专利名称：液压扭矩矢量化差速器的电液控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车差速器结构的液压控制系统，该系统为车轴扭矩矢量化(vectoring)装置提供超速能力。
技术背景传统的后轮驱动机动车辆通过一个传动轴提供车轮驱动扭矩，该扭矩通过 差速器耦合到左右车轴。前轮驱动的 通过差速器耦合至皿驱动轴，由驱 动桥进行驱动。四轮驱动以及所谓的全轮驱动车辆也使用差速器驱动前、后车 轴。差速器允许在左右侧驱动轴之间(和某些应用中前后轴之间)产生车轮转 速差。差速器最早最基本的设计被称为开式差速器，因为其在两辆由间提供常 扭矩，并且不对驱动轴的相对转速进行操作控制。当驱动轮之一与具有低附着 系数(A)的路面接触，而另一车轮与具有高附着系数^的路面接触时，开式 差速器的一个为人熟知的缺陷就会产生。在这种情况下，在低附着系数^接触 表面产生的低牵引力阻止了另一车轴产生更大的扭矩。由于两车轴之间的扭矩 相对恒定，因此产生的驱动汽车起步4彌的总的牵弓l力就更少。当行驶时，尤 其是在低附着系数^或所谓的对开驱动条件下，相似的缺陷在动态工况下也会产生。开式差速器的-战局限A^周知，大量的设计方法已经被采纳用来克服这 些缺陷。 一种方法被称为锁止差速器。典型的，这些系统采用机械或液压操作 或者使用其它策略使得两驱动轴耦合在一起，并以几乎相同的速度进行转动。 结果，在litX况下，这两个车轴不会相互限制扭矩。典型的机械锁止差速器使 用一个离合器组^擦材料接触面，在车轴之间显著的速度差被检测到时将两 个车轴锁止在一起。其它系统是合并车轴之间的液力联轴节，其,一定程度的M耦合性。尽管以上所述的锁止差速系统在许多工况下提供了超越开式差速器的显著 优势，然而其仍具有很大的局限。可靠性及保修问题在许多锁止差速器设计中 将会出现。使用机 ,触面的锁止差速器容易磨损摩擦材料。锁止差速器的另一个主要缺点是它们基本上仅能提供起着减小驱动轴之间车轮^il差的作用的扭矩。而通过一个车轴到另一车轴的扭矩变换来获得一个 斜由相对于另一个群ft的皿能力是不可能的。汽车传动系统和悬架系统设计人员考虑了作用在轮胎接地部分的力来获得 期望的车辆牵引，制动，操纵和转向的行为能力。作用在轮胎接地部分的合力能够被分解为纵向与横向的矢量分量。汽车设计人员经常期望管理这些轮胎力 矢量来提供期望的操纵特性，尤其是那些有关过多转向和不足转向条件的操纵 特性。众所周知在进行圆周运动操纵时使用制动力矩来提供车轮接触矢量以防 止过多转向和不足转向状况。己知的这类电子控制制动系统有着各种名称和縮 写，包括动态稳定性控制(DSC),以及电子稳定性程序(ESP)。然而这些系统 仅仅在能量抑制(也就是说，制动)模式下工作。因此高度期望育腿过一个可 管理的对每个车轮的TO再分配系统来提供，接触面的矢量控制。上述的锁 止差速器不允许对车轮牵引力矢量的广泛控制。而差速器的设计具有高度期望 的特性，此设计通过可控条件下的扭矩矢量化允许一个车轮能够超速，换句话 说，育,比另一辅更快的驱动。 发明内容本发明涉及一种用于机动车辆的电液扭矩矢量化差速器的控制系统。本发 明的系统釆用了被差速器支座驱动的液压泵。液压马达耦合到与带有驱动轴之 —的差速器支座相连的行星齿轮副上。这一耦合连接通过差速器齿轮连接提供 了对于两W由的控制。液压马达能在两个方向上被正向驱动，以便以高度可控 的方式产生车轴间的相对速度差。在大规模生产的机动车产品中，伴随功能属 性的成本与可靠性也是基本的要求。本发明的电液控制系统利用了相对低成本 的阀体与电路元件。这些特征部分是fflil低压伺服控制液压管路的^ffl而获得 的。本发明的系统中与差速器耦合的液压马达可以由不同类型的变量泵驱动， 例如所谓的曲轴型泵，它能工作在在一个或两个旋转方向上。液压流体通过一 个电液控制换向控制阀在某一方向被llf共给马达，产生预先提到的期望控制。 液压管路也可以被用来液力地锁止液压马达，以便在需要进行这种操作时，该 系统能够在像上文提到的锁止差速器的锁止模式下工作。根据相关附图在阅读了本发明下面的详细描述之后，本发明的这些以及其^面和优点将会变得显而易见。
图1为根据本发明的一个实施例的液压扭矩矢量化系统的原理图。
具体实施方式
液压扭矩矢量化差速系统示意性地如图1所示，通常用附图标记10表示。 系统10的基本纟賊部f袍括、鹏泵12、液压马达14、差速齿IMa件16、行星 齿轮副32以及舰管路18。下面通过舰控制系统以及控制策略的描舰本发 明的基本机械特性进行阐述。如图1所示的差速器组件包括典型差速器组件的基本元件，包括齿环22, 该齿环被一个与汽车驱动轴(未示出)耦合的主动锥齿轮17驱动。齿环22与 绕该齿环旋转的差速器支座24相耦合。 一对行星齿轮26绕着安装在该支座上 的共同差速轴转动。行星齿轮26与一对边齿轮28啮合，该边齿轮依次与相关 机动，的左右，的驱动轴30以花,接皿接连接。Jd^速器16的元 件都是所谓的幵式差速器的通用元件。前轮驱动 经常1顿一个行星齿轮副 差速器。然而这些系统基本上可以像Jl^设计那样工作，并且能在本发明中使 用。行星齿轮副32与差速器16机 ￡接用来提,据本发明的扭矩矢量化与 M能力。基本上，行星齿轮副32肖嫩产生一个可控变量比，t几械耦合在驱动 轴30之一与差速器支座24之间。由于差速器16中各元件的机,接，这种连 接能够完全控制全部两个驱动轴30的相对3M。行星齿轮副32包括一对行星 齿轮支架34与36，两者分别与差速器支座24以及驱动轴30之一连接。分别的， 与行星架34和36连接的行星齿轮副38和40与共同的齿环42相啮合。行星齿 轮38与太阳轮44相啮合，该太阳轮固定，速器结构上，不能转动。但是太 阳轮46与驱动齿轮48耦合，该驱动齿,过一组齿轮50, 52和54与液压马 达14的输出轴啮合，用于提糊f星齿轮副32和、EE马达14之间的要求的M 与扭矩耦合。由于太阳轮44固定，以及太阳轮46的旋转,液压马达14的操 作被控制，因此对于差速器支座24与驱动轴30之间的相对皿能提供完全的 控制。正如前文所提到的，这提供了对于两个驱动轴30之间相对速度的控制。 一组啮合齿轮53、 55、 56和58引起了J131^速器支座24的旋转驱动的液压泵 12的输入轴60的转动。结果，无论差速器支座的转动何时发生，泵12就会转动。在本发明的一个实施例里，液压泵12优选为一个所谓的曲轴型液压泵，它 包括许多与一个驱动盘耦合的往复运动的活塞。ffi51改变缸体与驱动盘盘面之 间的轴的角度，提供马达14的可变容积液压输出。因此，当不需要扭矩矢量化 或锁止功能时，泵可以被设为零容量或接近零容量，用来降低与泵相关的泵液 损失。液压泵12包括一个与先导调节阀70流体连通的第一液压泵接头68。先导 调节阀70包括一个提供流入液压马达14的流量的调节阀输出端72。先导调节 阀70皿一刊氏压输出端88控制对于控制线圈供给/润滑管路71的压力。如果 在保持对润滑管路71的充分压力之后仍然有额外的流量可用，调节阀70将完 全打开与第一液压泵接头68和液压马达14连接的端口 。如果低压输出端88没 有被提供最小的压力，阀将截断流入调节阀输出端72的流体，以及将所有来自 液压泵12的流淋专向润滑管路71 。调节阀输出端72与定向流动阀74相连接。 定向流动阀74包括第一和第二流量状态。在第一流量状态下，调节阀输出端72 连接到第一液压马达接头76。来自第一液压马达接头76,流过液压马达14并 驱动流入第二液压马达接头78的液压流体的压力在第一方向驱动齿轮54，由此 提供扭矩给差速器组件和驱动轴30。第二液压马达接头78与定向流动阀74流体连通，从而将第二液压马达接 头78与第二液压泵接头80相连接，以此完皿压管路到液压泵12的回馈。在定向流动阀74的第二流量状态下，调节阀输出端72与第二液压马达接 头78连接，并且第一ffi马达接头76与接头80，即魏吸端口连接。因此， 定向流动阀74有选择地将M:液压马达14的流动反向，引起齿轮54在第二方 向，即第一方向的反方向被驱动。一个作动器，例如电马达82，与液压泵12机^^接，被配置用于控制液 压泵12通过排量调节来调节泵的输出压力。 一个压力传感器84与第一液压泵 接头68流体 ，被配置用来基于测量的系统压力产生对于电马达82的控制 信号。因此，产生一个电子反馈环用来调节瓶压泵12提供的输出流量。在这种 情况下，电马达82可以被用来增加液压管路中的压力，从而增加或减少( 流体流向)至IJ一个车轴的扭矩，这将导致其中一个车轮的鹏或^I度，例如 在转向工况下通过雜扭矩矢量化提供舰的操纵和糊控制性能。8在典型工况下，期望在一个开式差速器模式下操纵差速器组件。因此，一个主动差动阀86被提供为与液压马达14并联。当该阀处于主动状态，没有流 体被允许Mil主动差动阀86，来自调节阀输出端72的全部流体都与液压马达 14连接。有选择地，当主动差动阀86处于一个旁通状态，主动差动阀86连接 第一液压马达接头76至第二液压马达接头78，旁通液压马达14。在该旁通状 态，、鹏泵12被允许在没有、鹏马达阻力的斜牛下惯性运行，从而引起差速器 组fW为一个开式差速器工作。调节阀70也包括一刊氐压输出端88，其被配置用来驱动一个流体控制管 路。一刊氏压输出端88可以对控制线圈提供远少于舰^E马达14鄉的扭 矩矢量化压力的低压。例如，控制线圈的压力可能在约50和500 PSI之间，以 及在许多情况下约少于200 PSI，如例子示出的100 PSI。低压输出端88与一个 定向流量电磁阀92连接，该电磁阀被配置用来激励第一流量状态和第二流量状 态之间的定向流动阀74的线圈绕组。相似的，低压输出端88也与一个主动差 动电磁阀90流体超虽，其被配置用来激励主动状态和旁通状态间的主动差动阀 86。因此，定向流量电磁阀92，主动差动电磁阀90，以及低压传繊84和电 马达82舰以与控制器94电连接。控制器94被配置用絲于车辆鹏矢量化 的需求操纵电磁阀90， 92和电马达82。控伟幡94也可以与其它糊系统连接， 基于从其它车辆子系统获取的信息，包括车轮速度，节气门位置，横向加速度 和方向盘转角来操纵电马达82、定向流量电磁阀74和主动差动电磁阀86。正如本领域技术人员所意识到的，上述叙述被作为本发明理论具体实施的 一个例证。这一叙述并不试图限制本发明的应用与范围，在本发明的应用与范 围内，只要不偏离本发明的主旨，本发明容许进行调整、改变以及发生变化， 正如以下权利要求所限制的一样。
权利要求
1.一种扭矩矢量化系统(10)，用于控制通过传动系统到机动车车轮的一对驱动轴(30、32)的扭矩传递，该扭矩矢量化系统包括液压泵(12)，该液压泵与差速器组件(16)连接，被配置为受到差速器组件(16)驱动；液压马达(14)，该液压马达与差速器组件(16)连接，用来控制到一对驱动轴(30、32)的驱动扭矩的传递；液压泵接头(68)，与该液压泵(12)流体连通；液压马达接头(76)，与该液压马达(14)流体连通；其中该液压泵接头(68)与该液压马达接头(76)通过调节阀(70)相连接，该调节阀(70)具有与该液压马达接头(76)连接的第一调节阀输出端(72)和第二调节阀输出端，该调节阀被配置为如果通过调节阀先导输出端(88)的第二流体的压力在最小值以上，则允许该液压泵接头(68)与该第一调节阀输出端(72)之间的第一流体来供应液压马达(14)。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与液压马达接头(76) 连接的主动差动阀(86)，该主动差动阀被配置为有选择地旁通液压马达(14)。
3. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，还包括定向流动阀(74)，其 被配置为有选择地使得流过、EE马达04)的流动反向。
4. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述调节阀先导输出端(88)被配置用来为阀控制管^il供低压流体。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述低压显著低于扭矩矢量化 所需的压力。
6. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，阀控制管路包括被配置用来操 纵定向流动阀(74)的电磁阀(92)，该定向流动阀(74)被配置用来使得流过 液压马达(14)的流动反向。
7. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，阀控制管路包括被配置用来操 纵主动差动阀(86)的电磁阀(90),该主动差动阀(86)被配置用来旁通、m 马达(14)。
8. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述调节阀先导输出端(88)提供到润滑管路(71)的第二流体。
9. 一种扭矩矢量化系统，用于控制通过传动系统到机动车车轮的一对驱 动轴(30、 32)的扭矩传递，该扭矩矢量化系统包括液压泵(12)，该液压泵与差速器组件(16)连接，被配置为受到差速器组 件(16)驱动；、ffi马达(14)，该液压马达与差速器组件(16)连接，用来控制分配到此 对驱动轴(30、 32)的矢量扭矩的方向和幅值；第一Mffi泵接头(68)，与该液压泵(12)流体,；第一液压马达接头(76)，与该液压马达(14)流体3iil;电马达(82)，其被配置用来调节所述液压泵(12)的排量，从而控制液压 泵的输出；以及与电马达(82)连接的压力传感器(84)，其被配置用来为所述电马达(82 )提供控制言号，从而调节液压泵输出(12)。
10. 如权禾腰求9所述的系统，其特征在于，所腿力传感器(84)被配 置用来感知所述液压泵(12)与调节阀(70)之间的泵输出压力。
11. 如权禾腰求9所述的系统，其特征在于，所述第一鹏泵接头(68) 与调节阀(70)相连接，以及还包括与调节阀(70)连接的主动差动阀(86)， 该主动差动阀被配置用来有选择地引导从调节阀输出端(72)到液压马达(14) 旁边的液压泵(12)的流体流向，从而旁通该液压马达(14)。
12. 如权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括定向流动阀(74)，其 被配置为M;将第一液压泵接头(68)连接到所述第一液压马达接头(76)或 有选择M过将第一液压泵接头(68)连接到第二液压马达接头(78)的方式 来有选择地使得流过、液压马达04)的流动反向。
13. 如权禾頓求9所述的系统，其特征在于，所述调节阀先导输出端(88) 被配置用来提供到阀控制管路的低压流体。
14. 如权禾腰求13所述的系统，其特征在于,所述低压流体压力约为50-500PSI。
15. 如权利要求13所述的系统，其特征在于，阀控制管路包括被配置用来 操纵定向流动阀(74)的电磁阀(92)，该定向流动阀(74)被配置用来使3Iil 液压马达(14)的流动反向。
16. 如权禾腰求13所述的系统，其特征在于，阀控制管路包括被配置用来 操纵主动差动阀(86)的电磁阀(90)，该主动差动阀(86)被配置用来旁通液 压马达(14)。
17. —种扭矩矢量化系统，用于控制传递到通过传动系统到机动车车轮 的--对驱动轴(30、 32)的扭矩差的方向和幅值，该扭矩矢量化系统包括液压泵(12)，该液压泵与差速器组件(16)连接，被配置为受到差速器组 件(16)驱动；、鹏马达(14)，该、舰马达与差速器组件(16)连接，用来控伟吩配到此 对驱动轴G0、 32)的矢量扭矩的方向和幅值；第一,泵接头(68)，与该、EE泵(12)流体 ;第一和第二液压马达接头(76、 78)，其中^h接头都与该、ffi马达(14) 流体M;以及主动差动阀(86),其被配置用来有选择地旁通液压马达(14)。
18. 如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述主动差动阀(86)与第 一和第二液压马达接头(76、 78)连接，从而旁通液压马达(14)。
19. 一种扭矩矢量化系统(10)，用于控制通过传动系统到机动车车轮的 一对驱动轴(30、 32)的扭矩传递，该扭矩矢量化系统包括液压泵(12)，该液压泵与差速器组件(16)连接，被配置为受到差速器组 件(16)驱动；^E马达(14)，该液压马达与差速器组件(16)连接，用来控制分配到此 对驱动轴(30、 32)的^S扭矩的方向和幅值；第一Mffi泵接头(68),与该液压泵(12)流体3S1; 第一和第二液压马达接头(76、 78),其中#^接头都与该液压马达(14) 流体,；以及定向流动阀(74)，其被配置用来有选择地使得流过该液压马达(14)的流 动反向。
20. 如权利要求19所述的系统，其特征在于，定向流动阀(74)有选择地 将第一液压马达接头(76)连接至该第一液压泵接头(68)或将第二液压马达 接头(78)连接至该第一,泵接头(68),从而有选择地使得 :所述液压马 达(14)的流动反向。
全文摘要
本发明涉及一种液压扭矩矢量化差速器的电液控制系统，该扭矩矢量化系统用于控制通过传动系统到机动车车轮的一对驱动轴(30、32)的扭矩传递。该扭矩矢量化系统包括液压泵(12)和液压马达(14)。液压泵(12)接头与液压泵(12)相连，液压马达(14)接头与液压马达(14)相连。
文档编号F16H48/20GK101629622SQ20081021478
公开日2010年1月20日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者E·C·桑斯特伦, R·凯勒 申请人:博格华纳公司