DE602005002440T2

DE602005002440T2 - Variabler Lenkwinkel-Mechanismus für ein Fahrzeuglenkregelsystem

Info

Publication number: DE602005002440T2
Application number: DE602005002440T
Authority: DE
Inventors: Tadao Itou
Original assignee: Fuji Kiko Co Ltd
Current assignee: Jtekt Column Systems Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: DE602005002440D1; EP1661791A3; EP1661791B1; US20060118352A1; EP1661791A2; JP2006150994A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeug-Lenksteuervorrichtung, die mit einem variablen Lenkwinkelmechanismus unter Verwendung einer Differentialgetriebeeinheit ausgestattet ist, und genauer gesagt auf einen variablen Lenkwinkelmechanismus, der eine Differentialgetriebeeinheit verwendet, die eine Lenkoperation ähnlich derjenigen in einem normalen Zustand ermöglicht, selbst wenn eine Lenkwinkel-Vergrößerungs/Verkleinerungs-Welle der Differentialgetriebeeinheit in einen Drehsperrzustand versetzt wird, und welche die Sicherheit verbessert, ohne einem Fahrer ein seltsames Gefühl zu verleihen.
Es wurden verschiedene Lenksteuervorrichtungen vorgeschlagen, die jeweils mit einem variablen Lenkwinkelmechanismus ausgestattet sind, um ein Verhältnis zwischen einem Drehwinkel eines Lenkrades und einem Lenkwinkel von gelenkten Rädern gemäß einem Fahrmodus eines Fahrzeugs zu variieren. Die offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung (Shows) Nr. 64-6177 offenbart einen herkömmlichen variablen Lenkwinkelmechanismus einer Differentialgetriebeeinheit 101, der in 6 dargestellt ist. Die Differentialgetriebeeinheit 101 ist derart angeordnet, dass eine erste Welle 102 als eine Eingangswelle verwendet wird, eine zweite Welle 103 als eine Lenkwinkel-Vergrößerungs/Verkleinerungs-Welle verwendet wird, und ein Differentialgetriebegehäuse 104 als eine Ausgangswelle verwendet wird. Ein Schneckenrad 106 ist an der zweiten Welle 103 angeordnet, die als eine Lenkwinkel-Vergrößerungs/Verkleinerungs-Welle dient. Das Schneckenrad 106 wird über ein Schneckenrad 105 mit Hilfe eines Motors gedreht, und eine Zahnstangenwelle 108 wird durch einen Zahnradbereich 107 angetrieben, der integral mit dem Differentialgetriebegehäuse 104 verbunden ist, das als eine Ausgangswelle dient. Eine Vergrößerungs- und Verkleinerungssteuerung eines Lenkwinkels der gesteuerten Räder wird ausgeführt, indem ein Getriebeverhältnis der Differentialgetriebeeinheit 101 verändert wird. Das Ändern des Getriebeverhältnisses wird durchgeführt, indem ein Motor derart gesteuert wird, dass er die Lenkwinkel-Vergrößerungs/Verkleinerungs-Welle 103 gemäß einem den Bewegungszustand repräsentierenden Signal dreht.
Wenn die zweite Welle 103, die als Lenkwinkel-Vergrößerungs/Verkleinerungs-Welle dient, aufgrund eines Problems, wie beispielsweise das Anhalten des Motors aufgrund eines Versagens, in einen Drehsperrzustand überführt wird, oder wenn sie in einen nicht-kontrollierbaren Zustand überführt wird, dreht das Differentialgetriebegehäuse 104, das als eine Ausgangswelle dient, jedoch bei einer durchschnittlichen Geschwindigkeit der ersten Welle 102 und der zweiten Welle 103, so dass ein Drehwinkel der Ausgangswelle der Hälfte des Drehwinkels der Eingangswelle entspricht. Wenn die zweite Welle 103, die als eine Lenkwinkel-Vergrößerungs/Verkleinerungs-Welle dient, angehalten wird, so muss ein Fahrer ein Lenkrad entsprechend um einen großen Winkel drehen, um bei einer geringen Geschwindigkeit einen kleinen Lenkerradius des Fahrzeugs zu erzielen.
Da die Drehgeschwindigkeit des Differentialgetriebegehäuses 104, das als die Ausgangswelle dient, eine durchschnittliche Geschwindigkeit der Eingangswelle (die aus Tabelle 102) und der Lenkwinkel-Vegrößerungs/Verkleinerungs-Welle (die zweite Welle 103) hat, muss der Motor, der an der Lenkwinkel-Vergrößerungs/Verkleinerungs-Welle befestigt ist, bei einer sehr hohen Drehzahl drehen, wenn ein Fahrzeug bei einer geringen Geschwindigkeit mit einem kleinen Radius lenkt, wenn also beispielsweise das Fahrzeug in einer Garage abgestellt wird. Ferner erzeugt der variable Lenkwinkelmechanismus, der eine Mehrzahl von Zahnrädern aufweist, während eines neutralen Zustands oder eines Zurücklenkzustandes (Zurückdrehen) aufgrund der Gegenbewegung der Zahnräder ein Spiel. Dieses Spiel verschlechtert jedoch das Lenkgefühl.
Gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9 beschreibt die EP 1 561 668 A2 einen herkömmlichen variablen Lenkwinkelmechanismus einer Differentialgetriebeeinheit umfassend: ein erstes Zahnrad, ein zweites Zahnrad, ein drittes Zahnrad, ein viertes Zahnrad, eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle und eine Antriebseinrichtung, um ein Verhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu variieren. Die Mehrzahl von Zahnrädern erzeugt während eines neutralen Zustands oder eines Zurücklenkens (Zurückdrehens) aufgrund des Flankenspiels des Getriebes ein Spiel.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen variablen Lenkwinkelmechanismus unter Verwendung einer Differentialgetriebeeinheit zu schaffen, die ein Flankenspiel verhindert.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht auf einem variablen Lenkwinkelmechanismus für eine Fahrzeug-Lenksteuervorrichtung, der umfasst: eine Differentialgetriebeeinheit, die ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Kegelrad, eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle und ein Differentialgetriebegehäuse aufweist, wobei die Eingangswelle integral mit dem ersten Kegelrad verbunden ist, die Ausgangswelle integral mit dem zweiten Kegelrad verbunden ist und die Ausgangswelle auf eine Achse der Eingangswelle ausgerichtet ist, das Differentialgetriebegehäuse das dritte und das vierte Kegelrad trägt, die mit dem ersten und dem zweiten Kegelrad in Eingriff sind, wobei das Differentialgetriebegehäuse auf der Achse der Eingangswelle gedreht werden kann, und einen Motor, der außerhalb des Differentialgetriebegehäuses angeordnet ist, wobei der Motor das Differentialgetriebegehäuse um die Achse der Eingangswelle dreht, um ein Verhältnis zwischen einem Drehwinkel der Eingangswelle und einem Drehwinkel der Ausgangswelle zu ändern, und eine Einrichtung zum Einstellen einer Position des dritten Kegelrads in einer axialen Richtung und des dritten Kegelrads in dem Differentialgetriebegehäuse angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht auf einer Lenk-Steuervorrichtung, die umfasst: ein Lenkrad; einen variablen Lenkwinkelmechanismus, der eine Differentialgetriebeeinheit umfasst, die ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Kegelrad, eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle und ein Differentialgetriebegehäuse aufweist, wobei die Eingangswelle mit dem ersten Kegelrad und dem Lenkrad verbunden ist, die Ausgangswelle integral mit dem zweiten Kegelrad verbunden ist, die Ausgangswelle auf eine Achse der Eingangswelle ausgerichtet ist, das Differentialgetriebegehäuse das dritte und das vierte Kegelrad trägt, die mit dem ersten und dem zweiten Kegelrad in Eingriff sind, und das Differentialgetriebegehäuse auf der Achse der ersten Wellen gedreht werden kann; einen Motor, der außerhalb des Differentialgetriebegehäuses angeordnet ist, wobei der Motor das Differentialgetriebegehäuse um die Achse der Eingangswelle herum dreht, um ein Verhältnis zwischen einem Drehwinkel der Eingangswelle und einem Drehwinkel der Ausgangswelle zu verändern; einen Zahnstangen-und Ritzel-Mechanismus, der mit der Ausgangswelle verbunden ist; und wobei eine Einrich tung zum Einstellen einer Position des dritten Kegelrads in einer axialen Richtung und des dritten Kegelrads in dem Differentialgetriebegehäuse angeordnet ist.
1A ist eine Längsquerschnittansicht, die eine Differentialgetriebeeinheit eines variablen Lenkwinkelmechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
1B ist eine laterale Querschnittansicht, die wesentliche Teile der Differentialgetriebeeinheit zeigt.
2 ist eine laterale Querschnittansicht, die eine Modifikation der 1B zeigt.
3 ist eine schematische Ansicht, die den variablen Lenkwinkelmechanismus erläutert.
4A ist eine schematische Ansicht, die Operationen von Teilen des variablen Lenkwinkelmechanismus gemäß der in den 1A und 1B dargestellten Ausführungsform erläutert.
4B ist eine schematische Ansicht, die Operationen von Teilen des variablen Lenkwinkelmechanismus gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform erläutert.
4C ist eine schematische Ansicht, die Operationen von Teilen eines variablen Lenkwinkelmechanismus des Stands der Technik erläutert.
5A ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einem Lenkraddrehwinkel (einem Eingangswellendrehwinkel) und einem Radlenkwinkel in jedem Fahrmodus zeigt.
5B ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen dem Eingangswellendrehwinkel und einem Ausgangswellendrehwinkel in jedem Fahrmodus zeigt.
6 ist eine Querschnittansicht, die eine Differentialgetriebeeinheit eines variablen Lenkwinkelmechanismus gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Unter Bezugnahme auf die 1A bis 5B wird nachfolgend eine Ausführungsform eines variablen Lenkwinkelmechanismus 1 beschrieben, der in einer Fahrzeug-Lenksteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
1 zeigt eine Differentialgetriebeeinheit 10 des variablen Lenkwinkelmechanismus 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Differentialgetriebeeinheit 10 umfasst vier spiralförmige Kegelräder 12, 14, 16 und 17. Das spiralförmige Kegelrad 12 ist integral mit einem Ende einer ersten Welle 11 verbunden, die als eine Eingangswelle dient. Das andere Ende der ersten Welle 11 ist mit einem Lenkrad 2 verbunden. Eine zweite Welle 13 fluchtet mit der ersten Welle 11, so dass sie auf einer Achse der ersten Welle 11 angeordnet ist, und dient als eine Ausgangswelle. Ein Ende der zweiten Welle 13 ist integral mit dem spiralförmigen Kegelrad 14 verbunden, und ein weiteres Ende der zweiten Welle 13 ist mit einem Zahnstangen-und Ritzel-Mechanismus 51 verbunden, der in 3 dargestellt ist.
Die spiralförmigen Kegelräder 16 und 17 sind auf einer Achse senkrecht zu der Achse der ersten Welle 11 angeordnet und mit den spiralförmigen Kegelrädern 12 und 14 in Eingriff. Die spiralförmigen Kegelräder 16 und 17 sind drehbar durch ein Differentialgetriebegehäuse 20 gehalten. Das Differentialgetriebegehäuse 20 ist drehbar durch die ersten und zweiten Wellen 11 und 13 jeweils durch Lager 29 gehalten. Das Differentialgetriebegehäuse 20 dient als eine Lenkwinkel-Vergrößerungs/Verkleinerungs-Welle (Änderungswelle).
Eine Drucklagerwelle 15 ist zwischen der ersten Welle 11 und der zweiten Welle 13 angeordnet, um die eingestellten Positionen der spiralförmigen Kegelräder 12 und 14 beizubehalten. Ein Drucklager 15a ist zwischen der Drucklagerwelle 15 und dem ersten Kegelrad 12 angeordnet, um eine Druckkraft entlang der Achse der ersten Welle 11 aufzunehmen.
Ein Schneckenrad 18 ist in dem Differentialgetriebegehäuse 20 angeordnet, das als eine Lenkwinkel-Vergrößerungs/Verkleinerungs-Welle dient. Ein Schneckenrad 19 zum Drehen des Schneckenrades 18 ist um das Differentialgetriebegehäuse 20 angeordnet. Das Schneckenrad 19 ist mit dem Schneckenrad 18 in Eingriff. Das Schneckenrad 19 ist mit einem Motor M verbunden, wie es in 3 dargestellt ist. Der Motor M dreht das Schneckenrad 19 zum Steuern der Drehung des Differentialgetriebegehäuses 20. Das Differentialgetriebegehäuse 20 ist durch ein Gehäuse 41 der Differentialgetriebeeinheit 10 mit Hilfe von Lagern 45 gehalten, so dass es um die Achse der ersten Welle 11 drehbar ist. Das Gehäuse 41 ist aus linken und rechten Gehäusen 42 und 43 und Schrauben 44 ausgebildet, um die linken und rechten Gehäuse 42 und 43 integral zu verbinden. Die Eingangswelle (erste Welle) 11 und die Ausgangswelle 13 sind durch das Differentialgetriebegehäuse 20 mit Hilfe von Lagern 29 gehalten.
Das Differentialgetriebegehäuse 20 umfasst ein Paar von kreisförmigen Wandbereichen 22 und 23 zum Halten der ersten Welle 11 und der zweiten Welle 13, und ein Paar von Verbindungsbereichen 31 und 34 zum Verbinden der Wandbereiche 22 und 23. Wie es in 1B gezeigt ist, umfasst jeder der Verbindungsbereiche 31 und 34 eine bogenförmige Außenumfangsfläche und eine flache Innenumfangsfläche. Die Verbindungsbereiche 31 und 34 sind derart angeordnet, dass die flache Innenumfangsfläche eines der Verbindungsbereiche 31 und 34 parallel zu der flachen Innenumfangsfläche des anderen Bereiches positioniert ist. Ein Paar von Getriebetragwellen 24 und 25 steht jeweils von den Verbindungsbereichen 31 und 34 in Richtung der gemeinsamen Achse der ersten und zweiten Wellen 11 und 13 vor, während es senkrecht zu den flachen Innenumfangsflächen positioniert ist.
Flansche 24a sind jeweils an Endbereichen der Getriebetragwellen 24 und 25 angeordnet, um zu verhindern, dass die Getriebetragwellen 24 und 25 aus den Wandbereichen 31 und 34 gezogen werden. Die spiralförmigen Kegelräder 16 und 17 sind drehbar mit Hilfe der Getriebetragwellen 24 und 25 durch entsprechende Lager 26a, 26b und 26c gehalten. Die Getriebetragwellen 24 und 25 zum Halten der spiralförmigen Kegelräder 16 und 17 sind in Installationslöchern 31a und 34a der Verbindungsbereiche 31 und 34 gehalten und an den Verbindungsbereichen 31 und 34 mit Hilfe von Stiften 28 befestigt. Ringförmige Platten 32, die als Abstandselemente dienen, sind zwischen dem Verbindungsbereich 31 und dem Lager 26c und zwischen dem Verbindungsbereich 34 und dem Lager 26c vorgesehen.
2 zeigt eine weitere Getriebetragstruktur des Differentialgetriebegehäuses, das ebenfalls in der Differentialgetriebeeinheit 10 des variablen Lenkwinkelmechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das spiralför mige Kegelrad 16 in dem Differentialgetriebegehäuse 20 ist durch die Getriebetragwelle 24 ähnlich wie in 1 gezeigt gehalten. Das spiralförmige Kegelrad 17 gegenüber dem spiralförmigen Kegelrad 16 ist durch eine Getriebetragwelle 25' gehalten, die derart ausgebildet ist, dass ein Basisendbereich der Getriebetragwelle 25' geringfügig kleiner als die anderen Bereiche der Getriebetragwelle 25' ist. Nach dem Montieren des spiralförmigen Kegelrads 17 an der Getriebetragwelle 25' mit Hilfe von Lagern 26a, 26b und 26c wird der dünne Basisendbereich der Getriebetragwelle 25' mit einer ringförmigen Platte 35 und einer zylindrischen Einstellschraube 36 in Eingriff gebracht, und die Getriebetragwelle 25' wird dann integral mit der Einstellschraube 36 mit Hilfe eines Stiftes 38 verbunden. Die ringförmige Platte 35 ist aus einem Federelement hergestellt und hat entsprechend eine elastische Eigenschaft. Die zylindrische Einstellschraube 36 dient zum Einstellen der axialen Position des spiralförmigen Kegelrads 17. Der Verbindungsbereich 34 umfasst ein Schraubloch 37, in das die zylindrische Einstellschraube 36 geschraubt werden kann.
Die Getriebetragwelle 25', an der das spiralförmige Kegelrad 17 und die ringförmige Platte 35 befestigt werden, wird durch Schrauben der Einstellschraube 36 von der Innenseite des Differentialgetriebegehäuses 20 in das Schraubloch 37 des Verbindungsbereiches 34 eingestellt, so dass die winkelförmige Platte 35 die flache Innenumfangsfläche des Verbindungsbereiches 34 berührt. Anschließend wird das Differentialgetriebegehäuse 20 montiert, indem die Wandbereiche 22 und 23, in denen die spiralförmigen Kegelräder 12 und 14 und die Drucklagerwelle 31 aufgenommen sind, an beiden Seiten der Verbindungsbereiche 31 und 34 installiert werden, in denen die spiralförmigen Kegelräder 16 und 17 aufgenommen sind.
Anschließend werden Zwischenräume der spiralförmigen Kegelräder 12 und 14 relativ zu dem spiralförmigen Kegelrad 17 eingestellt, indem die Getriebetragwelle 25' in Richtung der Mittelachse des Differentialgetriebegehäuses 20 bewegt wird. Die Bewegung der Getriebetragwelle 25' wird realisiert, indem die Einstellschraube 36 in das Schraubloch 37 in Richtung der mittleren Achse geschraubt wird. Anschließend wird die Getriebetragwelle 25' an dem Verbindungsbereich (Getriebetragwelleninstallationsbereich) 34 befestigt, indem die zylindrische Einstellschraube 36 mit Hilfe einer Sperrmutter 39 gesperrt wird. Während der Einstellung des Zwischenraums der spiralförmigen Kegelräder 12 und 14 wird die Platte 35 in eine Kegelscheibenform deformiert und wirkt als eine Tellerfeder. Entsprechend spannt die Platte 35 das spiralförmige Kegelrad 17 in der Mittelrichtung des Differentialgetriebegehäuses 20, und das spiralförmige Kegelrad 17 wird in einen Zustand ohne Flankenspiel relativ zu den spiralförmigen Kegelrädern 12 und 14 überführt. Wie es aus einem Vergleich der 1B und 2 hervorgeht, unterscheidet sich an der Struktur eines oberen Bereiches der Differentialgetriebeeinheit 10, die in 2 gezeigt ist, von derjenigen, die in 1 dargestellt ist.
3 zeigt eine schematische Konstruktion des variablen Lenkwinkelmechanismus 1. Das Lenkrad 2 ist mit der Eingangswelle 11 des Differentialgetriebemechanismus 10 verbunden. Der Zahnstangen-und–Ritzel-Mechanismus 51 zum Lenken gelenkter Räder 3 ist mit der Ausgangswelle (zweite Welle) 13 verbunden. Der Motor M zum Variieren des Lenkwinkels ist mit dem Schneckenrad 19 an einer Außenseite des Differentialgetriebegehäuses 20 verbunden. Die Ausgangswelle 13 dreht in der umgekehrten Richtung relativ zu der Drehrichtung der Eingangswelle (erste Welle) 11. Somit ist der Eingriff zwischen einer Zahnstange 53 und einem Ritzel 52 des Zahnstangen-und–Ritzel-Mechanismus 51 derart angeordnet, dass die Drehrichtung der Ausgangswelle 13 umgekehrt relativ zu der Drehrichtung der Räder 3 wird.
Nachfolgend wird eine Operation des variablen Lenkwinkelmechanismus 1 beschrieben, der in der Fahrzeug-Lenksteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Wenn das Lenkrad 2 gelenkt wird, wird der Motor M als Antwort auf einen Drehbefehl gemäß einem Fahrzeugbewegungszustand gedreht. Das Getriebeverhältnis der Differentialgetriebeeinheit 19 wird variabel durch die Drehsteuerung des Differentialgetriebegehäuses 20 gesteuert. Da die zweite Welle 13 der Differentialgetriebeeinheit 10 als die Ausgangswelle 13 verwendet wird, ist die Drehrichtung der Eingangswelle 11 entgegengesetzt zu derjenigen der Ausgangswelle 13. Der Eingriff zwischen der Zahnstange 53 und dem Ritzel 52 des Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus 51 wird jedoch umgekehrt geändert, so dass die Lenkrichtung des Lenkrades 2 mit der Lenkrichtung der gelenkten Räder 3 übereinstimmt, wie es in 4A gezeigt ist.
Anstatt den Eingriff zwischen der Zahnstange 53 und dem Ritzel 52 des Zahnstangenund-Ritzel-Mechanismus 51 zu ändern, kann eine Verbindung des Gelenkarms 4 zum Transformieren des axialen Versetzens der Zahnstange in den Lenkwinkel geändert werden, wie es in 4B gezeigt ist, um die Lenkrichtung des Lenkrades 2 mit der Lenkrichtung der gelenkten Räder 3 in Übereinstimmung zu bringen.
4C zeigt eine herkömmliche Lenksteuervorrichtung, bei der die Drehrichtung der Eingangswelle derjenigen der Ausgangswelle entspricht, und bei der ein Zahnstangen- und Ritzel-Mechanismus 51b derart angeordnet ist, dass die Zahnstange 53 unterhalb des Ritzels 53 angeordnet ist.
Der Lenkwinkel des variablen Lenkwinkelmechanismus 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch die Differentialgetriebeeinheit 10 unterstützt. Genauer gesagt wird ein Lenkhilfswinkel derart eingestellt, dass er gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird, also in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich, einem Bereich mit geringer Geschwindigkeit und einem Bereich mit hoher Geschwindigkeit verschieden ist. In dem Bereich mittlerer Geschwindigkeit wird die Drehung des Motors M angehalten, so dass der Lenkhilfswinkel 0° beträgt. Bei der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Drehwinkelverhältnis zwischen dem Drehwinkel der Eingangswelle und dem Drehwinkel der Ausgangswelle 13 während dem Bereich mittlerer Geschwindigkeit auf ein Verhältnis von 1:1 eingestellt. Das Drehwinkelverhältnis im Bereich hoher Geschwindigkeit ist auf ein Verhältnis von 1,2:1,0 eingestellt. Das Drehwinkelverhältnis im Bereich geringer Geschwindigkeit ist auf ein Verhältnis von 1,2:1,0 eingestellt. Die Änderung des Verhältnisses muss nicht auf diese drei Schritte beschränkt sein und kann in einer größeren Anzahl von Schritten gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt werden.

5A zeigt eine Beziehung zwischen einem Lenkradeinschlagwinkel (Eingangswellendrehwinkel) und einem Reifen(Rad)-Lenkwinkel in den Bereichen mittlerer Geschwindigkeit, geringer Geschwindigkeit und hoher Geschwindigkeit und in einem Zustand, in dem der Motor angehalten ist. 5B zeigt eine Beziehung zwischen dem Lenkradeinschlagwinkel (Eingangswellendrehwinkel) und einem Ausgangswellendrehwinkel in den Bereichen mittlerer Geschwindigkeit, geringer Geschwindigkeit und hoher Geschwindigkeit sowie in demjenigen Zustand, in dem der Motor angehalten ist. Tabelle 1 zeigt Drehwinkel der Ausgangswinkel (zweite Welle) 13 und des Differentialgetriebegehäuses 20 in demjenigen Fall, in dem die Eingangswelle (erste Welle) 11 um 180° in den Berei chen mittlerer Geschwindigkeit, hoher Geschwindigkeit, geringer Geschwindigkeit und in demjenigen Zustand, in dem der Motor angehalten ist, gedreht wird, und zwar gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Tabelle 2 zeigt Drehwinkel der Ausgangswelle (zweite Welle) 13 und des Differentialgetriebegehäuses 20 in demjenigen Fall, in dem die Eingangswelle (erste Welle) 11 um 180° in den Bereichen mittlerer Geschwindigkeit, hoher Geschwindigkeit und geringer Geschwindigkeit sowie in demjenigen Zustand, in dem der Motor angehalten ist, gemäß dem herkömmlichen Mechanismus gedreht wird. Tabelle 1

	Mittlere Geschwindigkeit	Hohe Geschwindigkeit	Geringe Geschwindigkeit	Zustand, in dem der Motor angehalten ist
Eingang	180°	180°	180°	180°
Ausgang	–180°	–150°	–600°	90°
Gehäuse	0°	15°	–210°	0°

Tabelle 2

	Mittlere Geschwindigkeit	Hohe Geschwindigkeit	Geringe Geschwindigkeit	Zustand, in dem der Motor angehalten ist
Eingang	180°	180°	180°	180°
Ausgang	180°	150°	600°	90°
Zweite Welle	180°	120°	1020°	0°

Da die herkömmliche Differentialgetriebeeinheit derart ausgebildet ist, dass ein Differentialgetriebegehäuse als eine Ausgangswelle verwendet wird, beträgt das Verhältnis zwischen den Drehwinkeln der Eingangswelle und der Ausgangswelle 1:0,5 unter einer Bedingung, dass keine Motorunterstützung erzielt wird (der Motor ist angehalten), wie es in Tabelle 2 gezeigt ist.
Im Gegensatz dazu ist die Differentialgetriebeeinheit 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet, dass die zweite Welle 13 als eine Ausgangswelle verwendet wird. Selbst wenn die Drehung des Differentialgehäuses 10 aufgrund eines Versagens des Motors M oder dergleichen angehalten wird, wird entsprechend das Verhältnis zwischen dem Drehwinkel der Eingangswelle und der Ausgangswelle 1:1. Wenn der Motor M aufgrund eines Versagens angehalten oder aufgrund eines Problems in einen unkontrollierbaren Zustand überführt wird, ist es, selbst wenn der Lenkradius des Fahrzeugs in einem Zustand geringer Geschwindigkeit klein ist, für einen Fahrer nicht erforderlich, das Lenkrad 2 um einen sehr großen Lenkwinkel zu drehen, wie es aus einem Vergleich der Kennlinie a gemäß der vorliegenden Erfindung und der Kennlinie b des Stands der Technik hervorgeht, die in 5A gezeigt sind. Bei der Differentialgetriebeeinheit 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, selbst wenn das Fahrzeug mit einem geringen Radius bei einer geringen Geschwindigkeit dreht, wie im Falle des Abstellens des Fahrzeugs in einer Garage, nicht erforderlich, dass der Motor M bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten betrieben werden muss, wie es aus dem Vergleich zwischen dem Verhältnis des Differentialgetriebegehäuses 20 bei geringer Geschwindigkeit, die in Tabelle 1 gezeigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung und der Beziehung der zweiten Welle bei geringerer Geschwindigkeit, die in Tabelle 2 gezeigt ist, hervorgeht.
Wenn die zweite Welle 103 bei der herkömmlichen Differentialgetriebeeinheit aufgrund eines Versagens eines Motors angehalten wird, kann vorgeschlagen werden, eine Differentialgetriebeeinheit zu verwenden, bei welcher der Drehwinkel der Ausgangswelle verdoppelt wird, um das Verhältnis zwischen den Drehwinkeln der Eingangswelle und der Ausgangswelle auf 1:1 einzustellen. Eine solche Anordnung der Differentialgetriebeeinheit wird jedoch Probleme hinsichtlich der Erhöhung der Anzahl von Teilen und hinsichtlich der Erhöhung eines Flankenspiels hervorrufen. In einem solchen Fall wird der Drehwinkel der zweiten Welle, der dazu erforderlich ist, um den Drehwinkel wie in Tabelle 1 dargestellt zu erzielen, doppelt so groß bei hoher Geschwindigkeit und bei geringer Geschwindigkeit, wie es in Tabelle 3 dargestellt ist. Bei diesem herkömmlichen variablen Lenkwinkelmechanismus ist es erforderlich, die Lenkwinkel-Vergrößerung/Verkleinerungswelle gemäß dem Anstieg der Betriebsgeschwindigkeit des Lenkrades schnell zu drehen. Bei der in Tabelle 3 dargestellten herkömmlichen Struktur ist es erforderlich, die zweite Welle bei einer mehr als doppelt so hohen Geschwindigkeit wie die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades zu drehen.

Im Gegensatz dazu ist die vorliegende Erfindung derart ausgelegt, dass das Differentialgetriebegehäuse 20 bei einer Geschwindigkeit gedreht wird, die geringfügig größer als die Geschwindigkeit des Lenkrades 2 ist. Dies erzielt einen Vorteil in Bezug auf eine Nachfolgefähigkeit Tabelle 3

	Mittlere Geschwindigkeit	Hohe Geschwindigkeit	Geringe Geschwindigkeit	Zustand, in dem der Motor angehalten ist
Eingang	180°	180°	180°	180°
Ausgang	90°	75°	300°	90°
Zweite Welle	0°	–30°	420°	0°

Ferner handelt es sich bei den Kegelrädern 12, 14, 16 und 17 der Differentialgetriebeeinheit 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung um spiralförmige Kegelräder. Wenn die in 2 dargestellte Getriebetragstruktur verwendet wird, behält die als Spannmittel dienende Platte 35 entsprechend einen Zustand bei, in dem das spiralförmige Kegelrad 17 kein Flankenspiel relativ zu dem spiralförmigen Kegelrad 12 der ersten Welle 11 und dem spiralförmigen Kegelrad 14 der zweiten Welle 13 erzeugt. Dies verbessert die Differentialgetriebeeinheit 10 dahingehend, dass ein Spiel während eines neutralen Zustands oder eines Zurücklenkens (oder Zurückdrehens) des Lenkrades 2 bei einem normalen Fühlniveau unterdrückt wird. Ferner kann das Flankenspiel eingestellt werden, indem lediglich eine Einrichtung zum Bewegen des spiralförmigen Kegelrades 17 in der axialen Richtung eingestellt wird, oder es kann ausschließlich das Spannmittel verwendet werden.
Obwohl bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die spiralförmigen Kegelräder 12, 14, 16 und 17 in der Differentialgetriebeeinheit 10 verwendet wurden, sind die Zahnräder nicht auf solche beschränkt. Es können Zahnräder zum Unterdrücken des Flankenspiels verwendet werden. Obwohl die Flankenspieleinstellung der Zahnräder unter Verwendung der Platte 35 und der Einstellschraube 36 erzielt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.
Bei dem derart ausgebildeten variablen Lenkwinkelmechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient die zweite Welle (Ausgangswelle) 13 der Differentialgetriebeeinheit 10 als eine Ausgangswelle. Selbst wenn die Drehung des Differentialgetriebegehäuses 20, das als eine Lenkwinkel-Vergrößerung/Verkleinerungs-Welle dient, angehalten wird, drehen sich daher die Eingangs- und Ausgangswellen 11 und 13 bei einem Geschwindigkeitsverhältnis von 1:1. Dies ermöglicht es einem Fahrer, das Lenkrad 2 mit einem normalen Gefühl zu steuern, selbst wenn ein kleiner Lenkradius bei einer geringen Geschwindigkeit ausgeführt wird. Selbst wenn das Lenkrad 2 während einer Kurve bei geringer Geschwindigkeit schnell gedreht wird, wie beispielsweise beim Einparken eines Fahrzeugs in einer Garage, ist es nicht erforderlich, den Motor M bei sehr hoher Geschwindigkeit zu drehen.
Da eine Flankenspieleinstelleinrichtung für die Differentialgetriebe der Differentialgetriebeeinheit 10 vorgesehen ist, werden Eingriffe der Zahnräder stets ohne Flankenspiel erzielt. Da sich die Zahnräder bei Aufrechterhaltung des normalen Niveaus in Bezug auf das Spiel während eines neutralen Zustands oder eines Zurücklenkzustands sanft drehen, wir das Lenkgefühl verbessert.

Claims

Variabler Lenkwinkelmechanismus (1) für eine Fahrzeug-Lenksteuervorrichtung, der umfasst: eine Differentialgetriebeeinheit (10), die ein erstes (12), ein zweites (14), ein drittes (17) und ein viertes (16) Kegelrad, eine Eingangswelle (11), eine Ausgangswelle (13) und ein Differentialgetriebegehäuse (20) umfasst, wobei die Eingangswelle (11) integral mit dem ersten Kegelrad (12) verbunden ist, die Ausgangswelle (13) integral mit dem zweiten Kegelrad (14) verbunden ist und die Ausgangswelle (13) auf eine Achse der Eingangswelle (11) ausgerichtet ist, das Differentialgetriebegehäuse (20) das dritte (17) und das vierte (16) Kegelrad trägt, die mit dem ersten (12) und dem zweiten (14) Kegelrad in Eingriff sind, wobei das Differentialgetriebegehäuse (20) auf der Achse der Eingangswelle (11) gedreht werden kann, und einen Motor (M), der außerhalb des Differentialgetriebegehäuses (20) angeordnet ist, wobei der Motor (M) das Differentialgetriebegehäuse (20) um die Achse der Eingangswelle (11) dreht, um ein Verhältnis zwischen einem Drehwinkel der Eingangswelle (11) und einem Drehwinkel der Ausgangswelle (13) zu ändern, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Einstellen einer Position des dritten Kegelrades (17) in einer axialen Richtung vorhanden ist und das dritte Kegelrad (17) in dem Differentialgetriebegehäuse (20) angeordnet ist.
Variabler Lenkwinkelmechanismus (1) nach Anspruch 1, wobei das dritte (17) und das vierte (16) Kegelrad drehbar von dem Differentialgetriebegehäuse (20) getragen werden, das dritte (17) und das vierte (16) Kegelrad auf einer Achse senkrecht zu einer Achse der Eingangswelle (11) gedreht werden können und das dritte (17) sowie das vierte (16) Kegelrad mit dem ersten (12) und dem zweiten (14) Kegelrad in Eingriff sind.
Variabler Lenkwinkelmechanismus (1) nach Anspruch 2, wobei eine Einrichtung, die das dritte Kegelrad (17) auf das vierte Kegelrad (16) zu spannt, in dem Differentialgetriebegehäuse (20) angeordnet ist.
Variabler Lenkwinkelmechanismus (1) nach Anspruch 1, wobei die Ausgangswelle (13) mit einem Ritzel (52) eines Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus (51) verbunden ist, eine Zahnstange (53) des Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus (52) mit einem Rad verbunden ist und die Zahnstange (53) mit dem Ritzel (52) so in Eingriff ist, dass eine Drehrichtung der Ausgangswelle (13) entgegengesetzt zu einer Lenkrichtung gelenkter Räder des Fahrzeugs ist.
Variabler Lenkwinkelmechanismus (1) nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Einstellen der Position des dritten Kegelrades (17) eine Einstellschraube (36), die mit einer Welle des dritten Kegelrades (17) verbunden ist, und ein Schraubloch (37) des Differentialgetriebegehäuses (20) enthält, das mit der Einstellschraube (36) verschraubt ist.
Variabler Lenkwinkelmechanismus (1) nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung, die das dritte Kegelrad (17) spannt, eine ringförmige Platte (32) enthält, die zwischen dem dritten Kegelrad (17) und dem Differentialgetriebegehäuse (20) angeordnet ist und dabei zu einer Kegelscheibenform verformt wird.
Variabler Lenkwinkelmechanismus (1) nach Anspruch 2, wobei eine Drucklagerwelle (15) zwischen der Eingangswelle (11) und der Ausgangswelle (13) angeordnet ist, um die eingestellten Positionen des ersten (12) und des zweiten (14) Kegelrades aufrechtzuerhalten, und ein Drucklager (15a) zwischen der Druckwelle (15) und dem ersten Kegelrad (12) angeordnet ist.
Variabler Lenkwinkelmechanismus (1) nach Anspruch 1, wobei das Differentialgetriebegehäuse (20) als eine Lenkwinkel-Änderungswelle wirkt und von der Eingangs- und der Ausgangswelle (11, 13) über Lager getragen wird.
Lenk-Steuervorrichtung, die umfasst: ein Lenkrad (2); einen variablen Lenkwinkelmechanismus (1), der ein Differentialgetriebeeinheit (10) umfasst, die ein erstes (12), ein zweites (14), ein drittes (17) und ein viertes (16) Kegelrad, eine Eingangswelle (11), eine Ausgangswelle (13) und ein Differentialgetriebegehäuse (20) umfasst, wobei die Eingangswelle (11) mit dem ersten Kegelrad (12) und dem Lenkrad (2) verbunden ist, die Ausgangswelle (13) integral mit dem zweiten Kegelrad (14) verbunden ist, die Ausgangswelle (13) auf eine Achse der Eingangswelle (11) ausgerichtet ist, das Differentialgetriebegehäuse (20) das dritte (17) und das vierte (16) Kegelrad trägt, die mit dem ersten (12) und dem zweiten (14) Kegelrad in Eingriff sind, und das Differentialgetriebegehäuse (20) auf der Achse der ersten Welle (11) gedreht werden kann; einen Motor (M), der außerhalb des Differentialgetriebegehäuses (20) angeordnet ist wobei der Motor (M) das Differentialgetriebegehäuse (20) um die Achse der Eingangswelle (11) herum dreht, um ein Verhältnis zwischen einem Drehwinkel der Eingangswelle (11) und einem Drehwinkel der Ausgangswelle (13) zu verändern; einen Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus (51), der mit der Ausgangswelle (13) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Einstellen einer Position des dritten Kegelrades (17) in einer axialen Richtung vorhanden ist und das dritte Kegelrad (17) in dem Differentialgetriebegehäuse (20) angeordnet ist.