可控动力总成输入模块的制作方法

本申请要求2016年7月1日提交的，名称为“可控动力总成输入模块”的美国临时申请no.62/357,404的优先权。

本发明涉及传动系统领域，更具体地，本发明涉及一种用于转矩传动系统的可控动力总成输入模块。

背景技术：

在本领域中，各种形式的转矩传动系统和控制这种系统的手段是已知的。典型的现有的转矩传动系统，诸如那些用于公路和非公路、全地形、和商用车辆的转矩传动系统包括一个或多个：

a)液力转矩传递单元，液力转矩传递单元使用如下部件操作：

i)纯液力耦合器，或

ii)上述a)i)的更复杂的配置，诸如在它的性能曲线之内的特定点处展现能使输入转矩倍增的能力的液力转矩变换器；

b)液力转矩变换器单元，液力转矩变换器单元展现上述a)ii)的特征，并且此外合并了一体的摩擦离合器和扭转阻尼单元；

c)手动应用的摩擦离合器；以及

d)离心应用的摩擦离合器。

以公路车辆作为典型的例子，由于其初始起步转矩倍增因素和其顺畅的动力传输特点，液力转矩变换器是最频繁利用的传动装置。但是液力转矩变换器有一些缺陷。包括流体耦合装置和液力转矩变换器的液力转矩传输装置在它们性能包线之内的所有点处趋于展现过多相关滑动，结果导致装置效率的损失。进一步地，对于具体的应用配置，流体联轴器或液力转矩变换器的设计和性能特点是固定的，并且在使用时不能按外部情况而改变或适应。对于液力转矩变换器，当液力转矩变换器输入速度高并且输出速度为零时，创造在其最大可能值的转矩率，失速状态和传输装置在最大可能低效率。然后随着液力转矩变换器输出速度接近但不到达输入速度，转矩倍增率指数下降。

典型的液力转矩变换器展现出所有的上述负面特征。但是增加一体锁止离合器移除了液力转矩变换器的固有和无效滑动。锁止离合器在液力转矩变换器的输入和输出之间创造直接的机械连接。但是这导致传动系统的扭转传递性(振动)。结果，合并一体锁止离合器的液力转矩变换器需要特定的扭转阻尼装置。现有系统的附加难点在参照下面实施例的具体描述中将是显而易见的。

技术实现要素：

一方面，本发明针对受控于动力总成控制模块的可控动力总成输入模块，以在提供传动系统的功能方面最优化并展示增强的效率、可控性、和性能特征。

一方面，本发明针对可控动力总成输入模块，可控动力总成输入模块包括壳体。壳体连接至输入转矩源。输入模块包括行星齿轮系组件、花键联接至壳体的内直径的多片湿摩擦输入离合器组件、轴向地可移动液力输入离合器活塞。离合器活塞向输入离合器组件施加特定受控加持力并经由高压容积向所述输入离合器组件的至少一个摩擦片供应特定冷却流量。输入模块还包括花键联接至壳体的内直径的多片湿摩擦模式转换离合器组件、向模式转换离合器组件施加特定受控加持力的轴向地可移动液力模式转换离合器活塞、设置在壳体的内直径之内的反作用片。反作用片与输入离合器组件和模式转换离合器组件均功能性地界面接合。还包括锁定装置，锁定装置配置成允许行星齿轮系组件只在一个方向上的角转动。

在一些实施例中，输入离合器组件包括充当至输入离合器组件的输入转矩路径的多个钢分离片，设置在每个钢分离片之间、充当用于所述输入离合器组件的输出转矩路径的多个摩擦片，和环形连续滑动湿摩擦离合器，该环形连续滑动湿摩擦离合器与动力总成输入模块整合，具有至少一对适于互相接合的环形界面，而输出速度与输入速度比率在0(零)和1:1之间变化，其中一个界面具有规定的宽度和至少一个迂回槽，该至少一个迂回槽围绕该一个界面延伸规定的环形距离，并且至少一个迂回槽适于引导液力流体从界面的外边缘处的高压容积、以至少三个横穿通道的迂回路径穿过界面的宽度至该一个界面的内边缘处的低压容积，每个通道基本上延伸该一个界面的整个宽度，槽具有入口部分，入口部分限定通道中的一个并具有入口，入口适于在该一个界面的外边缘处将槽打开至高压容积，并且槽具有出口部分，出口部分限定通道中的另一个并具有出口，出口适于在该一个界面的内边缘处将槽打开至角位置远离入口的低压腔体。

在一些实施例中，环形界面与高压容积和离合器活塞连通以施加与出口一致的压力，以限定至界面表面的冷却流体流量的精确分布。基于转矩和滑动速度功能的需求控制冷却流体流量，活塞施加压力对抗转矩，所要求的滑动速度，在界面产生对抗热量，所需要的对抗冷却流体流量一个或多个，以为每个要求的功能的要求缓和界面温度。因此绝对流量是在每个界面处容积之间的压力差、和槽横截面面积以及槽的数量的函数。

在一些实施例中，入口大体在与输入转动方向相反的方向上成角，出口大体在输入转动方向上成角。

在一些实施例中，输入离合器组件包括形成该一个界面的纸基摩擦材料面层，并且槽穿过摩擦面层材料或界面形成和延伸。

在一些实施例中，输入离合器组件包括围绕界面以角度隔开、在高压容积和低压容积之间相互平行连接的多个槽。在至少一些实施例中，槽可以有统一的横截面流动面积。

在至少一些实施例中，多个摩擦片还包括摩擦材料面层，摩擦材料面层有规定的宽度和至少一个迂回距离，至少一个迂回距离围绕面层并且适于以至少三个横穿通道的迂回路径将液力流体从面层的外边缘处的高压容积引导至面层的内边缘处的低压容积，每个通道基本上延伸面层的整个宽度，槽具有入口部分，该入口部分限定通道中的一个并适于在面层的外边缘处将槽打开至高压容积，并且槽具有出口部分，该出口部分适于在面层的内边缘处将槽打开至角位置远离入口的低压容积。

在一些实施例中，面层包括等间隔地围绕面层的四个槽，并且具有五个横穿通道。面层还可以包括多个战略地放置的半圆形切口部分，多个战略地放置的半圆形切口部分放置成为外半径和内半径均提供液力流体暴露，以冷却面层不被迂回槽横穿的小部分。槽还可以具有横截面流动面积恒定的直线横穿通道和一个或多个连接直线横穿通道的尖返回转弯，并且返回转弯的位置紧密地接近均在面层的外直径和内直径处的边缘。

在一些实施例中，槽有平顺的正弦曲线形状，平顺的正弦曲线形状具有位置紧密地接近面层的外直径边缘和内直径边缘处的尖端。

在一些实施例中，离合器面层的槽不呈现具有尖端区域的连续横截面区域，并且其中入口和出口区域配置成呈现增加的横截面流动面积的局部区域，以提升在槽内的二次流体泵压作用并沿着迂回槽提供战略地放置的积聚地带。

在一些实施例中，输入离合器组件施加指令离合器输出转矩和离合器滑动速度的力，力是按照来自动力总成控制模块命令的至输入离合器活塞的液力压力引起的。

在一些实施例中，输入离合器组件起到一个或多个作用：具有精确滑动速度控制和拒热特征的起步发动装置从而产生平顺输出转矩；使用按照来自动力总成控制模块命令的精确受控的滑动的扭转传递性缓和装置；通过基于来自动力总成控制模块命令的发动和齿轮比率转换，配置成使总系统效率最大化的零滑动锁定装置；空挡装置，根据输入转矩源在它的打开状态造成基本上零转矩消耗。在操作中，当输入离合器组件激活时，行星齿轮系为下游动力总成传动系统提供附加输入比率，并且输入比率能被动力总成控制模块针对现有的下游传动系统比率而利用，以在总传动系统之内创造新的比率组合，并且总动力总成传动系统使引擎能在它的最大效率的点处或接近它的最大效率的点更频繁运转。

在一些实施例中，行星齿轮系组件包括：充当输入的环形齿轮、充当反作用件的太阳齿轮、和托架组件，托架组件容纳在适当位置的多个分别的小齿轮，并且通过带凸缘的和花键联接的毂作为模块输出装置。

行星齿轮系组件也可以提供两个有区别的输入和输出转矩比率，有适应运动学转矩流量切换的能力以创造所期望的转矩比率。并且行星齿轮系组件包括转矩流量布置，其中输入离合器组件给环形齿轮提供输入转矩，太阳齿轮充当反作用元件，托架组件充当输出转矩元件，并且太阳齿轮容纳作为输出件的锁定装置，并且其中锁定装置整合至太阳齿轮，并且在锁定装置从转动锁定太阳齿轮时，在托架组件处创造大于1.0的转矩比率。

行星齿轮系组件也可以包括转矩流量布置，其中当模式离合器激活时，模式离合器可操作地将输入轴连接至太阳齿轮，相一致的，模式离合器可操作地将输入轴连接至环形齿轮，如此将环形齿轮和太阳齿轮固定地连接至输入轴，使得行星齿轮系组件作为一个单元转动，将输入轴固定地连接至托架组件，并且其中该运动学连接固定地命令太阳齿轮的转动以随输入轴转动，并且从固定的位置至转动的过渡命令锁定装置解锁，使太阳齿轮能够自由转动，由此在托架组件处创造1.0转矩比率。

本文中诸如“前”，“左”，“右”，“顶”，“底”，“上”，“下”，“水平”，“直立”，“平行”，“垂直”，“直线”，“水平的”，“竖直的”或“相对的”描述参照仅用于便于描述。对本领域普通技术人员会理解的是，元件的布置可能与这些配置不同但是仍然落在本公开的范围之内。

附图说明

本文详细的说明和附图以示例而非限制的方式阐明预期的发明的实施例。

图1是根据本发明实施例的动力总成输入模块的部分纵向剖面图；

图2是根据本发明实施例的用于输入和模式离合器的离合器摩擦片的流通槽图案的部分横向剖面图；

图3是图2中的流通槽图案沿线3-3截取、从箭头方向看去的部分视图；

图4是根据本发明实施例的用于输入和模式离合器的离合器摩擦片的流通槽图案的部分横向剖面图；

图5是图4中的流通槽图案沿线5-5截取、从箭头方向看去的部分视图；

图6是根据本发明的实施例的在使用动力总成输入模块的传动系统中的动力流配置；以及

图7是根据本发明的实施例的在使用动力总成输入模块的传动系统中的替换的动力流配置。

具体实施方式

参见图1，根据本发明的实施例，本发明针对动力总成输入模块100。动力总成输入模块100封闭在壳体11中。动力总成输入模块100的上部连接示出为通过应用相关的适配器片10可操作地连接至输入动力源9。输入模块100的输出可操作地连接至下游动力总成系统输入轴13。输入模块100连接至的下游动力总成系统(未示出)可以是本领域的任何已知动力总成系统，例如车辆自动传动装置或其他传动系统。动力总成输入模块100还包括精确滑动控制的湿摩擦模式输入离合器组件57，精确滑动控制的湿摩擦模式输入离合器组件通过钢分离器片36连接至模块壳体11，钢分离器片作为输入部件。摩擦片35可操作地连接至作为输出部件的行星齿轮系组件22的环形齿轮25。同样可操作地连接至模块壳体11的是第二湿摩擦模式转换离合器组件55，其中钢分离器片36作为输入部件且摩擦片35作为输出部件，钢分离器片36和摩擦片35通过行星齿轮系组件22的附接部件41和太阳齿轮24可操作地连接。行星齿轮系组件22还可以包括多个小齿轮，如可以在图6中的示出的原理图中可见的。

根据本发明的实施例，行星齿轮系组件22接受来自输入离合器57的输入动力并通过输出件托架组件23为下游动力总成输入轴13提供转矩倍增(速度降低)。行星齿轮系组件22的转矩倍增取决于太阳齿轮24的反作用元件功能模式。太阳齿轮组件24合并有在一个方向上的一体的角转动锁定装置29。在一些实施例中，锁定装置29可以是单向离合器。在运行中，锁定装置29通过迫使太阳齿轮24不响应它的运动学反作用力以在相反方向上转动。因此，太阳齿轮24保持静止。结果，上述的运动学场景使行星齿轮组件22和输出件托架组件23在转矩倍增(速度降低)模式中起作用。

与现在技术的转矩变换器装置相比，可控动力总成输入模块20之内的行星齿轮系22可以因此贯穿整个发动起步事件保持有效的和连续的输入转矩倍增，使供应至诸如车辆中的整个传动系统的牵引力加速力普遍增加。

在一些实施例中，整合至太阳齿轮24的锁定装置29接地至来自宿主动力总成壳体12的固定件。输入离合器57和模式离合器55均依靠给输入离合器57和模式离合器55的特定功能指令向行星齿轮系组件22提供输入。功能指令可以由动力总成控制模块(pcm)发出，在本领域已知的，pcm单元可以与输入模块100联合使用。pcm20可以包含各种传感器和包括发动机控制和传动控制单元的控制单元，并且可以与输入模块100双向连通。给输入离合器57和模式离合器55中的每一个的指令可能以液压的形式经由回路15施加到输入离合器57和经由回路14施加到模式离合器55。指令可以通过其他取决于传动系统的特性的其他手段传送至输入离合器57和模式离合器55。例如，电子传动系统可以使用电子手段发送指令至输入离合器57和模式离合器55。

在操作中，因为液力流体(例如自动传动装置流体)经由回路15指向输入离合器57，它填充并加压输入离合器活塞33后的密封容积，产生抵抗输入离合器57的复位弹簧32(例如贝勒维尔(belleville)弹簧)的活塞运动并施加抵抗输入离合器57的反作用片37、摩擦片35和分离器片36的夹持力，使得输入离合器57产生分布至行星齿轮系组件22的环形齿轮25的输出转矩。在本发明的一些实施例中，输入离合器57通过精确管理离合器滑动起到传送pcm20指令的发动转矩的作用，如在总系统锁定中所要求的，为扭转传递性缓和传送精确的微滑动(初始至40rpm)。

对于模式离合器55是类似的，在操作中，因为液力流体(例如自动传动装置流体)经由回路14指向模式离合器55，它填充并加压模式离合器活塞38后的密封容积，提供抵抗模式离合器复位弹簧39(在本发明的一些实施例中，可以是贝勒维尔(belleville)弹簧)的活塞运动并施加抵抗模式离合器分离器片36、摩擦片35和反作用片37的夹持力，造成模式离合器55产生经由太阳齿轮24分布至行星齿轮组件22的输出转矩。在本发明的一些实施例中，模式离合器55起到传送pcm20指令的转矩至太阳齿轮24的作用以克服它的运动学反作用力并产生运动学环境，该运动学环境引起行星齿轮系组件22的部件作为一个单元转动。这种布置使系统转换为1:1的输入/输出速度和转矩传递，并且在操作中，引起太阳齿轮24使用锁止装置29仅在一个方向中操作，因此允许在输入方向上的总系统转动。模式离合器55还和输入离合器57相呼应，按照pcm20指令的为扭转传递性缓和以及总系统锁定传送精确的微滑动(初始至40rpm)。

与当前技术的转矩变换器相比，动力总成输入模块之内的内部滑动的精确控制、最小化或消除创造了传动系统的操作包线中的所有点处的总系统效率的改进。

本发明的实施例可以依据应用以多种方式整合到传动系统中。例如，用于公路车辆的传动系统可能需要与用于越野车辆的传动系统不同的配置。图6和图7示出了用于使用本发明的实施例的传动系统的示例的动力流配置。应当认识到的是，可以做出各种变型和使用不同配置将输入模块100整合至各种本领域已知的各种传动系统中。例如，动力源输入可以是如图6所示的引擎，并可以包括附加部件(诸如定子支撑，单向离合器)，附加部件可以是输入离合器组件57或模式离合器组件55的中的一个或多个的部件。也可以包括油泵或泵驱动(诸如泵21)以为传动系统提供润滑。这些和其他子系统的位置和配置可以依据具体的应用而改变。

在本发明的一个方面，还提供了向输入离合器57和模式离合器55的功能界面地带47传送液力冷却流体的新手段。每个应用离合器活塞33和38具有在其后的环状容积，该环状容积由液力控制流体供给，该液力控制液体在活塞33,38的内直径(i.d.)上被活塞密封件34密封并且在由壳体11、反作用片37和离合器摩擦片35限定的外直径(o.d.)环状容积上密封，展现为从o.d.高压区域43至i.d.低压区域44的流动区域，流动区域由每个迂回槽48的数量和尺寸限定以控制相对于压力的流量。这种配置描述了输入能量请求-离合器施加压力-至所有摩擦界面地带47的冷却剂流量容积的直接关联性，保持最优湿润和冷却状况。

在本发明的一个方面，在输入离合器57和模式离合器55的每个界面地带47中还提供了一个或多个高效率迂回槽48，其中，槽48分离并独立于彼此并起到提供足够冷却和维持离合器界面边界层湿润的作用，减轻造成毁灭性界面温度的干摩擦的发生。

现在参照图2至图5，每个迂回槽48围绕界面47在环形方向上延伸一段基本距离，并在一端有入口49和相对的一端有出口50。入口49在摩擦材料界面47的o.d.处对高压容积43打开，出口50有角度地远离入口并在摩擦材料界面47的i.d.处对低压容积44打开。以穿过每个摩擦面层材料45并且由此穿过它的界面地带47的整个宽度的至少三个(3)或更多通道51的形式，每个槽48在它的入口49和出口50之间前后横穿以将如本文中描述的液力流体从高压容积43以迂回穿越流动通道经过接合的离合器面(界面地带47)至低压容积以建立：

a)基本上离合器界面的整个有效区域的湿润；

b)用粘性泵压作用(其增加由压力差诱发的冷却液力流体流量)对离合器的冷却；

c)流量限制作用，其中槽48起到在动力总成输入模块100之内的高压入口49和低压出口50之间的临界流量限制孔口的作用。为了帮助各自输入和输出部件及相关界面的通过滑动(不同速度)的粘性泵压作用，迂回槽48有横穿入口部分49，该横穿入口部分也形成为通道51之中的一个并在主题发明输入转动方向上成角。槽48的横穿通道51的数量、槽48的长度、槽48的宽度和深度、以及入口49/出口50角度连同横穿通道51的角度，可以依照为动力总成输入模块100的应用(汽车、公路车辆、或其他应用)而变化。

在界面47的各自的外边缘和内边缘或直径处，当高压容积43和低压容积44中遭受相对高和低的压力时，动力总成输入模块100的多功能湿润/冷却/流量限制槽48提供灵活的通过界面地带47的液力流量控制，其中在输入离合器57和/或模式离合器55的控制中，容积43,44之间的不同压力可以变化，例如从高约130psi至低约10psi以控制离合器滑动速度。此外，在入口49和出口50的每一个中，存在不被横穿通道51扫过的小i.d./o.d.界面区域。为了确保全部的界面摩擦区域47接受有效的湿润作用，战略性地安放了小i.d./o.d.减退部，以提供为帮助不被冷却迂回槽48的横穿通道51扫过的潜在界面区域的更多的暴露。

在本发明的至少一些实施例中，所有燃烧活塞引擎动力输入系统的、展现出各种频率和幅度的扭转干扰的扭转属性典型特征能被动力总成输入模块100控制和缓和，而不用集成当前机械扭转阻尼器。进一步地，适配有可控动力总成输入模块100的任何公路和非公路/全地形/商用车辆的性能可以通过谨慎扩大下游动力总成传动系统比率来增强，而无需对现有的下游动力总成系统动力-流架构或硬件的任何改进。

外动力总成控制模块20也可以依照可变的和改变的操作情况命令的来指挥动力总成输入模块100特征的实时修改。

与当前技术的转矩转换器相比，动力总成输入模块100还可以满足多个应用需求，而不需要对下游动力总成传动系统动力流架构或硬件的任何改进。

本申请的上述实施例仅意在作为示例。不脱离本申请的预期范围，本领域的普通技术人员可以实现特别实施例的修改、改进和变型。特别地，可以选择一个或多个上述实施例的特征以创建包含上文没有明确描述的特征的子组合的替代实施例。此外，可以选择和结合一个或多个上述实施例的特征以创建包含上文没有明确描述的特征的组合的替代实施例。对本领域普通技术人员来说，在将本身申请作为整体回顾时，适合这样的组合和子组合的特征已是明显的。本文中描述的和权利要求中叙述的主题意在覆盖和包含技术中的所有适合的改变。