DE10052275A1

DE10052275A1 - Motor vehicle servo power steering has electric motor servo connected to steering shaft by belt and pulley drive

Info

Publication number: DE10052275A1
Application number: DE2000152275
Authority: DE
Inventors: Alexander Kiforiuk; Roger Kollmeier
Original assignee: Mercedes Benz Lenkungen GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2002-05-16

Abstract

The motor vehicle servo power steering has an electric servo motor with a pinion (2) mounted on its shaft (1) and a d rive belt (5) to engage an input sprocket (7) of the steering. The pinion and sprocket can be formed as toothed pulleys for the drive belt. The shaft of the motor and the steering shaft are parallel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a power steering system the features of the preamble of claim 1.

Derartige Servolenkungen sind aus der EP 101579 B1 be kannt, bei der ein elektrischer Servomotor über einen Ku gelumlauf auf eine Zahnstange wirkt. Der Elektromotor, der Kugelumlauf und die Zahnstange sind dabei koaxial an geordnet. Der Elektromotor umgreift den Kugelumlauf an seiner Außenseite.Such power steering systems are known from EP 101579 B1 knows, in which an electric servo motor via a Ku gel circulation acts on a rack. The electric motor, the ball screw and the rack are coaxial orderly. The electric motor engages around the ball its outside.

Weiter ist aus der EP 0133003 B1 eine entsprechende Ser volenkung bekannt, bei der ein Elektromotor ebenfalls ü ber einen Kugelumlauf auf eine Zahnstange wirkt. Hierbei ist der erforderliche Bauraum für die Verwendung am Kraftfahrzeug günstiger aufgeteilt, indem der Elektromo tor von dem Kugelumlauf in Axialrichtung beabstandet ist.Furthermore, a corresponding Ser is from EP 0133003 B1 volkung known in which an electric motor also ü acts on a rack via a ball screw. in this connection is the space required for use on Motor vehicle divided more cheaply by the electromo Tor is spaced from the ball in the axial direction.

Das in beiden Dokumenten dargestellte Kugelumlaufgetriebe zur Umsetzung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung der Zahnstange erfordert in der Praxis ent weder einen relativ großen, langsam laufenden Elektromo tor (EP 0101579 B1) oder aber ein Reduziergetriebe zwi schen dem Elektromotor und dem Kugelumlauf (EP 0133003 B1), um den Drehmomentbereich und den Drehzahlbereich des jeweiligen Elektromotors an das Übersetzungsverhältnis des Kugelumlaufs anzupassen.The ball screw mechanism shown in both documents to convert the rotary motion of the electric motor into a Axial movement of the rack requires ent in practice neither a relatively large, slow-running electromo gate (EP 0101579 B1) or a reducer between the electric motor and the ball recirculation (EP 0133003 B1), around the torque range and the speed range of the respective electric motor to the gear ratio of the ball circulation.

In der EP 0133003 B1 kämmt das Motorritzel mit einem Stirnrad mit großem Radius, welches koaxial zum Kugelum lauf angeordnet ist. Die Summe der Radien der beiden Stirnräder entspricht dabei dem Achsabstand von Motor zu Kugelumlauf. Nachteilig ist hier der große Durchmesser, der auch auf der dem Motor abgewandten Seite des Kugelum laufs zu einem großen Platzbedarf der Vorrichtung führt.In EP 0133003 B1, the motor pinion meshes with one Spur gear with large radius, which is coaxial to the ball is arranged. The sum of the radii of the two Spur gears correspond to the center distance from the motor Recirculating ball. The disadvantage here is the large diameter, that also on the side of the sphere facing away from the motor leads to a large space requirement of the device.

Zur Verkleinerung des Bauraums ist in der WO 98/38072 ein Zwischenrad zwischen dem Motorritzel und dem Stirnrad des auf die Zahnstange wirkenden Reduziergetriebes vorgese hen. Hier ergibt sich das Problem, dass dieses Zwischen rad in der Praxis nicht spielfrei ist. Bei Lastrichtungs wechseln kann dieses Spiel, das sich auch temperaturab hängig ändern kann, zu Geräuschen und zu undefinierten Zuständen der Regelung führen.WO 98/38072 describes a to reduce the installation space Idler gear between the motor pinion and the spur gear of the on the rack acting reduction gear hen. Here the problem arises that this intermediate in practice, rad is not free of play. With load direction can change this game, which is also temperature dependent can change, to noise and to undefined Control states.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servolenkung der bekannten Art dahingehend zu verbessern, dass das Getriebe zur Verbindung des Servomotors mit dem Lenkgetriebe spielfrei ist. It is therefore an object of the present invention to To improve power steering of the known type in that that the gearbox for connecting the servo motor to the Steering gear is free of play.

Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkma len des Anspruchs 1 gelöst.This task is performed by a device with the characteristics len of claim 1 solved.

Weil das Ritzel und das Eingangsrad Zahnriemenscheiben sind und dass das Getriebeelement ein Zahnriemen ist, kann eine formschlüssige Kraftübertragung erreicht wer den, die spielfrei eingestellt werden kann und die dauer haft, wartungsfrei und geräuscharm ist.Because the pinion and the input gear toothed belt pulleys and that the gear element is a toothed belt, a positive power transmission can be achieved the one that can be set without play and the duration adhesive, maintenance-free and quiet.

Wenn die Zahnscheiben und der Zahnriemen ein ebenes Ge triebe bilden, insbesondere die Achsen der Motorwelle und des Eingangsrades parallel zueinander angeordnet sind, ergibt sich ein kompakter Antrieb mit einfachem Aufbau. Zur Einstellung der Zahnriemenspannung kann vorgesehen sein, dass eine Spannrolle zahnseitig an dem Zahnriemen vorgesehen ist oder dass der Achsabstand der Motorwelle und der Getriebeeinrichtung einstellbar ist.If the toothed pulleys and the toothed belt have a flat surface Form drives, especially the axes of the motor shaft and of the input wheel are arranged parallel to one another, the result is a compact drive with a simple structure. To adjust the timing belt tension can be provided be that a tension pulley on the tooth side on the toothed belt is provided or that the center distance of the motor shaft and the transmission device is adjustable.

Ein komplett lieferbares und einfach montierbares System ergibt sich, wenn die Getriebeeinrichtung und der Servo motor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das mit einem Lenkgehäuse der Servolenkung vorzugsweise einstückig ist.A completely available and easy to assemble system results when the gear mechanism and the servo motor are arranged in a common housing, the preferably with a power steering box is in one piece.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der vorlie genden Erfindung anhand einer Zahnstangenlenkung be schrieben. Es zeigen:In the following two embodiments of the present Invention based on a rack and pinion steering be wrote. Show it:

Fig. 1 die Getriebeglieder einer Zahnstangenlen kung mit elektrischem Servoantrieb für ein Kraftfahrzeug in einem Querschnitt entlang der Längsachse der Zahnstange; sowie Figure 1 shows the transmission members of a rack and pinion with electric servo drive for a motor vehicle in a cross section along the longitudinal axis of the rack. such as

Fig. 2 die Getriebeglieder einer Zahnstangenlen kung mit redundantem elektrischem Servo antrieb für eine Steer-by-wire-Lenkung. Fig. 2 shows the transmission links of a rack and pinion steering with redundant electric servo drive for steer-by-wire steering.

Die Fig. 1 zeigt schematisch die Getriebeglieder einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung in einem Querschnitt entlang der Längsachse der Zahnstange. Fig. 1 shows schematically the gear members of a rack and pinion steering system according to the invention in a cross section along the longitudinal axis of the rack.

Eine Motorwelle 1 trägt bei diesem Ausführungsbeispiel eine Zahnscheibe 2, die umfangsseitig mit einem Profil 3 versehen ist. Die Motorwelle 1 dreht sich im Betrieb um eine Längsachse 4.In this exemplary embodiment, a motor shaft 1 carries a toothed disc 2 , which is provided with a profile 3 on the circumference. During operation, the motor shaft 1 rotates about a longitudinal axis 4 .

Ein Zahnriemen 5 läuft mit seinem zu der Zahnscheibe 2 passenden Profil umfangsseitig auf der Zahnscheibe 2 und ist seitlich durch Borde 6 der Zahnscheibe 2 geführt.A toothed belt 5 runs with its profile matching the toothed pulley 2 on the circumferential side of the toothed pulley 2 and is guided laterally through rims 6 of the toothed pulley 2 .

Der Zahnriemen 5 läuft andererseits auf einer Zahnscheibe 7 einer Getriebeanordnung 8, die beispielsweise einen Ku gelumlauf zur Übertragung der Drehbewegung in eine Stell bewegung einer Zahnstange oder dergleichen zu übersetzen. Die Zahnscheibe 7 ist dabei um eine Achse 9 drehbar gela gert, die parallel zu der Achse 4 angeordnet ist.The toothed belt 5 , on the other hand, runs on a toothed pulley 7 of a gear arrangement 8 which, for example, circulates a ball to transmit the rotary movement into an actuating movement of a toothed rack or the like. The toothed disk 7 is rotatably gela gelert about an axis 9 , which is arranged parallel to the axis 4 .

Die übrigen Bauelemente, mit denen die Wellen 1 und 8 ge lagert und geführt sind sowie der Antriebsmotor für die Motorwelle 1 und die Zahnstange, auf die die Getriebeein richtung 8 wirkt, sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht näher beschrieben. Gleiches gilt für das Gehäuse der gesamten Anordnung, das beispielswei se einstückig aus Aluminium gefertigt werden kann.The other components with which the shafts 1 and 8 are supported and guided, as well as the drive motor for the motor shaft 1 and the rack on which the transmission device 8 acts, are known from the prior art and are not described in more detail here. The same applies to the housing of the entire arrangement, which, for example, can be made in one piece from aluminum.

In der Praxis wird die Achse 4 der Motorwelle 1 in einer festen, parallel zur Achse 9 der Getriebeeinrichtung 8 angeordneten Position in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Getriebeeinrichtung 8 eingebaut sein. Die Achsen sind relativ zueinander in Radialrichtung unverschieblich an geordnet. Zur Montage wird der Zahnriemen 5 zunächst auf die lose Zahnscheibe 2 zwischen die Borde 6 eingesetzt. Zur Montage wird dann die Zahnscheibe 2 in Axialrichtung auf die Welle 1 aufgesetzt, wobei gleichzeitig der Zahn riemen 5 auf die Zahnscheibe 7 aufgeschoben wird. Zur Einstellung der Zahnriemenspannung kann, falls erforder lich, eine nicht dargestellte Spannrolle vorgesehen sein, die von der Riemenrückenseite her auf ein freies Trum des Zahnriemens 5 wirkt. Die Spannrolle soll dabei nicht fe derbelastet sein, sondern mit einer festen Einstellung fixiert sein, so dass die gesamte Anordnung insgesamt in der Antriebsrichtung spielfrei wird. Die Spielfreiheit ist dann auch bei wechselnden Lastrichtungen gewährleis tet.In practice, the axis 4 of the motor shaft 1 will be installed in a fixed position parallel to the axis 9 of the transmission device 8 in a common housing with the transmission device 8 . The axes are arranged relative to each other in the radial direction immovable. For assembly, the toothed belt 5 is first inserted onto the loose toothed pulley 2 between the rims 6 . For assembly, the toothed pulley 2 is then placed on the shaft 1 in the axial direction, with the toothed belt 5 being pushed onto the toothed pulley 7 at the same time. To adjust the toothed belt tension, a tension roller, not shown, can be provided, if required, which acts from the back of the belt on a free run of the toothed belt 5 . The tensioning pulley should not be loaded, but fixed with a fixed setting, so that the entire arrangement as a whole is free of play in the drive direction. The backlash is then guaranteed even with changing load directions.

Bei einer alternativen Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Achse 4 in Radialrichtung zur Achse 9 verlager bar ist, um ohne Spannrolle das Spiel des Zahnriemens einstellen zu können. Es ist bei entsprechender Ferti gungsgenauigkeit auch möglich, die Achsen 4 und 9 in Ra dialrichtung fix zueinander anzuordnen und auf eine Spannrolle zu verzichten.In an alternative embodiment it can be provided that the axis 4 can be displaced in the radial direction to the axis 9 in order to be able to adjust the play of the toothed belt without a tensioning roller. With appropriate manufacturing accuracy, it is also possible to arrange the axes 4 and 9 in the Ra dial direction fixed to each other and to dispense with a tensioning roller.

In der Fig. 2 ist eine elektrische Servolenkung in einer Ansicht entsprechend Fig. 1 dargestellt. Dabei sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugsziffern bezeich net.In FIG. 2, an electric power steering is shown in a view corresponding to FIG. 1. The same components are designated with the same reference numerals.

Gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1 ist ein zweiter elektrischer Servoantrieb mit einer Motorwelle 11 vorge sehen, der über eine Zahnscheibe 12, die umfangsseitig ebenfalls mit einem Profil 13 versehen ist, auf einen Zahnriemen 15 wirkt. Der Zahnriemen 15 wird auf der Zahn scheibe 12 seitlich durch Borde 16 geführt.Compared to the embodiment of FIG. 1, a second electric servo drive with a motor shaft 11 is provided, which acts on a toothed belt 15 via a toothed pulley 12 , which is also provided with a profile 13 on the circumference. The toothed belt 15 is guided on the toothed disk 12 laterally through shelves 16 .

Der Zahnriemen 15 läuft mit dem Zahnriemen 5 auf einer gemeinsamen, gegenüber der Haftungsform der Fig. 1 brei ter ausgeführten Zahnscheibe 17. Die Zahnscheibe 17 wie derum wirkt auf die Getriebeeinrichtung 8 zur Betätigung der weiteren Elemente der Kraftfahrzeuglenkung.The toothed belt 15 runs with the toothed belt 5 on a common, compared to the liability form of Fig. 1 Brei ter executed pulley 17th The toothed disk 17, in turn, acts on the transmission device 8 for actuating the further elements of the motor vehicle steering.

Gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1 sind die An triebselemente, die antriebsmäßig vor der Zahnscheibe 17 liegen, redundant ausgeführt. Eine solche Konfiguration ist für Steer-By-Wire-Lenkungen vorteilhaft, bei denen zwei unabhängig voneinander agierende Antriebe die not wendige Ausfallsicherheit bieten. Die Motorwellen 1 und 11 sind folglich auch bei diesem Ausführungsbeispiel nicht miteinander gekoppelt, so dass beim Ausfall eines Motors ebenso wie beim Ausfall eines der Zahnriemen 5, 15 die volle Funktion der Lenkung erhalten bleibt. Die übri gen Vorteile hinsichtlich Geräuschentwicklung, Spielfrei heit und einfacher Montage durch Zusammenfassung der Len kung zu einem System entsprechend den im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Vorteilen.Compared to the embodiment of FIG. 1, the drive elements, which are drivingly in front of the toothed disk 17, are designed redundantly. Such a configuration is advantageous for steer-by-wire steering systems, in which two independently operating drives offer the necessary reliability. The motor shafts 1 and 11 are consequently also not coupled to one another in this exemplary embodiment, so that the full function of the steering is retained in the event of a motor failure as well as the failure of one of the toothed belts 5 , 15 . The remaining advantages with regard to noise development, backlash-free unit and simple assembly by combining the steering system into a system corresponding to the advantages mentioned in connection with FIG. 1.

Insgesamt ergibt sich mit dieser Anordnung eine spiel freie Kraftübertragung von einem elektrischen Servomotor auf eine Getriebeeinrichtung einer Servolenkung, wobei die Kraftübertragung über die erwartete Lebensdauer des Kraftfahrzeugs zuverlässig und wartungsfrei arbeitet. Der Einstellaufwand bei der Montage ist gering oder kann völ lig entfallen. Die verwendeten Bauelemente sind in der Praxis erprobt und relativ preiswert. Die Bauelemente können insbesondere auch ohne Schmierung in einem Gehäuse laufen, das nicht notwendig öldicht sein muss. Dies ist sowohl bei der Herstellung als auch beim späteren Recyc ling des Kraftfahrzeugs vorteilhaft, da an dieser Stelle auf flüssige Betriebsstoffe verzichtet werden kann.Overall, this arrangement results in a game free power transmission from an electric servo motor on a transmission device of a power steering, wherein the power transmission over the expected life of the Motor vehicle works reliably and maintenance-free. The Adjustment effort for the assembly is low or can be full not applicable. The components used are in the Tried and tested in practice and relatively inexpensive. The components can in particular without lubrication in a housing run, which does not necessarily have to be oil-tight. This is both in the production as well as in the later recycling ling of the motor vehicle advantageous because at this point liquid consumables can be dispensed with.

Claims

1. Power steering for a motor vehicle, with a steering wheel to be operated by a driver, with a steering gear which causes a pivoting of steerable vehicle wheels by moving a device ( 8 ) to be driven by a gear mechanism, with at least one electric servo motor which in each case with a pinion (2, 12) carrying the motor shaft (1, 11) via a transmission element (5, 15) device with an input gear (7, 17) of the Getriebeein and is therefore drivingly connected to the device, characterized that we at least a pinion ( 2 , 12 ) and the input wheel ( 7 , 17 ) are toothed belt pulleys and that the gear element ( 5 , 15 ) is in each case a toothed belt ( 5 , 15 ).

2. Power steering according to claim 1, characterized in that the toothed disks ( 2 , 12 , 7 , 17 ) and the toothed belt men ( 5 , 15 ) form a flat gear, in particular the axes ( 4 , 9 ) of the motor shaft ( 1 , 11 ) and a gear wheel ( 7 , 17 ) are arranged parallel to each other.

3. Power steering according to one of the preceding claims, characterized in that a tension roller on the tooth side or back on the at least one toothed belt ( 5 , 15 ) is provided.

4. Power steering according to one of the preceding claims, characterized in that the center distance of the motor shaft ( 1 , 11 ) and the transmission device ( 8 ) is adjustable.

5. Power steering according to one of the preceding claims, characterized in that the gear device ( 8 ) and the servo motor are arranged in a common housing, which is preferably in one piece with a steering housing of the power steering.

6. Power steering according to one of the preceding claims, characterized in that two servo motors are provided, which by means of a toothed pulley ( 2 , 12 ) via a toothed belt ( 5 , 15 ) together on an input wheel ( 7 , 17 ) of a transmission device ( 8 ) act.