1、汽车底盘差速锁的技术湖南工业职业技术学院毕 业 论 文题 目 汽车底盘差速锁的技术 专 业 工程机械运用与维护 年 级 2011级工程1106班 学生姓名 学号 指导教师 日 期 诚信声明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料均真实可靠。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本毕业论文的知识产权归属于培养单位。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名： 日期： 汽车底盘差速锁的技术（湖南工业职业技术学院 2011级工程1
2、106班）摘要：汽车在特殊道路上机动性能与通过性能提出了较高的要求。汽车差速锁系统是改善车辆机动性与通过性能的有效方法之一，其根据各驱动轮的附着情况，对差速器适时锁止与分离，充分发挥地面附着力，可有效提高汽车的通过性能。因此，汽车底盘差速锁的技术研究能提高汽车的机动性能力和运输能力有着重大意义。 论文介绍了汽车差速锁的国内外研究现状，以及汽车防滑控制的一些方法。在各种驱动防滑方法中，强制锁止式差速器和自锁式差速器由于其机械结构和执行方法等缺点，在汽车中已运用的很少了，而汽车电子差速锁在中高档小型车型中运用较广泛，汽车电子差速锁能克服强制锁止式差速器、自锁式差速器等缺点，具有无噪音、锁止方便，驱
3、动力强的特点。在不同附着系数道路条件下，电子差速锁能够在轮速差达到设定限值时，有效锁止差速器使转矩合理分配到每个车轮上，充分利用地面附着力，带动汽车平稳起动，显著提高汽车特殊路面的驱动防滑及越野能力。关键词：差速锁，附着系数，防滑，附着力，XDS，电子差速锁， Automobile chassis differential lock technology谭勇（湖南三一工业职业技术学院 2011级工程1106班）(Hunan Polytechnic college Engineering class 1106,2011)摘要：汽车在特殊道路上机动性能与通过性能提出了较高的要求。汽车差速锁系统是改
4、善车辆机动性与通过性能的有效方法之一，其根据各驱动轮的附着情况，对差速器适时锁止与分离，充分发挥地面附着力，可有效提高汽车的通过性能。因此，汽车底盘差速锁的技术研究能提高汽车的机动性能力和运输能力有着重大意义。Abstract: vehicle in the special road motor performance and the performance put forward higher requirements. Automotive differential lock system is to improve the vehicle mobility and the effecti
5、ve method of performance, according to the driving wheel differential attachment, the timely locking and separation, give full play to the ground adhesion, can effectively improve the performance of automobile. Therefore, the automobile chassis differential of differential lock can significant impro
6、ve the mobility of the vehicle capacity and transportation capacity.论文介绍了汽车差速锁的国内外研究现状，以及汽车防滑控制的一些方法。在各种驱动防滑方法中，强制锁止式差速器和自锁式差速器由于其机械结构和执行方法等缺点，在汽车中已运用的很少了，而汽车电子差速锁在中高档小型车型中运用较广泛，汽车电子差速锁能克服强制锁止式差速器、自锁式差速器等缺点，具有无噪音、锁止方便，驱动力强的特点。在不同附着系数道路条件下，电子差速锁能够在轮速差达到设定限值时，有效锁止差速器使转矩合理分配到每个车轮上，充分利用地面附着力，带动汽车平稳起动，显著
7、提高汽车特殊路面的驱动防滑及越野能力。This paper introduces the research status of domestic and foreign automobile differential speed lock, as well as some automotive anti-skid control method. In a variety of driving antiskid method, locking differential and self-locking differential because of the mechanical structur
8、e and execution method, rarely has been applied in automobile, and the automobile electronic differential lock is widely used in high-grade small models, disadvantages of automotive electronic differential lock can overcome locking differential the self-locking differential, etc., has the advantages
9、 of no noise, lock is convenient, the driving force and strong. In the different adhesion coefficient of road conditions, electronic differential lock in the wheel speed difference reaches a set value, effectively locking differential torque is reasonably distributed to each wheel, make full use of
10、ground adhesion, drive the car start smoothly, improve the vehicle special pavement ASR and off-road capability.关键词：差速锁，附着系数，防滑，附着力，XDS，电子差速锁，谭勇Keywords: differential lock, friction coefficient, adhesion, anti slip, XDS, electronic differential lock 目录1 绪论 11.1 问题的提出及研究意义 11.1.1问题的提出 11.1.2研究的意义. 21
11、.2 国内外研究现状 21.2.1强制锁止式差速器 21.2.2自动式差速器 21.2.3驱动防滑控制系统ASR 31.2.4电子差速锁自动控制系统EDS 31.3 本文研究的目的和研究内容 41.3.1本文研究的目的 41.3.2研究的内容 42差速锁的作用及与差速器关系 62.1差速锁与差速器的关系 62.2差速锁的作用 63 现代电子差速锁探讨分析 83.1作用 83.2工作原理 93.3 XDS 93.4 问题一：动力损失 103.5 问题二：前驱车转向不足 113.6 XDS电子差速锁的作用: 12总结 13致谢 14参考文献 151 绪论1.1 问题的提出及研究意义1.1.1问题的
12、提出有差速器的汽车在其中一侧车轮被在泥泞的道路上打滑的时候，汽车是无法前进的。这是因为差速器能够感受到两侧车轮所收到的阻力，当汽车转弯时，内侧车轮受到的阻力大，所以动力传输少，轮子就转得慢;而外侧这轮收到的阻力小，动力传输多，轮子就转得快。由此我们可以知道，差速器总是倾向于将动力往阻力小的那一侧传递的。这种特性在铺装良好的路面上不会出现问题，但要是在泥泞的道路上一侧的驱动轮开始打滑，差速器就会将发动机传过来的动力全都集中到因为打滑而失去抓地力这一侧，而另一侧车轮就不能获得任何动力。这样的结果当然就是汽车深陷其中无法行驶。大家开始寻思，有没有什么方法可以让动力都输出到正常转动一侧的轮子，让仍然有
13、抓地力的另一侧车轮能够带动汽车向前行进，从而使得汽车能够正常行驶。简单一点说，就是要让差速器在遇到这种情况的时候不要进行工作，让汽车的两个后轮都可以获得相同的动力。没有想到差速器为解决汽车转弯而拥有的差速功能，在这种破烂不堪的道路上会成致命死穴 。要想解决这个问题，就只有让差速器不要发挥作用。停用差速器最简单的法子是切断动力，但这样一来差速器倒是罢工了，汽车也跟着没法动弹。看来硬的行不通，只有用软招来试试。不是让差速器罢工，只是让它有选择性的发挥作用，而且需要通过一个装置来让它进行选择。当汽车遇到这种复杂路面的时候，它可以让差速器发挥不了作用，正常路面又可以正常发挥。1.1.2研究的意义. 在
14、中国这种道路条件复杂、环境条件多变和国土辽阔的情况下，所有的车都会遇到打滑这一现实情况，为了解决打滑这一行车难题，有必要了解差速器中是否有解决打滑现象的装置，而差速锁就是解决这一行车难题的办法，于是我们就得对差速锁进行了解和分析，以便各位有车的朋友更好开车。1.2 国内外研究现状差速器从最早的强制锁止式差速器到驱动防滑控制系统ASR及电子差速锁都各有优缺点，下面就国内外已有的差速锁的原理及优缺点进行比较分析：1.2.1强制锁止式差速器中、重型汽车普遍采用强制锁止式齿轮差速器，它可由驾驶员控制、手动或电动操纵差速器锁止，使差速器辆端刚性连接，消除差速器差速作用，利用非打滑驱动轮的地面附着力驱动汽
15、车。其结构简单，易于制造，可以传递100%的驱动扭矩。缺点：其操纵时机不易掌握，差速器锁止之前必须停车。1.2.2自动式差速器摩擦自锁式差速器包括摩擦片式、锥形式和滑块凸轮式，可以依靠机械结构实现差速器的内摩擦力矩自动调整，限制差速器的差速作用，达到防止驱动轮打滑的目地。缺点：必须选择适当的锁紧系数，对汽车转向操纵的轻便灵活、行驶的稳定传动的负荷、轮胎的磨损和燃料消耗等有不同程度的影响。摩擦片之间或滑块凸轮之间所能承受的转矩相对较小，不能转递大扭矩，因而高摩擦自锁式差速器不适用于重型车，常用于轿车和轻型载货汽车上。1.2.3驱动防滑控制系统ASR当汽车驱动轴的两个车轮分别在不同附着系数的路面起
16、步时，例如一个驱动轮在干燥的柏油路面上，另一个驱动轮在冰面上，ASR通过传感器会自动探测到左右车轮的转动速度。当由于车轮打滑而产生两侧车轮的转速不同时，ASR系统对打滑一侧车轮进行制动，从而使驱动力有效地作用到非打滑的车轮，保证汽车平稳起步，提高车辆的通过能力。同普通车辆相比，带有ASR的车辆可以更好地利用地面附着力，来提高车辆的运行性能。其有点是不要求差速器进行机械锁止，并易于和防抱死系统（ABS）融合到一起等。目前市场上装备ASR电子差速锁的主要是一些中高档小型车辆，如奥迪A8、奥迪A6、帕萨特、宝来、桑塔纳3000等车型。缺点：当左右车轮附着系数不同时，防滑控制系统的工作效果不明显。当车
17、辆行驶在越野路面时，由于经常实施制动控制，制动时间太长而造成制动器过热，既浪费燃料，又降低制动器的寿命，有时可能造成制动器短时间内失效而形成事故隐患。防滑控制系统还有容易引起前悬挂俯仰摆动，不能传递较大扭矩。ASR防滑控制系统难充分运用在越野汽车上，特别是重型越野汽车上受到限制，对大型、载重车辆及非平滑的道路适用性差。1.2.4电子差速锁自动控制系统EDS电子差速锁自动控制系统EDS采用电子自动控制装置直接对差速器进行锁止和分离，无须驾驶员受到操作，能传递大扭矩：既可适用于重型载重汽车，又可运用于各类轻型越野汽车。目前国内对此系统已有部分研究，提出了差速锁的积分门限控制方法，并实车试验确定响应
18、门限及相应的控制逻辑，当门限控制方式存在许多不足：控制参数依赖大量的试验，需要耗费大量的人力和物力，研制周期较长，对于新研制车型的控制参数一般不能应用到其它车型，其适用范围存在明显不足。1.3 本文研究的目的和研究内容1.3.1本文研究的目的本文研究汽车底盘差速锁技术，就是为了了解差速锁是如何工作的，在汽车工作当中起到一些什么作用，尤其是最新电子差速锁技术我对它的作用、工作原理和它的工作上的一些问题的研究非常感兴趣，于是我对电子差速锁技术做了大量了解和分析。1.3.2研究的内容 本文研究了差速锁与差速器的关系以及差速锁的作用。然后，通过以最新电子差速锁技术为例，分析了电子差速锁的作用、工作原理
19、以及电子差速锁出现了哪些问题。2差速锁的作用及与差速器关系2.1差速锁与差速器的关系 为了解决打滑，现代差速器新增差速锁如上图，增加的差速锁就是通过一个锁止机构将两个半轴连接起来实现共同旋转。当一侧车轮打滑，另一侧不打滑的车轮就可以将打滑一侧的车轮带出打滑区域，于是就解决了打滑这一难题。 2.2差速锁的作用 差速锁的作用是当一个驱动轮打滑时，将差速器壳与半轴锁紧成一体，使差速器失去差速作用，可以把全部扭矩转移到另一侧驱动轮上。差速锁可以看作是具有自动锁止功能的差速器。对于有3个差速器、形式最简单的全时驱动系统，因为差速器的等扭矩作用，车辆可能会因为任何一个车轮失去附着力而陷入困境，尤其是对于那
20、些经常通过泥泞等恶劣路况的车辆。解决的办法就是用差速锁把失去驱动力的那个轮子的半轴锁住，使该车轮对动力分配不再发生影响。可见差速锁最大的功用在于当车轮打滑时保证其他的驱动轮仍然能够获得足够的驱动力。对于全时驱动车辆，车上装备有3个差速器，其4个车轮可以以各自不同的转速转动，并按照各自不同的地面附着力自动获得不同的扭矩分配，保证车辆获得良好的驱动力。对于大多数全时4驱车辆，由于装有中央差速器，当某个驱动轮打滑时，会使发动机动力全部消耗在打滑的车轮上，因此此时须手动操纵（有的只是车内的一个按键）差速锁将中央差速器壳与半轴锁紧成一体，使差速器失去差速作用，进而把扭矩转移到另外一个驱动桥上。 3 现代
21、电子差速锁探讨分析 电子差速锁是ABS的一种扩展功能，用于鉴别汽车的轮子是不是失去着地摩擦力，从而对汽车的打滑车轮进行控制。3.1作用在汽车加速过程中，当电子控制单元根据轮速信号判断出某一侧驱动轮打滑时，EDS就自动开始工作，通过液压控制单元对该车轮进行适当强度的制动，从而提高另一侧驱动轮的附着利用率，提高车辆的通过能力。当车辆的行驶状况恢复正常后，电子差速锁即停止工作。同普通车辆相比，带有EDS的车辆可以更好地利用地面附着力，来提高车辆的运行性。可以说，EDS还是比较实用的。按照国际汽车界的配置惯例，电子差速锁(EDS)系统，是配置在如奔驰、宝马等高级轿车上的。EDS是制动防抱死系统基础上的
22、一种功能扩展。当车辆在单边滑溜路面或坡道上起步加速时，地面附着系数较低一侧的驱动轮也易打滑。此时，EDS自动对该驱动轮施加调节制动来降低其驱动力。由于差速器的差扭作用，另一侧车轮的驱动力迅速提高，防止驱动轮滑转，结果是两侧驱动轮均获得了与路面条件相适应的牵引力，明显改善了车辆在恶劣行驶工况下起步和加速性能。一旦车辆的行驶状况恢复正常后，电子差速锁即停止作用。同普通车辆相比，带有ABS+EDS的车辆可以更好地利用地面附着力，从而提高车辆的通过性，使驾乘更安全无忧。由此可见，ABS+EDS的安全性能超群，消费者的安全性更有保障。3.2工作原理 EDS的工作原理比较容易理解。因为差速器允许传动轴两侧
23、的车轮以不同的转速转动，如果传动轴某一侧的车轮打滑或者悬空时，会造成另一侧车轮完全没了动力，当EDS电子差速锁通过ABS 系统的传感器，自动探测到由于车轮打滑或悬空而产生的两侧车轮转速不同的现象时，就会通过ABS系统对打滑一侧的车轮进行制动，从而使驱动力有效地作用到非打滑侧的车轮，保证汽车平稳起步。当车辆的行驶状况恢复正常后，电子差速锁即停止作用。当汽车驱动轴的两个车轮分别在不同附着系数的路面起步时，例如一个驱动轮在干燥的柏油路面上，另一个驱动轮在冰面上，EDS电子差速锁则通过ABS系统的传感器会自动探测到左右车轮的转动速度，当由于车轮打滑而产生两侧车轮的转速不同时，EDS系统就会通过ABS系
24、统对打滑一侧的车轮进行制动，从而使驱动力有效地作用到非打滑侧的车轮，保证汽车平稳起步。3.3 XDS在国产的高尔夫GTI上我们听到了一个新名词：XDS电子差速锁。在官方网站上，厂家这样宣传它们的产品：“GTI在弯道上的出色动态平衡还得益于另一项法宝XDS车辆动态电子差速锁，内置于ESP系统内的XDS可以避免内侧驱动轮的打滑，有效改善前驱车的转向不足现象；而大尺寸的刹车盘则提供了极其优异的制动性能，为驾驶者的极致速度提供了更安全的保障”。XDS系统似乎很强大，当然厂家的宣传需要辩证的看待，况且可能还有很多人并不明白：为什么避免内侧驱动轮打滑就能避免转向不足？衡量一辆车性能优劣，除了看直线加速能力
25、外，关键还是在弯道中的表现，高性能车型如果装备的是普通差速器的话，在高速过弯时会产生很多问题。在日常行驶中，我们认为四个车轮总是紧贴地面的，左右两侧车轮的抓地力的差异基本可以忽略，差速器将动力平均分配到左右车轮。但在激烈驾驶时情况就变得复杂了。3.4 问题一：动力损失细心的驾驶者都会有这样的感觉，那就是影响车辆动态表现的一个重要因素在于所谓的重量转移。举个例子，为什么汽车的前刹车盘都比后刹车盘大？因为车辆在强力刹车时由于惯性导致车体前倾，车身大部分重量移至前轴，所以前轮的刹车力度一定要大，后轴实际上只分担了很少一部分刹车工作。同样的道理，车辆在高速转弯时会产生很大的离心力，而且转弯速度越快离心
26、力也就越大，离心力会使车身重量转移到弯外的一侧，车里成员能清楚体会到的向外甩的力量，而我们从外面看到的车身表现就是弯外侧的悬挂被压缩，而弯内侧的车轮几乎可以离地，抓地力也急剧下降。这时普通开放差速器的缺点开始暴露出来，那就是永远将扭矩平均分配到左右两半轴并且趋向于阻力较小的那一侧。具体到高速过弯中的车辆，由于内侧驱动轮阻力很小以致几乎悬空使得作用在该侧半轴上的扭矩较直线行驶时大为减小，抓地力的不足甚至可能令车轮开始出现打滑，而另一侧抓地力很大的车轮所获得的扭矩也同样小，对于驾驶者来说就等于动力的损失。这有点类似于我们做四驱系统测试时让一个车轮离地的状态：悬空的车轮疯狂空转而车辆只是停在那里勉强
27、蠕动两下，不同之处是在高速过弯中驱动轮不一定完全离地并且持续的时间非常短暂。也许有人觉得这种现象只会持续区区几秒钟，不会对操控产生什么影响，但在争分夺秒的比赛中每个弯道相差哪怕0.1秒都可能决定胜败。3.5 问题二：前驱车转向不足 现在我们来说说转向过度和转向不足。目前普遍的观点是前驱车倾向于转向不足而后驱车倾向于转向过度，这主要和前后轴的重量分配有关，大部分前驱车由于发动机和传动机构都布置在前轴之前，静态时的前后轴重分配本来就已近“头重脚轻”，弯道中重量前移使得前轴负荷进一步增大，这就很可能令前轮突破抓地极限，失去转向的作用，车身不再朝预定方向转弯而是沿着转弯弧线的切线方向推出去，就是我们平
28、时所说的“推头”。 推头对于提升过弯速度来说显然是不利的，那么能不能尽量降低转向不足的影响呢？对于前驱车来说想改变重量分布的先天不足恐怕难度比较大，可以从另一个角度入手，那就是制造一个横摆力矩。什么是横摆力矩？举个简单的例子，大家都有划过双桨的小船吧，在转向时我们会怎么做呢？如果是向左转，就要用力划右边的浆，这样就会产生一个向左的横摆力矩，船就向左转了。车辆转弯也可以采用相同的原理。有没有观察过坦克是如何拐弯的？通过两侧履带的差动，坦克甚至可以原地转圈。 回到汽车上，现在已经有了通过施加横摆力矩提升操控性的系统，最典型的有讴歌的SH-AWD系统、瀚德的第四代四轮驱动系统以及奥迪、宝马部分四驱车
29、型后轴装备的主动扭矩分配装置等等。它们都采用相同的原理，那就是在车辆转向时主动将扭矩分配到外侧的车轮从而产生向弯内的横摆力矩帮助车辆过弯。3.6 XDS电子差速锁的作用:XDS电子差速锁就是为了解决以上两个问题而出现的。说白了就是一个电子系统通过刹车模拟出来的限滑差速器。它的工作原理是当车辆极限状态时给抓地力很小的内侧驱动轮施加制动。据厂家人士称，XDS会对刹车盘施加5-15bar的制动力，1bar是每平方毫米是0.1N，折合平方厘米是10N，也就是每平方厘米1公斤出头。它的原理和一些越野车的车轮电子制动辅助类似。给打滑车轮制动这一动作会产生两个效果:1、内侧打滑车轮的阻力增大使得发动机传递更
30、多的扭矩，相当于外侧抓地力良好的车轮获得了更多扭矩，提升了车辆的弯道性能; 二、由于内侧车轮抓地力很小而外侧车轮抓地力大，所以尽管扭矩依然是平均分配，但对于车辆来说更多的扭矩通过外侧车轮作用到地面，从而产生了一个指向弯内的横摆力矩帮助车辆转弯，一定程度上抑制了转向不足。 差速锁可以看作是具有自动锁止功能的差速器。 对于有3个差速器、形式最简单的全时驱动系统，因为差速器的等扭矩作用，车辆可能会因为任何一个车轮失去附着力而陷入困境，尤其是对于那些经常通过泥泞等恶劣路况的车辆。解决的办法就是用差速锁把失去驱动力的那个轮子的半轴锁住，使该车轮对动力分配不再发生影响。可见差速锁最大的功用在于当车轮打滑时
31、保证其他的驱动轮仍然能够获得足够的驱动力。对于全时驱动车辆，车上装备有3个差速器，其4个车轮可以以各自不同的转速转动，并按照各自不同的地面附着力自动获得不同的扭矩分配，保证车辆获得良好的驱动力。对于大多数全时4驱车辆，由于装有中央差速器，当某个驱动轮打滑时，会使发动机动力全部消耗在打滑的车轮上，因此此时须手动操纵（有的只是车内的一个按键）差速锁将中央差速器壳与半轴锁紧成一体，使差速器失去差速作用，进而把扭矩转移到另外一个驱动桥上。差速锁形式多样，常见的有摩擦片式和锥形式，其效果由锁紧系数确定。锁紧系数是指两侧半轴扭矩可能相差的最大倍数K，锁住作用随输入扭矩、扭矩差值的增大而增大。现代差速锁还采
32、用电子控制形式来适应多变化的使用条件。扭矩差值的增大而增大。现代差速锁还采用电子控制形式来适应多变化的使用条件。总结本文通过对汽车底盘差速锁技术的了解与分析，知道了差速锁对汽车行驶的一个重要性。有了差速锁可以很好地提高汽车的安全性与性能性，显著提高汽车特殊路面的驱动防滑及越野能力，延长了汽车的一个使用寿命。尤其在各种差速锁中，通过对汽车车轮动力的分析，了解了电子差速锁的优点是别的差速锁比不上的。而且电子差速锁也是现在国际上最新的技术，所以如果我国对电子差速锁有较深的研究的话，就可以很好的解决与提高各种车辆在我国的这种道路条件复杂、环境条件多变和国土辽阔的情况下的一个行驶通过性与机动性。致 谢在我的毕业论文完成之际，对于给予我帮助的所有老师，同学和朋友表示深深的谢意。首先要感谢的是我的论文指导老师。老师严谨细致、认真负责的工作作风一直是我工作、学习中的榜样；循循善诱的教导思路给予我无尽的
