DE19544755C2 - Elektrische Servolenkeinrichtung - Google Patents
Elektrische ServolenkeinrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servo
lenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und
bezieht sich auf eine elektrische Servolenkeinrichtung für die
Verwendung in Fahrzeugen, wie beispielsweise Automobilen.
Es ist eine elektrische Servolenkeinrichtung bekannt, die
mit einem Lenkdrehkraftsensor zur Detektion einer in ein Steuer
system eingegebenen Lenkkraft, einem Elektromotor zur Aufbringen
einer Hilfslenkdrehkraft auf das Lenksystem, einer Steuerschal
tung zur Festlegung eines Stromwertes für den Elektromotor auf
der Basis eines Ausgangssignals vom Lenkdrehkraftsensor, und eine
Treiberschaltung für die Versorgung des Elektromotors mit einem
Antriebsstrom, der mit dem festgelegten Stromwert der Steuer
schaltung übereinstimmt, versehen ist. Die Steuerschaltung und
die Treiberschaltung sind in einem eine Basisplatte enthaltenden,
in Form eines rechtwinkligen Quaders ausgebildeten Gehäuse ent
halten, das weit entfernt vom Lenksystem angeordnet ist.
Wenn jedoch das die Basisplatte enthaltende Gehäuse derart
an einem Ort weit entfernt vom Steuersystem angeordnet ist, wird
der Raum, in dem das die Basisplatte enthaltende Gehäuse angeord
net ist, die Ursache dafür, daß eine Verkleinerung der Einrich
tung verhindert wird.
Es wurde deswegen eine Einrichtung vorgeschlagen, in welcher
die Steuerschaltung und die Treiberschaltung im Gehäuse einer
Zahnstange angeordnet sind, die eines der Teile darstellt, die
das Lenksystem bilden, wobei der Befestigungsraum für das oben
beschriebene, die Basisplatte enthaltende Gehäuse überflüssig
wird, und man somit eine kompakte Ein
richtung erhält (siehe offengelegte japanische Gebrauchsmusteran
meldung Nr. 63-69671).
In einer solchen elektrischen Servolenkeinrichtung ist der
Platz im Gehäuse der Zahnstange begrenzt, und es werden daher die
Steuerschaltung und die Treiberschaltung voneinander getrennt und
entfernt voneinander im Gehäuse angeordnet.
Wenn jedoch die Steuerschaltung und die Treiberschaltung
derart getrennt werden, wird nicht nur ein Kabelbaum und ein
Verbinder zur gegenseitigen Verbindung der Schaltung zusätzlich
erforderlich, sondern es muß auch für jede der Schaltungen ein
eine Basisplatte enthaltendes Gehäuse vorgesehen werden, und dies
führt zu einer Erhöhung der Herstellungskosten. Durch die zusätz
lich durch einen Kabelbaum und einen Verbinder verbundenen Schal
tungen werden zusätzliche Störfaktoren geschaffen (beispielsweise
durch eine Zerstörung des Kabelbaums und des Verbinders, durch
eine unzureichende Verbindung, u. s. w.), was die Zuverlässigkeit
der Einrichtung vermindert.
Als elektrische Servolenkeinrichtung ist weiterhin eine e
lektrische Servolenkeinrichtung in Form einer Zahnstangenlenkung
bekannt, wie dies beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmus
terschrift Nr. 4-27743 beschrieben ist. In dieser Einrichtung
sind ein Drehkraftdetektor zur Detektion der Lenkdrehkraft einer
Zahnradwelle, die mit einem Lenkrad verbunden ist, und eine Steu
erschaltung, die ein Steuersignal auf der Basis eines vom Dreh
kraftdetektor erhaltenen Drehkraftdetektionssignals ausgibt, nahe
der Zahnradwelle in einem Getriebegehäuse, das eine Zahnstange
abstützt, die die Zahnradwelle und das Lenkrad miteinander ver
bindet, auf einer Seite der Zahnstange untergebracht. Es ist auch
eine Treiberschaltung zur Versorgung eines Elektromotors mit ei
nem elektrischen Strom, der einem Steuersignal der Steuerschal
tung entspricht, auf der anderen Seite der Zahnstange angeordnet.
Die Treiberschaltung ist in einem Teilgehäuse enthalten, das in
tegral am Getriebegehäuse befestigt ist.
In dieser elektrischen Servolenkeinrichtung sind der Dreh
kraftdetektor, die Steuerschaltung und die Treiberschaltung kon
zentriert um die Zahnstange herum angeordnet, wodurch
die Verdrahtung zwischen den Schaltungen einfach wird und die Be
einflussung durch Rauschen verhindert wird und somit die Zuver
lässigkeit der Einrichtung erhöht wird. Wenn ein elektrischer
Strom von der Treiberschaltung zum Elektromotor fließt, können
auch andere Schaltungen, die in der Nähe der Treiberschaltung an
geordnet sind, thermisch beeinflußt werden durch die Selbsterwär
mung eines Schaltelements, wie beispielsweise eines Leistungs
transistors, aber da der Drehkraftdetektor und die Steuerschal
tung auf einer Seite der Zahnstange und die Treiberschaltung auf
der anderen Seite der Zahnstange angeordnet ist, werden der Dreh
kraftdetektor und die Steuerschaltung nicht durch die Wärme der
Treiberschaltung beeinflußt.
Beim vorstehend beschriebenen Stand der Technik wurde das
Kontaktgebiet sehr klein gemacht, und das Teilgehäuse ist integ
ral mit dem Getriebegehäuse verbunden und somit wird die Wärme,
die im sich selbst erwärmenden Schaltungselement im Teilgehäuse
erzeugt wird, nicht auf das Getriebegehäuse, das eine hohe Wärme
kapazität aufweist, sondern auf das Teilgehäuse, das nur eine
kleine Wärmekapazität aufweist, übertragen, von wo sie dann in
die Atmosphäre abgestrahlt wird. Somit kann beim Stand der Tech
nik die vom Schaltungselement erzeugte Wärme nicht wirksam aus
dem Teilgehäuse heraus abgestrahlt werden.
Somit kann der maximale elektrische, an den Elektromotor ab
zugebende Strom durch den Temperaturanstieg des sich selbst er
wärmenden Schaltungselements beschränkt sein, und die Lebensdauer
anderer Schaltungselemente, die die Treiberschaltung bilden kann
erheblich durch die Wärme des vorstehend erwähnten Schaltungsele
ments vermindert werden. Somit schwankt die Schaltungscharakte
ristik der Treiberschaltung durch die Wärme des sich selbst er
wärmenden Schaltungselements und es wird unmöglich einen vorbe
stimmten elektrischen Strom an den Elektromotor zu liefern, wo
durch die Unterstützungscharakteristik der elektrischen Servo
lenkeinrichtung stark schwanken kann.
Andererseits sind bei der Einrichtung, die in der vorstehend
erwähnten offengelegten japanischen Gebrauchsmuster
anmeldung Nr. 63-695671 beschrieben ist, ein Drehkraftdetektor zur
Detektion der auf eine Zahnradwelle, die mit einem Lenkrad ver
bunden ist, übertragenen Drehkraft und eine Steuerschaltung, die
ein Steuersignal auf der Basis eines vom Drehkraftdetektor erhal
tenden Drehkraftdetektionssignals ausgibt, nahe der Zahnstange in
einem Getriebegehäuse, das in seinem Inneren eine Zahnstange
trägt, die die Zahnradwelle und das Lenkrad miteinander verbin
det, auf einer Seite der Zahnstange angeordnet. Eine Treiber
schaltung zur Versorgung eines Elektromotors mit einem elektri
schen Strom, entsprechend dem Steuersignal der Steuerschaltung,
ist ebenfalls auf der anderen Seite der Zahnstange im Getriebege
häuse angeordnet.
Bei dieser elektrischen Servolenkeinrichtung sind der Dreh
kraftdetektor, die Steuerschaltung und die Treiberschaltung, die
zusammen eine Lenksteuereinrichtung bilden, konzentriert um die
Zahnstange herum angeordnet, wodurch die Verdrahtung zwischen den
Schaltungen einfach wird und der Einfluß von Rauschen verhindert
wird und somit die Zuverlässigkeit der Einrichtung erhöht wird.
Der zum Elektromotor geführte elektrische Strom fließt auch zur
Treiberschaltung und ein wärmeerzeugendes Element, wie beispiels
weise ein Leistungstransistor erzeugt Wärme, und daher können an
dere, nahe der Treiberschaltung angeordnete Schaltungen thermisch
beeinträchtigt werden, aber da die Steuerschaltung und der Dreh
kraftdetektor voneinander entfernt angeordnet sind, wobei sich
die Zahnstange zwischen ihnen befindet, nimmt der thermische
Einfluß auf die Steuerschaltung und den Drehkraftdetektor ab.
Im oben beschriebenen Stand der Technik ist jedoch ein alle
Komponenten der Treiberschaltung, einschließlich des vorstehend
erwähnten wärmeerzeugenden Elements enthaltendes Gehäuse direkt
im Getriebegehäuse befestigt, und somit ist es unmöglich, daß die
durch das wärmeerzeugende Element erzeugte Wärme wirksam zur Au
ßenseite des Getriebegehäuses hin abgestrahlt wird.
Somit kann der maximale an den Elektromotor auszugebende
elektrische Strom durch den Temperaturanstieg des wärmeerzeugen
den Elements selbst begrenzt werden, und es können sich die Le
bensdauern der anderen die Treiberschaltung bildenden
Elemente durch die Wärme des wärmeerzeugenden Elements deut
lich vermindern. Somit ist die Schaltungscharakteristik der
Treiberschaltung Wärmeschwankungen durch die vom wärmeerzeu
genden Element erzeugte Wärme unterworfen, und es wird unmög
lich, einen vorbestimmten elektrischen Strom an den Elektro
motor zu liefern, wodurch die Unterstützungscharakteristik
der elektrisch betriebenen Servolenkeinrichtung stark schwan
ken kann.
Es ist eine elektrische Servolenkeinrichtung eines Fahr
zeuges bekannt, die so gestaltet ist, daß die Ausgangsdrehung
eines Elektromotors, der eine Hilfslenkkraft liefert, durch
eine Getriebevorrichtung vermindert und auf die Ausgangswelle
übertragen wird, beispielsweise auf die Zahnstange einer
Lenkeinrichtung, und eine manuelle Kraft, die auf ein Lenkrad
ausgeübt wird, wird somit unterstützt, um die Zahnstange in
einem vorbestimmten Bereich hin- und herzubewegen, um somit
die Lenkung der Räder durchzuführen. In einer solchen elek
trischen Servolenkeinrichtung ist eine Konstruktion vorgese
hen, bei welcher eine Lenkwelle, die das Lenkrad und die
Zahnstange miteinander verbindet, in zwei Teile geteilt ist,
die durch eine Drehstabfeder miteinander verbunden sind, und
wobei der Winkel der Verdrehung der Drehstabfeder, die durch
eine Drehkraft, die auf die Lenkwelle ausgeübt wird, verdreht
wird, in eine axiale Größe umgewandelt und durch ein Poten
tiometer gemessen wird, wodurch eine Lenkdrehkraft detektiert
werden kann.
Während des Betriebs einer solchen elektrischen Lenkein
richtung erzeugen ein Elektromotor und eine ihn antreibende
Treiberschaltung (einschließlich eines Widerstands etc.)
Wärme, und diese Wärme wird durch ein Gehäuse geführt und ge
langt zum Potentiometer, der ein Präzisionsbauteil darstellt,
und so kann, wenn auch nur leicht, der Nullpunkt der detek
tierten Drehkraft des Potentiometers sich verschieben. Wenn
sich der Nullpunkt des Potentiometers verschiebt, so variiert
das Detektionsausgangssignal des Potentiometers und es kann
fälschlicherweise eine Drehkraft erkannt werden, die sich von
der tatsächlichen ausgegebenen Drehkraft unterscheidet, und
so kann eine nicht passende Hilfsdrehkraft ausgegeben werden.
Um eine solche Wärmeweiterleitung zu verhindern, könnte man
auf die Idee kommen, das Potentiometer mit Harz oder einem ähnli
chen Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit auf dem Ge
häuse anzubringen, aber das Befestigen des Potentiometers mittels
Harz, das ein elastisches Material darstellt, kann zu einer Ver
schiebung des Nullpunktes der detektierten Drehkraft durch Vibra
tion, Störungen und dergleichen führen, und durch die Verwendung
zusätzlicher Teile erhöhen sich auch die Kosten.
Es ist weiterhin eine elektrische Servolenkeinrichtung eines
Fahrzeuges bekannt, bei der die Ausgangsrotation eines Elektromo
tors, der eine Hilfslenkdrehkraft liefert, durch ein Getriebe
vermindert und auf eine Lenkwelle, beispielsweise eine Zahnstan
ge, eines Lenkmechanismuses übertragen wird, und bei dem eine ma
nuell auf das Lenkrad aufgebrachte Kraft unterstützt wird, um so
mit die Zahnstange in einem vorbestimmten Bereich hin- und herzu
bewegen, um so die Steuerung der Räder vorzunehmen. In einer sol
chen elektrischen Servolenkeinrichtung sind ein Drehkraftsensor
und eine ECU für den Antrieb eines Motors durch einen Kabelbaum
oder dergleichen miteinander verbunden, wobei ein Aussenden und
ein Empfangen eines elektrischen Signals zwischen ihnen durchge
führt wird.
In einer solchen elektrischen Servolenkeinrichtung des Stan
des der Technik sind jedoch ein Potentiometer, das als Drehkraft
sensor dient und die ECU an optimalen Plätzen angeordnet, und so
mit wird ein dazwischenliegender Kabelbaum zur Verbindung der
beiden notwendig, was zu einer Erhöhung der Teilezahl und zu ei
ner Erhöhung der Montageschritte führt.
Eine elektrische Servolenkeinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 38 44
578 C2 bekannt, bei der ein Drehkraftdetektor, eine Steuerschaltung und eine Treiber
schaltung in eine Steuereinrichtung integriert sind, die seitlich an dem Gehäuse der Ser
volenkeinrichtung angebracht sind. Dabei sind Teile der Schaltung auf einer starren Pla
tine befestigt, die in der Steuereinrichtung angeordnet ist. Durch die räumliche Kompakt
heit der bekannten Steuereinrichtung können unerwünschte Erwärmungseffekte auftre
ten, die zu einer Selbststörung führen. Zudem steht die Steuereinrichtung seitlich über
das Gehäuse der Servolenkeinrichtung hinaus, so daß dieses auf einer Seite eine größe
re Ausdehnung als nötig erfährt. Auch ist die geringe flächenmäßige Ausdehnung bezo
gen auf den Rauminhalt der Steuereinrichtung im Hinblick auf die Wärmeabstrahlung
ungünstig.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Servolenkein
richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 insgesamt unter den Gesichts
punkten einer guten Wärmeableitung und einer guten Raumausnutzung bei hoher Stör
sicherheit zu optimieren.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Servolenkeinrichtung dadurch gelöst,
daß die Steuerschaltung und zumindest Teile der Treiberschaltung integral auf einem
flexiblen Schaltkreissubstrat angeordnet sind, das außenseitig das Gehäuse umgebend
angeordnet ist, wobei das Schaltkreissubstrat so verformt wird, daß es einen Teil der
äußeren Oberfläche des Gehäuses entlang der Form der äußeren Oberfläche bedeckt.
Durch die Verwendung eines flexiblen Schaltkreissubstrates, auf dem die Steuerschal
tung und zumindest Teile der Treiberschaltung angeordnet sind, um das Gehäuse der
Servolenkeinrichtung herum ergibt sich eine für die Wärmeabstrahlung günstige flä
chenmäßige Erstreckung bezogen auf das Volumen der so gebildeten Steuereinrichtung.
Durch die Flexibilität des Schaltkreissubstrates läßt sich eine optimale Anpassung an die
Form des Gehäuses der Servolenkeinrichtung vornehmen. Das Schaltkreissubstrat kann
im Prinzip bei verschiedenen Typen einer Serie eingesetzt werden. Zudem ermöglicht
die Integration der Steuerschaltung und Treiberschaltung eine einfache Montage und
vermeidet Störeffekte aus einer Kabel/Stecker-Verbindung.
In bevorzugter Weise wird die vorliegende Erfindung so aus
geführt, daß eine Eingangswelle, über die eine Lenkdrehkraft von
einem Lenkrad wirkt, eine Ausgangswelle, auf die die Lenkdrehkraft
von der Eingangswelle übertragen wird, und ein Hilfslenkdreh
kraftübertragungsmechanismus zur Übertragung einer Hilflenkdreh
kraft, die durch einen Elektromotor erzeugt wird, in einem Gehäu
se enthalten sind, und eine Steuereinrichtung mit elektronischen
Schaltungen, wie beispielsweise einer Steuerschaltung und einer
Treiberschaltung zur Steuerung des Antriebs des Elektromotors und
zur Erzeugung der Hilfslenkdrehkraft an einem Teil des Gehäuses
angeordnet sind, wobei ein sich selbst erwärmendes Schaltungsele
ment der die Schaltungen der Steuereinrichtung bildenden Schalt
elemente integral an einer Wandoberfläche des Gehäuses direkt
oder über eine Montageplatte aus einem Material mit hoher Wärme
leitfähigkeit befestigt ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der elektrischen
Servolenkeinrichtung der vorliegenden Erfindung ist ein sich
selbst erwärmendes Schaltungselement der die Schaltungen der
Steuereinrichtung bildenden Schaltungselemente integral an der
Wandoberfläche des Gehäuses direkt oder durch die Montageplatte
aus einem hoch wärmeleitfähigen Material befestigt, und daher
wird die Wärmemenge, die vom Schaltungselemenent erzeugt wird,
sicher direkt oder über die Montageplatte zum Gehäuse mit der
großen Wärmekapazität übertragen. Somit wird eine übermäßige Tem
peraturerhöhung des sich selbst erwärmenden Schaltungselements
selbst verhindert und die anderen Schaltungselemente um dieses
Schaltungselement herum werden nicht thermisch beeinträchtigt.
Das Gehäuse, zu dem die Wärmemenge vom sich selbst erwärmen
den Element übertragen wird, besitzt einen großen Kontaktbereich
mit der Atmosphäre und gibt daher wirksam die Wärmemenge an die
Atmosphäre ab.
Die elektrische Servolenkeinrichtung der vorliegenden Erfin
dung ist eine elektrisch betriebene Servolenkeinrichtung mit ei
ner Drehkraftdetektionsvorrichtung zur Detektion einer Lenkdreh
kraft, die über ein Lenkrad über eine Eingangswelle
eingegeben wird, einem Elektromotor, der eine Hilfslenkdrehkraft
erzeugt, einem Reduktionsgetriebe, das sich in einem Getriebege
häuse befindet, zur Übertragung der Hilfslenkdrehkraft des Elekt
romotors auf eine Ausgangswelle, und einer Steuereinrichtung zur
Steuerung der Hilfslenkdrehkraft des Elektromotors in Überein
stimmung mit einem Ausgangssignal der Lenkdrehkraftdetektionsvor
richtung, wobei nach einer bevorzugten Ausführung Schmieröl im
Getriebegehäuse eingeschlossen ist, um somit das Reduktionsge
triebe in einem Ölbad zu halten, wobei eine Behälterkammer, die
mit dem Inneren des Getriebegehäuses verbunden ist, und die mit
Schmieröl gefüllt ist, an einer äußeren peripheren Position des
Getriebegehäuses vorgesehen ist, und ein Schaltelement, das eine
große Menge Wärme erzeugt, das die Steuereinrichtung bildet, in
der Behälterkammer enthalten ist. Bei dieser elektrischen Servo
lenkeinrichtung ist Schmieröl im Getriebegehäuse eingeschlossen
und das Reduktionsgetriebe wird in Öl getaucht, und das Ineinan
dergreifen der Ausgabewelle und der Ausgabewelle des Elektromo
tors mit dem Reduktionsgetriebe wird immer sanft gehalten, und
somit wird es möglich, eine Hilfslenkkraft entsprechend der Lenk
drehkraft zuverlässig auf die Ausgabewelle zu übertragen.
Zur gleichen Zeit wird das Schmieröl so geleitet, daß es den
Innenraum der Behälterkammer füllt und das Schaltungselement, das
eine große Wärme erzeugt, in der Behälterkammer enthalten ist,
während es in das Schmieröl getaucht wird, und somit die Wärme
nicht auf andere Schaltungselemente der Steuereinrichtung über
tragen wird. Die Menge der Wärme des Schaltungselements, das in
der Behälterkammer enthalten ist, tritt in Kontakt mit dem
Schmieröl mit einer hohen Wärmekapazität, und wird somit sicher
an das Schmieröl abgegeben, und somit kann eine übermäßige Tempe
raturerhöhung des Schaltkreiselements verhindert werden.
Die elektrische Servolenkeinrichtung der vorliegenden Erfin
dung umfaßt in vorteilhafter Weiterbildung
einen Detektor, der im Gehäuse montiert ist, zur Detektion einer auf die Lenkwelle ausgeübten Drehkraft; und
eine Treiberschaltung, die im Gehäuse montiert ist, zur An steuerung des Motors in Übereinstimmung mit der durch den Detek tor detektierten Drehkraft;
wobei das Gehäuse mit einer Fahne zur Hitzeabstrahlung im Bereich des Motors und/oder der Treiberschaltung ausgebildet ist.
einen Detektor, der im Gehäuse montiert ist, zur Detektion einer auf die Lenkwelle ausgeübten Drehkraft; und
eine Treiberschaltung, die im Gehäuse montiert ist, zur An steuerung des Motors in Übereinstimmung mit der durch den Detek tor detektierten Drehkraft;
wobei das Gehäuse mit einer Fahne zur Hitzeabstrahlung im Bereich des Motors und/oder der Treiberschaltung ausgebildet ist.
Gemäß dieser Ausführung strahlt die Fahne, die im Gehäuse
ausgeformt ist, Wärme ab, die vom Motor und der Treiberschaltung
erzeugt wird, um die Menge der Wärme zu minimieren, die durch das
Gehäuse zum Detektor geleitet wird, um somit den Einfluß der Wär
me auf den Detektor zu eliminieren.
Die elektrische Servolenkeinrichtung umfaßt in vorteilhafter
Ausbildung
einen Detektor, der eine Rotationswelle aufweist, die in Übereinstimmung mit einer auf die Lenkwelle angewandten Lenkkraft sich dreht, und zur Detektion des Betrags der Drehung der Rotati onswelle, um somit die Drehkraft zu detektieren;
eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Motors in Überein stimmung mit der durch den Detektor detektierten Drehkraft;
wobei der Detektor integral in der Steuereinrichtung einge schlossen ist; und
eine Befestigungsvorrichtung für die drehbare Befestigung der Steuereinrichtung zu der Rotationswelle des Detektors. Damit ist der Detektor integral in die Steuereinrichtung eingeschlos sen, und somit kann ein dazwischenliegender Kabelbaum zur Verbin dung der beiden eliminiert werden, wodurch die Zahl der Bauteile und die Zahl der Herstellungsschritte verkleinert werden kann.
einen Detektor, der eine Rotationswelle aufweist, die in Übereinstimmung mit einer auf die Lenkwelle angewandten Lenkkraft sich dreht, und zur Detektion des Betrags der Drehung der Rotati onswelle, um somit die Drehkraft zu detektieren;
eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Motors in Überein stimmung mit der durch den Detektor detektierten Drehkraft;
wobei der Detektor integral in der Steuereinrichtung einge schlossen ist; und
eine Befestigungsvorrichtung für die drehbare Befestigung der Steuereinrichtung zu der Rotationswelle des Detektors. Damit ist der Detektor integral in die Steuereinrichtung eingeschlos sen, und somit kann ein dazwischenliegender Kabelbaum zur Verbin dung der beiden eliminiert werden, wodurch die Zahl der Bauteile und die Zahl der Herstellungsschritte verkleinert werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des
grundsätzlichen Aufbaus einer elektrischen Servolenk
einrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist eine detaillierte Ansicht einiger Teile der Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie III-III der
Fig. 2;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine Ansicht, die das Äußere eines Gehäuses in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie VII-VII der
Fig. 6;
Fig. 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII von
Fig. 7 und er zeigt einen Zustand, bei dem ein sich
selbst erwärmendes Schaltungselement gemäß der vorlie
genden Erfindung an der Wandoberfläche des Gehäuses be
festigt ist;
Fig. 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 8;
Fig. 10 ist ein Querschnitt wesentlicher Teile, der das Innere
des Gehäuses in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 8, aber sie zeigt
eine das wärmeerzeugende Element enthaltende Kammer,
die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung darstellt;
Fig. 12 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 9, die aber das wär
meerzeugende Element der Fig. 11 zeigt;
Fig. 13 ist ein Querschnitt wesentlicher Teile, der das Innere
eines Getriebegehäuses in Übereinstimmung mit der vor
liegenden Erfindung zeigt;
Fig. 14 ist eine Vorderansicht einer elektrischen Servo
lenkeinrichtung, die wiederum eine andere Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 15 ist eine vergrößerte Ansicht der wesentlichen Teile der
Vorrichtung nach Fig. 14;
Fig. 16 ist ein Querschnitt der Vorrichtung aus Fig. 15 entlang
der Linie XVIII-XVIII der Fig. 15;
Fig. 17 ist ein Querschnitt der Vorrichtung aus Fig. 16, ent
lang der Linie XIX-XIX der Fig. 16;
Fig. 18 ist ein Querschnitt ähnlich der Fig. 17, der aber noch
mals eine andere Ausführungsform der vorliegenden Er
findung zeigt;
Fig. 19 ist eine Aufsicht ähnlich der Fig. 15, die aber eine
weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt; und
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das nochmals eine weitere Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des grund
sätzlichen Aufbaus einer elektrischen Servolenkeinrichtung, die
eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, Fig. 2
ist eine detaillierte Ansicht einiger Teile der Fig. 1 und Fig. 3
ist ein Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2.
Bezieht man sich auf Fig. 1, so bezeichnet Bezugszahl 1 eine
Lenkwelle, die eine Eingabewelle 3 und eine Ausgabewelle 4 um
faßt, die durch eine Drehstabfeder 2 miteinander verbunden sind.
Die Eingabewelle 3 ist in ein zylindrisches Einga
bewellengehäuse 3a eingeschoben, und ein Lenkrad 5 ist an ih
rem oberen Ende befestigt. Eine Zahnradwelle 7 ist mit dem
unteren Ende der Ausgabewelle 4 durch ein Universalgelenk 6
verbunden. Ein Zahnrad 7a, das am unteren Ende der Zahnrad
welle 7 angebracht ist, befindet sich im Eingriff mit den
Zähnen einer Zahnstange 9 in einem Zahnstangengehäuse 8. Som
it wird eine Lenkkraft, die durch einen Fahrer, der das Lenk
rad 5 lenkt, erzeugt wird, zu einem gelenkten Rad 10 über die
Eingabewelle 3, die Drehstabfeder 2, die Ausgabewelle 4, die
Zahnradwelle 7, das Zahnrad 7a und die Zahnstange 9 übertra
gen.
In der vorliegenden Ausführungsform bilden das Lenkrad
5, die Eingabewelle 3, die Ausgabewelle 4, die Drehstabfeder
2, das Universalgelenk 6, die Zahnradwelle 7, das Zahnrad 7a
und die Zahnstange 9 zusammen das Lenksystem A. In der vor
liegenden Ausführungsform bilden auch das Gehäuse 3a für die
Eingabewelle 3 und ein Gehäuse 8 für die Zahnstange 9 ein Ge
häuse für die Teile, die das Lenksystem A bilden, wobei dies
nicht darauf beschränkt ist, da auch ein weiteres Gehäuse für
andere Teile vorgesehen sein mag.
Ein Lenkdrehkraftsensor 11 zur Detektion einer auf die
Lenkwelle 1 eingegebenen Lenkdrehkraft ist auf der Eingabe
welle 3 vorgesehen. Der Lenkdrehkraftsensor 11 gibt ein Lenk
drehkraftdetektionssignal aus, das der Größe und der Richtung
einer Drehkraft entspricht, die durch den Fahrer, der das
Lenkrad lenkt, in der Lenkwelle 1 erzeugt wird.
Die Ausgabewelle 4 ist mit der Antriebswelle 14 eines
Elektromotors 13 über ein Reduziergetriebe 12 verbunden. Die
ses Reduziergetriebe 12 ist mit einer Schnecke 16 und einem
darin eingreifenden Schneckenrad 17 in einem Getriebegehäuse
15 versehen. Die Schnecke 16 ist mit der Antriebswelle 14 des
Elektromotors 13 verbunden, und das Schneckenrad 17 ist mit
der Ausgabewelle 4 verbunden. Die Rotationskraft des Elektro
motors 13 kann zur Ausgabewelle 4 durch die Antriebswelle 14,
die Schnecke 16 und das Schneckenrad 17 übertragen werden.
Durch eine solche Übertragung der Rotationskraft wird eine
Hilfslenkkraft auf die Ausgabewelle 4 ausgeübt und die Lenk
drehkraft wird vermindert, wodurch die Belastung des Fahrers
gemildert wird. Die Rotationskraft des Elektromotors 13 wird in
Übereinstimmung mit der Richtung und der Größe der Lenkdrehkraft
gesteuert, die im Lenksystem A erzeugt wird.
In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet die Bezugszahl 18 eine
Steuereinrichtung zur Steuerung der Rotationskraft des Elektromo
tors 13 in Übereinstimmung mit der Richtung und der Größe der
Lenkdrehkraft, die im Lenksystem A erzeugt wird.
Die Steuereinrichtung 18 ist mit einer Steuerschaltung 19
und einer Treiberschaltung 20 versehen, wobei sich die grundle
gende Funktionsweise folgendermaßen gestaltet.
Ein Stromwert für den Elektromotor 13 wird von der Steuer
schaltung 19 auf der Basis eines Lenkdrehkraftdetetktionssignals
vom Lenkdrehkraftsensor 11 festgelegt, und die Treiberschaltung
20 versorgt den Elektromotor 13 mit einem Antriebsstrom, der dem
festgelegten Stromwert entspricht, wodurch eine Rotationskraft
entsprechend der Richtung und Größe der Lenkdrehkraft, die im
Lenksystem A erzeugt wurde, in der Antriebswelle 14 des Elektro
motors 13 erzeugt wird, und diese Rotationskraft dient als Hilfs
lenkdrehkraft an der Ausgabewelle 4.
Die Steuerschaltung 19 und die Treiberschaltung 20 sind, wie
in Fig. 3 gezeigt, auf einem verformbaren flexiblen Schaltkreis
substrat 21 angeordnet, das sich in einem das Substrat enthalten
den Gehäuse 22 befindet, welches integral mit dem Getriebegehäuse
15 für das Reduktionsgetriebe 12 vorgesehen ist. Das das Substrat
enthaltende Gehäuse 22 hat eine Bodenplatte 23, die in einer ge
winkelten Querschnittsform (siehe Fig. 3) ausgebildet ist, und
sie ist so angeordnet, daß die hintere Oberfläche 25 des dach
firstartigen Teils 24 der Bodenplatte 23 ein Teil der äußeren O
berfläche des Getriebegehäuses 15 entlang der Form von dessen äu
ßerer Oberfläche bedecken mag. Über die gesamte Randkante der Bo
denplatte 23 ist eine Seitenwand 26 relativ zur Bodenplatte 23
nach oben ausgebildet, und ein umgrenzter Raum 27 für das flexib
le Schaltkreissubstrat 21 ist im Raum ausgebildet, der umgeben
ist von der Bodenplatte 23 und der Seitenwand 26. In der vorlie
genden Ausführungsform sind die Bodenplatte 23 und die Seitenwand
26 des das Substrat enthaltenden Gehäuses in
tegral mit dem Getriebegehäuse 15 ausgebildet, was aber nicht Be
dingung ist, da die Bodenplatte 23 auch über Bolzen oder durch
Schweißen mit dem Getriebegehäuse 15 verbunden sein kann.
Das flexible Schaltkreissubstrat 21 hat ein gebogenes zent
rales Teil und hat eine Querschnittsform, die im wesentlichen wie
die Bodenplatte 23 ausgebildet ist, und wird parallel zur Boden
platte 23 durch ein Stützteil 28 gehalten. Somit ist das flexible
Schaltkreissubstrat 21 so angeordnet, daß es einen Teil der äuße
ren Oberfläche des Getriebegehäuses 15 entlang der Form dessen
äußerer Oberfläche bedeckt. Das obere geöffnete Teil des umgrenz
ten Raumes 27 ist so ausgebildet, daß es durch ein Deckelteil 29
in zu öffnender Weise geschlossen ist. Das Deckelteil 29 besitzt
eine Querschnittsform, die im wesentlichen die gleiche Form wie
die Bodenplatte 23 aufweist, und hat eine Randkante, die mit der
oberen Endoberfläche der Seitenwand 26 beispielsweise durch
Schrauben verbunden ist.
In einer solchen elektrischen Servolenkeinrichtung ist das
das Substrat enthaltende Gehäuse 22 integral mit dem Getriebege
häuse 15 ausgebildet, das in der Nähe des Lenksystems A angeord
net ist, und das flexible Schaltkreissubstrat 21 befindet sich im
das Substrat enthaltenden Gehäuse 22. Das flexible Schaltkreis
substrat 21 ist gebogen und so angeordnet, daß ein Teil der äuße
ren Oberfläche des Getriebegehäuses 15 entlang der Form der äuße
ren Oberfläche bedeckt wird. Das das Substrat enthaltende Gehäuse
22 wird dem Schaltkreissubstrat 21 entsprechend ausgebildet, wo
durch das das Substrat enthaltende Gehäuse 22 nicht vom Getriebe
gehäuse 15 absteht und einen großen Platz beansprucht. Dadurch
wird das das Substrat enthaltende Gehäuse 22 kompakt und es kann
eine wirksame Verkleinerung der Vorrichtung erreicht werden.
Auch die Steuerschaltung 19 und die Treiberschaltung 20 sind
auf dem gleichen Schaltkreissubstrat 21 angeordnet. Dadurch wird
ein Kabelbaum und ein Verbinder zur Verbindung der Steuerschal
tung 19 und der Treiberschaltung 20 überflüssig. Darüber hinaus
ist nur ein einziges das Substrat enthaltendes Gehäuse 22 zur
Aufnahme der Steuerschaltung 19 und der Treiberschaltung 20 not
wendig und die Herstellungskosten können somit stark gesenkt wer
den.
Da der Kabelbaum und die Verbindung zwischen Steuerschaltung
19 und der Treiberschaltung 20 überflüssig werden, entstehen kei
ne zusätzlichen Faktoren, die Schwierigkeiten bereiten (wie bei
spielsweise die Zerstörung des Kabelbaums und der Verbindung, ei
ne ungenügende Verbindung etc.), und somit kann eine hohe Zuver
lässigkeit der Einrichtung aufrechterhalten werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das flexible
Schaltkreissubstrat 21 auf der äußeren Oberfläche des Getriebege
häuses 15 angeordnet, aber stattdessen kann das flexible Schalt
kreissubstrat 21 auf der äußeren Oberfläche des Zahnstangegenäu
ses 8 oder des Eingabewellengehäuses 3a in ähnlicher Weise ange
ordnet sein. Der Lenkdrehkraftsensor 11 und der Elektromotor 13,
der mit der Steuereinrichtung 18 verbunden ist, sind jedoch nahe
dem Getriebegehäuse 15 angeordnet, und daher ist es für die Ver
bindung des flexiblen Schaltkreissubstrates 21 besser, wenn das
flexible Schaltkreissubstrat 21 im Getriebegehäuse 15 angeordnet
ist.
Weiterhin ist in der oben beschriebenen Ausführungsform der
Elektromotor 13 mit der Ausgabewelle 4 über ein Reduktionsgetrie
be 12 verbunden, aber stattdessen kann der Elektromotor 13 mit
der Zahnradwelle 7 über das Reduktionsgetriebe 12 verbunden sein.
In diesem Fall wird das flexible Schalt
kreissubstrat 21 am Getriebegehäuse 15 angeordnet, das auf der
Zahnradwelle 7 angeordnet ist.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung deutlich wird, kann
gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verkleinerung der Einrich
tung erfolgen, ohne die Steuerschaltung und die Treiberschaltung
voneinander zu trennen, und somit können die Herstellungskosten
gesenkt und die Zuverlässigkeit der Einrichtung aufrechterhalten
werden.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer
Ausführungsform einer elektrischen Servolenkeinrichtung des Säu
lenkraftverstärkertyps gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
In Fig. 4 bezeichnet die Bezugszahl 101 ein Lenkrad und eine
Lenkdrehkraft, die auf dieses Lenkrad 101 ausgeübt wird, wird zu
einer Lenkwelle übertragen, die aus einer Eingabewelle 102 und
einer Ausgabewelle 103 besteht, die koaxial mit der Eingabewelle
102 verbunden ist. Eine Drehstabfeder 151, die später beschrieben
wird, ist verdrehbar zwischen der Eingabewelle 102 und der Ausga
bewelle 103 angeordnet, und ein Drehkraftsensor (Drehkraftdetek
tionsvorrichtung) 105 detektiert die Verdrehungsverschiebung der
Drehstabfeder 151.
Die Lenkdrehkraft, die zur Ausgabewelle 103 übertragen wird,
wird auch zu einer unteren Welle 107 über ein Universalgelenk
106, und weiterhin durch ein Universalgelenk 108 auf eine Zahn
radwelle 109 übertragen. Die zur Zahnradwelle 109 übertragene
Lenkkraft wird auch über ein Lenkgetriebe 110 auf eine Verbin
dungsstange 111 übertragen, um ein Rad zu drehen. Das Lenkgetrie
be 110 besteht aus einem Zahnstangengetriebe, das ein Zahnrad
110a und eine Zahnstange 110b aufweist, wobei eine Rotationsbewe
gung, die auf das Zahnrad 110a übertragen wird, durch die
Zahnstange 110b in eine geradlinige Bewegung umgewandelt wird.
Die Ausgabewelle 103 ist auch mit einem Reduktionsgetriebe
115 (Hilfslenkdrehkraftübertragungsmechanismus) verbunden, zur
Übertragung einer Hilfslenkdrehkraft von einem Motor 117 (Elekt
romotor), der später beschrieben wird, zur Ausgabewelle 103. Ein
Motor 117, der beispielsweise einen
elektrischen Gleichspannungsservomotor zur Erzeugung einer Hilfs
lenkdrehkraft umfaßt, ist mit dem Reduktionsgetriebe 115 durch
eine elektromagnetische Kupplung 116 (nachfolgend als Kupplung
bezeichnet) verbunden, die auf elektromagnetische Weise die Über
tragung oder das Lösen der Verbindung der Hilfslenkdrehkraft be
sorgt. Die Kupplung 116 hat einen Elektromagneten, und es wird
über eine Steuerung 120 (Steuereinrichtung), die später beschrie
ben wird, diesem ein Erregerstrom zugeführt, wobei das Redukti
onsgetriebe 115 und der Motor 117 mechanisch verbunden sein kön
nen, und wobei das Reduktionsgetriebe 115 und der Motor 117 durch
ein Unterbrechen des Erregerstroms voneinander gelöst werden kön
nen.
Die Steuereinrichtung 120 besteht, wie das im Blockdiagramm
nach Fig. 5 gezeigt ist, aus einer elektronischen Schaltung, die
eine Steuerschaltung 130, eine Motortreiberschaltung 131, eine
Stromdetektionsschaltung 132 und eine Kupplungstreiberschaltung
133 aufweist, und die die Antriebssteuerung des Motors 117 auf
der Basis eines Drehkraftdetektionssignals vom Drehkraftsensor
105 und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals vom Fahrzeugge
schwindigkeitssensor 123 durchführt, und die auch die Ausgangs
welle des Motors 117 und das Reduktionsgetriebe 115 durch Steue
rung der Kupplung 116 miteinander verbindet oder voneinander
löst.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist die Steuerschaltung 130
mit einem Mikrocomputer, einem A/D-Wandler, einem Zähler etc.
versehen. Der Mikrocomputer besitzt ein Interface zur Durchfüh
rung der Eingabe- und Ausgabeverfahren mit einem Außenseitenver
bindungselement, und Speicherteile, wie beispielsweise ein ROM
und RAM. Der A/D-Wandler ist mit einem A/D-Wandler versehen zur
Umwandlung des Drehkraftdetektionssignals, das vom Drehkraftsen
sor 105 eingegeben wird, in einen digitalen Wert und zur Ausgabe
dieses Wertes als Drehkraftdetektionswert an den Mikrocomputer,
und mit einem A/D-Wandler zur Umwandlung des Stromdetektions
signals des Motors 117, das man von der Stromdetektionsschaltung
132 erhält, und zur Ausgabe des Signals an den Mikrocomputer. Der
Zähler ist außerdem eine Vorrichtung, an die ein Pulssignal vom
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 123, wie beispielsweise einem
Drehzahlsensor, der ein Pulssignal in Abhängigket von der Drehung
der Ausgabewelle eines nicht gezeigten Getriebes erzeugt, gelegt
wird, und der die Pulszahl je Zeiteinheit integriert und sie als
Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektionswert an den Mikrocomputer aus
gibt.
Die Motortreiberschaltung 131 ist mit einer H-Brückenschal
tung 134, einer FET-Gattertreiberschaltung 135, einem Fehlerre
lais 136, einer Zusatzspannungsquelle 137, etc. versehen. Die H-
Brückenschaltung 134 hat vier FETs (Schaltungselemente) 141 bis
144, wie beispielsweise N-Kanal Anreicherungs-Isolierschicht MOS-
FETs (Feldeffekttransistoren), wobei unter ihnen die FETs 141 und
143 hintereinandergeschaltet sind und auch die FETs 142 und 144
hintereinandergeschaltet sind, und diese Serienschaltungen paral
lel zueinander geschaltet sind, wobei die Drain-Seiten der FETs
141 und 142 über das Fehlerrelais 136 und einen Zündschalter 122
mit einer Batterie 121 verbunden sind. Ein Motor 117 ist zwischen
die Verbindung zwischen den FETs 141 und 143 und die Verbindung
zwischen den FETs 142 und 144 geschaltet. Die Source-Seite des
FET 143 ist über einen Rechtsstromdetektionswiderstand RR geerdet
und ebenso ist die Source-Seite des FET 144 durch einen Links
stromdetektionswiderstand RL geerdet. Die Gate-Anschlüsse dieser
FETs 141 bis 144 sind mit der FET-Gate-Treiberschaltung 135 ver
bunden, so daß wenn eine vorbestimmte Spannung von der FET-Gate-
Treiberschaltung 135 an jeden Gate-Anschluß geliefert wird, die
entsprechenden FETs 141 bis 144 im leitenden Zustand verbleiben.
Das Fehlerrelais 135 ist ein Relaisschalter, der einen normaler
weise offenen Kontakt aufweist, und der die Versorgungsspannungs
quelle der Batterie 121 mit der H-Brückenschaltung 134 verbindet
oder sie voneinander trennt. Die Zusatzspannungsquelle 137 ist
eine integrierte Schaltung, die die an die H-Brückenschaltung 134
gelieferte Spannung konstant hält, wobei beispielsweise ein IC-
Spannungsregler als Zusatzspannungsquelle 137 verwendet wird. In
Fig. 5 bezeichnet die Bezugszahl 138 weiterhin einen Lade- und
Entladekondensator, der in erster Linie die Spannung der Batterie
121 speichert.
Die Stromdetektionsschaltung 132 führt beispielsweise
auch die Verstärkung einer Spannung durch, die über dem
Rechtsstromdetektionswiderstand RR und dem Linksstromdetekti
onswiderstand RL erzeugt wird, und die Rauscheliminierung,
und gibt ein Rechtsmotorstromdetektionssignal und ein Links
motorstromdetektionssignal an die Steuerschaltung 130 aus.
Weiterhin steuert die Kupplungstreiberschaltung 133 die Kupp
lung 116 in Übereinstimmung mit einem Kupplungssteuersignal
der Steuerschaltung 130, liefert einen Erregerstrom an den
Elektromagneten der Kupplung 116 und steuert die mechanische
verbundenen und gelösten Zustände der Ausgabewelle des Motors
112 und des Reduktionsgetriebes 115.
Die Fig. 6 bis 10 zeigen die äußere Erscheinung und
die interne Struktur eines Gehäuses bei der vorliegenden Er
findung.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist das Verbindungteil zwi
schen der Eingabewelle 102 und der Ausgabewelle 103, die auf
der gleichen Welle angeordnet sind, in einem Getriebegehäuse
150 enthalten, und die Eingabewelle 102 ist in einem zylin
drischen Säulengehäuse 158 enthalten, das mit dem Getriebege
häuse 150 verbunden ist. Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt
ist, hat das Getriebegehäuse 150 an seiner äußeren Randfläche
eine Anzahl von Kühlrippen 150a. Das Getriebegehäuse 150 ent
spricht dem Gehäuse der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist ein Trägerteil 150b, auf
welchem eine Sensorabdeckung 155 abnehmbar befestigt ist, in
tegral mit dem Getriebegehäuse 150 ausgebildet, und der Motor
117, der eine Motorwelle 117a, die sich in rechtwinkliger
Richtung zur Achse der Eingabewelle 102 (oder der Ausgabe
welle 103) erstreckt, aufweist, ist mit dem Getriebegehäuse
150 verbunden. Die Kupplung 116 befindet sich bezüglich des
Motors 117 auf der Seite des Getriebegehäuses 150.
Ein kistenartiges, das wärmeerzeugende Element enthal
tendes Teil 160 ist auf der äußeren Randfläche des Getriebe
gehäuses 150 ausgebildet, die neben der Sensorabdeckung 155
liegt. Dieses, das wärmeerzeugende Element enthaltende Teil
160 weist, wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt, eine recht
winklige Kammer 160c auf, die durch die Seitenplatten 160a
und 160b, die von der äußeren Randfläche des Getriebegehäuses
150 vorstehen, und die integral miteinander ausgebildet
sind, festgelegt wird. Eine Deckplatte 160d ist an den Sei
tenplatten 160a und 160b befestigt, um den geöffneten Teil
der Kammer 160c zu schließen, wodurch das das wärmeerzeugende
Element enthaltende Teil 160 ausgebildet wird. Auf den äuße
ren Wänden der Seitenplatte 160a und der Deckplatte 160d ist
über nahezu die gesamte Fläche eine Kühlfahne 150a angeord
net, um ein großes Kontaktgebiet mit der Atmosphäre zu lie
fern.
Wie in Fig. 10 gezeigt, sind auch die Ausgabewelle 103,
die drehbar durch Lager 151a und 151b im Getriebegehäuse 150
gelagert ist, und die Eingabewelle 102, die durch nicht ge
zeigte Lager im Getriebegehäuse 150 gelagert ist, auf der
gleichen Welle aneinander anliegend angeordnet. Ein konvexes
Teil 103a, das in Richtung der Eingabewelle 102a vorsteht,
ist an einem vorbestimmten Ort auf dem Kreisumfang auf dem
Kantenteil der Ausgabewelle 103, der neben der Eingabewelle
102 liegt, angebracht, und dieses konvexe Teil 103a ist in
einen länglichen Einschnitt 102a eingeschoben, der breiter
als das konvexe Teil 103a ist und der auf der äußeren peri
pheren Oberfläche des Endteils der Ausgangswelle 103 ausge
bildet ist, die neben der Eingabewelle 102 liegt, wobei eine
relative Drehung, die gleich oder größer einem vorbestimmten
Winkel zwischen Eingabewelle 102 und Ausgabewelle 103 ist,
verhindert wird.
Ein Schneckenrad 152, koaxial zur und drehbar mit der
Ausgabewelle 103 verbunden, ist an der äußeren Randfläche der
Ausgabewelle 103 befestigt. Eine Schnecke 117b ist koaxial
mit der Motorwelle 117a des vorstehend erwähnten Motors 117
verbunden, und diese Schnecke 117b befindet sich im Eingriff
mit dem Schneckenrad 152. Dadurch wird die Richtung der Rota
tion des Elektromotors 117 passend umgeschaltet, wodurch eine
Hilfslenkdrehkraft in jeder Richtung auf die Ausgabewelle 103
durch das Schneckenrad 152 und die Schnecke 117b, die ein Re
duktionsgetriebe 115 darstellen, ausgeübt werden kann.
Der Drehkraftsensor 105 besteht, wie in Fig. 10 gezeigt,
aus einem Schieber 153a zur Veränderung der Verdrehungsver
schiebung der Drehstabfeder 151, die im Getriebegehäuse 150
enthalten ist, als axiale Verschiebung, und aus einem Poten
tiometer 154, das ein Drehkraftdetektionssignal ausgibt, das
eine analoge Spannung umfaßt, die der Bewegung des Schiebers
153a entspricht.
Das heißt, der zylindrische Schieber 153a ist relativ in
axialer Richtung und in Rotationsrichtung bewegbar auf der
Eingabewelle 102 angeordnet, das Endteil einer zylinderischen
Querführung 153b nahe dem konvexen Teil 103a ist mit dem lin
ken Endteil des Schiebers 153a verbunden, ein länglicher Ein
schnitt 153c, der sich längs in axialer Richtung erstreckt,
ist in dem Teil der inneren peripheren Oberfläche der Quer
führung 153b ausgeformt, das dem konvexen Teil 103a gegen
überliegt, und das äußere Ende eines Stiftes 153d, dessen in
neres Ende gegen das konvexe Teil 103a gepreßt ist und der
diametral entgegengesetzt nach außen vorsteht, ist in den
länglichen Einschnitt 153c eingeschoben. Somit sind die Aus
gabewelle 103 und der Schieber 153a fest zueinander in Rota
tionsrichtung aber relativ zueinander verschiebbar in axialer
Richtung im Bereich der Länge des länglichen Einschnitts
153c. Der Schieber 153a wird normalerweise, wie in Fig. 10
gezeigt, durch eine Feder 153e nach rechts gedrückt, aber die
axiale Bewegung des Schiebers 153a ist begrenzt, da eine Ku
gel 153g, die rollbar in einer Vertiefung 153f enthalten ist,
die in der inneren peripheren Oberfläche der Querführung
153b, im Kreisumfang um ungefähr 180° beabstandet vom längli
chen Einschnitt 153c, sich auch in einer sich am Kreisumfang
fortsetzendem Einschnitt 102c, der in der äußeren peripheren
Oberfläche der linken Endseite der Eingabewelle 102 ausge
formt ist. Der Einschnitt 102c ist bezüglich der Welle etwas
geneigt, und daher bewegt, wenn eine relative Drehung zwi
schen der Eingabewelle 102 und der Ausgabewelle 103 auftritt,
die begleitet ist von einer Verdrehung der Drehstabfeder 151
und bei der die Position des Schiebers 153a sich in Richtung
der Rotation relativ zur Eingabewelle 102 ändert, sich die
Kugel 153g axial entlang des Einschnitts 102c, wobei sich der
Schieber 153a axial bewegt.
Das am Getriebegehäuse 150 befestigte Potentiometer 154 ist
mit der Steuerschaltung 130 eines Schaltkreissubstrats 155a ver
bunden, das am Getriebegehäuse 150 befestigt ist. Eine Verdrehung
in der Drehstabfeder 151 durch das Lenkrad 101, das gelenkt wird,
wird an die Steuerschaltung 130 als Drehkraftdetektionssignal in
Form einer analogen Spannung ausgegeben, die dem Betrag der axia
len Bewegung des Schiebers 153a entspricht.
Im Befestigungsteil 150b des Getriebegehäuses 150 ist das
Schaltkreissubstrat 155a befestigt, und alle Schaltungselemente,
die die Steuerschaltung 130, die Stromdetektionsschaltung 132 und
die Kupplungstreiberschaltung 133 bilden, die die in Fig. 5 ge
zeigte Steuereinrichtung 120 bilden, sind darin enthalten, und
wenn man die Motortreiberschaltung 131 betrachtet, so sind die
Schaltungselemente bis auf die vier FETs 141 bis 144, die die H-
Brückenschaltung 134 bilden, enthalten.
Die FETs 141 bis 144, die nicht mit dem Schaltkreissubstrat
155a verbunden sind, sind spezielle Beispiele von sich selbster
wärmenden Schaltungselementen in der vorliegenden Erfindung und
befinden sich, wie das in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, mit
ihren jeweiligen Anschlüssen 141a bis 144a, die mit einem Schalt
kreissubstrat 164 verbunden sind, das an der inneren Wand (Wand
oberfläche) 160e eines das wärmeerzeugende Element enthaltenden
Teiles 160.
Das heißt, auf der inneren Wand 160e gegenüber der Deckplat
te 160d des das wärmeerzeugende Element enthaltenden Teiles 160,
ist eine flache Trägerplatte 162 angeordnet, wobei deren Kontakt
fläche mit der inneren Wand 160e so groß ist, daß sie im wesent
lichen die halbe Fläche der inneren Wand 160e bedeckt. Die Trä
gerplatte 162 ist aus metallischem Material mit einer hohen Wär
meleitfähigkeit, wie beispielsweise Aluminium, hergestellt und
mittels Befestigungsschrauben 162a an der inneren Wand 160e be
festigt.
Die FETs 141 bis 144 sind mit Gewindelöchern ausgebildet, in
welche Befestigungsschrauben 165 eingeschoben sind, und sie sind
durch diese Befestigungsschrauben 165 in die
Trägerplatte 162 eingeschraubt, und somit fest mit der Träger
platte 162 verbunden. Das Schaltkreissubstrat 164 ist mit der
FET-Gatter-Treiberschaltung 135 etc. eines Schaltkreissubstrats
155a verbunden, das in einer Sensorabdeckung 155 enthalten ist.
Bei einer elektrischen Servolenkeinrichtung mit der oben be
schriebenen Konstruktion arbeitet die Steuerschaltung 130 in Ü
bereinstimmung mit einem vorbestimmten Programm auf der Basis des
Drehkraftdetektionssignals des Drehkraftsensors 105 und des Fahr
zeuggeschwindigkeitsdetektionssignals vom Fahrzeuggeschwindig
keitssensor 123, und auf der Basis des Ergebnisses dieser Verar
beitung führt die Motortreiberschaltung 131 die Antriebssteuerung
des Motors 117 durch. Durch den Antrieb dieses Motors 117 wird
eine Hilfslenkdrehkraft auf die Ausgabewelle 103 über das Reduk
tionsgetriebe 115 übertragen, wodurch Lenken leicht wird, bei
spielsweise beim Fahren um die Ecke bei niedrigen Geschwindigkei
ten und während des Einparkens.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Steuereinrich
tung 120, die mit der Steuerschaltung 130, der Motortreiberschal
tung 131, der Stromdetektionsschaltung 132 und der Kupplungstrei
berschaltung 133 versehen ist, auf der äußeren Randfläche des Ge
triebegehäuses 150 angeordnet. Daher wird die Verdrahtung zwi
schen den Schaltungen einfach sowie ein Rauscheinfluß wird ver
hindert und die Zuverlässigkeit wird verbessert, wohingegen aber
das Problem des thermischen Einflußes der sich selbst erwärmenden
FETs 141 bis 144 in der Motortreiberschaltung 131 auf die Schal
tungselemente mit Ausnahme dieser FETs 141 bis 144 besteht. In
der vorliegenden Ausführungsform jedoch sind nur die FETs 141 bis
144 in der Kammer 160c des das wärmeerzeugende Element enthalten
den Kammerteils 160 enthalten, das um das Getriebegehäuse 150
herum angeordnet ist, und somit wird kein thermischer Einfluß auf
die anderen Schaltungselemente, die die Steuerschaltung 130, die
Stromdetektionsschaltung 132, die Kupplungstreiberschaltung 133
und die Motortreiberschaltung 131 bilden, ausgeübt.
Da die FETs 141 bis 144 über die Trägerplatte 162 mit einer
hohen Wärmeleitfähigkeit fest mit der inneren Wand 160
verbunden sind, wird die von diesen FETs 141 bis 144 erzeugte
Wärme durch die Trägerplatte 162 zum Getriebegehäuse 150 mit ei
ner hohen Wärmekapazität übertragen, wobei eine Überhitzung der
FETs 141 bis 144 selbst verhindert wird. Da auch das Getriebege
häuse 150, zu dem die Wärme von den FETs 141 bis 144 übertragen
wird, einen großen Kontaktbereich zur Atmosphäre hat, wird die
Wärme sicher in die Atmosphäre abgestrahlt.
Somit kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Schal
tungscharakteristik normal gehalten werden und der Stromwert, der
an den Motor 117 geliefert werden soll, kann auf einen vorbe
stimmten Wert eingestellt werden, ohne daß irgendein thermischer
Einfluß auf die sich selbst erwärmenden FETs 141 bis 144 und an
dere Schaltungselemente, die die Steuereinrichtung 120 bilden,
ausgeübt wird, und somit kann eine elektrisch betriebene Servo
lenkeinrichtung hoher Zuverlässigkeit zur Verfügung gestellt wer
den.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Trägerplatte
162 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit zwischen den FETs 141 bis
144 und der inneren Wand 160e angeordnet ist, so ist dies nicht
zwingend notwendig, da ein ähnlicher Effekt auch durch eine Aus
führungsform erreicht werden kann, bei der die FETs 141 bis 144
direkt an der inneren Wand 160e befestigt sind.
Obwohl die FETs 141 bis 144 als selbsterwärmende Schaltungs
elemente beschrieben wurden, ist dies nicht zwingend notwendig,
da ein ähnlicher Effekt erreicht werden kann, wenn das sich
selbst erwärmende Fehlerrelais 136, die Stromdetektionswiderstän
de RL, RR und die Zusatzspannungsquelle 137 oder der Lade- und
Entladekondensator 138 in einem anderen, wärmeerzeugende Elemente
enthaltenden Teil angeordnet sind.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die FETs 141 bis
144 fest mit der äußeren peripheren Oberfläche des Getriebegehäu
ses 150 verbunden sind, kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden,
wenn die FETs 141 bis 144 fest mit der inneren peripheren Ober
fläche des Getriebegehäuses 150 verbunden sind.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform mit einer Struktur
beschrieben wurde, bei welcher die FETs 141 bis 144 auf dem Ge
triebegehäuse 150 angeordnet sind, kann ein ähnlicher Effekt auch
erreicht werden, wenn die FETs 141 bis 144 fest mit der äußeren
Peripherie oder ähnlichem des Säulengehäuses 158 oder des nicht
gezeigten Zahnstangengehäuses verbunden sind.
Wie oben beschrieben wurde, sind bei der elektrischen Servo
lenkeinrichtung der vorliegenden Ausführungsform die sich selbst
erwärmenden Elemente der Schaltungselemente, die die Schaltungen
der Steuereinrichtung bilden, fest mit der Wandoberfläche des Ge
häuses direkt oder über eine Trägerplatte, die aus einem Material
mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, verbunden, und da
her wird die Wärmemenge, die von den Schaltungselementen erzeugt
wird, zum Gehäuse mit einer hohen Wärmekapazität direkt oder
durch die Trägerplatte übertragen, und somit kann eine übermäßige
Temperaturerhöhung der sich selbsterwärmenden Schaltungselemente
selbst verhindert werden.
Da auch das Gehäuse, zu dem die Wärmemenge von den sich
selbst erwärmenden Schaltungselementen übertragen wird, eine gro
ße Kontaktfläche mit der Atmosphäre aufweist, kann es die Hitze
menge sicher an die Atmosphäre abstrahlen.
Somit kann die vorliegende Erfindung eine elektrische Servo
lenkeinrichtung mit einer hohen Zuverlässigkeit bereitstellen, da
die Schaltungscharakteristik normal gehalten werden kann und der
Stromwert, der an den Elektromotor geliefert wird, immer auf ei
nen vorbestimmten Wert gesetzt werden kann, ohne daß eine thermi
sche Beeinflussung der sich selbst erwärmende Schaltungselemente
und anderer Schaltungselemente, die die Steuereinrichtung bilden,
erfolgt.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Eine das wärmeerzeugende Element enthaltende Kammer 260, die
ein Bestandteil der vorliegenden Erfindung bildet, ist auf der
äußeren Peripherie des Getriebegehäuses an einer rechten oberen,
in Fig. 11 gezeigten Position angebracht.
Diese das wärmeerzeugende Element enthaltende Kammer 260 ist eine
Kammer mit einer flüssigkeitsdichten Struktur, die einen inneren
Raum mit einer im wesentlichen rechtwinkligen, quaderförmigen
Gestalt aufweist, der gebildet wird durch eine Bodenplatte 260a,
die von der äußeren Peripherie des Getriebegehäuses 250 absteht,
einer Seitenwand 260b und einer Deckplatte 260c, die an der äuße
ren Peripherie der Kühlfahne 250a angeordnet ist. Ein Ende eines
Verbindungsteils 260d, das durch die äußere Wand des Getriebege
häuses 250 hindurch ausgebildet ist, öffnet sich in die das wär
meerzeugende Element enthaltende Kammer 260, und die Innenräume
der das wärmeerzeugende Element enthaltenden Kammer 260 und des
Getriebegehäuses 250 stehen durch dieses Verbindungsteil 260d
miteinander in Verbindung.
In der vorliegende Ausführungsform ist Schmieröl 262 im Ge
triebegehäuse 250 eingeschlossen, und ein Reduktionsgetriebe 215
und ein Drehkraftsensor 205, die im Getriebegehäuse 250 enthalten
sind, werden in Öl gebadet, und es wird ebenfalls Schmieröl 262
in das Innere der das wärmeerzeugende Element enthaltenden Kammer
260 geliefert, die mit dem Getriebegehäuse 250 durch das Verbin
dungsteil 260d, wie das in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, in
Verbindung steht. Das Innere des Getriebegehäuses 250 ist herme
tisch abgedichtet durch Dichtungen 251c und 251d.
Weiterhin ist ein Schaltkreissubstrat 255a, das eine Steuer
einrichtung 220 bildet, fest im Trägerteil 250b des Getriebege
häuses 250 befestigt und alle Schaltungselemente, die die Steuer
schaltung 130, die Stromdetektionsschaltung 132 und die Kupp
lungstreiberschaltung 133, wie in Fig. 5 gezeigt bilden, sind
darin enthalten, und wenn man die Motortreiberschaltung 131 be
trachtet, so sind die Schaltungselemente mit Ausnahme der vier
FETs 141 bis 144, die die H-Brückenschaltung 134 bilden, hierin
enthalten.
Die FETs 141 bis 144, die nicht mit dem Schaltkreissubstrat
255a verbunden sind, haben Anschlüsse, die jeweils mit einem
Schaltkreissubstrat 264 verbunden sind, das im Eingriff mit einer
inneren Wand der das wärmeerzeugende Element enthaltendenden Kam
mer 260 steht und an ihr befestigt ist,
wie das in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, und sie sind in ei
nem Zustand angeordnet, in welchem sie durch ein Befestigungsteil
265 an der Bodenplatte 260a in der das wärmeerzeugende Element
enthaltenden Kammer 260 befestigt sind. Das Schaltkreissubstrat
264 ist mit der Gate-Treiberschaltung 135, etc. des Schaltkreis
substrates 255a verbunden, das in einer Sensorabdeckung 255 ent
halten ist. Eine Verbindungsöffnung 264a ist in der Oberfläche
des Schaltkreissubstrats 264 ausgebildet. Wie vorstehend be
schrieben, wird das Schmieröl 262, das im Getriebegehäuse 250
eingeschlossen ist, durch die Öffnung des Verbindungsteils 260d
auch in die das wärmeerzeugende Element enthaltende Kammer 260
geliefert, wodurch das Schmieröl 262 in der das wärmeerzeugende
Element enthaltenden Kammer 260 durch das Verbindungsloch 264a im
Schaltkreissubstrat 264 in das gesamte innere Gebiet der das wär
meerzeugende Element enthaltenden Kammer 260 gelangt, wobei auch
die FETs 141 bis 144 in das Schmieröl 262 eingetaucht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist auch, wie in Fig. 13
gezeigt, das Schmieröl 262 im Getriebegehäuse 250 eingeschlossen
und ein Schneckenrad 252 und eine Schnecke 217b, die das Redukti
onsgetriebe 215 bilden, werden in Öl gebadet, wodurch der Ein
griff der Schnecke 217b und des Schneckenrades 252 immer sanft
gehalten wird und somit eine Hilfslenkkraft, die übereinstimmt
mit einer Lenkdrehkraft, zuverlässig übertragen werden kann.
Da auch die Steuereinrichtung 120, die mit der Steuerschal
tung 130, der Motortreiberschaltung 131, der Stromdetektions
schaltung 132 und der Kupplungstreiberschaltung 133 versehen ist,
fest im Getriebegehäuse 260 angeordnet ist, wird die Verdrahtung
zwischen den Schaltungen einfach, der Einfluß von Rauschen wird
verhindert und die Zuverlässigkeit wird verbessert, aber es be
steht das Problem der thermischen Beeinflussung der FETs 141 bis
144, die die wärmeerzeugenden Elemente der Motortreiberschaltung
131 darstellen, und der um sie herum angeordneten Schaltungsele
mente durch die Wärmeerzeugung der FETs 141 bis 144. In der e
lektrischen Servolenkeinrichtung der vorliegenden Erfindung wird
jedoch das Schmieröl
262, das im Getriebegehäuse 250 eingeschlossen ist, in die
das wärmeerzeugende Element enthaltende Kammer 260 durch das
Verbindungsteil 260d geführt, wobei nur die FETs 141 bis 144
in dieser das wärmeerzeugende Element enthaltenden Kammer 260
enthalten sind, die dann in das Schmieröl 262 getaucht werden
und somit beeinflußt die Wärmeerzeugung nicht die anderen
Schaltungselemente, die die Steuerschaltung 130, die Stromde
tektionsschaltung 132, die Kupplungstreiberschaltung 133 und
die Motortreiberschaltung 131 bilden. Die durch die FETs 141
bis 144 erzeugte Wärme gelangt in Kontakt mit dem Schmieröl
262, das eine hohe Wärmekapazität aufweist, und wird somit
sicher an das Schmieröl 262 abgegeben, und somit kann ein
übermäßiger Temperaturanstieg der FETs 141 bis 144 verhindert
werden. Somit kann der an den Motor 217 gelieferte Stromwert
immer auf einen vorbestimmten Wert gesetzt werden, und somit
kann eine elektrische Servolenkeinrichtung mit einer hohen
Zuverlässigkeit zur Verfügung gestellt werden.
Da auch die Kühlfahne 250a auf der äußeren Wand der das
wärmeerzeugende Element enthaltenden Kammer 260 angebracht
ist und da die Kühlfahne 250a während des Betriebs des Fahr
zeugs in Kontakt mit der Atmosphäre kommt, wodurch das
Schmieröl 262 in der das wärmeerzeugende Element enthaltenden
Kammer 260 gut gekühlt wird, kann die Wärmeabstrahlung der
FETs 141 bis 144, die sich in der das wärmerezugende Element
enthaltenden Kammer 260 befinden, wirksamer durchgeführt wer
den.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die FETs 141
bis 144 als wärmeerzeugende Elemente beschrieben wurden, ist
das nicht einschränkend zu verstehen, da eine ähnliche Funk
tionsweise erreicht werden kann, sogar wenn beispielsweise
das Fehlerrelais 136, die Stromdetektionswiderstände RL, RR
und die Zusatzspannungsquelle 137 oder der Lade- und Entlade
kondensator 138, die Wärme erzeugen können, einzeln in der
das wärmeerzeugende Element enthaltenden Kammer 260 enthalten
sind.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform im Hinblick auf
eine elektrische Servolenkeinrichtung des Säulenkraftverstär
kertyps beschrieben wurde, ist dies nicht einschränkend zu
verstehen, da eine ähnliche Wirkungsweise erzielt werden kann,
sogar wenn die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Servo
lenkeinrichtung mit einer Zahnstange und einem Zahnrad angewandt
wird.
Wie oben beschrieben wurde, ist in der elektrischen Servo
lenkeinrichtung der vorliegenden Ausführungsform das Schmieröl im
Getriebegehäuse eingeschlossen und das Reduktionsgetriebe wird in
Öl gebadet, wodurch der Eingriff der Ausgabewelle und der Ausga
bewelle des Elektromotors mit dem Reduktionsgetriebe wird immer
sanft gehalten wird, und somit ist es möglich, eine Hilfslenk
kraft entsprechend einer Lenkkraft zuverlässig auf die Ausgabe
welle zu übertragen und zur gleichen Zeit das Schmieröl so zu
leiten, daß es den Innenraum der Behälterkammer füllt. Da die
Schaltungselemente der Steuereinrichtung, die eine hohe Wärmemen
ge erzeugen, in dieser Behälterkammer enthalten sind, während sie
in das Schmieröl getaucht werden, beeinflußt die erzeugte Wärme
nicht die anderen Schaltungselemente der Steuereinrichtung. Die
Wärme der in der Behälterkammer enthaltenen Schaltungselemente
gelangt in Kontakt mit dem Schmieröl, das eine hohe Wärmekapazi
tät aufweist, und wird somit sicher an das Schmieröl abgegeben.
Dadurch kann der übermäßige Temperaturanstieg der Schaltungsele
mente verhindert werden.
Somit kann die vorliegende Erfindung den an den Elektromotor
gelieferten Stromwert immer auf einem vorbestimmten Wert halten,
und sie kann somit eine elektrische Servolenkeinrichtung hoher
Zuverlässigkeit zur Verfügung stellen.
Es wird nachfolgend nochmals eine andere Ausführung der vor
liegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Zeich
nungen beschrieben.
Fig. 14 ist eine Vorderansicht einer elektrischen Servolenk
einrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt. Fig. 15 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der
wesentlichen Teile der in Fig. 14 gezeigten Einrichtung. Fig. 16
ist eine Querschnittsansicht derselben Einrichtung entlang der
Linie XVIII-XVIII der Fig. 15. Fig. 17 ist eine Querschnittsan
sicht derselben Vorrichtung entlang der Linie XIX-XIX von Fig.
16.
In Fig. 14 umfaßt ein Gehäuse 401 einen Gehäusekörper 401a
und eine Röhre 401b, die miteinander verbunden sind. Eine Einga
bewelle 411, deren eines Ende mit einem nicht gezeigten Lenkrad
verbunden ist, ist in die Röhre 401b eingesteckt. Die Eingabewel
le 411 ist mit einer Ausgabewelle 413 durch eine Drehstabfeder
412 (Fig. 16) im Gehäusekörper 401a verbunden. Die elektrische
Servolenkeinrichtung 400 ist so ausgeführt, daß sie über eine
Schelle 415, die im Zentrum der Röhre 401b montiert ist und über
eine Schelle 414, die auf dem Gehäusekörper 401a montiert ist, in
einem Fahrzeug montiert werden kann.
In Fig. 16 ist ein Ende des Gehäusekörper 401a durch eine
Gehäuseabdeckung 402 geschlossen und die Ausgabewelle 413, die
mit der Eingabewelle 411 durch die Drehstabfeder 412 verbunden
ist, ist in eine in der Gehäuseabdeckung 402 eingeformte Öffnung
402a eingeschoben. Die Ausgabewelle 413 wird durch Lager 403 und
404 drehbar im Bezug auf die Gehäuseabdeckung 402 abgestützt. Ei
ne (nicht gezeigte) Zahnstange, die beispielsweise eine konventi
onelle Zahnstangenlenkung bildet, ist mit dem linken Endteil der
Ausgabewelle 413 verbunden. Somit kann eine Lenkdrehkraft, die
durch den Fahrer, der das Lenkrad dreht, erzeugt wird, über die
Eingabewelle 411, die Drehstabfeder 412, die Ausgabewelle 413 und
die Zahnstangenlenkeinrichtung auf ein nicht gezeigtes gelenktes
Rad übertragen werden.
Ein koaxial und drehbar mit der Ausgabewelle 413 verbundenes
Schneckenrad 405 ist nahe dem rechten Ende der Ausgabewelle 413
befestigt und befindet sich im Eingriff mit einer Schnecke 407,
die auf der drehenden Welle eines Elektromotors 406 ausgebildet
ist. Weiterhin ist ein Stift 413a in das rechte Endteil der Aus
gangswelle 413 eingedrückt, um diametral nach außen aus ihr vor
zustehen. Das äußere Endteil dieses Stiftes 413a ist in einen
länglichen Einschnitt 411b, der in einem Schieber 411a (der drei
Röhren umfaßt) ausgebildet ist, eingeschoben und der so befestigt
ist, daß er eine Verschiebung in axialer Richtung und der Rotati
onsrichtung relativ zur Eingabewelle 411 gestattet, und der eine
Breite aufweist, die etwas größer ist, als die des Stiftes 413a.
Somit sind die Ausgabewelle 413 und der Schieber 411a in Rotati
onsrichtung fest zueinander aber in axialer Richtung innerhalb
des Bereiches des länglichen Einschnitts 411b relativ zueinander
verschiebbar.
Der Schieber 411a wird normalerweise durch eine Feder 411c
vom Schneckenrad 405 aus nach rechts gedrückt, wie das in Fig. 16
gezeigt ist. Ein spiralförmiger Einschnitt 411d, der bezüglich
der Eingabewelle geneigt ist, ist in der äußeren peripheren Ober
fläche der Eingabewelle 411 ausgebildet, und eine Kugel 411f aus
Stahl ist rollbar im Spiraleinschnitt 411d enthalten. Ein Ein
schnitt 411g, der sich über den gesam
ten Kreisumfang des Schiebers 411a erstreckt, ist in der äußeren
Peripherie des Schiebers 411a ausgebildet.
In den Fig. 16 und 17 ist im oberen Teil des Gehäuses
401a eine Öffnung 401c ausgebildet, und ein Potentiometer 420,
das einen Detektor darstellt, ist in die Öffnung 401c eingepaßt.
Das Potentiometer 420 ist fest auf einer Trägerplatte 421 für die
ECU 422 montiert, die eine Steuereinrichtung darstellt. Obwohl
dies in den Fig. 16 und 17 nicht gezeigt ist, so ist eine
Schaltung zur passenden Steuerung des Motors 406 auf der Basis
einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Lenkkraft in der ECU 422
vorgesehen. Die nicht gezeigte Energieversorgungsleitung und die
Signalleitung des Potentiometers 420 sind direkt mit dem Substrat
dieser Schaltung verbunden.
Das Potentiometer 420 besitzt eine drehbare Welle 420a, die
einen Arm 420b aufweist, der an einem ihrer Enden montiert ist.
Ein Vorsprung 420c ist am anderen Ende des Arms 420b befestigt
und das Spitzenende des Vorsprungs 420c ist drehbar in einem Ein
schnitt 411g in der äußeren Peripherie des Schiebers 411a durch
ein Lager befestigt. Durch diese Konstruktion können der Arm 420b
und die drehbare Welle 420 mit der Bewegung des Schiebers 411a
bewegt werden. Das Potentiometer ist so ausgestaltet, daß es ein
elektrisches Signal mit einem Betrag, der dem Rotationswinkel der
drehbaren Welle 420a entspricht, ausgibt.
Die Funktion der vorliegenden Ausführungsform wird nachfol
gend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei an
genommen, daß das Fahrzeug sich in seinem geradlinigen Fahrzu
stand befindet und keine Lenkdrehkraft erzeugt wird, so tritt
keine Drehung zwischen der Eingabewelle 411 und der Ausgabewelle
413 auf, und somit wird keine axiale Kraft im Schieber 411a er
zeugt. Somit entscheidet in diesem Fall die ECU, daß im Lenksys
tem keine Lenkdrehkraft erzeugt wird, und sie sendet kein An
triebssignal an den Elektromotor 406. Somit wird keine Hilfslenk
drehkraft auf die Ausgabewelle 413 ausgeübt.
Als nächstes wird, wenn das Lenkkrad gedreht wird und eine
Rotationskraft in der Eingabewelle 411 erzeugt wird, die
Rotationskraft über die Drehstabfeder 412 auf die Ausgabewelle
413 übertragen. Zu dieser Zeit wird eine Reaktionskraft oder der
gleichen, die das gelenkte Rad von der Straßenoberfläche em
pfängt, in der Ausgabewelle 413 erzeugt, und somit wird die Dreh
stabfeder 412 zwischen der Eingabewelle 411 und der Ausgabewelle
413 verdreht, wobei eine relative Rotation erzeugt wird, bei wel
cher die Ausgabewelle 413 verzögert wird.
Die Kugel 411f ist rollbar im Schieber 411 enthalten, fest
verbunden mit der Ausgabewelle 413 in der Rotationsrichtung und
dem Spiraleinschnitt 411d der Eingabewelle 411, und somit bewegt
sich, wenn eine relative Drehung zwischen der Eingabewelle 411
und dem Schieber 411a auftritt, der Schieber 411a in seiner axia
len Richtung in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel des Spi
raleinschnitts 411d. Wenn sich der Schieber 411a in seiner axia
len Richtung in Übereinstimmung mit der relativen Drehung zwi
schen der Eingabewelle 411 und der Ausgabewelle 413 bewegt,
schwenkt der Arm 420b des Potentiometer 420 um einen Betrag, der
dem Betrag der Bewegung des Schiebers entspricht, und es wird ein
elektrisches Signal mit einem Betrag, der dem Betrag der Drehbe
wegung entspricht, vom Potentiometer 420 ausgegeben. Die ECU 422
empfängt das Ausgangssignal vom Potentiometer 420 als Eingangs
signal, wandelt es in einen Betrag von Drehkraft zwischen der
Eingabewelle 411 und der Ausgabewelle 413 um, und gibt ein ent
sprechendes Antriebssignal an den Elektromotor 406.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind das Potentiometer
420 und die ECU 422 integral miteinander ausgebildet, und somit
wird ein dazwischenliegender Kabelbaum oder ähnliches, der die
beiden verbindet, überflüssig, womit die Zahl der Teile und die
Zahl der Herstellungsschritte vermindert werden kann. Auch wird
die Fehlermöglichkeit, bei der ein Werkzeug während des Zusammen
baus mit dem Kabelbaum zusammenstößt und dabei den Kabelbaum zer
bricht, vermieden.
Fig. 18 ist eine Querschnittsansicht ähnlich der Fig. 17,
die aber eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt. Diese Ausführungsform wird nur insoweit beschrieben, als
sie sich von der vorherigen Ausführungsform
unterscheidet. In Fig. 18 ist auch ein Potentiometer 520 im Quer
schnitt gezeigt. Die Rotationswelle 520a des Potentiometers 520
steht mit ihrem oberen Teil bis zur oberen Oberfläche des Poten
tiometers vor, wobei dessen obere Oberfläche mit einer Vertiefung
520d ausgebildet ist, in welche die Spitze eines Werkzeugs, bei
spielsweise eines Schraubenziehers, eingeschoben werden kann. Das
Potentiometer 520 enthält eine Feder 520e, und die Feder 520e
drückt die Rotationswelle 520a in eine Rotationsrichtung.
Andererseits ist eine Öffnung 522a in dem Teil der oberen
Oberfläche eines Gehäuses für die ECU 522 ausgebildet, der sich
auf der Ausweitung der Rotationswelle 520a befindet, und ein
staubdichtes Deckelteil 523 schließt die Öffnung 522a.
Da, wie oben beschrieben, die Rotationswelle 520a in eine
Rotationsrichtung gedrückt wird, so nimmt das Potentiometer 520a
in seinem freien Zustand eine Position ein, bei der die Position
eines Vorsprungs 520c am Spitzenende eines Armes 520b stark ab
weicht von der ursprünglichen Befestigungsposition. Somit muß,
wenn das Potentiometer in die Einrichtung eingebaut werden soll,
sein Körper stark gedreht werden, um so den Vorsprung in einen
Schlitz 411g im Schieber zu stecken und den Zusammenbau durchzu
führen, und nach dem Zusammenbau muß das Potentiometer weiter ge
dreht werden, wodurch seine elektrische Neutralität erzielt wer
den kann. Wenn jedoch das Potentiometer integral mit der ECU aus
geführt wird, so gibt es einen Fall, bei dem wie im Stand der
Technik das Potentiometer, das heißt, die ECU durch die Beein
flussung von den es umgebenden Teilen (beispielsweise durch ein
Getriebegehäuse) nicht frei gedreht werden kann. So wird, wie das
bei der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist, ein Werkzeug
durch die Öffnung 522a in die obere Oberfläche des Gehäuses für
die ECU 522 während des Zusammenbaus eingesteckt, und es wird nur
die Rotationswelle 520a des Potentiometers 520 gedreht, so daß
deren Vorsprung in den Schlitz des Schiebers eingeschoben werden
kann, wodurch der Zusammenbau des Potentiometers einfach wird.
Wenn es etwas Platz hat zwischen der ECU und dem sie umge
benden Teil, kann die ECU mit dem Potentiometer nach dem Zusam
menbau leicht gedreht werden, um so leicht die elektrische Neut
ralität des Potentiometers zu erreichen. Fig. 19 ist eine Auf
sicht ähnlich wie Fig. 15, die aber nochmals eine weitere Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 19 sind
Schlitze 622a im Befestigungsteil der ECU 622 ausgebildet, und
die ECU 622 wird während des Zusammenbaus gedreht, um eine Neut
ralitätsjustierung durchzuführen, wonach die ECU 622 durch
Schrauben 622b befestigt werden kann. Die Schlitze 622a und die
Schrauben 622b bilden zusammen die Montagevorrichtung.
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm das nochmals eine weitere Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein ECU-
Berechnungsteil 701 und ein Potentiometer 703 sind durch eine
Neutralitätskorrekturschaltung 702 miteinander verbunden. Abhän
gig von der Umgebung, in der die ECU montiert wird, tritt ein
Fall auf, bei dem die ECU wie bei der vorherigen Ausführungsform
nicht einmal ein wenig gedreht werden kann. Da das Potentiometer
und die ECU integral zueinander ausgeführt sind, so kann das Po
tentiometer allein nicht gedreht werden, um seine elektrische
Neutralität zu erhalten. So wird in der vorliegenden Ausführungs
form die neutrale Position der Lenkung (keine Lenkdrehkraft) und
das Nullsetzen des Potentiometers 703 elektrisch durch die Neut
ralitätsspannungskorrekturschaltung 702 erzielt. Betrachtet man
die Neutralitätsspannungskorrekturschaltung 702, so ist deren
Wert durch eine (nicht gezeigte) Öffnung im Gehäuse der ECU ein
stellbar. Die Neutralitätsspannung wird durch eine Veränderung
des Betrags der Offsetspannung erreicht. In diesem Fall kann,
wenn die Öffnung nach der Neutralitätsjustierung versiegelt wird,
verhindert werden, daß die Neutralitätseinstellung versehentlich
verstellt wird.
Bei der elektrisch betriebenen Servolenkeinrichtung der vor
liegenden Erfindung ist der Detektor integral in das Befesti
gungsteil eingeschlossen, und somit kann auf einen dazwischen an
geordneten Kabelbaum zur Verbindung der beiden verzichtet werden,
wodurch die Zahl der Bauteile und die Zahl
der Herstellungsschritte vermindert werden kann. Es wird auch ein
Bruch des Kabelbaums durch ein Werkzeug, das ihn während des Zu
sammenbau unabsichtlich berührt, verhindert, und somit wird die
Zuverlässigkeit verbessert.
Claims (7)
1. Elektrische Servolenkeinrichtung mit:
einem Gehäuse (15; 150; 250; 401), einem Elektromotor (13; 117; 217; 406), der am Gehäuse (15; 150; 250; 401) befestigt ist zur Erzeugung einer Hilfslenkdrehkraft,
einer an dem Gehäuse (15; 150; 250; 401) vorgesehenen Steuereinrichtung (18; 120; 422; 522; 701) mit einer Steuerschaltung (19; 130) und einer Treiberschaltung (20; 131) zur Ansteuerung des Elektromotors (13; 117; 217; 406),
einem Lenkkraftdetektor (11; 105; 420; 703) zur Detektion einer Lenkdrehkraft, die in ein Lenksystem eingegeben wird, wobei die Steuerschaltung (19; 130) einen Stromwert für den Elektromotor (13; 117; 217; 406) auf der Basis des Detektionssignals vom Lenkkraftdetektor (11; 105; 420; 703) festlegt und die Treiberschaltung (20; 131) den Elektromotor (13; 117; 217; 406) mit einem Antriebsstrom versorgt, der durch die Steuerschaltung (19; 130) festgesetzt wurde,
sowie einem Reduktionsgetriebemechanismus (12; 115; 215) zwischen Elekt romotor (13; 117; 217; 406) und dem Lenksystem,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (19; 130) und zumindest Teile der Treiberschaltung (20; 131) integral auf einem flexiblen Schaltkreissubstrat (21; 155a; 255a) angeordnet sind, das außenseitig das Gehäuse (15; 150; 250; 401) umgebend angeordnet ist, wobei das Schaltkreissubstrat (21; 155a; 255a) so verformt wird, daß es einen Teil der äußeren Oberfläche des Gehäuses (15; 150; 250; 401) entlang der Form der äußeren Oberfläche bedeckt.
einem Gehäuse (15; 150; 250; 401), einem Elektromotor (13; 117; 217; 406), der am Gehäuse (15; 150; 250; 401) befestigt ist zur Erzeugung einer Hilfslenkdrehkraft,
einer an dem Gehäuse (15; 150; 250; 401) vorgesehenen Steuereinrichtung (18; 120; 422; 522; 701) mit einer Steuerschaltung (19; 130) und einer Treiberschaltung (20; 131) zur Ansteuerung des Elektromotors (13; 117; 217; 406),
einem Lenkkraftdetektor (11; 105; 420; 703) zur Detektion einer Lenkdrehkraft, die in ein Lenksystem eingegeben wird, wobei die Steuerschaltung (19; 130) einen Stromwert für den Elektromotor (13; 117; 217; 406) auf der Basis des Detektionssignals vom Lenkkraftdetektor (11; 105; 420; 703) festlegt und die Treiberschaltung (20; 131) den Elektromotor (13; 117; 217; 406) mit einem Antriebsstrom versorgt, der durch die Steuerschaltung (19; 130) festgesetzt wurde,
sowie einem Reduktionsgetriebemechanismus (12; 115; 215) zwischen Elekt romotor (13; 117; 217; 406) und dem Lenksystem,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (19; 130) und zumindest Teile der Treiberschaltung (20; 131) integral auf einem flexiblen Schaltkreissubstrat (21; 155a; 255a) angeordnet sind, das außenseitig das Gehäuse (15; 150; 250; 401) umgebend angeordnet ist, wobei das Schaltkreissubstrat (21; 155a; 255a) so verformt wird, daß es einen Teil der äußeren Oberfläche des Gehäuses (15; 150; 250; 401) entlang der Form der äußeren Oberfläche bedeckt.
2. Elektrische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1 mit einer Eingabewelle (3;
102; 202; 411), auf die eine Lenkdrehkraft von einem Lenkrad eingegeben wird, einer
Ausgabewelle (4; 103; 203; 413), zu der die Lenkdrehkraft von der Eingabewelle (3;
102; 202; 411) übertragen wird, und einem Hilfslenkdrehkraftübertragungsmechanis
mus zur Übertragung einer Hilfslenkdrehkraft, die von einem Elektromotor (13; 117;
217; 406) erzeugt wird, die in dem Gehäuse (15; 150; 250; 401) angeordnet sind, da
durch gekennzeichnet, daß zumindest ein sich selbst erwärmendes Schaltungsele
ment der Schaltungselemente, die die Schaltung der Steuereinrichtung (18; 120;
422; 522; 701) bilden, integral an der Wandoberfläche des Gehäuses direkt oder über
eine Befestigungsplatte (162), die aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
hergestellt ist, befestigt ist.
3. Elektrische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß Schmieröl im Getriebegehäuse (250) enthalten ist, um das Redukti
onsgetriebe (215) in Öl zu tauchen, das eine Behälterkammer (260), die mit dem Inne
ren des Getriebegehäuses (250) verbunden ist, und deren innerer Raum mit dem
Schmieröl gefüllt ist, an einer äußeren peripheren Position des Getriebegehäuses
(250) vorgesehen ist, und daß zumindest ein Schaltungselement der Schaltungsele
mente, die die Schaltung der Steuereinrichtung bilden, und das eine große Menge
Wärme erzeugt, in der Behälterkammer (260) enthalten ist.
4. Elektrische Servolenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Detektor in dem Gehäuse montiert ist zur Detektion einer
Drehkraft, die auf die Lenkwelle ausgeübt wird, das die Treiberschaltung in dem Ge
häuse montiert ist zur Ansteuerung des Motors in Übereinstimmung mit der durch den
Detektor detektierten Drehkraft, und daß das Gehäuse mit einer Fahne (150a; 250a,)
für die Hitzeabstrahlung im Bereich des Motors und/oder der Treiberschaltung ausge
bildet ist.
5. Elektrische Servolenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Detektor (420) eine Rotationswelle (420a) aufweist, die in
Übereinstimmung mit einer Drehkraft, die auf die Lenkwelle ausgeübt wird, drehbar ist
zur Erfassung des Betrages der Rotation der Rotationswelle (420a) und dadurch der
Drehkraft,
die Steuereinrichtung (422) den Motor in Übereinstimmung mit der durch den Detektor
detektierten Drehkraft steuert, wobei der Detektor (420) integral in die Steuereinrich
tung (422) eingeschlossen ist und eine Befestigungsvorrichtung (421) zur drehbaren
Befestigung der Steuereinrichtung (422) relativ zu der Rotationswelle (420a) des De
tektors vorgesehen ist.
6. Elektrische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß die Rotationswelle (520a) des Detektors in eine Rotationsrichtung gedrückt
wird, wobei die Steuereinrichtung (522) von einem Gehäuse umgeben ist, das mit ei
ner Öffnung (522a) ausgebildet ist, in welcher ein Werkzeug zum Drehen der Rota
tionswelle (520a) des Detektors von außen einschiebbar ist.
7. Elektrische Servolenkeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß der Detektor (703) so ausgebildet ist, daß er ein elektrisches Signal erzeugt,
das der detektierten Drehkraft entspricht und eine Neutralitätsspannungskorrektur
schaltung (702), die eine variable Widerstandsvorrichtung aufweist zur Erzielung einer
elektrischen Neutralität in dem Detektor (703) zwischen dem Detektor (703) und der
Steuereinrichtung (701) angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung von einem Ge
häuse umgeben ist, das mit einer Öffnung zur Einstellung der variablen Widerstands
vorrichtung von außen ausgebildet ist, wobei die Öffnung nach dem Einstellen der va
riablen Widerstandsvorrichtung hermetisch versiegelt wird.
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