CN116981585A - 商用自动车辆、用于商用自动车辆的辅助轴、用于控制商用自动车辆的轴和辅助发动机之间的联接和/或解联接的装置和方法 - Google Patents

商用自动车辆、用于商用自动车辆的辅助轴、用于控制商用自动车辆的轴和辅助发动机之间的联接和/或解联接的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种诸如卡车和公交车的、包括与辅助发动机相关联的辅助轴的商用自动车辆，用于控制商用自动车辆的轴和与该轴相关联的辅助发动机之间的联接和/或解联接的联接和/或解联接装置以及方法。具体地，本发明包括将至少一个辅助发动机的作用与轴联接和/或解联接的装置，从而允许在联接状态，轴接收来自辅助发动机的辅助牵引或者辅助发动机用作再生制动能量的发生器，以及在解联接状态，允许轴自由地旋转使得不会由于装置部件的摩擦而发生能量损失。本发明属于机械工程领域，专注于用于运输货物和乘客的商用车辆解决方案领域。

Description

商用自动车辆、用于商用自动车辆的辅助轴、用于控制商用自 动车辆的轴和辅助发动机之间的联接和/或解联接的装置和 方法
技术领域
本发明描述了一种诸如卡车和公交车之类的、包括与辅助发动机相关联的辅助轴的商用自动车辆，用于控制商用自动车辆的轴和与该轴相关联的辅助发动机之间的联接和/或解联接的联接和/或解联接装置以及方法。所述装置将至少一个辅助发动机的作用与轴联接和/或解联接，从而允许在联接状态，轴接收来自辅助发动机的辅助牵引或者发动机用作再生制动能量的发生器，以及在解联接状态，允许轴自由地旋转使得不会由于装置部件的摩擦而发生能量损失。本发明属于机械工程领域，专注于用于运输货物和乘客的商用车辆的解决方案领域。
背景技术
在例如带有众所周知的4×4牵引力的越野车辆的情况下，存在联接和/或解联接机构，其中，这些联接和/或解联接机构的功能是根据驾驶员的致动或者由于以下两个原因自动地致动来接合或脱离接合车辆的轴中的一个的牵引系统，从而中断或致动补充性的辅助牵引的供应，该两个原因是：第一，其中，补充性的辅助牵引被提供以克服需要更大扭矩的车辆路径状况；和第二，其中，补充性的辅助牵引供应被关闭以避免拖曳该系统以及随之而来的燃料消耗的增加和/或系统部件的过早磨损。以这样的方式，前面提及的联接和/或解联接机构，诸如已知为飞轮的联接和/或解联接机构，仅适用于对主要牵引系统具有辅助的或补充的牵引的功能的轴。
随着与在车辆中使用电动马达相关的技术的进步以及越来越高效和更小的电池，现有技术中正在探索所谓的电动轴，该电动轴包括带有电动马达的车辆的轴，该电动马达联接到该车辆的轴。因为电动轴使用来自电动马达的扭矩来转动轴并且向轴和轮提供牵引，这些电动轴在能量和环境方面具有多个优点，电动马达由诸如电池的蓄能器提供动力，由此在不排放污染气体的情况下为车辆提供电动牵引，以及电动轴在制动时刻被用作再生器，回收使用的动能，从而促进了车辆运动的控制并且还给蓄能器供电。
在其他应用中，带有电动马达的轴被用在诸如公交车和卡车的通常的商用车辆中，以向轴提供辅助牵引，该轴通常是被动的，即仅被牵引。以这样的方式，将辅助牵引轴装载在商用自动车辆中并且在需要辅助牵引时联接该辅助牵引轴的可能性，在对牵引的需求高的换位期间、例如在上坡通道，向商用自动车辆提供了辅助扭矩的供应。在下坡时，电动马达可以用作发生器，利用由车辆的运动产生的能量来为诸如蓄电池的蓄能器充电。在这些情况下，仍需要联接辅助牵引轴，以便满足辅助牵引轴的牵引和再生功能。由此，利用辅助牵引，对于化石燃料的需求减少，污染气体的产生也减少。
然而，在不需要辅助轴的电气化组件的情况下，如在平坦路段的情况下，电动轴的机械部件的接合可能对商用自动车辆的性能产生负面影响。在这些情况下，考虑到包含在辅助牵引-再生轴中的齿轮系统的摩擦，来自电气化组的齿轮的联接对轮组的转动运动产生限制，从而导致在与对运动没有限制的原始的轴相比时出现更大阻力的状况，这因此意味着在与市场上的标准商用车辆相比时燃料消耗增加。
还已知将差速器用于万向轴的牵引联接或解联接，该差速器可以被称为自由差速器。专利文件BR 102018074558-1和BR 102019002876-9公开了用于道路货品运输车辆的这种类型的自由差速器。在本发明中，辅助牵引源在没有万向轴的情况下利用自由差速器组件直接与商用自动车辆的轴联接或解联接。
在像巴西这样具有大陆尺寸和非常多变的测高平面的国家中，测高变化的这种状况使得特别期望在上升时刻具有辅助牵引轴以及在下坡(declives)时刻具有再生轴。然而，在平坦路段中或者在以平坦路段为主的情况下，保持辅助牵引轴的联接会引起部件之间的摩擦，这意味着能量损失和/或增加的燃料消耗。本发明解决了该问题。
现有技术缺乏具有这种有效性的解决方案，即允许使用辅助牵引-再生轴，即使如此，也可以安全地且有效地操作，而不会干扰车辆整体的驾驶性能，并且不会引起能量的损失或者增加的车辆燃料消耗。
从研究文献中可以推断出，没有发现文献预见或暗示本发明的教导，因此本文中提出的解决方案相对于现有技术具有新颖性和创造性。
发明内容
本发明通过一种装置及其方法解决了现有技术中的这些问题和其他问题，该装置和方法响应于来自装置的控制系统的信号的驱动，控制辅助再生发动机或任何辅助能量源的作用在辅助牵引-再生轴上的联接和/或解联接。
本发明提出了一种解决方案，用于将至少一个辅助发动机的动作在商用自动车辆的至少一个轴上联接和/或解联接，使该至少一个轴成为辅助牵引轴，使得在通过驾驶员致动或者通过车辆响应于需要辅助牵引的状况自动地致动时，装置通过将一对齿轮与辅助牵引-再生轴联接/解联接来执行辅助发动机的联接/解联接动作。
为了本发明的目的，辅助发动机是带有辅助动力源的发动机，该辅助动力源能够为车辆提供辅助动力，辅助发动机对于车辆的主发动机是补充发动机，但该辅助发动机也能够用作再生器，回收来自车辆的动能来为蓄能器充电。在诸如卡车和公交车之类的用于运输货物或乘客的商用自动车辆中，用于移动这些商用自动车辆的牵引力来自与商用自动车辆的主发动机相关联的轴，而不是布置在被动轴或者没有牵引的轴中。另一方面，本发明的辅助发动机可以与商用自动车辆的、不与主发动机相关联的至少一个轴一起放置，从而使被动轴成为源辅助扭矩轴，从而在需要时提供附加的扭矩，或者在下坡或制动情况下用作能量再生器，由此为蓄能器充电。在一个实施例中，辅助马达是电动马达，并且蓄能器是电池。
本发明的目的还是提供一种联接和/或解联接机构，该联接和/或解联接机构提供辅助轴的更好的能量使用，使得通过优化的齿轮传动比，对用于运输乘客或货物的商用自动车辆的、通常的被动轴增加了牵引力。
本发明的另一个目的是提供一种机构，该机构在不干扰商用自动车辆的驾驶性能的情况下以安全且有效的方式将辅助发动机的作用与轴适当地联接和/或解联接，使得辅助发动机的作用的联接/传动连接，在下坡情况下用作再生器，在上坡情况下用作牵引辅助器；并且在不包括这些状况的情况下，允许系统自由转动，并且该安全操作状况由编程来保证，该编程将齿轮的联接和解联接系统的致动与发动机的旋转同步，所有这些都由本发明的装置的系统控制算法来管理。
此外，本发明的另一个目的是提供一种机构，该机构用于将辅助发动机的作用与商用自动车辆的轴联接和/或解联接，其与来自传感器的输入同步地操作，该传感器集成到车辆而成为一个整体。
在第一目的中，本发明具有商用自动车辆的轴和至少一个辅助发动机之间的联接和/或解联接装置，其中，辅助马达与商用车辆的轴一起布置，所述装置包括至少一个机构，该至少一个机构联接和/或解联接至少一个辅助发动机和自由轴差速器组件之间的扭矩传递，该至少一个辅助发动机向车辆供应辅助能量，其中，联接和/或解联接响应于由装置的控制系统发送的至少一个信号。
在一个实施例中，本发明的联接和/或解联接装置与动力传动系相关联，通过驾驶员致动和/或响应于需要辅助牵引的状况自动地致动。在一个实施例中，本发明的动力传动系包括电动马达，该电动马达用作与减速器组件(9)相关联的牵引-再生源，其直接地将辅助牵引传递到商用自动车辆的轴或者接收再生制动能量并且将该能量传递到一组电池。在一个实施例中，本发明的动力传动系响应于来自装置的控制系统的可编程电子控制单元的电信号。在一个实施例中，本发明的动力传动系，通过使辅助牵引源的速度与以自由旋转操作的轴的速度同步，来提供所述辅助牵引与运动中的车辆的联接，该同步由车辆传感器系统协助。
在第二目的中，本发明示出了一种控制商用自动车辆的轴和至少一个辅助发动机之间的联接和/或解联接的方法，该至少一个辅助发动机邻近该轴布置，所述方法包括轴和辅助发动机之间的联接和/或解联接装置以及该装置的控制系统，该装置配备有自由差速器组件，其中，所述方法包括步骤：
a.在由辅助发动机驱动车辆命令起动的联接阶段(A)期间，在辅助马达的旋转与轴的旋转同步时，从控制系统向装置的致动器(1)发送第一信号，从而致动至少一个自由差速器组件；
b.通过致动器(1)使装置的驱动轴(2)从初始位置移位，从而通过运动传递叉(4)将所述驱动轴(2)的运动传递到套筒联接器(5)，其中，套筒联接器(5)的移位以与装置的自由差速器组件的差速器(6)的链轮(6.1)同轴的运动来进行，从而将套筒联接器(5)接合到齿轮(7)，该齿轮(7)联接到辅助马达的减速器组件(9)；
c.在由车辆的停用辅助发动机的新命令起动的解联接阶段(D)期间，从控制系统向装置的致动器(1)发送第二信号，以使驱动轴(2)返回到初始位置；以及
d.将驱动轴(2)返回到初始位置，从而通过运动传递叉(4)将所述驱动轴(2)的运动传递到套筒联接器(5)，其中，套筒联接器(5)的以与装置的自由差速器组件的差速器(6)的链轮(6.1)同轴的运动进行的移位使套筒联接器(5)与齿轮(7)脱离接合，从而中断辅助发动机和轴之间的相互作用，结束解联接阶段(D)。
在第三目的中，本发明示出了一种商用自动车辆，该商用自动车辆包括至少一个轴，该至少一个轴与至少一个辅助发动机相关联，该至少一个辅助发动机配备有减速器组件(9)，该减速器组件(9)与差速器相关联，差速器与轴相关联、是自由差速器组件、并且与所述辅助发动机和轴之间的至少一个扭矩传递联接和/或解联接装置相关联，其中，联接和/或解联接响应于由装置的控制系统发送的至少一个信号。
在第四目的中，本发明示出了一种用于商用自动车辆的辅助轴，该辅助轴由再生能量提供动力，该辅助轴包括至少一个辅助发动机，该至少一个辅助发动机配备有减速器组件(9)，该减速器组件(9)通过至少一个自由差速器组件与辅助轴相关联，所述差速器与所述辅助发动机和轴之间的至少一个扭矩传递联接和/或解联接装置相关联，以响应由该装置的控制系统发送的至少一个信号。
附加地，本发明在本文详细阐述的构思的实施例中提供了，辅助能量源的发动机作用与运动中的车辆发生联接，执行辅助轴机构的速度与自由操作的轴的速度的同步。在同步性被给出的情况下，机构执行所述联接，该同步性可以通过传感器系统检测。
本领域技术人员将立即理解本发明的这些目的和其他目的，并且将在下面详细描述。
附图说明
下面的图示出了：
图1.a示出了本发明的装置的实施例的剖视图。
图1.b示出了图1.a的详细视图，其中实施例包括两个传感器：联接传感器(8.1)和解联接传感器(8.2)。
图2示出了本发明的实施例的另一个剖视图，图示了齿轮(7)通过轴承与差速器(6)相关联。
图3示出了本发明的差速器(6)的实施例。
图4示出了本发明的差速器(6)的剖视图。
图5示出了本发明的实施例，图示了齿轮(7)通过轴承与差速器
(6)相关联。
图6示出了图5的另一个视图，图示了齿轮(7)和差速器(6)的实施例。
图7示出了用于致动系统的致动器(1)、解联接识别传感器(8.2)、驱动轴(2)、复位弹簧(3)和与套筒联接器(5)相关联的运动传递叉(4)的详细实施例。
图8示出了与敞开的外壳相关联的本发明的实施例的立体图。
图9示出了在图8中图示的本发明的实施例的另一个立体图，其中，外壳是关闭的。
图10示出了本发明的实施例的立体图，没有示出外壳。
图11示出了在图10中示出的实施例的剖视图。
图12示出了在图10中示出的实施例的分解图。
图13突出了图12的分解图的一些部件。
图14示出了在图13中示出的相关联的元件的剖视图。
图15示出了在图14中示出的该部分的立体图。
图16示出了与半轴和电动马达相关联的本发明的实施例。
图17示出了本发明的实施例。
图18示出了在图16中示出的实施例从另一个角度的立体图，未示出发动机。
图19示出了本发明的实施例，其中外壳的一个侧部是敞开的。
图20示出了在图19中示出的实施例，其中外壳的另一个侧部是敞开的。
图21示出了在图17中示出的实施例的分解图。
图22示出了在图21中示出的分解图的俯视图。
图23示出了在图17中示出的实施例的侧剖视图。
图24示出了在图23中示出的立体剖视图。
图25示出了图示了本发明的操作步骤的曲线图，示出了联接段(A)、工作段(T)和解联接段(D)。
图26至图31示出了现有技术的差速器的实施例，其中，联接到马达的冠状齿轮固定地连接到差速器。
具体实施方式
本发明包括商用上被称为“自由差速器”的装置，该装置使得在特定需求期间至少一个辅助发动机的动作能够被联接到商用自动车辆的至少一个牵引-再生轴，以及允许齿轮系统的解联接，从而允许内部齿轮的解联接运行(自由转动(freewheeling))，由此避免阻力，优化性能并且确保节省燃料消耗。
以这样的方式，本发明的自由差速器组件允许在上坡情况下和在下坡或制动情况下通过一对轴齿轮的联接来联接辅助马达的作用，在上坡情况下电动马达用作辅助器，在下坡或制动情况下辅助发动机用作再生器；并且允许在平坦路段的交通情况下解联接。
在用于将辅助发动机的动作与轴联接和/或解联接的自由差速器应用中，需要坚固的、安全的组件，该组件响应于来自感测的参数而起作用，使得在需要辅助牵引时或者在能量再生时，组件将辅助发动机的作用正确且安全地联接到轴，并且在该组不工作时正确且安全地解联接，使得组件不影响商用自动车辆的其他部件的驾驶性能和功能。本发明提出了用于自由差速器装置的解决方案，该自由差速器装置用于配备有辅助发动机的商用自动车辆的轴。
为了本发明的目的，辅助发动机是带有辅助动力源的发动机，该辅助动力源能够为车辆提供辅助动力，辅助发动机对于车辆的主发动机是补充发动机，但该辅助发动机也能够用作再生器，回收来自车辆的动能来为蓄能器充电。在诸如卡车和公交车之类的商用自动车辆中，用于移动这些商用自动车辆的牵引力来自车辆的主发动机，车辆的主发动机邻近车辆的牵引轴，而不是放置在本质上被动、即仅被牵引、的轴中。另一方面，本发明的辅助发动机可以邻近商用自动车辆的与主牵引轴不同的至少一个轴放置，从而在需要时提供补充的扭矩，或者在下坡或制动情况下用作能量再生器，由此为蓄能器充电。在一个实施例中，辅助马达是电动马达，并且蓄能器是电池。在一个实施例中，通过辅助发动机提供的扭矩总是小于或等于通过主发动机提供的扭矩，从不超过主发动机提供的扭矩。
在第一目的中，本发明示出了商用自动车辆的轴和至少一个辅助发动机之间的联接和/或解联接装置，其中，辅助发动机邻近商用自动车辆的轴布置，所述装置包括至少一个机构，该至少一个机构联接和/或解联接至少一个辅助发动机和自由轴差速器组件之间的扭矩传递，其中，联接和/或解联接响应于由装置的控制系统发送的至少一个信号。
在一个实施例中，本发明的辅助发动机是电动马达，该电动马达与蓄能器相关联。在一个实施例中，蓄能器是电池。在一个实施例中，辅助发动机接收来自电池的动力来向轴提供扭矩。在另一个实施例中，辅助发动机用作发生器，接收来自轴的动能来为电池充电。
在一个实施例中，自由差速器组件包括差速器(6)和至少一个齿轮(7)，差速器(6)设置有至少一个链轮(6.1)，至少一个齿轮(7)借助于至少一组轴承与差速器(6)独立旋转地连接，其中，齿轮(7)联接到辅助发动机的至少一个减速器组件(9)。借助于齿轮(7)和差速器(6)之间的轴承连接，所述齿轮(7)能够在辅助马达的减速器组件(9)的作用下独立于差速器(6)的旋转并且因此独立于轴的旋转而旋转。
在一个实施例中，联接和/或解联接扭矩传递的机构包括至少一个致动器(1)、至少一个驱动轴(2)、至少一个运动传递叉和至少一个套筒联接器(5)。致动器(1)连接到至少一个驱动轴(2)，使得致动器(1)能够沿驱动轴(2)的长度移动该驱动轴(2)。运动传递叉(4)连接到驱动轴(2)，使得在致动器(1)移动驱动轴(2)时，运动传递叉(4)也被移位。套筒联接器(5)与运动传递叉(4)相关联，并且套筒联接器(5)联接到自由差速器组件的链轮(6.1)。套筒联接器(5)借助于滑动垫与运动传递叉(4)相关联，使得套筒联接器(5)包括相对于运动传递叉(4)的旋转运动。以这样的方式，套筒联接器(5)能够与链轮(6.1)一起旋转，而运动传递叉(4)保持不转动。
在一个实施例中，驱动轴(2)包括至少一个复位弹簧(3)，至少一个复位弹簧(3)联接到驱动轴(2)，该至少一个复位弹簧(3)协助沿着驱动轴(2)移动运动传递叉(4)，从而帮助解联接。在一个实施例中，致动器(1)是气动气缸，该气动气缸定位成以便克服复位弹簧(3)的力来将驱动轴(2)朝向联接移动，而在另一方面，对于解联接，停止向致动器(1)供应空气压力就足以使得复位弹簧(3)将驱动轴(2)返回到原始的解联接位置。由此，为了提高本发明的装置的安全性，装置的静止状态是解联接状态，使得在没有命令信号到致动器(1)的情况下，复位弹簧(3)将驱动轴(2)保持在系统解联接位置，从而防止辅助发动机的故障干扰车辆运动。在一个实施例中，在系统发生故障的情况下，仍自动地完成电动马达的作用与轴的解联接。此外，在一个实施例中，在先前限定的情况下，装置配置在解联接位置，并且其中轴自由运行，从而防止轴在可能危及车辆安全性的不希望的情况下被致动(被联接)。
在一个实施例中，差速器(6)能够通过套筒联接器(5)与齿轮(7)相关联，从而在差速器(6)和齿轮(7)之间彼此传递扭矩和旋转。以这样的方式，在套筒联接器(5)通过运动传递叉(4)移位时，所述套筒联接器(5)可以与齿轮(7)联接或解联接，同时保持联接到差速器(6)的链轮(6.1)。由此，在套筒联接器(5)联接到齿轮(7)时，扭矩和旋转在齿轮(7)和差速器(6)之间传递。在套筒联接器(5)与齿轮(7)解联接时，套筒联接器(5)与差速器(6)和轴一起旋转，同时齿轮(7)通过轴承与差速器(6)保持相关联，使得轴独立于齿轮(7)和辅助马达的旋转而旋转，该辅助发动机通过减速器组件(9)联接到齿轮(7)。由此，本发明的装置能够停止或允许辅助发动机和车辆轴之间的相互作用。
在一个实施例中，本发明的装置包括控制系统，其中，至少一个传感器向控制系统供给捕获的参数。在一个实施例中，控制系统通过从装置的至少一个传感器捕获参数来监测并且发送辅助发动机作用的联接和/或解联接信号。在另一个实施例中，控制系统包括布置在车辆仪表板上的至少一个按钮，该至少一个按钮可以由车辆的驾驶员控制。
在一个实施例中，本发明的装置还包括至少一个状态识别传感器(8)，该至少一个状态识别传感器(8)能够与驱动轴(2)的至少一个端部相关联，其中，所述传感器(8)为控制系统供应捕获的关于驱动轴(2)的位置的状态的参数。为了本发明的目的，所述状态识别传感器(8)由能够识别驱动轴(2)的至少两个状态——联接状态或解联接状态——的任何传感器部件限定。附加地，所述状态识别传感器(8)能够识别在联接状态和解联接状态之间的过渡状态，使得可以验证驱动轴(2)的位置。
在一个实施例中，所述状态识别传感器(8)包括联接识别传感器(8.1)和解联接识别传感器(8.2)，在驱动轴(2)的每个行程端部处各一个传感器，解联接传感器(8.2)紧邻致动器(1)布置，该解联接识别传感器(8.2)识别系统何时解联接，而联接识别传感器(8.1)在装置外壳中布置在驱动轴(2)的相反端部。以这样的方式，在套筒联接器(5)与齿轮(7)解联接时，紧邻致动器(1)的解联接识别传感器(8.2)向控制系统发送信号通知驱动轴(2)的接近；而与解联接传感器(8.2)相反的联接识别传感器(8.1)向控制系统发送信号通知与驱动轴(2)的距离或者不发送信号。以同样的方式，在套筒联接器(5)联接到齿轮(7)时，紧邻致动器(1)的解联接传感器(8.2)向控制系统发送信号通知与驱动轴(2)的距离或者不发送信号；而与解联接传感器(8.2)相反的联接传感器(8.1)向控制系统发送信号通知驱动轴(2)的接近。
尽管本发明能够利用单个传感器进行操作，或者仅使用一个状态识别传感器(8)，但是使用两个传感器，联接传感器(8.1)和解联接传感器(8.2)，是本发明的实施例，其中该两个传感器在驱动轴(2)的行程的两个端部处的冗余和布置促进了本发明的操作的安全性和可靠性。
在一个实施例中，本发明的装置的控制系统与车辆主系统通信，该控制系统监测装置是否联接或解联接，但联接和/或解联接命令由车辆主系统来发送，根据由车辆传感器捕获的参数和/或作为来自驾驶员的命令的结果。
在需要联接的情况下，如在图25中示出，辅助发动机被开启，从而起动联接阶段(A)，监测车辆的发动机和轴的速度。在发动机和车辆具有同步的速度时，信号被发送到致动器(1)并且联接被执行，从而将套筒联接器(5)联接到齿轮(7)，结束联接阶段(A)并且开始工作阶段(T)。在轴联接到发动机时，在工作阶段(T)期间，发动机产生工作功率(牵引或再生)，在轴和发动机之间发生扭矩的传递。在不需要联接时，通过降低电动马达的扭矩，结束工作阶段(T)并且解联接阶段(D)开始，从而减轻部件之间的负载，并且通过从气动气缸的致动器(1)移除空气压力来完成解联接，并且复位弹簧(3)使驱动轴(2)和运动传递叉(4)返回到初始位置，从而使套筒联接器(5)和齿轮(7)解联接。
在一个实施例中，本发明的联接和/或解联接装置与至少一个减速器组件(9)和至少一个电动马达一起配置，该至少一个电动马达与车辆轴相关联。在一个实施例中，辅助发动机装置紧邻减速器组件(9)并且车辆轴穿过齿轮(7)的这种布置带来了诸如减少系统维护的优点，因为整个自由差速器组和感测系统被保护在外壳内部，以这样的方式，整个自由差速器组和感测系统不会受到恶劣天气的影响。在一个实施例中，还存在优点：使得能够通过电动马达的致动来控制差速器(6)和齿轮(7)两者的旋转，形成齿轮之间的旋转的同步，这种同步有助于联接和/或解联接。
在一个实施例中，来自电动马达并且经由通过轴联接和/或解联接装置的联接被传递到商用自动车辆的轴的辅助电气扭矩，相对于来自商用自动车辆的主发动机的扭矩是辅助扭矩，其中，辅助电气扭矩不与商用自动车辆的主发动机扭矩重叠。
在第二目的中，本发明示出了控制商用自动车辆的轴和至少一个辅助发动机之间的联接和/或解联接的方法，该至少一个辅助发动机邻近轴布置，所述方法包括轴和辅助发动机之间的联接和/或解联接装置以及该装置的控制系统，该装置配备有自由差速器组件，其中，所述方法还包括步骤：
a.在由辅助发动机的驱动车辆命令起动的联接阶段(A)期间，在辅助马达的旋转与轴的旋转同步时，从控制系统向装置的致动器(1)发送第一信号，从而致动至少一个自由差速器组件；
b.通过致动器(1)使装置的驱动轴(2)从初始位置移位，从而通过运动传递叉(4)将所述驱动轴(2)的运动传递到套筒联接器(5)，其中，套筒联接器(5)的移位以与装置的自由差速器组件的差速器(6)的链轮(6.1)同轴的运动来进行，从而将套筒联接器(5)接合到齿轮(7)，该齿轮(7)联接到辅助马达的减速器组件(9)；
c.在由车辆的停用辅助发动机的新命令起动的解联接阶段(D)期间，从控制系统向装置的致动器(1)发送第二信号，以使驱动轴(2)返回到初始位置；以及
d.将驱动轴(2)返回到初始位置，从而通过运动传递叉(4)将所述驱动轴(2)的运动传递到套筒联接器(5)，其中，套筒联接器(5)的以与装置的自由差速器组件的差速器(6)的链轮(6.1)同轴的运动进行的移位使套筒联接器(5)与齿轮(7)脱离接合，从而中断辅助马达和轴之间的相互作用，结束解联接阶段(D)。
在一个实施例中，本发明的方法利用本发明的装置操作，所述装置如上面所限定的。
在一个实施例中，在从控制系统向装置的致动器(1)发送第一信号的步骤之前，本发明的方法包括初始步骤：由于接收到来自车辆的命令，通过装置的控制系统接收装置的驱动轴(2)的至少一个位置参数，所述位置参数通过至少一个状态识别传感器(8)发送到控制系统，该至少一个状态识别传感器(8)能够与驱动轴(2)的至少一个端部相关联。
在一个实施例中，使用两个识别传感器(8)，联接识别传感器(8.1)和解联接识别传感器(8.2)，在驱动轴(2)的每个行程端部处各一个传感器，以便促进本发明方法的更大的安全性和可靠性，使得在驱动轴(2)开始移位之后，始终通过由联接传感器(8.1)和解联接传感器(8.2)发送的信号来检查驱动轴(2)是否到达驱动轴(2)的行程端部。
在一个实施例中，本发明的控制系统与车辆的控制系统一起操作，使得车辆参数，诸如速度、可用的燃料量和/或电池电量、地形地貌等，由车辆监测，并且由车辆系统检查是否需要联接或解联接的决定。随后，信号被发送到本发明装置的控制系统，该控制系统通过状态识别传感器(8)测量系统的位置，并且向致动器(1)发送信号以改变联接和解联接之间的位置。
在一个实施例中，本发明的方法包括结束联接阶段(A)并且开始工作阶段(T)的以下步骤：通过套筒联接器(5)给出齿轮(7)和差速器(6)之间的联接；以及通过装置的控制系统接收驱动轴(2)的至少一个新的位置参数，该至少一个新的位置参数由联接识别传感器(8.1)和/或由解联接识别传感器(8.2)发送到所述系统。
在一个实施例中，本发明的方法包括结束工作阶段(T)并且开始解联接阶段(D)的以下步骤：降低辅助发动机的功率以减轻联接的部件之间的负载；以及向致动器(1)发送信号(或信号中断)，从而由于复位弹簧(3)的作用起动驱动轴(2)返回到其初始位置。
在一个实施例中，本发明的方法包括结束解联接阶段(D)的以下步骤:通过套筒联接器(5)到其原始位置的返回来给出齿轮(7)和差速器(6)之间的解联接；以及通过装置的控制系统接收驱动轴(2)的至少一个新的位置参数，该至少一个新的位置参数由联接识别传感器(8.1)和/或由解联接识别传感器(8.2)发送到系统。在一个实施例中，为了通过冗余的和双重的验证来给出更大的安全性，系统同时接收来自联接识别传感器(8.1)和解联接识别传感器(8.2)的数据。
在一个实施例中，将装置传动连接/联接到轴的操作与来自传感器的输入同步地执行，该传感器是商用自动车辆的一部分。以这样的方式，在一个实施例中，在起动联接操作时，联接和/或解联接装置以与轴的旋转速度相同的或相似的速度旋转，并且，在旋转速度之间存在同步时，存在齿轮的会合/联接，使得在不干扰商用自动车辆的运动的情况下平滑地实行联接，从而性能不受影响。
在一个实施例中，辅助发动机的动作到轴的联接和解联接操作由控制系统的算法控制，使得该算法用于防止对车辆的整体的速度和驾驶性能的干扰。
在一个实施例中，将运动传递到套筒联接器(5)的驱动轴(2)的移位是借助于用于致动系统的致动器(1)来实行，该致动器(1)借助于压力或空气减压来移动驱动轴(2)。在一个实施例中，与驱动轴(2)相关联的复位弹簧(3)还通过压缩或减压复位弹簧(3)来协助移动，。
在一个实施例中，运动传递叉(4)连接到套筒联接器(5)，套筒联接器(5)配备有凹槽内部结构，其中，在将电动马达的动作联接到轴的情况下，所述套筒联接器(5)联接到差速器(6)的链轮(6.1)和齿轮(7)。在一个实施例中，在联接的情况下，套筒联接器(5)在差速器(6)和齿轮(7)之间的连接界面中移动并且联接，其中，齿轮(7)连接到电动马达，该电动马达通过减速器组件(9)将扭矩传递到齿轮(7)。也就是说，通过套筒联接器(5)执行的联接允许扭矩在齿轮(7)和差速器(6)之间传递，从而在辅助发动机和轴之间传递。
在一个实施例中，将辅助发动机的作用与轴解联接允许轴在不受其他部件的干扰的情况下自由地旋转。
在一个实施例中，来自电动马达并且经由通过轴联接和/或解联接装置的联接被传递到商用自动车辆的轴的辅助电气扭矩，相对于来自商用自动车辆的主发动机的扭矩是辅助扭矩，其中，辅助电气扭矩不与商用自动车辆的主发动机扭矩重叠。
在第三目的中，本发明示出了商用自动车辆，该商用自动车辆包括至少一个轴，该至少一个轴与至少一个辅助发动机相关联，该至少一个辅助发动机配备有减速器组件(9)，该减速器组件(9)与差速器相关联，差速器是自由差速器组件、并且与该轴相关联、并且与所述辅助发动机和轴之间的至少一个扭矩传递联接和/或解联接装置相关联，其中，联接和/或解联接响应于由装置的控制系统发送的至少一个信号。
在一个实施例中，轴联接和/或解联接装置通过将轴接合到辅助发动机来联接辅助发动机的动作，使得牵引或再生扭矩发生，和/或通过将轴与辅助发动机脱离接合来解联接辅助发动机的动作，使得轴在不受辅助马达干扰的情况下自由地旋转。
在一个实施例中，辅助马达是电动马达，该电动马达能够作为再生制动能量发生器操作，并且是辅助电气扭矩供应器，其中，电气扭矩衍生自再生制动能量。
在一个实施例中，本发明的联接和/或解联接装置与动力传动系相关联，通过驾驶员致动和/或响应于需要辅助牵引的状况自动地致动。在一个实施例中，本发明的动力传动系包括电动马达，该电动马达用作牵引-再生源，其直接地将辅助牵引传递到商用自动车辆的轴或者接收再生制动能量并且将这种能量传递到一组电池。在一个实施例中，本发明的动力传动系响应于来自可编程电子控制单元的电信号。在一个实施例中，本发明的动力传动系，通过使辅助发动机的速度与以自由旋转操作的轴的速度同步，来提供所述辅助牵引与运动中的车辆的联接，该同步通过车辆本身的传感器系统协助。
在第四目的中，本发明呈现了用于商用自动车辆的辅助轴，该辅助轴由再生能量提供动力，该辅助轴包括至少一个辅助发动机，该至少一个辅助发动机配备有减速器组件(9)，该减速器组件(9)通过至少一个差速器组件自由与辅助轴相关联，所述差速器与所述辅助发动机和轴之间的至少一个扭矩传递联接和/或解联接装置相关联，以响应由该装置的控制系统发送的至少一个信号。
在一个实施例中，本发明的辅助轴与蓄能器相关联，该蓄能器，诸如，出于示例目的，为电池。由此，在辅助发动机联接到轴的情况下，储存在电池中的能量可以通过辅助发动机转化为动能，从而通过差速器(6)将扭矩传递到轴。在相同的意义上，在辅助发动机联接到轴的情况下，动能可以从轴传递到辅助发动机，辅助发动机在这里用作发生器，从而为电池充电，这是再生能量。在不需要辅助扭矩的情况下，诸如在平坦路段或下坡上，或者在不需要为电池充电的情况下，诸如在平坦路段上或在电池充满电时，马达与轴脱离连接，使得轴可以在不受马达干扰的情况下旋转，所述解联接通过上面描述的本发明的装置给出。
在一个实施例中，本发明的轴是用于商用自动车辆的辅助牵引电动轴，该辅助牵引电动轴包括电动马达联接到其上的轴，其中，电动马达提供扭矩以旋转轴并且向轴和轮提供辅助牵引，因此递送的扭矩不超过商用自动车辆的主发动机。
在一个实施例中，辅助轴设置有传感器或一组传感器，该传感器或一组传感器在轴的使用或不使用期间捕获商用自动车辆的当前操作的参数，由此提供协助或改进控制系统的反馈数据，从而使得能够更好地控制商用自动车辆的操作。例如，供应参数的该方式使得可以更准确地计算车辆整体的燃料消耗。
示例
下面所示的示例仅旨在举例说明实行本发明的多种方式中的一种，而不限制本发明的范围。
示例1-用于商用自动车辆的辅助电动轴的自由差速器
在本示例中，开发了用于在商用自动车辆轴中联接和/或解联接电动马达的动作的装置，该装置包括用于应用在商用自动车辆的电动轴中的自由差速器组件。
本发明的该实施例的自由差速器组适用于配备有电动轴的商用自动车辆，诸如卡车和公交车，并且被开发成在不需要辅助电动牵引时解联接辅助牵引，该辅助牵引来自联接到电动轴的电动马达。同样，在需要辅助牵引时，自由差速器联接到所述轴的齿轮，以便提供来自电动轴的电动马达的辅助扭矩或辅助器扭矩。
本发明的该实施例的自由差速器组件与商用自动车辆的电动轴的电动马达组件一起放置，更具体地与减速器组件(9)和电动轴的电动马达一起配置，布置在轴的中心部分。在轴的中心部分的这种配置，由外壳密封，确保了装置与减速器组件(9)和电动马达一起免受外部天气影响，并且通过减速器组件外壳对传感器给出的保护提供了更好的且更准确的感测。以这样的方式，装置的维护需求减少，因为装置被保护在容纳减速器组件(9)和电动马达的结构内。
本发明的该实施例的目的中的一个是提供以受控且安全的方式将齿轮(7)与差速器(6)解联接的装置。从所述齿轮(7)到差速器(6)和联接系统——运动传递叉(4)和套筒联接器(5)——实行轴承连接。该联接系统在传动箱中在差速器中使用叉(4)，通过控制系统基于来自联接识别传感器(8.1)或解联接识别传感器(8.2)的数据发送的信号，在需要的情况下，在气动气缸的致动器(1)中存在气动压力，该气动压力使叉(4)移动，从而通过套筒联接器(5)执行差速器(6)和齿轮(7)之间的联接，以传递扭矩。图1和图2示出了本发明的实施例的剖视图。图3和图4示出了差速器(6)的实施例。图5和图6示出了差速器(6)通过轴承与齿轮(7)相关联的实施例，在套筒联接器(5)未同时联接到差速器(6)和齿轮(7)两者时，该轴承允许差速器(6)和齿轮(7)相对于彼此自由地旋转。图7示出了接合系统的实施例。
如通过图25图示的，在自由差速器组与轴的联接阶段(A)，该实施例的系统与来自传感器的输入同步地操作，该传感器集成到商用自动车辆，并且电动马达的旋转与轴齿轮的旋转的会合是同步的，使得平滑地且正确地实行联接，从而防止或最小化对商用自动车辆的运动的干扰，并且使得性能不被影响，从而在燃料经济性方面提供更大的收益。
旋转的这种同步对于系统的正确运行是非常有利的。在该实施例中，控制系统的算法用于控制系统在联接/解联接中的动作，使得防止对车辆整体的速度的干扰，使得商用自动车辆不“掉档(lose gear)”，并且使得在燃料经济性方面的收益始终是最优化的。
与减速器组件和电动马达邻近的自由差速器的配置带来了优点：提供大多数部件的解联接，使得具有较高旋转的部件被停用；提供电子控制的联接/解联接，以便控制联接中的旋转的同步。
本发明的装置的自由差速器组件提供了多个优点：诸如，在不利于使用辅助牵引的情况下，诸如在机动过程、平坦路段、其他先前限定的情况等情况下，将辅助牵引与电动轴解联接，增加了部件的使用寿命并且降低了润滑油的温度。
图8和图9示出了本发明在其外壳中的实施例，该外壳与商用自动车辆的轴相关联，并且外壳还包括用于固定辅助发动机的基部。
图10至图24示出了本发明的部件的实施例，其中由于轴承，差速器(6)在不受齿轮(7)干扰的情况下自由旋转。此外，差速器(6)配备有链轮(6.1)，该链轮(6.1)可以与套筒联接器(5)相关联，其中，在套筒联接器(5)被移位并且联接到齿轮(7)时，套筒联接器(5)在齿轮(7)和差速器(6)之间传递扭矩，并且，以这样的方式，在辅助马达和轴之间传递扭矩。
图25示出了带有本发明的操作步骤的曲线图，其中轴和马达的速度以0至100u.v.(速度单位)的范围示出，而辅助发动机功率以0到100u.p.(功率单位)的范围示出。如从图25的曲线图中可以看出，在开启辅助发动机时联接阶段(A)开始，因此辅助发动机的速度上升直到其达到与轴相同的速度或等效速度，此时驱动轴(2)通过致动器(1)激发，该驱动轴(2)被移位并且使叉(4)移动，该叉(4)在套筒联接器(5)不失去与差速器(6)的联接的情况下起动套筒联接器(5)到齿轮(7)的联接。在发动机的旋转和轴的旋转是同步的并且齿轮(7)联接到差速器(6)时，同样基于由联接传感器(8.1)和解联接传感器(8.2)发送的信号，联接阶段(A)结束并且工作阶段(T)开始，在工作阶段(T)中，发动机产生其工作功率来为轴提供牵引，以及来再生能量并且为电池充电。
在不再需要在发动机和轴之间传递动力/扭矩/旋转时，或者在车辆控制系统发出命令以解联接辅助发动机时，工作阶段(T)结束并且解联接阶段(D)开始，在解联接阶段(D)中，辅助发动机功率被降低以减轻齿轮的齿之间的负载。在发动机功率为零或接近零时，致动器(1)停止推动驱动轴(2)，该驱动轴(2)在复位弹簧(3)的作用下返回到其原始位置，同时带动套筒联接器(5)返回到其原始位置，这使差速器(6)的链轮(6.1)与齿轮(7)不联接，从而结束脱离接合阶段(D)。以这样的方式，齿轮(7)的旋转不再与差速器(6)的旋转相互作用，因为齿轮(7)和差速器(6)仅通过轴承连接。
图26至图31示出了现有技术的零件和部件，图26至图31示出了冠状齿轮(该冠状齿轮联接到发动机减速器)，即使在冠状齿轮和轴差速器之间不需要扭矩传递的情况下，该冠状齿轮也始终连接到该轴差速器，即至少通过一对齿轮始终联接，这会干扰车辆的运动，这将导致能量/燃料消耗增加。本发明允许差速器(6)和联接到辅助发动机的减速器组件(9)的齿轮(7)之间的解联接，从而允许禁用发动机的整个传动连接系统，齿轮(7)借助于轴承支承在差速器中，从而允许在套筒联接器(5)被解联接时，差速器(6)和齿轮(7)之间自由地且相对地运动。
本领域的技术人员将理解本文中呈现的知识，并且将能够以所呈现的方式和其他变体以及替代方案来再现本发明，该其他变体以及替代方案由所附权利要求的范围涵盖。

Claims (10)

1.一种商用自动车辆的轴和至少一个辅助发动机之间的联接和/或解联接装置，其中，所述辅助发动机邻近所述商用自动车辆的所述轴布置，所述装置的特征在于，所述装置包括至少一个机构，所述至少一个机构联接和/或解联接至少一个辅助发动机和自由轴差速器组件之间的扭矩传递，其中，联接和/或解联接响应于由所述装置的控制系统发送的至少一个信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自由差速器组件包括：
a.差速器(6)，所述差速器(6)设置有至少一个链轮(6.1)；和
b.至少一个齿轮(7)，所述至少一个齿轮(7)借助于至少一组轴承与所述差速器(6)独立旋转地连接，其中，所述齿轮(7)联接到所述辅助发动机的至少一个减速器组件(9)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，联接和/或解联接所述扭矩传递的所述机构包括：
a.至少一个致动器(1)，所述至少一个致动器(1)连接有至少一个驱动轴(2)；
b.至少一个运动传递叉(4)，所述至少一个运动传递叉(4)连接到所述驱动轴(2)；
c.至少一个套筒联接器(5)，所述至少一个套筒联接器(5)与所述运动传递叉(4)相关联，包括相对于所述运动传递叉(4)的旋转运动；并且
d.所述套筒联接器(5)联接到所述自由差速器组件的所述链轮(6.1)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述差速器(6)能够通过所述套筒联接器(5)与所述齿轮(7)相关联，从而在所述差速器(6)和所述齿轮(7)之间彼此传递扭矩和旋转。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个状态识别传感器(8)，所述至少一个状态识别传感器(8)能够与所述驱动轴(2)的至少一个端部相关联，所述状态识别传感器(8)向所述控制系统供应捕获的关于所述驱动轴(2)的位置的参数。
6.一种控制商用自动车辆的轴和至少一个辅助发动机之间的联接和/或解联接的方法，所述至少一个辅助发动机邻近所述轴布置，所述方法的特征在于，所述方法包括所述轴和所述辅助发动机之间的联接和/或解联接装置以及所述装置的控制系统，所述装置配备有自由差速器组件，所述方法包括步骤：
a.在由辅助发动机驱动车辆命令起动的联接阶段(A)期间，在辅助马达的旋转与所述轴的旋转同步时，从所述控制系统向所述装置的致动器(1)发送第一信号，从而致动至少一个自由差速器组件；
b.通过所述致动器(1)使所述装置的驱动轴(2)从初始位置移位，从而通过运动传递叉(4)将所述驱动轴(2)的运动传递到套筒联接器(5)，其中，所述套筒联接器(5)的移位以与所述装置的所述自由差速器组件的差速器(6)的链轮(6.1)同轴的运动来进行，从而将所述套筒联接器(5)接合到齿轮(7)，所述齿轮(7)联接到所述辅助发动机的减速器组件(9)；
c.在由车辆的用以停用所述辅助发动机的新命令起动的解联接阶段(D)期间，从所述控制系统向所述装置的致动器(1)发送第二信号，以使所述驱动轴(2)返回到所述初始位置；以及
d.将所述驱动轴(2)返回到所述初始位置，从而通过所述运动传递叉(4)将所述驱动轴(2)的运动传递到套筒联接器(5)，其中，所述套筒联接器(5)的以与所述装置的所述自由差速器组件的所述差速器(6)的链轮(6.1)同轴的运动进行的移位使所述套筒联接器(5)与所述齿轮(7)脱离接合，从而中断所述辅助马达和所述轴之间的相互作用，结束所述解联接阶段(D)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括初始步骤：根据从所述车辆接收到的命令，通过所述装置的所述控制系统接收所述装置的驱动轴(2)的至少一个位置参数，所述位置参数通过至少一个状态识别传感器(8)发送到所述控制系统，所述至少一个状态识别传感器(8)能够与所述驱动轴(2)的至少一个端部相关联。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括结束所述联接阶段(A)并且开始工作阶段(T)的以下步骤：
a.通过所述套筒联接器(5)给出所述齿轮(7)和所述差速器(6)之间的联接；以及
b.通过所述装置的所述控制系统接收所述驱动轴(2)的至少一个新的位置参数，所述至少一个新的位置参数由所述状态识别传感器(8)发送到所述系统。
9.一种商用自动车辆，所述商用自动车辆包括至少一个轴，所述至少一个轴与至少一个辅助发动机相关联，所述至少一个辅助发动机配备有减速器组件(9)，所述减速器组件(9)与差速器相关联，其特征在于，所述差速器是自由差速器组件、与所述轴相关联、并且与所述辅助马达和所述轴之间的至少一个扭矩传递联接和/或解联接装置相关联，其中，所述联接和/或解联接响应于由所述装置的控制系统发送的至少一个信号。
10.一种用于商用自动车辆的辅助轴，所述辅助轴由再生能量提供动力，其特征在于，所述辅助轴包括至少一个辅助发动机，所述至少一个辅助发动机配备有减速器组件(9)，所述减速器组件(9)通过至少一个自由差速器组件与所述辅助轴相关联，所述差速器与所述辅助马达和所述轴之间的至少一个扭矩传递联接和/或解联接装置相关联，以响应由所述装置的控制系统发送的至少一个信号。
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