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全时四驱AWD到底好在那里?

(2009-10-30 21:02:47)
标签:

汽车

差速器

4wd

液力耦合器

全时

分类: 汽车核心技术

      ——或许你会感到奇怪,为什么自1982年起FIA WRC(世界拉力锦标赛)中获胜的车辆都是全时四轮驱动的涡轮增压汽车?令这些车辆在比赛中表现出色的原因究竟是什么呢?

  ——现在让我们一起来揭密。

  ——真正的全时四轮驱动车拥有3个差速器


  ——在深入之前必须首先了解一些关于汽车制造商的市场策略。事实上并非所有标榜四轮驱动的汽车都是真正意义上的4WD(全时四轮驱动)。

  ——德国大众的大众和奥迪品牌都生产4WD的车型,但实际上他们都不是全时四轮驱动。如VW Golf Synchro、4Motion以及Audi A3、S3、TT和Seat Leon(这些车型都采用相同的引擎和底盘)都是将引擎的扭力输出到后轮,只有当前轮滑转时,Haldex型的中央差速器才开始起作用,将一部分扭力输出到前轮,形成4WD的形式。所以,如果你想在市场上找到真正的全时四轮驱动车,就应该排除上述车型。

——还要提醒你的是,全时四轮驱动汽车使用3个差速器,汽车制造商利用独立的车轮制动系统来提供“差速器自锁功能”(如BMW X5使用的ADB-X系统,Audi Allroad使用的EDS)。当然,使用这些精巧的电子设备会比采用真正的自锁差速器或限滑差速器廉价得多。但是在超负荷的运动驾驶状态下这些电子设备可能失效,这样就难以保证车辆操控的安全性。

  ——其实,全时四轮驱动技术在民用车方面做过很多尝试。最早的应该是1966年出产的Jensen FF(该车总共只生产了280辆),它既不是卡车,也不是多功能车,但却更具运动特性。Jensen FF不仅为全时四轮驱动,而且还有制动防抱死装置。虽然该车在市场上未获成功,但在技术方面的尝试却引人注目。

  ——采用4WD的突出优点是合理分配引擎的扭力及使操控更加精准,但造价比2WD高得多。

  ——既然一辆车有4只轮子为什么多数车只用其中2只来驱动呢?其实,全时四轮驱动的优点是显而易见。采用4轮驱动不但能合理分配引擎的扭力(避免某个车轮的过载运转),而且,使得车辆操控更加精准。

  ——你也许会问,既然4 WD优于2WD,为什么并不是所有的车型都采用4WD驱动方式呢?答案也很简单——成本问题。4WD车的造价比2WD车高得多。一辆4WD车必须采用3个差速器(虽然也有只采用2个差速器的车型,如Citroen BX 4X4,但现在几乎见不到了),其中一个安置于前后传动轴之间,而另两个则分别安置在前后半轴之间。

——对于2WD车而言,在两个驱动轮之间安装一个差速器就足够了。正是因为价格的原因,汽车制造商无法将4WD车型全面推向民用市场。但在拉力车赛中,车辆追求的是最高性能,理所当然会采用各种最先进的技术,而不会过多考虑成本问题。如果不能提供足够的附着力,再强大的引擎扭力也无法施展。所以,如今主流的拉力赛车都采用4WD方式。

  ——不久前,FIA(国际汽联)规定,所有参赛的4WD车型必须至少生产2500辆,才能成为WRC合法的注册赛车。也正为此,更多的人有机会亲身体验到这种专为拉力赛而生产的汽车所带来的驾驶乐趣。从外形看,这些比赛车辆亦具有普通房车的可亲可近。

  ——差速器自锁功能使得差速器的功能更加完善,同时也影响一辆4WD车的操控性能

  ——前面提到的全时四轮驱动赛车需要3个差速器来保证动力输出更加合理。差速器允许弯道外侧(大转弯半径)轮胎的转速大于弯道内侧(小转弯半径)轮胎的转速,同时,根据实际情况,可将引擎的扭力合理分配到各个驱动轮(转弯过程中,每个轮胎的轨迹半径都不相同,所以每个轮胎所需的驱动力也不尽相同)。相反,如果没有差速器的存在,在转弯过程中两侧的轮胎就只能以相同的速度旋转,结果会导致车辆转向不平顺并且加速了机件间的磨损。

  ——自锁差速器的出现使得差速器的功能更加完善。当某一个车轮开始打滑时,自由状态的差速器便会自行锁止,让它所连接的两根轴以相同的速度旋转(就好像差速器不存在一样)。

  ——例如,当一侧车轮行驶在雪地上,而另一侧车轮行驶在干燥的柏油路上时,差速器便会自行锁止,将引擎的扭力平均分配到两侧的轮胎,继续前行。相反,如果没有锁止机构,引擎释放出的扭力会全部输出到转速较快的那个轮胎上(即雪地一侧的轮胎),这样也就无法推动车辆前进。一辆4WD车的操控性能好坏很大程度上取决于差速器自锁能力的优劣。2WD车的引擎会将全部扭力输出到打滑的轮胎,即受到阻力最小的轮胎(这是由差速器的特性决定的),结果导致无法驱动车辆。4WD车也是这样,为了避免这种现象的出现,才引入了差速器自锁技术。

  ——4WD车型采用最多的是具有转速感应特性的液力耦合器,更昂贵的具有扭力感应特性的Torsen机械差速器效率也更高

  ——很多4WD车型采用经典的Ferguson组合形式,即3个差速器中有2个(中央和后部)通过液力耦合器作为锁止装置。液力耦合器可以看成是一个充满一定压力的粘性液体的容器,内部安装了两组可旋转(交替布置)的碟盘。一组碟盘连接着输入轴,另一组连接着输出部分的腔壁。碟盘上钻有孔,粘性液体将碟盘完全包覆。

  ——当两组碟盘间的速度差较小时,粘性液体可以在孔中自由流过;而当车辆转弯时,两组碟盘间的速度差变大,粘性液体的流动受到很大阻力,而这种阻力正好起到锁止作用,将两个运动部件连成一体。液力耦合器通常安装在后差速器的侧面(如三菱的Lancer GSR EvolutionV)。

  ——液力耦合器是非常经济的设备,因为它造价不高,也不需要很多维护。但它也有缺点,即锁止力与差速曲线之间呈指数倍数关系(所以不是十分渐进);液力耦合器会有少许滞后,这主要取决于液体的粘度;自锁能力很大程度上还取决于液体温度(随着温度升高,液体粘度会下降)。

  ——液力耦合器有很多类型(使用不同类型的粘性液体、碟盘的尺寸和形状、液体压力等等),但目前主要有两种主流类型。一种较“经济”,它的一组碟盘连接差速器壳体,另一组连接输出轴。还有一种“常规”型,价格是“经济”型的一倍。它的一组碟盘连接输入轴,另一组连接输出轴,这种布置方式使得“常规”型液力耦合器的滑移限制特性相当线性。而“经济”型的滑移限制特性与轴速差成平方关系。

  ——与液力耦合器相比,Torsen机械式差速器效率更高(当然也更加昂贵)。它由美国Gleason公司于1958年注册并生产,仅利用一套单向的蜗轮、蜗杆机构来同时完成差速器和锁止设备的功能。

  ——Torsen机械式差速器的优点在于纯机械方式,能保证提供瞬间的响应和产生渐进的锁止力(曲线更平滑);另外,差速机构和锁止设备合二为一,使得结构更加紧凑(Torsen差速器仅有8个运动部件),同时与传统的摩擦盘式自锁差速器相比,磨损更小。但缺点是价格昂贵;在高负荷状态下易发热;另外,生产组装的难度也较大(要将8个运动部件同时组装到一起)。

  ——采用Torsen差速器的车型有:Lancia Integrale、Toyota Celica GT4、Audi Quattro Turbo(早期的版本使用手动锁止的后差速器和Torsen中央差速器)、Honda Integra Type R(前部驱动轮)。

  ——Torsen差速器与液力耦合差速器的最大区别在于:Torsen差速器具有扭力感应特性;液力耦合差速器具有转速感应特性。这就是为什么Torsen差速器在扭力输出时才有锁止功能,而液力耦合差速器却可以在扭力输出和制动状况下都起作用。


——所有4WD车都有3个差速器,通常,其中的两个(多为中央和后部)都有自锁功能,这样才能保证发动机的扭力至少输出到一个车轮上来驱动整辆车。而三菱Lancer Evolutions和富士Impreza WRX则使用3个自锁差速器,这样可以保证将扭力输出到至少2个车轮上,从而提供更佳的驱动力。

  ——正是因为全时四轮驱动技术的引入,才使得赛车获得精准的动力分配和良好的操控特性,从而让他们在屡次大赛中表现过人。当然,一辆车性能好坏最主要取决于它的“心脏”——引擎。为了让赛车有一颗强劲的心脏,机械工程师费尽了心机改良引擎,为其增设各种辅助设备来提高效率。其中涡轮增压技术是目前被广泛认可和采用的技术,可以称得上是WRC赛车制胜的另一大法宝。

 

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