四驱车多片离合差速传动与控制.doc

1、 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

2、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

3、 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

4、 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 ，

5、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

6、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

7、 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

8、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

9、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

10、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

11、 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

12、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

13、 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

14、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

15、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

16、 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

17、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

18、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

19、 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

20、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

21、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

22、 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

23、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，2013.5.【2】Manfred Mitschke,Henning Wallentowitz 著；陈荫三，余强译.汽车动力学第四版.北京：清华大学出版社，2009.12.【3】李朝晖，杨新桦主编.汽车新技术第二版.重庆：重庆大学出版社，2012.8.【4】郭孔辉.汽车操纵动力学M.长春：吉林科学技术出版社，1991 【5】M.米奇克.汽车动力学M.北京：机械工业出版社，1992 【6】余志生.汽车理论M.北京：机械工业出版社，2007