奥迪“QUATTRO”全时四驱技术解析

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全时四驱系统相比后起之秀“适时四驱”,全时四驱与分时四驱可谓是四驱界的元老了,其中全时四驱不仅历史悠久,可靠性与易用性都比较高,唯一的缺陷就是油耗会比较高。


何为全时四驱

在没有适时四驱的年代,四驱车只有两大流派,就是分时四驱与全时四驱。分时四驱除了操作比较复杂之外,有个让人比较尴尬的问题:由于没有中央差速器,前后轴没法适时调节分配扭力与转速,使得车辆没办法在铺装路面上使用四驱模式——这时候无法顺利转弯,车身会很别扭的“扭”动起来。

而全时四驱有三个差速器:前后轴各有一个差速器,前后驱动轴之间还有一个中央差速器。当汽车在转向时,前后轮的转速差可由中央差速器控制,所以,全时四驱车辆可在包括铺装路面在内的所有路面上行驶。

全时四驱是使汽车四个车轮一直保持有驱动力的四驱系统。若要细分全时四驱系统,可分成固定扭矩分配(前后50:50比例分配)和变扭矩分配(前后动力分配比例可变)两大类。

多说虚无的原理无益,我们还是来看一看这全时四驱系统的优劣吧。首先登场的,就是大名鼎鼎的奥迪Quattro四驱。

奥迪Quattro四驱系统

和很多强大技术一样,奥迪Quattro全时四驱系统最早是军用技术,在上世纪80年代奥迪才将其首次运用到量产车身上,而且一出现就帮助奥迪在国际赛车比赛中大放异彩。由于太过强大,甚至出现了赛事主办方宣布停止Quattro技术在拉力赛上使用的传奇……

而且在爬坡上,装备了Quattro全时四驱系统也非常强悍,数次征服了坡度为37.5°的芬兰开普拉滑雪跳台。

看到这大家都应该发现了——它不只是SUV的专利,连体积娇小的轿车也可以搭载!而这也正是奥迪的初衷,最初奥迪人就是想把四驱技术从笨重的越野车中解构出来,“移植”到轿车上。奥迪工程师以变速箱连接空心传动轴,从而向前后轴双向传送动力,完成了“体积小、结构简单”的需求。

以一套技术横行30年显然是不可能的,现在使用的Quattro全时四驱系统已经是第六代产品了。2005年,奥迪推出了第六代Quattro全时四驱系统,最大的改变就是中央差速器升级到C型。

可以说,Quattro整个系统的关键,就在于它的中央差速器——托森差速器。一个扭矩感应式限滑差速器,在quattro系统中,它作为中央差速器安装在变速箱的输出端,动力从变速箱出来后会先经过托森差速器,之后再分配到前后桥,它可谓是四轮驱动的核心部件。

采用行星齿轮结构的扭矩感应式C型中央差速器结构更加精巧,自动锁止功能的反应时间更为迅速。在通常情况下,中央差速器以40:60(依车型不同,官方调校会有差别)的分配比例将动力传递至前后轴。偏向后轮的动力输出特点为车辆提供了更高的操控性能,在直线加速和弯道中这一特点表现的尤为突出。

Quattro系统的工作原理

上面已经说了,Quattro系统的关键在于它的托森差速器。这也是其整个系统设计最为独特的地方——奥迪四驱系统的中央差速器(托森差速器),前转动轴,前差速器都是集成在变速箱的壳体里面的,这样的设计结构非常紧凑,也为乘员舱腾出了空间。

这里稍微插一句,不少朋友存在一个误区,以为大众的4MOTION和奥迪Quattro唯一的区别就是前者适合横置发动机平台,但我认为更大的差别还是两者的中央差速器——大众用的Haldex LSC差速器说白了还是多片离合式结构,液压、电子系统是控制的主力;而奥迪使用的托森差速器是纯机械结构。

所以4MOTION只能在车轮打滑后再介入干预扭力分配,而奥迪Quattro系统能够在瞬间对驱动轮之间出现的阻力差提供反馈,分配扭矩输出,而且锁止特性是线性的,能够在一个相对宽泛的扭矩输出范围内进行调节。

当车辆正常行驶的时候,差速器壳P转动,同时带动蜗杆3和4转动,此时3和4之间没有相对转动,于是红色的1轴和绿色的2轴以同一个速度旋转。而当一侧车轴遇到较大的阻力而另一侧车轴空转的时候,例如红色车轴遇到较大的阻力,则一开始它静止不动,而差速器壳还在旋转,于是带动蜗杆齿轮4沿着红色轴滚动,4滚动的同时又带动3旋转,但是3与绿色的车轴2有自锁的效果,所以3的转动并不能带动绿色车轴2转动,于是3停止转动,同时又使得4也停止转动,于是4只能随着差速器壳的转动带动红色车轴旋转,随即扭矩分配给了红色车轴,车辆脱困。

这样动力可以顺利的通过行星齿轮分配给前后输出轴从而能够驱动前后车桥。正是因为行星齿轮的蜗杆设计,让它具备了一个自锁死功能。注意这一全套机构都是纯机械联动的没有任何电子设备的介入。蜗杆齿轮的动力传输特性刚好跟普通开放式差速器的直齿行星齿轮相反,它能自动的把动力分配给受阻力较大一侧的输出轴(车轮)。

因为当有车轮打滑时,也就是说有车轮即将失去抓地力时,蜗杆行星齿轮会相互咬死,让动力无法传递给打滑的车轮,从而自动分配给了仍然有抓地力的车轮,而且这一切都是线性调节的,车轮打滑得越厉害,获得的驱动力越少,相反抓地力越大的车轮获得的驱动越多。这正是我们所需要的。

托森差速器常被称为扭矩感应式差速器,它的灵敏程度是可以通过在设计时调节蜗杆齿轮斜齿的斜度来调整锁死扭矩的。我们知道汽车在转弯时由于前后车轮的运动圆弧不等长,所以也会造成转速差。这时托森差速器也会自动调整蜗杆齿轮的齿形斜度必须依据转弯时的前后车轮转速差来匹配,也就是说在转弯时(前后车轮转速差较小时)不能发生锁死情况。

虽然托森差速器可谓是Quattro系统的关键,但它并不是整个系统的全部。它负责前后轴的动力分配,但具体到每个车轮的扭矩分配,还要看前后轴上的差速器。但其实多数装备奥迪quattro系统的车(除了高性能RS和R8等)在前后轴只上只配备了普通的开放式差速器,与普通家用两驱车差速器的构造没什么区别,根本不具备限滑功能。这就产生了一个问题:假如车辆一侧的两个车轮全部因为陷入泥地而失去抓地,即使有托森差速器分配前后扭矩,两个普通开放式差速器仍然会将动力传递到打滑的车轮,如果没有其他电子形式的干预,就会让两只陷入泥地的车轮把所有扭力都耗费光而车子依然一动不动。

所以Quattro系统内集成了EDL。EDL的全称是Electronic Differential Lock,翻译成中文应该叫电子差速锁。这一装置会监测四个车轮的转速,当某个车轮因失去抓地而空转时,EDL便会通过ABS给空转的车轮单独施加制动力,使得扭矩通过开放式差速器传递到另一侧不打滑的车轮。

说了半天Quattro系统的强大,为了避免过度神话它,我们还是来讲讲它还有哪些不足的吧:由于前后轴的两个差速器都是普通差速器,因而想把动力100%传递到某个不打滑的车轮几乎是不可能的——从理论上就不可能。而且托森中央差速器也不可能将动力完全的分配到前后轴中的一者——从目前所知的数据来看,最多达到85%。



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