CN103573852B - 用于动力传输单元的双活塞式断开装置 - Google Patents

用于动力传输单元的双活塞式断开装置 Download PDF

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Abstract

一种活塞***，该活塞***包括壳体，该壳体包括第一凹部和第二凹部。第一活塞包括嵌入在该第一凹部中的第一部分。第二活塞包括嵌入在该第二凹部中的第二部分。致动器具有第一侧和第二侧。该第一活塞选择性地压靠该致动器的第一侧，该第二活塞选择性地压靠该致动器的第二侧。该致动器可以是离合器组件的同步器。

Description

用于动力传输单元的双活塞式断开装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年8月2日提交的美国临时专利申请61/678825的优先权，其全部内容通过参考并入本说明书中。
技术领域
本发明总体上涉及活塞***。更具体地，本发明涉及用于致动离合器的、包括两个对置的活塞的***。
背景技术
当前的汽车动力传动***可包括全轮驱动***(“AWD”)***，其中动力传动***的所有车轮都主动参与推进车辆。一些AWD***具有接收发动机动力以用于推进车辆的主驱动轴。辅助驱动轴能够从主驱动轴接收部分发动机动力以用于动力传动***的全部车轮的主动参与。其它***可在主驱动轴和辅助驱动轴之间分配动力。
一些AWD车辆包括断开装置，以便将车辆由AWD转换为前轮驱动(“FWD”)或后轮驱动(“RWD”)。FWD或RWD***通过一个主动的前或后轴驱动车辆。剩下的轴被主驱动轴拉动或推动直到AWD模式被起动。
断开装置包括离合器和单个活塞，在一些实施方式中还包括换档拨叉。离合器能够接合从而将发动机动力分配给驱动轴，并且离合器能够释放从而阻止动力传输到驱动轴中的一个。该单个活塞可推动离合器从而使离合器接合，换档拨叉能释放活塞压力从而使离合器分离。现有技术的断开装置具有与壳体交互连接的各种接口以用于致动活塞，例如壳体中的用以容纳换档拨叉的开口和通道。因此，现有技术的装置容易发生泄漏、在接口位置受到应力、并且通常体积庞大。此外，换档拨叉容易断裂。
发明内容
在此公开的双活塞式断开(切断)装置提供了一种重量更轻、紧凑、能量高效、成本效益高并且耐用的断开装置。
活塞***可包括壳体，该壳体包括第一凹部和第二凹部。第一活塞包括嵌入在第一凹部中的第一部分。第二活塞包括嵌入在第二凹部中的第二部分。致动器具有第一侧和第二侧。第一活塞选择性地压靠致动器的第一侧，第二活塞选择性地压靠致动器的第二侧。
活塞***可形成为同步器组件的一部分，该同步器组件包括同步器环和锥形离合器。第一活塞构造成选择性地使同步器环从锥形离合器分离，第二活塞构造成选择性地使同步器环与锥形离合器接合。
应当理解的是，上述一般性描述以及接下来的详细描述都仅是示例性和解释性的，并且不限制本发明。
附图说明
结合在说明书中并构成为本说明书一部分的附图示出本发明的教导。
图1是AWD传动***转换为FWD的示意图。
图2是双活塞***的示意图。
图3是动力传输单元中的双活塞***的示意图。
图4是图3的主要部件的分解图。
图5A是第一活塞的第一侧的透视图。
图5B是第一活塞的第二侧的透视图。
图6A是第二活塞的第一侧的透视图。
图6B是第二活塞的第二侧的透视图。
图7是活塞的液力控制***的原理图。
图8是与壳体的电气和液压连接的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图中示出的实施例进行详细描述，尽可能的，相同的附图标记在全部附图中将被用于指代相同或类似的部件。方向性的标记，例如左或右，是为了便于参照附图而非意味着限制。
图1是能在AWD与FWD之间转换的动力传动***的示例。许多常规的元件被省略了。发动机103将扭矩动力提供给变速器102。动力传输单元101连接到前驱动轴以将扭矩提供给左侧和右侧的前外输出半轴105和104。动力传输单元101还通过选择性地与小齿轮107交互连接(通过界面连接，相互作用)来控制对后轴的扭矩分配，该小齿轮107经由联接器106连接驱动轴112。后差速器113接收来自驱动轴112的扭矩，并且该扭矩被分配给左、右后轴115和114。
至少一个液力***119连接到动力传输单元101以提供致动力。液力***119连接到电子控制***120以用于定时和扭矩量控制。电子控制***120可以与分布在动力传动***上的传感器相连接，例如检测小齿轮107转速的传感器，或者用于轮速、后差速器113的速度、前轴速度、发动机速度、变速器齿轮选择等的传感器。在一些情况下，传感器可以连接转向管柱、油门踏板或离合器踏板以便采集额外的数据。基于由传感器采集的信息，电子控制***120中的处理器可以执行储存在存储装置中的程序，并且电子控制***120能够命令液力***119提供流体致动力。
图2示出双活塞***的示例。第一活塞1与第二活塞2朝相反的方向移动。活塞1、2均嵌入在壳体3中，该壳体可以是整体式部件或者分体式配对部件。在一个实施例中，壳体3是沿着对置的活塞1和2之间的平面相配合的两件式部件。壳体3具有用于各活塞1、2的凹部6、7。凹部6、7包括与液力***的连接。为防止液压流体泄漏，壳体3可具有两个额外的凹部以用于容纳O形圈4、5。O形圈可以是方形密封环(星形密封圈，quad ring seal)，或PTFE(聚四氟乙烯)刮垢密封圈，它具有将碎屑从凹部6和7的孔中刮去的能力。此外，每个活塞1、2可包括两个分别用以容纳O形圈8和9的凹部。这些O形圈同样可以是方形密封圈或PTFE刮垢密封圈。或者，O形圈4和8可以是磨损环，并且O形圈5和9可以是方形密封圈。壳体3或活塞1和2上的凹部以及O形圈的尺寸、数目和间隔可以变化。
在图2的例子中，对置的活塞1和2移动来控制致动器，在本例中为狗式(棘爪式，卡爪式)同步器环10。也就是，第一活塞1是使同步器环10向右滑动的分离活塞。第二活塞2是压靠同步器环10以使其向左滑动的接合活塞。在这种布置中，随着第一活塞1向右移动，第二活塞2向左移动。当第二活塞2向右移动时，第一活塞1向左移动，并且同步器环10随活塞1和2一起移动。同步器环10的运动控制着附属的锥形离合器14的接合，这可以是“同步啮合”的一部分。尽管图2示出同步啮合式离合器的一个例子，但双活塞布置也可与其它具有可滑动致动盘的离合器***一起实施。
图2示出由两个活塞驱动的致动器的一个例子。剖面图是具有作为扭矩传输机构的同步器机构和锥形离合器的动力传输单元。致动器可以是同步器环10，它在同步器输入毂11上滑动并与之相连接，该同步器输入毂11具有散布的同步器支柱12。该同步器输入毂通过键(键槽)连接到前驱动轴，该前驱动轴从变速器接收旋转动力。该前驱动轴可以当扭矩动力被传输到前驱动轴时旋转。
前驱动轴的旋转力选择性地联接到锥形离合器的锥体14以及同步器输出键环13。也就是，当接合活塞2推压同步器环10并且将其向左推时，同步器环10在最外的一个锥体14上滑动。最外的一个锥体14能够旋转并且使其余锥体14开始旋转。也就是，锥体14压在一起并且摩擦力促使锥体与同步器输出键环13一起旋转。锥体14的旋转使同步器输出键环13达到与同步器环10相同的速度。匹配的速度允许挡环(摩擦环)或同步器输入毂11上的同步器支柱12进行调节。同步器环10可接着滑动到同步器输出键环13上从而允许来自同步器输入毂11的扭矩的传输。
前轴的扭矩可以通过接合活塞的逐渐按压被平滑地传输。这允许了从主驱动轴到辅助驱动轴的平滑的扭矩传输。
要释放扭矩传输，第一分离活塞1选择性地向右移动以使同步器环滑动离开同步器输出键环13。接着锥体14能分离从而不再继续扭矩的传输。在这个例子中，由于离合器的柔软度足以使其分离，分离不需要弹簧。弹簧的省略减少了摩擦损失和滞后，并且因此提高了燃油经济性。
通过上述布置确保了数个益处。首先，如果动力丢失，则同步器可保持在其当前的位置，避免了扭矩传输过早或突然的断开，以及相应的行驶中车辆的突然停止。此外，该***缺少现有技术的换挡拨叉，这进一步减少了滞后带来的损失，因为不存在拨叉导致联接流体的搅动的问题。
代替上述缺点的是，双活塞1和2不旋转并且不会增加现有技术的弹簧或拨叉布置的滞后损失。此外，同心直列的活塞允许阶梯状的配置。这允许壳体3沿从其中心车辆位置到其外边缘的方向变得更小。这减少了动力传输单元101的占地面积和重量，并且使其更容易被装配在发动机、变速器等附近的狭窄空间中。由于活塞1和2嵌入在壳体3中，而不是独立于壳体3，因此不需要额外的支撑和连接，这进一步减少了动力传输单元101的滞后损失和重量。重量的减少和滞后损失的减少提高了车辆的燃油效率。滞后的减少还有助于辅助驱动***的更完全的空转。也就是，因为动力传动***可从锥体14或同步器输出键环13直到辅助驱动轴可以空转，所以连接到辅助驱动***的部分不太可能旋转或以其它方式移动或接合。在图2的例子中，这意味着如果AWD断开并且FWD接合，则前驱动轴将接收全部扭矩动力并且后轴115和114将被一起拖动。小齿轮107和驱动轴112将空转，如同动力传输单元101的准双曲面齿轮一样。
现有实施方式、例如未决的美国申请12/944714中用于可空转辅助驱动***的实施方式既使用锥形离合器又使用湿式离合器组。目前的双活塞***可被用在这样的双离合器***中，或者如此处所示，该双活塞***能够包围锥形离合器并且取消湿式离合器，使锥形离合器作为唯一的扭矩传输机构。湿式离合器的取消进一步减少了重量和滞后损失。活塞1和2的平滑且受控的接合可产生平滑受控的扭矩连接，并且狗式件确保了完全且牢固的接合。
如图2所示，同步器环10可包括背离旋转中线向外突出的唇状部。唇状部提供了供活塞1和2按压的表面。也就是，分离活塞1推压唇状部的第一侧20，并且接合活塞2推压唇状部的第二侧21。唇状部的各侧20、21均具有表面面积，并且活塞1、2分别包括具有相应的接触面积的表面22、23。与唇状部相应侧20和21接触的活塞1和2的接触面积明显小于唇状部两侧20和21的表面面积。此外，从活塞1看来，表面22可大于接触面积。此外，接触区域中的活塞表面面积可以是唇状部两侧20、21的表面面积的一半或者小于一半。活塞接触面积22、23与唇状部两侧20、21表面面积的差异避免了能够破坏同步器环10的过大的力。
参见图3，动力传输单元101以另一种视图示出。壳体包括两个部件3和3’。第三壳体部件可包围部分前驱动轴、半轴法兰16以及准双曲面齿轮15。前驱动轴的位于动力传输单元中的部分可以是内输出半轴17。
图4示出图3的部分分解图。滚子轴承24被夹持在半轴法兰16和壳体部件3之间。其它轴承、密封件和连接以断开方式示出在输出半轴17和壳体部件3’之间。壳体部件3可被螺栓固定到变速器102，或者它可被螺栓固定到包围准双曲面齿轮15的其它壳体部件上。
图5A是第一活塞1的第一侧的透视图，图5B是第一活塞1的第二侧的透视图。接触面积和表面22也在图5A中示出。
图6A是第二活塞2的第一侧的透视图，图6B是第二活塞2的第二侧的透视图。接触面积和表面23也在图6A中示出。
图7是用于活塞1和2的液力控制***的原理图。液压流体供应管70连接到壳体3’的凹部7上。压力传感器71检测是否过多的压力被提供给凹部7，如果是的话，通过***阀72释放多余的压力。供应管70连接到真空泵73，该真空泵由马达74驱动。真空泵73与供应管77连接，该供应管77同样连接到压力释放阀75和传感器76。该供应管连接到凹部6。通过这样的设置，当流体被供应到凹部6时该流体被从凹部7抽走，或反之亦然，从而保持活塞1和2同步的反向运动。考虑到***寿命内的液压流体损失或压力释放功能，蓄能器78或储槽与每个供应管70、77相连接。
压力传感器71和76以及压力释放阀72和75可分别与电子控制***120相连接以用于数据采集和调节。或者，压力释放阀72和75可预设为大于特定值时释放压力。也可能需要包括附加的压力传感器和压力释放点以及附加的电子控制装置。
双活塞***可与电子控制***120或液力控制***119交互连接，电子控制***120或液力控制***119例如在共同未决的美国申请12/944714中公开的，该申请的全部内容通过参考引入本说明书中。最低限度地，电子控制***120可包括处理器、存储器以及储存在位于板载芯片或车载电脑***中的储存器上的控制程序。上述车辆传感器可具有与电子控制***102的电连接以及输入和输出。电子控制***102可具有与液力控制***119的电输入和输出连接。
如图8所示，用于控制双活塞1和2的至少一个液力连接可以以液力致动器80和相关电子连接81的形式安装在壳体部件3’上。液力致动器80可容纳图7中跨越凹部6和7的全部部分，或者液力致动器可包括与液力控制***119内更大的或单独的液力***的输入和输出连接。
在前面的说明中，各种教导参照附图得以阐述。但是，显而易见的是，在不背离所附权利要求的较宽范围的情况下，可以对其进行各种其他的变型和修改，并且可实施额外的构型。因此说明书和附图被认为是解释性的而非限制性的。
例如，双活塞示出在前轮驱动(FWD)***中，但它在后轮驱动(RWD)车辆的后驱单元中同样可以实施。同样，双活塞设计可被应用于断开传动***的传输情况。此外，双活塞式断开装置可应用于混合动力车辆。
在对本说明书进行理解以及此处公开的教导进行实践的情况下，其它实施例对本领域技术人员而言是显而易见的。说明书和例子仅仅旨在示例性说明，实际范围和精神由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种活塞***，包括：
壳体，该壳体包括在所述壳体的第一壁中的第一环形凹部和在所述壳体的第二壁中的第二环形凹部；
第一活塞，该第一活塞包括嵌入在第一环形凹部中的第一环形部分；
第二活塞，该第二活塞包括嵌入在第二环形凹部中的第二环形部分；以及
环形的致动器，该致动器具有第一侧和第二侧；
其中，该第一活塞选择性地压靠致动器的第一侧；以及
其中，该第二活塞选择性地压靠致动器的第二侧。
2.根据权利要求1的***，其中，第一活塞与第二活塞对置，该致动器的第一侧面对该第一活塞，该致动器的第二侧面对该第二活塞。
3.根据权利要求1的***，其中，该致动器包括环形的唇状部，该第一活塞和第二活塞压在该环形的唇状部上。
4.根据权利要求1的***，其中，第一活塞和第二活塞是同轴的。
5.根据权利要求1的***，其中，该第一活塞具有比第二活塞的外径大的外径。
6.根据权利要求1的***，其中，第一活塞包括从第一环形凹部伸出的环形表面，并且其中，致动器的第一侧具有第一表面面积，第一活塞的所述环形表面选择性地压靠致动器的第一侧并且具有比该第一表面面积的一半表面面积小的表面面积。
7.根据权利要求6的***，其中，第二活塞包括从第二环形凹部伸出的第二环形表面，并且其中，致动器的第二侧具有第二表面面积，第二活塞的第二环形表面选择性地压靠致动器的第二侧并且具有比该第二表面面积的一半表面面积小的表面面积。
8.根据权利要求1的***，其中，第一活塞与第二活塞均不旋转。
9.根据权利要求1的***，其中，致动器是用于离合器的同步器环。
10.根据权利要求1的***，其中，该壳体完全包围该第一活塞、该第二活塞和该致动器。
11.根据权利要求1的***，其中，第一活塞选择性地朝向或背离第二活塞移动，第二活塞选择性地朝向或背离第一活塞移动。
12.根据权利要求11的***，还包括与第一活塞和第二活塞流体连通的液力***，其中，当第一活塞朝向第二活塞移动时，该第二活塞背离该第一活塞移动。
13.根据权利要求1的***，其中，第一活塞还包括处于第一嵌入部分的凹部中的第一密封圈，第二活塞还包括处于第二嵌入部分的凹部中的第二密封圈。
14.根据权利要求13的***，其中，该第一活塞与该壳体、该第一密封圈以及至少一个另外的密封圈配合以形成第一方形密封布置，该第二活塞与该壳体、该第二密封圈以及至少一个另外的密封圈配合以形成第二方形密封布置。
15.根据权利要求1的***，其中，该壳体还包括：
邻近第一活塞的至少一个第三凹部，该第三凹部构造成接收密封件；以及
邻近第二活塞的至少一个第四凹部，该第四凹部构造成接收密封件。
16.根据权利要求1的***，其中，第二活塞采用阶梯状环形件的形式。
17.一种离合器单元，包括：
壳体，该壳体包括第一环形凹部和第二环形凹部；
第一活塞，该第一活塞包括嵌入在第一环形凹部中的第一环形部分和从第一环形凹部伸出的环形表面；
第二活塞，该第二活塞包括嵌入在第二环形凹部中的第二环形部分和从第二环形凹部伸出的第二环形表面；以及
同步器组件，该同步器组件包括同步器环和锥形离合器，
其中，该第一活塞构造成选择性地使同步器环从锥形离合器分离，该第二活塞构造成选择性地使同步器环与锥形离合器接合。
18.根据权利要求17的离合器单元，其中，该壳体完全包围该第一活塞、该第二活塞和该同步器组件。
19.根据权利要求17的离合器单元，其中，第一活塞和第二活塞是同轴的，第一活塞的外径大于第二活塞的外径。
20.根据权利要求17的离合器单元，还包括与第一活塞和第二活塞流体连通的液力***，其中，当第一活塞朝向第二活塞移动时，该第二活塞背离该第一活塞移动。
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