CN101858416A - 锁止式差速器的控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制车辆的锁止式差速器的方法包括：如果车辆停止了长度等于或大于基准长度的时间段，则使用线圈来解锁分离差速器；以及如果车辆运动或停止了小于基准长度的时间段，则使用线圈锁定差速器。

Description

锁止式差速器的控制
技术领域
本发明一般涉及差动机构，该差动机构传送转动动力到机动车辆的车轮并且锁定以防止车轮以不同速度旋转。
背景技术
通常使用开式差速器或限滑差速器机构来允许车轴处受限的轮滑动，即在驱动轮之间产生转速差。锁止式差速器的目的是防止一个驱动轮相对于另一个驱动轮的相对转动。这一般通过将一个差速器半轴齿轮锁定到差速器箱来实现，由此防止该半轴齿轮相对于差速器箱的转动，并且防止任何一个轴两端的相对轮速差异。
锁止式差速器还能被用作4×4和AWD(全轮驱动)车辆的轮间差速器或中央差速器。在这种情况下，差速器组件的轴线平行于车辆的纵轴。中央差速器允许前轴与后轴之间的驱动轴速度差。但是有些情况需要将前轴和后轴的驱动轴锁定在一起，从而重新获得单一的转速。这种情况被称为锁定的中央差速器。
当被激活时，电子锁止式差速器使用电压源来产生克服施加在锁环(机械啮合机构)上的反作用弹簧力的磁力，由此通过该锁环机械地耦连半轴齿轮到差速器箱。当被激活时，电子锁止式差速器防止受控车轮之间的相对速度差。
在工业中需要一种控制，该控制在线圈由于缺乏与冷却介质的接触而可能过热且车辆停止时防止锁定差速器。只要换档杆不处于空档位置或停车位置，在车辆运动中的任何时候，该控制都将能够使差速器被锁定。
发明内容
一种用于控制车辆的锁止式差速器的方法包括：如果所述车辆停止了长度等于或大于基准长度的时间段，则使用线圈来解锁所述差速器；以及如果所述车辆运动或停止了小于所述基准长度的时间段，则使用所述线圈来锁定所述差速器。
本发明提出一种控制锁止式差速器的系统。该系统包括用于响应于致动器线圈的操作状态来锁定或解锁差速器的机构，并且还包括控制器，该控制器被配置为确定车辆是否运动或停止，以便如果车辆停止了长度等于或大于基准长度的时间段，则致动该线圈并解锁差速器；且如果车辆运动或停止了小于基准长度的时间段，则致动该线圈并锁定差速器。在一个实施例中，该控制器进一步被配置为确定依赖于温度的基准电压，在该参考电压下该线圈锁定差速器；确定电池的电势，以便如果该电势等于或大于当前温度下的基准电压则使用电池激励线圈并锁定差速器；以及如果该电势小于基准电压则保持差速器开锁/解锁。
根据另一个方面，提供一种用于控制车辆的锁止式差速器的系统。该系统包括：电池；在被电池激励时响应地产生磁场的线圈；用于响应于存在和缺少磁场而锁定和解锁差速器的机构；以及控制器，该控制器被配置为确定车辆是否运动或停止，以便如果车辆停止了长度等于或大于基准长度的时间段则控制该线圈并解锁差速器；以及如果车辆运动或停止了小于基准长度的时间段则控制该线圈并锁定差速器。
该控制系统避免了尝试使用对于此目的来说太低的驱动电压来锁定差速器的可能性。温度补偿确保由导电线圈产生的磁力大到足以使锁定板上的离合器齿啮合半轴齿轮的离合器齿并且锁定差速器。当车辆静止时，电子锁的分离降低交流发电机和电池上的电负荷并且防止线圈的过热和其绝缘层的可能破裂。
温度补偿防止了由于锁环上的离合器齿与半轴齿轮上的离合器齿局部啮合导致的潜在的硬件损坏。
根据以下详细的说明书、权利要求书和附图，优选实施例的适用范围将变得显而易见。应该理解的是，说明书和具体示例虽然表示了本发明的优选实施例，但仅是示例性说明。所描述的实施例和示例的各种改变和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
通过参考以下描述以及相应的附图，本发明将更易于理解，在附图中：
图1是电子锁止式差速器机构的透视剖面图；
图2是锁环的等距视图；
图3是差速器箱和离合器的等距视图；
图4是励磁铁心线圈组件的侧视图；
图5是用于差速器的控制系统的示意图；以及
图6是用于控制差速器的锁定状态和未锁定状态的算法图。
具体实施方式
参考图1到图4，电子锁止式差速器8包括优选由铸铁或钢制成的差速器箱10，该差速器箱被支撑在静止外壳(未示出)上以便围绕横向轴线12旋转。在凸缘11的安装钻孔处固定到差速器箱的盆形齿轮驱使差速器箱10从变速箱或分动箱的输出端围绕轴线12旋转。
差速器箱10提供内腔14，其包含小锥齿轮16、与该小锥齿轮啮合并且与从差速器箱10延伸到机动车辆的驱动轮的右输出轴20驱动连接的右半轴齿轮18以及与该小锥齿轮啮合并且与从差速器箱延伸到左侧的驱动轮的左侧输出轴(未示出)驱动连接的左半轴齿轮22。每个小锥齿轮16通过销子24固定到旋转箱10，从而小锥齿轮16围绕与轴线12垂直的销24的轴线旋转，且小锥齿轮和销子24围绕轴线12旋转。
锁环26也位于差速器箱10中，该锁环被固定到该差速器箱上，从而其围绕轴线12旋转并且相对于差速器箱沿该轴线轴向移动。锁环26由三个支柱28构成，每个支柱轴向延伸穿过在差速器箱10中形成的腹板30中的孔；平面32面对腹板30；并且一系列离合器齿34和空隙36在锁环表面32的相对面上围绕轴线12交替地成角度设置。该离合器齿和空隙是紧邻的并且面对半轴齿轮22。
半轴齿轮22由一系列离合器齿38和空隙40构成。该齿40在紧邻锁环26的离合器齿34和空隙36的其轴向外表面上围绕轴线12交替地成角度设置。半轴齿轮22和锁环26的离合器齿和空隙是相互互补的从而它们能随着锁环朝着和离开半轴齿轮移动而啮合和分离。锁环26通常不与半轴齿轮22啮合并且允许半轴齿轮相对于差速器箱10和锁环旋转，由此产生非锁定状态或分离状态。
当锁环26被致动来与半轴齿轮22啮合时，它们的离合器齿和空隙啮合，由此将半轴齿轮可驱动地连接到锁环和差速器箱10，防止半轴齿轮相对于差速器箱和锁环的转动，并且产生锁定状态或啮合状态。
图1和图4示出在腔体14外侧的差速器箱10上支撑的励磁铁心线圈组件42。该线圈组件42包括安装在形成于环48中的环形凹槽46内的电磁线圈44。当通过引线50通上电流时该线圈44产生了磁场。该激励组件通过支架52固定到外壳上，这防止线圈组件42和线圈44转动。磁场在线圈组件42上产生轴向力，该力的大小随着线圈组件与差速器箱10之间的空气间隙52的宽度变化。
当线圈组件44被激励时，由于线圈产生的磁场，该线圈被吸引到差速器箱。线圈组件42被固定以防止相对于差速器箱10的旋转，但是它能朝着和远离差速器箱轴向平移。线圈组件42的轴向平移传递给通过过盈配合(press fit)和重叠边缘58固定到线圈组件42的滑动轴环54。被过盈配合到滑动轴环54的内径上的衬套60允许差速器箱相对于滑动轴环54和线圈组件42旋转。该衬套60还为滑动轴环54和线圈组件42提供线性导轨，从而允许它们轴向平移。
当线圈42被激励时，滑动轴环54向右直接对滚子推力轴承62和环形止推片64施加轴向力。轴承62和止推片64设置在形成于差速器箱中的环形凹槽中。止推片64通过在锁环上的支柱28对锁环26施加轴向力。这些支柱28延伸穿过腹板30中的轴向孔29，使得锁环26与差速器箱10一起旋转并且允许锁环相对于差速器箱轴向移动。支柱表面70位于紧邻止推片凸缘68的腹板30的左侧。
锁环26移动到与半轴齿轮22机械啮合以防止该半轴齿轮旋转。弹簧80和82紧邻锁环26设置并且连续排列，以便弹簧80接触锁环且对锁环施加弹力，且弹簧82通过卡环84固定到差速器箱10并且对弹簧80施加弹力。优选弹簧80、82是具有沿轴线12到它们的径向外围的波纹(corrugation)的波状弹簧，这些波纹由交替的放射状的脊和槽构成。弹簧80、82由在弹簧之间轴向设置的平板86分隔，从而每个弹簧波纹的脊接触该板，由此防止弹簧的相互接触。弹簧不断地向左对锁环26施加弹性轴向力，以抵抗锁环响应线圈44产生的磁力朝向半轴齿轮22锁定位置的运动。
当线圈电流被去除时，弹簧80、82将锁环26回复到分离位置。当线圈被去激励时，弹簧施加的作用力足以防止在正常驱动情况下差速器的偶然锁定。而且，弹簧80有远低于弹簧82的弹簧刚度，从而产生非线性的弹簧力曲线。该弹簧布置确保当线圈44被激励时弹簧力总是小于线圈组件42施加到锁环26的作用力。由于当线圈44被激励时线圈组件42所产生的作用力是非线性的，因此选择弹簧80、82以便施加到锁环26的弹簧力的大小小于当被通电时线圈组件所施加的作用力。
差速器8的锁定通过电压源、线圈44和锁环26控制。来自应用于线圈44的电源例如电池的电流产生致动锁环26的磁力，使得半轴齿轮22啮合差速器箱10。当电子锁被啮合时，线圈44通过轴流体冷却，该轴流体将恒定电流产生的热量引导远离该线圈。
当横跨线圈44的末端施加电压并且线圈温度增加时，该线圈的电阻增加并且线圈中的电流减小，即线圈44中的电流与其温度成反比。因此，克服锁环的回位弹簧80、82产生的作用力所需的磁力也减小。
当车辆静止时，轴流体回流到油槽并且线圈44部分地浸没在该流体中。未被浸没的部分线圈44传递到周围空气中的热量远少于传递到轴流体的热量，使得线圈在其未被浸没在轴流体的表面上具有较高的温度。
当车辆速度大于零时，整个线圈44随着轴流体溅到并流过线圈表面而被该轴流体冷却。
为了减小锁定差速器8所需的电能的大小和降低线圈44的温度，图5示出防止线圈44过热的控制系统100。系统100包括用于驱动差速器8的锁环26的电子控制器102。控制器102包括电子微处理器、计时器例如倒计时器以及包含表现为计算机代码的控制算法的电子存储器，该算法可以被控制器的微处理器访问。
例如被用来启动发动机106的蓄电池104的末端与仪表108连接，产生作为输入供给控制器102的信号110，该信号代表当前的电池电压。差速器8包括温度传感器112，该温度传感器产生作为输入供给控制器102的信号114，该信号代表线圈44的当前温度或代表当前线圈温度的温度，例如差速器外壳10中的轴流体的温度。
控制器102可以闭合开关122，实现将电池终端连接到线圈44的终端的回路。当线圈44被激励时，锁环26将半轴齿轮固定到差速器箱10，从而锁定差速器8。控制器102可以打开开关122，由此使电池终端与线圈44的终端电中断，去激励(deenergizing)线圈44并允许弹簧80、82解锁差速器机构8。
换档杆(称为PRNDL)124产生作为输入给控制器102的信号126，该信号代表车辆操作者手动选择的变速器128的操作范围。该范围包括P，即停车档；R，倒车档；N，空档；D，行车档，在其中每个前进档能按顺序地产生；M1，手动选择第一档的范围；以及M2，在其中第二档是最高档位的手动选择范围。
车速传感器130产生作为输入给控制器102的信号132，该信号代表当前车辆速度。点火开关位置传感器134产生作为输入给控制器102的信号136，该信号代表发动机点火开关的当前状态。
控制器102可访问的图6的算法控制差速器8的操作状态。在步骤140中，进行测试以确定所选择的PRNDL位置是否在N位置或P位置。如果测试140的结果是逻辑真，则控制返回到步骤140。
如果测试140的结果是逻辑假，则在步骤142中进行测试以确定车速是否为零。如果测试142的结果是假，则控制返回到步骤140。
如果测试142的结果是真，则在步骤142中进行测试以确定倒计时器是否终止(expired)。当测试142的结果被确定为真时，优选将计时器设置为预先确定的计数。如果测试144的结果是假，则控制返回到步骤140。
如果测试144的结果是真，则在步骤146中通过控制器102打开开关122来解锁差速器8，由此防止电流从电池104流向线圈44。弹簧80、82通过锁环26将半轴齿轮22与箱体11分离，由此通过可感测指示器145例如仪表板上的报警灯或警报器或钟鸣来警告车辆操作者当前不能锁定差速器8。
在步骤148中进行测试以确定发动机点火开关是否断开。如果测试148的结果是真，则算法的执行在步骤150结束。
如果测试148的结果是假，则在步骤152中进行测试以确定差速器是否被解锁。如果测试152的结果是假，则控制返回到步骤140。
如果测试152的结果是真，则在步骤154中进行测试以确定车速是否大于零。如果测试154的结果是假，则控制返回到步骤140。
如果测试154的结果是真，则在步骤156中通过控制器102闭合开关122来锁定差速器8，由此连接从电池104到线圈44的电流。该线圈致动锁环26以将半轴齿轮22连接到箱体11，由此锁定差速器。
当车辆是静止时，电子锁的分离降低交流发电机和电池104上的电负荷并且防止线圈44的过热和其绝缘层的可能破裂。
依照专利法规的条款，优选实施例已经被描述，然而，应该注意的是与特别说明和描述的方案不同的替换实施例也能被实施。

Claims (10)

1.一种用于控制车辆的锁止式差速器的方法，其包括：
(a)如果所述车辆停止了长度等于或大于基准长度的时间段，则使用线圈来解锁所述差速器；以及
(b)如果所述车辆运动或停止了小于所述基准长度的时间段，则使用所述线圈来锁定所述差速器。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)进一步包括：
监测所述车辆的速度；
当所述车辆速度表明所述车辆停止时，使用计时器测量所述时间段长度；以及
反复地将所述时间段长度与所述基准长度作比较。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)进一步包括确定换档杆不在空档或停车档位置。
4.如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)进一步包括确定点火开关是断开的。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)进一步包括确定所述差速器是未锁定的。
6.如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)进一步包括：
监测所述车辆的速度；
当所述车辆速度表明所述车辆停止时，使用计时器测量所述时间段长度；以及
不断地将所述时间段长度与所述基准长度作比较。
7.一种用于控制车辆的锁止式差速器的方法，差速器包括电池，在被电池激励时响应地产生磁场的线圈；用于响应于存在和缺少磁场而锁定和解锁差速器的机构，方法包括：
(a)如果所述车辆停止了长度等于或大于基准长度的时间段，则使用线圈来解锁所述差速器；以及
(b)如果所述车辆运动或停止了小于所述基准长度的时间段，则使用所述线圈来锁定所述差速器。
8.如权利要求7所述的方法，其中步骤(a)进一步包括：
监测所述车辆的速度；
当所述车辆速度表明所述车辆停止时，使用计时器测量所述时间段长度；以及
反复地将所述时间段长度与所述基准长度作比较。
9.如权利要求7所述的方法，其中步骤(a)进一步包括确定换档杆不在空档或停车档位置。
10.如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)进一步包括确定点火开关是断开的。
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