專利名稱：鎖止式差速器的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及差動(dòng)機(jī)構(gòu)，該差動(dòng)機(jī)構(gòu)傳送轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力到機(jī)動(dòng)車輛的車輪并且鎖定 以防止車輪以不同速度旋轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
通常使用開式差速器或限滑差速器機(jī)構(gòu)來允許車軸處受限的輪滑動(dòng)，即在驅(qū)動(dòng)輪 之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差。鎖止式差速器的目的是防止一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪相對于另一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的相對轉(zhuǎn) 動(dòng)。這一般通過將一個(gè)差速器半軸齒輪鎖定到差速器箱來實(shí)現(xiàn)，由此防止該半軸齒輪相對 于差速器箱的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且防止任何一個(gè)軸兩端的相對輪速差異。鎖止式差速器還能被用作4X 4和AWD (全輪驅(qū)動(dòng))車輛的輪間差速器或中央差速 器。在這種情況下，差速器組件的軸線平行于車輛的縱軸。中央差速器允許前軸與后軸之 間的驅(qū)動(dòng)軸速度差。但是有些情況需要將前軸和后軸的驅(qū)動(dòng)軸鎖定在一起，從而重新獲得 單一的轉(zhuǎn)速。這種情況被稱為鎖定的中央差速器。當(dāng)被激活時(shí)，電子鎖止式差速器使用電壓源來產(chǎn)生克服施加在鎖環(huán)(機(jī)械嚙合機(jī) 構(gòu))上的反作用彈簧力的磁力，由此通過該鎖環(huán)機(jī)械地耦連半軸齒輪到差速器箱。當(dāng)被激 活時(shí)，電子鎖止式差速器防止受控車輪之間的相對速度差。在工業(yè)中需要一種控制，該控制在線圈由于缺乏與冷卻介質(zhì)的接觸而可能過熱且 車輛停止時(shí)防止鎖定差速器。只要換檔桿不處于空檔位置或停車位置，在車輛運(yùn)動(dòng)中的任 何時(shí)候，該控制都將能夠使差速器被鎖定。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于控制車輛的鎖止式差速器的方法包括如果所述車輛停止了長度等于或 大于基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則使用線圈來解鎖所述差速器；以及如果所述車輛運(yùn)動(dòng)或停止了 小于所述基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則使用所述線圈來鎖定所述差速器。本發(fā)明提出一種控制鎖止式差速器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于響應(yīng)于致動(dòng)器線圈的 操作狀態(tài)來鎖定或解鎖差速器的機(jī)構(gòu)，并且還包括控制器，該控制器被配置為確定車輛是 否運(yùn)動(dòng)或停止，以便如果車輛停止了長度等于或大于基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則致動(dòng)該線圈并 解鎖差速器；且如果車輛運(yùn)動(dòng)或停止了小于基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則致動(dòng)該線圈并鎖定差速 器。在一個(gè)實(shí)施例中，該控制器進(jìn)一步被配置為確定依賴于溫度的基準(zhǔn)電壓，在該參考電壓 下該線圈鎖定差速器；確定電池的電勢，以便如果該電勢等于或大于當(dāng)前溫度下的基準(zhǔn)電 壓則使用電池激勵(lì)線圈并鎖定差速器；以及如果該電勢小于基準(zhǔn)電壓則保持差速器開鎖/ 解鎖。根據(jù)另一個(gè)方面，提供一種用于控制車輛的鎖止式差速器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電 池；在被電池激勵(lì)時(shí)響應(yīng)地產(chǎn)生磁場的線圈；用于響應(yīng)于存在和缺少磁場而鎖定和解鎖差 速器的機(jī)構(gòu)；以及控制器，該控制器被配置為確定車輛是否運(yùn)動(dòng)或停止，以便如果車輛停止 了長度等于或大于基準(zhǔn)長度的時(shí)間段則控制該線圈并解鎖差速器；以及如果車輛運(yùn)動(dòng)或停
3止了小于基準(zhǔn)長度的時(shí)間段則控制該線圈并鎖定差速器。該控制系統(tǒng)避免了嘗試使用對于此目的來說太低的驅(qū)動(dòng)電壓來鎖定差速器的可 能性。溫度補(bǔ)償確保由導(dǎo)電線圈產(chǎn)生的磁力大到足以使鎖定板上的離合器齒嚙合半軸齒輪 的離合器齒并且鎖定差速器。當(dāng)車輛靜止時(shí)，電子鎖的分離降低交流發(fā)電機(jī)和電池上的電 負(fù)荷并且防止線圈的過熱和其絕緣層的可能破裂。溫度補(bǔ)償防止了由于鎖環(huán)上的離合器齒與半軸齒輪上的離合器齒局部嚙合導(dǎo)致 的潛在的硬件損壞。根據(jù)以下詳細(xì)的說明書、權(quán)利要求書和附圖，優(yōu)選實(shí)施例的適用范圍將變得顯而 易見。應(yīng)該理解的是，說明書和具體示例雖然表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但僅是示例性說 明。所描述的實(shí)施例和示例的各種改變和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見。


通過參考以下描述以及相應(yīng)的附圖，本發(fā)明將更易于理解，在附圖中圖1是電子鎖止式差速器機(jī)構(gòu)的透視剖面圖；圖2是鎖環(huán)的等距視圖；圖3是差速器箱和離合器的等距視圖；圖4是勵(lì)磁鐵心線圈組件的側(cè)視圖；圖5是用于差速器的控制系統(tǒng)的示意圖；以及圖6是用于控制差速器的鎖定狀態(tài)和未鎖定狀態(tài)的算法圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1到圖4，電子鎖止式差速器8包括優(yōu)選由鑄鐵或鋼制成的差速器箱10，該 差速器箱被支撐在靜止外殼(未示出)上以便圍繞橫向軸線12旋轉(zhuǎn)。在凸緣11的安裝鉆 孔處固定到差速器箱的盆形齒輪驅(qū)使差速器箱10從變速箱或分動(dòng)箱的輸出端圍繞軸線12 旋轉(zhuǎn)。差速器箱10提供內(nèi)腔14，其包含小錐齒輪16、與該小錐齒輪嚙合并且與從差速器 箱10延伸到機(jī)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)輪的右輸出軸20驅(qū)動(dòng)連接的右半軸齒輪18以及與該小錐齒 輪嚙合并且與從差速器箱延伸到左側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪的左側(cè)輸出軸(未示出)驅(qū)動(dòng)連接的左半軸 齒輪22。每個(gè)小錐齒輪16通過銷子24固定到旋轉(zhuǎn)箱10，從而小錐齒輪16圍繞與軸線12 垂直的銷24的軸線旋轉(zhuǎn)，且小錐齒輪和銷子24圍繞軸線12旋轉(zhuǎn)。鎖環(huán)26也位于差速器箱10中，該鎖環(huán)被固定到該差速器箱上，從而其圍繞軸線12 旋轉(zhuǎn)并且相對于差速器箱沿該軸線軸向移動(dòng)。鎖環(huán)26由三個(gè)支柱28構(gòu)成，每個(gè)支柱軸向 延伸穿過在差速器箱10中形成的腹板30中的孔；平面32面對腹板30 ；并且一系列離合器 齒34和空隙36在鎖環(huán)表面32的相對面上圍繞軸線12交替地成角度設(shè)置。該離合器齒和 空隙是緊鄰的并且面對半軸齒輪22。半軸齒輪22由一系列離合器齒38和空隙40構(gòu)成。該齒40在緊鄰鎖環(huán)26的離 合器齒34和空隙36的其軸向外表面上圍繞軸線12交替地成角度設(shè)置。半軸齒輪22和鎖 環(huán)26的離合器齒和空隙是相互互補(bǔ)的從而它們能隨著鎖環(huán)朝著和離開半軸齒輪移動(dòng)而嚙 合和分離。鎖環(huán)26通常不與半軸齒輪22嚙合并且允許半軸齒輪相對于差速器箱10和鎖環(huán)旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生非鎖定狀態(tài)或分離狀態(tài)。當(dāng)鎖環(huán)26被致動(dòng)來與半軸齒輪22嚙合時(shí)，它們的離合器齒和空隙嚙合，由此將半軸齒輪可驅(qū)動(dòng)地連接到鎖環(huán)和差速器箱10，防止半軸齒輪相對于差速器箱和鎖環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)， 并且產(chǎn)生鎖定狀態(tài)或嚙合狀態(tài)。圖1和圖4示出在腔體14外側(cè)的差速器箱10上支撐的勵(lì)磁鐵心線圈組件42。該 線圈組件42包括安裝在形成于環(huán)48中的環(huán)形凹槽46內(nèi)的電磁線圈44。當(dāng)通過引線50通 上電流時(shí)該線圈44產(chǎn)生了磁場。該激勵(lì)組件通過支架52固定到外殼上，這防止線圈組件 42和線圈44轉(zhuǎn)動(dòng)。磁場在線圈組件42上產(chǎn)生軸向力，該力的大小隨著線圈組件與差速器 箱10之間的空氣間隙52的寬度變化。當(dāng)線圈組件44被激勵(lì)時(shí)，由于線圈產(chǎn)生的磁場，該線圈被吸引到差速器箱。線圈 組件42被固定以防止相對于差速器箱10的旋轉(zhuǎn)，但是它能朝著和遠(yuǎn)離差速器箱軸向平移。 線圈組件42的軸向平移傳遞給通過過盈配合(press fit)和重疊邊緣58固定到線圈組件 42的滑動(dòng)軸環(huán)54。被過盈配合到滑動(dòng)軸環(huán)54的內(nèi)徑上的襯套60允許差速器箱相對于滑 動(dòng)軸環(huán)54和線圈組件42旋轉(zhuǎn)。該襯套60還為滑動(dòng)軸環(huán)54和線圈組件42提供線性導(dǎo)軌， 從而允許它們軸向平移。當(dāng)線圈42被激勵(lì)時(shí)，滑動(dòng)軸環(huán)54向右直接對滾子推力軸承62和環(huán)形止推片64施 加軸向力。軸承62和止推片64設(shè)置在形成于差速器箱中的環(huán)形凹槽中。止推片64通過 在鎖環(huán)上的支柱28對鎖環(huán)26施加軸向力。這些支柱28延伸穿過腹板30中的軸向孔29， 使得鎖環(huán)26與差速器箱10 —起旋轉(zhuǎn)并且允許鎖環(huán)相對于差速器箱軸向移動(dòng)。支柱表面70 位于緊鄰止推片凸緣68的腹板30的左側(cè)。鎖環(huán)26移動(dòng)到與半軸齒輪22機(jī)械嚙合以防止該半軸齒輪旋轉(zhuǎn)。彈簧80和82緊 鄰鎖環(huán)26設(shè)置并且連續(xù)排列，以便彈簧80接觸鎖環(huán)且對鎖環(huán)施加彈力，且彈簧82通過卡 環(huán)84固定到差速器箱10并且對彈簧80施加彈力。優(yōu)選彈簧80、82是具有沿軸線12到 它們的徑向外圍的波紋(corrugation)的波狀彈簧，這些波紋由交替的放射狀的脊和槽構(gòu) 成。彈簧80、82由在彈簧之間軸向設(shè)置的平板86分隔，從而每個(gè)彈簧波紋的脊接觸該板， 由此防止彈簧的相互接觸。彈簧不斷地向左對鎖環(huán)26施加彈性軸向力，以抵抗鎖環(huán)響應(yīng)線 圈44產(chǎn)生的磁力朝向半軸齒輪22鎖定位置的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)線圈電流被去除時(shí)，彈簧80、82將鎖環(huán)26回復(fù)到分離位置。當(dāng)線圈被去激勵(lì)時(shí)， 彈簧施加的作用力足以防止在正常驅(qū)動(dòng)情況下差速器的偶然鎖定。而且，彈簧80有遠(yuǎn)低于 彈簧82的彈簧剛度，從而產(chǎn)生非線性的彈簧力曲線。該彈簧布置確保當(dāng)線圈44被激勵(lì)時(shí) 彈簧力總是小于線圈組件42施加到鎖環(huán)26的作用力。由于當(dāng)線圈44被激勵(lì)時(shí)線圈組件 42所產(chǎn)生的作用力是非線性的，因此選擇彈簧80、82以便施加到鎖環(huán)26的彈簧力的大小小 于當(dāng)被通電時(shí)線圈組件所施加的作用力。差速器8的鎖定通過電壓源、線圈44和鎖環(huán)26控制。來自應(yīng)用于線圈44的電源 例如電池的電流產(chǎn)生致動(dòng)鎖環(huán)26的磁力，使得半軸齒輪22嚙合差速器箱10。當(dāng)電子鎖被 嚙合時(shí)，線圈44通過軸流體冷卻，該軸流體將恒定電流產(chǎn)生的熱量引導(dǎo)遠(yuǎn)離該線圈。當(dāng)橫跨線圈44的末端施加電壓并且線圈溫度增加時(shí)，該線圈的電阻增加并且線 圈中的電流減小，即線圈44中的電流與其溫度成反比。因此，克服鎖環(huán)的回位彈簧80、82 產(chǎn)生的作用力所需的磁力也減小。
當(dāng)車輛靜止時(shí)，軸流體回流到油槽并且線圈44部分地浸沒在該流體中。未被浸沒的部分線圈44傳遞到周圍空氣中的熱量遠(yuǎn)少于傳遞到軸流體的熱量，使得線圈在其未被 浸沒在軸流體的表面上具有較高的溫度。當(dāng)車輛速度大于零時(shí)，整個(gè)線圈44隨著軸流體濺到并流過線圈表面而被該軸流 體冷卻。為了減小鎖定差速器8所需的電能的大小和降低線圈44的溫度，圖5示出防止線 圈44過熱的控制系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括用于驅(qū)動(dòng)差速器8的鎖環(huán)26的電子控制器102。 控制器102包括電子微處理器、計(jì)時(shí)器例如倒計(jì)時(shí)器以及包含表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)代碼的控制算 法的電子存儲(chǔ)器，該算法可以被控制器的微處理器訪問。例如被用來啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)106的蓄電池104的末端與儀表108連接，產(chǎn)生作為輸入 供給控制器102的信號(hào)110，該信號(hào)代表當(dāng)前的電池電壓。差速器8包括溫度傳感器112， 該溫度傳感器產(chǎn)生作為輸入供給控制器102的信號(hào)114，該信號(hào)代表線圈44的當(dāng)前溫度或 代表當(dāng)前線圈溫度的溫度，例如差速器外殼10中的軸流體的溫度?？刂破?02可以閉合開關(guān)122，實(shí)現(xiàn)將電池終端連接到線圈44的終端的回路。當(dāng) 線圈44被激勵(lì)時(shí)，鎖環(huán)26將半軸齒輪固定到差速器箱10，從而鎖定差速器8?？刂破?02 可以打開開關(guān)122，由此使電池終端與線圈44的終端電中斷，去激勵(lì)(deenergizing)線圈 44并允許彈簧80、82解鎖差速器機(jī)構(gòu)8。換檔桿(稱為PRNDL) 124產(chǎn)生作為輸入給控制器102的信號(hào)126，該信號(hào)代表車輛 操作者手動(dòng)選擇的變速器128的操作范圍。該范圍包括P，即停車檔；R，倒車檔；N，空檔；D， 行車檔，在其中每個(gè)前進(jìn)檔能按順序地產(chǎn)生；M1，手動(dòng)選擇第一檔的范圍；以及M2，在其中 第二檔是最高檔位的手動(dòng)選擇范圍。車速傳感器130產(chǎn)生作為輸入給控制器102的信號(hào)132，該信號(hào)代表當(dāng)前車輛速 度。點(diǎn)火開關(guān)位置傳感器134產(chǎn)生作為輸入給控制器102的信號(hào)136，該信號(hào)代表發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn) 火開關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)?？刂破?02可訪問的圖6的算法控制差速器8的操作狀態(tài)。在步驟140中，進(jìn)行 測試以確定所選擇的PRNDL位置是否在N位置或P位置。如果測試140的結(jié)果是邏輯真， 則控制返回到步驟140。如果測試140的結(jié)果是邏輯假，則在步驟142中進(jìn)行測試以確定車速是否為零。如 果測試142的結(jié)果是假，則控制返回到步驟140。如果測試142的結(jié)果是真，則在步驟142中進(jìn)行測試以確定倒計(jì)時(shí)器是否終止 (expired) 0當(dāng)測試142的結(jié)果被確定為真時(shí)，優(yōu)選將計(jì)時(shí)器設(shè)置為預(yù)先確定的計(jì)數(shù)。如果 測試144的結(jié)果是假，則控制返回到步驟140。如果測試144的結(jié)果是真，則在步驟146中通過控制器102打開開關(guān)122來解鎖 差速器8，由此防止電流從電池104流向線圈44。彈簧80、82通過鎖環(huán)26將半軸齒輪22 與箱體11分離，由此通過可感測指示器145例如儀表板上的報(bào)警燈或警報(bào)器或鐘鳴來警告 車輛操作者當(dāng)前不能鎖定差速器8。在步驟148中進(jìn)行測試以確定發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開關(guān)是否斷開。如果測試148的結(jié)果是 真，則算法的執(zhí)行在步驟150結(jié)束。如果測試148的結(jié)果是假，則在步驟152中進(jìn)行測試以確定差速器是否被解鎖。如果測試152的結(jié)果是假，則控制返回到步驟140。如果測試152的結(jié)果是真，則在步驟154中進(jìn)行測試以確定車速是否大于零。如果測試154的結(jié)果是假，則控制返回到步驟140。如果測試154的結(jié)果是真，則在步驟156中通過控制器102閉合開關(guān)122來鎖定 差速器8，由此連接從電池104到線圈44的電流。該線圈致動(dòng)鎖環(huán)26以將半軸齒輪22連 接到箱體11，由此鎖定差速器。當(dāng)車輛是靜止時(shí)，電子鎖的分離降低交流發(fā)電機(jī)和電池104上的電負(fù)荷并且防止 線圈44的過熱和其絕緣層的可能破裂。依照專利法規(guī)的條款，優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)被描述，然而，應(yīng)該注意的是與特別說明和 描述的方案不同的替換實(shí)施例也能被實(shí)施。
權(quán)利要求
一種用于控制車輛的鎖止式差速器的方法，其包括(a)如果所述車輛停止了長度等于或大于基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則使用線圈來解鎖所述差速器；以及(b)如果所述車輛運(yùn)動(dòng)或停止了小于所述基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則使用所述線圈來鎖定所述差速器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)進(jìn)一步包括 監(jiān)測所述車輛的速度；當(dāng)所述車輛速度表明所述車輛停止時(shí)，使用計(jì)時(shí)器測量所述時(shí)間段長度；以及 反復(fù)地將所述時(shí)間段長度與所述基準(zhǔn)長度作比較。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(a)進(jìn)一步包括確定換檔桿不在空檔或停車檔位置。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)進(jìn)一步包括確定點(diǎn)火開關(guān)是斷開的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)進(jìn)一步包括確定所述差速器是未鎖定的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)進(jìn)一步包括 監(jiān)測所述車輛的速度；當(dāng)所述車輛速度表明所述車輛停止時(shí)，使用計(jì)時(shí)器測量所述時(shí)間段長度；以及 不斷地將所述時(shí)間段長度與所述基準(zhǔn)長度作比較。
7.一種用于控制車輛的鎖止式差速器的方法，差速器包括電池，在被電池激勵(lì)時(shí)響應(yīng) 地產(chǎn)生磁場的線圈；用于響應(yīng)于存在和缺少磁場而鎖定和解鎖差速器的機(jī)構(gòu)，方法包括(a)如果所述車輛停止了長度等于或大于基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則使用線圈來解鎖所述 差速器；以及(b)如果所述車輛運(yùn)動(dòng)或停止了小于所述基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則使用所述線圈來鎖定 所述差速器。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(a)進(jìn)一步包括 監(jiān)測所述車輛的速度；當(dāng)所述車輛速度表明所述車輛停止時(shí)，使用計(jì)時(shí)器測量所述時(shí)間段長度；以及 反復(fù)地將所述時(shí)間段長度與所述基準(zhǔn)長度作比較。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(a)進(jìn)一步包括確定換檔桿不在空檔或停車檔位置。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(b)進(jìn)一步包括確定點(diǎn)火開關(guān)是斷開的。
全文摘要
一種用于控制車輛的鎖止式差速器的方法包括如果車輛停止了長度等于或大于基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則使用線圈來解鎖分離差速器；以及如果車輛運(yùn)動(dòng)或停止了小于基準(zhǔn)長度的時(shí)間段，則使用線圈鎖定差速器。
文檔編號(hào)F16H48/20GK101858416SQ20101015651
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者B·J·安多尼安, J·J·托雷斯, J·M·波維爾克, K·G·瓦拉加, P·梅洛希, 郭繼紅 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司