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奔驰、宝马、奥迪、大众四驱系统大比拼 (一)

发表日期:2007-12-03 摄影器材: 点击数: 投票数:
奔驰、宝马、奥迪和大众这几家德国顶尖的汽车制造商在四驱技术都有着各自的看家本领。在国内,人们对奥迪的QUATTRO四驱技术可能早就耳熟能详。奥迪官方也把QUATTRO四驱作为奥迪的一个很独特的技术亮点。但同是德国血统的奔驰4MATIC,大众4MOTION,宝马Xdrive就鲜为人知了。事实上,这些四驱都跟QUATTRO一样,是经过了几代的演变才变得成熟起来的。 『军用吉普』
● 说在前面:为什么需要四驱技术?
要了解这些复杂的四驱技术特性,以及性能上的优劣,首先还得来简单的了解一下四轮驱动的发展史。四轮驱动技术主要分为越野四驱和公路四驱。越野四驱最早时从战争中发展出来的。
二战美军为了加强前线步兵和指挥官作战的机动性,开发了一款轻便的四轮驱动小车吉普威利斯。它采用的是分时四驱的设计结构。在当时几乎还没有全时四驱的设计理念。
之所以不能把动力固定的以刚性的传动轴分配给前后轮时因为汽车在转弯时,四个车轮所运动的轨迹各不一样,转弯圆弧的半径也都不相同。所以要想把动力刚性的分配给前后车轮就必须让前后车轮保持完全相同的转速,这在直线行驶时并没有什么坏处,相反还能提高轮胎的有效抓地,但在转弯时问题就出来了。
『过弯弧线各轮不同』 由于每个车轮在转弯时所压过的弧线不一样就意味着每个车轮的转速都不能一样。如果刚性的把发动机的动力通过传动轴分配给前后车轮的话,那么每个车轮的转速都只能完全相同那么在转向时,前后车轮就会发生转向干涉,如果是干燥路面就会产生一个制动力让车不能前进,这就是我们常说的转向制动。当然,不光是前后车桥有转速差,从图上看左右车轮也存在转速差。
我们知道在汽车的驱动桥上都装有差速器。差速器的作用就是能够调节左右车轮的转速差来适应不同的转向轨迹。普通的这种差速器由于没有任何差动限制,发动机的动力被差速器自动的分配给受阻力较小一侧的车轮,所以这种叫做开放式差速器。几乎所有两轮驱动的汽车上都装有这种差速器。
那么,如果一台汽车是由四个车轮驱动的,那么我们不难想象,如果要刚性地按照50:50给前后驱动桥分配动力,那么就不能长时间处于四轮驱动状态,在高摩擦系数路面上转弯时则必去切换回两轮驱动。如果要全天候确保能够让四个车轮都能获得动力,那我们就需要一个中央差速器来给前后驱动桥分配动力,就像两轮驱动汽车的开放式差速器一样。
当然除了中央差速器为前后桥分配动力外,还需要前/后两个差速器给左右车轮分配动力,这就是全时四驱的雏形。但装配了三个开放式差速器的四轮驱动对于越野和提高通过性来说时毫无意义的。我们知道,开放式差速器的功能时把发动机动力分配给受阻力小的车轮,如果一台车上使用了三个开放式差速器来调节转速差的话,那么如果有一个车轮受阻力最小,动力就会100%的传递给这个车轮。
这种情况在越野和通过恶劣路面的时候是很常见的。因为汽车在通过恶劣路面时,很容易出现一个车轮离地,或者陷入泥潭打滑的情况,那么如果装用了三个前,中,后开放式差速器的全时四驱车,遇到这种情况就无法获得牵引力继续前进了。
因此这种四驱是毫无意义的。作为像吉普威利斯那样的分时四驱来说,由于前后车桥是被刚性分配动力的,在任何情况下都是前后各一半(50:50)的分配比例,所以即便前轮打滑,还有后轮能提供动力。而对于装了三个开放式差速器的全时四驱来说,就只能通过别的办法来解决这个问题了。
『差动限制器』 差动限制器就是这样诞生的。我们知道既然开放式差速器的特性是将动力传给受阻力较小一方的车轮,那么如果我们给打滑的车轮制造一个阻力让它不能转动,那么动力自然就能传递给没有打滑(仍然有抓地力)的车轮了,从而摆脱抛锚的困境;当然,还有一种方案就是像分时四驱那样,一旦有车轮打滑,我们直接跨过差速器,把前后传动轴刚性的连接起来(锁死),那么动力将为完全按照50:50的比例来分配,那么没有打滑的车轮也能获得一部分动力从而摆脱打滑的困境。
这两种差动限制就是现在最常用的四驱技术,对于全时四驱来说,决定四轮驱动技术性能好坏的关键,在很大程度上往往就取决于差动限制方式的设计好坏。作为全球几个知名汽车生产厂商,对于四轮驱动的理解也不一样,有着各自的独特设计。下面让我们来看一看这些方式有哪些不同。
● 奔驰4MATIC:
『装备4Matic的奔驰S级轿车』 奔驰把它旗下的四轮驱动技术命名为4MATIC。这套系统最早只在奔驰的专业越野车G级上被采用,当然,当时的G级完全时为了通过性的才去考虑配置四驱系统的,而当时的奔驰4MATIC与现在亦有很大的差别。

上世纪八十年代的奔驰G级上并没有引入现在流行的全时四驱的概念,而是早期的分时四驱系统。但这套分时四驱并不是像吉普威利斯那样依靠驾驶员的操作进行切换的。而是采用了湿式多片离合器来控制前桥动力的通断。
当汽车正常行驶时,实际上仅是采用后轮驱动的,因为此时中央耦合器在电脑的控制下是保持断开的,动力100%地传递给了后轮。当汽车在转弯时,电脑会通过转角传感器测得一个转向角度,然后通过这个转向角度计算出一个前后车轮的理论转速。
如果后轮的转速与前轮的转速相匹配(差别在误差允许范围内),那么视为正常转向。如果前后车轮转速差超过正常范围,那么电脑则会判断此时后轮已经开始打滑,然后自动控制中央粘性耦合器接通,将一部分动力分担出来传递给前轮。这时前轮获得的动力大概只有35%,其目的时为了让后轮摆脱打滑。如果此时后轮仍然打滑,那么电脑则会判断,35%的动力不足以让汽车摆脱打滑的局面,从而自动锁死多片离合器。
这时相当于刚性地把前后驱动桥连接起来,前/后按照50:50的固定比例传递动力。换个角度来看相当于差速器被差速锁锁死。当然这种方式最大也只能实现前后50:50的动力分配,如果50%的动力仍然不能把车从泥坑里拉出来,那只能束手无策了。
不过多年以后,随着第二代4MATIC的推出,奔驰的四驱系统在性能上得到了质的提升。这套一直沿用至今的新一代4MATIC四驱系统实际上就是上文所介绍的,采用了前,中,后三个开放式差速器的全时四驱系统。其实这种三个差速器的设计并不稀奇,但它的核心就在差动限制技术上。
奔驰引入了一套全新的概念,叫“4ETS”技术,这跟保时捷在959车型上推出的PSK技术有些相似。我们前面说过,开放式差速器的好处是能够自动调节动力的分配,把动力自动分配给受阻力小的车轮。但是它的缺点也显而易见,就是一旦有一个车轮失去抓地力,那么车辆将陷入困境。4ETS就是利用了ABS的制动力自动分配(EBD)功能,实现了差动限制。
道理很简单,我们知道,4通道4传感器ABS最大的好处就是可以实现制动力自动分配功能,给需要制动的车轮逐个进行制动,而不是同时给全部车轮制动。每个车轮上的制动器都由一个电磁阀来控制,电磁阀能在电脑的控制下处于三种状态:加压状态、平衡状态和减压状态。从而实现对逐个车轮的单独制动,而这一切都可以由电脑来自动控制完成。
那么当这种全时四驱的车辆有一个车轮打滑时,电脑可以通过控制ABS对这个打滑车轮制动的办法来限制它的空转。这样差速器就不会把动力传递给这个打滑的车轮了,转而传递给未打滑的其他三个车轮。如果制动系统把这个打滑的车轮锁死,那么其他三个车轮就能得到所有的动力,也就是说其他每个车轮能得到33%的动力。
如果车辆有三个车轮都在打滑,只有一个车轮能获得抓地力的话,同样的道理,4ETS也能给这三个车轮产生制动力限制其打滑,而让动力100%地传递给未打滑的这一个车轮,让车摆脱困境,不过遇到三个车轮都打滑的机会是非常小的。当然如果四个车轮都打滑的话,那么神仙也救不了你了。
4MATIC还有一个好处就是在高速行驶时能提高汽车的主动安全性能。我们知道高速行驶最让人抓狂的就是轮胎丧失抓地导致汽车失控,这在湿滑路面上尤为多见。在4MATIC的帮助下能够保证汽车能更好地在安全的驾驶极限内行驶。不过这跟ESP所起到的保护作用不同,但原理有些相似。
我们知道ESP为了保证汽车在高速行驶时不至于失控的做法就是电脑一旦检测出某个车轮有打滑的迹象就给通过减小油门开度(降低速度)和对这个可能要打滑的车轮进行制动让它保持在极限范围内。不过这一切都比较被动,因为减小油门开度来减慢速度是需要时间的,这相当于我们在不踩油门的情况下利用发动机制动让车减速。而ESP的制动又会白白损失动力。
对于4MATIC来说这些问题都迎刃而解了。同样是对可能失去抓地的单个车轮进行制动但情况却不相同。由于采用了三个开放式的差速器,在给这个将要打滑的车轮进行制动时动力并没有被损耗掉,而是通过差速器传递给了其他三个车轮。正因为4MATIC的4ETS技术能把传递到每个车轮的扭矩从0-100%的进行动态调节,所以极大地优化了驱动力的合理分配,从而保证了车辆高速行驶的主动安全性,而且过弯的速度和极限也能更高。
当然这些都是理论上的结论。我们知道频繁地制动会大量消耗动力而且使制动系统发热。不过实验表明,在速度较低的情况下这种发热并不可怕,但是如果高速行驶的情况,能量损失就不容小觑了。所以4MATIC低速越野是它的强项,要提高公路性能,我们则需要采用另外一种方式。因此针对4MATIC公路性能的弱点,宝马的Xdrive就应运而生了。
奔驰4MATIC
公路性 ★★★
通过性 ★★★★
主动安全性 ★★★★
响应速度 ★★★
机械损耗 ★★
可靠性 ★★
成本优势 ★★★
总体推荐值 ★★★


对于宝马Xdrive来说,它比奔驰的做法显得更聪明,这也是Xdrive比4MATIC诞生得晚的原因。其实宝马早期的四驱并不叫Xdrive而是叫ADB-X,它跟奔驰的4MATIC几乎是同时代的产品。从设计和性能上也跟奔驰的4MATIC非常相似,不,可以说是完全一样。
● 宝马Xdrive:
『宝马的轿车中Xdrive并不常见』 宝马早期的ADB-X四驱系统采用的也时前,中,后三个开放式差速器。动力通过这三个差速器分配给每个车轮,当有车轮打滑时,也时通过ABS的制动来实现差动限制的。正因为有了ADB-X在公路高速行驶性能上的不足,在后来推出的Xdrive全时四驱系统上做出了很大的改进。其解决办法就是在中央差速器上安装了一套多片离合器。
对中央差速器的差动限制比较独特,不是采用ABS制动,而是采用多片离合器的分离和结合来实现差动限制。这套多片离合器由一个液压阀控制,液压阀能产生很大的推力,在电脑的控制下实现多片离合器的分离和结合。
当多片离合器分离时,中央差速器按照把动力分配给受阻力小的车轮的原则分配动力,但当车轮打滑时,多片离合器结合,把动力分配到抓地力大的车轮上。
这些都是在分动箱里面通过调节多片离合器的结合力度来调节动力分配的,所以不需要频繁制动就能实现前后车桥的动力的合理分配。这样正好解决了4MATIC在高速行驶下的动力分配损耗问题。有了这套多片离合器,就可以实现一个4MATIC很难实现的功能,就是在汽车加速时把更多的动力分配给后轮。
我们知道,汽车加速时特别是急加速时,由于重心会后移,后轮的负载增大,那么后轮能获得的抓地也就更大,最好的办法就是让后轮获得更大的动力,这样能够在加速时获得更多的有效牵引力。Xdrive正好能实现此样的功能,而且在高速行驶和急加速时也不会有制动系统的介入,不会有过多的能量损耗。不过还有一种全时四驱做得更绝,他能主动的根据需要分配动力,而这一切都是通过纯机械来完成的,这就是奥迪的QUATTRO。
宝马Xdrive
公路性 ★★★★
通过性 ★★★★
主动安全性 ★★★★
响应速度 ★★★
机械损耗 ★★
可靠性 ★★★
成本优势 ★★★
总体推荐值 ★★★★

作者:小五

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