四驱车多片离合差速传动与控制.doc

四驱车多片离合差速传动与控制一四驱系统 四驱系统一般分为：全时四驱、分时四驱和适时四驱。全时四驱指的是车辆在整个行驶过程中一直保持四轮驱动的模式。这种驱动模式拥有较好的越野和操控性能，但它不能根据路面情况做出扭矩分配的调整，油耗偏大，经济性差。分时四驱是由驾驶者手动切换的驱动模式，驾驶者可通过接通或断开分动器来选择两轮驱动或四轮驱动模式。这是SUV车型中最常见的驱动模式，其优点是既能保证车辆的动力性和通过性，又能兼顾燃油经济性，略显不足的是驾驶者需要自行判断路况，手动操作驱动模式。适时四驱又称为实时四驱，是最近几年发展起来的技术，它由电脑芯片控制两驱与四驱的切换。该系统的显著特点就是它在继承全时四驱和分时四驱的优点的同时弥补了它们的不足。它能自行识别驾驶环境，根据驾驶环境的变化控制两驱与四驱两种模式的切换。在颠簸、多坡多弯等附着力低的路面，车辆自动设定为四轮驱动模式，而在城市路面等较平坦的路况上，车辆会自行切换为两轮驱动。 二.多片离合器式差速器 多片离合器式差速器依靠湿式多片离合器产生差动转矩。这种系统多用作适时四驱系统的中央差速器使用。其内部有两组摩擦盘，一组为主动盘，一组为从动盘。主动盘与前轴连接，从动盘与后轴连接。两组盘片被浸泡在专用油中，二者的结合和分离依靠电子系统控制。 在直线行驶时，前后轴的转速相同，主动盘与从动盘之间没有转速差，此时盘片分离，车辆基本处于前驱或后驱状态，可达到节省燃油的目的。在转弯过程中，前后轴出现转速差，主、从动盘片之间也产生转速差。但由于转速差没有达到电子系统预设的要求，因而两组盘片依然处于分离状态，此时车辆转向不受影响。 图1 前、后轴之间的多片离合器式差速器-模型图当前后轴的转速差超过一定限度，例如前轮开始打滑，电控系统会控制液压机构将多片离合器压紧，此时主动盘与从动盘开始发生接触，类似离合器的结合，扭矩从主动盘传递到从动盘上从而实现四驱。多片摩擦式限滑差速器的接通条件和扭矩分配比例由电子系统控制，反应速度快，部分车型还具备手动控制的“LOCK”功能，即主、从动盘片可保持全时结合状态，功能接近专业越野车的四驱锁止状态。但摩擦片最多只能传递50%的扭矩给后轮，并且高强度的使用会时摩擦片过热而失效。优点：反映速度很快，可瞬间结合；多数车型都是电控结合，无需手动控制；缺点：最多只能将50%的动力传递给后轮，高负荷工作时容易过热。 三.国内外多片离合差速传动与控制发展现状 1）宝马xDrive四驱系统从1985年第一辆搭载四驱系统的325iX面世至今，宝马全时四驱技术已经发展了26年，而在过去的26年内，宝马的智能全时四驱技术为人们在驾驶车辆时提供了更好的驾驶乐趣和更好的安全保证。从起初的前后恒定动力配比到后来更加全面的xDrive智能全时四驱技术，宝马的技术人员通过25年不断地钻研与积累，为我们带来了现在这套公路性能与越野性能两不耽误的xDrive全时智能四驱系统。 汽车四驱技术发展到今天，已不再只由纯机械式中央差速器负责前后轮的动力分配这么简单，由ECU行车电脑配合差速器完成动力分配也早已不是什么新鲜事了，最先进的公路四驱几乎可以精确分配每个车轮的动力。xDrive正是这样的四轮启动技术，它就是采用多片离合器来控制动力分配的。前后轴动力分配的多少由ECU精确控制，并且xDrive的多片离合以反应快著称，这使得宝马汽车的操控性能提升到了空前大的高度。 宝马四驱车型采用的中央分动器，大致可以分为两种结构，其中原则上传递扭矩在400牛米以下的使用齿轮传统，而传递扭矩在400牛米以上的采用链条传动。 xDrive的多片式离合器位于变速箱和万向轴之间，它可以在前后轴之间自由分配驱动力。像所有BMW汽车一样，一根驱动轴通向后轴，而另一根则通向发动机旁边的前轴。电控马达瞬间即可将离合器碟片压在一起。压力越大，通过链式万向轴传至前轴的动力就越大。压力消失时，离合器碟片分离，所有的动力都传至后轴。 在正常驾驶条件下，xDrive系统按照40：60的比例分配发动机动力。在路面情况复杂时，xDrive通过预测车身姿态的改变，电脑控制液压压合多片离合器，进而进行前后轴的分配。对道路和驾驶条件的变化做出反应，改变纵向驱动力的分配。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的多片式离合器，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。 2) 现代SUV车型四驱技术 现代现有途胜、新胜达、维拉克斯三个车系，三个车系本质上都采用了相同的四驱结构：一套电控适时四驱系统，这个系统现代称为Borg Warner电子扭力转换系统。这套四驱系统是基于前驱车型的基础上开发而来的。没有分动箱结构。中央差速器是多片离合器式结构，不含开放式差速器和机械差速锁。多片离合器其内部有两组摩擦盘，一组为主动盘，一组为从动盘。主动盘与前轴连接，从动盘与后轴连接，从而实现向四个车轮的传动。前后桥均为开放式差速器，没有锁止机构，四轮也都没有电子制动辅助装置。 动力有发动机输出，经过变速箱传递给传动轴，如果此时多片离合器分离，那么此时就是两驱的状态；如果多片离合器接合，就意味着动力同时传递到了前桥和后桥，那么此时就是四驱状态。 图3.1 途胜、新胜达、维拉克斯的适时四驱系统图前桥和后桥的两个差速器是开放的，没有任何锁止机构，四个车轮也没有电子制动辅助装置，不可以实现硬链接，也不具备脱困的功能，这就决定了现代的这套适时四驱系统只适合在铺装道路上行驶，可以供更加稳定的驾驶感受。Borg Warner电子扭力转换系统是全时在工作的，正常行驶情况下，动力是由4轮的动力分配则是根据需要实时自动分配的，而不需要人工操作！ 正常行驶的状态下在大多数路面上是前轮驱动的， 当传感器检测到驱动轮打滑到一定程度时，4WD系统开始自动分配一定比例的驱动力到后轮上。当然电控四驱不代表着我们驾驶中不可以自主切换驱动模式，当按下车辆方向盘左侧的“4WD LOCK”键就是可以连接中央差速器并向后轮传递50%的扭矩。但是这种连接后轮驱动的状况只有在时速低于每小时40公里的时候才会发生。当时速高于每小时40公里的时候，电脑会向离合器电磁线圈发送脉冲来断开离合器。另外需要特别说明的是，车速超过40公里后，取消了50:50的动力分配，后桥动力断开，此时车辆的行驶恢复到前驱状态！但是超过40公里后如果出现驱动轮打滑，4驱系统一样会工作的，只是前后轮动力分配要由传感器的数据决定！爬坡测试考察的是四驱系统的扭矩分配能力，现代车型采用了电控适时四驱系统，并且有中央差速器，可惜不可能实现真正的硬连接，因此对爬坡能力有一定的限制。不过锁止4驱锁后，只能在低于40公里/小时以下的速度才可以实现前后50：50的扭矩分配，在轮胎的附着力良好的前提下，车辆可以轻松爬上30度左右的坡，可见这套适时四驱系统还是不错的。交叉轴项目考察的是四驱系统的脱困能力，车辆对角线上的两个轮胎会被架空，如果车辆具备差速器锁止装置或者电子制动辅助设备，那么就有能力靠触地的两个轮胎脱离出来。现代途胜没有任何差速器锁止装置和电子制动辅助装置，因此如果进入交叉轴项目后，两个对角悬空的车轮将会一直空转，消耗掉动力，而有附着力的两个车轮分配不到扭矩，车辆是无法前进的，所以现代的这套四驱系统不具备脱困的能力的。从公路性能方面看，途胜由于使用了适时四驱，所以在铺装路面也可以实现四驱模式，增强行驶中的安全感和稳定性，对于一款定位于城市使用的SUV车型来说还是比较实用的系统。优点：电控适时四驱操作简便，低速可以手动实现50：50动力分配缺点：无差速锁和电子刹车辅助系统，无脱困能力 途胜、新胜达、维拉克斯使用了同一套四驱系统，这套系统可以根据电脑感知车轮的附着力来自动分配车辆的扭矩。虽然这套系统不具备脱困能力，但对于定位城市使用的SUV车型来说，这套四驱系统也已经够用，不仅提供了在城市铺装路面的稳定行驶性，也可以满足车主在冰雪路面和野外非铺装路面的行驶安全性。不过对于喜爱越野的消费者来说，现代这套四驱系统越野能力一般，这点对于现代的车型来说也是一个软肋。 3)哈弗 哈弗采用了常见于低成本的硬派越野车的分时四驱结构，这种结构非常简单同时也极为可靠。哈弗的发动机为纵置布局，在两驱模式下完全是后轮驱动，通过中控台下方的电控旋钮可切换驱动方式，电控机构来自美国的博格华纳公司。在“4H”模式下中央分动箱锁止，相当于前后桥被刚性连接在一起，此时前后轴将获得相同的扭矩和转速。低速四驱挡（4L）用于爬坡等难度较高的越野路况，可以将扭矩再放大2.48倍。 图4.1 H3分时四驱结构由于没有中央差速器，刚性锁止的分动箱不能允许前后桥出现转速差，这也就意味着在四驱状态下哈弗是基本不能在铺装良好的柏油路面上行驶的，因为转弯时前后车轮经过的轨迹不同，会造成车轮发生滑动和拖动，尤其在低速转弯时这种现象更为明显，甚至驾驶者可以听到“嘎啦嘎啦”的响声，这是传动机构发出的声音，很可能对车辆造成损害。哈弗前后桥的轮间差速器选用的是普通的开放式差速器，开放式差速器的特点是无论什么状态下左右半轴的扭矩永远是近似平均分配。在越野过程中往往会遇到这样的问题，那就是一侧车轮会离地，此时发生的现象是离地车轮由于阻力太小，导致发动机输出的扭矩也很小，而另一侧有抓地力的车轮获得的扭矩与离地一侧车轮同样小，所以无力推动车辆摆脱困境。假如前后桥各有一个车轮离地，那么装备开放式轮间差速器的哈弗将完全失去动力。 参考文献【1】史文库，姚为民.汽车构造第六版（下册）.北京：人民交通出版社，2013