CN107000587A - 集成式电子驱动单元 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个示例构造的集成式电子驱动单元包括差速器、第一半轴、第二半轴和二级动力系统。差速器包括被固定成与差速器壳体同时旋转的环形齿轮。差速器具有可旋转地安装在差速器壳体上并与第一和第二侧齿轮啮合的多个小齿轮。第一半轴与第一侧齿轮联接。第二半轴与第二侧齿轮联接。二级动力系统能选择性地与第一半轴和第二半轴中的至少一者接合。集成式电子驱动单元能以开放差速器模式、制动模式、电动车辆起动模式和转矩矢量控制模式操作。

Description

集成式电子驱动单元

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年10月15日提交的美国专利申请No.62/064,005的优先权。上述申请的公开内容通过引用的方式并入本申请中。

技术领域

本发明总体上涉及差速器组件，更具体地涉及一种电子限滑差速器。

背景技术

差速器设置在车辆上以在转弯期间当内外驱动轮继续从发动机接收动力时允许外驱动轮比内驱动轮旋转得快。虽然差速器在转弯时很有用，但它们可使车辆例如在雪地或淤泥或其它光滑介质中失去牵引。如果驱动轮中的任一个失去牵引，该驱动轮将会高速空转而另一个驱动轮可能完全不旋转。为了避免这种状况，开发了限滑差速器以将动力从已经失去牵引且正在空转的驱动轮切换到没有在旋转的驱动轮。通常，在差速器的侧齿轮和差速器的齿轮箱的相邻表面之间会配置有离合器组件。离合器组件可操作成用以限制齿轮箱和侧齿轮之前的相对转动。此外，常常希望施加转矩矢量控制(torque vectoring)，其中被引向驱动轮的动力发生变化。在混合动力车辆中对施加至车辆的驱动轮的转矩的管理更复杂，其中动力交替地源自内燃发动机和电池组。能提供常开式差速器功能、电子控制式限滑、锁止、转矩矢量控制、再生制动和纯电驱动的一体式终传动单元将代表显著的技术进步。

本文提出的背景技术描述通常是为了示出本发明的内容。既不明确地也不隐含地承认在背景技术部分中所描述的本发明的发明人所作的工作以及在提交申请时还不能作为现有技术的说明书的各方面是针对本发明的现有技术。

发明内容

根据本发明的一个示例构造的集成式电子驱动单元包括差速器、第一半轴、第二半轴和二级动力系统。差速器包括被固定成与差速器壳体同时旋转的环形齿轮。差速器具有可旋转地安装在差速器壳体上并与第一和第二侧齿轮啮合的多个小齿轮。第一半轴与第一侧齿轮联接。第二半轴与第二侧齿轮联接。二级动力系统能选择性地与第一半轴和第二半轴中的至少一者接合。集成式电子驱动单元能以开放差速器模式、制动模式、电动车辆起动模式和转矩矢量控制模式操作。在制动模式下，车辆动力被引向二级动力系统。在电动车辆起动模式下，车辆动力经差速器被引导到第一和第二半轴并且二级动力系统也被引导到第一和第二半轴中的一者。

根据另外的特征，集成式电子驱动单元包括行星齿轮组，该行星齿轮组具有太阳齿轮、第一和第二行星齿轮和行星齿圈，其中行星齿轮组将差速器和二级动力系统联接。太阳齿轮可环绕第一半轴。太阳齿轮可包括远离差速器延伸的套筒部。差速器壳体可以是第一和第二行星齿轮的行星架。行星齿圈与第一和第二行星齿轮中的至少一者啮合。

根据其它特征，集成式电子驱动单元包括双向离合器，该双向离合器具有定位成选择性地阻止太阳齿轮的旋转的第一离合器组件。双向离合器还包括位于太阳齿轮的套筒部和离合器箱(离合器篮，clutch basket)之间的第二离合器组件。离合器箱可被固定成与第一半轴一起旋转。当第二离合器组件被压缩时，太阳齿轮被锁定在第一半轴上以同时旋转。

根据再另一些特征，集成式电子驱动单元还可包括致动器，该致动器包括杠杆臂、第一止推板、第二止推板和构造成使杠杆臂沿第一方向和第二方向中的一者移动的滚珠丝杠。第一离合器组件在沿第一方向移动时被压缩。第二离合器组件在沿第二方向移动时被压缩。杠杆臂能枢转地移动。二级动力系统包括电池和电动机。在转矩矢量控制模式下，集成式电子驱动单元通过第一和第二半轴中的一者在一个车轮上产生阻力并且提取能量以储存在电池中。

根据另外的特征构造的集成式电子驱动单元包括差速器、第一半轴、第二半轴和二级动力系统。差速器具有可旋转地安装在差速器壳体上并与第一和第二侧齿轮啮合的多个小齿轮。第一半轴与第一车轮相关联并与第一侧齿轮联接。第二半轴与第二车轮相关联并与第二侧齿轮联接。二级动力系统具有电池和电动机。该电动机可选择性地与第一半轴和第二半轴中的至少一者接合。集成式电子驱动单元能以开放差速器模式、制动模式和电动车辆起动模式操作。在开放差速器模式下，车辆动力被引导通过差速器以及第一和第二半轴。在制动模式下，车辆动力被引向电动机。在电动车辆起动模式下，全部车辆动力从差速器和电动机两者被引导到第一和第二半轴。

根据其它特征，集成式电子驱动单元还能以转矩矢量控制模式操作。在转矩矢量控制模式下，集成式电子驱动单元通过第一和第二半轴中的一者在第一和第二车轮中的一者上产生阻力并且提取能量以储存在电池中。集成式电子驱动单元还可包括行星齿轮组，该行星齿轮组具有太阳齿轮、第一和第二行星齿轮以及行星齿圈。行星齿轮组将差速器和电动机联接。太阳齿轮可环绕第一半轴并且包括远离差速器延伸的套筒部。

根据另外的特征，差速器壳体是第一和第二行星齿轮的行星架。行星齿圈与第一和第二行星齿轮中的至少一者啮合。双向离合器包括定位成选择性地阻止太阳齿轮的旋转的第一离合器组件。第二离合器组件位于太阳齿轮的套筒部和离合器箱之间。离合器箱被固定成与第一半轴一起旋转。当第二离合器组件被压缩时，太阳齿轮被锁定在第一半轴上以同时旋转。集成式电子驱动单元还可包括致动器，该致动器包括杠杆臂、第一止推板、第二止推板和构造成使杠杆臂沿第一方向和第二方向中的一者移动的滚珠丝杠。

附图说明

根据详细说明和附图，将更充分地理解本发明，在附图中：

图1A是根据本发明的一个示例构造的集成式电子驱动单元的示意图，其中集成式电子驱动单元正以开放差速器模式操作；

图1B是集成式电子驱动单元以开放差速器模式操作时的从动轮的示意图；

图2A是图1A所示的集成式电子驱动单元的示意图，其中集成式电子驱动单元正以制动模式操作；

图2B是集成式电子驱动单元以制动模式操作时的从动轮的示意图；

图3A是图1A和2A所示的集成式电子驱动单元的示意图，其中集成式电子驱动单元正以电动车辆起动模式操作；

图3B是集成式电子驱动单元正以电动车辆起动模式操作时的从动轮的示意图；

图4A是图1A、2A和3A所示的集成式电子驱动单元的示意图，其中集成式电子驱动单元正以转矩矢量控制、左转模式操作；

图4B是集成式电子驱动单元正以转矩矢量控制、左转模式操作时的从动轮的示意图；

图5A是图1A、2A、3A和4A所示的集成式电子驱动单元的示意图，其中集成式电子驱动单元正以转矩矢量控制、右转模式操作；以及

图5B是集成式电子驱动单元正以转矩矢量控制、右转模式操作时的从动轮的示意图。

具体实施方式

公开了一种集成式电子驱动单元，其可提供全范围的主动转矩管理功能。该集成式电子驱动单元能以通常模式、开放差速器模式、电子控制的限滑模式(eLSD)和转矩矢量控制模式操作。集成式电子驱动单元还可帮助再生制动和纯电驱动起动。集成式电子驱动单元能产生通常驱动、eLSD和转矩矢量控制之间的无缝切换。集成式电子驱动单元的示例可限定螺栓紧固的模块化设计，其对原始设备制造商的影响最低。

参照图1A，集成式电子驱动单元10可包括差速器12、诸如行星齿轮组14的齿轮系、双向离合器16和二级动力系统18。集成式电子驱动单元10可将旋转动力传递到半轴20和22。如图1B所示，半轴20、22可驱动车轮24、26。

差速器12可包括环形齿轮28、壳体30、一个或多个销，诸如销32和34、多个小齿轮，诸如小齿轮36、38。环形齿轮28可由车辆动力源、例如由发动机和驱动轴(未示出)驱动成绕轴线40旋转。环形齿轮28和壳体30可被固定成一起旋转。销32、34可安装在壳体30中并与壳体30和环形齿轮28一起绕轴线40旋转。小齿轮36、38可分别安装在销32、34上以围绕相应的销32、34旋转。小齿轮36、38可与侧齿轮42和44啮合。侧齿轮42可被固定成与半轴20一起旋转并且侧齿轮44可被固定成与半轴22一起旋转。

行星齿轮组14可包括太阳齿轮46、行星齿轮，诸如行星齿轮48和50、以及齿圈52。太阳齿轮46可环绕半轴20。太阳齿轮46可包括远离差速器12延伸的套筒部54。壳体30可以是行星齿轮48和50的行星架。齿圈52可包括指向外部的齿以及与行星齿轮48、50啮合的指向内部的齿。尽管被示出和描述为行星齿轮组，但可使用其它齿轮系构型以联接差速器12和二级动力系统18。

双向离合器16可包括第一离合器组件56、第二离合器组件58和致动器60。第一离合器组件56可位于太阳齿轮46的套筒部54和地面之间。当第一离合器组件56被压缩时，太阳齿轮46可被锁定以防止其旋转。第二离合器组件58可位于太阳齿轮46的套筒部54和离合器箱62之间。离合器箱62可被固定成与半轴20一起旋转。当第二离合器组件58被压缩时，太阳齿轮46可被锁定在半轴20上以同时旋转。

致动器60可包括滚珠丝杠组件64、杠杆臂66、第一止推板68和第二止推板70。滚珠丝杠组件64可操作成使得杠杆臂66沿相反的第一和第二角方向围绕枢转轴线72枢转。滚珠丝杠组件64可包括马达74、轴76和螺母78。马达74可使轴76沿相反的第一和第二旋转方向旋转。马达74可包括内部减速齿轮组和一个或多个速度传感器、电流传感器或两者。螺母78可响应于轴76沿第一旋转方向的旋转而沿第一直线方向移动。螺母78可响应于轴76沿第二旋转方向的旋转而沿与第一直线方向相反的第二直线方向移动。杠杆臂66的远端80可形成部分地围绕轴76和螺母78中的一者的轭部。

在运转中，马达74可使轴76沿第一旋转方向旋转。作为响应，螺母78可沿附图标记为82的直线方向移动。注意，螺母78移行的距离可以很小。杠杆臂66的远端80由此可被驱促围绕枢转轴线72枢转，从而引起向第一止推板68施力。进一步，该力可由第一止推板68传递到离合器组件56，从而锁定太阳齿轮46的套筒部54。

在运转中，马达74也可使轴76沿第二旋转方向旋转。作为响应，螺母78可沿附图标记为84的直线方向移动。注意，螺母78移行的距离可以很小。杠杆臂66的远端80由此可被驱促围绕枢转轴线72枢转，从而引起向第二止推板70施力。进一步，该力可由第二止推板70传递到离合器组件58，从而将太阳齿轮46的套筒部54与半轴20联接以同时旋转。

注意，在本发明的其它示例中，可采用提供双向致动的其它形式的致动器。还应注意，本发明的其它示例中可包括不同于旋转马达的线性致动器和不同于滚珠丝杠组件的力倍增机构。例如，可采用一个或多个泵缸以使杠杆臂66的远端80移动。

二级动力系统18可为电力系统并且可包括电池86和电动机88。电池86和电动机88之间的电连接用90表示。电机轴92可从电动机88延伸。齿轮94可固定在电机轴92上。齿轮94可与齿圈52的指向外部的齿啮合。在本发明的替代示例中，可采用替代形式的二级动力系统，例如具有液压马达和液压蓄能器的液压系统。在本发明的替代示例中，可采用超级电容器作为能量存储装置。电动机88还可结合机械制动装置以使得电动机88在正常驱动期间可用作发动机、发电机、电制动装置或机械制动装置以实现最大效率。

图1A示出正以开放差速器模式操作的集成式电子驱动单元10。来自车辆动力源的动力、或主动力经差速器12和半轴20、22被引导到车轮24、26。行星齿轮48、50可围绕太阳齿轮46公转并且围绕各自的中心轴线自转。太阳齿轮46和齿圈52的任何移动都是空转。两个离合器组件56和58可不被压缩。

图2A示出正以制动模式操作的集成式电子驱动单元10。来自车辆动力源的动力和自转角动量可经差速器12和半轴20、22被引导到车轮24、26。离合器组件56可被压缩并且因此太阳齿轮46可被固定。行星齿轮48、50由壳体30承载并且可围绕太阳齿轮46公转。行星齿轮48、50也可围绕各自的中心轴线自转。行星齿轮48、50可沿第一旋转方向围绕太阳齿轮46公转。由于太阳齿轮46是固定的并且行星齿轮48、50沿第一旋转方向公转，所以齿圈52也可沿第一旋转方向围绕轴线40旋转。齿圈52的指向外部的齿可与齿轮94啮合。齿圈52沿第一旋转方向的旋转可引起齿轮94沿第二旋转方向的旋转。齿轮94、电机轴92、电动机88、电池86和电连接部90可设置成使得齿轮94沿第二旋转方向的旋转可引起电动机88用作发电机并且对电池86充电。

图3A示出正以电动车辆起动模式操作的集成式电子驱动单元10。来自车辆动力源的动力可经差速器12和半轴20、22被引导到车轮24、26。来自二级动力系统16的动力也可被引导到车轮24、26。离合器组件56可被压缩并且因此太阳齿轮46可被固定。电池86可为电动机88提供动力以使齿轮94沿第二旋转方向旋转。齿圈52可通过齿轮94沿第二旋转方向的旋转而被驱动沿第一旋转方向旋转。由于太阳齿轮46是固定的并且齿圈沿第一旋转方向旋转，所以行星齿轮48、50可沿第一旋转方向围绕太阳齿轮46公转。行星齿轮48、50由壳体30承载。因此，行星齿轮48、50的公转经差速器12和半轴20、22向车轮24、26提供旋转动力。

图4A示出正以转矩矢量控制、左转模式操作的集成式电子驱动单元10。在该模式下，集成式电子驱动单元10可经半轴20在车轮24上产生阻力以从半轴20提取能量并且将能量储存在电池86中。这允许车轮26旋转得比车轮24快。离合器组件58可被压缩以将半轴20和套筒部54/太阳齿轮46联接。行星齿轮48、50由壳体30承载。壳体30和半轴20围绕轴线40沿相同的方向、即第一旋转方向旋转。因此，沿第一旋转方向，太阳齿轮46自转并且行星齿轮48、50公转。进一步，齿圈52沿第一旋转方向围绕轴线40旋转。齿圈52的指向外部的齿可与齿轮94啮合。齿圈52沿第一旋转方向的旋转可引起齿轮94沿第二旋转方向的旋转。齿轮94、电机轴92、电动机88、电池86和电连接部90可设置成使得齿轮94沿第二旋转方向的旋转可引起电动机88用作发电机并且对电池86充电。

图5A示出正以转矩矢量控制、右转模式操作的集成式电子驱动单元10。在该模式下，集成式电子驱动单元10可经半轴20向车轮24传递更多转矩。来自车辆动力源的动力可经差速器12和半轴20、22被引导到车轮24、26。来自二级动力系统16的动力也可被引导到车轮24。电池86可为电动机88提供动力以使齿轮94沿第二旋转方向旋转。齿圈52可通过齿轮94沿第二旋转方向的旋转而被驱动沿第一旋转方向旋转。

离合器组件58可被压缩以将半轴20和套筒部54/太阳齿轮46联接。行星齿轮48、50由壳体30承载。壳体30和半轴20围绕轴线40沿相同的方向、即第一旋转方向旋转。因此，沿第一旋转方向，太阳齿轮46自转并且行星齿轮48、50公转。进一步，齿圈52沿第一旋转方向围绕轴线40旋转，这是因为，沿第一旋转方向，太阳齿轮46旋转并且行星齿轮48、50公转。由于电动机88正在经齿轮94驱动齿圈52，所以二级动力系统16正在经行星齿轮组向半轴20传递动力。

出于图示和描述的目的提供了对前述实施例的说明。这并非是要穷举或限制本发明。特定实施例中的单独的元件或特征通常并不限于该特定实施例，而是可互换的并且可用于选定的实施例中(如果可适用的话)，即使未具体示出或描述。所述元件或特征也可以以许多种不同的方式改变。这些改变并不视为偏离本发明，并且所有的这些改动都涵盖在本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种集成式电子驱动单元，包括：

差速器，所述差速器具有被固定成与差速器壳体同时旋转的环形齿轮，所述差速器具有可旋转地安装在所述差速器壳体上并与第一和第二侧齿轮啮合的多个小齿轮；

与所述第一侧齿轮联接的第一半轴；

与所述第二侧齿轮联接的第二半轴；和

能选择性地与所述第一半轴和所述第二半轴中的至少一者接合的二级动力系统；

其中，所述集成式电子驱动单元能以下面的模式操作：(i)开放差速器模式，其中车辆动力被引导通过所述差速器以及所述第一和第二半轴；(ii)制动模式，其中车辆动力被引向所述二级动力系统；(iii)电动车辆起动模式，其中车辆动力经所述差速器被引导到所述第一和第二半轴并且所述二级动力系统也被引向所述第一半轴和第二半轴中的一者；和(iv)转矩矢量控制模式。

2.根据权利要求1所述的集成式电子驱动单元，还包括：

齿轮系，所述齿轮系将所述差速器和所述二级动力系统联接。

3.根据权利要求2所述的集成式电子驱动单元，其中，所述齿轮系包括行星齿轮组，所述行星齿轮组具有太阳齿轮、第一和第二行星齿轮以及行星齿圈，其中所述太阳齿轮环绕所述第一半轴。

4.根据权利要求3所述的集成式电子驱动单元，其中，所述太阳齿轮包括远离所述差速器延伸的套筒部。

5.根据权利要求4所述的集成式电子驱动单元，其中，所述差速器壳体是所述第一和第二行星齿轮的行星架。

6.根据权利要求5所述的集成式电子驱动单元，其中，所述行星齿圈与所述第一和第二行星齿轮中的至少一者啮合。

7.根据权利要求2所述的集成式电子驱动单元，还包括：

双向离合器，所述双向离合器具有定位成选择性地阻止所述太阳齿轮的旋转的第一离合器组件。

8.根据权利要求3所述的集成式电子驱动单元，其中，所述双向离合器还包括：

第二离合器组件，所述第二离合器组件位于太阳齿轮的套筒部和离合器箱之间。

9.根据权利要求8所述的集成式电子驱动单元，其中，所述离合器箱被固定成与所述第一半轴一起旋转，并且其中，当所述第二离合器组件被压缩时，所述太阳齿轮被锁定于所述第一半轴以同时旋转。

10.根据权利要求9所述的集成式电子驱动单元，还包括：

致动器，所述致动器包括：

杠杆臂；

第一止推板；

第二止推板；和

滚珠丝杠，所述滚珠丝杠构造成使所述杠杆臂沿第一方向和第二方向中的一者移动，其中，所述第一离合器组件在所述杠杆臂沿所述第一方向移动时被压缩并且所述第二离合器组件在所述杠杆臂沿所述第二方向移动时被压缩。

11.根据权利要求12所述的集成式电子驱动单元，其中，所述杠杆臂能枢转移动。

12.根据权利要求1所述的集成式电子驱动单元，其中，所述二级动力系统包括电池和电动机，其中，在所述转矩矢量控制模式下，所述集成式电子驱动单元通过所述第一和第二半轴中的一者在一个车轮上产生阻力并且提取能量以储存在所述电池中。

13.一种集成式电子驱动单元，包括：

差速器，所述差速器具有可旋转地安装在所述差速器壳体上并与第一和第二侧齿轮啮合的多个小齿轮；

第一半轴，所述第一半轴与第一车轮相关联并且与所述第一侧齿轮联接；

第二半轴，所述第二半轴与第二车轮相关联并且与所述第二侧齿轮联接；和

二级动力系统，所述二级动力系统具有电池和电动机，所述电动机能选择性地与所述第一和第二半轴中的至少一者接合；

其中，所述集成式电子驱动单元能以下面的模式操作：(i)开放差速器模式，其中车辆动力被引导通过所述差速器以及所述第一和第二半轴；(ii)制动模式，其中车辆动力被引向所述电动机；和(iii)电动车辆起动模式，其中全部车辆动力从所述差速器和所述电动机两者被引导到所述第一和第二半轴。

14.根据权利要求15所述的集成式电子驱动单元，其中，所述集成式电子驱动单元还能以下面的模式操作：(iv)转矩矢量控制模式，其中在所述转矩矢量控制模式下，所述集成式电子驱动单元通过所述第一和第二半轴中的一者在所述第一和第二车轮中的一者上产生阻力并且提取能量以储存在所述电池中。

15.根据权利要求16所述的集成式电子驱动单元，还包括：行星齿轮组，所述行星齿轮组具有太阳齿轮、第一和第二行星齿轮以及行星齿圈，其中所述行星齿轮组将所述差速器和所述电动机联接，并且其中，所述太阳齿轮环绕所述第一半轴并且包括远离所述差速器延伸的套筒部。

16.根据权利要求17所述的集成式电子驱动单元，其中，所述差速器壳体是所述第一和第二行星齿轮的行星架，并且其中，所述行星齿圈与所述第一和第二行星齿轮中的至少一者啮合。

17.根据权利要求18所述的集成式电子驱动单元，还包括：双向离合器，所述双向离合器具有定位成选择性地阻止所述太阳齿轮的旋转的第一离合器组件以及位于所述太阳齿轮的套筒部和离合器箱之间的第二离合器组件，其中，所述离合器箱固定成与所述第一半轴一起旋转，并且其中，当所述第二离合器组件被压缩时，所述太阳齿轮被锁定于所述第一半轴以同时旋转。

18.根据权利要求19所述的集成式电子驱动单元，还包括：致动器，所述致动器包括：

杠杆臂；

第一止推板；

第二止推板；和

滚珠丝杠，所述滚珠丝杠构造成使所述杠杆臂沿第一方向和第二方向中的一者移动，其中，所述第一离合器组件在所述杠杆臂沿所述第一方向移动时被压缩并且所述第二离合器组件在所述杠杆臂沿所述第二方向移动时被压缩。