CN102105717B - 具有可选择单向离合器的电驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆，具有电机和可被电机有选择地旋转的车轴、减速齿轮组、从电机向车轴传递扭矩的差速器、以及可选择单向离合器（SOWC）组件。所述SOWC组件连接至车轴中的不同的一个，并且只要电机通电就接合以传递扭矩到传动车轴。当电机断电时，所述SOWC组件分离，以阻止转子及减速齿轮组和差速器的各个元件的旋转。一种最小化电动后驱动电机（eRDM）系统中寄生旋转损失的方法。该方法包括在电机运行时接合一对SOWC组件，以将扭矩从电机传递到车轴，并在电机关闭时分离SOWC组件，以阻止转子及减速齿轮组和差速器的元件的旋转。

Description

具有可选择单向离合器的电驱动系统

技术领域

本发明涉及用来优化车辆性能的方法和系统，所述车辆配备有用于有选择地推进车辆的电驱动系统。

背景技术

可使用电能有选择地驱动车辆，以提高整体燃料效率，并降低各种车辆排放的水平。为了存储足以在适当的范围推进车辆的电能，可使用电存储装置或ESD（例如电池、电池组或其它电化学能量存储装置）来有选择地给一个或多个电机通电。混合电动车辆（HEV）、插电式混合电动车辆（PHEV）、燃料电池电动车辆（FCEV）或纯电动车辆（EV）可使用ESD作为推进车辆所需电能的至少一部分的电源。

对于上列各种车辆，车辆的范围通常与ESD中可存储的电能的多少成比例。但是，ESD（例如电池组）会给车辆增加显著的重量和质量，因此会影响车辆的可用范围和总体体积。因此，在某些车辆设计中，专用的驱动电机连接至一个或多个传动轴或车轴。例如，电动后驱动电机或eRDM系统可有选择地在多个时间给前轮驱动车辆中的后传动车轴提供扭矩，传统的发动机独立于eRDM系统的操作给主或前传动车轴提供扭矩。可使用差速器在一对独立可旋转的后传动车轴之间分配电机扭矩，且差速器被恰当地定位，从而为可能较大的ESD考虑前封装空间。构造为这样电驱动车辆的车辆系统可称为电驱动电机系统，特别地，当从主要为前轮驱动车辆中的后传动车轴有选择地驱动车辆时称为电动后驱动电机（eRDM）。当eRDM系统提供超过标准电驱动系统的相对操作和封装优点时，这种系统的性能在某些操作条件下可能不能保持最优。

发明内容

因此，提供了一种车辆，具有电机、每个都可通过所述电机有选择地旋转的传动轴或车轴、减速齿轮组、连接至所述减速齿轮组用以从所述电机向所述传动车轴传递扭矩的差速器、以及每个都连接至不同传动车轴的一对可选择单向离合器（SOWC）组件。只要所述电机通电，所述SOWC组件就接合，从而从所述电机向所述传动车轴传递扭矩，并且只要所述电机未通电，所述SOWC就分离，以防止转子及所述减速齿轮组和所述差速器的各种元件旋转。

还提供了一种用以有选择地旋转车辆的至少一个传动车轴的系统，所述车辆具有减速齿轮组和差速器，所述减速齿轮组具有第一组可旋转元件，所述差速器具有第二组可旋转元件。所述系统具有电机和连接至所述传动车轴的至少一个可选择单向离合器（SOWC）组件。当所述SOWC接合时，所述SOWC组件从所述电机的转子向所述传动车轴传递扭矩，还在分离时防止所述转子及所述第一和第二组元件的旋转。控制器检测所述系统的预定操作状态的存在，并只在检测存在所述预定操作状态时有选择地接合所述SOWC组件。

一种用于最小化电动后驱动电机（eRDM）系统中的寄生旋转损失的方法，包括确定电机的操作状态，然后在所述操作状态为预定操作状态时使一对可选择单向离合器（SOWC）组件接合，从而从所述电机向一对后传动车轴传递扭矩。所述方法还包括在所述电机停机时使所述一对SOWC组件分离，从而分别防止所述电机的转子部分及减速齿轮组和差速器的第一和第二组元件的旋转，从而最小化寄生旋转损失。

结合附图，从下面对实现本发明最佳模式的详细描述，可容易理解本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

图1为具有根据本发明的电驱动系统的车辆的示意图；

图2为描述可在图1的系统内使用的一对可选择单向离合器的操作的真值表；

图3为图1中所示系统的示例性实施例的示意图；

图4为描述使用图2和图3的系统的算法或方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中所有附图中相同的附图标记指代相同的部件，从图1开始，车辆10包括连接至相应的轴或传动车轴28L、28R的一组车轮15L、15R。参考标记“L”和“R”将在下文中连同各种附图标记一起使用，以指代当从坐在车辆中的驾驶员或乘客观看时车辆10的相应左右侧。车辆10包括适于独立于发动机（未示出）而有选择地驱动、激励或以其它方式旋转传动车轴28L、28R的电子驱动系统21。通常，在需要额外推进动力时的特定预定时间，系统21给传动车轴28L、28R（例如一组后传动车轴）提供推进能量，此时发动机（未示出）向不同的车轴或车轴组（例如前传动车轴（未示出））提供主推进能量。

如图1的实施例中所示，系统21可构造为本领域已知类型的电子或电动后驱动电机（eRDM）系统，传动车轴28L、28R为后传动车轴。在该结构中，发动机（未示出）将驱动主或前传动车轴（未示出）。但是本领域的技术人员会理解，在本发明的范围内，依赖于车辆10提供前轮或全轮驱动能力的特定设计，在发动机（未示出）驱动后传动车轴的情况下，系统21还可构造或适于旋转类似结构的前车轴（未示出）。

为了提供足量的易于存取的电能，车辆10包括能量存储装置（ESD）11，例如镍镉电池、锂离子电池、铅酸电池、或者能够存储用于执行下述有用功的能量的任意其它适当电或电化学装置或电池设计。ESD 11电连接至具有转子（R）25的电机（M）24，转子25机械地联接或连接至减速齿轮组（GS）14的输入构件16。为了驱动或激励电机24，具有算法100（见图3）的电子控制单元或控制器20有选择地将ESD 11连接至电机24。电机24可构造为电动发电机，因此可构造为根据需要给ESD 11再充电。

齿轮组14包括第一组可旋转元件14A（为简便起见，也标记为E1），例如各种行星齿轮、离合器和/或建立期望数量和/或范围的操作模式、齿轮设定或状态所必需的其它必要可旋转元件。齿轮组14还具有用作差速器（D）18的输入构件的输出构件17。电机24生成或产生的扭矩通过齿轮组14传递到差速器18，扭矩从差速器18最后根据需要在传动车轴28L、28R之间分配。差速器18包括第二组可旋转元件18A（为简便起见，在图1中也标记为E2），例如一起用作车辆10的最后齿轮减速机构的可旋转小齿轮或其它齿轮元件，其允许传动车轴28L、28R根据需要以不同的速度旋转。

除了电机24、齿轮组14和差速器18之外，系统21包括一对可选择单向离合器（SOWC）组件30L、30R，为简便起见，这对组件在图1中分别标记为S_L和S_R。根据控制器20基于车辆10或者其任意常驻系统（例如电机24）的预定操作模式、条件或状态的确定，每个SOWC组件30L、30R都可有选择地接合和分离。这种预定状态可使用传感器19、算法100和/或这两者的组合来检测。

SOWC组件30L、30R可构造为在松开或分离时能够沿一个方向自由旋转和沿相反方向保持扭矩、并在接合时从差速器18向传动车轴28L、28R传递扭矩的任意装置或系统。例如，每个SOWC组件30L、30R都可构造为本领域已知类型的滚子式或滚子型SOWC、楔块式SOWC、摆臂式SOWC或二极管式SOWC装置，但是SOWC组件30L、30R不意欲限制为这里所列的具体SOWC设计。同样，可使用任何恰当构造的致动器35（见图2）来应用或接合SOWC组件30L、30R，其中致动器35可为使用由ESD 11提供的电能来驱动或激励的机电装置。可选地，图3的致动器35可为使用由虚线所示的可选流体泵（P）60供应的增压流体来驱动或激励的机械装置。这种泵60可通过流体通路、管道、管路或适于根据需要将液压流体压力传送到SOWC组件30R、30L的其它通道61连接至SOWC组件30R、30L。

参考图2有关图1中车辆10的各方面或元件，在本发明的范围内，系统21包括至少两个操作模式或状态。模式1为任意电子驱动模式，例如上述eRDM模式，其适于有选择地推进图1的车辆10。当控制器20确定或检测存在预定操作状态时，例如为推进车辆10而旋转传动车轴28L、28R的目的而使图1中的电机24通电或以其它方式指令为“开启”的状态，SOWC组件30L、30R立即接合。接合的SOWC组件30L、30R以这种方式作用，以允许扭矩从电机24的转子25通过齿轮组14和差速器18传递或传送到传动车轴28L、28R。同样，当控制器20确定或检测到预定操作状态不再存在时，例如电机24不再通电、开启或有效，执行模式2。

在模式2中，也称为寄生损失降低模式或PLR模式，如图2所示，SOWC组件30L、30R每个都分离或断电，以允许SOWC组件30L、30R沿一个方向自由旋转，从而锁止或保持沿另一方向的扭矩。通过保持沿另一方向的扭矩，SOWC组件30L、30R阻止齿轮组14、电机24和差速器18中任意各种部件的旋转，这些部件的旋转会给车轮15（见图1）带来不期望的拖曳，从而影响车辆10的性能。这些部件在图1中总地表示为齿轮组14的第一组元件14A、差速器18的第二组元件18A和电机24的转子25。第一和第二组元件14A和18A可分别示例为齿轮组14和差速器18的各种齿轮元件、离合器、轴承等。

参考图3，图1的系统21的一个可能实施例图示为系统21A，为简便起见，只示出了一个SOWC组件30L和一个传动车轴28L。下面的描述同样适应于其他传动轴28R和其他SOWC组件30R。图3为图1中车辆10的一部分沿着车辆10的纵向轴线“y”和车辆10传动车轴28L、28R的旋转轴线“x”的示意图。如图3中所示，电机24的转子25连接至齿轮组14的输入构件16。齿轮组14的输出构件17刚性连接至差速器18（见图1）的第二组元件18A的一部分，例如所示的齿圈，转子25的扭矩使第二组元件18A旋转。SOWC组件30L的内座圈27B可有选择地连接至SOWC组件30L的外座圈27A，例如通过扭矩保持件或支柱、滚子等（未示出），外座圈27通过多个齿连接至或键接至传动车轴28L。车轮15可操作地连接至传动车轴28L。

当电机24被ESD 11或其它适当能源激励时，系统21A的致动器35使用ESD 11的电能、泵60（见图1）的流体能或使用其它适当的能源沿着箭头A的轴向方向沿着花键70移动，或者可选地沿着槽、通道或其它适当的路径移动，从而使SOWC组件30L完全地接合。接合位置如图3中所示。致动器35可构造为电磁装置，其中，连接或安装至固定构件50的电线42A的线圈42 被ESD 11或其它能源激励，从而产生足以根据需要移动致动器35的磁场。致动器35和线圈42还可包含在共同的壳体中（未示出），该共同壳体最终连接至所述固定构件50或被该固定构件50支撑。或者，在使用传统流体致动方法的实施例中，致动器35可构造为活塞装置，其中，图1的泵60通过管道61提供流体动力以根据需要移动致动器35。

SOWC组件30L可构造为适于实现参考图2所述的两个模式的任意单向扭矩保持装置。不管SOWC组件30L最后如何构造，选择器装置38包含在或位于座圈27A 与27B之间，且座圈27由轴承31径向地支撑或偏压。选择器装置38通过致动器35的轴向运动而旋转，从而接合和分离SOWC组件30L。特别地，当SOWC组件30L构造为本领域内已知的滚子式或楔块式装置时，选择器装置38可为含有多个分别形状和/或尺寸恰当的滚子或楔块（未示出）的滚子保持架。同样，当SOWC组件30L构造为本领域内已知的二级管式或摆臂式装置时，选择器装置38可为具有多个窗口的选择器盘，每个窗口都包含有形状和/或尺寸以及定向都恰当的扭矩保持件或支柱（未示出）。

但是致动器35被激励，SOWC组件30L通过使致动器35沿着箭头A的方向移至图3中所示位置的接合，将转子25、齿轮组14、和差速器部分或第二组元件18A连接至传动车轴28L，使得这些部件响应于电机24提供的扭矩一致地旋转。也就是说，电机24的扭矩通过SOWC组件30L直接传递至传动车轴28L，从而使连接在其上的车轮15旋转。为了分离SOWC组件30L，断开或关闭ESD 11的电能，或者断开或关闭图1的泵60，允许致动器35沿着箭头R的方向移动从而返回其初始或分离位置，如线D所示。致动器35到线D的运动允许SOWC组件30L沿一个方向保持扭矩而沿另一方向自由旋转，从而阻止第一和第二组元件14A和18A、及转子25沿着扭矩被锁止或保持的方向旋转，因而最小化在系统21A未激励或运行时系统21A中的寄生旋转损失。

一起参考图4和图1，用于最小化车辆10中的寄生旋转损失的方法或算法100常驻于图1的控制器20中或易于被其存取。算法100开始于步骤102，其中图1的系统21被初始化。初始化可为通过清除或删除之前记录的所有测量值而使系统21归零的任意程序或子程序，以确保图1的SOWC组件30L、30R完全分离或松开。在车辆10起动时可执行步骤102，而车辆10在起动之前保持静止。然后算法100进行至步骤104。

在步骤104，算法100收集有关系统21的预定操作状态的数据或测量值，在图4中由变量X表示，然后将这些值临时存储在存储器（未示出）中。例如，控制器20可使用图1的传感器19测量或检测系统21对应于电机24的开/关状态、或者表示系统21被指令主动推进上述车辆10的任意其它状态的各种量或值。这种量或值可包括，但不限于，从ESD 11供应至电机24的电压和/或电流、从控制器20到电机24的电机控制信号的量或值、和/或其它适当的量或电机控制值。然后算法100进行至步骤106。

在步骤106，算法100将步骤104收集的量或值与对应的阈值作比较，以确定预定操作状态是否存在。如果预定操作状态存在，那么算法100进行至步骤110，否则算法100进行至步骤108。

在步骤108，如果SOWC组件当前还未分离，那么算法100可分离上述SOWC组件30L、30R，例如通过将致动器35与ESD 11或图1的泵60断开，或者以其它方式使SOWC组件30L、30R断电，使得SOWC组件30L、30R可返回其初始或分离位置。然后算法100重复上述步骤104。

在步骤110，算法100使SOWC组件30接合，即上述SOWC组件30L、30R，例如依赖于SOWC组件30L、30R的结构而通过使用ESD 11或泵60来激励致动器35。一但接合，SOWC组件30L、30R就可将扭矩从转子25传递到上述传动车轴28L、28R。

尽管已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术人员应当认识到在所附权利要求范围内实现本发明的各种可选设计和实施方式。

Claims (13)

1.一种车辆，包括：

控制器，其用于检测所述车辆的预定操作模式；

第一传动车轴；

第二传动车轴，其包括一对传动车轴；

发动机，其向所述第一传动车轴提供推进能量；

具有转子的电机，其中所述电机在所述预定操作模式期间被选择性地通电以由此选择性地向所述第二传动车轴提供附加的推进能量，其中所述第二传动车轴在所述预定操作模式中可通过所述电机而有选择地旋转以推进所述车辆；

具有输出构件和第一组可旋转元件的减速齿轮组；

定位于所述第二传动车轴的所述一对传动车轴之间并具有第二组可旋转元件的差速器，所述差速器连接至所述减速齿轮组的输出构件并构造为将扭矩从所述电机传递至所述一对传动车轴；以及

一对可选择单向离合器组件，每个可选择单向离合器组件都具有与所述控制器通信的致动器，且每个可选择单向离合器组件都连接至所述第二传动车轴的所述一对传动车轴中的不同传动车轴；

其中只有当检测到所述预定操作模式时所述一对可选择单向离合器组件经由所述控制器选择性地接合以将所述扭矩从所述转子传送至所述一对传动车轴；以及

其中当所述电机断电时，所述一对可选择单向离合器组件经由所述控制器选择性地分离以阻止所述转子及所述第一和第二组可旋转元件中每组的旋转。

2.如权利要求1的车辆，其中所述一对可选择单向离合器组件中的每个都包括选择器装置，其中所述可选择单向离合器组件中的每个的所述致动器构造为沿轴向方向移动而与所述选择器装置接触，从而使所述选择器装置旋转，以便接合所述一对可选择单向离合器组件中相应的可选择单向离合器组件。

3.如权利要求2的车辆，还包括电存储装置，其中所述致动器为具有线圈和可移动柱塞部分的电磁装置，当所述线圈被所述电存储装置通电时，所述可移动柱塞部分沿轴向方向移动。

4.如权利要求1的车辆，其中所述一对可选择单向离合器组件从包括滚子式可选择单向离合器、摆臂式可选择单向离合器、楔块式可选择单向离合器和二极管式可选择单向离合器的组中选择。

5.如权利要求1的车辆，还包括泵，其中所述致动器包括可移动活塞，该可移动活塞响应于所述泵提供的流体压力沿轴向方向移动。

6.一种用于有选择地旋转车辆的后传动车轴的系统，所述车辆具有向所述车辆的前传动车轴提供主推进扭矩的发动机、带有第一组可旋转元件的齿轮组和带有第二组可旋转元件的差速器，所述后传动车轴包括一对后传动车轴，所述系统包括：

具有转子的电机；

连接至所述后传动车轴的一对可选择单向离合器组件，其中所述一对可选择单向离合器组件中的一个定位于所述一对后传动车轴中的相应一个上，其中所述一对可选择单向离合器组件中的每一个构造为在所述一对可选择单向离合器组件接合时将扭矩从所述转子传递至所述一对后传动车轴中的相应一个，和在所述一对可选择单向离合器组件分离时阻止所述转子及所述第一和第二组可旋转元件中每组的旋转；以及

控制器，其可操作以检测何时超出需要所述主推进扭矩水平附加推进扭矩，当需要所述附加推进扭矩时向所述电机发送电机控制信号以使所述电机通电，以及在所述电机运行时选择性地接合所述一对可选择单向离合器组件从而由此从所述转子向所述后传动车轴传送扭矩。

7.如权利要求6的系统，其中所述一对可选择单向离合器组件中的每一个从包括摆臂式可选择单向离合器、楔块式可选择单向离合器、滚子式可选择单向离合器和二极管式可选择单向离合器的组中选择。

8.如权利要求7的系统，其中所述一对可选择单向离合器组件包括滚子式可选择单向离合器，其中该滚子式可选择单向离合器包括滚子保持架和电磁致动器，该电磁致动器具有线圈和可移动柱塞部分，并且

其中所述控制器可操作以通过激励所述线圈来产生磁场来接合所述滚子式可选择单向离合器组件，从而使所述可移动柱塞部分移动成与所述滚子保持架接触，以接合所述一对可选择单向离合器组件。

9.一种用于最小化电动后驱动电机系统中的寄生旋转损失的方法，所述系统可操作以旋转车辆中的一对后传动车轴，所述车辆具有控制器和给前传动车轴供能的发动机，所述电动后驱动电机系统具有电机、具有第一组可旋转元件的减速齿轮组和定位于所述一对后传动车轴之间且具有第二组可旋转元件的差速器，所述方法包括：

当需要超出由所述发动机提供的主推进能量水平的附加推进能量时利用控制器来接通所述电机；

在所述电机开启且所述发动机正在给所述前传动车轴供能时接合一对可选择单向离合器组件，从而将扭矩从所述电机传递至所述一对后传动车轴；以及

在所述电机关闭时经由所述控制器分离所述一对可选择单向离合器组件，从而阻止所述电机的转子部件以及所述第一和第二组可旋转元件的旋转。

10.如权利要求9的方法，其中所述一对可选择单向离合器组件包括适于旋转选择器装置的致动器，所述选择器装置含有多个扭矩保持件；并且

其中接合所述一对可选择单向离合器组件包括沿轴向方向移动所述致动器以与所述选择器装置接触，从而旋转所述选择器装置。

11.如权利要求10的方法，其中所述选择器装置为选择器盘或滚子式保持架中的一种。

12.如权利要求10的方法，其中所述致动器包括柱塞部分和线圈，并且

其中移动所述致动器包括激励所述线圈从而产生磁场，然后使用所述磁场移动所述致动器。

13.如权利要求10的方法，其中所述致动器为活塞，并且其中移动所述致动器包括从泵向所述活塞供应流体压力，从而移动所述活塞以与所述选择器装置接触。

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