ЭЛЕКТРОННО-УПРАВЛЯЕМЫЙ БЛОКИРУЕМЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ С СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ, РАСПОЛОЖЕННОЙ ПОД ПРИБОРНОЙ ПАНЕЛЬЮ Российский патент 2015 года по МПК B60K23/04 F16H48/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в общем к блокируемым дифференциалам с электронным управлением, и в частности к блокируемому дифференциалу с электронным управлением, имеющему расположенную под приборной панелью систему для управления работой дифференциала.

Уровень техники

В используемых автомобильных устройствах блокируемый дифференциал с электронным управлением, имеющий отношение к данной области техники, может быть приведен в действие вручную, при этом он спроектирован специально для транспортного средства с приводом на четыре колеса (4WD), чтобы позволить блокирование или разблокирование дифференциала по желанию. Водитель может заблокировать передние и/или задние колеса с помощью переключателя или кнопки, приводимых в действие вручную и установленных на приборной панели или консоли автомобиля. Этот тип устройства с управляемым крутящим моментом хорошо известен на рынке запчастей и аксессуаров для автомобилей, устанавливаемых после продажи. Если более точно, то эта известная на рынке система, включающая в себя дифференциал, может быть установлена с использованием большого кнопочного переключателя, который адаптирован для установки на приборной панели с помощью жгута проводов, реле и соединительных проводов.

Однако установка дифференциала этого типа в автомобиле с приводом на четыре колеса (4WD) обычно требует сверления или растачивания отверстия в приборной панели, чтобы установить реле, проложить провода и установить переключатель, который приводит в действие и отключают дифференциал. С этой установкой связано несколько недостатков. В частности, эта установка требует много времени и является сложной из-за требуемой модификации приборной панели и сложной прокладки проводов. Кроме того, ненадлежащим образом выполненное сверление или растачивание отверстия могут повредить приборную панель, негативно воздействовать на эстетический вид интерьера автомобиля и увеличить стоимость и время установки.

Таким образом, существует необходимость в данной области техники в создании блокируемого дифференциала с электронным управлением, который обеспечивает управление, мощность, силу сцепления и внедорожные эксплуатационные качества для автомобиля с приводом на четыре колеса (4WD). Также существует необходимость в соответствующей области техники в создании такого дифференциала, установка которого не требует сверления или растачивания отверстия в приборной панели, а также через приборную панель автомобиля с приводом на четыре колеса. Также существует необходимость в соответствующей области техники в создании такого дифференциала, установка блока управления которого не требует большого количества времени, не является сложной и затратной, и не повреждает приборную панель. Также существует необходимость в соответствующей области техники в создании такого дифференциала, приведение в действие которого предотвращается, когда привод на четыре колеса не является функционально необходимым. Также существует необходимость в соответствующей области техники в создании такого дифференциала, который помогает обеспечить больший срок службы для аккумуляторной батареи транспортного средства. В частности, существует необходимость в соответствующей области техники в создании рынка автомобильных запчастей и аксессуаров, устанавливаемых после продажи, системы блокируемого дифференциала с электронным управлением, которая объединяет в себе эти признаки.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение преодолевает недостатки существующего уровня техники с помощью блокируемого дифференциала с электронным управлением, который включает в себя электромагнитную катушку и систему управления, адаптированную для управления работой дифференциала. Система управления имеет модуль, адаптированный для установки под приборной панелью автомобиля, и цепь, электрически соединенную с модулем. Цепь имеет переключатель с фиксирующим устройством, который электрически присоединен к первому и/или второму источникам электропитания и адаптирован обеспечивать фиксированное питание дифференциала. Фиксирующий компонент электрически соединен с фиксируемым переключателем и адаптирован обеспечивать фиксированное питание дифференциала. Цепь отключается, когда выключается питание системы управления, и находится с режиме ожидания (“standby”), когда питание подается в систему управления. После того, как переключатель с фиксирующим устройством был активизирован, через схему протекает ток, чтобы активизировать фиксирующий компонент, и дифференциал приводится в действие.

Блокируемый дифференциал с электронным управлением настоящего изобретения обеспечивает управление, мощность, силу сцепления, и внедорожные эксплуатационные качества для автомобиля с приводом на четыре колеса (4WD). Установка системы управления не требует сверления или растачивания отверстия через приборную панель автомобиля с приводом на четыре колеса; она не требует большого количества времени, не является сложной или затратной и не повреждает приборную панель. Система управления также интегрирует различные виды управления в эффективный блок и обеспечивает более безопасное и лучшее управление, а также обратную связь состояния дифференциала относительно таких же систем предшествующего уровня техники. Кроме того, контролируется моментальное фиксирование включения/выключения (“on/off”) и выключение питания дифференциала. Кроме того, предотвращается приведение в действие дифференциала, когда полноприводная функциональность автомобиля не требуется. Таким образом можно избежать преждевременного износа дифференциала и соответствующих частей, а также вала и соответствующих шин автомобиля с приводом на четыре колеса. Кроме того, поскольку дифференциал возвращается в исходное положение, когда электропитание на автомобиле 4WD отключается, дифференциал помогает обеспечить более долгий срок службы аккумуляторной батареи автомобиля. Система управления может быть частью системы блокируемого дифференциала с электронным управлением, дополнительно устанавливаемой после продажи автомобиля, а также используемого с прикладными системами изготовителя комплексного оборудования.

Другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения легко оцениваются и становятся более понятными после прочтения последующего описания, лучше воспринимаемого во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - осевой вид в разрезе блокируемого дифференциала с электронным управлением настоящего изобретения, показывающим дифференциал в его активированном заблокированном режиме.

Фиг.2 - увеличенный осевой вид в разрезе фрагмента дифференциала, показанного на фиг.1, изображающий дифференциал в выключенном разблокированном режиме.

Фиг.3 - изображение в перспективе с частичным разрезом модуля системы управления настоящего изобретения, который управляет блокируемым дифференциалом с электронным управлением, проиллюстрированным на фиг.1 и 2.

Фиг.4 - схематический вид цепи системы управления блокируемого дифференциала с электронным управлением, проиллюстрированного на фиг.1 и 2.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Сейчас обратимся к фигурам, в которых одинаковые цифровые ссылки используются для обозначения одинаковой структуры. Один вариант осуществления изобретения блокируемого дифференциала с электронным управлением, имеющего систему управления под приборной панелью, в целом обозначается позицией 10. Специалисты, имеющие обычный уровень квалификации в соответствующей области техники, должны понимать, что дифференциал 10 может применяться, в частности, в транспортных средствах с приводом на четыре колеса (4WD), и в целом, с любыми подходящими транспортными средствами. Следует также понимать, что система управления согласно настоящему изобретению может применяться с любым подходящим блокируемым дифференциалом с электронным управлением. Система, описанная ниже и показанная на фиг.1 и 2, является только показательной, и система управления может применяться для блокируемого дифференциала с электронным управлением, который структурно и функционально отличается от этого дифференциала. Следует также понимать, что система управления может применяться производителем комплексного оборудования или дополнительно устанавливаться после продажи автомобиля. В последнем случае система управления адаптируется для установки под приборной панелью автомобиля с приводом на четыре колеса и является только частью установочного набора, который может включать в себя монтажный жгут, реле и провода для разводки соединений, и что является общеизвестным в соответствующей области техники. Специалисты, имеющие обычный уровень квалификации в соответствующей области техники, должны быть способны установить дифференциал на транспортных средствах с приводом на четыре колеса, используя только комплект оборудования и необходимые инструменты.

Как показано на фиг.1 и 2, дифференциал 10 включает в себя коробку зубчатой передачи, в целом обозначенную позицией 12, и торцевую заглушку, в целом обозначенную позицией 14, которая может быть прикреплена к коробке 12 зубчатой передачи с помощью любого подходящего средства крепления, такого как множество болтов (не показаны). Коробка 12 зубчатой передачи и торцевая заглушка 14 взаимодействуют друг с другом, чтобы определить камеру зубчатой передачи, в целом обозначенную позицией 16. Подвод крутящего момента к дифференциалу 10 обычно производится с помощью входной ведомой шестерни (не показана), которая может быть прикреплена к фланцу 18 с помощью общеизвестного в предшествующем уровне техники способа. Зубчатая передача поддерживается внутри камеры 16 зубчатой передачи и имеет по меньшей мере пару входных ведущих шестерен 20 (только одна из которых показана). Ведущие шестерни 20 устанавливаются с возможностью вращения вокруг вала 22 ведущей шестерни, который закреплен относительно коробки 12 зубчатой передачи любыми подходящими средствами. Ведущие шестерни 20 являются входными шестернями зубчатой передачи и находятся в зацеплении с соответствующей парой полуосевых шестерен левой и правой стороны, в целом обозначенные позициями 24, 26. Полуосевые шестерни 24, 26 определяют соответствующий ряд внутренних прямых шлицов 28, 30, которые адаптированы образовывать шлицевое соединение с помощью зацепления с соответствующими внешними шлицами на ответных парах левой и правой полуосей (не показаны). Коробка 12 зубчатой передачи определяет кольцевые участки 32, 34 втулки, на которых может быть установлена соответствующая пара комплектов подшипников, которые используются для обеспечения поддержки вращательного перемещения для вращения дифференциала 10 относительно внешнего корпуса или поддерживающего опорного устройства, что является общеизвестным в предшествующем уровне техники.

Механизм для предотвращения вращения, в общем обозначенный позицией 36, имеет, в основном, кольцевой элемент 38 в виде втулки, который располагается целиком внутри коробки 12 зубчатой передачи, и во включенном состоянии взаимодействует с полуосевой шестерней 24 (первая выходная шестерня). Исполнительный механизм, в целом обозначенный позицией 40, располагается главным образом снаружи коробки 12 зубчатой передачи. Если более точно, то исполнительный механизм 40 располагается на конце и вокруг коробки 12 зубчатой передачи, рядом с полуосевой шестерней 26 (вторая выходная шестерня) и имеет единую пластину с наклонной плоскостью, в целом обозначенную позицией 42, которая определяет множество наклонных поверхностей 44. Коробка 12 зубчатой передачи определяет множество цилиндрических отверстий 46, внутри каждого из которых располагается с возможностью скольжения продолговатый, обычно цилиндрический, исполнительный элемент 48. Для каждого исполнительного элемента 48 существует одна наклонная поверхность 44. Блокирующий механизм дифференциала 10 включает в себя кольцевой элемент 38 и исполнительные элементы 48. Исполнительный механизм 40 также имеет электромагнитную катушку, в целом обозначенную позицией 50, которая вызывает требуемый тормозящий момент на пластине 42 с наклонными поверхностями, таким образом вызывая приведение в действие исполнительных элементов 48. Кольцевой элемент 38 смещается в направлении не включенного, «разблокированного» режима с помощью волнистой пружины 52. Электромагнитная катушка 50 запитывается с помощью пары электрических проводов 54.

Во время нормальной направленной прямо вперед работы транспортного средства никакой дифференциации между левой и правой полуосями или полуосевыми шестернями 24, 26 не происходит. Поэтому ведущие шестерни 20 не вращаются относительно ведущего вала 22. В результате коробка 12 зубчатой передачи, ведущие шестерни 20 и полуосевые шестерни 24, 26 все вращаются вокруг оси вращения «А», как если бы коробка 12 зубчатой передачи, ведущие шестерни 20 и полуосевые шестерни 24, 26 являлись единым сплошным узлом.

Дифференциал 10 может управляться вручную, когда водитель автомобиля вручную выбирает «заблокированный» режим (вместо «разблокированного» режима), чтобы запустить дифференциал 10. Например, когда, скажем, автомобиль находится в состоянии покоя, водитель просто вручную приводит в действие переключатель или кнопку, такую как простой перекидной переключатель с самовозвратом типа “on/off” (включение/выключение), или кулисный переключатель, или нажимную кнопку, установленные на приборной панели или консоли автомобиля. Таким образом электрическая цепь (которая описана ниже), замыкается, тем самым обеспечивая прохождение тока в цепи и в лампе, расположенной внутри или около перекидного переключателя или нажимной кнопки, чтобы показывать водителю, что дифференциал включен. Ток протекает по цепи и, разумеется, протекает к электромагнитной катушке 50 дифференциала 10. После этого дифференциал 10 работает в «заблокированном» режиме, например когда автомобиль работает на первой передаче или задней передаче. Таким способом первая полуосевая шестерня 24 блокируется по отношению к коробке 12 зубчатой передачи, предотвращая любую дальнейшую дифференциацию между первой полуосевой шестерней 24 и коробкой 12 зубчатой передачи. Фиг.1 показывает дифференциал 10 во включенном, «заблокированном» режиме, а фиг.2 показывает дифференциал 10 в выключенном, «разблокированном» режиме.

Фиг.3 показывает часть системы управления, в целом обозначенную позицией 56, которая адаптирована управлять работой дифференциала 10. Если более точно, фигура показывает один вариант осуществления модуля, в целом обозначенного позицией 58, который адаптирован для установки под приборной панелью. В частности, модуль 58 включает в себя переднюю панель, в целом обозначенную позицией 60, и заднюю панель, в целом обозначенную позицией 62. После установки модуля 58 передняя панель 60 направлена лицевой стороной к пассажирскому отделению полноприводного автомобиля (4WD). Водитель и/или другой пассажир переднего сиденья автомобиля имеет возможность обзора передней панели 60 и ручной доступ к передней панели 60 и к задней панели 62. В варианте осуществления изобретения модуля 58 прочный алюминий окружает модуль 58.

Передняя панель 60 включает в себя сенсорный переключатель “on/off” (включение/выключение) или переключатель 64 с блокировкой, который адаптирован для ручного нажатия, чтобы мгновенно включить (“on”) или выключить (“off”) дифференциал 10 таким образом, чтобы обеспечить фиксированное питание дифференциала 10. Передняя панель 60 дополнительно включает в себя несколько светодиодов, в целом обозначенных позицией 66, которые показывают, соответственно, когда датчик определяет, что дифференциал 10 заблокирован (“Lock”), датчик не обнаруживает, что дифференциал 10 заблокирован (“Unlock”), и система 56 управления определяет внешнюю неисправность (описанную ниже) или потерю электропроводности электромагнитной катушки 50 дифференциала 10 (“Fault”). В каждом случае загорается соответствующий светодиод 66. Передняя панель 60 дополнительно включает в себя пару многосегментных шкальных дисплеев 68, 70, которые показывают, соответственно, величину перемещения блокирующего механизма (кольцевого элемента 38 и исполнительных элементов 48) дифференциала 10 и величину переменного напряжения, приложенного к электромагнитной катушке 50. В варианте осуществления изобретения модуля 58 показано, что шкальный дисплей 68 включает в себя пять сегментов, при этом он масштабирован таким образом, что имеет один вольт на сегмент. Шкальный дисплей 70 включает в себя семь сегментов, при этом он масштабирован таким образом, что имеет два вольта на сегмент.

Задняя панель 62 включает в себя потенциометр 72, который удерживает конкретный уровень напряжения для дифференциала 10, при этом он настраивается на различные уровни электрического потенциала. В показанном варианте осуществления изобретения потенциометр имеет форму круговой шкалы 72. Задняя панель 62 дополнительно включает в себя многоштырьковый разъем, в целом обозначенный позицией 74, который действует как устройство сопряжения между системой 56 управления и полноприводным автомобилем (4WD). Таким способом устраняется необходимость в дополнительной прокладке электрических проводов в автомобиле. В одном варианте осуществления модуль 58 разъем 74 может быть разъемом типа “Molex”. В варианте осуществления модуля 58 показано, что разъем 74 состоит из девяти штырьков, при этом каждый штырек или множество штырьков спроектирован(ы) таким образом, чтобы воспринимать определенный вид действий. Например, штырьки, обозначенные как «1», «2» и «3», могут вместе использоваться как датчик, который обнаруживает, является ли дифференциал 10 заблокированным или разблокированным (“Lock”/“Unlock”), штырьки, обозначенные как «4» и «5», могут вместе использоваться как датчик, который обнаруживает электромагнитную катушку 50, штырек, обозначенный как «6», может использоваться как датчик, который обнаруживает положительный заряд аккумулятора полноприводного автомобиля (4WD), штырек, обозначенный как «7», может использоваться как датчик, который обнаруживает мощность коммутируемого зажигания полноприводного автомобиля (описанного ниже), штырек, обозначенный как «8», может использоваться как датчик, который обнаруживает отрицательный заряд аккумулятора, и штырек, обозначенный как «9», может использоваться как датчик, который обнаруживает внешнюю неисправность или потерю электропроводности электромагнитной катушки 50 (“Fault”). Датчик в дифференциале 10, требуемый для обнаружения блокирования дифференциала 10, может быть датчиком на эффекте Холла или простым переключателем с сухим контактом. Задняя панель 62 дополнительно включает в себя плавкий предохранитель 76, который позволяет обеспечить внутреннюю защиту электропроводки системы 56 управления в случае электрических замыканий в цепи системы 56 управления, как будет описано более подробно в дальнейшем. В одном варианте осуществления изобретения плавкий предохранитель является предохранителем 76 лепесткового типа.

Ссылаясь более подробно на обнаружение внешней неисправности или потери электропроводности в электромагнитной катушке 50, отметим, что вход сигнала неисправности управляется с помощью круговой шкалы 72, и может быть любым подходящим источником постоянного тока, таким как сигнал скорости, датчик давления, переключатель трансмиссии автомобиля, или цифровым выходом из электронного управляющего устройства (ECU) автомобиля. Когда неисправность обнаруживается, модуль 58 переключается в режим ожидания (“standby” mode), при этом загорается светодиод 66 неисправности (“Fault”). В качестве примера, от нуля до пяти вольт постоянного тока может быть задано, чтобы приравнивать их к скорости полноприводного автомобиля (4WD) от нуля до пятидесяти миль в час, а для дифференциала 10 может быть задано разъединение, когда скорость автомобиля превышает двадцать миль в час. Поэтому, если дифференциал 10 включен, а скорость автомобиля превышает заданную скорость, модуль 58 автоматически его выключает и автоматически не восстанавливает до тех пор, пока скорость автомобиля не возвращается к скорости в двадцать миль в час или ниже. Таким образом, вход внешней неисправности, скажем выше или около пяти вольт постоянного тока используется для того, чтобы дистанционно выключать дифференциал 10, используя внешний датчик. Кроме того, если, например, входной сигнал неисправности является сигналом от компьютера автомобиля, и электронное управляющее устройство обнаружило причину, по которой дифференциал 10 не должен быть включен, тогда светодиод 66 неисправности (“Fault”) продолжает светиться и система 56 управления не позволяет включить дифференциал 10. Специалисты, имеющие обычный уровень квалификации в соответствующей области техники, должны понимать, что входной сигнал неисправности является необязательным и работа модуля 58 не изменилась бы в том случае, если бы входной сигнал неисправности отсутствовал.

Специалисты, имеющие обычный уровень квалификации в соответствующей области техники, должны понимать, что модуль 58 может быть установлен, в частности, в любом подходящем месте под приборной панелью, и в целом, в любом подходящем месте пассажирского отделения, и может быть окружен любым подходящим материалом. Должно быть также понятно, что передняя панель 60 может включать в себя любой подходящий тип механизма, который включает и выключает дифференциал 10, а также любой подходящий тип и количество индикаторов и/или дисплеев. Должно быть также понятно, что каждый из шкальных дисплеев 68, 70 может состоять из любого подходящего количества сегментов и определять любую подходящую шкалу. Должно быть также понятно, что индикаторы 66 и/или шкальные дисплеи 68, 70 могут иметь любое подходящее конструктивное взаимодействие друг с другом и с передней панелью 60. Должно быть также понятно, что задняя панель 62 может включать в себя любые подходящие механизмы, которые позволяют, соответственно, поддерживать конкретный уровень напряжения для дифференциала 10, при этом он настраивается на различные уровни потенциала и действует как устройство связи между системой 56 управления и полноприводным автомобилем (4WD). Должно быть также понятно, что разъем 74 может быть разъемом любого подходящего типа и состоять из любого подходящего количества штырьков, при этом каждый штырек или множество штырьков спроектирован(ы) таким образом, чтобы воспринимать любой отдельный подходящий вид действий. Должно быть также понятно, что плавкий предохранитель 76 может быть любым подходящим типом плавкого предохранителя. Должно быть также понятно, что круговая шкала 72, разъем 74 и плавкий предохранитель задней панели 62 могут иметь любое подходящее конструктивное взаимодействие друг с другом и с задней панелью 62.

Фиг.4 изображает схему, в целом представленную позицией 78, системы 56 управления, которая электрически состыкована с модулем 58. Если более точно, то схема 78 в целом изображает разъем 74 и, в частности, электромагнитную катушку 50 дифференциала 10 в виде переключающей линии испытываемого узла (“unit under test”). Таким образом, дифференциал 10 электрически соединен с системой 56 управления. Схема 78 также изображает линию аккумуляторной батареи с постоянным напряжением в 12 вольт, в целом обозначенную позицией 79, полноприводного автомобиля (4WD) и 12-вольтовую линию коммутируемого зажигания, в целом обозначенную позицией 80, из переключаемого зажигания автомобиля как источника питания. Схема 78 также изображает линию заземления, в целом обозначенную позицией 81, линию заземления, как линию заземления испытываемого узла (“unit under test”), в целом обозначенную позицией 82, линию обнаружения неисправности, в целом обозначенную позицией 83. Схема 78 подает выходной сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, PWM). Верхняя сторона схемы 78 управляет демпфированием и переключением для включения, в то время как нижняя сторона схемы 78 управляет возбуждением и переключением для неисправностей. Фигура показывает различные образцы для соответствующих линий схемы 78, при этом каждая линия подробно описывается сразу после этого.

Переключающая линия 50 испытываемого узла (“unit under test”) электрически присоединяется к фиксирующему компоненту, в целом обозначенному позицией 84, в форме двухполюсного двухпозиционного управляющего реле 84. Если более точно, то переключающая линия 50 испытываемого узла (“unit under test”) электрически присоединяется к первому переключателю, в целом обозначенному позицией 86, реле 84, которое включает в себя группу 87 контактов для сильного тока. Переключающая линия 50 испытываемого узла (“unit under test”) также электрически присоединяется к самотестируемому индикатору катушки/выключателю “off”, в целом обозначенному позицией 88, и резистору 90. Самотестируемый индикатор катушки/выключатель 88 “off” гарантирует, что электромагнитная катушка 50 присутствует, и система 56 управления может выполнять периодический тест, чтобы гарантировать, что электромагнитная катушка 50 присутствует. Переключающая линия 50 испытываемого узла (“unit under test”) в конечном счете ведет к включению светодиода 66 «заблокировано» (“Lock”).

Линия 79 аккумуляторной батареи электрически подключена к плавкому предохранителю 76 и резистору 92. Линия 80 коммутируемого зажигания электрически подключена к транзистору 94 и реле 84. Если более точно, то линия 80 коммутируемого зажигания электрически подключена ко второму переключателю, в целом обозначенному позицией 96, реле 84, которое включает в себя набор 97 контактов для малых токов. Линия 80 коммутируемого зажигания также электрически подключена к резистору 98 и переключателю 100 “on”.

Линия 81 заземления электрически подключена к линии 82 заземления испытываемого узла (“unit under test”), которая электрически подключена к установленному в цепи (in-line) диоду 102, переключающей линии 50 испытываемого узла (“unit under test”), и дополнительной линии заземления, в целом обозначенной позицией 104. Диод 102 пропускает ток в реле 84 и демпфирует короткий импульс напряжения обратного смещения, а линия 104 заземления электрически подключена к конденсатору 106.

Линия 83 неисправности электрически присоединяется к линии 104 заземления и дополнительной линии заземления, в целом обозначенной позицией 108, которая электрически присоединяется к резистору 110, который служит в качестве регулирующего фильтра. Линия 83 неисправности также электрически присоединяется к резистору 112, транзистору 94, другому транзистору 114 и другому резистору 116. Транзистор 114 электрически присоединяется к линии заземления, в целом обозначенной позицией 118. Линия 120 заземления электрически присоединяется к транзистору 122, линии 118 заземления, резистору 98 и другому резистору 124, который электрически присоединяется к транзистору 94. Транзистор 94 передает ток, который протекает через цепь и через резистор 124, переключает светодиод 66 неисправности “Fault” и инвертирует сигнал. Транзистор 114 передает ток через резистор 112 на землю, когда транзистор 114 переключается, а транзистор 122 передает ток через резистор 98.

Линия 120 заземления также электрически присоединяется к расположенному в линии (in-line) диоду 128 и «фиксирующей» катушке 130, которая является частью реле 84 и адаптирована вводить противоэлектродвижущую силу в цепи 78, когда ток изменяется. Диод 128 адаптирован проводить ток к реле 84 и демпфировать острый импульс напряжения обратного смещения. Линия 120 заземления также электрически присоединяется ко второму переключателю 96 реле 84, переключателю 100 “on”, самотестирующемуся индикатору катушки/выключателю 88 “off”, тестовому диоду 132 (который электрически присоединяется к резистору 92), другому резистору 134, и диоду 136 режима ожидания “standby”, который электрически присоединяется к линии 80 коммутируемого зажигания. Резисторы 90, 92, 134 адаптированы уменьшать величину протекающего тока в цепи 78 и защищать соответствующие светодиоды 66. Линия 138 заземления электрически присоединяется к диоду 140 для индикации неисправности, который электрически присоединяется к линии 83 обнаружения неисправности и диоду 142 для индикации введения в зацепление, который электрически присоединяется к резистору 90. Диоды 132, 136, 140, 142 адаптированы для электрического соединения с соответствующими светодиодами 66.

В варианте осуществления изобретения показана цепь 78, в которой каждый из резисторов 90, 92, 134 может быть 1,2-килоомным резистором, каждый из резисторов 98, 110 может быть 1.0 кОм резистором, а каждый из резисторов 112, 116, 124 может быть 470-Ом резистором. Каждый из диодов 102, 128 может быть диодом “1N4004”. Транзистор 94 может быть транзистором “NTE123A”, транзистор 114 может быть транзистором “2N3904”, а транзистор 122 может быть транзистором “2SD669A”. Конденсатор 106 может иметь емкость 0,01 микрофарад, а реле 84 может быть реле “W92S7012-12”.

Специалисты, имеющие обычный уровень квалификации в соответствующей области техники, должны понимать, что цепь 78 может быть электрически присоединена к каждому дифференциалу 10, аккумуляторной батарее и коммутируемому зажиганию с помощью любых подходящих средств. Следует также понимать, что первый и второй переключатели 86, 96 могут иметь между собой любое подходящее взаимоотношение. Следует также понимать, что каждый из резисторов 90, 92, 98, 110, 112, 116, 124, 134 может быть резистором любого подходящего типа и обеспечивать любую подходящую величину сопротивления; каждый из диодов 102, 128 может быть диодом любого подходящего типа; каждый из транзисторов 94, 114, 122 может быть транзистором любого подходящего типа; конденсатор 106 может определять любую подходящую величину емкости; и реле 84 может быть реле любого подходящего типа. Следует также понимать, что путь прохождения тока через цепь 78 может начинаться в любой подходящей точке цепи 78.

В процессе работы, когда зажигание или переключатель с ключом для подачи питания выключены, все функции системы 56 управления выключаются, за исключением тестирования электромагнитной катушки 50 дифференциала 10. Для тестирования электромагнитной катушки 50 нажимается переключатель 64, чтобы включить дифференциал 10. В результате контур замыкается, скажем, при токе около 10 миллиампер, чтобы подтвердить, что электромагнитная катушка 50 присутствует. В свою очередь по меньшей мере один из шкальных дисплеев 68, 70 освещается, или может загореться отдельная тестовая лампочка, чтобы показать такое присутствие. Когда зажигание или переключатель с ключом для подачи питания включены, модуль 58 находится в режиме ожидания (“standby”). Кнопка с подсветкой может светиться, в частности, другим светом, чтобы показать, что модуль 58 находится в этом режиме.

Чтобы включить или обеспечить фиксированное питание для дифференциала 10, когда модуль 58 находится в режиме ожидания (“standby”), нажимается переключатель 64 передней панели 60. В результате полное напряжение прикладывается к системе 56 управления от аккумуляторной батареи полноприводного автомобиля, и модуль 58 переходит в режим включения (“engage”). В свою очередь начинает светиться светодиод 66 “Lock” (или может светиться кнопка с подсветкой, в частности, другим цветом, чтобы показать, что модуль 58 находится в этом режиме). Шкальный дисплей 68 показывает величину перемещения блокировочного механизма дифференциала 10, а шкальный дисплей 70 показывает величину «полного» напряжения, приложенного к электромагнитной катушке 50. После того, как разъем 74 определил, что дифференциал 10 заблокирован, напряжение падает до определенного уровня напряжения для дифференциала 10, удерживаемого с помощью потенциометра в виде круговой шкалы 72, который может быть отрегулирован на различные уровни потенциала. Этот уровень напряжения должен варьироваться в зависимости от конкретного дифференциала, с которым используется система 56 управления, и может составлять, например, около одной трети от полного напряжения, прикладываемого к системе 56 управления с помощью аккумуляторной батареи, или около четырех вольт постоянного тока. Альтернативно, определенный уровень напряжения для дифференциала 10, удерживаемый с помощью потенциометра в виде круговой шкалы 72, может быть заранее запрограммирован. В любом случае ток, извлекаемый из аккумуляторной батареи, является уменьшенным. В свою очередь шкальный дисплей 70 показывает величину уменьшенного «удерживаемого» напряжения, прикладываемого к электромагнитной катушке 50. Поскольку модуль 58 переключается из режима ожидания (“standby”) во включенный режим (“engage”), напряжение прикладывается к электромагнитной катушке 50, а также вводится в зацепление и фиксируется дифференциал 10, светодиоды 66 (“разблокировано” (“Unlock”) и “заблокировано” (“Lock”)) переключаются во взаимодействии друг с другом.

Для того чтобы выключить дифференциал 10, переключатель 64 нажимается снова. В результате линия 80 коммутируемого зажигания помещает модуль 58 в режим ожидания, таким образом предотвращая включение дифференциала 10 и режим разряда батареи, когда полноприводный автомобиль не используется. В свою очередь загорается светодиод 66 разблокировано (“Unlock”), а шкальные дисплеи 68, 70 показывают, что отсутствует перемещение блокировочного механизма, а также нет напряжения, прикладываемого к электромагнитной катушке 50. Если штырек, отмеченный как «9», обнаруживает внешнюю неисправность или потерю электропроводности в электромагнитной катушке 50, то загорается светодиод 66 неисправности “Fault” таким образом, чтобы включение дифференциала 10 не разрешалось до тех пор, пока неисправность или потеря не устранятся. Если мощность зажигания является циклической, например, автомобиль выключается, а затем включается через какое-то время, модуль 58 выключает питание, подаваемое к дифференциалу 10, когда автомобиль выключен, и дифференциал 10 не обеспечивается питанием снова до тех пор, пока дифференциал 10 не будет снова включен. Система 56 управления содержит цепь 78 выключения со стороны высокого напряжения. Таким образом, любой находящийся в линии переключатель может быть внешним механизмом безопасности, с помощью которого любое прерывание в мощности зажигания автоматически выключает модуль 58. Например, только, и не с целью ограничения, конечный выключатель трансмиссии может служить в качестве такого механизма, который автоматически выключает модуль 58, когда обнаруживается, что автомобиль работает на первой передаче или на задней передаче.

Поскольку модуль 58 системы 56 управления устанавливается под приборной панелью полноприводного автомобиля 4WD и, таким образом, не требуется просверливать отверстия через лицевую поверхность приборной панели автомобиля, специалисты, имеющие обычный уровень квалификации в «дизайне и производстве автомобиля» соответствующей области техники должны понимать, что система 56 управления преодолевает вышеупомянутые недостатки таких систем предшествующего уровня техники. Система 56 управления также управляет дифференциалом 10, в то же время обеспечивая признаки безопасности, и корректирует состояние дифференциала 10. Работа системы 56 управления основывается на электронной системе реле с блокировкой и переключателя с самовозвратом, имеющей обратную связь, чтобы обнаруживать блокировку дифференциала 10, а затем управлять потреблением мощности. Система 56 управления также вводит сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, PWM), чтобы активизировать и удерживать дифференциал 10, а также цепь 78 выключения со стороны высокого и низкого напряжения. Система 56 управления также предотвращает случайную операцию дифференциала 10 и обеспечивает внешние вводы для безопасности на линии 80 коммутируемого зажигания. Система 56 управления также характеризуется выключением с максимальными 12-вольтовым 30-амперным параметрами (выключением с максимальными 12-вольтовым 10-амперным ШИМ), выключением при неисправности на стороне высокого напряжения коммутируемого зажигания, переменный вход неисправности постоянного тока (извлечение, приблизительно, менее чем 10 миллиампер), и переменный уровень постоянного тока при удержания блокировки.

Дифференциал 10 обеспечивает управление, мощность, силу сцепления и внедорожные эксплуатационные качества для автомобиля с приводом на четыре колеса (4WD). Также установка системы 56 управления не требует сверления или растачивания отверстия через приборную панель автомобиля с приводом на четыре колеса; не требует большого количества времени, не является сложной или затратной; и не повреждает приборную панель. Система 56 управления интегрирует различные системы управления в эффективный пакет и обеспечивает более безопасное и лучшее управление, а также обратную связь по состоянию дифференциала 10 относительно таких систем предшествующего уровня техники. Кроме того, контролируется моментальное фиксирование включения/выключения (“on/off”) и мощность выключения дифференциала 10. Кроме того, предотвращается приведение в действие дифференциала 10, когда полноприводная функциональность автомобиля не требуется. Таким образом можно избежать преждевременного износа дифференциала 10 и соответствующих частей, а также вала и соответствующих шин автомобиля с приводом на четыре колеса (4WD). Кроме того, поскольку дифференциал 10 возвращается в исходное положение, когда электропитание на автомобиле 4WD отключается, дифференциал 10 помогает обеспечить более долгий срок службы аккумуляторной батареи автомобиля. Система 56 управления может быть частью системы блокируемого дифференциала с электронным управлением, дополнительно устанавливаемой после продажи автомобиля, а также используемого с прикладными системами изготовителя комплексного оборудования.

Настоящее изобретение было описано в иллюстративной манере. Также должно быть понятно, что терминология, которая была использована, как предполагается, скорее концентрируется на сущности слов, чем на их ограничивающем свойстве. Множество модификаций и вариаций настоящего изобретения возможны в свете приведенного выше описания. Поэтому в пределах объема прилагаемых пунктов формулы изобретения настоящее изобретение может быть практически применено другим способом, отличающимся от приведенного в этом конкретном описании.

Изобретение относится к блокируемым дифференциалам с электронным управлением. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал содержит электромагнитную катушку и систему управления. Система управления содержит модуль под приборной панелью автомобиля и цепь, электрически взаимодействующую с указанным модулем. Цепь содержит переключатель и фиксирующий компонент. Цепь отключена, когда питание системы управления выключено, и находится в режиме ожидания, когда подается питание в систему управления. При включении переключателя с удерживанием через указанную цепь протекает ток для приведения в действие фиксирующего компонента, при этом дифференциал приводится в действие. Фиксирующий компонент включает в себя двухполюсное двухпозиционное управляющее реле, содержащее первый переключатель, второй переключатель и катушку. При включении переключателя с удерживанием через указанную цепь протекает ток, что приводит в действие реле, второй переключатель замыкается и дифференциал приводится в действие. Достигается упрощение конструкции и повышение надежности. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал (10), содержащий:
электромагнитную катушку (50); и
систему (56) управления, выполненную с возможностью управления работой дифференциала (10), и содержащую:
модуль (58), выполненный с возможностью установки под приборной панелью автомобиля, и
цепь (78), электрически взаимодействующую с указанным модулем (58), содержащую:
переключатель (64) с удерживанием, электрически подключенный к первому и второму источникам электропитания и выполненный с возможностью обеспечивать фиксированное питание дифференциала (10); и
фиксирующий компонент (84), электрически соединенный с переключателем (64) с удерживанием и выполненный с возможностью обеспечивать фиксированное питание для дифференциала (10);
при этом указанная цепь (78) отключена, когда питание системы (56) управления выключено, и находится в режиме ожидания, когда подается питание в систему (56) управления, а при включении переключателя (64) с удерживанием через указанную цепь (78) протекает ток, с тем чтобы привести в действие фиксирующий компонент (84), при этом дифференциал (10) приводится в действие,
причем фиксирующий компонент (84) включает в себя двухполюсное двухпозиционное управляющее реле (84), содержащее первый переключатель (86), второй переключатель (96) и катушку (130), при этом при включении переключателя (64) с удерживанием, через указанную цепь (78) протекает ток, что приводит в действие реле (84), второй переключатель (96) замыкается и дифференциал (10) приводится в действие.

2. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал (10) по п.1, в котором указанный модуль (58) включает в себя переднюю панель (60) и заднюю панель (62), которые обращены к пассажирскому отделению автомобиля, когда указанный модуль (58) установлен под приборной панелью.

3. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал (10) по п.2, в котором вышеуказанная передняя панель (60) указанного модуля (58) включает в себя переключатель (64) ″вкл./выкл″ (включение/выключение), который выполнен с возможностью ручного нажатия для мгновенного включения/выключения дифференциала (10) и с тем, чтобы обеспечить фиксированное питание дифференциала (10); множество светодиодов (66), выполненных с возможностью указывать, по меньшей мере когда датчик обнаруживает, что дифференциал (10) заблокирован, когда указанный датчик не обнаруживает, что дифференциал 10 заблокирован, и когда указанная система (56) управления определяет внешнюю неисправность или потерю электропроводности в электромагнитной катушке (50) дифференциала (10); и множество дисплеев (68, 70), которые показывают, по меньшей мере, величину перемещения дифференциала (10) и величину переменного напряжения, приложенного к электромагнитной катушке (50).

4. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал (10) по п.2, в котором задняя панель (62) указанного модуля (58) содержит потенциометр (72), выполненный с возможностью удерживать определенный уровень напряжения для дифференциала (10) и настраиваться на различные уровни потенциала, и разъем (74), выполненный с возможностью выполнять функцию устройства сопряжения между системой (56) управления и автомобилем, при этом разъем содержит множество штырьков, каждый из которых воспринимает определенный вид электрической функции автомобиля.

5. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал (10) по п.1, в котором первый переключатель (86) содержит группу (87) контактов для сильного тока, а переключатель (96) содержит группу (97) контактов для слабого тока, при этом указанная катушка (130) выполнена с возможностью вводить противо-ЭДС в указанную цепь (78) при изменении тока.

6. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал (10) по п.5, в котором переключатель (64) с удерживанием содержит переключатель (100) ″вкл.″ и переключатель (88) ″выкл.″, при этом при включенном переключателе (100) ″вкл.″ ток протекает через указанную цепь (78), что приводит в действие реле (84), указанный второй переключатель (96) замыкается и дифференциал (10) приводится в действие.

7. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал (10) по п.1, в котором система (56) управления дополнительно включает в себя по меньшей мере один расположенный в линии диод (128), который проводит ток к указанному реле (84) и гасит импульсы напряжения обратного смещения.

8. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал (10) по п.1, в котором система (56) управления дополнительно включает в себя по меньшей мере один резистор (90, 92, 98, 110, 112, 116, 124, 134), который уменьшает величину протекающего тока в указанной цепи (78).

9. Электронно-управляемый блокируемый дифференциал (10) по п.8, в котором система (56) управления дополнительно включает в себя по меньшей мере один транзистор (94, 114, 122), который обеспечивает передачу тока через по меньшей мере один из указанных резисторов (90, 92, 98, 110, 112, 116, 124, 134).

10. Система (56) управления для управления работой электронно-управляемого блокируемого дифференциала (10), содержащая:
модуль (58), выполненный с возможностью установки под приборной панелью автомобиля, и
цепь (78), электрически взаимодействующую с указанным модулем (58) и содержащую:
переключатель (64) с удерживанием, электрически подключенный по меньшей мере к одному из первого и второго источников электропитания и выполненный с возможностью обеспечивать фиксированное питание дифференциала; и
фиксирующий компонент (84), электрически соединенный с переключателем (64) с удерживанием и выполненный с возможностью обеспечивать фиксированное питание для дифференциала;
при этом указанная цепь (78) отключена, когда питание системы (56) управления отключено, и находится в режиме ожидания, когда питание подается к указанной системе (56) управления, причем при включенном переключателе (64) с удерживанием через указанную цепь (78) протекает ток, что приводит в действие фиксирующий компонент (84), при этом дифференциал приводится в действие,
причем фиксирующий компонент (84) включает в себя двухполюсное двухпозиционное управляющее реле (84), содержащее первый переключатель (86), второй переключатель (96) и катушку (130), причем при включении переключателя (64) с удерживанием через указанную цепь (78) протекает ток, что приводит в действие реле (84), второй переключатель (96) замыкается и дифференциал приводится в действие.

11. Система (56) управления по п.10, в которой указанный модуль (58) включает в себя переднюю панель (60) и заднюю панель (62), которые обращены к пассажирскому отделению автомобиля, когда указанный модуль (58) установлен под приборной панелью.

12. Система (56) управления по п.11, в которой передняя панель (60) указанного модуля (58) включает в себя переключатель (64) ″вкл./выкл.″, который выполнен с возможностью ручного нажатия для мгновенного включения/выключения дифференциала, с тем чтобы обеспечить фиксированное питание дифференциала; множество светодиодов (66), выполненных с возможностью указывать, по меньшей мере: когда датчик обнаруживает, что дифференциал заблокирован, когда указанный датчик не обнаруживает, что дифференциал заблокирован, и когда указанная система (56) управления обнаруживает внешнюю неисправность или потерю целостности дифференциала; а также множество дисплеев (68, 70), которые указывают, по меньшей мере, величину перемещения дифференциала и величину переменного напряжения, приложенного к дифференциалу.

13. Система (56) управления по п.11, в которой указанная задняя панель (62) указанного модуля (58) включает в себя потенциометр (72), выполненный с возможностью удерживать определенный уровень напряжения для дифференциала и настраиваться на различные уровни потенциала, и разъем (74), выполненный с возможностью выполнять функцию устройства сопряжения между системой (56) управления и автомобилем, при этом разъем содержит множество штырьков, каждый из которых воспринимает определенный вид электрической функции автомобиля.

14. Система (56) управления по п.13, в которой первый переключатель (86) содержит группу (87) контактов для сильного тока, а второй переключатель (96) содержит группу (97) контактов для слабого тока, при этом указанная катушка (130) выполнена с возможностью введения противо-ЭДС в указанную цепь (78) при изменении тока.

15. Система (56) управления по п.14, в которой переключатель (64) с удерживанием содержит переключатель (100) ″вкл.″ и переключатель (88) ″выкл.″, при этом при включении переключателя (100) ″вкл.″ ток протекает через указанную цепь (78), что приводит в действие реле (84), указанный второй переключатель (96) замыкается и дифференциал приводится в действие.

16. Система (56) управления по п.10, в которой система (56) управления дополнительно включает в себя по меньшей мере один расположенный в линии диод (128), который проводит ток к указанному реле (84) и демпфирует острый импульс напряжения обратного смещения.

17. Система (56) управления по п.10, в которой система (56) управления дополнительно включает в себя по меньшей мере один резистор (90, 92, 98, 110, 112, 116, 124, 134), который уменьшает величину протекающего тока в указанной цепи (78).

18. Система (56) управления по п.17, в которой система (56) управления дополнительно включает в себя по меньшей мере один транзистор (94, 114, 122), который обеспечивает передачу тока через по меньшей мере один из указанных резисторов (90, 92, 98, 110, 112, 116, 124, 134).