DE69701270T2

DE69701270T2 - Elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE69701270T2
Application number: DE69701270T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Shimizu; Katsuji Watanabe
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: EP0807765B1; DE69701270D1; KR970074471A; KR100458378B1; EP0807765A1; CA2205697A1; CA2205697C; US5899294A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei einer elektrischen Servolenkvorrichtung.
In den vergangenen Jahren wurden verbreitet elektrische Servolenkvorrichtungen eingesetzt, bei welchen zum Lenken oder zum Drehen der Lenkhandhabe der Muskel- oder Kraftaufwand reduziert werden kann und deshalb dem Fahrer ein komfortables Lenkgefühl vermittelt werden kann. Die elektrische Lenkvorrichtung des in Frage kommenden Typs ist derart aufgebaut, daß ein von einem Elektromotor erzeugtes Hilfsdrehmoment proportional zum Lenkdrehmoment über eine mechanische Kupplung zu dem Lenksystem übertragen wird. Ein Beispiel einer derartigen elektrischen Servolenkvorrichtung ist in der japanischen Patentoffenlegung Nr. Sho 64- 69829 mit dem Titel "Kupplungsvorrichtung" offenbart.
Die dort beschriebene elektrische Servolenkvorrichtung umfaßt ein mit einem Elektromotor verbundenes zylindrisches Außenelement, eine Welle, welche ein mit einem Lenkrad verbundenes polygonales Innenelement aufweist, und eine Kupplungsvorrichtung zum wahlweisen Verbinden des Innenelements mit dem Außenelement. Die Kupplungsvorrichtung ist von einer Mehrzahl von Reibungskupplungs-Mechanismen gebildet, welche auf demselben Kreis angeordnet sind. Die Kupplungsmechanismen umfassen jeweils ein Paar keilförmiger Zwischenräume (sich verengende Zwischenräume), welche zwischen der Innenfläche des zylindrischen Außenelements und der Außenfläche des polygonalen Innenelements definiert sind, jeweils ein Paar von in den sich verengenden Zwischenräumen angeordneten Rollen, eine zwischen den Rollen wirkende Feder und eine Aufnahme zum Positionieren der Rollen. In Antwort auf die Bewegung der Aufnahme in einer Umfangsrichtung greifen die Rollen wahlweise am Außenelement und am Innenelement an oder gelangen mit diesen außer Eingriff (um die Kupplungsvorrichtung in Eingriff oder außer Eingriff zu bringen).
Im allgemeinen wird in einer Anfangsphase der Lenkbewegung des Lenkrads (welche beispielsweise dann auftritt, wenn das Lenkrad von einer Richtung zur entgegengesetzten Richtung zurückgedreht wird) lediglich ein sehr kleines Lenkdrehmoment entwickelt und deshalb wird der Motor nicht eingeschaltet. Somit wird kein Hilfsdrehmoment zu der Kupplungsvorrichtung übertragen. Folglich muß zum Außer-Eingriff-Bringen der Kupplungsvorrichtung eine Kraft aufgebracht werden, welche größer als die zum Blockieren der Rollen erforderliche Reibungskraft ist. Diese kupplungsfreigebende Kraft sollte bevorzugt so klein wie möglich sein, so daß der Fahrer ein komfortables Lenkgefühl empfindet.
Andererseits muß dann, wenn es aufgrund bestimmter Gründe erforderlich ist, die Kupplungsvorrichtung sanft außer Eingriff bringbar sein, selbst wenn weiterhin eine Übertragung des Hilfsdrehmoments von dem Motor zum Lenksystem fortgesetzt wird. In diesem Fall erfordert die Kupplungsfreigabe eine größere Kupplungsfreigabekraft als gewöhnlich, was den Fahrer stärker belastet.
Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtung mit einer mechanischen Kupplung bereitzustellen, welche durch geringen manuellen Aufwand oder durch geringe Kraft sanft außer Eingriff gebracht werden kann.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine elektrische Servolenkvorrichtung vor, umfassend einen Elektromotor zum Erzeugen eines Hilfsdrehmoments nach Maßgabe des Lenkdrehmoments und eine Mehrzahl von Gruppen von Reibungskupplungs-Mechanismen zum Übertragen des Hilfsdrehmoments zu einem Lenksystem, umfassend eine mit einem Lenkrad verbundene Ausgangswelle. Die Reibungskupplungs- Mechanismen umfassen: ein mit dem Elektromotor verbundenes Eingangselement; ein konzentrisch zu dem Eingangselement angeordnetes Ausgangselement, wobei ein ringförmiger Zwischenraum zwischen diesen definiert ist und wobei das Ausgangselement mit der Ausgangswelle verbunden ist; eine Mehrzahl von sich verengenden Zwischenräumen, welche zwischen einer Innenfläche von einem von Eingangselement und Ausgangselement und einer Außenfläche von dem anderen von Eingangselement und Ausgangselement definiert ist; eine Mehrzahl von Schließelementen, welche jeweils bewegbar in den sich verengenden Zwischenräumen angeordnet sind, um wahlweise das Eingangselement und das Ausgangselement in Eingriff und außer Eingriff zu bringen; eine Mehrzahl von Druckelementen zum Drücken der Schließelemente in Verengungsrichtung der sich verengenden Zwischenräume; und eine Mehrzahl drehbarer Positionssteuerelemente, welche mit der Lenkhandhabe zur Positionierung der Schließelemente verbunden sind. In Antwort auf eine Drehung der Positionssteuerelemente bewegen sich die Schließelemente der Reibungskupplungs-Mechanismen in Verkeilungseingriff zwischen der Innenfläche und der Außenfläche hinein und aus dem Verkeilungseingriff hinaus, um wahlweise das Eingangselement und das Ausgangselement miteinander in Eingriff zu bringen oder außer Eingriff zu bringen, um dadurch das Hilfsdrehmoment von dem Elektromotor zur Ausgangswelle zu übertragen. Das Eingangselement und das Ausgangselement sind derart angebracht, daß diese in einer Radialrichtung relativ bewegbar sind. Wenn eine ausgewählte der Mehrzahl von Gruppen von Reibungskupplungs-Mechanismen in Antwort auf eine Drehung der Positionssteuerelemente außer Eingriff gebracht wird, werden das Eingangselement und das Ausgangselement relativ in der Radialrichtung durch eine Kraft zueinander verlagert, welche Kraft von den Schließelementen der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen ausgeübt wird. Mit dieser Relativbewegung wird eine Reibeingriffskraft reduziert, welche zwischen den Schließelementen der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen und der Innenfläche und der Außenfläche des Eingangs- und Ausgangselements wirkt.
Bei diesem Aufbau gelangen dann, wenn ein Teil der Schließelemente von dem Ausgangselement außer Eingriff gebracht wird, die Kräfte oder Drücke, welche von den einzelnen Schließelementen auf das Ausgangselement ausgeübt werden, aus dem Gleichgewicht. Die verbleibenden Schließelemente wirken dann derart auf das Ausgangselement, daß dieses in radialer Richtung relativ zum Eingangselement verlagert wird. Bei dieser Verlagerung des Ausgangselements wird eine Reibeingriffskraft, welche zwischen den verbleibenden Schließelementen und dem Ausgangselement wirkt, abgeschwächt oder reduziert. Dies macht es möglich, die verbleibenden Schließelemente mit einer geringen Kraft außer Eingriff zu bringen, welche Kraft gerade größer als die Kraft der Druckelemente ist. Folglich können die Reibungskupplungs-Mechanismen der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise außer Eingriff gebracht werden durch eine Kraft, welche wesentlich kleiner als die Kraft ist, welche zum gleichzeitigen Außer-Eingriff-Bringen aller Reibungskupplungs-Mechanismen zu einem Zeitpunkt erforderlich ist.
Bevorzugt sind das Ausgangselement und die Ausgangswelle aus zwei verschiedenen Bauteilen gebildet, welche strukturell voneinander unabhängig sind und das Ausgangselement ist an der Ausgangswelle derart angebracht, daß es relativ zur Ausgangswelle in deren radialer Richtung relativ verlagerbar ist. Um einen zuverlässigen Verkeilungseingriff zwischen den Schließelementen und den Eingangs- und Ausgangselementen sicherzustellen, weist das Ausgangselement im allgemeinen komplizierte Form und komplizierten Aufbau auf. Allerdings kann das Ausgangselement auf einfache Weise mit einer relativ hohen Produktionsrate hergestellt werden, da die Ausgangswelle und die Ausgangselemente der vorliegenden Erfindung strukturell voneinander unabhängig sind.
Es ist bevorzugt, daß die Positionssteuerelemente auf demselben Kreis angeordnet und in regelmäßigen Intervallen voneinander beabstandet sind und daß ein ausgewähltes der Positionssteuerelemente, welches zur Positionierung der ausgewählten Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen verwendet wird, eine Länge in Umfangsrichtung aufweist, die größer als die des verbleibenden Positionssteuerelements ist, so daß die ausgewählte Gruppe der Reibungskupplungs-Mechanismen vor der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen außer Eingriff gebracht werden kann. Aufgrund des Unterschieds der Länge in Umfangsrichtung zwischen den Positionssteuerelementen kann die ausgewählte Gruppe der Reibungskupplungs-Mechanismen vor dem Außer-Eingriff-Gelangen der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen einfach in den Außer-Eingriffs-Zustand gebracht werden. Wie vorstehend beschrieben, folgt unmittelbar auf das Außer-Eingriff-Gelangen der ausgewählten Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen das Außer-Eingriff-Gelangen der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen, was durch eine Kraft erreicht werden kann, die kleiner als die zum Außer-Eingriff-Bringen sämtlicher Kupplungsmechanismen zu einem Zeitpunkt erforderlich ist.
Das Ausgangselement weist bevorzugt ein Angriffsfläche auf, welche für einen Angriff mit den Schließelementen der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungselementen ausgelegt ist, wobei die Angriffsfläche in einer Richtung nach unten geneigt ist, welche entgegengesetzt zur Richtung der Verlagerung des Ausgangselements verläuft, um dadurch eine sanfte Verlagerung des Ausgangselements in radialer Richtung zu erleichtern, wenn die ausgewählte Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen außer Eingriff gebracht wird. Diese Anordnung ist dahingehend wirksam, daß die Zuverlässigkeit des Außer-Eingriff-Bringens der Kupplung verbessert wird.
Es ist auch bevorzugt, daß die elektrische Servolenkvorrichtung ferner ein federndes Element zum Drücken des Ausgangselements zur Ausgangswelle hin aufweist. Wenn die Kupplungsmechanismen vollständig außer Eingriff sind, kehrt das Ausgangselement automatisch von der radialen Verlagerungsposition zu der ursprünglichen Position durch die Federkraft des federnden Elements zurück. Mit dem somit vorgesehenen federnden Element ist das Ausgangselement dazu in der Lage, seine hin- und hergehende Bewegung mit hoher Betriebszuverlässigkeit zu wiederholen, um die Kupplungsmechanismen mit kleiner Kraft außer Eingriff zu bringen. Das federnde Element weist eine Federkraft auf, welche in einer Richtung parallel zur Verlagerungsrichtung des Ausgangselements wirkt. Mit der somit zu der Verlagerungsrichtung des Ausgangselements ausgerichteten Federkraft ist das Ausgangselement dazu in der Lage, sanft in seine ursprüngliche Position zurückzukehren, ohne unerwünschte Betriebsgeräusche zu erzeugen. Derartige Kupplungsmechanismen können deshalb insgesamt zuverlässig und leise arbeiten. Das Ausgangselement ist an der Ausgangswelle bevorzugt durch ein elastisches Element angebracht, welches aus einem Material hergestellt ist, das dämpfende oder stoßabsorbierende Eigenschaften aufweist, wie beispielsweise Gummi. Aufgrund des elastischen Elements können Hubgeräusche, welche in den Kupplungsmechanismen erzeugt werden, absorbiert oder zu einem großen Ausmaß geschwächt werden. Die Servolenkvorrichtung weist insgesamt eine verbesserte Schalldämpfungswirkung auf, was den Produktwert der Servolenkvorrichtung steigert.
Es ist bevorzugt, daß eine von Innenfläche und Außenfläche (Reibangriffsflächen) einen Verengungswinkel-Korrekturabschnitt aufweist, um zu ermöglichen, daß sich jedes der Schließelemente zwischen der Innen- und der Außenfläche verkeilt, während im wesentlichen derselbe Keilwinkel aufrechterhalten wird, selbst wenn die Position des Schließelements innerhalb des korrespondierenden sich verengenden Raums aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement verändert wird. Da der Keilwinkel konstant gehalten wird, wird auch die durch das Schließelement erhaltene Verkeilungswirkung konstant gehalten. Folglich können die Schließelemente von den Innen- und Außenflächen des sich verengenden Raums ohne das Erfordernis einer zusätzlichen Kraft zum Außer- Eingriff-Bringen der Kupplung außer Eingriff gebracht werden. Es kann aufgrund bestimmter Gründe vorkommen, daß das Ausgangselement zum Eingangselement exzentrisch wird und somit die Position des Schließelements innerhalb des sich verengenden Raums verändert. In diesem Fall wirkt allerdings der Verengungswinkel-Korrekturabschnitt derart, daß er die Position des Schließelements korrigiert, so daß wieder der im wesentlichen konstante Keilwinkel zwischen dem Schließelement und den Reibangriffsflächen erhalten wird. Der somit vorgesehene Verengungswinkel-Korrekturabschnitt beeinträchtigt nicht ein sanftes Außer-Eingriff-Gelangen der Kupplungsmechanismen, was mit einer kleinen Kraft zum Außer-Eingriff- Bringen der Kupplung erreichbar ist. Bevorzugt weist ein Teil der Zwischenräume einen vergrößerten Bereich zum Aufnehmen eines Teils des Schließelements darin auf, um zu ermöglichen, daß sich das Schließelement von den Innen- und Außenflächen löst, wenn das Schließelement außer Eingriff gelangt. Der vergrößerte Bereich stellt einen größeren Raum und ein größeres Spiel zwischen dem Schließelement und den Reibangriffsflächen bereit, wenn das Schließelement sich in seiner Außer-Eingriff-Position befindet. Diese Anordnung gewährleistet eine positive und zuverlässige Trennung zwischen dem Schließelement und den Reibangriffsflächen und kann deshalb die Größe der Relativbewegung zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement vergrößern. Somit können die Kupplungsmechanismen mit gesteigerter Zuverlässigkeit außer Eingriff gebracht werden.
Es ist ferner bevorzugt, daß wenigstens eine der Mehrzahl von Gruppen von Reibungskupplungs-Mechanismen dazu ausgelegt ist, vor der verbleibenden Reibungskupplungsgruppe außer Eingriff zu gelangen und die sich verengenden Zwischenräume der wenigstens einen Gruppe der Reibungskupplungs- Mechanismen weisen jeweils den voranstehend beschriebenen vergrößerten Bereich auf. Die früh außer Eingriff bringbaren Kupplungsmechanismen werden immer vor dem Außer-Eingriff-Bringen der verbleibenden Kupplungsmechanismen außer Eingriff gebracht. Das Schließelement von jedem der früh außer Eingriff bringbaren Kupplungsmechanismen ist in dem vergrößerten Abschnitt des sich verengenden Zwischenraums aufgenommen oder untergebracht, sobald dieses in einen Zustand gezwängt wird, um die Reibangriffsflächen außer Eingriff zu bringen. Das in dem vergrößerten Abschnitt des sich verengenden Zwischenraums aufgenommene Schließelement ist in deutlichem Abstand von den Reibangriffsflächen angeordnet, so daß die Mehrzahl von Gruppen von Kupplungsmechanismen sanfter und stabiler außer Eingriff gebracht werden können.
Die vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungsseiten besser ersichtlich, in welchen bevorzugte strukturelle Ausführungsbeispiele, welche die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen, lediglich beispielhaft gezeigt sind.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, welche den allgemeinen Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, welche einen wesentlichen Teil der elektrischen Servolenkvorrichtung in vergrößertem Maßstab zeigt;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Hauptabschnitts der elektrischen Servolenkvorrichtung;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang Linie 5-5 aus Fig. 2;
Fig. 6 bis 9 sind schematische Ansichten, welche den Betrieb einer mechanischen Kupplung der elektrischen Servolenkvorrichtung darstellen;
Fig. 10 ist eine Längsschnittansicht einer mechanischen Kupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie 11-11 von Fig. 10;
Fig. 12 bis 15 sind schematische Ansichten, welche den Betrieb der mechanischen Kupplung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellen;
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht einer mechanischen Kupplung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht einer mechanischen Kupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 ist eine detaillierte Ansicht eines in Fig. 17 gezeigten Bereichs A;
Fig. 19A bis 19C sind schematische Ansichten, welche den Betrieb eines Keilwinkelkorrekturbereichs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 20 bis 23 sind schematische Ansichten, welche den Betrieb der in Fig. 17 gezeigten mechanischen Kupplung zeigen;
Fig. 24 ist eine Querschnittsansicht, welche eine mechanische Kupplung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 25 ist eine detaillierte Ansicht eines in Fig. 24 gezeigten Abschnitts B; und
Fig. 26 bis 29 sind schematische Ansichten, welche den Betrieb der in Fig. 24 gezeigten mechanischen Kupplung zeigen.
Nun werden bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detaillierter mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile durch die einzelnen Ansichten bezeichnen.
Fig. 1 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 umfaßt ein Lenkdrehmomenterfassungsmittel oder einen Lenkdrehmomenterfassungsdetektor 3 zum Erfassen eines Lenkdrehmoments in einem Lenksystem, welches erzeugt wird, wenn ein Lenkrad 2 betätigt wird, eine Steuereinheit oder einen Regler 4 zum Erzeugen eines Steuersignals nach Maßgabe eines Erfassungssignals von dem Lenkdrehmomentdetektor 3, einen Elektromotor 5 zum Erzeugen eines Hilfsdrehmoments proportional zum Lenkdrehmoment auf Grundlage des Steuersignals vom Regler 4 und ein Drehmoment-Übertragungsmittel oder einen Drehmoment-Übertragungsmechanismus 6 und eine mechanische Kupplung 40, welche das Hilfsdrehmoment vom Elektromotor 4 zu einem Lenksystem überträgt. Die derart aufgebaute elektrische Servolenkvorrichtung 1 ist zur Lenkung eines Räderpaars (gelenkte Räder) 9, 9 über ein Ritzel 7 und eine Zahnstange 8a wirksam.
Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Querschnitt einen Hauptabschnitt der elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt das Lenksystem eine mit dem Lenkrad 2 (Fig. 1) verbundene rohrartige Welle 1, eine in die rohrartige Eingangswelle 11 eingesetzte und an ihrem oberen Abschnitt mit der Eingangswelle 11 mittels eines Stifts 12 verbundene Torsionsstange (federndes Element) 13 und eine Ausgangswelle 15, welche durch einen Stift 14 mit einem unteren Teil der Torsionsstange 13 verbunden ist und einen unteren Teil aufweist, an welchem das Ritzel 7 ausgebildet ist. Die Torsionsstange 13 ist ein Element, welches dazu ausgelegt ist, einen zum Lenkdrehmoment exakt proportionalen Verdrehwinkel zu erzeugen und welches ermöglicht, daß zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 15 eine relative Torsionsverdrehung auftritt. Die Zahnstange 8a ist mit ihren Zähnen an einer Zahnstangenwelle 8 ausgebildet, welche sich in einer Richtung orthogonal zur Zeichenebene aus Fig. 2 erstreckt, und wird in gegenseitigem Eingriff mit dem Ritzel 7 gehalten. Die Eingangswelle 11, die Torsionsstange 13 und die Ausgangswelle 15 sind zueinander konzentrisch.
Der Lenkdrehmomentdetektor 3 erfaßt ein Lenkdrehmoment im Lenksystem durch Erfassen eines relativen Verdrehwinkels zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 15. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Vorrichtung 3 ein Potentiometer. Das Potentiometer (Lenkdrehmomentdetektor) 3 umfaßt einen Detektorkörper 21 umfassend ein Widerstandselement (nicht gezeigt) und einen Gleitkontakt (nicht gezeigt), welcher entlang dem Widerstandselement gleiten kann, und ein hebelartiges Stellglied 22, welches schwenkbar bewegt werden kann, um den Gleitkontakt innerhalb des Detektorkörpers 21 zu bewegen oder verlagern.
Der Detektorkörper 21 ist durch Schrauben an einer Außenumfangsfläche eines unteren Teils der Eingangswelle 11 angebracht, wohingegen das hebelartige Stellglied 22 ein vorderes Ende aufweist, welches mit einer in einer Außenumfangsfläche des oberen Teils der Ausgangswelle 15 ausgebildeten Angriffsvertiefung 15a in Eingriff steht. Bei dieser Anordnung ist der Lenkdrehmomentdetektor 3 dazu in der Lage, einen relativen Verdrehwinkel (winkelmäßige Verlagerung) zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 15 zu erfassen.
Der Lenkdrehmomentdetektor 3 weist ferner eine Torsionsfeder 23 auf, um das hebelartige Stellglied 22 gegen eine Seitenwand der Angriffsvertiefung 15a zu drücken, um das Stellglied 22 in Position gegen eine Taumelbewegung in einer Richtung der Schwenkbewegung des Stellglieds 22 zu halten.
Die Eingangswelle 11 weist ein in mehreren Umwicklungen (beispielsweise drei Umwicklungen) um eine Kabelrolle 24 gewickeltes elektrisches Kabel 25 auf. Das elektrische Kabel 25 ist an seinem einen Ende mit dem Detektorkörper 21 des Lenkdrehmomentdetektors 3 und an seinem anderen Ende mit einem Verbinder 27 an einem Gehäuse 26 angeschlossen.
Der Drehmomentübertragungsmechanismus 6 umfaßt ein Rad 32, welches von einem relativ dicken Zylinderelement gebildet ist, das an einem oberen Teil der Ausgangswelle 15 über eine Hülse 33 gelagert ist. Das Zylinderelement (Rad) 33 weist einen Zahnradabschnitt 32a und ein ringförmiges Eingangselement 32b auf, welches an den Zahnradabschnitt anschließend von unten nach oben entlang einer Achse des Zylinderelements 33 vorgesehen ist.
Die mechanische Kupplung 40 ist innerhalb des Eingangselements 32b angeordnet und weist einen nachfolgend mit Bezug auf Fig. 5 beschriebenen Aufbau auf.
In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 36, 37 und 38 Lager und 39 bezeichnet eine Staubabdeckung.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie3-3 aus Fig. 2, welche einen detaillierten Querschnitt des Drehmomentübertragungsmechanismus 6 zeigt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Drehmomentübertragungsmechanismus 6 ein Schneckengetriebemechanismus, welcher die mit einer Ausgangswelle 5a des Elektromotors 5 gekoppelte Schnecke 31 und das drehbar an der Ausgangswelle 15 gelagerte Rad 32 umfaßt. Der Elektromotor 5 ist über Bolzen mit dem Gehäuse 26 verbunden.
Somit wird die Zahnstange 8 über das Ritzel 7 durch ein kombiniertes Drehmoment angetrieben, welches eine Kombination des Lenkdrehmoments im Lenksystem (Eingangswelle 11 → Torsionsstange 13 → Ausgangswelle 15) und des Hilfsdrehmoments vom Elektromotor 5 ist.
Fig. 4 zeigt in perspektivischer Explosionsansicht einen Hauptteil der elektrischen Servolenkeinrichtung. Wie in dieser Figur gezeigt, weist die Eingangswelle 11 ein durch Verzahnung mit einem Positionssteuermittel oder Steuerteil 63 verbundenes unteres Ende auf. Das Positionssteuerteil 63 bildet eine strukturelle Komponente der mechanischen Kupplung 40 und besitzt Kronen- oder Ringform mit einer Mehrzahl (im dargestellten Ausführungsbeispiel drei) von Positionssteuerelementen 64, 64, 64, welche sich nach unten erstrecken. Das Positionssteuerteil 63 und damit die Positionssteuerelemente 64 sind mit der in Fig. 1 gezeigten Lenkhandhabe 2 verbunden. Die Ausgangswelle 15 ist mit einem ringförmigen Ausgangselement 34 an einem oberen Endteil desselben verbunden. Das Ausgangselement 34 ist konzentrisch zu dem Eingangselement 32b angeordnet.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie 5-5 aus Fig. 2 und zeigt einen detaillierten Querschnitt der mechanischen Kupplung 40, wobei das Gehäuse 26 zugunsten einer klaren Darstellung weggelassen wurde.
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die mechanische Kupplung 40 eine sogenannte Einwege-Kupplungsanordnung, welche ein Hilfsdrehmoment vom Elektromotor 5 zum Lenksystem lediglich dann überträgt, wenn die Wirkrichtung des Hilfsdrehmoments mit der Lenkrichtung des Lenksystems übereinstimmt. Die mechanische Kupplung 40 ist durch eine Mehrzahl (im dargestellten Ausführungsbeispiel drei) von Gruppen von Reibungskupplungs-Mechanismen zusammengesetzt, welche auf einem Kreisumfang angeordnet sind.
Diese Reibungskupplungs-Mechanismen sind in zwei Gruppen unterteilt, welche jeweils drei Kupplungsmechanismen umfassen, die alternierend mit den Kupplungsmechanismen der anderen Gruppe zur Übertragung eines Hilfslenkmoments in einer bestimmten Richtung angeordnet sind. Genauer gesagt ist die erste Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen 41, 41, 41 dazu ausgelegt, anzugreifen, um das Hilfslenkdrehmoment in der durch den Pfeil X (Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn) in Fig. 5 angegebenen Richtung zu übertragen, wohingegen die zweite Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen 51, 51, 51 dazu ausgelegt ist, anzugreifen, um das Hilfslenkdrehmoment in einer Richtung entgegengesetzt zu Pfeil X (Richtung im Uhrzeigersinn) aus Fig. 5 zu übertragen. Jeder der ersten Kupplungsmechanismen 41 und ein benachbarter der zweiten Kupplungsmechanismen 51 bilden zusammen eine der mehreren (drei) Gruppen von Kupplungsmechanismen.
Die ersten und zweiten Gruppen von Kupplungsmechanismen 41, 51 umfassen das Hilfsdrehmomenteingangselement 32b, das Ausgangselement 34, eine Mehrzahl (im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs) von sich verengenden Zwischenräumen 61, welche zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement 32b, 34 definiert sind und in Umfangsrichtung des Eingangs- und Ausgangselements 32b, 34 beabstandet sind, eine Mehrzahl von Schließelementen 62 in Form von in den sich verengenden Zwischenräumen 61 angeordneten Rollen zum In-Eingriff-Bringen und Außer- Eingriff-Bringen des Eingangskupplungselements 32b und des Ausgangskupplunsgelements 34, die Mehrzahl (im dargestellten Ausführungsbeispiel drei) von Positionssteuerelementen 64 zum Positionieren der Schließelemente 62 und eine Mehrzahl von Druckelementen 65 in Form von Spiraldruckfedern zum Drücken der jeweiligen Schließelemente 62 auf die benachbarten Positionssteuerelemente 64 zu (in einer Richtung auf ein sich verengendes Ende von jedem sich verengenden Zwischenraum 61). Das Ausgangselement 34 weist im Querschnitt eine im wesentlichen gleichschenklig dreieckige Form auf mit drei nach außen gekrümmten Seiten mit abgestumpften Scheiteln.
Die sich verengenden Zwischenräume 61 sind zwischen einer kreisförmigen zylindrischen Innenfläche 32c des Eingangselements 32b und einer Angriffsfläche (eine polygonale Außenfläche) 34b des Ausgangselements 34 definiert und weisen jeweils ein sich verengendes Ende in Umfangsrichtung auf. Die Positionssteuerelemente 64 sind auf demselben Kreis angeordnet, welcher sich in einem ringförmigen Raum erstreckt, der zwischen dem Eingangselement 32b und dem Ausgangselement 34 definiert ist, und sind in Umfangsrichtung in gleichen Abständen zueinander angeordnet. Die Positionssteuerelemente 64 sind gleichzeitig in Umfangsrichtung bewegbar.
Bei derartigem Aufbau der mechanischen Kupplung 40 werden die Schließelemente 62 in Antwort auf die Bewegung der Positionssteuerelemente 64 in Umfangsrichtung in und außer Verkeilungseingriff mit den Reibangriffsflächen gebracht, welche die sich verengenden Zwischenräume definieren, so daß das Eingangselement 32b und das Ausgangselement 34 wahlweise miteinander in Eingriff gebracht und außer Eingriff gebracht werden, um ein Hilfsdrehmoment vom Elektromotor 5 zur Ausgangswelle 15 zu übertragen. Die Reibangriffsflächen umfassen die vorstehend erwähnte zylindrische Innenfläche 32c (nachfolgend bezeichnet als "eingangsseitige Reibangriffsfläche") des Eingangselements 32b und Angriffsflächenabschnitte 34b' (nachfolgend bezeichnet als "ausgangsseitige Angriffsflächen") der polygonalen Außenfläche 34b des Ausgangselements 34.
Eine ausgewählte der Mehrzahl (drei) von Gruppen von Kupplungsmechanismen 41, 51 (nachfolgend bezeichnet als "ausgewählte erste und zweite Kupplungsmechanismen 41a, 51 a") ist derart aufgebaut, daß sich diese vor den verbleibenden Kupplungsmechanismusgruppen in den Außer-Eingriffs-Zustand bewegen.
Insbesondere weist eines der Positionssteuerelemente 64 (nachfolgend bezeichnet als "ausgewähltes Positionssteuerelement 64a"), welches zwischen den jeweiligen Schließelementen 62, 62 des ersten und zweiten Kupplungsmechanismus 41a, 51a angeordnet ist, eine Länge L&sub1; in Umfangsrichtung auf, welche größer ist als die Länge L&sub2; der übrigen Positionssteuerelemente 64. Das ausgewählte Positionssteuerelement 64a ist normalerweise in radialer Ausrichtung zu einer abgestumpften Kante oder einem abgestumpften Scheitel des im wesentlichen gleichschenklig dreieckigen Ausgangselements 34 angeordnet, wobei die übrigen Positionssteuerelemente 64 in radialer Ausrichtung zu zwei weiteren Kanten des gleichschenklig dreieckigen Ausgangselements 34 mit demselben Winkel angeordnet ist.
Das Ausgangselement 34 ist in radialer Richtung relativ zum Eingangselement 32b bewegbar. Zu diesem Zweck ist das Ausgangselement 34 radial beweglich an der Ausgangswelle 15 angebracht. Das Ausgangselement 34 weist ein im wesentlichen längliches/rechteckiges oder elliptisches Durchgangsloch 34a auf, in welchem die Ausgangswelle 15 kreisförmigen Querschnitts eingesetzt ist. Der zum Verbinden der Torsionsstange 13 und der Ausgangswelle 15 verwendete Stift 14 erstreckt sich ferner diametral durch das Ausgangselement 34, wobei dessen Achse in einer Hauptachse des länglichen Durchgangslochs 34a liegt. Ein Federelement, welches von einer Spiraldruckfeder 35 gebildet ist, ist lose um den Stift 14 herum aufgesetzt und wirkt zwischen dem Ausgangselement 34 und der Ausgangswelle 15, um die Innenumfangswand, welche das Durchgangsloch 34a des Ausgangselements 34 definiert, gegen eine Außenumfangsfläche der Ausgangswelle 15 zu drücken.
Genauer gesagt ist das Federelement 35 zwischen der Außenumfangsfläche der Ausgangswelle 15 und einem Innenumfangswandabschnitt des Durchgangslochs 34a angeordnet, welcher sich quer über die Hauptachse des länglichen Durchgangslochs 34a erstreckt. Bei einer derartigen Anordnung des Federelements 35 wirkt eine Federkraft des Federelements 35 in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Ausgangselements 34 relativ zur Ausgangswelle 15 (entlang der Hauptachse des länglichen Durchgangslochs 34a). Somit wird das Ausgangselement 34 gegen die Ausgangswelle 15 gedrückt. Das Ausgangselement 34 wird ferner zu einer Mitte der Breite des ausgewählten Positionssteuerelements 64a in einer nachfolgend noch beschriebenen Weise gedrückt. Um sicherzustellen, daß das Ausgangselement 34 in radialer Richtung gelagert wird, wenn lediglich ein Kupplungsmechanismus (d. h. der ausgewählte erste Kupplungsmechanismus 41a oder der ausgewählte zweite Kupplungsmechanismus 51a) außer Eingriff gebracht wird, weisen diese ausgangsseitigen Angriffsflächen 34 W des Ausgangselements 34, welche für einen gegenseitigen Angriff mit den Schließelementen 62 der anderen Kupplungsmechanismen 41, 51 ausgelegt sind, eine nach unten verlaufende Schräge in eine Richtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Ausgangselements 34 auf. Bei einer derartigen Profilierung der ausgangsseitigen Angriffsflächen 34b' kann dann, wenn der ausgewählte Kupplungsmechanismus 41a oder 51a außer Eingriff gebracht wird, das Ausgangselement 34 sanft in radialer Richtung außer Eingriff gebracht werden, ohne einem Widerstand von den Schließelementen 62 ausgesetzt zu sein. Dies stellt in der Folge ein zuverlässiges Außer-Eingriff- Gelangen der beiden anderen übrigen Kupplungsmechanismen 41 oder 51 sicher. Im Folgenden wird der Betrieb der mechanischen Kupplung 14 mit Bezug auf Fig. 1 und 6 bis 9 beschrieben.
Wenn das Lenkrad 2 (Fig. 1) nicht betätigt wird, wird kein Signal vom Lenkdrehmomenterfassungsmittel 3 erzeugt und deshalb wird kein Hilfe- Befehlsignal von der Steuereinheit 4 ausgegeben. Folglich wird der Elektromotor 5 in seinem stationären oder nicht aktivierten Zustand gehalten. Somit befinden sich alle Kupplungsmechanismen 41, 51 im Nichteingriffszustand (neutraler Zustand), wie in Fig. 6 gezeigt.
Dann, wenn das Lenkrad 2 in einer Richtung gelenkt wird (beispielsweise in Fig. 6 die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn) mit einer leichten manuellen Lenkkraft (d. h. das Lenkdrehmoment auf das Lenkrad 2 ist klein), erzeugt der Elektromotor 5 kein Hilfsdrehmoment. Unter einer derartigen Bedingung wird keine wesentliche Veränderung der Relativposition oder Phase zwischen den Positionssteuerelementen 64, welche mit der Eingangswelle 11 (Fig. 2) gekoppelt sind, und dem Ausgangselement 34 beobachtet. In diesem Fall werden die Positionssteuerelemente 64 geringfügig in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn verlagert, jedoch ist das Ausmaß einer Winkelverlagerung der Positionssteuerelemente 64 noch nicht ausreichend, um die ersten Kupplungsmechanismen 41 in Eingriff zu bringen. Somit wird das Ausgangselement 34 durch ein Lenkdrehmoment im Lenksystem gedreht oder rotiert (Eingangswelle 11 → Torsionsstange 13 → Ausgangswelle 15), um die Ausgangswelle 15 anzutreiben, ohne von Reibung zwischen den Schließelementen 62 und dem Eingangselement 32b oder einer durch den Elektromotor erzeugten Trägheitskraft beeinflußt zu werden.
Alternativ erzeugt dann, wenn das Lenkrad 2 in einer Richtung (beispielweise in Fig. 6 die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn) mit einer großen manuellen Lenkkraft (d. h. das Lenkdrehmoment auf das Lenkrad 2 ist groß) gelenkt wird, der Elektromotor 5 ein Hilfsdrehmoment. Unter einer derartigen Bedingung verändert sich die Relativposition oder Phase zwischen den Positionssteuerelementen 64 und dem Ausgangselement 34 stark. In diesem Fall werden, wie in Fig. 7 gezeigt, die Positionssteuerelemente 64 stark in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn verlagert, wie durch Pfeil X gezeigt. Bei dieser winkelmäßigen Verlagerung der Positionssteuerelemente 64 werden die Schließelemente 62 der ersten Kupplungsmechanismen 41 durch die Kraft der Druckelemente 65 zu den sich verengenden Enden in Umfangsrichtung der korrespondierenden sich verengenden Zwischenräume 61 verlagert mit dem Ergebnis, daß das Eingangselement 32b und das Ausgangselement 34 über Reibungskräfte, welche zwischen dem Eingangselement 32b und den Schließelementen 62 und zwischen den Schließelementen 62 und dem Ausgangselement 34 wirken, in den Eingriffszustand oder in die Eingriffslage gebracht werden. Somit befinden sich dann alle der ersten Kupplungsmechanismen 41 im Eingriffszustand.
In diesem Fall wird das Eingangselement 32b in der durch den Pfeil X angezeigten Richtung gedreht, da sich der Elektromotor 5 dreht. Somit wird das vom Elektromotor 5 erzeugte Hilfsdrehmoment vom Eingangselement 32b zum Ausgangselement 34 über die ersten Kupplungsmechanismen 41 übertragen. Das Ausgangselement 34 wird in der durch den Pfeil X in Fig. 7 angegebenen Richtung gedreht, um die Ausgangswelle 15 durch eine Drehkraft oder ein Drehmoment anzutreiben, welches eine Kombination des Lenkdrehmoments im Lenksystem (Eingangswelle 11 → Torsionsstange 13 → Ausgangswelle 15) und des Ausgangsdrehmoments vom Elektromotor 5 ist.
Danach arbeitet die elektrische Servolenkvorrichtung wie folgt, wenn die ersten Kupplungsmechanismen 41 aufgrund bestimmter Gründe außer Eingriff gebracht werden müssen, während die Übertragung des Hilfsdrehmoments vom Elektromotor 5 fortdauert.
Das Lenkrad 2 (Fig. 1) wird in der entgegengesetzten Richtung gelenkt oder gedreht, woraufhin sich, wie in Fig. 8 gezeigt, die Positionssteuerelemente 64 in einer Richtung (angegeben durch Pfeil Y) entgegengesetzt zur Drehrichtung des Eingangselements 34b winkelmäßig bewegen oder drehen. Während dieser Zeit kommt das ausgewählte Positionssteuerelement 64a - vor dem gegenseitigen Angriff zwischen den weiteren beiden oder übrigen Positionssteuerelementen 64, 64 und den korrespondierenden rechterhand benachbart liegenden Schließelementen 62, 62 - in Kontakt mit dem rechterhand benachbarten Schließelement (hilfsweise bezeichnet mit 62a) und in der Folge drückt dieses das Schließelement 62a in der Richtung von Pfeil Y gegen die Kraft des Federelements 65 und gegen eine Reibungskraft, welche zwischen dem Eingangselement 32b und dem Ausgangselement 34 wirkt.
Bei dieser Verlagerung des Schließelements 62a wird der ausgewählte erste Kupplungsmechanismus 41 außer Eingriff gebracht. In diesem Fall wirken allerdings, da die übrigen Positionssteuerelemente 64, 64 sich noch im Abstand von den rechterhand benachbarten Schließelementen 62, 62 befinden, zwei Vektoren Z&sub1;, Z&sub2; fortdauernd von den beiden oder übrigen Schließelementen 62, 62 auf das Ausgangselement 34, wie durch die Pfeile in Fig. 8 gezeigt. Folglich ist das Ausgangselement 34 einer unausgeglichenen Last ausgesetzt, wie durch Pfeil Z&sub3; gezeigt, welche aus dem resultierenden Vektor oder der resultierenden Kraft der beiden Vektoren Z&sub1;, Z&sub2; resultiert. Durch die Wirkung dieser unausgeglichenen Last wird das Ausgangselement 34, während es entlang des Stiftes 14 geführt wird, geringfügig zum ausgewählten Positionssteuerelement 64a hin gegen die Kraft des Federelements 35 verlagert. Bei dieser Verlagerung des Ausgangselements 34 werden die sich verengenden Zwischenräume 61, welche die übrigen Schließelemente 62 darin aufnehmen, geringfügig aufgespreizt oder vergrößert mit dem Ergebnis, daß die Verkeilungskraft der übrigen Schließelemente 62, welche auf die Eingangs- und Ausgangselemente 32b, 34 wirkt, verringert wird.
Unmittelbar danach kommen die übrigen Positionssteuerelemente 64, 64 jeweils in Kontakt mit den übrigen Schließelementen 62 und zwingen diese dann dazu, in ihre ursprüngliche neutrale Position zurückzukehren, wie in Fig. 9 gezeigt. Die weiteren oder übrigen ersten Kupplungsmechanismen 41 werden deshalb außer Eingriff gebracht. Das Ausgangselement 34 kehrt automatisch in seine ursprüngliche neutrale Position durch die Federkraft des Federelements 35 zurück. In diesem Fall kann ein manueller Aufwand oder eine manuelle Kraft (Kraft zum Außer-Eingriff-Bringen der Kupplung), welche erforderlich ist, um diese Schließelemente durch die übrigen Positionssteuerelemente 64 zu verlagern, auf einen niedrigen Wert reduziert werden, welcher gerade ausreichend ist, um die Druckkraft der Druckelemente 65 zu überwinden, da die verbleibenden Schließelemente 62 reibungsfrei gehalten werden. Somit kann selbst, obwohl das Eingangselement 32b fortdauernd dreht, eine Gruppe von drei ersten Kupplungsmechanismen 41 sanft und zuverlässig durch eine kleine Kraft zum Außer-Eingriff-Bringen der Kupplung außer Eingriff gebracht werden, welche Kraft diejenige Kraft nicht überschreitet, welche zum Außer-Eingriff-Bringen von lediglich einem (ausgewählter Kupplungsmechanismus 41a) der drei ersten Kupplungsmechanismen 41 erforderlich ist.
Die zweiten Kupplungsmechanismen 51 wirken auf dieselbe Weise, jedoch in die entgegengesetzte Richtung zu den ersten Kupplungsmechanismen 41. Folglich können in Antwort auf eine Drehung des Lenkrads 2 (Fig. 1) die zweiten Kupplungsmechanismen 51 ebenfalls wahlweise in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden in gleicher Weise wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 6 bis 9 beschrieben wurde.
Fig. 10 bis 15 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der mechanischen Kupplung 40 gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 10 entspricht Fig. 2 des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Deshalb sind Bezugszeichen, welche gleiche oder korrespondierende Teile bezeichnen, zu denjenigen aus Fig. 2 gleich und eine weitere Beschreibung dieser Teile kann weggelassen werden.
Die mechanische Kupplung 40 im zweiten Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle 15 einen oberen Endteil (vorderer Endteil) aufweist, welcher durch einen Axialschlitz S derart gespalten ist, daß sich ein zungenartiger federnder, in Axialrichtung verlaufender Streifen 15b ausbildet, welcher als funktional der Spiraldruckfeder 35 des ersten Ausführungsbeispiels entsprechendes Federelement wirkt. Der federnde Axialstreifen 15b wirkt zwischen einem Körper der Ausgangswelle 15 und dem Ausgangselement 34, um diese aufeinander zuzudrücken. Die Federkraft des federnden Axialstreifens 15b wirkt in einer Richtung parallel zu der Bewegungsrichtung des Ausgangselements 34 relativ zum Eingangselement 32b.
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie 11-11 aus Fig. 10. Wie in dieser Figur gezeigt, weist das Ausgangselement 34 im wesentlichen gleichseitig dreieckige Form im Querschnitt auf, wobei seine drei Ecken (Kanten) abgerundet sind und seine drei Seiten nach außen gekrümmt sind.
Der geschlitzte obere Endteil (vorderer Endteil) der Ausgangswelle 15 ist an diametral entgegengesetzten Seiten ausgeschnitten oder derart entfernt, daß er ein Paar paralleler ebener Flächen 15c bildet, welche sich in rechten Winkeln zur Ebene des Schlitzes S erstrecken. Das Ausgangselement 34 weist ein Durchgangsloch 34a auf, welches in seiner Kontur komplementär zu der Form des geschlitzten oberen Endteils der Ausgangswelle 15 ist, welche die ebenen Flächen 15c aufweist. Die ebenen Flächen 15c dienen dazu, das Ausgangselement 34 zu führen, während das Ausgangselement 34 in radialer Richtung verlagert wird.
Die drei Positionssteuerelemente 64 sind innerhalb desselben Kreises und in Umfangsrichtung in regelmäßigen Intervallen voneinander beabstandet. Jedes der Positionssteuerelemente 64 weist zwei Zahnabschnitte auf, welche sich in Umfangsrichtung in entgegengesetzte Richtungen von einer Längsmittellinie O&sub1;-O&sub3; erstrecken, welche normalerweise in radialer Ausrichtung zu einer korrespondierenden der abgestumpften Ecken der im wesentlichen gleichseitig dreieckigen Form des Ausgangselements 34 ausgerichtet sind. Einer der Zahnabschnitte, welcher benachbart zu einer bestimmten Gruppe 41a, 51a der Kupplungsmechanismen 41, 51 angeordnet ist, weist eine größere Länge in Umfangsrichtung auf als der andere Zahnabschnitt (L&sub3; größer als L&sub4;). Insbesondere weisen zwei (ausgewählte Positionssteuerelemente 64a, 64a) der drei Positionssteuerelemente 64 gegenüberliegende Zahnabschnitte auf, welche sich von der jeweiligen Längsmittellinie O&sub1; und O&sub2; aufeinander zu erstrecken und diese beiden Zahnabschnitte (nachfolgend bezeichnet als "langer Zahnabschnitt") weisen eine Umfangslänge L&sub3; auf, die größer als die Länge L&sub4; der anderen Zahnabschnitte ist (nachfolgend als "kurzer Zahnabschnitt" bezeichnet). Die langen Zahnabschnitte positionieren die Schließelemente 62 der ausgewählten ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41a, 51a. Die Zahnabschnitte des übrigen Positionssteuerelements 64 weisen dieselbe Länge in Umfangsrichtung auf, welche gleich der Länge L&sub4; in Umfangsrichtung der kurzen Zahnabschnitte ist.
Das Ausgangselement 34 ist zu einer Position hin verlagerbar, welche unmittelbar zwischen dem ausgewählten ersten Kupplungsmechanismus 41a und dem ausgewählten zweiten Kupplungsmechanismus 51a liegt (oder zwischen den ausgewählten beiden Positionssteuerelementen 64a, 64a) in einer Weise, wie sie nachfolgend beschrieben ist. Zu diesem Zweck erstrecken sich die ebenen Flächen 15c der Ausgangswelle und die entsprechenden ebenen Wandabschnitte des Durchgangslochs 34a parallel zur Verlagerungsrichtung des Ausgangselements 34. Die Ausgangswelle 15 ist durch Verzahnungsverbindung mit einer Torsionsstange 13 gekoppelt.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorangehenden Konstruktion ist gegenüber dem in Fig. 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dahingehend vorteilhaft, daß der Stift 14 und das Federelement 35, welche voneinander separat ausgebildet sind, nicht länger erforderlich sind und deshalb weist die Servolenkvorrichtung eine verringerte Bauteilzahl auf und kann einfach montiert werden und ist kostengünstiger.
Der Betrieb der Mechanikkupplung 40 des zweiten Ausführungsbeispiels wird detaillierter mit Bezug auf Fig. 1 und 12 bis 15 beschrieben.
Wenn das Lenkrad 2 (Fig. 1) nicht betätigt wird, befinden sich sämtliche der ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41, 42 im Außer-Eingriffs-Zustand (neutrale Position), wie in Fig. 12 gezeigt.
In Fällen, in welchen ein auf das Lenkrad 2 ausgeübtes Lenkdrehmoment klein ist und der Elektromotor 5 (Fig. 1) kein Hilfsdrehmoment erzeugt, verändert sich die Relativposition oder Phase zwischen den Positionssteuerelementen 64 und dem Ausgangselement 34 nicht zu einem solchen Ausmaß, um ein In- Eingriff-Gelangen der ersten Kupplungsmechanismen 41 oder der zweiten Kupplungsmechanismen 51 zu bewirken. Folglich wird das Ausgangselement 34 zum Drehen der Ausgangswelle 15 durch ein Lenkdrehmoment in dem in Fig. 2 gezeigten Lenksystem gedreht (Eingangswelle 11 → Torsionsstange 13 → Ausgangswelle 15), ohne von Reibung zwischen den Schließelementen 62 und dem Eingangselement 32b oder von einer durch den Elektromotor 5 erzeugten Trägheitskraft beeinflußt zu werden.
Alternativ verändert sich dann, wenn ein auf das Lenkrad 2 ausgeübtes Lenkdrehmoment groß ist und der Elektromotor 5 ein Hilfsdrehmoment erzeugt, die Relativposition oder Phase zwischen den Positionssteuerelementen 64 und dem Ausgangselement 34 stark. Beispielsweise werden, wie in Fig. 13 gezeigt, die Positionssteuerelemente 64 stark in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn verlagert, wie durch Pfeil X gezeigt. Mit dieser winkelmäßigen Verlagerung der Positionssteuerelemente 64 werden die ersten Kupplungsmechanismen 41 in den Eingriffszustand gebracht. Somit wird das Ausgangselement 34 in Richtung von Pfeil X gedreht, so daß die Ausgangswelle 15 durch ein kombiniertes Drehmoment gedreht wird, welches sich aus dem Lenkdrehmoment im vorangehend erwähnten Lenksystem und dem Hilfsdrehmoment vom Elektromotor 5 zusammensetzt.
Danach wird aufgrund bestimmter Gründe das Lenkrad 2 (Fig. 1) in entgegengesetzte Richtung gedreht, während die Übertragung des Hilfsdrehmoments vom Elektromotor 5 weiter fortdauert. In diesem Fall werden die Positionssteuerelemente 64 in der Richtung von Pfeil Y gedreht, welcher zur Richtung der Drehung des Eingangselements 32b, wie in Fig. 14 gezeigt, entgegengesetzt ist. Ein ausgewähltes der Positionssteuerelemente 64 kommt mit dem auf der rechten Seite benachbarten Schließelement 62a vor dem Auftreten eines gegenseitigen Angriffs zwischen den anderen beiden oder verbleibenden Positionssteuerelementen 64a, 64 und den auf der rechten Seite benachbarten Schließelementen 62, 62 in Kontakt und in der Folge drückt das ausgewählte Positionssteuerelement 64a das Schließelement 62a in der Richtung von Pfeil Y, um dadurch den ausgewählten Kupplungsmechanismus 41a der ersten Kupplungsmechanismen 41 außer Eingriff zu bringen.
In diesem Fall gibt es zwei Vektoren Z&sub1;, Z&sub2;, welche von den anderen beiden oder verbleibenden Schließelementen 62, 62 zum Ausgangselement 34 wirken, wie durch die Pfeile in Fig. 14 gezeigt, da die übrigen Positionssteuerelemente 64a, 64 sich noch im Abstand von den auf der rechten Seite benachbart liegenden Schließelementen 62, 62 befinden. Folglich wird das Ausgangselement 34 einer durch den Pfeil Z&sub3; angegebenen unausgeglichenen Last ausgesetzt, welche aus den Vektoren Z&sub1;, Z&sub2; resultiert. Durch die Wirkung dieser unausgeglichenen Last wird das Ausgangselement 33 geringfügig in der Richtung von Pfeil Z&sub3; entgegen der Federkraft des federnden axialen Streifens 15b verlagert, während das Ausgangselement 34 entlang den ebenen Flächen 15c der Ausgangswelle 15 geführt wird. Bei dieser Verlagerung des Ausgangselements 34 werden die sich verengenden Zwischenräume 61 (Fig. 11), welche in sich die übrigen Schließelemente 62 aufnehmen, geringfügig aufgespreizt oder aufgeweitet und auf diese Weise wird die Verkeilungskraft der übrigen Schließelemente 62, welche auf die Eingangs- und Ausgangselemente 32b, 34 wirkt, reduziert.
Unmittelbar danach kommen die übrigen Positionssteuerelemente 64a, 64 jeweils in Kontakt mit den übrigen Schließelementen 62 und drücken diese dann in der Richtung von Pfeil Y, um dadurch die anderen beiden oder verbleibenden ersten Kupplungsmechanismen 41 außer Eingriff zu bringen, wie in Fig. 15 gezeigt. Das Ausgangselement 34 kehrt automatisch in seine ursprüngliche neutrale Position durch die Federkraft des federnden Axialstreifens 15b zurück.
Somit können selbst dann, wenn das Eingangselement 32b fortdauernd rotiert, alle ersten drei Kupplungsmechanismen 41 sanft und zuverlässig lediglich durch eine Auskuppelkraft außer Eingriff gebracht werden, welche diejenige Kraft nicht überschreitet, welche zum Außer-Eingriff-Bringen von lediglich einem (ausgewählter Kupplungsmechanismus 41a) der ersten Kupplungsmechanismen 41 erforderlich ist.
Die zweiten Kupplungsmechanismen 41 funktionieren auf dieselbe Weise wie, jedoch in entgegengesetzter Richtung zu den vorstehend beschriebenen ersten Kupplungsmechanismen 41. Folglich können in Antwort auf eine Drehung des Lenkrads 2 (Fig. 1) die zweiten Kupplungsmechanismen 51 ebenfalls wahlweise in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden, und zwar auf dieselbe Weise, wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 12 bis 15 beschrieben.
Fig. 16 zeigt eine mechanische Kupplung 40 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 16 sind diejenigen Teile, welche gleich oder ähnlich zu den im zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Teilen sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und somit kann eine weitere Beschreibung dieser Teile weggelassen werden.
Die in Fig. 16 gezeigte mechanische Kupplung 40 ist eine Modifikation der mechanischen Kupplung des in Fig. 11 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels. Die modifizierte mechanische Kupplung 40 ist dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangselement 34 an der Ausgangswelle 15 über ein elastisches Element 71 gehalten ist, welches aus einem Material mit dämpfungs- oder stoßabsorbierender Eigenschaft hergestellt ist, wie beispielsweise aus Gummi.
Insbesondere ist das elastische Element 71 zwischen der Außenfläche eines nicht kreisförmigen oberen Endabschnitts der Ausgangswelle 15 mit ebenen Flächen 15c und der Innenfläche eines länglichen Durchgangslochs 34a im Ausgangselement 34 angeordnet. Das elastische Element 71 umfaßt einen hohlen elastischen Abschnitt 71a mit derselben Funktion wie die der in Fig. 5 gezeigten Spiraldruckfeder 35 und die des in Fig. 11 gezeigten zungenartigen federnden Axialabschnitts 15b. Der hohle federnde Abschnitt 71a wirkt zwischen der Ausgangswelle 15 und dem Ausgangselement 34, um diese durch eine Federkraft aufeinander zuzudrücken, welche Federkraft in einer Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Ausgangselements 34 relativ zum Eingangselement 32b wirkt.
Das dritte Ausführungsbeispiel der vorangehend beschriebenen Konstruktion ist dahingehend vorteilhaft, daß Betriebsgeräusche (insbesondere Hubgeräusche) der mechanischen Kupplung 40 durch das elastische Element 71 gedämpft oder beseitigt werden können. Der Betrieb der mechanischen Kupplung 40 ist derselbe wie der des in Fig. 12 bis 15 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels und deshalb ist keine weitere Beschreibung desselben erforderlich.
Fig. 17 zeigt eine mechanische Kupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die mechanische Kupplung 40 eine Abwandlung der mechanischen Kupplung des in Fig. 1 l gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels ist. In Fig. 17 werden diejenigen Teile, welche zu dem in Fig. 11 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel gleich oder entsprechend ausgebildet sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und eine weitere Beschreibung von diesen Teilen ist nicht erforderlich.
Die mechanische Kupplung 40 umfaßt ein Ausgangselement 34 mit einer im wesentlichen gleichseitig dreieckigen Form im Querschnitt, wobei drei Ecken abgestumpft oder abgerundet sind und wobei drei Seiten nach außen gekrümmt sind. Das Ausgangselement 34 ist derart angebracht, daß es in radialer Richtung relativ zum Eingangselement 32b aufgrund einer Struktur verlagerbar ist, welche im Detail vorstehend mit Bezug auf das in Fig. 5 gezeigte erste Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Ein ausgewählter erster Kupplungsmechanismus 41a der drei ersten Kupplungsmechanismen 41 und ein entsprechender Kupplungsmechanismus 51a der drei zweiten Kupplungsmechanismen 51 bilden jeweils eine bestimmte Kupplung, welche dazu ausgelegt ist, vor dem In-Eingriff-Gelangen und Außer- Eingriff-Gelangen der verbleibenden Kupplungsmechanismen 41, 51 in Eingriff zu gelangen und außer Eingriff zu gelangen.
Genauer gesagt sind drei Positionssteuerelemente 64 auf demselben Kreis angeordnet und in regelmäßigen Intervallen voneinander in Umfangsrichtung beabstandet. Jedes der Positionssteuerelemente 64 weist zwei Zahnabschnitte auf, welche sich in Umfangsrichtung in entgegengesetzte Richtungen von einer Längsmittellinie O&sub1; bis O&sub3; erstrecken, welche normalerweise in radialer Ausrichtung zu einer korrespondierenden der abgestumpften Ecken des im wesentlichen gleichseitig dreieckig geformten Ausgangselements 34 ist. Einer der Zahnabschnitte 34, welcher benachbart dem ausgewählten ersten Kupplungsmechanismus 41a oder dem ausgewählten zweiten Kupplungsmechanismus 51a angeordnet ist, weist eine größere Länge in Umfangsrichtung auf als der andere Zahnabschnitt (L&sub3; > L&sub4;).
Insbesondere weisen zwei (ausgewählte Positionssteuerelemente 64a, 64a) der Positionssteuerelemente 64 sich gegenüberliegende Zahnabschnitte auf, welche sich von der jeweiligen Längsmittellinie O&sub1; und O&sub2; weg bewegen und diese Zahnabschnitte (nachfolgend bezeichnet als "langer Zahnabschnitt") weisen eine Länge L&sub3; in Umfangsrichtung auf, welche größer als die Länge L&sub4; der anderen Zahnabschnitte ist (nachfolgend bezeichnet als "kurzer Zahnabschnitt"). Die langen Zahnabschnitte weisen eine derartige Funktion auf, daß sie die Schließelemente 62 des ausgewählten ersten und zweiten Kupplungsmechanismus 41a, 51a positionieren. Die Zahnabschnitte des verbleibenden Positionssteuerelements 64 weisen dieselbe Länge in Umfangsrichtung auf, welche gleich der Länge L&sub4; in Umfangsrichtung der kurzen Zahnabschnitte ist.
Ein ausgewähltes Paar der ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41a, 51a weist jeweils ein Paar sich verengender Zwischenräume 61 auf, wobei jeder sich verengende Zwischenraum 61 teilweise erweitert ist, um zu ermöglichen, daß das Schließelement 62 sich von den Reibangriffsflächen trennt oder von diesen außer Eingriff gelangt. Insbesondere weist die polygonale Außenfläche 34b des Ausgangselements 34 eine Ausnehmung 34c auf, welche in benachbarten zwei der Reibangriffsflächenabschnitten (Ausgangsseitenangriffsflächen) 34b' ausgebildet sind, um zu ermöglichen, daß die Schließelemente 62 der ausgewählten ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41a, 51a außer Eingriff von den Reibangriffsflächen 32c, 34b' gelangen.
Zusätzlich weisen diejenigen ausgangsseitigen Angriffsflächen 34b' des Ausgangselements 34, welche dazu ausgelegt sind, an den Schließelementen 62 der anderen Kupplungsmechanismen 41, 51 anzugreifen, einen Freigabewinkel auf (welcher sich in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Bewegung des Ausgangselements 34 verengt). Bei einer derartigen Profilierung der ausgangsseitigen Angriffsflächen 34b' kann dann, wenn der ausgewählte Kupplungsmechanismus 41a oder 51a außer Eingriff gebracht wird, das Ausgangselement 34 sanft in radialer Richtung verlagert werden, ohne einem Widerstand von den Schließelementen 62 ausgesetzt zu sein. Dies stellt in der Folge ein zuverlässiges Außer-Eingriff-Gelangen der beiden anderen oder übrigen Kupplungsmechanismen 41 oder 51 sicher.
Fig. 18 ist eine detaillierte Ansicht eines durch A bezeichneten in Fig. 17 gezeigten Abschnitts, welcher die Reibangriffsflächen des sich verengenden Zwischenraums 61 des ausgewählten ersten Kupplungsmechanismus 41a darstellt.
Wie voranstehend beschrieben, umfassen die Reibangriffsflächen die zylindrische Innenfläche (eingangsseitige Angriffsfläche) 32c des Eingangselements 32b und die Angriffsflächenabschnitte (ausgangsseitigen Angriffsflächen) 34b' der polygonalen Außenfläche 34b des Ausgangselements 34.
Wenn das Ausgangselement 34 konzentrisch zum Eingangselement 32b ist, gelangt das Schließelement 62 mit den eingangs- und ausgangsseitigen Angriffsflächen 32c, 34b' in Eingriff, wie durch die in Fig. 18 gezeigte strichpunktierte Linie dargestellt. In diesem Zustand weist das Schließelement 62 zwei Kontaktpunkte P&sub1; und P&sub2; auf, wobei ein Kontaktpunkt P&sub1; zwischen dem Schließelement selbst und der eingangsseitigen Angriffsfläche 32c liegt und der andere Kontaktpunkt P&sub2; zwischen dem Schließelement selbst und der ausgangsseitigen Angriffsfläche 34b' liegt.
Wie vorstehend beschrieben, ist das Ausgangselement 34 in radialer Richtung relativ zum Eingangselement 32b bewegbar. Bei dieser Relativbewegung zwischen dem Eingangs- und Ausgangselement 32b, 34 wird die Position des Schließelements 62 im sich verengenden Zwischenraum 61 verändert. Um dieser positionellen Veränderung oder Verlagerung des Schließelements 62 gerecht zu werden, weist wenigstens eine der eingangs- und ausgangsseitigen Angriffsflächen 32c, 34b' einen Verengungswinkel-Korrekturabschnitt 34d auf. Der Verengungswinkel-Korrekturabschnitt 34d dient dazu, einen Keilwinkel θ des Schließelements 62 (an den Kontaktpunkten P&sub1;, P&sub2;) im wesentlichen konstant zu halten, selbst wenn die Position des Schließelements 62 sich ändert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verengungswinkel- Korrekturabschnitt 34d eine schräg verlaufende Fläche, welche durch Ausschneiden eines Bereichs der im wesentlichen ebenen ausgangsseitigen Angriffsfläche 34b' in einer derartigen Richtung ausgebildet wird, daß der Keilwinkel des sich verengenden Zwischenraums 61 vergrößert oder aufgespreizt wird (d. h. in Fig. 18 in Richtung nach rechts). Die angeschrägte Fläche 34d ist bevorzugt eine bogenförmige Fläche mit einem Radius r. Ein Ende der angeschrägten Fläche 34d, welche mit der ebenen Angriffsfläche 34b zusammenläuft, ist geringfügig vom Kontaktpunkt P&sub2; in einer Richtung entgegengesetzt zur Verengungsrichtung des sich verengenden Zwischenraums 61 versetzt. Die bogenförmige Fläche (Verengungswinkel- Korrekturabschnitt) 34d ist derart geeignet profiliert, daß der Keilwinkel θ an Kontaktpunkten im wesentlichen konstant gehalten wird, selbst wenn die Position einer Mitte der bogenförmigen Fläche 34d und der Radius der Schließelemente 62 verändert werden. Der ausgewählte zweite Kupplungsmechanismus 51a weist ferner einen ähnlichen Verengungswinkel- Korrekturabschnitt 34d (Fig. 17) an den ausgangsseitigen Angriffsflächen 34 V auf.
Die Funktion des Verengungswinkel-Korrekturabschnitts 34d wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 19A bis 19C beschrieben. Zugunsten der Darstellung ist die nachfolgend angegebene Beschreibung lediglich auf den im ersten ausgewählten Kupplungsmechanismus 41a enthaltenen Verengungswinkel- Korrekturabschnitt 34d gerichtet.
Fig. 19A zeigt schematisch ein Vergleichsbeispiel, bei welchem dann, wenn das Ausgangselement 34 konzentrisch zum Eingangselement 32b ist, eine ebene erste Fläche (ausgangsseitige Angriffsfläche) 34b' des Ausgangselements 34 in geringerer Höhe oder Position angeordnet ist, wie durch die dicke durchgezogene Linie gezeigt. In diesem Zustand weist das Schließelement 62 zwei Kontaktpunkte P&sub1;, P&sub2; auf, von denen einer P&sub1; zwischen dem Schließelement selbst und der ausgangsseitigen Angriffsfläche 32c liegt, und der andere P&sub2; zwischen dem Schließelement selbst und der ersten Fläche 34b' liegt. Der Keilwinkel des Schließelements 62 an den Kontaktpunkten P&sub1;, P&sub2; beträgt θ&sub1;.
Wenn das Ausgangselement 34 in radialer Richtung relativ zum Eingangselement 32b verlagert wird, bewegt sich die erste Fläche 34b' von der mit dicker durchgezogener Linie gekennzeichneten unteren Position zu der mit strichlierter Linie gekennzeichneten oberen Position. Bei dieser Bewegung der ersten Fläche 34b' nach oben wird das Schließelement 62 in einer Richtung entgegengesetzt zur Verengungsrichtung des sich verengenden Zwischenraums 61 verlagert (d. h. in Fig. 19A in Richtung nach rechts, was bewirkt, daß sich die Kontaktpunkte P&sub1;, P&sub2; in derselben Richtung bewegen. Eine Tangente S, welche die eingangsseitige Angriffsfläche 32c am Kontaktpunkt P&sub1; berührt, weist einen geringeren Neigungswinkel als vorher auf, so daß das Schließelement 62 einen geringeren Keilwinkel θ&sub2; an den Kontaktpunkten P&sub1;, P&sub2; aufweist. Da das Schließelement 62 mit einem derartig kleineren Keilwinkel θ&sub2; eine größere Verkeilungswirkung oder -kraft erzeugt, ist eine größere Auskuppelkraft erforderlich, um das Schließelement 62 von der eingangsseitigen und ausgangsseitigen Angriffsfläche 32c, 34b' außer Eingriff zu bringen.
Fig. 19B stellt die grundlegende Theorie des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dar, welche dazu in der Lage ist, den vorstehend beschriebenen Nachteil des Vergleichsbeispiels zu überwinden.
Wie in Fig. 19B gezeigt, ist die strichliert dargestellte, nach oben hin verlagerte erste Fläche 34b' mit einer zweiten Fläche 34d kombiniert, welche sich in einer derartigen Richtung erstreckt (in dieser Figur die Richtung nach rechts), daß sich der Verengungswinkel des sich verengend zulaufenden Zwischenraums 61 aufspreizt oder vergrößert. Die zweite Fläche 34d kann mit dem nach oben hin verlagerten Schließelement 62 in Eingriff gebracht werden, und wenn das Schließelement 62 mit der eingangsseitigen Angriffsfläche 32c und mit der zweiten Fläche 34d in Eingriff steht, weist das Schließelement 62 einen Keilwinkel θ&sub3; auf, welcher im wesentlichen gleich dem Keilwinkel θ&sub1; ist. Da der Keilwinkel des Schließelements 62 im wesentlichen konstant gehalten wird, selbst dann, wenn die erste Fläche 32' nach oben hin verlagert wird, bleibt die Verkeilungswirkung des Schließelements 62 ebenfalls unverändert. Folglich kann das Schließelement 62 von der eingangsseitigen und ausgangsseitigen Angriffsfläche 32c, 32b' ohne das Erfordernis einer zusätzlichen Kraft außer Eingriff gebracht werden.
Fig. 19C zeigt eine besondere Form der Struktur, welche zur Verwirklichung der in Fig. 19B gezeigten grundsätzlichen Theorie verwendet wird.
Die im wesentlichen ebene ausgangsseitige erste Fläche 34b' ist benachbart zu einer zweiten Fläche 34d ausgebildet, welche von einer bogenförmigen Fläche 34d gebildet ist, die in einer derartigen Richtung abfällt, daß sie den Verengungswinkel des sich verengenden Raums 61 vergrößert.
Wenn das Ausgangselement 34 in einer Richtung (in Fig. 19C nach oben) relativ zum Eingangselement 32b verlagert wird, wie durch die strichlierte Linie gezeigt, wird das im sich verengenden Raum 61 aufgenommene Schließelement 61 nach oben und nach rechts gedrückt. In diesem Fall wird jedoch aufgrund der zweiten Fläche 34d der Keilwinkel des Schließelements 62 (gebildet zwischen einem Kontaktpunkt zwischen dem Schließelement 62 und der eingangsseitigen Angriffsfläche 32c und einem Kontaktpunkt zwischen dem Schließelement 62 und der ausgangsseitigen Angriffsfläche 32d) im wesentlichen konstant gehalten, unabhängig von der Verlagerung des Schließelements 62. Die bogenförmige Fläche (zweite Fläche) 34d weist ein Ende auf, welches mit der ersten Fläche 34b' zusammenläuft, wobei das Ende leicht vom Kontaktpunkt P&sub2; in einer Richtung entgegengesetzt zur Verengungsrichtung des sich verengenden Zwischenraums 61 versetzt ist.
Somit werden der Keilwinkel und die sich ergebende Verkeilungswirkung des Schließelements 62 immer konstant gehalten unabhängig von der radialen Verlagerung des Ausgangselements 34 relativ zum Eingangselement 32b und somit ist eine Kraft (Auskuppelkraft), welche zum Außer-Eingriff-Bringen des Schließelements 62 von der eingangsseitigen und der ausgangsseitigen Angriffsfläche 32c, 34b' erforderlich ist, ebenfalls konstant und es ist demzufolge keine zusätzliche Kraft erforderlich.
Der Verengungswinkel-Korrekturabschnitt 34d des ausgewählten zweiten Kupplungsmechanismus 51a funktioniert auf dieselbe Weise wie vorstehend beschrieben, und es ist keine weitere Beschreibung erforderlich.
Nachfolgend wird nun der Betrieb der mechanischen Kupplung 40 des vierten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf Fig. 1 und 20 bis 23 beschrieben. Wenn in Fig. 1 das Lenkrad 2 nicht betätigt wird, wird kein Erfassungssignal vom Lenkdrehmomenterfassungsmittel 3 erzeugt. Folglich gibt die Steuereinheit 4 kein Hilfebefehlssignal aus. Bei Nichtvorhandensein des Hilfebefehlsignals wird der Elektromotor 5 nicht eingeschaltet und erzeugt somit kein Hilfsdrehmoment. In diesem Zustand sind die ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41, 51 allesamt im Außereingriffszustand (neutrale Position) angeordnet.
In Fällen, in welchen ein Lenkdrehmoment auf das Lenkrad 2 gering ist und der Elektromotor 5 kein Hilfsdrehmoment erzeugt, verändert sich die Relativposition oder Phase zwischen den mit der Eingangswelle 11 (Fig. 2) und dem Ausgangselement 34 verbundenen Positionssteuerelementen 64 gering in einer Richtung (beispielsweise der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn). Allerdings ist der Grad der Phasenänderung noch nicht ausreichend, um ein In-Eingriff-Gelangender ersten Kupplungsmechanismen 41 zu bewirken. Folglich wird das Ausgangselement 34 zum Antreiben der Ausgangswelle 15 durch ein Lenkdrehmoment in dem in Fig. 2 gezeigten Lenksystem gelenkt oder gedreht (Eingangswelle 11 → Torsionsstange 13 → Ausgangswelle 15), ohne von einer Reibung zwischen den Schließelementen 62 und dem Eingangselement 32b oder einer von dem Elektromotor 5 hervorgerufenen Trägheitskraft beeinflußt zu werden.
Alternativ verändert sich dann, wenn ein Lenkdrehmoment auf das Lenkrad 2 groß ist und der Elektromotor 5 ein Hilfsdrehmoment erzeugt, die Relativposition oder Phase zwischen den Positionssteuerelementen 64. (umfassend die ausgewählten Positionssteuerelemente 64a) und dem Ausgangselement 34 stark. Beispielsweise verlagern sich, wie in Fig. 21 gezeigt, die Positionssteuerelemente 64 in Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn stark, wie durch Pfeil X gezeigt. Bei dieser winkelmäßigen Verlagerung der Positionssteuerelemente 64 werden die jeweiligen Schließelemente 62 der ersten Kupplungsmechanismen 41 durch die Federkraft der Federelemente 65 zu den sich verengenden Umfangsenden der korrespondierenden sich verengenden Zwischenräume 61 verlagert und verkeilen sich zwischen dem Eingangselement 32b und dem Ausgangselement 34, wodurch alle ersten Kupplungsmechanismen 41 in Eingriff gelangen.
In diesem Fall wird ein vom Elektromotor 5 erzeugtes Hilfsdrehmoment vom Eingangselement 32b zum Ausgangselement 34 über die ersten Kupplungsmechanismen 41 übertragen, da das Eingangselement 32 in Richtung von Pfeil X durch die Drehung des Elektromotors 5 dreht. Somit wird das Ausgangselement 34 in der Richtung von Pfeil X gedreht, um die Ausgangswelle 15 durch ein kombiniertes Drehmoment anzutreiben, welches gleich der Summe des Lenkdrehmoments im vorangehend beschriebenen Lenksystem (Eingangswelle 11 → Torsionsstange 13 → Ausgangswelle 15) und dem Hilfsdrehmoment vom Elektromotor 5 ist.
Danach wird dann, wenn die ersten Kupplungsmechanismen 41 aus bestimmten Gründen außer Eingriff zu bringen sind, während die Übertragung des Hilfsdrehmoments vom Elektromotor 5 fortdauert, das Lenkrad 2 (Fig. 1) in entgegengesetzter Richtung gedreht.
Bei dieser Bewegung des Lenkrads 2 werden die Positionssteuerelemente 64 in der durch Pfeil Y angegebenen Richtung gedreht, wie in Fig. 22 gezeigt, welche Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Eingangselements 32b ist. In diesem Fall kommt eines der ausgewählten Steuerelemente 64a (in dieser Figur das linke) in Kontakt mit dem auf der rechten Seite benachbarten Schließelement 62 (nachfolgend als das "ausgewählte Schließelement 62a" bezeichnet), bevor der gegenseitige Eingriff zwischen den anderen beiden oder verbleibenden Positionssteuerelementen 64a, 64 und den korrespondierenden auf der rechten Seite benachbarten Schließelementen 62, 62 eintritt. In der Folge drückt das ausgewählte Positionssteuerelement 64a das ausgewählte Schließelement 62a in der Richtung von Pfeil Y, um dadurch einen ausgewählten 41a der ersten Kupplungsmechanismen 41 außer Eingriff zu bringen.
In diesem Fall wirken zwei Vektoren Z&sub1;, Z&sub2;, welche durch die Pfeile in Fig. 22 bezeichnet sind, von den anderen beiden oder verbleibenden Schließelementen 62, 62 zum Ausgangselement 34, da die verbleibenden Positionssteuerelemente 64a, 64 sich noch im Abstand von den auf der rechten Seite benachbarten Schließelementen 62, 62 befinden. Folglich ist das Ausgangselement 34 einer durch den Pfeil Z&sub3; bezeichneten unausgeglichenen Last ausgesetzt, welche ein resultierender Vektor oder eine resultierende Kraft der beiden Vektoren Z&sub1;, Z&sub2; ist. Durch die Wirkung dieser unausgeglichenen Last wird das Ausgangselement 34 geringfügig in Richtung des Pfeils Z&sub3; gegen die Federkraft des Federelements 35 verlagert, während es entlang des Stiftes 14 geführt wird. Bei dieser Verlagerung des Ausgangselements 34 werden die sich verengenden Zwischenräume 61 (Fig. 17), welche die verbleibenden Schließelemente 62 in sich aufnehmen, geringfügig aufgespreizt oder aufgeweitet, mit dem Ergebnis, daß die Verkeilungskraft der verbleibenden Schließelemente 62, welche auf die Eingangs- und Ausgangselemente 32b, 34 wirken, geschwächt oder verringert wird.
Unmittelbar danach kommen die verbleibenden Positionssteuerelemente 64a, 64 jeweils in Kontakt mit den verbleibenden Schließelementen 62 und drücken diese dann in der Richtung gemäß Pfeil Y, um dadurch die anderen beiden oder verbleibenden ersten Kupplungsmechanismen 41 außer Eingriff zu bringen, wie in Fig. 23 gezeigt. Das Ausgangselement 34 kehrt automatisch in seine ursprüngliche neutrale Position durch die Federkraft des Federelements 34 zurück. Da die Schließelemente 64 reibungsfrei gehalten werden, können diese von den Eingangs- und Ausgangselementen 32b, 34 lediglich durch eine geringe Kraft außer Eingriff gebracht werden, welche gerade erforderlich ist, um die Federkraft der Druckelemente 65 zu überwinden. Somit können selbst dann, wenn das Eingangselement 32b fortdauernd rotiert, alle der drei ersten Kupplungsmechanismen 41 mit hoher Zuverlässigkeit von einer lediglich kleinen Auskuppelkraft außer Eingriff gebracht werden, welche Kraft diejenige Kraft nicht überschreitet, welche zum Außer-Eingriff-Bringen von lediglich einem (ausgewählter Kupplungsmechanismus 41a) der ersten Kupplungsmechanismen 41 erforderlich ist.
Die zweiten Kupplungsmechanismen 51 funktionieren auf dieselbe Weise wie, jedoch in entgegengesetzter Richtung zu den ersten Kupplungsmechanismen 41. Demzufolge können in Antwort auf eine Drehung des Lenkrads 2 die zweiten Kupplungsmechanismen 51 wahlweise auf dieselbe Weise, wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 20 bis 23 beschrieben, in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden.
Mit Bezug auf Fig. 24 bis 29 wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diejenigen Teile, welche zu denjenigen im vierten Ausführungsbeispiel gleich oder korrespondierend sind, werden durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und es wird eine weitere Beschreibung derselben weggelassen.
Fig. 24 zeigt einen Querschnitt einer mechanischen Kupplung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, wobei die mechanische Kupplung eine Abwandlung der mechanischen Kupplung des in Fig. 17 gezeigten vierten Ausführungsbeispiels ist.
Die mechanische Kupplung 40 umfaßt ein Ausgangselement 34 mit einer im wesentlichen gleichseitig dreieckigen Form im Querschnitt, wobei drei Ecken abgestumpft oder abgerundet sind und wobei drei Seiten nach außen gekrümmt sind. Ein ausgewähltes 64a der drei Positionssteuerelemente 64, welches zur Positionierung eines ausgewählten Paars von ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41, 51 verwendet wird, weist eine Länge L&sub5; in Umfangsrichtung auf, welche größer als die Länge L&sub6; in Umfangsrichtung der übrigen beiden oder verbleibenden Positionssteuerelemente 64, 64 ist. Das ausgewählte Positionssteuerelement 64a ist normalerweise in radialer Ausrichtung zu einer der drei abgestumpften Ecken der im wesentlichen gleichseitig dreieckigen Form des Ausgangselements 34 angeordnet. Die verbleibenden Positionssteuerelemente 64, 64 sind ebenfalls normalerweise in radialer Ausrichtung zu den beiden übrigen oder verbleibenden abgestumpften Ecken der gleichseitig dreieckigen Form des Ausgangselements 34 angeordnet.
Das ausgewählte Paar von ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41a, 51a weist jeweils ein Paar von sich verengenden Zwischenräumen 61 auf, wobei jeder sich verengende Zwischenraum 61 teilweise aufgeweitet ist, um zu ermöglichen, daß das Schließelement 62 sich von den Reibungsangriffsflächen 32c, 34b' trennt oder von diesen außer Eingriff gelangt, wenn der ausgewählte erste Kupplungsmechanismus 41a oder der ausgewählte zweite Kupplungsmechanismus 51a außer Eingriff zu bringen ist.
Insbesondere weist die polygonale Außenfläche 34b des Ausgangselements 34 ein Paar von Ausnehmungen 34c auf, welche in zwei benachbarten der Reibungsangriffsflächenabschnitte (ausgangsseitige Angriffsflächen) 34b' angeordnet sind, um zu ermöglichen, daß die Schließelemente 62 der ausgewählten ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41a, 51a von den Reibangriffsflächen 32c, 34b' außer Eingriff gelangen.
Fig. 25 ist eine detaillierte Ansicht eines durch B gekennzeichneten in Fig. 24 gezeigten Abschnitts, welcher die Reibangriffsflächen 32c, 34b' zeigt, welche den sich verengenden Zwischenraum 61 der ausgewählten ersten Kupplungsmechanismen 41a zeigen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Reibangriffsflächen 32c, 34b' strukturell gleich zu den in Fig. 18 gezeigten. Dies bedeutet, daß die im wesentlichen ebene ausgangsseitige Angriffsfläche 34b' eine angeschrägte Fläche 34d umfaßt, welche in einer derartigen Richtung angeschrägt ist, daß sie den Keilwinkel des sich verengenden Zwischenraums 61 vergrößert. Die angeschrägte Fläche 34d ist bevorzugt eine bogenförmige Fläche. Die bogenförmige Fläche 34d ist derart profiliert, daß das Schließelement 62, während es zwischen den Reibangriffsflächen 32c und 34b' eingekeilt ist, immer denselben Keilwinkel θ aufweist, selbst wenn die Position einer Mitte der bogenförmigen Fläche 34d oder der Radius des Schließelements 62 verändert wird. Die bogenförmige Fläche 34d dient als Verengungswinkel- Korrekturabschnitt. Die Funktion des Verengungswinkel-Korrekturabschnitts 34d ist dieselbe wie die des in Fig. 18 gezeigten vierten Ausführungsbeispiels und eine weitere Beschreibung derselben kann weggelassen werden.
Der ausgewählte zweite Kupplungsmechanismus 51a weist ebenfalls einen ähnlichen Verengungswinkel-Korrekturabschnitt 34d (Fig. 24) an den ausgangsseitigen Angriffsflächen 34b' auf.
Im Folgenden wird der Betrieb der mechanischen Kupplung 40 des fünften Ausführungsbeispiels nun mit Bezug auf Fig. 1 und 26 bis 29 beschrieben.
Wenn das Lenkrad 2 nicht betätigt wird, befinden sich die ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41, 51 allesamt im Außer-Eingriffs-Zustand (neutrale Stellung), wie in Fig. 26 gezeigt.
In Fällen, in welchen ein auf das Lenkrad 2 wirkendes Lenkdrehmoment klein ist und der Elektromotor 5 kein Hilfsdrehmoment erzeugt, ergibt sich im wesentlichen keine Veränderung in der Relativposition oder Phase zwischen den Positionssteuerelementen 64 und dem Ausgangselement 34 und deshalb werden die ersten Kupplungsmechanismen 41 noch in ihrem Außer-Eingriffs- Zustand gehalten. Das Ausgangselement 34 wird gelenkt oder gedreht, um die Ausgangswelle durch ein Lenkdrehmoment in dem in Fig. 2 gezeigten Lenksystem anzutreiben, ohne durch eine Reibung zwischen den Schließelementen 62 und dem Eingangselement 32b und eine von dem Elektromotor 5 erzeugte Trägheitskraft beeinflußt zu werden.
Alternativ verändert sich dann, wenn ein auf das Lenkrad 2 wirkendes Lenkdrehmoment groß ist und der Elektromotor ein Hilfsdrehmoment erzeugt, die Relativposition oder Phase zwischen den Positionssteuerelementen 64 und dem Ausgangselement 34 stark. Beispielsweise werden, wie in Fig. 27 gezeigt, die Positionssteuerelemente 64 in der durch den Pfeil X angegebenen Richtung stark verlagert. Bei dieser winkelmäßigen Verlagerung der Positionssteuerelemente 64 werden die jeweiligen Schließelemente 62 der ersten Kupplungsmechanismen 41 stark in der Richtung von Pfeil X verlagert, um dadurch die ersten Kupplungsmechanismen 41 in Eingriffszustand zu bringen. In diesem Fall wird das Ausgangselement 34 in der Richtung von Pfeil X gedreht, um die Ausgangswelle 15 durch ein kombiniertes Drehmoment anzutreiben, welches gleich der Summe des Lenkdrehmoments in dem vorstehend beschriebenen Lenksystem und des Hilfsdrehmoments vom Elektromotor 5 ist.
Danach wird aus bestimmten Gründen das Lenkrad 2 in entgegengesetzte Richtung gedreht, während die Übertragung des Hilfsdrehmoments vom Elektromotor 5 fortdauert. Bei dieser Bewegung des Lenkrads 2 werden die Positionssteuerelemente 64 in der durch den Pfeil Y angegebenen Richtung gedreht, welche zu der Drehrichtung des Eingangselements 32b entgegengesetzt ist, wie in Fig. 28 gezeigt. In diesem Fall kommt das ausgewählte Steuerelement 64a in Kontakt mit dem auf der rechten Seite benachbarten Schließelement 62a vor dem Eingreifen zwischen den anderen beiden oder verbleibenden Positionssteuerelementen 64, 64 und den korrespondierenden auf der rechten Seite benachbarten Schließelementen 62, 62. Nachfolgend rückt das ausgewählte Positionssteuerelement 64a das Schließelement 62a in die Richtung von Pfeil Y, um dadurch einen ausgewählten 41a der ersten Kupplungsmechanismen 41 außer Eingriff zu bringen.
In diesem Zustand befinden sich die verbleibenden Positionssteuerelemente 64, 64 noch im Abstand von den auf der rechten Seite benachbarten Schließelementen 62, 62. Folglich gibt es zwei Vektoren Z&sub1;, Z&sub2;, welche von den Schließelementen 62, 62 der verbleibenden ersten Kupplungselemente 41 zum Ausgangselement 34 wirken, wie durch die Pfeile in Fig. 28 gezeigt. Demzufolge unterliegt das Ausgangselement 34 einer durch den Pfeil Z&sub3; bezeichneten unausgeglichenen Last, welche ein resultierender Vektor oder eine resultierende Kraft der beiden Vektoren Z&sub1;, Z&sub2; ist. Durch die Wirkung dieser unausgeglichenen Last wird das Ausgangselement 34 geringfügig in der Richtung von Pfeil Z&sub3; gegen die Federkraft des Federelements 35 verlagert, während dieses entlang dem Stift 14 geführt wird. Bei dieser Verlagerung des Ausgangselements 34 werden die sich verengenden Zwischenräume 61 (Fig. 24), welche in sich die verbleibenden Schließelemente 62 aufnehmen, geringfügig aufgespreizt oder aufgeweitet, so daß die Verkeilungskraft der verbleibenden Schließelemente 62, welche auf die Eingangs- und Ausgangselemente 32b, 34 wirkt, reduziert wird.
Unmittelbar danach kommen die verbleibenden Positionssteuerelemente 64 jeweils in Kontakt mit den verbleibenden Schließelementen 62 und drücken diese dann in Richtung von Pfeil Y, um dadurch die übrigen beiden oder verbleibenden ersten Kupplungsmechanismen 41 außer Eingriff zu bringen, wie in Fig. 29 gezeigt. Das Ausgangselement 34 kehrt automatisch in seine ursprüngliche neutrale Position durch die Federkraft des Federelements 35 zurück.
Somit können selbst dann, wenn das Eingangselement 32b fortdauernd rotiert, alle drei ersten Kupplungsmechanismen 41 stabil und zuverlässig durch eine lediglich geringe Auskuppelkraft außer Eingriff gebracht werden, welche Kraft diejenige Kraft nicht übersteigt, welche zum Außer-Eingriff-Bringen von lediglich einem (dem ausgewählten Kupplungsmechanismus 41a) der ersten Kupplungsmechanismen 41 erforderlich ist.
Die zweiten Kupplungsmechanismen 51 funktionieren auf dieselbe Weise wie, jedoch in entgegengesetzter Richtung zu dem ersten Kupplungsmechanismus 41. Folglich werden in Antwort auf eine Drehung des Lenkrads 2 die zweiten Kupplungsmechanismen 51 wahlweise auf dieselbe Weise, wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 26 bis 29 beschrieben, in Eingriff und außer Eingriff gebracht.
Wie in Fig. 28 gezeigt, wird der Zwischenraum zwischen der Außenfläche 34b (Fig. 24 und 25) des Ausgangselements 34 und dem Schließelement 62b zu einem Ausmaß vergrößert, welches gleich der Tiefe der Ausnehmung 34c ist. Dies stellt eine zuverlässige Trennung oder ein Außer-Eingriff-Gelangen des Schließelements 62a von den Reibangriffsflächen 32c, 34b' sicher und macht es möglich, den Grad der Verlagerung des Ausgangselements 34 in radialer Richtung relativ zum Eingangselement 32 zu vergrößern. Die ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41, 51 können deshalb schnell und zuverlässig außer Eingriff gebracht werden.
Das Federelement 13 sollte keinesfalls auf die in den dargestellten Ausführungsbeispielen gezeigte Torsionsstange beschränkt sein, sondern kann auch eine weitere Komponente umfassen, wobei vorgesehen sein kann, daß diese Komponente dazu ausgelegt ist, eine relative Torsionsverlagerung zwischen der Eingangswelle 11 und der Ausgangswelle 15 zu erzeugen, welche proportional zum Lenkdrehmoment ist.
Die Anzahl der ersten Kupplungsmechanismen 41 oder der zweiten Kupplungsmechanismen 51 sollte keinesfalls auf die drei gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen beschränkt sein, sondern kann optional bestimmt werden.
Das Ausgangselement 34 ist derart angebracht, daß es relativ zum Eingangselement 32b in radialer Richtung verlagerbar ist. Alternativ kann das Eingangselement 32b relativ zum Ausgangselement 34 für eine Verlagerung in radialer Richtung ausgelegt sein.
Die sich verengenden Zwischenräume 61 sind teilweise aufgeweitet, um eine Trennung oder ein Außer-Eingriff-Gelangen der Schließelemente 62 von den eingangsseitigen und ausgangsseitigen Angriffsflächen 32c, 34b' zu erleichtern. Anstelle der Ausnehmung 34c, welche in der Außenfläche des Ausgangselements 34 ausgebildet ist, kann das Eingangselement 32 eine ähnliche Ausnehmung in seiner zylindrischen Innenfläche aufweisen.
Das Ausgangselement 34, welches dann, wenn das Schließelement 62a des ausgewählten Kupplungsmechanismus 41a, 51a außer Eingriff ist, ist in radialer Richtung durch eine Kraft verlagerbar, welche durch die Schließelemente 62 der verbleibenden Kupplungsmechanismen 41, 51 ausgeübt wird. Das Ausgangselement 34 ist hinsichtlich seiner Verlagerungsrichtung relativ zur Position der Positionssteuerelemente 64 nicht beschränkt, da die Reibangriffskraft, welche zwischen den Schließelementen 62 der verbleibenden Kupplungsmechanismen und dem Ausgangselement 34 wirkt, reduziert ist, wenn das Ausgangselement 34 in radialer Richtung durch die von den gleichen Schließelementen 62 ausgeübte Kraft verlagert wird.
Das in Kombination mit dem Ausgangselement 34 zum Führen des letzteren verwendete Führungselement ist nicht auf den in den dargestellten Ausführungsbeispielen gezeigten Stift 14 beschränkt. Gleichermaßen kann das zum Drücken des Ausgangselements 34 gegen die Ausgangswelle 15 verwendete Federelement eine Spiraldruckfeder 35, einen zungenartigen federnden Axialstreifen 15b der Ausgangswelle 15, einen hohlen Federabschnitt 71a eines elastischen Elements 71, eine Tellerfeder und dgl. umfassen.
Die sich verengenden Zwischenräume 61 sollten bevorzugt zwischen der zylindrischen Innenfläche 32c des Elements 32 und der polygonalen Außenfläche (umfassend die Reibangriffsflächenabschnitte 34b') des Ausgangselements 34 definiert sein. Die Form der Außenfläche des Ausgangselements 34 ist nicht auf die in den Fig. 5, 11, 17 und 24 gezeigte beschränkt. Das Eingangselement 32b kann eine polygonale Innenfläche aufweisen, in welchem Fall das Ausgangselement 34 bevorzugt eine zylindrische Außenfläche aufweist.
Die Schließelemente 62 können statt zylindrisch sphärisch ausgebildet sein, wobei vorgesehen ist, daß diese selektiv mit den sich verengenden Umfangsenden der passenden sich verengenden Zwischenräume 61 außer Eingriff bringbar sind, um das Eingangselement 32b und das Ausgangselement 34 in Eingriff und außer Eingriff zu bringen. Die in der mechanischen Kupplung 40 vorhandenen Druckelemente sollten keinesfalls auf Spiraldruckfedern 65 beschränkt sein, sondern können auch steife Gummielemente oder eine Plattenfeder umfassen.
Die ersten und zweiten Kupplungsmechanismen 41, 51 sollten bevorzugt aus einer Reibangriffskupplung gebildet sein und können deshalb eine nachfolgend beschriebene Freilaufkupplung umfassen.
Die Freilaufkupplung umfaßt ein hohlzylindrisches Außenelement oder einen Laufring (entsprechend dem Eingangselement 32b) mit einer zylindrischen Innenangriffsfläche, ein hohlzylindrisches Innenelement oder einen Laufring (entsprechend dem Außenelement 34), welches konzentrisch zu dem äußeren Laufring angeordnet ist und eine zylindrische Außenangriffsfläche aufweist, eine Mehrzahl von Klemmkörpern (Nocken mit Verkeilungswirkung), welche zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnet sind, ein mit dem Lenkrad verbundenes Element (entsprechend den Positionssteuerelementen 64) zum Positionieren der Klemmkörper, und Federn, welche die jeweiligen Klemmkörper in einer Richtung zum Verkeilen derselben zwischen die Innen- und Außenangriffsfläche drückt.
Die elektrische Servolenkvorrichtung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weist verschiedene, nachfolgend beschriebene Vorteile auf.
Das Ausgangselement ist in einer radialen Richtung relativ zum Eingangselement verlagerbar, wenn ein Teil der Schließelemente vom Ausgangselement außer Eingriff steht, wobei Kräfte oder Drücke, welche von den einzelnen Schließelementen auf dem Ausgangselement anliegen, ihre Balance verlieren. Die verbleibenden Schließelemente drücken dann das Ausgangselement derart, daß es in radialer Richtung relativ zum Eingangselement verlagert wird. Mit dieser Verlagerung des Ausgangselements wird eine zwischen den verbleibenden Schließelementen und dem Ausgangselement wirkende Reibangriffskraft geschwächt oder reduziert. Dies macht es möglich, die verbleibenden Schließelemente mit geringer Kraft außer Eingriff zu bringen, welche Kraft gerade eine Kraft überschreitet, die erforderlich ist, um die Druckelemente zu überwinden. Folglich können die Reibungskupplungs-Mechanismen der vorliegenden Erfindung einfach durch eine Kraft außer Eingriff gebracht werden, welche wesentlich kleiner ist als die Kraft, welche zum gleichzeitigen Außer-Eingriff-Bringen aller Reibungskupplungs-Mechanismen erforderlich ist.
Um einen zuverlässigen Verkeilungseingriff zwischen den Schließelementen und den Eingangs- und Ausgangselementen sicherzustellen, ist das Ausgangselement im wesentlichen derart aufgebaut, daß es eine komplizierte Form und Gestalt aufweist. Allerdings ist das Ausgangselement der vorliegenden Erfindung aus einem separaten Bauteil ausgebildet, welches strukturell von der Ausgangswelle unabhängig ist. Das Ausgangselement kann deshalb leicht mit einer relativ hohen Produktionsrate hergestellt werden.
Da die Positionssteuerelemente auf demselben Kreis angeordnet sind und in regelmäßigen Intervallen voneinander beabstandet sind und da ein ausgewähltes der Positionssteuerelemente, welches zur Positionierung der ausgewählten Gruppe der Reibungskupplungs-Mechanismen verwendet wird, eine Länge in Umfangsrichtung aufweist, die größer als die des verbleibenden Positionssteuerelements ist, kann die ausgewählte Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen vor der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen außer Eingriff gebracht werden. Dieses Außer-Eingriff-Gelangen der ausgewählten Gruppe von Reibungskupplungs- Mechanismen ist gefolgt von dem Außer-Eingriff-Gelangen der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen, was einfach durch eine Kraft erreicht werden kann, die wesentlich geringer als diejenige Kraft ist, die zum gleichmäßigen Außer-Eingriff-Bringen aller Kupplungsmechanismen erforderlich ist.
Da die Angriffsfläche des Ausgangselements, welche für ein gegenseitiges Eingreifen mit den Schließelementen der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen ausgelegt ist, in eine Richtung entgegengesetzt zur Verlagerungsrichtung des Ausgangselements nach unten angeschrägt ist, wird das Ausgangselement sanft und stabil in radialer Richtung verlagert, wenn die ausgewählte Gruppe von Reibungskupplungs- Mechanismen außer Eingriff gebracht wird. Diese Anordnung bewirkt eine Verbesserung der Zuverlässigkeit des Auskuppelvorgangs.
Aufgrund des zum Drücken des Ausgangselements zur Ausgangswelle hin verwendeten Federelements kehrt das Ausgangselement automatisch von der radial verlagerten Position zur ursprünglichen Position durch die Federkraft des Federelements zurück, wenn die Kupplungsmechanismen vollständig außer Eingriff sind. Mit einem derart vorgesehenen Federelement ist das Ausgangselement dazu in der Lage, seine hin- und hergehende Bewegung mit hoher Zuverlässigkeit zu wiederholen, so dass die Kupplungsmechanismen mit kleiner Kraft außer Eingriff gebracht werden. Das Federelement weist eine Federkraft auf, welche in einer Richtung parallel zur Verlagerungsrichtung des Ausgangselements wirkt. Mit einem derartig zur Verlagerungsrichtung des Ausgangselements ausgerichteten Federelement ist das Ausgangselement dazu in der Lage, in seine ursprüngliche Position sanft und stabil ohne Hervorrufen unerwünschter Betriebsgeräusche zurückzukehren. Somit können die Kupplungsmechanismen insgesamt zuverlässig und geräuscharm arbeiten.
Da das Ausgangselement an der Ausgangswelle bevorzugt über ein elastisches Element angebracht ist, welches aus einem Material mit einer dämpfenden oder stoßabsorbierenden Eigenschaft ausgebildet ist, wie beispielsweise Gummi, können Hubgeräusche, welche möglicherweise von den Kupplungsmechanismen erzeugt werden, zu einem größeren Ausmaß durch das elastische Element absorbiert oder abgeschwächt werden. Die Servolenkvorrichtung weist insgesamt verbesserte Schalldämpfungseigenschaften auf, welche den Produktwert der Servolenkvorrichtung steigern.
Wenn das Ausgangsselement in der radialen Richtung relativ zum Eingangselement verlagert wird, wirkt der Verengungswinkel- Korrekturabschnitt dahingehend, daß er die Position des Schließelements innerhalb des sich verengenden Zwischenraums korrigiert, so daß der Keilwinkel zwischen dem Schließelement und den Reibangriffsflächen im wesentlichen bei einem konstanten Wert liegt. Selbst wenn die Position des Schließelements innerhalb des sich verengenden Zwischenraums aufgrund einer Relativbewegung von Eingangs- und Ausgangselementen verändert wird, wird der Keilwinkel und die Verkeilungswirkung des Schließelements konstant gehalten. Folglich kann das Schließelement sanft und zuverlässig von den Reibangriffsflächen des sich verengenden Zwischenraums außer Eingriff gebracht werden, ohne eine zusätzliche Auskuppelkraft zu erfordern. Es kann passieren, daß aus bestimmten Gründen das Ausgangselement in exzentrische Lage zu dem Eingangselement gelangt und somit die Position des Schließelements innerhalb des sich verengenden Zwischenraums verändert. In diesem Zustand wirkt allerdings der Verengungswinkel-Korrekturabschnitt dahingehend, daß er die Position des Schließelements korrigiert, bis der konstante Keilwinkel zwischen dem Schließelement und den Reibangriffsflächen wiederhergestellt ist. Der somit vorgesehene Verengungswinkel-Korrekturabschnitt beeinflußt nicht den Vorgang des sanften Außer-Eingriff-Gelangens der Kupplunsgmechanismen, was mit einer kleinen Auskuppelkraft erreichbar ist.
Da ein Teil der sich verengenden Zwischenräume einen vergrößerten Bereich aufweist, ist ein großer Zwischenraum oder ein großes Spiel zwischen dem Schließelement und den Reibangriffsflächen vorgesehen, wenn das Schließelement sich in seiner Außereingriffsposition befindet. Diese Anordnung stellt eine positive und zuverlässige Trennung zwischen den Schließelementen und den Reibangriffsflächen sicher und ist deshalb dazu in der Lage, die Größe der Relativbewegung zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement zu vergrößern. Die Kupplungsmechanismen können deshalb mit erhöhter Zuverlässigkeit außer Eingriff gebracht werden.
Zumindest eine der Mehrzahl von Gruppen an Reibungskupplungs- Mechanismen ist dazu in der Lage, vor dem Außer-Eingriff-Gelangen der übrigen Reibungskupplungsgruppen außer Eingriff zu gelangen und der vergrößerte Abschnitt des sich verengenden Zwischenraums ist in der wenigstens einen frühzeitig außer Eingriff bringbaren Gruppe von Kupplungsmechanismen vorgesehen. Mit dieser Anordnung wird die frühzeitig außer Eingriff bringbare Gruppe von Kupplungsmechanismen immer zuerst außer Eingriff gebracht, unmittelbar gefolgt vom Außer-Eingriff-Gelangen der verbleibenden Gruppen an Kupplungsmechanismen. Aufgrund des vergrößerten Abschnitts wird das Schließelement von jeder der frühzeitig außer Eingriff bringbaren Kupplungsmechanismen sanft im vergrößerten Abschnitt aufgenommen, wenn das Schließelement unter Krafteinwirkung von den Reibangriffsflächen außer Eingriff gebracht wird. Bei einer derartigen Aufnahme des Schließelements in dem vergrößerten Abschnitt kann ein Auskuppelvorgang der Mehrzahl von Kupplungsmechanismen mit verbesserter Zuverlässigkeit erreicht werden.
Es ist selbstverständlich, daß verschiedene Abwandlungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung im Rahmen der vorangehend beschriebenen Lehre möglich sind. Es ist deshalb selbstverständlich, daß die Erfindung im Rahmen der beiliegenden Ansprüche auch auf andere Art und Weise realisiert werden kann als vorstehend beschrieben.

Claims

1. Elektrische Servolenkvorrichtung, umfassend einen Elektromotor (5) zum Erzeugen eines Hilfsdrehmoments nach Maßgabe eines Lenkdrehmoments, und eine Mehrzahl von Gruppen von Reibungskupplungs-Mechanismen (41, 51) zum Übertragen des Hilfsdrehmoments zu einem Lenksystem (11-15), umfassend eine mit einem Lenkrad (2) verbundene Ausgangswelle (15), wobei die Mehrzahl von Gruppen von Reibungskupplungs-Mechanismen (41, 51) umfaßt: ein mit dem Elektromotor (5) verbundenes Eingangselement (32b); ein Ausgangselement (34), welches konzentrisch zu dem Eingangselement (32b) mit einem zwischen diesen definierten Zwischenraum angeordnet ist und mit der Ausgangswelle (15) verbunden ist; eine Mehrzahl von sich verengenden Zwischenräumen (61), welche zwischen einer Innenfläche (32c) von einem von Eingangselement (32b) und Ausgangselement (34) und einer Außenfläche (34b) des anderen von Eingangselement (32b) und Ausgangselement (34) definiert ist; eine Mehrzahl von Schließelementen (62), welche jeweils in den sich verengenden Zwischenräumen (61) zum wahlweisen In- und Außer- Eingriff-Bringen des Eingangs- und Ausgangselements (32b, 34) beweglich angeordnet sind; eine Mehrzahl von Druckelementen (65) zum Drücken er Schließelemente (62) in eine Verengungsrichtung der sich verengenden Zwischenräume (61); und eine Mehrzahl von drehbaren Positionssteuerelementen (64), welche mit dem Lenkrad (2) zum Positionieren der Schließelemente (62) verbunden sind, wobei eine Drehung der Positionssteuerelemente (64) bewirkt, daß sich die Schließelemente (62) der Reibungskupplungs-Mechanismen (41, 51) in und außer Verkeilungseingriff zwischen der Innenfläche (32c) und der Außenfläche (34b) bewegen, um dadurch wahlweise das Eingangselement (32b) und das Ausgangselement (34) zur Übertragung des Hilfsdrehmoments vom Elektromotor (5) zur Ausgangswelle (15) in und außer Eingriff zu bringen,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Eingangselement (32b) und das Ausgangselement (34) derart angeordnet sind, daß diese in einer radialen Richtung relativ bewegbar sind, und daß dann, wenn eine ausgewählte (41a, 51a) der Mehrzahl von Gruppen von Reibungskupplungs-Mechanismen (41, 51) in Antwort auf eine Drehung der Positionssteuerelemente (64) außer Eingriff gebracht wird, das Eingangselement (32b) und das Ausgangselement (34) relativ in der radialen Richtung durch eine Kraft verlagert werden, welche von den Schließelementen (62) der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen (41, 51) ausgeübt wird, so dass sich eine zwischen den Schließelementen (62) der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen (41, 51) und den Innen- und Außenflächen (32c, 34b) der Eingangs- und Ausgangselemente (32b, 34) wirkende Reibeingriffskraft reduziert.

2. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ausgangselement (34) und die Ausgangswelle (15) aus zwei separaten, strukturell voneinander unabhängigen Elementen gebildet sind, und wobei das Ausgangselement (34) an der Ausgangswelle (15) derart angeordnet ist, daß es relativ zur Ausgangswelle (15) in einer radialen Richtung derselben verlagerbar ist.

3. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Positionssteuerelemente (64) auf demselben Kreis angeordnet und in regelmäßigen Intervallen voneinander beabstandet sind, und wobei ein ausgewähltes (64a) der Positionssteuerelemente (64), welches zur Positionierung der ausgewählten Gruppe von Reibungskupplungs- Mechanismen (41a, 51a) verwendet wird, eine Länge in Umfangsrichtung aufweist, welche größer als die des verbleibenden Positionssteuerelements (64) ist, so daß die ausgewählte Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen (41a, 51a) vor der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen (41, 51) außer Eingriff bringbar ist.

4. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Ausgangselement (34) eine Angriffsfläche (34b') aufweist, welche für ein gegenseitiges Angreifen an den Schließelementen (62) der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen (41, 51) ausgelegt ist, wobei die Angriffsfläche (34b') in einer Richtung entgegengesetzt zur Verlagerungsrichtung des Ausgangselements (34) abgeschrägt ist, um eine sanfte Verlagerung des Ausgangselements (34) in der radialen Richtung zu erleichtern, wenn die ausgewählte Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen (41a, 51a) außer Eingriff gebracht wird.

5. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, ferner umfassend ein Federelement (35; 15b) zum Drücken des Ausgangselements (34) zur Ausgangswelle (15) hin.

6. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Federelement (35; 15b) eine Federkraft aufweist, welche in einer Richtung parallel zur Verlagerungsrichtung des Ausgangselements (34) wirkt.

7. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei das Ausgangselement (34) an der Ausgangswelle (15) mittels eines elastischen Elements (71) angebracht ist.

8. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Ausgangswelle (15) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei das Ausgangselement (34) ein im wesentlichen längliches Durchgangsloch (34a) aufweist, in welchem die Ausgangswelle (15) aufgenommen ist, wobei die Ausgangswelle (15) und das Ausgangselement (34) mittels eines Stifts (14) verbunden sind, welcher sich in dem länglichen Durchgangsloch (34a) und entlang einer Hauptachse desselben erstreckt, und wobei die Ausgangswelle (15) und das Ausgangselement (34) von einem Federelement (35) aufeinander zu gedrückt sind.

9. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Ausgangswelle (15) einen in einem Endabschnitt der Ausgangswelle (15) ausgebildeten axialen Schlitz (S) aufweist, derart, daß ein zungenartiger federnder Streifen (15b) ausgebildet ist, und ein Paar paralleler ebener Flächen (15c) aufweist, welche sich in rechten Winkeln zu dem axialen Schlitz (S) erstrecken und durch Aufschneiden diametral entgegengesetzter Abschnitte einer Außenfläche des Endabschnitts der Ausgangswelle (15) ausgebildet sind, und wobei das Ausgangselement (34) ein Durchgangsloch (34a) aufweist, welches mit dem Endabschnitt der Ausgangswelle (15), die den zungenartigen federnden Streifen (15b) und die ebenen Flächen (15c) umfaßt, zusammengesetzt ist.

10. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Ausgangswelle (15) einen in einem Endabschnitt der Ausgangswelle (15) ausgebildeten axialen Schlitz (S) aufweist, derart, daß ein zungenartiger federnder Streifen (15b) ausgebildet ist, und ein Paar paralleler ebener Flächen (15c) aufweist, welche sich in rechten Winkeln zu dem axialen Schlitz (S) erstrecken und durch Ausschneiden diametral entgegengesetzter Abschnitte einer Außenfläche des Endabschnitts der Ausgangswelle (15) ausgebildet sind, wobei das Ausgangselement (34) ein Durchgangsloch (34a) aufweist, welches lose mit dem Endabschnitt der Ausgangswelle (15) zusammengesetzt ist, welche Ausgangswelle (15) den zungenartigen federnden Streifen (15b) und die ebenen Flächen (15c) umfaßt, und wobei das Ausgangselement (34) an der Ausgangswelle (15) über ein elastisches Element (71) mit Dämpfungseigenschaften gelagert ist.

11. Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine von Innenfläche (32c) und Außenfläche (34b) einen Verengungswinkel-Korrekturabschnitt (34d) aufweist, um es jedem der Schließelemente (62) zu ermöglichen, zwischen der Innen- und Außenfläche (32c, 34b) verkeilt zu werden, während im wesentlichen derselbe Keilwinkel beibehalten wird, selbst wenn die Position des Schließelements (62) im korrespondierenden sich verengenden Zwischenraum (61) aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Eingangselement (32b) und dem Ausgangselement (34) verändert wird.

12. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 11, wobei ein Teil der sich verengenden Zwischenräume (61) einen vergrößerten Abschnitt (34c) zum Aufnehmen eines Teils des Schließelements (62) darin aufweist, um zu ermöglichen, daß sich das Schließelement (62) leicht von der Innen- und Außenfläche (32c, 34b) trennt, wenn das Schließelement (62) außer Eingriff gelangt, wobei der vergrößerte Abschnitt (34c) dem Verengungswinkel-Korrekturabschnitt (34d) benachbart ist.

13. Elektrische Servolenkvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Teil der sich verengenden Zwischenräume (61) einen vergrößerten Abschnitt (34c) zum Aufnehmen eines Teils des Schließelements (62) aufweist, um zu ermöglichen, daß das Schließelement (62) sich von der Innen- und Außenfläche (32c, 34b) trennt, wenn das Schließelement (62) außer Eingriff gebracht wird.

14. Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 13, wobei wenigstens eine (41a, 51a) der Mehrzahl von Gruppen von Reibungskupplungs- Mechanismen (41, 51) dazu ausgelegt ist, vor der verbleibenden Gruppe von Reibungskupplungen (41, 51) außer Eingriff zu gelangen, wobei die sich verengenden Zwischenräume der wenigstens einen Gruppe von Reibungskupplungs-Mechanismen (41a, 51a) jeweils den vergrößerten Abschnitt (34c) aufweisen.