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簡談智能四驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)論文
1、引言
當(dāng)今世界汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的重要交通工具。而隨著汽車的普及，人們對(duì)汽車性能的要求也越來越高，在獲得良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還要求具有良好的操縱穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)性。那些身材魁梧、威猛超群的越野車-全輪驅(qū)動(dòng)的車輛應(yīng)運(yùn)而生。的確，全輪驅(qū)動(dòng)的出現(xiàn)就是為了針對(duì)惡劣路況，征服那些兩只車輪無法通過的險(xiǎn)峻地形。最初，全輪驅(qū)動(dòng)是純種越野車的專門配備，但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，以及人們對(duì)于汽車文化更加深入的認(rèn)識(shí)，越來越多的車輛采用了全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。全輪驅(qū)動(dòng)在通常意義上可以理解為四輪驅(qū)動(dòng)。在一般人看來，所謂的四輪驅(qū)動(dòng)無非就是讓四只車輪同時(shí)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)車輛。在汽車工業(yè)十分發(fā)達(dá)的今天，想做到這一步并不困難，當(dāng)今世界上絕大多數(shù)汽車生產(chǎn)廠商都制造出了四輪驅(qū)動(dòng)的車輛。雖然有如此之多的車輛能夠?qū)崿F(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)，雖然都被稱為四輪驅(qū)動(dòng)，但實(shí)際上，不同車型之間由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差異，最終導(dǎo)致其實(shí)際行駛特性大相徑庭。
2、四輪驅(qū)動(dòng)的形式
2.1基于后輪驅(qū)動(dòng)(RWD)的四輪驅(qū)動(dòng)
發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的布置形式是基于后輪驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)，分為：分時(shí)四驅(qū)、全時(shí)四驅(qū)、適時(shí)四驅(qū)。
2.1.1分時(shí)四驅(qū)
車輛可以通過開關(guān)控制在兩驅(qū)和四驅(qū)系統(tǒng)間切換使用，該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
(a)前后傳動(dòng)軸使用機(jī)械方式連接(駕駛者手動(dòng)選擇駕駛模式，開關(guān)控制)
(b)前后傳動(dòng)軸以相同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)
(c)傳動(dòng)軸扭矩通常是不相等的，視車輛前后軸負(fù)載而定
此系統(tǒng)沒有中央差速器，通常短時(shí)四驅(qū)車常常在前輪裝備輪轂鎖，當(dāng)四驅(qū)模式不工作時(shí)，差速鎖被用來分離前輪和前軸差速器、半軸及傳動(dòng)軸的連接，以減小行駛阻力與磨損，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。該系統(tǒng)構(gòu)造簡單、生產(chǎn)成本低，運(yùn)動(dòng)部件較少，因此傳動(dòng)可靠、堅(jiān)固耐用。選擇四驅(qū)模式后，將在前后輪平均分配動(dòng)力，整車獲得較高的牽引力。系統(tǒng)車輛未裝中央差速器，無法讓前后輪以不同速度轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)彎處不能平穩(wěn)轉(zhuǎn)向(會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向制動(dòng))。
分動(dòng)箱模式：2-High，4-High，4-Low，Neutral。
2.1.2全時(shí)四驅(qū)
用固定的前后輪扭矩分配比進(jìn)行四輪全時(shí)驅(qū)動(dòng)，中央差速器始終為前后傳動(dòng)軸提供扭矩，在公路和越野路面使用稱為全時(shí)四驅(qū)。軸間差速器的存在使前后軸能以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，有固定的扭矩分配比，通常由行星差速器或者錐齒差速器來實(shí)現(xiàn)(40/60、50/50等)。
全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)由機(jī)械、液壓和電子件組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。對(duì)于手動(dòng)轉(zhuǎn)換型車輛，需預(yù)先判定路況，然后決定是否使用四驅(qū)系統(tǒng);對(duì)于自動(dòng)轉(zhuǎn)換型車輛，車輪在出現(xiàn)打滑時(shí)迅速接入四驅(qū)。在正常行駛中，采用兩驅(qū)模式更經(jīng)濟(jì)。
2.1.3適時(shí)四驅(qū)
可變的扭矩分配，通常是一個(gè)帶耦合裝置的分動(dòng)器。后驅(qū)動(dòng)橋?yàn)檐囕v行駛提供動(dòng)力，當(dāng)后驅(qū)動(dòng)橋打滑時(shí)，動(dòng)力會(huì)被傳遞至前驅(qū)動(dòng)橋。通過電控單元實(shí)現(xiàn)扭矩自動(dòng)分配。
2.2基于前輪驅(qū)動(dòng)(FWD)的四輪驅(qū)動(dòng)
對(duì)于前輪驅(qū)動(dòng)的全輪驅(qū)動(dòng)車輛，取力器是用來驅(qū)動(dòng)后橋的裝置，類似于分動(dòng)器，除了輸出的方向旋轉(zhuǎn)了90。取力器使用螺旋斜齒或準(zhǔn)雙曲面齒輪機(jī)構(gòu)，通過半軸向前輪傳遞扭矩，適用于智能扭矩分配或全時(shí)全輪驅(qū)動(dòng)車輛。
大多數(shù)的前輪驅(qū)動(dòng)全輪驅(qū)動(dòng)車輛應(yīng)用的是智能扭矩分配全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因空間尺寸限制，PTU是最難布置的。
3、智能扭矩管理器
扭矩管理器可以是被動(dòng)的(速差感應(yīng)式)或者是主動(dòng)式(ECU邏輯控制)，被動(dòng)式直接對(duì)輸入和輸出的轉(zhuǎn)速差響應(yīng)，主動(dòng)式的必須由電控單元ECU來控制。
3.1被動(dòng)式(速差感應(yīng)式)扭矩管理器
速度感應(yīng)式的扭矩管理器，根據(jù)輸入輸出速度差，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)固定比例的扭矩輸出，主驅(qū)動(dòng)橋開始失去牽引力，驅(qū)動(dòng)輪附著力下降，此時(shí)產(chǎn)生的結(jié)果速度差，會(huì)使扭矩管理器向次驅(qū)動(dòng)橋傳遞扭矩。速度感應(yīng)的扭矩管理器最常見的一種：粘滯耦合器。
技術(shù)特點(diǎn)：流體摩擦可以使結(jié)合平順，并減少NVH;結(jié)構(gòu)緊湊;全密封系統(tǒng)，免維護(hù)。
整車表現(xiàn)：自激勵(lì)(無電控);改善整車操縱性和牽引性;降低扭轉(zhuǎn)NVH;一般不能與基于制動(dòng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的系統(tǒng)相兼容;固定的扭矩表現(xiàn)必須考慮到夏天及冬天的駕駛情況。
3.2主動(dòng)式(電控式)扭矩管理器
車載電子系統(tǒng)監(jiān)控整車參數(shù)，比如油門位置、輪速、方向盤轉(zhuǎn)角和側(cè)向加速度等。通過CAN得到這些信號(hào)輸入后，電控單元(ECU)根據(jù)本身的控制策略，決定向扭矩管理器輸出一定的電流。這種不同大小電流觸發(fā)扭矩輸出裝置，促使多片摩擦裝置結(jié)合來獲得想要的扭矩。
(a)電子液壓式;
(b)電磁激勵(lì)式;
(c)電控馬達(dá)直接作用式。
被動(dòng)式(速差感應(yīng)式)即黏性耦合器的結(jié)合時(shí)間最長，且一般無法對(duì)結(jié)合特性進(jìn)行控制。主動(dòng)式(電控式)扭矩管理器響應(yīng)快，且可以通過ECU進(jìn)行控制，而液壓與鋼球凸輪式機(jī)構(gòu)的結(jié)合曲線也不同，液壓的可以有一個(gè)可調(diào)區(qū)間，且結(jié)合平穩(wěn)，NVH性能優(yōu)于鋼球凸輪式。
4、智能四驅(qū)控制策略
4.1AUTO模式
即扭矩管理器會(huì)通過采集車輛的一系列輸入信息，自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前的行駛狀況，并控制車輛的驅(qū)動(dòng)方式。
AUTO模式：兩驅(qū)轉(zhuǎn)成四驅(qū)
起步或者超車時(shí)急加速過程：
(1)濕滑、越野、冰雪路面;
(2)轉(zhuǎn)彎操作;
(3)爬坡。
4.2LOCK模式
車輛在除特定條件下，均以四驅(qū)的方式行駛的驅(qū)動(dòng)方式。
LOCK模式：四驅(qū)轉(zhuǎn)成兩驅(qū)。
(1)停車場停車過程;
(2)高速行駛;
(3)剎車但ABS不工作。Lock模式下，剎車但ABS不工作時(shí)，扭矩管理器會(huì)保持與剎車前相同的狀態(tài)。
(4)ABS工作;
(5)ESP作用。
5、智能四驅(qū)系統(tǒng)的標(biāo)定內(nèi)容
智能四驅(qū)系統(tǒng)的標(biāo)定除了兩驅(qū)車必須做的標(biāo)定工作外，還有如下路面狀況及工況的標(biāo)定工作需要完成。
(1)停車場機(jī)動(dòng)：要求近似于兩驅(qū)車的良好操控，沒有從電控離合器傳出的明顯抖動(dòng);
(2)一般公路駕駛;
(3)車輛轉(zhuǎn)彎機(jī)動(dòng)：要求良好的車輛穩(wěn)定性，沒有明顯的抖動(dòng);
(4)低附著系數(shù)冰雪路面：要求牽引性能良好，只允許有微量的車輪滑動(dòng)，良好的操控性能;
(5)分離路面過渡工況：要求沒有可感覺到的傳動(dòng)系統(tǒng)抖動(dòng)，過渡到普通路面沒有前后輪傳動(dòng)的粘滯自鎖;
(6)低摩擦系數(shù)路面：要求沒有可感覺到的傳動(dòng)系統(tǒng)抖動(dòng)，沒有不可控的過度和不足轉(zhuǎn)向;
(7)越野砂石路面：要求沒有可感覺到的傳動(dòng)系統(tǒng)抖動(dòng)，沒有過度的車輪滑動(dòng);
(8)備胎：全尺寸備胎(要求對(duì)NVH沒有不利影響)。非全尺寸備胎(要求對(duì)NVH影響盡量小，且能夠應(yīng)對(duì)輪胎直徑最大小10%的備胎)。
6、結(jié)論
開發(fā)智能四驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)的車型具有很大的市場潛力，本文在吉利某車智能四驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合市場上流行的四驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)，簡要闡述了四驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制策略、標(biāo)定內(nèi)容等，并據(jù)此對(duì)該傳動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行指導(dǎo)、評(píng)估。通過對(duì)各種扭矩管理器關(guān)鍵點(diǎn)的比較，控制策略的對(duì)比分析，為吉利后期其它四驅(qū)平臺(tái)的開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)異的四驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)提高車輛的動(dòng)力性和操縱性起著舉足輕重的作用。
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