CN107559350A - 动力传动系扭矩传递阻尼机构 - Google Patents

Abstract

一种扭矩传递机构，其包括从推进源接收输入扭矩的输入构件和联接到输入构件以向传动系部件传递输入扭矩的输出构件。多部件阻尼机构设置在输入构件与输出构件之间，而该输出构件包括与第二弹簧元件配合以将输入构件联接到输出构件的第一弹簧元件。第一弹簧元件相对于第二弹簧元件限定了更大的刚度和更短的偏转。

Description

动力传动系扭矩传递阻尼机构

技术领域

本发明涉及在传递扭矩的同时降低传动系的扰动。

背景技术

没有被诸如变矩器的传动系统设备吸收的发动机扭矩扰动可以通过一个或多个扭矩联轴器(例如离合器)直接传递到传动系统和车辆结构的下游部分。这些扭矩扰动可能产生不期望的脉动和/或前后喘振(通常称为“跳动”)。扭矩联轴器离合器的使用可以限制在某些有限的车辆操作条件下，以尽量减少这些不期望的效果的某些部分。然而，通过传统的动力传动系控制器识别容易发生这些扰动的那些特定的车辆操作条件可能是困难的。

发明内容

一种扭矩传递机构，其包括从推进源接收输入扭矩的输入构件，和联接到输入构件以向传动系部件传递输入扭矩的输出构件。多部件阻尼机构设置在输入构件与输出构件之间，而该输出构件包括与第二弹簧元件配合以将输入构件联接到输出构件的第一弹簧元件。第一弹簧元件相对于第二弹簧元件限定了更大的刚度和更短的偏转。

一种扭矩传递机构，其包括可旋转的输入构件以从推进源接收输入扭矩。扭矩传递机构还包括联接到输入构件以传递扭矩的第一构件和布置成从第一构件接收传递的扭矩的至少一个弹性第二构件。扭矩传递机构进一步包括输出构件，该输出构件扭转地联接到弹性第二构件，使得输出构件配置成将输出扭矩传递到车辆传动系中的下游元件。第一构件的致动改变了弹性第二构件的阻力矩响应。

一种扭矩传递机构，其包括从推进源接收输入扭矩的输入构件和联接到输入构件以向传动系部件传递输入扭矩的输出构件。扭矩传递机构还包括布置成限制输入构件与输出构件之间相对旋转的多部件阻尼机构。多部件阻尼机构还在相对旋转的第一部分期间提供了第一弹簧比率并在相对旋转的第二部分期间提供了第二弹簧比率。

附图说明

图1是扭矩传递机构的部分透视图。

图2是沿通过图1的扭矩传递机构的线2-2的横截面。

图3是图1的扭矩传递机构的一部分的端视图。

图4是对于阻尼扭矩传递机构的阻力与行程的曲线图。

图5A是对于具有单相弹簧比率阻尼机构的扭矩传递机构的输入速度与输出速度的曲线图。

图5B是对于具有多阶段弹簧比率阻尼机构的扭矩传递机构的输入速度与输出速度的曲线图。

图6是替代性示例扭矩传递机构的示意性端视图。

图7是进一步示例扭矩传递机构的示意性端视图。

具体实施方案

在本文中描述了本发明的实施方案。然而，应当理解的是这些公开的实施方案仅仅是示例，并且其它实施方案可以采取各种的和且可替代的形式。这些附图不一定是按比例的；一些特点可以被放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，在本文中公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制性的，而是仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解到，参照任一附图示出和描述的各种特点可以与一个或多个其它附图示出的特点相结合以产生没有明确示出或描述的实施方案。所示出特点的组合为典型的应用提供了代表性实施方案。然而，对于特定应用或实现形式，与本发明的教导相一致的特点的各种组合和修改可能是期望的。

在多种变型中，车辆推进系统可以包括多级变速器和传递动力以推进车辆的传动系。例如，推进源(诸如内燃机或电动机)产生通过传动系传递的输入扭矩。在一些变型中，推进系统可以包括可选择地补充主推进源的附加推进源。与基于操作条件的期望的推进状态相关，来自任何可用推进源的扭矩可以与车辆的传动系联接或从其中分离。由于一个或多个推进源与传动系接合，可能会发生也称为传动系“跳动”的扭矩和速度扰动。因此，车辆乘客可能会注意到不期望的喘振或震颤。在较低的机动车速度下，当接合诸如锁定离合器的扭矩联轴器时可能会发生跳动。可感知的发动机扭矩扰动可能会操作从而破坏车辆和发动机稳定性的信心。在某些情况下，跳动可以通过将离合器锁定的定时限制到更高的速度来避免，而这可能导致在较低速度下牺牲发动机燃油的经济性。根据本发明的各方面，使用增强的阻尼来补偿跳动，使得即使在较低的车速下也可能发生扭矩联轴器锁定以提高发动机燃料的经济性。

参照图1，扭矩传递机构100允许扭矩从输入构件102传递到输出构件104。输入构件可以接收由一个或多个推进源(未示出)产生的输入扭矩。输出构件104可以将扭矩传递到推进系统的扭矩流中下游的其它传动系部件。在一个示例中，输出构件联接到可变传动比变速器的输入轴。

输入构件102可以选择性地联接到推进源的输出部分以在需要时接收输入扭矩。可选状态的扭矩联轴器可以允许输入构件和推进源在联接状态与去联接状态之间切换。联轴器可以包括离合器、皮带、齿轮和/或其他类型的扭矩联轴器。与联接状态从先前去联接状态的开始相关，在动力系系统中可能由于不同负载情况之间的转换而发生扭矩喘振。在某些变型中，可选状态的联轴器可以是流体联轴器变矩器的一部分。在变矩器示例中，一旦输入和输出达到适当的相对速度，扭矩输入与扭矩输出之间可能会有存在附加的刚性机械联接，以提高扭矩传递的效率。更具体地，变矩器可以包括锁定离合器，其可以当涡轮输出部分的速度接近叶轮输入部分的速度时应用，使得在输入与输出之间建立固定的机械连接。摩擦板可以设置在活塞上，使得当致动时，活塞在摩擦板与壳体之间施加压力以便活塞与壳体一起旋转。在图1至图3的示例中，输入构件102可以选择性地与摩擦板120联接。类似地，输出构件104可以连接到传动系的输出部分以传递下游的扭矩来推进车辆。大致上，扭矩传递机构100可以用作流体联轴器变矩器的锁定部分。可选地，扭矩传递机构可以是任何可选状态的扭矩联轴器设备的一部分，该扭矩联轴器设备包括，例如手动变速器离合器、双离合器变速器和无级变速器。

扭矩传递机构100包括一个或多个阻尼元件106，其设置在输入构件102与输出构件104之间以在输入扭矩122转换成输出扭矩124时吸收输入扭矩122的至少一部分。在输入构件102相对于输出构件104之间允许延伸的旋转行程可能是期望的。在一个示例中，阻尼元件106包括至少一个长行程弹簧108，其设置成吸收输入扭矩122的至少一部分以帮助与联接状态的开始相关的平滑过渡。一个或多个长行程弹簧108包括内端110、外端112和在内端110与外端112之间延伸的长度114。在更具体的示例中，长行程弹簧108是时钟弹簧，其中每个弹簧108都以螺旋形状从内端110卷绕到外端112。长度114可以设置在大致上奇异的平面中。时钟弹簧在内端110处连接到输入构件102，并且在相对的外端112处连接到输出构件104。示例时钟弹簧可以由卷绕成线圈的轧制金属条形成。弹簧108可以可选地使用能够提供基本上恒定的弹簧比率的任何材料(例如碳纤维)来形成。线圈形状对于可利用的体积增强了存储大量能量的能力。弹簧布置还提供了相对于其它类型的阻尼元件相对较低的弹簧常数(k)和较长的延伸能力(即长行程)。如本文中所使用的术语“长行程”的弹簧可以表征由具有相对较低的弹簧常数的弹簧所允许的延伸的旋转角度。在一些示例中，阻尼元件允许至少约90度的旋转偏转。设想更短的旋转偏转范围仍然可以被认为是长行程的，例如约30度。

每个长行程弹簧108都具有大致上线性的扭矩与行程的曲线。这些弹簧可以设计成在操作条件的延伸范围内改进进入扭矩传递机构100的联接状态的转换。联接状态可以指相对于扭矩输出的完全地或部分的锁定的扭矩输入。更具体地，长行程弹簧108的低弹簧常数有助于减少与联接状态从先前去联接状态的开始相关的粗糙度。

在较低的速度条件下相对于输出构件锁定输入构件由于更快地发生锁定可以提供燃料的经济性改进，并且与流体联轴器相比，锁定的联轴器在很少或没有损失的情况下有效地传递了扭矩。具有较低弹簧比率的刚度降低意味着长行程弹簧108必须与额外的压缩(或行程)一起操作以处理相同量的扭矩。如上面所讨论，时钟弹簧式阻尼器布置成提供至少90度的长行程，同时提供较低的弹簧比率。

另外参照图1和图3，长行程弹簧108的内端110与输出构件104的内容纳部116相连接。内端110可以成型为保持在内容纳部116的成型的开口内。外端112可以与设置在输入构件102上的外容纳部118相连接。外端112还可以成型为与容纳部118中的开口相对应。替代上述形成的部件，长行程弹簧108可以通过销、焊接或其它紧固技术在每个端部连接，以及包括沿着弹簧108的线圈的长度114的额外连接。

扭矩传递机构100可以包括刚性联轴器，诸如可以提供额外连接以有效地将输入扭矩122传递到输出扭矩124中的摩擦元件120。在操作中，当活塞移动成抵靠输入构件的壳体部分压缩摩擦片120时，摩擦元件120与输入构件102相接合。

至少一个额外的低行程弹簧126设置成在预定的低偏转范围处提供阻尼元件106增加的刚度。与长行程弹簧108相比，低行程弹簧126还提供相对较低的冲程。在一个示例中，低行程弹簧126通过完整行程提供约2度的冲程。如下面更详细地讨论，一旦低行程弹簧已经完全地行进，长行程弹簧108操作成在更高的偏转和负载条件下阻尼。以这种方式，在第一弹簧比率阶段期间会吸收更多的能量，同时在第二弹簧比率阶段期间在更高的负载下仍允许延伸的行程。

参照图4，曲线图400标示具有如上面所讨论的多阶段弹簧比率阻尼的扭矩传递机构的负载性能的示例。水平轴线402表示相对于扭矩传递机构的输出元件的输入元件的转动行程。该行程可以对应于该机构的阻尼部分的偏转。垂直轴线404表示施加在扭矩传递机构的输入构件处的扭矩。曲线406表示不具有预负载的长行程时钟弹簧的负载曲线。一旦扭矩大于零，对应于曲线406的弹簧开始立即偏转，并且可以允许约为Δ₂的总偏转。如上面所讨论，可能有利的是在系统的阻尼部分中施加预负载以增加阻制系统扰动的扭矩阻力。曲线408表示类似于曲线406的负载曲线的长行程时钟弹簧的负载曲线，但是配置成包括扭矩预负载(T_PLOAD)。如图4的曲线图所示，具有根据曲线408的预负载的弹簧在小于T_PLOAD的负载下不会偏转。因此，这种预负载的弹簧在低负载(即，小于T_PLOAD的负载)下在阻尼系统扭矩扰动下可能是不太有效的。单个长行程弹簧在偏转的早期阶段可能太柔顺，因此允许扭矩传递系统中的不期望的倾斜，而这可能会引起扭矩传递的延迟并被驾驶员感知为无响应或滞后。另外，扭矩波纹可以由输入的突然变化而产生，并且引起可感知的扭矩喘振或反弹。时钟弹簧可以布置成具有预负载值，而弹簧不会在该预负载值下面致动。在一个实例中，该负载是约50牛顿米。

如上面所讨论，高刚度且相对较短的偏转(即低行程)的第一弹簧元件与预负载的长行程的第二弹簧元件配合。在此情形中，第一弹簧元件有助于阻制低负载扭矩是扰动，并且第二弹簧元件对帮助在更大的偏转值下阻制更高的负载扭矩扰动是有效的。根据一个示例，第一弹簧元件设置成响应于大于零的输入扭矩值而偏转并且具有Δ₁的最大偏转量。此外，第一弹簧元件配置成达到对应于约等于第二弹簧元件的扭矩预负载值(T_PLOAD)的输入扭矩值的最大偏转量Δ₁(或行程的末端)。在0与Δ_{_1}之间的旋转偏转的第一阶段期间(即，在扭转负载小于T_PLOAD的情况下)，仅第一弹簧元件的弹簧常数k₁是有效的。也就是说，第二弹簧元件设置成具有预负载的扭矩值，使得小于预负载的扭矩值的输入扭矩仅致动第一弹簧元件。因此，第一弹簧元件响应于输入扭矩值而到达行程的末端，而该输入扭矩值基本上小于能够由多部件阻尼机构吸收的总输入扭矩。

一旦第一弹簧元件到达对应于全冲程的行程的末端，则与具有弹簧常数k₂的第二弹簧元件接合。不同构造的弹性变形元件的组合操作成提供具有多阶段弹簧常数的阻尼机构。曲线410表示用于第一弹簧元件和第二弹簧元件的组合的负载曲线。第一弹簧以对应于弹簧常数k₁的阻力延伸，并且第二弹簧常数限定更柔顺的弹簧常数k₂。在0与Δ₃之间的旋转行程的第二阶段期间(即，在扭转负载高于T_PLOAD的情况下)，仅第二弹簧元件的弹簧常数k₁是有效的。

参考图5A，曲线500描绘了跨越各种输入扭矩值的单速率时钟弹簧阻尼机构的相对输入速度和输出速度的比较。水平轴线502表示扭矩传递机构的旋转输出速度，并且纵轴504表示进入扭矩传递机构的旋转输入速度。曲线506、曲线508和曲线510分别表示对于150牛顿米、100牛顿米和50牛顿米的输入扭矩而言扭矩传递的接合模式的开始。当扭矩传递机构接合时，输入速度通过该机构传递以产生输出速度。

可能优选的是限制或减小在扭矩传递模式之间转换期间可能产生的扭矩扰动。在对应于单个弹簧比率的时钟弹簧的图5A的示例中，在输出速度S1附近发生了扰动。特别地参考对应于曲线506的150牛顿米的负载情形，扭矩传递中的扰动表现为浪涌或意外的输入速度反弹。假设的理想速度的传递曲线可以由曲线506'来表征。速度误差或纵荡的幅度512表示可以被驾驶员感知为粗糙度的跳动事件的强度。虽然通过示例的方式讨论了150牛顿米的负载情形，但是应当理解的是曲线508的100牛顿米的负载情形和曲线510的50牛顿米的负载情形还在扭矩传递的过渡期间展现了速度突起或跳动。

参考图5B，曲线图550描述了对于如上所述的多比率时钟弹簧和加强的弹簧组合机构而言相对的输入速度和输出速度。曲线556、曲线558和曲线560分别表示对于150牛顿米、100牛顿米和50牛顿米的每个而言扭矩传递的接合模式的开始。然而，在曲线图550的多比率转移机构中，基本上消除了与扭矩模式变化相关的速度扰动。通过前述的变型，具有多阶段弹簧常数的阻尼机构可以使变矩器离合器在低速的车辆中和在车辆的内燃机的所有点火部分中锁定，从而具有高效的成本和质量。

参考图6，另一示例的扭矩传递机构600基于输入相对于输出的旋转行程提供了多阶段弹簧比率阻尼。提供了凸轮杆机构以与弹簧元件608配合。在图6的示例中，弹簧元件608是长行程时钟弹簧。扭矩在输入构件602与输出构件604之间传递。凸轮杆606在枢转销626处枢转地附接到输入构件602。凸轮杆606的第一端部628枢转地连接到弹簧元件608。凸轮杆的相对的第二端部630包括滚子632，其偏压成抵靠输出构件604的外轮廓634滚动。输入构件沿箭头636所示的方向旋转以提供输入扭矩。当输入构件602旋转时，枢轴销626在旋转方向上移动。阻力在来自弹簧元件608的第一端部628处产生。

随着滚子632横越外表面，抵靠外轮廓634的凸轮杆606的攻角发生变化。基于凸轮杆606的定向，在输出构件604的外轮廓634上的滚子的法向力改变幅值。输出构件上的力反过来改变了输入构件602与输出构件604之间的阻力矩。凸轮杆与长行程时钟弹簧元件的组合产生了在输入和输出之间相对移动的可变扭矩阻力。基于凸轮部分的外轮廓形状，滚子上的负载基于相对扭矩位移而变化，从而当相对于输出构件旋转输入构件时引起阻力矩发生变化。根据一个示例，外轮廓634的形状构造成在行程的初始阶段期间造成第一弹簧比率，并且在随后的行程阶段期间造成第二弹簧比率。根据进一步的示例，凸轮外轮廓在扭矩联轴器的状态发生变化期间造成预定的扭矩阻力轮廓，来抵抗输入构件与输出构件之间的相对旋转。

参考图7，进一步示例的扭矩传递机构700基于输入构件相对于输出构件的旋转行程为阻尼提供了多个弹簧比率。除了线性螺旋弹簧之外，还设置了凸轮杆机构。扭矩在输入构件702与输出构件704之间传递。凸轮杆706在第一枢转销726处枢转地附接到输入构件702。凸轮杆706的第一端部728枢转地连接到弹簧元件708。弹簧元件708可以是具有相对线性的力-偏转曲线的恒定比率的弹簧。在某些替代性示例中，弹簧元件708可以是具有两个或多个分离的线性弹簧比率的多比率弹簧，而这些弹簧比率基于弹簧元件的偏转量而应用。进一步的示例可以将弹簧元件708提供为连续可变的弹簧速比率，其作为弹簧偏转的函数逐渐地改变弹簧比率。弹簧元件708的远端部连接到联接到输入构件702的第二枢轴销738。

凸轮杆706的相对的第二端部730包括滚子732，其偏压成抵靠输出构件704的外轮廓734滚动。输入构件沿箭头736所示的方向旋转。当输入构件702旋转时，第一枢转销726和第二枢转销738沿着在旋转的方向上移动。阻力在弹簧元件708的第一端部728处产生，并且造成输入构件702的相反的相对旋转的阻力矩。改变扭矩传递机构的阻力矩。

随着滚子732横越外表面，抵靠外轮廓734的凸轮杆706的攻角发生变化。基于凸轮杆606的定向，在输出构件704的外轮廓734上的滚子的法向力改变幅值。输出构件上的力反过来改变了输入构件602与输出构件604之间的阻力矩。凸轮杆与时钟弹簧式扭力弹簧的组合产生了在输入与输出之间相对运动的可变扭矩阻力。基于凸轮部分的外轮廓形状，滚子上的负载基于相对扭矩位移而变化，从而当相对于输出构件旋转输入构件时引起阻力矩发生变化。根据一个示例，外轮廓734的形状构造成在行程的初始阶段期间引起第一弹簧比率，并且在随后的行程阶段期间引起第二弹簧比率。

虽然图6和图7中提供的示例提供了与弹簧元件组合的凸轮杆机构的变型，但是预期其它机构组合也在本发明的范围内。例如，与具有预定弹簧常数的弹簧元件组合的四杆机构可以提供合适的多相弹簧比率，以抑制与扭矩传递的转换有关的跳动。在另一示例中，具有滑动元件的枢转杆可以与弹簧元件相结合，使得枢转杆的枢转致动在致动期间改变弹簧元件的弹簧比率。此外，可以采用衬套或其它柔顺的弹性构件。大致上，在低行程期间在延长行程上提供高刚度阻尼和减小的刚度阻尼的组合可以增强扭矩传递的转换。

虽然上面描述了示例性实施方案，但是这些实施方案并不意图描述由权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中所用的词是描述性的而不是限制的词，并且应当理解的是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。如先前所描述，可以将各种实施方案的特点进行组合以形成本发明的可能未明确地描述或图示的进一步实施例方案。虽然已经能够将各种实施方案描述为相对于一个或多个期望特征提供优点或优于其它实施方案或现有技术实现方式，但是本领域的普通技术人员认识到一个或多个特点或特征可能受到损害以达到期望的整体系统属性，而这取决于具体的应用和实现方式。这些属性可以包括但不局限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、装配的容易程度等等。因此，相对于一个或多个特征描述为不如其它实施方案或现有技术实现方式所期望的实施方案并不在本发明的范围之外，并且对于特定的应用可能是期望的。

Claims (10)

1.一种扭矩传递机构，其包括：

输入部件，其从推进源接收输入扭矩；

输出构件，其联接到所述输入构件以将所述输入扭矩传递到传动系部件；以及

多部件阻尼机构，其设置在所述输入构件与所述输出构件之间的，所述输出构件包括与第二弹簧元件配合以将所述输入构件联接到所述输出构件的第一弹簧元件，其中所述第一弹簧元件相对于所述第二弹簧元件限定了更大的刚度和更短的偏转。

2.根据权利要求1的所述扭矩传递机构，其中所述第二弹簧元件设置成具有预负载的扭矩值，使得小于所述预负载的扭矩值的输入扭矩仅致动所述第一弹簧元件。

3.根据权利要求2所述的扭矩传递机构，其中所述第一弹簧元件布置成响应于约等于所述预加载的扭矩值的所述输入扭矩而到达行程的末端。

4.根据权利要求1所述的扭矩传递机构，其中所述第二弹簧元件构造成在所述输入构件相对于所述输出构件之间偏转至少约30度的旋转角度。

5.根据权利要求1所述的扭矩传递机构，其中所述第一弹簧元件响应于输入扭矩值到达行程的末端，而该输入扭矩值基本上小于能够由多部件阻尼机构吸收的总输入扭矩。

6.根据权利要求1所述的扭矩传递机构，其中所述第二弹簧元件是时钟螺旋弹簧，其具有联接到所述输入构件的第一端部和联接到所述输出构件的第二端部。

7.根据权利要求1所述的扭矩传递机构，其进一步包括可选择地接合的锁定离合器，其将所述输入构件刚性地联接到所述输出构件。

8.根据权利要求1所述的扭矩传递机构，其中所述多部件阻尼机构在相对旋转的第一部分期间提供了第一弹簧比率并在相对旋转的第二部分期间提供了第二弹簧比率。

9.根据权利要求8所述的扭矩传递机构，其中所述第一弹簧元件与所述第二弹簧元件以串联方式来布置，所述第一弹簧和所述第二弹簧的每个分别限定所述第一弹簧比率和所述第二弹簧比率。

10.根据权利要求1所述的扭矩传递机构，其中所述多部件阻尼机构允许所述输入构件相对于所述输出构件进行高达约90度的旋转。