汽車電子差速器技術特征分析

任小龍，劉敏杰，龍建，付貽瑋

（北京電子科技職業學院，北京 100176）

汽車電子差速器技術特征分析

任小龍，劉敏杰，龍建，付貽瑋

（北京電子科技職業學院，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構和工作原理，將電子差速器的技術特征進行了分析，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

汽車行業發展初期，法國雷諾汽車公司的創始人雷諾發明了汽車差速器，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]。汽車轉彎行駛時，內外兩側車輪在同一時間內用移動不同的距離，外輪移動的距離比內輪大，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，并在轉彎時允許左、右兩半軸以不同轉速旋轉（差速）[2]。

普通錐齒輪式差速器轉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。當汽車一個驅動車輪接觸泥濘或冰雪等附著力較小的路面時，而另一驅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，而在良好路面上的車輪卻靜止不動，總驅動力往往不足以驅動汽車行駛，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在汽車行駛過程中，根據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構、工作原理及其控制模式等技術特征進行的分析，對汽車駕駛人員來說有一定的幫助，為工程技術人員和維修人員提供一定的技術支持。

1、差速器的基本結構及作用

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彎時候內外輪有輪速差用的，否則車輛轉彎就會困難。由于差速器允許車輪以不同轉速轉動，所以在泥濘等路面，當一個車輪打滑時，動力全部消耗在飛快轉動的打滑車輪上了，其他車輪會失去動力[3-4]。

圖1 差速器結構

2、電子差速器

電子差速器除具有傳統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穩定性。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構與差速器相似。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，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 電子差速器的結構

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，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行器總成，安裝在左側太陽齒輪上；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。其結構如圖2所示。

圖2 電子差速器的結構

2.2 電子差速器的工作原理

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

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

當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，而行星齒輪不旋轉。

如果車輛正在行駛，則將通過行駛更遠的行程強迫外側齒輪以比內部齒輪更快的速度旋轉。 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，以允許外側齒輪的旋轉速度比內部齒輪更快。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，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。 執行器組件包括由五個球軸承分隔的輸入和輸出執行器。 蓋子中的鎖銷插接到輸出執行器中的一個槽內以防止執行器轉動，但允許它軸向移動。 輸入執行器與減速齒輪箱接合在一起，可相對于蓋子自由轉動。 球軸承安裝在輸入和輸出執行器配合面上的彎槽內。 各槽的底面上有一個斜坡。 輸入執行器的旋轉迫使球軸承沿著槽內的斜坡上升，從而帶動輸出執行器做軸向運動。 止推擋圈和壓盤將輸出執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行器總成來調節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。 通過調節多片式離合器的摩擦負荷可以調節冠輪驅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 建立聯系，兩個電機位置霍爾效應傳感器，用于實現對電機的閉環控制。

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/網關模塊 (BCM/GWM) 總成的點火饋電。 與高速(HS) 控制器局域網 (CAN) 底盤系統總線的連接使 RDCM可與車輛上的其他系統通信。

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

CHCM 中的差速器策略有預先加載功能，隨驅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 底盤系統總線信息包括車輪轉速、轉向角、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 底盤系統總線發送信息，向網絡上其他控制模塊通報電子差速器的狀態。 離合器扭矩和默認模式狀態為 CHCM 發出的部分主要信號。

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，因此造價昂貴。本文介紹了一種電子差速器的結構、工作原理和它控制得通信模式，對汽車駕駛人員來說有一定的幫助，為工程技術人員和維修人員提供一定的技術支持。

[1] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2011.

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

[3] 王望予.汽車設計（第4版)[J][M].北京:機械工業出版社,2006.

[4] 王霄鋒.汽車底盤設計[M].北京:清華大學出版社,2010.200.

[5] 尹唏. LSD差速器[J].汽車技術.1992.5:51-55.

[6] 侯運豐,劉雨.托森差速器的傳動特性分析機械設計.2008,25(3).

[7] 任愛華,劉雍德,孫傳瓊，等.常互鎖全時差速傳動裝置傳動特性分析.機械傳動，2007,31(2).

[8] 曲補和. No-spin防滑差速器技術分析[J].礦上機械,1999,9:60-62.

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學院。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備的設計與制作（2017Z003-008 -KXY）。