四驅車上的分動箱是什麼原理

2021-03-12 05:11:52 字數 4617 閱讀 7770

1樓:手機使用者

最早的四驅技術,是基於提高車輛的通過性開發的,我們把它稱作越野四驅。這類車型的鼻祖威利斯吉普,就是二戰美軍為了加強前線步兵和指揮官作戰的機動性開發出來的。它採用的分動箱是最基本的分時四驅分動箱,是一種純機械的裝置。

這種結構的分動箱,在掛上4驅模式的時候,前後軸是剛性連線的,可以實現前後動力50∶50的分配,對於提高車輛的通過性非常有利。另外由於它的純機械結構,可靠性很高,這對於經常在缺少救援的荒野行駛的車型是至關重要的。即使到現在,仍然有大量的硬派越野車採用這種分動箱,就是基於它這個特點。

下面我們就來看看這種分動箱的基本結構和原理。

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。當掛2h時,此類車型就是一臺後驅車,發動機的動力經過變速箱以後,通過一根傳動軸直接連線到後軸上。而分動箱的作用,就是在變速箱上,再引出一根輸出端,並通過靜音鏈條,將動力傳遞到前軸的輸出軸。

當然,這並不是直接連線的,否則就無法切換4驅和2驅了。事實上,它是通過兩組齒輪實現分離和連線的,它的結構和原理類似於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。

但實際情況並不會這麼簡單,為了提高通過效能,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。我們發現,當我們需要掛4l時,必須經過一個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,這是為什麼呢?

無論是2h模式還是4h模式,動力一直是與後軸接通的,後輪的輪速與發動機轉速完全匹配。而此時只要車輪沒有打滑,前輪與後輪的輪速是一樣的,因此在2h與4h之間切換時,發動機轉速與前輸出軸的轉速是匹配的,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,此時發動機動力與每個車輪都斷開,發動機轉為怠速工況。此時如果掛4l,車輪的輪速與發動機的轉速會很難匹配,相當於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。

這種分動箱前後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驅模式僅僅是在沙石路面以及off-road路段為提高通過性而設計。因此採用這種分動箱的四驅車一般都是硬派越野車,它在off-road路段很厲害,但在公路上則表現平平。

早期的分時四驅,是完全靠手動切換的,發展到後來,出現了電動切換的分時四驅,它的基本原理與手動切換的分時四驅是一樣的,只不過所有的切換是通過電機來完成罷了。

全時四驅分動箱

隨著四驅技術的發展,人們已經不能僅僅滿足於只能越野的四驅車。在公路上,採用四驅技術的車輛能提供更好的驅動力和操控效能,因此全時四驅誕生了。

硬軸連線的四驅車不能實現公路四驅駕駛的最主要的原因,是它無法在公路上高速轉彎。因為在轉彎的時候,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速都不能一樣。事實上,前輪的轉速是會高於後輪的,如果剛性地把發動機的動力通過傳動軸分配給前後車輪的話,那麼前後車輪的轉速就必須保持一致,這個矛盾將導致前後車輪在轉向的時候發生轉向干涉。

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,而在乾燥路面則會產生一個制動力,讓車不能前進,這就是我們常說的轉向制動。

為了解決這個矛盾,工程師在分動器中加入了一個差速器,這就是我們現在常說的**差速器。這個差速器是開放式差速器,結構與前後軸的差速器一樣,變速箱的輸出軸通過行星齒輪組將動力分配給前後軸。根據開放式差速器的原理,它可以調整轉速差。

這樣的結構是不是就算是全時四驅了呢?早期全時四驅的雛形確實是這樣的,但我們會發現,這樣的四驅系統對於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(前後軸各還有一個差速器)來調節轉速差的話,那麼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。

顯然這種四驅是毫無意義的。

為了解決這個問題,不同的工程師採用了兩種不同的方案。

一種是差動限制器。我們已經知道,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。它的基本結構是一種類似於離合器的裝置,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後輪,後輪打滑的道理是一樣的。這種差動限制器的種類有很多,有通過矽油實現的機械式(關於矽油的原理後文會詳述),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,甚至可以實現讓動力從0-100%之間在前後軸自由分配。

另一種則是**差速鎖。它實際上相當於在需要提高通過性的時候,可以將前後軸實現硬軸連線,動力按照50∶50分配給前後軸。它的基本結構是,在前後軸之間裝有摩擦鋼片,當前輪或者後輪打滑時,機械裝置會通過電磁閥的控制將二者咬合實現50∶50的固定動力分配。

還有一種全時四驅的分動器結構,那就是著名的奧迪quattro。它主要是通過蝸桿行星齒輪來實現的,結構很複雜,這裡就不再詳述了。它這種結構能解決轉速差的問題,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。

它可以實現動力25%—75%之間的自由分配,而所有這些,都是通過它核心的託森差速器來實現的,更為神奇的是,這個託森差速器沒有用到任何電磁裝置,是純機械式的。無論多先進的電子裝置都有響應滯後的問題,因此與其他廠家的技術相比,純機械的quattro在響應速度方面是無人能及的。當然它也有弊端—結構複雜、造價高、動力傳遞損失大是它無法跨越的硬傷。

與全時四驅匹配的還有電子差速制動,主要是用來調整左右車輪的轉速差的,相當於前差速鎖和後差速鎖。與差動限制器相比,它的能量損耗較大,一般不用來實現前後車輪的動力分配。

適時四驅的分動箱

在此之後,有些廠家的工程師們發現,並不是所有路況都需要四驅系統的,例如在正常公路巡航駕駛的時候,只通過兩輪驅動就完全能滿足所有的駕駛需求了。此時如果仍採用全時四驅,既不經濟,也沒有必要。因此,在多數情況下只是兩輪驅動,而在必要的時候自動變為四驅的適時四驅誕生了。

適時四驅也有兩種解決方案,一種是以本田cr-v為代表的通過粘性連軸節實現;一種是以上一代的4-matic為代表的通過多片離合器實現。它們雖然都能達到正常時兩輪驅動,驅動輪打滑時自動接通四驅的效果,但結構和功能還是有區別的。

cr-v為代表的這類適時四驅分動箱結構最為簡單,它是基於前橫置發動機前輪驅動的技術平臺,在兩驅方面,與之前的轎車平臺完全一樣。在此基礎上,工程師在變速箱上引出一根通往後軸的輸出軸,與後橋差速器之間,採用粘性連軸節連線。在這個連軸節裡充滿了矽油,它的特點是溫度升高以後粘度也會迅速升高。

在連軸節的輸出端和輸入端,都裝有一個葉片,就類似於液力變矩器的結構。當正常行駛前輪沒有打滑的時候,前後輪之間是沒有輪速差的,這個粘性連軸節裡的兩根軸相互之間也就沒有轉速差。此時動力是不會傳遞給後軸的。

當前輪打滑的時候,前輪的轉速將大於後輪,此時粘性連軸節裡的輸入端轉速會超過輸出端,就如同液力變矩器一般,能夠將動力傳遞給後軸。不僅如此,由於轉速差能導致矽油升溫而變粘稠,從而進一步增加對動力的傳遞,驅動後輪。通過這個結構我們會發現,它的響應速度是比較慢的,而且動力傳遞也很有限,很難將50%的動力分配給後軸。

但它的結構簡單、成本低,對於以城市道路駕駛的suv來說,基本能滿足其需求。

上一代4-matic為代表的適時四驅分動箱,結構比粘性連軸節的適時四驅要複雜一些,與前面所說的**差速鎖有些類似,它是通過電磁離合器來實現四驅接通的。它同樣是基於兩驅平臺開發出來的四驅系統,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線。它的接通與斷開的原理與之前說的**差速鎖的原理類似,這裡就不贅述了。

它的好處是結構比全時四驅簡單,響應速度和動力分配比粘性連軸節要好。

隨著結構的四驅技術的進一步發展,現在有些車型已經可以實現動力的自由分配了,很多的官方宣傳把這種四驅也稱作全時四驅,事實上是不準確的。與具備**差速鎖的真正全時四驅相比,這種靠多片離合器實現動力分配的所謂全時四驅,最多隻能將動力的50%分配給從動輪,而且在轉彎時的動力分配等方面,都無法達到真正全時四驅的水平。從本質上說,這類四驅仍然只能稱作適時四驅,例如大眾的4-motion……

超選四驅分動箱

這個稱呼是三菱的,一直以來也被看做是三菱的看家技術。

從分動箱的擋把看,它更像是傳統的分時四驅系統,所不同的是,它是具備**差速器的。當掛上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公路四驅的功能。而它提供的4hlc和4llc選項,則是鎖上了**差速鎖的四驅模式,在這個時候,它與分時四驅的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系統可選擇的範圍都要多。一般的全時四驅車,只能選擇四驅行駛,在不需要四驅的時候,這樣的方式顯然不經濟;而適時四驅雖然可以實現兩驅,但在四驅的時候無法達到真正的全時四驅的效能;分時四驅就不用說了,它完全不能實現公路四驅駕駛。而所有這些,超選四驅都能選擇—想經濟性好,就掛上2h,想公路全時四驅就掛上4h,想達到與傳統分時四驅一樣的通過性,就掛上4hlc或者4llc。

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