CN113635761A - 用于差速器断开电动桥的系统和方法 - Google Patents

用于差速器断开电动桥的系统和方法 Download PDF

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M·利伯
B·J·帕西诺
G·A·威尔福德
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Dana Heavy Vehicle Systems Group LLC
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Abstract

提供用于将电机选择性地接合到车辆的电动桥的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括：通过调节经由断开接离合器被联接到电动桥的桥轴的活塞中的压力来使电机接合到或脱离于电动桥的差速器。

Description

用于差速器断开电动桥的系统和方法
技术领域
本说明总体涉及用于将电机选择性地接合到电动桥的方法和系统。
背景技术
车辆制造商不断努力提高燃料经济性和减少排放，同时满足客户对性能和驾驶性能的期望。混合动力系统可以由内燃发动机和电机(诸如电机)的组合提供动力。混合动力系统可进一步包括能量储存装置以对电动机提供电力。作为示例，发动机可以联接到车辆的第一车桥，而电机可以联接到车辆的第二车桥，也称为电动桥(e-axle)。电机可向车辆的第二车桥提供牵引扭矩，以实现车辆运行的电动模式。根据车辆的运行状况和能量储存装置的充电状态，电机和发动机可以独立运行或组合运行。
本申请的发明人已经认识到电机始终附接到车辆的电动桥所潜在的问题。在某些车辆运行状况下，诸如当车辆仅经由发动机扭矩来推进并且不需要来自电机的动力时，电机可在再生模式中运行，其中发动机动力的一部分用于对被联接到电机的能量储存装置充电。然而，能量储存装置可被完全充电，而对模块充电的进一步努力可导致能量储存装置和电机的电子部件劣化。
在一个示例中，上述问题可以通过一种用于电动桥的方法来解决，该方法包括：通过调节经由断开离合器(disconnect clutch)被联接到电动桥的第一桥轴的活塞中的压力，将电机选择性地接合到电动桥的差速器。以这种方式，通过包括一个压力致动活塞来接合或脱离断开离合器，电机可以选择性地连接到电动桥或与电动桥断开。
作为一个例子，电机可以联接到车辆的车桥，该电机经由差速器将扭矩传递给车轮。电机可经由断开接离合器联接到差速器。该断开接离合器可经由压力致动活塞接合到差速器。当满足使电机联接到车桥的条件后，活塞可被加压，使活塞沿一个方向移动，这使断开接离合器与短轴接合，所述短轴可将车桥与差速器机械地联接。将电机联接到车桥的条件可以包括，希望经由电机驱动车桥(至少部分地使用电机扭矩来运行车辆)或希望对被联接到电机的能量储存装置充电。一旦电机接合到车桥，就可以观察到被传递到车桥的扭矩发生变化。响应于电机转速没有任何变化，可指示致动机构劣化。当满足电机与车桥脱离的条件时，活塞可被减压，而复位弹簧可延伸以沿另一个方向推动活塞，并且使断开接离合器与短轴脱离，由此使电机与车辆的车桥脱离。一旦电机断开，电动桥就可以作为支持桥来运作，而不会影响递送到车轮的扭矩。
以这种方式，通过经由断开离合器将电机连接到车桥，电机可以选择性地与差速器联接/脱离。当能量储存装置完全充电的情况下，将电机与差速器脱离的技术效果是，电机的电子部件和能量储存装置不会由于试图对能量储存装置进一步充电而劣化。此外，通过在不成功的联接尝试期间将电动桥改变为支持桥，可以减少致动机构的部件的劣化。总的来说，通过使用可选择性地联接/脱离电机的压力致动活塞系统，可以改善电动桥的运行，并且可以改善机械和电子部件的寿命。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了包括电动桥的车辆的混合动力系统布置。
图2示出了包括联接到差速器的电机的电动桥。
图3示出了这样的致动机构，其用于将图2的电机选择性地接合到差速器。
图4示出了用于接合图2的电机的压力致动活塞系统的视图。
图5示出了用于电机与差速器选择性接合的示范性方法的流程图。
图2-图4是按比例显示的，但是，如果需要的话，可以使用其它相对尺寸。
具体实施方式
以下说明涉及用于控制电机与车辆的电动桥经由差速器来接合的系统和方法。图1中示出了包括电动桥的示例性混合动力车辆传动系统布置。图2示出了具有联接到差速器的电机的电动桥。电机可以经由致动机构选择性地接合到差速器，致动机构诸如是图3和图4中示出的压力致动活塞系统。基于车辆和电机的运行状况，车辆控制器可以诸如经由图5的控制程序，选择性地使电机与差速器接合。
图1示出了包括四轮传动系统的混合动力车辆102的示例实施例100。车辆102可以包括第一动力传动系统32和第二动力传动系统42。第一动力传动系统32可以包括经由变速器116连接到第一差速器单元114的内燃发动机118。发动机动力可以经过变速器116递送到第一差速器单元114。递送到第一差速器单元114的驱动扭矩可以经过桥轴(半轴)132和134传递到前轮122。来自发动机的驱动扭矩可以经由驱动轴140和第二差速器单元104进一步传递到后轮126。
第二动力传动系统42包括电机106，电机106经由致动机构105连接到第二差速器单元104，以将电机106选择性地接合到第二差速器单元104。致动机构105包括经由压力致动活塞致动的断开接离合器。电机106可以由诸如电池的能量储存装置来供电。电机106还可以在再生模式中运行，在该模式中发动机动力的一部分被用于对能量储存模块充电。在再生模式中，用于旋转桥轴136和138的发动机扭矩的一部分可被用于旋转电机106，这可导致对联接到电机106的能量储存装置108充电。
基于车辆运行状况和对由电机106输出的扭矩的需求，可以将电机动力传送到第二差速器单元104。递送到第二差速器单元104的驱动扭矩可以经过桥轴136和138传递到后轮136。由电机106供能的桥轴136和138可以构成电动桥(这里也称为e桥)。来自电机106的驱动扭矩可以经由驱动轴140和第一差速器单元114进一步传递到前轮122。
基于车辆运行状况和电储存装置108的充电状态，电机可以选择性地接合到第二差速器单元104。在一个示例中，响应于至少部分地通过从电机106提供的扭矩来满足车辆运行的状况，电机可以接合到第二差速器单元104。在另一示例中，在经由从发动机提供的扭矩的车辆的运行期间，响应于为电机106供电的能量储存装置108的充电状态高于阈值充电，该电机可以从第二差速器单元104断开。第二差速器单元104可以包括与电机的轴啮合的齿圈、安装在齿圈上的一个或多个星形齿轮(spider gear)、联接到短轴的一端并且与一个或多个星形齿轮啮合的第一侧齿轮、以及联接到第二桥轴的一端并且与一个或多个星形齿轮啮合的第二侧齿轮，第二差速器单元104定位在第一桥轴和第二桥轴之间。使电机106接合可以包括：增加致动机构的活塞中的气压以将联接活塞的杆沿第一方向移动到安装在第一桥轴一端处的离合器，以将断开接离合器接合到短轴的花键，接着致动电机以经由轴的旋转来转动齿圈。使电机106脱离可以包括：降低活塞中的气压以释放围绕活塞盘绕的复位弹簧，并且沿第二方向移动杆，以使断开接离合器与短轴的花键脱离，第二方向与第一方向相反。根据图2-图4讨论用于将电机106接合到差速器单元104的致动机构的细节。
在电机106与第二差速器单元104断开的情况下，发动机将扭矩提供到第一差速器单元114和第二差速器单元104两者，同时桥轴136和138构成支持桥。支持桥可在车辆后部增加对底盘的支承，从而提高承载能力和抗冲击性。
车辆102还可以包括控制系统14。控制系统14被示出为从多个车载传感器16接收信息，以及将控制信号发送到多个车载致动器18。作为一个示例，传感器16可以包括联接到车辆102中的各个位置的多个压力、温度、空燃比和成分传感器。此外，传感器16可以包括联接到电机106和能量储存装置108的传感器，以感测电机106的旋转速度和能量储存装置108的充电状态。此外，可以使用联接到车辆系统外部的传感器，诸如雨水传感器(挡风玻璃传感器)和温度传感器来估计环境状况。一个或多个摄像头可以联接到车辆外部和/或车辆驾驶室的仪表板上，以捕获车辆前方道路的图像。
致动器18可以包括例如多个阀、燃料喷射器、节流阀、火花塞等。致动器还可以包括致动机构的压力致动活塞，其将电机104选择性地接合到电动桥。控制系统14可以包括控制器12。控制器12可以接收来自各种传感器的输入数据，处理该输入数据，并且响应于被处理的输入数据，基于对应于一个或多个例程的被编程的指令或代码而触发各种致动器。
图2示出了包括联接到差速器240和变速箱260的电机组件203的电动桥202的示例示意图200。电机组件203可以包括电机204，其经由转子驱动第一轴206。由电机204驱动的第一轴206可以驱动第一齿轮208。第一齿轮208可以驱动联接到第二轴214的第二齿轮212。第二轴214可以与差速器240的齿圈220共面接触。以这种方式，电机204的旋转导致第一轴206和第二轴214旋转，第二轴214继而与差速器240的齿圈220啮合。第二轴214可以是差速器240的小齿轮，使得在电机204旋转时，齿圈220也可以经由第二轴214旋转。第二轴214可以经由联接到交接件218的螺母和螺栓而连接到差速器240的上部分。
电动桥202可以包括第一桥轴226，第一桥轴226在一端经由短轴232联接到差速器240，而在另一端232联接到车轮。电动桥202还可以包括第二桥轴228，第二桥轴228在一端联接到差速器240，并且在另一端234联接到另一车轮。
短轴232可以是相对于第一桥轴226较短的轴。短轴232可以在第一端经由变速箱260的断开接离合器230选择性地联接到第一轴。短轴232的第一端可以包括花键，该花键可以与断开接离合器230的齿啮合(诸如互锁)。短轴232的另一端可以接合在差速器240内。
差速器240可以在第一模式中运行，其中短轴232的花键与断开接离合器230互锁。在将短轴232联接到第一桥轴226时，第一桥轴226可以机械地联接到差速器240的齿圈220。因此，在第一模式中，电机扭矩可以经由差速器240和短轴232递送到第一桥轴226。在图2中进一步阐述处在断开接离合器230、短轴232和齿圈220之间的齿轮装置。在第一模式中，第一桥轴226和第二桥轴228可以沿相同方向旋转(第一桥轴226的旋转速度可以不同于第二桥轴228的旋转速度)，并且电机204连接到电动桥。因此，在第一模式中的运行期间，电机204和齿圈220被旋转，并且第一桥轴226和第二桥轴228形成电动桥。
差速器240可以在第二模式中运行，其中短轴232的花键与断开接离合器230脱离。在将短轴232与第一桥轴226脱离后，第一桥轴226可以不再机械地联接到差速器240的齿圈220。由于短轴232与断开接离合器230脱离，动力不再经过短轴232传递到第一桥轴226。在该模式中，差速器240可以在其自身内区分，并且使第二桥轴和短轴232以相同的速度但以相反的方向旋转(spin)而不转动齿圈，同时保持齿圈220静止。第一桥轴和第二桥轴可以继续以相同的方向(以相同或不同的速度)旋转。以这种方式，差速器可以保持仍然允许两个桥轴之间的相对运动。在第二模式中，电机204可以不被运行，并且第一桥轴226和第二桥轴228可以一起形成支持桥。
差速器在第一模式中的运行包括：使电机204与差速器240接合，这允许第一桥轴226和第二桥轴228作为电动桥202来运行。而在第二模式中，电机204不再经由差速器240联接到第一桥轴226，并且第一桥轴226和第二桥轴228可以不再形成电动桥。在第一模式中，车辆至少部分地经由电机扭矩推进，或者被联接到电机204的能量储存装置可以被充电。当电机接合时，电动桥(第一桥轴226和第二桥轴228)的旋转可以使电机的转子旋转，这可导致对能量储存装置充电，并且由于充电可增加车辆负载的缘故而有一定的车速降低。由发动机产生的仅用于旋转桥轴的能量的一部分可用于旋转电机的转子，由此降低电动桥的旋转速度。在第二模式中，通过将电机204与差速器240脱离，在不需要提升扭矩的情况下(诸如当车辆下坡行驶时)的阻力损失减小，并且可避免能量储存装置的过度充电。
经由包括压力致动活塞225的致动机构222促进电机204与差速器240的接合。活塞225可以包括压力入口，经由该压力入口可将加压空气供应到活塞225。加压空气可从车载储气罐供应到压力入口，该储气罐储存了要用在车辆系统中(如空气制动器、悬架系统等)的压缩环境空气。
在正压气流经过活塞225的情况下，可沿第一方向推动该活塞，压缩安装在活塞上的弹簧。将活塞225连接到断开接离合器230的杆也可以沿第一方向被推动，使断开接离合器230朝向短轴232移动。当接触时，断开接离合器230可与短轴232的花键互锁。一旦花键与断开接离合器互锁，第一桥轴226就可以机械地联接到差速器。在没有气流经过压力入口进入到活塞225中的情况下，复位弹簧可被压缩，使活塞沿与第一方向相反的第二方向移动，使得与断开接离合器230联接的杆后退。随着杆后退，短轴232的花键与断开接离合器230脱离。当差速器在第一模式中工作时，经过活塞225的气流能够使断开接离合器230与短轴232互锁，并且使电机联接到差速器240以将动力传递到车轮或者对能量储存装置充电。当差速器在第二模式中工作时，经过活塞225的气流被暂停以使断开接离合器230与短轴232脱离，并且电机不再与差速器240联接。
图3示出了致动机构222的示例300，其用于将电机选择性地接合到被联接至混合动力车辆系统的电动桥的差速器240。差速器可以包括齿圈220，其经由轴214从电机接收动力，轴214作为用于差速器240的小齿轮。差速器可以包括一个或多个星形齿轮306，其与至少两个侧齿轮啮合。星形齿轮306安装在齿圈220上，使得星形齿轮306可以与齿圈一起旋转，并且还可以围绕其自身的轴线旋转。
第一桥轴226在远离车轮的一端包括断开接离合器230。断开接离合器230可以是齿式离合器(dog clutch)，其可以与短轴232的第一端314处的花键312互锁。断开接离合器230可以经由连接到致动机构222的杆233而在第一桥轴226上滑动。短轴232的第二端315可以包括与差速器240的星形齿轮306啮合的第一侧齿轮316。联接到第二桥轴228的第二侧齿轮也可以与差速器240的星形齿轮306啮合。星形齿轮306与齿圈220的相对旋转被传递到第一侧齿轮和第二侧齿轮，并且两个侧齿轮可以以不同的速度旋转。来自电机的动力可以经由星形齿轮306传递到侧齿轮。
图4进一步示出了用于将电机接合到包括压力致动活塞系统的差速器240的致动机构222的示例400。致动机构222可以包括在一侧上的、用于使加压空气进入活塞225的入口224。入口224可以包括阀，该阀可以被选择性地致动到打开位置以将加压空气供应到活塞中，或者被致动到关闭位置以抑制空气流入到活塞中。在替代实施例中，入口224可以联接到活塞225的任何部分。活塞225的主体可以从左端412到右端414逐渐变细。复位弹簧304可以围绕活塞225盘绕，朝向活塞225的锥形右端414。支架337可以环绕复位弹簧304左边的活塞室主体。杆233可源自支架337，并且在断开环230处终止。以这种方式，杆233可以将活塞225机械地联接到断开环230。多个螺栓424可用于在致动机构222内支承活塞225。在一个示例中，致动机构222可以被封围在壳体442中。
复位弹簧304可以处在第一位置，朝着活塞的右端414压缩，或者处在第二位置，朝着活塞412的左端放松。复位弹簧304可以响应于经由入口224被供应到活塞225的加压空气，使活塞被推向右端414，由此压缩弹簧304，而处在第一位置。复位弹簧304可以响应于不经由入口224供应到活塞225的加压空气而处在第二位置。通过禁止加压空气流经过入口224，可导致活塞向左后退，由此对弹簧304减压，从而使弹簧304可以从第一压缩位置移动到第二位置。此外，通过使加压空气流过入口224，弹簧304可以从第二位置移动到第一位置。
当将加压空气供应到活塞而使活塞向右移动时，活塞可处在第一位置。当活塞处在第一位置时，杆233可以朝右移动，使断开接离合器230也移动到花键312的右侧，由此使断开接离合器230与花键312互锁。在互锁状态下，第一桥轴经由短轴232联接到差速器，并且动力经过差速器240从电机传递到第一桥轴和第二桥轴中的每一个。电机的轴214的旋转使动力被传递到差速器的齿圈220，而齿圈又将动力传递到安装在齿圈220上的星形齿轮306，接着传递到桥轴的侧齿轮316上，导致第一桥轴和第二桥轴协同旋转。以这种方式，通过经由断开接离合器将电机连接到车桥，电机可以与差速器选择性地联接/脱离，使得能量储存装置不会由于尝试对能量储存装置进一步充电而劣化。
当不将加压空气供应到活塞而导致复位弹簧减压并且活塞向左移动时，活塞可处在第二位置。当处在第二位置时，如图3所见，活塞向左移动，杆朝着活塞225的左端412移动，使断开接离合器230也向花键312的左侧移动，由此使断开接离合器230与花键312解锁。在解锁状态下，第一桥轴不再联接到差速器，并且经过差速器的动力传递可暂停。当动力传递被暂停时，电机的齿圈和第二轴214可不旋转，由此导致电机与差速器和桥轴脱离。电机可不再将动力传递到桥轴。由于电动桥不再联接到电机，因此发动机动力可能不再传递到电机以对为电机供电的能量储存装置充电。第一桥轴和第二桥轴可旋转，而无需经过桥轴传递电机动力。当齿圈维持静止时，第二桥轴的旋转可导致短轴以与第二桥轴的旋转方向相反的方向旋转。然后，电动桥可以成为支持桥。
回到图3，可以经由仪表板上的指示对车辆操作者指示活塞的位置，诸如当断开接离合器与短轴互锁时的活塞的第一位置，以及当断开接离合器与短轴脱离时的活塞的第二位置。机械开关442可接触(骑在)活塞225外径的坡道335上。基于活塞的位置，机械开关442可以提供反馈信号，其在仪表板上通信，以示出电机是否连接到电动桥或者电机是否断开(电动桥作为支持桥工作)。作为示例，仪表板上的灯可以仅当电机联接到电动桥时点亮。
以这种方式，图1-图4的部件实现了一种用于车辆中的电动桥的系统，包括：差速器，其在第一车桥和第二车桥之间联接到电动桥；控制器，其具有储存在其非暂时性存储器上的计算机可读指令，当执行该指令时使控制器能够：使差速器在第一模式中运行，其中电机经由差速器的齿圈机械地联接到第一桥轴和第二桥轴中的每一个，齿圈经由与断开接离合器互锁的短轴联接到第一桥轴；以及使差速器在第二模式中运行，其中电机不机械地联接到第一桥轴和第二桥轴，齿圈通过使短轴与断开接离合器的脱离而从第一桥轴脱开。差速器可在第一种模式中运行，这发生在至少部分经由从电机递送到差速器的扭矩的车辆运行期间，或者发生在由从发动机递送到差速器的扭矩的一部分对联接到电机的电池充电期间，并且差速器可在第二种模式中运行，这发生在经由从发动机递送到差速器的扭矩且无需对电池充电的车辆运行期间。
图5示出了用于将电机(诸如图2中的电机204)选择性地接合到被联接至混合动力车辆(诸如图1中的车辆102)的电动桥的差速器(诸如图2中的差速器240)的示例方法500。车辆可经由发动机扭矩、电机扭矩或者发动机扭矩和电机扭矩的组合来推进。用于执行方法500和本文所包括的其余方法的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令以及结合从发动机系统的传感器(例如上文参考图1所述的传感器)接收的信号来执行。根据下文描述的方法，控制器可以使用车辆系统的发动机致动器来调整发动机操作。
该方法在501处开始，包括：估计和/或测量车辆运行状况和发动机运行状况。运行状况可以包括车速、发动机转速和/或负载、发动机温度、排放温度、气体压力、空气质量流量等。车辆位置可基于来自车载导航系统和/或来自外部服务器的输入来确定。此外，可以估计诸如环境温度、压力和湿度的环境状况。
在504处，可以估计为电机供电的能量储存装置(诸如图1中的能量储存装置108，这里也称为电池)的充电状态(SOC)。在506处，可选地估计即将到来的路段的道路特性。被估计的道路特性可包括坡度、速度限制、交通状况等。作为示例，道路特性可以基于操作者指示的旅行目的地或者通过控制器基于操作者的旅行历史预测的旅行目的地从诸如全球定位系统(GPS)的车载导航系统、网络云端、连接到网络的车辆对车辆(V2V)或车辆基础设施(I2V)来获得。步骤506可以是可选步骤并且可以不执行。
在508处，例程包括确定对于要被经由来自电机的扭矩推进的车辆，条件是否满足。车辆可单独经由电机扭矩推进、经由发动机扭矩和电机扭矩的组合推进或者单独经由发动机扭矩推进。经由电机扭矩至少部分地推进车辆的条件可包括低于阈值的扭矩需求和高于阈值的电池SOC。阈值扭矩需求可基于电机在估计的电池SOC下可递送的最大扭矩来预校准。作为示例，可以考虑在将要行驶的路线中的估计道路状况，以预测在即将行驶的路段中行驶期间的扭矩需求。在一个示例中，如果即将到来的路线包括要攀登诸如小山的陡坡，则扭矩需求可能更高。阈值SOC可以是车辆运行所需的电池的最小SOC。
如果确定满足至少部分地经由通过电机提供扭矩的车辆运行的条件，则例程可前进到步骤510。如果当前或即将到来的扭矩需求低于阈值扭矩需求并且电池的SOC高于阈值SOC，则可经由电机扭矩运行车辆。在510处，例程包括：确定电机是否接合到被联接至车辆的电动桥的差速器。车辆的电动桥可以包括经由短轴联接到差速器的第一桥轴(例如图2中的第一桥轴226)和直接联接到差速器的第二桥轴(例如图2中的第二桥轴228)。
当电机经由差速器接合到电动桥时，短轴(如图2中的短轴232)的花键可与断开接离合器(如图2中的断开接离合器230)互锁，以将第一桥轴机械地联接到差速器。为了保持断开接离合器与短轴互锁，可以向致动机构(如图2-图4所示的用于电机构的致动机构222)的活塞供应加压空气，以将断开接离合器保持在与短轴互锁的位置。加压空气使活塞沿一个方向移动，使得将被联接到断开接离合器的杆被推向短轴的花键，由此有利于断开接离合器与短轴花键的互锁。电机的轴(例如图2中的第二轴214)可以作为用于差速器的齿圈的小齿轮来运行，并且由于第一桥轴经由断开接离合器机械地联接到差速器，来自电机的扭矩可以通过差速器传递到两个桥轴。
当电机与电动桥脱离时，短轴的花键可以从断开接离合器上断开，以使第一桥轴与差速器机械地脱离。为了保持断开接离合器与短轴断开，可以暂停向致动机构的活塞的空气供应。在没有加压空气的情况下，复位弹簧使联接到断开接离合器的杆从短轴的花键移开，由此维持断开接离合器与短轴花键脱离。由于第一桥轴与差速器断开的缘故，电机可不再经由差速器将扭矩传递到桥轴，并且因此与电动桥脱离。
如果确定电机已经由差速器接合到电动桥，则在512处，车辆可部分或完全地利用电机扭矩运行。利用电机扭矩运行包括：经由被联接到电机的轴将动力从电机传递到差速器，接着，动力可以经由被联接到第一组车轮的两个桥轴而供应到车轮。来自电机的驱动扭矩可以经由驱动轴和被联接到第二组车轮的另一差速器单元而进一步传递到第二组车轮。
如果确定电机尚未接合到电动桥，则在514处，电机可经由差速器接合到电动桥。为了将动力从电机传递到两个桥轴，第一桥轴要与被联接到差速器的短轴啮合，以将动力从电机传递到桥轴。控制器可以将信号发送到处在活塞的入口处的致动器，以打开该入口并且允许加压空气进入活塞。此外，还可以启动从车辆的车载空气系统到入口的加压空气流。通过将加压空气经由空气入口向供应的活塞，在致动机构的活塞中形成压力。一旦活塞中的空气压力达到更高的预定压力水平，则活塞就会沿第一方向移动，推动被联接到断开接离合器的杆，使其沿第一方向上被推向短轴的花键。当断开接离合器与短轴花键接触时，断开接离合器可与短轴花键互锁。活塞沿第一方向的移动可导致复位弹簧被压缩。当断开接离合器和短轴接合时，就达成了使扭矩从电机到达桥轴的流动路径。接着可运行电机，经由差速器将扭矩供应到桥轴。利用电机扭矩运行车辆包括：将来自电机的动力传递到差速器，接着，将动力经由被联接到第一组车轮的桥轴供应到车轮。电机的转子的旋转使动力被传递到差速器的齿圈，而齿圈又将动力传递到安装在齿圈上的星形齿轮，接着传递到桥轴的侧齿轮上，导致第一桥轴和第二桥轴协同旋转。来自电机的驱动扭矩可经由驱动轴和被联接到第二组车轮的另一个差速器单元而传递到第二组车轮。
当电机接合时，在516处，例程包括：确定是否在传递到桥轴的扭矩中检测到变化。一旦电机接合，由于从电机到桥轴的动力传递的缘故，传递到桥轴的扭矩可能至少有瞬时变化。随着新的扭矩源(电机)的引入，这种变化可包括扭矩的瞬时减小。经由差速器将电机连接到车桥可能由于摩擦而导致扭矩的某些瞬时损失，这可表现为传递到车桥上的扭矩发生变化。如果确定当作为电动桥联接至电机的桥轴运行时，传递至桥轴的扭矩发生瞬时变化，则可以推断，经由差速器使电机与电动桥接合是成功的，并且动力正从电机传递到桥轴。因此，在518处，可以指示致动机构没有劣化。
如果确定传递到桥轴的扭矩没有观察到瞬时变化，则可以推断动力没有从电机传递到桥轴。当电机未成功接合时，机构可作为故障保护装置运行，并且电动桥可作为支持桥运行。在520处，可以指示用于经由差速器使电机与电动桥接合的致动系统有劣化。可以设定诸如诊断代码之类的标志来指示劣化。由于无法将电机接合到电动桥，在522处，车辆可以利用发动机扭矩运行。由于电动桥作为支持桥运行，被联接到电机的电池的不希望的充电可受到阻碍，由此避免电机的电气部件劣化。
返回到步骤508，如果确定不满足至少部分地经由电机扭矩的车辆运行的条件，则例程可前进到步骤524。如果当前或即将到来的扭矩需求高于阈值扭矩需求和/或电池的SOC低于阈值SOC，则车辆可能无法经由电机扭矩来运行。在524处，当前的车辆运行可继续利用发动机扭矩。空气和燃料可在发动机中燃烧，以提供动力来推进车辆。
在526处，例程包括：确定在电机经由差速器接合到电动桥的情况下是否需要对电池充电。在经由发动机扭矩的车辆运行期间，为电机供电的车载电池可被充电。在电机接合期间，桥轴的旋转可以转动差速器的齿圈，其继而可导致电机的转子的旋转。电机的转子的旋转可导致电池充电从发动机供应到桥轴的能量的一部分(将仅用于旋转桥轴)可用于旋转电机的转子，由此降低电动桥的旋转速度并为电池充电。然而，如果电池已完全充电，则进一步尝试对电池充电可能导致电池和电机的电气部件劣化。因此，如果电池已充满电，则不需要对电池充电。
如果确定不需要对电池充电，则在528处，可使电机与电动桥断开。在使电机断开之前，电机扭矩可逐渐减小。为了使电机与差速器断开，以通过再生来阻止电池充电，第一桥轴要与被联接至差速器的短轴脱离。控制器可以将信号发送到致动器的空气入口以逐渐关闭入口，并且阻止空气流入到活塞中。致动机构的活塞中的压力可以通过逐渐切断经由空气入口的加压空气供应来逐渐降低。一旦活塞中的空气压力降低到低于较低的预定压力水平，则弹簧可被减压，这可导致活塞沿与第一方向相反的第二方向移动。活塞沿第二方向的移动可导致经由杆联接到活塞的断开接离合器从短轴的花键移开，导致短轴与第一桥轴脱离。当断开接离合器和短轴脱离时，用于对电池充电的流动路径被切断。
如果确定需要对电池充电，则在530处，可经由电机转子随桥轴的旋转来对车载电池充电。.在一个示例中，如果电机没有接合到电动桥，并且确定在经由发动机扭矩的车辆运行期间需要对车载电池充电，则可以遵循步骤514中阐述的方法将电机接合到电动桥，接着可以进行电池充电。
以这种方式，用于车辆的系统可以包括：用于经由差速器、第一车桥和第二车桥将电机联接到电动桥的压力致动机构，第一车桥经由短轴联接到差速器，第二车桥直接联接到差速器，短轴包括花键，花键与被联接到致动机构的断开接离合器互锁。通过使用用于选择性地联接/脱离电机的压力致动机构，可以改善电动桥的运行并且可以减少机械和电子部件的劣化。
一种用于电动桥的示例方法包括：通过调节经由断开接离合器被联接到电动桥的第一桥轴的活塞中的压力，使电机选择性地接合到电动桥的差速器。在任何前述的示例中，附加地或任选地，选择性接合包括：响应于满足至少部分地经由来自电机供应的扭矩的车辆运行的条件，将电机接合到差速器。在先前任何或所有示例中，附加地或可选地，选择性接合还包括：在经由来自发动机的扭矩的车辆运行期间，响应于为电机供电的能量储存装置的充电状态高于阈值充电，使电机与差速器脱离。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，差速器包括与电机的轴啮合的齿圈、安装在齿圈上的一个或多个星形齿轮、联接到短轴的一端并且与一个或多个星形齿轮啮合的第一侧齿轮、以及联接到第二桥轴的一端并且与一个或多个星形齿轮啮合的第二侧齿轮，该差速器定位在第一桥轴和第二桥轴之间。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，接合电机包括：增加活塞中的气压以将联接活塞的杆沿第一方向移动到安装在第一桥轴一端处的离合器，以将断开接离合器接合到短轴的花键，接着致动电机以经由轴的旋转来转动齿圈。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，电机的接合包括：经由电机的每个轴、差速器的齿圈、一个或多个星形齿轮、第一侧齿轮、短轴和断开接离合器将扭矩从电机传递到第一桥轴。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，电机的接合还包括：经由电机的每个轴、差速器的齿圈、一个或多个星形齿轮和第二侧齿轮将扭矩从电机传递到第二桥轴，其中，短轴、第一桥轴和第二桥轴中的每一个沿相同的方向旋转。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，沿第一方向移动杆可压缩围绕活塞盘绕的复位弹簧。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，使电机脱离包括：降低活塞中的气压以释放复位弹簧，并且沿第二方向移动杆以使断开接离合器与短轴的花键脱离，第二方向与第一方向相反。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，电机的脱离包括：使电机的每个轴和齿圈处于搁置状态而没有从电机到差速器传递扭矩，以及短轴和第二桥轴沿相反方向旋转。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，该方法还包括：在使电机脱离之前，减小从电机递送的扭矩，随后减小活塞中的气压。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，增加空气压力包括：经由容纳在活塞中的入口将加压空气供应到活塞，并且其中，降低活塞中的空气压力包括：暂停将加压空气供应到活塞。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，该方法还包括：在当电机接合时递送到第一桥轴和第二桥轴中的每一个的扭矩没有变化的情况下，指示电动桥的劣化，以及仅经由发动机供应的扭矩来运行车辆。
另一种用于车辆的系统，所述系统包括：用于经由差速器、第一车桥和第二车桥将电机联接到电动桥的压力致动机构，第一车桥经由短轴联接到差速器，第二车桥直接联接到差速器，短轴包括花键，花键与被联接到致动机构的断开接离合器互锁。在前述的任何示例中，附加地或可选地，电机可驱动差速器的齿圈的小齿轮，齿圈经由一个或多个星形齿轮和第一侧齿轮联接到短轴。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，压力致动机构包括活塞、围绕活塞的一部分盘绕的复位弹簧、源自活塞并终止于断开接离合器的杆、以及联接到活塞的空气入口。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，当活塞中的气压达到第一阈值压力时，活塞移动到第一位置，使断开接离合器与短轴的花键互锁，并且其中，当空气压力降低到第二阈值压力时，活塞移动到第二位置，使断开接离合器与花键脱离。
在又一示例中，一种用于车中的电动桥的系统包括：差速器，其在第一车桥和第二车桥之间联接到电动桥；控制器，其具有储存在其非暂时性存储器上的计算机可读指令，当执行该指令时使控制器能够：使差速器在第一模式中运行，其中电机经由差速器的齿圈机械地联接到第一桥轴和第二桥轴中的每一个，齿圈经由与断开接离合器互锁的短轴联接到第一桥轴；以及使差速器在第二模式中运行，其中电机不机械地联接到第一桥轴和第二桥轴，齿圈通过使短轴与断开轴的脱离而从第一桥轴脱开。在前述的任何示例中，附加地或可选地，差速器在第一模式中运行，这发生在至少部分经由从电机递送到差速器的扭矩的车辆运行期间，或者发生在由从发动机递送到差速器的扭矩的一部分对联接到电机的电池充电期间，并且差速器可在第二模式中运行，这发生在经由从发动机递送到差速器的扭矩且无需对电池充电的车辆运行期间。在前述的任何或所有示例中，附加地或可选地，控制器包括进一步的指令，当执行该指令时使得控制器能够：通过降低联接到断开接离合器的活塞中的空气压力从第一模式转换到第二模式，使活塞将断开接离合器从短轴移开。
图2至图4示出了具有各个部件的相对定位的示例构造。如果示出为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中，这样的元件可以分别称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，示出为彼此连续或相邻的元件可以分别是彼此连续或彼此相邻的。作为示例，放置为彼此共面地接触的组件可以称为共面地接触。作为另一示例，在至少一个示例中，定位成彼此间隔开、其间仅具有间隔而没有其它部件的元件可以被如此称呼。作为又一示例，彼此上/下、彼此相对侧或彼此左/右地示出的元件可以相对于彼此如此称呼。此外，如附图中所示，在至少一个示例中，最顶上的元件或元件的位置可称为部件的“顶部”，而最底下的元件或元件的位置可称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于附图的竖直轴线并且用于描述附图中的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，在其它元件上方示出的元件垂直地位于其它元件上方。作为又一个示例，在附图中描绘的元件的形状可以被称为具有如此形状(例如，诸如圆形的、直线的、平面的、弯曲的、圆滑的、倒角的、成角度的，等等)。此外，在至少一个示例中，示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。更进一步，在一个示例中，示出为在另一个元件内或在另一个元件外的元件可以如此称呼。
要注意的是，本文包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。本文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，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其它发动机硬件结合的控制器的控制系统来执行。本文描述的特定例程可以代表任何数量的诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等的处理策略中的一个或多个。这样，所示出的各种动作、操作和/或功能可以以所示出的顺序、并行地来执行，或者在某些情况下被省去。同样，实现本文描述的示例实施例的特征和优点的处理顺序不是必要的，而是为了便于说明和描述而提供。取决于被使用的特定策略，可以重复地执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示待被编程到引擎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在包括各种发动机硬件部件并且与电子控制器结合在一起的系统中执行指令来执行。
应当理解的是，本文公开的构造和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为是限制性的，因为可以进行多种变化。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构造以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
如本文所使用的，除非另外指明，否则术语“大约”被解释为表示该范围的正负百分之五。
所附权利要求特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及一个元件或第一元件或其等同物。应当将这样的权利要求理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不需要也不排除两个或多个这样的元件。在本申请或相关申请中，可以通过修改本权利要求或通过提出新权利要求来主张所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合。这样的权利要求，无论是在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开的主题范围内。

Claims (15)

1.一种用于电动桥的方法，包括：
通过经由断开接离合器而联接到电动桥的第一桥轴的致动系统，使电机选择性地接合到电动桥的差速器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述致动系统包括压力致动活塞。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择性接合包括：响应于满足至少部分地经由来自所述电机供应的扭矩的车辆运行的条件，将所述电机接合到所述差速器。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选择性接合还包括：在经由来自发动机的扭矩的车辆运行期间，响应于为所述电机供电的能量储存装置的充电状态高于阈值充电，使所述电机与所述差速器脱离。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述差速器包括：与所述电机的轴啮合的齿圈、安装在所述齿圈上的一个或多个星形齿轮、联接到短轴的一端并且与所述一个或多个星形齿轮啮合的第一侧齿轮、以及联接到第二桥轴的一端并且与所述一个或多个星形齿轮啮合的第二侧齿轮，所述差速器定位在所述第一桥轴和所述第二桥轴之间。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，接合所述电机包括：增加所述活塞中的气压以将联接所述活塞的杆沿第一方向移动到安装在所述第一桥轴一端处的离合器，以将所述断开接离合器接合到所述短轴的花键，接着致动所述电机以经由所述轴的旋转来转动所述齿圈，并且其中使所述杆沿所述第一方向移动，能压缩围绕所述活塞盘绕的复位弹簧。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电机的接合包括：经由所述电机的每个轴、所述差速器的齿圈、所述一个或多个星形齿轮、所述第一侧齿轮、所述短轴以及所述断开接离合器，将扭矩从所述电机传递到所述第一桥轴，
其中，所述电机的脱离包括：降低所述活塞中的气压以释放所述复位弹簧，并且使所述杆沿第二方向移动以使所述断开接离合器与所述短轴的花键脱离，所述第二方向与所述第一方向相反；以及
其中，所述电机的脱离包括：使所述电机的每个轴和所述齿圈处于搁置状态而没有从所述电机到所述差速器传递扭矩，以及所述短轴和所述第二桥轴沿相反方向旋转。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电机的接合还包括：经由所述电机的每个轴、所述差速器的齿圈、所述一个或多个星形齿轮和所述第二侧齿轮将扭矩从所述电机传递到所述第二桥轴，其中，所述短轴、所述第一桥轴和所述第二桥轴中的每一个沿相同的方向旋转。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：在使所述电机脱离之前，减小从所述电机递送的扭矩，随后减小所述活塞中的气压。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，增加所述空气压力包括：经由容纳在所述活塞中的入口将加压空气供应到所述活塞，并且其中，降低所述活塞中的空气压力包括：暂停将加压空气供应到所述活塞。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：在当所述电机接合时递送到所述第一桥轴和所述第二桥轴中的每一个的扭矩没有变化的情况下，指示所述电动桥的劣化，以及仅经由所述发动机供应的扭矩来运行所述车辆。
12.一种用于车辆的系统，所述系统包括：
压力致动机构，所述压力致动机构用于通过差速器将电机联接到电动桥；
第一桥轴，所述第一桥轴经由短轴联接到所述差速器；以及
第二桥轴，所述第二桥轴直接连接到所述差速器，所述短轴包括花键，所述花键与被联接到所述致动机构的断开接离合器互锁。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述电机驱动所述差速器的齿圈的小齿轮，所述齿圈经由一个或多个星形齿轮和第一侧齿轮联接到所述短轴。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述压力致动机构包括活塞、围绕所述活塞的一部分盘绕的复位弹簧、源自所述活塞并终止于所述断开接离合器的杆、以及联接到所述活塞的空气入口。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，当所述活塞中的气压达到第一阈值压力时，所述活塞移动到第一位置，使所述断开接离合器与所述短轴的花键互锁，并且其中，当空气压力降低到第二阈值压力时，所述活塞移动到第二位置，使所述断开接离合器与所述花键脱离。
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