改善汽车动力学性能的半主动差速器设计

改善汽车动力学性能的半主动差速器设计

差速器的主要功能是防止车辆转弯时驱动轮的滑转，其分配给两边车轮的扭矩相同但行星齿轮可以有不同的转速。然而，差速器并不是防止驱动轮滑转的最佳方法，基于相同的扭矩分配，当一侧车轮静止、另一侧车轮空转的情况下，差速器可能引起某一侧车轮的功率分配不合理。提高功率有效分配的最常见方法是抑制或限制差速器的差速作用。如果这种差速作用能够通过电控系统实现精确控制，就可以把横摆力矩作为控制对象，用转矩矢量控制方法控制车身姿态。

电控限滑差速器（LSD）也称半主动差速器（SAD）所产生的横摆力矩由驱动工况决定。因此，通过SAD来控制车身姿态具有更高的控制精度。

当LSD执行转向盘转向操作并与地面附着时，内侧车轮转速明显比外侧车轮的低，LSD抑制外侧车轮与内侧车轮的转矩差异，即作用给汽车一个反向的横摆力矩。当侧向加速度增加时，作用于内侧车轮的垂向载荷减小，削弱了两个车轮上可以传递力的大小，最终使LSD产生的反向横摆力矩减小。然而，由于作用于内侧车轮的阻力矩减小，因此内侧车轮又开始加速，而如果内侧车轮转速比外侧车轮的低，则LSD会一直将扭矩从外侧车轮传向内侧车轮。随着两个车轮的转速达到一个平衡点，LSD传递的转矩开始减少，如果侧向加速度增加到一定值，则差速器开始将驱动力从内侧车轮传向外侧车轮。LSD转向时转矩分配见图1。

为研究SAD的差速锁可能产生的影响，设计一个SAD目标样件（图2）。左侧套筒源自于标准的开放式差速器，主要由左侧太阳轮和左侧半轴组成，外部壳体与悬架相连，中间壳体承受来自传动系统的扭矩，安装行星齿轮及其离合器装置，将扭矩传给半轴。右侧套筒由右太阳轮、右半轴和右支架构成，上面安装了SAD执行系统即液压活塞，活塞筒被集成在右支架上。

仿真证明，上述系统能有效地控制汽车的姿态。