JP2012524697A - 自動車のパワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ステアリングロッド(3)が軸方向に可動に支持されたハウジングを備えた、自動車のパワーステアリング装置に関している。ステアリングロッド(3)は、スピンドル部(7)を有している。スピンドル部(7)は、回転可能に取り付けられたボール循環ナット(9)と共に、ボールナット/スピンドル変速機(8)を形成している。支持ブシュ(14)が、ステアリングロッド(3)の軸方向端部(3a)とボール循環ナット(9)との間に配置されている。支持ブシュ(14)には、ステアリングロッド(3)が貫通する貫通孔(15)が設けられている。ステアリングロッド(3)に面する支持ブシュ(14)の内面は、曲面状の輪郭を有しており、貫通孔(15)の開口断面は、ステアリングロッド(3)の端部(3a)に向かうにつれて大きくなっている。曲面状の輪郭は、ステアリングロッド(3)の撓み線に倣っており、撓み負荷のために支持ブシュ(14)と接触する際には、ステアリングロッド(3)は当該曲面路に面的に当接する。
Description
本発明は、特許請求の範囲の請求項1の上位概念に従う、ステアリングロッドが軸方向に可動に支持されたハウジングを備えた、自動車のパワーステアリング装置に関する。
この種のパワーステアリング装置は、DE10310492A1から知られている。
従来技術から、多くのパワーステアリング装置が知られている。それらにおいては、ステアリングロッドないしギヤラックが、ハウジング内で軸方向に移動可能に支持されている。ここで、ステアリングロッドは、スピンドル部を有している。スピンドル部は、回転可能に支持されたボール循環ナットと共に、ボールナット/スピンドル変速機を形成している。
DE10310492A1は、電気パワーステアリング装置の例として、ボールナット/スピンドル変速機を有するパワーステアリング装置を開示している。そこでは、ボール循環ナットが、電気モータに結合されたベルト変速機を介して駆動される。当該タイプの電気パワーステアリング装置は、ハウジングを有している。当該ハウジングの内部で、スピンドル部が設けられたステアリングロッドが、軸方向に移動可能に支持されている。ステアリングロッドは、ボール循環ナットと共に、ボールナット/スピンドル変速機を形成している。電気モータは、ステアリングロッドと軸平行に配置されており、牽引手段変速機によって、例えばベルト変速機によって、ボール循環ナットに力を伝達する。牽引手段変速機は、公知の態様で、電気モータに割り当てられた駆動ディスクと、ボール循環ナットに割り当てられた出力ディスクと、を有している。両ディスクは、牽引手段、この場合はベルトを介して、互いに駆動力伝達可能に接続されている。ボールナット/スピンドル変速機を介して、電気モータの回転運動がステアリングロッドの軸方向運動に変換される。これによって、ステアリングロッドは、電気モータの回転方向に依存して、ハウジング装置内ないしステアリング変速機ハウジング内で、対応して軸方向に移動される。ステアリングロッドの軸方向移動によって、同様に公知の態様で、自動車の車輪が操舵される。自動車の車輪は、例えばタイロッドを介して、ステアリングロッドに結合されている。
従来のパワーステアリング装置では、運動伝達及び力伝達は、ボールナット/スピンドル変速機ないしステアリングロッドから、タイロッドによって、操舵すべき車輪へと引き継がれる。このタイロッドは、通常は、ボールナットないしステアリングロッドの軸に平行でなく延びていて、当該軸に対してある角度を有している。様々な走行状態ないし走行状況によって、タイロッドを介して、様々な力がステアリングロッドに導入される。これは、ステアリングラックに対するタイロッドの角度に基づいて、径方向及び軸方向の力成分に分配される。これらの力は、ステアリングロッドの歪み(曲がり)につながり得る。
DE102005040154A1から、ボールナットとステアリングロッドとの間の歪み(曲がり)が低減されるようにボール循環ナットが特殊な軸受を介してハウジングに結合されること、が知られている。従来のステアリングロッドないしステアリングラックには、曲げ応力に基づいてステアリングロッドに可塑性の変形が生じ得る、という問題がある。ステアリングロッドの支持は、円筒状の支持ブシュないし軸受ブシュでは、ステアリングロッドのネジ部すなわちスピンドル部が損傷されるので、問題がある。これは、ステアリングロッドが曲げられてしまう時に、ステアリングロッドが円筒状の軸受ブシュに当接して、そのネジ部が軸受ブシュと接触してしまうからである。このことは、ステアリングロッド及び/または軸受ブシュの磨耗を導き得る。これにより、ステアリングロッド及び/または軸受ブシュが損傷され、ステアリング装置の機能が損なわれる。更に、ステアリングロッドが、そのネジ部(スピンドル部)によって円筒状の軸受ブシュ内に係合してしまう、という懸念もある。
本発明の課題は、ステアリングロッドの磨耗及び可塑性の変形を本質的に回避することである。
本発明の課題は、特許請求の範囲の請求項1に記載された特徴によって解決される。
本発明による軸受ブシュないし支持ブシュによれば、ステアリングラックないしステアリングロッドの可塑性の変形が、信頼性をもって回避される。貫通孔の開口断面がステアリングロッドの端部に向かうにつれて大きくなっていて、曲面状の輪郭がステアリングロッドの撓み線に倣っていて、撓み負荷のために支持ブシュと接触する際にステアリングロッドは当該曲面路に面的に当接する、ということによって、ステアリングロッド及び/または支持ブシュが当該接触によって損傷されること、ないし、そこで磨耗が生じること、が信頼性をもって回避される。本発明による解決策は、曲面状の輪郭(撓み曲面状の輪郭)に基づいて、支持ブシュへのステアリングロッドの線状接触を回避する。これにより、円筒状の軸受ブシュにおいて生じていた問題が回避される。
支持ブシュの曲面状の輪郭の推移は、それぞれに割り当てられるステアリングロッドに適合され得る。ステアリングロッドの撓み曲線に影響する要素、すなわち、支持ブシュの曲面状の輪郭に影響する要素は、とりわけ、ステアリングロッド直径、ステアリングロッド形状、ステアリングロッド材料、等を含む。更に、曲面状の輪郭は、ボール循環ナットとステアリングロッドの端部との間のどの部位に支持ブシュが配置されるか、にも依存する。そのことから生じる支持ブシュの曲面状の輪郭は、比較的簡単に算出され得る。支持ブシュの曲面状の輪郭は、必ずしも均等な(均一な)推移を有する必要はない。曲面状の輪郭は、ステアリングロッドの撓み曲線が当該領域において倣うような、任意の数学的な構成であり得る。当該領域において、曲げ応力(撓み応力)に基づいて対応して曲げられる際、ステアリングロッドは支持ブシュに当接する。
ステアリングロッドの撓み曲線は、その特性に依存する。また、それに適合される支持ブシュの曲面状の輪郭の推移は、当該支持ブシュの配置に依存し、場合によっては貫通孔の横断面ないし開口断面に依存する。それぞれのステアリングロッドの種類毎に、個別の計算が実施されなければならない。
有利なのは、貫通孔がステアリングロッドの端部の方向に、漏斗状に開口している時である。好ましくは、均等に漏斗状に開口している時である。これは、支持ブシュの簡単な製造を可能にする。好適な均等に漏斗状の開口は、必ずしも必要ではない。むしろ、ステアリングロッドが撓み(曲げ)の際に様々な径方向に異なる撓みを有していて、それ故に有利な場合、支持ブシュも様々な径方向に異なる曲面状の輪郭を有する、というのも考慮可能である。
本発明において、曲面状の輪郭が、最大許容径方向力の作用時にステアリングロッドの端部)に生じるステアリングロッドの最大撓み線(Extrem-Biegelinie)に倣っている、ということが考慮され得る。
最大許容径方向力の作用は、好ましくは、それぞれの自動車の具体的な場合毎に、ボール循環ナットの軸受位置からステアリングロッドの端部までの最大梃子長(最大行程)と最大力の作用(例えば縁石乗り上げ時)とが測定されることによって、個別的に測定され得る。この際において、ステアリングロッドの最大の変形は、ステアリングロッドの弾性限界を超えない、ということが注意されるべきである。最大撓み線(Extrem-Biegelinie)に倣うように曲面状の輪郭を配置する際、ステアリングロッドがその最大撓み線に至る時に支持ブシュの曲面状の輪郭に当接するということが保証される。曲面状の輪郭への当接によって、ステアリングロッドの可塑性の変形が回避される。
ステアリングロッドが、最大梃子長(すなわち最大行程)の状態で無く、別の任意位置で最大力の作用を受ける時、ステアリングロッドは、最大梃子長時よりも弱い短縮された梃子長に基づいて、曲がっている。これにより、ステアリングロッドが支持ブシュに支持されない、ということが保証される。支持ブシュの機能は、その曲面状の輪郭を最大撓み線に適合することによって、最大力の作用が最大梃子長で、すなわち、ステアリングロッドの端部で作用する時にのみ、生じる。
有利なのは、支持ブシュの貫通孔と、ボール循環ナットとステアリングロッドの端部との間の支持ブシュの配置とが、最大撓み線の到達時に初めてステアリングロッドが支持ブシュの曲面状の輪郭に面的に当接するということをもたらす、という時である。
さらに有利なのは、支持ブシュの貫通孔が、入口部及び/または出口部において、追加の角丸部を有しており、当該角丸部の曲率半径が、曲面状の輪郭の曲率半径よりも小さい、という時である。
この時、ステアリングロッドが支持ブシュの入口部領域または出口部領域において係合し得ない(引っ掛かり得ない)、という利点が得られる。角丸部の代わりに、面取部やその等価物も考慮可能である。支持ブシュの入口部領域または出口部領域での係合(引っ掛かり)は、好適には、曲面状の輪郭が当該領域において強化される、すなわち、その曲率半径が小さくされる、ことによって回避される。
本発明によれば、支持ブシュが一体部材として構成される、あるいは、多数部品によって構成される、ということが考慮され得る。
本発明によれば、支持ブシュは少なくとも2つの部材から構成される、ということが考慮され得る。この場合、支持ブシュの一部材は、導入部ないしアダプタとして形成され得る。支持ブシュの他部材は、支持顎部として形成され得る。この場合、導入部は、ステアリングロッドを取り巻くハウジング内に当該導入部が位置決めされ得るような外径を有している。すなわち、導入部の外径は、支持ブシュが位置決めされるべきハウジングの領域の内径に適合されている。導入部は、好ましくは円筒状の内径を有しており、それは支持顎部の外径に適合されている。これにより、支持顎部は導入部内に位置決めされて固定され得る。支持顎部は、その内面において、本発明による曲面状の輪郭を有する。このような支持ブシュの複数部材による形成は、導入部が標準部材として製造され得る、という利点を有する。これにより、様々なタイプのステアリングロッドのための導入部が、不変に適用され得る。支持ブシュの支持顎部のみが、自動車の具体例毎に、各ステアリングロッドに対して設計ないし適合されなければならない。これにより、支持ブシュの製造コストが低減され得る。
本発明によれば、さらに、支持ブシュがハウジングと一部材である、ということが考慮され得る。支持ブシュは、ハウジングの部分領域によって構成され得る。この場合、支持ブシュすなわちその曲面状の輪郭が、回転加工ないし回動加工(Abdrehen)によってハウジングの内面に形成される、ということが考慮され得る。
有利なのは、支持ブシュが耐磨耗材料から形成される、という時である。支持ブシュは、好ましくは、プラスチックや金属、例えばスチール、から構成され得る。
自動車のパワーステアリング装置のための支持ブシュが、請求項13から更に明らかである。
有利な実施の形態及び更なる実施の形態が、従属請求項から明らかである。以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態が原理的に説明される。
自動車のためのパワーステアリング装置は、一般的な従来技術から十分に知られている。例えば、DE10310492A1が言及される。従って、以下では、本発明において本質的な特徴部分のみが詳述される。
図1は、ハウジング1と、電気モータ2と、詳細には図示されていない自動車車輪を操舵するためのステアリングロッド3と、を備えた自動車用のパワーステアリング装置を示している。更に、このパワーステアリング装置は、回転トルクセンサ4付きのピニオンと、変速機装置5と、を有している。変速機装置5により、ステアリングロッド3は、図2に詳しく示された電気モータ2の出力軸6に駆動力を伝達するように結合されている。
図2から明らかなように、ステアリングロッド3は、電気モータ2に平行に配置されている。ステアリングロッド3は、図2には不図示の噛合部において、ステアリング軸の不図示のピニオンと噛み合っており、スピンドル部7において外側ネジ部を有している。ステアリングロッド3のスピンドル部7は、ボールナット/スピンドル変速機8の一部である。
スピンドル部7は、ボール循環ナット9と噛み合っている。ボール循環ナット9も、同様に、ボールナット/スピンドル変速機8の一部である。ボール循環ナット9は、軸方向には固定に軸支されており、ステアリングロッド3と共にボールネジを形成している。ボール循環ナット9は、出力ディスク10と回転しないように結合されており、軸受11を介してハウジング1に軸支されている。
電気モータ2の出力軸6上に、駆動ディスク12が固定されている。ベルト13として形成された牽引手段が、出力ディスク10と駆動ディスク12とによって、張力を与えられており、それらと共に牽引手段変速機を形成している。当該牽引手段変速機を介して、電気モータ2の力がボール循環ナット9に伝達される。
図3及び図4において、ステアリングロッド3の端部、ないし、ボール循環ナット9の軸受位置の位置ないし軸受11の位置が、原理的に示されている。更に、図3及び図4において、原理的に、本発明による支持ブシュ14の一部が示されている。支持ブシュ14は、ステアリングロッド3の軸方向端部3aとボール循環ナット9との間に配置ないし形成されている。支持ブシュ14の可能性ある形態が、図4及び図6に示されている。
図3乃至図6の共通の図示から明らかなように、支持ブシュ14は、ステアリングロッド3の貫通のための貫通孔15を有している、ないし、設けられている。ステアリングロッド3に向けられた支持ブシュ14の内面16は、曲面状の輪郭を有している。当該曲面状の輪郭は、貫通孔15の開口断面がステアリングロッド3の端部3aの方向に向かって増大する、というように形成されている。当該曲面状の輪郭は、ステアリングロッド3の撓み線(曲げ線)に適合されており、ステアリングロッド3が撓み負荷(曲げ負荷)によって支持ブシュ14に接触する時には、その曲面状の輪郭上で面的に当接するようになっている。支持ブシュ14の内面16の曲面状の輪郭上でのステアリングロッド3の面的な当接が、図3に原理的に示されている。好ましくは、ステアリングロッド3は、支持ブシュ14の全体の長さに亘って、ないし、少なくとも支持ブシュ14の略全体の長さに亘って、当接する。あるいは、支持ブシュ14の一部を介してのみ当接することも、ステアリングロッド3のネジ部を損傷させる線状の接触が生じないことが保証される限り、可能である。
図3は、ステアリングロッド3のいわゆる最大撓み線を示している。これに、本実施形態の支持ブシュ14の曲面状の輪郭が適合されている。このために、各々の自動車の具体例毎に、最初に、当該最大撓み線すなわちステアリングロッド3の最大撓み状態が測定されるべきである。当該最大撓み線は、最大の梃子長H(max)、すなわち最大行程と、最大の力作用F、例えば縁石乗り上げ時に生じる力作用とによって、測定される。この力は、一般には、ステアリングロッド3のタイロッドからもたらされる。その帰結が、最大の撓みA(max)である。最大の撓みA(max)は、ステアリングロッド3の弾性限界を超えてはいけない。それにより、可塑性の変形が回避される。可塑性の変形が生じる前に、図3に示すように、ステアリングロッド3は支持ブシュ14の内面16の曲面状の輪郭に面的に当接するのである。
図4は、最大の撓みA(max)に至る前の、ある位置状態のステアリングロッド3を示している。当該位置は、図4において、動的撓みA(dyn)として示されている。
本実施形態において考慮されているように、支持ブシュ14の曲面状の輪郭の推移が最大撓み線すなわち最大の撓み状態A(max)に適合されている時、当該最大値に至らない撓みの際、ステアリングロッド3が支持ブシュ14に当接しない、ということが保証される。図4は、ステアリングロッド3の動的撓みA(dyn)を示している。この場合、ステアリングロッド3は、ある梃子長H(dyn)において、最大の力作用にさらされている。この場合、当該梃子長H(dyn)は、最大梃子長H(max)よりも小さく、ステアリングロッド3は、短縮された梃子長に応じて、最大撓みA(max)の到達時ほどには曲がっていない。撓みA(dyn)に至っても、ステアリングロッド3は支持ブシュ14に当接しない。
図5及び図6は、内面16の2つの可能性ある曲面状の輪郭を示している。曲面状の輪郭は、ステアリングロッド3が支持ブシュ14に接触する際に、支持ブシュ14の当該曲面状の輪郭においてステアリングロッド3が面的に当接する、ということのために必要であり、多くの要因によって決定される。それらは、自動車の具体例毎に異なるが、算出可能であり、あるいは、試験によって測定可能である。内面16の曲面状の輪郭は、ステアリングロッド3が支持ブシュ14に接触する際にステアリングロッド3が有する、ステアリングロッド3の撓み線から得られる。支持ブシュ14の曲面状の輪郭に至る時、ステアリングロッド3は、支持ブシュ14の内面16に「もたれる」ことが可能である。すなわち、面的な当接が生じて、線状の接触は生じない。
図5及び図6から更に明らかなように、支持ブシュ14は、曲面状の輪郭ないし当該支持ブシュ14の入口部17及び出口部18において、追加の曲面、本実施の形態では角丸部、を有しており、当該角丸部の曲率半径は曲面状の輪郭の曲率半径よりも小さい。これにより、支持ブシュ14に対する導入時または取外時において、ステアリングロッド3が引っ掛かることが回避される。
本実施の形態では、支持ブシュ14が一体部材として構成される(図5及び図6)、あるいは、多数部品によって構成される(図7及び図8)、ということが考慮され得る。更に、不図示の態様において、支持ブシュ14がハウジング1に直接に回転加工(Abdrehen)によって形成される、ということも考慮され得る。
図7及び図8は、支持ブシュ14の可能性ある2部材の実施の形態と、ハウジング1の可能性ある構造と、を示している。
図7及び図8から明らかなように、支持ブシュ14は、その機能に関して、2部材に分離されている。すなわち、支持顎部14aと、導入部14bと、に分離されている。支持顎部14aは、ステアリングロッド3が相応の曲げ負荷にさらされる際に、ステアリングロッド3が当該支持顎部14aの内側に面的に当接する、ということを保証する。導入部14bは、ステアリングロッド3を取り囲むハウジング1内での支持ブシュ14の信頼性ある位置決めを保証する。2部材の支持ブシュ14は、生産技術上の利点がある。
図7及び図8から明らかなように、導入部14bは、本質的に円筒状の外径と、本質的に円筒状の内径と、を有している。支持ブシュ14は、この場合、その内側において、ホルダ部を形成している。支持顎部14aが導入部14b内に導入される際に、当該ホルダ部上に支持顎部14aが当接する。支持顎部14aは、円筒状の外径を有しており、それは、本質的に導入部14bの円筒状の内径に対応している。これにより、支持顎部14aは導入部14b内に導入されて固定され得る。支持顎部14aないし支持顎部14aの曲面状の輪郭の推移部の内側面は、各ステアリングロッド3の撓み線に適合され得る。
導入部14bの外径は、ステアリングロッド3を取り囲むハウジング1の内径に適合されている。これにより、支持ブシュ14は、所定の位置に固定され得る。導入部14bの外径は、本質的には、当該領域におけるハウジング1の内径に対応している。
本発明による解決手法は、軸平行の駆動部を伴うパワーステアリング装置の一部としてのボール循環ナット9ないしボールナット/スピンドル変速機の図示された適用例には限定されない。むしろ、本発明による解決手法は、パワーステアリング装置の一部としての任意のボールナット/スピンドル変速機に適用可能である。前記実施の形態において示された軸平行の駆動部を伴うパワーステアリング装置は、本発明による解決手法の好適な一例に過ぎない。
1 ハウジング
2 電気モータ
3 ステアリングロッド
4 回転トルクセンサを有するピニオン
5 変速機装置
6 出力軸
7 スピンドル部
8 ボールナット/スピンドル変速機
9 ボール循環ナット
10 出力ディスク
11 軸受
12 駆動ディスク
13 ベルト(牽引手段)
14 支持ブシュ
14a 支持顎部
14b 導入部
15 貫通孔
16 内面
17 入口部
18 出口部
2 電気モータ
3 ステアリングロッド
4 回転トルクセンサを有するピニオン
5 変速機装置
6 出力軸
7 スピンドル部
8 ボールナット/スピンドル変速機
9 ボール循環ナット
10 出力ディスク
11 軸受
12 駆動ディスク
13 ベルト(牽引手段)
14 支持ブシュ
14a 支持顎部
14b 導入部
15 貫通孔
16 内面
17 入口部
18 出口部
Claims (13)
- ステアリングロッドが軸方向に可動に支持されたハウジングを備えた、自動車のパワーステアリング装置であって、
ステアリングロッドは、スピンドル部を有しており、
スピンドル部は、回転可能に支持されたボール循環ナットと共に、ボールナット/スピンドル変速機を形成しており、
支持ブシュ(14)が、ステアリングロッド(3)の軸方向端部(3a)とボール循環ナット(9)との間に配置されており、
支持ブシュ(14)には、ステアリングロッド(3)が貫通する貫通孔(15)が設けられており、
ステアリングロッド(3)に面する支持ブシュ(14)の内面(16)は、曲面状の輪郭を有しており、
貫通孔(15)の開口断面は、ステアリングロッド(3)の端部(3a)に向かうにつれて大きくなっており、
曲面状の輪郭は、ステアリングロッド(3)の撓み線に倣っており、撓み負荷のために支持ブシュ(14)と接触する際には、ステアリングロッド(3)は当該曲面路に面的に当接する
ことを特徴とするパワーステアリング装置。 - 曲面状の輪郭は、最大許容径方向力の作用時にステアリングロッド(3)の端部(3a)に生じるステアリングロッドの最大撓み線(Extrem-Biegelinie)に倣っている
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーステアリング装置。 - 支持ブシュ(14)の貫通孔(15)と、ボール循環ナット(9)とステアリングロッド(3)の端部(3a)との間の支持ブシュ(14)の配置とが、最大撓み線の到達時に初めてステアリングロッド(3)が支持ブシュ(14)の曲面状の輪郭に面的に当接するということをもたらす
ことを特徴とする請求項2に記載のパワーステアリング装置。 - 支持ブシュ(14)の貫通孔(15)は、入口部及び/または出口部において、追加の角丸部を有しており、当該角丸部の曲率半径は、曲面状の輪郭の曲率半径よりも小さい
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のパワーステアリング装置。 - 貫通孔(15)は、ステアリングロッド(3)の端部(3a)の方向に、漏斗状に開口している
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のパワーステアリング装置。 - 支持ブシュ(14)は、一体部材として構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のパワーステアリング装置。 - 支持ブシュ(14)は、多数部品によって構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のパワーステアリング装置。 - 支持ブシュ(14)は、ステアリングロッド(3)を取り巻くハウジング(1)への導入のための少なくとも1つの導入部(14b)と、当該導入部(14b)への導入のための支持顎部(14a)と、を有している
ことを特徴とする請求項7に記載のパワーステアリング装置。 - 支持ブシュ(14)は、ハウジング(1)と一部材に構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のパワーステアリング装置。 - 支持ブシュ(14)は、ハウジング(1)の部分領域によって構成されている
ことを特徴とする請求項9に記載のパワーステアリング装置。 - 曲面状の輪郭は、回転加工によって、ハウジング(1)の内面に形成される
ことを特徴とする請求項9または10に記載のパワーステアリング装置。 - 支持ブシュ(14)は、耐磨耗材料から形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載のパワーステアリング装置。 - 回転可能に支持されたボール循環ナットと共にボールナット/スピンドル変速機を形成するスピンドル部を有するステアリングロッドを備えた自動車のパワーステアリング装置用の、請求項1乃至12のいずれかに記載の支持ブシュ。
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