JP7020884B2

JP7020884B2 - 電磁式アクチュエータ

Info

Publication number: JP7020884B2
Application number: JP2017226789A
Authority: JP
Inventors: 孝浩長岡; 竜也齋藤
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2022-02-16
Anticipated expiration: 2037-11-27
Also published as: JP2019095030A

Description

本発明は、車両に適用される動力伝達装置に関する。詳細には、一対の回転部材の動力伝達を断続する断続部を作動させる電磁石を有する電磁式アクチュエータに関する。

従来、電磁式アクチュエータとしては、相対回転可能な一対の回転部材と、この一対の回転部材の間の動力伝達を断続する断続部としてのカップリング装置と、このカップリング装置を作動させる電磁石と、この電磁石への通電を制御する制御手段としてのＥＣＵとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この電磁式アクチュエータでは、カップリング装置の断続状態に合わせて、ＥＣＵが、電磁石への電流を制御することにより、カップリング装置の断続状態を保持している。

特開２００９－１４１３４号公報

ところで、上記特許文献１のような電磁式アクチュエータでは、断続部の断続状態を保持するために、制御手段が電磁石へ付加する電流値を制御しているが、この電流値は、断続部の予め設定されたあるトルク時における一対の回転部材の差回転と、断続部の温度との変化に対する電流値の特性を示すマップから決定されている。

しかしながら、このような電流値の決定では、断続部の予め設定されたそのトルクが大きいときに、断続部の状態に合わせた電流値を流すように設定すると、断続部のトルクが設定以外のトルクのときには断続部の状態に対する電流値がずれてしまい、断続部が要求するリクエストトルクと実際のトルクとにずれが生じてしまっていた。

そこで、この発明は、断続部の断続状態を的確に制御することができる電磁式アクチュエータの提供を目的としている。

本発明は、相対回転可能な一対の回転部材と、この一対の回転部材の間の動力伝達を断続する断続部と、この断続部を作動させる電磁石と、この電磁石への通電を制御する制御手段とを備えた電磁式アクチュエータであって、前記制御手段は、リクエストトルクと、前記一対の回転部材の差回転と、前記断続部の温度とから選択される付加電流を決定するものであって、前記付加電流は、前記差回転と前記温度と前記リクエストトルクに対する付加電流の特性を示すマップから選択して決定され、前記付加電流の特性を示すマップは、前記リクエストトルクの少なくとも高トルク側と低トルク側の２つのパターンを有していることを特徴とする。

この電磁式アクチュエータでは、制御手段が、リクエストトルクと、一対の回転部材の差回転と、断続部の温度とから選択される付加電流を決定するので、電磁石が断続部の断続状態に合わせた電流を付加することができる。

従って、このような電磁式アクチュエータでは、制御手段が決定した付加電流が、断続部が要求するリクエストトルクに応じて断続部の断続状態を的確に制御することができる。

本発明によれば、断続部の断続状態を的確に制御することができる電磁式アクチュエータを提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る電磁式アクチュエータが適用された車両の動力系を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る電磁式アクチュエータの制御手段の制御の一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る電磁式アクチュエータの断続部の特性図である。比較例としての本発明の実施の形態に係る電磁式アクチュエータの制御手段と異なる制御によって得られた断続部の特性図である。

図１～図４を用いて本発明の実施の形態に係る電磁式アクチュエータについて説明する。

本実施の形態に係る電磁式アクチュエータ１は、相対回転可能な一対の回転部材としての前輪３側と後輪５側と、この前輪３側と後輪５側との間の動力伝達を断続する断続部７と、この断続部７を作動させる電磁石９と、この電磁石９への通電を制御する制御手段１１とを備えている。

そして、制御手段１１は、車両走行状態において制御手段１１に要求されるリクエストトルクａと、前輪３側と後輪５側の差回転ｃと、断続部７の温度ｂとから選択される付加電流Ｉ１を決定する。

また、選択される付加電流Ｉ１は、断続部７が伝達する伝達トルクに対応するように、少なくとも高トルク側と低トルク側との２つの値を有している。

まず、図１を用いて本発明の実施の形態に係る電磁式アクチュエータが適用される車両の動力系の一例について説明する。

図１に示すように、車両の動力系は、駆動源としてのエンジン１３とモータジェネレータ１５と、変速機構としてのトランスミッション１７と、前輪側の左右輪の差動を許容するフロントデフ１９と、前車軸２１，２１と、前輪３，３と、前輪側から後輪側へ動力を伝達するトランスファ２３と、プロペラシャフト２５と、後輪側に伝達される駆動力を断続する断続部７を有する動力伝達装置２７と、後輪側の左右輪の差動を許容するリヤデフ２９と、後車軸３１，３１と、後輪５，５などから構成されている。

このように構成された車両の動力系では、エンジン１３、或いはモータジェネレータ１５の駆動力がトランスミッション１７を介してフロントデフ１９に伝達される。

このフロントデフ１９に伝達された駆動力は、前車軸２１，２１を介して前輪３，３に配分されると共に、フロントデフ１９に連結されたトランスファ２３に伝達される。

このトランスファ２３に伝達された駆動力は、プロペラシャフト２５から断続部７を介して動力伝達装置２７に伝達される。

この動力伝達装置２７に伝達された駆動力は、断続部７が接続状態であると、リヤデフ２９に伝達され、後車軸３１，３１を介して後輪５，５に配分され、車両は前後輪駆動の四輪駆動状態になる。

一方、車両が前輪駆動の二輪駆動状態になる場合には、動力伝達装置２７の断続部７が接続解除状態となり、プロペラシャフト２５と動力伝達装置２７との間の動力伝達が遮断され、後輪側への駆動力の伝達が遮断される。

このように動力伝達装置２７における断続部７は、前輪３側と後輪５側との間に配置され、後輪５側に伝達される駆動力を断続する断続部となっており、この断続部７は、電磁式アクチュエータ１によって作動される。

以下、図１～図４を用いて本発明の実施の形態に係る電磁式アクチュエータの詳細について説明する。

図１に示すように、断続部７は、前輪３側に一体回転可能に連結された回転部材（不図示）と後輪５側に一体回転可能に連結された回転部材（不図示）との間に配置され、滑り摩擦を伴う中間制御可能な多板クラッチからなる。

この断続部７は、電磁式アクチュエータ１によって断続操作され、接続状態となると、前輪３側から後輪５側へ駆動力の伝達を可能とする。

電磁式アクチュエータ１は、所要の伝達トルクが得られるように、制御電流を付加して断続部７の締結状態を制御するアクチュエータであって、例えば、電磁石９と、アーマチャ（不図示）と、パイロットクラッチ（不図示）と、変換機構としてのカム機構（不図示）と、断続部材（不図示）と、制御手段１１とを備えている。

この電磁式アクチュエータ１は、電磁石９への通電により、アーマチャが移動され、パイロットクラッチを押圧締結させる。

このパイロットクラッチが締結されると、カム機構で差回転が生じ、断続部材を移動させる移動力に変換される。

この断続部材の移動により、断続部７が接続され、前輪３側から後輪５側への動力伝達が可能となる。

このような断続部７の接続において、電磁石９への通電を制御することにより、断続部７で的確な締結トルクを得ることができる。

そこで、電磁石９は、車両の各種情報が入力される制御手段１１に接続されており、電磁石９への通電が制御されている。

制御手段１１は、車両に搭載された各機構の作動を制御するメイン制御手段３３にＣＡＮ通信を介して接続され、メイン制御手段３３との間で情報伝達が可能となっている。

このメイン制御手段３３は、エンジン１３の回転を検出する回転センサ３５、モータジェネレータ１５の回転を検出する回転センサ３７、前後左右車輪の回転を検出する回転センサ３９、アクセル開度センサ４１、加速度センサ４３、ヨーモーメントセンサ４５、断続部７の温度を検出する温度センサ４７などの各種センサの情報が受信可能となっており、車両に搭載された各機能に制御情報を出力して各機構の作動を制御する。

なお、メイン制御手段３３は、上記の各種センサ情報の他に、断続部７の状況を検出するセンサ、車速センサ、操舵角センサ、車両の傾斜状況を検知するグラビティセンサ、ブレーキセンサ、外気温センサなどの各種センサの情報が受信可能となっており、車両に搭載された各機能に制御情報を出力して各機構の作動を制御する。

また、前輪３側に一体回転可能に連結された回転部材（不図示）と後輪５側に一体回転可能に連結された回転部材（不図示）との間、すなわち、一対の回転部材間の差回転ｃは、上述した図１の実施例においては、前後左右車輪の回転を検出する回転センサ３９による演算から算出される値であるが、他の方法としては、一対の回転部材にそれぞれ回転センサを配置して、直接的に検出した回転数から差回転ｃを算出することもでき、或いは回転センサ３９を含む、それらの回転センサの組み合わせから差回転ｃを演算・算出することもできる。

さらに、断続部７の温度ｂを検出するための上述した温度センサ４７は、断続部７の近傍の非回転部材の温度を検出して、断続部７の温度ｂを推定するものであるが、温度センサ４７は断続部又は近傍の回転部材の温度を直接計測するものや、エンジン１３やトランスミッション１７に配置された他の温度センサの温度から断続部７の温度ｂを推定演算したものであってもよい。

このようなメイン制御手段３３から制御手段１１には、断続部７の状態に応じたリクエストトルクａが入力され、このリクエストトルクａに合わせて電磁石９に流れる電流を制御する。

ここで、リクエストトルクａと、前輪３側と後輪５側との差回転ｃと、断続部７の温度ｂとは、車両の走行状態や使用環境によって変化するので、断続部７の断続状態を設定するために電磁石９に流す電流値は、リクエストトルクａと、前輪３側と後輪５側との差回転ｃと、断続部７の温度ｂとの状況に合わせて補正される。

そこで、本発明の制御手段１１は、電磁石９に流す付加電流Ｉ１を、メイン制御手段３３から入力される断続部７の断続状態に応じたリクエストトルクａと、回転センサ３９から入力される前後左右車輪の回転から検出される差回転ｃと、温度センサ４７から入力される断続部７の温度ｂとからマップ上で選択して決定している。

なお、前輪３側と後輪５側との差回転は、回転センサ３９から前輪３，３と後輪５，５との回転を検出し、（左前輪＋右前輪）／２－（左後輪＋右後輪）／２の式によって算出される。

この前輪３側と後輪５側との差回転の算出は、メイン制御手段３３が行い、算出された差回転を制御手段１１に入力するようにしてもよい。

また、断続部７の温度は、断続部７に近接して配置された温度センサ４７によって直接的に温度を検出して断続部７の温度を推定してもよいが、断続部７のトルクと差回転の積の積分によって断続部７の温度を推定してもよい。

このようなメイン制御手段３３や各種センサから情報が入力される制御手段１１は、差回転と温度とリクエストトルクに対する付加電流Ｉ１の特性を示すマップを有している。

このようなマップを有する制御手段１１は、入力された差回転と温度とリクエストトルクとから断続部７の断続状態に応じた電磁石９に流す付加電流Ｉ１をマップ上から選択して決定する。

このような制御により、断続部７が要求するトルクと実際に得られるトルクとに大きなずれが生じることを抑制でき、断続部７の断続状態を的確に制御することができる。

ここで、制御手段１１の付加電流Ｉ１を決定するためのマップは、リクエストトルクの少なくとも高トルク側と低トルク側との２つの値を有している。

詳細には、制御手段１１は、例えば、リクエストトルクａが高トルクであるときの差回転ｃと温度ｂに対する付加電流Ｉ１の特性を示すパターンと、リクエストトルクａが低トルクであるときの差回転ｃと温度ｂに対する付加電流Ｉ１の特性を示すパターンとの少なくとも２パターンの特性図を有している。

このように制御手段１１がリクエストトルクａに係り少なくとも高トルク側と低トルク側との２つの値を有することにより、様々なリクエストトルク状態に対して的確な電流値を決定することができ、さらに断続部７の断続状態を的確に制御することができる。

なお、制御手段１１は、高トルク側と低トルク側だけでなく、高トルク側と低トルク側との間に位置するトルクであるときの差回転ｃと温度ｂとから選択される付加電流Ｉ１の特性図を示すパターンを複数有することにより、さらに緻密に伝達トルクを制御することができる。

ここで、図２を用いて、このような制御手段１１による電磁石９に流す付加電流Ｉ１を決定する制御方法について説明する。

図２に示すように、制御手段１１は、まず、メイン制御手段３３と各種センサから前輪３側と後輪５側との差回転ｃと、断続部７の温度ｂと、断続部７の状態に応じたリクエストトルクａとが入力される。

そして、制御手段１１は、入力された差回転ｃと温度ｂとリクエストトルクａとからマップ４９に基づき選択された、断続部７の断続状態に応じた電磁石９に流す付加電流Ｉ１を決定する。

このような制御手段１１の電流制御によって得られた温度に対する断続部７のトルクの特性図を図３に示す。

なお、比較として、リクエストトルクを予め設定されたあるトルクで固定したときの温度に対する断続部７の低トルク側のトルクの変化を図４に示す。

また、図３，図４における仮想線は、断続部７が要求するリクエストトルクを示すものであり、この仮想線に近くなるほど、様々なリクエストトルクに応じた的確な電流制御がなされていることを示す。

図３，図４から明らかなように、本発明の制御手段１１の電流制御に従って得られた断続部７のトルクの特性図は、仮想線に非常に近似、特に、選択的に準備されている低トルク側の特性図でも非常に近似しており、様々なリクエストトルクに応じた的確な電流制御が行われていることがわかる。

一方、本発明の制御手段１１と異なる電流制御に従って得られた断続部７のトルクは、低トルク側で仮想線とのずれが大きく、所要のリクエストトルクに応じた電流制御を行うことができないことがわかる。

このような電磁式アクチュエータ１では、制御手段１１が、前輪３側と後輪５側との差回転ｃと、断続部７の温度ｂと、断続部７に応じたリクエストトルクａとから選択された付加電流Ｉ１を決定するので、電磁石９が断続部７の断続状態に合わせた適切な付加電流Ｉ１を流すことができる。

従って、このような電磁式アクチュエータ１では、制御手段１１が断続部７に応じた付加電流Ｉ１を選択決定するので、断続部７が要求するリクエストトルクと実際のトルクとに大きなずれが生じることがなく、断続部７の断続状態を適切に制御することができる。

また、制御手段１１は、選択される付加電流Ｉ１を少なくとも高トルク側と低トルク側との２つの値を有しているので、様々なリクエストトルクに対して的確に電流制御することができる。

ここで、図３を参照して、付加電流Ｉ１は、予め設定されたマップから選定される所定の付加電流である場合には、少なくとも付加電流Ｉ１を選定時の温度ｂの条件に応じて、実際に断続部７に与えられる伝達トルクは異なる値を取るように変動する。

一方、付加電流Ｉ１を、予め設定されたマップから選定しない場合は、リクエストトルクａと、一対の回転部材の差回転ｃ及び断続部７の温度ｂを、所定の数式に導入して付加電流Ｉ１を決定してもよい。

この場合には、図３の特性図は、少なくとも付加電流Ｉ１を選定時の温度ｂの条件に応じて、実際に断続部７に与えられる伝達トルクの値がリニアに変動する。

なお、本発明の実施の形態に係る電磁式アクチュエータでは、一対の回転部材としての前輪側と後輪側との間の動力伝達を断続部が断続しているが、これに限らず、例えば、一対の回転部材としての一方のサイドギヤとデフケースとの間の動力伝達を断続する断続部を備えた差動制限機能を有するデファレンシャル装置、一対の回転部材としてのインナケースとアウタケースとの間の動力伝達を断続する断続部を備えたフリーラングデフのようなデファレンシャル装置、一方の出力軸上で一対の回転部材としての入力部材と出力部材との間の動力伝達を断続する断続部を備えたアクスルディスコネクトを有する動力伝達装置など、一対の回転部材の動力伝達を断続する断続部を作動させる電磁石を有する装置であれば、どのような形態の装置にも適用することができる。

また、本実施の形態では、制御手段の特徴的な役割を明確にするために、制御手段１１が、車両に搭載された各機構の作動を制御するメイン制御手段３３にＣＡＮ通信を介して接続され、メイン制御手段３３との間で情報伝達が可能に区分けされた制御手段として説明されたが、メイン制御手段３３とは区分けされることなく、メイン制御手段３３での制御内容と共に一つの制御手段１１として搭載され、制御が実行されてもよい。

１…電磁式アクチュエータ
３…前輪（回転部材）
５…後輪（回転部材）
７…断続部
９…電磁石
１１…制御手段

Claims

相対回転可能な一対の回転部材と、この一対の回転部材の間の動力伝達を断続する断続部と、この断続部を作動させる電磁石と、この電磁石への通電を制御する制御手段とを備えた電磁式アクチュエータであって、
前記制御手段は、リクエストトルクと、前記一対の回転部材の差回転と、前記断続部の温度とから選択される付加電流を決定するものであって、
前記付加電流は、前記差回転と前記温度と前記リクエストトルクに対する付加電流の特性を示すマップから選択して決定され、
前記付加電流の特性を示すマップは、前記リクエストトルクの少なくとも高トルク側と低トルク側の２つのパターンを有していることを特徴とする電磁式アクチュエータ。