四驱系统差速器的详细介绍和机械性能.doc

四驱系统差速器的详细介绍和机械性能文：MODI记者组 摄影：图 鸣谢： 汇成洋（Subaru） 审编：健关键词： 四轮驱动 AWD 差速器 中央差速器汽车除了直行，还要转弯。在转弯过程中，由于车体存在宽度，左右轮的回转半径是不一样大的，也就是说在转弯过程中，左右轮的转速是不一样的，可早期的汽车左右驱动轮为刚性连接，轮胎和机械部件在转弯过程中存在相当大的损耗，车子的寿命收到严重的限制，路易斯.雷诺（法国雷诺汽车公司的创始人）通过一个小小的齿轮机构解决了这个问题，并及其形象的将其命名为“差速器”。这个机构及其巧妙的通过一个行星齿轮组（红色部分）将左右两轮的传动轴（绿色部分）连接起来，变速箱的输出轴（蓝色部分）连接到差速器外壳（白色区域）上，带动差速器外壳旋转，差速器内部通过一组行星齿轮（轴固定在外壳上）将动力通过左右半轴传送给两侧车轮，当汽车直线行驶时，差速器外壳、左右轮轴同步转动，差速器内部行星齿轮只随差速器旋转，没有自转。当转弯时，由于汽车左右驱动轮受力情况发生变化，反馈在左右半轴上，进而破坏行星齿轮原来的力平衡，这时行星齿轮开始旋转，使弯内侧轮转速减小，弯外侧轮转速增加，重新达到平衡状态。同时，汽车完成转弯动作。正是差速器的出现进一步推动了汽车的广泛使用，并逐步代替了马车、火车成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。而这种差速器在拥有结构简单、成本低廉、维护方便的优势的同时，一个致命的缺点随着汽车的普及逐渐暴露了出来。当汽车行驶的路况不理想的情况下，特别是左右两侧驱动轮的附着力不一样时（比如冰雪、泥坑、沙地等），由于差速器的作用，越是打滑的车轮将会转的越快，差速器将发动机输出的扭矩大部分甚至全部传送到打滑的车轮上，而没有打滑的车轮却分不到足够的扭矩维持车辆行驶，于是，抛锚发生了。这种现象在野外是致命的，于是，差速器锁诞生了。所谓差速器锁就是在一侧驱动轮打滑的时候能够自动或手动的将左右两侧驱动轮刚性连接（也就是将差速器屏蔽掉，差速器此时不再发生作用），两侧车轮就会以相同的转速旋转，将发动机的输出扭矩平分，很好的解决了抛锚的问题。可是这种差速器锁仅仅适用于越野车的使用，在野外非铺装路面上，路面附着力不大，即便差速器锁止时车轮发生一些打滑也无所谓，至少没有安全性问题。可是在铺装良好的公路上，轮胎与地面的摩擦是相当大的，在高速转弯时差速器锁止是非常危险的，弯道内轮因多余的旋转及摩擦，导致轮胎跳离地面连带利用车轴及悬挂使车体上扬，当内侧车体上扬加上离心力的驱动，很自然就会朝转弯方向的另一侧翻覆。怎么办？有两种解决方案：其一，根据差速器的工作特性，通过ABS（刹车防抱死系统）来解决。在一侧驱动轮发生打滑时，电子传感器收集两侧车轮速度差，当电脑发现转速差超过设定值时，ABS驱动打滑轮的刹车工作，强制降低打滑轮转速，以增加另一侧驱动轮扭矩（好像ESP就是由此发展而来）。如BMW X5使用的ADB-X系统，AudiAllroad使用的EDS系统，VOLVO使用的AOD系统均属此类。但这种工作方式是以保证安全性为首要目的，以牺牲速度为代价的，在频繁的工作状态下容易失效，可靠性不高。作为越来越重视车辆性能的今天，这种系统在高性能车上是决不能容忍的。于是就有了后者。其二，L.S.D(Limited Slip Differential限滑差速器)终于出现了。其实本质上来讲，第一种也可以称为电子式限滑差速器，不过平时提到LSD时，绝大多数是指以机械机构实现限滑的差速器，在本文LSD同样是指后者。限滑差速器，顾名思义就是指两侧驱动轮转速差值被允许在一定范围内，以保证正常的转弯等行驶性能的类差速器。从传动零件的组成上也就是从结构上分可以分为两种：通过螺旋齿轮工作的，和通过离合器工作的。而从其功能上分又可以分为：1WAY、2WAY、1.5WAY三种。螺旋齿轮结构的LSD是指连接左右轮轴的齿轮齿形为螺旋形，有别于普通差速器的直齿形式。正是因为齿形的变化才使其有了限滑的功能，这类LSD又可分为两种：扭力感应式LSD和螺旋齿轮LSD。扭力感应式LSD是将普通差速器的齿轮从齿轮改成涡轮蜗杆，而安装位置和形式并不变，借由涡轮蜗杆传动的自锁功能（涡杆可以向涡轮传递扭矩，而蜗轮向涡杆施以扭矩时齿间摩擦力大于所传递的扭矩，而无法旋转）来实现防滑功能。AUDI著名的QUATTRO就是采用这种结构，下文会有介绍。螺旋齿轮LSD同样是将普通差速器的齿轮从直齿改成螺旋齿，不过不是利用二者摩擦力的不同，而是改变了齿轮的安装位置和形式，通过只有螺旋齿轮才能实现的安装位置和形式，利用齿轮的减速比来限制左右驱动轮转速差的。这种LSD所能达到的最大转速差比较小，所以只适用于前驱车。离合器式LSD是指左右两驱动轮不再通过齿轮连接，而是通过离合片的接合来实现左右驱动轮转速同步的。这类LSD又可分为两种：黏性耦合式LSD和机械式LSD。黏性耦合式LSD是指通过液体实现离合器接合的。其内部充满LSD专用硅油，当左右驱动轮转速不同（即发生相对转动）时，硅油就会受热膨胀，转速差越大，产生热量越大，当达到某一界限时，受热膨胀的硅油就会将离合器压合，使驱动轮同步，实现锁止。而离合器的松开将不取决于驱动轮是否已经同步，而是取决于硅油的温度，这种LSD响应速度快，造价低，体积小，应用普及，但并不适合频繁攻弯的赛车。机械式LSD是指通过压板来实现离合器的接合。机械式LSD响应速度快，灵敏度高，限滑比例可根据压板和离合片的不同组合来实现，可调范围广，但造价高，耐久性不好，需定期保养，故仅应用于高性能的跑车中。同时由于其性能出色，也是厂方与民间高性能化改装的首选结构。1WAY的LSD是指限滑功能仅在加油时起作用的LSD，比如扭力感应式LSD；2WAY的LSD不仅在加油时起左右，在减速刹车时同样会发挥性能的LSD，两种离合器式LSD都有2WAY形式的产品；而1.5WAY的LSD就是在加油时起作用，而在收油时的效果位于1WAY和2WAY之间的一种LSD，比如螺旋齿轮LSD。还有一种差速器是比较特殊的，叫做中央差速器。将它单列出来不是因为其结构特殊，而是因为其安装的位置不同。中央差速器仅会出现在四驱车上，其输入轴安装在变速箱输出轴末端，其两支输出轴分别接到前轴差速器和后轴差速器上。是的，你没有听错，四驱车的确有三个差速器，因为它的四只车轮都是驱动轮，所以前轴和后轴上必须有差速器以调整转弯时外侧车轮和内侧车轮的转速差。而在汽车转向时，前轴的转弯半径与后轴的转弯半径也是不同的，如果没有差速器的话，在弯中加油就会转向不足，收油就会转向过度，无法保证安全性。所以必须装有中央差速器。而中央差速器同样存在前轮或后轮全部打滑时有附着力的车轴却分配不到扭矩的情况，于是中央差速锁成了越野车的必备武器，而中央差速锁也和普通差速锁一样，在野外是张王牌，而到了公路上就只能算“虎落平原”了。中央限滑差速器能够很好的解决这个问题，不过其造价的昂贵直接提高了汽车的制造成本，在竞争越来越激烈的市场中已是不算多见的了。比较常见而且有名的就属AUDI的QUATTRO和SUBARU的AWD、Mitsubishi的ACD等，它们也是现今市场上最先进的恒时四驱技术。AUDI的QUATTRO系统简单的说就是由托普森中央差速器（Torsen）和前后轴上安装的两个普通差速器构成的恒时四驱系统。托普森中央差速器是一种扭力感应式限滑差速器，而前后轴差速器仅仅是普通的差速器（QUATTRO部门生产的高性能车S、RS系列除外，不作阐述。），其防滑的功能是通过ABS系统来实现的，这种防滑原理前面已经提到，不再赘述。QUATTRO系统最大的特点就是它的体积很小，托普森中央差速器和前轴差速器都已经集成在了变速箱的壳体里面，有效的节省了发动机仓的空间，是AUDI车能够允许塞入V8甚至是更加庞大的W12引擎的关键。QUATTRO系统安装在AUDI车上，使AUDI车拥有了更高的性能，虽然它增加了车重，但却使AUDI拥有更平衡的动态曲线。更主要的就是增加了车辆的主动安全性能，这也是AUDI公司开发QUATTRO系统的最原始的初衷。可以说QUATTRO是以实用和安全为考量的四驱系统，如果说它能给车子提供更高的性能，那只能说这是一个附加功能。SUBARU的AWD系统展现的却是另外的一种风格。AWD系统由2WAY黏性耦合式中央差速器（STI生产的车型为2WAY机械式LSD）、前轴普通差速器（STI车型为扭力感应式差速器，这也是为什么普通型WRX比STI更加容易产生转向不足的重要原因）和后轴机械式LSD组成。Torsen和黏性耦合两种中央LSD的区别就是前者通过感应前后轮的扭矩情况决定是否动作，而后者是通过感应前后轮的转速情况决定是否动作，而二者动作的结果都是调节前后轮的扭矩分配。这样的构成形式决定了SUBARU在安全的前提下，更加强调高速操控性能。谈到AUDI的QUATTRO，SUBARU的AWD，就不能不谈WRC，说到了WRC就必然会出现两个选手Subaru的经典车型：S203。Mitsubishi的经典车型：Lancer Evolution VIII。STI之于SUBARU、RALLIAR之于MITSUBISHI就像MGmbh之于BMW、AMG之于M.BENZ，都是车厂旗下的高性能改装部门，而其作品Impreza WRX STI（以下简称STI）与Lancer Evolution（以下简称EVO）的关系就仿佛M5与E55的关系一样，它们是那么的相近，又是那么的不同。就二者的性能表现来讲，差距仅在伯仲之间，可基本的设计理念却是大相径庭。STI与其原型车WRX的关系就好像M3与3Ser，虽然没有什么可以通用的部件，但是却完全基于相同的结构，只不过进行了加强。输出为225HP、300NM的EJ205引擎被从内到外的进行了强化，在更换了更强的周边设备后，达到了280HP、400NM的输出；代号为GDA的车架经过更换更强的板金件并加装底盘强化组件后重新命名为GDB，代表了更强的车架刚度，可以承受更强大的G值；传动系统方面更是将实用的5MT更换为强调性能输出的6MT，虽有损加速表现但却摆了过弯时2档低3档高的局面；以扭力感应式LSD代替了原来前轴普通差速器，带来了更加精准的车头指向；以机械式LSD代替原来的黏性耦合式中央差速器得来的是更加灵活的弯道表现；以铝制前悬挂组件及倒置避震筒代替了原来的铸铁前悬挂和普通避震筒，换来的是更加敏捷的动态响应；整套BREMBO前四后二刹车组合完全不见原厂WRX激走下制动力减弱甚至制动油管爆裂的尴尬。再次重温限量555台的S203引擎舱吧！而EVO之于LANCER却更像GT-R之于SKYLINE。在LANCER的外壳下，完全的大换血，和EJ207半斤八两的4G63T，极其坚硬的车架，以及完全不同于LANCER FF的驱动形式。EVO以前轴扭力感应式LSD、主动式中央差速器和主动式后差速器构成AYC四轮驱动系统。如此之换血应该可以象GT-R一样独立于LANCER之外单独建立一个EVO车系了。解释一下主动式限滑差速器。在EVO和STI上主动式限滑差速器都有应用。EVO的主动式差速器名为ACD（中差）和AYC（后差）；从05款开始，STI也有了主动式中差，名为DCCD。这三种主动式LSD都是离合片形式，与普通离合器式LSD不同的是离合片是否接合不是靠输出轴的转速差反馈到压板，由压板施力将离合片接合，而是由电子系统检测输出轴的转速差，反馈给电脑，由电脑决定接合，便输出信号给电磁或电液系统将离合片接合。工作过程多了电脑的参与，动作更加精确，能够实现传统LSD所不能实现的动作。ACD和AYC是靠电液系统，而DCCD是靠电磁系统。在TOPGEAR（英国BBS电视台冠誉全球的汽车节目）对比STI和EVO的录像中，整个影片中主持人都是在夸奖EVO的ACD和AYC动作系统，原其能在保证车子优秀循跡性的前提下，最大限度的发挥引擎的动力性能，稍嫌简短的赛道时间对比上，EVO也是以1.1秒的优势取胜，要知道STI跑完赛道的时间也不过1：30秒，不可谓差距不明显，就在我以为这次EVO是大赢家的时候，在结尾两位主持人简短的对话让我瞠目结舌。（名字记不住了，暂以A，B代替） A：它（EVO）太快了，竟然可以和Lamborghini的Murcielago一样快。B：简直不可思议，它是一辆非常快的车子。 A：也就是说，如果你要在赛道上跑得更快，一定要选EVO8，但是，你会选择哪一个？ B：Impreza，想都不用想。怎么会这样？！重头再看，仔细再看。终于，我发现了，他们最大的差别在于弯道，让我从结构谈起。ACD和AYC的配合是EVO能完胜STI的原因，不过，恐怕这也是让两位主持人更倾向于STI的原因。ACD：主动式限滑中央差速系统；AYC：后轮主动式扭力分配系统。二者的实质就是加装了N多电子传感器的两组LSD（限滑差速器），且由同一台电脑控制，也就是二者是同时发生作用的。不同就是ACD装在前后轴之间，作用是主动调节前后轴扭力分配；AYC装在后轴，用于主动调节左右后轮的扭力分配。以接近轮胎极限的速度下左转为例，将整个弯角分为两个部分来看ACD和AYC的动作过程。首先入弯时，当电脑检测到车体减速并有转向动作时：ACD会将扭矩分配倾向于后轮，以抵消EVO较重的车头引起的转向不足，AYC又会将较大的扭矩分配给左后轮，以尽量避免在入弯过程中出现的转向过度，ACD和AYC在及其短的时间内往复循环上述动作，而最终表现在车身上的是EVO在入弯过程中以略为推头（转向不足）并逐渐倾向于中性的姿态冲进弯角。（但是，正是由于ACD和AYC的存在，一旦EVO的入弯速度过高，那么它将带给你的是推头，疯狂的推头。）到达弯道顶点后，在加油出弯的过程中AYC又会将较大的扭矩分配给右后轮产生转向过度来帮助车头迅速指向出弯的方向，这种后轮扭力分配的方式甚至会让左后轮离开地面（在各种EVO的录像中早已屡见不鲜）。而ACD又会将较大的扭矩分配给前轮以抵消AYC动作所产生的部分转向过度，而最终表现在车身上的是EVO在出弯过程中以略为甩尾（转向过度）的姿态和轻微的滑移动作冲出弯角。（看着没，说着说着就又离地了）。ACD和AYC是由同一个电脑控制的，二者的动作是同时的、迅速的、连续的，却又起着完全相反的效果，EVO正是在二者不断的调节与纠正下，以近乎于完美的姿态通过弯角，而驾驶员所需要做的就是稳住方向盘，不断的提高速度。同样的弯角，于STI却又是另外一番风景，入弯是推头的，大脚油下去，它就会给你脸色，甩给你看，出弯竟然也是推头的，电影里最后一个左弯呼的一下，STI就冲进了草地。无可否认，EVO的四驱系统是先进的，是非常先进的，以至于它的对手都要向它学习，05款STI也开始在AWD系统中加装了DCCD，其实就是SUBARU版本的ACD系统，只不过DCCD不是象ACD那样是全时的，是和AYC一样有开关的，而且可以固定于65:3535:65间的任意一个值上。有人要说“看来EVO真的是比STI强啊，技术先进，速度更快，TOPGEAR这黑哨是不是吹的有点太明显了啊！”且慢，人家没说EVO不好啊，人家TOPGEAR有说EVO快啊，而且是不可思议的快。但是，我很清楚的知道，我是driver，并不是racer，我需要的是沟通，人和车之间的沟通、交流，建立在这些基础上的速度我叫它驾驶乐趣，而不是EVO那种简单的快，程式化的快。 一辆优秀的运动型轿车，速度仅仅是它的一方面，当然也是必要的，慢得和公交车似的就不叫运动型轿车了。更重要的是操控性要好。什么样的算好？首先要能够忠实的执行驾驶者的每一个命令，当然是要在车子的能力范围内了，而这个能力的界限应该是模糊的，也就是从受控到失控一定要有一个渐进的过程，不应该太神经质了，我们需要的是轿车不是赛车；其次它应该能够和驾驶员进行良好的沟通，把有用的信息反馈回来，把没有用的淘汰掉，通过良好的反馈让人和车统一在一起。在驾驶的感觉上，STI和EVO就像下面这样： Driver方向盘、踏板STI傲人的性能 方向盘、座椅、踏板 Driver方向盘、踏板EVO傲人的性能 方向盘、座椅、踏板ACD、AYC EVO相较于STI多了ACD和AYC电子系统，这无疑是先进的，但在先进技术应用的同时，最原始的应该由驾驶员来决定的事情，好大一部分都被AYC代替了。正所谓鱼和熊掌不可兼得，要想以不是非常NB的技术在弯中获得绝对优化的路线和状态，那EVO的确是不二之选，但必然要损失掉很多原始的驾驶感受；如果你更看重和爱车的沟通，而并不在乎在某个弯角比人家慢个几分之一秒的化，STI将会是你忠诚的伙伴。EVO和STI都是这一等级的运动轿车的颠峰之作，非要在二者间得出 个谁是谁非的结论的话，是没有意义的，只能说你喜欢谁的风格。（本文文字资料部分由SUBARU代理商汇成洋公司提供，本网只对部分语句进行编辑，文中观点及立场不代表本网站立场。）