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▲▲〈2〉4WD
4WD(四轮驱动)通过低比率的传动装置来帮助汽车克服在泥泞和雪地上的打滑,就如同在越野(off-road)、多岩石地形以及起伏的小山丘上驾驶一般。
这些汽车必须在停下或者低速行驶的时候进行低比率传动的换档,并且换档是通过一根排挡杆或者按钮来进行的。
四轮驱动系统(4wd系统)是将发动机的驱动力从两轮传动变为四轮传动。
4wd系统有比2wd更优异的发动机驱动力应用效率,达到更好的轮胎牵引力与转向力的有效发挥。
就安全性来说,4wd系统对轮胎牵引力与转向力的更佳应用,造成好的行车稳定性以及循迹性。
除此之外4wd系统更有2wd所没有的越野性。
4wd目前大致可分短时(parttime4wd)及全时(fulltime4wd)四轮传动系统,短时四轮传动系统可依驾驶者的需求,选择二轮传动或四轮传动,这种传动系统是属于比较传统的4wd系统,从越野性的观点来看,这种传动系统当选择四轮驱动模式时前后轮系直接连结,可确保前后轮的驱动力输出,因此此种系统系属于适合越野的4wd系统。
另一种为全时4wd系统,此种系统不需驾驶人操作,车辆总是处于四轮驱动系统,此种系统可经由前后驱动力的分配,可达到更完美的胎驱动力及转向力的最佳化配置,属于高性能传动系统,除了配置于一般的越野吉普车外,常用于一些高性能的轿跑车上。
▲▲〈3〉DualPumpSystemREALTIME4WD
CRV使用的是一套叫做DualPumpSystemREALTIME4WD的四驱系统,它的本质是一套纯机械式的适时四驱系统。
在早期的时候,其核心是双泵式结构的液力多片离合器(不同于一般的粘性耦合器)。
来自前桥的传动轴与通向后桥的传动轴通过内外式多片离合器连接,离合器前后各设计有一个与传动轴同轴的机械式液力泵,液力泵中的油液与多片离合器壳体内联通,当前后轮转速相等时,前后机械液力泵压力保持一致。
多片离合器便处于断开状态,而当前后轮转速不同时,前后两个机械泵之间便产生压差,当压差超过3%后,压差便能够将离合器片压紧,将动力传递至后轮。
『从第三代CRV开始,其适时四驱系统已经加入了单向凸轮机构』
这样的适时四驱系统比起单纯的粘性联轴节而言,在响应速度上有一些优势,并且不需要电子系统的介入,但是相比越来越普及的电控多片离合器结构劣势也很明显,不能主动干预,且响应速度慢。
所以,自2007年起的第三代CRV上这套适时四驱系统在原有的基础上增加了一套单向凸轮机构。
当前后泵因转速差产生压差时,油液压力压紧导向离合器,产生的阻力使凸轮槽内的六个小球沿着斜槽转动,推开凸轮盘,进而压紧主离合器,接通前后轴。
这一结构的加入使得响应速度进一步提升。
▲▲〈4〉quattro
奥迪quattro
提到全时四驱,相信很多人脑海里都会闪现一个词,那就是奥迪的quattro!
奥迪是最早将四轮驱动装置运用在拉力赛中并取得巨大成功的车厂。
那么究竟什么是quattro?
quattro一词在意大利语中就是“四”的意思,而对于奥迪来说quattro还有其他含义。
1980年奥迪公司研发了quattro四轮驱动系统,并把它装备在一辆基于奥迪80底盘的双门轿车上,这辆轿车的名字也叫Quattro。
另外奥迪旗下还有一家名叫quattro的子公司,专门实验和研发高性能车型。
因此,quattro既代表着奥迪四驱技术,又代表一种车型,还是一家公司的名字。
『托森差速器结构图』
提到了quattro,很多人又会紧接着联想到另外一个词那就是Torsen差速器,在这里我们翻译成托森差速器。
托森差速器是一个扭矩感应式限滑差速器,在quattro系统中,它作为中央差速器安装在变速箱的输出端,动力从变速箱出来后会先经过托森差速器,之后再分配到前后桥。
多数带有quattro标志的奥迪车都装备了托森差速器,对于这些车来说,托森差速器是实现全时四轮驱动的核心部件。
关于托森差速器的作用原理,我再次引用XX百科里的解释:
Torsen这个名字的由来取Torque-sensingTraction——感觉扭矩牵引,Torsen的核心是蜗轮、蜗杆齿轮啮合系统,从Torsen差速器的结构视图中可以看到双蜗轮、蜗杆结构,正是它们的相互啮合互锁以及扭矩单向地从蜗轮传送到蜗杆齿轮的构造实现了差速器锁止功能,这一特性限制了滑动。
在在弯道正常行驶时,前、后差速器的作用是传统差速器,蜗杆齿轮不影响半轴输出速度的不同,如车向左转时,右侧车轮比差速器快,而左侧速度低,左右速度不同的蜗轮能够严密地匹配同步啮合齿轮。
此时蜗轮蜗杆并没有锁止,因为扭矩是从蜗轮到蜗杆齿轮。
而当一侧车轮打滑时,蜗轮蜗杆组件发挥作用,通过托森差速器或液压式多盘离合器,极为迅速地自动调整动力分配。
从这段文字中我们可以发现,托森差速器是一套纯机械式的装置,其中没有任何电子设备介入,驾驶员也不能手动设定。
这就意味着该装置有很高的可靠性和灵敏度,因此这套系统可以被装在拉力赛车等高性能车上,在复杂路况下提供无与伦比的抓地力。
在奥迪产品序列里,装备quattro系统的车往往就意味着高性能!
不过由于在国内的普及度不高,人们对这套系统缺乏了解,而许多零零散散的介绍又不是很详细,渐渐的使人们对quattro产生了很多误解,误解主要集中在以下三点:
quattro全时四轮驱动系统是一套纯机械的四驱系统;
该系统可以保证即使三个车轮全部失去抓地也会将100%的动力传递到没有失去抓地的车轮上;
Torsen差速器是quattro系统的核心,而像奥迪TT和A3这种发动机横置的、没有装备托森差速器的车虽然名字里有quattro但实际上不是真正的quattro!
要解答前两个问题,我们还是要从quattro的结构说起。
目前我们通常意义上讲的奥迪quattro四驱系统所使用的中央差速器是一个托森差速器,然而我们总是在感叹托森差速器带给车辆的高性能,却忽略了这是一个系统,仅靠这一个差速器是不可能实现完美操控的。
之前已经说过,要实现全时四轮驱动必须有三个差速器,作为中央差速器的托森差速器可以分配通往前后轴的扭矩,可是扭矩到了前后轴之后还要通过差速器分配到左右车轮。
『奥迪A4L3.2quattro』
其实多数装备奥迪quattro系统的车(除了高性能RS和R8等)在前后轴只上只配备了普通的开放式差速器,与普通家用两驱车差速器的构造没什么区别,根本不具备限滑功能。
这就产生了一个问题:
假如车辆一侧的两个车轮全部因为陷入泥地而失去抓地,即使有托森差速器分配前后扭矩,两个普通开放式差速器仍然会将动力传递到打滑的车轮。
如果没有电子系统的辅助,岂不是奥迪四驱轿车就得抛锚?
『奥迪A8四驱系统结构图』
奥迪当然不会允许如此尴尬的事情发生!
为此,工程师们在quattro系统内集成了EDL,EDL的全称是ElectronicDifferentialLock,翻译成中文应该叫电子差速锁。
这一装置会监测四个车轮的转速,当某个车轮因失去抓地而空转时,EDL便会通过ABS给空转的车轮单独施加制动力,使得扭矩通过开放式差速器传递到另一侧不打滑的车轮。
由于前后轴的两个差速器都是普通差速器,因而想把动力100%传递到某个不打滑的车轮几乎是不可能的。
首先托森差速器本身能达到的扭矩分配比例就有限,目前市面上的多数奥迪四驱车的托森差速器的扭矩分配比例只能达到2:
1,也就是说顶多有三分之二的扭矩能被分配到一端。
不过在中央差速器和电子差速锁的相互配合下使得奥迪车即使仅有一个车轮有抓地力时也能够行进,只是此时动力相对较弱罢了。
要实现全时四驱,需要Torsen差速器和EDL、ABS、ESP等电子系统相互配合才能完成,所以说Torsen差速器是纯机械的,但奥迪quattro四驱系统不是纯机械的。
『奥迪TT』
这是在很多车迷中流传的一种说法:
像奥迪TT和A3这种发动机横置的、没有装备托森差速器的车虽然名字里有quattro但实际上不是真正的quattro。
会产生这样的想法很正常,quattro和Torsen这两个词通常是捆绑在一起出现的,而在奥迪TT和A3上这两个词没有一起出现,难免会让很多人产生怀疑。
『1980年日内瓦车展亮相的Quattro』
要说清楚这个问题,我们还要往回翻,刚才已经提到了奥迪quattro既代表着奥迪四驱技术,又代表一种车型,还是一家公司的名字。
按照时间先后排列是先研发出的quattro四轮驱动技术,之后是在1980年在日内瓦车展正式亮相的Quattro,再往后的1983年,名为quattro的奥迪高性能部门成立。
而Torsen差速器直到1987年才被运用到奥迪的quattro四驱系统中。
也就是说在1987年之前的奥迪quattro系统是不包括托森差速器的。
『奥迪Quattro赛车』
另一方面,为庆祝quattro技术诞生25周年,奥迪公司于2005年举行了一系列的庆祝活动,说明奥迪官方承认的quattro技术诞生时间是1980年而不是1987年。
如果说只有装备托森差速器的奥迪四驱系统才能叫quattro的话,早期的奥迪quattro系统和Quattro汽车以及奥迪宣称的“25周年”岂不是成了大笑话?
因此我们可以这样理解:
quattro是奥迪四轮驱动系统的总称,所有奥迪生产的装备四轮驱动系统的车都可以加上“quattro”后缀。
这就好像大众辉腾的四驱系统实际上完全移植了奥迪quattro,但在大众品牌下依然要叫“4motion”。
如果从机械原理角度讲,奥迪TT和A3上的四驱系统确实没有装备托森差速器,而是采用大众4motion的结构。
因此说奥迪TT和A3不是quattro这种说法不正确,但从结构原理上讲也有一定道理。
▲▲〈5〉SH-AWD
SH-AWD技术概括
我们先从理论开始。
首先,SH-AWD是一款全时四驱系统,可以保证在任何路面上都是四驱状态;
第二SH-AWD是一款主动四驱系统。
这套系统可以使前、后桥扭矩实现在30:
70-70:
30之间调节,同时还可以实现左后轮和右后轮扭矩在100:
0-0:
100之间无级调节。
即根据汽车不同的行驶状态可以主动分配扭矩,直白的说就是在ESP等电子辅助装置介入之前就可以通过主动分配动力达到调整车身姿态的目的,超过SH-AWD调整能力时ESP等电子稳定系统才会介入。
更形象地比喻,动物做转弯动作时是靠外侧的后腿加力而完成的,SH-AWD系统就是模仿了这样的动作。
可以理解成在汽车转向时拥有了双保险,而SH-AWD对越野性能没有太大的帮助。
上面这段话就是SH-AWD最主要的作用。
上面仅仅是SH-AWD的作用的归纳,结构确实比较复杂,懒得费脑筋的朋友记住以上这段话就没有问题了。
想深入了解,请继续看下面的文字。
SH-AWD四驱结构讲解
怎样做到前/后30:
30之间扭矩分配的?
——前桥分动装置为固定比例,后桥电磁离合器主动控制的共同作用。
讴歌旗下的四驱车型只有RL和MDX,这两款车均为横置发动机布局。
我们都知道,横置发动机的汽车是无法匹配常规的分动箱结构的。
但是讴歌可以做到30:
30的扭矩前/后桥扭矩分配,用抽象思维想象有些不可理解。
其实这是前桥的分动装置和后桥的左右两套电磁离合器共同作用的效果。
1、前桥部分——前/后传动比例固定为30:
70
虽然没有常规的分动箱结构,但讴歌品牌的四驱车型在前桥位置也有一套分动装置,它并不是真正的分动箱,仅仅是一套分动装置。
这个装置就是一根螺旋齿轮(两端齿比不一样的同轴齿轮),分动装置一端连接前输出轴,另一端连接后输出轴,转动的比例为前/后30:
70。
这个比例是固定的,是不可变化的传动比例!
所以严格地说讴歌旗下的四驱车型是基于前驱车的基础上衍生而来的,但是效果却可以更接近后驱车。
请注意,这里说的是分动装置的传动比例为前/后30:
70,而不是前后轮的扭矩比例,实现前后桥扭矩分配是通过后桥的电磁离合器片和分动装置的共同作用实现的。
如果还无法想象清楚的话,一起看看下面的动力输出示意图吧。
『将动力传递给后桥的传动轴,讴歌MDX的传动轴为碳纤维材料制成』
2、后桥部分(SH-AWD系统核心部位)——分配左、右后轮的扭矩
动力被传动轴传递到了后桥,就来到了后桥动力分配单元,也就是SH-AWD系统的核心部位。
SH-AWD系统里没有常规的开放式差速器,而是用左、右各一套电磁控制多片离合器式来做到差速的,是主动控制地差速。
实现主动控制,主要是依靠信号的采集和反馈来控制的。
SH-AWD与ECU(发动机电子控制单元)与VSA(车身稳定辅助系统)是结合在一起的,可以视为一整套系统。
SH-AWD首先从ECU获得转速、进气量、挡位等信号,同时搜集VSA系统里获得侧向加速度、四个车轮的转速和转向角度等数据,通过这些数据综合分析,计算出最合合理的左右后轮动力分配比例,最后将这个最合理的分配比例作用到后桥的左、右两个电磁离合器,从而实现左右两个后轮的扭矩分配。
在转弯加速时,ECU可以根据侧向加速度和转向角判断驾驶员的意图,并在外侧后轮施加更大的扭矩,达到调整车身姿态的目的。
下面回到上文的疑问,SH-AWD是怎样做到前/后70:
30-30:
70之间动力分配的?
其实就是前桥分动装置为固定比例,后桥电磁离合器主动控制的共同作用。
用个比较抽象的方法形容,前桥的扭矩分配比例固定了,用后桥的电磁离合器来控制后桥需要扭矩的多少,后桥需要获取地扭矩少,更多的扭矩就保留在前桥;
而后桥需要获取更多扭矩时,电磁离合器结合,此时后桥即可获得更多的扭矩。
这样就做到了前后桥扭矩的自由分配。
SH-AWD与ECU对动力分配比例
1、直线巡航状态及小幅度转弯状态
这个状态就是节气门开启程度在一半以下的状态,以及小幅度转弯过程中,ECU会默认将70%的扭矩被分配给前桥,后桥只有30%。
这时后桥的左、右两套电磁离合器为半结合状态,精确地说是只保留30%扭矩的结合状态。
后桥的动力不能完全通过后桥左、右两个电磁离合器传递到后桥半轴上,也就是多半的扭矩还是保留在前桥,所以更接近前驱状态。
理论上可以到达省油的目的。
2、直线急加速状态
在全油门直线加速时,ECU会将后桥的扭力从默认的30%增加到40%,也就是前60%;
后40%,因为在加速的时候车尾会下沉,后车轮的附着力比前轮要大,所以增加后桥的扭矩可以更好地抑制前轮打滑的情况。
3、急转弯和转弯角度很大时
在突然转弯时,ECU会通过采集到的横向加速度计算,当采集到的横向加速度大于设定值时候,后桥的电磁多片离合器立刻完全压紧,效果就是后桥可以获得70%的扭矩,这样就可以模拟后驱车过弯。
当然,这分配到后桥的70%的扭矩还可以在左右两个后车轮间连续分配。
▲▲〈6〉xDrive
xDrive全轮驱动系统的核心技术是由奥地利的马格纳·
斯太尔研制的分动器,以对扭矩分配进行不间断地调节。
xDrive系统根据道路情况不断改变扭矩的分配,向前后车轮传输各自所需要的扭矩,最高可达到40:
60的分配比例。
行驶过程中,如果系统发现车辆可能转向不足,也就是前轮开始被拖向弯道外侧,就会减少分配给前桥的扭矩,将几乎所有动力都输送至后桥。
该系统还不断与动态稳定系统DSC交换信息,从而可以从一开始就识别到车轮打滑。
一旦出现车轮打滑,电动机会锁定xDrive的膜片式离合器,并通过额外的驱动力矩使这个车轮拥有更好的附着力,同时空转的车轮也会得到刹车装置的有效控制。
这就意味着,无论路面如何突然变化,都会有适量的扭矩被输送到抓地性最好的车轮上,即使是在部分结冰的道路上。
▲▲〈7〉分动箱
所谓分动箱,就是将发动机的动力进行分配的装置,可以将动力输出到后轴,或者同时输出到前/后轴。
特点是:
带有分动箱的汽车,都是动力先由传动轴传递到分动箱,在由分动箱来分别传递到前轴和后轴,并且可以在后驱和四驱之间切换,多使用在硬派越野车上。
①分时四驱分动箱——硬链接机构
分时四驱汽车就是平时可以为两驱车,越野路况转为四驱的汽车。
分时四驱分动箱是一种纯机械的装置。
这种结构的分动箱在挂上4驱模式的时候,前后轴是钢性连接,可以实现前后动力50:
50的分配,对于提高车辆的通过性非常有利。
另外由于它的纯机械结构,可靠性很高,这对于经常在缺少救援的荒野行驶的车型是至关重要的。
即使到现在,仍然有大量的硬派越野车采用这种分动箱。
但是也正是因为如此,硬链接机构的分动箱少了一个状态,就是用四驱状态在正常道路上行驶。
这是由于分动箱接通为四驱模式后,前后车轴的转速就被锁定为相同的了,这时汽车只能保持直线正常行驶,而无法正常转弯,否则代价就是加快对轮胎的磨损,甚至发生危险。
『分时四驱分动箱操作杆——纯手动、纯机械』
早期的分时四驱是完全靠手动来切换的,当今电动切换的分时四驱装置也纷纷出现在一些硬派越野车上,它的基本原理与手动切换的分时四驱是一样的,只不过所有的切换是通过电机来完成罢了。
优点:
纯机械结构可靠性很高;
能实现50:
50的动力分配;
提高汽车的脱困性;
缺点:
无差速器,四驱状态下无法转弯;
没有同步器,只能在车辆停止时进行切换。
②超选四驱分动箱——带有中央差速器
“超选四驱分动箱”是三菱对其的称呼,它也是一种分时四驱分动箱,结构与普通的分时四驱分动箱相似,但是要多出一个中央差速器来,当挂上4H的时候,不仅能在沙石路面上高速行驶,也能在普通公路上实现公路四驱的功能。
而它提供的4HLC和4LLC选项,则是锁上了中央差速锁的四驱模式,这个时候,它与普通分时四驱中的4H和4L的功能是一样的。
目前三菱越野车多采用的是这种分动箱。
『三菱的部分越野车采用的就是超选四驱分动箱』
可以实现前后轴差速功能,四驱模式下也可正常行驶;
行驶中可切换二/四驱;
无明显缺点。
▲▲〈8〉差速锁
差速器/差速锁——不能混淆的基础概念!
在了解差速锁之前让我们先认识一下差速器
差速器
从世界上第一辆汽车的诞生之后不久,差速器这个东西也就随之诞生了,它存在的意义只有一个——为了汽车能正常转弯。
过去的马车两侧车轮是通过一根硬轴链接的,所以两侧的车轮的转速永远是相同的,因为无法差速,转弯的时候内侧的车轮除了滚动摩擦外还会有滑动摩擦,还好马车的车轮是木头做的,耐磨……同理汽车在转弯的时候也会有同样的问题,如果还是采用一根硬轴链接,那么转弯时汽车的轮胎等部件将会受到严重的损伤。
为了解决这个问题,当今汽车都是两个半轴的设计,将两个半轴链接起来的就是差速器,有了差速器也就允许两侧车轮有转速差。
『直行状态下差速器不工作』
『转弯状态下差速器工作』
能达到实现两侧车轮转速不一样,最重要的是差速器里面的一组行星齿轮。
为了通俗易懂,我们做一个比喻:
差速器壳体里面的一组行星齿轮就可以抽象地看作为只有一个齿的“齿轮”,也就是一根棍子,这个棍子可以链接两侧的半轴,并带动两个半轴旋转。
注意,这个棍子除了随着传动轴公转,同时还可以自转。
如果两侧的车辆受到的摩擦力是相同的,那么这根棍子就不会有自转,即两侧车轮转速也相同;
如果有一侧车轮受到的摩擦力大于另一侧,那么这根棍子本身就会发生自转,这样在不改变公转转速的情况加上自转,就可以达到两侧转速不一样的目的。
也就是说,如果一侧的轮子被卡死不能转动了,那也无妨,虽然动力依然存在,但这个会自转的棍子就会带动那个没有被卡死的轮子转动。
如果再加上更多的棍子,也就形成了齿轮,即行星齿轮,也是差速器的核心部分。
当今的汽车通常有一组四个行星齿轮。
如果您看了文字还不能完全理解,那么就接着看看下面这个视频吧,很直观很易懂。
差速器对越野性能的影响:
由于差速器允许车轮以不同转速转动,所以在泥泞等路面,当一个车轮打滑时,动力全部消耗在飞快转动的打滑车轮上了,其他车轮会失去动力。
通俗的话说,差速器是让车辆转弯时候内外轮有轮速差用的,否则车辆转弯就会困难,但是差速器在越野道路上就是帮倒忙的。
差速锁
上面讲的是差速器,那么还有一个经常被人混淆的词汇就是“差速锁”,差速锁这个东西和差速器起到完全相反的作用。
也就是不让差速器工作,让两侧的车辆转速相同。
为什么发明了差速器还不让他工作?
这是因为差速器越野路面行驶时就显出了弊端,差速器会成为汽车前进的障碍。
比如一侧的车轮卡死另一侧车轮打滑的情况下,差速器就会起作用了,因为差速器的作用就是允许两侧车轮出现速度差,这样,被卡死的一侧车轮仍静止不动,而另一侧车轮则会因为差速器的作用而疯狂的旋转,一侧卡死,一侧狂转,汽车自然也就无法前行。
为了让动力能够正常的传递到那个“静止”的车轮上,就必须有差速锁,它可以将两个半轴进行钢性连接,使其成为一个整体,这样两侧的车轮都可以得到相同的动力,使车辆可以摆脱困境,这就是差速锁的作用。
当今主流的差速锁有机械式(牙嵌式),经典车型Jeep牧马人,伊顿式差速锁,经典车型大切诺基。
手动机械式差速锁(牙嵌式)
手动机械差速锁的技术简单,生产成本低,但却仍然是迄今为止最为可靠、最有效的提高车辆越野性能的驱动系统的装备。
它可以实现两个半轴的动力完全机械式结合,很牢固。
但是只有在恶劣路况或极限状态下使用差速锁,在正常行驶时使用会对汽车的轮胎等部件造成严重的损害。
『Jeep牧马人罗宾汉和奔驰G500均使用的是机械差速锁』
在越野路况可以使车
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