BRPI0400282B1 - sistema de diferencial de deslizamento limitado de resposta magnética - Google Patents
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Abstract
"diferencial de deslizamento limitado de resposta magnética". a patente de invenção refere-se a um sistema de diferencial que inclui uma carcaça, um par de engrenagens de pinhão, um par de engrenagens laterais e um acoplamento eletricamente operável, incluindo um fluido de resposta magnética. o acoplamento seletivamente interconecta de forma acionadora uma das engrenagens laterais e a carcaça. em um caso, a presente invenção inclui um rotor que tem uma pluralidade de lâminas que se estende para fora posicionada em comunicação com um fluido magnetoreológico. um eletroímã é seletivamente atuado para se mudar a viscosidade do fluido magneto-reológico. desta maneira, o diferencial pode funcionar como um diferencial 'aberto', um diferencial 'travado' ou um diferencial acomodando uma condição de deslizamento limitado.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE DIFERENCIAL DE DESLIZAMENTO LIMITADO DE RESPOSTA MAGNÉTICA".
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se, geralmente, a diferenciais para veículos motores e, mais particularmente, a um diferencial de deslizamento limitado que emprega um fluido reológico para o controle da operação do diferencial, [002] Como é conhecido, muitos veículos motores são equipados com sistemas de linha de tração incluindo diferenciais os quais funcionam para a interconexão de modo ac i o nado r de um eixo de entrada e um par de eixos de saída. O diferencial funciona para transmitir torque de tração para os eixos de saída, enquanto se permite uma diferenciação de velocidade entre os eixos de saída.
[003] Os diferenciais convencionais, tais como um diferencial he-licoidal de eixo paralelo, incluem um par de engrenagens laterais fixas para rotação com os eixos de saída e dois ou mais conjuntos de engrenagens de pinhão engranzadas montadas em uma carcaça de diferencial. Entretanto, o mecanismo de diferencial convencional tem uma deficiência quando um veiculo é operado em uma superfície derrapan-te. Quando uma roda do veículo está sobre uma superfície tendo um baixo coeficiente de atrito, a maior parte ou todo o torque será enviado para a roda deslizando. Como resultado, o veículo freqüentemente se torna imobilizado. Para eliminar este problema, é conhecido prover um diferencial mecânico onde um mecanismo adicional limita ou seletivamente impede uma diferenciação da velocidade entre os eixos de saída. Tipicamente, o dispositivo mecânico para a provisão de uma função de deslizamento limitado ou sem deslizamento é uma embreagem de atrito. A embreagem de atrito é um dispositivo passivo, o qual limita a velocidade de diferencial entre os eixos de saída, apenas após uma certa velocidade de diferencial ter sido encontrada. Adicional mente, tais dispositivos mecânicos podem não ser se letiva mente desengata-dos durante uma operação de sistemas de frenagem antitravamento ou de sistemas de controle de tração do veículo. Por exemplo, os sistemas de frenagem antitravamento de quatro rodas tentam medir e controlar a velocidade de rotação de cada roda independentemente. Se um diferencial de deslizamento limitado de tipo mecânico estiver presente, um controle independente da velocidade de cada roda acoplada a um diferencial não é mais possível. Assim sendo, seria desejável prover um diferencial melhorado, o qual possa ser efetivamente controlado em conjunto com outros sistemas de controle presentes no veículo.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[004] A presente invenção refere-se a um sistema de diferencial incluindo uma carcaça, um par de engrenagens de pinhão, um par de engrenagens laterais e um acoplamento operável eletricamente incluindo um fluido de resposta magnética. O acoplamento interconecta de forma seletiva e acionadora uma das engrenagens laterais e a carcaça. Em um caso, a presente invenção inclui um rotor que tem uma pluralidade de lâminas que se estendem para fora posicionadas em comunicação com um fluido magneto-reológico. Um eletroímã é seletivamente atuado para se mudar a viscosidade do fluido magneto-reológico. Desta maneira, o diferencial pode funcionar como um diferencial "aberto", um diferencial "travado" ou um diferencial que acomoda uma condição de deslizamento limitado.
[005] Um outro aspecto da presente invenção inclui um sistema de diferencial que tem um controlador eletrônico ligado em comunicação com o acoplamento magneto-reológico. O controlador eletrônico é suprido com dados de muitos sensores de veículo e sistemas, tais como um sistema de frenagem antitravamento, um sistema de controle de tração do veículo ou um sistema de controle de cruzeiro. O controlador eletrônico pode ser programado para atuar o acoplamento mag-neto-reológico com base em cálculos realizados pelo controlador eletrônico ou qualquer número de entradas, tais como aquelas recebidas dos sensores de veículo, tais como aqueles detectando a velocidade da roda, a posição da engrenagem, a velocidade do veículo, a posição da faixa da caixa de transferência, aplicação de um ou mais freios, dentre outros.
[006] As áreas adicionais de aplicabilidade da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada provida aqui adiante. Deve ser compreendido que a descrição detalhada e os exemplos específicos, embora indicando a modalidade p da invenção, são pretendidos para fins de ilustração apenas e não são pretendidos para limitarem o escopo da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[007] A presente invenção tornar-se-á mais plenamente compreendida a partir da descrição detalhada e dos desenhos em anexo, onde: a Figura 1 é uma vista esquemática de um veículo motor de exemplo de trem de acionamento, incluindo um conjunto de diferencial da presente invenção; a Figura 2 é uma vista em perspectiva explodida do conjunto de diferencial da presente invenção; a Figura 3 é uma vista em perspectiva de um rotor do diferencial da presente invenção; a Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma primeira modalidade de eletroímã para uso no diferencial da presente invenção; a Figura 5 é uma vista em perspectiva de uma segunda modalidade de eletroímã para uso no diferencial da presente invenção; a Figura 6 é uma vista em perspectiva fragmentada do ele- troímã da Figura 5, incluindo uma gaiola da presente invenção; a Figura 7 é uma vista em corte tomada ao longo do diferencial da presente invenção; a Figura 8 é um diagrama esquemático de um sistema de controle eletrônico para uso com o diferencial ilustrado nas Figuras 1 e 2; e a Figura 9 é uma vista em corte de um acoplamento mag-neto-reológico de acondicionamento modular da presente invenção. DESCRiÇÂQ DETALHADA DA MODALIDADE F
[008] A presente invenção refere-se a um diferencial melhorado para um trem de acionamento de um veículo motor. O diferencial da presente invenção inclui um rotor em comunicação com um fluido magneto-reológico para se letiva mente limitar a diferenciação de velocidade entre dois eixos de saída de um eixo de tração. Deve ser apreciado que o diferencial da presente invenção pode ser utilizado em uma ampla variedade de componentes de linha de tração e não se pretende estar especificamente limitado à aplicação em particular descrita aqui.
[009] Com referência à Figura 1, um trem de acionamento 10 para um veículo motor de exemplo é mostrado incluindo um motor 12, uma transmissão 14, que tem um eixo de saída 16 e um eixo propulsor 18 conectando o eixo de saída 16 a um eixo de pinhão 20 de um conjunto de eixo traseiro 22. O conjunto de eixo traseiro 22 inclui um alojamento de eixo 24, um conjunto de diferencial 26 suportado no alojamento de eixo 24 e um par de semi-eixos 28 e 30, respectivamente interconectados para as rodas traseiras esquerda e direita 32 e 34. O eixo de pinhão 20 tem uma engrenagem de pinhão 36 fixada a ele, a qual aciona uma engrenagem anular 38 que é fixada a uma carcaça de diferencial 40 de um conjunto de diferencial 26. Um conjunto de engrenagens 41 suportado na carcaça de diferencial 40 transfere potên- cia rotativa da carcaça de diferencial 40 para os semi-eixos 28 e 30, e facilita uma rotação relativa (isto é, uma diferenciação) entre eles. Assim, uma potência rotativa do motor 12 é transmitida para os semi-eixos 28 e 30 para acionamento das rodas traseiras 32 e 34 através da transmissão 14, do eixo propulsor 18, do eixo de pinhão 20, da carcaça de diferencial 40 e do conjunto de engrenagens 41. Embora o conjunto de diferencial 26 seja descrito em uma aplicação de tração traseira, a presente invenção é contemplada para uso em conjuntos de diferencial instalados em eixos traseiros, transeixos para uso em veículos de tração dianteira, caixas de transferência para uso em veículos de tração nas quatro rodas e/ou qualquer outra aplicação de linha de acionamento veicular conhecida.
[0010] A Figura 2 descreve um conjunto de diferencial 26 que inclui uma carcaça de diferencial 40 e um conjunto de engrenagens 41. O conjunto de engrenagens 41 inclui um par de engrenagens de pinhão 42 rotativamente suportado sobre um eixo transversal 44. As primeira e segunda engrenagens laterais 45 e 46 são interconectadas de forma acionadora a engrenagens de pinhão 42 e aos semi-eixos 28 e 30. O conjunto de diferencial 26 também inclui um acoplamento magneto-reológico 49 que tem um rotor 50, um eletroímã 52, selos 54 e mancais 56. Um fluido magneto-reológico 57 (Fig. 7) é capturado entre os selos 54 e está em contato com o rotor 50.
[0011] Com referência à Figura 3, o rotor 50 inclui um corpo de formato geralmente cilíndrico 58 que tem um orifício 60 que se estende a partir de uma primeira face de extremidade 62 até uma segunda face de extremidade 64. Um rebaixamento 66 se estende para dentro a partir da primeira face de extremidade 62. O rebaixamento 66 inclui uma estria interna 67 e é dimensionada para o recebimento de uma porção de munhão 68 da primeira engrenagem lateral 45. O rotor 50 pode ser acoplado à primeira engrenagem lateral 45 através de qualquer um de vários métodos de interconexão, tais como de estria reta, um ajuste com pressão, um ajuste com trava inclinada, ou qualquer outro método adequado para a interconexão de elementos de torção. O rotor 50 também inclui uma primeira superfície cilíndrica externa 70 e uma segunda superfície cilíndrica externa 72 posicionadas em um dos lados de uma seção de turbina 74. A seção de turbina 74 inclui uma pluralidade de lâminas 76 que se estendem radialmente para fora a partir do corpo 58. Uma porção de cada lâmina 76 se estende além das primeira e segunda superfícies cilíndricas externas 70 e 72. Receptáculos 78 são definidos entre cada lâmina 76. Como será descrito em maiores detalhes aqui adiante, os receptáculos 78 são úteis para o armazenamento do fluido magneto-reológico 57.
[0012] Com referência à Figura 4, uma primeira modalidade de eletroímã 52 inclui uma primeira metade 82 e uma segunda metade 84. A primeira metade 82 inclui um núcleo 86 e uma bobina 88 enrolada em torno do núcleo 86. O núcleo 86 inclui uma parede substancialmente cilíndrica 90 que tem uma superfície interna 92 e uma superfície externa 94. Uma pluralidade de dentes 96 se estende radialmente para dentro a partir da superfície interna 92. Os dentes 96 são dispostos em uma primeira fileira 98 e uma segunda fileira 100. A primeira fileira 98 é espaçada da segunda fileira 100 para a definição de um espaço anular 102. A bobina 88 consiste em um fio único tendo uma primeira extremidade 104 e uma segunda extremidade 106. Como é conhecido na técnica, um campo magnético é gerado quando a corrente é passada através da bobina 88. Deve ser apreciado que a intensidade do campo magnético varia como uma função da corrente passando através da bobina 88. A segunda metade 84 é substancialmente uma imagem espelhada da primeira metade 82 e, portanto, não será descrita em maiores detalhes.
[0013] A Figura 5 descreve uma segunda modalidade de eletroímã 108, que inclui uma bobina de formato substancialmente cilíndrico 110 que tem uma primeira extremidade 112 e uma segunda extremidade 114. Como mostrado na Figura 6, o eletroímã 108 pode incluir uma gaiola opcional 116 para ajudar no posicionamento da bobina cilíndrica 110 na carcaça de diferencial 40. Mais ainda, deve ser apreciado que o eletroímã 108 precisa apenas incluir um único laço fechado de fio para a produção de um campo magnético. Assim sendo, a bobina 110 pode ser formada em qualquer um de vários formatos ou tamanhos, sem se desviar do escopo da presente invenção.
[0014] Concernente à Figura 7, os mancais 56 estão em contato com as primeira e segunda superfícies cilíndricas externas 70 e 72 para o suporte de forma rotativa do rotor 50 e da primeira engrenagem lateral 45 em um orifício 73 da carcaça de diferencial 40. Os selos 54 são posicionados adjacentes aos mancais 56, para a definição de uma câmara 118. O eletroímã 52 é posicionado na câmara 118 de modo que a primeira fileira de dentes 98 e a segunda fileira de dentes 100 sejam posicionadas nos espaços entre as lâminas 76 do rotor 50. O fluido magneto-reológico 57 preenche o restante da câmara 118, incluindo os espaços entre os dentes 96 e as lâminas 76, bem como os receptáculos 78 do rotor 50.
[0015] O fluido magneto-reológico 57 é um fluido controlável no qual a viscosidade do fluido pode ser mudada de um líquido escoando livremente para um semi-sólido, quando o fluido for exposto a um campo magnético. Um fluido conhecido é fabricado pela Lord Corporation, vendido sob o nome comercial Rheonetic. Quando o campo magnético é removido, o fluido magneto-reológico retorna para seu estado líquido de escoamento livre original. Vantajosamente, o tempo de resposta para o fluido magneto-reológico 57 mudar entre uma fase semi-sólida de regime permanente e uma fase de fluido de regime permanente é de aproximadamente um milissegundo. Assim sendo, um dife- rencial de deslizamento limitado ativo tendo características de resposta rápida de torque pode ser provido.
[0016] Durante uma operação, as lâminas 76 do rotor 50 passam através do fluido magneto-reológico 57 posicionado na câmara 118. Quando nenhuma corrente está fluindo através da bobina 88, nenhum campo magnético é gerado pelo eletroímã 52. Neste momento, a força requerida para as lâminas 76 cisalharem o fluido magneto-reológico 57 durante uma rotação é relativamente baixa. Assim sendo, o conjunto de diferencial 26 atua como um diferencial "aberto" com de pouca a nenhuma função de deslizamento limitado. Se uma função de distribuição de torque ou de deslizamento limitado for desejada entre as rodas traseiras 32 e 34, uma corrente elétrica é aplicada à bobina 88, para se fazer com que o eletroímã 52 gere um campo magnético. Uma aplicação do campo magnético faz com que as partículas magneticamente polarizadas no fluido magneto-reológico 57 se alinhem no campo magnético. Vários níveis de viscosidade podem ser obtidos pela variação da intensidade do campo magnético aplicado ao fluido magneto-reológico.
[0017] Conforme a viscosidade do fluido magneto-reológico é aumentada, a resistência às lâminas 76 passando através da câmara 118 aumenta, efetivamente formando um acoplamento entre a carcaça de diferencial 40 e a primeira engrenagem lateral 45. Pelo aumento seletivo da resistência à rotação das lâminas 76, um diferencial de deslizamento limitado ativo é formado. Se uma das rodas 32 ou 34 encontrasse uma superfície de baixo coeficiente de atrito, o torque seria distribuído da roda deslizando para a roda de tração pelo simples suprimento de corrente para a bobina 88. A magnitude do torque provido para a roda de tração é igual ao torque requerido para se girarem as lâminas 76 através do fluido magneto-reológico 57.
[0018] Com referência, agora, à Figura 8, um sistema de controle eletrônico de exemplo é geralmente indicado no número de referência 120. O sistema de controle eletrônico 120 controla a operação do ele-troímã 52 e, portanto, a operação do conjunto de diferencial 26. O sistema de controle eletrônico 120 inclui um controlador eletrônico 122, um eletroímã 52, um primeiro sensor de velocidade 124 e um segundo sensor de velocidade 126. O primeiro sensor de velocidade 124 coleta dados correspondentes à velocidade de rotação do semi-eixo 28. O primeiro sensor de velocidade 124 está em comunicação com o controlador 122. De modo similar, o segundo sensor de velocidade 126 mede a velocidade de rotação do semi-eixo 30 e extrai um sinal para o controlador eletrônico 122 indicativo do mesmo. O controlador eletrônico 122 é configurado em comunicação com o eletroímã 52, de modo que o controlador eletrônico 122 possa seletivamente dirigir a corrente através da bobina 88, para a produção de um campo magnético. Dependendo dos dados coletados em qualquer número de sensores de veículo, tais como um sensor de posição de engrenagem 128, um sensor de velocidade de veículo 130, um sensor de posição de faixa de caixa de transferência, ou um sensor de freio 132, a magnitude da corrente passada através da bobina 88 será definida pelo controlador eletrônico 122. O controlador eletrônico 122 coleta uma informação referente a parâmetros de veículo, tais como a velocidade do veículo, ou pode calcular parâmetros, tais como a magnitude da velocidade diferencial entre os semi-eixos 28 e 30. O controlador eletrônico 122 compara os parâmetros medidos ou calculados com um valor predeterminado e extrai um sinal elétrico para a criação do campo magnético de intensidade desejada no eletroímã 52. As condições variando de um diferencial quase "aberto" para um diferencial "travado" podem ser obtidas. Por exemplo, quando da operação em conjunto com um sistema de frenagem antitravamento nas quatro rodas, o controlador eletrônico 122 manterá o conjunto de diferencial 26 em uma condição "aberta" ao não enviar corrente para o eletroímã 52, se um freio estiver sendo aplicado. Uma limitação de diferenciação de eixo neste momento iria contra o sistema de frenagem antitravamento. Outras dessas situações podem ser programadas no controlador eletrônico 122.
[0019] Um conjunto de diferencial de modalidade alternativa pode ser construído usando-se um acondicionamento modular pré-montado 134. O acondicionamento modular 134 inclui um copo 136 preferencialmente construído de um aço estampado relativamente fino. O copo 136 aloja os selos 54, os mancais 56, o rotor 50, o fluido magneto-reológico 57 e o eletroímã 52 em um módulo selado. O acondicionamento modular 134 pode ser montado separadamente e antes da fabricação do conjunto de diferencial 26. O acondicionamento modular 134, opcionalmente, pode incluir uma primeira engrenagem lateral 45. Durante a fabricação do conjunto de diferencial 26, o acondicionamento modular 134 pode ser instalado sem requerer quaisquer procedimentos de manuseio especiais para o fluido magneto-reológico.
[0020] Embora um conjunto de eixo de tração traseira tenha sido descrito em detalhes, deve ser apreciado que o sistema de diferencial da presente invenção não está limitado a uma aplicação como essa. Especificamente, o sistema de diferencial da presente invenção pode ser usado em transeixos para veículos de tração dianteira, caixas de transferência para uso em veículos de tração nas quatro e/ou em várias outras aplicações de linha de acionamento veicular.
[0021] Mais ainda, a discussão precedente envolve e descreve meramente modalidades de exemplo da presente invenção. Uma pessoa versada na técnica prontamente reconhecerá a partir de uma discussão como essa e a partir dos desenhos em anexo e das reivindicações, que várias mudanças, modificações e variações podem ser feitas ali, sem se desviar do espírito e escopo da invenção, como definido nas reivindicações a seguir.
REIVINDICAÇÕES
Claims (7)
1. Sistema de diferencial (26) compreendendo: uma carcaça (40) que define uma cavidade interna, a carcaça (40) tendo um orifício que se comunica com a cavidade interna; um par de engrenagens de pinhão (42) dispostos na cavidade interna e acoplado de forma rotativa à carcaça (40); primeira e segunda engrenagens laterais (45,46) posicionadas na cavidade interna em encaixe com engranzamento com as engrenagens de pinhão (42) e rotativamente acopladas à carcaça (40); um rotor (50) suportado de forma rotativa no orifício e acoplado à primeira engrenagem lateral (45); um eletroímã (52) seletivamente atuável acoplado à carcaça (40); um fluido de resposta magnética (57) tendo uma viscosidade que varia em resposta à presença de um campo magnético, caracterizado pelo fato de que o rotor (50) inclui uma pluralidade de lâminas (76) que se estendem para fora a partir dali e o fluido de resposta magnética (57) é posicionado em comunicação com as lâminas (76) e o fluido de resposta magnética (57) proporciona uma resistência selecionável à rotação das lâminas (76).
2. Sistema de diferencial, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletroímã (52) é posicionado no orifício adjacente ao rotor (50).
3. Sistema de diferencial, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o rotor (50) inclui uma pluralidade de fileiras deslocadas de lâminas (76) e em que o eletroímã (52) inclui pelo menos uma fileira de dentes (96) posicionada entre duas das fileiras de lâminas (76).
4. Sistema de diferencial, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que inclui um selo (54) definindo uma cã- mara (118) para contenção do fluido de resposta magnética (57) na carcaça (40).
5. Sistema de diferencial, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que inclui um mancai (56) posicionado fora da câmara (118) e suportando de forma rotativa o rotor (50) na carcaça (40).
6. Sistema de diferencial, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as engrenagens de pinhão (42) giram em torno de um primeiro eixo comum e em que as primeira e segunda engrenagens laterais (45,46) giram em torno de um segundo eixo comum, o primeiro eixo comum sendo posicionado substancialmente or-togonal ao segundo eixo comum.
7. Sistema de diferencial, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que inclui um primeiro eixo (28) acoplado de forma acionadora à primeira engrenagem lateral (45), e um segundo eixo (30) acoplado de forma acionadora à segunda engrenagem lateral (46).
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