轴间差速锁对重型越野车驻车能力的影响

朱丹阳

（大运汽车股份有限公司，山西 运城 044000）

前言

制动系统是保证车辆安全性的最关键部分，对于不同车辆有不同的要求，乘用车在良好的公路上行驶，公路的设计坡度较低，一般在3%到10%之间，对其制动系统主要要求的是制动减速度和制动距离。而越野车，尤其是专用重型越野车，通常在较差路面上行驶，会遇到坡度较大的坡道，可能还会牵引挂车，因此驻车能力显得十分重要，车辆在满载或空载，上坡或下坡时，制动性能会受到影响，每种情况都要进行分析。

越野车辆的驱动方式为全轮驱动，必然会配有轴间差速器，差速器内设置有差速锁，车辆要停在一定坡度的坡道上，依靠后桥上的驻车制动器进行驻车，假设此时后桥的地面附着力较小，小于驻车制动器的最大制动力，也就是说制动器制动力没有完全发挥出来，还有一部分制动力可被利用，如果轴间差速器不锁止，前后桥之间可以有转速差，后桥驻车制动器剩余的制动力无法作用于前桥，若前桥车轮滚动，则无法阻止，如果轴间差速器锁止，整车转动系统刚性连接为一体，后桥驻车制动器便可对前桥起作用，既制动器能利用到整车的地面附着力，驻车能力得到提升。下面将具体分析锁止轴间差速器对车辆驻车能力的提升程度，以便驾驶员判断在不同状况下是否要锁止。

1 车辆概况

本文以一辆重型越野运输车为研究对象，该车驱动形式为6×6，前单桥，后双桥（以下分别称为“后一桥”和“后二桥”），制动系统为气压制动，驻车方式为机械驻车，在双后桥各车轮上装有弹簧储能制动气室。前桥与后一桥之间有分动器，分动器与后一桥内有轴间差速器及差速锁，差速锁类型为气动强制锁止式，在驾驶室内有相应的开关，可以控制锁止或解锁。

2 车辆模型的简化与相关参数

2.1 车辆模型的简化

后一桥与后二桥设计轴荷相近，为便于计算，将三轴车模型简化为两轴车模型，见图1。

图1 三轴车简化为两轴车

满载时：

空载时：

其中，a为整车质心到前轴的距离；

b 为整车质心到后轴的距离；

L 为轴距；

hg为整车质心高度。

2.2 其它相关参数

满载总质量m1=22615kg；

空载总质量m2=15650kg；

车轮静力半径r=0.62m；

单桥驻车制动器制动力矩Tμ=27850N·m

路面附着系数φ=0.65。

3 最大驻车坡度计算

3.1 上坡和下坡时的受力分析

车辆的驻车能力既取决于制动器制动力的大小，又取决于地面附着力的大小，制动器制动力是不会超过地面附着力的，因此，为了知道实际驻车时克服下滑力的地面制动力，要计算轴荷，进而算出附着力，并与制动器制动力的大小进行对比。

车辆在一定坡度坡道上驻车，自身的重力可分解为Gsinα 和Gcosα，Gsinα是使车辆滑下坡道的下滑力，Gcosα是车辆对坡道的法向压力。

上坡、下坡的具体受力分析，见图2、图3：

图2 上坡受力分析

图3 下坡受力分析

由于车桥的轴荷大小与地面对车桥的支撑力相等，所以下文中用地面对后桥的支撑力Fz2表示后桥轴荷。

上坡时，前桥部分轴荷向后桥转移，后桥轴荷比在平地上时会增加，根据理论力学中的力矩平衡原理，求后桥的轴荷Fz2：

下坡时，后桥部分轴荷向前桥转移，同理，求后桥的轴荷Fz2：

车辆停在坡道上，由后桥驻车制动器产生的制动力Fμ来克服下滑力Gsinα，即

满载时的重力：

空载时的重力：

驻车制动器最大制动力：

3.2 满载上坡时的最大驻车坡度

（1）不锁止轴间差速锁

车辆在平地上，求后桥附着力：

后桥附着力比制动器制动力略小，上坡时由于前桥轴荷向后桥转移，后桥附着力有可能会大于制动器制动力。

假设后桥附着力大于制动器制动力，即全部的制动器制动力都用来克服下滑力，可得：

此时，后桥的地面附着力：

可见，后桥地面附着力大于制动器制动力，假设成立，最大驻车坡度为44.3%。

（2）锁止轴间差速锁

驻车制动器制动力全部被利用，故锁止轴间差速锁后最大驻车坡度与不锁止时相同，也是44.3%。

3.3 空载上坡时的最大驻车坡度

（1）不锁止轴间差速锁

假设全部的驻车制动器制动力都用来克服下滑力，可得：

此时，整车的地面附着力：

整车的地面附着力小于制动器制动力，后桥的地面附着力也一定小于制动器制动力，假设不成立，说明制动器制动力只有部分被利用，这是因为受到了附着力的限制，此时的地面制动力等于后桥的地面附着力，即：

最大驻车坡度为34.3%。

（2）锁止轴间差速锁

因为整车的地面附着力小于制动器制动力，所以此时的最大地面制动力为整车附着力，即由整车附着力来克服下滑力。

最大驻车坡度为65%。

3.4 满载下坡时的最大驻车坡度

（1）不锁止轴间差速锁

由3.2 可知，车辆在平地上后桥附着力比制动器制动力小，下坡时后桥轴荷还要向前桥转移，后桥附着力一定是小于制动器制动力的，因此，最大地面制动力为后桥附着力。

最大驻车坡度为30.9%。

（2）锁止轴间差速锁

锁止轴间差速锁后，车辆传动系统变为刚性连接，整车附着力都能被利用，无论是上坡还是下坡，都有相同的驻车能力，因此，满载下坡锁止轴间差速锁时的最大驻车坡度与满载上坡锁止轴间差速锁时是相同的，也是44.3%。

3.5 空载下坡时的最大驻车坡度

（1）不锁止轴间差速锁

空载下坡时，后桥附着力一定是小于制动器制动力的，因此，最大地面制动力为后桥附着力。

最大驻车坡度为23.4%。

（2）锁止轴间差速锁

由3.4（2）中的分析可知，空载下坡锁止轴间差速锁的最大驻车坡度与空载上坡锁止轴间差速锁时是相同的，也是65%。

4 结论

统计以上各最大驻车坡度计算结果，见表1。

表1 最大驻车坡度计算结果

通过表格数据，得到以下结论：

（1）车辆满载上坡时，不锁止轴间差速锁与锁止时最大驻车坡度相同， 驾驶员可不锁止；

（2）其余情况，锁止轴间差速锁后，最大驻车坡度均有较大提升，其中，空载上、下坡时提升十分明显，驾驶员要在较大坡度坡道上驻车时应提前锁止轴间差速锁；

（3）驾驶员要在较小坡度坡道上驻车时，可参考表1中各种情况下不锁止轴间差速锁时的最大驻车坡度，若实际驻车坡度比表中数据小，可选择不锁止轴间差速锁。