汽車后橋行星差速器設(shè)計(jì)需解決的問題

對于整車的結(jié)構(gòu)體系來說，差速器只是裝在兩個驅(qū)動半軸之間的一個小軸承?？此莆⒉蛔愕?，但如果沒有它，兩個驅(qū)動半軸之間以剛性連接，左右車輪的轉(zhuǎn)速保持一致，汽車將只能直線行駛，不能轉(zhuǎn)彎。自從一百年前雷諾汽車公司的創(chuàng)始人路易斯·雷諾發(fā)明出差速器后，它就在汽車上發(fā)揮著巨大作用?，F(xiàn)在每輛汽車上都裝有差速器。
一． 開式差速器
切諾基的開式差速器的結(jié)構(gòu)，是典型的行星齒輪組結(jié)構(gòu)，只不過太陽輪和外齒圈的齒數(shù)是一樣的。在這套行星齒輪組里，主動輪是行星架，被動輪是兩個太陽輪。通過行星齒輪組的傳動特性我們知道，如果行星架作為主動軸，兩個太陽輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向是不確定的，甚至兩個太陽輪的轉(zhuǎn)動方向是相反的。
車輛直行狀態(tài)下，這種差速器的特性就是，給兩個半軸傳遞的扭矩相同。在一個驅(qū)動輪懸空情況下，如果傳動軸是勻速轉(zhuǎn)動，有附著力的驅(qū)動輪是沒有驅(qū)動力的，如果傳動軸是加速轉(zhuǎn)動，有附著力的驅(qū)動輪的驅(qū)動力等于懸空車輪的角加速度和轉(zhuǎn)動慣量的乘積。
車輛轉(zhuǎn)彎輪胎不打滑的狀態(tài)下，差速器連接的兩個半軸的扭矩方向是相反的，給車輛提供向前驅(qū)動力的，只有內(nèi)側(cè)的車輪，行星架和內(nèi)側(cè)的太陽輪之間由等速傳動變成了減速傳動，駕駛感覺就是彎道加速比直道加速更有力。
開式差速器的優(yōu)點(diǎn)就是在鋪裝路面上轉(zhuǎn)行行駛的效果最好。缺點(diǎn)就是在一個驅(qū)動輪喪失附著力的情況下，另外一個也沒有驅(qū)動力。
開式差速器的適用范圍是所有鋪裝路面行駛的車輛，前橋驅(qū)動和后橋驅(qū)動都可以安裝。
二． 限滑差速器
限滑差速器用于部分彌補(bǔ)開式差速器在越野路面的傳動缺陷，它是在開式差速器的機(jī)構(gòu)上加以改進(jìn)，在差速器殼的邊齒輪之間增加摩擦片，對應(yīng)于行星齒輪組來講，就是在行星架和太陽輪之間增加了摩擦片，增加太陽輪與行星架自由轉(zhuǎn)動的阻力力矩。
限滑差速器提供的附加扭矩，與摩擦片傳遞的動力和兩驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速差有關(guān)。
在開式差速器結(jié)構(gòu)上改進(jìn)產(chǎn)生的LSD，不能做到100％的限滑，因?yàn)橄藁禂?shù)越高，車輛的轉(zhuǎn)向特性越差。
LSD具備開式差速器的傳動特性和機(jī)械結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)就是提供一定的限滑力矩，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向特性變差，摩擦片壽命有限。
LSD的適用范圍是鋪裝路面和輕度越野路面。通常用于后驅(qū)車。前驅(qū)車一般不裝，因?yàn)長SD會干涉轉(zhuǎn)向，限滑系數(shù)越大，轉(zhuǎn)向越困難。
三． 鎖止式差速器（機(jī)械鎖止、電動鎖止、氣動鎖止）
為了保證車輛在復(fù)雜的越野路況下的行駛性能，通過一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)把差速器鎖死，實(shí)現(xiàn)兩個半軸的同步轉(zhuǎn)動。通過行星齒輪組分析，就是把行星齒輪組的變速機(jī)構(gòu)鎖死，保證行星架和太陽輪之間，以及兩個太陽輪之間的傳動比都是1：1?？梢园烟栞喓托行羌苕i止，可以把行星架和行星齒輪鎖死，還可以把兩個太陽輪鎖死。
鎖止式差速器，在沒有鎖止的時候，其傳動特性與開式差速器完全相同，在鎖止的情況下，傳動比被固定為1：1。
這種差速器的優(yōu)點(diǎn)不言而喻，在越野路面提供了最大的驅(qū)動力，缺點(diǎn)是在差速器鎖止的情況下，車輛轉(zhuǎn)向極其困難；存在單車輪承受發(fā)動機(jī)100％的扭矩的可能，半軸會因?yàn)榕ぞ剡^大而變形或折斷；車輛在轉(zhuǎn)向的過程中，兩半軸承受相反的扭矩，如果兩側(cè)輪胎的附著力都很大，會扭斷半軸。另外這種差速器，在車輛行駛過程中執(zhí)行鎖止動作會產(chǎn)生比較大的噪音。
鎖止式差速器具備開式差速器的所有結(jié)構(gòu)和特性，在未鎖止的情況下，應(yīng)用范圍與開式差速器相同；在鎖止的情況下，只適合于低速行駛在非鋪裝路面，不能在鋪裝路面上行駛，否則會導(dǎo)致車輛損壞和轉(zhuǎn)向失控。
這類差速器以ARB的氣動鎖止產(chǎn)品和Eaton的電動鎖止產(chǎn)品為代表。
四． 電子差速器鎖
電子差速器鎖與上述的幾種相比，沒有改變開式差速器的結(jié)構(gòu)和特性，而是利用ABS或EBD系統(tǒng)來執(zhí)行單側(cè)制動打滑的車輪的動作，限制兩驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速差，保證兩個驅(qū)動輪都有動力。
優(yōu)點(diǎn)：安全性好，不會損壞車輛。缺點(diǎn)：需要ABS和EBD系統(tǒng)，造價(jià)昂貴；在嚴(yán)酷的越野環(huán)境下，電子產(chǎn)品的可靠性不如機(jī)械產(chǎn)品；單側(cè)車輪的驅(qū)動力，不如鎖止式差速器的大。
這類差速器鎖，由于成本原因，一般只應(yīng)用于高檔轎車和高檔的SUV。
五． 自動機(jī)械鎖止差速器
這類差速器的基本結(jié)構(gòu)和機(jī)械鎖止式差速器相同，不同的是，機(jī)械鎖止差速器的鎖止和解鎖，完全由駕駛員人工控制；自動機(jī)械鎖止式差速器則是根據(jù)路況自行鎖止和解鎖。它的鎖止檢測機(jī)構(gòu)很精巧，檢測量有兩個，一個是差速器邊齒輪和差速器殼子之間的轉(zhuǎn)速差，另外一個就是差速器殼的轉(zhuǎn)速。
鎖止條件：差速器殼體轉(zhuǎn)速不超過設(shè)定值（也就是車速低于設(shè)定值），變齒輪與差速器殼的轉(zhuǎn)速差超過設(shè)定值（左右車輪的轉(zhuǎn)速差太大），如果兩個條件都符合，就會觸發(fā)差速器的鎖止，正常行駛中的轉(zhuǎn)向不會引起它的鎖止。整個鎖止過程，車輪空轉(zhuǎn)的角度差不超過360度。
解鎖條件：差速器殼轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值（車速超過設(shè)定值），左右半軸的扭矩方向相反（車輛開式轉(zhuǎn)向），滿足兩者中的任何一個，就會立即解鎖。
優(yōu)點(diǎn)：公路行駛特性與開式差速器完全相同。越野路面，與鎖止式差速器特性完全相同，不會因?yàn)檗D(zhuǎn)向而扭斷半軸，其鎖止和解鎖過程完全是自動的，不需要人為干預(yù)。可靠性非常高。
缺點(diǎn)：鎖止噪音比較大，結(jié)構(gòu)比機(jī)械鎖止差速器復(fù)雜，每一種差速器只能適用于一種車型，不具有通用性。
適用性：可以直接替換開式差速器，前驅(qū)后驅(qū)都可以用，沒有適用性方面的限制。
以Eaton公司的產(chǎn)品為代表的自動機(jī)械鎖止差速器是最適合越野車適用的差速器，遺憾的是，沒有能直接給小切用的產(chǎn)品。
六． PowerTrax NoSlip
我不確定它到底屬于哪一類。叫的比較多的，是“無滑動動力牽引”。如果從功能上看，也可以叫“自動解鎖差速器”。叫什么名字都無所謂，反正都是同一個產(chǎn)品。
PowerTrax NoSlip的工作原理和鎖止差速器恰恰相反，這個產(chǎn)品設(shè)計(jì)的非常巧妙。鎖止差速器工作的時候，是執(zhí)行鎖止操作；而PowerTrax NoSlip工作的時候，執(zhí)行的是單邊解鎖操作。
PowerTrax NoSlip在車輛直行的時候，左右半軸通過齒輪與小齒輪軸同步轉(zhuǎn)動，工作在鎖止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)兩驅(qū)動輪存在轉(zhuǎn)動角度差的時候（車輛轉(zhuǎn)向或者一個輪子打滑），PowerTrax NoSlip會通過它的機(jī)械機(jī)構(gòu)，將一個輪子的離合器分離，取消它的動力輸出。兩個輪子轉(zhuǎn)動角度相同的時候，離合器再結(jié)合。完成一次分離并重新結(jié)合的操作，兩個車輪的角度差不小于18度。加油門的時候，分離的是轉(zhuǎn)的稍快的車輪，收油門發(fā)動機(jī)制動的時候，分離的是轉(zhuǎn)的稍慢的車輪。如果用于前橋驅(qū)動，車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會隨著加減油門有失控的傾向。在附著力高的路面（土路或柏油路），如果兩個驅(qū)動輪因?yàn)轵?qū)動力過大而同時打滑，則每一個車輪轉(zhuǎn)動一周，與其相聯(lián)的PowerTrax NoSlip離合器都會分離結(jié)合2到10次，兩個車輪交替的獲得分動箱輸出的100％扭矩，驅(qū)動輪的動力輸出狀態(tài)不是連續(xù)的，而是脈動的，地面的附著力越大，兩個驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)速越高，PowerTrax NoSlip離合器結(jié)合時的沖擊力就會越大。為了承受這種高頻的大扭矩沖擊，制造PowerTrax NoSlip的材料強(qiáng)度必須特別耐沖擊，所以使用的時鈦合金。但原車半軸設(shè)計(jì)沒有考慮這種沖擊扭矩，往往承受不了。
優(yōu)點(diǎn)：通用性好，安裝簡便，沒有鎖止式差速器的鎖止噪音，在鋪裝路面上不會因?yàn)檗D(zhuǎn)向而扭斷半軸。
缺點(diǎn)：不能用于全時四驅(qū)的前橋；在附著力比較高的平坦路面，提供的牽引力小于鎖止式差速器；在高附著力路面，兩個驅(qū)動輪同時打滑，對半軸的沖擊力非常大，容易扭斷半軸；安裝PowerTrax NoSlip會導(dǎo)致自動檔車換檔沖擊變大。
適用性：適合后橋驅(qū)動輕度越野和低附著力路面。不適合高附著力路面和大動力輸出的場合的使用，不適合在前橋內(nèi)安裝（即使是4驅(qū)的切諾基，很容易斷前半軸）。