CN1964865A - 扭矩传递装置 - Google Patents

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Abstract

汽车的扭矩传递装置，用于从一根配属于第一轮对的第一轴把扭矩可变化地传递到配属于第二轮对的第二轴，所述装置包括：一个离合器单元，用于第一轴和第二轴的可变扭矩传递的耦合，其中该离合器单元具有至少一个与第一轴旋转传递地连接的离合器元件和至少一个与第二轴旋转传递地连接的离合器元件，这两个离合器元件以传递扭矩的方式交替作用或可产生这种交替作用；用于通过调节离合器元件的一个相对位置和/或机械压紧力来调节这两个离合器元件之间的交替作用强度的可控调节装置；控制该调节机构的控制机构，其中该控制机构包括一个数据处理单元，该数据处理单元适合用许多输入信号按预定的规则计算第一控制信号和用于控制该调节机构，其中第二控制信号叠加到第一控制信号上，这个第二控制信号是第一和第二轴的转速差的一个尺度，其中根据一种行驶状态引起的这个转速差的变化，第二控制信号的变化在时间上超前于由同一行驶状态引起的第二控制信号的变化。

Description

扭矩传递装置
本发明涉及汽车的一种扭矩传递装置，用于从配属于第一轮对的第一轴把扭矩可变地传递到配属于第二轮对的第二轴，所述装置包括：一个离合器单元，用于第一轴和第二轴的可变扭矩传递的耦合，其中该离合器单元具有至少一个与上述第一轴旋转传递地连接的第一离合器元件和至少一个与上述第二轴旋转传递地连接的第二离合器元件，这两个离合器元件以传递扭矩的方式交替作用或可产生这种交替作用；用于通过调节离合器元件的一个相对位置和/或一个机械压紧力来调节这两个离合器元件之间的交替作用强度的可控调节装置；控制该调节机构用的控制机构，其中该控制机构包括一个数据处理单元，该数据处理单元适合用许多输入信号按预定规则计算第一控制信号和用于控制该调节装置。
例如DE 197 11 719 A1提出了一种这样的装置。这种扭矩传递装置大都用于四轮驱动的汽车。在这种汽车中，第一轮对一般是前轮，其主要由一台发动机驱动。也有人提出了主要由后轮驱动的系统以及等值的所谓悬挂式全轮解决方案。传动扭矩例如借助于一个前差速器传递到第一轴上。这根轴与第一离合器元件例如一组离合器从动盘或离合器薄片连接。该离合器单元在第一离合器元件和第二离合器元件例如第二组离合器从动盘或离合器薄片之间产生可控的交替作用，第二与第一离合器元件例如通过相对位置或压紧力的变化可产生相互作用或改变其交替作用的强度。原则上，在这里每种离合器例如机械的、液压的或液力的离合器都可使用。第二轴与第二离合器元件旋转传递地连接，而这个第二离合器元件则例如通过一个后置差速器与汽车的第二轮对通常为后轮连接。根据离合器单元中的离合器元件之间的交替作用的强度把较大的或较小的扭矩传递到第二轮对。最好使扭矩传递的大小与实际的行驶状态联系起来。扭矩根据行驶状态变化，例如在加速时最大，其中达到高的牵引力，而在调车时则最小，以免传动系卡死。
为了满足各种可能的行驶状态，需要对离合器单元的离合器元件之间的交替作用进行复杂地控制。为此，要用可控的调节机构，这是众所周知的。在列举的文献中，例如公开了一种液压高压活塞装置，用它可改变两组离合器从动盘之间的相对力。使用一个可电控的液压阀控制该液压活塞装置。使用许多单独的传感器例如车速传感器、单个轮速传感器、纵向和横向加速度传感器、转向角传感器等的输出信号作为数据处理装置的输入信号，达到了相应行驶状态的匹配。信号流例如可通过汽车内部CAN总线来实现。数据处理装置例如是一种专用控制器，程序技术方面设置成可从许多输入信号中按一定判定规则产生一个控制信号，这个控制信号用于液压阀的控制。细节上，有别于DE 36 26 024 A1和DE 34 27 725 C2里公开的装置所提出的基本原理，但作用则是相同的。
用上述的控制原理成功地使扭矩传递与不同的行驶状态很好地匹配。
但与各种不同条件的这种很好的匹配需要采集许多信号及其大量计算处理，而且这两者都相当费时。特别是当有些信号例如轮速不能直接测得，而是作为单独的控制器例如防抱死装置(ABS)的控制器的别的计算过程的副产品出现时，控制信号缓慢，在时间上滞后于实际行驶状态的变化。这种滞后在绝大多数情况中几乎是微不足道的。但在行驶状态突然变化时，例如一个单独的车轮突然驶到一块冰板上时，或者由于别的原因一个或多个车轮的打滑很突然变化时，则很希望扭矩分配的及时的匹配。
本发明的目的是改进上述那种扭矩传递装置，使之实现一些关键行驶状态的扭矩分配的较快匹配而不没有复杂性损失。
这个目的是结合权利要求1前序部分的特征实现的，即第二控制信号是叠加到第一控制信号上，这个第二控制信号是第一和第二轴的转速差的尺度，其中根据一种行驶状态引起的这个转速差的变化，第二控制信号的变化在时间上超前于由同一行驶状态引起的第一控制信号的变化。
本发明的基本构思是，通过不同来源的两个控制信号的叠加来实现调节机构的控制。其中第一控制信号可以是已知的复合控制信号，该控制信号适用于全部“缓慢”出现的行驶状态中的扭矩分配的最佳化。而第二控制信号则由少量输入变量，尤其是只从第一和第二轴的差速中产生，因而比复合信号明显快速产生。就这点而言，第一和第二轴之间的差速特别适用于第二控制信号的产生，因为该差速总是标志着至少一个车轮的打滑比别的车轮大。如下面就要述及的，这个差速的测得也是特别简单的并且因而是快速的。所以通过本发明，即使在突然发生行驶状态变化的情况下也能实现扭矩分配的差值小的匹配。这时复合信号产生延时的相应变化以扭矩分配的微调表现出来。虽然在第一和第二轴之间产生第二控制信号所需的差速原则上是可直接测得的，但毕竟需要一个专用的差速传动机构。所以如本发明的一个优选实施例那样，第一和第二轴的旋转速度分别由至少一个单独的传感器来测得，用一个比较器作为输入信号测得这些传感器的输出信号，并作为比较器输出信号提供第二控制信号，则比较有利。另一个方案中，也可用一个单独的传感器借助一个智能计值逻辑电路直接测得差速。所述的组件可是电的或电子的标准元器件，这有利于降低成本和免去保养。
在具体的转换时，可采取不同的策略。例如在一个有利的实施例中，传感器分别提供一个模拟的电信号，该信号是相应轴的旋转速度的一个尺度。对传感器的这种实施例来说，有利于比较器由一个模拟的差分放大器构成。按此方式可把位于一个新行驶状态的产生和第二控制信号的匹配之间的时间延迟减少到最低限度。特别是不需要费时的计算。信号通路中的转换过程的数目也减少到最低。但比较器也可替代地这样构成，使它包括一个数字的数据处理单元。在传感器这样构成，即它们提供一个数字信号时，这种变型方案是特别有利的。例如在霍耳传感器或感应式传感器时就是这种情况，它们作为输出信号提供一个电脉冲序列，其中脉冲频率与相应轴的旋转速度成比例。这些数据可由一个数字比较器直接测得和处理，所以这里也不需要费时的计算，且第二控制信号如纯模拟的情况那样迅速地紧跟行驶状态变化。
把传感器布置在一个共同的外壳内，有利于简化结构和减少件数。在带薄板圆筒的离合器单元的情况中，这种双传感器可紧靠薄板圆筒布置。把比较器也布置在同一外壳中是有利的。
如从现有技术中熟知的那样，离合器装置操作用的调节机构作为液压的高压活塞装置是特别有利的。别的变型方案例如电动调节机构同样是可考虑的。还有例如电传动的剪刀式杠杆系统和滚珠滑行系统(Kugelrampensystem)作为扭矩分配器的调节机构也是众所周知的。本发明的基本构思不受影响。但在相应情况中，(总)控制信号的具体使用可能是不同的。在离合器装置操作用的液压高压活塞装置的情况中，用一个由控制信号控制的电控液压阀来控制液压的高压活塞装置是特别有利的。虽然原则上也可使用与体积流量成比例的液压阀，但在本发明的一个特别有利的实施例中，该液压阀是与力成比例的阀。
在本发明的另一实施例中，借助一个液压阀控制高压活塞装置的另一方案是，第二控制信号用于直接控制液压泵。但在多数情况中，这种变型方案与阀变型方案比较出现时间延迟，因为这时必须改变泵马达的相对高的流量。本发明的其他特征和优点可从下面的详细说明和附图中得知，附图表示：
图1  汽车传动系和控制扭矩分配器的一些信号通路的示意简化图；
图2  扭矩分配器及其借助第二控制信号进行控制的示意简化图。
图1表示四轮驱动的汽车的传动系和一些信号通路的示意简化图。第一轮对10a、10b(前轮)由一台发动机11直接驱动。连接着轮对10a、10b的轴12的旋转借助一个在图中未示出的差速器传递到第一轴13，该轴表示按照本发明扭矩传递装置14的输入轴。借助一个离合器单元15把输入轴13的扭矩部分地传递到一根输出轴16。该输出轴通过一个同样未示出的差速器传动一根连接着第二轮对18a、18b(后轮)的轴17。输入轴13的扭矩的较大或较小部分被传递到输出轴16，视离合器单元15的调节而定。
在本实施例中，作为薄板圆筒以相互错接放置的离合器从动盘构成的离合器单元15的操作是借助于在图1中只用箭头示出的液压高压活塞19来实现的。在所示实施例中，高压活塞19的控制通过一个液压控制阀20来实现，在图1中，该控制阀同样只用箭头示出。如在现有技术中所熟知的那样，用配属于扭矩分配器14的一个控制器21来进行阀20的控制。
控制器21使用许多输入信号，这些输入信号是由汽车的不同的传感器提供给它的，例如一个转向角传感器22、制动传感器23、组合式仪器24、发动机控制用的控制器25、ABS-EPS控制器26等等。在所示实施例中，这些传感器/控制器分别与CAN总线27连接，扭矩分配器-控制器21也与该总线连接。该扭矩分配器-控制器从这些输入信号中按照复合判定规则算出一个复合控制信号来控制阀20。
根据本发明，第二调节回路28与第一调节回路并联并产生第二控制信号，这个第二控制信号叠加在由第一调节回路产生的第一控制信号上。所以控制阀借助第一和第二控制信号的叠加进行控制。下面参见图2来进行按本发明第二调节回路的说明。
图2表示离合器单元15及其控制结构的示意简化图。在所示实施例中，离合器单元15是薄板圆筒。相互错接布置的离合器从动盘15a、15b配属于输入轴13或输出轴16并以旋转传递的方式与之连接而可相互交替作用。在所示实施例中，相互作用的强度通过一个液压的高压活塞19来实现，该高压活塞通过一根高压管道31与一台泵32连接，该泵由一个液压油池33供给。在本实施例中，高压管道31和泵32按熟知的方式通过一个止回阀34连接。在别的实施例中，也可用另外的解决方案。高压管道31也通过一个电控的控制阀20与一根回流管道35连接，液压油按可调的方式流回液压油池33。在均匀的泵功率的情况下，高压管道31的压力和离合器从动盘15a和15b之间的交替作用的强度可通过阀口20的变化来调节。
如前所述，阀20的控制信号的一部分来自扭矩分配器-控制器21。这种连接在图2中用虚线示出。根据本发明，所设置的第二调节回路28具有一个双速度传感器29，该双速度传感器测定输入轴13和输出轴16的相应速度并发出一个相应的信号。在本实施例中，双速度传感器29的输出信号是模拟的电压电平，该电压电平以限定的方式为相应轴速度的尺度。在所示实施例中，这些信号输入一个由差动放大器30构成的比较器中，该差动放大器产生一个相应的差动信号，该差动信号是第一轴和第二轴之间的差速的一个尺度。这个比较器输出信号作为第二控制信号叠加到第一控制信号上并与这个第一控制信号一起构成阀20的总控制信号。
由于输入信号的数量少并在模拟的差动放大器30中进行快速的模拟处理，所以第二控制信号几乎没有时间延迟地跟踪轴13和16的差速变化。与此同时，轴13和16的差速至少是一个车轮打滑的直接的尺度，亦即无须精确分析其它测量值即可判定这种情况。例如当一个车轮突然陷入少粘附的地基并呈现严重打滑而引起行驶状态的突然变化时，第二控制信号立即变化并通过阀20的相应控制直接引入扭矩分配的补偿变化。当然，行驶状态的同一变化也可通过扭矩分配器-控制器21来识别，但它为此必须接收许多输入信号并按复杂的判定规则计算这些输入信号。所以阀20的一个相应匹配的控制信号只可能延时产生。但到这个时刻已经通过内调节回路引入适当的补偿。所以第一控制信号的变化只对扭矩分配的微调产生影响。由于本发明无须通过第一控制信号使扭矩分配与相应行驶状态匹配的复杂性，所以通过按本发明的第二控制信号明显缩短了扭矩分配对突然产生的行驶状态变化的应答时间。
本发明借助一个专门的实施例进行说明。但在本发明的范围内可进行许多修改。例如高压管道31内需要的压力变化可直接通过泵32的控制而不用阀20来实现。原则上，离合器单元15也可不用液压而例如电动操作。此外，离合器装置的配置不限于所示的薄板圆筒。别的离合器型式例如液力离合器或类似的离合器也是可用的。还有第二调节回路28不限于图2所示的模拟形式。特别是产生一个脉冲序列作为输出信号的传感器可如所示的模拟形式那样迅速地进行输入轴13和输出轴16之间的相关的差速的数字测定。这里所需的数字数据处理单元例如可集成在扭矩分配器/控制器21中，或也可单独设置。

Claims (11)

1.汽车的扭矩传递装置，用于从配属第一轮对(10a、10b)的第一轴(13)把扭矩可变化地传递到配属第二轮对(18a、18b)的第二轴(16)，所述扭矩传递装置包括：
-一个离合器单元(15)，用于第一和第二轴(13；16)的可变扭矩传递的耦合，其中离合器单元(15)具有至少一个与第一轴(13)旋转传递地连接的第一离合器元件(15a)和至少一个与第二轴(16)旋转传递地连接的第二离合器元件(15b)，这两个离合器元件以传递扭矩的方式交替作用或可产生这种交替作用；
-用于通过调节离合器元件(15a、15b)的一个相对位置和/或机械压紧力来调节这两个离合器元件之间的交替作用强度的可控调节机构(19、20)；
-控制该调节机构的控制机构(21)，其中该控制机构(21)包括一个数据处理单元，该数据处理单元适合用许多输入信号按预定的规则计算第一控制信号和用于控制该调节机构(19、20)，
其特征为，
第二控制信号叠加到第一控制信号上，这个第二控制信号是第一和第二轴(13；16)的转速差的一个尺度，其中根据一种行驶状态引起的这个转速差的变化，第二控制信号的变化在时间上超前于由同一行驶状态引起的第一控制信号的变化。
2.按权利要求1所述的装置，其特征为，第一轴和第二轴(13；16)的旋转速度可分别通过至少一个单独的传感器(29)来测定，并设置一个比较器(30)，该比较器作为输入信号测定传感器(29)的输出信号并作为比较器-输出信号提供第二控制信号。
3.按权利要求2所述的装置，其特征为，传感器(29)分别提供一个模拟的电信号，这个电信号是相应轴(13；16)的旋转速度的一个尺度。
4.按权利要求2或3所述的装置，其特征为，该比较器是一个模拟的差分放大器(30)。
5.按权利要求2或3所述的装置，其特征为，该比较器包括一个数字的数据处理单元。
6.按权利要求2至5中任一项所述的装置，其特征为，传感器(29)的至少一个包括一个霍耳元件或一个感应传感器。
7.按权利要求2至6中任一项所述的装置，其特征为，这些传感器布置在一个共同的外壳(29)中。
8.按权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征为，调节机构包括一个液压的高压活塞装置(19)。
9.按权利要求8所述的装置，其特征为，液压的高压活塞装置(19)的控制通过一个可电控的液压阀(20)的控制来实现。
10.按权利要求9所述的装置，其特征为，该液压阀是一个与力成比例的阀(20)。
11.按权利要求8所述的装置，其特征为，液压的高压活塞装置(19)的控制通过一个可电控的液压泵(32)的控制来实现。
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