DE10113140A1

DE10113140A1 - Elektromechanische Lenkunterstützungseinrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE10113140A1
Application number: DE2001113140
Authority: DE
Inventors: Klaus Rief; Gerhard Jandl
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2001-03-17
Filing date: 2001-03-17
Publication date: 2002-09-19
Also published as: WO2002085688A1

Abstract

Eine elektromechanische Lenkunterstützungseinrichtung für ein Fahrzeug weist einen Elektromotor mit einem fest in einem Gehäuse angeordneten Stator und einem im Gehäuse drehbar gelagerten Rotor auf, welcher über eine Koppeleinrichtung eine Lenkstellwelle antreibt, die eine Lenksäule im Fahrzeug verstellt. DOLLAR A Im Übertragungsweg zwischen Rotor und Lenkstellwelle ist ein der Koppeleinrichtung zugeordnetes elastisches Deformationselement vorgesehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkun terstützungseinrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Druckschrift DE 198 34 870 A1 ist eine elektromechani sche Lenkunterstützungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug be kannt, die einen elektrischen Stellmotor umfasst, welcher von Steilsignalen einer Regel- und Steuereinheit beaufschlagt wird und über ein Getriebe ein Lenkungsstellelement einer Zahnstan genlenkung betätigt, wodurch der gewünschte Lenkwinkel einge stellt wird.

Üblicherweise werden in derartigen Lenkunterstützungseinrich tungen als Stellmotor Elektromotoren mit einem gehäusefesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor eingesetzt, der das als Lenkstellwelle ausgebildete Lenkstellelement antreibt, wo bei die Lenkstellwelle durch den Rotor geführt ist und koaxial zu diesem umläuft. Eine Stirnseite der Lenkstellwelle weist ein Schneckengewinde auf, welches mit einem entsprechend ausgebil deten Schneckenrad der Lenksäule kämmt, wodurch die gewünschte Lenkbewegung erzeugt wird.

Die Rotorbewegung wird über das Koppelgetriebe etwa in einem Verhältnis von 20 : 1 auf die Lenkstellwelle übersetzt, wobei diese Herabsetzung der Lenkstellwellendrehzahl mit einer ent sprechenden Momentenerhöhung einhergeht. Dies hat zur Folge, dass stoßartige Anregungen, welche über die Fahrbahn auf das Lenksystem einwirken, und schnelle Lenkmanöver am Lenkrad mit hoher Verstärkung auf den Elektromotor übertragen werden, des sen hohes Trägheitsmoment derartigen Anregungen und Stößen ent gegensteht, wodurch hohe Kraftspitzen in den Verzahnungen und Lagerungen der Lenkunterstützungseinrichtung entstehen können. Diese Kraftspitzen führen zu einer starken Materialbelastung und erzeugen außerdem unerwünschte Klackgeräusche.

Der Erfindung liegt-das Problem zugründe, mechanische Belastun gen und unerwünschte Geräuschentwicklungen in Lenkunterstüt zungseinrichtungen zu reduzieren.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An spruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist im Übertragungsweg zwischen Rotor und Lenk stellwelle ein elastisch nachgebendes Deformationselement ange ordnet, welches als Teil der Koppeleinrichtung zwischen Rotor und Lenkstellwelle im Rahmen seiner Deformation eine Relativbe wegung zwischen Rotor und Lenkstellwelle erlaubt, wodurch die Trägheitsmasse des Elektromotors zumindest in Bezug auf stoßar tige Anregungen im Lenksystem von der Lenksäule und der Lenk stellwelle entkoppelt wird. Derartige stoßähnliche Anregungen führen zu einer Verformung des Deformationselementes, das ins besondere auch über dämpfende Eigenschaften verfügt, so dass Kraftspitzen im Übertragungsweg über das Deformationselement kompensiert oder zumindest stark reduziert werden und Rückwir kungen auf den Rotor des Elektromotors unterbleiben bzw. auf ein unschädliches Niveau gedrückt werden. Dies führt zu einer deutlichen mechanischen Entlastung, wodurch die Standzeit der Lenkunterstützungseinrichtung erhöht wird. Außerdem werden Klackgeräusche vermieden.

Die Erzeugung und Übertragung der Lenkbewegung vom Elektromotor auf die Lenksäule wird dagegen durch das Deformationselement nicht beeinträchtigt. Auf Grund der hohen Umdrehungsgeschwin digkeit des Elektromotors wird bei einem Anfahren des Motors das Deformationselement innerhalb einer sehr kurzen Zeit bis in eine stationäre Position verformt, in der ein Kräftegleichge wicht zwischen den am Deformationselement angreifenden Bautei len herrscht, woraufhin die Bewegungsübertragung von Rotor auf Lenkstellwelle beginnt. Der durch die Verformung des Deformationselementes entstehende Zeitverlust bei der Bewegungsübertra gung von Rotor auf Lenkstellwelle ist vernachlässigbar klein. Dies gilt sowohl bei einer Untersetzung als auch bei einer di rekten Übersetzung im Verhältnis 1 : 1 von Rotor auf Lenkstell welle.

Im regulären Lenkbetrieb wird vom Rotor eine auf die Koppelein richtung einwirkende Stellkraft erzeugt, die üblicherweise deutlich geringer ist als die durch stoßartige Anregungen oder heftige Lenkbewegungen erzeugten Kraftspitzen, die über die Lenkstellwelle und die Koppeleinrichtung auf den Rotor zurück übertragen werden. Das durchschnittliche, vom Rotor erzeugte Kraftniveau bewirkt eine der Kompressibilität des Materials des Deformationselements entsprechende Verformung, wobei genügend Verformungsspielraum im Deformationselement verbleibt, um die hohen, stoßartigen Kraftspitzen zu kompensieren.

Zweckmäßig ist die Lenkstellwelle koaxial in dem hohlzylind risch ausgebildeten Rotor gelagert; Lenkstellwelle und Rotor laufen um eine gemeinsame Drehachse um. In dieser bevorzugten Ausführung ist das Deformationselement als ein in Drehrichtung wirkender Drehdämpfer ausgebildet, wodurch im Rahmen der Ver formbarkeit des Deformationselementes zwischen Lenkstellwelle und Rotor eine geringfügige Relativdrehung ermöglicht wird. Diese Relativdrehung ermöglicht die Entkopplung der Trägheits masse des Elektromotors von der Lenksäule und Lenkstellwelle im Falle plötzlich auftretender, hoher Kraftspitzen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der die Lenk stellwelle umgreifende Rotor unmittelbar auf der Lenkstellwelle gelagert, vorzugsweise über Kunststoffhülsen, die auf der Lenk stellwelle aufsitzen. Der Rotor ist in dieser Ausführung vom Gehäuse der Lenkunterstützungseinrichtung entkoppelt, wodurch felderregte Motorgeräusche reduziert werden können.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, einen in Richtung der Lenk stellwellen-Drehachse wirkenden Translationsdämpfer zwischen Rotor und Lenkstellwelle vorzusehen, welcher Längsschwingungen des Rotors dämpft. Der Translationsdämpfer stellt ein weiteres Deformationselement dar, das vorteilhaft zusätzlich, gegebenen falls aber auch alternativ zum Drehdämpfer vorgesehen sein kann. Der Translationsdämpfer bewirkt außerdem eine größere Laufruhe des Rotors. Der Translationsdämpfer ist bevorzugt als Gummielement ausgeführt, der fest mit der Lenkstellwelle ver bunden ist und in eine Ausnehmung im Rotor einragt.

Die Koppeleinrichtung zwischen Rotor und Lenkstellwelle kann als 1 : 1-Übertragungseinrichtung ausgeführt sein, wobei in die sem Fall eine Untersetzung auf die Lenksäule durch eine ent sprechende Gewindesteigung im Schneckengewinde zwischen Lenk stellwelle und Lenksäule erzielt wird.

Der Drehdämpfer zwischen Rotor und Lenkstellwelle ist vorteil haft an einer Stirnseite des Rotors angeordnet. Der Drehdämpfer kann hierbei an einer stirnseitigen Verzahnung am Rotor gehal ten sein. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass auch die gesamte Koppeleinrichtung an der Stirnseite des Rotors angeord net werden kann und somit auf eine konstruktiv aufwendige In tegration der Koppeleinrichtung bzw. des Deformationselementes in das Rotorinnere verzichtet werden kann.

Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, eine translatorisch verschiebbare Lenkstellwelle vorzusehen, deren Translationsbe wegung über einen Spindelantrieb erzeugt wird. Die Transläti onsbewegung kann durch eine auf einem Außengewinde der Lenk stellwelle aufsitzende Gewindemutter, die vom Rotor in Drehung versetzt wird, generiert werden.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu ent nehmen, in der eine Lenkunterstützungseinrichtung im Schnitt dargestellt ist.

Die Lenkunterstützungseinrichtung 1 für ein Fahrzeug umfasst einen in einem Gehäuse 2 angeordneten Elektromotor, bestehend aus einem gehäusefest gehaltenen Stator 4 und einem im Stator 4 drehbar um eine Drehachse 7 gelagerten Rotor 5. Der Elektromo tor 3 ist über eine nicht dargestellte Regel- und Steuereinheit in Abhängigkeit des aktuellen Lenkwinkels sowie gegebenenfalls weiterer Zustands- und Betriebsgrößen des Fahrzeuges einzustel len.

Im hohlzylindrischen Rotor 5 ist eine Lenkstellwelle 6 gela gert, welche koaxial zum Rotor 5 angeordnet ist und um die gleiche Drehachse 7 wie der Rotor umläuft. Die Lenkstellwelle ist über gehäusefeste Lager 8 und 9 drehbar gehalten. An einer Stirnseite kämmt die Lenkstellwelle 6 über ein Schneckengewinde 10 mit einer Lenksäule 11 des Fahrzeugs.

Die Bewegungsübertragung von Rotor 5 auf Lenkstellwelle 6 er folgt über eine Koppeleinrichtung 12, die einen elastisch ver formbaren und mit Dämpfungseigenschaften ausgestatteten Dreh dämpfer 13 umfasst, der im Übertragungsweg zwischen Rotor und Lenkstellwelle liegt. Der Drehdämpfer 13 ist an einer Stirnseite des Rotors 5 angeordnet und an einer Verzahnung 14 am Rotor gehalten, welche insbesondere mit dem Rotor vergossen ist. Auf der Lenkstellwelle 6 sitzt ein Befestigungselement 15 auf, an dem der Drehdämpfer 13 ebenfalls gehalten ist. Auf Grund seiner Deformationseigenschaften sowie seiner Dämpfungseigenschaften ist der Drehdämpfer 13 in der Lage, Stöße und kurzzeitige Lenk ausschläge zu kompensieren.

Der Rotor 5 ist unmittelbar und ausschließlich auf der Lenk stellwelle 6 gelagert. Hierfür sind auf die Lenkstellwelle 6 zweckmäßig aus Kunststoff gefertigte Hülsen 16 und 17 aufge schoben, welche den Rotor 5 statisch lagern und außerdem eine Relativdrehung des Rotors 5 gegenüber der Lenkstellwelle 6 er möglichen. Die Kunststoffhülsen 16 und 17 sind jeweils im Be reich der Stirnseiten des Rotors angeordnet, jedoch im Wesent lichen axial in den Rotor 5 integriert.

Weiterhin ist ein Gummielement 18 zwischen Rotor 5 und Lenk stellwelle 6 vorgesehen, das ebenfalls die Funktion eines De formationselementes übernimmt, jedoch in Längsrichtung, also in Richtung der Drehachse 7, nachgiebig und vorteilhaft auch dämp fend wirkt. Das Gummielement 18 ist fest mit der Lenkstellwelle 6 verbunden und ragt in eine ringförmige Ausnehmung im Rotor 5 ein. Translatorische Längsschwingungen des Rotors 5 relativ zur Lenkstellwelle 6 werden über das Gummielement 18 abgepuffert. Das Gummielement 18 befindet sich axial in der Mitte des Rotors 5.

Bezugszeichenliste

1

Lenkunterstützungseinrichtung

2

Gehäuse
3. Elektromotor

4

Stator

5

Rotor

6

Lenkstellwelle

7

Drehachse

8

Lager

9

Lager

10

Schneckengewinde

11

Lenksäule

12

Koppeleinrichtung

13

Drehdämpfer

14

Verzahnung.

15

Befestigungselement

16

Kunststoffhülse

12

Kunststoffhülse

18

Gummielement

Claims

1. Elektromechanische Lenkunterstützungseinrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Elektromotor (3), der einen fest in einem Gehäuse (2) angeordneten Stator (4) und einen im Gehäuse (2) drehbar gelagerten Rotor (5) aufweist, welcher über eine Kop peleinrichtung (12) eine Lenkstellwelle (6) antreibt, die eine Lenksäule (11) im Fahrzeug verstellt, dadurch gekennzeichnet, dass im Übertragungsweg zwischen Rotor (5) und Lenkstellwelle (6) ein der Koppeleinrichtung (12) zugeordnetes elastisches De formationselement vorgesehen ist.

2. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement als ein in Drehrichtung des Rotors (5) wirkender Drehdämpfer (13) ausgebildet ist.

3. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehdämpfer (13) an einer Stirnseite des Rotors (5) angeordnet ist.

4. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehdämpfer (13) an einer stirnseitigen, am Rotor (5) angegossenen Verzahnung (14) gehalten ist.

5. Lenkunterstützungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) die Lenkstellwelle (6) umgreift und auf der Lenkstellwelle (6) gelagert ist.

6. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager als Kunststoffhülsen (16, 17) ausgeführt sind, die auf der Lenkstellwelle (6) aufsitzen.

7. Lenkunterstützungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement als ein in Richtung der Lenkstell wellen-Drehachse (7) wirkender Translationsdämpfer ausgebildet ist.

8. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Translationsdämpfer als Gummielement (18) ausgeführt ist, das fest mit der Lenkstellwelle (6) verbunden ist und in eine Ausnehmung im Rotor (5) einragt.

9. Lenkunterstützungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstellwelle (6) über Lager (8, 9) im Gehäuse (2) abgestützt ist, wobei die Lager (8, 9) im Bereich der Stirnsei ten des Rotors (5) angeordnet sind.