一种基于单向离合器的全轮驱动系统

1.本技术涉及车辆动力系统技术领域，尤其涉及一种基于单向离合器的全轮驱动系统。


背景技术：

2.为满足轮式车辆在各种复杂地形中具有轻量化、高机动和通过性的要求，国内外车辆研究人员一直致力于研发可运行在非结构地形下的驱动系统。在越野车辆中，广泛使用并较早进入工业领域的是轮式车辆，其主要优点在于它可以依靠相对简单的机构和控制实现高速稳定的移动，具有较高的传动效率。对轮式车辆而言，驱动系统是整个车辆系统的重要基础，相比于单轴驱动的动力传动系统，能够全轮驱动的车辆具有许多优势和广阔的应用前景。
3.传统的轻型轮式车辆驱动系统包括前、后两个驱动桥，为了实现四轮驱动及左、右车轮的不等速转动，前、后驱动桥都装有差速器，分动器匹配有操纵杆等操纵结构，以致车辆传动系统的复杂程度大大增加，并且占用的空间也大大增加，使其应用范围受到极大限制。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提出一种基于单向离合器的全轮驱动系统。
5.基于上述目的，本技术提供了一种基于单向离合器的全轮驱动系统，包括：发动机、传动组件、前驱动桥组件和后驱动桥组件，所述发动机用于为前轮和后轮提供驱动力，所述传动组件与所述发动机连接，用于改变所述发动机的驱动力并且传递给所述前驱动桥组件和后驱动桥组件，所述前驱动桥组件设置在两个前轮之间，以向前轮提供驱动力，所述后驱动桥组件设置在两个后轮之间，以向后轮提供驱动力，其中，
6.所述前驱动桥组件包括前桥主减速器、差速器和前桥单向离合器，所述前桥主减速器与所述传动组件连接，所述差速器与所述前桥主减速器连接，所述前桥单向离合器与所述差速器和所述前轮均连接；
7.所述后驱动桥组件包括后桥主减速器和后桥单向离合器，所述后桥主减速器与所述传动组件连接，所述后桥单向离合器与所述后桥主减速器和所述后轮均连接。
8.进一步地，所述前桥单向离合器设有两个，两个所述前桥单向离合器与两个所述前轮一一对应并连接。
9.进一步地，所述前驱动桥组件还包括前桥半轴，所述前桥单向离合器通过所述前桥半轴与所述前轮连接。
10.进一步地，所述前桥单向离合器包括依次连接的内圈、连接部和外圈，所述外圈与所述差速器的外壳固定连接，所述内圈与所述前桥半轴固定连接。
11.进一步地，所述前桥主减速器包括彼此啮合的前桥主动齿轮和前桥从动齿轮，所述前桥主动齿轮与所述传动组件连接，所述前桥从动齿轮与所述差速器连接。
等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
27.参考图1，本技术提供了一种基于单向离合器的全轮驱动系统，包括：发动机1、传动组件2、前驱动桥组件3和后驱动桥组件4，所述发动机1用于为前轮5和后轮6提供驱动力，所述传动组件2与所述发动机1连接，用于改变所述发动机1的驱动力并且传递给所述前驱动桥组件3和后驱动桥组件4，所述前驱动桥组件3设置在两个前轮5之间，以向前轮5提供驱动力，所述后驱动桥组件4设置在两个后轮6之间，以向后轮6提供驱动力。
28.其中，所述前驱动桥组件3包括前桥主减速器31、差速器32和前桥单向离合器33，所述前桥主减速器31与所述传动组件2连接，所述差速器32与所述前桥主减速器31连接，所述前桥单向离合器33与所述差速器32和所述前轮5均连接；
29.其中，所述后驱动桥组件4包括后桥主减速器41和后桥单向离合器43，所述后桥主减速器41与所述传动组件2连接，所述后桥单向离合器43与所述后桥主减速器41和所述后轮6均连接。
30.其中，所述差速器32可选为对称式锥齿轮差速器，包括行星齿轮323、行星齿轮323轴(十字轴)、半轴齿轮322、外壳321等。发动机1的动力经过变速器21、分动器22、传动轴23后传递给前桥主减速器31的前桥主动齿轮311，前桥主动齿轮311继续将动力传递至前桥从动齿轮312，前桥从动齿轮312依次经外壳321、行星齿轮轴、行星齿轮323、半轴齿轮322和前桥半轴34传递给前轮5。
31.其中，行星齿轮323的运动状态有两种：当左右前轮5转动速度相同时，行星齿轮323绕前桥半轴34轴线公转。当左右前轮5所受阻力不同时，此时行星齿轮323在绕前桥半轴34轴线公转的同时，还绕自身轴线自转，实现两半轴齿轮322带动两侧车轮以不同的速度转动，实现左右前轮5的差速。
32.其中，所述前桥单向离合器33设有两个，两个所述前桥单向离合器33与两个所述前轮5一一对应并连接。
33.其中，所述前驱动桥组件3还包括前桥半轴34，所述前桥单向离合器33通过所述前桥半轴34与所述前轮5连接。具体地，所述前桥半轴34设有两个，所述前桥半轴34与两个所述前桥单向离合器33一一对应并连接。所述前桥半轴34可以为等速万向节或准等速万向节。
34.其中，参考图2，所述前桥单向离合器33包括依次连接的内圈331、连接部333和外圈332，所述内圈331、外圈332与所述连接部333均转动连接，所述外圈332与所述差速器32的外壳321固定连接，所述内圈331与所述前桥半轴34固定连接。本实施例中，所述连接部333可以为保持架和楔形块，所述保持架用于支撑所述楔形块，所述楔形块与所述内圈331和所述外圈332连接。具体地，所述楔形块与所述内圈331和所述外圈332只能在规定的方向上发生啮合，在其他方向上不能发生啮合。
35.具体地，单向离合器的作用是使某元件只能按一定的方向旋转，在另一个方向上锁止。当动力源传动被动元件时，只有单一方向传动，若动力源改变方向时，被动元件传动将停止。本技术中，所述前桥单向离合器33的作用是施加在外圈332上的驱动力可以传递给内圈331，使得内圈331可以朝一定方向转动，但是施加在内圈331的驱动力不能传递给外圈
332，无法使得外圈332转动。也就是说，参考图2，差速器32的外壳321转动，进而带动与其固定连接的外圈332转动，外圈332转动可以带动内圈331转动，进而使得内圈331带动与其连接的前桥半轴34转动。但是，内圈331的转动却无法带动外圈332转动(此时前桥单向离合器33处于空转状态)。本实施例中，所述单向离合器可以采用咸阳超越离合器有限公司的ck-x楔块式单向离合器。
36.其中，所述前桥主减速器31包括彼此啮合的前桥主动齿轮311和前桥从动齿轮312，所述前桥主动齿轮311与所述传动组件2连接，所述前桥从动齿轮312与所述差速器32连接。
37.其中，所述后桥单向离合器43设有两个，两个所述后桥单向离合器43与两个所述后轮6一一对应并连接。所述后驱动桥组件4还包括后桥半轴42，所述后桥单向离合器43通过所述后桥半轴42与所述后轮6连接。具体地，所述后桥半轴42设有两个，所述后桥半轴42与两个所述后桥单向离合器43一一对应并连接。所述后桥半轴42可以为等速万向节或准等速万向节。
38.具体地，所述后桥单向离合器43与所述前桥单向离合器33的结构相同，也包括内圈、外圈和连接部。所述后桥单向离合器43的内圈与所述后桥主减速器41的后桥从动齿轮411连接，所述后桥单向离合器43的外圈与所述后桥半轴42连接。相应的，所述后桥单向离合器43的单向旋转功能，使得后桥从动齿轮411可以带动后桥单向离合器43的外圈332转动，进而可以带动内圈331及后桥半轴42转动。但是，后桥半轴42及后桥单向离合器43内圈331的转动则无法带动外圈332及后桥从动从动齿轮的转动。
39.其中，所述后桥主减速器41包括彼此啮合的后桥主动齿轮412和后桥从动齿轮411，所述后桥主动齿轮412与所述传动组件2连接，所述后桥从动齿轮411与所述后桥单向离合器43连接。
40.其中，所述传动组件2包括：变速器21，与所述发动机1连接；分动器22，输入轴221与所述变速器21连接，后输出轴222与所述后桥主动齿轮412连接；传动轴23，一端与所述分动器22的前输出轴连接，另一端与所述前桥主动齿轮311连接。
41.具体地，所述发动机1通过飞轮与所述变速器21连接。所述分动器22靠近所述后驱动桥组件4设置，所述分动器22的输入轴221与后输出轴222通过常啮合齿轮传动。
42.所述传动轴23通过圆锥齿轮副分别与所述前输出轴和所述前桥主动齿轮311啮合。
43.所述传动组件2用于改变所述发动机1的驱动力并且传递给所述前驱动桥组件3和后驱动桥组件4，实现全轮驱动。
44.其中，所述前驱动桥组件3的传动比小于或等于所述后驱动桥组件4的传动比。
45.具体地，当所述前驱动桥组件3的传动比等于所述后驱动桥组件4的传动比时，车辆可以实现四轮同时驱动。
46.当所述前驱动桥组件3的传动比小于所述后驱动桥组件4的传动比时，具体地，所述前桥主减速器31的传动比小于所述后桥主减速器41的传动比。所述前桥主减速器31的传动比小于所述后桥主减速器41的传动比，使得在发动机提供一定的驱动力时，由于传动比的差异，相同的驱动力使得前轮和后轮有了不同的转动速度，使得前轮5滑动至一定程度时后桥才会介入工作，而后桥介入的时机与后桥主减速器41的传动比有关。根据最高车速计
算前桥主减速器传动比，结合前轮5滑转率计算后桥主减速器的传动比。通过计算并控制通过控制前桥主减速器31和后桥主减速器41的传动比，从而控制前轮5的滑转率，保证车辆驱动力和侧向附着。
47.以如下公式作为车辆驱动方案设计过程中前后桥主减速器41传动比的确定参考依据：
[0048][0049]u前
·i前
＝u
后
·i后
[0050]
式中，s
前
为前轮滑转率，u
前
为前轮中心速度，u
后
为后轮中心的速度，i
前
为前桥主减速器传动比，i
后
为后桥主减速器的传动比。
[0051]
上述公式示出了后轮6工作时前轮5相对于后轮6的滑转率计算公式。最高车速角度考虑计算前桥主减速器31传动比，取前轮5滑转率为20％时后轮6介入，计算后主减速器传动比。当前轮5的滑转率控制在20％左右时可使车辆获得良好的侧向稳定性，以此提升车辆的操纵稳定性。
[0052]
本技术所述的基于单向离合器的全轮驱动系统可以包含以下几种工作模式：
[0053]
模式一：车辆正常直线行驶时，发动机1的动力经过变速器21传递到分动器22，之后经传动轴23传递给前桥主减速器31的前桥主动齿轮311，然后传递至前桥从动齿轮312。前桥从动齿轮312带动差速器32的外壳321旋转。由于正常行驶过程中前桥两侧的前轮5不差速，所以差速器32中的行星齿轮323不发生自转。传递至差速器32的外壳321上的转速依次经行星齿轮323轴、行星齿轮323、半轴齿轮322和前桥半轴34传递给前轮5，以驱动两个前轮5等速转动，实现正常行驶。
[0054]
正常行驶时，当前桥主减速器31的传动比小于所述后桥主减速器41的传动比时，前轮5的转速大于后轮6。但是在行驶时，后轮6会被前轮5拖动前行，以致后轮6也快速转动(后轮6转动的速度大于输入后轮的速度)，此时后轮6经过后桥半轴42传递至后桥单向离合器43内圈331的转速较大，而由分动器22经由后桥主减速器41传递至后桥单向离合器43外圈332的转速较小，由于内圈331不能带动外圈332转动，此时后桥单向离合器43空转(也叫做打滑)，不发生作用。
[0055]
模式二：当车辆转弯时，动力经过变速器21传递到分动器22，之后经传动轴23传递给前驱动桥组件3，通过前桥从动齿轮312带动差速器32的外壳321旋转。转弯时前桥两侧车轮处于不等速状态，因此差速器32的行星齿轮323开始自转，转速经差速器32的外壳321传递到行星齿轮323，带动前驱动桥组件3的两个前桥半轴34不等速转动，进而实现两个前轮5的差速功能。
[0056]
对于后轮6，车辆转弯时，后桥转弯半径较大的后轮6(以下简称“快速后轮6”)的转速高于输入的转速，因此快速后轮6经过后桥半轴42传递至后桥单向离合器43内圈331的转速较大，而由分动器22经由后桥主减速器41传递至后桥单向离合器43外圈332的转速较小，由于内圈331不能带动外圈332转动，此时快速后轮6对应的后桥单向离合器43空转(也叫做打滑)，不发生作用，此时快速后轮6的转速依然较快。而后桥转弯半径较小的后轮6(以下简称“慢速后轮6”)，则正常由发动机1的动力传递至后桥主减速器41，后桥主减速器41带动后桥单向离合器43的外圈332转动，外圈332带动内圈331转动，内圈331带动与其连接的后桥
半轴42转动，进而带动慢速后轮6转动。此时，慢速后轮6的转速与输入的转速相等，而快速后轮6的转速大于输入的转速，实现了两个后轮6的差速功能。
[0057]
本技术中，所述后桥单向离合器43的设置，替代了传动全轮驱动系统中后桥的差速器32，实现了两个后轮6之间的差速功能。仅用体积很小的后桥单向离合器43就可以代替体积较大、结构复杂的差速器32实现相同的功能，极大地减小了整个驱动系统的复杂程度，也减小了整个系统占用的空间。
[0058]
模式三：当单个前轮悬空时，差速器32的差速不差扭特性使着地车轮不能从差速器32获得转矩。此时布置在差速器32的外壳321上的前桥单向离合器33介入工作，前桥主减速器31的动力传递至差速器32的外壳321，差速器32的外壳321带动与其连接的前桥单向离合器33转动，进而使着地车轮获得与差速器32的外壳321相同的转矩。
[0059]
当前驱动桥组件3的未悬空车轮提供的驱动力不足时，前轮5的转速较慢，因此前轮5无法继续拖动后轮6转动，此时后轮6的转速主要由发动机1依次传递至后桥主减速器41、后桥单向离合器43，此时两个后桥单向离合器43均正常工作，使得后桥左右两个后桥半轴42都获得力矩，左右两个后轮6都可以转动，配合前轮5未悬空车轮一起转动，以提供足够的动力摆脱单个车轮的悬空状态，使得车辆可以继续正常行驶。
[0060]
本技术中，所述前轮5单向离合器的设置，解决了差速器32使着地车轮不能从差速器32获得转矩进而造成着地车轮无法转动的问题，通过前桥单向离合器33为前桥不能着地的车轮提供了驱动力，同时，两个后桥单向离合器43为两个后轮6提供驱动，进而使得其他三个着地车轮均获得了驱动力，总的驱动力足以驱动车辆摆脱单个车轮的悬空状态，使得车辆可以继续正常行驶。前桥单向离合器33和后桥单向离合器43的配合设置，使得整个车辆的行驶更加稳定。
[0061]
模式四：当车辆倒车时，变速器21传出的转矩经传动轴23、前桥主减速器31、差速器32到达前桥半轴34，与前桥单向离合器33规定的可以传递转矩的方向相反，此时前桥单向离合器33均不传递转矩。转矩经差速器32的外壳321带动行星齿轮323公转，从而带动半轴齿轮322转动，将扭矩传递给前桥半轴34，继而传递给前轮5，使得前桥具有倒车功能。
[0062]
从上面所述可以看出，本技术提供的基于单向离合器的全轮驱动系统，通过在前驱动桥组件3中加入了前桥单向离合器33，在后驱动桥组件4中加入了后桥单向离合器43，通过两个单向离合器与差速器32的配合，实现四轮驱动及左、右车轮轮间、轴间适时差速。并且仅在前驱动桥组件3中设置了差速器32，而后驱动桥组件4中没有设置差速器32，同时取消了分动器22的操纵结构，降低了车辆传动系统复杂程度，节约占用空间，提高车辆操纵性与地形适应性。
[0063]
通过后桥单向离合器43来代替后桥差速器32，实现四驱方式的自动转变，降低了车辆驱动系统的复杂程度，达成简化四驱结构设计的目的，提高了车辆的操纵性与地形适应性。
[0064]
需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0065]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0066]
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。