CN107169154A - 一种小型赛车的限滑差速器调校方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型赛车的限滑差速器调校方法，包括步骤：建立限滑差速器数学模型；设计整车操纵稳定性数学模型；用仿真软件搭建限滑差速器及整车操纵稳定性数学模型；安装整车数据采集系统；对整车操纵稳定性数学模型进行仿真；进行限滑差速器调校实验；通过数据分析得到限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性；通过对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，得到有利于提高操纵稳定性的锁紧系数变化趋势；通过改变限滑差速器的档位以及摩擦片的排列方式改变其锁紧系数。本发明利用已经通过限滑差速器调校实验验证的数学模型指导限滑差速器的不同档位以及摩擦面数的调校，最终实现通过限滑差速器调校来提高赛车操纵稳定性。

Description

一种小型赛车的限滑差速器调校方法

技术领域

本发明涉及赛车传动系统的限滑差速器领域，尤其涉及一种小型赛车的限滑差速器调校方法。

背景技术

中国大学生方程式汽车大赛（英文简称：FSC）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。此赛事被誉为“汽车工程师的摇篮”。在这项赛事中，各个车队的赛车普遍采用了限滑差速器作为赛车限滑装置。

当赛车过弯或一侧车轮在路面打滑时，限滑差速器内的行星齿轮自转起差速作用，左右半轴齿轮的转速不等。由于转速差的存在和轴向力的作用，主、从动摩擦片间在滑转的同时产生摩擦力矩，其数值大小与差速器传递转矩和摩擦片数量成正比，而其方向与快转半轴的旋向相反，与慢转半轴的旋向相同。较大数值的内摩擦力矩作用的结果，使慢转半轴传递的转矩明显增加。

现在国内外汽车生产厂商已经普遍认可限滑差速器是差速器控制中最理想的限滑装置，与普通差速器相比，限滑差速器对与汽车的操纵稳定性有明显的提高，因而也被广泛地应用在汽车产品上。

目前国内对于差速器的性能研究已经有了一定的技术储备。一般对于限滑差速器的研究，是首先建立限滑差速器转矩传递特性的数学模型，并对限滑差速器输出转矩特性进行一定的研究来验证设计计算和理论模型的有效性和正确性。然后建立分析操纵稳定性的整车模型，用simulink软件进行整车模型仿真分析，并对装有限滑差速器的汽车进行整车实验，再对装有普通差速器的汽车在同等条件下进行实验分析，和模型仿真的结果进行对比分析，进一步验证模型的准确性，只有模型准确才能准确地描述整车运动。最后通过试验结果验证限滑差速器调校对于提高汽车的动力性与通过性、改善操纵稳定性、增加汽车主动安全性的效果。

目前，多数对于限滑差速器的研究都是针对普通乘用车的研究，有些是针对沙滩车、有些是针对小型汽车，对于FSAE赛车限滑差速器的研究则相对较少。对于限滑差速器的仿真分析，研究通常是应用Adams/Car或Matlab/Simulink等仿真软件建立差速器的虚拟样机模型，对差速器在不同工况下进行仿真。并与实车的实验结果进行对比来分析差速器的性能。

关于FSAE赛车，多是对FSAE赛车整车性能的研究，利用Adams/Car软件建立整车虚拟样机，对赛车在不同工况下的性能进行分析，进而对赛车的操纵稳定性进行优化。但专门针对FSAE赛车限滑差速器的研究则较少，而赛车限滑差速器性能对赛车的转向及整车操纵稳定性又有十分重要的作用。

针对目前国内对于FSAE赛车限滑差速器性能研究较少的现状，本发明借鉴其他对汽车限滑差速器性能研究的方法，结合对整车仿真研究的经验，利用数学模型对方程式赛车限滑差速器进行性能研究，并通过整车数据采集系统进行实车验证，最终得出一套基于小型赛车的限滑差速器的调校方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前针对FSAE赛车及乘用车限滑差速器的调校方法较少、乘用车限滑差速器调校方法难以适用于FSAE赛车等问题，提供一种基于FSAE方程式赛车的限滑差速器调校方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种小型赛车的限滑差速器调校方法，包括步骤：

对限滑差速器进行内部结构分析，建立限滑差速器数学模型；

设计整车操纵稳定性数学模型；

用Matlab/simulink搭建限滑差速器及整车操纵稳定性数学模型；

安装整车数据采集系统；

对整车操纵稳定性数学模型进行仿真；

进行限滑差速器调校实验；

通过数据分析得到限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性；

通过对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，得到有利于提高操纵稳定性的锁紧系数变化趋势；

通过改变限滑差速器的档位以及摩擦片的排列方式改变其锁紧系数。

进一步地，所述对限滑差速器进行内部结构分析，建立限滑差速器数学模型步骤具体包括：

通过对限滑差速器内部结构进行分析，在限滑差速器的每种工况下对各个零部件（如壳体、压力环、十字轴、行星齿轮、半轴齿轮、半轴、摩擦片以及车轮等）进行受力分析，得出不同工况下限滑差速器内部力矩的传递路径和传递方式；

通过查阅得到对应的力矩关系式，然后进行数学上的等价推导，归纳出一系列关系式，建立限滑差速器数学模型，该限滑差速器模型需要输入的参数包括限滑差速器锁紧系数及限滑差速器的预紧力矩；

所述限滑差速器具有6种不同的工况，包括：

后内后外不打滑且处于平衡，LSD没有锁止；

后外不打滑，后内打滑，且都处于平衡，LSD没有锁止；

后外不打滑，后内打滑，且都处于平衡，LSD锁止；

后内后外都打滑且处于平衡，LSD没有锁止；

后内后外都打滑且处于平衡，LSD锁止；

后外打滑平衡，后内打滑加速，LSD没有锁止；

所述的LSD为限滑差速器，所述的后内为后轴内侧轮，所述的后外为后轴外侧轮。

进一步地，所述设计整车操纵稳定性数学模型的步骤包括：

首先明确各个参数之间的相互关系以及推导的关系式，使各个参数能够通过数学公式相互关联，包括轮速与前轮转向角相对于横摆角速度、质心侧偏角、驱动转矩、限滑转矩、车厢侧倾角、侧向加速度、前后轴侧偏角之差、转弯半径、转弯半径比之间的关系式；

接着列举出整车操纵稳定性的主模型关系式；

然后分子系统列举各个与操纵稳定性相关的参数的关系式；

再将各个关系式中除待求的参数外的已知整车参数单独列举出来进行归纳，根据实车的数据将已知参数代入，完善整车操纵稳定性数学模型。

进一步地，所述整车操纵稳定性数学模型利用Matlab/simulink软件搭建时，利用特定的求导、积分、筛选、运算等功能使关系式得以一步步实现，最后相互串联组成一套完整的数学模型：首先根据各个子系统公式的输入输出关系设置各个子系统的数学模型，包括质心侧偏角、横摆角速度、驱动转矩、限滑转矩、车厢侧倾角、侧向加速度、前后轴侧偏角之差、转弯半径和转弯半径比的子系统数学模型；接着按照主模型的关系式将将不同子系统中相同的参数输入或输出变量相互连接，形成一个子系统彼此相互关联的整车操纵稳定性模型，所述整车操纵稳定性模型搭建过程中需要输入的整车参数包括：质心距离前轴的距离、质心距离后轴的距离、汽车总质量、前悬挂质量、后悬挂质量、悬挂质量、非悬挂质量、车轮滚动半径、单个车轮质量、汽车前轮距、汽车后轮距、平均轮距、汽车总重量、悬挂质量重力、前轴荷、非悬挂质量对应的侧倾中心高度、悬挂质量质心到侧倾轴线的距离、悬架总的角刚度、滚动阻力系数、前轮胎侧偏刚度、后轮胎侧偏刚度、前轮转动惯量、汽车转动惯量。

进一步地，所述安装整车数据采集系统的步骤中，所述整车数据采集系统包括：1个AIM MXL S 赛车数据采集系统显示器、4个轮速传感器、4个悬架位移传感器、1个方向盘转角传感器、Race Studio数据分析软件，所述的AIM MXL S 赛车数据采集系统显示器安装于实验用小型赛车方向盘位置，所述的4个轮速传感器安装于赛车轮边的立柱位置，所述的4个悬架位移传感器安装于赛车前后悬挂的减振器处并平行于各个减振器轴线，将所述的方向盘转角传感器安装于转向机构的齿轮齿条处；各个传感器的线束合理布置并连接至整车ECU，再通过总线与AIM MXL S 赛车数据采集系统显示器相连；通过数据线将数据传输至装有Race Studio数据分析软件的电脑进行数据读取和分析。

进一步地，所述对整车操纵稳定性数学模型进行仿真的步骤具体包括：利用MATLAB/Simulink软件对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，仿真的输入信号是车速和方向盘转角，对输入端给出初值进行仿真；采用控制变量法控制仿真的车速、限滑差速器锁紧系数，仿真过程中读取仿真数据与实车实验数据进行对比分析。

进一步地，所述进行限滑差速器调校实验的步骤包括：采用控制变量法控制的车速、压力环档位、摩擦面数三个变量来进行实验，实验过程利用整车数据采集系统采集各传感器数据并利用Race Studio数据分析软件读取平均横摆角速度、平均稳定性因数、平均侧向加速度、平均前轮转角、平均侧倾角的实验数据，进行对比分析，验证整车操纵稳定性数学模型与限滑差速器模型的稳定性及可靠性，最终利用已验证的整车操纵稳定性数学模型选择最优的压力环档位和摩擦面数。

进一步地，所述通过数据分析得到限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性的步骤中，转向时限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性包括：

当内侧轮轮速及外侧轮的轮速分别相同时，此时差速器处于限滑没有锁止的状态，且两个驱动轮均没有打滑；

当两个外侧轮的轮速与内侧驱动轮的轮速相同而高于内侧从动轮时，差速器处于锁止状态且内侧驱动轮打滑，外侧驱动轮附着良好；

当两个驱动轮的轮速相同且高于外侧从动轮时，差速器处于锁止状态，两个驱动轮均打滑；

当轮速大小顺序为：内侧驱动轮＞外侧驱动轮＞外侧从动轮＞内侧从动轮时，差速器处于限滑没有锁止的状态，且两个驱动轮均打滑；

当稳定性因数的变化趋势为从大到小，甚至为负值时，可知赛车的转向特性的变化趋势为从转向不足到转向过渡。

进一步地，所述通过对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，得到有利于提高操纵稳定性的锁紧系数变化趋势的步骤是通过改变模型中限滑差速器子模型的锁紧系数，仿真得到锁紧系数的变化对赛车转向特性的影响，从而实现在不同实际工况下，根据需要调教差速器锁紧系数。

进一步地，所述通过改变限滑差速器的档位以及摩擦片的排列方式改变其锁紧系数的步骤具体为：

限滑差速器内部的摩擦力矩与其内部主从动摩擦片间的接触区域成正比，因此，当其中一边两片主动摩擦片相邻并且两片从动摩擦片相邻时，此时的理论摩擦力矩为原来的三分之一，从而，通过调整不同摩擦片的排列方式，得到不同的摩擦面数，进而实现根据实际需要调节限滑差速器的锁紧系数。

本发明以大学生方程式赛车为对象，通过对限滑差速器内部结构进行力学分析、用MATLAB/simulink软件建立限滑差速器及整车操纵稳定性数学模型进行仿真、用控制变量法设计限滑差速器调校实验、利用Race Studio软件及整车数据采集系统对赛车实车跑动过程中各种传感器所采集的数据进行分析，进而将限滑差速器调校至最优状态，并以实车调校检验仿真结果的准确性，利用已经通过限滑差速器调校实验验证的数学模型指导限滑差速器的不同档位以及摩擦面数的调校，最终实现通过限滑差速器调校来提高赛车操纵稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1. 本发明所述的整车数据采集系统有别与一般的乘用车数据采集系统，能够灵活应用于自制的方程式赛车上，传感器的安装步骤操作简单、数据分析软件方便高效、根据自行搭建的数学通道即可直观的观察各项与整车操纵稳定性相关的参数。

2. 本发明所述的整车操纵稳定性数学模型是根据已经验证的数学公式，利用MATLAB/Simulink软件进行搭建的数学模型。可适用于不同整车参数的赛车，利用该模型对不同的车进行仿真时，只需进入模型子系统修改各项可测量的整车参数如轴距、轮距、质量等，即可结合实际情况修正仿真模型。

3. 本发明结合整车操纵稳定性的数学模型的仿真数据及实车的跑动数据进行对比分析，通过实车实验的数据验证仿真模型，并以仿真的数据指导实车限滑差速器的调校，进而提高限滑差速器调校的可靠性及稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图。

图2为本发明实施例的Drexler限滑差速器爆炸图。

图3为本发明实施例的整车操纵稳定性数学模型。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1所示，一种小型赛车的限滑差速器调校方法，包括步骤：

对Drexler限滑差速器进行内部结构分析，建立限滑差速器数学模型；

设计整车操纵稳定性数学模型；

用Matlab/simulink搭建限滑差速器及整车操纵稳定性数学模型；

安装整车数据采集系统；

对整车操纵稳定性数学模型进行仿真；

进行限滑差速器调校实验；

通过数据分析得到限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性；

通过对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，得到有利于提高操纵稳定性的锁紧系数变化趋势；

通过改变限滑差速器的档位以及摩擦片的排列方式改变其锁紧系数。

具体而言，所述对Drexler限滑差速器进行内部结构分析，建立限滑差速器数学模型步骤具体包括：

通过对限滑差速器内部结构进行分析，在限滑差速器的每种工况下对各个零部件（如壳体、压力环、十字轴、行星齿轮、半轴齿轮、半轴、摩擦片以及车轮等）进行受力分析，得出不同工况下限滑差速器内部力矩的传递路径和传递方式，如图2所示，本实施例中，所述的限滑差速器采用Drexler限滑差速器，该限滑差速器结构包括中间壳体、左壳体、右壳体、压力环、十字轴、行星齿轮、半轴齿轮、内摩擦片、外摩擦片等。赛车发动机输出的力矩通过链传动、从小链轮传至限滑差速器左壳体上的大链轮，再根据赛车不同的工况按不同的路径进行动力传递：一、左右驱动轮转速不同以及赛车处于加减速时，一部分转矩通过大链轮、左壳体、中间壳体、压力环、十字轴、行星齿轮、半轴齿轮、半轴传给左右驱动轮；另一部分转矩通过大链轮、左壳体、中间壳体、压力环、主从动摩擦片、半轴传给左右驱动轮。 二、赛车处于匀速直线行驶时，转矩通过大链轮、左壳体、中间壳体、压力环、十字轴、行星齿轮、半轴齿轮、半轴传给左右驱动轮；所述的Drexler限滑差速器压力环包括三个不同的档位，区别在于楔形槽的角度，一档楔形角度为40°/50°、二档楔形角度为45°/60°、三档楔形角度为30°/45°。通过对压力环及十字轴进行力学分析，可得出输入力相等时，压力角越小，压力环轴向力越大，对摩擦片正压力越大，限滑差速器限滑效果越明显；即选用的压力角越小、内摩擦力矩越大，限滑差速器锁紧系数越大。进而可通过改变压力环档位来调整限滑差速器内摩擦力矩；所述的Drexler限滑差速器摩擦片包括内摩擦片和外摩擦片，在压力环左右两边各放置2片内摩擦片和两片外摩擦片，内外摩擦片相邻放置可产生内摩擦力矩，而2片内摩擦片或2片外摩擦片相邻放置则不产生内摩擦力矩；即可以通过改变内外摩擦片的排列方式来改变限滑差速器内部摩擦面数，进而调整内摩擦力矩，该限滑差速器单侧摩擦面数最多3面、最少1面，摩擦面数越多、摩擦力矩越大；

通过查阅得到对应的力矩关系式，然后进行数学上的等价推导，归纳出一系列关系式，建立限滑差速器数学模型，该限滑差速器模型需要输入的参数包括限滑差速器锁紧系数及限滑差速器的预紧力矩；

所述Drexler限滑差速器具有6种不同的工况，包括：

后内后外不打滑且处于平衡，LSD没有锁止；

后外不打滑，后内打滑，且都处于平衡，LSD没有锁止；

后外不打滑，后内打滑，且都处于平衡，LSD锁止；

后内后外都打滑且处于平衡，LSD没有锁止；

后内后外都打滑且处于平衡，LSD锁止；

后外打滑平衡，后内打滑加速，LSD没有锁止；

所述的LSD为限滑差速器，所述的后内为后轴内侧轮，所述的后外为后轴外侧轮。

具体而言，所述设计整车操纵稳定性数学模型的步骤包括：

首先明确各个参数之间的相互关系以及推导的关系式，使各个参数能够通过数学公式相互关联，包括轮速与前轮转向角相对于横摆角速度、质心侧偏角、驱动转矩、限滑转矩、车厢侧倾角、侧向加速度、前后轴侧偏角之差、转弯半径、转弯半径比之间的关系式；

接着列举出整车操纵稳定性的主模型关系式；

然后分子系统列举各个与操纵稳定性相关的参数的关系式；

再将各个关系式中除待求的参数外的已知整车参数单独列举出来进行归纳，根据实车的数据将已知参数代入，完善整车操纵稳定性数学模型(见图3)。

具体而言，所述整车操纵稳定性数学模型利用Matlab/simulink软件搭建时，利用特定的求导、积分、筛选、运算等功能使关系式得以一步步实现，最后相互串联组成一套完整的数学模型：首先根据各个子系统公式的输入输出关系设置各个子系统的数学模型，包括质心侧偏角、横摆角速度、驱动转矩、限滑转矩、车厢侧倾角、侧向加速度、前后轴侧偏角之差、转弯半径和转弯半径比的子系统数学模型；接着按照主模型的关系式将将不同子系统中相同的参数输入或输出变量相互连接，形成一个子系统彼此相互关联的整车操纵稳定性模型，所述整车操纵稳定性模型搭建过程中需要输入的整车参数包括：质心距离前轴的距离、质心距离后轴的距离、汽车总质量、前悬挂质量、后悬挂质量、悬挂质量、非悬挂质量、车轮滚动半径、单个车轮质量、汽车前轮距、汽车后轮距、平均轮距、汽车总重量、悬挂质量重力、前轴荷、非悬挂质量对应的侧倾中心高度、悬挂质量质心到侧倾轴线的距离、悬架总的角刚度、滚动阻力系数、前轮胎侧偏刚度、后轮胎侧偏刚度、前轮转动惯量、汽车转动惯量。

具体而言，所述安装整车数据采集系统的步骤中，所述整车数据采集系统包括：1个AIM MXL S 赛车数据采集系统显示器、4个轮速传感器、4个悬架位移传感器、1个方向盘转角传感器、Race Studio数据分析软件，所述的AIM MXL S 赛车数据采集系统显示器安装于实验用小型赛车方向盘位置，所述的4个轮速传感器安装于赛车轮边的立柱位置，所述的4个悬架位移传感器安装于赛车前后悬挂的减振器处并平行于各个减振器轴线，将所述的方向盘转角传感器安装于转向机构的齿轮齿条处；各个传感器的线束合理布置并连接至整车ECU，再通过总线与AIM MXL S 赛车数据采集系统显示器相连；通过数据线将数据传输至装有Race Studio数据分析软件的电脑进行数据读取和分析。

具体而言，所述对整车操纵稳定性数学模型进行仿真的步骤具体包括：利用MATLAB/Simulink软件对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，仿真的输入信号是车速和方向盘转角，对输入端给出初值进行仿真；采用控制变量法控制仿真的车速、限滑差速器锁紧系数，仿真过程中读取仿真数据与实车实验数据进行对比分析，本实施例分别设置车速为10km/h、20 km/h、30km/h、40 km/h，对比分析不同车速条件下的仿真结果。同时调整限滑差速器模型中的锁紧系数数值，对比分析不同锁紧系数下的仿真结果。

具体而言，所述进行限滑差速器调校实验的步骤包括：采用控制变量法控制的车速、压力环档位、摩擦面数三个变量来进行实验，实验过程利用整车数据采集系统采集各传感器数据并利用Race Studio数据分析软件读取平均横摆角速度、平均稳定性因数、平均侧向加速度、平均前轮转角、平均侧倾角的实验数据，进行对比分析，验证整车操纵稳定性数学模型与限滑差速器模型的稳定性及可靠性，最终利用已验证的整车操纵稳定性数学模型选择最优的压力环档位和摩擦面数。本实施例中，设计小型赛车的跑动要求为：一、跑动路径为8字绕圈和蛇形绕桩；二、每种跑法设置4种车速进行跑动，分别为：10km/h、20 km/h、30km/h、40 km/h；三、每种速度下跑动3圈、采集最合理的平均侧倾角、平均横摆角速度、平均稳定性因数、平均侧向加速度、平均前轮转角等实验数据。

实验按照控制变量法对Drexler限滑差速器进行调校实验。首先在左右摩擦面数均为3面的条件下、调整压力环的档位进行实验。第一次实验选用第一档即选用角度为40°/50°的楔形角于十字轴相配合；第二次实验选用第二档即选用角度为45°/60°的档位与十字轴相配合；第三次实验选用第三档即选用角度为30°/45°的档位与十字轴相配合。三次实验后，分析实验过程中所采集的数据、综合对比三种实验条件下各个速度下赛车跑动过程中的平均侧倾角、平均横摆角速度、平均稳定性因数、平均侧向加速度、平均前轮转角等实验数据，选取最优的档位进行第四次实验。第四次实验调整左右摩擦面数均为2面进行实验；第五次实验调整左右摩擦面数均为1面进行实验。

实验结束后，综合对比分析在最优的压力环档位下、不同的摩擦面数对赛车操纵稳定性的影响。并将仿真的结果与实车跑动的数据进行对比分析，验证整车操纵稳定性数学模型及限滑差速器模型的可靠性。最终通过已验证的整车操纵稳定性数学模型的仿真，得到不同工况下使整车操纵稳定性最优的差速器档位与摩擦面数。

具体而言，所述通过数据分析得到限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性的步骤中，转向时限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性包括：

当内侧轮轮速及外侧轮的轮速分别相同时，此时差速器处于限滑没有锁止的状态，且两个驱动轮均没有打滑；

当两个外侧轮的轮速与内侧驱动轮的轮速相同而高于内侧从动轮时，差速器处于锁止状态且内侧驱动轮打滑，外侧驱动轮附着良好；

当两个驱动轮的轮速相同且高于外侧从动轮时，差速器处于锁止状态，两个驱动轮均打滑；

当轮速大小顺序为：内侧驱动轮＞外侧驱动轮＞外侧从动轮＞内侧从动轮时，差速器处于限滑没有锁止的状态，且两个驱动轮均打滑；

当稳定性因数的变化趋势为从大到小，甚至为负值时，可知赛车的转向特性的变化趋势为从转向不足到转向过渡。

具体而言，所述通过对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，得到有利于提高操纵稳定性的锁紧系数变化趋势的步骤是通过改变模型中限滑差速器子模型的锁紧系数，仿真得到锁紧系数的变化对赛车转向特性的影响，从而实现在不同实际工况下，根据需要调教差速器锁紧系数。

具体而言，所述通过改变限滑差速器的档位以及摩擦片的排列方式改变其锁紧系数的步骤具体为：

限滑差速器内部的摩擦力矩与其内部主从动摩擦片间的接触区域成正比，因此，当其中一边两片主动摩擦片相邻并且两片从动摩擦片相邻时，此时的理论摩擦力矩为原来的三分之一，从而，通过调整不同摩擦片的排列方式，得到不同的摩擦面数，进而实现根据实际需要调节限滑差速器的锁紧系数。

本发明以大学生方程式赛车为对象，通过对限滑差速器内部结构进行力学分析、用MATLAB/simulink软件建立限滑差速器及整车操纵稳定性数学模型进行仿真、用控制变量法设计限滑差速器调校实验、利用Race Studio软件及整车数据采集系统对赛车实车跑动过程中各种传感器所采集的数据进行分析，进而将限滑差速器调校至最优状态，并以实车调校检验仿真结果的准确性，利用已经通过限滑差速器调校实验验证的数学模型指导限滑差速器的不同档位以及摩擦面数的调校，最终实现通过限滑差速器调校来提高赛车操纵稳定性。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于，包括步骤：

对限滑差速器进行内部结构分析，建立限滑差速器数学模型；

设计整车操纵稳定性数学模型；

用Matlab/simulink搭建限滑差速器及整车操纵稳定性数学模型；

安装整车数据采集系统；

对整车操纵稳定性数学模型进行仿真；

进行限滑差速器调校实验；

通过数据分析得到限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性；

通过对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，得到有利于提高操纵稳定性的锁紧系数变化趋势；

通过改变限滑差速器的档位以及摩擦片的排列方式改变其锁紧系数。

2.根据权利要求1所述的一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于：所述对限滑差速器进行内部结构分析，建立限滑差速器数学模型步骤具体包括：

通过对限滑差速器内部结构进行分析，在限滑差速器的每种工况下对各个零部件进行受力分析，得出不同工况下限滑差速器内部力矩的传递路径和传递方式；

通过查阅得到对应的力矩关系式，然后进行数学上的等价推导，归纳出一系列关系式，建立限滑差速器数学模型，该限滑差速器模型需要输入的参数包括限滑差速器锁紧系数及限滑差速器的预紧力矩；

所述限滑差速器具有6种不同的工况，包括：

后内后外不打滑且处于平衡，LSD没有锁止；

后外不打滑，后内打滑，且都处于平衡，LSD没有锁止；

后外不打滑，后内打滑，且都处于平衡，LSD锁止；

后内后外都打滑且处于平衡，LSD没有锁止；

后内后外都打滑且处于平衡，LSD锁止；

后外打滑平衡，后内打滑加速，LSD没有锁止；

所述的LSD为限滑差速器，所述的后内为后轴内侧轮，所述的后外为后轴外侧轮。

3.根据权利要求1所述的一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于：所述设计整车操纵稳定性数学模型的步骤包括：

首先明确各个参数之间的相互关系以及推导的关系式，使各个参数能够通过数学公式相互关联，包括轮速与前轮转向角相对于横摆角速度、质心侧偏角、驱动转矩、限滑转矩、车厢侧倾角、侧向加速度、前后轴侧偏角之差、转弯半径、转弯半径比之间的关系式；

接着列举出整车操纵稳定性的主模型关系式；

然后分子系统列举各个与操纵稳定性相关的参数的关系式；

再将各个关系式中除待求的参数外的已知整车参数单独列举出来进行归纳，根据实车的数据将已知参数代入，完善整车操纵稳定性数学模型。

4.根据权利要求1所述的一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于：所述整车操纵稳定性数学模型利用Matlab/simulink软件搭建时，首先根据各个子系统公式的输入输出关系设置各个子系统的数学模型，包括质心侧偏角、横摆角速度、驱动转矩、限滑转矩、车厢侧倾角、侧向加速度、前后轴侧偏角之差、转弯半径和转弯半径比的子系统数学模型；接着按照主模型的关系式将将不同子系统中相同的参数输入或输出变量相互连接，形成一个子系统彼此相互关联的整车操纵稳定性模型，所述整车操纵稳定性模型搭建过程中需要输入的整车参数包括：质心距离前轴的距离、质心距离后轴的距离、汽车总质量、前悬挂质量、后悬挂质量、悬挂质量、非悬挂质量、车轮滚动半径、单个车轮质量、汽车前轮距、汽车后轮距、平均轮距、汽车总重量、悬挂质量重力、前轴荷、非悬挂质量对应的侧倾中心高度、悬挂质量质心到侧倾轴线的距离、悬架总的角刚度、滚动阻力系数、前轮胎侧偏刚度、后轮胎侧偏刚度、前轮转动惯量、汽车转动惯量。

5. 根据权利要求1所述的一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于：所述安装整车数据采集系统的步骤中，所述整车数据采集系统包括：1个AIM MXL S 赛车数据采集系统显示器、4个轮速传感器、4个悬架位移传感器、1个方向盘转角传感器、Race Studio数据分析软件，所述的AIM MXL S 赛车数据采集系统显示器安装于实验用小型赛车方向盘位置，所述的4个轮速传感器安装于赛车轮边的立柱位置，所述的4个悬架位移传感器安装于赛车前后悬挂的减振器处并平行于各个减振器轴线，将所述的方向盘转角传感器安装于转向机构的齿轮齿条处；各个传感器的线束合理布置并连接至整车ECU，再通过总线与AIMMXL S 赛车数据采集系统显示器相连；通过数据线将数据传输至装有Race Studio数据分析软件的电脑进行数据读取和分析。

6.根据权利要求1所述的一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于：所述对整车操纵稳定性数学模型进行仿真的步骤具体包括：利用MATLAB/Simulink软件对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，仿真的输入信号是车速和方向盘转角，对输入端给出初值进行仿真；采用控制变量法控制仿真的车速、限滑差速器锁紧系数，仿真过程中读取仿真数据与实车实验数据进行对比分析。

7. 根据权利要求1所述的一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于：所述进行限滑差速器调校实验的步骤包括：采用控制变量法控制的车速、压力环档位、摩擦面数三个变量来进行实验，实验过程利用整车数据采集系统采集各传感器数据并利用RaceStudio数据分析软件读取平均横摆角速度、平均稳定性因数、平均侧向加速度、平均前轮转角、平均侧倾角的实验数据，进行对比分析，验证整车操纵稳定性数学模型与限滑差速器模型的稳定性及可靠性，最终利用已验证的整车操纵稳定性数学模型选择最优的压力环档位和摩擦面数。

8.根据权利要求1所述的一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于，所述通过数据分析得到限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性的步骤中，转向时限滑差速器以及两个驱动轮的工作状态和赛车的转向特性包括：

当内侧轮轮速及外侧轮的轮速分别相同时，此时差速器处于限滑没有锁止的状态，且两个驱动轮均没有打滑；

当两个外侧轮的轮速与内侧驱动轮的轮速相同而高于内侧从动轮时，差速器处于锁止状态且内侧驱动轮打滑，外侧驱动轮附着良好；

当两个驱动轮的轮速相同且高于外侧从动轮时，差速器处于锁止状态，两个驱动轮均打滑；

当轮速大小顺序为：内侧驱动轮＞外侧驱动轮＞外侧从动轮＞内侧从动轮时，差速器处于限滑没有锁止的状态，且两个驱动轮均打滑；

当稳定性因数的变化趋势为从大到小，甚至为负值时，可知赛车的转向特性的变化趋势为从转向不足到转向过渡。

9.根据权利要求1所述的一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于：所述通过对整车操纵稳定性数学模型进行仿真，得到有利于提高操纵稳定性的锁紧系数变化趋势的步骤是通过改变模型中限滑差速器子模型的锁紧系数，仿真得到锁紧系数的变化对赛车转向特性的影响，从而实现在不同实际工况下，根据需要调教差速器锁紧系数。

10.根据权利要求1所述的一种小型赛车的限滑差速器调校方法，其特征在于：所述通过改变限滑差速器的档位以及摩擦片的排列方式改变其锁紧系数的步骤具体为：

限滑差速器内部的摩擦力矩与其内部主从动摩擦片间的接触区域成正比，因此，当其中一边两片主动摩擦片相邻并且两片从动摩擦片相邻时，此时的理论摩擦力矩为原来的三分之一，从而，通过调整不同摩擦片的排列方式，得到不同的摩擦面数，进而实现根据实际需要调节限滑差速器的锁紧系数。