DE60210154T2

DE60210154T2 - Motorisch angetriebene Servolenkeinrichtung

Info

Publication number: DE60210154T2
Application number: DE60210154T
Authority: DE
Inventors: c/o Koyo Seiko Co. Yoshifumi Osaka-shi Obata
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: EP1225116B1; JP3799236B2; JP2002211421A; DE60210154D1; EP1225116A2; EP1225116A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein motorbetriebenes Servo- bzw. Hilfslenksystem, das einen elektrischen Motor als eine Quelle einer Lenkhilfskraft verwendet.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Einige motorbetriebene Lenksysteme für Kraftfahrzeuge besitzen eine erste Lenkwelle, die mit einem Lenkrad gekoppelt ist, und eine zweite Lenkwelle, die mit der ersten Lenkwelle über einen Torsionsstab und mit einem Lenkmechanismus gekoppelt ist. Ein derartiges System ist dazu ausgelegt, einen relativen Winkelversatz zwischen der ersten und der zweiten Lenkwelle in Drehrichtung zu erfassen, und zwar mittels eines Drehmomentsensors, und eine Drehung eines elektrischen Motors über einen Untersetzungsgetriebemechanismus auf die zweite Lenkwelle zu übertragen, und zwar auf der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung mittels des Drehmomentsensors, wodurch die Betätigung des Lenkmechanismus mittels der Drehung des elektrischen Motors gemäß der Drehung des Lenkrades unterstützt wird. Demzufolge wird der Aufwand eines Fahrers für einen Lenkvorgang erleichtert.
Als der Untersetzungsgetriebemechanismus wird ein Getriebemechanismus verwendet, der eine Schnecke und ein Schneckenrad aufweist. Die Schnecke und das Schneckenrad sind um eine Schneckenwelle herum bzw. um die zweite Lenkwelle herum vorgesehen, und die Schneckenwelle und die zweite Lenkwelle sind an ihren in Längsrichtung entgegengesetzten Endabschnitten gelagert, indem sie mittels Lagern gehalten werden, um einen radialen und einen axialen Versatz bzw. eine axiale Bewegung zu verhindern.
Wenn die Schneckenwelle und das Schneckenrad an ihren Positionen montiert werden, wird ein Spiel zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad innerhalb des Bereiches einer Bearbeitungstoleranz geeignet eingestellt. Die Einstellung des Spiels ist jedoch sehr aufwändig. Das heißt, Teile für jede der Komponenten werden gemäß der Dimensionsgenauigkeit klassifiziert (sogenannte Bereichseinteilung bzw. Stratifikation), und Teile für die jeweiligen Komponenten werden in geeigneter Weise abgeglichen bzw. zusammengestellt („matched"), um in Kombination, wenn sie zusammengebaut sind, eine akzeptable Genauigkeit bereitzustellen (sogenannter Zusammenbau nach Abgleich („matching assembling")). Ferner wird das Spiel generell eingestellt, indem eine Distanz zwischen den Achsen der Schneckenwelle und des Schneckenrades eingestellt wird, und zwar nachdem zum Ein laufen („run-in") ein Fahrbetrieb unter hoher Last durchgeführt worden ist (sogenannter Schwerlast-Einlaufbetrieb).
Zum Verhindern von Geräuschen, die aufgrund des Spieles auftreten, bestehen die Zähne des Schneckenrades generell aus einem Kunstharz.
Das Schneckenrad aus dem Kunstharz ist jedoch gegenüber dimensionsmäßigen Variationen aufgrund von Temperaturänderungen und Feuchtigkeitsabsorption empfindlicher, und nutzt sich schneller ab und flacht ab („flattened"). Dies führt zu einer Veränderung der Distanz bzw. Entfernung zwischen den Achsen der Schneckenwelle und des Schneckenrades, was zu einer Veränderung des Spiels führt, wodurch Geräusche und Drehmomentvariationen bei einem größeren Betätigungswiderstand hervorgerufen werden.
Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems besteht darin, ein Ende der Schneckenwelle in Richtung auf das Schneckenrad vorzuspannen, und zwar mittels Vorspannmitteln, um das Spiel konstant zu halten, wie es beispielsweise in der japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichung mit der Nr. 2000-43739 offenbart ist.
In diesem Fall wird die Schneckenwelle um ihr anderes Ende herum verschwenkt. Diese Schwenkbewegung wird durch einen kleinen Innenabstand in dem Lager zugelassen, das das andere Ende der Schneckenwelle lagert.
In der Praxis wird das Lager, das das andere Ende der Schneckenwelle lagert, jedoch brechstangenartig aufgehebelt („pried"), wobei es keinen Schwenkwinkel bereitstellt, der hineichend ist, um das Spiel einzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein motorbetriebenes Hilfslenksystem anzugeben, das eine Zunahme eines Spiels und von Geräuschen, die aufgrund der Zunahme des Spiels usw. hervorgerufen werden, sicher unterdrücken kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ein motorbetriebenes Servo- bzw. Hilfslenksystem angegeben, das dazu ausgelegt ist, eine Drehung einer Drehwelle eines elektrischen Motors über eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad auf einen Lenkmechanismus zu übertragen, um einen Lenkvorgang zu unterstützen, wobei das System aufweist: ein erstes und ein zweites Lagerglied, die ein erstes bzw. ein zweites Ende der Schneckenwelle drehbar lagern; und Vorspannmittel zum Vorspannen des zweiten Endes der Schneckenwelle in radialer Richtung hin zu dem Schneckenrad, und zwar über das zweite Lagerglied, wobei das erste Lagerglied eine Schwenklagerfläche aufweist, um das erste Ende der Schneckenwelle schwenkbar zu lagern.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das zweite Ende der Schneckenwelle in Richtung hin zu dem Schneckenrad vorgespannt, um die Schneckenwelle gleichmäßig bzw. problemfrei um ihr erstes Ende herum zu verschwenken, und zwar selbst wenn ein Dimensionsfehler zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad aufgrund einer Temperaturveränderung oder einer Abnutzung des Schneckenrades zunimmt. Demzufolge kann die Zunahme eines Spiels sicher unterdrückt werden. Im Ergebnis kann der Schwerlast-Einlaufbetrieb verkürzt oder weggelassen werden, und die Stratifikation und der Zusammenbau nach Abgleich („matching assembling") können weggelassen werden.
Der Begriff Lagerglied soll vorliegend ein Lager als auch eine Lagereinheit einschließlich eines Lagers beinhalten. Der Begriff Lager soll vorliegend ein Wälzlager als auch ein Gleitlager beinhalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung der Konstruktion eines motorbetriebenen Hilfslenksystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht von Hauptabschnitten des motorbetriebenen Hilfslenksystems, einschließlich eines Spieleinstell- bzw. Nachstellmechanismus;
3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie III-III in 2; und
4 ist eine schematische Schnittansicht eines Lagermechanismus gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm der Konstruktion eines motorbetriebenen Hilfslenksystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das motorbetriebene Hilfslenksystem 1 eine Lenkwelle 3, die ein Lenkglied bereitstellt und mit einem Lenkrad 2 gekoppelt ist, ein Ritzel 4, das an einem distalen Ende der Lenkwelle 3 vorgesehen ist, eine Zahnstange 5, die mit dem Ritzel 4 gekoppelt ist, und eine Zahnstangenwelle 6, die sich quer zu einer Karosserie eines Fahrzeugs erstreckt.
Mit gegenüberliegenden Enden der Zahnstangenwelle 6 sind jeweils Spurstangen 7 gekoppelt, und diese sind ferner mit entsprechenden Fahrzeugrädern 8 gekoppelt, und zwar über entsprechende Gelenkarme (nicht gezeigt). Wenn das Lenkrad 2 gedreht wird, um die Lenkwelle 3 zu drehen, wird die Drehung der Lenkwelle 3 mittels des Ritzels 4 und der Zahnstange 5 in eine lineare Bewegung der Zahnstange 6 in Querrichtung zu der Karosserie des Fahrzeugs gewandelt. Demzufolge werden die Räder 8 des Fahrzeugs zum Zwecke des Lenkens gedreht bzw. eingelenkt.
Die Lenkwelle 3 beinhaltet eine zylindrische erste Lenkwelle 9, die mit dem Lenkrad 2 gekoppelt ist, und eine zweite Lenkwelle 10, die mit dem Ritzel 4 gekoppelt ist. Die erste und die zweite Lenkwelle 9, 10 sind koaxial miteinander gekoppelt, und zwar über einen Torsionsstab 11.
Ein Drehmomentsensor 12 ist vorgesehen zum Erfassen eines Lenkdrehmomentes, und zwar auf der Grundlage eines relativen Winkelversatzes zwischen der ersten Lenkwelle 9 und der zweiten Lenkwelle 10, die miteinander über den Torsionsstab 11 gekoppelt sind. Das Ergebnis der Drehmomenterfassung mittels des Drehmomentsensors 12 wird an einen Steuerabschnitt 13 angelegt. Der Steuerabschnitt 13 steuert eine Spannung, die an einen elektrischen Motor 15 zur Lenkunterstützung anzulegen ist, und zwar über eine Ansteuereinrichtung bzw. einen Treiber 14 auf der Grundlage des Ergebnisses der Drehmomenterfassung. Die Drehung einer Drehwelle 16 (siehe 2) des elektrischen Motors 15 wird über einen Untersetzungsgetriebemechanismus 17, der einen Schneckenmechanismus für die Lenkunterstützung aufweist, auf die zweite Lenkwelle 10 übertragen.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet der Untersetzungsgetriebemechanismus 17 eine Schneckenwelle 18 und ein Schneckenrad 19, die miteinander in Eingriff stehen. Die Schneckenwelle 18 ist mit der Drehwelle 16 des elektrischen Motors 15 gekoppelt und weist Schneckenzähne 20 auf, die einstückig hiermit in einem axial mittleren Abschnitt hiervon ausgebildet sind. Das Schneckenrad 19 steht mit der zweiten Lenkwelle 10 in Eingriff, und zwar auf gemeinsam drehbare bzw. drehfeste Art und Weise. Das Schneckenrad 19 ist beispielsweise aus einem Polyacetatharz (POM) oder einem Polyamidharz (PA, Nylon) aufgebaut.
Die Schneckenwelle 18 kreuzt die bzw. verläuft quer zu der Achse der zweiten Lenkwelle 10. Die Schneckenwelle 18 weist in Längsrichtung gegenüberliegende Enden auf, nämlich ein erstes Ende 21 und ein zweites Ende 22, die drehbar mittels eines ersten bzw. eines zweiten Lagermechanismus gehalten sind.
Der erste Lagermechanismus, der das erste Ende 21 der Schneckenwelle 18 hält, wirkt, um die Schneckenwelle 18 schwenkbar zu lagern. Verwendbar als der erste Lagermechanismus ist ein selbsteinstellendes Lager 23 wie ein selbsteinstellendes Kugellager oder ein selbsteinstellendes Wälzlager. In diesem Fall bildet eine innere Oberfläche 26a eines äußeren Ringes 26 des Lagers 23 eine sphärische Lauffläche, die als eine sphärische Lagerfläche zum Lagern der schwenkbaren Schneckenwelle dient. Alternativ hierzu kann als der erste Lagermechanismus eine Lagereinheit verwendet werden, die eine Ausrichtungs- bzw. Einstellungsfunktion besitzt, die mittels einer sphärischen Lagerfläche hiervon zu erfüllen ist, wie es nachstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden wird.
Das erste Ende 21 der Schneckenwelle 18 ist drehbar in einem Lagerloch 25 eines Getriebegehäuses 24 gelagert, das aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sein kann, und zwar über das selbsteinstellende Lager 23. Ein Ende des äußeren Ringes 26 des selbsteinstellenden Lagers 23 ist in Anlage gegen eine Positionierstufe 27 des Getriebegehäuses 24 positioniert. Eine Bezugsziffer 28 bezeichnet ein Positionierschraubglied, das mit einem Schraub- bzw. Gewindeloch ausgebildet ist, das mit dem Lagerloch 25 in Verbindung steht. Das Positionierschraub- bzw. -gewindeglied 28 spannt den äußeren Ring 26 in Richtung auf die Positionierstufe 27 vor, und zwar in Anlage gegen das andere Ende des äußeren Ringes 26. Eine Bezugsziffer 29 bezeichnet eine Verriegelungsmutter zum Verriegeln des Positioniergewindegliedes 28. Andererseits greift ein Ende eines inneren Ringes 30 des selbsteinstellenden Lagers 23 an einer Positionierstufe 23 der Schneckenwelle 18 an. Eine Vielzahl von Wälzelementen 50, wie Rollen bzw. Walzenelemente, sind zwischen dem äußeren Ring 26 und dem inneren Ring 30 vorgesehen.
Das erste Ende 21 der Schneckenwelle 18 ist mit einem Ende der Drehwelle 16 über ein Leistungsübertragungsgelenk 32 gekoppelt. Als das Leistungsübertragungsgelenk 32 sind eine Aldham's-Kupplung und eine Kerbverzahnungskupplung („serration coupling") verwendbar.
Ein Wälzlager 33, wie ein Nadelrollenlager, wie es in 2 gezeigt ist, wird als der zweite Lagermechanismus verwendet, der das zweite Ende 22 der Schneckenwelle 18 hält. Alternativ hierzu kann als der zweite Lagermechanismus ein Gleitlager verwendet werden. Ferner können als der zweite Lagermechanismus ein selbsteinstellendes Lager oder eine Lagereinheit mit einer Einstellungsfunktion verwendet werden.
Ein Hohlraum 34 in dem Getriebegehäuse 24, in dem die Schneckenwelle 18 untergebracht ist, öffnet sich über ein rundes Loch 35 nach außen, das sich in radialer Richtung des zweiten Endes 22 der Schneckenwelle 18 erstreckt. Ein äußerer Ring 36 des Wälzlagers 33 ist mittels eines Führungsabschnittes 37 des Hohlraumes 34 derart geführt, dass das Wälzlager 33 in radialer Richtung in Richtung hin zu oder weg von dem Schneckenrad innerhalb des Hohlraumes 34 vorgespannt werden kann.
Ein Stützbügel- bzw. -joch 38, das den äußeren Ring 36 des Wälzlagers 33 abstützt, ist in dem runden Loch 35 aufgenommen, und zwar auf eine vertikal gleitbare bzw. verschiebliche Art und Weise, wie es in 2 und 3 zu erkennen ist. Ein Ein stellgewindeglied 39, das das runde Loch 35 verschließt, ist in einen Gewindeabschnitt geschraubt, der in der Nachbarschaft eines offenen Endes des runden Loches 35 ausgebildet ist. Ein Vorspannglied 40, wie eine Druckfeder, zum Vorspannen des zweiten Endes 22 der Schneckenwelle 18 in Richtung hin zu dem Schneckenrad 19 über das Stützjoch 38, ist zwischen dem Einstellgewindeglied 39 und dem Stützjoch 38 angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform kann eine Zunahme des Spiels sicher unterdrückt werden, indem das zweite Ende 22 der Schneckenwelle 18 in Richtung auf das Schneckenrad 19 vorgespannt wird und indem die Schneckenwelle 18 mittels der Einstellungs- bzw. Ausrichtungsfunktion gleichmäßig bzw. problemlos um das erste Ende 21 herum verschwenkt wird, selbst wenn das Schneckenrad 19 aufgrund von Wärmeausdehnung oder Feuchtigkeitsabsorption oder aufgrund von Abnutzung oder Abflachung an dimensionsmäßigen Variationen leidet, so dass ein dimensionsmäßiger Fehler zwischen der Schneckenwelle 18 und dem Schneckenrad 19 zunimmt. Im Ergebnis kann der Schwerlast-Einlaufbetrieb verkürzt oder weggelassen werden. Ferner können die Stratifikation und der Zusammenbau nach Abgleich („matching assembling") weggelassen werden.
4 stellt eine Lagereinheit 41 mit einer Ausrichtungs- bzw. Einstellungsfunktion dar, die als der erste Lagermechanismus verwendet werden kann. Die Lagereinheit 41 weist ein Wälzlager 42 und einen Einstellungsring 44 auf, der einen äußeren Einstellungsring 43 des Wälzlagers 42 abstützt bzw. lagert. Der Einstellungsring 44 weist eine sphärische innere Umfangsfläche 46 auf, die als eine sphärische Lagerfläche zum Aufnehmen einer sphärischen äußeren Umfangsfläche 45 des äußeren Einstellungs ringes 43 dient. Das Positioniergewindeglied 28 bewirkt, dass der Einstellungsring 44 zu seiner Positionierung an der Positionierstufe 27 anliegt. Ein innerer Ring 47 des Wälzlagers 42 ist mittels der Positionierstufe 31 der Schneckenwelle 18 positioniert. Eine Vielzahl von Wälzelementen 51, wie Kugeln, sind zwischen dem äußeren Einstellungsring 43 und dem inneren Ring 47 vorgesehen. Die übrige Konstruktion ist die gleiche, wie es in 2 gezeigt ist, so dass gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und diese nicht erläutert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann als der zweite Lagermechanismus an Stelle des in 2 gezeigten Wälzlagers 33 ein selbsteinstellendes Lager mit der gleichen Konstruktion wie das selbsteinstellende Lager 23, das in 2 gezeigt ist, oder eine Lagereinheit mit der gleichen Konstruktion wie die Lagereinheit 41, die in 4 gezeigt ist, verwendet werden, so dass sowohl der erste als auch der zweite Lagermechanismus die selbsteinstellende Funktion besitzen. In diesem Fall kann die Schneckenwelle 8 noch problemloser verschwenkt werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung somit im Detail anhand spezieller Ausführungsformen hiervon beschrieben worden ist, ergeben sich für Fachleute, die das Vorstehende vollständig verstanden haben, auf einfache Weise Variationen, Modifikationen und äquivalente Anordnungen der Ausführungsformen. Demgemäß wird der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert und soll sämtliche Äquivalente umfassen, wie sie in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Motorbetriebenes Servolenksystem (1), das dazu ausgelegt ist, eine Drehung einer Drehwelle (16) eines elektrischen Motors (15) über eine Schneckenwelle (18) und ein Schneckenrad (19) an einen Lenkmechanismus (4, 5, 6, 7, 8) zu übertragen, um einen Lenkvorgang zu unterstützen, wobei das System aufweist: ein erstes und ein zweites Lagerglied (23; 41) zum drehbaren Lagern eines ersten bzw. eines zweiten Endes (21, 22) der Schneckenwelle (18); und Vorspannmittel (40) zum Vorspannen des zweiten Endes (22) der Schneckenwelle (18) in radialer Richtung hin zu dem Schneckenrad (19), und zwar über das zweite Lagerglied, wobei das erste Lagerglied (23; 41) eine Schwenklagerfläche (26a; 46) aufweist, um das erste Ende (21) der Schneckenwelle (18) schwenkbar zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass das erste als auch das zweite Lagerglied (23; 41) ein selbsteinstellendes Lager aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenklagerfläche (26a; 46) eine sphärische Lagerfläche (26a; 46) aufweist, und dass das zweite Lagerglied (33) eine sphärische Lagerfläche aufweist, und dass die sphärische Lagerfläche (26a) eine sphärische Lagerfläche (26a) aufweist, die eine sphärische Lauffläche (26a) für Wälzelemente (50) aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das selbsteinstellende Lager (41) eine Einheit (41) aufweist, die ein Wälzlager (42) mit einem äußeren Einstellungsring (43) und einen Einstellungsring (44) beinhaltet, der den äußeren Einstellungsring (43) lagert, wobei der äußere Einstellungsring (43) eine sphärische äußere Umfangsfläche (45) aufweist und wobei der Einstellungsring (44) eine sphärische innere Umfangsfläche (46) aufweist, die die sphärische äußere Umfangsfläche (45) aufnimmt.