一种重型全时全驱分动器电控系统的制作方法

1.本发明属于全时全驱分动器技术领域，尤其涉及一种重型全时全驱分动器电控系统。


背景技术：

2.分动器是由齿轮组成的动力传动装置，能够将变速器输出的动力按一定的扭矩比例分配到各驱动桥，并进一步实现增速或增扭，常用于多轴驱动的车辆上。分动器输入轴直接通过万向传动装置与变速器输出轴相连，输出轴分前后两个方向，分别经万向传动装置与各驱动桥连接。
3.对于目前广泛应用于国内重型车辆的全时全驱分动器而言，其额定输入扭矩能够达到10000nm，额定转速超过2000r/min，基本功能包括可实现高、空、低三种挡位，高、低挡之间切换可以实现增速或增扭，空挡时不传递动力；其次是具有差速锁，能够同步前后输出轴转速，满足全轮驱动的功能；再者拥有至少一个取力接口，通过万向传动装置连接，以满足上装系统的取力需求。上述各功能均采用气控的方式，通过气缸推动活塞，使拔叉或啮合套动作，进而实现相对应功能。对于这种纯齿轮组合的结构，为防止齿轮啮合时打齿损坏分动器，在操作时，需确保车辆处于静止，变速器处于空挡状态。
4.对于车辆操作人员而言，为了更方便、更安全的控制分动器，目前常采用在车辆仪表台上安装分动器挡位开关、全驱开关及取力器开关，通过硬线与继电器配合，并附加一定的保护措施，控制对应的电磁阀动作。电磁阀出气口接分动器本体对应的气口，控制气口的通断气进而实现各功能。各功能的工作状态则是通过点动开关的通断信号反馈至仪表，提示驾驶员。除此之外，通过安装在分动器后输出轴尾部的车速传感器输出方波信号，连接至仪表做完处理后，才能正常显示车速。
5.分动器通过内部齿轮旋转带动齿轮油进行润滑，以保证齿轮正常运转，若油位不合适，过多或过少则会导致润滑不畅，分动器油温变高，同时又不能及时反馈给驾驶员，导致分动器处于过热状态，影响分动器使用寿命，更严重者会烧毁分动器。
6.分动器在低温环境下运行时，由于齿轮油粘滞，在进行功能切换，特别是挂取力器时，经常出现取力器齿啮合不牢靠，当变速器挂挡后，出现取力器齿轮打齿现象，直接损坏分动器。
7.采用传统的控制方式，系统结构复杂，装配难度大，不利于维修。对于操作人员而言，需要注意事项过多，无误操作保护机制，由于人员的疏忽，会导致分动器意外损坏。每个功能的控制及反馈信号只能通过硬线传递，控制方式及线束系统过于复杂，电控化程度低，不利于故障检测。对于分动器出现油位低、油温高的情况，不能及时告知驾驶员，会造成故障越来越严重，直至损坏分动器，导致车辆无法正常运行。
8.因此设计一种既能实现分动器常规功能又能实时监控分动器运行状态，并具有安全冗余措施及故障诊断机制的电控系统是解决上述问题的最有效途径。


技术实现要素：

9.为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种重型全时全驱分动器电控系统，既满足基础功能的控制需求又能实时反馈分动器运行状态，且具备安全冗余措施和故障诊断机制。
10.具体的，本发明提供一种重型全时全驱分动器电控系统，包括分动器总成、电动油泵、集成式油冷器、集成式电磁阀组、分动器挡位开关、全驱开关、取力器开关及系统控制器；
11.所述分动器总成、所述电动油泵、所述集成式电磁阀组、所述分动器挡位开关、所述全驱开关及所述取力器开关均与所述系统控制器电连接；所述集成式电磁阀组与所述分动器总成之间气路连接，所述集成式油冷器与所述分动器总成之间油路连接；
12.所述分动器总成包括输入轴转速传感器、高挡信号开关、低挡信号开关、全驱信号开关、油温传感器、输出轴转速传感器、油位传感器和取力器信号开关；
13.所述集成式电磁阀组包括高挡电磁阀、空挡电磁阀、低挡电磁阀、取力器电磁阀和全驱电磁阀；
14.当进行挡位切换、全驱控制和取力器控制时，所述系统控制器根据控制需求和所述输入轴转速传感器与所述输出轴转速传感器采集的转速大小，判断是否处于安全转速范围内；若是，则控制所述集成式电磁阀组对应的电磁阀工作；所述系统控制器同时采集所述高挡信号开关、所述低挡信号开关、所述全驱信号开关、所述取力器信号开关状态信号进行处理后，以can信号的方式发送至数字仪表；
15.当进行分动器齿轮油保护控制时，所述系统控制器采集所述油温传感器电流值做换算处理后，输出油温大小，并根据所述油温大小控制所述电动油泵转速，使齿轮油在所述集成式油冷器中充分循环，与冷却液进行热交换，形成闭环控制；
16.当进行车速信号采集处理时，所述系统控制器采集所述输出轴转速传感器频率信号，根据车辆发送的传动系数，换算实际车速；所述系统控制器根据所述输入轴转速传感器频率信号大小与分动器当前挡位状态，实时校验车速大小，将有效的车速值以can报文方式发送至数字仪表。
17.作为本发明的进一步说明，所述集成式电磁阀组还包括一路输入气源接口，所述高挡电磁阀、所述空挡电磁阀、所述低挡电磁阀、所述取力器电磁阀和所述全驱电磁阀均为电控气电磁阀；所述电控气电磁阀的输出接口分别接所述分动器总成的相应各功能(高挡、空挡、低挡、全驱、取力器)的控制气口；且所述高挡电磁阀为断电常通气电磁阀，所述空挡电磁阀、所述低挡电磁阀、所述取力器电磁阀和所述全驱电磁阀均为断电常断气电磁阀。
18.作为本发明的进一步说明，所述高挡信号开关、所述低挡信号开关、所述全驱信号开关和所述取力器信号开关均为接触式点动开关；所述分动器挡位开关具有高、空、低三个挡位，默认为高挡状态；所述全驱开关和所述取力器开关具有关闭和打开两个挡位，默认为关闭状态。
19.作为本发明的进一步说明，所述输入轴转速传感器和所述输出轴转速传感器均为高精度电磁式传感器，所述系统控制器采集所述高精度电磁式传感器频率值后转换为对应转速大小，以can信号方式发送至数字仪表。
20.作为本发明的进一步说明，所述油温传感器和所述油位传感器均为电流型传感
器，所述系统控制器采集所述电流型传感器电流值后转换为对应液位高度和温度大小，当油液高度和油温大小超出设定的安全阈值时，则将故障状态以can信号方式发送至数字仪表。
21.作为本发明的进一步说明，所述集成式油冷器包括齿轮油腔、冷却液腔和散热片，通过循环散热，实现热交换；通过所述散热片实现降温。
22.作为本发明的进一步说明，所述电动油泵为pwm电流控制方式，根据控制电流大小改变油泵转速，进而控制齿轮油流速。
23.作为本发明的进一步说明，所述系统控制器预留取力器运行模式外部选择接口，且所述外部选择接口与所述挡位开关、所述全驱开关及所述取力器开关的控制逻辑一致，所述系统控制器采集所述挡位开关、所述全驱开关及所述取力器开关状态，并通过can总线发送控制条件。
24.作为本发明的进一步说明，所述系统控制器为电子控制器，具有数字量输入、频率值输入及电流模拟输入接口；具有数字驱动接口和pwm驱动接口；具备两路can通讯接口，支持can总线刷写和标定功能，can报文满足saej1939标准。
25.作为本发明的进一步说明，当进行系统故障诊断时，所述系统控制器实时监控、判断各传感器与执行机构是否有开短路故障，输入信号值是否处于合理范围，can信号是否通讯错误及总线节点是否掉线等故障；当发生故障时，将故障代码以can报文的方式发送至数字仪表，故障诊断满足saej1939标准中dm1报文规定。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
27.与原有分动器相比，加装电控系统后，满足基础功能的同时可实时反馈运行状态，具备安全冗余措施及故障诊断机制，系统结构简单、操作便捷，方便故障维修。操作与使用过程中，能够有效防止误操作，提高了分动器使用效率，减小了分动器损坏风险。主控制器能够与车辆其它电控系统通过can总线互通互联，提高车辆整体电控化程度。
附图说明
28.图1为本发明提供的重型全时全驱分动器电控系统原理图；
29.图2为本发明提供的重型全时全驱分动器电控系统中集成式电磁阀组结构图；
30.图3为本发明提供的重型全时全驱分动器电控系统的框图。
31.附图标记说明
32.分动器总成1、输入轴转速传感器11、高挡信号开关12、低挡信号开关13、全驱信号开关14、油温传感器15、输出轴转速传感器16、油位传感器17、取力器信号开关18、电动油泵2、集成式油冷器3、集成式电磁阀组4、高挡电磁阀41、空挡电磁阀42、低挡电磁阀43、取力器电磁阀44、全驱电磁阀45、分动器挡位开关5、全驱开关6、取力器开关7、系统控制器8。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.下面将结合具体实施例对本发明的技术方案加以解释。
38.如图1-3所示，提供一种重型全时全驱分动器电控系统，包括分动器总成1、电动油泵2、集成式油冷器3、集成式电磁阀组4、分动器挡位开关5、全驱开关6、取力器开关7及系统控制器8；
39.所述分动器总成1、所述电动油泵2、所述集成式电磁阀组4、所述分动器挡位开关5、所述全驱开关6及所述取力器开关7均与所述系统控制器8电连接；所述集成式电磁阀组4与所述分动器总成1之间气路连接，所述集成式油冷器3与所述分动器总成1之间油路连接；
40.所述分动器总成1包括输入轴转速传感器11、高挡信号开关12、低挡信号开关13、全驱信号开关14、油温传感器15、输出轴转速传感器16、油位传感器17和取力器信号开关18；
41.所述集成式电磁阀组4包括高挡电磁阀41、空挡电磁阀42、低挡电磁阀43、取力器电磁阀44和全驱电磁阀45；
42.分动器总成1为传统重型大功率分动器，采用齿轮油对齿轮进行润滑，可实现高、空、低三种挡位，高、低挡之间切换可以实现增速或增扭，空挡时不传递动力；具有差速锁，能够同步前后输出轴转速，满足全轮驱动的功能；拥有至少一个取力接口，通过万向传动装置连接，满足上装系统的取力需求。各功能均采用电控气的方式，通过气缸推动活塞，使拔叉或啮合套动作，进而实现相对应功能。
43.进一步的，所述系统控制器8为电子控制器，具有数字量输入、频率值输入及电流模拟输入接口；具有数字驱动接口和pwm驱动接口；具备两路can通讯接口，支持can总线刷写和标定功能，can报文满足saej1939标准。
44.进一步的，所述集成式电磁阀组4还包括一路输入气源接口，所述高挡电磁阀41、所述空挡电磁阀42、所述低挡电磁阀43、所述取力器电磁阀44和所述全驱电磁阀45均为电控气电磁阀；所述电控气电磁阀的输出接口分别接所述分动器总成1的相应各功能(高挡、空挡、低挡、全驱、取力器)的控制气口；由于分动器长时间工作在高挡状态，为避免高挡电磁阀长时间通电过热，则所述高挡电磁阀41为断电常通气电磁阀，所述空挡电磁阀42、所述低挡电磁阀43、所述取力器电磁阀44和所述全驱电磁阀45均为断电常断气电磁阀。
45.进一步的，所述高挡信号开关12、所述低挡信号开关13、所述全驱信号开关14和所述取力器信号开关18均为接触式点动开关，功能有效时，两个触点闭合；所述分动器挡位开
关5具有高、空、低三个挡位，默认为高挡状态；所述全驱开关6和所述取力器开关7具有关闭和打开两个挡位，默认为关闭状态。
46.进一步的，所述输入轴转速传感器11和所述输出轴转速传感器16均为高精度电磁式传感器，所述系统控制器8采集所述高精度电磁式传感器频率值后转换为对应转速大小，以can信号方式发送至数字仪表。
47.进一步的，所述油温传感器15和所述油位传感器17均为电流型传感器，所述系统控制器8采集所述电流型传感器电流值后转换为对应液位高度和温度大小，当油液高度和油温大小超出设定的安全阈值时，则将故障状态以can信号方式发送至数字仪表。
48.进一步的，所述集成式油冷器3包括齿轮油腔、冷却液腔和散热片，通过循环散热，实现热交换；通过所述散热片实现降温。
49.进一步的，所述电动油泵2为pwm电流控制方式，根据控制电流大小改变油泵转速，进而控制齿轮油流速。
50.分动器电控系统主要功能实现方式：
51.分动器基础功能：当进行挡位切换、全驱控制和取力器控制时，所述系统控制器8根据控制需求和所述输入轴转速传感器11与所述输出轴转速传感器16采集的转速大小，判断是否处于安全转速范围内；若是，则控制所述集成式电磁阀组4对应的电磁阀工作；所述系统控制器8同时采集所述高挡信号开关12、所述低挡信号开关13、所述全驱信号开关14、所述取力器信号开关18状态信号进行处理后，以can信号的方式发送至数字仪表。
52.取力器多状态控制功能：由于车辆上装使用环境不同，经常出现多种运行工况，如停车取力、行车取力或定转速控制等，系统设计时，所述系统控制器8预留取力器运行模式外部选择接口，且所述外部选择接口与所述挡位开关5、所述全驱开关6及所述取力器开关7的控制逻辑一致，所述系统控制器8采集所述挡位开关5、所述全驱开关6及所述取力器开关7状态，并通过can总线发送控制条件，实现不同的工作方式。
53.分动器齿轮油保护机制：分动器齿轮油保护机制主要是防止齿轮油温过高或过低造成分动器烧毁或出现打齿现象，影响分动器使用寿命；当进行分动器齿轮油保护控制时，所述系统控制器8采集所述油温传感器15电流值做换算处理后，输出油温大小，并根据所述油温大小控制所述电动油泵2转速，使齿轮油在所述集成式油冷器3中充分循环，与冷却液进行热交换，形成闭环控制；油温过高或过低时，增大齿轮油流速，确保齿轮油处于合适的工作温度。
54.车速信号采集处理功能：车速信号采集处理主要是通过分动器电控系统向车辆仪表提供有效的车速信息；当进行车速信号采集处理时，所述系统控制器8采集所述输出轴转速传感器16频率信号，根据车辆发送的传动系数，换算实际车速；所述系统控制器8根据所述输入轴转速传感器11频率信号大小与分动器当前挡位状态，实时校验车速大小，将有效的车速值以can报文方式发送至数字仪表。
55.故障诊断功能：当进行系统故障诊断时，所述系统控制器8实时监控、判断各传感器与执行机构是否有开短路故障，输入信号值是否处于合理范围，can信号是否通讯错误及总线节点是否掉线等故障；当发生故障时，将故障代码以can报文的方式发送至数字仪表，故障诊断满足saej1939标准中dm1报文规定。
56.以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域
的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。