阅读说明：本技术 用于补偿电子限滑差速器中的离合器扭矩的方法 (Method for compensating clutch torque in an electronic limited slip differential ) 是由 安德鲁·N·埃德莱 约翰·A·格罗格 于 2018-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种确定车辆上的限滑差速器齿轮机构的离合器扭矩的方法,该方法包括获得估计的传动系扭矩。建立所需的偏置扭矩。确定实现所需偏置扭矩所需要的必要的离合器扭矩。基于估计的传动系扭矩来命令必要的离合器扭矩以实现所需的偏置扭矩。(A method of determining clutch torque of a limited slip differential gear mechanism on a vehicle includes obtaining an estimated driveline torque. The required biasing torque is established. A necessary clutch torque required to achieve the desired bias torque is determined. The necessary clutch torque is commanded based on the estimated driveline torque to achieve the desired bias torque.)

用于补偿电子限滑差速器中的离合器扭矩的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年4月14日提交的美国临时专利申请号62/485,498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

本公开整体涉及差速器齿轮机构，并且更具体地，涉及一种针对根据传动系扭矩的差速器齿轮扭矩偏置提供限滑差速器(LSD)离合器扭矩补偿的方法。

背景技术

差速器齿轮机构可设置在轴组件中，并且该差速器齿轮机构用于将扭矩从驱动轴传递到一对输出轴。驱动轴可通过使用与安装到差速器外壳的环形齿轮啮合的锥齿轮来驱动差速器。在汽车应用中，差速器允许安装在轴组件任一端的轮胎以不同的速度旋转。这在车辆正在转弯时是重要的，因为外胎比内胎沿弧线行驶更远距离。因此，外胎必须以比内胎更快的速度旋转以补偿更大的行进距离。差速器包括差速器箱和齿轮装置，该齿轮装置允许将扭矩从驱动轴传送到输出轴，同时允许输出轴根据需要以不同的速度旋转。齿轮装置一般可包括一对侧齿轮，该一对侧齿轮被安装以用于与相应的输出轴旋转。一系列十字销或小齿轮轴固定地安装到差速器箱以与其旋转。对应的多个小齿轮被安装成与小齿轮轴一起旋转，并与两个侧齿轮处于啮合关系。

一些差速器齿轮机构包括牵引力调整差速器。通常，离合器组可设置在侧齿轮中的一个侧齿轮和差速器箱的相邻表面之间。离合器组或锁定机构能够操作以限制齿轮箱和一个侧齿轮之间的相对旋转。在此类差速器中，通过若干不同的方法中的一种方法来实现接合离合器组或锁定机构(延迟差动)。一些构型包括活塞，该活塞致动以使离合器组在打开、锁定和部分锁定状态之间移动。在一些示例中，在优化车辆上的包装空间时将差速器箱构造成容纳所需的部件是具有挑战性的。

本文所提供的背景描述是为了大致呈现本公开的上下文的目的。当前命名的发明人的工作，在某种程度上其在本背景技术部分以及在提交时可能不具有其他资格作为现有技术的说明书的各个方面中进行描述，既不明确也不暗示地被承认为针对本公开的现有技术。

发明内容

一种确定车辆上的限滑差速器齿轮机构的离合器扭矩的方法包括获得估计的传动系扭矩。建立所需的偏置扭矩。确定实现所需偏置扭矩所需的必要的离合器扭矩。基于估计的传动系扭矩来命令必要的离合器扭矩以实现所需的偏置扭矩。

根据附加特征，控制确定车辆是正在左转还是右转。离合器扭矩是基于车辆正在左转还是右转的确定。基于车辆正在左转，使用第一组方程来计算离合器扭矩。基于车辆正在右转，使用不同于第一组方程的第二组方程来计算离合器扭矩。

根据其他特征，确定左输出轴扭矩。确定右输出轴扭矩。偏置扭矩是基于左输出轴扭矩和右输出轴扭矩来计算的。该限滑差速器齿轮机构包括锥齿轮组，该锥齿轮组包括小齿轮和侧齿轮。锥齿轮组产生差速器齿轮偏置扭矩。实现所需的偏置扭矩需要的离合器扭矩基于差速器齿轮偏置扭矩。当传动系扭矩增大时，所命令的离合器扭矩减小。

根据本公开的附加特征确定车辆上的限滑差速器齿轮机构的离合器扭矩的方法包括获得估计的传动系扭矩。建立所需的偏置扭矩。确定由限滑差速器齿轮机构中的锥齿轮组提供的差速器齿轮偏置扭矩。确定实现所需偏置扭矩所需的必要的离合器扭矩。基于估计的传动系扭矩来命令必要的离合器扭矩以实现所需的偏置扭矩。

根据附加特征，控制确定车辆是正在左转还是右转。离合器扭矩是基于车辆正在左转还是右转的确定。基于车辆正在左转，使用第一组方程来计算离合器扭矩。基于车辆正在右转，使用不同于第一组方程的第二组方程来计算离合器扭矩。

根据其他特征，确定左输出轴扭矩。确定右输出轴扭矩。偏置扭矩是基于左输出轴扭矩和右输出轴扭矩来计算的。当传动系扭矩增大时，所命令的离合器扭矩减小。

根据附加特征确定限滑差速器齿轮机构的输出轴扭矩的方法包括确定传动系扭矩。确定离合器扭矩。输出轴扭矩是基于传动系扭矩和离合器扭矩来确定的。确定离合器扭矩包括确定限滑差速器离合器扭矩。确定限滑差速器离合器扭矩包括确定电子限滑差速器离合器扭矩。确定输出轴扭矩包括确定左输出轴扭矩和右输出轴扭矩。确定限滑差速器齿轮机构的第一侧齿轮和第二侧齿轮与限滑差速器齿轮机构的壳体之间的摩擦的组合效应。确定摩擦的组合效应的平均有效半径。确定摩擦的组合效应包括建立用作限滑差速器齿轮机构的横轴的横轴扭矩的系数的常数。

附图说明

根据

具体实施方式

和附图，将更全面地理解本公开，其中：

图1是根据本公开的一个示例构造的示例性LSD的示意图；并且

图2是结合图1的LSD的示例性车辆的示意图。

具体实施方式

首先参考图1，示例性车辆传动系被示出并且一般用附图标号10来标识。示例性车辆传动系10包括具有离合器组件32和差速器齿轮组件34的限滑差速器(LSD)组件30。应当理解，以下公开内容适用于机械LSD以及电子(eLSD)构型。限滑差速器组件30被接收在外壳36中，并且用于驱动连接到驱动轮的一对半轴40和42。一般来讲，在正常操作状态期间，限滑差速器组件30用作传统的开式差速器，直到发生需要偏置扭矩的事件。当检测到或预料到牵引力损失时，可选择性地致动离合器组件32，以便针对该情况生成最佳偏置比率。

差速器齿轮组件34包括一对侧齿轮60和62，其被安装成分别与半轴40和42(以及第一驱动轮和第二驱动轮)一起旋转。侧齿轮60和62限定第一半轴开口和第二半轴开口。多个十字销或小齿轮轴66固定地安装到差速器箱64以与其一起旋转。对应的多个小齿轮70被安装成与小齿轮轴66一起旋转，并与两个侧齿轮60和62处于啮合关系。小齿轮70和侧齿轮60、62共同限定锥齿轮组80。锥齿轮组80在差速器齿轮组件34中产生偏置扭矩。如下文将理解的，本公开的教导内容考虑了当确定在左半轴40和右半轴42之间实现所需的偏置扭矩需要的离合器扭矩时锥齿轮组80所产生的附加的偏置扭矩(差速器齿轮偏置扭矩)。

在下文更全面描述的打开构型中，差速器齿轮组件34用于允许半轴40和42以不同的速度旋转。

离合器组件32可包括任何构型，诸如离合器组和离合器致动器。离合器组包括在多个环状摩擦盘之间交错的多个环状板。可联接多个环状板以与差速器箱64和差速器齿轮组件34中的一者一起旋转。可联接多个环状摩擦盘以与差速器箱64和差速器齿轮组件34中的另一者一起旋转。在一个示例中，联接多个环状板以旋转到差速器箱64(例如，花键联接到差速器箱64的内径)，并且联接多个环状摩擦盘以与差速器齿轮组件34一起旋转(例如，花键联接到侧齿轮60的外径)。应当理解，环状摩擦盘可由侧齿轮60或62中的任一者或两者支撑以旋转。

多个环状板和环状摩擦盘彼此间交错并在离合器组件32处于其打开位置时用于以基本上非接触的关系旋转经过彼此。然而，本领域技术人员将理解，如本文所用的术语“非接触”是相对的，并不意味着必须表明当离合器组件32处于打开状态时环状板和环状摩擦盘绝对没有接触。环状板和环状摩擦盘可相对于彼此轴向移动成摩擦接合，从而当离合器组件32处于闭合或部分闭合构型时减少在环状板和环状摩擦盘之间的相对旋转。以这种方式，当离合器组件32处于其闭合位置时，侧齿轮60和62以及半轴40和42和驱动轮一起旋转。

离合器组件32可以以打开构型操作，以允许侧齿轮60和62彼此独立地旋转，例如以不同的速度旋转。离合器组件32也可以以闭合或部分闭合构型操作，其中侧齿轮60和62一起或部分地一起(也就是说，不独立地)旋转，例如以基本上相同的速度旋转。离合器组件32可例如是液压离合器组件32，其利用可作用在活塞上的加压液压流体，以在打开构型、闭合构型和部分闭合构型之间选择性地致动离合器组。

根据本公开，使用静态的力矩方程和来计算LSD偏置扭矩。总共需要六个方程。对于左转，差速器箱需要力矩和，这允许求解横轴扭矩。横向扭矩是对左侧齿轮和右侧齿轮的两个后续力矩方程和的输入。针对右转重复使用三个方程的方法。

根据本发明的方法，用户可确定给定的传动系扭矩和给定的LSD离合器扭矩的左输出轴扭矩值和右输出轴扭矩值。另外，常数用于表示每个侧齿轮和差速器箱之间的摩擦的组合效应和该摩擦表面的平均有效半径。该常数用作横轴扭矩除以2的系数。用于表示在侧齿轮和差速器箱之间产生的扭矩。常数值0.13将提供1.3的开式差速器偏置比率。用户可改变该系数以匹配所使用的特定开式差速器偏置比率。实际的开式差速器偏置比率可使用检测车辆或在轮轴测功机中以实验方式确定。

以下讨论涉及一种LSD，其中离合器组在左侧齿轮和差速器箱之间花键联接。如果离合器组在右侧之间花键联接，则力矩方程和将会改变。

现在将识别输入数据。

T_传动系：＝1000N.m

T_传动系是CAN总线上的估计的后传动系扭矩

C₁：＝0.09

C₁是表示由于分离力而引起的齿轮摩擦的常数。值0.13提供了1.3的开式差速器(离合器扭矩为0)偏置比率。值0.046提供了1.1的偏置比率。

为估计偏置扭矩输出，可输入命令的离合器扭矩。

T_离合器：＝400N.m

为估计需要的离合器扭矩，可输入命令的偏置扭矩。

偏置：＝400N.m

现在将识别计算。

左转(ω_左＜ω_右)：

差速器箱上的力矩和可由以下方程表示：

T_L齿轮＝左齿轮至差速器箱扭矩

T_X轴＝差速器横轴扭矩

T_R齿轮＝右齿轮至差速器箱扭矩

这些方程表示由于侧齿轮分离力导致的侧齿轮与差速器箱之间的所得扭矩。

因此，使用以上方程：

T_X轴＝T_传动系-T_离合器

左侧齿轮上的力矩和可由以下方程表示：

因此，使用以上方程：

右侧齿轮上的力矩和可由以下方程表示：

T_L右轴＝正在左转时的右输出轴扭矩

因此，使用以上方程：

Δ_左＝454·N·m

Δ扭矩(左转)的简化方程：

|T_离合器-C₁·T_离合器+C₁|T_传动系||＝454·N·m

离合器_扭矩_左：＝341·N·m

偏置_比率_左＝2.66

右转(ω_左＞ω_右)：

因此，使用以上方程：

T_X轴＝T_传动系+T_离合器

左侧齿轮上的力矩和可由以下方程表示：

因此，使用以上方程：

右侧齿轮上的力矩和：

因此，使用以上方程：

Δ_右：＝|T_R左轴-T_R右轴|

Δ_右＝526·N·m

Δ扭矩(右转)的简化方程

|-T_离合器-C₁·T_离合器-C₁·|T_传动系||＝526·N·m

离合器-扭矩-右＝284·N·m

T_R右轴＝正在右转时的右输出轴扭矩

偏置-比率_右＝3.22

现在将识别输出数据：

如果基于命令的离合器扭矩来估计偏置扭矩：

命令的离合器扭矩：T_离合器＝400·N·m

左转：T_L左轴＝727·N·m

T_L右轴＝273·N·m

Δ_左＝454·N·m

偏置-比率_左＝2.66

右转：T_R左轴＝237·N·m

T_R右轴＝763·N·m

Δ_右＝526·N·m

偏置-比率_右＝3.22

正轴扭矩将用于使车辆在前进方向上加速。负轴扭矩将用于使车辆在倒车方向上加速。

如果基于命令的偏置扭矩估计所需的离合器扭矩：

则命令的偏置扭矩：偏置＝400·N·m

左转：离合器_扭矩_左＝341·N·m

右转：离合器_扭矩_右＝284·N·m

继续参考图1并另外参考图2，将描述根据本公开的一个示例用于确定车辆90上的限滑差速器机构34的离合器扭矩的方法。T_传动系是在特定车辆90中使用的所需的估计的传动系扭矩值或目标传动系扭矩。所请求的偏置扭矩也被确立为与特定车辆90一致。在一些示例中，估计的传动系扭矩和所请求的偏置扭矩由具有特定车辆90的差速器输出要求的子集的客户提供。如已知的，偏置扭矩是左轴扭矩92和右轴扭矩94之间的差值。以举例的方式，如果所请求的偏置扭矩为2000Nm，则左轴扭矩92和右轴扭矩94之间的差值需要为2000Nm。然而，如上所述，由于锥齿轮组80提供的附加齿轮偏置扭矩，因此实现2000Nm需要的来自离合器组件32的实际所需离合器扭矩可小于2000Nm。

在一些现有技术示例中，假设命令的离合器扭矩将等于所请求的偏置扭矩。使用上述示例，现有技术假设是，命令离合器扭矩为2000Nm将导致2000Nm的偏置扭矩。然而，如本公开所述，这是至少部分地由于在差速器齿轮组件34中实现的附加差速器齿轮偏置扭矩而产生的不准确的假设。上述方程考虑了这种附加的差速器齿轮偏置。因此，控制器100可向离合器组件32命令更精确的所命令的离合器扭矩以获得所需的偏置扭矩。

从以上方程中还应当理解，车辆正在转弯的方向(左或右)将影响所命令的离合器扭矩。使用上述2000Nm所需的偏置扭矩示例，如果车辆90正在左转，则控制器100可能需要命令1500Nm的离合器扭矩以实现2000Nm所需的偏置扭矩。然而，如果车辆90正在右转，则控制器100可能需要命令小于1500Nm的离合器扭矩以获得相同的2000Nm所需的偏置扭矩。这是由于齿轮偏置更大，同时正在右转时离合器组件32设置在左侧(锥齿轮组80的左侧，如图1中所示)。同样应当理解，这些扭矩值仅仅是示例性的，并且可使用其他值。传动系扭矩也有助于需要的命令的离合器扭矩。就这一点而言，如果将更多的传动系扭矩输入到差速器组件34中，则需要更少的所命令的离合器扭矩以实现目标偏置扭矩。因此，随着传动系扭矩的增大，所命令的离合器扭矩减小。

另外，应当理解，方程将基于离合器组件32的位置而改变。进一步说明，设置在锥齿轮组80和右半轴42之间的离合器组件32将具有与以上使用图1所示的示例不同的方程，其中离合器组件32设置在锥齿轮组80和左半轴42之间。此外，具有其他离合器组件构型(例如离合器位于锥齿轮组80的相对侧上)的一些差速器齿轮组件34将导致不同的差速器齿轮偏置扭矩并且需要不同的方程。

已出于说明和描述的目的提供了这些示例的上述描述。并非旨在穷举或限制本公开。特定示例的各个元件或特征通常不限于该特定示例，而是在适用的情况下是可互换的并且可用于所选示例中，即使未具体示出或描述也是如此。同样也可按许多方式进行改变。此类变型形式不应被视为脱离了本公开，并且所有此类修改形式都旨在被包括在本公开的范围内。