汽车电子差速器技术特征分析

任小龙，刘敏杰，龙建，付贻玮

（北京电子科技职业学院，北京 100176）

汽车电子差速器技术特征分析

任小龙，刘敏杰，龙建，付贻玮

（北京电子科技职业学院，北京 100176）

文章介绍了目前越野车和SUV常见的电子差速器的结构和工作原理，将电子差速器的技术特征进行了分析，希望能对差速器故障检测与维修人员提供一定的帮助和技术支持。

电子差速器；原理；特征

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

绪论

汽车行业发展初期，法国雷诺汽车公司的创始人雷诺发明了汽车差速器，汽车差速器作为汽车必不可少的部件之一曾被汽车专家誉为“小零件大功用”[1]。汽车转弯行驶时，内外两侧车轮在同一时间内用移动不同的距离，外轮移动的距离比内轮大，差速器的作用就是将主减速器传来的动力传给左、右两半轴，并在转弯时允许左、右两半轴以不同转速旋转（差速）[2]。

普通锥齿轮式差速器转矩等量分配的特性对于汽车在良好路面上行驶是有利的，但汽 车在路况差路面上行驶却会严重影响其通过能力。当汽车一个驱动车轮接触泥泞或冰雪等附着力较小的路面时，而另一驱动车轮接触在良好路面上时，在泥泞或冰雪等路面上的车轮在原地滑转，而在良好路面上的车轮却静止不动，总驱动力往往不足以驱动汽车行驶，使汽车行驶穿越差路面的能力及通过能力受到限制。而且影响了汽车的操纵稳定性。因此一些越野汽车、高速小客车和载重汽车都装用了防滑差速器。防滑差速器能够是实现在汽车行驶过程中，根据路面情况锁止差速器，使差速器不起差速作用。

本文着重介绍了防滑差速器中的电子差速器结构、工作原理及其控制模式等技术特征进行的分析，对汽车驾驶人员来说有一定的帮助，为工程技术人员和维修人员提供一定的技术支持。

1、差速器的基本结构及作用

差速器安装位置在两个后轮之间，主要由输入轴、主动齿轮、从动齿轮、 左右大齿轮、小齿轮、小齿轮架、输出轴等组合而成如图1所示。差速器的作用让车辆转弯时候内外轮有轮速差用的，否则车辆转弯就会困难。由于差速器允许车轮以不同转速转动，所以在泥泞等路面，当一个车轮打滑时，动力全部消耗在飞快转动的打滑车轮上了，其他车轮会失去动力[3-4]。

图1 差速器结构

2、电子差速器

电子差速器除具有传统差速器的功能外还包含锁定和扭矩偏加功能，可提高牵引性能和车辆动态稳定性。电子差速器由后差速器控制模块 (RDCM) 控制。电子差速器的基本结构与差速器相似。但前者还包含锁定和扭矩偏加功能，可藉以改进牵引性能和车辆稳定性[5-6]。电子差速器的操作由RDCM（差速器控制模块）控制，RDCM 在集成悬架控制模块控制下操作电子差速器。多盘离合器包含在离合器筐格内，离合器筐格通过冠轮固定螺栓连接到差速器支架。 离合器组件的轮替盘通过键连接到离合器筐格和左侧太阳齿轮。 压盘安装在离合器组件的外端，通过键连接到离合器筐格。离合器筐格端部上的止推挡圈包含耳片，耳片穿过离合器筐格延伸到压盘上[7-8]。

2.1 电子差速器的结构

电子差速器与差速器的不同之处在于两个额外的行星齿轮，安装在差速器支架内，用于在锁定事件中通过差速器提供更大的扭矩；一个多盘离合器和执行器总成，安装在左侧太阳齿轮上；一个电机和减速齿轮箱，安装在盖子上；一个油液温度传感器，安装在盖子内。其结构如图2所示。

图2 电子差速器的结构

2.2 电子差速器的工作原理

来自驱动轴的旋转输入通过输入法兰传递到小齿轮轴和齿轮。 齿轮到冠状齿轮驱动齿轮之间的角度旋转 90 度。

经过转换的旋转运动被传递到冠状齿轮驱动齿轮，该驱动齿轮再旋转差速器外壳。 固定在外壳上的横轴也以与外壳相同的速度旋转。 安装到该轴上的行星齿轮也与该外壳一同旋转。 反过来，星形齿轮将它们的旋转运动传递到左侧和右侧的太阳齿轮，从而旋转驱动半轴。

当车辆向正前方行进时，通过差速器施加到各太阳齿轮的扭矩是相等的。 在此情况下，两个半轴以相同的速度旋转，而行星齿轮不旋转。

如果车辆正在行驶，则将通过行驶更远的行程强迫外侧齿轮以比内部齿轮更快的速度旋转。 差速器检测太阳齿轮之间的扭矩差。 行星齿轮在它们的轴上旋转，以允许外侧齿轮的旋转速度比内部齿轮更快。RDCM 在底盘控制模块(CHCM) 的控制下操作差速器锁定电机。

多片式离合器包含在离合器筐格内，离合器筐格通过冠状齿轮固定螺栓连接到差速器箱。 离合器组件的轮替盘通过键连接到离合器筐格和左侧太阳齿轮。 压盘安装在离合器组件的外端，通过键连接到离合器筐格。 离合器筐格端部上的止推挡圈包含耳片，耳片穿过离合器筐格延伸到压盘上。

执行器组件安装在离合器筐格外端上的轴承上，紧靠着止推挡圈。 执行器组件包括由五个球轴承分隔的输入和输出执行器。 盖子中的锁销插接到输出执行器中的一个槽内以防止执行器转动，但允许它轴向移动。 输入执行器与减速齿轮箱接合在一起，可相对于盖子自由转动。 球轴承安装在输入和输出执行器配合面上的弯槽内。 各槽的底面上有一个斜坡。 输入执行器的旋转迫使球轴承沿着槽内的斜坡上升，从而带动输出执行器做轴向运动。 止推挡圈和压盘将输出执行器的轴向运动传递到离合器组件。

图3 后电子差速器

电机由来自 RDCM 的 12 伏直流电驱动。差速器锁定电机是 12 V 直流 (DC) 电机。 差速器锁定电机通过减速齿轮箱和执行器总成来调节太阳齿轮多片式离合器的摩擦负荷。RDCM 通过硬接线连接控制差速器锁定电机。 通过调节多片式离合器的摩擦负荷可以调节冠轮驱动齿轮和太阳齿轮之间的锁定扭矩。

有四个螺栓将电机连接到减速齿轮箱，减速齿轮箱由两个定位销固定在盖子上，并用四个螺栓固定。 一个O形圈对电机和减速齿轮箱之间的连接部位进行密封。

差速器锁定电机还包含下列部件，藉此与 RDCM 建立联系，两个电机位置霍尔效应传感器，用于实现对电机的闭环控制。

机油温度传感器向 RDCM 传递差速器机油温度信号，防止过度使用，以免损坏多片式离合器。

2.3 后差速器控制模块

带有电子差速器的车一般具有后差速器控制模块(RDCM)。RDCM 由四个螺栓连接至后副车架后方的蓄电池壳体，如图4所示。

图4 后差速器控制模块

RDCM 接收来自后接线盒 (RJB) 的电源和来自车身控制模块/网关模块 (BCM/GWM) 总成的点火馈电。 与高速(HS) 控制器局域网 (CAN) 底盘系统总线的连接使 RDCM可与车辆上的其他系统通信。

为了使得车辆能够转弯以及在防抱死制动系统控制模块(ABS) 的控制下保持稳定，需要一定量的差速打滑。 CHCM通过车辆主要控制装置监测驾驶员的需求，并自动设置差速器的打滑扭矩。 该系统是完全自动的，不需要任何专门的驾驶员输入。

CHCM 中的差速器策略有预先加载功能，随驱动扭矩的增大而增加锁定钮矩；打滑控制器，减小锁定扭矩以获取最佳舒适度，例如泊车。

CHCM 使用的 HS CAN 底盘系统总线信息包括车轮转速、转向角、自动变速器速度、温度信息、车辆配置、轴比和模式输入。

CHCM 也通过 HS CAN 底盘系统总线发送信息，向网络上其他控制模块通报电子差速器的状态。 离合器扭矩和默认模式状态为 CHCM 发出的部分主要信号。

如果更换了 RDCM 或 CHCM，则必须将 Land Rover认可的诊断工具连接到车辆，并必须执行差速器自行校准程序。 如果更换了差速器锁定电机或电子差速器，也必须执行此程序。

如果后电子差速器、CHCM、RDCM 或所需的输入信号之一出现故障，RDCM 会记录一个错误代码。 CHCM 请求信息中心显示警告信息。 信息中心位于仪表盘 (IC) 中间。

2.4 电子差速器的控制

电子差速器的控制示意图如图5所示，其中直线是硬线连接，双绞线为高速CAN线连接，其中后差速器控制模块(RDCM) 、集成悬架控制模块 (ISCM) 、 防抱死制动系统控制模块 (ABS) 、诊断接头 和 仪表板 (IC) 是通过CAN线通信的，其他原件为硬线连接。

图5 电子差速器控制示意图

3、结论

电子差速器器特点是安全性好，不会损坏车辆但是需要需要ABS和EBD系统，因此造价昂贵。本文介绍了一种电子差速器的结构、工作原理和它控制得通信模式，对汽车驾驶人员来说有一定的帮助，为工程技术人员和维修人员提供一定的技术支持。

[1] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2011.

[2] 蔡兴旺,付晓光. 汽车构造与原理（第2版下册)[M].北京机械工业出社,2011.72.

[3] 王望予.汽车设计（第4版)[J][M].北京:机械工业出版社,2006.

[4] 王霄锋.汽车底盘设计[M].北京:清华大学出版社,2010.200.

[5] 尹唏. LSD差速器[J].汽车技术.1992.5:51-55.

[6] 侯运丰,刘雨.托森差速器的传动特性分析机械设计.2008,25(3).

[7] 任爱华,刘雍德,孙传琼，等.常互锁全时差速传动装置传动特性分析.机械传动，2007,31(2).

[8] 曲补和. No-spin防滑差速器技术分析[J].矿上机械,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

任小龙（1981.6- ）男，汉，讲师，本科。就职于北京电子科技职业学院。主要从事汽车电子、汽车故障诊断等方面的研究。

汽车传感器测量与诊断设备的设计与制作（2017Z003-008 -KXY）。