CN101130339A - 具有电子动力输出模块的扭矩分配系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的具有电子动力输出模块的扭矩分配系统，利用可选择性地接合的离合器而允许在车轮间传送扭矩，利用由发动机驱动的液压变速器泵提供的液压力，离合器液压地接合，相较于已知的扭矩分配系统，能增强系统的功能性并减少零部件。系统可以包括“按需激活的”离合器，其可选择性地接合，以在前差速器与后差速器之间传送扭矩(从而从前轮传送扭矩至后轮)，同样，电子限滑差速离合器可选择性地接合，以通过前差速器从一个前轮传送扭矩至另一个前轮。即使当车轮静止时，即车辆起动时，利用变速器液压泵允许提供压力用于接合离合器。

Description

具有电子动力输出模块的扭矩分配系统

技术领域

本申请要求于2006年8月21日提交的美国临时申请第60/822,989号的权益，其通过引用而全部而结合于此处。

本发明涉及分配车轮间驱动扭矩的系统，并包括用于该系统的电子动力输出单元(electronic power take-off unit)。

背景技术

控制车轮中扭矩分配的能力改进车辆牵引。扭矩分配系统，也称作扭矩偏压系统，包括具有离合器的限滑差速器，限滑差速器是可接合的，以在左轮与右轮和按需激活的系统之间传送扭矩，限滑差速器还利用可选择性地接合的离合器于前轮和后轮之间传送扭矩。已知的扭矩分配系统通常要求附加的电动马达驱动泵，以促动离合器，从而增加了所要求的元件。可选的已知系统可以使用泵来接合离合器，泵由车轮间的转速差促动，从而要求车辆在运行中，用以操作系统。

发明内容

一种用于车辆的扭矩分配系统，利用可选择性地接合的离合器允许车轮之间的扭矩传送，离合器通过使用由发动机驱动的泵提供的液压力而液压地接合，相较于已知的扭矩分配系统，本系统可增强系统的功能性并减少零部件。系统包括至少一个扭矩传送机构，如“按需激活的”离合器，其可选择性地接合，以在前差速器与后差速器之间传送扭矩(从而从前轮传送扭矩至后轮)，和/或电子限滑差速离合器可选择性地接合，以通过前差速器从一个前轮传送扭矩至另一个前轮。变速器液压泵的利用，通常呈现于变速器中，用于提供对变速器齿轮和档位选择离合器的润滑和冷却，允许提供压力以接合离合器，即使是当车轮静止，即车辆起动时。限滑差速离合器通过由泵提供的液压力促动是不可能的，泵通过车轮中的其中两个之间的转速差驱动，以产生液压力以促动离合器。为了接合电子限滑差速离合器或接合按需激活的离合器，也不需要车辆的刹车。另外，相对于要求分离的马达和泵为离合器的接合提供液压力的系统，可实现成本、重量、及包装空间的节省，并减少电源消耗。

优选地，扭矩分配系统的这个离合器或这些离合器作为模块而封装，此处称为电子控制动力输出模块，具有其自己的外壳，外壳邻近变速器外壳安装，外壳间流体连通，以允许变速器泵与离合器相连接。基于车辆操作信息，如车轮速度、偏航率、转向角、及横向加速度，电子控制器可用于控制离合器的接合。控制器还可调节提供给离合器的液压力的量，以在需要时允许滑动接合，相应地减少扭矩传送。

具体而言，用于具有车轮和液压泵的车辆的扭矩分配系统包括至少一个扭矩传送机构，扭矩传送机构可选择性地接合，以在车轮中的其中至少两个之间传送扭矩。液压泵可液压地连接至扭矩传送机构，用以控制其的接合。液压泵由发动机驱动，并还可以不管车轮速度地提供液压力。优选地，液压泵还提供润滑油和液压力给变速器。

扭矩分配系统可以利用第一差速机构或前差速机构，其具有可操作地连接的第一部件用于由变速器的输出部件驱动旋转、可操作地连接的第二部件用于驱动左前轮的旋转、及可操作地连接的第三部件用于驱动右前轮的旋转。扭矩传送机构可以为第一摩擦离合器，其可选择性地接合，以在第二部件和第三部件间传送扭矩，从而在左前轮和右前轮之间传送扭矩。

另外，如传动轴这样的纵向延伸部件至少部分地跨置在前轮和后轮之间。后差速机构可操作地连接后轮与纵向延伸部件。扭矩分配机构可以为离合器，其可选择性地接合，用于在前差速器和纵向延伸部件之间传送扭矩，从而在前轮和后轮之间传送扭矩。

扭矩分配系统可以包括电子控制器，电子控制器接收与至少一个车轮情况相关的传感器信号，然后发送基于传感器信号及施加到扭矩传送机构的液压力的决定因素的控制信号，从而允许控制地滑动，以改变由扭矩传送机构所传送的扭矩的量。

扭矩分配系统可以包括液压控制模块，其可操作地将电子控制器与扭矩分配系统的扭矩传送机构连接。液压控制模块包括第一电磁阀，其可通过来自控制器的控制信号选择性地促动，以允许由泵提供的液压力进入与扭矩传送机构的流体连通。优选地，提供蓄压器(accumulator)及附加的电磁阀(solenoid)。附加的电磁阀流体连通于蓄压器与第一电磁阀之间，并可被选择性地促动，并配置以允许当被促动时液压流流向第一电磁阀，并在没有被促动时，防止液压流流向第一电磁阀，保持蓄压器内的液压力。止回阀或第二附加的电磁阀可安置于液压泵与蓄压器之间，以控制液压泵与蓄压器之间的流体流动。优选地，压力传感器可操作地连接至扭矩传送机构中的每一个，以监控扭矩传送机构的施加压力，并发送被监控的压力至控制器，从而允许离合器施加扭矩的反馈控制。

扭矩传送机构，如，按需激活的离合器，电子限滑差速离合器，及扭矩分配系统的电子控制器，可称为电子控制动力输出模块。扭矩传送机构可以包装于模块外壳内，模块外壳封装扭矩传送机构并可连接于用于变速器的变速器外壳，以允许通过所连接的变速器外壳和模块外壳从变速器泵至扭矩传送机构的流体传送。此处所讨论的电子控制电磁阀、蓄压器、球形止回阀、压力传感器的不同结合可称为液压控制模块，其为电子控制动力输出模块的一部分。

当结合所附附图理解时，从下述的为实施本发明最佳模式的详细描述，上述本发明的特征和优点及其它特征和优点是显而易见的。

附图说明

图1为具有带电子动力输出模块的扭矩分配系统和车辆的示意图，电子动力输出模块包括扭矩传送机构；

图2为图1的扭矩分配系统的示意性图示，示出了变速器内的液压泵及电子动力输出模块内的扭矩传送机构；

图3为图2的用于扭矩传送机构的液压控制模块的示意性图示；

图4为图2的用于扭矩传送机构的可选的液压控制模块的示意性图示；

图5为图2的用于扭矩传送机构的另一可选液压控制模块的示意性图示。

具体实施方式

参照附图，其中类似的参考标号指类似的元件，图1示出了通过发动机11提供动力的车辆10。发动机11通过变矩器(示于图2)可操作地连接于变速器12，变速器12容纳于变速器外壳14内。电子控制动力输出模块16具有连接于变速器外壳14的模块外壳18。电子动力输出模块16的操作及控制根据图2描述。动力输出模块16为扭矩分配系统17的一部分，用于通过容纳于变速器外壳14内的前差速机构(图2中标示为46)在左前轮和右前轮20、22之间传送扭矩，并在前轮20、22与后差速机构24之间通过传动轴30传送扭矩，后差速机构24与后轮26、28相连接，传动轴30在本文中还称为纵向延伸部件，用于将动力输出模块16连接于后差速机构24。

参照图2，发动机11具有通过变矩器36连接于变速器输入部件34的输出轴32。发动机11驱动变矩器36的泵部分P，液压泵38连接于泵部分P。液压泵38提供液压流，以冷却变速器齿轮装置13，齿轮装置13包括液压促动档位选择摩擦离合器(未示出)，其位于变速器外壳14内，是可接合的，以在变速器输入部件34与变速器输出部件40之间提供所希望的速度比，如本领域的技术人员所理解的那样。输出部件40驱动输出齿轮42，输出齿轮42啮合地接合于前差速机构46的承载部件44(齿轮42、承载部件44、发动机11及变速器12的相对尺寸未按比例)。前差速机构46还包括相连接的左侧齿轮48及右侧齿轮50，以分别与左轮20及右轮22旋转。如本领域的技术人员所理解的，安装在小齿轮轴54上的小齿轮52均啮合地与侧齿轮48、50相接合，并允许轮20、22在车辆10运转期间以不同的速度运转。小齿轮55与传动轴30一起旋转并与后差速器24的承载器57啮合地相接合。

动力输出模块16包括以摩擦离合器56、58形式的两个扭矩传送机构，摩擦离合器56、58连同液压泵38和电子控制器110(示于图3-图5中)形成传输分配系统17，其在左前轮20和右前轮22之间并在前轮20、22与后轮26、28之间传送扭矩，如下所述。

摩擦离合器56也称为电子限滑差速离合器。轮毂59自右轮轴60延伸，右轮轴60与右侧齿轮50一起旋转并可操作地连接于右轮22。泵38提供液压给供应腔62以使其移动活塞64，活塞64提供穿过止推轴承66的轴向力，以造成与轮毂59用花键连接的离合器片和与第二轮毂68用花键连接的离合器片的接合，第二轮毂68连接以与和承载部件44一起旋转的套筒轴70一起旋转。附加的止推轴承72吸收轮毂68与模块外壳18的一部分(示出局部、截面图，但应理解如图1所示意性描述的为完整的外壳)之间的轴向力。当释放摩擦离合器56时(即，未接合)，前差速机构46作为开式差速器(open differential)运行。

摩擦离合器58也称为按需激活(active-on-demand)的离合器，可选择性地通过由液压泵38提供的液压而接合，以连接纵向轴74，用以与传动轴30共同旋转。纵向轴74可操作地连接于套筒轴70，并由套筒轴70的旋转驱动。尤其，一组相互啮合的齿轮，包括安装用于与套筒轴70一起旋转的齿轮76、及安装用于与中间轴80一起旋转的齿轮78，该组相互啮合的齿轮传送扭矩至一组锥齿轮，锥齿轮包括与中间轴80一起旋转的锥齿轮82及与纵向轴74一起旋转的锥齿轮84，允许在套筒轴70与纵向轴74之间的旋转轴线有90度变换。多角度推进轴承86吸收齿轮78、82、84、轴74及80以及外壳18间的负载。当摩擦离合器58释放时(即，未接合)，没有扭矩传送至后差速机构24。

轮毂88自纵向轴74延伸。摩擦离合器58的选择性接合是经由提供给供应腔90的来自泵38的液压力来移动活塞92，而使从轮毂88延伸的摩擦片与从轮毂94延伸的摩擦片接合，轮毂94连接以与传动轴30一起旋转。滚柱轴承96安置于传动轴30与外壳18之间。推力轴承98及100分别传送来自活塞92的轴向负载至摩擦片，及传送来自轮毂88的反应负载至外壳18。

参照图3，相对于离合器活塞64及92，示出了与图2示出的电子限滑差速离合器56及按需激活的摩擦离合器58的液压及电子控制。液压控制模块101包括动力输出单元16的外壳18内的阀本体102。阀本体102容纳电子控制电磁阀104及106。泵38对从流体源107抽出的流体增压，如变速器外壳14内的机油盘，并通过延伸穿过通道开口108的流体通道(同样示于图1、图2、图4及图5)液压地连接于电磁阀104和106，通道开口108通过相邻变速器外壳14与模块外壳18内对准的孔而形成。(图3-5中，变速器外壳14与模块外壳18以虚线描述，且仅为示意性的，但代表描述在图1和图2中相同的外壳14、18)。可采用其它可选的机构液压地连接泵38与阀本体102，如外导管。控制器110接收来自车辆10的输入信息信号111，此处也称为传感器信号，其可以包括来自偏航传感器、方向盘角度传感器、横向加速度(重力)传感器及轮速传感器的信息。控制器110示于外壳14和18的外部，但可以为容纳在变速器外壳14内的现有变速器控制器、容纳于车辆10的本体内的本体模块控制器、或容纳于模块外壳18内的分离的控制器。输入信息信号111由控制器110根据存储其内的算法处理，以确定是否摩擦离合器56、58之一或二者均应接合以传送扭矩，且应该提供要传送的扭矩的级别和相应的液压量。控制器110提供控制信号112、114，以移动各自的电磁阀104、106之一或均移动一定的量，该量与确定要施加的液压力的量相关(移动是向图3中向下的方向)，从而允许加压的液压流体到达供应腔62和/或供应腔90，以接合各自的离合器56、58。因此，液压控制模块101通过控制器110电子控制，以改变离合器56、58的离合器容量。

参照图4，液压控制模块201的可选实施例利用与图3的液压控制模块101相同的元件，并加入了球形止回阀203、蓄压器204及附加的电磁阀206。电磁阀104、106及206包括于阀本体202内。球形止回阀203、蓄压器204及附加的电磁阀206允许压力存储于所示的液压线路或通道内，所示的线路或通道连接泵38与图2的摩擦离合器56、58的流体供应腔62及90，从而减少离合供应时间。蓄压器204如本技术领域内已知的方法存储加压的流体。球形止回阀203被偏压(如，弹簧承载)以防止加压的流体回流至流体源107，但是其通过足够克服偏压的泵38传递的预先确定的流体压力量而开启。当未被促动时，第一附加的电磁阀206处于关闭位置，其内的球形止回阀防止从蓄压器204至电磁阀104、106的流动，从而保持蓄压器204和液压线路或通道内存储的压力。第一附加的电磁阀206接收来自控制器110的控制信号208，促动电磁阀206并造成其开启(通过移动至图4的左边)以允许通过该处的流动。

参照图5，液压控制模块301的另一可选实施例利用与图4的液压控制模块201相同的元件，除了球形止回阀203由电磁阀306代替，电磁阀306连同电磁阀104、106及206、阀本体302一起安置。电磁阀306响应于来自控制器110的控制信号316，以允许泵送的加压的液压流体进入蓄压器204。电磁阀306允许比图4的球形止回阀203更多的对管线压力何时存储的主动控制。同样，增加两个压力传感器308和310以分别监控在图2的摩擦离合器56、58的供应腔62、90处的离合器压力。压力传感器308、310允许反馈离合器压力控制。这种压力传感器可以应用于此处讨论的每个液压控制模块实施例中。

因此，再次参照图1，摩擦离合器56、58利用来自发动机驱动变速器泵38的液压而被控制，泵38还用于提供压力给变速器摩擦离合器(未示出，但如本技术领域已知的容纳于变速器外壳14内)，并因此允许扭矩分配而不管轮速的差异。由于没有任何附加的泵或泵马达，电子控制动力输出模块16的尺寸相对紧凑。扭矩分配系统16允许扭矩分配，即使在车轮20、22、26和28静止时，即，有助于起动时的扭矩分配。

虽然实施本发明的最佳模式已详细地描述，但对于那些熟知本发明涉及技术的人员，将认识到在所附的权利要求范围之内的本发明的各种可选的设计及实施例。

Claims (16)

1.一种用于具有发动机、车轮、及液压泵的车辆的扭矩分配系统，包括：

至少一个扭矩传送机构，其可选择性地接合，以在所述车轮中的至少两个之间传送扭矩；其中所述液压泵可液压地与所述至少一个扭矩传送机构连接，用于控制其的接合；以及

其中所述液压泵由所述发动机驱动，从而可操作，以为所述扭矩传送机构的接合提供液压力，即使是在所述车轮没有旋转时。

2.如权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述车辆包括变速器；且其中所述液压泵提供液压力给所述变速器。

3.如权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述车轮包括左前轮及右前轮，且还包括：

第一差速机构，其具有可操作地连接的第一部件，用于通过所述变速器的输出部件驱动旋转，并具有可操作地连接的第二部件，用于驱动所述左前轮的旋转，还具有可操作地连接的第三部件，用于驱动所述右前轮的旋转；以及

其中所述至少一个扭矩传送机构包括可选择性地接合的第一摩擦离合器，以在所述第二部件和所述第三部件之间传送扭矩，以由此在所述左前轮和右前轮之间传送扭矩。

4.如权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述车辆包括变速器；其中所述车轮包括左前轮、右前轮以及后轮；其中所述液压泵提供润滑和液压力给所述变速器内的档位选择离合器；且还包括：

前差速机构，其分别可操作地与所述左前轮和右前轮连接；

纵向延伸部件，其至少部分地跨置于所述前轮和后轮之间；

后差速机构，其可操作地与所述后轮及所述纵向延伸部件连接；以及

其中所述至少一个扭矩传送机构包括可选择性地接合的第一离合器，用于在所述前差速机构和所述纵向延伸部件之间传送扭矩，以由此在所述前轮和后轮之间传送扭矩。

5.如权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述车辆包括变速器；其中所述车轮包括左前轮和右前轮；其中所述前差速机构具有由所述变速器驱动的承载部件、由所述承载部件驱动并可操作地连接以便与所述左前轮和右前轮一起旋转的左侧齿轮和右侧齿轮、和与所述两侧齿轮相啮合的小齿轮；以及

其中所述至少一个扭矩传送机构包括可选择性地接合的摩擦离合器，用于在所述前差速机构的所述左侧齿轮和右侧齿轮之间传送扭矩，由此在所述左前轮和右前轮之间传送扭矩。

6.如权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，还包括：

电子控制器，其可操作用于接收与至少一个车辆情况相关的传感器信号，并用于发送基于所述传感器信号及施加到所述至少一个扭矩传送机构的液压力的决定因素的控制信号，从而允许所述至少一个扭矩传送机构的受控制的滑动来改变由所述至少一个扭矩传送机构所传送的扭矩的量。

7.如权利要求6所述的扭矩分配系统，其特征在于，还包括：

液压控制模块，其可操作地将所述控制器与所述至少一个扭矩传送机构连接；其中所述液压控制模块包括至少一个电磁阀，所述电磁阀可由来自所述控制器的控制信号选择性地促动，以允许由所述泵提供的液压力与所述至少一个扭矩传送机构流体连通。

8.如权利要求7所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述至少一个电磁阀为第一电磁阀，且还包括：

蓄压器；

止回阀，其被偏压以防止所述液压泵与所述蓄压器的流体连通，并在来自所述液压泵的预先确定的液压力时可开启，以允许所述液压泵与所述第一电磁阀的流体连通；以及

附加的电磁阀，其在所述蓄压器与所述第一电磁阀之间流体连通，并可被选择性地促动，且配置为当被促动时允许液压流流至所述第一电磁阀，并在没有被促动时防止液压流流至所述第一电磁阀并保持所述蓄压器内的液压力。

9.如权利要求7所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述至少一个电磁阀为第一电磁阀，并还包括：

蓄压器；

第一附加的电磁阀，其在所述蓄压器与所述第一电磁阀之间流体连通，并可被选择性地促动，并配置为当被促动时允许液压流流至所述第一电磁阀，并在没有被促动时防止液压流流至所述第一电磁阀并保持所述蓄压器内的液压力；以及

第二附加的电磁阀，其在所述液压泵与所述蓄压器之间流体连通，并可被选择性地促动，并配置为当被促动时允许所述液压泵与所述蓄压器的流体连通，并在没有被促动时，防止所述液压泵与所述蓄压器的流体连通。

10.如权利要求7所述的扭矩分配系统，其特征在于，还包括：

至少一个压力传感器，其可操作地与所述至少一个扭矩传送机构连接，并可操作以监控所述至少一个扭矩传送机构的施加压力，并传送所述被监控的压力至所述控制器。

11.如权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述至少一个扭矩传送机构的接合不要求所述车辆的刹车。

12.如权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述至少一个扭矩传送机构包括摩擦片及活塞，所述活塞可由所述液压力移动以接合所述摩擦片，且还包括：

推力轴承，其轴向地邻近所述摩擦片，用于由于所述活塞的移动而传送轴向力以接合所述摩擦片。

13.一种用于具有四个车轮的车辆的扭矩分配系统，包括左前轮和右前轮，及具有液压泵的自动变速器，其中，所述液压泵提供液压力给所述变速器，包括：

至少一个扭矩传送机构，其可选择性地接合，以在所述车轮的至少两个之间传送扭矩；其中所述液压泵可液压地与所述至少一个扭矩传送机构连接，用于控制其的接合；

其中所述液压泵由所述发动机驱动，从而可操作，以为所述至少一个扭矩传送机构的接合提供液压力，即使是在所述车轮没有旋转时；

电子控制器，其操作用于接收与至少一个车辆情况相关的传感器信号，并用于发送基于所述传感器信号及施加到所述至少一个扭矩传送机构的液压力的决定因素的控制信号，从而允许所述至少一个扭矩传送机构的受控制的滑动来改变由所述至少一个扭矩传送机构所传送的扭矩的量。

液压控制模块，其可操作地将所述控制器与所述至少一个扭矩传送机构连接；且其中所述液压控制模块包括至少一个电磁阀，所述电磁阀可由来自所述控制器的控制信号选择性地促动，以允许由所述泵提供的液压力与所述至少一个扭矩传送机构流体连通。

14.一种电子动力输出模块，用于具有变速器、发动机、液压泵、及前差速器和后差速器的车辆，所述前差速器和后差速器分别连接前轮和后轮，所述模块包括：

按需激活的离合器；其中所述液压泵由所述发动机驱动；其中所述按需激活的离合器通过由所述液压泵提供的液压力可选择性地接合，以从所述前差速器传送扭矩至所述后差速器；

电子限滑差速离合器，其通过由所述液压泵提供的液压力可选择性地接合，以在所述前轮之间传送扭矩；以及

电子控制器，其选择性地连接于所述离合器，用于改变所提供的液压力的量，以允许调节通过所述离合器之一或两个离合器的接合所传送的扭矩级别。

15.如权利要求14所述的电子动力输出模块，其特征在于，所述液压泵在变速器外壳内，且还包括：

模块外壳，其封装所述离合器，并可连接于所述变速器外壳，以允许通过所述连接的变速器外壳及模块外壳从所述变速器泵至所述离合器的流体传送。

16.如权利要求14所述的电子动力输出模块，其特征在于，所述电子控制器操作用于接收与至少一个车辆情况相关的传感器信号，并用于基于所述传感器信号及施加到所述离合器之一的所述液压力的决定因素而发送控制信号；且还包括：

液压控制模块，其可操作地将所述电子控制器与所述离合器中的所述一个连接；且其中所述液压控制模块包括至少一个电磁阀，所述电磁阀可由来自所述控制器的所述控制信号选择性地促动，以允许由所述泵所提供的液压力与所述离合器中的所述一个流体连通。

Images