CN101191533A - 连接到变速箱输出端用于产生向前和反向驱动的驱动单元 - Google Patents

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Abstract

一种连接到变速箱输出端用于产生向前和反向驱动的驱动单元，其位于变速箱输出端和车轮之间的动力路径中、用于反转变速箱输出端方向，包括，包括可驱动地连接至变速箱输出端的齿轮组，以及交替地以向前旋转方向和低速驱动的相对于变速箱速度和方向相反方向旋转的齿轮组输出端。驱动机构在齿轮组输出端和车轮之间传输动力。

Description

连接到变速箱输出端用于产生向前和反向驱动的驱动单元
技术领域
本发明总体上涉及在机动车辆传动系统中传输旋转动力。更具体说，其涉及反转连接到输入端的变速箱输出端和车轮之间的输入端的旋转方向。
背景技术
混合动力电动车辆的动力传动系统包括多个动力源，内燃机(internalcombustion engine，ICE)，主要用于公路速度不变时；用于给蓄电池充电的电动机，以及用于起动车辆，即用于使车辆从停止状态加速的牵引电机。
在用于乘用车的电动混合动力传动系统中，反向驱动通常通过小型牵引电机产生，该牵引电机的最大扭矩相对较低，并且不能被动力传动系统中的动力分配变速箱(powersplit transmission)放大。只有牵引电机被反向驱动，用以反向起动电动混合动力车辆，而无ICE的辅助或者变速箱或驱动桥提供的扭矩放大的辅助。
装备了全轮驱动(all-wheel drive，AWD)或四轮驱动(four-wheel drive，4WD)、并期望拖曳重负载或在崎岖地形中操作的电动混合动力车辆可能不具有充足的反向驱动最大扭矩，因为牵引电机的输出扭矩对这些运行条件来说太低。
给变速箱自身增加换向传动装置是困难的。行业中需要增加反向驱动中提供的车轮扭矩的量，尤其是装备了AWD或4WD、期望拖曳重负载或在崎岖地形中操作的电动混合动力车辆的动力传动系统中提供的车轮扭矩的量。
发明内容
不同于重新设计现有的动力分配变速箱和驱动桥，本发明的优点在于，能够放大牵引电机产生的扭矩的反向齿轮机构收纳在AWD或4WD单元中。
反向传动装置与高档功能和低档功能结合，通过该高档功能动力不经放大直接传输至车轮，通过该低档功能动力经放大后传输至车轮。
另一优点是，反向传动装置可以与行星差速齿轮单元结合，其将来自牵引电机经传动装置放大后的动力分配成传输至后轮的第一部分和传输至前轮的第二部分。
位于变速箱输出端和车轮之间的动力路径中、用于反转变速箱输出端方向的驱动单元包括，包括可驱动地连接至变速箱输出端的齿轮组，以及交替地以向前旋转方向和低速驱动的相对于变速箱速度和方向相反方向旋转的齿轮组输出端。驱动机构在齿轮组输出端和车轮之间传输动力。
较佳实施例的适用范围可从以下详细说明、权利要求和附图中变得显而易见。应该理解，说明书和特定的示例尽管说明了本发明的较佳实施例，但其仅作为示例给出。对所属技术领域的技术人员来说，所述实施例和示例的各种变化和改变是显而易见的。
附图说明
对所属技术领域的技术人员来说，在考虑附图时，这些以及其它优点从以下对较佳实施例的详细说明中将会很容易地变得显而易见，其中：
图1为机动车辆传动系统的俯视图，该传动系统包括变速箱、分动箱以及后差速器或轴壳；
图2为一示意图，表示用于驱动单元的动态安排，其在高档和低档中产生向前和反向驱动；
图3为一示意图，表示用于驱动单元的动态安排，其产生向前和反向驱动，并在前后轮之间分配输入扭矩；
图4为一示意图，表示用于驱动单元的一种替换的动态安排，其产生向前和反向驱动，并在前轮驱动的前后轮之间分配输入扭矩；以及
图5为一示意图，表示用于驱动单元的动态安排，其产生向前和反向驱动。
具体实施方式
现参照附图，特别是图1，机动车辆的动力传动系统包括前、后轮10、12，由发动机(图中未表示)驱动的用于产生多种向前和反向速率动力变速箱14，以及将变速箱输出端连续可驱动地连接至后传动轴18的分动箱。分动箱16在四轮驱动操作启动时，将变速箱输出端选择性地连接至前传动轴20和传动轴18。轴18将动力传输至后轮差速机构22，动力自该差速机构通过包含在差速器壳中的后轴24、26差速地传输至后轮12。前轮可驱动地连接至右手边和左手边的半轴32、34，动力从前传动轴20通过前差速机构36传输至半轴。
分动箱总成16连续地将旋转动力传输至后传动轴18和后轮12，其包含主动力路径。当位于分动箱中的离合器开启时，分动箱16间歇性地将旋转动力传输至前传动轴和前轮10，其包含二级动力路径。
在用于乘用车的电力混合动力动力传动系统中，反向驱动通常由小牵引电机产生，该牵引电机的最大扭矩相对较小，并且不能被动力传动系统中的动力分配变速箱放大。装备了AWD或4WD、并期望拖曳重负载或在崎岖地形中操作的电动混合动力车辆往往不具有充足的反向驱动最大扭矩，因为牵引电机的输出扭矩对这些运行条件来说太低。
为了克服这些不足，示于图2中的驱动单元39具有根据连接器46的状态在向前和反向之间交替改变后传动轴18和前传动轴20的旋转方向的能力。驱动单元39类似于分动箱的作用，可驱动地连接变速箱输出端40和车轮10、12。此外，变速箱42的输出端42产生的扭矩可以被驱动单元39放大，其中变速箱例如是用于电动混合动力车辆动力传动系统的动力分配变速箱。输入扭矩通过驱动单元39交替地放大或传输，而不根据连接器48的状态放大。动力被连续地传输至后传动轴18，并且动力根据位于驱动单元39中的连接器50的状态被传输至前传动轴20。
反向驱动动力路径包括，安装到驱动单元输入端44上并支承在导向轴承53上的小齿轮52，与小齿轮52咬合、并安装到副轴56上的齿轮54，安装到副轴56上的反向小齿轮58，与小齿轮58咬合、并支承在惰轮轴62上的反向惰轮60，安装到中间轴66上的连接器46，以及设在中间轴66的轴颈上并与惰轮60咬合的反向齿轮64。
当连接器46的选择器套67向左移动时，导致其犬齿与形成于或安装于小齿轮52上的犬齿68啮合时，连接器46可驱动地将中间轴66直接连接至输入轴44，而无旋转方向的变化。当连接器46的选择器套67向右移动时，导致其犬齿与形成于或安装于齿轮64上的犬齿69啮合时，连接器46可驱动地将中间轴66连接至齿轮64，同时旋转方向变化。反向齿轮64在与输入轴44的旋转方向相反的方向上通过包括小齿轮52、齿轮54、副轴56，反向小齿轮58、惰轮60以及齿轮64的动力路径被驱动。这样，中间轴66被以相对于输入端44的方向和速度相反的方向低速驱动。
用于产生低档和高档的动力路径包括设在中间轴66轴颈上的小齿轮70；支承在副轴56上的双齿轮，其包括与小齿轮70咬合的齿轮72、以及安装到齿轮72的齿轮74；与齿轮74咬合、并设输出轴78轴颈上的的小齿轮76；以及安装到中间轴66上的连接器48。后传动轴18安装到输出轴78上。导向轴承82支承中间轴66，并安装到输出轴78上。
安装到输出轴78上的4X4连接器50包括选择器套，该选择器套向左移动到其4X4状态时，导致其犬齿与小齿轮74上的犬齿啮合，从而可驱动地连接输出轴78和小齿轮76。当连接器50的选择器套从其4X4状态向右移动到其4X2状态时，其犬齿与小齿轮76上的犬齿分离，从而可驱动地拆开输出轴78和小齿轮76。
当连接器50的选择器套处于其4X2状态、并且连接器48向右移动至高档状态时，导致其犬齿与导向轴承部件82上的犬齿啮合，连接器48可驱动地连接中间轴66和输出轴78。连接器48处于高档状态时，输出轴78被以与中间轴66相同的速度和旋转方向驱动。
当4X4连接器50向左移动至4X4状态、同时变档连接器48处于高档状态时，动力从中间轴66通过连接器48、导向轴承部件82、输出轴78和连接器50传输至小齿轮76。齿轮74和72于是被以与中间轴66的速度和方向相同的速度和相反的方向驱动。齿轮74以与中间轴66相同的速度和相同的方向驱动前输出齿轮80和前传动轴20。
当变档连接器48的选择器套移动至低档状态、同时4X4连接器50处于4X4状态时，动力从中间轴66通过连接器48、小齿轮70、齿轮72、前输出齿轮80和前传动轴20传输。于是齿轮72起到反向惰轮的作用，输出齿轮80和前传动轴20被以与中间轴66相同的速度低速驱动。
图3表示用于驱动单元39的动态安排的替换实施例。包括输入端44、小齿轮52、导向轴承53、齿轮54、副轴56、反向齿轮58、反向惰轮60、安装到中间轴66上的连接器46以及反向齿轮64的向前和反向齿轮组和驱动路径实质上与图2所示的相同。
简单行星齿轮组形式的行星差速器90包括，安装到输出轴78和后传动轴18上的中心齿轮92；安装到输出小齿轮96上的环形齿轮94；安装到中间轴66上的承载器98；以及一组支承在承载器98上、并于中心齿轮92和环形齿轮94咬合的行星小齿轮100。小齿轮96与惰轮102咬合啮合，该惰轮102与安装到前传动轴20上的输出齿轮104啮合。
行星差速器90将中间轴66承载的扭矩分开或分配，一部分扭矩被传输至后传动轴18，另一部分被传输至前传动轴20。环形齿轮94和中心齿轮92的节圆直径(pitch diameter)的比值确定这些扭矩部分的相对数量。行星差速器90产生的扭矩分配并非等量扭矩分配。在图3所示的安排中，中间轴66承载的扭矩部分被传输至环形齿轮94和前传动轴20的部分大于被传输至中心齿轮92和后传动轴18的部分。
可选择地，中心齿轮92可以可驱动地连接至前传动轴20，环形齿轮94可以连接至后传动轴88。在此安排下，中间轴扭矩传输至后传动轴18的部分将大于传输至前传动轴20的部分。
行星差速器90可以是锥齿轮差速机构，例如那些用于轮轴间差速器中用于将动力差速地传输到左侧和右侧车轮的差速机构。
来自差速器90或可选差速机构的动力，与图3中所示的包含小齿轮96、惰轮102和前输出齿轮的副轴相比，更可以通过链条传动机构传输至前传动轴20。
图4表示可用于变速箱42相对于车轮纵轴横向排列的车辆中的动力输出单元108。主传动齿轮110可驱动地连接至向前和反向齿轮组114的输入端112。动力输出单元108通过轴间差速器116和轮间差速器118将动力传输至后传动轴18和前半轴32、34。
动力输出单元108包括产生向前或反向输出的反向齿轮组114。反向齿轮组114包含安装到输入轴112上的中心齿轮120；环形齿轮122；承载器124；以及一组可旋转地支承在承载器124上、与中心齿轮120和环形齿轮122咬合啮合的行星小齿轮126。安装到承载器124上的连接器130具有反向状态和向前状态，其中在反向状态中，承载器124保持不旋转，在向前状态中，承载器被释放，旋转并可驱动地连接至环形齿轮122。连接器130的选择器套向左移动至反向状态，其犬齿与壳体上的犬齿啮合，其向右移动至其向前驱动状态，其犬齿与环形齿轮122上的犬齿啮合。
反向齿轮组114的输出端环形齿轮122可驱动地连接至轴间差速器116，该轴间差速器将其输入扭矩分成传输至前轴的部分和传输至后轴的部分。轴间差速器116包括中心齿轮134；可驱动地连接至小锥齿轮140的环形齿轮138；可驱动地连接至环形齿轮122的承载器142；以及一组支承在承载器142上、与中心齿轮134和环形齿轮138咬合的行星小齿轮144。小锥齿轮140与安装到后传动轴18上的后输出锥齿轮146咬合。
轮间差速器118将其输入扭矩差速地传输至前轴32、34。轮间差速器118包括安装到中心齿轮134上的壳体，该壳体含有安装到左半轴34的左侧锥齿轮148，安装到右半轴32的右侧锥齿轮150，以及由轮间差速器118的壳体驱动、与锥齿轮148和150啮合的小锥齿轮152、154。
运行中，反向齿轮组114的输入中心齿轮120由变速箱42的主传动齿轮110驱动。当连接器130的选择器套移动到反向状态时，承载器124保持不旋转，并且环形齿轮122被以相对于输入轴122和中心齿轮120的速度和方向相反的方向低速驱动。当连接器130的选择器套移动到向前驱动状态时，承载器124和环形齿轮122相互可驱动地连接，从而将反向齿轮组114锁定并以与输入轴122和中心齿轮120相同的方向和速度驱动环形齿轮122。
轴间差速器108将环形齿轮122传输至承载器142的扭矩量分开或分配成由环形齿轮138承载的扭矩部分和由中心齿轮134承载的扭矩部分。在图4所示的实施例中，由承载器142传输至轴间差速器108的扭矩部分被传输至环形齿轮138和锥齿轮140以及后传动轴18的部分大于被传输至中心齿轮134和轮间差速器166的部分。
然而，轴间差速器108可以改造，以使得中心齿轮134能够可驱动地连接至小锥齿轮140，而非轮间差速器118的壳体，并且环形齿轮138可驱动地连接至轮间差速器118的壳体，而非侧小锥齿轮140。当动力路径如此安排时，由承载器142承载的扭矩部分传输至轮间差速器116的部分大于传输至后小锥齿轮140的部分。
图5表示用于驱动单元39的替换向前驱动和反向动态安排，其中变速箱42的输出轴40安装到驱动单元的输入端44。行星齿轮组151能够根据安装到输出轴154上的连接器152的状态，交替产生向前和反向输出。行星齿轮组151还包括环形齿轮162；在驱动单元39的壳体165上保持不旋转的承载器164；以及一组支承在承载器上、与环形齿轮162和中心齿轮160咬合的行星小齿轮166。
当连接器152的选择器套156向左移动时，其犬齿与安装到输入端44的中心齿轮160的犬齿158啮合，从而产生输出轴154、后传动轴18和输入轴44之间的直接向前驱动连接。
当连接器152的选择器套156向右移动时，其犬齿与安装到环形齿轮162的犬齿168啮合。中心齿轮160由变速箱42的输出端40驱动、并且承载器164保持不旋转时，环形齿轮162、输出轴154和后传动轴18被以相对于中心齿轮160的速度和方向相反的方向低速驱动。
安装到轴154的连接器170位于用于将动力传输到前传动轴20的前驱动机构172的附近。驱动机构172可以包括设在输出轴154轴颈的小齿轮174；与小齿轮174咬合的惰轮(图中未表示)，以及与惰轮咬合、并安装到前传动轴20的齿轮176。当连接器170的选择器套178向左移动时，其犬齿与小齿轮174上的犬齿180咬合，从而在输出轴154和前传动轴20之间产生驱动连接。可选择地，驱动机构172可以包括设在输出轴154轴颈的小齿轮174位置上的第一槽轮；安装到传动轴20、位于齿轮176位置上的第二槽轮；以及与第一和第二槽轮啮合的传动链或传动带182。
按照专利法规的规定，对较佳实施例已经进行了说明。然而，应该注意，不同于明确图示和说明的替换实施例也可以实施。

Claims (14)

1.位于变速箱输出端和车轮之间的动力路径中的驱动单元，包含：
第一齿轮组，其包括可驱动地连接至变速箱输出端的第一输入端，以及通过第一齿轮组连结至第一输入端的第一输出端，第一输出端交替地以向前旋转方向和低速驱动的相对于变速箱速度和方向相反方向旋转；以及
用于将第一输出端至少连接至第一组车轮的机构。
2.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于第一齿轮组包括：
可驱动地连接至变速箱输出端的第一中心齿轮；
第一环形齿轮；
固定不旋转的第一承载器；
支承在第一承载器上，并与第一中心齿轮和第一环形齿轮咬合的第一行星小齿轮；以及
支承在第一输出端上的第一连接器，其用于交替地将第一输出端可驱动地连接至第一环形齿轮和第一中心齿轮。
3.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于第一齿轮组包括：
可驱动地连接至变速箱输出端的第一中心齿轮；
第一环形齿轮；
第一承载器；
支承在第一承载器上，并与第一中心齿轮和第一环形齿轮咬合的第一行星小齿轮；以及
支承在第一承载器上的第一连接器，其用于交替地将第一承载器可驱动地连接至第一环形齿轮和保持第一承载器不旋转。
4.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于所述机构还将第一输出端连接至位于机动车轮前方和后方的轮子。
5.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于第一齿轮组包括：
可驱动地连接至变速箱输出端的第一小齿轮；
副轴；
安装到副轴并与第一小齿轮咬合的第一齿轮；
安装到副轴的第二小齿轮；
设在第一输出端轴颈上的第一输出齿轮；
与第一小齿轮和第二小齿轮咬合的反向惰轮；
安装到第一输出端的第一连接器，其用于将第一输出端可驱动地交替连接至第一小齿轮和输出齿轮。
6.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于还包含：
差速机构，其包括可驱动地连接至第一输出端的第二输入端，第一差速器输出端和第二差速器输出端，所述差速机构将传输至第二输入端的扭矩分成，从第一差速器输出端传输至前轮的第一扭矩部分，和从第二差速器输出端传输至后轮的第二扭矩部分。
7.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于还包含：
第一传动轴；
第二传动轴；以及
差速机构，其包括：
可驱动地连接至第一传动轴的第二中心齿轮；
可驱动地连接至第一传动轴的第二环形齿轮；
可驱动地连接至第一输出端的第二承载器；
支承在第二承载器上，与第二中心齿轮和第二环形齿轮咬合的第二行星小齿轮。
8.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于还包含：
第一和第二半轴，每个半轴可驱动地连接至右侧车轮和左侧车轮中的一个；
传动轴；以及
差速机构，其包括：
可驱动地连接至第一和第二半轴的锥齿轮差速器；
可驱动地连接至锥齿轮差速器的第二中心齿轮；
可驱动地连接至锥齿轮差速器的第二环形齿轮；
可驱动地连接至第一输出端的第二承载器；
支承在第二承载器上，与第二中心齿轮和第二环形齿轮咬合的第二行星小齿轮；
可驱动地连接至第二环形齿轮的小锥齿轮；
与小锥齿轮咬合，并可驱动地连接至传动轴的齿轮。
9.位于变速箱输出端和车轮之间的动力路径中的驱动单元，包含：
齿轮组，其包含：
可驱动地连接至变速箱输出端的第一中心齿轮；
第一环形齿轮；
第一承载器；
支承在第一承载器上，并与第一中心齿轮和第一环形齿轮咬合的第一行星小齿轮；以及
支承在第一承载器上的第一连接器，其用于交替地将第一承载器可驱动地连接至第一环形齿轮和保持第一承载器不旋转；
第一和第二半轴，每个半轴可驱动地连接至右侧车轮和左侧车轮中的一个；
传动轴；以及
可驱动地连接至第一和第二半轴的轴间差速器单元，其包含：
第二中心齿轮，其可驱动地连接至锥齿轮差速器；
第二环形齿轮；
可驱动地连接至第一输出端的第二承载器；
支承在第二承载器上，与第二中心齿轮和第二环形齿轮咬合的第二行星小齿轮；
可驱动地连接至第二环形齿轮的小锥齿轮；
与小锥齿轮咬合，并可驱动地连接至传动轴的锥齿轮。
10.位于变速箱输出端和车轮之间的动力路径中的驱动单元，包含：
第一传动轴；
第二传动轴；
第一齿轮组，其包括：
可驱动地连接至变速箱输出端的第一小齿轮；
副轴；
安装到副轴并与第一小齿轮咬合的第一齿轮；
安装到副轴的第二小齿轮；
设在第一输出端轴颈上的第一输出齿轮；
与第一小齿轮和第二小齿轮咬合的反向惰轮；
安装到第一输出端的第一连接器，其用于将第一输出端可驱动地交替连接至第一小齿轮和输出齿轮；以及
差速机构，其包括：
可驱动地连接至第一传动轴的第二中心齿轮；
可驱动地连接至第一传动轴的第二环形齿轮；
可驱动地连接至第一输出端的第二承载器；
支承在第二承载器上，与第二中心齿轮和第二环形齿轮咬合的第二行星小齿轮。
11.位于变速箱输出端和车轮之间的动力路径中的驱动单元，包含：
第一传动轴；
第一齿轮组，其包括：
可驱动地连接至变速箱输出端的第一小齿轮；
副轴；
安装到副轴并与第一小齿轮咬合的第一齿轮；
安装到副轴的第二小齿轮；
设在第一输出端轴颈上的第一输出齿轮；
与第一小齿轮和第二小齿轮咬合的反向惰轮；
安装到第一输出端的第一连接器，其用于将第一输出端可驱动地交替连接至第一小齿轮和输出齿轮；以及
变档机构，其包含安装到第一输出端和第二输出端的第二连接器，以及用于相对于第一输出端的速度低速驱动第二输出端的齿轮单元，第二连接器可驱动地将第一输出端交替连接至齿轮单元和第一传动轴。
12.根据权利要求11所述的驱动单元，其特征在于齿轮单元包含：
变档小齿轮，其可通过第二连接器连接至第一输出端；
支承用于在副轴上旋转的惰轮，该惰轮包含与变档小齿轮咬合的第一惰轮小齿轮，以及安装到第一惰轮小齿轮的第二惰轮小齿轮；以及
与第二惰轮小齿轮咬合的第二输出齿轮；以及
支承在第一传动轴上的第三连接器，其用于使第二输出齿轮和第一传动轴连结和分离。
13.根据权利要求11所述的驱动单元，其特征在于：
变档小齿轮设在第一输出端的轴颈上；
第二输出齿轮设在第一传动轴的轴颈上；以及
还包含安装到第一传动轴上，并支承第一输出端的导向轴承。
14.根据权利要求11所述的驱动单元，其特征在于还包含：
第二传动轴；以及
其中齿轮单元还包含，安装到第二传动轴并与第一惰轮小齿轮咬合的第三输出齿轮。
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