[发明专利]车辆用真正的四轮驱动系统

说明书

相关申请

本申请与美国临时申请61/677,820有关，并要求该美国临时申请61/677,820的优先权，该临时申请通过在整体引用结合在此。

技术领域

本发明涉及驱动系统，更具体地，涉及一种改进的驱动系统，设计用于提供实质上真正的四轮驱动。

背景技术

市场上有许多试图提供四轮驱动的系统。这些系统都设计成不仅所有四个轮结合，而且允许跨轴的速度差。但是，许多这种系统并不能提供真正的四轮驱动，在所有驱动条件中，每个车轮提供基本相同的速度。而本系统允许有一些滑动的自由度。

现有的四轮驱动双向超速离合器

图1示出了带有前双向超速离合器的传统的四轮驱动车辆用的驱动系统。驱动系统包括四个车轮。左后轮RLW通过左后轴RLA连接到后差速器RD。右后轮RRW通过右后轴RRA连接到后差速器RD。左前轮FLW通过左前轴FLA连接到前差速器FD。右前轮FRW通过右前轴FRA连接到前差速器FD。

后差速器RD通过后驱动轴RDS连接到变速器T。前差速器FD通过前驱动轴FDS连接到变速器T。

直线操作

在直线行驶期间，车辆四轮处于需求模式(例如，只在需要的时候四轮驱动结合)，两个后轮RLW、RRW是主驱动轮，且通过后差速器RD连接以相同的速度旋转。在后轮处于防滑条件下，前驱动轴FDS结合到前差速器FD，但前轴FLA、FRA不与前差速器结合。也就是说，前轴FLA、FRA和前轮FLW、FRW通常处于超速状态，从而前差速器FD不驱动前轴FLA、FRA，因此不传递任何扭矩给前轮。这意味着前轮FLW、FRW以真实的地面速度自由旋转。

为了结合前轮，后轮必须以超过前轮大约20％的速度滑动(中断牵引(break traction))或旋转。直线行驶时，一旦后轮滑动20％，克服了前差速器FD的超速条件，且两个前轴结合。这导致变速器T通过前驱动传递扭矩给前轮，前驱动以减少车辆地面速度的方式啮合。当地面速度增加而导致后轮旋转速度比地面速度快但快的少于20％，或后轮旋转速度减少到比地面速度快但快的少于20％，前轮将又开始超速，且无扭矩传递到前轮。

转弯操作

弯道时，所有四轮试图以不同速度旋转。如图4所示，示出了所有四个车轮的车轮转速和转弯半径的比。对于具有锁定后轴或固定轴(例如，后轴RLA、RRA或者物理地或者通过传动装置连接成一个轴，使后轮总是以相同速度旋转)的车辆而言，由于车量动力学(例如，绕一个共同的轴旋转时，后外侧车轮不得不比后内侧车轮覆盖更多的圆周距离)，地面速度由后外侧车轮来决定。由于两个后车轮以相同速度旋转且后外侧车轮是驱动轮，后内侧车轮开始在地面上擦地或拖拽。这会导致效率低、草皮损坏和/或轮胎磨损。

传统双向超速离合器四轮驱动系统具有20％低驱动(under drive)的主要原因是因为转向。如图4所示，随着后外侧轮指示地面速度，前内侧轮会比后外侧轮更慢。如果没有低驱动，用于前内侧轴的双向超速离合器将结合并开始传递扭矩。这将会导致前内侧轮以不正确的速度行驶，且造成效率低、草皮损坏、轮胎磨损和更重要的扭矩转向。

如上所述，转弯期间，后外侧轮指示地面速度，后内侧轮擦地或拖拽，而前轮超速。参考图5，其显示了前后轮速度差的百分比与锁定后轴的转弯半径的比，一旦后外侧轮滑动或旋转由车轮几何尺寸和转弯半径指示的某一百分比，控制扭矩传递到前内侧轮的双向超速离合器将结合并通过前内侧轮传递扭矩。这个时候，两个后轮和前内侧轮传递驱动扭矩，且它们的速度由传动系而不是地面速度指示。前外侧轮仍然超速允许它以地面速度和车轮几何尺寸指示的旋转速度旋转。当两个后轮和前内侧轮滑动依然由车轮几何尺寸和转弯半径指示的某一百分比时，控制扭矩传递到前外侧轮的双向超速离合器将结合，且扭矩被传递到所有四个车轮，甚至其中三个轮将滑动。

楔入

现有驱动系统易于处于被称作楔入的状态。通过双向超速离合器传递扭矩时会发生楔入，并会发生方向快速改变。这会导致离合器中的辊子放置或锁定在离合器轮廓错误的一侧，防止输出毂超速。这个作用导致前驱动类似于固定轴，但由于传动系中有20％的速度差，该速度差会导致前轮胎的擦地。这种情况会引起过度的轮胎磨损和草皮损坏。这还会影响转向力和车辆的稳定性。由于前驱动类似于固定轴的效果，车俩将试图保持直线行驶。