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四驅車
來源:互聯網

四驅車(Four-wheel drive),是前后差速聯動四輪驅動的汽車。發動機動力傳至四個輪胎,所以四輪都可發力。普通兩驅車當其中的一只驅動車輪打滑時,其他的驅動車輪也會失去動力。這時,車子便不能行駛了,如果車子是四輪驅動的話,那么另外的兩只車輪仍然能發揮牽引力。四驅車越野性能優越,在野外山坡、灘涂、泥地、沙漠也可以應付自如。可按行駛路面狀態不同而將發動機輸出轉矩按不同比例分布在前后所有輪子上,以提高汽車的行駛能力。

1907年,奔馳汽車公司接到了一個特殊的訂單,客戶需要他們制造一輛能夠應付各種惡劣路況的汽車。后由公司創始人戈特利布·戴姆勒的兒子——保羅·戴姆勒在反復的研究和試驗后,打造出了世界上第一輛四驅汽車—Dernburg Wagen。

四輪驅動一般用4X4或4WD來表示,四輪驅動是越野車獨有的驅動方式,四驅開始在一些中高檔轎車和豪華跑車上逐漸普及。與大部分越野車應用的分時四驅技術不同,豪華運動軌橋車搭載的全時四驅技術,更注重輪胎抓地力,提高操控性。根據動力分配情況以及驅動力控制系統的不同,四輪驅動可以簡單地分為適時四驅(Real-Time)、分時四驅(Part-Time 4WD)和全時四驅(All Wheel Drive,AWD)三大類。其中,適時四驅又叫智能四驅,一般用在城市型SUV等對通過性要求不高的車型上,而分時四驅則一般用在對通過性要求極高的SUV等車型上;全時四驅則一般用于一些豪華車型以及一些注重操控的車型上。

歷史沿革

1907年,奔馳汽車公司接到了一個特殊的訂單,客戶需要他們制造一輛能夠應付各種惡劣路況的汽車。這個極富挑戰的任務,由公司創始人戈特利布·戴姆勒的兒子——保羅·戴姆勒負責完成。憑借之前在四輪驅動軍用牽引車及裝甲車方面的經驗,保羅·戴姆勒在反復的研究和試驗后,打造出了世界上第一輛四驅汽車—Dernburg Wagen采用了6座旅行車的車身設計,車長4.9米,寬1.42米,包括頂蓬高度超過2.7米,載重量約為3.6噸左右。它裝配了全時四輪驅動以及四輪轉向系統,以此提高操控性和通過能力。Dernburg Wagen的爬坡能力比其它汽車增加了25%,公路行駛速度可達40公里/小時。 同時,特別針對熱帶地區設計的冷卻系統和裝配在所有動力傳輸部件上的細粒流沙防護罩,都使Dernburg Wagen可以適應更惡劣的氣候和地形。

Dernburg Wagen的問世具有劃時代的意義,采用的四驅技術大大增強了汽車的路面適應性,使得汽車的應用范圍變得更加廣泛。自此,四驅技術開始為眾多的汽車廠商所關注,并投身于對該項技術的研發和應用中。緊接著,軍用越野車的開發奠定了奔馳在四驅技術上的領先地位。1926年,剛剛合并成立的戴姆勒-奔馳制造出了高牽引力的三橋G1(W 103系列)。隨后在1928年和1929年,G3和G3a又接連問世。盡管還缺乏真正的四輪驅動性能,但是這幾款轎車均是通過兩個后橋來提供驅動力,因此成為了非常理想的越野車。1933年,更加強勁的全地形汽車G4(W 31系列)也基本上采用了同樣的設計。在1938年的倫敦車展上,梅賽德斯-奔馳更推出了同樣具有劃時代意義的G5(W 152系列)。在1979年,梅賽德斯-奔馳復興了經典的G系列四驅越野車,可靠的分時四驅技術使G系列越野車能夠輕松通過復雜、艱難的越野地形。

最早的四驅系統只是為了能讓四個車輪一起轉動,從而帶來更強大的牽引能力,沒有考慮到車輛在轉彎時車輪的不同速度,最常見的就是前后橋剛性連接的恒時四驅,為了解決速差的問題,采用了被視為高科技的四輪轉向系統,只不過后輪的轉向與前輪相反,這樣就可以使不同側的前后輪在轉彎時保持在同一圓弧上,基本避免了速差。柄控制兩驅和四驅的切換,掛上四驅時,前后軸以50:50平均分配動力,這就是半時四驅系統。因為這種結構在分動器內沒有中央差速器,而無法把前后軸的轉速調整一致。這種四驅系統帶來了先天的不足,就是在摩擦力很強的硬路面上無法使用,不然,差速器、傳動軸、分動器都會損壞。最開始采用純機械結構,但不能做到0-100%動力分配,即使出現了電子控制的LSD限滑差速器,也很難達到極限驅動狀態。而100%鎖止的Airlock則是所有LSD中最好的一組,它是唯一可完全鎖止差速器的裝置,是通過壓縮空氣來推動的。

第二次世界大戰以后,隨著四驅技術的發展,全時四驅系統開始得到廣泛應用,它除了前后兩個差速器外,在前后軸之間還有中央差速器,這就合理地解決了半時四驅固有的問題。中央差速器的動力分如今很多城市SUV也標榜自己的四驅技術,平時是以前驅為主,當前輪打滑時,傳感器的信號傳遞到中央差速器,使動力部分轉移到后輪,但這種所謂智能四驅技術效率比較低,很難滿足越野車苛刻的使用要求。

分類

四輪驅動一般用4X4或4WD來表示,現今四驅開始在一些中高檔轎車和豪華跑車上逐漸普及。與大部分越野車應用的分時四驅技術不同,豪華運動軌橋車搭載的全時四驅技術,更注重輪胎抓地力,在提高操控性的同時帶來更多駕駛樂趣。根據動力分配情況以及驅動力控制系統的不同,四輪驅動可以簡單地分為適時四驅(Real-Time)、分時四驅(Part-Time4WD)和全時四驅(All Wheel Drive,AWD)三大類。其中,適時四驅又叫智能四驅,一般用在城市型SUV等對通過性要求不高的車型上,而分時四驅則一般用在對通過性要求極高的SUV等車型上;全時四驅則一般用于一些豪華車型以及一些注重操控的車型上。

分時四驅(Part-Time 4WD)

分時四驅(Part-Time4WD)是一種駕駛員可以在兩驅之間手動選擇的四輪驅動系統。駕駛員根據路面情況,通過接通或斷開分動器來實現車輛在兩輪驅動或四輪驅動模式中間自由切換。分時四驅也是偏重通過性能的越野車或四驅SUV最常見的驅動模式。其最顯著的優點是可根據實際情況來選取驅動模式,比較經濟。在公路上行駛使用兩輪驅動,而當遇到雨雪路況時,選擇四輪驅動,增強了車輛的附著力和操控性。因為分時四驅是依靠操作純機械裝置--分動器來實現兩驅與四驅的切換,所以它的優點是結構簡單,穩定高,堅固耐用,但缺點是必須車主手動操作,有些甚至結構復雜,不止一個步驟,同時還可能需要停車操作,這樣不僅操作起來比較麻煩,而且遇到惡劣路況,因為是人工操作,對駕駛員的技術有著較高的要求。

分時四驅由于分動器內沒有中央差速器,所以分時四輪驅動的為車不能在硬地面上使用四驅,特別是在彎道上不能順利轉彎。這是因為分時四驅在分動器內沒有中央差速器,而無法把前后軸的轉速調整所致。汽車轉向時,前輪轉彎半徑比同側的后輪要大,轉速比后輪快,以致四個車輪走的路線完全不一樣,因此分時四驅只可以在車輪打滑時才掛上四驅,一回到摩擦力大的鋪裝路面應馬上改回兩驅。故分時四驅在正常行使狀況下采用的是兩輪驅動,而只有當需需要通過惡劣路面時,駕駛員可以通過分動桿把兩輪驅動切換成四輪驅動,讓四個車輪都提供驅動力,此時才是四輪驅動狀態。分時四驅現在一般應用在一些純種SUV等強調通過性的車輛上,如克萊斯勒牧馬人、三菱帕杰羅以及長城哈弗H6、榮威W5等。

適時四驅(Real-Time)

適時四驅(Real-Time),顧名思義,就是指只有在適當的時候才會采用四輪驅動,而在其他情況下仍然是兩輪驅動的驅動系統。這個名稱是有別于需要手動切換兩驅和四驅的分時四驅以及所有工況下都是四輪驅動的全時四驅而來的。適時四驅也叫智能四驅,和分時四驅系統相似,適時四驅在正常情況下也是兩輪驅動。適時四驅和分時四驅的最大區別在于其兩驅和四驅的切換是自動進行的,而分時四驅是由人工通過機械裝置來切換的。此外,適時四驅系統帶有中央差速器,可以在任何狀況下行駛,這也和分時四驅有著明顯的不同。采用適時驅動系統的車輛可以通過電腦來控制選擇適合當下情況的驅動模式。在正常的路面,車輛一般會采用RWD的方式。而一旦遇到路面不良或驅動輪打滑的情況,電腦會自動檢測并立即將發動機輸出轉矩分配給前排的兩個車輪,自然切換到四輪驅動狀態,免除了駕駛員的判斷和手動操作,應用更加簡單。全球采用適時四驅技術的車型大致有兩大分支:一是以采用瑞典HALDEX公司提供的四驅為代表的歐系車,如大眾的大眾途觀、帕薩特R36、高爾夫R20福特德國的KUCA等;另一分支則是以日本JECKT公司提供的四驅為代表的日系車,像豐田汽車豐田RAV4漢蘭達等。

適時四驅從誕生開始,大致經歷了三個發展階段,每個階段的構造和性能都有所區別。早期的適時四驅是純機械的,是通過液力耦合器來實現自動向后輪分配動力。這種四驅的核心部件就是這個液力耦合器,在這個耦合器中充滿了硅油,輸入軸和輸出軸一端與浸沒在硅油中的葉輪相連,另一端則與前后差速器相連。在正常行駛的時候,前后車輪保持相同的速度運轉,液力耦合器的兩個軸之間不存在轉速差。當前輪出現打滑的時候,轉速會超過后輪,從而導致耦合器里的兩個葉輪之間出現轉速差,這種轉速差會導致硅油升溫而黏度迅速升高,從而將動力傳遞給后輪。這種適時四驅的結構比較簡單,不需要電控元件,但由于它需要當前后車輪出現明顯轉速差的時候液力耦合器才能介入,因此其響應速度比較慢,無論是在提高越野性能還是通過性能的時候,都會明顯遜色于全時四驅。

隨后,適時四驅開始通過電子裝備來解決之前機械式帶來的問題,此時中央差速裝置被多片式離合器所取代,它的開與合則由電子控制單(ElectryonicControl Unit,ECU)來掌控。前后車輪的輪速傳感器會將實時的輪速反饋給ECU,一旦ECU檢測到前輪的轉速比后輪快,就會迅速發出指令給多片式離合器,從而向后軸傳遞力。由于有了電控系統的加人,此時的適時四驅在響應速度上大幅度提高,而且在分配動力比例上,也可以做到智能化控制。另外多片離合器在完全結合時可以達到硬連接的效果,因此不僅使傳動效率比機械式更高,而且使得鎖死差速裝置成為可能。而適時四驅系統則是以第三代HALDEX四驅為代表的智能電子式適時四驅。與過去的適時四驅相比,最新的適時四驅增加了預載功能,可以通過前輪的運轉情況來實現預判斷,在前輪有打滑趨勢之前就預先接通,理論上已經做到與全時四驅類似的效果。另外這種適時四驅還可以做到正常行駛情況下,前后軸之間的動力分配恒定在90:10。從某種意義上說,這種四驅已經可以算作是全時四驅了,許多采用這種四驅的歐洲車型,甚至已經在其車型上標注了AWD的標志。

全時四驅(AWD)

全時四驅(AWD)又叫恒時四驅系統,顧名思義,其四個車輪一直有都是驅動輪,汽車在行駛的任何時間,所有輪子均獨立。因為前后車輪永遠維持四輪驅動模式,故這種傳動系統不需要駕駛員選擇操作。裝備全時四驅系統的車型在正常行駛時將發動機輸出轉矩按一定比例分配到前后輪上,永遠保持四驅狀態。全時驅動系統具有良好的駕駛操控性和行駛循跡性,有了全時四驅系統,就可以在鋪裝路面上順利駕駛。但其缺點也很明顯,那就是比較廢油,經濟性不夠好。

此外,與分時四驅相比,其通過性相對較差,只是比適時四驅系統好。全時全輪驅動車輛會比兩驅車型(2WD)擁有更優異與安全的駕駛基礎,尤其是碰到極限路況或是激烈駕駛時。理論上,AWD會比2WD擁有了更好的牽引力,因為車子的行駛是依據它持續平穩的牽引力,而牽引力的穩定性主要由車子的驅動方法來決定,將發動機動力輸出經傳動系統分配到四個輪胎與分配到兩個輪胎上做比較,其結果是AWD的可控性、通過性以及穩定性均會得到提升,即無論車輛行駛在何種天氣以及及何種路面(濕地、崎嶇山路、彎路上)時,駕駛員都能夠更好地控制每一個行跡動作,從而保證駕駛員和乘客的安全。而在正常駕駛時,全時四驅的轉向風格也很有特點,最明顯的就是它會比兩驅車型轉向更加中性,通常它可以更好地避免前驅車的轉向不足和后驅車的轉向過度,這也是駕駛安全性以及穩定性的特點之一。也正因為AWD的存在,才為汽車提供了"主動安全、主動駕駛"的機會。應用這種技術的廠家已經有不少,這其中包含我們熟悉的奧迪Quattro、大眾4motion、奔馳4MATIC、謳歌SH-AWD。

四驅系統關鍵部件

汽車的驅動方式對于一款汽車來說是極為重要的,特別是對于一些強調通過性的越野車型而言更為重要。對于汽車的驅動系統來說,除了發動機的動力要強勁外,一些關鍵部件也對汽車的行駛性能產生重要影響。這些關鍵部件主要是分動箱、差速器等。

分動箱

所謂分動箱,顧名思義就是將發動機的動力進行分配的裝置,其可以將動力輸出到一根車軸或者兩根車軸,在部分重型越野車或者軍用車輛上,甚至可以將動力輸出給三根或者更多的車軸。帶有分動箱的汽車,動力都是先由傳動軸傳遞到分動箱,再由分動箱來分別傳遞到前軸和后軸,并且可以在后驅和四驅之間切換,多使用在硬派越野車上。分動箱的內部構造類似于汽車變速器,可以看成是只有兩兩個速比四個檔位的手動變速器,是通過兩組齒輪實現分離和連接的,它的結構和原理類似于變速器的一軸和二軸。分動箱和變速器一樣也有其自己的換擋機構,也就是我們常見的兩驅(2H)、四驅(4H)、空檔(N)和低速四驅(4L)等幾個檔位。切換時,扳動分動箱的檔把,通過撥叉將動力與傳動軸接通和斷開,實現在兩驅、四驅(4H)以及低速四驅(4L)之間的切換。因為其沒有同步器,在切換過程中,為保護齒輪也為了更易于換檔,增加了空檔(N)。其中,只有四驅(4H)和低速四驅(4L)時有著不同的速比,在低速四驅(4L)模式下,其速比更大,起到降速增矩的作用,從而提高汽車的通過能力。

差速器和差速鎖

當汽車在直線行駛時,汽車的四個車輪的轉速完全相同,左右車輪的轉速差為零。而當汽車轉彎時,由于汽車有一定的寬度,左右車輪的轉彎半徑必然不同,內側車輪的轉彎半徑小于外側車輪,這樣就導致左右車輪存在一定的轉速差。早期汽車的左右車輪一般采用的都是剛性連接,這樣必然會導致轉速較慢的車輪被轉速較快的車輪拖著走的情況出現,這就加速了轉速較慢的車輪輪胎的磨損,減小了輪胎壽命。為解決這個問題,可以實現左右車輪差速行駛的差速裝置--差速器應運而生。差速器顧名思義,就是可以實現差速的裝置,其作用就是是在向兩邊半軸傳遞動力的同時,允許兩邊半軸以不同的轉速旋轉,滿足兩邊車輪盡可能以純滾動的形式作不等距行駛,減少輪胎與地面的摩擦。普通差速器主要由行星齒輪、行星輪架(差速器殼)、半軸齒輪等零件組成。發動機的動力經傳動軸進入差速器,直接驅動行星輪架(差速器殼),再日由行星輪帶動左、右兩條半軸,分別驅動左、右車輪。當汽車直行時,左右半軸的轉速相同,而在汽車轉彎時,行星齒輪機構可以將內側輪轉速減小,外側輪轉速增加,避免輪胎過快磨損。

四驅車型

奔馳GL系列

2006年1月,奔馳GL級系列在北美國際車展上首度全球亮相。得益于堅固異常的輕量化結構,新款GL級擁有著競爭對手無法比擬的行駛平順性、動態性和安全性優勢。而作為標準配備的4MATIC全時四輪驅動系統,能夠為GL級在各種條件下提供最佳的動態操控性。

Jeep牧馬人RUBICON

代表了最高級越野水準,高達4.11:1的越野低速擋以及前、后橋的機械式差速鎖,保證了它的極限越野能力甚至可與梅賽德斯-奔馳G級并駕齊驅。但其劣勢同樣明顯:純粹手動操縱的可接通式四驅系統雖保證了強大的可靠性,但由于缺少自動化限滑輔助設備,導致這套驅動系統對于混合路況以及鋪裝路面的行駛毫無優勢可言。正是這兩條軟肋抵消了它在極限通過性能上的優勢,所以雖然特點鮮明,但綜合性能并不值得稱道。當然,這款車的追求者們顯然可以對這兩項指標熟視無睹,因為純正的越野血統才是它真正的精髓所在(圖10-30)。驅動系統與它類似的車型還有日產途樂和豐田陸地巡洋艦7系。只是前者缺少了一個前差速鎖,極限通過性能會打一些折扣。

奧迪Q7

奧迪QUATTRO最核心的裝置就是中央扭矩感應自鎖式差速器,它可以根據行駛狀態使動力輸出在前、后橋間以25:75~75:25連續變化,而且反應十分迅速,幾乎不存在滯后:再加上有電子穩定程序的支持,更進一步提高了動力分配的主動性。由于是從賽車場延伸至民用領域的產物,所以這套系統在鋪裝路面的性能可以得到滿分,同時由于自動化程度很高,而且扭矩感應自鎖式差速器的反應迅捷,在混合路況的表現也能得到滿分。但如果真正進行極限越野,它就會明顯地暴露出劣勢所在:沒有可以預先100%鎖止的限滑裝置,扭矩感應自鎖式差速器和制動干預系統的極限輔助能力實在有限,而且缺乏可以將扭矩成倍放大的越野低速擋。當然奧迪的工程師們說,奧迪Q7本來就是一款并不注重越野性能的新型SUV,所以它的定位以及消費群體或許就說明了越野雙對于它來說純粹是"附屬產品"。

豐田陸地巡洋艦100和雷克薩斯LX470

雖然屬于同一車型系列,但豐田陸地巡洋艦100的四驅系統也分為很多種,以下就以其頂級版本為例:全時四驅、中央機械式差速鎖、越野低速擋利制動干預系統(整合了牽引力控制系統的車輛穩定控制系統VSC)。陸地巡洋艦總是給人以吃苦耐勞的印象,但實際上,那些真正扮演吃苦耐勞角色的陸地巡洋艦,所配備的四驅系統是一套與Jeep牧馬人牧馬人 RUBICON類似的可接通式四輪驅動。其實與路虎攬勝相比,它的本質性變化就是把中央扭矩感應自鎖式差速器換成了常規差速器,并裝有機械式差速鎖。這一差別帶來的實際功效就是,由于動力分配的自動連貫性降低,所以陸地巡洋艦100的鋪裝路面性能以及混合路況性能要比攬勝稍遜,但卻換來了更強的極限通過性能以及可靠性??傮w而言,這是有利于車型定位的裝配。而且如果裝有前、后橋差速鎖,它的極限通過性能還會得到進一步提升。

沃爾沃XC90和寶馬X3

液壓多摩擦片式可接通四驅、制動干預系統(整合了牽引力克制系統的動態穩定程序DSC),作為城市SUV的定位,它們擁有幾乎相同的四驅系統沃爾沃的HELDEX和寶馬的X-DRIVE。這套系統的工作方式就是,在前橋發生打滑的一瞬間,多摩擦片系統鎖止,將動力傳遞至后橋,并以制動干預系統輔助。所以這套系統由于自動化程度很高,在混合路況的表現比較出色,能夠提供更強的主動安全生,但對于越野行駛來說,顯然連貫性不足,而且簡單的系統也無法提供足夠的可靠性。

相關事件

2024年2月2日,河南南陽市一位送娃途中的大哥駕車順手拉出雪地被困的兩輛載客公交,同時表示自己的車是全時四驅,所以有自信能做到。

參考資料 >

奔馳:四驅技術的先驅.新浪汽車.2024-02-04

揚子晚報.抖音短視頻.2024-02-03

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