扭转阻尼器组件

本申请是2020年6月12日提交的、申请号为201880080433.9、题目为《动力总成接口模块》的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2017年11月14日提交的美国临时申请No.62/585,875的优先权和所有权益，出于所有目的，上述美国临时申请的公开内容通过引用整体合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及车辆动力总成，并且更具体地涉及具有扭矩阻尼器组件和过载离合器组件的动力总成接口模块。

发明内容

本文公开了一种在车辆动力总成中使用的用于在输入端和输出端之间调节扭矩的接口模块。所述接口模块包括输入鼓，所述输入鼓限定了内部和旋转轴线并且具有面向所述内部的驱动毂。所述输入鼓被配置用于从所述输入端接收扭矩并且在接收到扭矩时围绕所述旋转轴线旋转。所述接口模块还包括：输出轴，所述输出轴沿着所述旋转轴线延伸并且至少部分地设置在所述输入鼓的内部中，以用于在接收到扭矩时围绕所述旋转轴线旋转并将扭矩传递至所述输出端；以及扭矩阻尼器组件，所述扭矩阻尼器组件围绕所述旋转轴线设置在所述输入鼓的内部中并且可操作地布置在所述输入鼓和所述输出轴之间。所述扭矩阻尼器组件包括：输入侧阻尼器主体，所述输入侧阻尼器主体具有第一斜坡结构(布置)；输出侧阻尼器主体，所述输出侧阻尼器主体被耦合至所述输出轴并且具有第二斜坡结构，所述第二斜坡结构被设置成与所述第一斜坡结构弹性接合。所述输出侧阻尼器主体被布置成沿着所述旋转轴线在第一接合位置和第二接合位置之间轴向移动，所述第二接合位置由所述输入端和所述输出端之间的预定扭矩差限定。所述扭矩阻尼器组件还包括阻尼器预紧构件，所述阻尼器预紧构件抵接所述输出侧阻尼器主体，以将所述输出侧阻尼器主体布置朝向所述第一接合位置推动。所述扭矩阻尼器组件还包括过载离合器，所述过载离合器包括安装至所述驱动毂的内部离合器板和安装至所述输入侧阻尼器主体的外部离合器板。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，本发明的其他优点将因本发明变得更好理解而变得易于理解。

图1是车辆动力总成的示意图，所述车辆动力总成显示为具有电机、多速变速器、耦合至车轮的最终驱动组件以及根据本发明的一个实施例的接口模块。

图2是图1的接口模块的分解立体图，所述接口模块显示为具有扭矩阻尼器组件。

图3A是图1的接口模块的剖视图，其中，扭矩阻尼器组件显示为处于第一接合位置。

图3B是图1的接口模块的剖视图，其中，扭矩阻尼器组件显示为处于第二接合位置。

具体实施方式

现在参考附图，其中在全部若干视图中，相同的附图标记指示相同或相应的部件，图1示意性地描绘了总体上以20指示的车辆的多个部分。如以下更详细地描述，车辆20包括动力总成22，所述动力总成22被配置成在使用期间产生输入端处的扭矩，该扭矩用于旋转输出端处的一个或多个车轮24，从而推进车辆20。为此，本文所示的动力总成22的代表性实施例包括实现为电机26的原动机，该原动机被配置成产生扭矩和旋转，该扭矩和旋转又被转移至多速变速器28。多速变速器28与最终驱动组件(主减速器组件)30配合，以调整电机26的输出特性，例如将扭矩以不同的旋转速度传递至以及将不同的扭矩传递至车轮24，从而便于车辆20的加速和推进的优化。为此，多速变速器28可以便于在离散的“齿轮组”之间进行改变以便以多个预定比率(速度)来转移扭矩以实现车轮24的旋转速度的相应改变。最终驱动组件30用于进一步调整由多速变速器28转移的扭矩，例如在随后将进一步调整的扭矩引导至车轮24之前以预定的最终传动比调整由多速变速器28转移的扭矩。

在所示的实施例中，最终驱动组件30被插设在多速变速器28和车轮24之间。然而，应当理解，最终驱动组件30在某些实施例中可以形成为多速变速器28的一部分。此外，应意识到，可以以多种不同方式来实现最终驱动组件30，例如利用齿圈和小齿轮布置、一个或多个行星齿轮组、门式齿轮组等来实现最终驱动组件30。此外，取决于车辆20和/或动力总成22的特定配置，最终驱动组件30可以相对于输入端和输出端沿着车轮24、电机26和/或多速变速器28之间的“扭矩流路”以不同的方式定位，或者可以从某些实施例中完全省略。从下面的后续描述中可以理解，多速变速器28可以以足以实现在电机26和车轮24之间以不同的速度比转移扭矩的任何合适方式配置，而这并不脱离本发明的范围。

虽然在图1中示意性地示出的动力总成22被配置成使用由电机26产生的扭矩来推进车辆20，但是应当理解的是，车辆20还可以设有进行配合以促进车辆20的加速和/或推进的附加部件、系统等。作为非限制性示例，本文所述类型的离散动力总成22可以在单个车辆20上的多个位置处采用，以各自独立地驱动同一车辆20的相应(各个)车轮24。另外，尽管所示的动力总成22显示为被配置成驱动单个车轮24，但是可以想到的是，动力总成22可以进一步包括差速器(未示出)，以便于利用由同一电机26产生的扭矩来驱动多个车轮24。此外，应当理解，除了所示的动力总成22的部件之外，车辆20还可以包括附加的系统和部件，以促进车辆20的加速和/或推进。作为非限制性示例，内燃发动机(未示出)也可以用来产生用于驱动所示动力总成22的车轮24和/或用于驱动车辆20的其他车轮的扭矩。其他配置也是可预期的。

本领域普通技术人员将理解，期望以平稳和可控的方式在多速变速器28中的齿轮组之间进行改变(或换档)。一种方法通常涉及，当在齿轮组之间进行改变时，中断扭矩以调节原动机和/或多速变速器28的旋转速度以对速度进行匹配。在相关技术中，为此目的，在车辆20中通常使用了摩擦式离合器和干涉式离合器的各种组合，由此，摩擦式离合器可以单独或与干涉式离合器组合起来用于调节扭矩。然而，取决于车辆20的具体配置和预期用途，对于某些应用，例如在车辆20被配置用于商业或工业用途并且相对重型和/或用于运输重型负载的情况下，单独使用常规摩擦式离合器可能是不切实际的。应当理解，推进重型车辆20所需的大量扭矩通常导致在动力总成22上产生相应的相当大的负载，而这又倾向于使摩擦式离合器打滑。此外，即使将传统的干涉式离合器和摩擦式离合器组合使用以便于扭矩调节而又不会在重型负载下打滑(例如利用爪形离合器和同步器)，但是它们可能制造起来成本高昂、难以封装，并且可能具有较短的使用寿命。此外，当结合与传统的内燃机(例如5,000RPM)相比能够在较大范围的相对高的旋转速度(例如25,000RPM)下有效地产生扭矩的电机26使用时，对于干涉式离合器而言，在高速电机26与相对重型的车辆20结合使用的情况下，干涉式离合器可能难以承受齿轮改变期间遇到的冲击力。

如以下更详细解释的那样，本发明针对一种总体上以32表示的接口模块，该接口模块(特别是当与能够在高速下操作以推进相对重型和/或被配置成运输重型负载的车辆20的电机26结合起来使用时)通过以有效、可预测并且可靠的方式促进通过车辆20的动力总成22传递的扭矩的调节而克服了上述缺点。接口模块32被配置用于动力总成22中，以在输入端和输出端之间调节扭矩。

现在参考图1-2，接口模块32大体包括输入鼓34、输出轴36、扭矩(扭转)阻尼器组件38和过载离合器组件40。如图1示意性地所示，接口模块32的输入鼓34被配置用于从输入端接收扭矩并且在接收到扭矩时旋转。类似地，输出轴36被配置用于将扭矩传递至输出端并随之旋转。在所示的实施例中，接口模块32包括驱动齿轮42，该驱动齿轮42被耦合至输入鼓34以便同步旋转。驱动齿轮42被设置成与输入端啮合，所述输入端在此显示为耦合至电机26的输入小齿轮(副齿轮、轴齿轮)44，并且接口模块32的输出轴36被设置成与多速变速器28旋转连通。

现在参考图2-3B，其中以分解立体图和剖视图示出了接口模块32。输入鼓34限定了内部46和旋转轴线48，并且具有面向内部46并沿着旋转轴线48延伸的驱动毂50。输入鼓34还限定了沿着旋转轴线48延伸穿过驱动毂50并且处于驱动毂50的径向内侧的孔52。输入鼓34被配置用于从输入小齿轮44接收扭矩，并且在接收到扭矩时围绕旋转轴线48旋转。如将在下面进一步详细讨论的那样，过载离合器40被可操作地布置在扭矩阻尼器组件38和输入鼓34的驱动毂50之间。

车辆20包括通常支撑并以其他方式容纳动力总成22的各个部件的壳体102。在此，接口模块32通过轴承54可旋转地支撑在壳体102中，这将在下面进一步详细讨论。可以想到的是，接口模块32可以被构造成不具有轴承54并且被集成到输入端或输出端中。尽管在图1中示意性地示出了接口模块32，其中扭矩阻尼器组件38和过载离合器组件40均被支撑在输入鼓34中，但是应当理解，在一些实施例中，接口模块32可以以不同的方式布置。通过非限制性示例，可以想到的是，扭矩阻尼器组件38可以插设在多速变速器28和最终驱动组件30之间，而过载离合器组件40可以保持支撑在壳体102中，所述壳体102被插设在多速变速器28和电机26之间。

如图3A和图3B中所示，扭矩阻尼器组件38围绕旋转轴线48设置在输入鼓34的内部46中，并且可操作地布置在输入鼓34和输出轴36之间。输出轴36沿着旋转轴线48延伸并且至少部分地设置在输入鼓34的内部46中。扭矩阻尼器组件38包括可围绕旋转轴线48旋转并且具有第一斜坡结构(布置)58的输入侧阻尼器主体56和耦合至输出轴36并且具有第二斜坡结构62的输出侧阻尼器主体60，所述第二斜坡结构62被设置成与所述第一斜坡结构58弹性接合。输入侧阻尼器主体56被布置成使得所述驱动毂50被布置在所述过载离合器40和所述输入侧阻尼器主体56的一部分的径向内侧。输出侧阻尼器主体60可围绕旋转轴线48旋转，并且被布置成可相对于所述输入侧阻尼器主体56沿着旋转轴线48轴向移动。输出侧阻尼器主体60可在第一接合位置(图3A所示)和由输入鼓34和输出轴36之间的预定扭矩差限定的第二接合位置(图3B所示)之间移动。第一斜坡结构58和第二斜坡结构62在第一和第二接合位置下均彼此抵接。在输入鼓34和输出轴36之间出现的预定扭矩差使第二斜坡结构62在轴向上沿着旋转轴线48远离第一斜坡结构58朝向第二接合位置移动。

在所示的实施例中，第一斜坡结构58包括多个输入凸角66，第二斜坡结构62包括多个输出凸角68。每个输入凸角66和输出凸角68限定斜坡角度θ，其中斜坡角度θ在35度和45度之间。输入凸角66和输出凸角68中的每一个具有各自的峰部106。在每个相邻的输入凸角66和每个相邻的输出凸角68之间限定有谷部108，其中，峰部106和谷部108具有互补的轮廓。

输出侧阻尼器主体60限定了与第二斜坡62相反的凹穴110。凹穴110具有与旋转轴线48同轴并且在输出轴36的径向外侧的环形轮廓。输出轴36穿过凹穴110远离第二斜坡结构62突出并且限定了用于接收外部卡环96的凹部，这将在下面进一步详细讨论。在所示的实施例中，输出轴36与输出侧阻尼器主体60一体地形成，但是应当理解，输出轴36可使用本领域中已知的其他方法耦合至输出侧阻尼器主体60。例如，输出轴36可以花键连接至或以其他方式键合至输出侧阻尼器主体60，或者可以通过焊接或螺纹紧固件(未示出)来固定。

第二斜坡结构62和第一斜坡结构58之间的相对运动致使输出凸角68顺着峰部106的轮廓抵靠输入凸角66滑动。互补的峰部106和谷部108的轮廓将输出凸角68与输入凸角66引导至稳定状态中，其中第一斜坡结构58和第二斜坡结构62在平衡位置下完全彼此接合。更具体地，当第二斜坡结构62的峰部106和谷部108与第一斜坡结构58的峰部106和谷部108相嵌套时，限定了输出侧阻尼器主体60的第一接合位置。输出凸角68和输入凸角66远离平衡位置的移动致使第二斜坡结构62相对于第一斜坡结构58进行相应的移动，其中，第二斜坡结构62的第一接合位置对应于输出凸角68和输入凸角66的平衡位置。第二斜坡结构62相对于第一斜坡结构58的这种移动被转换为第二斜坡结构62的与斜坡角度θ成比例的轴向位移和角度位移。在第一接合位置下实现了最小的轴向位移和角度位移，其中，由大于该最小值的轴向位移和角度位移限定了第二接合位置。

第二斜坡结构62在第一接合位置和第二接合位置之间的移动响应于输入端和输出端之间的扭矩差。换句话说，输入端和输出端之间的扭矩差用于使第二斜坡结构62和第一斜坡结构58相对于彼此移动。扭矩阻尼器组件38还包括阻尼器预紧构件64，该阻尼器预紧构件64抵接输出侧阻尼器主体60，以将输出侧阻尼器主体60推动到第一接合位置。阻尼器预紧构件64被设置在凹穴110中并且大体上与旋转轴线48同轴。此处，阻尼器预紧构件64包括至少一个碟簧70，该碟簧70围绕旋转轴线48布置，以抵抗输出侧阻尼器主体60的轴向位移。阻尼器预紧构件64必须被输出侧阻尼器主体60压缩才能使输出侧阻尼器主体60远离第一接合位置移动。预定扭矩差是施加至输出轴36和第二斜坡结构62以产生克服所述(预紧)力从而压缩阻尼器预紧构件64的轴向力的扭矩的量。

如上所述，过载离合器组件40被可操作地布置在输入侧阻尼器主体56和输入鼓34的驱动毂50之间。过载离合器组件40被配置成限制可在电机26和车轮24之间转移的扭矩的量，并且反之亦然。可以通过过载离合器组件40转移的最大扭矩被称为容量。作为非限制性示例，过载离合器组件40可以被配置成响应于电机26和最终驱动组件30之间出现超过电机26的最大扭矩输出的120％的扭矩差而“打滑”，该扭矩差例如因多速变速器28的换档而引起的扭矩尖峰而产生。过载离合器组件40可在将输入鼓34和输入侧阻尼器主体56不可相对旋转地耦合的第一模式与允许输入鼓34和输入侧阻尼器主体56相对旋转的第二模式之间操作。过载离合器组件40包括离合器偏压构件72、安装至驱动毂50的内部离合器板74和安装至输入侧阻尼器主体56的外部离合器板76，内部离合器板74和外部离合器板76中的每一个均被设置在离合器偏压构件72和输入鼓34之间。离合器偏压构件72被配置成将过载离合器组件40推动到第一模式下，其中，内部离合器板74和外部离合器板76被不可相对旋转地固定，以在输入鼓34和扭矩阻尼器组件38之间传递扭矩和旋转。在第二模式下，内部离合器板74和外部离合器板76相对于彼此旋转或“打滑”，从而限制在输入鼓34和扭矩阻尼器组件38之间传递的扭矩的量。

在所示的实施例中，过载离合器组件40是摩擦离合器，其中内部离合器板74被进一步限定为多个内部离合器板74A、74B、74C，并且外部离合器板76被进一步限定为多个外部离合器板76A、76B、76C。应当理解，可以实施过载或扭矩限制离合器的替代配置。例如，过载离合器40可包括电磁耦合器，其中输入鼓34和输入侧阻尼器主体56被磁力耦合以便同步旋转。

继续参考图3A和图3B，内部离合器板74被支撑在输入鼓34的驱动毂50上以便同步旋转。每个内部离合器板74都限定有大体上以78表示的内部花键特征，并且，驱动毂50限定有外部花键特征80，该外部花键特征80被配置用于与内部离合器板74的内部花键特征78接合。类似地，外部离合器板76被支撑在扭矩阻尼器组件38的输入侧阻尼器主体56中以便同步旋转。每个外部离合器板76都限定有大体上以82表示的外部接合特征，并且输入侧阻尼器主体56限定有内部接合特征84，该内部接合特征84被配置用于与外部离合器板76的外部接合特征82接合。内部离合器板74与输入鼓50同步旋转，并且外部离合器板76与输入侧阻尼器主体56同步旋转。

除了内部离合器板74和外部离合器板76之外，过载离合器组件40还可以包括输出侧离合器端板76C和输入侧离合器端板74A。为了经由内部接合特征78与输入侧阻尼器主体56同步旋转，输出侧离合器端板76C被设置成与输入鼓34并且与内部离合器板74之一抵接。相反，为了经由外部花键特征80与驱动毂50同步旋转，输入侧离合器端板74A被设置成与离合器偏压构件72并且与外部离合器板76之一抵接。

在所示实施例中，并且如上所述，阻尼器预紧构件64包括至少一个碟簧70。离合器偏压构件72类似地配置，并且还可以包括至少一个围绕旋转轴线48布置的碟簧104，该碟簧104用于将过载离合器40偏压到第一模式下。碟簧70、104中的每一个可被实现为锥形碟簧的堆叠，其有利地以相对小的位移施加相对高的力。然而，将意识到，可以想到其他配置，因此，离合器偏压构件72可以按照足以激励(推动)过载离合器组件40的任何合适方式来配置，并且阻尼器预紧构件64可以按照足以激励扭矩阻尼器组件38的任何合适方式来配置。通过非限制性说明，阻尼器预紧构件64和离合器偏压构件72可被实现为螺旋弹簧。可以想到其他配置。

继续参考图2-3B，接口模块32还包括输入鼓盖86，该输入鼓盖86抵接输出侧阻尼器主体60，并且被第一内部卡环88限制从而不能相对于输入鼓34轴向移动。阻尼器盖90被设置在输入鼓34的孔52中，并且被布置成与阻尼器预紧构件64抵接。输出侧阻尼器主体60的凹穴110面向阻尼器盖90，其中，阻尼器预紧构件64被设置在凹穴110中并且抵接阻尼器盖90。阻尼器盖90限定沿着旋转轴线48以用于接收输出轴36的开口92。此处，应当理解，输出侧阻尼器主体60并未花键连接至输入鼓34，并且能够相对于输入鼓34轴向平移而且能够相对于输入鼓34旋转。阻尼器盖90被第二内部卡环94限制从而不能在一个方向上相对于输入鼓34轴向移动，并且阻尼器盖90被外部卡环96限制从而不能相对于输出轴36轴向移动。因此，第一内部卡环88、第二内部卡环94和外部卡环96配合以限制可在输入鼓盖86和阻尼器盖90之间发生的轴向位移量，而这又限制了可在第一斜坡结构58和第二斜坡结构62之间发生的轴向位移量。

如上所述，为了相对于壳体102旋转，轴承54支撑输入鼓34和输入鼓盖86。扭矩阻尼器组件38还包括：导向轴98，该导向轴98被耦合至输入侧阻尼器主体56并沿着旋转轴线48延伸；以及导向衬套100，该导向衬套100被耦合至输出侧阻尼器主体60以用于接合导向轴98。导向轴98由导向衬套100可旋转地支撑，以帮助促进相对于过载离合器组件40同心排布(对准)。然而，由于接口模块32可以以不同的方式配置，例如如上所述，过载离合器组件40未被支撑在输入鼓34内，因此将理解，可以以不同的方式实现所述同心排布，而这并不脱离本发明的范围。

第一斜坡结构58和第二斜坡结构62与过载离合器40配合，从而便于扭矩阻尼器组件38的操作。当作用在动力总成22的输入端和输出端之间的反向力(例如，经由因多速变速器28的换挡而产生的扭矩尖峰)克服了预定扭矩差时，输入凸角66和输出凸角68的形状和布置使得第二斜坡结构62相对于第一斜坡结构58旋转并轴向平移。由于第二斜坡结构62的轴向平移，来自扭矩尖峰的动能被阻尼器预紧构件64吸收。这抑制了在电机26和多速变速器28之间出现的扭矩尖峰而不会将扭矩转移中断。由阻尼器预紧构件64吸收的能量以两种形式耗散。来自阻尼器预紧构件64的力促使第一斜坡结构58和第二斜坡结构62回到平衡位置，其中所述扭矩(扭矩尖峰)以较低比率(速度)返回至输出轴36。如果阻尼器预紧构件64吸收了预定水平以上的过多能量，则扭矩将超过过载离合器组件40的容量，并致使外部离合器板76相对于内部离合器板74打滑。当外部离合器板76打滑时，输入侧阻尼器主体56短暂地加速，从而允许第一斜坡结构58与第二斜坡结构62返回平衡位置。通过这种方式，由内部离合器板74和外部离合器板76之间的摩擦产生的热量耗散了来自扭矩尖峰的过多能量。因此，扭矩阻尼器组件38抑制了电机26与多速变速器28之间产生的扭矩差，并且过载离合器组件40限制了可在电机26与车轮24之间转移的最大扭矩量。

通过这种方式，本发明的接口模块32的扭矩阻尼器组件38和过载离合器组件40为采用多速变速器28的动力总成22提供了显著的优点，特别是当与在相对高的旋转速度下运行的电机26结合使用时和/或当与相对重型的商业或工业车辆20结合使用时(其中在实现专用车辆20的加速和推进要求方面涉及相当大量的扭矩)提供了显著的优点。具体地，将意识到，本发明的接口模块32以有效、可预测和可靠的方式允许电机26随着多速变速器28在齿轮之间换档而平稳地匹配速度，而无需使用昂贵的部件、复杂的控制系统和/或在与高扭矩和高速应用结合使用时不可靠的结构特征。

已经以说明性的方式描述了本发明，并且应当理解，所使用的术语旨在呈现词语的描述性的性质，而不是限制性的性质。对于本领域技术人员而言显而易见的是，根据上述教导，可以对本发明进行许多修改和变型。因此，应当理解，可以以不同于具体描述的方式来实践本发明。