一种全轮驱动分动器电控装置的研究与开发

李建明，刘步杰

（南京徐工汽车制造有限公司，徐工集团南京研究院有限公司电器所，江苏 南京 210000）

因汽车在不同的道路条件下行驶作业，尤其在道路条件恶劣的情况下，一般驱动形式车辆在坏路、无路情况下行驶及爬坡的时候，其动力无法实现有效的分配给前桥，使得车辆行驶困难，轮胎与地面的附着系数不能满足行驶要求，从而增加整车的功率消耗及传动系机件和轮胎磨损。尤其运矿载货汽车行驶条件更为恶劣，这就要求增加载货汽车驱动轮的数目，因此全驱载货汽车都采用多轴驱动。例如，如果一辆前轮驱动的载货汽车两前轮都陷入沟中 （这种情况在坏路上经常会遇到），那载货汽车就无法将发动机的动力通过车轮与地面的磨擦产生驱动力而继续前进。假如这辆车的4个轮子都能产生驱动力的话，那么，还有2个没陷入沟中的车轮能正常工作，使汽车继续行驶。

1 分动器概述

分动器的功用是将变速器输出的动力分配到各驱动桥，并且进一步增大扭矩。分动器也是一个齿轮传动系统，它单独固定在车架上，其输入轴与变速器的输出轴用万向传动装置连接，分动器的输出轴有若干根，分别经万向传动装置与各驱动桥相连。

为进一步增大变速器输出扭矩 （改变传动比），起到降速增扭的作用，因此分动器上设有高低档，能够扩大在困难地区行驶时的传动比及排挡数目。同时满足不同工况下的使用条件，另外设有前桥离合机构，可以将变速器输出的动力通过分动器按照一定比例分配到各驱动桥［1］。

在车辆超载时，为防止后桥和中桥超载而损坏，应使低速档位动力由前、后桥分担，保证汽车具备足够的牵引力。在良好的路面行驶时，一般要切断前桥动力，将分动器设置在高速档上，从而提高燃油经济性。在没有全轮驱动分动器电控装置的情况下，一方面无法有效实现变速器降速增扭及分动器按照一定比例分配到各驱动桥的作用，另一方面操作繁琐、效率低、易出错。

针对上述现有技术存在的问题，本文研究并提供一种全轮驱动分动器电控装置，可以更好、安全地实现切换分动器的各状态，延长传动系统的使用寿命，并在动力性匹配上满足分动器使用要求。

2 分动器电控装置构成

分动器控制器见图1。全轮驱动分动器电控装置包括数据处理单元、数据采集单元、电源和功率输出单元。数据采集单元包含高低档转换输入信号开关、前桥离合输入开关信号开关和CAN通信接口。数据处理单元，用于对采集到的数据进行运算、比较，根据运算、比较结果通过功率输出单元将各路功率输出。分动器电控装置构成框图如图2所示。

控制装置的逻辑说明见表1，控制装置的接线原理和说明见图3和表2。

表1 控制装置逻辑说明

3 分动器控制装置逻辑的实施方法

1）高档与低档模式转换 按下高、低档转换开关按钮，当相对应的高档或低档指示灯点亮时，分动器即处于高档或低档状态，此时松开操纵开关，分动器处于高档或低档状态。

由相对应的开关控制电磁阀通断高低档气路，以实现高低档的转换，高档到低档如图4所示。1口进气，压力F推动大小2个活塞一直向左移动到极限位置，活塞向左推动拔叉轴，拔叉把结合齿套向左推动，齿套同时与输入轴和低档齿轮啮合，动力通过低档齿轮传递，分动器处于低档档位，从高档换到了低档。

低档到高档如图5所示。3口进气，压力F推动小活塞向右移动到极限位置，活塞向右推动拔叉轴，拔叉把结合齿套向右推动，齿套同时与输入轴和高档齿轮啮合，动力通过高档齿轮传递，分动器处于高档档位，从低档换到了高档。当拔叉轴的尾部相对应地左右移动顶杆向上顶，高、低档指示灯开关 （常开）的2个接线柱接通。

2）前桥主从动轮之间的转换 按下前桥离合开关按钮，由电磁阀控制前桥气路，压力把活塞向右推，带动拔叉及前桥结合齿套向右移动，使得前桥结合齿套同时与前输出轴和后输出轴啮合，即可把前后输出轴视为一个整体，此时前后都有动力输出，即前桥处于结合状态；变速器挂入档位后，前桥指示灯开关 （常闭）的顶杆被松开，前桥离合指示灯即点亮。断开前桥离合开关按钮，前桥不接气的时候，复位弹簧把拔叉向左顶，前桥结合齿套不与后输出轴结合，此时前桥输出轴没有动力输出。前桥拔叉此时把前桥指示灯开关的顶杆顶住，指示灯的2个接线柱电路断开不接通。

4 控制装置控制流程

4.1 操作前提条件［2］

1）分动器接合 （脱开）前桥时，必须停车后或者车速在3～5 km／h时进行，并且将变速器挂空挡，方可操作。

2）分动器高、低档转换时，必须在停车后或者车速在3～5 km／h时进行，并且将变速器挂空挡，方可操作换挡。

注意：车辆在进行全驱变为非全驱状态时，必须使分动器在高档时进行，即分动器挂入低速档前必须接上前桥；摘下前桥前，分动器必须在高速档。

4.2 操作流程

分动器通过全驱动转换开关来实现全驱与前桥从动之间的转换；通过高、低档转换开关来实现高档与低档之间的转换。操作流程如图6所示。

按下前桥离合输入信号开关，满足前提条件1）后，即：速度信号采集脉冲信号频率低于6.9Hz／s，控制器S3收到低电平，开关电路S4接收到低电平信号后，相应地控制器针脚OUT3输出24V高电平驱动电磁气阀，即前桥处于结合状态；变速器挂入档位后，由分动器顶杆推动顶针，闭合前桥离合开关，前桥离合指示灯即点亮。前桥离合输入信号开关断开，除满足上述条件外，还必须具备分动器处于高档闭合状态。

按下低档转换输入信号开关，满足前提条件2）后，即：速度信号采集脉冲信号频率低于6.9Hz／s，控制器S3收到低电平，开关电路S2／S1接收到低电平信号后，相应地控制器针脚OUT2／OUT1输出24V高电平，驱动电磁气阀与指示信号，当相对应气路推动高档或低档开关电路，其对应的指示灯点亮时，分动箱即处于高档或低档状态，此时松开低档转换输入信号开关，分动箱处于高档或低档状态。低档开关闭合状态除上述条件外，还必须具备前桥离合开关闭合状态下，即全驱条件来进行。

运矿载货汽车油气悬挂控制器由江苏赫奕科技有限公司生产，在南京徐工NXG5550／NXG5650／NXG5850DT （55／65／85吨） 型非公路矿用自卸车上得到运用。

5 结束语

本文所述的全轮驱动分动器电控装置，能有效实现分动器高低档位以及前桥驱动模式的转换。同时因分动器换入低速档时，输出扭矩较大，为避免中、后桥超载，为此要有互锁逻辑控制装置。该装置采用CAN接口，可以与车身及底盘发动机控制网络之间进行数据及信息通信［3］。通过该控制装置可以有效实现对分动器各气路的逻辑控制，兼顾从安全性角度出发，分动器非先接上前桥不得挂上低速档，非先退出低速档不得摘下前桥。为不损坏分动器的结合齿轮，在高低档转换时，必须在车辆处于停止状态或接近步行速度时进行，并且需要完全分离离合器或将变速器挂入空挡，方可操纵换挡。分动器接合或脱开前桥时，必须停车后进行，并且将变速器挂空挡，方可操作［2］。综合考虑上述操纵的要求，此控制装置在驾驶员错误操作时，可以使误操作产生的后果失效，最大限度地降低损失，实时地避免磨损或打坏传动系统的齿轮，从而延长其寿命。

［1］李素华.电控四轮驱动技术的研究现状与发展趋势［J］.现代机械， 2005 （6）： 74-75.

［2］株洲齿轮有限责任公司.ZQC2000及ZQC1600分动器操作使用手册［Z］.2011.

［3］李进.汽车分动器设计［D］.滁州：安徽科技学院，2013.