DE19523568A1

DE19523568A1 - Elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE19523568A1
Application number: DE1995123568
Authority: DE
Inventors: Kenji Someya; Isamu Chikuma
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2015-06-29
Also published as: GB2290761A; GB2290761B; JPH0811728A; GB9512668D0; DE19523568C2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch angetrie bene Lenkeinrichtung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Als elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug ist schon eine Einrichtung bekannt, bei der die dre hende Ausgangsbewegung eines Elektromotors, der das Hilfs lenkdrehmoment liefert, auf einen Ausgangsschaft eines Lenk mechanismus nach Reduzierung der Geschwindigkeit in einem Getriebe übertragen wird und der dazu benutzt wird, die manu elle Kraft, die auf das Lenkrad ausgeübt wird, zu unterstüt zen, indem der Ausgangsschaft in einem vorgegebenen Bereich in eine Hin- und Herbewegung versetzt wird und somit die Rä der des Fahrzeuges lenkt. Im Verlauf der Funktion einer sol chen elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung können ver schiedene Stoßkräfte auftreten, die die Funktion des Elektro motors und des Kraftübertragungsmechanismus verschlechtern können.

Um solche Stoßkräfte zu dämpfen oder aufzulösen, wird beispielhaft üblicherweise folgendes verwendet:

1. ein Verfahren, bei dem der Ausgangsschaft des Lenkme chanismus mit einem Schlupfmechanismus versehen wird, der Reibkräfte nutzt und als Drehmomentbegrenzer dient, der bei extrem hohen Drehmomenten ein Rutschen auslöst (wie das in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 6-39664 beschrieben ist); oder
2. ein Verfahren, bei dem die rotierende Welle mit einer elektromagnetischen Kupplung versehen wird, die als Drehmo mentbegrenzer dient.

Bei solchen konventionellen, elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtungen bewirkt jedes der oben erwähnten Verfahren eine Verminderung der Stoßkräfte, die von der Straßenoberflä che bei irgendeiner Situation empfangen wurden; dennoch ist eine weniger teure Konfiguration wünschenswert, da beide Ver fahren ziemlich kostenintensiv sind. Andererseits wurde her ausgefunden, daß die Stoßkräfte, die von der Trägheit des Elektromotors im Reduziermechanismus der elektrisch angetrie benen Lenkeinrichtung herrühren, dazu neigen, speziell dann aufzutreten, wenn der Ausgangsschaft in Kontakt kommt mit dem Anschlag am Bewegungsende, beispielsweise wenn ein Rad den Bordstein berührt, während sich der Ausgangsschaft dicht am Bewegungsende befindet oder wenn das Rad während Wartungsar beiten am Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit gelenkt wird. Anders ausgedrückt, auf die teure Konfiguration des Standes der Technik kann fast verzichtet werden, wenn das plötzliche Stoppen des Ausgangsschaftes während einer Bewegung mit hoher Geschwindigkeit, verursacht durch den Kontakt mit dem An schlag am Bewegungsende, verhindert werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung bereitzustellen, die die Verschlechterung der Funktion des Elektromotors und des Kraftübertragungssystems mit einer einfachen Konfigura tion verhindern kann.

Die oben angegebene Aufgabe kann gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst werden durch eine elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung mit:
einem Gehäuse;
einem Motor, der auf diesem Gehäuse montiert ist und der eine drehende Welle aufweist;
einem Ausgangsschaft zur Steuerung der Räder, der eine Hin- und Herbewegung in einem durch das Gehäuse begrenzten Bereich ausführen kann;
eine mit einem Lenkrad verbundene Eingangswelle; und
einer Kraftübertragungsvorrichtung, die diese Eingangs welle und diesen Ausgangsschaft miteinander verbindet und die so angepaßt ist, daß sie eine Hilfslenkkraft von der rotie renden Welle des Motors aufnehmen kann;
wobei diese elektrische Lenkeinrichtung stoßdämpfende Einrichtungen zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsschaft aufweist, die so angepaßt sind, daß sie zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsschaft am Ende der Hin- und Herbewegung des Ausgangsschaftes zusammengepreßt und deformiert werden kön nen, und dadurch die Stoßkräfte absorbieren, die erzeugt wer den, wenn der Ausgangsschaft bei einer Bewegung mit hoher Ge schwindigkeit das Ende der Hin- und Herbewegung erreicht.

In der elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung der vor liegenden Erfindung wird durch das Vorhandensein der stoß dämpfenden Einrichtungen zwischen dem Gehäuse und dem Aus gangsschaft, die so angepaßt sind, daß sie zwischen dem Ge häuse und dem Ausgangsschaft am Ende der Hin- und Herbewegung des Ausgangsschafts zusammengepreßt und deformiert werden können, die Verschlechterung der Funktion des Kraftübertra gungssystems verhindert, sogar wenn der Elektromotor mit ho her Geschwindigkeit auf ein Ende der Hin- und Herbewegung des Ausgangsschaftes hin rotiert, weil die auf den Ausgangsschaft bei der Ankunft am Ende der Hin- und Herbewegung ausgeübte Stoßkraft durch die Deformation der stoßdämpfenden Einrich tungen genügend gedämpft werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Längsansicht ei ner elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung 100, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils II der in Fig. 1 gezeigten elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Im folgenden wird eine detaillierte Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiligenden Zeichnungen angegeben.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Längsansicht ei ner elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung 100, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Betrachtet man Fig. 1, so ist die elektrisch angetrie bene Lenkeinrichtung 100 mit mit einem Gehäusekörper 101 ver sehen, von dem aus sich eine Zahnstange 110 erstreckt. Der Gehäusekörper 101 und die Zahnstange 110 sind an einem nicht dargestellten Fahrzeugkörper mit nicht dargestellten Klammern befestigt und bilden ein einstückiges Gehäuse. Im Gehäusekör per 101 erstrecken sich in davon geneigter Richtung eine Ein gangswelle 111, von dem ein Ende mit einer Lenkspindel und einem (nicht gezeigten) Lenkrad verbunden werden muß. Im Ge häusekörper 101 und der Zahnstange 110 erstreckt sich auch eine Zahnstange 112, die einen Ausgangsschaft darstellt. Die Eingangswelle 111 ist am unteren Ende davon versehen mit ei nem nicht dargestellten Ritzel, das in Zähne eingreift, die auf der Zahnstange 112 ausgebildet sind, wobei die Zahnstange 112 sich durch die Drehung der Eingangswelle 111 in Längs richtung bewegt. Die Zahnstange 112 besteht aus einem hohlen Schaft 112a und einem soliden Schaft 112b, der Zähne auf sei ner Außenfläche trägt, die beiderseitig durch ein geschweiß tes Teil 112c verbunden sind.

Ein Drehmomenmeßeinrichtung 113 ist im Gehäusekörper 101 vorgesehen. Diese Drehmomentmeßeinrichtung 113 ist so ausge führt, daß sie das Drehmoment, das auf die Eingangswelle 111 ausgeübt wird durch einen Torsionsstab mißt und ein entspre chendes Signal abgibt. Die Struktur einer solchen Einrichtung ist allgemein bekannt und wird daher nicht weiter erklärt.

Im Gehäusekörper 101 ist ebenfalls eine Reduziereinrich tung (zum Beispiel ein Kegelradgetriebe) vorgesehen, die mit dem Eingangswelle 111 verbunden ist zur Übertragung der Ener gie von der rotierenden (nicht dargestellten) Welle eines Elektromotors 114, der auf dem Gehäusekörper 101 angeordnet ist, auf die Eingangswelle 111 nachdem eine Geschwindigkeits reduktion stattgefunden hat. Die Drehmomentmeßeinrichtung 113 und der Elektromotor 114 sind mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden.

Die Zahnstange 112 ist an beiden Enden mit Kugelgelenken versehen, die mit entsprechenden Spurstangenköpfen 117, 118 zusammenhängen. Um die Kugelgelenke 115, 116 sind als Staub schutz Manschetten 119, 120 angebracht.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils II der in Fig. 1 gezeigten elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung. Betrachtet man Fig. 2, so ist in der Nähe des Endes der Zahn stange 110 eine Stangenmuffe 121 angeordnet, die eine Rutsch kupplung bildet und dazu dient, den hohlen Schaft 112a des Zahnschaftes 112 axial beweglich gegenüber der Zahnstange 110 abzustützen. An den Enden der Zahnstange 110 ist ein Anschlag 132 angebracht, der aus einem Metallring besteht, beispiels weise einem aufgeschrumpften Fitting. An einem Ende des hoh len Schaftes 112a ist ebenfalls anliegend an das Kugelgelenk 115 eine konische Blattfeder 130 so befestigt, daß sie dem Anschlag 132 gegenüber steht. Die Blattfeder 130 ist in ihrer axialen Bewegung durch kreisförmige Rutscher 131 begrenzt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind eine Blattfeder 133 und ein Rutscher 134 ähnlich in der Umgebung des rechten Kugelge lenks 116 angeordnet, wobei aber ein diesen gegenüberliegen der im wesentlichen hutförmiger Anschlag 135 im Gehäusekörper 101 befestigt ist. In der oben erwähnten Konfiguration stel len die Blatffedern 130, 133 und die Anschläge 132, 135 stoß dämpfende Mittel dar.

Im folgenden wird die Funktion der in Fig. 1 gezeigten, elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung 100 erläutert. Durch ein durch das nicht dargestellte Lenkrad eingebrachtes Lenk drehmoment dreht sich die Eingangswelle 111, um das Drehmo ment auf den Zahnschaft 112 zu übertragen. Das von der Drehmomentmeßeinrichtung 113 gemessene Drehmoment wird zu ei ner nicht dargestellten Meßschaltung übertragen und mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Wenn das gemessene Drehmoment den vorgegebenen Wert überschreitet, so ist eine Hilfslenk kraft erforderlich und es wird ein Antriebsbefehl ausgegeben, um den Elektromotor 114 zu aktivieren. Der durch den An triebsbefehl angetriebene Elektromotor 114 dreht die Ein gangswelle über eine nicht dargestellte Reduziervorrichtung und verschiebt dadurch den Zahnschaft 112 axial. Wenn das durch die Drehmomentmeßeinrichtung 113 festgestellte Drehmo ment kleiner als der vorgegebene Wert ist, wird der Motor 114 nicht aktiviert, da keine Hilfslenkkraft erforderlich ist.

Der Zahnschaft 112 kann sich nicht unendlich bewegen sondern erreicht das Ende der Hin- und Herbewegung, nachdem er sich einen vorbestimmten Betrag nach rechts oder nach links bewegt hat. Beim Stand der Technik stoßen die Kugelge lenke an einem Metallring, der auf der Zahnstange und dem Ge häuse an solchen Anschlagenden angebracht ist und verhindern dadurch eine weitere Bewegung des Zahnschaftes. Bei solch ei ner Konfiguration verursacht das motorische Antriebssystem keine Materialbeschädigung, wenn der Zahnschaft 112 die An schlagsenden mit einer durch ein manuelles Lenken verursach ten Geschwindigkeit, berührt.

Ein Rad des Fahrzeuges kann jedoch auf einen Bordstein treffen oder das Fahrzeug kann bei Wartungsarbeiten stark be wegt werden. In so einem Fall bewegt sich der Spurschaft mit hoher Geschwindigkeit und kollidiert mit dem Anschlagsende, wobei der Motor, der mit einer Geschwindigkeit, die um das Reduzierverhältnis schneller ist, gedreht wurde, plötzlich gestoppt wird und die Stoßkraft, die von der Trägheit des Mo tors herrührt, auf die Reduziereinrichtung ausgeübt wird und die Funktion der Lager und Stützen verschlechtert.

In einem solchen Fall wird bei der elektrisch angetrie benen Lenkeinrichtung der vorliegenden Erfindung bei einem Zusammenstoß der Blattfeder 130 oder 133 und dem Anschlag 132 oder 135 am Bewegungsende die Blattfeder elastisch verformt, um die Stoßkraft eines solchen Zusammenstoßes zu vermindern, wobei eine Erzeugung der Stoßkraft im Kraftübertragungssystem verhindert werden kann.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand einer Ausfüh rungsform erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sondern umfaßt auch an gemessene Anderungen und Variationen. Beispielsweise können die Blattfedern 130 oder 133 durch Schraubenfedern oder ein fache Blattfedern oder sogar durch kreisförmige Gummimuffen ersetzt werden.

Wie vorausgehend erläutert, kann die elektrisch ange triebene Lenkeinrichtung der vorliegenden Erfindung die Funk tionsverschlechterung des Kraftübertragungssystems verhin dern, da die stoßdämpfenden Vorrichtungen, die zwischen dem Gehäuse und der Ausgangswelle vorgesehen sind und die so an gepaßt sind, daß sie an den Bewegungsenden der Hin- und Her bewegung des Ausgangsschaftes zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsschaft zusammengepreßt und deformiert werden können, die durch den Ausgangsschaft erzeugten Stoßkräfte durch De formation der den Aufprall absorbierenden Vorrichtungen aus reichend dämpfen, wenn der Ausgangsschaft an den Bewegungsen den ankommt, sogar wenn der Elektromotor mit hoher Geschwin digkeit auf das Bewegungsende der Hin- und Herbewegung des Ausgangsschaftes hinrotiert.

Claims

1. Eine elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung verse hen mit einem Gehäuse; einem Motor, der auf diesem Gehäuse montiert ist und der eine drehende Welle aufweist; einem Aus gangsschaft, der zur Lenkung der Räder in einem durch das Ge häuse beschränkten Bereich eine Hin- und Herbewegung durch führen kann; einer mit einem Lenkrad verbundenen Eingangs welle; einer Kraftübertragungsvorrichtung zur Verbindung der Eingangswelle und des Ausgangsschaftes, die so angepaßt ist, daß sie eine Hilfslenkkraft von der rotierenden Welle des Mo tors aufzunehmen kann, umfaßt:
stoßdämpfende Vorrichtungen zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsschaft, die so angepaßt sind, daß sie zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsschaft am Ende der Hin- und Herbewe gung des Ausgangsschafts zusammengepreßt und deformiert wer den können, wodurch sie die Stoßkraft, die bei der Ankunft des sich bewegenden Ausgangsschafts am Ende der Hin- und Her bewegung entsteht, dämpfen.

2. Eine elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die stoßdämpfende Vorrichtung einen auf dem Gehäuse angebrachten Anschlag und eine Blattfeder, die auf der Ausgangswelle angebracht ist und sich mit ihr bewegt, aufweist.