全轮驱动
现代轿车的马力都比较大,加速时重心后移。全车重量会向后轴移动,造成前轴轻飘,这对于前轴驱动的轿车来说,即使在良好的路面上也会打滑。四轮驱动(Four—Wheel— Drive,简称4WD)系统可防止这种现象发生。因为四轮驱动 系统可将动力从空转打滑的轮子移走,然后再重新分配到抓地力较大的轮子上,从而驱动车辆。
将四轮驱动粗略分类,有短时四轮驱动和常时四轮驱动之分。常时四轮驱动可分为2 种:①固定扭矩分配方式,②变动扭矩分配方式。
如果按前后扭矩分配方式进行分类,其中,变动扭矩分配方式的四轮驱动 又可分为两大类,一种是利用前后轮转速差分配驱动扭矩,这种方式叫做被动分配方式,另一种是利用电脑控制液压油压力分配驱动扭矩,这种方式叫做主动分配方式。
轿车电子控制变扭矩主动分配方式的四轮驱动技术,也叫全轮驱动AWD(All—Wheel—Drive)技术。AwD比4WD少了低比率的传动装置,因为轿车使用全轮驱动技术不仅为了提高汽车的牵引性和通过性,更重视汽车的行驶性、转向性和 制动性。轿车全轮驱动系统利用一切结构和装置自动地或按司机驾驶意图,综合地控制发动机功率、整车的横向加速度及制动力等,将驱动力扭矩合理地分配给前后车轮。
轿车AWD系统实际上是驱动力分配控制方式的四轮驱动,它利用电脑和各种不断改进的传感器,不断判断轮胎对地 面的动态附着力和司机的驾驶意图,积极控制汽车差速器的差动状态,平衡各轮的驱动力,优化汽车的各项性能。
典型的轿车AWD系统主要由前后轮驱动装置、传感器、电控单元、分动器和液压装置等组成。控制系统的控制原理如图1所示,在前后轮之问布置一个湿式多片离合器,在汽车行驶过程中,使用电脑控制液压系统的油压,适应汽车的行 驶状态将驱动扭矩分配到前后车轮上去。
汽车在行驶时,电脑利用下述3种传感器不断检测汽车的行驶状态,即4个车轮的转速传感器、汽车的前后左右加速度传感器、发动机转速传感器。此外,利用转向盘转向角传感器、油门踏板开度传感器不断地判断司机的驾驶意图,按预先给定的程序进行综合控制。在AWD系统中,向前后车轮的动力分配影响到汽车的行驶性能。如当汽车向前后轮驱动力的分配比为0:100时,具有较高的转向性能和极限行驶性能,当驱动力分配比为50:50时,稳定性得到提高,但转向性能和 极限行驶性能会下降。在转向性能、稳定性和极限行驶性能之间要获得良好平衡,必须确定最优的前后驱动力分配系数,理想的分配系数按照不同的路面有所不同,在允许强力加速的铺装路面上考虑到载荷转移,以向后轮分配较大驱动力为宜。但是,在打滑的路面,当向后轮分配较大驱动力时,就会引起过度转向。有资料认为,理想的前后驱动力分配比在3O :70~50:50。目前,本田新一代Legend轿车的SH—AWD能使前后驱动力分配在70:30—30:70内连续变化。
3.1 传感器
传感器的功用是检测汽车前进过程中的有关运动物理量,并转换成电信号,输入到ECU(电控单元)中,供ECU分析计算。
(1)车轮速度传感器 将4个车轮的速度检测出来,以脉冲信号的形式输出,送入AWD系统ECU,同时也将电信号输入到其它电控系统ECU。
(2)加速度传感器 检测前后左右4个车轮的加速度。确定汽车的加减速状态。
(3)转角传感器 转角传感器安装在转向轮靠近车轮的一侧,用来检测转向轮的瞬时偏转角,可与电控四轮转向系统共用转角传感器。
(4)压力传感器压力传感器用来检测湿式多片离合器内液压油的压力。
3.2 分动器
分动器的功能是执行前后轮扭矩分配功能,在分动器中问布置一个湿式多片离合器,该离合器右端通过传动轴驱动后轮,左端通过链传动驱动前轮。
3.3 电控单元(ECU)
ECU是AWD系统的核心,其功用是根据制定的控制方案,按照编制的程序对各种传感器输入信号进行分析、计算、处理,输出一定的控制信号指令,驱动电磁阀动作。AWD系统ECU主要由输入信号调理电路、微处理器、输出信号处理电路、电源电路等硬件部分和控制系统和控制程序、软件平台等软件部分组成。为保证控制系统可靠地工作,电控单元还必须采取有效的抗干扰措施和故障自诊断处理措施。
轿车采用电控AWD系统与传统两轮驱动系统相比有如下特点:
①由于现代轿车车速越来越高,特别在高速公路上行驶时由于风阻加大。为最大限度地传递驱动力,采用AWD系统可充分利用车重来提高驱动力。提高汽车在各种路面上行驶的动力性。
②传统前轮驱动轿车,在加速转弯时会出现转向不足现象,传统后轮驱动轿车。在加速转弯时会出现转向过度的倾向。而装有AWD系统的轿车可根据汽车行驶状态分配前后轮驱动力。极大地改善汽车的转向性能。
③轿车AWD系统和全轮驱动专用的制动防抱死系统(ABS)可使轿车获得最大制动力,最大限度地利用路面和轮胎之间的摩擦力。提高汽车的制动性能。
④在越野和泥泞路面及雨天和雪天道路易滑的情况下,AWD系统可防止车辆打滑,提高汽车的通过性。
轿车AWD系统希望不断地提高轿车的驱动性和操纵稳定性。把轮胎对地面的附着力充分发挥出来。从而平衡四轮的驱动力。提高整车牵引力。
随着电子控制技术的进步。各种传感器的不断改进,机电一体化的不断发展,这种理想的驱动力控制系统一定会获得广泛的应用。
目前,轿车AWD系统发展所面临的问题也是未来研究解决的重点问题。主要集中在以下几个方面:
(1)硬件系统的匹配,组成轿车全轮驱动系统(AW1)的结构有多种类型。怎样的组合和匹配是最佳的将是研究人员需要解决的一个问题。
(2)针对AWD系统。进一步开发、设计高性能、高精度、高灵敏度的传感器,以便正确检测汽车的运动信号。同时,可利用CAN总线和其它系统如AMT(自动变速器)、ABS(制动防抱死系统)等进行信息共用。
(3)最优控制策略的确定及将先进的控制理论与控制方法应用于轿车AWD系统的研究中,是研究人员需要解决的重点问题。
(4)进一步简化系统。减小系统结构的体积。控制生产成本。由于新一代各种动态稳定系统的研发和应用,未来的(AW1)系统将和其它电控系统整合在一起,形成集各种功能于一身的综合电控系统。这也是AWD系统研究的长远目标。
李素华,姚层林 简述轿车全轮驱动系统 机械研究与应用 第19卷 第2期 2006年4月
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