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不可小瞧的汽车黑科技:讴歌SH-AWD全时四驱系统综合分析

文章来源:admin    时间:2024-01-24

  

  注意:2016款MDX和2014、2015款是同一代,但SH-AWD系统却大相径庭。事实上你可以把TLX和MDX上的第三代SH-AWD看作是VTM-4的加强版(这部分后边会细说)。

  第四代 Sport Hybrid SH-AWD则是脱胎换骨。它的前桥是引擎驱动,后桥则用一对电机取代了过去的机械传动轴和多片离合器。不过,本文不讨论第四代。

  它用一根中央传动轴连接前后桥,后桥驱动单元里有一套双曲面齿轮,向左右半轴分配动力。讲到这里,还看不出这套系统和VTM-4有什么区别。接下来的东西才有意思。

  SH-AWD系统中,左右后桥由双曲面齿轮驱动,并各自与一套行星齿轮组和电磁多片离合器相连,人们常误以为是多片离合器在驱动后轮,其实不是。

  SH-AWD类似于带行星齿轮中央差速器的全时四驱系统,多片离合器的作用是限滑。不同之处在于,SH-AWD有两套差速器,左右各一套。

  SH-AWD系统中,两侧后轮各有一套行星齿轮组。齿圈通过双曲面齿轮,与中央传动轴相连,行星架与驱动后轮的半轴相连,离合器一端与太阳轮相连,另一端固定在动力单元壳体上。

  离合器锁止后,太阳轮也就锁定了,齿圈和行星轮的齿数不同,于是,与前轮相连的齿圈和连接后轮的行星架将以不同的速度旋转,最终后轮比前轮转速要快1.7%(超速传动)。

  不过,如果行驶在笔直的高速路上,后轮不能比前轮快1.7%,因为一旦如此,前轮转动等于在刹车,这么做毫无意义。此时要想前后轮转速相同,离合器就不能锁止,于是SH-AWD控制单元会调整施加在离合片上的压力,让太阳轮缓慢旋转,离合片滑动摩擦。而这些通过摩擦传递的扭矩,会被齿圈和太阳轮的杠杆效应放大,然后传递给行星架,最终输送到后轮。这就是后轮从引擎获取扭矩的全过程。

  当离合器完全分离,就不再有扭矩传递到后轮。以MDX为例,SH-AWD可以传递70%的扭矩到后轮,只要将离合器完全锁止。与此同时,后轮转速会比前轮快1.7%。由此可知,这只能发生在汽车过弯的时候,这也是为什么讴歌对它的描述是这样的:

  “在弯道上急加速,可以将70%的有效扭矩传递至后轮。”——它提“弯道”不是没来由的。

  从下图中你可以看到,电枢中的螺线圈会产生电磁力,从而推动活塞,去挤压固定在壳体上的离合片——

  问:SH-AWD与行星齿轮中央差速器+多片限滑离合器的AWD系统有什么不同?

  答:后者只有一套中央差速器,将引擎动力分配到左右后轮,离合器用于调整扭矩分配比。而SH-AWD有两套中央差速器,每套差速器都将引擎动力分别传递给各自一侧的后轮和太阳轮,太阳轮此时相当于虚拟的车轮。如果“虚拟轮”得到了“牵引力”(离合器锁止),同侧的后轮也会如此。而离合器能决定传递多少扭矩给后轮,因为左右后轮都有专门的行星齿轮组和离合器,各侧车轮上的扭矩就可以独立调节,从而实现扭矩的矢量化。

  下图是大众途锐的多片离合限滑差速器,可以看出它与SH-AWD之间的相似和不同:你看这个离合器,它的作用是调节前后轮之间的扭矩分配——

  福克斯RS的Twinster AWD系统是通过离合器来驱动后轮,也就是说,后轮获得的动力,完全来自离合片的滑动摩擦。因此,一旦持续时间过长,必然导致严重的磨损和过热问题。

  而如果你开的是讴歌 TL/MDX,你会发现后轮的动力源源不断。在匀速巡航中,后轮也至少得到10%的扭矩。RL的后轮甚至可以得到30%。为什么SH-AWD不用担心磨损和过热?

  之前已经提过,这套系统的离合器主要功能不是传送动力,而是调节扭矩分配比,离合片的磨损自然要小很多。

  SH-AWD的行星齿轮组,齿圈有78个齿,太阳轮有30个齿,三个行星轮各有24个齿。做个简单的代数运算就知道,齿圈的扭矩是太阳轮的2.6倍,因此,行星架得到的扭矩就是多片离合器的2.6+1=3.6倍(后者与太阳轮锁定),换句线马力;其他齿轮组负责传递剩下的0.722马力。另一方面,离合器也可被视作能量缓冲装置,处理前后轮1.7%转速差所产生的额外冲击。

  因此,在相同工况下,相比GKN Twinster和Haldex全时四驱系统,SH-AWD系统的离合器承受的工作负荷仅占前两者的27.8%。这就是为什么SH-AWD系统可以长时间高负荷运转,却不用担心磨损和过热问题。

  新款RL上的SH-AWD是MDX和TL上那套的升级版。它必然解决了MDX/ZDX/TL上四驱系统的一些问题。在开始讨论之前,先问个问题:

  为什么讴歌要在MDX/ZDX/RDX/TL的前后轮之间建立1.7%的超速传动比(轮速差)?

  如果不这么做会怎么样?当你右转的时候,你的左后轮将比前轮转得快很多。不论何时,只要离合片啮合,行星齿轮组的输出端就会比输入端转动得更快,相当于引擎在为后轮提供制动,这将导致后轮失控。因此如果不内置轮速差,后轮在弯道中就无法获取任何动力,就更别提扭矩矢量化了。

  当然有可能。假定弯道直径大到能确保前后轮的转弯半径相同,以MDX为例,它的后轮距是1.684米,因此,如果转弯半径是49.5米。外侧后轮将比前轮转速快(1.684/2)/49.5=1.7%。如果转弯半径小于49.5米,理论上MDX的后轮转速会更快,并超过1.7%的轮速差。此时,连接太阳轮的离合片会完全松开,以避免前面提到的“制动效应”;当然,后轮在此期间就得不到一丁点儿驱动力了。

  为什么那么多人开MDX/ZDX/TL,都没有发现这个问题?有两个因素可以缓解此问题——

  1.MDX/ZDX/TL都基于前驱平台,过弯时,由于车头更重,前轮的滑移率会比后轮高,这有效地为1.7%轮速差增添了一层“缓冲”;

  2.当转弯半径足够小时,由于转向不足,前轮的转弯半径比后轮大,这是另一层“缓冲”。

  因此,令SH-AWD失效的转弯半径可能不是49.5米,而是在0—49.5米之间。

  RL上的那套SH-AWD与MDX/ZDX/TL的主要区别在于,它在后轮驱动单元前面安装了一个加速装置。这个“加速装置”实际上有两个挡位:一挡提供1.7%的前后轮超速传动比,二挡提供更高的5.7%。

  之所以需要5.7%的轮速差是为了解决上面提到的问题——转弯半径过小,会使SH-AWD失效。通过提供一个较高的轮速差上限,后轮就没那么容易耗尽余量。这意味着,RL将比讴歌其他车型覆盖更广的转弯半径。不过,后桥的多片离合器仍然需要承担一部分负荷,更大的轮速差意味着更大的磨损,因此通常情况下,系统默认使用低档轮速差。

  加速装置的唯一缺点是:换挡有延迟,所以在一些特定工况下,它的反应没你希望的那么快。

  用一组湿式离合器取代SH-AWD系统中的行星齿轮组和多片离合器,就是VTM-4。组件和ECU会不太一样,不过工作模式是这样的(参考下图)——

  这从根本上改变了后轮的驱动方式。现在离合器完全用于驱动后轮,和GKN Twinster的工作模式一样,磨损和过热成了一个大问题。因此VTM-4不能持久的驱动后轮。事实上,超过30kph,这套系统就失效了,更别提匀速工况了,此时它完全就是一辆前驱车(加速时,VTM-4依然可以介入,临时为后轮输出扭矩)。

  在2015款TLX和2016款MDX上,讴歌改进了SH-AWD系统。下面的剖视图展示了其机械结构,你可以认为它是本田VTM-4的一个变种——

  2.后轮驱动的扭矩矢量化(其实VTM-4的硬件也可以做到,只是本田没给做)

  简单讲,第三代系统的离合器承担了100%的工作负荷,再加上增涨的2.7%超速传动比,它的磨损和过热问题将比前代严重。但直道巡航时,新系统依然能够持续传递10%的扭矩到后轮,这得益于材料技术的进步,离合片更耐磨了。所以,尽管有大量摩擦,这套系统在一般工况下还是能够保持良好的可靠性。

  2016款及以后的本田Pilot,尽管本田把它的四驱系统称为“i-VTM4”,其实和第三代SH-AWD本质上是一样的。

  1.前代SH-AWD系统的工作原理和其他带有行星齿轮中央差速器+限滑离合器的AWD系统差不多,它们之间只有设计布局和限滑比率的差异。满装滚动体轴承抓客在线庆联控电气双曲面齿轮共振硷拷锟斤拷外球面轴承

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