ЭЛЕКТРОННО-БЛОКИРУЕМЫЙ КУЛАЧКОВЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ, ИМЕЮЩИЙ МЕХАНИЗМ ОБНАРУЖЕНИЯ БЛОКИРОВКИ
ELECTRONICALLY LOCKED CAM DIFFERENTIAL WITH LOCK DETECTION MECHANISM

Перекрестные ссылки на смежные заявки
В настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/893,879, поданной 30 августа 2019 г. Описание указанной выше заявки включено в настоящий документ путем ссылки.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится по существу к узлам зубчатой передачи дифференциала, а более конкретно — к электронно блокируемому кулачковому дифференциалу с механизмом обнаружения блокировки.
Предпосылки создания изобретения
В мосте в сборе может быть предусмотрен зубчатый механизм дифференциала, который используют для передачи крутящего момента от приводного вала на пару выходных валов. Приводной вал может приводить в движение дифференциал с помощью конической шестерни, входящей в зацепление с кольцевой шестерней, установленной на корпусе дифференциала. В автомобильной технике дифференциал позволяет шинам, установленным на обоих концах моста в сборе, вращаться с разными скоростями. Это важно, когда транспортное средство поворачивает, поскольку внешняя шина перемещается по дуге большей длины, чем внутренняя шина. Таким образом, внешняя шина должна вращаться с более высокой скоростью, чем внутренняя, чтобы компенсировать большее расстояние перемещения. Дифференциал включает в себя корпус дифференциала и зубчатый механизм, позволяющий передавать крутящий момент от приводного вала к выходным валам, одновременно обеспечивая при необходимости возможность вращения выходных валов с разными скоростями. Зубчатый механизм может по существу включать в себя пару полуосевых шестерен, установленных для вращения вместе с соответствующими выходными валами. Ряд поперечных штифтов или валов сателлитов неподвижно установлен на корпусе дифференциала для вращения вместе с ним. Соответствующее множество сателлитов установлены для вращения с валами сателлитов и находится в зубчатом зацеплении с обеими полуосевыми шестернями.
Некоторые зубчатые механизмы дифференциала включают в себя дифференциалы с изменением силы сцепления с дорогой, такие как механизмы, обеспечивающие функцию блокировки. Блокируемые дифференциалы включают в себя какой-либо механизм блокировки для предотвращения вращения одной из полуосевых шестерен относительно корпуса передач, при этом зацепление блокирующего механизма приводится в действие каким-либо приводным механизмом. Только в качестве примера приводной механизм может включать в себя наклонный шаровой механизм, в котором вращение поворотной пластины замедляется относительно шестерней дифференциала, и это инициирует наклон в ответ на передачу сигнала на электромагнитную катушку, расположенную рядом с поворотной пластиной. Другие конфигурации являются непосредственно действующими и предусматривают использование зубчатой муфты, которая перемещается для вхождения в зацепление с полуосевой шестерней при нажатии стержней, перемещаемых посредством перемещения диска при подаче напряжения на катушку. Таким образом, доступны множество конфигураций. Примеры блокируемых дифференциалов вышеописанного типа приведены в патентах США № 6,083,134 и 6,551,209, оба из которых переуступлены правопреемнику настоящего изобретения и включены в настоящий документ путем ссылки.
Приведенное в настоящем документе описание предпосылок создания изобретения предназначено для общего представления контекста описания. Работа упомянутых в данном контексте авторов изобретения, в объеме, описанном в настоящем разделе предпосылок создания изобретения, а также в аспектах описания, которые могут не быть отнесены к предыдущему уровню техники на момент подачи заявки, не должна прямо или косвенно противопоставляться в качестве предшествующего уровня техники настоящему изобретению.
Изложение сущности изобретения
Узел электронно блокируемого дифференциала в соответствии с настоящим изобретением включает в себя корпус дифференциала, первую и вторую полуосевые шестерни, механизм включения блокировки, первое и второе колеса датчика оборотов, первый и второй датчики блокировки и контроллер. Корпус дифференциала образует первое и второе отверстия выходных валов, которые расположены соосно вдоль оси вращения корпуса дифференциала. Первая и вторая полуосевые шестерни установлены с возможностью вращения внутри корпуса дифференциала. Первая и вторая полуосевые шестерни расположены соосно вдоль оси вращения корпуса дифференциала. Первая полуосевая шестерня обеспечивает первое передающее крутящий момент соединение с первым выходным валом. Вторая полуосевая шестерня обеспечивает второе передающее крутящий момент соединение со вторым выходным валом. Механизм включения блокировки включает в себя поворотную пластину, которая избирательно перемещается между заблокированным состоянием, в котором полуосевые шестерни зафиксированы для одновременного вращения, и незаблокированным состоянием, в котором полуосевые шестерни вращаются относительно друг друга. Первое колесо датчика оборотов имеет первое множество зубьев, образованных на корпусе дифференциала. Второе колесо датчика оборотов имеет второе множество зубьев, образованных на поворотной пластине. Первый датчик блокировки регистрирует положение первого множества зубьев. Второй датчик блокировки регистрирует положение второго множества зубьев. Контроллер определяет, находится ли механизм включения блокировки в заблокированном или незаблокированном состоянии, на основе соответствующих положений первого и второго множества зубьев.
Кроме того, механизм включения блокировки дополнительно содержит толкатели, соответствующим образом расположенные в углублениях поворотной пластины. Первое множество зубьев образовано как единое целое с корпусом дифференциала. Второе множество зубьев образовано как единое целое с поворотной пластиной. Первый датчик блокировки неподвижно размещен вблизи корпуса дифференциала. Второй датчик блокировки неподвижно размещен вблизи поворотной пластины. Первая и вторая полуосевые шестерни находятся во взаимном зацеплении с сателлитами, образуя механизм передачи крутящего момента, выполненный с возможностью передачи крутящего момента от сателлитов к первой и второй полуосевым шестерням для приведения первой и второй полуосевых шестерен во вращение вокруг оси вращения. Механизм передачи крутящего момента также может быть выполнен с возможностью обеспечения вращения первой и второй полуосевых шестерен с различными скоростями вращения относительно друг друга вокруг оси вращения в незаблокированном состоянии.
Узел электронно блокируемого дифференциала, сконструированный в соответствии с дополнительными признаками настоящей заявки, включает в себя корпус дифференциала, первую и вторую полуосевые шестерни, механизм включения блокировки, первый датчик, второй датчик и контроллер. Корпус дифференциала образует первое и второе отверстия выходных валов, которые расположены соосно вдоль оси вращения корпуса дифференциала. Корпус дифференциала может содержать первое множество зубьев, образованных по окружности его внешней поверхности. Первая и вторая полуосевые шестерни установлены с возможностью вращения внутри корпуса дифференциала. Первая и вторая полуосевые шестерни расположены соосно вдоль оси вращения корпуса дифференциала. Первая полуосевая шестерня обеспечивает первое передающее крутящий момент соединение с первым выходным валом. Вторая полуосевая шестерня обеспечивает второе передающее крутящий момент соединение со вторым выходным валом. Механизм включения блокировки включает в себя поворотную пластину, которая избирательно перемещается между заблокированным состоянием, в котором полуосевые шестерни зафиксированы для одновременного вращения, и незаблокированным состоянием, в котором полуосевые шестерни вращаются относительно друг друга. Поворотная пластина содержит второе множество зубьев, образованных по окружности ее внешней поверхности. Первый датчик регистрирует положение вращения первого множества зубьев. Второй датчик регистрирует положение вращения второго множества зубьев. Контроллер определяет, находится ли механизм включения блокировки в заблокированном или незаблокированном состоянии, на основе соответствующих положений первого и второго множества зубьев. Контроллер выводит сигнал на основе определения.
Кроме того, механизм включения блокировки дополнительно содержит толкатели, соответствующим образом расположенные в углублениях поворотной пластины. Первый датчик блокировки неподвижно размещен вблизи корпуса дифференциала. Второй датчик блокировки неподвижно размещен вблизи поворотной пластины. Первое множество зубьев образовано как единое целое с корпусом дифференциала. Второе множество зубьев образовано как единое целое с поворотной пластиной. Первая и вторая полуосевые шестерни находятся во взаимном зацеплении с сателлитами, образуя механизм передачи крутящего момента, выполненный с возможностью передачи крутящего момента от сателлитов к первой и второй полуосевым шестерням для приведения первой и второй полуосевых шестерен во вращение вокруг оси вращения. Механизм передачи крутящего момента также может быть выполнен с возможностью обеспечения вращения первой и второй полуосевых шестерен с различными скоростями вращения относительно друг друга вокруг оси вращения в незаблокированном состоянии.
Способ определения того, находится ли узел электронно блокируемого дифференциала в незаблокированном состоянии или заблокированном состоянии, включает в себя обеспечение корпуса дифференциала, имеющего первое множество зубьев, образованных по окружности его внешней поверхности. Предусмотрена поворотная пластина, имеющая второе множество зубьев, образованных по окружности ее внешней поверхности. Регистрируется первое положение по меньшей мере одного зуба из первого множества зубьев. Регистрируется второе положение по меньшей мере одного зуба из второго множества зубьев. Контроллер определяет, находится ли узел электронно блокируемого дифференциала в незаблокированном или заблокированном состоянии, на основе первого и второго положений. Контроллер выводит сигнал на основе определения.
В соответствии с другими признаками регистрация первого положения включает в себя регистрацию первого положения первым датчиком блокировки, который неподвижно размещен вблизи корпуса дифференциала. Регистрация второго положения включает в себя регистрацию второго положения вторым датчиком блокировки, который неподвижно размещен вблизи поворотной пластины. Вывод сигнала с контроллера включает в себя вывод сигнала на приборную панель, которая передает информацию о заблокированном или незаблокированном состоянии узла электронно блокируемого дифференциала.
Краткое описание графических материалов
Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания и прилагаемых чертежей, причем:
на фиг. 1 представлена схема примера привода ведущих колес автомобиля в упрощенном виде;
на фиг. 2 представлен вид с пространственным разделением компонентов примера электронно блокируемого дифференциала в соответствии с одним примером предшествующего уровня техники;
на фиг. 3 представлен вид в перспективе электронно блокируемого дифференциала, имеющего узел обнаружения блокировки, сконструированный в соответствии с одним примером настоящего изобретения;
на фиг. 4 представлен подробный вид узла обнаружения блокировки, показанного на фиг. 3;
на фиг. 5 представлен график, иллюстрирующий импульсы наружных датчиков на корпусе и на поворотной пластине, показывающий отсутствие отставания по фазе при нахождении электронно блокируемого дифференциала в незаблокированном состоянии; и
на фиг. 6 представлен график, иллюстрирующий импульсы наружных датчиков на корпусе и на поворотной пластине, показывающий отставание по фазе при нахождении электронно блокируемого дифференциала в заблокированном состоянии.
Подробное описание
На первой ссылке на фиг. 1 приведен пример схемы привода ведущих колес автомобиля. В показанном примере автомобиль является переднеприводным, следовательно, основная движущая сила связана с передним ведущим мостом. Двигатель 106, трансмиссия 107 и раздаточная коробка 108 функционально соединены в передней части автомобиля для передачи крутящего момента непосредственно на переднюю левую ось 100 и переднюю правую ось 101. Колеса 102 и 103 получают крутящий момент через ступицы 115 и 116 колес для обеспечения тяги автомобиля. Через механизмы, расположенные в раздаточной коробке 108, такие как гипоидная передача и зубчатое колесо, приводной вал 109 получает крутящий момент и передает его на заднюю часть автомобиля. Необязательная муфта 120 полного привода соединяется с приводным валом 109, а блок 110 заднего привода может содержать электронно блокируемый дифференциал 130.
Задний электронно блокируемый дифференциал 130 может работать в свободном или заблокированном режиме. В свободном режиме левое заднее колесо 113, приводимое через ступицу 117 колеса и левую заднюю ось 111, может вращаться со скоростью, отличной от скорости правого колеса 114. Аналогичным образом, правое заднее колесо 114, приводимое через ступицу 118 и правую заднюю ось 112, может вращаться со скоростью, отличной от скорости левого заднего колеса 113. В заблокированном режиме левое и правое задние колеса 113 и 114 получают одинаковый крутящий момент, поскольку левая и правая задние оси 111 и 112 заблокированы посредством внутренних компонентов в заднем дифференциале 130. Схема привода ведущих колес, показанная на фиг. 1, представлена в качестве примера, и следует понимать, что принципы могут использоваться в заднеприводных автомобилях или в автомобиле, имеющем более одного дифференциального механизма.
На фиг. 2 показан электронно блокируемый дифференциал 130, сконструированный в соответствии с одним примером предшествующего уровня техники. Электронно блокируемый дифференциал 130 включает в себя картер 213 дифференциала, имеющий пару первичных сателлитов 217. Сателлиты 217 представляют собой первичные шестерни комплекта шестерен дифференциала и находятся в зубчатом зацеплении с парой полуосевых шестерен 219 и 221. При вращении кольцевой шестерни, прикрепленной к правому корпусу 211, ось 218 сателлита вращается вместе с ней. Это, в свою очередь, приводит во вращение полуосевые шестерни 219 и 221. Полуосевые шестерни 219 и 221 включают в себя наборы внутренних прямых шлицев 223 и 225 соответственно, которые находятся в шлицевом зацеплении с состыкованными внешними шлицами на соответствующих левом и правом заднем выходных валах или полуосях 111 и 112. При вращении ведомой шестерни вращаются задние полуоси 111 и 112.
Когда электронно блокируемый дифференциал 130 работает в свободном режиме, при обычном прямолинейном движении автомобиля левая и правая оси 111 и 112 или левая и правая полуосевые шестерни 219 и 221 вращаются с одинаковой скоростью. По этой причине сателлиты 217 не вращаются относительно оси 218 сателлитов. В результате этого все из левого и правого корпусов 212 и 211, сателлитов 217 и полуосевых шестерней 219 и 221 вращаются вокруг оси вращения А как единое целое. Однако если автомобиль совершает поворот или движется по волнообразной траектории, из-за чего задние колеса 113 и 114 вращаются с разными скоростями, сателлиты 217 вращаются вокруг оси 218 и 216 сателлитов, заставляя полуосевые шестерни вращаться со скоростями, отличными от скорости вращения оси сателлитов. В некоторых ситуациях может быть желательно заблокировать левую и правую задние оси 111 и 112 так, чтобы они вращались с одинаковой скоростью. Таким образом, в заблокированном режиме полуосевая шестерня заблокирована в корпусе так, чтобы она вращалась вместе с осью 218 сателлита. В примере, показанном на фиг. 2, левая полуосевая шестерня 219 заблокирована посредством зубчатого зацепления, из-за чего сателлиты 217 блокируются по отношению к полуосевой шестерне 219, что также приводит к блокировке полуосевой шестерни 221.
При вращении оси 218 сателлитов вращаются полуосевые шестерни 219 и 221 и, следовательно, вращаются задние оси 111 и 112. В незаблокированном или свободном режиме каждая полуосевая шестерня 219 и 221 может вращаться со скоростью, отличной от скорости другой полуосевой шестерни, поскольку полуосевые шестерни могут вращаться с разными скоростями по отношению к сателлитам 217. В заблокированном режиме блокирующая шестерня 219 соединена со стопорной пластиной 210. Правый корпус 211 соединен с кольцевой шестерней, чтобы она приводилась во вращение, когда ведущая шестерня приводного вала прикладывает вращательное усилие. Поскольку блокирующая шестерня 219 заблокирована посредством стопорной пластины 210 для приведения во вращение вместе с корпусом 213 дифференциала с той же скоростью, что и ось 218 сателлитов, правая полуосевая шестерня 221 также заблокирована от вращения дифференциала и должна аналогичным образом приводиться во вращение с той же скоростью, что и блокирующая шестерня 219. В связи с этим задние оси 111 и 112 вращаются с одинаковой скоростью через заблокированный дифференциал 130.
Приводной механизм 233 включает в себя электрические выводы 259, которые соединены с активирующим переключателем или иным средством регулирования подачи электропитания на статор. Включение или выключение электропитания статора определяет поворот поворотной пластины 253 участком подъема или участком спуска. При повороте поворотной пластины 253 участком подъема поверхность максимальной высоты поворотной пластины 253 давит на толкатели 247, а толкатели 247, в свою очередь, толкают стопорную пластину 210. Стопорная пластина 210 скользит аксиально в канавке в правом корпусе 211. При повороте поворотной пластины 253 участком спуска толкатели могут оказаться в углублениях поворотной пластины 253. Волновая пружина может толкать стопорную пластину 210, которая, в свою очередь, толкает толкатели 247 в углубления.
Со ссылкой на фиг. 3-6 будет описан электронно блокируемый дифференциал 300, имеющий узел 310 определения состояния блокировки, сконструированный в соответствии с настоящим изобретением. Если не указано иное, электронно блокируемый дифференциал 300 может работать в заблокированном и незаблокированном состоянии в соответствии с описанием выше, касающимся электронно блокируемого дифференциала 130. Электронно блокируемый дифференциал 130 по существу включает в себя корпус 320 дифференциала и поворотную пластину 322. Корпус 320 дифференциала образует первое и второе отверстия 324, 326 выходных валов, которые расположены соосно вдоль оси 328 вращения корпуса 320 дифференциала. Первая и вторая полуосевые шестерни (см. также 219 и 221, фиг. 2) установлены с возможностью вращения внутри корпуса 320 дифференциала, причем первая и вторая полуосевые шестерни расположены соосно вдоль оси вращения корпуса 320 дифференциала. Первая полуосевая шестерня образует отверстие для первого вала, выполненное с возможностью обеспечения первого передающего крутящий момент соединения с первым выходным валом, проходящим через первое отверстие выходного вала. Вторая полуосевая шестерня образует второе отверстие выходного вала, выполненное с возможностью обеспечения второго передающего крутящий момент соединения со вторым выходным валом, устанавливаемым во второе отверстие выходного вала. Механизм включения блокировки (см. также 233, фиг. 2) избирательно перемещается между заблокированным состоянием, в котором полуосевые шестерни зафиксированы для одновременного вращения, и незаблокированным состоянием, в котором полуосевые шестерни вращаются относительно друг друга.
Как будет понятно из последующего описания, в узле 310 определения состояния блокировки используются колесо датчика оборотов и датчик блокировки для расшифровки положения корпуса 320 дифференциала и поворотной пластины 322 по отношению друг к другу. В связи с этим при незаблокированном дифференциале корпус 320 дифференциала и поворотная пластина 322 должны находиться в фазе. При заблокированном дифференциале корпус 320 дифференциала и поворотная пластина 322 не должны находиться в фазе. Зная состояние электронно блокируемого дифференциала 300, водитель может более точно спрогнозировать езду и поведение автомобиля.
Узел 310 определения состояния блокировки будет более подробно описан со ссылкой на фиг. 3 и 4. Корпус 320 дифференциала включает в себя первое колесо 330 датчика оборотов. Поворотная пластина 322 включает в себя второе колесо 332 датчика оборотов. Первое и второе колеса 330 и 332 датчика оборотов могут содержать соответственно первое и второе множества зубьев 340 и 342. В некоторых примерах первое множество зубьев 340 может быть выполнено как единое целое с корпусом 320 дифференциала. Аналогичным образом, второе множество зубьев 342 может быть выполнено как единое целое с поворотной пластиной 322. Первый датчик 350 блокировки неподвижно размещен вблизи первого колеса 330 датчика оборотов для регистрации положения первого множества зубьев 340. Второй датчик 352 блокировки неподвижно размещен вблизи второго колеса 332 датчика оборотов для регистрации положения второго множества зубьев 342.
Как описано выше, электронно блокируемый кулачковый дифференциал работает, используя электромагнитную катушку для обеспечения противодействия крутящему моменту на поворотной пластине 322. При этом поворотная пластина 322 вращается независимо от корпуса 320 дифференциала и обеспечивает внутреннее зацепление механизмов блокировки. Поскольку поворотная пластина 322 вращается относительно корпуса 320 дифференциала, первое и второе колеса 330 и 332 датчиков оборотов могут обеспечивать возможность определения положения каждого из корпуса 320 дифференциала и поворотной пластины 322. Для осуществления блокировки и разблокировки электронно блокируемого дифференциала 300 корпус 320 дифференциала или поворотная пластина 322 должны приводиться во вращение. Поворот корпуса 320 дифференциала и поворотной пластины 322 относительно друг друга можно измерить с помощью импульсов напряжения, направляемых на электронный блок 360 управления (ЭБУ). ЭБУ 360 может хранить алгоритмы положения, которые могут использоваться для определения величины поворота относительно друг друга (импульсы при совпадении или несовпадении фаз, т.е. отставание по фазе), которая необходима, чтобы определить, был ли узел 300 дифференциала заблокирован или разблокирован при переключении из предыдущего состояния. В некоторых примерах ЭБУ 360 может направлять сигнал на приборную панель 364 автомобиля, сообщая водителю от том, что узел 300 электронно блокируемого дифференциала заблокирован или разблокирован. Настоящее изобретение позволяет использовать датчики, неподвижно закрепленные на оси, и обойтись без систем телеметрии, встроенных в ось.
На фиг. 5 показан узел 300 дифференциала (фиг. 3) в незаблокированном состоянии. Первая кривая 366 отображает импульсы, регистрируемые датчиком 350 корпуса дифференциала. Вторая кривая 368 отображает импульсы, регистрируемые датчиком 352 поворотной пластины. В незаблокированном состоянии нет отставания по фазе между эталонным пиком 370 корпуса 320 дифференциала и соответствующим эталонным пиком 372 поворотной пластины 322.
На фиг. 6 показаны данные узла 300 дифференциала (фиг. 3) в заблокированном состоянии. Первая кривая 376 отображает импульсы, регистрируемые датчиком 350 корпуса дифференциала. Вторая кривая 378 отображает импульсы, регистрируемые датчиком 352 поворотной пластины. В заблокированном состоянии имеет место отставание 390 по фазе между эталонным пиком 380 корпуса 320 дифференциала и соответствующим эталонным пиком 382 поворотной пластины 322.
В качестве примера поворотная пластина 322 может быть выполнена с возможностью поворота примерно на 18 градусов относительно корпуса 320 дифференциала из незаблокированного состояния в заблокированное состояние. Следует понимать, что в рамках объема раскрытия рассматриваются и другие степени поворота между незаблокированным и заблокированным состоянием. Логическая схема программного обеспечения ЭБУ 360 способна по сигналам от датчика 350 корпуса дифференциала и датчика 352 поворотной пластины определять, в каком состоянии (заблокированном или незаблокированном) находится электронно блокируемый дифференциал 300. В частности, ЭБУ 360 может хранить данные о подсчете количества зубьев первого и второго множества зубьев 340 и 342 и устанавливать триггеры, чтобы сравнивать сигналы датчиков 350 и 352 для расшифровки положения и, следовательно, состояния блокировки узла 300 дифференциала.
Приведенное выше описание примеров приведено для целей иллюстрации и описания. Оно не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивать изобретение. Отдельные элементы или признаки конкретного примера по существу не ограничены этим конкретным примером, а являются взаимозаменяемыми в соответствующих случаях и могут быть использованы в выбранном примере, даже если они конкретно не показаны или не описаны. Они также могут быть модифицированы различным образом. Такие изменения не следует рассматривать как отступление от настоящего описания, и все такие модификации включены в объем настоящего описания.