控制离合器的系统的制作方法

1.以下的公开涉及对离合器的连结以及脱离连结进行控制的系统，特别是涉及一种无需特别的机构就能够判定离合器的连结以及脱离连结的系统。


背景技术：

2.车辆所使用的旋转机械为了选择性地使其功能运转及停止，经常利用离合器。例如，所谓锁止差速器内置有犬齿式离合器(dog clutch)，通常时犬齿式离合器脱离连结从而允许输出轴间的差动，当通过外部的致动器使犬齿式离合器连结时，将差动锁定。
3.为了从外部操作旋转机械中内置的离合器，利用液压缸、使用了电动机的凸轮机构、或者螺线管致动器等致动器。特别是在螺线管致动器中，研究了能够与旋转机械同轴、紧凑且可整体操作的结构。
4.在即便使致动器动作，离合器齿轮彼此偶尔处于不适于啮合的位置关系等少见的条件下，离合器有可能连结而损坏。另外，即便使致动器反转，也可能由于润滑油的粘性或磁化等使得离合器齿轮彼此暂时固定在一起而使脱离连结迟滞。即，致动器的开关的接通断开与离合器的连结/脱离连结不一定对应。为了防止旋转机械产生意外的动作，经常需要追加用于检测离合器是否连结的装置。
5.专利文献1至3公开了相关技术。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：国际专利申请公开wo 2018/109874 a1
9.专利文献2：日本专利申请公开2004-208460号
10.专利文献3：国际专利申请公开wo 2018/118912 a1


技术实现要素：

11.如从专利文献1的各图能够理解的那样，检测装置在载体侧需要附加如拉式开关那样的结构要素。其本身成为成本增加的主要原因，另外，载体侧的要素需要与差速器主体独立地安装，因此，使车辆的组装作业变得麻烦。根据专利文献2、专利文献3公开的技术，对螺线管施加脉冲电流来检测其响应，由此电气检测致动器的状态。它们不需要附加结构要素，但该脉冲电流自身产生驱动力，因此相应地致动器产生机械噪声或声学噪声，在严重的情况下其动作可能变得不稳定。
12.以下公开的装置是鉴于上述问题而做出的。
13.控制离合器的系统具备：推力部件，其与所述离合器驱动地结合，在将所述离合器脱离连结的第一位置与连结所述离合器的第二位置之间沿轴向可动；螺线管，其根据电力的接通而产生磁通；可动元件，其为了接受所述磁通而配置，与所述推力部件驱动地结合，并且通过所述磁通产生运动从而在所述第一位置与所述第二位置之间驱动所述推力部件；电路，其对所述电力重叠交流电力来施加于所述螺线管；以及控制器，其与所述电路电连
接，并且在所述重叠的交流电力中检测电流相对于电压的相位差，将检测出的所述相位差与参照值进行比较，由此判定所述推力部件是所述第一位置还是所述第二位置。
附图说明
14.图1是包含控制离合器的系统的车辆的框图。
15.图2是基于一例的系统与锁止差速器的组合的局部分解立体图。
16.图3是系统与锁止差速器的组合的剖视立面图，是从图2的iii-iii线取得的图。
17.图4是系统与自由运转差速器的组合的剖视立面图。
18.图5是基于其他例子的系统与锁止差速器的组合的剖视立面图，与图3对应。
19.图6是说明电流相对于电压的相位差的示意性波形图，表示可动元件的位置对相位差造成的影响。
20.图7是基于一例来说明控制器判定推力部件的位置的过程的流程图。
21.图8是基于一例的将相位差转换为电位的电路的框图。
具体实施方式
22.下面参照附图来说明一些示例性的实施例。在以下的说明以及保护范围中，只要没有特别的说明，则轴意味着致动器的中心轴，通常也与旋转体以及与旋转体连结的轴的旋转轴一致。附图未必以正确的比例尺来表示，因此相互的尺寸关系不限于图示的尺寸关系，特别需要注意。
23.以下公开的系统大体上利用由可动元件的移动而引起的螺线管的电感变化来检测与可动元件相结合的推力部件的位置，进而判定离合器是连结还是脱离连结。该系统能够以控制与驱动车辆的任意的旋转机械组合使用的离合器为目的来使用，特别是能够以从旋转机械的外部连结离合器以及将离合器脱离连结来控制其功能的目的来使用。在离合器连结时，驱动车辆的转矩经由离合器传递，在离合器脱离连结时转矩被切断。
24.参照图1，车辆具备发动机或电动机31，发动机或电动机31产生的转矩经由变速器33、分动器35及传动轴37传递至差速器3，从而向后车轴43分配(fr车辆的情况)。或者，具有分动器35也向前车轴41分配转矩的情况(4wd车辆)，并且具有从变速器33经由前差速器仅向前车轴41分配转矩的情况(ff车辆)，均能够适用后述的系统。差速器3为了控制其动作而经常内置有犬齿式离合器10，该犬齿式离合器10从外部由适当的致动器1驱动。
25.以下公开的系统能够应用于各种旋转机械，其一例是将转矩差动地分配给左右车轴的差速器3。例如，图2、图3、图5是与所谓锁止差速器组合的例子，图4是与所谓自由运转差速器(free running differential)组合的例子。
26.与图2相结合主要参照图3，差速器3是能够围绕轴x进行旋转t的，在内部具备离合器10的旋转体。差速器3具备与其壳体27相结合的差速齿轮组21，差速齿轮组21具备侧齿轮23、25，它们分别与后车轴43结合。即，差速齿轮组21成为允许差动而向侧齿轮23、25分配壳体27所接受的转矩的媒介。图3例示了锥齿轮式的结构，当然也可以利用面齿轮式、行星齿轮式等其他形式。
27.在该例子中，能够从壳体27传递转矩的离合器部件11在轴向上可动，侧齿轮23例如具备离合齿而能够与离合器部件11连结，离合器部件11与离合齿的组合构成离合器10。
在致动器1驱动离合器部件11而使离合器10连结时，侧齿轮23与壳体27暂时成为一体而传递转矩。此时，另一方的侧齿轮25无法相对于侧齿轮23进行差动，因此差速器3成为失去了差动作用的所谓差速器锁定的状态。在致动器1使离合器10脱离连结时，差速器3将壳体27接受的转矩差动地分配给两车轴43。
28.或者参照图4，差速器3的壳体分为接受转矩的外壳27以及与其同轴且能够相对旋转的内壳29。在该例子中，差速齿轮组21与内壳29结合，内壳29的例如一端具备犬齿而构成离合器10。在致动器1将离合器10连结时，从外壳27向内壳29传递转矩，进而经由差速齿轮组21向两车轴差动地分配转矩。在致动器1使离合器10脱离连结时，差速齿轮组21不从外壳27接受转矩，两车轴43从动力系统释放。
29.在图2至图4所示的例子中共同地，致动器1具备在可动元件13引起绕轴x的旋转运动r的中空轴电动机5以及将旋转运动r转换为轴向的直线运动的转换机构7。转换机构7具备具有凸轮面9c的推力部件9，将旋转运动r作为沿轴x的方向的推力部件9的直线运动而输出。推力部件9与离合器部件11抵接或结合，至少在最为后退的位置使离合器10脱离连结，至少在最为前进的位置使离合器10连结。
30.或者，如图5所示的例子那样，致动器1也可以构成为在可动元件13直接产生直线运动。例如，如果芯17包围螺线管15，但在朝向可动元件13的一侧芯17保持间隙，则磁通绕行该间隙而流向可动元件13，在轴向上驱动可动元件13。当然，只要能够直线地驱动可动元件13，能够采用其他适当的构造。在该情况下，推力部件9可以与可动元件13直接结合或者一体化，但也可以在推力部件9与可动元件13之间存在某种机构。与上述同样地，离合器10与推力部件9的前进/后退对应地连结/脱离连结。
31.在上述各例中，系统与向后车轴43分配转矩的差速器组合使用，但当然能够与向前车轴41分配转矩的差速器组合。或者，不限于差速器，如上所述，能够将系统与包含犬齿式离合器的广泛的旋转机械组合，其例子是变速器33、分动器35或耦合装置等。另外，离合器例如是具备犬齿的所谓犬齿式离合器，但是大致能够使用爪形离合器(claw clutch)等其他形式的离合器，更一般来说能够使用不是通过摩擦而是通过相互啮合的结构来传递转矩的形式的离合器。
32.在任何一个例子中，构成致动器1使得可动元件13的位置与离合器10的连结/脱离连结对应。致动器1大致具备根据电力的接通而产生磁通的螺线管15、引导磁通的芯或定子17、以及通过磁通产生旋转运动或直线运动的可动元件13。配置可动元件13使其接受磁通，此外，可动元件13与推力部件9驱动地结合而对推力部件9进行驱动。在图2至图5所示的例子中，螺线管15与芯或定子17一起大致不动，仅可动元件13可动，但也可以仅芯或定子17不动，螺线管15与可动元件13一起可动。
33.返回图1来参照图1，螺线管15经由线缆19与外部的电路51电连接。或者，电路51也可以部分或整体内置在致动器1中。车辆为了对其各部进行电气控制，通常具备多个可编程的电子控制装置(ecu)。各ecu具备存储命令以及数据的存储装置、以及能够从存储装置读出这些命令和数据来执行命令的微控制器。多个ecu例如通过经由所谓的控制区域网络(can)的通信来相互通信或共享信息。
34.该一个ecu55与电路51电连接来控制其功能。电路51还与电源53连接，在ecu55的控制下，向螺线管15接通电力或切断电力。根据致动器1的驱动原理，向螺线管15接通的电
力可以是直流、交流、脉动流、脉冲。
35.电路51具备振荡器，生成特定频率的交流电力，并将其与用于驱动致动器1的电力重叠。为了不影响可动元件13的动作，可使重叠的电力比用于驱动的电力足够小。另外，关于频率，为了不对可动元件13的动作产生影响，另外考虑从用于驱动的电力分离的情况而可适当地选择。
36.参照图6，螺线管15具有固有的电感，因此在已重叠的交流电力中，电流i1相对于电压v产生相位差δθ
ref
。当可动元件13相对于芯或定子17从第一位置向第二位置移动时，螺线管15的电感也根据位置的变化而变化，作为结果，电流i2相对于电压v的相位差δθ也变化。另一方面，如果利用适当的带通滤波器(或者根据情况为高通滤波器或低通滤波器)，则重叠的交流电力能够容易地从用于驱动的电力分离，因此也容易从此进一步检测相位差δθ。通过检测该相位差δθ的变化，能够判定可动元件13的位置。例如，在可动元件13位于第一位置时离合器10脱离连结，在位于第二位置时离合器10连结的情况下，根据相位差δθ的变化来判定可动元件13位于哪个位置，由此能够判定离合器10是脱离连结还是连结。
37.在本实施方式中，电感仅通过可动元件13的移动而变化，但也可以取而代之或者在此基础上，其他部件的移动可以使电感变化。例如，通过与可动元件13联动的一个磁性部件与其他磁性部件接触或分离，能够引起电感的变化。另外，在本实施方式中，在判定中利用螺线管15的电感的变化，但也可以取而代之，利用与螺线管15独立的电磁线圈。只要该电磁线圈的电感根据推力部件9、离合器部件11或者与它们结合的任意可动部件的移动而变化，就能够用于判定。另外，也可以利用电容的变化来代替电感的变化。
38.例如，ecu55按照图7所例示的流程图那样的算法，来判定离合器10是脱离连结还是连结。
39.ecu55设置用于判定的适当的参照值(步骤s1)。接着，ecu55分别检测电压和电流的相位，计算相位差(步骤s3)。ecu55还计算相位差与参照值之差(步骤s5)，判定计算出的差是否小于0或为0以上(步骤s7)。例如，在差小于0的情况下(即相位差小于参照值的情况下)，判定为离合器脱离连结(步骤s9)，在差为0以上的情况下(即相位差大于参照值的情况下)，判定为离合器连结(步骤s11)。或者，根据芯或定子17与可动元件13的关系，有可能也存在在小于0的情况下判定为连结，在为0以上的情况下判定为脱离连结的情况。
40.ecu55例如基于来自其他ecu的要求，判断是否为应继续检测的状态(步骤s13)。在为应该继续检测的状态时，ecu55返回到检测相位的阶段(步骤s3)。或者，电感也能够根据致动器1的温度等的变化而变化，因此可以重新设置参照值(步骤s1)。参照值的时间变化可以预先存储在存储器，或者也可以通过针对温度等参数的补偿值的表形式而预先存储在存储器等，每次计算最佳的参照值并设置该参照值。总之，通过反复进行这些循环，能够持续地继续判定离合器10是连结还是脱离连结。
41.上述判定能够由通过按照上述算法的程序进行动作的ecu来进行，或者也可以通过被设计为部分或整体地进行与上述算法同等的动作的特定用途的集成电路来进行。在该情况下，ecu55可以构成为经由can通信或专用总线与该集成电路进行通信，接收计算值以及/或者判定结果。
42.关于相位差与参照值的比较，例如能够使用图8的框图所示的电路来执行。在该图中，示出了将施加给螺线管的电力中的电流转换为电位v
out
，在与施加给螺线管的输入电压vin
之间比较相位的例子。当然，也可以与此相反，将输入电压转换为电流而在电流之间比较相位。电位v
out
和电压v
in
分别通过带通滤波器(或者如上所述，高通滤波器或低通滤波器)63v、63a后，分别通过比较器65v、65a与0v进行比较，从而脉冲化。如参照图6中的虚线所理解的那样，脉冲间的时间差δt与相位差δθ等价。
43.返回参照图8，将通过比较器65v和65a取出的脉冲输入到异或(xor)门67。由于该输出是脉冲间的异或，所以具有与相位差成比例的占空比，如果输入到占空比检测器69，则作为结果输出与相位差成比例的电位。能够直接读取该电位并进行数值化后向ecu55输出。或者，也可以将输出电位进一步输入到比较器71，与参照电位v
th
进行比较，并将其输出向ecu55输出。如果输入与参照值对应的参照电位v
th
，则比较器71的输出能够用作图7的步骤s7中的判断值(yes：1，no：0)。
44.上述说明仅为一例，也能够使用生成用于表示两个信号输入间的相位差的电压信号的任意的相位检测器或相位比较器。
45.根据上述任意一个实施方式，仅通过在用于驱动离合器的电力上重叠微弱的交流电力，就能够不需要追加性的构造而从外部判定离合器的状态。能够使重叠的电力比驱动电力小，这是交流电，如果进行平均则不产生驱动力，另外，由于该交流电能够采用推力部件无法追随的程度的高频率，因此重叠的电力不会使推力部件移动而对离合器的动作产生影响。另外，由于省电，也不会导致能效的恶化或关系部件的过热。只要有电力供给就能够持续地进行判定，不仅有助于确认离合器的动作，还能够有助于发现错误动作或故障。当然，也可以将判定限定为需要该判定时，由此可以实现能效的进一步提高。
46.对几个实施方式进行了说明，但能够基于上述公开内容进行实施方式的修正或变形。

技术特征：
1.一种控制离合器的系统，其特征在于，具备：推力部件，其与所述离合器驱动地结合，在将所述离合器脱离连结的第一位置与连结所述离合器的第二位置之间在轴向上可动；螺线管，其根据电力的接通而产生磁通；可动元件，其为了接受所述磁通而配置，与所述推力部件驱动地结合，并且通过所述磁通产生运动从而在所述第一位置与所述第二位置之间驱动所述推力部件；电路，其对所述电力重叠交流电力来施加给所述螺线管；以及控制器，其与所述电路电连接，并且在重叠的所述交流电力中检测电流相对于电压的相位差，将检测出的所述相位差与参照值进行比较，由此判定所述推力部件是在所述第一位置还是在所述第二位置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电路具备：比较器，其将所述电压以及所述电流分别转换为脉冲；以及检测器，其产生与所述脉冲之间的时间差相对应的电位。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器利用所述检测器产生的所述电位，将所述相位差与所述参照值进行比较，由此判定所述推力部件是在所述第一位置还是在所述第二位置。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还具备转换机构，该转换机构将旋转运动转换为轴向的直线运动，并且为了将所述直线运动向所述离合器部件传递而介于所述可动元件与所述推力部件之间，所述可动元件被配置为与所述离合器共享轴从而与所述转换机构结合，并通过所述磁通绕所述轴进行所述旋转运动。

技术总结
控制离合器的系统具备：推力部件，其与所述离合器驱动地结合，在将所述离合器脱离连结的第一位置与连结所述离合器的第二位置之间在轴向上可动；螺线管，其根据电力的接通而产生磁通；可动元件，其为了接受所述磁通而配置，与所述推力部件驱动地结合，并且通过所述磁通产生运动从而在所述第一位置与所述第二位置之间驱动所述推力部件；电路，其对所述电力重叠交流电力来施加给所述螺线管；以及控制器，其与所述电路电连接，并且在重叠的所述交流电力中检测电流相对于电压的相位差，将检测出的所述相位差与参照值进行比较，由此判定所述推力部件是在所述第一位置还是在所述第二位置。力部件是在所述第一位置还是在所述第二位置。力部件是在所述第一位置还是在所述第二位置。


技术研发人员：矢口裕
受保护的技术使用者：吉凯恩汽车有限公司
技术研发日：2020.12.22
技术公布日：2023/9/7