专利名称：旋转式可选单向离合器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及汽车动力系统，更具体地涉及具有用于在不同操作状态或模式之
间进行选择的可选单向离合器(sowc)组件的动力系统。
背景技术：
在各种机械装置中，尤其是在汽车动力系统的变速器中，利用专用超越离合器或单向离合器在变速器的输入构件和输出构件之间产生单向驱动连接。单向离合器通常具有一对板或圈，并能够在一个圈相对于另一圈沿一个方向旋转时有选择地在这些圈之间传递扭矩，其中当旋转方向相反时，离合器"超越"或空转。 圈的相对形状和/或取向可根据单向离合器的具体设计而异。用于锁定典型单向离合器的机械装置各异，但是通常由位于圈之间的二极管、辊子、斜撑、摇杆、掣爪或支杆之类的扭矩传递元件构成。根据单向离合器的具体类型或型式以及旋转方向，各圈均可包括适于与所述扭矩传递元件中的一个或多个接合的独特特征，例如凹坑或凹口 ，以有选择地启用各种离合器操作状态或模式。 在基本单向离合器中，操作模式由施加至离合器的输入圈的扭矩方向确定。可选单向离合器或SOWC相对于传统单向离合器潜在提供附加应用，因为可选单向离合器能够在一个或两个旋转方向上产生输入圈与输出圈之间的驱动连接。需要时可选单向离合器还可在一个或两个旋转方向上空转。传统可选单向离合器的两个圈之一可转位至或接地至静止构件，例如变速箱或中央支撑件。然而，一个圈接地使这样的可选单向离合器不能用于两个圈都许可旋转的应用。
发明内容
因此，一种可选单向离合器组件利用液压致动在旋转壳体内选择状态或操作模式。与传统可选单向离合器设计不同，所述可选单向离合器组件的两个圈(race)可以以相异速度旋转，即在致动之前一个圈不接地。在本发明的范围内，该可选单向离合器组件具有键合或花键连接至不同壳体和毂的一对圈。所述壳体和毂可附连至齿轮系的不同元件，例如可在各种齿轮状态期间旋转的不同元件。 一个液压致动器或多个液压致动器可键合或花键连接至壳体，其中致动器的轴向运动选择可选单向离合器组件的状态或操作模式。
所述可选单向离合器组件包括位于所述圈之间的至少一个可旋转的选择板，所述至少一个可选择的选择板具有多个径向延伸的指状件。 一个或多个致动器花键连接至所述壳体，并具有均从所述致动器朝所述选择板轴向延伸的多个突片。当沿第一方向应用所述致动器时，所述突片与所述指状件接合，使得所述致动器的旋转使所述指状件从第一位置运动至第二位置，从而使所述选择板旋转，并借此选择所述多种可选单向离合器操作模式中的一种操作模式。 在一个实施方式中，所述突片均限定倾斜槽，各指状件与不同的倾斜槽连续接合，以响应于所述选择板与所述致动器之间的相对旋转而以在所述倾斜槽内运动。所述选择板可包括可旋转的第一选择板和可旋转的第二选择板，它们均可利用不同致动器有选择地独立运动，从而建立至少三种操作模式。 结合附图，从实施本发明的最佳模式的以下详细说明将很容易清楚以上特征和优点以及本发明的其它特征和优点。
图1是具有根据本发明的可选单向离合器(S0WC)组件的动力系统的示意 图2是图1中所示的可选单向离合器组件的示意侧视立体 图3是图2的可选单向离合器组件的示意分解图； 图4是图2和图3的可选单向离合器组件的一部分的示意侧视立体图。
具体实施例方式
参照附图，其中在这几附图的全部中相同附图标记指代相同或类似部件，并从图1开始，动力系统10包括发动机(E)15、液压泵(P)14以及变速器(T)18。发动机15可以构造成汽油机、柴油机或本领域公知类型的另选燃料的内燃机。可利用电池或电池组之类的储能装置取代发动机15或与其联合向变速器18供应能量。 变速器18包括可选单向离合器(S0WC)组件20以及多个旋转元件17A、17B，例如一个或多个行星齿轮组(未示出)的单独的齿轮元件、旋转轴或者变速器的其它旋转传送构件。可选单向离合器组件20可操作以有选择地建立以下所述的不同操作状态或模式、在其间转换或变换，其中具体操作模式由电子控制单元或控制器(C)12与整体动力系统控制算法或方法联合确定。控制器12与泵14以及任何相关的流动方向控制阀、流动和/或压力调节器等(未示出)电通信，以在动力系统10内提供精确的流体控制。
控制器12可视以期望方式操作变速器18的需要而构造成具有这样的控制模块和性能的分布式控制模块或中央控制模块。为简单起见，将控制器12表示成单个装置，但是在本发明范围内根据期望控制器12支持或提供的附加功能的数量也可使用多个独立的控制器。控制器12可构造成通用数字计算机，其通常包括微处理器或中央处理单元、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(EPROM)、高速时钟、模数(A/D)及数模(D/A)电路以及输入输出电路和装置(I/O)，以及适当的信号调理和缓冲电路。常驻控制器12中的各组算法可存储在ROM中并可执行以提供各常驻控制器的相应功能。
变速器18可经由第一可旋转构件22有选择地或直接连接至发动机15，并构造成通过元件17A、可选单向离合器组件20以及元件17B向第二可旋转构件23传递来自发动机15的扭矩。第二可旋转构件23最终使一组行驶轮13旋转，从而推进利用动力系统10的任何车辆。如本领域普通技术人员应理解的，包括这里所述的可选单向离合器组件20在内的任何可选单向离合器组件设计成按需要有选择地保持任一旋转方向或两个旋转方向上的扭矩或者不保持任何旋转方向上的扭矩，从而建立不同的可选单向离合器操作模式或在其间转换。以这种方式，可优化变速器18的功能。 参照图2，关于可选单向离合器组件20的旋转轴线或中心线11以局部示意侧视图示出了图1的可选单向离合器组件20。可选单向离合器组件20包括可旋转的外鼓或壳体24、可旋转的内毂26、可旋转的第一板或圈28以及可旋转的第二板或圈30。第一圈28经
6由一组配合花键29连接至壳体24，而第二圈30经由另一组配合花键31连接至毂26。可选单向离合器组件20还包括分别定位在第一圈28和第二圈30之间的至少一个可旋转的选择板32。 选择板32的旋转使可选单向离合器组件20在多种不同的可选单向离合器操作状态或模式之间转换或变换。可按需要提供穿过可选单向离合器组件20的沿任一方向的方向扭矩的传递或保持，以建立这样的模式。可如下实现这样的扭矩传递或保持，即通过有选择地覆盖和不覆盖不同的扭矩传递元件(例如，二极管、支杆、辊子、斜撑、掣爪等)，从而允许扭矩传递元件按需要阻挡或不阻挡可选单向离合器组件20的圈28和/或30中的一个、二者或二者都不的旋转，这由控制器12决定。例如参见图4的示例性扭矩传递元件70。
为了有选择地致动可选单向离合器组件20，根据一个实施方式，液压致动器40构造成环形的液压致动活塞机构。在该具体实施方式
中，液压致动器40可如以下参照图3和图4所述花键联接至壳体24以与其共同旋转，该液压致动器40可响应于来自图1的泵14的加压流体(箭头F)的进给而有选择地沿箭头A的方向运动，其中流体(箭头F)流过流体通道42而进入施加腔46。当加压流体被图1的控制器12中断时，诸如弹簧笼或其它合适的返回机构之类的返回装置45抵靠静止平衡活塞或作用板44作用而使液压致动器40沿箭头R的方向向回运动。 在本发明的范围内，多个轴向延伸的叉、凸起或致动器突片48与液压致动器40操作连接或与其形成一体，而多个径向延伸的爪或指状件36与选择板32操作连接或与其形成一体。也就是说，突片48适于与指状件36中的不同指状件连续接合，其中当沿箭头A的方向施加或沿箭头R的方向释放时，液压致动器40的旋转使指状件36在离散槽72(参见图4)的一对位置之间交替运动。指状件36在图4的离散槽72内的运动在选择板32上施力，该力足以使选择板32旋转，该动作有选择地覆盖和不覆盖不同扭矩传递元件70(参见图4)，从而在可获得的不同可选单向离合器操作模式之间转换。 仍参照图2，在另一实施方式中，可选单向离合器组件20包括位于上述液压致动器40的轴向外部的附加液压致动器50。与液压致动器40 —样，液压致动器50被返回装置55偏置，返回装置55抵靠平衡活塞或作用板54作用。经过流体通道52进入施加腔56的加压流体(箭头F)的进给使液压致动器50沿箭头A的方向运动，从而使液压致动器40应用，同时返回装置55使液压致动器50沿箭头R的方向运动，以释放液压致动器50。
与液压致动器40的上述构造类似，多个轴向延伸的叉、凸起或致动器突片58操作连接至液压致动器50或与其形成一体。突片58可与选择板32的指状件36接合，即预定数量的指状件36与液压致动器50的突片58接合，其余指状件36与液压致动器40的突片48接合，如以上所述。同样在本发明的范围内并如以下参照图3和图4所示，选择板32可以另选地构造成两个可独立旋转的选择板32A和32B，其中图3和图4的各选择板32A和32B均可利用液压致动器40和50中的相应或对应致动器分开地旋转。以这种方式，潜在启用可选单向离合器组件20中的附加操作模式。 例如，可选单向离合器组件20可具有两种、三种或四种状态或操作模式。若仅期望两种操作模式，则仅需要一个致动装置，即液压致动器40或50。这样的双模式装置将具有两组扭矩传递元件70 (参见图4)，其中一组起传统或常规单向离合器作用，而另一组可利用选择板32有选择地停用。因此，双模式可选单向离合器装置能够同时承载沿两个旋转
7方向的扭矩，或者仅承载沿一个方向的扭矩而沿另一旋转方向发生超越。同样，三模式或四模式可选单向离合器装置可包括两组扭矩传递元件70(参见图4)，这两组均由图3和图4中所示的分别或独立控制的选择板32A、32B控制。通过独立作用的选择板32A、32B，图2的可选单向离合器组件20可承载沿两个旋转方向的扭矩，任一旋转方向的扭矩，或者在两个旋转方向上发生超越。 参照图3，提供图2的可选单向离合器组件20的分解图。如以上指出的，可选单向离合器组件20包括壳体24、第一圈28和第二圈30，以及液压致动器40和50中的一个或二者。选择板32可另选地构造成用于上述双模式操作的单个选择板，或者构造成一组可独立运动的选择板32A、32B。壳体24具有花键33，所述花键可与第一圈28的花键29接合或配合，使得壳体24和第一圈28共同旋转，而第二圈30经由花键31连接至毂26 (参见图2)，从而与毂26 —起旋转。
相应液压致动器40、50的突片48、58轴向伸出，即突片48、58沿与可选单向离合器组件20的中心线11大致平行的方向延伸。在一个实施方式中，各突片48、58限定倾斜槽74，选择板32或板32A、32B的各指状件36与倾斜槽74中的不同槽连续接合。在液压致动器40和/或50旋转期间(在其应用或释放期间)，各指状件36在对应的倾斜槽74内运动。 第一圈28可构造有离散槽72，各槽均具有一对终端位置80、82，离散槽72的数量与选择板32或板32A、32B的指状件36的数量相等。第一圈28的各相邻对花键29限定表面或沟槽84，突片48可定位在该表面或沟槽中，从而将液压致动器40 、50有效地花键连接至第一圈28和壳体24。因此，各液压致动器40、50的旋转可以以与第二圈30不同的速率进行。 因此，与突片48、58接合的指状件36根据圈28、30的相对旋转而沿第一圈28的周向在离散槽72的位置80、82之间交替运动。借此，布置在选择板32和第二圈30之间的扭矩传递元件70 (参见图4)可在选择板32或板32A、32B通过突片48、58和指状件36的相互作用或接合而旋转时有选择地被覆盖或不被覆盖。也就是说，选择板32或板32A、32B的旋转可覆盖图4的扭矩传递元件70中的一些，将其压入在第二圈30的表面75中形成或以其它方式设置的孔、凹口或凹坑(未示出)中。 相同的扭矩元件70还可有选择地不被覆盖，其中弹簧装置(未示出)或其它合适的偏压机构允许扭矩传递元件70至少局部进入第一圈28的相对表面76中的对应腔(未示出)。以这种方式，扭矩按需要保持穿过可选单向离合器组件20，其中如本领域普通技术人员将理解的，扭矩保持性能的范围或不同的可选单向离合器操作状态或模式取决于所用的选择板32的数量和液压致动器40、50以及扭矩传递元件70的取向和间距。
参照图4，为清楚起见在移除第一圈28的情况下示出了图2和图3的可选单向离合器组件20。在图4的实施方式中，选择板32A、32B与液压致动器40和50 —起使用，其中仅液压致动器40从图4的立体图中可见。各选择板32A、32B具有由相邻阻挡部61限定的一个或多个窗口 60，使得选择板32A、32B的旋转有选择地覆盖和不覆盖预定数量的扭矩传递元件70。 尽管为简单起见，图4中仅示出了一个扭矩传感元件70，但是本领域普通技术人员应意识到与可选单向离合器组件20 —起使用的扭矩传递元件70的实际数量及其间距取决于系统设计、间隙考虑、期望操作模式等。通常，针对每一窗口 60存在一个扭矩传递元件70。同样，为清晰起见，第二圈30的表面75示出为不具有用于保持扭矩传递元件70的孔或凹坑，这样的细节理解为位于本发明范围以及对可选单向离合器领域的理解范围内。
仍参照图4，并尤其参照由箭头C总体指示的区域，各突片48可构造成限定倾斜槽74。倾斜槽74的形状、尺寸可设定成或以其它方式构造成如以上所述与选择板32的指状件36接合。在一个实施方式中，倾斜槽74可包括第一槽部78和第二槽部79。在图4中所示的实施方式中，第二槽部79以大致平行的方式与可选单向离合器组件20的中心线对齐，第二槽部79以预定角度(9 )与第一槽部78相交。也就是说，突片48具有远端或外壁90，第二槽部79以正交方式与该外壁相交。可按需要选择所述预定角度(9 )以提供各指状件36与配合倾斜槽74之间的光滑接合。例如，根据一个示例性实施方式可使用约30至50度的阈值范围，不过在本发明范围内也可使用其它范围或角度值来提供指状件36在对应离散槽72(参见图3)内的期望运动。 尽管已详细描述了实施本发明的最佳模式，然而本发明所属领域的技术人员在所附权利要求的范围内会意识到用于实施本发明的各种另选设计和实施方式。
权利要求
一种具有多种可选单向离合器操作模式的可选单向离合器组件，即SOWC组件，该可选单向离合器组件包括可旋转的外壳体；可旋转的内毂；花键连接至所述可旋转的外壳体的第一圈；花键连接至所述可旋转的内毂的第二圈；位于所述第一圈和所述第二圈之间的至少一个可旋转的选择板，所述至少一个选择板具有从所述至少一个选择板径向向外延伸的多个指状件；至少一个致动器，所述致动器花键连接至所述可旋转的外壳体并具有多个突片，这些突片均从环形的所述致动器朝所述至少一个选择板轴向延伸，所述突片适于在沿第一轴向方向应用所述致动器时与所述指状件中的不同指状件接合，使得所述至少一个致动器的旋转使所述指状件从第一位置运动至第二位置，借此使所述至少一个选择板旋转，从而选择所述多种可选单向离合器操作模式中的一种操作模式；以及至少一个返回装置，所述返回装置适于使所述至少一个致动器沿第二轴向方向运动，其中所述至少一个致动器沿所述第二轴向方向的运动使所述指状件从所述第二位置运动至所述第一位置，从而选择所述多种可选单向离合器操作模式中的另一操作模式。
2. 如权利要求1所述的可选单向离合器组件，其中所述突片均限定倾斜槽，并且其中 各所述指状件均响应于所述至少一个可旋转的选择板与所述至少一个致动器之间的相对 旋转而与不同的所述倾斜槽连续接合并在其内运动。
3. 如权利要求1所述的可选单向离合器组件，其中所述至少一个致动器构造成液压致 动活塞。
4. 如权利要求1所述的可选单向离合器组件，其中所述多种可选单向离合器操作模式 包括保持沿一个旋转方向的扭矩的第一操作模式；在两个旋转方向上锁定该可选单向离 合器组件的第二操作模式；以及允许该可选单向离合器组件在两个旋转方向上空转的第三 操作模式。
5. 如权利要求1所述的可选单向离合器组件，其中所述至少一个可旋转的选择板包括 可旋转的第一选择板和可旋转的第二选择板，它们均可利用所述至少一个致动器有选择地 独立运动，从而建立至少三种操作模式作为所述多种可选单向离合器操作模式。
6. 如权利要求5所述的可选单向离合器组件，其中所述至少一个致动器装置包括适于 与所述第一选择板接合的第一环形活塞以及适于与所述第二选择板的指状件接合的第二 环形活塞，并且其中所述第一和所述第二环形活塞均可有选择地独立接合，从而在所述多 种可选单向离合器操作模式之间进行选择。
7. —种在具有外壳体的可选单向离合器组件，即SOWC组件中的用于在至少两种可选 单向离合器操作模式之间进行选择的设备，该设备包括多个扭矩传递元件；具有多个径向延伸的指状件的至少一个可旋转的选择板，所述至少一个可旋转的选择 板适于有选择地覆盖和不覆盖所述多个扭矩传递元件中的至少一些，从而保持沿预定方向 穿过该单向离合器组件的扭矩；以及至少一个环形活塞，所述至少一个环形活塞具有均限定倾斜槽的多个轴向延伸的突片，其中各所述轴向延伸的突片沿着所述倾斜槽与所述多个径向延伸的指状件中的对应指 状件连续接合；其中所述至少一个环形活塞沿第一轴向方向的运动使预定数量的所述指状件沿一个 方向在所述倾斜槽内运动，从而选择第一可选单向离合器操作模式，并且其中所述至少一 个环形活塞沿第二轴向方向的运动使所述指状件沿另一方向在所述倾斜槽内运动，从而选 择第二可选单向离合器操作模式。
8. 如权利要求7所述的设备，其中所述至少一个选择板包括第一选择板和第二选择 板，并且其中所述至少一个环形活塞包括第一环形活塞和第二环形活塞，它们均适于与所 述第一选择板和所述第二选择板中的对应选择板的指状件接合。
9. 如权利要求7所述的设备，其中各所述倾斜槽包括与所述可选单向离合器组件的中 心线大致平行对齐的第一槽部以及以预定角度与该第一槽部相交的第二槽部。
10. 如权利要求7所述的设备，其中所述外壳体部包括多个向内伸出的花键，并且其中 各所述多个轴向延伸的突片与所述多个向内伸出的花键中的对应花键接合。
11. 一种变速器，该变速器包括 第一可旋转构件和第二可旋转构件； 液压泵，该液压泵可操作以输送加压流体供应；具有多种可选单向离合器操作模式的可选单向离合器组件，该可选单向离合器组件包括多个扭矩传递元件；外壳体，该外壳体连接至所述第一可旋转构件并具有向内伸出的花键； 花键连接至所述外壳体的第一圈；花键连接至该变速器的不同构件并可有选择地相对于所述第一圈旋转的第二圈；以及具有多个径向延伸的臂的至少一个可旋转的选择板，其中所述径向延伸的臂的运动使 所述至少一个可旋转的选择板旋转，从而有选择地覆盖和不覆盖预定数量的所述扭矩传递 元件，借此保持穿过所述可选单向离合器组件的沿预定方向的扭矩；以及至少一个环形活塞，所述至少一个环形活塞具有多个轴向延伸的突片，这些突片均构 造成与所述多个径向延伸的臂中的不同臂接合并使其运动；以及控制器，该控制器适于有选择地使所述至少一个环形活塞沿不同轴向方向运动，从而 按需要使所述多个径向延伸的臂运动，以在所述多种操作模式之间进行转换。
12. 如权利要求11所述的变速器，其中所述可选单向离合器组件构造成以下装置中的 一种，即辊子型装置、二极管装置、斜撑装置以及掣爪装置。
13. 如权利要求11所述的变速器，包括具有多个齿轮元件的行星齿轮组，其中所述第 一可旋转构件与所述第二可旋转构件操作连接至所述行星齿轮组的不同齿轮元件。
14. 如权利要求11所述的变速器，其中所述第二圈具有外壁，该外壁限定多个槽，用于 接收所述径向延伸的臂中的对应臂，并且其中各所述轴向延伸的突片均定位在所述外壁的 径向外部。
15. 如权利要求14所述的变速器，其中所述轴向延伸的突片限定倾斜槽，该倾斜槽适 于接收所述径向延伸的臂的端部，该倾斜槽充分成形为允许所述轴向延伸的突片利用所述至少一个环形活塞的旋转使所述径向延伸的臂在所述倾斜槽内运动。
16.如权利要求11所述的变速器，其中所述至少一个可旋转的选择板包括一对选择板，该对选择板均具有多个径向延伸的臂，并且其中所述至少一个环形活塞包括一对环形活塞，该对环形活塞均构造成与所述对选择板中的不同选择板接合。
全文摘要
本发明涉及旋转式可选单向离合器，提供了一种可选单向离合器(SOWC)组件，其利用液压致动在旋转壳体内选择操作模式。该可选单向离合器组件的两个圈可以以相异速度旋转，即一个圈在致动之前不接地。可选单向离合器组件具有键合至不同壳体和毂的一对圈。所述壳体和毂可附连至齿轮系的不同元件，例如可在各种齿轮状态期间旋转的不同元件。一个液压致动器或多个液压致动器可键合至壳体，其中致动器的轴向运动选择可选单向离合器组件的状态或操作模式。所述致动器具有与选择板的多个径向延伸的指状件接合的轴向延伸的突片，从而在施加或释放时使选择板沿不同方向旋转。可与多个选择板一起使用多个致动器，以提供附加的可选单向离合器操作模式。
文档编号F16D41/08GK101749337SQ20091025299
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者A·米勒曼, C·J·李, D·L·杜森贝里, F·萨米, J·B·博格森, J·M·哈特, S·H·威特科普 申请人:通用汽车环球科技运作公司