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SUV四轮驱动的核心—分动器

2010-12-19 11:24:46 本文行家:xinte

今天,SUV正越来越为人们所熟知。要了解SUV,就必须要清楚四轮驱动(4WD)技术。四轮驱动技术的应用延伸了汽车运动的极限空间。目前,进口和国产SUV越来越多,它们许多都号称高档顶级车。

       今天,SUV正越来越为人们所熟知。要了解SUV,就必须要清楚四轮驱动(4WD)技术。四轮驱动技术的应用延伸了汽车运动的极限空间。目前,进口和国产SUV越来越多,它们许多都号称高档顶级车。其实,对SUV来说,内饰的豪华程度和设施的齐备情况,并不能代表其档次,充其量只能说它是豪华型。高档主要是体现在SUV的关键技术水平上。
       SUV的关键技术就是四轮驱动(4WD)技术,而汽车分动器是主宰四轮驱动的核心,其功能是将变速器输出的动力,分配到多个驱动桥,它的技术水平决定了SUV的档次。至今,轻型汽车所用分动器已经发展到了第五代产品。分动器的设计结构与传动系统基本决定了它的性能、档次。第一代分动器基本上为分体结构,直齿轮传动,双换挡轴操作铸铁壳体。第二代的分动器虽然也是分体结构,但已改为全斜齿齿轮传动,单换挡轴操作和铝合金壳体。
       因而,在一定程度上提高了传动效率、简便了换挡、降低了噪音与油耗。第三代分动器在上代的基础上增加了同步器,使四轮驱动系统具备汽车在进行中换挡的功能。第四代分动器的重大变化在于采用了联体结构以及行星齿轮加链传动,从而优化了换挡及大大提高了传动效率和性能。目前,国产SUV和越野车所用的分动器大部分属于第三代或第四代产品。体现当代最高科技成果的第五代分动器为联体结构,行星齿轮加链传动,带同步器和差速机构,单换挡轴操作,铝合金壳体。与其它四代分动器相比,其优点是扭矩分配,进而提高了整车性能。最高档次的世界级SUV如大切诺基、奔驰M320、宝马X5等车型的四轮驱动系统都具有相同或类似的功能。
       在多轴驱动的汽车上设有分动器,它位于变速器与驱动桥之间的传动链中,用来增大变速器输出的转矩,以扩大变速范围,并将转矩分配给各驱动桥。

分动器的分类

       分动器类型及其特点:从结构和功能来看,分动器可分为两大类: 
        1、一般齿轮式分动器
       一般齿轮式分动器驱动前、后桥的两根输出轴,在接合前驱动啮合套时为刚性连接。这类分动器结构简单,过去在各类全轮驱动的汽车上广泛使用,其缺点是不能保证前、后轮的地面速度相等,在行驶过程中不可避免地要产生功率循环现象,这将使驱动轮载荷大幅度增加,轮胎及机件磨损加剧,燃油经济性下降。为此,需在分动器中另设分离前桥驱动的装置(啮合套),在汽车通过滑溜路段时可以接合前桥。
       另外,一般齿轮式分动器分配给前、后桥的转矩比例不定(随此两桥所受附着力的比例而变)。这样虽然会增加附着条件较好驱动桥的驱动力,但可能使该桥因超载而损坏。因此,目前采用这类分动器的汽车越来越少。 
        2、带轴间差速器的分动器
       带轴间差速器的分动器在前、后输出轴和之间有一个行星齿轮式轴间差速器。它正好克服了上述缺点,两根输出轴可以不同的转速旋转,并按一定的比例将转矩分配给前、后驱动桥,既可使前桥经常处于驱动状态,又可保证各车轮运动协调,所以不需另设接离前桥驱动的装置。
在选用带轴间差速器的分动器时,尽量使前、后桥转矩分配接近于轴荷分配,并使任一桥的最大输入转矩不超过该桥的允许输入转矩。为了避免在某一桥的车轮打滑时完全丧失驱动力,这类分动器需设轴间差速锁,以便在某一桥车轮出现打滑的情况下将分动器的前、后输出轴锁为一体,提高通过性。
       带轴间差速器的分动器特性分析
       带轴间差速器的分动器中一般设置单排行星机构差速器,可进行运动分解(差速)和合成;并使分动器结构紧凑,承载能力大、工作平稳、噪声小、寿命长。 
       分动器中的轴间差速器实质上是一个二自由度的差动轮系,其中行星架为主动件,而中心轮及齿圈为从动件,分别与前、后驱动桥的输出轴相连。两从动件受一定的外界条件(如阻力转矩)的约束,从而使行星排可靠地传动。
        1、转矩分配特性
        2、差速特性
       分动器前、后输出轴等速转动的情况在汽车实际运行中很少发生。由于车轮半径差异、路面状况及汽车转弯行驶等原因,轴间差速器将起作用。
        3、分动器特性对汽车通过性影响 
       带轴间差速器的分动器两输出轴上的输出转矩始终保持一定的比例关系,这对汽车通过困难路段是很不利的。例如,当汽车某一车桥的车轮(如前桥车轮)处于附着力较小的路面,其它车桥的车轮处于良好路面时,则汽车在行驶阻力较大的情况下,由于分动器的轴间差速器作用,处于良好路面上的车轮停止不动,而分动器前输出轴将以 的转速旋转,带动前桥车轮打滑,汽车无法行驶。这种情况下,如及时闭锁差速器,使分动器两输出轴成刚性连接,使轴间差速器不起作用,则分动器后输出轴上的转矩呈 倍增大(因 ),从而充分利用了车轮与地面间的良好附着条件,使汽车驶出困难路段。
       四驱车的分动箱 
       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。
       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,结构域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。
       优点: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;
       缺点:无明显缺点。

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参考资料:
[1] 腾讯汽车:http://auto.qq.com/a/20101026/000175.htm
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