CN101622148A - 低成本扭矩引导系统 - Google Patents

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CN101622148A CN200880006065A CN200880006065A CN101622148A CN 101622148 A CN101622148 A CN 101622148A CN 200880006065 A CN200880006065 A CN 200880006065A CN 200880006065 A CN200880006065 A CN 200880006065A CN 101622148 A CN101622148 A CN 101622148A
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Abstract

提出了一种用于机动车的扭矩引导传动系统。所述扭矩引导传动系统包括差速器单元，所述差速器单元具有输入轴；第一半轴；第二半轴和托架，所述差速器可旋转地传动半轴，同时允许所述半轴具有独立的旋转速度。所述系统包括无级变速器(CVT)，所述CVT具有可驱动地联接到差速器的托架的输入轴以及可驱动地联接到所述差速器的第一半轴的输出轴。所述CVT可操作以可变地控制第一半轴相对于第二半轴的驱动扭矩以提供扭矩引导。

Description

低成本扭矩引导系统
技术领域
[0001]本应用涉及用于将动力传输至机动车驱动轮的差速器、驱动轴和传动系组件，更具体地，涉及装备有扭矩引导传动系统的驱动轴，所述扭矩引导传动系统用于在机动车驱动轮之间选择性地分配或引导可用驱动扭矩。
背景技术
[0002]将扭矩引导传动系统在机动车上应用是已知的，例如利用使用AWD(全轮驱动)技术的应用的机动车。AWD驱动为恶劣天气条件下(道路行驶和越野行驶)的机动车牵引力和操纵提供了广为认可的优点。
[0003]扭矩引导是使机动车传动系能够选择性地并动态地增加一个从动轴相对于相对的第二从动轴的转速，从而增强车辆操纵和转弯能力。其效果类似于汽车工业中众所周之的稳定控制系统的效果，其选择性地对单个车轮进行减速或刹车以影响车辆操纵。当驾驶机动车转弯时，具有扭矩引导技术的车辆配置成将不成比例量的驱动轴扭矩施加到外侧驱动轮，由此产生向内偏转，其推动机动车更果断地驶进拐角，从而提高了车辆驾驶转过小拐角的能力。扭矩引导系统还可以稳定各种转向的情形，例如发动机节气门在车辆转弯时突然关闭的情形。车辆相对侧上的驱动轮之间的扭矩引导可以显著改善转弯中的车辆操纵。
[0004]目前可用的扭矩引导系统的显著限制就是组成扭矩引导系统的机械部件成本过高。现有技术中的扭矩引导解决方案的特征在于系统具有高机械成分。在很多例子中，现有的扭矩引导系统实际上在每一辆机动车上添加了两个额外的变速器，由此相应地提高了车辆的生产成本。目前可用的扭矩引导系统的相对高的价格将扭矩引导技术的应用限制在高级机动车上，其中这种系统的成本会涵盖在标价中。仍然需要一种低成本扭矩引导系统，从而允许扭矩引导技术能用在低成本机动车上。
发明内容
[0005]本发明提供了用于二轮驱动或AWD(全轮驱动)机动车的扭矩引导传动系统。该扭矩引导传动系统包括广泛应用的机动车传动差速器技术，该技术用于将扭矩和旋转运动从输入驱动轴传输至第一输出轴和第二输出轴。如本领域技术人员已知的，差速器将扭矩和旋转运动从输入驱动轴传输至第一和第二差速器输出轴，同时允许第一和第二输出轴以不同的速度旋转。根据本发明的扭矩引导传动系统进一步包括无级变速器(CVT)。该CVT包括可驱动地联接到差速器锥齿轮的CVT输入轴。该CVT输入轴以差速器锥齿轮的速度旋转，绕过差速器的差速齿轮组件，由此具有的转速与差速器输入驱动轴的转速成固定比率。CVT具有可驱动地联接到差速器第一输出轴的输出轴。CVT包括可变驱动地将CVT输入轴联接到CVT输出轴的装置。该可变联接装置设定CVT输入轴和CVT输出轴的转速比。控制系统被提供用于选择性地并动态地调节CVT输入轴和输出轴的转速比。CVT输出轴直接或间接可旋转地并扭转地驱动机动车的第一驱动轮。机动车的第二驱动轮由差速器的第二输出轴扭转地并或可旋转地驱动。扭矩引导驱动轴控制系统可操作以通过调节CVT输入轴和输出轴的转速比来动态地调节传送至第一驱动轮的扭矩(第一驱动扭矩)与传送至第二驱动轮的扭矩(第二驱动扭矩)的比，由此调节机动车的左右驱动扭矩/牵引力特征。
[0006]根据本发明的一个方面，无级变速器(CVT)是带传动系统，所述带传动系统具有多个带轮，所述带轮具有可调节的壁或槽轮部分以提供可变并可调节的有效带轮传动半径。CVT包括可驱动地联接到CVT输入轴的可变宽度主动带轮。所述可变宽度主动带轮具有两个间隔开的面对面的斜面壁，用于在其间限制并摩擦地接合传动带。斜面壁之间的间隔是可变的，从而可调节地影响主动带轮的带传动半径。CVT进一步包括可变宽度从动带轮。所述从动带轮具有两个间隔开的面对面的斜面壁，用以在其间限制并摩擦地接合传动带。如同主动带轮一样，从动带轮的斜面壁之间的间隔是可变的，从而调节从动带轮的有效带传动半径。CVT包括传动带，其具有适当尺寸并适于摩擦地接合主动带轮并可变地和旋转地将主动带轮联接到从动带轮。所述从动带轮直接或间接可旋转地并可驱动地连接到CVT输出轴。如上所述，控制系统选择性地并动态地调节每个可变宽度带轮的斜面壁之间的间隔，从而调节转速比。带轮的斜面壁一起被调节以保持主动带轮和从动带轮之间的固定带传动路径周长。
[0007]根据本发明的另一个方面，从动带轮通过第一传递带轮可驱动地联接到CVT输出轴，所述第一传递带轮可驱动地联接到CVT的从动带轮。第二传递带轮通过第二传动带传动器可驱动地联接到CVT输出轴，所述第二传动带传动器具有适当尺寸并适于摩擦地接合第一传递带轮和第二传递带轮并在第一传递带轮和第二传递带轮之间传递旋转运动。
[0008]根据本发明的另一个方面，CVT传动带中的至少一个为金属传动带。
[0009]根据本发明的另一个方面，第一传递带轮由第一传递链轮代替，第二传递带轮由第二传递链轮代替，第二传动带由传动链代替，所述传动链接合链轮以扭转地并可旋转地将第一传递链轮联接到第二传递链轮。
[0010]通过下面结合附图对实施本发明的最佳模式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他的特征和优点将是显而易见的。
附图说明
[0011]图1示出了根据本发明的扭矩引导传动系统的片段示意图。
具体实施方式
[0012]参照图1，扭矩引导传动系统10具有作为其主要部件的传统机动车差速器单元12，该差速器单元12可驱动地联接到无级变速器(CVT)14。差速器单元12和无级变速器14的结合为机动车17的第一驱动轮16提供了主动超速驱动或低速驱动。
[0013]动力通过驱动轴20供给小齿轮，该驱动轴20的动力由机动车发动机(未示出)、变速器(未示出)和其他传动系部件提供。通过小齿轮22与锥齿轮24的齿轮齿的啮合，小齿轮22啮合地接合锥齿轮24。托架28固定到锥齿轮24或为锥齿轮24的一部分，使得托架28与锥齿轮24作为一个整体旋转。形成差速齿轮组件26的多个行星齿轮置于托架28内。差速齿轮组件26的两个相对的行星齿轮30可旋转地固定到托架28。行星半轴齿轮32和34啮合地接合相对的行星齿轮30，行星半轴齿轮32可驱动地联接到第一输出轴36的一部分，行星半轴齿轮34可驱动地联接到第二输出轴38。输出轴36的另一部分可旋转地并可扭转地驱动第一驱动轮16，而输出轴38可旋转地并可扭转地驱动第二驱动轮18。在图1中，输出轴还与车轮16、18的半轴相对应，但是一般情况下输出轴和半轴可为独立的实体。
[0014]固定到锥齿轮24或为锥齿轮24的一部分的托架28与锥齿轮24以相同的方向旋转，但在运动中，行星半轴齿轮34和32可相对于彼此反转。应该理解的是，本发明不限于所示和所述的示例性差速器单元，而是可以利用本领域技术人员已知的差速器传动单元的任何其他类型和配置来代替。
[0015]在本段的论述中，忽略了CVT 14的存在。标准的差速器(不存在图1中示出的CVT 14)的特征在于，输出轴36和38二者将接收相同的扭矩。然而，根据传动情况，一个输出轴可以不同于另一输出轴的速度旋转，例如，如果一个车轮在冰上行驶而另一个车轮在干燥路面上行驶，或是当机动车在转弯时。不管标准差速器系统(在本段落中再次忽略CVT 14的存在)中输出轴36和38之间的转速差如何，两个输出轴都接收相同的扭矩。在图1中，CVT 14和差速器12的结合允许传送至输出轴(在所示实施例中其还可作为半轴)的扭矩被选择性地调节或引导，如下详述。
[0016]通常，扭矩引导系统用于通过调节机动车的左右驱动扭矩/牵引力特征来改善机动车的扭矩/牵引力特征。本文公开的扭矩引导传动系统10是机动车主动扭矩引导系统的部件。扭矩引导传动系统10提供了较低成本的扭矩引导解决方案，该方案允许扭矩引导技术用于低成本机动车，在低成本机动车中，现有技术中高成本扭矩引导系统的使用将不是可行的经济的选择。
[0017]图1中示出的示例性无级变速器(CVT)14是CVT的一个实施例，其适于将扭矩引导系统技术添加到机动车中，而不需要对传动系部件作出大的改动。本发明不限于图1中示出的示例性CVT 14的使用，而是可以使用本领域技术人员已知的任何已知的CVT技术在实践中代替。示例性无级变速器(CVT)14包括CVT输入轴40，该输入轴40将差速器12的锥齿轮24可驱动地并可旋转地连接到CVT14中的可变宽度主动带轮42。主动带轮42具有面对面的斜面壁60，该斜面壁60包括固定壁46和可调节或可变壁48，用于在其间限制并摩擦地接合传动带58。可变壁48在CVT输入轴40上可轴向调节来改变壁46、48的斜面部分之间的间隔，以此来调节主动带轮42的有效带传动半径。如本文所使用的，带传动半径是带轮的旋转轴和带摩擦接合带轮壁46、48的斜面部分的位置之间的距离。减小面对面的斜面壁46、48之间的间隔导致固定宽度传动带58在主动带轮42的斜面壁46、48上向外移动到距CVT输入轴40更大的径向距离，由此增加了主动带轮42的有效半径。类似地，增加面对面的斜面壁46、48之间的间隔导致固定宽度传动带58在带轮42的斜面壁46、48上向内移动到距CVT输入轴40更小的径向距离，由此降低了主动带轮42的有效半径。
[0018]在类似的方式中，从动带轮50具有面对面的斜面壁68，该斜面壁68包括固定壁52和可调节或可变壁54，用于在其间限制并摩擦地接合固定宽度传动带58。固定宽度传动带58可驱动地并可转动地将主动带轮42连接到从动带轮50。从动带轮50的可变壁54在中间轴56上可轴向调节来改变斜面壁52、54之间的间隔，以此来以与主动带轮42的前述讨论类似的方式调节从动带轮50的有效带传动半径。由于传动带58具有固定周长，可变宽度带轮42、50被同时调节以此来保持带轮42和50上的带路径的圆周长保持不变，从而保持传动带58与主动带轮42和从动带轮50的可驱动接合。
[0019]从动带轮50通过轴56可驱动地并可旋转地联接到第一传递带轮62，以此来将旋转运动和扭矩由从动带轮50传递至第一传递带轮62。第一传递带轮62通过第二传动带66可驱动地并可旋转地联接到第二传递带轮64。第二传递带轮64可驱动地联接或固定到第一输出轴或轴部分36。第一输出轴或轴部分36可驱动地联接到差速器12的行星半轴齿轮32以及可驱动地联接到第一驱动轮16。传递带轮62和64为固定宽度带轮，其每个具有相似的带半径并用于将旋转运动和扭矩从中间轴56传递至第一输出轴或轴部分36。在本发明的另一个方面中(未示出)，传递带轮62和64与第二传动带66可由通过传动链可旋转地联接的第一传递链轮和第二传递链轮来代替。
[0020]可变宽度带轮42和50的调节控制CVT输入轴40和第一输出轴36之间的转速比。图1中的第一输出轴36也是CVT输出轴(在所示实施例中)，但是一般情况下第一输出轴和CVT输出轴可为各自独立的轴，该轴被可驱动地联接或可替换地可为相同轴的一部分。如本文所定义的，CVT具有的CVT传动比等于CVT输出轴转速除以CVT输入轴转速。当主动带轮42的有效带半径匹配从动带轮50的有效带半径时，那么(给定在所示实施例中传递带轮62和64具有相同的带半径)CVT输入轴40和第一输出轴36以相同的速度旋转，导致CVT传动比为1。调节可变带轮42到具有比从动带轮50更大的有效带半径，导致CVT输入轴40与第一输出轴36之间的转速比小于1(CVT输入轴40比第一输出轴36转的慢，CVT传动比大于1)。在图1所示的实施例中，如果为了简化所示例子，我们假设第一传递带轮62和第二传递带轮64具有相同的半径，那么CVT传动比直接由从动带轮50的有效带半径(Ref2)除以主动带轮42的有效带半径(Ref1)而确定。在该例子中，经过CVT从CVT输入轴40传输至第一输出轴36的扭矩与CVT传动比直接成反比减小。
[0021]如本文所定义的，传送至第一输出轴36的扭矩(T1)传送至第二输出轴38的扭矩(T2)之比为扭矩矢量比(TVR)。当扭矩矢量比(TVR)小于1时，那么第一输出轴36接收的扭矩小于第二输出轴38接收的扭矩(即，扭矩被引导至第二输出轴)。类似地，当扭矩矢量比大于1时，那么第一输出轴36接收的扭矩大于第二输出轴38接收的扭矩(即，扭矩被引导至第一输出轴)。
TVR＝T1/T2        (1)
其中：
TVR＝扭矩矢量比
T1＝第一输出轴扭矩
T2＝第二输出轴扭矩
[0022]因此，通过选择性地并动态地调节CVT传动比，来自差速器12的驱动扭矩分配可有意地并选择性地在第一驱动轮16和第二驱动轮18之间被引导，由此为车辆提供了如前所述的扭矩引导的优点。本公开的扭矩引导系统可与机动车牵引力和稳定性控制系统整体形成，从而允许目标驱动轮按照命令而加速或减速，而不仅仅是应用车辆刹车。
[0023]尽管详细描述了实施本发明的最佳实施例，本发明相关领域的技术人员将认识到在所附权利要求范围内实践本发明的各种可替换设计和实施例。

Claims (12)

1.一种用于机动车的扭矩引导系统，包括：
差速器单元，所述差速器单元包括：
差速器输入轴；
具有第一驱动扭矩的第一差速器输出轴；以及
具有第二驱动扭矩的第二差速器输出轴，所述差速器单元可旋转地驱动所述输出轴，同时允许所述输出轴具有独立的旋转速度；以及
无级变速器(CVT)，所述无级变速器包括：
能以第一转速旋转的CVT输入轴，所述CVT输入轴通过所述差速器输入轴驱动；以及
能以第二转速旋转的CVT输出轴部分，所述CVT输出轴部分可驱动地联接到所述第一差速器输出轴，所述CVT具有CVT传动比，所述CVT传动比等于所述第二转速除以所述第一转速，
所述CVT可结合所述差速器单元操作以通过选择性可控地调节所述CVT传动比来动态地调节所述第一驱动扭矩和所述第二驱动扭矩之比。
2.根据权利要求1所述的扭矩引导系统，其特征在于，所述无级变速器进一步包括：
具有可控地变化的第一有效传动带半径的可调节宽度主动带轮，所述主动带轮可驱动地联接到所述CVT输入轴，所述主动带轮具有两个间隔开的面对面的斜面壁，用于在其中限制并摩擦地接合传动带的一部分，所述斜面壁之间的间隔可控地调节所述第一有效传动带半径；
具有可控变化的第二有效传动带半径的可调节宽度从动带轮，所述从动带轮具有两个间隔开的面对面的斜面壁，用于在其中限制并摩擦地接合所述传动带的第二部分；所述从动带轮的斜面壁之间的间隔可控地调节所述第二有效传动带半径，所述从动带轮可驱动地连接到所述CVT输出轴部分；以及
所述传动带具有适当尺寸并适于摩擦地接合所述主动带轮和所述从动带轮并可变地和旋转地将所述主动带轮联接到所述从动带轮，
其中所述第一有效传动带半径和所述第二有效传动带半径被同时可控地调节以保持所述传动带的不变的带路径周长，其中所述第一和第二有效传动带半径的受控比确定所述CVT传动比。
3.根据权利要求2所述的扭矩引导系统，其特征在于，所述传动带包括金属传动带。
4.根据权利要求1所述的扭矩引导系统，其特征在于，所述第一差速器输出轴和所述CVT输出轴是同一轴的部分。
5.根据权利要求1所述的扭矩引导系统，其特征在于，所述第一差速器输出轴和所述CVT输出轴是被可驱动地联接的独立的轴。
6.一种用于具有第一驱动轮和第二驱动轮的机动车的扭矩引导系统，包括：
差速器单元，所述差速器单元包括：
可驱动地联接到小齿轮的差速器输入轴；
可驱动地啮合到所述小齿轮的锥齿轮；
形成差速器齿轮组件的多个啮合的行星齿轮；
第一差速器输出轴；以及
可驱动地联接到所述差速器齿轮组件的第二差速器输出轴，所述差速器齿轮组件将扭矩传输至所述输出轴，同时允许所述输出轴具有独立的旋转速度；
无级变速器(CVT)，所述无级变速器包括：
具有第一转速的CVT输入轴，所述CVT输入轴可驱动地联接到所述锥齿轮；以及
具有第二转速的CVT输出轴，所述CVT输出轴可驱动地联接到所述差速器单元的第一输出轴，所述CVT具有选择性可控的CVT传动比，所述CVT传动比等于所述第二转速除以所述第一转速；
可驱动地连接到所述CVT输出轴的第一半轴，所述第一半轴可转动地并扭转地驱动所述第一驱动轮，所述第一半轴具有第一驱动扭矩；以及
可转动地并扭转地驱动所述第二驱动轮的第二半轴，所述第二半轴具有第二驱动扭矩，所述第二半轴可驱动地连接到所述差速器单元的第二输出轴，所述CVT可结合所述差速器单元操作以通过选择性可控地调节所述CVT传动比来动态地调节所述第一驱动扭矩和所述第二驱动扭矩之比。
7.根据权利要求6所述的扭矩引导系统，其特征在于，所述无级变速器进一步包括：
具有可控变化的第一有效传动带半径的可调节宽度主动带轮，所述主动带轮可驱动地联接到所述CVT输入轴，所述主动带轮具有两个间隔开的面对面的斜面壁，用于在其中限制并摩擦地接合传动带的一部分，所述斜面壁之间的间隔可控地调节所述第一有效传动带半径；
具有可控变化的第二有效传动带半径的可调节宽度从动带轮，所述从动带轮具有两个间隔开的面对面的斜面壁，用于在其中限制并摩擦地接合所述传动带的第二部分；所述从动带轮的斜面壁之间的间隔可控地调节所述第二有效传动带传动半径，所述从动带轮可驱动地连接到所述CVT输出轴；以及
所述传动带具有适当尺寸并适于摩擦地接合所述主动带轮和所述从动带轮，并可变地和旋转地将所述主动带轮联接到所述从动带轮，
其中所述第一有效传动带半径和所述第二有效传动带半径被同时可控地调节以保持所述传动带的不变的带路径周长，其中所述第一和第二有效传动带半径的受控比确定所述CVT传动比。
8.根据权利要求7所述的扭矩引导系统，其特征在于，所述从动带轮通过以下部件可驱动地联接到所述CVT输出轴：
可驱动地连接到所述从动带轮的第一传递带轮；
可驱动地连接到所述CVT输出轴的第二传递带轮；以及
第二传动带，所述第二传动带具有适当尺寸并适于摩擦地接合所述第一传递带轮和所述第二传递带轮，并在所述第一传递带轮和所述第二传递带轮之间传递旋转运动和扭矩。
9.根据权利要求8所述的扭矩引导系统，其特征在于，所述传动带包括金属传动带。
10.根据权利要求6所述的扭矩引导系统，其特征在于，所述第一差速器输出轴和所述CVT输出轴是同一轴的部分。
11.根据权利要求6所述的扭矩引导系统，其特征在于，所述第一差速器输出轴和所述CVT输出轴是被可驱动地联接的独立的轴。
12.一种车辆，包括：
输入驱动轴；
差速器；
无级变速器(CVT)；以及
至少一对输出车轮；
其中所述驱动轴可驱动地连接到所述差速器；
其中所述差速器可驱动地连接到所述车轮中的一个；以及
其中所述CVT包括一对可调节宽度带轮，所述带轮中的一个可驱动地连接到所述差速器，所述带轮中的另一个可驱动地连接到所述车轮中的另一个，由此允许所述车轮响应于被调节的所述带轮中的所述一个以不同速度旋转。
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