盛陽(yáng)

摘 要：差速器提供了自由的轉(zhuǎn)速差滿(mǎn)足車(chē)輛的行駛需要，然而卻在特殊路況下導(dǎo)致了車(chē)輪空轉(zhuǎn)車(chē)輛停滯。差速鎖介入消除了轉(zhuǎn)速差，解決了這一特殊情況的同時(shí)卻帶來(lái)了其他問(wèn)題。差速器不限制的轉(zhuǎn)速差超出使用要求，差速鎖直接砍掉全部轉(zhuǎn)速差。差速器與差速鎖，本身就是矛盾對(duì)立的二者，汽車(chē)總是在二者之間艱難的取舍。其實(shí)我們并不需要差速鎖，只需差速器保留正常行駛所需要的轉(zhuǎn)速比的即可，我們將之命名為：半開(kāi)放式差速器?；跈C(jī)械控制式的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、功能可開(kāi)可關(guān)的半開(kāi)放式差速器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破并試驗(yàn)成功，也取得了相關(guān)發(fā)明專(zhuān)利，故在本文中研究討論。

關(guān)鍵詞：脫困 越野 轉(zhuǎn)速差 轉(zhuǎn)速比

Discussion on the Technical Advantages and Practical Application of Semi-open Differential

Sheng yang

Abstract：The differential provides a free speed difference to meet the driving needs of the vehicle， but it causes the idling vehicle to stall under special road conditions. The intervention of the differential lock eliminates the speed difference， which solves this special situation and brings other problems at the same time. The unrestricted speed difference of the differential exceeds the use requirements， and the differential lock directly cuts off all the speed differences. Differentials and differential locks are themselves contradictory and opposite， and cars always make a difficult choice between the two. In fact， we don't need a differential lock， just the differential retains the speed ratio required for normal driving. We named it： semi-open differential. The semi-open differential， which is based on mechanical control， simple structure， and can be opened and closed， has achieved technological breakthroughs and successfully tested， and has also obtained related invention patents， which the paper will study and discuss in this article.

Key words：anti-skid， get-out-of trouble， off-road， speed difference， speed ratio

說(shuō)起差速鎖，不得不提汽車(chē)的重要零部件——差速器。它給同軸的驅(qū)動(dòng)輪提供了相同的扭力，自由的轉(zhuǎn)速差，讓驅(qū)動(dòng)輪完美的匹配路面，推動(dòng)汽車(chē)在變化的路線和復(fù)雜的路況上穩(wěn)定的行駛。但也正因?yàn)榻o驅(qū)動(dòng)輪提供的這兩個(gè)功能，使得一旦某個(gè)驅(qū)動(dòng)輪遇到地面濕滑到摩擦力低于行駛所需的力矩時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)打滑空轉(zhuǎn)，導(dǎo)致車(chē)輛停滯。包括雪地、冰面、濕滑凹坑以及單輪懸空等狀況。

為了解決空轉(zhuǎn)帶來(lái)的車(chē)輛停滯，誕生了差速鎖。然而鎖死差速器是要付出代價(jià)的，否則為什么要發(fā)明差速器？與差速器相反，差速鎖將驅(qū)動(dòng)輪剛性連接后轉(zhuǎn)速比鎖定到1：1，介入時(shí)總有一個(gè)輪子不匹配路面，雖然未打滑的輪子會(huì)獲得更多的動(dòng)力脫困，但是路面是復(fù)雜的，很多時(shí)候那個(gè)沒(méi)有打滑的輪子，能夠獲得的摩擦力就在行駛需求的臨界值附近，而那個(gè)打滑的輪子因?yàn)榕c路面不匹配會(huì)帶來(lái)反向阻力，妨礙車(chē)子脫困，甚至拖累那個(gè)未打滑的驅(qū)動(dòng)輪也一起打滑，導(dǎo)致定向功能消失，側(cè)滑隨時(shí)發(fā)生。脫困后進(jìn)入良好的路面，行駛不穩(wěn)定的同時(shí)還會(huì)徒增輪胎磨損。

差速鎖的弊端不旦體現(xiàn)在轉(zhuǎn)速比1：1的功能上，更體現(xiàn)在如何開(kāi)啟與關(guān)閉。從超出行駛需要的轉(zhuǎn)速差，到?jīng)]有轉(zhuǎn)速差，是一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)到相對(duì)靜止的跳躍過(guò)程，如何實(shí)現(xiàn)？我們主要討論在市場(chǎng)上生存下來(lái)兩種方式，牙嵌式與多摩擦片式。牙嵌式為機(jī)械咬合，剛性沖擊大，因此開(kāi)啟前汽車(chē)必須切斷動(dòng)力，或最多只能輕微發(fā)力，車(chē)輛必然提前停止。多摩擦片式，我們將它理解成兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪之間的離合器，當(dāng)然不像我們想象的手動(dòng)檔車(chē)型離合器那么簡(jiǎn)單，扭力經(jīng)過(guò)變速箱的低檔位減速后已經(jīng)放大很多倍了，又受制于半徑限制，能完全鎖死已實(shí)屬不易。生熱嚴(yán)重、壽命短、動(dòng)作執(zhí)行慢，實(shí)際使用上也是車(chē)輛停滯后才起作用。不過(guò)好在此種方式剛性沖擊小，可在轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中開(kāi)啟，方便自動(dòng)化控制，但動(dòng)作也不會(huì)太快，不能頻發(fā)使用，現(xiàn)為主流方式。但無(wú)論是哪種差速鎖，均無(wú)法判定應(yīng)該何時(shí)退出，脫困后的高磨損很難解決。為此以多摩擦片式差速鎖為基礎(chǔ)發(fā)展了LSD限滑差速器，放棄鎖死只提供有限的扭力分配，即一個(gè)鎖不死的差速鎖，來(lái)降低脫困后的磨損。當(dāng)然還有蝸桿式的托森差速器，作用與LSD類(lèi)似，當(dāng)然脫困防滑極限能力也大打折扣。

現(xiàn)在的高端汽車(chē)，為了克服打滑空轉(zhuǎn)，通常是幾種差速鎖或限滑差速器相結(jié)合，取各自結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)處，但是最終都沒(méi)能跳出轉(zhuǎn)速比1：1的死點(diǎn)。執(zhí)行遲鈍、行駛停滯、鎖死突兀、松鎖判定不準(zhǔn)確均無(wú)法解決。

為什么差速鎖的性能始終不理想？消除轉(zhuǎn)速差本身就違背行駛需要，只是特殊工況的一個(gè)不得已方案。

正如上文所提，所有的差速鎖開(kāi)啟之前，都要檢測(cè)是否超出行駛所需的轉(zhuǎn)速比。那這個(gè)行駛所需的轉(zhuǎn)速比比，到底是多少？

參考下圖，我們可以計(jì)算一下最極限的工況下的轉(zhuǎn)速比：

平坦路面滿(mǎn)舵工況下轉(zhuǎn)速比：

前輪轉(zhuǎn)速比==≈1.31

后輪轉(zhuǎn)速比==≈1.56

前后軸轉(zhuǎn)速比===≈ 1.28

直行單側(cè)輪跨越障礙工況下轉(zhuǎn)速比：

輪間轉(zhuǎn)速比==cos60°=2（前后軸間轉(zhuǎn)速比亦同）

因此得出最大轉(zhuǎn)速比 = 滿(mǎn)舵轉(zhuǎn)速比 x 跨障轉(zhuǎn)速比

前輪最大轉(zhuǎn)速比=1.31×2=2.62

后輪最大轉(zhuǎn)速比=1.56×2=3.12

前后軸間最大轉(zhuǎn)速比=1.28×2=2.56

經(jīng)此計(jì)算，我們得出結(jié)論，車(chē)子既不需要無(wú)限自由的轉(zhuǎn)速差，又不能沒(méi)有轉(zhuǎn)速差。車(chē)子需要的只是一個(gè)合理的轉(zhuǎn)速比，一個(gè)滿(mǎn)足各種工況的轉(zhuǎn)速比范圍即可。

至于上述計(jì)算為什么我的參考障礙只有輪胎半徑一半而沒(méi)有更多？首先因?yàn)檩喬ズ蛻壹芫袕椥裕梢晕找恍┧椒较虻乃查g速度，其次如果障礙再高會(huì)刮車(chē)頭底盤(pán)，計(jì)算意義不大，況且太高的障礙物能提供的縱向摩擦力也無(wú)法供輪子攀爬上去，必須靠其他輪子硬推來(lái)增加壓力，差速器的扭力均等原則自然無(wú)法勝任。

既然已經(jīng)通過(guò)計(jì)算得出車(chē)子需要一個(gè)滿(mǎn)足各種工況的轉(zhuǎn)速比范圍即可，那么我們分析一下能提供這樣的轉(zhuǎn)速比范圍的半開(kāi)放式差速器，在脫困及正常行駛時(shí)，相比差速鎖他會(huì)有哪些優(yōu)勢(shì)：

（1）無(wú)法逾越的轉(zhuǎn)速比，使得當(dāng)打滑輪子趨向空轉(zhuǎn)加速而另一側(cè)輪子減速的過(guò)程中，達(dá)到轉(zhuǎn)速比限定值后馬上被限制住，非滑輪子馬上獲得足夠動(dòng)力，車(chē)子根本沒(méi)有停滯，在降速到一定值后馬上勻速的行駛并脫困，運(yùn)動(dòng)十分流暢;

（2）因?yàn)檗D(zhuǎn)速比在限制范圍內(nèi)與差速器一樣自由，使得脫困完成進(jìn)入良好路面車(chē)輪會(huì)及時(shí)的與路面匹配，不存在差速鎖那種不匹配的狀態(tài)，車(chē)輛行駛很穩(wěn)定。

（3）脫困時(shí)打滑車(chē)輪轉(zhuǎn)速一直大于等于實(shí)際路線，不會(huì)產(chǎn)生反向阻力，不會(huì)帶來(lái)負(fù)擔(dān)的同時(shí)還會(huì)貢獻(xiàn)一點(diǎn)力量，最大可能的保證另一側(cè)輪子不會(huì)側(cè)滑，因此脫困時(shí)的穩(wěn)定性也提高很多。

（4）因?yàn)椴挥绊懻Ｐ旭?，所以可以在行駛過(guò)程中提前開(kāi)啟或一直開(kāi)啟，無(wú)需停滯開(kāi)啟。

（5）不受制于傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速影響，使用范圍更廣。

而實(shí)際設(shè)計(jì)出來(lái)的半開(kāi)放式差速器模型，實(shí)測(cè)驗(yàn)證后，具備了以上理論分析的所有優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避了剛性沖擊、摩擦生熱、壽命短、成本高等等。除此之外，還具備了與檔位相匹配的反向阻止功能，既防溜車(chē)功能，使得坡道上行駛及停車(chē)的安全性大大提高。差速鎖之所以不能普及，其根本在于短壽命和高成本加持下，性能卻馬馬虎虎。半開(kāi)放差速器技術(shù)，作為目前世界的首創(chuàng)，繼承了差速器的同時(shí)，又克服了差速鎖的諸多弊端，必將得到廣泛應(yīng)用，使得未來(lái)城鄉(xiāng)交通與生活將得到更好的銜接。北方的冬季及南方的雨季非鋪裝路面下，人們不必過(guò)多的擔(dān)心路好不好走，能不能走，也無(wú)需掏出很多的購(gòu)買(mǎi)及維護(hù)成本。

差速鎖脫困過(guò)程：

打滑開(kāi)始→感知打滑，下達(dá)命令→開(kāi)始動(dòng)作→消除間隙，開(kāi)始黏合→黏合完成，獲得動(dòng)力→脫困成功，路面不匹配→繼續(xù)進(jìn)行松鎖判定

半開(kāi)放式差速器脫困過(guò)程：

打滑開(kāi)始→達(dá)到限定值，及時(shí)獲得動(dòng)力→脫困成功，匹配路面（全過(guò)程無(wú)停滯）。