關(guān)于汽車后橋兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速合理分配的新型差速器研究

呂翔亙 侯陳瑤

【摘 要】作為汽車驅(qū)動(dòng)橋主件的差速器其作用是在向兩半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而滿足兩邊車輪盡可能以純滾動(dòng)的形式作不等速行駛，減少輪胎相對(duì)路面的滑擦，從而提高汽車的轉(zhuǎn)向性能。本設(shè)計(jì)是基于齒輪式差速器的基礎(chǔ)上，在從動(dòng)錐齒輪和兩半軸之間各添加一個(gè)輔助離合器，且輔助離合器傳遞力矩大小根據(jù)其與前輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行分配，從而實(shí)現(xiàn)兩后驅(qū)動(dòng)輪在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)合理差速轉(zhuǎn)動(dòng)，提高汽車在任何路況下的防滑性能和轉(zhuǎn)向性能的新型差速器。

【關(guān)鍵詞】齒輪差速器 離合器輔助 函數(shù)關(guān)系分配 前輪轉(zhuǎn)角 防滑

1引言

目前常見(jiàn)的幾種差速器主要有普通齒輪式差速器、伊頓自鎖差速器、托森差速器等，這些都具有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。而普通齒輪式差速器容易使轉(zhuǎn)矩分配不合理而打滑?；诖?，本設(shè)計(jì)擬在普通齒輪式差速器的基礎(chǔ)上，在從動(dòng)錐齒輪和兩半軸之間各添加一個(gè)輔助離合器，兩個(gè)輔助離合器能傳遞力矩的和等于主軸的輸入力矩，其各自傳遞力矩的大小根據(jù)前輪轉(zhuǎn)角的大小進(jìn)行智能分配，從而使汽車在任何情況下都不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪輪空轉(zhuǎn)另一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪被抱死的打滑現(xiàn)象，提高了汽車的轉(zhuǎn)向性能的同時(shí)使汽車行駛更平穩(wěn)。

2普通齒輪差速器差速原理

當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)的輪子需要走的距離比內(nèi)側(cè)的輪子的距離大，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪此時(shí)就需要以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，外側(cè)驅(qū)動(dòng)輪需要的轉(zhuǎn)速大些而內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪需要的轉(zhuǎn)速小些，并通過(guò)半軸反映到半軸錐齒輪上，迫使行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，使外側(cè)半軸轉(zhuǎn)速加快，內(nèi)側(cè)半軸轉(zhuǎn)速減慢，從而實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速的不同，使汽車順利轉(zhuǎn)向。

3汽車后橋兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速與前輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系

根據(jù)前輪轉(zhuǎn)向汽車阿克曼轉(zhuǎn)向幾何學(xué)原理，在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)四個(gè)輪胎都近似圍繞著一個(gè)中心點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來(lái)保證汽車的行駛的穩(wěn)定性，在忽略汽車質(zhì)心側(cè)偏、橫擺角以及路面情況變化和側(cè)風(fēng)等情況下，可以得出汽車的轉(zhuǎn)向幾何模型如圖1所示。

圖1汽車轉(zhuǎn)向幾何模型

圖1中α1、α2 分別為前輪左、右輪轉(zhuǎn)角，K 為左、右轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)距離，L 為前、后輪軸距。根據(jù)四輪轉(zhuǎn)向汽車模型轉(zhuǎn)向時(shí)的幾何關(guān)系圖1可以得出：

（1）

（2）

其中V0為通過(guò)加速踏板傳感器給定的目標(biāo)速度。

由上述計(jì)算公式（1）（2）可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)后橋兩驅(qū)動(dòng)輪的最優(yōu)轉(zhuǎn)速可以根據(jù)兩前輪的轉(zhuǎn)角推算得出。

4新型差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及原理

齒輪差速器的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律是：無(wú)論汽車轉(zhuǎn)彎或直行，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速之和始終等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍?，F(xiàn)有齒輪差速器在當(dāng)汽車在普通路面上行駛時(shí)可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩后輪的速度分配和差速轉(zhuǎn)動(dòng)，然而當(dāng)汽車后橋兩驅(qū)動(dòng)輪一輪行進(jìn)阻力大另一輪行進(jìn)阻力小時(shí)，差速器就會(huì)自動(dòng)把全部速度分配給行進(jìn)阻力小的一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，從而導(dǎo)致一輪被抱死或者蠕動(dòng)另一輪在快速空轉(zhuǎn)的打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致汽車無(wú)法前進(jìn)。針對(duì)此種現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)擬在普通齒輪差速器主傳動(dòng)從動(dòng)錐齒輪和汽車兩半軸之間各添設(shè)了一個(gè)輔助離合器，兩離合器的壓盤(pán)是隨主傳動(dòng)錐齒輪等速轉(zhuǎn)動(dòng)的，壓盤(pán)在操縱臂的作用下可以沿軸線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)其與從動(dòng)盤(pán)的抱緊和松開(kāi)，兩離合器的從動(dòng)盤(pán)是通過(guò)滑動(dòng)花鍵分別和相對(duì)應(yīng)的半軸聯(lián)接一塊的。其設(shè)計(jì)的具體結(jié)構(gòu)和原理如圖2所示。

圖2新型差速器結(jié)構(gòu)和原理圖

1 輸入軸；2主傳動(dòng)器從動(dòng)齒輪；3離合器操縱臂；4壓盤(pán)；5從動(dòng)盤(pán)；6左右半軸；7行星錐齒輪；8中心錐齒輪；9左右驅(qū)動(dòng)輪

當(dāng)汽車后橋兩驅(qū)動(dòng)輪出現(xiàn)一驅(qū)動(dòng)輪被抱死或蠕動(dòng)另一驅(qū)動(dòng)輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，普通的是無(wú)法改善這種狀況的，此時(shí)就需要發(fā)揮輔助離合器的作用，通過(guò)調(diào)節(jié)兩組壓盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)的貼合松緊度強(qiáng)制差速器進(jìn)行兩驅(qū)動(dòng)輪的差速轉(zhuǎn)動(dòng)。由于汽車前輪轉(zhuǎn)角決定兩驅(qū)動(dòng)輪的最優(yōu)速度，為此本設(shè)計(jì)擬在兩前輪轉(zhuǎn)角α1、α2和兩組壓盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)的貼合松緊度之間建立傳遞函數(shù)。即前輪轉(zhuǎn)角改變時(shí)，兩組壓盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)的貼合松緊度會(huì)根據(jù)傳遞函數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整。比如汽車在泥濘的道路上左轉(zhuǎn)彎時(shí)，原有的齒輪差速器由于兩后輪所受的行進(jìn)阻力不一樣已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)合理的速度分配，這時(shí)兩輔助離合器的操縱臂就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作，使內(nèi)側(cè)輔助離合器的壓盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)貼合松一些從而使內(nèi)側(cè)的輪子轉(zhuǎn)速小些，使外側(cè)輔助離合器的壓盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)的貼合緊一些從而使外側(cè)的輪子轉(zhuǎn)速大些，這樣汽車就不會(huì)因?yàn)閮沈?qū)動(dòng)輪所處的路況不一而產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。

5結(jié)論

本文主要是針對(duì)使汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)后橋兩驅(qū)動(dòng)輪所處路況不同但仍能合理分配速度的新型差速器的研究。在現(xiàn)有普通齒輪差速器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了功能和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在主傳動(dòng)器從動(dòng)齒輪和兩半軸之間各增加一個(gè)輔助離合器，根據(jù)推理的函數(shù)關(guān)系式建立相對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)，使汽車在任何路況行駛時(shí)，兩后驅(qū)動(dòng)輪即使所處路況不同仍能夠合理的進(jìn)行差速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而讓汽車的機(jī)動(dòng)性能和轉(zhuǎn)向性能更為優(yōu)化。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理實(shí)用，可行性較強(qiáng)，其將具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫桓，陳作模，葛文杰主編.機(jī)械原理[M].高等教育出版社，2006，5.

[2]劉惟信.汽車車橋設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：202-250.