DE10158782A1 - Fahrzeuglenksystem - Google Patents

Abstract

Ein Fahrzeuglenksystem umfasst einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus (25) mit einem Ritzel (31), welches funktionsmäßig mit einem Lenkrad (21) gekoppelt ist, sowie mit einer Zahnstange (33), welche mit dem Ritzel (31) kämmt und funktionsmäßig mit lenkbaren Rädern (27, 27) gekoppelt ist, sowie einem Mechanismus (52, 60, 70) zur Verlagerung der Zahnstange (33) an ihrer axialen Richtung, um die lenkbaren Räder (27) unabhängig von einer durch das Lenkrad (21) eingeleiteten Lenkbetätigung zu lenken. Der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus (35) umfasst einen Veriables-Übersetzungsverhältnis-Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus mit einem variablen Übersetzungsverhältnis, welches dann am niedrigsten ist, wenn sich das Lenkrad (21) in einer Neutralstellung befindet und welches höher wird, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads (21) groß wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuglenksystem, welches in der Lage ist, den gelenkten Winkel der lenkbaren Räder unabhängig von einer Lenkbetätigung des Fahrers zu steuern/regeln.

Während das Fahrzeug fährt, treten häufig Änderungen in äußeren Faktoren auf, wie etwa Fahrbahnoberflächenzustände, Windrichtung usw., welche die Fahrzeugfahr- und Lenkzustände abrupt verändern können. Der Fahrer betätigt weiterhin das Lenkrad in geeigneter Weise, um einen stabilen Fahrzustand beizubehalten. Wenn das Fahrzeug beispielsweise mit hohen Geschwindigkeiten fährt, können Seitenwindkräfte, welche auf eine Seite des Fahrzeugs wirken, eine ruhige Geradeausfahrt des Fahrzeugs behindern. Der Fahrer sollte sich anstrengen, das Fahrzeug gegen den Seitenwind (äußeren Faktor) in Geradeausfahrt zu halten, was lästig ist.

Im Hinblick darauf wurden in den letzten Jahren verschiedene Versuche unternommen, ein Lenksystem zu entwickeln, welches in der Lage ist, eine Fahrzeugmanövrierbetätigung des Fahrers nach Maßgabe von zugrundeliegenden Fahrzeugfahr- und Lenkzuständen zu unterstützen, wodurch die Steuerstabilität und Manövrierbarkeit des Fahrzeugs verbessert wird. Ein Beispiel derartiger verbesserter Lenksysteme ist in dem japanischen Patent, Nr. 2501606, offenbart.

Das offenbarte Lenksystem 300, wie hier in Fig. 11 gezeigt ist, umfasst ein Getriebegehäuse 303, welches über eine linke und eine rechte Verbindung 302, 302 mit einem Fahrzeugkörper 301 derart verbunden, dass das Getriebegehäuse 303 in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers 301 verlagerbar ist. Das Getriebegehäuse 303 ist weiterhin durch ein linkes und ein rechtes elastisches Element 304, 304 an dem Fahrzeugkörper 301 derart gelagert, dass das Getriebegehäuse 303 sowohl in dessen radialer Richtung als auch in dessen Breitenrichtung verlagerbar ist. Das Lenksystem 300 weist einen Aktuator 306 auf, welcher an den Fahrzeugkörper 301 über ein elastisches Element 305 montiert ist. Der Aktuator 308 weist eine Betätigungsstange 307 auf, welche mit einem Ende eines L-förmigen Hebels 308 verbunden ist, wobei das andere Ende des Hebels fest mit dem Getriebegehäuse 303 verbunden ist.

Das Getriebegehäuse 303 enthält in sich einen Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus 311. Der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 311 weist ein mit einem Lenkrad 312 über eine Lenkwelle 313 und einen Satz von Wellenverbindungen 314, 314 verbundenes Ritzel 315 sowie eine mit lenkbaren Rädern (Vorderrädern) 316, 316 über Spurstangen 317, 317 verbundene Zahnstange 318 auf.

Wenn der Fahrer das Lenkrad 312 in eine Richtung dreht, arbeitet bei dieser Anordnung das Lenksystem 300 derart, dass es die lenkbaren Räder 316, 316 über den Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 31 l in die gleiche Richtung schwenkt. Die gleiche Schwenkbewegung der lenkbaren Räder 316, 316 kann ebenso dann auftreten, wenn der Aktuator 306 derart arbeitet, dass er seine Betätigungsstange 307 ausfährt oder einzieht, um das Getriebegehäuse 303 in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs zu bewegen, wodurch der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 311 als Ganzes in der gleichen Breitenrichtung des Fahrzeugs bewegt wird.

Dabei ist der Gesamtbetrag einer axialen Verlagerung (S30) der Zahnstange 318 durch eine Kombination des durch eine manuelle Lenkbetätigung des Fahrers am Lenkrad 312 erreichten Betrags einer axialen Verlagerung (S31) der Zahnstange 318 und den durch eine Betätigung des Aktuators 306 erreichten Betrag einer axialen Verlagerung (S32) der Zahnstange 318 repräsentiert (S30 = S31 ± S32). Das heißt, dass der Aktuator 306 die manuelle Lenkbetätigung unterstützen kann. Der Aktuator 306 kann den Bereich der Lenkübersetzung steuern, welcher durch das Verhältnis des Lenkwinkels des Lenkrads 312 zu dem gelenkten Winkel der lenkbaren Räder 316 repräsentiert ist. Die Lenkübersetzung wird auch als "Lenkwinkelverhältnis" bezeichnet.

Die vom Aktuator 306 erreichte maximale gesteuerte/geregelte Variable, d. h. der vom Aktuator 306 erreichte Betrag einer maximalen axialen Verlagerung (S32) der Zahnstange 318, wird in Abhängigkeit vom Hub der Betätigungsstange 307 und vom maximalen Verlagerungsbereich des Getriebegehäuses 303 bestimmt. Daher ist der vom Aktuator 306 erreichte Betrag einer maximalen Verlagerung (S32) der Zahnstange 308 auf einen bestimmten Bereich begrenzt.

Der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 311 des herkömmlichen Lenksystems 300 weist ein festgelegtes Übersetzungsverhältnis auf (die Anzahl an vollen Umdrehungen des Ritzels 315, die erforderlich sind, um die Zahnstange 318 den gesamten Weg von links nach rechts zu bewegen).

Aufgrund des festgelegten Übersetzungsverhältnisses des Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 311 ist, wie in Fig. 12A gezeigt ist, die Zahnstangenverstärkung des herkömmlichen Lenksystems 300 ungeachtet des Lenkwinkels stets konstant. Die Zahnstangenverstärkung wird durch den Betrag an axialer Verlagerung (mm) der Zahnstange repräsentiert, welcher erreicht wird, wenn das Ritzel (d. h. das Lenkrad) eine einzelne vollständige Umdrehung ausführt. Die Zahnstangenverstärkung wird ebenfalls als "relativer Hub" bezeichnet. In der in Fig. 12A gezeigten Tafel repräsentiert die Y-Achse die Zahnstangenverstärkung (mm/Umdrehung) und die X-Achse den Lenkwinkel (Grad) des Lenkrads 312. Der Mittelpunkt an der X-Achse repräsentiert die Neutralstellung des Lenkrads, bei welcher der Lenkwinkel des Lenkrads 0° beträgt. Das Lenksystem 300 weist in jedem Drehsinn den gleichen Bereich an Lenkwinkeln auf.

Fig. 12B ist ein Graph, welcher eine Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST1 des herkömmlichen Lenksystems 300 zeigt. Die Y-Achse des Graphen ist die Lenkübersetzung (Grad/Grad) und die X-Achse des Graphen ist der Lenkwinkel (Grad) des Lenkrad. Je kleiner die Lenkübersetzung ist, desto größer ist der gelenkte Winkel der lenkbaren Räder in Bezug auf den Lenkwinkel des Lenkrads. Die durch die Kurve ST1 repräsentierte Lenkübersetzungscharakteristik hängt allein von dem Betrag einer axialen Verlagerung der Zahnstange ab, welche durch eine manuelle Lenkbetätigung des Fahrers bei Fehlen der Unterstützung durch den Aktuator erreicht wird. Aufgrund der in Fig. 12A gezeigten konstanten oder festgelegten Zahnstangenverstärkung zeigt die in Fig. 12B gezeigte Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST1, dass die Lenkübersetzung dann maximal ist, wenn sich das Lenkrad in der Neutralstellung befindet, und dass sie klein wird, wenn der Lenkwinkel zunimmt. Wenn sich das Lenkrad in der Neutralstellung befindet, beträgt die Lenkübersetzung R2. Wenn sich das Lenkrad in seiner linken oder rechten Endstellung eines maximalen Lenkwinkels θ12 befindet, beträgt die Lenkübersetzung R1, welche kleiner als R2 ist (R1 < R2).

Somit spricht eine große (oder hohe) erreichte Lenkübersetzung in Bezug auf einen verhältnismäßig kleinen Lenkwinkel langsamer auf das Lenkrad an, sodass die lenkbaren Räder langsam gelenkt werden. Umgekehrt spricht eine kleine (oder niedrige) erreichte Lenkübersetzung in Bezug auf einen verhältnismäßig großen Lenkwinkel schneller auf das Lenkrad an, sodass die lenkbaren Räder verhältnismäßig schnell gelenkt werden. Dies beruht auf einem Grund, welcher unten mit Bezug auf Fig. 13A bis 13B und 14 diskutiert werden wird.

Fig. 13A ist eine diagrammartige Draufsicht eines allgemein verwendeten Fahrzeuglenksystems und Fig. 13B ist eine diagrammartige Seitenansicht eines lenkbaren Rades des Lenksystems. In Fig. 13B repräsentieren die Bezugszeichen FR und RR die Vorwärtsrichtung bzw. die Rückwärtsrichtung vom Fahrer aus betrachtet. Wie in Fig. 13A gezeigt ist, umfasst das Lenksystem 400 einen Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 401 mit einer Zahnstange 402, welche an einem Ende mit einem Ende einer Spurstange 404 über ein erstes Universalgelenk 403 verbunden ist, mit einem Gelenkhebel 406, welcher an einem Ende mit dem anderen Ende der Spurstange 404 über ein zweites Universalgelenk 405 verbunden ist, mit einem Achsschenkelzapfen 408, welcher mit dem anderen Ende des Gelenkhebels 404 verbunden ist, sowie mit einem lenkbaren Rad 407, welches derart montiert ist, dass es um die Achse des Achsschenkelzapfens 408 herum schwenkt bzw. dreht.

Wenn ein Lenkrad 409 durch den Fahrer in eine Richtung betätigt bzw. gedreht wird, wird eine manuelle Lenkkraft nachfolgend durch ein Ritzel 401 A und einen Zahnstangentrieb 401 des Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus 401, die Zahnstange 402, die Spurstange 404 und den Gelenkhebel 406 zum lenkbaren Rad 407 übertragen, sodass das lenkbare Rad 407 in die gleiche Richtung wie das Lenkrad gedreht wird.

Der gelenkte Winkel des lenkbaren Rads 407 ist bei Betrachtung in der Draufsicht ein Drehwinkel um die Achse des Achsschenkelzapfens 408. Die dreidimensionale Länge der Spurstange 404 ist stets konstant. Jedoch wird in Fig. 13A der Abstand A1 von der Achse des Achsschenkelzapfens 408 zu dem zweiten Universalgelenk 405 klein, wenn der gelenkte Winkel des lenkbaren Rades 407 sich seinem Maximalwert annähert. Dies liegt daran, dass dann, wenn das lenkbare Rad 407 aus seiner axialen Richtung betrachtet wird, wie in Fig. 13B dargestellt ist, sich die Achse des Achsschenkelzapfens 408 mit positiven Nachlaufwinkel nach hinten neigt und der Gelenkhebel 406 vom Achsschenkelzapfen 408 aus unter rechten Winkeln nach hinten verläuft. Der Gelenkhebel 406 dreht um den Achsschenkelzapfen 408 herum, sodass die Länge des Gelenkhebels 406, gemessen in der Draufsicht, d. h. der Abstand A1, klein wird, wenn sich das lenkbare Rad 407 in jeder Lenkrichtung seiner Sperrposition annähert.

Fig. 14 ist eine Draufsicht, welche den Betrieb des in Fig. 13A und 13B gezeigten Lenksystems zeigt, wobei die Ansicht lediglich die Zahnstange, die Spurstange und den Gelenkhebel zeigt. Dann, wenn die Zahnstange 402 in der durch Pfeil gekennzeichneten Richtung axial verlagert wird, tritt das erste an der Position P1 gelegene Universalgelenk 403 nacheinander durch die Positionen P1, P2, P3 und P4 hindurch. Diese Positionen P1 bis P4 sind voneinander äquidistant. Der Abstand X1, X2, X3 zwischen den benachbarten Positionen P1, P2, P3 und P4 (entsprechend dem Verlagerungsbetrag der Zahnstange 402 und des ersten Universalgelenks 403) ist dem Lenkwinkel des Lenkrads 409 proportional (Fig. 13A).

Das zweite Universalgelenk 405 und der Gelenkhebel 406 sind in einer Winkelrichtung um die Achse des Achsschenkelzapfens 408 bewegbar. Wenn die Zahnstange 402, wie zuvor beschrieben, in der mit Pfeil gekennzeichneten Richtung axial verlagert wird, bewegt sich der an der Position Q1 gelegene Gelenkhebel 406 aufeinanderfolgend von den Positionen Q1 nach Q2, von Q2 nach Q3 und von Q3 nach Q4. Wenn sich beispielsweise das erste Universalgelenk 403 von der Position P1 zur Position P2 bewegt, bewegt sich das zweite Universalgelenk 405 in Winkelrichtung von der Position Q1 zur Position Q2 um einen Winkel α1. In ähnlicher Weise bewirkt eine Verlagerung des ersten Universalgelenks 403 von der Position P2 zu der Position P3, dass sich das zweite Universalgelenk 405 in Winkelrichtung von der Position Q2 zur Position Q3 um einen Winkel α2 bewegt. Darüber hinaus bewirkt eine Verlagerung des ersten Universalgelenks 403 von der Position P3 zur Position P4, dass sich das zweite Universalgelenk 405 in Winkelrichtung von der Position Q3 zur Position Q4 um einen Winkel α3 bewegt.

Der Verlagerungsbetrag des ersten Universalgelenks 403 verändert sich mit gleichmäßigen Inkrementen (X1 = X2 = X3), wohingegen sich der Winkelverlagerungsbetrag des zweiten Universalgelenks 405 mit ungleichmäßigen Inkrementen verändert, welche größer werden, wenn sich das lenkbare Rad 407 seiner Sperrposition in jeder Richtung nähert (α1 < α2 < α3). Somit spricht das lenkbare Rad 407 schneller auf das Lenkrad an, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads 409 (Fig. 13A) groß wird. Aufgrund der Lenkgeometrie wird die in Fig. 12B gezeigte Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST1 erhalten. In diesem Zusammenhang verändert sich auch die Länge der Spurstange 46, in der Draufsicht gemessen, mit der Verlagerung der Zahnstange 402; jedoch ist eine weitere Beschreibung davon hier nicht notwendig.

Zurück zu Fig. 12C. Dort ist eine Lenkübersetzungssteuerungs/regelungscharakteristik-Kurve gezeigt, welche einen optimalen Lenkübersetzungssteuerungs/regelungsbereich A 1 definiert, der zur Steuerung/Regelung der Lenkübersetzung mittels des Aktuators verwendet wird. In der in Fig. 12C gezeigten Tabelle ist die Y- Achse die Lenkübersetzung (Grad/Grad) und die X-Achse ist der Lenkwinkel (Grad) des Lenkrads. Wie durch Schraffur in Fig. 12C angezeigt ist, besitzt der optimale Lenkübersetzungssteuerungs/regelungsbereich A1 eine untere Grenze (Steuer/Regelgrenze auf der Seite eines schnellen Lenkens), welche durch die in Fig. 12B gezeigte Lenkübersetzungscharakeristik-Kurve ST1 definiert ist, sowie eine Obergrenze (Steuer/Regelgrenze auf der Seite eines langsamen Lenkens), welche durch eine Steuer/regelbare-Obergrenze- Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST2 definiert ist. Der optimale Lenkübersetzungssteuer/regelbereich A1 besitzt eine Breite B1. Die Steuer/regelbare-Obergrenze-Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST2 ist auf der Basis des Gesamtbetrags einer Verlagerung der Zahnstange gezeichnet, welche mit der Unterstützung eines Steuer/Regelvorgangs des Aktuators erreicht wird. Diese Kurve ST2 ist von der Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST1 (Fig. 12B) um einen Abstand der Steuerungs/Regelungsübersetzungsbreite B1 nach oben versetzt.

Der Lenkübersetzungssteuer/regelbereich A1 repräsentiert einen Bereich, in welchem die Lenkübersetzung nach Maßgabe des Gesamtbetrags einer Verlagerung (S30) der Zahnstange gesteuert/geregelt werden kann, welcher erhalten wird durch Subtrahieren des durch Betätigung des Aktuators erreichten Betrags an Verlagerung (S32) der Zahnstange von dem Betrag an Verlagerung (S31) der Zahnstange, welcher durch eine am Lenkrad ausgeführte manuelle Lenkbetätigung des Fahrers erreicht wird (S30 = S31 - S32). Wenn die Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST1 als eine Steuer/Regelreferenz auf der Seite schnellen Lenkens verwendet wird, kann der Aktuator somit das langsame Lenken des lenkbaren Rades steuern/regeln. Da S30 = S31 - S32 gilt, wie zuvor diskutiert wurde, bedeutet dies, dass der Betrag an Fahrer-abhängiger Verlagerung S31 der Zahnstange erhöht werden kann, indem eine Umkehrung des Betrags an Aktuator-abhängiger Verlagerung S32 der Zahnstange von S31 subtrahiert wird (d. h. indem die Zahnstange durch den Aktuator in einer zu der durch das Lenkrad bestimmten Richtung entgegengesetzten Richtung bewegt wird).

Fig. 15A ist eine graphische Darstellung der Gelenkter-Winkel- Steuer/Regelcharakteristik der herkömmlichen Lenkvorrichtung. In dieser Figur ist die Y-Achse des Graphs die Gelenkter-Winkel- gesteuerte/geregelte-Variable (Grad) und die X-Achse des Graphs ist der Lenkwinkel (Grad) des Lenkrads. Der Mittelpunkt der X-Achse repräsentiert die Neutralstellung des Lenkrads, bei welcher der Lenkwinkel des Lenkrads 0 Grad beträgt. Die Gelenkter-Winkel-gesteuertelgeregelte-Variable repräsentiert die bezüglich des gelenkten Winkels angegebene gesteuerte/geregelte Variable, welche bei der Steuerung/Regelung des gelenkten Winkels des lenkbaren Rads durch Verlagern der Zahnstange durch den Aktuator verwendet wird.

Wie zuvor erwähnt wurde, ist die Zahnstangenverstärkung aufgrund des festgelegten Übersetzungsverhältnisses des Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus stets konstant und die gesteuerte/geregelte Variable, welche durch Reduzieren des Betrags einer Aktuator-abhängigen axialen Verlagerung S32 der Zahnstange erhalten werden kann, ist auf einen bestimmten Bereich begrenzt. Es ist aus Fig. 15A offensichtlich, dass dann, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads θ11 beträgt, die Gelenkter- Winkel-gesteuerte/geregelte-Variable maximal wird mit einem Wert C1 und diese maximale Steuer/Regelvariable C1 besteht selbst bei einer Zunahme des Lenkwinkels fort, bis ein Lenkwinkel θ12 erreicht ist. Das heißt, dass die Lenkwinkel in dem Bereich von θ11 bis θ11, welcher sich über die Neutralstellung hinweg erstreckt, nur zur Steuerung des gelenkten Winkels der lenkbaren Räder effektiv sein kann.

Fig. 15B ist ein Graph, welcher eine Lenkübersetzungssteuerung/regelungscharakteristik-Kurve des herkömmlichen Lenksystems zeigt. Die Y-Achse des Graphs ist die Lenkübersetzung (Grad/Grad) und die X-Achse des Graphs ist der Lenkwinkel (Grad) des Lenkrads.

Wie in dieser Figur gezeigt ist, definiert die Lenkübersetzungssteuer/regelcharakteristik-Kurve einen praktischen Lenkübersetzungssteuer/regelbereich A2, welcher erreicht wird, wenn der Lenkübersetzungsbereich durch den Aktuator gesteuert/geregelt wird. Der praktische Lenkübersetzungssteuer/regelbereich A2, wie der in Fig. 12C gezeigte optimale Lenkübersetzungssteuer/regelbereich A1, ist durch die Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST1 und die Steuer/Regelbare- Obergrenze-Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST2 definiert.

Die in Fig. 15A gezeigte Gelenkter-Winkel-Steuer/Regelcharakteristik- Kurve wird in Kombination mit der Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST1 verwendet, um dadurch die Steuerbare-Obergrenze- Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST2 zu zeichnen oder vorzusehen.

Somit stimmt der Gradient der Steuer/regelbare-Obergrenze- Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve ST2 mit dem der Gelenkter-Winkel- Steuer/Regelcharakteristik-Kurve überein.

Da jedoch die Gelenkter-Winkel-gesteuerte/geregelte-Variable lediglich für die Lenkwinkel in dem Bereich von -C1 bis +C1 erhältlich ist, kann keine Antwort für Lenkwinkel in dem Bereich von θ11 bis θ12 erhalten werden. Aufgrund des Fehlens der Gelenkter-Winkel-gesteuerte/geregelte-Variable, ist der praktische Lenkübersetzungssteuer/regelbereich A2 an einem Bereich verschmälert, welcher den relativ großen Lenkwinkeln θ11 bis θ12 entspricht. Mit dieser Verschmälerung wird ein unsteuerbarer/unregelbarer Bereich oder Untätigkeitsbereich A3 gebildet, wie er durch unterbrochene Linien in Fig. 15B angezeigt ist. Aufgrund des Vorhandenseins des Untätigkeitsbereichs A3 kann der praktische Lenkübersetzung- Steuer/Regelbereich A2 im Gegensatz zu dem optimalen Lenkübersetzung- Steuer/Regelbereich A1, welcher in Fig. 12C gezeigt ist, nicht über den gesamten Bereich von Lenkwinkeln auf das Lenkrad ansprechen.

Trotz der begrenzten Gelenkter-Winkel-gesteuerte/geregelte-Variable kann ein Ansprechen auf den gesamten Bereich von Lenkwinkeln möglich sein, indem die Steuer/Regelverhältnisbreite B1 zwischen den Kurven St1 und St2 verschmälert wird. Diese Maßnahme ist jedoch nicht praktisch, da der sich ergebende steuer/regelbare Bereich der Lenkübersetzungen sehr klein ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeuglenksystem bereitzustellen, welches in der Lage ist, die Lenkübersetzung bezüglich eines breiteren Bereichs von Lenkwinkeln zu steuern/zu regeln selbst dann, wenn lediglich eine begrenzte gesteuerte/geregelte Variable verfügbar ist.

Um die vorgenannte Aufgabe zu erreichen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeuglenksystem vorgesehen, umfassend: ein Lenkrad; einen Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus mit einem Ritzel, welches funktionsmäßig mit dem Lenkrad gekoppelt ist, sowie mit einer Zahnstange, welche mit dem Ritzel kämmt und funktionsmäßig mit lenkbaren Rädern gekoppelt ist; ein Gehäuse, welches in sich den Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus aufnimmt; sowie ein Mittel zum Verlagern der Zahnstange in ihrer axialen Richtung, um die lenkbaren Räder unabhängig von einem durch das Lenkrad eingeleiteten Lenkvorgang zu lenken. Der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus umfasst einen Variables- Übersetzungsverhältnis-Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus mit einem variablen Übersetzungsverhältnis, welches dann am niedrigsten ist, wenn das Lenkrad sich in einer Neutralstellung befindet und welches dann höher wird; wenn der Lenkwinkel des Lenkrads groß wird.

Es ist bevorzugt, dass die Zahnstange einen ersten Bereich aufweist, welcher im Allgemeinen in seiner Position der Neutralstellung des Lenkrads entspricht, und einen zweiten Bereich aufweist, welcher sich benachbart von dem ersten Bereich in eine Richtung entlang der Achse der Zahnstange erstreckt, wobei der erste Bereich eine festgelegte Zahnteilung aufweist, und wobei der zweite Bereich eine variable Zahnteilung aufweist, welche kleiner als die festgelegte Teilung des ersten Bereichs ist und welche sich in einer Richtung vom ersten Bereich zu einem Ende des zweiten Bereichs hin, welches dem ersten Bereich entgegengesetzt ist, progressiv verringert.

Die Zahnstange kann weiter einen dritten Bereich aufweisen, welcher sich von dem Ende des zweiten Bereichs entlang der Achse der Zahnstange erstreckt und welcher im Allgemeinen in seiner Position einem Endabschnitt eines verfügbaren Bereichs der von der Neutralstellung entfernt gelegenen Lenkwinkel entspricht, wobei der dritte Bereich eine festgelegte Zahnteilung aufweist, welche kleiner als jene des zweiten Bereichs ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Mittel zur Verlagerung der Zahnstange: ein Lagermittel zur Lagerung des Gehäuses an einem Fahrzeugkörper derart, dass das Gehäuse relativ zum Fahrzeugkörper in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers verlagerbar ist; sowie einen Aktuator, welcher funktionsmäßig mit dem Gehäuse gekoppelt ist und derart funktioniert, dass er das Gehäuse relativ zum Fahrzeugkörper in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers verlagert, wodurch bewirkt wird, dass sich die Zahnstange gemeinsam mit dem Gehäuse in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers bewegt. Es ist bevorzugt, dass das Lagermittel einen Verbindungsgliedmechanismus umfasst, welcher das Gehäuse und den Fahrzeugkörper derart verbindet, dass der Verbindungsgliedmechanismus gemeinsam mit dem Gehäuse und einem Teil des Fahrzeugkörpers ein Parallel-Viergelenk bildet und wobei der Aktuator einen Ausgangsabschnitt aufweist, welcher betriebsmäßig mit dem Verbindungsgliedmechanismus verbunden ist.

Das Mittel zur Verlagerung der Zahnstange kann ferner einen Kraftübertragungsmechanismus umfassen, welcher zwischen dem Verbindungsgliedmechanismus und dem Aktuator angeordnet ist, um Kraft von dem Aktuator zu dem Verbindungsgliedmechanismus zu übertragen, wobei der Kraftübertragungsmechanismus einen Hypoidgetriebemechanismus umfasst, welcher ein kleines Zahnrad aufweist, das mit dem Ausgangsabschnitt des Aktuators verbunden ist, und ein großes Zahnrad aufweist, welches mit dem kleinen Zahnrad kämmt, und ein Antriebsverbindungsglied umfasst, dessen eines Ende schwenkbar mit dem Verbindungsgliedmechanismus verbunden ist und dessen entgegengesetztes Ende schwenkbar mit dem großen Zahnrad exzentrisch zu dem großen Zahnrad verbunden ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Mittel zur Verlagerung der Zahnstange: ein Lagermittel zur Lagerung des Ritzels in dem Gehäuse derart, dass das Ritzel in der axialen Richtung der Zahnstange verlagerbar ist; sowie einen Aktuator, welcher funktionsmäßig mit dem Ritzel gekoppelt ist und derart arbeitet, dass er das Ritzel in der axialen Richtung der Zahnstange verlagert, wodurch bewirkt wird, dass sich die Zahnstange gemeinsam mit dem Ritzel in ihrer axialen Richtung bewegt. Es ist bevorzugt, dass das Lagermittel einen schwenkbar an einem Ende mit dem Gehäuse verbundenen und drehbar daran das Ritzel lagernden Schwenkhebel umfasst, wobei der Schwenkhebel in Querrichtung über die Zahnstange hinweg verläuft und wobei der Aktuator an dem Gehäuse montiert ist und einen Ausgangsabschnitt aufweist, welcher betriebsmäßig mit einem freien Ende des Schwenkhebels verbunden ist.

Das Mittel zur Verlagerung der Zahnstange kann ferner Kraftübertragungsmechanismus umfassen, welcher zwischen dem Schwenkhebel und dem Aktuator angeordnet ist, um Kraft von dem Aktuator zum Schwenkhebel zu übertragen, wobei der Kraftübertragungsmechanismus einen Hypoidgetriebemechanismus umfasst, welcher ein kleines Zahnrad aufweist, das mit dem Ausgangsabschnitt des Aktuators verbunden ist, und ein großes Zahnrad aufweist, welches mit dem kleinen Zahnrad kämmt, und ein Antriebsverbindungsglied umfasst, dessen eines Ende schwenkbar mit dem freien Ende des Schwenkhebels verbunden ist und dessen entgegengesetztes Ende schwenkbar mit dem großen Zahnrad exzentrisch zu dem großen Zahnrad verbunden ist.

Der Schwenkhebel kann eine hohle Struktur mit einem darin ausgebildeten Innenraum aufweist, wobei die Zahnstange durch den Hohlraum des Schwenkhebels hindurch verläuft.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die lenkbaren Räder ebenso durch Verlagern des Gehäuses oder des Ritzels relativ zum Fahrzeugkörper in der axialen Richtung der Zahnstange gelenkt werden. Bei dieser Anordnung ist der Gesamtbetrag an axialer Verlagerung der Zahnstange durch eine Kombination des Betrags einer durch eine am Lenkrad durch den Fahrer ausgeführte manuelle Lenkbetätigung erreichte axialen Verlagerung der Zahnstange mit dem Betrag einer mit der Verlagerung des Gehäuses oder des Ritzels erreichten Verlagerung der Zahnstange repräsentiert. Durch Steuern/Regeln des gelenkten Winkels der lenkbaren Räder nach Maßgabe der Verlagerung des Gehäuses oder des Ritzels ist somit eine Steuerung/Regelung der Lenkübersetzung möglich. Aufgrund einer begrenzten Verlagerung des Gehäuses ist jedoch auch der steuerbare/regelbare Bereich des Übersetzungsverhältnisses eingeschränkt.

Um dieses Problem zu beheben umfasst der Zahnstangen- und- Ritzelmechanismus der vorliegenden Erfindung einen Variables- Übersetzungsverhältnis-Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus mit einem veränderlichen Übersetzungsverhältnis, welches dann am niedrigsten ist, wenn sich das Lenkrad in einer Neutralstellung befindet, und größer wird, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads groß wird. Mit dem Variables- Übersetzungsverhältnis-Zahnstangen-und-Ritzelmechanismuslässtmanden Betrag einer axialen Verlagerung der Zahnstange, welcher durch eine vollständige Umdrehung des Lenkrads bewirkt wird, umgekehrt zum Lenkwinkel abnehmen. Somit nimmt der Betrag an Verlagerung des Gehäuses oder des Ritzels pro einzelner Umdrehung des Lenkrades dementsprechend ab. Obwohl ein begrenzter Betrag an Verlagerung des Gehäuses oder des Ritzels verfügbar ist, kann dementsprechend die Lenkübersetzung extensiv bezüglich des Lenkwinkels gesteuert/geregelt werden.

Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich lediglich als Beispiel beschrieben werden, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird, in welchen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, welche die allgemeine Anordnung eines Fahrzeuglenksystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine ausführliche Ansicht eines Abschnitts von Fig. 1 ist;

Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht ist, welche einen Hauptabschnitt eines Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus des Lenksystems zeigt;

Fig. 4 eine Ansicht ist, welche eine Zahnstangen- Zahnteilungsverteilung zeigt, um eine Eigenschaft einer variablen Zahnstangenverstärkung des Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus zu erzeugen;

Fig. 5A und 5B Graphen sind, welche zum Zwecke eines Vergleichs die Beziehungen zwischen der Zahnstangenverstärkung und der Lenkübersetzung des Lenksystems der vorliegenden Erfindung und jenen des herkömmlichen Lenksystems zeigen;

Fig. 6A und 6B Graphen sind, welche zu Zwecken eines Vergleichs die Beziehungen zwischen der gelenkter-Winkel- Steuer/Regelvariable und der Lenkübersetzung des Lenksystems der vorliegenden Erfindung und jenen des herkömmlichen Lenksystems zeigen;

Fig. 7 eine schematische Ansicht ist, welche den allgemeinen Aufbau eines Fahrzeuglenksystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Hilfslenkmechanismus des Fahrzeuglenksystems der zweiten Ausführungsform ist;

Fig. 9 eine horizontale Querschnittsansicht des Hilfslenkmechanismus ist;

Fig. 10 eine der Fig. 9 ähnliche Ansicht ist, welche den Betrieb des Hilfslenkmechanismus zeigt;

Fig. 11 eine schematische Ansicht ist, welche den allgemeinen Aufbau eines herkömmlichen Fahrzeuglenksystems zeigt;

Fig. 12A, 12B und 12C Graphen sind, welche die Beziehungen zwischen der Zahnstangenverstärkung und der Lenkübersetzung des herkömmlichen Lenksystems zeigen;

Fig. 13A und 13B diagrammartige Ansichten sind, welche den allgemeinen Aufbau eines herkömmlichen Lenksystems zeigen;

Fig. 14 eine Ansicht ist, weiche die Beziehungen zwischen der Zahnstangenverstärkung und der Lenkübersetzung des herkömmlichen Lenksystems zeigen, das in Fig. 13A und 13B gezeigt ist; sowie

Fig. 15A und 15B Graphen sind, welche die Beziehungen zwischen der gelenkter-Winkel-Steuer/Regelvariable und der Lenkübersetzung des herkömmlichen Lenksystems zeigen.

Nun wird Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 genommen. Dort ist der allgemeine Aufbau eines Fahrzeuglenksystems 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Fahrzeuglenksystem 10 umfasst im Allgemeinen ein Lenksystem 20, welches von einem Lenkrad 21 eines Fahrzeugs zu lenkbaren Rädern (Vorderrädern) 27, 27 des Fahrzeugs führt, einen Drehmomentenunterstützungsmechanismus 40, welcher ein Unterstützungsdrehmoment auf das Lenksystem 20 ausübt, sowie einen Hilfslenkmechanismus 50, welcher einen gelenkten Winkel der lenkbaren Räder 27, 27 unabhängig von einem durch den Fahrer am Lenkrad 21 ausgeübten manuellen Lenkvorgang steuern/regeln kann. Das Fahrzeuglenksystem 10 ist vom sogenannten "Endabnahme"-Typ, welches derart aufgebaut ist, dass ein Lenkmoment von gegenüberliegenden Enden einer Zahnstange 33 abgenommen werden kann.

Das Lenksystem 20 umfasst eine Lenkwelle 22, welche an einem Ende mit dem Lenkrad 21 verbunden ist, eine Ritzelwelle 24, welche an einem Ende mit dem anderen Ende der Lenkwelle 22 über einen Universalgelenkmechanismus 23 verbunden ist, sowie einen ersten Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25, welcher funktionsmäßig mit dem anderen Ende der Ritzelwelle 24 gekoppelt ist und funktionsmäßig mit den lenkbaren Rädern 27, 27 über eine linke und eine rechte Spurstange 26, 26 gekoppelt ist. Das Bezugszeichen 28 bezeichnet einen linken und einen rechten Gelenkhebel, welcher die jeweiligen Spurstangen 26 mit den entsprechenden lenkbaren Rädern 27 verbindet.

Der erste Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 hat ein erstes Ritzel 31, welches an ein Ende der Ritzelwelle 24 montiert ist, sowie eine erste Zahnstange 33 mit Zahnstangenzähnen 32, welche mit dem ersten Ritzel 31 kämmen, wobei die Zahnstange 33 in der Breitenrichtung eines Fahrzeugs verläuft. Der erste Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 ist in einem Getriebegehäuse des Gehäuses 35 untergebracht. Somit ist das erste Ritzel 31 des ersten Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 funktionsmäßig mit dem Lenkrad 21 gekoppelt und die erste Zahnstange 33 des ersten Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 ist funktionsmäßig mit den lenkbaren Rädern 27 gekoppelt. Das Gehäuse 35 enthält darin den ersten Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 derart, dass die Ritzelwelle 24 um ihre eigene Achse drehbar ist, jedoch nicht in ihrer axialen Richtung bewegbar ist, und die Zahnstange 33 ist verschiebbar in ihrer axialen Richtung bewegbar. Somit bildet das Gehäuse 35 einen Behälter oder eine Einhüllung, welche in der Breitenrichtung des Fahrzeugs länglich ist.

Der Universalgelenkmechanismus 23 gestattet der Zahnstange 33, sich in ihrer axialen Richtung zu verlagern. Dieser Mechanismus dient weiterhin dazu, ein Drehmoment des Lenkrads zur Ritzelwelle 24 zu übertragen. Weiterhin ist der Mechanismus in seiner axialen Richtung ausdehnbar.

Der Drehmomentunterstützungsmechanismus 40 umfasst einen Lenkmomentsensor 41 zur Erfassung eines Lenkmoments des Lenksystems, welches von dem Lenkrad 21 aus erzeugt wird, eine Steuer/Regeleinheit 42, welche ein Steuer/Regelsignal auf der Basis eines Ausgangssignals von dem Lenkmomentsensor 41 erzeugt, einen Elektromotor 43, welcher auf der Basis des Steuer/Regelsignals ein dem Lenkmoment proportionales Unterstützungsmoment erzeugt, sowie einen zweiten Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 44, welcher funktionsmäßig mit dem Elektromotor 43 in einer Antriebsbeziehung gekoppelt ist. Der Lenkmomentsensor 41 und der Elektromotor 43 sind an das Gehäuse 35 montiert.

Der zweite Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 44 ist gebildet aus einem zweiten Ritzel 45, welches an eine Ausgangswelle 43A des Elektromotors 43 montiert ist, sowie aus zweiten Zahnstangenzähnen 46, welche mit dem zweiten Ritzel 45 kämmen. Die zweiten Zahnstangenzähne 46 sind an der ersten Zahnstange 33 ausgebildet. Die Zahnstange 33 wird gemeinsam für sowohl den ersten als auch den zweiten Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus 25 und 44 verwendet.

Bei dem derart aufgebauten Fahrzeuglenksystem 10 wird ein Lenkmoment, welches dann erzeugt wird, wenn das Lenkrad 21 durch den Fahrer gedreht wird, über die Ritzelwelle 24 und das erste Ritzel 31 des ersten Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 zur Zahnstange 33 übertragen. Gleichzeitig erfasst der Lenkmomentsensor 41 das Lenkmoment. Auf Grundlage eines Ausgangssignals von dem Lenkmomentsensor erzeugt die Steuer/Regeleinheit 42 ein Steuer/Regelsignal, welches dann dem Elektromotor 43 bereitgestellt wird. Der Elektromotor 43 erzeugt auf Grundlage des Steuer/Regelsignals ein Unterstützungsmoment, welches über das zweite Ritzel 45 des zweiten Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 44 zur Zahnstange 33 übertragen wird. Das von dem Lenkrad 21 erzeugte Lenkmoment und das vom Elektromotor 43 erzeugte Unterstützungsmoment werden zusammen addiert, um ein kombiniertes Moment zu bilden. Das kombinierte Moment wird dann über die Zahnstange 33, die Spurstangen 26 und die Gelenkhebel 28 zu den lenkbaren Rädern 27 übertragen und lenkt somit die lenkbaren Räder 27.

Der Hilfslenkmechanismus 50 ist derart aufgebaut, dass er einen Aktuator 52 auf der Grundlage von im Vorhinein in einer Hilfssteuer/regeleinheit 51 eingestellten Lenkzuständen antreibt, um das Gehäuse 35 in der Breitenrichtung eines Fahrzeugskörpers zu verlagern. Die Hilfssteuer/regeleinheit 51 weist eine Funktion auf, um einen Betrieb des Aktuators 52 auf Grundlage von Ausgangssignalen (Erfassungssignalen) von einem Lenkwinkelsensor 53 zur Erfassung eines Lenkwinkels des Lenkrads 21, eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 54 zur Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und eines Verlagerungssensors 55 zur Erfassung des Verlagerungsbetrags des Gehäuses 35 zu steuern/regeln.

Der Hilfslenkmechanismus 50 lagert das Gehäuse 35 an dem Fahrzeugkörper 35 über einen Verbindungsgliedmechanismus 60 derart, dass das Gehäuse 35 in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers bewegbar ist. Der Verbindungsgliedmechanismus 60 dient als ein Lagermittel für das Gehäuse 35. Der Aktuator 52 treibt den Verbindungsgliedmechanismus 60 über ein Antriebsverbindungsglied 64 an, um den Verbindungsgliedmechanismus 60 schwenken zu lassen, wodurch das Gehäuse in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers verlagert wird. Der Aufbau des Hilfslenkmechanismus 50 wird ausführlich unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst der Verbindungsgliedmechanismus 60 des Hilfslenkmechanismus 50 ein Paar aus einem linken und einem rechten Verbindungsgliedhebel 61L und 61R, welche schwenkbar an dem Fahrzeugkörper 57 montiert sind, sodass sie schwenkbar in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers 57 bewegbar sind. Der linke und der rechte (bzw. der erste und der zweite) Verbindungsgliedhebel 61L, 61R haben jeweils ein Ende 61A (unteres Ende in Fig. 2) durch eine Schwenkwelle 59 mit einem an den Fahrzeugkörper 57 montierten Träger 58 verbunden. Die Verbindungsgliedhebel 61L, 61R verlaufen normal orthogonal zur Längsachse der Zahnstange 33. Der erste Verbindungsgliedhebel 61L verläuft nach oben über das Gehäuse 35 hinaus und weist einen schwenkbar durch einen Zapfen 62 mit dem Gehäuse 35 verbundenen Mittelabschnitt 61B auf. Das gegenüberliegende Ende 61B (oberes Ende in Fig. 2) des zweiten Verbingungshebels 61R ist durch einen Zapfen 62 schwenkbar mit dem Gehäuse 35 verbunden. Der Mittelabschnitt 61B des linken Verbindungsgliedhebels 61L und das obere Ende 61B des rechten Verbindungsgliedhebels 61R bilden oszillierende Enden der jeweiligen Verbindungsgliedhebel 61L, 61R.

Die zum Verbinden der Verbindungsgliedhebel 61L, 61R mit dem Gehäuse 35 verwendeten Zapfen 62 sind der Zahnstange 35 benachbart angeordnet. Im Besonderen sind die Zapfen 62 horizontal in der gleichen Ebene angeordnet wie die Achse 33a der Zahnstange 33 und sie verlaufen orthogonal zur Achse 33a der Zahnstange 33. Der erste und der zweite Verbindungsgliedhebel 61L, 61R bilden gemeinsam mit dem Fahrzeugkörper 57 und dem Gehäuse 35 ein Parallel-Viergelenk.

Ein Kraftübertragungsmechanismus 70 umfasst einen Reduktionsgetriebemechanismus mit einem an einer Ausgangswelle 52a des Aktuators 51 angebrachten kleinen Zahnrad oder Ritzel 71, ein mit dem kleinen Zahnrad 71 kämmendes und drehbar an eine Lagerwelle 72 montiertes großes Zahnrad 73 sowie ein Getriebegehäuse 74, welches in sich das kleine und das große Zahnrad 71, 73 aufnimmt. Das Getriebegehäuse 73 ist an den Fahrzeugkörper 57 montiert, wobei der Aktuator 52 an dem Getriebegehäuse 74 gelagert ist. Das Antriebsverbindungsglied 64 bildet einen Teil des Kraftübertragungsmechanismus 70.

Der Kraftübertragungsmechanismus 70, welcher zwischen dem Aktuator 52 und dem Verbindungsgliedmechanismus 60 angeordnet ist, weist eine Selbsthemmungsfunktion auf, um den Aktuator gegen eine vom Verbindungsgliedmechanismus 69 aus ausgeübte Last bzw. Kraft zu sperren. Die "Selbsthemmungsfunktion" wird hier verwendet, um eine Funktion zu bezeichnen, welche eine Kraftübertragung von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite gestattet und eine Kraftübertragung von der Ausgangsseite zur Eingangsseite blockiert. Um die Selbsthemmungsfunktion zu erhalten, sind das kleine und das große Zahnrad 71, 73 als Hypoid-Zahnräder ausgebildet, welche im Allgemeinen einen geringen Kraftübertragungswirkungsgrad in einer Rückwärtsrichtung aufweisen, d. h. in einer Richtung von der Lastseite zur Antriebsseite. Ein solcher kleiner Rückwärts-Kraftübertragungswirkungsgrad ist derart eingestellt, dass der Aktuator 52 seinen stationären Zustand gegen die auf der, vom Aktuator 52 aus betrachtet, Lastseite angeordneten Verbindungsgliedmechanismus 60 ausgeübte Kraft beibehalten kann. Somit tritt kein unbeabsichtigtes Antreiben des Aktuators 52 durch äußere Kräfte auf, solange sich der Aktuator in seinem stationären oder deaktivierten Zustand befindet.

Das oszillierende Ende 61b des ersten Verbindungsgliedhebels 61L weist eine Enderweiterung auf, welche mittels eines Zapfens 63 an ihrem distalen Ende 61c (oberes Ende in Fig. 2) mit einem Ende des Antriebsverbindungsglieds 64 verbunden ist. Somit ist der Verbindungsgliedhebel 61L über das Antriebsverbindungsglied 64 mit einem Ausgangsabschnitt des Aktuators 52 schwenkbar verbunden. Im Besonderen ist das gegenüberliegende Ende des Antriebsverbindungsglieds 64 mit einem kreisförmigen Körper 73a des großen Zahnrads 73 an einer Position schwenkbar verbunden, welche um einen vorbestimmten Abstand von der Drehachse des großen Zahnrads 73 versetzt ist. Somit ist der Zapfen 75 zur Drehachse des großen Zahnrads 73 exzentrisch. Die Schwenkwellen 59, 72 und die Zapfen 62, 63, 75 sind zueinander parallel.

Der Hilfslenkmechanismus 50 des vorangehenden Aufbaus funktioniert wie folgt. Wenn der erste und der zweite Verbindungsgliedhebel 61L und 61R in einer orthogonalen Richtung der Zahnstange 30 verlaufen, wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind sie in einer Neutralstellung angeordnet. In Antwort auf einen gegebenen Lenkzustand arbeitet der Aktuator 52, um das große Zahnrad 73 im Uhrzeigersinn in Fig. 2 um einen vorbestimmten Winkel zu drehen. Dies bewirkt, dass sich das Antriebsverbindungsglied 64 in Fig. 2 nach links bewegt, wobei es somit den ersten Verbindungsgliedhebel 61L zwingt, in der gleichen Figur um die Schwenkwelle 59 nach links zu schwenken. Da der Verbindungsgliedmechanismus 60 die Form eines Parallel-Viergelenks annimmt, verschwenkt in diesem Augenblick auch der zweite Verbindungsgliedhebel 61R in Phase mit dem ersten Verbindungsgliedhebel 61L. Somit werden der Verbindungsgliedmechanismus 60 als Ganzes, das Gehäuse 35 und das erste Ritzel 31 als eine einzelne Einheit in der axialen Richtung der Zahnstange 33 nach links verlagert. Das erste Ritzel 31 dreht solange nicht wie der Fahrer das Lenkrad 21 greift. Dementsprechend bewegt sich die Zahnstange 33 in ihrer axialen Richtung gemeinsam mit dem Gehäuse 35 nach links. Durch ein derartiges Verlagern der Zahnstange 33 kann die Richtung der lenkbaren Räder 27 (Fig. 1) geändert werden.

Aus diesen Zustand wird das große Zahnrad 73 im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 2 durch den Aktuator 52 gedreht, sodass es den ersten Verbindungsgliedhebel 61L nach rechts bewegt, bis der Verbindungsgliedmechanismus 60, das Gehäuse 35, das erste Ritzel 31 und die Zahnstange 33 zur Neutralstellung zurückkehren, welche in Fig. 2 gezeigt ist. Es wird aus der vorangehenden Beschreibung einfach verstanden werden, dass die Zahnstange 33 dadurch entlang ihrer Achse nach rechts verlagert wird, dass der erste Hebel 61L gezwungen wird, aus der Neutralrichtung von Fig. 2 nach rechts zu verschwenken. Somit kann der gelenkte Winkel der lenkbaren Räder 27 unabhängig von der manuellen Lenkbetätigung des Fahrers gesteuert/geregelt werden.

Es ist ferner möglich, das große Zahnrad 73 des Kraftübertragungsmechanismus 52 durch den Aktuator 52 nach Maßgabe eines gegebenen Lenkzustandes zu drehen, während der Fahrer das Lenkrad 21 fortgesetzt betätigt. In diesem Augenblick ist der Gesamtbetrag an axialer Verlagerung (S0) der Zahnstange 33 durch eine Kombination des durch einen vom Fahrer am Lenkrad 21 ausgeübten manuellen Lenkvorgang erreichten Betrags an axialer Verlagerung (S1) der Zahnstange und des durch einen Betrieb des Aktuators 52 erreichten Betrags an axialer Verlagerung (S2) der Zahnstange 33 bestimmt (S0 = S1 ± S2). Durch Addieren oder alternativ Subtrahieren des Betrags an Aktuator-abhängiger axialer Verlagerung (S2) der Zahnstange 33 in Bezug auf den Betrag an Fahrer-abhängiger Achsverlagerung (S1) der Zahnstange 33 ist es möglich, an den lenkbaren Rädern 27 eine schnellere Drehung oder eine langsamere Drehung zu realisieren. Die vom Aktuator 52 erreichte maximale Steuer/Regelvariable, d. h. die maximale Aktuator-abhängige axiale Verlagerung (S2) der Zahnstange 33 ist durch einen maximalen Bereich an Verlagerung des Gehäuses 35, des Verbindungsgliedmechanismus 60 und des Antriebsverbindungsglieds 64 bestimmt. Zumindest aufgrund von mit diesen Teilen 35, 60, 64 verbundenen Konstruktionsanforderungen ist die maximale gesteuerte/geregelte Variable auf einen bestimmten Bereich eingeschränkt.

Der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25, wie er in vergrößerten Maßstab in Fig. 3 gezeigt ist, ist von dem sogenannten "variables- Übersetzungsverhältnis-Typ" mit einem variablen Übersetzungsverhältnis, welches am niedrigsten ist, wenn sich das Lenkrad 21 (Fig. 2) in einer Neutralstellung befindet, und welches höher wird, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads 21 größer wird. Zu diesem Zweck weist die Zahnstange 33 einen zentralen Abschnitt kleinerer Zahnteilung als angrenzende Abschnitte auf, welche sich zusammenhängend von dem zentralen Abschnitt zu ihren beiden Enden hin erstrecken. Der Ausdruck "Variables- Übersetzungsverhältnis-Typ" wird hier verwendet, um eine Struktur zu bezeichnen, bei welcher sich das Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit der Position einer Kämmung zwischen dem Ritzel 31 und den Zähnen 32 an der Zahnstange 33 ändert.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird der Abstand Y3 von der Achse Y1 der Zahnstange 33 mit Zahnstangenzähnen 32 zu dem Zentrum Y2 des Ritzels 31 stets konstant gehalten, unabhängig von der Position einer Kämmung zwischen dem Ritzel 31 und der Zahnstange 33. Das Ritzel 31 weist eine festgelegte Zahnteilung auf. Die Zahnstange 33 weist eine Zahnstangenteilungsverteilung auf, welche derart bestimmt ist, dass die Zahnstangenzahnteilung kleiner wird, wenn der Abstand oder Versatz von dem zentralen Abschnitt (auf der linken Seite in Fig. 3) ansteigt. Die Zahnstangenzahndicke ändert sich ebenso direkt wie die Zahnteilung.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Zahnstangenverstärkung (mm/Umdrehung) des ersten Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus 25 und des Lenkwinkels (Grad) des Lenkrads 21, welche zusammen mit der spezifischen Zahnteilungsverteilung der Zahnstange 33 gezeigt ist. Der Mittelpunkt auf der X-Achse des Graphen repräsentiert die Neutralstellung des Lenkrads 21, bei welcher der Lenkwinkel des Lenkrads 21 0 Grad beträgt. Die rechte Seite des Mittelpunkts (Lenkwinkel = 0) repräsentiert einen Bereich von Lenkwinkeln, welche dann erreicht werden, wenn das Lenkrad 21 nach links aus der Neutralstellung zum linken Ende oder zur Sperrposition hin gedreht wird. In ähnlicher Weise repräsentiert die rechte Seite des Mittelpunkts einen Bereich von Lenkwinkeln, welche dann erreicht werden, wenn das Lenkrad 21 nach rechts von der Neutralstellung aus zum rechten Ende oder zur Sperrposition gedreht wird. Die Zahnstangenverstärkung repräsentiert den Betrag an axialer Verlagerung (mm) der Zahnstange 33, welche dann erreicht wird, wenn das Ritzel 31 (d. h. das Lenkrad) eine vollständige Umdrehung ausführt.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Zahnteilung der Zahnstange 33 an dem zentralen Abschnitt der Zahnstange 33 größer ausgeführt als an beiden Endabschnitten der Zahnstange 33. Genauer weist die Zahnstange 33 einen zentralen ersten Bereich R1 auf, welcher im Allgemeinen in seiner Position der Neutralstellung des Lenkrads 21 entspricht (streng genommen ist dieser Bereich dazu ausgelegt, sich über einen zentralen Abschnitt eines verfügbaren Bereichs der Lenkwinkel zu erstrecken, welcher von der Neutralstellung um maximal θ1 in jedem Drehsinn versetzt ist, um ein Lenkspiel bereitzustellen). Der erste Bereich R1 weist eine festgelegte Zahnstangenzahnteilung auf und diese Zahnteilung ist größer als die Zahnteilung jedes anderen Bereichs der Zahnstange 33. Somit ist in dem ersten Bereich R mit der festgelegten größten Zahnteilung das Übersetzungsverhältnis des Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 bei einem Wert festgelegt, welcher niedriger als der Wert jedes anderen Bereichs der Zahnstange 33 ist. Die Zahnstangenverstärkung in dem ersten Bereich R1 ist derart eingestellt, dass sie G2 mm/Umdrehung beträgt.

Ein zweiter Bereich R2 der Zahnstange 33 verläuft zusammenhängend von dem ersten Bereich R1 in eine Richtung entlang der Achse der Zahnstange 33 über eine Länge, welche einen Bereich von Lenkwinkeln entspricht, welcher sich in jedem Drehsinn von θ1 bis θ2 erstreckt. Der zweite Bereich R2 weist eine variable Zahnstangenzahnteilung auf, welche kleiner als die Zahnteilung des ersten Bereichs R1 ist und progressiv in einer Richtung von einem Ende des ersten Bereichs R1 zu einem Ende des zweiten Bereichs R2 hin, welches dem ersten Bereich R1 gegenüberliegt, progressiv abnimmt. Dies bedeutet, dass das Übersetzungsverhältnis des Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus 25 in dem zweiten Bereich R2 höher wird, wenn der Lenkwinkel groß wird. Aufgrund des variablen Übersetzungsverhältnisses nimmt die Zahnstangenverstärkung in dem zweiten Bereich R2 von G3 mm/Umdrehung auf G2 mm/Umdrehung ab.

Ein dritter Bereich R3 der Zahnstange 33 schließt an das Ende des vom ersten Bereich R1 entfernten Endes des zweiten Bereichs R2 an und entspricht in seiner Position einem Endabschnitt eines verfügbaren Bereichs der Lenkwinkel, welcher sich in jedem Drehsinn von θ2 bis θ3 erstreckt. Der dritte Bereich R3 weist eine festgelegte Zahnstangenzahnteilung auf, welche kleiner ist als die Zahnteilungen des ersten und des zweiten Bereichs R1 und R2. In dem dritten Bereich R3 sieht der Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus 25 ein festgelegtes Übersetzungsverhältnis vor, welches höher als die Übersetzungsverhältnisse ist, welche in dem ersten und dem zweiten Bereich R1, R2 erreicht werden. Die Zahnstangenverstärkung in dem dritten Bereich R3 beträgt G1 mm/Umdrehung, was niedriger ist als jene, welche in dem ersten und dem zweiten Bereich R1 und R2 erreicht werden.

Fig. 5A ist ein Graph, welcher zu Vergleichszwecken die in Fig. 4 gezeigte Zahnstangenverstärkungscharakteristik zeigt, wie sie durch das Fahrzeuglenksystem gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird, und die in Fig. 12A gezeigte Zahnstangenverstärkungscharakteristik zeigt, wie sie durch das herkömmliche Fahrzeuglenksystem erreicht wird. Wie aus Fig. 5A zu sehen ist, erreicht das Lenksystem der vorliegenden Erfindung dann, wenn sich das Lenkrad in einem zentralen Bereich nahe der Neutralstellung befindet (entsprechend dem in Fig. 4 gezeigten Bereich R1 der Zahnstange 33), die gleiche Zahnstangenverstärkung (d. h. G2 mm/Umdrehung) wie das herkömmliche Lenksystem. Aufgrund der Zahnteilungsverteilung der Zahnstange 33, welche zur Erzeugung einer Eigenschaft variabler Zahnstangenverstärkung bezüglich einer Lenkeingabe ausgelegt ist, weist das Lenksystem der vorliegenden Erfindung einen verfügbaren Bereich an Lenkwinkeln (θ3 auf der linken Seite bis θ3 auf der rechten Seite) auf, welcher größer ist als jener (θ12 auf der linken Seite bis θ12 auf der rechten Seite) des herkömmlichen Lenksystems mit einer festgelegten Zahnstangenverstärkung.

Fig. 5B ist ein Graph, welcher zu Vergleichszwecken eine Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St3, welche durch das Fahrzeuglenksystem der vorliegenden Erfindung erreicht wird, gemeinsam mit der in Fig. 12B gezeigten Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St1 zeigt, wie sie durch das herkömmliche Fahrzeuglenksystem erreicht wird. Wie in Fig. 5B gezeigt ist, weist das Lenksystem der vorliegenden Erfindung die gleiche Lenkübersetzung wie das herkömmliche Lenksystem auf, wenn sich das Lenkrad in einem dem in Fig. 4 gezeigten zentralen Bereich R1 der Zahnstange 33 entsprechenden zentralen Bereich bewegt. Aufgrund der progressiv mit dem Lenkwinkel abnehmenden Zahnstangenverstärkung, was in dem Mittelbereich R2 (Fig. 4) der Zahnstange 33 erreicht wird, weist die mit durchgezogener Linie gezeigte Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St3 der vorliegenden Erfindung einen größeren Krümmungsradius auf als die (bzw. krümmt sich sanft verglichen mit der) strichlinierte(n) Lenkübersetzungsverhältnischarakteristik-Kurve St1 des herkömmlichen Lenksystems. Bei dem maximalen Lenkwinkel θ3 erreicht das Lenksystem der vorliegenden Erfindung eine Lenkübersetzung R3, welche höher ist als die Lenkübersetzung R1 bei dem maximalen Lenkwinkel θ12 des herkömmlichen Lenksystems. Die höhere Lenkübersetzung R3 spricht langsamer auf das Lenkrad an, erfordert jedoch zur Betätigung weniger Kraft als die niedrigere Lenkübersetzung R1.

Fig. 6A ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Gelenkter-Winkel-gesteuerte/geregelte-Variable und dem Lenkwinkel des Lenksystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Gelenkter-Winkel­ gesteuerte/geregelte-Variable repräsentiert die bezüglich des gelenkten Winkels angezeigte gesteuerte/geregelte Variable, welche verwendet wird, wenn der gelenkte Winkel des lenkbaren Rades 27 durch Verlagern der Zahnstange 33 durch den Aktuator 52 gesteuert/geregelt wird.

Wie zuvor erwähnt wurde, nimmt die Zahnstangenverstärkung mit dem Lenkwinkel des Lenkrads 27 ab und die gesteuerte/geregelte Variable, welche durch den Aktuator 52 erreicht wird, um den Verlagerungsbetrag der Zahnstange 33 zu steuern/zu regeln, ist auf einen bestimmten Bereich begrenzt. Jedoch geht aus Fig. 6A deutlich hervor, dass die Gelenkter- Winkel-gesteuerte/geregelte-Variable noch kleiner als der Maximalwert C1 ist, selbst bei dem maximalen Lenkwinkel θ3. Dies bedeutet, dass der gelenkte Winkel des lenkbaren Rads 27 in Bezug auf die von θ3 bis θ3 über die Neutralstellung hinweg reichenden Lenkwinkel gesteuert/geregelt werden kann.

Fig. 6B ist ein Graph, welcher einen Lenkübersetzungs- Steuer/Regelbereich A4 zeigt, welcher erreicht wird, wenn der Übersetzungsverhältnisbereich durch den Aktuator 52 gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert/geregelt wird. Der Lenkübersetzungs- Steuer/Regelbereich A4, in dieser Figur durch Schraffur angezeigt, weist eine durch die in Fig. 5B gezeigte Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St3 definierte Untergrenze (Steuer/Regelgrenze auf der Seite eines schnellen Lenkens) und eine durch die in Fig. 12C gezeigte steuer/regelbare-Obergrenze-Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St2 definierte Obergrenze auf (Steuer/Regelgrenze auf der Seite eines langsamen Lenkens). Der schraffierte Lenkübersetzungs- Steuer/Regelbereich A4 weist eine maximale Breite B1 auf.

Die steuerbare/regelbare-Obergrenze- Lenkübersetzungsverhältnischarakteristik-Kurve St2 ist auf der Basis des Gesamtbetrags an axialer Verlagerung der Zahnstange 33 bestimmt, welche über den gesamten Bereich von Lenkwinkeln unter der Steuerung/Regelung des Aktuators 52 erreicht wird. Diese Kurve St2 definiert eine Obergrenze einer Steuerung/Regelung der Lenkübersetzung, welche sich von der durch die Kurve St3 definierten unteren Steuer/Regelgrenze nach oben verläuft, und hat eine maximale Breite B1. Der Lenkübersetzungs-Steuer/Regelbereich A4 ist ein Lenkübersetzungsbereich, welcher nach Maßgabe des Gesamtbetrags an axialer Verlagerung (50) der Zahnstange 33 gesteuert/geregelt werden kann, welcher bestimmt wird durch Subtrahieren des Betrags an axialer Verlagerung (52) der Zahnstange, welcher durch Betätigung des Aktuators 52 erreicht wird, von dem Betrag an axialer Verlagerung (51) der Zahnstange 33, welcher durch einen am Lenkrad 21 ausgeführten manuellen Lenkvorgang des Fahrers erreicht wird (S0 = S1 - S2). Mit der als eine Steuer/Regelreferenz auf der Seite schnellen Lenkens verwendeten Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St3 kann der Aktuator 52 somit das langsame Lenken der lenkbaren Räder 27 steuern/regeln.

Da S0 = S1 - S2 gilt, wie zuvor diskutiert wurde, bedeutet dies, dass der Betrag an Fahrer-abhängiger Verlagerung S1 der Zahnstange durch Subtrahieren einer Inversen des Betrags einer Aktuator-abhängigen Verlagerung S2 der Zahnstange von S1 (d. h. durch Bewegen der Zahnstange 33 und des Gehäuses 35 durch den Aktuator 52 in einer der durch das Lenkrad 21 beabsichtigten Richtung entgegengesetzten Richtung) erhöht werden kann.

Während eines Lenkvorgangs wirkt eine Reaktionskraft von der Fahrbahn, welche von den lenkbaren Rädern 27 zur Zahnstange 33 übertragen wird, auf die Zahnstange 33 in einer der durch das Lenkrad 21 beabsichtigen Bewegungsrichtung der Zahnstange 33 entgegengesetzten Richtung. Die Richtung der Reaktionskraft ist die gleiche wie die Bewegungsrichtung des Gehäuses 35, sodass die Last an dem Aktuator 52 teilweise verringert wird. Dies führt zu einer erhöhten Ansprechgeschwindigkeit des Aktuators mit verringertem Energieverbrauch.

Die in Fig. 6A gezeigte gelenkter-Winkel-Steuer/Regelcharakteristik-Kurve wird zur Umwandlung der Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St3 von Fig. 6B in die Steuerbare/regelbare-Obergrenze- Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St2 verwendet. Somit stimmt der Gradient der Steuerbare/regelbare-Obergrenze- Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St2 mit jenem der Gelenkter-Winkel- Steuer/Regelcharakteristik-Kurve überein.

Wie in Fig. 6A gezeigt ist, ist die Gelenkter-Winkel-gesteuerte/geregelte- Variable noch kleiner als der Maximalwert C1, selbst beim maximalen Lenkwinkel θ3. Dies gewährleistet, dass der gelenkte Winkel des lenkbaren Rads 27 bezüglich aller von θ3 bis θ3 über die Neutralstellung hinweg reichenden Lenkwinkel gesteuert/geregelt werden kann und dass der Lenkübersetzungs-Steuer/Regelbereich A4 (Fig. 6B) ähnlich dem in Fig. 12C gezeigten optimalen Lenkübersetzungs-Steuer/Regelbereich A1 wird. Trotz der begrenzten Gelenkter-Winkel-gesteuerte/geregelte-Variable führt das Lenksystem 10 der vorliegenden Erfindung eine Steuerung/Regelung der Lenkübersetzung mit einem breiteren variablen Bereich aus als jener, der durch das herkömmliche Lenksystem erreicht wird.

Im Folgenden werden verschiedene Maßnahmen aufgezählt, welche unternommen wurden, um die Lenkübersetzungs-Steuerung/Regelung mit breiten steuer/regelbaren Bereich zu realisieren.

• 1. Der erste Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 weist ein variables Übersetzungsverhältnis auf, welches dann am niedrigsten ist, wenn sich das Lenkrad 21 in der Neutralstellung befindet und weiches höher wird, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads groß wird. Bei dem variablen Übersetzungsverhältnis nimmt die Zahnstangenverstärkung mit einer Zunahme des Lenkwinkels ab, wie in Fig. 5A gezeigt ist.
• 2. Dies wird eine niedrigere Lenkübersetzung für einen größeren Lenkwinkel liefern, verglichen mit der Lenkübersetzung, welche durch das herkömmliche Lenksystem erreicht wird (mit der in Fig. 6B gezeigten resultierenden Lenkübersetzungsverringerung von R1 nach R3). Als Folge krümmt sich die Charakteristik-Kurve St3 (welche eine untere Steuer/Regelgrenze auf der Seite schnellen Lenkens definiert) sanft verglichen mit der entsprechenden Charakteristik-Kurve St1.
• 3. Der Betrag an axialer Verlagerung der Zahnstange 33 für eine komplette Umdrehung des Lenkrads 21 nimmt umgekehrt mit dem Lenkwinkel ab. Verbunden damit kann das Verhältnis der Verlagerung des Gehäuses pro Lenkwinkeleinheit verringert werden. Dies stellt der Gelenkter-Winkel-gesteuerte/geregelte-Variable-Kurve, welche in Fig. 6A gezeigt ist, einen sanften Gradienten bereit.
• 4. Wie aus den Fig. 6A und 6B verstanden wird, kann die Lenkübersetzung bezüglich des vollen Bereichs von Lenkwinkeln (welche sich von θ3 bis θ3 über die Neutralstellung hinweg erstrecken) gesteuert/geregelt werden, obwohl eine begrenzte Gelenkter-Winkel-gesteuertelgeregelte-Variable (Betrag an Verlagerung des Gehäuses 35) verwendet wird.
• 5. Die Lenkübersetzungscharakteristik-Kurve St3 der vorliegenden Erfindung, so wie sie aus der entsprechenden Charakteristik-Kurve St1 des herkömmlichen Lenksystems umgewandelt ist, erzeugt nicht steuer/regelbare Bereiche oder Untätigkeitsbereiche A5, welche breiter werden, wenn der Lenkwinkel. Die Untätigkeitsbereiche A5 engen den Lenkübersetzungs-Steuer/Regelbereich A4 entsprechend ein. Jedoch entsprechen die Untätigkeitsbereiche A5 in ihrer Position einen Bereich, in welchem wahrscheinlich eine übermäßig kleine Lenkübersetzung auftritt, wenn der Lenkwinkel zunimmt, was die lenkbaren Räder 27 schneller schwenken lässt als durch das Lenkrad beabsichtigt ist. Dementsprechend kann daran gedacht sein, dass das Vorhandensein der Untätigkeitsbereiche A5 die Leistungscharakteristika des Lenksystems nicht beeinflusst. Der Lenkübersetzungs-Steuer/Regelbereich A4 der vorliegenden Erfindung wird ähnlich dem optimalen Lenkübersetzungs- Steuer/Regelbereich A1 (Fig. 12C).

Fig. 7 zeigt ein Fahrzeuglenksystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen jene Teile, welche gleich jenen der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform sind bzw. diesen entsprechen, und eine weitere Beschreibung derselben kann daher weggelassen werden.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, umfasst das Fahrzeuglenksystem 200 allgemein ein Lenksystem 20, einen Drehmomentunterstützungsmechanismus 40 und einen Hilfslenkmechanismus 250. Das Fahrzeuglenksystem 200 ist von dem sogenannten "Endabnahme"-Typ, welcher derart aufgebaut ist, dass ein Lenkmoment von entgegengesetzten Enden einer Zahnstange 33 abgenommen werden kann. Der Hilfslenkmechanismus 250 steuert/regelt einen gelenkten Winkel der lenkbaren Räder 27, 27 unabhängig von einem durch den Fahrer am Lenkrad 21 ausgeführten manuellen Lenkvorgang.

Das Lenksystem 200 umfasst einen Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 mit dem gleichen Aufbau, wie er oben mit Bezug auf Fig. 3 und 4 diskutiert wurde. Das heißt, der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 hat ein variables Übersetzungsverhältnis, welches dann am niedrigsten ist, wenn sich das Lenkrad 21 in einer Neutralstellung befindet, und welches höher wird, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads 21 groß wird. Das Lenksystem 200 mit einem derartigen Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 mit variablem Übersetzungsverhältnis ist in der Lage, die gleiche Operation auszuführen, wie sie oben mit Bezug auf Fig. 5A-5B und 6A-­ 6B diskutiert wurde.

Der Hilfslenkmechanismus 250 umfasst ein Gehäuse 235, in welchem der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 aufgenommen ist. Das Gehäuse 235 ist ein längliches Gehäuse, welches zur Achse der Zahnstange 33 konzentrisch ist und in der Breitenrichtung eines Fahrzeugkörpers 238 verläuft. Das Gehäuse 235 ist über einen Träger 236 und ein Lagerelement 237 an dem Fahrzeugkörper 238 montiert, sodass die Zahnstange 33 in der Breitenrichtung des Fahrzeugs hin und her bewegbar ist. Ein Lenkmomentsensor 41 und ein Elektromotor 43 sind an das Gehäuse 235 montiert.

Der Hilfslenkmechanismus 250 ist derart aufgebaut, dass er einen Aktuator 225 auf der Basis von in einer Hilfssteuer/Regeleinheit 251 im Vorhinhein eingestellten Lenkzuständen antreibt, um das Ritzel 31 in der Axialrichtung der Zahnstange 33 nach Maßgabe eines gegebenen Zustands zu verlagern. Die Hilfssteuer/regeleinheit 251 weist eine Funktion auf, um einen Betrieb des Aktuators 225 auf Grundlage von Ausgangssignalen (Erfassungssignalen) von einem Lenkwinkelsensor 253 zur Erfassung eines Lenkwinkels des Lenkrads 21, eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 254 zur Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und eines Verlagerungssensors 255 zur Erfassung des Verlagerungsbetrags des Ritzels 31 zu steuern/regeln. Strukturelle Details des Hilfslenkmechanismus werden unten mit Bezug auf Fig. 8 bis 10 beschrieben werden.

Der Hilfslenkmechanismus 250 weist einen vertikalen Schwenkhebel 261 einer hohlen Struktur auf, welcher an einem Ende (rechtes Ende in Fig. 8) mittels einer Schwenkwelle 263 schwenkbar mit dem Gehäuse 235 verbunden ist. Der Schwenkhebel 261 verläuft in Querrichtung über die Achse der Zahnstange 33 hinweg und die Zahnstange 33 verläuft durch den hohlen Schwenkhebel 261 hindurch. Der Schwenkhebel 261 weist einen freien Endabschnitt 265 auf, welcher betriebsmäßig über ein Antriebsverbindungsglied 266 und einen Kraftübertragungsmechanismus 270 mit dem Ausgangsabschnitt oder der Welle 252a des Aktuators 252 verbunden ist, und weist einen Mittelabschnitt 264 auf, welcher das Ritzel 31 derart drehbar lagert, dass sich das Ritzel 31 in einem Innenraum des hohlen Schwenkhebels 261 in Kämmung mit den Zähnen 32 der Zahnstange 33 befindet. Der Schwenkhebel 261 dient als ein Lagermittel für das Ritzel 31. Der Aktuator 252 umfasst einen Elektromotor und das Antriebsverbindungsglied 266 bildet einen Teil des Kraftübertragungsmechanismus 270.

Der Kraftübertragungsmechanismus 270 umfasst einen Reduktionsgetriebemechanismus mit einem kleinen Zahnrad oder Ritzel 271, welches an der Ausgangswelle 252a des Aktuators 251 angebracht ist, und mit einem großen Zahnrad 273, welches mit dem kleinen Zahnrad 271 kämmt und drehbar an einer Lagerwelle 272 montiert ist.

Der Kraftübertragungsmechanismus 270, welcher zwischen dem Aktuator 252 und dem Schwenkhebel 261 angeordnet ist, weist eine Selbsthemmungsfunktion auf, um den Aktuator gegen eine vom Schwenkhebel 261 aus ausgeübte Last oder Kraft zu sperren. Um die Selbsthemmungsfunktion zu erreichen, sind das kleine und das große Zahnrad 271, 273 als Hypoidzahnräder ausgebildet, welche im Allgemeinen einen kleinen Kraftübertragungswirkungsgrad in einer Rückwärtsrichtung aufweisen, d. h. in einer Richtung von der Lastseite zur Antriebsseite hin. Ein derartiger kleiner Rückwärtskraftübertragungswirkungsgrad ist derart eingestellt, dass der Aktuator 252 seinen stationären oder deaktivierten Zustand gegen die von dem vom Aktuator 252 aus betrachtet auf der Lastseite angeordneten Schwenkhebel 261 aus ausgeübten Kraft beibehalten kann. Somit tritt kein unbeabsichtiges Antreiben des Aktuators 252 durch äußere Kräfte auf, solange sich der Aktuator 252 in dem stationären Zustand befindet.

Das freie Ende (oszillierendes Ende) 265 des Schwenkhebels 261 ist schwenkbar mit einem Ende des Antriebsverbindungsglieds 266 mittels eines Zapfens 267 verbunden. Das entgegengesetzte Ende des Antriebsverbindungsglieds 266 ist durch einen Zapfen 274 mit einem kreisförmigen Körper 273a des großen Zahnrads 273 bei einer Position verbunden, welche um einen vorbestimmten Abstand von der Drehachse des großen Zahnrads 273 versetzt ist. Somit ist der Zapfen 274 zur Drehachse des großen Zahnrads 273 exzentrisch. Das Ritzel 31, die Wellen 263, 272 und die Zapfen 267, 274 sind zueinander parallel.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist der Hilfslenkmechanismus 250 in dem Gehäuse 235 aufgenommen und der Aktuator 252 ist an das Gehäuse 235 montiert. Der Schwenkhebel 266 verläuft normalerweise orthogonal über die Achse der Zahnstange 33 hinweg. Wenn sich der Schwenkhebel 261 in der in Fig. 9 gezeigten Position befindet, ist der Hilfslenkmechanismus 250 in der Neutralstellung angeordnet. Bei dieser Anordnung schwenkt oder dreht der Schwenkhebel 261 in Antwort auf eine Betätigung des Aktuators 252 um die Welle 263, um das Ritzel 31 in der axialen Richtung der Zahnstange 33 über den Kraftübertragungsmechanismus 270 zu bewegen.

Der Hilfslenkmechanismus funktioniert wie folgt.

In Antwort auf einen von der Hilfssteuer/regeleinheit 252 zugeführten gegebenen Lenkzustand, arbeitet der Aktuator 252, um das große Zahnrad 273 in Fig. 9 im Uhrzeigersinn um einen vorbestimmten Winkel zu drehen. Dies bewirkt, dass sich das Antriebsverbindungsglieds 266 in Fig. 9 nach links bewegt, was somit den Schwenkhebel 261 zwingt, in der gleichen Figur um die Schwenkwelle 263 nach links zu verschwenken, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Da das Ritzel 31 drehbar an dem Schwenkhebel 261 montiert ist, bewegt sich das Ritzel 31 in diesem Fall an den Zahnstangenzähnen 32 der Zahnstange 33 nach links. Das Ritzel 31 dreht nicht, solange der Fahrer das Lenkrad 21 greift. Dementsprechend bewegt sich die Zahnstange 33 gemeinsam mit dem Gehäuse 235 in ihrer axialen Richtung nach links. Durch ein derartiges Verlagern der Zahnstange 33 kann die Richtung der lenkbaren Räder 27 (Fig. 8) geändert werden.

Aus diesem Zustand wird das große Zahnrad 273 im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 10 durch den Aktuator 252 gedreht, um den Schwenkhebel 261 in Fig. 10 nach rechts zu bewegen, bis der Schwenkhebel 261 und das Ritzel 31 zu der in Fig. 9 gezeigten Neutralstellung zurückkehren. Es wird ohne weiteres aus der vorangehenden Beschreibung verstanden werden, dass die Zahnstange 33 entlang ihrer Achse nach rechts verlagert wird, indem man den Schwenkhebel 261 zwingt, aus der Neutralstellung von Fig. 9 nach rechts zu verschwenken. Somit kann der gelenkte Winkel der lenkbaren Räder 27 unabhängig von der durch den Fahrer am Lenkrad ausgeführten manuellen Lenkbetätigung gesteuert/geregelt werden.

Es ist ferner möglich, das große Zahnrad 273 des Kraftübertragungsmechanismus 252 durch den Aktuator 252 nach Maßgabe eines gegebenen Lenkzustandes zu drehen, während der Fahrer eine Betätigung des Lenkrads 21 fortsetzt (Fig. 7). In diesem Fall wird der Gesamtbetrag an axialer Verlagerung (S10) der Zahnstange 33 durch eine Kombination des durch einen am Lenkrad 21 ausgeführten manuellen Lenkvorgang des Fahrers erreichten Betrags an axialer Verlagerung (S11) der Zahnstange und des durch eine Betätigung des Aktuators 252 erreichten Betrags an axialer Verlagerung (S12) der Zahnstange 33 repräsentiert (S10 = S11 ± S12). Durch Addieren oder alternativ Subtrahieren des Betrages einer Aktuator-abhängigen axialen Verlagerung (S12) der Zahnstange 33 in Bezug auf den Betrag einer Fahrer-abhängigen Achsverlagerung (S11) der Zahnstange 33, ist es möglich, ein schnelleres Drehen oder ein langsameres Drehen an den lenkbaren Rädern 27 zu verwirklichen. Der Bereich einer Winkelbewegung des Schwenkhebels 261 ist ausreichend gering, sodass er einen zuverlässigen Kämmungseingriff zwischen der Zahnstange 33 und dem Ritzel 31 nicht beeinflusst.

In dem Lenksystem 200 der in Fig. 7 gezeigten zweiten Ausführungsform können die lenkbaren Räder 27 ebenso durch Verlagern des Ritzels 31 in der axialen Richtung der Zahnstange 33 gelenkt werden, wobei der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 in dem Gehäuse 235 untergebracht ist. Mit dieser Anordnung kann die Lenkübersetzung durch eine angemessene Steuerung/Regelung des gelenkten Winkels der lenkbaren Räder 27 auf Grundlage des Verlagerungsbetrags des Ritzels 31 gesteuert/geregelt werden. Der Verlagerungsbetrag des Ritzels 31 ist auf einen bestimmten Bereich begrenzt, sodass die steuerbare/regelbare Variable, welche zur Steuerung/Regelung des gelenkten Winkels verwendet wird, ebenso auf einen bestimmten Bereich begrenzt ist.

Da jedoch der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus 25 vom sogenannten "variables-Übersetzungsverhältnis"-Typ mit einem variablen Übersetzungsverhältnis ist, welches dann am niedrigsten ist, wenn das Lenkrad 21 sich in der Neutralstellung befindet und größer wird, wenn der Lenkwinkel groß wird. Aufgrund des variablen Übersetzungsverhältnisses ist der Betrag an axialer Verlagerung der Zahnstange 33 pro vollständiger Umdrehung des Ritzels 31 (d. h. des Lenkrads 21) zum Lenkwinkel invers variabel gemacht. Es ist daher möglich, den Verlagerungsbetrag des Gehäuses pro einzelner Umdrehung des Lenkrads entsprechend zu verringern. Trotz eines begrenzten Verlagerungsbetrags des Ritzels kann so die Lenkübersetzung mit einem ausgedehnten steuerbaren/regelbaren Bereich gesteuert/geregelt werden.

Der Unterstützungsdrehmomentmechanismus 40 ist als Option vorgesehen. Die Aktuatoren 52, 252 sollten keinesfalls wie in den dargestellten Ausführungsformen auf einen Elektromotor begrenzt sein, sondern können einen hydraulischen Motor, einen Linearmotor, einen Pneumatikzylinder, einen Hydraulikzylinder, einen elektrischen Zylinder, ein Solenoid usw. umfassen. Obwohl die Lenksysteme 10, 200 in der dargestellten Ausführungsform vom "Endabnahme"-Typ sind, kann ein Zentrumsabnahme-Lenksystem verwendet werden. Darüber hinaus können die Kraftübertragungsmechanismen 70, 270, welche einen Satz von Hybridzahnrädern mit einer Selbsthemmungsfunktion aufweisen, durch einen Schneckenradgetriebemechanismus ersetzt sein, welcher aus einer an dem Aktuator montierten Schnecke und mit einem mit einer Last gekoppelten Schneckenrad gebildet ist. In diesem Fall wird der Rückwärtskraftübertragungswirkungsgrad des Schneckenradgetriebemechanismus derart bestimmt, dass der Aktuator in der Lage ist, den Stillstandzustand gegen die von der Lastseite aus ausgeübte Kraft zu halten. Zusätzlich kann das in der zweiten Ausführungsform in Fig. 7 gezeigte Ritzel derart an das Gehäuse 235 montiert sein, dass das Ritzel in einer Richtung parallel zur Achse der Zahnstange 33 bewegbar ist.

Ein Fahrzeuglenksystem umfasst einen Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus (25) mit einem Ritzel (31), welches funktionsmäßig mit einem Lenkrad (21) gekoppelt ist, sowie mit einer Zahnstange (33), welche mit dem Ritzel (31) kämmt und funktionsmäßig mit lenkbaren Rädern (27, 27) gekoppelt ist, sowie einem Mechanismus (52, 60, 70) zur Verlagerung der Zahnstange (33) in ihrer axialen Richtung, um die lenkbaren Räder (27) unabhängig von einer durch das Lenkrad (21) eingeleiteten Lenkbetätigung zu lenken. Der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus (35) umfasst einen Variables-Übersetzungsverhältnis-Zahnstangen-und-Ritzel-Mechanismus mit einem variablen Übersetzungsverhältnis, welches dann am niedrigsten ist, wenn sich das Lenkrad (21) in einer Neutralstellung befindet und welches höher wird, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads (21) groß wird.

Claims (10)

1. Fahrzeuglenksystem, umfassend:
ein Lenkrad (21);
einen Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus (25) mit einem Ritzel (31), welches funktionsmäßig mit dem Lenkrad (21) gekoppelt ist, sowie mit einer Zahnstange (31), welche mit dem Ritzel (31) kämmt und funktionsmäßig mit lenkbaren Rädern (27, 27) gekoppelt ist;
ein Gehäuse (35; 235), welches in sich den Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus (25) aufnimmt; sowie
ein Mittel (52, 60, 70; 252, 261, 270) zum Verlagern der Zahnstange (33) in ihrer axialen Richtung, um die lenkbaren Räder (27) unabhängig von einem durch das Lenkrad (21) eingeleiteten Lenkvorgang zu lenken,
wobei der Zahnstangen-und-Ritzelmechanismus (25) einen Variables-Übersetzungsverhältnis-Zahnstangen-und- Ritzelmechanismus mit einem variablen Übersetzungsverhältnis umfasst, welches dann am niedrigsten ist, wenn das Lenkrad (21) sich in einer Neutralstellung befindet und welches dann höher wird, wenn der Lenkwinkel des Lenkrads (21) groß wird.

2. Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, wobei die Zahnstange einen ersten Bereich (R1) aufweist, welcher im Allgemeinen in seiner Position der Neutralstellung des Lenkrads (21) entspricht, und einen zweiten Bereich (R2) aufweist, welcher sich benachbart von dem ersten Bereich (R1) in eine Richtung entlang der Achse der Zahnstange (33) erstreckt, wobei der erste Bereich (R1) eine festgelegte Zahnteilung aufweist, und wobei der zweite Bereich (R2) eine variable Zahnteilung aufweist, welche kleiner als die festgelegte Teilung des ersten Bereichs (R1) ist und welche sich in einer Richtung vom ersten Bereich (R1) zu einem Ende des zweiten Bereichs (R2) hin, welches dem ersten Bereich (R1) entgegengesetzt ist, progressiv verringert.

3. Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 2, wobei die Zahnstange (33) ferner einen dritten Bereich (R3) aufweist, welcher sich von dem Ende des zweiten Bereichs entlang der Achse der Zahnstange erstreckt und welcher im Allgemeinen in seiner Position einem Endabschnitt eines verfügbaren Bereichs der von der Neutralstellung entfernt gelegenen Lenkwinkel entspricht, wobei der dritte Bereich (R3) eine festgelegte Zahnteilung aufweist, welche kleiner als jene des zweiten Bereichs (R2) ist.

4. Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, wobei das Mittel zur Verlagerung der Zahnstange (33) umfasst:
ein Lagermittel (60) zur Lagerung des Gehäuses (35) an einem Fahrzeugkörper (57) derart, dass das Gehäuse (35) relativ zum Fahrzeugkörper (57) in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers (35) verlagerbar ist; sowie
einen Aktuator (52), welcher funktionsmäßig mit dem Gehäuse (35) gekoppelt ist und derart funktioniert, dass er das Gehäuse (35) relativ zum Fahrzeugkörper (57) in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers (57) verlagert, wodurch bewirkt wird, dass sich die Zahnstange (33) gemeinsam mit dem Gehäuse (35) in der Breitenrichtung des Fahrzeugkörpers (57) bewegt.

5. Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 4, wobei das Lagermittel (60) einen Verbindungsgliedmechanismus (60) umfasst, welcher das Gehäuse (35) und den Fahrzeugkörper derart verbindet, dass der Verbindungsgliedmechanismus (60) gemeinsam mit dem Gehäuse (35) und einem Teil des Fahrzeugkörpers (57) ein Parallel-Viergelenk bildet und wobei der Aktuator (52) einen Ausgangsabschnitt (52a) aufweist, welcher betriebsmäßig mit dem Verbindungsgliedmechanismus (60) verbunden ist.

6. Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 5, wobei das Mittel zum Verlagern der Zahnstange (33) ferner einen Kraftübertragungsmechanismus (70) umfasst, welcher zwischen dem Verbindungsgliedmechanismus (60) und dem Aktuator (52) angeordnet ist, um Kraft von dem Aktuator (52) zu dem Verbindungsgliedmechanismus (60) zu übertragen, wobei der Kraftübertragungsmechanismus (70) einen Hypoidgetriebemechanismus (71, 73) umfasst, welcher ein kleines Zahnrad (71) aufweist, das mit dem Ausgangsabschnitt (52a) des Aktuators (52) verbunden ist, und ein großes Zahnrad (73) aufweist, welches mit dem kleinen Zahnrad (71) kämmt, und ein Antriebsverbindungsglied (64) umfasst, dessen eines Ende schwenkbar mit dem Verbindungsgliedmechanismus (60) verbunden ist und dessen entgegengesetztes Ende schwenkbar mit dem großen Zahnrad (73) exzentrisch zu dem großen Zahnrad (73) verbunden ist.

7. Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Verlagern der Zahnstange (33) umfasst: ein Lagermittel (261) zur Lagerung des Ritzels (31) in dem Gehäuse (235) derart, dass das Ritzel (31) in der axialen Richtung der Zahnstange (33) verlagerbar ist; sowie einen Aktuator (252), welcher funktionsmäßig mit dem Ritzel (31) gekoppelt ist und derart arbeitet, dass er das Ritzel (31) in der axialen Richtung der Zahnstange (33) verlagert, wodurch bewirkt wird, dass sich die Zahnstange (33) gemeinsam mit dem Ritzel (35) in ihrer axialen Richtung bewegt.

8. Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 7, wobei das Lagermittel (261) einen schwenkbar an einem Ende (261) mit dem Gehäuse (235) verbundenen und drehbar daran das Ritzel (31) lagernden Schwenkhebel umfasst, wobei der Schwenkhebel (216) in Querrichtung über die Zahnstange (33) hinweg verläuft und wobei der Aktuator (252) an dem Gehäuse (235) montiert ist und einen Ausgangsabschnitt (252a) aufweist, welcher betriebsmäßig mit einem freien Ende des Schwenkhebels (61) verbunden ist.

9. Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Verlagern der Zahnstange (33) ferner einen Kraftübertragungsmechanismus (270) umfasst, welcher zwischen dem Schwenkhebel (261) und dem Aktuator (252) angeordnet ist, um Kraft von dem Aktuator (252) zum Schwenkhebel (261) zu übertragen, wobei der Kraftübertragungsmechanismus (270) einen Hypoidgetriebemechanismus (271, 273) umfasst, welcher ein kleines Zahnrad (271) aufweist, das mit dem Ausgangsabschnitt (252a) des Aktuators (252) verbunden ist, und ein großes Zahnrad (273) aufweist, welches mit dem kleinen Zahnrad (271) kämmt, und ein Antriebsverbindungsglied (266) umfasst, dessen eines Ende schwenkbar mit dem freien Ende des Schwenkhebels (261) verbunden ist und dessen entgegengesetztes Ende schwenkbar mit dem großen Zahnrad (273) exzentrisch zu dem großen Zahnrad (273) verbunden ist.

10. Fahrzeuglenksystem nach Anspruch 8, wobei der Schwenkhebel (261) eine hohle Struktur mit einem darin ausgebildeten Innenraum aufweist, wobei die Zahnstange (33) durch den Hohlraum des Schwenkhebels (261) hindurch verläuft.