汽车及其差速器及TCU的制作方法

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种汽车及其差速器及TCU。

背景技术：

目前，汽车普遍使用的自动变速器是液力自动变速器(Automatic Transmission，AT)。液力自动变速器是由液力变矩器、行星轮系和液压操纵机构(如离合器)组成。其中，液力自动变速器通过复杂的多组行星轮系配合多个离合器来实现自动升降档，因此液力自动变速器的结构复杂，造成升降档的控制策略复杂。

例如，现有的一种应用于宝马和奥迪车的八速液力自动变速器，该自动变速器包括液力变矩器，该液力变矩器具有传递扭矩和离合的作用，但目前还无法大规模生产。该八速液力自动变速器的变速是通过四组行星轮系传递扭矩来实现的，加工工艺要求极高。为了配合换档，该八速液力自动变速器装有6组离合器，这也使得换档变速的控制要求极高。

因此，目前多通过对自动变速器本身进行改进，实现汽车在较多个档位之间进行切换，自动变速器结构复杂，成本较高。

技术实现要素：

本发明解决的问题是，目前汽车多采用自动变速器来获取较多档位，自动变速器通过复杂的多组行星轮系配合多个离合器来实现自动升降档，结构复杂，成本较高。

为解决上述问题，本发明提供一种差速器，所述差速器包括：

差速器壳体；

位于所述差速器壳体内的行星齿轮轴及两个行星齿轮，所述行星齿轮轴可同步转动地连接至所述差速器壳体，两个所述行星齿轮分别可同步转动地连接至行星齿轮轴的两端；

两个半轴，所述半轴的一端固定有半轴齿轮，所述半轴齿轮在所述差速器壳体内与两个所述行星齿轮啮合，两个所述半轴的另一端分别伸出所述差速器壳体外以用于分别连接至两个汽车驱动轮；

位于所述差速器壳体外的行星轮系，包括齿圈、行星架、太阳轮及行星轮，所述太阳轮用于可同步转动地连接至变速器输出齿轮，所述行星架固定连接至差速器壳体；

第一离合器，用于可选择地连接所述变速器输出齿轮和所述行星架；

第二离合器，用于可选择地连接所述齿圈和变速器壳体。

可选地，所述变速器输出齿轮和太阳轮构成了双联齿轮。

可选地，所述变速器输出齿轮和太阳轮为同一个齿轮。

本发明还提供一种与上述任一所述的差速器相配合的TCU，所述TCU和所述差速器的配合方式为：

所述TCU用于根据待挂档控制所述第一离合器和第二离合器分离或结合，其中所述待挂档包括待挂前进档，所述待挂前进档的数量为2m，m为变速器的前进档的数量；

在所述待挂前进档为小于等于m的档位时，所述TCU控制所述第一离合器分离且第二离合器结合；

在所述待挂前进档为大于m的档位时，所述TCU控制所述第一离合器结合且第二离合器分离。

可选地，所述待挂档还包括：待挂倒档，所述待挂倒档的数量为2n，n为变速器的倒档的数量；

在所述待挂倒档为小于等于n的档位时，所述TCU控制所述第一离合器分离且第二离合器结合；

在所述待挂倒档为大于n的档位时，所述TCU控制所述第一离合器结合且第二离合器分离。

可选地，所述TCU包括：

接收单元，用于接收待挂档信号；

存储信号，用于存储所述待挂档信号及对应所述待挂档信号的所述第一离合器和第二离合器的结合状态或分离状态；

指令单元，用于获取所述接收单元接收到的所述待挂档信号和所述存储单元存储的对应该待挂档信号的所述第一离合器和第二离合器的结合状态或分离状态，之后向所述第一离合器和第二离合器发送结合指令或分离指令。

本发明还提供一种汽车，包括：，具有变速器壳体和变速器输出齿轮；

上述任一所述的差速器；

上述任一所述的TCU；

所述太阳轮连接至所述变速器输出齿轮，所述第一离合器可选择地连接变速器输出齿轮和所述行星架，所述第二离合器可选择地连接所述齿圈和变速器壳体。

可选地，所述变速器输出齿轮为所述变速器的主减速从动齿轮。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本技术方案的差速器中，第一离合器分离且第二离合器结合时，齿圈锁死，太阳轮主动且行星架被动，差速器具有减速比K₁；第一离合器结合且第二离合器分离时，太阳轮和行星架连接起来，差速器具有减速比K₂。其中，K₂不等于K₁。这样，汽车的变速器的任一档位经差速器传递至车轮时，对应差速器的两个减速比K₁和K₂，可使车轮获得两个转速，因此，对应变速器档位的数量，汽车所具有的档位数量可翻倍。

应当理解的是，此处“变速器档位”是指变速器的前进档和倒档，不包括空挡和驻停档。

本技术方案无需对变速器本身进行任何改进，而在差速器中增加一个行星轮系及两个离合器就能够实现汽车在较多档位之间进行切换。因此，变速器的结构变得简单，降低产品成本。而且，相比于传统的变速器档位的设计方案，本技术方案的差速器的结构紧凑，使用零部件较少，且档位切换的控制简单，开发和生产成本均较低，与传统的多档位变速器相比，产品重量也 较轻。

附图说明

图1是本发明具体实施例的差速器与变速器之间、差速器中各个部件之间的相对位置关系示意图；

图2是本发明具体实施例的差速器与变速器配合关系示意图；

图3是本发明具体实施例的与图1所示差速器相配合的TCU示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，差速器是用于调节左、右(或前、后)驱动轮转速差的机构。当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，差速器控制其连接的两个驱动轮以不同转速滚动，保证两个驱动轮作纯滚动运动，避免出现滑动运动。当汽车直行时，差速器控制两个驱动轮同转速滚动。

本技术方案提出一种新的差速器，用于增加汽车的档位数并实现了在多个档位之间进行升降档控制。

参照图1，本实施例提供一种差速器1，差速器1包括：差速器壳体10；

位于差速器壳体10内的行星齿轮轴13及两个行星齿轮14，行星齿轮轴13可同步转动地连接至差速器壳体10，两个行星齿轮14分别可同步转动地连接至行星齿轮轴13的两端；

两个半轴11、12，半轴11、12的一端固定有半轴齿轮110、120，半轴齿轮110固定在半轴11的一端且半轴齿轮120固定在半轴12的一端，半轴齿轮110、120在差速器壳体10内与两个行星齿轮14啮合，两个半轴11、12的另一端分别伸出差速器壳体10外以用于分别连接至两个汽车驱动轮；

位于差速器壳体10外的行星轮系P，包括齿圈P1、行星架P2、太阳轮P3及行星轮P4，太阳轮P3用于连接至变速器输出齿轮4，行星架P2固定连接至差速器壳体10；

第一离合器C1，可选择地连接行星架P2和变速器输出齿轮4；

第二离合器C2，可选择地连接齿圈P1和变速器壳体3。

第一离合器C1和第二离合器C2控制差速器1的减速比，进而控制差速器1的输出转速和扭矩，控制方式为：

第一离合器C1分离且第二离合器C2结合，行星架P2和变速器输出齿轮4之间的连接断开，且齿圈P1和变速器壳体3固定连接。此时，太阳轮P3主动且行星架P2被动，变速器输出齿轮4输出的转速和扭矩依次传递给太阳轮P3、行星架P2，行星架P2带动差速器壳体10转动，差速器1输出转速和扭矩。此时，差速器1中的太阳轮P3到行星架P2实现了减速传动，差速器1的减速比相比于未设有行星轮系P时的差速器的减速比增大，设为K₁。

第一离合器C1结合且第二离合器C2分离，太阳轮P3和行星架P2连接在一起，变速器输出齿轮4通过太阳轮P3和行星架P2带动整个行星轮系P同步转动，并通过行星架P2带动差速器壳体10转动。此时，行星轮系P到差速器壳体10实现了同步传动，差速器1的减速比相比于未设有行星轮系P时的差速器的减速比未有变化，设为K₂。

因此，K₁>K₂，本技术方案的差速器1能够在减速比K₁和K₂之间进行切换，这样，在变速器可实现的档位数量的前提下，汽车所具有的档位数量翻倍。例如当变速器为四速变速器时，使用本技术方案的差速器1，汽车具有8个前进档及2个倒档。

需要说明的是，变速器2为自动变速器，通常变速器2包括主减速齿轮副20，主减速齿轮副20包括主减速主动齿轮21、和可同步转动地连接至太阳轮P3的主减速从动齿轮22，其中主减速主动齿轮21作为变速器输入齿轮，主减速从动齿轮22作为变速器输出齿轮4，该主减速齿轮副20实现对变速器2输出的转速进行进一步减速传动，减速比设为K；

结合参照图2，以变速器2选择四速自动变速器为例，阐述本技术方案差速器1与变速器2的配合方式：

1档：变速器2通过液压控制系统挂入S1档，此时变速器2的齿轴系统通过自身的离合器控制，与差速器1中第一、二离合器C1、C2无关。同时， 在差速器1中，通过液压控制第一离合器C1分离且第二离合器C2结合，此时主减速从动齿轮22受主减速主动齿轮21的驱动，带动太阳轮P3转动，而齿圈P1在第二离合器C2结合的作用下与变速器壳体3固定链接，故行星轮系P为从太阳轮P3输入转速和扭矩且从行星架P2输出转速和扭矩，行星架P2带动差速器壳体10转动。差速器壳体10转动时将扭矩和速度传递到半轴齿轮110、120，并分别传递至相应驱动轮，使车辆行驶，减速比为R1×K×(1+K')，R1为变速器2在1档时输出至主减速主动齿轮21的减速比，(1+K')为太阳轮P3到行星架P2的减速比。

2档～4档：对于2档～4档中的任一档位，可参考前述1档工作原理的相关内容，变速器2通过液压控制系统挂入相应档位S2、S3、或S4，同时控制第一离合器C1分离且第二离合器C2结合。此时，在2档时，减速比为R2×K×(1+K')，R2为变速器2在2档时的减速比，R2为变速器在2档时输出至主减速主动齿轮21的减速比，；在3档时，减速比为R3×K×(1+K')，R3为变速器2在3档时输出至主减速主动齿轮21的减速比；在4档时，减速比为R4×K×(1+K')，R4为变速器2在4档时输出至主减速主动齿轮21的减速比。

5档：变速器2挂入S1档，此时变速器2的齿轴系统通过自身的离合器控制，与在差速器1中第一、二离合器C1、C2无关。同时，在差速器1中，通过液压控制第一离合器C1结合且第二离合器C2分离。此时，主减速从动齿轮22受主减速主动齿轮21驱动，带动整个行星轮系P同步转动，并直接通过行星架P2带动差速器壳体10转动，遂将扭矩和转速传递到半轴齿轮110、120，从而驱动车辆行驶，减速比为R1×K。

6档：变速器2挂入S2档，同时，控制第一离合器C1结合且第二离合器C2分离。此时，车辆行驶时，减速比为R2×K。

7档：变速器2挂入S3档，同时，控制第一离合器C1结合且第二离合器C2分离。此时，车辆行驶时，减速比为R3×K。

8档：变速器2挂入S4档，同时，控制第一离合器C1结合且第二离合器C2分离。此时，车辆行驶时，减速比为R4×K。

倒档1：变速器2挂入倒档，此时变速器2的齿轴系统通过自身的离合器 控制，与在差速器1中第一、二离合器C1、C2无关。同时，在差速器1中，通过液压控制第一离合器C1分离且第二离合器C2结合。此时车辆行驶时减速比为R5×K×(1+K')，R5为变速器2在倒档时输出至主减速主动齿轮21的减速比。

倒档2：变速器2挂入倒档，同时控制第一离合器C1结合且第二离合器C2分离。此时，车辆行驶时的减速比为R5×K，小于倒档1时的减速比R5×K×(1+K')，车辆行驶速度要大于倒档1时的车辆行驶速度，倒档2时车辆行驶速度较快。因此，在具体倒档行驶场合，可根据需要切换第一离合器C1和第二离合器C2的结合状态或分离状态。

因此，在变速器2为四速自动传动器时，配合差速器1，汽车具有了八个前进档位和二个倒档档位，档位翻倍。

参照图1和图2，主减速从动齿轮21与太阳轮P3连接，连接方式为：主减速从动齿轮21与太阳轮P2构成了双联齿轮，主减速从动齿轮21的中轴线与太阳轮P2的中轴线重合，且主减速从动齿轮21和太阳轮P2沿轴向连接在一起，例如焊接或一体成型。

作为一种变形例，主减速从动齿轮21与太阳轮P3的连接方式还可以是：在不阻挡半轴120从差速器壳体10中伸出的路径时，主减速从动齿轮21与太阳轮P3可共用一个齿轮。

行星轮系P是一种先进的齿轮传动机构，具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、传递功率范围及传动范围大。其中太阳轮P3位于齿圈P1内且两者同轴，行星轮P4位于太阳轮P3和齿圈P1之间并分别与齿圈P1和太阳轮P3啮合，行星轮P4的数量为至少一个。行星架P2连接起所有行星轮P4的转轴并连接至太阳轮P3。太阳轮P3主动自转以带动行星架P2被动公转，同时行星轮P4既受太阳轮P3驱动而自转，又受行星架P2驱动而公转，受行星轮P4自转的影响，行星架P2输出的转速相比输入的转速减小。

其中行星架P2和差速器壳体10之间的连接方式是：螺栓连接、铆接或焊接。

另外，在差速器1内，在车轮直行时，两个半轴11、12所连接的两个车 轮转速与差速器壳体10的转速相同，而在汽车转弯时三者转速不再相同，行星齿轮轴13将来自差速器壳体10的转矩传给两个行星齿轮14，实现转矩分配，从而使车轮实现差速运转，内侧轮转速减小，外侧轮转速增加。

在本技术方案的差速器1中，第一离合器C1和第二离合器C2的液压控制原理可参考变速器2的离合器的液压控制原理，在此不再赘述。

参照图1和图3，本技术方案还提供一种与差速器1相配合的变速器控制单元(Transmission Control Unit，TCU)，TCU和差速器1的配合方式为：

TCU用于根据待挂档控制第一离合器C1和第二离合器C2分离或结合，其中待挂档包括待挂前进档，所述待挂前进档的数量为2m，m为变速器2的前进档的数量；

在待挂前进档为小于等于m的档位时，所述TCU控制所述第一离合器C1分离且第二离合器C2结合；

在待挂前进档为大于m的档位时，所述TCU控制所述第一离合器C1结合且第二离合器C2分离。

其中，根据汽车要实现的前进档数量，m可为2、3、4、5或更多。

进一步地，待挂档还包括待挂倒档，待挂倒档的数量为2n，n为变速器2的倒档的数量；

在待挂倒档为小于等于n的档位时，所述TCU控制第一离合器C1分离且第二离合器C2结合；

在待挂倒档为大于n的档位时，所述TCU控制所述第一离合器C1结合且第二离合器C2分离。

一般情况下，变速器2具有1个倒档，此时配合差速器1，汽车具有2个倒档。在其他技术方案中，不排除变速器2具有多个倒档。

为实现上述配合方式，TCU包括：

接收单元6，用于接收待挂档信号；

存储信号7，用于存储待挂档信号及对应待挂档信号的第一离合器C1和 第二离合器C2的结合状态或分离状态；

指令单元8，用于获取接收单元6接收到的待挂档信号和存储单元7存储的对应该待挂档信号的第一离合器C1和第二离合器C2的结合状态或分离状态，之后向第一离合器C1和第二离合器C2发送结合指令或分离指令。之后，第一离合器C1和第二离合器C2进行相应动作。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。