtung besonders vorteilhafte Kennlinie erzeugt.By means of the torsion bar 6 and its special connection to the transmission input shaft 5 or the articulated fork 10 , a characteristic curve which is particularly advantageous for the electromechanical power steering device is generated without significant expenditure.

Beim Betätigen des Lenkrads wird das an der Getriebeeingangs welle 5 wirksame Moment über den Torsionsstab 6 auf das An triebsritzel 2 übertragen, wobei der Torsionsstab 6 momenten abhängig tordiert wird. Getriebeeingangswelle 5 und Antriebs ritzel 2 werden entsprechend um einen Winkel α relativ zuein ander verdreht, was über das steile Bewegungsgewinde (Mutter-Spindel-Anordnung) 17 in eine entsprechende Axialver schiebung der Steuer- oder Zwischenwelle 15 umgesetzt wird, wodurch das Kupplungslamellenpaket der jeweils gerade rele vanten Kupplungsvorrichtung 41 oder 42 entsprechend axial zu sammengefahren wird.When the steering wheel is actuated, the effective torque at the transmission input shaft 5 is transmitted via the torsion bar 6 to the drive pinion 2 , the torsion bar 6 being twisted in a torque-dependent manner. Gearbox input shaft 5 and drive pinion 2 are correspondingly rotated by an angle α relative to one another, which is implemented via the steep movement thread (nut-spindle arrangement) 17 in a corresponding Axialver shift of the control or intermediate shaft 15 , whereby the clutch plate packet of each straight rele vanten coupling device 41 or 42 is axially collated accordingly.

Im untersten Bereich der Relativverdrehung, d. h. im in Fig. 5 z. B. rein beispielhaft mit α* gekennzeichneten untersten Be reich des Verdrehwinkels α wird dabei lediglich die Kupplungs luft "überfahren"; ein wirksamer Kupplungseingriff und damit ein Einschleusen eines Servomoments findet hier somit noch nicht statt.In the lowest area of the relative rotation, ie in FIG . B. purely by way of example with α * marked Be lowest range of the angle of rotation α is only the clutch air "run over"; an effective clutch engagement and thus the introduction of a servo torque does not yet take place here.

Bei Steigerung des an der Getriebeeingangswelle 5 aufgebrach ten Moments ergibt sich unter entsprechender Tordierung des Torsionsstabes 6 eine entsprechend vergrößerte Relativverdre hung sowie eine entsprechend vergrößerte Axialverschiebung der Steuer- oder Zwischenwelle 15. Die Vergrößerung der Axialver schiebung der Steuer- oder Zwischenwelle 15 ist mit einer ent sprechenden Vergrößerung der axialen Zuspannkraft der jeweils relevanten Kupplungsvorrichtung 41 bzw. 42 verbunden, so daß über diese Kupplungsvorrichtung ein entsprechend linear an steigender Teil des vom Elektromotor zur Verfügung gestellten Drehmoments als Servomoment in die Steuer- bzw. Zwischenwelle 15 und damit in das Antriebsritzel 2 eingeschleust wird.When the torque applied to the transmission input shaft 5 is increased, the torsion bar 6 is twisted accordingly, resulting in a correspondingly increased relative rotation and a correspondingly increased axial displacement of the control or intermediate shaft 15 . The increase in the axial displacement of the control or intermediate shaft 15 is associated with a corresponding increase in the axial application force of the relevant coupling device 41 or 42 , so that a correspondingly linearly increasing part of the torque made available by the electric motor is used as a servo torque via this coupling device is introduced into the control or intermediate shaft 15 and thus into the drive pinion 2 .

Sobald das an der Getriebeeingangswelle 5 eingeleitete Moment größer wird als das Produkt aus der Vorspannung der vorge spannten Federvorrichtung 13 und der wirksamen Hebellänge des das Torsionsstabende 62 abstützenden Übertragungshebels 11, ist bei weiterer Erhöhung des an der Getriebeeingangswelle 5 aufgebrachten Moments für die weitere Vergrößerung der Axial verschiebung der Steuer- bzw. Zwischenwelle 15 und damit für die weitere Erhöhung des Servomoments nicht mehr die ver gleichsweise große Federsteifigkeit des Torsionsstabs 6 rele vant, sondern in Folge der nun wirksamen Reihenschaltung des Torsionsstabs 6 mit der dann jeweils gerade wirksamen Feder 131 oder 132 eine dementsprechend wesentlich niedrigere Ge samtfedersteifigkeit, wie dies in Fig. 5 mit dem flacheren oder u. U. sogar etwa horizontalen Kennlinienbereich II prin zipienhaft angedeutet ist.As soon as the torque introduced at the transmission input shaft 5 becomes greater than the product of the pretension of the prestressed spring device 13 and the effective lever length of the transmission lever 11 supporting the torsion bar end 62 , the torque applied to the transmission input shaft 5 is further increased for the further enlargement of the axial displacement of the control or intermediate shaft 15 and thus for the further increase in the servo torque no longer the comparatively large spring stiffness of the torsion bar 6 rele vant, but as a result of the now effective series connection of the torsion bar 6 with the then respectively effective spring 131 or 132 one accordingly much lower Ge total spring stiffness, as shown in Fig. 5 with the flatter or u. U. even approximately horizontal characteristic curve area II is indicated in principle.

Weitere Vergrößerungen des an der Getriebeeingangswelle 5 wirksamen Eingangsmoments werden dementsprechend jeweils in wesentlich größere weitere Axialbewegungen und in wesentlich größere Zuwächse des eingeleiteten Servomoments umgesetzt als zuvor.Accordingly, further increases in the input torque acting on the transmission input shaft 5 are implemented in each case in substantially larger further axial movements and in substantially larger increases in the applied servo torque than before.

Es ist leicht erkennbar, daß die Charakteristik der Servoun terstützung der elektromechanischen Servolenkeinrichtung kon struktiv in einfacher Weise durch entsprechende Bemessung und gegenseitige Abstimmung der zusammenwirkenden Bauelemente die ses Drehmomente übertragenden Federmechanismus′, d. h. des Torsionsstabs 6, des Übertragungshebels 11 und der vorgespann ten Federvorrichtung 13, an die jeweiligen Erfordernisse und Wünsche angepaßt werden kann. It is easy to see that the characteristic of the servoun support of the electromechanical power steering device con structively in a simple manner by appropriate dimensioning and mutual coordination of the interacting components of the torque transmitting spring mechanism ', ie the torsion bar 6 , the transmission lever 11 and the preloaded spring device 13 , can be adapted to the respective requirements and wishes.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen kann somit eine elektrome chanische Kraftfahrzeug-Servolenkeinrichtung in einfacher Wei se so ausgelegt werden, daß die Lenkung beim Durchfahren von Kurven und insbesondere bei Parkiervorgängen die gewünschte kräftige Servounterstützung erfährt, dem Fahrer andererseits aber bei niedrigeren Lenkmomenten, wie sie üblicherweise bei Geradeausfahrt und damit häufig bei höheren Fahrgeschwindig keiten vorliegen, nicht etwa ein schwammiger, sondern ein deutlich und gut spürbarer Kontakt zur Fahrbahn vermittelt wird.With the measures according to the invention, an electrome Chinese motor vehicle power steering device in simple white se be designed so that the steering when driving through Curves and especially when parking experienced powerful servo support, on the other hand the driver but at lower steering torques, as is usually the case with Straight ahead and therefore often at higher driving speeds existing, not a spongy one, but a clear and clearly perceptible contact to the road becomes.

BezugszeichenlisteReference list

1 Lenkgetriebe
2 erstes Lenkgetriebeteil; Antriebsritzel
21 erstes Ventilelement
3 zweites Lenkgetriebeteil; Zahnstange
4 Lenkgetriebegehäuse
5 Getriebeeingangswelle
51 zweites Ventilelement
52 Keilverzahnung
6 Torsionsstab
61 Torsionsstabende
62 Torsionsstabende
63 Keilverzahnung
7 Stiftverbindung
8 Lenkspindel
9 Kreuzgelenk
10 Gelenkgabel
11 Übertragungshebel
12 koaxiale Bohrung
111 freies Ende des Übertragungshebels
112 freies Ende des Übertragungshebels
13 vorgespannte Federvorrichtung
131 Feder
132 Feder
133 Federgehäuse
14 Drehachse
15 Zwischenwelle (Steuerwelle)
16 Keilverzahnung mit Kugelkörpern
17 steiles Bewegungsgewinde (Mutter-Spindel-Anordnung)
18 Stiftverbindung Torsionsstab/Antriebsritzel
19 Motorwelle mit Antriebsschnecke
20 Schneckenrad
30 Zahnritzel
31 Tellerrad
32 Tellerrad
41 Kupplungsvorrichtung
42 Kupplungsvorrichtung 1 steering gear
2 first steering gear part; Drive pinion
21 first valve element
3 second steering gear part; Rack
4 steering gear housing
5 transmission input shaft
51 second valve element
52 splines
6 torsion bar
61 end of torsion bar
62 end of torsion bar
63 splines
7 pin connection
8 steering spindle
9 universal joint
10 joint fork
11 transmission lever
12 coaxial bore
111 free end of the transmission lever
112 free end of the transmission lever
13 preloaded spring device
131 spring
132 spring
133 spring housing
14 axis of rotation
15 intermediate shaft (control shaft)
16 splines with spherical bodies
17 steep movement thread (nut-spindle arrangement)
18 Pin connection torsion bar / drive pinion
19 Motor shaft with drive worm
20 worm wheel
30 sprockets
31 ring gear
32 ring gear
41 coupling device
42 coupling device

Claims

1. Steering gear ( 1 ) for a motor vehicle Servolenkeinrich device, in which a rotationally fixed with an actuatable from the steering wheel of the vehicle steering spindle ( 8 ) or a part thereof (e.g. joint fork 10 ) couplable transmission input shaft ( 5 ) with a one to it coaxial axis of rotation ( 14 ) rotatable first steering gear part (e.g. drive pinion 2 of a rack and pinion steering) is not mechanically torsionally rigid in terms of torque but can be coupled in a torsionally elastic manner, preferably with the interposition of a torsion bar ( 6 ). 5 ) and the first steering gear part ( 2 ) is used to control the servo support, characterized in that only one of the two torsion bar ends ( 61 , 62 ) is immediately rotatably fixed to the component assigned to it, preferably to the first gear part (drive pinion 2 ), is coupled, while the torque-transmitting coupling tion of the other end of the torsion bar ( 62 ) to the associated component, preferably to the transmission input shaft ( 5 ), with the interposition of an equally effective in both directions of rotation biased spring device ( 13 ).

2. Steering gear according to claim 1, characterized in that the second end of the torsion bar ( 62 ) is rotatably mounted in the component assigned to it, preferably in the input shaft ( 5 ), and is rigidly attached to it, approximately at right angles from the torsion bar ( 6 ) angled th transmission lever ( 11 ) carries, with a free end ( 111 or 112 ) each free of play in one in the circumferential direction of rotation of the torsion bar ( 6 ) biased he most spring ( 131 ) and one in the other circumferential direction of the torsion bar ( 6 ) biased second spring ( 132 ), which in turn is held in a component that is rotationally coupled to the steering spindle ( 8 ).

3. Steering gear according to claim 2, characterized in that the transmission lever ( 11 ) abuts with one and the same free end ( 111 ) both on the first and on the second preloaded spring ( 131 , 132 ).

4. Steering gear according to claim 2, characterized in that the transmission lever ( 11 ) has two diametrically opposed free ends ( 111 , 112 ) and that each of the two free ends each without play on one of the two preloaded springs ( 131 or 132 ) lies.

5. Steering gear according to one of claims 2 to 4, characterized in that the springs ( 131 , 132 ) are formed as helical compression springs.

6. Steering gear according to one of claims 2 to 4, characterized in that the springs ( 131 , 132 ) are designed as lamella springs.

7. Steering gear according to one of claims 2 to 6, characterized in
that the transmission lever ( 11 ) carrying part of the two-th torsion bar end ( 62 ) axially protrudes from the component rotatably supporting it, preferably from the transmission input shaft ( 5 )
and that the biased springs ( 131 , 132 ) in the Ge with the input shaft ( 5 ) coupled part (joint fork 10 ) of the steering spindle ( 8 ) are held.

8. Steering gear according to claim 7, characterized in that the springs ( 131 , 132 ) are mounted in separate spring housings ( 133 ) which in turn are held on the component which is rotationally coupled to the steering spindle ( 8 ).

9. Steering gear according to claim 8, characterized in that the spring housing ( 133 ) on the component not permanently fixed, but are adjustable for center adjustment.