JP4691600B2 - モーメントを分配するシステム - Google Patents
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Description
本発明は多板クラッチに関する。
現代のパワートレイン(たとえば全輪パワートレイン)に用いられる、いわゆる「アクティブヨー」または「トルクベクトリング」(TV)システムは周知である。TVシステムによれば、車両のヨー速度は能動的に制御(アクティブ制御)され、その際、駆動モーメントは、車輪に不均一に分配することができる。それによりたとえば曲線の(カーブ走行するときの)外側の車輪にいっそう多く駆動モーメントが向けられるので、通常の走行条件においてオーバーステア特性を生じることができる。
従来の差動ユニット(ディファレンシャルユニット)は、補償変速機または差動装置を含み、この補償変速機または差動装置は、回転速度の相違を補償する。差動装置は、存在する回転速度の相違を増大するだけではない。特に差動ユニットは、回転速度の相違を増大するために(すなわち所定の車輪に多く駆動モーメントを伝達するために)、追加的な部品を必要とする。
本発明の課題は、簡素化されたTVシステムを形成するために、TVシステムにおいて利用することができる多板クラッチを設けることである。
この課題の解決は、請求項1の特徴を有する多板クラッチによって行なわれる。特に多板クラッチの部品の第1の軸線および第2の軸線を互いにずらすことによって行なわれる。
本発明による多板クラッチは、クラッチケージおよびクラッチハブを有する。クラッチケージは、第1の軸線の回りを回転し、かつ第1のプレートセットに結合されている。クラッチハブは、第2の軸線の回りを回転し、かつ第2のプレートセットに結合されており、その際、プレートセットのプレートは、互いにかみ合っている。プレートセットが互いに押し付けられたときに、相互の接触点において接線方向成分および追加的に半径方向成分を有する力を、プレートセットのプレートの間で伝達するために、プレートセットのプレートは、モーメントを伝達するために互いに押し付け可能である。それにより接線方向成分はモーメントの伝達を引き起こすが、一方追加的に接触点において半径方向の力が生じ、この力は、最終的に第1の軸線および第2の軸線を互いにずらす結果になる。プレートセットの意図的な相互の押し付けによって、TVシステムにおいてこのようなクラッチは、モーメント伝達に能動的な作用を及ぼすことができる。
本発明の有利な構成は、明細書、図面および従属請求項に記載されている。
多板クラッチの第1の有利な構成において、第1の軸はクラッチケージに回転しないように結合(固定して結合)されており、かつ第2の軸はクラッチハブに回転作用するように連結されている。内歯歯車は、クラッチハブに回転しないように結合されており、かつ第2の軸線の回りを回転する。歯車は、第2の軸に回転しないように結合されており、かつ第1の軸線の回りを回転し、その際、内歯歯車および歯車がかみ合っている。
多板クラッチの第2の有利な構成において、第1の軸はクラッチケージに回転作用するように連結されており、かつ第2の軸はクラッチハブに回転しないように結合されている。内歯歯車は、クラッチケージに回転しないように結合されており、かつ第1の軸線の回りを回転する。歯車は、第1の軸に回転しないように結合されており、かつ第2の軸線の回りを回転し、その際、内歯歯車および歯車がかみ合っている。
差動ユニットが設けられており、この差動ユニットは、TVシステムにおいて利用するために、少なくとも1つの本発明による多板クラッチおよび相応するアクチュエータを含んでいる。アクチュエータは、TV動作を可能にするために、多板クラッチのプレートセットに面圧を発生させる。
さらに本発明によれば、パワートレインが設けられており、このパワートレインは差動ユニットを有し、この差動ユニットは、少なくとも1つの本発明による多板クラッチおよび相応するアクチュエータを含んでいる。アクチュエータは、TV動作を可能にするために、多板クラッチのプレートセットに面圧を発生させる。パワートレインは、さらに制御ユニットを含み、この制御ユニットは、車両の少なくとも1つの動作状態を検出するために、少なくとも1つのセンサ(望ましくは複数のセンサ)に電気的(電子的)に結合されている。制御ユニットはアクチュエータを調節し、かつその際、面圧および伝達する駆動モーメントを制御するために、車両の動作状態に基づいて制御信号を発生させる。
本発明は、自動車の種々の車輪へのモーメント伝達を能動的に制御(アクティブ制御)するために、前記のような多板クラッチまたは差動ユニットの使用にも関するが、本発明はこのような使用に限定されるわけではない。
次に本発明をあくまでも例として図面に基づいて説明する。
図1には、車両パワートレイン10の概略図が示されており、この車両パワートレインは駆動装置12を含み、この駆動装置は、力を伝達する区間16、モータ(エンジン)18および変速機20を含んでいる。力を伝達する区間16は、変速機20によって駆動されるプロペラシャフト28、および1対の車輪32に結合された1対の車軸30、およびプロペラシャフト28から一方または両方の車軸30に駆動トルクを伝達するために有効な差動ユニット34を含んでいる。
制御ユニット40は、いわゆる「トルクベクトリング」(TV動作)を可能にするために、多数の車両パラメータに基づいて差動ユニット34の動作を制御する。制御ユニット40は、少なくとも1つのセンサ(望ましくは多数のセンサ)に電気的(電子的)に結合されている。例として示すセンサは、ヨー速度センサ42、車輪回転速度センサ44、かじ取り(操舵、ステアリング)ハンドル角度センサ(図示せず)および/またはかじ取り角度センサ46を含んでいる。別のセンサは、側方および縦加速度センサ(図示せず)を含んでいる。センサは、多数の動作状態、たとえば車両のヨー速度、それぞれの車輪22,32の回転速度、かじ取りハンドル角度および/または前輪22のかじ取り角度(α)を検出する。制御ユニット40は、1つまたは複数の信号を処理し、かつ差動装置制御信号を発生し、その際、少なくとも1つのアクチュエータは、相応する車輪32に多くの駆動モーメントを伝達するために、差動装置制御信号に基づいて制御される。
図2を参照して、差動ユニット34の部品を説明する。差動ユニット34は差動装置ハウジング50を含み、この差動装置ハウジングは、補償変速機52,2つの多板クラッチ54、および2つの相応するアクチュエータ56、58を含んでいる。プロペラシャフト28に回転しないように結合された駆動軸60は、差動装置ハウジング50において軸受装置62によって回転可能に支持されており、かつ図示しないパッキン装置によって差動装置ハウジング50に対して密閉されている。車軸30に回転しないように結合された2つの出力軸64は、差動装置ハウジング50において軸受装置によって回転可能に支持されており、かつ図示しないパッキン装置によって差動装置ハウジング50に対して密閉されている。出力軸64は軸線Aの回りを回転する。駆動かさ歯車70は駆動軸60の端部に形成されている。
補償変速機52は、差動装置ハウジング50において軸受装置72によって回転可能に支持されており、かつ支持ドラム74、2つのかさ歯車セット(かさ歯車76A、76B;78A、78B)、およびかさ歯車80を含み、このかさ歯車は、支持ドラム74に取り付けられており、かつ駆動かさ歯車70にかみ合っているので、プロペラシャフト28の被駆動回転は、補償変速機52の回転を引き起こす。かさ歯車76A、76Bは、相応する出力軸64に回転しないように結合されている。補償変速機52において、支持ドラム74を介して互いに対向するかさ歯車76A、76B;78A、78Bに駆動が行なわれる。直線走行の際に、かさ歯車76A、76B;78A、78Bは、互いに相対的に回転しない。補償変速機52全体は、ブロックとして回転し、かつ両方の出力軸64にトルクを均一に伝達する。両方の出力軸64の間に回転速度の相違があった際に初めて(たとえは曲線走行の際に)、両方のかさ歯車76A、76Bは、両方の出力軸64にトルクを基本的に均一に分配するために、支持ドラム74内において反対に回転する。
次になお詳細に説明するように、本発明によれば、少なくとも1つの多板クラッチ54を操作することによって、車輪32に駆動モーメントを不均一に分配するために、両方の出力軸64のうちの一方に追加的なトルクを伝達することができる。それにより支持ドラム74および当該の多板クラッチ54(クラッチケージ90およびクラッチハブ92を含む)を介して、駆動モーメントは、意図的に本来の補償変速機52(かさ歯車76A、76B)を通って、それぞれの出力軸64に伝達される。尚、前記の補償変速機52は、別の補償変速機(たとえば遊星歯車セット差動装置)に置き換えてもよい。
多板クラッチ54は、それぞれのクラッチケージ90およびそれぞれのクラッチハブ92を含んでいる。クラッチケージ90は、軸線Aの回りを回転し、かつ第1のプレートセット94に結合されている。クラッチハブ92は、軸線Bの回りを回転し、かつ第2のプレートセット96に結合されており、第2のプレートセット96のプレートおよび第1のプレートセット94のプレートは、互いにかみ合っている。軸線Aおよび軸線Bは、軸線間隔Δxだけ互いにずらされており、モーメントを伝達するためにプレートセット94、96のプレートは、プレートセット94、96を互いに押し付けたときに、接線方向成分および半径方向成分を有する力を、プレートセット94、96のプレートの間で伝達するように、互いに押し付けることができる。
第1の構成(図2)においてクラッチケージ90は、相応する中空軸98によって支持ドラム74に回転しないように結合されている。中空軸98は出力軸64に対して同軸的に配置されている。出力軸64は、次のようにクラッチハブ92に回転作用するように連結されている:すなわちそれぞれの内歯歯車100は、付属のクラッチハブ92に回転しないように結合されており、かつ軸線Bの回りを回転する。それぞれの歯車102は、付属の出力軸64に回転しないように結合されており、かつ軸線Aの回りを回転し、その際、内歯歯車100および歯車102は、回転比を形成するために(所定の回転比で)かみ合っている。
その他の点において同様に作用・機能する第2の構成(図3)において、クラッチケージ90は軸線Bの回りを回転し、かつクラッチハブ92は軸線Aの回りを回転する。クラッチケージ90は、相応する中空軸98’に回転作用するように連結されており、かつクラッチハブ92は、出力軸64に回転しないように結合されている。それぞれの内歯歯車100’は、付属のクラッチケージ90に回転しないように結合されており、かつ軸線Bの回りを回転する。それぞれの歯車102’は、それぞれの中空軸98’を介して補償変速機52の支持ドラム74に回転しないように結合されており、かつ軸線Aの回りを回転し、その際、内歯歯車100’および歯車102’は、回転比を形成するために(所定の回転比で)かみ合っている。
前記の両方の構成においてアクチュエータ56、58は、たとえば液圧ピストンを含むことができる。ピストンは、プレートセット94、96のプレートを互いに押し付け、かつそれにより支持ドラム74およびかさ歯車76A、76B;78A、78Bを介した力の伝達に加えて、支持ドラム74および多板クラッチ54を介して出力軸64に直接力の伝達を達成するために、相応する面圧を発生させる。前記のように、アクチュエータ56、58は、TV動作を可能にするために、制御ユニット40からの制御信号に基づいて制御可能である。
例示した構成において、プレートは、プレートセット94、96のそれぞれの周囲に沿って不均一に分配することができる面圧によって、互いに押し付けることができる。周知の多板クラッチにおいてアクチュエータと当該のプレートセットとの間に配置されておりかつ周囲に沿って略均一な力伝達を配慮する(行う)アクチュエータリングは、特に省略される。たとえばそれぞれのプレートセットの第1の角度セグメントWS1(図4の左半分)における面圧は、それぞれのプレートセットの第2の角度セグメントWS2(図4の右半分)におけるものより大きく、その際、ここに図示した例において、第1の角度セグメントWS1におけるプレートセット94、96の相互の重なりは、第2の角度セグメントWS2におけるものよりも大きい。
図4に示すように、多板クラッチ装置において半径方向における追加的な成分が生じ、しかも当該成分は軸線ずれの大きさおよび入力・出力回転速度の回転速度比に依存して生じる。図4においてプレートセット94、96のプレート対は、軸線間隔Δxを有するように図示されている。プレートセット94のプレートAは、駆動プレートであり、かつ駆動しようとするプレートセット96のプレートBよりもいくらか速く回転する。図4において、軸線Bの回りにおいて(図2参照)回転するプレートBにおける摩擦直径dREIBを有する摩擦円は、点線で示されている。プレートAは軸線Aの回りにおいて(図2参照)回転する。
前記摩擦円に沿った種々の接触点におけるプレートAおよびBのそれぞれの速度ベクトルのベクトル引き算によって、速度差ベクトルを検出することができる。この速度差ベクトル(v−差)は、接線方向成分および半径方向成分を含んでおり、接線方向成分だけがプレートBにおける駆動モーメントをなしている。速度差ベクトルの方向および長さは摩擦トラックに沿って変化する。第1の角度セグメントWS1(図4による左側)において、速度差ベクトルは最も長く、かつ第2の角度セグメントWS2(右側)において最も短い。駆動モーメントの伝達のために、速度差ベクトルの方向だけが重要であり、その長さは重要ではない。一般にプレートセット94、96のそれぞれの周のこのような角度セグメントWS1における面圧は、両方のプレートセット94、96の間でモーメントを伝達しようとする方向に両方のプレートセット94、96の速度差ベクトルが向いている別の角度セグメントWS2における面圧よりも大きく選定されている。このことは、特にプレートセット94、96の回転速度差がゼロまたはほぼゼロの際に当てはまる。
クラッチケージ回転速度とクラッチハブ回転速度との間の回転速度差が、ほぼゼロになる場合、すべての速度差ベクトルは同じ方向を向いている。図4による右側において(すなわち第2の角度セグメントWS2において)、このとき、出力プレートは制動され、かつ左側において(すなわち第1の角度セグメントWS1において)、出力プレートは駆動される。これらを合計すると(組み合わせると)、駆動モーメントはもはや伝達することができない。プレートセットへの面圧が均一ではなく、ここにおいて左側において大きいときにだけ、駆動モーメントを伝達することができる。このことは、相応して構成されたアクチュエータ56、58によって機械的におよび/または液圧的に実現することができる(たとえば異なった大きさのピストン横断面によって)。
それにもかかわらず摩擦の作用が果たされるので(あるので)、それでもなお駆動モーメントは存在する。軸線間隔Δxが摩擦直径dREIBに対して小さいとき、この駆動モーメントはわずかである(たとえば適正な構成の際に、大きな回転速度差または小さな軸線ずれの際に、最大に伝達可能な駆動モーメントのほぼ5%〜10%)。摩擦円が軸線Aの回りに置かれるときに、この状態は、わずかだけ異なっている。
図5に、クラッチケージ90およびクラッチハブ92の回転速度比に関して駆動モーメントが示されている。伝達される駆動モーメントが急激に低下する折れ目は、軸線ずれに対する摩擦直径の比に依存している。軸線ずれが小さいほど、または摩擦直径が大きいほど、小さな回転速度比の際に大きな駆動モーメントを伝達することができる。回転速度差のさらに良好な制御が可能であるという利点が得られ、たとえば目標駆動モーメントを介して車輪スリップおよびそれにより目標回転速度差を計算することができる。はっきりと低下する特性曲線によって、この回転速度は良好に調節することができる。伝達されるモーメントのそれ自体周知の制御に加えてまたはその代わりに、上記のことにより本発明によるクラッチは、回転速度差の自己制御(調節)を可能にする。
図1に例として後輪駆動によるパワートレインが示されているとはいえ、本発明による多板クラッチは、種々のパワートレインに利用することができる。たとえば多板クラッチは、前輪駆動によるパワートレインおよび/または前輪/4輪パワートレインに組み込むことができる。さらに多板クラッチは、車軸差動ユニットの出力軸に追加的なトルクを分配することができるだけでなく、この多板クラッチは、前車軸差動ユニットまたは後車軸差動ユニットに追加的なトルクを伝達するために、全輪/4輪パワートレインの車軸差動装置の間の中央差動装置(分配変速機)に設けることもできる。
Claims (17)
- クラッチケージ(90)が設けられており、このクラッチケージが、第1の軸線(A、B)の回りを回転し、かつ第1のプレートセット(94)に結合されており、
クラッチハブ(92)が設けられており、このクラッチハブが、第2の軸線(A、B)の回りを回転し、かつ第2のプレートセット(96)に結合されており、第2のプレートセット(96)のプレートおよび第1のプレートセット(94)のプレートが、互いにかみ合っており、
前記プレートセット(94、96)のプレートが、モーメントを伝達するために互いに押し付け可能である多板クラッチ(54)であって、
前記第1の軸線(A、B)および第2の軸線(A、B)が互いにずらされていることを特徴とする多板クラッチ(54)。 - 前記プレートセット(94、96)が互いに押し付けられたときに、接線方向成分および半径方向成分を有する力が、前記プレートセット(94、96)のプレートの間で伝達可能であるように、前記第1の軸線(A、B)および第2の軸線(A、B)が互いにずらされている請求項1記載の多板クラッチ(54)。
- 第1の軸(98)がさらに設けられており、この軸が前記クラッチケージ(90)に回転しないように結合されており、
第2の軸(64)が設けられており、この軸が前記クラッチハブ(92)に回転作用するように連結されている請求項1記載の多板クラッチ(54)。 - 内歯歯車(100)がさらに設けられており、この内歯歯車が前記クラッチハブ(92)に回転しないように結合されており、かつ前記第2の軸線(B)の回りを回転し、
歯車(102)がさらに設けられており、この歯車が前記第2の軸(64)に回転しないように結合されており、かつ前記第1の軸線(A)の回りを回転し、
前記内歯歯車(100)および前記歯車(102)がかみ合っている請求項3記載の多板クラッチ(54)。 - 第1の軸(98’)がさらに設けられており、この軸が前記クラッチケージ(90)に回転作用するように連結されており、
第2の軸(64)が設けられており、この軸が前記クラッチハブ(92)に回転しないように結合されている請求項1記載の多板クラッチ(54)。 - 内歯歯車(100’)がさらに設けられており、この内歯歯車が、前記クラッチケージ(90)に回転しないように結合されており、かつ前記第1の軸線(B)の回りを回転し、
歯車(102’)がさらに設けられており、この歯車が、前記第1の軸(98’)に回転しないように結合されており、かつ前記第2の軸線(A)の回りを回転し、
前記内歯歯車(100’)および前記歯車(102’)がかみ合っている請求項5記載の多板クラッチ(54)。 - 少なくとも1つのクラッチアクチュエータ(56、58)が設けられており、このクラッチアクチュエータが、前記プレートセット(94、96)のプレートを互いに押し付けるために面圧を発生させる請求項1〜6のいずれか一項に記載の多板クラッチ(54)。
- 前記プレートセット(94、96)のそれぞれの周囲に沿って不均一に分配された面圧によって、前記プレートが互いに押し付け可能である請求項7記載の多板クラッチ(54)。
- 前記プレートセット(94、96)の周囲のかかる角度セグメント(WS1)の面圧が、別の角度セグメント(WS2)の面圧に対して高められており、この別の角度セグメントにおいて、両方のプレートセット(94、96)の間でモーメントを伝達しようとする方向に両方のプレートセット(94、96)の速度差ベクトルが向いている請求項8記載の多板クラッチ(54)。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の少なくとも1つの多板クラッチ(54)が設けられている、自動車のパワートレイン(10)内において伝達されるトルクを能動的に調節するための差動ユニット(34)。
- 前記多板クラッチ(54)の面圧を調節するために、補償変速機(52)および少なくとも1つのアクチュエータ(56、58)がさらに設けられている請求項10記載の差動ユニット(34)。
- 前記補償変速機(52)が支持ドラム(74)を有し、この支持ドラムが、前記多板クラッチ(54)のクラッチケージ(90)に回転しないようにまたは回転作用するように結合されている請求項11記載の差動ユニット(34)。
- 前記補償変速機(52)が2つのかさ歯車セット(76A、76B;78A、78B)を有し、前記かさ歯車セットのかさ歯車(76A、76B)が、相応する出力軸(64)に回転しないように結合されている請求項11または12記載の差動ユニット(34)。
- 前記補償変速機(52)が遊星歯車セット差動装置であり、この遊星歯車セット差動装置の出力が、相応する出力軸(64)に回転しないように結合されている請求項11または12記載の差動ユニット(34)。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の少なくとも1つの多板クラッチ(54)を有する差動ユニット(24)を備えた車両のパワートレイン(10)であって、
制御信号を発生させるための制御ユニット(40)をさらに含み、前記多板クラッチ(54)の面圧が制御信号に基づいていることを特徴とするパワートレイン(10)。 - 前記制御ユニット(40)が、クラッチケージ(90)に対して相対的なクラッチハブ(92)の所定の回転速度差を調節するように形成されている請求項15記載のパワートレイン。
- 車両の動作状態を検出するために少なくとも1つのセンサ(42、44、46)がさらに設けられており、前記制御信号が動作状態に基づいている請求項15または16記載のパワートレイン。
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