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为什么有的中央差速器是多片离合器?多片离合模拟差速器技术详解
差速器的出现,解决汽车转弯问题,完善了人们对于出行的需求。随着汽车被人们开到越来越复杂的环境,各类差速器也被人们所应用。然而有一类模拟差速器,凭借着它那魔力般的节奏,摩擦,摩擦,摩擦,深受各大车厂的追捧,它就是故事的主角:
多片离合器式差速器
(一直在模仿一直在进化)
多片离合器式差速器是应用最为广泛的一类差速器,除去托森(Torsen)差速器外,几乎找不着对手。产品队伍异常的壮大!普及之多,超出你的想象,假若在路上有人指着一款SUV问你说,它采用什么形式的中央差速器,而你却不知道,那么,那就猜多片离合器式差速器吧,十有八九是正确的!
多片离合器式差速器,顾名思义,其中最关键的机构就是“多片”。它构造包括了两组金属摩擦片,一一穿插的方式排放在一起,并分别连接前后轴,在需要时,金属摩擦片相互压紧结合,将前后轴连接到一起,实现扭矩传递。摩擦片通常被浸泡在专用油中。
(5555555 这油腻腻的感觉,久久不能遗忘啊)
多片离合器式差速器使用十分普遍,仅供应商都让你眼前一亮,每个都是赫赫有名的汽车零部件供应商,像博格华纳(BorgWarner)、麦格纳,GKN等。
首先我们聊聊博格华纳(BorgWarner),可能有一些汽车爱好车首先会想到的是博格华纳的涡轮产品,其实,其旗下的四驱传动系统也做的如火如荼。 博格华纳品牌旗下的主流传动系统分配单元有:NexTrac系统,TOD系统,ESOF系统、以及2010年收购的瀚德(Haldex)传动系统。
我们就控制方式先简单分类,主要分为电控,和液控。
接下来我们聊聊电控系统,其中NexTrac、TOD为电磁控制的四驱系统,且最为常见。主要是通过电子传感器检测轮胎是否打滑,控制电磁线圈产生电磁力调节摩擦片结合与分离,实现扭力分配。
NexTrac系统,是博格华纳在2008年为偏向前驱的汽车设计了这套四驱系统,来满足城市SUV对于四驱的诉求。在2013年,博格华纳将NexTrac系统的生产线布局在北京工厂内,产品线也照搬美国技术,实现国产化的生产。从数据上来说,NexTrac系统独特的有机摩擦材料可以让多片离合器在110毫秒内将后轴扭矩从10%提升到90%,快速反应机制从账面上来看实用性很强。
↑↑NexTrac系统布局↑↑
NexTrac系统代表车型:
2008年,这款系统首先搭载在韩国现代途胜(tucson)、和起亚狮跑(Sportage)上,现主要应用于长城(哈弗H6、H6运动款)、广汽(传祺GS5)、华泰(华泰B35宝利格)、长安(CS75,95)等国产SUV车型上。
TOD系统,其中Next Gen TOD其核心操作系统与NexTrac系统原理一样,是一套电磁控制的多片式离合器。相比之下,TOD系统主要适配前置后驱车,且TOD比NexTrac提供更多的驾驶员操作,如驾驶员可以根据实际路况,手动选择是否锁止多片式离合器;也可以让TOD系统的微电脑自动分配前后轴扭矩比例。
↑↑TOD系统布局↑↑
↓↓关于TOD系统,可以参考以下视频↓↓
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TOD系统代表车型: 2010款起亚霸锐、长城哈弗H8、驭胜S350、风骏皮卡、奥轩。
接下来,讲解下另一种控制方式:液压控制
瀚德(Haldex)传动系统则是液压控制,且非常具有代表性,利用液压装置来控制多片离合器,实现扭矩分配。瀚德集团2010年被博格华纳收购,成为博格华纳旗下四驱传动系统中不可或缺的一环。
↑↑瀚德(Haldex)传动系统布局↑↑
瀚德(Haldex)传动系统广泛用在城市SUV和基于前驱平台的四驱性能车型之上,平时最多仅可向后轴输送50%的动力,可在短时间内可为后轴分配90%或更多动力,以帮助车辆脱困。
↑↑搭载Haldex传动系统的四驱性能车↑↑
到目前为止,瀚德(Haldex)传动系统已经发展到第五代,这期间,瀚德(Haldex)传动系统的应用,遍布各大品牌汽车厂商生产的车型上。比如国内目前主要是大众品牌汽车(除辉腾外)使用Haldex中央差速器,车型有途观、奥迪A3、TT等。再如著名的凯迪拉克e-AWD等横置发动机平台也基本依据瀚德(Haldex)传动系统进行开发,主要的差别在于厂的调校、设定。
↑↑搭载第4代瀚德(Haldex)传动系统的大众途观动力分配构造图↑↑
瀚德(Haldex)传动系统初代与第二代产品是通过轮间转速差,调节差动液压泵产生的油压,压紧多片式离合器,实现扭矩传递。如大众第四代高尔夫、奥迪TT车型所搭载的就是初代瀚德(Haldex)传动系统。沃尔沃第一代XC90前期车型采用的则是第二代瀚德(Haldex)传动系统。
↑↑初代瀚德(Haldex)传动系统扭矩分配单元简图↑↑
瀚德(Haldex)传动系统第三代、第四代产品,由于采用电控液压泵、单向阀、蓄压器等设计,对于油压的控制更加主动,不再依赖于轴间转速差,响应更快且动力分配也更加智能。大众途观,奥迪Q3、路虎揽胜极光,沃尔沃XC60等车型,采用的就是第四代瀚德(Haldex)传动系统。
↑↑第4代瀚德(Haldex)传动系统扭矩分配单元结构图↑↑
如今,第五代瀚德(Haldex)传动系统的结构主要由多片离合器、电动液压泵、活塞以及控制模块组成,与第四代结构相差无几。唯一不同的是,第五代采用的是离心式电动液压泵,而且取消了蓄能器,因而结构上更轻更紧凑(减重1.5KG)。沃尔沃V40 CC,大众途昂,斯柯达Yeti等车型使用的就是第五代瀚德(Haldex)传动系统。
↑↑第5代瀚德(Haldex)传动系统扭矩分配单元结构图↑↑
↓↓关于瀚德第五代传动系统,可以参考以下视频↓↓
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ESOF技术实际上是一种电控分动箱技术,其最大优势是:驾驶员通过一个按钮就可以在80km/h以下车速实现两驱(2H)与高速四驱(4H)的切换。这里就不做重点讲解了。
接下来我们聊聊麦格纳,全球最大的汽车零部件制造商之一,旗下如下几款四驱传动系统 FLEX4、Actimax、以及ProActive。其中着重讲解下FLEX4、Actimax、这两款,它们采用的是电机控制多片离合器式差速器,貌似听起来有点像上面提到的博格华纳电控,其实不然,在实现控制的方式上它们截然不同,麦格纳巧妙的通过控制蜗轮蜗杆、滚珠坡道机构对多片离合器进行加压,实现扭矩分配。
↑↑麦格纳蜗轮蜗杆机构↑↑
↑↑麦格纳滚珠坡道机构↑↑
滚珠坡道机构由两块压板和压板之间的滚珠组成,压板上有斜槽,当两块压板产生相对转动时,滚珠会在斜槽的作用下,把压板“撑开”,从而压紧多片离合器,实现前后轮间扭矩分配。
↑↑麦格纳滚珠坡道压盘内部结构↑↑
在设计上,FLEX4系统和Actimax系统它们的注重点不同,FLEX4系统注重能效,而Actimax系统则注重性能,但它们运作原理一样,都是电控+蜗轮蜗杆+滚珠坡道+离合片=扭矩分配。
↑↑FLEX4系统布局↑↑
↓↓FLEX4四驱系统技术介绍视频↓↓
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新款奥迪Q5上搭配的貌似就是这套系统
↑↑新款奥迪Q5扭矩分配布局图↑↑
↑↑Actimax扭矩分配单元↑↑
↓↓Actimax系统技术介绍视频↓↓
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说麦格纳是低调的奢华者一点不为过,看它配合的车型就知道了,Actimax技术从2003年就开始搭载宝马xDrive车型上,而同样采用该四驱的车型还包括:玛莎拉蒂Quattroporte、Ghibli,保时捷卡宴,捷豹XF、XJ、F-TYPE等。
至于ProActive系统则是麦格纳专为紧凑型车和中型车而开发的四驱系统,由液压控制多片离合器实现扭矩分配(和上面提到的瀚德系统相似),不在赘述。
↑↑ProActive系统扭矩分配构架图↑↑
简单讲完上述几种多片离合器式差速器,也许你会有这样的想法,这差速器界,多片离合器式差速器要称霸全球的赶脚,是个车都配置了多片离合器式,还有其他差速器的活路吗?
的确多片离合器式差速器的应用遍布各类车型,单单就制造开发难度相比于机械式差速器就具有很大的优势,以及较容易实现主动控制,较广的可调范围,较强的适配性等优点,着实让各家车厂看中,是现阶段应用最为广泛的模拟差速器。
但尽管如此,多片离合器式差速器仍然有着诸多难以克服的问题:
首先是多片离合器系统的最大问题还在控制上,这个问题因为存在逻辑上缺陷所以很难克服。
决定多片离合器是否压紧的控制器所依赖的轮速传感器受多片离合器干扰,所以多片离合器无法连续有效工作或连续做出正确判断,这是多片离合器模拟差速器最致命的缺点,而且永远无法消除。
↑↑控制器不断调整多片离合器的开合,了解车辆所处状态↑↑
离合器片压紧后,汽车处于四驱状态,此时传感器无法判断当前行驶路况下两驱状态是否打滑,于是需要将离合器片放开,传感器判断时下路况,再次决定离合器片是否需要压紧,如此往复,直到车辆驶离打滑区域。
其次是反应速度慢无法应对突发状况
动辄50毫秒或者100毫秒的反应速度看似好像很快,我们来算一下,假设在高速路上遇到一个小水坑或一小片油渍,车速120千米/小时,100毫秒的反应速度意味着轮胎压倒油渍开始打滑后,3.33米后多片离合器压紧,打滑车轮扭矩流失被控制,其实这3.33米的距离已经让车开始失控,对于正在高速行驶的车辆这100毫秒或者50毫秒可能是决定操控生死的时间。
↑↑引起失控的打滑只需要一瞬间↑↑
再有是多片离合器式差速器由于会出现热衰减现象,难以持续实现扭矩传递 且长时间的使用中,摩擦片容易烧毁失效。
离合器片在长时间工作时容易因为发热过大导致摩擦片烧毁失效,更换成本高。
最后是难以平衡的带排现象,反应速度与油耗之间的问题 多片离合器在断开四驱为两驱时,因为离合器片间距较近,离合器片的带排现象造成了不必要的能耗,离合器片之间的间距越大带排现象越小,反之,离合器片间距越小带排现象越大,这就是为什么NexTrac系统后轴扭矩下限是10%而不是0。
但是离合器片的间距越大越则会增加多片离合器的反应速度。
仅目前所使用电磁压紧、滚珠坡道压紧和液压压紧的三种方式
带排现象:电磁压紧>滚珠坡道压紧>液压压紧
反应速度:电磁压紧>滚珠坡道压紧>液压压紧
麦格纳的FLEX4系统就是为了降低其多片离合器系统带排现象的能耗,而代价不仅仅是冗余的结构和可靠性的降低,还有增加了反应速度。
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