四轮驱动是汽车输出的扭矩传递给所有四轮的设计。很多人看到四轮驱动就会联想到越野车和SUV,但实际上四轮驱动也广泛应用于很多道路车辆,在各种道路和天气条件下为车辆提供了更好的加速性能和控制力。
因此,大多数汽车发动机只驱动一对轮子,另一对轮子不产生推力,这称为二轮驱动。四轮驱动的优点是,在路面或地形原因导致轮胎抓地力不足的情况下,四轮驱动车辆可以更好地工作。因此,四轮驱动车适合越野驾驶,在雨雪或各种恶劣的道路上,四轮驱动车也比普通的两轮驱动车具有更高的加速性能,而且不会堵塞(例如雪或泥路等摩擦较小的道路)。
四轮驱动技术最早出现在1903年,最初被卡车采用,后来逐渐引进了普通轿车。
四轮驱动类型
四轮驱动受转动和减速的影响,因此四个轮胎的转速和重量可能会有所不同,不仅结构会像2WD那样影响性能,轮胎也会严重磨损,因此需要增加装置来改善这些问题,燃料消耗也要更多。因为设计不同,所以发展成了不同的种类,现在大致可以分为五种。
分时4驱动器
一般来说,将两个差速器(前轴和后轴各一个)组合在一起,传动轴上有离合器或加力箱组(只有离合器功能的离合器,目前市面车使用较少,扭力配置可以锁定在加力箱上,但两种结构完全不同),手动驱动模式切换装置。在一般道路情况下(例如沥青道路)行驶时,分离传动轴,仅用前轮或后轮(两轮驱动模式或2WD模式)驱动。例如,如果遇到泥和雪地等极差道路(例如泥和雪),则结合传动轴同时驱动4个轮胎(4轮驱动模式或4WD模式),使用2WD模式处理旋转产生的车轮和沥青。在4WD模式下,4个轮胎的动力完全固定和平均(前后轮扭矩固定为50336050)。使用力箱的人可以锁定扭转配置(例如,将前后轮扭矩固定在25:75)。这在越野时有相当大的优势,因此是有越野需求的SUV运动型休旅车、卡牌、吉普车等车的主流驱动。
全时4个驱动器
全时4驱动器是在任何道路情况下都可以用4个轮子驱动的系统。全时四车型号应该有三个车速机(前桥、后桥、中央),没有驱动模式的切换装置,配备全时四驱的车辆经常会在高级全尺寸越野车、豪华轿车、跑车、CUV跨境等车,虽然大部分都在路面上行驶,但通过全时四驱实现四轮驱动的加速性、稳定性、循环性。
独立驱动
部分四轮电动车为前轮驱动采用双电机设计。两个马达分别用于驱动前轴和后轴,所以只需要两个差速器。另外,两个电机可以分别针对低速(高扭矩)和高速行驶进行优化,使电动车在高速和低速两方面都保持较高的效率。
在一些设计中,两个马达不能同时以最大功率运行,所以汽车的总马力不仅仅是加上两个马达的马力。
适时开四次车。
另外,中央差速器与总共三个差速器(前轴、后轴、驱动轴)一起结合离合器或动力箱的设计,有时还添加扭矩分配装置和计算机控制装置(包括手动或自动驱动模式切换装置)。简单来说,分时4驱动器和全时4驱动器相结合的四轮驱动系统可以使用省油的2WD模式、运动性好的全时4驱动器模式、越野锁4驱动器模式。在锁定4驱动器模式下,中央差速器被锁定,前后轴的传动比被锁定为50比50。例如,快牌Impreza WRX STI中配备的支持DCCD的Symmetrical AWD就是一代产品。
表。这种四驱系统因为功能多,故被现在许多运动休旅车所采用,但也有构造复杂、成本高和笨重的缺点。
智能四驱
特殊的四驱系统,差速器和离合器的数量视设计而异,但一定会有扭力分配装置与控制电脑,以及自动的驱动模式切换装置。因为设计取向不同模式切换也不一样,例如Nissan GT-R所搭载的ATTESA E-TS就是代表,一般情况下只靠后轮传动,但一旦车速感应器以及其车身内的两个g力感应器感受到车身打滑或不稳定时,就会主动驱动前轮来稳定车身,完全不受人控制,这是种为了确保动力完整输出的后驱型智能四轮驱动。
混合动力式四驱
受油电混合等混合动力车辆(Hybrid)系统下催生而来的四轮驱动系统,以油电混合为例,其设计可以是以汽油或柴油引擎驱动前轮、再以电动马达驱动后轮(或相反),借此发挥出前轮驱动、后轮驱动和四轮驱动皆可行的驱动系统,如Toyota MR-S Hybrid Concept和Volvo V60 Plug-in Hybrid就是很好的代表。
差速器分类
当车辆通过弯道时,必须允许不同的车轮以不同的速度旋转,例如车辆转弯时,外侧轮和内侧轮由于所走的路径不同,其所行驶的距离也不同,所以内外侧车轮必须要能够以不同的速度进行旋转,而这个问题被称之为轮差问题,如果轮差的问题无法得到解决,那么车辆在进行转弯时就会因为轮胎旋转的不匹配而产生打滑,从而影响整个车辆的可操控性。
差速器可以使得一个输出轴以不同的速度驱动两根输出轴,可将扭矩(角向力)平均的传达到两根输出轴,同时通过差速器内的差动齿圈分配两边的角速度。无论是四轮驱动车辆还是两轮驱动车辆,都需要面对轮差问题,两轮驱动车辆可以通过在驱动轴上搭配一个差速器使得引擎输出轴以不同的速度驱动左右两边的车轮轴,以解决轮差的问题,而四轮驱动的车辆由于前后轴都具备驱动力而需要在前后轴各搭配一个差速器来解决左右轮差的问题,除此之外还需要第三个差速器来解决前后驱动轴的轴差问题。
由于差速器允许车轮以不同的速度旋转,遇到某个车轮打滑或者离地时,这个车轮由于具备较小的摩擦力而飞快的转动,引擎所输出的动力会全部消耗在打滑轮上,其他车轮就会失去动力,也就是说差速器可以解决车辆转弯时造成的轮差及轴差的问题,但是在车轮遇到打滑时,则会加剧车辆持续打滑。
前面提到差速器会导致车辆在某侧车轮打滑时,无法轻易的摆脱持续打滑的情况。两轮驱动的车辆在一侧驱动轮陷入打滑的情况下,可以通过牵引力控制系统来限制一侧车轮的空转,从而使得具备抓地力的一侧车轮得以驱动车身,从而解决车辆打滑的问题,虽然这会导致刹车片的额外消耗,或可能引擎突然的颠簸,影响处理效果,但这种解决方案也仍然延用至某些四轮驱动车辆上。
差速锁则是另外一种解决方案,这是一种可以锁定的差速器,其锁定后强制车轮以同样的速率转动,以解决车辆打滑,这种差速器通常会装配在四轮驱动车辆的前后轴之间,俗称中央差速锁。
还有一种搭配限滑差速器的解决方案,这种差速器与上述的差速锁类似,所不同之处在于,其不会锁定强制车轮以同样的速率转动,而是允许不同车轮以不同的扭矩进行驱动并将速差控制在一定的范围内,这种解决方案通常还会搭配上述的中央差速锁一并使用,除了良好的解决打滑现象外,更提供更加可靠优秀的可操控性。
中央差速器带机械差速锁
托森式中央限滑差速器
开放式中央差速器
多离合式差速器
多离合器片耦合式差速器
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