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1. 研究目的与意义（文献综述）

1. 目的及意义

1.1 设计背景

随着新技术的发展和应用以及消费者对汽车各种性能的要求越来越高，以完善车辆某一种性能甚至好几种性能为目的的各种汽车实用控制系统应运而生。得益于新技术的开发与进步，新生产的汽车能够行驶于不同环境条件。在投入市场之前，对汽车各部件的性能试验尤为关键。

我国幅员辽阔，平地、山岭、高原、沙漠等不同路况均有，差速器位于汽车驱动桥内部, 可以将主减速器的动力传给两半轴, 并使左右两边车轮以不同的速度运动, 以保证两驱动轮均能做纯滚动，可以适应多种路况条件。汽车差速器总成质量的好坏直接影响到汽车的行驶性能和操控性能^[1]。限滑差速器是对普通差速器的革新与改进，它克服了普通差速器只能平均分配转矩的缺点，可以使大部分甚至全部扭矩传给另外一个不滑转的驱动轮，显著改善了汽车操纵稳定性，有效地提高了汽车行驶安全性。

作为限滑差速器的进一步革新，电子限滑差速器是在四驱越野车有1到3个轮空转时，车上的电脑会对空转打滑的轮进行刹车制动，这样动力就可以传到到有附着力的轮胎上，帮助车辆脱困，现有的电子限滑差速器多应用于国外越野车品牌，比如斯巴鲁森林人、帕杰罗劲畅、路虎极光、宝马、奥迪、奔驰等。为更好地适应行驶环境，中国的汽车品牌例如东风也相继开始研制先进的电子限滑差速器，应用于我国国防车辆。

在正式投入使用之前，对电子限滑差速器的性能试验尤为关键。现有主减速器试验台架多针对普通主减速器进行设计,无法很好地对装有电子限滑差速器(ELSD)的主减速器进行限滑性能试验。因此，电子限滑差速器试验台的设计与研究对提高我国车辆安全技术具有重要价值。

综上所述，本设计选择电子限滑差速器（ELSD）试验台作为研究方向，并对其机械结构进行设计。图1所示为一种电子限滑差速器试验台架结构图。

图1 一种电子限滑差速器试验台架结构图

1.2设计的目的及意义

1.2.1 设计目的

限滑差速器多用在越野车或工程机械上，随着人们出行和运输的需要，人们对汽车性能的要求也越来越高，限滑差速器的应用也日益广泛。电子限滑差速器可以感知车辆行驶状态，主动调节内摩擦力矩，从而提高汽车主动安全性和操纵稳定性。根据电子限滑差速器的限滑原理和工作范围，设计一台包括驱动装置、加载装置、测试装置为一体的试验台架，不仅可进行电子限滑差速器空载试验、静载转矩分配试验、动载转矩分配试验等，还可以测试不同路况、转速、加载力矩等参数对电子限滑差速器工作性能的影响^[2]，提高电子限滑差速器对加载力矩分配的合理性，从而拓展国内电子限滑差速器的使用市场。

1.2.2 设计意义

当前，我国对于电子限滑差速器的性能测试试验相对较少，电子限滑差速器多引用国外技术。与传统差速器相比，电子限滑差速器主要增加了控制元件高速开关阀、由端盖和摆线泵组成的动力机构，以及由活塞和摩擦片组构成的执行机构。当车辆两驱动轮出现转速差时，可通过不同占空比的PWM信号来控制高速开关电磁阀，从而改变摩擦力矩，使两轮的转角一致。电子限滑差速器试验台用于模拟汽车不同路况的行驶条件，一般包括加载电机、测试箱、驱动电机、传动轴、转矩传感器和联轴器。试验台关键点之一就是要模拟汽车运行时的环境条件以及汽车其他部件的工作性能基础，使输入的路况参数、转速、加载转矩等参数满足试验要求，且能够根据试验要求进行调节^[2]。

根据电子限滑差速器工作原理设计试验台，使其可以满足更多的差速器试验情况，使试验台架的零部件标准化，提高通用性和互换性，减少维修成本。通过查阅资料和设计来进一步推动中国电子限滑差速器试验台的进步，这对于安装有电子限滑差速器的汽车行驶于不同环境条件下的安全性、可靠性具有重要的理论意义和实用价值。

1.3 国内外研究现状分析

1.3.1 国外研究状况

国外对限滑差速器的研究与开发比较早，早在20世纪60年代，为提高赛车的动力性和操纵稳定性，已有采用限滑差速器的例子，进入二十世纪九十年代以来，有关限滑差速器的研究非常重视，也非常深入。国外对电子限滑差速器的应用非常广泛，台架测试技术已经相当成熟，很多大型企业及研究机构都有比较完善的台架系统解决方案。AVL是全球规模最大的从事内燃机设计开发、动力总成研究分析以及相关测试系统和设备开发制造的公司，AVL的台架测试设备非常成熟，从整车的动力测试到关键部件的单独测试都有比较完善的系统。

AVL的台架测试设备拥有一套完善的虚拟测试解决方案，能够将真实零部件和虚拟零部件有效结合起来进行联合测试；能够对各种构型的动力系统进行测试；有着高精度、高可靠性的道路负载模拟软件，AVL的道路负载模拟采用的是PUMA系统 ISAC软件包，ISAC软件包主要用于模拟驾驶员和整车；能够用电机模拟发动机。国外在台架测试方面深入研究的企业还有很多，如西门子、Argonne实验室、小野测器等，研究成果较先进^[4]。

1.3.2 国内研究状况

国内关于差速器的试验多借助于驱动桥和变速箱试验同步进行，差速器专项试验进行的不多，且关于如何全面测试差速器的性能，目前国内尚无统一成熟的试验方法与规范，建立统一的差速器试验标准，提高差速器设计和生产的质量迫在眉睫。

2017年11月，重庆市科研院汽摩中心团队研发出国内第一台最高转速的新能源汽车变速器高速试验台架，成功打破了国际垄断^[5]。国内高校主要对测功机控制进行研究，电力测功机动态模拟控制策略以及电力传动系统的控制算法研究是主要研究方向^[4]。国内武汉理工大学肖峻教授课题组设计以磁粉制动器、变速器、交流伺服电机为主要元件的试验台架结构本体，开发集路况模拟、数据采集和实时监控保护为一体的试验台架测控系统^[2]。清华大学汽车工程系在台架测试系统方面研究较为深入，能够对各种新能源汽车动力系统设计测试方案并搭建相应的台架测试系统^[4]。

随着社会的不断发展，人们对汽车配置的要求会越来越高，配备有电子限滑差速器的汽车应用会越来越广泛，不再仅局限于越野车，电子限滑差速器试验台架的相关零部件最终会形成相应的标准。

2. 研究的基本内容与方案

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1 设计的基本内容

根据毕业设计任务书的要求，本设计的基本内容如下：

1、根据电子限滑差速器的限滑原理和工作范围，完成电子限滑差速器试验台总体设计，包括试验台的组成、布局、定位方案、加载方案、驱动方案及传动关系；

2、根据加载方案和驱动方案，选择合适的加载电机和驱动电机，要求确定试验台的组成部件及其装配关系，设计的结构要合理而且可靠；

3、确定制动装置的选型和结构设计，完成电子限滑差速器试验台联轴器、传动轴的机械结构设计；

4、完成关键零部件的数字建模；

5、根据所选加载端、驱动端和测试端的规格、参数，完成关键机械部件的力学分析和校核。

2.2 设计目标

结合毕业设计任务书的要求，电子限滑差速器试验台的设计既要紧跟前沿，满足现实需求，又要符合任务书上的要求，故本设计的目标如下：

1、针对电子限滑差速器的性能要求设计出一种兼容型试验台，不仅包括以驱动端和加载端为主的结构本体，还包括能够与可进行路况模拟、数据采集和实时监控保护的测控系统相连接的机械结构部分。

2、电子限滑差速器试验台机械结构设计合理、可靠，设计的联轴器、传动轴等关键部件要标准化和模块化，以提高试验台的通用性，加快优化升级。

3、合理安排电子限滑差速器试验台各组成部分的布局，实现系统结构优化，使试验台操作简单、合理可靠且效率提高，减少生产和维修的成本。

4、设计一套电子限滑差速器试验台的性能试验方案，可以完成电子限滑差速器的空载试验、静载力矩分配试验和动载力矩试验，确定不同条件下的实验参数。

5、利用CAE仿真软件对电子限滑差速器试验台进行动力学分析和校核，确定不同载荷对整个结构或部件的影响，验证所设计的试验台是否满足技术要求。

2.3 拟采用的技术方案及措施

1、查阅关于电子限滑差速器性能原理以及汽车运行情况的文献资料，基本了解国内外研究现状，对电子限滑差速器的发展趋势进行分析，结合实际确定该试验台的整体布局。

2、确定本设计的电子限滑差速器试验台由机架、驱动端、加载端、测试端组成，根据试验要求和实验室具体情况，确定试验台驱动端、加载端和测试端的布局方式。布局方式可选择T型布置方式和h型布置方式。

（1）在汽车驱动桥试验中，多采用T型布置方式，能真实地模拟汽车工况^[1]，图2所示为差速器试验台T型布置方式。

1.加载电机a；2.联轴器；3.测试箱；4.转矩传感器；

5.加载电机b；6.传动轴；7.驱动电机

图2 差速器试验台T型布置

（2）差速器试验台h型布置方式是将驱动电机放置于两台加载电机平行轴线上，简化测试箱结构，直接模拟差速器工况，可以减少占地面积，提高空间利用率^[1]。图3所示是差速器试验台h型布置。

1.加载电机a；2.转矩传感器；3.测试箱；4.避让箱；5.传动轴；

6.驱动电机；7.加载电机b；8.万向联轴器；9.联轴器

图3 差速器试验台h型布置

对比可得，差速器试验台T型布置的零部件较h型布置少，且更符合汽车内部结构布置形式，因此选择T型布置。

3、查阅有关汽车发动机、加载装置的资料，选择合适的驱动电机和加载电机，合理模拟汽车发动机以及空载、静载和动载条件下电子限滑差速器的转矩分配情况。根据资料，在原有设计中加载端使用磁粉制动器^[2]，本设计选用技术更先进的加载电机。

4、对电子限滑差速器试验台架的测试系统结构进行选择，以便于设计与测试系统相连接的机架本体机械机构。选择压力传感器放置在差速器两侧用于测量两端转矩分配数据，图4所示为试验台架测控系统硬件连接图。

图4 试验台架测控系统硬件连接图

5、根据所选驱动端、加载端和测试端类型，按照国家标准,使用SolidWorks建模软件设计联轴器、传动轴等机架本体，完成电子限滑差速器试验台架的机械结构设计。

6、对设计的机架、驱动端、加载端和测试系统进行连接，画出关键部件数学建模图，并对联轴器、传动轴等连接部分进行力学分析和校核，验证是否符合设计要求和使用标准。

基于电子限滑差速器试验台机械结构设计的流程图如图5所示：

图5 基于电子限滑差速器试验台机械结构设计的流程图

3. 研究计划与安排

3．进度安排

第1-3周：查找文献资料，完成开题报告和英文翻译；

第4-6周：根据电子限滑差速器的原理以及现有试验台架设计，完成电子限滑差速器试验台机械结构设计；

第7-9周：结合汽车运行环境等情况，完成加载电机、驱动电机、联轴器等制动装置的选型和结构设计；

4. 参考文献（12篇以上）

4. 参考文献

[1]王亮,许爱芬,樊智涛,张剑,陶泽南.汽车差速器总成试验台的研制[j].军事交通学院学报,2019,21(08):31-35 69.

[2]肖峻,李柱,刘志柱,肖超.电子限滑差速器试验台架结构及测控系统设计[j/ol].汽车技术:1-5[2020-02-29].https://doi.org/10.19620/j.cnki.1000-3703.20190750.

[3]赵彦斌,肖峻,刘志柱,宗书宇.电子限滑差速器电液控制系统特性研究[j].液压与气动,2019(08):63-69