用于串列轴驱动系统的分级控制系统和方法
【专利说明】
[0001] 要求优先权
[0002] 本申请要求对以下临时专利申请的优先权益：2012年11月2日提交的美国临时 专利申请No. 61/721，589,以及2013年3月15日提交的美国临时专利申请No. 61/794, 302， 本文以参照方式引入它们的全部内容。
技术领域
[0003] 本发明涉及车辆控制系统，具体来说，涉及串列轴（串列桥）驱动车辆的控制系 统。
【背景技术】
[0004] 串列轴组件广泛用于卡车和其它装货车辆上。串列轴组件通常包括前轴和后轴。 当前轴和后轴被驱动地啮合时，串列轴组件可被称作6X4串列轴组件。当前轴和后轴中的 任一个被驱动地啮合时，该串列轴组件可被称作6X2串列轴组件。
[0005] 对于牵引力减小的道路条件，例如，当车辆必须越过泥地、冰雪地时，那么6X4串 列轴组件提供提高的牵引力。6 X 4串列轴组件还在操作者对前轴和后轴施加增大转矩量时 提供提高的牵引力。尽管有牵引力提高的益处，但包括6X4串列轴组件的车辆的燃料经济 一般地低于包括6X2串列轴组件的车辆的燃料经济。
[0006] 串列轴组件可构造成：允许车辆操作者或车辆的控制系统，按照操作状态的需要 从6 X 4操作模式切换到6 X 2操作模式（或6 X 2操作模式切换到6 X 4操作模式）。能够 让操作者按照需要来切换操作模式的串列轴组件需要由操作者来启动切换程序。串列轴组 件也能够使用控制系统来切换操作模式，该控制系统使用可监控各种参数的控制器或多个 控制器，所述参数一般地包括驱动轴的转速和车轴的转速，从而确定车辆操作模式并然后 启动切换程序。
[0007] 对于能够以自动方式或由车辆操作者按照需要来实施切换程序，而无需过多地增 加串列轴组件的成本和复杂程度的车辆的串列轴组件来说，开发分布的分级控制系统将会 是有利的。
【发明内容】
[0008] 本发明目前提供了润滑剂管理系统，出人意外地披露了用于轴外壳的润滑剂管理 系统，该系统以简单和成本有效的方式改变轴外壳的坑内使用的润滑剂量。
[0009] 在一个实施例中，本发明涉及用于车辆的串列轴组件的分级控制系统。该分级控 制系统包括车辆水平控制器、致动器、变换控制器以及传感器。车辆水平控制器与车辆的动 力源和变速箱中的至少一个连通。致动器与串列轴组件的一部分驱动地啮合。变换控制器 与车辆水平控制器和致动器连通。变换控制器能够使用致动器将串列轴组件设置在至少第 一操作状态和第二操作状态中。传感器与变换控制器连通，并将有关串列轴组件一部分的 操作状态的信息通讯到变换控制器。响应于传感器和车辆动力源和变速箱中至少一个的操 作状态，变换控制器调整将串列轴组件设置在第一操作状态和第二操作状态中的至少一个 状态的方式。
[0010] 在另一实施例中，本发明涉及用于车辆的串列轴组件的分级控制系统。该分级控 制系统包括车辆水平控制器、致动器、变换控制器以及传感器。车辆水平控制器与车辆的动 力源和变速箱中的至少一个连通。致动器与串列轴组件的一部分驱动地啮合。变换控制器 与车辆水平控制器和致动器连通。变换控制器能够使用致动器将串列轴组件设置在至少第 一操作状态和第二操作状态中。变换控制器包括车辆监控层、变换策略层以及轴控制层。车 辆监控层监控形成串列轴组件一部分的双范围轴脱开系统的操作。变换策略层确定双范围 轴脱开系统的调制变换点。轴控制层执行变换双范围轴脱开系统所需的步骤。传感器与变 换控制器相连通并通讯有关串列轴组件一部分的操作状态的信息。串列轴组件还包括前轴 和后轴。当串列轴组件设置在第一操作状态中时，双范围轴脱开系统与前轴和后轴之一驱 动地啮合，而当串列轴组件设置在第二操作状态中时，双范围轴脱开系统与前轴和后轴两 个驱动地啮合。响应于传感器和车辆动力源和变速箱中至少一个的操作状态，变换控制器 调整将串列轴组件设置在第一操作状态和第二操作状态中的至少一个状态的方式。
[0011] 本发明还涉及使用分级控制系统来变换车辆的串列轴组件的方法。该方法包括如 下步骤：提供串列轴组件；提供车辆的动力源和变速箱；以及提供分级控制系统。串列轴组 件包括前轴、后轴和双范围轴脱开系统。串列轴组件能够设置在至少第一操作状态和第二 操作状态。分级控制系统包括车辆水平控制器、致动器、变换控制器以及传感器，车辆水平 控制器与动力源和变速箱中的至少一个连通，致动器与串列轴组件的一部分驱动地啮合， 变换控制器与车辆水平控制器和致动器连通，变换控制器能够使用致动器将串列轴组件设 置在至少第一操作状态和第二操作状态中，而传感器与变换控制器连通。该方法还包括以 下步骤：将传感器收集到的有关串列轴组件一部分的操作状态的信息通讯到变换控制器； 通讯有关车辆动力源和变速箱中至少一个的操作状态的信息；以及响应于传感器所收集到 的信息来调整将串列轴组件设置在第一操作状态和第二操作状态中的至少一个内的方式。
[0012] 本技术领域内技术人员若借助于附图进行阅读，则从以下对优选实施例的详细描 述中将会明白到本发明的各个方面。
【附图说明】
[0013] 本技术领域内技术人员如借助于附图来考虑，则从以下的详细描述中将容易地会 明白到本发明上述的以及其它的优点，在附图中：
[0014] 图1是配装有根据本发明实施例的串列轴组件的车辆传动系统的示意图；
[0015] 图2是双范围的轴脱开系统的示意图，该系统包括行星内轴差速器和轴脱开装 置，该双范围的轴脱开系统形成图1所示串列轴组件的一部分；
[0016] 图3是车辆控制系统结构的示意图，该控制系统结构包括用于图1中所示车辆传 动系统的双模式分级变换控制器；
[0017] 图4是图3中所示双模式分级变换控制器的示意图，该双模式分级变换控制器包 括轴控制层、引导控制层、车辆监控层以及变换策略层；
[0018] 图5是图4中所示的车辆监控层的示意图；
[0019] 图6A是图4中所示的轴控制层的局部示意图；
[0020] 图6B是图4中所示的轴控制层的局部示意图；
[0021] 图7A是图4中所示的引导控制层的局部示意图；
[0022] 图7B是图4中所示的引导控制层的局部示意图；
[0023] 图8是形成图4中所示的变换策略层一部分的换高速档算法的示意图；
[0024] 图9是形成图4中所示的变换策略层一部分的换低速档算法的示意图；
[0025] 图10是形成图4中所示的变换策略层一部分的变换决策逻辑器的示意图；
[0026] 图11是包括图3中所示双模式分级变换控制器、动力源控制器以及变速箱控制器 的车辆控制系统结构的示意图；以及
[0027] 图12是车辆控制系统结构的示意图，该控制系统结构包括图3中所示双模式分级 变换控制器以及根据本发明另一实施例的动力源控制器、用于手动变速箱的双模式分级变 换控制器。
【具体实施方式】
[0028] 应该理解到，本发明可呈各种替代的定向和步骤顺序，但明确地规定为其相反情 况的除外。还应该理解到，附图中所示的以及以下说明书中描述的特殊装置和过程只是这 里所定义的本发明概念的示范实施例。因此，涉及披露实施例的特殊尺寸、方向或其它物理 特征，不应认为是限制，除非另有明确地陈述。
[0029] 图1示出配装有串列轴组件102的车辆传动系统100。串列轴组件102包括双范 围轴脱开系统104。串列轴组件102可以第一传动比和第二传动比操作。双范围轴脱开系 统104包括行星内轴差速器106 (以下简写为PIAD，如图2中所示），差速器可将来自动力 源108 (例如，内燃机）的驱动转矩传递到串列轴组件102的前轴110和后轴112。
[0030] 动力源的输出轴（未示出）驱动地啮合到变速箱113的输入轴（未示出）。应该 理解到，变速箱113可以是自动变速箱或手动变速箱。变速箱输出轴114驱动地啮合到双 范围轴脱开系统104的输入轴115 (显示在图2中）。该输入轴115驱动地啮合到PIAD106。 PIAD106在串列轴组件102的前轴110和后轴112之间分配传输的动力。
[0031] 第一差速齿轮箱116提供可供示范的轴换低速档比2. 64:1 ;然而，应该理解到，也 可选择其它的减速比。第二差速齿轮箱117提供可供示范的轴换低速档比3. 55:1 ;然而， 应该理解到，也可选择其它的减速比。差速齿轮箱116、117在轴110、112的部分之间提供 侧对侧的差速作用。轴110、112的部分与轮子118驱动地啮合，这提供驱动纳入了车辆传 动系统100的车辆（未示出）的牵引力。PIAD106在6X4的操作模式中提供有效的最后传 动比3. 1:1，而在6X2的操作模式中提供有效的最后传动比2. 64:1，然而，应该理解到，串 列轴组件102可以其它传动比来构造。此外，作为非限制性的实例，差速齿轮箱116、117可 具有相同的减速比，因此，PIAD106可以是不被需要。此外，应该理解到，串列轴组件102的 轴换低速档比可发生在差速齿轮箱116、117之外的各个轴110、112的其它部分处。
[0032] 如图2所示，双范围轴脱开系统104包括输入轴115,其从动力源108接受输出转 矩。PIAD106的环形齿轮119与前轴输入轴120驱动地啮合，以将来自PIAD106的驱动转矩 传输到前轴110 ;然而，应该理解到，PIAD106可具有其它的结构布置，且双范围轴脱开系统 104不局限于图2所示的实施例。PIAD106的输入轴115可以在某些状态下，有选择地与后 轴输入轴121啮合或与其脱离，以提供6X4操作模式或6X2操作模式。
[0033] 选择6X4操作模式和6X2操作模式中的一种模式，导致串列轴组件102设置在 第一传动比或第二传动比。此外，双范围轴脱开系统104包括轴脱离装置122,其用来驱动 地使后轴112的一部分脱开与双范围轴脱开系统104的啮合。使后轴112的一部分脱开与 双范围轴脱开系统104的啮合，可防止在6 X 2操作模式中后轴112反向驱动PIAD106,这导 致摩擦损失降低和寄生损失减小。
[0034] 如上所述，双范围轴脱开系统104可设置成第一传动比或第二传动比。当处于较 高的有效数字传动比（作为非限制性实例，该较高的有效数字传动比可以是3. 1:1)时，双 范围轴脱开系统104在6X4操作模式中操作，前轴110和后轴112对纳入车辆传动系统 100的车辆均提供牵引力。当处于较低的数字传动比（作为非限制性实例，该较低的有效数 字传动比可以是2. 64:1)时，双范围轴脱开系统104在6 X 2操作模式中操作，仅有前轴110 对纳入车辆传动系统100的车辆提供牵引力；然而，应该理解到，车辆传动系统100可构造 成在6X2操作模式中驱动后轴112。在车辆起动和车辆加速（达到巡航速度）过程中，车 辆一般地将处于6X4操作模式中。对于双范围轴脱开系统104中后轴112的啮合或脱开， 与双范围轴脱开系统104连通的控制器124可确定后轴的最佳状态。应该理解到，控制器 124可包括多个彼此连通的控制器。
[0035] 在自动模式中（其也可被称作高级双范围脱离模式），一旦达到巡航速度，则将串 列轴组件102转换到6X2操作模式，该模式具有较低的数字传动比。此外，控制器124的 控制逻辑器可以修整到只啮合轴脱开装置122或与其脱开啮合，而不脱开啮合后轴输入轴 121。如此的操作模式（其可被称作啮合/脱开啮合模式）也可被用于恢复程序。
[0036] 当双范围轴脱开系统104与手动变速箱或根据要求与轴啮合/脱离啮合系统配对 时，双范围轴脱开系统104等待车辆的操作者来启动变换程序。双范围轴脱开系统104还 提供变换到6X2操作模式的能力，以在较低传动齿轮执行操作，允许在双范围轴脱开系统 104变换之后发生其后的传动变换。如此的特征应用到高级双范围轴脱开模式和从6 X 4操 作模式到6X2操作模式的变换。
[0037] 应该理解到，根据使用场景，术语"轴换高速档"可用来涉指高级双范围脱开连接 模式，例如，与轴脱开连接装置122和后轴输入轴121脱开连接