CN105793094A - 主动差速器和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种主动差速器，用于将由驱动马达(6、13、27)产生的驱动力矩受控地分配到两个输出轴(3、4、10、11)上，该主动差速器包括用于使输出轴(3、4、10、11)与驱动马达(6、13、27)的驱动轴以及分配马达(6、13)的分配轴(19)耦联的行星传动机构(5、12)，其中，驱动力矩到输出轴(3、4、10、11)上的分配与由分配马达(6、13、27)施加的转动力矩相关，分配轴(19)和行星传动机构(5、12)通过离合机构(7、14、17)耦联，所述离合机构仅仅在输出轴(3、4、10、11)转速之间的转速差超过规定的限值时以及在满足与分配马达的运行状态相关的连接条件时将转动力矩从行星传动机构(5、12)传递到分配轴(19)。

Description

主动差速器和机动车
技术领域
本发明涉及一种主动差速器，用于将由驱动马达产生的驱动力矩受控地分配到两个输出轴上，该主动差速器包括用于使输出轴与驱动马达的驱动轴以及分配马达的分配轴耦联的行星传动机构，其中，驱动力矩到输出轴上的分配与由分配马达施加的转动力矩相关。
背景技术
主动差速器被用于将驱动力矩分配到多个、尤其两个输出轴上。所述差速器在此实现：所述两个输出轴具有不同的转动速度。如果所述差速器在没有额外的分配马达的或者完全或部分地锁止所述差速器的情况下被运行，那么相同的转动力矩被传递到两个输出轴上。对差速器的主动干预依赖于另外的、引入的转动力矩而使对输出轴的转动力矩分配作出改变，该主动干预允许转动力矩的灵活分配。
主动差速器尤其在机动车中被用于分配驱动马达的驱动力矩到机动车的待驱动的轮上。在机动车领域(Kraftfahrzeugsegment)中，这样的主动差速器的使用常常被称作“扭矩控制”(torquevectoring)或者“主动横摆”(activeyaw)。主动差速器在机动车中的使用尤其允许主动地影响所述机动车的偏转角度，因为通过所述主动差速器，在各个轮处的转动力矩以及由此在相应的轮处传递到道路上的力能够分开地被控制或者得到匹配。
在主动差速器的情况下，输出轴之间自身非常小的转速差引起分配轴的以及由此分配马达的旋转。因为，一般地应该使用相对小地尺寸设计的马达作为分配马达，所以在此一般地在输出轴的转速差和分配轴之间设置有变速比，用以利用相对小地尺寸设计的分配马达能够生成输出轴之间大的转动力矩差别。因此，输出轴之间已经较低的转速差能够引起分配马达以中等的转速持续地旋转。这会导致蓄电池以较低的电流持续地充电和放电、额外的机械的负载以及尤其周期性功率电子设备的不均匀负载。由此，主动差速器的不仅电构件、而且机械构件在转速差最小时已经被加载。
尤其在机动车中使用主动差速器时，这样的负载然而会在长的时间段上出现，例如当机动车的轮胎不均匀地磨损并且由此在行驶运行中始终在与轮胎耦联的输出轴之间存在较低的转速差时或者当重量转移在机动车中是不均匀的时是这样。即使非常小的转向运动、如其由驾驶者一般地常常实施地那样，也会导致主动差速器的持续的负载。
发明内容
由此，本发明基于以下的任务，提供一种主动差速器：在低负载下，输出轴之间的较小转速差造成的、主动差速器的电构件和机械构件的负载较低。
根据本发明，该任务通过开头提到的类型的主动差速器得到解决，其中，分配轴和行星传动机构通过离合机构耦联，所述离合机构仅仅在输出轴转速之间的转速差超过规定的限值时以及在满足与分配马达的运行状态相关的连接条件时将转动力矩从行星传动机构传递到分配轴。
本发明基于如下的构思，即开始说明的由输出轴之间较小的转速差到分配马达上的传递是不利的并且因此有利的是，转动力矩传递至少在朝向分配马达的方向上与转速相关地得到阻止。在此，在最简单的情况下，当输出轴的转速之间的转速差低于规定的限值时，离合机构能够使分配轴完全与行星传动机构脱耦。这尤其是可行的，因为分配轴在耦联的状态下以如下的转速进行旋转，转速相应于输出轴之间转速差与变速比因子的乘积。分配轴自身在耦联的状态下的转速或者使行星传动机构与离合机构耦联的轴的转速由此能够被理解为与转速差成比例的量。因此，与转速差的相关性也可以被看作与该成比例的转速的相关性。在最简单的情况下，离合机构可以通过如下的离合器构造，其在规定的最低转速的情况下才联接待联接的元件，其例如被构造为相应构造的离心力式离合器。当然也可行的是，转速差或与转速差成比例的转速通过传感器测量，借助于电路或者控制装置将其与限值进行比较并且能够控制的、尤其能够电控的离合机构相应地被控制。
在此应该可行的是，当输出轴之间的转速差较小时，也通过施加来自分配马达的转动力矩来控制主动差速器。由此，例如在机动车中使用差速器时可行的是，在开动或者停在山上时或者在通过障碍物、如路缘石或者类似物时应该有目的地将更高的转动力矩传递到其中一个车轮上，用以克服障碍物或者用以平衡不是完全水平的街道走向，但是机动车的车轮和由此输出轴却以一致的或者几乎一致的转速转动。然而，为了通过分配马达的转动力矩控制差速器，转动力矩必须从分配轴被传递到行星传动机构上。然而，在此反力矩也从行星传动机构传递到分配轴上。因此，有利的是：离合机构根据本发明在满足与分配马达的运行状态相关的连接条件时与转速不相关地将转动力矩从行星传动机构传递到分配轴上。连接条件在此尤其可以评估分配马达的通电和/或为生成转动力矩而对分配马达进行的控制。
如果涉及的是能被控制装置控制的离合机构，以上情况是简单可行的。但当转动力矩应该被有目的地传递时，控制装置能够控制离合机构原则上用于耦联行星传动机构与分配轴。然而原则上也可行的是，离合机构机械地如下地构造，使得即使在低于转速差(限值)的情况下在运行分配马达以产生转动力矩时也可以在分配轴和行星传动机构之间进行转动力矩传递。
离合机构尤其可以是离心力式离合器或者包括离心力式离合器。离心力式离合器可以容易地如下地构造，使得行星传动机构和分配轴之间的耦联刚好在行星传动机构的或者行星传动机构和离合机构之间的连接轴的规定的转速被超过时实现。因为连接轴的转速与输出轴转速之间的转速差成比例，所以可以使用离心力式离合器，用以在超过规定的转速差时才使行星传动机构与分配轴耦联。
替代地，离合机构可以是粘性离合器或者包括粘性离合器。粘性离合器在此可以从规定的最低转速开始具有限定的力矩连接并且在转速较小时不传递转动力矩或者仅仅传递最小的转动力矩。由此，以上关于离心力式离合器的描述对于粘性离合器也适用。
在此有利的是，离合机构包括锁止装置，离合机构被构造用于在锁止装置被激活的情况下与转速无关地将转动力矩从行星传动机构传递到分配轴上并且从分配轴传递到行星传动机构上。在此，差速器尤其可以包括控制装置，控制装置被构造用于在满足与分配马达的运行状态相关的连接条件时激活锁止机构。在此，引起锁止机构的激活的运行状态可以尤其是分配马达的通电，其中，特别地规定有电流限值，在逾越电流限值时锁止装置被激活。然而也可行的是，为控制装置提供如下的信息，分配马达的控制也基于这些信息。由此，例如可行的是，车辆系统在控制分配马达以使之产生限定的转动力矩时也提供转动力矩预期值供控制装置支配，从而控制装置能够在控制分配马达用于产生转动力矩时或者在超过规定的由转动力矩预期值的限值时激活锁止装置。
替代地或者补充地也可行的是，锁止装置直接依赖于电信号或者机械过程而被激活。由此例如可行的是，利用马达的通电也给激活锁止装置的磁体通电，或者锁止装置依赖于在离合机构中起作用的转动力矩被激活。
替代地或者补充地，为了使用离合机构的纯机械地依赖于转速差来使行星传动机构和分配轴间的耦联建立或者分离的元件，可行的是：尤其使用离合机构的电控元件。在此有利的是，差速器包括用于检测转速差的传感器和控制装置，其中，离合机构包括联接装置，其在连接状态中将转动力矩从行星传动机构传递到分配轴并且从分配轴传递到行星传动机构，而在分离状态中不传递转动力矩，其中，控制装置被构造用于根据转速差控制联接装置以使之在连接状态和分离状态之间转变。
传感器在此尤其可以布置在如下的轴上，其转速成比例于转速差，尤其布置在分配轴上或者从行星传动机构引导至离合机构的轴上。传感器的和控制装置的使用在此尤其具有如下的优点，即实现了联接装置的非常灵活的控制。利用该灵活的控制，能够尤其容易地实现：即使在转速差较低时也实现转动力矩从分配轴到行星传动机构的传递。此外，在使用控制装置时简单地实现对规定的限值的匹配。在根据本发明的差速器中，从行星传动机构到分配轴上的转动力矩传递尤其在传动轴的转速之间持续的、然而较低的转速差的情况下应该被阻止。然而，尤其在机动车中使用时有利的是，限值可变地构造，因为例如通过轮胎不同地磨损引起的转速差在一定的时间段上会改变。因此，在使用控制装置用于控制离合机构时可能有利的是，规定的限值根据平均转速差的改变在较长的时间上得到匹配。
在此，控制装置尤其可以被构造用于在存在与分配马达的运行状态相关的连接条件时与转速差无关地控制联接装置以使之转变到连接状态中并且保持在连接状态中。连接条件在此尤其可以评估分配马达的运行状态。分配马达的运行状态的评估可以如以上针对激活锁止装置所做的说明那样地实现。
联接装置在此可以以多种多样的方式构造。由此，联接装置可以是磁离合器，其中，磁离合器中的至少一个磁体能够被控制装置控制从而在连接状态和分离状态之间转变。磁离合器可以通过以下方法控制：盘的位置或者磁粉或者磁流体的布置通过磁体的接通改变，从而根据电磁铁的接通，联接装置使分配轴和行星传动机构连接或者分离。通过使用磁离合器能够形成特别简单地构造的能够电控的联接装置。
替代地，联接装置可以包括至少一个离合器执行元件，其能够被控制装置控制从而在连接状态和分离状态之间转变，并且被构造用于使联接装置的至少一个机械的元件运动。根据对主动差速器中离合机构的具体的要求，这样的能够控制的、机械的离合器作为联接装置可能是有利的。在此，离合器执行元件尤其能够使膜片式离合器的膜片运动。
如上所述，在转速较低时尤其当离合机构包括单向离合器时可以仅沿一个方向允许转动力矩传递。因此，离合机构可以至少包括使分配轴和行星传动机构耦联的单向离合器和配属于单向离合器的锁止元件，其中，单向离合器在锁止元件的锁止位置中被锁止并且在锁止元件的打开位置中实现分配轴相对于行星传动机构沿着规定的相对转动方向的自由转动，并且其中，锁止元件的位置与转速差相关。锁止元件的位置在此尤其能够被执行元件改变，其通过控制装置控制。替代地，锁止元件然而也可以机械地如下地构造，根据转速而被置入锁止元件的打开位置或锁止位置。例如可以使用分别具有额外的卡锁器的离心力式离合器或者粘性离合器，从而例如在离心力式离合器分离时实现单向离合器，并且在离心力式离合器连接时沿着两个方向实现转动力矩传递。
因为一般地应该实现转动力矩沿着两个方向从分配马达传递到行星传动机构上，所以在离合器元件中尤其可以设置有两个单向离合器，其具有相反的锁止方向，其中，锁止元件能够分开地、尤其通过控制装置被控制。替代地，锁止元件然而也可以如下地构造以及布置，使得其基于在离合机构中机械地共同作用与转速相关地并且与转动方向相关地被置入锁止位置或打开位置。
此外，本发明涉及包括根据以上说明的实施方式中任一种的差速器的机动车。如开头解释的那样，尤其在使用主动差速器时在机动车中可能的是，车轮之间的以及由此输出轴之间的较低的转速差持续地出现，由此主动差速器的机械构件和电构件被非必要的强烈加载。因此，使用根据本发明的差速器是有利的，其中仅仅在传动轴的转速之间的转速差超过规定的限值时以及在满足与分配马达的运行状态相关的连接条件时，转动力矩从行星传动机构被传递到分配轴上。
在此，输出轴尤其可以各自与机动车的车轮耦联。
附图说明
本发明的另外的优点和细节由接下来的实施例以及配属的附图得出。在此示出：
图1示意性地示出根据本发明的主动差速器的实施例，
图2示意性地示出根据本发明的主动差速器的另外的实施例，
图3示出根据本发明的主动差速器的第三实施例的离合机构，以及
图4示出根据本发明的机动车的实施例。
具体实施方式
图1示出用于将由驱动马达产生的驱动力矩受控制地分配到两个输出轴3、4上的主动差速器1的实施例。驱动马达2和驱动轴到输出轴3、4的耦联通过差速器1的行星传动机构5实现。除了行星传动机构5之外，差速器1包括分配马达6，其中，驱动力矩到输出轴3、4上的分配与通过分配马达6施加的转动力矩相关。分配马达6在此通过分配轴与离合机构7耦联，离合机构又与行星传动机构5耦联。在分配轴通过离合机构7完全与行星传动机构5脱耦时，差速器1具有非锁止的差速器的行为，从而通过驱动马达2产生的转动力矩均匀地被分配到输出轴3和4上。如果来源于分配马达6的分配轴通过离合机构7与行星传动机构5连接，那么分配马达6的转动力矩控制驱动力矩到输出轴3和4上的分配。
在输出轴3和4之间的转速差较大时，离合机构7应该使分配轴与行星传动机构5耦联。然而，如果输出轴3和4的转速之间的转速差较小时，那么离合机构7应该使分配轴至少如下地与行星传动机构5脱耦，使得没有转动力矩会从行星传动机构5传递到分配轴上以及由此传递到分配马达6上。为了实现上述情况，离合机构7如下地构造，使得其仅仅在由输出轴3、4的转速之间的转速差超过规定的限值时并且在分配马达6通电时从行星传动机构5传递转动力矩到分配轴上。在此，得到利用的是，基于输出轴3、4与使行星传动机构5和离合机构7连接的连接轴之间的耦联，连接轴具有如下的转速，该转速对应于输出轴3和4的转速之间的转速差与行星传动机构5的变速比因子相乘的结果。用于输出轴3、4的转速之间的转速差的限值由此对应于用于连接轴的转速的导出的限值。
因为连接轴直接与离合机构7耦联，所以如下的离合机构可以被用作为离合机构7：其引起连接轴与分配轴的与转速相关的离合。离合机构的期望的功能具体地通过以下方法实现：即离合机构是离心力式离合器。离心力式离合器在此如下地构造，即在转速较低时，连接轴不与分配轴耦联，然而在达到一定的最低转速时实现连接轴和分配轴的并且由此行星传动机构5和分配马达6的耦联。在此，在离心力式离合器处额外地设置有磁体，磁体在分配马达6通电时同样地被通电并且在通电时与转速无关地使离心力式离合器接合。
在图1中示出的主动差速器1的一有利的改进方案在图2中示出。主动差速器8在此基本上如在图1中示出的差速器1那样地构造，其中，其与在图1中示出的差速器1的区别在于离合机构14的构造以及传感器15的和控制装置16的额外使用。如在图1中示出的差速器1中那样，在根据图2的实施例中也通过差速器8的行星传动机构12将驱动马达9的驱动力矩分配到输出轴10和11上。在此，分配马达13通过分配轴和离合机构14与行星传动机构12耦联。在行星传动机构12和离合机构14之间此外布置有传感器，传感器检测行星传动机构12和离合机构14之间的连接轴的转速。由传感器15检测的数据被提供给控制装置16支配。控制装置16在此根据通过传感器15检测的转速以及另外的在机动车中存在的数据来控制驱动马达9、分配马达13以及离合机构14。
离合机构14在此构造为磁离合器，其依赖于控制装置16的控制信号使分配轴与行星传动机构12连接或者不连接。控制装置16为了控制离合机构获取由传感器15检测的转速。因为控制装置16也控制分配马达13，所以在控制装置16中也存在关于应该由分配马达13施加的预期转动力矩的信息。离合机构14的控制，即磁离合器的电磁体的通电或者不通电不仅与用于分配马达13的预期转动力矩相关，而且与由传感器15检测的分配轴转速相关地实现。如果分配马达13被控制用以产生预期转动力矩，那么离合机构15始终被控制以使连接轴和分配轴连接。然而，如果分配马达13没有被控制以产生转动力矩，那么离合机构14的控制与由传感器15检测的分配轴转速相关地被实现。如果被检测的转速低于限值或者与限值相同，那么离合机构14被控制用使分配轴与连接轴分离并且由此使行星传动机构12与分配马达13分离。如果转速超过限值，那么离合机构14被控制装置16控制以使连接轴与分配轴连接并且由此使行星传动机构12与分配马达13连接。由此，利用主动差速器8能够不依赖于转速地将转动力矩从分配轴并且由此从分配马达13传递到行星传动机构12，并且由此主动地对驱动马达9的转动力矩到输出轴10、11上的分配产生影响。同时，基于较低的转速差然而转动力矩到分配马达13上的传递被阻止。
在一种替代的、没有被单独示出的主动差速器实施方式中，也可行的是：离合机构如下机械地构造，使得仅仅当连接轴具有一定的最低转速时才进行转动力矩传递，即离合机构例如构造为离心力式离合器，然而补充地在离合机构处设置有锁止装置，锁止装置在激活时导致转动力矩不依赖于转速地从分配轴传递到行星传动机构上。这样的锁止装置可以实施为操作锁止销的执行器。在该情况下，可以放弃额外的传感器，因为离合机构的依赖于转速的控制仅仅通过离合机构的机械的构造实现。离合机构的锁止机构在该情况下刚好在分配马达被控制用于产生转动力矩时能够通过控制装置被激活。由此，主动差速器的与之前参考图2描述的差速器8的相同的功能得到实现。
图3示出用于主动差速器的离合机构的另外的构造可行方案。离合机构17使连接离合机构17和未示出的行星传动机构的连接轴18与连接离合机构17和未示出的分配马达的分配轴19耦联。离合机构17在此包括两个具有分别相反的单向离合器方向的单向离合器20、21。在没有另外的元件的情况下，其实现：连接轴18能够相对于分配轴19始终自由地旋转。因此，单向离合器20、21额外地还包括锁止元件，其在锁止位置中锁止单向离合器并且引起单向离合器的轴沿两个方向的固定的耦联。锁止元件能够分别独立地通过控制装置23由打开位置被置入到锁止位置中，在打开位置中能够沿着为相应的单向离合器20、21规定的转动方向自由地转动，在锁止位置中单向离合器被锁止。如果通过布置在连接轴18上的转速传感器22检测出大于规定限值的转速，那么控制装置23如下地控制锁止元件，使得单向离合器20和21被锁止，即实现了沿着两个方向的转动力矩传递。然而，如果利用传感器22检测的转速低于限值，并且此外来自未示出的分配马达的转动力矩应该传递到未示出的行星传动机构上，那么通过控制装置23如下地控制单向离合器20、21中之一的锁止元件，使得其被置入到打开位置中并且如下地控制单向离合器20、21中另一个的锁止元件，使得其被置入到锁止位置中。由此，实现了沿着规定的转动方向从分配马达到行星传动机构上的转动力矩传递，但是即使在使分配马达用于分配驱动马达的转动力矩到输出轴上时输出轴之间较低的转速差也能够至少沿着一个转动方向被过滤。
图4示出包括主动差速器的机动车的实施例。机动车24具有后轮驱动机构，其中，后轮25、26由驱动马达27运行。由驱动马达27提供的驱动力矩到轮25、26上的分配通过主动差速器28实现。主动差速器28相应于在图1中示出的差速器1构造。替代地，差速器28的相应于在图2中示出的差速器8的或者根据其它解释的实施方式之一的构造当然也会是可行的。

Claims (12)

1.主动差速器，用于将由驱动马达(6、13、27)产生的驱动力矩受控地分配到两个输出轴(3、4、10、11)上，该主动差速器包括用于使输出轴(3、4、10、11)与驱动马达(6、13、27)的驱动轴以及分配马达(6、13)的分配轴(19)耦联的行星传动机构(5、12)，其中，向输出轴(3、4、10、11)的驱动力矩分配与由分配马达(6、13、27)施加的转动力矩相关，其特征在于，分配轴(19)和行星传动机构(5、12)通过离合机构(7、14、17)耦联，所述离合机构仅仅在输出轴(3、4、10、11)转速之间的转速差超过规定的限值时以及在满足与分配马达的运行状态相关的连接条件时将转动力矩从行星传动机构(5、12)传递到分配轴(19)。
2.按权利要求1所述的差速器，其特征在于，所述离合机构(7、14、17)是离心力式离合器或者包括离心力式离合器。
3.按权利要求1所述的差速器，其特征在于，所述离合机构(7、14、17)是粘性离合器或者包括粘性离合器。
4.按前述权利要求中任一项所述的差速器，其特征在于，所述离合机构(7、14、17)包括锁止装置，其中，所述离合机构(7、14、17)被构造用于在锁止装置被激活的情况下与转速无关地将转动力矩从行星传动机构(5、12)传递到分配轴(19)并且从分配轴(19)传递到行星传动机构(5、12)。
5.按权利要求4所述的差速器，其特征在于，差速器(1、8)包括控制装置(4、16、23)，所述控制装置被构造用于在与分配马达(6、13)的运行状态相关的连接条件得到满足时激活锁止装置。
6.按权利要求1所述的差速器，其特征在于，差速器(1、8)包括用于检测转速差的传感器(15、22)和控制装置(4、16、23)，离合机构(7、14、17)包括联接装置，所述联接装置在连接状态下将转动力矩从行星传动机构(5、12)传递到分配轴(19)并且从分配轴(19)传递到行星传动机构(5、12)，而所述联接装置在分离状态下不传递转动力矩，其中，所述控制装置(4、16、23)被构造用于：根据转速差来控制联接装置以使之在连接状态和分离状态之间转变。
7.按权利要求6所述的差速器，其特征在于，控制装置(4、16、23)被构造用于：在存在与分配马达(6、13)的运行状态相关的连接条件时，与转速差无关地控制联接装置以使之转变到连接状态并且保持在所述连接状态中。
8.按权利要求6或7所述的差速器，其特征在于，所述联接装置是磁离合器，其中，所述磁离合器中的至少一个磁体能够被控制装置(4、16、23)控制从而在连接状态和分离状态之间转变。
9.按权利要求6或7所述的差速器，其特征在于，所述联接装置包括至少一个离合器执行元件，所述离合器执行元件能够被控制装置(4、16、23)控制从而在连接状态和分离状态之间转变，离合器执行元件被构造用于使联接装置的至少一个机械元件运动。
10.按权利要求1所述的差速器，其特征在于，离合机构(7、14、17)至少包括使分配轴(19)和行星传动机构(5、12)耦联的单向离合器(20、21)和配属于单向离合器(20、21)的锁止元件，所述单向离合器(20、21)在锁止元件的锁止位置中被锁止，而在锁止元件的打开位置中实现分配轴(19)相对于行星传动机构(5、12)沿规定的相对转动方向的自由转动，锁止元件的位置与转速差相关。
11.机动车，其特征在于，所述机动车包括按前述的权利要求中任一项所述的差速器(1、8、28)。
12.按权利要求11所述的机动车，其特征在于，输出轴(2、4、10、11)各自与机动车(24)的车轮(25、26)耦联。
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