專利名稱：包括集成在車輪中的變速機構的牽引鏈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有電力牽引的汽車。它既涉及純粹電力機車，也涉及混合型的汽車，特別是混合系列型的汽車。
當然，為了獲得上述結構(安裝在電力牽引電機上)的所有好處，就需要使輪子和電機組裝在一起，這樣盡可能地緊湊和輕便。具體地說，需要同樣使從電機到輪子的牽引鏈盡可能地輕便緊湊，由于討論的部件質(zhì)量是未確定的，因此這方面就更顯得重要了。
已經(jīng)提到的是，電機可提供相當大的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)基本上是恒定的。然而，也已經(jīng)公知的是，電機的體積實際上與設計輸送的轉(zhuǎn)矩成正比。另外，為了給輪子提供盡可能大的轉(zhuǎn)矩，同時具有非常緊湊結構的電力驅(qū)動電機，就需要在電機軸和輪子軸之間安裝盡可能大的總減速比。
如果在電機軸和輪子軸之間的總減速比增加，則在汽車最大速度的電機速度也增加。此時，由電機承受的機械和電應力隨著轉(zhuǎn)速明顯地增加。如果上限設定在電機轉(zhuǎn)速上，則就需要在電機和輪子之間提供總減速比的選擇。這樣，還需要把速比變化機構集成在輪子內(nèi)，這樣既可在輪子上得到較大轉(zhuǎn)矩，也可使汽車獲得最大速度。
這就提出了使這種速比變化機構的設計盡可能緊湊的問題，以避免得出這樣的解決方案，其中該方案總體上(把電機和速比變化機構放在一起)比直接配合的電機體積又大，且又重，其尺寸設計成可在輪子軸上提供需要的最大轉(zhuǎn)矩，同時提高了最終減速比。還需要設計控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使從一個速比到另外速比的變化盡可能簡單和迅速地發(fā)生。需要使從一個速比到另外速比變化的裝置在總體上不增加傳輸鏈的重量。
在具體的優(yōu)選實施例中，本發(fā)明提供的速比變化機構包括爪形離合器，該離合器使得能選擇一個或另外一個速比。最好是，所述機構根本沒有摩擦離合器。換句話說，它只包括強制機械配合的裝置。另外并且是最好是，本發(fā)明使用無電刷、同步、自動調(diào)節(jié)型的電機，利用該電機特性，該電機包括轉(zhuǎn)子位置傳感器。本發(fā)明只利用該電機的轉(zhuǎn)子位置傳感器和與速比變化機構關聯(lián)的傳感器組件，來確定上述輪子的轉(zhuǎn)速，并產(chǎn)生需要的所有速比的變化。最好是，該設計最好只包括兩個速比。
圖4A、4B和4C為沿圖2中4/4線的剖面圖，其中示出了具有兩個速比的速比變化機構的主要部件；圖5為機電傳輸鏈局部視圖；圖6為在變速過程中換檔撥叉的位置、牽引電機的速度和牽引電機的轉(zhuǎn)矩隨著時間變化的計時圖。
與外罩2和電機M一起，外殼1限定了封閉空間。該封閉空間可容納著一定量的用來潤滑其內(nèi)機械部件的油。在外殼1內(nèi)部，有帶齒的輪子3(參見

圖1和圖3)，該輪子3圍繞著軸XX旋轉(zhuǎn)，該軸直接與輪子W配合。
圖3A示出了與第一齒輪31嚙合的帶齒的輪子3。該第一齒輪31與輔助齒輪310同軸并固定到其上，輔助齒輪310的直徑比第一齒輪31的直徑大。第一齒輪31和輔助齒輪310形成了一個整體的旋轉(zhuǎn)機械部件(參見圖4A)。輔助齒輪310與中間齒輪6嚙合。中間齒輪6使電機保持在同一方向旋轉(zhuǎn)，而不管速比是多少。
此外，帶齒的輪子3與第二齒輪53嚙合。第二齒輪53與齒輪530同軸并固定到其上。齒輪530可由爪形離合器來控制(具體參見圖3A和4A)。第二齒輪53和可控制齒輪530形成了單一的整體機械部件。該機械部件包括位于可控制齒輪530附近的不帶齒的圓周非嚙合區(qū)532(參見圖4A)。該機械部件還包括光滑中間區(qū)531?？捎勺π坞x合器控制的惰輪42嵌入在光滑中間區(qū)531中，與第二齒輪53同軸，從而該惰輪42可相對于第二齒輪53隨意地旋轉(zhuǎn)。
變速機構包括爪形離合器46，該爪形離合器46使速比可選。在示出的實施例中，爪形離合器46包括與可控制齒輪530和可控制惰輪42的(外)齒嚙合的內(nèi)齒。爪形離合器46既可與可控制惰輪42配合，提供減速比(圖3A和4A)，又與可控制齒輪530配合，提供直接的嚙合(圖3C和4A)，否則，爪形離合器46就可移動到脫離位置，在該位置，內(nèi)齒與不與任何齒配合的圓周非嚙合區(qū)532相對(圖3B和4B)。
此外，爪形離合器46包括外圓周頸狀部460和凹坑461(見圖5)。可以見到電機M轉(zhuǎn)子的軸A末端(圖4)，其中YY為軸A的旋轉(zhuǎn)軸。離合器籃38固定安裝到電機M的軸A上。爪形離合器46由離合器籃38對中。叉形件16徑向地配合在形成于爪形離合器46上的外圓周頸狀部460外面。離合器籃38包括能配合進爪形離合器46的凹坑461中的指狀件380。爪形離合器46可軸向相對于離合器筐而滑動，同時可轉(zhuǎn)動地固定在其中。
叉形件16由電動減速單元12來控制。位置探測器21聯(lián)接到叉形件16上。爪形離合器46具有三個位置·爪形離合器46通過可使轉(zhuǎn)速變化的中間齒輪6來移動帶齒輪子的位置；爪形離合器46于是與惰輪42聯(lián)接，從而通過中間齒輪6和輔助齒輪310與第一齒輪31嚙合(具體參見圖3A和4A)；這說是前述的另外的機械傳動路徑；·與輔助齒輪530嚙合從而與第二齒輪53嚙合的位置(具體參見圖3C和4C)；·圖3B和4B所示的中間空檔位置。
第一齒輪31和第二齒輪53始終由帶齒的輪子3來驅(qū)動。由于它們具有相同的齒，于是均以相同角速度來旋轉(zhuǎn)。當?shù)诙X輪53通過第二輔助齒輪530、爪形離合器46和離合器籃38而與電機M的轉(zhuǎn)子軸A配合時，它就直接與電機M嚙合。另一方面，當經(jīng)由離合器籃38、爪形離合器46、惰輪42、中間齒輪6和輔助齒輪310通過第一齒輪31傳輸牽引轉(zhuǎn)矩時，在電機M的轉(zhuǎn)子軸A和第一齒輪31之間就存在了減速比，該比與輔助齒輪310上齒數(shù)和惰輪42上齒數(shù)之間的比R相對應。
再來注意在所述的另外的機械傳動路徑中，爪形離合器通過中間齒輪6使帶齒的輪子3運動，中間齒輪6可使轉(zhuǎn)速反向。這樣，中間齒輪6就使電機保持相同的旋轉(zhuǎn)方向，而不管配合的齒輪如何直接嚙合或另外的機械傳動路徑。作為變型(圖中沒有示出)，對于一個速比和其他速比，電機也可在相反旋轉(zhuǎn)方向運行；在這種變型中，在所述的另外的傳動路徑中，沒有中間齒輪來使旋轉(zhuǎn)方向顛倒。
速比導致電力牽引電機的速度實質(zhì)性發(fā)生即時和較大變化。當汽車配有幾個驅(qū)動輪，每個驅(qū)動輪都裝有電機和本發(fā)明的齒輪箱組件時，變速可至少在汽車同一軸的輪子上同步發(fā)生。
圖6中所示的計時圖示出了操作的順序。無論是速比變化的方向如何，也不管有關齒輪的順序如何，速比變化需要消除電機轉(zhuǎn)矩(區(qū)1)，把齒輪箱移動到空檔位置(區(qū)2)，然后把電機轉(zhuǎn)速調(diào)整到與未來要選擇的速比對應的位置(區(qū)3)，從而在電機再次被控制以提供需要的轉(zhuǎn)矩前，與以所述速比進行機械地配合。
圖6中計時圖還示出了不作為限制的實施例的最優(yōu)細節(jié)。為了方便速比變化，對電機的精心控制可產(chǎn)生較小的速度震蕩(區(qū)4)，其目的是在下一個速比的配合中有利于爪形離合器的配合。需要注意的是，轉(zhuǎn)矩和速度的變化非常小區(qū)4中示出的轉(zhuǎn)矩變化僅用來使電機M轉(zhuǎn)子抵抗自身慣性而加速；導致的速度變化本身非常小，因為被爪形離合器配合啟動立即限制(接受功能性清除)，所以尤其如此。由于附圖是純粹示意性的，區(qū)4示出的轉(zhuǎn)矩和速度變化不能與其他區(qū)中示出的相比。
最好是，如果驅(qū)動條件允許，則電力牽引電機的轉(zhuǎn)矩應控制成恰在脫開一個速比前，且恰好在采取另一個速比后，在輪子上的轉(zhuǎn)矩實質(zhì)上應相同。如果要朝較大總減速比來移動(從第二減速比到第一減速比變化)，則需要剛好在速比變化進行后，主動地限制電機的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩在比率R中實質(zhì)上減少。朝較小的總減速比移動(從第一到第二變化)，則需要剛好在速比變化進行后，主動地增加電力轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩在比率R中實質(zhì)上增加。此時，得到的電機轉(zhuǎn)矩需要限制在值Cmax。如果需要的轉(zhuǎn)矩增加導致比Cmax高的值，則最好在速比變化進行前，適當?shù)匕艳D(zhuǎn)矩減小到小于或等于Cmax/R值，從而使在速比變化進行后，提供的轉(zhuǎn)矩不超過Cmax。
同樣需要注意的是，在齒輪轉(zhuǎn)換到低于總減速比的速比的過程中，當齒輪箱一處于空檔位置時，電機必須盡快變化到較低速度。接下來電機必須通過電力制動，這需要能以其他某些方式來吸收電能(例如在電阻或再充電存儲元件上的耗散)。
本發(fā)明能做到·在第一齒輪(高減速比)，從輪子上較大轉(zhuǎn)矩上獲益，提供了良好動態(tài)性能；·在第二齒輪(低減速比)，得到汽車的最大設計速度；·在某些情況下，通過提高啟動轉(zhuǎn)矩，設計出帶有兩個驅(qū)動輪的汽車來替代四輪汽車(于是可減少安裝的部件，從而減少質(zhì)量和成本)。
現(xiàn)在我們考慮發(fā)明實現(xiàn)的一些具體情況。下面，考慮在四輪汽車內(nèi)本發(fā)明牽引鏈的使用，但這決不作為限制。假定這種汽車至少具有兩個驅(qū)動輪，從而具有兩個牽引鏈和兩個電力牽引電機，每個電力牽引電機與每個牽引鏈的輸入軸聯(lián)接。其目的是僅僅通過使用上面提出的傳感器來始終實現(xiàn)變換齒輪的操作；這些具體實施例的目的是避免把變速機構下游的輪速傳感器摻合進來。
汽車可具有兩個或四個驅(qū)動輪。汽車的總體控制由稱為“CU”的中央計算單元來實現(xiàn)。計算單元使用本領域人員所熟知的任何適當?shù)乃惴▉泶_定適當時機來實現(xiàn)變速，其中算法與本發(fā)明目的無關。計算單元具有一些可供使用的信息來自傳感器的信息加速器踏板位置、剎車踏板位置或壓力、方向盤位置、氣閥位置和內(nèi)燃機速度(如果汽車帶有內(nèi)燃機的話)；來自牽引電子儀器的信息電機速度、當前嚙合的速比；這些信息通過CAN總線或類似總線定期更新(例如，每10毫秒)。根據(jù)這些信息，計算單元可計算每個輪子的速度。
變速通過單個電子儀器集成來實現(xiàn)，該電子儀器集成控制一個軸上的兩個電力牽引電機和在該軸上兩個輪子上的變速機構(或者在兩個驅(qū)動軸的情況中，可以有兩個電子儀器集成，每個集成控制著一個軸上的部件)。該電子儀器集成體從CU接收到速比變化命令，并在執(zhí)行該命令后，回復確認信號。
可以再想起的是，在變化速比階段中，需要知道要考慮的輪子的速度，同時避免使用在該輪子中的速度傳感器。當速比確定后，車輪的速度就通過相應的牽引電機而給出。然而糟糕的是，在速比變化機構處于空檔位置時，需要輪子的速度。在該階段，輪子速度不能從電機速度信息中推導出。
在改變速比的操作順序中，在移動到空檔位置后，采取措施來重新調(diào)整牽引電機的旋轉(zhuǎn)速度，調(diào)整到當牽引鏈確定了選擇的速比時，與輪子速度相匹配的水平。從而甚至在速比變化階段也需要知道輪子速度。
當確定了速比后，汽車的速度可通過結合使用下面?zhèn)鞲衅鞫玫酱_定·與無電刷同步電機集成一起的位置傳感器；·安裝到速比變化裝置上的位置傳感器(直接配合中或處于減速位置的齒輪箱)。
如上所述類似即時變化，實現(xiàn)速比變化的時間近似為300毫秒。在第一具體實施例的變型中，如果考慮該時間，則在速比變化過程中汽車的速度就認為是常數(shù)。在速比變化過程中考慮的汽車速度因此為啟動速比變化操作前的最后計算值。為了證明該近似值是可接受的，設想假定有3m/s2的適中加速度(或減速度)的實際速度變化。對于變速進行持續(xù)300ms，則發(fā)生速度變化量為3*0.3＝0.9m/s或者大約3km/h。很清楚地知道，對于適中的加速度或者減速度來說，該近似值保持有效，并假定考慮速比變化時間。
例如當從1st到2st變化時，速比變化控制系統(tǒng)實現(xiàn)下面操作·核對是否嚙合1st齒輪；·根據(jù)“牽引電機速度”和“嚙合1st齒輪”數(shù)據(jù)來計算輪子速度；·使電機轉(zhuǎn)矩達到零；·移動到空檔位置；·根據(jù)上述計算的輪子速度來重新調(diào)整電機速度；·嚙合2st齒輪；·核對是否嚙合2st齒輪；·恢復電機轉(zhuǎn)矩。
在下面描述的另一個具體的變化實施例中，即使上述“恒定速度”近似值無效，則提出的速比變化控制系統(tǒng)也是成立的。
在具有四個驅(qū)動輪的汽車的情況中，在兩個軸上的速比變化可及時地偏移首先在一個軸上速比變化，然后在另外一個軸上速比變化。在第一軸的速比變化過程中，通過計算單元根據(jù)牽引電機速度和當前在另一軸上的速比，可計算出由速比變化涉及到的輪子速度，所述另一軸上的輪子從而就起到了所謂“傳感器輪子”的作用。通過CAN總線把所述輪子的速度傳輸?shù)降谝惠S的控制電子儀器上，在該軸上帶有所謂“操縱輪子”的輪子。這樣重復著，變化著軸的傳感器輪子和操縱輪子的角色。
獲取可靠的汽車速度信息是必要的。如果在齒輪速比變化命令發(fā)布之前或在速比本身變化的過程中，計算單元探測兩個傳感器輪子中之一處于非正常狀態(tài)(鎖定或剎車)，則汽車速度信息根據(jù)在相同軸上的其他輪子計算出。如果在速比變化命令發(fā)出前，承載傳感器輪子的軸上的兩個輪子均處于非正常狀態(tài)(鎖定或剎車)，則速比變化命令不會發(fā)出，直到該狀態(tài)恢復正常。如果在傳感器輪子軸上的兩個輪子的非正常狀態(tài)(鎖定或剎車)發(fā)生，同時速比變化過程在另外軸上發(fā)生，則計算單元以認為可靠的最后計算信息作為“汽車速度”數(shù)據(jù)發(fā)出。另外可能的解決方案如下使正在進行速比變化的輪子處于空檔位置，直到由傳感器輪子提供的速度再次可靠。
對于帶有兩個驅(qū)動輪的汽車，在兩個輪子的速比變化可及時偏移例如，首先在左輪有速比變化，接著在右輪進行速比變化。在左輪(操縱輪)的速比變化過程中，汽車速度可通過牽引電子儀器根據(jù)牽引電機速度和當前右輪(傳感器輪子)中的速比局部地計算出，反之亦然。
在與上述解釋的類似方式中，如果在發(fā)出速比變化命令前，計算單元探測到傳感器輪處于非正常狀態(tài)(鎖定或剎車)時，則該速比變化命令不發(fā)送，直到恢復到正常狀態(tài)。如果傳感器輪的非正常狀態(tài)(鎖定或剎車)出現(xiàn)，同時在另外的輪子上發(fā)生速比變化過程，則用于汽車速度的數(shù)據(jù)是可靠的最后計算值。在這里，同樣另外可能的解決方案如下使正在進行速比變化的輪處于空檔位置，直到由傳感器輪提供的汽車速度再次成為可靠值。
在所有情況中，如果輪子在其速比變化過程中變成鎖定狀態(tài)(緊急剎車)，更具體地說，當齒輪箱處于空檔位置時，牽引電機和輪速不再匹配，從而以新的速比嚙合。因為輪子與電機沒有機械聯(lián)接，所以這種狀態(tài)不能被探測；在該系統(tǒng)中可能存在有機械故障的危險。如果速比變化過程在緊急剎車中被阻斷，通過剎車壓力、通過剎車踏板的減速或通過對縱向加速度的測量而進行自身探測，則這種狀態(tài)可避免。
綜上所述，本發(fā)明提出了控制帶有至少兩個驅(qū)動輪的汽車中的速比變化的方法，每個驅(qū)動輪帶有上面描述的牽引鏈，其中在兩個驅(qū)動輪的速比變化可及時偏移在開始階段，速比變化發(fā)生在稱為“操縱”的輪子上，通過牽引電子儀器根據(jù)有關牽引電機速度和在另外輪子上即稱為“傳感器輪”上的當前速比來計算出汽車速度。接著，在隨后的階段，在所述的另外輪子上發(fā)生速比變化。對于在兩個軸上帶有至少四個驅(qū)動輪的汽車，在所述開始階段過程中，至少一個傳感器輪位于其中一個軸上，而操縱輪位于另外軸上，而在隨后的階段，“傳感器”輪和“操縱”輪位置顛倒。
權利要求
1.一種汽車的牽引鏈，其特征在于它包括·輪子支撐件(K)，該支撐件承載著旋轉(zhuǎn)輪轂，該輪轂設計成接納驅(qū)動輪(W)并具有所述驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)軸；·旋轉(zhuǎn)的帶齒的輪子(3)，該輪子具有與所述驅(qū)動輪相同的旋轉(zhuǎn)軸，該帶齒的輪子直接與輪轂嚙合；·包括至少兩個齒輪(31和53)的裝置，該裝置始終與所述帶齒的輪子嚙合，包括用來與電機軸聯(lián)接的輸入軸，并包括在速比之間具有空檔位置的速比變化機構，所述機構包括在輸入軸和上述齒輪中一個之間的直接配合，所述機構包括在輸入軸和另外一個齒輪之間的至少另一個機械傳動路徑，其中減速比與直接配合的不同。
2.根據(jù)權利要求1所述的牽引鏈，其特征在于，速比變化機構包括爪形離合器(46)，該離合器使一個或另外一個速比可選。
3.根據(jù)權利要求1所述的牽引鏈，其特征在于，在所述另一個機械傳動路徑中，爪形離合器(46)通過可使轉(zhuǎn)速顛倒的中間齒輪來使帶齒的輪子運動。
4.根據(jù)權利要求1所述的牽引鏈，其特征在于，在所述另一個機械傳動路徑中，爪形離合器(46)可在沒有任何中間齒輪的情況下直接使帶齒的輪子運動。
5.根據(jù)權利要求1所述的牽引鏈，其特征在于，它沒有摩擦離合器。
6.根據(jù)權利要求1所述的牽引鏈，其特征在于，它只有兩個速比。
7.根據(jù)權利要求1所述的牽引鏈，其特征在于，它包括電機(M)，所述電機為同步、自身調(diào)節(jié)型的電機，該電機包括用于控制電機的至少一個集成的轉(zhuǎn)子位置傳感器。
8.根據(jù)權利要求7所述的牽引鏈，其特征在于，用于確定輪子轉(zhuǎn)速的僅有的傳感器為所述集成在電機內(nèi)的位置傳感器和與速比變化機構關聯(lián)的傳感器集合體。
9.控制汽車內(nèi)速比變化的方法，其中該汽車具有至少兩個驅(qū)動輪，每個驅(qū)動輪配有權利要求7或8所述的牽引鏈，其特征在于在兩個驅(qū)動輪上速比變化可及時得到偏移在開始階段，速比變化發(fā)生在被稱為“操縱”輪的輪子上，根據(jù)有關牽引電機速度和當前在另外被稱為“傳感器輪子”的輪子上配合的速比，汽車速度可通過牽引電子儀器計算出，然后在隨后的階段中，速比變化發(fā)生在所述另外輪子上。
10.根據(jù)權利要求9所述的控制速比變化的方法，用于在兩個軸上具有至少四個驅(qū)動輪的汽車，其特征在于在開始階段，至少一個傳感器輪子位于一個軸上，而操縱輪子位于另一軸上，并且，在隨后階段，“傳感器”和“操縱”輪子的位置顛倒。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的方法，其特征在于速比變化過程在剎車比預定閾值更猛烈時發(fā)生阻斷。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于在速比變化過程中，傳感器輪子的鎖定或剎車被探測到，并且，作為“汽車速度”信息，采用被認為可靠的計算出的最后值。
13.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于在速比變化過程中，傳感器輪子的鎖定或剎車被探測，同時操縱輪子保持在空檔位置，直到傳感器輪子速度返回到可靠值。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，該方法在一個軸上采用兩個傳感器輪子，其特征在于在速比變化過程中，探測一個傳感器輪子的鎖定或剎車，根據(jù)在傳感器軸上另外輪子來計算出速度信息。
15.根據(jù)權利要求10所述的方法，該方法在一個軸上采用兩個傳感器輪子，其特征在于在速比變化過程中，探測兩個傳感器輪子的鎖定或剎車，并且，作為“汽車速度”信息，采用被認為可靠的計算出的最后值。
16.根據(jù)權利要求10所述的方法，該方法在一個軸上采用兩個傳感器輪子，其特征在于在速比變化過程中，探測兩個傳感器輪子的鎖定或剎車，同時操縱輪子保持在空檔位置，直到傳感器輪子速度返回到可靠值。
全文摘要
一種用于汽車的牽引鏈，包括輪子支撐件(K)，該支撐件承載著旋轉(zhuǎn)輪轂，該輪轂設計成接納驅(qū)動輪(W)并具有所述驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)軸；旋轉(zhuǎn)的帶齒的輪子(3)，該輪子具有與所述驅(qū)動輪相同的旋轉(zhuǎn)軸，該帶齒的輪子直接與輪轂嚙合；包括至少兩個齒輪(31和53)的裝置，該裝置始終與所述帶齒的輪子嚙合，包括電機(M)，并包括在速比之間具有空檔位置的速比變化機構，該機構通過自身由電動減速單元(12)控制的叉形件來控制。該機構包括在輸入軸和上述齒輪中一個之間的直接配合，并包括在輸入軸和另外一個齒輪之間的至少另一個機械傳動路徑，其中減速比與直接配合的不同。
文檔編號B60K7/00GK1477000SQ0314953
公開日2004年2月25日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權日2002年7月15日
發(fā)明者D·洛朗, D 洛朗, D·奧爾索莫, 髂, P·瓦雷納, 啄, ⒛, P－A·芒內(nèi) 申請人:米其林創(chuàng)意開發(fā)股份有限公司