具有密封的滚珠坡道离合器操作装置单元的转矩传递机构.pdf

提供了具有密封的滚珠-坡道离合器操作装置单元的转矩传递机构，该转矩传递机构用于控制施加于多片离合器组件上的离合器接合力的大小，该多片离合器组件可操作地设置在第一旋转构件与第二旋转构件之间。转矩传递机构包括用于产生离合器接合力并将该力施加于离合器组件的动力操作的离合器致动器。离合器致动器组件包括用于控制施加于离合器组件的离合器接合力的大小的离合器施加操作装置。离合器操作装置包括第一和第二凸轮盘，该第一和第二凸轮盘彼此间隔开以在其间限定空腔。密封元件在第一和第二凸轮盘之间延伸以密封第一和第二凸轮盘之间的空腔，用于将流体保持在空腔内。

权利要求书
1.  一种动力传输设备，包括：
旋转输入构件，适于从动力源接收驱动转矩；
旋转输出构件，适于向输出装置提供输出转矩；
转矩传递机构，能够操作用于将驱动转矩从所述输入构件传递至所述 输出构件，所述转矩传递机构包括离合器组件和离合器致动器组件，所述 离合器组件能够操作地设置在所述输入构件与所述输出构件之间，所述离 合器致动器组件用于对所述离合器组件施加离合器接合力，所述离合器致 动器组件包括驱动有齿轮驱动单元的电动马达，所述有齿轮驱动单元用于 控制由离合器施加操作装置施加至所述离合器组件的所述离合器接合力， 所述离合器施加操作装置包括由所述有齿轮驱动单元驱动的第一凸轮盘 和第二凸轮盘，所述第二凸轮盘与所述第一凸轮盘轴向地间隔开以在所述 第一凸轮盘与所述第二凸轮盘之间限定空腔，所述第一凸轮盘限定多个第 一凸轮凹部，而所述第二凸轮盘限定多个第二凸轮凹部，所述离合器施加 操作装置还包括多个辊，每个辊在所述空腔内被设置在所述第一凸轮凹部 中的一个第一凸轮凹部与所述第二凸轮凹部中的一个第二凸轮凹部之间， 所述第一凸轮凹部和所述第二凸轮凹部中的至少一者是渐缩的，以在所述 第二凸轮盘的旋转期间引起所述第二凸轮盘相对于所述第一凸轮盘的轴 向运动；以及
密封装置，所述密封装置在所述第一凸轮盘与所述第二凸轮盘之间延 伸以密封所述第一凸轮盘与所述第二凸轮盘之间的所述空腔，从而将润滑 剂保持在所述空腔中。

2.  根据权利要求1所述的动力传输设备，其中，所述密封装置包括 内侧密封部件和与所述内侧密封部件径向向外地间隔开的外侧密封部件。

3.  根据权利要求2所述的动力传输设备，其中，所述内侧密封部件 和所述外侧密封部件为波纹管类型并且由柔性材料制成，以允许所述第二 凸轮盘相对于所述第一凸轮盘的轴向运动，以及允许所述第二凸轮盘相对 于所述第一凸轮盘的旋转。

4.  根据权利要求2所述的动力传输设备，其中，所述第一凸轮盘和 所述第二凸轮盘各自限定至少一个凹槽，并且其中所述内侧密封元件和所 述外侧密封元件各自包括固定地设置在所述第一凸轮盘的所述凹槽中的 第一端以及固定地设置在所述第二凸轮盘的所述凹槽中的第二端。

5.  根据权利要求4所述的动力传输设备，其中，所述内侧密封部件 和所述外侧密封部件中的每个的所述第一端和所述第二端包括将所述第 一端和所述第二端连接至所述凹槽的保持机构。

6.  根据权利要求5所述的动力传输设备，其中，所述内侧密封部件 和所述外侧密封部件的所述保持机构中的每个包括至少一个倒钩部，所述 至少一个倒钩部邻近所述相应的第一部件和第二部件的所述第一端和所 述第二端地从所述第一密封部件和所述第二密封部件向外延伸，以将所述 内侧密封部件和所述外侧密封部件紧固至所述凹槽。

7.  根据权利要求2所述的动力传输设备，其中，所述外侧密封部件 在所述有齿轮驱动单元周围延伸，以保持所述有齿轮驱动单元的流体。

8.  根据权利要求7所述的动力传输设备，其中，所述外侧密封部件 包括由刚性材料制成的外壳，所述外壳在所述有齿轮驱动单元周围延伸并 且连接至所述壳体，并且其中，所述外侧密封部件还包括设置在所述外壳 与所述第二凸轮盘之间的第一边缘密封件，以及设置在所述外壳与所述第 一凸轮盘之间的第二边缘密封件。

9.  根据权利要求8所述的动力传输设备，其中，所述第一边缘密封 件为唇形密封件类型，并且所述第二边缘密封件为O型圈。

10.  根据权利要求1所述的动力传输设备，其中，所述离合器组件包 括被固定以用于随所述输入构件旋转的第一离合器、被固定以用于随所述 输出构件旋转的第二离合器构件、以及能够操作地设置在所述第一离合器 构件与所述第二离合器构件之间的离合器组片，所述离合器组片包括能够 在第一位置与第二位置之间运动的致动器板，其中，在所述第一位置处， 最小离合器接合力被施加于所述离合器组片，而在所述第二位置处，最大 离合器接合力被施加于所述离合器组片，并且其中，第一推力组件被设置 在所述第二凸轮盘与所述致动器板之间。

11.  根据权利要求10所述的动力传输设备，其中，所述第一推力组 件是止推垫圈。

12.  根据权利要求11所述的动力传输设备，其中，所述止推垫圈由 聚酰胺和石墨材料的。

13.  根据权利要求10所述的动力传输设备，其中，所述第一推力组 件为角接触轴承组件，并且其中，所述角接触轴承组件包括：从所述致动 器板延伸的第一凸缘和以与所述第一凸缘大致间隔开且平行的关系从所 述第二凸轮盘延伸的第二凸缘；从所述第一凸缘朝向所述第二凸缘延伸的 第一倾斜部和从所述第二凸缘朝向所述第一凸缘延伸的第二倾斜部；设置 在所述第一与第二凸缘以及所述第一与第二倾斜部之间的多个轴承元件； 以及一对密封元件，所述一对密封元件在所述轴承元件的相对侧上在所述 第一凸缘与所述第二凸缘之间延伸，以密封所述第一凸缘与所述第二凸缘 之间的所述轴承元件。

14.  根据权利要求10所述的动力传输设备，其中，第一突出部从所 述致动器板延伸，而第二突出部以与所述第一突出部大致间隔开且平行的 关系从所述第二凸轮盘延伸，以在所述第一突出部与所述第二突出部之间 限定孔，并且其中，所述第一推力组件是设置在所述孔中的轴向轴承组件， 并且所述轴向轴承组件包括：以与所述第一突出部平行且邻接的关系延伸 的外套筒，以及以与所述第二突出部平行且邻接的关系延伸的内套筒；从 所述外套筒朝向所述第二突出部延伸的第一弧形部，以及从所述内套筒朝 向所述第一突出部延伸的第二弧形部；设置在所述第一和第二突出部以及 所述内和外套筒之间的轴承部件；以及一对密封件，所述一对密封件在所 述轴承部件的相对侧上在所述第一突出部与所述第二突出部之间延伸，以 密封所述第一突出部与所述第二突出部之间的所述轴承部件。

15.  根据权利要求1所述的动力传输设备，还包括控制系统，用于致 动所述电动马达以控制所述有齿轮驱动单元的旋转的方向和量，所述有齿 轮驱动单元则控制所述第二凸轮盘相对于所述离合器组件的平移运动的 方向和量。

16.  根据权利要求15所述的动力传输设备，其中，所述输入构件向 机动车辆的第一动力传动系提供驱动转矩，其中，所述输出构件耦接至所 述机动车辆的第二动力传动系，并且其中，所述转矩传递机构能够操作以 将驱动转矩从所述输入构件传递至所述输出构件。

17.  根据权利要求16所述的动力传输设备，限定了分动箱，其中所 述输入构件是驱动所述第一动力传动系的第一轴，而所述输出构件是耦接 至所述第二动力传动系的第二轴，其中，所述第二凸轮盘在第一位置的定 位释放所述离合器组件的接合以限定两轮驱动模式，所述第二凸轮盘在第 二位置的定位完全接合所述离合器组件以限定分时四轮驱动模式，并且其 中，所述控制系统能够操作以控制所述电动马达的激活，以将所述第二凸 轮盘的位置在其第一位置与第二位置之间改变，从而以可控的方式改变从 所述第一轴传递至所述第二轴的所述驱动转矩，以限定按需四轮驱动模 式。

18.  根据权利要求16所述的动力传输设备，限定了取力器单元，其 中，所述输入构件向与所述第一动力传动系相关联的第一差速器提供驱动 转矩，并且其中，所述输出构件耦接至与所述第二动力传动系相关联的第 二差速器。

19.  根据权利要求1所述的动力传输设备，其中，所述输入构件是由 机动车辆的动力总成驱动的传动轴，并且所述输出构件是对与所述机动车 辆的车轴组件相关联的差速器进行驱动的小齿轮轴，并且其中，所述离合 器组件设置在所述传动轴与所述小齿轮轴之间，使得所述离合器致动器组 件的致动能够操作以将驱动转矩从所述传动轴传递至所述小齿轮轴。

20.  根据权利要求1所述的动力传输设备，其中，所述输入构件包括 向机动车辆中的一对第一车轮供给驱动转矩的第一差速器，以及由所述差 速器驱动的传递轴，所述输出构件包括与第二差速器耦接的传动轴，所述 第二差速器将所述机动车辆中的一对第二车轮互连，并且其中，所述离合 器组件设置在所述传递轴与所述传动轴之间。

21.  根据权利要求1所述的动力传输设备，其中，所述转矩构件包括 向第二轴供给驱动转矩的第一轴，所述第二轴与用于驱动机动车辆中的一 对第一车轮的第一差速器耦接，所述输出构件是驱动第二差速器的第三 轴，所述第二差速器将所述机动车辆中的一对第二车轮互连，并且其中， 所述离合器组件能够操作地设置在所述第一轴与所述第三轴之间。

22.  根据权利要求1所述的动力传输设备，还包括由所述输入构件驱 动的轴间差速器，所述轴间差速器具有驱动机动车辆中的第一动力传动系 的第一输出，以及驱动所述机动车辆中的第二动力传动系的第二输出，并 且其中，所述离合器组件能够操作地设置在所述轴间差速器的所述第一输 出与所述第二输出之间。

说明书具有密封的滚珠坡道离合器操作装置单元的转矩传递机构
相关申请的交叉应用
本申请要求于2013年11月26日提交的、标题为“用于干式分动箱 的机电滚珠坡道致动”的、序列号为61/908,882的美国临时专利申请的优 先权和权益。上述申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及动力传递系统，该动力传递系统用于控制驱动 转矩在四轮驱动车辆的前动力传动系与后动力传动系之间和/或车轴总成 的左轮与右轮之间的分配。更具体地，本公开内容涉及用于在机动车辆动 力传动系应用中使用的动力传输装置，该动力传输装置具有配备有动力操 作的离合器致动器的转矩传递机构，该动力操作的离合器致动器能够操作 用于控制多片摩擦离合器组件的致动。
背景技术
本部分提供不一定是现有技术的、与本公开内容有关的背景信息。
鉴于四轮驱动车辆和全轮驱动车辆不断增长的需要，已开发出大量的 动力传递系统，这些动力传递系统集成到车辆动力传动系应用中，以将驱 动转矩传递到车轮。在许多车辆中，动力传输装置以可操作方式安装在主 动力传动系与从动力传动系之间。这样的动力传输装置典型地配备有转矩 传递机构，该转矩传递机构能够操作以选择性地和/或自动地将驱动转矩 从主动力传动系传递到从动力传动系，以建立四轮驱动模式或全轮驱动模 式的操作。
四轮驱动马达和全轮驱动车辆的最新趋势是给动力传输装置配备有 传递离合器和电子控制的牵引控制系统。当主动轮失去牵引力以建立“按 需(On-demand)”四轮驱动模式时，无需车辆操作者的任何输入或动作， 通常该传递离合器能够操作以自动将驱动转矩导引至从动轮。典型地，传 递离合器包括安装在主动力传动系与从动力传动系之间的多片离合器组 件、以及用于产生施加于多片离合器组件的离合器接合力的离合器致动 器。离合器致动器典型地包括动力操作的装置，该装置响应于从电子控制 器单元(ECU)发送的电控信号而被致动。电控制信号的可变控制常常是 基于各传感器所检测的车辆的一个或更多个当前工作特性(即，车辆速度， 轴间速度差，加速度，转向角等)的变化的。因此，这种“按需”动力传 输装置可利用自适应控制方案，用于在所有类型的驱动和道路条件下自动 控制转矩分配。
已经开发出许多按需动力传输装置，它们利用电控制的离合器致动 器，用于根据施加到其的电控制信号的值来调节经由离合器组件传递到从 动力传动系的驱动转矩的量。在一些应用中，传递离合器采用电磁离合器 作为动力操作的离合器致动器。例如，美国专利第5,407,024号公开一种 电磁线圈，它受到增量式激励，以控制滚珠-坡道驱动组件的运动，用于 对多片离合器组件施加离合器接合力。类似地，日本公开专利申请第 62-18117号公开一种传递离合器，该传递离合器配备有用于直接控制多片 离合器组片组件的致动的电磁离合器致动器。
作为替选，传递离合器可以采用电动马达和驱动组件，作为动力操作 的离合器致动器。例如，美国专利第5,323,871号公开了一种按需分动箱， 该按需分动箱具有配备有电动马达的传递离合器，该电动马达控制扇形板 的旋转，扇形板进而控制杠杆臂的枢转运动，从而将离合器接合力施加至 多片离合器组件。此外，日本公开专利申请第63-66927号公开了一种传 递离合器，该传递离合器使用电动马达来使滚珠-坡道操作装置的一个凸 轮盘旋转以接合多片离合器组件。美国专利第4,895,236号公开了配备有 传递离合器的分动箱，该传递离合器具有电动马达，该电动马达驱动减速 齿轮组以控制滚珠螺杆操作装置的运动，这进而对离合器组片施加离合器 接合力。另外，美国专利第5,423,235号公开了配备有电动马达驱动的齿 轮组的分动箱，该电动马达驱动的齿轮组被布置成使滚珠-坡道操作装置 的第一凸轮构件旋转以引起第二凸轮构件的轴向平移，该第二凸轮构件被 配置成将离合器接合力施加至离合器组片。最后，美国专利第7,527,133 号以及第8,479,904号公开了配备有电动马达驱动的齿轮组的分动箱，该 电动马达驱动的齿轮组被布置成使滚珠-坡道操作装置的单个凸轮构件既 旋转又轴向平移。
尽管当前在四轮驱动车辆和全轮驱动车辆中采用了许多类似于上述 系统的按需离合器控制系统，但仍需要提高技术并且解决所意识到的系统 限制。例如，提供大的离合器接合负荷所需的离合器致动器的电功率和致 动时间要求以及摩擦离合器部件的尺寸和重量会使得这种系统在一些机 动车辆应用中成本很高。在致力于解决这些担忧时，考虑新的技术以用于 在动力操作的离合器致动器应用中使用。
发明内容
本部分提供了本公开内容的一般概述，但并非是本公开内容的全部范 围或其所有的特征、方面和目的的全面公开。
因此，本公开内容的一方面提供用于在机动车辆中使用的动力传输装 置，该动力传输装置具有转矩传递机构，该转矩传递机构配备有能够操作 以对多片离合器组件的接合进行控制的动力操作的离合器致动器。
本公开内容的另一方面提供转矩传递机构，该转矩传递机构适合于在 机动车辆动力传动系应用中使用，以对驱动转矩在第一旋转构件与第二旋 转构件之间的传递进行控制。
本公开内容的另一方面提供允许离合器致动器组件的干式操作的转 矩传递机构。
本公开内容的另一方面提供适应高轴速度和负荷的转矩传递机构。
基于本公开内容的这些以及其它方面和目的，提供了一种动力传输装 置。该动力传输装置包括旋转输入构件以及旋转输出构件，该旋转输入构 件适于从动力源接收驱动转矩，该旋转输出构件沿轴线延伸并适于向输出 装置提供驱动转矩。转矩传递机构能够操作以用于将驱动转矩从输入构件 传递至输出构件。转矩传递机构包括离合器组件和离合器致动器组件，该 离合器组件可操作地设置在输入构件与输出构件之间，离合器致动器组件 用于对离合器组件施加离合器接合力。离合器致动器组件包括电动马达， 该电动马达驱动有齿轮驱动单元，以控制离合器施加操作装置施加至离合 器组件的离合器接合力。离合器施加操作装置是“密封的”滚珠-坡道单 元，其包括由有齿轮驱动单元驱动的第一凸轮盘和第二凸轮盘。第二凸轮 盘与第一凸轮盘轴向地间隔开，以在第一凸轮盘与第二凸轮盘之间限定空 腔。第一凸轮盘限定多个第一凸轮凹部，而第二凸轮盘限定多个第二凸轮 凹部。离合器施加操作装置还包括多个辊，每个辊在空腔中被设置在第一 凸轮凹部中的一个第一凸轮凹部与第二凸轮凹部中的一个第二凸轮凹部 之间。第一凸轮凹部和第二凸轮凹部中的至少一者是渐缩的以在第二凸轮 盘的旋转期间引起第二凸轮盘相对于第一凸轮盘的轴向运动。离合器施加 操作装置还包括密封装置，该密封装置在第一凸轮盘与第二凸轮盘之间延 伸以密封第一凸轮盘与第二凸轮盘之间的空腔，从而将润滑剂保持在空腔 内。
附图说明
本公开内容的这些和其它特征及方面在结合以下详细描述以及附图 考虑时将变得更容易理解，在附图中：
图1是配备有根据本公开内容的一方面的动力传输装置的全轮驱动 机动车辆的动力总成(drivetrain)的示意图示。
图2是图1中示出的与驱动轴组件相关联且配备有转矩传递机构的动 力传输装置的示意图示，其中该转矩传递机构具有多片离合器组件以及动 力操作的离合器致动器组件；
图3是根据本公开内容的教示构造的动力传输装置的局部截面视图；
图3A是示出根据本公开内容的一方面的离合器致动器组件的部件的 局部截面视图；
图4是图3所示的动力传输装置的放大视图；
图5A是处于靠拢(close)位置并且根据本公开内容的一方面配置的 密封的滚珠-坡道离合器操作装置的示意图示；
图5B是处于伸展位置并且根据本公开内容的一方面配置的密封的滚 珠-坡道离合器操作装置的示意图示；
图6是根据本公开内容的另一方面构造的动力传输装置的示意图示；
图7是根据本公开内容的再一方面构造的动力传输装置的示意图示；
图8是根据本公开内容的又一方面构造的动力传输装置的示意图示；
图9是配备有根据本公开内容的动力传输装置之一的全轮驱动车辆 的可替选的动力总成的示意图示；
图10是根据本公开内容的另一方面的动力传输装置的示意图示；
图11是根据本公开内容的又一方面的动力传输装置的示意图示；以 及
图12是根据本公开内容的再一方面的动力传输装置的示意图示。
具体实施方式
一般地，现在将公开根据本公开内容的教示构造的配备有转矩传递机 构的动力传输装置的至少一个示例性实施方式。提供以下示例性实施方式 使得本公开内容将是彻底的并且将使范围完全地传达给本领域技术人员。 阐述了诸如具体部件、装置和方法的示例的许多具体细节，以提供对本公 开内容的实施方式的彻底理解。然而，对于本领域技术人员明显的是，不 需要采用具体细节，可以以许多不同的形式实施示例性实施方式，以及不 应当被解释为限制本公开内容的范围。在一些示例性实施方式中，详细地 描述了已知的过程、已知的装置结构以及已知的技术。
本公开内容涉及一种转矩传递机构，该转矩传递机构可以被适应性地 控制用于调节在第一旋转构件与第二旋转构件之间传递的转矩。转矩传递 机构包括摩擦离合器和“密封的”滚珠-坡道离合器操作装置单元。转矩 传递机构在供机动车辆动力传动系使用的动力传输装置中得到具体应用， 例如像分动箱中的按需传递离合器，取力器单元(power take-off unit) 中的串联转矩耦合器(in-line torque coupling)，或与驱动轴组件中的差 速单元相关联的偏置(biasing)离合器。因此，尽管下文与用于在特定动 力传动系应用中使用的特定布置相关联地描述本公开内容，但是将理解所 示出和描述的布置仅意在说明本公开内容的多个方面。
特别参见附图中的图1，示出用于全轮驱动车辆的动力总成10。动力 总成10可以包括主动力传动系12、从动力传动系14、以及用于将旋转牵 引动力(即，驱动转矩)传递至动力传动系的动力系16。在示出的特定 布置中，主动力传动系12可以是前动力传动系，而从动力传动系14可以 是后动力传动系。动力系16被示出为包括发动机18和多级变速器20。 前动力传动系12可以包括由动力系16驱动的前差速器22，以分别通过 一对前车轴26L和26R将驱动转矩传输至一对前车轮24L和24R。前差 速器22在配置为驱动桥时可以与变速器20成为一体。后动力传动系14 可以包括由动力系16或前差速器22驱动的动力传递单元28、由动力传 递单元28驱动的传动轴(propshaft)30、后车轴组件32、以及用于选择 性地将驱动转矩从传动轴30传递至后车轴组件32的动力传输装置34。 后车轴组件32被示出为包括后差速器35、一对后车轮36L和36R、以及 将后差速器35与对应的后车轮36L和36R互连的一对后车轴38L和38R。
继续参照附图，动力总成10还可以包括用于允许车辆操作者选择锁 定的(“分时”)四轮驱动模式以及自适应(“按需”)四轮驱动模式的电子 控制的动力传递系统。在这点上，动力传输装置34可以配备有具有传递 离合器50的转矩传递机构，该传递离合器50可以选择性地被致动，以将 驱动转矩从传动轴30传递至后车轴组件32，从而建立分时和按需四轮驱 动模式。转矩传递机构还可以包括用于致动传递离合器50的动力操作的 离合器致动器52。动力传递系统还可以包括用于检测机动车辆10的特定 动力学和操作特性的一个或更多个车辆传感器54、用于允许车辆操作者 选择可用驱动模式中的一个可用驱动模式的模式选择机构56、以及用于 响应于来自车辆传感器54和模式选择器56的输入信号来控制离合器致动 器52的致动的控制器58。明显地，动力传递系统可以包括更多或更少的 特征元件。
动力传输装置34在图2中示意性地被示出为包括可操作地设置在传 动轴30与小齿轮轴60之间的转矩传递机构或转矩耦合器34。如所看到 的，小齿轮轴60可以包括与准双曲面齿圈64啮合的小齿轮62，准双曲 面齿圈64固定至后差速器35的差速器箱66。后差速器35可以是常规的， 因为由箱66驱动的多个小齿轮68被布置成与一对驱动侧齿轮70L和70R 连通，该一对驱动侧齿轮70L和70R被固定以用于随对应的车轴38L和 38R旋转。转矩耦合器34被示出为包括传递离合器50和离合器致动器 52，传递离合器50和离合器致动器52被布置成对驱动转矩从传动轴30 至小齿轮轴60的传递进行控制并且一起限定本公开内容的转矩传递机 构。
主要参照图3至4，描述了根据本公开内容的一方面构造的转矩耦合 装置34的部件和功能。如所看到的，转矩耦合装置34总体上可以包括壳 体72、在壳体72中经由轴承组件76可旋转地支承的输入轴74、传递离 合器50以及离合器致动器52。轭78可以固定至输入轴74的第一端，以 允许与传动轴30连接。传动离合器50可以包括被固定(即，花键连接) 用于随输入轴74旋转的第一离合器构件80、被固定(即，花键连接)用 于随小齿轮轴60旋转的第二离合器构件82、以及多片离合器组片84，该 多片离合器组片84包括设置在第一离合器构件80与第二离合器构件82 之间的交替的内离合器板和外离合器板。如图所示，第一离合器构件为离 合器鼓状件80，而第二离合器构件为毂82。第一轴承组件86可以在小齿 轮轴60中可旋转地支承输入轴74的第二端，小齿轮轴60又经由一对第 二轴承组件88被可旋转地支承在壳体72中。
如在图3和图3A中最佳呈现的，离合器致动器组件52大体上被示 出为包括电动马达90、有齿轮驱动单元92、以及离合器施加操作装置94。 电动马达90可以紧固至壳体72并且包括旋转输出轴96。有齿轮驱动单 元92可以通过马达输出轴96驱动并且用于控制离合器施加操作装置94 的部件之间的相对运动，以控制对传递离合器50的离合器组片84施加的 离合器接合力的大小。此外，有齿轮驱动单元92可以包括齿轮组，该齿 轮组提供马达轴96与离合器施加操作装置94的旋转部件之间的期望的速 度减小。
根据图3A示出的示例性结构，有齿轮驱动单元92的齿轮组可以包 括通过马达轴96驱动的第一齿轮98，第一齿轮98可以与第二齿轮102 啮合。根据本公开内容的一方面，第一齿轮98可以是一体地形成于或固 定至马达轴96的蜗杆，而第二齿轮102可以是蜗轮。另外，第三齿轮103 可以与第二齿轮103啮合。第三齿轮103可以是包括与第二齿轮103啮合 的扇形齿轮齿105的扇形齿轮。设想到可以在有齿轮驱动单元92中使用 替选的齿轮布置来替代上面讨论的那些布置。为了方便，离合器致动器组 件52在图4和图6至7中示意性地示出。
离合器施加操作装置94在图3和图4中最佳地被示出为限定滚珠- 坡道单元，该滚珠-坡道单元具有第一凸轮盘130和第二凸轮盘134，第一 凸轮盘130经由花键连接132非可旋转地固定至壳体72，第二凸轮盘134 可绕小齿轮轴60和轴线A旋转。第二凸轮盘134与第一凸轮盘130轴向 地间隔开，以在第一凸轮盘130与第二凸轮盘134之间限定空腔131。如 在图3A中最佳呈现的，有齿轮驱动单元92的扇形齿轮103可以与第二 凸轮盘134一体地形成或刚性地固定至第二凸轮盘134，以使第二凸轮盘 134旋转。设想到可以在有齿轮驱动单元92中使用替选的齿轮布置来替 代上面讨论的那些布置，以便于第二凸轮盘134响应于马达输出轴96的 旋转而进行旋转和轴向运动二者。
第一凸轮盘130限定多个第一凸轮凹部140，而第二凸轮盘134限定 多个第二凸轮凹部142，该多个第二凸轮凹部142中的每个分别与第一凸 轮凹部140之一对准。此外，在多个对准的第一凸轮凹部140和第二凸轮 凹部142的组中的每个中在空腔131中设置有滚珠138。优选地，三组等 间隔的这样面对的第一凸轮凹部140和第二凸轮凹部142分别形成在第一 凸轮盘130和第二凸轮盘134中。第一凸轮凹部140和第二凸轮凹部142 可以形成为凸轮表面，该凸轮表面沿周向方向是倾斜的、渐缩的或其它轮 廓。在操作中，滚珠138抵靠着凸轮表面140和142滚动，以响应于第二 凸轮盘134的旋转而引起第二凸轮盘134相对于第一凸轮盘130沿轴线A 的轴向运动。作为所示出的布置的替选，凸轮表面140和142之一可以是 非渐缩的，使得坡道轮廓被完全配置在凸轮表面中的另一个内。而且，滚 珠138被示出为是球形的，但是设想成允许使用圆柱形辊，该圆柱形辊被 设置在以相应方式定形状的凸轮凹部或表面中。设想到可以在有齿轮驱动 单元92中使用替选的齿轮布置来替代以上讨论的那些布置，从而便于第 二凸轮盘134响应于马达输出轴96的旋转而进行旋转运动。
根据图4、5A和5B中最佳示出的本公开内容的一方面，设置了密封 装置150以密封第一凸轮盘130与第二凸轮盘134之间的空腔131，并且 限定“密封的”滚珠-坡道操作装置单元。密封装置150可以包括第一或 内侧密封部件151以及与内侧密封部件151径向向外地间隔开的第二或外 侧密封部件153。根据一方面，第一凸轮盘130和第二凸轮盘134各自限 定在其内部加工出的外凹槽156和内凹槽158。外侧密封部件153包括固 定地设置在第一凸轮盘130的外凹槽156中的第一端152以及固定地设置 在第二凸轮盘134的外凹槽156中的第二端154。类似地，内侧密封部件 151包括设置在第一凸轮盘130的内凹槽158中的第一端155以及设置在 第二凸轮盘134的内凹槽158中的第二端157。外侧密封部件153的第一 端152和第二端154包括用于辅助其保持在相应的外凹槽156内的保持机 构160。尽管未具体示出，类似的保持机构可以与内侧密封部件151的端 155、157一起使用。根据本公开内容的一方面，保持机构160包括邻近 密封部件151、153的第一端152和第二端154地向外延伸的倒钩部，用 于接合从凹槽156延伸的凹痕部。可以采用具有各种不同配置的其它类型 的密封元件。
根据一方面，密封装置150可以被配置为波纹管类型密封件。另外， 密封装置150的密封部件151、153可以是允许第一凸轮盘130相对于第 二凸轮盘134的旋转和轴向位移的模制元件。图5B示出相对于第一凸轮 盘130处于靠拢位置的第二凸轮盘134以及处于未伸展位置的密封装置 150。图5A示出相对于第一凸轮盘130处于伸展位置的第二凸轮盘134 连同处于伸展位置的密封装置150。根据这一方面，凸轮盘130与凸轮盘 134之间的相对旋转的量小于其完全旋转(full rotation)。密封元件150 可以用于密封第一凸轮盘130与第二凸轮盘134之间的空腔131，使得凸 轮表面在其使用寿命期间的操作所需的润滑脂或其它润滑剂可以设置并 保留在空腔162中。包含密封装置150允许离合器致动器组件52的干式 操作。因此，每个密封部件151、153适于允许凸轮盘130、134之间的轴 向运动和旋转运动。尽管示例示出第一凸轮盘130在轴向方向和旋转方向 上都是静止的，但是设想到“密封的”滚珠-坡道单元可以被修改以允许 凸轮盘130、134二者的旋转运动、或者第一凸轮盘130的旋转运动和第 二凸轮盘134的非旋转和轴向运动。
如在图4中最佳呈现的，在第二凸轮盘134与离合器组片84的致动 器板之间可以设置第一推力组件144。如已知的，鼓状件80(或毂82) 可以包括反作用环，其中离合器组片84位于反作用环与致动器板146之 间。致动器板146可以接合至鼓状件80或毂82，这导致其相对于第二凸 轮盘134旋转。如所看到的，致动器板146被花键连接以随着鼓状件80 旋转并且相对于鼓状件80轴向运动。如本技术领域中已知的，可以设置 复位弹簧装置以使致动器板146偏置离开离合器组片84，这又使第二凸 轮盘134相对于第一凸轮盘130朝向第二凸轮盘134的缩回位置偏置。
如在图3和图4中最佳呈现的，根据一方面，第一推力组件144可以 被配置为设置在第二凸轮盘134与致动器板146之间的止推垫圈144。止 推垫圈144可以由允许在干的时候进行操作的聚酰胺/石墨材料构成。根 据另一方面，止推垫圈144能够通过调节止推垫圈144的直径来适应所需 的压力和旋转速度，并且施加至止推垫圈144的负荷可以被调节以保持在 材料的容许压力速率(PV)之内。将理解可以采用多种其它材料。将理 解，考虑到更高的摩擦系数可导致更低的压力的事实，干摩擦的使用可以 允许止推垫圈144保持在适当的材料约束内。
第二凸轮盘134可以相对于离合器组片84在第一或“释放”位置与 第二或“锁定”位置之间轴向运动。在第二凸轮盘134处于其释放位置的 情况下，最小的离合器接合力被致动器板146施加在离合器组片84上， 使得实际上无驱动转矩从输入轴74通过离合器组片84传递至小齿轮轴 60。以此方式，建立两轮驱动模式。可以设置复位弹簧，以通常使第二凸 轮盘134朝向其释放位置偏置。相比之下，第二凸轮盘134在其锁定位置 的定位致使最大离合器接合力被致动器板146施加至离合器组片84，使 得小齿轮轴60实际上被耦接以随输入轴74共同旋转。以此方式，建立了 锁定或分时四轮驱动模式。因此，第二凸轮盘134在其释放和锁定位置之 间的轴向位置的精确双向控制允许从输入轴74传递至小齿轮轴60的驱动 转矩的量的适应性调节，从而建立按需四轮驱动模式。
选择凸轮表面140和142的渐缩轮廓，以控制第二凸轮盘134响应于 驱动齿轮98在第一旋转方向上被马达90驱动而相对于离合器组片84从 其释放位置向其锁定位置的轴向平移。第一齿轮98在第一方向上的这种 旋转引起第二凸轮盘134绕轴线A在第一方向上的旋转。结果，发生凸 轮盘130与凸轮盘134之间的相应的相对旋转，使得滚珠138搭靠着渐缩 的凸轮表面140和142。然而，由于针对轴向和旋转运动约束第一凸轮盘 130，所以第二凸轮盘134的这种旋转致使第二凸轮盘134朝向其锁定位 置的并发轴向运动，以增大离合器组片84上的离合器接合力。
图6示出本公开内容的另一方面。如图所示，此方面与图3和4所示 出的方面的不同之处主要在于离合器施加操作装置94A。在下文中没有对 其它特征进行具体讨论的范围内，以上讨论同样适用于此方面。一般地， 离合器施加操作装置94A通过在致动器板146A与第二凸轮盘134A之间 一体地形成轴承组件244来消除推力轴承144。如所示出的，根据一方面， 第一推力组件可以被配置为角接触轴承组件244。角接触轴承组件244形 成在第二凸轮盘134A与离合器组片84的致动器板146A之间以完成接 合。角接触轴承组件244包括从致动器板146A轴向延伸的第一凸缘166， 以及以与第一凸缘166大致间隔开且平行的关系从第二凸轮盘134A轴向 延伸的第二凸缘168。第一凸缘166和第二凸缘168可以与相应的致动器 板146A和第二凸轮盘134A一体地形成。第一倾斜部159从第一凸缘166 朝向第二凸缘168延伸，并且第二倾斜部171从第二凸缘168朝向第一凸 缘166延伸。在第一和第二凸缘166、168与第一和第二倾斜部159、171 之间设置多个轴承元件169。此外，一对密封元件173在轴承元件169的 相对侧上在第一凸缘166与第二凸缘168之间延伸，以密封第一凸缘166 与第二凸缘168之间的轴承元件169。致动器板146A可以接合(即，花 键连接)至鼓状件80，这导致其在第二凸轮盘134A保持约束于壳体72 的同时旋转。根据一方面，以此形式形成推力组件244允许致动器板146A 与密封的滚珠-坡道单元的第二凸轮元件134A之间的相对旋转。根据此方 面，第一推力组件244的配置消除了对附加止推垫圈的需要，因为第一推 力组件244被配置成适应较高的传动轴速度和负荷。
图7示出本公开内容的另一方面。如图所示，此方面与图3、4和6 所示出的方面的不同之处主要在于离合器施加操作装置94B。在下文中没 有对其它特征进行具体讨论的范围内，以上讨论同样适用于此方面。在第 二凸轮盘134B与离合器组片84的致动器板146B之间可以设置第一推力 组件344以完成接合。致动器板146B可以结合(花键连接)至鼓状件80， 这导致其在第二凸轮盘134B保持约束于壳体72的同时旋转。根据一方 面，第一突出部181从致动器板146B轴向延伸，而第二突出部183以与 第一突出部183大致间隔开且平行的关系从第二凸轮盘134B轴向延伸， 以在第一突出部181与第二突出部183之间限定环形孔172。根据本公开 内容的此方面，第一推力组件是设置在环形孔172中的轴向轴承组件344。 轴向轴承组件344可以包括以与第一突出部181平行且邻接的关系延伸的 外套筒185、以及以与第二突出部183平行且邻接的关系延伸的内套筒 187。另外，第一弧形部189从外套筒185朝向第二突出部183延伸，第 二弧形部191从内套筒187朝向第一突出部181延伸。在第一和第二突出 部181、183与第一和第二弧形部189、191之间设置多个轴承部件193。 此外，一对密封件195在轴承部件193的相对侧上在第一突出部181与第 二突出部183之间延伸，以密封第一突出部181与第二突出部183之间的 轴承部件193。应理解轴向轴承组件344可以组装并卡扣或以其它方式装 配在孔172中。根据另一方面，可以采用其它适当的轴承，比如标准可用 的“目录”轴承。此外，以此方式形成推力组件344足以允许致动器板 146B与第二凸轮元件134B之间的旋转。根据此方面的第一推力组件344 消除了对附加止推垫圈的需要，因为第一推力组件344可以适应较高的传 动轴30速度和负荷。
图8示出了本公开内容的再一方面。如图所示，此方面与图3和图4 所示出的方面的不同之处主要在于离合器施加操作装置94C。在没有结合 此方面具体讨论其它特征的范围内，在这里以上讨论同样适用。根据一方 面，密封壳体251在操作装置94C和有齿轮驱动单元92周围延伸。这种 布置有助于将润滑剂保持在有齿轮驱动单元92的部件的区域中。更详细 地，密封壳体251可以包括由刚性材料制成的外壳253，外壳253在有齿 轮驱动单元92周围延伸并且连接至壳体72。密封壳体251还可以包括第 一边缘密封件255，第一边缘密封件255设置在外壳253与第二凸轮盘 134C之间以密封外壳253与第二凸轮盘134C之间的区域。第一边缘密 封件255可以是唇形密封件。这可以消除结合本文中的其它方面讨论的上 波纹管类型密封件。密封壳体251还可以包括设置在外壳253与第一凸轮 盘130之间的第二边缘密封件257。第二边缘密封件257可以由O型圈等 构成。
将理解离合器致动器52可以被定位成考虑车载包装要求。例如，电 动马达90的轴96的旋转轴线可以与沿动力传输装置34延伸的轴线A平 行地对准。根据另一方面，电动马达90可以垂直于从动力传输装置34 延伸的轴线A。而且，电动马达90可以以相对于动力传输装置34的水平 轴线的角度被有角度地定位以进一步适应车载包装要求。
在操作中，当模式选择器56指示选择两轮驱动模式时，控制器58 向电动马达90发信号以使马达轴96沿第二方向旋转，以使第二凸轮盘 134旋转直到其位于其释放位置，从而释放离合器组片84。如所指出的， 复位弹簧可以有助于使第二凸轮盘134返回至其释放位置。如果模式选择 器56此后指示选择分时四轮驱动模式，则可能控制器58向电动马达90 发信号以使马达96沿第一方向旋转，以引起第二凸轮盘134的轴向平移 直至其位于其锁定位置。如所指出的，第二凸轮盘134至其锁定位置的这 种轴向运动用于完全接合离合器组片84，从而将小齿轮轴60耦接至输入 轴74。
当模式选择器56指示选择按需四轮驱动模式时，控制器58将电动马 达90通电以使马达96旋转，直至第二凸轮盘134轴向地位于准备或“备 用”位置为止。此位置可以是其释放位置，或者在替代方案中为中间位置。 在任一情况下，在该备用情况下，预定的最小量的驱动转矩通过离合器组 片84传输至小齿轮轴60。此后，基于如传感器54检测的机动车辆的当 前牵引状况和/或操作特性，控制器58确定何时以及多少驱动转矩需要传 递至小齿轮轴60。如将理解的，本领域已知的任何控制方案可以与本公 开内容一起使用，以在动力传动系应用中适应性地控制传递离合器50的 致动。针对离合器致动器52描述的布置相比现有技术的改进在于有齿轮 驱动单元92提供的转矩放大允许使用小型低功率电动马达，而且提供极 快的响应和精确控制。以减少的部件数目以及包装灵活性实现其它优点。
为了说明可应用本公开内容的替选的动力传输装置，图9示意性描绘 了用于机动车辆的基于前轮的四轮动力总成布局10’。特别地，发动机18 驱动多级变速器20，多级变速器20具有集成的前差速单元22，用于经由 车轴26L和26R驱动前轮24L和24R。动力传递单元190也被动力系16 驱动，以将驱动转矩传递至下文称为转矩耦合器192的转矩传递机构的输 入构件，转矩耦合器192能够操作用于选择性地将驱动转矩传递至传动轴 30。因此，当传感器指示发生前车轮滑动情况时，控制器58适应性地控 制转矩耦合器192的致动，使得驱动转矩“按需”传递至用于驱动后车轮 36L和36R的后动力传动系14。设想到转矩传递耦合器192将包括多片 离合器组件194和离合器致动器196，多片离合器组件194和离合器致动 器196在结构和功能方面与之前结合以上各方面描述的多片传递离合器 50和离合器致动器52大致类似。
参照图10，现在示意性地示出与基于类似于图9所示的前轮驱动车 辆的按需全轮驱动系统相关联的动力传递单元190。特别地，变速器20 的输出轴202被示出为驱动输出齿轮204，输出齿轮204又驱动固定于与 前差速单元22相关联的托架208的输入齿轮206。为了给前车轮24L和 24R提供驱动转矩，前差速器22还包括经由相应的车轴26L和26R连接 至前车轮的一对侧齿轮210L和210R。差速单元22还可以包括小齿轮212， 小齿轮212以可旋转的方式支撑在固定于托架208的小齿轮轴上并且与侧 齿轮210L和210R两者啮合。传递轴214可以设置成将驱动转矩从托架 208传递至转矩耦合器192。
动力传递单元190可以包括具有齿圈220的直角驱动机构，该齿圈 220被固定以用于随离合器组件194的鼓状件222旋转并且与被固定以用 于随传动轴30旋转的小齿轮224啮合。如所看到的，离合器组件194的 离合器毂216被传递轴214驱动，而离合器组片228设置在毂216与鼓状 件222之间。离合器致动器组件196能够操作用于控制离合器组件194的 接合。离合器致动器组件196意在与上述马达驱动的离合器致动器组件 52类似，在于电动马达被供以电流，用于控制有齿轮驱动单元的相对旋 转，这进而控制凸轮盘操作装置的平移运动，从而控制离合器组片228 的接合。
在操作中，根据车辆操作者经由模式选择器56选择的特定模式，驱 动转矩从主(即，前)动力传动系传递至从(即，后)动力传动系。例如， 如果选择按需四轮驱动模式，则通过改变发送至电动马达的电控制信号的 值，控制器58响应于传感器54检测到的车辆操作状况来调整离合器致动 器组件196的致动。以此方式，适应性地控制离合器接合水平以及经由动 力传递单元190通过离合器组片228传递到后动力传动系14的驱动转矩 的量。选择分时四轮驱动模式导致离合器组件194完全接合，以便将前动 力传动系与后动力传动系刚性耦接。在一些应用中，可消除模式选择器 56，使得仅按需四轮驱动模式可用，从而持续地提供适应性的牵引控制而 无需来自车辆操作者的输入。
图11示出图10的修改版本，其中，基于后轮驱动机动车辆示出按需 四轮驱动系统，该后轮驱动机动车辆被布置成通常向后动力传动系14传 递驱动转矩，同时通过转矩耦合器192选择性地将驱动转矩传输至前车轮 24L和24R。在此布置中，驱动转矩从传输输出轴202经由驱动轴230而 直接传输至传递单元190，驱动轴230将输入齿轮206与齿圈220互连。 为了向前车轮提供驱动转矩，转矩耦合器192被示出为可操作地设置在驱 动轴230与传递轴214之间。特别地，离合器组件194被布置成使得鼓状 件222通过齿圈220被驱动轴230驱动。如此，离合器致动器196的致动 用于将转矩从鼓状件222经由离合器组片228传递至毂216，这进而经由 传递轴214驱动前差速单元22的托架208。而且，车辆可以配备有模式 选择器56以允许车辆操作者选择适应性控制的按需四轮驱动模式或者锁 定的分时四轮驱动模式。在不具有模式选择器56的车辆中，按需四轮驱 动模式是唯一可用的驱动模式并且在没有来自车辆操作者的输入的情况 下提供持续的自适应牵引控制。
除了在前展示的按需4WD系统之外，本公开内容的动力传输技术同 样可用于全时4WD系统，以适应性地偏置通过中心或“轴间”差速单元 传递到前动力传动系和后动力传动系的转矩分配。例如，图12示意性地 示出了大致类似于图10中所示的按需四轮驱动系统的全时四轮驱动系 统，除了动力传递单元190现在包括以可操作方式安装在前差速单元22 的托架208和传递轴214之间的轴间差速单元240之外。特别是，输出齿 轮206被固定以用于随轴间差速器240的托架242旋转，小齿轮244以可 旋转的方式支撑在托架242上。第一侧齿轮246与小齿轮244啮合，并且 被固定以用于随驱动轴230旋转，从而经由传递齿轮组220和224与后动 力传动系14以驱动方式互连。同样地，第二侧齿轮248与小齿轮244啮 合，并且被固定以用于随前差速器单元22的托架208旋转，从而以驱动 方式与前动力传动系互连。现在示出转矩耦合器192以可操作方式设置在 侧齿轮246和248之间。如此，转矩耦合器192以可操作方式布置在轴间 差速器240的从动输出之间，以提供转矩偏置和限制滑动功能。示出转矩 耦合器192还包括多片离合器组件194和离合器致动器组件196。离合器 组件194以可操作方式布置在传递轴214和驱动轴230之间。在操作中， 当传感器54检测车辆工作状况时，例如多余的轴间滑动，控制器58适应 性地控制与离合器致动器组件196相关联的电动马达的激活，以便控制离 合器组件194的接合，并由此控制前动力传动系和后动力传动系之间的转 矩偏置。
注意，并非需要在一般性描述或示例中的上述所有活动，可以不需要 特定活动的一部分，并且除了描述的活动之外也可以执行一个或更多个其 它活动。此外，活动列出的顺序不一定是活动执行的顺序。
本文描述的实施方式的具体描述和说明意在提供对各种实施方式的 结构的整体理解。具体描述和说明并非意在用作对使用本文中描述的结构 或方法的设备和系统的所有元件和特征的穷尽且全面的描述。对于本领域 的普通技术人员而言，在查看本公开内容时，许多其它实施方式会是明显 的。也可以使用并且从本公开内容得到其它实施方式，使得在不偏离本公 开内容的范围的情况下可以做出结构替代、逻辑替代或其它改变。因此， 本公开内容被认为是说明性的而非限制性的。
为了清楚起见在不同的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以 以结合的方式在单个实施方式中提供。相反，为了简化起见在单个实施方 式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任意子组合提供。而且， 参照在一定范围内规定的值包括在该范围内的每个和各个值。
以上已经关于特定实施方式对益处、其它优点和问题的解决方案进行 了描述。然而，益处，优点，问题的解决方案，以及可以使任何益处、优 点或解决方案发生或变得更显著的任何特征不应被解释为任意或所有权 利要求的关键的、需要的或必要的特征。
以上公开的主题内容应被认为是说明性的而非限制性的，并且所附权 利要求意在覆盖任意以及所有的这种修改、增强以及落入本发明的范围内 的其它实施方式。因此，在法律允许的最大范围内，本发明的范围由所附 权利要求及其等同物的最广义允许解释来确定，并且不应被前述详细描述 约束或限制。
虽然以上已详细描述了仅一些示例性实施方式，但是本领域技术人员 将容易地理解，在没有实质上偏离本公开内容的实施方式的新颖性教示和 优点的情况下，在示例性实施方式中许多修改是可能的。因此，所有这种 修改意在包括在本公开内容的实施方式的如在所附权利要求中限定的范 围内。在权利要求中，装置加功能式的句子意在涵盖本文中被描述为执行 所记载的功能的结构，并且不仅有结构等同物，而且有等同结构。