为前轮驱动研发新型差速器

作者:John Challen 点击数:1257 发布时间:2014-11-26

尽管也许永远也无法企及后轮驱动差速器的高度,然而对用于前轮驱动的电子限滑差速器的研发始终未曾中断。记者与电子限滑差速器研发领域领先企业的领导人进行了交流,受访人介绍了相关业务的研发成果和未来预期。

目前,对于汽车而言,动力强劲、性能优越和驾驶舒适度等指标很难同时达到最高要求。近期有许多汽车零部件一级供应商正在为此努力,并提出了趋近于这一目标的解决方案。然而,仍然存在一些问题(成本、封装和集成等)阻碍着这些方案变成满足制造商和消费者需求的产品。

伊顿汽车控制公司和GKN动力传动公司一直致力于对电子限滑差速器的研究,尽管这些研发存在一定的难度。GKN动力传动公司已经设计出了功能先进的电子限滑差速器(见图1)。该公司车辆集成部的经理Heinrich Huchtkoetter说道:“我们的工作取得了一些进展,但相关的研究工作依旧有很长的路要走。很难说电子限滑差速器是否会成为将来的主流趋势,这很大程度上取决于市场的选择。我们在过去的20年中一直在对此进行研究,当我们与汽车制造商的工程师交流时,起初这些人表现出了很大的兴趣,但他们也提出这项技术对于汽车制造商而言将是一套增加成本的装置。”


图1  GKN电子限滑差速器的内部结构

Heinrich Huchtkoetter表示,通常情况下当谈判进入到这个环节的时候,整车制造商的采购和规划部门就会介入,并且会表示出他们更愿意为一些实际的设备(真皮座椅等)花钱,因此电子限滑差速器的普及还需要一段时间(见图2)。他还说道:“然而,如果电子限滑差速器真的进入了汽车消费市场,驾驶员也一定会因此受益。这项技术会在减少主销倾角以及前束弹性方面具有很大的优势,正如福特公司通过RevoKnuckle技术所实现的效果。”

伊顿汽车控制公司产品战略经理Rick Kukucka对于电子限滑差速器在下一代前轮驱动汽车上的潜在作用作出了乐观的预期。“这项技术能够帮助提升汽车的动态性能,从而可以帮助建立品牌认知度,而且也能使驾驶员对电子限滑差速器进行个性化设定,”Rick Kukucka说到,“这意味着驾驶员可以选择运动模式或者舒适模式,从而改变驾乘体验,甚至在必要时产生一些在极端情况下的转向不足。”

图2  整车制造商认为电子限滑差速器的普及还需时日

“我们可以发现豪华品牌的汽车都有可供驾驶员设定的特点,包括电子辅助设备、空气悬架系统以及可变阻尼减振器等,” Rick Kukucka补充到,“我们觉得也可以通过改变电子差速器的工作状态,从而实现类似的功能。我们可以在运动模式中介入得更加激进(偏向中性转向或过度转向)的控制算法,在舒适模式下则是可以预见的转向不足特性。”

Heinrich Huchtkoetter同意其竞争对手伊顿汽车控制公司的观点,并且强调了针对性研发对车辆的动态行为会产生特定的影响。“装配有被动限滑差速器的车辆需要对车辆进行一些妥协性的调校,因为从动力学角度而言,其具有高转矩分配率(驱动转矩的左右不平均分配)的优势,但在转矩传递过程中会出现转矩的转向现象,”他说到:“但如果使用电子限滑差速锁,控制单元可以在特定的环境下将差速器的潜力发挥到极致,而在使用被动限滑差速器就足以应对的情况下,便无需触发电子系统。例如,在四驱系统里限滑差速器的粘性联轴器,会与防抱死系统(ABS)产生一些兼容性的问题,因为粘性联轴器的耦合与分离不受电信号的支配,因而粘性联轴器对于两驱动桥侧半轴的转矩分配情况不可预测,也不便于控制。”


图3  伊顿汽车控制公司预测,电子限滑差速器会在几年后实现普及

当VDI公司在2009年与伊顿汽车控制公司商讨有关电子限滑差速器业务的时候,伊顿汽车控制公司正火热朝天地研究如何将电子限滑差速器集成到驱动桥中,类似产品也被菲亚特投放于巴西市场。该系统目前仍然在使用中,但是Rick Kukucka透露,他和他的同事们正在研发新一代产品,预计会在未来2~3年内推出(见图3)。

“我们从2009年就已经意识到应该在车身稳定控制领域尽力保持世界先进水平,并着手寻找方法” Rick Kukucka说到,“我们已经做到了动力控制的提升,但类似的方法是否适合用于提升其他系统(例如可调阻尼率和转向辅助系统)的能力?另外,把上述提到的这些系统有机集成也是一项非常复杂的工作。”

Rick Kukucka表示,这些新技术不仅用于高端豪华车型,同时也在伊顿汽车控制公司的其他产品中应用。“我们在跨界车中也可以应用相同的技术,收集电子限滑差速器在越野路况下的工作性能,以便我们预见其在沙地、雪地以及正常路面上性能表现的差异。”Rick Kukucka解释道。

伊顿汽车控制公司相信,将现有的稳定控制技术充分集成以形成系统,一定可以提高差速器的性能以及车身稳定控制系统的整体性能。“通过电子限滑差速器检测到的转速差数据计算出在谋一时刻需要施加多少制动,从而实现减速以及减少动量,” Rick Kukucka评论说,“通过将各种控制算法集成,而不是编写新的程序予以覆盖和替换,我们就可以在车身稳定控制领域开拓一片新的天地。”


图4  电子限滑差速器是汽车行驶系统的辅助装置

然而,Rick Kukucka也指出,对于汽车制造商而言,还是有很多其他选择。“汽车制造商可以从高度集成化中受益,” Rick Kukucka说,“对于前驱汽车而言,内部的变速驱动桥会占据传统差速器的空间,但一些制造厂商想要使用相同的变速器,而不是为电子限滑差速器和非电子限滑差速器分别开发一套变速器产品。”在这种情况下,伊顿汽车控制公司可以设计一套附加的解决方案,即离合器和驱动电动机可以安置在驱动桥壳外面,占用四驱车分动箱的位置,但是从驱动桥内部操作差速器。

Rick Kukucka说:“对于想从我们这寻找完整成品的人而言,这套附加解决方法将为他们省去很多麻烦。在市场上有许多客户对此表示兴趣,他们将不必自行研发集成技术。他们就寻找像我们一样的供货商能够提供一个可以直接使用的成套的系统。”

尽管Heinrich Huchtkoetter承认,就封装而言,被动的限滑差速器可能更适合替代标准的变速器。然而,标准差速器在转向过度和其他动力因素方面是有所妥协的。“电子限滑差速器是行驶系统的一款扩展装置,是差速器系统的一个辅助组件(见图4),”Heinrich Huchtkoetter解释到,“对于之前我们建立的演示模型而言,我们选择了拥有标准变速器的四驱车辆,仅仅把分动器安装在了车辆后方。在这个空间内,我们集成了外部电子限滑差速锁,我相信这也是大众公司正在做的事情。”Heinrich Huchtkoetter推算,这套系统对整车质量的影响大约会增加10kg。

大众公司在最新的高尔夫GTI车款当中装备了电子限滑差速器。得益于这套设备,选装了高性能套装的高尔夫GTI的车主享受到了极具动感的驾乘体验(见图5)。大众公司为全新高尔夫GTI汽车装备的前驱型电子限滑差速器的性能与上文提到的福特福克斯RS车款上的RevoKnuckle系统表现不相上下,但性价比更为出色。


图5  高尔夫GTI买家会得益于电子限滑差速器

在汽车应用行业,电子技术正在起到愈加重要的作用,从动力控制角度而言,对于CAN总线的优化是最为关键的。“我们正在使用目前能从CAN总线上提取到的所有信号,没有这些信号,电子限滑差速锁就是一个单纯的传动设备,也就没有人会把该设备集成到车上了,” Heinrich Huchtkoetter说到,“为了实现汽车制造商提高车辆动力和稳定性的目标,如果车辆配备了电子稳定程序(ESP),我们就需要从CAN总线获取足够的信息。如果驾驶员加速通过弯道,只要避免了内侧车轮的空转,电子限滑差速器就会改善转向不足的问题,但是电子限滑差速器需要知道车辆的速度及车轮的转速。没有这些信息,电子限滑差速器就没有存在的意义,因为它会使得车辆的稳定性降低到一个无法接受的程度。”

Heinrich Huchtkoetter同时也相信,电子限滑差速器可以抵消传动系统中的转矩转向现象。“在充分了解了限滑差速锁的特性后,我们可以结合电子稳定系统,使二者共同对汽车起到稳定作用,”

Heinrich Huchtkoetter说道,“理论上讲,如果轮胎受到电子稳定系统的影响,车辆在转向时的路径就会倾向于转向不足,而电子差速锁可以辅助电子稳定系统以达到对转向的补偿效果。”