CN114391071A - 具有锁定检测的电子致动斜坡式锁定差速器 - Google Patents

Abstract

根据本公开的电子锁定差速器组件包括差速器箱、第一侧齿轮和第二侧齿轮、锁定致动机构、第一音轮和第二音轮、第一拾音传感器和第二拾音传感器，以及控制器。所述锁定致动机构包括在锁定状态和解锁状态之间选择性地移动的斜坡板。所述第一音轮具有在所述差速器箱上形成的第一多个齿。所述第二音轮具有在所述斜坡板上形成的第二多个齿。所述第一拾音传感器感测所述第一多个齿的位置。所述第二拾音传感器感测所述第二多个齿的位置。所述控制器基于所述第一多个齿和所述第二多个齿的所述相应位置来确定所述锁定致动机构是处于所述锁定状态还是所述解锁状态。

Description

具有锁定检测的电子致动斜坡式锁定差速器

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2019年8月30日的美国临时申请No.62/893,879的优先权。上述申请的公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及差速器齿轮组件，并且更具体地涉及具有锁定检测机构的电子致动斜坡式锁定差速器。

背景技术

差速器齿轮机构可以设置在轮轴组件中并用于将扭矩从传动轴传递到一对输出轴。传动轴可以通过使用锥齿轮来驱动差速器，该锥齿轮与安装到差速器的壳体的环齿轮啮合。在汽车应用中，差速器允许安装在轮轴组件的任一端处的轮胎以不同速度旋转。这一点在车辆转弯时很重要，因为外胎的行驶弧线的距离比内胎大。因此，外胎必须以比内胎快的速度旋转以补偿更大的行驶距离。差速器包括差速器箱和齿轮装置，其允许扭矩从传动轴传递到输出轴，同时允许输出轴根据需要以不同速度旋转。齿轮装置一般可以包括一对侧齿轮，该对侧齿轮被安装成随相应输出轴而旋转。一系列十字销或小齿轮轴固定地安装到差速器箱以随其一起旋转。对应的多个小齿轮被安装成与小齿轮轴一起旋转，并与两个侧齿轮处于啮合关系。

一些差速器齿轮机构包括牵引修改差速器，诸如提供锁定功能的那些差速器。锁定差速器包括某种锁定机构，以防止侧齿轮中的一个侧齿轮相对于齿轮箱旋转，该锁定机构的接合由某种致动器发起。仅作为示例，致动器可以包括滚珠斜坡机构，其中响应于信号被传输到邻近斜坡板设置的电磁线圈，斜坡板的旋转相对于齿轮箱被延迟，这会发起斜升。其他配置是直接传动的，并且利用通过按下杆而使其移动成与侧齿轮互锁的犬齿式离合器，这些杆通过在线圈通电时电枢的移动来移动。就这一点而言，许多配置是可用的。上文所述类型的锁定差速器的示例在美国专利No.6,083,134和No.6,551,209中示出，这两篇专利均被转让给了本公开的受让人并且以引用的方式并入本文。

本文所提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。当前指定的发明人的工作，在某种程度上其在本背景技术部分以及在提交时可能不具有其他资格作为现有技术的说明书的各个方面中进行描述，既不明确也不暗示地被承认为针对本公开的现有技术。

发明内容

根据本公开的电子锁定差速器组件包括差速器箱、第一侧齿轮和第二侧齿轮、锁定致动机构、第一音轮和第二音轮、第一拾音传感器和第二拾音传感器，以及控制器。该差速器箱限定第一输出轴开口和第二输出轴开口，该第一输出轴开口和该第二输出轴开口沿着该差速器箱的旋转轴线同轴对准。该第一侧齿轮和该第二侧齿轮能够旋转地安装在该差速器箱内。该第一侧齿轮和该第二侧齿轮沿着该差速器箱的该旋转轴线同轴对准。该第一侧齿轮提供与第一输出轴的第一扭矩传输连接。该第二侧齿轮提供与第二输出轴的第二扭矩传输连接。该锁定致动机构包括斜坡板，该斜坡板在锁定状态和解锁状态之间选择性地移动，在该锁定状态下，该侧齿轮被固定以用于同时旋转，在该解锁状态下，该侧齿轮相对于彼此旋转。该第一音轮具有在该差速器箱上形成的第一多个齿。该第二音轮具有在该斜坡板上形成的第二多个齿。该第一拾音传感器感测该第一多个齿的位置。该第二拾音传感器感测该第二多个齿的位置。该控制器基于该第一多个齿和该第二多个齿的这些相应位置来确定该锁定致动机构是处于该锁定状态还是该解锁状态。

在其他特征中，该锁定致动机构还包括分别定位在该斜坡板的谷中的推杆。该第一多个齿在该差速器箱上一体地形成。该第二多个齿在该斜坡板上一体地形成。该第一拾音传感器静态地布置在该差速器箱附近。该第二拾音传感器静态地布置在该斜坡板附近。该第一侧齿轮和该第二侧齿轮与小齿轮互相啮合以形成扭矩传递布置，该扭矩传递布置被构造成用于在该小齿轮与该第一侧齿轮和该第二侧齿轮之间传递扭矩，以使该第一侧齿轮和该第二侧齿轮围绕该旋转轴线旋转。该扭矩传递布置还可被构造成用于允许该第一侧齿轮和该第二侧齿轮在该解锁状态下相对于彼此围绕该旋转轴线以不同旋转速度旋转。

根据本申请的附加特征构造的电子锁定差速器组件包括差速器箱、第一侧齿轮和第二侧齿轮、锁定致动机构、第一传感器、第二传感器和控制器。该差速器箱限定第一输出轴开口和第二输出轴开口，该第一输出轴开口和该第二输出轴开口沿着该差速器箱的旋转轴线同轴对准。该差速器箱可包括围绕其外表面形成的第一多个齿。该第一侧齿轮和该第二侧齿轮能够旋转地安装在该差速器箱内。该第一侧齿轮和该第二侧齿轮沿着该差速器箱的该旋转轴线同轴对准。该第一侧齿轮提供与第一输出轴的第一扭矩传输连接。该第二侧齿轮提供与第二输出轴的第二扭矩传输连接。该锁定致动机构包括斜坡板，该斜坡板在锁定状态和解锁状态之间选择性地移动，在该锁定状态下，该侧齿轮被固定以用于同时旋转，在该解锁状态下，该侧齿轮相对于彼此旋转。该斜坡板包括围绕其外表面形成的第二多个齿。该第一传感器感测该第一多个齿的旋转位置。该第二传感器感测该第二多个齿的旋转位置。该控制器基于该第一多个齿和该第二多个齿的这些相应位置来确定该锁定致动机构是处于该锁定状态还是该解锁状态。该控制器基于该确定来输出信号。

在其他特征中，该锁定致动机构还包括分别定位在该斜坡板的谷中的推杆。该第一拾音传感器静态地布置在该差速器箱附近。该第二拾音传感器静态地布置在该斜坡板附近。该第一多个齿在该差速器箱上一体地形成。该第二多个齿在该斜坡板上一体地形成。该第一侧齿轮和该第二侧齿轮与小齿轮互相啮合以形成扭矩传递布置，该扭矩传递布置被构造成用于在该小齿轮与该第一侧齿轮和该第二侧齿轮之间传递扭矩，以使该第一侧齿轮和该第二侧齿轮围绕该旋转轴线旋转。该扭矩传递布置还可被构造成用于允许该第一侧齿轮和该第二侧齿轮在该解锁状态下相对于彼此围绕该旋转轴线以不同旋转速度旋转。

一种确定电子锁定差速器组件是处于解锁状态还是锁定状态的方法包括提供差速器箱，该差速器箱具有围绕其外表面形成的第一多个齿。提供斜坡板，该斜坡板具有围绕其外表面形成的第二多个齿。感测该第一多个齿中的至少一个齿的第一位置。感测该第二多个齿中的至少一个齿的第二位置。控制器基于该第一位置和该第二位置来确定该电子锁定差速器组件是处于该解锁状态还是该锁定状态。该控制器基于该确定来输出信号。

根据其他特征，感测该第一位置包括从第一拾音传感器感测该第一位置，该第一拾音传感器静态地布置在该差速器箱附近。感测该第二位置包括从第二拾音传感器感测该第二位置，该第二拾音传感器静态地布置在该斜坡板附近。从该控制器输出该信号包括将该信号输出到传递该电子锁定差速器组件的锁定状态或解锁状态的仪表组。

附图说明

根据具体实施方式和附图，将更全面地理解本公开，其中：

图1是简化车辆传动系统的示意性示例；

图2是根据一个现有技术示例的示例性电子锁定差速器的分解图；

图3是根据本公开的一个示例构造的具有锁定检测组件的电子锁定差速器的透视图；

图4是图3的锁定检测组件的细部图；

图5是示出箱上的箱传感器脉冲和斜坡板的曲线图，该斜坡板被示出为与处于解锁状态的电子锁定差速器没有相位滞后；并且

图6是示出箱上的箱传感器脉冲和斜坡板的曲线图，该斜坡板被示出为与处于锁定状态的电子锁定差速器有相位滞后。

具体实施方式

首先参考图1，示出了示例性车辆传动系统。在所示的示例中，车辆是前轮驱动的，这意味着主动力连接到前驱动轮轴。发动机106、传动装置107和动力传递单元108可操作地连接在车辆的前部以将扭矩直接传输到前左轮轴100和右前轮轴101。车轮102和103通过轮毂115和116接收扭矩来向车辆提供牵引。驱动轴109通过动力传递单元108中的机构(诸如，准双曲面齿轮和小齿轮)接收扭矩并将其传输到车辆的后部。任选的所有轮驱动联接件120连接到驱动轴109，并且后部驱动单元110可以容纳电子锁定差速器130。

后部电子锁定差速器130可以在打开模式或锁定模式下操作。在打开模式下，左后轮113可以通过轮毂117和左后轮轴111以与右轮114不同的速度旋转。同样，右后轮114可以通过轮毂118和右后轮轴112以与左后轮113不同的速度旋转。在锁定模式下，左后轮113和右后轮114两者均接收相同的扭矩，因为左后轮轴111和右后轮轴112被后部差速器130中的内部组件锁定。图1的传动系统是示例，并且应当理解，原理可以用于后轮驱动车辆或具有多于一个差速器装置的车辆中。

参考图2，示出了根据一个现有技术示例构造的电子锁定差速器130。电子锁定差速器130包括具有一对输入小齿轮217的差速器齿轮箱213。小齿轮217包括差速器齿轮组的输入齿轮，并且与一对侧齿轮219和221啮合接合。当固定到右侧箱211的环形齿轮旋转时，小齿轮轴218与其一起旋转。这继而使侧齿轮219和221旋转。侧齿轮219和221分别包括内部直键齿223和225的集合，这些内部直键齿与相应左后输出轮轴111和相应右后输出轮轴112上的配合外部键齿处于键齿接合。当环形齿轮旋转时，后轮轴111和112旋转。

当电子锁定差速器130在打开模式下操作时，在车辆的正常向前行驶操作期间，左轮轴111和右轮轴112之间或者左侧齿轮219和右侧齿轮221之间不产生差速。因此，小齿轮217不相对于小齿轮轴218旋转。因此，左侧齿轮箱212和右侧齿轮箱211、小齿轮217和侧齿轮219和221全部围绕旋转轴线A旋转，如同包括实心单元一样。然而，如果车辆转弯或经历使后轮113和114以不同速率旋转的颠簸，则小齿轮217围绕小齿轮轴218和216旋转，以实现相对于小齿轮轴旋转的不同侧齿轮速度。在一些情况下，可能期望锁定左后轮轴111和右后轮轴112，使得它们必须以相同的速率旋转。因此，在锁定模式期间，侧齿轮被锁定到壳体，使得其必须与小齿轮轴218一起旋转。在图2所示的示例中，通过啮合接合锁定左侧齿轮219，这相对于侧齿轮219锁定小齿轮217，这也锁定了侧齿轮221。

当小齿轮轴218旋转时，侧齿轮219和221旋转并且因此后轮轴111和112旋转。在解锁或打开模式下，每个侧齿轮219和221可以与其他侧齿轮不同的速度旋转，因为侧齿轮可以相对于小齿轮217以不同速度转动。在锁定模式下，锁齿轮219联接到锁定板210。右侧箱211联接到环形齿轮，以随着驱动轴小齿轮施加旋转力而转动。因为锁齿轮219被锁定板210锁定为与差速器箱213一起以与小齿轮轴218相同的速率旋转，所以右侧齿轮221也被锁定而无法进行差速旋转并且必须同样以与锁齿轮219相同的速率旋转。就这一点而言，后轮轴111和112通过锁定的差速器130以相同的速率旋转。

致动机构233包括电引线259，这些电引线联接到激活开关或其他控制装置以为定子供电。定子的供电状态或未供电状态确定斜坡板253是斜升还是斜降。当斜升时，斜坡板253被转动以推动斜坡板253上的峰区域去抵靠推杆247，这使得朝向锁定板210推动推杆247。锁定板210在右侧箱211中的凹部中轴向滑动。在斜降位置中，斜坡板253被转动，使得推杆可搁置在斜坡板253的谷中。波形弹簧可以推动锁定板210，该锁定板继而可以将推杆247推动到谷中。

现在转向图3至图6，将描述根据本公开构造的具有锁定状态检测组件310的电子锁定差速器300。除非另有描述，否则如上文相对于电子锁定差速器130所述，电子锁定差速器300可以在锁定状况和解锁状况下操作。电子锁定差速器130通常包括差速器箱320和斜坡板322。差速器箱320限定第一输出轴开口324和第二输出轴开口326，该第一输出轴开口和该第二输出轴开口沿着差速器箱320的旋转轴线328同轴对准。第一侧齿轮和第二侧齿轮(还请参见219和221，图2)能够旋转地安装在差速器箱320内，该第一侧齿轮和该第二侧齿轮沿着差速器箱320的旋转轴线同轴对准。第一侧齿轮限定第一轴开口，该第一轴开口被构造成提供与容纳在第一输出轴开口内的第一输出轴的第一扭矩传输连接。第二侧齿轮限定第二输出轴开口，该第二输出轴开口被构造成提供与容纳在第二输出轴开口内的第二输出轴的第二扭矩传输连接。锁定致动机构(还请参见233，图2)在锁定状态和解锁状态之间选择性地移动，在锁定状态下，侧齿轮被固定以用于同时旋转，在解锁状态下，侧齿轮相对于彼此旋转。

如根据以下讨论将理解的，锁定状态检测组件310使用音轮和传感器拾音装置来辨认差速器箱320和斜坡板322相对于彼此的位置。就这一点而言，解锁的差速器将具有同相的差速器箱320和斜坡板322。锁定的差速器将具有异相的差速器箱320和斜坡板322。通过了解电子锁定差速器300的状态，驱动器能够更准确地预测驾驶和车辆行为。

具体参考图3和图4，将进一步描述锁定状态检测组件310。差速器箱320包括第一音轮330。斜坡板322包括第二音轮332。第一音轮330和第二音轮332可以包括相应的第一多个齿340和第二多个齿342。在一些示例中，第一多个齿340可以与差速器箱320一体地形成。类似地，第二多个齿342可以与斜坡板322一体地形成。第一拾音传感器350静态地布置在第一音轮330附近，以用于感测第一多个齿340。第二拾音传感器352静态布置在第二音轮332附近，以用于感测第二多个齿342。

如上所述，斜坡式电子锁定差速器通过使用电磁线圈在斜坡板322上提供阻力扭矩来进行操作。然后，斜坡板322独立于差速器箱320旋转，并且允许锁定机构在内部接合。因为斜坡板322相对于差速器箱320旋转，所以第一音轮330和第二音轮332可以允许确定差速器箱320和斜坡板322中的每一者的位置。电子锁定差速器300需要发生差速器箱320或斜坡板322旋转来允许进行锁定和解锁。可以将差速器箱320和斜坡板322的相对旋转用电压脉冲感测到电子控制单元(ECU)360。ECU 360可以存储位置算法，这些位置算法可以用于校准确定差速器组件300是已经从先前状态锁定还是解锁需要发生多少次相对旋转(同相或异相(即，相位滞后)的脉冲)。在一些示例中，ECU 360可以将信号发送到仪表组364或车辆，从而向驱动器传递：电子锁定差速器组件300被锁定或解锁。本公开允许轮轴上有静止传感器并且允许轮轴内不需要遥测系统。

参考图5，差速器组件300(图3)被显示为处于解锁状态。第一迹线366表示由差速器箱传感器350感测的脉冲。第二迹线368表示由斜坡板传感器352感测的脉冲。在解锁状态下，差速器箱320的参考峰370和斜坡板322的对应参考峰372之间没有相位滞后。

参考图6，差速器组件300(图3)被示出为处于锁定状态。第一迹线376表示由差速器箱传感器350感测的脉冲。第二迹线378表示由斜坡板传感器352感测的脉冲。在锁定状态下，差速器箱320的参考峰380和斜坡板322的对应参考峰382之间有相位滞后390。

作为示例，斜坡板322可以被构造成从解锁状态相对于差速器箱320旋转约18度到锁定状态。应当理解，在本公开的范围内还设想了在解锁和锁定之间的其他旋转度数。ECU360内的软件逻辑可以根据来自差速器箱传感器350和斜坡板传感器352的信号来确定电子锁定差速器300的位置(锁定位置或解锁位置)。具体地，ECU 360可以存储第一多个齿340和第二多个齿342的齿计数，并且建立触发条件来比较传感器350和352之间的信号从而辨认位置，并且因此辨认差速器组件300的锁定状态。

已出于说明和描述的目的提供了这些示例的上述描述。并非意图是详尽的或限制本公开。特定示例的各个元件或特征通常不限于该特定示例，而是在适用的情况下是可互换的并且可用于所选示例中，即使未具体示出或描述也是如此。其可也按许多方式进行改变。此类变型形式不应被视为脱离了本公开，并且所有此类修改形式都旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (18)

1.一种电子锁定差速器组件，所述电子锁定差速器组件包括：

差速器箱，所述差速器箱限定第一输出轴开口和第二输出轴开口，所述第一输出轴开口和所述第二输出轴开口沿着所述差速器箱的旋转轴线同轴对准；

第一侧齿轮和第二侧齿轮，所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮能够旋转地安装在所述差速器箱内，所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮沿着所述差速器箱的所述旋转轴线同轴对准，所述第一侧齿轮提供与第一输出轴的第一扭矩传输连接，所述第二侧齿轮提供与第二输出轴的第二扭矩传输连接；

锁定致动机构，所述锁定致动机构包括斜坡板，所述斜坡板在锁定状态和解锁状态之间选择性地移动，在所述锁定状态下，所述侧齿轮被固定以用于同时旋转，在所述解锁状态下，所述侧齿轮相对于彼此旋转；

第一音轮，所述第一音轮具有在所述差速器箱上形成的第一多个齿；

第二音轮，所述第二音轮具有在所述斜坡板上形成的第二多个齿；

第一拾音传感器，所述第一拾音传感器感测所述第一多个齿的位置；

第二拾音传感器，所述第二拾音传感器感测所述第二多个齿的位置；和

控制器，所述控制器基于所述第一多个齿和所述第二多个齿的所述相应位置来确定所述锁定致动机构是处于所述锁定状态还是所述解锁状态。

2.根据权利要求1所述的电子锁定差速器组件，其中所述锁定致动机构还包括分别定位在所述斜坡板的谷中的推杆。

3.根据权利要求1所述的电子锁定差速器组件，其中所述第一多个齿在所述差速器箱上一体地形成。

4.根据权利要求1所述的电子锁定差速器组件，其中所述第二多个齿在所述斜坡板上一体地形成。

5.根据权利要求1所述的电子锁定差速器组件，其中所述第一拾音传感器静态地布置在所述差速器箱附近。

6.根据权利要求5所述的电子锁定差速器组件，其中所述第二拾音传感器静态地布置在所述斜坡板附近。

7.根据权利要求1所述的电子锁定差速器组件，其中所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮与小齿轮互相啮合以形成扭矩传递布置，所述扭矩传递布置被构造成用于在所述小齿轮与所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮之间传递扭矩，以使所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮围绕所述旋转轴线旋转，所述扭矩传递布置还被构造成用于允许所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮在所述解锁状态下相对于彼此围绕所述旋转轴线以不同旋转速度旋转。

8.一种电子锁定差速器组件，所述电子锁定差速器组件包括：

差速器箱，所述差速器箱限定第一输出轴开口和第二输出轴开口，所述第一输出轴开口和所述第二输出轴开口沿着所述差速器箱的旋转轴线同轴对准，所述差速器箱包括围绕其外表面形成的第一多个齿；

第一侧齿轮和第二侧齿轮，所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮能够旋转地安装在所述差速器箱内，所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮沿着所述差速器箱的所述旋转轴线同轴对准，所述第一侧齿轮提供与第一输出轴的第一扭矩传输连接，所述第二侧齿轮提供与第二输出轴的第二扭矩传输连接；

锁定致动机构，所述锁定致动机构包括斜坡板，所述斜坡板在锁定状态和解锁状态之间选择性地移动，在所述锁定状态下，所述侧齿轮被固定以用于同时旋转，在所述解锁状态下，所述侧齿轮相对于彼此旋转，所述斜坡板包括围绕其外表面形成的第二多个齿；

第一传感器，所述第一传感器感测所述第一多个齿的旋转位置；

第二传感器，所述第二传感器感测所述第二多个齿的旋转位置；和

控制器，所述控制器(i)基于所述第一多个齿和所述第二多个齿的所述相应位置来确定所述锁定致动机构是处于所述锁定状态还是所述解锁状态，并且(ii)基于所述确定来输出信号。

9.根据权利要求8所述的电子锁定差速器组件，其中所述锁定致动机构还包括分别定位在所述斜坡板的谷中的推杆。

10.根据权利要求8所述的电子锁定差速器组件，其中所述第一拾音传感器静态地布置在所述差速器箱附近。

11.根据权利要求10所述的电子锁定差速器组件，其中所述第二拾音传感器静态地布置在所述斜坡板附近。

12.根据权利要求8所述的电子锁定差速器组件，其中所述第一多个齿在所述差速器箱上一体地形成。

13.根据权利要求8所述的电子锁定差速器组件，其中所述第二多个齿在所述斜坡板上一体地形成。

14.根据权利要求8所述的电子锁定差速器组件，其中所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮与小齿轮互相啮合以形成扭矩传递布置，所述扭矩传递布置被构造成用于在所述小齿轮与所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮之间传递扭矩，以使所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮围绕所述旋转轴线旋转，所述扭矩传递布置还被构造成用于允许所述第一侧齿轮和所述第二侧齿轮在所述解锁状态下相对于彼此围绕所述旋转轴线以不同旋转速度旋转。

15.一种确定电子锁定差速器组件是处于解锁状态还是锁定状态的方法，所述方法包括：

提供差速器箱，所述差速器箱具有围绕其外表面形成的第一多个齿；

提供斜坡板，所述斜坡板具有围绕其外表面形成的第二多个齿；

感测所述第一多个齿中的至少一个齿的第一位置；

感测所述第二多个齿中的至少一个齿的第二位置；

利用控制器基于所述第一位置和所述第二位置来确定所述电子锁定差速器组件是处于所述解锁状态还是所述锁定状态；以及

基于所述确定从所述控制器输出信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其中感测所述第一位置包括从第一拾音传感器感测所述第一位置，所述第一拾音传感器静态地布置在所述差速器箱附近。

17.根据权利要求16所述的方法，其中感测所述第二位置包括从第二拾音传感器感测所述第二位置，所述第二拾音传感器静态地布置在所述斜坡板附近。

18.根据权利要求15所述的方法，其中从所述控制器输出所述信号包括将所述信号输出到传递锁定状态或解锁状态的仪表组。

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