汽车机械四轮驱动关键技术解析

1. 分动器(Transfer Case)

1.1 分动器的功用

将变速器输出的动力分配到各驱动桥,并且可以进一步增大扭矩,是发动机纵置四驱车传动系中不可缺少的传动部件,它的前部与汽车变速箱联接,将其输出的动力经适当变速后同时传给汽车的前后驱动桥,此时汽车全轮驱动,可在冰雪、泥沙和无路的地区地面行驶。

1.2 分动器的基本结构

分动器的基本结构是一套齿轮传动系统。

1.2.1 直接连接式分动器

切换装置布置在分动器内,当图中的爪式离合器接通时即成为前后轮刚性直接连接的四轮驱动;反之即为后轮驱动。这种分动器有变速装置,通常设有两档,在一般路面上使用高速档,恶劣路面上使用低速档。通过爪式离合器进行二轮或四轮驱动的切换。

1.2.2 液压多片离合器式分动器

当液压多片离合器分离时,汽车为后轮驱动;多片离合器结合在一起时,发动机的动力能传递给前轮。

1.2.3 中央差速器锁死式分动器

通过中间差速器,把发动机动力按一定比例分配给前后驱动轮系。再特定条件下,可手动或自动动作使中间差速器锁死。

1.2.4 驱动力前后分配式分动器

这种分动器利用粘性联轴节或液压装置驱动后轮,其功能只是把驱动扭矩分配给前后轮。

1.2.5 中间差速器差动限制式分动器

利用前后驱动轮系的转速差来限制中间差速器的差动,如粘性联轴器。它可以克服中间差速器锁死装置分离和结合时对汽车行驶状态影响的缺点。下图为其两种形式

1.3 分动器动力传递

通常分动器设有:2-HIGH、4-HIGH、4-LOW 等三种模式。

2-HIGH:

4-HIGH:

4-LOW :

1.3 分动器设计(略)

2 PTU(Power Transfer Unit)

2.1 PTU 的功用

PTU英文为Power Transfer Unit,可译为取力器。多用于基于前驱发动机横置的四驱系统里,作用是改变变速器输出扭矩的大小和方向,通过扭矩管理器的控制将扭矩传给后驱动桥,实现四轮驱动。

2.2 PTU 的基本结构

PTU 的基本结构同分动器一样,也是一套齿轮传动系统。比分动器要多出一套螺旋锥齿轮或准双曲面齿轮。

2.2.1 一级齿轮传动式PTU

PTU 内部只有一套准双曲面齿轮或其他形式的螺旋锥齿轮。

PTU 内部只有一套准双曲面齿轮或其他形式的螺旋锥齿轮外,还有一套斜齿圆柱齿轮。

2.2.3 三级齿轮传动式PTU

PTU 内部只有一套准双曲面齿轮或其他形式的螺旋锥齿轮外,还有二套斜齿圆柱齿轮。

2.2.4 轴间差速器式PTU

PTU 内带有中央差速器进行前后驱动桥间扭矩分配。但前后驱动桥的扭矩是按固定比例进行分配。

2.2.5 前驱动桥扭矩控制式PTU

将扭矩管理器集成在PTU内,实现前后驱动桥的扭矩按需分配。

2.3 PTU 设计(略)

3 差速器

差速器是汽车驱动桥里的主要部件,最早由法国雷诺汽车公司的创始人路易斯·雷诺发明,它的作用作用是保证驱动车轮在汽车转弯或在不平路面上行驶时能以不同的转速滚动,即保证驱动轮作纯滚动运动,减少轮胎与地面的摩擦。

根据所处位置的不同,差速器可进一步分为轮间差速器和轴间差速器。一辆4 驱车总共可以有3 个差速器,输出的动力首先被传递给轴间差速器,由它经传动轴分配给前后驱动桥,到达驱动桥的动力再由各自的轮间差速器分配到左右半轴,最终反映到车轮上。

齿轮式差速器基本结构有两种:圆锥齿轮式(Bevel GearDifferential ) 和圆柱齿轮式(行星齿轮式)( Spur GearDifferential)。

按两侧的输出扭矩是否相等,齿轮式差速器又可分为对称式(等转矩式)和不对称式(不等转矩式)。按扭矩分配的功能分为开式差速器、限滑差速器、锁式差速器。

目前,汽车上广泛采用对称式锥齿轮差速器。

3.1 开式差速器

开式差速器的作用就是能够调节左右车轮的转速差来适应不同的转向轨迹。开式差速器由于没有任何差动限制,发动机的动力被差速器自动的平均分配两个车轮,且遵循最小扭矩分配原则。

锁紧系数 K:用来衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性。

3.2 防滑差速器

限滑差速器(LSD-Limited Slip Differential),是为克服开式差速器的缺点而产生的,利用机械摩擦或液力摩擦产生限滑力。

限滑差速器在正常使用条件下可以差速,但当单侧车轮打滑空转时限制其差速。分为扭矩感应式和速度感应式。

Bias Ratio:也称转矩比,即限滑差速器分配到两侧半轴齿轮扭矩的比值,TlowBiasRatio = Thigh/Tlow。Bias Ratio 也是表示限滑差速器性能的重要参数,该值越大,表示差速器限滑能力越强。

3.2.1 扭矩感应式

差速器通过感应内部的差动扭矩(差速器内的摩擦力矩)的大小进行工作,即在差动扭矩较小时可以起差速作用,当差动扭矩过大时自动的限制差速器的差动直至锁死差速器。主要有以下几种常见结构。

3.2.1.1 摩擦片式(Multi-Plate LSD)

特点:

1)、Bias Ratio 调整方便,且调整范围广;

2)、通常需要使用特殊的齿轮油(为了使差速器高效工作,齿轮油必须有良好的高温稳定性和低温性能及良好的抗摩擦性能以及防止因摩擦引起的传动噪音和振动);

3)、利用锥齿轮工作时产生的轴向力压迫摩擦片产生内部差动扭矩;

4)、为提高性能,可以预载差动扭矩;

3.2.1.2 圆柱螺旋齿轮式(Helical LSD)

特点:

1)、差速器半轴齿轮、行星齿轮采用斜齿圆柱齿轮结构;

2)、利用平行轴圆柱斜齿轮啮合时产生的轴向力、侧向力与差速器壳体产生的摩擦力矩和齿轮副摩擦力矩作为内部差动扭矩;

3)、工作平滑,反应灵敏;

3.2.1.3 锥环式(Super LSD)

特点:

1)、Bias Ratio 调整范围较小;

2)、结构紧凑;

3)、利用锥齿轮的轴向力工作;

3.2.1.4 托森差速器(Torque LSD)Torsen, 的意思是”torque-sensing”(扭矩感应), 是一家叫Gleason Corporation 的美国公司发明的。

它巧妙的运用双蜗轮、蜗杆结构,利用蜗杆传动的不可逆性原理和齿面高摩擦条件使差速器根据其内部差动转矩大小而自动锁死或分开,通过这个特性来达到限滑。

3.2.1.5 混合式(Hybrid LSD)

特点:

1)、采用螺旋圆柱齿轮结构和VC 配合使用,综合了两种差速器的优点;

2)、工作平滑,反应灵敏;

3)、可以提供较大范围的Bias Ratio;

3.2.2 速度感应式

差速器通过感应内部的半轴齿轮间的转速差的大小进行工作,即在转速差较小时可以起差速作用,当转速差过大时自动的限制差速器的差动直至锁死差速器。主要结构如下。

1)、图a 是采用壳式布置粘性式限滑差速器的结构;图b 是采用轴式布置粘性式限滑差速器的结构

2)、二者之区别在于壳式布置时输入粘性装置的转速差是左右轮转向速差的一半,而轴式布置结构则是两轮转速差。所以轴式布置的限滑能力比壳式强

特点:

1)、开式差速器与VC 配合使用;

2)、工作平滑,反应慢;

3)、利用锥齿轮的轴向力工作;

4)、工作性能随VC工作时间加长而下降;

3.2.3 对比

3.3 锁式差速器

为了保证车辆在复杂的越野路况下的行驶性能,常通过一定的机械结构把差速器锁死,实现两个半轴的同步转动,这种差速器称为锁止式差速器。

在没有锁止的时候,其传动特性与开式差速器完全相同,在锁止的情况下,传动比被固定为1:1。

锁止式差速器具备开式差速器的所有结构和特性,在未锁止的情况下,应用范围与开式差速器相同;在锁止的情况下,只适合于低速行驶在非铺装路面,不能在铺装路面上行驶,否则会导致车辆损坏和转向失控。

优点:在越野路面提供了最大的驱动力,

缺点:

1)、在差速器锁止的情况下,车辆转向极其困难;

2)、存在单车轮承受发动机100%的扭矩的可能,半轴会因为扭矩过大而变形或折断;

3)、车辆在转向的过程中,两半轴承受相反的扭矩,如果两侧轮胎的附着力都很大,会扭断半轴。

4)、在车辆行驶过程中执行锁止动作会产生比较大的噪音。

4 万向传动装置

传动轴及万向联轴节(略)

5 扭矩管理器(TMD)

扭矩管理器就是限滑差速器技术扩展应用而出现的一种装置,主要用于驱动桥间或驱动轮间的扭矩分配。因此,可以认为差速器就是一种结构简单的扭矩管理器产品。随着四轮驱动技术的发展,扭矩管理器向着控制精确化、智能化、交互式方向发展。

5.1 限滑差速器式

奥迪 Quattro 四驱系统的扭矩管理器的核心就是负责前后驱动桥之间动力分配的Torsen 中央差速器。它每时每刻根据四个车轮上的传感器测得的数据,对前、后桥之间的扭矩分配作出自动的持续的调节。在正常的路面条件下,前,后桥之间的动力分配大约为50%:

50%;而在极端的条件下, Torsen 中央差速器借助于它的自动锁止装置按照保证最大牵引力输出的原则可以将前、后桥的动力调节到25%:75%,或者是75%:25%,也就是每一桥上的扭力输出是在25%至75%之间任意可调的,这就充分保证即使当前、后桥中的一个处于极差的路况下,另一个桥将获得足够大的动力将车子开出这一区域。

5.2 被动式扭矩管理器

通常是采用粘性连轴器(简称VC)或开式差速器与VC配合使用作为轴间差速器,控制前后驱动桥间的扭矩分配。

5.3 主动式扭矩管理器

通常由电动装置根据预先编制的控制逻辑程序改变多片式摩擦离合器结合程度,从而控制前后驱动桥间的扭矩分配。常见以下几种电动装置控制方式:

5.3.1 电磁控制球盘式(Electro-magnetic ball-ramp)

5.3.2 电液压力控制式(Electro-hydraulic)

5.3.3 电机控制球盘式(Direct ball-ramp actuation by an electric-motor)

6 主减速器(略)

7 悬置系统(略)

8 传感器(略)

声明:本站部分文章内容及图片转载于互联 、内容不代表本站观点,如有内容涉及版权,请您尽早时间联系jinwei@zod.com.cn

相关推荐