呂翔亙 侯陳瑤

(武漢理工大學,湖北武漢 430070)

關于汽車后橋兩驅動輪轉速合理分配的新型差速器研究

呂翔亙 侯陳瑤

(武漢理工大學,湖北武漢 430070)

作為汽車驅動橋主件的差速器其作用是在向兩半軸傳遞動力的同時,允許兩半軸以不同的轉速旋轉,從而滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等速行駛,減少輪胎相對路面的滑擦,從而提高汽車的轉向性能。本設計是基于齒輪式差速器的基礎上,在從動錐齒輪和兩半軸之間各添加一個輔助離合器,且輔助離合器傳遞力矩大小根據(jù)其與前輪轉角的函數(shù)關系進行分配,從而實現(xiàn)兩后驅動輪在汽車轉彎時合理差速轉動,提高汽車在任何路況下的防滑性能和轉向性能的新型差速器。

齒輪差速器 離合器輔助 函數(shù)關系分配 前輪轉角 防滑

1 引言

目前常見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)點和不足。而普通齒輪式差速器容易使轉矩分配不合理而打滑?；诖耍驹O計擬在普通齒輪式差速器的基礎上，在從動錐齒輪和兩半軸之間各添加一個輔助離合器，兩個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)前輪轉角的大小進行智能分配，從而使汽車在任何情況下都不會出現(xiàn)一個驅動輪輪空轉另一個驅動輪被抱死的打滑現(xiàn)象，提高了汽車的轉向性能的同時使汽車行駛更平穩(wěn)。

2 普通齒輪差速器差速原理

當汽車轉彎時，外側的輪子需要走的距離比內側的輪子的距離大，兩個驅動輪此時就需要以不同的速度轉動，外側驅動輪需要的轉速大些而內側的驅動輪需要的轉速小些，并通過半軸反映到半軸錐齒輪上，迫使行星齒輪產(chǎn)生自轉，使外側半軸轉速加快，內側半軸轉速減慢，從而實現(xiàn)兩側車輪轉速的不同，使汽車順利轉向。

3 汽車后橋兩驅動輪轉速與前輪轉角的關系

根據(jù)前輪轉向汽車阿克曼轉向幾何學原理，在汽車轉向時四個輪胎都近似圍繞著一個中心點進行旋轉來保證汽車的行駛的穩(wěn)定性，在忽略汽車質心側偏、橫擺角以及路面情況變化和側風等情況下，可以得出汽車的轉向幾何模型如圖1所示。

圖1 汽車轉向幾何模型

圖2 新型差速器結構和原理圖

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

其中V0為通過加速踏板傳感器給定的目標速度。

由上述計算公式(1)(2)可以得出這樣一個結論：汽車在轉彎時后橋兩驅動輪的最優(yōu)轉速可以根據(jù)兩前輪的轉角推算得出。

4 新型差速器的結構設計及原理

齒輪差速器的基本運動規(guī)律是：無論汽車轉彎或直行，兩側驅動輪的轉速之和始終等于差速器殼轉速的兩倍。現(xiàn)有齒輪差速器在當汽車在普通路面上行駛時可以自動實現(xiàn)兩后輪的速度分配和差速轉動，然而當汽車后橋兩驅動輪一輪行進阻力大另一輪行進阻力小時，差速器就會自動把全部速度分配給行進阻力小的一個驅動輪，從而導致一輪被抱死或者蠕動另一輪在快速空轉的打滑現(xiàn)象，導致汽車無法前進。針對此種現(xiàn)象，本設計擬在普通齒輪差速器主傳動從動錐齒輪和汽車兩半軸之間各添設了一個輔助離合器，兩離合器的壓盤是隨主傳動錐齒輪等速轉動的，壓盤在操縱臂的作用下可以沿軸線運動，從而實現(xiàn)其與從動盤的抱緊和松開，兩離合器的從動盤是通過滑動花鍵分別和相對應的半軸聯(lián)接一塊的。其設計的具體結構和原理如圖2所示。

當汽車后橋兩驅動輪出現(xiàn)一驅動輪被抱死或蠕動另一驅動輪快速轉動時，普通的是無法改善這種狀況的，此時就需要發(fā)揮輔助離合器的作用，通過調節(jié)兩組壓盤和從動盤的貼合松緊度強制差速器進行兩驅動輪的差速轉動。由于汽車前輪轉角決定兩驅動輪的最優(yōu)速度，為此本設計擬在兩前輪轉角α1、α2和兩組壓盤和從動盤的貼合松緊度之間建立傳遞函數(shù)。即前輪轉角改變時，兩組壓盤和從動盤的貼合松緊度會根據(jù)傳遞函數(shù)做出相應的調整。比如汽車在泥濘的道路上左轉彎時，原有的齒輪差速器由于兩后輪所受的行進阻力不一樣已經(jīng)無法實現(xiàn)合理的速度分配，這時兩輔助離合器的操縱臂就會產(chǎn)生動作，使內側輔助離合器的壓盤和從動盤貼合松一些從而使內側的輪子轉速小些，使外側輔助離合器的壓盤和從動盤的貼合緊一些從而使外側的輪子轉速大些，這樣汽車就不會因為兩驅動輪所處的路況不一而產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。

5 結論

本文主要是針對使汽車在轉彎時后橋兩驅動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上，進行了功能和結構的改進，在主傳動器從動齒輪和兩半軸之間各增加一個輔助離合器，根據(jù)推理的函數(shù)關系式建立相對應的傳遞函數(shù)，使汽車在任何路況行駛時，兩后驅動輪即使所處路況不同仍能夠合理的進行差速轉動，從而讓汽車的機動性能和轉向性能更為優(yōu)化。本設計結構簡單，合理實用，可行性較強，其將具有廣闊的應用前景。

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

[2]劉惟信.汽車車橋設計[M].北京:清華大學出版社,2007:202-250.