CN107405998A - 机动车辆的差动单元及用于控制所述差动单元的方法 - Google Patents

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Abstract

为了降低现有技术已知的用于具有第一离合器和第二离合器的无齿轮的离合器控制式差动单元的操作的系统和方法的复杂性以及开发和车辆应用成本，同时不放弃将不同的扭矩分配至离合器的可能性，使由控制变量单元初始产生的控制变量不变地供给至第一离合器，而所述控制变量经过单独控制元件的中间连接供给至第二离合器。在此，第一和第二离合器具有彼此不同的离合器特性。

Description

机动车辆的差动单元及用于控制所述差动单元的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操控机动车辆、特别是乘用车的根据权利要求1的前序部分的无齿轮的、离合器控制式差动单元的系统，并且涉及一种根据权利要求10的前序部分的控制这种差动单元的方法。另外，本发明涉及一种计算机程序载体，所述计算机程序载体使得用于控制这种差动单元的电子控制单元依据根据本发明的方法操控所述差动单元，并且涉及控制单元本身。另外，本发明涉及一种机动车辆、特别是乘用车的无齿轮的离合器控制式(横向)差动单元。
背景技术
这种差动单元及用于其操作的系统和方法例如从EP 2116411 A1或DE 4039391A1已知。在此，分别使用可单独地操控的两个控制阀，以相应地以一定的控制压力特定地操控第一和第二离合器，以便影响将根据驱动状态从相应的离合器传递至相关联的驱动轮的离合器力矩。这些配置使得可将不同的扭矩应用至右驱动单元和左驱动单元，并且在基本上任何可能的驱动情况下，调整轴的两个驱动轮上的期望功率或力矩分布，并且在关键的驱动情况下以校正方式特定地干预。
然而，上述系统和方法中的缺点在于它们的复杂性。它们需要复杂且易于发生故障的硬件和软件，并且需要众多部件。就车辆而言，开发和应用成本很高。此外，如果考虑到这种系统和方法通常设置为用于具有全轮驱动的车辆的可被断开或加入的全轮模块，并且在全轮驱动模式中的实际驱动比例在车辆的使用寿命期间通常非常低，则用于这种系统和方法的开发和应用的成本经常被制造商认为太高且太昂贵。这尤其适用于高端产品以下的车辆和不具有对这种系统的任何特别需求的种类的车辆的制造商，以及由于其预期目的而不对这种系统具有特别需要的车辆类型、例如越野车的制造商。
此外，用于机动车辆的无齿轮的、离合器控制式差动单元的操控系统和操控方法是已知的或者在开发中，在该情况下，两个离合器侧分别始终被供给负责相应的离合器力矩的相同量的控制变量。然而，这种系统具有下述缺点：一个驱动轮不能再被分配与配属于另一驱动轮的可传递的驱动力矩不同的可传递的驱动力矩。不能再实现用于影响主动偏航功能的偏航力矩的特定调整或对于每一侧可单独调节的滑动。在国际专利申请PCT/EP2013/077248或德国公开出版物DE 4021747 A1中描述的这种系统中，因此丧失了具有可单独操控的离合器的无齿轮的、离合器控制式差动单元原理上提供的实质优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一开始提到的类型的差动单元、一种用于操作无齿轮的差动单元的系统和一种用于操作这种差动单元的方法，与已知的系统和方法相比，其与具有可单独操控的侧轴离合器的已知的系统和方法相比复杂性降低，并且尽管如此仍可至少在宽的范围内单独地操控具有不同扭矩或单独侧滑动的两个侧轴离合器。在此，尤其考虑到具有附加式全轮驱动的驱动概念，其中，差动单元可优选地是附加次级轴的一部分。要找到一种方法，通过减少其他方面的技术成本来使复杂的系统和方法“降级”，同时目的在于使所述系统和方法对于高端产品之下的车辆的车辆制造商也是有吸引力的，并不会在该过程中丧失以不同的方式供给两个离合器的可能性。
关于差动单元，该目的通过第一离合器和第二离合器具有彼此不同的离合器特性来实现。关于用于操作这种差动单元的系统和方法，根据本发明，使由控制变量单元提供的控制变量被供给第一离合器，而不具有单独控制元件(位于控制变量单元的下游)的中间连接，由控制变量单元提供的控制变量经过位于控制变量单元的下游的单独控制元件的中间连接被供给至第二离合器。
由控制变量单元提供的控制变量由此被供给至第一离合器，而不具有单独控制元件(位于控制变量单元的下游)的中间连接。作用在第一离合器上的控制变量的量由此在不考虑任何损耗、例如传递损耗的情况下对应于控制变量单元初始提供的控制变量的量。作用在第一离合器的致动机构上的控制变量的量的调整通过借助于合适的控制单元影响控制变量单元来实现。因此，控制变量单元初始产生的控制变量的量经由控制变量单元的借助于控制装置的特定的操控而在第一步骤中可变。
相比之下，第二离合器配有位于控制变量单元下游的单独控制元件。配属于第二离合器的单独控制元件确保由控制变量单元初始提供的控制变量的用于第二离合器的量在第二步骤中附加地可被影响、特别是可减小，并且与第一离合器相比以不同的量、特别是减小得量被供给第二离合器。
这样，两个离合器可利用不同的控制变量的量单独地操控。
上述系统或上述方法简化了现有技术中已知的系统，其使得能够以分别不同的量的控制变量操控两个离合器侧。一方面，至少在一侧可省去单独控制元件、例如压力调节阀。此外，待开发的控制软件不再需要确保两个单独控制元件的单独的操控，从而减少了应用成本和要使用的控制硬件的成本，并且不再需要目前要使用的测量和控制技术的包括所需的硬件、例如缆线或连接件的一部分。同时，与其中两个离合器始终被相同地操控的系统不同，本系统的决定性优势、尤其是实现主动偏航功能在很大程度上被保留。
优选地，使所述控制变量为压力，系统包括作为控制变量单元的尤其是转速调节式液压泵，由控制变量单元确保的控制变量变化直接经由液压泵的转速的变化来实现。由此，经由控制装置可特定地操控的液压泵首先使得可在第一步骤中通过影响泵转速来实现控制变量的(液压的)主要的产生和变化。配属于第二离合器的单独控制元件(压力调节阀)然后在第二步骤中可实现由液压泵初始产生的用于第二离合器的压力的变化(减小)，而由液压泵初始产生的压力(除了任何传递损耗之外)不变地被供给至第一离合器，特别是不具有位于液压泵下游的单独控制元件。
然而，根据实际使用的离合器致动机构，控制变量单元也可以是不同的，即例如提供例如电流、机械力、磁力或气动压力。
由于配属于第二离合器的单独控制元件通常不可增大、而只是减小作用在第二离合器上的控制变量，因此，第一离合器和第二离合器应在其离合器特性方面彼此相匹配，使得当两个离合器被供给相同量的控制变量时，第二离合器与第一离合器相比能够传递更大的离合器力矩。为了调整相同的可传递的驱动力矩，与第一离合器处相比，第二离合器处需要较低的压力。因此，利用仅能够减小由控制变量单元提供的控制变量的量的单独控制元件确保了：通过借助于位于控制变量单元下游的单独控制元件影响控制变量单元，与可配属于第一离合器的可传递的离合器力矩相比更高的和更低的可传递的离合器力矩都可配属于第二离合器。
在上述意义上匹配第一和第二离合器的特性可特别地使第二离合器具有与第一离合器的压力点不同的压力点，特别是与第一离合器的压力点相比较低的压力点。这有助于：当以相同量的控制变量供给第二离合器时，特别是当以低量的控制变量操作离合器时，第二离合器具有比第一离合器的可传递力矩更高的可传递力矩。
对此替代地或附加地，可使第二离合器具有与第一离合器的有效离合器摩擦面积不同的有效离合器摩擦面积，特别是与第一离合器的有效离合器摩擦面积相比较大的有效离合器摩擦面积。当使用盘式摩擦离合器时，这可特别通过不同数量的离合器盘来确保。
此外，相对于上述措施替代地或附加地，可使第二离合器具有与第一离合器的有效离合器直径不同的有效离合器直径，特别是与第一离合器的有效离合器直径相比较大的有效离合器直径。
通过上述措施，确保当第二离合器与第一离合器被供给相同量的控制变量时，第二离合器具有比第一离合器的可传递力矩更高的可传递力矩。然而，供给至第二离合器的控制变量可通过配属于第二离合器的单独控制元件被减小，使得通过第二离合器可传递的力矩低于通过第一离合器可传递的力矩。
其中第一离合器和第二离合器具有彼此不同的离合器特性的差动单元本身和具有这种差动单元的传动链同样被视为本发明的一部分，所述差动单元和传动链分别都包括如上文和下文所述的用于操作差动单元的系统。其程序储存器中储存有计算机程序载体并装备成用于执行上文和下文所述的方法的电子控制单元(ECU)被视为属于本发明。
本发明的另外视为特征和优点通过附图从从属权利要求以及从优选示例性实施方式的下列描述中得出。
附图说明
附图中：
图1以示意图示出了具有控制装置的离合器控制式无齿轮差动单元，
图2示出了第一离合器和第二离合器的可能的离合器特性线的示图，以及
图3示出了两个离合器沿时间轴在首先连续平稳地增大然后平稳地下降的压力下的力矩传递潜能的示图。
具体实施方式
在图1中，以示意图示出了差动单元1及用于差动单元的操作的系统。附图中配属于某些参考标记的字符“L”和“R”表示部分地对称的基本结构的左(“L”)部分或右(“R”)部分。
车辆驱动的驱动功率经由输入元件2、通常是万向轴和连接至所述输入元件的驱动轮3传递至环形齿轮4，并从环形齿轮至左或右驱动盘承载件5，左或右驱动盘承载件5分别配有驱动盘7，所述驱动盘轴向可移动地以不可相对旋转的方式布置。这些驱动盘7与左或右输出盘7相互作用，所述输出盘进而以不可相对旋转的方式与左或右输出元件8相互作用，并且轴向可移动地但不可相对旋转地布置在左或右输出盘承载件9上。这样形成的左或右离合器单元10代表理论上已知的盘式离合器。
右离合器单元和左离合器单元都分别配有优选地被液压地致动的作为离合器致动装置的离合器致动器11，其中，相对于液压离合器致动而言替代地，实际上也可利用其他离合器致动机构、特别是机电式、电磁式、电液压式或气动式操作的离合器致动装置。
通过离合器致动器11，离合器单元被操控，通过控制变量“液压”，对于每个离合器而言，离合器压力、即输出盘或驱动盘彼此按压的压力受到影响，使得可由离合器传递的力矩可通过供给至离合器致动装置的控制变量的量来特别的设定。在不用液压操作的离合器致动装置的情况下，根据所选择的作用机构，控制变量例如将是机械力、电流、电压或气压。
附图中，以不可相对旋转的方式耦接至输入元件2的驱动盘承载件5实施为外盘承载件，以不可相对旋转的方式耦接至驱动轮的输出盘承载件9实施为内盘承载件。显然，这种配置也可以颠倒。
在图1中，示出了用于操作和操控左或右离合器单元的系统，在这种情况下，两个离合器10中的左离合器或右离合器可根据驱动状态以不同的压力单独地操控。在图1中，右离合器10R示例性地形成了本发明的“第一离合器”，左离合器10L示例性地形成了本发明的“第二离合器”。该布置是示例性的，并且显然也可颠倒。
电子控制单元13检测系统中存在的压力pO和pL，并且基于存储的特征图并考虑到驱动状态数据(轮速、加速力、车辆倾斜度、速度、转向角等)利用控制变量“液压”单独地操控左或右离合器。
由马达操作式液压泵单元12在第一(压力产生)级中初始产生的输出压力pO由泵单元12通过根据驱动状态设定合适的泵转速的量而产生，并且以由泵单元12产生的量直接作用在离合器致动器11R上。孔16确保输出压力pO的更好的可调节性，并且使得尤其在输出压力pO必须迅速减小的情况下可省去为降低输出压力而必须具有第二旋转方向的泵单元。
液压泵单元12产生的压力pO至少间接地还用于操控左离合器10L，其中，压力调节阀设置在液压泵单元12与离合器致动器11L之间作为单独控制元件14，所述压力调节阀能够在第二(减压)级中下调由液压泵单元产生的用于右离合器10R的压力pO。在这种情况下作用在右离合器10R上的压力pR始终小于或等于由液压泵12(控制变量单元)产生的输出压力pO。pO≥pL适用。
因此，在图1所示的使用液压泵单元12并尤其不具有连接在液压泵单元12的下游的压力调节阀的情况下，向第一离合器的“供给”相应地影响离合器盘的压力的控制变量在不具有另外的单独控制元件的情况下进行。控制变量“液压”的量在图1所示的情况下经由液压泵单元的泵输出、尤其通过所述泵单元的利用转速而可变的输送输出被调节。在其他类型的离合器致动机构的情况下，该描述对于用于影响可传递的离合器力矩的控制变量显然同样是真实的。
即使在图1所示的配置下，其中，供给至右离合器10R的控制变量pR的量始终小于或等于供给至左离合器10L的控制变量pO的量，使得在某种驱动状态下，利用右离合器10R可传递的驱动力矩大于利用左离合器10L可传递的驱动力矩，为了能够操控右离合器10R，使右离合器10R具有与左离合器10L的离合器特性不同的离合器特性。尤其使右离合器10R在被供给相同量的控制变量时能够传递比左离合器10L的驱动力矩更大的驱动力矩，或者使得在控制变量pO和pL调节成使两个离合器都调整至相同的可传递的驱动力矩时，配属于左离合器10L的控制变量的量低于配属于右离合器10R的控制变量的量。
为此，在图1中，右离合器10R与左离合器10L不同地构造。右离合器10R明显地具有较低数量的离合器盘和较小的有效离合器直径。右离合器还具有较高的压力点，下文将会继续说明。
图2示例性地示出左离合器10L和右离合器10R的如其可在本发明中应用的那样的离合器特性线。在x轴上，分别绘出作用在离合器致动机构上的压力；在y轴上，绘出相应的离合器的对应于施加的压力而实现的力矩传递潜能。通过离合器特性线的不同构型，显而易见的是，在相同的压力下，与左离合器相比，右离合器能够传递的力矩明显更小(在图2中，在25bar处，右离合器上约为1000Nm，左离合器上约为1600Nm)。
作为用于影响本发明的离合器特性的另外的措施，使右离合器的压力点(有效地使相应的离合器开始传递驱动力矩的控制变量的量)位于左离合器的压力点之上(在图2中，示例性地右离合器上约为2.5bar，左离合器上约为1bar)。
图3最后示出了两个离合器的沿时间轴在首先持续平稳地上升然后平稳地下降的压力下的力矩传递潜能的示图。
一方面，离合器之间可实现的相应的可传递的扭矩潜能的差Δ-低可从y轴读出。这是在(具有较弱的配置的)右离合器的压力点下，离合器分别可传递的扭矩的最小差。在右离合器刚刚开始接合的压力下，图3所示示例中的左离合器已经能够传递约120Nm。
离合器之间最大可实现的、在左离合器(具有更强设计的离合器)到达右离合器(具有较弱配置的离合器)的最大扭矩潜能时的相应的传递的扭矩潜能的差Δ-高同样可从y轴读出。在图3所示的示例中，该差大约为630Nm。
由此，可理解图2和图3所示的示例，在该系统中，无论配属于右离合器或左离合器的扭矩传递潜能是较多或较少，都可实现右离合器与左离合器之间、进而地差动单元的右输出侧与左输出侧之间的在120Nm至约630Nm之间的扭矩差。
附图标记列表
1 差动单元
2 输入元件
3 驱动轮
4 环形齿轮
5 驱动盘承载件
6 驱动盘
7 输出盘
8 输出元件
9 输出盘承载件
10 离合器单元
11 离合器致动器
12 液压泵单元
13 电子控制单元
14 单独控制元件
15 驱动轮
16 液压孔
L/R 左/右

Claims (16)

1.一种机动车辆的能够至少临时被驱动的轴的无齿轮差动单元(1)的操控系统，其中，所述差动单元(1)包括：
-输入元件(2)，
-第一输出元件(8R)，其能够经由第一摩擦接合式离合器(10R)耦接至输入元件(2)，以便将驱动力矩传递至第一驱动轮(15R)，以及
-第二输出元件(8L)，其能够经由第二摩擦接合式离合器(10L)耦接至输入元件(2)，以便将驱动力矩传递至第二驱动轮(15L)，
其特征在于，由控制变量单元(12)提供的用于调整通过离合器(10R，10L)可传递的驱动力矩的控制变量被供给至第一离合器(10R)，而不具有单独控制元件的中间连接，由控制变量单元(12)提供的控制变量经过单独控制元件(14)的中间连接被供给至第二离合器(10L)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第一离合器(10R)和第二离合器(10L)具有彼此不同的离合器特性。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，控制变量单元(12)能够被特定地操控，从而改变由控制变量单元提供的控制变量的量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第一离合器(10R)的离合器特性和第二离合器(10L)的离合器特性彼此匹配，使得当两个离合器都被供给相同量的控制变量时，第二离合器(10L)能够比第一离合器(10R)传递更大的离合器力矩。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第一离合器(10R)的离合器特性和第二离合器(10L)的离合器特性彼此匹配，使得通过借助于单独控制元件(14)影响控制变量，与能够配属于第一离合器(10R)的可传递的离合器力矩更高的和更低的可传递的离合器力矩都能够配属于第二离合器(10)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第二离合器(10L)具有与第一离合器(10R)的压力点不同的压力点、特别是与第一离合器(10R)的压力点相比更高的压力点。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第二离合器(10L)具有与第一离合器(10R)的有效离合器摩擦面积不同的有效离合器摩擦面积、特别是与第一离合器(10R)的有效离合器摩擦面积相比更大的有效离合器摩擦面积。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第二离合器(10L)具有与第一离合器(10R)的有效离合器直径不同的有效离合器直径、特别是与第一离合器(10R)的有效离合器直径相比更大的有效离合器直径。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制变量是液压，其中，所述系统包括作为控制变量单元(12)的转速调节式液压泵，影响第一离合器(10R)的离合器力矩的控制变量的变化直接经由液压泵(12)的转速的变化来实现，第二离合器(10L)附加地配有位于液压泵的下游的单独控制元件(14)，借助于所述单独控制元件，由液压泵(12)提供的控制变量的量附加地能够改变、特别是能够减小。
10.一种机动车辆的能够至少临时被驱动的轴的无齿轮差动单元(1)的操作方法，其中，所述差动单元包括
-输入元件(2)，
-第一输出元件(8R)，其能够经由第一摩擦接合式离合器(10R)耦接至输入元件(2)，以便将驱动功率传递至第一驱动轮(15R)，以及
-第二输出元件(8L)，其能够经由第二摩擦接合式离合器(10L)耦接至输入元件(2)，以便将驱动功率传递至第二驱动轮(15L)，
-其中，控制变量单元(12)提供控制变量，所述控制变量被供给至第一离合器(10R)和第二离合器(10L)，其特征在于，由控制变量单元(12)提供的控制变量被供给至第一离合器(10R)，而不具有单独控制元件的中间连接，由控制变量单元(12)提供的控制变量经过单独控制元件(14)的中间连接被供给至第二离合器(10L)。
11.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，为了致动第一离合器(10R)以及为了致动第二离合器(10L)，设置离合器致动机构(11R，11L)，控制变量作用在所述离合器致动机构上，以便致动离合器(10R，10L)，作用在第一离合器(10R)上的控制变量的量的调整通过影响控制变量单元(12)来进行，调整作用在第二离合器(10L)上的控制变量的量通过附加地配属于第二离合器(10L)的单独控制元件(14)来实现。
12.根据前两项权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，控制变量单元(12)是液压泵，控制变量是液压，作用在第一离合器(10R)上的控制变量的变化通过改变液压泵(12)的转速来实现。
13.一种用于机动车辆的能够至少临时被驱动的轴的无齿轮差动单元(1)，其中，所述差动单元(1)包括：
-输入元件(2)，
-第一输出元件(8R)，其能够经由第一摩擦接合式离合器(10R)耦接至输入元件(2)，以便将驱动功率传递至第一驱动轮(15R)，以及
-第二输出元件(8L)，其能够经由第二摩擦接合式离合器(10L)耦接至输入元件(2)，以便将驱动功率传递至第二驱动轮(15L)，
其特征在于，第一离合器(10R)和第二离合器(10L)具有彼此不同的离合器特性。
14.根据前一项权利要求所述的差动单元，所述差动单元包括根据权利要求1-9中任一项所述的用于差动单元的操控系统。
15.一种计算机程序载体，当电子控制装置执行包含在计算机程序载体的程序代码中的程序例程时，所述计算机程序载体使得用于控制如权利要求1-9中任一项所述的系统的电子控制单元(13)根据如权利要求10-12中任一项所述的方法操控如权利要求13所述的差动单元。
16.一种用于根据如权利要求10-12中任一项所述的方法控制权利要求13或14所述的差动单元的电子控制单元(13)，所述电子控制单元具有程序存储器，所述程序存储器由如权利要求15所述的计算机程序载体分配数据。
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