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    什么是差速器和差速锁

    2015-09-05 20:32 | 来源:汽车底盘网 | 编辑:差速器原理

    “电子差速锁”“电子限滑差速器”这是同样的东西吗?竟然连身为汽车编辑的人自己都还没搞明白,而某品牌4S店里的销售大哥/大嫂也会向你描述一下他们某款前驱轿车装备了“电子差速锁”什么的,那功能更是被吹得天花乱坠,你身边也会有一些很懂车的兄弟跟你说限滑差速器或差速锁是个何等神奇的玩意儿,但是,你确定你听懂了吗? 

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      我们首先要了解一点,那就是嘴上挂着这些词儿的人,其实十个有八个压根儿没明白是怎么回事儿。而他们的错误认知,很大程度上来源于那些自己也没明白差速器是怎么回事儿的汽车编辑。各位,今儿,咱就再认真的琢磨一遍差速器的这些事儿,做个明白人,权当是让自己对汽车有个更清晰的认知,毕竟,信自己比信什么都强(别提“信春哥”,春哥不懂车…)。 

    ● 什么是差速器?

      在描述“差速锁”或是“限滑差速器”之类的概念之前,我们先要了解什么是差速器,以及它有什么样的作用。

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    『普通差速器示意图』

      如果直白的说,差速器的存在就是为了补偿左右驱动轮间(轮间差速器)或各个驱动桥间(轴间差速器)的转速差异,使车辆顺利转弯,并且能消除因为车轮滚动半径不同或路面不同起伏等因素可能造成的车轮滑动。目前轮间差速器中使用最广泛的,就是文章中图示的对称式锥齿轮差速器。

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      没有差速器会怎么样?转弯,内侧车轮滑拖,外侧车轮滑动,轮胎还有传动机构直接承受这种应力,要么轮胎磨损,要么传动轴和齿轮给你闹出个三长两短,要么失控要么翻车…如果你还是想不出来没有差速器是个什么状态,可以看看下面这个视频。

    >>为了节省您的时间,视频请从2分54秒开始观看<<

      关于差速器大致的结构和描述如果感兴趣,可以参考下面这篇文章。

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    ● 差速器的运动特性、转矩分配特性和锁紧系数的概念

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      对于对称锥齿轮差速器而言,在左右半轴相同转速的情况下,行星齿轮仅公转不自转,左右半轴得到的转矩是平均分配的。

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      而当左右半轴有一侧转速较慢时,行星齿轮在公转的同时开始沿着转速慢的一侧半轴齿轮滚动,绕行星齿轮轴开始自转,另一侧半轴则加速旋转(两半轴转速之和恒定等于两倍差速器壳体转速),由于行星齿轮的自转,其受到一个反向的摩擦力矩MT,这个摩擦力矩使行星齿轮分别对左右半轴附加作用了大小相等方向相反的两个圆周力F1和F2,在左右半轴齿轮上产生的圆周力使得左右半轴转矩分配发生变化,转动慢的一侧转矩增加。

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      到这里,我们应该明白一件事,“差速器会将动力向转速快的那一侧传递”的说法是不对的,实际上转速慢的一侧转矩反而较大。而对于“锁紧系数”这个概念,大家只要记住一点,锁紧系数越高的差速器,在两侧半轴出现转速差时,就会越多的照顾到转动较慢的半轴,让慢半拍的半轴得到越多的转矩分配。

    差速锁、防(限)滑差速器...“电子差速锁”是真的“锁”吗?

      但是,比较了解车的网友可能要问了,转矩是转速慢的一侧大, 那为什么一侧车轮打滑的时候另一侧车轮会没有动力不能脱困?这个问题提得非常好!我们接下来就讨论这个话题。 

      关键点在于上一页式子里的MT,对称锥齿轮差速器的内摩擦力矩MT通常很小,因此左右半轴转速不同时,转矩分配的程度有限,锁紧系数K值通常在0.05~0.15之间, 左右半轴转矩比(M2/M1)通常在1.1~1.4之间,所以这种差速器基本上可以认为转矩在任何情况下都是平均分配的。而这种转矩平均分配的特点,决定了这类差速器在左右车轮附着系数有明显差别时的情况。

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    『正是因为对称式锥齿轮差速器平均分配的特性,所以会出现一侧车轮空转
    而另一侧附着力良好车轮却无法前进的情况』

      因为平均分配的特性,当左右车轮处在不同附着系数的路面上时(如一侧冰雪、一侧铺装路面),低附着力路面上的车轮能够产生的驱动力矩非常小(轮端摩擦力过小,所以没有办法获得需要的反作用力),而此时对侧附着力良好的车轮也只能得到几乎同样的驱动力矩,而这样的驱动力矩没有办法使良好附着力路面上的车轮滚动前进(这和发动机动力无关,只和此时两侧车轮附着系数的落差有关),因此,即便你猛踩油门,也只能使低附着力的一侧车轮失去附着力空转,而对侧的车轮则因为驱动力矩不足而无法前进。在这样的时候,你一定会说,要是没有差速器就好了!

      这个主意非常好!基于差速器这样的特性,我们便有了“差速锁”,差速锁顾名思义,是差速器的锁止机构,用来锁止轮间差速器(左右半轴间)或者轴间差速器(前后驱动桥间),来应对单个或多个车轮失去附着力无法脱困的情况。有了差速锁,我们就能在任何一个你冒出“要是没有差速器就好了”的时刻果断的将差速器锁止,“关闭”它的差动功能。随着技术的发展,从机械控制到现在的电控差速锁(例如气动、电磁等控制方式),使用越来越便利。这类带有锁止机构的差速器被称之为“强制锁止差速器”。

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      但是强制锁止差速器只是“防滑差速器”家族当中的一个门派,它并不完美,因为不论它的控制机构怎么进化,终归还是需要人为的锁止和打开。相比较而言,隶属于“自锁式”差速器阵营中的各类机械和电子式的限(防)滑差速器在灵活性上较“差速锁”更加优异,它们依靠摩擦片结构、凸轮滑块结构或蜗轮蜗杆结构来达到较高的锁紧系数,甚至还有自锁的功能,可以不需要人为控制,利用自身结构合理分配转矩。

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      这类差速器通常拥有超过0.5的锁紧系数,一方面能够在正常行驶和转向时起到差速作用,另一方面高锁紧系数意味着,当转向、一侧车轮打滑、或者四驱车上一边驱动桥打滑时,较高的锁紧系数会使得转速低的一侧驱动转矩增大。比如在全时四驱车上,装备自锁式中央差速器的车型,在转向时后驱动桥就能够得到更多的转矩(因为后桥转向半径小于前桥),呈现倾向于后驱车的驾驶特性。

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      而我们常常说到的托森差速器(商标权属于日本JTEKT--丰田旗下企业,目前奥迪、丰田等品牌都在使用托森差速器,同时托森不仅作为中央差速器,也有用来做轮间差速器的),依靠蜗轮蜗杆传动的不可逆原理,能够在内部差动转矩较小时起差速作用,而在内部差动转矩较大时,实现自锁,使动力直接传递,不再起差速作用,更好的提升通过性,这正是所谓的“扭力感应式限滑差速器”叫法的由来。

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      另外,现在越来越主流的电控多片离合器结构的中央差速器通过电-液或电磁控制摩擦片的接合程度,配合传感器判断车辆行驶状态,能够实现主动分配转矩,提升可控性和通过性能,较传统的摩擦片式自锁差速器或粘性耦合器结构更加先进,市面上大多数前横置发动机布局的SUV使用的都是这类四驱系统(供应商主要有GKN、博格华纳、瀚德等)。

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      好了,说完了差速器,差速锁,限滑差速器,再来说说所谓的“电子差速锁”,它的中文名称看起来只和“电控差速锁”相差一字,但二者概念却有天壤之别。

      电控差速锁前面已经讲过,通常只出现在全时四驱车(用来锁止中央差速器或驱动桥轮间差速器)或者分时四驱车上(用来锁止轮间差速器),而毫无理由出现在一辆前横置发动机的前驱轿车或前驱城市SUV上,如果有人指着这样的汽车,跟你开始说“这车装备了可以锁止差速器的电控差速锁”之类的话时,你可以99.98%的不相信,然后抱着那0.02%的疑问向他咨询一下:“您这车,火星来的?”

      而那些把“电子差速锁”和“电子限滑差速器”混为一谈的人,就更加值得我们钦佩了。因为所谓的“电子差速锁”,不论它有多少种英文缩写(EDL、EDS、XDS等等),它的实质都不会变,它和之前我们提到的各种差速器、差速锁最大的差别就是,“电子差速锁”并没有一个客观存在的实体,用通俗的话说,“电子差速锁真不是东西!”它只是一项ABS/ESP系统的扩展功能而已

      换言之,即使你把汽车完全拆散,也绝对找不到一套叫做“电子差速锁(EDL、EDS或XDS)”的装置。那么,这个东西到底有什么用呢?

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      我们以前驱车转弯时的情况为例:在转弯时,由于惯性作用,车辆重心外移,地面与内侧前轮的摩擦力小于外侧,所以内侧车轮更容易打滑,一旦车轮发生打滑,此时由于差速器的平均分配转矩特性,能够施加的有效转矩便只能达到打滑车轮滑动摩擦力的力矩水平,因此有附着力的外前轮得不到足够的驱动力矩,所以车辆将会出现严重的转向不足(俗称推头),车头外甩无法转向,失去方向控制。

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      而电子差速锁,会利用轮速传感器的信息及车辆其他传感器信息对车轮的工作状态和车辆行驶状态 作出判断,当监测到内侧车轮将发生打滑或已经打滑时,制动系统能够对内侧前轮的车轮实施制动,这相当于提高了打滑车轮这一侧的附着系数,使传递到轮端的有效扭矩提升,只要这个通过制动带来的“附着系数”比外侧有附着力车轮的附着系数高,差速器就能够传递足够的驱动转矩驱动外侧车轮转动,使车辆保持方向的可控性。好了,这就是“电子差速锁”,和前面我们提到的各种“锁”以及“限滑”差速器都没有任何关系。

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    『同样的原理被很多城市SUV用来控制轮间的扭矩分配』

      虽然相比真正的限滑差速器和差速锁在性能上仍有差距,但是这仅属于ESP的附加功能,无论在成本上还是结构上都更加简单(完全没有结构嘛...),因此,“电子差速锁”的原理得到了更加广泛的应用----很多城市SUV开始利用“制动”来进行轮间的扭矩分配,帮助车辆提高公路行驶性能和通过能力。

    小结:

      希望通过这篇文章,广大车友能够对“差速器”有一个更加直接和深入的了解,再面对号称自己有限滑差速器或者什么能锁止的“差速锁”之类的销售者或者自以为非常懂的伪专家时,您能把那一堆废话和假话听得更加真切。而对于执着于改装和驾驶的狂热爱好者而言,了解各类差速器的性能,对于改装和驾驭车辆都是不可或缺的一环。

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