CN105465351A - 锁止式差速器控制 - Google Patents

Abstract

一种锁止式差速器，包括牙嵌式离合器，牙嵌式离合器构造成响应于由线圈中的电流产生的磁力选择性地将行星齿轮架连接至车轴。操作差速器的方法用于避免会潜在地损坏牙嵌式离合器的失败的接合尝试。如果驾驶员命令锁定部件接合在差速器加速时，控制器等待命令牙嵌式离合器接合直至差速器转速减小到阈值以下。控制器测量或推断差速器流体的温度并且在温度较低时将阈值调节到更高值。

Description

锁止式差速器控制

技术领域

本公开涉及车辆控制领域。更具体地，本公开涉及锁止式差速器控制。

背景技术

当车辆转弯时，在车辆一侧的车轮必须比在车辆另一侧的车轮行驶得更远。为了适应上述情况，许多车辆使用差速器，在车轴之间允许速度差时差速器把来自变速器输出的动力在左侧和右侧车轴之间的分离。输送到每个车轴的扭矩是大致相等的。当车辆遭遇恶劣的路况时，差速器的表现可能是不利的。如果其中一个车轮失去牵引力，那么施加在该车轮上的扭矩会快速地减小。尽管相对的车轮仍然具有可接受的牵引力，但是扭矩平衡效果减小了施加在相对车轮上的扭矩。为了弥补此缺点，一些车辆配备有锁止式差速器，该锁止式差速器选择性地锁定左侧车轴或右侧车轴，使得它们一致地旋转。当在锁定情况下时，差速器不允许速度差别，但是也不平衡扭矩。锁定部件只针对具有有限牵引力的路况被通常地接合。在这种情况中，轻微的轮胎滑转调节在转弯期间车轮行驶的距离中的差别。锁定部件可响应于直接的驾驶员指令而被接合。

发明内容

一种锁止式差速器包括输入轴、第一和第二输出轴、构造成将来自输入轴的的动力分配至输出轴并且限制轴的转速的传动装置、构造成将第一输出轴可操作地且可选择性地连接至第二输出轴的离合器、以及控制器。控制器被编程为响应于差速器流体的温度的变化调节阈值以及响应于锁定指令在测量出的差速器转速超过阈值时等待直至转速差减少到阈值以下并且然后命令离合器接合。输入轴可为传动轴并且第一和第二输出轴可分别为左车轴和右车轴。

控制锁止式差速器的方法包括周期性地测量第一输出轴与第二输出轴之间的转速差以及通过等待响应于锁定指令直至转速差减小到阈值以下并且然后命令锁止式离合器接合。该方法进一步包括响应于差速器中的流体的温度的变化调节阈值。可使用温度传感器测量流体的温度。可替代地，可基于环境温度、保温时间和车速历史推断流体温度。如另一可替代地，可通过周期性地测量变速器流体的温度来推断流体温度并且基于变速器流体的温度推断差速器流体的温度。

附图说明

图1是车辆动力传动系统的示意图。

图2是锁止式差速器的示意图。

图3是控制图2的锁止式差速器的方法的流程图。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是实例并且其他实施例能够采取不同的和可替代的形式。附图不是必要地按尺寸绘制；一些部件能够被放大或缩小以展示特定部件的细节。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性的细节不被解释为具有限制性，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员多方面地实施本发明的代表性基础。本领域的技术人员将会理解，参考任意一个附图所示出和描述的多种部件能够与一个或更多个其它附图中示出的部件组合，以产生未明确示出和描述的实施例。示出的部件的组合为典型的应用提供代表性的实施例。然而，与本公开的教导相一致的部件的多种组合和修改对于特定的应用和实施是被期望的。

图1示出了四轮驱动动力传动系统和传动系构造的实例。实线表示机械动力的流动。虚线表示信息信号的流动。动力由发动机10提供。变速器12调节转速和扭矩以适合当前的车辆需要。发动机10和变速器12可响应来自动力传动系统控制器14的信号。分动箱16在后传动轴18与前传动轴20之间划分动力。后差速器22在分别驱动左后车轮28和右后车轮30的左后车轴24与右后车轴26之间划分由后传动轴18输送的动力。类似地，前差速器32在左前车轮34与右前车轮36之间划分由前传动轴20输送的动力。传动系控制器38可调节分动箱16、后差速器22以及前差速器32划分动力的方式。传动系控制器38和动力传动系统控制器14可为单独的通信控制器或可为单个集成的控制器。

图2示出了构造成将来自传动轴18的动力分配到左车轴24和右车轴26的电子锁止式后差速器22。差速器壳体50可固定至车辆结构或可随左车轴和右车轴平移。在任意实施例中，壳体50不相对于车辆旋转。锥形小齿轮52固定至传动轴18并且与锥形环形齿轮54啮合。锥形小齿轮52可物理地偏移以使传动轴18的轴线从车轴24和26的轴线下面经过，建立准双曲面齿轮关系。锥形环形齿轮54固定至行星齿轮架56。锥形行星齿轮58被支撑用于绕固定至行星齿轮架56的销60旋转。锥形左侧齿轮62固定至左车轴24并且与每个锥形行星齿轮58啮合。类似地，与左侧齿轮62相同尺寸的锥形右侧齿轮64固定至右车轴26并且与每个锥形行星齿轮58啮合。动力从传动轴18传输至小齿轮52至环形齿轮54以及然后被传输至行星齿轮架56。从行星齿轮架56，动力通过销60传输至行星齿轮58。由销施加在每个行星齿轮58的中心处的力与由左侧齿轮62和右侧齿轮64在齿轮齿上施加的力相互作用。在侧齿轮的齿上的力在左车轴24和右车轴26上产生扭矩。为了平衡在每个行星齿轮上的力，在侧齿轮上的力是相等的。因此，左车轴上的扭矩等于右车轴上的扭矩。当行星齿轮58相对于行星齿轮架旋转时，左车轴和右车轴的转速彼此不同。然而，在所有操作情况中，行星齿轮架的速度等于左车轴和右车轴的中间速度。在图2中示出的锥形齿轮差速器的转速与扭矩关系可通过包括双小行星齿轮组的其他齿轮布置实现。

在车轴之间分配动力以使两个车轴具有相等的扭矩，但是在大部分行车情况中期望潜在地不相等的转速。当车辆在两侧轮胎上都具有良好的牵引力转弯时，允许转弯外侧上的轮胎比转弯内侧上的轮胎旋转得更快。然而，当一个车轮失去牵引力且另一个车轮保持牵引力时这种特性是不被期望的。例如，如果右侧车轮失去牵引力，那么在右侧车轮上的扭矩产生作用仅增加右侧车轮的转速。为了避免右侧轮胎旋转，必须通过减小传动轴扭矩来减小在右车轴上的扭矩，这也减小了引导至左侧车轮的扭矩。尽管左侧车轮仍然具有牵引力，但是差速器不能将可用动力引导至左侧车轮以继续推进车辆。在这种情况中，优选的是在车轴之间分配动力，以使两个车轴具有相等的转速但是潜在地具有不同的扭矩。

通过将车轴直接地彼此连接、通过将两个车轴的其中一个连接至行星齿轮架或通过阻止行星齿轮相对于行星齿轮架旋转，能够强制使两个车轴以相同转速旋转。图2的差速器包括将左侧齿轮62选择性地连接至行星齿轮架56的牙嵌式离合器，其可操作地连接车轴。一组犬齿66固定至与锥形齿轮齿相对的左侧齿轮62。活塞68随行星齿轮架56旋转。活塞68的一部分延伸穿过行星齿轮架56中的孔。当电流供应给固定至壳体50的线圈70时，活塞68被朝向右侧拉动，以使活塞上的齿与左侧齿轮62上的齿66接合。可响应于驾驶员请求由传动系控制器38供应电流。当去除电流时，复位弹簧72驱动活塞返回到左侧。当牙嵌式离合器被接合时，行星齿轮架56、左车轴24以及右车轴26都以相同转速旋转。由环形齿轮54施加在行星齿轮架56上的扭矩通过两个不同的机构传输至车轴。一些扭矩可如以上所述通过销60和侧齿轮传输。这部分扭矩可均等地分配至两个车轴。剩余的扭矩通过牙嵌式离合器从行星齿轮架56仅输送至左侧车轴24。如果右侧车轮失去牵引力，那么几乎所有的扭矩通过牙嵌式离合器输送至左侧车轮。如果左侧车轮失去牵引力，那么通过销和行星齿轮输送至左侧齿轮的扭矩通过牙嵌式离合器循环返回行星齿轮架56，使得几乎所有的扭矩最终被传递至右侧车轮。

尽管图2示出了后差速器22，但是前差速器32可被相似地构造。分动箱16可利用中心差速器在后传动轴18与前传动轴20之间分配动力。尽管在正常情况下扭矩是成比例的，但是可使中心差速器偏置以输送不相等的扭矩至前传动轴和后传动轴。中心差速器还可使用与以上描述的机构类似的锁定部件以转变到相等转速、可变扭矩划分的操作模式。前轮驱动车辆也使用差速器，尽管该差速器可被集成到带有变速器的共同壳体中。在前轮驱动应用中，通常通过链条或非锥形螺旋轴传动齿轮将动力从变速器齿轮传输至差速器行星齿轮架。

尽管图2示出了电磁驱动牙嵌式离合器，但是也可使用其他类型的离合器。离合器以不同于主动接合的不同的连接旋转元件的方式使用摩擦力连接旋转元件。一些实施例可使用双阶式(two-stage)离合器，其中致动器接合具有相对较低扭矩能力的先导离合器，其引起二级离合器的接合以连接旋转部件。在一些实施例中，可通过增加流体压力来使活塞运动从而致动离合器。在一些实施例中，弹簧可将离合器偏置到接合状态并且受控的致动力可将离合器偏置到脱离状态。

差速器壳体50可部分地充满例如准双曲面齿轮润滑油的流体。该流体执行几个功能，这包括提供润滑作用和消散在齿轮接合面产生的热量。当车辆静止时，流体聚集在壳体50的最低部分。当车辆运动时，旋转的齿轮将油分配到主要的接合面。流体粘度基于其温度变化。在非常低的温度中，粘度会非常高。温度传感器76传输表明流体温度的信号至控制器38。

在特定的情况下，线圈70的激活可能产生不足以引起活塞68与齿轮齿66接合的力。当接合失败时，活塞68上的齿轮齿从左侧齿轮62上的齿轮齿66上弹开。这造成齿轮齿的加速磨损，阻碍进一步的接合。在严重的情况下，齿轮齿可能完全折断。除了阻碍往后锁定差速器的能力，金属碎片可被流体携带进入齿轮啮合部分或其他部分造成二次故障。因此，避免失败的接合尝试是重要的。几个因素强烈地影响接合失败的可能性。首先，失败的可能性随行星齿轮架56与左侧齿轮62之间的相对速度的增大而增大。该相对速度与左车轴24和右车轴26之间的称作差速器转速的相对速度成比例。第二，失败的可能性随流体粘性的增加而增大，因为流体必须通过移动活塞的方式推出。这主要在非常低的温度下成为问题。第三，失败的可能性与在线圈70中产生的电流量有关。这继而由有效电池电压与线圈的电阻决定。低电流主要在高温度下成为问题，因为线圈的电阻在高温下增大。

图3是控制锁止式差速器(例如图2中的差速器)以避免失败接合尝试的方法的流程图。该方法响应于差速器锁定部件的驾驶员激活执行，例如通过操作车辆舱室中的控制装置。在80处，控制器测量或估计差速器中的流体的温度。例如，控制器可使用温度传感器76测量温度。可替代地，控制器可使用考虑诸如环境温度、车辆保温时间(车辆熄火的间隔持续时间)以及车辆车轮转速和车轮扭矩历史的因素的热模型维持温度的估计。如其它可替代地，控制器可利用另外的流体(例如变速器流体)的替代温度测量，其中另外流体的温度趋于与差速器流体的温度关联。在82处，控制器计算随差速器流体温度变化的最大差速器转速阈值。例如，控制器可使用如表1的校准查找表。在84处，控制器测量当前差速器转速。例如，可通过防抱死制动系统测量车轮转速并且将车轮转速每隔一定间隔传输至变速器控制器。可替代地，控制器仅在需要时测量车轮转速。在86处，测量出的差速器转速与阈值进行比较。如果当前的差速器转速超过阈值，那么控制器在88处等待并且然后再次检查转速差。例如，控制器可响应于每隔一定间隔的中断来执行程序并且在程序的每个执行期间检查转速差。可替代地，控制器可设定定时器并且响应于由定时器的终止触发的中断再次检查转速差。如果差速器转速小于阈值，那么在90处控制器命令锁止离合器接合并且方法结束。

表1

尽管以上描述了示例性的实施例，但是并不意味着这些实施例描述了由权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的文字是描述性文字而非限制性，并且应当理解在不违背本公开的本精神和范围的情况下可进行多种改变。如前所述，不同实施例的部件可被组合以形成未被详细明确描述和示出的进一步的本发明的实施例。尽管多个实施例能够被描述为提供优势或关于一个或多个期望的特性优选于其他的实施例或现有技术中的实施，但是本领域的技术人员认识到能够折衷一个或多个部件或特性以实现取决于具体的应用和实施的期望的整体系统属性。由此，关于一个或多个特性相比于其他的实施例或现有技术实施不那么期望的所描述的实施例并不在本公开的范围之外，并且对于特定的应用能够是被期望的。

Claims (15)

1.一种控制差速器的方法，所述差速器具有构造成将第一输出轴选择性地且可操作地连接至第二输出轴的离合器，所述方法包括：

周期性地测量所述第一输出轴的转速与所述第二输出轴的转速之间的差；以及

响应于锁定指令在所述差超过阈值时等待直至所述差减小到所述阈值以下并且然后命令所述离合器接合。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于差速器流体的温度的变化调节所述阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括周期性地测量所述差速器流体的温度。

4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括基于环境温度、保温时间和车速历史推断所述差速器流体的温度。

5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

周期性地测量变速器流体的温度；以及

基于所述变速器流体的温度推断所述差速器流体的温度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离合器是牙嵌式离合器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离合器构造成将所述第一输出轴选择性地且直接地连接至差速器行星齿轮架。

8.一种控制锁止式差速器的方法，包括：

周期性地测量第一车轴与第二车轴之间的转速差；

响应于差速器流体的温度的变化调节阈值；以及

响应于锁定指令在所述转速差超过所述阈值时等待直至所述转速差减小到所述阈值以下并且然后命令离合器将所述第一车轴可操作地连接至所述第二车轴。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括周期性地测量所述差速器流体的温度。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括基于环境温度、保温时间和车速历史推断所述差速器流体的温度。

11.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

周期性地测量变速器流体的温度；以及

基于所述变速器流体的温度推断所述差速器流体的温度。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述离合器是牙嵌式离合器。

13.一种锁止式差速器，包括：

输入轴；

第一输出轴和第二输出轴；

传动装置，所述传动装置构造成将来自所述输入轴的动力分配至所述第一输出轴和所述第二输出轴并且构造成限制输入转速与所述第一输出轴的转速和所述第二输出轴的转速的加权平均值成比例；

离合器，所述离合器构造成将所述第一输出轴可操作地且选择性地连接至所述第二输出轴；以及

控制器，所述控制器被编程为

响应于差速器流体的温度的变化调节阈值，以及

响应于锁定指令在所述第一输出轴与所述第二输出轴之间的转速差超过所述阈值时等待直至所述转速差减小到所述阈值以下并且然后命令所述离合器接合。

14.根据权利要求13所述的锁止式差速器，其中，所述离合器是牙嵌式离合器。

15.根据权利要求14所述的锁止式差速器，其中，所述牙嵌式离合器构造成将所述第一输出轴选择性地且直接地连接至差速器行星齿轮架。