DE10203640A1 - Regelungssystem für eine elektromagnetische Kupplung - Google Patents
Regelungssystem für eine elektromagnetische KupplungInfo
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Abstract
Die Eingriffskraft einer elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) kann präzise bei einer Solleingriffskraft (Tt) durch einen einfachen Aufbau gesteuert/geregelt werden, und zwar selbst dann, wenn sich ein Luftspalt (a) der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) verändert. Ein Regelungssystem für eine elektromagnetische Kupplung umfasst Magnetflussdichtesensoren (35L, 35R), eine Solleingriffskraft-Berechnungsvorrichtung (M1), eine Sollmagnetflussdichte-Berechnungsvorrichtung (M2) sowie eine Rückkopplungsregelungsvorrichtung (M3). Die Sollmagnetflussdichte-Berechnungsvorrichtung (M2) berechnet eine Sollmagnetflussdichte ( DIAMETER t) auf Grundlage einer Solleingriffskraft (Tt) der elektromagnetischen Kupplungen (CL, CR), welche durch die Solleingriffskraft-Berechnungsvorrichtung (M1) berechnet wird. Der den elektromagnetischen Kupplungen (CL, CR) zugeführte Strom wird durch die Rückkopplungsregelungsvorrichtung (M3) derart rückkopplungsgeregelt, dass eine von den Magnetflussdichtesensoren (35L, 35R) erfasste tatsächliche Magnetflussdichte ( DIAMETER ) mit der Sollmagnetflussdichte ( DIAMETER ) übereinstimmt. Dies ermöglicht, dass in den elektromagnetischen Kupplungen (CL, CR) eine Solleingriffskraft (Tt) erzeugt wird, indem man die tatsächliche Magnetflussdichte ( DIAMETER ) präzise mit der Sollmagnetflussdichte ( DIAMETER t) in Übereinstimmung bringt, und zwar selbst dann, wenn sich der Luftspalt aufgrund von Verschleiß eines Reibungseingriffselements usw. ändert und sich die Beziehung zwischen der tatsächlichen ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungssystem zur Regelung der
Eingriffskraft einer elektromagnetischen Kupplung bei einer Solleingriffs
kraft durch Regelung des ihrer Spule zugeführten Stroms.
Zur Verbesserung eines Kurven- bzw. Kurvenfahrtverhaltens eines Fahr
zeugs ist eine Methode bekannt, bei welcher eine Motorantriebskraft
zwischen einem rechten und einem linken Antriebsrad über ein
Antriebskraft-Verteilsystem, das zwei Kupplungen aufweist, verteilt werden
kann. Die dem kurvenäußeren Rad zugeteilte Antriebskraft wird erhöht,
während die dem kurveninneren Rad zugeteilte Antriebskraft vermindert
wird, so dass ein Giermoment in der Kurven- bzw. Drehrichtung erzeugt
wird. Im Allgemeinen werden bei einer Anordnung, bei welcher die zwei
Kupplungen elektromagnetische Kupplungen sind, Sollmagnetflussdichten
aus Solleingriffskräften für die elektromagnetischen Kupplungen berechnet.
Aus den Sollmagnetflussdichten werden die Sollerregungsströme
berechnet, welche den Spulen der elektromagnetischen Kupplungen
zugeführt werden. Weiterhin wird eine Rückkopplungsregelung derart
ausgeführt, dass durch die Spulen fließende tatsächliche Erregungsströme
mit den Sollerregungsströmen übereinstimmen.
Bei der oben genannten Anordnung wird der Sollerregungsstrom aus der
Sollmagnetflussdichte unter der Annahme berechnet, dass ein Luftspalt des
Ankers von jeder der elektromagnetischen Kupplungen eine konstante
Größe aufweist. Dann jedoch, wenn sich der Luftspalt aufgrund des
Verschleißzustandes von Reibungseingriffselementen der
elektromagnetischen Kupplung sowie aufgrund der Veränderung der
Position des Ankers dann, wenn sich die elektromagnetische Kupplung in
einem ausgekuppelten Zustand oder Nicht-Eingriffszustand befindet,
ändert, wird ein Fehler in der Beziehung zwischen der Soll
magnetflussdichte und dem Sollerregungsstrom erzeugt. Somit kann kein
exakter Sollerregungsstrom berechnet werden, wodurch die Möglichkeit
entsteht, dass die Regelungsgenauigkeit verschlechtert werden könnte.
Der Anmelder dieser Anmeldung schlug in der japanischen Patentoffenle
gungsschrift Nr. 2000-219055 vor, dass eine Verschlechterung im An
sprechverhalten eines Eingriffs bzw. Einkuppelns einer elektromagnetischen
Kupplung verhindert werden könnte, indem man aus einer
Sollmagnetflussdichte der elektromagnetischen Kupplung eine verzögerte
Sollmagnetflussdichte berechnet, wobei man einen Verzögerungsfaktor in
dem Regelungssystem berücksichtigt; indem man ferner eine Abweichung
zwischen der prozentualen Veränderung der verzögerten
Sollmagnetflussdichte, welche man durch Differenzieren der verzögerten
Sollmagnetflussdichte nach der Zeit erhält, und der prozentualen
Veränderung der tatsächlichen Magnetflussdichte der elektromagnetischen
Kupplung berechnet; und indem man auf Grundlage der Abweichung einen
Fehler in dem Sollerregungsstrom kompensiert, welcher durch äußere
Störungen, wie etwa einen erweiterten Ankerluftspalt, in dem Augenblick
hervorgerufen wird, in welchem die Spule erregt wird.
Da jedoch die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-219055
vorgeschlagene Anordnung Mittel zur Berechnung der
prozentualen Veränderung der tatsächlichen Magnetflussdichte, Mittel zur
Berechnung des Verzögerungsfaktors, Differenzierungsmittel, Mittel zur
Berechnung der Abweichung, Mittel zur Verstärkungsvervielfachung usw.
erfordert, besteht das Problem, dass der Aufbau des Regelungssystems
kompliziert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Um
stände gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu er
möglichen, dass die Eingriffskraft einer elektromagnetischen Kupplung bei
einer Solleingriffskraft durch einen einfachen Aufbau selbst dann präzise
geregelt wird, wenn sich der Ankerluftspalt der elektromagnetischen
Kupplung verändert.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß ein
Regelungssystem für eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen,
welche umfasst:
- - einen Magnetflussdichtesensor zur Erfassung einer tatsächlichen Magnetflussdichte, welche in einer elektromagnetischen Kupplung fließt;
- - ein Solleingriffskraft-Berechnungsmittel zur Berechnung einer Solleingriffs kraft der elektromagnetischen Kupplung;
- - ein Sollmagnetflussdichte-Berechnungsmittel zur Berechnung einer Sollmagnetflussdichte der elektromagnetischen Kupplung auf Grundlage der durch das Solleingriffskraft-Berechnungsmittel berechneten Solleingriffskraft; sowie
- - ein Rückkopplungsregelungsmittel zur Rückkopplungsregelung des der elektromagnetischen Kupplung zugeführten Stroms derart, dass die tatsächliche Magnetflussdichte mit der Sollmagnetflussdichte übereinstimmt.
Da die Sollmagnetflussdichte der elektromagnetischen Kupplung auf Grund
lage der Solleingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung berechnet
wird und da der der elektromagnetischen Kupplung zugeführte Strom durch
eine Rückkopplungsregelung derart geregelt wird, dass die durch die
elektromagnetische Kupplung fließende tatsächliche Magnetflussdichte
selbst dann mit der Sollmagnetflussdichte übereinstimmt, wenn sich der
Luftspalt aufgrund von Abrieb usw. der Reibungseingriffselemente
verändert und sich die Beziehung zwischen der tatsächlichen
Magnetflussdichte und dem Strom ändert, kann bei der oben genannten
Anordnung die Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung präzise bei
der Solleingriffskraft geregelt werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer erfindungsgemä
ßen Ausführungsform näher erläutert. Es stellt dar:
Fig. 1 bis 10 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 1 ein Diagramm, welches den Aufbau eines Antriebskraft-
Verteilungssystems zeigt,
Fig. 2 ein Diagramm, welches die Wirkung des Antriebskraft-
Verteilungssystems dann zeigt, wenn das Fahrzeug bei
einer mittleren bis niedrigen Geschwindigkeit in einer
Rechtskurve fährt,
Fig. 3 ein Diagramm, welches die Wirkung des Antriebskraft
verteilungssystems dann zeigt, wenn das Fahrzeug bei
einer mittleren bis niedrigen Geschwindigkeit in einer
Linkskurve fährt,
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils von
Fig. 1,
Fig. 5 eine Ansicht eines Querschnitts entlang Linie 5-5 in
Fig. 4,
Fig. 6 eine Ansicht eines Querschnitts entlang Linie 6-6 in
Fig. 4,
Fig. 7A und 7B Diagramme zur Erläuterung der Gestalt und der
Funktion eines Ankers,
Fig. 8A eine Ansicht eines Querschnitts entlang Linie 8A-8A in
Fig. 7A,
Fig. 8B eine Ansicht eines Querschnitts entlang Linie 8B-8B in
Fig. 7B,
Fig. 9 ein Kennfeld, welches die Beziehung zwischen der
Magnetflussdichte und der Eingriffskraft der Kupplung
zeigt, sowie
Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Regelungssystems für eine
elektromagnetische Kupplung.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Getriebe M mit dem rechten Ende eines
Motors E verbunden, welcher quer in den vorderen Teil einer Fahrzeug
karosserie eines Fahrzeugs mit Frontmotor und Vorderradantrieb eingebaut
ist. Ein Antriebskraft-Verteilungssystem T ist hinter dem Motor E und dem
Getriebe M angeordnet. Ein rechtes Vorderrad WFR und ein linkes Vor
derrad WFL sind mit einer rechten Antriebswelle AR bzw. einer linken
Antriebswelle AL verbunden, welche seitlich von dem rechten und dem
linken Ende des Antriebskraft-Verteilungssystems ausgehen.
Das Antriebskraft-Verteilungssystem T umfasst ein Differential D, an wel
ches die Antriebskraft von einem außenverzahnten Zahnrad 3 aus über
tragen wird, welches mit einem Eingangszahnrad 2 kämmt, das an einer
von dem Getriebe M ausgehenden Eingangswelle 1 vorgesehen ist. Das
Differenzial D weist einen Doppelritzel-Planetengetriebemechanismus auf
und umfasst ein Hohlrad 4, ein Sonnenrad 5 und einen Planetenträger 8,
welcher ein äußeres Planetenrad 6 und ein inneres Planetenrad 7 derart
trägt, dass die Zahnräder miteinander in kämmendem Eingriff sind. Das
Hohlrad 4 ist integral mit dem außenverzahnten Zahnrad 3 ausgebildet. Das
Sonnenrad 5 ist koaxial mit dem Hohlrad 4 bereitgestellt. Das äußere
Planetenrad 6 kämmt mit dem Hohlrad 4. Das innere Planetenrad 7 kämmt
mit dem Sonnenrad 5. In dem Differenzial D dient das Hohlrad 4 als ein
Eingangselement, während das Sonnenrad 5, welches als eines der
Ausgangselemente dient, mit dem linken Vorderrad WFL über eine linke
Ausgangswelle 9L verbunden ist. Der Planetenträger 8, welcher als das
andere der Ausgangselemente dient, ist mit dem rechten Vorderrad WFR
über eine rechte Ausgangswelle 9R verbunden.
Ein drehbar an dem Außenumfang der linken Ausgangswelle 9L gelagertes
Trägerelement 11 ist mit vier in Abständen von 90° in Umfangsrichtung
angeordneten Ritzelwellen 12 versehen. Jede Ritzelwelle 12 lagert drehbar
ein Dreifach-Ritzelelement 16, an welchem ein erstes Ritzel 13, ein
zweites Ritzel 14 und ein drittes Ritzel 15 integral ausgebildet sind.
An dem Außenumfang der linken Ausgangswelle 9L ist ein erstes
Sonnenrad 17 drehbar gelagert, welches mit dem ersten Ritzel 13 kämmt
und mit dem Planetenträger 8 des Differenzials D verbunden ist. Ein
zweites, an dem Aussenumfang der linken Ausgangswelle 9L festgelegtes
Sonnenrad 18 kämmt mit dem zweiten Ritzel 14. Darüber hinaus kämmt
ein drittes, drehbar an dem Aussenumfang der linken Ausgangswelle 9L
gelagertes Sonnenrad 19 mit dem dritten Ritzel 15.
Als Beispiel lauten die Zähnezahlen des ersten Ritzels 13, des zweiten
Ritzels 14, des dritten Ritzels 15, des ersten Sonnenrades 17, des zweiten
Sonnenrades 18 und des dritten Sonnenrades 19 in der Ausführungsform
wie folgt:
Zähnezahl an dem ersten Ritzel 13: Zb = 17
Zähnezahl an dem zweiten Ritzel 14: Zd = 17
Zähnezahl an dem dritten Ritzel 15: Zf = 34
Zähnezahl an dem ersten Sonnenrad 17: Za = 32
Zähnezahl an dem zweiten Sonnenrad 18: Zc = 28
Zähnezahl an dem dritten Sonnenrad 19: Ze = 32
Zähnezahl an dem zweiten Ritzel 14: Zd = 17
Zähnezahl an dem dritten Ritzel 15: Zf = 34
Zähnezahl an dem ersten Sonnenrad 17: Za = 32
Zähnezahl an dem zweiten Sonnenrad 18: Zc = 28
Zähnezahl an dem dritten Sonnenrad 19: Ze = 32
Das dritte Sonnenrad 19 kann über eine linke elektromagnetische Kupplung
CL mit einem Gehäuse 20 verbunden werden. Die Drehzahl des
Trägerelements 11 wird durch Eingriff der linken elektromagnetischen
Kupplung CL erhöht. Das Trägerelement 11 kann über eine rechte elek
tromagnetische Kupplung CR mit dem Gehäuse 20 verbunden werden. Die
Drehzahl des Trägerelements 11 wird durch Eingriff der rechten elektroma
gnetischen Kupplung CR verringert. Die rechte elektromagnetische Kupp
lung CR und die linke elektromagnetische Kupplung CL werden durch eine
elektrische Steuer/Regeleinheit U, welche einen Microcomputer umfasst,
gesteuert/geregelt.
Die elektronische Steuer/Regeleinheit U verarbeitet das Motordrehmoment
Te, die Motordrehzahl Ne, die Fahrzeuggeschwindigkeit V und den Lenk
winkel θ auf Grundlage eines vorbestimmten Programms, wodurch die
rechte elektromagnetische Kupplung CR und die linke elektromagnetische
Kupplung CL gesteuert/geregelt werden.
Wenn das Fahrzeug mit einer mittleren bis niedrigen Geschwindigkeit
rechts abbiegt bzw. in einer Rechtskurve fährt, wie in Fig. 2 gezeigt ist,
wird die rechte elektromagnetische Kupplung CR nach Maßgabe eines
Befehls von der elektronischen Steuer/Regeleinheit U eingekuppelt,
wodurch sie das Trägerelement 11 mit dem Gehäuse 20 verbindet und
diesen stoppt. Da die linke Ausgangswelle 9L, welche integral mit dem
linken Vorderrad WFL ausgebildet ist, und die rechte Ausgangswelle 9R,
welche integral mit dem rechten Vorderrad WFR ausgebildet ist, (d. h. der
Planetenträger 8 des Differenzials D) über das zweite Sonnenrad 18, das
zweite Ritzel 14, das erste Ritzel 13 und das erste Sonnenrad 17
verbunden sind, wird gleichzeitig die Drehzahl NL des linken Vorderrads
WFL relativ zur Drehzahl NR des rechten Vorderrades WFR gemäß der in
der Gleichung unten gezeigten Beziehung erhöht.
NL/NR = (Zd/Zc) × (Za/Zb) = 1,143 (1)
Dann, wenn die Drehzahl NL des linken Vorderrades WFL relativ zur Dreh
zahl NR des rechten Vorderrades WFR erhöht ist, kann ein Anteil des
Drehmoments des rechten Vorderrades WFR, welches das kurveninnere
Rad ist, zu dem linken Vorderrad WFL, welches das kurvenäußere Rad ist,
übertragen werden, wie durch die schraffierten Pfeile in Fig. 2 gezeigt ist.
Dann, wenn an Stelle eines Stoppens des Trägerelements 11 durch die
rechte elektromagnetische Kupplung CR die Drehzahl des Trägerelements
11 durch geeignetes Einstellen der Eingriffskraft der rechten elektromagne
tischen Kupplung CR verringert wird, kann die Drehzahl NL des linken
Vorderrades WFR relativ zur Drehzahl NR des rechten Vorderrades WFR
nach Maßgabe der Verringerung erhöht werden und von dem rechten
Vorderrad WFR, welches das kurveninnere Rad ist, kann jedes beliebige
geforderte Drehmomentniveau zum linken Vorderrad WFL, welches das
kurvenäußere Rad ist, übertragen werden.
Dann, wenn das Fahrzeug bei einer mittleren bis niedrigen Geschwindigkeit
links abbiegt bzw. in einer Linkskurve fährt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird
die linke elektromagnetische Kupplung CL nach Maßgabe eines Befehls von
der elektronischen Steuer/Regeleinheit U eingekuppelt und das dritte Ritzel
15 wird über das dritte Sonnenrad 19 mit dem Gehäuse 20 verbunden. Als
Folge nimmt die Drehzahl des Trägerelements 11 relativ zur Drehzahl der
linken Ausgangswelle 9L zu und die Drehzahl NR des rechten Vorderrades
WFR wird relativ zur Drehzahl NL des linken Vorderrades WFL nach
Maßgabe der in der Gleichung unten gezeigten Beziehung erhöht:
NR/NL = {1 - (Ze/Zf) × (Zb/Za)} ÷ {1 - (Ze/Zf) × (Zd/Zc)} = 1,167 (2)
Wie oben beschrieben wurde, kann ein Anteil des Drehmoments des linken
Vorderrades WFL, welches das kurveninnere Rad ist, dann, wenn die
Drehzahl NR des rechten Vorderrades WFR relativ zur Drehzahl NL des
linken Vorderrades WFL zunimmt, zu dem rechten Vorderrad WFR, welches
das kurvenäußere Rad ist, übertragen werden, wie durch die schraffierten
Pfeile in Fig. 3 gezeigt ist. Auch in diesem Falle kann die Drehzahl NR des
rechten Vorderrades WFR dann, wenn die Drehzahl des Trägerelements 11
durch geeignetes Einstellen der Eingriffskraft der linken
elektromagnetischen Kupplung CL angehoben wird, relativ zu der Drehzahl
NL des linken Vorderrades WFL nach Maßgabe der Anhebung erhöht
werden, und von dem linken Vorderrad WFL, welches das kurveninnere
Rad ist, kann jedes beliebige geforderte Drehmomentniveau zum rechten
Vorderrad WFR, welches das kurvenäußere Rad ist, übertragen werden. Es
ist somit möglich, das Kurven- bzw. Kurvenfahrtverhalten zu verbessern,
indem dann, wenn das Fahrzeug bei einer mittleren oder einer niedrigen
Geschwindigkeit fährt, zu dem kurvenäußeren Rad ein größeres
Drehmoment übertragen wird als zu dem kurveninneren Rad. Zusätzlich ist
es dann, wenn das Fahrzeug bei einer hohen Geschwindigkeit fährt,
möglich, die Fahrstabilität zu verbessern, indem das an das kurvenäußere
Rad übertragene Drehmoment verglichen mit dem oben erwähnten Fall
einer mittleren bis niedrigen Geschwindigkeit verringert wird oder indem
alternativ ein Drehmoment von dem kurvenäußeren Rad zum kurveninneren
Rad übertragen wird.
Wie aus einem Vergleich von Gleichung (1) mit Gleichung (2) deutlich
hervorgeht, kann die prozentuale Zunahme der Drehzahl (etwa 1,143) des
linken Vorderrads WFL gegenüber dem rechten Vorderrad WFR im Wesent
lichen gleich der prozentualen Zunahme der Drehzahl (etwa 1,167) des
rechten Vorderrads WFR gegenüber dem linken Vorderrad WFL gemacht
werden, da die Zähnezahl des ersten Ritzels 13, des zweiten Ritzels 14,
des dritten Ritzels 15, des ersten Sonnenrads 17, des zweiten Sonnenrads
18 und des dritten Sonnenrads 19 festgelegt sind.
Als Nächstes wird der Aufbau der rechten und der linken elektromagneti
schen Kupplung CR bzw. CL auf Grundlage der Fig. 4 bis 6 erläutert.
Da die rechte und die linke elektromagnetische Kupplung CR und CL bezü
glich einer Symmetrieebene P, welche orthogonal zur Achse L der linken
und der rechten Ausgangswelle 9R bzw. 9L liegt, im Wesentlichen einen
symmetrischen Aufbau aufweisen, wird stellvertretend der Aufbau der
linken elektromagnetischen Kupplung CL erläutert. Die Bezugszeichen von
Komponenten, welche die rechte elektromagnetische Kupplung CR bilden,
sind durch "R" bezeichnet, das "L" der Bezugszeichen bezeichnet Bauteile,
die die linke elektromagnetische Kupplung CL bilden.
Die linke elektromagnetische Kupplung CL, welche in dem aus einem nicht
magnetischen Material, wie etwa einer Aluminiumlegierung, hergestellten
Gehäuse 20 untergebracht ist, ist mit einem Kern 21L versehen, welcher
aus einem magnetischen Material in einer im Wesentlichen zylindrischen
Form hergestellt ist. Der Kern 21L ist an dem Innenumfang des Gehäuses
20 befestigt, so dass er weder rotieren, noch sich in der Axialrichtung
(Seiten- bzw. Querrichtung) bewegen kann. Eine Spule 22L ist in dem Kern
21L aufgenommen. Ein Anker 23L, welcher aus einem magnetischen
Material in einer ringförmigen Gestalt hergestellt ist, ist in Seiten- bzw.
Querrichtung beweglich derart angeordnet, dass er direkt auf die rechte
Endfläche der Spule 22L weist. Eine Hülse 31, welche integral mit dem
Sonnenrad 19 (siehe Fig. 1) ausgebildet ist, ist koaxial um den Außen
umfang der linken Ausgangswelle 9L relativdrehbar angebracht. Ein zylin
drisches Teil 25a eines Getriebeelements 25L, welches an dem Innenum
fang des Ankers 23L durch eine Schweißung W1 befestigt ist, ist zwischen
dem Außenumfang der Hülse 31 und dem Innenumfang des Kerns 21L
axial beweglich angeordnet.
Eine Druckplatte 25b, fünf Kupplungsplatten 27L und eine Anschlagplatte
28L sind mit einem Keilwellenprofil S1 an den Innenumfang des Gehäuses
20 gekoppelt, so dass sie zwar nicht drehen, sich jedoch in axialer
Richtung bewegen können, wobei die Druckplatte 25b integral mit dem
Getriebeelement 25L ausgebildet ist. Die linke Seitenfläche der Druckplatte
25b des Getriebeelements 25L weist derart zur rechten Seitenfläche der
Kupplungsplatte 27L an dem äußerst rechten Ende hin, dass sie einen
Kontakt herstellen können. Fünf Kupplungsscheiben 33L sind mit einem
Keilwellenprofil S2 an den Außenumfang eines Führungsteils 32L
gekoppelt, so dass sie zwar nicht drehen, sich jedoch in axialer Richtung
bewegen können, wobei das Führungsteil 32L integral mit dem linken Ende
der Hülse 31 bereitgestellt ist. Die fünf Kupplungsscheiben 33L und die
fünf Kupplungsplatten 27L sind in Bezug auf die eine Anschlagplatte 28L
abwechselnd übereinander gelegt.
Wie aus Fig. 5 deutlich hervorgeht, sind die fünf mit dem Keilwellenprofil
S2 an den Außenumfang des integral mit der Hülse 31 ausgebildeten
Führungsteils 32L gekoppelten Kupplungsscheiben 33L mit einer großen
Anzahl von Belägen 33a versehen, welche an beiden Seiten der
Kupplungsscheiben 33L angebracht und in Umfangsrichtung ausgerichtet
sind. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, sind die fünf mit dem Keilwellenprofil S1
an den Innenumfang des Gehäuses 20 gekoppelten Kupplungsplatten 27L
jeweils aus einer Metallplatte ohne Beläge gebildet und sie können einen
direkten Kontakt mit den Belägen 33a der Kupplungsscheiben 33L
herstellen.
Die rechte elektromagnetische Kupplung CR weist einen Aufbau auf, wel
cher zu dem der linken elektromagnetischen Kupplung CL bezüglich der
Symetrieebene P symmetrisch ist, mit der Ausnahme, dass das
Führungsteil 32R der rechten elektromagnetischen Kupplung CR integral
mit dem Trägerelement 11 bereitgestellt ist, während das Führungsteil 32L
der linken elektromagnetischen Kupplung CL integral mit der Hülse 31
bereitgestellt ist, welche wiederum integral mit dem dritten Sonnenrad 19
ausgebildet ist.
Ein Magnetflussdichtesensor 35L ist von dem Außenbereich aus ange
bracht und in einem Magnetflussdichtesensor-Befestigungsloch 20a befe
stigt, welches durch das Gehäuse 20 hindurch verläuft. An dem Ende des
Magnetflussdichtesensors 35L ist ein Erfassungsteil 35a vorgesehen, in
dem eine Hall-Sonde aufgenommen ist. Das Erfassungsteil 35a ist in einer
in dem Kern 21L gebildeten Ausnehmung 21a angebracht. Ein
Verbindungselement 36L zur Zufuhr von Strom zu der Spule 22L ist an
dem Gehäuse 20 an einer dem Magnetflussdichtesensor 35L benachbarten
Position vorgesehen.
Dann, wenn der Spule 22L nach Maßgabe eines Befehls von der
elektrischen Steuer/Regeleinheit U Strom zugeführt wird, um die linke
elektromagnetische Kupplung CL einzukuppeln, wird, wie durch die
gestrichelte Linie in Fig. 4 gezeigt ist, ein magnetischer Fluss entlang
eines geschlossenen magnetischen Wegs erzeugt, welcher durch den Kern
21L und den Anker 23L hindurch läuft, die aus einem magnetischen Mate
rial hergestellt sind. Als Folge wird der Anker 23L in der Figur nach links
zur Spule 22L hin angezogen. Gleichzeitig bewegt sich das mit dem Anker
23L verbundene Getriebeelement 25L nach links, wodurch die
Kupplungsplatten 27L und die Kupplungsscheiben 33L zwischen der
Anschlagplatte 28L und der Druckplatte 25B des Getriebeelements 25L
verklemmt werden. Als Folge sind die mit dem Keilwellenprofil S1 an dem
Gehäuse 20 gekoppelten Kupplungsplatten 27L und die mit dem
Keilwellenprofil S2 an dem Führungsteil 32L gekoppelten
Kupplungsscheiben 33L vereinigt, wodurch das Gehäuse 20 mit der das
Führungsteil 32L lagernden Hülse 31 verbunden ist.
In ähnlicher Weise wird dann, wenn einer Spule 22R nach Maßgabe eines
Befehls von der elektronischen Steuer/Regeleinheit U Strom zugeführt wird,
um die rechte elektromagnetische Kupplung CR einzukuppeln, ein magneti
scher Fluss entlang eines geschlossenen magnetischen Wegs erzeugt, wie
durch die gestrichelte Linie wie in Fig. 4 gezeigt ist, welcher durch einen
Kern 21R und einen Anker 23R hindurch läuft, die aus einem magnetischen
Material hergestellt sind. Als Folge wird der Anker 23R in der Figur nach
rechts zur Spule 22R hin angezogen. Gleichzeitig bewegt sich ein mit dem
Anker 23R verbundenes Getriebeelement 25R nach rechts, wodurch es die
Kupplungsplatten 27R und die Kupplungsschreiben 33R zwischen einer
Anschlagplatte 28R und einer Druckplatte 25b des Getriebeelements 25R
verklemmt. Als Folge sind die mit dem Keilwellenprofil S1 an dem Gehäuse
20 gekoppelten Kupplungsplatten 27R und die mit dem Keilwellenprofil S2
an einem Führungsteil 32R gekoppelten Kupplungsscheiben 33R vereinigt,
wodurch das Gehäuse 20 mit dem das Führungsteil 32R lagernden
Trägerelement 11 verbunden ist.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist die elektronische Steuer/Regeleinheit U mit
einem Solleingriffskraft-Berechnungsmittel M1, einem Sollmagnetflussdich
te-Berechnungsmittel M2, einem Rückkopplungsregelungsmittel M3, einer
Treiberschaltung M4 und einem Subtraktionsmittel M5 versehen.
Das Solleingriffskraft-Berechnungsmittel M1 berechnet eine
Solleingriffskraft Tt für die elektromagnetischen Kupplungen CL und CR,
um vorbestimmte Drehmomentbeträge zwischen dem rechten und dem
linken Antriebsrad WFR bzw. WFL zu verteilen, auf Grundlage des
Motordrehmoments Te, der Motordrehzahl Ne, der
Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Drosselöffnungsgrad θ. Da die durch
Erregung einer jeden der Spulen 22R und 22L der elektromagnetischen
Kupplungen CR und CL erzeugte Magnetflussdichte und die durch die
entsprechenden elektromagnetischen Kupplungen CR und CL erzeugte
Eingriffskraft eine gewisse Beziehung aufweisen, wie in dem Kennfeld von
Fig. 9 gezeigt ist, verwendet das Sollmagnetflussdichte-Berechnungsmittel
M2 die Solleingriffs kraft Tt für die elektromagnetischen Kupplungen CR und
CL in dem Kennfeld von Fig. 9, um eine Sollmagnetflussdichte ϕt
nachzuschlagen, welche durch jede der Spulen 22R und 22L erzeugt
werden soll. Dies ist die zu regelnde Größe.
Eine tatsächliche Magnetflussdichte ϕ, welche durch Erregung der Spulen
22R und 22L der elektromagnetischen Kupplungen CR und CL erzeugt
wird, wird durch die entsprechenden Magnetflussdichtesensoren 35R und
35L erfasst. Das Subtraktionsmittel M5 subtrahiert die tatsächliche
Magnetflussdichte ϕ von der Sollmagnetflussdichte ϕt um eine
Abweichung ϕt - ϕ anzugeben, welche dann in das
Rückkopplungsregelungsmittel M3 eingegeben wird. Das
Rückkopplungsregelungsmittel M3 berechnet einen Sollstrom, welcher die
zu betreibende bzw. zu stellende Größe darstellt, für jede der Spulen 22R
und 22L durch PID-Verarbeitung der Abweichung ϕt - ϕ. Die
Treiberschaltung M4 erregt die Spulen 22R und 22L auf Grundlage des
Sollstroms. Als Folge wird die rechte oder die linke elektromagnetische
Kupplung CR oder CL mit der Solleingriffskraft Tt eingekuppelt, wodurch
vorbestimmte Drehmomentbeträge zwischen dem rechten und dem linken
Vorderrad WFR und WFL verteilt werden.
Dann, wenn der den Spulen 22R und 22L zugeführte Sollstrom aus der
Sollmagnetflussdichte ϕt berechnet wird und die Rückkopplungsregelung
auf Grundlage der Abweichung zwischen dem Sollstrom und dem durch
einen Stromsensor erfassten tatsächlichen Strom ausgeführt wird, wird die
Genauigkeit der Steuerung/Regelung aus den folgenden Gründen
verschlechtert werden. Da sich die Luftspalte zwischen den Kernen 21R,
21L und den Ankern 23R, 23L entsprechend dem Verschleißgrad der
Beläge 33a der Kupplungsscheiben 33R und 33L verändern, und zwar
selbst dann, wenn der tatsächliche Strom der Spule 22R und 22L in
Übereinstimmung mit dem Sollstrom gebracht wird, nimmt die
Magnetflussdichte dann ab, wenn der Luftspalt groß ist, und die
tatsächliche Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplungen CR und CL
wird dadurch niedriger als die Solleingriffskraft Tt. Dann, wenn der
Luftspalt klein ist, steigt die Magnetflussdichte, und die tatsächliche
Eingriffskraft T der elektromagnetischen Kupplungen CR und CL wird
dadurch größer als die Solleingriffskraft Tt.
Nach Maßgabe der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
kann die tatsächliche Eingriffskraft für jede der elektromagnetischen Kupp
lungen CR und CL präzise in Übereinstimmung mit der Solleingriffskraft Tt
gebracht werden, ungeachtet der Größe des Luftspalts α, da der den Spu
len 22R und 22L zugeführte Strom auf Grundlage der Abweichung zwi
schen der Sollmagnetflussdichte ϕt und der durch jeden der Magnetfluss
dichtesensoren 35R und 35L erfassten tatsächlichen Magnetflussdichte ϕ
durch Rückkopplungsregelung geregelt wird.
Wie aus den Fig. 4 und 7A deutlich wird, weisen die Anker 23R und
23L der bevorzugten Ausführungsform Ausnehmungen an Teilen auf,
welche zu den Spulen 22R und 22L hinweisen, und weisen Vorsprünge
23a an Teilen auf, welche Anziehungsflächen 21b der Kerne 21R und 21L
direkt gegenüber liegen. Fig. 7B zeigt einen herkömmlichen Anker 23L mit
einem den Anziehungsflächen 21b des Kerns 21L und der Spule 22L ge
genüberliegenden flachen Teil. Wenn als Folge einer Erregung der Spule
22L ein durch die Pfeile dargestellter magnetischer Fluss gebildet wird,
fließt der magnetische Fluss entlang eines Weges, welcher den
magnetischen Widerstand minimiert. Deshalb wird eine Erscheinung
erzeugt, bei welcher der Magnetfluss, wie er durch Pfeile x gezeigt ist,
bezüglich der Richtung der Achse L (Richtung in welcher sich der Anker
23L bewegt) in dem Bereich des Luftspaltes α geneigt ist. Je kleiner der
Luftspalt α ist, desto größer ist der Neigungswinkel δ des durch x
bezeichneten Flusses.
Da die Anziehungskraft, mit welcher die Kerne 21R und 21L die Anker
23R und 23L anziehen, in der Richtung des magnetischen Flusses im
Luftspalt α wirkt, wird in dem Falle, daß die Richtung des magnetischen
Flusses mit der Richtung der Achse L zusammenfällt, die gesamte Anzie
hungskraft als eine Antriebskraft für die Anker 23R und 23L genutzt. Dann
jedoch, wenn der Neigungswinkel δ des magnetischen Flusses zunimmt,
kann lediglich die zur Achse L parallele Komponente der Anziehungskraft
als eine Antriebskraft für die Anker 23R und 23L genutzt werden. Dadurch
wird die Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplungen CR und CL
entsprechend geschwächt, was zu dem Problem führt, daß die
Regelungsgenauigkeit verschlechtert wird.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform jedoch, fließt der magnetische
Fluss in dem Luftspalt α in der Richtung der Achse L, ohne dass er geneigt
ist, da die Vorsprünge 23a (Fig. 7A) an jedem der Anker 23R und 23L
ausgebildet sind, wobei die Vorsprünge 23a zu den Anziehungsflächen 21b
eines jeden der Kerne 21R und 21L hinweisen, durch welche der
Magnetfluss hindurchtritt. Daher kann eine präzise Anziehungskraft gemäß
der tatsächlichen Magnetflussdichte ϕ auf den Anker 23R und 23L
ausgeübt werden, wodurch jegliche Verschlechterung der Regelungs
genauigkeit der Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplungen CR und
CL verhindert wird.
Wie aus Fig. 8A deutlich wird, weist eine in jedem der Kerne 21R und 21L
ausgebildete Ausnehmung 21a eine rechteckförmige Gestalt mit einer
Breite A in der Seiten- oder Querrichtung (Umfangsrichtung) und mit einer
Breite B in der Längsrichtung (Richtung der Achse L) auf. Das
Erfassungsteil 35a eines jeden der magnetischen Sensoren 35R und 35L ist
in die Mitte der Ausnehmung 21a eingeführt. Die Breite A in der
Seitenrichtung und die Breite B in der Längsrichtung der Ausnehmung 21a
sind derart festgelegt, dass sie der Beziehung A < 2B genügen. Zur
präzisen Erfassung der Magnetflussdichte unter Verwendung der
Magnetflussdichtesensoren 35R und 35L, ist es notwendig, dass die
Magnetflussdichte in jedem Teil der Kerne 21R und 21L mit der
Magnetflussdichte in der Ausnehmung 21a übereinstimmt. Dann, wenn,
wie in Fig. 8B gezeigt ist, die Ausnehmung 21a eine Gestalt aufweist,
welche die Beziehung A ≦ 2B erfüllt, fließt der Magnetfluss leichter in die
Seitenrichtung von Punkt a nach Punkt c, da der Abstand A/2 zwischen
einem Punkt a und einem Punkt c, welcher von dem Punkt a mit einem
Abstand in der Seitenrichtung entfernt liegt, kleiner wird als der Abstand B
zwischen einem Punkt a und einem Punkt b, welcher von Punkt a in der
Längsrichtung mit einem Abstand entfernt liegt, und die durch das
Erfassungsteil 35a der Magnetflussdichtesensoren 35R und 35L
hindurchtretende Magnetflussdichte nimmt ab, wodurch die Erfas
sungsgenauigkeit verschlechtert wird.
Dann, wenn, wie in Fig. 8A gezeigt ist, die Ausnehmung 21a eine Gestalt
aufweist, welche der Beziehung A < 2B genügt, fließt der magnetische
Fluss leichter in der Längsrichtung von Punkt a nach Punkt b, da der
Abstand B zwischen einem Punkt a und einem Punkt b welcher von Punkt
a in der Längsrichtung mit einem Abstand entfernt liegt, kleiner ist als der
Abstand A/2 zwischen einem Punkt a und einem Punkt c, welcher von
Punkt a in der Seitenrichtung mit einem Abstand entfernt liegt, und der
Großteil des magnetischen Flusses in der Ausnehmung 21a tritt durch das
Erfassungsteil 35a der Magnetflussdichtesensoren 35R und 35L hindurch,
wodurch die Erfassungsgenauigkeit verbessert wird.
Die bevorzugte Ausführungsform zeigt eine Verwendung der
elektromagnetischen Kupplungen CR und CL für das Antriebskraft-Vertei
lungssystem T, jedoch kann die vorliegende Erfindung ebenso auf eine
elektromagnetische Kupplung angewendet werden, die zu irgendeinem
anderen Zweck eingesetzt ist. Darüber hinaus ist in der bevorzugten
Ausführungsform ein Sensor, welcher eine Magnetflussstreuung erfasst,
als ein Beispiel für die Magnetflussdichtesensoren 35R und 35L gezeigt.
Jedoch können auch Magnetflussdichtesensoren 35R und 35L eines
anderen Typs verwendet werden.
Wie oben beschrieben ist, kann die Eingriffskraft der elektromagnetischen
Kupplung präzise auf die Solleingriffskraft geregelt werden, da die
Sollmagnetflussdichte der elektromagnetischen Kupplung auf Grundlage der
Solleingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung berechnet wird und
der der elektromagnetischen Kupplung zugeführte Strom derart durch Rück
kopplung geregelt wird, dass die durch die elektromagnetische Kupplung
durchfließende tatsächliche Magnetflussdichte mit der
Sollmagnetflussdichte übereinstimmt, und zwar selbst dann, wenn sich der
Luftspalt aufgrund von Abrieb usw. der Reibungseingriffselemente ändert
und sich die Beziehung zwischen der tatsächlichen Magnetflussdichte und
dem Strom verändert.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifische Ausbildungen ver
körpert sein, ohne vom Rahmen oder wesentlichen Eigenschaften derselben
abzuweichen. Die augenblicklich offenbarten Ausführungsformen sollen
daher in jeglicher Hinsicht als Beispiel gebend und nicht als einschränkend
betrachtet werden, wobei der Rahmen der Erfindung an Stelle der
vorangehenden Beschreibung durch die angehängten Ansprüche angezeigt
wird. Alle Veränderungen, welche innerhalb der Bedeutung und des
Equivalenzbereichs der Ansprüche liegen sollen daher von diesem erfasst
sein.
Die Eingriffskraft einer elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) kann prä
zise bei einer Solleingriffskraft (Tt) durch einen einfachen Aufbau gesteu
ert/geregelt werden, und zwar selbst dann, wenn sich ein Luftspalt (a) der
elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) verändert. Ein Regelungssystem
für eine elektromagnetische Kupplung umfasst Magnetflussdichtesensoren
(35L, 35R), eine Solleingriffskraft-Berechnungsvorrichtung (M1), eine
Sollmagnetflussdichte-Berechnungsvorrichtung (M2) sowie eine
Rückkopplungsregelungsvorrichtung (M3). Die Sollmagnetflussdichte-
Berechnungsvorrichtung (M2) berechnet eine Sollmagnetflussdichte (ϕt)
auf Grundlage einer Solleingriffskraft (Tt) der elektromagnetischen
Kupplungen (CL, CR), welche durch die Solleingriffskraft-
Berechnungsvorrichtung (M1) berechnet wird. Der den elektromagnetischen
Kupplungen (CL, CR) zugeführte Strom wird durch die
Rückkopplungsregelungsvorrichtung (M3) derart rückkopplungsgeregelt,
dass eine von den Magnetflussdichtesensoren (35L, 35R) erfasste tatsäch
liche Magnetflussdichte (ϕ) mit der Sollmagnetflussdichte (ϕ) überein
stimmt. Dies ermöglicht, dass in den elektromagnetischen Kupplungen (CL,
CR) eine Solleingriffskraft (Tt) erzeugt wird, indem man die tatsächliche
Magnetflussdichte (ϕ) präzise mit der Sollmagnetflussdichte (ϕt) in Über
einstimmung bringt, und zwar selbst dann, wenn sich der Luftspalt
aufgrund von Verschleiß eines Reibungseingriffselements usw. ändert und
sich die Beziehung zwischen der tatsächlichen Magnetflussdichte (ϕ) und
dem den elektromagnetischen Kupplungen (CL, CR) zugeführten Strom
verändert.
Claims (3)
1. Regelungssystem für eine elektromagnetische Kupplung, umfassend:
einen Magnetflussdichtesensor (35L, 35R) zur Erfassung einer tatsächlichen Magnetflussdichte (ϕ), welche in einer elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) fließt;
ein Solleingriffskraft-Berechnungsmittel (M1) zur Berechnung einer Solleingriffs kraft (Tt) der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR);
ein Sollmagnetflussdichte-Berechnungsmittel (M2) zur Berechnung einer Sollmagnetflussdichte (ϕt) der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) auf Grundlage der durch das Solleingriffskraft-Berechnungsmittel (M1) berechneten Solleingriffskraft (Tt); sowie
ein Rückkopplungsregelungsmittel (M3) zur Rückkopplungsregelung des der elektromagnetischen Kupp lung (CL, CR) zugeführten Stroms derart, dass die tatsächliche Magnetflussdichte (ϕ) mit der Sollma gnetflussdichte (ϕt) übereinstimmt.
einen Magnetflussdichtesensor (35L, 35R) zur Erfassung einer tatsächlichen Magnetflussdichte (ϕ), welche in einer elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) fließt;
ein Solleingriffskraft-Berechnungsmittel (M1) zur Berechnung einer Solleingriffs kraft (Tt) der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR);
ein Sollmagnetflussdichte-Berechnungsmittel (M2) zur Berechnung einer Sollmagnetflussdichte (ϕt) der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) auf Grundlage der durch das Solleingriffskraft-Berechnungsmittel (M1) berechneten Solleingriffskraft (Tt); sowie
ein Rückkopplungsregelungsmittel (M3) zur Rückkopplungsregelung des der elektromagnetischen Kupp lung (CL, CR) zugeführten Stroms derart, dass die tatsächliche Magnetflussdichte (ϕ) mit der Sollma gnetflussdichte (ϕt) übereinstimmt.
2. Elektromagnetische Kupplung und Kupplungsregelungssystem für
diese, wobei die elektromagnetische Kupplung (CL, CR) einen Anker
(23L, 23R), einen Kern, (21L, 21R) und eine elektromagnetische
Spule (22L, 22R) umfasst, wobei der Anker (23L, 23R) eine in ihm
ausgebildete Ausnehmung und von ihm abstehende, der
Ausnehmung benachbarte Vorsprünge (23a) aufweist, wobei das
Kupplungsregelungssystem umfasst:
einen Magnetflussdichtesensor (35L, 35R) zur Erfassung einer tatsächlichen Magnetflussdichte (ϕ), welche in der elektro magnetischen Kupplung (CL, CR) fließt;
ein Solleingriffskraft-Berechnungsmittel (M1) zur Berechnung einer Solleingriffskraft (Tt) der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR);
ein Sollmagnetflussdichte-Berechnungsmittel (M2) zur Berechnung einer Sollmagnetflussdichte (ϕt) der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) auf Grundlage der durch das Solleingriffskraft-Berechnungsmittel (M1) berechneten Solleingriffskraft (Tt); sowie
ein Rückkopplungsregelungsmittel (M3) zur Rückkopplungsregelung des der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) zugeführten Stroms derart, dass die tatsächliche Magnetflussdichte (ϕ) mit der Sollma gnetflussdichte (ϕt) übereinstimmt.
einen Magnetflussdichtesensor (35L, 35R) zur Erfassung einer tatsächlichen Magnetflussdichte (ϕ), welche in der elektro magnetischen Kupplung (CL, CR) fließt;
ein Solleingriffskraft-Berechnungsmittel (M1) zur Berechnung einer Solleingriffskraft (Tt) der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR);
ein Sollmagnetflussdichte-Berechnungsmittel (M2) zur Berechnung einer Sollmagnetflussdichte (ϕt) der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) auf Grundlage der durch das Solleingriffskraft-Berechnungsmittel (M1) berechneten Solleingriffskraft (Tt); sowie
ein Rückkopplungsregelungsmittel (M3) zur Rückkopplungsregelung des der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR) zugeführten Stroms derart, dass die tatsächliche Magnetflussdichte (ϕ) mit der Sollma gnetflussdichte (ϕt) übereinstimmt.
3. Elektromagnetische Kupplung (CL, CR) und
Kupplungsregelungssystem nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kern (21L, 21R) eine Ausnehmung (21a)
aufweist, in welche ein Erfassungsteil (35a) des Magnet
flussdichtesensors (35L, 35R) eingeführt ist, wobei die Abmessung
(A) in der Seitenrichtung der Ausnehmung (21a) größer ist als das
Zweifache der Abmessung (B) in der Längsrichtung der Ausnehmung
(21a).
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