CN1616270A - 限滑差速组件 - Google Patents

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CN1616270A
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詹姆斯·A·克里舍
迈克尔·J·卡塔拉诺
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Dana Inc
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Abstract

一种电子控制的前轮驱动的限滑差速组件，其设计为允许使用者手动或自动控制限滑功能。差速器控制器和驱动组件位于前变速驱动桥和差速器壳的外部。该组件包括一个调节由转子泵所产生的液压的电螺线管。当限滑差速器控制器处于“开”状态的时候，由转子泵产生的液压与摩擦离合器组件接合，其中该摩擦离合器组件将差速器壳与前车桥输出轴联接起来。当限滑差速器控制器处于“关”状态的时候，电螺线管不会使液压泵产生足够的液压来驱动离合器组件。当差速器控制器处于中间位置的时候，特殊的控制设定和前车桥输出轴相对于差速器壳的旋转速度决定了差速器的接合状态。除了能手动控制限滑功能之外，电脑处理器/逻辑部件可以电子控制该项功能。

Description

限滑差速组件
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的限滑差速组件。
背景技术
在现有技术中差速器是很公知的技术。差速器组件布置在机动车的动力传动系统中，使得连接到一根输入轴上的一对输出轴以不同速度旋转，这样在车辆转向的同时使得在每个输出轴止所连接的车轮都可以保持牵引力。差速器将输入轴所提供的扭矩在两个输出轴之间分配。最基本的和最普通的差速器是已知的开式差速器(open differential)。虽然开式差速器在大多数驱动条件下就够用了，但是它们一般不适合光滑工况，在这种情况下，一个车轮的摩擦系数比其它车轮要低很多。如果车辆的一个车轮是位于一块冰或泥上，而其它车轮处于干燥路面上，那么摩擦系数较低的车轮就会失去牵引力。如果很少的扭矩传递给没有牵引力的车轮，那么扭矩就会引起车轮“侧滑”。因为可以牵引车轮的最大扭矩等于在失去牵引力的车轮上的扭矩，所以发动机就不能产生任何扭矩，而带有牵引力的车轮就不能旋转。为了解决所述问题，改进的差速器可以重新分配扭矩，这样扭矩就被传送给带有牵引力的车轮。这样的差速器组件可以叫做限滑差速器。
虽然限滑差速器对于后轮驱动车辆来说很常见，但是在前轮驱动(FWD)的车辆上很少使用。因为空间限制和处于经济方面的考虑，在前驱车中设计限滑差速器很困难。最近，原始装备制造商没有生产用于前驱车变速驱动桥的主动(也就是可控)限滑差速器。
前驱车通常使用带有开式差速器的变速驱动桥。虽然也有一些高性能的扭矩传感前驱车用限滑差速器，但是它们在市场上仅占有很少份额，并且还有很多技术问题。由于过度扭矩转向和操纵问题，所以在前轴上使用的扭矩传感限滑差速器一直不能令人满意，除非“失调”来限制性能。但是，假如需要高性能的前驱车，那么就更需要有可控的限滑差速器用在前变速驱动桥上。
为了增加可靠性、减少成本并提高性能，提供了本发明。在使用过程中，本发明可以显著提高前驱车的机动性，并减少车轮空转，同时避免扭矩转向和机动性不足的问题。
发明概述
本发明涉及一种限滑差速器组件，最好用于前驱车。本发明使得操作者可以手动或自动控制限滑功能。差速器控制器和驱动组件就位于差速器壳的外面。组件包括一个电磁调节器，最好是一个电螺线管，可以调节液压泵所产生的液压。当限滑差速器控制器处于“开”状态的时候，由液压泵产生的液压与一个摩擦离合器组件接合，该组件将差速器壳与前车桥输出轴连接起来。当限滑差速器控制器处于“关”状态的时候，电螺线管不会使得液压泵产生足够的液压来驱动离合器组件。当差速器控制器处于中间位置的时候，特殊的控制器设定和车桥输出轴相对于差速器壳的的旋转速度就决定了差速器的接合状态。除了能手动控制限滑功能之外，还有一个实施例带有一个电脑处理器/逻辑部件可以电子控制该项功能。
附图说明
图1是本发明的部分截面图。
图1A是本发明修改和放大后的部分截面图。
图2是示意图，表示了处理器/逻辑部件和螺线管、减压阀、车辆传感器之间的相互作用。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括一个前轮驱动限滑差速控制器和传动组件。一个差速器壳轴耳延长部(trunion extension)1可旋转地设置在前轮驱动变速驱动桥壳2中。差速器壳轴耳延长部1通过差速器壳上的花键连接4与差速控制器壳3连接在一起。差速控制器包括一可控电磁调节器5、一液压泵6、活塞总成7、一离合器套11和一多片式离合器组件(clutch pack assembly)8。液压泵6和离合器套11在车轴花键连接10处接合到车桥输出轴9上。
摩擦离合器组件8包括很多组交替的外摩擦片18a和内摩擦片18b。在外摩擦片18a的外圆周上有很多突起，能与差速控制器壳3上所形成的对应凹槽非转动啮合。类似的，内摩擦片18b的内圆周上也有很多突起，能与离合器套11上所形成的对应凹槽非转动啮合，离合器套11与前车桥输出轴9花键连接。外摩擦片18a和内摩擦片18b在轴向都可以滑动。外离合器摩擦片18a与内离合器摩擦片18b可摩擦接合，以便在差速器壳1和车桥输出轴9之间建立扭矩连接。当离合器组件8接合的时候，扭矩就从差速器壳1传递到车桥输出轴9上。
离合器组件8选择性地被一液压离合器驱动器系统驱动。离合器驱动器系统包括一液压活塞泵6和一给离合器组件8轴向加压的活塞组件7。
液压活塞泵6产生一个可变的液压来驱动离合器组件8。液压活塞泵6最好是一个转子泵6。转子泵6包括一外环部件16a、一外转子16b和一内转子16c。内转子16c可传动地连接到车桥输出轴9上，外环部件16a通过差速控制器壳3上的花键连接4固定到差速器壳1上。内转子16c比外转子16b少一个齿，当内转子16c被驱动的时候，它也会驱动外转子16b，外转子16b就可以在外环部件16a中相对于内转子16c偏心地自由转动，这样就可以提供许多体积增减变化的液体空穴(fluid pocket)，这些空穴可以产生液压。结果，当在差速器壳1和车桥输出轴9之间产生相对移动的时候，转子泵6的内转子16c就可以产生液压。因此，由泵6产生的液压就基本与输出轴9和差速器壳1之间的旋转速度差成比例。
虽然这里讨论的是转子泵，但是采用其它种类的液压泵也在本发明的范围内，只要泵能根据特定部件之间的相对移动来产生液压。
活塞组件7用来压缩离合器组件8。活塞组件7包括一活塞压力腔17a和一驱动活塞17b。转子泵6提供加压流体来驱动活塞组件7，并与离合器组件8接合。工作时，当输出轴9和差速器壳1之间存在速度差的时候，转子泵6就将加压液体泵送到活塞压力腔17a中，这样就可以使驱动活塞17b向离合器组件8输出压力。当速度差增加的时候，转子泵所产生的压力也增加。在活塞压力腔17a中的加压流体可以给活塞17b施加一个轴向力，推动活塞17b与离合器组件8接合。与离合器组件8接合(如上所述)使得在差速器壳1和车桥输出轴9之间能传递扭矩。
为了控制在活塞压力腔17a中的流体压力，并进而控制限滑差速器组件的输出扭矩分配，需要一个可变减压阀组件12。可变减压阀可以是现有技术中任何的公知结构，但是最好是由电磁调节器5控制的电磁球窝式组件。电磁调节器5可以是现有技术中任何适合的电磁装置，例如螺线管。
如图1a所示，螺线管5根据施加到螺线管5中的电流值来设定减压阀12的释放压力，并进而确定活塞压力腔17a中的压力值。螺线管带有一个可响应变化电压的电磁线圈组件。这样的螺线管是常见的，在现有技术中是公知的。
当给螺线管5通最大电流的时候，减压阀12的保持力达到最大，结果，减压阀12就允许在活塞压力腔17a中产生一个较大的压力。在这种结构中，压力足够大来驱动液压离合器组件8，进而完全可以提供限滑功能。当操作者手动将差速器控制开关打开到“开”位置，就会导致这种情况。
当给螺线管5通最小电流的时候，减压阀12的保持力达到最小，结果，减压阀12在较小的压力下放出液体，就不会允许在活塞压力腔17a中产生压力。在这种结构中，所得到的压力不足以驱动液压离合器组件8，进而完全停止限滑功能。当操作者手动将差速器控制开关打开到“关”位置，就会导致这种情况。
在“开”和“关”状态之间，减压阀12的释放压力可以通过调整施加到螺线管5上的电流来没置成任意值。调整螺线管电流就可以导致不同的压力值，就可以实现、解除或部分实现限滑功能。控制限滑功能的能力就可以使得操作者可以调整车辆性能，以适应个人爱好，或者提供各种工作状态和性能。
除了能手动控制限滑功能之外，电脑处理器/逻辑部件也可以电子控制该功能。如图2所示，处理器13根据一个或多个车辆传感器14来发出控制命令，这些车辆传感器14将有关工作参数的信息传递给处理器13。处理器13可以监视很多参数，例如车速、车轮旋转速度、偏转率、侧向加速度、转向角、发动机节气门位置、检测制动、检测结冰、检测潮湿度和/或传动结构。处理器13可以使用数学算法来处理所检测的信息，并将得到的电子命令传递给螺线管5。如上所述，螺线管可以根据处理器13向螺线管5通的电流来在一定范围内增加或减少减压阀12所施加的压力。关于减压阀12工作状态的信息可以被传回到处理器13，以便使得处理器13可以调整并微调差速器控制装置。
本发明中也可以用到一个或多个车辆主动控制系统，例如可编程的偏转稳定控制系统。车辆主动控制系统包括能与电螺线管5和减压阀12连接的处理器，用来优化车辆牵引力、机动性和稳定性。
基于所述理由，本发明就是要提供一种前轮驱动车辆的牵引系统。本发明可以做很多修改，并用于不同的技术方案。本发明可以根据特殊操作和应用而进行修改和定做，各元件也可根据需要修改或确定，以便获得所需的效果和结果。虽然没有介绍结构中的材料，但是它们可以是能满足本发明功能的很多合成物。这样的变型并没有脱离本发明的精神和范围，对于本领域的普通技术人员来说，所有的修改都包含在随后的权利要求所限定的范围中。

Claims (30)

1.一种限滑差速器组件，包括：
设置在差速器壳上的差速器机构；
至少一个输出轴，该输出轴通过所述差速器机构可传动地联接到所述差速器壳上，并从所述差速器壳向外伸出；
设置在所述差速器壳外面的摩擦离合器组件，用于选择性地与所述差速器壳和所述输出轴接合或分离，所述离合器组件包括至少一个第一部件和至少一个第二部件，所述第一部件联接成与所述至少一个输出轴一起旋转，所述第二部件联接成与所述差速器壳一起旋转；以及
液压离合器驱动器，用于选择性地给所述摩擦离合器组件摩擦施压，所述驱动器包括一液压泵，用于产生给所述摩擦离合器组件施加摩擦压力的液压；
其中，所述液压泵由所述至少一个输出轴驱动。
2.根据权利要求1所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述组件设置在前轮驱动车辆上。
3.根据权利要求2所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述差速器壳设置在前部变速驱动桥壳中。
4.根据权利要求1所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述第一部件包括一内离合器组件，所述内离合器组件包括固定连接到内离合器套上的内离合器片，所述内离合器套与所述至少一个轴花键连接。
5.根据权利要求1所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述第二部件包括外离合器片，所述外离合器片固定连接在所述差速器壳上。
6.根据权利要求1所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述第一部件可旋转地联接在所述第二部件上，这样所述差速器壳直接联接到所述至少一个输出轴上。
7.根据权利要求1所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述液压泵是转子泵。
8.根据权利要求7所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述转子泵产生的液压由电磁调节器来控制。
9.根据权利要求1所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述电磁调节器是电螺线管。
10.根据权利要求9所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述电螺线管通过可调整控制的输送到螺线管的电流的变化量来进行控制。
11.根据权利要求10所述的限滑差速器组件，其特征在于：输送到所述电螺线管的预定量的电流可以使所述差速器壳与所述车桥输出轴相接合。
12.根据权利要求11所述的限滑差速器组件，其特征在于：输送到所述电螺线管的预定量的电流可以使所述差速器壳与所述车桥输出轴脱离接合，或者可以阻止转子泵聚集足够的液压来与所述摩擦离合器接合。
13.根据权利要求12所述的限滑差速器组件，其特征在于：操作者可以通过调节输送到所述螺线管中的电流来选择性地预先设定何时差速器壳与所述车桥输出轴接合。
14.根据权利要求9所述的限滑差速器组件，其特征在于：输送到所述螺线管中的电流可以由电脑处理器控制。
15.根据权利要求14所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述电脑处理器从多个传感器接收电信号，并将电指令发送给所述螺线管，以使所述差速器壳与所述车桥输出轴接合或断开。
16.根据权利要求15所述的限滑差速器组件，其特征在于：所述电脑传感器根据数学算法将电指令传送给所述螺线管。
17.一种前轮驱动差速器控制系统，所述系统包括：
前轮驱动变速驱动桥壳，
差速器壳，
差速器控制器壳，所述差速器壳固定连接到所述差速器控制器壳上，
摩擦离合器组件，所述离合器组件连接到所述差速器控制器壳上，
离合器套，所述离合器套连接到所述离合器组件上，
前车桥输出轴，所述输出轴连接到所述离合器套上，
液压泵，所述液压泵连接到所述车桥输出轴上，
液压储存器，所述液压储存器由所述液压泵加压，
减压阀，所述减压阀控制在所述液压储存器中的液压，
电磁驱动器，所述驱动器选择性地改变所述减压阀施加的压力，
液压活塞，所述液压活塞可由所述液压储存器中的液压推动与所述离合器组件接合，
所述液压活塞与所述离合器组件接合，这样所述前车桥输出轴与所述差速器壳相联接。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述离合器组件、所述电磁驱动器、所述液压泵、所述液压活塞、所述液压储存器和所述减压阀都设置在所述前轮驱动变速驱动桥壳的外部。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述离合器组件包括：
外摩擦离合器片，所述外摩擦离合器片可以轴向移动，并且固定连接到所述差速器控制器壳上，
内摩擦离合器片，所述内摩擦离合器片可以轴向移动，并且可旋转连接到所述外摩擦离合器片上，所述内摩擦离合器片可以固定连接在所述离合器套上。
20.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述离合器套和所述液压泵与所述输出轴直接花键连接，
所述差速器壳与所述差速器控制器壳直接花键连接。
21.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述液压泵是转子泵，所述转子泵具有一外环部件、一外转子和一内转子，所述外环部件固定连接到所述差速器控制器壳上，所述转子泵的内转子与所述车桥输出轴花键连接。
22.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述减压阀为球窝式结构。
23.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：所述电磁驱动器是电螺线管，
所述电螺线管控制所述减压阀，从而所述螺线管中增加的电流增大了所述减压阀的液压限定。
24.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：输送到所述电螺线管的预定量的电流可以使所述差速器壳与所述车桥输出轴相接合。
25.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：输送到所述电螺线管的预定量的电流可以使所述差速器壳与所述车桥输出轴脱离接合。
26.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：操作者可以通过调节输送到所述螺线管中的电流来选择性地预先设定何时接合差速器壳。
27.根据权利要求17所述的系统，其特征在于：输送到所述螺线管中的电流可以由电脑处理器控制。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于：所述电脑处理器从多个传感器接收电信号，并将电指令发送给所述螺线管，以使所述差速器壳与所述车桥输出轴接合或断开。
29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于：所述电脑传感器根据数学算法将电指令传送给所述螺线管。
30.一种前轮驱动差速器控制系统，所述系统包括：
前轮驱动变速驱动桥壳，
差速器壳轴耳延长部，
差速器控制器壳，所述轴耳延长部与所述差速器控制器壳花键连接，
摩擦离合器组件，所述离合器组件可以连接到所述差速器控制器壳上，
外摩擦离合器片，所述外离合器片壳可以轴向移动，并且固定连接到所述差速器控制器壳上，
内摩擦离合器片，所述内离合器片可以轴向移动，并且可旋转地连接到所述外离合器片上，
离合器套，所述离合器套固定连接到所述内摩擦离合器片上，
前车桥输出轴，所述前车桥输出轴与所述离合器套花键连接，
转子液压泵，所述液压泵具有一外环部件、一外转子和一内转子，
所述转子泵的外环部件固定连接到所述差速器控制器壳上，
所述转子泵的内转子与所述车桥输出轴花键连接，
液压储存器，所述液压储存器由所述转子泵加压，
球窝式减压阀，所述减压阀控制所述液压储存器中的液压，
电螺线管，所述螺线管选择性地改变由所述减压阀施加的压力，
液压活塞，所述液压活塞由所述液压储存器中的液压推动与所述内摩擦离合器片和外摩擦离合器片轴向接合，
所述液压活塞与所述内摩擦离合器片和外摩擦离合器片轴向接合，从而所述离合器片连接具有扭矩联接，由于该扭矩联接，所述前车桥输出轴连接到所述差速器壳轴耳延长部上，
所述螺线管选择性地与所述球窝式减压阀接合，这样所述扭矩联接被选择性地接合或断开，
所述螺线管选择性地可以手动控制，或者可以被电脑处理器自动控制，
所述控制器接收输入信号，并使用数学算法处理该输入信号，
所述处理器向所述螺线管传送电信号以优化车辆的牵引力和性能。
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