DE60223853T2

DE60223853T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE60223853T2
Application number: DE60223853T
Authority: DE
Inventors: Osamu c/o NSK LTD Maebashi-shi Tatewaki; Hiroshi c/o NSK LTD Maebashi-shi Eda; Toshihiro c/o NSK LTD Maebashi-shi Fukuda; Jun c/o NSK LTD Maebashi-shi Okada
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2022-04-13
Also published as: EP1524172A1; EP1524173A1; US7284634B2; EP1254826A2; EP1870315A3; EP1870315A2; EP1524173B1; DE60223853D1; US20020148672A1; EP1254826A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung.
Stand der Technik
Eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug ist bislang als manuelle Lenkvorrichtung oder als Servolenkvorrichtung eingestuft worden. Die letztgenannte Servolenkvorrichtung dient der Entlastung der manuellen Kraft durch Unterstützung der manuellen Lenkkraft durch Kraft einer bestimmten Art. Diese Servolenkvorrichtung wird weiterhin in eine elektrische oder eine hydraulische Servolenkvorrichtung eingestuft.
Die erstgenannte elektrische Vorrichtungsart ist bekannt als elektrische Servolenkvorrichtung. Innerhalb dieser Kategorie wird eine elektrische Servolenkvorrichtung mit einem Bremsmechanismus unter Verwendung einer Kugelspindelmutter zum Beispiel in der Japanischen geprüften Patentanmeldung Nr. 6-504 beschrieben. 5 veranschaulicht eine Schnittkonfiguration dieser Lenkvorrichtung. Unter Bezugnahme auf 5 ist ein erstes Zahnrad 21 an einer Drehwelle eines Motors 22 befestigt. Ein zweites Zahnrad 32a, das in die Kugelspindelmutter 32 integriert ist, greift in das erste Zahnrad 21 ein. Die Kugelspindelmutter 32 ist drehbar über Lager 28 in einem Gehäuse 25 gelagert. Eine Zahnstangenwelle 33 ist innen in der Kugelspindelmutter 32 eingebaut. Die Zahnstangenwelle 33 ist mit einer Wendelnut 33b ausgebildet, die über Kugeln 26 indirekt in die Wendelnut 32b der Mutter 32 eingreift. Eine Zahnstangenwelle 33a ist auf einem linksseitigen Abschnitt, wie in 5 gesehen, der Wendelnut 33b der Zahnstangenwelle 33 ausgebildet und greift in das Planetenrad 36 ein, auf das eine Drehung eines Griffes 35 über eine Lenkwelle übertagen wird.
Die elektrische Kugelspindel-Servolenkvorrichtung des Standes der Technik verwendet den Bremsmechanismus, der durch Kombinieren der Zahnräder miteinander gebildet wird, wenn das erste Zahnrad 21, das zweite Zahnrad 32a und die Kugelspindelmutter 32 kombiniert werden, und daher starke Geräuschbildung aufgrund des Schleifens auf einem Kontaktabschnitt aus Metall und so weiter verursacht. Insbesondere in dem Fall des Bremsmechanismus, der Zahnräder aus Stahl verwendet, entsteht ein Problem des Auftretens von Kontaktgeräuschen aufgrund von Spalten zwischen den Zähnen, und der Fahrer des Fahrzeuges kann gegebenenfalls ein Unbehaglichkeitsgefühl durch das Geräusch entwickeln.
JP61191468 beschreibt ein elektrisches Servolenkgetriebe, bei dem ein Motor getrennt von einer Ausgangswelle installiert ist.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer elektrischen Servolenkvorrichtung mit Zahnstangenunterstützung, die aufgebaut ist, um Steifigkeit zu gewährleisten und um Geräuschbildung in einem Kraftübertragungssystem zu vermeiden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Servolenkvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Weitere wünschenswerte Merkmale der Vorrichtung werden in dem Anspruch 2 genannt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Zwischenrad an zwei Punkten in Bezug auf das Lenkgetriebegehäuse gelagert, wodurch verhindert wird, dass das Zwischenrad aufgrund einer Lenkreaktionskraft herunterfällt. Darüber hinaus wird das Lager durch die Vorspannelemente vorgespannt, wodurch eine unterstützende Steifigkeit des Zwischenrades verstärkt wird sowie ein Spiel und Geräuschbildung des Zwischenrades kaum auftreten, wenn es beim Lenken in der umgekehrten Richtung gedreht wird.
In einem Ausführungsbeispiel der ersten Erfindung greift das Zwischenrad aufeinanderfolgend in andere Zahnräder ein, wodurch die Aussendung von Verzahnungsgeräuschen begrenzt wird und reibungslose und gleichmäßige Kraftübertragung erzielt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist eine Perspektivansicht und veranschaulicht fahrzeugraumseitige Komponenten einer Lenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vertikale Schnittdarstellung und zeigt wichtige Komponenten eines Lenkgetriebes in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A – 2.
4 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Abschnittes B in 2; und
5 ist eine Schnittdarstellung und zeigt eine Konfiguration einer herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 ist eine Perspektivansicht und veranschaulicht fahrzeugraumseitige Komponenten einer elektrischen Servolenkvorrichtung, die allen Ausführungsbeispielen, die nachfolgend beschrieben werden werden, gemein ist. Ein in 1 mit dem Symbol 1X bezeichnetes Element ist eine Lenksäule; die Lenksäule 1X trägt ein Lenkwellen-Oberteil 3X drehbar. Ein Lenkrad 5X ist an dem oberen Ende des Lenkwellen-Oberteils 3X einerseits befestigt, und ein Lenkwellen-Unterteil 9X ist über ein Kardangelenk 7X mit dem unteren Ende der Welle 3X verbunden. Eine Lenkgetriebe-Anordnung 11X, die aus einem Zahnstangenmechanismus und einem Servomechanismus besteht, ist mit einem unteren Ende des Lenkwellen-Unterteils 9X verbunden. Unter erneuter Bezugnahme auf 1 stellt das Symbol 13X eine Lenksäulenabdeckung zum Abdecken der Lenksäule 1X dar, und die Symbole 15X deuten Lenkspurstangen an, die mit dem linken Ende und dem rechten Ende des Lenkgetriebes 11X verbunden sind.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen diskutiert werden.
2 ist eine vertikale Schnittdarstellung und zeigt wichtige Komponenten des Lenkgetriebes 11X der elektrischen Servolenkvorrichtung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 2. 4 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Abschnittes B in 2. Ein in 2 mit der Verweisziffer 221 bezeichnetes Element ist ein Zahnstangengehause, das ein Lenkgetriebegehäuse bildet. Das Zahnstangengehause 221 enthält eine Zahnstangenwelle 223 und ein Ritzel (nicht gezeigt), die einen Zahnstangenmechanismus bilden. Die Zahnstangenwelle 223 weist auf der linken Seite in 2 eine Zahnstange 225 auf, die in das Ritzel eingreift, und Kugelgelenke 227 zum Lagern der Lenkspurstangen 15X so, dass die Lenkspurstangen 15X schwingen können, sind an dem linken Ende und dem rechten Ende der Zahnstangenwelle 223 befestigt.
Ein Servomechanismus weist ein Gehäuse auf, das aus einem Getriebegehäuse 231 an dem rechten Ende, wie in 2 gesehen, des Zahnstangengehäuses 221 und aus einem Kugelspindelgehäuse 233, das mittels Schrauben an dem Getriebegehäuse 231 befestigt ist, aufgebaut ist und die Verbindung des Lenkgetriebegehäuses mit dem Zahnstangengehause 221 darstellt. Ein vorderes Ende eines Elektromotors 235 ist mittels Schrauben an einem unteren Abschnitt des Getriebegehäuses 231 befestigt. Weiterhin sind ein Antriebszahnrad 237, das an einer Motorwelle (nicht veranschaulicht) des Elektromotors 235 befestigt ist, und ein angetriebenes Zahnrad 239, das über ein Zwischenrad 238 in das Antriebszahnrad 237 eingreift, zwischen dem Getriebegehäuse 213 und dem Kugelspindelgehäuse 233 angeordnet. Danach wird eine Kugelmutter 241 mit ihrem Außenumfang, an dem das angetriebene Zahnrad 239 mit einem Keilnabenprofil befestigt ist, drehbar durch ein zweireihiges Schrägkugellager 243 in dem Kugelspindelgehäuse 233 gehalten. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die jeweiligen Zahnräder 237 bis 239 als Schrägstirnräder eingestuft.
Die Zahnstangenwelle 233 wird mit einer Außengewindenut 251 ausgebildet, während die Kugelmutter 241 mit einer Innengewindenut 253 ausgebildet wird. Eine Vielzahl von Stahlkugeln 225, die als Umlaufkugeln ausgelegt sind, ist zwischen der Außengewinde nut 251 und der Innengewindenut 253 angeordnet. Weiterhin ist die Kugelmutter 241 mit Umlaufteilen (nicht veranschaulicht) für den Umlauf der Stahlkugeln 255 ausgerüstet.
Wie in 4 gezeigt wird, ist das Zwischenrad 238 drehbar auf einer Zwischenradwelle 263 gelagert, die an dem Getriebegehäuse 231 und dem Kugelspindelgehäuse 233 durch ein Paar Lager 261 (von denen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beide Rillenkugellager sind) befestigt ist. Die beiden Lager 261 sind in dem Zwischenrad 238 in der axialen Richtung angeordnet und durch ein Paar Muttern (Doppelmuttern) 265, 267 vorgespannt. Ein Element, das in der Zeichnung mit der Verweisziffer 269 bezeichnet wird, ist eine Scheibe, die zwischen der Mutter 267 und dem Kugelspindelgehäuse 233 angeordnet ist, und ein mit der Verweisziffer 271 bezeichnetes Element ist ein Lager zum Lagern des Antriebszahnrades 237.
Ein Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird nachfolgend beschrieben werden.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 5X (siehe 1) dreht, wird eine Drehkraft desselben über das Lenkwellen-Oberteil 2X und das Lenkwellen-Unterteil 9X auf das Lenkgetriebe 11X übertragen. Die Lenkgetriebe-Anordnung 11X weist einen eingebauten Zahnstangenmechanismus zum Umwandeln des Drehantriebes in geradlinige Bewegung auf, und daher bewegt sich die Zahnstangenwelle 223 entweder in die linke oder in die rechte Richtung, wodurch das Lenken mit einer Änderung des Lenkwinkels des Rades durch die rechte und die linke Lenkspurstange 15X durchgeführt wird. Bei dieser Gelegenheit, innerhalb des Servomechanismus, dreht sich der Elektromotor 235 mit einem vorgegebenen Drehmoment entweder in der Vorwärtsrichtung oder in der Rückwärtsrichtung auf Basis eines Ausganges eines nicht veranschaulichten Lenkdrehmoment-Sensors, und die Drehungen des Elektromotors 235 werden abgebremst und somit über das Zwischenrad 238 und das angetriebene Zahnrad 239 auf die Kugelmutter 241 übertragen. Wenn sich die Kugelmutter 241 dreht, wirkt eine Schubkraft auf die Außengewindenut 251 der Zahnstangenwelle 223 über die Stahlkugeln 255, die in die Innengewindenut 253 eingreifen, wodurch die Lenkunterstützung verwirklicht wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Zwischenradwelle 263 an zwei Punkten durch das Getriebegehäuse 231 und das Kugelspindelgehäuse 233 gelagert, und daher fällt das Zwischenrad 238 nicht aufgrund einer Lenkreaktionskraft u. s. w. von der Zahnstangenwelle 223 herunter. Weiterhin wird das Lager 261 vorgespannt, und demzufolge wird fast keine Geräuschbildung beim Rückwärtsdrehen beim Lenken in Kombination mit den Zahnrädern 237 bis 239, welche Schrägstirnräder sind, verursacht. Weiterhin werden die Lager 261 in dem Zwischenrad 238 bereitgestellt, wodurch eine Trägheitskraft des Kraftübertragungssystems aufgrund der Reduzierung einer trägen Masse des Zwischenrades 238 verringert wird, wodurch eine Störung zwischen den Lagern 261 und 271 und der Verringerung der Größe des Getriebegehäuses 231 und des Kugelspindelgehäuses 233 verhindert wird.
Die Diskussion zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird insofern abgeschlossen, jedoch ist der Betrieb der vorliegenden Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Zum Beispiel werden das Zwischenrad und andere in dem oben diskutierten Ausführungsbeispiel als Schrägstirnräder ausgeführt, sie können jedoch ebenso als geradverzahnte Stirnräder und Doppelschrägstirnräder ausgeführt werden. Darüber hinaus wird das Zwischenrad in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel über das Rillenkugellager auf der Zwischenradwelle gelagert, jedoch kann ebenfalls ein Schrägkugellager und ein Schrägrollenlager verwendet werden. Weiterhin ist die gesamte Konfiguration des Lenkgetriebes und der Struktur des Servomechanismus nicht auf die in dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel angegebenen Vereinfachungen beschränkt und kann entsprechend Anforderungen in Bezug auf Ausführung und technische Einzelheiten geeignet verändert werden, insofern dies in einem Bereich und Rahmen geschieht, der nicht von dem Erfindungsgedanken der hier vorliegenden Erfindung abweicht.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den Elektromotor, den Kugelspindelmechanismus, der mit dem Elektromotor über das Zahnradgetriebe verbunden ist, das das Zwischenrad enthält und zum Antreiben der Zahnstangenwelle dient, sowie das Lenkgetriebegehause, das die Zahnstangenwelle und den Kugelspindelmechanismus enthält. In der wie beschrieben aufgebauten elektrischen Servolenkvorrichtung ist das Zwischenrad drehbar auf der Zwischenradwelle gelagert, die an ihren beiden seitlichen Enden mit dem Lenkgetriebegehäuse verbunden ist, das Paar von durch Vorspannelemente vorgespannten Lagern ist zwischen der Zwischenradwelle und dem Zwischenrad angeord net, wodurch das Zwischenrad aufgrund von Lenkreaktionskraft schwerlich herunterfällt und wodurch Spiel und Geräuschbildung schwerlich auftreten, wenn beim Lenken in umgekehrter Richtung gedreht wird.

Claims

Elektrische Servolenkvorrichtung, die umfasst: einen Elektromotor (235); einen Kugelspindelmechanismus (251, 241, 255), der mit dem Elektromotor (235) über ein Zahnradgetriebe verbunden ist, das ein Zwischenrad (238) enthält und zum Antreiben einer Zahnstangenwelle (223) dient; und ein Lenkgetriebegehäuse (231, 233), das die Zahnstangenwelle (223) und den Kugelspindelmechanismus (251, 241, 255) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass: das Zwischenrad (238) drehbar von einer Zwischenradwelle (263) getragen wird, die an ihren zwei seitlichen Enden an dem Lenkgetriebegehäuse (231, 233) befestigt ist, und ein Paar Lager (261), die durch Vorspannelemente (265, 267) vorgespannt werden, zwischen der Zwischenradwelle (263) und dem Zwischenrad (238) angeordnet sind.
Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Zwischenrad (238) ein Schrägstirnrad oder ein Pfeilstirnrad ist.