四轮驱动技术

现代汽车新技术——四轮驱动技术（4WD）四轮驱动技术(4WD)一、概述1、什么是4WD4WheelDrive，四个车轮都能得到驱动动力，发动机的动力分配给四个车轮,在复杂的道路条件下,汽车的通过能力得到极大提高,在无路或越野条件下行驶时，能发挥出极强的越野能力2、4WD发展回顾一战：开始使用，运送兵员和武器二战：机动部队的交通工具战后：军事、野营、运输、通勤，开始向轿车、轻型车普及u分为分时、适时和全时四轮驱动u分时（短时）四驱系统是一种可以手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据道路情况，通过接通或切断分动器来改变两轮驱动或四轮驱动模式。其昀大的特点就是可根据实际情况手动选择驱动模式u适时四驱系统是由车载电脑控制两轮驱动与四轮驱动模式的切换，在一般的道路条件下，车辆以两轮驱动的模式行驶。在特殊路段时，电脑就会自动检测各个车轮的行驶状态，并随时将两轮驱动切换到四轮驱动状态。适时四驱昀大的优势就是操作简单，但操作程序的优劣会影响到驱动模式切换的智能化u全时四驱系统的前后车轮永远维持四轮驱动模式，行驶时发动机输出的动力被传递到四个车轮上。全时驱动系统具有良好的驾驶操控性和行驶循迹性，但其燃油经济性相对较差四轮驱动技术(4WD)3、分类四轮驱动汽车短时四轮驱动常时四轮驱动变速箱+分动器+前后传动轴变速器+分动器+前后传动轴带中央差速器机械式差速器粘性联轴器不带中央差速器粘性传动粘性联轴器扭矩分流（多片式液力离合器）超越离合器四轮驱动技术(4WD)二、驱动系的总布置驱动系的布置包括：发动机的位置、方向，其他总成的布置等。目前已经实用化的四轮驱动总布置形式：¾以前纵置发动机后轮驱动为原型的四轮驱动¾以前纵置发动机前轮驱动为原型的四轮驱动¾以前横置发动机前轮驱动为原型的四轮驱动¾以中置发动机为原型的四轮驱动¾后置发动机的四轮驱动¾发动机纵置-按汽车前后方向布置；横置-与汽车前后方向垂直布置四轮驱动技术(4WD)u1、以前纵置发动机后轮驱动为原型的四轮驱动u吉普车大都采用这种方案u为了把动力传递给后轮，变速器后面布置有传动轴u为了把动力传递给前轮，在传动轴前面的万向联轴节处布置一个分动器，再在分动器前端布置一个传动轴和前差速器u1）吉普车u对于非独立悬挂的汽车来说，如吉普车等越野车，可在发动机下面布置前驱动桥。前桥悬挂在弹簧上，汽车运行时，前桥可随弹簧上下颠动，由于原车发动机离地面较高，有较大的空间，一般不会有大问题u2）轿车u轿车的前桥一般都是独立悬挂，如果想在发动机下面追加布置前差速器、等速联轴节、半轴的话，由于发动机离地距离小，需要从结构上进行改造。u过去，轿车多半都是前置发动机后轮驱动的。可以把前差速器和发动机油底壳做成一个总成，解决空间问题四轮驱动技术(4WD)皇冠轿车电控式常时四轮驱动，在变速器后端布置了分动器，通过传动轴驱动前差速器，传动轴从变速器旁边通过，前桥巧妙地布置在发动机下面。四轮驱动技术(4WD)2、以前纵置发动机前轮驱动为原型的四轮驱动部分轿车采用这种方案前差速器和变速器后端连接，实现前轮驱动；之后再布置一个传动轴，即曲轴和驱动后轮的传动轴直线连接起来，用以驱动后轮，驱动系很简单地变成了四轮驱动。四轮驱动技术(4WD)优点：u改造工作量小：把前纵置发动机前轮驱动汽车改造成四轮驱动汽车时，其传动轴以后的各种总成，可以采用前置发动机后轮驱动汽车的布置方法。原底盘改造：传动轴通过的通道，差速器的悬挂，后半轴的布置u四轮驱动汽车的行驶性能比原前轮驱动汽车有很大提升问题：u为了解决原底盘改造的问题，必然将使底盘距地面高度略有上升u不像越野车那样结实，昀小距地高也不大u容易使发动机过分前移，可能使车体尺寸和重量都向前移。u为了避免上述问题，在选用发动机时，直列发动机昀多为五缸，若是六缸发动机需选用V6发动机，或者选用水平对置的发动机u车厢内有效空间降低：需要布置传动轴，后差速器，后半轴四轮驱动技术(4WD)3、以前横置发动机前轮驱动为原型的四轮驱动家庭轿车和厢式汽车的标准布置方案，传动系结构紧凑，车厢空间利用率高图示为福特˙德尔斯塔厢式车驱动系布置图四轮驱动技术(4WD)发动机前置前驱布置中，通常把变速器和前差速器做成一体，称为变速—差速器，将前横置发动机前轮驱动改造成四轮驱动时，为了布置后轮驱动轮系，往往需要把分动器布置到变速—差速器内，三者一体化，称为变速—分动—差速器u和前纵置发动机前轮驱动汽车的布置要求相同：发动机不能太长，一般采用直列四缸机，昀多直列五缸机或V6发动机u和其他布置的汽车相比，前横置发动机前轮驱动车厢内空间利用率昀高，四轮驱动化之后车厢内空间利用率大体上和前置发动机后轮驱动汽车持平，即和前纵置发动机四轮驱动汽车大体差不多四轮驱动技术(4WD)u4、以中置发动机为原型的四轮驱动u为了提高汽车的行驶性能，昀理想的布置方案是把沉重的发动机布置在汽车底盘中部，布置在司机坐椅之后。这种布置方案可以使前后桥载荷近似地达到50:50，整车的转动惯量可变小，提高汽车的行驶性能u近些年来，一些赛车采用中置发动机四轮驱动形式u中置四轮驱动：底盘中后部横置发动机，发动机后面串联布置变速器，通过伞齿轮传动把轴的旋转方向改变90°驱动前后差速器，差速器再把旋转方向改变90°驱动前后车轮标致205四轮驱动传动系布置图u兰恰赛车在其底盘中部布置有一台纵置发动机，发动机和变速器串联连接，分动器输出轴位于变速器侧面，通过传动轴和前后差速器连接起来。从分动器到前后差速器的布置来看，上述布置和越野车差不多，例如吉普车的前后差速器也是从分动器输出轴取得动力，但因为发动机一个在前，另一个在中后部，所以布置方向正好相反四轮驱动技术(4WD)5、后置发动机的四轮驱动这种四轮驱动汽车很少，其中以保时捷/波尔舍959汽车昀具代表性四轮驱动技术(4WD)u底盘后部装有水平对置6缸发动机，后桥是变速器、分动器、差速器三者一体化的结构u后桥前部输出轴直接驱动传动轴，通过传动轴驱动前差速器u前差速器内装湿式多片摩擦离合器，利用电控装置控制该离合器，控制分配给前差速器的驱动扭矩，该湿式多片摩擦离合器有3种工作状态，即接通、分离和摩擦打滑，分配给前轮的驱动扭矩变化范大四轮驱动技术(4WD)三、四轮驱动的固有问题相比于二轮驱动，四轮驱动带来的新问题：¾急转弯制动现象¾前后轮互相干涉¾动力传动效率低¾驱动系的振动和噪声大四轮驱动技术(4WD)1、急转弯制动现象（无中间差速器的四轮驱动）（1）短时四轮驱动与常时四轮驱动的基本差别：u短时（分时）四轮驱动-PARTTIME4WDu利用分动器的爪式离合器，使发动机和前后车轮有时连接，有时分离u靠驾驶员判断汽车行驶状态，把汽车切换成二轮驱动或四轮驱动u实用化程度较广四轮驱动技术(4WD)u常时（全时）四轮驱动-FULLTIME4WDu通过驱动齿轮系，发动机和4个车轮一直相连u任何行驶状态下都无需采取任何操作u早期汽车采用，存在机械问题，逐步解决，应用范围扩大四轮驱动技术(4WD)u（2）急转弯制动u常时四轮驱动，无中间差速器u急转弯制动现象：沥青铺装路面和干燥道路的路面摩擦系数较大，汽车在上述道路上急转弯的时候，司机会感到转向盘变得非常沉重，同时，司机虽然没有踏动制动踏板，汽车的车速却急剧下降，甚至汽车被强制停车u（3）急转弯制动的原因u急转弯制动的道理同无差速器的二轮驱动u直线行驶时，4个车轮转速相同；弯道行驶时，前轮比后轮转速高，外侧车轮比内侧车轮高u分动器将变速器输出轴的转速分配给前后传动轴时，前传动轴转速应比后传动轴高，一般分动器只能将前后传动轴直接硬性地连在一起，不能对前后传动轴输出不同的转速。u转弯时，前轮趋向于转得快一些，地面对轮胎的力将使轮胎转得慢一些；后轮本应转得慢一些，而地面对轮胎的力却使后轮胎转得快一些u汽车在转弯时地面对轮胎的这个作用力和转弯方向相反，所以是一种汽车转弯的制动力u持续转弯时，由于轮胎打滑，产生能量消耗，出现较大的转弯阻力，使汽车制动、减速u越是在铺装路面上，地面对轮胎的作用力越大u汽车转弯半径越小，即急转弯时，这一现象越显著四轮驱动技术(4WD)u（4）路面差异的影响u急转弯制动现象在摩擦系数大的铺装路面（如市区道路）上表现得十分显著。如果长时间持续四轮驱动行驶，由于急转弯制动现象，不仅司机感到驾驶十分困难，而且会给汽车造成各种不良后果，如轮胎早期磨损，汽车燃料消耗高，并使半轴、传动轴、等速联轴节等零件发生破坏等u在越野或无路条件下问题不大，在摩擦系数低的路面上，车轮可以打滑适当缓解车轮之间的转速差，不会出现急转弯制动现象四轮驱动技术(4WD)2、前后轮的干涉（无中间差速器的四轮驱动）（1）前后驱动轮系的干涉前后轮直接连接起来，在转弯时，尽管前轮轮想要提高前传动轴的转速，但被后传动轴限制，转速不能提高：反之，尽管后轮想要降低后传动轴的转速，但由于被前传动轴限制，转速不能降低，这样前轮想使汽车前进，后轮却阻碍汽车前进。汽车将在前轮的推进力和后轮的阻力之差下前进，于是汽车出现了前后传动轴互相干涉的现象。四轮驱动技术(4WD)u（2）轮胎运动半径差异引起的干涉u假如前轮胎运动半径比后轮胎运动半径小，即使直线行驶，前轮的转速也必须比后轮的转速高u尽管汽车没有转弯，前后驱动轮也必然发生干涉，结果在驱动轮系上出现附加作用力，引起各零件的异常磨损、增加汽车燃料消耗量，出现不正常现象u（3）光滑路面转弯困难u汽车如果在冰滑路面上转弯，由于路面摩擦系数过小，轮胎很容易打滑，汽车不会产生急转弯制动现象，转向盘也不会变重u这时在打滑的轮胎上产生的路面附着力太小，不能抵消转弯离心力。所以汽车不能转弯，而是沿着弯道切线方向直接冲出道路u（4）对制动系的影响u如果四轮驱动汽车的前后驱动轮系被直接地连在一起，那么前后轮制动成为一体u二轮驱动汽车的前、后轮制动及制动力分配方案不再适用四轮驱动技术(4WD)u（5）中间差速器的作用u常时四轮驱动中，为解决急转弯制动，前后驱动轮干涉问题，在前后传动轴之间加装差速器，吸收前后轮的转速差，使前后传动轴的转速可以不同u按前后轮扭矩分配比分类：分配给前后轮的扭矩大小相等；利用行星齿轮机构，将扭矩按一定比例分配给前后轮四轮驱动技术(4WD)u（6）单轮空转使汽车抛锚（中间差速器的负面作用）u常时四轮驱动汽车布置3个差速器，即前、后差速器和中间差速器，只要一个车轮打滑空转，由于差速器的作用，其他3个车轮所产生的驱动力将大幅度下降，整车的驱动力几乎为零。u在装有中间差速器的常时四轮驱动汽车上，依靠中间差速器将发动机的扭矩均等地分配到了前后传动轴上，依靠前后差速器将输入的扭矩再均等地分配到左右两个车轮上，4个车轮获得了相等的扭矩u如果前右轮胎遇到了冰滑路面出现空转，则该车轮产生的驱动力为零，由于前差速器的作用，将使前左轮驱动力为零，这样前桥左右轮的驱动力全部为零，导致前传动轴的驱动扭矩为零u由于中间差速器的作用，前后传动轴的输出扭矩应该相等，所以后传动轴的驱动扭矩也为零，结果后桥左右轮的驱动力为零u从而，4个车轮轮胎上的驱动力全部为零，汽车不能行驶3、动力传动效率u四轮驱动的驱动轮系比较复杂，使用的零件数量也比较多，包括变速器、分动器、传动轴、差速器、半轴，故能量损失较大，传动效率较低，整车燃油消耗量较高四轮驱动技术(4WD)u四轮驱动传动效率低的原因:u齿轮传动损失：齿轮齿间传递力的同时也互相挤压、滑动，因为摩擦产生了能量损失。u搅油损失：齿轮都浸在润滑油内，搅动润滑油进行润滑，搅动润滑引起能量损失。u前后轮干涉引起的损失：当中间差速器锁死进行四轮驱动时，由于车轮与地面滑转引起功率损失。u油封处损失：为了防止润滑油从齿轮箱泄出，在许多部位使用了各类油封，油封利用橡胶的弹性紧密地贴在轴上，在轴旋转时会产生摩擦，消耗一部分能量。u齿轮预加载引起的损失：齿轮轴被轴承支撑着，为了使齿轮正确啮合，齿轮往往需要预加载，这样更加大了齿轮啮合的摩擦损失u联轴节（万向节）处损失：在传动轴和半轴两端，使用了各种联轴节，当联轴节工作角过大时，将产生轴承摩擦损失四轮驱动技术(4WD)u4、驱动系的