四驅(qū)系統(tǒng)差速器的詳細介紹和機械性能.doc

四驅(qū)系統(tǒng)差速器的詳細介紹和機械性能文：MODI記者組攝影：圖鳴謝： 匯成洋（Subaru）審編：健關(guān)鍵詞：四輪驅(qū)動AWD差速器中央差速器汽車除了直行，還要轉(zhuǎn)彎。在轉(zhuǎn)彎過程中，由于車體存在寬度，左右輪的回轉(zhuǎn)半徑是不一樣大的，也就是說在轉(zhuǎn)彎過程中，左右輪的轉(zhuǎn)速是不一樣的，可早期的汽車左右驅(qū)動輪為剛性連接，輪胎和機械部件在轉(zhuǎn)彎過程中存在相當大的損耗，車子的壽命收到嚴重的限制，路易斯.雷諾（法國雷諾汽車公司的創(chuàng)始人）通過一個小小的齒輪機構(gòu)解決了這個問題，并及其形象的將其命名為“差速器”。這個機構(gòu)及其巧妙的通過一個行星齒輪組（紅色部分）將左右兩輪的傳動軸（綠色部分）連接起來，變速箱的輸出軸（藍色部分）連接到差速器外殼（白色區(qū)域）上，帶動差速器外殼旋轉(zhuǎn)，差速器內(nèi)部通過一組行星齒輪（軸固定在外殼上）將動力通過左右半軸傳送給兩側(cè)車輪，當汽車直線行駛時，差速器外殼、左右輪軸同步轉(zhuǎn)動，差速器內(nèi)部行星齒輪只隨差速器旋轉(zhuǎn)，沒有自轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)彎時，由于汽車左右驅(qū)動輪受力情況發(fā)生變化，反饋在左右半軸上，進而破壞行星齒輪原來的力平衡，這時行星齒輪開始旋轉(zhuǎn)，使彎內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)速減小，彎外側(cè)輪轉(zhuǎn)速增加，重新達到平衡狀態(tài)。同時，汽車完成轉(zhuǎn)彎動作。正是差速器的出現(xiàn)進一步推動了汽車的廣泛使用，并逐步代替了馬車、火車成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚慕煌üぞ?。而這種差速器在擁有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維護方便的優(yōu)勢的同時，一個致命的缺點隨著汽車的普及逐漸暴露了出來。當汽車行駛的路況不理想的情況下，特別是左右兩側(cè)驅(qū)動輪的附著力不一樣時（比如冰雪、泥坑、沙地等），由于差速器的作用，越是打滑的車輪將會轉(zhuǎn)的越快，差速器將發(fā)動機輸出的扭矩大部分甚至全部傳送到打滑的車輪上，而沒有打滑的車輪卻分不到足夠的扭矩維持車輛行駛，于是，拋錨發(fā)生了。這種現(xiàn)象在野外是致命的，于是，差速器鎖誕生了。所謂差速器鎖就是在一側(cè)驅(qū)動輪打滑的時候能夠自動或手動的將左右兩側(cè)驅(qū)動輪剛性連接（也就是將差速器屏蔽掉，差速器此時不再發(fā)生作用），兩側(cè)車輪就會以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，將發(fā)動機的輸出扭矩平分，很好的解決了拋錨的問題?？墒沁@種差速器鎖僅僅適用于越野車的使用，在野外非鋪裝路面上，路面附著力不大，即便差速器鎖止時車輪發(fā)生一些打滑也無所謂，至少沒有安全性問題?？墒窃阡佈b良好的公路上，輪胎與地面的摩擦是相當大的，在高速轉(zhuǎn)彎時差速器鎖止是非常危險的，彎道內(nèi)輪因多余的旋轉(zhuǎn)及摩擦，導(dǎo)致輪胎跳離地面連帶利用車軸及懸掛使車體上揚，當內(nèi)側(cè)車體上揚加上離心力的驅(qū)動，很自然就會朝轉(zhuǎn)彎方向的另一側(cè)翻覆。怎么辦？有兩種解決方案：其一，根據(jù)差速器的工作特性，通過ABS（剎車防抱死系統(tǒng)）來解決。在一側(cè)驅(qū)動輪發(fā)生打滑時，電子傳感器收集兩側(cè)車輪速度差，當電腦發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速差超過設(shè)定值時，ABS驅(qū)動打滑輪的剎車工作，強制降低打滑輪轉(zhuǎn)速，以增加另一側(cè)驅(qū)動輪扭矩（好像ESP就是由此發(fā)展而來）。如BMWX5使用的ADB-X系統(tǒng)，AudiAllroad使用的EDS系統(tǒng)，VOLVO使用的AOD系統(tǒng)均屬此類。但這種工作方式是以保證安全性為首要目的，以犧牲速度為代價的，在頻繁的工作狀態(tài)下容易失效，可靠性不高。作為越來越重視車輛性能的今天，這種系統(tǒng)在高性能車上是決不能容忍的。于是就有了后者。其二，L.S.D(Limited Slip Differential限滑差速器)終于出現(xiàn)了。其實本質(zhì)上來講，第一種也可以稱為電子式限滑差速器，不過平時提到LSD時，絕大多數(shù)是指以機械機構(gòu)實現(xiàn)限滑的差速器，在本文LSD同樣是指后者。限滑差速器，顧名思義就是指兩側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速差值被允許在一定范圍內(nèi)，以保證正常的轉(zhuǎn)彎等行駛性能的類差速器。從傳動零件的組成上也就是從結(jié)構(gòu)上分可以分為兩種：通過螺旋齒輪工作的，和通過離合器工作的。而從其功能上分又可以分為：1WAY、2WAY、1.5WAY三種。螺旋齒輪結(jié)構(gòu)的LSD是指連接左右輪軸的齒輪齒形為螺旋形，有別于普通差速器的直齒形式。正是因為齒形的變化才使其有了限滑的功能，這類LSD又可分為兩種：扭力感應(yīng)式LSD和螺旋齒輪LSD。扭力感應(yīng)式LSD是將普通差速器的齒輪從齒輪改成渦輪蝸桿，而安裝位置和形式并不變，借由渦輪蝸桿傳動的自鎖功能（渦桿可以向渦輪傳遞扭矩，而蝸輪向渦桿施以扭矩時齒間摩擦力大于所傳遞的扭矩，而無法旋轉(zhuǎn)）來實現(xiàn)防滑功能。AUDI著名的QUATTRO就是采用這種結(jié)構(gòu)，下文會有介紹。螺旋齒輪LSD同樣是將普通差速器的齒輪從直齒改成螺旋齒，不過不是利用二者摩擦力的不同，而是改變了齒輪的安裝位置和形式，通過只有螺旋齒輪才能實現(xiàn)的安裝位置和形式，利用齒輪的減速比來限制左右驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速差的。這種LSD所能達到的最大轉(zhuǎn)速差比較小，所以只適用于前驅(qū)車。離合器式LSD是指左右兩驅(qū)動輪不再通過齒輪連接，而是通過離合片的接合來實現(xiàn)左右驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速同步的。這類LSD又可分為兩種：黏性耦合式LSD和機械式LSD。黏性耦合式LSD是指通過液體實現(xiàn)離合器接合的。其內(nèi)部充滿LSD專用硅油，當左右驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速不同（即發(fā)生相對轉(zhuǎn)動）時，硅油就會受熱膨脹，轉(zhuǎn)速差越大，產(chǎn)生熱量越大，當達到某一界限時，受熱膨脹的硅油就會將離合器壓合，使驅(qū)動輪同步，實現(xiàn)鎖止。而離合器的松開將不取決于驅(qū)動輪是否已經(jīng)同步，而是取決于硅油的溫度，這種LSD響應(yīng)速度快，造價低，體積小，應(yīng)用普及，但并不適合頻繁攻彎的賽車。機械式LSD是指通過壓板來實現(xiàn)離合器的接合。機械式LSD響應(yīng)速度快，靈敏度高，限滑比例可根據(jù)壓板和離合片的不同組合來實現(xiàn)，可調(diào)范圍廣，但造價高，耐久性不好，需定期保養(yǎng)，故僅應(yīng)用于高性能的跑車中。同時由于其性能出色，也是廠方與民間高性能化改裝的首選結(jié)構(gòu)。1WAY的LSD是指限滑功能僅在加油時起作用的LSD，比如扭力感應(yīng)式LSD；2WAY的LSD不僅在加油時起左右，在減速剎車時同樣會發(fā)揮性能的LSD，兩種離合器式LSD都有2WAY形式的產(chǎn)品；而1.5WAY的LSD就是在加油時起作用，而在收油時的效果位于1WAY和2WAY之間的一種LSD，比如螺旋齒輪LSD。還有一種差速器是比較特殊的，叫做中央差速器。將它單列出來不是因為其結(jié)構(gòu)特殊，而是因為其安裝的位置不同。中央差速器僅會出現(xiàn)在四驅(qū)車上，其輸入軸安裝在變速箱輸出軸末端，其兩支輸出軸分別接到前軸差速器和后軸差速器上。是的，你沒有聽錯，四驅(qū)車的確有三個差速器，因為它的四只車輪都是驅(qū)動輪，所以前軸和后軸上必須有差速器以調(diào)整轉(zhuǎn)彎時外側(cè)車輪和內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速差。而在汽車轉(zhuǎn)向時，前軸的轉(zhuǎn)彎半徑與后軸的轉(zhuǎn)彎半徑也是不同的，如果沒有差速器的話，在彎中加油就會轉(zhuǎn)向不足，收油就會轉(zhuǎn)向過度，無法保證安全性。所以必須裝有中央差速器。而中央差速器同樣存在前輪或后輪全部打滑時有附著力的車軸卻分配不到扭矩的情況，于是中央差速鎖成了越野車的必備武器，而中央差速鎖也和普通差速鎖一樣，在野外是張王牌，而到了公路上就只能算“虎落平原”了。中央限滑差速器能夠很好的解決這個問題，不過其造價的昂貴直接提高了汽車的制造成本，在競爭越來越激烈的市場中已是不算多見的了。比較常見而且有名的就屬AUDI的QUATTRO和SUBARU的AWD、Mitsubishi的ACD等，它們也是現(xiàn)今市場上最先進的恒時四驅(qū)技術(shù)。AUDI的QUATTRO系統(tǒng)簡單的說就是由托普森中央差速器（Torsen）和前后軸上安裝的兩個普通差速器構(gòu)成的恒時四驅(qū)系統(tǒng)。托普森中央差速器是一種扭力感應(yīng)式限滑差速器，而前后軸差速器僅僅是普通的差速器（QUATTRO部門生產(chǎn)的高性能車S、RS系列除外，不作闡述。），其防滑的功能是通過ABS系統(tǒng)來實現(xiàn)的，這種防滑原理前面已經(jīng)提到，不再贅述。QUATTRO系統(tǒng)最大的特點就是它的體積很小，托普森中央差速器和前軸差速器都已經(jīng)集成在了變速箱的殼體里面，有效的節(jié)省了發(fā)動機倉的空間，是AUDI車能夠允許塞入V8甚至是更加龐大的W12引擎的關(guān)鍵。QUATTRO系統(tǒng)安裝在AUDI車上，使AUDI車擁有了更高的性能，雖然它增加了車重，但卻使AUDI擁有更平衡的動態(tài)曲線。更主要的就是增加了車輛的主動安全性能，這也是AUDI公司開發(fā)QUATTRO系統(tǒng)的最原始的初衷。可以說QUATTRO是以實用和安全為考量的四驅(qū)系統(tǒng)，如果說它能給車子提供更高的性能，那只能說這是一個附加功能。SUBARU的AWD系統(tǒng)展現(xiàn)的卻是另外的一種風(fēng)格。AWD系統(tǒng)由2WAY黏性耦合式中央差速器（STI生產(chǎn)的車型為2WAY機械式LSD）、前軸普通差速器（STI車型為扭力感應(yīng)式差速器，這也是為什么普通型WRX比STI更加容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)向不足的重要原因）和后軸機械式LSD組成。Torsen和黏性耦合兩種中央LSD的區(qū)別就是前者通過感應(yīng)前后輪的扭矩情況決定是否動作，而后者是通過感應(yīng)前后輪的轉(zhuǎn)速情況決定是否動作，而二者動作的結(jié)果都是調(diào)節(jié)前后輪的扭矩分配。這樣的構(gòu)成形式?jīng)Q定了SUBARU在安全的前提下，更加強調(diào)高速操控性能。談到AUDI的QUATTRO，SUBARU的AWD，就不能不談WRC，說到了WRC就必然會出現(xiàn)兩個選手Subaru的經(jīng)典車型：S203。Mitsubishi的經(jīng)典車型：LancerEvolutionVIII。STI之于SUBARU、RALLIAR之于MITSUBISHI就像MGmbh之于BMW、AMG之于M.BENZ，都是車廠旗下的高性能改裝部門，而其作品ImprezaWRX STI（以下簡稱STI）與LancerEvolution（以下簡稱EVO）的關(guān)系就仿佛M5與E55的關(guān)系一樣，它們是那么的相近，又是那么的不同。就二者的性能表現(xiàn)來講，差距僅在伯仲之間，可基本的設(shè)計理念卻是大相徑庭。STI與其原型車WRX的關(guān)系就好像M3與3Ser，雖然沒有什么可以通用的部件，但是卻完全基于相同的結(jié)構(gòu)，只不過進行了加強。輸出為225HP、300NM的EJ205引擎被從內(nèi)到外的進行了強化，在更換了更強的周邊設(shè)備后，達到了280HP、400NM的輸出；代號為GDA的車架經(jīng)過更換更強的板金件并加裝底盤強化組件后重新命名為GDB，代表了更強的車架剛度，可以承受更強大的G值；傳動系統(tǒng)方面更是將實用的5MT更換為強調(diào)性能輸出的6MT，雖有損加速表現(xiàn)但卻擺了過彎時2檔低3檔高的局面；以扭力感應(yīng)式LSD代替了原來前軸普通差速器，帶來了更加精準的車頭指向；以機械式LSD代替原來的黏性耦合式中央差速器得來的是更加靈活的彎道表現(xiàn)；以鋁制前懸掛組件及倒置避震筒代替了原來的鑄鐵前懸掛和普通避震筒，換來的是更加敏捷的動態(tài)響應(yīng)；整套BREMBO前四后二剎車組合完全不見原廠WRX激走下制動力減弱甚至制動油管爆裂的尷尬。再次重溫限量555臺的S203引擎艙吧！而EVO之于LANCER卻更像GT-R之于SKYLINE。在LANCER的外殼下，完全的大換血，和EJ207半斤八兩的4G63T，極其堅硬的車架，以及完全不同于LANCER FF的驅(qū)動形式。EVO以前軸扭力感應(yīng)式LSD、主動式中央差速器和主動式后差速器構(gòu)成AYC四輪驅(qū)動系統(tǒng)。如此之換血應(yīng)該可以象GT-R一樣獨立于LANCER之外單獨建立一個EVO車系了。解釋一下主動式限滑差速器。在EVO和STI上主動式限滑差速器都有應(yīng)用。EVO的主動式差速器名為ACD（中差）和AYC（后差）；從05款開始，STI也有了主動式中差，名為DCCD。這三種主動式LSD都是離合片形式，與普通離合器式LSD不同的是離合片是否接合不是靠輸出軸的轉(zhuǎn)速差反饋到壓板，由壓板施力將離合片接合，而是由電子系統(tǒng)檢測輸出軸的轉(zhuǎn)速差，反饋給電腦，由電腦決定接合，便輸出信號給電磁或電液系統(tǒng)將離合片接合。工作過程多了電腦的參與，動作更加精確，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)LSD所不能實現(xiàn)的動作。ACD和AYC是靠電液系統(tǒng)，而DCCD是靠電磁系統(tǒng)。在TOPGEAR（英國BBS電視臺冠譽全球的汽車節(jié)目）對比STI和EVO的錄像中，整個影片中主持人都是在夸獎EVO的ACD和AYC動作系統(tǒng)，原其能在保證車子優(yōu)秀循跡性的前提下，最大限度的發(fā)揮引擎的動力性能，稍嫌簡短的賽道時間對比上，EVO也是以1.1秒的優(yōu)勢取勝，要知道STI跑完賽道的時間也不過1：30秒，不可謂差距不明顯，就在我以為這次EVO是大贏家的時候，在結(jié)尾兩位主持人簡短的對話讓我瞠目結(jié)舌。（名字記不住了，暫以A，B代替） A：它（EVO）太快了，竟然可以和Lamborghini的Murcielago一樣快。B：簡直不可思議，它是一輛非?？斓能囎?。 A：也就是說，如果你要在賽道上跑得更快，一定要選EVO8，但是，你會選擇哪一個？ B：Impreza，想都不用想。怎么會這樣？！重頭再看，仔細再看。終于，我發(fā)現(xiàn)了，他們最大的差別在于彎道，讓我從結(jié)構(gòu)談起。ACD和AYC的配合是EVO能完勝STI的原因，不過，恐怕這也是讓兩位主持人更傾向于STI的原因。ACD：主動式限滑中央差速系統(tǒng)；AYC：后輪主動式扭力分配系統(tǒng)。二者的實質(zhì)就是加裝了N多電子傳感器的兩組LSD（限滑差速器），且由同一臺電腦控制，也就是二者是同時發(fā)生作用的。不同就是ACD裝在前后軸之間，作用是主動調(diào)節(jié)前后軸扭力分配；AYC裝在后軸，用于主動調(diào)節(jié)左右后輪的扭力分配。以接近輪胎極限的速度下左轉(zhuǎn)為例，將整個彎角分為兩個部分來看ACD和AYC的動作過程。首先入彎時，當電腦檢測到車體減速并有轉(zhuǎn)向動作時：ACD會將扭矩分配傾向于后輪，以抵消EVO較重的車頭引起的轉(zhuǎn)向不足，AYC又會將較大的扭矩分配給左后輪，以盡量避免在入彎過程中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向過度，ACD和AYC在及其短的時間內(nèi)往復(fù)循環(huán)上述動作，而最終表現(xiàn)在車身上的是EVO在入彎過程中以略為推頭（轉(zhuǎn)向不足）并逐漸傾向于中性的姿態(tài)沖進彎角。（但是，正是由于ACD和AYC的存在，一旦EVO的入彎速度過高，那么它將帶給你的是推頭，瘋狂的推頭。）到達彎道頂點后，在加油出彎的過程中AYC又會將較大的扭矩分配給右后輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)向過度來幫助車頭迅速指向出彎的方向，這種后輪扭力分配的方式甚至?xí)屪蠛筝嗠x開地面（在各種EVO的錄像中早已屢見不鮮）。而ACD又會將較大的扭矩分配給前輪以抵消AYC動作所產(chǎn)生的部分轉(zhuǎn)向過度，而最終表現(xiàn)在車身上的是EVO在出彎過程中以略為甩尾（轉(zhuǎn)向過度）的姿態(tài)和輕微的滑移動作沖出彎角。（看著沒，說著說著就又離地了）。ACD和AYC是由同一個電腦控制的，二者的動作是同時的、迅速的、連續(xù)的，卻又起著完全相反的效果，EVO正是在二者不斷的調(diào)節(jié)與糾正下，以近乎于完美的姿態(tài)通過彎角，而駕駛員所需要做的就是穩(wěn)住方向盤，不斷的提高速度。同樣的彎角，于STI卻又是另外一番風(fēng)景，入彎是推頭的，大腳油下去，它就會給你臉色，甩給你看，出彎竟然也是推頭的，電影里最后一個左彎呼的一下，STI就沖進了草地。無可否認，EVO的四驅(qū)系統(tǒng)是先進的，是非常先進的，以至于它的對手都要向它學(xué)習(xí)，05款STI也開始在AWD系統(tǒng)中加裝了DCCD，其實就是SUBARU版本的ACD系統(tǒng)，只不過DCCD不是象ACD那樣是全時的，是和AYC一樣有開關(guān)的，而且可以固定于65:3535:65間的任意一個值上。有人要說“看來EVO真的是比STI強啊，技術(shù)先進，速度更快，TOPGEAR這黑哨是不是吹的有點太明顯了啊！”且慢，人家沒說EVO不好啊，人家TOPGEAR有說EVO快啊，而且是不可思議的快。但是，我很清楚的知道