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四驱技术基础知识详解(1)

2010-12-19 14:04:40 本文行家:xinte

四驱,是一个很值得讨论的话题,我们在大街上经常能看到贴着4×4或AWD商标的汽车。相信“四驱”这个概念在每个网友心里都有不同的解释,其实很简单,就是四个车轮都有动力的车就是四驱汽车。

       四驱,是一个很值得讨论的话题,我们在大街上经常能看到贴着4×4或AWD商标的汽车。相信“四驱”这个概念在每个网友心里都有不同的解释,其实很简单,就是四个车轮都有动力的车就是四驱汽车。但是要是再往进一步说,四驱车的结构都是一样的嘛?为什么有些恶劣地形有的四驱车能过去有的四驱车过不去?发烧级的四驱车仅仅是外观比较威猛?如果您对这些问题还有疑问,不用着急,在这里可以让您对四驱的一切变得明晰。    

四驱技术基础知识讲解

       一、差速器/差速锁——不能混淆的基础概念!
       ① 差速器
       从世界上第一辆汽车的诞生的同时,差速器这个东西也就随之存在了,他存在的意义只有一个,为了汽车能正常转弯。过去的马车的两个车辆是通过一根硬轴链接的,所以两侧的车轮转速永远是相同的,转弯的时候内侧的车轮除了滚动摩擦还会有滑动摩擦,还好马车是木头车轮,耐磨。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直行状态下差速器不工作
       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,可以进行自转。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。
转弯状态下差速器工作转弯状态下差速器工作
       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。
       因此,在四驱车上,还需配有限制和防止打滑的装置,如差速锁、限滑差速器、牵引力控制系统等。
       ② 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。
       ① 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。它可以实现前后轴的动力完全断开或完全结合,很牢固。但是也正是因为如此,缺少了一个状态,就是在四驱状态下无法在正常道路上行驶。由于手动机械差速锁接通后,差速器就失去了差速作用,所以车辆必须保持直线行驶,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。
      jeep牧马人罗宾汉和奔驰g500均使用的是机械差速锁
       优点:在越野路况可以使车辆所有车轮得到有效动力,在恶劣情况下摆脱困境;
       缺点:只能在两侧车型附着力差异较大时使用,锁止时车辆无法正常转弯,加剧轮胎等部件的磨损。
       ② 伊顿式差速锁
       伊顿差速锁也是机械差速锁的一种,当两侧车轮的附着力出现差异时,如果两侧车轮的转速差达到了设定的数值,那么伊顿差速锁将会自动锁止差速器,使得两侧车轮拥有相同的动力,从而使车辆脱困。 
       优点:完全自动控制锁止;
       缺点:不可手动控制,必须等到转速差出现的时候才起作用,反应速度略慢。
       很多读者可能曾经被差速器和差速锁这两个极为相似的词汇所困扰,看了上面应该会有一些概念了。如果看了上面的解释觉得还是难以理解,索性您就记住一个概念,差速器和差速锁的作用是完全相反的,差速器是让两侧车轮可以有速度差,差速锁是不让两侧轮子有速度差。记住这个就ok了!
        二、差速器的种类
        ① 开放式差速器
        顾名思义,开放式差速器就是没有任何限制,可以在汽车转弯时正常工作,行星齿轮组没有任何锁止装置。 
        优点:没有特别的优点,因为差速是汽车正常行驶的必备条件;
        缺点:在越野车领域,开放式差速器会影非铺装路面的脱困性。
        ② 多片离合器式差速器
        多片摩擦式限滑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。 
       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。
       ③ 托森差速器
       torsen这个名字的由来取torque-sensing traction——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。
托森差速器-结构图托森差速器-结构图
       当车辆正常行驶的时候,差速器壳p转动,同时带动蜗杆3和4转动,此时3和4之间没有相对转动,于是红色的1轴和绿色的2轴以同一个速度旋转。而当一侧车轴遇到较大的阻力而另一侧车轴空转的时候,例如红色车轴遇到较大的阻力,则一开始它静止不动,而差速器壳还在旋转,于是带动蜗杆齿轮4沿着红色轴滚动,4滚动的同时又带动3旋转,但是3与绿色的车轴2有自锁的效果,所以3的转动并不能带动绿色车轴2转动,于是3停止转动,同时又使得4也停止转动,于是4只能随着差速器壳的转动带动红色车轴旋转,即将扭矩分配给了红色车轴,车辆脱困。
       最核心的装置就是中央扭矩感应自锁式差速器,它可以根据行驶状态使动力输出在前后桥间以25:75~75:25连续变化,而且反应十分迅速,几乎不存在滞后(扭矩感应自锁式差速器的特点在前面也详细分析过),而且有电子稳定程序的支持,更进一步提高了动力分配的主动性
       优点:能够在瞬间对驱动轮之间出现的阻力差提供反馈,分配扭矩输出,而且锁止特性是线性的,能够在一个相对宽泛的扭矩输出范围内进行调节; 
       缺点:没有两驱状态;差速器限滑能力有限,动力无法完全传递到有某一车轮。
       ④ 粘性耦合器式差速器 
       粘液藕合器,又称粘性联轴节,这种结构的差速器是当今全轮驱动汽车上自动分配动力的灵巧的装置。它通常安装在以前轮驱动为基础的全轮驱动汽车上。这种汽车平时按前轮驱动方式行驶。粘性联轴节的最大特点就是不需驾驶员操纵,就可根据需要自动把动力分配给后驱动桥。
       粘性联轴节的工作原理,有点类似于多片离合器。在输人轴上装有许多内板,插在输出轴壳体内的许多外板当中,并充人高粘度的硅油。输人轴与前置发动机上的变速分动装置相连,输出轴与后驱动桥相连。 
       在正常行驶时,前后车轮没有转速差,粘性联轴节不起作用,动力不分配给后轮,汽车仍然相当于一辆前轮驱动汽车。
       汽车在冰雪路面上行驶时,前轮出现打滑空转,前后车轮出现较大的转速差。粘性联轴节的内、外板之间的硅油受到搅动开始受热膨胀,产生极大的粘性阻力,阻止内外板间的相对运动,产生了较大的扭矩。这样,就自动地把动力传送给后轮,汽车就转变成全轮驱动汽车。
       在汽车转向时,粘性联轴节还可吸收前后车轮由于内轮差而产生的转速差,起到前后差速器的作用。在汽车制动时,它还可以防止后轮先抱死的现象。
       优点:尺寸紧凑、结构简单、生产成本低;
       缺点:缺点是反应速度慢,扭矩分配比例小,结合和分离不可手动控制,高负荷工作时因为过热可能会失效。
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参考资料:
[1] 汽车点评网:http://www.xgo.com.cn/zixun/y22446.html
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