Гидравлический привод
Изобретение относится к гидравлическим приводам системы распределения крутящего момента между передней и задней осями полноприводного транспортного средства. Гидравлический привод содержит электродвигатель, гидравлический насос, управляемый ведущим валом электродвигателя, по меньшей мере одну муфту трения, содержащую дисковую сборку и поршень, выполненный с возможностью воздействия на дисковую сборку. Указанный поршень приводится в действие посредством гидравлического насоса. С подвижной частью электродвигателя или гидравлического насоса соединен центробежный регулятор, управляющий перепускным клапаном, соединенным с выходным масляным отверстием гидравлического насоса. Управление давлением происходит при помощи силы тока, подаваемого на электродвигатель, или управления скоростью электродвигателя. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных характеристик и повышении надежности устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системам распределения, распределяющим крутящий момент между передней и задней осями в полноприводных транспортных средствах и/или распределяющим его между левым и правым колесами в транспортных средствах с двумя или четырьмя ведущими колесами. В частности, настоящее изобретение относится к насосным муфтам или к гидравлическим приводам, управляющим по меньшей мере одной муфтой повышенного трения, входящей в систему распределения крутящего момента.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обычно в полноприводных транспортных средствах используют многодисковую муфту, применяемую для распределения крутящего момента между передней и задней осями. Кроме того, такая многодисковая муфта может применяться для распределения крутящего момента между правыми и левыми колесами. Обычно для приведения в действие указанных муфт применяют гидравлический привод. Один из примеров такого привода описан в патенте EP 1256478. Данный привод содержит: гидравлический насос, работающий в противоположном направлении относительно вектора скорости; датчик давления масла; два перепускных дроссельных клапана; обратный клапан; предохранительный клапан и быстродействующий клапан.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Стремление к уменьшению себестоимости существует постоянно. Обычно ее уменьшают за счет упрощения уже существующих устройств, а также за счет уменьшения пространства, необходимого для расположения определенных устройств. Чем меньше пространства будет занимать устройство, тем легче будет его адаптировать для различных транспортных средств.
Таким образом, главной задачей настоящего изобретения является уменьшение количества гидравлических компонентов (например, отсутствуют перепускные клапаны), что делает конструкцию прочной, установку более компактной, снижет вес и затраты на производство. Кроме того, в настоящем изобретении отсутствует необходимость в датчике давления масла. Еще одной главной задачей настоящего изобретения является создание простой, но надежной системы приведения в действие многодисковой муфты, применяемой в системе распределения крутящего момента, например полноприводных транспортных средствах. Также задачей является обеспечение возможности указанной системы быстро реагировать на управляющие сигналы.
Согласно настоящему изобретению предложена система распределения крутящего момента, решающая указанные задачи и содержащая электродвигатель, гидравлический насос и муфту повышенного трения. Ведущий вал электродвигателя приводит в действие гидравлический насос. Муфта повышенного трения содержит дисковую сборку и поршень, воздействующий на нее. Поршень приводится в действие посредством гидравлического насоса. Кроме того, с подвижной частью электродвигателя или гидравлического насоса соединен центробежный регулятор. Обычно указанной подвижной частью является ведущий вал электродвигателя. Центробежный регулятор управляет перепускным клапаном, соединенным с выходным масляным отверстием гидравлического насоса. Поршень указанной муфты расположен в поршневой камере, с которой соединен предохранительный клапан.
Из последующего подробного описания вариантов реализации настоящего изобретения могут следовать другие задачи и преимущества настоящего изобретения, очевидные для специалиста в данной области техники.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже представлено описание изобретения с использованием примеров и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1-5 показаны примеры различных известных систем привода транспортных средств, в которых может быть использовано настоящее изобретение,
на фиг.6 показан один из примеров гидравлического привода согласно настоящему изобретению,
на фиг.7 показан схематический вид альтернативного варианта реализации центробежного регулятора гидравлического привода, изображенного на фиг.6,
на фиг.8 показан график зависимости между скоростью вращения вала и давлением жидкости в гидравлическом приводе, изображенном на фиг.6 и 7,
на фиг.9 показан график зависимости между скоростью вращения вала, напряжением двигателя постоянного тока и силой тока в гидравлическом приводе, показанном на фиг.6 и 7,
на фиг.10 показан один из примеров гидравлического привода согласно настоящему изобретению, содержащего две муфты повышенного трения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1-5 показано пять известных примеров различных систем привода транспортных средств. На всех чертежах транспортное средство приводится в движение посредством двигателя 1 и передаточного механизма 2. Кроме того, на всех чертежах транспортное средство содержит: переднюю ось 3; заднюю ось 5; по меньшей мере один дифференциал 6 и по меньшей мере одну муфту 7 повышенного трения. Муфта 7 повышенного трения может применяться в устройстве для распределения крутящего момента между передней и задней осями в полноприводных транспортных средствах и/или для распределения его между левым и правым колесами в транспортных средствах с двумя или четырьмя ведущими колесами. Муфта 7 повышенного трения содержит: дисковую сборку 15, на которую воздействует поршень 13, расположенный в поршневой камере 14. При приведении в действие поршня 13 диски дисковой сборки 15 вступают в контакт друг с другом.
В примерах, показанных на фиг.1 и 2, изображены обычные полные приводы, а полный привод, показанный на фиг.2, содержит систему распределения крутящего момента между задними колесами. Пример, показанный на фиг.3, по существу является задним приводом, имеющим также возможность передавать момент на передние колеса. На фиг.4 показан один из примеров привода с центральным дифференциалом. На фиг.5 показан один из примеров переднего привода, содержащего систему распределения крутящего момента между передними колесами. Для специалиста в данной области будет очевидно, что существуют другие варианты приводов, в которых может применяться настоящее изобретение.
В примере, показанном на фиг.1, средняя ось 4 расположена между передней осью 3 и задней осью 5. Муфта 7 повышенного трения расположена между средней осью 4 и дифференциалом 6 задней оси 5. Пример, изображенный на фиг.2, отличается от примера, показанного на фиг.1, только тем, что на задней оси 5 расположена еще одна муфта 7 повышенного трения.
В примере, показанном на фиг.3, муфта 7 повышенного трения расположена между передаточным механизмом 2 двигателя 1 и средней осью 8, другой конец которой соединен с дифференциалом 6 задней оси 5. Между указанной муфтой 7 и еще одной средней осью 10, другой конец которой соединен с дифференциалом 6 передней оси 3, расположен передаточный механизм 9.
В примере, изображенном на фиг.4, передаточный механизм 2 двигателя 1 соединен с дифференциалом 6, соединяющим первую среднюю ось 11 и вторую среднюю ось 12. Муфта 7 повышенного трения соединяет дифференциал 6 со второй средней осью 12. Другой конец указанной оси 11 соединен с дифференциалом 6, расположенным на задней оси 5. Один конец указанной оси 12 соединен с дифференциалом 6, расположенным на передней оси 3.
В примере, изображенном на фиг.5, дифференциал 6 расположен на передней оси 3. Он соединен с двумя полуосями, образующими переднюю ось 3. Муфта 7 повышенного трения установлена для соединения дифференциала 6 с одной полуосью передней оси 3. В данном примере задняя ось 5 неведущая.
Показанный на фиг.6 гидравлический насос 17, входящий в систему гидравлического привода, приводит в действие поршень 13 муфты 7 повышенного трения. Кроме муфты 7 повышенного трения и гидравлического насоса 17, система гидравлического привода содержит: электродвигатель 16; предохранительный клапан 19 и перепускной клапан, управляемый центробежным регулятором 23.
Электродвигатель 16 - обычный щеточный двигатель постоянного тока. Его ведущий вал 18 соединен с гидравлическим насосом 17 и приводит его в действие. Гидравлический насос 17 может быть насосом любого типа, например шестеренчатым насосом; лопастным насосом; аксиально-поршневым насосом. В указанный насос 17 встроен центробежный регулятор 23, управляющий перепускным клапаном. Кроме того, указанный регулятор 23 соединен с ведущим валом 18 электродвигателя 16, который приводит его в действие. В других вариантах реализации изобретения центробежный регулятор 23 вместо ведущего вала 18 электродвигателя 16 соединен с подвижной частью гидравлического насоса 17.
Гидравлический насос 17 содержит входное масляное отверстие 20 и выходное масляное отверстие 21, соединенное с поршневой камерой 14, в которой расположен поршень 13. Кроме того, с указанной поршневой камерой 14 соединен предохранительный клапан 19. И указанное выходное масляное отверстие 21, и предохранительный клапан 19 соединены с поршневой камерой 14 с одной стороны относительно поршня 13. Кроме того, с выходным масляным отверстием 21 гидравлического насоса 17 соединено перепускное отверстие 28 перепускного клапана.
Обеспечение постоянного пропуска потока - еще одна функция перепускного клапана, которая обеспечивает возможность непрерывной работы электродвигателя 16 (при неработающем двигателе постоянного тока не происходит стирания щеток). Так как электродвигатель 16 уже работает, то для ускорения подвижных частей необходимо затратить меньше энергии и время отклика электродвигателя 16 при создании давления в системе очень мало.
Перепускной клапан содержит кольцо 27, закрывающее перепускное отверстие 28 гидравлического насоса 17. Для поднятия кольца 27 от перепускного отверстия 28 на одну его сторону воздействует по меньшей мере одна пружина 29, размещенная по меньшей мере в одном пазу 30 гидравлического насоса 17. Центробежный регулятор 23 воздействует на противоположную сторону кольца 27, прижимая его к перепускному отверстию 28. Сила, с которой центробежный регулятор 23 воздействует на кольцо 27, зависит от скорости его вращения или, другими словами, от скорости вращения ведущего вала 18 электродвигателя 16 или подвижной части гидравлического насоса 17, смотря с чем соединен центробежный регулятор 23. Чем выше скорость вращения, тем большую силу создает центробежный регулятор 23.
Кольцо 27 перепускного клапана может поддерживаться несколькими различными способами. В одном варианте реализации его поддерживает упорный подшипник, а в другом кольцо 27 выполнено в виде кольца скольжения, скользящего по слою смазки.
Встроенный центробежный регулятор 23 регулирует давление выходного масляного отверстия 21 гидравлического насоса 17. В варианте реализации, изображенном на фиг.6, центробежный регулятор 23 схематически изображен в виде угловых центробежных рычагов 24, выполненных в форме буквы "L". Указанные рычаги 24 соединены с ведущим валом 18 электродвигателя 16 с возможностью вращения вместе с ним и поворота вокруг своей вершины в направлении оси вала 18. Как показано на фиг.6, поз.25, одним концом центробежные рычаги 24 взаимодействуют с кольцом 27. На их другом конце расположен груз 26. Кроме того, часть каждого рычага 24, проходящая от вершины, т.е. от ведущего вала, к грузу 26, длиннее, чем часть, проходящая от вершины к кольцу 27. В некоторых вариантах реализации для удаления грузов, расположенных на концах, массу длинной части делают значительно большей массы другой части. При увеличении скорости вращения ведущего вала 18 центробежные рычаги 24 будут поворачиваться вокруг вершины таким образом, чтобы перемещать грузы 26 от ведущего вала 18 и тем самым давить рычагами 24 на кольцо 27. Такое перемещение рычагов 24 приведет к закрытию перепускного клапана, что повлияет на уровень давления в камере 14 поршня 13 муфты 7 повышенного трения. Как показано на фиг.8, гидравлическое давление начнет расти только после того, как скорость вращения "n" ведущего вала 18 достигнет определенного значения.
На фиг.7 показан еще один вариант реализации центробежного регулятора. В этом варианте центробежный регулятор 31 содержит шары 32, расположенные между кольцом 27 перепускного клапана и шаровым упором 33, расположенным на ведущем валу 18. Поверхность 34 шарового упора 33, взаимодействующая с шарами 32, выполнена наклонной. Наклон взаимодействующей поверхности 34 шарового упора 33 выполнен таким образом, чтобы расстояние между поверхностью 34 и кольцом 27 уменьшалось при увеличении радиального расстояния от ведущего вала 18.
Вместо соединения с выходным масляным отверстием насоса перепускной клапан может быть также соединен с каждым поршнем в поршневом насосе.
Предохранительный клапан 19 нужен для выпуска воздуха из системы в процессе сборки, обеспечения второго способа управления максимальным давлением в системе и возможности регулировки системы во время эксплуатации.
Гидравлический насос 17 должен быть сконструирован таким образом, чтобы при определенных температурах обладать хорошим соотношением между крутящим моментом, подаваемым на него, и давлением. При помощи электрического контроллера с температурным датчиком, встроенным в муфту 7 повышенного трения, система управления контролирует изменения между давлением или крутящим моментом, подаваемым на насос 17, и изменениями силы тока или крутящего момента двигателя постоянного тока при различных температурах. Давление в предпочтительных вариантах реализации по существу управляется силой тока. Напряжение двигателя 16 постоянного тока регулируется посредством центробежного регулятора 23 (см. на фиг.9). При тщательной настройке или регулировке настройка (задание параметров) может быть выполнена одновременно за счет напряжения и силы тока, при этом сила тока, подаваемого на электродвигатель 16, соотносится со значением давления в системе.
Другой способ регулирования давления в системе заключается в использовании информации, полученной от центробежного регулятора 23 (см. на фиг.8) при управлении скорости двигателя 16 постоянного тока. Для его реализации может быть использован улучшенный электрический контроллер, обладающий дополнительным датчиком скорости и измеряющий изменение силы тока, или может быть использован бесщеточный двигатель.
При движении транспортного средства электродвигатель 16 постоянного тока работает непрерывно. При открытом состоянии муфты (например, в случае ABS (антиблокировочной системы) электродвигатель работает со скоростью, поддерживающей перепускной клапан в открытом положении - участок "A" на фиг.8, точка нагрузки "A" на фиг.9. При возникновении необходимости передачи большого крутящего момента муфтой или повышения давления на поршень 13 на электродвигатель 16 подают высокое напряжение или увеличивают силу тока. Скорость ведущего вала 18 возрастает, что приводит к закрытию перепускного клапана центробежным регулятором 23. При достижении необходимого давления на первом этапе немного приоткрывают перепускной клапан для перехода к стабильному состоянию (точка нагрузки "C" на фиг.9). При необходимости снижения давления на поршень 13 до меньшего уровня уменьшают силу тока или напряжение, и центробежный регулятор 23 на первом этапе сильнее открывает перепускной клапан, а потом закрывает его в стабильном состоянии при желаемом уровне давления (точка нагрузки "B" на фиг.9).
По сравнению с системами, известными из уровня техники, время открывания (переход в режим ABS) будет короче, так как нет необходимости в понижении скорости электродвигателя до нуля и в его последующем обратном ходе для открытия быстродействующего клапана. Одновременно с замедлением электродвигателя постоянного тока будет понижаться давление.
На фиг.10 показан пример, в котором насосную муфту согласно настоящему изобретению применяют для управления муфтой 7 повышенного трения, показанной на фиг.6, и дополнительной муфтой 37 повышенного трения. Пример, показанный на фиг.10, может быть использован, например, в системе привода, показанной на фиг.2. Кроме того, дополнительная муфта 37 повышенного трения содержит: поршень 38, расположенный в поршневой камере 39; и дисковую сборку 40, на которую воздействует поршень 38. Редукционный клапан 35 расположен на линии 36 между выходным масляным отверстием 21 гидравлического насоса 17 и поршневой камерой 39 дополнительной муфты 37 повышенного трения. Редукционный клапан 35 регулирует давление, воздействующее на поршень 38 дополнительной муфты 37 повышенного трения.
1. Гидравлический привод системы распределения крутящего момента между передней и задней осями полноприводного транспортного средства и/или системы распределения крутящего момента между левым и правым колесами транспортных средств с двумя или четырьмя ведущими колесами, содержащий: электродвигатель (16), гидравлический насос (17), управляемый ведущим валом (18) электродвигателя (16), по меньшей мере одну муфту (7, 37) повышенного трения, содержащую дисковую сборку (15, 40) и поршень (13, 38), выполненный с возможностью воздействия на дисковую сборку (15, 40) и приводимый в действие посредством гидравлического насоса (17), отличающийся тем, что с подвижной частью электродвигателя или гидравлического насоса (17) соединен центробежный регулятор (23, 31), выполненный с возможностью управления перепускным клапаном, соединенным с выходным масляным отверстием (21) гидравлического насоса (17).
2. Привод по п.1, в котором указанной подвижной частью является ведущий вал (18) электродвигателя (16).
3. Привод по п.1, в котором с поршнем (13) указанной муфты (7) также соединен предохранительный клапан (19) со стороны, с которой с этим поршнем (13) соединен гидравлический насос (17).
4. Привод по п.1, в котором перепускной клапан содержит блок кольца (27) и пружины (29), причем кольцо (27) выполнено с возможностью закрытия в одном из положений перепускного отверстия (28) перепускного клапана.
5. Привод по п.4, в котором кольцо (27) поддерживается упорным подшипником.
6. Привод по п.4, в котором кольцо (27) является кольцом скольжения, выполненным с возможностью скольжения по слою смазки.
7. Привод по п.4, в котором центробежный регулятор (23) содержит центробежные рычаги (24), выполненные с возможностью воздействия непосредственно на кольцо (27) перепускного клапана и возможностью противодействия по меньшей мере одной пружине (29) блока кольца (27) и пружины (29).
8. Привод по п.4, в котором центробежный регулятор (31) содержит шары (32), расположенные между кольцом (27) перепускного клапана и шаровым упором (33), расположенным на ведущем валу (18) или на другой подвижной части гидравлического насоса (17), причем поверхность (34) шарового упора (33), взаимодействующая с шарами (32), выполнена наклонной.
9. Привод по п.1, в котором электродвигатель (16) является щеточным электродвигателем постоянного тока.
10. Привод по п.3, в котором перепускной клапан соединен со всеми поршнями гидравлического поршневого насоса.
11. Привод по п.1, который содержит систему управления, содержащую электрический контроллер и температурный датчик, встроенный в указанную муфту (7, 37), причем обеспечено управление гидравлическим давлением путем изменения силы тока, подаваемого на электродвигатель (16).
12. Привод по п.1, который содержит электрический контроллер, выполненный с возможностью измерения изменения силы тока, подаваемого на электродвигатель (16), и датчик скорости, выполненный с возможностью измерения скорости ведущего вала (18), и/или в котором электродвигатель (16) является бесщеточным электродвигателем.
13. Привод по п.1, в котором электродвигатель (16) выполнен с возможностью непрерывной работы.
14. Привод по п.1, содержащий редукционный клапан (35), расположенный между выходным масляным отверстием (21) гидравлического насоса (17) и дополнительной муфтой (37) повышенного трения, содержащей поршневую камеру (39), поршень (38), расположенный в этой камере, и дисковую сборку (40).
15. Транспортное средство, содержащее гидравлический привод по любому из пп.1-14.
