DE10216000A1

DE10216000A1 - Elektrisches Servolenksystem

Info

Publication number: DE10216000A1
Application number: DE10216000A
Authority: DE
Inventors: Michael Joseph Debarr
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-06-26
Also published as: US20040020707A1; GB0207865D0; US6681886B2; GB2383020A; US20030116375A1; US6953103B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Servolenksystem mit einem Elektromotor mit einer Abtriebswelle und mit einer flexiblen Welle, die betriebsmäßig mit der Abtriebswelle verbunden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die flexible Welle außerdem betriebsmäßig mit der Eingangswelle eines Ritzelgetriebes für einen Zahnstangen-/Ritzellenkmechanismus verbunden. Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass ein Motorraum besser ausgenützt wird bzw. dass das erfindungsgemäße System dort weniger Platz einnimmt. Außerdem zeichnet sich das erfindungsgemäße System durch eine leichte Installation, eine problemlose Reparierbarkeit und ein problemloses Ausbauen des Motors, des Lenksystems und anderer Fahrzeugkomponenten in dem Motorraum aus.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt allgemein auf dem Gebiet von Kraftfahrzeuglenksystemen, und insbesondere betrifft sie ein elektrisches Servolenksystem mit einem Elektromotor, der mit einem Fahrzeuglenksystem flexibel verbindbar ist.

Ein typisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug ist in Fig. 1 gezeigt. Dieses Lenksystem 1 weist ein drehbares Lenkrad 2 in einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs, angebracht an einer Lenksäule 3, auf, die mit Rädern 4 über einen Lenkaufbau 5 betriebsmäßig verbunden ist. Um die durch den Fahrer aufzubringende Mühe (d. h., das Drehmoment) zu verringern, die erforderlich ist, das Lenkrad zu drehen, umfassen zahlreiche Lenksysteme ein Servostellorgan bzw. ein kraftunterstütztes Stellorgan. Das Stellorgan unterstützt den Fahrer beim Drehen des Lenkrads, um entgegengesetzt wirkende Kräfte zu überwinden, wie etwa Straßenlastkräfte, die auf die Räder einwirken, oder Reibungskräfte im Lenkaufbau. Das Ausmaß an Kraftunterstützung bzw. Servounterstützung variiert üblicherweise abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und dem Kraftausmaß, das durch den Fahrzeugfahrer am Lenkrad aufgewendet werden muss. Herkömmliche Servolenksysteme verwenden typischerweise entweder einen Hydraulikservomechanismus oder einen elektrischen Servomechanismus. Elektrische Servomechanismen werden in einer zunehmenden Anzahl von Fahrzeugen auf Grund ihrer geringen Größe und ihres höheren Energiewirkungsgrads im Vergleich zu Hydraulikmechanismen eingesetzt.

Ein elektrisches Servolenksystem (EPAS) verwendet einen Elektromotor zum Anlegen eines kontrollierten bzw. gesteuerten Drehmomentausmaßes an den Lenkaufbau zum Unterstützen eines Fahrers beim Drehen des Lenkrads. Beispielsweise umfasst das in Fig. 1 gezeigte System einen Elektromotor 6 zur Servounterstützung und eine Steuereinheit 7. Beim Lenkaufbau kann es sich um einen Zahnstangen-/Ritzeltyp handeln, der eine Winkeldrehung des Lenkrads in eine Gleitbewegung einer Zahnstange umsetzt, um die Räder zu lenken. Die Zahnstange wirkt mit Zähnen in einem Servoritzel zusammen, das durch die Abtriebswelle des Motors 6 in Reaktion auf Signale von der Steuereinheit 7 angetrieben wird. Die Signale von der Steuereinheit 7 dienen dazu, ein relativ konstantes Drehmoment an das Fahrerritzel anzulegen.

Ein Beispiel eines EPAS-Zahnstangen-/Ritzelaufbaus 10 ist in Fig. 2 gezeigt. Innere Verbindungsstangen 12 sind mit einem Zahnstangen-/Ritzelmechanismus verbunden, der in einem Gehäuse 14 enthalten ist. Ein Getriebe 16 umfasst einen Getriebeuntersetzungsmechanismus für das Servoritzel. Der Elektromotor 8 ist am Getriebe 16 fest angebracht, um das Servoritzel über den Untersetzungsmechanismus mit Kraft zu versorgen. Die Motorabtriebswelle ist direkt mit einer Eingangswelle verbunden, die als Schneckenradwelle in dem Getriebeuntersetzungsmechanismus implementiert sein kann. Ein Fahrerritzeldrehmomentsensor sowie verschiedene weitere Sensoren können vorgesehen sein. Das Fahrerritzel und die Sensoren sind jedoch zur Vereinfachung der Darstellung der vorliegenden Erläuterung nicht gezeigt. Das am Fahrerritzel gemessene Drehmoment dient als Annäherung bzw. Approximation an das Eingangsdrehmoment, das an das Lenkrad durch den Fahrer angelegt wird, und es wird üblicherweise genutzt, um die Drehmomentservounterstützung zu ermitteln, die durch den Elektromotor für das Servoritzel bereit gestellt wird. Weitere Information bezüglich elektrischer Servolenksysteme finden sich in verschiedenen Patenten und Literaturstellen, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, im US-Patent 5743352, erteilt auf Miller et al., und im US-Patent 6250419, erteilt auf Chabaan et al., wobei auf beide dieser Patente in vollem Umfang Bezug genommen wird.

Bedenken bezüglich der Kraftstoffeffizienz haben zur Herstellung kleinerer Fahrzeuge und/oder von Fahrzeugen mit ausgeprägten aerodynamischen Formen geführt, um den Windwiderstand bzw. Strömungswiderstand zu verringern. Auf Grund von Beschränkungen beim Verringern der Größe der Fahrgastzelle und wegen Bedenken bezüglich des Komforts von Fahrgästen in der Fahrgastzelle ist die Größe des Motorraums verringert worden, und seine Form ist variiert worden, um kleinere Fahrzeuggrößen und/oder neue Fahrzeugkarosseriekonstruktionen zu ermöglichen. Der Bedarf an mehr Merkmalen unter Beibehaltung oder Erhöhung des Fahrzeugleistungsvermögens hat zu einer erhöhten Anzahl an Bauteilen in immer kleineren Motorräumen mit unterschiedlichen Formen geführt.

Ein elektrisches Servolenksystem bietet variable Servofähigkeiten, einen effizienteren Energieverbrauch, eine verringerte Mechanismuskomplexität, erhöhte Zuverlässigkeit und eine verbesserte, bedarfsweise Servoreaktion sowie weitere Vorteile. Herkömmliche Lenksysteme und Bauteile sind verfügbar von TRW mit Fertigungsstätten in Livonia, Michigan, USA, von Delphi Automotive Systems mit Fertigungsstätten in Siginaw, Michigan, USA, und von NSK Ltd. mit Fertigungsstätten bzw. Büros in Tokyo, Japan. Der Elektromotor führt jedoch zu einer Vergrößerung des Systems, und die übliche, starre Anbindung des Elektromotors an den Zahnstangen-/Ritzelaufbau lässt wenig Flexibilität für eine effizientere Motorraumkonstruktion und für eine effizientere Komponentenplatzierung zu. Beispielsweise besitzt das typische Lenkgetriebe eine Länge von etwa 1520 mm, einschließlich den Verbindungsstangen, während ein typischer Servolenkmotor eine Länge von zumindest etwa 150 mm und einen Durchmesser von zumindest etwa 100 mm aufweist. Ein herkömmliches Servolenksystem, das in dieser Weise erstellt ist, stellt eine schwer handhabbare Kombination dar. Der fest mit dem Aufbau verbundene Elektromotor führt außerdem zu einer platzaufwendigen, vorstehenden Anordnung, die schwer handhabbar und schwierig installierbar ist, gegebenenfalls unter Entfernung des Motors, des Lenksystems oder anderer Fahrzeugkomponenten im Motorraum.

Vorliegend bezieht sich der Begriff "Motorraum" auf denjenigen Fahrzeugteil, der den Verbrennungsmotor oder eine sonstige Antriebs- bzw. Kraftquelle aufnimmt, wie etwa einen internen Hybridverbrennungsmotor mit einem Elektromotor als zusätzliche Antriebsquelle oder andere Fahrzeugkraftquellen.

Es besteht deshalb ein Bedarf an einem elektrischen Servolenksystem, das weniger Platz im Motorraum einnimmt, problemlos installierbar und reparierbar ist.

Erreicht wird dieses Ziel durch die Merkmale des Anspruchs 1,, hinsichtlich eines elektrischen Servolenksystems und durch die Merkmale des Anspruchs 11 hinsichtlich eines Verfahrens zum Installieren eines derartigen Systems in einem Fahrzeug. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung demnach ein elektrisches Servolenksystem mit einem Elektromotor, der betriebsmäßig über eine flexible Kupplung mit dem Rest des Lenksystems zum Zuführen von Drehmomentunterstützung im Eingriff steht. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Elektromotor für Servolenksysteme mit einer Drehabtriebswelle und einer flexiblen Welle, die mit ihr verbunden ist, um Kraft zu übertragen. Ferner betrifft die Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Installieren eines Servolenksystems in einem Fahrzeug, wobei der Elektromotor unabhängig von den übrigen Lenksystemkomponenten installiert und daraufhin mit diesen flexibel verbunden wird. Die Elektromotorabtriebswelle kommt an einer Stelle entfernt von der Ritzelwelle bzw. der Eingangswelle des Ritzeluntersetzungsmechanismus zu liegen. Das Lenksystem, der Elektromotor und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erbringen eine größere Flexibilität bei der Konstruktion des Motorraums und sie nehmen weniger Platz ein, erleichtern die Reparatur und die Installation sowie die Entfernung des (Verbrennungs)motors und von Lenksystemkomponenten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:
Fig. 1 ein typisches Fahrzeuglenksystem,
Fig. 2 einen Zahnstangen-/Ritzellenkmechanismus eines elektrischen Servolenksystems, wobei der Elektromotor mit dem Servoritzeluntersetzungsmechanismus fest bzw. starr verbunden ist,
Fig. 3 eine Ausführungsform eines Zahnstangen- /Ritzellenkmechanismus eines erfindungsgemäßen elektrischen Servolenksystems, wobei der Elektromotor mit dem Servoritzeluntersetzungsmechanismus flexibel verbunden ist,
Fig. 4 eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform eines Servoritzeluntersetzungsmechanismusgehäuses, wobei das Schneckenantriebszahnrad- bzw. -getriebe entfernt ist,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Servoritzeluntersetzungsmechanismusgehäuses, wobei das Schneckenantriebszahnrad- bzw. -getriebe installiert ist und ein vorstehendes Keilwellenende aufweist,
Fig. 6 eine Seitenaufrissansicht der Endteile einer beispielhaften Kupplung zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung, wobei ein Teil des Gehäuses weggeschnitten ist, um den Blick auf die flexible Welle freizugeben,
Fig. 7 eine Querschnittsendansicht des Anschlussendes bzw. Passendes der Kupplung von Fig. 7 in Explosionsbeziehung zu einer Stellschraube, und
Fig. 8 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Installieren eines elektrischen Servolenksystems in einem Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 3 erläutert. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfasst ein Zahnstangen-/Ritzelmechanismus 20 ein Servoritzeluntersetzungsgehäuses 22, das für eine Kupplung 26 einen Kupplungsanschluss 24 enthält. Die Kupplung 26 verbindet den Elektromotor 28 mit dem Servoritzeluntersetzungsmechanismus. In dieser Ausführungsform kommen ein herkömmlicher Elektromotor, der üblicherweise in elektrischen Servolenkmechanismen verwendet wird, und ein herkömmlicher Servoritzeluntersetzungsmechanismus sowie hierfür geeignete Gehäuse zum Einsatz. Aus diesem Grund entsprechen Schraubenlöcher auf einer und Abmessungen einer Flanschplatte 30 des Motorgehäuses denjenigen einer Flanschplatte 32 auf dem Ritzel(getriebe)untersetzungsgehäuse 22.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass der Servomotor durch eine flexible Kupplung entfernt liegend an dem Servoritzel angebracht werden kann ohne eine deutliche Verringerung des Leistungsvermögens des Lenksystems in Kauf nehmen zu müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kupplung 26 eine äußere flexible Buchse oder eine Leitung, die eine flexible Welle enthält. Die flexible Welle ist mit der Elektromotorabtriebswelle an einem Ende und mit der Getriebeuntersetzungsmechanismuseingangswelle am gegenüberliegenden Ende verbunden. Die flexible Welle kann aus Stahl oder Kunststofffasern gebildet sein, wodurch der Drehmomentverlust zwischen dem Elektromotor und dem Ritzeluntersetzungsmechanismus minimiert wird, während die Welle flexibel bleibt. Nicht beschränkende Beispiele flexibler Kupplungen zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung finden sich bei Motion Industries of Wichita Falls, TX, und Dearborn, MI, USA, sowie Stock Drive Products/Sterling Instrument of New Hyde Park, NY, USA. Zusätzlich zu flexiblen Wellen kann der Elektromotor mit dem Lenksystem über eine einzige oder eine doppelte Universalgelenkwelle verbunden sein, welche Welle zumindest zwei starre lineare Stahlsegmente aufweist, die über zumindest ein Universalgelenk verbunden sind. Ein nicht beschränkendes Beispiel einer Quelle für einen geeigneten Servomotor ist Visteon Global Technologies Inc., Dearborn, Michigan, USA, sowie Tochterfirmen hiervon, und ein nicht beschränkendes Beispiel einer Quelle für einen Servoritzeluntersetzungsmechanismus ist Nissei Corporation, Japan.
In Fig. 4 ist ein Beispiel eines zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeigneten Servoritzeluntersetzungsmechanismus gezeigt. Ein Untersetzungsgetriebegehäuse 40 erlaubt das Einführen einer Schneckenantriebswelle 42. Die Schneckenantriebswelle 42 umfasst Schneckengewinde 44, die im Eingriff stehen mit Zahnrädern im Gehäuse 40. Die Drehung der Schneckenantriebswelle 42 führt zu einer Drehung der Servoritzelwelle 46.
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist eine Schneckenantriebswelle 42 drehbar durch eine Schraube bzw. einen Bolzen 48 in dem Gehäuse 40 angebracht. Die Welle 42 kann Gewinde auf ihrem Außenumfang bzw. -perimeter aufweisen oder eine andere Art eines Befestigungsmechanismus zur Verbindung mit einer Buchse oder einer äußeren Leitung der flexiblen Kupplung 26. Die Schneckenantriebswelle 42 umfasst bevorzugt eine Keilnabe 50 zur Verbindung mit einem entsprechenden Anschluss am Ende der flexiblen Kupplungswelle. Eine ähnliche Keilnabe auf der Elektromotorabtriebswelle steht in Verbindung mit einem entsprechenden Anschluss am Elektromotorende der flexiblen Kupplungswelle.
Unter Bezug auf Fig. 6 wird nunmehr eine beispielhafte Ausführungsform einer flexiblen Kupplung zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung erläutert. Eine flexible Welle 62 ist in einer flexiblen Buchse 64 enthalten, die teilweise aufgeschnitten dargestellt ist, um die darin enthaltene Welle 62 zu zeigen. Die Welle 62 verläuft durchgehend bzw. kontinuierlich, ist jedoch durchgeschnitten und verkürzt gezeigt, um die Darstellung zu erleichtern. Die Welle 62 kann eine Länge im Bereich von etwa 1 Inch bis etwa 48 Inch aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge der Welle 62 jedoch etwa 24 Inch oder sie ist kürzer. Geeignete flexible Wellen sind aus Stahl hergestellt und weisen Durchmesser im Bereich von etwa 0,1 Inch bis etwa 0,75 Inch auf, abhängig von den betriebsmäßigen Anforderungen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Welle einen Durchmesser von etwa 0,25 Inch zur Verwendung in kleinen oder mittelgroßen Kraftfahrzeugen auf. Wellen mit größerem Durchmesser können für größere Fahrzeuge erforderlich sein.
Die flexible Buchse 64 kann aus mit Vinyl beschichtetem Stahl gebildet sein, und ihr Durchmesser hängt teilweise vom Durchmesser der Welle 42 ab. Beispielsweise kann der Durchmesser der Welle 62 1/2 Inch betragen, wenn die Welle einen Durchmesser von 1/4 Inch oder einen kleineren Durchmesser aufweist. Die Buchse 64 kann Lager enthalten, um einen Verschleiß bei Kontakt mit der Welle 62 während des Drehbetriebs zu verhindern.
Endanschlüsse 66 und 68 befinden sich in Verbindung mit den Enden der Welle 62. In Fig. 7 ist eine Querschnittsendansicht eines Endanschlusses 66 gezeigt. Der Anschluss 66 umfasst eine allgemein zylindrische Öffnung 70, die über der Eingangsnabe des Servogetriebeuntersetzungsmechanismus zu liegen kommen kann, wie etwa der Nabe 50 in Fig. 5. Der Anschluss 66 umfasst Keile 72 auf seiner Innenwandung, die dazu ausgelegt sind, in Eingriff mit entsprechenden Keilen auf einer Eingangsnabe zu gelangen. Weitere Eingriffsmechanismen können verwendet werden, oder die Innenwand des Anschlusses 66 kann auch glatt gebildet sein.
Eine Bohrung 74 ist im Anschluss 66 vorgesehen, um eine Stellschraube aufzunehmen, wie etwa die Schraube 76. Die Verwendung einer Stellschraube kann es erforderlich machen, dass die Eingangsnabe auf bzw. an dem Servolenkgetriebemechanismus ausreichend lang ist, um ein Festdrehen bzw. Festsetzen der Stellschraube 76 an der Nabe zu ermöglichen. Mehr als eine Bohrung kann für mehrere Stellschrauben vorgesehen sein, insbesondere für durchmessergrößere Wellen, die zur Aufnahme eines höheren Drehmoments bestimmt sind. Die Anschlüsse 66 und 68 können aus galvanisiertem Stahl oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Die Hülle für die flexible Kupplung kann eine Schutzverlängerungskappe aufweisen, und zwar an jedem Ende zum Abdecken der Drehanschlüsse 66 und 68.
Ein minimaler Betätigungskrümmungsradius für die flexible Welle nimmt mit dem Wellendurchmesser zu. Wenn der Krümmungsradius größer wird, nimmt die dynamische Drehmomentkapazität der Welle zu. Es ist deshalb bevorzugt, dass die Elektromotorabtriebswelle mit der Eingangsnabe der Servolenkeingangswelle oder des Getriebes bzw. des Zahnrads fluchtet, um den Krümmungsradius bezüglich der Leistungsanforderungen zu optimieren. Leistungsdaten für beispielhafte, flexible Wellen sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt.
Eine bevorzugte Quelle für flexible Wellen ist Stock Drive Products/Sterling Instrument of New Hyde Park, NY, USA. Nicht beschränkende Beispiele umfassen die Katalognummern A 7Z10-N24433, A 7Z10-N24533, A 7Z10-N36533, A 7Z10-N30633, A 7Z10-N36633, A 7Z10-N24833, A 7Z10-N36833. Wie vorstehend angeführt, kann eine einzelne oder eine doppelte Universalgelenkwelle anstelle der flexiblen Welle verwendet werden, bevorzugt aufweisend eine flexible Gummibuchse über den Gelenken. Eine bevorzugte Doppeluniversalgelenkwelle kann einen maximalen Arbeitswinkel von ungefähr 70 Grad aufweisen und sie ist erhältlich von Belden Incorporated, Broadview, Illinois, USA. Nicht beschränkende Beispiele geeigneter Doppeluniversalwellen zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung umfassen die Teilenummern DUJ375, DUJ500, DUJ626, DUJ750, UJ-DD375, UJ-DD500, UJ-DD625 und UJ-DD750 von Belden Incorporated. TABELLE 1 LEISTUNGSDATEN FÜR BEISPIELHAFTE FLEXIBLE WELLEN
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor flexibel mit einem herkömmlichen Zahnstangen- /Ritzellenkmechanismus verbunden, der in ein herkömmliches Lenksystem eingebaut ist. Es ist jedoch angestrebt, dass die vorliegende Erfindung sowohl auf Säulensysteme, wie Doppelritzellenksysteme, angewendet werden kann sowie auf zahlreiche unterschiedliche Fahrzeuge, wie etwa beispielsweise, ohne hierauf beschränkt zu sein, auf das Fahrzeug Ford Focus, das Fahrzeug Saturn SUV und das Fahrzeug Honda S2000.
Nunmehr werden beispielhafte Verfahren zum Installieren eines elektrischen Servolenksystems erläutert.
In einer Ausführungsform wird das Servolenksystem in beispielhafter Weise in einem Fahrzeug installiert durch Installieren des Elektromotors unabhängig von dem Zahnstangen- /Ritzelmechanismus und/oder dem Getriebeuntersetzungsmechanismus. Beispielsweise unter Bezug auf Fig. 8 besteht ein erster Schritt 100 des beispielhaften Verfahrens darin, den Zahnstangen-/Ritzelmechanismus zu installieren. In einem zweiten Schritt 110 wird der zum Bereitstellen von Servounterstützung für den Zahnstangen-/Ritzelmechanismus geeignete Elektromotor installiert. In einem dritten Schritt 120 wird die Elektromotorabtriebswelle mit dem Eingang bzw. der Eingangswelle des Zahnstangen-/Ritzelmechanismus verbunden durch Verbinden der flexiblen Kupplung mit der Elektromotorabtriebswelle und der Eingangswelle des Zahnstangen- /Ritzelmechanismus.
Bevorzugt wird der Elektromotor fern von Wärmequellen und Straßensplitt angebrach, und die Elektromotorabtriebswelle wird so gut wie möglich "in-line" mit der Servounterstützungsritzeleingangswelle ausgerichtet. Je höher die Drehmomentanforderungen sind, desto stärker sollte sich die Elektromotorabtriebswelle in linearer Ausrichtung mit der Servolenkeingangswellennabe befinden. Durch Platzieren des Motors näher an der elektrischen Stromquelle können zusätzliche Vorteile erzielt werden. Die flexible Kupplung erlaubt zahlreiche Varianten des Installationsverfahrens, das abhängig vom Fahrzeug, dem Antriebsmotor und anderen Belangen optimiert werden kann. In der nachfolgenden Tabelle 2 sind einige beispielhafte Verfahren aufgeführt. TABELLE 2 BEISPIELHAFTE VERFAHREN ZUM INSTALLIEREN EINES ELEKTRISCHEN SERVOLENKSYSTEMS GEMÄSS DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG IN EINEM FAHRZEUG
Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass, je länger die flexible Kupplung zwischen dem Motorausgang und dem Lenkgetriebeeingang ist, je größer ist der potentielle Drehmomentverlust zwischen dem Elektromotor und dem Eingangszahnrad. Die dynamische Drehmomentkapazität ist außerdem bei kleinerem Krümmungsradius kleiner, so dass der Winkel und die Distanz zwischen dem Elektromotorausgang und dem Lenkgetriebeeingang für bestimmte Anwendungen optimiert werden sollte. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Distanz zwischen dem Elektromotorausgang und dem Getriebeeingang bzw. dem Eingangsgetriebe kleiner als etwa 36 Inch und bevorzugt gleich oder kleiner als etwa 24 Inc, und der Winkel zwischen dem Elektromotorausgang und dem Eingangsgetriebe ist kleiner als etwa 90° und bevorzugt kleiner als etwa 45°. In einer Ausführungsform besitzt die flexible Welle eine Länge zwischen etwa 1 Inch und 24 Inch, und der Winkel zwischen der Elektromotorabtriebswelle und dem Getriebeeingang beträgt zwischen etwa 0° und etwa 30°. In einer anderen Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen der Elektromotorabtriebswelle und dem Getriebeeingang zwischen etwa 0 Grad und etwa 15 Grad. Es sind auch Ausführungsformen möglich mit Wellen einer Länge von 6 Inch und 12 Inch.
Während Ausführungsformen eines neuartigen elektrischen Servolenksystems sowie Verfahren zum Installieren dieses Systems vorstehend beispielhaft erläutert worden sind, können an den dargestellten Ausführungsformen zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen vorgenommen werden. Beispielsweise kann der Untersetzungsgetriebemechanismus mit dem Elektromotor starr verbunden werden, und der Ausgang von dem Untersetzungsgetriebemechanismus kann flexibel mit einem Servoritzeleingang in derselben Weise verbunden werden, weil, wie vorstehend erläutert, der Elektromotor flexibel mit dem Servoritzeluntersetzungsmechanismus verbunden wird. Sämtliche möglichen Modifikationen fallen unter den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der in den nachliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Elektrisches Servolenksystem, aufweisend einen Motor (28) mit einer Abtriebswelle und einem Motorgehäuse und einem Lenkmechanismus (20), dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem eine flexible Welle (62) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, wobei die flexible Welle betriebsmäßig mit der Abtriebswelle an dem ersten Ende und mit dem Lenkmechanismus an dem zweiten Ende verbunden ist.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkmechanismus einen Zahnstangen-/Ritzelmechanismus umfasst.

3. Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkmechanismus einen Servoritzelmechanismus (16) umfasst, der eine Eingangswelle und ein Getriebegehäuse (22) aufweist, wobei das zweite Ende der flexiblen Welle betriebsmäßig mit der Eingangswelle verbunden ist.

4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Welle Stahl umfasst.

5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem eine flexible Buchse (64) mit einem Motorende und einem Lenkmechanismusende umfasst, eine erste Kupplung am ersten Ende der flexiblen Welle und eine zweite Kupplung am zweiten Ende der flexiblen Welle, wobei die flexible Buchse zumindest einen Teil der flexiblen Welle umschließt, wobei das Motorende der Buchse mit dem Motorgehäuse verbunden ist, wobei das Lenkmechanismusende der Buchse mit dem Getriebegehäuse verbunden ist, wobei die erste Kupplung die flexible Welle mit der Abtriebswelle des Elektromotors verbindet, und wobei die zweite Kupplung die flexible Welle mit der Eingangswelle des Getriebeuntersetzungsmechanismus verbindet.

6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Welle eine Länge zwischen etwa 1 Inch und etwa 36 Inch umfasst, und einen Durchmesser zwischen etwa 0,1 Inch und etwa 0,75 Inch aufweist.

7. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Welle zumindest zwei starre Stahlwellen umfasst, die durch zumindest ein Universalgelenk verbunden sind.

8. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle (Abtriebswelle) kleiner als etwa 90 Grad ist.

9. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle kleiner als etwa 15 Grad ist.

10. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Welle eine dynamische Drehmomentkapazität zwischen etwa 1,4 (amerikanischen) Pfund × Inch und etwa 25 Pfund × Inch aufweist.

11. Verfahren zum Installieren eines elektrischen Servolenksystems in einem Fahrzeug, gekennzeichnet durch die Schritte:
Installieren eines Elektromotors zum Bereitstellen von Kraft für einen Lenkmechanismus in einem Fahrzeug, wobei der Elektromotor eine Abtriebswelle aufweist, und
Installieren eines Lenkmechanismus in dem Fahrzeug, der betriebsmäßig mit dem Elektromotor verbindbar ist,
wobei der Lenkmechanismus eine Eingangswelle aufweist,
wobei der Elektromotor und der Lenkmechanismus unabhängig voneinander installiert werden, und
wobei der Elektromotor an einer Stelle installiert wird, an der die Ausgangswelle des Elektromotors sich entfernt von der Eingangswelle befindet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem den Schritt aufweist, die Elektromotorabtriebswelle mit der Lenkmechanismuseingangswelle über eine flexible Welle zu verbinden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Welle Stahl umfasst.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkmechanismus und der Elektromotor so installiert sind, dass der Winkel zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle kleiner als etwa 90 Grad ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkmechanismus und der Elektromotor so installiert sind, dass der Winkel zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle kleiner als etwa 15 Grad ist.