JP2004239439A - 磁気応答差動制限装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に存在する他の制御システムと共に能動的に制御することができる改良型差動制限装置を提供すること。
【解決手段】差動制限装置は、ケース４０、１対のピニオン・ギヤ４２、１対のサイド・ギヤ４５，４６、および磁気応答流体を含む電気的に動作可能なカップリングを含む。カップリングは、サイド・ギヤ４５，４６の一方およびケース４０を選択的に駆動可能に相互接続する。一例では、本発明は、磁気粘性流体と連絡して位置決めされた複数の外向きに延びるブレード７６を有するロータ５０を含む。電磁石５２が選択的に始動され、磁気粘性流体の粘度を変化させる。このようにして、本差動装置は、「開放された」差動制限装置、「ロックされた」差動制限装置、またはスリップ制限条件に対処する差動制限装置として機能することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、一般に、自動車用の差動装置に関し、より詳細には、差動装置の動作を制御するために磁気粘性流体を使用する差動制限装置に関する。

周知のように、多数の自動車は、入力軸および１対の出力軸を駆動可能に相互接続するように機能する差動装置を含む動力伝達装置システムを備える。差動装置は、駆動トルクを出力軸に伝えるように機能し、一方、出力軸間で速度差を可能にする。

平行軸はすば差動装置など従来型差動装置は、出力軸と共に回転するように固定された１対のサイド・ギヤと、差動装置ケース内に載置された複数組の噛合したピニオン・ギヤとを含む。しかし、従来の差動装置機構は、車両が滑りやすい表面上で運転されたとき欠点を有する。車両の一方の車輪が摩擦係数の低い表面上にあるとき、トルクのほとんど、または全部が、その滑っている車輪に送達されることになる。その結果、車両は、しばしば動きがとれなくなる。この問題を克服するために、追加の機構が出力軸間の速度差を制限する、または選択的に妨げる機械的差動装置を設けることが周知である。典型的には、スリップ制限またはスリップなし機能を提供する機械装置は、摩擦式クラッチである。摩擦式クラッチは、ある差動速度が満たされた後に限り出力軸間の差動速度を制限する受動的な装置である。さらに、そのような機械装置は、アンチロック・ブレーキ・システムまたは車両トラクション制御システムの動作中に選択的に解放することができない。たとえば、４輪アンチロック・ブレーキ・システムは、各車輪の回転速度を独立して測定し、制御しようと試みる。機械型差動制限装置がある場合、差動装置に結合されている各車輪の速度を独立して制御することは、もはやできない。

したがって、車両に存在する他の制御システムと共に能動的に制御することができる改良型差動装置を提供することが望ましいであろう。

本発明は、ケース、１対のピニオン・ギヤ、１対のサイド・ギヤ、および磁気応答流体を含む電気的に動作可能なカップリングを含む差動装置システムに関する。カップリングは、サイド・ギヤの一方およびケースを選択的に駆動可能に相互接続する。一例では、本発明は、磁気粘性流体と連絡して位置決めされた複数の外向きに延びるブレードを有するロータを含む。電磁石が選択的に始動され、磁気粘性流体の粘度を変化させる。このようにして、本差動装置は、「開放された」差動装置、「ロックされた」差動装置、またはスリップ制限条件に対処する差動装置として機能することができる。

本発明の他の態様は、磁気粘性カップリングと連絡して配線された電子制御装置を有する差動装置システムを含む。電子制御装置は、アンチロック・ブレーキ・システム、車両トラクション制御システム、または巡航制御システムなど、多数の車両センサ／システムからデータを供給される。電子制御装置は、電子制御装置によって実行された計算に、または、とりわけ車輪速度、ギヤ位置、車両速度、トランスファ・ケース・レンジ位置、１つまたは複数のブレーキの適用を検出するものなどの車両センサから受け取られたものなど、いくつかの入力に基づいて、磁気粘性カップリングを始動するようにプログラムすることができる。

本発明を適用可能な他の領域は、以下に提供されている詳細な説明から明らかになろう。詳細な説明および特定の諸例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、例示のために意図されており、本発明の範囲を制限するものではないことを理解されたい。

本発明は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解できよう。

本発明は、自動車の駆動系用の改良型差動装置を対象とする。本発明の差動装置は、駆動車軸の２本の出力軸間で速度差を選択的に制限するために磁気粘性流体と連絡しているロータを含む。本発明の差動装置は、多種多様な動力伝達装置構成要素と共に使用することができ、本明細書に述べられている特定の応用例に特に制限するものではないことを理解されたい。

図１を参照すると、図では、例示的な自動車用の駆動系１０が、エンジン１２と、出力軸１６を有する変速機１４と、出力軸１６を後輪車軸アセンブリ２２のピニオン・シャフト２０に接続するプロペラ・シャフト１８とを含む。後輪車軸アセンブリ２２は、車軸ハウジング２４と、車軸ハウジング２４内で支持されている差動装置アセンブリ２６と、左右／後輪３２および３４にそれぞれ相互接続された１対のアクスル・シャフト２８および３０とを含む。ピニオン・シャフト２０にはピニオン・ギヤ３６が固定され、ピニオン・ギヤ３６は、差動装置アセンブリ２６の差動装置ケース４０に固定されたリング・ギヤ３８を駆動する。差動装置ケース４０内で支持されているギヤ・セット４１は、差動装置ケース４０からアクスル・シャフト２８および３０に回転力を伝達し、アクスル・シャフト２８と３０の間で相対回転（すなわち差動）を容易にする。したがって、エンジン１２からの回転力は、変速機１４、プロペラ・シャフト１８、ピニオン・シャフト２０、差動装置ケース４０、およびギヤ・セット４１を介して、後輪３２および３４を駆動するためにアクスル・シャフト２８および３０に伝えられる。差動装置アセンブリ２６は、後輪駆動応用例で示されているが、トレーリング・アクスル、前輪駆動車両で使用するためのトランスアクスル、４輪駆動車両で使用するためのトランスファ・ケース、および／または、他の周知の車両用動力伝達装置応用例に据え付けられた差動装置アセンブリでの使用について企図されている。

図２は、差動装置ケース４０およびギヤ・セット４１を含む差動装置アセンブリ２６を示す。ギヤ・セット４１は、クロス・シャフト４４上で回転可能に支持されている１対のピニオン・ギヤ４２を含む。第１および第２のサイド・ギヤ４５および４６は、ピニオン・ギヤ４２と、アクスル・シャフト２８および３０とに駆動可能に相互接続される。差動装置アセンブリ２６はまた、ロータ５０と、電磁石５２と、シール５４と、軸受け５６とを有する磁気粘性カップリング４９を含む。磁気粘性流体５７（図７）は、シール５４間で取り込まれ、ロータ５０と接触している。

図３を参照すると、ロータ５０は、第１の端面６２から第２の端面６４に延びる穿孔６０を有する概ね円筒形の本体５８を含む。カウンタ・ボア６６は、第１の端面６２から内向きに延びる。カウンタ・ボア６６は、内部スプライン６７を含み、第１のサイド・ギヤ４５のトラニオン部を受けるためにサイズ決めされている。ロータ５０は、ストレート・スプライン、押しばめ、テーパ・ロックばめ、または、ねじり部材を相互接続するために適切な任意の他の方法など、いくつかの相互接続方法の１つを介して、第１のサイド・ギヤ４５に結合することができる。ロータ５０はまた、タービン区間７４の両側に位置決めされた第１の外部円筒形表面７０および第２の外部円筒形表面７２を含む。タービン区間７４は、本体５８から径方向で外向きに延びる複数のブレード７６を含む。各ブレード７６の一部分は、第１および第２の外部円筒形表面７０および７２を越えて延びる。ポケット７８は、各ブレード７６間に画定される。以下でより詳しく述べるように、ポケット７８は、磁気粘性流体５７を貯蔵するのに有用である。

図４を参照すると、第１実施形態の電磁石５２は、第１の半分８２と、第２の半分８４とを含む。第１の半分８２は、コア８６と、コア８６の周りで巻かれたコイル８８とを含む。コア８６は、内部表面９２と、外部表面９４とを有する実質的に円筒形の壁９０を含む。複数の歯９６は、内部表面９２から径方向で内向きに延びる。歯９６は、第１列９８と第２列１００で配置されている。第１列９８は、環状の間隙１０２を画定するように第２列１００から離隔されている。コイル８８は、第１の端部１０４と第２の端部１０６とを有する単一のワイアからなる。当技術分野で周知のように、磁界は、電流がコイル８８を通過したとき生成される。磁界の強度は、コイル８８を通過する電流に応じて変わることを理解されたい。第２の半分８４は、実質的に第１の半分８２の鏡像であり、したがって、あまり詳細に述べない。

図５は、第１の端部１１２と第２の端部１１４とを有する実質的に円筒形のコイル１１０を含む第２実施形態の電磁石１０８を示す。図６に示すように、電磁石１０８は、円筒形コイル１１０を差動装置ケース４０内で位置決めする際に助けとなるように、任意選択のケージ１１６を含むことができる。さらに、電磁石１０８は、磁界を生成するために、単一の閉じたワイア・ループを含むことを必要とするだけであることを理解されたい。したがって、コイル１１０は、本発明の範囲から逸脱することなしに、いくつもの形状またはサイズで形成することができる。

図７に関して、軸受け５６は、差動装置ケース４０の穿孔７３内でロータ５０および第１のサイド・ギヤ４５を回転可能に支持するように、第１および第２の外部円筒形表面７０および７２と接触している。シール５４は、室１１８を画定するように、軸受け５６に隣接して位置決めされている。電磁石５２は、歯の第１列９８と歯の第２列１００がロータ５０のブレード７６間の空間内で位置決めされるように位置決めされている。磁気粘性流体５７は、歯９６とブレード７６の間の空間、ならびにロータ５０のポケット７８を含む残りの室１１８を充填する。

磁気粘性流体５７は、流体が磁界にさらされたとき、流体の粘度が、自由に流動する液体から半固体に変化することができる制御可能な流体である。１つの周知の流体は、Ｌｏｒｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造され、商品名Ｒｈｅｏｎｅｔｉｃで販売されている。磁界が除去されたとき、磁気粘性流体は、元の自由に流動する液体状態に戻る。有利には、磁気粘性流体５７が、定常状態の半固体相と定常状態の流体相との間で変化する応答時間は、約１ミリ秒である。したがって、素早いトルク応答特性を有する能動的な差動制限装置を提供することができる。

動作中には、ロータ５０のブレード７６が、室１１８内に配置された磁気粘性流体５７を通過する。電流がコイル８８を流通していないときには、磁界が電磁石５２によって生成されない。このとき、回転中にブレード７６が磁気粘性流体５７を剪断するのに必要とされる力は、比較的小さい。したがって、差動装置アセンブリ２６は、ほとんど、またはまったくスリップ制限機能のない「開放された」差動装置として働く。後輪３２と３４の間でトルク分配またはスリップ制限機能が望ましい場合には、電磁石５２に磁界を生成させるために、コイル８８に電流が加えられる。磁界を加えることにより、磁気粘性流体５７内の磁気的に分極された粒子が磁界内で整列する。磁気粘性流体に加えられる磁界の強度を変えることにより、様々なレベルの粘度を得ることができる。

磁気粘性流体の粘度が上昇するにつれて、室１１８を通過するブレード７６に対する抵抗が上昇し、差動装置ケース４０と第１のサイド・ギヤ４５との間で効果的に結合を形成する。ブレード７６の回転に対する抵抗を選択的に高めることにより、能動差動制限装置が形成される。車輪３２または３４が摩擦係数の低い表面に遭遇することになった場合には、単に電流をコイル８８に供給することにより、滑っている車輪から駆動輪にトルクが分配されるであろう。駆動輪に提供されたトルクの大きさは、磁気粘性流体５７を介してブレード７６を回転させるために必要とされるトルクに等しい。

次いで、図８を参照すると、例示的な電子制御システムが、全体的に参照番号１２０で示されている。電子制御システム１２０は、電磁石５２の動作、したがって差動装置アセンブリ２６の動作を制御する。電子制御システム１２０は、電子制御装置１２２と、電磁石５２と、第１の速度センサ１２４と、第２の速度センサ１２６とを含む。第１の速度センサ１２４は、アクスル・シャフト２８の回転速度に対応するデータを収集する。第１の速度センサ１２４は、制御装置１２２と通信している。同様に、第２の速度センサ１２６は、アクスル・シャフト３０の回転速度を測定し、それを示す信号を電子制御装置１２２に出力する。電子制御装置１２２は電磁石５２と連絡して構成され、その結果、電子制御装置１２２は、磁界を発生するために、コイル８８を介して電流を選択的に導くことができる。ギヤ位置センサ１２８、車速センサ１３０、トランスファ・ケース・レンジ位置センサ、またはブレーキ・センサ１３２など、いくつかの車両センサ部で収集されたデータに応じて、コイル８８を通過する電流の大きさが電子制御装置１２２によって定義されることになる。電子制御装置１２２は、車速など車両パラメータに関する情報を収集し、または、アクスル・シャフト２８と３０の間の差動速度の大きさなどのパラメータを計算することができる。電子制御装置１２２は、測定された、または計算されたパラメータを所定の値に比較し、電磁石５２内で所望の強さの磁界を生み出すために電気信号を出力する。ほぼ「開放された」差動装置から「ロックされた」差動装置に及ぶ条件を得ることができる。たとえば、４輪アンチロック・ブレーキ・システムと共に動作しているとき、電子制御装置１２２は、ブレーキが適用されている場合に電磁石５２に電流を送らないことにより、差動装置アセンブリ２６を「開放された」条件で維持することになる。このとき車軸の差動を制限することは、アンチロック・ブレーキ・システムと反対に作用することになるであろう。他のそのような状況を電子制御装置１２２内にプログラムすることができる。

事前に組み立てられたモジュラ・パック１３４を使用して、一代替実施形態の差動装置アセンブリを構築することができる。モジュラ・パック１３４は、好ましくは比較的薄いプレス鋼板から構築されたカップ１３６を含む。カップ１３６は、シール５４と、軸受け５６と、磁気粘性流体５７と、封止されたモジュール内の電磁石５２とを収容する。モジュラ・パック１３４は、差動装置アセンブリ２６の製造と別々に、またそれに先だって組み立てることができる。モジュラ・パック１３４は、任意選択で第１のサイド・ギヤ４５を含むことができる。差動装置アセンブリ２６の製造中に、磁気粘性流体のためのどのような特別な取扱い手順をも必要とすることなしに、モジュラ・パック１３４を据え付けることができる。

以上、後輪駆動車軸アセンブリについて詳しく述べたが、本発明の差動装置システムは、そのような応用例に限定されないことを理解されたい。具体的には、本発明の差動装置システムは、前輪駆動車両用のトランスアクスル、４輪駆動車両で使用するためのトランスファ・ケース、および／またはいくつかの他の車両用動力伝達装置応用例で使用することができる。

さらに、上記の考察は、単に本発明の例示的な実施形態について開示し、述べている。当業者なら、そのような考察から、また添付の図面および特許請求の範囲から、頭記の特許請求の範囲で規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、様々な変更、修正、変形をそれらに加えることができることを容易に理解するであろう。

本発明の差動装置アセンブリを含む一例示的な自動車用駆動系の略図である。 本発明の差動装置アセンブリの分解斜視図である。 本発明の差動装置のロータの斜視図である。 本発明の差動装置で使用するための第１実施形態の電磁石の斜視図である。 本発明の差動装置で使用するための第２実施形態の電磁石の斜視図である。 本発明のケージを含む図５の電磁石の断片的な斜視図である。 本発明の差動装置を介して取られた断面図である。 図１および２に示されている差動装置と共に使用するための電子制御システムの概略図である。 本発明のモジュラ・パック磁気粘性カップリングの断面図である。

符号の説明

１０ 駆動系
１２ エンジン
１４ 変速機
１６ 出力軸
１８ プロペラ・シャフト
２０ ピニオン・シャフト
２２ 後輪車軸アセンブリ
２４ 車軸ハウジング
２６ 差動装置アセンブリ
２８ アクスル・シャフト
３０ アクスル・シャフト
３２ 後輪
３４ 後輪
３６ ピニオン・ギヤ
３８ リング・ギヤ
４０ 差動装置ケース
４１ ギヤ・セット
４２ ピニオン・ギヤ
４４ クロス・シャフト
４５ 第１のサイド・ギヤ
４６ 第２のサイド・ギヤ
４９ 磁気粘性カップリング
５０ ロータ
５２ 電磁石
５４ シール
５６ 軸受け
５７ 磁気粘性流体
５８ 本体
６０ 穿孔
６２ 第１の端面
６４ 第２の端面
６６ カウンタ・ボア
６７ 内部スプライン
７０ 第１の外部円筒形表面
７２ 第２の外部円筒形表面
７３ 穿孔
７４ タービン区間
７６ ブレード
７８ ポケット
８２ 第１の半分
８４ 第２の半分
８６ コア
８８ コイル
９０ 壁
９２ 内部表面
９４ 外部表面
９６ 歯
９８ 第１列
１００ 第２列
１０２ 間隙
１０４ 第１の端部
１０６ 第２の端部
１０８ 電磁石
１１０ コイル
１１２ 第１の端部
１１４ 第２の端部
１１６ ケージ
１１８ 室
１２２ 電子制御装置
１２４ 速度センサ
１２６ 速度センサ
１３０ 車速

Claims (19)

1. 内部キャビティを画定し、前記内部キャビティと連絡する穿孔を有するケースと、
   前記内部キャビティ内で位置決めされ、前記ケースに回転可能に結合された１対のピニオン・ギヤと、
   前記ピニオン・ギヤと噛合係合して前記内部キャビティ内で位置決めされ、前記ケースに回転可能に結合された第１および第２のサイド・ギヤと、
   前記穿孔内で回転可能に支持され、前記第１のサイド・ギヤに結合され、ロータから外向きに延びる複数のブレードを含むロータと、
   前記ケースに結合された選択的に始動可能な電磁石と、
   磁界の存在に応答して変わる粘度を有し、前記ブレードと連絡して配置され、前記ブレードの回転に選択可能な抵抗をもたらす磁気応答流体とを備える差動装置システム。
2. 前記電磁石が、前記ロータに隣接して前記穿孔内で位置決めされる請求項１に記載の差動装置システム。
3. 前記ロータが、複数のオフセットされたブレード列を含み、前記電磁石が、前記ブレード列の２つの間で位置決めされた少なくとも１つの歯列を含む請求項２に記載の差動装置システム。
4. 前記磁気応答流体を前記ケース内に容れるための室を画定するシールをさらに含む請求項３に記載の差動装置システム。
5. 前記室の外側で位置決めされ、前記ロータを前記ケース内で回転可能に支持する軸受けをさらに含む請求項４に記載の差動装置システム。
6. 前記ピニオン・ギヤが、第１の共通軸の周りで回転し、前記第１および第２のサイド・ギヤが、第２の共通軸の周りで回転し、前記第１の共通軸が、前記第２の共通軸に実質的に直交して位置決めされる請求項５に記載の差動装置システム。
7. 前記第１のサイド・ギヤに駆動可能に結合された第１のシャフトと、前記第２のサイド・ギヤに駆動可能に結合された第２のシャフトとをさらに含む請求項６に記載の差動装置システム。
8. 内部キャビティを画定する回転可能なケースと、
   前記内部キャビティ内で回転可能に支持された１対のピニオン・ギヤと、
   前記ピニオン・ギヤのそれぞれが前記サイド・ギヤのそれぞれに駆動可能に係合する、前記内部キャビティ内で回転可能に支持された１対のサイド・ギヤと、
   磁気応答流体を含み、前記サイド・ギヤの一方および前記ケースを選択的に駆動可能に相互接続する、電気的に動作可能なカップリングと、
   車両信号に応答して前記カップリングを選択的に動作させるように前記カップリングと連絡する電子制御装置とを備える差動装置システム。
9. 前記車両信号が、車輪速度、車輪速度の差、トランスファ・ケース・レンジ位置、ギヤ位置、車速、ブレーキの適用、または車輪速度の変化からなるグループの１つである請求項８に記載の差動装置システム。
10. 前記ケースに結合され、前記電子制御装置と連絡する電磁石をさらに含む請求項９に記載の差動装置システム。
11. 前記カップリングが、前記電磁石によって生成された磁界の存在に応答した前記磁気応答流体の粘度の変化に基づいて、ある範囲のトルクを発生するように制御可能である請求項１０に記載の差動装置システム。
12. 前記カップリングが、前記サイド・ギヤの一方に結合されたロータを含み、前記ロータが、前記磁気応答流体と駆動連絡している請求項１１に記載の差動装置システム。
13. 前記ロータが、径方向で外向きに延びるブレードを含む請求項１２に記載の差動装置システム。
14. 差動装置内で回転するシャフト間での差動スリップ制限方法であって、
    車両パラメータを測定するステップと、
    前記測定されたパラメータを所定の値と比較するステップと、
    前記比較に基づいて電磁石に電気信号を選択的に送るステップと、
    磁気応答流体内で磁界を生成するステップと、
    前記磁気応答流体の粘度を修正するステップと、
    前記電気信号が前記電磁石に送られたとき、前記磁気応答流体と接触している第１の回転可能部材から第２の回転可能部材にエネルギーを伝達するステップとを含む方法。
15. 前記第１の回転可能部材が、第１のシャフトに結合されたロータであり、前記第２の回転可能部材が、差動装置ハウジングである請求項１４に記載の方法。
16. 車両パラメータを測定するステップが、前記第１のシャフトと第２のシャフトの間の差動速度を計算するステップを含む請求項１５に記載の方法。
17. 車両パラメータを測定するステップが、車両のブレーキが適用されていることを示す信号を受け取るステップを含む請求項１６に記載の方法。
18. 前記車両パラメータが、車輪速度、車速、ギヤ位置、トランスファ・ケース・レンジ位置、１つまたは複数の車両ブレーキの適用、およびシャフト間の差動速度からなるグループから選択される請求項１４に記載の方法。
19. 前記差動装置が、開放モード、完全ロック・モード、およびスリップ制限モードで動作するように選択的に制御可能である請求項１４に記載の方法。
    
    
    

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