CN106969065A - 用于爪形离合器的控制方法和控制装置 - Google Patents

用于爪形离合器的控制方法和控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于爪形离合器的控制方法和控制装置。爪形离合器包括：第一旋转部件；第二旋转部件；离合器部件；电磁线圈；和位置检测部。用于爪形离合器的控制方法包括：当离合器部件(5)从非连接位置朝向连接位置移动时向电磁线圈(60)供应励磁电流；并且当位置检测部(9)检测到离合器部件(5)已经移动到连接位置时迅速地减小励磁电流。

Description

用于爪形离合器的控制方法和控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于通过啮合传递扭矩的爪形离合器的控制方法和一种用于爪形离合器的控制装置。
背景技术
能够通过啮合传递扭矩的爪形离合器被用于锁定(差速地锁定)例如在车辆的差速装置的一对侧齿轮之间的差速作用(例如，见日本专利申请公布特开2006-29579(JP2006-29579A))。
在JP2006-29579A中描述的差速装置包括：电磁线圈；由于电磁线圈的磁力而移动的柱塞；和离合器环，所述离合器环作为用于锁定在一对侧齿轮之间的差速作用的结构，具有构造成与该一对侧齿轮中的一个侧齿轮啮合的啮合齿。当电流被施加到电磁线圈时，离合器环的啮合齿随着柱塞的移动与所述一个侧齿轮啮合，使得在差速器壳和所述一个侧齿轮之间的相对旋转被限制。相应地，枢转地受到与差速器壳一体地旋转的小齿轮轴支撑的一对小齿轮不能旋转，使得在所述一个侧齿轮和另一个侧齿轮之间的差速作用被限制。
当由驾驶员操作的差速锁定操作开关进入开(ON)状态时，用于控制差速装置的控制装置对电磁线圈供应励磁电流。控制装置根据位置开关的信号检测到离合器环的啮合齿与所述一个侧齿轮啮合。控制装置被构造成使得当检测到啮合时，控制装置启动计时器，并且当计时器值达到预定阈值时，控制装置在啮合状态得以维持的这种程度上将将被供应到电磁线圈的电流从为了啮合离合器环必要的电流降低到相对小的电流。
发明内容
在JP2006-29579A中描述的控制方法中，与连续地啮合离合器环必要的电流保持流动的情形相比，在维持差速锁定状态的同时，功耗受到抑制并且电磁线圈的发热也受到抑制。然而，根据电流量和时间的乘积，电磁线圈的发热增加，从而考虑到散热性，在到车辆的可安装性方面，某些限制可能发生。此外，当相对大的电流长时间地流动时，电磁线圈可能在间歇性定额内变得不能使用。在此情形中，有必要使用更大容量的电磁线圈。因此，在JP2006-29579A中描述的方法保留了在那些方面进行改进的空间。
鉴于此，本发明提供用于爪形离合器的一种控制方法和一种控制装置，其能够进一步减小功耗并且抑制电磁线圈的发热。
本发明第一方面涉及一种用于爪形离合器的控制方法，该爪形离合器包括：第一旋转部件；第二旋转部件，所述第二旋转部件被放置成能够相对于第一旋转部件绕公共旋转轴线旋转；离合器部件，所述离合器部件被限制相对于第一旋转部件旋转，离合器部件具有与第二旋转部件啮合的啮合齿，离合器部件能够在连接位置和非连接位置之间移动，在连接位置处，啮合齿与第二旋转部件啮合，在非连接位置处，啮合齿不与第二旋转部件啮合；电磁线圈，所述电磁线圈被构造成产生磁力，以将离合器部件从非连接位置朝向连接位置移动；和位置检测部，所述位置检测部被构造成检测离合器部件的位置。该控制装置包括：当离合器部件被从非连接位置移动到连接位置时，对电磁线圈供应励磁电流；并且当位置检测部检测到离合器部件已经移动到连接位置时，迅速地减小励磁电流。
此外，本发明第二方面涉及一种用于爪形离合器的控制装置，该爪形离合器包括：第一旋转部件；第二旋转部件，所述第二旋转部件被放置成能够相对于第一旋转部件绕公共旋转轴线旋转；离合器部件，所述离合器部件被限制相对于第一旋转部件旋转，离合器部件具有与第二旋转部件啮合的啮合齿，离合器部件能够在连接位置和非连接位置之间移动，在连接位置处，啮合齿与第二旋转部件啮合，在非连接位置处，啮合齿不与第二旋转部件啮合；电磁线圈，所述电磁线圈被构造成产生磁力，以使离合器部件从非连接位置朝向连接位置移动；和位置检测部，所述位置检测部被构造成检测离合器部件的位置。该控制装置包括ECU。当离合器部件被从非连接位置朝向连接位置移动时，ECU被构造成对电磁线圈供应励磁电流，并且当位置检测部检测到离合器部件已经移动到连接位置时，ECU被构造成迅速地减小励磁电流。
通过根据以上方面的用于爪形离合器的控制方法和控制装置，能够减小功耗并且抑制电磁线圈的发热。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是示意配备有根据本发明的实施例的结合有爪形离合器的差速齿轮的车辆的示例性构造的概略视图；
图2是示意根据本发明的实施例的差速齿轮的示例性构造的截面视图；
图3是差速齿轮的分解透视图；
图4A是构成爪形离合器的挤压机构的离合器部件的透视图；
图4B是构成爪形离合器的挤压机构的离合器部件的透视图；
图5A是以放大方式示意差速齿轮的一个部分的截面视图；
图5B是以放大方式示意差速齿轮的一个部分的截面视图；
图6A是概略地示意凸轮机构的操作的解释性视图；
图6B是概略地示意凸轮机构的操作的解释性视图；
图6C是概略地示意凸轮机构的操作的解释性视图；并且
图7是示意当锁定模式选择开关被切换为开/关时向电磁线圈供应的电流、离合器部件的位置和位置传感器的检测信号的改变的一个实例的时序图。
具体实施方式
将参考图1到7描述本发明的实施例。注意以下描述的实施例示出在实施本发明时优选的具体实例。某些部分具体地例示在技术上优选的各种技术问题，但是本发明的技术范围不限于这种具体实例。
图1是示意配备有根据本发明的实施例的结合有爪形离合器的差速齿轮的车辆的示例性构造的概略视图。图2是示意差速齿轮的示例性构造的截面视图。图3是差速齿轮的分解透视图。图4A和4B每一幅是构成爪形离合器的挤压机构的离合器部件的透视图。图5A和5B每一幅是以放大方式示意差速齿轮的一个部分的截面视图。
车辆100包括：作为驱动力源的发动机101；变速器102；差速齿轮1；用于控制差速齿轮1的控制装置110；右前轮104和左前轮103以及右后轮106和左后轮105；以及右驱动轴107和左驱动轴107。差速齿轮1经由环形齿轮109接收发动机101的驱动力，该驱动力的速度被变速器102改变，并且向作为一对输出轴的右驱动轴108和左驱动轴107分配驱动力。控制装置110包括ECU 113。控制装置110经由缆线111对差速齿轮1的电磁线圈60(在图2中示意)供应励磁电流。此外，控制装置110通过信号线112从差速齿轮1的位置传感器(在图2中示意)接收检测信号。
此外，由车辆100的驾驶员操作的锁定模式选择开关120连接到控制装置110。当锁定模式选择开关120进入开状态时，在右驱动力108和左驱动轴107之间的相对旋转被限制。在例如在崎岖的道路诸如泥泞的道路上行进时，驾驶员开启锁定模式选择开关120。由此，即便右前轮104和左前轮103之一陷入泥浆中，仍然能够利用传递到另一个轮子的驱动力行进。
以下描述根据本发明的实施例的结合有爪形离合器的差速齿轮1的构造和操作的细节以及控制装置110的控制内容。注意，在以下说明中，为了方便起见图2的右侧和左侧可以只是称作“右侧”和“左侧”，但是“右侧”和“左侧”在这里并不是必然地限制在差速齿轮1被设置在车辆100中的状态下沿着车辆宽度方向的右和左。
差速齿轮1包括：差速器壳2，环形齿轮109(在图1中示意)被固定到差速器壳2；存储在差速器壳2中的第一侧齿轮31和第二侧齿轮32；多个(在本实施例中五个)小齿轮组40，每一个小齿轮组被构造成使得第一小齿轮41和第二小齿轮42彼此啮合；离合器部件5，离合器部件5能够在差速器壳2和第一侧齿轮31之间传递扭矩；位置传感器9，位置传感器9用作用于检测离合器部件5的位置的位置检测部；和挤压机构10，挤压机构10用于向离合器部件5提供推动压力。差速器壳2、第一侧齿轮31、离合器部件5、位置传感器9和挤压机构10构成爪形离合器11。
第一侧齿轮31被放置在右侧上并且第二侧齿轮32被放置在左侧上。第一侧齿轮31和第二侧齿轮32具有筒形形状。花键部310在第一侧齿轮31的内周表面上形成，驱动轴108以不可相对旋转方式连接到花键部310，并且花键部320在第二侧齿轮32的内周表面上形成，驱动轴107以不可相对旋转方式连接到花键部320。
差速器壳2、第一侧齿轮31和第二侧齿轮32被放置成能够相对于彼此绕公共旋转轴线O旋转。在下文中，平行于旋转轴线O的方向称作轴向方向。
用于可旋转地保持小齿轮组40的第一小齿轮41和第二小齿轮42的多个保持孔20在差速器壳2中形成。第一小齿轮41和第二小齿轮42绕旋转轴线O公转，并且还能够在采取它们相应的中央轴线作为它们的旋转轴线的情况下在它们的对应保持孔20中自转。
第一侧齿轮31和第二侧齿轮32具有公共外径，并且由多个螺旋齿构成的齿轮部311、321在第一侧齿轮31和第二侧齿轮32的相应的外周表面上形成。中心垫圈81被放置在第一侧齿轮31和第二侧齿轮32之间。此外，侧垫圈82被放置在第一侧齿轮31的右侧上，并且侧垫圈83被放置在第二侧齿轮32的左侧上。
第一小齿轮41一体地包括长齿轮部411、短齿轮部412和连接部413，连接部413用于在轴向方向上将长齿轮部411连接到短齿轮部412。类似地，第二小齿轮42一体地包括长齿轮部421、短齿轮部422和连接部423，连接部423用于在轴向方向上将长齿轮部421连接到短齿轮部422。
第一小齿轮41被构造成使得：长齿轮部411与第一侧齿轮31的齿轮部311以及第二小齿轮42的短齿轮部422啮合；并且短齿轮部412与第二小齿轮42的长齿轮部421啮合。第二小齿轮42被构造成使得：长齿轮部421与第二侧齿轮32的齿轮部321以及第一小齿轮41的短齿轮部412啮合；并且短齿轮部422与第一小齿轮41的长齿轮部411啮合。注意图3并不示意这些齿轮部的螺旋齿。
当第一侧齿轮31和第二侧齿轮32以相同速度旋转时，第一小齿轮41和第二小齿轮42与差速器壳2一起公转而不在相应的保持孔20中自转。此外，当例如在车辆100转弯等时第一侧齿轮31和第二侧齿轮32具有不同的旋转速度时，第一小齿轮41和第二小齿轮42在于相应的保持孔20中自转的同时公转。由此，在允许在第一侧齿轮31和第二侧齿轮32之间的差速作用的同时，输入差速器壳2中的驱动力被分配。注意差速器壳2是本发明的“第一旋转部件”的一个实例，并且第一侧齿轮31是本发明的“第二旋转部件”的一个实例。
离合器部件5能够在连接位置和非连接位置之间在轴向方向行上移动，在连接位置处，差速器壳2以不可相对旋转方式连接到第一侧齿轮31，在非连接位置处，允许差速器壳2和第一侧齿轮31相对于彼此旋转。图5A示意离合器部件5被放置在非连接位置处的状态，并且图5B示意离合器部件5被放置在连接位置处的状态。
当离合器部件5被放置在连接位置处时，在差速器壳2和第一侧齿轮31之间的差速作用被限制，使得第一小齿轮41和第二小齿轮42不能旋转并且在差速器壳2和第二侧齿轮32之间的差速作用也被限制。离合器部件5被放置在离合器部件5和第一侧齿轮31之间的复位弹簧84朝向非连接位置偏压。
挤压机构10包括用于产生电磁力的电磁体6和柱塞7，柱塞7通过电磁体6的磁力在轴向方向上移动以便在轴向方向上挤压并且移动离合器部件5。电磁体6包括筒形电磁线圈60和轭61，轭61用作通过向电磁线圈60施加电流而产生的磁通量的磁路。电磁线圈60产生磁力以从非连接位置朝向连接位置在轴向方向上移动离合器部件5。
轭61包括：与电磁线圈60的内周表面相对的内环部611；与电磁线圈60的外周表面相对的外环部612；和与电磁线圈60的相应的轴向端表面相对的第一和第二轴向端部613、614。第一轴向端部613与电磁线圈60的左端部相对，并且第二轴向端部614与电磁线圈60的右端部相对。在本实施例中，轭61由具有内环部611和第一轴向端部613的内部部件62以及具有外环部612和第二轴向端部614的外部部件63构成。内部部件62和外部部件63通过焊接成一体。
非连续部611a沿着周向方向在轭61的内环部611中形成，电磁线圈60的磁通量的磁路在非连续部611a处变得非连续。在本实施例中，轭61的内环部611的轴向长度比外环部612的轴向长度更短，并且在内环部611的轴向端部和第二轴向端部614之间形成的间隙用作非连续部611a。
此外，在径向方向上形成的切口611b在内环部611的相对于非连续部611a在第一轴向端部613侧上的内周表面上形成。由非磁性材料制成的多个(在本实施例中三个)扇形固定板85的外周端被配合到切口611b。在图3中，示意了在它们之中的两个固定板85。固定板85被销86固定到差速器壳2。轭61相对于差速器壳2的轴向位置被固定使得固定板85被配合到切口611b。
柱塞7包括：由柔软磁性材料制成的环形磁性材料芯70；和挤压部件71，挤压部件71由非磁性材料制成并且构造成与磁性材料芯70一体地在轴向方向上移动从而挤压离合器部件5。磁性材料芯70与跨非连续部611a的轭61的两个端部中的至少一个端部轴向地相对。在本实施例中，磁性材料芯70的外周侧的一个部分与轭61的内环部611的在第二轴向端部614侧上的端部相对。
更具体地，相对于轴向方向倾斜的倾斜表面70a在磁性材料芯70的左端部的外周侧的一个部分中形成，并且倾斜表面611c在轭61的内环部611的在非连续部611a侧上的轴向端部中形成，倾斜表面611c相对于轴向方向倾斜从而平行于磁性材料芯70的倾斜表面70a。磁性材料芯70的倾斜表面70a与轭61的内环部611的倾斜表面611c轴向相对。此外，磁性材料芯70的外周表面70b与轭61的第二轴向端部614的在内周侧上的端部相对。
挤压部件71包括：与磁性材料芯70的轴向端表面相对的环形板部711；与磁性材料芯70的内周表面相对的筒形板部712；和多个(在本实施例中三个)延伸部713，所述多个延伸部713从筒形板部712轴向延伸并且与离合器部件5的轴向端表面(下文述及的可接合部53的远表面53b)抵接，从而挤压离合器部件5。
差速器壳2包括：被多个螺钉200固定到彼此的第一壳部件21和第二壳部件22；和固定到第一壳部件21从而轴向地引导柱塞7的多个(在本发明中三个)支柱形引导部件23。通过受到引导部件23引导，柱塞7能够相对于差速器壳2在轴向方向上移动。
引导部件23是例如由奥氏体不锈钢或者铝制成的非磁性材料，并且一体地包括柱状轴部231和设置在轴部231的一端中的防掉落部232，如在图5A和5B中所示意。插入孔7a在柱塞7中的多个(在本实施例中三个)位置处形成,引导部件23的轴部231穿过插入孔7a。插入孔7a在轴向方向上延伸从而轴向地贯穿磁性材料芯70和挤压部件71。
引导部件23的轴部231具有稍微小于柱塞7的插入孔7a的内径的外径，并且沿着它的中央轴线的纵向方向平行于旋转轴线O。防掉落部232具有盘状形状，其具有比柱塞7的插入孔7a的内径大的外径，并且与柱塞7的在与离合器部件5相反的一侧上的端部抵接，从而防止柱塞7掉落。
如在图2中所示意地，位置传感器9包括：受到固定到车体的托架(未示出)支撑的本体部90；和能够平行于旋转轴线O以往复方式相对于本体部90移动的可移动部91。可移动部91包括：与挤压部件71的环形板部711形成接触的辊子911；和枢转地支撑辊子911的支撑部912。辊子911随着柱塞7的旋转而旋转。此外，在维持在辊子911和挤压部件71之间的接触的同时，可移动部91与柱塞7以及离合器部件5一起地在轴向方向上移动。
位置传感器9的检测信号通过信号线112被发送到控制装置110。在本实施例中，当离合器部件5被放置在非连接位置处时，位置传感器9的检测信号处于关(OFF)状态下，并且当离合器部件5从非连接位置移动到连接位置时，位置传感器9的检测信号被从关切换到开。控制装置110利用位置传感器9检测到离合器部件5已经移动到连接位置。注意位置传感器9可以是能够连续地测量离合器部件5的轴向位置的线性标尺。在此情形中，当从离合器部件5的初始位置(在无任何电流被施加到电磁线圈60时的位置)的移动量超过预定值时，控制装置110检测到离合器部件5已经移动到连接位置，其中所述移动量是由位置传感器9测量。
第一壳部件21一体地包括：具有筒形形状并且可旋转地保持该多个小齿轮组40的筒形部211；从筒部211的一端向内延伸的底部212；和对接第二壳部件22的凸缘部213。环形凹部210在筒部211和底部212之间的角部处形成，电磁体6被安装到环形凹部210。
第一侧齿轮31和第二侧齿轮32被放置在筒部211内侧。此外，第一壳部件21由具有低于轭61的磁导率的金属制成，并且环形齿轮109(在图1中示意)被固定到凸缘部213。差速器壳2被从环形齿轮109传递的驱动力绕旋转轴线O旋转。环形齿轮109被从第一壳部件21的底部212侧安装到差速器壳2。此时，电磁体6被存储在环形凹部210中。因为电磁体6的外径等于第一壳部件21的筒部211的外径，所以能够在电磁体6被固定的情况下安装环形齿轮109。
如在图3中所示意地，在第一壳部件21的底部212中，形成多个挤压配合孔212a和多个插入孔212b，引导部件23的轴部231的一端被挤压配合到挤压配合孔212a，挤压部件71的延伸部713穿过插入孔212b。插入孔212b轴向地贯穿底部212。在本实施例中，在底部212的周向方向上以规则的间隔形成三个挤压配合孔212a和三个插入孔212b。图3示意在它们之中的两个挤压配合孔212a和一个插入孔212b。
当电流被施加到电磁线圈60时，在由图5B中的虚线示意的磁路G中产生磁通量，并且柱塞7被抽拉到内环部611使得磁性材料芯70的倾斜表面70a接近轭61的内环部611的倾斜表面611c。由此，磁性材料芯70接收磁力使得挤压部件71的延伸部713的末端与离合器部件5的轴向端表面抵接，从而挤压离合器部件5。
因为离合器部件5的最外直径(最外部的直径)小于轭61的内径(内环部611的最小直径)，所以离合器部件5被放置在轭61内侧。此外，如在图4A和4B中所示意地，离合器部件5一体地包括：圆形板部51，圆形板部51具有环形圆盘形状并且包括在一个轴向端表面51a上形成的多个碗形凹进部510；啮合部52，啮合部52在圆形板部51的另一个轴向端表面51b上形成，该另一个轴向端表面51b与第一侧齿轮31轴向相对；和可接合部53，可接合部53具有梯形支柱形状并且形成为从圆形板部51的所述一个轴向端表面51a轴向地突出。
圆形板部51被放置在环形凹部210的安装电磁体6的径向内侧上。圆形板部51的所述一个轴向端表面51a与第一壳部件21的底部212轴向相对。可接合部53被部分地插入在第一壳部件21的底部212中形成的插入孔212b中。在轴向方向上突出的多个啮合齿521在啮合部52中形成。该多个啮合齿521在圆形板部51的另一个轴向端表面51b的在外周侧上的部分中形成，并且相对于啮合部52设置在内侧上的轴向端表面51b被形成为与复位弹簧84抵接从而接收朝向非连接位置的偏压力的平坦接收表面。
第一侧齿轮31被构造成使得与离合器部件5的该多个啮合齿521啮合的多个啮合齿313在环形壁部312中形成，以突出方式设置在相对于齿轮部311的外周侧上。
当离合器部件5被柱塞7挤压并且在轴向方向上移动时，啮合部52的该多个啮合齿521与第一侧齿轮31的该多个啮合齿313啮合。即，当离合器部件5朝向第一侧齿轮31移动时，通过在该多个啮合齿521、313之间的啮合，离合器部件5和第一侧齿轮31以不可相对旋转的方式彼此连接。
在第一壳部件21中，由插入孔212b构成离合器部件5的可接合部53与其周向接合的被接合部。离合器部件5的可接合部53包括抵接表面53a，抵接表面53a抵接插入孔212b的内表面212c(见图3)从而从第一壳部件21接收扭矩。
此外，可接合部53的远表面53b被形成为挤压部件71的延伸部713的末端抵接的被挤压表面。当电流被施加到电磁线圈60时，柱塞7朝向第一侧齿轮31的环形壁部312侧挤压离合器部件5，使得挤压部件71的延伸部713抵接可接合部53的远表面53b。
碗形凹进部510的内表面510a被形成为凸轮表面以通过相对于第一壳部件21的相对旋转产生轴向凸轮推力。换言之，在离合器部件5中，圆形板部51的与第一壳部件21的底部212相对的表面(一个轴向端表面51a)的一个部分被形成为凸轮表面。
如在图2中所示意地，抵接碗形凹进部510的内表面510a的突起212d被设置在第一壳部件21的底部212中从而在轴向方向上突出。在本实施例中，突起212d由固定到底部212的球体24构成。球体24被部分地存储在设置在底部212中的轴向凹部212e中，从而被第一壳部件21保持。注意可以作为底部212的一个部分一体地形成突起212d。即使在此情形中，仍然理想的是突起212d的末端是球形的。
底部212的插入孔212b具有比离合器部件5的可接合部53的周向宽度更宽的周向宽度，并且在差速器壳2和离合器部件5之间的相对旋转被限制在预定角度范围内，所述预定角度范围与插入孔212b的周向宽度和可接合部53的周向宽度之间的差对应。碗形凹进部510的内表面510a在大于这个预定角度范围的角度范围上在离合器部件5中形成。由此，即便离合器部件5相对于差速器壳2旋转，突起212d的末端(球体24)仍然总是被存储在碗形凹进部510中从而与内表面510a轴向相对。
第一壳部件21的底部212的突起212d和离合器部件5的圆形板部51的碗形凹进部510构成用于产生轴向推力以从底部212分离离合器部件5的凸轮机构12。现在参考图6A至6C，将在下面描述凸轮机构12的操作。
图6A到6C是利用离合器部件5的周向区段、第一壳部件21的底部212和第一侧齿轮31的环形壁部312概略地示意爪形离合器11中的凸轮机构12的操作的解释性视图。在图6A和6B中，第一侧齿轮31相对于差速器壳2(第一壳部件21)的旋转方向由箭头A示意。
如在图6A中所示意地，碗形凹进部510的内表面510a由在离合器部件5的周向方向上朝向一侧倾斜的第一倾斜表面510b和在离合器部件5的周向方向上朝向另一侧倾斜的第二倾斜表面510c构成。第一倾斜表面510b相对于离合器部件5的周向方向的倾斜角度与第二倾斜表面510c的倾斜角度相同。
离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313这两者均具有梯形截面。配合到离合器部件5的啮合齿521的多个凹进部313a每一个均在周向方向上彼此相邻的啮合齿313之间形成。离合器部件5的啮合齿521的齿面521a和第一侧齿轮31的啮合齿313的齿面313b相对于离合器部件5和第一侧齿轮31的周向方向(旋转方向)偏斜地倾斜。由此，由于在差速器壳2和第一侧齿轮31之间传递的扭矩，产生了用于朝向非连接位置侧挤压离合器部件5的啮合反作用力。
当假设离合器部件5的碗形凹进部510中的第一倾斜表面510b和第二倾斜表面510c的倾斜角度(凸轮角度)为α，假设啮合齿521的齿面521a相对于离合器部件5的周向方向的倾斜角度为β，并且假设啮合齿313的齿面313b相对于第一侧齿轮31的周向方向的倾斜角度为γ时，确立β＝γ，并且α小于β和γ。由此，当凸轮机构12被操作并且离合器部件5的啮合齿521与第一侧齿轮31的啮合齿313啮合时，凸轮机构12的凸轮推力变得大于啮合齿521、313的啮合反作用力，从而离合器部件5不被啮合反作用力朝向第一壳部件21的底部212推回。
当无任何电流被施加到电磁线圈60时，离合器部件5被复位弹簧84的偏压力朝着第一壳部件21的底部212挤压。在图6A中示意这个状态。如在图6A中所示意地，底部212的突起212d抵接碗形凹进部510的最后部，并且离合器部件5的啮合齿521不与第一侧齿轮31的啮合齿313啮合。在这种状态下，差速器壳2能够相对于第一侧齿轮31旋转，从而在允许在第一侧齿轮31和第二侧齿轮32之间的差速作用的同时，输入差速器壳2中的扭矩被分配。此外，位置传感器9的检测信号处于关状态下。
当驾驶员将锁定模式选择开关120从关状态切换到开状态时，控制装置110向电磁线圈60供应励磁电流以将离合器部件5从非连接位置移动到连接位置。当励磁电流被供应到电磁线圈60时，柱塞7的挤压部件71由于它的磁力而挤压离合器部件5，并且在这之后，凸轮机构12操作从而离合器部件5与第一侧齿轮31啮合。图6B示意在啮合开始时的状态，并且图6C示意啮合完成的状态。
如在图6B中所示意地，当电流被施加到电磁线圈60并且离合器部件5被柱塞7的挤压部件71挤压时，离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313的相应的末端彼此啮合。此时，位置传感器9的检测信号被从关状态切换到开状态。注意，在差速器壳2和第一侧齿轮31之间的相对旋转速度快速的情形中，即便离合器部件5被柱塞7挤压，离合器部件5的啮合齿521仍然可以不立刻地与第一侧齿轮31的啮合齿313啮合。位置传感器9的安装位置被调节使得在这种状态下位置传感器9的检测信号不被开启。
由于离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313之间的啮合，离合器部件5随着第一侧齿轮31旋转从而相对于差速器壳2旋转，使得底部212的突起212d在碗形凹进部510的第一倾斜表面510b或者第二倾斜表面510c上滑动。图6B示意底部212的突起212d在碗形凹进部510的第一倾斜表面510b上滑动的情形。由于这个滑动，底部212的突起212d抵接的部分逐渐地移动到碗形凹进部510的浅部，使得离合器部件5利用凸轮推力朝向第一侧齿轮31移动。由此，在离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313之间的啮合深度(在啮合齿521、313之间的轴向重叠距离)d1逐渐地加深。
离合器部件5相对于差速器壳2的相对旋转被限制，使得离合器部件5的可接合部53的抵接表面53a与第一壳部件21中的插入孔212b的内表面212c形成接触。即，如在图6C中所示意地，当离合器部件5的可接合部53的抵接表面53a抵接插入孔212b的内表面212c时，离合器部件5相对于差速器壳2的相对旋转停止，使得离合器部件5相对于差速器壳2的轴向移动也停止。
此时，如在图6C中所示意地，在第一侧齿轮31的啮合齿313之间的凹进部313a的底面313c与离合器部件5的啮合齿521的远表面521b之间形成带有轴向尺寸d2的间隙S1。即，即便离合器部件5相对于差速器壳2旋转，离合器部件5的啮合齿521仍然对接第一侧齿轮31的环形壁部312，使得离合器部件5并不由于凸轮机构12的凸轮推力而直接在轴向方向上挤压第一侧齿轮31。此外，还在第一侧齿轮31的啮合齿313的远表面313d与离合器部件5的圆形板部51之间形成间隙S2。
在离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313之间的啮合完成的状态下，离合器部件5的可接合部53与第一壳部件21的插入孔212b接合，使得在差速器壳2和离合器部件5之间的相对旋转被限制，并且由于在离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313之间的啮合，在离合器部件5和第一侧齿轮31之间的相对旋转被限制。由此，在差速器壳2和第一侧齿轮31之间的相对旋转被限制，并且扭矩经由离合器部件5被从差速器壳2传递到第一侧齿轮31。
这样，当离合器部件5在与第一侧齿轮31啮合的方向上移动时，与第一侧齿轮31啮合的深度被凸轮推力加深，并且然后离合器部件5的可接合部53与第一壳部件21的插入孔212b接合，使得离合器部件5从差速器壳2接收扭矩。
此外，在差速器壳2和第一侧齿轮31之间的差速作用被限制，使得第一小齿轮41和第二小齿轮42不能旋转并且在差速器壳2和第二侧齿轮32之间的差速作用也被限制，由此导致扭矩经由第一小齿轮41和第二小齿轮42被从差速器壳2传递到第二侧齿轮32。
如在图6C中所示意地，当假设凸轮机构12的凸轮推力为Fc，假设由于向电磁线圈60施加电流而引起的柱塞7的挤压力为Fp，假设在离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313之间的啮合反作用力为Fd，并且假设复位弹簧84的偏压力为Fr时，如果确立Fp>Fr，则能够从在图6A中示意的状态改变到在图6B中示意的状态。在这之后，由于凸轮机构12的凸轮推力Fc，在离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313之间的啮合完成。
当离合器部件5的啮合齿521与第一侧齿轮31的啮合齿313啮合时，产生了啮合反作用力Fd，但是因为如以上已经描述地，关系α<β、γ成立，所以凸轮推力Fc大于啮合反作用力Fd。用于维持离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313之间的啮合的条件是Fd+Fr<Fc+Fp。
此外，当停止向电磁线圈60施加电流时，利用啮合反作用力Fd和复位弹簧84的偏压力Fr，离合器部件5返回在图6A中示意的非连接位置。其条件是Fd+Fr>Fc。即，离合器部件5的碗形凹进部510中的第一倾斜表面510b和第二倾斜表面510c的倾斜角度α、离合器部件5的啮合齿521的齿面521a的倾斜角度β、第一侧齿轮31的啮合齿313的齿面313b的倾斜角度γ、电磁体6的磁力和复位弹簧84的弹簧常数被设定成满足不等式Fd+Fr<Fc+Fp和不等式Fd+Fr>Fc。
图7是示意当锁定模式选择开关120被切换为开/关时向电磁线圈60供应的电流、离合器部件5的位置和位置传感器9的检测信号的变换的一个实例的时序图。
在图7的时序图中，初始位置P0示意在挤压部件71的环形板部711对接引导部件23的防掉落部232时离合器部件5的位置，并且第一位置P1示意离合器部件5的啮合齿521开始与第一侧齿轮31的啮合齿313啮合的位置。此外，第二位置P2示意在离合器部件5的可接合部53的抵接表面53a抵接插入孔212b的内表面212c时离合器部件5的位置，即，离合器部件5移动到离第一侧齿轮31最近的位置。
离合器部件5的啮合齿521在第一位置P1和第二位置P2之间与第一侧齿轮31的啮合齿313啮合。在初始位置P0和第一位置P1之间的部分是离合器部件5不与第一侧齿轮31啮合的非连接位置，并且在第一位置P1和第二位置P2之间的部分是离合器部件5与第一侧齿轮31啮合的连接位置。
当锁定模式选择开关120在时刻t1被从关切换到开时，控制装置110迅速地向电磁线圈60供应励磁电流。此时的励磁电流是利用离合器部件5移动柱塞7必需的驱动电流I2。在时刻t1之后，离合器部件5从初始位置P0在轴向方向上移动。
当在时刻t2离合器部件5到达第一位置P1时，位置传感器9的检测信号被从关切换到开。当控制装置110通过位置传感器9的检测信号的变化检测到离合器部件5已经移动到连接位置时，控制装置110迅速地减小对电磁线圈60施加的励磁电流。这里，“迅速地”指示励磁电流的减小例如是在0.1秒内开始的，而不等待直至例如在计时器启动之后计时器值超过预定值。控制装置110最晚在离合器部件5的第二位置P2(在第一位置P1侧上)之前减小向电磁线圈60施加的励磁电流。
在本实施例中，当控制装置110通过位置传感器9检测到离合器部件5已经移动到连接位置时，控制装置110将向电磁线圈60供应的电流从驱动电流I2减小到保持电流I1。保持电流I1是小于驱动电流I2并且具有能够维持离合器部件5被放置在连接位置处的状态的电流值的电流。当离合器部件5到达第一位置P1时，如果在离合器部件5和差速器壳2之间存在相对旋转，则凸轮机构12能够产生凸轮推力。因此，即便向电磁线圈60供应的电流迅速地减小，利用凸轮机构12的凸轮推力，离合器部件5仍然移动到第二位置P2。即，在本实施例中，当确定凸轮机构12产生凸轮推力时，控制装置110减小向电磁线圈60供应的电流。
当控制装置110通过位置传感器9检测到离合器部件5已经移动到连接位置时，控制装置110将向电磁线圈60供应的电流从驱动电流I2逐渐地减小到保持电流I1。这里，“逐渐地”示意向电磁线圈60供应的电流以比在锁定模式选择开关120被从关切换到开时电流的升高的变化速率小的变化速率缓慢地减小。在本实施例中，向电磁线圈60供应的电流在时刻t4达到保持电流I1，时刻t4在当离合器部件5到达第二位置P2时的时刻(时刻t3)之后。注意向电磁线圈60供应的电流可以在离合器部件5到达第二位置P2之前达到保持电流I1。
为了逐渐地减小向电磁线圈60供应的电流，控制装置110包括电流调节装置，电流调节装置具有例如通过PWM控制切换的切换元件诸如晶体管。控制装置110通过逐渐地降低切换元件的占空比而逐渐地减小向电磁线圈60供应的电流。注意图7示意向电磁线圈60供应的电流以恒定比线性地减小的情形，但这不是唯一的选项，而是电流的变化速率可以随着时间增加或者可以降低。
当在时刻t5锁定模式选择开关120被从开切换到关时，控制装置110将向电磁线圈60供应的电流设定为零。由此，离合器部件5从第二位置P2通过第一位置P1返回初始位置P0。当离合器部件5在时刻t6比第一位置P1更靠近初始位置P0移动时，位置传感器9的检测信号被从开切换到关。
注意，在锁定模式选择开关120处于开状态的情形中，当因为右前轮103行驶到路边石等上并且啮合反作用力Fd暂时地增加以从第一侧齿轮31的啮合齿313脱离离合器部件5的啮合齿521，所以位置传感器9的检测信号从开切换到关时，控制装置110将向电磁线圈60供应到电流设定为驱动电流I2，使得离合器部件5的啮合齿521与第一侧齿轮31的啮合齿313啮合。
将由上述本实施例提供的主要操作/工作效果如下。
当位置传感器9检测到离合器部件5已经移动到连接位置时，控制装置110即刻地减小向电磁线圈60供应的电流。相应地，例如与在检测到离合器部件5已经移动到连接位置之后的预定时间之后减小向电磁线圈60供应的电流的情形相比，能够减小电磁线圈60的功耗并且还抑制发热。
当位置传感器9检测到离合器部件5已经移动到连接位置时，控制装置110逐渐地减小向电磁线圈60供应的电流。相应地，即使在离合器部件5由于在离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313之间的碰撞而暂时地朝向非连接位置侧返回的情形中，仍然能够即刻地通过柱塞7的挤压力使得它们彼此啮合。
在离合器部件5移动到离第一侧齿轮31最近的位置(第二位置P2)之前，控制装置110减小向电磁线圈60供应的电流。相应地，与在离合器部件5的轴向移动完成之后减小向电磁线圈60供应的电流的情形相比，能够抑制电磁线圈60的功耗和发热。
离合器部件5的啮合齿521的齿面521a倾斜从而由于在差速器壳2和第一侧齿轮31之间传递的扭矩而产生用于朝向非连接位置侧挤压离合器部件5的啮合反作用力Fd。相应地，当停止向电磁线圈60供应电流时，离合器部件5即刻地移动到非连接位置。
因为爪形离合器11包括凸轮机构12，所以即便在凸轮机构12的凸轮推力产生之后控制装置110减小向电磁线圈60供应的电流，离合器部件5仍然由于凸轮推力移动到离合器部件5移动到离第一侧齿轮31最近的位置。因此，当控制装置110在凸轮机构12的凸轮推力产生之后减小向电磁线圈60供应的电流时，能够抑制电磁线圈60的功耗和发热并且可靠地使得啮合齿521、313彼此啮合。
凸轮机构12的凸轮推力Fc比由于在离合器部件5的啮合齿521和第一侧齿轮31的啮合齿313之间的啮合而引起的啮合反作用力Fd大。相应地，由电磁线圈60产生的磁力应该是在柱塞7和离合器部件5能够抵抗复位弹簧84的偏压力Fr而移动的这种程度上的磁力。因此，例如与凸轮推力Fc小于啮合反作用力Fd的情形相比，能够抑制电磁线圈60的功耗和发热。
已经基于以上实施例描述了本发明，但是本发明不限于这个实施例，并且能够在并不偏离本发明的主旨的范围内作出各种修改。例如，以上实施例涉及本发明被应用于平行轴线差速齿轮的情形，其中一对侧齿轮(第一侧齿轮31和第二侧齿轮32)和一对小齿轮(第一小齿轮41和第二小齿轮42)的相应的旋转轴线彼此平行。然而，本发明不限于此，并且本发明还能够应用于被构造成使得一对侧齿轮和一对小齿轮在它们的齿轮轴线成直角的情况下彼此啮合的差速齿轮。

Claims (7)

1.一种用于爪形离合器的控制方法，所述爪形离合器包括：
第一旋转部件；
第二旋转部件，所述第二旋转部件被放置成能够相对于所述第一旋转部件绕公共旋转轴线旋转；
离合器部件，所述离合器部件被限制相对于所述第一旋转部件旋转，所述离合器部件具有与所述第二旋转部件啮合的啮合齿，所述离合器部件能够在连接位置和非连接位置之间移动，所述啮合齿在所述连接位置处与所述第二旋转部件啮合，所述啮合齿在所述非连接位置处不与所述第二旋转部件啮合；
电磁线圈，所述电磁线圈被构造成产生磁力，以使所述离合器部件从所述非连接位置朝向所述连接位置移动；和
位置检测部，所述位置检测部被构造成检测所述离合器部件的位置，
所述控制方法的特征在于包括：
当所述离合器部件(5)被从所述非连接位置移动到所述连接位置时，对所述电磁线圈(60)供应励磁电流；并且
当所述位置检测部(9)检测到所述离合器部件(5)已经移动到所述连接位置时，迅速地减小所述励磁电流。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中
当所述位置检测部(9)检测到所述离合器部件(5)已经移动到所述连接位置时，逐渐地减小所述励磁电流。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其中
在所述离合器部件(5)移动到离所述第二旋转部件(32)最近的位置之前，减小所述励磁电流。
4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其中
所述离合器部件(5)的所述啮合齿(521)的齿面在旋转方向上倾斜，从而由于在所述第一旋转部件(31)和所述第二旋转部件(32)之间传递的扭矩而产生用于朝向所述非连接位置侧挤压所述离合器部件(5)的啮合反作用力。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其中：
所述爪形离合器(11)包括凸轮机构(12)，所述凸轮机构(12)被构造成通过在所述离合器部件(5)和所述第一旋转部件(31)之间的相对旋转来产生凸轮推力以将所述离合器部件(5)移动到所述连接位置；并且
当确定出所述凸轮机构(12)在所述凸轮机构(12)产生所述凸轮推力的状态下时，减小所述励磁电流。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其中：
所述凸轮推力大于所述啮合反作用力。
7.一种用于爪形离合器的控制装置，所述爪形离合器包括：
第一旋转部件；
第二旋转部件，所述第二旋转部件被放置成能够相对于所述第一旋转部件绕公共旋转轴线旋转；
离合器部件，所述离合器部件被限制相对于所述第一旋转部件旋转，所述离合器部件具有与所述第二旋转部件啮合的啮合齿，所述离合器部件能够在连接位置和非连接位置之间移动，所述啮合齿在所述连接位置处与所述第二旋转部件啮合，所述啮合齿在所述非连接位置处不与所述第二旋转部件啮合；
电磁线圈，所述电磁线圈被构造成产生磁力，以使所述离合器部件从所述非连接位置朝向所述连接位置移动；
位置检测部，所述位置检测部被构造成检测所述离合器部件的位置，
所述控制装置的特征在于：
当所述离合器部件(5)被从所述非连接位置朝向所述连接位置移动时，所述控制装置构造成对所述电磁线圈(60)供应励磁电流；并且
当所述位置检测部(9)检测到所述离合器部件(5)已经移动到所述连接位置时，所述控制装置构造成迅速地减小所述励磁电流。
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