DE19956713A1 - Elektrische Servolenkvorrichtung - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine elektrische Servolenkvorrichtung, bei der die Erzeugung einer übermäßigen Belastung in einem Zahnstangen- und -Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus verhindert werden kann, die Entstehung von Klappergeräusch unterdrückt werden kann und der Einfluß einer Reibungskraft des Motors reduziert werden kann. Die elektrische Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus (4) zum Umwandeln einer Drehbewegung eines Lenkrads in eine lineare Bewegung durch Eingriff zwischen einer Ritzelwelle (6) und einer Zahnstangenwelle (13) sowie einen Motor zum Unterstützen einer von einem Fahrer auf das Lenkrad ausgeübten Lenkkraft, wobei es sich bei dem Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus (4) um einen mit Abrolleinrichtung handelt und wobei ein elastischer Körper (10) in eine von der Ritzelwelle zu einer Ausgangswelle des Motors führende Strecke des Mechanismus eingesetzt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Verbesserungen bei der Arbeitsweise einer elektrischen Servolenkvor­ richtung zum Unterstützen einer für einen Lenkvorgang eines Fahrzeugs erforderlichen Kraft mit Hilfe einer Rotationskraft eines Elektromotors.

Als Servolenkvorrichtung eines Fahrzeugs, die zum Unterstützen einer Lenkkraft verwendet wird, ist eine elektrische Servolenkvorrichtung bekannt, die derart ausgebildet ist, daß sie die von einem Fahrer auf ein Lenkrad ausgeübte Lenkkraft unter Verwendung einer Rota­ tionskraft eines Elektromotors (der im folgenden kurz als "Motor" bezeichnet wird) unterstützt.

Ein Beispiel dieser Art von elektrischer Servolenkvor­ richtung ist eine Servolenkvorrichtung, die einen Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus zum Umwandeln einer Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung verwendet, wie dies in der japanischen Patent­ veröffentlichung (KOUKOKU) Nr. Hei. 7-25311 offenbart ist.

Fig. 1 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht unter Dar­ stellung eines herkömmlichen Zahnstangen-und-Ritzel- Bewegungsumwandlungsmechanismus. Bei diesem Mechanismus sind Ritzelzähne 86a auf einer Außenumfangsfläche eines Endbereichs einer Ritzelwelle 86 ausgebildet. Ein Abfla­ chungsbereich ist in der Nähe des einen Endes einer Zahnstangenwelle 81 in axialer Längsrichtung ausgebildet, und Zahnstangenzähne 81a sind über die ge­ samte Länge dieses Abflachungsbereichs ausgebildet. Die Ritzelzähne 86a und die Zahnstangenzähne 81a stehen mit­ einander in Eingriff, so daß eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt wird. Maßnahmen zum Konstanthalten einer Lenkkraft trotz eines Elektromotors mit relativ geringer Rotationsausgangsleistung sind in einer derartigen Weise getroffen, daß die Zahnstan­ genzähne 81a derart angeordnet sind, daß ein Verzah­ nungsverhältnis zu den Ritzelzähnen 86a in einer Posi­ tion, in der sich das Fahrzeug in gerader Richtung be­ wegt, niedrig wird und dieses Verzahnungsverhältnis in einer Position groß wird, in der ein großer Lenkwinkel vorhanden ist.

Bei dem vorstehenden Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungs­ umwandlungsmechanismus wird die Zahnstangenwelle 81 durch eine Betätigungskraft einer Schraubenfeder 89 mit Druck beaufschlagt, die an einem Ende eines Druckbeauf­ schlagungselements 80 in einer nahezu zylindrischen Ein­ richtung anliegt, so daß der Eingriff zwischen den Zahn­ stangenzähnen 81a und den Ritzelzähnen 86a aufrechter­ halten bleibt. Durch diesen Eingriff wird eine Rotation der Ritzelwelle 86 in einem lineare Bewegung der Zahn­ stangenwelle 81 in Richtung der axialen Länge umgewan­ delt, und das Druckbeaufschlagungselement 80 führt eine Gleitbewegung entlang der Außenumfangsfläche der Zahn­ stangenwelle 81 aus. Bei dieser Konstruktion tritt somit ein erheblicher Abrieb der Gleitoberfläche auf, so daß die Druckbeaufschlagungskraft (Vorspannkraft) der Schraubenfeder 89 begrenzt ist. Die elektrische Servo­ lenkvorrichtung, bei der es sich beispielsweise um eine elektrische Servolenkvorrichtung vom Typ mit Ritzel­ unterstützung handelt, bei der ein relativ großes Dreh­ moment auf eine Ritzelwelle aufgebracht wird, besitzt somit einen Mangel dahingehend, daß eine erforderliche Druckbeaufschlagungskraft nicht erzielt werden kann und ein anormales Geräusch, wie zum Beispiel ein Klapperge­ räusch, von dem Umfang der Eingriffsfläche der Ritzel­ zähne 86a und der Zahnstangenzähne 81a erzeugt wird.

Bei der elektrischen Servolenkvorrichtung ist im allge­ meinen eine Drehwelle eines Lenkrads durch ein Gelenk mit einer Ritzelwelle eines Zahnstangen-und-Ritzel- Bewegungsumwandlungsmechanismus verbunden. Die elektri­ sche Servolenkvorrichtung beinhaltet eine Servolenkvor­ richtung vom Säulen-Typ, bei der ein Motor und ein Untersetzungsmechanismus des Motors näher bei der Seite des Lenkrads angeordnet sind als das Gelenk, sowie eine elektrische Servolenkvorrichtung vom Ritzel-Typ, bei der ein Motor und ein Untersetzungsmechanismus des Motors näher bei der Seite eines Zahnstangen-und-Ritzel-Mecha­ nismus angeordnet sind, als das Gelenk.

Bei steigender Ausgangsleistung einer elektrischen Ser­ volenkvorrichtung tritt ein Problem dahingehend auf, daß die Größe des Motors aufgrund der Auslegung und derglei­ chen begrenzt ist und auch die Ausgangsleistung des Motors begrenzt ist. Zur Lösung des vorstehend genannten Problems wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Effizienz eines mechanischen Systems, insbesondere eines Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus, erhöht wird, um die Effizienz des Motors in effektiver Weise zu nutzen. Für ein solches Verfahren mit einem Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus ist eine Technik verwendet worden (die nachfolgend als "Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung oder vom Abroll-Typ" bezeichnet wird), die eine drehbare Rolle als Druckkissenbereich verwendet, um eine Zahnstangenwelle gegen eine Ritzel­ welle zu drücken. Bei dem Zahnstangen-und-Ritzel-Bewe­ gungsumwandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung kann in solchen Fällen, in denen eine beträchtliche Last zwischen der Zahnstangenwelle und der Ritzelwelle aufge­ bracht wird, der mechanische Wirkungsgrad stark ver­ bessert werden.

In Fällen, in denen der Zahnstangen-und-Ritzel-Bewe­ gungsumwandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung mit der elektrischen Servolenkvorrichtung vom Säulen-Typ oder mit der elektrischen Servolenkvorrichtung vom Ritzel-Typ kombiniert wird, wird jedoch aufgrund der Tatsache, daß der Motor im Vergleich zu anderen herkömm­ lichen elektrischen Servolenkvorrichtungen nicht auf einen Rückschlag bzw. eine Rückwirkung von einer Fahr­ bahnoberfläche anspricht, eine übermäßige Last auf den Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus aufgebracht.

Da ferner in diesem Fall die Dämpfung einer Rückschlag­ kraft gegenüber einem herkömmlichen Gleitsystem geringer ist, da die Wälz- bzw. Abrollbewegung auf der Gleit­ fläche auftritt, besteht ein Problem dahingehend, daß eine Neigung zu einem Klappergeräusch besteht.

Ferner besteht in diesem Fall ein weiteres Ziel bei der Verwendung des Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwand­ lungsmechanismus mit Abrolleinrichtung darin, die Rad­ rückstelleigenschaft sowie ein das Geradeauslauf-Gefühl durch Reduzieren der Reibungskraft zu verbessern. Da jedoch der Einfluß einer Reibungskraft eines Motors größer ist als eine Verbesserung durch den Zahnstangen-und-Rit­ zel-Bewegungsumwandlungsmechanismus mit Abroll­ einrichtung, besteht ein Problem dahingehend, daß die genannte Verbesserung nicht in dem Ausmaß erzielt werden konnte, daß das genannte Ziel erreicht wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer elektrischen Servolenkvorrichtung, bei der die Entstehung einer übermäßigen Last in einem Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus verhindert werden kann, die Entstehung eines Klapperge­ räuschs unterdrückt werden kann und der Einfluß der Rei­ bungskraft eines Motors vermindert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale, wie sie in Anspruch 1 angegeben sind.

Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Ser­ volenkvorrichtung mit einem Zahnstangen-und-Ritzel- Bewegungsumwandlungsmechanismus zum Umwandeln einer Drehbewegung eines Lenkrads in eine lineare Bewegung durch Eingriff zwischen einer Ritzelwelle und einer Zahnstangenwelle, sowie mit einem Motor zum Unterstützen einer von einem Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachten Lenkkraft, wobei es sich bei dem Zahnstangen-und-Rit­ zel-Bewegungsumwandlungsmechanismus um einen mit Abroll­ einrichtung bzw. um einen Zahnstangen-und-Ritzel-Bewe­ gungsumwandlungsmechanismus mit Andrückeingriff durch Abrolleinrichtung handelt und wobei ein elastischer Kör­ per in eine von der Ritzelwelle zu einer Ausgangswelle des Motors führende Strecke oder Passage des Mechanismus eingesetzt wird, so daß sich die Zielsetzungen der vor­ liegenden Erfindung erreichen lassen.

Ferner besitzt die elektrische Servolenkvorrichtung ein Gelenk zum Koppeln einer Drehwelle des Lenkrads mit der Ritzelwelle des Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwand­ lungsmechanismus, und wenn es sich bei dieser Servolenk­ vorrichtung um eine des Säulen-Typs handelt, sind der Motor und ein Untersetzungsmechanismus des Motors zwi­ schen dem Gelenk und dem Lenkrad angeordnet, so daß sich die Zielsetzungen der vorliegenden Erfindung in wirk­ samer Weise erreichen lassen.

Wenn es sich bei der elektrischen Servolenkvorrichtung mit einem Gelenk zum Koppeln einer Drehwelle des Lenk­ rads mit der Ritzelwelle des Zahnstangen-und-Ritzel- Bewegungsumwandlungsmechanismus dagegen um eine des Ritzel-Typs handelt, sind der Motor und ein Unter­ setzungsmechanismus des Motors zwischen dem Gelenk und der Ritzelwelle des Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungs­ umwandlungsmechanismus angeordnet, so daß sich die Ziel­ setzungen der vorliegenden Erfindung wiederum in wirk­ samer Weise erreichen lassen.

Außerdem ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der elastische Körper in einer Strecke des Mechanismus ein­ gesetzt, die von der Ausgangswelle des Motors zu einem Untersetzungsmechanismus des Motors führt.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist der elastische Körper in einen Mechanismus des Gelenks eingesetzt, so daß sich die Zielsetzungen der vorliegenden Erfindung in wirksamerer Weise erreichen lassen.

Zusätzlich dazu besitzt die elektrische Servolenkvor­ richtung eine Steuereinrichtung zum Steuern des Motors auf der Basis eines Lenkhilfen-Befehlswerts, der durch eine Recheneinrichtung auf der Basis eines Lenkdrehmo­ ments, das an einer Drehwelle des Lenkrads erzeugt wird, sowie eines Stromsteuerwerts berechnet wird, der aus einem Stromwert des Motors berechnet wird, sowie eine Hilfs- bzw. Zusatzrecheneinrichtung zum Erzielen eines differenziellen Wertes eines Signals des Lenkdrehmoments und zum Addieren des Werts zu dem Lenkhilfen-Befehls­ wert.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht unter Darstellung eines Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungs­ mechanismus einer herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung;

Fig. 2 eine Frontansicht unter Darstellung einer elektrischen Servolenkvorrichtung vom Säulen- Typ gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 3 eine Frontansicht unter Darstellung einer elek­ trischen Servolenkvorrichtung vom Ritzel-Typ gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Frontansicht unter Darstellung eines Haupt­ bereichs eines Vorderrad-Lenkmechanismus, der eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung beinhaltet;

Fig. 5 eine Schnittansicht unter Darstellung eines Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungs­ mechanismus mit Abrolleinrichtung bei der elek­ trischen Servolenkvorrichtung gemäß einem Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine fragmentarische Schnittansicht unter Dar­ stellung eines Motors, der zu einer Antriebs­ quelle für die Servolenkung bei der elektrischen Servolenkvorrichtung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird, sowie unter Darstellung eines Untersetzungsmechanismus des Motors;

Fig. 7 ein Blockdiagramm unter Darstellung einer Steu­ ereinheit zur Ausführung einer Reibungskompensa­ tionssteuerung eines Motors bei einer elektri­ schen Servolenkvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 8 eine Frontansicht unter Darstellung eines Haupt­ bereichs eines Vorderrad-Lenkmechanismus, der eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung aufweist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei Verwendung einer elektrischen Servolenkvorrichtung vom Säulen-Typ, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, oder eines Zahnstan­ gen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus 4 mit Abroll­ einrichtung, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, aufgrund der Tatsache, daß ein elastischer Körper mit Dämpfungseigen­ schaft in eine Strecke von einer Ritzelwelle 6 des Zahn­ stangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus 4 zu einem die Antriebsquelle der Servolenkung bildenden Motor 41 eingesetzt ist, eine Bewegung der Ritzelwelle 6 relativ zu dem Motor 41 ermöglicht. Auf diese Weise läßt sich verhindern, daß in dem Zahnstangen-und-Ritzel-Bewe­ gungsumwandlungsmechanismus 4 mit Abrolleinrichtung übermäßige Belastung erzeugt wird.

Bei beiden Typen der elektrischen Servolenkvorrichtung, d. h. dem in Fig. 2 gezeigten Säulen-Typ und dem in Fig. 3 gezeigten Ritzel-Typ, läßt sich der Effekt der vorlie­ genden Erfindung erzielen durch Einsetzen eines elasti­ schen Körpers mit Dämpfungseigenschaft zwischen dem Motor 41 und einem Schneckenrad 3 als Untersetzungs­ mechanismus des Motors 41. Bei der elektrischen Servo­ lenkvorrichtung vom Säulen-Typ, wie sie in Fig. 2 ge­ zeigt ist, läßt sich der Effekt der vorliegenden Erfin­ dung erzielen durch Einsetzen des elastischen Körpers mit Dämpfungseigenschaft an einem Gelenk 51, das zwi­ schen einer Drehwelle des Schneckenrads 3 und der Ritzelwelle 6 des Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsum­ wandlungsmechanismus 4 mit Abrolleinrichtung angeordnet ist.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Un­ zulänglichkeit bei einer Rückschlagkraft-Dämpfungswir­ kung des Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsme­ chanismus 4 mit Abrolleinrichtung durch die Dämpfungs­ wirkung des elastischen Körpers mit Dämpfungseigenschaft kompensiert, so daß die Entstehung von Klappergeräuschen verhindert werden kann.

Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung der elasti­ sche Körper mit Dämpfungseigenschaft zur Anordnung zwischen dem Motor 41 und dem Untersetzungsmechanismus des Motors 41 ausgebildet, so daß eine relative Rota­ tionsbewegung einer Lenkwelle, die die Drehwelle des Motors 41 mit der Ritzelwelle 6 koppelt, innerhalb eines Elastizitätsbereichs des elastischen Körpers ermöglicht ist. Selbst in einem derartigen Zustand, in dem der Motor 41 beispielsweise durch eine Reibungskraft ge­ stoppt wird, ist somit das Lenkrad 31 mit der Ritzelwel­ le 6 gekoppelt und läßt sich drehen. Somit kann der Ein­ fluß der Reibungskraft des Motors 41 vermindert werden, und es ist möglich, die Wirkung einer Technik der Kom­ bination des Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwand­ lungsmechanismus 4 mit Abrolleinrichtung und der elek­ trischen Servolenkvorrichtung vom Säulen-Typ oder der elektrischen Servolenkvorrichtung vom Ritzel-Typ in effektiver Weise zu verwenden.

Zusätzlich dazu besitzt die vorliegende Erfindung noch einen weiteren Effekt. Bei der Reibungskompensations­ steuerung unter Verwendung eines Drehmomentsensorsignals gemäß einer herkömmlichen Konstruktion wird Information über die Fahrbahnoberfläche durch den Zahnstangen-und-Rit­ zel-Bewegungsumwandlungsmechanismus 4 oder den Motor 41 blockiert, so daß die Information über die Fahrbahn­ oberfläche nicht zu einem Drehmomentsensor übertragen wird und sich der Effekt der Reibungskompensationssteue­ rung nicht erzielen läßt. Da andererseits gemäß der Kon­ struktion der vorliegenden Erfindung die Information hinsichtlich der Straßenoberfläche bzw. Fahrbahnober­ fläche zu dem Drehmomentsensor übermittelt wird, wird es möglich, die Reibung des Motors durch die Reibungskom­ pensationssteuerung unter Verwendung des Drehmomentsen­ sorsignals zu kompensieren, und die Entstehung von Klap­ pergeräuschen aufgrund eines übermäßigen Betriebs des Motors kann in wirksamer Weise unterdrückt werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführ­ lich beschrieben.

Fig. 4 zeigt eine Frontansicht unter Darstellung eines Hauptbereichs eines Vorderrad-Lenkmechanismus, der eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet.

In Fig. 4 ist eine Lenkwelle 31 an einer vorbestimmten Stelle im Inneren eines Fahrzeuginnenraums in einem ge­ neigten Zustand derart angebracht, daß ihr unterer Be­ reich weiter in Richtung nach vorne angeordnet ist, wo­ bei die Lenkwelle 31 in einem zylindrischen Gehäuse 32 um einen axialen Kern drehbar gelagert ist. Ein nicht gezeigtes Lenkrad ist an einem oberen Endbereich der Lenkwelle 31 angebracht, die über eine vorbestimmte Länge von einem oberen Bereich des Gehäuses 32 wegragt.

Ein Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmecha­ nismus 4, der eine in Längsrichtung übertragene Betäti­ gung in eine nach rechts und links gehende Richtung eines Fahrzeugs umwandelt, ist gebildet aus einem zylin­ drischen Zahnstangenwellengehäuse 36, das nahezu hori­ zontal in einem Motorraum in einem vorderen Bereich des Fahrzeugs vorgesehen ist, einer in das Zahnstangenwel­ lengehäuse 36 eingeführten Zahnstangenwelle 13, deren axialer Kern etwa übereinstimmend mit dieser ausgebildet ist und die in axialer Längsrichtung beweglich ist, einer Ritzelwelle 6, die schräg zu dem axialen Kern der Zahnstangenwelle 13 innerhalb des Zahnstangenwellenge­ häuses 36 gehaltert ist und mit der Zahnstangenwelle 13 in Eingriff steht, usw.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht unter Darstellung eines Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung bei der elektrischen Lenkvor­ richtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 5 handelt es sich bei einem oberen Bereich um eine Eingangswelle 18, an der die Rotation des Lenkrads von der Seite der Lenkwelle 31 her über ein Universalge­ lenk 19 (siehe Fig. 4) übertragen wird, wobei die Rit­ zelwelle 6 in drehbarer Weise koaxial an einem unteren Bereich der Eingangswelle 18 angebracht ist. Ein Dreh­ momentsensorbereich 1 ist an der Eingangswelle 18 ange­ ordnet und besitzt eine Funktion zum Detektieren einer Last eines Lenksystems, um ein Drehmomentsignal an eine nicht gezeigte elektrische Steuereinheit zu übertragen.

Wenn ein Strom angelegt wird, der auf der Basis eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals sowie des Drehmoment­ signals berechnet wird und von der elektrischen Steuer­ einheit ausgegeben wird, wird ein nicht gezeigter Elek­ tromotor rotationsmäßig bewegt, wobei seine Rotations­ bewegung auf eine Schnecke 2 übertragen wird. Die Schnecke 2 ist koaxial mit dem Elektromotor angeordnet, um eine Lenkkraft zu unterstützen. Ferner wird eine Rotationskraft der Schnecke 2 durch ein Schneckenrad 3 (siehe Fig. 6) reduziert, das auf der Ritzelwelle 18 an­ gebracht ist, um dadurch ein Drehmoment zu steigern, so daß die Rotationsbewegung der Ritzelwelle 6 unterstützt wird.

Die Ritzelwelle 6 ist im Inneren eines Getriebekastens durch Lager 5 und 15 gelagert. Ritzelzähne 6a sind an dem Außenumfang der Ritzelwelle 6 ausgebildet, und Zahn­ stangenzähne 13a der Zahnstangenwelle 13 als Betäti­ gungsmechanismus befinden sich in Eingriff mit den Ritzelzähnen 6a, wobei die Zahnstangenwelle 13 in der axialen Längsrichtung (in Fig. 5 in Richtung in die Zei­ chnungsebene hinein sowie aus dieser heraus) verlagert wird, wobei dem zu lenkenden Rad (nicht gezeigt) ein gewünschter Lenkwinkel schließlich über eine Spurstange bzw. Verbindungsstange 21 erteilt wird, wie diese in Fig. 4 dargestellt ist.

Ein Teil des Endbereichs der Zahnstangenwelle 13 ist im Schnitt halbzylindrisch ausgebildet, und die Zahnstan­ genzähne 13a sind in einen Abflachungsbereich 13b in Axialrichtung der Zahnstangenwelle 13 eingebracht. Die Zahnstangenzähne 13a und die Ritzelzähne 6a befinden sich in derartigem Eingriff miteinander, daß die Rota­ tionsbewegung der Ritzelwelle 6 in eine lineare Bewegung der Zahnstangenwelle 13 umgewandelt wird. Zum Aufrecht­ erhalten des Eingriffszustands übt ein Druckkissenbe­ reich 20 eine Drückkraft durch die Zahnstangenwelle 13 auf den Eingriffsbereich aus. Ein Mechanismus zum Aus­ üben der Drückkraft auf den Eingriffsbereich ist an ei­ nem nahezu zylindrischen Gehäuse 16 vorgesehen, das von dem Getriebekasten 4 in einer zu der Axialrichtung der Ritzelwelle 6 orthogonalen Richtung wegragt.

Der Druckkissenbereich 20 beinhaltet eine Rolle 10, ein Nadellager 11, eine Stifteinrichtung bzw. Stiftwelle 12 sowie einen Lagerhalter 14, wobei der Druckkissenbereich 20 die Zahnstangenwelle 13 mit einer vorbestimmten Drückkraft gegen die Ritzelwelle 6 drückt, so daß der Eingriff zwischen den Ritzelzähnen 6a und den Zahnstan­ genzähnen 13a aufrechterhalten bleibt.

Der Druckkissenbereich 20 ist derart ausgebildet, daß die Stifteinrichtung 12 durch den Lagerhalter 14 an einer vorbestimmten Stelle positioniert wird und die Rolle 10 um die Stifteinrichtung 12 drehbar wird, wenn sich die Zahnstangenwelle 13 in Axialrichtung bewegt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt nur die Rolle 10 eine Gleitbewegung bzw. Abrollbewegung auf der Außenumfangsfläche 13c der Zahnstangenwelle 13 aus. Das heißt, die Konstruktion ist derart ausgebildet, daß die Rolle 10 auf der Zahnstangenwelle 13 abrollt.

Wenn der Druckkissenbereich 20 im Inneren des Gehäuse­ bereichs 16 untergebracht ist, kann sich der Druckkis­ senbereich 20, der durch den Lagerhalter 14, die Stift­ einrichtung 12, das Nadellager 11 und die Rolle 10 ge­ bildet ist, in Form eines eine Einheit bildenden Körpers in dem Gehäuse 16 in Axialrichtung bewegen.

Weiterhin ist eine Schraubenfeder 9 als elastisches Ele­ ment in dem Druckkissenbereich 20 auf der der Zahnstan­ genwelle 13 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Das eine Ende der Schraubenfeder 9, das zum Ausüben einer Druckkraft auf den Druckkissenbereich 20 dient, liegt an dem Druckkissenbereich 20 (der Oberfläche des Lagerhal­ ters 14) an, und das andere Ende liegt an einer Stell­ schraube 8 an, die sich durch eine Verriegelungsmutter 7 mit dem Ende des Gehäuses 16 in Eingriff befindet.

Durch Einstellen der Stellschraube 8 und Bewegen dersel­ ben in Axialrichtung ist es somit möglich, eine Drück­ kraft einzustellen, die durch die sich im Inneren des Gehäuses 16 erstreckende Schraubenfeder 9 auf den Druck­ kissenbereich 20 ausgeübt wird.

Bei einem derartigen Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungs­ umwandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung läßt sich bei Aufbringen einer beträchtlichen Last zwischen der Zahnstangenwelle und der Ritzelwelle die mechanische Effizienz stark verbessern.

Fig. 6 zeigt eine fragmentarische Schnittansicht unter Darstellung eines Motors als Antriebsquelle der Servo­ lenkung bei der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wo­ bei ferner ein Untersetzungsmechanismus des Motors dar­ gestellt ist. Dieses Ausführungsbeispiel besitzt das Merkmal, daß ein Gummielement 60 als elastischer Körper zwischen einem Schneckenlager 35 sowie den beiden Endbe­ reichen der Schnecke 2 angeordnet ist, so daß die Schnecke 2 in dem Untersetzungsmechanismus des Motors 41 in Richtung der Schneckenwelle beweglich wird.

In einem Elastizitätsbereich (beweglichen Bereich) des Gummielements 60 wird eine Rotationsbewegung des Schneckenrads 3 zu einer Verlagerung der Schnecke in Axialrichtung, bis ein an der Schnecke 2 erzeugtes Dreh­ moment eine Reibungskraft des Motors 41 sowie die Träg­ heit überwindet, wobei die Rotationsbewegung des Motors 41 und die Rotationsbewegung des mit der Ritzelwelle 6 gekoppelten Schneckenrads 3 nicht miteinander gekoppelt sind. Das heißt, eine solche Konstruktion ist derart ausgebildet, daß dann, wenn das Schneckenrad 3 einen Rückschlag von der Fahrbahnoberfläche erhält, die Schnecke 2 zur Ausführung einer Gleitbewegung veranlaßt wird und der Schlag von dem Rückstoß von dem Gummiele­ ment 60 absorbiert wird.

Da bei einer derartigen Konstruktion in dem durch das Gummielement 60 geschaffenen Bewegungsbereich der Schnecke 2 die Rückschlagkraft in Rotationsrichtung der Ritzelwelle 6 freigesetzt werden kann, ohne daß die Rückschlagkraft in konzentrierter Form auf den Motor 41 übertragen wird, läßt sich somit eine Konzentration einer Last an dem Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus verhindern. Da bei einer derartigen Konstruktion ferner die Vibrationssteuerfunktion des Gummielements 60 Un­ zulänglichkeiten bei der Vibrationssteuerfunktion als Defekt des Zahnstangen-und-Ritzel-Bewe­ gungsumwandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung kom­ pensiert, läßt sich die Entstehung von Klappergeräuschen verhindern.

Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm unter Darstellung einer Steuereinheit 40 zur Ausführung einer Reibungskompen­ sationssteuerung eines Motors bei einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungs­ beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.

Zum Zweck der Verbesserung des Ansprechens eines Hilfs­ moments sowie zum Verbessern der Stabilität des Drehmo­ mentsteuersystems addiert die Steuereinheit 40 einen Wert proportional zu einer Differenz eines Lenkmoment­ signals zu einem Hilfsbetrag (Lenkhilfe-Befehlswert), um das Ansprechen des Steuersystems zu erhöhen. Gleicher­ maßen wird dem Hilfsbetrag ein Signal hinzuaddiert, das durch Differenzieren eines Drehmomentbetrags gebildet ist. Es wird eine negative Verstärkung zu dem Zeitpunkt aufgebracht, wenn das Lenkmoment hoch ist und ein Rad zurückgestellt wird, das heißt, wenn ein Lenkwinkel θ reduziert wird, so daß eine abrupte Verminderung des Hilfsbetrags (Lenkhilfe-Befehlswert) verhindert wird und als Ergebnis hohe Hystereseeigenschaften in einem Be­ reich mit hohem Drehmoment sowie niedrige Hystereseei­ genschaften in einem Bereich mit geringem Drehmoment in der Nähe eines Neutralpunkts geschaffen werden.

Genauer gesagt führt die Steuereinheit 40 eine Reibungs­ kompensationssteuerung auf der Basis eines Drehmoment­ signals Tr als Drehmoment-Erfassungswert zum Zweck der Kompensation eines Einflusses der Reibung des Motors 41 aus. Die Reibungskompensationssteuerung beschleunigt das Ansprechen der Drehmomentsteuerung in der Nähe des Zen­ trums, wo das Lenkmoment gering ist, und arbeitet in eine Richtung, in der eine Verwindung eines ein Lenk­ moment detektierenden Torsionsstabs auf einen geringen Wert unterdrückt wird. Andererseits arbeitet die Reibung des Motors 41 in einer Richtung, in der die Verwindung des Torsionsstabs zunimmt. Wenn die Reibung des Motors 41 als Verwindung des Torsionsstabs detektiert wird, wird es somit möglich, eine Reibungskompensation durch die Reibungskompensationssteuerung mittels der Steuer­ einheit 40 auszuführen.

Da jedoch der Torsionsstab näher bei der Radseite als der Motor 41 angeordnet ist, läßt sich eine Reibungskom­ pensation zwar gegenüber einem Eingang bzw. einer Ein­ gangsgröße von der Radseite durchführen, jedoch ist eine Kompensation gegenüber einer Eingangsgröße von der Fahr­ bahnoberfläche, wie zum Beispiel einem Rückschlag, schwierig. Aus diesem Grund war es bisher nicht möglich, das Klappergeräusch des Zahnstangen-und-Ritzel-Bewe­ gungsumwandlungsmechanismus 4 durch die Reibungskompen­ sationssteuerung zu reduzieren.

Andererseits kann in dem Elastizitätsbereich des Gummis 60 des elastischen Körpers, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, eine Eingangsgröße von der Fahrbahnoberfläche durch den Drehmomentsensor detektiert werden, so daß die Reibungskompensationssteuerung auch für die Eingangs­ größe von der Fahrbahnoberfläche wirksam wird. Wenn die Reibungskompensationssteuerung von der Steuereinheit 40 einmal von der Steuereinheit 40 durchgeführt worden ist, ist die Reibung des Motors 41 kompensiert, und es wird möglich, die Eingangsgröße von der Fahrbahnoberfläche durch den Drehmomentsensor zu detektieren. Das heißt, es wird möglich, die den Elastizitätsbereich des Gummis 60 übersteigende Rückschlagkraft von dem Zahnstangen-und-Rit­ zel-Bewegungsumwandlungsmechanismus 4 durch das Gum­ mielement 60 und die Reibungskompensationssteuerung auf die Radseite freizusetzen. Durch Abstimmen der Reibungs­ kompensationssteuerung mit der Steuereinheit 40 wird es ferner möglich, eine derartige Abstimmung vorzunehmen, daß das Klappergeräusch des Zahnstangen-und-Ritzel- Bewegungsumwandlungsmechanismus 4 unterdrückt wird und Information über die Fahrbahnoberfläche in geeigneter Weise zu dem Lenkrad übertragen wird.

Selbst wenn der aus Gummi bestehende elastische Körper in der in Fig. 6 gezeigten Weise in einer beliebigen Position zwischen dem Untersetzungsmechanismus des Motors 41 und dem Mechanismus zum Erzeugen von Reibung oder Trägheit des Motors 41 angeordnet ist, lassen sich folgende Wirkungen erzielen: Die Erzeugung einer über­ mäßigen Belastung an dem genannten Zahnstangen-und-Rit­ zel-Bewegungsumwandlungsmechanismus mit Abrollein­ richtung läßt sich verhindern, eine Unzulänglichkeit bei der Dämpfungswirkung der Rückschlagkraft des Zahn­ stangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung läßt sich kompensieren, die Erzeugung von Klappergeräuschen läßt sich verhindern, und der Ein­ fluß der Reibungskraft des Motors läßt sich reduzieren.

Fig. 8 zeigt eine Frontansicht unter Darstellung eines Hauptbereichs eines Vorderrad-Lenkmechanismus mit einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei die­ sem Ausführungsbeispiel ist ein aus Gummi gebildeter elastischer Körper 60, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, an einem Gelenk 51 zum Koppeln einer Ritzelwelle 6 eines Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus 4 mit einer Ausgangswelle 50 eines Untersetzungsmechanis­ mus eines Motors 41 angeordnet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, ist es bei einer elektrischen Servo­ lenkvorrichtung, die von einem Zahnstangen-und-Ritzel- Bewegungsumwandlungsmechanismus 4 mit Abrolleinrichtung Gebrauch macht, aufgrund der Anordnung eines elastischen Körpers in einer Strecke von einer Ritzelwelle des Zahn­ stangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung zu einer Ausgangswelle eines Motors möglich, die elektrische Servolenkvorrichtung derart auszubilden, daß die Erzeugung einer übermäßigen Be­ lastung bei dem Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsum­ wandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung verhindert werden kann, die Erzeugung von Klappergeräusch un­ terdrückt werden kann und der Einfluß einer Reibungs­ kraft des Motors reduziert werden kann.

Claims (6)

1. Elektrische Servolenkvorrichtung mit einem Zahnstangen-und Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanis­ mus (4) zum Umwandeln einer Rotationsbewegung eines Lenkrads in eine lineare Bewegung durch Eingriff zwischen einer Ritzelwelle (6) und einer Zahnstan­ genwelle (13), und mit einem Motor (41) zum Unterstützen einer von einem Fahrer auf das Lenkrad ausgeübten Lenkkraft, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei dem Zahnstangen-und-Ritzel-Bewe­ gungsumwandlungsmechanismus um einen Zahnstan­ gen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmechanismus mit Abrolleinrichtung handelt, und
daß ein elastischer Körper in einer sich von der Ritzelwelle (6) zu einer Ausgangswelle des Motors (41) erstreckenden Strecke des Mechanismus angeord­ net ist.

2. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Gelenk (51) zum Koppeln einer Drehwelle des Lenkrads mit der Ritzelwelle (6) des Zahnstangen-und-Ritzel -Bewegungsumwandlungsmecha­ nismus, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Vorrich­ tung um eine Servolenkvorrichtung des Säulen-Typs handelt, bei der der Motor (41) und ein Unter­ setzungsmechanismus des Motors zwischen dem Gelenk (51) und dem Lenkrad angeordnet sind.

3. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Gelenk zum Koppeln einer Dreh­ welle des Lenkrads mit der Ritzelwelle (6) des Zahnstangen-und-Ritzel-Bewegungsumwandlungsmecha­ nismus, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Vorrich­ tung um eine Servolenkvorrichtung vom Ritzel-Typ handelt, bei der der Motor (41) und ein Unter­ setzungsmechanismus des Motors zwischen dem Gelenk (51) und der Ritzelwelle (6) des Zahnstangen-und-Rit­ zel-Bewegungsumwandlungsmechanismus angeordnet sind.

4. Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der vor­ ausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper in einer sich von der Ausgangswelle des Motors zu einem Untersetzungsmechanismus des Motors (41) erstrecken­ den Strecke des Mechanismus angeordnet ist.

5. Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der vor­ ausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper in einem Mechanismus des Gelenks angeordnet ist.

6. Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der vor­ ausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Lenkhilfen-Befehlswerts auf der Basis eines Lenkmo­ ments, das an einer Drehwelle des Lenkrads erzeugt wird, sowie eines Stromsteuerwerts von einem Strom­ wert des Motors;
eine Steuereinrichtung (40) zum Steuern des Motors (41) auf der Basis des Lenkhilfen-Befehlswerts und des Stromsteuerwerts; und durch
eine Zusatz-Berechnungseinrichtung zum Erzielen eines differenziellen Wertes eines Signals des Lenk­ moments und zum Addieren des Werts zu dem Lenkhil­ fen-Befehlswert.