DE69918186T2

DE69918186T2 - Lenkbare antriebsachse mit elektrisch angetriebener lenk-einrichtung

Info

Publication number: DE69918186T2
Application number: DE69918186T
Authority: DE
Inventors: John Stanley KIELAR; Lee Kenneth WESTERCAMP; David Chad BAUER
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: EP1224090B1; WO2001026950A2; DE69918186D1; WO2001026950A3; EP1224090A2; JP2003511308A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine lenkbare Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug umfasst üblicherweise ein starres röhrenförmiges Gehäuse, ein Paar steuerbarer Räder, die an gegenüber liegenden Enden des starren röhrenförmigen Gehäuses drehbar gelagert sind, ein Paar Achswellen in dem starren röhrenförmigen Gehäuse, die mit den steuerbaren Rädern verbunden sind, und ein Differenzial in einer ausgeweiteten Kammer in der Mitte des röhrenförmigen Gehäuses, das Antriebsmoment von einer Antriebswelle auf jede der Achswellen verteilt. Solche Antriebsachsen werden als lenkbar bezeichnet, wenn sie ferner Achsschenkel zwischen den Enden des starren röhrenförmigen Gehäuses und entsprechenden der lenkbaren Räder, ein Paar Achswellen mit Kardangelenken zum Übertragen des Drehmoments während des Drehens, und eine Lenkvorrichtung, die an den Achsschenkeln um entsprechende eines Paares von Lenkachsen des starren röhrenförmigen Gehäuses herum übereinstimmend drehbar befestigt ist, umfassen. Eine Lenkvorrichtung an einer Antriebsachse, wie z. B. in dem US Patent 4 592 440 beschrieben, umfasst einen Motor mit einer Flüssigkeit zur Lenkunterstützung an einem Deckel oberhalb der ausgeweiteten Kammer in der Mitte des starren röhrenförmigen Gehäuses der Antriebsachse. Der hydraulische Motor umfasst einen an dem Deckel befestigten oder mit diesem einstückigen Zylinder und einen Kolben in dem Zylinder, der derart mit den Achsschenkeln verbunden ist, dass die durch Flüssigkeits-Druckdifferenz über den Kolben bewirkte lineare Verschiebung des Kolbens in dem Zylinder eine entsprechende übereinstimmende Drehbewegung der Achsschenkel um die Lenkachsen herum bewirkt. Eine lenkbare Antriebsachse gemäß der Erfindung ist eine neue. Alternative zu der in dem vorstehend erwähnten US-Patent 4 592 440 beschriebenen lenkbaren Antriebsachse.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist eine neue und verbesserte lenkbare Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 und umfasst ein starres röhrenförmiges Gehäuse, ein Paar Achsschenkel an gegenüber liegenden Enden des starren röhrenförmigen Gehäuses, die um entsprechende eines Paares von Lenkachsen des Letzteren herum drehbar sind, eine ausgeweitete Kammer in der Mitte des starren röhrenförmigen Gehäuses, die an einer Seite für den Zugang zu einem Differenzialzahnradsatz in der ausgeweiteten Kammer offen ist, einen Differenzialdeckel zum Schließen der offenen Seite der ausgeweiteten Kammer, und eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung einstückig mit dem Deckel, die mit den Achsschenkeln verbunden ist. Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung umfasst einen Zahnstangendurchgang in dem Differenzialdeckel, eine in dem Zahnstangendurchgang für eine lineare Verschiebung in der Längsrichtung des Zahnstangendurchgangs gehaltene Zahnstange, einen an dem Differenzialdeckel drehbar gelagerten Ritzelkopf mit einem Ritzel, das in eine Zahnstangenverzahnung an der Zahnstange eingreift, einen an dem Differenzialdeckel befestigten Elektromotor, und ein Reduktionsgetriebe an dem Differenzialdeckel zwischen dem Ritzelkopf und einer Abtriebswelle des Elektromotors. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Reduktionsgetriebe aus einem ersten Planetenradsatz mit einem Antrieb durch ein Sonnenrad, das als eine Einheit mit der Abtriebswelle des Elektromotors drehbar ist, und einem Abtrieb durch einen Planetenträger, sowie einem zweiten Planetenradsatz mit einem Eingang durch ein Sonnenrad, das als eine Einheit mit dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes drehbar ist, und einem Ausgang durch einen Planetenträger, der als eine Einheit mit dem Ritzelkopf drehbar ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Darstellung einer lenkbaren Antriebsachse gemäß der Erfindung;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht im Allgemeinen entlang der durch die Linien 2-2 in 1 angezeigten Ebene;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht im Allgemeinen entlang der durch die Linien 3-3 in 1 angezeigten Ebene;
4 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Differenzialdeckels der lenkbaren Antriebsachse gemäß der Erfindung; und
5 ist eine fragmentarische perspektivische Explosionsansicht des Differenzialgehäusedeckels der lenkbaren Antriebsachse gemäß der Erfindung und einer elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung an dem Differenzialdeckel.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine lenkbare Antriebsachse 10 gemäß der Erfindung für ein Kraftfahrzeug, nicht dargestellt, ein starres röhrenförmiges Gehäuse 12, das aus einem Paar Röhren 14, 16 und einem Differenzialträger 18 zwischen den Röhren besteht. Ein Paar gabelförmiger Bügel 20A, 20B ist starr an den Röhren 14, 16 an außen liegenden Enden davon befestigt, und definiert ein Paar Lenkachsen 22A, 22B des starren röhrenförmigen Gehäuses. Ein Paar Achsschenkel 24A, 24B ist an den gabelförmigen Bügeln 20A bzw. 20B für eine Drehbewegung um entsprechende eines Paares von Lenkachsen 22A, 22B herum gehalten. Ein Paar Radachsen 26A, 26B ist an den Achsschenkeln 24A bzw. 24B drehbar gelagert, und ein Paar lenkbarer Räder, nicht dargestellt, ist mit entsprechenden der Radachsen für eine Drehung als eine Einheit mit Letzteren verbunden.
Das Innere des Differenzialträgers 18 bildet eine ausgeweitete Kammer des starren röhrenförmigen Gehäuses 12, in welchem ein Differenzialzahnradsatz zum Verteilen des Drehmoments von einer Antriebswelle, nicht dargestellt, zu einem Paar Achswellen, nicht dargestellt, in den Röhren 14, 16, die mit entsprechenden der Radachsen 26A, 26B verbunden sind, angeordnet ist. Eine offene Seite 28 der ausgeweiteten Kammer, die durch das Innere des Differenzialträgers definiert ist, ermöglicht Zugang zu dem Differenzialzahnradsatz darin und ist von einem durch mehrere Bolzen 32 an dem Differenzialträger 18 starr befestigten Differenzialdeckel 30 dicht verschlossen.
Eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung 34 an der lenkbaren Antriebsachse 10 umfasst einen Zahnstangendurchgang 36 in dem Differenzialdeckel 30 und eine Zahnstange 38, die in dem Zahnstangendurchgang von einem Paar Gleitlager 40 für eine lineare Verschiebung hin und her in der Längsrichtung des Zahnstangendurchgangs gehalten ist. Die Gleitlager 40 sorgen für einen Raum 41 zwischen der Zahnstange 38 und dem Zahnstangendurchgang 36, in den 3–4 übertrieben dargestellt, der eine elastische Biegung der Zahnstange in der Art einer Blattfeder zwischen den Gleitlagern aufnimmt. Ein innen liegendes Ende, nicht dargestellt, des jeweiligen aus einem Paar Spurstangen 42A, 42B der elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung 34 ist an einem entsprechenden Ende der Zahnstange 38 angelenkt und durch eine entsprechende aus einem Paar flexibler Manschetten 44A, 44B gegen Verunreinigung geschützt. Ein außen liegendes Ende der Spurstange 42A ist an einem Hebelarm 46 des Achsschenkels 24A angelenkt. Ein außen liegendes Ende der Spurstange 42B ist an einem Hebelarm 48 des Achsschenkels 24B angelenkt. Die Spurstangen 42A, 42B wirken mit den Hebelarmen 46, 48 zusammen, um die lineare Verschiebung der Zahnstange 38 hin und her, in eine übereinstimmende Drehbewegung der Achsschenkel 24A, 24B um entsprechende der Lenkachsen 22A, 22B herum umzuwandeln.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung 34 an dem Differenzialdeckel 30 umfasst ferner eine abgestufte Bohrung 50, 3, in dem Deckel zwischen einem Paar Außenflächen 52A, 52B des Letzteren. Die abgesetzte Bohrung 50 weist einen Ritzelbohrungs-Abschnitt 54, der den Zahnstangendurchgang 36 überschneidet, einen Lagersitzabschnitt 56 und einen Gehäuseabschnitt 58 für das Reduktionsgetriebe auf. Ein Ritzelkopf 60 der elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung 34 ist in dem Ritzelbohrungs-Abschnitt 54 der abgestuften Bohrung 50 von einem ersten Lager 64 an einem Ende des Ritzelbohrungs-Abschnitts und einem zweiten Lager 66 in dem Lagersitzabschnitt 56 für eine Drehung um eine Mittellinie 62 der abgestuften Bohrung herum gelagert. Ein schematisch dargestelltes Ritzel 68 an dem Ritzelkopf 60 wirkt mit einer Zahnstangenver zahnung 70 an der Zahnstange 38 zusammen, um die Drehung des Ritzelkopfes um die Mittellinie 62 der abgestuften Bohrung herum in eine lineare Verschiebung der Zahnstange hin und her in dem Zahnstangendurchgang 36 umzuwandeln. Die Biegung der Zahnstange 38 in der vorstehend erwähnten Art einer Blattfeder zwischen den Gleitlagern 40 spannt die Zahnstangenverzahnung 70 elastisch gegen das Ritzel 68 vor, um Spiel dazwischen zu beseitigen.
Wie am besten aus den 1, 3 und 5 ersichtlich, umfasst ein schematisch dargestellter Elektromotor 72 der elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung 34 ein Grundgehäuse 74 und eine in entgegengesetzte Richtungen drehbare Abtriebswelle 76. Ein ringförmiger Flansch 78 an dem Grundgehäuse 74 sitzt auf einem ringförmigen Sitz 80 an der Außenfläche 52B des Differenzialdeckels 30 um den Gehäuseabschnitt 58 für das Reduktionsgetriebe der abgestuften Bohrung herum und ist durch eine Vielzahl schematisch dargestellter Befestigungsmittel 81 starr an diesem befestigt, wobei die Mittellinie des Motors mit der Mittellinie 62 der abgestuften Bohrung 50 zusammenfällt.
Ein Reduktionsgetriebe 82 der elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung 34 umfasst ein Paar Planetenradsätze 84A, 84B in dem Gehäuseabschnitt 58 für das Reduktionsgetriebe der abgestuften Bohrung 50, die so angeordnet sind, dass sie eine zweistufige Multiplikation des Drehmoments zwischen der Abtriebswelle 76 des Elektromotors und dem Ritzelkopf 60 ermöglichen. Die Planetenradsätze 84A, 84B weisen ein gemeinsames Hohlrad 86 auf, das an einer Innenfläche einer zylindrischen Hülse 88 ausgebildet ist, die in dem Gehäuseabschnitt für das Reduktionsgetriebe der abgestuften Bohrung über eine Presspassung befestigt ist. Eine Vielzahl von Planetenrädern 90 des Planetenradsatzes 84A ist an einem Planetenträger 92 einer ersten Stufe drehbar gelagert und greift synchron in das Hohlrad 86 und in ein Sonnenrad 94 des Planetenradsatzes 84A, das als eine Einheit mit der Abtriebswelle 76 des Elektromotors 72 drehbar ist, ein. Eine Vielzahl von Planetenrädern 96 des Planetenradsatzes 84B ist drehbar an einem Planetenträger 98 einer zweiten Stufe, der als eine Einheit mit dem Ritzelkopf 60 drehbar ist, gelagert, und greift synchron in das Hohlrad 86 und in ein Sonnenrad 100 des Planetenradsatzes 84B, das als eine Einheit mit dem Planetenträger 92 des Planetenradsatzes 84A drehbar ist.
Wenn im Betrieb ein Steuermodul, nicht dargestellt, des Kraftfahrzeugs den Elektromotor 72 einschaltet, wird Drehmoment von der Abtriebswelle 76 des Elektromotors durch das Reduktionsgetriebe 82 an den Ritzelkopf 60 übertragen und dreht den Ritzelkopf. Das Ritzel 68 an dem Ritzelkopf wirkt mit der Zahnstangenverzahnung 70 an der Zahnstange 38 zusammen, um synchron eine lineare Verschiebung der Zahnstange in dem Zahnstangendurchgang 36 in einer der Drehrichtung des Ritzelkopfes entsprechenden Richtung zu bewirken. Die Spurstangen 42A, 42B wirken mit den Hebelarmen 46, 48 zusammen, um die Achsschenkel 24A, 24B um die Lenkachsen 22A, 22B herum zu drehen, wodurch die lenkbaren Räder an den Enden des starren röhrenförmigen Gehäuses 12 von dem Elektromotor gelenkt werden. Ein Stellungssensor 102 an der Außenfläche 52A des Differenzialdeckels 30 ist mit dem Ritzelkopf 60 verbunden und stellt ein elektronisches Signal an das vorstehend erwähnte Steuermodul bereit, das der Stellung der Zahnstange 38 entspricht.

Claims

Lenkbare Antriebsachse (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem starren röhrenförmigen Gehäuse (12), einer ausgeweiteten Kammer in dem starren röhrenförmigen Gehäuse für einen Differenzialzahnradsatz, die eine offene Seite (28) aufweist, um Zugang zu dem Differenzialzahnradsatz zu ermöglichen, einem Paar Achsschenkeln (24A, 24B), die an dem starren röhrenförmigen Gehäuse (12) an entsprechenden eines Paares gegenüber liegender Enden davon für eine Drehbewegung um entsprechende eines Paares von Lenkachsen (22A, 22B) des starren röhrenförmigen Gehäuses herum gehalten sind, einem Differenzialdeckel (30), der über der offenen Seite (28) der ausgeweiteten Kammer an dem starren röhrenförmigen Gehäuse (12) starr befestigt ist, einem Zahnstangendurchgang (36) in dem Differenzialdeckel (30), einer Zahnstange (38) mit einer Zahnstangenverzahnung (70) daran, die in dem Zahnstangendurchgang (36) für eine lineare Verschiebung hin und her in der Längsrichtung des Zahnstangendurchgangs gehalten ist, Verbindungsmitteln (42A, 42B) zwischen der Zahnstange (38) und jedem von dem Paar von Achsschenkeln (24A, 24B), die in Ansprechen auf die lineare Verschiebung der Zahnstange in dem Zahnstangendurchgang wirksam sind, um die Achsschenkel übereinstimmend um entsprechende des Paares von Lenkachsen (22A, 22B) herum zu drehen, einen Ritzelkopf (60) mit einem Ritzel (68) daran, einem Elektromotor (72) mit einer drehbaren Abtriebswelle (76), und einem Reduktionsgetriebe-Mittel (82), und Mitteln (50, 64, 66, 78, 80, 81), die wirksam sind, um den Ritzelkopf (60), den Elektromotor (72) und das Reduktionsgetriebe- Mittel (82) an dem Differenzialdeckel (30) zu halten, wobei das Ritzel (68) in die Zahnstangenverzahnung (70) eingreift, so dass eine Drehung des Ritzelkopfes eine lineare Verschiebung der Zahnstange bewirkt, und wobei das Reduktionsgetriebe-Mittel mit dem Ritzelkopf und der Abtriebswelle des Elektromotors verbunden ist, um das Abtriebsdrehmoment des Elektromotors auf den Ritzelkopf zu übertragen.
Lenkbare Antriebsachse (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Paar Gleitlager (40) an dem Differenzialdeckel (30) an gegenüber liegenden Seiten des Ritzels (68), die wirksam sind, um die Zahnstange (38) in dem Zahnstangendurchgang (36) für eine lineare Verschiebung hin und her in dem Zahnstangendurchgang zu halten, wobei zwischen dem Zahnstangendurchgang und der Zahnstange Raum ist, um eine elastische Biegung der Zahnstange in der Art einer Blattfeder zwischen den Gleitlagern aufzunehmen, wodurch die Zahnstangenverzahnung gegen das Ritzel elastisch vorgespannt ist.
Lenkbare Antriebsachse (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgetriebe-Mittel umfasst: einen ersten Planetenradsatz (84A) mit einem an dem Differenzialdeckel (30) starr befestigten ersten Hohlrad (86), einer Vielzahl erster Planetenräder (90), die an einem ersten Planetenträger (92) drehbar gehalten sind, wobei ein jedes in das erste Hohlrad eingreift, und einem ersten Sonnenrad (94), das als eine Einheit mit der Abtriebswelle (76) des Elektromotors (72) drehbar ist und in jedes der ersten Planetenräder eingreift; und einen zweiten Planetenradsatz (84B) mit einem an dem Differenzialdeckel (30) starr befestigten zweiten Hohlrad (86), einer Vielzahl zweiter Planetenräder (96), die an einem zweiten Planetenträger (98), der als eine Einheit mit dem Ritzelkopf (60) drehbar ist, drehbar gehalten sind, wobei jedes in das zweite Hohlrad (86) eingreift, und einem zweiten Sonnenrad (100), das als eine Einheit mit dem ersten Planetenträger (92) drehbar ist und in jedes der zweiten Planetenräder (96) eingreift.
Lenkbare Antriebsachse (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel, das wirksam ist, um ein jedes von dem Ritzelkopf, dem Elektromotor und dem Reduktionsgetriebe-Mittel an dem Differenzialdeckel zu halten, umfasst: eine abgestufte Bohrung (50) in dem Differenzialdeckel (30) mit einem Ritzelbohrungs-Abschnitt (54), der sich mit dem Zahnstangendurchgang (36) überschneidet, und einem Gehäuseabschnitt (58) für das Reduktionsgetriebe, wobei das Reduktionsgetriebe (82) in dem Gehäuseabschnitt (58) für das Reduktionsgetriebe der abgestuften Bohrung (50) angeordnet ist, ein Paar Wälzlager (64, 66) zwischen dem Differenzialdeckel (30) und dem Ritzelkopf (60), die den Ritzelkopf in dem Ritzelbohrungs-Abschnitt (54) der abgestuften Bohrung (50) drehbar lagern, und einen Flansch (78) an einem Grundgehäuse (74) des Elektromotors (72), der auf den Differenzialdeckel (30) an einem ringförmigen Sitz (80) an der Außenfläche des Differenzialdeckels um den Gehäuseabschnitt (58) für das Reduktionsgetriebe der abgestuften Bohrung (50) herum gesetzt und starr an diesem befestigt ist.
Lenkbare Antriebsachse (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlrad (86) und das zweite Hohlrad (86) jeweils an einer Innenfläche einer zylindrischen Hülse (88) ausgebildet sind, die in dem Gehäuseabschnitt (58) für das Reduktionsgetriebe der abgestuften Bohrung (50) in dem Differenzialdeckel (30) über eine Presspassung befestigt ist.