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四轮驱动学习笔记 2.1(Part Time 4WD )

Part Time 4WD 的解决方案可以用简单粗暴来形容。前面说了差速器是为了解决动力供给和轮子独立性共存的问,Part Time 4WD 说我不需要这两个共存,我二选一。具体做法是这样的,首先这种车都没有中央差速器,平时纵轴是断开的,动力要么去前轴(Nissan Xterra)要么去后轴(Jeep Wrangler),这就是保持轮子的独立性的两驱车。当需要的时候,可以手动将纵轴连起来(2H-4H-4L),两驱车变成了四驱车。但由于纵轴上没有差速器,前后轴也因此失去了转动的独立性。
代表车型:Jeep Wrangler,Nissan Xterra,估计一些皮卡也是。
优点:四驱模式下纵轴锁死,前后动力可以保证50/50分配. 适合可预期的路面 (越野四驱)
缺点:四驱模式下前后轴失去了转动独立性,拐急弯或画龙对轮胎和机械部分都会有损伤。需要在限速下行驶。不是在路况持续变化的公路上使用的四驱。
视频:下面的视频是讲Jeep Wrangler的四驱,视频里也讲了牧马人对前后轴差速器如何做限滑,这个我在后面再单独说:


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  • 枫下家园 / 我爱我车 / 四轮驱动学习笔记(前言) +3
    本文发表在 rolia.net 枫下论坛刚刚看了新一代作死的Audi Quattro With Ultra Technology的介绍, 我整个人一下子都不好了。 原先以为Audi会只把Haldex版的Quattro留在A3, Q3和TT上,没想到居然用类似的东西换汤不换药的把A4,Q5也给改了。经过几代人的努力,Audi终于把Quattro做成类似丰田RAV4的四驱。那Quattro基本就到此为止吧,我不会再因为Quattro买Audi了。

    毫不谦虚的说我是祖传三代车盲。机械知识也是体育老师教的。所以我下面写的东西看过笑笑就行了。之所以花时间学习四轮驱动主要有两个原因,1. 我在芝加哥和多伦多每周往返过两年。7年前冬天某天我在密西根高速上打滑转圈,车速并不快,车是速霸路加雪胎。后来想想打滑原因除了车技及经验很糗以外,很可能是遇到了冰面。但后来我对速霸路的四轮驱动也有了怀疑,所以想研究一下它到底是如何工作的。2. 两年前换车时把四轮驱动(难以理解地)作为硬指标,当时和以后都看了不少相关的信息。也由于以上原因,我对特定的Subaru和Audi四轮驱动了解多一些,可以黑它们多一点。其他的四驱就不敢胡扯太多。

    把我的笔记放上来,目的不是来评价各种四轮驱动的优劣。这个本身就很难评价,我认为四轮驱动40%的信息是可以在网上找到并参透的。但60%的信息都被没有被厂家公开,许多细节都不透明。具体来讲,你可以把机械式的限滑差速器的原来讲得很清楚。对于电控型限滑差速器,从打滑信息的检测,到ECU如何对信息做出判断,发出指令的过程是什么样的,指令如何执行等等这些网上都没有很具体的解释。也正因如此地球人也都忙着做各种的实测比较。这些测试可以在YouTube上看上一个月,看完了也不会有太多结论。我的笔记也不是纠结于对各种AWD, 4WD作名词解释。这些名词已经用得很混乱了。与其关注字面,倒不如看看各种四驱实际如何操作。我的主要目的是把各式各样的四轮驱动按照我的理解来归类整理并简单说明原理。以后有类似的话题就不会再被老农给蒙了。

    当然最后也烦请武老板用电动车四驱优势作总结性发言。请把掌声保留给武老板。更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
    • 四轮驱动学习笔记1(差速器)
      理解四轮驱动一定要先理解差速器,除非特指,这里说的差速器对应的是Open Differential。
      除了自行车,三轮车,摩托车这样单轮驱动的车以外,所有其他在路面上行驶的车,无论是两轮驱动或四轮驱动,都应该有差速器。差速器的存在是为了能解决以下矛盾:车每个轮子的转速会不一样但是动力又要到达每对驱动轮。说俗点就是既要找个棍子把两个驱动轮连起来又要把棍子断开来保证每个轮子的独立性。差速器很好的解决了这个矛盾。
      • 关于差速器的解释我最喜欢这个视频 +1
      • 还有这个,听不懂但光看就行。看看他老人家是怎么把单轮驱动的三轮改成后轮驱动的 :) +1
      • 正如你对Audi开始戒毒,我对Subaru也在开始戒毒。很多中低Subaru 型号上的AWD 性能越做越差,一直在缩水。
    • 以后有类似的话题就不会再被老农给蒙了。黑得漂亮 +3
    • 四轮驱动学习笔记 2(中央差速器) +2
      理解了差速器那其实最简单的四轮驱动就可以做出来了。只要在前后轴和纵轴上各加一个差速器就行了。但差速器有个不可回避的弱点:如果差速器一边的轮子打滑,发动机来的动力都会去打滑的轮子,而不打滑的轮子拿不到动力。如果不加以修改,结果就会是这样:差速器一边陷在雪堆里的轮子拼命地转,但另一边着地的轮子却纹丝不动。所以只靠三个差速器是不能做出一个实用的四驱车(实际上真正物理上保留了三个差速器的厂商据我所知也只有MB的4Matic)。几乎所有的四轮驱动车厂商都是围绕着三个轴上的差速器来找解决方案。要么是替换掉差速器,要么是保留差速器但叠加一些硬件或软件功能。你如果想了解你的车四轮驱动是如何工作的也不妨围绕着这三个节点来看。

      那我们先讨论一下中央差速器这个节点的解决方案,然后再说说前后轴差速器这两个节点的解决方案。

      中央差速器解决方案大致可以分为四种,各有各的优缺点:
      1. Part Time 4WD -不用差速器,代表车Jeep Wrangler
      2. Viscous Coupling -我管它叫热浆糊CD光盘型限滑差速器
      3. 齿轮型-代表人物就是我们常说的拓森限滑差速器啦
      4. 离合器型 -鱼龙混杂型 :)
      这四种互相又有重叠,所以分类也会有争议,我只能说最基本的啦,要不然会越说越乱。
      • 四轮驱动学习笔记 2.1(Part Time 4WD ) +1
        Part Time 4WD 的解决方案可以用简单粗暴来形容。前面说了差速器是为了解决动力供给和轮子独立性共存的问,Part Time 4WD 说我不需要这两个共存,我二选一。具体做法是这样的,首先这种车都没有中央差速器,平时纵轴是断开的,动力要么去前轴(Nissan Xterra)要么去后轴(Jeep Wrangler),这就是保持轮子的独立性的两驱车。当需要的时候,可以手动将纵轴连起来(2H-4H-4L),两驱车变成了四驱车。但由于纵轴上没有差速器,前后轴也因此失去了转动的独立性。
        代表车型:Jeep Wrangler,Nissan Xterra,估计一些皮卡也是。
        优点:四驱模式下纵轴锁死,前后动力可以保证50/50分配. 适合可预期的路面 (越野四驱)
        缺点:四驱模式下前后轴失去了转动独立性,拐急弯或画龙对轮胎和机械部分都会有损伤。需要在限速下行驶。不是在路况持续变化的公路上使用的四驱。
        视频:下面的视频是讲Jeep Wrangler的四驱,视频里也讲了牧马人对前后轴差速器如何做限滑,这个我在后面再单独说:


      • 四轮驱动学习笔记 2.2(Viscous Coupling) +1
        Viscous Coupling保留了中央差速器并加入了一些限滑措施。这类的差速器叫作中央限滑差速器。具体做法是这样的(由于没法画图所以你可以跳过直接看视频会更直观):它在差速器上加了一组碟片,在碟片的容器里面加上一种粘稠的液体。用通俗的办法来形容,就好比你有一桶空白CD通过轴心落在一起,CD桶里充满了浆糊。碟片1,3,5…通过轴心1连纵轴前段,碟片2,4,6…通过轴心2连纵轴后段。平时由于前后轴速度基本一样,所以所有碟片都按照一个速度以轴心转动。当前轮上了冰面 时候,由于差速器的特性所以前轴开始飞转,这时碟片1,3,5…会比2,4,6…转得快。但碟片之间的浆糊由于粘性会让碟片间的速度差不会无限增长。这就限制了失滑带来的前后轴速度差。而且由于碟片速度差带来的摩擦升温也使液体粘性增加。假设浆糊能够变成502胶水,前后轴就等同于锁死(类似差速锁的功能),那么动力就会50/50分配, 而不是都去失滑的前轮。当前轮离开冰面的时候,粘液和碟片就会回到初始状态,限滑差速器又变回了普通差速器。
        代表车型:很久很久以前它很流行。Audi,宝马全用它。现在用它的很少。但速霸路WRX以外的手动档还在用。一些便宜的四驱车可能还在用。
        优点:简单,机械式直接触发,避免了把打滑信息转成电子信后再触发限滑这个复杂过程。
        缺点:浆糊就是浆糊,它不可能做到完全锁死。虽然是直接触发,但浆糊的反应会有迟滞,所以它比齿轮型反应低了一个档次。浆糊的粘性随时间增长会逐渐消失,有一种说法是6万英里以后粘液就失效了。这时限滑差速器就变成了普通差速器,这个车主是无法提前知道的。
        视频:我认为这个是讲得最清楚的视频:


      • 四轮驱动学习笔记 2.3(齿轮型) +1

        齿轮型中央限滑差速器是在中央差速器基础上增加了一套限滑作用的齿轮。Audi引以自豪的机械式Quattro用的托森就是这样的差速器。首先需要明确的是Quattro不等于托森,中央限滑差速器只是解决了前后动力重分配的问题。其次Audi不是唯一用托森的厂家,Audi和丰田是两家用托森用得最多的。托森也是丰田子公司的产品。托森的精华在于它巧妙地利用了蜗轮蜗杆的自锁性:蜗杆能转蜗轮,但蜗轮不能转蜗杆。对于不是学机械的人来说,理解托森是个比较烧脑的过程。所以这里我就不敢多说了。
        代表车型:Audi A5, A6,A8,Q7. 丰田4runner,手档的 FJ Cruiser,陆地巡洋舰,凌志GX,LX
        优点:反应快,机械触发式,动力调整也是在同一套机械中,在打滑发生时它的动力调整已经完成了,电控型的限滑差速器反应再快可能也赶不上它。可靠,动力调整结果可以预期。寿命长,和其他限滑差速装置比较,它靠位置固定的齿轮完成工作,没有摩擦产生的磨损,不用担心浆糊失效。
        缺点:托森不是自动差速锁,把它理解为带力矩乘法器的普通差速器更准确。比方说托森差速器平时两边各有50NM的力矩。当一边打滑的时候,这边的力矩要根据Load来算。比如说路面滑, 负载小,力矩下降到5NM,那不打滑一边得到的力矩是根据TBR(Torque Bias Ratio)来定的,如果TBR是4,那另一边得到的力矩是4 x 5=20NM。推进动力损失了6成。那假设打滑的这一边负载是0(轮子悬空).不打滑那边得到的力矩是4 x 0=0,着地的轮子拿不到动力。如果我对TBR理解正确的话,这个应该是托森的致命伤。Audi和丰田解决这个问题的办法是给打滑的轮子刹车来增加负载。这种Brake Pulse的办法在其他地方也被广泛应用,等下面说前后轴差速器解决办法时再多说几句。
        视频:关于托森的视频很多,但视频之间有很多矛盾的地方,下面的视频可能是说得最正确的。另外WIKI上有多托森比较详细的介绍


      • 四轮驱动学习笔记 2.4(离合器式) +1
        这个我研究得不多,胡扯的成分要占多数了。
        可能现在90%以上的四轮驱动都是离合器式的。离合器本身的原理可以在油管上找一大把。下面是我随便抓一个上来的。离合器式的中央差速也应该有它的优势吧,这个我只能在这瞎猜了:按原理上来讲离合器式应该改可以大幅调整前后动力分配,比如说从70/30 到30/70. 这个是上面三种都不可能做到的。


        • 四轮驱动学习笔记 2.4.1(离合器式) +1

          离合器式的中央差速也可以分为两种。第一种是只有离合器但没有中央差速器的。这种车平时动力分配应该是100/0 或90/10. 需要的时候连接上后轴。那其实这类车原理和上面讲的Part Time 4WD象极了,唯一不同的是这种车切换模式是靠电控而不是手动。
          代表车:VW 4Motion, Volvo这类用Haldex液压式离合器系统的。
          优点:…省油…
          缺点:我对电控两驱变四驱的效果总觉得不放心。虽然Haldex看上去做的已经很出色了。我更相信平时所有轮子都带动力的四驱。
          视频:看丰田销售来介绍RAV4 吧. 


        • 四轮驱动学习笔记 2.4.2(离合器式) +1
          另外一种就是离合器叠加到中央差速器上。这个和上面Viscous Coupling又很象,也是一大摞碟片叠加在差速器上。不同的是离合器 碟片是通过压力变化实现离合。而且离合器是大多是电控的。
          代表车:自动档速霸路,BMW XDrive, Acura SHAWD 或是Audi用Crown Gear作中央差速器的R系列。说实话这些车有没有中央差速器我也拿不准,我只是基于它们平时都会给四个轮子动力(非90/10或100/0)来判断它们有。
          优点: 平时四个轮子都有动力,需要的时候可以前后大幅调整。离合器可以锁死
          缺点:电控原理不详,可能非常好,也可能很差。离合器片经常离合会有磨损,Wet Clutch磨损少但效果会降低。
          视频:就看Audi Crown Gear吧。


    • 好贴!搬小板凳前排做笔记。 +1
    • 板凳
    • 这是强文,值得收藏后慢慢学习!
    • 四轮驱动学习笔记 3(左右动力分配-前后轴差速器)
      本文发表在 rolia.net 枫下论坛前面讨论了通过中央差速分配前后动力,以及四种不同的限滑机制。那动力到了前后轴以后,就要通过前后轴的差速器分配到左右轮上。前后轴差速器的原理和中央差速器是一样的:它的存在是为了解决动力供给和左右轮子独立性之间的矛盾。它在正常路面上行驶可以很好完成工作。它的缺点是不能解决一边打滑的情况:如果左前轮打滑,那么到了前轴的动力就会流向左前轮。右前轮拿不到动力。所以也需要改进以后才能做出实用的四驱车。

      需要强调的是差速器本身只是一套齿轮,它只能被动地将动力往两边传,而无法主动地调整动力,比如说70/30, 40/60这样的左右分配。所以如果车商说他的车可以在左右轮之间作动力调整,而又说不清前后轴差速器上装了什么机械装置(比如说离合器),那我认为他就是在胡扯。现在真正能在前后轴上做到这一点的四驱车用手指头都可以数出来。
      之所以说这点是因为我觉得大部分四驱车商都没有把经历投入到前后轴的改进上。你可以从网上四驱比较的视频里看到,在需要前后动力分配的情况下很多车都可以过关,但在需要左右动力分配的情况很多车都比较勉强。我的理解是大多数车商都是在用最经济的办法(比如电子差速锁)来(试图)解决差速器防滑的问题,而不是研究怎样对动力进行左右动态分配。
      不扯远了,那我们来看看四驱车前后轴上的差速器都可以做哪些改变:
      1. 差速锁式
      2. 电子差速锁式
      3. 机械限滑差速器式
      4. 离合器式更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
      • 四轮驱动学习笔记 3.1(差速锁)
        本文发表在 rolia.net 枫下论坛(机械)差速锁其实也可以用在中央差速器上,之所以现在提出来是因为中央差速锁已经很不常见了。和前面介绍的Part Time 4WD的思路类似,差速锁的防滑办法也是简单粗暴的二选一。差速器被锁死可以保障左右轮获得50/50动力,但左右轮转动的独立性没有了。
        差速锁的锁和解锁都是通过手动完成。
        代表车型:现在市场上只有两辆车(后装的不算)还带前后轴差速锁, Jeep Wrangler 里的Rubicon 和奔驰G系列的SUV(奔驰G是中央加前后轴三个差速锁)。这两辆车在我看来是个怪兽级别的非公路四驱车。在网上可以找到很多四驱车静止起步的测试比较,比如说在1-3个轮子底下放滑轮,或是让对角2轮子悬空等等。速霸路,Audi, BMW, 路虎在测试中都牛哄哄的,但他们要不是互相比,要不就是找RAV4这样的来作背景衬托。视频里我从来没有看到过Rubicon 或G,估计没有人敢在这种测试里和带机械差速锁的四驱车叫板。
        武总原来提到的老一代入藏的陆地巡洋舰也是带机械差速锁的,它可以称得上越野四驱里的一代传奇了。
        优点:全锁死后保证四个轮子动力25/25/25/25分配,理论上只要有一个轮子不在冰面上,而且这个轮子上的动力足够克服整辆车的负载,车就能往前走。
        缺点:前后轴锁死后四个轮子的转速一样,拐弯或画龙都会对车有损伤。需要在限速下行驶,不是公路上的四驱。
        视频:参见 Part Time 4WD的视频以及老农原来贴过的MB G63的视频更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
      • 四轮驱动学习笔记 3.2(电子差速锁)

        说电子差速锁可能会有点陌生,但说它的别名Traction Control可能都知道,因为两驱车和四驱车都有。Traction Control的工作原理大概是这样的,附在轮子上的速度传感器会把速度信息传给控制系统。如果控制系统检测到驱动轮之间速度不一致,那它就会认为转速快的一边打滑了。控制系统就会给打滑的轮刹车。打滑的轮由于刹车的加入所以负载增加,从发动机得到的力矩也增加,而差速器另一侧不打滑的轮会得到同样的力矩。当力矩足够大的时候不打滑的轮就可以让车前进。从另一个角度来看,刹车的作用是让打滑的轮的转速降到和差速器另一侧的轮转速一致,这个和上面讲得差速锁的功能一致。所以也可以把Traction Control叫电子差速锁。
        代表车型:四轮驱动的厂商大多数都在用电子差速锁,只不过大家都有自己的叫法。这包括Audi(EDL-Electronic Differential Lock),吉普 (BLD – Brake Differential Lock), 速霸路(VDC- Vehicle Dynamic Control),丰田(A-TRAC),宝马(DTC- Dynamic Traction Control)。
        优点:简单,理论上讲效果应该很好。和机械差速锁比它的锁和解锁是自动的。
        缺点:刹车温度会升高,到了极限这个功能就失效了。刹车损耗。不能对左右动力作可控的分配。比如说我想30/70 或40/60,这个电子差速锁做不到。
        视频:来看丰田的A-TRAC
        结束之前我再唠叨Audi和速霸路两句。到现在为止我们可能可以比较完整的表述Q7的Quattro:用托森做中央限滑差速器控制前后动力分配,前后轴用普通差速器被动式地将动力传给左右轮,用电子差速锁(EDL)来保证轮子不会失去动力。这样说来这种Quattro和凌志GX的四驱没有大的区别。凌志GX也是托森+前后轴差速器+电子差速锁(A-TRAC)。同样的比较也可以放在捣蛋的Outback和宝马Xdrive上。都是离合器式的中央限滑差速器+前后轴差速器+电子差速锁。至少从我理解的基本原理上我说不出来谁更好。我在网上看到过一种说法是速霸路电控部分做得比较Aggressive,但这又回到我前言里的观点,这些信息都是不透明的,个人认为很难比较。 另外如果需要更深入的讨论的话还要考虑别的影响四驱性能的因素,比如说我看到关于发动机相对前轴的位置,车的重心等等的讨论,这些我真是一点没看懂。


        • 意犹未尽,怀有后续吗?
      • 四轮驱动学习笔记 3.3(限滑差速器式和离合器式)
        纯机械式限滑差速器我就跳过去不说了,原理上面说过了,而且研究得真不多,我只记得悍马一代把前后差速器全部换成了托森式,人家不差钱。
        电控离合器式的还是要简单聊一聊。原因很简单:都聊了这么久了Acura SH-AWD这样的大Boss还没有出场叻。
        Acura SH-AWD以它的Torque Vectoring 而名声在外,按我的理解它和别的四驱有几个明显不同的地方,1,它在后轴的差速器上装了一组电控离合器片, 这样它就有了在后轴上控制左右动力分配的基础,比如说70/30, 40/60这样。这样的四驱车很少,掰着手指头就能数完。 2. 它通过更多的传感器来决定车的状态,以此决定动力如何在前后以及在后轴上左右进行分配。这里不光说湿滑路面的情况,还包括cornering。下面视频里说它可以把大部分的动力都传送到后轮中的一个,很了不起。
        还有谁在后轴装离合器片:Audi RS系列,速霸路WRX,我猜可能所有作Torque Vectoring的车都会有。
        优点:实现动力在纵轴和后轴上的可控分配。
        缺点:离合器有磨损,估计会有维护成本。电控原理效果不详。另外它只是后轴可以做到动力左右分配,那我很想看看如果两个后轮加一个前轮上了冰面,这种路面它会比Quattro表现得更好吗?


    • 四轮驱动学习笔记 4 (小结)
      本文发表在 rolia.net 枫下论坛笔记就这些,过程中我学到了什么?
      1.理解差速器是理解四轮驱动的基础。
      2.中央(限滑)差速只负责分配动力到前后轴,左右轮动力分配是另外的机制。要完整表述一种四轮驱动一定要涵盖两者。
      3.如果想上网精研某种车的四轮驱动原理,可以Google(车型)AWD Explained。
      4. 正如武大上面说的,不要轻易地被Audi或速巴鲁的销售给蒙了,需要提前做好功课。Audi Quattro现在有四种,速巴鲁 AWD 也至少三种。如果觉得Q7的四驱好,不要忘记了丰田四跑人和凌志GX的四驱和它几乎没区别。如果喜欢Q3的四驱,沃尔沃的四驱和它近似一样。
      5.我的速巴鲁跟我跑了14万英里,做service时从没人和我提中央差速器。而网上的说法是viscous coupling 6万英里粘液就失效了。真是这样的话那我在不觉中开着道地的假四驱平安地跑了8万英。所以我在想,单纯为了应付湿滑路面,也许四驱真的不是必须品。两驱+电子差速锁+雪胎+小心慢行应该足够了。
      6.如果一定要买公路四驱,我和武大站一队:虽然SH-AWD很酷,但我的首选还是基于托森的四驱,东西还是简单点好。

      上周武大和black scrapper十几个字的回复让我觉得我上面做了两年的笔记都白做了。第一次看Tesla的简介,四驱的所有问题真是可以这么简单地解决!烦请武大出来用电动车作总结性发言吧。更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
      • 你这种钻研精神我自愧不如。看你的笔记我觉得条理很清楚,确实很有帮助。但有一两个点和我知道的似乎有不同,我现在不敢确定谁对,我得查查资料才敢说。
      • 赞楼主钻研精神,另,一个小小建议,俺网名blackscraper:)
    • 你们学习这个干什么用?
      • 没用,现在90%的所谓四驱基本都没啥P用。。。
        • 有用又如何?去车行拿钞票砸就可以了,反正不是自己去造车
          • 砸也要砸个有用的啊,90%的假四驱根本就不值得加钱去买。
            • 爷有的是钱,每样来一辆,试试哈
    • 据我了解,Tesla P85D 也就是它的AWD 版本 (P85 是FWD, +1
      如果我没搞错),在前后轴各有一个电动马达,通过电脑软件同时控制两个马达,也就是说,P85D 可以随意变成AWD, FWD 和RWD. 至于左右两边,应该是用的类似Acura AWD 的机制,使用Traction Control和Brake 给打滑的一侧轮胎加刹车。

      我的理解,P85D 已经轻松实现了Quattro 和SHAWD 费了很大力气才实现的AWD 功能,已经至少是和这两套系统比肩了。将来Tesla 如果能给每个半轴(四个轮子)配一个小电动机,那就真正实现了永不打滑(排除轮胎因素)的AWD.
      • 电机控制,不需要刹车就能改变输出吧
        • 好像不加刹车做不到两侧轮子动力输出不一样
        • 左右动力分配靠的应该还是还是traction control。前后分配靠车载电脑调整前后电动机的动力输出。当然将来如果四轮独立电机,那情况完全不一样了。