ОТКЛЮЧАЕМЫЙ-ВКЛЮЧАЕМЫЙ БЛОК ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ
ON-OFF POWER TRANSFER UNIT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к отключаемому-включаемому блоку передачи мощности, включая систему трансмиссии транспортного средства, содержащую отключаемый-включаемый блок передачи мощности. В варианте выполнения изобретения система трансмиссии транспортного средства может содержать систему трансмиссии транспортного средства с полным приводом (AWD-приводом).
Уровень техники
Традиционная полноприводная трансмиссия для автомобиля может содержать первичную переднюю приводную ось, соединенную с вторичной или вспомогательной задней приводной осью. Когда трансмиссия функционирует в режиме работы 4×2 (то есть четыре колеса, два из которых функционируют в качестве ведущих колес), первичная передняя приводная ось должна обеспечивать тяговые усилия не только для того, чтобы поддерживать движение автомобиля, но также и для того, чтобы преодолевать потери на трение вторичной или вспомогательной задней приводной оси, которая движется по поверхности раздела "шина - поверхность дороги". Потери в трансмиссии могут иметь место вследствие потерь на перемешивание масла, вязкостное сопротивление, инерцию, так же как и на трение.
Для того чтобы минимизировать потери и обеспечить трансмиссию, более эффективную по использованию топлива при движении в режиме работы 4×2, может оказаться предпочтительным иметь возможность полного отключения вторичной или вспомогательной системы привода, содержащей вторичную или вспомогательную заднюю приводную ось.
Раскрытие изобретения
Раскрыта трансмиссия транспортного средства, содержащая систему первичного привода с, по меньшей мере, одним колесом первичного привода, и системой вспомогательного привода, включающей, по меньшей мере, одно колесо вспомогательного привода. Трансмиссия транспортного средства может, кроме того, содержать систему для отключения системы вспомогательного привода. Эта система может содержать, по меньшей мере, одно устройство отсоединения колеса для избирательного подсоединения и отсоединения колеса вспомогательного привода от системы вспомогательного привода и блок передачи мощности для избирательного сцепления и расцепления системы вспомогательного привода с системой первичного привода. Блок передачи мощности может содержать многодисковую муфту, расположенную последовательно с кулачковой муфтой.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - система трансмиссии полноприводного транспортного средства, согласно настоящему изобретению;
фиг.2 - разрез отключаемого-включаемого блока передачи мощности, согласно настоящему изобретению;
фиг.3 - разрез задней приводной оси, содержащей разъединители ступиц колес, согласно настоящему изобретению;
фиг.4 - структура системы управления для управления системой трансмиссии полноприводного транспортного средства, согласно настоящему изобретению, схематично.
Осуществление изобретения
Ниже рассматриваются предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Хотя изобретение и будет описано в связи с предпочтительными вариантами выполнения, следует учесть, что настоящее изобретение не ограничено ими. Напротив, подразумевается, что изобретение охватывает альтернативные варианты, модификации и эквиваленты, которые могут заключаться в рамках сущности и объема изобретения, которые воплощены в прилагаемой формуле изобретения.
На фиг.1 показана в общем система 10 трансмиссии полноприводного транспортного средства, соответствующая варианту выполнения изобретения. Полноприводная система 10 может содержать систему первичного привода и систему вторичного или вспомогательного привода. Система первичного привода может содержать первичную переднюю приводную ось и одно или более колес 28, 30 первичного привода. Система вторичного или вспомогательного привода может содержать вторичную или вспомогательную заднюю приводную ось и одно или более колес 46, 48 вторичного или вспомогательного привода. В проиллюстрированном варианте выполнения изобретения система первичного привода может содержать два колеса первичного привода, а система вторичного или вспомогательного привода может содержать два колеса вспомогательного привода.
Когда полноприводная система 10 функционирует в режиме работы "4×4" (то есть все четыре колеса передают мощность к дороге), крутящий момент может передаваться от двигателя 12, через коробку передач 14 (например, часть узла 15 "ведущий мост с коробкой передач"), и в картер 16 переднего ведущего дифференциала. Крутящий момент может далее быть разделен между передним ведущим дифференциалом 18 и блоком 20 передачи мощности (например, отключаемый-включаемый блок передачи мощности). Крутящий момент, который передается при разделении через передний ведущий дифференциал 18 (например, через зубчатую передачу переднего ведущего дифференциала) может затем быть далее распределен через передние полуоси 24, 26 к паре колес 28, 30 первичного (например, переднего) привода автомобиля.
Как показано на фиг.1 и 2, крутящий момент, распределенный в блок 20 передачи мощности может быть подан через пустотелый вал 32, который может непосредственно соединять картер 16 переднего ведущего дифференциала и многодисковую муфту 34 с гидравлическим приводом, сцепление которой может ограничивать крутящий момент, передаваемый через ортогональную зубчатую передачу 36. Муфта 34 может быть разъединяемой и может иметь жесткость, достаточную для того, чтобы ограничивать крутящий момент, передаваемый через ортогональную зубчатую передачу 36. Крутящий момент, передаваемый через ортогональную зубчатую передачу 36, может приводить в движение приводной вал 38, который, в свою очередь, приводит в движение заднюю приводную ось 40. Задняя приводная ось 40 может затем распределить крутящий момент через левые и правые задние полуоси 42, 44 на пару колес 46, 48 вспомогательного (например, заднего) привода автомобиля. Передача крутящего момента к колесам 46, 48 вспомогательного привода может быть выборочно прервана разъединителями 50, 52 ступиц колес, что будет более подробно описано ниже.
Система вторичного (то есть вспомогательного) привода может содержать блок 20 передачи мощности. Блок 20 передачи мощности может содержать корпус 22. Корпус 22 прикреплен болтами к корпусу узла 15 "ведущий мост с коробкой передач". Система вторичного привода может, кроме того, содержать приводной вал 38, компонент 65 "отключаемая-включаемая муфта" (например, комбинацию подвижной шайбы 66, соединительного компонента 64, корпуса 54 муфты и многодисковой муфты 34) для полного привода, заднюю ось 40 и сборочную единицу задних полуосей, включающую в себя задние полуоси 42, 44.
Как было описано выше, крутящий момент может передаваться от двигателя 12 через коробку передач 14 (например, часть узла 15 "ведущий мост с коробкой передач"), и в картер 16 переднего ведущего дифференциала, где крутящий момент может быть далее разделен между передним ведущим дифференциалом 18 и блоком 20 передачи мощности (например, отключаемым-включаемым блоком передачи мощности). Обратимся теперь к фиг.2, на которой блок 20 передачи мощности может содержать корпус 22, который прикреплен болтами к узлу 15 "ведущий мост с коробкой передач". По-прежнему рассматривая фиг.2, следует учесть, что блок 20 передачи мощности содержит корпус 54 муфты, поддерживаемый, с возможностью вращения, корпусом 56 узла 15 "ведущий мост с коробкой передач" и корпусом 22. Внутри полости между корпусом 54 муфты и корпусом 22 может быть расположен осевой подвижный поршень 60. Поршневая полость может сообщаться с источником 62 давления жидкости гидросистемы, который может изменяющимся образом подавать давление жидкости в поршневую полость для того, чтобы перемещать поршень 60 в осевом направлении. Источник 62 гидравлического давления не ограничен никаким конкретным устройством, создающим давление жидкости гидросистемы, и может содержать, без ограничения, насос, клапаны, аккумулятор и/или электронный блок управления (ЭБУ), или любое их сочетание.
Муфта 34 может быть расположена последовательно с кулачковой муфтой. Муфта 34, расположенная последовательно с кулачковой муфтой, может быть сконфигурирована таким образом, чтобы полностью отсоединять систему вспомогательного привода от системы первичного привода и полностью отключать систему вспомогательного привода. Муфта 34 может содержать множество внешних дисков, которые могут находиться в шлицевом зацеплении с рядом внутренних шлицов, определенных корпусом 54 муфты. Кроме того, муфта 34 может содержать множество внутренних дисков, которые могут перемежаться с внешними дисками так, как это хорошо известно специалистам обычного уровня квалификации в данной области техники. Внутренние диски могут находиться в шлицевом зацеплении с соединительным компонентом 64. Соединительный компонент 64 может определять ряд внутренних шлицов, которые находятся в шлицевом зацеплении с подвижной в осевом направлении шайбой 66, имеющей на своей внутренней в радиальном направлении поверхности один или более элементов кулачковой муфты, форма и функция которых хорошо известны в данной области техники. Соответственно, кулачковая муфта может содержать подвижную в осевом направлении шайбу 66. Элементы кулачковой муфты на подвижной в осевом направлении шайбе 66 могут избирательным образом вводиться в зацепление с соответствующими элементами кулачковой муфты на пустотелом валу 32 таким образом, что соединительный компонент 64 может быть избирательным образом скреплен для вращения с пустотелым валом 32, когда элементы кулачковой муфты на подвижной в осевом направлении шайбе 66 и пустотелом валу 32 находятся в зацеплении. Упругий смещающий компонент 68, такой как пружина сжатия, может прилагать силу к шайбе 66 в направлении, выводящем из зацепления элементы кулачковой муфты.
Через корпус 54 муфты проходят первый и второй подвижные в осевом направлении штифты 70, 72. Первый и второй подвижные в осевом направлении штифты 70, 72 вводятся в зацепление на одном конце с пакетом 34 муфты и шайбой 66, соответственно, а на другом конце с кольцевым пластинчатым компонентом 74. Между поршнем 60 и штифтами 70, 72 может быть расположен, по меньшей мере, один упорный подшипник. Упорный подшипник может содержать сепаратор, множество роликов (например, иголок) и кольцевой компонент 74. Кольцевой компонент 74 может быть сконфигурирован таким образом, чтобы вращаться относительно поршня 60, поскольку он отделен от поршня 60 одним или более упорными подшипниками. Первый подвижный в осевом направлении штифт 70 может быть короче по длине, чем второй штифт 72. Когда поршень 60 перемещается в осевом направлении в поршневой полости вследствие повышения в ней давления жидкости, кольцевой компонент 74 также может быть вынужден перемещаться в осевом направлении, что, в свою очередь, может заставить второй штифт 72 толкать шайбу 66 в запирающее зацепления с пустотелым валом 32. При дальнейшем перемещении поршня 60 кольцевой компонент 74 входит в зацепление с первым штифтом 70 таким образом, чтобы сжать пакет 34 муфты и позволить передачу крутящего момента между пустотелым валом 32 и корпусом 54 муфты, причем величина этого крутящего момента является переменной и зависит от силы, прилагаемой к пакету 34 муфты.
Система вспомогательного привода может содержать, по меньшей мере, одно устройство отсоединения колеса (например, разъединитель ступицы колеса) 50, 52 для того, чтобы избирательным образом подсоединять и отсоединять, по меньшей мере, одно колесо 46, 48 вспомогательного привода. Разъединитель 50, 52 ступицы колеса может содержать разъединители ступиц колес, которые традиционны и хорошо известны специалистам с обычным уровнем квалификации в данной области техники. На фиг.1 разъединители 50, 52 ступиц колес могут располагаться отдельно от корпуса дифференциала и находиться вблизи от каждого колеса 46, 48 или даже где-нибудь между корпусом дифференциала и колесом. В другом варианте выполнения изобретения разъединители 50, 52 ступиц колес могут быть встроены в корпус дифференциала и поддерживаться в нем с возможностью вращения. Как показано на фиг.3, задняя ось 40 содержит дифференциал 80, который способствует вращению с разницей по скорости между парой выходных валов 82, 84 дифференциала, как это хорошо известно в данной области техники. Выходные валы 82, 84 дифференциала могут быть скреплены для вращения с корпусным компонентом 86 муфты каждого разъединителя 50, 52 ступицы колеса.
Внутри полости между корпусным компонентом 86 муфты и корпусом дифференциала установлен подвижный в осевом направлении поршень 88. Поршневая полость может сообщаться с источником давления жидкости гидросистемы (не показанным на чертеже), который избирательным образом подает давление жидкости в поршневую полость для того, чтобы перемещать поршень 88 в осевом направлении. Источник гидравлического давления не ограничен никаким конкретным устройством, создающим давление жидкости гидросистемы, и может содержать, без ограничения, насос, клапаны, аккумулятор и электронный блок управления или любое их сочетание.
Рассматривая вариант выполнения изобретения, проиллюстрированный на фиг.3, следует учесть, что каждый разъединитель 50, 52 ступицы колеса может также содержать пакет 90 муфты, имеющий множество внешних дисков, которые находятся в шлицевом зацеплении с рядом внутренних шлицов, определенных корпусным компонентом 86 муфты. Кроме того, пакет 90 муфты содержит множество внутренних дисков, которые перемежаются с внешними дисками известным образом. Внутренние диски находятся в шлицевом зацеплении с соединительным компонентом 92. Соединительный компонент 92 определяет ряд внутренних шлицов, которые находятся в шлицевом зацеплении с подвижной в осевом направлении шайбой 94, имеющей на своей внутренней в радиальном направлении поверхности один или более элементов кулачковой муфты. Эти элементы кулачковой муфты могут избирательным образом вводиться в зацепление с соответствующими элементами кулачковой муфты на задних полуосях 42, 44 таким образом, что соединительный компонент 92 может быть избирательным образом скреплен для вращения с задними полуосями 42, 44, когда элементы кулачковой муфты подвижной в осевом направлении шайбы 94 и задних полуосей 42, 44 находятся в зацеплении. Упругий смещающий компонент 96, такой как пружина сжатия, прикладывает усилие к шайбе 94 в направлении, выводящем из зацепления элементы кулачковой муфты.
Через корпусной компонент 86 муфты могут проходить первый и второй подвижные в осевом направлении штифты 98, 100. Эти первый и второй подвижные в осевом направлении штифты вводятся в зацепление на одном конце с пакетом 90 муфты и шайбой 94, соответственно, а на другом конце с кольцевым пластинчатым компонентом 102. Кольцевой компонент 102 может быть отделен от поршня 88 одним или более подшипниковыми компонентами, которые обеспечивают кольцевому компоненту 102 возможность вращения относительно поршня 88. Первый подвижный в осевом направлении штифт 98 может быть короче по длине, чем второй штифт 100. Когда поршень 88 перемещается в осевом направлении в поршневой полости, например, вследствие увеличения в ней давления жидкости, кольцевой компонент 102 также перемещается в осевом направлении, что, в свою очередь, заставляет второй штифт 100 толкать шайбу 94 в запирающее зацепление с задними полуосями 42, 44. При дальнейшем перемещении поршня 88 компонент 102 входит в зацепление с первым штифтом 98 таким образом, чтобы сжать пакет 90 муфты и позволить передачу крутящего момента между валами 82, 84 дифференциала и задними полуосями 42, 44 соответственно, причем величина этого крутящего момента зависит от переменной силы, прилагаемой к пакету 90 муфты.
На фиг.4 показана приводимая в качестве примера структура системы управления для управления зацеплением муфты 34, и пакетов 90 задних муфт, содержащихся в разъединителях 50, 52 ступиц колес. Блок 20 передачи мощности, наряду с использованием традиционного колеса с кулачковой муфтой и разъединителей 50, 52 ступиц колес, может быть предусмотрен для того, чтобы обеспечить возможность отключения (например, полного отключения) системы вторичного или вспомогательного привода автомобиля. Когда требуется переключить режим работы транспортного средства с "4×4" на "4×2", может иметь место следующий процесс по переведению системы вспомогательного привода (то есть приводного вала 38, муфты 65 отключения-включения, задней приводной оси 40 и задних полуосей 42, 44) в отключенный режим. Сначала, крутящий момент, передаваемый через многодисковую муфту 34 блока 20 передачи мощности может быть уменьшен до минимального значения путем уменьшения гидравлического управляющего давления до заранее заданного уровня. После этого разъединители 50, 52 ступиц колес переводятся в открытое состояние путем уменьшения гидравлического управляющего давления, прилагаемого к разъединителям 50, 52 ступиц колес, что может уменьшить передачу крутящего момента через колеса на полуоси 42, 44, позволяя, таким образом, разъединителям 50, 52 ступиц колес открыться и отсоединить колеса 46, 48 заднего привода от задних полуосей 42, 44. Гидравлическое управляющее давления блока 20 передачи мощности может быть еще более уменьшено для отсоединения шайбы 66 от пустотелого ведущего входного вала 32, который приводится в движение от картера 16 переднего дифференциала. Предыдущая операция может снять фактически все движущие силы с системы вспомогательного привода, переводя ее в отключенное состояние. В варианте выполнения изобретения, показанном на фиг.3, разъединители 50, 52 ступиц колес переводятся в открытое состояние посредством уменьшения гидравлического управляющего давления, прилагаемого к поршням 88, до заранее заданного уровня, что уменьшает передачу крутящего момента через пакет 90 муфты и затем позволят отсоединить шайбу 94 от задних полуосей 42, 44, отсоединяя, таким образом, колеса 46, 48 заднего привода от задних полуосей 42, 44.
Рассматривая фиг.4, следует учесть, что в соответствии с схематичной иллюстрацией структуры системы управления для управления системой трансмиссии полноприводного транспортного средства электронный блок управления может подавать питание на электронасос для того, чтобы поддерживать гидравлический аккумулятор (например, часть гидравлической системы автомобиля, которая поглощает колебания в подаче жидкости, содержит жидкость под давлением и может обеспечить быстрый поток жидкости под давлением) заряженным (например, из резервуара для масла) до заранее заданного диапазона давления, который контролируется реле давления. Между электронасосом и аккумулятором расположен обратный клапан, предотвращающий противоток из аккумулятора в электронасос, когда электронасос выключен. Электронный блок управления получает информацию как с датчиков транспортного средства, имеющих фиксированную разводку, так и с шины данных транспортного средства. Эта информация содержит: сигнал с пульта управления, данные о скорости колес, поперечном ускорении, продольном ускорении, угловой скорости рыскания, положении дроссельной заслонки, включении педали тормоза, стояночном тормозе и информацию от других электронных блоков управления внутри транспортного средства, но не ограничивается этой информацией. Эта информация может быть обработана и использована для того, чтобы задавать включение электромагнитного клапана (электромагнитных клапанов), который (которые) подают гидравлическую энергию (то есть давление) для перемещения поршней как для блока 20 передачи мощности (то есть поршня 60), так и для задних поршней 88 или разъединителей 50, 52 ступиц колес. Этот (эти) электромагнитный клапан (электромагнитные клапаны) может (могут) направлять находящуюся под давлением жидкость гидросистемы либо "к" поршням 60, 88, либо "от" них. При направлении жидкости под давлением от поршней 60, 88 жидкость может быть направлена к резервуару для масла низкого давления. Для подачи точной информации обратной связи по давлению в электронный блок управления для более точного управления давлением на поршнях 60, 88 установлены датчики давления. Давление на поршнях 60, 88 можно регулировать, изменяя от минимального до максимального значения. Регулирование давления не может быть ограничено простым двухпозиционным управлением.
Когда требуется переключить режим работы транспортного средства с "4×2" на "4×4", имеет место следующий процесс, который переводит систему вспомогательного привода назад в приводной режим работы. Сначала, в блоке 20 передачи мощности может быть увеличено гидравлическое управляющее давление, вводя отсоединенную шайбу 66 в зацепление с пустотелым валом 32 и соединяя вал 32 с входным шлицевым компонентом 64 многодисковой муфты 34. Когда это происходит, только шайба 66, входной шлицевой компонент 64 и внутренние диски муфты вынуждены вращаться с той же самой скоростью, что и картер 16 переднего ведущего дифференциала. Управляющее давление внутри блока 20 передачи мощности может быть увеличено еще больше, заставляя крутящий момент начинать управляемым образом передаваться через многодисковую гидравлическую муфту 34, что может привести в результате к увеличению скорости вращения системы вспомогательного привода до тех пор, пока ее скорость не будет соответствовать скорости дифференциала 18 переднего привода. После этого вводятся в зацепление разъединители 50, 52 ступиц колес. Как только они введены в зацепление, крутящий момент может теперь передаваться через систему вспомогательного привода и управляться многодисковой гидравлической муфтой 34 блока 20 передачи мощности посредством регулирования гидравлического давления.
Вышеприведенные описания конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения были представлены для целей иллюстрации и описания. Они не предназначены для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивать изобретение точными раскрытыми формами, и в свете вышесказанного возможны различные модификации и вариации. Варианты выполнения изобретения были выбраны и описаны для того, чтобы объяснить принципы изобретения и его практического применения, чтобы, таким образом, позволить другим специалистам в данной области техники использовать изобретение, и различные варианты его реализации с различными модификациями, которые подходят для конкретного предполагаемого использования. Изобретение было подробно описано выше, и предполагается, что различные изменения и модификации изобретения станут очевидны специалистам в данной области техники из чтения и осмысления описания. Подразумевается, что все такие изменения и модификации включены в состав изобретения в той мере, в которой они находятся в рамках объема, прилагаемой формулы изобретения. Подразумевается, что объем изобретения определен прилагаемой к нему формулой изобретения и ее эквивалентами.