具备电控动力分配和机械锁止的两档分动器

本发明属于车辆传动技术领域，具体涉及一种具备电控动力分配和机械锁止的两档分动器。

背景技术：

分动器通常用于四驱车上，把变速箱的动力输出到前后桥，用于驱动车辆。目前市面上的分动器既有以链式传递结构的手动分动器，也有基于离合器进行前后轴动力分配的主动式分动器。但基于离合器进行前后轴动力分配的分动器往往由于离合器的热容量限制，在极限越野工况，会出现热保护停止工作。

在现有技术中公开了一些涉及分动器应用的技术，cn102922994b公开一种汽车传动系统，包括前桥、后桥、桥间传动轴、控制器单元以及扭矩管理器，前桥的一前驱动轴接变速箱，且变速箱与分动器连接，分动器的输出端分别与另一前驱动轴和桥间传动轴连接；后桥的减速器分别连接两个后驱动轴，且在桥间传动轴与减速器之间装配有扭矩管理器，所述控制器单元的输出控制所述扭矩管理器是否向后桥输出扭矩以及输出扭矩的大小；所述分动器第一动力输出端通过实轴与右前驱动轴相连，所述分动器第二动力输出端通过空心轴与齿轮组相连，控制器单元根据车速、油耗和/或发动机节气门开度确定是否向后桥输出扭矩，以实现整车驱动形式为适时四驱。在越野情况下如何提高离合器的热容量，在这篇文献中没有提及。

随着汽车工业技术的发展以及消费者对四驱系统智能化需求的提升，具有前后轴动力分配的主动式分动器成为发展的重点，如何实现动力的主动分配并且满足极限越野性能，克服离合器的热容量不足的缺点，是分动器的研发重点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具备电控动力分配和机械锁止的两档分动器，通过离合器进行前后桥动力的主动分配，实现四驱系统的智能化，提高四驱系统的响应，满足冰雪、湿滑路面的动力自动分配；具备机械锁，可实现前后桥的机械锁止，保证在极限越野工况下的通过性能，克服离合器的热容量不足的缺点；同时具备高低两个档位，满足不同的牵引力需求，正常公路工况，用高档驱动，极限越野工况用低档。本发明上述的三个功能只需一个电机执行器完成，结构合理，提高车辆的性能。

本发明的技术方案为：

本发明提供一种具备电控动力分配和机械锁止的两档分动器，其包括输入轴、后输出轴、机械锁拨叉盘、前输出轴、离合器压紧机构、导轴、换挡凸轮和电机执行器；

输入轴依次与太阳轮和第一齿套连接，高低档行星排的齿圈与壳体连接；换挡拔叉盘通过滑动花键与后输出轴连接，当换挡拔叉盘向靠近输入轴的方向移动时，第二齿套和第一齿套啮合，高低档行星排处于高档位置，动力通过太阳轮直接传递到后输出轴；当换挡拔叉盘向远离输入轴的方向移动时，第二齿套和第三齿套啮合，高低档行星排处于低档位置，动力经过高低档行星排的减速增扭后，从行星架输出到后输出轴；

机械锁拨叉盘通过滑动花键与后输出轴连接，当机械锁拨叉盘向靠近输入轴的方向移动时，第四齿套和第五齿套脱开，机械锁松开；当机械锁拨叉盘向远离输入轴的方向移动时，第四齿套和第五齿套啮合，机械锁锁止；

前输出轴通过被动链轮、传动链、主动链轮从后输出轴获取动力；

离合器压紧机构包括压盘、被动球凸轮盘、主动球凸轮盘、球、第一驱动齿轮、第二驱动齿轮和第三驱动齿轮；离合器压紧机构的第一驱动齿轮由所述后输出轴支撑旋转，电机执行器通过所述第一驱动齿轮、第二驱动齿轮和第三驱动齿轮构成的齿轮系驱动所述第一驱动齿轮，通过第一驱动齿轮的环槽内部的凸台，使主动球凸轮盘旋转一定角度，球在环槽中不同的深度，能导致被动球凸轮盘在轴向的不同位移，从而调节离合器的压紧程度；

导轴，与所述输入轴平行设置，所述导轴的两端分别与壳体的内部凹槽紧配合固定，用于支撑换挡拨叉、机械锁拨叉沿轴向的移动以及第二驱动齿轮的旋转运动；

换挡凸轮安装在换挡轴上，所述换挡凸轮与储能弹簧配合安装；当所述第二齿套或所述第四齿套由于啮合齿不对中，导致无法啮合到位时，所述储能弹簧被压缩，产生的压紧力通过设置在导轴上的换挡拨叉或机械锁拨叉作用在所述第二齿套或者所述第四齿套上，从而实现所述第二齿套或所述第四齿套的啮合到位；同时所述导轴上设有回位弹簧，用于所述机械锁拨叉的回位；

电机执行器，设置在所述换挡轴的一端上，电机执行器带动所述换挡轴以及设置在换挡轴上的换挡凸轮和第三驱动齿轮转动，所述电机执行器能同时实现高低档切换、机械锁锁止以及离合器压紧动作。

可优选的是，所述换挡轴在第一转角范围转动，所述高低档行星排保持高档位置，所述机械锁保持松开状态，所述离合器压紧机构起作用；

所述换挡轴在第二转角范围转动，所述高低档行星排由高档向低档切换，所述机械锁由松开状态切换至锁止状态，所述离合器压紧机构不起作用；所述高低档行星排由低档向高档切换，所述机械锁由锁止状态切换至松开状态，所述离合器压紧机构不起作用；

所述换挡轴在第三转角范围转动，所述高低档行星排保持低档位置，所述机械锁保持锁止状态，所述离合器压紧机构不起作用。

可优选的是，所述换挡凸轮设有换挡螺旋槽和锁止螺旋槽；所述换挡螺旋槽能使所述换挡凸轮的旋转运动转化为所述换挡拨叉的轴向移动；所述锁止螺旋槽能使所述换挡凸轮的旋转运动转化为所述机械锁拨叉的轴向移动。

进一步，所述换挡螺旋槽具备：

第一行程段，所述换挡凸轮的换挡凸轮轴在第一转角范围转动不会驱动所述换挡拨叉的移动，所述第二齿套和固连在太阳轮上的第一齿套啮合，所述高低档行星排保持高档位置；第二行程段，所述换挡凸轮轴在第二转角范围转动会驱动所述换挡拨叉的移动，所述第二齿套随所述后输出轴空转，不与任何齿套啮合，所述高低档行星排在高低档位之间切换；第三行程段，所述换挡凸轮轴在第三转角范围转动不会驱动所述换挡拨叉的移动，所述第二齿套和固连在行星架上的第三齿套啮合，所述高低档行星排保持低档位置。

或者，所述锁止螺旋槽具备：第一行程段，所述换挡凸轮轴在第一转角范围转动时，不驱动所述机械锁拨叉的移动，所述第四齿套随所述后输出轴空转，不与任何齿套啮合，所述机械锁保持松开；第二行程段，所述换挡凸轮轴在第二转角范围转动会驱动所述机械锁拨叉的移动，所述第四齿套在所述后输出轴上移动，所述机械锁在锁止与松开之间互换；第三行程段，所述换挡凸轮轴在第三转角范围转动不会驱动所述机械锁拨叉的移动，所述第四齿套与固连在主动链轮上的第五齿套啮合，所述机械锁保持锁止。

进一步，所述第一驱动齿轮的环槽具备两个凸台，与所述主动球凸轮盘的四个凸台具有相位配合，所述换挡凸轮轴在第一转角范围转动，所述第三驱动齿轮通过所述第二驱动齿轮驱动所述第一驱动齿轮旋转，所述环槽凸台与所述主动球凸轮盘凸台接触并驱动其旋转，所述离合器压紧机构起作用；所述换挡凸轮轴在第二转角范围转动，所述第三驱动齿轮通过所述第二驱动齿轮驱动所述第一驱动齿轮旋转，所述环槽凸台与所述主动球凸轮盘凸台未接触而不驱动其旋转，所述离合器压紧机构不起作用；所述换挡凸轮轴在第三转角范围转动，所述第一驱动齿轮通过所述第二驱动齿轮驱动所述第三驱动齿轮旋转，所述环槽凸台不与所述主动球凸轮盘凸台接触，所述离合器压紧机构不起作用。

进一步，后输出轴上还通过推力轴承设有主动链轮，主动链轮通过传动链，带动被动链轮转动，其中，被动链轮设置在前输出轴上；同时，主动链轮通过花键与离合器毂连接，同时也能通过第五齿套与第四齿套连接。

可优选的是，碟簧安装在离合器摩擦片的内部空间中，离合器的压盘、推力轴承、被动球凸轮盘、球、主动球凸轮盘、第一驱动齿轮和推力轴承依次安装。

可优选的是，第一驱动齿轮的内部通过环槽与主动球凸轮盘相配合，第一驱动齿轮通过环槽中的凸台带动主动球凸轮盘转动，从而驱动被动球凸轮盘轴向移动，压紧离合器摩擦片。

进一步，在后输出轴上还设置有润滑泵，润滑泵从分动器的底部吸油，润滑油通过后输出轴的中心的油道，实现现离合器、高低档行星排、链传动机构和轴承的润滑。

本发明有益效果是：

(1)具备高低档，使分动器的输出转矩得到放大，满足越野工况的牵引力需求；

(2)具备机械锁，实现前后桥的机械锁止，从而保证越野工况通过性；

(3)通过电控系统控制离合器的压紧力，实现前后桥动力的主动和自动分配，克服了手动分动器需要手动切换的缺点；

(4)高低档切换、机械锁和离合器压紧，三个功能只需一个电机执行器完成，结构优化，节省分动器的成本并实现了更可靠的控制。

附图说明

图1为本发明具备电控动力分配和机械锁止的两档分动器的传动示意图；

图2为本发明分动器的结构图；

图3a-图3b分别为本发明分动器的第一驱动齿轮的主视图和剖视图；

图4a-图4c分别为本发明分动器的主动球凸轮盘左视图、剖视图和右视图；

图5a和图5b分别为本发明分动器的换挡凸轮换挡螺旋槽和锁止螺旋槽的展开图。

图中：

1-输入轴，2-壳体，3-齿圈，4-行星架，5-太阳轮，6-第一齿套，7-第二齿套，8-第三齿套，9-换挡拨叉盘，10-换挡拨叉，11-机械锁拨叉盘，12-第四齿套，13-第五齿套，14-传动链，15-主动链轮，16-离合器毂，17-摩擦片，18-压盘，19-被动球凸轮盘，20-被动球凸轮盘挡板，21-球，22-主动球凸轮盘，23-第一驱动齿轮，24-碟簧，25-推力轴承，26-润滑泵，27-后输出法兰，28-后输出轴，29-第二驱动齿轮，30-机械锁拨叉，31-回位弹簧，32-储能弹簧，33-换挡凸轮，34-导轴，35-第三驱动齿轮，36-电机执行器，37-被动链轮，38-前输出轴，39-主动链轮推力轴承，40-前输出法兰，41-换挡轴。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

图1为具备电控动力分配和机械锁止的两档分动器的传动示意图，输入轴1依次与太阳轮5和第一齿套6连接，高低档行星排的齿圈3与壳体2连接；换挡拨叉盘9通过滑动花键与后输出轴28连接，当换挡拨叉盘9向靠近输入轴的方向、即向左侧移动时，第二齿套7和第一齿套6啮合，高低档行星排处于高档位置，动力通过太阳轮5直接传递到后输出轴28；当换挡拨叉盘9向远离输入轴的方向、即向右侧移动时，第二齿套7和第三齿套8啮合，高低档行星排处于低档位置，动力经过高低档行星排的减速增扭后，从行星架4输出到后输出轴28。

在本发明中，高低档行星排包括固连于太阳轮5的第一齿套6、固连于行星架的第三齿套8以及可以跟随换挡拨叉盘9轴向移动的第二齿套7。高低档行星排主要实现两个档位，满足不同的牵引力需求。高低档行星排由齿圈3、行星架4和太阳轮5组成。高低档换挡机构主要用于切换两个档位，由第一齿套6、第二齿套7、第三齿套8、换挡拔叉盘9和换挡拨叉10组成。当换挡拨叉10往左边拨动时，第二齿套7和第一齿套6啮合，高低档行星排处于高档位置；当换挡拨叉10往右边拨动时，第二齿套7和第三齿套8啮合，高低档行星排处于低档位置。

本发明包括输入轴1、后输出轴28、前输出轴38和导轴34。输入轴1和后输出轴28同轴心布置；输入轴1和前输出轴38的轴线平行设置；导轴34与输入轴1平行设置，导轴34的两端分别与壳体2的内部凹槽紧配合固定，用于支撑换挡拨叉10、机械锁拨叉30沿轴向的移动以及第二驱动齿轮29的旋转运动。

链传动机构由主动链轮15、被动链轮37和传动链14组成，主要功能是把动力输出到前桥。主动链轮15通过花键与离合器毂16连接，同时也可通过第五齿套13与第四齿套12连接。主动链轮15通过推力轴承39支撑在后输出轴28上。主动链轮15通过传动链14，带动被动链轮37转动，其中，被动链轮37设置在前输出轴38上。

机械锁拨叉盘11通过滑动花键与后输出轴28连接，当机械锁拨叉盘11向靠近输入轴的方向、即向左移动时，第四齿套12和第五齿套13不啮合，机械锁松开；当机械锁拨叉盘11向远离输入轴的方向、即向右移动时，第四齿套12和第五齿套13啮合，机械锁锁止。前输出轴38通过被动链轮37、传动链14、主动链轮15从后输出轴28获取动力，实现分动器机械锁止的功能。

在本发明中，机械锁机构包括与主动链轮固连的第五齿套13和可以随机械锁拨叉盘11轴向移动的第四齿套12。固连于机械锁拨叉盘11的第四齿套12可沿后输出轴28的轴向移动，从而选择性与固连在主动链轮上的第五齿套13啮合，可在需要时建立后输出轴28与前输出轴38刚性连接。

离合器压紧机构包括压盘18、被动球凸轮盘19、被动球凸轮盘挡板20、主动球凸轮盘22、球21、第一驱动齿轮23、第二驱动齿轮29和第三驱动齿轮35，其中球21夹设在被动球凸轮盘挡板20和主动球凸轮盘22之间。离合器压紧机构的第一驱动齿轮23由后输出轴28支撑旋转，电机执行器通过第一驱动齿轮23、第二驱动齿轮29和第三驱动齿轮35构成的齿轮系驱动第一驱动齿轮23，通过其环槽内部的凸台301，使主动球凸轮盘22旋转一定角度，球21在槽中不同的深度能导致被动球凸轮盘19在轴向的不同位移，从而调节离合器的压紧程度。

当第三驱动齿轮35转动时，通过第二驱动齿轮29和第一驱动齿轮23减速后，作用在主动球凸轮盘22上；被动球凸轮盘19和主动球凸轮盘22的相对转动，使被动球凸轮盘19产生轴向运动，从而带动离合器压盘18压紧离合器摩擦副，实现离合器的结合，动力由离合器毂16经主动链轮15分配到前桥。分动器控制器可以根据不同的道路工况，施加不同的压紧力，从而控制前桥获得不同的动力，实现前后桥动力的主动分配。

换挡凸轮33安装在换挡轴41上，换挡凸轮33与储能弹簧32配合安装。当第二齿套7或第四齿套12由于啮合齿不对中，导致无法啮合到位时，储能弹簧32被压缩，产生的压紧力通过设置在导轴上的换挡拨叉10或机械锁拨叉30作用在第二齿套7或者第四齿套12上，从而实现第二齿套7或第四齿套12的啮合到位；同时导轴34上设有回位弹簧31，用于机械锁拨叉30的回位。

电机执行器36与换挡轴41连接并设置在换挡轴41的一端上，电机执行器36带动换挡轴41以及设置在换挡轴上的换挡凸轮和第三驱动齿轮转动，电机执行器能同时实现高低档切换、机械锁锁止以及离合器压紧动作。当电机执行器36驱动换挡轴41在第一转角范围转动时，分动器处于高档位状态，离合器压紧机构可被调节但机械锁不被驱动；当换挡轴41被驱动在第二转角范围转动时，分动器可完成高低档位和机械锁状态的切换，离合器压紧机构不被驱动；当换挡轴41处于第三转角范围时，分动器的高低档行星排处于低档位，机械锁被切换至锁止状态，离合器压紧机构不被驱动。

碟簧24安装在离合器摩擦片17的内部空间，离合器的压盘18、推力轴承、被动球凸轮盘19、球21、主动球凸轮盘22、第一驱动齿轮23、推力轴承25依次安装。第一驱动齿轮23内部通过环槽与主动球凸轮盘22相配合，第一驱动齿轮23通过环槽中的凸台带动主动球凸轮盘22转动，从而驱动被动球凸轮盘19轴向移动，压紧离合器摩擦片17。第一驱动齿轮23和第二驱动齿轮29相啮合，第二驱动齿轮29和第三驱动齿轮35相啮合。第二驱动齿轮29通过轴承空套在导轴34上，而第三驱动齿轮35则与换挡轴41做成一体。

润滑泵26安装在后输出轴28上，润滑泵26从分动器的底部吸油，润滑油通过后输出轴28中心的油道，实现离合器、行星齿轮和轴承的润滑。

本发明还设置有湿式离合器，其包括主动部分和从动部分，主动部分与后输出轴直接相连，从动部分与前输出轴通过链传动机构相连，从而将输入轴动力按需分配给后输出轴和前输出轴。

图2为本发明分动器的详细结构图，分动器采用左右两侧可分开式箱体的结构，通过螺栓连接。输入轴1连接变速箱的输出端，后输出法兰27连接后输出传动轴，向后桥传递动力。前输出法兰40连接前输出传动轴，向前桥传递动力。

图3a和图3b为本发明分动器的第一驱动齿轮的详细结构图，大齿轮内部设计有一个环槽302，环槽里面有两个凸台301。环槽内设计有与换挡凸轮33相配合的相位，包括高低档切换空行程e和离合器压紧行程c、p。高低档切换空行程中，即使第一驱动齿轮23转动，但主动球凸轮盘22不转动，因此离合器不压紧。在离合器压紧行程c、p中，由于换挡凸轮33上也设计了相应的空行程，即使离合器在压紧，但高低档拨叉依然无动作。通过这样的相位配合，只需一个电机执行器就可完成不同的动作。

第一驱动齿轮23的环槽302具备两个凸台301，与主动球凸轮盘22的四个凸台401具有相位配合，换挡凸轮轴在第一转角范围转动，第三驱动齿轮35通过第二驱动齿轮29驱动第一驱动齿轮23旋转，环槽凸台与主动球凸轮盘凸台接触并驱动其旋转，离合器压紧机构起作用；换挡凸轮轴在第二转角范围转动，第三驱动齿轮35通过第二驱动齿轮29驱动第一驱动齿轮23旋转，环槽凸台与主动球凸轮盘凸台未接触而不驱动其旋转，离合器压紧机构不起作用；换挡凸轮轴在第三转角范围转动，第三驱动齿轮35通过第二驱动齿轮29驱动第一驱动齿轮23旋转，环槽凸台不与主动球凸轮盘凸台接触，离合器压紧机构不起作用。

图4a-图4c为本发明分动器的主动球凸轮盘结构图，主动球凸轮盘22有4个凸台401，安装在第一驱动齿轮23的环槽302中。4个凸台401与环槽里面的两个凸台301相配合，实现高低档切换空行程和离合器压紧行程的动作。主动球凸轮盘22设计了3个不同深度的弧形槽402，弧形槽402与球21配合，实现离合器的轴向压紧，并可以把第一驱动齿轮23的力矩放大，满足摩擦片17的压紧力要求。

图5a和图5b为本发明分动器的换挡凸轮的换挡螺旋槽、锁止螺旋槽的展开图槽型的展开图。本发明设计有两个槽型，分别为换挡螺旋槽51和锁止螺旋槽52。换挡螺旋槽51用于驱动换挡拨叉10，锁止螺旋槽52用于驱动机械锁拨叉30。换挡螺旋槽51中，包括有压紧段501，用于离合器的压紧，在该行程段内，即使换挡轴转动，换挡拨叉10依然无动作，只有离合器压紧动作起作用；还包括高低档切换行程段502，在该行程中完成高低档的切换；还包括锁紧段503，在该行程段内，即使换挡轴转动，换挡拨叉10依然无动作，只有离合器压紧动作起作用。锁止螺旋槽52与换挡螺旋槽51类似，同样存在机械锁分离区504、机械锁状态切换行程区505和机械锁锁止区506三个行程区段，分别用于离合器压紧和机械锁的锁止。

换言之，换挡螺旋槽具备：第一行程段，换挡凸轮的换挡凸轮轴在第一转角范围转动不会驱动换挡拨叉10移动，第二齿套7和固连在太阳轮上的第一齿套6啮合，高低档行星排保持高档位置；第二行程段，换挡凸轮轴在第二转角范围转动会驱动换挡拨叉10的移动，第二齿套7随后输出轴28空转，不与任何齿套啮合，高低档行星排在高低档位之间切换；第三行程段，换挡凸轮轴在第三转角范围转动不会驱动换挡拨叉10的移动，第二齿套7和固连在行星架上的第三齿套8啮合，高低档行星排保持低档位置。本发明的锁止螺旋槽具备：第一行程段，换挡凸轮轴在第一转角范围转动时，不驱动机械锁拨叉30移动，第四齿套12随后输出轴28空转，不与任何齿套啮合，机械锁保持松开；第二行程段，换挡凸轮轴在第二转角范围转动会驱动机械锁拨叉30的移动，第四齿套12在后输出轴28上移动，机械锁在锁止与松开之间互换；第三行程段，换挡凸轮轴在第三转角范围转动不会驱动机械锁拨叉30移动，第四齿套12与固连在主动链轮上的第五齿套13啮合，机械锁保持锁止。

换挡凸轮33槽型和第一驱动齿轮23的环槽凸台配合设计，只需一台执行电机，满足高低档切换、机械锁的锁止以及离合器的压紧三个功能。

本发明分动器在两驱工作模式下，可通过电机执行器使其高档位接合但不驱动机械锁和离合器压紧机构；在分动器四驱工作模式下，当电机执行器保证其高档位接合时，离合器压紧机构可被按需调节，不驱动机械锁；当电机执行器驱动机械锁锁止后，分动器切换为低速四驱模式，不驱动离合器压紧机构。换挡和机械锁执行机构主要由换挡凸轮33，储能弹簧32、回位弹簧31和电机执行器36组成。电机执行器36带动换挡凸轮33转动，换挡凸轮33上设计有两个螺旋槽型，分别与换挡拨叉10和机械锁拨叉30配合，从而实现高低档的切换，以及机械锁的锁止和松开。

通过上述实施例的说明，本发明的有益效果在于：只需一个电机执行器即可切换高低档行星排改变分动器的输出转矩，调整机械锁状态增加越野工况的通过性，调节离合器压紧力并按需分配前后桥动力。

利用一个电机执行器36实现高低档切换、机械锁锁止以及离合器的压紧动作，电机执行器36驱动换挡凸轮33、从而带动机械锁拨叉30和换挡拨叉10，完成机械锁的锁止和高低档的切换。同时可以驱动第三驱动齿轮35、第二驱动齿轮29和第一驱动齿轮23，带动主动球凸轮盘22相对被动球凸轮盘19旋转，完成离合器的压紧动作。为保证这3个功能动作之间不产生运动干涉，换挡凸轮33和主动球凸轮盘22具有不同的相位配合。

本发明的分动器在两轮驱动的工作模式下，输入轴通过太阳轮与后输出轴连接，机械锁处于松开状态，离合器压紧机构未被驱动，动力直接由变速器输出至后桥；在正常的四驱工作模式下，输入轴和后输出轴依然通过太阳轮连接，保持1:1的速比，机械锁仍处于松开状态，此时控制器可根据前后轴的输出和附着条件，驱动离合器的压紧机构，自动控制离合器的压紧情况，前后轴的动力可在0:100％和50％：50％之间无级变换；当车辆需要脱困时，分动器输入轴便通过行星架与后输出轴相连，输入轴和后输出轴速比变为2.4:1，通过减速实现了对变速箱扭矩的放大，为克服离合器扭矩容量和热容量的限制，不驱动离合器的压紧机构，将机械锁切换至锁止状态，前后桥刚性连接。下表1更清楚说明了本发明分动器的工作模式：

表1

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替代，均应在本发明的保护范围之内。