四驅(qū)車上的分動箱，原理。

【專家解說】：傳統(tǒng)分時四驅(qū)的分動箱 最早的四驅(qū)技術(shù)，是基于提高車輛的通過性開發(fā)的，我們把它稱作越野四驅(qū)。這類車型的鼻祖威利斯吉普，就是二戰(zhàn)美軍為了加強前線步兵和指揮官作戰(zhàn)的機動性開發(fā)出來的。它采用的分動箱是最基本的分時四驅(qū)分動箱，是一種純機械的裝置。這種結(jié)構(gòu)的分動箱，在掛上4驅(qū)模式的時候，前后軸是剛性連接的，可以實現(xiàn)前后動力50∶50的分配，對于提高車輛的通過性非常有利。另外由于它的純機械結(jié)構(gòu)，可靠性很高，這對于經(jīng)常在缺少救援的荒野行駛的車型是至關(guān)重要的。即使到現(xiàn)在，仍然有大量的硬派越野車采用這種分動箱，就是基于它這個特點。下面我們就來看看這種分動箱的基本結(jié)構(gòu)和原理。 在此類車型的分動箱擋把上，我們會看到2H、4H、N、和4L的切換擋位。當(dāng)掛2H時，此類車型就是一臺后驅(qū)車，發(fā)動機的動力經(jīng)過變速箱以后，通過一根傳動軸直接連接到后軸上。而分動箱的作用，就是在變速箱上，再引出一根輸出端，并通過靜音鏈條，將動力傳遞到前軸的輸出軸。當(dāng)然，這并不是直接連接的，否則就無法切換4驅(qū)和2驅(qū)了。事實上，它是通過兩組齒輪實現(xiàn)分離和連接的，它的結(jié)構(gòu)和原理類似于變速箱的一軸和二軸。切換時，扳動分動箱的擋把，通過撥叉將動力與前傳動軸接通和斷開。與現(xiàn)在主流的帶同步器的變速箱不同，這個部位的切換是沒有同步器的，它需要轉(zhuǎn)速與輪速的完全匹配。這就是這種分動箱的基本原理。 但實際情況并不會這么簡單，為了提高通過性能，這類分動箱還會有一個加力擋，也就是擋把上的4L模式。在變速箱上，有一個齒比更大的齒輪，當(dāng)掛上這個齒輪時，能提供比日常駕駛高很多的主傳動比。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們需要掛4L時，必須經(jīng)過一個N擋，此時變速箱會將動力與每個傳動軸分開，而掛上4L時，將接通這個齒比更大的齒輪。這個切換的過程，也是沒有同步器的。 知道了這個原理，我們再來看看此類分動箱各個模式的操作特性。熟悉傳統(tǒng)越野車的車友都知道，這種分動箱，在2H和4H之間切換時，不需要停車，一般可以在80公里/小時的時速下自由切換。而切換到2L時，則必須停車切換，否則根本掛不進去，這是為什么呢？ 無論是2H模式還是4H模式，動力一直是與后軸接通的，后輪的輪速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速完全匹配。而此時只要車輪沒有打滑，前輪與后輪的輪速是一樣的，因此在2H與4H之間切換時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速與前輸出軸的轉(zhuǎn)速是匹配的，即使沒有同步器，也完全可以進行切換。因此在2H模式和4H模式間切換，完全可以在行車中進行，不需要停車切換。但到了4L模式的轉(zhuǎn)換時，情況就完全不同了。 從4H切換到4L模式，需要先將分動箱切換為N擋，此時發(fā)動機動力與每個車輪都斷開，發(fā)動機轉(zhuǎn)為怠速工況。此時如果掛4L，車輪的輪速與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會很難匹配，相當(dāng)于一臺不帶同步器的車行駛過程中想掛一擋，這顯然是很難的。 這種分動箱前后軸之間是沒有差速器的，因此在附著力高的公路上駕駛只能掛2H，4驅(qū)模式僅僅是在沙石路面以及OFF-ROAD路段為提高通過性而設(shè)計。因此采用這種分動箱的四驅(qū)車一般都是硬派越野車，它在OFF-ROAD路段很厲害，但在公路上則表現(xiàn)平平。 早期的分時四驅(qū)，是完全靠手動切換的，發(fā)展到后來，出現(xiàn)了電動切換的分時四驅(qū)，它的基本原理與手動切換的分時四驅(qū)是一樣的，只不過所有的切換是通過電機來完成罷了。 全時四驅(qū)分動箱 隨著四驅(qū)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)不能僅僅滿足于只能越野的四驅(qū)車。在公路上，采用四驅(qū)技術(shù)的車輛能提供更好的驅(qū)動力和操控性能，因此全時四驅(qū)誕生了。 硬軸連接的四驅(qū)車不能實現(xiàn)公路四驅(qū)駕駛的最主要的原因，是它無法在公路上高速轉(zhuǎn)彎。因為在轉(zhuǎn)彎的時候，每個車輪所壓過的弧線長度不一樣，這就意味著每個車輪的轉(zhuǎn)速都不能一樣。事實上，前輪的轉(zhuǎn)速是會高于后輪的，如果剛性地把發(fā)動機的動力通過傳動軸分配給前后車輪的話，那么前后車輪的轉(zhuǎn)速就必須保持一致，這個矛盾將導(dǎo)致前后車輪在轉(zhuǎn)向的時候發(fā)生轉(zhuǎn)向干涉。這在附著力低的沙石路面可以通過輪胎與地面的滑動摩擦解決，而在干燥路面則會產(chǎn)生一個制動力，讓車不能前進，這就是我們常說的轉(zhuǎn)向制動。 為了解決這個矛盾，工程師在分動器中加入了一個差速器，這就是我們現(xiàn)在常說的中央差速器。這個差速器是開放式差速器，結(jié)構(gòu)與前后軸的差速器一樣，變速箱的輸出軸通過行星齒輪組將動力分配給前后軸。根據(jù)開放式差速器的原理，它可以調(diào)整轉(zhuǎn)速差。這樣的結(jié)構(gòu)是不是就算是全時四驅(qū)了呢？早期全時四驅(qū)的雛形確實是這樣的，但我們會發(fā)現(xiàn)，這樣的四驅(qū)系統(tǒng)對于提高通過性來說毫無意義。我們知道，開放式差速器的功能是把發(fā)動機動力分配給受阻力小的車輪，如果一臺車上使用了三個開放式差速器（前后軸各還有一個差速器）來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速差的話，那么如果有一個車輪受阻力最小，動力就會100%地傳遞給這個車輪。顯然這種四驅(qū)是毫無意義的。 為了解決這個問題，不同的工程師采用了兩種不同的方案。 一種是差動限制器。我們已經(jīng)知道，開放式差速器會將動力傳遞給受阻力較小的車輪，那如果我們給這輛車人為施加一個阻力，動力自然就能傳遞給沒有打滑（仍然有抓地力）的車輪了。它的基本結(jié)構(gòu)是一種類似于離合器的裝置，只不過它有很多組，我們把它稱作多片離合器式差動限制器。在差速器殼體和兩個輸出軸各有一組鋼片，它們相互交錯，正常情況下互相之間是分離的。如果此時前輪打滑，它會將與前軸的離合器片壓合，從而將動力更多地傳遞給后輪，后輪打滑的道理是一樣的。這種差動限制器的種類有很多，有通過硅油實現(xiàn)的機械式（關(guān)于硅油的原理后文會詳述），也有通過電子控制離合器開合的電子式。在比較高檔的車型上，它的差動限制器不僅解決車輪打滑的問題，還能起到主動分配動力的作用，甚至可以實現(xiàn)讓動力從0-100%之間在前后軸自由分配。 另一種則是中央差速鎖。它實際上相當(dāng)于在需要提高通過性的時候，可以將前后軸實現(xiàn)硬軸連接，動力按照50∶50分配給前后軸。它的基本結(jié)構(gòu)是，在前后軸之間裝有摩擦鋼片，當(dāng)前輪或者后輪打滑時，機械裝置會通過電磁閥的控制將二者咬合實現(xiàn)50∶50的固定動力分配。還有一種全時四驅(qū)的分動器結(jié)構(gòu)，那就是著名的奧迪QUATTRO。它主要是通過蝸桿行星齒輪來實現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，這里就不再詳述了。它這種結(jié)構(gòu)能解決轉(zhuǎn)速差的問題，起到開放式差速器的作用，同時又能自動將動力分配給受阻力最大的問題，起到差動限制器的作用。它可以實現(xiàn)動力25%—75%之間的自由分配，而所有這些，都是通過它核心的托森差速器來實現(xiàn)的，更為神奇的是，這個托森差速器沒有用到任何電磁裝置，是純機械式的。無論多先進的電子設(shè)備都有響應(yīng)滯后的問題，因此與其他廠家的技術(shù)相比，純機械的QUATTRO在響應(yīng)速度方面是無人能及的。當(dāng)然它也有弊端—結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、動力傳遞損失大是它無法跨越的硬傷。 與全時四驅(qū)匹配的還有電子差速制動，主要是用來調(diào)整左右車輪的轉(zhuǎn)速差的，相當(dāng)于前差速鎖和后差速鎖。與差動限制器相比，它的能量損耗較大，一般不用來實現(xiàn)前后車輪的動力分配。 適時四驅(qū)的分動箱 在此之后，有些廠家的工程師們發(fā)現(xiàn)，并不是所有路況都需要四驅(qū)系統(tǒng)的，例如在正常公路巡航駕駛的時候，只通過兩輪驅(qū)動就完全能滿足所有的駕駛需求了。此時如果仍采用全時四驅(qū)，既不經(jīng)濟，也沒有必要。因此，在多數(shù)情況下只是兩輪驅(qū)動，而在必要的時候自動變?yōu)樗尿?qū)的適時四驅(qū)誕生了。 適時四驅(qū)也有兩種解決方案，一種是以本田CR-V為代表的通過粘性連軸節(jié)實現(xiàn)；一種是以上一代的4-MATIC為代表的通過多片離合器實現(xiàn)。它們雖然都能達到正常時兩輪驅(qū)動，驅(qū)動輪打滑時自動接通四驅(qū)的效果，但結(jié)構(gòu)和功能還是有區(qū)別的。 CR-V為代表的這類適時四驅(qū)分動箱結(jié)構(gòu)最為簡單，它是基于前橫置發(fā)動機前輪驅(qū)動的技術(shù)平臺，在兩驅(qū)方面，與之前的轎車平臺完全一樣。在此基礎(chǔ)上，工程師在變速箱上引出一根通往后軸的輸出軸，與后橋差速器之間，采用粘性連軸節(jié)連接。在這個連軸節(jié)里充滿了硅油，它的特點是溫度升高以后粘度也會迅速升高。在連軸節(jié)的輸出端和輸入端，都裝有一個葉片，就類似于液力變矩器的結(jié)構(gòu)。當(dāng)正常行駛前輪沒有打滑的時候，前后輪之間是沒有輪速差的，這個粘性連軸節(jié)里的兩根軸相互之間也就沒有轉(zhuǎn)速差。此時動力是不會傳遞給后軸的。當(dāng)前輪打滑的時候，前輪的轉(zhuǎn)速將大于后輪，此時粘性連軸節(jié)里的輸入端轉(zhuǎn)速會超過輸出端，就如同液力變矩器一般，能夠?qū)恿鬟f給后軸。不僅如此，由于轉(zhuǎn)速差能導(dǎo)致硅油升溫而變粘稠，從而進一步增加對動力的傳遞，驅(qū)動后輪。通過這個結(jié)構(gòu)我們會發(fā)現(xiàn)，它的響應(yīng)速度是比較慢的，而且動力傳遞也很有限，很難將50%的動力分配給后軸。但它的結(jié)構(gòu)簡單、成本低，對于以城市道路駕駛的SUV來說，基本能滿足其需求。 上一代4-MATIC為代表的適時四驅(qū)分動箱，結(jié)構(gòu)比粘性連軸節(jié)的適時四驅(qū)要復(fù)雜一些，與前面所說的中央差速鎖有些類似，它是通過電磁離合器來實現(xiàn)四驅(qū)接通的。它同樣是基于兩驅(qū)平臺開發(fā)出來的四驅(qū)系統(tǒng)，在變速箱的一端通過盆型齒輪引出一根傳動軸將動力傳遞給前輪，之間靠多片離合器連接。它的接通與斷開的原理與之前說的中央差速鎖的原理類似，這里就不贅述了。它的好處是結(jié)構(gòu)比全時四驅(qū)簡單，響應(yīng)速度和動力分配比粘性連軸節(jié)要好。 隨著結(jié)構(gòu)的四驅(qū)技術(shù)的進一步發(fā)展，現(xiàn)在有些車型已經(jīng)可以實現(xiàn)動力的自由分配了，很多的官方宣傳把這種四驅(qū)也稱作全時四驅(qū)，事實上是不準(zhǔn)確的。與具備中央差速鎖的真正全時四驅(qū)相比，這種靠多片離合器實現(xiàn)動力分配的所謂全時四驅(qū)，最多只能將動力的50%分配給從動輪，而且在轉(zhuǎn)彎時的動力分配等方面，都無法達到真正全時四驅(qū)的水平。從本質(zhì)上說，這類四驅(qū)仍然只能稱作適時四驅(qū)，例如大眾的4-Motion…… 超選四驅(qū)分動箱 這個稱呼是三菱的，一直以來也被看做是三菱的看家技術(shù)。 從分動箱的擋把看，它更像是傳統(tǒng)的分時四驅(qū)系統(tǒng)，所不同的是，它是具備中央差速器的。當(dāng)掛上4H的時候，不僅能在沙石路面上高速行駛，也能在普通公路上實現(xiàn)公路四驅(qū)的功能。而它提供的4HLC和4LLC選項，則是鎖上了中央差速鎖的四驅(qū)模式，在這個時候，它與分時四驅(qū)的4H和4L的功能是一樣的。 之所以三菱稱之為超選，實際上是因為它比所有的四驅(qū)系統(tǒng)可選擇的范圍都要多。一般的全時四驅(qū)車，只能選擇四驅(qū)行駛，在不需要四驅(qū)的時候，這樣的方式顯然不經(jīng)濟；而適時四驅(qū)雖然可以實現(xiàn)兩驅(qū)，但在四驅(qū)的時候無法達到真正的全時四驅(qū)的性能；分時四驅(qū)就不用說了，它完全不能實現(xiàn)公路四驅(qū)駕駛。而所有這些，超選四驅(qū)都能選擇—想經(jīng)濟性好，就掛上2H，想公路全時四驅(qū)就掛上4H，想達到與傳統(tǒng)分時四驅(qū)一樣的通過性，就掛上4HLC或者4LLC。