丰田普拉多——四轮驱动系统解析

丰田普拉多——四轮驱动系统解析
丰田普拉多（PRADO）是丰田陆地巡洋舰系列中的最新款SUV。

这款全新开发的新一代SUV，配备了丰田全新4.0L V6发动机，排放达到欧Ⅲ标准。

普拉多（PRADO）先进的发动机提供强劲的动力输出，配以坚固的车架以及强化的悬架系统，使崎岖的路途变得舒适顺畅。

作为一款越野车，四轮驱动系统可谓是重中之重。

本文将着重为您介绍普拉多（PRADO）
装备的全时四驱系统。

对于普通的锥形齿轮式差速器，不论是轮间差速器还是中间差速器，由于行星齿轮在吸收转速差时因自转而产生的内摩擦力很小，如果不对其进行限制或锁止，只要有一侧（或一轴）车轮滑转，则另一车轮（或车轴）的驱动力也会被限制到与滑转一侧车轮（或一轴）的驱动力相等，不能充分发挥轮胎的抓地力，影响汽车的越野性。

普拉多（PRADO）的底盘系统采用了全时驱动方式，布置了3个差速器：前、后差速器采用普通锥形齿轮式差速器，无差速限制和锁止装置，左、右两侧车轮的滑转通过TRC/VSC系统以制动方式来限制；中间差速器采用托儿森（TORSEN）T-3型限滑差速器。

国产的一汽丰田普拉多（PRADO）采用
4BM分动器，可以实现对差速器的电控锁止。

全时四驱系统的基本构成
丰田普拉多（PRADO）四驱传动系统的机械部分主要由变速器、分动器（可电控锁止差速器）、前后传动轴及前后差速器等组成（图1）。

四驱的电控部分由制动控制ECU、发动机ECU、中间差速器锁止按钮、驻车及空挡位置开关、4WD控制ECU和分动器电控执行器等组成。

分动器电控执行器根据驾驶员的操作意愿（中间差速器锁止按钮）、汽车制动状态、发动机运行转速状态、变速器挡位状态等信号对分动器内的差速器进行锁止控制。

这样做的目的是为了便于驾驶员操作，确保分动器内的传动切换准确有效，避免由于误操作而造成的机件损坏。

分动器电控执行器
一汽丰田普拉多（PRADO）的发动机型号为1GR-FE，变速器型号为A750F，其分动器采用经过改进的VF4BM。

如图2所示，分动器有L和H两个挡位，传动比分别为2.566和1.000，L、H挡位由驾驶员手动操作。

驾驶员根据路面状况切换“中间差速器锁止按钮”对差速器进行锁止，因而可实现H4F-H4L-L4F-L4L的换挡模式。

H4F和L4F为分别对应分动器高、低挡的差速器“F”（自由）模式，H4L和L4L则为“L”（锁止）模式。

其他类型的分动器如表1所示，其中VF2A分动器在普拉多2700车型上使用，TORSEN LSD为选装部件。

由变速器传来的动力经分动器的副变速L或H齿轮传到差速器外壳齿轮（图2、图3），再经差速器内的传动机构把动力传到前、后轴，4WD控制ECU对分动器电控执行器进行控制，驱动“中间差速器锁止拨叉轴”实现中间差速器锁的切换。

TORSEN LSD的结构如图4、图5所示，主要由差速器外壳、行星齿轮架、行星齿轮、太阳轮、环形齿轮接合齿、太阳轮接合齿及4个离合器盘等组成。

结构中有8个行星齿轮与环齿和太阳轮齿内外相互啮合，它们之间相互啮合齿轮的齿形属于TORSEN T-3型。

当环齿与太阳轮的转速不等时（某一驱动轴有打滑趋势），行星齿轮会被迫产生自转运动，这个自转运动又会导致与环齿或太阳轮的轴向相对运动。

轴向运动的压力对安装在装置内的离合器盘施加压力，产生内摩擦力，因此限制了相对运动，也就限制了打滑的驱动轴的运动，而增加不打滑的驱动轴的扭矩；太阳轮与太阳轮接合齿相互配对，以便把太阳轮传来的动力输出到前驱动轴。

而环形齿轮接合齿则把环齿的动力输出到后驱动轴，因此接合齿实际上是用于传递动力的过渡齿轮。

只要前、后驱动轮因地面附着力的变化而导致扭矩的变化，差速器会立即产生比普通差速器（非限制式）要大得多的内摩擦扭矩。

这种差速器的限制方式也叫扭矩
敏感式。

把分动器切换到H4F或L4F模式时，差速器处于“自由模式”，TORSEN LSD有如下的4种
工作状态。

1.前轴转速等于后轴转速
当汽车在良好路面直线行驶时，前轮与后轮的转速接近相等，即太阳轮与环齿的角速度也相等，动力的传动路线如图6所示。

如图7所示，太阳轮与环齿转速相等，行星齿轮不做自转运动，差速器的内摩擦为0，太阳轮与环齿半径之比为2:3，前轴与后轴的扭矩比为2:3。

正常行驶时，后轴得到60%的扭矩，前轴得到40％的扭矩。

这种扭矩分配方式与汽车的质量分配相对应，有利于利用车辆加速时后轴载荷大于前轴的情况下，提升车辆轮胎的抓地力，
增加车辆的稳定性。

2.前轴转速大于后轴转速
当汽车转向或因湿滑路面导致前轮打滑时，车辆则会出现前轴转速大于后轴的情况。

如图8所示，太阳轮转速大于环齿转速，两者的相对运动使行星齿轮被迫自转。

但是由于它与环齿和太阳轮齿相互啮合，啮合的齿形角产生很大的摩擦力，同时它与行星齿轮架之间也会产生摩擦力，因此行星齿轮的自转受到以上摩擦力的作用，挤压4号离合器盘。

另一方面，环齿则沿轴向向左运动，挤压1号离合器盘。

4号离合器盘的摩擦力，限制了高转速的太阳轮的转速继续增加，1号离合器盘的摩擦力，则把差速器外壳上的动力直接传递到环齿。

由上可知，行星齿轮自传的摩擦力和离合器片的摩擦力构成了内摩擦力矩，从而增加了后轴的驱动力。

前、后轴的扭矩分配比最大可达到29:71，从而减小前轴的扭矩，把更多的驱动力分配到附着状况好的后轴。

当车辆实现这种扭矩分配后，转向时前轴驱动扭矩降低，增加了侧向附着力，可减小转向侧滑的趋势，操作稳定性得到了改善，同时也提高了汽车在湿滑路面
行驶时的通过性。

3.前轴转速小于后轴转速
当环齿转速大于太阳轮转速，此时行星齿轮也产生自转（图9），自转时与环齿、太阳齿和齿架之间会产生摩擦阻力；同时行星齿轮沿轴向向左运动，环齿和太阳轮分别向左、向右做轴向运动，环齿仍然挤压1号离合器盘，行星齿轮挤压2号离合器盘，太阳轮挤压4号离合器盘，因此，?，同时动力由行星齿轮架通过4号离合器盘的摩擦力直接传递到太阳轮，增加了前轴的输出扭矩。

差速器的内摩擦力由1号、2号、4号和行星齿轮自转摩擦力组成，
使前、后轴的扭矩分配比最大达到53:47。

4.中间差速器的锁止
如果前轮的地面附着力较小，出现了滑转趋势，差速器自动限制其滑转，前轮驱动力自动降低到29％。

若前轮附着力继续减小，而此时前轮驱动力不能再降低，未滑转的后轴所分配到的扭矩只能达到71％，此时，驾驶员应该锁止差速器，这种情况一般发生在特别恶劣的泥沼路面。

如前轮离开地面（悬空），该车轮的驱动力降为0，此时如果未锁止差速器，后轴只能分配到71％的最大驱动力，但如果锁止了差速器，后轴则可分配到100％的驱动力。

驾驶员应该根据驾驶经验，在进入恶劣路面前提早锁止差速器，以使汽车驶入该路面时获得更好的越野性能。

但是当汽车在驶入良好路面时，必须解除对差速器的锁止，否则汽车前、后轴会产生运动干涉，造成汽车转向困难、传动系振动、机件磨损和油耗增加，甚至会损坏
传动部件。

丰田普拉多（PRADO）四轮驱动系统采用了以TORSEN T-3为核心的VF4BM分动器，它的常时驱动H4F和L4F模式虽然未锁止差速器，但由于该差速器具有较大的扭矩分配特
性，可以最大程度地稳定湿滑路面的驾驶。

同时，TORSEN T-3的核心部件具有结构紧凑、性能可靠、响应快、制造成本低、噪音低、振动小和操作简单等优点，使丰田普拉多（PRADO）
具有良好的操控稳定性和卓越的越野性能。