路虎四轮驱动系统技术信息指南.ppt

LandRover4WDSystem 陆虎英姿 培训目录 预备知识 四轮驱动汽车的基本知识陆虎四款型号车辆的四轮驱动方式比较陆虎各车款的四轮驱动系统介绍DefenderDiscoveryFreelanderNewRangeRover 问题 什么是四轮驱动汽车 解释 所谓四轮驱动汽车就是具有将发动机的动力传递给四个车轮的结构 并通过这些车轮驱动 行驶的汽车 什么是四轮驱动汽车 四轮驱动汽车的优点 四轮驱动是将动力分配给四个车轮 每个轮都是分配到固定的25 的驱动力 相比两轮驱动 单个驱动轮获得的驱动力更小 在总动力不变的情况下 驱动轮不易产生打滑的现象 这在应付恶劣路况时 非常重要 所以采用了四驱模式会很好的提高车子的有效牵引力 四驱动汽车的发展一 四轮驱动的历史要追溯到上世纪初 在汽车出现以后 由于道路条件的限制 路面并不适应汽车行驶 在坑洼不平且充满泥泞的路面上 两轮驱动的汽车几乎无法行驶 这让人们甚至怀念起了马车时代 在那时只要多抽马几鞭 无论多么崎岖的路面 马儿就会听话地把车拉动 人们就此期待一台能像马车一样应付恶劣路面的汽车 这样四轮驱动的汽车设计理念就开始孕育而生 而真正促使这一技术得以实现 却是战争 为了适应战场的需要 必须有一种车能应付各种路况同时又具备较强的机动灵活性 四驱越野车就在这种强烈的战争需求下出现了 跨越坑洼不平的乡间小路 翻越崎岖的山地丘陵 在雨后泥泞的土岭上 四驱越野车都能轻松的摆脱困境 在炮火纷飞的战场上 两轮驱动的汽车在这些恶劣的路面条件下似乎只能成为敌人 活靶子 正是在这个狰狞的年代造就了真正意义上的四驱越野车的出现 除了战争中加速开发越野四轮驱动汽车因素 还有70年代后期 汽车的用途多样化了 纷纷在森林警备 保安和建筑工程等使用四轮驱动汽车 越野四轮驱动汽车开始成为汽车旅游的工具 带领现代人驾车去领略大自然 四驱动汽车的发展二 四轮驱动汽车的固有问题 四轮驱动结构看似简单 但却有非常多难以解决的问题 从汽车诞生开始 人们就试图开发这种车辆 但直至最近才大体上解决这些技术疑难 并使其广泛的应用 1 四轮驱动和两轮驱动相比 驱动轮只增加了一倍 但是在技术上的困难却不知要大多少倍 对于四轮驱动来说 许多二轮驱动的根本不是问题的问题却成了大问题 2 除此之外 还出现了四轮驱动所固有的新问题 四轮驱动汽车的固有问题 在这些四轮驱动的问题和现象当中 特别重要的事项有如下四点 1 急转弯制动2 前后轮相互干涉3 动力传动效率低4 驱动系的振动和噪音大 1 急转弯制动问题 无论是二轮驱动还是四轮驱动 汽车在转弯时 距离圆心比较远的外轮轨迹总要比距离圆心较近的内轮轨迹要长一些 外轮速度 内轮速度对于前 后车轴而言 前轴速度 后轴速度 1 实际转弯时的情况 根据实际测试结果前轮速度 后轮速度外轮速度 内轮的速度因此 在四轮驱动车辆转弯时 V前外 V后外 V前内 V后内 2 前后轮相互干涉问题 如前所述 汽车在直线行驶时 四个车轮在直线行驶时4个车轮转速相同 但在转弯时 前轮的转速必须比后轮的转速高 可以想象为 相当于前轮想使汽车前进 后轮却想阻碍汽车前进 这样汽车将在前轮的推进力和后轮的阻力之差下前进 人们设计的四轮驱动汽车就是为了要使前后驱动轮系相互配合 使所有的轮胎都产生驱动力 但是上面所述的前后传动轴相互拉动干涉的现象 背离了四轮驱动的目的 2 实际转弯时的情况 前轮速度 后轮速度干涉现象 相当于后轮阻碍前轮的前进 3 动力传动效率低 一般都认为四轮驱动汽车的经济性不好 究其主要原因是在驱动轮内部产生了能量损失 四轮驱动轮系包括变速器 分动器 传动轴 差速器 半轴等等总成 动力在这些总成之间传递的同时 也产生了能量的损失 例如 变速器和差速器里在工作的时候变热 就是机械能转换成热能了 传动效率损失 二轮驱动和四轮驱动的比较 四轮驱动汽车的驱动轮系比较复杂 传动时的能量损失也很难避免 因此油耗也相对较大 4 驱动系的振动和噪音大 四轮驱动系容易引起振动和噪音 其原因很多 其中影响最大的就是联轴节所产生的振动和间隙噪音 汽车在传动轴和半轴两端都使用了联轴节 汽车在行驶过程中 许多原因引起了联轴节的振动和噪音 比如 联轴节零件间隙过大 这种噪音的特点是急加速踏动油门踏板时 或急放松油门踏板时 驱动系内部就会产生很大的噪音 传动轴的不平衡导致振动产生等等 联轴节位置 联轴节在传动轴上的两端均采用了 四轮驱动汽车的分类 前后驱动力分配扭矩 短时四轮驱动和常时二轮驱动 短时四轮驱动 常时四轮驱动 短时四轮驱动的特点 短时四轮驱动是四轮驱动最基本的驱动方式 没有中间差速器 四轮驱动时 不能用于干燥路面 一旦误选择 就可能损坏零件 短时四论驱动加重了驾驶员的负担 到底哪一种场合选用哪种驱动方式 必须由驾驶员凭经验去判断 短时四轮驱动的选择 2H 表示高速的二轮驱动 只有两后轮驱动 4H 表示高速的四轮驱动 主要用于雨雪等易滑路面 4L 表示低速四轮驱动 主要用于大驱动力的场合 坏路面 越野 五十铃 吉姆尼四驱换档图 常时四轮驱动 固定扭矩的分配方式 在结构上布置一个中间差速器 利用中间差速器把扭矩分配到前后车轮上 扭矩分配比取决于中间差速器的结构 多数分配比是50 50 固定扭矩的分配方式分为中间差速器锁死方式 中间差速器差动限制方式 为什么要锁死中间差速器 图中汽车左前轮陷进到泥坑里 司机只有将中间差速器锁死 后轮就能产生驱动力 使汽车摆脱抛锚的危险 四轮驱动汽车的行驶特性 坏路和冰雪路面的通过性强有良好的加速性能和牵引力在转弯的同时 踩制动或者油门踏板时 汽车容易出现侧滑 在制动时 前后制动器易产生相互影响 上台阶的情况 对于后轮驱动汽车来说 后轮再怎么空转也不能使汽车前进 对于前轮驱动的的汽车来说 车轮开始抬高登上阶梯 前轮对壁面的压力丧失 汽车也不能前进 对于四轮驱动的汽车来说 后轮驱动把前轮压在阶梯壁面上 汽车就可以攀爬到阶梯之上 单轮陷进泥潭 前轮驱动的汽车在一个前轮陷入泥坑之后 由于驱动轮空转而抛锚 双摩擦系数的路面 即使在左右两侧是不同的双摩擦系数的路面 四轮驱动汽车依然能顺利通过限制差速器的差动顺利通过 冰面或雨水路面 干燥路面 四轮驱动的主要装置 分动器差速器差速限制装置粘性联轴节传动轴和半轴万向联轴节 分动器 分动器的主要作用是把变速器传递来的动力 分配给前后驱动轮系 分动器的分类 独立式的分动器 和变速器一体的分动器 和差速器一体化的分动器 和变速器差速器一体化的分动器 差速器 差速器主要是起差动作用 差速器有两种机构 一是差速机构 二是整车的最终减速机构 车辆上的布置 一般两轮驱动的车辆上装一个差速器 而四轮驱动的车辆往往装3个差速器 差速器形式 伞齿轮式差速器 贝格列尔式 双行星齿轮式差速器复合行星齿轮式差速器差速器的特点 能把相同大小的扭矩分配给两个转速不同的轴 例如 转弯时 左右轮能得到发动机输出均等的扭矩 但是如果某一侧的车轮空转而不产生驱动力 而另一侧也只能分配到相同的扭矩 而不能得到驱动力 伟大的发明 致命的缺点 伞式差速器的工作原理 当左右车轮的转速相同时 差速小齿轮不转动 差速器的齿轮托架和两个侧齿轮以相同的转速旋转 当左右发生转速差时 差速小齿轮被迫做旋转运动 以吸收左右两车轮的转速差 差动限制装置 差动限制装置分三大类 其一为差速锁 直接锁止差速器 限制差动 其二为扭矩敏感式差动限制装置装置有 多片摩擦离合器式差动限制器 扭矩敏感式差速器 其三为转速差感应式差动限制装置该种装置有 粘性联轴节 又称粘液耦合器 VCU 粘性耦合器 这个复杂的装置的性能取决于它里面的特殊液体 它起差速器的作用或作为限制车轮转动的一种方法或者两种作用兼而有之 由充满硅脂的密封缸体组成 里面是两组带槽的金属板 一组与前轴相连接 另一组与后轴相连接 利用的原理 驼峰现象 两轴间存在显著的速度差异时 金属板相对旋转 加热粘稠 粘性很大 的硅脂 粘稠的液体使金属板的旋转速度变慢 从而限制轴间的速度差异及前后轴间的滑转 实际上 VCU将轴 锁 在一起 类似中央差速器中的机械式装置 当轴间的速度差异极小或几乎无差异时 粘液耦合器不工作 只能持续一段时间后便恢复正常 Freelander利用这一特性 将VCU与中央差速器配合使用 防止车轮打滑 ExplorerV8 LexusRX300及JeepV8用VCU代替中央差速器 扭矩敏感式差速器 这种差速器能感知到差速器内部的差动扭矩大小 从而决定是否限制差速器差动 利用的原理 是蜗轮蜗杆传动的不可逆性 必要条件 蜗轮蜗杆之间传递的扭矩必须够大 正常工作状态 差速器壳体是转动的 前后传动轴同时转动 当前后转速差较小时 通过差速器吸收转速差 当有一车轮发生空转时 由于蜗轮驱动蜗杆时的摩擦力较大 差速器将抑制该车轮空转 传动轴和半轴 传动轴和半轴承担着把动力传递给四个车轮的作用 在四个驱动系中起着较重要的作用 传动轴是个高速运转的总成 在设计时会考虑到传动轴的危险速度超过汽车的最高速度 以避免传动轴共振产生振动和破坏 万向联轴节 挠性联轴节 用橡胶和塑料材料 多用于塑料模型样车 没有应用例子 叉式联轴节 应用最广泛 在连接角比较小的时候多使用这种形式 结构简单 强度高 耐久性好 成本低 两传动轴间上使用 等速联轴节 最大的特点是不因两轴连接角而出现输出转速的波动 典型例子 双联轴节 球笼式的联轴节 多应用在半轴上 陆虎各车型的四轮驱动方式 卫士的四轮驱动布置 经典传统型的四轮驱动越野车布置方式 卫士的换档功能 分动器内带中央差速器 分动器有高低档功能中央差速器有通过副换档直接锁止功能 警告 决不能在车轮空转时操作差速锁止机械装置 那样会损坏变速器 当车辆行驶在坚实路面 车轮不打滑时 决不能使用差速锁止机械装置 在坚实的路面如转弯时差速器锁止 会使变速器继续施力 导致过度的扭曲应力 降低零件和轮胎的寿命 自由人的四轮驱动布置 自由人的底盘布置图 自由人的传动系统线路图 1后驱动半轴2后差速器3后传动轴4粘液耦合器 VCU 5前传动轴6中间减速驱动装置 IRD 7前驱动半轴8变速器 IRD的工作原理 工作原理Freelander没有独立的分动箱将前后动力分离 但其具有 中间减速驱动 装置 安装在 主减速器 所在的齿轮箱上 它可以降低传动比并相应降转速 同时将驱动力旋转90 通过 粘液耦合 装置传递到后桥 这样可减轻重量并减少传动噪音 中间减速驱动装置IRD包括一个差速器组件 一个主副螺旋齿轮传动机构和一个准双曲面齿轮组 它取代了传统的变速装置 可执行3种主要任务 将手动变速箱的传动比降低1 458倍 通过螺旋齿轮传动机构传递到前轮 将驱动力旋转90 通过准双曲面齿轮组驱动传动轴和后轮 与 粘液耦合 装置相结合 无须任何操纵杆即可使汽车自动起动四轮驱动系统 IRD平面图 1主轴2主壳3前差速器单元4RH右边壳5中间齿轮6小齿轮7后输出轴小齿轮8准双曲面齿轮9中间轴 粘液耦合器装置 VCU VCU是一个连接前后传动轴的缸体 在其钢板间充满硅胶 当搅动时 液体的粘度增加 当前后传动轴以不同的速度旋转时 VCU内的相邻的槽盘之间产生相对转动 相对转动的槽盘剪切作用是硅胶的粘度和对转动的阻力增加 从而导致温度升高 并将轮盘逐渐锁定在一起 这可有效地将前后传动轴耦合在一起 并最终在前后车桥之间平均分配扭矩以保持牵引力和对车辆的控制 这种反应瞬时完成 驾驶员几乎无法察觉 前轮恢复动力后 VCU中的温度下降 液体的粘性将恢复到其原始的状态 传动轴解锁 返回正常驾驶模式 通过此灵活的系统 在正常条件下Freelander可提供轿车般的操控性能 而且在恶劣的条件下或越野行驶时 它同样具有非常卓越的性能 使驾驶员对车辆控制自如 后轮是不足0 8 的驱动力 所以大多数情况下是前驱 后轮转时后驱动轴会比IRD驱动前驱动轴快 因为速度差小 硅胶的粘度增加处在临界状态 对槽盘的转动阻力很小 当前后驱动轴速度差明显时 例如前轮失去附着力或通过凹凸地形时 硅胶的粘度和i对转动的阻力增加到减慢或阻止槽盘的相对转动 在前后驱动轴锁在一起的情况下 驱动力从IRD传到后轮 VCU的内部结构 1缸体2槽型碟片3输入轴4滚筒轴承5球形轴承6扭转减震器法兰 K1 8车型才有 7输出轴 VCU限制差速作用 VCU会在前后传动轴之间限制差动 自动地控制转换驱动后轮 在缸体里 槽型碟片交替地贴在在输入轴的外表面和缸体内表面 输出轴焊接在后缸体上 这个输入轴连着前传动轴 以及输出轴连着后传动轴 缸体里充满着硅油和空气 当硅油受到切割时 它的粘性就会增加 当在前后轴之间产生了一个速度差动 在VCU里邻近的槽型碟片就会在相互间旋转 这种槽型碟片旋转的切割动作就会提高硅油的粘度 并抵抗旋转的运动 这时后轮只有8 的驱动力 因此 大部分条件下 车辆的有效驱动力被分配给前轮 后轮带动后传动轴 比起IRD驱动的前传动轴稍微快一点 自从差动速度很低以来 少量的硅油粘性增加 并且有一点阻碍槽型碟片的旋转 当有明显的差动速度差别在前和后传动轴之间 举例 在前轮失去牵引力或者穿越粗糙地形时 硅油的粘性和阻碍旋转的能力就会提高到一定的水平以致于减慢或者停止槽型碟片的旋转 相当于在前轴和后轴锁在一起 驱动力因此就会由IRD传递给后轮 ETC的配合控制 LandRover的 电子牵引力控制 是全新的4轮牵引力控制系统它使用与 防抱死制动系统 相同的硬件 在一个或多个车轮在光滑路面上失去牵引力时 为每个车轮平均分配动力 这项功能完全自动操作 无须驾驶员的介入 虽然手动差速锁止器仍用在Defender上 但在Freelander Discovery和RangeRover上 已由这一先进的系统予以取代 发现者的底盘布置 发现者的底盘布置图 变速器 发动机 分动器 差速器 前桥 后桥 发现者传动系统线路图 变速器输出 盘式手刹 1后桥 包括后差速器 2分动器 包含中央差速器一体化 3前桥4前传动轴5后传动轴 分动器十字截面图 1后输出壳2差速器后轴承3高档齿轮和垫圈4主外壳5高低档同步器6低档齿轮7差速器总成8前输出壳9差速器前轴承10滚锥轴承 差速器负载轴承11离合器 差速器锁12前输出法兰13差速器锁轴 差速器锁14选杆叉拨 差速锁15前输出轴16选择间隔装置 中间负载轴承17主轴输入齿轮18可选垫片 输入齿轮负载轴承19中间轴20中间齿轮系I21后输出轴22后输出法兰 分动器低档动力流程图 减速比3 32 1 分动器高档动力流程图 减速比1 211 1 高低档换档选择 高低档根据路面情况进行合适的选择 高低档换档的方法静止换档法 车辆停稳 怠速运转 拉起手刹 变速器挂 N 档 加快发动机转速 以一定的压力挂入所需档位 行进间换档法 车速控制在最低的8公里左右 释放加速踏板 将变速器挂入 N 档 这时将分动器挂入合适的档位 揽胜车的底盘布置 览胜车的传动布置图 揽胜车的传动线路图 1右前驱动半轴2固定支架3发动机油底壳4分动器 含扭矩传感中央差速器 5后传动轴6右后驱动半轴7后差速器8左后驱动半轴9支撑轴承10前传动轴11左前驱动半轴12前差速器 揽胜的恒时四轮驱动系统 在RangeRover中 为了将发动机产生的动力传送到车轮 动力会被传递到安装在中心位置的分动箱 它带有扭矩传感差速器 取代了以往使用的粘液耦合器 采用带扭矩传感差速器的分动箱后 RangeRover的动力分配额定值达到50 50 从而使最大扭矩差动比达到2 1 也就是说依据抓地能力的不同 最多有100 的推进力被传递到前桥 或后桥 实现电子牵引力控制和扭矩传感中央差速器的完美结合后 前后差速器始终保持 开放 而无需任何形式的打滑限制装置 开放式差速器改善了在恶劣的越野条件下的行车状况 而传统的锁定式差速器在这些情况下可能会使汽车无法正常运转或滑行 览胜的差速限制作用 RangeRover配有扭矩传感中央差速器 与以往使用的传统粘液耦合器相比 这种差速器与大功率电子牵引力控制系统配合得更加完美 而且 它对抓地能力变化的反应更快 这一点在越野行驶时尤为明显 如果在越野行驶时车轮打滑 电子牵引力控制系统是RangeRover众多机制中第一个作用于每个车轮的工具 例如 左前轮失去附着力而发生打滑时 轮速传感器会检测到空转现象的发生 牵引控制系统会施加制动力 使其重新获得附着力 如果附着力仍然很低 牵引控制系统会将发动机动力 或前桥扭矩 从左前驱动轴引导到右前轮 而不会让车轮不必要地空转 如果右前轮也失去抓地能力 则右前驱动轴会有效地将前桥扭矩沿前传动轴馈送回分动箱中 然后扭矩传感中央差速器