CN111033088A - 差速器锁定/解锁位置检测 - Google Patents

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Abstract

一种被配置为用于与差速器壳体中接纳的锁止差速器一起使用的传感器组件包括传感器外壳、开关元件和感测元件。传感器组件被配置成确定电枢相对于定子的位置。电枢相对于定子在对应于锁止差速器处于锁定状态和解锁状态的接合位置和脱离位置之间移动。传感器外壳相对于锁止差速器的差速器壳体联接。开关元件被设置在传感器外壳中。感测元件与电枢一起移动。传感器组件被配置为基于感测元件的位置来改变状态。

Description

差速器锁定/解锁位置检测
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月16日提交的美国临时申请号62/520,942的优先权。上述申请的公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
本教导内容总体上涉及电子致动的锁止差速器，并且具体地讲，涉及具有传感器或开关机构的电子致动的锁止差速器，该传感器或转换机制确定电枢相对于锁止差速器中的定子的位置。
背景技术
在汽车应用中，相关领域的电子致动的锁止差速器可以被电子致动，并且被设计为用于前轮驱动(FWD)车辆、后轮驱动(RWD)车辆、全时四轮驱动(AWD)车辆和四轮驱动(4WD)车辆，以允许在如此期望时锁定或解锁差速器。驾驶员可以通过手动启动安装到车辆的仪表盘或控制台的开关或按钮来锁定前轮和/或后轮。在这种类型的扭矩控制装置中，允许电枢自旋或与差速器一起旋转，并且电枢不机械地附接到差速器内的锁定板。
虽然这种类型的锁止差速器通常用于它们的预期目的，但仍存在某些缺点。更具体地讲，这些布置限制了电子感测差速器的锁定状态的能力。进一步，将传感器添加到旋转电枢可能是增加的成本的原因，因为传感器是非接触的。另外，磨损和耐久性成为附接到旋转电枢的任何传感器的关注点。
发明内容
一种被配置为用于与差速器壳体中接纳的锁止差速器一起使用的传感器组件包括传感器外壳、开关元件和感测元件。传感器组件被配置成确定电枢相对于定子的位置。电枢相对于定子在对应于锁止差速器处于锁定状态和解锁状态的接合位置和脱离位置之间移动。传感器外壳相对于锁止差速器的差速器壳体联接。开关元件被设置在传感器外壳中。感测元件与电枢一起移动。传感器组件被配置为基于感测元件的位置来改变状态。
在其他特征中，感测元件为磁体。感测元件可以联接到电枢。在另一构型中，感测元件可以集成到传感器外壳中。感测元件可以被设置在安装件上。传感器组件可以进一步包括可操作地将安装件相对于电枢联接的制动机构。制动机构可以固定到电枢。制动机构另选地可以固定到安装件。制动机构包括相对于凹陷部定位的球，该凹陷部在从定子延伸的臂上形成。
在附加的特征中，传感器外壳能够被配置为在电枢在接合位置和脱离位置之间的移动期间挠曲。传感器外壳可以进一步包括模制的连接器主体。传感器组件可以通过紧固件联接到差速器壳体。紧固件可以是螺纹紧固件。传感器组件可以通过被推进到限定在差速器壳体中的互补螺纹孔中的螺纹紧固件连接到差速器壳体。传感器组件被配置为将信号发送至车辆仪表以传送差速器的状态。传感器外壳和开关元件被配置成固定到从定子延伸的臂。传感器组件可以通过用螺栓连接到差速器组件的安装托架联接到差速器壳体。
本发明提供了一种相对于组装的锁止差速器安装传感器组件的方法。组装的锁止差速器具有差速器壳体，旋转防止机构和具有电枢的致动器。该方法包括通过限定在差速器壳体中的孔推进传感器组件。传感器组件的开关元件相对于被设置在电枢上的感测元件定位。传感器组件固定到差速器壳体。
根据其他特征，定位传感器组件的开关元件包括相对于固定到定子的臂固定感测元件。磁体安装件可以通过将设置在电枢上的制动机构的球定位到设置在制动机构上的凹部中而联接到电枢。固定传感器组件包括相对于限定在差速器壳体中的互补螺纹孔来螺纹收紧紧固件。
附图说明
本教导内容的其他方面将是容易理解的，因为在阅读结合附图进行的后续描述之后，这一点变得更好地理解，其中：
图1是本教导内容的电子致动的锁止差速器的部分分解透视图；
图2为图1的电子致动的锁止差速器的局部剖视图；
图3为根据本公开的一个示例构造并被示出为被安装到差速器壳体的传感器组件的侧视图；
图4A为根据本公开的另一示例构造并被示出为被安装到差速器壳体的传感器组件的侧视图；
图4B为根据本公开的第一示例性制动机构；
图4C为根据本公开的第二示例性制动机构；
图5为根据本公开的另一示例构造并被示出为被安装到差速器壳体的传感器组件的侧视图；
图6为根据本公开的又一示例构造并被示出为被安装到差速器壳体的传感器组件的侧视图；
图7A为图6的、并且被示出为电枢脱离并且开关打开的传感器组件的侧视图；
图7B为图7A的、并且被示出为电枢接合并且开关关闭的传感器组件的侧视图；
图8A为图6的、并且被示出为电枢脱离并且开关打开的传感器组件的侧视图；
图8B为图8A的、并且被示出为电枢接合并且开关关闭的传感器组件的侧视图；
图9A为图8A的、结合了模制连接器主体并且被示出为电枢脱离和开关打开的传感器组件的侧视图；
图9B为图9A的、并且被示出为电枢接合并且开关关闭的传感器组件的侧视图；
图10为图9B的传感器组件的模制连接器主体的顶视图；并且
图11为根据一个现有技术构型构造并且被示出为被安装到差速器壳体的传感器的侧视图。
具体实施方式
由本教导内容设想的类型的电子致动的锁止差速器的一个代表性示例在图1和图2中总体的以10指示。如图1和图2所示，差速器10包括通常以12指示的齿轮箱和端盖(未示出)，该端盖可以通过任何合适的紧固件(诸如通过多个螺栓(未示出))紧固到齿轮箱12。齿轮箱12和端盖彼此配合以限定齿轮室，该齿轮室通常以14指示。差速器10可以被接纳在差速器壳体15内。差速器10的扭矩输入通常由可以附接到凸缘16的输入环齿轮(未示出)进行。齿轮组被支撑在齿轮室14内并且具有至少一对输入小齿轮18。小齿轮18围绕小齿轮轴(未示出)可旋转地安装，该小齿轮轴通过任何合适的机构相对于齿轮箱12固定。小齿轮18是齿轮组的输入齿轮，并与相应的一对左右侧齿轮22(图中示出的一个侧齿轮)啮合接合。侧齿轮22限定相应的内部直花键26组(仅示出用于齿轮22的一个)，这些内部直花键组适于与相应的一对左右车桥轴(未示出)上的配合的外部花键进行花键接合。
通常以32指示的旋转防止机构具有大致环形的卡圈构件或锁定板34，并且完全设置在齿轮箱12内并且可操作地与侧齿轮22(第一输出齿轮)相关联。锁定板34与侧齿轮22间隔开并且可沿着侧齿轮22的外表面滑动。锁定板34通过复位弹簧35(诸如波形弹簧)朝向非致动的“解锁”模式偏置。通常以36指示的电子致动器主要设置在齿轮箱12的外部。更具体地讲，电子致动器36设置在与侧齿轮22(第一输出齿轮)相邻的齿轮箱12的末端处和其周围。电子致动器36具有主要在齿轮箱12的外部的定子38。更具体地讲，定子38被设置在与凸缘16相邻的齿轮箱12的末端处和其周围。定子38相对于齿轮箱12是静止的和非旋转的。电子致动器36还具有总体以40指示的电磁线圈，该电磁线圈设置在定子38的腔体42中。电磁线圈40由一对电引线44供电并且从电源(未示出)接收直流电流(DC)。电子致动器36还具有与电磁线圈40间隔开的总体以46指示的电枢以在它们之间形成间隙48。电枢46通过环形滑环54机械地联接到锁定板34。
致动器36包括附接至差速器壳体15的传感器组件60，如将在本文中所述。传感器组件60用于确定电枢46相对于定子38的位置，以解释处于锁定、半接合状态或解锁状态的差速器10的状态。可以将信号从传感器组件60发送至显示器或其他车辆仪器，诸如群62(图1)，以将差速器的状态传送至驱动器。传感器组件60的布置和本文所述的其他构型通过移动传感元件或开关使其不直接接触电枢46或定子38而将传感器组件60与电枢46的恶劣环境(振动、温度)隔离。本公开还限制了对定子的修改，从而消除了只需要在需要时可以被压入定子38的小的附加元件的大的质量或材料添加。
在其中采用差速器10的车辆的正常、直前操作期间，左右车桥轴或侧齿轮22、24之间不发生差速。因此，小齿轮18不相对于小齿轮轴20旋转。因此，齿轮箱12、小齿轮18和侧齿轮22、24全部围绕旋转轴线旋转，如同齿轮箱12、小齿轮18和侧齿轮22、24是实心单元一样。
当向电磁线圈40供应直流(DC)功率时，在定子38内产生磁能，这在电枢46和定子38之间形成吸引力，该吸引力从约40磅力(lbf)开始且结束于约250lbf，并导致电枢46朝定子38移动。该力传递通过滑环54并到达锁定板34，从而压缩复位弹簧62，直到锁定板34在侧齿轮22上施加所需的阻滞扭矩，将其锁定到差速器壳体12，并且因此独立于传动轴旋转锁定LH车桥轴和RH车桥轴。根据本公开，应当理解，差速器10允许LH车桥轴和RH车桥轴独立于车辆方向保持锁定。根据本公开还应当理解，差速器10优选用于频繁的岩石循环或方向反转是常见的应用，诸如在雪犁期间。根据本公开还应当理解，差速器10还能够通过将滑环54重新定位为远离电磁线圈40而易于锁定检测，从而允许定子38和电枢46相对于差速器10的旋转保持静止。
差速器10可以手动控制，其中车辆的驱动器手动选择“锁定”模式(而不是“解锁”模式)以操作差速器10。例如，当假设车辆静止时，驾驶员简单地手动启动安装到车辆仪表盘或控制台(未示出)上的开关或按下按钮(未示出)，诸如简单的瞬时型“开/关”拨动开关或摇杆开关或按钮。以这样的方式，电路(未示出)闭合，从而接通电路中的电流和位于拨动开关或按下按钮中或其附近的灯(未示出)，以向驱动器指示差速器被致动。电流在电路中流动并且最终流向差速器10的电磁线圈48。然后，差速器10以“锁定”模式操作(即，当车辆处于第一档或倒档时)。以这样的方式，第一输出齿轮22相对于齿轮箱12锁定，防止第一输出齿轮22和齿轮箱12之间的任何进一步的差速。
通过不允许电枢46旋转，当差速器10被锁定时可以消除寄生损耗，因为电枢46和定子38之间的任何摩擦阻力被消除了。本教导内容的电子致动器36由于较小的摩擦而在差速器10内形成较少的热量。由于电枢46机械地联接到锁定板34，因此可以基于电枢46的轴向位置来检测或感测差速器10的锁定和解锁。
具体参见图3，将进一步描述传感器组件60。传感器组件60通常包括开关元件70和感测元件(诸如磁体72)。开关元件70设置在传感器外壳74中。磁体72联接到电枢46。开关元件70可以是磁簧构型或有源传感器。在操作期间，开关元件70可以基于磁体72的位置来改变状态。就这一点而言，在电枢46(承载磁体72)向左和向右移动并且在图3中观察时，磁体72使开关元件70改变状态。例如，当磁体72紧邻开关元件70时，开关元件70处于第一状态(例如关闭)，对应于电枢46(以及因此旋转防止机构32)处于接合位置。当使得磁体72移动远离开关元件70时，开关元件70处于第二状态(例如打开)，对应于电枢46(以及因此旋转防止机构32)处于脱离位置。
传感器组件60通过将紧固件头部80(诸如六角头螺栓)推进为与差速器壳体15可螺纹接合来连接到差速器壳体15。柔顺构件(诸如O形环82)可以被布置在传感器外壳74和差速器壳体15之间。在开关元件70简单地安装到差速器壳体15上时，该构型对现有技术的设计有改进。在一些示例中，孔83可以形成在差速器壳体15中以用于接纳开关元件70。臂84从定子38延伸。臂84用作对开关元件70进行对准的基准。在组装期间，当传感器外壳74和开关元件70***差速器壳体15中时，其可以固定到臂84。在一些示例中，传感器外壳74或其部件可以是柔性的，从而允许开关元件70相对于臂84定位，诸如通过在将紧固件头部80收紧到差速器壳体15上之前参照臂中的狭槽特征。就这一点而言，开关元件70的位置是已知的，并且因此参考点是已知的。然后可以使用电枢46(通过磁体72)的移动来辨别旋转防止机构32的状态。
具体参见图4A，将进一步描述根据本发明的另一示例的传感器组件160。类似的组件由增加了100的类似参考标号引用。传感器组件160通常包括开关元件170和磁体172。开关元件170和磁体172两者设置在传感器外壳174中。磁体172设置在磁体安装件176上，该磁体安装件又通过制动机构178联接到电枢146。制动机构178被固定到电枢146并且可以包括球178A和偏置构件178B。可以设想的是，制动机构178的球178A可以嵌套到设置在磁体安装件176上的凹部176A中。另选的制动机构178'也示出在图4C中。应当理解，可以使用其他制动机构。开关元件170可以是磁簧构型或有源传感器。在操作期间，开关元件170可以基于磁体172的位置来改变状态。就这一点而言，在电枢146(承载磁体172)向左和向右移动并且在图4A中观察时，磁体172使开关元件170改变状态。例如，当磁体172紧邻开关元件170时，开关元件170处于第一状态(例如关闭)，对应于电枢146(以及因此旋转防止机构132)处于接合位置。当使得磁体172移动远离开关元件170时，开关元件170处于第二状态(例如打开)，对应于电枢146(以及因此旋转防止机构132)处于脱离位置。
传感器组件160通过将紧固件头部180(诸如六角头螺栓)推进为与差速器壳体115上的螺纹孔183可螺纹接合来连接到差速器壳体115。柔顺构件(诸如O形环182)可以被布置在传感器外壳174和差速器壳体115之间。在开关元件170简单地安装到差速器壳体115上时，该构型如本设计那样对现有技术的设计有改进。在一些示例中，孔183可以形成在差速器壳体115中以用于接纳开关元件170。臂184从定子138延伸。臂184用作对传感器外壳174进行对准的基准。在组装期间，当传感器外壳174和开关元件170***差速器壳体115中时，其可以固定到臂184。传感器外壳174是柔性的，从而允许其相对于臂184定位，诸如通过在将紧固件头部180收紧到差速器壳体115上之前参照臂184中的狭槽特征。就这一点而言，开关元件170的位置是已知的，并且因此参考点是已知的。然后可以使用电枢146(通过磁体172)的移动来辨别旋转防止机构132的状态。
图5示出了根据本教导内容的另一示例的传感器组件260。传感器组件260类似于传感器组件160来构造，不同之处如下所示。传感器组件260通过安装托架290安装到差速器壳体215。安装托架290通过螺栓292联接到差速器壳体215。一个或多个O形环282可以围绕传感器组件260布置。通过使用安装托架290，可以减轻线296的缠结。
图6示出了根据本教导内容的另一示例的传感器组件360。传感器组件360类似于传感器组件260来构造，不同之处如下所示。传感器组件360将联接连杆或制动机构378结合到传感器组件360的传感器外壳374中。具体地讲，制动机构378结合到磁体安装件376中。制动机构378的球能够被配置为相对于臂384上的凹陷部或其他定位结构384A定位。一旦制动机构378已联接到臂384上的定位特征部384A，制动机构378就保持固定到臂384并且传感器外壳374允许磁体安装件376由于电枢346在接合脱离和脱离位置之间移动而向左和向右摆动，如图所示。
图7A和图7B示出了传感器组件360的一个安装构型。图8A和图8B示出了传感器组件360的另一安装构型。这两种构型将考虑电枢346在传感器组件360的安装期间被接合或脱离。在图7A和图8A，电枢346在安装时脱离。在图7A中，并且开关370处于打开位置。在图8A中，开关370处于关闭位置。当电枢346移动到图7B中的接合位置时，开关370关闭。当电枢346移动到图8B中的接合位置时，开关370打开。无论如何，开关370可以被配置为根据需要打开或关闭。必要的输入是状态改变，其中控件可以确定旋转防止机构已从锁定位置和解锁位置中的一个改变到锁定位置和解锁位置中的另一个。图9A-图10示出了结合了模制连接器主体398的传感器组件360的另一示例。图11示出了根据现有技术构型的传感器组件460。
在前述说明书中已详细描述了教导内容，并且据信，通过阅读和理解本说明书，对本教导内容的许多方面的各种更改和修改对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。所有此类更改和修改旨在包括在教导内容中，只要它们在所附权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种传感器组件，所述传感器组件被配置成与在差速器壳体中接纳的锁止差速器一起使用，所述传感器组件被配置成确定电枢相对于定子的位置，所述电枢在对应于处于锁定状态和解锁状态的所述锁止差速器的接合位置和脱离位置之间相对于所述定子移动，所述传感器组件包括：
传感器外壳，所述传感器外壳相对于所述锁止差速器的所述差速器壳体联接；
开关元件，所述开关元件设置在所述传感器外壳中；和
感测元件，所述感测元件与所述电枢一起移动；
其中所述传感器组件被配置为基于所述感测元件的位置来改变状态。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述感测元件是磁体。
3.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述感测元件联接到所述电枢。
4.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述感测元件被集成到所述传感器外壳中。
5.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述感测元件设置在安装件上，并且其中所述传感器组件进一步包括制动机构，所述制动机构可操作地将所述安装件相对于所述电枢联接。
6.根据权利要求5所述的传感器组件，其中，所述制动机构固定到所述电枢。
7.根据权利要求5所述的传感器组件，其中，所述制动机构固定到所述安装件。
8.根据权利要求7所述的传感器组件，其中，所述制动机构包括相对于凹陷部定位的球，所述凹陷部在从所述定子延伸的臂上形成。
9.根据权利要求4所述的传感器组件，其中，所述传感器外壳被配置为在所述电枢在所述接合位置和所述脱离位置之间的移动期间挠曲。
10.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述传感器外壳进一步包括模制连接器主体。
11.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述传感器组件通过紧固件联接到所述差速器壳体。
12.根据权利要求11所述的传感器组件，其中，所述紧固件是螺纹紧固件，并且其中所述传感器组件通过被推进到限定在所述差速器壳体中的互补螺纹孔中的所述螺纹紧固件连接到所述差速器壳体。
13.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述传感器组件被配置为将信号发送至车辆仪表以传送所述差速器的状态。
14.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述传感器外壳和所述开关元件被配置为固定到从所述定子延伸的臂。
15.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述传感器组件通过螺栓连接到所述差速器组件的安装托架联接到所述差速器壳体。
16.一种相对于组装的锁止差速器安装传感器组件的方法，所述组装的锁止差速器具有差速器壳体、旋转防止机构和具有电枢的致动器，所述方法包括：
将所述传感器组件推进穿过限定在所述差速器壳体中的孔；
将所述传感器组件的开关元件相对于设置在所述电枢上的感测元件定位；以及
将所述传感器组件固定到所述差速器壳体。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，定位所述传感器组件的开关元件包括相对于固定到所述定子的臂固定所述感测元件。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
通过将设置在所述电枢上的制动机构的球定位到设置在所述制动机构上的凹部中来将磁体安装件联接到所述电枢。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，固定所述传感器组件包括相对于限定在所述差速器壳体中的互补螺纹孔来螺纹收紧紧固件。
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