CN1298816A - 四轮驱动车辆的动力传递系统 - Google Patents

Abstract

四轮驱动车辆的动力传递系统,将主驱动轮的部分扭矩通过驱动轴、多片离合器和被动轴分配给辅助驱动轮,包括:扭矩凸轮机构有第一和第二凸轮件,通过相对转动,能产生使多片离合器接合的推力;双向离合器,有第一和第二离合器件,当第一离合器件的转速超过第二离合器件时,两个离合器件接合,负载产生装置有第一和第二转子,两个转子的相对转动产生一转动负载;驱动轴连接于第一凸轮件,第二凸轮件连接于第一转子,第二转子连接于第一离合器件,第二离合器件连接于被动轴。

Description

四轮驱动车辆的动力传递系统

本发明涉及一种用于四轮驱动车辆的动力传递系统，其将发动机直接驱动的主驱动车轮的一部分扭矩通过一多片离合器分配给辅助驱动轮。

在日本专利申请公开号NO.9-202152的图10中公开了一种动力传递系统。在该系统中，一驱动轴和一被动轴通过一多片离合器相互连接，驱动轴与作为主驱动轮的前轮可操作地连接地转动，被动轴与作为 辅助驱动轮后轮可操作地连接地转动，和一双向离合器设置在所述被动轴上。当前轮滑动时，使前轮的转速超过后轮的转速，双向离合器机构有通过接合有加强车辆地面覆盖性能的作用，当车辆向前或向后行驶时，其将前轮的扭矩分配给后轮，并当前轮闭锁时一这使前轮转速低于后轮转速，通过消除接合有避免影响ABS(防抱死系统)操作的作用，从而防止了前轮扭矩分配给后轮。

在上述的普通系统中，因为双向离合器位于将前轮扭矩传递给后轮的被动轴上，所述的扭矩直接通过双向离合器机构传递。所以，其必需使用一大型和价昂的有大扭矩传递能力的双向离合器机构，这是动力传递系统的尺寸和成本增加的主要原因。

本发明的目的是减少用于四轮驱动车辆动力传递系统的双向离合器机构的扭矩传递负载，并减少双向离合器机构的寸和成本。

本发明提供了一种用于四轮驱动车辆的动力传递系统，用于将由发动机直接驱动的主驱动轮的扭矩的一部分通过一驱动轴、一多片离合器和一被动轴分配给辅助驱动轮，包括：一扭矩凸轮机构，其有能相对转动的一第一凸轮件和一第二凸轮件，通过两个凸轮件的相对转动，扭矩凸轮机构能产生一用于使多片离合器接合的推力；一双向离合器机构，有能相对转动的一第一离合器件和一第二离合器件，当第一离合器件的转速超过第二离合器件的转速时，双向离合器机构使两个离合器件相互接合，而与第一离合器件的转动方向无关；一负载产生装置，其有能相对转动的一第一转子和一第二转子，通过两个转子的相对转动，负载产生装置产生一转动负载；其特征在于：驱动轴连接于扭矩凸轮机构的第一凸轮件，扭矩凸轮机构的第二凸轮件连接于负载产生装置的第一转子，负载产生装置的第二转子连接于双向离合器机构的第一离合器件，和双向离合器机构的第二离合器件连接于被动轴。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于四轮驱动车辆的动力传递系统，其中，所述负载产生装置包括一液压泵。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于四轮驱动车辆的动力传递系统，其中，所述负载产生装置包括一动力发生装置。

根据上述的布置，当车辆以一恒定速度向前行驶而主驱动轮的转速与辅助驱动轮的转速一致时，和当向前行驶而车辆制动使主驱动轮的转速小于辅助驱动轮转速时，双向离合器机构为脱离状态。于是，由于第一转子的拖动，负载产生装置的第二转子在无负载下转动，扭矩凸轮机构不传递任何扭矩，并且无推力产生，多片离合器脱离，并且车辆保持在两轮驱动状态。

当车辆起动向前行驶和当车辆在向前方向加速，而使主驱动轮的转速超过辅助驱动轮转速时，因为双向离合器机构是在接合状态，所以，双向离合器机构的第一离合器件使负载产生装置的第二转子制动，从而引起相对于第一转子的转动。于是，负载产生装置产生一负载，扭矩凸轮机构将扭矩传递，从而产生一推力，所以，使多片离合器接合，并且车辆转换为四轮驱动状态。

当车辆向后行驶时，动力传递系统的各元件转动的方向与车辆向前行驶时的转动方向相反，并且，当第一离合器件的转速超过第二离合器件的转速时，因为双向离合器机构使第一离合器件与第二离合器件接合，而与第一离合器件的转动方向无关，当车辆以一恒定速度向后行驶和当车辆以与向前行驶时的相同方式向后制动时，双向离合器机构脱离，从而使车辆保持一两轮驱动状态，并且当车辆起动向后行驶和车辆在向后加速时，双向离合器机构接合从而使车辆转换到一四轮驱动状态。

从主驱动轮向辅助驱动轮的扭矩传递不直接施加在双向离合器机构上；只有一小的由扭矩凸轮机构传递的扭矩施加在双向离合器机构上，并且，其能减少双向离合器机构的扭矩传递的负载，从而减少了其尺寸和成本。

对于负载产生装置，可使用一液压泵或一动力产生装置。

下面通过实施例并参照附图对本发明进行描述。

图1-6显示了本发明的第一实施例；

图1示意地显示了一四轮驱动车辆的整个动力传递线的布置；

图2示意地显示了动力传递系统的结构；

图3A和3B是图2中沿3-3线的剖视图；

图4是图2中沿4-4线的放大剖视图；

图5A，5B，5C是用于解释双向离合器机构作用的示意图；

图6是显示了动力传递路线的示意图；

图7示意地显示了本发明第二实施例动力传递系统的结构；

图8示意地显示了本发明的第三实施例动力传递系统的结构。

图1-6中显示了本发明的第一实施例。

如图1所示，来自安装在四轮驱动车辆前部发动机E的输出通过一传动装置1输入到在前部的差速齿轮2，来自差速齿轮2的输出通过一驱动轴3,3传递到左和右前轮Wf,Wf，它们是主驱动轮(maindriven wheels)。另外，来自发动机E的已输入差速齿轮2的输出通过一斜齿轮4和一驱动轴5输入到一动力传递系统T，其将在后面描述，来自动力传递系统T的输出通过一被动轴6和一斜齿轮7传递到一差速齿轮8，另外，来自差速齿轮8的输出通过驱动轴9,9传递到右和左后轮Wr,Wr，它们是辅助驱动轮(auxiliary driven wheels)。

如图2所示，位于驱动轴5和被动轴6之间的动力传递系统T包括一多片离合器11，驱动轴5与前轮Wf,Wf的转动可操作连接地转动，被动轴6与后轮Wr,Wr的转动可操作连接地转动，并包括一扭矩凸轮机构12，一液压泵13和一双向离合器机构14，它们按从驱动轴5一侧到被动轴6一侧的顺序设置。

多片离合器11控制驱动轴5和被动轴6之间的扭矩传递和中断，其由一组交替叠置的摩擦接合元件16(其支承在与驱动轴5一起转动的离合器外元件15上)和一组摩擦接合元件18(其支承在与被动轴6一起转动的离合器内元件17上)构成，并且，这两种摩擦接合元件16…,18…通过接受一来自扭矩凸轮机构12的推力相互紧密地接触，这将在后面描述，从而使驱动轴5与被动轴6接合。在多片离合器11接合的状态，扭矩从前轮Wf,Wf传递到后轮Wr,Wr，并且在多片离合器11释放的状态，从前轮Wf,Wf到后轮Wr,Wr的扭矩传递中断。

从图3A和3B中并参照图2清楚可见，扭矩凸轮机构12包括一第一凸轮件19，其通过花键连接于离合器外元件15和一第二凸轮件21，其连接于一同轴地安装在被动轴6外圆周上的一套筒20的前端，和一组球22…被支承在一组三角形凸轮通道19a…,21a……之间，凸轮通道分别形成在相对的第一凸轮件19和第二凸轮件21的表面上。

液压泵13构成了本发明的负载产生装置，其包括例如一已知的离心泵；一泵转子构成负载产生装置的第一转子23，其连接于所述套筒20的后端，和一凸轮环构成负载产生装置的第二转子24，其连接于双向离合器机构14的第一离合器件29，这将在后面描述。液压泵13包括一第一孔13a和一第二孔13b；当第一转子23和第二转子24在一个方向相互转动时，通过第一孔13a被吸入的液压油排入第二孔13b，并且当第一转子23和第二转子24在另一方向相互转动时，通过第二孔13b被吸入的液压油排入第一孔13a。

连接于液压泵13的液压回路25由并连的设置在第一孔13a和第二孔13b之间的一孔26、当第一孔13a的油压超过第二孔13b的油压一预定值时打开的一减压阀27，当第二孔13b的油压超过第一孔13a的油压一预定值时打开的一减压阀28。

如图4结合图2中清楚可见，双向离合器机构14包括一环形第一离合器件29，其位于径向最外侧，并与液压泵13的第二转子24相连，一第二离合器件30，其位于第一离合器件29内侧同轴设置，并与被动轴6的外圆周连接，一环形保持架31以可转动的方式设置在第一和第二离合器件29,30之间，和一组支柱32(sprages)…，其被支承从而配合在一组以预定间隔形成在保持架31上的槽腔31a中，和一组凹槽29a，其以一预定间隔形成在第一离合器件29的内圆周上。凹槽29a形成在第一离合器件29(其是两个离合器元件的外元件)的内圆周上，和一圆形表面30a形成在第二离合器件30(其是两个离合器元件的内元件)的外圆周上。所以，支柱32环绕第一离合器件29的凹槽29a、第二离合器件30的圆周表面和保持架31的槽腔31a被保持。

在臂31b的顶端有一靴形件31c，其从保持架31延伸，并以可滑动的方式与动力传递系统T的外壳33的内表面摩擦接触。一销34从保持架31径向伸出，与形成在第一离合器件29内圆周上的一槽口29b接合，从而限制了保持架31能相对于第一离合器件29转动的角度范围。另外，通过设置在保持架31的槽腔31a两边的弹簧35…,35…，保持架31和支柱32被推向中间位置，如图5A所示。

图6是动力传递系统T的动力传递路线的示意图，其将有助于对该结构的理解。如图中所示，前轮Wf,Wf，驱动轴5，扭矩凸轮机构12的第一凸轮件19和第二凸轮件21，液压泵13的第一转子23和第二转子24，双向离合器14的第一离合器件29和第二离合器件30，被动轴6和后轮Wr,Wr相串连连接。连接各部件的粗实线表示不允许相对转动的直接连接，细双线a,b,c表示允许相对转动的连接。

下面主要通过图6解释包括上述装置的本发明的实施例的作用。(1)当在一恒定速度的向前行驶时

当一车辆以一恒定速度向前行驶时(其中，前轮Wf,Wf和后轮Wr,Wr以一相同速度转动)，多片离合器11的接合被释放，并且来自前轮Wf,Wf到后轮Wr,Wr的扭矩分配被中断，从而使车辆处于两轮驱动的状态。下面解释当以一恒定速度向前行驶的作用。

前轮Wf,Wf的转动(其由发动机E驱动)通过驱动轴5传递到扭矩凸轮机构12。因为扭矩凸轮机构12有这样的结构：球22被夹持在第一凸轮件19的凸轮通道19a和第二凸轮件21的凸轮通道21a之间，第一凸轮件19的转动通过球22…被传递到第二凸轮件21上。在这一阶段，因为负载不施加在第二凸轮件21上(后面将要描述)，扭矩凸轮机构12基本上不传递扭矩，第一凸轮件19和第二凸轮件21不相互转动(见图3A)，并且扭矩凸轮机构12不产生用于使多片离合器11接合的推力。

当转动被传递到液压泵13的第一转子23(其连接于扭矩凸轮机构12的第二凸轮件21)上时，因为没有负载被施加在第二转子24上(后面将要描述)，第一转子23的转动将带动第二转子24，使之以与第一转子23的相同转速转动，并且液压泵13无负载地怠转，既不吸入也不排出液压油。

双向离合器机构14的第一离合器件29通过与液压泵13的第二转子24的接触而转动，第二离合器件30通过经被动轴6与后轮Wr,Wr连接而转动，并且在该阶段，因为前轮Wf,Wf的转速与后轮Wr,Wr的转速一致，双向离合器机构14的第一和第二离合器件29,30以相同速度和相同方向转动，从而，产生一不传递扭矩的滑动状态。

也就是说，如图5B所示，如果双向离合器机构14的第二离合器件30(其与后轮Wr,Wr的转动可操作连接地转动)在箭头Nr所示的前进方向转动，由第二离合器件30带动的保持架31也在前进方向转动，但是因为保持架31被与外壳33摩擦接合的靴形件31c…迟滞(见图2)，保持架31的转动相对于第一离合器件29被迟滞一预定角度，并且销34停在与第一离合器件29的槽口29b的一个边缘接触的位置(图5B)。在这一状态，仅仅在第一离合器件29在前进方向的转速Nf超过第二离合器件30在前进方向的转速Nr时，扭矩从第一离合器件29传递到第二离合器件30，并且当第一离合器件29在前进方向的转速Nf等于或小于第二离合器件30在前进方向的转速Nr时，没有扭矩从第一离合器件29传递到第二离合器件30。

如上所述，当车辆以一恒定速度向前行驶时(其中，第一离合器件29和第二离合器件30的转速Nf,Nr相互一致)，双向离合器机构14不被接合，并且因为第一离合器件29能无负载地转动，与第一离合器件29连接的液压泵13的第二转子24也能无负载地转动。所以，不会产生在扭矩凸轮机构12的第一凸轮件19和第二凸轮件21之间的扭矩传递，第一和第二凸轮件19,21的相位保持在图3a所示的状态，并且扭矩凸轮机构12不产生用于使多片离合器11接合的推力。(2)当起动向前行驶或向前加速时

当在摩擦系数较低的路面上快速起动或加速而使前轮Wf,Wf打滑时，前轮Wf,Wf的转速超过后轮Wr,Wr的转速，多片离合器11被接合，扭矩从前轮Wf,Wf分配到后轮Wr,Wr，使车辆处于四轮驱动的状态。下面解释当向前行驶的起动或加速的作用。

在上面提到的时间，当车辆以一恒定速度向前行驶时，双向离合器机构14的第一离合器件29和第二离合器件30的转速Nf,Nr相同，但当前轮Wf,Wf打滑时，双向离合器机构14的第一离合器件29(其可操作地连接于前轮Wf,Wf的转动)的转速Nf超过第二离合器件30(其可操作地连接于后轮Wr,Wr的转动)的转速Nr。当第一离合器件29在前进方向的转速Nf超过第二离合器件30在前进方向的转速Nr时(图5B)，双向离合器机构14接合并且第一离合器件29和第二离合器件30相互结合。

在这一阶段，第二离合器件30(其通过被动轴6直接连接于后轮Wr,Wr)的转速Nr不改变，但由于第二离合器件30施加的负载的作用，第一离合器件29(其通过液压泵13连接于前轮Wf,Wf)和扭矩凸轮机构12的转速降低到与第二离合器件30的转速Nr相同的水平。当双向离合器机构14的第二离合器件29于是减速时，因为与第一离合器件29连接的液压泵13的第二转子24的转动也减速，第一转子23和第二转子24相互转动，从而从第一孔13a排出液压油，该液压油通过孔26返回到第二孔13b，从而在液压泵13中产生一转动负载。另外，当液压泵13的排出压力达到一上限时，一减压阀27打开从而限制施加在液压泵13上的转动负载达到上限。

当在液压泵13中产生的转动负载使第一转子23减速时，在扭矩凸轮机构12的第二凸轮件21(其通过与第一转子23连接而转动)和第一凸轮件19(其通过与前轮Wf,Wf连接而转动)之间产生一转动差。第一凸轮件19的凸轮通道19a和第二凸轮件21的凸轮通道21a的相位位移，从而产生一推力(图3B)，这一推力使多片离合器11的摩擦接合元件16…,18…相互紧密接触，从而结合在一起。于是，前轮Wf,Wf的扭矩通过驱动轴5、多片离合器11和被动轴6被分配给后轮Wr,Wr，并使车辆处于四轮驱动状态。

于是，当前轮Wf,Wf滑动时，上述前轮Wf,Wf的一部分扭矩分配给后轮Wr,Wr，从而使车辆处于四轮驱动状态，并且，能提高车辆的地面覆盖(ground covering)性能。另外，根据在前轮Wf,Wf和后轮Wr,Wr转速的差的增加，也就是说，根据前轮Wf,Wf打滑程度的增加，能增加分配给后轮Wr,Wr的扭矩的程度。通过多片离合器11执行从前轮Wf,Wf到后轮Wr,Wr的扭矩传递，只有少量的施加在扭矩凸轮机构12的第一和第二凸轮件19,21之间的扭矩传递到双向离合器机构14上，所以，通过采用有小扭矩传递能力的双向离合器机构14，不仅其尺寸和重量能够减轻，而且，也能提高其耐用性。(3)当向前行驶同时制动时

当在有低摩擦系数的路面上向前行驶的车辆快速制动时，因为施加于前轮Wf,Wf的制动力被设定为大于施加于后轮Wr,Wr的制动力，所以，就会有前轮先闭锁和后轮Wr,Wr的转速超过前轮Wf,Wf转速的情况。如果在这种情况下，多片离合器11被接合和车辆处于四轮驱动状态，因为有可能影响ABS(防抱死系统)操作的可能性，从而降低制动性能，所以当向前行驶而进行制动时，必需使车辆保持两轮驱动的状态。下面解释当向前行驶而制动时的作用。

在上述的时刻，当以一恒定速度向前行驶时，双向离合器机构14的第一离合器件29和第二离合器件30的转速Nf,Nr相同，但如果前轮Wf,Wf被闭锁，双向离合器机构14的第一离合器件29(其可操作地连接于前轮Wf,Wf的转速)的转速Nf小于第二离合器件30(其可操作地连接于后轮Wr,Wr的转速)的转速Nr。当在前进方向的第一离合器件29的转速Nf小于在前进方向的第二离合器件30的转速Nr时(图5B)，双向离合器机构14脱离，并且第一离合器件29和第二离合器件30相互分离。

也就是说，因为双向离合器机构14的第一离合器件29能以小于第二离合器件30的转速转动，而不从第二离合器件30接受任何负载，所以，液压泵13的第二转子24(其连接于第二离合器件30)的转动不会被抑制，并且，液压泵13的第一转子23和第二转子24在无负载被施加的情况下以相同速度转动。于是，扭矩凸轮机构12的第一凸轮件19和第二凸轮件21在相同的相位转动，而不传递任何扭矩，并且因为没有使多片离合器11接合的推力，车辆处于两轮驱动状态。(4)当向后行驶时

当一个车辆向后行驶时，其能与上述的向前行驶的相同方式在一两轮驱动和四轮驱动状态之间转换。更具体地说，当以一恒定速度向后行驶时，或当车辆向后行驶而制动时使前轮Wf,Wf闭锁的情况下，能保持两轮驱动状态，并在向后行驶的起动或快速加速向后行驶时而前轮Wf,Wf打滑的情况下，其能转换到四轮驱动状态。下面将解释向后行驶的作用。

当一个车辆向后行驶时，因为图6中的所有元件的转动方向都是反向的，所以双向离合器机构14的第二离合器件30在图5C中箭头Nr的方向转动。于是，由第二离合器件30在反向带动的保持架31在反向转动，但是因为保持架31由与外壳33摩擦接合的靴形件31c的制动(图2)，其转动在转动方向相对于第一离合器件29迟滞一预定角度，从而处于图5C中所示的情况。在这种状态下，仅在当第一离合器件29在反向的转速Nf超过第二离合器件30在反向的转速Nr时，一个扭矩被从第一离合器件29传递到第二离合器件30，并且当仅在当第一离合器件29在反向的转速Nf一致或小于第二离合器件30在反向的转速Nr时，没有扭矩从第一离合器件29传递到第二离合器件30。

如上所述，因为当车辆以一恒定速度向后行驶时(第一离合器件29和第二离合器件30的转速Nf,Nr相互一致)，双向离合器机构14不接合，并且当向后行驶而车辆制动时(第一离合器件29的转速Nf小于第二离合器件30的转速Nr，和第一离合器件29无负载地转动)，与第一离合器件29连接的液压泵13的第二转子24能无负载地转动。所以，在扭矩凸轮机构14的第一凸轮件19和第二凸轮件21之间无扭矩传递。并且多片离合器11脱离从而保持一两轮驱动状态。

当车辆起动向后行驶和当车辆向后行驶时快速加速而使前轮Wf,Wf打滑时，这引起第一离合器件29的转速Nf超过第二离合器件30的转速Nr，双向离合器机构14被接合，并且第一离合器件29由于接受了一个来自第二离合器件30的负载而被制动。于是，液压泵13的第一转子23和第二转子24相互转动，从而产生一转动负载，在扭矩凸轮机构12的第一凸轮件19和第二凸轮件21之间传递一扭矩，所以产生一推力，并且通过该推力使多片离合器11接合，并使车辆处于四轮驱动状态。

另外，当车辆起动向后行驶或当车辆向后行驶时快速加速时，液压泵13的转动方向是当车辆起动向前行驶或当车辆向前行驶时快速加速时的相反方向；第一孔13a成为引入孔和第二孔13b成为一排出孔。所以，通过另一减压阀28限制油压的上限。

下面参照图7解释本发明的第二实施例。

第二实施例与上述的第一实施例的不同在于双向离合器机构14的布置。也就是说，在第一实施例中，双向离合器机构14与被动轴6同轴设置，但在第二实施例中，双向离合器机构14设置在离开被动轴6的位置。一设置在双向离合器机构14的第一离合器件29上的齿轮41与设置在液压泵13第二转子24上的齿轮42啮合，并且，一个设置在双向离合器机构14的第二离合器件30上的齿轮43与设置在被动轴6上的齿轮44啮合。在这种情况下，在第一离合器件29侧的两个齿轮41,42的齿轮比与在第二离合器件30侧的两个齿轮43,44的齿轮比一致。

下面参照图8描述本发明的第三实施例。

在第三实施例中，使用了一动力发生装置45作为负载产生装置，而不用第一实施例中的液压泵13。动力产生装置45包括一第一转子46，其形成了在内侧的动力产生装置的转子，和一第二转子47，其形成了一在其外侧的定子；第一转子46通过一套筒20与扭矩凸轮机构12的第二凸轮件21连接，并且，第二转子47连接于双向离合器机构14的第一离合器件29。第二转子47的线圈两端连接于一控制器48。当动力产生装置45的第一转子46和第二转子47相对转动时，因为所产生的负载作用抑制了第一转子46的转动，其能产生与第一实施例的液压泵13的相同的作用。

于是，第二和第三实施例能实现与第一实施例的相同的作用。

上面对本发明的实施例详细进行了描述，但本发明可以有许多变形，其都在本发明精神范围之中。

例如，双向离合器机构14的结构不局限于上述的实施例，其可以不用支柱32，而采用辊子。

Claims (3)

1．一种用于四轮驱动车辆的动力传递系统，用于将由发动机直接驱动的主驱动轮的扭矩的一部分通过一驱动轴、一多片离合器和一被动轴分配给辅助驱动轮，包括：

一扭矩凸轮机构，其有能相对转动的一第一凸轮件和一第二凸轮件，通过两个凸轮件的相对转动，扭矩凸轮机构能产生一用于使多片离合器接合的推力；

一双向离合器机构，其有能相对转动的一第一离合器件和一第二离合器件，当第一离合器件的转速超过第二离合器件的转速时，双向离合器机构使两个离合器件相互接合，而与第一离合器件的转动方向无关；

一负载产生装置，其有能相对转动的一第一转子和一第二转子，通过两个转子的相对转动，负载产生装置产生一转动负载；

其特征在于：驱动轴连接于扭矩凸轮机构的第一凸轮件，扭矩凸轮机构的第二凸轮件连接于负载产生装置的第一转子，负载产生装置的第二转子连接于双向离合器机构的第一离合器件，和双向离合器机构的第二离合器件连接于被动轴。

2．如权利要求1所述的用于四轮驱动车辆的动力传递系统，其特征在于：所述负载产生装置包括一液压泵。

3．如权利要求1所述的用于四轮驱动车辆的动力传递系统，其特征在于：所述负载产生装置包括一动力发生装置。

Images