专利名称：齿轮的液压主动阻尼系统及其方法
技术领域：
本发明涉及主动齿轮阻尼机构。
背景技术：
在主动和从动齿轮之间的短暂的相对转速变化中，互相啮合的齿轮有时会产生噪音和打齿。例如这种情况可能发生在人工换档或者中间轴变速器中。中间轴变速器包括输入轴，中间轴和输出轴。输入轴和中间轴通过齿轮(头齿轮组)啮合互相连接。中间轴和输出轴通过多组啮合齿轮(变速齿轮)互相连接，这些齿轮通过同步器离合器装置可选择地连接到其中一个轴上。因此，在输入轴和输出轴之间具有多组齿轮啮合。通过啮合的变速齿轮控制输入轴和输出轴之间的速比。通过互变同步器改变输入轴和输出轴之间的速比，这些同步器控制变速齿轮与其相应的轴的连接。头齿轮组及主动变速齿轮组具有一个间隙状态。在某些工作条件下，头齿轮组与主动变速齿轮组的间隙状态会颠倒，导致因间隙反转(lash reversal)而引起的打齿。
在如油门“突关”、油门“突开”及快速释放离合器的瞬间驱动情况下，发生的打齿可能会当作瞬间间隙状态。众所周知，每次换档及停车和起动时，离合器都要松开并再次接合。另外，在稳定的驱动情况下中间轴变速器也会发生打齿，如当车辆挂上档位翻过山坡时。在这种情况下，该打齿是由传动系统中发动机产生的转矩振荡引起的。
现代车辆传动系统可以包括多个附件，这些附件可能包括可能经受打齿的啮合齿轮组。这些可能包括驱动桥、分动箱和差速器。
所以一直希望能够减少打齿现象。实现这些希望的措施包括少数几个可以叫出名字的不同的轴承设计、元件设计和齿轮设计。实现这些希望中的每一个都会导致安装齿轮的齿轮轴上的阻力增加，而且这种阻力是持续存在的。这种固有的阻力会使系统的机械效率降低。
发明内容
本发明提供一种系统及方法，可以使齿轮组主动衰减，从而减少瞬间间隙状态下的打齿现象的发生。本发明的积极的效果将使固定齿轮的轴承中的阻力有选择地增加，从而只有在危急工作状态时才增加系统的阻力。相对于克服打齿的传统方法来说，这种有选择地增加阻力的能力可以增加机械系统的效率、燃油经济性和组件的寿命。
因此，本发明提供一种液压主动阻尼系统，其具有主动齿轮和与主动齿轮啮合的从动齿轮。从动齿轮和主动齿轮具有瞬间间隙状态。同时还具有一个流体供给机构(或结构)。主动齿轮和从动齿轮中的至少一个安装在封闭轴承上，封闭轴承可通过流体供给机构有选择地增压，以响应是否存在瞬间间隙状态改变封闭轴承中的摩擦损失。
本发明可以包括一个液压泵，其可操作的通过供给机构有选择地将加压流体输送到封闭轴承。提供一个驱动液压泵的电机。电机可以接受来自电子控制单元的控制信号。本发明还包括一个回流机构(或结构)，其可操作的将封闭轴承中的空气和/或流体抽出。另外，本发明的液压主动阻尼系统在流体供给机构和回流机构之一或两者中可以包括流量限制器。流量限制器可以控制各机构中的流体流量。
本发明还提供了一种通过将齿轮安装到封闭轴承上而主动阻尼至少一个存在瞬间间隙状态的齿轮的方法，其中该封闭轴承可以由流体有选择地进行增压。然后，由流体为封闭轴承增压，以在存在瞬间间隙状态时增加封闭轴承内的摩擦损失。随后，在不存在瞬间间隙状态时撤去对封闭轴承的增压从下面结合附图的对实现本发明最佳方式的详细描述，可以清晰的了解本发明的上述特征和优点及其它特征和优点。
图1是本发明的液压主动阻尼系统的示意图，表示该系统的各种元件；图2是图示本发明的一个实施例的动力系统的局部剖视图；图3是描述中间轴变速箱中的齿轮的齿轮齿啮合的示意性表示；以及图4是图2中的动力系统的一部分的剖视图，表示在中间轴变速箱中的本发明的结合情况。
具体实施例方式
图1是本发明的液压主动阻尼系统10的示意图。液压装置12是一个密封的或封闭的专用滚子轴承14，其具有相对于轴18轴向设置的内环16。内环16周围是外环20。内环16和外环20共同限定出一个空隙或包围区22，其中设置多个滚子元件24。专用滚子轴承14的第一轴向侧28和第二轴向侧30由第一密封件32和第二密封件34密封。与外环20安装在一起的是齿轮36，其与齿轮38啮合接触。
液压装置12还包括一个可操作的形成一通道的流体供给口40，通过该通道加压流体可以从流体供给机构42流入空隙或包围区22中未被多个滚子元件24所占据的空间内。流体供给口40的位置可以通过元件设计来指定，且也可以位于内环16、第一密封件32、外环20或第二密封件34中，如图所示。该流体供给机构42可以包括在适当位置铸造或者钻孔形成的通道或外部管道。
另外，液压装置12包括可以形成一通道的回流口44，通过该通道加压流体可以从空隙或包围区22中未被多个滚子元件24占据的空间流到回流机构46中。该回流口44的位置可以通过元件涉及来指定，且也可以位于内环16、第一密封件32、外环20或第二密封34中，如图所示。该回流机构46可以包括在适当位置铸造或者钻孔形成的通道或外部管道。回流口44和回流机构46协同工作，排出可能存留在密封式或专用滚子轴承14中的空气或流体，从而在液压装置12增压时，能够完全充满。另外，回流口44将提供一个开口，在致动液压主动阻尼系统10时，通过该开口可以从轴承中排出流体。
供给流体的流量限制器48和回流流体的流量限制器50协同工作，以控制液压装置12中的流量和压力。供给流体的流量限制器48和回流流体的流量限制器50可以是液压控制领域公知的一种类型的阀或者简单地是一种适当尺寸的小孔。
回流机构46中的流体给送到液压泵52的吸入侧。液压泵52的压力侧将加压流体给送到流体供给机构42。液压泵52由与电子控制模块56电连接的电机54带动。电子控制模块56可操作的使电机54起动或者停止，从而向流体供给机构42提供加压流体。各种输入量58被输入到电子控制模块56，这些输入量可以包括车辆工作条件如发动机转速、车速等。如图2所示，电子控制模块可包括在电子控制单元124中，或者可与其分开。
虽然图1所示的是一个锥形滚子轴承14；但是，本领域技术人员可以理解，其它类型的轴承也可以用于液压装置12内的空隙22中，如滚珠轴承、直滚子轴承和滚针轴承，而且其余的则包括在所要求保护的范围之内。
图2是本发明的一个实施例的动力系统70的局部剖视图。该动力系统70包括发动机72和中间轴变速箱74。中间轴变速箱74包括设置于壳体84中的手动离合器组件76、输入轴78、中间轴80和输出轴18。轴入轴78与输出轴18同轴对齐，且中间轴80与输入轴78和输出轴18成平行关系可转动地支撑在壳体84中。
发动机72包括油门控制器86，而离合器组件76包括离合器控制器88。控制器86和88均是由操作者手动操作的。离合器组件76包括摩擦件90，通过离合器控制器88和膜片弹簧94的致动使该摩擦件与发动机飞轮92接合或分开接合。当离合器76接合时，发动机72与输入轴78耦合，并且以一共同的转速转动。
输入轴包括驱动地连接到其上的头齿轮36，其与和中间轴80驱动地连接的头齿轮38啮合，从而只要输入轴78转动，中间轴80就会转动。中间轴80包括与之驱动地连接的多个变速齿轮或变速轮102、104、106及108，它们分别与设置在输出轴18上的变速齿轮或变速轮110、112、114和116啮合。反向惰轮118可转动地安装在未示出的惰轮轴上，且与中间轴80上的变速轮120及输出轴18上的变速轮122啮合。变速轮110、112、114、116和122中的每个均通过各自的传统设计的未示出的同步器可选择性地、单独地与输出轴18连接。可以有选择地为流体增压的液压装置12定位于头齿轮36和输出轴18之间。
当操作者希望改变输入轴78和输出轴18之间的速比时，操作者会释放油门控制器86，并且致动离合器机构88。然后，操作者通过未示出的传统换档控制连杆手动操作同步器，以释放一个齿轮组而与另一个啮合。这种操作在本领域是公知的。另外，在车辆减速期间，操作者释放油门控制器86以使发动机速度降低，从而使车速降低。这种油门松开也称为“突关”。
操作液压装置12可操作的在液压装置12增压时增加输入轴78和输出轴18之间的摩擦阻力。如图4所示，通过液压装置12的专用或封闭式滚子轴承14使输出轴18可转动地支撑在输入轴78上。当液压装置12增压时，由于因液压装置12中的加压流体的损耗体积所引起的摩擦阻力会限制输入轴78、中间轴80和输出轴18之间的相对运动的改变。因此，阻力矩和方向基本保持不变，从而产生转矩的齿轮组件之间的齿接触是不受干扰的。换句话说，禁止输入轴78、中间轴80和输出轴18上的齿轮移入它们的间隙带。液压装置12中的摩擦阻力是可控制的，这样，只有在齿轮间隙可能发生明显变化时才产生阻力。因此，动力系统的效率不会受到明显影响。
在很多操作条件下都会发生齿轮间隙的明显改变。如果离合器迅速脱开接合，产生转矩比的齿轮组和头齿轮组就从向前驱动啮合变为向后驱动啮合。这样在离合器、花键和齿轮啮合中会产生噪音或颤抖。另外一种情况是由于油门的突然致动或释放而导致齿轮间隙改变，会使发动机转速迅速变化，从而输入轴78的转速也迅速变化。另外，在稳定行驶情况下，中间轴变速箱74也可能发生打齿，如在车辆挂着档位翻过山坡时。在这种情况下，打齿是由传动系统中发动机产生的转矩振荡而引起的。由于齿轮间隙的改变，在这种操作状况下液压装置12的增压也可以防止齿轮噪音。在这些和许多其它工作状态中的每一种的情况下，电子控制单元124都会考虑到齿轮间隙变化，并有选择地使液压装置12增压以防止其它可能发生的噪音。在每一种会引起打齿或离合器撞击的工作情况下，输入轴78都经历较大的加速度。可以对控制方案进行编程，以忽略在动力系统70的正常工作范围中发生的加速度大小。
图3是输入轴78上的头齿轮36、中间轴80上的头齿轮38和中间轴80与输出轴18的变速轮之间的相对啮合的示意图。图3所示的变速轮只表示图2中所示的变速轮，且为了清晰起见，输出轴18的转动并未与输入轴78对齐。箭头A和B代表液压装置12增压时施加的阻力矩的方向。
图4是图2所示的动力系统70的一部分的剖面示意图，描述了中间轴变速箱74中的液压装置12的结合情况。如上所述，通过液压装置12的封闭或专用滚子轴承14使输出轴18可转动地支撑在输入轴78上。该封闭或专用滚子轴承14包括内环16和外环20，两者之间设置多个滚子元件24。专用轴承14的轴向端由第一密封件32及未示出的第二密封件密封。当需要头齿轮36的额外阻尼时，加压流体将通过流体供给机构42移动到限定在内环16中的流体供给口40中。加压流体将增加专用轴承14中的摩擦损失。同时，封闭或专用轴承14中的所有空气和/或流体将通过由外环20限定的回流口44流入回流机构46中。
当不再需要头齿轮36的阻尼时，液压供给机构42中的加压流体流将中断。通过液压泵将封闭或者专用轴承14中残留的流体排出，通过回流机构46和回流口44向封闭或专用轴承14引入抽吸。
虽然详细描述了实现本发明的最佳实施方式，对本发明相关技术领域熟悉的技术人员可以得出在附加权利要求范围内的可实现本发明的不同的替代设计及实施例。
权利要求
1.一种液压主动阻尼系统，它包括驱动齿轮；与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，其中所述从动齿轮与所述驱动齿轮具有瞬间间隙状态；流体供给机构；和所述主动齿轮和所述从动齿轮中至少一个安装在封闭轴承上，所述封闭轴承可通过所述流体供给机构有选择地增压，以响应是否存在瞬间间隙状态改变所述封闭轴承中的摩擦损失。
2.如权利要求1所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，其还包括液压泵，其可操作的通过所述流体供给机构有选择地将加压流体输送到所述封闭轴承。
3.如权利要求2所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，其还包括可操作的驱动液压泵的电机。
4.如权利要求3所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，其还包括可操作的控制所述电机的电子控制模块。
5.如权利要求1所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，其还包括可操作的将所述封闭轴承中的空气和/或流体抽出的回流机构。
6.如权利要求1所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，所述流体供给机构包括供给流体的流量限制器，其可操作的控制所述流体供给机构中的流体流量。
7.如权利要求5所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，所述回流机构包括回流流体的流量限制器，其可操作的控制所述回流机构中的流体流量。
8.如权利要求1所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，所述封闭轴承是滚子轴承。
9.如权利要求1所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，所述封闭轴承是滚珠轴承。
10.一种主动阻尼至少一个处于瞬间间隙状态的齿轮的方法，它包括将所述至少一个齿轮安装到封闭轴承上，所述封闭轴承可以由流体有选择地进行增压；由流体为所述封闭轴承增压，以在存在瞬间间隙状态时增加所述封闭轴承内的摩擦损失；以及然后，当瞬间间隙状态消失时，中断对所述封闭轴承的增压。
11.一种液压主动阻尼系统，它包括驱动齿轮；与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，其中所述从动齿轮与所述驱动齿轮具有瞬间间隙状态；流体供给机构；供给流体的流量限制器，其可操作的控制所述流体供给机构中的流体流量；液压泵，其可操作的通过所述流体供给机构选择性地将加压流体输送到所述封闭轴承；所述主动齿轮和所述从动齿轮中至少一个安装在所述封闭轴承上，所述封闭轴承可通过所述流体供给机构有选择地增压，以响应是否存在所述瞬间间隙状态改变所述封闭轴承中的摩擦损失；回流机构，其可操作的从所述封闭轴承中抽出空气和/或流体；和回流流体的流量限制器，其可操作的控制所述回流机构中的流体流量。
12.如权利要求11所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，其还包括可操作的驱动液压泵的电机。
13.如权利要求12所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，其还包括可操作的控制所述电机的电子控制模块。
14.如权利要求11所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，所述封闭轴承是滚子轴承。
15.如权利要求11所述的液压主动阻尼系统，其特征在于，所述封闭轴承是滚珠轴承。
全文摘要
一种使齿轮衰减的液压主动阻尼系统，从而减少打齿或噪音的发生。在危急情况下，通过利用流体为封闭或专用轴承增压，其中有选择地增加安装齿轮的轴承上的阻力。接着专用轴承中的压力会减少，从而只在危急工作条件下才增加系统的阻力。以及一种方法，通过将加压流体吸入专用轴承中使齿轮衰减，然后再减小其中的液压。
文档编号F16H57/00GK1920342SQ20061012159
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月23日 优先权日2005年8月23日
发明者M·F·奥利里, D·A·吉尔伯特, J·S·雷斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司