汽车电子控制防滑差速器

汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 第 八 章 电 子 控 制 防 滑 差 速 器 差 速 器 的 主 要 作 用 是 在 传 递 转 矩 的 同 时 ， 使 同 一个 驱 动 桥 上 的 左 、 右 车 轮 实 现 不 同 角 速 度 的 旋转 (轮 间 差 速 器 )， 或 者 使 不 同 驱 动 桥 上 的 车 轮实 现 不 等 速 的 旋 转 (轴 间 差 速 器 )。 差 速 器 之 所以 产 生 差 速 作 用 ， 是 因 为 左 、 右 驱 动 车 轮 所 受到 的 行 驶 阻 力 不 相 等 ， 存 在 阻 力 差 引 起 的 。 驱动 车 轮 驶 过 路 面 的 长 度 与 它 们 的 转 动 速 度 成 正比 ， 汽 车 转 弯 时 ， 内 侧 车 轮 受 到 阻 力 比 外 侧 车轮 受 到 的 阻 力 大 。 因 此 ， 内 侧 车 轮 转 速 低 ， 外侧 车 轮 则 相 应 地 被 加 速 转 动 。 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 一 、 防 滑 差 速 器能 够 防 止 车 轮 打 滑 的 差 速 器 即 为 防 滑 差 速 器 ， 它是 一 种 能 自 动 控 制 汽 车 驱 动 轮 打 滑 的 差 动 装 置 ，属 于 主 动 安 全 传 动 装 置 。防 滑 差 速 器 的 作 用 就 是 当 汽 车 在 好 路 面 上 行 驶 时 ，它 具 有 正 常 的 差 速 作 用 ， 当 汽 车 在 坏 路 面 上 行驶 时 ， 它 的 差 速 作 用 被 锁 止 ， 从 而 能 起 到 防 止驱 动 车 轮 滑 转 的 作 用 。 装 有 防 滑 差 速 器 的 汽 车 ，当 某 一 车 轮 发 生 滑 转 时 ， 它 能 将 驱 动 力 矩 的 大部 分 或 全 部 传 给 不 滑 转 的 驱 动 车 轮 ， 充 分 利 用不 滑 转 车 轮 同 地 面 间 的 附 着 力 ， 产 生 足 够 的 牵引 力 ， 使 汽 车 越 过 障 碍 ， 继 续 前 进 。 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 汽 车 防 滑 差 速 器 大 致 有 两 大 类 ： 一 类 是 强 制 锁止 式 差 速 器 ， 它 通 过 电 子 控 制 或 气 控 锁 止 机 构 ，人 为 地 将 差 速 器 锁 止 ， 使 左 、 右 半 轴 连 成 一 个整 体 转 动 。 这 种 差 速 器 结 构 简 单 ， 制 造 容 易 ，但 操 纵 和 使 用 不 方 便 ， 差 速 器 的 锁 止 和 解 除 一般 需 要 停 车 进 行 。 另 一 类 防 滑 差 速 器 是 自 动 锁止 (自 锁 )式 差 速 器 ， 它 是 在 滑 路 面 上 可 以 自 动地 增 大 锁 止 系 数 ， 直 至 差 速 器 完 全 锁 止 。 这 类差 速 器 有 多 种 结 构 形 式 ， 例 如 摩 擦 片 和 自 动(爪 型 )离 合 器 式 等 。摩 擦 片 式 自 锁 差 速 器 是 在 普 通 锥 齿 轮 式 差 速 器的 基 础 上 发 展 起 来 的 。 与 普 通 锥 齿 轮 式 差 速 器不 同 的 是 ： 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 它 在 两 个 半 轴 齿 轮 与 差 速 器 壳 之 间 加 装 了 两 套摩 擦 片 式 离 合 器 ， 以 增 大 差 速 器 的 内 摩 擦 力 矩 ；差 速 器 的 行 星 锥 齿 轮 十 字 轴 由 两 根 中 部 带 凹 槽 、两 端 制 成 V形 面 的 直 交 浮 动 轴 结 合 而 成 。 自 动 离 合 器 式 自 锁 差 速 器 又 称 牙 嵌 式 自 由 轮差 速 器 ， 它 的 差 速 作 用 是 通 过 一 个 牙 嵌 式 离 合器 (爪 型 离 合 器 )将 左 、 右 两 半 轴 自 动 分 离 使 其实 现 差 速 的 ， 它 没 有 行 星 齿 轮 差 速 机 构 ， 因 此称 为 自 动 离 合 器 式 自 锁 差 速 器 。 这 种 差 速 器 主要 用 于 大 吨 位 的 载 货 汽 车 上 ， 以 提 高 在 坏 路 面行 驶 的 通 过 能 力 。 重 型 汽 车 常 因 摩 擦 片 式 自 锁差 速 器 的 摩 擦 力 不 足 ， 而 自 动 离 合 器 式 自 锁 差速 器 在 极 端 情 况 下 可 以 将 全 部 驱 动 力 传 到 一 个驱 动 车 轮 上 。 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 自 动 离 合 器 式 自 锁 差 速 器 工 作 可 靠 ， 性 能 稳 定 ，使 用 寿 命 也 长 ， 但 左 、 右 驱 动 车 轮 的 转 矩 传 递时 断 时 续 ， 致 使 传 动 装 置 负 荷 不 均 匀 ， 单 轮 驱动 对 半 轴 的 强 度 要 求 较 高 。二 、 电 子 控 制 式 防 滑 差 速 器(一 )主 动 防 滑 差 速 器 (LSD)电 子 控 制 式 防 滑 差 速 器 目 前 主 要 有 装 有 湿 式 差 速器 (V-TCS)的 防 滑 控 制 和 主 动 防 滑 控 制 (LSD)差 速 器 两 种 。 其 电 子 控 制 均 采 用 模 糊 控 制 技 术 。V-TCS(Vehicle Tracking Control System)型 防滑 差 速 器 是 根 据 汽 车 驱 动 轮 的 滑 移 量 ， 通 过 电子 控 制 装 置 来 控 制 发 动 机 转 速 和 汽 车 制 动 力 进行 工 作 的 ； 也 有 按 照 左 、 右 车 轮 的 转 速 差 来 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 控 制 转 矩 ， 并 采 用 提 高 汽 车 转 向 性 能 的 后 湿 式 防 滑差 速 器 与 后 轮 制 动 器 相 结 合 的 方 法 ， 最 优 分 配 后轮 的 驱 动 力 ， 同 时 减 少 侧 向 风 力 的 影 响 ， 从 而 实现 增 强 车 辆 行 驶 的 稳 定 性 。 这 种 防 滑 差 速 器 已 在日 产 (Nissan)的 总 统 (President)牌 和 公 爵(Cedric)牌 轿 车 上 得 到 应 用 。 V-TCS型 防 滑 差 速 器控 制 装 置 在 车 上 的 布 置 可 如 图 76所 示 。LSD(Limited Slip Differential)型 防 滑 差 速 器 的工 作 是 利 用 车 上 某 些 传 感 器 ， 掌 握 各 种 道 路 情 况和 车 辆 运 动 状 态 ， 通 过 操 纵 加 速 踏 板 和 制 动 器 ，采 集 或 读 取 驾 驶 人 员 所 要 求 的 信 息 ， 并 按 照 驾 驶员 的 意 愿 和 要 求 来 最 优 分 配 左 、 右 驱 动 车 轮 的 驱动 力 。 LSD型 防 滑 差 速 器 控 制 系 统 结 构 框 图 如 图 77所 示 。 1993年 8月 投 放 市 场 ， 已 在 Nissan地 平 线 牌轿 车 上 使 用 。 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 (二 )四 轮 驱 动 防 滑 差 速 器从 发 动 机 输 出 的 动 力 经 过 变 速 器 变 速 后 ， 由 驱 动小 齿 轮 传 递 到 环 齿 轮 ， 经 中 央 差 速 器 分 配 到 前后 驱 动 轴 ， 而 且 前 差 动 器 (前 差 速 器 )、 后 差 动器 分 别 传 递 到 左 右 车 轮 该 差 速 传 动 系 统 主 要 由中 央 差 速 器 和 差 速 限 制 机 构 等 组 成 。 (1)中 央 差 速 器 ： 一 是 把 变 速 器 输 出 的 动 力 均 匀分 配 到 前 后 轮 驱 动 轴 上 ； 二 是 在 车 轮 转 动 时 将前 轮 驱 动 轴 和 后 轮 驱 动 轴 的 转 速 差 加 以 吸 收 。右 侧 齿 轮 经 过 分 动 齿 轮 箱 主 动 齿 轮 分 动 箱从 动 齿 轮 ， 驱 动 力 被 传 递 到 后 差 速 器 ， 在 差 速器 经 过 前 差 速 器 箱 把 驱 动 力 传 向 前 差 速 器 。 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 (2)差 速 限 制 机 构 ： 当 前 轮 与 后 轮 之 间 发 生 转 速差 时 ， 按 照 此 转 速 差 ， 控 制 油 压 多 板 离 合 器 的接 合 力 ， 从 而 控 制 前 后 轮 的 转 矩 分 配 ， 差 动 限制 离 合 器 ； 如 图 79所 示 ， 是 由 湿 式 多 板 离 合 器盘 和 平 板 以 及 活 塞 构 成 。 改 变 环 齿 轮 安 装 箱 和前 差 速 器 箱 的 接 合 状 态 ， 亦 即 按 照 作 用 于 活 塞的 油 压 大 小 ， 改 变 多 板 离 合 器 的 压 紧 力 ， 从 而控 制 向 前 差 速 箱 分 配 转 矩 。 此 外 ， 车 辆 按 照 行驶 状 态 的 差 动 限 制 量 ， 由 电 子 控 制 器 ECU进 行判 别 ， 经 电 磁 阀 控 制 活 塞 的 工 作 油 压 。 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 2 工 作 原 理防 滑 差 速 器 电 子 控 制 系 统 控 制 原 理 ， 如 图 80所 示 。该 系 统 主 要 由 传 感 器 、 ECU、 调 节 阀 (转 换 阀 )等组 成 。 调 节 阀 用 于 调 节 液 压 系 统 管 路 压 力 ， 利 用1号 转 换 阀 使 油 压 E动 作 ， 调 节 阀 向 上 升 起 ， 以 提高 A调 节 压 力 。 在 该 图 上 ， 1号 与 2号 电 磁 线 圈 均 处 于 断 开 状 态 。这 时 1号 转 换 阀 输 出 口 被 关 闭 ， 不 向 活 塞 室 供 给油 压 ， 差 动 限 制 离 合 器 处 于 自 由 状 态 。 当 1号 与 2号 电 磁 线 圈 都 接 通 时 ， 由 于 1号 和 2号 转 换 阀 上 部的 油 压 ， 分 别 由 各 自 的 电 磁 线 圈 作 用 而 排 出 ， 转换 阀 由 于 回 位 弹 簧 的 弹 性 作 用 向 上 顶 起 ， 所 以 ，管 路 油 压 (高 压 )经 过 图 中 的 箭 头 所 指 的 路 径 ， 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 由 输 出 道 口 D供 给 并 与 差 动 限 制 离 合 器 的 活 塞 接合 。 只 有 当 1号 电 磁 线 圈 接 通 时 ， 被 控 制 的 管 路油 压 ， 经 过 A B D的 路 径 作 用 于 活 塞 ， 这 时 油压 低 ， 离 合 器 接 合 力 变 弱 。 只 有 当 2号 电 磁 线 圈接 通 时 ， 被 调 节 的 油 压 经 过 A C D的 路 径 作 用于 活 塞 上 。 这 时 的 油 压 由 于 1号 转 换 阀 的 作 用 ，管 路 油 压 向 正 反 馈 ， 所 以 变 为 中 油 压 ， 见 表 9。 通 常 在 驾 驶 座 旁 装 有 四 轮 驱 动 的 控 制 开 关 ， 能 够选 择 差 动 限 制 接 合 (ON)或 断 开 (OFF)。 例 如 ， 前轮 在 泥 泞 道 路 中 ， 控 制 开 关 在 “ AUTO” 时 ， 就 能对 中 央 差 速 器 的 转 速 差 动 进 行 自 动 限 制 。 由 此 ，与 差 动 限 制 力 相 匹 配 的 驱 动 力 被 分 配 到 后 差 速 器一 侧 。 由 于 驱 动 力 全 部 传 递 到 没 有 空 转 的 后 轮 胎上 ， 车 轮 就 从 泥 泞 道 路 中 出 来 。 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 当 控 制 开 关 “ OFF” 时 ， 中 央 差 速 器 中 没 有 差 动限 制 ， 前 差 速 器 及 中 央 差 速 器 引 起 旋 转 差 动 ，驱 动 力 不 向 左 前 轮 以 外 传 递 。 当 差 动 限 制 在 自由 挡 的 断 开 工 况 (OFF)时 ， 仅 作 用 于 牵 引 行 驶和 装 卸 紧 急 时 的 轮 胎 上 。3 控 制 特 性 防 滑 差 速 器 的 差 动 限 制 控 制 特 性 或 控 制 范 围 ，如 图 81所 示 ， 主 要 根 据 节 气 门 开 度 、 车 速 和 变速 器 的 变 速 位 置 信 号 ， 由 ECU控 制 并 改 变 差 动限 制 离 合 器 的 压 紧 力 。 (1)起 步 时 控 制 ： 在 1挡 、 低 速 挡 ， 节 气 门 开 度大 时 ， 接 合 油 压 增 强 到 中 等 “ Medium” ， 由 此能 提 高 滑 动 路 面 或 一 个 车 轮 脱 落 时 的 起 步 能 力 。 汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系 张伟 (2)打 滑 控 制 ： 如 图 81所 示 ， 节 气 门 开 度 与 车 速关 系 处 于 B区 域 ， 前 后 轮 的 转 速 差 按 照 速 度 差换 算 超 过 23km h时 ， 接 合 油 压 变 为 “ Hi” ，差 动 限 制 达 到 最 大 值 。(3)通 常 控 制 ： 当 接 合 油 压 为 “ LO” ， 进 行 微 弱差 动 限 制 ， 以 防 止 产 生 急 转 弯 制 动 现 象 。 这 是指 转 弯 时 前 后 轮 产 生 车 速 差 ， 当 存 在 转 速 差 时 ，转 弯 困 难 ， 就 如 制 动 器 作 用 一 样 。 大 多 发 生 在分 段 式 四 轮 驱 动 行 驶 时 。