Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ELECTROMECHANICALLY ASSISTED STEERING SYSTEM FOR A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/085688
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromechanically assisted steering system for a vehicle, comprising an electric motor with a stator stationarily mounted in a housing and a rotor rotationally mounted in said housing. Said rotor drives, via a coupling device, a steering adjust shaft that adjusts a steering column in the vehicle. An elastic deformation element mounted in the transmission path between the rotor and the steering adjust shaft is associated with the coupling device and is configured as a translational damper acting in the direction of the rotational axis (7) of the steering adjust shaft.

Inventors:
JANDL GERHARD (DE)
RIEF KLAUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/002898
Publication Date:
October 31, 2002
Filing Date:
March 15, 2002
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ZF LENKSYSTEME GMBH (DE)
JANDL GERHARD (DE)
RIEF KLAUS (DE)
International Classes:
B62D5/04; (IPC1-7): B62D5/04; F16H1/16; F16H57/02
Domestic Patent References:
WO1999065758A11999-12-23
Foreign References:
US6060800A2000-05-09
US5704111A1998-01-06
EP0106383A11984-04-25
DE10116850A12001-10-31
DE19834870A12000-02-03
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Elektromechanische Lenkunterstützungseinrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Elektromotor (3), der einen fest in einem Gehäuse (2) angeordneten Stator (4) und einen im Gehäuse (2) drehbar gelagerten Rotor (5) aufweist, welcher über eine Kop peleinrichtung (12) eine Lenkstellwelle (6) antreibt, die eine Lenksäule (11) im Fahrzeug verstellt, wobei im Übertragungsweg zwischen Rotor (5) und Lenkstellwelle (6) ein der Koppelein richtung (12) zugeordnetes elastisches Deformationselement vor gesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement als ein in Richtung der Lenkstell wellenDrehachse (7) wirkender Translationsdämpfer ausgebildet ist, der geeignet ist, Längsschwingungen des Rotors (5) zu dämpfen.
2. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Translationsdämpfer als Gummielement (18) ausgeführt ist, das fest mit der Lenkstellwelle (6) verbunden ist und in eine Ausnehmung im Rotor (5) einragt.
3. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) die Lenkstellwelle (6) umgreift und auf der Lenkstellwelle (6) mit Hilfe wenigstens eines Lagers gelagert ist.
4. Lenkunterstützungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement zusätzlich als ein in Drehrichtung des Rotors (5) wirkender Drehdämpfer (13) ausgebildet ist.
5. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehdämpfer (13) an einer Stirnseite des Rotors (5) angeordnet ist.
6. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehdämpfer (13) an einer stirnseitigen, am Rotor (5) angegossenen Verzahnung (14) gehalten ist.
7. Lenkunterstützungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager als Kunststoffhülse (16,17) ausgeführt ist, das auf der Lenkstellwelle (6) aufsitzt.
8. Lenkunterstützungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkstellwelle (6) über Lager (8,9) im Gehäuse (2) abgestützt ist, wobei die Lager (8,9) im Bereich der Stirnsei ten des Rotors (5) angeordnet sind.
Description:
ElekEwomechanische Lenkunterstützungseinrichtung für ein Fahr- zeug Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkun- terstützungseinrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Einrichtungen sind bekannt aus DE 101 16 850 A1 und WO 99/65758. Dort sind als Koppeleinrich- tung elastische, also federnde Drehmoment-Übertragungskörper beschrieben.

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

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

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

Diese Kraftspitzen führen zu einer starken Materialbelastung und erzeugen außerdem unerwünschte Klackgeräusche.

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

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

Im Übertragungsweg ist zwischen Rotor und Lenkstellwelle ein zwar elastisch nachgebendes, aber dennoch in Richtung der Lenk- stellwellen-Drehachse als Translationsdämpfer wirkendes Defor- mationselement angeordnet, welches als Teil der Koppeleinrich- tung zwischen Rotor und Lenkstellwelle im Rahmen seiner Defor- mation eine Relativbewegung zwischen Rotor und Lenkstellwelle erlaubt, wodurch die Trägheitsmasse des Elektromotors zumindest in Bezug auf stoßartige Anregungen im Lenksystem von der Lenk- säule und der Lenkstellwelle entkoppelt wird. Derartige stoß- ähnliche Anregungen führen zu einer Verformung des Deformation- selementes, das im Gegensatz zum Stand der Technik auch über dämpfende (also Bewegungsenergie verzehrende) Eigenschaften verfügt, so dass Kraftspitzen im Übertragungsweg über das De- formationselement kompensiert oder zumindest stark reduziert werden und Rückwirkungen auf den Rotor des Elektromotors unter- bleiben bzw. auf ein unschädliches Niveau gedrückt werden.

Durch den in Richtung der Lenkstellwellen-Drehachse wirkenden Translationsdämpfer zwischen Rotor und Lenkstellwelle werden Längsschwingungen des Rotors gedämpft. Der Translationsdämpfer stellt ein Deformationselement dar, das allein oder vorteilhaf- terweise zusätzlich zu einem Drehdämpfer vorgesehen sein kann oder zusätzlich als Drehdämpfer ausgebildet sein kann. Der Translationsdämpfer bewirkt eine größere Laufruhe des Rotors.

Der Translationsdämpfer ist bevorzugt als dämpfendes Gummiele- ment ausgeführt, das fest mit der Lenkstellwelle verbunden ist und in eine Ausnehmung im Rotor einragt.

Dies führt zu einer deutlichen mechanischen Entlastung, wodurch die Standzeit der Lenkunterstützungseinrichtung erhöht wird.

Außerdem werden Klackgeräusche vermieden.

Die Erzeugung und Übertragung der Lenkbewegung vom Elektromotor auf die Lenksäule wird dagegen durch das Deformationselement nicht beeinträchtigt. Auf Grund der hohen Umdrehungsgeschwin- digkeit des Elektromotors wird bei einem Anfahren des Motors das Deformationselement innerhalb einer sehr kurzen Zeit bis in eine stationäre Position verformt, in der ein Kräftegleichge- wicht zwischen den am Deformationselement angreifenden Bautei- len herrscht, woraufhin die Bewegungsübertragung von Rotor auf Lenkstellwelle beginnt. Der durch die Verformung des Deformati- onselementes entstehende Zeitverlust bei der Bewegungsübertra- gung von Rotor auf Lenkstellwelle ist vernachlässigbar klein.

Dies gilt sowohl bei einer Untersetzung als auch bei einer di- rekten Übersetzung im Verhältnis 1 : 1 von Rotor auf Lenkstell- welle.

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

Zweckmäßigerweise ist die Lenkstellwelle koaxial in dem hohlzy- lindrisch ausgebildeten Rotor gelagert ; Lenkstellwelle und Ro- tor laufen um eine gemeinsame Drehachse um. In einer bevorzug- ten Ausführung ist das Deformationselement zusätzlich als ein in Drehrichtung wirkender Drehdämpfer ausgebildet, wodurch im Rahmen der Verformbarkeit des Deformationselementes zwischen Lenkstellwelle und Rotor eine geringfügige Relativdrehung er- möglicht wird. Diese Relativdrehung ermöglicht die Entkopplung der Trägheitsmasse des Elektromotors von der Lenksäule und Lenkstellwelle im Falle plötzlich auftretender, hoher Kraft- spitzen.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Das Gummielement 18 befindet sich axial in der Mitte des Rotors 5..

Bezugszeichenliste 1 Lenkunterstützungseinrichtung 2 Gehäuse 3 Elektromotor 4 Stator 5 Rotor 6 Lenkstellwelle 7 Drehachse 8 Lager 9 Lager 10 Schneckengewinde 11 Lenksäule 12 Koppeleinrichtung 13 Drehdämpfer 14 Verzahnung 15 Befestigungselement 16 Kunststoffhülse 17 Kunststoffhülse 18 Gummielement