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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkvorrichtung,
welche geschaffen wurde, um eine Länge in einer Axialrichtung
zu verringern.
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Stand der
Technik
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Bei
einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, dargestellt
in 8, ist eine untere Säule 102 angebracht
in einem fahrzeugvorderseitigen Abschnitt einer oberen Säule 101 einer
Lenksäule,
und eine obere Welle 103 und eine untere Welle (Eingangswelle) 104 einer
Lenkwelle, welche miteinander keilverzahnt (bzw. „spline-fitted") sind, sind drehbar
gelagert in diesen Säulen 101 und 102.
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Eine
Ausgangswelle 105 ist verbunden über einen Anschlagabschnitt 106 mit
einem fahrzeugvorderseitigen Abschnitt der unteren Welle (Eingangswelle) 104.
Ein (nicht dargestelltes) Lenkgetriebe ist verbunden über ein
Universal- bzw. Kardangelenk (nicht dargestellt) etc. mit einem
fahrzeugvorderseitigen Abschnitt dieser Ausgangswelle 105.
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Die
Ausgangswelle 105 ist gelagert in einem Gehäuse 109 und
in einem Gehäuse 110 durch
ein Paar von Lagern 107, 108. Ein proximales Ende
eines Torsionsstabs 111 befindet sich in fester Presspassung
in einem fahrzeugvorderseitigen Abschnitt der unteren Welle (Eingangswelle) 104.
Dieser Torsionsstab 111 erstreckt sich durch einen Innenraum
einer hohlen Ausgangswelle 105, und sein vorderes Ende
ist angebracht an einem Endabschnitt der Ausgangswelle 105 durch
einen Befestigungsstift 112.
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Drehmomenterfassungsvertiefungen 113 sind
ausgebildet in dem fahrzeugrückseitigen
Abschnitt der Ausgangswelle 105. Eine Hülse 114 eines Drehmomentsensors
ist angeordnet außerhalb
bzw. auswärts
in einer Radialrichtung dieser Vertiefungen 113. Ein fahrzeugrückseitiger
Endabschnitt dieser Hülse 114 ist
angebracht an dem fahrzeugvorderseitigen Endabschnitt der unteren
Welle (Eingangswelle) 104 durch Verstemmung oder Ähnliches.
Spulen 115, eine Platte etc. sind vorgesehen außerhalb
bzw. auswärts
in einer Radialrichtung der Hülse 114.
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Die
Ausgangswelle 105 ist versehen mit einem Schneckenrad 118 in
Eingriff mit einer Schnecke 117, definiert als eine Antriebswelle
eines Elektromotors 116.
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Dementsprechend
wird eine Lenkkraft, welche erzeugt wird, wenn ein Fahrer das (nicht
dargestellte) Lenkrad betätigt, übertragen
auf nicht dargestellte gelenkte Laufräder über die Eingangswelle 104,
den Torsionsstab 111, die Ausgangswelle 105 und
eine Zahnstangen-Lenkgetriebevorrichtung. Ferner wird eine Drehkraft
des Elektromotors 116 übertragen
auf eine Ausgangswelle 105 über die Schnecke 117 und
das Schneckenrad 118. Ein angemessener Betrag eines Lenkhilfsdrehmoments
kann angewandt werden auf die Ausgangswelle 105 durch ein geeignetes
Steuern der Drehkraft und einer Drehrichtung des Elektromotors 116.
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Wie
oben beschrieben, nimmt bei der in 8 dargestellten
elektrischen Servolenkvorrichtung die Hülse 114 eine Struktur
an, bei welcher der fahrzeugrückseitige
Abschnitt der Hülse 114 angebracht
ist an dem fahrzeugvorderseitigen Endabschnitt der unteren Welle
(Eingangswelle) 104, so dass Axialrichtungslängen des
Gehäuses 109 und des
Gehäuses 110 für die elektrische
Servolenkung verhältnismäßig lang
sind.
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Folglich
bestimmen die Axialrichtungslängen des
Gehäuses 109 und
des Gehäuses 110 eine
Kollabier-/Hubgröße der oberen
Säule 101 bei
Auftreten einer Sekundärkollision
des Fahrzeugs. Daher kann die Kollabier-/Hubgröße nicht über die in 8 dargestellte
Hubgröße hinaus
vergrößert werden,
trotz einer Forderung nach einer Erhöhung dieser Hubgröße.
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Ferner
wird bei der elektrischen Servolenkvorrichtung das Lenkhilfsdrehmoment
des Elektromotors 116 angewandt auf die Ausgangswelle 105 über das
Schneckenrad 118, und folglich tritt ein größeres Torsionsdrehmoment
als an der Eingangswelle 104, angeordnet auf der Rückseite
des Fahrzeugs, an dieser Ausgangswelle 105 auf, wenn ein
stationärer
Zustand herrscht.
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Ferner
hat, wenn eine umgekehrte bzw. entgegengesetzte Eingangsgröße, beispielsweise
eine Stoßkraft,
welche erzeugt wird, wenn ein Reifen mit einer Bordkante kollidiert,
auf die Ausgangswelle 105 von der Lenkgetriebeseite wirkt,
das Schneckenrad 118 eine Motorträgheit, welche mit dem Quadrat
einer Übersetzungsverhältnisses
zunimmt, so dass das extrem große
Stoßtorsionsdrehmoment
an der Ausgangswelle 105 auftritt.
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Die
elektrische Servolenkvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, dargestellt
in 8, hat die hohle Struktur, bei welcher der Torsionsstab 111 sich innerhalb
der Ausgangswelle 105 hindurch erstreckt, und der Torsionsstab 111 befindet
sich in fester Presspassung in dem Endabschnitt der Ausgangswelle 105.
Daher wird, wenn ein Abschnitt 105a kleinen Durchmessers
der Ausgangswelle 105, verbunden mit einem Universal- bzw.
Kardan gelenk des Lenkgetriebes, verdreht wird durch das oben erwähnte Torsionsdrehmoment
in einem extrem kleinen Grad bzw. Ausmaß über eine Elastizitätsgrenze
hinaus, dessen Torsion (Drehung) erfasst durch einen Drehmomentsensor
und erscheint als eine Ausgangsabweichung des Drehmomentsensors,
wobei diese Ausgangsabweichung eine Selbstlenkung herbeiführen könnte. Es
ist daher erforderlich, dass eine Festigkeit des Abschnitts 105a kleinen
Durchmessers der Ausgangswelle 105 verbessert wird durch
ein Ausführen
einer Wärmebehandlung
an diesem Abschnitt 105a kleinen Durchmessers.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, welche vor dem oben
dargelegten Hintergrund gemacht wurde, eine elektrische Servolenkvorrichtung
zu schaffen, welche fähig
ist zum Erhöhen
einer Kollabier-/Hubgröße bei Auftreten
einer Sekundärkollision
eines Fahrzeugs durch Verringern einer Axialrichtungslänge.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
umfasst eine erfindungsgemäße elektrische
Servolenkvorrichtung eine Lenkwelle mit einer Eingangswelle, verbunden mit
einem Lenkrad, einer Ausgangswelle, verbunden mit einer Lenkgetriebevorrichtung,
einem Torsionsstab zum Übertragen
eines Drehmoments auf die Ausgangswelle von der Eingangswelle, wobei
die Lenkwelle drehbar gelagert ist in einer Lenksäule durch
Lager an einem fahrzeugrückseitigen
Abschnitt bzw. einem fahrzeugvorderseitigen Abschnitt, Drehmomenterfassungsspulen,
welche in Abstand außerhalb
bzw. auswärts
in einer Radialrichtung der Lenkwelle angeordnet sind, und ein Schneckenrad
in Eingriff mit einer Schnecke, in Drehrichtung angetrieben durch
einen Motor, angetrieben entsprechend einem Drehmoment und befestigt
an der Ausgangswelle in Form von bzw. im Sinne einer Drehung davon,
wobei das fahr zeugvorderseitige Lager aufgebaut ist aus einem ersten
Lager, vorgesehen zwischen einem säulenseitigen Element und einem
fahrzeugrückseitigen
Abschnitt des Schneckenrads, und einem zweiten Lager zum Tragen
der Lenkwelle auf einer weiter vorne liegenden Seite als das Schneckenrad.
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Bei
der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtung
ist bevorzugt, dass das Schneckenrad versehen ist mit einer Nabe
bzw. einem Vorsprung, welcher hin zur Rückseite des Fahrzeugs vorsteht,
das Lager getragen wird auf einem Außenumfang der Nabe bzw. des
Vorsprungs, ein fahrzeugvorderseitiger Endabschnitt der Hülse, welcher
sich in einer Axialrichtung erstreckt, um einen Außenumfang
der Lenkwelle nach innen in der Radialrichtung der Nabe bzw. des
Vorsprungs einzuschließen
bzw. zu umschließen,
befestigt ist an der Ausgangswelle und die Drehmomenterfassungsspulen
getragen werden auf der Hülse.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem derartigen Aufbau kann die Axialrichtungslänge des
Gehäuses
der elektrischen Servolenkvorrichtung verringert werden, wodurch
die Kollabier-/Hubgröße bei Auftreten
einer Sekundärkollision
des Fahrzeugs vergrößert werden
kann.
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Ferner
ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen
Servolenkvorrichtung vorzugsweise die Eingangswelle ausgebildet
mit einem Hohlabschnitt, welcher in der Vorderseite des Fahrzeugs
geöffnet ist,
wobei das Vorderseitenende davon nach innen bzw. einwärts in der
Radialrichtung der Nabe bzw. des Vorsprungs des Schneckenrads und
ein Verlauf in der Axialrichtung vorgesehen ist, und der Torsionsstab
verläuft
in der Axialrichtung innerhalb des Hohlabschnitts.
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Ferner
ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen
Servolenkvorrichtung vorzugsweise ein fahrzeugvorderseitiger Endabschnitt
des Torsionsstabs befestigt an einem fahrzeugrückseitigen Endabschnitt der
Ausgangswelle, und der fahrzeugrückseitige
Endabschnitt des Torsionsstabs ist befestigt an der Eingangswelle
durch Verwendung eines Stifts.
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Ferner
ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen
Servolenkvorrichtung vorzugsweise ein Außenumfang der Eingangswelle
ausgebildet mit Vertiefungen, welche den Drehmomenterfassungsspulen
zugewandt sind.
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Ferner
ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen
Servolenkvorrichtung vorzugsweise die Hülse ausgebildet mit Fenstern,
welche den Spulen zugewandt sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Vertikalschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Hauptabschnitts der elektrischen Servolenkvorrichtung, dargestellt
in 1;
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3 ist
eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Drehmomentsensors;
-
4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Drehmomentsensors;
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5A ist
eine Schnittansicht des Drehmomentsensors; 5B ist
eine Schnittansicht längs der
Linie b-b in 5A;
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6 ist
eine Vertikalschnittansicht der elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Hauptabschnitts der elektrischen Servolenkvorrichtung, dargestellt
in 6; und
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8 ist
eine Vertikalschnittansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß dem Stand der
Technik.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Eine
elektrische Servolenkvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 ist
eine Vertikalschnittansicht der elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Hauptabschnitts der elektrischen Servolenkvorrichtung, dargestellt
in 1;
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3 ist
eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Drehmomentsensors;
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4 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Drehmomentsensors;
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5A ist
eine Schnittansicht des Drehmomentsensors; 5B ist
eine Schnittansicht längs der
Linie b-b in 5A;
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Wie
dargestellt in 1, ist bei der elektrischen
Servolenkvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
eine untere Säule 2 angebracht
in einem Abschnitt auf der Vorderseite eines Fahrzeugs einer oberen
Säule 1 einer
Lenksäule,
und eine Lenkwelle ist durch ein Lager 100 auf der Rückseite
des Fahrzeugs drehbar gelagert über
Lager 7, 8 auf der Vorderseite des Fahrzeugs,
wie unten beschrieben. Die Lenkwelle ist aufgebaut aus einer oberen
Welle 3, einer unteren Welle 4 (Eingangswelle),
welche miteinander keilverzahnt (bzw. „spline-fitted") sind, einer Ausgangswelle 5,
welche unten beschrieben ist, einem Torsionsstab 11, verbunden
zwischen der unteren Welle 4 (Eingangswelle) und der Ausgangswelle 5,
etc.
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Ein
Abschnitt auf der Rückseite
des Fahrzeugs der Ausgangswelle 5 ist verbunden mit einem Abschnitt
auf der Vorderseite des Fahrzeugs der unteren Welle (Eingangswelle) 4 über einen
Anschlagabschnitt 6, wie unten beschrieben. Ein Lenkgetriebe (nicht
dargestellt) ist verbunden über
ein (nicht dargestelltes) Universal- bzw. Kardangelenk mit dem fahrzeugvorderseitigen
Abschnitt der Ausgangswelle 5. Es sei darauf hingewiesen,
dass die Eingangswelle 4 aus einem magnetischen Material,
wie etwa Eisen etc., besteht.
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Ein
Gehäuse
ist einstückig
mit den Säulen 1, 2 und
bildet ein säulenseitiges
Element. Ein Proximalseitenende des Torsions stabs 11 befindet
sich in fester Presspassung mit dem fahrzeugrückseitigen Abschnitt der Ausgangswelle 5.
Der Torsionsstab 11 verläuft durch einen Innenraum der
hohlen unteren Welle (Eingangswelle) 4, und ein Ende des
Torsionsstabs 11, welches ein fahrzeugrückseitiger Endabschnitt ist,
ist befestigt an einem Endabschnitt der unteren Welle (Eingangswelle) 4 durch
Verwenden eines Befestigungsstifts 12. Der Befestigungsstift 12 ist
angeordnet in der hohlen oberen Welle 3, und mit dieser
Vorrichtung kann dessen Entfernung verhindert werden. Es sei darauf
hingewiesen, dass der Torsionsstab 11 näher an der Rückseite
des Fahrzeugs als eine Position eines Schneckenrads 18 angeordnet
ist.
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Vertiefungen 13 zum
Erfassen eines Drehmoments sind ausgebildet in einem fahrzeugvorderseitigen
Abschnitt der unteren Welle (Eingangswelle) 4, und eine
Hülse 14 des
Drehmomentsensors ist nach außen
bzw. außerhalb
in Radialrichtungen dieser Vertiefungen 13 angeordnet.
In dieser Hülse 14 ist
ein fahrzeugvorderseitiger Endabschnitt 14a davon befestigt
an dem fahrzeugrückseitigen
Endabschnitt der Ausgangswelle 5 durch Verstemmen oder Ähnliches.
Eine Spule 15 zum Erfassen des Drehmoments und eine Platte
sind vorgesehen nach außen
bzw. auswärts
in der Radialrichtung der Hülse 14.
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Das
Schneckenrad 18 in Eingriff mit einer Schnecke 17,
definiert als eine Antriebswelle eines Elektromotors 16,
ist fest angebracht an der Ausgangswelle 5.
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Dementsprechend
wird eine Lenkkraft, welche erzeugt wird, wenn ein Fahrzeug das
(nicht dargestellte) Lenkrad betätigt,
welches an einem Rückseitenende
der oberen Welle 3 angebracht ist, übertragen auf nicht dargestellte
gelenkte Laufräder über die
Eingangswelle 4, den Torsionsstab 11, die Ausgangswelle 5 und
ein Zahnstangenlenkgetriebe. Ferner wird eine Drehkraft des Elektromotors 16 übertragen
auf die Ausgangswelle 5 über die Schnecke 17 und
das Schneckenrad 18 in Eingriff mit der Schnecke 17.
Ein angemessener Betrag eines Lenkhilfsdrehmoments kann angewandt
werden auf die Ausgangswelle 5 durch ein geeignetes Steuern
der Drehkraft des Elektromotors 16 und einer Drehrichtung
eines Eingriffs damit.
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Ferner
ist, wie dargestellt in 2, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
das Schneckenrad 18 einstückig ausgebildet mit einem
konzentrischen zylindrischen Naben- bzw. Vorsprungsabschnitt 18a, welcher
hin zur Rückseite
des Fahrzeugs vorsteht. Die Lager 7, 8 sind angeordnet
an den fahrzeugrückseitigen
und fahrzeugvorderseitigen Abschnitten des Schneckenrads 18.
Das Lager 7, vorgesehen an dem fahrzeugrückseitigen
Abschnitt, wird getragen auf einem Außenumfang des Naben- bzw. Vorsprungsabschnitts 18a des
Schneckenrads 18 und ist angeordnet zwischen dem Außenumfang
des Naben- bzw. des Vorsprungsabschnitts und einem Gehäuseelement 9.
Der fahrzeugvorderseitige Endabschnitt 14a der Hülse 14 ist
fest angebracht auf dem fahrzeugrückseitigen Endabschnitt der
Ausgangswelle 5 nach innen bzw. einwärts in der Radialrichtung des Naben-
bzw. Vorsprungsabschnitts 18a des Schneckenrads 18.
Es ist daher möglich,
eine Länge
des Gehäuses
in der Axialrichtung zu verringern, welches aus dem Gehäuseelement 9 und
einem Gehäuseelement 10 besteht.
Diese Längsverringerung
davon ermöglicht
eine Vergrößerung einer
Kollabier-/Hubgröße bei Auftreten
einer Sekundärkollision
des Fahrzeugs. Das fahrzeugvorderseitige Lager 8 des Schneckenrads 18 ist
angrenzend an das Schneckenrad 18 zwischen der Ausgangswelle 5 und
dem Gehäuseelement 10 vorgesehen.
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Der
Torsionsstab 11 ist angeordnet an dem fahrzeugrückseitigen
Abschnitt des Schneckenrads 18, wobei ein großes Torsionsdrehmoment
sowohl dann nicht auftritt, wenn ein stationärer Zustand herrscht, als auch
dann nicht auftritt, wenn eine umgekehrte bzw. entgegengesetzte
Eingangsgröße auftritt,
wodurch eine Verbesserung der Sicherheit ermöglicht wird, ohne die Möglichkeit
eines Bewirkens einer Abweichung im Ausgang des Drehmomentsensors,
und eine Verringerung der Kosten ermöglicht wird, indem eine Wärmebehandlung
nicht benötigt wird.
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Als
nächstes
ist, wie dargestellt in 4, ein Abschnitt 4A großen Durchmessers
koaxial mit der Eingangswelle 4 ausgebildet auf einer Außenumfangsfläche des
fahrzeugvorderseitigen Abschnitts der Eingangswelle 4,
und die oben erwähnte
dünne Hülse 14 ist
derart in dichter Nähe
zu der Außenumfangsfläche des
Abschnitts 4A großen
Durchmessers angeordnet, dass der Abschnitt 4A großen Durchmessers
umschlossen ist.
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Die
Hülse 14 besteht
aus einem gleitfähigen, jedoch
nicht magnetischen Material (beispielsweise Aluminium), und ein
fahrzeugvorderseitiger Endabschnitt der Hülse 14 ist befestigt
an dem fahrzeugrückseitigen
Endabschnitt der Ausgangswelle 5.
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Genauer
ist, wie dargestellt in 4, 5A und 5B,
ein Abschnitt 5A großen
Durchmessers ausgebildet auf dem fahrzeugrückseitigen Endabschnitt der
Ausgangswelle 5, und eine Außenumfangsfläche dieses
Abschnitts 5A großen
Durchmessers ist ausgebildet mit einer Vielzahl von Axialrichtungsvertiefungen 21 (vier
Linien von Vertiefungen sind bei diesem Beispiel vorgesehen), welche
in der Axialrichtung verlaufen, und mit einer Umfangsrichtungsvertiefung 22,
welche sich in einer Umfangsrichtung fortsetzt bzw. anschließt.
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Die
jeweiligen Axialrichtungsvertiefungen 21 sind derart ausgebildet,
dass sie sich über
die gesamte Länge
des Abschnitts 5A großen
Durchmessers erstrecken und in gleichen Abständen (90 Grad) in
der Umfangsrichtung voneinander in Abstand sind. Ferner ist die
Umfangsrichtungsvertiefung 22 ausgebildet in der Nähe einer
Position des Endabschnitts 14a der Hülse 14 bei einem Befestigen
der Hülse 14.
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Längs einer
Innenumfangsfläche
der Hülse 14 sind
eine Vielzahl von halbkugelförmigen
Vorsprüngen 23 ausgebildet
nach innen bzw. einwärts
in der Radialrichtung (vier Stücke
sind vorgesehen bei diesem Ausführungsbeispiel)
in Positionen, welche von einem Endabschnitt der Hülse 14 leicht
zurücktreten.
Die Anzahl und Ausbildungspositionen dieser Vorsprünge 23 entsprechen
den Axialrichtungsvertiefungen 21 der Ausgangswelle 5,
so dass die Vorsprünge 23 in
gleichen Abständen
(90 Grad) in der Umfangsrichtung voneinander in Abstand
angeordnet sind. Ferner ist eine Höhe des Vorsprungs 23 annähernd dieselbe
wie eine Tiefe der Axialrichtungsvertiefung 21.
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Bei
einem Befestigen der Hülse 14 an
dem Abschnitt 5A großen
Durchmessers der Ausgangswelle 5 werden die Vorsprünge 23 angebracht
in den Axialrichtungsvertiefungen 21, wodurch die Hülse 14 bezüglich der
Ausgangswelle in der Umfangsrichtung positioniert bzw. angeordnet
wird. Anschließend
erfolgt ein Einbringen der Hülse 14 in
der Axialrichtung, der Endabschnitt der Hülse 14 wird in dichte
Nähe zu der
Umfangsrichtungsvertiefung 22 gesetzt bzw. angeordnet.
In diesem Zustand wird der Endabschnitt der Hülse 14 nach innen
bzw. einwärts
verstemmt und verklemmt bzw. verbeißt sich in der Umfangsrichtungsvertiefung 22.
Das heißt,
die Umfangsrichtungsposition der Hülse 14 bezüglich der
Ausgangswelle 5 wird fixiert durch ein Anbringen bzw. Einsetzen
der Vorsprünge 23 in
die Axialrich tungsvertiefungen 21. Die Axialrichtungsposition
der Hülse 14 bezüglich der
Ausgangswelle 5 wird fixiert durch ein Verbeißen bzw.
Verklemmen des Endabschnitts 14a davon in der Umfangsrichtungsvertiefung 22.
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Auf
einer Innendurchmesserseite des Schneckenrads 18 ist ein
Keilnutloch 5B, wie dargestellt in 5A, koaxial
ausgebildet in dem fahrzeugrückseitigen
Endabschnitt der Ausgangswelle 5, wodurch der fahrzeugrückseitige
Endabschnitt des Torsionsstabs 11 fest gehalten wird durch
eine Keilnutverbindung. Ein weiblicher Anschlag 24 (ein
Anschlagabschnitt 6) ist ausgebildet in einer Innenumfangsfläche des
zylindrischen Abschnitts 5F. großen Durchmessers näher an der
Endfläche
als das Keilnutloch 5B. Der weibliche Anschlag 24 ist
ein Loch mit acht Stücken
von vertieften Abschnitten 24A, derart ausgebildet, dass
die Innenumfangsfläche
nach außen
bzw. auswärts
in der Radialrichtung vertieft (in acht Positionen) ist.
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Wie
in 4 dargestellt, ist ein männlicher Anschlag 25 (ein
Anschlagabschnitt 6) entsprechend dem weiblichen Anschlag 24 auf
einem Endabschnitt der Eingangswelle 4 ausgebildet. Der
männliche
Anschlag 25 ist eine Welle mit 8 Elementen vorstehender
Abschnitte 25A, derart ausgebildet, dass die Außenumfangsfläche nach
außen
bzw. auswärts
in der Radialrichtung vorsteht (in acht Positionen), wobei eine
Umfangsrichtungsbreite jedes vorstehenden Abschnitts 25A etwas
kleiner ist als eine Umfangsrichtungsbreite des Vertiefungsabschnitts 24A.
Mit dieser Einrichtung wird eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 4 und
der Ausgangswelle 5 innerhalb eines Bereichs eines vorbestimmten
Winkels (etwa +5 Grad) reguliert bzw. geregelt. Somit stößt, wenn
das zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 übertragene
Drehmoment einen vorbestimmten Wert überschreitet, der männliche
Anschlag 25 gegen den weib lichen Anschlag 24, wodurch
das Drehmoment direkt über
den Anschlagabschnitt 6 übertragen wird.
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Hingegen
ist ein Abschnitt der Hülse 14,
welcher den Abschnitt 4A großen Durchmessers der Eingangswelle 4 nach
Montage der Hülse 14 umschließt, ausgebildet
mit einer Vielzahl rechtwinkliger Fenster 30a, welche in
Abstand zueinander in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung
auf einer entfernten Seite bezüglich
der Vorsprünge 23 angeordnet
sind, sowie mit einer Vielzahl rechtwinkliger Fenster 30b,
welche in Abstand zueinander in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung
auf einer nahen Seite bezüglich
der Vorsprünge 23 angeordnet sind,
so dass eine Verschiebung in Phase bzw. Phasenverschiebung bei 180
Grad bezüglich
der Fenster 30a, ..., 30a erfolgt (um es bei einem
tatsächlichen bzw.
aktuellen Winkel zu beschreiben: die Fenster 30b werden
phasenverschoben bei (360/n × 1/2) Grad
bezüglich
n-Stücken
von Fenstern 30a).
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In
Verbindung damit weist der Abschnitt 4A großen Durchmessers
der Eingangswelle 4 eine Vielzahl von Vertiefungen 13 auf,
ausgebildet in gleichen Intervallen, in der Axialrichtung verlaufend.
Die Anzahl von Vertiefungen 13 ist jedoch die gleiche wie die
Anzahl der Fenster 30a und die Anzahl der Fenster 30b.
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Erfolgt
keine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 4 und der
Ausgangswelle 5 (wenn das Lenkdrehmoment Null ist), so
werden die Eingangswelle 4 und die Hülse 14 derart angeordnet,
dass eine Phase zwischen der Mitte jeder Vertiefung 13 in einer
Breitenrichtung und einer Mitte des Fensters 30a in der
Breitenrichtung 90 Grad beträgt, und derart, dass eine Phase
zwischen der Mitte jeder Vertiefung 13 in der Breitenrichtung
und einer Mitte des Fensters 30b in der Breitenrichtung 90 Grad
in der entgegengesetzten Richtung beträgt (um es bei ei nem tatsächlichen
bzw. aktuellen Winkel zu beschreiben: sie werden derart angeordnet,
dass ein Winkel von (360/n × 1/4)
Grad bezüglich
der Mitte jeder der n-Stücke
von Vertiefungen 13 in der Breitenrichtung entsteht).
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Genauer
ist es bei Montage der Eingangswelle 4, der Ausgangswelle 5,
des Torsionsstabs 11 und der Hülse 14 erforderlich,
dass die Phasen der Eingangswelle 4 und der Hülse 14 derart
abgeglichen bzw. eingestellt werden, dass überlappende Zustände zwischen
den Vertiefungen 13 und den Fenstern 30a und zwischen
den Vertiefungen 13 und den Fenstern 30b sich
wie oben beschrieben ergeben. Jedoch ist die Hülse 14 an der Ausgangswelle 5 befestigt,
und die Eingangswelle 4 und die Ausgangswelle 5 sind
miteinander über
den Torsionsstab 11 verbunden. Eine Phasenbeziehung zwischen
den jeweiligen Abschnitten ist wie folgt bestimmt.
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Zuerst
werden, wenn das Lenkdrehmoment gleich Null ist, der männliche
Anschlag 25, ausgebildet auf der Eingangswelle 4,
und der weibliche Anschlag 24, ausgebildet in der Ausgangswelle 5,
in einer neutralen Position in Eingriff gebracht, das heißt, der
vorstehende Abschnitt 25A kann in einem Mittenabschnitt
des vertieften Abschnitts 24A angeordnet werden. Daher
wird eine Umfangsrichtungsposition jedes vorstehenden Abschnitts 25A des
männlichen Anschlags 25 als
Bezugsposition festgelegt bei Berücksichtigen der Phasen der
jeweiligen Abschnitte der Eingangswelle 4, und eine Umfangsrichtungsposition
jedes vertieften Abschnitts 24A des weiblichen Anschlags 24 wird
festgelegt als Bezugsposition bei Berücksichtigen der Phasen der
jeweiligen Abschnitte der Ausgangswelle 5, Was die Eingangswelle 4 anbelangt,
so werden die Umfangsrichtungspositionen der Vertiefungen 13,
..., 13, ausgebildet in dem Abschnitt 4A großen Durchmessers,
bestimmt basierend auf den vorstehenden Abschnitten 25A.
In dieser Verbindung werden, was die Ausgangswelle 5 anbelangt,
die Umfangsrichtungspositionen der Axialrichtungsvertiefungen 21,..., 21,
ausgebildet in der Außenumfangsfläche des
Abschnitts 5A großen Durchmessers,
bestimmt basierend auf den vertieften Abschnitten 24A.
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Ferner
werden, was die Hülse 14 anbelangt, die
Umfangsrichtungspositionen der jeweiligen Fenster 30a,
..., 30a und 30b, ..., 30b bestimmt basierend auf
den Vorsprüngen 23.
Werden die Umfangsrichtungspositionen der individuellen Abschnitte
derart bestimmt, so wird die Phasenbeziehung zwischen den Vertiefungen 13,
..., 13 und den Fenstern 30a, ..., 30 und 30b,
..., 30b, hergestellt wie oben beschrieben durch Ausführen der
Neutralausrichtung der Anschläge,
selbst wenn die Phaseneinstellung der Hülse 14 nicht speziell
bei der Montage ausgeführt
wird.
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Eine
Arbeitsgenauigkeit jedes Abschnitts ist äußerst wichtig, um die oben
angegebene Phasenbeziehung sicher zu erhalten. Deshalb sind gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
was die Eingangswelle 4 anbelangt, die Vertiefungen 13 und
der männliche
Anschlag 25 durch Kaltschmieden einstückig mit der Eingangswelle 4 ausgebildet,
und es sind, was die Ausgangswelle 5 anbelangt, die Vertiefungen 21 durch
Kaltschmieden einstückig
mit der Ausgangswelle 5 ausgebildet.
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Ferner
sind, wie in 3 dargestellt, Joche bzw. Gabeln 15C, 15D aus
magnetischem Material, welche auf der Innenumfangsseite davon einen
mit Spulen bzw. Wicklungen 15A, 15B umwickelten
Spulenkörper
tragen, basierend auf den gleichen Spezifikationen, so dass die
Hülse 14 umgeben
wird, nach innen bzw. einwärts
bezüglich
des Gehäuseelements 9 befestigt.
Die Spulen bzw. Wicklungen 15A, 15B sind jedoch
koaxial mit der Hülse 14,
wobei eine Spule bzw. Wicklung 15A den Abschnitt der Hülse 14, welcher
mit den Fenstern 30a, ..., 30a ausgebildet ist, umgibt,
und wobei die andere Spule bzw. Wicklung 15B den Abschnitt
der Hülse 14,
welcher mit den Fenstern 30b, ..., 30b ausgebildet
ist, umgibt.
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Endabschnitt
der jeweiligen Spulen bzw. Wicklungen 15A, 15B sind
mit der Platte verbunden, welche im Gehäuse untergebracht ist, und
eine nicht dargestellte Motorsteuerschaltung ist auf der Platte vorgesehen.
Ein spezifischer Aufbau der Motorsteuerschaltung ist nicht Hauptinhalt
der vorliegenden Erfindung, weshalb auf eine detaillierte Erläuterung
davon in der vorliegenden Beschreibung verzichtet wird. Die Motorsteuerschaltung
kann jedoch beispielsweise, wie in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
mit der Veröffentlichungsnummer
8-240491 offenbart, aufgebaut sein aus einer Schwingeinheit zum
Speisen der Spulen bzw. Wicklungen 15A, 15B mit
einem Wechselstrom vorbestimmter Frequenz, aus einer ersten Gleichrichtglättungsschaltung
zum Gleichrichten, Glätten
und somit Ausgeben einer selbst induzierten elektromotorischen Kraft
der Spule bzw. Wicklung 15A, aus einer zweiten Gleichrichtglättungsschaltung
zum Gleichrichten, Glätten
und somit Ausgeben einer selbst induzierten elektromotorischen Kraft
der Spule bzw. Wicklung 15B, aus einem Differenzverstärker zum Verstärken und
somit Ausgeben einer Differenz in dem Ausgang zwischen der ersten
und der zweiten Gleichrichtglättungsschaltung,
aus einem Rauschentfernungsfilter zum Entfernen eines hochfrequenten
Rauschens aus einem Ausgang des Differenzverstärkers, aus einer Drehmomentberechnungseinheit zum
Erhalten des Lenkdrehmoments, erzeugt im Lenksystem, durch Berechnen
einer Richtung und einer Größe einer
Relativdrehverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und
der Hülse 14 basierend
auf einem Ausgang des Rauschentfernungsschalters und Multiplizieren
dieses berechneten Ergebnisses mit beispielsweise einer vorbestimmten
Proportionalkonstante, und aus einer Motorantriebseinheit zum Versorgen
des elektrischen Motors 16 mit einem Antriebsstrom, wenn
erzeugt durch das Lenkhilfsdrehmoment, welches dazu beiträgt, das
Lenkdrehmoment basierend auf dem berechneten Ergebnis der Drehmomentberechnungseinheit
zu verringern.
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Es
folgt eine Beschreibung einer Wirkungsweise beim ersten Ausführungsbeispiel.
Unter der Annahme, dass sich das Lenksystem in einem Geradeauszustand
befindet und das Lenkdrehmoment demzufolge gleich Null ist, tritt
keine der Relativdrehungen zwischen der Eingangswelle 4 und
der Ausgangswelle 5 auf. Dementsprechend tritt auch keine Relativdrehung
zwischen der Eingangswelle 4 und der Hülse 14 auf.
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Wird
hingegen die Drehkraft auf die Eingangswelle 4 angewendet
durch Lenken des Lenkrads, so wird die Drehkraft davon übertragen
auf die Ausgangswelle 5 über den Torsionsstab 11.
Zu diesem Zeitpunkt treten eine Reibungskraft, erzeugt zwischen
den gelenkten Laufrädern
und einer Straßenoberfläche sowie
eine Reibungskraft entsprechend einer Reibungskraft, bewirkt durch
einen Getriebe- bzw. Zahnradeingriff etc. des Zahnstangenlenkgetriebes,
an der Ausgangswelle 5 auf. Somit erfolgt eine derartige
Relativdrehung, dass die Ausgangswelle 5 verzögert wird
infolge einer Verdrehung des Torsionsstabs 11 zwischen
der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5, und
es erfolgt ferner eine Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 4 und der
Hülse 14.
Anschließend
werden eine Richtung und eine Größe dieser
Relativdrehung bestimmt in Abhängigkeit
von der Lenkrichtung des Lenkrads und dem erzeugten Lenkdrehmoment.
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Erfolgt
die Relativdrehung zwischen der Eingangswelle 4 und der
Hülse 14,
so erfolgt eine Änderung
der überlappten
Zustände
zwischen den Vertiefungen 13 und den Fenstern 30a,
..., 30a und zwischen den Vertiefungen 13 und
den Fenstern 30b, ..., 30b bezüglich des Anfangszustands,
und die Phasenbeziehung zwischen den Fenstern 30a, ..., 30a und
den Fenstern 30b,..., 30b wird wie oben beschrieben
festgelegt. Daher erfolgt eine Änderung des überlappten
Zustands zwischen den Vertiefungen 13 und den Fenstern 30a,
..., 30a und des überlappten
Zustands zwischen den Vertiefungen 13 und den Fenstern 30b,..., 30b in
den Richtungen entgegengesetzt zueinander.
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Folglich
erfolgt eine Änderung
einer Selbstinduktivität
der Spule bzw. Wicklung 15A und einer Selbstinduktivität der Spule
bzw. Wicklung 15B in den Richtungen entgegengesetzt zueinander
gemäß der Relativdrehung
zwischen der Eingangswelle 4 und der Hülse 14, und somit
erfolgt eine Änderung der
selbst induzierten elektromotorischen Kräfte der Spulen bzw. Wicklungen 15A und 15B in
den Richtungen entgegengesetzt zueinander. Dementsprechend erfolgt
bei Erhalten einer Differenz zwischen den selbst induzierten elektromotorischen
Kräften der
Spulen bzw. Wicklungen 15A und 15B eine lineare Änderung
dieser Differenz in Abhängigkeit
von der Richtung und der Größe des Lenkdrehmoments. Hingegen
wird eine Änderung
der Selbstinduktivität, bewirkt
infolge einer Temperatur etc., im Differenzverstärker innerhalb der Motorsteuerschaltung
aufgehoben.
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Die
Drehmomentberechnungseinheit in der Motorsteuerschaltung erhält das Lenkdrehmoment basierend
auf einem Ausgang des Differenzverstärkers, und die Motorantriebseinheit
versorgt den Elektromotor 16 mit dem Antriebsstrom entsprechend
der Richtung und der Größe des Lenkdrehmoments.
Anschließend
wird eine Drehkraft entsprechend der Richtung und der Größe des Lenk drehmoments,
erzeugt im Lenksystem, im Elektromotor 16 erzeugt, und
auf die Ausgangswelle 5 über die Schnecke 18 und
das Schneckenrad 18 übertragen.
Daher wird in der Folge das Lenkhilfsdrehmoment auf die Ausgangswelle 5 angewendet,
um das Lenkdrehmoment zu verringern, und eine Last auf den Fahrer
wird abgebaut bzw. gelöst.
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Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist der Endabschnitt der Ausgangswelle 5 ausgebildet mit
der Vielzahl von Axialrichtungsvertiefungen 21 und mit
der Umfangsrichtungsvertiefung 22, die Vorsprünge 23 der
Hülse 14 sind
in die Axialrichtungsvertiefungen 21 eingepasst, und der
Endabschnitt der Hülse 14 ist
verstemmt und wird somit von der Umfangsrichtungsvertiefung 22 ergriffen.
Somit wird der Fall verhindert, dass sich eine Haltekraft verringert
infolge einer Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten
selbst zwischen den Elementen aus unterschiedlichen Materialien
als auch zwischen der Eisenausgangswelle 5 und der Aluminiumhülse 14.
Es ist daher möglich,
bis zu einem großen
Maß die
Möglichkeit
zu verringern, dass die relative Umfangsrichtungsposition und die
Achsenrichtungsposition der Hülse 14 bezüglich der
Ausgangswelle 5 von dem Anfangszustand abweichen, und diese
Abweichungen in einem Drehmoment-erfassten Wert erhalten sein könnten. Somit
ist der Drehmomentsensor äußerst geeignet
als Drehmomentsensor für
die elektrische Servolenkvorrichtung, bei welcher eine hohe Zuverlässigkeit
hinsichtlich der Sicherheit erforderlich ist.
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Ferner
sind gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
die Vertiefungen 13 und der männliche Anschlag 25 ausgebildet
durch Kaltschmieden einstückig
mit der Eingangswelle 4, und die Achsenrichtungsvertiefung 21 ist
ausgebildet durch Kaltschmieden einstückig mit der Ausgangswelle 5,
wodurch sich dahingehende Vorteile ergeben, dass die Phaseneinstellung
bei einer Montage vereinfacht wird, und die oben erwähnte Einrichtung
trägt dazu
bei, die Herstellungskosten zu verringern.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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6 ist
eine Vertikalschnittansicht der elektrischen Servolenkvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 7 ist eine
vergrößerte Schnittansicht
eines Hauptabschnitts der elektrischen Servolenkvorrichtung, dargestellt
in 6.
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Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
ist der fahrzeugvorderseitige Endabschnitt 14a der Hülse 14 in
einer Weise verstemmt, dass er in Presspassung ist mit dem Schneckenrad 18 durch
Verwenden einer sich verjüngenden
Fläche 18b,
vorgesehen längs
eines Innendurchmessers eines Naben- bzw. Vorsprungabschnitts 18a des
Schneckenrads 18, wodurch sowohl die Anzahl von Stufen
als auch die Kosten reduziert werden können. Andere Gestaltungen und
Abläufe
bzw. Vorgänge
sind dieselben wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist
auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
und in einer Vielzahl von Formen modifiziert werden kann.
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Wie
oben beschrieben, ermöglicht
die vorliegende Erfindung eine Verringerung der Axialrichtungslänge des
Gehäuses
der elektrischen Servolenkvorrichtung, wodurch eine Vergrößerung der
Kollabier-/Hubgröße bei Auftreten
der Sekundärkollision des
Fahrzeugs ermöglicht
wird.
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Zusammenfassung
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Eine
elektrische Servolenkvorrichtung umfasst eine Lenkwelle mit einer
Eingangswelle, verbunden mit einem Lenkrad, einer Ausgangswelle, verbunden
mit einer Lenkgetriebevorrichtung, einem Torsionsstab zum Übertragen
eines Drehmoments zu der Ausgangswelle ausgehend von der Eingangswelle,
wobei die Lenkwelle drehbar gelagert ist in einer Lenksäule, Drehmomenterfassungsspulen,
angeordnet nach außen
bzw. auswärts
längs eines
Außenumfangs
der Lenkwelle, und ein Schneckenrad in Eingriff mit einer Schnecke,
drehangetrieben durch einen Motor, angetrieben entsprechend einem
erfassten Drehmoment und befestigt an der Ausgangswelle in Form
von bzw. im Sinne einer Drehung davon, wobei die Lenkwelle drehbar
gelagert ist über ein
Lager, vorgesehen zwischen dem Schneckenrad und einem säulenseitigen
Element auf der Vorderseite des Fahrzeugs.