汽车四轮驱动技术的研究分析.doc

摘 要2Abstract3第一章 绪论4第二章 全时四轮驱动技术72.1 全时四轮驱动技术概念及其优缺点72.2 四轮驱动工作原理及其组件分析82.3 四轮驱动分类112.3.1 用途分类112.3.2 分动器分类12第三章 不同类型的四轮驱动系统的工作原理及特点133.1 讴歌(Acura). 四轮驱动系统工作原理及特点143.2 奥迪Quattro四轮驱动系统工作原理及特点153.3 宝马X drive四轮驱动系统系统工作原理及特点17第四章 四轮定位的基本参数及其对汽车性能的影响184.1外倾角与前束184.2 主销后倾角234.3主销内倾角、包容角及摩擦半径244.4四轮定位参数间的关系30参考文献42致 谢4329 / 30摘 要 四轮驱动技术比传统驱动技术更有明显的的优势，此技术将来会更有力的运用。为了更进一步了解全时四轮驱动技术，逐一的把四驱技术和传统驱动优缺点对比: 1.传动系统得到减化，整车质量大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。 2.与传统汽车相比，四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件，容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统(TCS)、防抱死制动系统(ABS)及动力学控制系统(VDC)。 3.对各车轮采用制动能量回收系统，则可大大提高汽车能量利用效率，且与采用电动机驱动的电动汽车相比，其能量回收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续里程是很重要的。 4.实现汽车底盘系统的电子化、主动化。【关键词】四轮驱动技术 优势 独立 底盘 定位 Abstract Four-wheel drive technology than traditional drive technology is more obvious advantages, this technology in the future will be more powerful application. To further understand full-time four-wheel drive technology, each of the raider technology and traditional drive advantages and disadvantages compared:1 .The transmission systems have simplify, complete quality greatly relieved. Directly driven by motor wheels or are even integrated into one. Compared with the traditional automobile 2, four-wheel independent drive system can be accomplished by motor driving control and do not need other attachments, easy to achieve better performance, cost lower traction control system (TCS), ABS (ABS) and dynamic control system (VDC).3 .For each wheel adopts braking energy recovery system, it can greatly improve the car energy utilization efficiency, and by a single motor drives electric vehicle compared to the energy recovery efficiency also obtain increased significantly. To improve the electric car onward travel distance is very important.4. Realization of auto chassis system electronic, automation.Keywords Four-wheel,Features advantages,Independent,Chassis,Location 、 第一章 绪论1.1 四轮驱动的发展 四轮驱动技术最早出现在1903年，最初是在卡车上采用，后来才逐渐被引入一般轿车。 梅赛德斯-奔驰四轮驱动历史始于1903年。从那时起，梅赛德斯-奔驰一直坚持明确的方针：如果要在条件糟糕的路面上确保能够安全有效地行驶，四轮驱动技术将是最佳的选择。数十年来，四轮驱动已经成功应用于梅赛德斯-奔驰的不同车型之中，包括轿车和商用车，这其中的一些车型（例如G级或乌尼莫克系列）在世界各地赢得了良好的声誉。对于应用了4MATIC技术的梅赛德斯-奔驰轿车和SUV来说，即使在普通公路上其也能够带来非凡的性能表现。早在1903年，保罗戴姆勒就为设计四轮驱动汽车奠定了基础。保罗戴姆勒是公司创始人戈特利布戴姆勒的儿子，当时在奥地利戴姆勒汽车公司（位于维也纳新城）担任工程总监。19041905年，戴姆勒汽车公司建造了一辆四轮驱动军用牵引车。随后，戴姆勒汽车公司开发了一些四轮驱动牵引车和装甲汽车。然而，直到第一次世界大战的时候，汽车才最终取代了军方的马拉车。后来，四轮驱动汽车越来越多地应用于建筑工地或扫雪作业。为了能够从这种发展成果中获益，奔驰公司在加格瑙开发了四轮驱动商用车。1907年，德意志帝国殖民部向戴姆勒汽车公司（DMG）订购了一辆用于特殊使命的汽车。由于这辆汽车将用于当时德意志帝国在西南非洲的殖民地（如今的纳米比亚），因此该车必须具有卓越的越野性能以适应当地恶劣的路况。为此，戴姆勒汽车公司的柏林-马林菲尔德工厂制造了一辆由保罗。 戴姆勒设计的四轮驱动汽车，并以当时德意志帝国殖民部部长Bernhard Dernburg（1865-1937）的名字命名。1908年，这辆汽车成为了Bernhard Dernburg在德意志帝国西南非洲殖民地的公务车。在后殖民时代，这辆汽车的踪迹被人们所忽视，至今其下落依然是个谜。“DernburgWagen”采用了六座旅行车的车身设计，具有着恢弘的气度：长度为4.9米，高度（含车顶）为2.7米，轮距为1.42米，整备质量为3.6吨左右。 为了提高操控性，“DernburgWagen”装配了全时四轮驱动以及四轮转向系统，并且为所有的动力传输部件都安装了细粒流沙防护罩以适应当地的气候。作为梅赛德斯-奔驰的第一款四轮驱动汽车，“DernburgWagen”的爬坡能力达到了25度。在 6张照片和上述5个尺寸数据的基础上，戴姆勒-克莱斯勒制造出了比例为1：4的“DernburgWagen”模型，真实重现出这款超凡原型汽车的重要细节。梅赛德斯-奔驰四轮驱动轿车 1926年，刚刚合并成立的戴姆勒-奔驰开始制造另一款高牵引力轿车：三桥G1（W103系列）。在G1的基础上，戴姆勒-奔驰于1928年和1929年分别开发出G3和G3a。尽管还缺乏真正的四轮驱动性能，但是这几款轿车均是通过两个后桥来提供驱动力，因此成为了非常理想的越野车。随后，强劲的G4（W31系列）也基本上采用了同样的设计，不过也不乏某些也向前车桥传输动力的车型。在当时，国家元首和高级军官都很欣赏这款全地形汽车。而在20世纪30年代，梅赛德斯-奔驰还制造了其他的轻量化四轮驱动汽车，并在德国军队中得到了广泛的使用。在1938年伦敦车展上，梅赛德斯-奔驰推出了作为“殖民车和狩猎车”的G5（19371941年的W152系列），这款车被视为当今民用越野车的先驱。G5在出厂时具有不同车身的版本可供用户选择，而除了四轮驱动之外，G5也可选装四轮转向系统。非凡的多面手：乌尼莫克 1948年，乌尼莫克在法兰克福面市。“Uni m o g（乌尼莫克）”是德语“Universal mo tor gert（通用机动工具）”的缩略语，这一名称反映了四轮驱动车型的广泛应用范围。在戴姆勒-奔驰于1950年接管整个乌尼莫克概念之前，位于格平根的勃林格机器制造厂一直生产乌尼莫克；从1951年开始，加格瑙工厂开始批量生产乌尼莫克。数十年来，几乎适用于各种地形的乌尼莫克在农业应用、长途跋涉、市政作业和军队等领域广受欢迎，经受住了时间的考验。乌尼莫克概念获得了毋庸置疑的成功，而乌尼莫克最初的许多标志性特征也一直延续至今日：四个同尺寸车轮，四轮驱动和前后差速锁，能够应对艰难地形的门式车桥，以及运输货物和工具的前后轴和小平台。乌尼莫克在出厂时提供众多的版本，能够为满足具体应用而进行定制。另外，乌尼莫克也提供以生活方式为导向的娱乐版本：Fun-Mog。独具特色：梅赛德斯-奔驰G级 1979年，梅赛德斯-奔驰推出了G级越野车。G级是戴姆勒-奔驰与斯泰尔-戴姆勒-普赫（位于奥地利格拉茨）共同创办的合资企业（Geln d e fa h r z e u g g e sel ls chaft）所开发的越野车。后来，戴姆勒-奔驰完全接管了合资企业的控制权，但G级的生产却依然保留在斯泰尔-戴姆勒-普赫（如今的马格纳-斯泰尔）。G级提供不同车身的四个产品系列，包括长轴距或短轴距的旅行车、敞篷车、厢式货车和皮卡。在奥地利、瑞士以及东欧国家，G级也以“普赫”品牌进行销售。 460系列于1979年投产，直到被更加舒适的463系列（1989年上市）所替代；在此期间，更加朴实的461系列于1991年投产。同时，462系列在希腊塞萨洛尼基进行全散件组装（CKD）。在最初的概念阶段，G级是以商用车为指向来进行研发的。然而，这很快就发生了变化，G级转而为征服艰难的越野地形进行定制。作为一款具有卓越越野性能的车型，G级在横向斜坡上的方向稳定性可达54度，爬坡能力可达80度，最小离地间隙为21厘米，接近角/离去角分别为36/27度，这意味着G级能够轻松地通过最困难的越野地形。同时，精工细作的底盘也提供了安全和舒适的越野操控性。得益于非同凡响的越野能力，早期的G级消费者包括许多国家的警方和军方。此外，G级也提供特殊版本，例如为沙特阿拉伯王室提供的狩猎车，梅赛德斯-AMG开发的超长G级，以及为教皇保罗约翰二世提供的“Popemobile”。 在G级所有的产品系列中，始终有不同功率的汽油机和柴油机车型可供选择，包括高性能AMG系列。一直以来，虽然G级不断应用了最新的技术发展成果，但在越野性能方面绝不妥协，而随着时间的推移，民用车消费群体变得越来越重要。有鉴于此，如今G级也推出了舒适型版本，1989年上市的463系列就代表了这方面的一个重大飞跃。而从2001年起，经典的越野车开始畅销北美市场。此外，G级也可以满足特殊用户的安全需求，为其定制具有高等级防护性能的“防弹车”版本。事实上，作为一直采用直线轮廓结构和橄榄绿色的越野车，梅赛德斯- 奔驰G级早已在汽车市场中树立了非凡声誉。应用于轿车的高科技：梅赛德斯-奔驰4MATIC 到了20世纪80年代中期，为梅赛德斯-奔驰轿车装配四轮驱动的时机和条件均已成熟。1987年，全新4MATIC技术在梅赛德斯-奔驰E级（124系列）中首次亮相。全新4MATIC运用尖端技术，结合了机械部件和电子部件，进一步提高了梅赛德斯-奔驰的卓越特性。从1999年起，4ETS（四轮驱动电子牵引系统）与4MATIC一起作为差速锁应用于梅赛德斯-奔驰轿车上。2003年，梅赛德斯-奔驰进一步扩展了四轮驱动的应用范围，可向用户提供5个车型系列的32款4MATIC车型，而S级（W220系列）的长、短轴距版本也首次应用了4MATIC技术。2006年，W221后续车型系列S320 CDI上市，这是第一款结合柴油机和四轮驱动技术的S级车型。另外，作为2003年六缸车型四轮驱动发展计划的组成部分，C级也装配了4MATIC。第二章 全时四轮驱动技术2.1全时四轮驱动技术概念及其优缺点 全时四轮驱动，简称AW D是Al1 Wheel Drive的简写。具体的含义是:汽车在行驶的任何时间，都是以四个轮子独立推动，明显区别于其他前轮或后轮以及4WD带动的汽车。 全时四轮驱动车辆会比2WD(分FWD和RW D)更优异与安全。理论上，AW D比2WD多了一倍以上的牵引力，车子的行驶是依据它持续平稳的牵引力，而牵引力的稳定性卞要由车子的驱动方法来决定，将引擎动力的输出经传动系统分配到四个轮胎与分配到两个轮胎上做比较，其结果是AW D能在2WD无法安全行驶的路况中轻易地行驶，使车具有灵活的操控性，达到安全稳定，即无论行驶在何种天气以及何种路面(湿地、崎岖山路、弯路上);驾驶员都能轻松地控制每一个动作，从而保证驾驶员和乘客的安全。也正因为AWD的存在，为汽车提供了“主动安全、主动驾驶”的机会。 非常接合式四轮驱动为越野车采用的传统结构形式，其特点是可以根据路面情况手动地选择四轮驱动或两轮驱动。全时四轮驱动是指20世纪70年代末出现的以在硬路面上行驶为主的常接合式四轮驱动，由于其在各种路况下尤其在潮湿路面和冬季路面上均有较好的驱动能力，低档加速性好，驱动力不受汽车轴荷分配改变的影响，在泥泞和雪地上的行驶稳定性好，对侧风的敏感性小，各轮胎的磨损比较均匀，它己成为今后的发展方向。轿车采用常接合式四轮驱动，虽使其结构复杂、质量增大、造价提高、油耗增加(约5%一10% )，通常其最高车速也有所降低，但可大大地提高它对各种路面的适应性，提高其行驶安全性及通过性，因此深受用户欢迎，得到迅速发展。以往，常接合式四轮驱动汽车装有轴间差速器及差速锁，后来有的差速锁被粘性离合器或液压多片摩擦离合器所代替;又出现了没有轴间差速器而代之以液压多片离合器、粘性离合器或超越离合器的新型常接合式四轮驱动汽车。 粘性离合器的结构，其输入、输出轴分别以花键与内、外圆盘相联，壳内充满硅油，利用内、外圆盘问硅油的粘性剪切力传递转矩。它所传递的转矩随输入、输出轴问转速差的变化而变化，旋转速度改变时转矩变化非常平稳 四轮驱动优点:可以获得双倍的纵向力，这个优点可以帮助应对各种环境。例如:雪地:汽车通过雪地时需要很大的力。可用的力的大小受可用牵引力的限制。如果路面上的积雪超过儿厘米，大多数双轮驱动汽车都将无法移动，因为在雪地上每个轮胎只有很小的牵引力。而四轮驱动汽车可以利用四个轮胎的牵引力。 越野:在越野条件下，至少有一组轮胎处于低牵引力状态的情况很常见，例如穿越溪流或泥潭时。有了四轮驱动，则另一组轮胎仍然保持了牵引力，可以使汽车脱离困境。 爬越较滑的山地:执行这一任务需要很大的牵引力。四轮驱动的汽车可以利用所有四个轮胎的牵引力将汽车拉上山坡。2.2 四轮驱动工作原理及其组件分析 四轮驱动:通常，当汽车制造商说一辆车具有“四轮驱动”时，他们指的是“分时”系统。就本文而言，这些系统只是针对低牵引力条件，例如越野或在雪地或冰面上行驶。 全轮驱动:这些系统有时被称作“全时四轮驱动”。全轮驱动系统是为适合在各种类型的路面上(包括公路和越野)行驶而设计的，而且这些系统大多数都不能关闭。 分时和全时四轮驱动系统可以采用相同的标准来评估。最佳的系统会在每个车轮上施加最恰当的扭矩，也就是说，保持轮胎不会出现打滑时的最大扭矩。四轮驱动系统 任何四轮驱动系统的主要部件都是两个差速器(一前一后)和分动箱。此外，分时系统还具有锁止式轮毅，这两种类型的系统都可能具有高级电子装置，以便更好地利用可用牵引力。汽车有两个差速器，一个位于两前轮之间，一个位于两后轮之间。差速器将扭矩从驱动轴或变速器传递到驱动轮。差速器还允许左右车轮在车辆转弯时以不同速度旋转。车辆转弯时，内侧车轮与外侧车轮遵循不同的路径，前轮的路径也与后轮的不一样，因此每个轮子都在以不同的速度旋转。差速器使内外车轮之间可以存在速度差。 当差速器处理内外车轮间的速度差时，全轮驱动系统中的分动箱包含一种允许前后车轮之间存在速度差的装置。这种装置可以是粘性祸合器、中央差速器或其他类型的齿轮组。这些装置使全轮驱动系统在任何路面上均可正常工作。 四轮驱动系统上的分动箱将前轴驱动轴锁定到后轴驱动轴，因此可以强制车轮以相同的速度旋转。这要求轮胎在汽车转弯时必须打滑。这种分时系统只能用于轮胎相对容易打滑的低牵弓!力条件下。在十燥的水泥路面上，轮胎不易打滑，因此应停止使用四轮驱动，以避免急转弯以及轮胎和动力传动系统的过度磨损。 有些分动箱(更常见于分时系统中)还包含一组附加齿轮，可以为车辆提供低挡区。这一附加的传动比为车辆提供了额外的扭矩和超慢速的输出速度。汽车挂低挡区的一挡时，最高速度大约是8公单/小时，但车轮产生的扭矩极高。这使得驾驶员能够缓慢平稳地爬上很陡的山坡。2.3四轮驱动分类2.3.1用途分类 四轮驱动的类型有很多种，性能也各不相同。从用途上可以分为两种:公路四驱和越野四驱。 首先来了解一下公路四驱，平时我们在大街上所常见的两轮驱动，无论是前驱还是后驱，发动机输出的动力都是由两个车轮来承担，这就意味着每个车轮要承担50%的驱动力。而四轮驱动的车型每个车轮获得250/a的动力，这就意味着每个车轮承担的扭矩输出减小了一半。那么在发动机动力相同的情况下，四轮驱动的车型由于每个车轮所承担的动力输出比两轮驱动小，所以打滑的概率降低。加速时能获得的有效牵引力更大。所以很多装备了大功率发动机的房车也喜欢采用四轮驱动，譬如奔驰S系列和BMW5系也有相应的四驱版本。 作为越野四驱来说，除了能提高越野时的爬坡性能，也能提高非道路条件下的通过性能。就像普通的两轮驱动汽车，如果驱动轮陷入泥潭打滑，则整个车就丧失了动力。如果四个车轮都能提供牵引力的话，那么两个车轮落入泥潭后另外两个车轮还有提供牵引力的能力，让车了摆脱困境。2.3.2分动器分类 从分动器类型上可以分为三种:全时四驱，分时四驱，适时四驱。 全时四驱指的是车辆在整个行驶过程中一直保持四轮驱动的形式，发动机 输出扭矩以固定的比例分配到前后轮，这种驱动模式能随时拥有较好的越野和操控性能，但不能够根据路面情况做出扭矩分配的调整，并且油耗较高。而适时四驱则是由电脑芯片控制两驱与四驱的切换，在正常路面，车辆以两轮驱动模式行驶，遇到越野路面或者车轮打滑时，电脑将探测并自动将动力分配到另外两轮。对于适时四驱模式而言，控制程序的优劣会影响到驱动形式切换的智能化。除此之外，还有一种是由驾驶员手动控制以切换驱动形式的分时四驱（Part-Time 4WD）。现在很多SUV及越野车同时拥有以上四驱模式的一种或几种以互补短长。分动器 全时四驱系统内有三个差速器：除了前后轴各有一个差速器外，在前后驱动轴之间还有一个中央差速器。这使全时四驱避免了半时四驱的固有问题：汽车在转向时，前后轮的转速差会被中央差速器吸收。所以，全时四驱在硬路面、下雨时有更可靠的四轮抓着力，比分时四驱优越。但到了冰雪、沼泽地就必须把中央差速器锁上；回到不滑的硬路，马上要把中央差速器锁解开。有些全时四驱的中央差速器比较先进，一般情况下它可以把汽车动力平分给前后轴。当车轮出现打滑时，它会自动把中央差速器锁上。这种系统在小车上表现很好，但在大四驱车上，它就没有差速器手动锁来得可靠。 分时四驱是四驱汽车驱动系统的一种形式，是指可以由驾驶者手动切换，从而实现两驱和四驱白由转换的驱动方式。分时四驱靠操作分动器实现两驱与四驱的切换。由于分动器内没有中央差速器，所以分时四轮驱动的汽车不能在硬地面上使用四驱，特别是在弯道上不能顺利转弯。这是因为分时四驱在分动器内没有中央差速器，而无法把前后轴的转速调整所致。汽车转向时，前轮转弯半径比同侧的后轮要大，因此前轮的转速要比后轮快，以至四个车轮走的路线完全不一样，所以分时四驱只可以在车轮打滑时才挂上四驱，一回到摩擦力大的铺装路面应马上改回两驱。采用适时驱动系统的车辆可以通过电脑来控制选择适合当下情况的驱动模式。在正常的路面，车辆一般会采用后轮驱动的方式。而一旦遇到路面不良或驱动轮打滑的情况，电脑会白动检测并立即将发动机输出扭矩分配给前排的两个车轮，白然切换到四轮驱动状态，避免了驾驶者的判断和手动操作，应用更加简单。适时四驱从诞生开始发展到现在，大致经历了三个阶段，每个阶段的构造和性能都有所区别。早期的适时四驱是纯机械的，最典型的代表车型就是本田的CR-V，它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粘度迅速升高，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，因此它的响应速度比较慢，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。 第二个阶段的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。在这一代适时四驱中，中央差速装置被多片式离合器所取代，它的开与合则由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，因此不仅它的传动效率要比机械式的更高，而且使得锁死差速装置成为可能。 发展到第三阶段，则是以现在欧洲新款适时四驱车型采用的，以第三代HALDEX四驱为代表的智能电子式适时四驱。与第二代产品相比，最新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，甚至已经在这种四驱的车型上标注了AWD的标志。 第三章 不同类型的四轮驱动系统的工作原理及特点 三大驱动系统对比： 如今四驱技术已越来越多地运用在豪华运动轿车上，与大部分越野车应用的分时四驱技术不同，豪华运动轿车搭载的全时四驱技术更注重轮胎抓地力，在提高操控性的同时带来更多驾驶乐趣本田Acura（讴歌）的SH-AWD（超级四轮驱动力自由控制系统）、奥迪的Quattro技术以及宝马X drive技术，都是目前主流全时四驱技术中的佼佼者。 3.1 讴歌(Acura). 四轮驱动系统工作原理及特点一直以技术研发为先导，素以技术著称的本田公司于2004年推出超级四轮驱动力自由控制系统SH-AWD，并搭载到豪华品牌Acura（讴歌）产品中。从Acura（讴歌）豪华车型RL和MDX搭载SH-AWD系统的驾驶体验看来，这款以电子控制为主导的全新智能四驱系统，延续了运动性、控性和驾驶乐趣等本田一贯倡导的研发方向。 在目前所有的四驱系统中，SH-AWD最大的技术优势在于实现了汽车左右两侧的动力可变分配。SHAWD通过先进的电子扭矩分配技术，实现前后轮之间的驱动力分配前后驱动力分配可从70:30至30:70,除此之外，它还实现了后轮左右两轮间的独立驱动力分配。左右驱动力分配可从100:0至0:100无级控制。RL搭载的SH-AWD系统可以实现前后轮之间的扭矩分配在30-70之间可变，而分配给后轮的扭矩可以从100:0至0:100之间左右分配。新款2009 Acura RL对SH-AWD进行了大幅度改进。上一代RL搭载的SH-AWD系统在二档以下不能启动，而新款2009 Acura RL的控制参数允许在一档就进行后轮的左右扭矩分配。而且，前后轮，以及后轮左右之间的动力转换也更迅速、更精确。改进的SH-AWD系统优势在于准确性更高、响应更迅速、操控性更加稳定，当然驾驶乐趣也大大提高。相对于RL的前后轮扭矩30-70可变，MDX搭载的SH-AWD根据SUV的高车身特性进行了最佳调配，系统分配给前轮的扭矩最大可达90，而后轮左右轮之间的扭矩分配仍是100:0至0:100。同时，与RL相比，系统采用了后轮始终比前轮增速1.7的增速方式，使系统更加轻量紧凑化。究其工作原理，SH-AWD的电子控制单元（ECU）与引擎的电子控制单元、车辆稳定辅助装置（VSA）的电子控制单元集合在一起，它从引擎的ECU得到转速、进气歧管压力和变速箱传动比等信号，从VSA的ECU里得到侧向加速度、车轮转速和转向角数据，通过对这些数据的综合分析，SH-AWD的ECU计算出最合合理的四轮动力分配比例，并通过控制中央差速器和左、右两个直接电磁离合器来实现扭力的前后、左右分配。在转弯加速时，ECU可以根据侧向加速度和转向角等判断驾驶员的意图，对外侧后轮施加更大的动力，主动地提供适当的辅助转向扭力。另外，由于都采用电子控制，只要改变ECU的电子控制逻辑，SH-AWD就可以根据需要随时升级，可以说SH-AWD是极有未来发展潜力的四驱系统。3.2 奥迪Quattro四轮驱动系统工作原理及特点 发动机的动力从变速器输出后直接传递到托森中央差速器上，通过齿轮驱动托森中央差速器的壳体旋转，壳体再带动蜗杆行星齿轮转动，然后把动力分配到两根输出轴上。前端的输出齿轮通过一根短传动轴把动力传递到前桥差速器上;后端直接连接较长的传动轴，把动力传递到后差速器上。显然，变速器输出的动力首先要经过托森中央差速器，然后再分配到前后桥。这样前后四轮的转动就驱动汽车前进。从图1可以看出， Quattro全时四驱系统的变速器、中央差速器、前差速器三大机构是设计在一个壳体里的，使这三大机构组成一个总成。 这种设计非常紧揍，可靠性高，成本比分体式的要低，传动效率却比分体式的要高。由于奥迪使用前置发动泪L，发动机放在前轴之前，所以空间非常有限，如果装上V8发动机，那么空间更加紧张。有了这样紧揍的传动系统设计，确实给发动机舱腾出了不少空间，让散热、空调等系统有足够的布置空间，整个发动泪L舱的匹配更加合理。 由此可见， Quattro的四驱系统使用了二个差速器分别是传统的有前差速器、后差速器和一个托森中央差速器。前后差速器负责调节左右车轮的转速差，托森中央差速器负责调节翩西驱动桥的动力分配。这样的设计对整车的行驶性能会有一个什么样的影响呢?它与普通前置前驱的奥迪车型在性能上的区别在于:普通的奥迪车采用了发动机前置、前轮驱动设计，因此，整车的重心靠前，这样，在极限转弯时，轮胎能提供的横向加速度有限，由于车头太重，车辆就会偏离原有的运动轨迹，向转向圆弧的外切线运动。这就是我们常说的转向不足。此时，前轮己经快要达到附着极限了，如果再加油转弯，就很容易完全丧失附着力而冲出弯道。如果装上了“Quattro全时四轮驱动系统，情况就会发生变化。通常，车辆的四个车轮分别获得25%的驱动力，这样，与普通前置前驱的奥迪车相比，平均分配到驱动轮上的扭矩就减小了一倍，那么打滑空转的机会也减小了一倍，加速出弯时前轮失去附着力的机会也减小了一倍，所以转弯极限得到提高，在下雨或冰雪天气，这种性能更能得以体现。如果转弯速度更快，前轮就会利用托森中央差速器起作用而不会失去横向附着力。如前文所说，托森中央差速器是根据轮胎的附着力大小分配扭矩的，当前轮超过了所能承受的负荷，开始滑移时，托森中央差速器会马上减小对前轮的扭矩分配，使更多的驱动力源源不断地向后轮输出，由后轮推动汽车向前行驶。由于托森中央差速器是卞动分配扭矩的，所以响应速度非常快，驾驶者完全感觉不到动力的前后分配。只是觉得汽车在高速转弯的情况下非常顺利，而目拥有非常完美的循迹性(既没有转向不足，也没有转向过渡)，让驾驶者更有信心高速行驶。 在直线加速时，由于重心会后移，前轮负荷减小，后轮负荷增大，如果是普通的前轮驱动车型，很容易使轮胎打滑而丧失部分驱动力。如果有了Quattro，托森中央差速器会自动把驱动力转移到后桥，避免了轮胎打滑的现象。当有一侧车轮打滑时，EDL会对打滑车轮制动，让动力能传递到未打滑一侧的车轮。 Quattro全时四驱技术将发动机的动力以完美的形式传递给驱动轮，其卓越的行驶动力学特性为驾驶者提供了诸多前所未有的优势条件:在II:常行驶状态下，可将发动机动力平均分配到四个车轮(前后轮50: 50,最新一代为40 : 60)，为车辆在路面上提供更大的侧向附着力，使车辆具有出色的直线行驶稳定性;在高速过弯时，根据车速和路况随时实现各个车轮理想的动力分配，从而提高车辆快速转弯的性能，进而避免后驱车最容易出现A.难以修复的“甩尾”危险;在沙砾、积雪、湿滑和冰冻等复杂路面上，可为车辆提供优良的附着性和稳定性;能放心大胆地踩油门，不用担心车了会失控。3.3 宝马X drive四轮驱动系统系统工作原理及特点 宝马x Drive系统的中央差速器出自MagnaSteyr公司之手，是多片离合器式这让人不由得想起了大众的4MOTION四驱系统。而事实证明，它的工作原理也也更趋近于适时四驱系统。 宝马x Drive四驱系统在前后轴上各有一个开放式差速器，而在接近变速箱后排的地方，集成了多片离合器。 在正常驾驶条件下，x Drive系统按照40：60的比例分配发动机动力。在路面情况复杂时，x Drive通过预测车身姿态的改变，电脑控制液压、压合多片离合器，进而进行前后轴的分配。对道路和驾驶条件的变化做出反应，改变纵向驱动力的分配。而在提速时，扭力分配逐渐转移向后轮。而当车速超过180公里/小时，又完全采用后轮驱动。这样以期获得更佳的行驶稳定性与加速表现，也能够兼顾油耗表现。实现前后轴动力在0：100或100：0间无级调整；而这些调整，在0.1秒内即能完成。这个系统的主要特点是能够显著改善牵引力和动力特性，特别是提高车辆的主动行车安全性。行驶过程中，如果系统发现车辆可能转向不足，也就是前轮开始被拖向弯道外侧，就会减少分配给前桥的扭矩，将几乎所有动力都输送至后桥。该系统还不断与动态稳定系统DSC交换信息，从而可以从一开始就识别到车轮打滑。 一旦出现车轮打滑，电动机会锁定x Drive的多片式离合器，并通过额外的驱动力矩使这个车轮拥有更好的附着力，同时空转的车轮也会得到刹车装置的有效控制。这就意味着，无论路面如何突然变化，都会有适量的扭矩被输送到抓地性最好的车轮上，即使是在部分结冰的道路上。 想必大家也看出来了，宝马的这套四驱系统，说是全时四驱吧，稍嫌勉强，其实还是更偏向于适时四驱。而且也不是冲着什么翻山越岭、跋山涉水去的，就是想在公路上行驶得更为平稳、舒适，在雨雪天气下驾驶得更为安全您稍加注意也不难发现，宝马家族近来出产的SUV，也均是偏重于城市化的方向。第四章 四轮定位的基本参数及其对汽车性能的影响4.1外倾角与前束一、车轮外倾角 车轮外倾角 (camber angle)即车轮的中心平面与地面的铅垂线所形成的夹角。(如图 4.1)图4.1 车轮外倾角 轮胎顶部向外倾斜时，车轮中心线在铅垂线外此时外倾角为正外倾角(positive camber图4.2侧中）轮胎顶部向内倾斜时，车轮中心线在铅垂线内侧，此时州顷角为负外倾角(negative camber图4.2右)轮胎完全与地面垂直时，车轮中心线与铅垂线重合。此时外倾角为零外倾角(zero camber图2.2左) 图4.2 正、负外倾角与零外倾角正外倾角具有如下作用： 1在汽车重载时，防止由于载荷而产生的不需要的外倾角，以减小轮胎的磨损。当大量载荷作用在车辆时，会导致悬架的一些部件和相关衬套变形。致使车轮顶部有向内倾斜的倾向。正外倾角使得载重后的车轮不至于产生过大负外倾角，这样轮胎面能更好的与地面接触，减少不必要的磨损。 2)减小转向操纵力，使转向更为轻便。汽车转向时车轮的转动是以转向轴线为中心，以车轮偏距为半径的。即车轮偏距越小，产生的转向力矩就越小，所需的转向操纵力也越小。车轮的正外倾角让轮胎接地点向内缩，从而减小偏距，转向也因此变得轻便。 3)减轻轮毅外轴承负荷，防止车轮脱滑。正外倾角的存在，使得路面垂直作用在车轮上的反作用力产生一个迫使车轮沿轴线向内的分力，有助于防止车轮脱滑。而负外倾角会使得这个分力方向沿车轮轴线向外，进而增大轮毅外轴承负荷，减少轴头螺母的寿命。一定的正外倾角可以有效防止车辆满载后的车轮内倾，减轻轮毅外轴承负荷。 4)正外倾角还可以减小转向节上的负荷，防止转向节弯曲。 由于正外倾角的这些作用，现在大多数的客车和轻型卡车都采用正外倾角的设计。然而随着道路条件的改善，轿车的普及，人们对汽车高速行驶时的性能更加注重，再者是轿车的负载不高。所以如今大量高性能的轿车都采用了负外倾角的设计。 负外倾角可以使高速行驶的车辆具有更好平顺性，并改善转弯时的车辆稳定性60轿车高速转向时，由于离心力的作用，车身会向外倾斜。此时若为正外倾角设计的汽车，则其正外倾的角度会增大，加大外侧悬架的负荷和外侧车轮的变形与磨损，降低车辆转向性能。而负外倾角设计的汽车，转向时车身向外倾斜，使车轮外倾角减少，成为零外倾角或较小的正外倾角，从而降低了车辆的倾斜度，减小外侧车轮的磨损，更是提高了转向时的稳定性。 另外，零外倾角的设计，可以保证汽车直线行驶时车轮内外受力均匀且具有相同的转动半径，使得磨损均匀，增加轮胎寿命。所以，现代不少汽车也采用了零外倾角的设计。 二、前束 车轮正外倾角的存在，使车辆向前行驶时，车轮有向外滚动的趋势，再由于车桥的约束，车轮不可能滚向外侧，这势必导致车轮在地面上打滑，造成轮胎的磨损。前束的设置正是为了消除由车轮外倾角带来的轮胎侧滑现象。 车轮前束(wheel toe)即左右车轮(前轮或者后轮)中心线其后端与前端距离之差，也叫总前束(total toe )。前束可用毫米、英寸、角度等单位表示。总前束数值上等于左轮前束和右轮前束之和。 图4.3 车轮前束 如图4.3前束也分为零前束、正前束、负前束(后束)。零前束左右车轮相互平行，其轮胎中心线前端与后端距离相等。正前束左右车轮前端指向内侧，其轮胎中心线前端距离小于后端距离。负前束左右车轮前端指向外侧，其轮胎中心线前端距离大于后端距离。 前束的作用主要是消除外倾角带来的副作用。但在车辆行驶时，刚性的悬架不断受到来自不同方向的作用力，后轮驱动车辆的前轮有后束的趋势。所以一些车轮采用零外倾角设计的车型，其前轮也具有较小的正前束。同理，前轮驱动的车辆，其前轮通常设有较小的负前束。这也是为了补偿转向杆系和转向轮在汽车行驶过程中产生的变化。图4.4 前束的变化 图4.4所示为转向机构的杆件对车轮前束的影响。汽车行驶时，转向机构的杆件末端会随着悬挂系统的压缩和拉伸，进行上下运动。若杆件的长度或安装角度不符合标准，汽车在不平整的路面行驶时，转向臂就会受到杆件的推拉作用，将车轮转向一边，致使车轮前束变化，转向发生抖动。 使用不同类型的轮胎对车轮前束的设计也有影响。比如斜线轮胎采用的车轮前束要比子午线轮胎采用的车轮前束大。因为斜线轮胎的胎面和胎肩容易产生较大的变形，这样就产生了较大的外倾推进。同零外倾角一样，零前束的车轮，轮胎指向正前方，这时轮胎向前滚动的磨损最小。无论是正前束还是负前束的设计的汽车，都是使车辆在行驶时的车轮前束能趋近于零前束，从而提高汽车性能，减少轮胎的磨损。正前束或负前束过大都将引起轮胎胎纹的羽毛状磨损。正前束过大轮胎胎面外侧花纹被磨损，内侧边缘花纹被羽状化。负前束过大时造成的磨损正好相反汽车前轮外倾角与前束之间相互制约，其目的就是使汽车行驶时车轮的侧向滑移和轮胎的磨损减到最小。不同类型、不同用途的车型的前轮外倾角与前束都拥有各自的匹配关系。车轮外倾角与前束同时也是四轮定位中后轮的定位参数。后轮外倾角与前轮外倾角作用类似，都使得转向轻便，提高汽车转向稳定性，减少轮胎磨损。也正为此，通常前轮驱动的轿车后轮都采用较小的负外倾角，但一般较前轮外倾角大1倍左右。后轮前束的除了抵消后轮外倾角的副作用，重要的是确保后轮推力线与汽车几何中心线重合，并以此为基准对四个车轮进行定位。左右后轮前束定位不一致，也就无法正确的定位其他的车轮定位参数，形成的推力角还会导致车辆的跑偏。4.2 主销后倾角 主销后倾角(caster angle)是指在汽车纵向平面内，上球头或支柱顶端与下球头的连线(假设的转向轴线，也可称主销轴线)与汽车前轮中心的垂线形成的夹角(图4.5a）后倾角以角度为单位，主销轴线向前倾称为负主销后倾角(图4.5c)，主销轴线向后倾斜称为正主销后倾角(图4.5b)。a) 主销后倾角原理图 b)正主销后倾角 c)负主销后倾角 图4.5 主销后倾角 转向轮设置正主销后倾角，一是为了在车轮转向时使车轮自动复位。二是为转向轮提供的回正力矩，可以在汽车行驶中偶遇外力作用方向产生偏移的情况下，使车轮自动回复到原来位置，从而保证汽车稳定的直线行驶!川。 正主销后倾角的存在，一方面提高汽车直线行驶的稳定性，并使转向轮在转向后能够自动回正。但另一方面却加大了转向时的阻力，使得方向盘变重。因此一般传统的手动转向的汽车后倾角不易太大。而配置了动力转向系统的车辆就可以采用较大的主销后倾角，即提高汽车直行的稳定性，也可使驾驶员转动方向盘时更有感觉。 负的主销后倾角会使转向时的力量变轻，但转向轮的稳定性降低，高速行驶时车轮会晃动使得汽车发飘，给行车安全带来隐患。另外，如果汽车左、右两轮之主销后倾角不相等(大概相差超过30)时车辆会出现跑偏，汽车会被拉向后倾角较小的一侧。 主销后倾角所产生回正力矩的大小与汽车行驶速度成正比。现代汽车尤其是轿车对汽车高速行驶的性能要求较高，较大的主销后倾角会使汽车高速行驶时产生较大的回正力矩，使得转向变沉，甚至出现转向轮回正过猛引起前轮摆振。因此，现代轿车多采用较小的主销后倾角设计(10300)。4.3主销内倾角、包容角及摩擦半径主销内倾角(kingpin inclination angle)是指在汽车横向平面内，转向轴线(减振器上支撑轴承与下悬臂球节之间的假想直线)与地面铅垂线所形成的角度(图4.6 ) 。包容角(included angle)即主销内倾角与车轮外倾角之和(图4.6)。图4.6主销内倾角、包容角及摩擦半径摩擦半径(scrub radius)指在地平面上，车轮中心线与地面的交点到主销内倾角延长线与地面的交点间的距离。当主销内倾角延长线与地面的交点在车轮中心线外侧时，摩擦半径为负(图4.6 )。 主销内倾角与后倾角一样，具有帮助转向轮自动回正的作用。当车轮在外力作用下偏离中间位置时，车轮最低点将陷入路面以下。但一般路面比轮胎坚硬，轮胎不会陷入地下，只会将汽车前部向上略微抬起，这样转向过后汽车本身的重力有使车轮回复到中间位置的效应。内倾角还会影响汽车的转向操纵力和直线行驶的稳定性。由于主销内倾的趋势使车轮的摩擦半径变小，即转向力臂减小，进而使转向所需的操纵力减小。主销内倾角越大摩擦半径越小，转向也越轻便。但主销内倾角过大就会出现摩擦半径为零甚至负摩擦半径的情况。摩擦半径为零时，汽车转向达到最轻的效果。过大的负摩擦半径则会使轮胎向内侧滑动，加速了轮胎的磨损。主销内倾角提供的转向轮回正作用与车速无关。它可在汽车处于急加速、急刹车、急转弯等工况下仍然保持可靠的前轮回正作用。面对复杂的交通环境，主销内倾角的存在，很大程度上提高了汽车行驶的安全性。所以现代汽车趋向于采用较大的主销内倾角(70一130)设计。包容角、主销内倾角和车轮外倾角，这三个角度可用来诊断悬架系统中哪些区域或特定零件出现的故障。转向节的三个重要支点分别是上球头、下球头和轮胎指轴。其中上下球头与主销内倾角相关，指轴与车轮外倾角相关。这三点的连线形成一个三角状图形(图4.7 )，包容角就是这个三角形左右两边所夹的角度，外倾角和内倾角分别为三角形左、右边与地面铅垂线形成的夹角。在转向节良好无损的情况下，随意改变主销内倾角、车轮外倾角或转动转向节，只会改变这个三角形的形状，而包容角却始终是正确的。包容角不正确就意味着转向节或指轴可能弯曲。图4.7 转向节的三角状图形图4.8三角状图形变化与外倾角、内倾角及包容角的关系如图4.8，当内倾角和外倾角不正确，而包容角正确时，说明转向节是好的，故障可能出在悬架其他零件上;当内倾角不变，正外倾角增加，包容角变大，则可能是轮胎指轴弯曲引起的;当内倾角不变，负外倾角增加，包容角变小，则可能是轮胎指轴上翘的原因。4.4 其他四轮定位相关角度 一、推力角 后轮总前束的平分线称为