電磁脈沖斷開系統(tǒng)和方法
【專利說明】電磁脈沖斷開系統(tǒng)和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2014年4月23日提交的美國臨時專利申請N0.61/983，388“電磁脈沖斷開系統(tǒng)和方法”以及在2014年9月17日提交的美國臨時專利申請N0.62/051, 858“電磁脈沖斷開系統(tǒng)和方法”的優(yōu)先權，其每一個的全部內(nèi)容出于各種目的通過引用而結(jié)合于此。
技術領域
[0003]本申請總體涉及用于嚙合和斷開車輛的兩個旋轉(zhuǎn)部件的電磁脈沖斷開組件和相關系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]現(xiàn)代車輛常常結(jié)合了一個或多個傳動系統(tǒng)模式以將動力從發(fā)動機提供至被驅(qū)動的車輪。例如，僅具有兩輪驅(qū)動系統(tǒng)或者4x2模式的車輛可以將動力經(jīng)由一個或一組旋轉(zhuǎn)軸提供至車輛的兩個車輪。諸如小型汽車的車輛可以使用前輪驅(qū)動系統(tǒng)，其將動力提供至兩個前輪。此外，通常更大型的車輛，其結(jié)合兩輪驅(qū)動模式和四輪驅(qū)動模式二者常常是所需的，其中動力可以在一種模式下被選擇性地分配至兩輪以及在另一模式下被選擇性地分配至四輪。為了能夠在改變牽引條件期間更好地駕駛，同時仍然能夠轉(zhuǎn)換至兩輪驅(qū)動，以減少油耗并且減少損耗的動力，不同大小的車輛常常結(jié)合后輪的兩輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動。
[0005]對于具有可轉(zhuǎn)換驅(qū)動模式的車輛而言，需要用于使傳動系統(tǒng)部件諸如車軸和軸嚙合和分開的裝置和系統(tǒng)。因而，采用的斷開組件常常包括離合器的形式，其能夠移動以連接或者斷開兩個可旋轉(zhuǎn)部件諸如兩個軸。斷開組件可被置于車輛的傳動系統(tǒng)中的不同區(qū)域內(nèi)，包括在車輪端處、在一個或多個車軸處、或者沿著驅(qū)動軸之一。通過使用斷開系統(tǒng)，車輛能夠通過具有根據(jù)驅(qū)動條件和操作者需求在不同的驅(qū)動模式之間轉(zhuǎn)換的能力而更具通用性。
[0006]在一些傳動系統(tǒng)斷開系統(tǒng)中，直接來自車輛發(fā)動機的真空被用作運轉(zhuǎn)斷開系統(tǒng)的動力或致動力。尤其是，斷開系統(tǒng)致動器可以通過真空來運轉(zhuǎn)。在許多系統(tǒng)中，真空直接經(jīng)由通道來自汽油發(fā)動機的吸入歧管。由于此，真空水平或者從真空可獲得的力或者壓力的量可隨著發(fā)動機節(jié)流閥設置變化以及發(fā)動機負載而改變。對于很多發(fā)動機系統(tǒng)，真空水平(可獲得的壓力的量)可由于海拔高度的影響而受到限制或者改變。此外，溫度變化也能夠?qū)е抡婵账降牟▌?，由此導致斷開致動器的移動的波動，這可導致斷開部件諸如隔板和離合器部件的不良移動。另外，在一些車輛中，真空可能不易于獲得，因為各種車輛輔助系統(tǒng)不能被真空運轉(zhuǎn)，或者為了提高發(fā)動機控制和性能，車輛可能被設計為去除發(fā)動機吸入連接諸如真空線路。最后，對于更先進的車輛設計，真空運轉(zhuǎn)的傳動系統(tǒng)斷開系統(tǒng)變得不可取。因而，需要被除了真空之外的源運轉(zhuǎn)并且使得對于現(xiàn)代車輛系統(tǒng)進行的設計起作用的傳動系統(tǒng)斷開系統(tǒng)。發(fā)明人在此已經(jīng)認識到以上問題和解決他們而被開發(fā)的各種途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此在一個示例中，真空運轉(zhuǎn)斷開相關聯(lián)的上述問題可以至少部分通過一種操作傳動軸的斷開組件的方法解決，該方法包括:通過電磁線圈產(chǎn)生沖壓電樞凸輪組件的軸向驅(qū)動轉(zhuǎn)換器裝置從第一自鎖位置到第二自鎖位置，該電樞凸輪組件包括與轉(zhuǎn)換裝置的延伸導向件軸向地連接的一系列雙向坡道，線圈只在第一和第二自鎖位置之間轉(zhuǎn)換過程中被激勵，該第一和第二自鎖位置包括傳動軸嚙合位置和傳動軸分開位置。以這種方式，提供了由位于斷開組件中的電流和電磁線圈的離散脈沖運轉(zhuǎn)的壓縮斷開組件，而不是依賴于真空運轉(zhuǎn)。該電磁線圈可以被設計為只在線圈被激勵或激活時與斷開組件的電樞接觸，從而增加該接觸部件的壽命。
[0008]該電磁脈沖端口組件還包括磁位置傳感器組件，用于監(jiān)控被允許在不同驅(qū)動模式(比如四輪驅(qū)動和二輪驅(qū)動)之間切換的該組件的移動部件的位置。該傳感器組件可以被配置為檢測磁鐵產(chǎn)生的磁場強度，其位于斷開組件的轉(zhuǎn)換但不旋轉(zhuǎn)的部件上。將磁場強度與斷開組件的位置關聯(lián)起來能夠準確地監(jiān)控斷開組件的轉(zhuǎn)換運動。此外，通過使用磁傳感器，可以維持一個空間使得該傳感器不與斷開組件的運動接觸。
[0009]所提出的電磁斷開組件可以減輕真空運轉(zhuǎn)斷開相關聯(lián)的問題。通過從電源提供電流脈沖，斷開組件可以比其它提供連續(xù)電路以進行轉(zhuǎn)換和維持轉(zhuǎn)換位置的斷開消耗更少的電量。電流脈沖可以激勵電磁線圈減慢電樞的旋轉(zhuǎn)，從而使得斜道環(huán)在軸向方向轉(zhuǎn)換以便在相同方向移動(translate)離合器環(huán)。如下面所解釋的，這一沿著偏壓嚙合彈簧力量方向的運動可以造成兩個旋轉(zhuǎn)部件(比如傳動軸)之間的聯(lián)接和斷開。
[0010]應該理解，以上的總結(jié)被提供來以簡化的形式介紹構思的選擇，其在詳細描述中被進一步描述。這不意味著確認要求保護的主題的關鍵或必要特征，要求保護的主題的范圍被權利要求書唯一地限定。此外，要求保護的主題不限于解決以上提及的任何缺點的實施或者本發(fā)明的任何部分。
【附圖說明】
[0011]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的車輛的簡化動力系統(tǒng)。
[0012]圖2示出電磁脈沖斷開組件的組裝視圖的橫截面。
[0013]圖3示出電磁脈沖斷開組件的組裝視圖。
[0014]圖4示出電磁脈沖斷開組件的附加視圖。
[0015]圖5示出電磁脈沖斷開組件在4x2位置中的視圖。
[0016]圖6示出電磁脈沖斷開組件在轉(zhuǎn)換位置的一端的視圖。
[0017]圖7示出了電磁脈沖斷開組件在4x4位置中的視圖。
[0018]圖8示出了電磁脈沖斷開組件的鎖閉軌道的示意圖。
[0019]圖9示出電磁脈沖斷開組件的轉(zhuǎn)換位置、該組件的磁通量密度和位置傳感器輸出之間的關系的曲線圖。
[0020]圖10和11示出圖2-8的電磁脈沖斷開組件的一般操作的方法。
[0021]圖12-16示出沿著車軸放置的中心電磁脈沖斷開的不同實施方式。
[0022]圖17示出適合于驗證車軸放置的中心電磁脈沖斷開的第一實施方式的外觀視圖。
[0023]圖18示出中心電磁脈沖斷開的分解視圖。
[0024]圖19示出中心電磁脈沖斷開的橫截面視圖。
[0025]圖20示出中心電磁脈沖斷開的不同轉(zhuǎn)換位置的位置傳感器組件的方向。
[0026]圖21-23示出具有單個連續(xù)殼體的中心電磁脈沖斷開的第二實施方式。
[0027]圖24示出具有單個連續(xù)殼體的中心電磁脈沖斷開的第三實施方式。
【具體實施方式】
[0028]以下的詳細描述提供關于用于選擇性地連接車輛的旋轉(zhuǎn)部件的電磁脈沖斷開組件及其操作方法的信息。車輛動力系統(tǒng)的示例實施方式在圖1中示出，其包括用于將發(fā)動動力提供至車輛的發(fā)動機、傳動裝置、各種車軸和軸以及車輪。通過離散電脈沖操作的電磁脈沖斷開組件的一個實施方式在圖2-3中示出，其可以用于圖1的動力系統(tǒng)。電磁脈沖斷開(EMPD)組件的分解視圖在圖4中示出，并且顯示了 EMH)組件的各個部件，包括電磁線圈、與轉(zhuǎn)換器接觸的電樞凸輪組件、用于選擇性地嚙合兩個相鄰旋轉(zhuǎn)部件(例如，比如軸或車軸)的離合器環(huán)。這樣，EMPD組件可以將離合器環(huán)移動到4x4中，其中，兩個旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)地相互聯(lián)接，也可以將其移動到4x2位置中，其中，兩個旋轉(zhuǎn)部件不會旋轉(zhuǎn)地相互聯(lián)接。圖5-7示出不同轉(zhuǎn)換位置(例如、4x2、轉(zhuǎn)換的一端和4x4位置)中的電磁脈沖斷開組件的橫截面和組裝視圖。EMPD組件還可以包括鎖閉系統(tǒng)，其保持該組件在選擇的轉(zhuǎn)換位置而無需電磁線圈保持被激勵。這樣，該線圈可以只在從一個轉(zhuǎn)換位置移動到另一個位置時需要被激勵。鎖閉系統(tǒng)的一個示例性鎖閉方案在圖8中示出。EMH)組件還可以包括用于確定該組件的轉(zhuǎn)換位置的磁位置傳感器組件。圖9示出轉(zhuǎn)換位置和磁位置傳感器的輸出之間的關系的示例性曲線圖。圖10和11示出根據(jù)命令的轉(zhuǎn)換模式(例如，位置)操作該電磁斷開組件的方法的流程圖。該電磁脈沖斷開組件可以被放置在沿著車輛傳動系統(tǒng)(比如圖1中所示的傳動系統(tǒng))的各個位置。例如，EMH)組件可以被放置在靠近車輪端(例如，作為車輪端斷開)和/或放置在前車輪軸或后車輪軸(例如，作為中心斷開)。驗證前車輪軸或后車輪軸的中心EMPD組件的各種排列的示例在圖12-16中示出。雖然EMH)組件的內(nèi)部部件在中心斷開和車輪端斷開之間是基本相同的，但是組件的外部殼體(例如，外殼)可以被改變以適應驗證傳動系統(tǒng)的特定位置。中心電磁脈沖斷開組件的一個實施方式在圖17-24中示出。
[0029]關于在本說明書中使用的術語，只有兩個車輪從發(fā)動機接收動力的車輛操作可以被稱為兩輪驅(qū)動、或2WD、或4x2。電磁脈沖斷開的相應位置可以被稱為4x2位置?？商鎿Q地，全部四個車輪從發(fā)動機接收動力的車輛操作可以被稱為四輪驅(qū)動、或4WD、或4x4。電磁脈沖斷開的相應位置可以被稱為4x4位置。在其它示例中，四輪驅(qū)動可以交換地稱為全輪驅(qū)動(AWD)，其中，通常未驅(qū)動的車輪可以在某些條件下接收動力。為了完成4WD和2WD之間的轉(zhuǎn)換，電磁脈沖斷開可以選擇性地嚙合兩個旋轉(zhuǎn)部件。在一些實施方式中，旋轉(zhuǎn)部件可以是車軸、傳動軸、耦合器、輪轂組件或者在車輛的用于傳遞旋轉(zhuǎn)動力的傳動系統(tǒng)中的其它設備。
[0030]現(xiàn)代的車輛可以通過各種各樣的傳動系統(tǒng)操作，包括根據(jù)不同的操作條件和/或操作者(即駕駛者)命令而選擇性地運轉(zhuǎn)不同的車輪子。例如，全車輪驅(qū)動車輛可以在第一操作模式期間將動力提供至兩個直排車輪，而在檢測到下滑時也可以將動力提供至其余車輪中的一個或多個。在其它示例中，更小型的車輛、諸如客車可以一直將動力僅提供至車輛的兩個前輪，以提高燃料經(jīng)濟型(前輪驅(qū)動)。在另外的示例中，車輛可以被配置為在兩輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動模式之間選擇性地轉(zhuǎn)換，其中在四輪驅(qū)動模式期間全部四個車輪接收動力。對于每種車輛傳動系統(tǒng)，存在優(yōu)點和缺點，每種車輛的具體利用和預期功能可以幫助確定要結(jié)合哪種傳動系統(tǒng)。
[0031]圖1示出車輛的動力系統(tǒng)100的簡單圖示。在此圖示中，為了更好地觀看動力系統(tǒng)100，車輛的主體以及許多其他部件被去除。注意的是，動力系統(tǒng)包括在圖1中所見的部件，而傳動系統(tǒng)可以指代圖1的除了發(fā)動機和傳動裝置之外的部件，下面被進一步描述。根據(jù)動力系統(tǒng)配置，圖1的車輛可以具有選擇性4WD傳動系統(tǒng)，其中后輪在后輪驅(qū)動模式(或2WD模式)下運轉(zhuǎn)，全部四輪在4WD模式下運轉(zhuǎn)，4WD驅(qū)動模式不同于2WD模式。許多的多用途車輛諸如更大型的卡車、全地形車、運動型多用途車可以出于不同的原因而結(jié)合后輪驅(qū)動而不是前輪驅(qū)動。一個原因可以是后輪驅(qū)動更有助于負載牽引或者拖拉，諸如經(jīng)由連接到車輛的后部的拖車進行牽引。
[0032]在圖1中，右后輪101和左后輪102位于車輛的后部，也就是，位于車輛的操作者的后面的端部。在本示例中，左、右、前和后取向根據(jù)車輛的操作者的角度給出。對于前、后、左和右取向的方向箭頭在圖1中示出。因此，右前輪103和左前輪104位于車輛的前部。
[0033]來自圖1的車輛的動力通過具有多個汽缸的內(nèi)燃機110產(chǎn)生。內(nèi)燃機110能夠根據(jù)具體車輛而以汽油或柴油作為燃料，在本示例中，內(nèi)燃機110包含以V取向配置的六個汽缸，形成V6發(fā)動機。理解的是，內(nèi)燃機110可以以不同的取向配置并且包含不同數(shù)量的汽缸，同時以類似的方式提供動力，如圖1所示。由發(fā)動機110運轉(zhuǎn)的軸可以直接聯(lián)接到傳動裝置115，傳動裝置115提供用于驅(qū)動車輛的所需齒輪連接。傳動裝置115可以根據(jù)車輛系統(tǒng)的需求為手動或機動化傳動裝置。后方驅(qū)動軸131可以連接到傳動裝置115作為傳動裝置的輸出，向車輛后端提供動力。
[0034]在動力系統(tǒng)100的上述2WD模式期間，車輪101和102經(jīng)由后車軸132運轉(zhuǎn)。在一些實施方式中，后車軸132可以是單連續(xù)軸，或者可以在雙車軸配置中分成兩個車軸，其中車軸被插設有后差動器121。在雙車軸配置中，第一后車軸可以位于后差動器121與右后輪101之間，第二后車軸可以位于后差動器121與左后輪102之間。后差動器也可以接合到后驅(qū)動軸131。后差動器可以起到幾個作用，包括允許車輪101和102之間不同的相對旋轉(zhuǎn)速度以及將來自驅(qū)動軸131的單方向的旋轉(zhuǎn)和(動力)轉(zhuǎn)變成后車軸132的兩個垂直方向，如圖1中所見。例如，如果車輛沿著左方向轉(zhuǎn)彎，則內(nèi)側(cè)車輪(車輪102)可以以比外側(cè)車輪(車輪101)的旋轉(zhuǎn)更低的速度旋轉(zhuǎn)。因而，為了避免在轉(zhuǎn)彎期間車輛的車輪與車輛途經(jīng)的道路之間打滑，后差動器121可以允許兩個車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)。
[0035]為了操作上述4WD模式，其中除了常規(guī)運轉(zhuǎn)的后輪之外，前輪也被驅(qū)動，提供用于將動力傳遞至車輛的前部的系統(tǒng)。傳遞殼體140可以位于傳動裝置115的輸出附近，傳遞殼體140可以被配置為將動力的一部分從發(fā)動機110的導向前驅(qū)動軸133。在一個實施方式中，傳遞殼體140可以利用鉸鏈將動力的一部分從后驅(qū)動軸131傳遞至前驅(qū)動軸133。通過與后驅(qū)動系統(tǒng)類似的方式，前驅(qū)動軸133連接至前差動器122。前差動器122可以與后差動器121基本上相同，前差動器122允許兩個車輪的相對旋轉(zhuǎn)速度。因而，前車軸134，其可以被分為雙車軸系統(tǒng)的兩個車軸，可以在一個端部接合至差動器122以及其相應的前左車輪104和前右車輪103。在這種配置中，來自前驅(qū)動軸133的驅(qū)動動力可以通過前差動器122被傳遞并且經(jīng)由前車軸134傳遞至車輪103和104。由于傳遞殼體140允許動力被輸出到前車軸和后車軸二者，因此4WD模式可以允許全部四個車輪被同時運轉(zhuǎn)。所述另一方式，在車輛處于4WD模式時，前輪103和104以及后輪101和102都可以被驅(qū)動。
[0036]對于在圖1的示例中4WD和2WD之間的切換，需要一種系統(tǒng)能夠選擇性地嚙合和分開向前輪的動力輸入。因此，可以在根據(jù)傳動裝置的輸出軸放置的傳遞殼體140內(nèi)提供斷開150。在這種配置中，斷開150還可以與傳遞殼體140整體成型或與其分開。斷開可以被用于具有一個以上的傳動系統(tǒng)模式的車輛，并且能夠嚙合或分開兩個分離的輸入部件，諸如車輪轂、車軸和驅(qū)動軸。在如圖1中所見的本示例中，斷開位于傳遞殼體140內(nèi)部。在其它車輛系統(tǒng)中，斷開150可以被置于不同的位置，包括在前車軸134上或前驅(qū)動軸133上，將該軸有效地分成兩個分離的長度，如圖1中虛線的斷開150所見。在其它示例中，斷開150可以位于動力傳遞單元(PTU)處，以能夠嚙合和分開PTU軸輸出。此外，在一些實施方式中，可以提供多個斷開，其中，該多個斷開的每一個可以固定到傳動裝置100的一個單獨部件。在一個示例中，如圖1中所見第一斷開150可以被放置到傳遞殼體140內(nèi)部，而另外的斷開可以接合到車輪103的車轂、車輪104的車轂和/或驗證前車軸134。以這種方式，斷開150可以被單獨控制或相互結(jié)合在一起控制。根據(jù)斷開的具體位置，給出了不同的名字，包括車輪端斷開和中心車軸斷開。在本示例中，斷開150可以選擇性地連接和斷開傳遞殼體140中驅(qū)動運轉(zhuǎn)前驅(qū)動軸133的鏈條的齒輪。因此，斷開150通過齒輪系統(tǒng)、控制機構和其它結(jié)構有效地將傳遞殼體140 (和軸133)從傳動裝置115和后驅(qū)動軸131分開，如下面更詳細地描述的。
[0037]在動力僅被提供到后輪101和102的2WD模式期間，輸入命令可以導致斷開150分開軸133的兩個長度之間的固定旋轉(zhuǎn)，由此沒有提供動力至前車軸134以及車輪103和104。因而，由發(fā)動機110提供的大多數(shù)動力能夠被導入到后驅(qū)動軸131，而相對更少量的動力通過傳遞殼體140轉(zhuǎn)移并且轉(zhuǎn)移到軸133的連接到斷開的長度。換言之，在分開時，前輪103和104可以自由地旋轉(zhuǎn)而不從