DE3219176A1

DE3219176A1 - Toothed rack steering system for motor vehicles

Info

Publication number: DE3219176A1
Application number: DE19823219176
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 8060 Dachau Kosak; Rainer Dipl.-Ing. 8080 Fürstenfeldbruck Perzlmaier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1982-05-21
Publication date: 1983-11-24
Also published as: DE3219176C2

Abstract

A toothed rack steering system for motor vehicles is described in which the track rods are connected off-centre, that is to say not in the central axis of the toothed rack. A track rod carrier which is supported via an intermediate element on the vehicle body or on a component fixed to the vehicle is located between the toothed rack and the track rods.

Description

Zahnstangenlenkung für KraftfahrzeugeRack and pinion steering for motor vehicles

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a rack and pinion steering for motor vehicles according to the preamble of the main claim.

Bei Zahnstangenlenkungen ist eine mittige Spurstangenanlenkung wünschenswert, das heißt, die Spurstangen greifen in der Mittelachse der Zahnstange an. Dadurch werden Biege- und Torsionsmomente auf die Zahnstange vermieden.A central tie rod linkage is desirable for rack and pinion steering, that is, the tie rods engage in the central axis of the rack. Through this bending and torsional moments on the rack are avoided.

Eine solche mittige Anlenkung läßt sich Jedoch wegen Platzgründen und Forderungen, die sich aus der Auslegung der Fahrzeuglenkung ergeben, nicht immer verwirklichen.Such a central articulation can, however, due to reasons of space and not always requirements resulting from the design of the vehicle steering realize.

Die DE-OS 1 555 696 zeigt eine außermittige Anlenkung der Spurstangen. Durch diese Bauart wird in die Zahnstange ein Torsionsmoment eingeleitet, welches den Zahneingriff des Antriebritzels ungünstig belastet Eine mögliche KlemmwirkunglSchwergängigkeit sind die Folge; das Lenkgefühl wird dadurch nachteilig beeinflußt. Der Abstand Spurstangengelenk-Zahnstangenmittelachse kann aus diesem Grund nur in engen Grenzen gehalten werden.DE-OS 1 555 696 shows an eccentric articulation of the tie rods. With this design, a torsional moment is introduced into the rack, which the meshing of the drive pinion is placed under an unfavorable load are the consequence; the steering feel is adversely affected. The distance between the tie rod joint and the rack center axis for this reason can only be kept within narrow limits.

Aus der DE-OS 1 933 404 geht eine Zahnstangenlenkung hervor, bei der parallel zur Zahnstange eine zweite Stange im Lenkgehäuse geführt ist. Diese zweite Stange ist mit der Zahns tange verbunden und an ihren Enden greifen die Spurstangen an. Der Nachteil dieser Ausführung ist der hohe Bauaufwand, die komplizierte Form des Lenkgehäuses sowie die zusätzlichen Gleitlagerstellen für die zweite Stange. Die Lagerbasis dieser Lagerung ist gering, so daß hier hohe Lagerkräfte auftreten, die wiederum eine hohe Lagerreibung zur Folge haben. Außerdem kann auch hier wegen der Führung der zweiten Stange im Lenkgehäuse der Abstand zwischen den Spurstangengelenken und der Zahnstangenmittelachse nicht beliebig groß gewählt werden.From DE-OS 1 933 404 a rack and pinion steering emerges in which a second rod is guided in the steering housing parallel to the rack. This second Rod is connected to the rack and grab the ends Tie rods at. The disadvantage of this design is the high construction costs and the complicated shape of the steering box as well as the additional slide bearing points for the second rod. The bearing base of this storage is small, so that high bearing forces occur here, which in turn result in high bearing friction. In addition, can also be here because of the guide of the second rod in the steering housing the distance between the tie rod joints and the rack center axis cannot be chosen arbitrarily large.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zahnstangenlenkung so weiterzuentwickeln, daß sie die genannten Nachteile vermeidet und sich auch bei schwierigen Einbauverhältnissen verwenden läßt.The object of the invention is therefore to further develop a rack and pinion steering system in such a way that that it avoids the disadvantages mentioned and also in difficult installation conditions lets use.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention with the features of the main claim. Further advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims.

Durch ihre Verbindung mit dem Spurstangenträger werden Momente, die durch die außermittige Anlenkung der Spurstangen hervorgerufen werden, von der Zahnstange weitgehend ferngehalten. Die Biegemomente nimmt der biegesteife Spurstangenträger selbst auf, die Drehmomente nimmt das Zwischenglied auf. Durch die außermittige Krafteinleituilg treten auch Momente auf, die auf die Lagerung der Zahnstange im Lenkgehäuse wirken. Diese Momente lassen sich vermindern, indem die Spurstangen so am Spurstangenkörper angelenkt sind, daß sich bei Geradeausstellung der Fahrzeugräder die verlängerten Spurstangenachsen in einem Punkt schneiden, der in Bezug auf die Gelenkpunkte in Richtung zur Zahnstangenmittelachse hin verlagert ist. Im Idealfall sollte dieser Schnittpunkt auf der Zahnstangenmittelachse liegen. Dies läßt sich jedoch aufgrund der oftmals schwierigen Platzverhältnisse nicht immer verwirklichen. Vorteilhaft ist es, wenn die Ebene, infdas ent- stehende Kippmoment wirkt, in etwa parallel zum Lenkungsritzel liegt, da dann die Biegung nicht auf den durch die Verzahnung geschwächten Querschnitt der Zahnstange kommt.Due to their connection with the tie rod carrier, moments that caused by the off-center articulation of the tie rods, from the rack largely kept away. The bending moments are absorbed by the rigid tie rod carrier itself, the torque is absorbed by the intermediate link. Due to the off-center Force introduction also occur moments that affect the storage of the rack in the Steering housing act. These moments can be diminished by using the tie rods are articulated on the tie rod body in such a way that, when the vehicle is in a straight line position, the vehicle wheels intersect the extended tie rod axes at a point that is relative to the Articulation points is shifted in the direction of the rack center axis. Ideally this point of intersection should lie on the center axis of the rack. This can be but not always possible due to the often difficult space conditions. It is advantageous if the level, inf that standing overturning moment acts, is roughly parallel to the steering pinion, because then the bend does not occur the cross-section of the rack, weakened by the toothing, comes.

Der Spurstangenträger kann in verschiedenartigen Formen ausgeführt sein. Insbesondere kann er mehr als eine Querstrebe aufweisen oder die Strebe kann gebogen ausgeführt sein, um beispielsweise um einem im Wege stehenden Aggregat auszuweichen. Im allgemeinen liegt die Querstrebe zwischen Zahnstangen- und Spurstangenanlenkung. Sollte dies aus Platz- oder anderen Gründen nicht zweckmäßig sein, so kann sie auch jenseits der Zahnstange vorgesehen werden. In diesem Fall müßten allerdings die Schenkel über ihre Enden, die mit der Zahnstange verbunden sind, hinaus verlängert sein. Ebensowenig ist die Lage des Spurstangenträgers im Fahrzeug festgelegt. Er kann je nach Erfordernis parallel zur Fahrbahnebene oder geneigt zu dieser liegen. Wenn es die Platzverhältnisse zulassen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Spurstangenträger H-förmig auszulegen.The tie rod carrier can be designed in various forms be. In particular, it can have more than one cross strut or the strut can be made curved, for example, to avoid a unit standing in the way. In general, the cross strut lies between the rack and tie rod linkage. If this is not practical for reasons of space or other reasons, it can be provided beyond the rack. In this case, however, the Leg extended beyond their ends, which are connected to the rack be. The position of the tie rod carrier in the vehicle is also not fixed. He can be parallel to or inclined to the plane of the carriageway, depending on requirements. If space permits, it has proven advantageous to use the Design the tie rod carrier in an H-shape.

Das Zwischenglied kann mit dem Spurstangenträger starr verbunden sein, es kann aber auch gelenkig an ihm gelagert sein. Im ersten Fall ist es vorteilhaft, wenn sich ein Schenkel des Spurstangenträgers über sein mit der Zahnstange verbundenes Ende hinaus erstreckt und mit diesem Teil das Zwischenglied bildet. Das Zwischenglied kann durch eine Gleitlagerung am Fahrzeugaufbau oder einem fahrzeug festen Teil aufgenommen sein. Eine solche Gleitlagerung stellt auch ein Lenkungsdämpfer dar, der aus einem Zylinder und einem darin verschiebbaren Kolben aufgebaut ist. In einer besonderen Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, den Lenkungsdämpfer am Lenkgehäuse festzulegen, das wiederum fest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist.The intermediate link can be rigidly connected to the tie rod carrier, but it can also be articulated on him. In the first case it is advantageous when one leg of the tie rod carrier is connected to the rack via its End extends out and forms the intermediate member with this part. The intermediate link can be achieved by sliding bearings on the vehicle body or on a part that is fixed to the vehicle be included. Such a plain bearing also represents a steering damper, which is made up of a cylinder and a piston that can be moved in it. In a The invention provides a special embodiment, the steering damper on the steering housing set, which in turn is firmly connected to the vehicle body.

Bei einer gelenkigen Anordnung des Zwischengliedes am Spurstangenträger wird es in vorteilhafter Weise als Pendelstütze ausgelegt. Dabei können mehrere Pendelstützen verwendet werden. Weist der Spurstangenträger eine Form auf, ist es besonders vorteilhaft, wenn an jedem seiner beiden Schenkel eine Pendelstütze vorgesehen ist, und zwar an den Enden, an denen die Spurstangen angeschlossen sind.With an articulated arrangement of the intermediate link on the tie rod carrier it is designed in an advantageous manner as a pendulum support. Several Pendulum supports are used. If the tie rod carrier has a shape, it is particularly advantageous if a pendulum support is provided on each of its two legs at the ends where the tie rods are connected.

Dadurch werden die auftretenden Momente unmittelbar aufgenommen. Die Pendelstützen sind in der Regel etwa senkrecht zu der Ebene angeordnet, die durch den Spurstangenträger gebildet wird. Sie können aber auch stärker geneigt zu dieser Ebene liegen. Auch können sie schräg zueinander verlaufen. In diesem Fall allerdings verwindet sich der Spurstangenträger bei Lenkbewegungen. Es ist daher notwendig, die Querstrebe torsionselastisch auszulegen.As a result, the moments that occur are recorded immediately. the Pendulum supports are usually arranged approximately perpendicular to the plane that passes through the tie rod carrier is formed. But you can also be more inclined to this Lie level. They can also run obliquely to one another. In this case, however the tie rod carrier twists during steering movements. It is therefore necessary design the cross brace to be torsionally elastic.

Der Spurstangenträger kann aus einer Schweiß-, Schraub-oder Nietkonstruktion bestehen. Ebenso kann er aus einem ein- oder mehrteiligen Blechpreßteil aufgebaut sein. Als Werkstoff läßt sich auch faserverstärkter Kunststoff verwenden, dabei können bei einer reinen Kunststoffbauweise Gelenke und/oder Pendelstütze samt Spurstangenträger aus einem Teil bestehen. Gezielte Elastizitäten in unterschiedlichen Lastebenen werden durch eine geeignet gerichtete Faseranordnung des Kunststoffteils erreicht. Sch1ießlich kann auch eine Stahl-Kunststoff-Mischbauweise gewählt werden. Ebenso ist eine Schmiede- oder Gußkonstruktion möglich.The tie rod carrier can be made of a welded, screwed or riveted construction exist. It can also be constructed from a one-part or multi-part pressed sheet metal part be. Fiber-reinforced plastic can also be used as the material In the case of a purely plastic construction, joints and / or pendulum supports including tie rod carriers consist of one part. Targeted elasticities in different load levels are achieved by a suitably directed fiber arrangement of the plastic part. Finally, a mixed steel-plastic construction can also be selected. as well a forged or cast construction is possible.

Durch die erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung ergibt sich ein großer Gestaltungsireiraum für die Auslegung der Lenkung. Die Lage der Spurstangen und der mit dem Fahrzeugrad verbundenen Spurhebel lassen sich so wählen, daß eine gute Annäherung an die Ackermannfunktion stattfindet.The rack and pinion steering according to the invention results in a large one Design scope for the design of the steering. The location of the tie rods and the toe levers connected to the vehicle wheel can be selected so that a good Approaching the Ackermann function takes place.

Die Strecklagen der Spurstangen lassen sich optimieren und ihre Kröpfung in erträglichen Grenzen halten. Die Spurstangenlänge ist unabhängig von der Zahnstangenlänge. Es kann dadurch die Krümmung der Vorspurkurve und ihre Steuertendenz in gewünschter Weise ausgeführt werden. Die Länge der Spurhebel läßt sich vergrößern. Das Momentanzentrum kann höher gewählt werden. Durch die verhältnismäßig freie Wahl der Lage des Spurhebels läßt sich die Einpreßtiefe der Radschüsseln verringern; ebenso können in den Fahrzeugrädern größere Bremsscheiben untergebracht werden. Die Raddrehachse ist ebenfalls unabhängig von der erfindungsq gemäßen Zahnstangenlenkung. Außerdem läßt sich das Lenkge triebe so anordnen, daß die Beugewinkel der Lenksäule nicht zu groß werden. Ferner läßt sich am Spurstangenträ ger jede Gelenkbauart ohne Nachteil anschließen.The extended positions of the tie rods can be optimized and their offset keep within tolerable limits. The tie rod length is independent of the rack length. It This can change the curvature of the toe-in curve and its steering tendency be carried out in the desired manner. The length of the track lever can be increased. The moment center can be chosen higher. Because of the relatively free choice the position of the track lever can reduce the press-in depth of the wheel disks; larger brake disks can also be accommodated in the vehicle wheels. The wheel rotation axis is also independent of the rack and pinion steering according to the invention. In addition, the Lenkge gear can be arranged so that the bending angle of the steering column don't get too big. Furthermore, any type of articulation can be used on the Spurstangenträ Connect disadvantage.

Neben diesen Vorteilen, die selbstverständlich wegen ihrer teilweisen Abhängigkeit untereinander nicht alle zusammen verwirklicht werden können, läßt sich die erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung überall dort anwenden, wo wegen anderer Aggregate wie zum Beispiel Motor, Ölwanne, Getriebe u.s.w.In addition to these advantages, of course because of their partial Dependency among one another cannot all be realized together the rack and pinion steering according to the invention apply wherever because of others Units such as engine, oil pan, transmission, etc.

ungünstige Platzverhältnisse herrschen. Die Erfindung birgt deshalb auch die Möglichkeit in sich, daß die Vorderachse von Fahrzeugen, die wahlweise front- und/oder heckgetrieben werden sollen, weitgehend baugleich gestaltet werden kann.unfavorable space conditions prevail. The invention therefore entails also the possibility in itself that the front axle of vehicles that is optional are to be front and / or rear-wheel drives, are largely structurally identical can.

Aus der nachfolgenden Beschreibung und der dazugehörigen Zeichnung lassen sich zwei vor eilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung entnehmen. In der Zeichnung ist dargestellt in - Fig. 1 eine erfindungsgemäße Zahnstangenlenkung mit außermittiger Spurstangenanlenkung und - Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer solchen Zahnstangenlenkung.From the following description and the associated drawing two embodiments of the invention can be found in a hurry. In the Drawing is shown in - Fig. 1 with a rack and pinion steering according to the invention eccentric tie rod linkage and - Fig. 2 shows a second embodiment of a such rack and pinion steering.

Die in Fig. 1 dargestellte Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge weist ein quer zur Fahrtrichtung liegendes Lenkgehäuse 1 auf, in dem eine Zahnstange 2 verschiebbar gehalten ist; die Fahrtrichtung zeigt den Pfeil 16. Außerdem ist am Lenkgehäuse 1 ein Anschluß 3 vorgesehen für eine nicht näher dargestellte Lenksäule, die wiederum das Lenkrad trägt. An einem Träger 4, der einen Teil des Fahrzeugaufbaus darstellt, ist das Lenkgehäuse 1 befestigt.The rack and pinion steering shown in Fig. 1 for motor vehicles has a steering box 1 lying transversely to the direction of travel, in which a rack 2 movable is held; the direction of travel is indicated by arrow 16. In addition, a connection 3 is provided on the steering housing 1 for a not shown Steering column, which in turn carries the steering wheel. On a carrier 4, which is part of the Represents the vehicle body, the steering housing 1 is attached.

Ein Spurstangenträger 5 in Form eines H weist zwei biegesteife Schenkel 5a, 5b auf, die mit einer Querstrebe 5c einen biegesteifen Verband bilden. Die einen Enden der Schenkel 5a, b sind über Drehlager mit den Endabschnitten der Zahnstange 2 verbunden. An den anderen Enden der Schenkel 5a, b ist jeweils eine Spurstange 6 und 7 über Gelenke 8 angeschlossen. Die Gelenke 8 werden üblicherweise als die inneren Spurstangengelenke bezeichnet. Die Enden der Schenkel 5a, b verlängern sich zu Lagerzapfen 9a, b, an denen über Drehlager Pendelstützen 10, 11 sitzen.A tie rod carrier 5 in the form of an H has two rigid legs 5a, 5b, which form a rigid association with a cross strut 5c. The one Ends of the legs 5a, b are via pivot bearings with the end sections of the rack 2 connected. At the other ends of the legs 5a, b there is a tie rod 6 and 7 connected via joints 8. The joints 8 are usually called the inner tie rod joints. The ends of the legs 5a, b lengthen to bearing journals 9a, b, on which pendulum supports 10, 11 are seated via pivot bearings.

Die Pendelstützen 10, 11 wiederum stützen sich über Lager 12 gelenkig am Fahrzeugaufbau oder an einem fahrzeugfesten Teil ab - Fig. 1 zeigt nur für die Pendelstütze 11 eine solche Abstützung. Der Spurstangenträger 5 ist so angeordnet, daß seine Querstrebe 5c etwa parallel zur Zahnstange 2 verläuft.The pendulum supports 10, 11 in turn are supported in an articulated manner via bearings 12 on the vehicle body or on a part fixed to the vehicle - Fig. 1 shows only for the Pendulum support 11 such a support. The tie rod carrier 5 is arranged so that its cross strut 5c runs approximately parallel to the rack 2.

In Fig. 2 ersetzt ein Stützarm 13 die Pendelstützen 10 11 nach Fig. 1. Der Stützarm 13 ist einstückig an einem Spurstangenträger 14 ausgebildet, indem sein biegesteifer Schenkel 14b über sein mit der Zahnstange 2 verbundenen Ende hinaus verlängert ist. An seinem freien Ende nimmt der Stützarm 13 gelenkig die Kolbenstange eines Lenkungsdämpfers 15 auf. Der Lenkungsdämpfer 15 selbst besteht aus einem Zylindorgehäuse und einem darin verschiebbaren Kolben. Er liegt etwa parallel zum Lenkgehäuse 1 und ist am Fahrzeugaufbau befestigt. Der Stützarm 13 nimmt ähnlich den Pendelstützen 10, 11 über den Lenkungsdämpfer 15 die Drehmomente auf, die von den über Spurstangen eingeleiteten Kräften verursacht werden. Die Zahnstange 2 wird daher nicht auf Torsion beansprucht.In Fig. 2, a support arm 13 replaces the pendulum supports 10 11 according to FIG. 1. The support arm 13 is integrally formed on a tie rod carrier 14 by its rigid leg 14b beyond its end connected to the rack 2 is extended. At its free end, the support arm 13 takes the piston rod in an articulated manner a steering damper 15. The steering damper 15 itself consists of a cylinder housing and a piston displaceable therein. It is roughly parallel to the steering housing 1 and is attached to the vehicle body. The support arm 13 is similar to the pendulum supports 10, 11 on the steering damper 15 on the torques that are generated by the tie rods induced forces. The rack 2 is therefore not subject to torsion claimed.

Der Stützarm 13 ist in Fig. 2 als eine gerade Verlängerung des Schenkel 14a dargestellt. Er kann aber auch abgebogen oder als separates Teil am Spurstangenträger 14 befestigt sein.The support arm 13 is shown in Fig. 2 as a straight extension of the leg 14a shown. But it can also be bent or as a separate part on the tie rod carrier 14 be attached.

In Fig. 2 sind die Spurstangen 6, 7 nicht rechtwinklig an den Spurstangenträger 14 angeschlossen, sondern sind etwas von ihm weggeneigt. Diese Lage stellt sich ein, wenn die Fahrzeugräder in Geradeausstellung stehen. Die verlängert ten Spurstangenachsen schneiden sich in einem Punkt, der in Bezug auf die Spurstangengelenke 8 in Richtung zur Zahnstange 2 verlagert ist. Dadurch werden die auf die Zahnstangenlagerung im Lenkgehäuse wirkenden Momente verkleinert.In Fig. 2, the tie rods 6, 7 are not at right angles to the tie rod carrier 14 connected, but are slightly inclined away from it. This situation arises on when the vehicle wheels are in the straight ahead position. The extended tie rod axles intersect at a point in relation to the tie rod joints 8 in the direction is shifted to the rack 2. This means that the rack bearings in the Steering housing acting moments reduced.

Claims

Patent claims: rB 1. rack and pinion steering for motor vehicles, with a steering box connected to the vehicle body or the like, and with a rack that can be moved in the steering housing, which controls its movement via connecting parts transmits to tie rods acting eccentrically from the center axis of the rack, characterized in that the connecting parts consist of a tie rod carrier (5; 14) are formed with two rigid legs (5a, b; 14a, b) that are articulated are attached to the rack (2) and to which each one via joints (8) Tie rod (6; 7) is connected, and with at least one cross strut (5c; 14c) form a rigid association, and that the tie rod carrier (5; 14) a total of at least one intermediate member (10; 11; 13) articulated on the vehicle body or supported on a part fixed to the vehicle.

2. rack and pinion steering according to claim 1, characterized in that When the vehicle wheels are in the straight ahead position, the extended tie rod axles cut at a point in relation to the tie rod joints (8) of the tie rod carrier (5; 14) is displaced in the direction of the rack center axis.

3. rack and pinion steering according to claim 1 or 2, characterized in that that the tie rod carrier (5; 114) is designed in an H or U-shape and its legs aligned roughly in the direction of travel and with the ends of the transverse to the direction of travel lying rack are connected and that its cross strut (5c; 14c) substantially runs parallel to the rack center axis.

14. Rack and pinion steering according to one or more of claims 1-3, characterized in that at least one pendulum support (10; 11), which is hinged to the tie rod carrier (5).

5. rack and pinion steering according to claim 4, characterized by one each Pendulum support (10; 11) on the leg sections carrying the tie rod joints (8).

6. rack and pinion steering according to claim 5, characterized by each other inclined pendulum supports (10; 11) and a torsion-elastic cross strut (5c).

7. Rack and pinion steering with one of a cylinder and one in it sliding piston existing steering damper according to one or more of the claims 1-3 characterized in that one leg (14b) of the rack carrier (14) to form a support arm (13) via its end connected to the rack (2) extends out and there on the fixed on the vehicle body or on a vehicle Partly arranged steering damper (15) connected 49t.

8. rack and pinion steering according to claim 7, characterized in that the steering damper (15) runs essentially parallel to the rack axis and its cylinder housing fixed to the joint housing (1) and its bearing the piston The piston rod is articulated to the support arm (13).