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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkkrafteinstellvorrichtung und eine Lenkvorrichtung.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Bei säulenunterstützten elektrischen Servolenkvorrichtungen und Steer-by-wire-Lenkvorrichtungen (SBW-Lenkvorrichtungen), bei denen ein Lenkwinkel einer mechanischen Lenkung nicht begrenzt ist und bei denen der Lenkwinkel basierend auf Lenkreaktionskraftmoment geregelt wird, ist eine Lenkkrafteinstellvorrichtung bekannt, die Kraft von einem Krafterzeugungsteil über ein Untersetzungsgetriebe auf eine Lenkwelle überträgt. Zum Beispiel beschreiben die offengelegten
japanischen Patentanmeldungen Nr. 2007-112397 ,
2008-126751 und
2007-125911 Lenkkrafteinstellvorrichtungen, die ein zweistufiges Untersetzungsgetriebe verwenden.
- Patentschrift 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-112397
- Patentschrift 2: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-126751
- Patentschrift 3: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-125911
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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In den letzten Jahren sind Fahrzeuge zunehmend computerisiert worden und man tendiert dazu, verschiedene elektronische Einrichtungen um die Lenkvorrichtung herum anzuordnen. Tendenziell gibt es ein Erfordernis nach Platzeinsparung zum Anordnen der Lenkvorrichtung. Somit ist die Lenkkrafteinstellvorrichtung für die Lenkvorrichtung vorzugsweise kompakt und weist ein hohes Untersetzungsverhältnis auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das hohe Untersetzungsverhältnis der Lenkkrafteinstellvorrichtung eine Reduzierung der Größe des Krafterzeugungsteils gestattet.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lenkkrafteinstellvorrichtung, die Kraft von einem Krafterzeugungsteil über ein Untersetzungsgetriebe auf eine Lenkwelle überträgt, wobei die Lenkkrafteinstellvorrichtung kompakt ist und ein hohes Untersetzungsverhältnis aufweist.
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Zum Lösen der Aufgabe stellt ein Aspekt der Erfindung eine Lenkkrafteinstellvorrichtung bereit, die für eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs verwendet wird, wobei die Lenkkrafteinstellvorrichtung Folgendes umfasst: eine erste Welle, die mit einem Lenkelement verbunden ist, das mit einer Lenkbetätigung durch einen Fahrer beaufschlagt wird, um die Übertragung eines Drehmoments auf das Lenkelement zu ermöglichen; ein Rohrelement, das koaxial um einen Außenumfang der ersten Welle angeordnet ist; mehrere Planetenelemente, die um einen Außenumfang des Rohrelements angeordnet sind und eine Außenumfangsfläche des Rohrelements berühren; einen Träger, der die mehreren Planetenelemente so stützt, dass sie drehbar sind, und der an der ersten Welle befestigt ist; eine zweite Welle, die durch einen Krafterzeugungsteil drehangetriebenen wird; und einen Riementrieb-Kraftübertragungsmechanismus, der das Rohrglied mit der zweiten Welle dazu verbindet, die Übertragung eines Drehmoments auf die zweite Welle zu ermöglichen.
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Diese Konfiguration gestattet die Übertragung von Kraft von dem Krafterzeugungsteil auf das Rohrelement über den Kraftübertragungsmechanismus, wodurch eine Lenkeinstellvorrichtung bereitgestellt wird, die kompakt ist und ein hohes Untersetzungsverhältnis aufweist.
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Zum Lösen der oben beschriebenen Aufgabe stellt ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug bereit, die Folgendes umfasst: ein Lenkelement, das mit einer Lenkbetätigung durch einen Fahrer beaufschlagt wird; eine Lenkkrafteinstellvorrichtung, die eine Lenkkraft der Lenkbetätigung einstellt; und ein Drehelement, das Räder gemäß dem Lenkvorgang lenkt, wobei die Lenkkrafteinstellvorrichtung Folgendes umfasst: eine erste Welle, die dazu mit einem Lenkelement verbunden ist, die Übertragung eines Drehmoments auf das Lenkelement zu ermöglichen; ein Rohrelement, das koaxial um einen Außenumfang der ersten Welle angeordnet ist; mehrere Planetenelemente, die um einen Außenumfang des Rohrelements angeordnet sind und eine Außenumfangsfläche des Rohrelements berühren; einen Träger, der die mehreren Planetenelemente so stützt, dass die Planetenelemente drehbar sind, und der an der ersten Welle befestigt ist; eine zweite Welle, die durch einen Krafterzeugungsteil drehangetriebenen wird; und einen Riementrieb-Kraftübertragungsmechanismus, der das Rohrelement mit der zweiten Welle so verbindet, dass die Übertragung eines Drehmoments auf die zweite Welle ermöglicht wird.
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Die Aspekte der vorliegenden Erfindung können eine Lenkkrafteinstellvorrichtung bereitstellen, die kompakt ist und ein hohes Untersetzungsverhältnis aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Schemadiagramm, das eine Konfiguration eines wichtigen Teils einer Lenkvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
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2 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Lenkteils gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
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3 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines ersten Untersetzungsgetriebes gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
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4A und 4B sind Schnittansichten, die ein Konfigurationsbeispiel eines zweiten Untersetzungsgetriebes gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen;
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5 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Lenkteils gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
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6 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Lenkteils gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt; und
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7 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines zweiten Untersetzungsgetriebes gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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[Ausführungsform 1]
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Lenkvorrichtung 1 für ein Fahrzeug gemäß Ausführungsform 1 beschrieben.
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1 ist ein Schemadiagramm, das eine Konfiguration eines wichtigen Teils der Lenkvorrichtung 1 schematisch zeigt. Wie in 1 gezeigt, enthält die Lenkvorrichtung 1 einen Lenkteil 10, ein Drehelement 20, ein Lenkelement 200 und ein Steuerteil 300. Die Lenkvorrichtung 1 wird zum Lenken der Räder 400 gemäß einer durch einen Fahrer über das Lenkelement 200 ausgeführten Lenkbetätigung verwendet.
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Die Lenkvorrichtung 1 ist eine Steer-by-wire-Lenkvorrichtung mit mindestens zwei Funktionen zum (1) Ermöglichen einer mechanischen Aktivierung oder Deaktivierung eines Drehmomentübertragungspfads zwischen dem Lenkelement 200 und dem Drehelement 20 und zum (2) Ermöglichen einer elektrischen Steuerung des Lenkwinkels der Räder 400 gemäß einer Lenkbetätigung über das Lenkelement 200, während der Drehmomentübertragungspfad inaktiv ist.
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Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Lenkvorrichtung 1 kann als eine elektrische Servolenkvorrichtung mit mindestens zwei Funktionen zum (3) konstanten mechanischen Aktivhalten des Drehmomentübertragungspfads zwischen dem Lenkelement 200 und dem Drehelement 20 und zum (4) Anlegen einer Hilfskraft an die durch das Lenkelement 200 ausgeführte Lenkbetätigung konfiguriert sein.
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(Lenkteil 10)
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Die Funktion des Lenkteils 10 besteht darin, die durch den Fahrer über das Lenkelement 200 ausgeführte Lenkbetätigung aufzunehmen und eine Reaktionskraft gegen die Lenkbetätigung zu erzeugen und die Reaktionskraft gegen das Lenkelement 200 zu übertragen. Aufgrund der Bereitstellung der letzteren Funktion wird der Lenkteil 10 im Folgenden auch als Reaktionskrafterzeugungsvorrichtung oder Lenkkrafteinstellvorrichtung, die die Lenkkraft der Lenkbetätigung einstellt, bezeichnet.
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Wie in 1 gezeigt, enthält der Lenkteil 10 eine obere Lenkwelle 101, eine mittlere Lenkwelle (erste Welle) 102, eine untere Lenkwelle 103, einen Drehmomentsensor 12, einen Krafterzeugungsteil 13, eine Kraftübertragungswelle (zweite Welle) 14, ein Untersetzungsgetriebe (einen Kraftübertragungsmechanismus) 15, ein zweites Untersetzungsgetriebe 16 und einen Kupplungsteil 17.
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Die "Lenkwelle", wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine zwischen dem Lenkelement 200 und einem unten beschriebenen ersten Kreuzgelenk 201 koaxial angeordnete Welle und enthält die obere Lenkwelle 101, die mittlere Lenkwelle 102 und die untere Lenkwelle 103 in 1.
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Ein "oberes Ende", wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein stromaufwärtiges Ende (das heißt, ein Eingangsende) eines Übertragungspfads für eine gemäß einer Lenkbetätigung durch den Fahrer ausgeübten Lenkkraft. Ein "unteres Ende", wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein stromabwärtiges Ende (das heißt ein Ausgangsende) des Übertragungspfads für die Lenkkraft (dies gilt auch für andere Komponenten).
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Das obere Ende der oberen Lenkwelle 101 ist dazu mit dem Lenkelement 200 verbunden, sodass die Übertragung eines Drehmoments auf das Lenkelement 200 ermöglicht wird. Die Ausdrucksweise "dazu verbunden, dass die Übertragung eines Drehmoments ermöglicht wird", wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine derartige Verbindung zwischen zwei Elementen, dass eines der Elemente in Verbindung mit der Drehung des anderen Elements gedreht wird. Die Ausdrucksweise umfasst zum Beispiel mindestens einen Fall, in dem die beiden Elemente integral ausgebildet sind, einen Fall, in dem eines der Elemente direkt oder indirekt an dem anderen Element befestigt ist, und einen Fall, in dem die beiden Elemente über ein Verbindungselement oder dergleichen so miteinander verbunden sind, dass sie miteinander verriegelt sind.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das obere Ende der oberen Lenkwelle 101 dazu an dem Lenkelement 200 befestigt, eine integrale Drehung des Lenkelements 200 und der oberen Lenkwelle 101 zu gestatten.
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Die obere Lenkwelle 101 und die mittlere Lenkwelle 102 sind dazu elastisch miteinander verbunden, sodass die Übertragung eines Drehmoments gestattet wird. Der Drehmomentsensor 12 detektiert eine mögliche Torsion zwischen der oberen Lenkwelle 101 und der mittleren Lenkwelle 102.
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Insbesondere ist sowohl in der oberen Lenkwelle 101 als auch in der mittleren Lenkwelle 102 ein Hohlraum ausgebildet. Ein Torsionsstab 305 (siehe 2) ist dazu in den Hohlräumen angeordnet, die obere Lenkwelle 101 und die mittlere Lenkwelle 102 elastisch aneinander zu koppeln. Wenn der Fahrer eine Lenkbetätigung über das Lenkelement 200 ausführt, wird zwischen der oberen Lenkwelle 101 und der mittleren Lenkwelle 102 ein Schrägungswinkel θT definiert, der der Größe eines Drehmoments T entspricht. Der Drehmomentsensor 12 detektiert den Schrägungswinkel θT und führt dem Steuerteil 300 ein Drehmomentsensorsignal SL12 zu, das ein Detektionsergebnis anzeigt. Der Lenkteil 10 kann einen Lenkwinkelsensor enthalten, der dazu konfiguriert ist, den Lenkwinkel des Lenkelements 200 zu detektieren und dem Steuerteil 300 ein Signal zuzuführen, das den detektierten Lenkwinkel oder eine Lenkwinkelgeschwindigkeit anzeigt.
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Das zweite Untersetzungsgetriebe 16 ist dazu mit der mittleren Lenkwelle 102 verbunden, die Übertragung eines Drehmoments auf die mittlere Lenkwelle 102 zu ermöglichen. Das erste Untersetzungsgetriebe 15 ist dazu mit dem zweiten Untersetzungsgetriebe 16 verbunden, die Übertragung eines Drehmoments auf das zweite Untersetzungsgetriebe 16 zu ermöglichen. Ein unteres Ende der mittleren Lenkwelle 102 ist mit dem Kupplungsteil 17 verbunden.
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Der Krafterzeugungsteil 13 stellt ein Drehmoment für die Kraftübertragungswelle 14 gemäß einem durch das Steuerteil 300 zugeführten Drehmomentsteuersignal SL13 bereit.
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Der Krafterzeugungsteil 13 ist zum Beispiel ein Motorhauptkörper. Die Kraftübertragungswelle 14 ist zum Beispiel eine Motorausgangswelle, die in den Motorhauptkörper eintritt und durch den Motorhauptkörper drehangetrieben wird. Die Verwendung eines elektrischen Universalmotors als Krafterzeugungsteil 13 ermöglicht ein weiteres Niedrighalten von Herstellungskosten. Die Kraftübertragungswelle 14 kann eine andere Welle sein, die dazu mit der Motorausgangswelle verbunden ist, die Übertragung eines Drehmoments auf die Motorausgangswelle zu ermöglichen. Die Kraftübertragungswelle 14 ist entlang der mittleren Lenkwelle 102 angeordnet. Die Ausdrucksweise "entlang angeordnet" bedeutet nicht zwangsweise einen vollständig parallelen Zustand, bedeutet bei der vorliegenden Ausführungsform aber, dass die Kraftübertragungswelle 14 und die mittlere Lenkwelle 102 dazu angeordnet sind, dem ersten Untersetzungsgetriebe 15, bei dem es sich um einen Riementrieb-Kraftübertragungsmechanismus handelt, zu ermöglichen, Kraft zwischen der Kraftübertragungswelle 14 und der mittleren Lenkwelle 102 zu übertragen.
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Das erste Untersetzungsgetriebe 15 ist dazu mit der Kraftübertragungswelle 14 verbunden, die Übertragung eines Drehmoments auf die Kraftübertragungswelle 14 zu ermöglichen.
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Ein durch den Krafterzeugungsteil 13 erzeugtes Drehmoment wird über die Kraftübertragungswelle 14, das erste Untersetzungsgetriebe 15 und das zweite Untersetzungsgetriebe 16 auf die mittlere Lenkwelle 102 übertragen.
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Der Kupplungsteil 17 ist dazu konfiguriert, einen Drehmomentübertragungspfad zwischen dem Lenkelement 200 und dem Drehelement 20 gemäß einem durch den Steuerteil 300 zugeführten Kupplungssteuersignal SL17 schaltbar zu aktivieren oder zu deaktivieren. Insbesondere aktiviert oder deaktiviert der Kupplungsteil 17 gemäß dem Kupplungssteuersignal SL17 schaltbar mechanisch die Drehmomentübertragung zwischen einem unteren Ende der mittleren Lenkwelle 102 und einem oberen Ende der unteren Lenkwelle 103. Eine spezielle Konfiguration des Kupplungsteils 17 schränkt die vorliegende Offenbarung nicht ein, aber es kann sich bei dem Kupplungsteil 17 zum Beispiel um eine Klauenkupplung mit einem ein elektromagnetisches Solenoid verwendenden Verriegelungsmechanismus, eine Rollenkupplung oder eine Mehrscheibenkupplung mit mehreren Kupplungslamellen handeln. Der Kupplungsteil 17 kann auf einer Zwischenwelle 104 oder einer Ritzelwelle 105 angeordnet sein.
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Wenn die Lenkvorrichtung 1 als eine Servolenkvorrichtung konfiguriert ist, hat der Lenkteil 10 die Funktion, eine durch den Fahrer über das Lenkelement 200 ausgeführte Lenkbetätigung aufzunehmen, und eine Funktion, eine Hilfskraft zu erzeugen, um die Hilfskraft auf das Lenkelement 200 zu übertragen. In diesem Fall wird der Kupplungsteil 17 nicht benötigt. Des Weiteren kann der Lenkteil 10 in diesem Fall als säulenunterstützter Mechanismus für die Servolenkvorrichtung oder eine Lenkkrafteinstellvorrichtung bezeichnet werden.
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(Steuerteil 300)
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Der Steuerteil 300 steuert eine durch einen Lenkkrafterzeugungsteil 220 erzeugte Lenkkraft und ein durch den Krafterzeugungsteil 13 gemäß der Lenkbetätigung durch den Fahrer erzeugtes Drehmoment.
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Insbesondere bezieht sich der Steuerteil 300 auf ein Drehmomentsensorsignal SL12, das von einem Drehmomentsensor zugeführt wird, um ein Drehmomentsteuersignal SL13 zu erzeugen, das das durch den Krafterzeugungsteil 13 erzeugte Drehmoment gestattet, und ein Lenkkraftsteuersignal SL220, das eine durch den Lenkkrafterzeugungsteil 220 erzeugte Lenkkraft gestattet. Dann führt der Steuerteil 300 dem Krafterzeugungsteil 13 und dem Lenkkrafterzeugungsteil 220 das Drehmomentsteuersignal SL13 bzw. das Lenkkraftsteuersignal SL220 zu.
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Der Steuerteil 300 kann sich ferner auf ein Signal, das einen Lenkwinkel des Lenkelements 200 anzeigt, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und dergleichen beziehen, um ein Drehmomentsteuersignal SL13 und ein Lenkkraftsteuersignal SL220 zu erzeugen.
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Der Steuerteil 300 führt weiterhin dem Kupplungsteil 17 das Kupplungssteuersignal SL17 zu, um den Kupplungsteil 17 zwischen einem Verbindungszustand und einem Trennzustand zu steuern.
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Wenn sich der Kupplungsteil 17 in dem Trennzustand befindet, steuert der Steuerteil 300 den Krafterzeugungsteil 13 derart, dass der Krafterzeugungsteil 13 eine Reaktionskraft gegen eine durch den Fahrer ausgeführte Lenkbetätigung erzeugt. Insbesondere steuert der Steuerteil 300 den Krafterzeugungsteil 13 derart, dass ein Reaktionskraftmoment auf die Lenkwelle übertragen wird, das in eine Richtung wirkt, die zu der Richtung entgegengesetzt ist, in die eine Lenkdrehmomenteingabe durch den Fahrer über das Lenkelement 200 wirkt. Dies gibt dem Fahrer ein bei der Lenkbetätigung auftretendes Gefühl einer Betätigung. Deshalb kann der Fahrer das Gefühl eines Ausführens einer Lenkbetätigung bekommen.
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Ein spezielles Verfahren, bei dem der Steuerteil 300 den Kupplungsteil 17 steuert, schränkt die vorliegende Ausführungsform nicht ein. Zum Beispiel kann der Steuerteil 300 dazu konfiguriert sein, den Kupplungsteil 17 in den Verbindungszustand zu schalten, wenn eine bestimmte Anomalität in der Lenkvorrichtung 1 auftritt oder wenn eine Zündung ausgeschaltet wird. Solch eine Konfiguration gestattet dem Fahrer, die Räder 400 ohne Verwendung eines elektrischen Pfads zu lenken, wenn beispielsweise eine Anomalität auftritt oder wenn die Zündung ausgeschaltet wird.
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Der Steuerteil 300 kann dazu konfiguriert sein, den Krafterzeugungsteil 13 so zu steuern, dass ein Drehmoment auf die Lenkwelle übertragen wird, das in die gleiche Richtung wirkt, wie die, in die die Lenkdrehmomenteingabe durch den Fahrer über das Lenkelement 200 wirkt, wenn sich der Kupplungsteil 17 in dem Verbindungzustand befindet. Selbst wenn sich der Kupplungsteil 17 in dem Verbindungzustand befindet kann der Fahrer folglich eine Lenkbetätigung ausführen, ohne dass eine starke Kraft erforderlich ist.
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(Drehelement 20)
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Das Drehelement 20 ist dazu konfiguriert, die Räder 400 gemäß der Lenkbetätigung durch den Fahrer, die von dem Lenkteil 10 erhalten worden ist, zu lenken.
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Wie in 1 gezeigt, enthält das Drehelement 20 ein erstes Kreuzgelenk 201, die Zwischenwelle 104, ein zweites Kreuzgelenk 202, die Ritzelwelle 105, das Ritzel 210, eine Zahnstangenachse 211, Spurstangen 212, Spurstangenhebel 213 und den Lenkkrafterzeugungsteil 220.
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Ein oberes Ende der Zwischenwelle 104 ist über das erste Kreuzgelenk 201 dazu an ein unteres Ende der unteren Lenkwelle 103 gekoppelt, die Übertragung eines Drehmoments auf die untere Lenkwelle 103 zu ermöglichen.
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Ein unteres Ende der Zwischenwelle 104 ist über das zweite Kreuzgelenk 202 dazu an ein oberes Ende der Ritzelwelle 105 gekoppelt, die Übertragung eines Drehmoments auf die Ritzelwelle 105 zu ermöglichen.
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Das Ritzel 210 ist dazu mit einem unteren Ende der Ritzelwelle 105 verbunden, die Übertragung eines Drehmoments auf die Ritzelwelle 105 zu ermöglichen. Insbesondere ist das Ritzel 210 so auf der Ritzelwelle 105 befestigt, dass sich die Ritzelwelle 105 und das Ritzel 210 integral drehen.
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Eine das Ritzel 210 in Eingriff nehmende Zahnstange ist auf einer zu dem Ritzel 210 weisenden Seite der Zahnstangenachse 211 ausgebildet.
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Wenn sich der Kupplungsteil 17 in dem Verbindungzustand befindet, wird das Ritzel 210 durch eine durch den Fahrer über das Lenkelement 200 ausgeführte Lenkbetätigung gedreht, um die Zahnstangenachse 211 in eine Axialrichtung zu bewegen.
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Wenn sich der Kupplungsteil 17 andererseits in dem Trennzustand befindet, erzeugt der Lenkkrafterzeugungsteil 220 eine Lenkkraft gemäß dem Lenkkraftsteuersignal SL220 von dem Steuerteil 300, um die Zahnstangenachse 211 in die Axialrichtung zu bewegen.
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Die Zahnstangenachse 211 wird in die Axialrichtung verschoben, um die Räder 400 über die an einem jeweiligen gegenüberliegenden Ende der Zahnstangenachse 211 vorgesehenen Spurstangen 212 und die an die jeweiligen Spurstangen 212 gekoppelten Spurstangenhebel 213 zu lenken.
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Eine spezielle Konfiguration des Lenkkrafterzeugungsteils 220 schränkt die vorliegende Ausführungsform nicht ein. Beispielsweise sind die folgenden Konfigurationsbeispiele möglich.
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(Konfigurationsbeispiel 1)
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Der Lenkkrafterzeugungsteil 220 enthält einen Motor und einen Umwandlungsmechanismus, der die Drehbewegung einer Ausgangswelle des Motors in eine lineare Bewegung der Zahnstangenachse 211 in die Axialrichtung umwandelt. Als Umwandlungsmechanismus kann ein so genannter Kugelgewindetrieb verwendet werden, der eine Mutter, in der eine Spiralnut in einer Innenumfangsfläche der Mutter ausgebildet ist und die durch den Motor drehangetrieben wird, eine Spiralnut, die in einer Außenumfangsfläche der Zahnstangenachse ausgebildet ist und die gleiche Steigung wie die der Spiralnut in der Mutter aufweist, und mehrere Wälzelemente, die zwischen der Spiralnut in der Mutter und der Spiralnut in der Zahnstangenachse eingeklemmt sind, enthält.
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Des Weiteren kann der Lenkkrafterzeugungsteil 220 eine Antriebsscheibe, die mit der Ausgangswelle des Motors verbunden ist und entlang der Zahnstangenachse 211 dazu angeordnet ist, die Übertragung eines Drehmoments auf die Ausgangswelle zu ermöglichen, eine angetriebene Scheibe, die mit der Mutter dazu verbunden ist, die Übertragung eines Drehmoments auf die Mutter zu ermöglichen, und ein Aufhängungselement, das zwischen der Antriebsscheibe und der angetriebenen Scheibe dazu aufgehängt ist, ein Drehmoment von der Antriebsscheibe auf die angetriebene Scheibe zu übertragen, enthalten.
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(Konfigurationsbeispiel 2)
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Der Lenkkrafterzeugungsteil 220 kann einen hohlen Motor enthalten, der koaxial mit der Zahnstangenachse 211 zum Drehantrieb der Mutter in Konfigurationsbeispiel 1 angeordnet ist. Solch eine Konfiguration beseitigt das Erfordernis der Antriebsscheibe und angetriebenen Scheibe in Konfigurationsbeispiel 1, wodurch Raum eingespart werden kann.
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(Konfigurationsbeispiel 3)
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Der Lenkkrafterzeugungsteil 220 kann statt des Kugelgewindetriebs eine zweite Ritzelwelle, die durch den Motor drehangetrieben wird, und ein Ritzel, das mit der zweiten Ritzelwelle verbunden ist, um die Übertragung eines Drehmoments auf die zweite Ritzelwelle zu gestatten, enthalten, wobei das Ritzel mit einer an der Zahnstangenachse 211 ausgebildeten Zahnstange in Eingriff steht.
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(Konfigurationsbeispiel 4)
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In dem oben beschriebenen Beispiel ist der Lenkkrafterzeugungsteil 220 dazu konfiguriert, eine Lenkkraft auf die Zahnstangenachse 211 zu übertragen. Jedoch schränkt dies die vorliegende Ausführungsform nicht ein. Zum Beispiel kann der Lenkkrafterzeugungsteil 220 einen Motor, eine Schnecke, die von dem Motor drehangetrieben wird, und ein Schneckenrad, das mit der Schnecke kämmt und dazu mit der Ritzelwelle 105 verbunden ist, die Übertragung eines Drehmoments auf die Ritzelwelle 105 zu ermöglichen, enthalten.
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Nunmehr auf die 2 bis 4B Bezug nehmend, wird ein Konfigurationsbeispiel des Lenkteils 10 ausführlicher beschrieben. 2 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Lenkteils 10 schematisch zeigt. 3 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des ersten Untersetzungsgetriebes 15 schematisch zeigt. 4A und 4B sind Diagramme, die ein Konfigurationsbeispiel des zweiten Untersetzungsgetriebes 16 schematisch zeigen.
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Wie in 2 gezeigt, enthält der Lenkteil 10 ein Gehäuse 450, das einen Teil der oberen Lenkwelle 101, einen Teil der mittleren Lenkwelle 102, den Drehmomentsensor 12, das erste Untersetzungsgetriebe 15 und das zweite Untersetzungsgetriebe 16 aufnimmt.
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Ein Hohlraum 101a und ein Hohlraum 102a sind innerhalb der oberen Lenkwelle 101 bzw. mittleren Lenkwelle 102 ausgebildet. Ein Torsionsstab 305 ist in dem Hohlraum 101a und dem Hohlraum 102a dazu angeordnet, die obere Lenkwelle 101 und die mittlere Lenkwelle 102 aneinanderzukoppeln. Der Drehmomentsensor 12 ist um den Torsionsstab 305 herum vorgesehen.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt, handelt es sich bei dem ersten Untersetzungsgetriebe 15 um einen Riementrieb-Kraftübertragungsmechanismus. Der "Riementrieb" ist ein Verfahren zur Übertragung von Kraft über einen flexiblen Riemen. Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält das erste Untersetzungsgetriebe 15 eine Antriebsscheibe 85, eine angetriebene Scheibe 86 und einen Riemen 81. Die Antriebsscheibe 85 ist an der Kraftübertragungswelle 14 befestigt, die durch den Krafterzeugungsteil 13 drehangetrieben wird, und dreht sich integral mit der Kraftübertragungswelle 14. Die angetriebene Scheibe 86 weist einen größeren Radius als die Antriebsscheibe 85 auf und ist an einem Sonnenrad (Rohrelement) 71 befestigt, das dazu koaxial um einen Außenumfang der mittleren Lenkwelle 102 angeordnet ist, sich integral mit dem Sonnenrad 71 zu drehen. Der Riemen 81 wird zwischen der Antriebsscheibe 85 und der angetriebenen Scheibe 86 geführt, um Kraft zwischen der Antriebsscheibe 85 und angetriebenen Scheibe 86 zu übertragen. Folglich ermöglicht das erste Untersetzungsgetriebe 15 eine Reduzierung von Vibrationen, Lärm und dergleichen und gestattet das Vermeiden eines möglichen Spiels (Drehspiels).
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Wie in den 2 und 4A gezeigt, enthält das zweite Untersetzungsgetriebe 16 das Sonnenrad 71, mehrere Planetenräder (Planetenelement) 73, einen Träger 77, ein erstes Hohlrad (Ringelement) 74 und ein zweites Hohlrad (Ringelement) 75. Das Sonnenrad 71 ist koaxial um den Außenumfang der mittleren Lenkwelle 102 angeordnet. Die Planetenräder 73 sind um einen Außenumfang des Sonnenrads 71 angeordnet. Jedes der Planetenräder 73 steht mit einer Außenumfangsfläche des Sonnenrads 71 in Kontakt. Der Träger 77 stützt jedes der Planetenräder 73 so, dass die Planetenräder 73 drehbar sind, und ist an der mittleren Lenkwelle 102 befestigt.
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Das Sonnenrad 71 und jedes der Planetenräder 73 übertragen durch Reibung Kraft auf- und voneinander. Die Ausdrucksweise "übertragen durch Reibung Kraft" bezieht sich auf die Übertragung von Kraft basierend auf einem Reibungsantrieb oder Zugmitteltrieb. Der "Reibungsantrieb" ist ein Verfahren, bei dem Kraft von einem Antriebsrad auf ein angetriebenes Rad basierend auf einer zwischen den beiden Rädern ausgeübten Reibkraft in direktem Druckkontakt miteinander übertragen wird. Der "Zugmitteltrieb" ist ein Verfahren, bei dem Kraft von einem Antriebsrad auf ein angetriebenes Rad basierend auf einer über einen zwischen den beiden Rädern in Druckkontakt miteinander angeordneten Schmiermittelfilm ausgeübten Reibkraft übertragen wird. Die verwendete Schmiermittelart ist nicht auf irgendeine bestimmte Art beschränkt.
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Wie in den 4A und 4B gezeigt, enthält jedes Planetenrad 73 einen geneigten Teil 73a und eine Welle 73b, die mit dem Träger 77 verbunden ist. Jedes der Planetenräder 73 kann zwei Arten von Bewegungen ausführen, einschließlich eine Drehung um die Welle 73b (Drehung um seine eigene Achse) und eine Bewegung (Umlauf) entlang einem Außenumfang des Sonnenrads 71.
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Wie in den 2 und 4B gezeigt, sind das erste Hohlrad 74 und das zweite Hohlrad 75 nichtdrehende Hohlräder und bewegen sich von einer äußeren Seite (einer Seite jedes Planetenrads 73, die weiter von dem Sonnenrad 71 entfernt ist) zu dem Planetenrad 73, um in aneinanderstoßenden Kontakt mit dem geneigten Teil 73a des Planetenrads 73 zu gelangen. Das erste Hohlrad 74 bewegt sich von der Seite des Kupplungsteils 17 zu jedem Planetenrad 73, um in aneinanderstoßenden Kontakt mit dem Planetenrad 73 zu gelangen. Das zweite Hohlrad 75 bewegt sich von der Seite des Lenkelements 200 zu jedem Planetenrad 73, um in aneinanderstoßenden Kontakt mit dem Planetenrad 73 zu gelangen. Das erste Hohlrad 74 und das zweite Hohlrad 75 gelangen vorzugsweise in Punktkontakt mit dem Planetenrad 73, können jedoch in Linien- oder Flächenkontakt mit dem Planetenrad 73 gelangen.
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Wie oben beschrieben, bewegen sich das erste Hohlrad 74 und das zweite Hohlrad 75 von der äußeren Seite zu jedem Planetenrad 73, um in aneinanderstoßenden Kontakt mit dem Planetenrad 73 zu gelangen, wodurch das Planetenrad 73 gegen das Sonnenrad 71 gedrückt werden kann. Folglich kann Kraft auf geeignete Weise zwischen dem Planetenrad 73 und dem Sonnenrad 71 übertragen werden.
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Jedes Planetenrad 73, auf das Kraft vom Sonnenrad 71 übertragen wird, wird gedreht und in Umlauf gebracht. Der Träger 77, der die Planetenräder 73 stützt und der an der mittleren Lenkwelle 102 befestigt ist, überträgt den Umlauf der Planetenräder 73 auf die mittlere Lenkwelle 102. Die mittlere Lenkwelle 102 ist über die obere Lenkwelle 101 mit dem Lenkelement 200 verbunden, um die Übertragung eines Drehmoments auf das Lenkelement 200 zu ermöglichen. Somit gestattet die mittlere Lenkwelle 102 die Übertragung einer durch den Krafterzeugungsteil 13 erzeugten Reaktionskraft auf das Lenkelement 200.
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Ein Material für das Sonnenrad 71, die Planetenräder 73, das erste Hohlrad 74 und das zweite Hohlrad 75 ist nicht besonders eingeschränkt. Diese Komponenten können zum Beispiel aus Metall oder Harz hergestellt sein.
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Wie in 2 gezeigt, sind ein Lager 41, ein Lager 42, ein Lager 43 und eine Anlage 44 dazu angeordnet, die obere Lenkwelle 101, den Träger 77, das Sonnenrad 71 und die mittlere Lenkwelle 102 so zu stützen, dass diese Komponenten bezüglich des Gehäuses 450 schwenken können.
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(Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform)
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Wie oben beschrieben verwendet die vorliegende Ausführungsform eine Kombination aus dem ersten Untersetzungsgetriebe 15 und dem zweiten Untersetzungsgetriebe 16. Des Weiteren ist das zweite Untersetzungsgetriebe 16 dazu konfiguriert, von dem ersten Untersetzungsgetriebe 15 übertragene Eingangskraft auf das Sonnenrad 71 abzugeben. Diese Konfiguration gestattet das Erreichen eines hohen Untersetzungsverhältnisses basierend auf einem Planetengetriebesystem im Vergleich zu einer Konfiguration, die ein Hohlrad (äußeres Rad) als Eingangswelle verwendet. Dies gestattet das Erreichen eines hohen Untersetzungsverhältnisses durch das Lenkteil 10.
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Folglich kann das erforderliche Drehmoment am Krafterzeugungsteil 13 reduziert werden, wodurch eine Reduzierung der Größe der Lenkvorrichtung 1 auf geeignete Weise ermöglicht wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die durch den Krafterzeugungsteil 13 drehangetriebene Kraftübertragungswelle 14 durch das erste Untersetzungsgetriebe 15, bei dem es sich um einen Riementrieb-Kraftübertragungsmechanismus handelt, mit dem Sonnenrad 71 dazu verbunden, die Übertragung eines Drehmoments auf das Sonnenrad 71 zu ermöglichen. Im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der ein Planetengetriebemechanismus statt des zweiten Untersetzungsgetriebes 16 verwendet wird und bei der die Kraftübertragungswelle 14 durch einen Riementrieb-Kraftübertragungsmechanismus mit einem Außenrad des Planetengetriebemechanismus dazu verbunden ist, die Übertragung eines Drehmoments auf das Außenrad zu ermöglichen, hindert die vorliegende Konfiguration die Lenkwelle daran, in einer Radialrichtung vorzuragen, wodurch eine Reduzierung der Größe des Lenkteils 10 ermöglicht wird.
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Durch Ändern der Einstellungen für die angetriebene Scheibe 86 kann das Untersetzungsverhältnis des Lenkteils 10 geändert werden, ohne die Einbaufähigkeit des Lenkteils 10 zu beeinflussen.
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Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Ausführungsform eine Lenkkrafteinstellvorrichtung bereitstellen, die kompakt ist und die ein hohes Untersetzungsverhältnis hat.
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Wenn das zweite Untersetzungsgetriebe 16 dazu konfiguriert ist, Kraft basierend auf der zwischen dem Sonnenrad 71 und den Planetenrädern 73 ausgeübten Reibkraft zu übertragen, können Vibrationen, Lärm und dergleichen reduziert werden und Spiel und Drehmomentschwankungen können vermieden werden.
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Der Krafterzeugungsteil 13 ist auf einer gegenüberliegenden Seite des ersten Untersetzungsgetriebes 15 bezüglich des Kupplungsteils 17 angeordnet. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist der Krafterzeugungsteil 13 näher an dem Lenkelement 200 angeordnet als das erste Untersetzungsgetriebe 15. Diese Anordnung des Krafterzeugungsteils 13 gewährleistet einen Anordnungsraum für den Kupplungsteil 17, wodurch eine weitere Reduzierung der Größe des Lenkteils 10 ermöglicht wird.
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[Ausführungsform 2]
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Ausführungsform 2 wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Elemente von Ausführungsform 2, die hierin bereits beschrieben wurden, werden mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden unten nicht beschrieben. Ausführungsform 2 verwendet einen Lenkteil 11 statt des Lenkteils 10 gemäß Ausführungsform 1. Der Lenkteil 11 unterscheidet sich von dem Lenkteil 10 gemäß Ausführungsform 1 darin, dass der Kupplungsteil 17 in dem Gehäuse 450 angeordnet ist.
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5 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Lenkteils 11 schematisch zeigt. Wie in 5 gezeigt, ist der Kupplungsteil 17 in dem Gehäuse 450 angeordnet. Mit anderen Worten, das Gehäuse 450 nimmt das Sonnenrad 71, die Planetenräder 73, den Träger 77, das erste Untersetzungsgetriebe 15 und den Kupplungsteil 10 auf. Diese Konfiguration gestattet eine kompakte Ausführung des Lenkteils 11.
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[Ausführungsform 3]
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Ausführungsform 3 wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben. Elemente von Ausführungsform 3, die hierin bereits beschrieben wurden, werden mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und werden unten nicht beschrieben. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Planetenradmechanismus als das zweite Untersetzungsgetriebe verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und ein Planetengetriebemechanismus kann als das zweite Untersetzungsgetriebe verwendet werden. Ausführungsform 3 verwendet einen Lenkteil 19 statt des Lenkteils 10 gemäß Ausführungsform 1. Der Lenkteil 19 unterscheidet sich von dem Lenkteil 10 gemäß Ausführungsform 1 darin, dass der Lenkteil 19 ein zweites Untersetzungsgetriebe 18 mit einem Umlaufrad 93 statt des zweiten Untersetzungsgetriebes 16 mit den Planetenrädern 73 enthält.
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6 ist eine Schnittansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Lenkteils 19 schematisch zeigt. 7 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des zweiten Untersetzungsgetriebes 18 schematisch zeigt.
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Wie in 6 gezeigt, enthält der Lenkteil 19 das zweite Untersetzungsgetriebe 18. Das zweite Untersetzungsgetriebe 18 enthält ein Innenrad 91, ein Umlaufrad 93, einen Träger 97 und ein Außenrad 94.
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Wie in den 6 und 7 gezeigt, ist das Innenrad 91 koaxial um einen Außenumfang der mittleren Lenkwelle 102 angeordnet. Mehrere Umlaufräder 93 sind um einen Außenumfang des Innenrads 91 angeordnet. Jedes der Umlaufräder 93 steht mit einer Außenumfangsfläche des Innenrads 91 so in Kontakt, dass Zähne des Umlaufrads 93 mit Zähnen des Innenrads 91 kämmen. Der Träger 97 stützt die Umlaufräder 93 so, dass die Umlaufräder 93 drehbar sind, und ist an der mittleren Lenkwelle 102 befestigt. Jedes der Umlaufräder 93 steht mit einer Innenumfangsfläche des Außenrads 94 so in Kontakt, dass Zähne des Umlaufrads 93 mit Zähnen des Außenrads 94 kämmen.
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Diese Konfiguration verwendet auch eine Kombination aus dem ersten Untersetzungsgetriebe 15 und dem zweiten Untersetzungsgetriebe 18. Das zweite Untersetzungsgetriebe 18 ist dazu konfiguriert, von dem ersten Untersetzungsgetriebe 15 übertragene Eingangskraft auf das Innenrad 91 zu übertragen. Folglich kann eine Lenkkrafteinstellvorrichtung bereitgestellt werden, die kompakt ist und die ein hohes Untersetzungsverhältnis hat.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. An den Ausführungsformen können innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche verschiedene Änderungen durchgeführt werden. Sich aus einer angemessenen Kombination in verschiedenen Ausführungsformen offenbarter technischer Mittel ergebende Ausführungsformen sind in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkvorrichtung
- 10
- Lenkteil (Lenkkrafteinstellvorrichtung, Reaktionskrafterzeugungsvorrichtung)
- 11
- Lenkteil (Lenkkrafteinstellvorrichtung, Reaktionskrafterzeugungsvorrichtung)
- 12
- Drehmomentsensor
- 13
- Krafterzeugungsteil
- 14
- Kraftübertragungswelle (zweite Welle)
- 15
- Erstes Untersetzungsgetriebe (Kraftübertragungsmechanismus)
- 16
- Zweites Untersetzungsgetriebe
- 17
- Kupplungsteil
- 18
- Zweites Untersetzungsgetriebe
- 19
- Lenkteil (Lenkkrafteinstellvorrichtung, Reaktionskrafterzeugungsvorrichtung)
- 20
- Drehelement
- 41
- Lager
- 42
- Lager
- 43
- Lager
- 44
- Anlage
- 71
- Sonnenrad (Rohrelement)
- 73
- Planetenrad (Planetenelement)
- 73a
- geneigter Teil
- 73b
- Welle
- 74
- Erstes Hohlrad (Ringelement)
- 75
- Zweites Hohlrad (Ringelement)
- 77
- Träger
- 81
- Riemen
- 85
- Antriebsscheibe
- 86
- Angetriebene Scheibe
- 91
- Innenrad (Rohrelement)
- 93
- Umlaufrad (Planetenelement)
- 94
- Außenrad
- 97
- Träger
- 101
- Obere Lenkwelle
- 101a
- Hohlraum
- 102
- Mittlere Lenkwelle (erste Welle)
- 102a
- Hohlraum
- 103
- Untere Lenkwelle
- 104
- Zwischenwelle
- 105
- Ritzelwelle
- 200
- Lenkelement
- 201
- Kreuzgelenk
- 202
- Zweites Kreuzgelenk
- 210
- Ritzel
- 211
- Zahnstangenachse
- 212
- Spurstange
- 213
- Spurstangenhebel
- 220
- Lenkkrafterzeugungsteil
- 300
- Steuerteil
- 305
- Torsionsstab
- 400
- Räder
- 450
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-112397 [0002, 0002]
- JP 2008-126751 [0002, 0002]
- JP 2007-125911 [0002, 0002]
