CN112277636A - 轮端分离系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“轮端分离系统和方法”。公开了用于将半轴锁定到轮毂以接合四轮驱动的方法和系统。在一个示例中，轮毂经由径向膨胀接合机构锁定到半轴。所述径向膨胀接合机构没有润滑脂并且没有弹簧。

Description

轮端分离系统和方法

技术领域

本说明书总体上涉及用于接合和脱离全轮驱动车辆的车轮的方法和系统。所述系统和方法对于在低环境温度下操作的车辆可能特别有用。

背景技术

车辆可以被配置为四轮驱动车辆以改进车辆牵引力和性能。如果车辆在所有车辆工况期间连续地以四轮驱动接合，则由于传动系摩擦增加，车辆能量效率可能降低。因此，可能期望在一些车辆工况期间以二轮驱动模式操作车辆并且在其他车辆工况期间以四轮驱动模式操作车辆。然而，由于轮端分离装置配置，联接轮毂使得车辆可以进入四轮驱动模式所需的时间可能比期望的时间更多。这在低温环境温度条件期间当轮端分离机构内的润滑脂可能使得将半轴联接到轮毂更加困难时尤其如此。具体地，润滑脂可以增大轮端分离机构内的运动阻力，使得可能比将半轴联接到轮毂所需的时间更长。因此，可能期望提供一种快速换挡成对环境温度不太敏感的四轮驱动的方式。

发明内容

本文的发明人已经认识到上述问题并且已经开发了一种车辆轮端锁定装置，所述车辆轮端锁定装置包括：内环总成，所述内环总成包括径向膨胀接合机构；以及外环，所述外环包括用于接收所述径向膨胀接合机构的第一组齿。

通过使接合机构径向膨胀以联接轮端分离装置，可以提供更快的四轮驱动接合的技术效果。具体地，可以生产和操作不包括润滑脂的轮端分离装置，使得低温环境温度对轮毂锁定和解锁的影响可能较小。具体地，轮端分离装置的棘爪可以经由电磁致动器径向膨胀以接合四轮驱动并且缩回以脱离四轮驱动。所述棘爪和致动器环不需要被润滑就能操作，因此可以在更宽范围的环境温度工况下更一致地操作。

本说明书可以提供若干优点。具体地，所述方法提供了无润滑脂轮端分离装置，所述无润滑脂轮端分离装置可以在宽范围的环境温度下更一致地操作，并且可以不太可能趋向于接收和保持可能影响先前的轮端分离装置设计的碎屑。此外，无论车轮顺时针还是逆时针旋转，所述方法都提供主动车轮锁定。更进一步地，所述方法不含弹簧。另外，车桥上和轮毂上的花键不再需要具有共用节径，所述共用节径是滑环联接器所要求的。另外，所述电磁致动器可以比真空动力或电动马达和齿轮系更快地起作用。另外，所述电磁致动器允许原动力在具有相对速度而没有物理接触的部件之间传递，从而降低磨损可能性。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍将在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。

附图说明

图1是车辆传动系的示意图；

图2示出了示例性轮端分离系统的透视图；

图3示出了图2的轮端分离系统的分解图；

图4示出了图2中所示的轮端分离系统的截面透视图；

图5是图4中所示的轮端分离系统的截面的一部分的详细视图；

图6是轮端分离致动器的横截面的平面图；

图7是处于自由旋转(free-wheeling)位置的轮端分离系统的致动器总成的透视图；

图8是处于车轮锁定位置的轮端分离系统的致动器总成的透视图；

图9是用于车轮锁定的轮端分离系统的致动器销或销钉延伸棘爪的截面图；

图10是用于车轮解锁的轮端分离系统的致动器销或销钉缩回棘爪的截面图；

图11示出了处于与扭矩传递环接合的位置的致动器总成的平面图；

图12示出了致动器总成的棘爪的透视图；

图13示出了图11中所示的致动器总成的自由旋转位置的详细放大截面；

图14示出了其中轮端分离致动器接合和脱离的示例性序列；并且

图15是示出了用于接合和脱离图1至图13中所示的轮端分离装置的示例性方法。

图2至图13大致按比例示出。

具体实施方式

以下描述涉及用于接合和脱离车辆的车轮的轮端分离装置的系统和方法。轮端分离装置可以应用于前轮或后轮。此外，轮端分离系统可以是不含润滑脂的，使得接合轮端分离系统的时间量可以不受低温环境温度的影响。另外，不含润滑脂意味着当温度高时系统无法泄漏。轮端分离装置可以应用于包括内燃发动机作为唯一推进源的车辆、包括内燃发动机和电机作为推进源的车辆以及包括电机作为唯一推进源的车辆中。在一个示例中，车辆可以是混合动力车辆，所述混合动力车辆包括用于提供推进力的电机，如图1所示。轮端分离装置可以包括图2至图13中所示的部件。轮端分离系统可以根据图14中所示的序列并且根据图15的方法进行操作。

图1示出了车辆121的示例性车辆推进系统100。车辆推进系统100包括至少三个动力源，所述三个功率源包括内燃发动机110、电机120和电机135c。然而，在其他示例中，可以省略内燃发动机110。此外，在其他示例中，可以应用其他传动系布局。因此，应当明白，图1的系统是非限制性的。电机120和135c可以被配置为利用或消耗与发动机110不同的能量源。例如，发动机110可以消耗液体燃料(例如，汽油)以产生发动机输出，而电机120和135c可以消耗电能以产生电机输出(例如，机械扭矩)。因此，具有推进系统100的车辆可以称为混合动力电动车辆(HEV)。贯穿图1的描述，各种部件之间的机械连接被示为实线，而各种部件之间的电气连接被示为短划线。

车辆推进系统100具有前车桥133和后车桥122。在一些示例中，后车桥可以包括两个半轴，例如第一半轴122a和第二半轴122b。同样地，前车桥133可以包括联接到差速器齿轮137的第一半轴133a和第二半轴133b。电机135c可以向差速器齿轮137供应机械动力。车辆推进系统100被示为具有前轮130和后轮131。在该示例中，前轮130可以经由电机135c和差速器齿轮137选择性地驱动。当车辆121未以四轮驱动模式操作时，轮端分离装置199可以使前轮130与电机135c以及第一半轴133a和第二半轴133b机械地脱离联接。此外，当车辆121以四轮驱动模式操作时，轮端分离装置199可以使前轮130机械地联接到电机135c以及第一半轴133a和第二半轴133b。逆变器147c可以通过将来自电能存储装置132的DC电力转换为AC电力来向电机135c供应交流电。替代地，逆变器147c可以将来自电机135c的AC电力转换为DC电力以存储在电能存储装置132中。后轮131可以电驱动或经由发动机110驱动。

后车桥122联接到电机120并经由驱动轴129联接到变速器125。后车桥122可以纯电动地并且仅经由电机120(例如，纯电动驱动或推进模式，发动机不燃烧空气和燃料或不旋转)、经由电机120和发动机110以混合动力方式(例如，并行模式)、或者仅经由发动机110(例如，纯发动机推进模式)、以纯内燃发动机操作的方式驱动。后驱动单元136可以将来自发动机110或电机120的动力传递到车桥122，从而导致驱动轮131旋转。后驱动单元136可以包括齿轮组(差速器193)以及电控差速器离合器191，所述电控差速器离合器191调整到车桥122a和到车桥122b的扭矩传递。在一些示例中，电控差速离合器191可以经由CAN总线299传送电控差速离合器的离合器扭矩容量(例如，离合器可以传递的扭矩量，并且所述扭矩量可以响应于所施加用于闭合离合器的力增加而增加)。当电控差速器离合器打开时，到车桥122a和122b的扭矩传递可以是相同的。当电控差速离合器191部分闭合(例如，打滑，使得到离合器的速度输入不同于离合器的速度输出)或闭合时，到车桥122a的扭矩传递可以不同于传递到车桥122b的扭矩。后驱动单元136还可以包括用于使变速器125和电机120从车轮131脱离联接的一个或多个离合器(未示出)。后驱动单元136可以直接联接到电机120和车桥122。在一些示例中，在来自发动机110的正扭矩流的方向上直接定位在变速器125下游的马达可以替代后驱动单元136。

变速器125在图1中被示出为连接在发动机110和分配给后车桥122的电机120之间。在一个示例中，变速器125是双离合器变速器(DCT)。在其中变速器125是DCT的示例中，DCT可以包括第一离合器126、第二离合器127和齿轮箱128。DCT 125将扭矩输出到驱动轴129以向车轮131供应扭矩。变速器125可以通过选择性地打开和闭合第一离合器126和第二离合器127来进行换挡。

电机120和135a可以从车载电能存储装置132接收电力。此外，电机120和135a可以提供发电机功能以将发动机输出或车辆的动能转换为电能，其中电能可以存储在电能存储装置132处以供电机120、电机135c或集成式起动机/发电机142稍后使用。第一逆变器系统控制器(ISC1)134可以将由电机120产生的交流电转换为直流电以便存储在电能存储装置132处，反之亦然。电能存储装置132可以是电池、电容器、电感器或其他电能存储装置。

在一些示例中，电能存储装置132可以被配置为存储电能，所述电能可以被供应给驻留在车辆上的其他电气负载(除了马达之外)，包括车厢供暖和空调、发动机起动、前照灯、车厢音频和视频系统等。

控制系统14可以与发动机110、电机120、电机135a、能量存储装置132、集成式起动机/发电机142、变速器125、轮端分离装置199等中的一者或多者进行通信。控制系统14可以从发动机110、电机120、电机135a、能量存储装置132、集成式起动机/发电机142、变速器125等中的一者或多者接收感觉反馈信息。此外，控制系统14可以响应于这种感觉反馈而将控制信号发送到发动机110、电机120、电机135c、轮端分离装置199、能量存储装置132、变速器125等中的一者或多者。控制系统14可以从人类操作员102或自主控制器接收车辆推进系统的操作员请求的输出的指示。例如，控制系统14可以从与踏板192通信的踏板位置传感器194接收感觉反馈。踏板192可以示意性地指代加速踏板。类似地，控制系统14可以经由人类操作员102或自主控制器接收操作员请求的车辆制动的指示。例如，控制系统14可以从与制动踏板156通信的踏板位置传感器157接收感觉反馈。

电能存储装置132包括电能存储装置控制器139和配电模块138。电能存储装置控制器139可以提供能量存储元件(例如，电池单元)之间的电荷平衡以及与其他车辆控制器(例如，控制器12)的通信。配电模块138控制电能存储装置132的电力流入和流出。

一个或多个车轮转速传感器(WSS)195可以联接到车辆推进系统100的一个或多个车轮。所述车轮转速传感器可以检测每个车轮的转速。WSS的此类示例可以包括永磁体类型的传感器。

车辆推进系统100还可以包括起动机140。起动机140可以包括电动马达、液压马达等，并且可以用来使发动机110旋转，以便在其自身动力下启动发动机110的操作。

车辆推进系统100还可以包括制动系统控制模块(BSCM)141。在一些示例中，BSCM141可以包括防抱死制动系统，使得车轮(例如，130、131)可以在制动的同时根据驾驶员输入保持与路面的牵引接触，因此这可以防止车轮抱死，以防止打滑。在一些示例中，BSCM可以从车轮转速传感器195接收输入。

车辆推进系统100还可以包括集成式起动机/发电机(BISG)142。BISG可以在发动机110处于操作中时产生电力，其中所产生的电力可以用于对电气装置供电和/或对车载存储装置132充电。如图1中指示，第二逆变器系统控制器(ISC2)143可以从BISG 142接收交流电，并且可以将由BISG 142产生的交流电转换为直流电以存储在能量存储装置132中。集成式起动机/发电机142还可以在发动机起动或其他状况期间提供扭矩给发动机110以补充发动机扭矩。

车辆推进系统100还可以包括马达电子器件冷却剂泵(MECP)146。MECP 146可以用于使冷却剂循环以扩散至少通过车辆推进系统100的电机120和电子器件系统产生的热量。作为示例，MECP可以从车载能量存储装置132接收电力。

控制器12可以构成控制系统14的一部分。在一些示例中，控制器12可以是车辆的单个控制器。控制系统14被示出为从多个传感器16(其各种示例在本文中进行了描述)接收信息并且向多个致动器81(其各种示例在本文中进行了描述)发送控制信号。作为一个示例，传感器16可以包括一个或多个车轮转速传感器195、节气门位置传感器(未示出)等。在一些示例中，与发动机110、变速器125、电机120、车轮转速传感器195、描述轮端分离装置的联接/脱离联接状态等的位置传感器相关联的传感器可以向控制器12传送关于发动机、变速器和电机操作的各种状态的信息。

车辆推进系统100还可以包括仪表板19上的车载导航系统17(例如，全球定位系统)，车辆的操作员可以与所述车载导航系统17交互。导航系统17可以包括用于辅助估计车辆的位置(例如，地理坐标)的一个或多个位置传感器。例如，车载导航系统17可以从GPS卫星(未示出)接收信号，并从所述信号识别车辆的地理位置。在一些示例中，地理位置坐标可以被传送到控制器12。

仪表板19还可以包括显示系统18，所述显示系统18被配置成向车辆操作员显示信息。作为非限制性示例，显示系统18可以包括触摸屏或人机界面(HMI)，即，使得车辆操作员能够查看图形信息以及输入命令的显示器。在一些示例中，显示系统18可以经由控制器(例如，12)无线地连接到因特网(未示出)。因此，在一些示例中，车辆操作员可以经由显示系统18与互联网网站或软件应用程序(app)通信。

仪表板19还可以包括操作员接口15，车辆操作员可以经由所述操作员接口15调整车辆的操作状态。具体地，操作员接口15可以被配置为基于操作员输入来启动和/或终止车辆传动系(例如，发动机110、BISG 142、DCT 125、以及电机135c、电机120)的操作。操作员点火接口15的各种示例可以包括需要物理设备的接口，诸如有源钥匙，所述物理设备可以插入操作员点火接口15以起动发动机110并接通车辆，或者可以被移除以关闭发动机110并使车辆熄火。其他示例可以包括无源钥匙，所述无源钥匙通信地联接到操作员点火接口15。无源钥匙可以被配置为电子钥匙扣或智能钥匙，所述电子钥匙扣或智能钥匙不必插入点火接口15或从点火接口15移除便可操作车辆发动机110。相反，无源钥匙可能需要位于车辆内部或车辆附近处(例如，在车辆的阈值距离内)。其他示例可以另外或任选地使用由驾驶员手动按压以起动或关闭发动机110并且使车辆接通或熄火的起动/停止按钮。在其他示例中，远程发动机起动可以通过远程计算装置(未示出)(例如，蜂窝电话或基于智能手机的系统)启动，其中用户的蜂窝电话将数据发送到服务器并且服务器与车辆控制器12通信以起动发动机。车辆121的空间取向经由轴线175指示。

图2是示出了轮端分离系统199的透视图。轮端分离系统199包括转向节202，所述转向节202支撑半轴(例如，133a或133b)、轮毂204和轮端分离机构208。转向节202可以经由车辆的底盘支撑。车轮(例如，130)可以经由车轮螺栓或螺柱215机械地联接到轮毂204，并且轮端分离装置壳体210覆盖并保护轮端分离机构208。截面AA在220处指示，并且截面AA在图4中示出。

图3示出了图1和图2的轮端分离系统199的分解图。转向节202支撑轮毂204和半轴206。半轴206的端部302包括外花键304，所述外花键304与内环总成308的内花键310啮合。密封件305位于半轴206与轮端分离装置壳体210之间，以降低碎屑进入轮端分离系统199的可能性。轮端分离装置壳体210覆盖内环总成308，并且也降低了碎屑进入轮端分离系统199的可能性。致动器线圈或电磁体总成306也经由壳体210覆盖，并且线圈总成306装配在致动器环314的至少一部分的顶部上方。

内环总成308包括内环309，所述内环309包括位于内环309的内侧311的内花键310。致动器环314和永磁体312滑过内环309的外侧313。致动器环314可以在横向方向上移动，使得顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316径向向外移动以选择性地接合外环320的棘爪齿322。致动器销(图9和图10中所示)与致动器环314一起横向移动以接合顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316，由此使顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316径向地延伸和缩回以选择性地将内环总成308和半轴206联接到外环320和轮毂204。永磁体312联接到致动器环314，并且它们可以在经由致动器线圈或电磁体总成306产生的磁场内移动以使致动器环314横向移动，以将内环总成308与外环总成320接合和脱离。

外环320包括棘爪接合齿322和轮毂接合齿324。当顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316与棘爪接合齿322接合时，外环320可以在轮毂204与半轴206之间传递扭矩。棘爪接合齿322和轮毂接合齿324位于外环320的内侧321。轮毂接合齿324经由轮毂齿330将外环320联接到轮毂204。轮毂齿330与车轮和轮毂204以相同转速旋转。轮毂204经由凸缘340紧固到转向节202。轮毂总成199可以在没有润滑脂的情况下构造和操作，使得轮毂总成199将半轴206联接到轮毂204的接合受寒冷天气的影响较小。

现在参考图4，示出了图2的截面AA。截面AA揭示了转向节202、半轴206和轮毂204的横截面。区域402示出了图4的截面AA的区域，所述区域在图5中更详细地示出。截面AA示出了处于完全组装状态的轮端分离装置199的部件。当轮端分离装置脱离时(例如，不处于四轮驱动模式)，半轴206可以是静止的，而轮毂204旋转。半轴206装配到轮毂204中。

现在参考图5，示出了图4的区域402的特写或详细视图。轮端分离装置壳体210被示出为联接到转向节204并且覆盖致动器线圈总成306、外环320、内环309、永磁体312和致动器环314。内环309、外环320和致动器环为环形形状。轮毂齿330接合外环320，并且内环309的棘爪可以选择性地接合外环320的棘爪齿，使得轮毂204与半轴206一致地旋转。内环309与半轴206一致地旋转。

现在参考图6，示出了轮端分离系统199的部分横截面的平面图。轮端分离装置壳体210包括多个通孔，其中示出了一个通孔630，所述多个通孔用于将轮端分离装置壳体210联接到转向节202。轮端分离装置壳体210被示出为覆盖电磁体总成306。电磁体总成306包括两个环形线圈602和支撑件604。电磁体总成306被定位成径向延伸超过也为环形形状的永磁体312以及致动器环314的径向范围。致动器环314为环形形状，并且其包括用于使多个棘爪(诸如逆时针棘爪316)延伸和缩回的多个致动销或杆610。致动器环314可以响应于电磁总成被激活和停用而如箭头620所示横向移动。具体地，当将第一极性的电压施加到电磁体总成306时，致动器环314可以在第一方向上移动。当将第二极性的电压施加到电磁体总成306时，致动器环314可以在与第一方向相反的方向上移动，第一方向和第二方向由箭头620指示。致动器环314是包括致动器环314、永磁体312和致动器销610的致动器总成666的一部分。

内环总成308包括两个保持板606以用于捕获图3中所示的顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316。致动器环314与内环309以相同转速旋转，并且致动器环314经由导销联接到内环，如图7和图8中所示。可以在制造时调整导销702的长度以调整致动器环314的行进距离。外环320从内环309径向向外延伸，并且外环320可以经由逆时针接合棘爪316联接到内环309。外环经由齿或花键(未示出)机械地联接到轮毂204。

现在参考图7，示出了棘爪缩回的内环总成308的透视图。致动器总成666被示出为处于缩回位置，由此致动器总成666操作以将顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316从外环320缩回。在缩回位置中，致动器总成666朝向顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316横向前进。图10示出了处于缩回位置的致动器总成666。联接到致动器环(未示出)的致动器销(未示出)施加力以使顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316缩回，使得顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316不能接合外环320和棘爪齿324。

导销702允许致动器总成666横向移动，使得顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316可以缩回。导销702还约束致动器总成666相对于内环309的旋转。齿或花键310包括在内环309的内侧，并且顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316位于内环309的外侧。

现在参考图8，示出了棘爪径向延伸的内环总成308的透视图。致动器总成666被示出为处于延伸位置，由此致动器总成666操作以将顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316径向地延伸。在延伸位置中，致动器总成666从顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316横向地撤回。图9示出了处于缩回位置的致动器总成666。联接到致动器环(未示出)的致动器销(未示出)施加力以使顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316延伸，使得顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316可以接合外环320和棘爪齿324。

导销702允许致动器总成666在被保持时撤回。导销702防止致动器销完全从顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316撤回。

现在参考图9，致动器总成666被示出为处于延伸位置。在延伸位置中，致动器总成666几乎完全从逆时针接合棘爪316撤回。当致动器总成666处于延伸位置时，逆时针接合棘爪316从内环309径向向外延伸。致动器销610延伸一小段距离进入逆时针接合棘爪316中，并且经由腔体902向逆时针接合棘爪316施加力。腔体902横穿逆时针接合棘爪316的一侧。腔体902可以被螺旋地切割或成形以向逆时针接合棘爪316提供凸轮廓线(例如，具有突起的截面和没有突起的截面)，使得随着致动器销在横向方向上移动，致动器销610在沿着腔体902的不同位置处施加力，由此使逆时针接合棘爪316径向地延伸或缩回。腔体902被示出为相对于逆时针接合棘爪316对称，使得它可以相对于顺时针接合棘爪318以相同方式操作。电磁体总成306(图3中所示)可以施加磁力以将致动器总成666定位在延伸位置中。致动器销610的线性运动(例如，致动器销610在单个方向上的运动)被转换为棘爪(例如，316或318)的旋转延伸。此外，经由永磁体312和电磁体(例如，线圈602形成电磁体)的磁场同时执行移动致动器环314和联接到致动器环314的多个致动器销610。致动器总成666以类似方式作用于顺时针接合棘爪318上。

现在参考图10，致动器总成666被示出为处于缩回位置。在缩回位置中，致动器总成666几乎完全插入逆时针接合棘爪316。逆时针接合棘爪316可以在缩回位置中与内环309接触。此外，当致动器总成666处于缩回位置时，逆时针接合棘爪316无法接合外环320和棘爪接合齿。致动器销610延伸几乎一半进入逆时针接合棘爪316中，并且经由腔体902向逆时针接合棘爪316施加力。腔体902横穿逆时针接合棘爪316的一侧。电磁体总成306(图3中所示)可以施加磁力以将致动器总成666定位在缩回位置中。致动器总成666以类似方式作用于顺时针接合棘爪318上。

因为轮端分离装置可以不含润滑脂，所以防腐蚀和防摩擦材料(例如，聚四氟乙烯、锌等)1002可以涂敷于致动器销610和/或棘爪的腔体902。

现在参考图11，示出了经由棘爪318和316联接到外环320的内环309的平面图。在该视图中，致动器总成666(不可见)处于延伸位置中，使得顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316从内环309径向向外延伸。顺时针旋转接合棘爪318被示出为与外环320接触，由此将内环309锁定到外环320，使得在四轮驱动模式期间可以将扭矩从半轴206传递到轮毂204和车轮。示出了逆时针旋转接合棘爪318与棘爪齿324之间的间隙1102。所述间隙允许棘爪使内环309从外环320缩回并与其脱离联接，使得当四轮驱动模式脱离时，轮毂204可以与半轴脱离联接。

现在参考图12，示出了逆时针接合棘爪316的透视图。逆时针接合棘爪316包括通孔1202，所述通孔1202用于将逆时针接合棘爪316联接到内环309。紧固件(例如，螺栓)可以穿过孔1202放置，这允许逆时针接合棘爪316围绕紧固件旋转，同时紧固件将逆时针接合棘爪316联接到内轮。逆时针接合棘爪316还包括外环接合面1104，所述外环接合面1104用于将外环320联接到内环309(未示出)。腔体902被切割在通孔1202旁边，使得图6中所示的致动器销610可以接合腔体902并且使逆时针接合棘爪围绕通孔1202旋转。顺时针接合棘爪(未示出)可以与逆时针接合棘爪316类似地构造。

现在参考图13，示出了经由棘爪318和316与外环320脱离联接的内环309的局部平面图。在该视图中，致动器总成666(不可见)处于缩回位置中，使得顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316不从内环309径向向外延伸。顺时针旋转接合棘爪318和逆时针接合棘爪316被示出为不与外环320接触，由此将内环309从外环320解锁，使得在未接合四轮驱动模式时无法将扭矩从半轴206传递到轮毂204和车轮。示出了逆时针旋转接合棘爪318与棘爪齿324之间的间隙1302。所述间隙允许内环309在不接触外环320的情况下旋转。同样地，示出了顺时针旋转接合棘爪316与棘爪齿324之间的间隙1304。当半轴206在逆时针方向上旋转时，该间隙还允许内环309在不接触外环320的情况下旋转。

图1至图13的系统提供了一种轮端分离装置，所述轮端分离装置包括：内环总成，所述内环总成包括径向膨胀接合机构；以及外环，所述外环包括用于接收所述径向膨胀接合机构的第一组齿。所述车辆轮端分离装置包括其中所述径向膨胀接合机构包括多个棘爪。所述车辆轮端分离装置还包括单个致动器环，所述单个致动器环用于使所述多个棘爪径向延伸和缩回。所述车辆轮端分离装置包括其中所述内环总成包括内环，所述内环包括花键，所述花键被配置为接收半轴。所述车辆轮端分离装置还包括所述外环所包括的第二组齿。所述车辆轮端分离装置包括其中所述第二组齿和所述第一组齿在所述外环的内侧。所述车辆轮端分离装置还包括轮毂，所述轮毂联接到所述外环。

图1至图13还提供了一种车辆轮端分离装置，所述车辆轮端分离装置包括：无弹簧机构，所述无弹簧机构包括用于使多个棘爪径向膨胀和收缩的多个销；以及外环，所述外环被配置为当所述多个棘爪径向延伸时接收所述多个棘爪。所述车辆轮端分离装置包括其中所述轮端锁定装置不含无润滑脂并且包括摩擦涂层和腐蚀涂层。所述车辆轮端锁定装置还包括一个或多个密封件以防止碎屑进入所述车辆轮端锁定装置。所述车辆轮端分离装置包括其中所述多个棘爪中的每一者包括腔体，所述腔体被配置为接收致动器销。所述车辆轮端分离装置包括其中所述腔体被配置为将所述致动器销的线性运动转换为所述多个棘爪中的一者的径向运动。所述车辆轮端分离装置还包括多个导销，所述多个导销联接到所述无弹簧机构。所述车辆轮端分离装置包括电磁体，所述电磁体用于调整所述无弹簧机构的位置。

现在参考图14，示出了根据图15的方法的预示性操作序列。图14中所示的车辆操作序列可以经由图15的方法与图1至图13中所示的系统协作而提供。图14中所示的曲线图同时出现并且在时间上对准。在T0至T3处的竖直线表示序列期间的感兴趣的时间。

从图14的顶部开始的第一曲线图是四轮驱动请求(例如，将扭矩传递到车辆的所有四个车轮的请求)相对于时间的曲线图。竖直轴表示对四轮驱动的请求的操作状态。当迹线1402处于处于竖直轴箭头附近的较高水平时，请求四轮驱动。当迹线1402处于水平轴附近的较低水平时，不请求四轮驱动。水平轴表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线1402表示四轮驱动请求操作状态。

从图14的顶部开始的第二曲线图是转速相对于时间的曲线图。竖直轴表示转速并且转速沿竖直轴箭头的方向增加。水平轴表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。线1404表示轮毂的转速，而线1406表示半轴的转速。

从图14的顶部开始的第三曲线图是电机操作状态相对于时间的曲线图。竖直轴表示电机操作状态，并且当迹线1408处于竖直轴箭头附近的较高水平时，电机正在操作。当迹线1408处于水平轴附近的较低水平时，电机不操作。水平轴表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线1408表示电机操作状态。

从图14的顶部开始的第四曲线图是轮端分离致动器操作状态相对于时间的曲线图。竖直轴表示轮端分离致动器操作状态，并且当迹线1410处于竖直轴箭头附近的较高水平时，轮端分离致动器被接合以将半轴联接到轮毂。当迹线1410处于水平轴箭头附近的较低水平时，轮端分离致动器未接合并且将半轴与轮毂脱离联接。水平轴表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线1410表示轮端分离致动器操作状态。

在时间T0处，不请求四轮驱动，并且半轴转速为零。轮毂转速为非零，并且车辆以中间水平转速行进。联接到半轴(例如，前车桥)的电机不被激活，并且轮端分离装置脱离。这可以允许节省能量，因为仅两个车轮是从动轮。

在时间T1处，人类驾驶员(未示出)请求车辆以四轮驱动模式操作。人类驾驶员可以经由人/机界面来请求四轮驱动模式。电机响应于车辆以四轮驱动模式操作而激活，并且半轴转速开始增加。电机被命令到一定转速，使得半轴转速等于轮毂转速。轮端分离致动器不被接合，因为轮毂转速远大于半轴转速。

在时间T1与时间T2之间，半轴转速继续增加并且四轮驱动请求保持被断言。轮端分离致动器不被接合，并且电机保持激活。

在时间T2处，半轴转速等于轮毂转速，因此控制器激活轮端分离致动器以使车辆接合四轮驱动。四轮驱动请求保持被断言。在时间T2之后不久，车轮分离致动器将半轴联接到轮毂，并且电机开始经由轮端分离致动器将扭矩传递到轮毂。

在时间T3处，车辆驾驶员开始撤回四轮驱动请求，并且电机被控制到其中半轴与轮毂脱离联接可能有利的状态。在一个示例中，响应于不存在四轮驱动请求，可以减小电机的扭矩输出以降低电机转速。当电机达到可能有利于将半轴与轮毂脱离联接的条件下，轮端分离离合器致动器可以脱离。一旦半轴与轮毂脱离联接，就可以停用电机。在半轴与轮毂脱离并且电机停用之后，半轴转速衰减到零转速。

通过这种方式，可以操作电机和轮端分离装置以接合和脱离车辆的四轮驱动。一旦半轴转速等于轮毂转速，就可以命令轮端分离离合器闭合。通过使半轴的转速和轮毂的转速均衡，可以减少接合噪声并减少接合时间。

现在参考图15，示出了用于操作包括轮端分离装置的车辆的示例性方法。图15的方法可以并入图1至图13的系统中并且可以与所述系统配合。此外，图15的方法的至少部分可以被并入作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令，而所述方法的其他部分可以经由控制器变换物理世界中的装置和致动器的操作状态来执行。

在1502处，方法1500判断是否请求四轮驱动模式。可以经由人类和人/机界面来请求四轮驱动模式。替代地，可以经由感测车轮打滑的控制器来请求四轮驱动模式。如果方法1500判断已经请求了四轮驱动模式，则答案为是并且方法1500前进到1504。否则，答案为否并且方法1500前进到1520。

在1504处，方法1500判断车辆是否被接合在四轮驱动(4WD)中。如果是，则答案为是并且方法1500前进以退出。否则，答案为否并且方法1500前进到1506。

在1506处，方法1500激活可以向车辆的传动系提供推进力的电机。方法1500还将电机的转速命令为将使半轴的转速与轮毂转速匹配的转速。在一个示例中，方法1500将电机的转速命令为轮毂的转速乘以轮毂与电机之间的齿轮比的转速。方法1500前进到1506。

在1508处，方法1500判断半轴转速和轮毂转速是否基本上匹配(例如，在±5％内)。替代地，方法1500可以判断半轴转速是否在轮毂转速的阈值转速内。例如，如果阈值转速为10转/秒，半轴转速为100转/秒并且轮毂转速为105转/秒，则答案为是并且方法1500前进到1508。如果方法1500判断半轴转速基本上匹配轮毂转速或者半轴转速在轮毂转速的阈值转速内，则答案为是并且方法1500前进到1510。否则，答案为否并且方法1500前进以退出。

在1510处，方法1500接合轮端分离装置，使得轮端分离装置的棘爪机械地联接轮端分离装置的内环和外环。轮端分离装置棘爪响应于将车轮联接到半轴的请求(例如，进入四轮驱动模式的请求)而径向膨胀。方法1500前进以退出。

在1520处，方法1500判断车辆是否被接合在四轮驱动(4WD)中。如果否，则答案为否并且方法1500前进以退出。否则，答案为是并且方法1500前进到1522。

在1522处，方法1500将电机调整到可能有利于使半轴与轮毂脱离联接的状态。例如，方法1500可以减小电机扭矩输出，使得半轴转速减小。方法1500前进到1524。

在1524处，方法1500使轮端分离装置脱离。轮端分离装置通过撤回棘爪来接合，所述棘爪联接轮端分离装置的内环和外环。方法1500可以响应于将车轮与半轴脱离联接的请求而使包括在轮端分离装置中的多个棘爪径向缩回。方法1500前进到1526。

在1526处，方法1500停用向传动系提供推进力的电机。方法1500前进以退出。

通过这种方式，可以接合四轮驱动系统，使得可以将扭矩传递到所有四个车轮。通过在接合轮端分离装置之前使半轴转速和轮毂转速同步，可以减少进入四轮驱动模式时的四轮驱动接合噪声和扭矩扰动。

图15的方法提供了一种用于操作轮端锁定装置的方法，所述方法包括：响应于将车轮联接到半轴的请求而使包括在所述轮端分离装置中的多个棘爪径向地膨胀，所述半轴联接到推进源；以及响应于将所述车轮与所述半轴脱离联接的请求而使包括在所述轮端分离装置中的所述多个棘爪径向地缩回。所述方法包括其中通过经由致动器环和多个销同时向所述多个棘爪中的每一者施加力来使所述多个棘爪径向地膨胀。所述方法包括其中经由电磁体提供所述力。所述方法包括其中使所述多个棘爪径向地膨胀将内环锁定到外环。所述方法包括其中所述内环直接联接到半轴。所述方法包括其中所述外环直接联接到轮毂。

在另一种表示中，图15的方法还提供了一种用于操作轮端锁定装置的方法，所述方法包括：调整电机的转速以将半轴转速调整为轮毂的转速；响应于所述半轴转速在轮毂转速的阈值转速内的请求而使包括在所述轮端分离装置中的多个棘爪径向地膨胀，所述半轴联接到所述电机；以及响应于将所述车轮与所述半轴脱离联接的请求而使包括在所述轮端分离装置中的所述多个棘爪径向地缩回。

应当注意，本文所包括的示例性控制和估计程序可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来执行。此外，所述方法的部分可以是在现实世界中采取的用于改变装置状态的物理动作。本文所述的具体程序可以表示任何数目的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)中的一种或多种。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样，处理顺序不一定是实现本文所述的示例性示例的特征和优点所需要的，而是为了便于说明和描述而提供。所示的动作、操作和/或功能中的一者或多者可以根据所使用的特定策略而重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过结合电子控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令而执行。如果需要，可以省略本文所述的一个或多个方法步骤。

应当理解，本文所公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体示例不应当被视为具有限制含义，因为众多变型是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

以下权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以是指“一个”要素或“第一”要素或其等同物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类要素的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开的特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可通过修改本发明权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求来要求保护。此类权利要求与原权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被认为包括在本公开的主题内。

根据本发明，提供了一种车辆轮端分离装置，所述车辆轮端分离装置具有：内环总成，所述内环总成包括径向膨胀接合机构；以及外环，所述外环包括用于接收所述径向膨胀接合机构的第一组齿。

根据一个实施例，所述径向膨胀接合机构包括多个棘爪。

根据一个实施例，本发明的特征还在于单个致动器环，所述单个致动器环用于使所述多个棘爪径向地延伸和缩回，其中所述单个致动器环可以被配置为同时致动所有棘爪或致动选定数量的棘爪。

根据一个实施例，所述内环总成包括内环，所述内环包括花键，所述花键被配置为接收半轴。

根据一个实施例，本发明的特征还在于所述外环所包括的第二组齿。

根据一个实施例，所述第二组齿和所述第一组齿在所述外环的内侧。

根据一个实施例，本发明的特征还在于轮毂，所述轮毂联接到所述外环。

根据本发明，提供了一种车辆轮端分离装置，所述车辆轮端分离装置具有：无弹簧机构，所述无弹簧机构包括用于使多个棘爪径向膨胀和收缩的多个销；以及外环，所述外环被配置为当所述多个棘爪径向延伸时接收所述多个棘爪。

根据一个实施例，所述轮端锁定装置不含润滑脂并且包括摩擦涂层和腐蚀涂层，其中所述销在四个状态中的每一者中保持对所述多个棘爪的主动控制，所述四个状态包括：保持所述车辆轮端分离装置联接，保持所述车辆轮端分离装置脱离联接，在联接与脱离联接之间改变所述车辆轮端分离装置，以及在脱离联接与联接之间改变所述车辆轮端分离装置，并且其中所述多个销被释放使得所述多个销不会损害所述多个棘爪的旋转运动。

根据一个实施例，所述多个棘爪中的每一者包括腔体，所述腔体用于接收致动器销，并且其中所述腔体相对于所述多个棘爪中的一者不对称，并且还包括：一个或多个密封件，所述一个或多个密封件防止碎屑进入所述车辆轮端锁定装置。

根据一个实施例，所述多个棘爪中的每一者包括腔体，所述腔体被配置为接收致动器销，并且其中所述腔体相对于所述多个棘爪中的一者对称，使得所述多个棘爪中的所述一者可以被定位用于顺时针或逆时针联接。

根据一个实施例，所述腔体被配置为将所述致动器销的线性运动转换为所述多个棘爪中的一者的径向运动。

根据一个实施例，本发明的特征还在于多个导销，所述多个导销联接到所述无弹簧机构。

根据一个实施例，本发明的特征还在于电磁体，所述电磁体用于调整所述无弹簧机构的位置，并且其中永磁体将所述无弹簧机构保持在联接状态或脱离联接状态。

根据本发明，一种方法包括：响应于将车轮联接到半轴的请求而使包括在所述轮端分离装置中的多个棘爪径向地膨胀，所述半轴联接到推进源；以及响应于将所述车轮与所述半轴脱离联接的请求而使包括在所述轮端分离装置中的所述多个棘爪径向地缩回。

根据一个实施例，通过经由致动器环和多个销同时向所述多个棘爪中的每一者施加力来使所述多个棘爪径向地膨胀。

根据一个实施例，经由电磁体提供所述力。

根据一个实施例，使所述多个棘爪径向地膨胀将内环锁定到外环。

根据一个实施例，所述内环直接联接到半轴，并且其中经由所述多个棘爪联接的径向本质允许半轴上与所述轮端分离装置配合的花键的节径不同于所述轮毂上的花键的节径。

根据一个实施例，所述外环直接联接到轮毂。

Claims (13)

1.一种车辆轮端分离装置，其包括：

内环总成，所述内环总成包括径向膨胀接合机构；以及

外环，所述外环包括用于接收所述径向膨胀接合机构的第一组齿。

2.如权利要求1所述的车辆轮端分离装置，其中所述径向膨胀接合机构包括多个棘爪。

3.如权利要求2所述的车辆轮端分离装置，其还包括单个致动器环，所述单个致动器环用于使所述多个棘爪径向地延伸和缩回，其中所述单个致动器环可以被配置为同时致动所有棘爪或致动选定数量的棘爪。

4.如权利要求2所述的车辆轮端分离装置，其中所述内环总成包括内环，所述内环包括花键，所述花键被配置为接收半轴。

5.如权利要求1所述的车辆轮端分离装置，其还包括所述外环所包括的第二组齿。

6.如权利要求5所述的车辆轮端分离装置，其中所述第二组齿和所述第一组齿在所述外环的内侧。

7.如权利要求6所述的车辆轮端分离装置，其还包括轮毂，所述轮毂联接到所述外环。

8.一种用于操作轮端分离装置的方法，其包括：

响应于将车轮联接到半轴的请求而使包括在所述轮端分离装置中的多个棘爪径向地膨胀，所述半轴联接到推进源；以及

响应于将所述车轮与所述半轴脱离联接的请求而使包括在所述轮端分离装置中的所述多个棘爪径向地缩回。

9.如权利要求8所述的方法，其中通过经由致动器环和多个销同时向所述多个棘爪中的每一者施加力来使所述多个棘爪径向地膨胀。

10.如权利要求8所述的方法，其中经由电磁体提供所述力。

11.如权利要求8所述的方法，其中使所述多个棘爪径向地膨胀将内环锁定到外环。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述内环直接联接到半轴，并且其中经由所述多个棘爪联接的径向本质允许半轴上与所述轮端分离装置配合的花键的节径不同于所述轮毂上的花键的节径。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述外环直接联接到轮毂。

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