李建明，劉步杰

（南京徐工汽車制造有限公司，徐工集團(tuán)南京研究院有限公司電器所，江蘇 南京 210000）

因汽車在不同的道路條件下行駛作業(yè)，尤其在道路條件惡劣的情況下，一般驅(qū)動(dòng)形式車輛在壞路、無路情況下行駛及爬坡的時(shí)候，其動(dòng)力無法實(shí)現(xiàn)有效的分配給前橋，使得車輛行駛困難，輪胎與地面的附著系數(shù)不能滿足行駛要求，從而增加整車的功率消耗及傳動(dòng)系機(jī)件和輪胎磨損。尤其運(yùn)礦載貨汽車行駛條件更為惡劣，這就要求增加載貨汽車驅(qū)動(dòng)輪的數(shù)目，因此全驅(qū)載貨汽車都采用多軸驅(qū)動(dòng)。例如，如果一輛前輪驅(qū)動(dòng)的載貨汽車兩前輪都陷入溝中 （這種情況在壞路上經(jīng)常會(huì)遇到），那載貨汽車就無法將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過車輪與地面的磨擦產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力而繼續(xù)前進(jìn)。假如這輛車的4個(gè)輪子都能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的話，那么，還有2個(gè)沒陷入溝中的車輪能正常工作，使汽車?yán)^續(xù)行駛。

1 分動(dòng)器概述

分動(dòng)器的功用是將變速器輸出的動(dòng)力分配到各驅(qū)動(dòng)橋，并且進(jìn)一步增大扭矩。分動(dòng)器也是一個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，它單獨(dú)固定在車架上，其輸入軸與變速器的輸出軸用萬向傳動(dòng)裝置連接，分動(dòng)器的輸出軸有若干根，分別經(jīng)萬向傳動(dòng)裝置與各驅(qū)動(dòng)橋相連。

為進(jìn)一步增大變速器輸出扭矩 （改變傳動(dòng)比），起到降速增扭的作用，因此分動(dòng)器上設(shè)有高低檔，能夠擴(kuò)大在困難地區(qū)行駛時(shí)的傳動(dòng)比及排擋數(shù)目。同時(shí)滿足不同工況下的使用條件，另外設(shè)有前橋離合機(jī)構(gòu)，可以將變速器輸出的動(dòng)力通過分動(dòng)器按照一定比例分配到各驅(qū)動(dòng)橋［1］。

在車輛超載時(shí)，為防止后橋和中橋超載而損壞，應(yīng)使低速檔位動(dòng)力由前、后橋分擔(dān)，保證汽車具備足夠的牽引力。在良好的路面行駛時(shí)，一般要切斷前橋動(dòng)力，將分動(dòng)器設(shè)置在高速檔上，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。在沒有全輪驅(qū)動(dòng)分動(dòng)器電控裝置的情況下，一方面無法有效實(shí)現(xiàn)變速器降速增扭及分動(dòng)器按照一定比例分配到各驅(qū)動(dòng)橋的作用，另一方面操作繁瑣、效率低、易出錯(cuò)。

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本文研究并提供一種全輪驅(qū)動(dòng)分動(dòng)器電控裝置，可以更好、安全地實(shí)現(xiàn)切換分動(dòng)器的各狀態(tài)，延長(zhǎng)傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命，并在動(dòng)力性匹配上滿足分動(dòng)器使用要求。

2 分動(dòng)器電控裝置構(gòu)成

分動(dòng)器控制器見圖1。全輪驅(qū)動(dòng)分動(dòng)器電控裝置包括數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、電源和功率輸出單元。數(shù)據(jù)采集單元包含高低檔轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)開關(guān)、前橋離合輸入開關(guān)信號(hào)開關(guān)和CAN通信接口。數(shù)據(jù)處理單元，用于對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、比較，根據(jù)運(yùn)算、比較結(jié)果通過功率輸出單元將各路功率輸出。分動(dòng)器電控裝置構(gòu)成框圖如圖2所示。

控制裝置的邏輯說明見表1，控制裝置的接線原理和說明見圖3和表2。

表1 控制裝置邏輯說明

3 分動(dòng)器控制裝置邏輯的實(shí)施方法

1）高檔與低檔模式轉(zhuǎn)換 按下高、低檔轉(zhuǎn)換開關(guān)按鈕，當(dāng)相對(duì)應(yīng)的高檔或低檔指示燈點(diǎn)亮?xí)r，分動(dòng)器即處于高檔或低檔狀態(tài)，此時(shí)松開操縱開關(guān)，分動(dòng)器處于高檔或低檔狀態(tài)。

由相對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制電磁閥通斷高低檔氣路，以實(shí)現(xiàn)高低檔的轉(zhuǎn)換，高檔到低檔如圖4所示。1口進(jìn)氣，壓力F推動(dòng)大小2個(gè)活塞一直向左移動(dòng)到極限位置，活塞向左推動(dòng)拔叉軸，拔叉把結(jié)合齒套向左推動(dòng)，齒套同時(shí)與輸入軸和低檔齒輪嚙合，動(dòng)力通過低檔齒輪傳遞，分動(dòng)器處于低檔檔位，從高檔換到了低檔。

低檔到高檔如圖5所示。3口進(jìn)氣，壓力F推動(dòng)小活塞向右移動(dòng)到極限位置，活塞向右推動(dòng)拔叉軸，拔叉把結(jié)合齒套向右推動(dòng)，齒套同時(shí)與輸入軸和高檔齒輪嚙合，動(dòng)力通過高檔齒輪傳遞，分動(dòng)器處于高檔檔位，從低檔換到了高檔。當(dāng)拔叉軸的尾部相對(duì)應(yīng)地左右移動(dòng)頂桿向上頂，高、低檔指示燈開關(guān) （常開）的2個(gè)接線柱接通。

2）前橋主從動(dòng)輪之間的轉(zhuǎn)換 按下前橋離合開關(guān)按鈕，由電磁閥控制前橋氣路，壓力把活塞向右推，帶動(dòng)拔叉及前橋結(jié)合齒套向右移動(dòng)，使得前橋結(jié)合齒套同時(shí)與前輸出軸和后輸出軸嚙合，即可把前后輸出軸視為一個(gè)整體，此時(shí)前后都有動(dòng)力輸出，即前橋處于結(jié)合狀態(tài)；變速器掛入檔位后，前橋指示燈開關(guān) （常閉）的頂桿被松開，前橋離合指示燈即點(diǎn)亮。斷開前橋離合開關(guān)按鈕，前橋不接氣的時(shí)候，復(fù)位彈簧把拔叉向左頂，前橋結(jié)合齒套不與后輸出軸結(jié)合，此時(shí)前橋輸出軸沒有動(dòng)力輸出。前橋拔叉此時(shí)把前橋指示燈開關(guān)的頂桿頂住，指示燈的2個(gè)接線柱電路斷開不接通。

4 控制裝置控制流程

4.1 操作前提條件［2］

1）分動(dòng)器接合 （脫開）前橋時(shí)，必須停車后或者車速在3～5 km／h時(shí)進(jìn)行，并且將變速器掛空擋，方可操作。

2）分動(dòng)器高、低檔轉(zhuǎn)換時(shí)，必須在停車后或者車速在3～5 km／h時(shí)進(jìn)行，并且將變速器掛空擋，方可操作換擋。

注意：車輛在進(jìn)行全驅(qū)變?yōu)榉侨?qū)狀態(tài)時(shí)，必須使分動(dòng)器在高檔時(shí)進(jìn)行，即分動(dòng)器掛入低速檔前必須接上前橋；摘下前橋前，分動(dòng)器必須在高速檔。

4.2 操作流程

分動(dòng)器通過全驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)全驅(qū)與前橋從動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換；通過高、低檔轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)高檔與低檔之間的轉(zhuǎn)換。操作流程如圖6所示。

按下前橋離合輸入信號(hào)開關(guān)，滿足前提條件1）后，即：速度信號(hào)采集脈沖信號(hào)頻率低于6.9Hz／s，控制器S3收到低電平，開關(guān)電路S4接收到低電平信號(hào)后，相應(yīng)地控制器針腳OUT3輸出24V高電平驅(qū)動(dòng)電磁氣閥，即前橋處于結(jié)合狀態(tài)；變速器掛入檔位后，由分動(dòng)器頂桿推動(dòng)頂針，閉合前橋離合開關(guān)，前橋離合指示燈即點(diǎn)亮。前橋離合輸入信號(hào)開關(guān)斷開，除滿足上述條件外，還必須具備分動(dòng)器處于高檔閉合狀態(tài)。

按下低檔轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)開關(guān)，滿足前提條件2）后，即：速度信號(hào)采集脈沖信號(hào)頻率低于6.9Hz／s，控制器S3收到低電平，開關(guān)電路S2／S1接收到低電平信號(hào)后，相應(yīng)地控制器針腳OUT2／OUT1輸出24V高電平，驅(qū)動(dòng)電磁氣閥與指示信號(hào)，當(dāng)相對(duì)應(yīng)氣路推動(dòng)高檔或低檔開關(guān)電路，其對(duì)應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮?xí)r，分動(dòng)箱即處于高檔或低檔狀態(tài)，此時(shí)松開低檔轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)開關(guān)，分動(dòng)箱處于高檔或低檔狀態(tài)。低檔開關(guān)閉合狀態(tài)除上述條件外，還必須具備前橋離合開關(guān)閉合狀態(tài)下，即全驅(qū)條件來進(jìn)行。

運(yùn)礦載貨汽車油氣懸掛控制器由江蘇赫奕科技有限公司生產(chǎn)，在南京徐工NXG5550／NXG5650／NXG5850DT （55／65／85噸） 型非公路礦用自卸車上得到運(yùn)用。

5 結(jié)束語

本文所述的全輪驅(qū)動(dòng)分動(dòng)器電控裝置，能有效實(shí)現(xiàn)分動(dòng)器高低檔位以及前橋驅(qū)動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換。同時(shí)因分動(dòng)器換入低速檔時(shí)，輸出扭矩較大，為避免中、后橋超載，為此要有互鎖邏輯控制裝置。該裝置采用CAN接口，可以與車身及底盤發(fā)動(dòng)機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)及信息通信［3］。通過該控制裝置可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)分動(dòng)器各氣路的邏輯控制，兼顧從安全性角度出發(fā)，分動(dòng)器非先接上前橋不得掛上低速檔，非先退出低速檔不得摘下前橋。為不損壞分動(dòng)器的結(jié)合齒輪，在高低檔轉(zhuǎn)換時(shí)，必須在車輛處于停止?fàn)顟B(tài)或接近步行速度時(shí)進(jìn)行，并且需要完全分離離合器或?qū)⒆兯倨鲯烊肟論?，方可操縱換擋。分動(dòng)器接合或脫開前橋時(shí)，必須停車后進(jìn)行，并且將變速器掛空擋，方可操作［2］。綜合考慮上述操縱的要求，此控制裝置在駕駛員錯(cuò)誤操作時(shí)，可以使誤操作產(chǎn)生的后果失效，最大限度地降低損失，實(shí)時(shí)地避免磨損或打壞傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪，從而延長(zhǎng)其壽命。

［1］李素華.電控四輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.現(xiàn)代機(jī)械， 2005 （6）： 74-75.

［2］株洲齒輪有限責(zé)任公司.ZQC2000及ZQC1600分動(dòng)器操作使用手冊(cè)［Z］.2011.

［3］李進(jìn).汽車分動(dòng)器設(shè)計(jì)［D］.滁州：安徽科技學(xué)院，2013.