一种动力分配自适应差速系统的制作方法

1.本发明属于汽车差速系统技术领域，具体涉及一种动力分配自适应差速系统。


背景技术：

2.汽车差速系统是车辆行驶过程中动力分配和转速协调的必要机电系统，差速系统的使用使车辆具有前驱、后驱、全时四驱、分时四驱、适时四驱等驱动模式。
3.前驱、后驱模式节省燃油但通过能力差，四驱模式通过能力强。
4.传统四驱车辆中多使用差速锁和托森限滑差速器进行动力分配，差速锁响应慢，存在转向不足，切换繁琐的缺点，托森限滑式差速器结构复杂，成本高昂，传动效率低，存在牵引力损失的缺点。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种动力分配自适应差速系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种动力分配自适应差速系统，所述差速系统包括：
8.单向离合式中央差速器所述单向离合式中央差速器包括动力输入齿轮、减速齿轮、单向离合器外支架，前动力输出半轴、后动力输出半轴、第一前进模式单向离合装置、第一倒车模式单向离合装置、第二倒车模式单向离合装置和第二前进模式单向离合装置；
9.所述动力输入齿轮和减速齿轮啮合连接，所述第一前进模式单向离合装置、第一倒车模式单向离合装置和前动力输出半轴之间分别通过单向轴承装配连接，所述第二倒车模式单向离合装置、第二前进模式单向离合装置和后动力输出半轴之间分别通过单向轴承装配连接；
10.所述第一前进模式单向离合装置包括离合单向轴承、离合内支架和摩擦片组；
11.差速组件，所述差速组件包括结构相同的一对单向联轴器式前轮差速总成和单向联轴器式后轮差速总成，所述单向联轴器式前轮差速总成和单向联轴器式后轮差速总成对称分布的在单向离合式中央差速器的两侧；
12.所述单向联轴器式前轮差速总成包括齿轮差速器、第一可调单向联轴器和第二可调单向联轴器；
13.所述齿轮差速器包括多摩擦片式差速锁、差速器主体、第一动力输出半轴和第二动力输出半轴；
14.所述第二可调单向联轴器包括可滑动接合套、前进模式单向接合齿圈、倒车模式单向接合齿圈、齿圈单向轴承和动力输出轴；
15.所述前进模式单向接合齿圈、倒车模式单向接合齿圈分别和动力输出轴通过单向轴承装配连接；
16.所述可滑动接合套相对第二动力输出半轴左右滑动安装，可滑动接合套和前进模
式单向接合齿圈、倒车模式单向接合齿圈之间相互分别啮合连接。
17.优选的，所述单向离合器外支架通过螺栓与减速齿轮固定连接。
18.优选的，所述第一前进模式单向离合装置、第一倒车模式单向离合装置、第二倒车模式单向离合装置和第二前进模式单向离合装置结构相同，且对称分布。
19.优选的，所述第一前进模式单向离合装置、第一倒车模式单向离合装置、第二倒车模式单向离合装置和第二前进模式单向离合装置共用单向离合器外支架。
20.优选的，所述第一可调单向联轴器、第二可调单向联轴器结构相同且对称布置。
21.优选的，所述差速器主体、第一动力输出半轴和第二动力输出半轴通过多摩擦片式差速锁压紧锁合。
22.优选的，所述单向离合器外支架和离合内支架通过摩擦片组压紧锁合。
23.优选的，所述可滑动接合套和第二动力输出半轴之间采用滑键装配连接。优选的，所述可滑动接合套和动力输出半轴之间采用滑键装配连接。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明通过设置对称式的差速组件和差速器配合，从而可全时段开启，不影响直行到转弯的过度，克服转向困难，响应快动力过度平稳，动力分配自适应提高通过能力和安全性能，不同模式切换自由快捷方便，提高环境适应能力，结构简单成本低效率高。
附图说明
26.图1为本发明实施例的整体原理示意图；
27.图2为本发明实施例的单向离合式中央差速器原理示意图；
28.图3为本发明实施例的单向离合装置原理示意图；
29.图4为本发明实施例的前轮单向联轴器式差速总成原理示意图；
30.图5为本发明实施例的后轮单向联轴器式差速总成原理示意图。
31.图6为本发明实施例的齿轮差速器原理示意图；
32.图7为本发明实施例的单向联轴器原理示意图；
33.图8为本发明的前后车轮转弯半径示意图。
34.图中：1、单向离合式中央差速器；1-1、动力输入齿轮；1-2、减速齿轮； 1-3、单向离合外支架；1-4、第一动力输出半轴；1-5、后动力输出半轴；1-6、第一前进模式单向离合装置；1-6-1、离合单向轴承；1-6-2、单向离合内支架； 1-6-3、摩擦片组；1-7、第一倒车模式单向离合装置；1-8、第二倒车模式单向离合装置；1-9、第二前进模式单向离合装置；2、单向联轴器式前轮差速总成；2-1、前轮齿轮差速器；2-1-1、多摩擦片式差速锁；2-1-2、差速器主体；2-1-3、第一动力输出半轴；2-1-4、第二动力输出半轴；2-2、第一可调单向联轴器；2-3、第二可调单向联轴器；2-3-1、可滑动接合套；2-3-2、前进模式单向接合齿圈；2-3-3、倒车模式单向接合齿圈；2-3-4、齿圈单向轴承；2-3-5、动力输出轴；3、单向联轴器式后轮差速总成；3-1、后轮齿轮差速器；3-2、第一可切换单向联轴器；3-3、第二可切换单向联轴器。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.请参阅图1至图8，本发明提供一种技术方案：
37.一种动力分配自适应差速系统，差速系统包括单向离合式中央差速器1和差速组件，差速组件包括结构相同的一对单向联轴器式前轮差速总成2和单向联轴器式后轮差速总成3，单向联轴器式前轮差速总成2和单向联轴器式后轮差速总成3对称分布的在单向离合式中央差速器1的两侧。
38.单向离合式中央差速器1包括动力输入齿轮1-1、减速齿轮1-2、单向离合器外支架1-3，前动力输出半轴1-4、后动力输出半轴1-5、第一前进模式单向离合装置1-6、第一倒车模式单向离合装置1-7、倒车模式单向离合装置1-8和前进模式单向离合装置1-9。
39.其中：动力输入齿轮1-1和减速齿轮1-2啮合连接，第一前进模式单向离合装置1-6、第一倒车模式单向离合装置1-7和前动力输出半轴1-4之间分别通过单向轴承装配连接，第二倒车模式单向离合装置1-8、第二前进模式单向离合装置1-9和后动力输出半轴1-5之间分别通过单向轴承装配连接。
40.第一前进模式单向离合装置1-6包括离合单向轴承1-6-1、离合内支架1-6-2 和摩擦片组1-6-3；
41.单向联轴器式前轮差速总成2包括齿轮差速器2-1、第一可调单向联轴器2-2 和第二可调单向联轴器2-3；
42.齿轮差速器2-1包括多摩擦片式差速锁2-1-1、差速器主体2-1-2、第一动力输出半轴2-1-3和第二动力输出半轴2-1-4；
43.第二可调单向联轴器2-3包括可滑动接合套2-3-1、前进模式单向接合齿圈 2-3-2、倒车模式单向接合齿圈2-3-3、齿圈单向轴承2-3-4和动力输出轴2-3-5；
44.前进模式单向接合齿圈2-3-2、倒车模式单向接合齿圈2-3-3分别和动力输出轴2-3-5通过单向轴承装配连接；
45.可滑动接合套2-3-1相对第二动力输出半轴2-1-4左右滑动安装，可滑动接合套2-3-1和前进模式单向接合齿圈2-3-2、倒车模式单向接合齿圈2-3-3之间相互分别啮合连接。
46.单向离合器外支架1-3通过螺栓与减速齿轮1-2固定连接，第一前进模式单向离合装置1-6、第一倒车模式单向离合装置1-7、第二倒车模式单向离合装置 1-8和第二前进模式单向离合装置1-9结构相同，且对称分布。
47.第一前进模式单向离合装置1-6、第一倒车模式单向离合装置1-7、第二倒车模式单向离合装置1-8和第二前进模式单向离合装置1-9共用单向离合器外支架1-3，单向离合器外支架1-3和离合内支架1-6-2通过摩擦片组1-6-3压紧锁合。
48.第一可调单向联轴器2-2、第二可调单向联轴器2-3结构相同且对称布置，差速器主体2-1-2和第一动力输出半轴2-1-3和第二动力输出半轴2-1-4通过多摩擦片式差速锁2-1-1压紧锁合，可滑动接合套2-3-1和第二动力输出半轴2-1-4 之间采用滑键装配连接。
49.工作原理：针对汽车不同的状态：
50.当车辆挂前进挡时：
51.第一前进模式单向离合装置1-6的摩擦片组1-6-3压紧，使单向离合内支架 1-6-2和单向离合外支架1-3成为一体，在离合单向轴承1-6-1作用下可单向传递前进扭矩至前动
4将重新受到第一前进模式单向离合装置1-6传递的扭矩并短时间内不断增加，进而传递给前轮齿轮差速器2-1并平均分配给左前轮和右前轮驱动车辆，与此同时，后轮齿轮差速器 3-1通过后动力输出半轴1-5输入的转速将不再增加，后轮齿轮差速器3-1通过后动力输出半轴1-5传递的扭矩短时间内降低，此时单向离合式中央差速器1 输出的扭矩自动实现了最大限度分配给前轮齿轮差速器2-1，自动切换为四轮驱动模式。
62.考虑到极端情况为后轮抓地力为零(完全打滑)：
63.单向离合式中央差速器1输出的扭矩将完全传递给前轮齿轮差速器2-1并平均分配，进而驱动前轮转动。当后轮脱离打滑区域后，车辆重新回到前轮齿轮差速器2-1通过前动力输出半轴1-4输入的转速大于后轮齿轮差速器3-1通过后动力输出半轴1-5输入的转速的状态，又自动切换为后驱模式。由于该工况下，后轮打滑到前动力输出半轴1-4重新受到第一前进模式单向离合装置1-6传递的扭矩的过程时间极短，因此近似零响应时间，并且实现动力自动最大化分配至前轮，实现最佳四轮驱动，极大地提高车辆的通过能力和安全性能。
64.理论上车辆接近直线行驶未出现打滑时：
65.单向离合式中央差速器1传递的扭矩最终将平均分配到四个轮胎上，但是由于单向离合式中央差速器通过第一前进模式单向离合装置1-6、第二前进模式单向离合装置1-9输出转速时时相同，车辆打滑是由于轮胎受到的扭矩大于抓地力产生的，因此如果突然前轮打滑将导致前轮齿轮差速器2-1通过前动力输出半轴1-4输入的转速大于后轮齿轮差速器3-1通过后动力输出半轴1-5输入的转速，此时前轮将瞬间反拖而失去动力，进而在阻力作用下瞬间停止打滑并减速，进而又瞬间重新恢复动力，因此不会打滑只有打滑趋势，也就是虽然抓地力很小，但最小为最大静摩擦，同理后轮轮胎也只具有打滑趋势，因此四个轮胎转速实时保持一致，克服了车辆直行时单轮打滑的现象。
66.由于车辆维持前行，四轮动力维持等速稳定状态且不会出现打滑，因此单向离合式中央差速器1分配到各轮胎上的动力不高于最大抓地力(滑动摩擦力)，实现四轮均有实时的最佳驱动力。
67.由于打滑趋势的出现和动力分配是同时发生的，因此实现零响应时间自适应动力分配，不仅极大地提高了车辆的安全性能和通过能力，还进一步提高了传动效率，避免了扭矩浪费，并且由于四轮转速实时相同且不会打滑有利于车身保持稳定，进一步提高了车辆行驶安全性。
68.因此，自适应四轮驱动模式下车辆可实现转弯时零响应时间切换至后驱模式，转弯打滑时自动切换为四驱模式，直线行驶时动力自动零响应时间根据轮胎抓地力实时最佳地分配动力，上过程的实现无需任何控制系统操控，实现自适应动力分配。
69.当车辆遇到极其恶劣环境，出现前后均有轮胎同抓地力很小时：
70.由于前轮齿轮差速器2-1和后轮齿轮差速器3-1的差速锁均未锁合，因此均会出现动力自动转移至前后打滑的轮胎上而不能有效通过的情况。为应对这种情况，此时压紧前轮齿轮差速器2-1的多摩擦片式差速锁2-1-1，使多摩擦片式差速锁2-1-1、差速器主体2-1-2、第一动力输出半轴2-1-3、第二动力输出半轴 2-1-4锁合成为刚性整体，同理压紧锁合后轮齿轮差速器3-1，此时车辆切换到差速锁死四轮驱动模式，该模式下单向离合式中央差速器1、单向联轴器式前轮差速总成2单向联轴器式后轮差速总成3具有相同的工作原理。
71.在差速锁死四轮驱动模式下：
72.当车辆直线行驶时，扭矩由单向离合式中央差速器1通过过前动力输出半轴1-4、后动力输出半轴1-5分别传递给锁合后的前轮齿轮差速器2-1、后轮齿轮差速器3-1，再由锁合后的前轮齿轮差速器2-1分别通过第一可调单向联轴器 2-2、第二可调单向联轴器2-3分别单向驱动左前轮、右前轮。
73.由于锁合后的前轮齿轮差速器2-1带动第一可调单向联轴器2-2、第二可调单向联轴器2-3转动的转速实时相同，因此理论上转速慢的轮胎将分配到动力，转速快的轮胎将反拖而不受扭矩作用，但是车辆直行时，阻力将迫使轮胎不会反拖，因此两前轮转速实时相同，同理锁合后的后轮齿轮差速器3-1分别通过可切换单向联轴器3-2、可切换单向联轴器3-3分别单向驱动左后轮、右后轮且转速实时相同，因此只要有一个轮胎抓地力良好，其余轮胎均不会出现打滑。
74.这样就将自适应四轮驱动模式下前后轮打滑的状态转化为差速锁死四轮驱动模式下只具有打滑趋势的状态。
75.同理，由于车辆维持前行，四轮动力维持实时相等的稳定状态且不会出现打滑，因此单向离合式中央差速器1分配到各轮胎上的动力不高于最大抓地力 (滑动摩擦力)，实现四轮均有实时的最佳驱动力。
76.如果直行时出现四轮同时打滑，那么四轮动力均达到最大值(最大滑动摩擦力)，并且四轮转速实时相同，有利于车辆脱困和车身姿态稳定。当差速锁死四轮驱动模式下转弯时，由于各轮的转弯半径不同，不打滑情况下四轮转速从低到高依次为低转速、次低转速，次高转速、高转速，此时动力会分配给转速最小的轮胎，一旦该轮胎打滑，转速提高至转速次低的轮胎时，转速次低的轮胎将分配主要动力，而打滑轮胎提供很小抓地力(最大滑动摩擦力)，如果次低速轮胎也出现打滑，转速提高至转速次高的轮胎时，则转速次高的轮胎将分配主要动力，而打滑轮胎提供很小抓地力(最大滑动摩擦力)，同理如果转速次高的轮胎也出现打滑，则转速最高的轮胎将分配主要动力，而打滑轮胎提供很小抓地力(最大滑动摩擦力)，进而帮助车辆脱困。
77.进一步，如果所有轮胎均出现打滑，则此时四轮转速相同，四轮提供的抓地力均达到最大(最大滑动摩擦力)，进而保证车身稳定，助力车辆脱困。车辆脱困后动力将重新分配到转速最低的轮胎上。
78.由于打滑趋势的出现和动力分配是同时发生的，因此实现零响应时间自适应动力分配，不仅极大地提高了车辆的安全性能和通过能力，还进一步提高了传动效率，避免了扭矩浪费。
79.上述驱动模式切换过程可以在车辆行驶的状态下通过自动系统控制或人为按钮选择控制下完成，并且不影响车辆直行到转弯的过度可全时段开启。
80.当路况良好时不会打滑，为减小油耗，可自动解锁前轮齿轮差速器2-1或后轮齿轮差速器3-1，进而单向离合式中央差速器1传递的扭矩仅通过后动力输出半轴1-5或前动力输出半轴1-4驱动后轮齿轮差速器3-1或前轮齿轮差速器2-1，进而驱动后轮或前轮前进转动，实现前驱模式、后驱模式的自由切换。
81.驱动模式切换过程可以在车辆行驶的状态下通过自动系统控制或人为按钮选择控制完成。
82.当车辆挂倒车挡时，只需要将第一倒车模式单向离合装置1-7、第二倒车模式单向离合装置1-8压紧锁合，并释放第一前进模式单向离合装置1-6、第二前进模式单向离合装置1-9，同时将第一可调单向联轴器2-2、第二可调单向联轴器2-3、第一可切换单向联轴器3-2和第二可切换单向联轴器3-3均切换到倒车模式即可。
83.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。