DE4340203C2 - Elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung für die Hinterräder eines Fahrzeuges.

Aus der DE 40 20 567 A1 ist ein Verfahren zum Betätigen einer Lenkeinrichtung für die Hinterräder eines Kraftfahrzeuges bekannt, wobei im Falle einer Fehlfunktion des Steuersystems die Hinterräder mit zeitlich zunehmend sich verringernder Abhängigkeit von der Lenkbewegung der Vorderräder auf den Lenkwinkel Null eingestellt werden.

Aus der DE 39 24 324 A1 ist ein Lenkgetriebe bekannt, das zwei Eingänge aufweist - eine Lenkspindel, die in eine Lenkmutter eingreift, an deren am Außenumfang vorgesehenen Geradverzahnung ein Lenkstockhebel eingreift und ein mit der Mutter verbundenes Stirnrad, das über ein Ritzel angetrieben wird. Die Ritzel/Stirnrad-Anordnung dient zum Ausregeln von äußeren Störungen.

Aus der DE 39 30 445 C2 ist eine Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der die Spurstange zusätzlich durch einen Motor, ein Zahnrad und eine Mutter bewegt wird. Mit dieser Anordnung soll ein Über- und Untersteuern vermieden werden.

Aus der DE 41 06 400 C2 ist ein Hinterradlenksystem bekannt, bei dem ein Motor ein nicht näher beschriebenes Getriebe antreibt, das an eine Stange zum Lenken der Hinterräder angreift. Ferner ist eine Feder zum Rückstellen der Stange in die Ausgangslage vorgesehen.

Die DE 40 06 150 C2 offenbart eine Hinterradlenkung für ein Kraftfahrzeug, die einen Motor aufweist, der über ein Getriebe eine Kugelspindel antreibt, die einen Lenkstab bewegt.

Weitere Lenkvorrichtungen für die Hinterräder eines Fahrzeuges sind aus der JP 4-118377 A und JP 4-95566 U bekannt. Fig. 5 zeigt diese elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung.

Durch ein Gehäuse 1, das an der hinteren Bodenfläche eines Autos befestigt ist, erstreckt sich eine Ausgangswelle 2 von einer Seite zur anderen Seite (in Breitenausdehnung bezüglich der Fahrzeugkarosserie). Ein Lenkwinkel wird an die Hinterräder (nicht gezeigt) durch Verschieben der Ausgangswelle 2 in Achs­ richtung (Horizontalrichtung in Fig. 5) übertragen. Eine Zahn­ stange 3 ist ortsfest in dem Zwischenbereich der Ausgangswelle 2 vorgesehen, die innerhalb des Gehäuses 1 positioniert ist. Das Gehäuse 1 trägt auch eine Getriebewelle 4 in ihrem mittleren Be­ reich, wobei sich die Getriebewelle 4 in eine Verdrehposition bezüglich der Ausgangswelle 2 drehen kann. Ein Ritzel 5 ist ortsfest an einem Endbereich (dem oberen Endbereich in Fig. 5) der Getriebewelle 4 vorgesehen, um in Eingriff mit der Zahnstange 3 befindlich zu sein. Ein Schneckenrad 6 ist ortsfest an dem anderen Endbereich (dem unteren Endbereich in Fig. 5) der Ge­ triebewelle 4 vorgesehen.

Ein Elektromotor 7 ist an der Außenfläche des Gehäuses 1 befe­ stigt und eine Drehantriebswelle (nicht gezeigt) des Elektromo­ tors 7 dreht eine Drehwelle 9 über eine elektromagnetische Kupp­ lung 8. Eine Schnecke 10 ist ortsfest an der Drehwelle 9 vorge­ sehen und ist mit dem Schneckenrad 6 in Eingriff. Somit ver­ schiebt die Drehung der Drehwelle 9 die Ausgangswelle 2 in ihrer Achsrichtung, um dadurch als ein Untersetzungsmechanismus zu wirken. In diesem Untersetzungsmechanismus ist die Kraft umkehr­ bar. Mehr im einzelnen verschiebt nicht nur die Drehung der Drehwelle 9 die Ausgangswelle 2 in ihrer Achsrichtung, sondern die Verschiebung der Ausgangswelle 2 in ihrer Achsrichtung dreht auch die Drehwelle 9.

Der Elektromotor 7 ist mit einer Kodiereinrichtung 11 ausgerü­ stet, die einen Drehwert des Elektromotors 7 nachweist. Der nachgewiesene Wert wird an eine Steuervorrichtung (nicht gezeigt) angelegt. Zusätzlich sind zwei Verschiebungssensoren 12, wie z. B. Kodiereinrichtungen, Potentiometer od. dgl. an einem Ende der Getriebewelle 2 vorgesehen, um den Wert der Ver­ schiebung der Ausgangswelle 2 mittels der Getriebewelle 4 nach­ zuweisen. Die Nachweissignale, die von diesen Verschiebungssen­ soren 12 zusammen mit jenen Signalen von einem Lenkwinkelsensor (nicht gezeigt) zum Nachweisen des Wertes der Geschwindigkeit der Betätigung des Lenkrades und jener Signale von einem Ge­ schwindigkeitssensor (ebenfalls nicht gezeigt) zum Nachweisen der Geschwindigkeit des Fahrzeuges gesendet werden, werden an die Steuervorrichtung zum Steuern der Erregung des Elektromotors 7 angelegt.

Die Steuervorrichtung bewirkt das Eingreifen der elektromagneti­ schen Kupplung 8 mit den Wellen nur dann, wenn die Fahrgeschwin­ digkeit des Fahrzeuges, die durch den Geschwindigkeitssensor nachgewiesen wird, nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist (z. B. 40 km/h). Somit gibt der Elektromotor 7 einen Lenkwinkel an die Hinterräder entsprechend der Signale von dem Lenkwinkel­ sensor und dem Geschwindigkeitssensor ab. Gleichzeitig wird die Erregung des Elektromotors entsprechend der Signale von der Kodiereinrichtung 11 gesteuert. Ebenfalls weisen die Verschie­ bungssensoren 12, die an dem Ende der Getriebewelle 4 vorgesehen sind, den Steuerwinkel nach, der tatsächlich an die Hinterräder abgegeben wird und geben den nachgewiesenen Wert an die Steuer­ vorrichtung ab.

Ein Paar Unterlegscheiben 13 sind um den Mittelbereich der Aus­ gangswelle 2 in einem Abstand aufgesetzt, wobei die Unterleg­ scheiben 13 sich in Richtung der Achse der Ausgangswelle 2 ver­ schieben können. Zwischen den Unterlegscheiben 13 ist eine Zen­ trierfeder 14 vorgesehen. Die Zentrierfeder 14 hat eine Feder­ kraft, die stark genug ist, um die Ausgangswelle 2 in die Mit­ telstellung rückzustellen, wenn der Elektromotor ausfällt.

Ein Paar Stufenbereiche 15 ist an einem Zwischenraum der Innen­ fläche des Gehäuses 1 ausgebildet. Die Umfangsbereiche der Außenflächen des Paares der Unterlegscheiben 13 sind jeweiligen Stufenbereichen 15 gegenüberliegend angeordnet. Ein Paar An­ schlagringe 16 sind um die Umfangsfläche im Zwischenbereich der Ausgangswelle 2 befestigt, so daß die Unterlegscheiben 13 zwi­ schen den Anschlagringen 16 gehalten werden. Somit wird die Be­ wegung jeder Unterlegscheibe 13 bezüglich der Ausgangswelle 2 begrenzt. Ferner sind konische Tellerfedern 17 zwischen den Außenflächen der jeweiligen Unterlegscheiben 13 und jeweiligen Stufenbereichen 15 sowie jeweiligen Anschlagringen 17 vorgese­ hen.

Die Federkraft, die erforderlich ist, um die konischen Teller­ federn 17 zusammenzuschieben, ist kleiner vorgesehen, als die Federkraft, mit der die Zentrierfeder 14 am Anfang zusammenge­ drückt wird. Wenn dementsprechend die Ausgangswelle 2 bezüglich des Gehäuses 1 verschoben wird, wird zuerst eine der konischen Tellerfedern 17 zusammengeschoben. Und nur nachdem die konische Tellerfeder vollständig zusammengeschoben ist, beginnt die Zen­ trierfeder 14 zwischen den Unterlegscheiben 14 zusammengedrückt zu werden.

Wenn in der herkömmlichen elektrischen Lenkvorrichtung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, das Auto mit einer Geschwindig­ keit fährt, die gleich hoch oder geringer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist (z. B. 40 km/h), steuert die Steuervorrich­ tung die Erregung des Elektromotors 7 entsprechend der Signale von dem Lenkwinkelsensor und dem Geschwindigkeitssensor, um einen gewünschten Lenkwinkel, falls notwendig, an die Hinterrä­ der abzugeben. In diesem Fall wird die elektromagnetische Kupp­ lung 8 gespeist, um eingekuppelt zu bleiben. Wenn mit anderen Worten das Auto mit einer mittleren oder niedrigen Geschwindig­ keit fährt, wird ein Lenkwinkel einer negativen Phase bezüglich der Hinterräder an die Vorderräder abgegeben, um eine Kurven­ fahrtbewegung des Autos zu verbessern.

Als Verfahren zum Steuern des Lenkwinkels, der an die Hinterrä­ der abgegeben wird, wird entweder eine Regelung, wie sie in der zuvor erwähnten JP-A 4-118377 beschrieben ist oder die Steuerung, wie sie in der zu­ vor erwähnten JP-U 4-95566 beschrieben ist, verwendet. In Überein­ stimmung mit der Regelung wird die Erregung des Elektromotors 7 so gesteuert, daß die nachgewiesenen Werte von den Verschie­ bungssensoren 12, die überwacht werden, einen vorbestimmten Wert einnehmen können. In Übereinstimmung mit der Steuerung wird der Elektromotor 7 mit solch einem Strom erregt, daß eine der koni­ schen Tellerfedern 17 und die Zentrierfeder 14 jeweils um einen vorbestimmten Betrag zusammengedrückt werden, wobei die Signale von den Verschiebungssensoren 12 nur zum Zwecke der Funktions­ tüchtigkeit verwendet werden.

Wenn andererseits das Auto mit einer höheren Geschwindigkeit als mit der vorbestimmten Geschwindigkeit (40 km/h) fährt, wird die Erregung der elektromagnetischen Kupplung 8 gestoppt, um die elektromagnetische Kupplung 8 auszukuppeln. Somit stoppt die Steuervorrichtung die Steuerung des Lenkwinkels, der an die Hin­ terräder abgegeben wird, auch wenn die Signale von dem Lenkwin­ kelsensor und dem Geschwindigkeitssensor abgegeben werden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Beispiel eines herkömmlichen Vierrad-Lenksystems, das in der JP-A 61-146682 beschrieben ist. Das Nachweissignal von einem Lenkwinkelsensor 102 zum Nachweisen des Betrages und der Geschwindigkeit der Betätigung eines Lenkrades 101 und das Nachweissignal von einem Geschwindigkeitssensor 103 werden an eine Steuervorrichtung 104 gesendet. Die Steuervorrichtung 104 erregt einen Elektromotor 105 entsprechend der Nachweissignale, die von den zuvor erwähnten Sensoren 102 und 103 gesendet werden. Das Drehmoment des Elektromotors 105 wird über eine Schnecke 107, die an einer Ausgangswelle 106 befestigt ist, an ein Schneckenrad 108 übertragen, das an einem Ende einer Getrie­ bewelle 109 befestigt ist, wodurch die Getriebewelle 109 zusam­ men mit einem Ritzel 110 gedreht wird, das mit dem anderen Ende der Getriebewelle 109 befestigt ist. Wenn das Ritzel 110 mit einer Zahnstange 112, das ortsfest in dem Zwischenbereich einer Ausgangswelle 111 vorgesehen ist, in Eingriff befindlich ist, wird die Ausgangswelle 111 in ihrer Achsrichtung (Horizontal­ richtung in Fig. 6) verschoben, wenn der Elektromotor 105 erregt wird.

Die Verschiebung der Ausgangswelle 111 in ihrer Achsrichtung wird über die Spurstangen 113 und die Spurstangenhebel 114 an die Hinterräder 115 übertragen, wodurch ein Lenkwinkel an die Hinterräder 115 abgegeben wird. Da die Schnecke 107 und das Schneckenrad 108 miteinander nicht umkehrbar bezüglich einer An­ triebskraft miteinander in Eingriff befindlich sind, auch wenn ein Drehmoment in Drehrichtung an das Schneckenrad 108 abgegeben wird, wenn der Elektromotor 105 nicht erregt ist, wird das Schneckenrad 108 nicht gedreht. Wenn der Elektromotor 105 nicht erregt wird, werden daher die Hinterräder 115 nicht durch eine Störung, wie z. B. eine Zentrifugalkraft, bewegt.

Wenn in dem in Fig. 5 gezeigten Aufbau die Schnecke 10 und das Schneckenrad 6 miteinander umkehrbar bezüglich der Antriebskraft in Eingriff befindlich sind, kann, wenn eine starke Außenkraft, z. B. eine Zentrifugalkraft an die Hinterräder abgegeben wird, die Ausgangswelle 2 in ihrer Achsrichtung verschoben werden, wo­ durch ein unerwünschter Lenkwinkel an die Hinterräder abgegeben wird. Als eine Gegenmaßnahme dagegen, muß die Federkraft der Zentrierfeder 14 zum Rückstellen der Ausgangswelle 2 in die Mit­ telstellung erhöht werden. In diesem Fall jedoch muß die Aus­ gangsleistung des Elektromotors 7 zum Abgeben eines Lenkwinkels an die Hinterräder erhöht werden. Die gleichen Umstände treten auf, wenn entweder die Erregung des Elektromotors 7 in Überein­ stimmung mit der Regelung gesteuert wird oder wenn der Elektro­ motor 7 in Übereinstimmung mit der Steuerung gesteuert wird.

In dem in Fig. 7 gezeigten Aufbau, kann der Ausgang des Elektro­ motors 105 klein sein, da die Schnecke 107 und das Schneckenrad 108 nicht umkehrbar bezüglich einer Antriebskraft im Eingriff miteinander sind. Wenn jedoch der Elektromotor 105 ausfällt, während ein Lenkwinkel an die Hinterräder abgegeben ist, wird der Lenkwinkel von den Hinterrädern nicht rückgestellt. Da der Lenkwinkel, der an die Hinterräder abgegeben wird, klein ist, bedeutet dies keine unmittelbare Gefahr. Aber dieses ist uner­ wünscht wegen der Verminderung des Fahrgefühls.

Außerdem ist in der in den Fig. 6 und 7 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung die Getriebewelle 109 in der Verdrehposition bezüg­ lich der Ausgangswelle 111 vorgesehen, sind das Schneckenrad 108 und das Ritzel 110 bezüglich eines Endes der Getriebewelle 109 befestigt, und außerdem ist die Schnecke 107 mit dem Schnecken­ rad 108 in Eingriff, das auf der Ausgangswelle 106 des Elektro­ motors 105 befestigt ist. Als ein Ergebnis dessen, ist der Elek­ tromotor in einem beträchtlichen Abstand von der Ausgangswelle 111 positioniert, wodurch sich die Außendimensionen der elektri­ schen Lenkvorrichtung beachtlich vergrößern wegen des Elektromo­ tors 105, der, wie oben beschrieben, angeordnet ist.

Da die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung für die Hinterrä­ der in einem begrenzten Raum unterhalb der Bodenfläche des Fahr­ zeuges eingebaut werden soll, sind möglichst kleine Außendimensionen erwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung für die Hinterräder eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die bei kleinem Aufbau sicher arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist an der Außenumfangsfläche eines Lenkstabes ein Außengewinde angeordnet, das mit einem Gewindering mit einem Innengewinde in Eingriff befindlich ist, wobei der Gewindering mittels eines Elektromotors in Drehung versetzt wird. Da der Steigungswinkel des Außengewindes und des Innengewindes so gering bemessen ist, daß eine in Achsrichtung an den Lenkstab angreifende Kraft nicht zu einer Drehung des Gewinderinges führt, ist eine große Stabilität des Lenkwinkels gegeben. Bei dieser Anordnung kann ein vergleichsweise kleiner Elektromotor verwendet werden und der Abstand zwischen dem Elektromotor und dem Gehäuse kann minimiert werden, so daß die gesamte Vorrichtung insgesamt kleinbauend ausgeführt werden kann.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine Schnittansicht, die entlang der Linie II-II von Fig. 1 verläuft,

Fig. 3 eine Schnittansicht, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 4 eine Schnittansicht, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 5 eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer herkömmlichen elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung zeigt,

Fig. 6 eine schematische Draufsicht eines Vierrad-Lenk- Systems, in die eine herkömmliche elektrische Lenkvorrichtung eingebaut ist,

Fig. 7 eine Perspektivansicht der herkömmlichen elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung,

Fig. 8 eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 9 eine Schnittansicht der Ausführungsform von Fig. 8, die entlang der Linie IX-IX in Fig. 9 verläuft, und

Fig. 10 eine Schnittansicht der Ausführungsform von Fig. 8, die entlang der Linie X-X in Fig. 8 verläuft.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die erste Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. Ein rohrförmiges Gehäuse 25, dessen Enden offen sind, ist unterhalb des Bodens eines Fahrzeuges mit seiner Achse in Breitenausdehnung (horizontal in Fig. 1) bezüglich der Fahr­ zeugkarosserie befestigt. Ein Lenkstab 26 ist durch das Gehäuse 25 eingesetzt. Spurstangen und Spurstangenhebel (beide nicht gezeigt) sind zwischen beiden Enden des Lenkstabes 26 und der Hinterräder vorgesehen. Somit werden, wenn der Lenkstab 26 in seiner Achsrichtung verschoben wird, die Hinterräder gelenkt.

Der Zwischenbereich nahe eines Endes (linkes Ende in Fig. 1) des Lenkstabes 26 wird von einer Keilprofilbuchse 27 innerhalb des Gehäuses 25 getragen. Ein Keilnutteil (nicht gezeigt) ist zwischen der Außenfläche der Keilprofilbuchse 27 und der Innen­ fläche des Gehäuses 25 vorgesehen. Entsprechenderweise wird der Lenkstab 26 in dem Gehäuse 25 so getragen, daß diese nicht gedreht, sondern nur in ihrer Achsrichtung verschoben wird.

Andererseits ist ein Außengewinde 28 integral um die Außen­ fläche des Zwischenbereiches nahe des anderen Endes (rechtes Ende in Fig. 1) des Lenkstabes 26 ausgebildet. Das Außen­ gewinde 28 ist ein ausreichend widerstandsfähiges Gewinde, das eine Form aufweist, wie z. B. ein Trapezgewinde, ein Flachgewinde, od. dgl., das in der Lage ist, ein großes Drehmoment zu übertragen.

Ein Bereich, der das Außengewinde 28 an einem Ende des Ge­ häuses 25 enthält, ist ein Bereich 29 mit einem großen Durchmes­ ser. Ein im wesentlichen zylindrisches Abdeckteil 30 ist fest mit dem offenen Ende des Bereiches mit dem großen Durchmesser in Eingriff. Ein Gewindering 32 ist in einem Raum 31 unterge­ bracht, der durch den Bereich 29 in dem Abdeckteil 30 umgeben ist, so daß nur der Gewindering 30 gedreht werden kann. Eine Sicherungsmutter 33 verhindert das Lösen des Abdeckteils 30.

Ein Innengewinde 34, das auf der Innenfläche des Zwischenberei­ ches des Gewinderinges 32 ausgebildet ist, ist mit dem Außengewinde 28 in Eingriff. Die Steigungen, d. h. die Stei­ gungswinkel des Außengewindes 28 und des Innengewindes 34 sind relativ klein. Dementsprechend wird, obwohl der Lenkstab 26 in seiner Achsrichtung verschoben wird, wenn der Gewindering 32 gedreht wird, der Gewindering 32 nicht gedreht, auch wenn eine Kraft in Achsrichtung auf den Lenkstab 26 aufgebracht wird. Mit anderen Worten, das Außengewinde 28 und das Innengewinde 34, die eine Untersetzungsvorrichtung bilden, sind miteinander im Eingriff, um nur ein Drehmoment von dem Gewindering 32 zum Lenkstab 26 zu übertragen, d. h., die miteinander nicht umkehrbar bezüglich der Antriebs­ kraft in Eingriff sind.

Der Teil des Innenumfangs des Gewinderinges 32, auf dem das Innengewinde nicht ausgebildet ist, hat einen größeren Innen­ durchmesser, als das Außengewinde 28, um sich nicht mit dem Außengewinde 28 zu überlagern. Zusätzlich ist ein flansch­ förmiges Schneckenrad 35 integral um die Außenfläche des Zwi­ schenbereiches des Gewinderinges 32 ausgebildet.

Tiefschlitz-Kugellager 36, die nur den Gewindering 32 drehbar tragen, sind um den Gewindering 32 herum eingesetzt, wobei das Schneckenrad 35 zwischen den Innenringen 37 der Kugellager 36, die fest um die Außenfläche des Gewinderinges 32 herum eingesetzt sind, gehalten wird. Andererseits wer­ den die Außenringe 38 der Kugellager 36 fest jeweils durch die Innenfläche des Bereiches 29 mit dem großen Durchmesser und der Innenfläche des Abdeckteils 30 gehalten.

In dem Bereich 29 mit dem großen Durchmesser des Gehäuses 25 wird eine Schnecke 39 drehbar durch ein Kugellager 40 und ein Gleitlager 41 getragen. Die Schnecke 39 ist in einer Verdreh­ position bezüglich des Lenkstabes 26 angeordnet, und ist mit dem Schneckenrad 25 in Eingriff. Im übrigen kann der Eingriff der Schnecke 39 und des Schneckenrades 35 entweder umkehrbar oder unumkehrbar bezüglich der Antriebskraft ausgebildet sein. Es ist aber anzumerken, daß die Steigung der Schnecke 39, d. h. der Steigungswinkel derselben in der vorliegenden Ausführungsform groß ist, da die Schnecke 39 mit einer Zahnstange 44 als Verschiebungsteil im Eingriff ist, wie unten beschrieben wird. Deshalb ist der Ein­ griff der Schnecke 39 und des Schneckenrades 35 in dieser Aus­ führungsform bezüglich der Antriebskraft umkehrbar. Ein Ende (rechtes Ende in Fig. 2) der Schnecke 39 ist über ein Verbin­ dungselement 42 mit der Drehantriebswelle eines Elektromotors 43 verbunden.

Außerdem ist in dem Teil des Gehäuses 25 auf der Seite gegen­ überliegend des Schneckenrades 35 bezüglich der Schnecke 39 eine Zylinderbohrung 45, die offene Enden aufweist, parallel zum Lenkstab 26 ausgebildet. Die Zahnstange 44, die verschoben wird, wenn die Schnecke 39 sich dreht, wird in die Zylinderbohrung 45 eingesetzt, um nur in Achsrichtung (horizontal in Fig. 1) ver­ schoben zu werden, während sie mit der Schnecke 39 in Eingriff ist.

Abdeckteile 46 sind fest mit ihren jeweiligen offenen Enden der Zylinderbohrung 45 in Eingriff, wobei Druckfedern 47 zwischen einer inneren Endfläche des jeweiligen Abdeckteils 46 und jewei­ liger Endflächen der Zahnstange 44 vorgesehen sind. Außer wenn eine Kraft von der Schnecke 39 abgegeben wird, stellen die Druckfedern 47 die Zahnstange 44 in ihre Mittelstellung zurück. Wenn die Zahnstange 44 in ihrer Mittelstellung mittels der Federkraft der Druckfedern 47 rückgestellt wird, wird auch der Lenkstab 26 in seine Mittelstellung gebracht, wodurch kein Lenkwinkel an die Hinterräder abgegeben wird. Ein Positionieren der jeweiligen Komponenten wird ausgeführt, um die so oben er­ wähnten Funktionen geeignet darzustellen.

Wenn in der elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung entspre­ chend der vorliegenden Ausführungsform, die, wie oben beschrieben, aufgebaut ist, der Elektromotor 43 seine Drehantriebswelle dreht, um einen Lenkwinkel an die Hinterräder abzugeben, wird ein Drehmoment der Drehantriebswelle über das Verbindungselement 42, die Schnecke 39 und das Schneckenrad 35 zum Gewindering 32 übertragen, wodurch sich der Gewindering 32 dreht. Wenn der Gewindering 32 gedreht wird, wird der Lenkstab 26 in Achsrichtung entsprechend des Eingriffs des Innenge­ windes, das auf der Innenfläche des Gewinderinges 32 ausge­ bildet ist, mit dem Außengewinde 28, das um den Lenkstab 26 herum ausgebildet ist, verschoben. Ein gewisser Lenkwinkel entsprechend der Verschiebung des Lenkstabes 26 wird an die Hinterräder abgegeben.

Wenn der Lenkwinkel an die Hinterräder abgegeben wird, wie oben beschrieben wurde, wird die Zahnstange 44 in Achsrichtung entge­ gen der Federkraft einer der Druckfedern 47 verschoben, wenn sich die Schnecke 39 dreht. Deshalb sollte das Drehmoment des Elektromotors 43 groß genug sein, um die Federkraft der Druckfe­ dern 47 zu überwinden. Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform halten die Druckfedern 47 die Hinterräder nicht entgegen einer äußeren Kraft, und die Federkraft der Druckfedern 47 kann klein sein. Dementsprechend muß das Drehmoment des Elektromotors nicht sehr groß sein, und ein kleinbauender Motor kann geeigneterweise als Elektromotor 43 dienen.

Wenn das Innengewinde 34 des Gewinderinges 32 mit dem Außengewinde 28 des Lenkstabes 26 nicht umkehrbar bezüglich der Antriebskraft in Eingriff ist, auch wenn die Hinterräder eine Kraft in Achsrichtung zum Lenkstab 26 abgeben, wird die Kraft nur durch die Kugellager 36 aufgenommen, drehen aber nicht den Gewindering 32. Dementsprechend werden, auch wenn eine äußere Kraft, wie z. B. eine Zentrifugalkraft, an die Hinterräder aufgebracht wird, die Hinterräder nicht bewegt, wo­ durch, wie zuvor beschrieben wurde, die Fahrzeugkarosserie mit einer geringen Federkraft der Druckfedern 47 in zuverlässiger Weise stabilisiert werden kann.

Falls der Elektromotor 43 ausfällt, während ein Lenkwinkel an die Hinterräder abgegeben ist, stellen das Paar Druckfedern 47 die Zahnstange 44 in die Mittelstellung, wenn ein Drehmoment durch eine Störung nicht mehr abgegeben wird. Als ein Ergebnis, stellt die Schnecke 39, die mit der Drehantriebswelle des Elektromotors 43 verbunden ist, und die zusammen mit dem Schneckenrad 35, dem Außengewinde 28 und dem Gewindering 32 die Unter­ setzungsvorrichtung bilden, den Lenkstab 26, der mit der Schnecke 39 über die anderen Komponenten der Untersetzungsvor­ richtung verbunden ist, in die Mittelstellung zurück. Somit wird der Lenkwinkel, der an die Hinterräder abgegeben ist, aufgehoben.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, wobei ein Ende (rechtes Ende in Fig. 3) einer Zylinderboh­ rung 48, die parallel zum Lenkstab 26 ausgebildet ist, ge­ schlossen ist. Eine Zahnstange 50 ist auf einer Hälfte (rechte Hälfte in Fig. 3) einer Stange 49 ausgebildet, die in die Zylin­ derbohrung 48 eingesetzt ist. Ein Paar Anschlagringe 51 sind in einem Zwischenraum auf der anderen Hälfte (linke Hälfte in Fig. 3) der Stange 49 vorgesehen, und ein Paar Unterlegscheiben 52 sind zwischen den Anschlagringen 51 eingesetzt, um in Achsrichtung der Stange 49 verschoben zu werden. Ferner ist eine Druckfeder 53 zwischen den Unterlegscheiben 52 vorgesehen.

Ein zylindrisches Abdeckteil 54 mit einem Boden ist fest mit dem offenen Ende der Zylinderbohrung 48 in Eingriff. Die Umfangsbe­ reiche der jeweiligen Unterlegscheiben 52 kommen in Kontakt mit dem inneren Rand des Abdeckteils 54 und einer Abstufung 55, die in dem Zwischenbereich der Zylinderbohrung 48 jeweils ausgebil­ det sind. Der Abstand zwischen der Abstufung 55 und dem inneren Rand des Abdeckteils 54 koinzidieren mit dem Abstand zwischen den Anschlagringen 51.

Wenn in dem oben erläuterten Aufbau die Zahnstange 50 in die eine oder andere Richtung in Achsrichtung verschoben wird, wenn sich die Schnecke 29 dreht, wird der Abstand zwischen den Unter­ legscheiben geringer, um die Druckfeder 53 zusammenzudrücken. Um einen Lenkwinkel an die Hinterräder abzugeben, wird der Lenkstab 26 durch Drehen der Schnecke 39 entgegen der Federkraft der Druckfeder 53 verschoben. Wenn der Elektromotor 43 (siehe Fig. 2) ausfällt, während ein Lenkwinkel an die Hinterräder ab­ gegeben ist, stellt die Federkraft der Druckfeder 53 die Zahn­ stange 50 in die Mittelstellung zurück, wodurch der Lenkwinkel, der an die Hinterräder abgegeben wird, aufgehoben wird. Die anderen Komponenten und Funktionen sind die gleichen, wie in der ersten Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, bei der ein Ritzel 56 koaxial zur Schnecke 39 an dem Ende der Schnecke 39 ausgebildet ist. Die Zahnstange 44 (50), die in die Zylinderbohrung 45 (48) eingesetzt ist, ist mit dem Ritzel 56 im Eingriff. Mit diesem Aufbau kann die Steigung der Schnecke willkürlich bestimmt werden, da der Eingriff der Schnecke 39 mit der Zahnstange 44 (50) nicht in Betracht gezogen werden muß. Die anderen Komponenten und Funktionen sind gleichen, wie in der er­ sten und zweiten Ausführungsform.

Obwohl in den oben erläuterten Ausführungsformen ein Spindel­ mechanismus, bestehend aus Außengewinde 28 und Gewindering 32 als Untersetzungsvorrichtung verwendet wird, die zwi­ schen dem Lenkstab 26 und der Drehantriebswelle des Elek­ tromotors 43 vorgesehen ist, können andere Arten von Untersetzungsvorrichtungen, die eine Kraft nicht umkehrbar über­ tragen, in dem Aufbau der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Falls z. B. die vorliegende Erfindung auf den herkömmli­ chen Aufbau, der in Fig. 7 gezeigt ist, angewendet wird, ist ein Ritzel als ein Teil der Drehantriebswelle 106 vorgesehen, an der die Schnecke 107 befestigt ist, und das Ritzel ist mit der Zahn­ stange in Eingriff. Eine Feder ist vorgesehen, um die Zahnstange in die Mittelstellung zu drücken.

Da die elektrische Lenkvorrichtung die oben angegebene Konstruk­ tion und Funktionen hat, kann nicht nur eine Stabilität zum Zeitpunkt eines Ausfalls des Elektromotors erzielt werden, son­ dern es kann auch ein kleinbauender, leichter Elektromotor ver­ wendet werden, desweiteren kann auch der Leistungsverbrauch ver­ mindert werden.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen eine weitere Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung. Ein rohrförmiges Gehäuse 216, dessen Enden offen sind, ist unterhalb des Bodens eines Kraftfahrzeuges mit seiner Achse in Breitenausdehnung (horizontal in Fig. 8) bezüg­ lich der Fahrzeugkarosserie befestigt. Ein Lenkstab 217 ist durch das Gehäuse 216 eingesetzt. Spurstangen 113 und Spur­ stangenhebel 114 sind zwischen beiden Enden des Lenkstabes 217 und der Hinterräder 115 (Fig. 6) vorgesehen, wie in dem in Fig. 6 gezeigten herkömmlichen Aufbau. Somit wird, wenn der Lenkstab 27 in seiner Achsrichtung verschoben wird, ein Lenk­ winkel an die Hinterräder 115 abgegeben.

Eine Zahnstange 218, die mit einem Ritzel 219 in Eingriff ist, ist in einem Zwischenbereich nahe eines Endes (linkes Ende in Fig. 8) des Lenkstabes 217 ausgebildet. Das Ritzel 219 ist in einer Verstellposition bezüglich des Lenkstabes 217 innerhalb des Gehäuses 216 angeordnet und wird drehbar von einem Paar Wälzlager 220, wie in Fig. 10 gezeigt ist, getragen. Durch den Eingriff der Zahnstange 218 mit dem Ritzel 219 wird eine Drehung des Lenkstabes 217 verhindert.

Im übrigen ist ein Zylinderbereich 221 im Teil des Gehäuses 216 auf der anderen Seite bezüglich der Zahnstange 218 ausgebildet, wobei der Zylinderbereich 221 und der Lenkstab 217 senk­ recht zueinander stehen. In dem Zylinderbereich 221 ist ein An­ drückelement 222, das aus einem glatten Material, wie z. B. Nylon, Delrin (Warenzeichen) od. dgl. hergestellt ist, gegen die Außenumfangsfläche des Lenkstabes 217 plaziert, und ferner ist eine Druckfeder 223 darin eingesetzt. Des weiteren ist ein Ab­ deckteil 224 fest mit dem offenen Endbereich des Zylinderberei­ ches 221 im Eingriff. Entsprechenderweise drückt das Andrückele­ ment 222 den Lenkstab 217 zu dem Ritzel mit der Federkraft der Druckfeder 223 hin. Als ein Ergebnis wird ein Spiel in dem Eingriff der Zahnstange 18 mit dem Ritzel 19 verhindert (d. h., es wird auf Null vermindert).

Das Ende des Ritzels 219 ist über ein Verbindungselement 225 mit einer Eingangswelle 227 einer Kodiereinrichtung 226 verbunden. Somit weist die Kodiereinrichtung 226 den Betrag der Verschie­ bung des Lenkstabes 217 in Achsrichtung durch Umwandlung des Betrages der Verschiebung in einen Drehwinkel nach. Das Nach­ weissignal der Kodiereinrichtung 226 wird an eine Steuervorrich­ tung (nicht gezeigt) zum Steuern des Elektromotors 228 (wird später beschrieben) angelegt.

Auf der anderen Seite ist ein Außengewinde 229 integral um die Außenfläche des Zwischenbereiches, nahe des anderen Endes (rechtes Ende in Fig. 8) des Lenkstabes 217 ausgebildet. Das Außengewinde 229 ist ein genügend widerstandsfähiges Gewinde mit einer Form, wie z. B. einem Trapezgewinde, einem Flachgewinde od. dgl., das in der Lage ist, ein großes Drehmoment zu übertragen.

Ein Bereich, der den Außengewinde 229 an einem Ende des Ge­ häuses 216 aufweist, ist ein Bereich 230 mit einem großen Durch­ messer. Ein im wesentlichen zylindrisches Abdeckteil 231 ist fest mit dem offenen Ende des Bereiches 230 mit einem großen Durchmesser in Eingriff. Ein Gewindering 232 wird in einem Raum 224 aufgenommen, der durch den Bereich 230 mit dem großen Durchmesser und dem Abdeckteil 231 umgeben ist, so daß der Gewindering 232 nur gedreht werden kann. Eine Sicherungsmut­ ter 238 verhindert das Lösen des Abdeckteils 231.

Ein Innengewinde 233, das auf der Innenfläche des Zwischenberei­ ches des Gewinderinges 232 ausgebildet ist, ist mit dem Außengewinde 229 im Eingriff. Die Steigungen des Außengewindes 229 und des Innengewindes 233 sind relativ klein. Dem­ entsprechend wird, obwohl der Lenkstab 217 in seine Achs­ richtung verschoben wird, wenn der Gewindering 232 gedreht wird, der Gewindering 232 nicht gedreht, auch wenn eine Kraft in Achsrichtung zum Lenkstab 217 abgegeben wird. Mit anderen Worten, das Außengewinde 229 und das Innengewinde 233 sind miteinander in Eingriff, um ein Drehmoment nur von dem Gewindering 232 auf den Lenkstab 217 zu übertragen, d. h., sie sind nicht umkehrbar bezüglich der Antriebskraft mit­ einander in Eingriff.

Der Teil des Innenumfangs des Gewinderinges 232, auf dem das Innengewinde nicht ausgebildet ist, hat einen größeren In­ nendurchmesser, als das Außengewinde 229, um sich nicht mit dem Außengewinde 229 zu überlagern. Außerdem ist ein flansch­ förmiges Schneckenrad 234 integral um die Außenfläche des Zwi­ schenbereiches des Gewinderinges 232 ausgebildet.

Tiefschlitz-Kugellager 235, die nur den Gewindering 232 drehbar tragen, sind um den Gewindering 232 herum einge­ setzt, wobei das Schneckenrad 234 zwischen den Innenringen 236 der Kugellager 235 gehalten wird, die fest um die Außenfläche des Gewinderinges 232 befestigt sind. Auf der anderen Seite werden die Außenringe 237 der Kugellager 235 fest jeweils durch die Innenfläche des Bereiches 230 mit dem großen Durchmesser und der Innenfläche des Abdeckteils 231 gehalten.

In dem Bereich 230 mit dem großen Durchmesser des Gehäuses 216, wird eine Schnecke 239 durch ein Kugellager 240 und ein Gleitla­ ger 241 drehbar getragen. Die Schnecke 239 ist in einer Verdreh­ position bezüglich des Lenkstabes 217 angeordnet und ist mit dem Schneckenrad 134 im Eingriff. Der Eingriff der Schnecke 239 und des Schneckenrades 234 kann entweder umkehrbar oder unum­ kehrbar bezüglich der Antriebskraft sein.

Ferner ist ein Ende (rechtes Ende in Fig. 9) der Schnecke 239 über ein Verbindungselement 242 mit der Ausgangswelle des Elek­ tromotors 228 verbunden. Eine Kodiereinrichtung 243 weist die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 228 nach.

Wenn in der elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung entspre­ chend der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben beschrieben auf­ gebaut ist, der Elektromotor 228 den Lenkstab 217 dreht, um einen Lenkwinkel an die Hinterräder abzugeben, wird ein Drehmo­ ment des Elektromotors 228 über das Verbindungselement 242, die Schnecke 239 und das Schneckenrad 234 auf den Gewindering 232 übertragen, wodurch der Gewindering 232 gedreht wird.

Wenn der Gewindering 232 auf diese Weise gedreht wird, wird der Lenkstab 217 in Achsrichtung verschoben entsprechend des Eingriffs des Innengewindes 233, das auf der Innenfläche des Gewinderinges 232 ausgebildet ist, mit dem Außengewinde 229, das um den Lenkstab 217 herum ausgebildet ist. Ein ge­ wisser Lenkwinkel entsprechend der Dehnung des Lenkstabes 217 wird an die Hinterräder abgegeben.

Da das Innengewinde 233 des Gewinderinges 232 mit dem Außengewinde 229 des Lenkstabes 217 nicht umkehrbar be­ züglich der Antriebskraft in Eingriff ist, wird, auch wenn die Hinterräder eine Kraft in Achsrichtung zum Lenkstab 217 ab­ geben, die Kraft nur durch die Kugellager 235 aufgenommen, dreht aber nicht den Gewindering 232. Dementsprechend werden, auch wenn eine äußere Kraft, wie z. B. eine Zentrifugal­ kraft auf die Hinterräder abgegeben wird, die Hinterräder nicht bewegt, wodurch die Fahrzeugkarosserie stabilisiert wird.

Da die Mittelachse des Gewinderinges 232 und die Ausgangswelle des Elektromotors 228 in der Verdrehposition bezüglich zueinander angeordnet sind und die Untersetzungsvorrichtung einschließlich einer Schnecke zwischen der Welle vorgesehen ist, ist ein Drehmoment, das erforderlich ist, um den Gewindering 232 zu drehen, nicht sehr groß. Deshalb können diese Wellen parallel zueinander angeordnet sein, wobei ein Getriebemechanismus, der einen Zahnriemen oder ein Getriebe verwendet, zwischen diesen Wellen vorgesehen wird.

Ebenfalls kann ein Rotor, der an dem Gewindering 232 be­ festigt ist und ein Stator, der um den Rotor herum angeordnet ist, vorgesehen werden, wobei ein zylindrischer Elektromotor zum direkten Drehen des Gewinderinges 232 vorgesehen ist. Eine elektrische Lenkvorrichtung, die einen solchen Aufbau hat, hat besonders kleine Außenabmessungen.

Claims (2)

1. Elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung für die Hinterräder eines Fahrzeuges, mit
einem Gehäuse (25; 216) und einem in diesem in Achsrichtung der Räder verschieblich angeordneten Lenkstab (26; 217) zum Verändern des Lenkwinkels der Räder,
einem an der Außenumfangsfläche des Lenkstabes (26; 217) und drehfest zu diesem angeordneten Außengewinde (28; 229),
einem Gewindering (32; 232) mit einem Innengewinde (34; 233), das mit dem Außengewinde (28; 229) des Lenkstabes (26; 217) in Eingriff befindlich ist, und
einem Elektromotor (43; 228) zum Rotationsantrieb des Gewinderinges (32; 232), wobei
der Gewindering (32; 232) gegen Verschieben in Richtung der Längsachse desselben gesichert ist, und
der Steigungswinkel des Außengewindes (28; 229) und des Innengewindes (34, 233) so gering bemessen ist, daß eine in Achsrichtung an den Lenkstab (26; 217) angreifende Kraft nicht zu einer Drehung des Gewinderinges (32; 232) führt.

2. Elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Drehübertragungswelle in einer Position zwischen dem Gewindering (32; 232) und dem Elektromotor (43; 228) drehbar ist,
ein Verschiebungsteil aus seiner Mittelstellung verschoben wird, wenn die Drehmomentübertragungswelle (32; 232) gedreht wird, und
eine Feder (57, 53) das Verschiebungsteil (44; 218) zur Mittelstellung hin drückt.