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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Servo-Lenkvorrichtung
und insbesondere auf eine elektrische Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung,
die einen zu festen Eingriff von Kegelrädern und eine Überlastung
eines Motors verhindern kann, wenn ein Lager nahezu das gesamte
axiale Gewicht unterstützt,
das auf eine Zahnstange in der Weise ausgeübt wird, dass ein axiales Gewindespiel
zwischen einem Paar Kegelräder,
die eine Hilfskraft durch Empfangen einer Antriebskraft eines Motors
erzeugen, größer gemacht
wird als ein axialer Zwischenraum des Lagers, das eine Kugelmutter
unterstützt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
Fahrzeug enthält
im Allgemeinen ein Servo-Lenksystem, um Sicherheit beim Lenken zu erreichen.
Bei der Servo-Lenkvorrichtung wird in einem Fahrzeug weit verbreitet
ein HPS (hydraulisches Servo-Lenksystem) verwendet, wobei das HPS
einen Hydraulikdruck verwendet. Die Verwendung eines umweltfreundlichen
EPS (elektrisches Servo-Lenksystem), mit dem eine leichtere Lenkoperation
eines Fahrers unter Verwendung der Drehkraft eines Motors einfach
erreicht werden kann, nimmt im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Verfahren unter Verwendung eines Hydraulikdrucks zu.
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Bei
der elektrischen Servo-Lenkvorrichtung wird ein Motor durch eine
ECU anhand der Fahrbedingungen eines Fahrzeug, die durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
und einen Lenkdrehmomentsensor erfasst werden, gesteuert, so dass ein
leichtes und komfortables Lenkgefühl geschaffen wird, wenn ein
Fahrzeug mit geringerer Geschwindigkeit fährt. Wenn ein Fahrzeug mit
hoher Geschwindigkeit fährt,
werden ein schweres Lenkgefühl und
eine stabile Richtcharakteristik erreicht. Eine schnelle Lenkoperation
wird in einer Notsituation erreicht, so dass für einen Fahrer optimale Lenkbedingungen
geschaffen werden.
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Die
elektrische Servo-Lenkvorrichtung wird anhand eines Installationszustands
in ein EPS des Säulentyps
(C-EPS), ein EPS des Ritzeltyps (E-EPS) und ein EPS des Zahnstangentyps
(R-EPS) klassifiziert.
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Dabei
ist bei dem EPS des Zahnstangentyps (R-EPS) in der elektrischen
Servo-Lenkvorrichtung ein
Elektromotor, der unter einem stumpfen Winkel oder einem spitzen
Winkel an einer Seite eines Zahnstangengehäuses installiert ist, mit einem
Zahnrad in Eingriff, das an einer äußeren Oberfläche einer
Kugelmutter gebildet ist, und die Kugelmutter wird durch eine Antriebskraft
des Elektromotors gedreht, so dass eine Zahnstange in Richtungen
nach links und rechts gleitet, um dadurch anhand der Betätigung eines
Lenkrads eine Hilfskraft zu erzeugen.
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1 ist
eine schematische Schnittansicht, die die gesamte Konstruktion einer
herkömmlichen elektrischen
Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung (R-EPS) veranschaulicht. Wie hier
gezeigt ist, ist in der elektrischen Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung eine
Zahnstange 2, die an einer Seite einer äußeren Oberfläche einen
gezahnten Abschnitt besitzt, in einem Zahnstangengehäuse 1 installiert.
Die beiden Enden der Zahnstange 2 sind über ein Kugelgelenk mit einer
Zuglast 3 verbunden, um dadurch eine Übertragungskraft der Zahnstange 2 zu übertragen. Ein
Ritzel 4 ist unter einem bestimmten Neigungswinkel in Bezug
auf eine Mittellinie der Zahnstange 2 an einer Seite des
Zahnstangengehäuses 1 installiert und
mit einem gezahnten Abschnitt in Eingriff, der an einer Seite der
Zahnstange 2 gebildet ist, um dadurch eine Drehkraft, die
von einer Lenkwelle übertragen wird,
in eine horizontale Bewegung umzusetzen.
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Ein
Motor 5 ist an der anderen Seite des Zahnstangengehäuses 1 unter
einem spitzen Winkel oder einem stumpfen Winkel in Bezug auf eine
Mittellinie der Zahnstange 2 installiert. Ein Kegelrad 50a ist an
einem Ende einer Welle des Motors 5 in Eingriff und ist
mit einem Kegelrad 60a der Kugelmutter 6 in Eingriff,
die die andere Seite der Zahnstange 2 in dem Zahnstangengehäuse 1 unterstützt, um
dadurch ein Getriebe zu bilden.
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Die
Kugelmutter 6 ist außerdem
im Innenraum des Zahnstangengehäuses 1 installiert
und wird um das Lager 7 gedreht. Die andere Seite der Zahnstange 2,
die eine Kugelumlaufspindel 22 an einer Innenseite der
Kugelmutter 6 aufweist, gleitet durch eine Stahlkugel 8.
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Da
jedoch in der herkömmlichen
elektrischen Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung das Gewindespiel anhand
des Eingriffs zwischen den Kegelrädern 50a und 60a kleiner
als ein axialer Zwischenraum ist, der einen Maximalwert des Bewegungsbetrags
darstellt, wenn eine innere Lauffläche (oder eine äußere Lauffläche) des
Lagers 7 feststehend ist und eine äußere Lauffläche (oder eine innere Lauffläche) des
Lagers 7 bewegt wird, unterstützen die Kegelräder nahezu
das gesamte axiale Gewicht anhand einer Gleitbewegung der Zahnstange.
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Deswegen
könnten
dann, wenn das axiale Gewicht anhand der Zahnstange ausgeübt wird,
die im Eingriff befindlichen Abschnitte der Kegelräder in Richtungen
nach links und rechts bewegt werden, so dass ein fester Eingriff
erfolgt. Deswegen tritt in dem Motor eine Überlastung auf. Die Kegelräder, die
aus einem Kunststoffmaterial gebildet sind, könnten durch den oben genannten
zu festen Eingriff brechen, so dass die Zuverlässigkeit des Produkts vermindert
ist.
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Das
Dokument
DE 100 16
197 A1 (D1) offenbart eine elektrische Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. In dieser bekannten Ausführungsform wird die Kugelmutter
in dem Zahnstangengehäuse
durch ein Schulterlager drehbar unterstützt, in dem zwei Umfangsreihen
von Kugeln vorgesehen sind, so dass in dem Schulterlager keine axiale
Bewegung möglich
ist.
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Das
Dokument
JP 2002-274397
A (Zusammenfassung) (D2) offenbart eine elektrische Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, bei der eine Kugelmutter durch zwei getrennte Kugellager
drehbar unterstützt wird,
die an beiden axialen Enden der Kugelmutter vorgesehen sind. Eine
axiale Bewegung der Kugelmutter wird dadurch vermieden. Des Weiteren
können
Halteelemente zum Halten des Elektromotors exzentrisch gedreht werden,
so dass ein Gewindespiel zwischen den Kegelrädern eingestellt werden kann.
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Das
Dokument
EP-A 1 016
581 (D3) offenbart eine elektrische Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, bei der eine Kugelmutter durch ein Kugellager drehbar
unterstützt
wird, wobei das Kugellager die Kugelmutter in dem Gehäuse axial
fixiert und das Getriebespiel von Kegelrädern einstellbar ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme
zu überwinden,
die im Stand der Technik auftreten.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung
zu schaffen, die eine mögliche
Beschädigung
eines Kegelrads infolge eines zu festen Eingriffs verhindern kann
und die Zuverlässigkeit
eines Produkts verbessern kann, indem ein zu fester Eingriff von
Kegelrädern
und eine Überlastung
eines Motors verhindert werden, wenn ein Lager nahezu das gesamte
axiale Gewicht trägt,
das auf eine Zahnstange ausgeübt
wird, derart, dass ein axiales Gewindespiel zwischen einem Paar
Kegelräder,
die eine Hilfskraft erzeugen, indem sie eine Antriebskraft eines Motors
in einer elektrischen Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung aufnehmen,
größer als
ein axialer Zwischenraum eines Lagers, das eine Kugelmutter unterstützt, gemacht
wird.
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Um
die oben genannten Aufgaben zu lösen, wird
eine elektrische Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung geschaffen, die
Folgendes umfasst: ein Ritzel, das mit einem Lenkrad verbunden ist;
eine Zahnstange, die in einem Zahnstangengehäuse installiert ist und wovon
ein Ende einen gezahnten Abschnitt, der mit dem Ritzel in Eingriff
ist, und das andere Ende eine Kugelumlaufspindel besitzt; eine Kugelmutter, die
an der Kugelumlaufspindel so installiert ist, dass sie mit mehreren
Stahlkugeln zusammenwirkt; ein Lager, das die Kugelmutter drehbar
unterstützt;
einen Motor, der unter einem bestimmten Neigungswinkel oder einem
rechten Winkel in Bezug auf eine Mittelachse der Zahnstange installiert
ist; ein Getriebe, das aus einem Paar Kegelräder gebildet ist, um eine Antriebskraft
von dem Motor an die Kugelmutter zu übertragen; wobei ein Getriebespiel
zwischen den Kegelrädern,
die das Getriebe bilden, größer als
ein axialer Zwischenraum des Lagers ist.
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In
der vorliegenden Erfindung ist das Lager ein Axialunterstützungslager.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird bei Bezugnahme auf beigefügten Zeichnungen
besser verstanden, die lediglich zur Erläuterung bereitgestellt werden
und deswegen die vorliegende Erfindung nicht einschränken, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht ist, die eine herkömmliche elektrische Servo-Lenkvorrichtung veranschaulicht;
und
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2 eine
vergrößerte Schnittansicht
ist, die einen Kugelmutterabschnitt einer elektrischen Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Die
gleichen Elemente wie bei dem Aufbau im Stand der Technik sind mit
gleichen Elementbezeichnungen und gleichen Bezugszeichen versehen.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Kugelmutterabschnitts einer elektrischen Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie darin gezeigt ist, ist eine Kugelmutter 6, die
eine Spindel 22 der anderen Seite einer Zahnstange 2 umgibt,
eingesetzt und durch ein Kugellager 7 drehbar, das in einem
inneren Durchmesserabschnitt eines Zahnstangengehäuses 1 installiert
ist. Mehrere Stahlkugeln 8 sind zwischen der Kugelmutter 6 und
der Spindel 22 der Zahnstange 2 eingesetzt, um
die Gleitbewegungen der Zahnstange 2 nach links und rechts
zu führen
und eine Seite der Zahnstange zu unterstützen.
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Außerdem ist
ein Kegelrad 60a um eine äußere Oberfläche der Kugelmutter installiert
und ein Motor 5 mit einem Kegelrad 50a, das mit
dem Kegelrad 60a an einem Endabschnitt der Achse des Motors 5 in
Eingriff ist, ist unter einem stumpfen Winkel oder einem spitzen
Winkel in Bezug auf die Zahnstange 2 installiert.
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In
der vorliegenden Erfindung ist das Getriebespiel B zwischen den
in Eingriff befindlichen Kegelrädern 50a und 60b größer als
ein axialer Spalt und zwar ein axialer Zwischenraum C des Lagers,
das die Kugelmutter drehbar unterstützt.
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Die
Operationen und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden beschrieben.
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Wenn
ein Fahrer ein (nicht gezeigtes) Lenkrad dreht, wird die Übertragungskraft
der Zahnstange 2 in der Richtung verdoppelt, in die die
Räder gedreht werden,
in Kombination mit den zahlreichen Werten, wie etwa eine Drehkraft,
die an das Ritzel übertragen wird,
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Lenkwinkel des Lenkrads und
das Drehmoment, so dass eine optimale Lenkbedingung für den Fahrer
bereitgestellt wird.
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Insbesondere
dann, wenn in der elektrischen Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in 2 gezeigt ist, die Zahnstange 2,
die in dem Zahnstangengehäuse 1 installiert
ist, in Richtungen nach links und rechts gleitet, wird ein axiales
Getriebespiel B zwischen einem Paar Kegelrädern 50a und 60a,
die eine Hilfskraft erzeugen, indem sie eine Antriebskraft des Motors 5 aufnehmen,
größer als
der axiale Zwischenraum C des Lagers 7, das die Kugelmutter
unterstützt,
gemacht. Deswegen kann dann, wenn ein axiales Gewicht auf die Zahnstange 2 ausgeübt wird,
und zwar dann, wenn das Gewicht anhand der Bewegung in den Richtungen
nach links und rechts infolge des Gleitens der Zahnstange 2 eingegeben
wird, das Lager 7 nahezu das gesamte Gewicht tragen.
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Da
die Zahnstange 2 in den Richtungen nach links und rechts
gleitet, wird dann, wenn die Kugelmutter 7, die die Zahnstange 2 unterstützt, das
axiale Gewicht in der gleichen Richtung aufnimmt, das eingegebene
axiale Gewicht durch das Lager 7 oder das Kegelrad 60a unterstützt, da
das Lager 7 und das Kegelrad 60a auf einer Seite
bzw. der anderen Seite der äußeren Oberfläche der
Kugelmutter 6 installiert sind. Wenn das Getriebespiel
anhand des Eingriffs eines Paars Kegelräder 50a und 60a,
die das Getriebe 100 bilden, kleiner als der innere Spalt
der axialen Richtung und zwar der axiale Zwischenraum des Lagers 7 ist,
ist der axiale Bewegungsabstand zwischen den in Eingriff befindlichen
Kegelrädern
kleiner als der axiale Bewegungsabstand des Lagers. Deswegen wird
nahezu das gesamte eingegebene axiale Gewicht durch die Kontakt oberfläche zwischen
den Zähnen
der Kegelräder
unterstützt.
Deswegen tritt ein zu fester Eingriff zwischen den Zähnen der
Zahnräder
auf, so dass auf den Motor eine Überlast
wirken könnte.
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Da
in der vorliegenden Erfindung dagegen das Getriebespiel B zwischen
den Kegelrädern 50a und 60a größer als
der axiale Zwischenraum C des Lagers 7 ist, kann das Lager 7 selbst
dann, wenn die Kugelmutter 6 durch das axiale Gewicht in
der Richtung nach links oder rechts etwas beweglich wird, nahezu
das gesamte Bewegungsgewicht unterstützen. Deswegen können ein
zu fester Eingriff infolge des Eingriffs der Kegelräder und
eine Überlastung
des Motors verhindert werden. Deswegen kann in der der vorliegenden
Erfindung eine Beschädigung
der Kegelräder
verhindert werden, wodurch die Zuverlässigkeit des Produkts verbessert
wird.
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Das
axiale Lager, das konfiguriert ist, um die Kugelmutter zu unterstützen, könnte aus
einem Vierpunktlager, einem selbst ausrichtenden Lager, einem Winkelkontaktlager
usw. gebildet sein, so dass der Seitenschlag des Kegellagers infolge
der Gewichte in der axialen Richtung und der radialen Richtung kompensiert
werden kann, wodurch ein gleichmäßiger Betrieb
der Vorrichtung erreicht wird.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird in der elektrischen Servo-Zahnstangenlenkvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung das axiale Getriebespiel zwischen den Kegelrädern größer als
der axiale Zwischenraum des Lagers gemacht. Deswegen kann dann,
wenn das axiale Gewicht der Zahnstange eingegeben wird, das Lager
nahezu das gesamte Gewicht unterstützen. In der vorliegenden Erfindung können ein
zu fester Eingriff infolge des Eingriffs der Kegelräder und
eine Überlastung
des Motors verhindert werden. Eine mögliche Beschädigung der
Kegelräder,
die infolge des zu festen Eingriffs auftreten kann, kann verhindert
werden, wodurch die Zuverlässigkeit
des Produkts verbessert wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist in der Weise spezifiziert, die in den
beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.