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四轮驱动汽车分动器
背景
本发明是一个四驱轿车的分动器，较为特别的是，该分动器具备一个行星齿轮减速装置，用来提供高转速和低转速的两种输出，以及用于选择性地将行星齿轮组件的直接和减速输出端接合到一对输出轴的多片离合器。该分动器由直接或目标换挡机构来控制。
四轮驱动在轻型货车，运动轿车，越野车和在客车上应用的优点已经被普遍了解。当路面湿滑，有冰雪的情况下，它可以用来提高车辆稳定性，安全性，增强在无路地形下的通过性。
然而，四轮驱动并不是没有缺点。由于它的复杂性以及所增加的摩擦损失，四轮驱动车的燃油经济性低于二轮驱动。由此增加的燃油消耗即是由四轮驱动系统的额外重量造成的。如果系统旨在用于全时操作，则由于部件所需的更强的耐久性，重量可能会显著增加，而如果四轮驱动部件仅旨在有限的，部分时间使用，则重量损失可能会减少。
而四轮驱动的支持者认为四轮驱动系统的需求并不那么频繁，因此，利用汽车驾驶员或控制系统将二轮驱动转变成四轮驱动的四驱系统即可以满足大部分需求。他们还认识到这种间歇四轮驱动系统引起了人们对从两轮驱动到四轮驱动转换以及自动接合系统的控制系统的机械部件设计的注意。
分时四驱汽车呈现出不同的操作特性。举个例子，某些驱动系统和车辆可以以某速度（即，在运行中）从两轮驱动转换到四轮驱动，而另一些必须在实现这种转换之前处于完全停止状态。同样，某些车辆传动系统配置允许四轮驱动系统简单地断开，在高速下返回到两轮驱动系统，而其他传动系统要求车辆必须停止以适当地分离系统。很明显，二轮驱动和四轮驱动的即时转换是高度理想的特征。
关于分动箱的低档和高档之间的换档，系统之间的操作区别同样大。同样，某些设计要求换挡时要停下，也可能是低于某一速度或者某些其他条件限制。允许所有合理的从低到高转换的自由度的设计不仅增强用户使用灵活性，而且提高耐久性和可维护性，因此在一种布置中可能会造成操作者错误并因此损坏一个车辆驱动系统的动作在其他系统中被视为为正常 ，安全和适当的命令。手动（驾驶员）选择的分时四轮驱动系统的另一个考虑是驾驶员/车辆控制接口。典型的系统提供三种驾驶模式：二驱、高速挡，四驱、高速档，四驱、低速挡。通常，两个瞬时开关提供控制脉冲给控制模块，该模块安排合适的制动毂，分动器传动比以及离合器装置的顺序和动作。第一个开关用以四轮驱动，高档，以及将分动器和车辆切换到该模式。第二个开关用以四轮驱动，低速挡。控制装置也会根据各种情况禁止执行转换，比如在超速状况
两轮驱动模式是初始或默认条件。为了接合四轮驱动高速档，四轮驱动开关被短暂地按下。为了回到二轮驱动，四轮驱动高速挡开关再一次按下。为了接合四轮驱动低速挡，四轮驱动低速挡开关被按下。为了从四轮驱动低速挡回到二轮驱动，四轮驱动低速挡必须首先暂时被按下改变到四轮驱动高速档模式。然后四轮驱动高速挡开关暂时被按下，将驱动模式退回到二轮驱动。显然，我们需要更简单，更线性地进入和退出四轮驱动、低速范围。
当代四轮驱动系统包括的机械和电子部件的配置和相互作用是开发与研究的关注点。许多开发结果通常可以被表征为过渡状态，即车辆驱动系统在两轮和四轮驱动及后退之间转换时车辆驱动系统的部件，特征和操作，当然，前提是车辆是如上所述结构。
对四轮驱动传动系和分动箱现有技术的回顾揭示了提供不同的操作特征的不同方法。所述回顾还揭示了这种驱动系统和部件的改进是我们所期望的并且是可能的。
摘要
分时四驱汽车的分动器包括一个行星齿轮减速装置，它由分动器的输入轴驱动并提供高低转速范围的输出。行星齿轮组件设置在主滑动离合器套环和辅助滑动离合器套环之间并选择性地接合，主离合器在高速或低速范围内驱动后（主）输出轴。主传动系统从低档到高档的实时升档容易实现。辅助离合器在低速范围，通过链条驱动前（次）输出轴。离合器接合套由单个（共用）离合器操作机构控制。被输入轴驱动的电磁离合器装置选择性地在高速范围驱动前输出轴传动链。作为同步器和扭矩传递装置，电磁离合器可以在主，次传动系间调节到传递合适的扭矩。尽管上述分析以后轮驱动车辆为基础，但该分动器同样适用于前轮驱动汽车。
优选实例的描述
图1示出了包括本发明的车辆驱动系统，并且其总体由附图标记10表示。汽车驱动系统10包括像内燃机之类的原动力，它将动力输出到变速器14。变速器将动力再输出到本发明的分动器上16。该分动器包括一个主，后输出轴18和一个次，前输出轴20.分动器的后输出轴驱动车辆后驱动轴24，后驱动轴将力传送到后差速器26。通常，万向节28被用于连接后驱动轴和后差速器。后驱动轴的动力通过半轴30输送到后轮总成32。同样的前轮也如此。前差速器通过一对前轴传递到一对锁定毂44。锁定毂可以手动也可自动控制。如果锁定毂被图5所示或其他自动，半自动系统所利用，他们将优先地通过远程电控，气动或液压方式控制。
后输出轴，后驱动轴，后差速器，万向节，半轴以及轮胎和后轮总成构成后（主）传动系，而输前轴，前驱动轴，前差速器，万向节，半轴以及轮胎和后轮总成，前锁定毂构成前（次）传动系。
虽然所示出和描述的布局被认为是根据本发明的分动器组件的更典型的应用，但它应是被认为是在本发明的范围内的分动器装置，并被用于有着位于车辆前部的主（全时）驱动轮和位于后部的次级（部分时间）驱动轮的车辆。
如图2和3，分动器装置包括多个部分，铸件，有着各种开口的壳体，这些开口用于轴，紧固件，各种配合面，油封凹槽轴承，密封定位环以及其他内部结构。壳体50接收具有花键互连或其它合适结构的输入轴，以实现与图1所示的变速器的输出的驱动联接。输入轴52被类似滚珠轴承装置56的抗摩擦轴承承接。在壳体的前段，油封58环绕着输入轴。在壳体的另一端，一个具有滚珠轴承的另一个装置62旋转的支撑着主输出轴66，并且由油封提供适当的密封。主输出轴66在一端限定有接收滚子轴承72的孔68。滚子轴承又接收并可旋转地支撑输入轴的直径减小的区域74。一个类如滚珠轴承的抗摩擦轴承在滚子轴承装置72和滚珠轴承装置62之间承担主输出轴66。
分动器壳体同样也接受一根次级输出轴，该输出轴被一对滚珠轴承和滚子轴承装置承接。副轴包括阳花键84。油封位于分动器壳体和万向节的一部分之间。设置在滚珠轴承组件之间的输出轴上的是摆线泵88。摆线泵以常规方式起作用，以从集油槽中吸出润滑流体，并通过协作的径向通道92和沿着主输出轴的一部分延伸的轴向通道94将其提供给分动箱组件的各个部件，以及输入轴的主要部分。
在分动箱接近变速器的端部，即包含输入轴的端部是电磁制动盘组型离合器组件100。离合器装置100设置在输入轴上，并且包括一个通过输入轴上花键和圆形驱动件102上的内花键106连接到输入轴上的圆形驱动件。圆形驱动件的一面包括多个周向间隔开的凹槽108，其呈现螺旋行程的倾斜截面的形状，如图4所示。邻近圆形驱动构件设置的圆形从动构件112包含在相对面上的类似的多个凹部，其限定与凹部相同的形状。凹部114和108的倾斜侧壁用作斜面或凸轮，并与滚珠协作以驱动圆形构件102和10并根据圆形构件之间的相对旋转而分开。应当理解，凹部和载荷传递球可以用其它类似的机械元件替代，这些机械元件响应于圆形构件之间的相对旋转而引起圆形构件的轴向位移。例如，可以利用设置在互补构造的锥形螺旋中的锥形滚子。
圆形从动构件设置为绕输入轴旋转，并且包括径向向外延伸的施加板116。压缩弹簧118围绕输入轴同心地设置并且由卡环限制，该卡环容纳在由输入轴的花键104中的互补形成的槽中122。压力弹簧包括几个蝶簧和波形垫片。压缩弹簧向圆形从动构件和应用板提供偏置或恢复力，如图2.和3所示将它们向左驱动。
在应用板左面并且于此成一条直线是圆形平垫圈。在垫圈旁边的是离合器电枢126。离合器电枢包括围绕其周边布置的齿轮齿或花键，其沿着环形离合器壳体的内部圆柱形表面轴向延伸的一组互补花键或齿接合。施加板是圆形线圈壳体136，定位在电枢的与平垫圈相对的表面附近。线圈壳体自由地，可旋转地容纳在互补构造的固定安装环上138。线圈壳体通过内花键140连接到并随着圆形从动机构转动。安装环通过紧固件142由分动器壳来承担，如图2,3所示。安装环承接通过导体146连接到电能源的电磁线圈144。
邻近应用板并且包含在环形壳体内的是盘组组件。盘组组件包括多个交错的摩擦片或盘。第一部分一些较大盘联接到输入轴，以通过内花键旋转， 第二部分多个较小的盘与第一多个盘交错，并且在其周边上包含花键，所述花键与环形壳体的内表面上的花键或齿啮合并与其一起旋转。
当有足够多的电能提供给盘状离合器装置电磁线圈144，所产生的磁场使得圆形电枢吸引到线圈壳体。这种磁性吸引力导致电枢与线圈壳体的摩擦接触。这种摩擦接触和由此产生的阻力导致球沿着凹部108和114的斜坡表面上升，从而导致圆形从动构件和应用板的轴向位移。根据对线圈的电压的大小以及由磁场，磁感应产生的摩擦阻力，从输入轴通过盘组组件到环形壳体传递的扭矩的大小可以被控制和调整 。
压缩弹簧提供恢复力，其将圆形从动构件朝向圆形驱动构件偏压，并将载荷传递球返回到凹部中的中心位置，以保证在电磁离合器组件的部件被停用时，在电磁离合器组件的部件之间提供最大间隙和最小摩擦。 凹部和球的设计要考虑是它们的设计几何形状和压缩弹簧的设计以及离合器组件不是自锁的。电磁离合器组件不能自动接合，而是必须成比例地接合 供应到线圈的电能进行响应。环形壳体通过任何合适的装置例如多个螺纹紧固件联接到链驱动链轮，链驱动链轮围绕输入轴自由旋转地布置在多个抗摩擦轴承例如滚柱轴承组件上。驱动链轮包括多个适于接合并驱动车辆的链条。链条与外周有齿，内部孔上有花键的从动链轮接合，所述的内部孔接合设置在次级输出轴上的互补花键。
驱动链轮还包括多个阳花键或齿轮齿。齿轮齿与在二级爪形离合器内部上的互补构造的花键或齿恒定啮合。二级爪形离合器还包括径向延伸的圆形板或盘 ，其一部分自由地、可旋转地安装在辅助换档拨叉组件的互补构造的叉中，同时还包括轴颈轴承套圈，其用于滑动支撑在壳体中轴向平移的换档控制杆。邻近传动链更靠近传动链的端部并且围绕变速控制杆定位的是压缩弹簧。弹簧止动件可以是径向延伸穿过变速控制杆的销，或者是固定到变速控制杆的止卡环，而另一端抵靠轴颈轴环。类似的限位挡块，其可以是延伸穿过换挡控制杆的径向设置的销或卡环，大致邻近轴颈轴环的相对端设置，并且限制 二次换档拨叉组件由压力弹簧的偏压产生的沿着换档控制杆平移。当换档控制杆如图2、3所示平移到右侧时，弹簧止挡件和限位止挡件与次级换档拨叉组件的轴颈套环和压缩弹簧的操作提供了在换档控制杆和换档拨叉组件的弹性联轴器。压力弹簧还可以用来提供预紧力，在需要的情况下促使次级换挡拨叉组件抵靠所述限位挡块。
当辅助爪形离合器如图2、3所示向右移动时，齿与辅助驱动套环上的互补配置的齿轮或花键齿啮合。次级驱动套管用作行星齿轮减速组件的一个输出构件，包括通过花键互连旋转地联接到驱动套环的托架。托架接收多个均匀布置的固定短轴。多个短轴 （图3中示出其中一个）接收相同的多个行星齿轮中的相应一个。行星齿轮与固定齿圈的齿轮齿静止啮合，固定齿圈容纳在分动箱组件的壳体内并固定到其上。
与行星齿轮恒定啮合的是居中设置的太阳齿轮。太阳齿轮包括外围齿轮齿。太阳齿轮联接到输入轴，通过花键共同旋转。如果需要，主驱动套环可以固定到太阳齿轮或形成为太阳齿轮的整体部件。
主爪式离合器包括内齿轮齿或花键，其与主驱动套环的周边上的齿轮齿或花键互补。 主爪形离合器可滑动地容纳在输出轴的相邻终端部分上的轴向延伸的齿轮齿或花键上。在大致邻近太阳齿轮分布的爪形离合器的外表面是阳齿轮齿或花键。 可选择性地与托架上互补地构造的齿轮齿或阴花键选择性地接合。主爪式离合器还包括径向延伸的圆形板或盘，其布置在主换挡叉组件的互补构造的叉中。主换挡叉组件还包括固定到换档控制杆的轴环。
可以是电动，液压或气动装置的换档控制操作器在线路中接收控制能量。换档控制操作器将换档控制杆以及爪式离合器平移并且在三个不同位置之间转换，这三个位置通常可以表征为高档位， 如图2.3所示向左，低速档，如图2和3所示向右，空档，位于左和右位置之间的中间位置，其中辅助爪形离合器不接合辅助驱动套圈，并且主爪形离合器不接合主驱动套环或载体。
现在参考图5，图1中还示出了车辆驱动系统，其包括所有相同的特征和部件，特别是根据本发明的分动箱和设置在车辆前部的锁定轮毂， 如前所述，本文公开和要求保护的本发明同样适用于主前轮，次级后轮驱动系统。
如前所述，锁定毂可以是气动地，电动地或液压地操作的。线路266向锁定轮毂提供适当的控制信号或能量。线路266以及导体146和线路264都与控制器270通信。控制器可以是用于监视和控制分时四轮驱动车辆系统操作的多个基于微处理器的控制器中的一个。控制器通常将接收其他信号，包括例如车辆变速器的选定档位，车辆的速度，发动机的速度等。控制器还从直接或目标换档控制开关接收线路信号。控制开关是三位旋转开关。线路A耦合到中心或公共端子，以及开关上的刮水器接触端子，以通过线B向控制器提供信号，即已经由驱动器选择了两轮驱动模式。类似地，开关可以旋转到中心位置，其中线路A通过线路C耦合到终端，并且由此返回到控制器。在该位置，驾驶员已经选择了全轮驱动，四轮驱动，高速档。最后，开关被旋转，使得线路A被耦合到端子，从而通过线D回到控制器。在这个位置，驱动器已经选择了四轮驱动，低档范围。综上，线B，C或D中的一个可以被省略，例如，当控制器在其余两个线路上没有接收到返回信号时，则默认为给定的驱动模式。
在每个位置，
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