JP2017506727A - モジュール式電子差動制御システム - Google Patents

Abstract

差動装置のモジュール式電子制御システムを説明する。このような制御システムは、差動装置ケーシング内のアクチュエータおよびセンサと、これら差動装置ケーシング内の要素と差動装置外のコントローラとの間にある接続部とを備え得る。コントローラは、差動装置ケーシングに装着された制御ハウジングに存在するプリント回路基板の形態を取り得る。複数の代替的な実施形態において、コントローラは車両中で、より遠位に存在することもあり得る。この場合、コントローラハウジングは、プリント回路基板を含んでいなくても、電気信号を差動装置ケーシング内部から車両へと伝導する手段を有する。また、コントローラは、コントローラにより生じた熱を放散するための熱伝導部を有し得る。

Description

本願発明は差動装置のモジュール式電子制御システムに関する。

車両デフキャリア（一般的には単純に「差動装置」として公知である）は、その内部にある複数の差動歯車を利用する装置である。複数の差動歯車は通常、３本のシャフトによって外部に接続される。入力シャフトはトルクと回転とを車両エンジンから複数の差動歯車内部へと伝達する。その一方で、他の２本のシャフトのそれぞれは、トルクおよび回転の一部を、複数の差動歯車から外方へ、別個の複数の外輪へと個別に伝達する。差動装置の動作に関しては、車両が直線的に運転されているとき、差動装置は軸と共に回転し、サイドギアおよびピニオンギアはかみ合うが、互いに対して回転しない。しかしながら、車両が曲がるときでも差動装置は回転するが、サイドギアおよびピニオンギアはかみ合い、わずかに回転するので、１つの車輪が他の車輪より速く曲がることが可能である。

したがって、非常に頻繁に発生することであるが、車両が曲がっているとき、外輪の軌道は内輪の軌道より半径が大きくなるので、差動装置が必要である。その結果、内輪と比較して、外輪はより長い距離を移動し、より速く動き、より多く回転する。しかしながら、両方の車輪が同一の車軸上にある場合、この例では、曲がるためには、１つまたは両方の車輪が滑る、またはスリップする必要がある。したがって、差動装置の機能は、複数の車輪が、異なる速度ではあるが等しいトルクで曲がることを可能にする。

特定の複数の状況においては、差動装置の動作を修正することが望ましい。たとえば、差動装置をロックすることが望ましい場合があり得る。当業者は、差動歯車ケースと出力サイドギアのうち１つとの間の相対的な回転をロックする多くの異なる機構が存在することが分かるであろう。ロックする差動装置の制御には、いくつかの動作が関与している。差動装置の係合は、アクチュエータによって制御される。アクチュエータの方では、コントローラを通して、車両によって電力供給され、信号を受ける。加えて、差動装置に関する情報を中継してコントローラに戻すことができるセンサを有することは有益である。アクチュエータと、センサと、コントローラとを含む、モジュール式の差動制御システムがあれば、有益であろう。そのようなモジュール式の制御システムによって、製造および設置が容易になるであろう。また、このことは、差動装置の動作および状態について車両にフィードバックすることを可能にするであろう。加えて、コントローラを差動装置に非常に近い位置に配置することで、差動装置を設置する前に校正を実施できる。さらに、コントローラを特定の場所に設置することで、システムで見られるノイズ（通常は電磁電流から発生）を減らすことができる。

説明されている本願発明は、差動装置の係合を選択的に誘発可能なアクチュエータと、差動装置の係合を検知可能なセンサと、電気信号の伝導手段を有する制御ハウジングと、（ｉ）アクチュエータおよびセンサと（ｉｉ）制御ハウジングの電気信号の伝導手段との間で電気的接続を可能にするコネクタとを備える、差動装置のモジュール式電子制御システムに関する。

一実施形態において、制御ハウジングはさらに、コネクタと電気接続しているプリント回路基板を有する。

代替的な実施形態において、制御システムはさらに、（ｉ）制御ハウジングの電気信号の伝導手段と（ｉｉ）制御システムが存在する車両との間で電気的接続を可能にするポートを備える。

他の実施形態には、ホール型センサ、ホール型センサとアクチュエータとの間の導線材周囲のカプセル、および、コネクタの使用が含まれる。さらに他の実施形態には、差動装置のケーシングを通る制御ハウジングが含まれる。

代替的な実施形態において、コントローラは、コントローラにより生じた熱をヒートシンクへ伝える働きをする熱伝導部を備える。他の実施形態において、コントローラは軸ハウジングに装着される。

本願発明に関する、上記の、および、他の利点は、当業者が添付図面を考慮することで、以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。
本願発明に係る、モジュール式電子差動制御システムの実施形態の概略図であり、示されている通り、軸に沿ったアクチュエータおよびセンサの断面図を含む。 本願発明に係る、熱伝導部を備えるコントローラの実施形態の概略図である。 本願発明に係る、熱伝導部を備えるコントローラの他の実施形態の概略図である。

別の明示的な指定がある場合を除き、本願発明には各種の代替的な方向および一連の段階があり得ることを理解すべきである。また、添付図面に図示され、下記の明細書で説明されている具体的な複数の装置および工程は、本明細書で定義された複数の発明概念の例示的な実施形態に過ぎないことを理解すべきである。したがって、開示された複数の実施形態に関する具体的な寸法、方向、または、その他の物理的特性は、限定するものと見なしてはならない。

図１はモジュール式電子差動制御システム２の概略図を図示する。差動装置ケーシング１０内には、アクチュエータ１４とセンサ１６とを制御ハウジング１８へ電気的に接続するコネクタ１２がある。

当技術分野において公知のように、差動装置で用いられた状況において、アクチュエータ１４は電流を機械的な力へと変換する。電流は、磁極片２２に巻きつけられた線材２０のコイルを通って伝導する。電流が流れることによって磁場が発生し、これによって、アクチュエータのプランジャ２４が磁極片２２の方向へ引き寄せられる。線材２０のコイルの各端はそれ自身の個別のコネクタ導線材２６に装着される。通常、電流が線材２０のコイルに流れていない場合、プランジャ２４を磁極片２２から離した状態で維持するような方法で、ばね（図示せず）がプランジャ２４に作用するように配置されている。差動装置内におけるアクチュエータ１４の適用において、当技術分野において公知のように、コイル電流の制御を通じてクラッチの係合および係合解除の制御を可能にするべく、プランジャ２４が、ドッグクラッチ構成（図示せず）で並べられたフェースギア（図示せず）に装着されている。

位置センサ１６は磁極片２２に対するプランジャ２４の相対的位置を示す信号を提供する。本願発明の一実施形態において、プランジャ２４は強磁性材料でできているか、強磁性付属物を備えている。本願発明の他の実施形態において、位置センサ１６はホール型センサ（磁場検出器）であるが、本願発明にしたがって、プランジャ２４の位置を検知可能な任意の適切なセンサ１６を使用できる。ホール型センサを用いた実施形態において、センサ１６は磁石２８とプランジャ２４との間に配置される。磁束がプランジャ２４から磁石２８へと流れることが可能となる、センサ１６との相対的位置へとプランジャ２４が移動するとき、センサ１６の出力は状態を変化させる。センサ１６と磁石２８とはアクチュエータコイル２０のカプセル３０内に成形される。一実施形態において、カプセル３０はプラスチック材料であるが、環境からセンサ１６を保護することが可能ならば、いかなる絶縁材料であっても、本願発明の範囲を逸脱することなく使用できる。

センサ１６およびコイル２０へ／からの複数の信号を伝達する複数の導線材２６は、カプセル３０から出て、電気コネクタ１２内に収容されている複数のピン／ソケット（図示せず）に接続される。電気コネクタ１２は差動装置ケーシング１０の内部３６にある制御ハウジング１８に接続している。

コネクタ１２は必要に応じて制御ハウジング１８に対して機械的に脱着できるので、本明細書で説明する制御システム２にモジュール性を付与する。コネクタ１２は、装着されているとき、導線材２６と、制御ハウジング１８に存在する導体棒３２との間の電気的接続も提供するように設計されている必要がある。

本願発明の一実施形態において、制御ハウジング１８は、成型プラスチックから作られているが、本願発明の範囲から逸脱することなく、当技術分野において公知である任意の適切な材料を使用できる。アクチュエータ１４およびセンサ１６の複数の電気信号は、線材２６を通って電気コネクタ１２へ流れ、また、コントローラハウジング１８内に成形された導体棒３２へと流れる。導体棒３２は通常、金属から作られているが、当技術分野において公知である任意の伝導材料から作られたものを用いることもできる。同様に、車両へ／からの複数の信号は、複数の導体棒３２'を伝導し得る。制御ハウジング１８、および複数の導体棒３２および３２'は、標準的な車両コネクタ（図示せず）を実現する方法で形成される。標準的な車両コネクタ用のポート３４は図１に示されている。

本願発明の一実施形態において、複数の導体棒３２はそのままの状態で、標準的な車両コネクタへ／からの信号を、差動装置ケーシング１０の内部にある電気コネクタ１２へ／から伝達する。この状況において、複数の導体棒３２を流れる複数の電気信号は、差動装置で局所的に処理されない。この実施形態は、図１で具体的に示されていないが、３２と、３８と、３２'とを通る連続的な電気通信から、容易に推測できる。

代替的な実施形態において、導体棒３２はそのままの状態ではなく、図１で示されている通り、鉛直部分３８を残すように切断され、その上にプリント回路基板（ＰＣＢ）４０が下げられ、その後、ＰＣＢ４０と導体棒３２、３２'との間の電気的接続を提供するように装着される。この実施形態において、ＰＣＢ４０はアクチュエータ１４およびセンサ１６へ／からの信号の局所的な処理を可能にする。ＰＣＢ４０は処理、センサとのインターフェース、またはコイル駆動機能を提供する。ＰＣＢ４０は電子制御システム２の一部であり、車両から信号および電力を受け取り、それらを処理し、制御方針で定義された方法でアクチュエータ１４を制御する。また、ＰＣＢ４０は制御方針で決定された方法で、車両へ戻る信号の処理を提供する。

上記の代替的な実施形態の何れかにおいて、カバー４２は、電気的な絶縁を提供し、制御ハウジング１８に収容された部品を環境に対して密封するように、制御ハウジング１８上に配置される。図１で具体的に示されていないが容易に推測できる他の実施形態は、ポッティング（ｐｏｔｔｉｎｇ）またはカプセルが制御ハウジング１８に配置されることを可能にする。当技術分野において公知であるいかなる材料も、必要な電気的絶縁を提供し、かつ、制御ハウジング１８に収容されている部品を封入により環境から保護するという条件で使用することができる。

示されている実施形態では、ＰＣＢ４０が、差動装置内部と連続している複数の制御棒３２、および、標準的な車両コネクタに連続している複数の制御棒３２'の両方に装着されていることが示されている。制御ハウジング１８は、カバー４２と共に示されている。制御ハウジング１８とカバー４２とは一体化している場合がある。

カバー４２と制御ハウジング１８とは、差動装置ケーシング１０の外部４４と接触し得る。また、制御ハウジング１８は差動装置ケーシング１０と接触し得る。制御ハウジング１８は、差動装置ケーシング１０内の開口部４６を通り得る。

代替的な実施形態において、コントローラ２は差動装置ケーシング１０ではなく、軸ハウジング（図示せず）に装着されている。全体的概念は同じであるが、しかしながら、差動装置のアクチュエータ１４が差動装置ケーシング１０の外部にあるという複数の設計で使用される場合がある。

コントローラ２を差動装置に近接させる場合に生じる１つの問題は、熱の蓄積である。差動装置は複数の移動する部品から構成され、大量の熱を生じさせるので、通常、摩擦によって生じさせられる熱を減らし、生じた熱を放散しやすくするべく、油中に浸されている。高温環境を形成する差動装置および軸とは別に、コントローラ２自体も、図２および３で示されているように、少なくとも１つの熱生成構成要素１００を含んでいる。熱生成構成要素１００は通常、トランジスタである。具体的な実施形態において、これらは複数の電界効果トランジスタである。熱生成構成要素１００により生じた余分な熱に対処するべく、コントローラ２には、熱生成構成要素１００から熱を伝えることができる伝熱機構が必要である。図２および図３の両方で示されている伝熱機構の第一の部分は、ＰＣＢ４０に組み込まれた複数のサーマルビア１０６である。これらのサーマルビア１０６は、熱伝導性テープ１０２と伝導接触している。熱伝導性テープ１０２は、伝熱装置１０４または１０８と伝導接触している。図２に示されている実施形態により、伝熱機構（１０２と、１０４と、１０６との組み合わせ）を通した、差動装置ケーシング１０（または、さらに別の複数の実施形態では軸ハウジング（図示せず））までの熱の移動を可能とする。

図３において、伝熱機構（１０２と、１０８と、１０６との組み合わせ）により、差動装置ケーシング１０（または、代替的な実施形態では軸ハウジング（図示せず））周囲の流体への伝熱が可能となる。この流体は、気体または液体であり得、周囲の空気、または、差動装置または軸の潤滑に使用される油であることがもっとも望ましい。図２のＡおよび図３のＡはそれぞれ、図２および３において円で示した部分の拡大図を示している。

複数の特許法の条項にしたがって、本願発明は、好ましい実施形態を表すと見なされるものに関して説明されている。しかしながら、本願発明は、その思想または範囲を逸脱することなく、具体的に図示および説明された方法とは異なる方法で実施され得ることに注意するべきである。

Claims (11)

1. 差動装置の係合を選択的に誘発可能なアクチュエータと、
   差動装置の係合を検知可能なセンサと、
   複数の電気信号の伝導手段を有し、差動装置ケーシングと封止係合している制御ハウジングと、
   （ｉ）前記アクチュエータおよび前記センサと（ｉｉ）前記制御ハウジングの前記複数の電気信号の伝導手段との間で電気的接続を可能にするコネクタと
   を備えるモジュール式電子差動制御システム。
2. 前記制御ハウジングは、前記コネクタと電気接続しているプリント回路基板をさらに有する、請求項１に記載のモジュール式電子差動制御システム。
3. （ｉ）前記制御ハウジングの前記複数の電気信号の伝導手段と（ｉｉ）前記制御システムが存在する車両との間で電気的接続を可能にするポートをさらに備える、請求項１または２に記載のモジュール式電子差動制御システム。
4. 前記コネクタは前記差動装置ケーシング内にある、請求項１から３の何れか一項に記載のモジュール式電子差動制御システム。
5. 熱伝導部をさらに備える、請求項１から４の何れか一項に記載のモジュール式電子差動制御システム。
6. 前記熱伝導部が前記差動装置ケーシングに熱を放散する、請求項５に記載のモジュール式電子差動制御システム。
7. 前記熱伝導部が前記制御システムの周囲の流体に熱を放散する、請求項５または６に記載のモジュール式電子差動制御システム。
8. 前記流体は空気である、請求項７に記載のモジュール式電子差動制御システム。
9. 前記流体は油である、請求項７または８に記載のモジュール式電子差動制御システム。
10. 差動装置の係合を選択的に誘発可能なアクチュエータと、
    差動装置の係合を検知可能なセンサと、
    複数の電気信号の伝導手段を有し、軸ハウジングと封止係合している制御ハウジングと、
    （ｉ）前記アクチュエータおよび前記センサと（ｉｉ）前記制御ハウジングの前記複数の電気信号の伝導手段との間で電気的接続を可能にするコネクタと
    を備えるモジュール式電子差動制御システム。
11. ｉ．差動装置の係合を選択的に誘発可能なアクチュエータと、
    ｉｉ．差動装置の係合を検知可能なセンサと、
    ｉｉｉ．複数の電気信号の伝導手段を有する制御ハウジングと、
    ｉｖ．（１）前記アクチュエータおよび前記センサと（２）前記複数の電気信号の伝導手段との間で電気的接続を可能にし、差動装置ケーシング内に存在するコネクタと
    を備えるモジュール式電子差動制御システム。

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