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Die
Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung zum Sperren
oder Freigeben der Relativdrehung zwischen sich relativ zueinander
drehenden Teilen und eine elektromagnetische Kupplung unter Verwendung
derselben, und insbesondere ein Differential unter Verwendung der elektromagnetischen
Kupplung.
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Die
Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer Hei11-186031 beschreibt ein Verfahren zum Betätigen eines
Solenoids und einer Betätigungseinrichtung.
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Wenn
eine allgemeine elektromagnetische Betätigungseinrichtung zum Beispiel
eine Schaltkupplung (Kupplungssystem) betätigt, wird einem elektromagnetischen
Solenoid zunächst
ein großer Solenoidstrom
zugeführt.
Dadurch wird der Elektromagnet erregt, so dass die Schaltkupplung
eingerückt
wird. Danach wird der Solenoidstrom auf einen Haltestrom reduziert,
der ausreichend ist, um die Kupplung eingerückt zu halten.
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Für die Zuführung des
Erregerstromes beim Einrücken
der Schaltkupplung ist es wichtig, erstens eine große Betätigungskraft
an der Schaltkupplung für
ein sicheres Einrücken
ohne Vergrößerung des elektromagnetischen
Solenoids bereitzustellen, und zweitens anschließend den Solenoidstrom auf
den Haltestrom zu reduzieren, um dadurch den Energieverbrauch und
die Wärmeerzeugung
zu reduzieren.
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Gemäß dem obigen
herkömmlichen
Verfahren zum Betätigen
eines Solenoids werden auf der Basis des Erregerstromes (Ia, Ib),
der zu wenigstens zwei Zeitpunkten (Ta, Tb) während der Erregung gemessen
wird, die Endzeitpunkte (Tg) vorausgesagt, zu denen der Erregerstrom
einen vorbestimmten Wert erreicht. Zu dem vorausgesagten Zeitpunkt (Tg)
wird der Erregerstrom auf den Haltestrom umgeschaltet. Dies bildet
die Zeitsteuerung, um den Solenoidstrom auf den Haltestrom umzuschalten.
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Daher
wird gemäß dem obigen
herkömmlichen
Verfahren mit einem System, das den Endzeitpunkt voraussagt, zu
dem der Erregerstrom einen vorbestimmten Wert erreicht, wenn es
praktisch länger
als vorausgesagt dauert, dass die Schaltkupplung eingerückt ist,
der Solenoidstrom vor dem Einrücken
der Schaltkupplung auf den Haltestrom reduziert. Diese Voraussage
bewirkt einen Mangel an Betätigungskraft,
wodurch das Einrücken
der Schaltkupplung versagt.
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Um
jedoch den Mangel an Betätigungskraft zu
verhindern, benötigt
das elektromagnetische Solenoid eine normale Zuführung des Erregerstromes, wodurch
der Stromverbrauch und die Wärmeerzeugung
erhöht
wird.
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Für eine normale
Zuführung
des Erregerstromes zu dem elektromagnetischen Solenoid zur Reduzierung
des Solenoidstromes (oder Erregerstromes) ist ein größeres elektromagnetisches
Solenoid erforderlich. Dadurch wird das System vergrößert, und
die Konstruktion und Montage des Fahrzeuges verschlechtern sich.
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Die
Erfindung ist auf eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung und eine
elektromagnetische Kupplung sowie ein Differential unter Verwendung
derselben gerichtet, wobei das Kupplungssystem sicher betätigt wird
und der Stromverbrauch und die Wärmeerzeugung
verringert werden, so dass eine Vergrößerung des Systems verhindert
wird. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung
betätigt das
Kupplungssystem zum Sperren des Differentials durch eine Betätigungskraft
des Elektromagneten, und ein Detektor erfasst genau das Betätigungsvermögen in dem
Kupplungssystem.
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Gemäß der Erfindung
steuert, wenn der Detektor die betätigte Kupplung (oder das Schaltvermögen) erfasst,
die Steuereinrichtung den Solenoidstrom. Anders als bei dem herkömmlichen
Beispiel, wo das Schalten ohne Erfassen des Schaltvermögens vorausgesagt
wird, wird gemäß der Erfindung die
betätigte
Kupplung genau beurteilt. Daher verhindert, bevor die Kupplung praktisch
betätigt
wird, die Steuereinrichtung den Fehler, dass der Solenoidstrom auf
den Haltestrom reduziert wird, wodurch eine ungeeignete Betätigung der
Kupplung infolge des Defizits an Betätigungskraft verhindert wird.
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Zur
Verhinderung des Mangels an Betätigungskraft
muss die Zuführung
des Erregerstromes zu der elektromagnetischen Spule nicht beibehalten werden.
Dies verhindert eine Erhöhung
des Stromverbrauchs und der Wärmeerzeugung
und erfordert keine normale Zuführung
von Erregerstrom. Ferner verhindert dies eine Vergrößerung des
Elektromagneten und des Systems unter Verwendung desselben, um den
Solenoidstrom (oder den Erregerstrom) zu reduzieren, wodurch eine
Verschlechterung der Konstruktion und der Montage des Fahrzeuges
verhindert wird.
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Der
Erregerstrom wird der elektromagnetischen Spule zugeführt, wenn
die Kupplung betätigt wird,
und anschließend
mit einer erforderlichen Zeitsteuerung auf den Haltestrom reduziert.
Dies ermöglicht
das Einstellen auf einen höheren
Erregerstrom, wodurch ein kleinerer und leichterer Elektromagnet ermöglicht wird.
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Daher
weist nach einem ersten Aspekt der Erfindung eine elektromagnetische
Betätigungseinrichtung
eine elektromagnetische Spule auf, die konfiguriert ist, um einer
Kupplung eine Betätigungskraft entsprechend
einem zuzuführenden
Solenoidstrom bereitzustellen, und die konfiguriert ist, um die
Kupplung zu betätigen,
um eine Relativdrehung zwischen einem ersten und einem zweiten Teil
zu steuern. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung weist einen
Detektor auf, der konfiguriert ist, um die betätigte Kupplung zu erfassen,
um ein Erfassungssignal zu erzeugen. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung
weist eine Steuereinrichtung auf, die konfiguriert ist, um auf das
Erfassungssignal von dem Detektor zu antworten, um den Solenoidstrom
zu steuern.
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Das
erste und das zweite Teil können
zum Beispiel Kombinationen eines Paares von Achswellenrädern, eines
Ritzels und eines Achswellenrades, eines Achswellenrades und eines
Antriebselements, und eines Ritzels und eines Antriebselements sein, wenn
sie bei einem Fahrzeugdifferential angewendet werden.
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Das
Antriebselement kann zum Beispiel ein Tellerrad und ein Differentialgehäuse aufweisen.
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Das
erste und das zweite Teil können
in Anbetracht der Gestaltung ein anderes Teil aufweisen, das sich
mit dem ersten und dem zweiten Teil dreht, die für die Kombinationen verwendet
werden.
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Die
elektromagnetische Betätigungseinrichtung
weist ferner ein Betätigungselement
auf, das mittels der elektromagnetischen Spule bewegbar ist, um
die Kupplung zu betätigen.
Der Detektor weist einen Positionsschalter auf, um das bewegte Betätigungselement
zu erfassen, um die Kupplung zu betätigen.
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Das
Betätigungselement
entspricht einem der Teile, die in dem Betätigungspfad zwischen der elektromagnetischen
Spule und dem Kupplungselement zum Betätigen der Kupplung gemäß der Ausführungsform
vorhanden sind. Wo eine Mehrzahl von Teilen nacheinander eine Betätigungskraft
abgeben, kann das Betätigungselement
einem der Teile entsprechen. Das Betätigungselement entspricht zum Beispiel
entweder einem Spulengehäuse,
einem Plunger, einer Druckplatte oder einem Kupplungsring.
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Die
elektromagnetische Betätigungseinrichtung
weist ferner ein Federelement auf, das konfiguriert ist, um das
Betätigungselement
in eine Ursprungsposition zurückzustellen.
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Nachdem
der elektromagnetischen Spule der Solenoidstrom zugeführt wurde,
wird die Steuereinrichtung für
eine vorbestimmte Zeit von der Erfassung des Schaltvermögens der
Kupplung durch den Detektor verzögert,
um den Solenoidstrom auf einen Haltestrom zu reduzieren.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung weist ein Differential ein erstes
und ein zweites Teil auf, die relativ zueinander drehbar sind. Das
Differential weist eine Kupplung auf, die einrückbar ist, um das erste und
das zweite Teil miteinander zu verbinden. Das Differential weist
eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung
auf, die konfiguriert ist, um die Kupplung zu betätigen. Die
elektromagnetische Betätigungseinrichtung
weist einen Elektromagneten auf, der konfiguriert ist, um in einen
ersten Zustand zum Betätigen
der Kupplung und einen zweiten Zustand zum Halten der betätigten Kupplung
erregt zu werden. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung weist einen
Detektor auf, der konfiguriert ist, um die betätigte Kupplung zu erfassen.
Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung
weist eine Steuereinrichtung auf, die konfiguriert ist, um auf den
Detektor, der die betätigte
Kupplung erfasst, durch Änderung
des Elektromagneten von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand
zu antworten.
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Nach
einem dritten Aspekt der Erfindung weist eine elektromagnetische
Kupplung eine Kupplung auf, die einrückbar ist, um ein erstes Teil
und ein zweites Teil miteinander zu verbinden, die relativ zueinander
drehbar sind. Die elektromagnetische Kupplung weist eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung
auf, die konfiguriert ist, um die Kupplung zu betätigen. Die
elektromagnetische Betätigungseinrichtung
weist einen Elektromagneten auf, der konfiguriert ist, um in einen
ersten Zustand zum Betätigen
der Kupplung und einen zweiten Zustand zum Halten der betätigten Kupplung
erregt zu werden. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung weist einen
Detektor auf, der konfiguriert ist, um die betätigte Kupplung zu erfassen.
Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung
weist eine Steuereinrichtung auf, die konfiguriert ist, um auf den
Detektor, der die betätigte
Kupplung erfasst, durch Änderung
des Elektromagneten von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand
zu antworten.
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Nach
einem vierten Aspekt der Erfindung weist eine elektromagnetische
Betätigungseinrichtung
einen Elektromagneten auf, der konfiguriert ist, um in einen ersten
Zustand zum Betätigen
einer Kupplung und einen zweiten Zustand zum Halten der betätigten Kupplung
zur Steuerung einer Relativdrehung zwischen einem ersten Teil und
einem zweiten Teil erregt zu werden. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung
weist einen Detektor auf, der konfiguriert ist, um die betätigte Kupplung
zu erfassen. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung weist eine
Steuereinrichtung auf, die konfiguriert ist, um auf den Detektor,
der die betätigte
Kupplung erfasst, durch Änderung
des Elektromagneten von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand
zu antworten.
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Die
Kupplung kann ein Kupplungselement aufweisen, das mit einem von
dem ersten und dem zweiten Teil verbunden ist und mittels des Elektromagneten
zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar
ist. Das Kupplungselement rückt
die Kupplung in der ersten Position aus und rückt die Kupplung in der zweiten
Position ein. Wenn der Detektor das zwischen der ersten und der zweiten
Position bewegte Kupplungselement erfasst, um ein Erfassungssignal
bereitzustellen, antwortet die Steuereinrichtung auf das Erfassungssignal durch Änderung
des Elektromagneten von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand.
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Der
Detektor kann die Position des Kupplungselements erfassen.
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Die
Steuereinrichtung kann für
eine vorbestimmte Zeit von der Erfassung der betätigten Kupplung durch den Detektor
verzögert
werden, um den Elektromagneten von dem ersten Zustand in den zweiten
Zustand zu ändern.
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Das
erste und das zweite Teil können
ein erstes und ein zweites Differentialdrehteil für ein Fahrzeugdifferential
umfassen. Die Kupplung steuert die Differentialdrehung zwischen
dem ersten und dem zweiten Differentialdrehteil.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung
zeigen:
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1 einen
Schnitt eines Differentials unter Verwendung einer elektromagnetischen
Betätigungseinrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 einen
Schnitt des Differentials aus 1 um 90° gedreht;
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3 ein
Blockschema einer Schaltung einer bei dem Differential aus 1 angewendeten ECU
der Differentialsperre;
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4 ein
Flussdiagramm, das den Ablauf einer Stromsteuerung für einen
Elektromagneten durch die ECU der Differentialsperre zeigt; und
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5 ein
Zeitsteuerungsdiagramm der Stromsteuerung für den Elektromagneten durch
die ECU der Differentialsperre.
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Mit
Bezug auf 1 bis 5 wird eine
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 1 gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung sowie eine elektromagnetische Kupplung und ein Differential 3 unter
Verwendung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 1.
In der folgenden Beschreibung sind die Richtungen nach rechts und
nach links auf ein Fahrzeug mit dem Differential 3 bezogen.
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Mit
Bezug auf 1 weist die elektromagnetische
Betätigungseinrichtung 1 einen
Elektromagneten 9 der Differentialsperre auf, der einer
Klauenkupplung 7 als eine Kupplung zum Sperren der Differentialdrehung
eines Differentialmechanismus 5 eine Betätigungskraft
entsprechend einem Solenoidstrom bereitstellt.
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Der
Differentialmechanismus 5 weist einen Kegelradmechanismus
auf. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 1 weist
einen Detektor 10 auf, der die Betätigung oder das Schaltvermögen der Klauenkupplung 7 erfasst,
um ein Erfassungssignal zu erzeugen.
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Die
elektromagnetische Betätigungseinrichtung 1 weist
eine ECU 11 der Differentialsperre auf, die einen Strom
steuert, der dem Elektromagneten 9 in Antwort auf das Erfassungssignal
von dem Detektor 10 zugeführt wird.
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Der
Detektor 10 weist einen Positionsschalter 15 der
Differentialsperre auf, der die Bewegung eines Kupplungsringes 13 oder
eines Betätigungselements
für die
Klauenkupplung 7 in die Einrückposition (oder die Betätigungsposition)
derart erfasst, dass, nachdem dem Elektromagneten 9 ein
Solenoidstrom zugeführt
wurde, die ECU 11 eine vorbestimmte Zeit (t1) von der Erfassung
des Schaltvermögens
der Klauenkupplung 7 bis zur Reduzierung des Solenoidstroms
auf den Haltestrom festlegt.
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Das
Schaltvermögen
ist zum Beispiel eine wesentliche Bewegungsposition des Kupplungsringes 13 oder
einer Druckplatte 81 als ein Teil, das von dem Kupplungsring 13 axial
bewegt wird. Eine Beziehung zwischen der Verschiebung des Kupplungsringes 13 und
dem Ein- oder Ausrücken
der Kupplung 7 wird mit der Anordnung erreicht. Das Schaltvermögen der
Kupplung 7 ist basierend auf der Betätigungsposition des Kupplungsringes 13 mit
Bezug auf die Beziehung zu verstehen.
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Der
Haltestrom ist der Strom mit einem Betrag, der den Eingriff der
Klauenkupplung 7 gegen eine Rückstellfeder 19 beibehält.
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Mit
Bezug auf 1 wird der Aufbau des Differentials 3 beschrieben.
Das Differential 3 weist die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 1,
den Differentialmechanismus 5, die Klauenkupplung 7, die
Rückstellfeder 19,
ein Differentialgehäuse 21, und
eine Steuereinrichtung mit verschiedenen darin integrierten elektronischen
Steuereinrichtungen ECU auf.
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Das
Differentialgehäuse 21 weist
einen Gehäusekörper 23 und
einen linken Deckel 25 auf, der mittels einer Schraube 27 an
dem Gehäusekörper 23 befestigt
ist. Das Differentialgehäuse 21 ist
innerhalb eines Differentialträgers 29 angeordnet,
der mit einem Ölbehälter versehen
ist und als ein feststehendes Teil dient, an dem der Positionsschalter 15 als der
Detektor 10 fixiert ist. In dem Differentialgehäuse 21 sind Öffnungen 46 für die Zirkulation
von Schmieröl
zwischen der Innenseite und der Außenseite des Differentialgehäuses 21 ausgebildet.
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Der
Differentialmechanismus 5 weist Ritzelwellen 37 auf,
die an dem Differentialgehäuse 21 fixiert
sind. Der Differentialmechanismus 5 weist Ritzel 39 auf,
die an jeder Ritzelwelle 37 drehbar abgestützt sind.
Der Differentialmechanismus 5 weist ferner Achswellenräder 41 und 43 auf,
die von links und rechts mit den Ritzeln 39 in Eingriff
stehen.
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Die
Enden der Ritzelwelle 37 greifen in Durchgangslöcher 45 ein,
die in dem Gehäusekörper 23 des
Differentialgehäuses 21 vorgesehen
sind, und sind durch einen Federbolzen 47 vor dem Herausfallen
gesichert. Zwischen dem Differentialgehäuse 21 und jedem Ritzel 39 sind
sphärische
Unterlegscheiben 49 angeordnet, die eine Zentrifugalkraft
und eine Eingriffsreaktionskraft von den Ritzeln 39 aufnehmen.
Die Eingriffsreaktionskraft wird durch den Eingriff der Ritzel 39 mit
den Achswellenrädern 41 und 43 erzeugt.
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Die
jeweiligen Achswellenräder 41 und 43 weisen
Naben 51 und 53 auf, die an Stützabschnitten 55 und 57 drehbar
abgestützt
sind, die an dem Deckel 25 bzw. dem Gehäusekörper 23 ausgebildet sind.
Die Naben 51 und 53 sind mit den Achsen der linken
und rechten Räder
keilwellenverbunden. Zwischen dem linken Achswellenrad 41 und
dem Differentialgehäuse 21 ist
eine ringförmige
Druckscheibe 59 angeordnet. Zwischen dem rechten Achswellenrad 43 und
dem Differentialgehäuse 21 sind
Druckscheiben 61 angeordnet. Die Druckscheiben 59 und 61 nehmen
die Eingriffsreaktionskraft von den Achswellenrädern 41 bzw. 43 auf.
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Die
Klauenkupplung 7 weist einen Eingriffszahn 63,
der an dem rechten Achswellenrad 43 ausgebildet ist, und
einen Eingriffszahn 65 auf, der an dem Kupplungsring 13 ausgebildet
ist. Der Kupplungsring 13 weist Schenkel 67 auf,
die sich durch Öffnungen 69 in
dem Gehäusekörper 23 hindurch
erstrecken. Die Schenkel 67 werden durch das Differentialgehäuse 21 an
der Drehung gehindert und sind axial bewegbar angeordnet. Wie in 2 gezeigt, wird
bei einer Bewegung des Kupplungsringes 13 nach links die
Klauenkupplung 7 eingerückt,
um die Differentialdrehung des Differentialmechanismus 5 zu
sperren. Wie in 1 gezeigt, kehrt der Kupplungsring 13 nach
rechts zurück,
um die Klauenkupplung 7 auszurücken und die Differentialsperre
freizugeben.
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Die
Rückstellfeder 19 ist
zwischen dem rechten Achswellenrad 43 und dem Kupplungsring 13 angeordnet,
um den Kupplungsring 13 nach rechts in die Ausrückposition
der Klauenkupplung 7 vorzuspannen.
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Nun
wird die Wirkungsweise der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 1 beschrieben.
Die Erregung des Elektromagneten 9 ermöglicht, dass die elektromagnetische
Betätigungseinrichtung 1 eine
Kraft zum Betätigen
des Kupplungsringes 13 erzeugt. Entsprechend der Gestaltung
kann der Elektromagnet 9 den Kupplungsring 13 direkt
oder indirekt unter Verwendung eines Zwischengliedes betätigen. Als
nächstes
wird der Aufbau der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 1 beschrieben.
Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 1 weist, wie
in 1 gezeigt ist, den Elektromagneten 9,
die ECU 11, den Positionsschalter 15 und einen
Betätigungsschalter 17 der
Differentialsperre auf.
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Der
Elektromagnet 9 weist, wie in 1 gezeigt
ist, eine elektromagnetische Spule 73 auf, die in einem
Spulengehäuse 71 untergebracht
ist. Der Elektromagnet 9 weist ein nichtmagnetisches Führungsteil 75,
einen magnetischen Plunger 77 und einen nichtmagnetischen
Gleitring 79 auf. Das Spulengehäuse 71 ist an dem
Differentialträger 29 in
Drehrichtung mittels eines Verbindungselements zur Verhinderung
der Drehung fixiert. Das Führungsteil 75 ist an
den Innenumfang des Spulengehäuses 71 geschweißt und axial
zwischen einer Nabe 33 des Gehäusekörpers 23 und einem
Schrägrollenlager 35 positioniert.
Der Plunger 77 ist an dem Außenumfang des Gleitringes 79 fixiert
und bildet eine Magnetflussschleife mit dem Spulengehäuse 71,
wenn die Spule 73 erregt wird, um sich in Axialrichtung
zu bewegen. Der Plunger 77 und der Gleitring 79 sind
zwischen dem Innenumfang des Spulengehäuses 71 und dem Außenumfang
des Führungsteils 75 angeordnet.
Der Innenumfang des Gleitringes 79 ist an dem Außenumfang
des Führungsteils 75 axial
bewegbar abgestützt.
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Der
Elektromagnet 9 wird in einen ersten Zustand erregt, um
die Kupplung 7 zu betätigen.
Der Elektromagnet 9 wird in einen zweiten Zustand erregt,
um die betätigte
Kupplung 7 gegen die Rückstellfeder 19 zu
halten.
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Die
Schenkel 67 des zu drehenden Kupplungsringes 13 sind
an der Innenumfangsseite mittels eines Armes 83 mit der
Druckplatte 81 verbunden und gegenüberliegend zu dem feststehenden
Gleitring 79 angeordnet. Die Druckplatte 81 wird
als eine Einheit mit dem Kupplungsring 13 unter Erregung
der elektromagnetischen Spule 73 axial bewegt. Der Kupplungsring 13 wird
von der Rückstellfeder 19 unter
Vorspannkraft gedrückt,
um den Gleitring 79 (oder den Plunger 77) mittels
der Druckplatte 81 nach rechts vorzuspannen.
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Die
Rückstellfeder 19 dient
als ein Verzögerungsmechanismus
für die
Kupplung 7, die an einem schnellen Einrücken gehindert werden soll.
Das heißt,
wenn sich der Kupplungsring 13 in Axialrichtung bewegt
und die Klauenkupplung 7 nicht sanft einrückt, ermöglicht die
Rückstellfeder 19,
dass das Ende des an dem Kupplungsring 13 ausgebildeten Eingriffszahnes 65 und
das Ende des an dem Achswellenrad 43 ausgebildeten Eingriffszahnes 63 aneinander
stoßen,
bis der Kupplungsring 13 für den Eingriff bereitsteht.
Die Rückstellfeder 19 ermöglicht, dass
die beiden Enden für
eine Relativdrehung puffernd zueinander vorgespannt werden, wodurch
das Einrücken
der Klauenkupplung 7 verzögert wird, bis die Klauenkupplung 7 in
den Einrückzustand
gelangt, ohne dass sich der Kupplungsring 13 und das Achswellenrad 43 bei
unvollständig
eingerückter
Klauenkupplung 7 als eine Einheit miteinander drehen.
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Die
ECU 11 weist, wie in 3 gezeigt
ist, eine Stromschaltung 85 und eine Zentraleinheit CPU 87 auf.
Die ECU 11 weist einen elektromagnetischen Treiber 89 als
eine Antriebsschaltung für
den Elektromagneten 9 (elektromagnetische Spule 73)
auf. Die ECU 11 weist eine Stromüberwachungsschaltung 91, eine
Schaltereingabeschaltung 93, einen Timer T1 für den Halteübergang
und einen Timer T2 für
die Erregungsbegrenzung auf. Die ECU 11 weist eine Kommunikationsschaltung 99 mit
einer anderen ECU auf, die als eine Schnittstelle nach außen dient.
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Die
Stromschaltung 85 wandelt die zugeführte Batteriespannung (Vcc)
in eine vorbestimmte Spannung zur Stabilisierung um, damit der Zündungsseite
die Spannung (VIGN) über
einen Steckverbinder zugeführt
werden kann. Die CPU 87 ist mit dem elektromagnetischen
Treiber 89, der Stromüberwachungsschaltung 91,
der Schaltereingabeschaltung 93, dem Timer T1, dem Timer
T2 und der Kommunikationsschaltung 99 mit einer anderen
ECU verbunden. Die CPU 87 wird von der Batteriespannung (Vcc)
angetrieben.
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Der
elektromagnetische Treiber 89 wird von der CPU 87 gesteuert.
Der elektromagnetische Treiber 89 führt einen Solenoidstrom von
der Stromschaltung 85 zu dem damit verbundenen Elektromagneten 9 (oder
der elektromagnetischen Spule 73) mittels des vorgeschalteten
Steckverbinders zur Betätigung. Der
Solenoidstrom umfasst einen Erregerstrom und einen Haltestrom, der
einen kleineren Betrag als der Erregerstrom hat. Der Erregerstrom
erregt den Elektromagneten 9 in den ersten Zustand. Der
Haltestrom erregt den Elektromagneten 9 in den zweiten
Zustand. Die Stromüberwachungsschaltung 91 überwacht
mit dem Stromerfassungswiderstand 101 den Wert des Solenoidstromes
durch den damit verbundenen Elektromagneten 9 (oder die
elektromagnetische Spule 73) mittels des nachgeschalteten Steckverbinders,
um den Wert des Solenoidstromes an die CPU 87 rückzuführen.
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Der
Stromerfassungswiderstand 101 und die Seite des vorgeschalteten
Steckverbinders für
den elektromagnetischen Treiber 89 haben eine dazwischen
geschaltete Diode 103 für
Maßnahmen
gegen eine elektrische Gegenspannung. Die Diode 103 verhindert
einen Gegenstrom.
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Die
Schaltereingabeschaltung 93 umfasst drei Spannungswandlereinheiten 105, 107 und 109, welche
die Spannungsschwankung im Vergleich zu einer Batteriespannung (Vcc)
erfasst. Die Spannungswandlereinheiten 105 und 107 sind
mit dem ein-seitigen Anschluss und dem aus-seitigen Anschluss des
Betätigungsschalters 17 mittels
eines Ein-Steckverbinders bzw. eines Aus-Steckverbinders verbunden.
Die Spannungswandlereinheiten 105 und 107 führen an
die CPU 87 das Signal zurück, das der Betätigungsschalter 17 ein-
oder ausschaltet. Die Spannungswandlereinheit 109 überwacht
die Spannungsschwankung in Abhängigkeit
von dem Positionsschalter 15, der sich ein- oder ausschaltet,
um das Signal an die CPU 87 rückzuführen.
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Die
Kommunikationsschaltung 99 mit einer anderen ECU ist mit
einer ECU 111 zur Warnlichtsteuerung verbunden. Wenn der
folgende Fehler erfasst wird, schaltet die CPU 87 das Warnlicht
ein, um den Fahrer aufmerksam zu machen.
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Der
Positionsschalter 15 ist, wie in 1 gezeigt,
mittels einer Schraube durch den Differentialträger 29 hindurch fixiert.
Die Sonde 113 liegt der linken Seite der Druckplatte 81 gegenüber und
ist mittels der darin vorgesehenen Rückstellfeder mit einer angemessenen
Spannung nach rechts vorgespannt. Wenn die Klauenkupplung 7 einrückt, bewegt
sich die Sonde 113 in die durch die gestrichelte Linie
angezeigte Position nach links. Wenn die Klauenkupplung 7 ausrückt, kehrt
die Sonde 113 in die durch die durchgehende Linie angezeigte
Ursprungsposition zurück.
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Das
Erfassungsobjekt für
den Positionsschalter 15 kann der Kupplungsring 13 selbst,
ein sich als Einheit mit dem Kupplungsring 13 bewegendes
Teil oder ein Plunger 77 sein.
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Wenn
der Elektromagnet 9 axial bewegbar ist, um den Kupplungsring 13 direkt
zu bewegen, kann das Erfassungsobjekt das Spulengehäuse 71 des
Elektromagneten 9 sein.
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Der
Positionsschalter 15 kann einen Sensor aufweisen, der ein
Erfassungsobjekt in einer geeigneten Bewegungsposition erfasst,
wie durch den Kontakttyp der Ausführungsform gezeigt ist.
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Der
Positionsschalter 15 ist an einem feststehenden Teil, wie
dem Differentialträger 29,
montiert und kann einen kontaktlosen Sensor, zum Beispiel einen
Pulssensor oder einen Näherungsschalter
aufweisen, der kein bewegbares Teil kontaktiert, um den relativen
Bewegungsabstand zu erfassen.
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Als
ein anderes Beispiel kann dem Detektor 10 eine vorgegebene
Variation der Drehzahlen einer Drehwelle eingegeben werden, um das
Ein- oder Ausrücken
der Kupplung einzuschätzen
und zu beurteilen.
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Der
Detektor 10 kann eine Variation des Stromes durch den Elektromagneten 9 überwachen, um
das Ein- und Ausrücken
der Kupplung in Abhängigkeit
von dem Stromschwankungswert abzuschätzen und zu beurteilen.
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Der
Detektor 10 mit den obigen Sensoren gibt ein Erfassungssignal
an die CPU 87 aus.
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Die
CPU 87 beurteilt einen Stromwert in Abhängigkeit von dem Erfassungssignal.
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Zum
Ausgeben eines Stromwertes kann eine PWM-Steuerung verwendet werden.
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Ein
Signal wird in die CPU 87 von Sensoren eingegeben, welche
den Schaltgang eines Getriebes, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die
Drehzahl eines Motors, ABS, Schräglage
des Fahrzeuges oder Beschleunigung usw. erfassen. Dadurch wird eine umfassende
Steuerung der Betätigungseinrichtung erreicht.
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Der
Betätigungsschalter 17 ist
am Fahrersitz angebracht und wird nach Bedarf vom Fahrer betätigt.
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Der
Timer T1 wird auf eine benötigte
Verzögerungszeit
t1 von der Betätigung
des Positionsschalters 15 bis zur Reduzierung des Solenoidstromes
auf einen Haltestrom durch die elektromagnetische Spule 73 eingestellt.
Wenn der Positionsschalter 15 betätigt wird, beginnt der Timer
T1 zu zählen. Zum
Beispiel wird, wenn der Fahrer das Differential 3 sperrt,
während
des Stoppens des Differentials und des Ablaufs der Verzögerungszeit
t1 der Solenoidstrom auf den Haltestrom geschaltet.
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Wenn
der Betätigungsschalter 17 betätigt wird,
um der elektromagnetischen Spule 73 den Solenoidstrom (Erregerstrom)
zuzuführen,
beginnt der Timer T2 zu zählen.
Wenn die Verzögerungszeit
t1 mit dem Timer T1 abgelaufen ist, um den Solenoidstrom auf den
Haltestrom zu schalten, wird der Timer T2 zurückgestellt.
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Der
Timer T2 wird auf eine vorbestimmte Verzögerungszeit t2 eingestellt.
Wenn der Positionsschalter 15 nicht betätigt wird, obwohl die Zeit
t2 abgelaufen ist, da der Fahrer das Einrücken der Klauenkupplung 7 (Differentialsperre
des Differentialmechanismus 5) durch den Betätigungsschalter 17 unterstützt, sendet
der Timer T2 ein Signal an die CPU 87, um dies zu melden.
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Als
nächstes
wird der Betrieb des Differentials 3 mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
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Der
Motor dreht das Differentialgehäuse 21 mittels
des Getriebes. Die Drehung des Differentialgehäuses 21 ermöglicht eine
synchrone Drehung des Differentialmechanismus 5. Wenn zwischen
der linken und der rechten Achse eine Differentialdrehung auftritt,
wird das Ritzel 39 gedreht, um eine Relativdrehung zwischen
den Achswellenrädern 41 und 43 zu
ermöglichen.
Hierbei wird der Elektromagnet 9 mit Strom beaufschlagt,
um die elektromagnetische Spule 73 zu erregen, so dass
der Plunger 77 mit dem Gleitring 79 zu dem Achswellenrad 43 axial
bewegt wird. Der Gleitring 79 drückt gegen die Druckplatte 81 zu
dem Achswellenrad 43 hin, wodurch der Kupplungsring 13 zu
dem Achswellenrad 43 bewegt wird. Der Kupplungsring 13 stößt gegen
das Achswellenrad 43, um die Zähne 63 und 65 miteinander
in Eingriff zu bringen, wodurch die Klauenkupplung 7 einrückt. Das
Einrücken
der Klauenkupplung 7 stoppt die Relativdrehung der Achswellenräder 41 und 43 zueinander.
Hierbei wird die Sonde 113 des Positionsschalters 15 durch
die Druckplatte 81 axial bewegt. Wenn sich die Sonde 113 in
die der eingerückten
Klauenkupplung 7 entsprechende Position bewegt, schaltet
sich der Positionsschalter 15 ein.
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Wenn
die Erregung des Elektromagneten 9 gestoppt wird, um die
elektromagnetische Spule 73 zu entmagnetisieren, drückt die
Rückstellfeder 19 den
Kupplungsring 13 in die Ursprungsposition zurück, wodurch
die Klauenkupplung 7 ausrückt. Die Sonde 113 kehrt
durch die Rückstellfeder
des Positionsschalters 15 in die Ursprungsposition zurück.
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Als
nächstes
werden mit Bezug auf 5 die Steuerungen des Betätigungsschalters 17,
der elektromagnetischen Spule 73, des Solenoidstromes, des
Positionsschalters 15, des Timers T1, des Timers T2 und
des Warnlichtes (Summer) beschrieben.
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Zu
der Zeit t11 wird, wenn der Fahrer den Betätigungsschalter 17 einschaltet,
der elektromagnetischen Spule 73 ein Erregerstrom zugeführt, um
in den ersten Zustand erregt zu werden, wobei der Timer T2 betätigt wird.
Der Elektromagnet 9 ermöglicht, dass
der Kupplungsring 13 mit der Sonde 113 zu dem rechten
Achswellenrad 43 hin bewegt wird, um die Klauenkupplung 7 einzurücken.
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Danach
schaltet sich zu der Zeit t13, wenn die eingerückte Klauenkupplung 7 ermöglicht,
dass die Sonde 113 aus der Ursprungsposition um eine Entfernung
verschoben werden kann, der Positionsschalter 15 ein und
der Timer T1 wird betätigt.
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Danach
erreicht zu der Zeit t17 der Timer T1 einen Schwellwert. Das heißt, wenn
die Verzögerungszeit
t1 abgelaufen ist, wird der Strom mittels des Elektromagneten 9 von
dem Erregerstrom auf den Haltestrom umgeschaltet, wodurch der Elektromagnet 9 von
dem ersten Zustand in den zweiten Zustand erregt wird. Zu der gleichen
Zeit wird der Timer T2 zurückgestellt.
Dies ermöglicht,
dass der Elektromagnet 9 in eine Haltesteuerung verschoben
werden kann. Die Haltesteuerung ermöglicht, dass die Klauenkupplung 7 gegen
die Rückstellfeder 19 eingerückt gehalten
werden kann.
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Zu
der Zeit t19 wird, wenn die Klauenkupplung 7 ausgerückt wird,
um den Positionsschalter 15 auszuschalten, dem Elektromagneten 9 wieder
der Erregerstrom zugeführt.
Zu der gleichen Zeit wird der Timer T1 zurückgestellt, und der Timer T2
wird betätigt.
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Zu
der Zeit t21 arbeitet, wenn die Klauenkupplung 7 eingerückt wird,
um den Positionsschalter 15 einzuschalten, die Steuerung
zwischen den folgenden Zeiten t21 und t23 wie die Steuerung zwischen
den Zeiten t13 und t17.
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Zu
der Zeit t25 wird, wenn der Betätigungsschalter 17 ausgeschaltet
wird, die Erregung des Elektromagneten 9 gestoppt, und
der Timer T1 wird zurückgestellt.
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Zu
der Zeit t27 wird, wenn der Fahrer den Betätigungsschalter 17 wieder
einschaltet, der Erregerstrom an den Elektromagneten 9 ausgegeben, und
der Timer T2 wird betätigt.
Währenddessen
rückt die
Klauenkupplung 7 nicht ein, so dass das Einschalten des
Positionsschalters T1 ausbleibt, wodurch der Timer T1 ausgeschaltet
bleibt.
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Anschließend erreicht
der Timer T2 den Schwellwert. Das heißt, zu der Zeit t29, wenn die
Verzögerungszeit
t2 abgelaufen ist, schaltet sich das Warnlicht ein. Das Warnlicht
gibt dem Fahrer eine Warnung und macht den Fahrer aufmerksam. Die Warnung
bedeutet, dass die Klauenkupplung 7 nicht einrückt, so
dass die Sperrung des Differentials ausbleibt, unabhängig davon,
ob die Differentialbewegung gesperrt ist.
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Zu
der Zeit t31 schaltet sich, wenn der Betätigungsschalter 17 ausschaltet,
das Warnlicht aus, und der Timer T2 wird zurückgestellt.
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Mit
Bezug auf das Flussdiagramm in 4 wird die
Stromsteuerung der ECU 11 für die elektromagnetische Spule 73 beschrieben.
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Das
Flussdiagramm geht zu Schritt S1, wo mit einem Signal von den Spannungswandlereinheiten 105 und 107 der
Schaltereingabeschaltung 93 beurteilt wird, ob der Betätigungsschalter 17 ein-
oder ausgeschaltet wird. Wenn der Betätigungsschalter 17 eingeschaltet
wird, wird dem Elektromagneten 9 der Erregerstrom zugeführt, und
der Timer T2 der Erregung schaltet sich ein. Das Flussdiagramm geht
zu Schritt S4. Wenn der Betätigungsschalter 17 nicht eingeschaltet
wird, geht das Flussdiagramm zu Schritt S2.
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Das
Flussdiagramm geht zu Schritt S2, wo die Timer T1 und T2 zurückgestellt
werden, und geht zu Schritt S3.
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In
Schritt S3 wird die Erregung der elektromagnetischen Spule 73 gestoppt.
Die Inhalte der obigen Schritte S1 bis S3 entsprechen zum Beispiel
der Steuerung vor der Zeit t11 und der Steuerung der Zeit t25 bis
t27.
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Das
Flussdiagramm geht zu Schritt S4, wo beurteilt wird, ob sich der
Positionsschalter 15 infolge des Einschaltens des Betätigungsschalters 17 in Schritt
S2 ein- oder ausschaltet. Wenn sich der Positionsschalter 15 einschaltet,
geht das Flussdiagramm zu Schritt S5. Wenn sich der Positionsschalter 15 nicht
einschaltet, geht das Flussdiagramm zu Schritt S8.
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In
Schritt S8 ist, obwohl der elektromagnetischen Spule 73 der
Erregerstrom zugeführt
wurde, der Positionsschalter 15 noch nicht betätigt. Der
Timer T1 wird zurückgestellt,
und das Flussdiagramm geht zu Schritt S9.
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In
Schritt S9 wird die abgelaufene Zeit mit dem Timer T2 bestätigt. Das
heißt,
es wird beurteilt, ob die Verzögerungszeit
t2 abgelaufen ist oder nicht. Wenn die Verzögerungszeit t2 nicht abgelaufen
ist, geht das Flussdiagramm zu Schritt S10. Wenn die Verzögerungszeit
t2 abgelaufen ist, geht das Flussdiagramm zu Schritt S11.
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In
Schritt S10 wird der elektromagnetischen Spule 73 ein Erregerstrom
zugeführt,
und das Flussdiagramm geht zurück.
Die obigen Schritt S8 bis S10 entsprechen der Steuerung zwischen
den Zeiten t11 und t13 und der Steuerung zwischen den Zeiten t19 und
t21.
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Das
Flussdiagramm geht zu Schritt S5, wo die ablaufende Zeit mit dem
Timer T1 bestätigt
wird. Das heißt,
es wird beurteilt, ob die Verzögerungszeit t1
abgelaufen ist oder nicht. Wenn die Verzögerungszeit t1 abgelaufen ist
(oder die Bedingung des Wechsels zu dem Haltestrom vollendet ist),
geht das Flussdiagramm zu Schritt S6. Wenn die Verzögerungszeit t1
nicht abgelaufen ist, geht das Flussdiagramm zu Schritt S9.
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Der
Wechsel von Schritt S5 zu Schritt S9 und die Inhalte des Schritts
S10 entsprechen den Steuerungen zwischen den Zeiten t13 und t17,
zum Beispiel der Zeit t15, und zwischen den Zeiten t21 und t23.
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Das
Flussdiagramm geht zu Schritt S6, wo die Verzögerungszeit t1 abgelaufen ist,
und der Timer T2 wird zurückgestellt.
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Das
Flussdiagramm geht zu Schritt S7, wo mit den in Schritt S5 vollendeten
Bedingungen der Erregerstrom, welcher der elektromagnetischen Spule 73 zugeführt wird,
auf den Haltestrom reduziert wird, der notwendig und ausreichend
ist, um die Klauenkupplung 7 gegen die Rückstellfeder 19 einzurücken. Die
Inhalte der Schritte S6 und S7 entsprechen der Steuerung zu den
Zeiten t11 und t23.
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Das
Flussdiagramm geht zu Schritt S9, wo die Verzögerungszeit t2 mit dem Timer
T2 abgelaufen ist. Anschließend
geht das Flussdiagramm zu Schritt S11, wo die Erregung der elektromagnetischen
Spule 73 gestoppt wird, und geht zu Schritt S12.
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In
Schritt S12 schaltet in Reaktion auf den Ablauf des Timers T2 mit
der Verzögerungszeit
t2 die ECU 111 zur Warnlichtsteuerung mittels der Kommunikationsschaltung 99 mit
einer anderen ECU das Warnlicht ein (oder betätigt den Warnsummer).
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Danach
geht das Flussdiagramm zurück.
Die obigen Inhalte der Schritte S9, S11 und S12 entsprechen der
Steuerung der Zeiten t27 bis t31.
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Anschließend wiederholt
die ECU 11 die obigen Schritte vom Start bis zurück mit einer
vorbestimmten Periode (Frequenz).
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Mit
der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 1 werden
die folgenden Vorteile erzielt.
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Der
Positionsschalter 15 wird benutzt, um das Schaltvermögen der
Klauenkupplung 7 zu erfassen, so dass die ECU 11 den
Solenoidstrom mittels der elektromagnetischen Spule 73 steuert.
Anders als bei dem herkömmlichen
Beispiel beurteilt gemäß der Steuerung
die ECU 11 genau, ob die Klauenkupplung 7 eingerückt ist.
Die Beurteilung verhindert den Fehler, dass der Solenoidstrom auf
den Haltestrom reduziert wird, bevor die Klauenkupplung 7 richtig
eingerückt
ist, wodurch ein inkorrektes Einrücken der Klauenkupplung 7 infolge
der fehlenden Betätigungskraft
verhindert wird.
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Daher
ist es zur Verhinderung des Mangels an Betätigungskraft nicht erforderlich,
die Zuführung von
Erregerstrom zu der elektromagnetischen Spule 73 beizubehalten,
wodurch eine Erhöhung
des Stromverbrauchs und der Wärmeerzeugung
verhindert wird. Es ist nicht nötig,
einen Erregerstrom normal zuzuführen,
wodurch keine Vergrößerung der elektromagnetischen
Spule 73 erforderlich ist, um den Solenoidstrom (oder den
Erregerstrom) zu reduzieren. Dies verhindert eine Vergrößerung des
Differentials 3 und eine Einschränkung bei der Konstruktion
und Montage des Fahrzeuges.
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Die
Verwendung des Positionsschalters 15 als ein kostengünstiger
Detektor ermöglicht
einen kostensparenden Betrieb.
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Der
Timer T1 wird auf eine vorbestimmte Verzögerungszeit t1 von der Erfassung
des Schaltvermögens
der Klauenkupplung 7 bis zur Reduzierung des Solenoidstroms
auf den Haltestrom mittels der elektromagnetischen Spule 73 eingestellt.
Die Verzögerungszeit
t1 ermöglicht
eine genauere Beurteilung der eingerückten Klauenkupplung 7.
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Daher
wird der Erregerstrom an die elektromagnetische Spule 73 nur
abgegeben, bis die Kupplung 7 eingerückt ist, und wird anschließend auf
den Haltestrom reduziert. Die Reduzierung sorgt für das Einstellen
eines höheren
Erregerstroms, wodurch ermöglicht
wird, das die elektromagnetische Spule 73 und das Differential 3 kleiner
und leichter werden.
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Das
Einstellen des höheren
Erregerstroms ermöglicht,
dass ein Rattern an der Klauenkupplung 7 schnell eingeschränkt werden
kann.
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Die
elektromagnetische Betätigungseinrichtung
gemäß der Erfindung
kann einen Verzögerungsmechanismus,
wie eine Feder, anwenden, um die Betätigungskraft von der elektromagnetischen
Spule 73 auf die Klauenkupplung 7 zu übertragen.
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Der
Verzögerungsmechanismus
wird verwendet, um das Rattern zu unterdrücken, damit die Klauenkupplung 7 sicher
einrückt.
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Der
Verzögerungsmechanismus
reduziert Geräusche
infolge des Ratterns und des Abriebs und verlängert die Lebensdauer der Eingriffszähne 63 und 65.
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Besonders
stellt die elektromagnetische Betätigungseinrichtung gemäß der Erfindung
eine vorbestimmte Verzögerungszeit
t1 ein, um den Solenoidstrom auf den Haltestrom zu reduzieren.
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Die
Verzögerungszeit
t1 kann entsprechend einer Verzögerungszeit
des Verzögerungsmechanismus
geändert
werden, wodurch ein unterschiedlich einzustellendes System (eine
Kombination einer Kupplung und einer Verzögerungszeit mit jeweils einer
anderen Spezifikation) ermöglicht
wird, um eine Zeitsteuerung zum Schalten des Solenoidstroms auf den
Haltestrom genau zu erfassen.