DE19519588A1

DE19519588A1 - Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis

Info

Publication number: DE19519588A1
Application number: DE19519588A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Shimizu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1995-05-29
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2015-05-30
Also published as: JP3004539B2; JPH07323852A; DE19519588B4; US5503239A

Description

Die folgenden Patentanmeldungen betreffen ähnliche Gegen stände wie die vorliegende Anmeldung. Die Offenbarung die ser Patentanmeldungen sei hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen:

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis für ein Fahrzeug, welche das Ver hältnis des gelenkten Winkels der lenkbaren Straßenräder zu dem Lenkwinkel des Lenkrads bzw. das Lenkwinkelverhältnis in Abhängigkeit von der Größe der Lenkeingabe verändern kann.

Lenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge umfassen typischer weise einen Zahnstangen/Ritzel-Mechanismus wie er in Fig. 6 dargestellt ist. Wie im Stand der Technik wohlbekannt ist, ist ein Lenkrad 1 fest an einem oberen Ende einer Lenkwelle 2 angebracht, und ein unteres Ende der Lenkwelle 2 ist über ein Paar Universalgelenke bzw. Kreuzgelenke 3 mit einer Kopplungswelle 4 verbunden. Ein Ritzel 5 ist fest an einem unteren Ende der Kopplungswelle 4 angebracht und kämmt mit einer Zahnstange 6, die über Zugstangen 7 und Ge lenkhebel 8 mit Straßenrädern 9 verbunden ist, wie dies im Stand der Technik wohlbekannt ist. Somit wird die Drehbewe gung β des Ritzels 5 in eine Linearbewegung L der mit dem Ritzel 5 kämmenden Zahnstange 6 übergeführt, welche ihrer seits über die Zugstangen 7 und die Gelenkhebel 8 in eine Lenkbewegung T der Straßenräder 9 übergeführt wird.

Bei derartigen herkömmlichen Lenkvorrichtungen ändert sich der Lenkwinkel T der Straßenräder 9 im wesentlichen linear mit dem Drehwinkel α des Lenkrads 1. Im Hinblick auf die Handhabung des Fahrzeugs ist es jedoch erwünscht, daß der zum Erzielen eines maximalen Lenkwinkels der Straßenräder 9 erforderliche Drehwinkel des Lenkrads 1 ziemlich klein ist. Genauer gesagt, falls die Beziehung zwischen dem Drehwinkel des Lenkrads und dem Lenkwinkel der Straßenräder derart festgesetzt ist, wie dies in Fig. 7 durch die strich punktierte Linie (v) angegeben ist, wird der erforderliche Drehwinkel des Lenkrads i herabgesetzt und in einem Nieder geschwindigkeitsbereich kann eine günstige Fahrzeughandha bung erzielt werden, das Fahrzeug kann aber in einem Hoch geschwindigkeitsbereich so übermäßig ansprechen (Gierrate, Seltenbeschleunigung und Wankbewegung), daß die Fahrzeug handhabung in dem Hochgeschwindigkeitsbereich nicht akzep tabel sein kann. Dies bedeutet, daß jegliche feste lineare Beziehung zwischen dem Drehwinkel des Lenkrads und dem Lenkwinkel der Straßenräder nicht in allen Geschwindig keitsbereichen zufriedenstellend sein kann.

Auf diesen Betrachtungen basierend wird die Beziehung zwi schen dem Drehwinkel des Lenkrads und dem Lenkwinkel der Straßenräder normalerweise gemäß dem Kompromiß zwischen dem gewünschten Ansprechverhalten des Fahrzeugs sowohl im Hoch geschwindigkeitsbereich als auch im Niedergeschwindigkeits bereich bestimmt, und sie wird typischerweise derart be stimmt, daß ein maximaler Lenkwinkel erzielt werden kann, indem das Lenkrad aus einer Neutralstellung heraus in jeder der Richtungen um 1,5 Umdrehungen oder 540° gedreht wird, wie dies in der Darstellung von Fig. 7 durch die strich punkt-punktierte Linie (w) angegeben ist.

Die Darstellung der Fig. 8 zeigt schematisch die Änderun gen des maximalen praktischen Lenkwinkels mit der Fahrzeug geschwindigkeit. Die dünne strich-punkt-punktierte Linie (x) gibt den maximalen praktischen Lenkwinkel für das her kömmliche Lenksystem an. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit extrem niedrig ist, kann das Lenkrad um bis zu 1,5 Umdre hungen gedreht werden. In einem Hochgeschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs muß jedoch der Drehwinkel des Lenkrads extrem klein gehalten werden, um das Fahrzeug stabil lenken zu können. Idealerweise ist es erwünscht, den maximalen praktischen Lenkradwinkel in einem Niedergeschwindigkeits bereich auf einen niedrigeren Wert abzusenken und ihn in einem Hochgeschwindigkeitsbereich zu erhöhen, wie dies in Fig. 8 durch die dicke Kurve (y) angegeben ist. Dies kann man dadurch erreichen, daß man das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Lenkrad und den Straßenrädern α/β in dem Nie dergeschwindigkeitsbereich vermindert und in dem Hochge schwindigkeitsbereich erhöht.

Das Lenksystem mit veränderlichem Lenkwinkelverhältnis, das in der Patentanmeldung 195 08 708.9 (eingereicht am 10.03.1995) vorgeschlagen wurde, war zum Erreichen dieses Ziels gedacht. Das Lenksystem gemäß Fig. 11 der Patentan meldung 195 08 708.9 ist in der vorliegenden Patentanmel dung in Fig. 9 dargestellt. Dieses Lenksystem umfaßt eine Eingangswelle 101, die mit dem Lenkrad verbunden ist und von einem im wesentlichen zylindrischen Halterungselement 103 über ein zweifaches Radiallager 102 drehbar gehalten ist, wobei das Radiallager 102 seinerseits von einem Ge häuse 106 über Halterungsstifte 104 und 105 verschiebbar gehalten ist, welche an dem Halterungselement 103 ein stückig ausgebildet sind. Eine in einer Ausgangswelle 107 integral vorgesehene exzentrische Welle 108 ist mit der Eingangswelle 101 über eine Gleitkupplung 109 verbunden. Die Ausgangswelle 107 ist mit einem Ritzel 5 gekoppelt, welches seinerseits zur Übertragung eines Lenkdrehmoments auf die Straßenräder mit einer Zahnstange 6 kämmt. Bei die sem Lenksystem kann das Lenkwinkelverhältnis kontinuierlich geändert werden, indem man das Halterungselement 103 ortho gonal zur Eingangswelle 101 bewegt und die Exzentrizität zwischen der Eingangswelle 101 und der Ausgangswelle 107 verändert.

Falls die mechanische Steifigkeit der kraftübertragenden Elemente des Lenksystems und/oder die Fertigungsgenauigkeit nicht ausreicht, kann jedoch bei diesem Aufbau das Lenkwin kelverhältnis durch die Größe der Lenklast beeinträchtigt werden, und in dem Lenksystem kann ein nicht zu akzeptie rendes Spiel erzeugt werden. Ferner kann der Vorgang des Veränderns des Lenkübersetzungsverhältnisses nicht glatt durchgeführt werden, falls die Fertigungsgenauigkeit nicht ziemlich hoch ist.

Da dieses früher vorgeschlagene Lenksystem mit variablem Lenkverhältnis im Gegensatz zu dem herkömmlichen auf dem Kompromiß zwischen den Anforderungen sowohl des Hochge schwindigkeitsbereichs als auch des Niedergeschwindigkeits bereichs basierenden Lenksystems ein relativ niedriges Lenkübersetzungsverhältnis mit sich bringt ist es insbe sondere erforderlich, die Steifigkeit zu erhöhen und den Betrieb des Übersetzungsverhältnis-Veränderungsmechanismus umso glatter zu machen. Da die Halterungsstifte 104 und 105 mit dem Gehäuse 106 in Gleiteingriff stehen, ist es jedoch schwierig, eine zum Erzielen hoher Halterungssteifigkeit und zum Ermöglichen eines glatten Betriebs des Überset- Zungsverhältnis-Veränderungsmechanismus ausreichende Be messungsgenauigkeit sicherzustellen.

Ein weiteres Lenksystem mit variablen Verhältnis ist in der Patentanmeldung P 44 03 379.6 (eingereicht am 03.02.1994) vorgeschlagen.

Der Inhalt der vorstehend genannten Patentanmeldungen sei hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung auf genommen.

Aus der japanischen Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2-14971 ist eine Lenkvorrichtung bekannt, die ein Paar elliptischer Zahnräder und ein weiteres Paar kreisförmiger Zahnräder zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle einsetzt, um das Übersetzungsverhältnis mit zunehmender Lenkeingabe vermindern zu können. Als Ergebnis hiervon ist die Winkelbewegung des Ritzels für ein gegebenes Inkrement der Lenkeingabe relativ klein, wenn die Lenkeingabe klein ist, jedoch nimmt die Winkelbewegung des Ritzels für das gleiche Inkrement der Lenkeingabe bei großer Lenkeingabe zu. Somit ist es möglich, ein Lenkverhalten zu erzielen, wie es in Fig. 8 durch die Kurve (y) angegeben ist, und die Handhabung der Lenkvorrichtung des Fahrzeugs bleibt über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs im wesentlichen gleichförmig.

Jedoch erfordert die Herstellung bzw. Bearbeitung ellipti scher Zahnräder eine spezielle Werkzeuganordnung und es ist relativ schwierig, die erforderliche Genauigkeit zu erzielen. Ferner kann es vorkommen, daß der Fahrzeugführer gewisse Schwankungen der zum Drehen des Lenkrads erforder lichen Kraft spürt und einen ungünstigen Eindruck bekommt. Ferner ist das Drehzahluntersetzungsverhalten des Überset zungsmechanismus der Lenkvorrichtung durch die Form der elliptischen Zahnräder bestimmt und kann nicht in einfacher Weise geändert werden. Ein genaues Kämmen der vier Zahnrä der ist für eine günstige Handhabung der Lenkvorrichtung wesentlich, es erfordert jedoch einige besondere Sorgfalt. Die Beseitigung von Spiel aus dem sowohl die elliptischen Zahnräder als auch die kreisförmigen Zahnräder umfassenden Getriebezug ist schwierig, und in der Praxis ist ein gewis ses Spiel in dem Getriebezug der Lenkvorrichtung unvermeid lich.

Im Hinblick auf diese Probleme des Standes der Technik ist es ein Hauptziel der Erfindung, eine Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, welche es bei einfachem Aufbau ermöglicht, die lenkbaren Straßenräder für ein gegebenes Inkrement der Lenkeingabe mit zunehmender Lenkeingabe um einen größeren Winkel zu drehen.

Ein zweites Ziel der Erfindung ist es, eine Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, wel che relativ frei von Spiel ist.

Ein drittes Ziel der Erfindung ist es, eine Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, wel che ausreichende Steifigkeit in dem Drehmomentübertragungs weg der Lenkvorrichtung sicherstellen kann.

Erfindungsgemäß werden diese Ziele durch Bereitstellen ei ner Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis für ein Kraftfahrzeug erreicht, umfassend: ein Gehäuse; eine erste Welle, die von dem Gehäuse um eine axiale Mit tellinie der ersten Welle drehbar gehalten ist, wobei die erste Welle ein axial inneres Ende aufweist; eine zweite Welle, die von dem Gehäuse um eine axiale Mittellinie der zweiten Welle drehbar gehalten ist, welche parallel zur axialen Mittellinie der ersten Welle, jedoch bezüglich die ser axialen Mittellinie der ersten Welle versetzt verläuft, wobei die zweite Welle ein axial inneres Ende aufweist, welches dem axialen inneren Ende der ersten Welle zugewandt ist; und ein Zwischenelement, das mit dem axial inneren Ende der ersten Welle integral drehbar, jedoch relativ zu diesem in radialer Richtung verschiebbar in Eingriff steht und mit dem axial inneren Ende der zweiten Welle an einem bezüglich der axialen Mittellinie der zweiten Welle ver setzten Punkt in Drehmomentübertragungseingriff steht; wobei die erste Welle oder die zweite Welle funktionsmäßig mit einem Lenkrad verbünden ist, während die jeweils andere Welle funktionsmäßig mit einem lenkbaren Straßenrad verbun den ist.

Da die erste Welle von der zweiten Welle versetzt ist, än dert sich der Abstand zwischen der axialen Mittellinie der ersten Welle und dem Eingriffspunkt zwischen dem Zwischen element und der zweiten Welle mit der Winkelverlagerung der ersten Welle, und kann ein gewünschtes nicht-lineares Ver halten zwischen den Winkelverlagerungen der ersten Welle und der zweiten Welle erhalten werden. Ferner birgt die wechselweise Gleitbewegung zwischen der ersten Welle und der Zwischenwelle in der Radialrichtung eine derartige Be ziehung in sich, und diese Beziehung kann bemessungsmäßig präzise und spiel frei erzielt werden, da die Bewegungen der bewegbaren Elemente streng aus Drehbewegungen von Kreisele menten und einfachen Linearbewegungen bestehen.

Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eines der einander gegenüberliegenden axialen Enden der ersten Welle und des Zwischenelements mit einem Steg ver sehen und ist das andere der einander gegenüberliegenden axialen Enden der ersten Welle und des Zwischenelements mit einem komplementär ausgebildeten Schlitz zur Aufnahme des Stegs versehen, wobei ein Paar Gleitlager zwischen einander zugewandten Seitenwandungen des Stegs und des Schlitzes an geordnet ist. Vorzugsweise bestehen die Gleitlager aus Rol lenlagern. Dies ermöglicht einen in hohem Maße spielfreien Eingriff zwischen der ersten Welle und dem Zwischenelement mit einem minimalen Maß an Reibung.

Alternativ können die einander zugewandten axialen Enden der ersten Welle und des Zwischenelements mit einander zugewandten in Radialrichtung verlaufenden Nuten versehen sein und ein Gleitlager in den Nuten aufgenommen sein, um eine Drehmomentübertragung zwischen der ersten Welle und dem Zwischenelement bei gleichzeitiger Möglichkeit einer freien linearen Bewegung in radialer Richtung zu ermögli chen. Das Gleitlager kann eine Mehrzahl von Rollen umfas sen, die in einer einzigen Reihe angeordnet sind, sowie eine Halterung umfassen, welche die Rollen drehbar hält, wobei die Drehachsen der Rollen alternierend um 90° ver setzt sind, oder eine Mehrzahl von Kugeln umfassen, die in einer einzigen Reihe angeordnet sind, sowie eine Halterung umfassen, welche die Kugeln drehbar hält.

Zur Erzielung eines spiel- und reibungsfreien Eingriffs zwischen dem Zwischenelement und der zweiten Welle kann eine der einander zugewandten Endflächen des Zwischenele ments und der zweiten Welle mit einer Zylinderausnehmung versehen sein, und kann die andere der einander zugewandten Endflächen des Zwischenelements und der zweiten Welle mit einer Stummelwelle versehen sein, die in der Ausnehmung drehbar aufgenommen ist, wobei eine gemeinsame axiale Mit tellinie der Stummelwelle und der Ausnehmung bezüglich der axialen Mittellinie der zweiten Welle versetzt ist. Vor zugsweise ist die Stummelwelle in der Zylinderausnehmung über ein Rollenlager aufgenommen, um die Reibung zu mini mieren.

Im Hinblick auf den Ausschluß jeglichen Spiels in der Lenkvorrichtung und zur Sicherstellung eines in hohem Maße steifen Drehmomentübertragungswegs kann zumindest eine axiale Auswärtsbewegung der ersten Welle begrenzt sein, bspw. unter Einsatz von Schrägkugellagern, und kann eine Einstellschraube in das Gehäuse eingeschraubt sein, wobei ein inneres Ende der Einstellschraube mit einem axial äußeren Ende der zweiten Welle in Eingriff steht, um eine vorbestimmte Axiallast zwischen der ersten Welle, dem Zwi schenelement und der zweiten Welle auszuüben.

Durch Einstellen der Einstellschraube ist es möglich, in dem Drehmomentübertragungsweg eine gewünschte Steifigkeit zu erhalten und Spiel zu eliminieren.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beige fügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:

Fig. 1 einen Schnitt, der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis zeigt;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Funktionsprinzips der Erfindung;

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 2, die eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt;

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 2, die eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt;

Fig. 6 ein Diagramm, das ein typisches Lenksystem für ein Fahrzeug zeigt;

Fig. 7 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Lenkeingabewinkel und der Verlagerung einer Zahn stange zeigt;

Fig. 8 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und dem typischen Lenkwinkel zeigt; und

Fig. 9 ein nicht erfindungsgemäßes Lenksystem zeigt.

Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der er findungsgemäßen Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungs verhältnis. Diese Vorrichtung 12 ist zum Einbau in dem in Fig. 6 mit "V" bezeichneten Teil geeignet und umfaßt eine Eingangswelle 11, die mit dem Lenkrad 1 der Fig. 6 verbun den ist. Diese Eingangswelle 11 ist von einem Paar Schräg kugellager 14 drehbar gehalten und kann eine Axiallast ab stützen. Die Schrägkugellager 14 sind von einem oberen Teil eines oberen Gehäuses 13a der Lenkvorrichtung 12 gehalten. Ein Dichtungselement 15 ist in einen Ringspalt eingepaßt, der zwischen der aus dem oberen Gehäuse 13a herausragenden Eingangswelle 11 und einem die Eingangswelle 11 umgebenden Teil des oberen Gehäuses 13a gebildet ist.

Ein inneres axial es Ende der in dem oberen Gehäuse 13a aufgenommenen Eingangswelle 11 ist mit einer radialen Ver längerung 11a versehen, die an ihrem inneren axialen Ende einen Steg 11b mit sich verjüngenden Seitenflächen auf weist. Der sich verjüngende Steg 11b ist in einem komple mentär ausgebildeten Schlitz 16a eines Zwischenelements 16 über ein Paar flacher Nadellager 17 aufgenommen, so daß diese beiden Teile längs der sich in radialer Richtung erstreckenden Länge des Stegs 11b bzw. des Schlitzes 16a relativ zueinander frei verschiebbar sind. Somit ist das Zwischenelement 16 drehmomentübertragend, jedoch längs einer orthogonal zur Axialrichtung der Eingangswelle 1 verlaufenden Richtung frei beweglich mit der Welle 11 gekoppelt.

Das andere axiale Ende des Zwischenelements 16, das von dem Schlitz 16a wegweist, ist mit einer Stummelwelle 16b verse hen, welche integral und axial von diesem ausgeht. Eine Ausgangswelle 18 ist in einem unteren Gehäuse 13b von einem Nadellager 20 und einem Schrägkugellager 18b drehbar gehal ten. Die Ausgangswelle 18 ist parallel zu der Eingangswelle 11, jedoch bezüglich dieser radial versetzt angeordnet. Die dem Zwischenelement 16 zugewandte Endfläche der Ausgangs welle 18 ist mit einer Zylinderausnehmung 18a versehen, welche die Stummelwelle 16b über ein Radialnadellager 19 aufnimmt. Ein Axialnadellager 21 ist zwischen den Teilen der einander zugewandten Endflächen des Zwischenelements 16 und der Ausgangswelle 18 angeordnet, die die Stummelwelle 16b umgeben. Diese Stummelwelle 16b verläuft parallel zur Eingangswelle 11, jedoch ist die gemeinsame axiale Mittel linie der Stummelwelle 16b und der Zylinderausnehmung 18a von der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 18 exzen trisch versetzt.

Somit ist die Stummelwelle 16b in der Zylinderausnehmung 18a der Ausgangswelle 18 drehbar aufgenommen, kann und Drehmoment von der Eingangswelle 11 über einen Eingriffs punkt zur Ausgangswelle 18 übertragen werden, der sowohl von der axialen Mittellinie der Eingangswelle 11 als auch der axialen Mittellinie der Ausgangswelle 18 versetzt ist. Festzuhalten ist, daß die axiale Mittellinie der Eingangs welle 11 von der Axialmitte der Ausgangswelle 18 versetzt ist, um eine nicht-lineare Beziehung zwischen der Eingangs welle 11 und der Ausgangswelle 18 zu erzielen. Diese Bezie hung kann auf verschiedene Art und Weise erzielt werden, jedoch ist diese bestimmte Ausführungsform vorteilhaft, da die Seitenausdehnung des Zwischenelements 16 und die ge samte axiale Länge minimiert werden kann. Das Schrägkugel lager 18b kann eine von der Ausgangswelle 18 ausgeübte, nach unten gerichtete Axialkraft abstützen.

Die Ausgangswelle 18 ist in ihrem Hauptteil mit einem Schrägritzel 5 ausgebildet, das zwischen den beiden Lagern 20 und 18b angeordnet ist. Und dieses Ritzel 5 kämmt mit einer Zahnstange 6, die an einem Zahnstangenschaft ausge bildet ist, welcher mit den lenkbaren Straßenrädern verbun den ist, um die Drehbewegung des Lenkrads 1 in die Linear bewegung des Zahnstangenschafts umzuwandeln.

Eine Einstellschraube 22 ist in ein unteres Ende des unte ren Gehäuses 13b eingeschraubt, und das innere Ende dieser Einstellschraube 22 steht mit dem unteren Ende des äußeren Laufrings des das untere Ende der Ausgangswelle 18 abstüt zenden Schrägkugellagers 18b in Eingriff, so daß durch ge eignetes Verdrehen der Einstellschraube 22 das Ritzel 5 in axialer Richtung bewegt wird und eine gewünschte Vorlast zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 18 mit dem zwischen diesen beiden angeordneten Zwischenelement 16 ausgeübt werden kann. Somit kann einfach durch Einstellen der Einstellschraube 22 jegliches Spiel des Zwischenele ments 16 beseitigt werden, und das Spiel des Gesamtsystems kann gesteuert werden. Durch Einstellen der Größe der Vor last kann ferner die Steifigkeit des Drehmomentübertra gungszugs des Systems gesteuert werden und kann die Stei figkeit des Systems in gewünschter Weise betriebsmäßig beeinflußt werden.

Um die Linearbewegung der Zahnstange 6 längs ihrer axialen Richtung im wesentlichen ohne Spiel zu führen, liegt, wie am besten in Fig. 2 dargestellt ist, eine von einem Träger drehbar gehaltene Anpreßrolle 23 an der hinteren Fläche der Zahnstange 6 an und ist der Träger gemeinsam mit der An preßrolle 23 durch eine Schraubendruckfeder 25 elastisch in Richtung auf die Zahnstange 6 hin vorgespannt, wobei die Schraubendruckfeder 25 zwischen dem Träger der Anpreßrolle 23 und einer Einstellschraube 24 angeordnet ist, welche in das untere Gehäuse 13b eingeschraubt ist.

Im folgenden soll das Funktionsprinzip dieser Ausführungs form mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben werden.

In dem Diagramm der Fig. 3 bezeichnen A und B die Dreh mittelpunkte der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 18, bezeichnet C den Eingriffspunkt zwischen dem Zwischenele ment 16 und der Ausgangswelle 18 bzw. die axiale Mitte der Stummelwelle 16b, bezeichnet a das Maß der Exzentrizität zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 18 bzw. den Abstand zwischen A und B, bezeichnet b den Abstand zwi schen B und C, bezeichnet α den Drehwinkel der Eingangs welle 11 bzw. den Lenkwinkel des Lenkrads 1, und bezeichnet β den Drehwinkel der Ausgangswelle 18 bzw. den Drehwinkel des Ritzels 5. Gemäß der geometrischen Beziehung zwischen den verschiedenen Teilen gilt die folgende mathematische Beziehung:

b·sinβ =(b·cosβ-a)·tanα

Dies kann auch geschrieben werden wie folgt

α = tan^-1[b·sinβ/(b·cosβ-a)]

Wenn die Eingangswelle 11 gedreht wird, dreht sich das Zwischenelement 16 aufgrund des Eingriffs mit der Eingangs welle 11 über die Gleitlager 17 nach Art einer Kurbel um die axiale Mitte A der Eingangswelle 11, und die Stummel welle 16b des Zwischenelements 16 dreht aufgrund des Ein griffs zwischen der Stummelwelle 16b und der Zylinderaus nehmung 18a die Ausgangswelle 18 um deren axiale Mitte B. Aufgrund der Exzentrizität a zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 18 ist der Drehwinkel der Ausgangs welle 18 nicht allgemein proportional zum Drehwinkel der Eingangswelle 11. Insbesondere steigt die Änderung des Win kels der Ausgangswelle 18 mit zunehmendem Drehwinkel der Eingangswelle 11 für ein gegebenes Inkrement des Drehwin kels der Eingangswelle 11 zunehmend an, wie dies in Fig. 7 durch die durchgezogene Linie a₁ angegeben ist.

Durch Änderung des Maßes der Exzentrizität a, bspw. für verschiedene Fahrzeugmodelle, ist es ferner möglich, das Verhältnis des Drehwinkels der Ausgangswelle 18 für einen gegebenen Drehwinkel der Eingangswelle 11 bzw. das effek tive Lenkwinkelverhältnis wie gewünscht zu verändern. In dem Sonderfall, daß zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 18 keine Exzentrizität vorhanden ist, ist das Lenkwinkelverhältnis konstant bzw. ändert sich der Lenkwin kel der Ausgangswelle 18 proportional zum Drehwinkel der Eingangswelle 11, wie dies in Fig. 7 durch die gestrichel te Linie a₀ angedeutet ist. Erfindungsgemäß ist jedoch all gemein eine bestimmte Exzentrizität zwischen der Eingangs welle 11 und der Ausgangswelle 18 vorhanden, und das effek tive Übersetzungsverhältnis steigt mit steigendem Lenkrad lenkwinkel zunehmend an, wie dies in Fig. 7 durch die durchgezogene Linie a₁ angegeben ist. Dies bedeutet, daß das effektive Lenkübersetzungsverhältnis in einem kleinen Lenkwinkelbereich klein ist und der Fahrzeugführer ein relativ stabiles Ansprechen der Lenkung spürt. In einem großen Lenkwinkelbereich andererseits ist das effektive Lenkübersetzungsverhältnis höher und der Fahrzeugführer erfährt ein relativ zügiges Lenkansprechverhalten. Da der Lenkwinkel in einem Hochgeschwindigkeitsbereich des Fahr zeugsbetriebs relativ klein ist und große Lenkwinkel nur in einem Niedergeschwindigkeitsbereich auftreten, wird der praktische oder typische Lenkwinkel im Falle eines herkömm lichen Lenksystems mit festem Lenkverhältnis so sein, wie dies in Fig. 8 durch (x) angegeben ist, und im Falle eines erfindungsgemäßen Lenksystems mit variablem Übersetzungs verhältnis so sein, wie dies in Fig. 8 mit (y) angegeben ist. Erfindungsgemäß können somit gleichzeitig in einem Hochgeschwindigkeitsbereich stabile Handhabung des Anspre chens des Fahrzeugs und in einem Niedergeschwindigkeits bereich günstige Manövrierbarkeit erzielt werden.

Erfindungsgemäß sind die Teile, wie die Eingangswelle 11, das Zwischenelement 16 und die Ausgangswelle 18, die direkt in die Drehmomentübertragung einbezogen sind, von Lagern drehbar gehalten, typischerweise Wälzlagern, bspw. Kugel lagern, Rollenlagern und Nadellagern, und es ist im Ver gleich zu dem herkömmlichen, elliptische Zahnmechanismen einsetzenden System einfacher, die erforderliche Präzision zu erzielen. Da die Kontaktfläche an jedem Eingriffspunkt in dem Drehmomentübertragungszug des Systems relativ groß ist, kann ferner ein in hohem Maße haltbarer Aufbau erzielt werden, und das System kann im wesentlichen ohne Geräusch entwicklung betrieben werden. Ferner kann die Änderung des Lenkwinkelverhältnisses beliebig durchgeführt werden, und die Lenkeingabe kann ebenfalls kontinuierlich geändert wer den, ohne irgendeinen ungewöhnlichen Eindruck zu erzeugen.

Im folgenden wird eine zweite erfindungsgemäße Ausführungs form mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben werden. In Fig. 4 sind Teile, die jenen der vorhergehenden Ausführungsform entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In dieser Ausführungsform ist das obere Ende des Zwischen elements 16 anstelle eines Schlitzes 16a mit sich verjün genden Seitenwandungen mit einer V-förmigen Nut 31 verse hen, die einen Öffnungswinkel von 90° aufweist. Die gegen überliegende Endfläche der radialen Verlängerung 11a der Eingangswelle 11 ist mit einer ähnlichen V-förmigen Nut 32 versehen, die einen Öffnungswinkel von 90° aufweist. Diese Nuten 31 und 32 sind zueinander ausgerichtet und legen ei nen länglichen Hohlraum rechteckförmigen Querschnitts fest. In diesem Hohlraum ist ein Gleitlager 33 aufgenommen, wel ches eine Mehrzahl von Rollen umfaßt, die von einem Halte rungselement in einer einzigen Reihe drehbar derart gehal ten sind, so daß ihre Drehachsen zueinander alternierend um 90° versetzt sind. Somit können sich das Zwischenelement 16 und die Eingangswelle 11 mittels des Gleitlagers 33 in Längsrichtung der Nuten 31 und 32 relativ zueinander frei bewegen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einfachen Aufbaus.

Im folgenden wird eine dritte erfindungsgemäße Ausführungs form mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben werden. In Fig. 5 sind Teile, die jenen der vorhergehenden Ausführungsformen entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Diese Ausführungsform ist der zweiten Ausführungsform ähn lich, jedoch umfaßt das Gleitlager 34 eine einzige Reihe von Stahlkugeln, die in einem Halterungselement drehbar ge halten sind. Das Gleitlager 34 ist in einem Paar zueinander ausgerichteter Nuten 31 und 32 aufgenommen, die geringfügig gekrümmte Seitenwandungen aufweisen und in den einander ge genüberliegenden Endflächen der radialen Verlängerung 11a der Eingangswelle 11 und des Zwischenelements 16 vorgesehen sind. Diese Ausführungsform weist ähnliche Vorteile auf wie die zweite Ausführungsform.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen war das Ritzel 5 auf der Ausgangswelle 18 vorgesehen, während das Lenkrad 1 mit der Eingangswelle 11 verbunden war. Es ist jedoch ebenso möglich, diese Beziehung umzukehren. Insbe sondere ist es möglich, die Funktionen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 18 auszutauschen und ein Ritzel an der derart neu definierten Ausgangswelle vorzusehen, während das Lenkrad an der derart neu definierten Eingangs welle angebracht ist.

Somit ist es erfindungsgemäß möglich, eine nicht-lineare Beziehung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu erzeugen, indem man einen rein mechanischen Kraftüber tragungsmechanismus verwendet, und hierdurch mit einem in hohem Maße einfachen Aufbau in einem Hochgeschwindigkeits bereich eine stabile Handhabung des Fahrzeugs und in einem Niedergeschwindigkeitsbereich eine zügige Manövrierbarkeit zu erzielen. Da diese nicht-lineare Beziehung durch Ände rung der Exzentrizität zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle beliebig eingestellt werden kann, ist es mög lich, für jedes beliebige Fahrzeugmodell in einfacher Art und Weise optimale Lenkübersetzungseigenschaften zu erhal ten. Durch Einsatz von Wälzlagern bzw. Rollenlagern in dem Gleiteingriffsteil zwischen der Eingangswelle und dem Zwi schenelement kann ein glatter und günstiger Betriebsein druck erzielt werden und die Haltbarkeit der Gleitteile kann erhöht werden mit dem zusätzlichen Vorteil vermin derter Geräuschentwicklung.

Obgleich die vorliegende Erfindung anhand bestimmter Aus führungsformen beschrieben worden ist, ist es möglich, deren Details zu modifizieren und abzuwandeln, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Eine erste Welle und eine zweite Welle sind drehbar von einem Gehäuse parallel zueinander verlaufend, jedoch gegen einander versetzt angeordnet. Zwischen einander zugewandten Axialenden dieser Wellen ist ein Zwischenelement angeord net. Das Zwischenelement überträgt Drehmoment von der er sten Welle auf die zweite Welle, jedoch ist das Zwischen element relativ zu der ersten Welle radial verschiebbar und steht mit der zweiten Welle an einem radial versetzten Punkt in Eingriff. Da der Abstand zwischen der axialen Mit tellinie der ersten Welle und dem Eingriffspunkt zwischen dem Zwischenelement und der zweiten Welle sich mit der Win kelverlagerung der ersten Welle ändert, kann ein gewünsch tes nicht-lineares Verhalten zwischen der Winkelverlagerung der ersten Welle und der zweiten Welle erhalten werden. Dieses Verhalten kann dazu verwendet werden, ein gewünsch tes variables Übersetzungsverhältnis zu erzielen, das für die Lenkvorrichtung geeignet ist. Ferner birgt die wechsel weise Gleitbewegung zwischen der ersten Welle und der Zwi schenwelle in radialer Richtung eine derartige Beziehung in sich, und sie kann bemessungsmäßig präzise und spiel frei erzielt werden, da die Bewegungen der beweglichen Elemente streng aus Drehbewegungen kreisförmiger Elemente und ein fachen Linearbewegungen bestehen. Rollenlager und Kugel lager sollten in verschiedenen Teilen zur Minimierung von Spiel eingesetzt werden.

Claims

1. Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
ein Gehäuse (13a, 13b);
eine erste Welle (11), die von dem Gehäuse (13a, 13b) um eine axiale Mittellinie (A) der ersten Welle (11) drehbar gehalten ist, wobei die erste Welle (11) ein axial inneres Ende (bei 11a) aufweist;
eine zweite Welle (18), die von dem Gehäuse (13a, 13b) um eine axiale Mittellinie (B) der zweiten Welle (18) drehbar gehalten ist, welche parallel zur axialen Mittellinie (A) der ersten Welle (11), jedoch bezüglich dieser axialen Mittellinie (A) der ersten Welle (11) versetzt verläuft, wobei die zweite Welle (18) ein axial inneres Ende (bei 18a) aufweist, welches dem axialen inneren Ende (bei 11a) der ersten Welle (11) zugewandt ist; und
ein Zwischenelement (16), das mit dem axial inneren Ende (bei 11a) der ersten Welle (11) integral drehbar, jedoch relativ zu diesem in radialer Richtung ver schiebbar in Eingriff steht und mit dem axial inneren Ende (bei 18a) der zweiten Welle (18) an einem bezüg lich der axialen Mittellinie (B) der zweiten Welle (18) versetzten Punkt in Drehmomentübertragungseingriff steht;
wobei die erste Welle (11) oder die zweite Welle (18) funktionsmäßig mit einem Lenkrad (1) verbunden ist, während die jeweils andere Welle funktionsmäßig mit einem lenkbaren Straßenrad (9) verbunden ist.

2. Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der einander gegenüberliegenden axialen Enden der ersten Welle (11) und des Zwischenelements (16) mit einem Steg (11b) versehen ist und das andere der einander gegen überliegenden axialen Enden der ersten Welle (11) und des Zwischenelements (16) mit einem komplementär aus gebildeten Schlitz (16a) zur Aufnahme des Stegs (11b) versehen ist, wobei ein Paar Gleitlager (17) zwischen einander zugewandten Seitenwandungen des Stegs (11b) und des Schlitzes (16a) angeordnet ist.

3. Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einan der zugewandten axialen Enden der ersten Welle (11) und des Zwischenelements (16) mit einander zugewandten in Radialrichtung verlaufenden Nuten (31, 32; 35, 36) versehen sind und ein Gleitlager (33; 34) in den Nuten (31, 32; 35, 36) aufgenommen ist, um eine Drehmoment übertragung zwischen der ersten Welle (11) und dem Zwi schenelement (16) bei gleichzeitiger Möglichkeit einer freien linearen Bewegung in radialer Richtung zu ermög lichen.

4. Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleit lager (33) eine Mehrzahl von Rollen umfaßt, die in einer einzigen Reihe angeordnet sind, sowie eine Hal terung umfaßt, welche die Rollen drehbar hält, wobei die Drehachsen der Rollen alternierend um 90° versetzt sind.

5. Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleit lager (34) eine Mehrzahl von Kugeln umfaßt, die in einer einzigen Reihe angeordnet sind, sowie eine Hal terung umfaßt, welche die Kugeln drehbar hält.

6. Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß eine der einander zugewandten Endflächen des Zwischenelements (16) und der zweiten Welle (18) mit einer Zylinderausnehmung (18a) versehen ist, und die andere der einander zugewandten Endflächen des Zwi schenelements (16) und der zweiten Welle (18) mit einer Stummelwelle (16b) versehen ist, die in der Ausnehmung (18a) drehbar aufgenommen ist, wobei eine gemeinsame axiale Mittellinie (C) der Stummelwelle (16b) und der Ausnehmung (18a) bezüglich der axialen Mittellinie (B) der zweiten Welle (18) versetzt ist.

7. Lenkvorrichtung mit variablem Übersetzungsverhältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß zumindest eine axiale Auswärtsbewegung der ersten Welle (11) begrenzt ist, und daß eine Einstell schraube (22) in das Gehäuse (13a, 13b) eingeschraubt ist, wobei ein inneres Ende der Einstellschraube (22) mit einem axial äußeren Ende der zweiten Welle (18) in Eingriff steht, um eine vorbestimmte Axiallast zwischen der ersten Welle (11), dem Zwischenelement (16) und der zweiten Welle (18) auszuüben.