汽车分动器的结构和工作原理,汽车分动器结构

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  1. 分时四驱、适时四驱、全时四驱,各自都有那些优势?
  2. 什么是汽车分动器?

分动箱是一种齿轮传动系统,它的作用是将分动箱输出动力分配到驱动桥,并增加扭矩。分动箱有几个输出轴,它们分别通过一个万向传动装置与驱动桥相连。一般情况下,分动箱安装在多轴驱动车辆的变速器后面,用于向各驱动桥传递和分配动力,同时也作为***变速器。在多轴驱动汽车中,为了将来自变速器的动力输出分配到每个驱动轴,通常安装分动箱。它的输入轴直接或通过一个万向传动装置与变速器的第二轴相连,而它的输出轴有几个,分别通过一个万向传动装置与每个驱动桥相连。根据越野车的主要技术指标、发动机功率、转速和车辆行驶条件,可以确定分动箱的结构型式的选择、设计参数和主要零部件的设计计算。分动箱的主要结构特点是前输出轴传动系统***用低噪声多排链传动,比齿轮传动更具优势。分动箱有不同类型,包括分时驱动、全时驾驶和实时驾驶。分时驱动是一个四驱系统,驾驶者可以手动选择两驱和四驱。全时驾驶则是一种传动系统,无需驾驶员选择操作,前后轮始终保持四驱模式。实时驾驶配备适时驾驶系统,可以通过电脑控制选择适合当前情况的驾驶模式。分动箱的控制逻辑与发动机和变速器的控制ECU无关,可以通过不同机构来控制,如手动博格华纳分动箱和电控分动箱。电控分动箱配备ECU来监控车速信号、离合器动作信号、分动箱位置信号和前驱动轴离合器位置信号,从而实现高速时2WD与4WD之间的切换,也可以合理控制前驱动轴离合器的工作状态。

分时四驱、适时四驱、全时四驱,各自都有那些优势?

说明:决定汽车耗油量的因素有很多,比如风阻系数、整备质量、传动效率、行驶阻力诸多因素。一概不讨论,仅***设同一款车使用不同的四驱系统,分析哪种平台的油耗低。

全时四驱系统的耗油量总会是最高的,因为传动损耗的动力要大于「后驱模式」(以纵置四驱为参考)。四驱系统的结构特点是非常有意思的,发动机将动力输出给变速器(箱)只是第一步,因为常规的变速器只连接后传动轴。想要驱动前轮则需要分动箱,其结构特点如下。

汽车分动器的结构和工作原理,汽车分动器结构
(图片来源网络,侵删)

「分动箱」可理解为“一拖二”,由齿轮组接收变速器放大输出后的动力,只有在通过齿轮分配给前后传动轴。通过传动轴输出到前后桥差速器,再次分配后可分别输出给四个车轮。这套结构的特点实际不难理解,至于对油耗的影响其实也不难理解——因为任何齿轮箱与传动轴的运转都不仅是在分配动力,在传动的过程中也会因自身的运行阻力而损耗掉一部分动能。

后驱&四驱

***设车辆装备的发动机为2.0T,行驶中输出到变速器的功率为100kw。 后驱模式为变速器通过分动器驱动后传动轴,动力输出到牙包即可两侧分动。传动过程中几乎是“直驱”,动力损耗很小所以轮上功率就算有95kw。而四驱模式通过分动器齿轮组将动力一分为二,两组车轮与传动轴会先行损耗部分动力,之后各自达到差速器齿轮与两侧半轴时还要多出一份“前桥”的动力损耗,所以实际轮上平均功率可能只有90kw。

汽车分动器的结构和工作原理,汽车分动器结构
(图片来源网络,侵删)

知识点:1马力可以驱动75公斤物体以「一米一秒」速度移动。马力的计算公式为(转速×扭矩÷9549)等于功率,再用(功率×1.36=马力)。发动机在固定转速下输出的扭矩(耗油量)是相同的,车辆按照固定速度行驶需要的马力是固定的,轮上功率损耗大造成功率下降等于车速下降,想要维持固定车速只有提升转速拉升功率与马力,然而转速越高油耗越高,所以全时四驱最费油。

分时&适时

分时四驱在铺装路面上不能使用四轮驱动,因为强制取消前后桥差速功能会造成车辆无法转弯。也就是说分四系统在铺装路面只能用后驱,理论上这应该是油耗最低的系统了,然而实际却不然!——因为汽车在行驶中难免会出现车身姿态的变化,比如切弯时车身倾斜会影响后轮抓地力,崎岖路面驾驶可能造成前轮抓地力大于后轮抓地力。但是分时四驱2H模式前轮没有动力,在后轮轮上功率损耗较大的节点,转速的细微提升是会影响油耗的。

汽车分动器的结构和工作原理,汽车分动器结构
(图片来源网络,侵删)

适时四驱(AWD)为智能切换,正常驾驶总会以后轮驱动,只有在后驱动轮打滑、加速或高速巡航时才会让前轮驱动。而上述场景正需要即时前轮驱动,在这种状态下只要前驱加入后对于车辆正常行驶有所帮助,其传动损耗的部分会比后轮丢失的功率高,所以转速可控油耗也会偏低一些。

适时四驱_横置平台的油耗会最低,因为这一平台没有分动箱,是通过取力器与扭矩管理器是极限前驱和四驱的切换。部分四驱SUV在两驱模式中可以切断并制动后传动轴,此时车辆没有一点多余的功率损耗,油耗基本相当于前驱车了。不过横置四驱的越野能力普遍很差,所以真正玩车还是要选分时四驱或纵置适时四驱,供参考。

什么是汽车分动器?

我们都知道,目前汽车市场上主流的四驱技术主要有三类:适时四驱,分时四驱和全时四驱,我们就从这三类技术说起吧。

1.适时四驱:众多城市SUV的首选,结构简单,但功能实用。

那什么叫适时四驱呢?顾名思义就是在适当的时候车辆自动选择驱动形式,比如在附着力很好的柏油路面上,车辆以前驱为主,当进入低附着力路面时,车辆传动轴上的电磁耦合器或者液力耦合器通过对来自于发动机节气门、四轮转速和扭矩信息智能分配前后轴的扭矩,再由各轴上的开放式差速器传递到车轮上。这种结构在一定程度上可以使车辆在低附着力路面上保证足够的抓地力,对付一般恶劣路况可以胜任。

适时四驱系统图示

为了保证更好的通过性,比如丰田RAV4和起亚索兰托等SUV还增加了中央差速器的锁止机构,可以强制锁止差速器使前后轴按照一定比例分配扭矩(一般不是平均分配,前轴要略多一点),单侧车轮打滑时,也可以通过ESP制动一侧车轮而使扭矩强制传递到有附着力的车轮,但这种差速器锁在铺装路面上使用会造成前后轴的车桥干涉,所有速度不能过高。但有些低端城市SUV也不配备中央锁止机构,就智能象征性地去越野了。适时四驱结构代表车型多为日韩系入门级城市SUV:丰田RAV4,日产奇骏,现代iX35等车型,可以说是基于前驱的四驱车型。

总的来说,适时四驱优势:结构简单,成本低,有一定的越野能力;劣势:对于复杂路面越野脱困能力,通过性差。

2. 分时四驱:曾经硬派越野车的必备,如今正在被取代。

所谓分时四驱,就是车辆在两驱和四驱之间人为切换的形式,这种四驱模式是对大多数基于后驱的四驱车而言的。平时在道路上使用后轮驱动,在必要的时候通过分动器将扭矩传给轴, 由于是机械结构,所以当变成四驱模式时基本上也就是固定扭矩分配了。基本上***用这种结构的都是硬派越野车,没有过多的电子***设备,所以操作起来比较复杂,有些还需要停车挂空挡才能操作。

分时四驱系统图示

但是三菱的分时四驱系统,就是著名的“超选四驱”,不仅能够完成两驱/四驱切换,在中央差速器锁止后,还可以完成高速/低速切换,这些动作都可以在行驶中完成。而像奇骏这样的城市SUV在驱动模式上也配备了两驱四驱切换,但是***用电控方式,而且当两驱模式下遭遇湿滑路面,中央差速器也会自动分配扭矩给后轮。由于纯机械结构的分时四驱系统重量大、操作较困难,面临被淘汰的境地,目前***用这种结构的量产车只有牧马人,FJ酷路泽、长城哈弗等少数硬派越野车上。

所以分时四驱的优势:纯机械结构,可靠性高,通过性好,越野脱困能力强;劣势是机构重量大,操作不方便,油耗大。

3.全时四驱:种类繁多,诞生了很多经典四驱系统。

发展到今天, 全时四驱无疑是道路最佳解决方案,不仅仅是SUV, 越来越多的轿车也都***用全时四驱。

这种系统与前两者的明显区别是: 任何时候四个车轮都在独立完成运动; 可以通过机械结构或者电子设备完成中央差速器锁止和轴间限滑差速的功能, 这些功能组合起来便成为强大的全时四驱系统。由于要兼顾城市道路和越野性能, 目前大多数全时四驱系统都配备中央差速器锁止, 但是它们普遍***用独立悬架, 所以左右轮间的差速器锁基本消失了, 取而代之的是各种限滑装置和牵引力控制, 来完成以前差速锁的角色。

全时四驱系统图示

但是像奔驰G这样的硬派越野车***用的全时四驱结构则还保留着三把锁, 通过电磁机构完成锁止, 但驾驶这种车辆时对于技术的要求会更高, 自然成为车发烧友的首选。还有一点,从中央差速器结构上看, 一般中小型SUV***用的都是液力耦合式差速器, 大中型SUV则***用了多片离合器式或者托森式, 后者的优势就是纯机械结构, 而且可以根据扭矩变化进行锁止。

由此可见,全时四驱的优势是:设计完美,保证各种路况下的行驶;不足的是,成本较高,电子系统控制单元比较多,故障率相对也更高一点。

可以说, 虽然目前越来越多的SUV***用全时四驱结构, 但是其内部可是千差万别, 孰好孰坏还得消费者自己擦亮双眼看清楚,下面我们简单点评一下目前比较著名的几款全时四驱系统的机构特点,供大家品评。

1.宝马xDrive四驱系统。

基于后驱的四驱系统,主要结构是多片离合器式中央差速器,可以实现100%扭矩转移,分动器有齿轮结构和链条结构两种,部分车型配备后轴动态扭矩分配,也可以达到100%,但不具备锁死功能。

宝马四驱系统图示

2.奔驰4MATIC四驱系统。

中央差速器***用多片离合器式,带有锁止机构,高级别车型带有后轴限滑差速器,功能更强大的越野选装包带有后轴差速锁,但大部分车型仍然靠电子制动完成单侧车轮的锁死。

奔驰四驱系统图示

3.奥迪 Quattro四驱系统

Quattro的法宝就是著名的托森扭力感应差速器,纯机械结构反应很快,可以根据扭矩变化瞬间完成分配,后轴最多可以达到85%的扭矩。前后轴上没有差速锁,通过电子***制动系统完成单一车轮的锁死。

奥迪四驱系统图示

4.斯巴鲁全时四驱系统。

左右对称是这套系统最大的特点,除此之外,同一车型不同配置下四驱结构也不样,有被动的中央限滑差速器,也有主动扭矩分配和可变扭矩分配,分动器和中央差速器集中在变速箱中,顶级VTD系统可以通过分动器主动分配扭矩给前后轴。

5.路虎多地形选择系统

其四驱结构比较常见,为带有锁止功能的中央差速器,前轴为开放式差速器,后轴为LSD限滑差速器,亮点为多地形选择模式,选择不同模式,发动机动力、扭矩分配电子限滑***都会变化,用最简单的方式调整不同路况下的驱动模式。

汽车分动器知识

越野车需要经常在坏路和无路情况下行驶,尤其是军用汽车的行驶条件更为恶劣,这就要求增加汽车驱动轮的数目,因此,越野车都***用多轴驱动。例如,如果一辆前轮驱动的汽车两前轮都陷入沟中(这种情况在坏路上经常会遇到),那汽车就无法将发动机的动力通过车轮与地面的磨擦产生驱动力而继续前进。而***如这辆车的四个轮子都能产生驱动力的话,那么,还有两个没陷入沟中的车轮能正常工作,使汽车继续行驶。

分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到各驱动桥,并且进一步增大扭矩。分动器也是一个齿轮传动系统,它单独固定在车架上,其输入轴与变速器的输出轴用万向传动装置连接,分动器的输出轴有若干根,分别经万向传动装置与各驱动桥相连。

大多数分动器由于要起到降速增矩的作用而比变速箱的负荷大,所以分动器中的常啮齿轮均为斜齿轮,轴承也***用圆锥滚子轴承支承。

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