表2-2列出了28种动力传动系的总成部件，下面分别介绍变速器、分动器、差速器、牵引力控制系统和轮胎等总成部件的发展概况。

2.3.1 变速器

变速器是速度和转矩的变换器，它的一般要求如下：

1）必须具有取力装置。

2）档数合理，传动比合理。

3）输入转矩合适，可靠性好。

4）输入转速合适，寿命较长。

5）节省燃料，工作效率高。

6）动力传递平稳，舒适度高。

7）操作简便，迅速有力。

8）体积小，重量轻，成本低廉等。

变速器主要分为机械变速器（Mechanical Transmission，MT）和自动变速器（Automatic Transmission，AT）。

1.机械变速器

机械变速器（MT）是应用最早、当前依然广泛使用的有级式手动机械变速装置。它体积小、重量轻、效率高（93%）、工作可靠、成本低廉。在档数和传动比选择合理的情况下，具有较好的加速能力和节油率。然而，尽管装有同步器，但其舒适度和平稳性仍旧是较低的。

机械变速器适合于各类汽车装用，当前市场占有率接近70%。

2.自动变速器

自动变速器是在手动机械变速器的基础上发展起来的。它与手动变速器相比，具有如下优点：

1）能消除驾驶人换档技术的差异性，获得最佳的动力性和经济性，使发动机和传动系在各种负载和路况下，都能以较高的效率工作。

2）能使传动比迅速转换，连续平稳，乘坐舒适；能降低传动系中的冲击载荷，提高传动系中零部件的寿命，可使传动轴的起步力矩峰值减少30%～50%，使换档力矩峰值降低60%～80%，从而使发动机寿命提高约1.5 倍，变速器寿命提高2～3 倍，其他传动系零部件寿命提高1.5～2.5倍。

3）减轻驾驶疲劳，提高行车安全，可降低行车事故1/4～1/3。

4）能提高通过性，由于速度变换快，且连续平稳，故减少了对地面的破坏作用，从而提高了车辆的抓地性能。

5）能降低油耗和减少污染。

（1）液力机械自动变速器（AT）

液力机械自动变速器是当今仍在流行的一种变速装置，它一般具有4～8 个档位。在档位之间，动力可连续传递，因此平稳性和舒适性较好，然而售价较高，燃油节省率低。该类装置适合于各种轿车和SUV汽车装用。当前市场占有率约为24%。

（2）电控机械自动变速器（AMT）

电控机械自动变速器燃油节省率最高，其效率可达82%～85%，但和MT一样，其平稳性和舒适性较差。特别当离合器磨损后，虽有自我诊断功能，但计算机也难以准确判断。该类变速器适合于微型车和厢式货车装用。当前市场占有率约为4.5%。

（3）连续变化式自动变速器（CVT）

连续变化式变速器是一个全电子控制的金属链式的无级自动变速器。它是以连续改变主从动轮半径的方式实现传动比的连续变化。下面就其适用范围、性能、发展趋势、元件作用、工作原理和关键技术等分别进行介绍。

1）优良性能。与一个4档的AT比较，CVT有如下优点：

① 传动比范围可扩大约30%。

② 可提高加速能力8%以上。

③ 可降低油耗15%以上（效率约为90%～92%）。

④ 操作优化，舒适性更好。

⑤ 可靠性高，总成寿命大于15万km，金属带寿命大于20万km。

2）适应范围。CVT变速器适用于客车、货车、越野车等各种车辆。它可与如下指标的动力源匹配：排量 3.3 L以下，功率 170 kW以下，转矩 300 N· m以下，最大功率转速6500 r/min以下。

3）发展趋势。1982年VDT—CVT正式装车使用。1983年，日本五十铃公司推出了NA-VI—5型CVT，美国伊顿公司的AMT、德国ZF公司的AutoShift也相继投入市场。此外，福特、大众、菲亚特、雷诺、日野、丰田等公司也都开展了这方面的研究，我国吉林工业大学也曾开展过这方面的研究工作。

目前CVT变速器的市场占有率只有2%，但它毕竟是变速器的一次技术革命，发展前景非常乐观。

4）元件及作用。CVT的设计基于一个盘式的无级变速器，它有一个作为驱动元件的范道恩（Van Doone）金属链式的推力带。变速器还装有一个保证平稳驱动的液力自动变矩器和一个电子液力控制总成。这个电子控制总成把发动机和变速器连接在一个CANbus（Con-troller Area Network bus）上，也就是连接到一个控制局域网络总线上，以便进行一体化管理，如图2-5和图2-6所示。

CVT的主要元件及其作用如下：

① 带有锁止离合器的液力变矩器，作为起动元件，可提高舒适性和牵引力。

② 带进气节气门的减速液力泵，可以提高工作效率。

③ 行星换档轮系，避免前驱动滚动损失。

④ 无级变速带盘。它带有30mm的V形带（BV），其传动比可大范围连续变化。

⑤ 变速器控制总成。它带有完善的电子装置，可以控制车辆离合器和换档机构的制动压力，可以控制变矩器的转矩、作用压力和无级变速器的传动比。

⑥ 改善驾驶性能的变速器电控总成。它基于驾驶人的要求和驾驶环境的识别，具有自动程序转换的运行策略，且可按用户和车辆的特殊要求提供可行的响应。

5）工作原理。早期的CVT是通过双锥体改变接触半径来实现传动比的连续改变的，后改为橡胶传动带。现今则是采用VDT-CVT钢制V形带（推力带）传动，它通过与两个锥形槽滑轮“咬合”，实现传动比的改变，如图2-5～图2-7所示。

由图2-7可知，这种变速机构主要由主动锥轮（主动带轮）、从动锥轮（从动带轮）和紧套在两轮上的钢制V形带以及调速的操纵机构组成。当主动带轮转动时，由于主从动锥轮都是一半固定在轴上，另一半可以沿着轴向移动，故不仅可利用V形带与锥轮间的摩擦力带动从动轮，传递动力，而且还可通过操纵机构改变V形带在锥轮上的位置，从而使主从动锥轮的工作半径改变，起到无级变速的作用。

传动比 i 的变化，分如下三种情况：

① i =1：此种情况作用于主、从动带轮可移动部分的轴向挤压力相等，即保持主、从动轮半径相等，即 R _主 = R _从 ， i =1∶1。

② i ＜1：在 i =1的基础上，逐步增大作用于主动带轮右侧可移动部分的轴向挤压力，而同时逐步减小作用于从动带轮左侧可移动部分的轴向挤压力。这样，传动钢带就逐渐远离输入轴而靠近输出轴，从而使半径 R _主 ＞ R _从 ，使传动比 i ＜1。

③ i ＞1：在 i =1的基础上，逐步减小作用于主动带轮右侧可移动部分的轴向挤压力，而同时逐步增大作用于从动带轮左侧可移动部分的轴向挤压力，这样传动钢带就逐步靠近输入轴而远离输出轴，从而使半径 R _主 ＜ R _从 ，使传动比 i ＞1。

总之，由电控装置逐渐改变带轮可移动部分的轴向挤压力，传动钢带就改变位置，重新保持力的平衡状态。随着钢带状态的连续缩放，传动比也就随之相应地连续地发生变化，实现平稳的无级变速。

6）关键技术。CVT的关键技术，除电控技术外，还有钢制V形带的工艺技术、带轮的工艺技术以及传输效率的保证技术等。

① V形钢带技术。

V形钢带由V形金属块和无缝钢带组成。范道恩二代标准V形推力带由大约300个V形块和10条（单边）钢带组成。金属块一块接着一块，主动轮锥面对块的摩擦力的反作用推力，依次向前一V形块传递，由此将转矩传递到从动轮，这就是推力带的工作原理。正因为V形钢带是一个高速运动的传力元件，故要求其噪声低，寿命高，所以要求先进的工艺技术保证。

② 钢带的加工工艺技术。

钢带给V形金属块施加预紧力并起支撑作用，它同时承受V形块向上的张力和围绕挂在带轮上所生之弯曲力的作用。由于每层钢带的长度不同，所以每层钢带所受的力也不同，为保证各层钢带的等寿命和可靠性，采取了如下一系列的工艺措施：

a）采用特制的钢板卷绕焊接，并进行压力冷轧。

b）用特殊机器扩胀环带，制成三组不同尺寸的钢带，对外侧的钢带预加压应力，对内侧钢带预加拉应力。

c）组成多层钢带，并沿直径方向拉伸，使其塑性变形。

③ V形块的加工技术

a）V形块经一系列的加工工序，以保证具有同样的外形尺寸。

b）V形块将侧面制成弓形，以保证与带轮紧密接触和各块应力均匀。

c）V形块应降低单块质量，且在凹部内填充弹性材料，以降低碰撞噪声。

④ 带轮的工艺技术。带轮是与V形带配合工作的，由于主、从动带轮的两部分是分别相向固定和相向移动的，带在工作过程中并不与轴完全垂直，而是略有错动，形成一个偏移量 C 。因此，制造带轮时，其V形面应向外略微弯曲，以控制 C 值在一定范围之内，保证其工作能力和寿命。

C 值的计算公式为

式中 C ——主、从动带轮的偏移量；

i ——传动比；

α ——主、从动带轮的轴心距；

β ——带轮的锥形角；

D——i =1时的工作直径， D =2 R 。

7）传输效率。CVT的总效率约为90%，但在大传动比、高速和低转矩（＜30% T _m ）下，可能低于90%，但绝不会低于86%。为提高效率，通常采用以下措施：

① 在材料和硬度上采取措施，以优化V形块与带轮的接触关系，减少变形损失。

② 在几何形状上保证 V形块与钢带的良好接触，以减少低速时钢带蠕动带来的能量损失。

③ 对左右两个环带总成进行动力平衡匹配。

④ 减少钢带数量，且在总截面不变的情况下，增加钢带宽度。

⑤ 通过减少V形块的高度减小其惯量。

⑥ 使V形面向鞍部靠近，使重心下移等。

（4）双离合器式自动变速器（DCT）

双离合器式自动变速器（DCT）是一种在AMT变速器基础上发展起来的电控变速装置，它的核心功能就在于它装有两个离合器，避免在换档时，离合器分离和接合变换瞬间的动力中断。因此，它的舒适度与AT接近，略低于CVT，其节油率远高于MT，属于兼顾平稳性和节油率的调和设计。该装置虽成本较高，技术较复杂，但综合舒适性和节油率来看，是各种变速装置最高水平的体现。

1）工作原理。双离合器变速器，顾名思义，是因为它装有两个分别与奇数档和偶数档连接的离合器。换档时，二者是一摘一接，一离一合，一个离合器处于分离状态，另一个则处于接合状态，防止了档位空置的瞬间，因此能够保证动力的连续平稳的传递，如图2-8所示。

2）结构元件。BW DualTronic系统是DCT变速器的典型结构，它具有如下二级组件：差速结构、同步系统、离合器、阻尼器、液力泵和控制组件，如图2-9所示。

① 双离合器。DCT具有两个离合器：一个与内轴相连，内轴上装有奇数档齿轮；另一个与外轴（孔轴）相连，外轴上装有偶数档齿轮。这种结构是保证平稳换档的关键。

② 扭振阻尼器。扭振阻尼器能够吸收振动能量，减小加速度，是平稳传递动力的关键部件。它分外干式和整体式两种。

外干式扭振阻尼器为直接接触，优点是换档时间变短，但因离合器片直接接触，升温快，磨损很大。

整体式扭振阻尼器性能更加优越，整体装配不仅争取了有效空间，组件联合还可以使系统简化协调。这种阻尼器惯性低，使车辆和发动机具有优良的灵敏度。而且，阻尼器特性稳定，寿命较长。

③ 液力泵。液力泵有定排量泵、二元泵和变排量泵三种。定排量泵是单级直齿转子泵，成本较低，其排量为每转14～18 cm ³ 。二元泵为双转子泵，怠速较低，效率较高。变排量泵效率最高。

④ 控制组件。液力加电子控制的 Mechatronic组件，把全部需要的控制元件集成在一起，车辆发动机和变速器仅用一个控制器，即一个CAN总线。因此，总成简化，组装完善，成本较低，可靠性高。

3）适用范围广。BW DualTronic双离合器组件适用范围较广：发动机横置、纵置；前驱、后驱或全驱；各种小客车、载货车、SUV和跑车；汽油机和柴油机；排量1.4～1.8 L，功率55～735kW，转矩150～1250N·m都能适用，都可选配。

4）性能优越。DCT变速器具有如下的优良性能：

① 燃油效能较高。

② 能使驾驶成为乐趣（响应速度、加速度、发动机与传动系解耦）。

③ 起步换档质量优良（可编程，可调整控制策略）。

④ 传动比可大范围变化，能与高转矩的TDI柴油机和高功率、高转速的汽油机匹配。

⑤ 装配紧密，重量低等。MT、AT、AMT、CVT和DCT五种变速器在舒适性和节油率上比较是：

舒适性：MT＜AMT＜DCT＜AT＜CVT。

节油率：AT=CVT＜MT＜DCT＜AMT。

也就是说，MT舒适性最差，AT节油率最低，而DCT在这两个方面都较好，如图2-10所示。

5）市场前景乐观。目前DCT变速器在全球市场的占有率很低，约为1%，参见表2-3。不过它具有相当的发展潜力。如能合理利用现有的在MT上的技术投资，那它在短期内必然走向市场，且具有较强的价格竞争力。五种变速器的价格关系是：MT＜AMT＜DCT＜AT＜CVT。

欧洲是DCT的发源地，是它的原始市场，紧跟其后的便是亚洲和北美。大众（VW）和奥迪公司已创办了他们的首个模式，BW公司的Dual Tronic技术早已进入了市场。在欧洲，各种变速器的市场占有率在当前和不久将来的情况估计见表2-3。2008年11月，BW公司与我国中发联（一汽、上汽等12家公司）决定合资研发DCT项目，重点开发双离合器模块、扭振阻尼器和控制模块。

2.3.2 分动器

所谓分动器，就是动力和转矩的分配器。从广义上讲，它是动力传动系中的转矩管理系统，在一定程度上决定着整车的动力性能。随着四驱技术的发展，分动器也有着相应的发展，形成了具有不同风格和功能的类别，匹配于不同要求的四驱车上。

分动器有如下三种分类法：

1）按起动功能分类

① 手动控制（Manually Controlled）类，通过驾驶人完成二驱和四驱的转换。

② 自动控制（Automatically Controlled）类，由机构自动实现二驱和四驱的转换。

③ 恒时四驱类，系统永久处于四驱模式。

2）按功能转换方式分类

① 主动系统（Active System）类，由计算机控制转矩分配，根据整车的运动状态提供自动的、连续可变的反应模式。

② 被动系统（Passive System）类，包括手动换档（Manual Shift）和电子换档（Electric Shift）等系统。

3）按四驱时段分类

① 分时（Part time）四驱类，有公路二驱和越野四驱（前后轴动力各为50%）之分，无公路四驱，无中央差速器。

② 全时（Full time）四驱类，有中央差速器，无二驱模式，任何路面、任何时刻都有定比转矩输至前轴。

③ 适时（Timely）四驱类，包括主动型和从动型。从动型，在正常状况下不向从动轴输出动力；主动型可在主、从动轴间自动转换动力，但大多数情况、大多数时间和大部分动力都是分配给主动轴。和全时四驱相比，其特点是没有中央差速器，其优点是能适时转换动力，其缺点是公路操控极限低。

④ 超选（Super Select）四驱类，可供选择的驱动模式比任何四驱类都要多。

下面具体介绍分时四驱分动器、全时四驱分动器、适时四驱的黏液耦合器（VC）、按需分配转矩的分动器（TOD）以及交互式转矩管理系统（ITMI）。

1.分时四驱分动器

最早的分时四驱分动器是最基本的转矩分配器。它装于两桥之间，是专为提高通过性而开发的。它的主要结构是机械装置，故可靠性较高，成本较低，因此至今仍有大量的越野车装用。

分时四驱分动器，之所以叫它分时二字，是因为装用此种分动器的汽车，其驱动工作部分时间为4×2（2WD），部分时间则为4×4（4WD）。装用分时四驱分动器的汽车，在良好路面上行驶时，一般以4×2（2WD）的模式运行，这样可以节约能耗。特别当脱开前桥离合器后，经济性会更好。当在坏路上行驶时，一般以4×4（4WD）的模式运行。由于前后轴是刚性连接的，故动力分配前后轴各为50%，附着重量利用较好，有利于越野通过性。

然而，分时四驱分动器有着先天的不足，装置它的汽车不宜在附着良好的路面上以4WD的驱动型式运行。其原因如下：

一是由于桥间采用硬轴连接，其间又未装差速器，因此它无法在良好的干燥路面（如不能打滑的公路）上高速转弯。众所周知，转弯时每个车轮在同一时间内所通过的弧线路径是不一样的，即每个车轮的转速是不一样的。左右车轮有轮间差速器调节，而前后车轮则无法统一运动矛盾。事实上，前轮转速总是高于后轮转速。这个转速差，若在附着力较低的沙石路面可以通过轮胎的打滑解决，而在良好的干燥路面则必然产生转向干涉，产生一个转向制动力，使车辆不能前进，这就是所谓的“转向制动”。

二是由于桥间的硬性连接和未装轴间差速器，在下列情况中，前后车轮必然产生转速差：转弯时、加速时、行经不平路面时、车轮滚动半径不相等时。

统一转速和协调这一矛盾的办法，就是使部分车轮在地上打滑，而另一部分车轮在地上蹭磨。打滑和蹭磨就必然造成能量损失，这就是所谓的“功率循环”。“功率循环”将增加发动机、传动系和轮胎的磨损，使燃料经济性和牵引性变坏，同时降低通过性。

分时四驱分动器可兼作副分动器之用，故一般设有一个高档和一个加力档，高档或为直接档，或为减速档。分动器的档位设置和排列为：2WD高档→4WD高档→空档→4WD低档，即2H—4H—N—4L。分时分动器的换档操作，当初皆为手动，现今可在2H和4H之间采用电磁切换。2 H和4 H之间的切换，一般可在80 km/h 的车速下自由进行，然而，当从4H切换到4L时，则必须停车，否则根本挂不上档。这是因为，2H和4H模式，动力一直是与后轴接通的，发动机转速与后轮转速是完全匹配的，此时只要没有车轮打滑，前后轮的转速都是相同的，即发动机转速与前轮转速也是匹配的，故2H和4H之间的切换完全可在行进中进行。从4H切换到4L，必须先将分动器切换到空档，切断各个车轮的动力，发动机转为怠速工况，此时行进中的车轮转速与发动机的转速是不相匹配的，加之没有同步器，因此只有停车方能切换成功。

博格华纳公司（BW-Borgwarner）的分动器技术较为成熟，是当今分动器的典型代表。图2-11所示为该公司分时分动器的典型结构。表2-4 列出了该公司的部分分时分动器的结构特点，性能参数及其装车等情况。

2.全时四驱分动器

全时四驱分动器是指车辆在全部运行时间内，在各种路面上都能以4WD的驱动模式传递动力的分动器。它在任何时刻都有定比转矩向前轴输出。

随着四驱技术的发展，单纯的越野四驱远不能满足人们的要求，人的迫切希望开发全时域和全地域的四驱车。既要提高在坏路上的通行能力，又要能在好路上获取更好的驱动力和操控能力。全时四驱分动器不仅能克服“转向制动”和“功率循环”的弊端，还能按轴荷分配的比例分配动力和转矩。

当初全时四驱车的构想，是在分动器中装置一个开式的中央差速器，这虽然能够解决前、后轴转速差的矛盾，但它不能把动力传给阻力较大的车轮。因此，这是没有实际意义的。

为了解决车轮打滑的问题，设计人员采用了如下两种方法：

① 装设中央锁止器，即在需要提高通过性时，将前后轴硬性锁联起来。具体是在前后轴之间装设摩擦钢片，当某轴车辆打滑时，电磁阀即将前后轴咬合起来，把动力平均分配给前、后轴。

② 装设差动限制器，即在开式差速器的基础上采取限滑措施。由于开放式差速器动力会自动流向阻力较小的车轮，利用这一特性，就可人为地给阻力较小的车轮施加一个阻力，迫使动力传递给没有打滑的车轮。这种差动限制器有硅油式、机械式和电子式，它们都不仅能够解决车轮打滑的问题，而且还能实现前后轴动力分配的问题。有的差动限制器能够实现0～100%的自由分配，有的限制器则能实现50∶50、45∶55、40∶60和35∶65等定比分配，具体比例主要取决于不同车型的前后轴的负荷分配。

全时分动器可以是单速的，也可以是双速的。单速轻，双速重。可根据传动系低档总传动比的需要选择。

双速全时分动器的档位排列，一般有如下两种方式：4H—N—4L锁和4H—4H锁—N—4L锁。

图2-12所示为BW公司的BW44-09型全时分动器。表2-5列出了BW公司部分全时分动器的结构特点、性能参数及装车等情况。

3.适时四驱分动器

适时四驱分动器是在适当或需要的时候向从动轴输出不同转矩的分动器。它与全时四驱分动器最大的不同在于没有中央差速器。它的最大优点是能根据车轴的附着情况适时地转换动力。从动型适时四驱系统在正常情况下不向从动轴输出转矩，如黏液耦合器（VC）；主动型的适时四驱系统则可根据一系列的信号，由电控装置主动地在轴间分配转矩，例如按需分配转矩的（TOD）、交互式转矩管理系统（ITM）和大众公司的Haldex系统等。

有人把适时四驱系统看作全时四驱，这是值得研究的。适时四驱根本不符合全时四驱的定义，例如VC装置，它在正常情况下，是不向从动轴输出动力的，只有当爬坡、急加速、行经越野路面或主动轴车轮打滑时，才能实现动力转移。

高版本的主动智能型适时分动器与全时四驱系统非常接近，具有电磁阀、湿式离合器和电控的ECU系统，且能与ABS和ESP等系统兼容，故名为“全时”。然而，它们还不是真正的全时四驱，其立足点仍然是适时四驱技术。

例如TOD分动器，它虽能根据车轮附着情况转移转矩，但在前、后车轮没有转速差的情况下，转矩也不能传递给前轴，故不能算作完全的全时四驱分动器。

又如Haldex系统，它虽能在车轮不打滑的正常情况下将约10%的动力分配给从动轴（后轴），但在大多数情况下，大部分动力仍然是分配给前轴的，后轴获得的动力极限也只不过50%，这是不利于转弯和急加速的。因为转弯时后轴驱动力有限，且是靠电控实现的，响应速度也不如机械结构。急加速时，后轮附着力更大，因此这就不尽合理，公路操控极限远不如真正的全时四驱。这种四驱系统，是随总布置的需要而开发的。由于前横置发动机能增大车内空间，但却难以布置中央差速器。

再如ITM四驱系统，车辆可以2WD的模式运行，也可以锁定为四驱模式运行。在2WD模式运行时，转矩可以在主、从动轴间实现0～100%的转换。尽管它性能非常优越，但它仍然不是具有中央差速器式的可靠的机械全时四驱系统。

（1）黏液耦合器（Viscous Couplings，VC）

黏液耦合器是一个没有传动比变化的动液传动装置，它利用硅油的动能进行动力传递。

VC既是动力的传输和分配装置，又可作为轮、轴间的限滑装置。它最早由美国公司开发，我国7407等工厂曾进行过研制。

VC的工作原理如图2-13所示。

VC的主动轴不仅与常驱动轴相连，而且与主片套装在一起。而从动轴却不仅与非常驱动轴相连，而且与VC壳体及从片固装在一起。主、从片相间安装，其间充满硅油，从而形成一个耦合器。

当车辆正常运行时，由于从动轴的反向带动，主、从动片的转速相等，方向相同。因此动力不传至从动轴。当主动轴车轮打滑时，主片转速高于从片，并搅动硅油致使升温膨胀，且黏度增大，进而排走预充的空气；当主、从动片的转速差达到 100 r/min 时，便能利用其动能传递转矩，即带动从片，进而带动从动轴车轮运转。

当从片转速不断升高，达到与主片转速相等时，便出现了所谓的“驼峰”现象。此时主、从片的转速差为零，硅油将不再运动，温度随之下降，从而保护装置不被烧毁。

从动车轴相对于主动车轴的部分运转或一体运转，这就意味着动力的转移和限滑功能的实现。

VC装置仅是一个被动系统，只能传递转矩，不能控制转矩。它的弊端是不需限滑时也会限滑，且对温度变化较为敏感。随着温度的上升，传递的转矩与转速差的关系曲线的斜率会越来越小。

（2）交互式转矩管理系统（Interactive Torque Management，ITM）

交互式转矩管理系统是美国BW公司开发的转矩传递系统和转矩控制系统。它有ITMⅠ和 ITMⅡ两个品类。其外部特征分别如图2-14 a和图2-14 b所示。

ITMⅠ适装于轴间，以实现轴间转矩交换；ITMⅡ适装于轮间，它既起轮间转矩交换的作用，还起轴间转矩交换的作用。

宝马公司已开发了ITM100、ITM200 和ITM-HP等多型产品，且已在轿车、四轮货车以及Sports Sedan和奥迪A3等车型上使用。ITM 200 可用于最大总质量3 t以下、输入转矩2000N·m以下的车辆，ITM-HP的输入转矩可达2500N·m。近期还推出了改进型的产品。

ITM的结构较为复杂，除电控系统外，机械部分主要有电磁系统、初级离合器、球凸轮系统（放大器）、反馈离合器和湿式离合器等机构，如图2-15所示。

当车辆以2WD的模式运行时，ITM不向从动轴输出转矩。此时若主动轴车轮产生滑转，那么传感器便将电信号输入电磁系统并转化为电磁力。这个电磁力作用于初级离合器后生成转矩。这个转矩不仅直接以轴向力的方式作用于湿式离合器，同时还经反馈离合器形成作用于球凸轮的附加力矩，并放大轴向力，紧紧压住湿式离合器，从而使动力流向从动轴，并实现转矩转移和防滑功能。

ITM还设有一个锁止键，当它被按下时，车辆还可以常时4WD的模式运行。

ITMⅡ是由两个ITMⅠ分装于桥体两端构成，其工作原理与ITMⅠ完全相同，不同的是功能更加全面：假如左（右）轮打滑，动力即可流向右（左）轮；若整轴打滑，动力便流向另一车轴。

ITM具有如下优点：

1）具有较强的主观能动性：它能主动连续地实现转矩的自动转换。对于转速差的敏感程度远大于其他转矩转换装置。图2-16 对比绘出了ITM与VC的传递转矩（ T ）与转速差（ n ）的关系曲线。由图可知，当转速差仅为5r/min时，ITM转移的转矩已达其峰值。

2）能增强牵引性能：ITM不仅能够传递较大的转矩，且对于细微的转速差也能及时反映。峰值转矩从20%→80%的上升时间以及从80%→20%的衰减时间均不大于100 ms。改进型的时间更短。正因如此，它才能在湿滑的路面上实现最佳的牵引性能。

3）能增强动力性能：它能识别加、减速信号，且可实现0～100%转矩的连续平稳和可变地传递，实现最佳的动力性能。高速行驶时，能减少动力传递，增强动力稳定性。

4）能增强安全性：它可与ABS、ESP、TCS等系统兼容。在ABS工作时，可迅速切断动力传递，保证ESP/TCS的最佳工作性能。

5）提高燃油经济性：它较为理想的转矩控制特性保证了燃油的合理消耗，且降低了全轮驱动系统在设计匹配上的要求。

6）增强了驾驶舒适性和灵活性：能识别转向信号，无论转向或停车都没有制动现象。

7）可靠性好：它无需保养，使用寿命可达38万km。

（3）按需分配转矩的分动器（Torqueon Demand transfer，TOD）

按需分配转矩的分动器，就是按车轮与路面的附着状况分配转矩的分动器。它可通过人工按钮实现三种工况：常时高档四驱、常时低档四驱和自动高档。

在自动高档工况下，它是一个智能系统。当主动轴打滑时，便自动将转矩转入从动轴。也就是计算机和调节离合器根据车辆的运行情况，以50次/s的转换速度主动调节四轮驱动系统，平稳地按附着条件转换转矩。该系统采用电动换档，简化运行模式选择。动力输出采用金属链传动，保证了低噪声工作。该系统能与ABS兼容。

图2-17所示为BW公司TOD分动器的典型结构，表2-6列出了该公司的六款TOD分动器，并在表中介绍了它们的结构参数、性能特点及装用车型。

（4）超选四驱分动器

超选四驱分动器具有多种可供选择的驱动模式，它弥补了上述三种分动器的不足。分时四驱，不能实现公路四驱；全时四驱，不需四驱时不经济；适时四驱，公路操控极限低。而超选四驱类的2H模式能使经济性变好；4H模式能利用公路附着条件；超选模式4HLC、4 LLC可获得传统分时四驱的通过性。图2-18所示为一种没有4 LLC超选模式的超选分动器。

2.3.3 差速器

1.定义及功用

所谓差速器，是指一个产生速度差的工具，即协调轮间或轴间运动轨迹矛盾的统一物。

轮间有了差速器，汽车就可以在驱动轴左右车轮传递动力的同时，保证车辆协调转向；轴间有了差速器，汽车就可以避免产生驱动轴的轴间功率循环等。

如果没有差速器，那么汽车是不能正常工作的。这是因为：

作为轮间：如果没有差速器，那么车辆总是趋于直线行驶。然而，车辆转弯或沿曲线行驶时，在相同时间内的行驶路径，外轮总是大于内轮。就是车辆直线行驶时，左右车轮负荷不等、胎压不等、胎面磨损不均等都可造成滚动半径不等，从而带来等时行程不等。此外，当左右车轮行经凸凹不平等路面情况和行驶阻力不等时，左右车轮的等时行程依然不等。这就必然造成轮胎的蹭磨或滑移，不仅消耗功率和燃料，而且会失去抗侧滑能力。此外还影响转向中心，有违驾驶人的转向意图，使汽车难以操控。

作为轴间：如果没有差速器，那么在多轴驱动车中，由于各轴滚动半径不等，各轴等时行程不等，从而造成功率循环，致使传动系承受附加载荷，且增加轮胎磨损和燃料消耗。

2.分类及性能指标

（1）分类

差速器因其结构形式、工作原理以及功能作用等的不同，出现了多种类别。例如有轮间差速器、轴间差速器以及同时兼管轮轴的复合式差速器。若按其作用方式不同，还可分主动式和被动式两类等。若按其功能不同，差速器主要可分为三类：

1）普通差速器（也称开式或对称锥齿轮式）。

2）限滑差速器，包括滑块凸轮式、摩擦片式、弹簧离合器式、电控式和变速比式。

3）锁止差速器：可分强制锁止式和自动锁止式。自动锁止式有：牙嵌自由轮式、球笼无齿式、机械锁杠式和轮轴复合式等。

（2）性能指标

差速器的主要性能指标是锁紧系数 K ，其定义是差速器的内摩擦力矩 T _r 与作用于差速器壳体的总力矩 T ₀ 之比，即

式中 T ₁ ——快转车轮的力矩（N·m）；

T ₂ ——慢转车轮的力矩（N·m）。

锁紧系数 K 是左右车轮力矩分配的决定因素，更是差速器功能的重要标志。 K 值的范围从理论上说为0～∞。普通式、限滑式和锁止式三类差速器的不同，就在于 K 值的不同。

普通差速器由于内摩擦较小，其锁紧系数约为0.05～0.15。

锁止差速器锁死后，内摩擦力矩 T _r =∞，故 K 值趋于∞。

限滑差速器的 K 值显然在普通差速器和锁止差速器之间。从道路附着条件来说， K 值的临界数值应是最大附着系数 φ _max 和最小附着系数 φ _min 之比，即

汽车在坏路行驶中的试验统计，驱动轮间附着系数的比值一般不超过3～4。事实上各种限滑差速器的 K 值也不是很高。

下面分析一个驱动轴分别装置着普通差速器或锁止差速器时其牵引力的变化。假设轴荷为 G ，路面附着系数分别为 φ _min 和 φ _max ，那么

普通差速器的最大牵引力为

锁止差速器的最大牵引力为

也就是说，锁止差速器相对于普通差速器，其牵引力可以增大4.5倍。普通差速器快转车轮和慢转车轮的转矩为

于是，慢转车轮和快转车轮的转矩之比为：

（3）各类差速器

1）普通差速器。普通差速器也叫开式差速器（Opening Differential）或锥齿轮对称式差速器。自从汽车正式诞生以来，就有了普通的差速器。

普通差速器的主要元件有差速器壳，壳内装有两个半轴齿轮及两个止推垫圈、两个（或四个）行星齿轮及两个（或四个）球面止推垫圈，一个一字型（或十字型）行星轮轴，如图2-19所示。

汽车的动力通过从动齿轮传至差速器壳，壳体通过行星齿轮轴推压行星齿轮，强迫它与壳体一起公转，进而带动半轴齿轮转动，并将动力平均分配给左、右车轮。

当左、右车轮所遇到的阻力不相等时，或者等时行程不相等时，两个齿轮将发生差动，行星齿轮随之发生自转，从而协调运动轨迹的矛盾。这正是差速器的功用，它使得转弯、变道及正常行驶成为可能。

然而，这种开式差速器有一个致命的弱点，就是在道路附着力较低的情况下，它不能约束车轮的空转或滑动。它可能让一个车轮空转，而另一个车轮不动，即它可能陷入泥泞、积雪或冰面。然而，普通差速器结构简单，工作平稳可靠，故它仍在一般使用条件下的汽车上广泛使用。

2）限滑差速器。所谓限滑差速器（Limited Slip Differential，LSD），就是限制车轮滑转的差速器。由式（2-2）可知，要想提高差速器的锁紧系数 K ，就要提高内摩擦力矩 T _r 。为此，大多数限滑差速器就设计成高内摩擦的差速器，例如利用凸轮表面的摩擦或摩擦片加预压弹簧等，当然也有采用变速比等其他措施的限滑差速器。限滑差速器问世于20世纪50年代，美国伊顿（Eaton）公司20世纪60年代早期开始研制限滑差速器，它的产品主要有离合器型、锥形离合器型和螺旋齿轮型等。限滑差速器相对于开式差速器的最大优点是可以限制滑转，可以提高牵引力，最多可以提高4倍。它的最大缺点是不需限滑时仍限滑，在急转弯时有阻力感，一般转弯也会感到内侧车轮在拖行。下面择其部分予以介绍：

① 滑块凸轮式限滑差速器。滑块凸轮式限滑差速器是利用滑块与凸轮表面的摩擦作用设计的。图2-20所示为一种双排滑块凸轮式差速器。

差速器的主动件是与差速器壳体连接在一起的套，套的孔中装置了两排相互交错径向排列的滑块，每排有12个滑块，两排滑块的位置相互错开15 °，滑块两端面分别与差速器的从动元件内凸轮和外凸轮接触，内凸轮与左半轴用花键联接，外凸轮与右半轴用花键联接。滑块在孔中可以作自由的径向滑动。内凸轮上有两排相互交错成30 °的凸轮齿，每排有六个凸轮齿。外凸轮只有一排凸轮齿，齿数也是六。理论上凸轮轮廓面应是阿基米德螺线，但为使凸轮轮廓面加工简单，实际上用圆弧曲线代替。另外主动套上装有内外卡环，以防止滑块从套的孔中脱出。用双排滑块可以减少传递力矩的脉动。当一排滑块传递力矩时，另一排滑块处于不传递力矩的位置。

驱动力由壳体传至套笼，套笼通过滑块带动内、外凸轮。外凸轮带动右半轴，内凸轮带动左半轴并一起转动。当左右半轴出现速度差时，滑块两端面与内外凸轮表面的摩擦就阻碍左右半轴的滑动。

凸轮式差速器的锁紧系数与凸轮表面的摩擦系数和斜面角 α 有关。当 α =35 °时， K ≈0.3。减少 α ， K 值将增加，也将增加摩擦面上的接触应力。

通过试验了解到，采用凸轮式差速器的汽车行驶在光滑路面上时，如果其中一个附着系数较小的驱动轮打滑时，那么汽车挂钩上的牵引力约比采用齿轮差速器的大1倍。

凸轮式差速器提高了汽车的通过性，同时能保证转弯时车轮滚动而无滑动，外廓尺寸也不比齿轮差速器大。然而其结构比较复杂，在零件材料、加工成形、热处理、化学处理等方面均有较高的技术要求。

② 摩擦片式限滑差速器。摩擦片式限滑差速器是利用主、从动摩擦片的摩擦来实现其限滑功能的。它是在普通差速器的基础上改进变型而成的，如图2-21所示。

由图2-21可知，在半轴齿轮与壳体之间装有摩擦片，摩擦片有主、从动之分，它和压盘一起装于半轴齿轮的背面。压盘和从动摩擦片有内花键与半轴齿轮上花键连接，主动摩擦片有外花键与差速器壳相连接。压盘和主从动摩擦片可以做微小的轴向移动。

行星齿轮十字轴的端部均制成V形面，与之相配的差速器壳孔上也是V形面，两个行星轮轴的V形面是反方向安装的。

当汽车直线行驶时，两半轴无转速差，传给差速器壳的转矩在两根半轴上平均分配。当传递转矩时，由于差速器壳通过斜面对行星齿轮轴两端压紧，行星轮轴略作偏移，轴向力迫使一根轴往右移动，另一根轴往左移动，通过行星轮使压盘把摩擦片压紧，两个行星轮轴分别压紧各对应的摩擦片。

当汽车转弯或一个车轮在路面上滑转时，左半轴齿轮和右半轴齿轮的转速是不相等的。由于转速差的存在和轴向力的作用，主、从动摩擦片间出现滑转同时产生摩擦力矩。这个力矩的大小与差速器传递给车轮的力矩成正比。在快转半轴的一边，摩擦力矩与驱动力矩的方向相反。而慢转半轴一边，摩擦力矩与驱动力矩的方向相同。一般总是认为作用在行星轮轴上的力是均匀的，左右摩擦力矩的绝对值是相等的。而实际上，如行星轮轴的相互垂直度、差速器孔的位置精度、两边摩擦片厚度均等性等都使行星轮轴上的载荷不均匀，从而影响差速器性能。因此在上述机构中个别零件要求有较高的加工精度，如设计合理，则锁紧系数 K 可达0.6左右，有利于提高汽车的通过性，并有结构简单、工作平稳等优点。

③ 弹簧离合器式限滑差速器。弹簧离合器式限滑差速器是美国克里夫兰市伊顿公司的产品。这种差速器是在开式差速器的基础上增加了离合器组和弹簧组。离合器组有两个离合器，分别装于两个半轴齿轮的外侧。每个离合器皆由一组摩擦片和一组带耳限滑片组成，二者相间安装。摩擦片通过花键装于半轴齿轮上，限滑片通过两个耳板装于差速器壳体的耳板槽中，如图2-22所示。

弹簧组由四个预载压缩螺簧和两个预载簧片组成，并装于两个半轴齿轮之间。螺簧在1765 N预压力的作用下，摩擦片和限滑片被压紧在一起，且使壳体和两个半轴齿轮构成一体。

当车辆正常行驶时，转矩通过壳体、限滑片、摩擦片和两个半轴齿轮，平均传至左、右车轮。当车辆行经打滑路面且一侧车轮的打滑力矩小于摩擦力矩时，两侧车轮依然一起转动。但只有在打滑力矩克服弹簧预压力和半轴齿轮的轴向反推力的合力后，差动和滑转才可出现。

该式差速器是一个不完全锁死的中性设计。它能限滑，但不锁死；它能转弯，但不需限滑时也限滑，故不适于转向轴使用。它的最大限滑程度取决于弹簧和离合器的强度，其最大牵引力可达2648 N，约为同级开式差速器的4倍。该装置不需保养、耐久性好、寿命长、稳定性和安全性好。

伊顿限滑差速器有如下三个特点：

a）渗碳摩擦片耐磨性好，寿命高，极不容易产生震颤声。

b）螺旋弹簧行程大，离合器的磨损对性能影响不大。

c）锻造齿轮不仅成本低，且其强度是切割齿轮的2倍。

④ 电控式限滑差速器。电控式限滑差速器（Electronic Limited Slip Differential，ELSD）是美国BW公司开发的一种新式的限滑装置。除了电控系统外，其机械部分依然有半轴齿轮和行星齿轮。它和普通差速器的不同在于添加了一个离合器单元和一个球凸轮机构以及一个直流电动机带动的蜗轮蜗杆副，如图2-23所示。

ELSD差速器是将车轮转速差的电信号转化为凸轮机构的轴向力作用于离合器而转移转矩的。它是一个主动系统，能自动提供限滑性能，控制转矩传递，增强车辆动力。它的最大输入转矩可达2000N·m。转矩转换较快，从10%→90%的上升时间和从90%→10%的下降时间均小于100ms，其制动力矩小于50N·m。特别是它能提供令人满意的牵引力性能和操纵性能，其转弯效应优良。不过该装置开发周期长，成本较高。

⑤ 变传动比限滑差速器。变传动比限滑差速器就是行星轮与左右半轴齿轮的力臂比随其转角变化而变化的差速器。它与开式差速器较为相似，不同的只是齿形特殊而已。

设计者将行星轮与半轴齿轮的共轭轨迹设计成具有一个谷底和一个峰顶，它不仅能使传动比随转角的变化而连续变化，且使其具有一个势能最小点（势阱）和一个势能最大点（势垒）。传动比可做周期性的变化，从谷底到峰顶就是一个周期。

传动比的变化必将造成势能的变化。当左右半轴齿轮的转矩差大于传动比的势垒与摩擦力矩之和时，齿轮便越过峰顶而连续差动运转，否则只能在一个周期内摆动。

20世纪初，美国Timken公司和德国ZF公司就开展了对这种差速器的研究，并开发了相应的产品。我国西安交通大学也于20世纪80年代末开展了相应的课题研究，并获得了高性能变传动比的专利（专利号891001026）。

图2-24所示为美国Timken式变传动比差速器的工作原理。

由图2-24可知，当力臂 L ₁ = L ₂ 时，左右半轴没有转速差；当左右半轴出现转速差，且 L ₁ ＞ L ₂ 时，右半轴传递力矩较大；若 L ₁ ＜ L ₂ 时，左半轴传递力矩较大，这就是该式差速器的限滑功能。

也就是说，当汽车直线行驶且左右驱动轮附着相同转速相等时，行星轮没有自转，左、右车轮驱动转矩相等；当某侧车轮打滑时，行星轮便发生自转，改变传动比，将较大的力矩传给另一侧车轮。然而，当某一驱动轮完全失去附着时，此差速器便与开式差速器没有什么区别。当行星轮不断自转时，其传动比和传给左、右车轮的力矩都将做周期性的变化。

变传动比差速器的优点是结构简单、工作稳定、性能可靠，且能在车辆转弯时始终保持两侧车轮上的牵引力为正值，从而降低轮胎磨损。

一般变传动比差速器的缺点：一是传动比的变化范围较小，锁紧系数只有1.25～1.50，比其他限滑差速器的都要低，远不能满足越野车的需要，故只能在载货汽车上作为轮间差速器使用；二是从势阱到势垒的周节较小，周期较短，脉动与冲击较大。

为此，我国内还曾有人提出改变齿形、延长周期、增大传动比的变化范围、提高锁紧系数和限滑功能。图2-25所示为一种齿形构思以及正常工况和车轮打滑时的工作原理。

3）锁止差速器

① 强制锁止差速器。强制锁止差速器就是驾驶人通过按钮将左、右半轴锁为一体的差速器。它通常在开式差速器的基础上加装差速锁而成，如图2-26所示。

当一个车轮打滑时，用差速锁将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用。汽车两驱动轮可以传递由附着力所决定的全部力矩。另外，只能在困难行驶条件下，当一轮处于附着力较小的路面时使用差速锁。如果左、右车轮都处于附着系数较小的路面，虽锁住差速器，而驱动力仍然超过车轮与道路间的附着力，则汽车也无法行驶。差速锁通常是在车辆已被陷住后方被接合，此时车辆已失去惯性，已错过摆脱困境的最佳时机。值得注意的是，在好路上使用差速锁或者在坏路上使用差速锁后，必须及时摘除，特别是使用差速锁后不摘除便转弯是不允许的，它不仅会使轮胎严重磨损，甚至造成机件损坏或翻车事故。

强制锁止差速器可充分利用原有的差速器结构，结构简单，操作方便。目前许多使用范围比较广的重型货车上都装用了差速锁。图2-26 所示为一种电控气动式差速器，它由气动活塞操纵，并用电磁控制阀控制。当按电钮挂上差速锁后，驾驶室仪表板上即亮起红色信号灯，以提醒驾驶人注意，当汽车驶入好路后应及时摘掉差速锁。

② 自动锁止差速器

a）牙嵌自由轮式自锁差速器。牙嵌自由轮式自锁差速器是一种可以完全锁死，且能保证左、右车轮单独运动的自动锁止差速器，如图2-27所示。

装有这种差速器的汽车行驶在不平地段时，即使一个车轮完全不与路面接触，仍可保证另一个车轮的独立传动，这就是比高摩擦差速器优越的地方。如当汽车左转弯时，差速器能自动地将外边驱动轮的半轴与差速器分开，此时汽车就只由内边驱动轮驱动，但如果传至内边车轮的驱动力矩大于附着力矩时，便会使车轮打滑。

当拖带挂车的汽车转弯时，外边驱动轮的传动分开，而内边驱动轮上的牵引力与挂钩上的拉力形成一个阻碍转弯的力矩而使转弯困难。由此可见，将外边车轮的传动完全分开是牙嵌式差速器的一个缺点。

此外，在牙嵌式差速器中，由于左、右车轮的转矩传递时断时续，难免会引起车轮传动装置中载荷的不均匀性。车轮的单边驱动必然要增加半轴的强度。

牙嵌式差速器工作可靠，使用寿命长，锁紧性能稳定，而且制造加工也不复杂。

b）锁杠式自锁差速器。锁杠式自锁差速器是机械锁止差速器（Mechanical Locking Dif-ferential，MLD）的典型代表。它是美国伊顿（Eaton）公司的系列产品之一，是一种基本锁死的差速器，适合装于轮间（包括转向车轴），如图2-28所示。

锁杠式自锁差速器是一种性能优良、工艺成熟、产量最大的适装于轻型越野车的自锁差速器。目前的年产量已达160万套，它除与SUV等各种轻型越野车配套外，还是美军HMM-WV系列车型的标准配置。我国也有一些车辆装用。

锁杠式自锁差速器的具体零件如图2-29所示。

由图2-29可知，两个半轴齿轮的外侧各装有一个离合器，法兰端半轴齿轮背和离合器凸轮板构成一幅大斜面的相互咬合的凸轮组。离合器凸轮板的周缘是一个大齿圈，它与装于中部的锁控器的大小齿棍啮合。锁控器上还装有一个飞重式的棘爪。靠近锁控器且与其平行的锁杠，固装于罩体之上。

当车辆正常运行时，两半轴齿轮与壳体一起运转。当某一车轮打滑时，两半轴齿轮便产生了转速差，从而带动锁控器及其飞重棘爪运转。当转速差达到100r/min，将使飞重机构打开并抓住杠架；停下来的飞重将触发自激离合系统，引起凸轮板斜面顶住半轴齿轮；斜面高度逐渐增加，直至左右半轴齿轮以相同速度旋转（全锁），从而防止打滑；当车辆脱离困境时，机构能自动解锁，恢复正常运行。当车速超过30 km/h后，杠架摆脱控制器，装置失去作用，从而保证了高速行驶的安全性。

该式差速器有如下优点：

● 能自动锁止，及时解除。

● 无需保养，寿命较高。

● 当限则限，自由转向。

● 能与ABS及牵引系统、稳定系统兼容。

● 在打滑的情况下，亦能获得较高的牵引力。例如在一轮滑转情况下的牵引钩拉力对比试验中，开式差速器所获得的牵引力为667 N，LSD为1569 N，而该式差速器为2697 N。即约为限滑差速器的1.7倍，约为开式差速器的4倍。

该式差速器闭锁稍欠平稳，半轴载荷略高，然而这并不影响使用。假如 T _s 和 T _f 分别为慢转车轮及快转车轮的转矩，那么锁紧系数 K = T _s / T _f 。当闭锁后， K →∞。此时，若设 G 为车轮载荷， φ _m 为最大附着系数，那么半轴所承受的最大载荷 F _m ≤ φ _m G ，故不会明显过载。

c）无齿式自锁差速器。无齿式自锁差速器就是利用球轴承在轨道中的凸轮作用来传递动力的差速器，如图2-30所示。

本差速器有三个主要元件：驱动笼1，右轴2和左轴3。驱动笼系管形，环绕笼的表面有8个纵槽4、5，它们互成45°角排列。槽4、5交错排列：4与右端的内外轨道对准，5与左端的内外轨道对准。

右轴有一个较大端部，其上有一对交叉的轨道6和7，它们每隔90 °就改变方向，先分后合，循环相连，准确地装于主动笼内。

左轴有一个管状端部8，其直径稍大于右轴端部，它有一对内部平行轨道9和10。两条轨道每隔90 °就改变路径。正如相对于轨道6和7那样。端部8有通道11，它从表面延伸到轨道9和10，钢球12可从此通道放入。当驱动笼的每个槽中都放入一个球后，通道使用塞子13封闭。

当汽车在良好路上正常运行时，主动笼通过槽迫使球轴承产生凸轮作用并带动左右轴和笼一体运转。

当车辆转弯和左右车轮运行路径不等而出现差动时，一个正向驱动力依然施加于两轮。因为当驱动笼在任一方向出现移动，槽将推动球轴承与轨道进入凸轮关系，并立刻强迫它碰触凸轮表面，从而发挥常驱动效果而不致打滑。这就是无齿差速器的自动锁止作用。

d）复合式自锁差速器。复合式自锁差速器就是同时具有轮间防滑和轴间防滑功能的自锁差速器。

这种差速器是我国湖北汽车工业学院的伍德荣教授发明的，曾装在一辆三轴越野车上做过相关试验，效果较好。从结构上说，这种差速器和牙嵌式差速器相似，即在其基础上增加限位滑块、滑套及换档拨叉，并通过操纵系统将各驱动桥差速器的中心环相互联系起来，使之同步动作。

该差速器的设计思想如下：若在全轮驱动汽车的每一个车轮和它的驱动轴之间装一个自由轮，那么就可将差速器取消而不影响它原有的轮间差速作用，并且还进一步兼有轴间差速及自锁防滑功能。其轮轴间的复合差速作用是通过允许快转车轮自由超速旋转而实现的。然而自由轮只能单向传递转矩，所以这种汽车不能倒车，也不能实现发动机制动。假若另外安装一组传递反向转矩的自由轮系，并使之有选择地使传动轴分别与其中的一组相连接，便可通过换位操作，使汽车分别处于前进、倒退和制动的不同工况之中。

图2-31所示为这种差速系统的一个具体结构。由图可知，在大齿盘上装有两组方向不同的限位滑块2和3，用以分别使中心环4相对于大齿盘固定在两个特定的位置上。差速器的外圆柱面上装有滑套5，它可沿轴向自由滑动，但不能相对转动。当滑套沿轴滑动时，释放一组滑块而压下另一组滑块。滑套的轴向位置是由气动拨叉控制的。图上位置表明限位滑块2被压下，限位滑块3被释放。此时，中心环相对于大齿盘的位置被固定。大齿盘、中心环、左右半轴离合套6等零件与牙嵌齿的啮合关系如图2-32 所示。由于大齿盘与中心环相对固定，二者可视为一体。在这种情况下，大齿盘及中心环就分别与左右半轴离合套组成两个可传递发动机转矩的正向自由轮系统。齿面A系传力面，齿面 B不起作用。此时只要不移动滑套，中心环的相对位置就不会改变。

此时，若左右车轮之一或二者同时超越大齿盘快速旋转，那么与其固定为一体的中心环的斜齿面的作用，会使超速的半（轴）离合器沿斜齿面（图2-32中箭头所示方向）分离出去，实现自由超越旋转，从而也就实现了轮间（在仅有一边车轮分离时）或轴间（在两边车轮同时分离时）的复合差速作用。

当汽车需要倒退时，或者在汽车前进中需要实现发动机制动时，必须及时地将差速器转变为反向的自由轮系统。此时，可通过气动操控系统，将滑套沿轴向移至另一端，释放限位滑块2，压下限位滑块3（图2-31）。于是中心环相对于大齿盘被固定在另一位置上。牙嵌齿的啮合关系如图2-33所示。这时的差速器成为反向自由轮系统，齿面A不起作用，齿面B为传力面，它传递的是倒车力矩或制动力矩。

在利用发动机制动行驶的过程中，若发生轴间或轮间的转速差，慢转车轮与中心环将发生相对运动，从而分离出去滞后旋转实现差速作用。

因此，只要将各个驱动桥差速器的中心环都固定在其大齿盘相同的对应位置上，则全部的半轴离合套都与它们的大齿盘构成相同方向的自由轮。整个多轴汽车的差速系统就能同时实现轮间及轴间的复合差速作用。

为使差速器的正、反自由轮工作状态能随汽车的行驶工况（如转弯）而自动变化，除气动操控系统外，也可采用电磁阀控制等不同方案。

复合式自锁差速器具有如下功能：

① 各个驱动桥上的轮间差速。

② 全部驱动桥之间的轴间差速。

③ 自动锁止及防滑功能。

④ 全时制全轮驱动系统，转向桥可经常保持在驱动接合状态，既简化了驾驶操作，也提高了通过能力。

⑤ 兼有自由滑行和发动机的制动功能，可按照驾驶人的意愿，以两种不同的模式工作：

● 当加速踏板全放松时，系统自动切断全部驱动车轮与传动轴之间的连接，消除发动机的制动作用，保证汽车能在变速器不摘档的情况下自由滑行。

● 与传统模式相同，在节气门全关时，不切断传动轴与车轮间的连接，保持发动机的制动作用。

试验证明：前一种模式比后一种模式节油25%。

2.3.4 牵引力控制系统

牵引力控制系统（Traction Control System，TCS）也叫循迹控制系统，是根据各车轮的转速及驾驶人的转向意图自动控制驱动力的系统。它的使命是保证汽车在各种行驶工况下都能获得最佳的牵引力，保证汽车的行驶稳定性。

牵引力控制系统是为解决如下问题而设计的：

1）汽车在起步加速时，需要足够的驱动力。要提高驱动力就得加大节气门（油门），提高加速强度。但过大的加速强度，就有可能破坏轮胎与地面的附着而失去牵引力。特别是在冰雪等光滑的路面上：如果是前驱动轮，可能使车辆失控，导致车辆向一侧偏移；如果是后驱动轮，有可能使车辆甩尾。TCS能自动地控制牵引力，使轮胎的滑动量处于合理的范围之内，从而保证汽车的行驶稳定性。

2）汽车在制动减速时，需要提供较大的制动力。制动力不仅取决于制动强度，也取决于轮胎与地面的附着状况。在光滑路面制动时车轮最易打滑，乃至使车辆失控。如何才能充分利用地面的附着条件，既能获取最大的制动力，又不致使车辆失控呢？这就要靠TCS。

3）汽车在转弯行驶时需要足够的侧向力，节气门的开度就可能过大，进而使驱动轮打滑，破坏侧向力。此外，前驱动轮打滑，汽车还将出现“不足转向”趋势，转弯半径变大，使汽车沿着较大的圆弧运动，违背驾驶人的意志；后驱动轮打滑，汽车将出现“过多转向”趋势，转弯半径变小，使汽车沿着较小的圆弧运动，违背驾驶人的意愿，严重时还可能导致翻车。谁来掌控既能高速转弯又能满足驾驶人的要求呢？这仍然要靠TCS。

TCS是如何控制牵引力的呢？这是因为它装有一台计算机。计算机依靠电子传感器随时检测四个车轮的转速以及转向盘转角等参数，并根据所检测的参数，采取调节点火时间、减小加速踏板行程和节气门开度、降低变速器档位或制动车轮等措施，以降低驱动力，防止车轮打滑，提高行驶安全性。汽车起步时，TCS检测驱动轮的滑转率。如果滑转率过大，便指令降低发动机的功率，从而降低滑转率，保证轮胎与地面的附着，并降低轮胎磨损。

汽车加速时，如果检测到驱动轮的转速高于从动轮的转速（这是打滑的特征），计算机便立即指令改变点火时间，减少动力输出。或者利用兼容的ABS发出制动指令，使车轮停转；如果打滑很严重，则减少供油量，从而降低驱动力。一般说来，低速打滑采取制动措施，高速打滑采取降低发动机转速或降低变速器档位等措施。

汽车转弯时，由转向盘的转角传感器便可知驾驶人的转向意图，而转速传感器又能随时提供左右车轮的转速差，对照二者便可判明汽车的转向特性，判明偏离驾驶人意志的程度，并立即发出指令降低驱动力，实现转向意图。

TCS不是万能的，其作用是有限的，在某些情况下，它还有可能违背驾驶人的意图。例如熟练驾驶人驾驶后轮驱动车转弯时，为了减小转弯半径，往往加大节气门转弯，以便利用后驱动轮的过多转向趋势，调整汽车在转弯中的状态。然而，TCS却不让后驱动轮打滑，只能“抗命”地以较大的半径转弯。

TCS与ABS相似而又不相同。TCS在于控制驱动轮打滑，而ABS则是使被制动的车轮处于抱死的边缘。

与TCS功能相近的还有如下系统：

① TRC—多装于丰田等日系车上。

② ATC—自动牵引力控制（Automatic Traction Control）。

③ ASR—驱动防滑系统（Acceleration Slip Regulation），多装于大众等德系车上。

2.3.5 安全轮胎

轮胎是车轮的重要组成部分，车轮在汽车动力传动系中占有极其重要的地位，它是汽车与地面发生关系的唯一部件。轮胎不仅要承受 Z 方向的垂直载荷和地面冲击，承受 X 方向的驱动力和制动力，承受 Y 方向的侧向力等，而且还与通过性、舒适性、操控稳定性、制动性、动力性、经济性、可靠性和安全性等诸多性能有着密切的关系。

轮胎的品类繁多，按使用车种分，有轿车轮胎、载重车轮胎、越野车轮胎以及赛车轮胎等；按花纹分，有公路花纹轮胎、越野花纹轮胎、混合花纹轮胎和特种花纹轮胎等；按结构分，有斜交轮胎、正交轮胎和带束斜交轮胎等；按材料分，有钢丝轮胎、纤维轮胎和棉线轮胎等；按断面分，有宽断面轮胎、窄断面轮胎以及普通断面轮胎和低断面轮胎等；按直径分，有大直径轮胎、中直径轮胎和小直径轮胎；按气压分，有低气压轮胎、高气压轮胎和调压轮胎（中央充放气系统）等；特别还有民用普通轮胎和军用安全轮胎之分等。

轮胎在汽车中的地位非常重要，因此要求它具有如下优良性能：

能承担高负荷，适应高车速；在好路行驶安全柔顺，缓冲吸振，具有良好的循迹性和操控性；在坏路行驶要具有良好的抓地性、足够的牵引力和较低的接地压力；还要求具有良好的排水性、气密性、耐久性，还要求低噪声、低阻力、低油耗以及耐磨性和耐老化等；特别作为军用越野车轮胎，更要求它具有战场环境适应性。

军用越野车主要用于战场，因此，轮胎被枪弹击中、手榴弹炸伤或被四面钉扎破等情况极有可能发生。为保证在战场环境下具有一定的生存能力和作战能力，必须装用安全轮胎。

所谓安全轮胎（Safety Tire），就是在胎体受到一定损伤后，仍能在一个短时间内保持汽车的通行能力并顺利脱离险境的汽车轮胎。

安全轮胎的种类很多，例如电控充气式、胎体自补式以及软体内支承式和钢架内支承式等。这些型式除充气式只适于小渗小漏外，其余三种都能满足战场短时战斗和脱险的要求。现分别介绍如下：

1.胎体自补式

胎体自补式安全轮胎分为内胎自补式和无内胎自补式两种。它们都是靠预先充入胎中的特制胶液自动修补胎体的损伤。胶液涂层不影响轮胎的基本性能，其防扎和防弹能力在其轮胎整个寿命范围内起作用。一般来说，这种轮胎在胎体受损后，可继续行驶约50 km。它们价格并不很高，约为所装同类轮胎的2倍；它们并不很重，约为同类轮胎的1.3倍。但它们有一个致命的弱点，就是易自然老化，故不宜长期库存，只宜临战安装。

无内胎自补式安全轮胎如图2-34所示。该轮胎在经多发步枪子弹穿击试验后，仍能照常运行。

2.内支承式

内支承式安全轮胎有软体内支承式和钢架内支承式两种，如图2-35所示。

软体内支承式是在无内胎轮胎的内部，在轮辋上装上一个橡胶或聚氨酯等材料制成的内部支承体。当轮胎无损运行时，支承体不与外胎接触，一旦外胎损坏，便靠内支承顶在外胎上行驶。橡胶体式可持续行驶约80 km，聚氨酯体式可持续行驶约40 km，其自然寿命约为3年。橡胶体式轮胎的价格约为同规格轮胎的3倍，聚氨酯式轮胎的价格约为同规格轮胎的8倍。这种轮胎质量较大，约为同规格轮胎的1.8倍。

钢架内支承式的工作原理和软体式的一样，只不过是以钢架代替软体而已。当外胎遭到破坏后，能靠内支承持续行驶50 km以上。车轮质量约为同规格普通轮胎的1.4倍。它的自然存储寿命可达5年以上，然而价格昂贵。 mtGClOm/drumRGrUE0zyGTlnFLyks7dKByTtKrrBsR8nhFg0ZMjVKx/TjLQPto4N