JP4679783B2 - 自動車用のステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は請求項１の上位概念部に詳細に規定されている形式の自動車用のステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用のステアリング装置は、ステアリングハンドルホイールを介して伝えられた操縦意志を、ステアリングアクチュエータとも呼ばれるアクチュエータエレメントへ伝達する。電気的にアシストされるステアリング装置では、サーボのアシスト力は電動機によって生ぜしめられる。このような構成は、パワーアシスト式ステアリングシステムまたはパワーステアリングシステムと称される。
【０００３】
ステアリング装置の構成形式にその都度応じてサーボアシスト力は種々異なる箇所でかつ種々異なる装置によって提供される。
【０００４】
操舵力が大きくかつ操舵アクスル荷重が高い場合、電動機はコネクティングロッドを同心的に取り囲んでおり、かつサーボアシスト力をボール循環機構を介して直接コネクティングロッドに伝達する。このような構成は、ワイヤ式操舵システム及び後輪操舵システムにおいても、しばしば使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成は、駆動側と被駆動側との間の力の伝達比が低いという欠点を有している。従って電動機は低回転数時に既に高いトルクを提供できるものでなければならない。このことは、電動機の大きさがこれに相応するものでなければ達成されない。その結果より大きな取り付けスペースが必要になる。このような、付加的に必要になる取り付けスペースは、例えば自動車のエンジン又はデファレンシャルのような他の装置ユニットの直ぐ近くであるため、極く希にしか得られない。さらにこれらの装置ユニットの放熱は、ステアリングシステムの、殊に電動機の機能−動作に悪影響を及ぼす。
【０００６】
ステアリング装置に対する、操舵力及び操舵アクスル荷重に関する平均的な要求では、電動機が、コネクティングロッドに作用接続している駆動ピニオンに作用するようになっている。１つのバリエーションでは、これらのステアリング装置は２つの駆動ピニオンを有し、この場合、一方の駆動ピニオンはステアリングコラムを介してステアリングハンドルホイールに作用接続し、２番目の駆動ピニオンは電動機を介して駆動される。
【０００７】
このようなステアリング装置は、電動機の空間的な配置の自由度に関して並びに他の装置ユニットとの衝突−環境に関して、利点を有している。しかしこのステアリング装置の欠点は、伝達可能な最大トルクが、駆動ピニオンとコネクティングロッドとの歯の噛み合いに基づいて制限されることにある。２つの駆動ピニオンを有するステアリング装置では、さらに別の問題として、１つのコネクティングロッド上の２つの歯が、両駆動ピニオンと実際に遊びなしに噛み合うために、狭い公差範囲内で互いに回転するということが加わる。
【０００８】
独国特許第１９８ ５２ ４４７号公開公報に記載された自動車用ステアリング装置は１つの入力軸を有し、該軸がステアリングハンドルホイールにねじり弾性エレメントを介して作用接続している。伝えられた回転運動が遊星歯車伝動装置を介して、駆動ピニオンとして構成された出力エレメントへさらに送られかつコネクティングロッドへ伝達される。この遊星歯車伝動装置、ひいてはまた出力軸には、さらに付加的に、電動機がウォーム伝動装置を介して作用する。
【０００９】
このステアリング装置は遊星歯車伝動装置及びウォーム伝動装置が組み合わせられることにより製造コストが極めて高く高価である。それというのは騒音及び快適さに関する質的要求を満足させるために、歯が遊びなく回転しなければならないからである。このことは、歯の品質及び互いに運動し合う構造部分の軸受に特に高い要求を課すことになる。
【００１０】
欧州特許第０ ８７０ ６６９号公開公報には、アシスト用電動機を有するステアリング装置が記載されており、該電動機は伝動装置を介してねじナットを回転させることができ、該ねじナットはボール循環機構を介してステアリングロッドの軸方向移動を生じさせる。この場合ボール循環機構はねじナットの玉軸受けに対して軸方向で位置をずらされており、該ねじナットは機能上の理由から、ケーシング内に軸受けするためのさらに別の（特に示されていない）軸受けを有していなければならない。
【００１１】
米国特許第４，５９３，７８０号明細書には、やはり２つの玉軸受けで軸受けされたねじナットを有するさらに別のステアリング装置が記載されている。
【００１２】
本発明の課題は、従来のステアリング装置に対して、１つの軸受け箇所を省略することにある。このことは、所用スペースが小さくかつ高いトルクを伝達可能であると同時に、種々異なるあらゆる組み付け態様に対して使用することができるステアリング装置を準備することができるという利点を有する。さらに電動機をフレキシブルに配置することができかつ該ステアリング装置は駆動側から被駆動側への大きな力の伝達を可能にする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は主請求項の特徴を有する、上位概念部に記載の自動車用ステアリング装置によって解決されている。
【００１４】
この解決は特に次のようにすることによって、すなわち、ステアリングハンドルホイールを介して先に与えられた目標値に関連して電動機から生ぜしめられたステアリングアシスト力が伝動装置を介して直接ねじ式伝動装置に伝達されることによって、行われている。ねじ式伝動装置を介してステアリングアシスト力はコネクティングロッドへ伝達され、該コネクティングロッドは自動車のリンク支承された車輪に連結されている。従って、ねじ式伝動装置を介して、電動機を介してもたらされた回転運動の並進運動への変換が行われる。ねじ式伝動装置は、高い効率と同時に騒音及び摩耗の少ない機能を保証するため、ボール循環機構を有している。ねじ式伝動装置を介することによって、駆動ピニオン／コネクティングロッドの組み合わせを介する場合よりも著しく大きな力が伝達される。
【００１５】
両伝動装置を直接組み合わせることにより、電動機からアクチュエータエレメントへの直接的な力伝達路が生じる。これにより、従来使用されたステアリング装置の場合よりもはるかに大きな力伝達比が得られ、これにより、電動機から伝達されるべきトルクを小さくすることができる。このことは同時に、高回転数で回転しかつより良好な効率を有するより小型の電動機の使用を可能にする。２つの互いに回転する歯による駆動ピニオン／コネクティングロッドの組み合わせにおいて又は２つの軸受けを介してケーシング内に不動に軸受けされた、コネクティングロッドに作用する電動機を有するステアリング装置において生じるような公差及びアライメント上の問題は本発明によるステアリング装置では生じない。コネクティングロッドは一方のねじ山側で単に１つの軸受けのみによってケーシング内に軸受けされている。軸受けの適宜の選択によって、すなわち、例えば角度３０分までの傾斜位置をカバーすることができる玉軸受けを用いれば、製造公差を補償することができる。
【００１６】
必要なモータトルクが小さくされることにより、伝動装置への負荷が軽減され、その結果、使用材料を変更することも可能である。この場合有利には、従来の解決手段では耐久性の問題から補強された形態でしか使用されなかったプラスチックを使用することもできる。
【００１７】
伝動装置は一実施形態では摩擦車伝動装置であってもよく、このことは効率及び遊びの自由度に関して利点をもたらす。さらにオーバーロード発生時にスリップが可能であり、その結果、過負荷防止のための付加的な滑りクラッチを省略することができる。さらに別の選択的に使用可能な手段は、僅かに円錐面状の平歯車を有する伝動装置であって、この場合、調節ねじ又は圧縮ばねを介して遊びを補償することが可能である。
【００１８】
本発明の有利かつ目的に適う構成は従属請求項に記載されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の種々異なる実施形態を図面に基づき原理的に説明する。
【００２０】
図１は駆動ピニオン２がケーシング１内に回転可能に支承されている本発明による自動車用ステアリング装置を示している。駆動ピニオン２はその歯を介してラック３と噛み合っており、このラックはケーシング１内に軸方向で移動可能に案内されている。駆動ピニオン２は機械的なステアリングコラムを介してステアリングハンドルホイールに作用接続している。１つのバリエーションでは、駆動ピニオン２に、調整区間を介してステアリングハンドルホイールに接続されている図示されていない電動機が作用する。ラックは一条ねじ山を有し、これはこの実施形態ではボール循環機構として構成されている。ラック３はボールねじ山４、ステアリングナット５及び軸受６を介してケーシング１内に支承されている。ラック３はステアリングタイロッド７及び８を介して自動車の図示されていないリンク支承された車輪に作用接続している。ステアリングハンドルホイールを介してもたらされたステアリングモーメントに関連して電動機９が発生するサーボアシスト力は、ウォーム伝動装置を介してステアリングナット５へ伝達される。この場合、電動機９の駆動エレメント１０はウォーム１１を有し、該ウォームはウォームホイール１２と噛み合っている。このウォームホイール１２は形状接続的にステアリングナットに接続している。電動機９からもたらされたサーボアシスト力はラック３へ伝達され、電動機９の駆動エレメント１０の回転運動はラック３の直線運動に変換される。
【００２１】
図２には、自動車用の本発明によるステアリング装置の別の一実施形態として、リンク機構で支承された車輪のためのアクチュエータエレメントが図示されている。コネクティングロッド１３はねじ山を有し、該ねじ山はここではボール循環機構として構成されている。コネクティングロッド１３はボールねじ山４、ステアリングナット５及び軸受６を介してケーシング１内に支承されている。
【００２２】
コネクティングロッド１３は軸受１４によって直線的に案内されかつ回転が阻止されている。コネクティングロッド１３は図示されていない自動車の、リンク機構で支承された車輪に作用接続されている。ステアリングハンドルホイールを介してもたらされたステアリングモーメントに関連して電動機９が発生するサーボアシスト力は、ウォーム伝動装置を介してステアリングナット５へ伝達される。この場合、電動機９の駆動エレメント１０はウォーム１１を有し、該ウォームはウォームホイール１２と噛み合っている。ウォームホイール１２は形状接続的にステアリングナット５に接続している。電動機９からもたらされたサーボアシスト力はコネクティングロッド１３へ伝達され、電動機９の駆動エレメント１０の回転運動はコネクティングロッド１３の直線運動に変換される。
【００２３】
ケーシング１とステアリングナット５の延長された付加部１６との間にはセンサ１５が一体的に組み込まれており、該センサは軸方向の移動を検出する。
【００２４】
図３には、１つの可能な伝動装置形式として、電動機９の駆動エレメント１０に作用接続したウォーム伝動装置が示されている。
【００２５】
図４は本発明のさらに別の１つの構成形式を示す。電動機９の駆動エレメント１０はばね１７を介して予圧された摩擦車１８及び１９を有し、これらの摩擦車は摩擦車２０を介して電動機９のトルクを直接ねじ式伝動装置２１へ伝達する。
【００２６】
図５には本発明の一バリエーションが示されており、この場合、電動機９の駆動エレメント１０が平歯車２２を支持し、この平歯車が１つの平歯車２３に噛み合わされている。この平歯車２３はねじ式伝動装置２１に回転阻止状態で結合されており、従って電動機９からコネクティングロッド１３への直接的な駆動が得られる。平歯車２２及び２３は調節機構２４を介して互いに遊びなしに調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ラック式ステアリング装置の形の本発明による自動車用ステアリング装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】 リンク機構で支承された車輪のアクチュエータエレメントとしての、本発明による自動車用ステアリング装置の第２実施形態を示す図である。
【図３】 図１及び図２におけるIII−III線視断面図である。
【図４】 摩擦車伝動装置を有する、本発明による自動車用ステアリング装置の第３実施形態を示す図である。
【図５】 平歯車伝動装置を有する、本発明による自動車用ステアリング装置のさらに別の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 駆動ピニオン
３ ラック
４ ボールねじ山
５ ステアリングナット
６ 軸受
７，８ ステアリングタイロッド
９ 電動機
１０ 駆動エレメント
１１ ウォーム
１２ ウォームホイール
１３ コネクティングロッド
１４ 軸受
１５ センサ
１６ 付加部
１７ ばね
１８，１９，２０ 摩擦車
２１ ねじ式伝動装置
２２，２３ 平歯車
２４ 調節機構

Claims (6)

1. 電動機（９）と、
   伝動装置と、
   軸受け（６）と、
   ケーシング（１）と、
   ステアリングロッド（３；１３）と、
   ボールナット（５）を含むボール循環機構として構成されたねじ式伝動装置と、
   を備えた自動車用ステアリング装置であって、
   電動機（９）の駆動エレメント（１０）が伝動装置に作用接続していて、当該伝動装置を介してねじ式伝動装置及びステアリングロッド（３；１３）に直接作用し、
   ねじ式伝動装置がボール循環機構として構成されており、
   軸受け（６）が、ボールナット（５）のボールねじ山（４）の、ボールによって占められている範囲を取り囲んでいて、
   前記ステアリングロッド（３；１３）が、ねじ山側で、単に前記軸受け（６）のみを介して、ケーシング（１）内に軸受されている
   形式のものにおいて、
   前記ステアリングロッド（３；１３）の移動が、前記ケーシング（１）内に一体化されたセンサ（１５）によって検出される
   ことを特徴とするステアリング装置。
2. 前記ステアリングロッド（１３）が、さらに別の軸受けによって、ねじ山側とは反対側で、直線的に案内されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記駆動エレメント（１０）がウォーム（１１）を支持し、
   当該ウォームがウォームホイール（１２）を介して前記ねじ式伝動装置に作用する
   ことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
4. 前記駆動エレメント（１０）が摩擦車（１８，１９）に接続されており、
   当該摩擦車が摩擦車（２０）を介して前記ねじ式伝動装置に作用接続している
   ことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
5. 前記駆動エレメント（１０）が平歯車（２３）を支持しており、
   当該平歯車が平歯車（２３）を介して前記ねじ式伝動装置に作用する
   ことを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
6. 前記伝動装置がばね（１７）を介して遊びなしに調節可能とされている
   ことを特徴とする請求項４または５に記載のステアリング装置。

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