一種全輪驅動分動器電控裝置的研究與開發

李建明，劉步杰

（南京徐工汽車制造有限公司，徐工集團南京研究院有限公司電器所，江蘇 南京 210000）

因汽車在不同的道路條件下行駛作業，尤其在道路條件惡劣的情況下，一般驅動形式車輛在壞路、無路情況下行駛及爬坡的時候，其動力無法實現有效的分配給前橋，使得車輛行駛困難，輪胎與地面的附著系數不能滿足行駛要求，從而增加整車的功率消耗及傳動系機件和輪胎磨損。尤其運礦載貨汽車行駛條件更為惡劣，這就要求增加載貨汽車驅動輪的數目，因此全驅載貨汽車都采用多軸驅動。例如，如果一輛前輪驅動的載貨汽車兩前輪都陷入溝中 （這種情況在壞路上經常會遇到），那載貨汽車就無法將發動機的動力通過車輪與地面的磨擦產生驅動力而繼續前進。假如這輛車的4個輪子都能產生驅動力的話，那么，還有2個沒陷入溝中的車輪能正常工作，使汽車繼續行駛。

1 分動器概述

分動器的功用是將變速器輸出的動力分配到各驅動橋，并且進一步增大扭矩。分動器也是一個齒輪傳動系統，它單獨固定在車架上，其輸入軸與變速器的輸出軸用萬向傳動裝置連接，分動器的輸出軸有若干根，分別經萬向傳動裝置與各驅動橋相連。

為進一步增大變速器輸出扭矩 （改變傳動比），起到降速增扭的作用，因此分動器上設有高低檔，能夠擴大在困難地區行駛時的傳動比及排擋數目。同時滿足不同工況下的使用條件，另外設有前橋離合機構，可以將變速器輸出的動力通過分動器按照一定比例分配到各驅動橋［1］。

在車輛超載時，為防止后橋和中橋超載而損壞，應使低速檔位動力由前、后橋分擔，保證汽車具備足夠的牽引力。在良好的路面行駛時，一般要切斷前橋動力，將分動器設置在高速檔上，從而提高燃油經濟性。在沒有全輪驅動分動器電控裝置的情況下，一方面無法有效實現變速器降速增扭及分動器按照一定比例分配到各驅動橋的作用，另一方面操作繁瑣、效率低、易出錯。

針對上述現有技術存在的問題，本文研究并提供一種全輪驅動分動器電控裝置，可以更好、安全地實現切換分動器的各狀態，延長傳動系統的使用壽命，并在動力性匹配上滿足分動器使用要求。

2 分動器電控裝置構成

分動器控制器見圖1。全輪驅動分動器電控裝置包括數據處理單元、數據采集單元、電源和功率輸出單元。數據采集單元包含高低檔轉換輸入信號開關、前橋離合輸入開關信號開關和CAN通信接口。數據處理單元，用于對采集到的數據進行運算、比較，根據運算、比較結果通過功率輸出單元將各路功率輸出。分動器電控裝置構成框圖如圖2所示。

控制裝置的邏輯說明見表1，控制裝置的接線原理和說明見圖3和表2。

表1 控制裝置邏輯說明

3 分動器控制裝置邏輯的實施方法

1）高檔與低檔模式轉換 按下高、低檔轉換開關按鈕，當相對應的高檔或低檔指示燈點亮時，分動器即處于高檔或低檔狀態，此時松開操縱開關，分動器處于高檔或低檔狀態。

由相對應的開關控制電磁閥通斷高低檔氣路，以實現高低檔的轉換，高檔到低檔如圖4所示。1口進氣，壓力F推動大小2個活塞一直向左移動到極限位置，活塞向左推動拔叉軸，拔叉把結合齒套向左推動，齒套同時與輸入軸和低檔齒輪嚙合，動力通過低檔齒輪傳遞，分動器處于低檔檔位，從高檔換到了低檔。

低檔到高檔如圖5所示。3口進氣，壓力F推動小活塞向右移動到極限位置，活塞向右推動拔叉軸，拔叉把結合齒套向右推動，齒套同時與輸入軸和高檔齒輪嚙合，動力通過高檔齒輪傳遞，分動器處于高檔檔位，從低檔換到了高檔。當拔叉軸的尾部相對應地左右移動頂桿向上頂，高、低檔指示燈開關 （常開）的2個接線柱接通。

2）前橋主從動輪之間的轉換 按下前橋離合開關按鈕，由電磁閥控制前橋氣路，壓力把活塞向右推，帶動拔叉及前橋結合齒套向右移動，使得前橋結合齒套同時與前輸出軸和后輸出軸嚙合，即可把前后輸出軸視為一個整體，此時前后都有動力輸出，即前橋處于結合狀態；變速器掛入檔位后，前橋指示燈開關 （常閉）的頂桿被松開，前橋離合指示燈即點亮。斷開前橋離合開關按鈕，前橋不接氣的時候，復位彈簧把拔叉向左頂，前橋結合齒套不與后輸出軸結合，此時前橋輸出軸沒有動力輸出。前橋拔叉此時把前橋指示燈開關的頂桿頂住，指示燈的2個接線柱電路斷開不接通。

4 控制裝置控制流程

4.1 操作前提條件［2］

1）分動器接合 （脫開）前橋時，必須停車后或者車速在3～5 km／h時進行，并且將變速器掛空擋，方可操作。

2）分動器高、低檔轉換時，必須在停車后或者車速在3～5 km／h時進行，并且將變速器掛空擋，方可操作換擋。

注意：車輛在進行全驅變為非全驅狀態時，必須使分動器在高檔時進行，即分動器掛入低速檔前必須接上前橋；摘下前橋前，分動器必須在高速檔。

4.2 操作流程

分動器通過全驅動轉換開關來實現全驅與前橋從動之間的轉換；通過高、低檔轉換開關來實現高檔與低檔之間的轉換。操作流程如圖6所示。

按下前橋離合輸入信號開關，滿足前提條件1）后，即：速度信號采集脈沖信號頻率低于6.9Hz／s，控制器S3收到低電平，開關電路S4接收到低電平信號后，相應地控制器針腳OUT3輸出24V高電平驅動電磁氣閥，即前橋處于結合狀態；變速器掛入檔位后，由分動器頂桿推動頂針，閉合前橋離合開關，前橋離合指示燈即點亮。前橋離合輸入信號開關斷開，除滿足上述條件外，還必須具備分動器處于高檔閉合狀態。

按下低檔轉換輸入信號開關，滿足前提條件2）后，即：速度信號采集脈沖信號頻率低于6.9Hz／s，控制器S3收到低電平，開關電路S2／S1接收到低電平信號后，相應地控制器針腳OUT2／OUT1輸出24V高電平，驅動電磁氣閥與指示信號，當相對應氣路推動高檔或低檔開關電路，其對應的指示燈點亮時，分動箱即處于高檔或低檔狀態，此時松開低檔轉換輸入信號開關，分動箱處于高檔或低檔狀態。低檔開關閉合狀態除上述條件外，還必須具備前橋離合開關閉合狀態下，即全驅條件來進行。

運礦載貨汽車油氣懸掛控制器由江蘇赫奕科技有限公司生產，在南京徐工NXG5550／NXG5650／NXG5850DT （55／65／85噸） 型非公路礦用自卸車上得到運用。

5 結束語

本文所述的全輪驅動分動器電控裝置，能有效實現分動器高低檔位以及前橋驅動模式的轉換。同時因分動器換入低速檔時，輸出扭矩較大，為避免中、后橋超載，為此要有互鎖邏輯控制裝置。該裝置采用CAN接口，可以與車身及底盤發動機控制網絡之間進行數據及信息通信［3］。通過該控制裝置可以有效實現對分動器各氣路的邏輯控制，兼顧從安全性角度出發，分動器非先接上前橋不得掛上低速檔，非先退出低速檔不得摘下前橋。為不損壞分動器的結合齒輪，在高低檔轉換時，必須在車輛處于停止狀態或接近步行速度時進行，并且需要完全分離離合器或將變速器掛入空擋，方可操縱換擋。分動器接合或脫開前橋時，必須停車后進行，并且將變速器掛空擋，方可操作［2］。綜合考慮上述操縱的要求，此控制裝置在駕駛員錯誤操作時，可以使誤操作產生的后果失效，最大限度地降低損失，實時地避免磨損或打壞傳動系統的齒輪，從而延長其壽命。

［1］李素華.電控四輪驅動技術的研究現狀與發展趨勢［J］.現代機械， 2005 （6）： 74-75.

［2］株洲齒輪有限責任公司.ZQC2000及ZQC1600分動器操作使用手冊［Z］.2011.

［3］李進.汽車分動器設計［D］.滁州：安徽科技學院，2013.