一种车用自动自由轮毂装置及汽车

IPC分类号 : F16D41/00,

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CN201510655454.7

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专利摘要

本发明公开了一种车用自动自由轮毂装置，包括半轴、内壳、传动套、变位销、单向离合器以及轮毂。半轴通过螺旋花键与传动套配合，传动套通过单向离合器与轮毂连接。四驱模式下半轴驱动传动套带动轮毂转动，同时通过变位销将半轴与轮毂锁定在一起，在两驱模式下半轴与轮毂能够自动解锁。本发明还提供了一种使用该自动自由轮毂装置的汽车。本发明在传统自由轮毂的结构基础上增添新的结构与机械配合进行设计的，加工改造过程比较简单，改造成本相对较低，依靠花键螺杆传动套之间的配合以及单向离合器的单方向传递动力的特性来实现四驱与二驱之间的切换，可以自动实现四驱与二驱之间的切换，不需要手动控制操作杆或电控旋钮，实现分时四驱。

权利要求

1.一种车用自动自由轮毂装置，其特征在于，包括：

半轴，其用于接收汽车动力，所述半轴一端设置有螺旋花键；

内壳，其与所述半轴同轴固定连接，所述内壳侧壁上设置有内壳销轴孔；

传动套，沿其轴线设置有螺旋键槽，所述螺旋键槽与半轴一端的螺旋花键配合，所述半轴旋转能够带动所述传动套左右移动，所述传动套一端设置成圆锥形，所述圆锥形靠近半轴一端的直径大于远离半轴一端的直径；

变位销，其设置于所述内壳上的销轴孔内，所述变位销与内壳之间设置有弹簧，所述变位销一端与所述传动套呈圆锥形的表面相配合，所述传动套左右移动能够带动所述变位销相对于所述内壳径向移动；

单向离合器，其包括内座圈和外座圈，所述内座圈与所述传动套通过移动副连接，以使所述传动套旋转时带动所述内座圈旋转；

轮毂，其与所述外座圈固定连接，并且所述轮毂套设在所述内壳外侧，所述轮毂上与内壳销轴孔相对应处设置有轮毂销轴孔，所述变位销向外侧移动时能够插入到所述轮毂销轴孔中，从而固定所述内壳和轮毂。

2.根据权利要求1所述的车用自动自由轮毂装置，其特征在于，所述传动套中部设置成圆柱形，右端设置成圆锥形，所述圆锥形最小截面直径小于圆柱形直径，使在圆柱形和圆锥形结合处形成轴肩，所述变位销能够卡在轴肩处以限制所述传动套向右移动。

3.根据权利要求1或2所述的车用自动自由轮毂装置，其特征在于，所述变位销前端设置有钢珠，通过所述钢珠与所述传动套呈圆锥形的一端相配合，以减小相互之间的摩擦。

4.根据权利要求1所述的车用自动自由轮毂装置，其特征在于，所述单向离合器外座圈和内座圈之间均布设置有三个楔型空隙，所述楔型空隙中设置有圆柱滚子，所述圆柱滚子通过弹簧与外套件连接，当内座圈相对外座圈向空隙变小的方向转动时，圆柱滚子也向空隙变小的方向移动，通过摩擦实现外座圈和内座圈的接合，当内座圈相对外座圈向空隙变大的方向转动时，外座圈和内座圈分离。

5.根据权利要求4所述的车用自动自由轮毂装置，其特征在于，所述单向离合器外座圈通过花键与轮毂同轴固定连接，所述单向离合器内座圈通过花键与传动套左端移动副连接。

6.根据权利要求1所述的车用自动自由轮毂装置，其特征在于，还包括转向节，所述转向节通过一对圆锥滚子轴承支撑在转向节。

7.根据权利要求6所述的车用自动自由轮毂装置，其特征在于，所述圆锥滚子轴承通过卡环和轴承套进行轴线限位。

8.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的车用自动自由轮毂装置。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车行驶系统，特别涉及一种实现半轴与轮毂的分离和结合的新型的车用自动自由轮毂及汽车。

背景技术

自由轮毂又称为轴头离合器或轮边锁止器，其主要作用是根据汽车的实际工况，能够自由地实现四轮驱动和二轮驱动的切换，减少不必要的磨损，从而节省燃料。二轮驱动的燃油经济性较好，四轮驱动的通过性强，稳定性好。目前，四轮驱动较多的应用于SUV、越野车等车型，而绝大部分的普通乘用车仍采用二轮驱动的方式，因此，自由轮毂更多的应用于越野车等车型，而普通乘用车应用较少。传统的自由轮毂多为手动自由轮毂，安装在前轴上，想要实现二轮驱动和四轮驱动的切换需要手动进行控制，如AVM轴头离合器，通过转动手柄将自由轮毂设置到相应位置：当自由轮毂在自由位置时，可使前轮的动力传动系统的驱动力脱开，这时是后轮驱动；当自由轮毂在锁止位置时，就能把前传动系统的驱动力传送给前轮，从而实现四轮驱动。手动自由轮毂操作比较繁琐，便利性不高。而现有的自动自由轮毂，将机械式的操作杆改为了电控旋钮，使得四驱与二驱之间的切换不像以前那么繁琐，便利性大大提高，但是，当汽车由二驱切换为四驱时，自由轮毂自动锁止，当再切换为二驱时，必须通过倒车才能把自由轮毂解开，如新款的陆风X6、X8和X9,当由四驱切换为二驱时，至少需要倒车才能实现。因此，其便利性仍存在不足之处。

此外，新能源四驱车辆也存在节省燃油或电耗的诉求，以四轮驱动的纯电动汽车为例，虽然四轮独立驱动能带来诸多动力学控制的优势，但也存在着电耗高、续驶里程短的缺点，而这正是在当今充电设施配套不完整的大背景下，限制纯电动汽车发展的主要瓶颈。为此进一步提高四轮驱动电动汽车经济性、续驶里程的相关技术逐渐成为新的关注点和研究热点。现阶段，四轮驱动电动汽车，尤其是四轮独立轮边或轮毂电机驱动的电动汽车往往在中等负荷巡航时采用单轴双电机驱动，另外两个电机随动的驱动控制策略来节省电耗，但是这对于驱动效率比较高的永磁电机而言，将导致感应电动势的产生，在漏电流的作用下相比较异步励磁电机将增加无功损耗和电磁负荷，在降低电机逆变器电子元器件寿命的同时，增加了额外驱动能量损失。为此减少从动轮轮毂或轮边电机无功损耗显得非常有价值。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的自由轮毂需要手动解锁或倒车解锁的缺陷，提供了一种自动实现锁止和解锁的车用自动自由轮毂装置以及安装有该轮毂装置的汽车，能自动识别四驱和两驱模式并自动切换。

本发明提供的技术方案为：

一种车用自动自由轮毂装置，包括：

半轴，其用于接收汽车动力，所述半轴一端设置有螺旋花键；

内壳，其与所述半轴同轴固定连接，所述内壳侧壁上设置有内壳销轴孔；

单向离合器，其包括内座圈和外座圈，所述内座圈与所述传动套通过移动副连接，以使所述传动套旋转时带动所述内座圈旋转；

优选的是，所述传动套中部设置成圆柱形，右端设置成圆锥形，所述圆锥形最小截面直径小于圆柱形直径，使在圆柱形和圆锥形结合处形成轴肩，所述变位销能够卡在轴肩处以限制所述传动套向右移动。

优选的是，所述变位销前端设置有钢珠，通过所述钢珠与所述传动套呈圆锥形的一端相配合，以减小相互之间的摩擦。

优选的是，所述单向离合器外座圈和内座圈之间均布设置有三个楔型空隙，所述楔型空隙中设置有圆柱滚子，所述圆柱滚子通过弹簧与外套件连接，当内座圈相对外座圈向空隙变小的方向转动时，圆柱滚子也向空隙变小的方向移动，通过摩擦实现外座圈和内座圈的接合，当内座圈相对外座圈向空隙变大的方向转动时，外座圈和内座圈分离。

优选的是，所述单向离合器外座圈通过花键与轮毂同轴固定连接，所述单向离合器内座圈通过花键与传动套左端移动副连接。

优选的是，还包括转向节，所述转向节通过一对圆锥滚子轴承支撑在转向节。

优选的是，所述圆锥滚子轴承通过卡环和轴承套进行轴线限位。

一种汽车，包括上述的车用自动自由轮毂装置。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的自动自由轮毂装置在传统自由轮毂的结构基础上增添新的结构与机械配合进行设计的，加工改造过程比较简单，改造成本相对较低，工艺流程继承性好，依靠花键螺杆传动套之间的配合以及单向离合器的单方向传递动力的特性来实现四驱与二驱之间的切换，可以自动实现四驱与二驱之间的切换，不需要手动控制操作杆或电控旋钮，实现分时四驱，且只有在汽车加速的过程中是四驱的，四驱模式的启动符合应用工况要求，最大程度的减少了驱动能耗，且操作方便简单，降低了驾驶员的劳动强度。同时，本发明既可应用于传统四驱乘用车，亦可应用于新能源纯电动四驱车，在保证上述汽车的通过性和稳定性的同时，保证汽车的燃油经济性或耗电经济性，使汽车的综合性能得以提升，应用市场广阔。

附图说明

图1为本发明所述的车用自动自由轮毂装置总体结构分解示意图。

图2为本发明所述的半轴和传动套安装位置分解示意图。

图3为本发明所述的传动套与变位销安装位置分解示意图。

图4为本发明所述的单向离合器安装位置示意图。

图5为本发明所述的单向离合器结构示意图。

图6为本发明所述的转向节结构示意图。

图7为本发明所述的车用自动自由轮毂装置两驱模式工作状态示意图。

图8为本发明所述的车用自动自由轮毂装置四驱模式工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种车用自动自由轮毂装置，该车用自动自由轮毂装置主要由三大传动部分组成，分别为半轴传动部分、变位销传动部分和单向离合器传动部分，包括半轴103、内壳203、传动套102、变位销202、单向离合器301以及轮毂201。

如图2所示，半轴103由三段轴颈组成，分别是最左端光轴、中间螺旋形花键螺杆和右端花键轴组成，轴颈从左到右依次增大。半轴103通过轴承101与其最左端光轴相配合，起到支撑半轴103的作用。半轴103右端大径部分与内壳203通过花键同轴固定连接在一起，半轴103用于接收汽车的动力，输出扭矩，并带动内壳203一起旋转。

传动套102呈纺锤形，其左端是花键，中间小轴颈圆柱体，右端为一个圆锥体，圆锥体最小截面小于中间圆柱体轴颈，已形成一个轴肩，该轴肩起到限制变位销202位移的作用。传动套102中部设置有一个螺旋形花键槽，该螺旋形花键槽与半轴103上的螺旋形花键螺杆相配合，当半轴103相对于传动套102转动时，传动套102会沿着半轴103的轴线直线移动。单向离合器301包括包括外座圈305和内座圈306，内座圈306上设置有内键槽，传动套102左端的花键始终与内座圈306的内键槽连接，外座圈305通过花键与轮毂201同轴固定连接。这样一来，当半轴103相对轮毂201有相对转动时，导致传动套102与半轴103之间也有相对转动，就可以将相对回转运动转变为传动套102沿着半轴103的轴线方向水平移动，最终完全插入单向离合器301与轮毂201轴端接触限位。半轴103上的花键螺杆与传动套102内孔的螺旋形花键槽方向均为左旋。

如图3所示，变位销202上部为圆柱销，顶端为半球体，便于和轮毂201圆周分布的径向孔钻入配合，在变位销202下部是一个锥底直径大一些的圆锥体，弹簧204套入变位销202圆柱部分，弹簧204下端面支撑在圆锥体上端面上，弹簧204上端面顶靠在内壳203内壁上。变位销202的圆锥体头部有一球缺形内孔，里面压装嵌入一钢球，并涂以润滑脂，通过其钢球205在球缺中的自转运动起到变位销202沿传动套102圆锥面移动时减磨的作用。内壳203圆周方向与变位销202对应处开有圆通孔，可以使变位销202通过，同时，内壳203右端内孔与半轴103半径较大的一端以花键的形式配合固连在一起，两者之间保持相对静止。在内壳203外面套的是轮毂201，同样，轮毂201在和变位销202顶部相对应的地方也开有圆孔，目的也是为了让变位销202可以插入，通过变位销202将轮毂201和内壳203及半轴103连接在一起。在汽车静止状态下，变位销202在弹簧的作用下回位，其顶部退回于内壳203内，与轮毂201脱开联系，实现上述零件的分离。

如图4所示，单向离合器301的内表面和外表面均是花键，传动套102的左端部分外表面也是花键，单向离合器301外花键与轮毂201内花键过盈配合，单向离合器301内花键与传动套102左端外花键间隙配合。单向离合器301与传动套102之间可沿轴线方向产生相对移动。

如图5所示，单向离合器301有内外两个套件，分别是外座圈305和内座圈306。两个套件之间可以相对转动。在两个套件之间，均布着三个楔型空隙。在空隙中，各放置有一个圆柱滚子308，每个圆柱滚子308与外套件305之间通过两个弹簧307连接在一起，弹簧307一端顶靠在外套件305楔型内孔端面，另一端顶靠在圆柱滚子308外圆柱上。当内套件306相对外套件305向空隙变小的方向转动时，会带着圆柱滚子308向空隙变小的方向移动，因此，内外套件305和圆柱滚子308之间会越压越紧，产生极大的摩擦力，因此可将动力从内套件306传送到外套件305。如内套件306相对外套件305向空隙变大的方向转动，则内套件306、外套件305和圆柱滚子308之间会越来越松动，因此内外套件305之间不会产生动力的传送。通过这种结构，单向离合器301便达到了单方向传递动力的目的。

如图6所示，在另一实施例中，所述车用自动自由轮毂装置还包括转向节105。转向节105与内壳203及轮毂201通过一对圆锥滚子轴承303支撑在转向节105上。同时，内壳203和轮毂201上轴承所在位置均套有卡环302，用以对轴承303限位。转向节105和轴承套104之间通过六个均布的螺柱106将两者定位固连在一起，轴承套104的右端与轴承303内圈接触，轴承303外圈靠在转向节105内孔轴间上予以限位，从而通过轴承303传递车轮所受侧向力和径向力。最后，轮毂201通过5个轮辋螺栓309将轮辋304固定在轮毂201上。

本发明所述的车用自动自由轮毂装置的工作过程如下：

如图7、图8所示，当汽车起步时，驾驶员控制操纵杆将分动箱结合准备以四驱行驶，随着加速踏板开度的增加，驱动力逐渐增大驱动汽车由静止开始加速起步，此时半轴103获得汽车动力装置提供的扭矩并开始转动。对于传统分时四驱汽车，由于分动箱结合，半轴103通过此桥的差速器获得发动机驱动转矩；对于四轮独立驱动电动汽车，此桥两轮边电机被控输出驱动转矩。由于半轴103和传动套102之间通过螺旋形花键配合，传动套102又与单向离合器301之间以花键进行配合，因此当半轴103旋转后，因此带动单向离合器301的内座圈306相对于外座圈305向挤压圆柱滚子308的方向转动，从而单向离合器301锁死，将动力传递给外座圈305，实现动力传送，然后单向离合器301通过外花键带动轮毂201转动，即带动轮胎304开始转动。与此同时，传动套102沿着花键螺杆向左移动，传动套102的圆锥面顶着变位销202在竖直方向上向上运动，挤压弹簧204，随着传动套102向左移动，变位销202最终伸进轮毂201的径向均布的圆孔中，最终由于传动套102移动到最左端与轮毂201接触后，变位销202停在传动套102的圆锥面大径处。此时，半轴103通过花键把驱动转矩传递给内壳203，内壳203又通过变位销202将驱动转矩传递给轮毂201。即驱动转矩经半轴103通过单向离合器传动部分和变位销传动部分两条路线一起传递给轮毂201及其车轮。这里，通过单向离合器和变位销两部分共同传递转矩可以减缓单向离合器内圆柱滚子的磨损，保证传动可靠性。此时，半轴103，轮毂201、单向离合器301、内壳203、传动套102相当于是一体的，一同随着半轴103转动。此时，汽车即为四驱状态。

当加速状态汽车进入中高车速匀速常时行驶时，此时因为半轴103和轮毂201之间转速相同，两者之间无相对转动，传动套102和单向离合器301之间也无相对转动。此时，变位销202在弹簧204的复位压力作用下压着传动套102的圆锥面，其对传动套102的压力沿着圆锥面分解为两个方向的分力，一个沿着圆锥面，一个垂直圆锥面，垂直于圆锥面的分力有推着传动套102向右移动复位的趋势，而这个趋势又要求传动套102有相对于花键螺杆向前的趋势，当传动套向前旋转时，又会使得单向离合器301的内座圈306相对着外座圈305的方向挤压圆柱滚子308，从而单向离合器301又锁死，依旧处于四驱状态。因此，当汽车以四驱状态向前行驶时，无论是加速还是匀速状态，汽车都能保持四驱状态，有效保证了汽车行驶稳定性。

当分动器切换为两驱档位时，由于半轴103没有获得驱动转矩，而该桥的车轮在另外一桥的驱动力作用下从动向前滚动，此时单向离合器301由于内外套件305和306相对转动方向为使圆柱滚子308压缩弹簧307退离楔角，故单向离合器301脱开不工作，此时与单向离合器301内座圈306花键连接的传动套102可以无约束反力的在固定在变位销202上的复位弹簧204的压力的轴向分力作用下一边向前转动一角度，一边向右移动，变位销202又沿着圆锥面竖直向下运动，最终变位销202从轮毂201中退出，半轴103和轮毂201脱离，此时变成了二驱状态，半轴103静止不动，从而减少差速器的齿轮磨损或轮边电机的电磁损耗。这里，变位销202起到复位的作用。当汽车本身从两驱状态起步行驶时的原理与上面类似，此时由于单向离合器301脱开，传动套102和半轴103及其该桥主减和差速器将静止不动，从而节省无功损耗。

在驾驶员操纵换挡杆欲倒车时，此时如果分动器为两驱档，轮毂201在另一桥驱动力作用下随车身从动向后转动，因此，传动套102与单向离合器301之间就有沿着挤压圆柱滚子308方向的相对转动，因此，此时单向离合器301也传递动力。由于单向离合器301以花键啮合带动传动套102转动，因此传动套102和花键螺杆之间也有相对转动，因此传动套102沿着花键螺杆向左移动，同样，传动套102的圆锥面再次顶着变位销202在竖直方向上向上运动，将轮毂201和半轴103连接在一起同步旋转，此时由于对于传统四驱车半轴和差速器旋转，或对于四轮独立驱动电动汽车轮边电机转子旋转，故此时存在无功能耗。但是，由于倒车行驶为小工况，即行驶时间很短，故累计无功能耗并不大。

在驾驶员操纵换挡杆欲倒车时，此时如果分动器仍停留在四驱档倒车时，由于半轴103获得发动机经变速器发出的反向驱动力矩或电机反向驱动力矩，带动传动套102预反向转动，由于与传动套102外花键连接的单向离合器301内套件306相对外套件305反向旋转，此时，单向离合器301圆柱滚子308在内套件306的摩擦力作用下压缩弹簧307向退出楔角的方向移动，因此，单向离合器301内外套脱开不工作，此时由于没有约束反力，传动套102紧靠在右侧随同半轴103同步反向旋转，变位销202停留在传动套102小径处不起连接作用，轮毂201与半轴103无机械连接，驱动转矩无法传递给该桥车轮，实质上四驱模式不起作用，汽车仍为两驱行驶。由于倒车行驶时对汽车通过性要求不高，故此时对汽车通过性影响不大。为避免影响驾驶员驾驶感受，可以采用机械联动机构或控制逻辑控制汽车倒车行驶时自动切换为两驱模式。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

一种车用自动自由轮毂装置及汽车专利购买费用说明