四驅(qū)車多片離合差速傳動與控制.doc

四驅(qū)車多片離合差速傳動與控制一四驅(qū)系統(tǒng) 四驅(qū)系統(tǒng)一般分為：全時(shí)四驅(qū)、分時(shí)四驅(qū)和適時(shí)四驅(qū)。全時(shí)四驅(qū)指的是車輛在整個(gè)行駛過程中一直保持四輪驅(qū)動的模式。這種驅(qū)動模式擁有較好的越野和操控性能，但它不能根據(jù)路面情況做出扭矩分配的調(diào)整，油耗偏大，經(jīng)濟(jì)性差。分時(shí)四驅(qū)是由駕駛者手動切換的驅(qū)動模式，駕駛者可通過接通或斷開分動器來選擇兩輪驅(qū)動或四輪驅(qū)動模式。這是SUV車型中最常見的驅(qū)動模式，其優(yōu)點(diǎn)是既能保證車輛的動力性和通過性，又能兼顧燃油經(jīng)濟(jì)性，略顯不足的是駕駛者需要自行判斷路況，手動操作驅(qū)動模式。適時(shí)四驅(qū)又稱為實(shí)時(shí)四驅(qū)，是最近幾年發(fā)展起來的技術(shù)，它由電腦芯片控制兩驅(qū)與四驅(qū)的切換。該系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)就是它在繼承全時(shí)四驅(qū)和分時(shí)四驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)彌補(bǔ)了它們的不足。它能自行識別駕駛環(huán)境，根據(jù)駕駛環(huán)境的變化控制兩驅(qū)與四驅(qū)兩種模式的切換。在顛簸、多坡多彎等附著力低的路面，車輛自動設(shè)定為四輪驅(qū)動模式，而在城市路面等較平坦的路況上，車輛會自行切換為兩輪驅(qū)動。 二.多片離合器式差速器 多片離合器式差速器依靠濕式多片離合器產(chǎn)生差動轉(zhuǎn)矩。這種系統(tǒng)多用作適時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)的中央差速器使用。其內(nèi)部有兩組摩擦盤，一組為主動盤，一組為從動盤。主動盤與前軸連接，從動盤與后軸連接。兩組盤片被浸泡在專用油中，二者的結(jié)合和分離依靠電子系統(tǒng)控制。 在直線行駛時(shí)，前后軸的轉(zhuǎn)速相同，主動盤與從動盤之間沒有轉(zhuǎn)速差，此時(shí)盤片分離，車輛基本處于前驅(qū)或后驅(qū)狀態(tài)，可達(dá)到節(jié)省燃油的目的。在轉(zhuǎn)彎過程中，前后軸出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，主、從動盤片之間也產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差。但由于轉(zhuǎn)速差沒有達(dá)到電子系統(tǒng)預(yù)設(shè)的要求，因而兩組盤片依然處于分離狀態(tài)，此時(shí)車輛轉(zhuǎn)向不受影響。 圖1 前、后軸之間的多片離合器式差速器-模型圖當(dāng)前后軸的轉(zhuǎn)速差超過一定限度，例如前輪開始打滑，電控系統(tǒng)會控制液壓機(jī)構(gòu)將多片離合器壓緊，此時(shí)主動盤與從動盤開始發(fā)生接觸，類似離合器的結(jié)合，扭矩從主動盤傳遞到從動盤上從而實(shí)現(xiàn)四驅(qū)。多片摩擦式限滑差速器的接通條件和扭矩分配比例由電子系統(tǒng)控制，反應(yīng)速度快，部分車型還具備手動控制的“LOCK”功能，即主、從動盤片可保持全時(shí)結(jié)合狀態(tài)，功能接近專業(yè)越野車的四驅(qū)鎖止?fàn)顟B(tài)。但摩擦片最多只能傳遞50%的扭矩給后輪，并且高強(qiáng)度的使用會時(shí)摩擦片過熱而失效。優(yōu)點(diǎn)：反映速度很快，可瞬間結(jié)合；多數(shù)車型都是電控結(jié)合，無需手動控制；缺點(diǎn)：最多只能將50%的動力傳遞給后輪，高負(fù)荷工作時(shí)容易過熱。 三.國內(nèi)外多片離合差速傳動與控制發(fā)展現(xiàn)狀 1）寶馬xDrive四驅(qū)系統(tǒng)從1985年第一輛搭載四驅(qū)系統(tǒng)的325iX面世至今，寶馬全時(shí)四驅(qū)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了26年，而在過去的26年內(nèi)，寶馬的智能全時(shí)四驅(qū)技術(shù)為人們在駕駛車輛時(shí)提供了更好的駕駛樂趣和更好的安全保證。從起初的前后恒定動力配比到后來更加全面的xDrive智能全時(shí)四驅(qū)技術(shù)，寶馬的技術(shù)人員通過25年不斷地鉆研與積累，為我們帶來了現(xiàn)在這套公路性能與越野性能兩不耽誤的xDrive全時(shí)智能四驅(qū)系統(tǒng)。 汽車四驅(qū)技術(shù)發(fā)展到今天，已不再只由純機(jī)械式中央差速器負(fù)責(zé)前后輪的動力分配這么簡單，由ECU行車電腦配合差速器完成動力分配也早已不是什么新鮮事了，最先進(jìn)的公路四驅(qū)幾乎可以精確分配每個(gè)車輪的動力。xDrive正是這樣的四輪啟動技術(shù)，它就是采用多片離合器來控制動力分配的。前后軸動力分配的多少由ECU精確控制，并且xDrive的多片離合以反應(yīng)快著稱，這使得寶馬汽車的操控性能提升到了空前大的高度。 寶馬四驅(qū)車型采用的中央分動器，大致可以分為兩種結(jié)構(gòu)，其中原則上傳遞扭矩在400牛米以下的使用齒輪傳統(tǒng)，而傳遞扭矩在400牛米以上的采用鏈條傳動。 xDrive的多片式離合器位于變速箱和萬向軸之間，它可以在前后軸之間自由分配驅(qū)動力。像所有BMW汽車一樣，一根驅(qū)動軸通向后軸，而另一根則通向發(fā)動機(jī)旁邊的前軸。電控馬達(dá)瞬間即可將離合器碟片壓在一起。壓力越大，通過鏈?zhǔn)饺f向軸傳至前軸的動力就越大。壓力消失時(shí)，離合器碟片分離，所有的動力都傳至后軸。 在正常駕駛條件下，xDrive系統(tǒng)按照40：60的比例分配發(fā)動機(jī)動力。在路面情況復(fù)雜時(shí)，xDrive通過預(yù)測車身姿態(tài)的改變，電腦控制液壓壓合多片離合器，進(jìn)而進(jìn)行前后軸的分配。對道路和駕駛條件的變化做出反應(yīng)，改變縱向驅(qū)動力的分配。行駛過程中，如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)車輛可能轉(zhuǎn)向不足，也就是前輪開始被拖向彎道外側(cè)，就會減少分配給前橋的扭矩，將幾乎所有動力都輸送至后橋。該系統(tǒng)還不斷與動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)DSC交換信息，從而可以從一開始就識別到車輪打滑。一旦出現(xiàn)車輪打滑，電動機(jī)會鎖定xDrive的多片式離合器，并通過額外的驅(qū)動力矩使這個(gè)車輪擁有更好的附著力，同時(shí)空轉(zhuǎn)的車輪也會得到剎車裝置的有效控制。這就意味著，無論路面如何突然變化，都會有適量的扭矩被輸送到抓地性最好的車輪上，即使是在部分結(jié)冰的道路上。 2) 現(xiàn)代SUV車型四驅(qū)技術(shù) 現(xiàn)代現(xiàn)有途勝、新勝達(dá)、維拉克斯三個(gè)車系，三個(gè)車系本質(zhì)上都采用了相同的四驅(qū)結(jié)構(gòu)：一套電控適時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)代稱為Borg Warner電子扭力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這套四驅(qū)系統(tǒng)是基于前驅(qū)車型的基礎(chǔ)上開發(fā)而來的。沒有分動箱結(jié)構(gòu)。中央差速器是多片離合器式結(jié)構(gòu)，不含開放式差速器和機(jī)械差速鎖。多片離合器其內(nèi)部有兩組摩擦盤，一組為主動盤，一組為從動盤。主動盤與前軸連接，從動盤與后軸連接，從而實(shí)現(xiàn)向四個(gè)車輪的傳動。前后橋均為開放式差速器，沒有鎖止機(jī)構(gòu)，四輪也都沒有電子制動輔助裝置。 動力有發(fā)動機(jī)輸出，經(jīng)過變速箱傳遞給傳動軸，如果此時(shí)多片離合器分離，那么此時(shí)就是兩驅(qū)的狀態(tài)；如果多片離合器接合，就意味著動力同時(shí)傳遞到了前橋和后橋，那么此時(shí)就是四驅(qū)狀態(tài)。 圖3.1 途勝、新勝達(dá)、維拉克斯的適時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)圖前橋和后橋的兩個(gè)差速器是開放的，沒有任何鎖止機(jī)構(gòu)，四個(gè)車輪也沒有電子制動輔助裝置，不可以實(shí)現(xiàn)硬鏈接，也不具備脫困的功能，這就決定了現(xiàn)代的這套適時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)只適合在鋪裝道路上行駛，可以供更加穩(wěn)定的駕駛感受。Borg Warner電子扭力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是全時(shí)在工作的，正常行駛情況下，動力是由4輪的動力分配則是根據(jù)需要實(shí)時(shí)自動分配的，而不需要人工操作！ 正常行駛的狀態(tài)下在大多數(shù)路面上是前輪驅(qū)動的， 當(dāng)傳感器檢測到驅(qū)動輪打滑到一定程度時(shí)，4WD系統(tǒng)開始自動分配一定比例的驅(qū)動力到后輪上。當(dāng)然電控四驅(qū)不代表著我們駕駛中不可以自主切換驅(qū)動模式，當(dāng)按下車輛方向盤左側(cè)的“4WD LOCK”鍵就是可以連接中央差速器并向后輪傳遞50%的扭矩。但是這種連接后輪驅(qū)動的狀況只有在時(shí)速低于每小時(shí)40公里的時(shí)候才會發(fā)生。當(dāng)時(shí)速高于每小時(shí)40公里的時(shí)候，電腦會向離合器電磁線圈發(fā)送脈沖來斷開離合器。另外需要特別說明的是，車速超過40公里后，取消了50:50的動力分配，后橋動力斷開，此時(shí)車輛的行駛恢復(fù)到前驅(qū)狀態(tài)！但是超過40公里后如果出現(xiàn)驅(qū)動輪打滑，4驅(qū)系統(tǒng)一樣會工作的，只是前后輪動力分配要由傳感器的數(shù)據(jù)決定！爬坡測試考察的是四驅(qū)系統(tǒng)的扭矩分配能力，現(xiàn)代車型采用了電控適時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)，并且有中央差速器，可惜不可能實(shí)現(xiàn)真正的硬連接，因此對爬坡能力有一定的限制。不過鎖止4驅(qū)鎖后，只能在低于40公里/小時(shí)以下的速度才可以實(shí)現(xiàn)前后50：50的扭矩分配，在輪胎的附著力良好的前提下，車輛可以輕松爬上30度左右的坡，可見這套適時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)還是不錯(cuò)的。交叉軸項(xiàng)目考察的是四驅(qū)系統(tǒng)的脫困能力，車輛對角線上的兩個(gè)輪胎會被架空，如果車輛具備差速器鎖止裝置或者電子制動輔助設(shè)備，那么就有能力靠觸地的兩個(gè)輪胎脫離出來?，F(xiàn)代途勝沒有任何差速器鎖止裝置和電子制動輔助裝置，因此如果進(jìn)入交叉軸項(xiàng)目后，兩個(gè)對角懸空的車輪將會一直空轉(zhuǎn)，消耗掉動力，而有附著力的兩個(gè)車輪分配不到扭矩，車輛是無法前進(jìn)的，所以現(xiàn)代的這套四驅(qū)系統(tǒng)不具備脫困的能力的。從公路性能方面看，途勝由于使用了適時(shí)四驅(qū)，所以在鋪裝路面也可以實(shí)現(xiàn)四驅(qū)模式，增強(qiáng)行駛中的安全感和穩(wěn)定性，對于一款定位于城市使用的SUV車型來說還是比較實(shí)用的系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：電控適時(shí)四驅(qū)操作簡便，低速可以手動實(shí)現(xiàn)50：50動力分配缺點(diǎn)：無差速鎖和電子剎車輔助系統(tǒng)，無脫困能力 途勝、新勝達(dá)、維拉克斯使用了同一套四驅(qū)系統(tǒng)，這套系統(tǒng)可以根據(jù)電腦感知車輪的附著力來自動分配車輛的扭矩。雖然這套系統(tǒng)不具備脫困能力，但對于定位城市使用的SUV車型來說，這套四驅(qū)系統(tǒng)也已經(jīng)夠用，不僅提供了在城市鋪裝路面的穩(wěn)定行駛性，也可以滿足車主在冰雪路面和野外非鋪裝路面的行駛安全性。不過對于喜愛越野的消費(fèi)者來說，現(xiàn)代這套四驅(qū)系統(tǒng)越野能力一般，這點(diǎn)對于現(xiàn)代的車型來說也是一個(gè)軟肋。 3)哈弗 哈弗采用了常見于低成本的硬派越野車的分時(shí)四驅(qū)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)非常簡單同時(shí)也極為可靠。哈弗的發(fā)動機(jī)為縱置布局，在兩驅(qū)模式下完全是后輪驅(qū)動，通過中控臺下方的電控旋鈕可切換驅(qū)動方式，電控機(jī)構(gòu)來自美國的博格華納公司。在“4H”模式下中央分動箱鎖止，相當(dāng)于前后橋被剛性連接在一起，此時(shí)前后軸將獲得相同的扭矩和轉(zhuǎn)速。低速四驅(qū)擋（4L）用于爬坡等難度較高的越野路況，可以將扭矩再放大2.48倍。 圖4.1 H3分時(shí)四驅(qū)結(jié)構(gòu)由于沒有中央差速器，剛性鎖止的分動箱不能允許前后橋出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，這也就意味著在四驅(qū)狀態(tài)下哈弗是基本不能在鋪裝良好的柏油路面上行駛的，因?yàn)檗D(zhuǎn)彎時(shí)前后車輪經(jīng)過的軌跡不同，會造成車輪發(fā)生滑動和拖動，尤其在低速轉(zhuǎn)彎時(shí)這種現(xiàn)象更為明顯，甚至駕駛者可以聽到“嘎啦嘎啦”的響聲，這是傳動機(jī)構(gòu)發(fā)出的聲音，很可能對車輛造成損害。哈弗前后橋的輪間差速器選用的是普通的開放式差速器，開放式差速器的特點(diǎn)是無論什么狀態(tài)下左右半軸的扭矩永遠(yuǎn)是近似平均分配。在越野過程中往往會遇到這樣的問題，那就是一側(cè)車輪會離地，此時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象是離地車輪由于阻力太小，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)輸出的扭矩也很小，而另一側(cè)有抓地力的車輪獲得的扭矩與離地一側(cè)車輪同樣小，所以無力推動車輛擺脫困境。假如前后橋各有一個(gè)車輪離地，那么裝備開放式輪間差速器的哈弗將完全失去動力。 參考文獻(xiàn)【1】史文庫，姚為民.汽車構(gòu)造第六版（下冊）.北京：人民交通出版社，2013