集成断开双离合器系统和双作用活塞的制作方法

本申请要求2016年9月22日提交的美国临时专利申请第62/398,164号的优先权。

本公开涉及用于全轮驱动车辆的副车轴的双离合器系统和具有双作用活塞的液压扭矩致动器。

背景技术：

液压扭矩致动通常用于其中全轮驱动是选项的前轮或后轮驱动车辆的副车轴上。这可能既适用于永久性主动按需系统(aod)，也适用于当不需要全轮驱动功能时齿圈和小齿轮停止的断开系统。在提供左右车轮的独立扭矩控制的侧装式双离合器车轴上，每个左右安装的离合器都有通常由独立的活塞组成的致动器，其中压力调制决定推力，从而决定扭矩设置。

技术实现要素：

根据本公开的一个实施例，提供了一种用于具有左副驱动轮和右副驱动轮的全轮驱动车辆的副驱动单元，所述左副驱动轮和右副驱动轮通过副驱动单元选择性地连接到驱动源，该副驱动单元容纳可操作地联接到驱动源的主轴。副驱动单元包括：副驱动单元(sdu)壳体，该壳体限定用于接收主轴的第一部段，并且该壳体限定用于封闭双离合器组件的第二部段；左输出轴，左输出轴与主轴同心，该左输出轴用于将扭矩传递到左副驱动轮；和右输出轴，右输出轴与左输出轴同轴，该右输出轴用于将扭矩传递到右副驱动轮。双离合器组件包括连接到主轴的离合器壳体、用于选择性地连接左输出轴和离合器壳体的左离合器、用于选择性地连接右输出轴和离合器壳体的右离合器、以及从离合器壳体的内壁延伸的刚性中心板，该刚性中心板分隔左离合器和右离合器。

在一些实施例中，sdu壳体的第二部段完全位于sdu壳体的第一部段的一侧上。在一些实施例中，右输出轴由左输出轴引导和支撑。

在一些实施例中，右离合器可以包括成组右隔板，成组右隔板集成到离合器壳体中并与由右输出轴承载的成组右摩擦盘交错。左离合器可以包括成组左隔板，成组右隔板集成到离合器壳体中并与由左输出轴承载的成组左摩擦盘交错。该成组左隔板和该成组右隔板由中心板分隔开，并且该成组左摩擦盘和该成组右摩擦盘由中心板分隔开。

在一些实施例中，右离合器或左离合器中的一个还包括双作用活塞组件。双作用活塞组件包括：双作用活塞；空腔，空腔限定在sdu壳体的第一面向内的壁中，用于接收双作用活塞；以及第一端口和第二端口，第一端口和第二端口限定在sdu壳体中，用于使流体通过以启动双作用活塞组件。双作用活塞和在第一面向内的壁中的空腔限定用于接收通过第一端口和第二端口的流体的第一室和第二室；第一室的容积小于第二室的容积。

在一些实施例中，当流体通过第一端口被接收以启动双作用活塞组件时，流体被双作用活塞组件吸入第二端口和第二室。

在一些实施例中，双作用活塞具有大致h形的横截面。在一些实施例中，双作用活塞具有大致阶梯状的横截面。

在一些实施例中，右离合器或左离合器中的另一个还包括非双作用活塞组件，该非双作用活塞组件包括：非双作用活塞；空腔，空腔限定在sdu壳体的第二面向内的壁中，用于接收非双作用活塞；以及第三端口，第三端口限定在sdu壳体中，用于使流体通过以启动非双作用活塞组件，非双作用活塞和在第二面向内的壁中的空腔限定用于接收通过第三端口的流体的第三室。

在一些实施例中，双作用活塞组件的第一室的容积小于非双作用活塞组件的第三室的容积。在一些实施例中，双作用活塞组件的第一和第二室具有与非双作用活塞组件的第三室基本上相同的压力施加面积。

根据本公开的一个实施例，提供了一种用于车辆驱动单元的离合器的活塞组件。活塞组件包括双作用活塞组件，其具有：双作用活塞；空腔，空腔用于接收双作用活塞，该空腔限定在驱动单元的壳体的第一面向内的壁中；以及第一端口和第二端口，第一端口和第二端口限定在驱动单元的壳体中，用于使流体通过以启动双作用活塞组件，双作用活塞和在第一面向内的壁中的空腔限定用于接收通过第一端口和第二端口的流体的第一室和第二室，第一室的容积小于第二室的容积。

在一些实施例中，当流体通过第一端口被接收以启动双作用活塞组件时，流体被双作用活塞组件吸入第二端口和第二室。

在一些实施例中，双作用活塞具有大致h形的横截面。在一些实施例中，双作用活塞具有大致阶梯状的横截面。

在一些实施例中，活塞组件还包括非双作用活塞组件。非双作用活塞组件包括：非双作用活塞；空腔，空腔用于接收非双作用活塞，该空腔限定在驱动单元的壳体的第二面向内的壁中；以及第三端口，第三端口限定在驱动单元的壳体中，用于使流体通过以启动非双作用活塞组件，该非双作用活塞和在第二面向内的壁中的空腔限定用于接收通过第三端口的流体的第三室。

在一些实施例中，双作用活塞组件的第一室的容积小于非双作用活塞组件的第三室的容积。

在一些实施例中，双作用活塞组件的第一和第二室具有与非双作用活塞组件的第三室基本上相同的压力施加面积。

附图说明

现在将通过示例的方式参考附图，附图示出本申请的示例性实施例，并且在附图中：

图1示出了根据本公开的实施例的具有后车轴双离合器系统的车辆传动系；

图2示出了现有技术中已知的后驱动单元和双离合器系统的一部分的剖视图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的后驱动单元和双离合器系统的一部分的剖视图；

图4是根据本公开的另一个实施例的后驱动单元和双离合器系统的一部分的剖视图；

图5是示出图4所示的液压控制系统和双作用活塞的操作的图；

图6是示出液压控制系统的示意图；

图7是示出根据本公开的一个实施例的双作用活塞中的压力的曲线图；

图8是示出根据本公开的一个实施例的车辆传动系统部件的同步响应时间的曲线图；和

图9和图10是示出图3所示的双作用活塞组件的液压控制系统的两个操作阶段的图。

相似的附图标记可以在不同的附图中用来表示相似的部件。

具体实施方式

本公开涉及一种用于前轮或后轮驱动车辆的副车轴的双离合器系统，该车辆也支持全轮驱动。还提供了用于致动双离合器系统的双作用活塞和方法。虽然参照前轮驱动车辆的后车轴进行了描述和图示，但是双离合器系统和双作用活塞可以用于任何副车轴。

图1示出了用于将扭矩传递到车辆的第一组或主组车轮12和第二组或副组车轮14的示例性车辆传动系组件10。传动系组件10包括主或前传动系统16和副或后传动系统18。前传动系统16包括发动机20、变速器22和动力输出单元24(ptu)等部件。ptu24包括输出端26，用于通过推进器轴28将扭矩传递到副驱动单元，特别是用于驱动后轮14的后驱动单元30(rdu)。rdu30包括根据本公开的双离合器组件。控制器(未示出)与前传动系统16和后传动系统18中的部件通信，并且还与位于车辆各处的一个或多个传感器通信。控制器还被配置成控制液压系统，用于启动如本文所述活塞和双离合器组件。

图2示出了现有技术中已知的用于后驱动单元202的双离合器组件200。扭矩从小齿轮204流向齿圈206，然后直接流向左离合器壳体208和右离合器壳体210，因为它们是直接连接的。左活塞212和右活塞214控制左离合器片216和右离合器片218上的施加压力，从而独立地控制左输出扭矩和右输出扭矩。左活塞212和右活塞214可以被制造成使得间隙足够大以分离离合器片216、218，从而使左输出轴220和右输出轴222与相应的离合器壳体208、210变得断开。在该示例中，假设系统的前部也断开，例如在ptu中，小齿轮204和齿圈206以及推进器轴28将停止旋转。当出现连接传动系统的需求时，活塞212和/或214将以受控的方式调节足够的扭矩，使得系统被平稳地连接。

然而，分开的左离合器和右离合器带来了一些挑战，因为它们具有两个离合器壳体，分开的输出轴用它们自己的轴承支撑，并且增加了宽度和潜在的重量。此外，离合器片之间需要足够的间隙，以减少在断开状态期间的寄生损耗，并在系统处于断开状态时提供低阻力。然而，从离合器完全打开到关闭间隙和启动扭矩控制的响应时间可能比动态、快速响应awd系统所需的更长。

图3中示出了根据本公开的一个实施例的rdu30和双离合器组件301。组件301包含在rdu30的壳体302内，并且位于副车轴的驱动源的一侧上。具体地，rdu壳体302限定了接收驱动源的第一隔间或部段304。rdu壳体302限定了包含双离合器组件301的第二隔间或部段305。在一个实施例中，驱动源是小齿轮306和小齿轮轴307，它们可操作地联接到车辆的推进器轴28和ptu24。小齿轮306与齿圈308联接，齿圈308具有接收在部段304中的主轴309。在图3所示的实施例中，第二部段305和组件301位于rdu壳体302的第一部段304的右侧。在其他实施例(未示出)中，组件301和第二部段305的对称或镜像型式位于驱动源和第一部段304的左侧。与图2中的双离合器组件200相反，该双离合器组件200包括在驱动源的每一侧上的分开的右离合器组件和左离合器组件，根据本公开的双离合器组件301位于驱动源的一侧上。

双离合器组件301包括公共离合器壳体310、左离合器312和右离合器314。离合器壳体310连接到主轴309。右输出轴316由左输出轴318引导和支撑。在其他实施例中，左输出轴318由右输出轴316引导和支撑。左输出轴318与主轴310同心并联接在主轴310内。尽管在图3中没有延伸，但是左输出轴318从双离合器组件301通过主轴309延伸到左后轮。当离合器组件301连接以提供awd时，右输出轴316将扭矩传递到右后轮，并且左输出轴318将扭矩传递到左后轮。根据左离合器片和右离合器片之间所需的滑移量，差动运动通过右输出轴316和左输出轴318与轴承或衬套320一起被引导来实现。在一个实施例中，右输出轴316和左输出轴318与“l”形烧结轴承一起被引导。

每个离合器312、314包括相应的成组左隔板和成组右隔板、成组左摩擦盘和成组右摩擦盘组以及用于启动离合器的至少两个活塞组件。具体地，左离合器组件和右离合器组件中的每一个都包括集成到离合器壳体310中的相应的成组左隔板324和成组右隔板326。在一个实施例中，离合器壳体310通过花键连接到成组左隔板324和成组右隔板326。左输出轴318承载用于左离合器312的一组摩擦盘328，并且右输出轴316承载用于右离合器314的一组摩擦盘330。左离合器312和右离合器314由相应的成对左液压活塞组件334和成对右液压活塞组件336致动。因此，能够实现独立的扭矩偏置。

双离合器组件301包括中心板340，中心板340将一组左隔板324和一组右隔板326分隔开，以支持独立的左和右扭矩控制。中心板340足够硬以承载来自活塞334、336的推力载荷。具体地，中心板340足够硬，以抵抗来自离合器组件301任一侧的致动力，从而避免板340偏转和压缩组件301另一侧的离合器片。在一个实施例中，中心板340刚性地固定到离合器壳体310。在一个实施例中，左活塞组件334经由外部施加板342致动左离合器312。外部施加板342可以通过窗口或开孔(未示出)配合到离合器壳体310的侧面，以将离合器片挤压到内部。如下所述，右活塞组件336通过离合器片中的一个致动右离合器314。

在两轮驱动(2wd)模式下，摩擦盘328、330和隔板324、326间隔开，以导致齿圈308与左输出轴318和右输出轴316之间断开。为了将状态改变回连接的awd驱动模式，齿圈308被同步到与后轮14大约相同的相对速度。产生扭矩以克服惯性扭矩，从而将齿圈308、小齿轮轴307和推进器轴28旋转到车辆的相同相对速度。这可以通过同时或以串联方式接合左离合器312和右离合器314中的任一个来实现。同步速度将取决于左离合器312和右离合器314之一或两者占据间隙的速度以及致动器在离合器312、314中产生扭矩的扭矩响应。一旦传动系统部件被同步并且ptu24被连接，扭矩调制就可以发生。

独立的离合器组件301具有较小的整体尺寸，并且使得致动器系统能够放置在组件301附近，导致到左液压活塞组件和右液压活塞组件两者的整体流体路径较短。因此，可以实现更快响应的awd系统。在一个实施例中，根据所需的扭矩，两个离合器312、314都可以用于启动同步过程。在一个实施例(未示出)中，左液压活塞组件334和右液压活塞组件336具有对称的几何形状和空腔尺寸，因此每个活塞具有相似的响应或性能。在其他实施例中，由于与左离合器312和右离合器314的能力相比，同步传动系统的扭矩水平相对较小，因此仅一个离合器用于同步传动系统。

如图3所示，为了进一步改善同步和awd连接响应时间，根据本公开的一个实施例，右液压活塞组件336被配置为双作用活塞。由于同步传动系统可以只需要一个离合器，因此双作用活塞组件336被配置成比“非同步”左离合器312更快地接合右离合器314或“同步离合器”。双作用活塞组件336包括双作用活塞349，该双作用活塞349接收或安装在限定在rdu壳体302的第一面向内的壁350中的第一空腔中。双作用活塞349和第一空腔限定了两个室ch1和ch2，其用于接收用于致动活塞组件336的流体。在图3所示的实施例中，两个室ch1和ch2在用于双作用活塞组件336的空腔内线性地间隔开，并且由具有大致“h”形横截面的活塞349限定。非双作用左活塞组件334包括活塞351，活塞351被接收或安装在限定在rdu壳体302的第二面向内的壁352中的第二空腔中。活塞352和第二空腔限定了第三室ch3，其用于接收用于致动活塞组件334的流体。提供偏置装置(图3中未示出)以将活塞349、351返回到它们的缩回位置。在活塞组件334、336和施加板342及右隔板326之间也可以放置轴承(图3中未示出)。

在双作用活塞组件336的一个实施例中，室ch1的总容积小于ch2的容积，并且也小于左活塞组件334的室ch3的容积。结果，如下所述，当两个活塞组件的填充速率相同时，右活塞349移动得更快。由于同步传动系统的反作用扭矩相对较小，因此可以仅使用一个离合器和双作用活塞组件336的部分活塞表面积，从而具有更快的响应时间。活塞组件336通过在充满室ch2的同时快速克服间隙和同步右离合器314来执行双重功能。活塞组件336、334的室ch2和ch3的尺寸可以相等，使得左活塞351和右活塞349在主扭矩控制期间将以相同的力推动。

图4中示出了根据本公开的另一个实施例的rdu400和双离合器组件401。组件401类似于图3所示的组件301，但是包括rdu壳体402的不同配置和用于右离合器415的双作用活塞组件412的不同实施例。也提供了用于左离合器413的非双作用活塞组件414的不同实施例。

双作用活塞组件412包括双作用活塞416，该双作用活塞416接收或安装在限定在rdu壳体401的第一面向内的壁350中的第一空腔中。双作用活塞416和第一空腔限定了两个室c1和c2，其用于接收用于致动双作用活塞组件412的流体。在图4所示的实施例中，两个室c1和c2在空腔内轴向地和径向地交错或间隔开，并且由具有阶梯横截面的活塞416限定。非双作用左活塞组件414包括活塞418，活塞418接收或安装在限定在rdu壳体402的第二面向内的壁352中的第二空腔中。活塞416和第二空腔限定了室c3，其用于接收用于致动活塞组件414的流体。双离合器组件401包括偏置装置，以将活塞416、418返回到它们的缩回或断开位置。图4中示出了示例性偏置装置，其中右弹簧422和左弹簧420接合活塞416、418和rdu壳体402的部分。在活塞组件412、412和施加板342和右隔板326之间也可以放置轴承。

在该实施例中，室c1的容积小于c2的容积，因此仅一个离合器和双作用活塞组件412的部分活塞表面积可以用于同步，从而具有更快的响应时间。总的来说，室c1和c2具有与具有室c3的非双作用左活塞组件414相同的压力施加面积，使得左活塞418和右活塞416在主扭矩控制期间将以相同的力推动。

每个活塞组件334、336、412、414的室的尺寸和几何形状可以变化，并且室尺寸的比率、孔口尺寸、端口直径、阀间隙和泵流量被配置成最大化活塞行程响应。虽然双作用活塞组件在图3和图4中示出用于右离合器，但是在其他实施例中，左活塞组件可以被配置为同步双作用活塞，而右活塞组件可以是非同步非双作用活塞。在其他实施例中，左活塞组件和右活塞组件都可以被配置为同步双作用活塞。还应当理解，根据本公开的双作用活塞组件也可以用于其他断开离合器系统，例如图2所示的组件。

首先将参照图5和6中的活塞组件412、414、液压控制系统510的图示和液压示意图来描述双离合器组件401的操作。从断开状态开始，控制器(未示出)启动液压控制系统510中的电动马达512。控制器可以是车辆控制器的一部分或独立系统。马达512旋转电动泵514以产生液压。在一个实施例中，马达512以固定速度操作，导致泵514提供固定的流量。泵514迫使液压流体从贮存器516通过单向止回阀cv1进入线性电磁阀lsv1，该线性电磁阀lsv1也由控制器电子控制。液压流体从阀lsv1通过专用端口p1流入右或双作用活塞组件412的室c1。室c1充满压力下的流体，结果，活塞416移动得更快，因为相对于活塞组件414的室c3，更小的空腔正在被填充。由活塞416施加到右离合器415的外隔板上的力足以使传动系统部件同步。换句话说，由于使传动系统同步的反作用扭矩相对较小，因此在此阶段仅使用右离合器415和双作用活塞组件412的部分活塞表面积。这导致用于awd操作的传动系统部件同步并最终接合的响应时间更快。

当双作用活塞416朝向右隔板326(向图4中的左侧)移动时，在室c2中产生负压或真空，这使得室c2在通过单向止回阀cv2和输入端口p2从贮存器516抽取流体时被填充。虽然为室c2提供了第二输入端口p3in，但该端口配置有较小的孔口。因此，当室c1正被填充时，有限的流体通过p3in流入室c2。活塞空腔比率(c1与c2)、孔口尺寸、端口直径、阀间隙和泵流量被配置为确保活塞行程响应最大化。室c1和c2以及活塞416被配置成使得一旦活塞416已经移动通过其完整行程，到达右离合器415的接触点或吻点(离合器间隙占据)，室c1和c2都被充满并且处于相等的压力。在吻点处，分别通过端口p1和p3in向室c1、c2供应相等的压力。尽管p3in的孔口受到限制，但其尺寸设计成足以实现c2室中的压力控制，以进行扭矩调制。由单向止回阀cv3提供从c2室通过端口p3ex到lsv1的排放端口的泄压。从室c1的泄压通过lsv1的排放端口提供。

图7是示出在该过程期间在室c1和c2中的压力的曲线图。曲线图的上线710示出了室c1的主活塞压力。室c2的副活塞压力由曲线图的下虚线712表示，这显示了在室c2中最初产生的负压。时间t表示双作用活塞416接合右离合器415并占据或克服摩擦盘330和隔板326之间的间隙的时间。室c1中的压力最初较大，以便快速克服或占据右离合器415中的离合器片之间的间隙。随着右离合器415接近吻点，压力降低。在该阶段之后，一旦传动系统部件同步，通过经由端口p1和p3in控制室c1和c2中的压力来实现扭矩调制。

在一个实施例中，一旦右离合器415已经提供足够的扭矩来同步传动系统部件，控制器通过线性电磁阀lsv2的控制来启动左活塞组件414。具体地，泵514迫使液压流体从贮存器516通过单向止回阀cv4进入lsv2。液压流体从阀lsv2通过专用端口p4流入左或非双作用活塞组件414的室c3。从室c3的泄压通过阀lsv1的排放端口提供。一旦左活塞组件414和右活塞组件412都处于它们的待用或吻点位置，并且一旦传动系统部件同步且ptu连接，扭矩调制就可以发生。在一个实施例中，可以实现克服左离合器413间隙、推进器轴28同步以及ptu24连接之间的一定量的接合重叠，以便改善总的系统响应。图8示出了一个实施例的示例时间线和这种重叠。如图所示，推进器轴28旋转的同步时间可以在右离合器415到达吻点之后开始，并且可以与左离合器413的启动重叠。ptu接合也可以与推进器轴28的旋转的同步和左离合器413到其间隙点的启动重叠。

为了使双离合器组件401返回到断开状态，控制器操作线性电磁阀lsv1和lsv2，以分别通过端口p1、p3ex和p4从室c1、c2和c3排出或放出流体。左活塞418和右活塞416缩回至打开或断开位置。在一个实施例中，如图4所示，左活塞418和右活塞416被诸如弹簧420、422的偏置装置推回到打开或断开位置。

根据双作用活塞组件的布置和双离合器组件的期望性能，可以实现替代的同步和接合顺序。参照图9和10中活塞组件334、336和液压控制系统910的图示描述了图3的离合器组件301的实施例的操作。同样，施加原理在两个阶段中完成。第一阶段是将右离合器314移动到吻点并同步，第二阶段是通过使用相应的填充的室进行扭矩调制。图9表示从断开状态开始的起点，图10表示活塞组件334、336和液压控制系统910在吻点处的状态。

具体地，在图9中，从断开状态开始，控制器启动电动马达912，并控制液压控制系统910中的线性电磁阀lsv1、lsv2。马达912旋转电动泵914以产生液压。泵914迫使来自贮存器916的液压流体通过阀lsv1和lsv2以及端口p1和p3，以填充室ch1和ch3。室ch2的端口p2a在此过程中被活塞349堵塞。随着双作用活塞349朝向右隔板326(向图9中的左侧)移动，在室ch2中产生负压或真空，这使得室ch2在通过单向止回阀cv1和端口p2b从贮存器916抽取流体时被填充。尽管在该实施例中所有三个室ch1、ch2、ch3都被填充，但是右活塞351比左活塞349移动得更快，因为ch1的尺寸小于ch3的尺寸。因此，右活塞349将右离合器314移动到吻点以开始同步。

如图10所示，当右活塞349完成其行程时，端口p2a打开，并且室ch2完全充满。同样，随着端口p2a打开，室ch1中的轴向阀920关闭端口p1，并且端口p4打开。结果，在吻点处，来自室ch1的流体排放回贮存器916。单向止回阀cv1防止流体通过端口p5退出室ch2。因此，在扭矩调制期间，室ch1中的流体通过p4排放到贮存器916，使得左活塞组件334和右活塞组件336将在主扭矩控制期间以相同的力推动。

左活塞组件或右活塞组件可以是双作用活塞，并且在左右两侧具有相同供给压力的情况下，最初使其移动得比另一个更快。因此，同步(从打开的活塞到吻点或待用模式)可以更快地发生，而无需任何额外的移动部件。通过增加用来控制活塞的两个空腔，使一个活塞组件具有双重作用。双作用活塞组件336还由于移动的活塞而填充在压力下的室ch1和在真空下的室ch2，使得两个室都在活塞349的向左移动下填充。由于室ch2和ch3具有相同的尺寸，并且被控制和配置成以相对相同的速率填充，这确保了用于主扭矩控制的主活塞压力同时可用。

为了使双离合器组件301返回到断开状态，控制器操作线性电磁阀lsv1和lsv2，以分别通过端口p2a和p3从室ch2和ch3排出或放出流体。左活塞351和右活塞349缩回至打开或断开位置。在一个实施例中，左活塞351和右活塞349被诸如弹簧的偏置装置推回到打开或断开位置。

已经以说明性的方式描述了本发明，并且应当理解，已经使用的术语旨在具有描述性词语的性质，而不是限制性的。根据上述教导，本发明的许多修改和变型是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明能够以不同于具体描述的方式实施。本文和引用的权利要求中描述的主题旨在覆盖和包含技术中所有合适的变化。