CN102282032B - 具有分离系统的全轮驱动车辆 - Google Patents

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Abstract

一种用于将扭矩传递至第一和第二组车轮的车辆传动系，包括：第一传动系统，该第一传动系统适于将扭矩传递至第一组车轮和同步离合器；第二传动系统，该第二传动系统适于将扭矩传递至第二组车轮、并包括动力分离装置和摩擦式离合器；准双曲面齿轮组，该准双曲面齿轮组设置在第二传动系统内、位于同步离合器与动力分离装置之间的动力路径中。摩擦离合器与动力分离装置位于准双曲面齿轮组的相对两侧。当同步离合器和动力分离装置以分离的、无扭矩传递的模式操作时，准双曲面齿轮组被选择性地分离，从而不由第一传动系统、第二传动系统或者车轮驱动。

Description

具有分离系统的全轮驱动车辆
本申请要求2009年1月21日提交的美国申请序列号61/145,985的权益。
技术领域
本公开涉及一种用于机动车辆的传动系统，所述传动系统具有使准双曲面齿圈分离从而不以传动系统速度转动的系统。具体地，动力输出单元包括用于使从动力源到后传动系统的扭矩传递停止的联接器，而另一分离器选择性地中断从车轮至后传动系统的准双曲面齿圈的动力流。扭矩联接器选择性地将后传动系统的一部分与准双曲面齿圈的输入连接。
背景技术
通常的动力输出单元传递来自变速驱动桥的动力，变速驱动桥接收来自车辆动力源的扭矩。动力输出单元通过通常包括准双曲面十字轴(cross-axis)齿轮组的齿轮装置将动力传递至传动轴。可以在动力输出单元内设置其他齿轮装置例如平行轴齿轮以提供额外的扭矩降低。
传统上将动力输出单元连接至变速驱动桥输出差速器。因此，动力输出单元的部件中至少有一些以变速驱动桥差速器输出速度转动。因准双曲面齿轮搅动经过润滑流体而发生动力损失。当动力输出单元的部件转动时，还会产生由于轴承预紧度以及齿轮啮合状态所引起的效率损失。
当其他传动系统部件转动时产生类似的能量损失。例如，很多后从动桥包括具有至少部分浸没在润滑流体中的齿圈的准双曲面齿轮组。在至少一些全时全轮驱动构造中，后驱动桥准双曲面齿轮组在所有操作模式期间持续转动并传输一定水平的扭矩。在其他应用中，每当车辆移动时，后桥准双曲面齿轮组虽然仍然转动但不传递扭矩。与具体构造无关，搅动损失将本可能传递至车轮的能量转换为无法由车辆有益地获取的热能。因此，可能存在提供能效更高的车辆传动系统的机会。
发明内容
一种用于将扭矩传递至第一组车轮和第二组车轮的车辆传动系，包括：第一传动系统，所述第一传动系统适于将扭矩传递至所述第一组车轮和同步离合器；第二传动系统，所述第二传动系统适于将扭矩传递至所述第二组车轮、并且包括动力分离装置和摩擦式离合器；准双曲面齿轮组，所述准双曲面齿轮组设置在所述第二传动系统内、位于所述同步离合器与所述动力分离装置之间的动力路径中。所述摩擦离合器和所述动力分离装置设置在所述准双曲面齿轮组的相对两侧。当所述同步离合器和所述动力分离装置以分离的、无扭矩传递的模式操作时，所述准双曲面齿轮组被选择性地分离，从而不由所述第一传动系统、所述第二传动系统或者车轮驱动。
此外，一种用于将扭矩从动力源传递至第一组车轮和第二组车轮的车辆传动系，包括：第一传动系统，所述第一传动系统适于将扭矩从所述动力源传递至所述第一组车轮并且包括动力输出单元，所述第一传动系统包括差速器、第一准双曲面齿轮组和同步器，所述同步器设置在所述差速器与所述第一准双曲面齿轮组之间，以选择性地将扭矩从所述动力源传递至所述第一准双曲面齿轮组或者使从所述动力源至所述第一准双曲面齿轮组的扭矩传递停止；第二传动系统，所述第二传动系统接收来自所述第一准双曲面齿轮组的扭矩并将扭矩传递至所述第二组车轮。所述第二传动系统包括动力分离装置，所述动力分离装置选择性地中断从所述第二组车轮至所述第一准双曲面齿轮组的扭矩传递。所述第二传动系统还包括摩擦式离合器，所述摩擦式离合器用于在所述第一准双曲面齿轮组与同所述第二传动系统相关联的第二准双曲面齿轮组之间传递扭矩。
此外，公开了一种用于在车辆传动系中将扭矩从动力源传递至第一对车轮和第二对车轮的方法。所述方法包括：将扭矩从所述动力源通过第一传动装置传递至所述第一对车轮；致动所述第一动力传输装置内的同步离合器，以将扭矩传递至将所述第一对车轮与所述第二对车轮互连的传动系统；随后致动摩擦式离合器，以将扭矩从所述传动系统传递至后驱动桥，从而使所述后驱动桥内的齿轮组开始转动。所述方法还包括：当通过分离器联接的部件之间实现速度同步时，致动所述分离器以将与所述第二对车轮中的一个车轮联接的轴与所述后驱动桥的可转动构件传动地互连。
通过本文提供的描述，适用性的其他领域会变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于示例而无意于限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于示例而无意于以任何方式限制本公开的范围。
图1是配备有本公开的车辆传动系的示例性车辆的示意图；
图2是图示了图1中示出的传动系的一部分的放大示意图；
图3是图示了图1中示出的传动系的另一部分的放大示意图；
图3A是图示了图1中示出的传动系的替代性部分的放大示意图；
图4是配备有另一替代性传动系的另一示例性车辆的示意图；和
图5是图示了图4中图示的传动系的一部分的放大示意图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅仅是示例性的而无意于限制本公开、申请或使用。应当理解，在所有附图中，相应的参考数字指示类似或相应的零件和特征。
总体上，本公开涉及一种用于机动车辆的传动系统的联接器和准双曲面齿轮分离系统。动力输出单元可以配备有同步器，从而使动力源与传动系统的一部分分离、以及通过传动系统的同步而重新连接。可以设置牙嵌式或滚子式离合器以使传动系统的一部分与车轮中的一个或多个分离。此外，可以将摩擦式联接器串接设置在传动系统中，以在需要动力的重新连接时使前传动系统部件与后传动系统部件之间的速度同步。车辆传动系统的准双曲面齿轮装置可以与动力驱动源分离，以减少搅动损失和其他机械低效的问题。
具体参照附图中图1至图3，示出了四轮驱动车辆的传动系10。传动系10包括前传动系统12和后传动系统14，两者均能够由诸如发动机16之类的动力源通过变速器18驱动。变速器18可以是手动型或自动型。在示出的具体实施方式中，传动系10是结合有动力传输装置20的四轮系统。动力传输装置20用于将驱动扭矩从发动机16和变速器18传输至前传动系统12和后传动系统14。动力传输装置20示出为动力输出单元。
前传动系统12示出为包括：一对前轮24，所述一对前轮24分别由第一半轴26和第二半轴28驱动；以及差速器组件32。动力输出单元20包括减速齿轮组30、同步离合器34、输出齿轮组35和直角传动组件36。
后传动系统14包括传动轴38，所述传动轴38的第一端连接至直角传动组件36、而相对端连接至摩擦式联接器39的一侧。摩擦式联接器39的相对侧连接至后桥组件40。后传动系统14还包括分别由第一后桥半轴44和第二后桥半轴46驱动的一对后轮42。后桥组件40还包括对差速器组件50进行驱动的准双曲面齿圈及小齿轮齿轮组48。分离器52选择性地使第二后桥半轴46与齿圈及小齿轮齿轮组48和差速器组件50传动地分离。
动力输出单元20的减速齿轮组30包括固定为与变速器18的输出轴一起转动的驱动齿轮56。从动齿轮58与驱动齿轮56常啮合而且还固定为与差速器组件32的托架60一起转动。差速器组件32包括固定为与第一半轴26一起转动的第一半轴齿轮62和固定为与第二半轴28一起转动的第二半轴齿轮64。第一半轴齿轮62和第二半轴齿轮64分别与小齿轮66、68啮合。
动力输出单元20还包括支承为在壳体内转动的输入轴76。驱动齿轮78支承为在输入轴76上转动。从动齿轮80与驱动齿轮78啮合并固定为与直角传动组件36的齿圈82一起转动。从动齿轮80和齿圈82固定为与中间轴84一起转动。同步离合器34选择性地将输入轴76与驱动齿轮78传动地互连。同步离合器34包括固定为与输入轴76一起转动的毂86。能够轴向移动的套筒88与毂86通过花键接合。第二毂90固定为与驱动齿轮78一起转动并且包括外花键92。同步离合器34还包括设置在毂86与第二毂90之间的锁环94。锁环94的功能是保证在允许毂86与第二毂90之间通过套筒88传动地连接之前使输入轴76的转速大致与驱动齿轮78的转速相同。应当理解，替代性同步器(未示出)可能不需要锁环而适当地发挥功能。
同步离合器致动机构96包括滑动地设置在形成于套筒88中的凹槽100内的拨叉98。致动器102能够操作为使拨叉98和套筒88从第一位置移动至第二位置，其中，在所述第一位置，套筒88与花键92脱离；在所述第二位置，套筒88同时传动地接合毂86和第二毂90。
直角传动组件36包括齿圈82以及与齿圈82啮合的小齿轮108。小齿轮108可以与小齿轮轴110一体形成。小齿轮轴110通过凸缘112固定为与传动轴38一起转动。同步离合器34可被置于动作(activated)模式，在所述动作模式下，在输入轴76与驱动齿轮78之间传递扭矩。同步离合器34还能够以不动作(deactivated)模式操作，在所述不动作模式下，没有扭矩传递至后传动系统14。当同步离合器34处于不动作模式时，来自发动机16的动力不被传递至直角传动组件36。
摩擦式联接器39图示为固定至后桥组件113的摩擦式离合器。后桥组件113包括差速器组件50、后桥半轴44、后桥半轴46和分离器52。差速器50包括固定为与齿圈及小齿轮齿轮组48的齿圈115一起转动的托架壳体114。差速器组件50还包括分别固定为与后桥半轴44和后桥半轴46一起转动的第一半轴齿轮116和第二半轴齿轮117。一对小齿轮118设置在托架壳体114内并且设置成与半轴齿轮116、117常啮合。摩擦式联接器39包括固定为与传动轴38一起转动的鼓形件120。毂122固定为与小齿轮轴124一起转动。小齿轮齿轮组48的小齿轮126可以与小齿轮轴124一体形成。外离合器板128通过花键连接为与鼓形件120一起转动。多个内离合器板130通过花键连接为与毂122一起转动、并与外离合器板128交错。致动器134能够操作为向离合器板128、130施加离合器致动力、并通过摩擦式联接器39传递扭矩。在一个示例中，能够轴向移动的活塞可以接收加压流体以提供致动力。替代地，电马达可以与力倍增机构协作。在下文更详细描述的又一实施方式中，可以基于车轮滑移或横过摩擦式离合器的转速差来致动摩擦式离合器。
分离器52在图1和图3中图示为牙嵌式离合器。分离器52包括固定为与轴142一起转动的第一毂140。轴142与差速器组件50的半轴齿轮144传动地接合。第一毂140上形成有外花键146。能够轴向平移的套筒148与第一毂140通过花键接合。第二毂150固定为与后桥半轴46一起转动。第二毂150的外周上形成有花键152。
牙嵌式离合器致动系统156包括滑动地设置在形成于套筒148中的凹槽160内的叉158。致动器162能够操作为使叉158和套筒148在第一位置与第二位置之间平移，其中，在所述第一位置，套筒148仅与第一毂140接合；在所述第二位置，套筒148同时与花键146和152接合从而将轴142与后桥半轴46传动地互连。
图3A图示了替代性后传动系统14A以及后桥组件40A。后桥组件40A大致类似于先前描述的后桥组件40。相应地，类似的元件将保持其之前引入的参考数字。后桥组件40A包括标识为分离器52A的另一分离器。分离器52A的元件以与分离器52的部件类似的方式标识，但加上了后缀“A”。分离器52A可以选择性地将后桥半轴44与固定为与半轴齿轮116一起转动的车桥部分142A传动地连接和分离。在操作过程中，齿圈及小齿轮齿轮组48和差速器组件50可以与后桥半轴44和后桥半轴46完全分离。因此，即使差速器组件50的内部部件也不会由于来自后轮42的输入而转动。为了返回全轮驱动操作模式，在与致动器162大致相同的时间控制致动器162A，从而以与将轴142联接至后桥半轴46相同的方式将轴142A与后桥半轴44重新连接。
图4和图5图示了替代性传动系10’。传动系10’大致类似于传动系10。因此，类似的元件将以之前引入的参照数字再包括角标“’”来标识。传动系10’包括动力输出单元20’。动力输出单元20’与动力输出单元20的不同之处在于：动力输出单元20’为不包括先前描述的中间轴84的单轴线动力传输装置。相反，动力输出单元20’包括同心轴166，齿圈82’固定至该同心轴166。齿圈82’与小齿轮108’啮合以驱动传动轴38’。
图4和图5还示出分离器52可以替代地形成为如参考数字52’标识的滚子离合器。图1和图4中图示的传动系统可以包括牙嵌式离合器、滚子离合器、或者可操作为在转动轴之间选择性地传递扭矩以及使扭矩传递停止的许多其他动力传输装置中的一种。在图示示例中，滚子离合器52’包括固定为与后桥半轴46’一起转动的内部构件170和固定为与轴142’一起转动的外部构件172。内部构件170包括具有多个弯曲凹入部的表面174。各凹入部容纳滚子176。开口环178设置在滚子176与外部构件172之间。开口环178还包括面对内部构件170的凹入部并容纳滚子176的多个弯曲凹入部。控制臂180与开口环178协作以限制或允许内部构件170与开口环178之间的相对转动。当允许相对转动时，滚子176受到径向向外的力，从而使开口环178径向向外扩张为与外部构件172接合以横过转子离合器52’传递扭矩。当内部构件170和开口环178之间的相对转动受到限制时，滚子176不移位，滚子未楔在开口环178与内部构件170之间，未横过分离器52’传递扭矩。致动器182可以移动控制臂180以操作分离器52’。
在车辆操作过程中，减少与对齿圈及小齿轮齿轮组48以及直角传动组件36进行驱动相关联的搅动损失可能是有利的。参照图1，控制器190与提供指示诸如车速、四轮驱动模式、车轮滑移、车辆加速等之类的参数的数据的各种车辆传感器192通信。可以将一个传感器192设置在靠近齿圈及小齿轮齿轮组48的位置处以提供指示齿圈及小齿轮齿轮组部件的转速的信号。在适当的时间，控制器190可以输出信号以控制致动器96并将同步离合器34置于不从发动机16向后传动系统14传递扭矩的未致动模式。控制器190还可以发信号给与分离器52相关联的致动器162，将叉158置于使横过分离器52的扭矩传递停止的位置，使得与转动的后轮42中的一个相关联的能量不会传递至齿圈及小齿轮齿轮组48或差速器组件50。因此，准双曲面齿轮组36、48不会被差速器组件32驱动。此外，因为半轴齿轮144的转动未受到限制，所以通过后桥半轴44提供的输入扭矩将仅使差速器组件50内的内部齿轮转动。齿圈及小齿轮齿轮组48不受驱动。应当理解，当同步离合器34和分离器52因为后传动系统14此时不转动而不传递扭矩时，摩擦式联接器39可以以开放模式或扭矩传递模式中的任意一种操作。
当控制器190确定将起动四轮驱动操作模式时，控制器190发信号给致动器102以将套筒88朝毂90滑动。在此操作过程中，出现输入轴76与驱动齿轮78之间的速度同步。当速度匹配时，套筒88将毂86和第二毂90传动地互连。此时，直角传动组件36也由发动机16驱动。当前传动系统部件和直角传动部件以适当速度运行时，控制器190向致动器134提供信号以开始齿圈及小齿轮齿轮组48以及差速器组件50的速度同步。此操作序列将使轴142的速度与后桥半轴46的速度相匹配。此时，控制器190向致动器162提供信号以通过轴向平移套筒148而将分离器52置于扭矩传递模式。在此序列的最后，传动系10可操作为处于全轮驱动模式。应当理解，前述程序可以在车辆移动的同时执行。
可以想到，摩擦式联接器39可以替代地构造为具有致动系统的被动装置，该致动系统能够响应于传动轴38与小齿轮轴124之间的速度差而操作。具体地，图4图示了包括泵202的摩擦式联接器39’，当传动轴38’与小齿轮轴124之间存在速度差时，泵202由传动轴38驱动。将来自泵202的加压流体提供至活塞204以便对内离合器盘130’和外离合器盘128’施加压力。在此装置中，同步离合器34’的控制还提供摩擦式联接器39’的控制，因为传动轴38’相对于小齿轮轴124’的转动将使加压流体引起横过摩擦式连接器39’的扭矩传递，由此迅速实现前传动系统的部件与后传动系统的部件的速度同步。此外，因为仅传动轴38与动力传输装置20中的一些部件通过同步离合器34的致动而得以速度同步，所以包括摩擦式联接器39或39’允许同步离合器34或34’相应最小地定尺寸。后桥组件40内的相对较大的转动质量通过摩擦式联接器39的致动而加速。
尽管已在前描述了许多车辆传动系统，但应当理解，所讨论的具体构造仅仅是示例性的。因此可以想到，图中示出的部件的其他组合可以相互设置以构成虽然并未明确示出但处在本公开的范围内的传动系。

Claims (18)

1.一种用于将扭矩传递至第一组车轮和第二组车轮的车辆传动系，所述传动系包括：
第一传动系统，所述第一传动系统适于将扭矩传递至所述第一组车轮、并且包括同步离合器；
第二传动系统，所述第二传动系统适于将扭矩传递至所述第二组车轮，所述第二传动系统包括动力分离装置和摩擦式离合器；以及
准双曲面齿轮组，所述准双曲面齿轮组设置在所述第二传动系统内、位于所述同步离合器与所述动力分离装置之间的动力路径中，所述摩擦离合器和所述动力分离装置设置在所述准双曲面齿轮组的相对两侧，其中，当所述同步离合器和所述动力分离装置以分离的、无扭矩传递的模式操作时，所述准双曲面齿轮组被选择性地分离，从而不由所述第一传动系统、所述第二传动系统或者车轮驱动，并且其中，所述传动系能够通过如下方式从两轮驱动模式切换至四轮驱动模式：首先经由所述同步离合器、接着经由所述摩擦式离合器、最后经由所述动力分离装置来传递扭矩。
2.如权利要求1所述的车辆传动系，其中，所述同步离合器设置在动力输出单元内并且包括能够轴向移动的套筒，所述能够轴向移动的套筒用于断开流向所述第二传动系统的动力流。
3.如权利要求2所述的车辆传动系，其中，所述第一传动系统包括差速器齿轮组，所述差速器齿轮组具有联接至所述同步离合器的输出。
4.如权利要求3所述的车辆传动系，其中，所述第一传动系统包括设置在所述同步离合器与所述动力分离装置之间的动力路径中的另一准双曲面齿轮组。
5.如权利要求4所述的车辆传动系，其中，所述动力分离装置选择性地连接适于对所述第二组车轮中的一个车轮进行驱动的半轴的分开部分。
6.如权利要求1所述的车辆传动系，还包括泵，所述泵将加压流体供应至活塞，所述活塞对所述摩擦式离合器施加致动力。
7.如权利要求6所述的车辆传动系，其中，基于横过所述摩擦式离合器的速度差来驱动所述泵。
8.一种用于将扭矩从动力源传递至第一组车轮和第二组车轮的车辆传动系，所述传动系包括：
第一传动系统，所述第一传动系统适于将扭矩从所述动力源传递至所述第一组车轮、并且包括差速器和动力输出单元，所述动力输出单元包括第一准双曲面齿轮组和同步器，所述同步器设置在所述差速器与所述第一准双曲面齿轮组之间，以选择性地将扭矩从所述动力源传递至所述第一准双曲面齿轮组或者使从所述动力源至所述第一准双曲面齿轮组的扭矩传递停止；
第二传动系统，所述第二传动系统接收来自所述第一准双曲面齿轮组的扭矩，所述第二传动系统将扭矩传递至所述第二组车轮并且包括动力分离装置，所述动力分离装置选择性地中断从所述第二组车轮至所述第一准双曲面齿轮组的扭矩传递，所述第二传动系统还包括摩擦式离合器，所述摩擦式离合器用于在所述第一准双曲面齿轮组与同所述第二传动系统相关联的第二准双曲面齿轮组之间传递扭矩。
9.如权利要求8所述的车辆传动系，其中，所述动力输出单元包括转动地支承在输入轴上的驱动齿轮，所述同步器包括具有第一毂、第二毂和套筒的离合器，所述第一毂固定为与所述输入轴一起转动，所述第二毂固定为与所述驱动齿轮一起转动，所述套筒能够轴向平移以与所述第一毂和所述第二毂中的一个接合或与所述第一毂和所述第二毂两者接合。
10.如权利要求9所述的车辆传动系，其中，所述动力输出单元包括从动齿轮和固定为与中间轴一起转动的准双曲面齿轮组的齿圈，所述从动齿轮与所述驱动齿轮啮合。
11.如权利要求8所述的车辆传动系，还包括泵，所述泵将加压流体供应至活塞，所述活塞对所述摩擦式离合器施加致动力。
12.如权利要求11所述的车辆传动系，其中，基于横过所述摩擦式离合器的速度差来驱动所述泵。
13.如权利要求8所述的车辆传动系，其中，所述第二传动系统包括后驱动桥，所述后驱动桥包括所述第二准双曲面齿轮组、差速器组件、后桥半轴和所述动力分离装置，所述差速器组件包括托架，所述托架容纳与一对半轴齿轮啮合的一对小齿轮，所述动力分离装置成列地设置在所述后桥半轴中的一个的各部分之间。
14.如权利要求8所述的车辆传动系，所述传动系能够通过如下方式从两轮驱动模式切换至四轮驱动模式：首先经由所述同步器、接着经由所述摩擦式离合器、最后经由所述动力分离装置来传递扭矩。
15.一种用于在车辆传动系中将扭矩从动力源传递至第一对车轮和第二对车轮的方法，所述方法包括：
将扭矩从所述动力源通过第一传动装置传递至所述第一对车轮；
致动第一动力传输装置内的同步离合器，以将扭矩传递至将所述第一对车轮与所述第二对车轮互连的传动系统；
随后致动摩擦式离合器，以将扭矩从所述传动系统传递至后驱动桥，从而使所述后驱动桥内的齿轮组开始转动；以及
当通过分离器联接的部件之间实现速度同步时，致动所述分离器以将与所述第二对车轮中的一个车轮联接的轴与所述后驱动桥的可转动构件传动地互连。
16.如权利要求15所述的方法，还包括基于通过所述摩擦式离合器互连的部件之间的速度差来致动所述摩擦式离合器。
17.如权利要求16所述的方法，还包括对泵进行驱动以及将加压流体提供至活塞，所述活塞作用于所述摩擦式离合器内的交错的板上。
18.如权利要求15所述的方法，其中，所述同步离合器接收来自于设置在所述第一动力传输装置内的差速器的输入扭矩、并将扭矩输出至设置在所述传动系统内位于所述同步离合器与所述摩擦式离合器之间的准双曲面齿轮组。
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