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汽车底盘技术——越野车的“三把锁”都是啥?在车上是怎么工作的?

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分别指越野车的前桥差速锁(Front Differential Locker)、后桥差速锁(Rear Differential Locker)和中央差速锁(Center Differential Locker)。越野车 ORV(Off-Road Vehicle)是一种为越野而特别设计的汽车,主要是指可在崎岖地面使用的越野车辆。

什么是差速锁

要说三把锁,就要首先了解什么是差速器,因为差速锁就是用来锁止差速器的锁。我们用两张简单的图来示意,如下图,绿色的代表驱动轴,驱动左右轮胎旋转。

当车辆转弯时,如下图,比如车辆在一个圆形的操场内绕圈,可以看出,内侧轮比外侧轮行驶的距离更短。然而,两个车轮完成转弯所需的时间相同,这就产生了一个问题,车轴的旋转速度是固定的,但是两个轮胎行驶的距离不同,内轮会产生跳跃、打滑的现象,造成的后果是轮胎压力更大、磨损更严重、操控性差以及“转向不足”,车辆难以完成转弯。

如果车辆在转弯时,左右轮的转速有差异,那么问题迎刃而解,于是工程师发明了差速器,这是一种巧妙的结构,安装在驱动轴的中间,允许左右半轴以不同的转速驱动后轮,也就是根据受力的不同,转速会自由变化,内侧转速小受力大,外侧转速小受力大。

这块有个比较难理解的是为啥差速器能根据车轮受力自由调节两边的转速,差速器的这种调整是自动的,这里涉及到“最小能耗原理”,也就是地球上所有物体都倾向于耗能最小的状态。车轮在转弯时也会自动趋向能耗最低的状态,自动地按照转弯半径调整左右轮的转速。

当转弯时,由于外侧轮有滑拖的现象,内侧轮有滑转的现象,两个驱动轮此时就会产生两个方向相反的附加力,由于“最小能耗原理”,必然导致两边车轮的转速不同,从而破坏了三者的平衡关系,并通过半轴反映到半轴齿轮上,迫使行星齿轮产生自转,使内侧半轴转速减慢,外侧半轴转速加快,从而实现两边车轮转速的差异。

后驱车的后轴中间往往有一块凸起,那就是安装差速器的地方。

下面来说差速锁

差速器虽然解决了一个问题,但引发了另一个问题,那就是在越野或者遇到上下起伏的路面时,一边车轮悬空或者在泥中摩擦力非常小,此时你有再多的动力也没有用,即使有再大的扭矩,差速器也会把动力全部传递到打滑(转的快)的车轮上,因此对于越野车来说,需要一个锁子,将差速器锁定,锁死差速器后,差速效果消失,左右半轴被硬链接,此时动力传输一半一半,有抓地力的轮胎可以得到一半动力,帮助车辆脱困。

常见牙嵌式差速锁

三把锁在车上的位置关系

  • 中央(桥间)差速锁(中锁) :

    • 作用 :锁止中央差速器,强制前后轴动力平均分配。

    • 适用场景 :轻度打滑或单轴失去附着力时,如沙地或泥泞路面。

    • 局限 :遇到交叉轴或炮弹坑,仅靠中锁无法脱困。

  • 后桥(轮间)差速锁(后锁) :

    • 作用 :锁死后轮差速器,让两侧后轮同步转动。

    • 适用场景 :后轮单侧悬空或打滑时(如交叉轴),被称为 “越野车的灵魂”。

    • 典型案例 :奔驰 G 级在炮弹坑中,即使一后轮悬空,仍能通过后锁保持动力。

  • 前桥(轮间)差速锁(前锁) :

    • 作用 :锁止前轮差速器,确保前轮动力同步。

    • 适用场景 :前轮单侧失去附着力时(如爬坡遇障碍),是 “救命部件”。

    • 使用注意 :开启前锁后转向困难,仅限低速脱困。

在面对极端交叉轴路况时,三把锁会按顺序锁止:

先锁中锁,平衡前后轴动力,避免动力流失到悬空轴;再锁后锁,确保后轮同步转动,推动车辆前进;最后锁前锁,若前轮也悬空,前锁强制动力输出,完成脱困。这一过程避免同时锁死导致传动系统过载。

前轴和后轴的差速锁容易理解,因为对于四驱车来说,前后轴必须都有差速器才能高速转弯,让左右车轮以不同的转速运转,控制打滑时可以单独去锁定某一个差速锁,比如左后轮打滑,那么就锁定后轴差速锁,如果前后都打滑,那么前后都锁定,需要注意的是,锁定之后相当于车辆没有了差速器,车轴硬链接,不可以高速行驶转弯,容易磨损轮胎,损坏传动系统零部件。

而中间的一把锁才是判定是否是硬派越野的核心,分时四驱的越野车会使用中央分动箱往前后轴传输动力,内部有中央差速器,如果两个前轮进入泥或者雪中,动力会全部传递到前轮,此时锁定中央差速锁,就可以将前后硬性连接,平均分配动力,帮助脱困。有中央差速锁的只有奔驰G级,像牧马人的分动箱齿轮啮合纯机械式硬链接,丰田兰德酷路泽的托森自锁差速器,也相当于三把锁。

城市SUV通常会使用中央多片离合器式差速器来控制前后动力的传输,也就是适时或全时四驱,在需要时才会压紧离合片让动力前后平均分配,但为防止过热烧毁,无法长时间压紧。哈弗H9、坦克300、福特撼路者和新一代路虎卫士,都是这类车。

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