DE10203640B4

DE10203640B4 - Elektromagnetische Kupplung

Info

Publication number: DE10203640B4
Application number: DE10203640A
Authority: DE
Inventors: Masakatsu Wako Hori; Ryuji Wako Asada; Akihiro Wako Iwazaki; Shinji Wako Ohkuma; Tatsuhiro Wako Tomari; Kiyoshi Wako Wakamatsu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: DE10203640B8; JP2002227882A; US6607061B2; DE10203640A1; US20020134639A1

Abstract

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 (23b) und von ihm abstehende, der Ausnehmung (23b) benachbarte Vorsprünge (23a) aufweist, wobei das Kupplungsregelungssystem umfasst:
– einen Magnetflussdichtesensor (35L, 35R) zur Erfassung einer tatsächlichen Magnefflussdichte (φ) in der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR), während diese von einem ihr zugeführten Strom durchflossen wird;
– 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 Magnefflussdichte (φ) mit der Sollmagnetflussdichte (φt) übereinstimmt, wobei die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungssystem zur Regelung der Eingriffskraft einer elektromagnetischen Kupplung bei einer Solleingriffskraft durch Regelung des ihrer Spule zugeführten Stroms.
Zur Verbesserung eines Kurven- bzw. Kurvenfahrtverhaltens eines Fahrzeugs 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 Sollmagnetflussdichte 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 JP 2002-039231 A vor, dass eine Verschlechterung im Ansprechverhalten 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 JP 2002-039231 A 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 JP 04-312217 A zeigt einen Elektromagneten mit einer elektromagnetischen Spule und einem Anker. Zwischen einem Joch und einer rechten Wand 29 ist ein Luftspalt gebildet.
Die JP 06-307506 A zeigt einen ähnlichen Aufbau eines Elektromagneten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zu ermöglichen, 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 wird erfindungsgemäß eine elektromagnetische Kupplung und ein Kupplungsregelungssystem für diese gemäß Anspruch 1 angegeben.
Da die Sollmagnetflussdichte der elektromagnetischen Kupplung auf Grundlage 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 erfindungsgemäßen Ausführungsform näher erläutert. Es stellt dar:
1 bis 10 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
1 ein Diagramm, welches den Aufbau eines Antriebskraft-Verteilungssystems zeigt,
2 ein Diagramm, welches die Wirkung des Antriebskraft-Verteilungssystems dann zeigt, wenn das Fahrzeug bei einer mittleren bis niedrigen Geschwindigkeit in einer Rechtskurve fährt,
3 ein Diagramm, welches die Wirkung des Antriebskraft-Verteilungssystems dann zeigt, wenn das Fahrzeug bei einer mittleren bis niedrigen Geschwindigkeit in einer Linkskurve fährt,
4 eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils von 1,
5 eine Ansicht eines Querschnitts entlang Linie 5-5 in 4,
6 eine Ansicht eines Querschnitts entlang Linie 6-6 in 4,
7A und 7B Diagramme zur Erläuterung der Gestalt und der Funktion eines Ankers,
8A eine Ansicht eines Querschnitts entlang Linie 8A-8A in 7A,
8B eine Ansicht eines Querschnitts entlang Linie 8B-8B in 7B,
9 ein Kennfeld, welches die Beziehung zwischen der Magnetflussdichte und der Eingriffskraft der Kupplung zeigt, sowie
10 ein Blockdiagramm eines Regelungssystems für eine elektromagnetische Kupplung.
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Getriebe M mit dem rechten Ende eines Motors E verbunden, welcher quer in den vorderen Teil einer Fahrzeugkarosserie 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 Vorderrad 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 welches die Antriebskraft von einem außenverzahnten Zahnrad 3 aus übertragen 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

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 elektromagnetische Kupplung CR mit dem Gehäuse 20 verbunden werden. Die Drehzahl des Trägerelements 11 wird durch Eingriff der rechten elektromagnetischen Kupplung CR verringert. Die rechte elektromagnetische Kupplung 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 Lenkwinkel 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 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 Drehzahl 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 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 elektromagnetischen 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 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 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 Wesentlichen 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 elektromagnetischen Kupplung CR bzw. CL auf Grundlage der 4 bis 6 erläutert. Da die rechte und die linke elektromagnetische Kupplung CR und CL bezüglich 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 1) ausgebildet ist, ist koaxial um den Außenumfang der linken Ausgangswelle 9L relativdrehbar angebracht. Ein zylindrisches Teil 25a eines Getriebeelements 25L, welches an dem Innenumfang 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 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 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, welcher 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 angebracht und in einem Magnetflussdichtesensor-Befestigungsloch 20a befestigt, 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 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 Material 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 Befels von der elektronischen Steuer/Regeleinheit U Strom zugeführt wird, um die rechte elektromagnetische Kupplung CR einzukuppeln, ein magnetischer Fluss entlang eines geschlossenen magnetischen Wegs erzeugt, wie durch die gestrichelte Linie wie in 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 10 gezeigt ist, ist die elektronische Steuer/Regeleinheit U mit einem Solleingriffskraft-Berechnungsmittel M1, einem Sollmagnetflussdichte-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 9 gezeigt ist, verwendet das Sollmagnetflussdichte-Berechnungsmittel M2 die Solleingriffskraft Tt für die elektromagnetischen Kupplungen CR und CL in dem Kennfeld von 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 Kupplungen CR und CL präzise in Übereinstimmung mit der Solleingriffskraft Tt gebracht werden, ungeachtet der Größe des Luftspalts α, da der den Spulen 22R und 22L zugeführte Strom auf Grundlage der Abweichung zwischen der Sollmagnetflussdichte φt und der durch jeden der Magnetflussdichtesensoren 35R und 35L erfassten tatsächlichen Magnetflussdichte φ durch Rückkopplungsregelung geregelt wird.
Wie aus den 4 und 7A deutlich wird, weisen die Anker 23R und 23L der bevorzugten Ausführungsform Ausnehmungen 23b 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. 7B zeigt einen herkömmlichen Anker 23L mit einem den Anziehungsflächen 21b des Kerns 21L und der Spule 22L gegenüberliegenden 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 Anziehungskraft 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 (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 Regelungsgenauigkeit der Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplungen CR und CL verhindert wird.
Wie aus 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 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 Erfassungsgenauigkeit verschlechtert wird.
Dann, wenn, wie in 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-Verteilungssystem 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 Rückkoppung 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 verkörpert 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 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 (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 tatsächliche Magnetflussdichte (ϕ) mit der Sollmagnetflussdichte (ϕ) übereinstimmt. 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 Übereinstimmung 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

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 (23b) und von ihm abstehende, der Ausnehmung (23b) benachbarte Vorsprünge (23a) aufweist, wobei das Kupplungsregelungssystem umfasst: – einen Magnetflussdichtesensor (35L, 35R) zur Erfassung einer tatsächlichen Magnefflussdichte (φ) in der elektromagnetischen Kupplung (CL, CR), während diese von einem ihr zugeführten Strom durchflossen wird; – 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 Magnefflussdichte (φ) mit der Sollmagnetflussdichte (φt) übereinstimmt, wobei die tatsächliche Magnefflussdichte (φ) an einem Subtraktionsmittel (M5) der Sollmagnetflussdichte (φt) aufgeschaltet und die resultierende Differenz (φt – φ) dem Rückkopplungsregelungsmittel (M3) zugeführt wird, wobei der Kern (21L, 21R), in dem die elektromagnetische Spule (22L, 22R) aufgenommen ist, eine zur Achse (L) der Kupplung senkrechte Anziehungsfläche (21b) aufweist, wobei die Anziehungsfläche (21b) und die Spule (22L, 22R) dem Anker (23L, 23L) mit einem Luftspalt (α) dazwischen direkt gegenüber liegen, und die Ausnehmung (23b) in dem Anker (23L, 23R) an einer der Spule (22L, 22R) gegenüberliegenden Stelle ausgebildet ist und die Vorsprünge (23a) an der der Anziehungsfläche (21b) gegenüberliegenden Position des Ankers (23L, 23R) ausgebildet sind, so dass sie weiter zu dem Kern (21L, 21R) vorstehen als die Ausnehmung (23b).
Elektromagnetische Kupplung (CL, CR) und Kupplungsregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (21L, 21R) eine Ausnehmung (21a) aufweist, in welche ein Erfassungsteil (35a) des Magnetflussdichtesensors (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).