CN109677210A - 一种新型可断开半轴的驱动桥及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型可断开半轴的驱动桥及其控制方法，主要由上游半轴、下游半轴、轴承、永磁体、绕组线圈和桥壳组成。上游半轴一端通过花键与差速器连接，另一端与下游半轴一端相对并通过轴承固定在桥壳上，下游半轴这一端也通过轴承固定在桥壳上，下游半轴另一端与轮毂相连，上游半轴与对应的下游半轴间，通过电磁力传递扭力。所述绕组线圈的输入电流由控制器控制。本发明实现了驱动桥半轴的可控分断，可根据整车工况自动调整半轴的分合以及连接力度，同时由于采用了电磁作用力的方式，无接触磨损，性能稳定，寿命长，无需定时维护，安全可靠。

Description

一种新型可断开半轴的驱动桥及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种新型可断开半轴的驱动桥及其控制方法，属于车辆技术领域。

背景技术

驱动桥位于汽车传动系统的末端，主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等组成。整个驱动桥通过悬架与车架相连，发动机的动力由传动轴传递至主减速，并进一步经过差速器传递至两端半轴上，通过半轴传递至轮胎，驱动整车运行，在此过程中，主减速器通过一对锥齿轮副改变转矩的传递方向，主减的速比将发动机的转矩增加，同时转速减少，使之适应汽车行驶的需要。差速器可使得左右车轮转速不同步，满足转向等功能。

目前，各类机动车辆安装的驱动桥在转矩传递的路径上是不能切断的，这种方式会引起两类问题：一类是当车辆行驶过程中，不需要动力牵引时(如滑行、制动等不需要发动机输出动力的情况下)，因不能切断所有拖带及无功效连动件而消耗车辆动能，进而消耗能源，导致整车油耗的升高。另一类是由于驱动桥主减齿轮、差速器、半轴等部件在扭矩传递路径的方向上刚性连接，使得路面的冲击激励通过轮胎传递至半轴上，并由半轴传递至差速器及主减齿轮上，导致路面不平的冲击激励作用在主减齿轮的啮合过程中，引起主减齿轮的啮合噪声大的问题，同时还会带来加速磨损的问题。

公布号为CN 101780766 A的中国专利文件公开了一种驱动桥半轴离合器，其工作原理与变速箱和发动机飞轮之间安装的离合器一致，即通过两个摩擦盘的分离与结合来控制驱动桥半轴的断开与结合，从而实现驱动桥在转矩方向上的断开，然而该专利设计的离合器结构复杂(需要分离轴承、助力操纵机构等)，所需空间大、不易布置(半轴位于桥壳内，周向空间有限)，摩擦片易磨损损耗且不易更换等缺点，同时该发明仅实现了断开与结合的简单功能。

公布号为CN 105003620 A的中国专利文件公开了设有减振结构的内置啮合式汽车差速器，该差速器在半轴轴颈的外周面上设有若干沿轴颈周向分布的减振结构，通过减振结构中的橡胶圈和质量圈之间的振动将半轴和差速器的振动转化为摩擦热能消耗掉，从而达到减振的目的。然而该减振结构只对某一共振频率下的振动可有效衰减，其他频率下的振动衰减效果不明显，针对随机路面激励产生的宽频振动，其减振功能几乎失效。同时橡胶容易老化，因此其减振结构的可靠性及减振性能的稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型可断开半轴的驱动桥及其控制方法，用以解决现有技术中，没有一种可靠稳定占用空间小且能够缓冲路面对车桥齿轮机构冲击的驱动桥的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种可断开半轴的驱动桥，包括差速器、半轴、轮毂，所述半轴用于连接差速器和对应的轮毂，所述半轴分为第一半轴和第二半轴，所述第一半轴在与第二半轴相对的一端的端面上设置有磁极，所述第二半轴在与第一半轴相对的一端的端面上的所述磁极对应的位置上设置有用于通电后吸引相应的磁极的电磁铁。

本方案的可断开驱动桥半轴，采用了磁力机构实现了半轴断开和基于电磁力的结合，不仅实现了半轴的可断开，还有效的缓和了来自车轮和不平整地面的冲击，且没有摩擦和消耗件，降低了运维的成本。

进一步的，所述第一半轴与第二半轴相对的一端上套设有轴承，所述轴承的外表面与所述桥壳内表面接触。

进一步的，所述第二半轴与第一半轴相对的一端上套设有轴承，所述轴承的外表面与所述桥壳内表面接触。

两段半轴的端部通过轴承固定在车桥桥壳之内，稳定可靠且在断开后各段半轴可自由旋转。

进一步的，还包括控制器，所述控制器通过电刷连接所述电磁铁。

电磁铁由控制器控制，控制器向电磁铁输入电流，使电磁铁对永磁体产生电磁力，实现半轴的连接和动力传递，结构简单可靠占用空间少。

进一步的，所述第一半轴为上游半轴，所述上游半轴连接差速器；所述第二半轴为下游半轴，所述下游半轴连接轮毂。

进一步的，所述磁极为永磁体。

进一步的，所述磁极在所述第一半轴对应端面上沿第一圆周均匀间隔、N极S极交替布置；所述第一圆周圆心与所述第一半轴轴心重叠。

进一步的，所述电磁铁在所述第二半轴对应端面上沿第二圆周均匀间隔、N极S极交替布置；所述第二圆周圆心与所述第二半轴轴心重叠。

进一步的，所述第一圆周和第二圆周等径。

本发明的一种控制上述可断开半轴的驱动桥的方法，包括以下方法方案一的步骤：

1)采集油门踏板开度信号；

2)根据油门踏板开度信号调整所述控制器向所述线圈输出的电流大小；调整原则为：所述油门踏板开度越大，所述电流越大，油门踏板开度越小，所述电流越小。

在行车时，根据所需动力大小调整结合半轴的电磁力大小，进一步缓和轮胎和不平路面的震动对传动系统的冲击，降低传动系统中齿轮的啮合噪声，降低磨损。

方法方案二，在方法方案一的基础上，所述步骤1)还采集制动踏板信号；所述步骤2)还包括：当有制动踏板信号，且油门踏板开度信号为最小时，所述控制器向所述线圈输出最大电流。

当车辆制动时，将半轴通过最大电磁力结合，有效利用了发动机制动的效果，缩短了制动距离，降低了制动系统损耗，增加行车安全。

方法方案三，在方法方案二的基础上，所述步骤2)还包括：当无制动踏板信号，且油门踏板开度信号为最小时，所述控制器停止向所述线圈输出电流。

当车辆滑行的过程中，半轴自动断开，使车辆滑行时不需要拖动车桥内的齿轮结构及整套传动系统，不消耗车辆动能，增加车辆滑行距离，进而达到节油节能的目的。

附图说明

图1是可断开半轴车桥示意图；

图2是可断开半轴连接处剖视图；

图3是上游半轴连接处端部右视图；

图4是可断开驱动桥控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示的一种新型可断开半轴驱动桥示意图，包括动力传递结构a、可断开半轴b、轮毂c；所述可断开半轴b还包括上游半轴1、和下游半轴2；所述上游半轴1与所述动力传递结构a相连，所述下游半轴2与所述轮毂c相连；其中动力传递结构a包含差速器、主减齿轮等动力传动部件。

如图2所示的一种可断开半轴的剖视图，包括上游半轴1、桥壳6、下游半轴2、永磁体4、绕组线圈3、轴承5以及控制器7，上游半轴1通过花键与车桥中间的差速器连接，并承接经过差速器向下游传递的动力扭矩，另一端通过套设于其上的轴承5与桥壳6相连，并被固定于桥壳内孔轴心位置，圆形端面上以轴心为圆心的圆周上均匀设置有若干个永磁体4，所述永磁体4可完全嵌入、半嵌入或不嵌入设置在对应端面上，并且所述永磁体4朝向上游半轴1外面的磁极呈N极S极交替布置，如图3所示；下游半轴2朝向上游半轴1的一端的端部通过套设于其上的轴承5与桥壳6相连，并被固定于与上游半轴1相同轴心的位置，下游半轴2的另一端与轮毂相连，上游半轴1和下游半轴2可绕两轴的共同轴线自由旋转。与永磁体4对应的下游半轴2圆形端面上相对应位置上设有绕组线圈3，所述绕组线圈3可完全嵌入、半嵌入或不嵌入设置在对应端面上，绕组线圈3与永磁体4的个数相同，且一一对应，两者之间存在一定的间隙；同时，径向方向上永磁体4与对应的绕组线圈3安装时磁极保持相反(即保持异性相吸关系)，所述下游半轴2的左视图与图3上游半轴1的右视图相似，区别在于将永磁体4换为绕组线圈3。

作为其他实施例，所述线圈绕组3还可以设置在所述上游半轴1的对应端面上，永磁体4设置在所述下游半轴2的对应端面上。

此外，还包括有控制电路，所述控制电路由控制器7、电池组、线束组成，所述控制器可以安装于所述桥壳6上，所述控制器7与所述电池组相连，所述电池组可以为独立的车桥控制用电池组，也可以为整车蓄电池或其他电源，所述控制器7与绕组线圈3通过电刷以及设置在半轴上且与绕组线圈相连的电极相连，通过控制输入绕组线圈的电流大小来控制电磁力大小，所述控制器7与CAN总线相连，可以从CAN网络中获得油门踏板、刹车踏板的开度等信息。整车运行时，发动机的转矩通过主减齿轮及差速器齿轮传递至上游半轴1，再从上游半轴1通过电磁力作用到下游半轴2上，最终将转矩传递至轮毂上驱动整车运行，在此过程中通过控制器7对整车运行工况分析判断，控制电流大小，从而实现可断开式半轴的断开及不同程度的接合，从而实现节能，衰减振动，提升整车舒适性。

如图4所示的一种可断开半轴驱动桥的控制方法，通过对油门踏板开合程度信号和制动踏板信号的处理分析，确定整车的运行工况，针对不同的工况，进行相应的车桥控制。具体为，当控制器读取到制动踏板的触发信号或存在开度信号，且油门踏板无触发信号或开度信号最小，则判断整车工作在制动工况，针对制动工况，控制器通过线束向线圈绕组输出最大电流，使得上下游半轴为最大电磁力连接状态，此时轮毂通过半轴拖动传动轴、变速箱、发动机主轴等传动系统上游部件，使发动机制动效果作用于车轮，保证整车的制动性能，防止刹车系统过热。当制动踏板和油门踏板均无触发信号或开度信号，则控制器判断整车工作在滑行工况，针对整车的滑行工况，控制器切断通向线圈绕组的电流，绕组线圈3与永磁体4不产生作用力，使得上下游半轴处于断开状态，避免整车滑行过程中轮毂反拖动传动轴、变速箱等传动系统上游部件，减少了不必要的动能损耗，进而提高了节油效果。当制动踏板无触发或开度信号，有油门开度信号或油门开度信号大于最小值，则判断整车工作在非滑行的行驶工况，针对此种工况，通过控制器对电流大小的控制，使得绕组线圈3与永磁体4之间的作用力与整车运行时的阻力或驱动力的大小相适应，此时，上下游半轴通过非线性磁性力相互连接并传递扭矩，对于路面的随机冲击激励，通过非线性磁性力的衰减，作用到差速器及主减齿轮的冲击幅值已得到有效遏制，实现了路面冲击激励的减振作用，提升了差速器及主减齿轮的运行工况，减低了齿轮噪声，提升整车的舒适性。

同时由于采用绕组线圈3和永磁体4的电磁作用力，扭矩传递过程中实现了非接触，避免了摩擦损耗，提高了减振结构的耐久性和可靠性，并且由于电磁作用力无老化现象，因此其减振性能具备较强的稳定性。

Claims (10)

1.一种可断开半轴的驱动桥，包括差速器、半轴、轮毂，所述半轴用于连接差速器和对应的轮毂，其特征在于，所述半轴分为第一半轴和第二半轴，所述第一半轴在与第二半轴相对的一端的端面上设置有磁极，所述第二半轴在与第一半轴相对的一端的端面上的所述磁极对应的位置上设置有用于通电后吸引相应的磁极的电磁铁。

2.根据权利要求1所述的一种可断开半轴的驱动桥，包括桥壳，其特征在于，所述第一半轴与第二半轴相对的一端上套设有轴承，所述轴承的外表面与所述桥壳内表面接触。

3.根据权利要求1或2所述的一种可断开半轴的驱动桥，其特征在于，所述第二半轴与第一半轴相对的一端上套设有轴承，所述轴承的外表面与所述桥壳内表面接触。

4.根据权利要求1所述的一种可断开半轴的驱动桥，其特征在于，还包括控制器，所述控制器通过电刷连接所述电磁铁。

5.根据权利要求1所述的一种可断开半轴的驱动桥，其特征在于，所述第一半轴为上游半轴，所述上游半轴连接差速器；所述第二半轴为下游半轴，所述下游半轴连接轮毂。

6.根据权利要求1所述的一种可断开半轴的驱动桥，其特征在于，所述磁极为永磁体。

7.根据权利要求1所述的一种可断开半轴的驱动桥，其特征在于，所述磁极在所述第一半轴对应端面上沿第一圆周均匀间隔、N极S极交替布置；所述第一圆周圆心与所述第一半轴轴心重叠。

8.根据权利要求7所述的一种可断开半轴的驱动桥，其特征在于，所述电磁铁在所述第二半轴对应端面上沿第二圆周均匀间隔、N极S极交替布置；所述第二圆周圆心与所述第二半轴轴心重叠。

9.根据权利要求8所述的一种可断开半轴的驱动桥，其特征在于，所述第一圆周和第二圆周等径。

10.一种控制如权利要求1所述的驱动桥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集油门踏板开度信号；

2)根据油门踏板开度信号调整所述控制器向所述线圈输出的电流大小；调整原则为：所述油门踏板开度越大，所述电流越大，油门踏板开度越小，所述电流越小。