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技术领域

本公开涉及自动变速器领域。更具体地说，本公开涉及一种具有被构造 成选择性地将动力传递至后轮的动力分动轴的前轮驱动变速器。

背景技术

两种车辆动力传动系构造，后轮驱动(RWD)和前轮驱动(FWD)主导 着现代乘用车市场。利用额外的硬件，这两种构造均能够被构造成向所有的 四个车轮传递动力。因为任何特定车轮处的牵引在某些时候会受到限制，所 以将动力传递至所有的四个车轮的能力提高了机动性。然而，额外的硬件引 入了额外的寄生损失，即使在不需要这种额外能力的状况下，这种额外的寄 生损失也会增加燃料消耗。

在典型的RWD构造中，发动机在车辆中纵向定位，从而曲轴轴线与车 辆运动的方向平行。安装到发动机的变速器根据当前的车辆需求以可大于或 小于发动机曲轴转速的速度来驱动后传动轴。后传动轴连接到后车轴，改变 旋转的轴线，降低转速，并驱动左后车轴和右后车轴，同时在车辆转弯时允 许车轴之间有微小的转速差。RWD构造还适于通过在变速器和后传动轴之间 增设分动箱而驱动前轮。除驱动后传动轴之外，分动箱还驱动前传动轴，该 前传动轴进而驱动前车轴。一些分动箱包括行星齿轮组，行星齿轮组在前传 动轴和后传动轴之间分配扭矩同时允许微小的转速差。另一些分动箱具有在 特定状况下(例如，当控制器感测到后轮牵引力损失时)仅驱动前传动轴的 主动控制式扭矩随选(torque on demand，TOD)离合器。

在典型的FWD构造中，发动机在车辆中横向地定位，从而曲轴轴线与 车轮旋转轴线平行。安装到发动机的变速器以适合当前车辆需求的速度驱动 前差速器。前差速器通常集成到与变速器齿轮箱共用的壳体中。前差速器驱 动左前车轴和右前车轴，同时在车辆转弯时允许车轴之间有微小的转速差。 FWD构造还适于通过增设取力单元(power take off unit，PTU)而驱动后轮， 取力单元以与前差速器的转速成比例的转速驱动后传动轴。后驱动单元 (RDU)通常包括TOD离合器，该TOD离合器在接合时驱动后差速器，后 差速器进而驱动左后车轴和右后车轴。

发明内容

车辆动力传动系包括发动机、多级齿轮箱、分动轴、差速器和分离离合 器。从多级齿轮箱的右侧延伸的齿轮箱输入轴由发动机的曲轴驱动。例如， 输入轴可经变矩器驱动，该变矩器具有固定到曲轴的泵轮和固定到齿轮箱输 入轴的涡轮。齿轮箱输出齿轮被支撑以绕齿轮箱输入轴旋转并与被固定到分 动轴的从动分动齿轮啮合。分动轴上的主动分动齿轮与主减速器齿轮啮合。 轴向地位于从动分动齿轮左侧的差速器将动力从主减速器齿轮传递到左车轴 和右车轴。差速器可以是具有相对短的轴向长度的行星齿轮差速器。例如， 差速器可以是双小齿轮行星齿轮组，该双小齿轮行星齿轮组具有被固定到主 减速器齿轮的环形齿轮、固定到一个前车轴的太阳齿轮以及固定到另一个前 车轴的行星架。轴向地位于从动分动齿轮右侧的分离离合器选择性地将动力 从主减速器齿轮传递到被支撑以绕右车轴旋转的中空的取力轴。分离离合器 可以是爪式离合器。该分离离合器可正常接合或正常分离。分离离合器可液 压致动、电磁致动或通过其他方式致动。车辆动力传动系还可包括取力单元， 该取力单元被构造成将动力从取力轴传递到纵向传动轴。后从动单元可包括 扭矩随选离合器，以响应于前轮的牵引力损失而选择性地将动力从传动轴传 递到左后车轴和右后车轴。

一种变速器包括行星齿轮差速器、离合器和分动轴。差速器被构造成将 动力从主减速器齿轮传递到左前车轴和右前车轴。例如，差速器可以是双小 齿轮行星齿轮组，该双小齿轮行星齿轮组具有被固定到主减速器齿轮的环形 齿轮、固定到一个前车轴的太阳齿轮以及固定到另一个前车轴的行星架。离 合器选择性地将动力从主减速器齿轮传递到取力轴。分动轴包括与主减速器 齿轮啮合的主动分动齿轮以及在差速器和离合器之间延伸的从动分动齿轮。 变速器还可包括齿轮箱。齿轮箱的齿轮箱输入轴从齿轮箱的右侧延伸，且齿 轮箱输出齿轮绕齿轮箱输入轴旋转并与从动分动齿轮啮合。变速器还可包括 诸如变矩器的起步装置，所述变矩器具有固定到输入轴的涡轮以及泵轮。分 离离合器可以是爪式离合器。分离离合器可正常接合或正常分离。分离离合 器可液压致动、电磁致动或通过其他方式致动。

一种变速器包括：行星齿轮差速器，被构造成将动力从主减速器齿轮传 递到第一车轴和第二车轴；离合器，被构造成选择性地将动力从主减速器齿 轮传递到被支撑以绕第一车轴旋转的取力轴；分动轴，具有与主减速器齿轮 啮合的主动分动齿轮以及在差速器和离合器之间延伸的从动分动齿轮。

所述变速器还包括多级齿轮箱，所述多级齿轮箱具有齿轮箱输入轴以及 被支撑以绕齿轮箱输入轴旋转并与从动分动齿轮啮合的齿轮箱输出齿轮。

所述变速器还包括起步装置，所述起步装置被构造成将动力从比齿轮箱 输入轴旋转得更快的动力源传递到齿轮箱输入轴。

起步装置是变矩器，所述变矩器具有适于连接到发动机曲轴的泵轮以及 固定到齿轮箱输入轴的涡轮。

差速器是双小齿轮行星齿轮差速器，所述双小齿轮行星齿轮差速器包括： 行星架，固定到第一车轴和第二车轴中的一者；太阳齿轮，固定到第一车轴 和第二车轴中的另一者；一组内行星齿轮，被支撑以相对于行星架旋转并与 太阳齿轮啮合；一组外行星齿轮，被支撑以相对于行星架旋转并与所述一组 内行星齿轮啮合；环形齿轮，与所述一组外行星齿轮啮合并固定到主减速器 齿轮。

离合器包括爪，所述爪被构造成从第一位置轴向滑动到第二位置，在所 述第一位置，主减速器齿轮和取力轴以不同的转速自由旋转，在所述第二位 置，主减速器齿轮和取力轴结合而作为一个单元旋转。

离合器还包括弹簧，所述弹簧被构造成朝向第二位置压迫爪。

离合器还包括活塞，所述活塞被构造成响应于液压压力而朝向第一位置 压迫爪。

离合器还包括弹簧，所述弹簧被构造成朝向第一位置压迫爪。

离合器还包括线圈，所述线圈被构造成响应于电流而朝向第二位置利用 磁力压迫爪。

附图说明

图1是车辆动力传动系的示意性表示。

图2是适用于图1的动力传动系中的行星齿轮差速器的剖视图。

图3是处于接合位置且正常接合的液压致动的分离离合器的剖视图。

图4是处于分离位置的图3的液压致动的分离离合器的剖视图。

图5是处于分离位置且正常分离的电磁致动的分离离合器的剖视图。

图6是处于接合位置的图5的电磁致动的分离离合器的剖视图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应该理解，公开的实施例仅仅是示例， 且其它实施例可采用各种和可选的形式。附图不一定按照比例绘制；可夸大 或最小化一些特征，以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和 功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以 各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照 任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征 相组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应 用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型 可期望用于特定应用或实施方式。

图1是基于FWD的全轮驱动(AWD)动力传动系构造的示意图。发动 机10产生动力以使曲轴12旋转。变矩器14将动力传递至齿轮箱输入轴16。 变矩器14包括固定到曲轴12的泵轮和固定到齿轮箱输入轴16的涡轮。例如 当车辆从静止状态起动时，在不要求两个轴以相同的转速旋转的情况下，变 矩器通过将动力从发动机传递到齿轮箱输入轴而用作起步装置。齿轮箱18基 于车辆速度和加速踏板位置以从一组可用的转速比中选择的转速比而将动力 从轴16传递到输出齿轮20。齿轮箱输入轴16和输出齿轮20均从齿轮箱的 右侧延伸。虽然输出齿轮20未必由齿轮箱输入轴16支撑，但是输出齿轮20 被支撑以绕齿轮箱输入轴16旋转。

输出齿轮20与被固定到分动轴24的从动分动齿轮22啮合。也被固定到 分动轴24的主动分动齿轮26与主减速器齿轮28啮合，主减速器齿轮28被 固定到轴30以绕前车轴轴线旋转。主减速器齿轮28驱动双小齿轮行星齿轮 差速器的环形齿轮32。双小齿轮行星齿轮差速器还包括行星架34，该行星架 34支撑一组内行星齿轮36和一组外行星齿轮38。每个外行星齿轮38均与内 行星齿轮36中的一个啮合且均与环形齿轮32的内轮齿啮合。每个内行星齿 轮36还与太阳齿轮40啮合。行星架34驱动左(驾驶员侧)前车轴42和左 前轮44。太阳齿轮40驱动右(乘客侧)前车轴46和右前轮48。

取力齿轮50固定到取力轴(power take-off shaft)49，该取力轴49通过 分离离合器52选择性地结合到轴30。取力齿轮50与驱动锥齿轮56的齿轮 54啮合。锥齿轮56与被固定到传动轴60的锥齿轮58啮合。锥齿轮62通过 TOD离合器64选择性地结合到传动轴60。锥齿轮62与驱动后差速器68的 锥齿轮66啮合。后差速器在驱动左后轮74的左后车轴70与驱动右后轮76 的右后车轴72之间分配动力。

图1的动力传动系可在分离离合器52接合或分离的情况下运转。动力独 立于分离离合器52的状态而被传递到前轮。当分离离合器52接合时，动力 传动系提供与基于FWD的全轮驱动动力传动系构造相关联的优点。具体地， 如果控制器感测到前轮已失去牵引，则TOD离合器64接合以向后轮传递动 力。在有可能会导致前轮牵引力损失的工况期间，例如快速加速期间，TOD 离合器可优先(pre-emptively)接合。

当分离离合器52分离时，很多组件不再旋转。具体地，取力齿轮50、 锥齿轮56和传动轴60不再旋转。消除了归因于这些组件的旋转而引起的任 何寄生损失，提高了燃料经济性。确定是否接合分离离合器52可基于驾驶员 (外在条件)或可基于对运转条件的感测，例如与牵引力损失的可能性相关 的温度。

图2更详细地示出了行星齿轮差速器的结构。变速器壳体80经圆锥滚子 轴承82和84支撑轴30。变速器壳体还经滚子轴承86支撑左前车轴42并经 滚子轴承88支撑右前车轴46。与锥齿轮差速器不同的是，行星齿轮差速器 的行星齿轮的旋转轴线平行于车轴轴线。相对于锥齿轮差速器而言，行星齿 轮差速器的相对短的轴向长度允许将差速器封装到从动分动齿轮22的左侧， 使得从动分动齿轮右侧的空间可用于分离离合器52。这种布置还适合具有相 对大的直径的从动分动齿轮，这样的从动分动齿轮允许更大程度的速度降低 和扭矩倍增。虽然示出了双小齿轮行星齿轮差速器，但具有足够短的轴向长 度的其他类型的行星齿轮差速器也可封装在该可用空间中。

图3示出了处于接合位置的分离离合器52的第一实施例。爪(dog)90 在92处通过花键连接到取力轴49，从而爪90与取力轴49一起旋转，但爪 90可相对于取力轴49轴向滑动。在图3中示出的轴向位置中，爪90的齿与 轴30的齿接合，从而迫使这两个轴一起旋转。构件96通过卡环98固定到爪 90。弹簧100朝向所示出的位置向左推动爪90。因此，分离离合器的这个实 施例朝向接合状态偏置。为了释放分离离合器，增压流体流经通道102以朝 右推动活塞104。活塞104经推力轴承106向右推动构件96。图4示出了处 于分离位置的实施例。在该位置，爪90与轴30轴向分开，从而这两个轴以 不同转速自由旋转。因为分离离合器52被集成到变速器中，所以用于控制增 压流体向齿轮箱18中的各个离合器的流动以选择转速比的相同的阀体能够 控制液压流体向分离离合器52的流动。

图5示出了处于分离位置的分离离合器52的第二实施例。由导磁材料制 成的爪110在112处通过花键连接到轴30，从而爪110与轴30一起旋转，但 爪110可相对于轴30轴向滑动。弹簧114朝向所示出的位置向左推动爪110。 在该位置，爪110与取力轴49轴向分开，从而这两个轴以不同转速自由旋转。 因此，分离离合器的这个实施例朝向分离状态偏置。线圈模块116固定到变 速器壳体80。为了使该分离离合器接合，向线圈118供应电流，产生朝右推 动爪110的磁场。图6示出了处于接合状态的实施例。在图6中示出的轴向 位置，爪110的齿在120处与取力轴49的齿接合，从而迫使取力轴49与轴 30一起旋转。

图3至图6中示出的离合器未被设计成在轴30和轴49之间存在相对转 速的情况下接合。为了在车辆正行驶的同时使离合器52接合，只要前轮和后 轮正以相同的转速旋转(在前轮和后轮都有牵引的情况下出现)，TOD离合 器64的接合便使得轴30的转速与轴49的转速同步。在使转速接近TOD离 合器之后，TOD离合器可释放，同时分离离合器52接合。如果转速差小， 则分离离合器将能够接合，只要车辆惯性不抑制传动轴稍微改变转速即可。

虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利 要求所包括的所有可能的形式。在说明书中所使用的词语是描述性词语而非 限制性词语，应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各 种改变。如上所述，可组合多个实施例的特征以形成本发明的可能未被明确 描述或示出的进一步的实施例。虽然多个实施例可能已被描述为提供优点或 在一个或更多个期望特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是 本领域普通技术人员认识到，根据具体的应用和实施方式，可以折衷一个或 更多个特征或特性以实现期望的总体系统属性。这些属性可包括但不限于： 成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维 修性、重量、可制造性、装配的便利性等。因此，被描述为在一个或更多个 特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范 围之外并且可能期望用于特定应用。