CN112196968A - 一种用于车辆的差速系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于车辆的差速系统，其包括驱动装置、双向超越离合器和驱动轮，驱动装置的输出轴与连接于驱动轮的驱动轴配合连接，双向超越离合器包括主动件和从动件，主动件与驱动轴连接，从动件与驱动轮连接，双向超越离合器用于将来自驱动装置的双向扭矩输出传递到驱动轴上。差速系统利用双向超越离合器实现差速系统的差速功能，极大地简化了车辆差速系统的结构。

Description

一种用于车辆的差速系统

技术领域

本发明涉及车辆驱动技术领域，并且特别涉及一种用于车辆的差速系统。

背景技术

汽车传动系统主要由离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥差速器等能够使左、右(或前、后)驱动轮实现以不同转速转动的机构。差速器主要由左右半轴齿轮、两个行星齿轮及齿轮架组成，功能是当汽车转弯行驶或在不平整路面上行驶时，使左右车轮以不同转速滚动，即保证两侧驱动车轮实现纯滚动运动。差速器是为了调整左右轮的转速差而设置的。在四轮驱动时，为了同时驱动四个车轮，必须将所有的车轮连接起来，如果仅将四个车轮机械连接在一起，汽车在曲线行驶的时候就不能以相同的速度旋转，为了能让汽车曲线行驶旋转速度保持基本一致性，这时需要加入中间差速器用以调整前后轮的转速差。

开放式差速器最为常用，其能向左右两驱动半轴分配同等大小的扭矩。车辆直线行驶时，左右车轮受力相等，两半轴齿轮不存在转速差，所以行星齿轮不发生自转，主减速器从动齿圈相当于直接驱动两半轴齿轮。半轴齿轮通过驱动半轴与车轮相连，因此实质上经过一系列动力传递过程后，车轮得到了和主减速器从动齿圈相同的转速。车辆转弯时，外侧车轮希望能够获得比内侧车轮更高的转速，此时行星齿轮介入，在维持扭矩传递的同时允许两半轴齿轮出现轻微的转速差。

开放式差速器的缺点：如果一侧的半轴齿轮相对另一侧静止不动，那么输入差速器的所有动力都将被分配给阻力较小的车轮上。这就是为何当车子一侧车轮在冰面上，另一侧在附着力良好的路面上时，大力加油，冰面一侧的车轮拼命打滑，而附着力良好的路面上的车轮却纹丝不动的原因。此时车辆根本动弹不得，因为引擎所有的动力都被输送到了阻力最小的——即处在冰面上的那个车轮上。如果是一辆前后轴都使用开放式差速器的四轮驱动车辆，在越野时遇到单个前轮或后轮离地的状况，无法脱困。差速器会卖力地驱动悬空车轮空转，而留在路面上的车轮则不会得到任何驱动力。

发明内容

为了解决现有技术中差速器结构复杂，且在单个车轮打滑或离地的情况下另一车轮得不到驱动力的技术问题，本发明提出了一种用于车辆的差速系统，用以解决上述问题。

本发明提出了一种用于车辆的差速系统，其包括双向超越离合器和驱动轮，车辆驱动装置的输出轴与连接于驱动轮的驱动轴配合连接，双向超越离合器包括主动件和从动件，主动件与驱动轴连接，从动件与驱动轮连接，双向超越离合器用于将来自车辆驱动装置的双向扭矩输出传递到驱动轴上。采用双向超越离合器传递驱动轴的扭矩，并利用超越离合器的特性实现车轮间的速度差从而达到差速的效果，舍去了传统差速器的设置，极大地优化了差速系统的结构。

在一些具体实施例中，包括设置于车轮上的转速传感器和控制单元，转速传感器接入控制单元。凭借转速传感器和控制单元的控制，可以针对具体的路况情况进而对双向超越离合器进行控制，保证各种路况下的各轮的动力输出。

在一些具体实施例中，双向超越离合器还包括设置在主动件与从动件之间的多个滚动体，从动件的内圈和主动件的外圈中的一个设置有多个凹形曲面槽，每个凹形曲面槽分别对应一个滚动体。利用滚动体和凹形曲面槽结构的双向超越离合器结构更为简单，传递的扭矩和使用寿命相较一般双向超越离合器更佳。

在一些具体实施例中，凹形曲面槽包括第一曲面和第二曲面，凹形曲面槽被设置为滚动体在不同曲面时具有两种工作方式：在第一种工作方式中，滚动体与第一曲面接触，驱动轮正向超越；在第二中工作方式中，滚动体与第二曲面接触，驱动轮反向超越。凭借双向超越离合器的设置，可以保证车辆在前进和后退的情况下均可以实现差速的功能。

在一些具体实施例中，凹形曲面槽还被设置为滚动体在凹形曲面槽中能够被切换到第三种工作方式，在第三种工作方式中滚动体在第一曲面和第二曲面的交点处，驱动轮空转。空转工作方式的设置可以断开驱动轮的输出，使驱动轴的输出扭矩根据需要传递至所需的轮子上。

在一些具体实施例中，第一曲面和第二曲面分别取自对数螺旋线的线段。采用对数螺旋线的设置可以使滚动体在不同的位置可以实现不同的超越状态。

在一些具体实施例中，双向超越离合器上设置有用于切换超越离合器工作方式的调节机构，控制单元与调节机构连接。通过控制单元控制调节机构来调整超越离合器的超越状态，进而实现对车辆控制。

在一些具体实施例中，调节机构包括设置于滚动体之一的致动元件，并且滚动体相互紧挨，致动元件上设置有拨动杆，拨动杆伸出双向超越离合器外表面。

在进一步的实施例中，调节机构还包括设置于双向超越离合器外的拨动机构，拨动机构与拨动杆连接，使致动元件带动滚动体在凹形曲面槽的不同曲面之间切换。

在进一步优选的实施例中，拨动机构与控制单元连接，控制单元根据接收到的转速传感器的转速信息控制拨动机构切换驱动轮的工作方式。

在一些实施例中，车辆驱动装置包括发动机、电机或其组合。凭借多种车辆驱动装置的设置，可以适用于各种动力源的车辆。

本发明的差速系统通过双向超越离合器将来自车辆驱动装置的双向扭矩输出传递到驱动轴上，该差速系统充分利用了双向超越离合器的特性，可以实现双向的差速功能，双向超越离合器的结构相较传统离合器更为简单，无需使用弹簧或保持架的结构，单纯依靠多个滚动体的联动受载，实现双向超越离合器的双向超越等功能，具有轻量化的同时方便装配且稳定性能好的良好特点，并且凭借调节机构的设置可以控制双向超越离合器在正向超越和反向超越之间切换，还具有空转的档位设置，可以适用各种路况场景。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是根据本发明的一个实施例的差速系统的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的双向超越离合器的内部结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的凹形曲面槽的结构图；

图4是根据本发明的一个实施例的双向超越离合器处于正向自锁的内部局部结构图；

图5是根据本发明的一个实施例的双向超越离合器处于空转状态的内部局部结构图；

图6是根据本发明的一个实施例的双向超越离合器处于反向自锁的内部局部结构图；

图7是根据本发明的另一个实施例的四驱差速系统的结构示意图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本发明的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本发明的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本发明的范围由所附权利要求来限定。

根据本发明的实施例的用于车辆的差速系统。图1示出了根据本发明的实施例的差速系统的结构示意图。如图1所示，该差速系统包括了车辆驱动装置1、ECU控制单元2、驱动轮3、双向超越离合器4和变速装置5。其中车辆驱动装置1通过变速装置5后再通过双向超越离合器4将动力同时传递至两驱动轮3上，具体的车辆驱动装置1与变速装置5、变速装置5与驱动轮3之间可以通过驱动杆进行动力传递，变速装置5用于改变来自车辆驱动装置1的转速和转矩，它能固定或分档改变输出轴和输入轴的传动比，传动机构大多用普通齿轮传动，也有用行星齿轮传动。

在具体的实施例中，ECU控制单元2是由集成电路组成的，用于实现对数据的分析处理发送等一系列功能的控制装置，其主要由输入电路、A/D(模/数)转换器、微型计算机和输出电路4部分组成。输入电路的主要功能是对传感器输入信号进行预处理，使输入信号变成微处理器可以接受的信号。因为输入信号有两类，模拟信号和数字信号，所以分别由相应的输入电路进行处理；A/D转换器的功用是将模拟信号转变为数字信号，如空气流量传感器、水温传感器、进气温度传感器、线性输出式常气门位置传感器等向汽车电子控制单元输出的是模拟信号(即连续变化的信号)，它们经输入电路处理后，都已变成具有一定幅值的模拟电压信号，但微型计算机不能直接处理它，还须用A/D转换器转换成数字信号。微型计算机包括CPU、存储器、输入输出接口(I/O接口)、总线等。信号通过输入接口进入CPU，经过数据处理后，把运算结果送至输出接口，使执行器工作。输出电路是微型计算机与执行器之间建立联系的一个装置。它的功能是将微型计算机发出的指令信号转变成控制信号，以驱动执行器(例如本申请中控制双向离合器的模式的执行器件)工作。

在具体的实施例中，驱动轮3上设置有转速传感器31，转速传感器31接入ECU控制单元2中用于判断驱动轮3的转速情况，以便于获取驱动轮3的状态利用ECU控制单元2发出相应的控制信号驱动相应的执行器运作。

图2示出了根据本发明的实施例的双向超越离合器的内部结构图。如图2所示，该双向超越离合器包括调节机构41、内星轮42、外星轮43和滚动体44。内星轮42中部有与输入轴连接的通孔，内星轮42与外星轮43之间周向均匀布设多个滚动体44和一个调节机构41。在一实施例中，外星轮43的内圈设置有多个凹形曲面槽431，每一个凹形曲面槽431对应一个滚动体44，内星轮42的外圈为圆柱面，滚动体44与内星轮42外圈的圆柱面相切。内星轮42的内圈还设置有1个凹槽421，调节机构41对应放置于该凹槽421内，调节机构41为滚动体44的其中一个，被设置于用来调整该双向超越离合器模式的致动元件，调节机构41在滚动体44的基础上增设了柱销411，柱销411为圆柱状，设置于某一滚动体44的顶部，该柱销411的高度凸出至该双向超越离合器4的表面之外。调节机构41在双向超越离合器的外侧还包括一拨动机构，拨动机构的一端与柱销411连接，在一个实施例中，拨动机构的一端设置有可供柱销411穿过的孔，通过拨动机构的左右摆动实现调节机构41在凹槽421内的左右移动。拨动机构可以根据实际应用场景与控制系统进行连接，根据实际应用需求进行调节机构41的左右移动，以此实现双向超越离合器的多种模式的切换。该拨动机构可以接收ECU控制单元2发出的指令进而对柱销411进行拨动的动作，图上虽未详细示出该拨动机构的结构，但应当认识到，该拨动执行器的结构只需满足能够在接收ECU控制单元2的指令时将柱销411拨动到指定位置，例如由伺服电机驱动的拨杆等机械结构均可实现对柱销411的控制功能。

图3示出了本发明的一个实施例的凹形曲面槽的结构图，凹形曲面槽431包括对数螺旋线4311和对数螺旋线4313，对数螺旋线4311与对数螺旋线4313相交于点4312，且关于点4312对称，凹形曲面槽431根据本发明的双向超越离合器4的功能分为正向自锁区、空转区和反向自锁区。正向自锁区对应的是对数螺旋线4311的区域内，反向自锁区对应的是对数螺旋线4313的区域，空转区为正向自锁区和反向自锁区相交的位置，即交点4312区域。

图4至图6是本发明双向超越离合器4的正向自锁、空转、反向自锁的三种状态的示意图，图4中通过拨动柱销411使调节机构41向凹槽421的左侧移动，致使紧挨的滚动体44朝向凹形曲面槽431中对数螺旋线4311侧移动，紧挨的滚动体44实现同步联动，所有滚动体44在对应的凹形曲面槽431内全部处于正向自锁区，即对数螺旋线4311所在的区域，内星轮42相对于外星轮43顺时针旋转时，滚动体44与内星轮42、外星轮43楔紧，构成正向自锁结构，内星轮42相对外星轮43逆时针旋转时，滚动体44不与内星轮42和外星轮43楔紧，此时该双向超越离合器4呈反向超越状态。

图5中调节机构41处于凹槽421的中间位置，滚动体44处于各自对应的凹形曲面槽431的空转区，即对数螺旋线4311与对数螺旋线4313的交点4312区域，此时无论内星轮42相对于外星轮43处于逆时针或顺时针旋转，滚动体44都不与内星轮42和外星轮43楔紧，输入轴与内星轮42的转动不会带动外星轮43与输出轴转动，双向超越离合器没有动力输出，处于空转的状态。

图6中通过拨动柱销41使调节机构41向凹槽421的右侧移动，致使紧挨的滚动体44朝向凹形曲面槽431中对数螺旋线4313侧移动，紧挨的滚动体44实现同步联动，所有滚动体44在对应的凹形曲面槽431内全部处于反向自锁区，即对数螺旋线4313所在的区域，内星轮42相对于外星轮43逆时针旋转时，滚动体44与内星轮42、外星轮43楔紧，构成反向自锁结构，内星轮42相对外星轮43顺时针旋转时，滚动体44不与内星轮42和外星轮43楔紧，此时该双向超越离合器呈正向超越状态。

虽然上述实施例中的凹形曲面槽431采用的是利用两段对数螺旋线形成的三个区域来实现不同模式的切换功能，但是应当认识到，还可以采用直线、曲线等其他的轮廓的组合来组成不同的功能区域，同样能够实现本发明的技术效果。上述的功能区域的工作原理为：滚动体44处于在凹形曲面槽431的正向自锁区和反向自锁区时，令滚动体44的自锁角α满足以下条件：当滚动体44介于其中一星轮的正向自锁区(或反向自锁区)与另一星轮的接触面之间时，无论滚动体44受到多大的正向作用力(或反向作用力)，其自锁角α始终保持在2.5°～7°的范围内，即始终保持该正向方向的自锁状态(或反向自锁状态)。根据本申请发明人的多次试验，采用直线或曲线轮廓的凹形曲面槽的自锁角设计虽然相对难度较大，但同样能够实现上述的自锁功能，优选的，采用对数螺旋线轮廓的凹形曲面槽对于自锁角的控制更加容易，并且能够获得更大的承载能力。

基于图2-6中的双向超越离合器，在图1中的差速系统中，正常状态下，两个驱动轮3的通过双向超越离合器4同时获得从变速装置5中传递的扭矩，车辆若需前进或后退时，ECU控制单元2发出指令通过调节机构41使双向超越离合器处于正向自锁(即如图4所示的状态)或反向自锁(即如图6中所示的状态)的状态，此时两驱动轮3同时获得相同的扭矩，在需要转弯时，ECU控制单元2发出指令通过调节机构41使处于更大转弯半径的驱动轮3上的双向超越离合器4处于空转的状态(即如图5中所示的状态)，此时，在惯性的作用下，该驱动轮3可以具有比转弯半径内侧的驱动轮3更高的转速，完成转弯的动作，以此实现差速的功能。

继续参考图7，图7示出了根据本发明的实施例的四驱差速系统的结构示意图，如图7所示，在四个驱动轮3上均设置有双向超越离合器4，同样通过调节机构41控制双向超越离合器4的各种状态的切换，ECU控制单元2通过驱动轮3上的转速传感器31向双向超越离合器4发送相应的切换指令，与图1中的差速原理相同，在正常前进或倒退时只需通过ECU控制单元2发出指令使得调节机构41使双向超越离合器4处于正向自锁(即如图4所示的状态)或反向自锁(即如图6中所示的状态)的状态，此时四个驱动轮3同时获得相同的扭矩，在转弯时，ECU控制单元2发出指令通过调节机构41使处于更大转弯半径的两个驱动轮3上的双向超越离合器4处于空转的状态(即如图5中所示的状态)，此时，在惯性的作用下，外侧的两个驱动轮3可以具有比转弯半径内侧的两个驱动轮3更高的转速，完成转弯的动作，以此实现差速的功能。在一些特殊的路况下，例如部分车轮陷入泥潭或凹坑中或冰面上，传统的差速器的扭矩无法完全分配至与地面接触的驱动轮上，导致车辆无法脱困，利用本申请中的差速系统，可以随时切断泥潭或凹坑中空转的驱动轮，使输出扭矩全部分配至与地面接触的驱动轮上，帮助车辆脱困。

本发明的用于车辆的差速系统利用一种多模式的双向超越离合器取代了传统的差速器结构，极大地简化了差速系统，同时在各种路况下能够根据ECU控制单元进行离合器模式的切换，使得车辆在各种路况下均能够获得动力输出，该双向超越离合器相较传统离合器更为简单，依靠多个滚动体的联动受载，能够实现双向超越离合器的双向超越等功能。

显然，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出对本发明的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本发明的权利要求及其等同形式的范围内，则本发明还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。

Claims (11)

1.一种用于车辆的差速系统，其特征在于，包括双向超越离合器和驱动轮，车辆驱动装置的输出轴与连接于所述驱动轮的驱动轴配合连接，所述双向超越离合器包括主动件和从动件，所述主动件与所述驱动轴连接，所述从动件与所述驱动轮连接，所述双向超越离合器用于将来自所述车辆驱动装置的双向扭矩输出传递到所述驱动轴上。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，还包括设置于车轮上的转速传感器和控制单元，所述转速传感器接入所述控制单元。

3.根据权利要求2所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，所述双向超越离合器还包括设置在所述主动件与从动件之间的多个滚动体，所述从动件的内圈和所述主动件的外圈中的一个设置有多个凹形曲面槽，每个所述凹形曲面槽分别对应一个所述滚动体。

4.根据权利要求3所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，所述凹形曲面槽包括第一曲面和第二曲面，所述凹形曲面槽被设置为所述滚动体在不同曲面时具有两种工作方式：在第一种工作方式中，所述滚动体与第一曲面接触，所述驱动轮正向超越；在第二中工作方式中，所述滚动体与第二曲面接触，所述驱动轮反向超越。

5.根据权利要求4所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，所述凹形曲面槽还被设置为所述滚动体在所述凹形曲面槽中能够被切换到第三种工作方式，在第三种工作方式中所述滚动体在所述第一曲面和所述第二曲面的交点处，所述驱动轮空转。

6.根据权利要求4所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，所述第一曲面和所述第二曲面的轮廓分别取自对数螺旋线的线段。

7.根据权利要求4所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，所述双向超越离合器上设置有用于切换所述超越离合器工作方式的调节机构，所述控制单元与所述调节机构连接。

8.根据权利要求7所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，所述调节机构包括设置于所述滚动体之一的致动元件，并且所述滚动体相互紧挨，所述致动元件上设置有拨动杆，所述拨动杆伸出所述双向超越离合器外表面。

9.根据权利要求8所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，所述调节机构还包括设置于所述双向超越离合器外的拨动机构，所述拨动机构与所述拨动杆连接，使所述致动元件带动所述滚动体在所述凹形曲面槽的不同曲面之间切换。

10.根据权利要求9所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，所述拨动机构与所述控制单元连接，所述控制单元根据接收到的所述转速传感器的转速信息控制所述拨动机构切换所述驱动轮的工作方式。

11.根据权利要求1所述的用于车辆的差速系统，其特征在于，所述车辆驱动装置包括发动机、电机或其组合。

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