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普拉多论坛 >  关于普拉多差速器、差速锁和LSD 以及场景分析方法

发表于 2015-04-18 02:57    IP属地:北京

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关于普拉多差速器、差速锁和LSD 以及场景分析方法
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这里会通俗谈一下 开放式差速器、差速锁、限滑差速器、电子限滑 和具体场景分析方法。
希望大家提出各种场景来分析,如果挑错请讲明原因谢谢。
[重新修改了一下,之前有概念错误,不好意思,误人子弟了。大家共同学习]
这样来理解:
1.车就4个轮子,四驱车的话,动力要分给四个轮子,每个轮子转速不可能一样,比如转弯时,前轮转速大于后轮,左右两轮转速也不一样,因此有了三个开放式差速器。开放式差速器结构不细说。

2.此时,每个差速器都通过行星齿轮组将动力一分二,也就是有一个输入和两个输出。开放式差速器具有以下特性:
- 当两个输出端的转速相同时(比如前差速器、前驱车且车子直线行驶且为独立悬挂)。两个输出端扭矩相同,各50%。分别对抗两边的阻力矩(针对前后轴差速器,那就是轮胎和地面的摩擦力矩,大于该力矩轮胎才可移动 )。扭矩超过阻力矩了,就移动。
- 当转速不同时,比如前差速器、前驱车子向右转,左前轮轮速大于右前轮,此时右轴获得的扭矩要比50%大一点点,左轴相应小一点点。扭矩差距为差速器内部行星齿轮组的摩擦阻力
转速的一边扭矩
- 当两轴阻力矩出现差异过大,比如轮胎位于光滑表面、越野时轮胎抬起、高速转弯时轮胎上悬挂所受的压力变小等状况,就会造成轮胎空转。此时系统的输入扭矩和两边输出扭矩都会降低到阻力小的那一边对应的水平,即使另一边仍有足够的抓地力。粗暴的通俗理解是,开放差速器系统发力总是会去阻力小的一边(力量大到 只要能让其中一个轮旋转起来即可),以为只要摆脱小阻力就能进行移动,殊不知另一边仍有更大的阻力,最终导致只有一个轮空转、第二轮无法克服阻力移动
- 举个例子。比如左轮地面正常阻力为10,右轮也为10,输入动力给10x2=20以上,车就走了;如果右轮下面是冰,阻力为3,那么差速器就会以为只要给3x2=6的输入动力就可以了,此时右轮得到了3,轮胎正好可以开始旋转了,左轮得到3,不足以对抗静摩擦力,右轮旋转后,动力为2.9(0.1为上述摩擦阻力),半转不转,左轮为3.1<<10,仍不能移动。动力无论如何也不会超过6。
- 因此。开放差速器的判断原则可以为,两个输出方向中哪个阻力,就按哪个来输出动力,如果有一方接近为0,那么几乎不输出动力。
3.如果是完全都是三个开放差速器组成的四驱。如果左前轮打滑空转,那么前差速器输入动力为最小;对于中差而言,由于也是开放式,因为前半部分阻力为最小,因此中差的输入动力也为最小,根本不用考虑后轴情况。因此理论上发动机按照打滑轮胎下的摩擦阻力的4倍左右提供动力,其它三个车轮分到的力根本无力对抗自身地面的静摩擦。
- 下面说锁:
4.任何差速器只要上了锁,就不是差速器了,就变成齿轮直接连接,要走一起走,此时左右端分配的扭矩一样,转速一样。以后差速锁为例,如果左右轮面对不同的路面摩擦力或者轨迹,一侧轮胎正常滚动时,另一侧轮胎和地面还会产生滑动。好处是,如果一端失去抓地力,它不会诱导输入端降低扭矩,而全部动力会分给有摩擦力的那一边。
- 因此。差速锁的判断原则可以为,两个输出方向中哪个阻力,就按哪个来输出动力,如果有一方接近为0,不care。
5.所以说,开放式差速器在抓地力正常时很舒服,极端时失效;锁在抓地力正常时不舒服,极端时不会失效。
6.如果三个差速器位置都上锁,只要有一个轮子有抓地力,全部动力都会给他。但坏处是四轮一个速度,因此只能在土地雪地泥地上跑。。。卢比肯和G都可以实现。
7.如果中差上锁,前后差开放。如果左前轮空转。先看前轴,由于前轴开放,因此前轴沦陷。但再从中差角度看,前轴已无阻力,后轴仍有阻力,那么依后轴。结论:左前轮空转,右前轮发呆,两后轮各自获得50%。
8.如果中差上锁,前差开放,后差上锁。如果左前轮空转。先看前轴,由于前轴开放,因此前轴沦陷。但再从中差角度看,前轴已无阻力,后轴仍有阻力,那么依后轴。结论:左前轮空转,右前轮发呆,两后轮连在一起,转速相同,获得全部动力。
9.如果中差上锁,前后差开放。如果左前轮空转、右后轮也空转。先看前轴,由于前轴开放,因此前轴沦陷。再看后轴,由于后轴开放,因此后轴也沦陷。但再从中差角度看,前轴已无阻力,后轴也无阻力。结论:左前轮空转,转速和右后相同,右后也空转,右前左后轮发呆。这就是27遇到理论交叉轴。
10.如果中差上锁,前差开放,后差上锁。如果左前轮空转、右后轮也空转。先看前轴,由于前轴开放,因此前轴沦陷。再看后轴,由于后轴上锁,因此后部动力都施在左后轮上。但再从中差角度看,前轴已无阻力,后轴有阻力。结论:后轴两轮轮速一样,同样左前轮也会旋转,右前轮发呆。这就是40VX顶配遇到理论交叉轴。
- 现在说限滑差速器LSD,主说前后轴间限滑。
11. 以开放差速器为基础。
12. 我们以中差为例。先小改动一下。正常情况下也就是两边转速相等时,本来扭矩是一样,但我通过简单机械设计处理,让两端扭矩有个固定比例,比如41:59。这样子车子在正常直行时,后轮获得的扭矩会大些。此时仍旧是普通的开放差速器。
13. 现在假设拐弯了,假设向右转。前轴速度快了。那么前轴这边扭矩会相应变小一点,原因是内部摩擦。
14. 此时如果我要加速,那么右前轮转速要慢于左前轮,扭矩要大于左前轮。由于车身左倾,右前轮压力降低,因此轮胎地面摩擦阻力降低,容易打滑。此时如果还要加速,那么我们要降低右前轮的动力扭矩。此时解决办法是让后轴获得更多扭矩:
a. 加一个 1号离合器片 结合后 会让前后轴速度差降低,主要是增加了差速器内部摩擦力,会直接导致加大后轴扭矩。具体方法是用该离合器限制行星齿轮的转动。
b. 加一个 2号离合器片 结合后 让输入轴和后输出轴部分结合(转速入>后),即 跳过行星齿轮组 直接把动力推送一部分给后轴。
c. 加一个 3号离合器片 结合后 让输入轴和前输出轴部分结合(转速入<前),即 跳过行星齿轮组 直接把动力从前轴一部分下来。
这样子加加减减,后轴扭矩就被补充上来了,最后前后扭矩比例为30:70,前后轴转速差仍保持正常过弯。
以上机制是通过负反馈的方式自动实现的,而不是经过电脑主动开闭。比如说行星齿轮齿轮只要转动,就会主动沿自己的转动轴移动,压迫离合器盘,从而增加自己旋转的摩擦力,如果转的不快,那么摩擦力也会减小。太阳轮和齿盘也会沿着自己的轴进行运动,压迫各自对应的离合器盘。这一些都是自动反馈的,这也是TORSEN(扭矩感应式)名称的精髓。

15.如果是减速,会有相反的机制,为前轴增加扭矩。比例是58:42。
16.同样,如果后轴打滑,针对加速、减速两种情况,会将扭矩比例进行调整。比如加速时会让前轴获得53%扭矩。

- 以上就是行星齿轮开放差速器加电控离合器片构成的LSD的原理,和传统概念的蜗轮蜗杆的托森不一样了。普拉多(参数|询价)的中差,就是个变形的开放差速器加一堆离合器片(当然还有低速挡位加锁止功能),通过 差速出现->轴向位移->内摩擦变化+摩擦片助力->扭矩分配改变 的负反馈方式自我自动调整扭矩分配。Quattro看最新的解释视频也和这款差不多,但以往的介绍资料却是普通托森的那种蜗轮蜗杆自锁的中差,这算是老款了。
- 最新的非G的纵置布局的4matic 也是行星齿轮加电控多片离合器的,但促动是靠电脑主动控制,整个反馈循环中是有电脑介入的,好处是灵活性更大,可靠性灵敏性低些。。。
- 因此,如果没有意向动作(加减速)或者电脑/系统本身 作出的反应动作,中差的差速器会老老实实地作一个开放差速器并按非对称分配扭矩,这时可靠性最高因为就是基本的机械连接,离合器都没有结合。而电脑和驾驶员会在特殊时刻控制那些离合器片进行扭矩调整,这样实现了性能和可靠性的统一,很漂亮的设计,即让物理特性主导80%的使用场景,特殊情况用复杂的闭环电控的低可靠的方法。

- 这里简短总结一下:
-- 新式托森(普拉多中差,奥迪中差):非对称固定扭矩分配的行星齿轮组 + 物理自适应接合离合器盘片组
-- 老式托森(后差,老款奥迪等中差):对称固定扭矩分配的行星齿轮组 + 基于蜗轮蜗杆的锁半轴机制
-- 4MATIC普通版/xDrive奔驰非G、宝马):非对称/对称固定扭矩分配的行星齿轮组 + 电脑促动的离合器盘片组

-- 超选II帕杰罗(参数|询价):对称固定扭矩分配的行星齿轮组 + 物理自适应的基于硅油的粘性轴联节
-- 前驱架构车型的四驱:纯电控多片离合器,无机械连接

17. 中差为LSD后,前后差开放。如果左前轮空转。先看前轴,由于前轴开放,因此前轴沦陷。但再从中差角度看,前轴已无阻力,后轴仍有阻力,但仍要依着前轴,只不过前后比例变了下,为3:7。除非这7/3=2.3倍于前轴最小摩擦阻力的力量能够将后轴两轮带动(大于后轴摩擦阻力),否则仍旧无法脱困,只能尝试上锁。
- 电子限滑A-TRC可以粗暴理解为左右轮间的LSD,具备成本低、控制灵活的特点;以前的机械轮间LSD没有上述的中差LSD复杂,但由于“一直待命”、油品要求特殊、成本、重量、性价比等原因被淘汰了,只用于高性能公路车辆中。
- A-TRC可以理解为:为差速器输出轴的一边主动人造地增加一些摩擦阻力,让冰面变成沙土或者水泥路,这样子其开放差速器的动力输入准则就会逐渐提高,直到分配给另一侧的扭矩足以摆脱另一边强大的静摩擦力。在此过程中,差速器两边输出扭矩比例永远在50%左右。
18. 普拉多4000,中差为LSD,前后差开放。如果左前轮右后轮空转。先看前轴,由于前轴开放,因此前轴沦陷。同理后轴沦陷。但再从中差角度看,前轴已无阻力,后轴也无阻力。如果踩油门,A-TRC如果启动了,会给左前右后轮施加点刹,每次刹车的瞬间,针对前轴而言,前轴最低摩擦阻力显著升高,后轴也一样。结论:左前/右后轮点刹,右前/左后轮断续用力,力的分配看电脑。
- A-TRC和低速四驱、中后锁的开关逻辑关系请参考说明书。
- 2700只要再装一个ARB后锁就够了,交叉轴也能过了。锁后差速锁后,靠一只后轮发力。中差如果上锁,该轮获得100%动力;如果不上锁,无法脱困。
- 轮子失去抓地力要不是因为悬挂形成短就是因为泥泞路滑。SUV会很大概率遇到前者,大梁车就不会。因此SUV会有更多的机会启动电子限滑,增加轮胎摩擦片的损耗。
[ 本帖最后由 swallowave 于 2015-6-22 23:22 编辑 ]

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来自 爱卡Android版 发表于 2015-04-18 13:29    IP属地:北京

引用 zxs323 于 2015-04-18 11:04:42 发表的回复
说的很详细,很有价值!有部分还没完全明白,不过大致意思猜到了,自己再琢磨琢磨。
谢谢!
夜里瞎敲的 主要给有些不明白的朋友看看

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来自 爱卡Android版 发表于 2015-04-18 14:15    IP属地:北京

引用 dedededede 于 2015-04-18 10:42:04 发表的回复
阻力越小的那边转速会越快,获得的扭矩也越大。可以认为哪边阻力小,动力就往哪里逃。
这句话是错误的
“动力”的提法也不严谨,物理只有转速、转矩、功率这样的量化数值,没有“动力”这个概念 ...
谢谢,这目的是给不了解的朋友看 强调分析方法 力求通俗 不求严谨
【参考一楼】
[ 本帖最后由 swallowave 于 2015-4-21 01:55 编辑 ]

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发表于 2015-04-18 14:36    IP属地:北京

引用 hbdsd 于 2015-4-18 14:20 发表的回复
很详细,慢慢看
当对照表用。

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发表于 2015-04-18 17:26    IP属地:北京

引用 xuser8964040 于 2015-4-18 16:42 发表的回复
楼主分析下国产27的脱困能力怎样?谢谢!
您可以定义个场景,咱们来分析。

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发表于 2015-04-18 19:22    IP属地:北京

引用 做个男人挺好 于 2015-4-18 18:19 发表的回复
通俗易懂,老卡友分享知识,精神难得,只有文字那也得给精华!!!
谢谢版主,现学现分享!
主要资料来自这里://www.docin.com/p-456454454.html (69~84页)

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来自 爱卡Android版 发表于 2015-04-20 20:26    IP属地:北京

引用 dedededede 于 2015-04-20 12:43:14 发表的回复
补充一些:
三个行星齿轮差速器差速器的全时四驱车,如果有一个轮子打滑,全车都动不了。
这种情况的外因是打滑轮子的地面附着力变的很小,分配到打滑轮的转矩转化为轮边驱动力,用来克服这个变得很小的地面附着 ......
谢谢! 我回头把前面改一下。
继续通俗地解释一下,那就是开放差速器输出轴扭矩要不左右相等,要不差异很小,而且是哪边抓地力小哪边扭矩小。
当抓地力小到一定程度之后直到零的这个区间时,输入扭矩会被反馈到降到最低。从而左右输出也会同步降低到最低值。
也就是说只要一个轮子抓地力降低过多(比如单轮在冰上),两个轮子和相应输入轴都会失去扭矩。
直到抓地力通过某种方式恢复。
[ 本帖最后由 swallowave 于 2015-4-20 20:32 编辑 ]

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发表于 2015-04-23 14:37    IP属地:未知

爱卡币+5
共获得爱卡币
您指的前轴扭矩增加的原因是什么?我假设是后轴打滑了。
顺便分析一下一个场景
0.比如车子左后是滑面。现在要起步。
1.打滑前车子输出扭矩假设为100,这100将将能让车子启动,而且四轮驱动力都能获得地面相等的反作用力,也就是车子此时此地需要100单位的反作用力才能走(这里简化了扭矩和力的单位和转换系数,由于只用于打滑/限滑前后纵向对比,因此没关系)。
2.到中差进行默认扭矩分配,前轴拿41,每个半轴20.5,不考虑各齿轮和轮胎间的半径差异,也就是每个轮胎20.5,后轴拿59,每个轮胎29.5,前后轴转速相等。四轮摩擦力/驱动力比例为20.5:20.5:29.5:29.5。
3.如果此时,左后轮地面摩擦力只能提供干燥地面的80%,即23.6,那么由于都是开放差速器,四轮对驱动力的要求都下降到80%,即16.4:16.4:23.6:23.6,总数为80,没有达到100,因此车子不动。发动机输出也减少到80%。
4.实际发生的情况是动力从0增加到80就不会增加了,再踩油门类似于挂空档。此时只有左后轮克服了静摩擦力23.6,其它三轮不能动,因此左后轮开始转动。导致左后半轴和后轴更快旋转。
5.此时后差速器和中差中的行星齿轮旋转。默认情况下,这会带来很小的扭矩差异和限滑作用,后轴/左后半轴 扭矩会相应小些。这样子四轮驱动力比例大概就是 17.4:17.4:21.6:23.6,这只是比例,由于以左后驱动力为准仍为23.6,因此四轮驱动力为:19:19:23.6:25.7,和为87.3<100。发动机多给了一些扭矩。微不足道的限滑能力。
6.开始限滑了。中差开始反应,内摩擦增加,扭矩重新分配,前后比例向53:47变化,依旧以左后23.6为准,四轮为26.6:26.6:23.6:23.6,和=100.4>100。比较巧正好能克服阻力,车子开动。发动机输出基本不会变,主要是以准备对抗的阻力来进行输出。
这已经是极限扭矩分配比例了,也就是说如果地面摩擦力再小于80%,也没有办法了。
这一系列过程中不变的就是左后轮的摩擦力,这是无法改变的,因此车子通过向前增加扭矩分配比例,从而让分母增加,导致被“骗”小的输入动力重新加大,进而前轴驱动力增加,最后达到四轮驱动力增加,争取突破启动阻力。

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来自 爱卡Android版 发表于 2015-04-24 22:02    IP属地:北京

引用 差一步的狗 于 2015-04-24 17:52:37 发表的回复
其实,后轴上如果是限滑的,就挺好的。比中间放这个强。
一般来说,分时四驱后轴是LSD的,就比较满足了。
现在都流行电子的了。
原来有种说法,后轴开放差速器打滑时,如果手刹用得好,也可以有点作用。不知道是 ...
现在只能加个后锁了
手刹,后面站人 也都是办法
其实除了长距离泥浆上坡,都可以靠技术或者选路或者惯性解决

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来自 爱卡iPhone版 发表于 2015-05-19 10:13    IP属地:北京

引用 puier 于 2015-05-19 10:08:41 发表的回复
技术贴,支持这样的探讨
欢迎高手勘误 我只不过起个头

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