电子锁止式差速器的控制的制作方法

1.本公开涉及汽车传动系以及与其相关的部件的控制。


背景技术：

2.一些锁止式差速器被设计成将两个车轮都锁止在车桥上。这导致两个车轮一起转动，而不管任一车轮单独可用的牵引力如何。当解锁时，每个车轮可以以不同的速度旋转。解锁的差速器向该车桥上的每个车轮提供相同的扭矩。因为锁止的差速器导致同一车桥上的两个车轮以相同的速度旋转，所以每个车轮可以施加其下方的表面将允许的尽可能多的旋转力。因此，在某些情况下，锁止的差速器可能比未锁止的差速器有优势。


技术实现要素：

3.传动系系统包括：辅助电池；电子锁止式差速器，其包括锁止环和线圈，所述线圈移动所述锁止环以接合所述电子锁止式差速器的齿轮；以及储能电容器，所述储能电容器在所述锁止环与所述齿轮的接合的至少一部分期间为所述线圈供电。所述传动系系统还包括控制器，所述控制器在所述接合之前将所述储能电容器充电到第一预定义电压，并且响应于所述储能电容器放电到第二预定义值，继续利用来自所述辅助电池的能量为所述线圈供电。
4.方法包括：将储能电容器电连接到线圈以向所述线圈供电并使电子锁止式差速器的锁止环接合所述电子锁止式差速器的齿轮。所述方法还包括：响应于所述储能电容器放电到预定义值，将辅助电池电连接到所述线圈以向所述线圈供电并维持所述锁止环与所述齿轮的接合。
5.传动系系统包括：电子锁止式差速器，其包括锁止环和线圈，所述线圈移动所述锁止环以接合所述电子锁止式差速器的齿轮；储能电容器，所述储能电容器在所述锁止环与所述齿轮的接合的至少一部分期间为所述线圈供电；以及升压电路，所述升压电路被配置为对所述储能电容器充电。所述传动系系统还包括：控制器，其响应于指示所述锁止环已经接合所述齿轮的数据或在预定义时间段到期后降低所述升压电路的输出电压。
附图说明
6.图1是锁止式差速器系统的示意图。
7.图2是传动系的各部分的示意图。
8.图3是图1和图2的线圈的透视图。
9.图4是图1和图2的超级电容器的电压对时间的曲线图。
具体实施方式
10.本文公开了详细实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是可以以各种和替代形式体现的示例。附图不一定按比例绘制。一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部
件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员的代表性基础。
11.电锁止式差速器通常利用螺线管，所述螺线管通常通过按钮手动接合或在各种情况下自动接合。传统上，使用十二伏螺线管来克服机械弹簧以锁定差速器。考虑到车辆和电子器件中的现有电源，十二伏螺线管是常见的，并且对此进行改变会有一定的成本。
12.近年来，电子器件成本的下降使得专用dc-dc转换器(例如，升压转换器)更加经济，特别是当结合到现有模块中时。电子部件成本预计将继续下降，并且正在推动车辆中的电子特征的扩展。
13.在电锁止式差速器的背景下，提高弹簧强度并减少接合时间可能是有利的。这通常是通过更大、更昂贵的线圈来实现的，尽管降低成本往往是汽车部件开发过程中的目标。
14.本公开提出了使用升压转换器电路来暂时将螺线管电压增加到多达例如四十八伏。这种电压升高可以增加力，同时减少反应时间。并且同时，它将减少对具有更大线圈的需要。具有较小线圈的机会意味着它也将降低成本。
15.在一个示例中，可变电压升压转换器用于驱动为螺线管供电的48v储能电容器(例如，超级电容器)。增大的电压使线圈更小，具有增大的拉动力。然而，一些增大的拉动力将用更强的弹簧抵消，以促进针对防抱死制动系统事件的更快脱离。弹簧力的增大将实现更快的脱离，并且可以更稳健地防止意外致动。带有一定量的扭矩困陷的脱离也可以克服某些动态事件的问题。
16.相对于先前的设计，将电压加倍可以允许使用一半的铜线，从而有可能降低系统成本，这取决于任何额外的电子部件的成本。作为一种利用现有模块包装的经济方式，增加的电子器件可以与现有的模块印刷电路板集成。
17.当连接升压放大器/电容器与螺线管的开关第一次闭合时，电容器将处于48v。这允许其克服增大的弹簧力以及冷润滑温度。在一些示例中，对应的升压电路的大小可以被设计成在增大的弹簧力的情况下支持24v和3a(约72w)的稳态接合操作。尽管它的大小可以被设计成支持48v和3a(大约144w)，但这不是必需的，并且可能不必要地增加成本。因此，电容器的大小被设定为在前100毫秒内提供初始吸合能量。
18.当电容器放电到24v或更低时，升压电路电压降低以防止螺线管线圈过热并让锁止器更快地脱离。替代地，升压电路电压降低可以取决于后轮速度是否相等(指示锁止环已经接合)，或者是否已经过了某个预定义时间段(例如，300毫秒至400毫秒)。
19.在一些布置中，升压电路可以与隔板连接器一起封装。这可以避免布线中的任何电压损失，从而允许最大电流通过线圈。尽管可能存在与在此区域中封装附加部件相关联的成本，但是它可以允许改装解决方案。
20.所提出的设计可能具有某些优点。减少脱离时间是可能的。与12v相比，更高的48v吸合力允许使用更强的弹簧，这可以改进发生的扭矩困陷问题。由于更多的齿偏移，可以改进缸体换挡，这通过增加的螺线管力来实现。接合时较大的车轮变化量也是可能的。
21.螺线管尺寸的减小也可带来改进。由于系统中可能需要更少的铜布线，因此可以降低成本。这也可能导致重量和封装要求降低。差速器壳体的性能和/或寿命可能会增加，因为壁厚可能会增加，离合器板可能会增加，轴承跨距可能会减小等。
22.即使螺线管尺寸减小，升高电压也允许弹簧更硬，这可能带来若干益处。即使存在
一些扭矩困陷，仍然可以实现脱离，这将克服动态事件中的问题。对于防抱死制动系统事件，脱离可能会更快。较硬的弹簧可能不太可能无意中被致动。在吸合之后，升压器电压可以降低到小于例如12v(保持的最小值)，从而在减少脱离时间的同时节省电力。
23.因此，本文设想的实施例可以具有更小、更轻的线圈，但是具有双倍的吸合力。这可以允许更快的接合时间，并且可以使得能够使用更强大的复位弹簧，这可能是期望的，因为它减少了无意接合的机会。
24.例如，基于后车桥或变速器油温的查找表可以用于确定线圈致动电压，从而补偿线圈电阻和油粘度。对应的控制系统可以基于电流来检测线圈冲程位置。一旦线圈完全接合，这可以实现电压降低。充电控制电路可能不允许充电超过某个阈值。
25.参考图1，示例性锁止式差速器致动器10包括电池12、充电控制电路14、超级电容器16和用于电子锁止式差速器的线圈18。充电控制电路电连接在电池12与超级电容器16与线圈18之间。如下面进一步详细解释的，充电控制电路14使用来自电池12的电力来选择性地允许来自超级电容器16的电力流过线圈18，以致动电子锁止式差速器。
26.参考图2，传动系系统20包括锁止式差速器致动器10和电子锁止式差速器22。在本示例中，控制电路14包括48v升压电路24、微控制器26、开关28、30、32(例如，晶体管)和二极管34、36。48v升压电路24电连接在电池12与超级电容器16之间。顾名思义，其将来自电池12的电压输入升高到48v以对超级电容器16充电。微控制器26对开关28、30、32施加控制。此外，开关28和二极管34位于超级电容器16与线圈18之间的电气路径中。开关30和二极管36位于电池12与线圈18之间的电气路径中。并且，开关32位于线圈18与接地(gnd)之间的电气路径中。二极管34、36被布置在它们相应的电气路径中，以防止电流分别从线圈18流回到开关28、30。
27.如上所述，为了给超级电容器16充电，微控制器26命令开关28、30、32断开。因此，48v升压电路24的操作将来自电池的电压增大到48v。为了使来自超级电容器16的电流通过线圈18，微控制器26命令开关28、32闭合(同时开关30保持断开)。这将线圈18电连接在超级电容器16与接地之间。为了使来自电池12的电流通过线圈18，微控制器26命令开关30、32闭合(同时开关28保持断开)。这将线圈18电连接在电池12与接地之间。为了将线圈18从由超级电容器16供应的电流转变为由电池12供应的电流，微控制器26命令开关30闭合并且开关28断开(同时开关32保持闭合)。如下面更详细描述的，流过线圈18的电流可以用于致动和保持电子锁止式差速器22。
28.电子锁止式差速器22包括锁止环38和齿轮40。流过线圈18的电流使锁止环38移动并接合齿轮40。
29.由于使用超级电容器16而增大的电压使线圈18更小，具有更强的拉动力。如上所述，一些增大的拉动力可以用更强的弹簧抵消，以促进针对防抱死制动系统事件的更快脱离。
30.在本示例中，48v升压电路24的尺寸被设计成在弹簧力增大的情况下在3a电流下支持24v的稳态接合操作，并且超级电容器16的尺寸被设计成在前100毫秒内提供初始吸合能量。然而，其他布置也是可能的。
31.当超级电容器16放电到24v(或更低)时，可以在微控制器26(或其他控制器)的控制下降低48v升压电路电压，以防止线圈18过热并允许锁止环38快速脱离。替代地，当后轮
速度相同时(指示锁止环38已经接合)或在预定义时间段到期后，可以降低48v升压电路电压。
32.通常，12v线圈具有200个铜绕组。这种线圈还可以具有2.3ω的电阻、12v下5.2a的电流、每匝1040a以及100n的吸合力。参考图3，线圈18是48v线圈。在本示例中，线圈18具有100个铜绕组42、2.3ω电阻、48v下20.9a的电流、每匝2090a以及200n的吸合力。因此，线圈18比具有双倍拉动力的典型12v线圈更小且更轻。这允许更快的接合时间，并且将使得能够使用更强大的复位弹簧。
33.参考图2和图4，在闭合开关28、30、32之前，超级电容器16处于48v。在t1时，开关28、32闭合(同时开关30保持断开)，从而使超级电容器16通过线圈18放电。在t2时，48v升压电路24的输出电压降低到12v或更低以节省电力并减少脱离时间。
34.本文公开的算法、方法或过程可以被输送到计算机、控制器或处理装置或由所述计算机、控制器或处理装置实现，所述计算机、控制器或处理装置可以包括任何专用电子控制单元或可编程电子控制单元。类似地，算法、方法或过程可以以多种形式存储为可由计算机或控制器执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在诸如只读存储器装置的不可写存储介质上的信息和可改地存储在诸如光盘、随机存取存储器装置或其他磁性和光学介质的可写存储介质上的信息。算法、方法或过程也可在软件可执行对象中实现。替代地，可以使用合适的硬件部件(诸如专用集成电路、现场可编程门阵列、状态机或其他硬件部件或装置)或固件、硬件和软件部件的组合来整体或部分实现所述算法、方法或过程。
35.虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种改变。例如，可以使用除48v升压电路之外的升压电路等。
36.如先前所描述的，各种实施例的特征可被组合以形成可能未被明确描述或说明的其他实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式期望的实施例不在本公开的范围外，并且对于特定应用可为期望的。
37.根据本发明，提供了一种传动系系统，其具有：辅助电池；电子锁止式差速器，其包括锁止环和线圈，所述线圈被配置为移动所述锁止环以接合所述电子锁止式差速器的齿轮；储能电容器，所述储能电容器被配置为在所述锁止环与所述齿轮的接合的至少一部分期间为所述线圈供电；以及控制器，所述控制器被编程为在所述接合之前将所述储能电容器充电到第一预定义电压，并且响应于所述储能电容器放电到第二预定义值而继续利用来自所述辅助电池的能量为所述线圈供电。
38.根据一个实施例，本发明的特征还在于多个开关，其中所述控制器还被编程为经由激活所述开关中的至少一些将所述储能电容器与所述线圈电连接。
39.根据一个实施例，本发明的特征还在于多个开关，其中所述控制器还被编程为经由激活所述开关中的至少一些将所述辅助电池与所述线圈电连接。
40.根据一个实施例，所述储能电容器是超级电容器。
41.根据一个实施例，所述辅助电池是12v电池。
42.根据本发明，一种方法包括：将储能电容器电连接到线圈以向所述线圈供电并使电子锁止式差速器的锁止环接合所述电子锁止式差速器的齿轮；以及响应于所述储能电容器放电到预定义值，将辅助电池电连接到所述线圈以向所述线圈供电并维持所述锁止环与所述齿轮的接合。
43.在本发明的一个方面，将所述储能电容器电连接到所述线圈包括致动开关。
44.在本发明的一个方面，所述方法包括：响应于车辆激活，将所述储能电容器充电到大于所述预定义值的第二预定义值。
45.在本发明的一个方面，所述储能电容器是超级电容器。
46.根据本发明，提供了一种传动系系统，其具有：电子锁止式差速器，其包括锁止环和线圈，所述线圈被配置为移动所述锁止环以接合所述电子锁止式差速器的齿轮；储能电容器，所述储能电容器被配置为在所述锁止环与所述齿轮的接合的至少一部分期间为所述线圈供电；升压电路，所述升压电路被配置为对所述储能电容器充电；以及控制器，所述控制器被编程为响应于指示所述锁止环已经与所述齿轮接合的数据或在预定义时间段到期后降低所述升压电路的输出电压。
47.根据一个实施例，所述数据是车轮速度数据。
48.根据一个实施例，本发明的特征还在于多个开关，其中所述控制器还被编程为经由激活所述开关中的至少一些将所述储能电容器与所述线圈电连接。
49.根据一个实施例，所述储能电容器是超级电容器。
50.根据实施例，所述预定义时间段是400毫秒或更少。
51.根据一个实施例，本发明的特征还在于辅助电池，其中所述控制器还被编程为将所述辅助电池与所述线圈电连接。
52.根据一个实施例，本发明的特征还在于多个开关，其中所述控制器还被编程为经由激活所述开关中的至少一些将所述辅助电池与所述线圈电连接。
53.根据一个实施例，所述控制器还被编程为在降低输出电压后将所述辅助电池与所述线圈电连接。
54.根据一个实施例，所述辅助电池是12v电池。