小汽車的低扭放大(低速四驅)的機械原理是如何實現的?

蝴蝶華爾茲


汽車的低扭放大功能是用於脫困的利器,因此,一般這種帶有低扭放大功能的車型,普遍會安裝在硬派越野車,或者強調脫困能力的城市SUV上,對於低扭放大功能來說,在不同的四驅系統上採用的方式是不同的,不過雖然採用的方式不同,根本的原理就是通過改變齒輪的齒比,通過小齒輪和大齒輪齧合實現低扭放大的目的。

總體來看,目前有三種低扭放大實現方式:

1、傳統的分時四驅低扭放大方式

傳統的分時四驅一般都以後驅為主,帶有一個分動箱,分動箱掛上四驅模式以後,前後軸之間可以實現50:50的分配,前後軸動力是機械的剛性連接,可靠性非常高,通常這種分動箱上會匹配2H、4 H、N和4L等檔位進行切換,分動箱實現兩驅和四驅的原理,實際上很簡單,一般就是引出一根傳動軸利用鏈條連接前軸,通過換擋的撥叉是前軸接通或者斷開,一般這種分動箱在掛入四驅模式時,需要先掛入n檔,摘開傳動動力。

為了實現4L,也就是所謂的低扭放大功能,,這種變速箱上還設計有一個非常大的齒輪,通過小齒輪帶動大齒輪實現低扭放大的作用,最後再通過大齒輪掛入分動箱輸出軸上,再通過鏈條平均分配傳遞給前軸或後軸,這就是傳統的分時四驅低扭放大的原理。順便說一句,市場上有一種非常牛x的四驅系統-超選四驅,原理也是一樣的。

2、利用變速箱的檔位直接進行低扭放大的方式

這種方式是克萊斯勒使用的一種方式,一般安裝在jeep指南者和jeep自由光上,原理非常簡單,就是通過JEEP的9 at變速箱來實現的,這個9 at變速箱一檔設計的減速比非常大,日常行駛時使用二擋起步,也就是說這個二檔相當於普通汽車的一擋,正常行駛時,9 at實際上是8 at,在需要進行低扭放大時,變速箱掛入一擋,實現大齒輪減速增扭。

這種方式使低扭放大和變速箱集成在一起,利用變速箱的一根輸出軸就可以實現前後輪的低扭放大功能,實際上是一個非常巧妙的設計,變速箱輸出軸後面再接有適時四驅系統,這個適時四驅,只負責進行前後輪動力的切換,並不涉及低扭放大,總體的結構非常緊湊,效率也非常高,這種變速箱雖然是9at,但是實際駕駛時只有八個檔位。

3、適時四驅利用電控四驅系統進行低扭放大

這種方式和分時四驅的方式是相接近的,將低扭放大功能集成四驅分動箱內,不過對於分時四驅來說,結構簡單,集成低扭,放大功能很容易,但是對於一些適時四驅來說,結構相對複雜,在集成這個低扭放大功能就很麻煩。

目前博格發納的雙速TOD採用的就是這種設計, 這種四驅系統結構比較複雜,通過多個傳感器檢測前後軸以及輸入軸的工作狀態,同時還要檢測節氣門開度、汽車時速以及ABS剎車系統的工作狀態,通過這些傳感器的協同探測,電控ecu可以很容易的通過前後軸轉速判斷出汽車車輪是否打滑等情況,ECU還可以通過判斷車輪打滑的程度分別控制內部的兩個溼式多片離合器,如果是一般的打滑則只推動第一級多片離合器結合,如果打滑比較嚴重,the推動第二級多片離合器,每個離合器後面都安裝有不同減速比的齒輪,離合器結合以後動力接通給不同的齒輪已實現減速增扭的目的。


眾口說車


其實這個問題很簡單。我們看一下描述,第一個問題:扭矩放大機械部分在四驅前還是四驅後?第二個問題:扭矩放大後前後橋轉速不一致如何解決?先回答第一個問題,分動箱以及四驅切換規則。先看下圖:


分動箱R後面的LOW就是
扭矩放大部分,扭矩放大的原理很簡單。無非就是降低轉速來提高扭矩、就是槓桿原理,費距離省力。內部結構就是齒輪這裡不在贅述,知道原理就可以了沒有必要去搞清齒輪是怎麼工作的(看了也不一定明白)。隨便找一個分動箱結構圖:
這張圖已經很清楚了說明了分動箱的原理。來自變速箱的動力直接傳遞到後軸,因為這類車型平時都是後驅動的。如果仔細看圖可以看到來自變速箱的動力經過一組低速行星齒輪,這組行星齒輪就是減速機構、可以理解為一個兩檔的變速箱,平時用二擋行駛,脫困時用一檔行駛。實際上這個減速只有一個檔位,平時行駛時並沒有減速動力是直接輸出的,脫困時才會減速增扭。而前軸動力輸出則通過鏈條來實現的,用鏈條把輸入軸動力傳遞到前軸,就像自行車的鏈條一樣。下面的圖看更清晰一些:

主動與從動的關係,當需要四驅系統介入的時候(手動或者自動)前軸會得到動力,如果是分時四驅那麼前後軸之間的轉速就是一致的,我們看一下分時四驅原理圖:

前後軸之間沒有差速器存在,前後軸轉速一樣,動力分配也一樣多。我們都知道汽車在行駛時四個輪子的轉速是不一樣的,輪速差隨著行駛軌跡改變而改變,只要不走直線那麼四隻車輪之間的轉速必然不一樣,如果轉速都一樣那麼車子只能走直線不能轉彎,轉彎會發生什麼?四個車輪之間互不相讓,互相較勁。直到有車輪打滑或者齒輪打壞出現轉速差才能轉彎,尤其在附著力比較強的路面上,柏油路、混凝土路輪胎附著力都能比較強抓地能力強輪胎不容易打滑,這時候硬件承受的力量就會大一些,硬件損壞幾率更大,搞不好甚至會翻車。

因此分時四驅不能在鋪裝路面上行駛,只能在土路泥路脫困時使用。土路、泥路輪胎很容易打滑,車輪之間的轉速就可以通過打滑來實現差速,也就不會出現硬件損壞的情況了!因此前後軸之間沒有差速裝置的四驅平時用不上,只有脫困時才能使用。例如國產普拉多把全時四驅系統改成分時四驅系統,平時後輪驅動油耗降低成本降低。而在脫困時分時四驅就相當於一把中央差速鎖,脫困能力更強一些。

如果前後軸之間帶有差速器,就可以解決四個車輪互不相讓的問題。這個差速器可以原理與兩個車輪之間的差速器一樣,只不過放在兩個差速器之間而已。因此也叫中央差速器,帶有中央差速器就能實現全時四驅。中央差速器的種類就非常多了,包括機械齒輪式、多片離合器式、甚至還有硅油式。繼續看第一張保時捷卡宴的分動箱:
可以看到多片式離合器,這個離合器就是控制前軸動力輸出的,離合器壓緊後前軸就有動力傳出去。離合器鬆開後動力中斷,如果控制離合器的預緊力那麼也就控制了前軸動力輸出比例。當然這是一套電控離合器,響應速度快。而這類車型不是純粹的越野車,多片離合器做中差完全足夠用。

下面在看看三菱的超選四驅:
漂亮!


水墨丹青一世情


功率守恆


汽車電控那些事


轉速和扭力是兩個數據。每個輪子分攤的車體的重量不一樣,所以每個輪子和地面的摩擦力也不一樣。車輛轉彎的時候,每個輪子轉動的圈數也是不一樣的,外側的輪子轉動的幅度比內側的大,前橋轉動的幅度也比後橋大。

先不要考慮扭力,先考慮轉速的問題。四驅車輛的前後橋間有差速器(兩驅車輛的驅動軸中也是有差速器的),允許左右側車輪之間存在轉速差(只是轉速差,扭力是大致相同的),過彎的時候有更好的操控性能。四驅車輛中間也要有差速器,允許前後橋之間出現轉速差(利用分動箱的四驅車不能四驅高速行駛時因為分動箱沒有差速器,前後橋轉速比一樣會損壞分動箱,也會導致車輛失控。轉彎內側車輪因為轉速大會打滑,產生側向的力,導致車輛失控),這樣前後橋的車輪在可以獲得各自路徑需要的轉速,完成自己需要走過的長度,但是他們的扭力是一樣的(也不是完全一樣,但是差距不大,至少是有做功)。這是差速器的初級功能,是讓不同的車輪獲得不同的轉速。

扭力,是物體旋轉的力量。你可以轉的很快,但是不用力;你也可以轉的很慢,但是用力。差速器的高級功能是讓扭力得到分配。中央差速器的功能是可以讓扭力分配到前後橋,這樣前後橋就獲得了驅動力,都在做功使車輛前進(兩驅的車輛有兩個車輪是從動的,沒有做功,不對車輛前進提供動力)。當出現極端情況,比如兩個前輪打滑,差速器會將一部分扭力輸送到後橋,這樣前輪因為失去扭力,也會使車輪轉動的速度下降(沒有力量車輪就轉不動了),不會或者減少因為轉速產生的側向的力(如果轉速過快,扭力過大,又不能正常的向前運動,力就會側向滑動,就產生側滑),減少側滑的幅度,同時將更多的扭力輸送給能夠做功的後輪,使車輛獲得前進的力量。好的中央差速器能夠將更多的扭力單獨輸送到前後橋,但是目前還沒有可以將全部扭力輸送的某一個車橋的中央差速器(沒有研究必要了,電動了。)。左右車輪間也有差速裝置,但是一般的越野(包括森林人)前後橋差速是沒有扭力分配功能的,只能限制轉速,當單側車輪打滑的時候,會瘋狂的轉動,消耗掉另一邊車輪的扭力,另一側車輪就沒有力轉動,也不會轉動了。(帶差速器的玩具車,你捏住一個車輪,另一邊的車輪轉速會更快,你捏住的車輪就是沒有打滑 可以做功的車輪,另一邊轉動更快的車輪就是打滑的車輪),森林人結局前後橋單一車輪打滑的辦法是通過剎車給打滑的車輪制動,限制轉速的辦法讓另一邊車輪獲得扭力(大部分城市越野,都是這樣的),這樣能夠做功的車輪就獲得扭力,使車輛脫困。

扭力不等於轉速,但是沒有扭力車輪就不會轉動。


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