改善汽車動力學性能的半主動差速器設計
差速器的主要功能是防止車輛轉彎時驅動輪的滑轉,其分配給兩邊車輪的扭矩相同但行星齒輪可以有不同的轉速。然而,差速器并不是防止驅動輪滑轉的最佳方法,基于相同的扭矩分配,當一側車輪靜止、另一側車輪空轉的情況下,差速器可能引起某一側車輪的功率分配不合理。提高功率有效分配的最常見方法是抑制或限制差速器的差速作用。如果這種差速作用能夠通過電控系統(tǒng)實現(xiàn)精確控制,就可以把橫擺力矩作為控制對象,用轉矩矢量控制方法控制車身姿態(tài)。
電控限滑差速器(LSD)也稱半主動差速器(SAD)所產(chǎn)生的橫擺力矩由驅動工況決定。因此,通過SAD來控制車身姿態(tài)具有更高的控制精度。
當LSD執(zhí)行轉向盤轉向操作并與地面附著時,內(nèi)側車輪轉速明顯比外側車輪的低,LSD抑制外側車輪與內(nèi)側車輪的轉矩差異,即作用給汽車一個反向的橫擺力矩。當側向加速度增加時,作用于內(nèi)側車輪的垂向載荷減小,削弱了兩個車輪上可以傳遞力的大小,最終使LSD產(chǎn)生的反向橫擺力矩減小。然而,由于作用于內(nèi)側車輪的阻力矩減小,因此內(nèi)側車輪又開始加速,而如果內(nèi)側車輪轉速比外側車輪的低,則LSD會一直將扭矩從外側車輪傳向內(nèi)側車輪。隨著兩個車輪的轉速達到一個平衡點,LSD傳遞的轉矩開始減少,如果側向加速度增加到一定值,則差速器開始將驅動力從內(nèi)側車輪傳向外側車輪。LSD轉向時轉矩分配見圖1。
為研究SAD的差速鎖可能產(chǎn)生的影響,設計一個SAD目標樣件(圖2)。左側套筒源自于標準的開放式差速器,主要由左側太陽輪和左側半軸組成,外部殼體與懸架相連,中間殼體承受來自傳動系統(tǒng)的扭矩,安裝行星齒輪及其離合器裝置,將扭矩傳給半軸。右側套筒由右太陽輪、右半軸和右支架構成,上面安裝了SAD執(zhí)行系統(tǒng)即液壓活塞,活塞筒被集成在右支架上。
仿真證明,上述系統(tǒng)能有效地控制汽車的姿態(tài)。