汽車(chē)電子控制防滑差速器

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 第 八 章 電 子 控 制 防 滑 差 速 器 差 速 器 的 主 要 作 用 是 在 傳 遞 轉(zhuǎn) 矩 的 同 時(shí) ， 使 同 一個(gè) 驅(qū) 動(dòng) 橋 上 的 左 、 右 車(chē) 輪 實(shí) 現(xiàn) 不 同 角 速 度 的 旋轉(zhuǎn) (輪 間 差 速 器 )， 或 者 使 不 同 驅(qū) 動(dòng) 橋 上 的 車(chē) 輪實(shí) 現(xiàn) 不 等 速 的 旋 轉(zhuǎn) (軸 間 差 速 器 )。 差 速 器 之 所以 產(chǎn) 生 差 速 作 用 ， 是 因 為 左 、 右 驅(qū) 動(dòng) 車(chē) 輪 所 受到 的 行 駛 阻 力 不 相 等 ， 存 在 阻 力 差 引 起 的 。 驅(qū)動(dòng) 車(chē) 輪 駛 過(guò) 路 面 的 長(zhǎng) 度 與 它 們 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 速 度 成 正比 ， 汽 車(chē) 轉(zhuǎn) 彎 時(shí) ， 內(nèi) 側(cè) 車(chē) 輪 受 到 阻 力 比 外 側(cè) 車(chē)輪 受 到 的 阻 力 大 。 因 此 ， 內(nèi) 側(cè) 車(chē) 輪 轉(zhuǎn) 速 低 ， 外側(cè) 車(chē) 輪 則 相 應(yīng) 地 被 加 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 一 、 防 滑 差 速 器能 夠 防 止 車(chē) 輪 打 滑 的 差 速 器 即 為 防 滑 差 速 器 ， 它是 一 種 能 自 動(dòng) 控 制 汽 車(chē) 驅(qū) 動(dòng) 輪 打 滑 的 差 動(dòng) 裝 置 ，屬 于 主 動(dòng) 安 全 傳 動(dòng) 裝 置 。防 滑 差 速 器 的 作 用 就 是 當(dāng) 汽 車(chē) 在 好 路 面 上 行 駛 時(shí) ，它 具 有 正 常 的 差 速 作 用 ， 當(dāng) 汽 車(chē) 在 壞 路 面 上 行駛 時(shí) ， 它 的 差 速 作 用 被 鎖 止 ， 從 而 能 起 到 防 止驅(qū) 動(dòng) 車(chē) 輪 滑 轉(zhuǎn) 的 作 用 。 裝 有 防 滑 差 速 器 的 汽 車(chē) ，當(dāng) 某 一 車(chē) 輪 發(fā) 生 滑 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 它 能 將 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 的 大部 分 或 全 部 傳 給 不 滑 轉(zhuǎn) 的 驅(qū) 動(dòng) 車(chē) 輪 ， 充 分 利 用不 滑 轉(zhuǎn) 車(chē) 輪 同 地 面 間 的 附 著 力 ， 產(chǎn) 生 足 夠 的 牽引 力 ， 使 汽 車(chē) 越 過(guò) 障 礙 ， 繼 續(xù) 前 進(jìn) 。 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 汽 車(chē) 防 滑 差 速 器 大 致 有 兩 大 類(lèi) ： 一 類(lèi) 是 強(qiáng) 制 鎖止 式 差 速 器 ， 它 通 過(guò) 電 子 控 制 或 氣 控 鎖 止 機(jī) 構(gòu) ，人 為 地 將 差 速 器 鎖 止 ， 使 左 、 右 半 軸 連 成 一 個(gè)整 體 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 這 種 差 速 器 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 制 造 容 易 ，但 操 縱 和 使 用 不 方 便 ， 差 速 器 的 鎖 止 和 解 除 一般 需 要 停 車(chē) 進(jìn) 行 。 另 一 類(lèi) 防 滑 差 速 器 是 自 動(dòng) 鎖止 (自 鎖 )式 差 速 器 ， 它 是 在 滑 路 面 上 可 以 自 動(dòng)地 增 大 鎖 止 系 數(shù) ， 直 至 差 速 器 完 全 鎖 止 。 這 類(lèi)差 速 器 有 多 種 結(jié) 構(gòu) 形 式 ， 例 如 摩 擦 片 和 自 動(dòng)(爪 型 )離 合 器 式 等 。摩 擦 片 式 自 鎖 差 速 器 是 在 普 通 錐 齒 輪 式 差 速 器的 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來(lái) 的 。 與 普 通 錐 齒 輪 式 差 速 器不 同 的 是 ： 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 它 在 兩 個(gè) 半 軸 齒 輪 與 差 速 器 殼 之 間 加 裝 了 兩 套摩 擦 片 式 離 合 器 ， 以 增 大 差 速 器 的 內(nèi) 摩 擦 力 矩 ；差 速 器 的 行 星 錐 齒 輪 十 字 軸 由 兩 根 中 部 帶 凹 槽 、兩 端 制 成 V形 面 的 直 交 浮 動(dòng) 軸 結(jié) 合 而 成 。 自 動(dòng) 離 合 器 式 自 鎖 差 速 器 又 稱 牙 嵌 式 自 由 輪差 速 器 ， 它 的 差 速 作 用 是 通 過(guò) 一 個(gè) 牙 嵌 式 離 合器 (爪 型 離 合 器 )將 左 、 右 兩 半 軸 自 動(dòng) 分 離 使 其實(shí) 現(xiàn) 差 速 的 ， 它 沒(méi) 有 行 星 齒 輪 差 速 機(jī) 構(gòu) ， 因 此稱 為 自 動(dòng) 離 合 器 式 自 鎖 差 速 器 。 這 種 差 速 器 主要 用 于 大 噸 位 的 載 貨 汽 車(chē) 上 ， 以 提 高 在 壞 路 面行 駛 的 通 過(guò) 能 力 。 重 型 汽 車(chē) 常 因 摩 擦 片 式 自 鎖差 速 器 的 摩 擦 力 不 足 ， 而 自 動(dòng) 離 合 器 式 自 鎖 差速 器 在 極 端 情 況 下 可 以 將 全 部 驅(qū) 動(dòng) 力 傳 到 一 個(gè)驅(qū) 動(dòng) 車(chē) 輪 上 。 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 自 動(dòng) 離 合 器 式 自 鎖 差 速 器 工 作 可 靠 ， 性 能 穩(wěn) 定 ，使 用 壽 命 也 長(zhǎng) ， 但 左 、 右 驅(qū) 動(dòng) 車(chē) 輪 的 轉(zhuǎn) 矩 傳 遞時(shí) 斷 時(shí) 續(xù) ， 致 使 傳 動(dòng) 裝 置 負(fù) 荷 不 均 勻 ， 單 輪 驅(qū)動(dòng) 對(duì) 半 軸 的 強(qiáng) 度 要 求 較 高 。二 、 電 子 控 制 式 防 滑 差 速 器(一 )主 動(dòng) 防 滑 差 速 器 (LSD)電 子 控 制 式 防 滑 差 速 器 目 前 主 要 有 裝 有 濕 式 差 速器 (V-TCS)的 防 滑 控 制 和 主 動(dòng) 防 滑 控 制 (LSD)差 速 器 兩 種 。 其 電 子 控 制 均 采 用 模 糊 控 制 技 術(shù) 。V-TCS(Vehicle Tracking Control System)型 防滑 差 速 器 是 根 據(jù) 汽 車(chē) 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 滑 移 量 ， 通 過(guò) 電子 控 制 裝 置 來(lái) 控 制 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 和 汽 車(chē) 制 動(dòng) 力 進(jìn)行 工 作 的 ； 也 有 按 照 左 、 右 車(chē) 輪 的 轉(zhuǎn) 速 差 來(lái) 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 控 制 轉(zhuǎn) 矩 ， 并 采 用 提 高 汽 車(chē) 轉(zhuǎn) 向 性 能 的 后 濕 式 防 滑差 速 器 與 后 輪 制 動(dòng) 器 相 結(jié) 合 的 方 法 ， 最 優(yōu) 分 配 后輪 的 驅(qū) 動(dòng) 力 ， 同 時(shí) 減 少 側(cè) 向 風(fēng) 力 的 影 響 ， 從 而 實(shí)現(xiàn) 增 強(qiáng) 車(chē) 輛 行 駛 的 穩(wěn) 定 性 。 這 種 防 滑 差 速 器 已 在日 產(chǎn) (Nissan)的 總 統(tǒng) (President)牌 和 公 爵(Cedric)牌 轎 車(chē) 上 得 到 應(yīng) 用 。 V-TCS型 防 滑 差 速 器控 制 裝 置 在 車(chē) 上 的 布 置 可 如 圖 76所 示 。LSD(Limited Slip Differential)型 防 滑 差 速 器 的工 作 是 利 用 車(chē) 上 某 些 傳 感 器 ， 掌 握 各 種 道 路 情 況和 車(chē) 輛 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) ， 通 過(guò) 操 縱 加 速 踏 板 和 制 動(dòng) 器 ，采 集 或 讀 取 駕 駛 人 員 所 要 求 的 信 息 ， 并 按 照 駕 駛員 的 意 愿 和 要 求 來(lái) 最 優(yōu) 分 配 左 、 右 驅(qū) 動(dòng) 車(chē) 輪 的 驅(qū)動(dòng) 力 。 LSD型 防 滑 差 速 器 控 制 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 框 圖 如 圖 77所 示 。 1993年 8月 投 放 市 場(chǎng) ， 已 在 Nissan地 平 線 牌轎 車(chē) 上 使 用 。 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 (二 )四 輪 驅(qū) 動(dòng) 防 滑 差 速 器從 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 輸 出 的 動(dòng) 力 經(jīng) 過(guò) 變 速 器 變 速 后 ， 由 驅(qū) 動(dòng)小 齒 輪 傳 遞 到 環(huán) 齒 輪 ， 經(jīng) 中 央 差 速 器 分 配 到 前后 驅(qū) 動(dòng) 軸 ， 而 且 前 差 動(dòng) 器 (前 差 速 器 )、 后 差 動(dòng)器 分 別 傳 遞 到 左 右 車(chē) 輪 該 差 速 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 主 要 由中 央 差 速 器 和 差 速 限 制 機(jī) 構(gòu) 等 組 成 。 (1)中 央 差 速 器 ： 一 是 把 變 速 器 輸 出 的 動(dòng) 力 均 勻分 配 到 前 后 輪 驅(qū) 動(dòng) 軸 上 ； 二 是 在 車(chē) 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) 將前 輪 驅(qū) 動(dòng) 軸 和 后 輪 驅(qū) 動(dòng) 軸 的 轉(zhuǎn) 速 差 加 以 吸 收 。右 側(cè) 齒 輪 經(jīng) 過(guò) 分 動(dòng) 齒 輪 箱 主 動(dòng) 齒 輪 分 動(dòng) 箱從 動(dòng) 齒 輪 ， 驅(qū) 動(dòng) 力 被 傳 遞 到 后 差 速 器 ， 在 差 速器 經(jīng) 過(guò) 前 差 速 器 箱 把 驅(qū) 動(dòng) 力 傳 向 前 差 速 器 。 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 (2)差 速 限 制 機(jī) 構(gòu) ： 當(dāng) 前 輪 與 后 輪 之 間 發(fā) 生 轉(zhuǎn) 速差 時(shí) ， 按 照 此 轉(zhuǎn) 速 差 ， 控 制 油 壓 多 板 離 合 器 的接 合 力 ， 從 而 控 制 前 后 輪 的 轉(zhuǎn) 矩 分 配 ， 差 動(dòng) 限制 離 合 器 ； 如 圖 79所 示 ， 是 由 濕 式 多 板 離 合 器盤(pán) 和 平 板 以 及 活 塞 構(gòu) 成 。 改 變 環(huán) 齒 輪 安 裝 箱 和前 差 速 器 箱 的 接 合 狀 態(tài) ， 亦 即 按 照 作 用 于 活 塞的 油 壓 大 小 ， 改 變 多 板 離 合 器 的 壓 緊 力 ， 從 而控 制 向 前 差 速 箱 分 配 轉(zhuǎn) 矩 。 此 外 ， 車(chē) 輛 按 照 行駛 狀 態(tài) 的 差 動(dòng) 限 制 量 ， 由 電 子 控 制 器 ECU進(jìn) 行判 別 ， 經(jīng) 電 磁 閥 控 制 活 塞 的 工 作 油 壓 。 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 2 工 作 原 理防 滑 差 速 器 電 子 控 制 系 統(tǒng) 控 制 原 理 ， 如 圖 80所 示 。該 系 統(tǒng) 主 要 由 傳 感 器 、 ECU、 調(diào) 節(jié) 閥 (轉(zhuǎn) 換 閥 )等組 成 。 調(diào) 節(jié) 閥 用 于 調(diào) 節(jié) 液 壓 系 統(tǒng) 管 路 壓 力 ， 利 用1號(hào) 轉(zhuǎn) 換 閥 使 油 壓 E動(dòng) 作 ， 調(diào) 節(jié) 閥 向 上 升 起 ， 以 提高 A調(diào) 節(jié) 壓 力 。 在 該 圖 上 ， 1號(hào) 與 2號(hào) 電 磁 線 圈 均 處 于 斷 開(kāi) 狀 態(tài) 。這 時(shí) 1號(hào) 轉(zhuǎn) 換 閥 輸 出 口 被 關(guān) 閉 ， 不 向 活 塞 室 供 給油 壓 ， 差 動(dòng) 限 制 離 合 器 處 于 自 由 狀 態(tài) 。 當(dāng) 1號(hào) 與 2號(hào) 電 磁 線 圈 都 接 通 時(shí) ， 由 于 1號(hào) 和 2號(hào) 轉(zhuǎn) 換 閥 上 部的 油 壓 ， 分 別 由 各 自 的 電 磁 線 圈 作 用 而 排 出 ， 轉(zhuǎn)換 閥 由 于 回 位 彈 簧 的 彈 性 作 用 向 上 頂 起 ， 所 以 ，管 路 油 壓 (高 壓 )經(jīng) 過(guò) 圖 中 的 箭 頭 所 指 的 路 徑 ， 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 由 輸 出 道 口 D供 給 并 與 差 動(dòng) 限 制 離 合 器 的 活 塞 接合 。 只 有 當(dāng) 1號(hào) 電 磁 線 圈 接 通 時(shí) ， 被 控 制 的 管 路油 壓 ， 經(jīng) 過(guò) A B D的 路 徑 作 用 于 活 塞 ， 這 時(shí) 油壓 低 ， 離 合 器 接 合 力 變 弱 。 只 有 當(dāng) 2號(hào) 電 磁 線 圈接 通 時(shí) ， 被 調(diào) 節(jié) 的 油 壓 經(jīng) 過(guò) A C D的 路 徑 作 用于 活 塞 上 。 這 時(shí) 的 油 壓 由 于 1號(hào) 轉(zhuǎn) 換 閥 的 作 用 ，管 路 油 壓 向 正 反 饋 ， 所 以 變 為 中 油 壓 ， 見(jiàn) 表 9。 通 常 在 駕 駛 座 旁 裝 有 四 輪 驅(qū) 動(dòng) 的 控 制 開(kāi) 關(guān) ， 能 夠選 擇 差 動(dòng) 限 制 接 合 (ON)或 斷 開(kāi) (OFF)。 例 如 ， 前輪 在 泥 濘 道 路 中 ， 控 制 開(kāi) 關(guān) 在 “ AUTO” 時(shí) ， 就 能對(duì) 中 央 差 速 器 的 轉(zhuǎn) 速 差 動(dòng) 進(jìn) 行 自 動(dòng) 限 制 。 由 此 ，與 差 動(dòng) 限 制 力 相 匹 配 的 驅(qū) 動(dòng) 力 被 分 配 到 后 差 速 器一 側(cè) 。 由 于 驅(qū) 動(dòng) 力 全 部 傳 遞 到 沒(méi) 有 空 轉(zhuǎn) 的 后 輪 胎上 ， 車(chē) 輪 就 從 泥 濘 道 路 中 出 來(lái) 。 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 當(dāng) 控 制 開(kāi) 關(guān) “ OFF” 時(shí) ， 中 央 差 速 器 中 沒(méi) 有 差 動(dòng)限 制 ， 前 差 速 器 及 中 央 差 速 器 引 起 旋 轉(zhuǎn) 差 動(dòng) ，驅(qū) 動(dòng) 力 不 向 左 前 輪 以 外 傳 遞 。 當(dāng) 差 動(dòng) 限 制 在 自由 擋 的 斷 開(kāi) 工 況 (OFF)時(shí) ， 僅 作 用 于 牽 引 行 駛和 裝 卸 緊 急 時(shí) 的 輪 胎 上 。3 控 制 特 性 防 滑 差 速 器 的 差 動(dòng) 限 制 控 制 特 性 或 控 制 范 圍 ，如 圖 81所 示 ， 主 要 根 據(jù) 節(jié) 氣 門(mén) 開(kāi) 度 、 車(chē) 速 和 變速 器 的 變 速 位 置 信 號(hào) ， 由 ECU控 制 并 改 變 差 動(dòng)限 制 離 合 器 的 壓 緊 力 。 (1)起 步 時(shí) 控 制 ： 在 1擋 、 低 速 擋 ， 節(jié) 氣 門(mén) 開(kāi) 度大 時(shí) ， 接 合 油 壓 增 強(qiáng) 到 中 等 “ Medium” ， 由 此能 提 高 滑 動(dòng) 路 面 或 一 個(gè) 車(chē) 輪 脫 落 時(shí) 的 起 步 能 力 。 汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽車(chē)系 張偉 (2)打 滑 控 制 ： 如 圖 81所 示 ， 節(jié) 氣 門(mén) 開(kāi) 度 與 車(chē) 速關(guān) 系 處 于 B區(qū) 域 ， 前 后 輪 的 轉(zhuǎn) 速 差 按 照 速 度 差換 算 超 過(guò) 23km h時(shí) ， 接 合 油 壓 變 為 “ Hi” ，差 動(dòng) 限 制 達(dá) 到 最 大 值 。(3)通 常 控 制 ： 當(dāng) 接 合 油 壓 為 “ LO” ， 進(jìn) 行 微 弱差 動(dòng) 限 制 ， 以 防 止 產(chǎn) 生 急 轉(zhuǎn) 彎 制 動(dòng) 現(xiàn) 象 。 這 是指 轉(zhuǎn) 彎 時(shí) 前 后 輪 產(chǎn) 生 車(chē) 速 差 ， 當(dāng) 存 在 轉(zhuǎn) 速 差 時(shí) ，轉(zhuǎn) 彎 困 難 ， 就 如 制 動(dòng) 器 作 用 一 樣 。 大 多 發(fā) 生 在分 段 式 四 輪 驅(qū) 動(dòng) 行 駛 時(shí) 。