DE60100270T2

DE60100270T2 - Elektrische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE60100270T2
Application number: DE60100270T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Sakamoto; Shin Takehara
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: KR20020013439A; JP4524880B2; EP1180469B1; EP1180469A1; US20020020577A1; DE60100270D1; US6564898B2; JP2002053055A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, welche eine Lenkradkraft durch Einsatz des Antriebsdrehmoments eines Elektromotors unterstützt.
Als eine herkömmliche elektrische Servolenkung dieser Art ist eine Ausführung bekannt, die mit einem Kugel-Gewinde-Mechanismus ausgestattet ist, welcher das Antriebsdrehmoment des Elektromotors in die Schubkraft einer Zahnstangenwelle zum Eingreifen mit dem Ritzel einer Lenkwelle umwandelt (siehe z. B. US-A-5,687,811 In der herkömmlichen elektrischen Servolenkung ist der Zahnstangenabschnitt zum Kämmen mit dem Ritzel der Lenkwelle aufgebaut, um ein veränderliches Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, das sich in Abhängigkeit vom Verdrehungswinkel eines Lenkrads verändert. Insbesondere weist ein Zahnstangenabschnitt ein Übersetzungsverhältnis auf, so dass, wenn der Lenkradverdrehungswinkel klein ist, eine Veränderung in der Winkelreaktion des gelenkten Rads auf die Veränderung des Lenkradverdrehungswinkels klein ist und, wenn der Lenkradverdrehungswinkel groß ist, eine Veränderung in der Winkelreaktion des gelenkten Rads auf die Veränderung des Lenkradverdrehungswinkels groß ist. Solch ein Zahnstangenabschnitt, der ein veränderliches Übersetzungsverhältnis aufweist, besitzt den Vorteil der verbesserten Funktionalität sowohl in einem Bereich, wo ein Fahrzeug geradeaus fährt, als auch in einem Bereich, wo das Fahrzeug um die Kurve fährt, da die Reaktion des Fahrzeugs langsam im Geradeausfahrbereich mit kleinem Lenkradverdrehungswinkel ist, während sie schnell in einem Kurvenfahrbereich mit großem Lenkradverdrehungswinkel ist. Da der große Lenkradverdrehungswinkel das Übersetzungsverhältnis verringert, wird die Lenkkraft eines Lenkrads verringert. Dies bietet den Vorteil des Verringerns einer erforderlichen Hilfslenkkraft und des Bereitstellens eines verringerten Antriebsdrehmoments, das für die Erzeugung der Hilfsdrehkraft erforderlich ist, besonders wenn der Elektromotor klein ist.
Wenn jedoch der Zahnstangenabschnitt einer Lenkwelle ein veränderliches Übersetzungsverhältnis wie in der herkömmlichen elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug aufweist, verändert sich das Übersetzungsverhältnis, während der Fahrer das Lenkrad weiterdreht und eine Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, die auf eine Veränderung im Lenkradverdrehungswinkel reagiert, ändert sich dementsprechend, was ein ungewöhnliches Gefühl für den Fahrer bringt.
Wenn der Zahnstangenabschnitt der Lenkwelle ein veränderliches Übersetzungsverhältnis aufweist und der Lenkanschlag-zu-Anschlag-Weg des Lenkrads nicht erhöht wird, verglichen mit dem Fall, wo der Zahnstangenabschnitt ein konstantes Übersetzungsverhältnis aufweist, wird kein gewünschtes Gesamtlenkübersetzungsverhältnis erzielt.
Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die vorangehenden Umstände gemacht. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu verhindern, dass der Fahrer während einer Lenktätigkeit ein eigenartiges Gefühl verspürt, und den Lenkanschlag-zu-Anschlag-Weg eines Lenkrads in einer elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug zu verringern, die eine durchgeführte Lenkradbetätigung durch den Einsatz eines Elektromotors unterstützt.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Um diese Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Zahnstangenwelle mit ersten und zweiten Zahnstangenabschnitten bereit, von denen der erste Zahnstangenabschnitt zum Kämmen mit dem Ritzel einer Lenkwelle ein konstantes Übersetzungsverhältnis aufweist und der zweite Zahnstangenabschnitt zum Kämmen mit dem Ritzel eines Elektromotors ein veränderliches Übersetzungsverhältnis aufweist.
Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, welche eine Lenkradbetätigung durch Einsatz eines Elektromotors unterstützt, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Zahnstangenwelle; erste und zweite Zahnstangenabschnitte, die auf der Zahnstangenwelle bereitgestellt sind; ein Ritzel einer Lenkwelle zum Kämmen mit dem ersten Zahnstangenabschnitt; und ein Ritzel des Elektromotors zum Kämmen mit dem zweiten Zahnstangenabschnitt.
Die vorliegende Erfindung legt insbesondere dar, dass der erste Zahnstangenabschnitt so aufgebaut ist, um ein konstantes Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, und der zweite Zahnstangenabschnitt so aufgebaut ist, um ein variables Übersetzungsverhältnis aufzuweisen.
Da der erste Zahnstangenabschnitt zum Kämmen mit dem Ritzel der Lenkwelle so aufgebaut ist, um ein konstantes Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, ist ein gewünschtes Gesamtlenkübersetzungsverhältnis erzielbar, auch wenn Anschlag-zu-Anschlag-Weg eines Lenkrads im Vergleich zu dem Fall verringert wird, wo der erste Zahnstangenabschnitt so aufgebaut ist, um ein veränderliches Verhältnis aufzuweisen. Kurz gesagt, der Lenkanschlag-zu-Anschlag- Weg des Lenkrads kann auf einen kleinen Wert verringert werden. Auch wenn das Lenkrad bis zum Anschlag gedreht wird, ist eine Veränderung im Drehwinkel des gesteuerten Rads, der auf eine Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, konstant, da der erste Zahnstangenabschnitt ein konstantes Übersetzungsverhältnis aufweist. Dies vermittelt dem Fahrer beim Ausführen einer Lenktätigkeit ein stetes Gefühl auf der Lenkung und verhindert, dass der Fahrer das Verhalten der Lenkung als ungewöhnlich empfindet.
In der elektrischen Servolenkung ist der zweite Zahnstangenabschnitt vorzugsweise so aufgebaut, um ein Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, so dass ein Antriebsdrehmoment des Elektromotors unabhängig von einem Lenkraddrehungswinkel nahezu konstant ist.
Wenn der zweite Zahnstangenabschnitt so konstruiert ist, um ein derartiges Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, dass sich das Antriebsdrehmoment des Elektromotors als Reaktion auf den Lenkraddrehungswinkel ändert, dann ändert sich das Antriebsdrehmoment des Elektromotors, wenn der Fahrer das Lenkrad stark einschlägt. Da sich eine Lenkgegenkraft mit dem veränderten Antriebsdrehmoment des Elektromotors verändert, empfindet der Fahrer das Verhalten der Lenkung als ungewöhnlich. Wenn im Gegensatz dazu der zweite Zahnstangenabschnitt so aufgebaut ist, um ein Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, so dass das Antriebsdrehmoment des Elektromotors unabhängig vom Lenkraddrehungswinkel nahezu gleich bleibt, ändert sich die Lenkgegenkraft nicht, auch wenn das Lenkrad bis zum Anschlag gedreht wird. Dies verhindert, dass der Fahrer das Verhalten der Lenkung als ungewöhnlich empfindet.
Vorzugsweise ist der zweite Zahnstangenabschnitt so aufgebaut, dass die Veränderung im Winkel des gelenkten Rads als Reaktion zur Veränderung im Lenkraddrehungswinkel bei einem großen Lenkraddrehungswinkel kleiner ist als bei einem kleinen Lenkraddrehungswinkel.
Wenn der Lenkraddrehungswinkel groß ist, ist die Lenkkraft des Lenkrads groß. Dementsprechend sollte die Hilfslenkkraft, die durch den Elektromotor ausgeübt wird, auch erhöht werden. Wenn der zweite Zahnstangenabschnitt so aufgebaut ist, dass die Veränderung im Winkel des gelenkten Rads bei großem Lenkraddrehungswinkel als Reaktion auf die Veränderung im Lenkraddrehungswinkel kleiner ist als bei kleinem Lenkraddrehungswinkel, stellt das Ritzel des Elektromotors eine große Hilfslenkkraft bereit, auch wenn das Antriebsdrehmoment des Elektromotors klein ist. Dies erlaubt den Einsatz eines Elektromotors von kleiner Baugröße.
Wenn der zweite Zahnstangeabschnitt so aufgebaut ist, dass die Veränderung im Winkel des gelenkten Rads bei großem Lenkraddrehungswinkel als Reaktion auf die Veränderung im Lenkraddrehungswinkel kleiner ist, wird die Reaktion des Elektromotors langsamer. Jedoch ist der Lenkraddrehungswinkel groß, wenn das Fahrzeug mit einer geringen Geschwindigkeit gefahren wird, z. B. wenn das Fahrzeug eingeparkt wird. Daher verursacht die langsamere Reaktion des Elektromotors kein Problem. Im Falle von Gegenlenken ist der Lenkraddrehungswinkel groß, auch wenn das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt. Da jedoch ein Reifen während des Gegenlenkens rutscht, ist die Gegenkraft des Reifens äußerst gering. Dementsprechend ist die erforderliche Hilfslenkkraft klein und die langsame Reaktion des Elektromotors verursacht kein Problem.
Vorzugsweise ist der zweite Zahnstangenabschnitt so aufgebaut, dass die Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, das auf die Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, nahezu gleich bleibend ist, unabhängig vom Lenkraddrehungswinkel, wenn der Lenkraddrehungswinkel geringer ist als ein besonders festgelegter Winkel, und dass die Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, das auf die Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, mit einem Anstieg an Lenkraddrehungswinkel abnimmt, wenn der Lenkraddrehungswinkel gleich oder größer ist als der besonders festgelegte Winkel.
Im Geradelaufbereich, wo der Lenkraddrehungswinkel kleiner als der besonders festgelegte Winkel ist, ist der zweite Zahnstangenabschnitt so aufgebaut, um ein nahezu konstantes Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, so dass die Hilfslenkkraft, die auf eine Lenkradbetätigung reagiert, eine nahezu konstante Charakteristik aufweist. Als ein Ergebnis ergibt sich, dass die Lenkgegenkraft, die auf eine Lenkradbetätigung reagiert, nahezu konstant in dem Bereich ist, wo das Fahrzeug geradeaus fährt, was verhindert, dass der Fahrer das Verhalten der Lenkung als ungewöhnlich empfindet.
Zu diesem Zeitpunkt ist der zweite Zahnstangenabschnitt vorzugsweise so aufgebaut, um ein Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, so dass ein Antriebsdrehmoment des Elektromotors unabhängig vom Lenkraddrehungswinkel nahezu konstant ist. Die Anordnung verhindert, dass sich die Lenkgegenkraft ändert, auch wenn das Lenkrad stark verdreht wird, und verhindert dadurch, dass der Fahrer das Verhalten der Lenkung als ungewöhnlich empfindet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Getriebes einer elektrischen Servolenkung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen Aufbau des ersten und des zweiten Zahnstangenabschnitts einer Zahnstangenwelle;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A aus Fig. 1 aufgenommen wurde;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B aus Fig. 1 aufgenommen wurde; und
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau eines Reglers zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Nun mit Bezug auf die Zeichnungen wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Getriebe einer elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Zahnstangenwelle 1, die in einem Gehäuse 11 bereitgestellt ist, einen Steuerantrieb 2, der mit der Zahnstangenwelle 1 gekoppelt ist, und einen Elektromotor 3, der ebenfalls mit der Zahnstange 1 gekoppelt ist, umfasst.
Die Zahnstange 1 ist so angeordnet, um sich entlang der Breite des Fahrzeugs auszudehnen und hat beide Endabschnitte mit Zugstangen 12 über entsprechend angeordnete Kugelgelenkverbindungen 13 verbunden. Die Zugstangen 12 ragen zur Seite aus dem Gehäuse 11 in die Breitenabmessung des Fahrzeugs vor und weisen Spitzen auf, die mit den jeweiligen Rädern verbunden sind, die aber nicht gezeigt sind. Wie in Fig. 2 bis 4 gezeigt, ist die Zahnstange 1 mit einem ersten Zahnstangenabschnitt 14 zum Kämmen mit dem Lenkradzahngetriebe 2 und mit einem zweiten Zahnstangenabschnitt 15 zum Kämmen mit dem Elektromotorgetriebe 3 ausgestattet, die in Serie angeordnet sind.
Das Lenkradgetriebe 2 ist an einer Position angeordnet, die vom Mittelpunkt der Zahnstangenwelle 1 entlang der Breite des Fahrzeugs versetzt ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist das Lenkradgetriebe 2 ein Ritzel 21 zum Kämmen mit dem ersten Zahnstangenabschnitt 14 der Zahnstangenwelle 1 auf. Das Ritzel 21 ist an einem Gehäuse 23 mittels der Lager 22 angebracht. Die sich drehende Mittelwelle des Ritzels 21 (Ritzelwelle 21a) ist so angeordnet, um sich nach oben vom Gehäuse 23 auf solch eine Weise zu erstrecken, um daraus vorzuragen und mit dem unteren Ende einer Lenkwelle (nicht gezeigt) gekoppelt zu sein. In solch einer Anordnung wird das Lenkdrehmoment des Lenkrads (nicht gezeigt), das mit dem oberen Ende der Lenkwelle verbunden ist, in die Schubkraft der Zahnstangenwelle 1 durch die Lenkwelle, das Ritzel 21 und den ersten Zahnstangenabschnitt 14 umgewandelt.
Andererseits ist das Elektromotorgetriebe 3 an einer Position angeordnet, die relativ zum Mittelpunkt der Zahnstangenwelle 1 gegenüber dem Lenkgetriebe 2 liegt, wie in Fig. 1 gezeigt. Das Elektromotorgetriebe 3 weist ein Ritzel 31 zum Kämmen mit dem zweiten Zahnstangenabschnitt 15 der Zahnstangenwelle 1 auf, wie in Fig. 4 gezeigt. Das Ritzel 31 ist an einem Gehäuse 33 mittels der Lager 32 angebracht. Das Ritzel 31 ist mit einer Abtriebswelle 34a eines Elektromotors 34 über ein Untersetzungsgetriebe 35 verbunden. In solch einer Anordnung wird das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 34 in die Schubkraft der Zahnstangenwelle 1 durch das Untersetzungsgetriebe 35, das Ritzel 31 und den zweiten Zahnstangenabschnitt 15 umgewandelt.
Es muss beachtet werden, dass die Zahnstangenwelle 1 an den jeweiligen Positionen des Lenkgetriebes 2 und des Elektromotorgetriebes 3 in Richtung der Ritzel 21 und 31 durch die jeweiligen Anpresselemente 16 und 17 angepresst wird, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der erste Zahnstangenabschnitt 14 der Zahnstangenwelle 1 so gestaltet, um ein konstantes Übersetzungsverhältnis aufzuweisen. Das heißt, der erste Zahnstangenabschnitt 14 weist Zahnstangenzähne mit einer feststehenden Teilung auf, so dass eine Veränderung im ausgelenkten Radwinkel, die auf eine Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, konstant ist. Andererseits ist der zweite Zahnstangenabschnitt 15 so gestaltet, um ein veränderliches Übersetzungsverhältnis aufzuweisen. Das heißt, der zweite Zahnstangenabschnitt 15 weist Zahnstangenzähne mit unterschiedlichen Teilungen in der Mitte und an den beiden Endabschnitten derselben auf, so dass eine Veränderung im ausgelenkten Radwinkel, die auf eine Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, bei einem großen Lenkraddrehungswinkel kleiner ist als bei einem kleinen Lenkraddrehungswinkel. Mit anderen Worten, der zweite Zahnstangenabschnitt 15 ist so aufgebaut, um ein Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, das mit dem großen Lenkraddrehungswinkel größer wird. Der zweite Zahnstangenabschnitt 15 ist auch so aufgebaut, dass eine Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, das auf eine Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, nahezu gleich bleibend ist, unabhängig vom Lenkraddrehungswinkel, wenn der Lenkraddrehungswinkel geringer ist als ein besonders festgelegter Lenkraddrehungswinkel θ, und dass eine Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, das auf die Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, mit einem Anstieg an Lenkraddrehungswinkel abnimmt, wenn der Lenkraddrehungswinkel gleich oder größer ist als der besonders festgelegte Lenkraddrehungswinkel θ. Das Übersetzungsverhältnis des zweiten Zahnstangenabschnitts 15 wurde so bestimmt, dass das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 34 unabhängig vom Lenkraddrehungswinkel nahezu konstant ist.
Eine Beschreibung der Regelung der elektrischen Servolenkung wird hierin im Folgenden mit Bezug auf Fig. 5 gegeben.
Fig. 5 zeigt einen Aufbau eines Reglers 5 zum Regeln des Elektromotors 34. Der Regler 5 empfängt die jeweiligen Werte, die durch einen Drehmomentfühler 41 zum Erfassen des Lenkdrehmoments u des Lenkrads, einen Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 42 zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit V und einen Motordrehgeschwindigkeitsfühler 43 zum Erfassen der Motordrehgeschwindigkeit ω des Elektromotors 34 ermittelt werden. Der Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 42 kann z. B. ein Radgeschwindigkeitsfühler sein, der auf jedem der Räder sitzt. Der Motordrehgeschwindigkeitsfühler 43 kann ein Fühler sein, der direkt die Drehgeschwindigkeit ω des Elektromotors 34 erfasst, oder er kann ein Fühler sein, der die Drehgeschwindigkeit ω des Elektromotors 34 auf der Grundlage der Spannung, die am Elektromotor 34 anliegt, abschätzt.
Der Regler 5 umfasst eine Hilfsregeleinheit 51 zum Bestimmen der Größe an Regelung für den Elektromotor 34, so dass ein Nullwert durch den Drehmomentsfühler 41 erfasst werden kann, eine Dämpfungsregeleinheit 52 zum Bestimmen einer Größe an Abbremsung, die dem Elektromotor 34 erteilt werden soll, und eine Motorregeleinheit 53 zum Bestimmen der Größe an Regelung für den Elektromotor 34 durch Hinzufügen/Abziehen der jeweiligen Regelgrößen in der Hilfsregeleinheit 51 und in der Dämpfungsregeleinheit 52, um den Elektromotor 34 auf der Grundlage der Regelgrößen für den Elektromotor 34 zu regeln.
Die Hilfsregeleinheit 51 ist so aufgebaut, um die Menge an Regelung (Ka·u) durch Errechnen des Produkts aus dem Lenkraddrehmoment u, welches ein Wert ist, der durch den Drehmomentfühler 41 erfasst wird, und einem Hilfsstellfaktor Ka zu bestimmen. Der Hilfsstellfaktor Ka ist eine Variable, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V, das Lenkdrehmoment u und einem Differentialwert des Lenkdrehmoments u bestimmt wird, der nicht negativ (d. h. positiv oder null) und nicht ansteigend relativ zur Fahrzeuggeschwindigkeit V (d. h., der kleiner bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit (H) als bei einer geringen Fahrzeuggeschwindigkeit (L)) ist. Der Hilfsstellfaktor Ka wurde angepasst, um eine vorbestimmte Unterstützungscharakteristik bereitzustellen.
Die Dämpfungsregeleinheit 52 ist so aufgebaut, um die Größe der Regelung (Kd ·ω) durch Errechnen des Produkts aus der Motordrehgeschwindigkeit ω und einem Dämpfungsstellfaktor Kd zu bestimmen. Der Dämpfungsstellfaktor Kd ist eine nicht negative Variable, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeit V, das Lenkdrehmoment u und die Drehgeschwindigkeit des Motors bestimmt wird, der so angepasst wurde, um eine vorgeschriebene Dämpfungscharakteristik, d. h. eine vorgeschriebene Zusammenziehung, bereitzustellen.
Die Motorregeleinheit 53 bestimmt einen Wert (Ka·u - Kd·ω), der sich durch Abziehen der Größe der Regelung(Kd·ω) in der Dämpfungsregeleinheit 52 von der Größe der Regelung (Ka·u) in der Hilfsregeleinheit 51 ergibt, als die Größe der Regelung für den Elektromotor 34 und regelt den Elektromotor 34 auf der Grundlage der Regelgröße. Der Regler 5 des Elektromotors 34 ist nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt. Der Regler 5 kann auch einen anderen Aufbau aufweisen.
In der elektrischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug ist der erste Zahnstangenabschnitt 14 zum Kämmen mit dem Ritzel 21 der Lenkwelle so aufgebaut, um ein konstantes Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, so dass ein gewünschtes Gesamtlenkübersetzungsverhältnis erzielbar ist, auch wenn der Lenkanschlag-zu-Anschlag-Weg des Lenkrads im Vergleich zu dem Fall verringert ist, wo der erste Zahnstangenabschnitt 14 aufgebaut ist, um ein variables Übersetzungsverhältnis aufzuweisen. Dementsprechend ist der Lenkanschlag-zu-Anschlag-Weg des Lenkrads auf einen kleinen Wert verringert.
Da der erste Zahnstangenabschnitt 14 so aufgebaut ist, um ein konstantes Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, ist eine Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, der auf eine Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, konstant. Dies lässt den Fahrer das Lenkrad mit einem gleichmäßigen Lenkgefühl betätigen und verhindert, dass der Fahrer das Verhalten der Lenkung als ungewöhnlich empfindet.
Andererseits ist der zweite Zahnstangenabschnitt 15 so aufgebaut, dass eine Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, der auf eine Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, bei einem großen Lenkraddrehungswinkel kleiner ist als bei einem kleinen Lenkraddrehungswinkel. Als ein Ergebnis gilt, dass, auch wenn das Antriebsdrehmoment des elektromagnetischen Motors 34 klein ist, das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 31 des Elektromotors 34 und dem zweiten Zahnstangenabschnitt 15 eine große Hilfslenkkraft bereitstellt. Dies ermöglicht eine Verringerung in der Größe des Elektromotors 34.
Obwohl die Reaktion des Elektromotors 34 langsamer wird, wenn eine Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, der auf eine Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, verringert wird, verursacht die langsamere Reaktion des Elektromotors 34 kein Problem, da der Lenkraddrehungswinkel groß ist, wenn das Fahrzeug sich mit geringer Geschwindigkeit bewegt (d. h., wenn das Fahrzeug eingeparkt wird). Im Falle von Gegenlenken ist der Lenkraddrehungswinkel groß, auch wenn das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt. In diesem Fall jedoch ist die Gegenkraft des Reifens äußerst gering, da der Reifen rutscht. Dementsprechend wird die erforderliche Hilfslenkkraft kleiner, so dass die langsamere Reaktion des Elektromotors 34 kein Problem verursacht.
Im Geradeausfahrbereich, wo der Lenkraddrehungswinkel kleiner ist als der vorgeschriebene Lenkraddrehungswinkel θ, ist der zweite Zahnstangenabschnitt 15 ebenfalls so aufgebaut, dass die Größe der Drehung im gelenkten Rad als Reaktion auf den Lenkraddrehungswinkel nahezu konstant ist. Als eine Folge weist die Hilfslenkkraft, die auf die Betätigung des Lenkrads reagiert, eine nahezu konstante Charakteristik auf. Als eine Folge wird eine Lenkgegenkraft, die auf die Betätigung des Lenkrads reagiert, nahezu konstant und verhindert dadurch, dass der Fahrer das Verhalten der Lenkung als ungewöhnlich empfindet.
Zusätzlich ist der zweite Zahnstangenabschnitt 15 so aufgebaut, um ein Übersetzungsverhältnis aufzuweisen, so dass das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 34 unabhängig vom Lenkraddrehungswinkel nahezu konstant ist. In dieser Anordnung ändert sich das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 34 nicht, auch wenn das Lenkrad voll eingeschlagen wird. Dies stellt eine konstante Lenkgegenkraft bereit, die auf den Lenkraddrehungswinkel reagiert, und verhindert dadurch, dass der Fahrer das Verhalten der Lenkung als ungewöhnlich empfindet.

Claims

1. Elektrische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug, welches eine Lenkradbetätigung durch Einsatz eines elektrischen Motors unterstützt, wobei die Vorrichtung umfasst:

eine Zahnstangenwelle (1);

erste (14) und zweite (15) Zahnabschnitte, die auf der Zahnstangenwelle vorgesehen sind;

einen Zahntrieb (21) der Lenkwelle zum Kämmen mit dem ersten Zahnabschnitt (14); und

einen Zahntrieb (31) des Elektromotors (34) zum Kämmen mit dem zweiten Zahnabschnitt (15);

wobei der erste Zahnabschnitt (14) so aufgebaut ist, um eine gleich bleibende Übersetzungsstufung aufzuweisen, und

der zweite Zahnabschnitt (15) so aufgebaut ist, um eine veränderliche Übersetzungsstufung aufzuweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Zahnabschnitt (15) so aufgebaut ist, um eine derartige Übersetzungsstufung aufzuweisen, dass ein Antriebsmoment des Elektromotors (34) unabhängig von einem Lenkraddrehungswinkel nahezu gleich bleibend ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Zahnabschnitt (15) so aufgebaut ist, dass eine Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, das auf eine Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, mit einem großen Lenkraddrehungswinkel geringer ist als mit einem kleinen Lenkraddrehungswinkel.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Zahnabschnitt (15) so aufgebaut ist, dass die Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, das auf eine Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, nahezu gleich bleibend ist, unabhängig vom Lenkraddrehungswinkel, wenn der Lenkraddrehungswinkel geringer ist als ein besonders festgelegter Winkel, und dass die Veränderung im Winkel des gelenkten Rads, das auf die Veränderung im Lenkraddrehungswinkel reagiert, mit einem Anstieg an Lenkraddrehungswinkel abnimmt, wenn der Lenkraddrehungswinkel gleich oder größer ist als der besonders festgelegte Winkel.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der zweite Zahnabschnitt (15) so aufgebaut ist, um eine Übersetzungsabstufung aufzuweisen, so dass ein Antriebsdrehmoment des Elektromotors (34) nahezu gleich bleibend unabhängig vom Lenkraddrehungswinkel ist.