全时四轮驱动技术论文

汽车四轮驱动技术
【摘要】四轮独立驱动技术可使电动汽车底盘实现电子化，主动化，大大提高电动汽车的性能。

电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动汽车的四个车轮，车轮之间没有机械传动环节。

四轮驱动技术比传统驱动技术更有明显的的优势，此技术将来会更有力的运用。

为了更进一步了解全时四轮驱动技术，逐一的把四驱技术和传统驱动优缺点对比：
1.传动系统得到减化，整车质量大大减轻。

由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。

2.与传统汽车相比，四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件，容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统（TCS）、防抱死制动系统（ABS）及动力学控制系统（VDC）。

3.对各车轮采用制动能量回收系统，则可大大提高汽车能量利用效率，且与采用单电动机驱动的电动汽车相比，其能量回收效率也获得显著增加。

这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。

4.实现汽车底盘系统的电子化、主动化。

【关键词】四轮驱动技术特点优势独立底盘
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Auto four-wheel drive technology
【Abstract】Four-wheel independent drive technology can make the electric automobile chassis realization of e-government, active, greatly improving the performance of the electric vehicle. Electric vehicle four-wheel independent drive system is by four independent control of motor respectively drive the car four wheels, no mechanical transmission links between the wheels. Four-wheel drive technology than traditional drive technology is more obvious advantages, this technology in the future will be more powerful application. To further understand full-time four-wheel drive technology, each of the raider technology and traditional drive advantages and disadvantages compared:
1. The transmission systems have simplify, complete quality greatly relieved. Directly driven by motor wheels or are even integrated into one.
Compared with the traditional automobile 2, four-wheel independent drive system can be accomplished by motor driving control and do not need other attachments, easy to achieve better performance, cost lower traction control system (TCS), ABS (ABS) and dynamic control system (VDC).
3. For each wheel adopts braking energy recovery system, it can greatly improve the car energy utilization efficiency, and by a single motor drives electric vehicle compared to the energy recovery efficiency also obtain increased significantly. To improve the electric car onward travel distance is very important.
4. Realize automobile chassis system of electronic, active glycosylated. Hyundai motor drive system arrangement is divided into front drive, after driving or whole driver.
【Keywords】Four-wheel Drive technical Features advantages Independent Chassis
【目录】
第一章绪论 (4)
1.1 四轮驱动的发展 (4)
1.2 四驱的不利因素 (4)
第二章全时四轮驱动技术 (5)
2.2四轮驱动工作原理及其组件分析 (6)
第三章汽车驱动形式 (9)
3.1 汽车驱动形式各分类 (9)
3.1.1 前置前驱特点及分析 (9)
3.1.2 前置后驱特点及分析 (9)
3.1.3 中置后驱特点及分析 (10)
3.1.4 后置后驱特点及分析 (10)
3.1.5 四轮驱动特点及分析 (11)
第四章四轮驱动系统分类及对称 (12)
4.1 四轮驱动分类 (12)
4.1.1 用途分类 (12)
4.1.2 分动器分类 (12)
4.2 左右对称全时四轮驱动系统 (12)
第五章结论 (14)
参考文献: (15)
致谢 (16)
第一章绪论
1.1 四轮驱动的发展
四轮驱动最早应用于第一次世界大战的军事用车，很快这项技术在二战期间美国军事车吉普上得到广泛使用。

二战结束之后，首先被应用在陆虎上。

几十年来，四驱依然被应用在越野车领域上直到1970年英国罗孚(Range Rover)公司使用了这项技术。

罗孚公司第一次将四驱技术应用在非越野车上，乘坐时驾乘人员感到前所未有的舒适。

上世纪八十年代初，奥迪推出新车型Quattro Coupe，但不是真正意义上的四驱型轿车。

这款车仅是通过调节发动机的扭矩来控制负重轮的，不能达到越野性能。

从此，四驱技术被广泛流传。

上世纪九十年代，在北美市场福特和通用推出大量多款SUV和皮卡。

至2005年的十年间，这种轻卡占据北美轻型乘用车的50%，但并不是所有SUV和皮卡都采用了四驱技术。

这款全尺寸轻卡，如占据北美轻卡市场半壁江山的雪佛兰Tahoe和福特F系列由后轮驱动（RWD)结构转向全时四轮驱动(AWD)。

一些小型SUV，如福特Escape，采用前轮驱动(FWD)。

在欧洲，为SUV供货的OEM很少，大多受限于宝马、梅塞德斯—奔驰和陆虎。

因此SUV销量仅占轻型乘用车的7%。

陆虎的所有车型都采用后轮驱动/全时四轮驱动。

而宝马和梅塞德斯—奔驰的SUV系列采用全/半四轮驱动，主要适应公路(on-road)用车。

在欧洲四驱被广泛应用在高性能的公路用车或高端家庭用车上。

紧随奥迪之后，许多汽车制造商至少在其产品中有一款车型采用四驱技术。

因为在欧洲前驱比后驱更普遍，大多数四驱系统采用动力传输装置(PTU)和传输动力的中央差速器及后轴扭矩。

这些系统逐渐不起主要作用，仅在前轮失去动力时才被启动。

宝马开始规模化在其X系中使用其四驱技术，随后应用到其乘用车上。

宝马和梅塞德斯的全部系列车型都采用后轮驱动，因此采用了分动器系统分配四轮动力。

在日本市场无论是SUV还是高性能公路用车对四驱技术需求更加渴望。

如丰田Supra和日产Skyline就是最典型的代表。

据专家估计，四驱和全时四驱占轻型乘用车总产量35%。

如果这样，我们要格外注意日本汽车有45%是要出口海外的。

1.2四驱的不利因素
在某些时候，四驱技术的持续流行非常惊人。

对一般客户进行调查显示SUV和其它形式的四驱车型很少在越野条件下行驶。

四驱系统存在一定的不利因素。

首先，需要考虑零部件的重量，一些传动装置就会产生额外燃油消耗。

第二，在通过两轴和四轮传输时发动机动力会大大减少机械效率。

事实上，大多数消费者选择四驱车型都是看重其有利的一面。

安全性和坚固性成为四驱车显著的特点。

第二章全时四轮驱动技术
2.1全时四轮驱动技术概念及其优缺点
2.1.1 全时四轮驱动技术概念
全时四轮驱动，简称AWD，是AllWheelDrive的简写。

具体的含义是：汽车在行驶的任何时间，都是以四个轮子独立推动，明显区别于其他前轮或后轮以及4WD带动的汽车。

全时四轮驱动车辆会比2WD（分FWD和RWD）更优异与安全。

理论上，AWD比2WD 多了一倍以上的牵引力，车子的行驶是依据它持续平稳的牵引力，而牵引力的稳定性主要由车子的驱动方法来决定，将引擎动力的输出经传动系统分配到四个轮胎与分配到两个轮胎上做比较，其结果是AWD能在2WD无法安全行驶的路况中轻易地行驶，使车具有灵活的操控性，达到安全稳定，即无论行驶在何种天气以及何种路面（湿地、崎岖山路、弯路上）；驾驶员都能轻松地控制每一个动作，从而保证驾驶员和乘客的安全。

也正因为AWD的存在，为汽车提供了“主动安全、主动驾驶”的机会。

2.1.2 全时四轮驱动技术特点分析
非常接合式四轮驱动为越野车采用的传统结构形式，其特点是可以根据路面情况手动地选择四轮驱动或两轮驱动。

全时四轮驱动是指20世纪70年代末出现的以在硬路面上行驶为主的常接合式四轮驱动，由于其在各种路况下尤其在潮湿路面和冬季路面上均有较好的驱动能力，低档加速性好，驱动力不受汽车轴荷分配改变的影响，在泥泞和雪地上的行驶稳定性好，对侧风的敏感性小，各轮胎的磨损比较均匀，它已成为今后的发展方向。

轿车采用常接合式四轮驱动，虽使其结构复杂、质量增大、造价提高、油耗增加（约5%～10%），通常其最高车速也有所降低，但可大大地提高它对各种路面的适应性，提高其行驶安全性及通过性，因此深受用户欢迎，得到迅速发展。

以往，常接合式四轮驱动汽车装有轴间差速器及差速锁，后来有的差速锁被粘性离合器或液压多片摩擦离合器所代替；又出现了没有轴间差速器而代之以液压多片离合器、粘性离合器或超越离合器的新型常接合式四轮驱动汽车。

粘性离合器如上图所示，其输入、输出轴分别以花键与内、外圆盘相联，壳内充满硅油，利用内、外圆盘间硅油的粘性剪切力传递转矩。

它所传递的转矩随输入、输出轴间转速差的变化而变化，旋转速度改变时转矩变化非常平稳
四轮驱动优点：可以获得双倍的纵向力，这个优点可以帮助应对各种环境。

例如：
雪地：汽车通过雪地时需要很大的力。

可用的力的大小受可用牵引力的限制。

如果路面上的积雪超过几厘米，大多数双轮驱动汽车都将无法移动，因为在雪地上每个轮胎只有很小的牵引力。

而四轮驱动汽车可以利用四个轮胎的牵引力。

越野：在越野条件下，至少有一组轮胎处于低牵引力状态的情况很常见，例如穿越溪流或泥潭时。

有了四轮驱动，则另一组轮胎仍然保持了牵引力，可以使汽车脱离困境。

爬越较滑的山地：执行这一任务需要很大的牵引力。

四轮驱动的汽车可以利用所有四个轮胎的牵引力将汽车拉上山坡。

2.2四轮驱动工作原理及其组件分析
2.2.1四轮驱动工作原理
四轮驱动：通常，当汽车制造商说一辆车具有“四轮驱动”时，他们指的是“分时”系统。

就本文而言，这些系统只是针对低牵引力条件，例如越野或在雪地或冰面上行驶。

全轮驱动：这些系统有时被称作“全时四轮驱动”。

全轮驱动系统是为适合在各种类型的路面上（包括公路和越野）行驶而设计的，而且这些系统大多数都不能关闭。

分时和全时四轮驱动系统可以采用相同的标准来评估。

最佳的系统会在每个车轮上施加最恰当的扭矩，也就是说，保持轮胎不会出现打滑时的最大扭矩。

悍马的四轮驱动系统
本文将说明四轮驱动的原理，首先介绍一些有关牵引力的背景知识，然后了解组成一个四轮驱动系统的各个组件。

接着，我们将介绍几个不同的系统，包括由AM General为通用汽车公司制造的悍马系统。

在了解汽车的不同四轮驱动系统之前，我们需要知道一点有关扭矩、牵引力和车轮滑移的知识。

扭矩是发动机产生的扭力。

发动机的扭矩是汽车行驶的动力。

变速器和差速器中的各个挡位可以使扭矩成倍地增加，再分解到各个车轮。

一挡传送到车轮的扭矩比五挡大，因为一挡的传动比大，所以该传动比与扭矩的乘积也大。

这张条形图显示了发动机所产生的扭矩的大小。

图中的标记显示可引起车轮滑移的扭矩。

启动条件良好的汽车的扭矩从不会超过这个值，因此车轮不会打滑；但启动条件差的汽车会超过这一扭矩，因此轮胎会出现打滑。

只要一开始打滑，扭矩就会降到几乎为零。

有趣的是在低牵引力条件下可以产生的最大扭矩量由牵引力的大小而不是发动机决定。

即使您在车上安装了NASCAR发动机，如果轮胎不着地，再强的动力也无法利用。

在本文中，我们将牵引力定义为轮胎所能作用于地面的最大力
2.2.2四轮驱动系统组件
任何四轮驱动系统的主要部件都是两个差速器（一前一后）和分动箱。

此外，分时系统还具有锁止式轮毂，这两种类型的系统都可能具有高级电子装置，以便更好地利用可用牵引力。

汽车有两个差速器，一个位于两前轮之间，一个位于两后轮之间。

差速器将扭矩从驱动轴或变速器传递到驱动轮。

差速器还允许左右车轮在车辆转弯时以不同速度旋转。

车辆转弯时，内侧车轮与外侧车轮遵循不同的路径，前轮的路径也与后轮的不一样，因此每个轮子都在以不同的速度旋转。

差速器使内外车轮之间可以存在速度差。

开放式差速器
分动箱是四轮驱动汽车上将动力分配到前后轴的装置。

四轮驱动分动箱
当差速器处理内外车轮间的速度差时，全轮驱动系统中的分动箱包含一种允许前后车轮之间存在速度差的装置。

这种装置可以是粘性耦合器、中央差速器或其他类型的齿轮组。

这些装置使全轮驱动系统在任何路面上均可正常工作。

四轮驱动系统上的分动箱将前轴驱动轴锁定到后轴驱动轴，因此可以强制车轮以相同的速度旋转。

这要求轮胎在汽车转弯时必须打滑。

这种分时系统只能用于轮胎相对容易打滑的低牵引力条件下。

在干燥的水泥路面上，轮胎不易打滑，因此应停止使用四轮驱动，以避免急转弯以及轮胎和动力传动系统的过度磨损。

有些分动箱（更常见于分时系统中）还包含一组附加齿轮，可以为车辆提供低挡区。

这一附加的传动比为车辆提供了额外的扭矩和超慢速的输出速度。

汽车挂低挡区的一挡时，最高速度大约是8公里/小时，但车轮产生的扭矩极高。

这使得驾驶员能够缓慢平稳地爬上很陡的山坡。

第三章汽车驱动形式
3.1 汽车驱动形式各分类
汽车的驱动方式有5种,分别为FF、FR、MR、RR、4WD。

除4WD以外的其他四种是以两个大写字母表示。

第一个字母是表示发动机安装位置；第二个字母是表示驱动轮。

前面的F是表示发动机前置（FRONT），M是中间的意思，发动机在前后车轮的中间位置（MIDPOINT），R是表示发动机后置。

3.1.1 前置前驱特点及分析
前置前驱（FF）：所谓前置前驱是指，发动机前置，前轮驱动的驱动形式。

这种驱动形式是在上个世纪70年代以后才真正得以广泛应用的，而在技术上的完善也是从这个年代后开始的。

现在大多数中小型轿车都采用了这种驱动形式，将变速器和驱动桥做成了一体固定在发动机旁，将动力直接输送到车辆的前轮驱动上来，用比较形象的话来说，就是“拉”着整个车辆前进。

FF驱动方式由于没有传动轴通过车内驾驶舱，所以车内驾驶舱空间非常宽阔，从而提供有效的乘坐空间。

没有了传动轴，传动系统的重量也会减轻，由于传动系统属于运动部件，所以重量减轻直接带来的好处就是让发动机响应性更好，提速更敏捷。

前置前驱车型最容易产生转向不足这方面的原因。

而另一方面原因，就是前轮既要提供牵引力又要提供转向时必须的横向力，导致负荷过大，而容易产生打滑，而前轮打滑又会损失很多横向力，这样也会很大程度上导致车辆不能按照既定轨迹运动而是延转向圆周的切线方向运动。

不过这都是在特殊情况下才会产生的现象。

而且随着现在悬挂和轮胎技术的进步，前驱车的转向极限也越来越高，日常驾驶几乎碰不到这些情况。

而前置前驱有一个很大的优点就是在雨雪天气路滑的情况下，靠前轮牵引车身能够易于保证方向的稳定性，不至于车辆由于驱动轮打滑而失控。

3.1.2 前置后驱特点及分析
前置后驱（FR）：所谓前置后驱是指，前置发动机后轮驱动，是一种比较传统的驱动形式。

其中前排车轮负责转向，由后排车轮来承担整个车辆的驱动工作。

在这种驱动形式中，发动机输出的动力全部输送到后驱动桥上，驱动后轮使汽车前进。

也就是说，实际的行进中是后轮“推动”前轮，带动车辆前进。

从最早的奔驰、宝马汽车公司，将FR驱动方式运用到了他们的主力车型当中去，并活动了不错的销量。

FR传动方式，是将发动机和变速箱总成纵向布置在发动机舱内，通常，发动机的放置位置比较靠后，变速箱则伸入到了驾驶室内。

然后再通过一根长长的传动轴把后差速器链接起来，最后从后差速器分出两根半轴分别驱动两个后轮。

这种传动方式相比FF来说有更合理的重心分布。

由于发动机的安置位置非常靠后，再加上传动轴和后驱动桥，使得整车的重心比FF更趋于前后车轴之间。

虽然它不能像中置发动机那样达到完美的前后50：50的效果。

但是比起FF来说重心的位置要合理很多。

当然，这还不算它最主要的优点，FR最大的好处就是能提供更大的有效牵引力。

这个道理跟FF一样，车辆在加速时重心是会后移的，那么自然前轮负载减小后轮负载增大。

这样给作为驱动轮的后轮带来好处。

由于正压力的增大，它能产生更大的抓地力及摩擦力来驱动车身，所以打滑的机会更小。

发动机的动力越大就越需要驱动轮在加速时有更好的抓地力，FR正好满足了这一点。

作为FR传动方式，还有一个FF做不到的优点就是驱动轮和转向轮分开以后每个车轮的负荷降低，实现了各尽其能，所以轮胎的转向极限更高，操控性更好。

不过FR也有着先天的缺点。

由于驱动轮变成了后轮在高速转弯时，一旦后轮失去抓地力，后果则非常严重。

很有可能这就是我们常说的甩尾。

产生甩尾以后的直接后果就是转向过度。

它与FF车的转向不足正好相反，整车向既定圆弧的内侧运动，严重是甚至会做一个180度的原地掉头。

所以对于驾驶经验不够丰富的人来说是非常危险的。

不过对于驾驶经验丰富的人来说，恰好可以利用这个转向过度来提高转弯速度，也就是我们常说的甩尾过弯。

不过对于大多数人来说，如果没有经过专门的训练，是很难这么精确的控制FR车的极限运动的。

所以现在绝大部分FR车都配备了TSC牵引力控制系统，这套系统能在电脑的帮助下尽可能的把车辆控制在极限范围之内而不至于产生危险的转向过度。

如果对自己的驾驶技术有足够的信心，那么可以人为关掉牵引力控制系统，来体验甩尾过弯的驾驶乐趣。

3.1.3 中置后驱特点及分析
中置后驱（MR）：英文全称为Middel-engine Race wheel drive就是中置发动机后轮驱动的意思。

所谓发动机中置，就是发动机的重心落在前后车轴之间。

与前置发动机不同，中置发动机的重心是落在车身中央的，首先从前后车轮承载重量来看是前后50：50的，在高速过弯时水平方向上的惯性力矩小，所以整车拥有完美的操纵性。

由于其惯性力矩小，所以拥有良好的操纵性，转向非常敏锐。

不过由于跟FR一样采用的是后轮驱动，所以导致高速过弯时一旦后轮产生侧滑则会像FR一样发生转向过度。

过于敏锐的转向会让车辆更容易侧滑和失控。

通常MR有两种布局，一种是发动机布置在驾驶员前面的，譬如像宝马Z4，还有奔驰SLR车型。

这种纵置布局的发动机设计都比较靠后，变速箱延伸到发动机舱，整个发动机的重心是落在前轴之后的。

这种布局往往让人误认为是前置发动机，但前后50：50的重量分布足以证明发动机为中置。

所以大多数人习惯称之为前中置发动机。

另一种中置发动机的布局则是将发动机布置在驾驶员的后面，发动机位于后车轴与驾驶座位之间。

这种布局也能实现完全的前后50：50的重量分布。

3.1.4 后置后驱特点及分析
后置后驱（RR）：RR顾名思义为后置发动机后轮驱动，这是一种非常罕见的传动方式。

一般不在家庭用车上所使用，大多都会在高性能跑车上应用。

后置后驱最早由保时捷的创始人费迪兰德保时捷设计，并且只有保时捷一个厂家把这种传动方式沿用至今，成为保时捷的特有技术。

所谓后置发动机，就是把发动机放置在后轴之后，而并不是有些人认为的放在驾驶座后面。

像法拉利F430的发动机就放置在驾驶座后面，但发动机重心是在后轴之前的，所以F430为中置发动机。

而后置发动机则只有保时捷911系列，独此一家。

后置发动机后轮驱动最直接的好处就是传动系统的效率高，因为发动机离驱动轮近且省去了前置后驱车型上那根长长的传动轴。

有了高效的传动系统，发动机的动力就能发挥的淋漓尽致。

把发动机放置在后部，而且使用后驱动车身前进，那么前轮负载减小，
车头的质量也会减小，转弯所需要的横向加速度也减小，因此，车头的转向会变的异常灵活，方向盘的响应也会非常之快。

但重心落在后面，虽然车头能轻易转向，但车尾的质量过大，很容易造成转向缓慢，后果就是前轮已经开始转向，但由于车尾过重，使他的运动状态变的缓慢，也就是说车头已经偏离直线，但车尾仍然保持原有运动状态前进。

而驾驶RR车型高速过弯的特点就是，转向非常灵敏，但转向过后会带来很大的转向过度现象。

也正是有了这样的特性，使得保时捷能比其他车型拥有更灵敏的转向。

正因为有这样的特性，所以，发动机动力越大，就越难驾御。

因此，在普通版的保时捷车型中，只有911 cerrera系列是用的后置发动机后轮驱动，而动力更大的911 Turbo，却改用了后置发动机四轮驱动，但相对更专业的GT3，还是沿用的经典RR传动方式。

3.1.5 四轮驱动特点及分析
四轮驱动（4WD 4X4）：所谓四轮驱动，是指汽车前后轮都有动力，可按行驶路面状态不同而将发动机输出扭矩按不同比例分布在前后所有的轮子上，以提高汽车的行驶能力，一般用4X4或4WD 来表示。

第四章四轮驱动系统分类及对称
4.1四轮驱动分类
4.1.1 用途分类
四轮驱动的类型有很多种，性能也各不相同。

从用途上可以分为两种：公路四驱和越野四驱。

首先来了解一下公路四驱，平时我们在大街上所常见的两轮驱动，无论是前驱还是后驱，发动机输出的动力都是由两个车轮来承担，这就意味着每个车轮要承担50%的驱动力。

而四轮驱动的车型每个车轮获得25%的动力，这就意味着每个车轮承担的扭矩输出减小了一半。

那么在发动机动力相同的情况下，四轮驱动的车型由于每个车轮所承担的动力输出比两轮驱动小，所以打滑的概率降低。

加速时能获得的有效牵引力更大。

所以很多装备了大功率发动机的房车也喜欢采用四轮驱动，譬如奔驰S系列和BMW5系也有相应的四驱版本。

作为越野四驱来说，除了能提高越野时的爬坡性能，也能提高非道路条件下的通过性能。

就像普通的两轮驱动汽车，如果驱动轮陷入泥潭打滑，则整个车就丧失了动力。

如果四个车轮都能提供牵引力的话，那么两个车轮落入泥潭后另外两个车轮还有提供牵引力的能力，让车子摆脱困境。

4.1.2 分动器分类
从分动器类型上可以分为三种：全时四驱，分时四驱，适时四驱。

全时四驱是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统，由驾驶员根据路面情况，通过接通或断开分动器来变化两轮驱动或四轮驱动模式，这也是一般越野车或四驱SUV最常见的驱动模式。

最显著的优点是可根据实际情况来选取驱动模式，比较经济。

在公路上行驶使用两轮驱动档；当遇到雨雪路况时，选择四抡驱动，增强了车辆的附着力和操控性。

分时四驱是四驱汽车驱动系统的一种形式，是指可以由驾驶者手动切换，从而实现两驱和四驱自由转换的驱动方式
采用适时驱动系统的车辆可以通过电脑来控制选择适合当下情况的驱动模式。

在正常的路面，车辆一般会采用后轮驱动的方式。

而一旦遇到路面不良或驱动轮打滑的情况，电脑会自动检测并立即将发动机输出扭矩分配给前排的两个车轮，自然切换到四轮驱动状态，避免了驾驶者的判断和手动操作，应用更加简单。

4.2左右对称全时四轮驱动系统
左右对称全时四轮驱动系统（SymmetricalAWD）是斯巴鲁在1972年研发的，并不断获得改进和提升。

其重要特征是变速器、分动器、传动轴、后差速器都在水平对置发动（SUBARUBOXER）后面呈直线型一一对称地排列。

这就意味着相对于其他的全时四轮驱动。