CN105008749B - 一种操作awd车辆中液压盘式离合器的方法和离合器 - Google Patents

一种操作awd车辆中液压盘式离合器的方法和离合器 Download PDF

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Abstract

AWD车辆中断开的液压盘式离合器(4)将被快速连接或接合，该液压盘式离合器(4)具有用于驱动的液压缸(14)，液压缸(14)中的有效活塞面积由于此原因在连接过程中减少。

Description

一种操作AWD车辆中液压盘式离合器的方法和离合器
技术领域
本发明涉及一种快速连接或接合AWD车辆中断开的液压盘式离合器的方法，盘式离合器具有用于驱动的液压缸。因此本发明还涉及一种离合器。
背景技术
在本领域众所周知，AWD(All Wheel Drive，全轮驱动)车辆可设置有至少一个液压盘式离合器，以将车辆发动机的驱动扭矩分配给所有的车轮。尤其是，这样的离合器可设置在前桥与后桥的车轮之间的驱动系上，通常设置在后桥差速器的附近。
有时，在FWD(forward Wheel Drive，前轮驱动)模式使用AWD车辆是令人满意的。在这种情况下，离合器是分离的，即它的盘体是彼此分离的。
通过操作车辆使离合器处于断开模式，车辆的回转质量减少，使得燃油消耗降低。
在实际情况下，车辆的传动轴大概包括一个或两个锥齿轮传动装置，在该传动轴的一端设置有液压盘式离合器，另一端设置有简单的离合器，例如爪式离合器。在断开模式，传动轴两端的离合器必须断开以获得需要的效果。
当AWD(全轮驱动)模式重新开始，离合器必须非常快速地恢复连接状态，在0.4-0.5秒内或更少的时间内。由于几个原因，这样短的时间是很难达到的。
为确保完全断开，离合器的相邻盘体之间的间隙通常大约在0.08-0.10mm之间，以此使得离合器的阻力矩最小化。这意味着所需要的离合器的液压活塞的运动须是重要的。
如果使用泵驱动系统，如在WO 2011/043722中所公开的，在该系统中推动离合器活塞的液压油的供应是通过泵的转速来控制的，在没有过度提升泵的排量三到五倍的情况下要使得离合器的活塞获得所需要的快速的和长的运动是非常困难的。
另一个要解决的问题是在连接程序中加速的扭矩是低的(通常是最大AWD扭矩的5-10％)，但须是准确的。因为在AWD模式中，扭矩的准确性主要与最大扭矩(压力)成比例，在低的扭矩范围内，误差率会高。
在没有创造性的措施的情况下，在泵驱动系统中该第二个问题是不容易解决的。
发明内容
因此本发明涉及一种在AWD车辆中快速接合断开的液压盘式离合器的方法，解决现有技术中存在的问题。
根据本发明，该方法的特征在于，液压缸中的有效活塞面积在连接过程中减少。
在一个实施方式中，这可以通过允许液压油流至液压缸中工作活塞的两侧来实现，使活塞杆的面积为有效面积。
在连接过程中，必须允许液压油从活塞的活塞杆一侧流至活塞的另一侧。为获取最大效率，优选在活塞中采用至少一个单向阀。
在另一个实施方式中，有效活塞面积的减少通过允许液压油只流至具有较小活塞面积的辅助活塞，辅助活塞与具有较大活塞面积的工作活塞连接。
根据本发明的方法尤其适应于盘式离合器为泵驱动系统的一部分的情况，该泵驱动系统与储能器系统对立。
在AWD模式，为在正常操作中冷却和润滑盘式离合器中的盘组件，可使用重力润滑系统，该重力润滑系统中，油液在重力的作用下从侧储存器进入到离合器的壳体，并通过离合器的旋转部件产生的力回到侧储存器。在断开模式，油液的供给断开以减少阻力影响。根据本发明，冷却润滑油液在连接过程中又允许进入离合器的盘组件中。
本发明还涉及一种用于AWD车辆中的液压盘式离合器，盘式离合器具有用于驱动的液压缸。
根据本发明，离合器设置有在连接过程中用于减少液压缸中有效活塞面积的装置。
在第一实施方式中，离合器可设置有在断开的离合器的连接过程中用于允许液压油流至液压缸中工作活塞两侧的装置，从而使得活塞杆的面积为所述有效活塞面积。
主液压管路可通向活塞的前侧，然而从主液压管路分支的液压管路可通向活塞的活塞杆一侧，且为控制液压流量可设置有二位三通电磁换向阀。
为获得高效率而具有较小的损失的解决方案，活塞可设置有至少一个单向阀以允许在连接过程中液压油从活塞杆一侧流过。
在第二实施方式中，具有较小活塞面积的辅助活塞与具有较大活塞面积的工作活塞连接，设置有在连接过程中允许油液在压力作用下仅流向辅助活塞的装置。
优选地，来自冷却和润滑油的液压侧储存器的液压管路设置有截止阀，该截止阀在连接过程中通过驱动流向离合器的液压而打开，使得冷却和润滑油液供至离合器的盘组件。
附图说明
下面会结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图1是第一实施方式中AWD车辆的具有断开的离合器的后桥结构的示意图，
图2是第二实施方式中相应的视图，
图3是根据本发明的第一实施方式中离合器的液压系统图，和
图4为根据本发明的第二实施方式中离合器的液压系统图。
具体实施方式
在本领域，AWD(All Wheel Drive，全轮驱动)车辆的驱动系统是众所周知的。在WO2011/043722中公开了典型的实施例，这样的系统包括发动机、具有差速器的前桥、中间轴或万向轴以及具有差速器的后桥。为根据行驶状况使扭矩不仅分配到前桥而且分配到后桥，在后桥的驱动系上，通常在中间轴上或靠近后差速器，设置有电控的湿式盘式离合器。该湿式盘式离合器将在下面作进一步描述。
图1和图2显示了AWD车辆的后桥结构的两个实施方式。
图1显示的第一个实施方式具有中间轴1，后桥2(半桥2A和2B)和湿式盘式离合器4。离合器4在环形齿轮3A和差速器3的壳体之间围绕第一后半桥2A可运转地设置。
图2中显示的第二个实施方式包括同样的部件1-4，但本实施方式中离合器4位于第一后半桥2A，提供与第一实施方式中相同的效果。
当然，在AWD车辆中也可能有其它的实施方式。
当以AWD模式驾驶车辆时，离合器4的作用在别处有描述，例如在所提到的WO2011/043722中。
当希望以FWD(forward Wheel Drive，前轮驱动)模式驱动AWD车辆时，盘式离合器4是断开的，即盘体是分离的以阻止它们之间传递任何扭矩。离合器4可说成处于断开模式。为提高这种分离效果，通常设置在离合器4中的用于润滑和冷却盘体的油液可从该离合器去除。为减少中间驱动轴1的回转质量的加速度以及消除轴承和密封件中的阻力矩，为此可设置离合装置(优选靠近前桥差速器)，以在车辆的FWD模式使得中间轴1停止。
当车辆恢复AWD模式，要求盘式离合器4在0.4-0.5秒内或更短的时间内完全可操作，即使得离合器的盘体彼此结合。
图3是用于驱动或控制盘式离合器4以及用于达到本发明的目的的液压装置的第一个实施方式的总体的说明图。该液压装置的完整的说明可结合WO2011/043722。
离合器4包括通过容纳在液压缸14中的工作的活塞13驱动的盘组件12。活塞13具有活塞杆13’。当活塞13通过液压驱动时，盘组件12的盘体将会彼此接触并建立与盘体所连接的两轴之间的驱动接触。当作用在活塞上的液压减小的时候，压缩形式的复位弹簧15使得活塞13回到其初始位置。
电驱动电机16通过驱动轴18驱动伺服泵17，该驱动轴18还驱动离心调整器19。离心调整器19的位置控制压力溢流阀20的位置以及流经压力溢流阀20的流体。
液压驱动系统的液压油容纳在储存器21中。液压油通过液压管路22进入到泵17中，并从泵17通过主液压管路23输送至液压缸14。依靠离心调整器19以及压力溢流阀20的位置，一部分(有时全部)的液压流体经过液压管路24，经过溢流阀20回到储存器21。结果是输送至液压缸14的驱动液压由离心调整器19控制。
通过设置压力溢流阀20，使得多余的油溢流至储存器21，驱动电机16持续运行，以此在需要时具有非常短的反应时间在系统中建立压力，由于它一直运行，因此较少的能量用于加速旋转部分。
在正常操作状态下，当不需要离合器4接合时，驱动电机16以低于压力溢流阀20关闭时的旋转速度运行。当需要离合器4接合时，即为驱动活塞13时，对驱动电机16施加高电流/电压。驱动轴18的速度增加，借此溢流阀20会通过离心调整器19关闭。相反地，如果电机驱动轴18的旋转速度下降，溢流阀20将会打开。
这种系统可称为泵驱动系统，与储能系统对立。在该系统中，受控驱动压力通过泵产生并输送，而在储能系统中，受控驱动压力从储能器输送，该储能器由泵充能。
当车辆的FWD模式需要完成时，通过驾驶员或者通过车辆的软件，液压缸14的液压降低，使得复位弹簧15通过分离盘组件12来断开离合器4。
如已经描述的，离合器4的操作情况在所描述的断开后应非常快速地恢复，即在0.4-0.5秒内或者更短的时间内。
在如所描述的通常的泵驱动系统中，即使泵的排量相比正常操作需要提升了几倍，在断开后要达到所希望的连接时间是困难的。
根据本发明，低的连接时间的问题是通过如下所述的在连接过程中减少有效活塞面积解决的。
图3显示了用于解决该问题的第一实施方式的装置，图3也引用参考。
二位三通电磁换向阀25设置在液压管路23A，液压管路23A从主液压管路23至液压缸14的位于工作活塞13的后面的封闭区。阀25具有用于图中的向左操作运动的电磁线圈26和用于复位运动的压缩弹簧27。图中，阀25处于在离合器4的AWD操作中设定的正常或闲置位置，电磁线圈26通电以在断开模式之后获取连接模式。在该位置液压油通过管路23输送至活塞13的前侧，但还通过管路23A输送至活塞13的后侧。由于活塞13后侧的活塞杆13’的存在，有效活塞面积大约是正常的AWD操作中活塞13的面积的15％。较小的面积在连接模式需要的液压油的量将大大减少，活塞会更快运动至离合器4中的盘组件12之间的“接合点(kiss point)”。而且调节压力会更高，最大压力的30-80％，相应地，压力/扭矩准确性的比例会如所希望的更高。
在连接模式，活塞13向图中的右侧运动过程中，液压油会从活塞的后侧流至前侧。这是通过图3中管路23和管路23A之间的单向阀28进行的。然而，为使得油流量获得较小的限制，优选地，在活塞13自身设置一个或多个单向阀。
在正常的AWD操作模式或离合器的连接模式，如图3中所示出的情况，活塞13后侧的油未受压。
在向FWD模式或断开模式转变过程中，电磁线圈26通电，阀25处于第二位置，使得油输送至活塞13的后侧，准备切换至连接模式。电机16停止。
油将保持在活塞13的两侧，因为不像图3中所显示的，车辆中阀25的物理设置使油不能通过重力回到储存器21。
在切换至AWD模式或连接模式，电磁线圈26保持通电，电机16开始运行，使得活塞13的两侧产生压差完成快速冲程以用较少的油耗接合离合器。当连接模式建立，电磁线圈26断电。
图示的离合器4可设置有重力润滑系统。为冷却和润滑离合器4的盘组件12，在操作过程中液压油可通过重力从液压侧储存器29经过管路30输送。通过离合器4中旋转部件产生的力，油会通过管路31回到侧储存器29。为减少离合器中油的阻力矩，可在管路30上设置截止阀32以在离合器4的断开模式切断油从管路30的供给。阀32通过管路23并经过管路33的液压以及复位弹簧34操作。
图4显示了根据本发明的离合器的第二个实施方式。
基本的泵驱动系统与图3中结合描述的相同。
如图4所示，离合器4具有通过液压缸14中的工作活塞13驱动的盘组件12，工作活塞13具有活塞杆13’和复位弹簧15。进一步显示了电机16、伺服泵17、驱动轴18、离心调整器19、压力溢流阀20、储存器21和液压管路22-24。
泵驱动系统的作用如上结合图3的描述。
如图4中用液压符号所示出的，显示了辅助活塞40与工作活塞13连接，辅助活塞40的活塞面积比工作活塞13的活塞面积小很多。实际上，第二实施方式中的工作活塞13和辅助活塞40可一起形成环形阶梯活塞。
辅助活塞40通过液压管路41中的油液移动，液压管路41与液压管路23的压力相同。
进一步的，液压管路23上有二位三通电磁换向阀42，该阀42通常通过压缩弹簧43保持在图4所示的位置，但通过电磁线圈44可转换至第二位置。
当图4中所示的设置从AWD模式或连接模式转换至FWD模式或断开模式，电机16停止，油液将保持在较小的活塞40，而较大的活塞13的油液变得无压力。
当设置回到AWD模式或连接模式，电机16开始运转，电磁线圈44通电。较小的活塞40通过流经管路41的液压移动(图中所示向右)，然而来自储存器21中的油液进入较大的活塞13的区域，然后电磁线圈断电。
如图3中的第一实施方式中的有关描述，根据图4的第二实施方式中设置有重力润滑系统，该重力润滑系统包括部件29-34。
在所附的权利要求的范围内可以做出修改。

Claims (17)

1.一种快速连接或接合AWD车辆中断开的液压盘式离合器的方法，所述方法包括：
提供液压缸和位于所述液压缸中的活塞以驱动盘式离合器；
将第一液压管路通向所述活塞的前侧；
从所述第一液压管路分支出第二液压管路，并且将所述第二液压管路通向所述活塞的活塞杆一侧；以及
通过所述第一液压管路向所述活塞的前侧提供液压油并且通过所述第二液压管路向所述活塞的活塞杆一侧提供液压油，以使得所述液压缸中的有效活塞面积在连接过程中减小。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，允许所述液压油通过二位三通电磁换向阀流至所述活塞的活塞杆一侧。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述连接过程中，允许所述液压油从所述活塞的活塞杆一侧流过所述活塞上的至少一个单向阀。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液压盘式离合器是泵驱动系统的一部分。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，允许冷却润滑油在连接过程中流至所述液压盘式离合器的盘组件中。
6.一种快速连接或接合AWD车辆中断开的液压盘式离合器的方法，所述方法包括：
提供液压缸和位于所述液压缸中的具有第一活塞面积的第一活塞以驱动盘式离合器；
将具有第二活塞面积的第二活塞连接至所述第一活塞，所述第二活塞面积小于所述第一活塞面积；
将第一液压管路从储存器通向所述第二活塞的活塞杆一侧；
将第二液压管路从所述储存器通向所述第二活塞的前侧；以及
通过所述第二液压管路向所述第一活塞的前侧提供液压油，以使得有效活塞面积在连接过程中减小。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，允许液压油通过二位三通电磁换向阀而流出所述第一活塞。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述液压盘式离合器是泵驱动系统的一部分。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述连接过程中，允许冷却润滑油流至所述液压盘式离合器的盘组件。
10.一种用于AWD车辆的液压盘式离合器，该液压盘式离合器具有用于驱动盘组件的液压缸，其特征在于，所述液压盘式离合器设置有在连接过程中用于减少所述液压缸中的有效活塞面积的装置。
11.根据权利要求10所述的液压盘式离合器，该液压盘式离合器包括在断开的离合器的连接过程中用于允许液压油流至所述液压缸中工作活塞两侧的装置，从而使得活塞杆的面积为所述有效活塞面积。
12.根据权利要求11所述的液压盘式离合器，其中，主液压管路通向工作活塞的前侧，而从主液压管路分支的液压管路通向活塞的活塞杆一侧并包括二位三通电磁换向阀。
13.根据权利要求11所述的液压盘式离合器，其中，所述工作活塞设置有至少一个单向阀，以允许液压油在连接过程中从活塞杆一侧流过。
14.根据权利要求10所述的液压盘式离合器，其中，具有较小活塞面积的辅助活塞与具有较大活塞面积的工作活塞连接，设置有在连接过程中允许油液在压力作用下仅流向辅助活塞的装置。
15.根据权利要求14所述的液压盘式离合器，其中，设置有二位三通换向阀，以允许在所述工作活塞的油液无压力。
16.根据权利要求10所述的液压盘式离合器，其中，所述液压盘式离合器是泵驱动系统的一部分。
17.根据权利要求10所述的液压盘式离合器，其中，来自冷却润滑油的液压侧储存器的液压管路设置有截止阀，该截止阀在连接过程中通过驱动流向所述液压盘式离合器的液压而打开，使得冷却润滑油供应至所述液压盘式离合器的盘组件。
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