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机械电子模块增强AWD性能
作者:  点击数:5101  发布时间:2007-02-26 11:59:57

成熟的全轮驱动(AWD)技术已经开始应用在小轿车及Crossover SUV等车型中了,这除了能增强汽车的牵引性能外,更主要的目的是提高汽车的安全性和驾驶的乐趣。


从技术角度看,要达到这个目标,关键的是需要一个卓越的转矩调制分配系统。铁姆肯发明的新款左右转矩联结器,全方位地提升了AWD乘用车的安全性能、动态性能、牵引性能以及总体操控感受。

大多数针对AWD应用的左右转矩联结器的现有设计方案都是基于湿式离合器的。通过改变使用的摩擦盘数量或调节实际压力来控制联结器传递的转矩大小。压力可以采用多种机制来生成和控制,包括球坡道、齿轮泵、轴向活塞/凸轮盘、液压阀。湿式离合器的特性则取决于摩擦系数、相对速度、压力及温度,此时摩擦系数又分别是与压力、相对速度、温度相关。同样的,典型的泵机制也取决于相对速度、流体的粘滞性和温度。影响的因素很多,使得控制算法也非常复杂。

铁姆肯开发的差速器组件内置了磁粉离合器,该离合器安装在带有行星齿轮系的准静态转矩传递装置中的。该解决方案满足可控制性好,并同时提供理想的功率转矩比,适合基于前轮驱动的汽车平台转为全轮驱动。其主要优点在于转矩转换器性能与输入-输出相对速度无关,且差动完全是电气激励,以获得灵活的控制算法。

磁粉离合器有良好的转矩调制性能和转矩特征,转矩大小不受离合器差动速度的影响。离合器的主要控制参数是电流,电流激发线圈并将钢粉排列开来以填补离合器转子之间的间隙。依靠尺寸为微米数量级的钢粉之间的摩擦力,转矩在转子之间传递。转矩分配布局增大了联结器的最大转矩,仅一小部分转矩作用在磁粉离合器上。

我们已经建立了一套等效分动箱设计的样机,用作概念验证测试。在该设计中,容纳磁粉离合器的小转矩元件也是双行星齿轮箱的载体,带有对应前轴和后轴的两个输出。

通过在分动箱或桥包处配备的铁姆肯机械电子模块,可以实现汽车动力传动系统中的转矩布局,可以是边边(成对)布局,也可以是前后(顺列)布局。为了使控制设计得到最佳效果并同时获得前后和边边的转矩偏心,样机采用后桥位置的成对布局。

通过分析转矩-汽车速度图来确定联结器所需的最大转矩。在低速度/高转矩区域,重点增强牵引。在高速度/低转矩区域,重点加强汽车动力控制,该操控区域也正是铁姆肯联结器的最大转矩调制能发挥显著优势的区域。

一台基于福特 Escape 3.0L(V6,自动变速)的演示汽车证实了机械电子模块能增强该车动态性能和牵引性能。但是,由于紧张的开发进度,这台主动式差动样机中的某些元件是由其他汽车的组件改装而成。磁粉离合器是为工业环境设计现成的设备,适用于对载重量和载重持续时间都有苛刻要求的测试路谱。如果专为汽车应用所设计的话,还可以大大缩小尺寸。

车桥中心分为四部分:左离合器组件、右离合器组件、行星齿轮组件(代替传统的锥齿轮差速离合器)以及主减速器组件。该设计解决方案使得齿轮元件和磁粉离合器元件分离,前者要润滑而后者必须保持干燥密闭的环境。该设计还使温度监控以及实验阶段的离合器维修更方便。

主动式差动系统由一系列不同的机械元件和传感器组成。由Prodrive开发的电子控制单元Proteus将所有的传感器输入都集中起来,确定需要在离合器上施加多大的电流才能达到转矩要求。仪表板上装有四态开关,司机能在四个预设的转矩控制方案中进行选择:
? 仅前轮驱动
? AWD,只带牵引增强
? AWD,带牵引和横摆增强
? AWD,带牵引和横摆增强,专为满足跑车性能设计
转矩控制方案的各个方面都在演示车中进行了测试,其中许多测试都在Prodrive所提供的厂房和英国的MIRA中进行,包括牵引(低牵引和波动摩擦系数)以及横摆阻尼的测试。为了得到一个基准,在没有安装铁姆肯主动差动系统的标准车也进行了上述测试。

汽车路试结果表明,AWD应用中的铁姆肯机械电子模块能提供更好的转矩控制。该系统中的滞后现象很小,系统可以进行很小的微调控制。尽管铁姆肯机械电子模块还处在样机阶段,它已经与Prodrive开发的主动式转矩动力系统方案一起,进入了NVH级更加细化的生产设计。该系统展示了样机在横摆阻尼很大时,牵引力仍能得到加强。与标准车相比,在牵引力可变的情况下,方向控制也得以加强。

未来的开发工作主要集中在后桥单元的再设计,要将后桥设计成一体化的单元,而不是各自独立的匹配元件。
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