汽車電子差速器技術(shù)特征分析

任小龍，劉敏杰，龍建，付貽瑋

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

汽車電子差速器技術(shù)特征分析

任小龍，劉敏杰，龍建，付貽瑋

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

文章介紹了目前越野車和SUV常見的電子差速器的結(jié)構(gòu)和工作原理，將電子差速器的技術(shù)特征進行了分析，希望能對差速器故障檢測與維修人員提供一定的幫助和技術(shù)支持。

電子差速器；原理；特征

CLC NO.: U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-108-03

緒論

汽車行業(yè)發(fā)展初期，法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人雷諾發(fā)明了汽車差速器，汽車差速器作為汽車必不可少的部件之一曾被汽車專家譽為“小零件大功用”[1]。汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，內(nèi)外兩側(cè)車輪在同一時間內(nèi)用移動不同的距離，外輪移動的距離比內(nèi)輪大，差速器的作用就是將主減速器傳來的動力傳給左、右兩半軸，并在轉(zhuǎn)彎時允許左、右兩半軸以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)（差速）[2]。

普通錐齒輪式差速器轉(zhuǎn)矩等量分配的特性對于汽車在良好路面上行駛是有利的，但汽 車在路況差路面上行駛卻會嚴重影響其通過能力。當(dāng)汽車一個驅(qū)動車輪接觸泥濘或冰雪等附著力較小的路面時，而另一驅(qū)動車輪接觸在良好路面上時，在泥濘或冰雪等路面上的車輪在原地滑轉(zhuǎn)，而在良好路面上的車輪卻靜止不動，總驅(qū)動力往往不足以驅(qū)動汽車行駛，使汽車行駛穿越差路面的能力及通過能力受到限制。而且影響了汽車的操縱穩(wěn)定性。因此一些越野汽車、高速小客車和載重汽車都裝用了防滑差速器。防滑差速器能夠是實現(xiàn)在汽車行駛過程中，根據(jù)路面情況鎖止差速器，使差速器不起差速作用。

本文著重介紹了防滑差速器中的電子差速器結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制模式等技術(shù)特征進行的分析，對汽車駕駛?cè)藛T來說有一定的幫助，為工程技術(shù)人員和維修人員提供一定的技術(shù)支持。

1、差速器的基本結(jié)構(gòu)及作用

差速器安裝位置在兩個后輪之間，主要由輸入軸、主動齒輪、從動齒輪、 左右大齒輪、小齒輪、小齒輪架、輸出軸等組合而成如圖1所示。差速器的作用讓車輛轉(zhuǎn)彎時候內(nèi)外輪有輪速差用的，否則車輛轉(zhuǎn)彎就會困難。由于差速器允許車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，所以在泥濘等路面，當(dāng)一個車輪打滑時，動力全部消耗在飛快轉(zhuǎn)動的打滑車輪上了，其他車輪會失去動力[3-4]。

圖1 差速器結(jié)構(gòu)

2、電子差速器

電子差速器除具有傳統(tǒng)差速器的功能外還包含鎖定和扭矩偏加功能，可提高牽引性能和車輛動態(tài)穩(wěn)定性。電子差速器由后差速器控制模塊 (RDCM) 控制。電子差速器的基本結(jié)構(gòu)與差速器相似。但前者還包含鎖定和扭矩偏加功能，可藉以改進牽引性能和車輛穩(wěn)定性[5-6]。電子差速器的操作由RDCM（差速器控制模塊）控制，RDCM 在集成懸架控制模塊控制下操作電子差速器。多盤離合器包含在離合器筐格內(nèi)，離合器筐格通過冠輪固定螺栓連接到差速器支架。 離合器組件的輪替盤通過鍵連接到離合器筐格和左側(cè)太陽齒輪。 壓盤安裝在離合器組件的外端，通過鍵連接到離合器筐格。離合器筐格端部上的止推擋圈包含耳片，耳片穿過離合器筐格延伸到壓盤上[7-8]。

2.1 電子差速器的結(jié)構(gòu)

電子差速器與差速器的不同之處在于兩個額外的行星齒輪，安裝在差速器支架內(nèi)，用于在鎖定事件中通過差速器提供更大的扭矩；一個多盤離合器和執(zhí)行器總成，安裝在左側(cè)太陽齒輪上；一個電機和減速齒輪箱，安裝在蓋子上；一個油液溫度傳感器，安裝在蓋子內(nèi)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電子差速器的結(jié)構(gòu)

2.2 電子差速器的工作原理

來自驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)輸入通過輸入法蘭傳遞到小齒輪軸和齒輪。 齒輪到冠狀齒輪驅(qū)動齒輪之間的角度旋轉(zhuǎn) 90 度。

經(jīng)過轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)運動被傳遞到冠狀齒輪驅(qū)動齒輪，該驅(qū)動齒輪再旋轉(zhuǎn)差速器外殼。 固定在外殼上的橫軸也以與外殼相同的速度旋轉(zhuǎn)。 安裝到該軸上的行星齒輪也與該外殼一同旋轉(zhuǎn)。 反過來，星形齒輪將它們的旋轉(zhuǎn)運動傳遞到左側(cè)和右側(cè)的太陽齒輪，從而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動半軸。

當(dāng)車輛向正前方行進時，通過差速器施加到各太陽齒輪的扭矩是相等的。 在此情況下，兩個半軸以相同的速度旋轉(zhuǎn)，而行星齒輪不旋轉(zhuǎn)。

如果車輛正在行駛，則將通過行駛更遠的行程強迫外側(cè)齒輪以比內(nèi)部齒輪更快的速度旋轉(zhuǎn)。 差速器檢測太陽齒輪之間的扭矩差。 行星齒輪在它們的軸上旋轉(zhuǎn)，以允許外側(cè)齒輪的旋轉(zhuǎn)速度比內(nèi)部齒輪更快。RDCM 在底盤控制模塊(CHCM) 的控制下操作差速器鎖定電機。

多片式離合器包含在離合器筐格內(nèi)，離合器筐格通過冠狀齒輪固定螺栓連接到差速器箱。 離合器組件的輪替盤通過鍵連接到離合器筐格和左側(cè)太陽齒輪。 壓盤安裝在離合器組件的外端，通過鍵連接到離合器筐格。 離合器筐格端部上的止推擋圈包含耳片，耳片穿過離合器筐格延伸到壓盤上。

執(zhí)行器組件安裝在離合器筐格外端上的軸承上，緊靠著止推擋圈。 執(zhí)行器組件包括由五個球軸承分隔的輸入和輸出執(zhí)行器。 蓋子中的鎖銷插接到輸出執(zhí)行器中的一個槽內(nèi)以防止執(zhí)行器轉(zhuǎn)動，但允許它軸向移動。 輸入執(zhí)行器與減速齒輪箱接合在一起，可相對于蓋子自由轉(zhuǎn)動。 球軸承安裝在輸入和輸出執(zhí)行器配合面上的彎槽內(nèi)。 各槽的底面上有一個斜坡。 輸入執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)迫使球軸承沿著槽內(nèi)的斜坡上升，從而帶動輸出執(zhí)行器做軸向運動。 止推擋圈和壓盤將輸出執(zhí)行器的軸向運動傳遞到離合器組件。

圖3 后電子差速器

電機由來自 RDCM 的 12 伏直流電驅(qū)動。差速器鎖定電機是 12 V 直流 (DC) 電機。 差速器鎖定電機通過減速齒輪箱和執(zhí)行器總成來調(diào)節(jié)太陽齒輪多片式離合器的摩擦負荷。RDCM 通過硬接線連接控制差速器鎖定電機。 通過調(diào)節(jié)多片式離合器的摩擦負荷可以調(diào)節(jié)冠輪驅(qū)動齒輪和太陽齒輪之間的鎖定扭矩。

有四個螺栓將電機連接到減速齒輪箱，減速齒輪箱由兩個定位銷固定在蓋子上，并用四個螺栓固定。 一個O形圈對電機和減速齒輪箱之間的連接部位進行密封。

差速器鎖定電機還包含下列部件，藉此與 RDCM 建立聯(lián)系，兩個電機位置霍爾效應(yīng)傳感器，用于實現(xiàn)對電機的閉環(huán)控制。

機油溫度傳感器向 RDCM 傳遞差速器機油溫度信號，防止過度使用，以免損壞多片式離合器。

2.3 后差速器控制模塊

帶有電子差速器的車一般具有后差速器控制模塊(RDCM)。RDCM 由四個螺栓連接至后副車架后方的蓄電池殼體，如圖4所示。

圖4 后差速器控制模塊

RDCM 接收來自后接線盒 (RJB) 的電源和來自車身控制模塊/網(wǎng)關(guān)模塊 (BCM/GWM) 總成的點火饋電。 與高速(HS) 控制器局域網(wǎng) (CAN) 底盤系統(tǒng)總線的連接使 RDCM可與車輛上的其他系統(tǒng)通信。

為了使得車輛能夠轉(zhuǎn)彎以及在防抱死制動系統(tǒng)控制模塊(ABS) 的控制下保持穩(wěn)定，需要一定量的差速打滑。 CHCM通過車輛主要控制裝置監(jiān)測駕駛員的需求，并自動設(shè)置差速器的打滑扭矩。 該系統(tǒng)是完全自動的，不需要任何專門的駕駛員輸入。

CHCM 中的差速器策略有預(yù)先加載功能，隨驅(qū)動扭矩的增大而增加鎖定鈕矩；打滑控制器，減小鎖定扭矩以獲取最佳舒適度，例如泊車。

CHCM 使用的 HS CAN 底盤系統(tǒng)總線信息包括車輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向角、自動變速器速度、溫度信息、車輛配置、軸比和模式輸入。

CHCM 也通過 HS CAN 底盤系統(tǒng)總線發(fā)送信息，向網(wǎng)絡(luò)上其他控制模塊通報電子差速器的狀態(tài)。 離合器扭矩和默認模式狀態(tài)為 CHCM 發(fā)出的部分主要信號。

如果更換了 RDCM 或 CHCM，則必須將 Land Rover認可的診斷工具連接到車輛，并必須執(zhí)行差速器自行校準程序。 如果更換了差速器鎖定電機或電子差速器，也必須執(zhí)行此程序。

如果后電子差速器、CHCM、RDCM 或所需的輸入信號之一出現(xiàn)故障，RDCM 會記錄一個錯誤代碼。 CHCM 請求信息中心顯示警告信息。 信息中心位于儀表盤 (IC) 中間。

2.4 電子差速器的控制

電子差速器的控制示意圖如圖5所示，其中直線是硬線連接，雙絞線為高速CAN線連接，其中后差速器控制模塊(RDCM) 、集成懸架控制模塊 (ISCM) 、 防抱死制動系統(tǒng)控制模塊 (ABS) 、診斷接頭 和 儀表板 (IC) 是通過CAN線通信的，其他原件為硬線連接。

圖5 電子差速器控制示意圖

3、結(jié)論

電子差速器器特點是安全性好，不會損壞車輛但是需要需要ABS和EBD系統(tǒng)，因此造價昂貴。本文介紹了一種電子差速器的結(jié)構(gòu)、工作原理和它控制得通信模式，對汽車駕駛?cè)藛T來說有一定的幫助，為工程技術(shù)人員和維修人員提供一定的技術(shù)支持。

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[2] 蔡興旺,付曉光. 汽車構(gòu)造與原理（第2版下冊)[M].北京機械工業(yè)出社,2011.72.

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Analysis of Technical Characteristics of Automotive Electronic Differential

Ren Xiaolong, Liu Minjie, Long Jian, Fu Yiwei
( Beijing Polytechinc, Beijing 100176 )

This paper introduces the structure and working principle of electronic differential common Off-road vehicle and SUV, the technical features of electronic differential are analyzed, hoping to provide some help and technical support for the detection and maintenance personnel differential fault.

Electronic differential; principle; characteristic

U463.3

A

1671-7988 (2017)10-108-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.036

任小龍（1981.6- ）男，漢，講師，本科。就職于北京電子科技職業(yè)學(xué)院。主要從事汽車電子、汽車故障診斷等方面的研究。

汽車傳感器測量與診斷設(shè)備的設(shè)計與制作（2017Z003-008 -KXY）。