专利名称：锁止式差速器的控制方法
锁止式差速器的控制方法技术领域
本发明总体上涉及向机动车辆车轮传递旋转动力的差速机构的控制方法。
技术背景
在一些情况下，由控制模块控制，连接至电压源的电磁线圈驱动接合的电子锁止 式差速器(ELD)将半轴齿轮连接至差速器壳体。
驱动轮为通过电子锁止式差速器连接的车轮。当电子锁止式差速器激活时，其防 止驱动轮之间的相对运动并将发动机燃烧扭矩(乘上变速器和车轴扭矩比)传递至车轮。 在大部分情况下，由于电子锁止式差速器接合，在表面摩擦系数最大、轮胎表面积最大和车 辆总重最大的表面上，最大车轴输入扭矩(AIT)受到车轮打滑扭矩的限制。
当驱动轮之间由于在光滑路面上的牵引力损失而发生打滑时，电子锁止式差速器 的接合产生的最大可用牵引力，而开式差速器将产生大小为摩擦系数较低的车轮上的两倍 的总牵引力。
ELD功能包括在启动/关闭状态、接合/分离状态、或向摩擦系数较高的驱动轮传 递更高百分比可用扭矩(类似于限滑差速器偏置比)的断续状态之间改变。
可手动控制ELD的启动/关闭功能，例如通过改变由线束连接至控制模块的驱动 开关的状态。
在机动车辆工业中需要一种能够主动或自动控制电子锁止式差速器功能的控制 策略，从而消除对任何手动驱动和连接驱动器输入和控制器的电线的需要。发明内容
本发明公开了一种控制机动车辆锁止式差速器的方法，包括如果车速小于参考速 度、且由车轮打滑而引起的轮速差大于参考速度，则锁止差速器；并且如果车速高于车速参 考速度且所述轮速差小于轮速差参考速度，则解锁差速器并防止其接合。
本发明还公开了一种控制机动车辆锁止式差速器的方法，包含下列步骤(1)如 果车速小于车速参考速度、由车轮打滑而引起的轮速差大于轮速差参考速度、且方向盘从 中央位置的角偏移小于参考角度，则锁止差速器；以及(2)如果车速大于车速参考速度且 所述轮速差小于轮速差参考速度，则解锁差速器并防止其接合。
本发明还公开了一种控制机动车辆锁止式差速器的方法，包含下列步骤(1)如 果车速小于车速参考速度、且由车轮打滑而引起的轮速差大于轮速差参考速度，则锁止差 速器；以及(2)如果车速大于车速参考速度、方向盘从中央位置的角偏移大于参考角度、且 所述轮速差小于轮速差参考速度，则解锁差速器并防止其接合。
自动控制的电子锁止式差速器不再需要手控开关以及开关与控制器之间电线，从 而降低了成本并减少了差速器系统的重量和复杂性。
另外，自动启动的差速器系统适合更广泛的用户群，例如全轮驱动(AWD)车辆驾 驶员以及4x4车辆驾驶员。3
由于集成在车辆防抱死制动系统(ABQ中，对ELD的主动电子控制十分精确。可 开发出控制策略和算法以避免手动驱动的差速器系统中固有的许多错误状态，从而改善质 量、客户满意度，并降低保修成本。
该控制防止出现错误状态，包括(1)当轮速差过高时接合差速器，在其它情况下 这会导致令人生厌的撞击声；( 当车辆横摆率过高时分离差速器，这会破坏车辆稳定性； 以及( 高速路车速下误接合差速器。
根据具体实施方式
、权利要求和附图，本发明实施例的应用范围将变得显而易见。 应理解尽管描述和具体事例指示了本发明的优选实施例，其仅作为说明而给出。对所描述 的实施例和示例的多种改变和修改对本领域技术人员是显而易见的。
通过结合附图参考具体描述，本发明将更易理解。其中
图1为根据本发明的差速机构的横截面立体图。
图2为锁止环的立体图。
图3为图2的锁止环的侧视图。
图4为壳体的立体图。
图5为机动车辆动力系的示意图，显示了用于控制锁止式差速器的传感器。
图6为用于控制锁止式差速器状态的算法的逻辑流程图。
具体实施方式
首先参考图1，差速器机构8包括支撑在固定壳体(未显示)上绕横轴12旋转的 差速器壳体10，其优选地为铸铁或钢。在凸缘11上的连接孔处固定至壳体的盆形齿轮驱动 壳体10通过变速器或变速箱的输出绕轴12旋转。
壳体10设置有内部腔室14，其包括小伞齿轮16、与小齿轮匹配并可驱动地连接至 右输出轴20 (其从壳体10延伸至车辆驱动轮)的右半轴齿轮18、与小齿轮匹配并可驱动地 连接至左输出轴(未显示，其从壳体10延伸至左侧驱动轮)的左半轴齿轮22。小齿轮16 均通过销M固定至旋转壳体10，这样小齿轮16绕与轴线12垂直的销M的轴线旋转，而小 齿轮和销M绕轴线12旋转。
锁止环沈也位于壳体10中，其固定至壳体，这样其绕轴线12旋转并相对于壳体 沿轴线轴向移动。图2、3、9显示了环沈成型有3个支柱观，每个支柱均轴向延伸穿过成型 在壳体10中的连接板30中的孔；面向连接板30的平坦表面32 ；以及在锁止环与表面32 轴向相反的侧面上绕轴线12交替设置的一系列接合齿34和间隔36。接合齿和间隔相邻并 面向半轴齿轮22。
图4显示了半轴齿轮22成型有绕轴线12角向交替设置的一系列接合齿38和间隔 40，其位于与锁止环沈的接合齿34和间隔36相邻的轴向外表面上。半轴齿轮22和锁止环 26的接合齿和间隔互补，这样在锁止环朝向半轴齿轮移动及移动离开半轴齿轮时它们可接 合及分离。锁止环26通常不与半轴齿轮22接合，并允许半轴齿轮相对于差速器壳体10和 锁止环旋转，从而产生未锁止或分离状态。当驱动锁止环沈与半轴齿轮22接合时，它们的 接合齿和间隔啮合，从而将半轴齿轮可驱动地连接至锁止环和壳体10，防止半轴齿轮相对于壳体和锁止环旋转，并产生锁止或接合状态。
图1显示了在腔室14外部支撑在壳体10上的励磁线圈总成42。励磁线圈总成 42包括电磁线圈，其在通以电流时产生磁场。励磁线圈总成通过支架52固定至壳体，支架 52防止励磁线圈总成42及其线圈旋转。磁场在线圈总成42上产生轴向力，其大小随着线 圈总成和壳体10之间气隙的宽度改变。
当线圈通电时，其由于线圈产生的磁场而被吸引向差速器壳体。固定线圈总成42 以防止相对于差速器壳体10旋转，但其可转化为朝向以及离开差速器壳体轴向移动。线 圈总成42的轴向移动被传递至滑动轴环M，其通过压装及重叠边缘58被固定至线圈总成 42。压装在滑动轴环M内径上的轴衬60允许壳体相对于滑动轴环M和线圈总成42旋转。 轴衬60还为滑动轴环60和线圈总成42提供了线性引导，允许其轴向移动。
当线圈通电时，滑动轴环M向止推滚柱轴承62和止推板或止推垫圈64施加向右 侧的轴向力。轴承62和止推板64位于成型在壳体中的环形凹槽中。止推板64通过锁止 环上的支柱观对锁止环26施加轴向力。止推板64为环形。支柱观延伸穿过连接板30 中的轴向孔，导致锁止环26与壳体10 —起旋转并允许锁止环相对于壳体轴向移动。支柱 表面70位于连接板30的左侧临近止推板突起处。
锁止环沈移动与半轴齿轮22机械接合以防止半轴齿轮旋转。弹簧80、82与锁止 环沈相邻并串联设置，这样弹簧80与锁止环接触并对其施加回弹力，且弹簧82通过扣环 84固定至壳体10并向弹簧80施加回弹力。优选地，弹簧80、82为具有从轴线12向其外径 周边的径向波纹的波形弹簧，波纹成型有交替的径向脊和槽。弹簧80、82被轴向位于弹簧 之间的平板86隔断，这样各个弹簧波纹的脊接触平板，从而防止弹簧互相接触。弹簧持续 向左对锁止环沈施加轴向回弹力，以抵抗锁止环响应于线圈产生的磁性力朝向与半轴齿 轮22的锁止位置移动。当去除线圈电流时，弹簧80、82使锁止环沈返回分离位置。正常 驾驶工况期间线圈未通电时，弹簧施加的力足以防止差速器误锁止。另外，弹簧80的弹性 系数比弹簧82低得多，从而得到非线性的弹力曲线。弹簧设置确保当线圈充能时弹力总是 低于在线圈通电时由线圈总成42施加至锁止环沈的力。由于当线圈通电时线圈总成42 产生的力为非线性的，选择弹簧80、82使得在线圈通电时施加至锁止环沈的弹力大小小于 线圈总成施加的力。
斜面90成型在线圈总成42的外径附近，且平行的斜面92成型在差速器壳体10 上与线圈总成上的斜面相邻处。当线圈通电时，线圈与差速器壳体10之间必须有间隙使得 线圈不会接触旋转的差速器壳体。通过接合状态中差速器壳体连接板和止推板表面之间的 测量值确定该间隙。该间隙必须小于处于分离状态中的线圈42和差速器壳体10之间的间 隙。
为了自动控制差速器机构8的启动/关闭(即接合/分离)功能，使用多种车辆 传感器产生代表轮转、发动机扭矩、车速、方向盘角度、发动机节气门位置、和车辆的横摆加 速度(例如当车辆沿曲线行驶或转弯时所发生的)的电子信号。控制算法分析性预测了由 驱动轮中的一个与路面摩擦接触的差异所引起的轮速差。该控制结合电子锁止式差速器8 以增加车轮的摩擦接触。
图5显示了位于机动车辆100的动力系98中的传感器。动力系包括运转地安装 在前桥104上的一对前轮102和运转地安装在后桥108上的一对后轮106。前桥104通过前部轮间开式差速器运转地连接至前驱动轴110并从其接收扭矩和动力。后桥108通过后 部轮间电子锁止式差速器8运转地连接至后驱动轴114并从其接收扭矩和动力。
前后驱动轴110、114通过变速箱118选择性地接收由发动机116产生的扭矩和动 力。发动机116产生的扭矩和动力通过连接至变速器122的输入轴120传输至变速箱118。 后驱动轴114连接至变速器122并持续从输入轴120接收扭矩。变速箱118包括传统电磁 式离合器总成124，其选择性地向前驱动轴110传递扭矩。
传统微控制器1 可访问电子存储器128并在存储的程序控制下运转。控制器126 电连接、物理连接、并可通信地连接至后轮转速传感器132、前轮转速传感器134、发动机节 气门位置传感器136、车速传感器138、横摆率传感器140、车辆横向加速度传感器141、以及 方向盘角度传感器142。控制器1 接收传感器产生的信号、处理接收到的信号以根据执行 控制算法来确定差速器机构8的所需状态。
存储器1 为常规存储器单元(包括永久存储器和暂时存储器)并存储至少一部 分引导控制器1 运转的操作软件。另外，存储器1 适合选择性地存储其它类型的数据 或信息，包括与车辆100的运转相关的信息。
如下文将更为完整地讨论的，这种数据的示例包括但不限于关于驱动轴104、108 转速的数据、关于驱动轴转速差(称为“轴速差”)的数据、以及发动机运转数据。存储器 128还存储多种数学常量和参考值或阈值，可选择性地利用其计算控制输出信号、当前和过 去的控制信号输出值、以及其它可能的输出值。优选地，这些值保存在一个或多个存储于存 储器128中的矩阵或数据库表中。
如对本领域技术人员显而易见的，控制器1 和存储器128实际上可包含多种可 商购、常见、不同的芯片或装置，其以合作方式运转地且可通信地连接。
传感器132、134、136、138、140和142包含常见的可商购传感器，其分别测量转速、 扭矩、和加速度，且其分别产生表示这些测量值的每一个的信号并将其传递至控制器126。 应了解，传感器可包括滤波和/或处理装置或电路(例如低通、高通和/或带通滤波器)，其 在将测量的或感应的数据发送至控制器126之前对这些数据进行滤波和/或处理。
图6为说明了控制锁止式差速器8的状态的算法的逻辑图。在步骤150处进行测 试以确定车速(VS)是否小于参考值VS’，其优选地为大约30mph。
如果测试150的结果为逻辑否，则控制前进至步骤162，在该处通过控制器1 断 开线圈42和电源之间的电连接来分离差速器8或防止其接合。
如果测试150的结果为逻辑真，则在步骤IM处使用方向盘角度传感器142和横 摆加速度传感器140确定车辆100是否在转向或转弯。如果横摆率高于参考横摆率，控制 前进至步骤162，在该处分离差速器8并防止其接合。步骤162还可包括确定(1)方向盘从 中央位置偏移大于参考偏移角度；以及( 车辆100的横向加速度高于参考车辆横向加速 度，该参考车辆横向加速度优选为大约0. lg。
在步骤IM处，控制器1 使用4个轮速传感器132、134确定由车轮打滑而引起 的轮速差的大小。步骤IM还可包括确定(1)方向盘从中央位置偏移小于参考偏移角度； 以及( 发动机节气门位置超过参考节气门位置。可接受的参考方向盘角度(SWA)为大约 2度。可接受的参考发动机节气门偏移量的范围为较少至中等节气门偏移量，即大约最大节 气门偏移量范围的25%。可接受的参考横摆率为大约0. 2度/秒。
在步骤156处进行测试以确定由车轮打滑引起的轮速差是否高于参考轮速差，该 参考轮速差优选为大约6rpm。如果测试156的结果为逻辑否，指示由打滑引起的轮速差较 低，控制前进至步骤152，在该处差速器8分离并防止其接合。
如果测试156的结果为是，则在步骤158处控制器126自动驱动防抱死制动系统 以控制由车轮打滑而引起的轮速差和发动机燃烧扭矩。
在步骤160处，控制器1 通过将电源电连接至励磁线圈42来锁止差速器8。
根据专利相关法规，已经描述了优选实施例。然而，应注意，可采用与具体说明并 描述的不同的方式实施替代实施例。
权利要求
1.一种控制机动车辆的锁止式差速器的方法，包含下列步骤(1)如果车速小于参考速度且由车轮打滑而引起的轮速差大于参考速度，则锁止所述 差速器；以及(2)如果车速大于所述参考速度且所述轮速差小于参考速度，则解锁所述差速器并防 止其接合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)进一步包含确定车辆横摆加速度 小于参考加速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)进一步包含确定方向盘从中央位 置的偏移角度小于参考角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)进一步包含确定发动机节气门偏 移量大于参考偏移量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤( 进一步包含确定方向盘从中央位 置的偏移角度大于参考角度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤( 进一步包含确定车辆横向加速度 大于参考横向加速度。
全文摘要
本发明公开了一种控制机动车辆锁止式差速器的方法，包括如果车速小于参考速度且由车轮打滑而引起的轮速差大于参考速度，则锁止差速器；如果车速大于参考速度且所述轮速差小于参考速度，则解锁差速器并防止其接合。本发明的方法减少了成本并降低了差速器系统的重量和复杂性。
文档编号F16H48/20GK102032336SQ201010241659
公开日2011年4月27日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年10月1日
发明者布莱恩·J·安多尼安, 约瑟·J·托雷斯, 肯尼思·G·威里伽, 雅各布·M·珀威克 申请人:福特全球技术公司