CN105593570A - 限滑传动设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及限滑离合器系统和方法。在一个方面，限滑离合器致动系统可以包括由变速驱动装置操作的液压泵，其中该泵配置成在液压线路中生成液压流，该液压线路包括致动离合器的致动支线。该液压线路还可包括用于调节经过液压线路的液压液体流速的流量调节阀，其中该流量调节阀可配置成不管液压线路中的液压压力的量级为何，都防止液压流体流速超过设定最大流速。在操作中，可基于命令压力设定点以及致动支线中测量的压力来控制泵速，并通过在系统压力-泵速曲线的过渡区域操作泵而使得操作成本最小化。

Description

限滑传动设备

相关申请的交叉引用

本发明作为PCT国际专利申请于2014年8月22日提交，并要求2013年8月23日提交的美国临时申请No.61/869,270的优先权，其内容在这里通过引用全文并入。

技术领域

本发明总体上涉及限滑传动离合器。更特别的，本发明涉及用于限滑传动离合器的致动结构。

背景技术

传动离合器用于选择性地旋转连接第一和第二可旋转传动部件。限滑传动离合器是选择性连接第一和第二可旋转传动部件同时允许第一和第二可旋转传动部件之间相对旋转一受限/受控制量的传动离合器。限滑传动离合器的一种应用是在差动器中，这种情况下传动离合器用于限制在差动器中可能发生的旋转滑动。

差动器是桥总成的部件，其用于将扭矩从驱动轴传递到一对输出轴。该驱动轴通过与安装在差动器壳体上的齿圈啮合的锥齿轮的使用驱动该差动器。在汽车应用中，差动器允许安装在桥总成任一端上的轮胎以不同的速度旋转。当车辆改变方向时这是很重要的，因为外轮胎比内轮胎移动更远距离的弧线。因此，外轮胎必须比内轮胎以更大的速度旋转以对更大行程距离进行补偿。该差动器包括齿轮结构，其允许扭矩从驱动轴传递到输出轴，在此期间同时允许输出轴在需要时以不同的速度旋转。

虽然差动器在转弯中是有用的，但它们会让车辆失去牵引力，例如，在雪或泥浆或其他光滑介质中运行时。如果任一驱动轮失去牵引力，其将快速旋转而其他轮根本不旋转。为了克服这种情况，限滑差动器已经被研发为将动力从失去牵引力的轮胎转移到不旋转的轮胎。

限滑差动器已经研发为，其使用与泵流体连通的液压致动离合器以限制差动器的输出轴之间的差动旋转。电磁阀已经用于精确控制提供给离合器的致动压力并通常要求使用电子控制器和阀控制硬件/软件。然而，很多这样的系统要求泵或者与蓄能器一起操作和/或以比通过一个或多个固定的孔的使用在操作期间、在任意给定的时间通常要求的更高的输出水平下操作。如此，这样的系统安装和/或操作起来比较昂贵。

发明内容

公开了一种限滑离合器致动系统和用于控制限滑传动装置中的离合器的致动的方法。在一个方面，该限滑离合器致动系统可包括由变速驱动装置操作的液压泵，其中该泵配置成在包括致动离合器的致动支路的液压线路中生成液体流。该液压线路还可包括用于调节通过液压线路的液压流体流率/流速的流量调节阀，其中该流量调节阀配置成无论液压线路中的液压压力的大小如何，都防止液压流体流率超过设定的最大流率。

在一个方面，该液压线路可具有线性操作区域，在该区域中致动支线中的压力大致与泵的速度成线性关系。该液压线路还可具有非线性操作区域，在该区域中致动支线中的压力与泵的速度成非线性关系。在线性和非线性操作区域之间可存在过渡区域。

还可包括具有控制器的电子控制系统，该控制器配置成从位于致动支线内的压力传感器接收输入信号并配置成向泵变速驱动装置传送输出泵速信号。该电子控制系统可配置成基于命令的压力值和来自压力传感器的输入信号计算输出泵速度信号。该控制系统还可配置成当命令压力值对应于使液压线路处于非线性操作区域的压力时，将输出泵速度信号设定为使液压线路处于过渡区域的速度。

在该方法的一个步骤中，可提供液压泵，其由变速驱动装置操作并配置成在包括致动离合器的致动支线的液压线路中生成液压流。该方法的另一个步骤可提供流量调节阀以调节通过液压线路的液压流体流速，该流量调节阀配置成不管液压线路内的液压压力的量级为何，都防止液压流体流速不超过设定的最大流速。在另一个步骤中，提供包括控制器的电子控制系统，该控制器被配置成从位于致动支线中的压力传感器接收输入信号，并配置成向泵变速驱动装置传送输出泵速度信号。在一个步骤中，可在控制器接收命令压力值和压力传感器输入信号。另一个步骤可基于命令压力值和来自压力传感器的输入信号计算输出泵速度信号，其中当命令压力值对应于将液压线路置于非线性操作区域内的压力时，将输出泵速度信号设定为将液压线路置于过渡区域的速度。然后输出泵速度信号可被发送给变速驱动装置。

下面的说明书中将说明多个额外方面。这些方面可进一步涉及单独的特征以及特征的组合。将可以理解，前面的总体描述和接下来的详细描述仅是示例性和解释性的，并不用于限定本文公开实施例所基于的广泛概念。

附图说明

图1是根据本发明原理的限滑离合器致动系统的示意图。

图2是图1的限滑离合器致动系统的控制系统的一部分的示意图。

图3是图1的限滑离合器致动系统中示出的压力调节器的透视图。

图4是图3中示出的压力调节器的侧剖视图。

图5是图1的限滑离合器致动系统的液压系统操作曲线的图解描述。

图6示出操作图1的限滑离合器致动系统的工艺流程图。

具体实施方式

现在将详细参考附图中示出的本发明的示例方面。在可能的地方，相同的附图标记在所有的附图中用于指代相同的或相似的结构。

离合器致动系统

本发明总体涉及用于控制液压致动传动离合器的操作的方法和系统，该离合器用于限制第一和第二可旋转传动部件(未示出)之间的相对旋转。在一个示例中，该方法和系统可以涉及直接调节/控制(例如，限制)液压流体流速以限制第一和第二传动部件之间允许的旋转速度差异的量。虽然系统内的液压压力随着流速被调节而变化，在一些应用中优选不特别控制压力本身。在这样的情况下，泵速度/流速可为系统的受控参数。将可以理解，上述的基于泵速度/流速的控制策略允许第一和第二传动部件之间的旋转速度差异被有效控制(例如，受限的)，而不要求使用额外昂贵的设备，例如蓄能器系统，且不要求使用具有相关高操作成本的部件，例如一个或多个固定孔口。

如本文图1-6所公开的，示出根据本发明原理的限滑传动装置10和方法。可以理解，虽然该限滑传动装置10可应用于任意类型的、具有离合器70的传动装置，该离合器用于控制两个传动部件之间的相对旋转。如本文所使用，术语“离合器”指使用摩擦控制两个部件之间的相对旋转的任意结构。

图1示意性示出根据本发明原理的限滑传动装置10。一方面，该限滑传动装置10包括由致动结构80致动的离合器组件70(以模型的形式示出)。该限滑传动装置10进一步包括液压流体泵32，其通过液压致动线路34的致动支线35与致动结构80流体连通。流量调节阀42，在后所述，也设置在液压致动线路34中。在操作中，并如下面更详细解释的，液压流体泵32和流量调节阀42可以一起操作以选择性地经由致动结构80接合离合器组件70。

如图所示，致动结构80可包括安装在活塞壳体82中的活塞81。压力腔84可限定在活塞81和活塞壳体82之间。活塞81可沿着纵轴线相对于活塞壳体82移动。当液压流体泵32泵送液压流体通过液压致动线路34时，压力腔84被加压从而引起活塞81沿着其纵轴线朝向离合器组件滑动。在一个实施例中，当活塞81通过压力腔84内的液压压力被压靠在离合器组件上时，摩擦片和耳盘被压紧在一起，这样离合器70被致动。有意义的离合器70制动/启动不会发生，直到压力腔84内的液压压力达到预定水平。

可以理解，限滑离合器装置10配置成允许差动器和第一输出轴之间发生有限数量的相对旋转，同时防止该相对旋转超过预定的速度。在一个实施例中，允许的相对旋转的预定最大量可为约每分钟60转。相对旋转的这个速度适于允许车辆的车轮以不同的速度旋转以适应变向/转弯。比相对旋转预定最大值更大的相对旋转速度表示车轮之一正打滑(例如在冰上或其他滑的介质上)并以高速旋转，而其他车轮由于缺少扭矩已经停止或大大减速。在第二车轮打滑而第一车轮停止的情况下，液压泵32和流量调节阀一起工作，经过致动线路34泵送流体以致动离合器70。在这种情况下，离合器70的致动使增加的扭矩从差动器壳体传递到第一输出轴，从而引起第一输出轴和第一车轮的旋转。在第一车轮打滑而第二车轮停止的情况下，液压泵32泵送且流量调节阀42操作以保证通过致动线路34的流体足够致动离合器70。在这种情况下，离合器70的致动制动或者抵抗第一输出轴相对于差动器壳体的旋转，导致经过差动器壳体和扭矩传递结构传递到第二输出轴的扭矩增加，由此引起了第二输出轴和第一轮的旋转。

具有上述构件的离合器和差动器组件的一个例子在序列号为PCT/US13/35900、名称为“Limited-slipDrivelineApparatus(限滑传动设备)”、申请日为2013年4月10目的PCT专利申请中描述。PCT/US13/35900的全部内容在这里通过引用并入。

参考图3和4，流量调节阀42包括具有外部螺纹122的外部主体120，该外部螺纹可用于例如将流量调节阀42拧到阀安装口内。外部主体120还形成了容纳阀活塞126的阀衬套124。该阀衬套124可具有与封闭端130相对定位的开口端128。阀活塞126可滑动地安装在阀衬套124内并配置成沿着由阀衬套124限定的轴线132相对于外部主体120滑动。阀衬套124可限定处于开口端和闭口端128、130之间的中间位置的多个出口开口134。出口开口134可围绕轴线132周向隔开。阀活塞126可限定纵向延伸穿过阀活塞126的内部通道136。入口开口138(例如固定尺寸的孔口)可限定穿过阀活塞126的一个端部126a，而压力平衡孔140(例如固定尺寸的孔口)可限定通过阀活塞126的相对端部126b。端部126a限定阀活塞126的活塞面127。入口开口138和压力平衡孔140两者均被示为与通道136流体连通。

阀活塞126还限定出位于沿着活塞126的长度的中间位置处的多个出口开口142。该出口开口142围绕轴线132周向间隔开并适于在流量调节阀42处于打开位置时与阀衬套124的出口开口134对齐。弹簧腔144可限定在阀活塞126和阀衬套124的封闭端130之间。压力平衡孔140保证内部通道136和弹簧腔144随着时间的过去而变为压力平衡。弹簧146可安装在腔144内。

阀活塞126的入口开口138可限定流量调节阀42的入口，而出口开口134、142可配合限定出流量调节阀42的可变尺寸出口孔口141。弹簧146将阀活塞126偏压到打开位置(在图4示出)，其中出口开口134、142基本彼此对齐，这样出口孔口141限定了足够大以适应高达阀42的设定最大流速值的流速的孔口尺寸(即流体能够穿过的横截面面积)，而不引起致动线路34中足以导致离合器70的致动的压力增加。设定的最大流速值为阀允许的最大流速，不管液压线路压力多大。设定的最大流速值也可指建立的或预定的最大流速值。

一旦流经流量调节阀42的流量达到流量调节阀42的设定最大流速，流量调节阀42开始调节流量，这样不管阀42上游的液压压力多大，该流量不超过设定的最大流速。阀42通过以受控的方式减小孔口尺寸141而调节流速。当阀42开始调节流量以防止超过设定最大流速时，阀42上游的液压致动线路34内的液压压力达到足够高的水平，从而引起离合器70的有意义的致动。可以理解，由离合器70提供的制动力的量级与液压致动线路34内的压力水平直接相关并取决于它。

随着阀活塞126朝向关闭位置移动(即可变尺寸孔口141关闭的位置)，弹簧146向阀活塞126施加抵制阀活塞126朝向关闭位置移动的弹力。随着阀活塞126朝向衬套124的封闭端130移动，阀活塞126朝向关闭位置移动。随着阀活塞126从打开位置朝向关闭位置移动，孔口141的尺寸减小。在一个实施例中，随着阀活塞126朝向关闭位置移动且弹簧146被压缩，弹簧146可向阀活塞126施加逐渐增加的抵抗弹性载荷。因此，在这样的实施例中，阀活塞126越接近关闭位置，弹簧抵抗阀活塞126朝向关闭位置的移动越大。

当入口开口138上游系统中液压对活塞面127施加压力并迫使阀活塞126抵抗弹簧146的偏压朝向关闭位置，从而减少可变孔口141的尺寸之时发生流量调节。不管入口开口138上游的压力多大，为了防止液压线路34的流速超过阀42的最大流速，阀42控制孔口142的尺寸。在一个实施例中，在流体调节期间，阀活塞126沿着轴线132前后振荡从而以受控的方式重复增加或减小出口孔口141的尺寸，限制通过阀42的流量达到阀的设定最大流速。阀活塞126的移动由弹簧146的弹性力与由施加到阀活塞126的活塞面127的液压流体压力引起的液压力和由弹簧腔144内的液压压力产生的液压力的组合来控制。弹簧146与弹簧腔144内的液压压力配合以迫使阀活塞126朝向打开位置移动。可以了解，压力补偿流量调节阀可具有多种不同的构型。所描述的流量调节阀42仅是可使用的流量调节阀的一个例子，也可使用适于不管液压线路的压力多大都将流量限制到一定流速的其他阀构型。

当安装在差动器内的第一和第二输出轴被促使以不同的速度旋转时，在第一输出轴和差动器壳体之间产生相对旋转。这个相对旋转向控制器200产生信号(之后讨论)，其进而产生信号以接合离合器70。相应的，液压流体泵32通过入口端口38从贮存器36吸取液压流体并进入液压流体泵32的入口150。然后该液压流体流动经过液压流体泵32并从液压流体泵32的出口152朝向压力腔84排出。然后液压线路34内的流体流从压力腔84出发流到流量调节阀42。流体通过入口端口38进入流量调节阀42并通过出口孔口141流出。只要流速在流量调节阀42的设定最大流速之下，弹簧146将流量调节阀42保持在全开位置，流体未经调节地前进通过出口孔口141并通过出口端口40回到贮存器36。在这种情况下，流量调节阀42上游的液压压力(即在压力腔84提供的液压压力)足够低，这样离合器70的有意义的致动不会发生。

当由液压流体泵32产生的流速达到流量调节阀42的设定最大流速时，流量调节阀42开始通过改变孔口141的尺寸调节流量，这样不管线路43内的压力多大，流经流量调节阀42的流量不超过最大设定流速。当流量调节阀42通过限制出口孔口141而调节流量时，液压致动线路34内、阀42上游的液压压力上升，从而将由活塞81提供给离合器70的力增加到有意义的致动/制动发生的水平。以这种方式，增加的液压压力提供了增加的制动作用，其防止第一输出轴和差动器壳体之间的相对旋转速度超过对应于流量调节阀42的设定最大流速的预定值。在一个实施例中，通过流量调节阀42的设定最大流速等于0.25加仑每分钟，第一输出轴和差动器壳体之间的最大相对旋转速度是60转每分钟。

控制系统

参考图1和2，限滑离合器致动系统10包括电子控制器200。该电子控制器200示意性地示出为包括处理器200A和非瞬时存储介质或存储器200B，例如RAM、闪存或硬驱动器。存储器200B用于存储可执行代码、操作参数和来自操作用户界面52的输入，而处理器200A用于执行该代码。控制器200可配置成与车辆操作系统的其他部分交换数据和/或指令(例如输入、输出、设定点等等)，例如通过控制局域网(CAN)。

电子控制器200通常包括至少一些形式的存储器200B。存储器200B的例子包括计算机可读介质。计算机可读介质包括可由处理器200A访问的任意可得到的介质。例如，计算机可读介质包括计算机可读存储介质和计算机可读通信介质。

计算机可读存储介质包括可在任意装置中执行的易失、非易失、可移除以及不可移除的介质，这些装置被配置成存储信息，诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。计算机可读存储介质包括，但不限于，随机存取存储器、只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、闪存或其他存储技术、压缩磁盘只读存储器、数字通用磁盘或其他光学存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储设备、或可用于存储所需信息并可由处理器200A访问的任意其他介质。

计算机可读通信介质通常表现为计算机可读指令、数据结构、程序模块，或在调制数据信号诸如载波或其他传输机构中的其他数据，并包括任意信息传输介质。术语“调制数据信号”指这样一种信号，其具有其特征组的一个或多个或以这样的方式变化以编码信号中的信息。举例来说，计算机可读通信介质包括诸如有线网络或直线连接的有线介质，以及诸如声、无线电频率、红外线、和其他无线介质的无线介质。上述任意的组合也包含在计算机可读介质的范围内。

电子控制器200也被示为具有可用于实现限滑离合器致动系统10的操作的若干输入和输出。例如，电子控制器200接收来自致动支线内的压力传感器40的输入。另外，该电子控制器200接收用于压力传感器40的压力设定点。该压力设定点可从车辆控制局域网(CAN)接收或可为控制器200内的设定。控制器200还可配置成生成并向联接到泵32的变速驱动装置38传送输出泵速度信号。如在下面的部分中进一步解释的，控制器200可包括多个电机速度控制逻辑元件(在图2中示出)，其可用于在限滑离合器致动系统10的操作期间执行多个处理步骤。

系统曲线

参考图5，示出了液压线路34的系统操作曲线300，其表现了泵32的速度和液压线路34(包括致动支线35并由流量调节阀42确定)内的压力之间的一般关系。

在一个方面，系统曲线300的特征在于具有三个操作区或区域。在第一区302，限定了非线性操作区域，在该区域中致动支线35内的压力与泵的速度成非线性关系。在这个区域，主要由于流量调节阀42的操作，泵速对系统压力影响很小。如可见，对于所示示例，第一区302一般在泵速大于约1100rpm(系统压力大于约80psi)时存在。在第二区304，限定了一区域，在该区域中致动支线35内的压力明显受泵32的速度影响。第二区304的特征在于大致是线性操作区域，至少相对于第一区302来说。在示出的实施例中，第二区304存在于泵速在约0到1000rpm(转每分钟)之间、系统压力在约0到60psi(磅每平方英寸)之间。第三区306可限定为沿着系统曲线300第一区302过渡到第二区304的大致区域。在所示示例中，第三区306的过渡区域一般发生在泵速在约1000rpm和约1100rpm之间。因为泵压力在第一区302内大体独立于系统流量(即泵速)地稳定，将泵的速度控制在由第三区306限定的速度处或其附近以减小泵32的能量消耗成本是有利的。例如，在这里公开的示例系统中，能量减小可通过将泵速度控制在约1050rpm和约1150rpm之间实现。

操作方法

参考图6，描述了用于控制限滑传动装置10中的离合器的致动的第一方法1000。一方面，第一方法1000在某些操作条件期间通过不在高于所需速度的速度下操作泵而减小泵能量消耗，如下面所述。应当注意到图2示出控制器200的各种马达速度控制逻辑元件，这些元件可以用于执行第一方法1000。

在该方法的一个步骤1002中，可在控制器200处接收命令压力值202。在另一步骤1004中，可在控制器200处接收来自离合器致动支线压力传感器40的压力输入信号204。在步骤1006，可通过从命令压力值202减去压力输入信号204计算压力误差值206。在步骤1008，基于命令压力值202和来自压力传感器40的输入信号204，计算输出泵速度信号208。参考图2，步骤1008还可包括使压力误差值通过死区滤波器210、使用比例-微分控制算法212、基于马达速度饱和极限214限制泵输出速度信号、使用静态积分器控制器(restintegratorcontroller)216、以及使用前馈马达速度指令218。

在步骤1010，可确定命令的压力值202是否对应于使液压线路处于系统曲线300上的非线性区域302的压力。如果不是，可在步骤1014将输出速度信号输出给泵32。如果是，在于步骤1014将输出速度信号传送给泵之前，将输出泵速度信号设定成可在系统曲线300的第三区306或过渡区域内限定的速度处或其附近的速度。

上面的说明提供了一些发明方面如何实践的实施例。可以理解这些发明方面可以不同于那些特别示出的和这里描述的其他方式实践，而不会脱离本申请的发明方面的精神和范围。

Claims (13)

1.一种用于控制限滑传动装置中的离合器的致动的方法，该方法包括下列步骤：

a.提供由变速驱动装置操作的液压泵，该泵配置成在包括致动离合器的致动支线的液压线路内生成液压流；以及

b.提供用于调节通过液压线路的液压流体流率的流量调节阀，该流量调节阀配置成不管液压线路中的液压压力的大小如何，都防止液压流体流率超过设定最大流率；

c.提供包括控制器的电子控制系统，该控制器配置成接收来自位于致动支线内的压力传感器的输入信号并配置成向泵变速驱动装置传送输出泵速度信号；

d.所述液压线路具有：

i.线性操作区域，在该区域中致动支线内的压力大致与泵的速度成线性关系；

ii.非线性操作区域，在该区域中致动支线内的压力与泵的速度成非线性关系；和

iii.线性区域和非线性区域之间的过渡区域；

e.在控制器处接收命令压力值和压力传感器输入信号；

f.基于命令压力值和来自压力传感器的输入信号计算输出泵速度信号，其中当命令压力值对应于使液压线路处于非线性操作区域的压力时，将输出泵速度信号设定为使液压线路处于过渡区域的速度；以及

g.向变速驱动装置传送输出泵速度信号。

2.根据权利要求1的用于控制离合器的致动的方法，其中过渡区域包括在从约1050rpm到约1150rpm范围内的泵速度。

3.根据权利要求1的用于控制离合器的致动的方法，其中计算泵输出速度信号的步骤包括从命令压力值减去压力传感器输入信号以生成压力误差值。

4.根据权利要求3的用于控制离合器的致动的方法，其中计算泵输出速度信号的步骤包括使压力误差值通过死区滤波器。

5.根据权利要求4的用于控制离合器的致动的方法，其中计算泵输出速度信号的步骤包括使用比例-微分控制算法。

6.根据权利要求5的用于控制离合器的致动的方法，其中计算泵输出速度信号的步骤包括基于马达速度饱和极限限制泵输出速度信号。

7.根据权利要求3的用于控制离合器的致动的方法，其中计算泵输出速度信号的步骤包括使用前馈速度指令。

8.根据权利要求1的用于控制离合器的致动的方法，其中流量控制阀是压力补偿流量控制阀，其具有被朝向打开位置弹簧偏压的阀构件。

9.一种限滑离合器致动系统，包括：

a.由变速驱动装置操作的液压泵，该泵配置成在包括致动离合器的致动支线的液压线路内生成液压流；以及

b.用于调节通过液压线路的液压流体流率的流量调节阀，该流量调节阀配置成不管液压线路中的液压压力的大小如何，都防止液压流体流率超过设定最大流率；

c.所述液压线路具有：

i.线性操作区域，在该区域中致动支线内的压力大致与泵的速度成线性关系；

ii.非线性操作区域，在该区域中致动支线内的压力与泵的速度成非线性关系；和

iii.线性操作区域和非线性操作区域之间的过渡区域；

d.包括控制器的电子控制系统，该控制器配置成接收来自位于致动支线内的压力传感器的输入信号并配置成向泵变速驱动装置传送输出泵速度信号，该电子控制系统配置成基于命令压力值和来自压力传感器的输入信号计算输出泵速度信号，并配置成当命令压力值对应于使液压线路处于非线性操作区域的压力时，将输出泵速度信号设定为使液压线路处于过渡区域的速度。

10.根据权利要求9的限滑离合器致动系统，其中过渡区域包括约1050rpm到约1150rpm范围内的泵速度。

11.根据权利要求9的限滑离合器致动系统，其中命令压力值是在控制器内设定的预定变量。

12.根据权利要求9的限滑离合器致动系统，其中命令压力值设定为约400psi。

13.根据权利要求9的限滑离合器致动系统，其中命令压力值是由控制器接收的动态变量。