CN118346721A - 用于旋转式断开系统的基于速度的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于选择性地联接或断开驱动构件和从动构件的断开系统。该断开系统包括可旋转地联接至驱动构件的离合器环、螺线管致动器、以及离合器环，离合器环构造成由螺线管致动器移动以选择性地将离合器环在接合位置和脱离位置之间转换，在该接合位置处，离合器环可旋转地联接至从动构件，在该脱离位置处，离合器环与从动构件断开连接。可以提供控制器来控制离合器环的轴向速度(例如，相对于其旋转轴线)，以减少在接合位置和脱离位置之间的过渡期间可能出现的不期望的噪音、振动或不平顺性。

Description

用于旋转式断开系统的基于速度的控制方法

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2023年1月13日提交的美国临时专利申请第63/439,000号的优先权，其全部公开内容以参见的方式纳入本文。

关于联邦赞助研发的声明

不适用。

背景技术

一般而言，用于汽车应用(例如，具有发动机、马达等的车辆)的断开器(disconnect)可用于使从动构件与车辆的传动系统/变速器接合/脱离。

发明内容

在一个方面，本公开提供了一种控制旋转式断开机构的方法。该方法可包括利用传感器检测离合器环在第一位置和第二位置之间的位置，以选择性地使离合器环在脱离位置和接合位置之间轴向移动。在接合位置，离合器环可旋转地联接至从动构件，而在脱离位置，离合器环可与从动构件断开连接。另外，可以基于检测到的位置来确定离合器环的目标轴向速度。可以向螺线管提供命令以将离合器环移动到目标轴向速度。

在一个方面，本公开提供了一种控制旋转式断开机构的方法。该方法可包括命令螺线管致动离合器环以从脱离位置朝向接合位置达到第一轴向速度。离合器环可在接合位置中旋转地联接到从动构件(例如，轮毂)并且在脱离位置中与从动构件旋转地脱离。该方法还可以包括命令螺线管致动离合器环以在预定的齿邻接位置处或附近达到第二轴向速度。第二轴向速度可大于第一轴向速度。预定的齿邻接位置可以是离合器环的一轴向位置，在该轴向位置中，离合器环可以与从动构件接触，而离合器环不与从动构件轴向重叠。

在一个方面，本公开提供了一种用于选择性地联接驱动构件和从动构件的旋转式断开系统。旋转式断开系统可包括离合器环、螺线管致动器、传感器和控制器。离合器环可旋转地联接至驱动构件。螺线管致动器能够适于使离合器环在接合位置和脱离位置之间移动，在接合位置中，离合器环能够旋转地联接到从动构件，在脱离位置中，离合器环能够与从动构件旋转地脱离。传感器可构造成检测螺线管致动器的致动位置。螺线管致动器的致动位置可与离合器环的轴向位置相关。控制器可以与螺线管致动器和传感器连通。控制器可以构造成检测螺线管致动器的致动位置(例如，通过传感器)，以基于检测到的螺线管致动器的位置确定离合器环的目标轴向速度，并且向电磁致动器提供电流命令，以致动离合器环朝向目标轴向速度。

在一个方面，本公开提供了一种控制旋转式断开机构的方法。该方法可包括操作可支承在驱动构件上的离合器环，以使离合器环在脱离位置和接合位置之间移动。在脱离位置，离合器环可与从动构件断开连接，使得从动构件与驱动构件旋转地脱离。在接合位置，离合器环可与从动构件连接，使得从动构件与驱动构件可旋转地联接。可以基于离合器环在脱离位置和接合位置之间的轴向位置来控制离合器环的轴向速度。例如，在脱离位置和接合位置之间的第一位置处，离合器环的速度可以从第一(非零)速度增加到第二(非零)速度。第二速度的大小可以基于离合器环在脱离位置和接合位置之间的轴向位置来选择。

在一个方面，本公开提供了一种控制旋转式断开机构的方法。该方法可包括利用位置传感器检测螺线管在第一位置和第二位置之间的位置，以选择性地使离合器环在脱离位置和接合位置之间轴向移动。在接合位置，离合器环可旋转地联接至从动构件，而在脱离位置，离合器环可与从动构件断开连接。一旦检测到位置，就可以基于检测到的螺线管位置来确定螺线管的目标轴向速度。可以向螺线管提供电流命令以将销移动达到目标轴向速度，从而使离合器环以对应的轴向速度移动。

附图说明

当考虑本发明的以下具体实施方式时，将更好地理解本发明，并且除了如上所述的特征、方面和优点以外的特征、方面和优点也将变得显而易见。这种具体实施方式参考以下附图。

图1A是根据本公开的一方面的旋转式断开系统的剖视图，其中离合器环处于接合位置。

图1B是图1A所示的旋转式断开系统的一部分的放大视图，其中离合器环处于脱离位置。

图2是包括在图1A所示的旋转式断开系统中或可与图1A所示的旋转式断开系统一起操作的部件的分解图。

图3是图1A所示的旋转式断开系统的轴构件的立体图。

图4是图1A所示的旋转式断开系统的离合器环的立体图。

图5是沿着线5-5剖取的图1A所示的旋转式断开系统的剖视图。

图6是图1A所示的旋转式断开系统的部件的示意图。

图7是根据离合器环的致动位置控制旋转式断开系统的方法的流程图。

图8A-8C是旋转式断开系统的离合器环在各个位置(包括齿邻接位置)的示意图。

图9是控制旋转式断开系统的螺线管以根据预定速度轮廓致动离合器环的方法的流程图。

图10是速度轮廓的示意图。

图11是另一个速度轮廓的示意图。

图12是可以在图1A的旋转式断开系统中使用的示例查找表。

具体实施方式

本文所使用的术语“轴向”及其变型是指大致沿对称轴线、中心轴线、旋转轴线或者具体部件或系统的细长方向延伸的方向。例如，部件的轴向延伸特征可以是大致沿着平行于该部件的对称轴线或细长方向的方向而延伸的特征。进一步地，例如，轴向对准的部件可构造成使得它们的旋转轴线对准。类似地，本文所使用的术语“径向”及其变型是指大致垂直于对应的轴向方向的方向。例如，部件的径向延伸结构可大致至少部分地沿着垂直于该部件的纵向或中心轴线的方向而延伸。本文所使用的术语“周向”及其变型是指绕着物体的周缘，或者绕着对称轴线、旋转轴线、中心轴线、或者具体部件或系统的细长方向延伸的方向。

术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述各种元件、部件、区域和/或位置。这些元件、部件、区域和/或位置不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域和/或位置与另一元件、部件、区域和/或位置区分开。本文使用的诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语并不意味着次序或顺序，除非由上下文明确指出。因此，下文讨论的第一元件、部件、区域或位置可以被称为第二元件、部件、区域或位置，而不偏离示例构造的教导。

一般而言，本公开提供用于旋转式断开器的系统和方法，用于驱动构件和从动构件的选择性联接和脱离。例如，本公开的非限制性示例可在车辆中实施以选择性地使轮毂与传动系/变速器脱离(例如，作为轮端断开器)。本公开的非限制性示例可特别适用于电动车辆，但它们也可有益于具有内燃机的车辆。在一些非限制性示例中，旋转式断开系统可以包括离合器环，离合器环构造成选择性地将驱动构件旋转地联接于从动构件，以接合全轮驱动或四轮驱动。离合器环可通过致动器(例如，螺线管)选择性地运动。在一些非限制性示例中，致动器可以通过换档构件联接至离合器环。例如，在一些非限制性示例中，致动器可以通过换档拨叉可操作地联接到离合器环。换档拨叉可以枢转地联接到壳体，使得由致动器的致动引起的换档拨叉的(枢转)运动导致离合器环与从动构件的接合和脱离接合的运动(例如，轴向平移)。在一些非限制性示例中，致动器可以直接联接至离合器环。

在一些非限制性示例中，旋转式断开系统可以包括由驱动构件(例如，车辆变速器/传动系)驱动的离合器环。例如，变速器可通过传动系旋转地联接于驱动构件(例如，车桥构件)，并且驱动构件可以旋转地联接于离合器环，使得离合器环操作地联接于变速器。在一些非限制性示例中，离合器环可以是包括这样的齿的环或齿轮，这些齿构造成接合车桥构件的对应的齿，使得离合器环旋转地联接于变速器。此外，在一些非限制性示例中，离合器环可以用于选择性地将从动构件(例如，轮毂)旋转地联接于变速器。例如，离合器环的齿(例如内齿)可以构造成响应于使离合器环移位的外力(例如，来自致动器/螺线管)选择性地接合从动构件(例如，轮毂)的对应的齿(例如外齿)。以这种方式，离合器环以及由此变速器可以经由离合器环选择性地联接于从动构件。因此，当离合器环接合从动构件时，从动构件可以由驱动构件(例如，联接于变速器的车桥构件)旋转地驱动。

此外，在一些非限制性示例中，离合器环可以通过致动器而是可移动的。例如，螺线管可以操作地联接于离合器环，使得螺线管的激活可以导致离合器环的运动。在一些非限制性示例中，换档构件可以将螺线管操作地联接于离合器环。以这种方式，对螺线管通电可以引起离合器环的轴向平移，或者离合器环的另一期望的运动。

根据本公开的非限制性示例的用于选择性地联接和断开车辆变速器与轮毂的断开器的系统和方法可以构造成在某些操作条件下脱离车辆的全轮驱动。在一些情况下，操作条件可涉及车辆的内部条件，包括发动机或电池的操作参数、工具或其他工作元件的操作状态等。在一些情况下，操作条件可涉及外部条件，包括环境和地形条件。进一步地，在一些情况下，操作条件可与车辆的速度相关，包括车辆的一个或多个内部部件的旋转速度。

一般而言，在一些实施例中，可以检测任何种类的操作条件的指示器(例如，通过专用或通用传感器)并且可以将指示器连通至控制器(例如，具有存储器的通用或专用处理器)。在一些示例中，控制器可以形成车辆上的控制单元的一部分(例如，变速器控制单元、发动机控制单元、马达控制器、差速控制器等)。在其他示例中，控制器可以是位于断开系统内部或外部并且与一个或多个车辆控制单元连通的专用控制器。

控制器可以控制一个或多个断开系统响应于(一种或多种)相关操作条件来接合/脱离全轮驱动。例如，车辆可包括一个或多个传感器，其构造成检测车辆部件或车辆周围区域的一个或多个部件的一种或多种操作状况(例如，轮速传感器或位置传感器)。控制器可以使一个或多个断开系统选择性地将从动构件(例如，轮毂)连接至驱动构件(例如，车辆变速器)，如基于检测到的(一种或多种)操作条件所选择的。例如，可提供一个或多个传感器来监测/检测车辆的一个或多个部件的速度。在一些构造中，传感器可以是构造成计算或检测具有外齿的部件的旋转速度的编码器。在一些非限制性示例中，一个或多个传感器(例如，编码器、霍尔效应传感器或其他速度传感器)可以检测离合器环的旋转速度(例如，rpm)。响应于一种或多种检测到的操作条件，控制器可控制致动器以选择性地接合/脱离断开系统

图1A和1B示出了根据本公开的非限制性示例的旋转式断开系统100的一非限制性示例。断开系统100可在车辆中使用以促进变速器和轮毂之间的选择性旋转连通。本公开的一些非限制性示例可用于在某些车辆速度范围内接合或脱离车辆的全轮驱动或四轮驱动。在一些情况下，系统可构造成当检测到与特定速度对应的条件时脱离全轮驱动。

断开系统100示出为具有车辆的从动构件或轮毂104，该从动构件或轮毂104构造成旋转地联接于车轮(未示出)。具体地，从动构件104可以使用已知的构造(例如，使用多个凸耳螺栓或凸耳螺母)联接于车轮。如上所述，在一些安装中，根据本公开的示例的断开系统可例如与车辆的后轮一起使用，以允许后轮选择性地接合，以选择性地接合或脱离全轮驱动。在其他安装中，断开系统可与前轮一起使用。

如图1A、1B和2所示，断开系统100包括驱动构件或车桥构件116、离合器环120、形成在从动构件104上或联接于从动构件104的毂齿轮124、以及换档拨叉128。驱动构件116、离合器环120和毂齿轮124中的每一个可沿着旋转轴线132轴向对准并且围绕旋转轴线132同心地设置(还参见图1A)。离合器环120可至少部分地布置在壳体112内，并且驱动构件116可轴向延伸穿过壳体112。值得注意的是，断开系统100可以排除用于在致动器(例如，螺线管致动器236或另一合适类型的致动器)和离合器环120之间提供空动功能的元件，如可以在一些先前的方法中使用的元件。用于提供空动的元件可以是单个部件或组件，其构造成允许车轮断开系统100在此期间没有有用功地移动。这种空动是预期的空动，其不包括例如由于系统部件之间的游隙或其他公差而导致的空动。例如，空动元件可构造成使得对于螺线管致动器的冲程的至少一部分，螺线管致动器的运动不会引起离合器环的对应运动。因此，通过在断开系统100中不包括空动部件，螺线管致动器的每次运动可以引起离合器环120的对应运动。

驱动构件116在图3中详细示出。驱动构件116在本文中可替代地被称为半轴或车桥构件，并且通常构造成由车辆的变速器(未示出)旋转驱动。在一些安装中，变速器可以是电动车辆的变速器，但是其他安装中的变速器可以是具有内燃机的车辆或混合动力车辆的变速器。在一些安装中，半轴或车桥构件可构造成由包括电动马达、逆变器和齿轮减速器的电驱动机器或电驱动单元旋转驱动。驱动构件116构造成与变速器一起旋转，该变速器由车辆的动力源(例如，电动马达或内燃机)驱动。如图所示，驱动构件116是整体部件，其包括从基部部分144延伸的细长车桥部分140。驱动构件116包括设置在基部部分144与细长车桥部分140之间的中间部分148。中间部分148的直径在基部部分144的直径和细长车桥部分140的直径之间。在所示的非限制性示例中，中间部分148包括在其外表面156上的外齿轮齿152。

如图2所示，驱动构件116构造成联接于离合器环120，使得根据本非限制性示例的断开系统100的离合器环120设置在驱动构件116的基部部分144与从动部件104之间(参照图1A)。离合器环120通常设置为选择性地联接和断开驱动构件116和从动构件104(参见例如图1A)，这将在下面更详细地描述。

图4详细地示出了离合器环120。如图所示，离合器环120是环形构件，其限定中心开口164并且是带齿的，具有内齿轮齿168。内齿168围绕离合器环120的内表面176周向设置。离合器环120还包括设置在离合器环120的内表面176和第一端188之间的内部台阶184。此外，离合器环120限定通道192，通道192在离合器环120的相对的第二端196附近径向凹入离合器环120并沿着离合器环120周向延伸。

返回到图2，离合器环120的内齿168构造成与驱动构件116的中间部分148的外齿152啮合并接合，以将离合器环120旋转地联接于驱动构件116。离合器环120的内齿168还可构造成在离合器环120选择性轴向平移(例如，相对于旋转轴线132)时将驱动构件116联接至从动构件104。在所示的非限制性示例中，例如，离合器环120的内齿168构造成与毂齿轮124的外齿204啮合并接合，毂齿轮124联接于从动构件104以与其一起旋转。在一些非限制性示例中，毂齿轮124可与从动构件104一体地形成。

如上所述，离合器环120可以构造成将驱动构件116选择性地旋转地联接至从动构件104，以使断开系统100在其中离合器环120处于接合位置的接合构造和其中离合器环120处于脱离位置的脱离构造之间转换。即，离合器环120可以构造成在接合位置(图1A)和脱离位置(图1B)之间运动。例如，接合构造可以提供四轮驱动或全轮驱动(对于四轮车辆)，而脱离构造可以提供两轮驱动(例如，前轮驱动或后轮驱动)。

离合器环120旋转地联接于驱动构件116，并且当离合器环120处于接合位置时，离合器环120旋转地联接于从动构件104。当离合器环120处于脱离位置时，离合器环120与从动构件104断开(例如，旋转地脱离)。在所示的非限制性示例中，如图1A所示，离合器环120沿第一方向(例如，朝向毂齿轮124)的轴向平移使毂齿轮124的外齿204与离合器环120的内齿168接合，内齿通过与外齿152接合而联接于驱动构件116。因此，驱动构件116的例如经由变速器的旋转通过离合器环120提供的旋转联接导致从动构件104的对应的旋转。换言之，在接合位置，离合器环120处于一轴向位置，在该轴向位置中离合器环120的内齿168与驱动构件116的外齿152以及联接于轮毂104的毂齿轮124的外齿204两者都啮合并接合。换言之，离合器环120与驱动构件116的外齿的一部分和轮毂104的毂齿轮124的外齿204的一部分轴向重叠。离合器环120的这种布置(例如，接合构造)将驱动构件116旋转地联接至从动构件104。

在脱离构造中，如图1B所示，离合器环120可以在第二方向上轴向平移(例如，远离毂齿轮124移位)，使得离合器环120的内齿168移动脱离与毂齿轮124的外齿204的接合。因此，在脱离构造中，离合器环120使驱动构件116与毂齿轮124脱离，从而使从动构件104脱离。因此，由变速器引起的驱动构件116的旋转将不会决定或控制从动构件104的旋转。在该构造中，可以允许从动构件104独立于驱动构件116的旋转而自由旋转(例如，从动构件104的旋转可以由在路面和联接到从动构件104的车轮之间的接触引起)。

一般而言，参照图1A、图2和图5，换档拨叉128和致动器或螺线管致动器236可控制离合器环120在接合构造(例如，接合位置)和脱离构造(例如，脱离位置)之间、以及在接合位置和脱离位置之间的任何位置的选择性运动(例如，轴向平移)。例如，如图2所示，换档拨叉128包括两个相对的换档臂212，其沿着共同的弯曲路径从本体216延伸。换档拨叉128可以至少部分地布置在壳体112内。换档臂212布置在离合器环120的径向外侧(参见图5)。离合器环120通常构造成经由销220枢转地附连于壳体112的一部分。销220可以建立用于换档拨叉128围绕其枢转的固定附连点。销220限定横向于旋转轴线132的第一枢转轴线213(参见图5)，并且换档拨叉128相对于壳体112围绕第一枢转轴线213枢转。在所示的实施例中，第一枢转轴线213从旋转轴线132偏移(例如，从旋转轴线132的角度观察径向偏移)，使得第一枢转轴线213不与旋转轴线132相交。

换档拨叉128可以在换档拨叉128的换档臂212的远端224处联接于离合器环120。例如，离合器环120的通道192围绕旋转轴线132沿着离合器环120基本上周向地延伸，通道192可以构造成接纳径向向内延伸并设置在换档拨叉128的远端224附近的内部销228。内部销可以限定第二枢转轴线215(参见图5)，该第二枢转轴线215横向于旋转轴线132，并且从第一枢转轴线213径向偏移，使得第一枢转轴线平行于第二枢转轴线215。第二枢转轴线215与旋转轴线132相交。换档拨叉128相对于离合器环120绕第二枢转轴线215枢转。因此，通过换档拨叉128与离合器环120之间在第二枢转轴线215处的接合，换档拨叉128围绕第一枢转轴线213的枢转运动可以导致离合器环120沿着旋转轴线132的轴向运动。

此外，本公开的非限制性示例可包括用于使离合器环与轮毂接合和脱离的致动器(例如，通过致动/移动换档拨叉)。例如，如图1A所示，根据本非限制性示例的断开系统100包括构造为螺线管致动器的致动器236，该致动器236构造成致动(例如枢转)换档拨叉128以使离合器环120在接合位置和脱离位置之间轴向平移。螺线管致动器236布置在联接于壳体112的壳体盖254内。在一些非限制性示例中，螺线管致动器236可以是具有两个稳定操作位置(例如，螺线管致动器236可以在不向螺线管致动器236提供电力的情况下维持的电枢244的位置)的双稳态螺线管。例如，螺线管致动器236可以使销240在延伸位置和缩回位置之间运动。螺线管致动器236包括从螺线管致动器236的电枢244延伸的销240，该销240构造成经由螺线管致动器236的选择性通电与电枢244一起在延伸位置和缩回位置之间运动。例如，供应到螺线管致动器236的电流的方向或极性可以确定销240的致动构造(例如，延伸位置或缩回位置)。在所示的非限制性示例中，螺线管致动器236可以包括一个或多个线圈、永磁体、一个或多个极靴、以及在一些示例中的弹簧，以便提供双稳态功能。

在操作中，双稳态螺线管致动器236的导线线圈可以被选择性地通电，即，以预定幅度沿期望方向供应电流。响应于施加至导线线圈的电流，电枢244并且由此销240可以根据施加于导线线圈的电流的方向在两个稳定位置(例如，缩回位置和延伸位置)之间运动。在一些非限制性示例中，电枢244可以处于与缩回位置相对应的第一电枢位置，并且螺线管致动器236的导线线圈可以以在第一方向上的电流通电。然后，电枢244可以完全移位(即，致动)至对应于延伸位置的第二电枢位置，并且导线线圈可以断电(即，电流被移除)。电枢244将保持在第二电枢位置，直到导线线圈以在与第一方向相反的第二方向上的电流通电。然后，电枢244可完全切回第一电枢位置，并且导线线圈可断电。以这种方式，螺线管致动器236的操作可能需要减少的能量输入，因为导线线圈不需要连续地通电。

螺线管致动器236的双稳定性允许离合器环120维持在接合或脱离位置，而不需要向导线线圈施加电力。换言之，通过维持可经由销240与螺线管致动器236接合的换档拨叉128的位置，可以维持离合器环120的位置。此外，利用双稳态螺线管致动器施加双向力的能力可以允许改进的可控性，同时还消除了对额外偏置元件(例如弹簧)的需要。在其他非限制性示例中，可以利用单稳态螺线管致动器(例如，峰值保持螺线管)，其将需要恒定的功率来将离合器环120维持在期望位置(例如，接合位置)，但在断电的情况下将返回到默认状态(例如，脱离位置)。

在所示的非限制性示例中，断开系统100可包括传感器255，该传感器255构造成检测离合器环120的轴向位置。例如，传感器255可构造成检测离合器环120的轴向位置、或螺线管236或可由螺线管236致动的结构的位置或定向，其可与检测到的离合环120的轴向位置相关。因此，可以理解，由于制造公差和对应致动结构或螺线管致动器236的任何顺应性，检测到的离合环120的轴向位置可以是离合器环120的近似轴向位置。

在所示的非限制性示例中，传感器255可布置成与螺线管致动器236的销240相邻。传感器255构造成检测销240的位置(参见例如图1A)，该销240与使离合器环120轴向平移的换档拨叉128接合。因此，销240的位置可以与离合器环120的位置相关。传感器255可以是霍尔效应传感器，使得可以在缩回位置、延伸位置以及缩回位置和延伸位置之间的任何位置检测销240的位置。在其他非限制性示例中，可以使用其他销检测系统。例如，施加到螺线管致动器236的线圈的电流或电压可以与销240的位置相关。

如本文所述，销240的位置可与换档拨叉128的位置直接相关，从而与离合器环120的位置直接相关。因此，传感器255可布置成感测螺线管致动器236的构造(例如，销240的位置)是处于延伸构造还是缩回构造，延伸构造或缩回构造对应于感测离合器环120处于接合位置或脱离位置的位置。将传感器255集成到断开系统100中使得能够主动检测离合器环120的位置并且将其输出到例如控制器(参见例如控制器272，图6)。常规的断开系统通常在致动器输入端和离合器环之间包括弹簧或其他偏置元件。在这些常规构造中，由于中间弹簧的原因，致动器的位置与离合器环的位置不直接相关，因此感测致动器的位置仅提供指示致动器状态而不是离合器环的位置的输出。断开系统100通过提供传感器255并利用销240和离合器环120(即换档拨叉128)之间的致动连杆来解决该问题，该致动连杆在销240运动时导致离合器环120的直接运动。

螺线管致动器236联接于换档拨叉128，使得螺线管致动器236可以控制换档拨叉128的运动。例如，如图1A所示，销240经由附连点252联接于换档拨叉128，附连点252从销240延伸。在图示的示例中，附连点252可以构造为要通过由换档拨叉128的主体216限定的狭槽256(参见例如图2)接纳的销。因此，当组装时，由螺线管致动器236引起的销240的运动可以导致换档拨叉128在附连点252处的运动，从而导致换档拨叉128围绕第一枢转轴线213的枢转运动(参见图5)。更具体地，参照图5，当螺线管致动器236致动时，换档拨叉128的第一端260，例如主体216(参见例如图2)沿第一方向运动，从而使换档拨叉128绕销220枢转。因此，随着换档拨叉128的第一端260沿第一方向移动，第二端262，例如远端224围绕销220沿第二方向移动，第二方向与第一方向相反。换档拨叉128的第二端262的运动导致离合器环120经由通过内部销228提供的换档拨叉128和离合器环120之间的联接而在接合位置和脱离位置之间的轴向平移。

如上所述，根据本公开的非限制性示例的系统可构造成响应于特定操作条件而接合和/或脱离车辆的全轮驱动。例如，图6示出了图1A和图2所示的断开系统100的部件的示意性表示。如图所示，断开系统100可以包括控制器272，该控制器272构造成响应于接收到的信号而向断开系统100的部件发送控制信号。例如，传感器255可向控制器272发送指示一种或多种特定操作条件(例如，离合器环120的位置)的信息。响应于检测到的操作条件，控制器272可致动螺线管致动器236以使离合器环120移动，从而控制驱动构件与从动构件的接合或脱离。例如，螺线管致动器236可构造成基于离合环120的轴向位置(例如，通过与螺线管致动器236的位置相关联，或通过与销240的位置相关联，这些位置由传感器255感测或检测到)，选择性地使离合器环120在接合位置和脱离位置之间转换。离合器环120的位置可被连通至控制器272。

控制器272构造成控制断开系统100(例如，离合器环、螺线管)在接合构造和脱离构造之间的转换。断开系统100可以响应于可以由一个或多个传感器(例如，传感器255或另一传感器)检测到的一个或多个操作条件而在那些构造之间转换。响应于一个或多个检测到的操作条件(例如，离合器环120的位置，或另一操作条件，比如换档部件的旋转速度、扭矩、轴向速度等)，控制器272可以控制螺线管致动器236，用于使断开系统100选择性地接合/脱离。控制器272可以执行用于旋转式断开系统100的各种控制方案，比如比例积分(PI)控制方案和其他合适的控制方案。

在传统的控制形式中，用于断开系统的控制器可以向螺线管致动器提供恒定的电流命令。恒定的命令可能会导致断开系统的不同程度的不满意和性能。例如，如果命令太高，则由于换档离合器环的轴向速度(例如，相对于其旋转轴线)太高，噪声、振动和不平顺性(“NVH”)可能会增加到断开系统的用户不期望的水平。相反，如果电流命令太低，则由于致动力太低，断开系统的离合器环可能由于离合器环从配合齿轮(例如，毂齿轮/从动部件)的表面“弹开”或“棘轮行为”而无法可靠地转换到接合位置。因此，在使用传统控制方法时，可靠性问题可能会持续存在(例如，齿轮之间无法实现完全啮合、扭矩受限制等)，这会降低断开系统的性能。

本公开提供用于基于离合器环的轴向位置命令螺线管以目标轴向速度切换离合器环的系统和方法。在一些非限制性示例中，命令可以基于离合器环的轴向位置而变化，以控制(例如，增加或减少)其轴向速度。这种控制离合器环的轴向速度的方法，特别是在离合器环的轴向行程中的各个轴向位置处，可以减少上述缺点(例如，NVH、扭矩受限制、从配合齿轮弹开、未能实现齿轮之间的完全接合、不期望的NVH等)。

参照图6，控制器272与传感器255和螺线管致动器236连通。在操作中，传感器255检测离合器环120的轴向位置(相对于其旋转轴线132，参见图2)，并且控制器272构造成通过根据离合器环120的轴向位置调节去至螺线管致动器236的电流命令来控制离合器环120的轴向速度(相对于旋转轴线132)。如本文将要描述的，提供了用于在接合位置和脱离位置之间转换期间控制离合器环120的轴向速度的方法，以减少前述缺点。例如，离合器环120的轴向速度可以与NVH相关，并且因此，需要低于轴向速度阈值，特别是在离合器环120和从动构构件104之间的接合点处，以降低NVH。然而，还需要在需要离合器环120的快速轴向速度(例如，相对于轴向速度阈值)的状态之间快速切换。本公开的控制器272提供离合器环120的快速致动，同时通过基于离合器环120的轴向位置调整离合器环120的轴向速度来减少过多的NVH。

现在参照图7，示出了基于离合器环120的轴向位置来控制旋转式断开机构100的方法500的非限制性示例。在过程框510处，控制器272可以例如通过检测螺线管致动器236的位置来检测离合器环120的轴向位置，该位置可以与离合器环120的轴向位置相关。在一些非限制性示例中，离合环120的轴向位置可以以其他方式确定，例如，通过直接测量离合环120的位置，或者通过将另一部件的位置与离合环120的位置相关联，例如，通过使用传感器255来确定销240的位置。在过程框520处，控制器272可以基于检测到的螺线管致动器236的位置或相关联的离合器环120的位置，来确定螺线管致动器236和/或离合器环120的目标轴向速度。根据一个非限制性示例，目标轴向速度可以由预定速度轮廓限定(参见例如图10)。速度轮廓可包括基于螺线管致动器236的位置和/或离合器环120的位置的恒定或变化的目标轴向速度。根据一个非限制性示例，目标轴向速度可通过参考预定的速度轮廓来确定，预定的速度轮廓可以存储在控制器272中(例如，在存储器上)。

在过程框530处，控制器272可以向螺线管致动器236输出命令(例如，激励命令，诸如电压命令或电流命令)以驱动螺线管致动器236，从而驱动离合器环120朝向目标轴向速度。在一些非限制性示例中，控制器272可以实施闭环控制策略来测量螺线管致动器236/离合器环120的实际轴向速度(例如，通过来自传感器255的信号的导数)，并且将测量的轴向速度与目标轴向速度进行比较，以控制螺线管致动器236的轴向速度朝向目标轴向速度，从而使离合器环120以对应的轴向速度移动。

在一些非限制性示例中，基于离合器环120的轴向位置控制旋转式断开机构100的方法500可以连续地执行。例如，螺线管致动器236(例如，离合器环120)的位置可以在过程框510处连续采样(例如，以一个或多个采样频率)。因此，可以根据螺线管致动器236和/或离合器环120的当前位置来连续地调节过程框52处的目标轴向速度的确定和过程框530处的对应的输出命令。

现在参照图8A-8C，离合器环120被示出处于脱离位置(图8A)、齿邻接位置(图8B)和接合位置(图8C)。齿邻接位置560是离合环120的一轴向位置，在该轴向位置中，离合环120与从动构件104接触但旋转地脱离(例如，毂齿轮124的外齿204或面接触从动构件104)和/或当离合器环120和从动构件104之间不存在轴向间隙时(例如，就在离合器环120和从动构件104之间接触之前)。参照图8A，轴向间隙570限定在围绕旋转轴线132同轴设置的从动构件104和离合环120之间。参照图8B，随着离合环120移动成与从动构件104接触，轴向间隙570不再存在。参见图8C，离合环120处于接合位置，其中离合环120与从动构件104轴向重叠。

如本文所述，可以基于离合器环120的轴向位置来控制离合器环120的轴向速度。图9和图10示出了根据速度轮廓660(图10)的非限制性示例控制离合器环120在脱离位置和接合位置之间的轴向速度的方法600。参照图9和图10，在过程框610处，控制器272可命令螺线管致动器236致动离合器环120以从脱离位置朝向接合位置达到第一轴向速度V1。

在过程框620处，控制器272可命令螺线管致动器236致动离合器环120，以在齿邻接位置560处或附近(例如，紧接在齿邻接位置之前)达到第二轴向速度V2。控制器272命令螺线管致动器236增加到第二轴向速度V2的距齿邻接位置560的特定距离可以根据特定应用而变化，例如，如可以考虑部件尺寸、制造公差、传感器255误差、螺线管致动器236中的响应延迟等。在任何情况下，可以选择控制器272命令螺线管致动器236增加到第二轴向速度V2的位置，以便使施加到螺线管致动器236的力与离合器环120的速度平衡。

即，增加速度会导致接合期间更大的噪音和振动，但也会增加所施加的力以防止离合环120从从动构件104弹开或将离合环120保持在齿邻接位置560处，直到其可以与从动构件104接合。因此，可以选择该位置以便提供足够的力以确保接合，同时还使速度最小化，以减少噪音和振动。在一些非限制性示例中，控制器272可命令螺线管致动器236在距齿邻接位置560约10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm或0.25mm内增加第二轴向速度V2。然而，如上所述，特定距离可以变化并且也可以大于10mm或小于0.25mm。结果，在一些情况下，在接合时的离合器环120的速度可以在第一轴向速度V1和第二轴向速度V2之间。此外，在一些情况下，离合器环120可能未达到第二轴向速度V2，但仍可加速通过齿邻接位置560，这可有助于增加的力。

在一些非限制性示例中，控制器272可致动离合器环120以将第二轴向速度V2维持至接合位置。在其他非限制性示例中，控制器272可致动离合器环120以在齿邻接位置之后将目标速度减小回到第一轴向速度V1，并且将第一轴向速度V1维持至接合位置。

在所示的非限制性示例中，在过程框630处，控制器272可命令螺线管致动器236致动离合器环120以在齿邻接位置560和接合位置之间的位置处达到第三轴向速度V3为目标。在过程框640处，控制器272可命令螺线管致动器236致动离合器环120以在接合位置处或接合位置附近达到第四轴向速度V4。类似于过程框620，控制器272可以命令螺线管致动器236致动离合器环120以达到第四轴向速度V4的位置可以基于特定应用而变化，例如，以使施加到离合器环120的力与离合器环120的速度平衡。

现在参照图10，示出了速度轮廓660的非限制性示例。速度轮廓660展示了离合器环120(或销240)的轴向位置与离合器环120(或销240)的轴向速度之间的预定关系。速度轮廓660包括第一轴向速度V1、第二轴向速度V2、第三轴向速度V3和第四轴向速度V4。控制器272所针对的不同预定速度V1、V2、V3、V4取决于例如经由螺线管致动器236或可由螺线管致动器236(例如，销240)致动的结构的位置的检测来感测到的离合器环120的位置。

在示出的非限制性示例中，目标速度为第一轴向速度V1的第一范围R1被限定在脱离位置(“DEP”)和预定第一位置P1之间。在一些非限制性示例中，预定第一位置P1是齿邻接位置560，或者是在DEP与齿邻接位置560之间的位置。因此，在一些非限制性示例中，预定第一位置P1可能发生在齿邻接位置560之前，这可以有助于确保离合器环120在齿邻接处处于第二轴向速度V2或大约第二轴向速度V2。例如，如上所述，离合器环120可能在齿邻接处处于第一轴向速度V1和第二轴向速度V2之间。

相关地，第一预定位置P1相对于DEP和齿邻接位置560的精确位置可基于特定应用而变化。例如，由于制造公差和其他系统变化，DEP和齿邻接位置560之间的距离可以变化。因此，在一些非限制性示例中，第一预定位置P1的位置可以由例如控制器272基于确定的(例如学习的)齿邻接位置来设置。因此，第一预定位置P1以及下面讨论的其他位置，或者更一般地，速度轮廓660，可以针对特定应用而被优化，如可以使系统性能最大化。换言之，预定速度轮廓660可以取决于齿邻接位置560。

第二范围R2被限定在预定第一位置P1和预定第二位置P2之间，在第二范围R2处，目标速度是第二轴向速度V2。第三范围R3限定在预定第二位置P2和预定第三位置P3之间。在一些非限制性示例中，预定第三位置P3是接合位置EP。在其他非限制性示例中，预定第三位置P3可以在接合位置EP之前，使得第四范围R4被限定在第三预定位置P3和接合位置(“EP”)之间。这样，可以选择位置以提供足够的力，以确保离合器环120到达接合位置EP，同时还使速度最小化以减少噪音和振动。接合位置EP可被定义为离合器环120与毂齿轮124完全接合并且离合器环120位于其轴向行程范围的末端的位置。

在脱离位置和第一位置P1之间的第一范围R1期间，控制器272命令螺线管致动器236以预定第一速度V1致动离合器环120。例如，预定第一速度V1可以是低速度命令，以防止随着离合器环120朝齿邻接位置560移动时有过多的NVH。随着离合器环120到达第一位置P1(例如，齿邻接位置560或在齿抵靠位置560之前)，控制器272命令螺线管致动器236将离合器环120的速度增加到第二速度V2。增加的第二速度V2可防止离合器环120从从动构件104“弹回”，并且此外，将离合器环120保持抵靠从动构件(例如，抵靠联接至从动构件104的毂齿轮124的表面)，使得当从动构件104和离合环120的齿移动到允许齿啮合的相对旋转位置时，离合环120将被驱动朝接合位置移动。在所示的非限制性示例中，预定第二速度V2可以是大于第一速度V1的高速命令。例如，在一些情况下，第二速度V2可以是第一速度V1的两倍、三倍、四倍或多于四倍。

随着离合器环120到达第二位置P2，控制器272命令螺线管致动器236将离合器环120的速度降低到预定第三速度V3，这可以通过在到达接合位置处的行程末端之前降低离合器环120的速度来防止过多的NVH。更具体地，在示出的非限制性示例中，预定第一速度V1和预定第三速度V3可以彼此相等(例如，具有相同的大小)。然而，在其他非限制性示例中，第一速度和第三速度可以不同。

随着离合器环120到达第三位置P3，控制器272命令螺线管致动器236将离合器环120的速度增加到预定第四速度V4，以确保离合器环120被驱动到接合位置EP。在一些非限制性示例中，预定第二速度V2和预定第四速度V4可以彼此相等。在其他非限制性示例中，第二速度和第四速度可以不同。在所示的非限制性示例中，第二速度V2大于第一速度V1。在所示的非限制性示例中，第四速度V4大于第三速度V3。例如，在一些情况下，第四速度V4可以是第三速度V3的两倍、三倍、四倍或多于四倍。

虽然上面关于速度控制讨论了方法500，但是也可以使用电流控制来实现类似的结果，其中控制器可以构造成命令将电流供应到螺线管致动器，螺线管致动器可以与离合器环的轴向速度相关联。例如，在一些情况下，控制器272可以构造成在电流控制模式下操作，其中命令离合器环120的轴向速度可以包括命令发送到螺线管致动器236的电流的大小。因此，在过程框610处命令第一轴向速度V1可包括命令将第一电流供应至螺线管致动器236，在过程框620处命令第二轴向速度V2可包括命令将第二电流供应至螺线管致动器236，在过程框630处命令第三轴向速度V3可包括命令将第三电流供应至螺线管致动器236，并且在过程框640处命令第四轴向速度V4可包括命令将第四电流供应至螺线管致动器236。对应地，供应至螺线管致动器236的电流的大小可至少部分地取决于离合器环120的位置。此外，在一些情况下，例如，当在过程框620处达到第二轴向速度V2时，或过程框640处达到第四轴向速度V4时，可以选择特定目标速度以便向螺线管致动器236提供最大电流(例如，如可以引起螺线管致动器236的磁饱和)。

此外，当将离合器环移向障碍物(例如，接合点或末端止动部)时，方法500的原理也可以更普遍地应用，因为可以帮助确保离合器环到达期望的位置，同时还减少了噪音、振动和不平顺性。例如，图11示出了对应于离合器环120的脱离轮廓的速度轮廓700的另一个非限制性示例。虽然速度轮廓700是关于断开系统100的脱离来描述的，并且更具体地当离合器环120接近与脱离位置DEP相关的末端止动部时，但它也可以在其他障碍物处使用。

如图11所示，控制器272可命令螺线管致动器236将离合器环120从与接合位置EP相关联的末端止动部移动到与脱离位置DEP相关联的末端止动部。更具体地，控制器272可以命令螺线管致动器236以第一轴向速度V1将离合器环移向脱离位置DEP(例如，通过命令第一目标速度或第一电流)。第一轴向速度V1可以是“低”速度，以随着离合器环120朝向脱离位置DEP行进而减少噪音和振动。

在接合位置EP和脱离位置DEP之间的第一轴向位置Pl处，控制器272可以命令螺线管致动器236达到第二轴向速度V2(例如，通过命令第二目标速度或第二电流)。第二轴向速度可以是大于第一轴向速度V1的“高”速度，并且第一位置P1可以选择在脱离位置DEP的大约10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm或0.25mm之内。与上面描述类似地，根据第一位置P1和脱离位置DEP之间的具体距离，离合环120在到达脱离位置DEP时可能不会实现第二轴向速度V2，这可能有利于减少噪音和振动。此外，即使离合器环120的实际速度可能几乎没有变化，但与命令速度相关的电流增加以及离合器环120经历的任何加速度仍然会增加施加到离合器环120的力，从而降低离合环120可能从脱离位置DEP处的末端止动部弹开的风险。

仍然参照图11，在一些非限制性示例中，从接合位置EP到第一位置P1可以保持第一速度V1。然而，在一些情况下，例如为了减少断开系统100脱离的总时间，控制器272可以构造成对于接合位置EP和第一位置P1之间的距离的至少一部分，操作螺线管致动器236达到大于第一轴向速度V1的第三轴向速度V3。

例如，如图11所示，控制器272可命令螺线管致动器236沿着接合位置与第二位置P2之间的第一范围R1达到第二轴向速度，沿着第二位置P2与第一位置P1之间的第二范围R2达到第一轴向速度，并且沿着第一位置P1与脱离位置DEP之间的第三范围R3达到第二轴向速度V2。在一些情况下，可能较佳的是，第二位置P2位于接合位置和可对应于齿邻接位置560的第三位置P3之间。这样，离合器环120可通过齿邻接位置560减速，因为可以进一步降低脱离期间的噪音、振动和不平顺性。

参照图12，示出了可以在旋转式断开系统100中使用的查找表1200的非限制性示例。查找表1200(LUT)可以由控制器272使用，例如，以便确定适当的电流命令以发送到螺线管致动器236，以使螺线管致动器236根据所确定的目标轴向速度来移动离合器环120。查找表1200可以是前馈查找表，该前馈查找表接收由传感器255所检测到的输入位置(例如，螺线管致动器236的致动位置、离合器环120的轴向位置、销240的轴向位置等)，并将输入位置与输出电流(例如，施加到螺线管致动器236的输出电流)相关联。查找表1200可以用于帮助去除螺线管致动器236的输出的双稳态部分。结果，控制器272可以不必克服螺线管致动器的闩锁力，因为查找表1200可以提供用于施加到螺线管致动器236以减轻闩锁力的影响的输出电流。因此，查找表1200可用于从螺线管致动器236获得更线性的响应以避免系统延迟(例如，由于在端点处建立最大电流所需的时间)。另外，旋转式断开系统100(例如，控制器272)可以使用查找表1200在整体复位的情况下(例如，如果旋转式断开系统100的任何部件被卡住)返回期望的电流。查找表1200在图12中被示为一维(1D)查找表，并且1D查找表的使用可以在一些应用中提供计算资源效率方面的优点。然而，除了一维查找表之外的其他类型的查找表也可以用于类似的目的。此外，可以修改查找表1200以与任何合适类型的激励命令一起使用，除了电流命令之外还包括各种类型的电压命令。

在本说明书中，以能够写下清楚且精确的说明的方式来描述了实施例，但其意在、且会被理解为可对这些实施例进行各种结合或拆分而不脱离本发明。例如，应当理解，本文中描述的所有较佳特征都可应用于本文所描述的发明的所有方面。

由此，尽管已结合特定实施例和示例描述了本发明，但本发明不必然如此地受限制，并且各种其它实施例、示例、用途、对各实施例、示例和用途的修改和改变都旨在包含在所附的权利要求书中。本文所引用的各专利和出版物的全部公开内容都以引用方式纳入本文，就像每个专利或出版物单独地以引用方式纳入本文那样。

在以下权利要求书中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种旋转式断开系统，用于选择性地联接驱动构件和从动构件，所述旋转式断开系统包括：

离合器环，所述离合器环旋转地联接到驱动构件；

螺线管致动器，所述螺线管致动器适于使所述离合器环在接合位置和脱离位置之间移动，在所述接合位置中，所述离合器环能够旋转地联接到所述从动构件，在所述脱离位置中，所述离合器环能够与所述从动构件旋转地脱离；

传感器，所述传感器构造成检测所述螺线管致动器的致动位置，其中，所述螺线管致动器的所述致动位置指示所述离合器环的轴向位置；以及

控制器，所述控制器与所述螺线管致动器和所述传感器连通，所述控制器构造成：

从所述传感器接收所述螺线管致动器的所述致动位置；

基于从所述传感器接收的所述螺线管致动器的所述致动位置来确定所述离合器环的目标轴向速度；并且

向所述螺线管致动器提供电流命令，以使所述螺线管致动器根据所述目标轴向速度移动所述离合器环。

2.根据权利要求1所述的旋转式断开系统，其特征在于，包括换档拨叉，所述换档拨叉联接到所述离合器环并且能够由所述螺线管致动器致动，以使所述离合器环在所述接合位置和所述脱离位置之间移动。

3.根据权利要求1所述的旋转式断开系统，其特征在于，所述传感器构造成在与所述离合器环的所述脱离位置相关的第一位置处和在与所述离合器环的所述接合位置相关的第二位置处检测所述螺线管致动器的销的位置。

4.根据权利要求1所述的旋转式断开系统，其特征在于，所述控制器构造成将从所述传感器接收的所述螺线管致动器的所述致动位置作为输入应用到查找表以确定所述电流命令。

5.根据权利要求4所述的旋转式断开系统，其特征在于，所述查找表是将所述螺线管致动器的所述致动位置与施加到所述螺线管致动器的电流的大小相关联的一维查找表。

6.根据权利要求1所述的旋转式断开系统，其特征在于，所述控制器构造成通过将从所述传感器接收到的所述螺线管致动器的位置与预定速度轮廓进行比较来确定所述离合器环的目标轴向速度。

7.根据权利要求6所述的旋转式断开系统，所述预定速度轮廓限定：

与第一目标轴向速度相关的螺线管致动器位置的第一范围；以及

与第二目标轴向速度和所述离合器环的齿邻接位置相关联的螺线管致动器位置的第二范围。

8.根据权利要求1所述的旋转式断开系统，其特征在于，所述传感器包括霍尔效应传感器。

9.根据权利要求1所述的旋转式断开系统，其特征在于，所述螺线管致动器是双稳态的。

10.根据权利要求2所述的旋转式断开系统，其特征在于，所述换档拨叉构造成在所述旋转式断开系统移动时围绕轴线枢转。

11.根据权利要求1所述的旋转式断开系统，其特征在于，所述旋转式断开系统不包括用于在所述螺线管致动器与所述离合器环之间提供空动功能的元件。

12.一种控制旋转式断开机构的方法，包括：

从传感器接收离合器环的位置，所述离合器环旋转地联接到所述旋转式断开机构中的驱动构件，其中，所述离合器环构造成通过致动器在接合位置和脱离位置之间移动，在所述接合位置中，所述离合器环旋转地联接到从动构件，在所述脱离位置中，所述离合器环与所述从动构件旋转地脱离；

基于从所述传感器接收的所述离合器环的位置来确定所述离合器环的目标轴向速度；并且

向所述致动器提供激励命令，以使所述致动器根据所述目标轴向速度移动所述离合器环。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，确定所述离合器环的所述目标轴向速度包括将所述离合器环的位置作为输入应用到查找表以确定所述激励命令。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述查找表是将所述离合器环的位置与施加到所述致动器的激励命令的大小相关联的一维查找表。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，确定所述离合器环的所述目标轴向速度包括将所述离合器环的位置与预定速度轮廓进行比较。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述预定速度轮廓限定：

与第一目标轴向速度相关的离合器环位置的第一范围；以及

与第二目标轴向速度和所述离合器环的齿邻接位置相关联的离合器环位置的第二范围。

17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，从所述传感器接收所述离合器环的位置包括从霍尔效应传感器接收所述离合器环的位置。

18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述激励命令包括电流命令。

19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述致动器包括螺线管致动器。

20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述螺线管致动器是双稳态的。