阅读说明：本技术 差速器传感器装置和使用方法 (Differential sensor apparatus and method of use ) 是由 M·Z·克里奇 J·S·戴维斯 A·M·阿达姆契克 于 2018-05-09 设计创作，主要内容包括：一种车桥组件,包括差速器壳和侧齿轮,具有内侧表面和外侧表面的侧齿轮设置在差速器壳中。侧齿轮的外侧表面限定第一多个锁止齿。锁止齿轮,该锁止齿轮具有内侧表面和外侧表面,其中,内侧表面包括与第一多个锁止齿选择性地接合的第二多个锁止齿。偏置构件,该偏置构件轴向地设置在侧齿轮和锁止齿轮之间。电磁线圈,该电磁线圈设置成邻近锁止齿轮。第一感应传感器,该第一感应传感器用于感测锁止齿轮的位置。(An axle assembly includes a differential case and side gears with an inboard surface and an outboard surface disposed in the differential case. The outer side surfaces of the side gears define a first plurality of locking teeth. A lock gear having an inner side surface and an outer side surface, wherein the inner side surface includes a second plurality of lock teeth that selectively engage the first plurality of lock teeth. A biasing member axially disposed between the side gear and the lock gear. A solenoid disposed adjacent the lock gear. A first inductive sensor for sensing a position of the lock gear.)

差速器传感器装置和使用方法

技术领域

本发明涉及一种车桥组件和扭矩传递传感器装置。已知轮式车辆传动系中的车桥组件采用差速器装置将扭矩从动力源传递到车轮。当操作车辆通过转弯时，差速器装置允许外驱动轮以比内驱动轮更大的速度旋转，并且差速器装置在连接的车轮之间分配动力。

背景技术

可以利用限滑或锁定差速器装置来提供具有更大牵引力和更大驱动力的车轮。由于差速器装置的旋转和非旋转部件以及由此产生的磨损的缘故，可靠地确定差速器装置锁止齿轮的位置是有挑战性的。

鉴于常规设计的挑战和缺点，本公开提供了一种非接触型传感器装置，其提供了降低的成本、重量和复杂性。

发明内容

本公开提供了一种车桥组件，该车桥组件包括差速器壳。具有内侧表面和外侧表面的侧齿轮设置在差速器壳中。侧齿轮的外侧表面限定第一多个锁止齿。车桥组件还包括具有内侧表面和外侧表面的锁止齿轮，其中，内侧表面包括第二多个锁止齿。锁止齿轮的第二多个锁止齿与侧齿轮的第一多个锁止齿选择性地接合。此外，偏置构件轴向地设置在侧齿轮和锁止齿轮之间。车桥组件还包括邻近锁止齿轮设置的电磁线圈以及用于感测锁止齿轮的位置的第一感应传感器。

附图说明

附图作为说明书的一部分并入本文。本文描述的附图示出了当前公开的主题的实施例，并且说明了本公开的所选原理和教导且没有示出其所有可能的实施方式。附图不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1示出了根据本公开主题的实施例的差速器机构的一部分的横截面；

图2示出了处于解锁状态的根据图1的差速器机构的一部分的横截面；

图3示出了处于锁定状态的根据图1的差速器机构的一部分的横截面；

图4示出了根据本公开主题的实施例的车桥组件的一部分；

图5示出了根据图1的差速器机构的一部分；以及

图6示出了根据本公开主题的实施例的具有横向传感器(transverse sensor)的差速器机构的一部分的横截面。

具体实施方式

应当理解，除非明确地指出相反，否则本发明可以采用各种替代的取向和步骤顺序。还应当理解，附图中所示和以下说明书中所描述的具体设备、组件、系统和过程仅是本文所限定的创造性概念的示例性实施例。因而，除非另有明确的声明，与所公开的实施例相关的具体尺寸、方向或其他物理特征不应被看作是限制。此外，在本申请的该部分中，在本文所描述的各实施例中的相似的元件可以用相似的附图标记来共同地指代，但可以能并非如此。

锁止差速器用于跨许多行业的应用，包括汽车、航天、工业自动化设备和仪器仪表应用。在一个实施例中，本文公开的主题可以用于全轮驱动车辆的操作。

如图4所示，在一实施例中，车桥组件1可以包括差速器支架10。在一实施例中，差速器支架10可以是一件式金属壳体。差速器支架10包括外表面12和内表面14。差速器支架内表面14限定中空内部16。差速器支架10还包括第一车桥凸缘20和第二车桥凸缘22。第一车桥凸缘20和第二车桥凸缘22在差速器支架10上彼此相对设置。车桥管(未示出)可以与第一车桥凸缘20和第二车桥凸缘22联接，以容纳车桥半轴(未示出)。

差速器支架10与其所位于的车辆的结构构件(未示出)联接。差速器支架10固定就位并且不旋转。

如图1-4所示，车桥组件1包括差速器机构，该差速器机构包括布置在差速器支架中空内部16内的差速器壳24。差速器壳24通过一对支承件(未示出)安装成在差速器支架10内旋转。差速器壳第一凸缘26和差速器壳第二凸缘28可位于第一差速器支承块30和第二差速器支承块32内。第一支承带(bearing strap)34和第二支承带36可位于差速器壳第一凸缘26和差速器壳第二凸缘28上方。第一支承带34和第二支承带36比如通过机械紧固件38连接到第一差速器支承块30和第二差速器支承块32。如图4所示，机械紧固件38可包括螺栓，螺栓延伸穿过第一支承带34和第二支承带36，并进入第一差速器支承块30和第二差速器支承块32中。

如图4所示，齿圈40可以与差速器壳24联接。在一实施例中，齿圈40可以与差速器壳24整体地形成。在另一个实施例中，如图1和4所示，差速器壳24可以包括齿圈凸缘42。齿圈凸缘42可以限定多个紧固件孔(未示出)，这些紧固件孔围绕齿圈凸缘周向地设置并在其上形成。诸如螺栓之类的机械紧固件44可以设置成穿过紧固件孔并进入齿圈40的第一侧，以将差速器壳24和齿圈40联接。

齿圈40在齿圈40的第二侧48上包括多个齿(未示出)。齿圈齿围绕第二侧48连续地周向延伸。齿圈齿与小齿轮(未示出)上的一组齿啮合。小齿轮与驱动轴(未示出)联接。驱动轴接收来自诸如变速器、发动机和/或分动箱之类的旋转动力源的扭矩。

如图1所示，在一实施例中，小齿轮轴50设置在差速器壳24内。在一实施例中，附加的小齿轮轴50A可以以90度并且横向于小齿轮轴50定位。小齿轮轴50、50A也可以被称为作为十字轴(spider shafts)。小齿轮轴50连接到差速器壳24。在一实施例中，小齿轮轴50可延伸到差速器壳24中，从而使它与其固定。因此，小齿轮轴50与差速器壳24一起旋转。

第一差速器小齿轮52位于小齿轮轴50的一端上，而第二差速器小齿轮54位于小齿轮轴50的另一端上。第一差速器小齿轮52和第二差速器小齿轮54各自包括围绕第一差速器小齿轮52和第二差速器小齿轮54周向延伸的多个齿56、58。如上所述，如果设有附加小齿轮轴50A，则附加差速小齿轮可以位于其上。如图1所示。如图1所示，第三差速器小齿轮52A设置在附加小齿轮轴50A上。

第一差速器小齿轮52和第二差速器小齿轮54的齿56、58与第一差速器侧齿轮64和第二差速器侧齿轮66上的齿60、62啮合。差速器侧齿轮齿60、62围绕第一差速器侧齿轮64和第二差速器侧齿轮66周向地延伸。

第一差速器侧齿轮64和第二差速器侧齿轮66分别包括中空内部部分68、70。中空内部部分68、70可各自包括径向延伸的花键72、74。第一差速器侧齿轮64的花键72可与第一桥半轴(未示出)上的花键接合以将旋转传递到该轴。第二差速器侧齿轮66的花键74可与第二桥半轴(未示出)上的花键接合以将旋转传递到该轴。第一桥半轴和第二桥半轴从差速器壳24延伸并穿过差速器支架的第一车桥凸缘20和第二车桥凸缘22到达车轮端部(未示出)。

如图1-3和5所示，第二差速器侧齿轮66可包括设置在轴向外侧表面78上的一组锁止齿76。在一实施例中，锁止齿76与第二差速器侧齿轮66整体地形成。锁止齿76围绕轴向外侧表面78周向地延伸。

如图1-5所示，致动器组件80可以安装在第二差速器壳凸缘28上。致动器组件80与差速器支架10联接，使得致动器组件80被固定而抵抗相对于差速器支架10的旋转。在一实施例中，致动器组件80包括至少一个径向延伸的销82。销82被接纳在固定地连接到差速器支架10的开槽凸缘84内。将销82接纳在开槽凸缘84内可防止致动器组件80与差速器壳24一起旋转。

在一实施例中，致动器组件80包括电磁铁致动器。致动器组件80可以包括壳体88、电磁线圈90和电枢92。在一实施例中，壳体88可以具有环形几何形状，使得壳体88的内径与套筒89联接。套筒89可以与差速器壳凸缘28联接，使得套筒89可以相对于差速器壳24旋转。

电磁线圈90可以被模制或设定在树脂内并且设置在壳体88内。电磁线圈90可包括具有中空内部的环形。电磁线圈90与可选择性地与电磁线圈90供电的电源(未示出)电气连接，该电源比如是电池，但不限于电池。电源还可与控制器(未示出)连接，该控制器确定何时将电力供应到电磁线圈90。在一实施例中，控制器可以安装到致动器壳体88的内侧部分。在另一个实施例中，控制器可以安装到致动器壳体88的径向外表面。在再一个实施例中，控制器可以安装到致动器壳体88的外侧表面。

参考图1-3，在一实施例中，电枢92可以包括从电磁线圈90径向向内设置的大体中空的圆筒。在一些实施例中，电枢92的至少一部分被电磁线圈90连续地径向围绕。电枢92包括铁磁材料。环形间隔件94轴向地邻近于电枢92设置在其内侧上。环形间隔件94可以包括聚合材料。

当将电力施加到电磁线圈90时，电磁线圈90产生穿过壳体88和电枢92的磁通。该磁通延伸进入电枢92，引起电枢92在轴向方向上移动。在一实施例中，电枢92不旋转。

在一实施例中，如图1-3所示，传感器板124可以轴向地邻近间隔件94的内侧定位。传感器板124还可以至少部分地径向地围绕间隔件94设置。在一实施例中，传感器板124邻近锁止齿轮96的支腿100的一部分。如图5所示，锁止齿轮支腿100从锁止齿轮96的大致盘形本体部分102轴向向外延伸。支腿100位于本体部分102的轴向外侧104上。锁止齿轮本体部分102包括径向外表面106。支腿100的径向最外表面可从外表面106延伸，使得支脚100的外表面106和径向最外表面具有相同的外径。

在一实施例中，各支腿100可周向地定位，使得它们以相同弧长彼此分开。支腿100可从本体部分102渐缩到它们的端部。在一实施例中，锁止齿轮本体部分102可以完全位于差速器壳24内。锁止齿轮支腿100可以大部分位于差速器壳24内；然而，支腿100的端部部分轴向地延伸穿过专用于每个支腿100的差速器壳孔108。支腿100的端部部分在差速器壳24的外部延伸，以接触电枢92、间隔件94或传感器板98。

多个齿112位于锁止齿轮本体部分102的轴向内侧110上。齿112围绕锁止齿轮本体部分内侧110周向地延伸。锁止齿轮齿112与第二差速器侧齿轮锁止齿76互补并选择性地啮合。

在一实施例中，锁止齿轮96限定位于其内侧表面中的环形凹槽118。锁止齿轮凹槽118可以与第二差速器侧齿轮66的轴向外侧表面78上的凹槽121轴向对准。偏置构件122可以至少部分地位于锁止齿轮凹槽118和第二差速器侧齿轮凹槽121内。当致动器组件80处于脱开位置时，偏置构件122将锁止齿轮96轴向偏置而远离第二差速器侧齿轮66。偏置构件122可以是但不限于弹簧、多个弹簧、一个或多个贝氏垫圈或一个或多个波形弹簧。

可以理解，位于差速器壳24内的锁止齿轮96与差速器壳24一起旋转。锁止齿轮96较佳地是由诸如金属之类的坚固材料一体地并整体地形成的一件。锁止齿轮96可以由导电材料制成。

在一实施例中，如图1-3所示，传感器板124可与锁止齿轮96联接。传感器板124可包括大致盘状的几何形状，并具有径向内表面126、径向外表面128、轴向内侧表面130和轴向外侧表面132。轴向内侧表面130和轴向外侧表面132可以彼此平行并且彼此等距间隔。在图1-3所示的实施例中，轴向内侧表面130和轴向外侧表面132在其间限定了基本恒定的传感器板124的厚度。传感器板124可以具有比其轴向尺寸大得多的径向尺寸。换言之，板124的厚度可以比径向内表面126和径向外表面128之间的距离小得多。

如图1-3所示，传感器板124可以包括轴向或横向于轴向内侧表面130延伸的突出部134。突出部134的径向内表面可以与传感器板的径向内表面126毗连。各突出部134可以围绕径向内表面126的周缘规则地彼此间隔开。在一实施例中，突出部134的一部分可以设置在由锁止齿轮96限定的径向延伸的环形凹槽135中，以将传感器板124摩擦地锁定到锁止齿轮96。在一实施例中，凹槽135设置在锁止齿轮支腿100的径向内侧。

传感器板124的至少一部分基本上位于差速器壳24的外部；然而，传感器板突出部134可以延伸到差速器壳24中。更具体地，突出部134可以至少部分地延伸穿过差速器壳孔108。在其他实施例(未示出)中，传感器板124可以以诸如但不限于机械紧固件之类的其他方式与锁止齿轮96联接。因此，在某些实施例中，电枢92或环形间隔件94可以不直接接触传感器板124，而替代的是，电枢92或环形间隔件94可以直接接触锁止齿轮96。

在一实施例中，传感器板124的本体部分136可包括基本连续的表面。在另一个实施例中，如图5所示，传感器板本体部分136可具有一个或多个轴向延伸穿过其中的孔。这些孔可以允许诸如空气和润滑剂之类的流体在差速器支架10内流动。在一实施例(未示出)中，与具有相对大的直径的较少的孔相对，传感器板124可以包括多个具有较小直径的孔。与锁止齿轮96联接的传感器板124与锁止齿轮96一起轴向移动并与其一起旋转。此外，传感器板124可以包括导电材料。

致动器组件壳体88包括内侧表面138、外侧表面140和径向外表面142。径向外表面142可以是曲线形的并且限定环形壳体88的基本恒定的外表面。内侧表面138和外侧表面140在它们之间限定基本恒定的距离或厚度。内侧表面138和外侧表面140基本彼此平行。内侧表面138和外侧表面140可基本横向于差速器壳24的旋转轴线144延伸。

类似地，传感器板24的内侧表面130和外侧表面132可以基本横向于差速器壳24的旋转轴线144延伸。传感器板24的内侧表面130和外侧表面132基本上平行于壳体88的内侧表面138和外侧表面140。

在一实施例中，传感器148可以设置在壳体88的内侧表面138上。在一实施例中，传感器148可以设置在壳体88的内侧表面138中的凹部中。传感器148可以位于沿着内侧表面138任何地方。在一实施例中，传感器148位于内侧表面138的径向向外部分附近。在一实施例中，一个以上的传感器148可位于内侧表面138上的一个以上的径向位置处。在另一个实施例中，传感器148可包括设置在内侧表面138上的环。

在又一个实施例中，如图6所示，传感器148可以横向于传感器板124定位。例如，传感器148可以位于传感器板124的径向外侧。在该实施例中，传感器148在距传感器板124的径向外表面128的固定距离处固定。

横向传感器148的工作基本上与本文所述的相同。在一实施例中，横向传感器148感测其被传感器板的径向外表面128覆盖的百分比，使得微控制器可以基于覆盖百分比来确定传感器板124的位置。

在再一个实施例中，如图6所示，第一横向传感器148可以位于传感器板124的径向上方，而第二横向传感器148A可以位于传感器板124的径向下方。

“上方”和“下方”可以意指第一传感器和第二传感器彼此径向相对地固定。

在另一个实施例(未示出)中，第一传感器148可以轴向邻近传感器板的内侧表面130定位，并且第二传感器148可以轴向邻近传感器板的外侧表面132定位。因此，第一传感器148和第二传感器148分别位于传感器板124的两侧上；第一传感器148面向传感器板的内侧表面130，而第二传感器148面向传感器板的外侧表面132。第二传感器148可以与第一传感器径向对准。换言之，第一传感器148和第二传感器148可以位于距差速器旋转轴线144相同的距离处。在该实施例中，来自第一传感器148和第二传感器148的数据可以由控制器微处理器结合地或单独地来使用。当单独使用时，可以将数据进行比较以对传感器板124的位置进行双重检查。当一起使用时，该数据可以用于检测传感器板124与第一传感器148和第二传感器148之间的距离的任何变化。

在任何上述实施例中，传感器148可以是包括感应线圈149的感应传感器。传感器感应线圈149可以包括但不限于：缠绕绕线筒的长度的线材、印刷电路板(PCB)迹线螺旋(trace spiral)、或印刷的金属迹线(如果内侧表面不导电)。在一实施例中，感应线圈149可以是基本上平面的和刚性的。在另一个实施例中，感应线圈149可以是柔性的、非平面的和/或曲线形的。

在平面的且刚性的实施例中，感应线圈149可以设置在基板中或位于基板上。基板可以是壳体88，或者是附连到壳体88的材料，传感器148可嵌入其中。

在柔性的、非平面的和/或曲线形的实施例中，感应线圈149可以类似地设置在基板中或位于基板上。基板可以是可适于曲线形表面的柔性材料。在一个实施例中，基板可以是柔性电路板。替代地，感应线圈149的全部或部分可以是弯曲的或柔性的，从而是曲线形的。于是，感应线圈149可以位于曲线形状上，诸如差速器壳24、或差速器支架10、或连接到以上任一个的结构之类。

可以使用各种类型的传感器148。下面是一些可能的传感器148的简要概述，但是该设备不仅限于这些传感器148或以下描述的操作。

在一个实施例中，传感器148可以是两线式(two-wire)传感器。向传感器148提供电压(例如，大约4-9伏)，并且所获电流是固定的。根据系统的状态，电流可以比如是7毫安或14毫安。例如，一个电流可以与差速器机构的锁定状态相关联，而另一个电流可以与差速器机构的解锁状态相关联。

在另一个实施例中，传感器148可以是三线式传感器。该实施例可以输出大约250Hz的固定频率信号，但是也可以使用其他频率。信号的占空比随传感器板124或锁止齿轮96的位置而变化。信号可以相对于传感器板124或锁止齿轮96的位置连续，或者信号可以是基于传感器板124或锁止齿轮96的具***置的固定值。例如，当传感器板124或锁止齿轮96最靠近传感器148时，该信号可以为10％，而当传感器板124或锁止齿轮96距离传感器148最远时，该信号可以为90％。此外，对于在最接近和最远位置之间的任何地方的具***置，百分比信号可以是固定的。在该传感器148的又一个实施例中，在没有其他信号的情况下，在最接近的位置(未锁定)可以将信号固定在特定的大小，并在最远的位置(锁定)固定在不同的大小。

在另一个实施例中，可以使用串行数字信号。作为示例，该信号可以是比如具有预定的波特率(比如，作为示例9600波特)的UART型或LIN总线输出。

当导电材料在附近时，感应线圈149产生高频交变磁场。该磁场致使在导电材料内形成涡电流。涡电流产生与感应线圈149中的磁场相反的磁场。感应线圈149的涡电流的幅度与导电材料涡电流的距离成比例。因此，可以基于传感器148中测量的涡电流来知道传感器148与导电材料的距离的关系。可以经由与传感器148联接的微控制器(未示出)来确定该关系。微控制器较佳地位于致动器组件壳体88上或位于致动器组件壳体88之内。

在一实施例中，导电材料可以是传感器板124。在另一个实施例中，传感器148替代地感测锁止齿轮96的位置。可以理解，传感器148可感测锁止齿轮96的精确位置，无论传感器148是直接感测锁止齿轮96还是传感器板124都行。如从前述可以理解的，锁止齿轮96和/或传感器板124的位置可以是已知的，使得也可以可靠地知道差速器机构是处于锁定状态还是解锁状态的可靠确定。

图1和2示出了处于解锁状态的差速器机构。在解锁状态中，锁止齿轮96不与第二侧齿轮66啮合。此外，电磁线圈90未充分通电以致动电枢92。此外，偏置构件122将锁止齿轮96偏置到轴向外侧位置。

一旦检测到可能要期望锁定差速器机构的情况，就以足以使电磁线圈90在导电电枢92中产生磁通量的大小向电磁线圈90供应电力。可能存在保证锁定差速器机构的各种条件。这些条件可以由一个或多个车辆传感器(未示出)来监控。

电枢92中的磁通致使电枢92在轴向内侧方向上移动。电枢92中的磁通足以使其抵抗偏置构件122的偏置力而使电枢92移动。换言之，电枢92的轴向内侧移动使锁止齿轮96在内侧方向上轴向移动。如上所述，因为传感器板124与锁止齿轮96联接，所以传感器板124也在轴向内侧方向上移动。

图3示出了处于锁定状态的差速器机构。在锁定状态下，电枢92、锁止齿轮96和传感器板124在轴向内侧方向上移动，使得第二侧齿轮锁止齿76和锁止齿轮齿112彼此接合。当第二侧齿轮锁止齿76和锁止齿轮齿112完全接合时，差速器机构被锁定。在锁定状态下，第二侧齿轮66被锁定为抵抗相对于差速器壳24的旋转。这防止了第二侧齿轮66独立于第一侧齿轮64旋转；替代地，第一侧齿轮64和第二侧齿轮66只能一起旋转。差速器机构的锁定状态具有将动力均分给第一侧齿轮64和第二侧齿轮66、两个桥半轴以及两个车轮端部的作用。

当不再需要锁定的差速器机构时，电磁线圈90的电力被终止或减少。电磁线圈90的电力的终止或减小可致使偏置构件122在轴向向外侧的方向上从第二侧齿轮66推压锁止齿轮96。这导致第二侧齿轮66的锁止齿76和锁止齿轮96的齿112脱开。一旦脱开，第二侧齿轮66可相对于第一侧齿轮64旋转。

尽管以上已经描述了各种实施例，但应当理解，它们以示例而非限制的方式提出。对相关领域技术人员而言显而易见的是，所公开的主题可以其他具体的形式实施而不脱离其精神和必要特征。因此，以上所描述的实施例在所有方面被认为是示例性而非限制性的。