关于汽车后桥两驱动轮转速合理分配的新型差速器研究

吕翔亘 侯陈瑶

【摘 要】作为汽车驱动桥主件的差速器其作用是在向两半轴传递动力的同时，允许两半轴以不同的转速旋转，从而满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等速行驶，减少轮胎相对路面的滑擦，从而提高汽车的转向性能。本设计是基于齿轮式差速器的基础上，在从动锥齿轮和两半轴之间各添加一个辅助离合器，且辅助离合器传递力矩大小根据其与前轮转角的函数关系进行分配，从而实现两后驱动轮在汽车转弯时合理差速转动，提高汽车在任何路况下的防滑性能和转向性能的新型差速器。

【关键词】齿轮差速器 离合器辅助 函数关系分配 前轮转角 防滑

1引言

目前常见的几种差速器主要有普通齿轮式差速器、伊顿自锁差速器、托森差速器等，这些都具有各自的优点和不足。而普通齿轮式差速器容易使转矩分配不合理而打滑。基于此，本设计拟在普通齿轮式差速器的基础上，在从动锥齿轮和两半轴之间各添加一个辅助离合器，两个辅助离合器能传递力矩的和等于主轴的输入力矩，其各自传递力矩的大小根据前轮转角的大小进行智能分配，从而使汽车在任何情况下都不会出现一个驱动轮轮空转另一个驱动轮被抱死的打滑现象，提高了汽车的转向性能的同时使汽车行驶更平稳。

2普通齿轮差速器差速原理

当汽车转弯时，外侧的轮子需要走的距离比内侧的轮子的距离大，两个驱动轮此时就需要以不同的速度转动，外侧驱动轮需要的转速大些而内侧的驱动轮需要的转速小些，并通过半轴反映到半轴锥齿轮上，迫使行星齿轮产生自转，使外侧半轴转速加快，内侧半轴转速减慢，从而实现两侧车轮转速的不同，使汽车顺利转向。

3汽车后桥两驱动轮转速与前轮转角的关系

根据前轮转向汽车阿克曼转向几何学原理，在汽车转向时四个轮胎都近似围绕着一个中心点进行旋转来保证汽车的行驶的稳定性，在忽略汽车质心侧偏、横摆角以及路面情况变化和侧风等情况下，可以得出汽车的转向几何模型如图1所示。

图1汽车转向几何模型

图1中α1、α2 分别为前轮左、右轮转角，K 为左、右转向节点距离，L 为前、后轮轴距。根据四轮转向汽车模型转向时的几何关系图1可以得出：

（1）

（2）

其中V0为通过加速踏板传感器给定的目标速度。

由上述计算公式（1）（2）可以得出这样一个结论：汽车在转弯时后桥两驱动轮的最优转速可以根据两前轮的转角推算得出。

4新型差速器的结构设计及原理

齿轮差速器的基本运动规律是：无论汽车转弯或直行，两侧驱动轮的转速之和始终等于差速器壳转速的两倍。现有齿轮差速器在当汽车在普通路面上行驶时可以自动实现两后轮的速度分配和差速转动，然而当汽车后桥两驱动轮一轮行进阻力大另一轮行进阻力小时，差速器就会自动把全部速度分配给行进阻力小的一个驱动轮，从而导致一轮被抱死或者蠕动另一轮在快速空转的打滑现象，导致汽车无法前进。针对此种现象，本设计拟在普通齿轮差速器主传动从动锥齿轮和汽车两半轴之间各添设了一个辅助离合器，两离合器的压盘是随主传动锥齿轮等速转动的，压盘在操纵臂的作用下可以沿轴线运动，从而实现其与从动盘的抱紧和松开，两离合器的从动盘是通过滑动花键分别和相对应的半轴联接一块的。其设计的具体结构和原理如图2所示。

图2新型差速器结构和原理图

1 输入轴；2主传动器从动齿轮；3离合器操纵臂；4压盘；5从动盘；6左右半轴；7行星锥齿轮；8中心锥齿轮；9左右驱动轮

当汽车后桥两驱动轮出现一驱动轮被抱死或蠕动另一驱动轮快速转动时，普通的是无法改善这种状况的，此时就需要发挥辅助离合器的作用，通过调节两组压盘和从动盘的贴合松紧度强制差速器进行两驱动轮的差速转动。由于汽车前轮转角决定两驱动轮的最优速度，为此本设计拟在两前轮转角α1、α2和两组压盘和从动盘的贴合松紧度之间建立传递函数。即前轮转角改变时，两组压盘和从动盘的贴合松紧度会根据传递函数做出相应的调整。比如汽车在泥泞的道路上左转弯时，原有的齿轮差速器由于两后轮所受的行进阻力不一样已经无法实现合理的速度分配，这时两辅助离合器的操纵臂就会产生动作，使内侧辅助离合器的压盘和从动盘贴合松一些从而使内侧的轮子转速小些，使外侧辅助离合器的压盘和从动盘的贴合紧一些从而使外侧的轮子转速大些，这样汽车就不会因为两驱动轮所处的路况不一而产生打滑现象。

5结论

本文主要是针对使汽车在转弯时后桥两驱动轮所处路况不同但仍能合理分配速度的新型差速器的研究。在现有普通齿轮差速器的基础上，进行了功能和结构的改进，在主传动器从动齿轮和两半轴之间各增加一个辅助离合器，根据推理的函数关系式建立相对应的传递函数，使汽车在任何路况行驶时，两后驱动轮即使所处路况不同仍能够合理的进行差速转动，从而让汽车的机动性能和转向性能更为优化。本设计结构简单，合理实用，可行性较强，其将具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，葛文杰主编.机械原理[M].高等教育出版社，2006，5.

[2]刘惟信.汽车车桥设计[M].北京：清华大学出版社，2007：202-250.