關(guān)于差速器和四輪驅(qū)動(dòng)的研究

關(guān)于差速器和四輪驅(qū)動(dòng)的研究摘要：差速器可以保證汽車左右兩個(gè)輪子有轉(zhuǎn)速差，其本質(zhì)是兩根輸出軸可以有轉(zhuǎn)速差，這保證了汽車在過彎時(shí)左右輪不發(fā)生干涉。但差速器扭力的輸出總是傾向于阻力小的那一側(cè)，因此這不利于越野車擺脫困境。所以就有了限滑差速器和差速鎖。本文就差速器的種類和四驅(qū)的種類以及差速器和四驅(qū)的關(guān)系進(jìn)行介紹。1.差速器和四驅(qū)系統(tǒng)的分類：開放式差速器鎖式差速器：伊頓鎖式差速器（自動(dòng)） 手動(dòng)鎖止式差速器電動(dòng)差速器多片離合式液壓氣動(dòng)粘性偶合式限滑差速器托森差速器螺旋齒輪差速器分時(shí)四驅(qū)四驅(qū)系統(tǒng)全時(shí)四驅(qū)適時(shí)四驅(qū)2各種差速器的介紹21伊頓鎖式差速器伊頓鎖式差速器屬于自動(dòng)、低速鎖式差速器，當(dāng)車子的速度超過30km/h時(shí)，便會(huì)自動(dòng)解鎖。這種純機(jī)械式的差速器利用離心原理工作，當(dāng)兩側(cè)車輪的速度差在100r/min以上時(shí)，離心鎖銷就會(huì)自動(dòng)扣緊把兩個(gè)半軸鎖住，形成一根驅(qū)動(dòng)軸，動(dòng)力就會(huì)完全的、不打滑地輸送給低牽引力端的車輪上。效果和通過牙嵌手動(dòng)鎖死一樣。2.2多片離合式限滑差速器多片離合式限滑差速器應(yīng)用非常廣泛，因?yàn)槠湓靸r(jià)沒有托森差速器那樣昂貴，而且與電子系統(tǒng)的兼容性強(qiáng)，靈敏度高，鎖住的扭矩可以隨離合壓板的壓力變化而變化，理論上可以實(shí)現(xiàn)0到100的變化。但是易磨損，需要定期維護(hù)。其本質(zhì)是多組摩擦片和開放式差速器的結(jié)合，摩擦片分別置于差速器殼和一根傳動(dòng)軸上面，且交錯(cuò)放置（如圖1）。當(dāng)系統(tǒng)探測到兩輸出軸的轉(zhuǎn)速差超過限定值時(shí)（即一邊打滑時(shí)），便會(huì)施加力量給離合片壓板，迫使轉(zhuǎn)速小的那根軸一起運(yùn)動(dòng)，減小轉(zhuǎn)速差。對動(dòng)力源的控制一般是電子控制的，但是也有少數(shù)是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)控制的。這種限滑差速器對于汽車的前中后三根軸都適用。圖12.3粘性偶合式差速器 粘性偶合式差速器是粘性偶合器和開放式差速器的結(jié)合，粘性偶合器置于兩輸出軸之間。先來介紹一下粘性偶合器，它是一個(gè)密封的多板片偶合器，它是由殼體、外板、內(nèi)板、內(nèi)軸等主要零件構(gòu)成，其中殼體和外板為主動(dòng)部分，在動(dòng)力輸入一端；內(nèi)板和內(nèi)軸為從動(dòng)部分，在動(dòng)力輸出一端；內(nèi)、外板間隔排列在一起，它們之間的間隙很小，黏度很高的硅酮油液充入這些間隙中。當(dāng)輸入端與輸出端轉(zhuǎn)速差較少時(shí)，硅酮油和內(nèi)、外板幾乎以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這時(shí)油液內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生剪切粘性阻力，偶合器不傳遞動(dòng)力。當(dāng)輸入端與輸出端轉(zhuǎn)速差較大時(shí)，接近內(nèi)板的油液與接近外板的油液之間有較大的轉(zhuǎn)速差，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生剪切粘性阻力，迫使輸入端與輸出端之間減少轉(zhuǎn)速差，偶合器傳遞動(dòng)力。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩輸出軸的轉(zhuǎn)速差很小，粘性阻力很小，對汽車的過彎影響很小。這種限滑差速器造價(jià)低，適應(yīng)性好，但由于粘性偶合器的性能制約，轉(zhuǎn)速慢的一側(cè)（即未打滑一側(cè)）至多得到百分之五十的扭矩，沒有良好的脫困性能，且由于流體的滯后特性，其反應(yīng)速度較慢。而且若兩輸出軸長期存在轉(zhuǎn)速差，會(huì)導(dǎo)致硅油過熱，耐久性不好。2.4托森差速器 托森差速器是一種扭力感應(yīng)式LSD，它是將普通差速器的齒輪從齒輪改成渦輪蝸桿，而安裝位置和形式并不變，借由蝸輪蝸桿傳動(dòng)的自鎖功能（蝸桿可以向蝸輪傳遞扭矩，而蝸輪向渦桿施以扭矩時(shí)齒間摩擦力大于所傳遞的扭矩，而無法旋轉(zhuǎn)）來實(shí)現(xiàn)防滑功能。兩輸出軸之間的扭矩可以在75:2525:75之間線性變化。托森差速器是純機(jī)械的自鎖差速器，駛員不能手動(dòng)設(shè)定，這意味著該裝置有很高的可靠性和靈敏度。但由于精密的計(jì)算及制造，托森差速器的成本很高。奧迪的四驅(qū)版本往往裝備托森差速器。2.5螺旋齒輪限滑差速器螺旋齒輪限滑差速器內(nèi)部的齒輪構(gòu)造與扭力感應(yīng)式LSD有些相似，同樣是將普通差速器的齒輪從直齒改成螺旋齒，不過不是利用二者摩擦力的不同，而是改變了齒輪的安裝位置和形式，通過只有螺旋齒輪才能實(shí)現(xiàn)的安裝位置和形式，利用齒輪的減速比來限制左右驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差的。這種LSD所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速差比較小。而且，扭力感應(yīng)型的齒輪配置為縱向，而此種螺旋齒輪LSD的則為橫向裝置。和機(jī)械式LSD相比，它的最大弱點(diǎn)在于限制鎖定的扭力范圍較小，但維修、使用上沒有什么特別麻煩之處。隨著技術(shù)的發(fā)展和廠商為了規(guī)避知識產(chǎn)權(quán)問題，往往在一種限滑差速器上面衍生出多種大同小異的產(chǎn)品，其名稱也多種多樣。現(xiàn)在先進(jìn)的“主動(dòng)式差速器”的本質(zhì)就是在在傳統(tǒng)限滑差速器（一般是一多片離合式為基礎(chǔ)）的基礎(chǔ)上，增加許多傳感器和電子裝置，達(dá)到預(yù)防打滑的效果，這類產(chǎn)品主要針對高性能房車。3四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹3.1分時(shí)四驅(qū)分時(shí)四驅(qū)是一種駕駛者可以在兩驅(qū)和四驅(qū)之間手動(dòng)選擇的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由駕駛員根據(jù)路面情況，通過接通或斷開分動(dòng)器來變化兩輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)模式，這也是越野車或四驅(qū)SUV最常見的驅(qū)動(dòng)模式。它靠操作分動(dòng)器實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)與四驅(qū)的切換。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高，堅(jiān)固耐用，但缺點(diǎn)是必須車主手動(dòng)操作，有些甚至結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不止是一個(gè)步驟，同時(shí)還需要停車操作，這樣不僅操作起來比較麻煩，而且遇到惡劣路況不能迅速反應(yīng)，往往錯(cuò)過了脫困的最佳時(shí)機(jī)；二是因?yàn)榉謺r(shí)四驅(qū)沒有中央差速器，所以不能在硬地面（鋪裝路面）上使用四驅(qū)系統(tǒng)，特別是在彎道上不能順利轉(zhuǎn)彎。 一般情況下，車輛并不是長時(shí)間處于四驅(qū)狀態(tài)，正常行使?fàn)顩r下，采用的是兩輪驅(qū)動(dòng)，當(dāng)需要通過惡劣路面時(shí)，駕駛員可以通過分動(dòng)桿把兩輪驅(qū)動(dòng)切換成四輪驅(qū)動(dòng)，讓四個(gè)車輪都提供驅(qū)動(dòng)力，從而提高車輛的通過性能。操作方式：車內(nèi)會(huì)特別設(shè)計(jì)分動(dòng)裝置，有些是分動(dòng)箱的擋桿，有些是電子的按鈕或旋鈕。下圖是越野能力最強(qiáng)的分時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)，前后差速器都可以手動(dòng)鎖死。如果前后均為開放式差速器，則遇到前后各有一個(gè)輪子打滑的情況，車輛將無法脫困。3.2全時(shí)四驅(qū)全時(shí)四驅(qū)是指動(dòng)力始終傳遞到四個(gè)輪子的動(dòng)力方案，具體步驟是：發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱中央差速器前軸和后軸。由于前后軸都有動(dòng)力輸出，全時(shí)四驅(qū)車輛的轉(zhuǎn)向風(fēng)格也很有特點(diǎn)，最明顯的就是它會(huì)比兩驅(qū)車型轉(zhuǎn)向更加中性，通常它可以更好的避免前驅(qū)車的轉(zhuǎn)向不同和后驅(qū)車的轉(zhuǎn)向過度，這也是駕駛安全性以及穩(wěn)定性的特點(diǎn)之一。下圖列出了幾種由不同種類的差速器或配合差速鎖而形成的風(fēng)格和性能各異的全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)。（D為開放式差速器，TD為托森差速器，綠色符號為牙嵌式手動(dòng)差速鎖，藍(lán)色符號為多片離合器，紅色箭頭指打滑時(shí)會(huì)有電子系統(tǒng)介入，通過制動(dòng)來限滑）特點(diǎn)：無論何種路況均能發(fā)揮出高超的行駛性能特點(diǎn)：城市路面游刃有余，越野能力不足，傾向于城市路面。特點(diǎn)：城市路面上的性能并無多大優(yōu)勢，但低速檔和3個(gè)差速鎖保證了強(qiáng)悍的越野性能，傾向于越野特點(diǎn)：傾向于城市低速檔幾乎沒有作用，除非搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩很小。特點(diǎn)：擁有一定的越野性能，對付一般的情況足夠。特點(diǎn)：城市路面性能出色，越野性能更強(qiáng)悍對全時(shí)四驅(qū)的總結(jié)：越野車的全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)和高性能房車的全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)由于其功能的側(cè)重點(diǎn)不同，存在著較大的差異。越野車主要注重在極限情況下（如只有一個(gè)輪子和地面有較好的附著力）的脫困性能，只要差速器的兩根輸出軸可以連成一個(gè)整體，即不發(fā)生相對滑動(dòng)是最好的，所以“鎖死”是最高效的方法;而高性能房車則注重過彎極限高，加速不打滑，所以對差速器的要求較高，不僅要可以百分之百得鎖死，還要兩輸出軸之間的扭矩可以線性變化，這就決定了它要有眾多傳感器和電子設(shè)備做輔助，在嚴(yán)酷的環(huán)境中容易出問題，不如機(jī)械鎖死來得可靠。 3.3適時(shí)四驅(qū)適時(shí)四驅(qū)單純從字面來理解，就是指只有在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候才會(huì)的四輪驅(qū)動(dòng)，而在其它情況下仍然是兩輪驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。動(dòng)力方案是：發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱前軸中央偶合器后軸。這種四驅(qū)系統(tǒng)沒有中央差速器，取而代之的是一個(gè)偶合器，常用的有多片離合式和粘性偶合器。由于適時(shí)四驅(qū)的特殊結(jié)構(gòu)，它更適合于前橫置發(fā)動(dòng)機(jī)前驅(qū)平臺(tái)的車型配備，這使得許多基于這種平臺(tái)打造的SUV或者四驅(qū)轎車有了裝配四驅(qū)系統(tǒng)的可能。 當(dāng)然，適時(shí)四驅(qū)的缺點(diǎn)仍然是存在的，目前絕大多數(shù)適時(shí)四驅(qū)在前后軸傳遞動(dòng)力時(shí)，會(huì)受制于結(jié)構(gòu)本身的缺陷，無法將超過50%以上的動(dòng)力傳遞給后軸，這使它在主動(dòng)安全控制方面，沒有全時(shí)四驅(qū)的調(diào)整范圍那么大；同時(shí)相比分時(shí)四驅(qū)，它在應(yīng)對惡劣路面時(shí)，四驅(qū)的物理結(jié)構(gòu)極限偏低。 操作方式：大多數(shù)都在車內(nèi)設(shè)計(jì)了單獨(dú)的按鈕，印有“LOCK”字樣，而也有些為自動(dòng)感應(yīng)式的聯(lián)通四驅(qū)狀態(tài)，車內(nèi)無按鈕下圖為運(yùn)用多片離合器作為中央偶合器的適時(shí)四驅(qū)結(jié)構(gòu)圖。