专利名称：利用超速传动/减速传动变速的分动箱的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种全轮驱动(AWD)/四轮驱动(4WD)车辆所用的分动箱，更具体而言，本发明涉及的一种AWD/4WD车辆所用的分动箱采用了一行星齿轮组件、直接传动离合器组件以及鼓轮与带组件，它们组合使用以提供超速传动或者减速传动和直接传动，从而扩大应用的传动齿轮比。
背景技术：
各种运动型多用途车辆(SUV)、越野车辆、四轮驱动车辆等等均带有容许在高齿轮速比范围或低齿轮速比范围以及两轮驱动、四轮驱动和AWD中的一种或更多模式下驱动车辆的驱动模式和齿轮速比范围。一般地，这些类型的车辆使用具有一用于接收来自于车辆传动装置的输出轴的驱动力的输入轴的分动箱。输入轴将驱动力分配至一前输出轴和一后输出轴上，前输出轴联接于驱动着车辆前轮的前驱动轴上，而后输出轴联接于驱动着车辆后轮的后驱动轴上。已知的分动箱使用了各种类型的联结方式，如粘性联结、电磁离合器、可定位正齿轮等等，它们使得能够将来自传动装置的驱动力分配至前、后驱动轴上从而提供各种驱动模式。
第一代分动箱使用的换档机构只有当车辆停止时才能在各种驱动模式之间换档。一般地，使用一种机械换档致动器而利用一种四杆联动装置来在驱动模式之间进行手动换档。现代分动箱有时使用同步装置以在在各种驱动模式之间进行换档之前使得分动箱的两个输出轴的速度同步，从而容许在车辆运动时改换驱动模式(行进中换档)。一些现代分动箱使用同步装置以使得输出轴的速度与输入轴或减速齿轮组的输出同步，从而容许在车辆运动中进行范围改换，只要传动装置变为空档即可(运动中换档)。
在现代分动箱中，机械换档致动器已由一般由电动马达操作的电子控制换档致动器代替。在一种已知这种类型的分动箱中，使用一可逆式DC电动马达来转动一凸轮式换档致动器，以便有选择地移动两个拨叉来建立分动箱内的范围和模式。所需的驱动范围和所需的驱动模式通过操作在基于微处理器的控制电路的控制下的马达而选定。微处理器命令马达驱动单元为马达供能使其沿顺时针或逆时针方向运转，以便通过在适当角位置上停止而获得所需的驱动模式与范围。
一种自动车辆传动装置具有的设定齿轮速比范围或总传动比(OAR)可以通过众所周知的根据车辆所需性能而设计的行星或平行轴齿轮装置所用的数学公式来计算。例如，设计用于拉动重负载的车辆可以具有较低的齿轮比范围，而较深比率的齿轮可以用于提供更大的扭矩。在需要较低数值比率的齿轮以便获得更快的速度和更大的燃料经济性时，其它车辆可以具有较高的齿轮比范围。
由于传动装置的齿轮速比范围的设定用于获得特定的驱动特性，所以无法获得超出可由传动装置所得到的扭矩和性能的更大扭矩和更大性能。因此，在一些设计中可能需要提供一种附加减速传动或较低齿轮比和/或超速传动或较高齿轮比与传动装置的设定齿轮速比范围相结合。例如，如果传动装置中的第一齿轮的比率为3∶1并且附加系统的齿轮比为2∶1，则发动机与连接于前、后轴上的驱动轴之间的总齿轮比将会为6∶1。
发明内容
根据本发明的教义，公开的一种AWD/4WD车辆所用的分动箱包括一行星齿轮组件、一盘组式离合器组件以及带和鼓轮组件，它们提供超速传动或减速传动和直接传动。行星齿轮组件容许车辆传动装置的齿轮比范围增大超出其设定齿轮比范围。在一个减速传动实施例中，分动箱的输入轴驱动着联接于离合器组件的一组盘上的行星齿轮组件的外侧环形齿轮。行星齿轮组件的托架联接于分动箱的后输出轴上，托架在此支承着多个小齿轮。行星齿轮组件的恒星齿轮联接于离合器组件的另一组盘上。联接于恒星齿轮上的这组盘也联接于鼓轮上。
当离合器接合时，离合器组件的盘组就联接在一起，因此恒星齿轮联接于环形齿轮上以便提供由输入轴至输出轴的直接传动齿轮比。当带接合时，恒星齿轮通过鼓轮联接于基础部分上，并且来自环形齿轮的输入扭矩通过托架传递至输出轴上以便提供减速传动齿轮比。
通过阅读以下描述和附图与权利要求，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚本发明的其它优点和特征。
图1是一种AWD车辆的驱动组件的平面图，其使用着根据本发明的一个实施例的分动箱；图2是图1中所示的本发明的分动箱的剖视图；图3是图2中所示的分动箱的一部分的局部放大图，其示出了根据本发明的行星齿轮组件；图4是图1中所示的本发明的分动箱的剖视图，其示出了用于在分动箱内致动带的致动器；图5(a)-5(c)是根据本发明的其它实施例的分动箱的简单符号图；以及图6是图1中所示的分动箱所用的电子控制单元的方块图。
具体实施例方式
对本发明实施例的以下描述针对的是一种使用了AWD/4WD车辆所用的行星齿轮组件的分动箱，其实际上仅为示例性，而绝非用于限制本发明或其应用或使用。例如，下面所述的本发明的分动箱提供了减速传动或超速传动齿轮比与车辆传动装置的设定齿轮比范围相结合。然而，在替代设计中，可将一分体式齿轮箱联接于两轮驱动车辆所用的车辆传动装置上，该两轮驱动车辆不需要分动箱来扩大该车辆所用的传动装置的齿轮比范围。
通过增加附加齿轮而重组自动传动装置的成本远超过为根据本发明的分动箱增加减速传动或超速传动的成本，如以下所述。本发明是一种通过避免改动自动传动装置所需的大量加工成本而获得前述优点的经济途径。这种技术的实现方式可以使得车辆操作者并不会察觉到在传动装置中增加齿轮与在分动箱内增加比率间的不同。在运动型多用途车中，这种设计的减速传动可以提供适当的分级变速顺序，以便用于牵引重负载而不会牺牲正常工作状态下的燃料经济性的优点。在这种驾驶者选定或自动检测到的“拖-曳”模式中，在所有各种车辆速度下，齿轮组都会保留于减速操作模式中。
图1是车辆10的驱动组件的平面图。车辆10包括一提供驱动车辆10所需能量的内燃机12，其在本领域中众所周知。一驱动轴(未示出)由发动机12转动，并联接于传动装置14上，传动装置14将来自发动机1 2的输出能量转换成选择性齿轮传动输出。传动装置14提供了通过具有各种齿轮比的齿轮所提供的设定齿轮比范围，这些齿轮比在车辆10的工作过程中由传动系控制器自动选择。发动机12和传动装置14的工作情况为本发明所属领域的普通技术人员所熟知，所以为了正确理解本发明在此不必对其进行详细地描述。
来自传动装置14的输出驱动力提供给分动箱16的输入轴18。分动箱16有选择地为一对后轮20和22与一对前轮24和26提供输出驱动力。分动箱16容许在两轮驱动与AWD之间换档，反之亦然。在两轮驱动模式下，驱动力只提供给后轮20和22。如果需要，分动箱16也可以换成空档，这时分动箱16不接合因此轮20-26可以自由转动以便拖曳等等。
分动箱16包括一后输出轴30和一前输出轴32。后输出轴30通过一轭28联接于后驱动轴34上，而驱动轴34联接于后差速器36上。第一后轴38在一端处联接于差速器36上，而在相对另一端处联接于车轮20上。同样，第二后轴40在一端处联接于差速器36上，而在相对另一端处联接于车轮22上。分动箱16提供施加于后轴30上的输出力，其为后驱动轴34提供了转动能量。这种转动能量通过后差速器36与轴38和40按照本领域所熟知的方式传递至车轮20和22。
前输出轴32通过一轭42联接于前驱动轴44上，而驱动轴44联接于前差速器46上。第一前轴48在一端处联接于前差速器46上，而在相对另一端处联接于车轮24上。同样，第二前轴50在一端处联接于前差速器46上，而在相对另一端处联接于车轮26上。施加于前输出轴32上的驱动能量驱动着前驱动轴44，而前差速器46通过前轴48和50将驱动能量传递至车轮24和26。
开关54通常安装于车辆10的仪表板上，其容许车辆操作者选择两轮驱动(2WD)、AWD所用的驱动模式或者完全锁定模式。开关54为控制器56提供显示驱动模式选择情况的信号。一分离式空档开关58也可以向控制器56提供一信号以便使得分动箱16脱离接合以自由驾驶。为安全起见，开关58与开关54分开，并且一般需要特殊的要求来进行致动。控制器56为离合器提供电输入，其通过产生了所需模式的上链轮、链条、下链轮、轴以及轭提供需要的转动能量，这为本领域所熟知，下文中将对其进行描述。
图2是与车辆10分开的分动箱16的剖视图。输入轴18、后输出轴30以及前输出轴32从分动箱16的外壳62伸出，如图所示。外壳62包括两个通过螺栓68固定在一起的半壳64和66。外壳62包括各种密封件、凹槽、轴肩、凸缘、孔等等，它们容放并定位在此所述分动箱16的各种组件与零件。输入轴18在外壳62内可转动地联接于球轴承74上，并且通过AWD、两轮驱动和完全锁定模式所用的轴承76联接于后输出轴30上。后输出轴30在其与输入轴18相对的一端处可转动地安装于球轴承78上。前输出轴32在外壳62内可转动地安装于球轴承80上。
上输出链轮84由后输出轴30通过离合器94有选择地驱动并与其同心。下输出链轮86通过配合花键88刚性地联接于前输出轴32上并随其转动。链条90联接于链轮84和86上。当分动箱16处于两轮驱动模式中时，链轮84可以在输出轴30上自由转动，因而没有输出驱动力施加于前驱动轴32上。
为了启动AWD/4WD模式，致动离合器94从而可控制并有选择地为上后输出链轮84提供转动能量，以便使其将根据需要或选择通过一系列转动联接的零件为前轮24和26提供转动能量。在这种模式中，可以容许轴34和44按照不同的速度转动，以便使得车辆操作平稳。当离合器94与链轮84完全接合时，离合器94与链轮84将会完全联接并且按照相同的速度转动以便建立完全锁定模式。在完全锁定模式中，不容许轴34和44按照不同的速度转动，从而形成最大牵引所用的模式。离合器94可以是适于此处所述目的的任何离合器，本发明所属领域的普通技术人员将会容易地了解几种本领域所熟知的适用离合器。
根据本发明，分动箱16包括一行星齿轮组件100，一直接传动离合器组件110以及一鼓轮与带组件98，它们用于提供超速传动或减速传动和直接传动，以便扩大传动装置14的齿轮比范围，从而在较低速度时提供额外的扭矩或者在较高速度时更节约燃料。在所示的实施例中，分动箱16提供减速传动和直接传动。图3是分动箱16的一部分的局部放大视图，其更清楚地示出了行星齿轮组件100、直接传动离合器组件110以及鼓轮与带组件98。
行星齿轮组件100包括一恒星齿轮102、多个利用小齿轮102安装于一公共托架106上的小齿轮104、以及一环形齿轮108。恒星齿轮102包括与小齿轮104上的齿轮齿啮合的齿轮齿，而小齿轮齿轮齿与环形齿轮108上的齿轮齿相啮合。这种类型的行星齿轮组件的工作情况为本发明所属领域的普通技术人员所熟知，因此为了正确理解本发明的目的不需要在此对其进行太详细的描述。直接传动离合器组件110包括一组外离合板112和一组内离合板114。鼓轮与带组件98包括一盘绕着鼓轮118的由液压致动的带116。外离合板112可转动地联接于鼓轮118上并随其一起转动。
图4是分动箱16的局部剖视图，其更清楚地示出了鼓轮与带组件98。在这个视图中，带116联接于一包括一弹簧124的带致动器122上。为了下述目的，施加于板126上的液压克服弹簧124的偏置力而使得带116绕着鼓轮118压紧。
环形齿轮108刚性地联接于输入轴18上并与其一起转动。输入轴18也通过一轮毂128可转动且可滑动地联接于内离合板114上。特别地，轮毂28通过花键联接于内离合板114上，并且通过花键联接于输入轴18上。托架106刚性地联接于输出轴30上并与其一起转动。恒星齿轮102刚性地联接于外离合板112上，进而联接于鼓轮118上。当带116或者离合器组件110均为未致动时，行星齿轮组件100相对于输出轴18空转，没有扭矩传送至输出轴30上。当离合器组件110接合时，离合板112与114联接在一起，这就将环形齿轮108与恒星齿轮102联接在一起。因此，输入轴18联接于输出轴30上，按照1∶1的齿轮比提供来自车辆传动装置14的直接传动。
当离合器组件110脱离接合并且带116与鼓轮118液压接合时，恒星齿轮102联接于外壳62或基础部分上。在这种构型中，施加于环形齿轮108上的来自输入轴18的输入扭矩通过小齿轮104、恒星齿轮102与环形齿轮108之间的齿轮比而传送至输出轴30上，以便提供减速传动齿轮比，即低于传动装置14所提供的齿轮比。在这个实施例中，小齿轮104与环形齿轮108之间的齿轮比提供了1.61∶1的减速传动齿轮比。
下面的表I和II给出了对两种已知传动装置，具体说是4L60-E和4L80-E传动装置，在它们包括根据本发明的分动箱时的齿轮比范围的变化情况。具体而言，表I给出了这些传动装置的第一、第二、第三以及第四齿轮比与总齿轮比(OAR)。表II给出了这些传动装置与本发明的分动箱一起使用时的第一、第二、第三、第四以及第五齿轮比与总齿轮比。具体而言，4L60-E传动装置与超速传动分动箱一起使用，而4L80-E传动装置与减速传动分动箱一起使用。4L60-E传动装置所用的超速传动齿轮是由分动箱提供的第五齿轮，而4L80-E传动装置所用的减速传动齿轮是由分动箱提供的第一齿轮。超速传动分动箱的超速传动齿轮比为0.83∶1，而减速传动分动箱的减速传动齿轮比为1.61∶1。如表中所示，带有超速传动分动箱的4L60-E传动装置的总齿轮比扩大至5.28∶1，而带有减速传动分动箱的4L80-E传动装置的总齿轮比扩大至5.32∶1。
表I
表II
下面的表III示出了如何根据本发明将恒星齿轮102、环形齿轮108以及托架106安装于输入轴18(输入)、后输出轴30(输出)以及外壳60(基础部分)上以便提供各种超速传动和减速传动所用的齿轮比的方式的实例。具体而言，表III提供了2.64齿轮组的分动箱齿轮比，其中第一行提供了2.64的齿轮比，第二行提供了减速传动的1.61的齿轮比，第三行提供了0.62的齿轮比，而第四行提供了超速传动的0.38的齿轮比。
表III
如上所述，分动箱16提供了1.61∶1的减速传动齿轮比。基于上述内容，本发明所属领域的普通技术人员将会容易地了解如何为不同的应用情况提供其它减速传动齿轮比，以及超速传动齿轮比，如表III中所示那些，与本发明相符。
图5(a)-5(c)是表III中所示的其它三种比率，具体说分别是齿轮比2.64、0.62和0.38所用的分动箱130的“符号图”。图5(a)-5(c)示出了如何将恒星齿轮、托架以及环形齿轮联接于表III中所示的输入、输出和基础部分上的方式。参考数字132表示输入轴，参考数字134表示输出轴，参考数字136表示恒星齿轮，参考数字138表示环形齿轮，参考数字140表示托架，参考数字142表示带并且参考数字144表示离合器。
图6是上述分动箱16所用的电子控制单元(ECU)的方块图122。换档控制输出由ECU124提供，ECU124根据加于ECU124上的几种输入而控制着直接传动离合器组件110与带和鼓轮部件。
如上所述，分动箱16提供了额外的减速传动齿轮或超速传动齿轮与传动装置14所提供的齿轮比相结合。分动箱16所提供的换档可以由车辆控制器控制，或者在替代实施例中可以提供一开关以便使得车辆操纵者能够选择附加齿轮。另外，可以在另一个齿轮单元或齿轮箱中提供除了例如用于两轮驱动车辆的传动装置14之后的分动箱16以外的分离式齿轮。
前述内容只是描述了本发明的示例性实施例。本发明所属领域的普通技术人员将会容易地认识到在不超出如下述权利要求书所确定的本发明的精神实质及范围的情况下，对本发明可以作出多种改变、改进和变动。
权利要求
1.一种分动箱(16)，包括一输入轴(18)；一有选择地联接于输入轴(18)上的输出轴(30)；一行星齿轮组件(100)，用于将驱动扭矩从输入轴(18)传送至输出轴(30)，所述行星齿轮组件(100)包括一恒星齿轮(102)、一环形齿轮(108)以及多个安装于一公共托架(106)上的小齿轮(104)，所述恒星齿轮(102)和所述环形齿轮(108)与这些小齿轮(104)相啮合；一直接传动离合器组件(110)，包括第一组离合板(114)和第二组离合板(112)，其中当离合器组件(110)启动时，第一和第二组离合板(114、122)就联接在一起；以及一鼓轮与带组件(98)，包括一鼓轮(118)和一带(116)，其中带(116)接合以防止鼓轮(118)转动，并且其中行星齿轮组件(100)、直接传动离合器组件(110)和鼓轮与带组件(98)组合起来提供一减速传动齿轮比和一直接传动齿轮比或一超速传动齿轮比和一直接传动齿轮比。
2.根据权利要求1所述的分动箱(16)，其中输入轴(18)联接于环形齿轮(108)上，输出轴(30)联接于托架(106)上而恒星齿轮(102)联接于第一组离合板(114)和鼓轮(118)上，并且其中接合带(116)将使得恒星齿轮(102)联接于基础部分上以便提供从环形齿轮通过托架(106)至输出轴(30)上的减速传动齿轮比，而其中启动离合器组件(110)将使得恒星齿轮(102)联接于环形齿轮(108)上以便提供从输入轴(18)到输出轴(30)的直接传动齿轮比。
3.根据权利要求2所述的分动箱(16)，其中减速传动齿轮比为1.61∶l。
4.根据权利要求3所述的分动箱(16)，其中减速传动齿轮比与车辆传动装置(14)组合提供的总齿轮比范围为5.32∶1。
5.根据权利要求1所述的分动箱(16)，其中分动箱(16)提供的减速传动齿轮比或超速传动齿轮比选自2.64∶1、1.61∶1、0.60∶1、0.40∶1、2.48∶1、1.67∶1和0.60∶1。
6.根据权利要求1所述的分动箱(16)，其中分动箱(16)提供了全轮驱动和两轮驱动的车辆驱动模式。
7.根据权利要求1所述的分动箱(16)，其中减速传动齿轮比或超速传动齿轮比有选择地自动或由操纵者输入开关进行接合。
8.一种车辆(10)所用的传动系统，所述传动系统包括一车辆传动装置(14)，所述车辆传动装置(14)包括多个提供了多种齿轮比和一个设定齿轮范围的齿轮，所述传动装置(14)驱动着一传动装置输出轴(18)；以及一齿轮箱组件，包括一齿轮箱输入轴(18)和一齿轮箱输出轴(30)，所述齿轮箱输入轴(18)联接于传动装置输出轴(18)上，所述齿轮箱组件还包括多个限定了一可选择的齿轮比的齿轮，其中齿轮箱组件的齿轮比与车辆传动装置(14)组合起来通过提供一减速传动齿轮比和一直接传动齿轮比或一超速传动齿轮比和一直接传动齿轮比，而扩大了车辆(10)的齿轮比范围。
9.根据权利要求8所述的传动系统，其中齿轮箱组件包括一行星齿轮组件(100)，用于将驱动扭矩从齿轮箱输入轴(18)传送至齿轮箱输出轴(30)，所述行星齿轮组件(100)包括一恒星齿轮(102)、一环形齿轮(108)以及多个安装于一公共托架(106)上的小齿轮(104)，所述恒星齿轮(102)和所述环形齿轮(108)与这些小齿轮(104)相啮合。
10.根据权利要求9所述的传动系统，其中齿轮箱组件还包括一直接传动离合器组件(110)，离合器组件(110)包括第一组离合板(114)和第二组离合板(112)，其中当离合器组件(110)启动时，第一和第二组离合板(114、112)就联接在一起。
11.根据权利要求10所述的传动系统，其中齿轮箱组件还包括一鼓轮与带组件(98)，其包括一鼓轮(118)和一带(116)，其中带(116)接合以防止鼓轮(118)转动，并且其中行星齿轮组件(100)、直接传动离合器组件(110)和鼓轮与带组件(98)组合起来提供一减速传动齿轮比和一直接传动齿轮比或一超速传动齿轮比和一直接传动齿轮比。
12.根据权利要求11所述的传动系统，其中齿轮箱输入轴(18)联接于环形齿轮(108)上，齿轮箱输出轴(30)联接于托架(106)上而恒星齿轮(102)联接于第一组离合板(114)和鼓轮(118)上，并且其中接合带(116)将使得恒星齿轮(102)联接于基础部分上以便提供从环形齿轮(108)通过托架(106)至输出轴(30)上的减速传动齿轮比，而其中启动离合器组件(110)将使得恒星齿轮(102)联接于环形齿轮(108)上以便提供从输入轴到输出轴(30)的直接传动齿轮比。
全文摘要
车辆(10)所用的分动箱(16)包括行星齿轮组件(100)、离合器组件(110)以及带和鼓轮部件(98)，它们与车辆传动装置(14)组合起来提供超速传动或减速传动和直接传动。在一个实施例中，输入轴(18)驱动行星齿轮组件(100)的外侧环形齿轮(108)且联接于离合器组件(110)的一组盘(112)。行星齿轮组件(100)的托架(106)联接于后输出轴(30)，托架(106)在此支承多个小齿轮(104)。行星齿轮组件(100)的恒星齿轮(102)联接于与鼓轮(118)相联接的离合器组件(110)的另一组盘(114)。当离合器组件(110)接合时，环形齿轮(108)联接于恒星齿轮(102)以便直接传动，当带(116)接合时，小齿轮(104)和环形齿轮(108)提供减速传动。
文档编号F16H61/28GK1651800SQ20041006001
公开日2005年8月10日 申请日期2004年6月18日 优先权日2004年2月5日
发明者A·于, F·H·图布斯, T·J·福斯特 申请人:博格华纳公司