差速器和四轮驱动

关于差速器和四轮驱动的研究 摘要：差速器可以保证汽车左右两个轮子有转速差，其本质是两根输出轴可以有转速差，这保证了汽车在过弯时左右轮不发生干涉。但差速器扭力的输出总是倾向于阻力小的那一侧，因此这不利于越野车摆脱困境。所以就有了限滑差速器和差速锁。本文就差速器的种类和四驱的种类以及差速器和四驱的关系进行介绍。 1.差速器和四驱系统的分类： 开放式差速器 锁式差速器：伊顿锁式差速器（自动） 手动锁止式差速器 电动 差速器 多片离合式 液压 气动 粘性偶合式 限滑差速器 托森差速器 螺旋齿轮差速器 分时四驱 四驱系统 全时四驱 适时四驱 2各种差速器的介绍 2．1伊顿锁式差速器 伊顿锁式差速器属于自动、低速锁式差速器，当车子的速度超过30km/h时，便会自动解锁。这种纯机械式的差速器利用离心原理工作，当两侧车轮的速度差在100r/min以上时，离心锁销就会自动扣紧把两个半轴锁住，形成一根驱动轴，动力就会完全的、不打滑地输送给低牵引力端的车轮上。效果和通过牙嵌手动锁死一样。 2.2多片离合式限滑差速器 多片离合式限滑差速器应用非常广泛，因为其造价没有托森差速器那样昂贵，而且与电子系统的兼容性强，灵敏度高，锁住的扭矩可以随离合压板的压力变化而变化，理论上可以实现0到100％的变化。但是易磨损，需要定期维护。其本质是多组摩擦片和开放式差速器的结合，摩擦片分别置于差速器壳和一根传动轴上面，且交错放置（如图1）。当系统探测到两输出轴的转速差超过限定值时（即一边打滑时），便会施加力量给离合片压板，迫使转速小的那根轴一起运动，减小转速差。对动力源的控制一般是电子控制的，但是也有少数是通过机械结构控制的。这种限滑差速器对于汽车的前中后三根轴都适用。 图1 2.3粘性偶合式差速器 粘性偶合式差速器是粘性偶合器和开放式差速器的结合，粘性偶合器置于两输出轴之间。先来介绍一下粘性偶合器，它是一个密封的多板片偶合器，它是由壳体、外板、内板、内轴等主要零件构成，其中壳体和外板为主动部分，在动力输入一端；内板和内轴为从动部分，在动力输出一端；内、外板间隔排列在一起，它们之间的间隙很小，黏度很高的硅酮油液充入这些间隙中。当输入端与输出端转速差较少时，硅酮油和内、外板几乎以同一转速旋转，这时油液内部不会产生剪切粘性阻力，偶合器不传递动力。当输入端与输出端转速差较大时，接近内板的油液与接近外板的油液之间有较大的转速差，这时就会产生剪切粘性阻力，迫使输入端与输出端之间减少转速差，偶合器传递动力。当汽车转弯时，两输出轴的转速差很小，粘性阻力很小，对汽车的过弯影响很小。这种限滑差速器造价低，适应性好，但由于粘性偶合器的性能制约，转速慢的一侧（即未打滑一侧）至多得到百分之五十的扭矩，没有良好的脱困性能，且由于流体的滞后特性，其反应速度较慢。而且若两输出轴长期存在转速差，会导致硅油过热，耐久性不好。 2.4托森差速器 托森差速器是一种扭力感应式LSD，它是将普通差速器的齿轮从齿轮改成涡轮蜗杆，而安装位置和形式并不变，借由蜗轮蜗杆传动的自锁功能（蜗杆可以向蜗轮传递扭矩，而蜗轮向涡杆施以扭矩时齿间摩擦力大于所传递的扭矩，而无法旋转）来实现防滑功能。两输出轴之间的扭矩可以在75:25～25:75之间线性变化。托森差速器是纯机械的自锁差速器，驶员不能手动设定，这意味着该装置有很高的可靠性和灵敏度。但由于精密的计算及制造，托森差速器的成本很高。奥迪的四驱版本往往装备托森差速器。 2.5螺旋齿轮限滑差速器 螺旋齿轮限滑差速器内部的齿轮构造与扭力感应式LSD有些相似，同样是将普通差速器的齿轮从直齿改成螺旋齿，不过不是利用二者摩擦力的不同，而是改变了齿轮的安装位置和形式，通过只有螺旋齿轮才能实现的安装位置和形式，利用齿轮的减速比来限制左右驱动轮转速差的。这种LSD所能达到的最大转速差比较小。而且，扭力感应型的齿轮配置为纵向，而此种螺旋齿轮LSD的则为横向装置。和机械式LSD相比，它的最大弱点在于限制锁定的扭力范围较小，但维修、使用上没有什么特别麻烦之处。 随着技术的发展和厂商为了规避知识产权问，往往在一种限滑差速器上面衍生出多种大同小异的产品，其名称也多种多样。现在先进的“主动式差速器”的本质就是在在传统限滑差速器（一般是一多片离合式为基础）的基础上，增加许多传感器和电子装置，达到预防打滑的效果，这类产品主要针对高性能房车。 3四轮驱动系统介绍 3.1分时四驱 分时四驱是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据路面情况，通过接通或断开分动器来变化两轮驱动或四轮驱动模式，这也是越野车或四驱SUV最常见的驱动模式。它靠操作分动器实现两驱与四驱的切换。它的优点是结构简单，稳定性高，坚固耐用，但缺点是必须车主手动操作，有些甚至结构复杂，不止是一个，同时还需要停车操作，这样不仅操作起来比较麻烦，而且遇到恶劣路况不能迅速反应，往往错过了脱困的最佳时机；二是因为分时四驱没有中央差速器，所以不能在硬地面（铺装路面）上使用四驱系统，特别是在弯道上不能顺利转弯。 一般情况下，车辆并不是长时间处于四驱状态，正常行使状况下，采用的是两轮驱动，当需要通过恶劣路面时，驾驶员可以通过分动杆把两轮驱动切换成四轮驱动，让四个车轮都提供驱动力，从而提高车辆的通过性能。 操作方式：车内会特别设计分动装置，有些是分动箱的挡杆，有些是电子的按钮或旋钮。 下图是越野能力最强的分时四驱系统，前后差速器都可以手动锁死。如果前后均为开放式差速器，则遇到前后各有一个轮子打滑的情况，车辆将无法脱困。 3.2全时四驱 全时四驱是指动力始终传递到四个轮子的动力，具体步骤是：发动机→变速箱→中央差速器→前轴和后轴。由于前后轴都有动力输出，全时四驱车辆的转向风格也很有特点，最明显的就是它会比两驱车型转向更加中性，通常它可以更好的避免前驱车的转向不同和后驱车的转向过度，这也是驾驶安全性以及稳定性的特点之一。 下图列出了几种由不同种类的差速器或配合差速锁而形成的风格和性能各异的全时四驱系统。（D为开放式差速器，TD为托森差速器，绿色符号为牙嵌式手动差速锁，蓝色符号为多片离合器，红色箭头指打滑时会有电子系统介入，通过制动来限滑） 特点：无论何种路况均能发挥出高超的行驶性能 特点：城市路面游刃有余，越野能力不足，倾向于城市路面。 特点：城市路面上的性能并无多大优势，但低速档和3个差速锁保证了强悍的越野性能，倾向于越野 特点：倾向于城市低速档几乎没有作用，除非搭载的发动机扭矩很小。 特点：拥有一定的越野性能，对付一般的情况足够。 特点：城市路面性能出色，越野性能更强悍 对全时四驱的总结：越野车的全时四驱系统和高性能房车的全时四驱系统由于其功能的侧重点不同，存在着较大的差异。越野车主要注重在极限情况下（如只有一个轮子和地面有较好的附着力）的脱困性能，只要差速器的两根输出轴可以连成一个整体，即不发生相对滑动是最好的，所以“锁死”是最高效的;而高性能房车则注重过弯极限高，加速不打滑，所以对差速器的要求较高，不仅要可以百分之百得锁死，还要两输出轴之间的扭矩可以线性变化，这就决定了它要有众多传感器和电子设备做辅助，在严酷的环境中容易出问题，不如机械锁死来得可靠。 3.3适时四驱 适时四驱单纯从字面来理解，就是指只有在适当的时候才会的四轮驱动，而在其它情况下仍然是两轮驱动的驱动系统。动力方案是：发动机→变速箱→前轴→中央偶合器→后轴。这种四驱系统没有中央差速器，取而代之的是一个偶合器，常用的有多片离合式和粘性偶合器。由于适时四驱的特殊结构，它更适合于前横置发动机前驱平台的车型配备，这使得许多基于这种平台打造的SUV或者四驱轿车有了装配四驱系统的可能。     当然，适时四驱的缺点仍然是存在的，目前绝大多数适时四驱在前后轴传递动力时，会受制于结构本身的缺陷，无法将超过50%以上的动力传递给后轴，这使它在主动安全控制方面，没有全时四驱的调整范围那么大；同时相比分时四驱，它在应对恶劣路面时，四驱的物理结构极限偏低。     操作方式：大多数都在车内设计了单独的按钮，印有“LOCK”字样，而也有些为自动感应式的联通四驱状态，车内无按钮 下图为运用多片离合器作为中央偶合器的适时四驱结构图。