[0001] 本公开涉及一种车轴系统，并且更具体地，涉及一种具有温度控制系统的车轴系统。

[0002] 车辆通常具有车轴系统，车轴系统可以包括驱动轴、车轴构件和将动力从驱动轴传递至车轴构件以驱使车辆的齿轮组。封装齿轮组和车轴构件的至少一部分的壳体包含一定量的润滑流体，用以减少摩擦并延长车轴系统的部件的使用寿命。理想的是监测并优化润滑流体以改善车轴系统的操作并延长寿命。

[0010] 本文中公开了提供润滑的车轴系统的示例性实施方式，其中，控制润滑剂特性中的一个或更多个以提高润滑剂性能和车轴系统的性能，并且由此提高车辆性能，例如燃料经济性。控制包括在车轴系统的一个或更多个部分将润滑剂的温度升高或降低至预定水平。本文中还公开了旨在利用一个或更多个其他车辆部件/系统以辅助对润滑剂的控制的示例性实施方式。

[0011] 在示例性实施方式中并且参照图1和2，提供车辆10，车辆10包括底盘12、旋转动力源14、驱动轴16以及车轴系统，车轴系统包括第一车轴组件18、第二车轴组件20以及用于改变车轴系统中的润滑剂的温度的温度控制系统22。车辆10（在图1中示意性地示出）例如可以是汽车、货车、运动型多功能车或拖拉机，或者任何其他私人车辆、商用车辆、工业车辆或军用车辆。此外，虽然车辆被示出并描述为包括底盘12，但车辆10可以可替代地包括一体式结构。

[0012] 底盘12与第一车轴组件18和第二车轴组件20联接并且支承旋转动力源14、车辆的车身（未示出）以及其他的车辆部件和系统。旋转动力源14可包括例如内燃机和/或电动机，或者任何其他动力源。旋转动力源14操作地连接至驱动轴16，驱动轴16可以将来自旋转动力源14的旋转运动传递至第二车轴组件20。车轴组件18、20连接至车轮24并由车轮24支承。

[0013] 在附图中示出的具体实施方式中，驱动轴16连接至第二车轴组件20，第二车轴组件20可以是用于后轮驱动传动系的后车轴组件。第二车轴组件20可以包括差速器26、第一车轴构件28、第一车轴套管30、第二车轴构件32以及第二车轴套管34。差速器26可以包括壳体或差速器外壳36、差速器齿轮组38以及输入轴组件40。差速器外壳36可以通过铸造工艺和/或一个或更多个机械加工过程形成，并且差速器外壳36包括中央空腔42，中央空腔42具有容纳输入轴组件40的第一开口44、容纳第一车轴构件28的第二开口45以及容纳第二车轴构件32的第三开口46。中央空腔42可以包含一定体积的润滑流体（例如，油），润滑流体润滑第二车轴组件20的运动部件。输入轴组件40接合驱动轴16和差速器齿轮组38，差速器齿轮组38将来自驱动轴16的转动能传递至第一车轴构件28和第二车轴构件32，以使车轮24旋转并且驱使车辆10。差速器齿轮组38和输入轴组件40可按常规配置。

[0014] 第一车轴构件28和第二车轴构件32可被支承为分别在第一车轴套管30和第二车轴套管34的内部容积48、50内旋转。第一车轴构件28和第二车轴构件32可分别经由第一轮毂52和第二轮毂54连接至车轮24。第一车轴套管30和第二车轴套管34可分别在第二开口45和第三开口46处连接至差速器外壳36，使得差速器外壳36的中央空腔42与第一车轴套管30和第二车轴套管34的内部容积48、50连通。这样，差速器外壳36与第一车轴套管30和第二车轴套管34可以形成连续的壳体，使得润滑流体可以在中央空腔42和内部容积48、50之间连通。

[0015] 润滑流体的粘度和其他流体特性是温度的函数并且对车轴系统以及由此总体上对车辆10的效率和性能产生影响。可为特定车辆选择润滑流体，以使润滑流体包括在预定温度下（或在预定的温度范围内）优化车辆10的燃料经济性或效率并且同时使车轴系统的部件上的磨损最小化的粘度。流体还可被选择为在润滑流体处于预定温度时使源自于车轴系统的噪声、振动和冲击（NVH）最小化。预定温度可取决于车辆10经受的负载和/或车轴系统、车辆10和/或车辆10的传动系的特定设计和/或构造。

[0016] 在该实施方式中，温度控制系统22可包括各种装置，例如温度控制设备60、一个和更多个温度传感器62以及控制模块64。温度控制设备60可以是加热设备和/或冷却设备并且可以包括电力电源66和一个或更多个电气设备68。电源66与控制模块64和电气设备68电连通。电源66可包括向车辆10的一个或更多个其他电气系统和/或部件提供电力的电池。

[0017] 一个或更多个电气设备68可以设置在第二车轴组件20上或第二车轴组件20中的任何适当的位置处，以使得设备68能够与第二车轴组件20的一个或更多个部件以及其中的润滑流体处于导热关系。例如，电气设备68可以设置在例如差速器外壳36、第一车轴套管30和/或第二车轴套管34上或设置其中。如随后所述的，电气设备68可以响应于接收来自电源66的电流而在润滑流体和第二车轴组件20的一个或更多个部件上施加加热或冷却效果。

[0018] 在一些实施方式中，一个或更多个电气设备68可以包括电阻加热元件或线圈。在这种实施方式中，加热元件或线圈由于来自电源66的电流而产生热量。在其他实施方式中，一个或更多个电气设备68可以包括例如热电冷却单元或热泵。在这种实施方式中，电气设备68可以以加热模式和冷却模式操作。在加热模式下，电气设备68可响应于接收从第一方向来自电源的电流而向第二车轴组件20和润滑流体传递热量。在冷却模式下，电气设备68可响应于接收从第二方向来自电源的电流而吸收来自第二车轴组件20和润滑流体的热量。

[0019] 温度传感器62可设置在例如差速器外壳36、第一车轴套管30和/或第二车轴套管34上或设置其中。温度传感器62中的一个或更多个可以设置在差速器外壳36的中央空腔42中并且可以基本浸没在包含在中央空腔42中的润滑流体中或者与上述润滑流体连通。温度传感器62可以连续地或间歇地产生指示检测的温度数据的信号并且可以将信号传送至控制模块64。

[0020] 如在本文中使用的，术语“控制模块”可以指代以下部件、是以下部件的一部分或包括以下部件：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或更多个软件或固件程序的处理器（共享的、专用的或成组的）和/或存储器（共享的、专用的或成组的）、组合逻辑电路和/或提供上述功能的其他适当的部件。控制模块64可以指的是控制一个或更多个其他车辆系统的控制模块、是该控制模块的一部分或者包括该控制模块。可替代地，控制模块64可以是专用于温度控制系统22的控制单元。虽然控制模块64在图1中示出为大致靠近旋转动力源14定位，但控制模块64能够可替代地设置在任何适当的位置。控制模块64可以储存与润滑流体的流体特性有关的数据，包括预定温度（或温度范围），在该预定温度（或温度范围）下，润滑流体的粘度对于特定车辆10的燃料经济性、NVH以及磨损减轻而言是最佳的。

[0021] 继续参照图1和2，将详细地描述温度控制系统22的操作。如上所述，第二车轴组件20中的润滑流体可被选择为包括在预定温度下的某些流体特性，例如粘度。温度控制系统22在各种运行状态下将润滑流体保持在预定温度或接近预定温度，从而保持润滑流体的理想的流体特性。

[0022] 在操作中，一个或更多个温度传感器62测量润滑流体和/或与润滑流体接触的部件的温度。温度传感器62将指示这些温度测量值的信号发送至控制模块64。控制模块64可以至少部分地基于从温度传感器62接收的数据来控制温度控制设备60。例如，如果从温度传感器62接收的数据表示润滑流体低于预定温度——例如在车辆10的冷启动之后——则控制模块64可以使温度控制设备60以加热模式操作，直至来自温度传感器62的数据表示润滑流体处于或接近预定温度为止。

[0023] 在加热模式下，控制模块64可以使电源64沿第一方向发送电流至电气设备68。如上所述，从第一方向供给电流至电气设备68使得电气设备68加热第二车轴组件20以及布置其中的润滑流体。这样，润滑流体可被快速地加热至其最佳温度，以优化粘度以及提高车辆10的冷启动之后的燃料经济性。

[0024] 如果从温度传感器62接收的数据表示润滑流体在预定温度之上，则控制模块64可以使温度控制设备60以冷却模式操作，直至来自温度传感器62的数据表示润滑流体处于或接近预定温度为止。在冷却模式下，控制模块64可以使电源64沿第二方向发送电流至电气设备68。如上所述，从第二方向供给电流至电气设备68使得电气设备68冷却第二车轴组件20以及其中的润滑流体。

[0025] 在另一示例性实施方式中并且参照图3，将描述与车辆11结合使用的包括第二车轴组件120和温度控制系统122的另一个车轴系统，在该车轴系统中，排气被用于加热车轴系统中的润滑剂。除了下文描述的例外之外，第二车轴组件120的结构和功能可以大致类似于上述第二车轴组件20的结构和功能。

[0026] 第二车轴组件120包括差速器外壳136，差速器外壳136可以包括分别与差速器外壳136的中央空腔142以及第一车轴套管130和第二车轴套管134的内部容积148、150流体连通的一个或更多个流体入口121以及一个或更多个流体出口123。在一些实施方式中，流体入口121和流体出口123可以与延伸穿过差速器外壳136并且将其中的流体与中央空腔142和内部容积148、150隔离的通道（未示出）流体连通。

[0027] 温度控制系统122可以包括温度控制设备160、一个或更多个温度传感器162以及控制模块164。除了下文提到的例外之外，温度传感器162和控制模块164的结构和功能可以大致类似于上述温度传感器62和控制模块64。

[0028] 温度控制设备160可以包括一个或更多个第一导管172以及一个或更多个第二导管174。排气系统170与旋转动力源14流体连通并且包括排气管173以及一个或更多个排气处理部件175，一个或更多个排气处理部件175可以包括消音器、催化转化器和/或其他排气处理和/或选路部件。车辆11的排气系统170接收从旋转动力源14排出的热排气并且可以在将排气排放到周围环境之前过滤出颗粒物和有毒气体。排气系统170可以包括出口176和入口178。虽然出口176和入口178在图3中示出为设置在接近车辆10的后部的排气处理部件175处或靠近排气处理部件175，但出口176和入口178能够可替代地设置在沿着排气系统170的长度的任何位置处，包括设置在排气管173处或其他排气系统部件处。虽然在附图中示出的排气系统170包括双排气构造，但排气系统170能够可替代地包括单排气构造。

[0029] 第一导管172与排气系统170的出口176和差速器外壳136的流体入口121流体联接。第二导管174与排气系统170的入口178和差速器外壳136的流体出口123流体连通。另外地或可替代地，第一导管172和/或第二导管174可以与第一车轴套管130和/或第二车轴套管134中的入口和/或出口（未示出）流体地联接。

[0030] 第一导管172中的每一个可包括第一阀组件180，第一阀组件180控制通过其的流体流。第一阀组件180可以是例如电磁阀，或者为其他电致动阀。第一阀组件180可与控制模块164电连通。第二导管174中的每一个可包括第二阀组件182，第二阀组件182控制流过其的流体流。第二阀组件182可包括流体压力致动止回阀，流体压力致动止回阀允许流体从差速器外壳136通过第二导管174流动至排气系统170，但防止流体从排气系统170通过第二导管174流动至差速器外壳136。在一些实施方式中，第二阀组件182可包括电致动阀。

[0031] 继续参照图3，将详细地描述温度控制系统122的操作。温度控制系统122可以将第二车轴组件120中的润滑流体加热至大约等于预定温度的温度，以实现润滑流体的理想的流体特性。在可替代的实施方式中，可以设想能够采用一个或更多个传感器来检测车轴系统润滑剂的另一特征，例如粘度，并且接着将代表性的信号传递至控制模块164，进而响应于上述信号改变提供给车轴系统的一个或更多个部分的排气。

[0032] 如上所述，一个或更多个温度传感器162测量润滑流体和/或与润滑流体接触的部件的温度。温度传感器162可将表示这些温度测量值的信号发送至控制模块164。控制模块164可至少部分地基于从温度传感器162接收的数据来控制温度控制设备160。

[0033] 如果从温度传感器162接收的数据表示润滑流体低于预定温度——例如在车辆10的冷启动之后——则控制模块164可以使第一阀组件180打开并允许来自排气系统170的热排气流过第一导管172并且流入差速器外壳136和/或第一车轴套管130和第二车轴套管134内。差速器外壳136和/或第一车轴套管130和第二车轴套管134中的热排气将热量传递至润滑流体和第二车轴组件120的一个或更多个部件。排气可以通过流体出口
123排出差速器外壳136并且流过第二导管174返回至排气系统170。第二阀组件182可以使得排气能够从第二车轴组件120流动至排气系统170，并且防止排气从排气系统170通过第二导管174向第二车轴组件120的回流。

[0034] 当控制模块164接收到来自温度传感器162的表示润滑流体的温度处于或接近预定温度的数据时，控制模块164可以使第一阀组件180关闭并且防止来自排气系统170的热排气向第二车轴组件120流动。在这种情形下，热排气绕过差速器外壳136a并且继续前进通过排气处理部件175。在另一实施方式中，能够将后处理的排气提供给车轴系统的一个或更多个部分，以改变其中的润滑剂的温度。

[0035] 在再一示例性实施方式中并且参照图4，提供再一种车轴系统，该车轴系统包括用于与车辆13结合使用的第二车轴组件220和温度控制系统222，其中，在车轴系统中的润滑剂被加热和冷却。除了下文描述的例外之外，第二车轴组件220的结构和功能可大致类似于上述第二车轴组件20的结构和功能。

[0036] 第二车轴组件220包括差速器外壳236，差速器外壳236可以包括具有入口221和出口223的流体通道282。流体通道282可以与差速器外壳236的中央空腔242以及第一车轴套管230和/或第二车轴套管234的内部容积248、250流体地隔离。流体通道282可以由具有相对高的导热系数的材料构造并且可以包括相对薄的壁以便于通过其的热传递。流体通道282可以以大致蛇形线的方式延伸以增大差速器外壳236的与流体通道282接触的表面面积。在一些实施方式中，流体通道282可延伸到第一车轴套管230和/或第二车轴套管234内。

[0037] 温度控制系统222可以包括温度控制设备260、一个或更多个温度传感器262以及控制模块264。除了下文指出的例外以外，温度传感器262和控制模块264的结构和功能可以大致类似于上述温度传感器62和控制模块64。

[0038] 温度控制设备260可以包括联接至车辆10b的排气系统270的热交换器284、第一导管286、第二导管288、第三导管290以及第四导管291。除了以下例外之外，排气系统270的结构和功能可以大致类似于上述排气系统170。排气系统270可以包括至少部分地通过其延伸的流体通道292。流体通道292可以与流过排气系统270的排气形成导热关系并且与排气流体地隔离。流体通道292可以包括入口294和出口296。入口294可以设置在例如排气管273中，或者可以设置在排气系统270中的任何其他适当的位置。出口296可以设置在例如排气处理部件275中，或者可以设置在排气系统270中的任何其他适当位置。入口294可以与第二导管288流体连通，并且出口296可以与第三导管290流体连通。

[0039] 热交换器284可以包括流体盘管（未示出），冷却液、制冷剂、水或其他流体可以流过流体盘管。泵例如压缩机（未示出）可以迫使流体由其通过。流体盘管可以包括与第四导管291流体连通的入口298以及与第一导管286流体连通的出口300。在一些实施方式中，热交换器284可以是经由第一冷却液管302和第二冷却液管304与旋转动力源14流体连通的散热器。在其他实施方式中，热交换器284可以是例如采暖通风与空调（HVAC）系统的加热器芯或冷凝器，或者可以是任何其他热交换器。

[0040] 第一导管286可以从热交换器284的出口300延伸至阀组件306。阀组件306可以是与第一导管286、第二导管288以及第三导管290流体连通的三通阀。阀组件306可以在第一位置、第二位置和第三位置之间运动。在第一位置中，阀组件306可以允许第一导管286与第二导管288之间的流体连通并且防止第一导管286与第三导管290之间的流体连通。在第二位置中，阀组件306可以允许第一导管286与第三导管290之间的流体连通并且防止第一导管286与第二导管288之间的流体连通。在第三位置中，阀组件306可以防止第一导管286与第三导管290之间的流体连通并且防止第一导管286与第二导管288之间的流体连通。阀组件306可以经由螺线管、步进马达或任何其他适当的致动装置来致动。
控制模块264可以与阀组件306通信并且可选择地使阀组件306在第一位置、第二位置和第三位置之间运动。

[0041] 第三导管290可以连接至阀组件306、排气系统270的流体通道292的出口296以及第二车轴组件220中的流体通道282的入口221。第三导管290可以包括第一止回阀308以及第二止回阀310。第一止回阀308可以设置在排气系统270中的流体通道292的出口296的下游。第一止回阀308可以允许流体从流体通道292流动到流体通道282内，但防止流体沿相反方向流动（即，从流体通道282流入流体通道292内）。第二止回阀310可以设置在阀组件306的下游并且可以允许流体从阀组件306流动至第二车轴组件220中的流体通道282，但防止流体从流体通道292朝向阀组件306流动。在一些实施方式中，第三导管
290可以包括单个三通阀，以控制通过其的流动，而不是包括上述的止回阀308、310。

[0042] 第四导管291可以与第二车轴组件220中的流体通道282的出口223以及热交换器284的入口298流体连通。流体可以从出口223通过第四导管291流动至入口298。

[0043] 继续参照图4，将详细地描述温度控制系统222的操作。如上所述，第二车轴组件220中的润滑流体可被选择为包括处于预定温度的某些流体特性，例如粘度。温度控制系统222在各种运行状态下将润滑流体保持处于或接近预定温度，以保持润滑流体的理想的流体特性。

[0044] 如上所述，一个或更多个温度传感器262测量润滑流体和/或与润滑流体接触的部件的温度。温度传感器262将表示这些温度测量值的信号发送至控制模块264。控制模块264可以至少部分地基于从温度传感器262接收的数据来控制温度控制系统222。

[0045] 如果从温度传感器262接收的数据表示润滑流体低于预定温度——例如在车辆10的冷启动之后——则控制模块264可以使温度控制系统222以加热模式操作以加热第二车轴组件220以及其中的润滑流体，直到来自温度传感器262的数据表示润滑流体处于或接近预定温度为止。这样，润滑流体可被快速地加热至其最佳温度，以优化粘度并且提高车辆10的冷启动之后的燃料经济性。如果从温度传感器262接收的数据表示润滑流体在预定温度之上，则控制模块264可以使温度控制系统222以冷却模式操作以冷却第二车轴组件220以及其中的润滑流体。

[0046] 在温度控制系统222的操作过程中，流体可以从第四导管291以及从第一冷却液管302进入热交换器284。泵可以使流体流过热交换器284的盘管，在此，来自流体的热量可被排出到环境空气。风扇（未示出）可以迫使空气穿过热交换器284，以促进热量从流体传递至环境空气。相对冷的流体可以通过第二冷却液管304和出口300排出热交换器284。来自出口300的冷的流体可以通过第一导管286流动至阀组件306。

[0047] 为了使温度控制系统222以加热模式操作，控制模块264可以使阀组件306运动至第一位置，以允许第一导管286与第二导管288之间的流体连通并且防止第一导管286与第三导管290之间的流体连通。当阀组件306位于第一位置时，第一导管286中的冷的流体可以流动至第二导管288内，并流动至排气系统270中的流体通道292。流体可以流过流体通道292并吸收来自流过排气系统270的排气的热量。排出流体通道292的流体与从第二导管288进入流体通道292的冷的流体相比可以相对较热。

[0048] 热流体可以从流体通道292的出口296流过第三导管290中的第一止回阀308并且朝向第二车轴组件220中的流体通道282的入口221流动。流过流体通道282的相对较热的流体可以将热量传递至第二车轴组件220的一个或更多个部件以及其中的润滑流体。流体可以通过出口223排出流体通道282并且流入第四导管291内。流体可以流过第四导管291返回至热交换器284，在此循环可被重复，直至控制模块264确定润滑流体处于或接近预定温度为止。

[0049] 当控制模块264确定润滑流体处于预定温度（或在预定温度的预定范围内）时，控制模块264可以使阀组件306运动到第三位置，防止第一导管286与第三导管290之间以及第一导管286与第二导管288之间的流体连通。当阀组件306位于第三位置时，通过第一导管286的流体流可以中止，然而，流体仍可以经由第一冷却液管302和第二冷却液管304在旋转动力源14与热交换器284之间循环。流体在旋转动力源14与热交换器284之间的循环可以独立于温度控制系统222进行控制。

[0050] 当控制模块264确定润滑流体在预定温度之上（或在预定温度范围之上）时，控制模块264可以使阀组件306运动到第二位置。如上所述，当阀组件306位于第二位置时，来自第一导管286的冷的流体可被允许流入第三导管290内并且可被防止流入第二导管288内。这样，第三导管290中的冷的流体绕过排气系统270。从阀组件306流过第三导管290的冷的流体可以流过第二止回阀310并且流入第二车轴组件220的流体通道282的入口221内。第一止回阀308可以防止冷的流体进入排气系统270的流体通道292。

[0051] 流过第二车轴组件220中的流体通道282的冷的流体可以吸收来自第二车轴组件220的部件以及其中的润滑流体的热量。这样，润滑流体的温度可以降低并且其粘度可以增大。流体可以通过出口223排出流体通道282并且流入第四导管291内。流体可以流过第四导管291并且返回到热交换器284。该循环可被重复，直至控制模块264确定润滑流体处于或接近预定温度为止。

[0052] 虽然温度控制系统22、122、222在上文中描述为控制第二车轴组件20、120、220的温度，但温度控制系统22、122、222可被构造为控制前轴组件、四轮驱动分动箱和/或任何其他传动系部件或组件内的润滑流体的温度。另外，可以设想能够采用前述附图和相应的说明中描述的实施方式的组合用于监测和控制车轴系统的一个或更多个部分处的润滑剂。例如，车轴系统的不同区域可以接收不同数量或速率的排气，以满足车轴系统的不同区域处的不同热传递需求（横截面积；当前润滑剂的材料、数量/类型等等）在另一实施方式中，更恰当的是将热量提供给车轴系统的润滑剂区域而另一区域可能需要该位置处的润滑剂被冷却。可以设想在某些应用中，车轴系统的实施方式将包括如下控制模块和传感器，控制模块和传感器设置为用于监测车轴系统的润滑剂状况以及可能监测例如环境温度的其他条件、车辆运行需求、来自车辆部件和系统的输入，并且响应于此根据预定润滑剂和车辆运行标准来提供对于车轴系统润滑剂的一个或更多个部分的加热和/或冷却的方向。