JP2007515600A - トルク規定手段を備えた軸方向調節装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジング内に軸方向で支持された支持エレメントと、該支持エレメントに支持された、軸方向に移動可能な作動エレメントとを有する電気機械的なアクチュエータを備えた摩擦クラッチにおけるクラッチモーメントを検知するための方法に関する。本発明によれば、支持エレメントを、押退け不能に閉じ込められたハイドロリック的な媒体を介してハウジング内に軸方向で支持し、ハイドロリック的な媒体における圧力を測定し、該圧力を、アクチュエータおよび摩擦クラッチに対する値表を使用して、クラッチモーメントを中央のＥＣＵで算出するために使用することが提案される。

Description

本発明は、ハウジング内にほぼ軸方向で位置固定された支持エレメントと、該支持エレメントに支持された、軸方向に移動可能な作動エレメントとを有する電気機械的なアクチュエータを備えた摩擦クラッチにおけるクラッチモーメントを検知するための方法ならびに特に自動車のロック可能なディファレンシャルギヤに使用するためのまたは必要に応じて駆動可能な駆動アクスルのためのハングオンクラッチとしての摩擦クラッチであって、電気機械的なアクチュエータが設けられており、該アクチュエータが、ハウジング内に軸方向で位置固定された支持ディスクと、該支持ディスクに軸方向で支持された作動ディスクとを有している形式のものに関する。ここに挙げた使用分野による摩擦クラッチは、トルク調整、すなわち、特に駆動されるアクスルの２つのホイールにおけるトルク分配または駆動可能な２つのアクスルの間のトルク分配への介入のために働く。これに対して、相応の調整プロセスを案内することができるようにするためには、クラッチによって伝達されるクラッチモーメントが知られていなければならない、すなわち、適切な手段によって常に検知されなければならない。クラッチモーメントを検知するための従来の方法では、測定値として、回転数、温度等がセンサによって検知され、理論的な演算値（変速比、効率等）が算出され、試験により検知された補正ファクタ（摩擦係数、効率、温度・回転数依存性等）が記憶され、そして、測定され、演算され、補間された値がコンピュータユニットまたはプロセッサユニットで評価され、算出されたクラッチモーメントを達成するための相応の電流がアクチュエータの電動モータに生ぜしめられる。これによって、開いた制御系が付与される（開ループ）。

これにより生ぜしめられたクラッチモーメントひいてはホイールまたはアクスルにおける相応のトルクは、クラッチ特性およびアクチュエータの特性における既存の非線形性と偏差とに基づき、理論的な物理的な値から部分的に著しく逸脱している。これにより達成される、クラッチモーメント調整のための精度は部分的に不十分となる。ＥＣＵまたはプロセッサへの、このために必要となる評価表の保管には手間がかかり、この保管は、クラッチの完全な物理的なモデルを十分正確に描くことができない。測定され、演算され、補間された値の評価のためには、ＥＣＵのメモリ・コンピュータ容量が占められ、時間を必要とする。必要となる測定値のためには、複数のセンサ（回転数測定手段、温度センサ等）が必要となる。

ここから出発して、本発明の課題は、冒頭で述べた方法および摩擦クラッチを改良して、クラッチモーメントをより少ない手間で一層正確に調整することができるようにすることである。これに対する解決手段は、支持エレメントを、押退け不能に閉じ込められたハイドロリック的な媒体を介してハウジング内に軸方向で支持し、ハイドロリック的な媒体における圧力を測定し、該圧力を、アクチュエータおよび摩擦クラッチに対する値表を使用して、クラッチモーメントをＥＣＵで算出するために使用することによって特徴付けられた方法にある。この場合、特にアクチュエータの軸方向力を、測定された圧力から、支持エレメントの作用面に対する記憶された値を使用して算出することが提案されている。さらに、クラッチモーメントを、クラッチの摩擦係数および摩擦面に対する記憶された値を使用して、支持エレメントの支持力もしくはアクチュエータの軸方向力から算出するような方法がとられる。

有利な実施態様では、圧力を、閉じられた調整回路でアクチュエータの調節によってその都度の目標値に調整することが提案される。すなわち、これは、開いた制御系（開ループ）の代わりに、閉じられた制御系（閉ループ）が、ただ１つの測定・調整量としての圧力をベースとして実行されることを意味している。

すなわち、こうして、軸方向の作動力が、閉じられた制御系によって調整される。この場合、測定された圧力から軸方向力への換算のためには、ハイドロリック的な媒体によって負荷されている支持ディスクの有効な表面積が知られていさえすればよく、記憶されさえすればよい。この場合、ここから得られるクラッチモーメントの算出のためには、クラッチ摩擦板の摩擦係数と、平均的なクラッチ直径とが知られていさえすればよく、値表にファイルされさえすればよい。ここから、規定された走行状態のために必要となるクラッチモーメントがＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によってアクチュエータの軸方向力もしくは圧力に対する目標値として換算され、アクチュエータの後調整によって直接圧力センサの信号に同調させられる。軸方向力から算出されたトルクを車両ＣＡＮブスに提供することができる。

本発明による摩擦クラッチは、第１の解決手段によれば、支持ディスクが、環状ピストンとして、ハイドロリック媒体で充填された環状チャンバ内に形成されており、ハウジング内に、環状チャンバ内のハイドロリック的な圧力を測定するための圧力センサエレメントが配置されていることによって特徴付けられている。この場合、圧力センサエレメントが、環状チャンバに通じる分岐通路に接続されていることが提案されていてもよいし、圧力センサエレメントが、直接環状チャンバ内に挿入されていることが提案されていてもよい。

本発明による択一的な摩擦クラッチは、第２の解決手段によれば、支持ディスクが、環状プランジャとして形成されており、ハウジング内に、カバーを備えた環状ハウジングが挿入されており、該環状ハウジングが、ハイドロリック媒体で充填された環状チャンバを形成しており、該環状チャンバ内に、該環状チャンバ内のハイドロリック的な圧力を測定するための圧力センサエレメントが配置されており、環状プランジャが、カバーに作用するようになっていることによって特徴付けられている。この場合、カバーが、環状ハウジングを閉鎖するフレキシブルなダイヤフラムとして形成されていることが可能である。択一的には、カバーが、環状チャンバ内で移動可能であり、該環状チャンバに対してシールされていることが提案されてよい。

ハイドロリック的な媒体は、いずれにせよ、非シール性を回避するために自由に選択可能であるものの、高い粘度を備えたハイドロリック的な媒体、たとえばオイルまたはゲルを使用することが提案される。有利には、環状シール部材がシールのために使用される。このことは、ハイドロリック的な媒体が、自己支持性を備えた弾性的な成形体によって形成される場合には省略されてよい。

以下に、本発明の有利な実施例を図面につき説明する。

まず、図１〜図３および図５を、これらの図面に認めることができる個別部分が合致する限り一緒に説明する。複数の部分から成るハウジング１１内には、玉軸受け１２とスラスト軸受け１３とを介して軸１４が支承されている。この軸１４は多板クラッチ１５に結合されている。この場合、軸１４は多板クラッチのボス１６と一体に形成されているのに対して、多板クラッチのクラッチケース１７は別のボス１９に一体に結合されている。軸１４は、フランジ接続可能な第１の軸を接続するためのフランジ１８を有している。第２のボス１９は、差込み可能な第２の軸を接続するための軸歯列２０を有している。多板クラッチは、ボス１６に相対回動不能に結合された第１のクラッチ摩擦板２２と、ケース１７に結合された第２のクラッチ摩擦板２３とを有している。両クラッチ摩擦板２２，２３は軸方向で交互に配置されている。第１のクラッチ摩擦板２２と第２のクラッチ摩擦板２３とから成るセットは、ボス１６に位置固定された支持プレート２４に支持されていて、ボス１６に対して軸方向に移動可能な押圧プレート２５によって軸方向に負荷可能である。クラッチ摩擦板２２，２３と押圧プレート２５との間には、この押圧プレート２５を戻すための一対の皿ばね２６，２７が配置されている。押圧プレート２５自体はスラスト軸受け２８を介して軸方向調節装置２９によって移動させられる。この軸方向調節装置２９は電動モータ３０によって駆動可能である。この場合、駆動は電動モータの軸３１から変速段３２を介して軸方向調節装置２９に対して行われる。

図示の構成では、軸方向調節装置（アクチュエータ）が、歯セグメント３３を介して回動駆動可能な押圧ディスクまたは調節ディスク３４と、ハウジング１１内に相対回動不能に保持された、軸方向に支持された支持ディスク３５とから成っている。両ディスク３４，３５は、互いに向かい合って位置する端面にボール溝４２，４３を有している。このボール溝４２，４３内では、ケージ４４に案内されたボール４５が移動する。ボール溝は複数で対を成して周方向に延びるように配置されている。この場合、ボール溝は、逆方向に延びる勾配もしくは深さ変化を有している。この場合、軸方向に支持された、回動防止されたディスク３５に対して相対的なディスク３４の回動駆動時には、ボールが、深い方のボール溝領域から浅いボール溝領域に移動する。これによって、ディスク３４がディスク３５から多板クラッチに向かって離される。クラッチセットが接続される。逆方向の駆動時または電動モータ３０の無通電時には、皿ばね２６，２７の戻し力によって、ディスク３４が押し戻され、ボール溝４２，４３内でのボール４５の作用下で逆回動させられる。

図１に示した構成では、支持ディスク３５が環状ピストンとして形成されている。この環状ピストンは、ハイドロリック的な媒体で充填された環状シリンダチャンバ３６内に軸方向で自由にかつ回動防止されて保持されている。ディスク３５は、ピストン面に嵌められたシールリング５２，５３によってチャンバ３６に対してシールされている。このチャンバ３６から、半径方向孔３７が出発している。この半径方向孔３７はねじ山付き栓体３８によって閉鎖されている。半径方向孔３７は横方向孔３９によって貫通される。この横方向孔３８は、組み込まれたセンサ電子装置を備えた、ハウジングにねじ込まれた圧力センサエレメント４０に接続されている。チャンバ３６と、半径方向孔３７と、横方向孔３９とは１００％ハイドロリック的な媒体で充填されており、これによって、ディスク３５が、主として、ハイドロリック的な媒体によって軸方向で不動に支持されている。圧力センサ４０はシリンダチャンバ３６内の圧力を測定し、ケーブル４１を介して測定値をＥＣＵに伝送する。このＥＣＵでは、測定された圧力が、冒頭で説明した形式で、目下伝達可能なクラッチモーメントに換算される。

図２では、支持ディスク３５が環状ピストンとして形成されている。この環状ピストンは、ハイドロリック的な媒体で充填された環状シリンダチャンバ３６内に軸方向で自由にかつ回動防止されて保持されている。ディスク３５は、チャンバ内に位置するシールリング５２′，５３′によってチャンバ３６に対してシールされている。このチャンバ３６内には、ハウジングに嵌め込まれた圧力センサエレメント６０が配置されている。この圧力センサエレメントはシリンダチャンバ３６内の圧力を検出し、圧力信号を、ハウジングに配置された圧力センサ電子装置（ＥＣＵ）６２に伝送する。この圧力センサ電子装置６２では、測定された圧力が、冒頭で説明した形式で、目下のクラッチモーメントに換算される。この場合、算出された値は、自動車のブスを介して再使用のために提供することができる。

図３では、支持ディスク３５が環状ピストンとして形成されている。この環状ピストンは、ハイドロリック的な媒体で充填された環状ハウジング５１が遊びなしに挿入された環状シリンダチャンバ３６内に軸方向で自由にかつ回動防止されて保持されている。この場合、ディスク３５はチャンバ３６に対してシールされている必要はない。環状ハウジング５１内には、ハウジングに嵌め込まれた圧力センサエレメント６０が挿入されている。この圧力センサエレメントは環状ハウジング５１内の圧力を検出し、圧力信号を、ハウジングに配置された圧力センサ電子装置（ＥＣＵ）６２に伝送する。この圧力センサ電子装置６２では、測定された圧力が、冒頭で説明した形式で、目下のクラッチモーメントに換算される。

図４には、図３に示した環状ハウジング５１が拡大図で個別部分として示してある。内周面と外周面とにシール部材５２′′，５３′′が嵌められた環状のハウジング５１を認めることができる。一方の端面には、平らな環状カバー５４が嵌め込まれている。この環状カバー５４は２つの縁曲げ部５５，５６によってシール部材５２′′，５３′′に対してシールした状態で保持されている。環状ハウジング５１は完全にハイドロリック的な媒体で充填されている。所定の周面箇所では、圧力センサエレメント６０がハウジング５１内に挿入されている。圧力センサエレメント６０はその接続側で孔６１を通してハウジングから導出されている。カバー５４は弾性的なダイヤフラムとして形成されているかまたはシール部材５２，５３によって常にシールされた移動可能なカバーとして形成されている。このカバーには、支持ディスクが軸方向で作用することができる。

図５では、支持ディスク３５が環状ピストン３５として形成されている。この環状ピストン３５は、ハイドロリック的な媒体で充填された環状チャンバ３６内に軸方向で自由にかつ回動防止されて保持されている。ハイドロリック的な媒体は、ディスク３５がチャンバ３６に対してシールされている必要がないような稠度である。たとえば、ハイドロリック的な媒体は二成分ゲルによって実現されてよい。この二成分ゲルは液状でチャンバ内に注入され、そこでゲル化される。択一的には、ハイドロリック的な媒体が、既製された成形体、たとえばシリコーンディスクから成っていてよい。ここでも、チャンバ３６内に再び圧力センサエレメント６０が挿入されている。この圧力センサエレメント６０はシリンダチャンバ３６内の圧力を検出し、圧力信号を圧力センサ電子装置に伝送する。この圧力センサ電子装置はハウジング１１に組み付けられている。その他の点については、前述した構成に示してある。

ハイドロリック的な支持を伴った電気機械的なアクチュエータを備えた多板クラッチの第１の構成を示す図である。 ハイドロリック的な支持を伴った電気機械的なアクチュエータを備えた多板クラッチの第２の構成を示す図である。 ハイドロリック的な支持を伴った電気機械的なアクチュエータを備えた多板クラッチの第３の構成を示す図である。 図３に示した圧力検出のためのエレメントを拡大した構成で示す図である。 ハイドロリック的な支持を伴った電気機械的なアクチュエータを備えた多板クラッチの第４の構成を示す図である。

符号の説明

１１ ハウジング、 １２ 玉軸受け、 １３ スラスト軸受け、 １４ 軸、 １５ 多板クラッチ、 １６ ボス、 １７ クラッチケース、 １８ フランジ、 １９ ボス、 ２０ 軸歯列、 ２２ クラッチ摩擦板、 ２３ クラッチ摩擦板、 ２４ 支持プレート、 ２５ 押圧プレート、 ２６ 皿ばね、 ２７ 皿ばね、 ２８ スラスト軸受け、 ２９ 軸方向調節装置、 ３０ 電動モータ、 ３１ 軸、 ３２ 変速段、 ３３ 歯セグメント、 ３４ 押圧ディスク、 ３５ 支持ディスク、 ３６ 環状シリンダチャンバ、 ３６′ 環状チャンバ、 ３７ 半径方向孔、 ３８ ねじ山付き栓体、 ３９ 横方向孔、 ４０ 圧力センサエレメント、 ４１ ケーブル、 ４２ ボール溝、 ４３ ボール溝、 ４４ ケージ、 ４５ ボール、 ５１ 環状ハウジング、 ５２ シールリング、 ５２′ シールリング、 ５２′′ シール部材、 ５３ シールリング、 ５３′ シールリング、 ５３′′ シール部材、 ５４ 環状カバー、 ５５ 縁曲げ部、 ５６ 縁曲げ部、 ６０ 圧力センサエレメント、 ６１ 孔、 ６２ 圧力センサ電子装置

Claims (12)

1. ハウジング内に軸方向で支持された支持エレメントと、該支持エレメントに支持された、軸方向に移動可能な作動エレメントとを有する電気機械的なアクチュエータを備えた摩擦クラッチにおけるクラッチモーメントを検知するための方法において、
   支持エレメントを、押退け不能に閉じ込められたハイドロリック的な媒体を介してハウジング内に軸方向で支持し、ハイドロリック的な媒体における圧力を測定し、該圧力を、アクチュエータおよび摩擦クラッチに対する値表を使用して、クラッチモーメントを中央のＥＣＵで算出するために使用することを特徴とする、クラッチモーメントを検知するための方法。
2. アクチュエータの軸方向力もしくは支持エレメントの支持力を、ハイドロリック的な媒体における圧力から、支持エレメントの作用面に対する記憶された値を使用して算出する、請求項１記載の方法。
3. クラッチモーメントを、摩擦クラッチの摩擦係数および摩擦面に対する記憶された値を使用して、アクチュエータの軸方向力もしくは支持エレメントの支持力から算出する、請求項２記載の方法。
4. ハイドロリック的な媒体における圧力を、閉じられた調整回路でアクチュエータの調節によってその都度の目標値に調整する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 特に自動車のロック可能なディファレンシャルギヤに使用するためのまたは必要に応じて駆動可能な駆動アクスルのためのハングオンクラッチとしての摩擦クラッチ（１５）であって、電気機械的なアクチュエータ（２９）が設けられており、該アクチュエータ（２９）が、ハウジング（１１）内に軸方向で位置固定された支持ディスク（３５）と、該支持ディスク（３５）に軸方向で支持された、移動可能な作動ディスク（３４）とを有している形式のものにおいて、
   支持ディスク（３５）が、環状ピストンとして、ハイドロリック媒体で充填された環状チャンバ（３６）内に形成されており、ハウジング（１１）内に、環状チャンバ（３６）内のハイドロリック的な圧力を測定するための圧力センサエレメント（４０，６０）が配置されていることを特徴とする、摩擦クラッチ。
6. 圧力センサエレメント（４０）が、環状チャンバ（３６）に通じる分岐通路（３７，３９）に接続されている、請求項５記載のクラッチ。
7. 圧力センサエレメント（６０）が、直接環状チャンバ（３６）内に挿入されている、請求項５記載のクラッチ。
8. 特に自動車のロック可能なディファレンシャルギヤに使用するためのまたは必要に応じて駆動可能な駆動アクスルのためのハングオンクラッチとしての摩擦クラッチ（１５）であって、電気機械的なアクチュエータ（２９）が設けられており、該アクチュエータが、ハウジング（１１）内に軸方向で位置固定された支持ディスク（３５）と、該支持ディスク（３５）に軸方向で支持された、移動可能な作動ディスク（３４）とを有している形式のものにおいて、
   支持ディスク（３５）が、環状プランジャとして形成されており、ハウジング（１１）内に、カバー（５４）を備えた環状ハウジング（５１）が挿入されており、該環状ハウジング（５１）が、ハイドロリック媒体で充填された環状チャンバ（３６′）を形成しており、該環状チャンバ（３６′）内に、該環状チャンバ（３６′）内のハイドロリック的な圧力を測定するための圧力センサエレメント（６０）が配置されており、環状プランジャが、カバー（５４）に作用するようになっていることを特徴とする、摩擦クラッチ。
9. カバー（５４）が、フレキシブルなダイヤフラムとして形成されている、請求項７記載のクラッチ。
10. カバー（５４）が、環状チャンバ（３６′）内で移動可能であり、該環状チャンバ（３６′）に対してシールされている、請求項７記載のクラッチ。
11. 支持ディスク（３５）が、環状チャンバ（３６）に対してもしくはカバー（５４）が、環状チャンバ（３６′）に対してシールリング（５２，５３）によってシールされている、請求項５から１０までのいずれか１項記載のクラッチ。
12. ハイドロリック的な媒体が、弾性的な成形体を形成している、請求項５から１１までのいずれか１項記載のクラッチ。

Images