第1个回答 2013-04-25
传统分时四驱的分动箱
最早的四驱技术,是基于提高车辆的通过性开发的,我们把它称作越野四驱。这类车型的鼻祖威利斯吉普,就是二战美军为了加强前线步兵和指挥官作战的机动性开发出来的。它采用的分动箱是最基本的分时四驱分动箱,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,前后轴是刚性连接的,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,就是基于它这个特点。下面我们就来看看这种分动箱的基本结构和原理。
在此类车型的分动箱挡把上,我们会看到2H、4H、N、和4L的切换挡位。当挂2H时,此类车型就是一台后驱车,发动机的动力经过变速箱以后,通过一根传动轴直接连接到后轴上。而分动箱的作用,就是在变速箱上,再引出一根输出端,并通过静音链条,将动力传递到前轴的输出轴。当然,这并不是直接连接的,否则就无法切换4驱和2驱了。事实上,它是通过两组齿轮实现分离和连接的,它的结构和原理类似于变速箱的一轴和二轴。切换时,扳动分动箱的挡把,通过拨叉将动力与前传动轴接通和断开。与现在主流的带同步器的变速箱不同,这个部位的切换是没有同步器的,它需要转速与轮速的完全匹配。这就是这种分动箱的基本原理。
但实际情况并不会这么简单,为了提高通过性能,这类分动箱还会有一个加力挡,也就是挡把上的4L模式。在变速箱上,有一个齿比更大的齿轮,当挂上这个齿轮时,能提供比日常驾驶高很多的主传动比。我们发现,当我们需要挂4L时,必须经过一个N挡,此时变速箱会将动力与每个传动轴分开,而挂上4L时,将接通这个齿比更大的齿轮。这个切换的过程,也是没有同步器的。
知道了这个原理,我们再来看看此类分动箱各个模式的操作特性。熟悉传统越野车的车友都知道,这种分动箱,在2H和4H之间切换时,不需要停车,一般可以在80公里/小时的时速下自由切换。而切换到2L时,则必须停车切换,否则根本挂不进去,这是为什么呢?
无论是2H模式还是4H模式,动力一直是与后轴接通的,后轮的轮速与发动机转速完全匹配。而此时只要车轮没有打滑,前轮与后轮的轮速是一样的,因此在2H与4H之间切换时,发动机转速与前输出轴的转速是匹配的,即使没有同步器,也完全可以进行切换。因此在2H模式和4H模式间切换,完全可以在行车中进行,不需要停车切换。但到了4L模式的转换时,情况就完全不同了。
从4H切换到4L模式,需要先将分动箱切换为N挡,此时发动机动力与每个车轮都断开,发动机转为怠速工况。此时如果挂4L,车轮的轮速与发动机的转速会很难匹配,相当于一台不带同步器的车行驶过程中想挂一挡,这显然是很难的。
这种分动箱前后轴之间是没有差速器的,因此在附着力高的公路上驾驶只能挂2H,4驱模式仅仅是在沙石路面以及OFF-ROAD路段为提高通过性而设计。因此采用这种分动箱的四驱车一般都是硬派越野车,它在OFF-ROAD路段很厉害,但在公路上则表现平平。
早期的分时四驱,是完全靠手动切换的,发展到后来,出现了电动切换的分时四驱,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。
全时四驱分动箱
随着四驱技术的发展,人们已经不能仅仅满足于只能越野的四驱车。在公路上,采用四驱技术的车辆能提供更好的驱动力和操控性能,因此全时四驱诞生了。
硬轴连接的四驱车不能实现公路四驱驾驶的最主要的原因,是它无法在公路上高速转弯。因为在转弯的时候,每个车轮所压过的弧线长度不一样,这就意味着每个车轮的转速都不能一样。事实上,前轮的转速是会高于后轮的,如果刚性地把发动机的动力通过传动轴分配给前后车轮的话,那么前后车轮的转速就必须保持一致,这个矛盾将导致前后车轮在转向的时候发生转向干涉。这在附着力低的沙石路面可以通过轮胎与地面的滑动摩擦解决,而在干燥路面则会产生一个制动力,让车不能前进,这就是我们常说的转向制动。
为了解决这个矛盾,工程师在分动器中加入了一个差速器,这就是我们现在常说的中央差速器。这个差速器是开放式差速器,结构与前后轴的差速器一样,变速箱的输出轴通过行星齿轮组将动力分配给前后轴。根据开放式差速器的原理,它可以调整转速差。这样的结构是不是就算是全时四驱了呢?早期全时四驱的雏形确实是这样的,但我们会发现,这样的四驱系统对于提高通过性来说毫无意义。我们知道,开放式差速器的功能是把发动机动力分配给受阻力小的车轮,如果一台车上使用了三个开放式差速器(前后轴各还有一个差速器)来调节转速差的话,那么如果有一个车轮受阻力最小,动力就会100%地传递给这个车轮。显然这种四驱是毫无意义的。
为了解决这个问题,不同的工程师采用了两种不同的方案。
一种是差动限制器。我们已经知道,开放式差速器会将动力传递给受阻力较小的车轮,那如果我们给这辆车人为施加一个阻力,动力自然就能传递给没有打滑(仍然有抓地力)的车轮了。它的基本结构是一种类似于离合器的装置,只不过它有很多组,我们把它称作多片离合器式差动限制器。在差速器壳体和两个输出轴各有一组钢片,它们相互交错,正常情况下互相之间是分离的。如果此时前轮打滑,它会将与前轴的离合器片压合,从而将动力更多地传递给后轮,后轮打滑的道理是一样的。这种差动限制器的种类有很多,有通过硅油实现的机械式(关于硅油的原理后文会详述),也有通过电子控制离合器开合的电子式。在比较高档的车型上,它的差动限制器不仅解决车轮打滑的问题,还能起到主动分配动力的作用,甚至可以实现让动力从0-100%之间在前后轴自由分配。
另一种则是中央差速锁。它实际上相当于在需要提高通过性的时候,可以将前后轴实现硬轴连接,动力按照50∶50分配给前后轴。它的基本结构是,在前后轴之间装有摩擦钢片,当前轮或者后轮打滑时,机械装置会通过电磁阀的控制将二者咬合实现50∶50的固定动力分配。还有一种全时四驱的分动器结构,那就是著名的奥迪QUATTRO。它主要是通过蜗杆行星齿轮来实现的,结构很复杂,这里就不再详述了。它这种结构能解决转速差的问题,起到开放式差速器的作用,同时又能自动将动力分配给受阻力最大的问题,起到差动限制器的作用。它可以实现动力25%—75%之间的自由分配,而所有这些,都是通过它核心的托森差速器来实现的,更为神奇的是,这个托森差速器没有用到任何电磁装置,是纯机械式的。无论多先进的电子设备都有响应滞后的问题,因此与其他厂家的技术相比,纯机械的QUATTRO在响应速度方面是无人能及的。当然它也有弊端—结构复杂、造价高、动力传递损失大是它无法跨越的硬伤。
与全时四驱匹配的还有电子差速制动,主要是用来调整左右车轮的转速差的,相当于前差速锁和后差速锁。与差动限制器相比,它的能量损耗较大,一般不用来实现前后车轮的动力分配。
适时四驱的分动箱
在此之后,有些厂家的工程师们发现,并不是所有路况都需要四驱系统的,例如在正常公路巡航驾驶的时候,只通过两轮驱动就完全能满足所有的驾驶需求了。此时如果仍采用全时四驱,既不经济,也没有必要。因此,在多数情况下只是两轮驱动,而在必要的时候自动变为四驱的适时四驱诞生了。
适时四驱也有两种解决方案,一种是以本田CR-V为代表的通过粘性连轴节实现;一种是以上一代的4-MATIC为代表的通过多片离合器实现。它们虽然都能达到正常时两轮驱动,驱动轮打滑时自动接通四驱的效果,但结构和功能还是有区别的。
CR-V为代表的这类适时四驱分动箱结构最为简单,它是基于前横置发动机前轮驱动的技术平台,在两驱方面,与之前的轿车平台完全一样。在此基础上,工程师在变速箱上引出一根通往后轴的输出轴,与后桥差速器之间,采用粘性连轴节连接。在这个连轴节里充满了硅油,它的特点是温度升高以后粘度也会迅速升高。在连轴节的输出端和输入端,都装有一个叶片,就类似于液力变矩器的结构。当正常行驶前轮没有打滑的时候,前后轮之间是没有轮速差的,这个粘性连轴节里的两根轴相互之间也就没有转速差。此时动力是不会传递给后轴的。当前轮打滑的时候,前轮的转速将大于后轮,此时粘性连轴节里的输入端转速会超过输出端,就如同液力变矩器一般,能够将动力传递给后轴。不仅如此,由于转速差能导致硅油升温而变粘稠,从而进一步增加对动力的传递,驱动后轮。通过这个结构我们会发现,它的响应速度是比较慢的,而且动力传递也很有限,很难将50%的动力分配给后轴。但它的结构简单、成本低,对于以城市道路驾驶的SUV来说,基本能满足其需求。
上一代4-MATIC为代表的适时四驱分动箱,结构比粘性连轴节的适时四驱要复杂一些,与前面所说的中央差速锁有些类似,它是通过电磁离合器来实现四驱接通的。它同样是基于两驱平台开发出来的四驱系统,在变速箱的一端通过盆型齿轮引出一根传动轴将动力传递给前轮,之间靠多片离合器连接。它的接通与断开的原理与之前说的中央差速锁的原理类似,这里就不赘述了。它的好处是结构比全时四驱简单,响应速度和动力分配比粘性连轴节要好。
随着结构的四驱技术的进一步发展,现在有些车型已经可以实现动力的自由分配了,很多的官方宣传把这种四驱也称作全时四驱,事实上是不准确的。与具备中央差速锁的真正全时四驱相比,这种靠多片离合器实现动力分配的所谓全时四驱,最多只能将动力的50%分配给从动轮,而且在转弯时的动力分配等方面,都无法达到真正全时四驱的水平。从本质上说,这类四驱仍然只能称作适时四驱,例如大众的4-Motion……
超选四驱分动箱
这个称呼是三菱的,一直以来也被看做是三菱的看家技术。
从分动箱的挡把看,它更像是传统的分时四驱系统,所不同的是,它是具备中央差速器的。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,在这个时候,它与分时四驱的4H和4L的功能是一样的。
之所以三菱称之为超选,实际上是因为它比所有的四驱系统可选择的范围都要多。一般的全时四驱车,只能选择四驱行驶,在不需要四驱的时候,这样的方式显然不经济;而适时四驱虽然可以实现两驱,但在四驱的时候无法达到真正的全时四驱的性能;分时四驱就不用说了,它完全不能实现公路四驱驾驶。而所有这些,超选四驱都能选择—想经济性好,就挂上2H,想公路全时四驱就挂上4H,想达到与传统分时四驱一样的通过性,就挂上4HLC或者4LLC。本回答被网友采纳