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全时四驱居然追不上后驱?对于四驱,我又有了一个全新的认知!

 网际飞音 2018-01-28

在之前的文章《就是这么神!买菜车要逆袭赛车其实不难!》中,有网友留言称想继续了解四驱系统方面的玄机,教授终于抽空完成了这篇关于四驱的技术文,希望对各位有帮助,话不多说,Let's go。

全时四驱居然追不上后驱?对于四驱,我又有了一个全新的认知!

现在,我国的汽车消费市场,将近有50%的消费者会在购入新车的时候考虑SUV,特别是城市SUV。这里以高车身高离地距大空间大体量,同时又以城市道路行驶为主的车型正逐步和传统轿车市场形成势均力敌的局面。而在选购城市SUV的时候,预算充裕的话,相比于两驱车型,消费者更愿意去选择四轮驱动的车型,以获得“更强的越野能力”的心理需求。

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路虎上的全时四驱系统

另一方面,一些高性能的轿车跑车,或一些地区发售的特别版车型(如日本的北海道车型)也配上了四驱系统,更利于发挥汽车的抓地力性能,提升安全性和驱动效率。不过众多车型的四驱系统都被厂家冠以各种奇怪的名字,什么“智能四驱”比比皆是。那究竟四驱系统又有怎样的分类,不同四驱系统又有什么不同的优缺点。我们去买车的时候,究竟又要选择怎样的四驱系统呢?请看教授的揭秘。

四驱系统的演化进程

在说四驱系统的分类之前,首先说说现在四驱系统的演变过程。四驱系统在美国的willys吉普车使用了一种结构最简单的纯机械式分时四驱系统,以让这台能载四人的越野车能够在野外的战场上轻松到达一些两驱车型难以到达的地方。这套四驱系统令willys成为了二战最成功的越野车,并直接引发了战后各国汽车品牌的借(chao)鉴(xi)。由于四驱系统也能让汽车的运输能力和通过性大增,除了战争需要以外,对民用也相当有实用价值。于是这种四驱系统开始民用化,并安装在一些越野卡车和厢式越野车上。

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随后,人们发现分时四驱系统在转换行驶路况时需要手动切换变化,且切换不同驱动挡位需要停车后才能切换,除了更需要驾驶者经验以外,使用不当也更容易发生危险。于是使用了一个中央差速器代替了分动箱,全时四驱系统诞生。不过全时四驱由于传动环节增多,降低动力的传输效率,而价格昂贵和重量大。除了一些硬派越野车以外,大部分汽车都主要在铺装路面行驶,只有一些特性情况才需要使用四驱增加车轮附着力。于是以两驱为基础的适时四驱应运而生。现在,汽车已经进入了电气化的时代,四驱系统也开始使用电子控制,出现了电子控制的中央差速器,也让四驱系统变得更多样化。

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分时四驱系统(Part Time 4WD)

分时四驱系统就是在变速箱输出后,再使用一个“分动箱”分配前后的扭矩。分时四驱可以按照需要切换四驱和两驱,一些分动箱具有高速两驱和高低速四驱和N挡共四个挡位。再挂上四驱模式的时候,这类车型的前后轴均是使用刚性连接,可以实现前后动力50:50的分配,结构简单可靠性很高,而且能够承受大扭矩的介入。除了2H和4H的高速挡,分动箱还有一个四驱低速挡4L,可以以一个更大的减速比提供更大的轮上扭矩。这一切的设计都非常利于越野攀爬和脱困,因此一些注重越野性能的硬派越野车依然使用这类分动箱。

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有没有分动箱是判断四驱系统是否分时四驱的重要特征之一。可以看到分动箱内有类似手动挡变速箱的拨叉,同时也有一个更大的行星齿轮组,用于挂低速四驱挡时获得一个更大的传动比来放大轮上扭矩。

分动箱类似一个没有同步机构没有离合器的双轴变速箱。在挂上高速挡的时候,后轮是和变速箱输出轴刚性连接的。因此在铺装路面的时候2H和4H都可以随意切换。但由于4L挡位带一个加大的传动比,因此2H和4H想要切换在4L的时候必须停车或者极低速下才能切换。另外四驱的前后扭矩比只能是50:50,并不能灵活调整前后扭矩输出比,因此在越野上很强的分时四驱在铺装路面上表现反而并不亮眼,容易造成前后差速的额外磨损且会大幅降低转向能力。另外,一般99%都在铺装路面行驶的轿车是没有分时四驱的。

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铃木Jimny即使车型细小也拥有极强的越野能力,除了使用传统非承载式车架以外,分时四驱系统也起到相当重要的作用。

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传统的越野强手牧马人上也有分动箱的挡杆,可以判断其使用分时四驱系统。

全时四驱(All Tme 4WD、AWD)

顾名思义,全时四驱就是“无论什么时候都是四驱”,简称AWD(All wheel drive),并没有切换两驱的功能。和分时四驱的最大区别在于,全时四驱使用了一个差速器代替了分时四驱上的分动箱。由于差速器可以根据前后负载的不同被动分配前后输出扭矩,因此全时四驱相比分时四驱系统能大大提升在铺装路面的行驶性能,同时也能兼顾越野上的脱困需求。不过大家都知道传统的开放式差速器有一个问题,会被动式将扭矩分配到阻力小的一侧车轮,而使用开放式差速器作为中央差速器的全时四驱同样有这样的问题。当全车一个车轮发生打滑时就会让四个车轮都丧失了驱动能力。

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说全时四驱就不得不说奥迪的Quattro系统,其最大的特征就是使用一个托森限滑式差速器作为中央差速器,可以灵活分配前后扭矩比例。现在的Quattro则使用一个可以用离合片控制压紧力度的差速器,分配前后扭矩变得更智能。

因此一些更讲究的车型上则在中央差速器部分采用托森差速器,利用其限滑自锁的功能提升前后桥扭矩分布的合理性。不过托森差速器只能自锁而不能预先手动的锁止,因此不能进行高强度越野。托森差速器的扭矩传输方向不能反转,因此也不能随便拖车。托森差速器本身的扭矩分配也相当有限,大概只能到2:1。且重量体积大、价格昂贵,不利于普及。因此只有一些更注重通过性和越野性的全时四驱车型上使用托森差速器。

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最早将全时四驱系统安装在轿车上是奥迪Quattro并发扬光大,这次由于赛车需求的尝试引发了轿车界的“革新”。而斯巴鲁、三菱等品牌手上也有相当不错的全时四驱技术。相对于SUV而言,轿车上的全时四驱系统大部分都是使用托森差速器或者haldex的结构,旨在提升在铺装路面的操控极限,和一些湿滑道路的抓地效率,而非越野性能。现在不少高性能车型上也使用了全时四驱系统,目的是让更大的马力能够更有效的释放成有效驱动力,降低驱动轮打滑。

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最早的Audi Quattro可谓是近代轿车使用四驱系统的始祖。

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大众的横置式全时四驱系统则使用Haldex多片式离合器来承担分配前后扭矩的功能。由于奥迪车型上使用横置引擎四驱系统也被官方称为Quattro但没有传统的差速器结构,扭矩传输方面不及使用差速器的纵置引擎四驱系统高,因此也被一些人称其为“假Quattro”。不过其实现在Quattro只是跟奥迪的命名系统有关,已经和是否使用托森差速器无直接联系了。

适时四驱(Real Tme 4WD)

适时四驱“Real Time 4WD”是现在大部分城市四驱车型都乐于选择的四驱系统,最大优势就是成本低廉,用相对简单的方法就能切换两驱和四驱。大部分的适时四驱都使用液力耦合系统作为中差结构。在液力耦合系统的输入轴上装有许多内板,插在输出轴壳体内的许多外板当中,并充入高粘度的硅油。在这个结构中,多片离合器并不接触,因此传递扭矩的工作完全依靠硅油来完成。当前后轮的转速差较大(驱动轮打滑)时,硅油快速搅动发热膨胀,压缩内部的空气,导致壳内压力升高,压迫离合器和壳体,从而将扭矩传输到不打滑的车轮上。因此适时四驱省却了麻烦的分动箱,且更适用于平时大部分只使用两驱的铺装路面行驶需求。

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丰田RAV4就是使用适时四驱的代表车型,平常行驶只会使用前轮驱动,当驱动轮打滑才会有扭矩传递到后轮。

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适时四驱系统使用液力耦合系统作为中差结构,结构简单,但起效较慢。

不过,由于硅油加热膨胀需要时间,因此使用液力耦合系统最大的缺点就是“慢”——从驱动轮打滑到切换四驱时间较长,而且。而且不能通过ESP系统对打滑车轮制动的方式来强行分配动力。加上液力耦合系统是属于柔性联接而非刚性联接,没有差速锁注定其不能输出较大的扭矩。因此越野能力一般,只是更多提升一些轻度越野和湿滑地段的通过性。

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一些现代的适时四驱系统则使用多片式离合器用于控制后桥的扭矩输出,譬如奔驰GLA上的的4Matic四驱系统。

电控多片式四驱(Muti Clutch 4WD)

随着适时四驱系统的发展,不少品牌在适时四驱上使用了电控多片式离合器代替了传统的液力耦合系统作为中差结构,这类电控多片式离合器具有四驱建立快速、传递扭矩较大、且能智能分配前后扭矩大小的功能,已经逐渐成为一些高端四驱车型上的配置。从原理结构上说,电控多片式四驱更应该归类于适时四驱。但其灵活分配扭矩的特性又像全时四驱。一些电控多片式四驱更有中差的锁定功能直接固定前后轴的扭矩输出比例,可以以电子控制的方式手动切换四驱和两驱,这部分又像分时四驱。

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日产战神GT-R(R32)绝对算是电控多片式离合器四驱系统的始祖,其Attesa E-TS四驱系统可以让前轮扭矩输出在0:100到50:50之间切换。

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三菱上最强的四驱系统S-AWC可谓是电控多片式离合器四驱系统的最强代表之一,除了中差以外,前后驱动桥的差速器均使用多片式离合器控制,可以根据传感器获得信号并灵活控制四个车轮的扭矩输出比例。

我们常见的使用haldex作为中央差速器的横置发动机四驱车型如大众、奥迪、Volvo等大部分都是这个分类。而纵置引擎四轮驱动如奔驰4MATIC、宝马xDrive等也大部分是使用多片式离合器的电子四驱系统。就连大名鼎鼎的战神GT-R,从第一代开始使用的ATTESA E-TS四驱系统就是使用多片式离合器的结构,可以利用轮速传感器感应不同车轮的转速,再利用湿式多片式离合器的分动箱实现前后扭矩1:99或者50:50的分布。可以说,这类电控多片式四驱响应速度、扭矩传输、扭矩分配智能化等都能达到极佳的水准。不过由于控制逻辑复杂,组件复杂,只有价格比较昂贵品牌和车型才会使用。

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宝马x Drive系统可以通过电机控制多片式离合器压紧来调节前后扭矩比例。

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Focus RS上的GKN Drive Line除了中差使用多片式离合器以外,后桥也使用多片式离合器控制左右后轮的扭矩输出,起到限滑的功能。

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本田的SH-AWD系统则直接去掉了中差结构,只靠后差速上的多片式离合器控制左右轮的扭矩输出。

四驱很强,但不是万能

四驱系统的特性,理论上能够更平衡四轮的抓地力,因此在一些抓地力不足的路面能够更好的控制和平衡车身的姿态,更多的驱动轮也代表着能更灵活利用驱动力。不过,如果认为四驱就是万能的就千万要不得了,即使四驱系统也有办不到的事。譬如越野路面上,换上合适的轮胎比用什么四驱系统都靠谱。四驱系统的脱困能力更需要差速锁(前桥、后桥、中传共三个差速锁)才能得以实现。

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四轮驱动在失控之后要救车和修正也需要有更强的驾驶技术和经验。加上四驱系统相比传统两驱车型需要有更复杂的传动系统和控制系统,车身更沉重传动效率更低,除了影响油耗还会影响动力性能。因此要了解到自身对汽车的需求,还有正确认识四驱系统的优点和弱点,才能好好的把握四驱系统带来的额外优势。

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