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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung,
bei der ein Elektromotor als Quelle einer Lenkunterstützungskraft
verwendet wird, und insbesondere eine elektrische Servolenkvorrichtung
mit einer Konstruktion, bei der eine Lenkoperation, die von einem
Lenkmechanismus mit Zahnstange und Ritzel ausgeführt wird, durch die Drehkraft
des Elektromotors unterstützt
wird.
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Eine
elektrische Servolenkvorrichtung, die einen zur Lenkunterstützung vorgesehenen
Elektromotor basierend auf dem Ergebnis der Detektion eines auf
das Lenkrad aufgebrachten Lenk-Drehmoments treibt und zur Unterstützung des
Betriebs des Lenkmechanismus die Drehkraft des Elektromotors auf
einen Lenkmechanismus überträgt, bietet
den Vorteil, dass es im Vergleich mit einer hydraulischen Servolenkvorrichtung,
bei der ein hydraulischer Aktuator als Quelle der Lenkunterstützungskraft
verwendet wird, leichter ist, die Eigenschaften der unterstützenden
Kraft in Abhängigkeit
von den Fahrbedingungen zu steuern, wie z.B. von der Geschwindigkeit
des Automobils und der Häufigkeit
von Lenkoperationen.
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Ein
Nachteil der oben erwähnten
elektrischen Servolenkvorrichtung besteht jedoch darin, dass es
schwierig ist, einen (im Folgenden als Motor bezeichneten) kleinformatigen
Elektromotor zu konzipieren, der eine zur Lenkunterstützung ausreichende
Drehkraft erzeugen kann, und dass es Schwierigkeiten bereitet, in
der Nähe
des Lenkmechanismus, auf den die Kraft übertragen wird, Raum für den Motor
verfügbar
zu machen. Herkömmlicherweise
wird zur Lösung
dieser Probleme in dem Transmissionssystem zwischen der Abtriebsseite
des zur Lenkunterstützung
vorgesehenen Motors und dem Lenkmechanismus eine Transmissionsvorrichtung
derart zwischengeschaltet, dass die von der Abtriebswelle des Motors übertragene
Dreh kraft durch Reduzieren der Drehzahl vergrößert und auf den Lenkmechanismus übertragen
wird; somit wird der Motor miniaturisiert, während die unzureichende Abtriebskraft
ausgeglichen wird.
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Auf
dem Gebiet von Lenkvorrichtungen für Kraftfahrzeuge sind verschiedene
derartige Vorrichtungen zur praktischen Anwendung gelangt, und diejenigen
vom Zahnstangen- und Ritzel-Typ sind bereits bekannt. Die Lenkvorrichtungen
dieses Typs weisen eine Konstruktion auf, bei der eine Zahnstange,
an der Stangen-Zähne
ausgebildet sind und die eine vorbestimmte Länge in Axialrichtung hat, derart angeordnet
ist, dass sie relativ zum Chassis in Seitenrichtung verläuft, beide
Enden der Zahnstange über
Verbindungsstangen mit Laufrädern
verbunden sind, und eine mit den Stangen-Zähnen zusammengreifende Ritzelwelle
mit einer mit dem Lenkrad verbundenen Lenksäulenwelle verbunden ist, so
dass die entsprechend einer Lenkoperation erfolgende Drehbewegung
der Lenksäulenwelle
von der Ritzelwelle auf die Zahnstange übertragen wird; somit kann sich
die Zahnstange innerhalb des Längenbereichs der
Ausbildung der Stangen-Zähne
in Axialrichtung verschieben, so dass die Lenkoperation durchgeführt wird.
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Falls
eine derartige Lenkvorrichtung des Zahnstangen- und Ritzel-Typs
als elektrisch betriebene Lenkvorrichtung ausgelegt ist, wird generell
ein Mechanismus verwendet, der die Drehkraft des Lenkunterstützungsmotors
auf einen mittleren Bereich der Lenksäulenwelle oder der sich um
diese Welle drehenden Ritzelwelle überträgt. Bei der Transmissionsvorrichtung
wird weitgehend ein Schneckengetriebe verwendet, das eine mit dem
Abtriebsende des Motors verbundene Schnecke und ein Schneckenrad
aufweist, das an die mit dem Schneckenrad zusammengreife Lenksäulenwelle oder
Ritzelwelle angepasst ist, und das in der Lage ist, bei einfacher
Ausgestaltung ein hohes Untersetzungsverhältnis zu erzeugen.
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Bei
dieser elektrischen Servolenkvorrichtung mit der vorstehend aufgeführten Konstruktion
besteht im Falle eines Blockierzustands des Lenkunterstützungsmotors
die Gefahr, dass die Lenksteuerung versagt; somit ist es un verzichtbar,
eine Sicherheitsmaßnahme
zur Verhinderung des Auftretens eines derartigen Ausfall-Zustands
zu treffen. Zu diesem Zweck ist herkömmlicherweise eine elektromagnetische
Kupplung zwischen der Transmissionsvorrichtung und der Abtriebswelle
des Motors installiert, und die elektromagnetische Kupplung wird
zum Zeitpunkt eines Blockierzustands des Motors gelöst, so dass der
im Blockierzustand befindliche Motor von dem Lenkmechanismus abgekoppelt
wird.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines Transmissionssystems vom Motor zur
Ritzelwelle bei der elektrischen Servolenkvorrichtung mit oben erläuterten
Struktur. Wie gezeigt ist die elektrische Servolenkvorrichtung derart
ausgebildet, dass ein zur Verstärkung
der Drehkraft eines Motors M verwendetes Schneckengetriebe mit einer
Schnecke W2 versehen ist, die tangential
mit Zähnen
zusammengreift, welche am Umfang eines Schneckenrads W1 ausgebildet
sind; somit ist es wichtig, dass ein Abstand L1 zwischen
den Wellen eingehalten wird, welcher der Summe der Radien des Schneckenrads
W1 und der Schnecke W2 zwischen
einer Ritzelwelle 1 (oder einer Lenksäulenwelle) und dem Motor M
entspricht, an dem die Schnecke W2 koaxial
angeordnet ist, und der Motor 1 muss an einer Position
angeordnet werden, die weit von der axialen Mitte der Ritzelwelle entfernt
ist.
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Bei
einer elektrischen Servolenkvorrichtung des Typs mit Ritzel-Transmission,
bei der die vom Motor M her übertragene
Drehkraft gemäß der Zeichnung
auf die Ritzelwelle 1 übertragen
wird, ist es in den meisten Fällen
schwierig, den Motor M mit dem oben erwähnten Abstand L1 zwischen
Welle und Motor am Umfang der Ritzelwelle 1 zu installieren,
die zusammen mit der Zahnstange in einem Motorraum platziert ist,
in dem nur begrenzter Installationsraum verfügbar ist. Bei einer elektrischen
Servolenkvorrichtung des Typs mit Lenksäulen-Transmission, bei der
die vom Motor M her übertragene
Drehkraft auf die Lenksäulenwelle übertragen
wird, bereitet das Vorhandensein des Motors M, der von der im Fahrzeuginneren
platzierten Lenksäulenwelle
entfernt angeordnet ist, Schwierigkeiten bei der Schaffung eines ausreichenden
Raums für
die Beine des Fahrers.
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Ferner
ist gemäß 1 die
oben aufgeführte elektromagnetische
Kupplung C, die zum Zeitpunkt eines Blockierzustands des Motors
M die Abkopplungsoperation durchführt, mit der Abtriebsseite
des Motors M verbunden; deshalb wird aufgrund des Vorhandensein
der elektromagnetischen Kupplung C die Länge L2 des
Motors M in der Axialrichtung vergrößert, wodurch es schwierig
wird, die Installationsposition des Motors M zu gewährleisten.
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Wie
vorstehend beschrieben ist bei der herkömmlichen elektrischen Servolenkvorrichtung
aufgrund des Vorhandenseins der Transmissionsvorrichtung und der
elektromagnetischen Kupplung der Versuch, den Lenkunterstützungsmotor
durch Verwendung einer Transmissionsvorrichtung zu miniaturisieren,
erfolglos, so dass der Wunsch nach Reduzierung des vom Motor eingenommenen
Raums effektiv nicht realisiert werden kann.
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US-A-4,898,258
beschreibt eine elektrische Servolenkvorrichtung, welche die Basis
des Oberbegriffs von Anspruch 1 bildet. Diese Servolenkvorrichtung
weist eine zwischen einem Elektromotor und einer Ritzelwelle angeordnete
Transmissionsvorrichtung auf, die durch Hypoidzahnräder gebildet
ist, welche ein kleineres Zahnrad auf der Seite des Elektromotors
und ein größeres Zahnrad
auf der Seite der Ritzelwelle aufweisen. Das größere Hypoidzahnrad ist mit
der Ritzelwelle zur gemeinsamen Drehung mit dieser verkeilt. Der
Motor ist mit einer elektromagnetischen Kupplung versehen. Somit
hat der Motor in seiner Axialrichtung eine große Ausdehnung.
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JP-A-08080858
beschreibt eine elektrische Servolenkvorrichtung mit einem Hypoidzahnrad
zwischen dem Elektromotor und der Ritzelwelle. Zwischen dem großen Hypoidzahnrad
und der Ritzelwelle ist eine Drehmoment-Begrenzungsvorrichtung angeordnet.
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U5-A-4,890,683
beschreibt eine elektrische Servolenkvorrichtung, bei der eine Zahnstange,
die mit einem Ritzel zusammengreift, Stangen-Zähne aufweist, welche derart
ausgebildet sind, dass sich ihr Druckwinkel zu beiden Enden des
Bewegungshubs verkleinert.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung
zu schaffen, bei welcher der Lenkunterstützungsmotor sowie das zur Übertragung
zu einer Lenksäulenwelle
oder einer Ritzelwelle vorgesehene Transmissionssystem miniaturisiert sind
und bei welcher problemlos gewährleistet
ist, dass in der Umgebung der Lenksäulenwelle oder der Ritzelwelle
ein Raum zur Unterbringung des Motors verfügbar ist.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist durch Anspruch 1 definiert.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung weist eine Lenksäulenwelle,
die sich als Reaktion auf die drehende Betätigung eines Lenkrads dreht,
eine mit der Lenksäulenwelle
verbundene Ritzelwelle, und eine Zahnstange auf, die sich in Axialrichtung
innerhalb des Bereichs ihres Bewegungshubs bewegt, welcher der Länge der
Ausbildung von Stangen-Zähnen
entspricht, und die als Reaktion auf die Drehbewegung der Ritzelwelle
an dieser angreift, wobei die Servolenkvorrichtung die Drehkraft
des Lenkunterstützungs-Elektromotors
durch eine Transmissionsvorrichtung auf die Lenksäulenwelle
oder die Ritzelwelle überträgt, um die
durch Bewegung der Zahnstange ausgeführte Lenkoperation zu unterstützen. Die
Transmissionsvorrichtung ist mit Hypoidzahnrädern versehen, die ein kleineres
Zahnrad auf der Seite des Elektromotors und ein größeres Zahnrad
auf der Seite der Lenksäulenwelle
oder der Ritzelwelle aufweisen, wobei die Stangen-Zähne derart
ausgebildet sind, dass ihr Druckwinkel zu beiden Endes des Bewegungshubs
hin abnimmt.
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Bei
der Transmissionsvorrichtung zum Reduzieren der Drehgeschwindigkeit
des Lenkunterstützungs-Elektromotors
und zum Übertragen
dieser Geschwindigkeit auf die Lenksäulenwelle oder die Ritzelwelle
werden die Hypoidzahnräder
verwendet, die ein kleineres Zahnrad auf der Seite des Elektromotors
und ein größeres Zahnrad
auf der Seite der Lenksäulenwelle
oder der Ritzelwelle aufweisen und dadurch den Abstand von Welle
zu Welle klein halten. Ferner ist der Druckwinkel der Stangen-Zähne, die
an der Zahnstange ausgebildet sind und mit der Ritzelwelle zusammengreifen
können,
derart eingestellt, dass er zu beiden Enden des Bewegungshubs der
Zahnstange abnimmt; somit wird die Verschiebung der Zahnstange pro
Umdrehungseinheit der Ritzelwelle an den beiden Enden des Bewegungshubs
minimiert, d.h. bei den größeren Lenkbereichen,
bei denen ein hohes Maß an
Kraft zum Lenken erforderlich ist, so dass das unzureichende Untersetzungsverhältnis, welches
aufgrund des Vorhandenseins der Hypoidzahnräder existiert, kompensiert wird
und der Motor miniaturisiert wird. Durch diese Vorkehrungen wird
der vom Motor einzunehmende Raum in der Umgebung der Lenksäulenwelle
oder der Ritzelwelle reduziert, so dass der zur Installierung des
Motors erforderliche Raum problemlos gewährleistet werden kann.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung hat einen Aufbau, bei dem das größere Zahnrad
außen
an der Lenksäulenwelle
oder der Ritzelwelle angeordnet ist und ein Gleitring vorgesehen
ist, der in einem Einpassabschnitt angeordnet ist und als Drehmoment-Begrenzungsvorrichtung
dient, um bei Aufbringung einer in Umfangsrichtung verlaufenden
Kraft, die einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, ein Gleiten des
Einpassabschnitts zuzulassen.
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Bei
der oben aufgeführten
Erfindung ermöglicht
der Gleitring, der in dem Einpassabschnitt zwischen der Lenksäulenwelle
oder der Ritzelwelle und dem größeren Zahnrad
der Hypoidzahnräder
angeordnet ist, ein Gleiten des größeren Zahnrads am Umfang der
Lenksäulenwelle
oder der Ritzelwelle, wenn zum Zeitpunkt eines Blockierens des Lenkunterstützungsmotors
oder zum Zeitpunkt des Auftretens einer gegenläufigen Eingangskraft von der Seite des
Laufrads eine übermäßige Kraft
in der Umfangsrichtung aufgebracht wird, wobei der Motor im Blockierzustand
ohne Verwendung einer elektromagnetischen Kupplung entkoppelt wird,
und die Zähne
der als Transmissionsvorrichtung verwendeten Hypoidzahnräder werden
geschützt,
wenn eine gegenläufige
Eingangskraft von der Seite des Laufrads her auftritt.
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Diese
und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden anhand der
folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
deutlicher ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines zur Übertragung von einem Motor
zu einer Ritzelwelle vorgesehenen Transmissionssystems bei einer
herkömmlichen
elektrischen Servolenkvorrichtung;
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2 zeigt,
teilweise in Explosionsdarstellung, eine Vorderansicht eines wesentlichen
Teils einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
eine entlang der Linie II-II in 2 angesetzte
Längsquerschnittsansicht;
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4 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Einpassabschnitts zwischen einem größeren Zahnrad der Hypoidzahnräder und
einer unteren Welle gemäß 3;
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5 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Gleitrings gemäß 4;
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6 zeigt
eine schematische Darstellung eines zur Übertragung von einem Motor
zu einer Ritzelwelle vorgesehenen Transmissionssystems bei einer
elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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7 zeigt
eine Darstellung eines Beispiels der Ausgestaltung der Stangen-Zähne einer
Zahnstange bei der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen,
in denen Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt sind, detailliert beschrieben. 2 zeigt
eine teilweise explodierte Vorderansicht eines wesentlichen Teils
einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
und 3 zeigt eine entlang der Linie II-II in 2 angesetzte
Längsquerschnittsansicht.
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In
den Zeichnungen ist mit 1 eine Ritzelwelle bezeichnet,
und die Ritzelwelle 1 weist eine obere Welle 1a und
eine untere Welle 1b auf, die durch eine Torsionsstange 3 koaxial
miteinander verbunden sind, wobei die Ritzelwelle drehbar im Inneren
eines Sensorgehäuses 2a und
eines Getriebegehäuses 2b gelagert
ist, die vertikal ausgerichtet sind und beide eine zylindrische
Form haben. Die obere Welle 1a ragt mit vorbestimmter Länge aus
dem oberen Teil des Sensorgehäuses 2a heraus.
Dieses vorstehende Ende ist mit einer Lenksäulenwelle 92 verbunden,
die an einem Ende mit einem Lenkrad 91 verbunden ist und
die sich als Reaktion auf eine Lenkoperation dreht. Am Umfang der
unteren Welle 1b ist ein Ritzel 10 einstückig angeformt.
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In
einem unteren Bereich des Getriebegehäuses 2b ist ein Zahnstangengehäuse 4 in
das Getriebegehäuse 2b schneidender
Anordnung als integraler Teil ausgebildet. Eine Zahnstange 5 ist
derart in dem Zahnstangengehäuse 4 gehalten,
dass sie in axialer Richtung frei gleiten kann. Gemäß 2 ist die
Zahnstange 5 mit Stangen-Zähnen 50 versehen, die
in einem in axialer Richtung verlaufenden Bereich vorbestimmter
Länge ausgebildet
sind. Mit den Stangen-Zähnen 50 greift
das Ritzel 10 zusammen, das am Umfang der unteren Welle 1b am
Schnittbereich mit dem Getriebegehäuse 2b ausgebildet
ist, so dass durch das Zusammengreifen zwischen dem Ritzel 10 und
den Stangen-Zähnen 50 die
entsprechend der Drehbewegung der Lenksäulenwelle 92 erfolgende Drehbewegung
der Ritzelwelle 1 in eine in Axialrichtung der Zahnstange 5 verlaufende
Gleitbewegung umgesetzt wird und somit die Lenkoperation ausgeführt werden
kann.
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Wenn
eine derartige Lenkoperation ausgeführt wird, kann sich die obere
Welle 1a der Ritzelwelle 1 entsprechend der Drehbewegung
der Lenksäulenwelle 92 drehen.
Andererseits ist die untere Welle 1b der Ritzelwelle 1 einer
auf die Laufräder
einwirkenden Reaktionskraft von der Straßenoberfläche ausgesetzt, wobei diese
Reaktionskraft ihren Verlauf entsprechend der Lenkoperation durch
die Zahnstange 5 ändert.
Dies hat den Effekt, dass eine Verdrehungskraft, die dem Betrag
des Lenk-Drehmoments entspricht, in der Richtung des vom Lenkrad 91 auf die
Lenksäulenwelle 92 aufgebrachten
Lenk-Drehmoments auf die Torsionsstange 3 einwirkt, welche die
beiden Wellen 1a und 1b verbindet. In der Zeichnung
ist mit 6 ein Drehmoment-Sensor bezeichnet, der das auf das Lenkrad 91 aufgebrachte
Lenk-Drehmoment
detektiert. Der Drehmoment-Sensor 6 weist Detektionsringe
auf, die außen
an der oberen bzw. der unteren Welle 1a und 1b angeordnet
sind, so dass eine magnetische Schaltung gebildet wird. Die Veränderung
des magnetischen Widerstands, die in der magnetischen Schaltung
aufgrund der Verdrehungskraft der Torsionsstange 3 auftritt,
wird als Veränderung
der Impedanz einer Detektionsspule erfasst, die entlang des Umfangs
des Detektionsrings ausgerichtet ist. Diese Anordnung ist auf dem
Gebiet bekannt.
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Die
Hypoidzahnräder 7 weisen
ein größeres Zahnrad 7b auf,
das mit nach unten gerichteter Zahnseite außen am Bereich der oberen Hälfte der
unteren Welle 1b angeordnet ist.
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4 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
dieses Einpassabschnitts. Das größere Zahnrad 7b und
die untere Welle 1b greifen passend aneinander an, wobei
zwischen ihnen ein Gleitring 8 angeordnet ist. Der Gleitring 8 ist
im Handel unter der Markenbezeichnung "tolerance ring" (hergestellt von RENCOL TOLERANCE RINGS
CO.) erhältlich.
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5 zeigt
eine Querschnittsansicht dieses Gleitrings 8. Wie gezeigt
ist der Gleitring 8 dahingehend ausgestaltet, dass mehrere
vorstehende Teile 81, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und
in Radialrichtung nach außen
abstehen, entlang dem Umfang eines Ring-Hauptkörpers 80 ausgebildet
sind, welcher Metall aufweist und als einstückig geformter dünner Ring
mit vorbestimmten Ausnehmungen in der Umfangsrichtung verläuft.
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Im
Außenbereich
der unteren Welle 1b, die außen den Ring-Hauptkörper 80 trägt, liegt
das größere Zahnrad 7b passend
an dem wie oben beschriebenen ausgebildeten Gleitring 8 an.
Somit ist der Gleitring 8 in dem Einpassabschnitt der unteren Welle 1b und
des größeren Zahnrads 7b angeordnet, wobei
seine vorstehenden Abschnitte 81 in der Durchmesser-Richtung
elastisch verformt und elastisch in die Innenumfangsfläche des
größeren Zahnrads 7b gedrückt werden.
Bei dieser Anordnung sind die untere Welle 1b und das größere Zahnrad 7b durch
die elastische Rückstellkraft
der vorstehenden Abschnitte 81 derart miteinander verbunden,
dass sie sich als einteilige Einheit frei drehen können. Wenn
dabei die auf die untere Welle 1b einwirkende Umfangskraft
(Drehmoment) ein eingestelltes Drehmoment (Begrenzungs-Drehmoment) überschreitet, das
dem Maß der
elastischen Verformung der vorstehenden Abschnitte 81 entspricht,
arbeitet der Gleitring 8 dahingehend, dass er eine Gleitbewegung
zwischen der unteren Welle 1b und dem größeren Zahnrad 7b erlaubt.
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Wenn
somit die auf den Einpassabschnitt zwischen dem größeren Zahnrad 7b und
der unteren Welle 1b in Umfangsrichtung ausgeübte Kraft
einen vorbestimmten Betrag überschreitet,
d.h. wenn das zwischen den beiden Teilen übertragene Drehmoment einen
vorbestimmten oberen Drehmo ment-Grenzwert überschreitet, funktioniert
wie oben beschrieben der zwischen dem größeren Zahnrad 7b und
der unteren Welle 1b der Hypoidzahnräder 7 angeordnete
Gleitring 8 als Drehmoment-Begrenzungsvorrichtung zum Lösen der
Verbindung zwischen dem größeren Zahnrad 7b und
der unteren Welle 1b. Der obere Drehmoment-Grenzwert, der
das Lösen der
Verbindung erlaubt, steht in Beziehung zu dem Maß der in der Durchmesser-Richtung auf die
vorstehenden Teile 81 des Gleitrings 8 aufgebrachten
Verformung. Das Maß der
Verformung steht ferner in Beziehung zu der Größe des Einpass-Spalts, der
in dem Einpassabschnitt zwischen der unteren Welle 1b und dem
größeren Zahnrad 7b gesetzt
ist; somit kann der obere Drehmoment-Grenzwert, der das Lösen der Verbindung
ermöglicht,
korrekt eingestellt werden, indem die Größen des Außendurchmessers der unteren
Welle 1b und des Innendurchmessers der Einpassöffnung,
die in dem axialen Mittelbereich des größeren Zahnrads 7b ausgebildet
ist, entsprechend vorgesehen werden.
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Das
Getriebegehäuse 2b ist
mit einer Motor-Halterung 20 versehen, die etwas unter
dem Einpassabschnitt des größeren Zahnrads 7b angeordnet
ist und der mit zylindrischer Form in Radialrichtung nach außen vorsteht.
Am Ende der Motor-Halterung 20 ist ein Motor M zur Lenkunterstützung befestigt.
Das kleinere Zahnrad 7a der Hypoidzahnräder 7 ist in einstückig an
das Ende der Abtriebswelle 21 des Motors M angeformt. Das
kleinere Zahnrad 7a erstreckt sich durch die Motor-Halterung 20 hindurch in
das Innere des Getriebegehäuses 2b und
befindet sich im Eingriff mit der Zahn-Fläche des an der unteren Welle 1b befestigten
größeren Zahnrads 7b.
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Bei
dieser Anordnung wird die Drehkraft des Motors M über die
Hypoidzahnräder 7,
die das kleinere Zahnrad 7a und das größere Zahnrad 7b aufweisen,
auf die untere Welle 1b übertragen, und wird weiter über das
Zahnrad 10, das am Umfang des Bereichs der unteren Hälfte der
unteren Welle 1b ausgebildet ist, auf die Stangen-Zähne 50 übertragen und
anschließend
in eine Gleitkraft in axialer Richtung der mit den Stangen-Zähnen 50 versehe nen Zahnstange 5 umgesetzt.
Somit kann die oben beschriebene Lenkoperation durch die Gleitbewegung der
Zahnstange 5 unterstützt
werden.
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Basierend
auf den Ergebnissen der Detektion des Lenk-Drehmoments, die von
dem wie bereits beschrieben zwischen den oberen und unteren Wellen 1a und 1b angeordneten
Drehmoment-Sensor 6 vorgenommen worden ist, wird der Motor
M derart gesteuert, dass er eine Drehkraft in der Richtung des auf
das Lenkrad 91 aufgebrachten Lenk-Drehmoments ausübt, wobei
die Größe dieser
Drehkraft dem Lenk-Drehmoment entspricht. Die vom Motor M erzeugte
Drehkraft wird in eine in der Axialrichtung verlaufende Kraft umgesetzt
und auf die Zahnstange 5 übertragen; somit kann die auf
das Lenkrad 91 zu übertragende
Lenkkraft reduziert werden.
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Da
die Drehkraft des Motors M durch die Hypoidzahnräder 7 mit der beschriebenen
Ausgestaltung vergrößert wird
und auf die untere Welle 1b (Ritzelwelle 1) übertragen
wird, kann sogar ein kleinformatiger Motor M eine relativ große Lenkunterstützungskraft
ausüben.
Ferner besteht aufgrund der Verwendung der Hypoidzahnräder 7 als
Transmissionsvorrichtung zur Vergrößerung der Drehkraft des Motors
M die Möglichkeit,
den Abstand von Welle zu Welle zwischen dem Motor M und der Ritzelwelle 1 zu
verkleinern.
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6 ist
eine Ansicht zur schematischen Darstellung des Aufbaus eines Transmissionssystems
zur Übertragung
vom Motors M zur Ritzelwelle 1. Bei der vorliegenden Erfindung
wird zur Erhöhung der
Drehkraft des Motors M die Hypoidzahnräder 7 verwendet, die
das einstückig
an der Abtriebswelle 21 des Motors M angeordnete kleinere
Zahnrad 7a und das an der Ritzelwelle 1 (untere
Welle 1b) befestigte größere Zahnrad 7b aufweisen,
und bei den Hypoidzahnrädern 7 erfolgt
der Zusammengriff des kleineren Zahnrads 7a mit dem größeren Zahnrad 7b an einer
Position, die weiter innen liegt als der Umfangsbereich des größeren Zahnrads 7b.
Anders ausgedrückt
bedeutet dies, dass zwischen dem Motor M, der koaxial mit dem kleineren
Zahnrad 7a angeordnet ist, und der Ritzelwelle 1,
die an der axialen Mitte des größeren Zahnrads 7b angeordnet
ist, der Abstand L von Welle zu Welle, der kleiner ist als der Radius
des größeren Zahnrads 7b,
beibehalten wird. Somit ist der zwischen den Wellen bestehende Abstand
L hinreichend kleiner als ein zwischen den Wellen bestehender Abstand
L1, der für das Schneckengetriebe gemäß 1 erforderlich
ist.
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Folglich
ist es möglich,
den Motor M korrekt derart anzuordnen, dass er nicht übermäßig von
dem Sensorgehäuse 2a und
dem Getriebegehäuse 2b, welche
die Ritzelwelle 1 aufnehmen und halten, nach außen absteht.
Ferner wird es möglich,
in dem Motorenraum, in welchem beide Gehäuse 2a und 2b platziert
sind, problemlos den vom Motor M benötigten Platz verfügbar zu
machen.
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Zudem
muss, wie bereits beschrieben wurde, die elektrische Servolenkvorrichtung
mit einer Vorrichtung versehen sein, mittels derer zum Zeitpunkt
eines Blockierzustands des Motors M die Verbindung zwischen dem
Motor M und der Ritzelwelle 1 gelöst wird, um einen Zustand der
Funktionsunfähigkeit
zu vermeiden. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Operation
des Lösens
der Verbindung durch den Gleitring 8 ausgeführt, der
wie beschrieben in dem Einpassabschnitt zwischen dem größeren Zahnrad 7b und
der unteren Welle 1b der Hypoidzahnräder 7 angeordnet ist.
Der Gleitring 8 führt
eine Gleitbewegung durch, wenn das Transmissions-Drehmoment zwischen
dem größeren Zahnrad 7b und
der unteren Welle 1b einen vorbestimmten oberen Drehmoment-Grenzwert überschreitet.
Dadurch kann die Verbindung zwischen dem größeren Zahnrad 7b und
der unteren Welle 1b, d.h. die Verbindung zwischen dem
Motor M und der Ritzelwelle 1 gelöst werden. Somit kann, indem
der obere Drehmoment-Grenzwert auf einen Wert über dem Drehmoment gesetzt
wird, welches der maximalen Drehmoment-Erzeugung des Motors M entspricht,
das Lösen
der Verbindung durchgeführt
werden, ohne dass die normale Übertragung
vom Motor M zur Ritzelwelle 1 beeinträchtigt wird, so dass ein betriebsloser Lenkzustand
verhindert wird.
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Wie
oben beschrieben wird bei der vorliegenden Erfindung das Lösen der
Verbindung zwischen dem Motor M und der Ritzelwelle 1 zum
Zeitpunkt eines Blockierzustands des Motors M durch den Gleitring 8 durchgeführt, der
zwischen dem größeren Zahnrad 7b und
der unteren Welle 1b angeordnet ist. Dadurch entfällt die
Notwendigkeit, als Mittel zum Lösen
der Verbindung eine elektromagnetischen Kupplung zu verwenden, die
an der Abtriebsseite des Motors befestigt ist. Somit kann die Länge L0 des Motors M in der axialen Richtung minimiert
werden, so dass es leichter wird, den vom Motor M einzunehmenden Raum
verfügbar
zu machen.
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Das
Untersetzungsverhältnis,
das durch die Hypoidzahnräder 7 erzielt
wird, die bei der vorliegenden Erfindung als Kraftverstärkungsvorrichtung
für den
Motor M verwendet werden, ist generell kleiner als dasjenige, das
durch ein Schneckengetriebe mit einem Schneckenrad erreicht wird,
dessen Durchmesser demjenigen des größeren Zahnrads 7b gleicht.
Ferner ist im Fall der Verwendung eines Motor M mit der gleichen
Kapazität
wie bei der herkömmlichen
Vorrichtung, bei der ein Schneckengetriebe als Kraftverstärkungsvorrichtung
dient, der maximale Wert der resultierenden Lenkunterstützungskraft
kleiner als derjenige der herkömmlichen
Vorrichtung. Somit kann die Lenkunterstützungskraft in dem großen Lenkbereich,
in dem ein hohes Maß an
Kraft zum Lenken erforderlich ist, möglicherweise unzureichend sein.
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Bei
der vorliegenden Erfindung werden die Hypoidzahnräder 7 als
Kraftvergrößerungsmittel
für den
Motor M verwendet, und zur Kompensation der aus dieser Ausgestaltung
resultierenden unzureichenden Lenkunterstützungskraft ist die im Folgenden
beschriebene und in 7 gezeigte Ausgestaltung der
an der Zahnstange 5 angeordneten Stangen-Zähne 50 vorgesehen.
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Gemäß 7 sind
unter der Annahme, dass die Zusammengriffsposition des Zahnrads 10 in
der Mitte liegt, an welcher der Lenkwinkel Null ist, die Stangen-Zähne 50 derart
ausgebildet, dass sie einen vorbestimmten Druckwin kel α1 in
einem Mittelbereich a bilden, der – wie in der Zeichnung gezeigt – an beiden
Seiten der Mitte vorbestimmte Längen
hat. Ferner sind die Stangen-Zähne 50 derart
geformt, dass sie in zwei Endbereichen b, die ausgehend von jeweiligen
Enden des Ausbildungsbereichs vorbestimmte Längen aufweisen (und von denen
nur der an einer der Seiten gelegene gezeigt ist) einen vorbestimmten Druckwinkel α2 bilden,
der kleiner ist als der Druckwinkel α1. Innerhalb
der zwischenliegenden Bereiche d zwischen dem Bereich a und den
Bereichen d sind die Stangen-Zähne 50 derart
ausgebildet, dass sie vom Mittelbereich a zu den Endbereichen d,
d.h. zum Ende des Ausbildungsbereichs der Stangen-Zähne 50 hin,
einen sich fortschreitend verkleinernden Druckwinkel von α1 bis α2 bilden.
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Bei
den Stangen-Zähnen 50 mit
dem wie oben beschrieben gesetzten Druckwinkel ist, wenn die Zusammengriffsposition
des Zahnrads 10 innerhalb des Mittelbereichs a angeordnet
ist, der Druckwinkel α1 der am Mittelbereich angeordneten Stangen-Zähne 50 groß, wie anhand
der in 7 strichpunktiert angedeuteten Kontur ersichtlich
ist. Somit ist auch der Betrag der Verlagerung der Stangen-Zähne 5 pro
Einheitsdrehung des Zahnrads 10 groß. Wenn hingegen die Zusammengriffsposition des
Zahnrads 10 innerhalb der Endbereiche b angeordnet ist,
ist der Druckwinkel α2 der Stangen-Zähne 50 an den Endbereichen
b klein. Somit ist auch der Verlagerungsbetrag der Stangen-Zähne 5 pro
Einheitsdrehung des Zahnrads 10 klein. Ferner reduziert sich
in dem Fall, in dem sich die Zusammengriffsposition des Zahnrads 10 innerhalb
des Zwischenbereichs befindet, der Verlagerungsbetrag der Stangen-Zähne 5 pro
Einheitsdrehung des Zahnrads 10 fortschreitend vom Mittelbereich
zu den Endbereichen b hin, d.h. zu den Endabschnitten des Bewegungshubs
der Zahnstange 5.
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Wie
oben beschrieben wird die Drehung des Zahnrads 10 auf die
Zahnstange 5 übertragen,
während
seine Drehzahl zu den Endbereichen des Bewegungshubs hin reduziert
wird, d.h. zu den großen Lenkbereichen
hin, in denen ein hohes Maß an
Kraft zum Lenken erforderlich ist. Somit wird die Drehkraft des
Motors M, nachdem sie durch die Hypoidzahnräder 7 reduziert worden
ist und auf die Ritzelwelle 1 übertragen worden ist, durch
den Eingreifabschnitt des Zahnsrads 10 und der Stangen-Zähne 50 weiter reduziert
und dann auf die Zahnstange 5 übertragen. Dadurch kann die
aus der Verwendung der Hypoidzahnräder 7 resultierende
unzureichende Lenkunterstützungskraft
ergänzt
werden, und folglich kann der Motor M miniaturisiert werden.
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Wie
oben beschrieben kann bei der elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung,
da als Übertragungsvorrichtung
zwischen dem Motor M und der Ritzelwelle 1 die Hypoidzahnräder 7 verwendet
werden, am Umfang des Sensorgehäuses 2a und
des Getriebegehäuses 2b ein Raum
zur Unterbringung des Motors M gewährleistet werden. Aufgrund
der Verkleinerung des Druckwinkels der an der Zahnstange 5 ausgebildeten
Stangen-Zähne 50 zu
den Enden des Bewegungshubs hin kann ferner die unzureichende Lenkkraft,
die aus der Verwendung der Hypoidzahnräder 7 resultiert, ausgeglichen
werden, ohne dass der Motor M übermäßig voluminös wird,
d.h. ohne dass der Motor M übermäßigen Raum
beansprucht.
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Ferner
bildet die vorstehend beschriebene Ausführungsform ein Beispiel für eine elektrische Servolenkvorrichtung
des Typs mit Ritzel-Transmission, bei der eine Übertragung von einem Lenkunterstützungsmotor
M her auf die Ritzelwelle 1 erfolgt. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht auf diesen Aspekt beschränkt und ist selbstverständlich auch
für eine
elektrische Servolenkvorrichtung des Typs mit Lenksäulen-Transmission
anwendbar, bei der die vom Motor M her übertragene Drehkraft auf die
Lenksäulenwelle 92 übertragen
wird.