汽车后桥行星差速器设计需解决的问题

对于整车的结构体系来说，差速器只是装在两个驱动半轴之间的一个小轴承。看似微不足道，但如果没有它，两个驱动半轴之间以刚性连接，左右车轮的转速保持一致，汽车将只能直线行驶，不能转弯。自从一百年前雷诺汽车公司的创始人路易斯·雷诺发明出差速器后，它就在汽车上发挥着巨大作用。现在每辆汽车上都装有差速器。
一． 开式差速器
切诺基的开式差速器的结构，是典型的行星齿轮组结构，只不过太阳轮和外齿圈的齿数是一样的。在这套行星齿轮组里，主动轮是行星架，被动轮是两个太阳轮。通过行星齿轮组的传动特性我们知道，如果行星架作为主动轴，两个太阳轮的转速和转动方向是不确定的，甚至两个太阳轮的转动方向是相反的。
车辆直行状态下，这种差速器的特性就是，给两个半轴传递的扭矩相同。在一个驱动轮悬空情况下，如果传动轴是匀速转动，有附着力的驱动轮是没有驱动力的，如果传动轴是加速转动，有附着力的驱动轮的驱动力等于悬空车轮的角加速度和转动惯量的乘积。
车辆转弯轮胎不打滑的状态下，差速器连接的两个半轴的扭矩方向是相反的，给车辆提供向前驱动力的，只有内侧的车轮，行星架和内侧的太阳轮之间由等速传动变成了减速传动，驾驶感觉就是弯道加速比直道加速更有力。
开式差速器的优点就是在铺装路面上转行行驶的效果最好。缺点就是在一个驱动轮丧失附着力的情况下，另外一个也没有驱动力。
开式差速器的适用范围是所有铺装路面行驶的车辆，前桥驱动和后桥驱动都可以安装。
二． 限滑差速器
限滑差速器用于部分弥补开式差速器在越野路面的传动缺陷，它是在开式差速器的机构上加以改进，在差速器壳的边齿轮之间增加摩擦片，对应于行星齿轮组来讲，就是在行星架和太阳轮之间增加了摩擦片，增加太阳轮与行星架自由转动的阻力力矩。
限滑差速器提供的附加扭矩，与摩擦片传递的动力和两驱动轮的转速差有关。
在开式差速器结构上改进产生的LSD，不能做到100％的限滑，因为限滑系数越高，车辆的转向特性越差。
LSD具备开式差速器的传动特性和机械结构。优点就是提供一定的限滑力矩，缺点是转向特性变差，摩擦片寿命有限。
LSD的适用范围是铺装路面和轻度越野路面。通常用于后驱车。前驱车一般不装，因为LSD会干涉转向，限滑系数越大，转向越困难。
三． 锁止式差速器（机械锁止、电动锁止、气动锁止）
为了保证车辆在复杂的越野路况下的行驶性能，通过一定的机械结构把差速器锁死，实现两个半轴的同步转动。通过行星齿轮组分析，就是把行星齿轮组的变速机构锁死，保证行星架和太阳轮之间，以及两个太阳轮之间的传动比都是1：1。可以把太阳轮和行星架锁止，可以把行星架和行星齿轮锁死，还可以把两个太阳轮锁死。
锁止式差速器，在没有锁止的时候，其传动特性与开式差速器完全相同，在锁止的情况下，传动比被固定为1：1。
这种差速器的优点不言而喻，在越野路面提供了最大的驱动力，缺点是在差速器锁止的情况下，车辆转向极其困难；存在单车轮承受发动机100％的扭矩的可能，半轴会因为扭矩过大而变形或折断；车辆在转向的过程中，两半轴承受相反的扭矩，如果两侧轮胎的附着力都很大，会扭断半轴。另外这种差速器，在车辆行驶过程中执行锁止动作会产生比较大的噪音。
锁止式差速器具备开式差速器的所有结构和特性，在未锁止的情况下，应用范围与开式差速器相同；在锁止的情况下，只适合于低速行驶在非铺装路面，不能在铺装路面上行驶，否则会导致车辆损坏和转向失控。
这类差速器以ARB的气动锁止产品和Eaton的电动锁止产品为代表。
四． 电子差速器锁
电子差速器锁与上述的几种相比，没有改变开式差速器的结构和特性，而是利用ABS或EBD系统来执行单侧制动打滑的车轮的动作，限制两驱动轮的转速差，保证两个驱动轮都有动力。
优点：安全性好，不会损坏车辆。缺点：需要ABS和EBD系统，造价昂贵；在严酷的越野环境下，电子产品的可靠性不如机械产品；单侧车轮的驱动力，不如锁止式差速器的大。
这类差速器锁，由于成本原因，一般只应用于高档轿车和高档的SUV。
五． 自动机械锁止差速器
这类差速器的基本结构和机械锁止式差速器相同，不同的是，机械锁止差速器的锁止和解锁，完全由驾驶员人工控制；自动机械锁止式差速器则是根据路况自行锁止和解锁。它的锁止检测机构很精巧，检测量有两个，一个是差速器边齿轮和差速器壳子之间的转速差，另外一个就是差速器壳的转速。
锁止条件：差速器壳体转速不超过设定值（也就是车速低于设定值），变齿轮与差速器壳的转速差超过设定值（左右车轮的转速差太大），如果两个条件都符合，就会触发差速器的锁止，正常行驶中的转向不会引起它的锁止。整个锁止过程，车轮空转的角度差不超过360度。
解锁条件：差速器壳转速超过设定值（车速超过设定值），左右半轴的扭矩方向相反（车辆开式转向），满足两者中的任何一个，就会立即解锁。
优点：公路行驶特性与开式差速器完全相同。越野路面，与锁止式差速器特性完全相同，不会因为转向而扭断半轴，其锁止和解锁过程完全是自动的，不需要人为干预。可靠性非常高。
缺点：锁止噪音比较大，结构比机械锁止差速器复杂，每一种差速器只能适用于一种车型，不具有通用性。
适用性：可以直接替换开式差速器，前驱后驱都可以用，没有适用性方面的限制。
以Eaton公司的产品为代表的自动机械锁止差速器是最适合越野车适用的差速器，遗憾的是，没有能直接给小切用的产品。
六． PowerTrax NoSlip
我不确定它到底属于哪一类。叫的比较多的，是“无滑动动力牵引”。如果从功能上看，也可以叫“自动解锁差速器”。叫什么名字都无所谓，反正都是同一个产品。
PowerTrax NoSlip的工作原理和锁止差速器恰恰相反，这个产品设计的非常巧妙。锁止差速器工作的时候，是执行锁止操作；而PowerTrax NoSlip工作的时候，执行的是单边解锁操作。
PowerTrax NoSlip在车辆直行的时候，左右半轴通过齿轮与小齿轮轴同步转动，工作在锁止状态。当两驱动轮存在转动角度差的时候（车辆转向或者一个轮子打滑），PowerTrax NoSlip会通过它的机械机构，将一个轮子的离合器分离，取消它的动力输出。两个轮子转动角度相同的时候，离合器再结合。完成一次分离并重新结合的操作，两个车轮的角度差不小于18度。加油门的时候，分离的是转的稍快的车轮，收油门发动机制动的时候，分离的是转的稍慢的车轮。如果用于前桥驱动，车辆的转向系统会随着加减油门有失控的倾向。在附着力高的路面（土路或柏油路），如果两个驱动轮因为驱动力过大而同时打滑，则每一个车轮转动一周，与其相联的PowerTrax NoSlip离合器都会分离结合2到10次，两个车轮交替的获得分动箱输出的100％扭矩，驱动轮的动力输出状态不是连续的，而是脉动的，地面的附着力越大，两个驱动轮打滑转速越高，PowerTrax NoSlip离合器结合时的冲击力就会越大。为了承受这种高频的大扭矩冲击，制造PowerTrax NoSlip的材料强度必须特别耐冲击，所以使用的时钛合金。但原车半轴设计没有考虑这种冲击扭矩，往往承受不了。
优点：通用性好，安装简便，没有锁止式差速器的锁止噪音，在铺装路面上不会因为转向而扭断半轴。
缺点：不能用于全时四驱的前桥；在附着力比较高的平坦路面，提供的牵引力小于锁止式差速器；在高附着力路面，两个驱动轮同时打滑，对半轴的冲击力非常大，容易扭断半轴；安装PowerTrax NoSlip会导致自动档车换档冲击变大。
适用性：适合后桥驱动轻度越野和低附着力路面。不适合高附着力路面和大动力输出的场合的使用，不适合在前桥内安装（即使是4驱的切诺基，很容易断前半轴）。