适时四驱
适当的时候转换为四驱的驱动方式
适时四驱(Real Time 4WD),又称智能四驱、应急四驱、实时四驱,是指由电脑芯片根据环境的变化,来智能选择两驱或四驱模式的驱动方式。比如,在颠簸多坡多弯等附着力低的路面,其可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。适时四驱有操作简便、耗油量相对全时四驱更少等优点,但安全性不如全时四驱,且前后轴传递动力时不充分,不适合在一些复杂路段行驶。
适时四驱是21世纪10年代发展出来的技术,其大致经历了三个发展阶段。其中第一代适时四驱是纯机械的,响应速度较慢;第二代是利用电子装备解决上一代机械式带来的问题,第三代增加了预载功能,理论上已经做到与全时四驱类似的效果。
适时四驱系统有机械联轴式、多离合器式和智能电子式三种类别,主要由主减速器、前轴差速器总成、取力器(PTO)、传动轴、扭矩管理器、后轴减速器和后轴差速器总成组成。搭载适时四驱系统的车辆在行驶时一般是两驱,而当路面不良或驱动轮打滑时(第三代还多出了预载功能),会立即将发动机输出的扭矩分配给其它两轮,从而切换到四轮驱动状态。
历史沿革
适时四驱是21世纪10年代发展出来的技术,大致经历了三个发展阶段,每个阶段的构造和性能都有所区别。
第一代
早期的适时四驱是纯机械的,其中最为典型的代表车型当属本田技研工业的CR-V,是通过液力耦合器来实现自动向后轮分配动力。这种四驱的核心部件就是这个液力耦合器,在这个耦合器中充满了硅油,输入轴和输出轴一端与浸没在硅油中的叶轮相连,另一端则与前后差速器相连。在正常行驶的时候,前后车轮保持相同的速度运转,液力耦合器的两个轴之间不存在转速差。当前轮出现打滑的时候,转速会超过后轮,从而导致耦合器里的两个叶轮之间出现转速差,这种转速差会导致硅油升温而黏度迅速升高,从而将动力传递给后轮。这种适时四驱的结构比较简单,不需要电控元件,但由于它需要当前后车轮出现明显转速差的时候液力耦合器才能介入,因此其响应速度比较慢,无论是在提高越野性能还是通过性能的时候,都会明显逊色于全时四驱。
第二代
这一代适时四驱开始通过电子装备来解决之前机械式带来的问题,此时中央差速装置被多片式离合器所取代,它的开与合则由电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)来掌控。前后车轮的轮速传感器会将实时的轮速反馈给ECU,一旦ECU检测到前轮的转速比后轮快,就会迅速发出指令给多片式离合器,从而向后轴传递动力。由于有了电控系统的加入,此时的适时四驱在响应速度上大幅度提高,而且在分配动力比例上,也可以做到智能化控制。另外多片离合器在完全结合时可以达到硬连接的效果,因此不仅使传动效率比机械式更高,而且使得锁死差速装置成为可能。
第三代
这一代适时四驱系统则是以第三代HALDEX四驱为代表的智能电子式适时四驱。与过去的适时四驱相比,这一代的适时四驱增加了预载功能,可以通过前轮的运转情况来实现预判断,在前轮有打滑趋势之前就预先接通,理论上已经做到与全时四驱类似的效果。另外这种适时四驱还可以做到正常行驶情况下,前后轴之间的动力分配恒定在90:10。从某种意义上说,这种四驱已经可以算作是全时四驱了,许多采用这种四驱的欧洲车型,甚至已经在其车型上标注了AWD的标志。
工作原理
一般情况下,适时四驱系统会默认以两驱模式行驶,以节省燃料。当系统检测到前轮打滑或失去牵引力时,会通过多片离合器或粘性联轴节等部件,将部分动力传递到后轮,实现四驱模式。这样可以提高车辆在湿滑、雪地或崎岖路面上的牵引力和稳定性。适时四驱系统通常还会配备一些传感器,如车速传感器、车轮转速传感器等,来监测车辆的行驶状态和路面条件。系统会根据这些信息,快速、精准地调节驱动力分配,以确保车辆在各种路况下都能保持良好的操控性和安全性。
基本构造
适时四驱系统基本结构与全时四驱基本结构存在较大差异。适时四驱系统没有装备类似全时四驱系统一样的中央差速装置,而是一般利用一组多片离合器向后轴传递扭矩。
典型适时四驱系统结构由主减速器1、前轴差速器总成2、取力器(PTO)3、传动轴4、扭矩管理器5、后轴减速器6、后轴差速器总成7等组成。主减速器1将变速器输出转速扭矩进行减速增扭。取力器3是一对锥形齿轮增速装置,速比为,其主要作用是:取出前轴差速器扭矩并改变扭矩传递方向、减小输入到扭矩管理5的扭矩值。扭矩管理器5是一组电控多片离合装置,通过电子控制离合器片压紧力来调节传递到后轴的扭矩。后轴减速机6是一对伞齿轮减速装置,速比为。为了保证扭矩管理器5离合器片能够实现锁止,与互为倒数
主要类型
适时四驱根据控制部件的不同可分为机械联轴式、多离合器式和智能电子式。
机械联轴式
机械联轴式采用液力耦合系统以保证车辆在多种状态下都能稳定行驶。在正常行驶时,前桥和后桥之间也会存在转速差,这个转速差使得液力耦合器接合并将动力传递到四个车轮上。当前轮打滑时,全部的驱动力就会被传递到后桥上,差速器会补偿两个前轮之间的转矩差。当后轮打滑时,前桥和后桥之间也有转速差,于是四轮驱动装置会将动力分配到四个车轮。此时,前桥承担驱动车辆的作用。当前轮与后轮同时打滑时,车桥上差速器会对转速进行补偿(平衡),理论上车轮上都不会有驱动力。但是,可以通过将打滑车轮制动,从而差速器将更大一些的驱动力传送到其他车轮上。
两个车桥间的车轮转角差达到10°时,液力耦合器的摩擦片组就开始传递转矩。当车轮转角差达到20*时才能输出全部转矩。当出现车轮转速差时,输入轴就会与控制活塞和输出轴一起绕着与盘形凸轮连接在一起的输出轴(该轴在以较低转速转动)转动,控制活塞的往复运动形成了油液流量的变化。这个具有压力的机油流经机油道被导入工作活塞,并使工作活塞推动摩擦片组的止推垫圈压向右边(下图所示),进而实现输入输出轴联动。
多离合器式
多离合器式适时四驱的核心部件乃是多片离合器式限滑差速器。多片离合器式差速器主要借助湿式离合片来形成差动扭矩,而离合器的压紧以及分离是由电子系统予以控制的。车辆在常规行驶状态下,其驱动形式是前驱,例如当系统察觉到车轮出现打滑状况时,便通过电子系统去控制离合器压紧,从而把一部分动力传至后轮,从理论上来说,电脑会依据车速以及路况自动对前后轴扭矩进行分配,以实现抓地性能的最优化。然而,这种四驱系统往往是在主驱动轮丧失抓地力(出现打滑)之后,另外的驱动轮才会被动地介入,所以其响应速度相对较慢。
智能电子式
智能电子式适时四驱能够依据车轮打滑或者转向的信息,精准地把控智能分动器向四轮传递大小可调控的扭矩,以此提升整车的加速性能、稳定性能以及燃油经济性能。在停车状态下,传递至前轮的扭力极其低或者为零,增强了操作的便利性与舒适性。当ABS工作时,能够在短时间内迅速切断前轮的动力传递,保证刹车时整车的稳定性。在加速的时候,可以在四个轮子上达成最大的牵引力,使加速性能更佳。在湿滑路面的情况下,能与其他安全系统进行通信,实现最优的牵引力和安全性能。此外,智能电子式适时四驱还增加了预载功能,可以通过前轮的运转情况来实现预判断,在前轮有打滑趋势之前就预先接通,理论上已经做到与全时四驱类似的效果。
关键技术
适时四驱的关键技术在于能够依据车轮打滑或者转向的信息,精准地把控智能分动器向四轮传递大小可调控的扭矩,以此提升整车的加速性能、稳定性能以及燃油经济性能。以第三代HALDEX四驱为代表的智能电子式适时四驱,还增加了预载功能,可以通过前轮的运转情况来实现预判断,在前轮有打滑趋势之前就预先接通,理论上已经做到与全时四驱类似的效果。
主要特点
优点
适时四驱的操作简便,两驱和四驱的切换由系统自动完成,不需要人为控制,驾驶四驱车与驾驶两驱车几乎没有太大区别。适时四驱还有一个很大的好处就是不太费油。与其他类型的四驱相比,适时四驱由于在正常状态下采用的是两轮驱动,一般当驱动轮打滑时,从动轮才会介入,而在公路上行驶时,驱动轮打滑的概率非常低,所以其燃油消耗十分接近两驱车。不仅如此,适时四驱的传动系统也非常容易布置,它只需要从前驱动桥引一根传动轴,并通过一个耦合器连接到后驱动桥即可,所以它可以在原有的前置前驱平台上改进而来,制造成本相对低廉,使得适时四驱广泛应用在一些城市SUV和轿车上。
缺点
由于适时四驱是在主动轮失去抓地力以后,从动轮才会被动介入,因此它的响应速度稍慢,相对而言,其主动安全性不如全时四驱好。适时四驱的前后轴传递动力时,受制于结构本身的缺陷,无法将超过50%的动力传递给后轴,还有部分适时四驱系统的前后轴间采用开放式差速器,在一些复杂路段行驶时,出现单侧两个车轮打滑时,车辆无法脱困。
参考资料
一种异步适时四驱系统.patents.google.com.2024-06-01
目录
概述
历史沿革
第一代
第二代
第三代
工作原理
基本构造
主要类型
机械联轴式
多离合器式
智能电子式
关键技术
主要特点
优点
缺点
参考资料