基于电子控制技术和压力传感器实现自动防滑差速系统的设计

1、引言

轮式工程机械在行驶或工作中，由于转弯、路面不平或道路阻力不同，左右两侧的车轮同一时间内转过的距离不相等，所受滚动阻力也不相等;即使直线行驶，由于轮胎直径的差别、充气气压不等、磨损程度不均匀、载荷不同等也导致两侧车轮转过的转数不会相等。

在上述情况下，若用一根整轴将两侧车轮刚性地连接起来，必然存在滑拖、滑转，加速轮胎磨损、增加动力消耗和转向困难等问题，影响轮式工程机械操纵的稳定性，也增加了功耗和燃料消耗量。

为了消除上述不良因素，设计了一种自动防滑差速系统。该系统经过验证能够实现自动防滑性能，提高了操作的稳定性。

2、差速器

差速器按工作特性可分为普通差速器和防滑差速器。

2.1 普通差速器

目前，工程车辆基本都采用对称式锥齿轮普通差速器。对称式锥齿轮差速器由行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴（十字轴或一根直销轴）和差速器壳等组成。如图1所示。左半差速器壳和右半差速器壳用螺栓固紧在一起。主减速器的从动齿轮用螺栓（或铆钉）固定在差速器壳右半部的凸缘上。十字形行星齿轮轴安装在差速器壳接合面处所对出的圆孔内，每个轴颈上套有一个带有滑动轴承（衬套）的直齿圆锥行星齿轮，四个行星齿轮的左右两侧各与一个直齿圆锥半轴齿轮相啮合。半轴齿轮的轴颈支承在差速器壳左右相应的孔中，其内花键与半轴相连。与差速器壳一起转动（公转）的行星齿轮拨动两侧的半轴齿轮转动，当两侧车轮所受阻力不同时，行星齿轮还要绕自身轴线转动一自转，实现对两侧车轮的差速驱动。

2.2 防滑差速器

普通差速器不仅使汽车通过复杂路面的能力差，而且高速转弯时，内侧车轮由于附着力减小会产生滑转，这不仅使汽车动力不足，而且影响操纵稳定性。为此，某些越野汽车、高级轿车和轻型汽车上装用了防滑差速器。常用的防滑差速器可分为人工强制锁住式和自锁式两大类。

人工强制锁住式差速器是在普通差速器上加了一个差速锁。当需要时，由驾驶员操纵差速锁，使两半轴成为一个整体，差速器不起作用，破坏了差速器平分扭矩的特性，达到所需的行驶要求。

自锁式差速器的种类很多，有摩擦片式、滑块凸轮式和变传动式等。它们共同的特点是在两驱动轮（轮间差速器）或两驱动桥（轴间差速器）转速不同时，不需要人工操纵，可自动为转速慢的车轮多分配一些扭矩，从而提高汽车的通过性和操纵的稳定性。图2所示为摩擦片式自锁差速器，它是普通行星齿轮差速器的变形。

十字轴的端部均切有凸V形斜面，差速器壳上与之相配合的孔较大，有凹V形斜面，两行星齿轮轴的V形斜面是反向安装的。壳体通过V形斜面向行星齿轮轴传递扭矩。每个半轴齿轮的背面有压盘和主、从动摩擦片。压盘的内花键与半轴相连，从动盘的内花键与压盘相连，主动摩擦片的外花键与差速器壳相连。压盘与主、从动摩擦片均有微小的轴向移动。

3、 一种新型自动防滑差速系统

工程机械的作业一般都在环境恶劣下，而传统差速系统锁止范围小、牵引操作性差，本文提出了一种电子控制式的自动防滑差速系统。它可以把左、右轮的滑转率之差控制在允许范围内。当路面两侧附着系数不同时，低附着系数一侧的驱动轮滑转，这时电子控制器驱动锁止阀，一定程度地锁止差速器，使高附着系数一侧驱动轮的驱动力获得充分发挥。从而提高车速和行驶稳定性。差速器锁止程度的控制还有利于弯道行驶稳定性和操纵性。

3.1 系统组成原理

如图3所示，在传统差速系统输出端的多片离合器片上安装电磁阀和蓄能器，利用压力传感器实现增减压控制。这种方式可以使锁止程度逐渐变化，是一种电子控制液力操纵的可变锁止差速系统，其控制来自蓄能器的高压油液压力。电控单元通过电磁阀调节来控制压力值的大小;压力传感器和驱动轮轮速传感器产生的信号反馈给电控单元，实行反馈控制。电子控制的差速系统，可以把左右驱动轮或前后驱动桥的滑移率控制在允许范围内。

当车辆起步时，调节差速器的锁止程度，能使驱动力充分发挥，提高车速与行驶稳定性;当左右驱动轮在不同的分离附着系数路面上以及弯道上行驶时。能提高汽车稳定性行驶能力。

3.2 系统硬件设计

自动防滑差速系统是以AT89C4051单片机为核心，处理传感器信号和控制电磁阀的通断。整个系统硬件电路包括;单片机及其外围电路、轮速采样处理电路、电磁阀控制电路、系统保护电路等，如图4所示。AT89C4051的P3.4、P3.5引脚处理传感器采集信号;P1.7引脚控制电磁阀的通断可控制压力的大小;P1.O-P1.3接X25045看门狗电路。

3.2.1 系统保护电路

X25045是集看门狗、电压监控和串行EEP-ROM三种功能于一身的可编程电路。这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求。

X25045的看门狗为系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过。RESET信号向CPU作出反应。X25045提供了3个时间供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值。X25045的存储器与CPU可通过串行通信接口，共有4096位，可以按512*8个字节存储数据。

3.2.2 轮速识别电路

自动防滑差速系统科技感知轮速传感

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