DE19523568C2 - Elektrisch unterstützte Lenkeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch unterstützte Lenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Als elektrisch unterstützte Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug ist eine Einrichtung be­ kannt, bei der eine drehende Ausgangsbewegung eines Elektromotors, der ein Hilfs­ lenkdrehmoment liefert, auf einen Ausgangsschaft eines Lenkmechanismusses nach Reduzierung der Geschwindigkeit in einem Getriebe übertragen wird und der dazu benutzt wird, die manuelle Kraft, die auf ein Lenkrad ausgeübt wird, zu unterstützen, indem ein Ausgangsschaft in einem vorgegebenen Bereich in eine Hin- und Herbe­ wegung versetzt wird und somit die Räder des Fahrzeuges lenkt. Im Verlauf der Funktion einer solchen elektrisch unterstützten Lenkeinrichtung können verschiedene Stoßkräfte auftreten, welche die Funktion des Elektromotors und einer Kraftübertra­ gungsvorrichtung verschlechtern können.

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

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

Bei solchen konventionellen, elektrisch unterstützten Lenkeinrichtungen bewirkt jedes der oben erwähnten Verfahren eine Verminderung der Stoßkräfte, die von einer Stra­ ßenoberfläche bei irgendeiner Situation empfangen wurden. Dennoch ist eine weniger teure Konfiguration wünschenswert, da beide Verfahren ziemlich kostenintensiv sind.

Andererseits wurde herausgefunden, dass die Stoßkräfte, die von einer Trägheit des Elektromotors im Reduziermechanismus der elektrisch angetriebenen Lenkeinrich­ tung herrühren, dazu neigen, speziell dann aufzutreten, wenn der Ausgangsschaft mit einem Anschlag am Bewegungsende in Kontakt kommt, beispielsweise wenn ein Rad einen Bordstein berührt, während sich der Ausgangsschaft dicht am Bewegungsende befindet oder wenn das Rad während Wartungsarbeiten am Fahrzeug mit hoher Ge­ schwindigkeit gelenkt wird. Anders ausgedrückt, auf eine teure Konfiguration des Standes der Technik kann fast verzichtet werden, wenn ein plötzliches Stoppen des Ausgangsschaftes während einer Bewegung mit hoher Geschwindigkeit, verursacht durch den Kontakt mit dem Anschlag am Bewegungsende, verhindert werden kann.

Aus der DE 39 31 847 A1 ist eine Verstellvorrichtung bekannt, die an Austrittsorten einer Antriebsstange Tellerfedern vorsieht, deren federnde Wirkung jedoch nur durch eine Formänderungsarbeit bei sehr kurzen Wegen, niedrigen Geschwindigkeiten und sehr hohen Kräften zur Wirkung kommt. Darüber hinaus liegt eine tatsächliche Be­ grenzung eines Verfahrensweges einer Antriebswelle im System selbst, und ist durch die kinematischen Verhältnisse einer kniehebelartigen Gelenkanordnung gegeben.

In der DE 27 36 631 A1 wird eine Lenkeinrichtung mit einer, auf einer Führungsstange schwimmend gelagerten Hohlweile offenbart, welche federnd eingespannt ist. Diese Anordnung dient in erster Linie dazu, während des Fahrbetriebes kleinere Erschütte­ rungen hoher Frequenz nicht bis zum Lenkrad zu übertragen, um den Fahrkomfort zu erhöhen; bei einem maximalen Lenkeinschlag kommt es jedoch auch hier zu einem harten, ungefederten Aufeinanderprallen zwischen Spurstange und Gehäuse.

Eine Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art ist aus FR 25 56 681 A1 bekannt. In dieser Lenkeinrichtung wird die Drehbewegung einer Motorwelle durch ein Getrie­ be, eine Reibungskupplung und eine Umlaufbuchse in eine Axialbewegung des Lenk­ gestänges verwandelt, ohne dass eine Dämpfung vorgesehen ist. Im Falle größten Lenkeinschlags werden die beim Fahren auftretenden Stöße und Schläge somit un­ gefedert über empfindliche Bauteile in den Rahmen des Fahrzeugs geleitet. Ein weite­ rer Nachteil dieser Lenkeinrichtung liegt in der verhältnismäßig aufwendigen Struktur.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass bei größeren Radeinschlägen wir­ kende Stöße zwischen dem beweglich geführten Lenkgestänge und dem festen Ge­ häuseteil abgefedert und die Weiterleitung schädlicher Kraftimpulse zumindest stark herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, dass an Endbereichen des Ausgangsschaftes Feder­ elemente vorgesehen sind, die in den Endlagen der Lenkeinrichtung wirksam sind.

In der elektrisch unterstützten Lenkeinrichtung der vorliegenden Erfindung wird durch das Vorhandensein der stoßdämpfenden Einrichtungen zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsschaft, die so angepasst sind, dass sie zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsschaft am Ende der Hin- und Herbewegung des Ausgangsschaftes zusammengepresst und deformiert werden können, die Verschlechterung der Funkti­ on des Kraftübertragungssystems verhindert, sogar wenn der Elektromotor mit hoher 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 Her­ bewegung ausgeübte Stoßkraft durch die Deformation der stoßdämpfenden Einrich­ tungen genügend gedämpft werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Längsansicht einer elektrisch unterstützten Lenkeinrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und

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

Betrachtet man Fig. 1, so ist eine elektrisch unterstützte Lenkeinrichtung 100 mit ei­ nem Gehäusekörper 101 versehen, von dem aus sich eine Zahnstangenvorrichtung mit einem Schutzrohr 110 erstreckt. Der Gehäusekörper 101 und die Zahnstangen­ vorrichtung sind an einem nicht dargestellten Fahrzeugkörper mit nicht darge­ stellten Klammern befestigt und bilden ein einstückiges Gehäuse. Im Gehäusekörper 101 erstrecken sich in davon geneigter Richtung eine Eingangswelle 111, von der ein Ende mit einer Lenkspindel und einem (nicht gezeigten) Lenkrad verbunden ist. Im Gehäusekörper 101 und dem Schutzrohr 110 erstreckt sich ein Ausgangsschaft 112 in Form einer Zahnstange. Die Eingangswelle 111 ist am unteren Ende mit einem nicht dargestellten Ritzel versehen, das in die Zähne eingreift, die auf dem Aus­ gangsschaft 112 ausgebildet sind, wobei der Ausgangsschaft 112 sich durch die Dre­ hung der Eingangswelle 111 in Längsrichtung bewegt. Der Ausgangsschaft 112 be­ steht aus einem hohlen Schaft 112a und einem soliden Schaft 112b, der Zähne auf seiner Außenfläche trägt, die beiderseitig durch ein geschweißtes Teil 112c verbun­ den sind.

Eine Drehmomentmesseinrichtung 113 ist im Gehäusekörper 101 vorgesehen. Diese Drehmomentmesseinrichtung 113 ist so ausgeführt, dass sie ein Drehmoment, das auf die Eingangswelle 111 ausgeübt wird, durch einen Torsionsstab misst und ein entsprechendes Signal abgibt. Die Struktur einer solchen Einrichtung ist allgemein bekannt und wird daher nicht weiter erklärt.

Im Gehäusekörper 101 ist ebenfalls eine Reduziereinrichtung (zum Beispiel ein Kegel­ radgetriebe) vorgesehen, die mit der Eingangswelle 111 verbunden ist zur Übertra­ gung der Energie von der rotierenden (nicht dargestellten) Welle eines Elektromotors 114, der auf dem Gehäusekörper 101 angeordnet ist, auf die Eingangswelle 111, nachdem eine Geschwindigkeitsreduktion stattgefunden hat. Die Drehmomentmess­ einrichtung 113 und der Elektromotor 114 sind mit einer nicht dargestellten Steuerein­ richtung verbunden.

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

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils II der in Fig. 1 gezeigten elektrisch unter­ stützten Lenkeinrichtung. Betrachtet man Fig. 2, so ist in der Nähe des Endes des Schutzrohres 110 eine Stangenmuffe 121 angeordnet, die ein Führungslager bildet und dazu dient, den hohlen Schaft 112a des Ausgangsschaftes 112 axial beweglich gegenüber dem Schutzrohr 110 abzustützen. An den Enden des Schutzrohres 110 ist ein Anschlag 132 angebracht, der aus einem Metallring besteht, beispielsweise einem aufgeschrumpften Drehteil. An einem Ende des hohlen Schaftes 112a ist anliegend an das Kugelgelenk 115 eine konische Blattfeder 130 so befestigt, dass sie dem An­ schlag 132 gegenübersteht. 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 in der Umge­ bung des rechten Kugelgelenks 116 ähnlich angeordnet, wobei aber ein im wesentli­ chen hutförmiger Anschlag 135 gegenüberliegend im Gehäusekörper 101 befestigt ist. In der oben erwähnten Konfiguration stellen die Blattfedern 130, 133 und die An­ schläge 132, 135 stoßdämpfende Mittel dar.

Im folgenden wird die Funktion der in Fig. 1 gezeigten, elektrisch unterstützten Lenk­ einrichtung 100 erläutert. Durch ein durch das nicht dargestellte Lenkrad eingebrach­ tes Lenkdrehmoment dreht sich die Eingangswelle 111, um das Drehmoment auf den Ausgangsschaft 112 zu übertragen. Das von der Drehmomentmesseinrichtung 113 gemessene Drehmoment wird zu einer nicht dargestellten Messschaltung übertragen und mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Wenn das gemessene Drehmoment den vorgegebenen Wert überschreitet, so ist eine Hilfslenkkraft erforderlich, und es wird ein Antriebsbefehl ausgegeben, um den Elektromotor 114 zu aktivieren. Der durch den Antriebsbefehl angetriebene Elektromotor 114 dreht die Eingangswelle über eine nicht dargestellte Reduziervorrichtung und verschiebt dadurch den Aus­ gangsschaft 112 axial. Wenn das durch die Drehmomentmesseinrichtung 113 festge­ stellte Drehmoment kleiner als der vorgegebene Wert ist, wird der Motor 114 nicht ak­ tiviert, da keine Hilfslenkkraft erforderlich ist.

Der Ausgangsschaft 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.

Wenn das Rad des Fahrzeugs auf einen Bordstein trifft, oder das Fahrzeug bei War­ tungsarbeiten stark bewegt wird, wird bei der elektrisch angetriebenen Lenkeinrich­ tung bei einem Zusammenstoß der Blattfeder 130 oder 133 und dem Anschlag 132 oder 135 am Bewegungsende die Blattfeder elastisch verformt, um die Stoßkraft ei­ nes solchen Zusammenstoßes zu vermindern, wobei eine Erzeugung der Stoßkraft im Kraftübertragungssystem verhindert werden kann.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand einer Ausführungsform erläutert, aber die vor­ liegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst auch angemessene Änderungen und Variationen. Beispielsweise können die Blattfedern 130 und 133 durch Schraubenfedern oder einfache Blattfedern oder sogar durch kreis­ förmige Gummimuffen ersetzt werden.

Wie vorausgehend erläutert, kann die elektrisch unterstützte Lenkeinrichtung der vorlie­ genden Erfindung die Funktionsverschlechterung des Kraftübertragungssystems verhin­ dern, da die stoßdämpfenden Vorrichtungen, die zwischen dem Gehäuse und der Aus­ gangswelle vorgesehen sind und die so angepasst sind, dass sie an den Bewegungsen­ den der Hin- und Herbewegung des Ausgangsschaftes zwischen dem Gehäuse und dem Ausgangsschaft zusammengepresst und deformiert werden können, die durch den Ausgangsschaft erzeugten Stoßkräfte durch Deformation der den Aufprall absorbieren­ den Vorrichtungen ausreichend dämpfen, wenn der Ausgangsschaft an den Bewe­ gungsenden ankommt, sogar wenn der Elektromotor mit hoher Geschwindigkeit auf das Bewegungsende der Hin- und Herbewegung des Ausgangsschaftes hinrotiert.

Claims (6)

1. Elektrisch unterstützte Lenkeinrichtung mit einem Gehäuse, einem Motor, der auf diesem Gehäuse montiert ist und eine Welle aufweist, die drehbar ist, einem Aus­ gangsschaft, der zur Lenkung der Räder in einem durch das Gehäuse definierten Be­ reich eine Hin- und Herbewegung durchführen kann, eine mit einem Lenkrad verbun­ dene Eingangswelle, und eine Kraftübertragungsvorrichtung zur Verbindung der Ein­ gangswelle und des Ausgangsschaftes, die vorgesehen ist, um eine Hilfskraft von der Welle des Motors aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass an Endbereichen des Ausgangsschaftes (112) Federelemente (130, 133) vorgesehen sind, die in den Endlagen der Lenkeinrichtung wirksam sind.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil­ bereich des Ausgangsschaftes (112) als Zahnstange (112b) ausgebildet ist.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsschaft (112) von einem Schutzrohr (110) umgeben ist, das an seinem Endbereich eine Gleithülse (121) aufweist, in der eine Hohlwelle (112a), die Teil des Ausgangsschaftes (112) ist, axial verschiebbar aufgenommen ist.

4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schutzrohr (110) ein Metallring (132) vorgesehen ist, der einen Anschlag für das Fe­ derelement (130) bildet.

5. Lenkeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Federelemente Tellerfedern (130, 133) sind, die durch kreis­ förmige Scheiben (131) an Kugelgelenken (115, 116) befestigt sind.

6. Lenkeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Federelemente federnde Gummimuffen sind, die an Kugel­ gelenken vorgesehen sind.