...驱 全时四驱与限滑差速器都是什么鬼
王白王 谭晓明 马鹏
摘要 以提升越野汽车通过性为主要目的，分析了越野汽车变传动比限滑差速器的研究现状。在介绍各种限滑差速器的基础上，说明了研究变传动比限滑差速器的重要意义。总结了国内外越野汽车变传动比限滑差速器的研究现状，针对现阶段研究所存在的问题提出了进一步的研究方向，对提升我国越野汽车通过性具有一定的参考价值。
关键词 越野汽车 变传动比限滑差速器 非圆锥齿轮
1变传动比限滑差速器概述
汽车差速器是能够使左、右（或前、后）驱动轮实现以不同转速转动的机构，功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，保证汽车驱动桥两侧车轮在行程不等时能以相应的不同转速旋转，使两侧驱动车轮与地面问作纯滚动，避免车轮产生滑转或滑移。越野汽车经常要在泥泞、松软路面甚至无路等特殊情况下行驶，将可能出现汽车驱动轮与路面之间附着条件相差过大，驱动轮的一个轮子将不能从滑动中脱出，差速器无法正常使用的情况。因此需要使用具有限滑功能的差速器，以增大锁紧系数，提升越野汽车在左、右附着系数相差较大的路面上行驶时的通过性。
限滑差速器有多种结构型式，如图1所示，限滑差速器按控制方式可分为人工式、被动控制式和主动控制式三类。人工控制式是指通过驾驶员的手动操作来改变中间差速器或半轴差速器的扭矩分配比，主要是各种手动差速锁。被动控制式分为扭矩差感应式和转速差感应式两种，分别通过感知差速器两端的扭矩差和速度差，被动地限制差速器差动。主动控制式限滑差速装置是利用外部控制实现主动限滑，它主要是利用传感器来收集汽车动态参数的信息，经控制单元处理后，发出指令使机构执行相应动作，以达到限滑目的。
现代越野汽车限滑差速器一般不使用差速锁，多使用内摩擦式、超越式、粘性联轴节、电子防滑差速系统、变传动比差速器等型式。对于内摩擦式、超越式、粘性联轴节、电子防滑差速系统等来说，尽管它们都具有一定的限滑能力，但结构复杂、成本较高且不便于维修，而变传动比限滑差速器相比较而言具有结构简单、性能可靠、使用方便等优点，许多越野汽车在驱动桥中使用的都是变传动比限滑差速器。因此总结越野汽车变传动比限滑差速器研究现状，分析其进一步的研究方向，对提升我国越野汽车的通过性具有重要意义。
2国内外研究现状
变传动比限滑差速器是利用两侧半轴轮之间周期性的传动比波动给差动运动造成一个势垒，起到限制滑动的作用。在国外，美国Timken公司于20世纪30年代开始便将变传动比差速器装到载货汽车驱动桥上。这种差速器的锁紧系数通常在1.25-1.5范围内变化，与一些自锁式差速器相比较，其锁紧系数是最小的，不能满足汽车越野行驶的需要，故至今仅用于一些普通载货汽车上作为轮间差速器使用。从外表上看，该差速器与普通圆锥行星齿轮差速器相类似，所不同的是它有较少的齿数和特殊的齿形。
在国内，对变传动比限滑差速器的研究则起步较晚，直到1990年才由西安交通大学王小椿等人提出了变传动比差速器的概念。其团队在分析圆锥齿轮差速器合理的传动比及齿面特点与形成原理的基础上，通过齿形设计和齿轮齿廓修型的方法，使圆锥齿轮副传动比能够以周节为周期在一定范围内变化，研制出了单周节变传动比限滑差速器。根据这种思想设计的差速器存在两种缺陷：一是传动比变化的周期过短，可能会出现冲击或脈动的现象：二是传动比变化幅度较小，无法达到越野汽车的要求。2001年，王小椿等人经过不断改进，终于在单周节变传动比差速器的基础上研发出了性能更加出色的三周节变传动比限滑差速器。这种差速器的行星齿轮及半轴齿轮齿形较为特殊，分为高齿和低齿，三个齿为一组，利用两半轴轮之间周期性的传动比变化给差动运动造成一个势垒。该设计显著增大了差速器的锁紧系数，改善了齿轮啮合性能，并延长了差速器的寿命。
2003年军事交通学院贾巨民教授及其团队为了克服王小椿等人设计的差速器中的缺陷，研制出了一种新的变传动比限滑差速器。这种差速器使用一种全新的非圆锥齿轮副，在行星轮整圈区间内设置其传动比变化规律，这样可以扩大其数值变化范围，从而提高差速器的锁紧系数，同时减小脉动和冲击，达到汽车越野要求，这种类型的差速器现已经使用在了我军自主研制的二代勇士越野车上。由于非圆锥齿轮设计复杂，为简化计算难度，贾巨民同时针对非圆锥齿轮副的设计提出了一种新方法：首先利用保测地曲率映射原理将球面节曲线展开成平面当量节曲线；然后依据非圆齿轮设计方法对齿形进行设计和计算，得到平面当量齿形；最后将平面当量齿形重新映射回球面，完成对非圆锥齿轮的设计，该方法通过将空间齿形设计转化为平面齿形设计，极大地简化了非圆锥齿轮副设计的难度，缺陷是这种方法是一种近似方法，存在一定程度上的原理误差，无法对设计出的非圆锥齿轮进行精加工。2012年贾巨民教授在其研制的非圆锥变传动比限滑差速器的基础上，又提出了一种改进型的变传动比限滑动差速器。该差速器行星齿轮与半轴齿轮齿数之比为1：2，传动比以行星齿轮转一圈为一个变化周期，突破了齿数与周节的限制，可以最大限度地提高传动比的变化幅值（达到土40%），增大了差速器的锁紧系数，可以显著提高车辆的越野性能。贾巨民教授设计的一系列非圆锥齿轮副差速器的主要缺陷是由于需要在非圆锥齿轮副中心打孔让驱动轴穿过，会导致齿轮副强度下降，出现断齿现象，因此这种差速器无法应用到重型越野车辆中。
3未来研究方向
通过对越野汽车变传动比限滑差速器国内外研究现状的分析，可以总结出能够实际应用的变传动比限滑差速器至少要满足传动比的变化范围要足够克服打滑的影响，传动比变化周期不能太短，差速器中的齿轮副必须具有一定的强度避免断齿，需要尽可能避免脉动和冲击等基本要求。以上几个方面现阶段研究中亟待解决的问题主要有如何进一步简化非圆锥齿轮的设计，如何提升变传动比限滑差速器齿轮副强度以适应重型越野车辆的要求避免断齿等。针对上述问题，可以分析出越野汽车变传动比限滑差速器进一步的研究方向：
一是研究提升变传动比限滑差速器非圆锥齿轮副强度的方法，满足重型越野汽车需求。提升锥齿轮副强度的一般利用齿廓修形、增大齿厚等方法改善齿面啮合性能，减少冲击与脉动，减小单位面积内轮齿承受应力等；也可以通过齿形设计，如直齿轮改为螺旋齿和弧齿，渐开线齿形改为其他曲线齿形等（例如摆线）：还可以通过重新设置齿轮副节曲线相关参数，改变相互啮合的非圆锥齿轮副的齿数之比等方法提升强度。
二是研究非圆锥齿轮副的设计与加工方法。非圆锥齿轮的设计方法复杂，计算繁琐。虽然贾巨民等学者通过保测地曲率映射将空间齿轮设计转化为了平面当量齿轮设计，夏继强等人提出一种基于球面啮合理论，在传动比关系与轴间夹角给定的情况下完成对非圆锥齿轮副的齿形设计及三维建模，但是其设计仍然繁琐，亟待进一步简化。而为了便于非圆锥齿轮副限滑差速器应用于制造更精密的越野汽车上，还应研究类似于柱齿轮磨齿精加工之类的能够让非圆锥齿轮进行精加工的方法。
三是研究新的差速器齿轮副结构形式。变传动比限滑差速器能够起到限制滑动作用的根本原因是在于具有特殊齿形的变传动比非圆锥齿轮副将促使差速器中的行星轮偏离平衡位置，而使分配到快转轮和慢转轮上的扭矩不等（快转轮上的小，慢转轮上的大），从而增大了差速器的锁紧系数，起到了防滑的作用。因此，从理论上讲能够传递相交轴变传动比，具有特殊齿形的空间齿轮副机构都能够作为变传动比限滑差速器的核心构件，不一定非要使用非圆锥齿轮副。探究其他传递空间相交轴变传动比的齿轮副机构是否能够满足越野汽车限滑差速器所要求的紧缩系数、结构强度和尺寸大小等基本要求，可能是变传动比限滑差速器取得进一步突破的关键。
上述三个方面可能是越野汽车变传动比限滑差速器未来进一步的研究方向，其研究成果将对提升我国越野汽车防滑性能，增强通过性具有重要意义。
4结语
（1）介绍了差速器的概念与分类，说明了研究越野汽车变传动比限滑差速器的重要意义。（2）详细分析了越野汽车变传动比限滑差速器国内外研究现状，总结了现阶段我国越野汽车变传动比限滑差速器研究存在的问题。（3）根据研究中存在的问题为越野汽车变传动比限滑差速器进一步的研究指明了方向，对提升我国越野汽车通过性具有一定的参考价值。
