CN111344507A - 包括扭矩矢量系统的传动系统组件 - Google Patents

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Abstract

传动系统组件，包括一对减速器，每个减速器具有围绕主轴被固定的太阳齿轮。多个行星齿轮与太阳齿轮啮合并且围绕太阳齿轮可转动。环围绕行星齿轮定位并且与行星齿轮啮合。行星架被连接到行星齿轮中的每个行星齿轮的中心并且被固定到车轮输出。低挡齿轮离合器在接合位置和将环从地面断开连接的分离位置之间可移动，在接合位置中将环固定到地面。升挡离合器在将主轴固定到车轮输出的接触位置和将主轴从与车轮输出的直接连接断开连接的释放位置之间可移动。控制器选择性地将中心离合器、低挡齿轮离合器和升挡离合器换挡。还提供使用传动系统组件的方法。

Description

包括扭矩矢量系统的传动系统组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月16日提交的美国临时专利申请序列号62/572,656和2018年10月15日提交的美国实用新型专利申请序列号16/160,018的权益，这些申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分，并且通过引用被完全结合在本文中。
技术领域
车辆的传动系统组件(driveline assembly)。更具体地，包括低成本、小质量和可打包(packagable)的扭矩矢量系统的传动系统组件。
背景技术
已知电动车辆包括用于驱动一个或多个车轮的传动系统组件。传动系统组件通常包括具有电动机的中心部分，该电动机具有被连接到差速器的输出轴。差速器与一对主轴耦接，用于将扭矩从输出轴传送到主轴和一对车轮。齿轮减速器通常位于输出轴和差速器之间，用于在将扭矩传送到主轴之前提供齿轮减速。该集总架构(lumped architecture)导致主轴上的扭矩负载很重，并且支撑中心部分的底盘组件上的结构负载很重。这些因素共同为传动系统组件提供相对较大的质量和打包空间要求。此外，因为最终驱动齿轮装置位于电动机附近，所以扭矩矢量硬件必须承受很高的最终驱动扭矩。
发明内容
根据本公开的一方面，一种车辆的传动系统组件，包括电动机。差速器与电动机耦接，以从电动机接收扭矩。一对主轴沿轴线被设置并且与差速器可转动地耦接，用于从差速器接收扭矩。一对减速器各自与主轴中的一个主轴耦接。每个减速器包括太阳齿轮，太阳齿轮围绕主轴被固定，用于与主轴一起转动。多个行星齿轮与太阳齿轮啮合并且围绕太阳齿轮可转动。行星齿轮中的每个行星齿轮包括中心。环围绕行星齿轮定位并且与行星齿轮啮合。行星架可转动地被连接到行星齿轮中的每个行星齿轮的中心，并且围绕轴线可转动。车轮输出被固定到行星架并且围绕轴线可转动。低挡齿轮离合器在接合位置和分离位置之间可移动，其中，在接合位置中低挡齿轮离合器将环固定到地面，并且其中，在分离位置中低挡齿轮离合器将环从地面断开连接。升挡离合器在接触位置和释放位置之间可移动，其中，在接触位置中升挡离合器直接将主轴固定到车轮输出，并且其中，在释放位置中升挡离合器将主轴从与车轮输出的直接连接断开连接。控制器与中心离合器、低挡齿轮离合器和升挡离合器连接，用于选择性地将中心离合器、低挡齿轮离合器和升挡离合器换挡。
因此，本发明在其最广泛的方面提供一种具有低成本、小质量、可打包且有效的扭矩矢量系统的传动系统组件。
根据本公开的另一方面，一种用于操作车辆的传动系统组件的方法包括，用控制器识别在低挡行驶操作期间的扭矩矢量事件。该方法还包括，在扭矩矢量事件期间将差速器的中心离合器从解锁位置换挡到锁定位置，其中，当中心离合器在解锁位置中时，第一主轴和第二主轴被耦接到差速器并且能够以彼此不同的速度转动，并且其中，当中心离合器在锁定位置中时，第一主轴和第二主轴被固定，用于以彼此相同的速度转动。该方法还包括，在扭矩矢量事件期间将被耦接到第一主轴的第一减速器的第一升挡离合器从接触位置朝向释放位置换挡，其中，在接触位置中第一升挡离合器将第一主轴固定到第一车轮输出，以在接触位置中时将高速且低扭矩输出提供到第一车轮输出，并且其中，在释放位置中第一升挡离合器在第一主轴和第一车轮输出之间提供齿轮减速，以在释放位置中时将低速且高扭矩输出提供到第一车轮输出。
根据本公开的另一方面，另一种用于操作车辆的传动系统组件的方法包括，用控制器识别在高挡行驶操作期间第一车轮输出的扭矩矢量事件。该方法还包括，在扭矩矢量事件期间将差速器的中心离合器从解锁位置换挡到锁定位置，其中，当中心离合器在解锁位置中时，第一主轴和第二主轴被耦接到差速器并且能够以彼此不同的速度转动，并且其中，当中心离合器在锁定位置中时，第一主轴和第二主轴被固定，用于以彼此相同的速度转动。该方法还包括，当将中心离合器换挡到锁定位置时，将被耦接到第二主轴的第二减速器的第二升挡离合器从接触位置换挡到释放位置中，其中，在接触位置中第二升挡离合器将第二主轴固定到第二车轮输出，以在接触位置中时将高速且低扭矩输出提供到第二车轮输出，并且其中，在释放位置中第二升挡离合器在第二主轴和第一车轮输出之间提供齿轮减速，以在释放位置中时将低速且高扭矩输出提供到第二车轮输出。该方法进一步包括，增加到电动机的输出轴的扭矩，其中，电动机的输出轴转动地被连接到第一车轮输出和第二车轮输出，并且其中，扭矩被增加到第一车轮输出所需的水平以克服扭矩矢量事件。该方法还包括，将被耦接到第一主轴的第一减速器的第一升挡离合器从接触位置调节到释放位置中，其中，在接触位置中第一升挡离合器将第一主轴固定到第一车轮输出，以在接触位置中时将高速且低扭矩输出提供到第一车轮输出，并且其中，在释放位置中第一升挡离合器在第一主轴和第一车轮输出之间提供齿轮减速，以在释放位置中时将低速且高扭矩输出提供到第一车轮输出。该方法进一步包括，在扭矩事件结束之后，将第二升挡离合器换挡到接触位置中，并且将中心离合器换挡到解锁位置中。
因此，传动系统组件和方法使用车轮端扭矩倍增在最终驱动的低扭矩侧上提供扭矩矢量硬件。
此外，传动系统组件和方法提供扭矩倍增硬件的双重用途，并且在高挡和低挡车辆行驶操作期间提供扭矩矢量控制。
附图说明
当结合附图考虑时，因为通过参考以下详细描述，本发明变得更好理解，所以也将容易地理解本发明的其他优点，其中：
图1是传动系统组件的示例实施例的示意性正视图，该传动系统组件包括一对减速器组件和具有中心离合器的差速器；
图2是减速器组件的第一示例实施例的示意性正视图；
图3是减速器组件的第二示例实施例的示意性正视图；
图4是用于以低挡模式操作具有减速器组件的传动系统组件的方法的流程图；以及
图5是用于以高挡模式操作具有减速器组件的传动系统组件的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图，其中，相同的附图标记指示多个视图中的对应的部分，总体上示出了车辆的传动系统组件20。传动系统组件20被配置为驱动一对车轮22。应该理解的是，本发明的传动系统组件20可以用在各种类型的车辆上，包括但不限于汽车、休闲车和全地形车。
传动系统组件20包括电动机24。差速器26与电动机24的输出轴27耦接，并且从电动机24的输出轴27接收扭矩。第一主轴28和第二主轴29各自围绕轴线A并且沿轴线A可转动地被设置为彼此对准。主轴28、29各自与差速器26耦接。差速器26被配置为允许主轴28、29以彼此不同的速度转动。差速器26包括中心离合器30，该中心离合器30被配置为在扭矩矢量操作期间选择性地锁定差速器26以固定主轴28、29，用于以彼此相同的速度转动。应该理解的是，中心离合器30可以是各种类型的离合器，包括但不限于爪形离合器。控制器38被电连接到中心离合器30，用于选择性地将中心离合器30换挡。
第一主轴28与第一减速器组件40、140耦接，并且第二主轴29与第二减速器组件41、141耦接。如图2和3中最佳示出的，每个减速器组件40、140、41、141包括围绕主轴28、29被固定的太阳齿轮42，用于与主轴28、29一起转动。多个行星齿轮44围绕太阳齿轮42定位，并且与太阳齿轮42啮合。每个行星齿轮44限定中心46。环48围绕行星齿轮44定位，并且与行星齿轮44啮合。行星架50可转动地被连接到每个行星齿轮44的中心46，并且围绕轴线A可转动。第一车轮输出52和第二车轮输出53中的一个被固定到行星架50，并且与行星架50一起围绕轴线A可转动。
低挡齿轮离合器32可连接到环48和例如车架的地面54。低挡齿轮离合器32在接合位置和分离位置之间可移动。在接合位置中，低挡齿轮离合器32将环48固定到地面54，以在主轴28、29和车轮输出52、53之间提供具有大齿轮减速的低挡模式，例如，用于高扭矩、低速度操作。在分离位置中，低挡齿轮离合器32将环48从地面54分离，以在主轴28、29和车轮输出52、53之间提供具有(与接合位置相比)减少的齿轮减速的高挡模式，用于较低扭矩、较高速度操作。低挡齿轮离合器32被电连接到控制器38，用于选择性地移动低挡齿轮离合器32。
根据图2中示出的减速器组件40、41的第一实施例，提供升挡离合器34、35的第一实施例，用于选择性地固定环48和行星架50。升挡离合器34、35的第一实施例包括作为第一减速器组件40的一部分的第一升挡离合器34和作为第二减速器组件41的一部分的第二升挡离合器35。第一升挡离合器34、35在接触位置和释放位置之间可移动。在接触位置中，第一升挡离合器34、35将环48固定到行星架50，以在主轴28、29和车轮输出52、53之间提供1：1齿轮比，诸如用于高速度、低扭矩需求操作。在释放位置中，升挡离合器将环48从行星架50分离，以在主轴28、29和车轮输出52、53之间提供齿轮减速，用于较低速度、较高扭矩需求操作。第一升挡离合器34、35被电连接到控制器38，用于选择性地移动第一升挡离合器34、35。
根据图3中示出的减速器组件140的第二实施例，提供升挡离合器36、37的第二实施例，用于将太阳齿轮42选择性地固定到车轮输出52、53。升挡离合器36、37的第二实施例包括作为第一减速器组件40的一部分的第一升挡离合器36和作为第二减速器组件141的一部分的第二升挡离合器37。第二升挡离合器36、37在接触位置和释放位置之间可移动。当第二升挡离合器36、37在接触位置中时，它将太阳齿轮42固定到车轮输出52、53，以在主轴28、29和车轮输出52、53之间提供1：1齿轮比，诸如用于高速度、低扭矩需求操作。当第二升挡离合器36、37在释放位置中时，它将太阳齿轮42从车轮输出52、53分离，以在主轴28、29和车轮输出52、53之间提供齿轮减速，诸如用于较低速度、较高扭矩需求操作。第二升挡离合器36、37被电连接到控制器38，用于选择性地移动第二升挡离合器36、37。
常规车辆传动系统组件的扭矩矢量硬件通常必须承受很高的最终驱动扭矩，因为最终驱动齿轮装置通常位于电动机附近。已知这样的布置产生大质量和大体积的整体传动系统组件。可以将两个方法与本发明的传动系统组件20一起使用，以提供更有效的扭矩矢量传动系统。
在第一方法下，如图2和3中示出的，用减速器组件40、41、140、141在车轮输出52、53附近提供扭矩倍增，以将扭矩矢量硬件放置在最终驱动比的低扭矩侧上。这样的布置减少扭矩矢量系统的整体尺寸和质量。如讨论的，减速器组件40、140、41、141能够选择性地提供多个齿轮比。
在第二方法下，组合可变挡中心离合器30在车轮输出52、53附近提供扭矩倍增。更具体地，在该布置下，当处于低挡模式或高挡模式时，传动系统组件20可以根据请求扭矩矢量操作时车轮端在哪个挡位(range)而不同地操作。应该理解的是，根据第二方法可以利用第一升挡离合器34、35和第二升挡离合器36、37的任一实施例。
更具体地，如图4中示出的，当处于低挡模式时，一方法包括300同时将中心离合器30换挡到锁定位置中，并且朝向释放位置在升挡离合器34、35、36、37上施加一些力，以向车轮输出52、53提供更多扭矩，用于车轮(超速(overdrive)车轮)接收更多扭矩。这使得接收了离合器致动的车轮输出52、53略微超速。当扭矩矢量事件结束时，该方法包括302同时将升挡离合器34、35、36、37换挡回到接触位置中，并且将中心离合器30换挡到解锁位置中以解锁中心差速器58。在该操作期间，该方法可以包括304使用控制器38来使得被提供到电动机输出27的扭矩被调节以控制被传送到非超速车轮输出52、53的扭矩的量。
如图5中示出的，当处于高挡模式时，一方法包括306同时将中心离合器30换挡到锁定位置中，并且将升挡离合器34、35、36、37朝向与超速车轮输出52、53相对的减速器40、140的释放位置换挡。该方法进一步包括308使用控制器38来使得被提供到电动机输出27的扭矩被略微增加到超速车轮输出52、53所需的水平。该方法进一步包括310调节升挡离合器34、35、36、37以在减速(underdrive)车轮输出52、53上提供适当量的扭矩。当扭矩矢量事件结束时，该方法包括312将减速车轮的升挡离合器34、35、36、37换挡到接触位置中，并且将中心离合器30换挡到解锁位置中。
根据本公开的另一方面，低挡齿轮离合器32和/或第一升挡离合器34、35和第二升挡离合器36、37可以被选择性地致动以用作车轮输出52、53上的制动器以提供期望的扭矩矢量特性。该车轮制动功能也可以同时在车轮输出52、53上被致动以实现常规制动功能(非扭矩矢量)。
显然，根据上面的教导，能够对本发明进行许多修改和变型，并且可以在所附权利要求的范围内以不同于具体描述的方式来实践本发明。这些先前的叙述应该被解释为涵盖发明新颖性发挥其效用的任何组合。在装置权利要求中使用词语“所述”指的是旨在被包括在权利要求的覆盖范围中的肯定陈述的先行词，而词语“该”在不旨在被包括在权利要求的覆盖范围中的词语之前。

Claims (11)

1.一种车辆的传动系统组件，其特征在于，包括：
电动机；
差速器，所述差速器与所述电动机耦接，以从所述电动机接收扭矩；
一对主轴，一对主轴沿轴线被设置并且与所述差速器可转动地耦接，用于从所述差速器接收扭矩；
一对减速器，每个减速器与所述主轴中的一个主轴耦接，每个减速器包括：
太阳齿轮，所述太阳齿轮围绕所述主轴被固定，用于与所述主轴一起转动；
多个行星齿轮，多个行星齿轮与所述太阳齿轮啮合并且围绕所述太阳齿轮可转动，并且每个行星齿轮包括中心；
环，所述环围绕所述行星齿轮定位并且与所述行星齿轮啮合；
行星架，所述行星架可转动地被连接到所述行星齿轮中的每个行星齿轮的所述中心，并且围绕所述轴线可转动；
车轮输出，所述车轮输出被固定到所述行星架并且围绕所述轴线可转动；
低挡齿轮离合器，所述低挡齿轮离合器在接合位置和分离位置之间可移动，其中，在所述接合位置中所述低挡齿轮离合器将所述环固定到地面，并且其中，在所述分离位置中所述低挡齿轮离合器将所述环从所述地面断开连接；
升挡离合器，所述升挡离合器在接触位置和释放位置之间可移动，其中，在所述接触位置中所述升挡离合器将所述主轴固定到所述车轮输出，并且其中，在所述释放位置中所述升挡离合器将所述主轴从所述车轮输出断开连接；
控制器，所述控制器与中心离合器、所述低挡齿轮离合器和所述升挡离合器连接，用于选择性地将所述中心离合器、所述低挡齿轮离合器和所述升挡离合器换挡。
2.根据权利要求1所述的减速器组件，其特征在于，在所述接触位置中所述升挡离合器将所述环固定到所述行星架，并且其中，在所述释放位置中所述升挡离合器将所述环从所述行星架隔开。
3.根据权利要求1所述的减速器组件，其特征在于，在所述接触位置中所述升挡离合器将所述太阳齿轮固定到所述车轮输出，并且其中，在所述释放位置中所述升挡离合器将所述太阳齿轮从所述车轮输出隔开。
4.根据权利要求1所述的减速器组件，其特征在于，所述差速器包括中心离合器，所述中心离合器被配置为在锁定位置和解锁位置之间换挡，其中，当所述中心离合器在所述锁定位置中时，所述中心离合器使得所述主轴以彼此相同的速度转动，并且其中，当所述中心离合器在所述解锁位置中时，所述中心离合器允许所述主轴以彼此不同的速度转动。
5.一种用于操作车辆的传动系统组件的方法，其特征在于，所述方法包括：
用控制器识别在低挡行驶操作期间第一车轮输出的扭矩矢量事件；
在所述扭矩矢量事件期间将差速器的中心离合器从解锁位置换挡到锁定位置，其中，当所述中心离合器在所述解锁位置中时，第一主轴和第二主轴被耦接到所述差速器并且能够以彼此不同的速度转动，并且其中，当所述中心离合器在所述锁定位置中时，所述第一主轴和所述第二主轴被固定，用于以彼此相同的速度转动；以及
在所述扭矩矢量事件期间将被耦接到所述第一主轴的第一减速器的第一升挡离合器从接触位置朝向释放位置换挡，其中，在所述接触位置中所述第一升挡离合器将所述第一主轴固定到第一车轮输出，以在所述接触位置中时将高速且低扭矩输出提供到所述第一车轮输出，并且其中，在所述释放位置中所述第一升挡离合器在所述第一主轴和所述第一车轮输出之间提供齿轮减速，以在所述释放位置中时将低速且高扭矩输出提供到所述第一车轮输出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括在确定所述扭矩事件结束之后，同时将所述第一升挡离合器换挡到所述接触位置中，并且将所述中心离合器换挡到所述解锁位置。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一减速器包括：
太阳齿轮，所述太阳齿轮围绕所述第一主轴被固定，用于与所述第一主轴一起转动；
多个行星齿轮，多个行星齿轮与所述太阳齿轮啮合并且围绕所述太阳齿轮可转动，并且每个行星齿轮包括中心；
环，所述环围绕所述行星齿轮定位并且与所述行星齿轮啮合；
行星架，所述行星架可转动地被连接到所述行星齿轮中的每个行星齿轮的所述中心，并且围绕所述轴线可转动，并且被固定到所述第一车轮输出；
低挡齿轮离合器，所述低挡齿轮离合器在接合位置和分离位置之间可移动，其中，在所述接合位置中所述低挡齿轮离合器将所述环固定到地面，并且其中，在所述分离位置中所述低挡齿轮离合器将所述环从所述地面断开连接；
所述第一升挡离合器。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述接触位置中所述第一升挡离合器将所述环固定到所述行星架，并且其中，在所述释放位置中所述升挡离合器将所述环从所述行星架隔开。
9.根据权利要求7所述的减速器组件，其特征在于，在所述接触位置中所述第一升挡离合器将所述太阳齿轮固定到所述车轮输出，并且其中，在所述释放位置中所述第一升挡离合器将所述太阳齿轮从所述第一车轮输出隔开。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括，调节被提供到所述传动系统组件的所述电动机的扭矩的量，以控制被传送到与所述第一车轮输出相对的第二车轮输出的扭矩的量。
11.一种用于操作车辆的传动系统组件的方法，其特征在于，所述方法包括：
用控制器识别在高挡行驶操作期间第一车轮输出的扭矩矢量事件；
在所述扭矩矢量事件期间将差速器的中心离合器从解锁位置换挡到锁定位置，其中，当所述中心离合器在所述解锁位置中时，第一主轴和第二主轴被耦接到所述差速器并且能够以彼此不同的速度转动，并且其中，当所述中心离合器在所述锁定位置中时，所述第一主轴和所述第二主轴被固定，用于以彼此相同的速度转动；
当将所述中心离合器换挡到所述锁定位置时，将被耦接到所述第二主轴的第二减速器的第二升挡离合器从接触位置换挡到释放位置中，其中，在所述接触位置中所述第二升挡离合器将所述第二主轴固定到第二车轮输出，以在所述接触位置中时将高速且低扭矩输出提供到所述第二车轮输出，并且其中，在所述释放位置中所述第二升挡离合器在所述第二主轴和所述第一车轮输出之间提供齿轮减速，以在所述释放位置中时将低速且高扭矩输出提供到所述第二车轮输出；
增加到电动机的输出轴的扭矩，其中，所述电动机的所述输出轴转动地被连接到第一车轮输出和第二车轮输出，并且其中，所述扭矩被增加到所述第一车轮输出所需的水平以克服所述扭矩矢量事件；
将被耦接到所述第一主轴的第一减速器的第一升挡离合器从接触位置调节到释放位置中，其中，在所述接触位置中所述第一升挡离合器直接将所述第一主轴固定到第一车轮输出，以在所述接触位置中时将高速且低扭矩输出提供到所述第一车轮输出，并且其中，在所述释放位置中所述第一升挡离合器在所述第一主轴和所述第一车轮输出之间提供齿轮减速，以在所述释放位置中时将低速且高扭矩输出提供到所述第一车轮输出；
在所述扭矩事件结束之后，将所述第二升挡离合器换挡到所述接触位置中，并且将所述中心离合器换挡到所述解锁位置中。
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