汽车四轮驱动技术的研究分析报告Word文件下载.docx
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第一章绪论
1.1四轮驱动的发展
四轮驱动技术最早出现在1903年，最初是在卡车上采用，后来才逐渐被引入一般轿车。
梅赛德斯-奔驰四轮驱动历史始于1903年。
从那时起，梅赛德斯-奔驰一直坚持明确的方针：
如果要在条件糟糕的路面上确保能够安全有效地行驶，四轮驱动技术将是最佳的选择。
数十年来，四轮驱动已经成功应用于梅赛德斯-奔驰的不同车型之中，包括轿车和商用车，这其中的一些车型（例如G级或乌尼莫克系列）在世界各地赢得了良好的声誉。
对于应用了4MATIC技术的梅赛德斯-奔驰轿车和SUV来说，即使在普通公路上其也能够带来非凡的性能表现。
早在1903年，保罗•戴姆勒就为设计四轮驱动汽车奠定了基础。
保罗•戴姆勒是公司创始人戈特利布•戴姆勒的儿子，当时在奥地利戴姆勒汽车公司（位于维也纳新城）担任工程总监。
1904～1905年，戴姆勒汽车公司建造了一辆四轮驱动军用牵引车。
随后，戴姆勒汽车公司开发了一些四轮驱动牵引车和装甲汽车。
然而，直到第一次世界大战的时候，汽车才最终取代了军方的马拉车。
后来，四轮驱动汽车越来越多地应用于建筑工地或扫雪作业。
为了能够从这种发展成果中获益，奔驰公司在加格瑙开发了四轮驱动商用车。
1907年，德意志帝国殖民部向戴姆勒汽车公司（DMG）订购了一辆用于特殊使命的汽车。
由于这辆汽车将用于当时德意志帝国在西南非洲的殖民地（如今的纳米比亚），因此该车必须具有卓越的越野性能以适应当地恶劣的路况。
为此，戴姆勒汽车公司的柏林-马林菲尔德工厂制造了一辆由保罗。
戴姆勒设计的四轮驱动汽车，并以当时德意志帝国殖民部部长BernhardDernburg（1865-1937）的名字命名。
1908年，这辆汽车成为了BernhardDernburg在德意志帝国西南非洲殖民地的公务车。
在后殖民时代，这辆汽车的踪迹被人们所忽视，至今其下落依然是个谜。
“DernburgWagen”采用了六座旅行车的车身设计，具有着恢弘的气度：
长度为4.9米，高度（含车顶）为2.7米，轮距为1.42米，整备质量为3.6吨左右。
为了提高操控性，“DernburgWagen”装配了全时四轮驱动以及四轮转向系统，并且为所有的动力传输部件都安装了细粒流沙防护罩以适应当地的气候。
作为梅赛德斯-奔驰的第一款四轮驱动汽车，“DernburgWagen”的爬坡能力达到了25度。
在6照片和上述5个尺寸数据的基础上，戴姆勒-克莱斯勒制造出了比例为1：
4的“DernburgWagen”模型，真实重现出这款超凡原型汽车的重要细节。
•梅赛德斯-奔驰四轮驱动轿车
1926年，刚刚合并成立的戴姆勒-奔驰开始制造另一款高牵引力轿车：
三桥G1（W103系列）。
在G1的基础上，戴姆勒-奔驰于1928年和1929年分别开发出G3和G3a。
尽管还缺乏真正的四轮驱动性能，但是这几款轿车均是通过两个后桥来提供驱动力，因此成为了非常理想的越野车。
随后，强劲的G4（W31系列）也基本上采用了同样的设计，不过也不乏某些也向前车桥传输动力的车型。
在当时，国家元首和高级军官都很欣赏这款全地形汽车。
而在20世纪30年代，梅赛德斯-奔驰还制造了其他的轻量化四轮驱动汽车，并在德国军队中得到了广泛的使用。
在1938年伦敦车展上，梅赛德斯-奔驰推出了作为“殖民车和狩猎车”的G5（1937～1941年的W152系列），这款车被视为当今民用越野车的先驱。
G5在出厂时具有不同车身的版本可供用户选择，而除了四轮驱动之外，G5也可选装四轮转向系统。
•非凡的多面手：
乌尼莫克
1948年，乌尼莫克在法兰克福面市。
“Unimog（乌尼莫克）”是德语“Universalmotorger——t（通用机动工具）”的缩略语，这一名称反映了四轮驱动车型的广泛应用围。
在戴姆勒-奔驰于1950年接管整个乌尼莫克概念之前，位于格平根的勃林格机器制造厂一直生产乌尼莫克；
从1951年开始，加格瑙工厂开始批量生产乌尼莫克。
数十年来，几乎适用于各种地形的乌尼莫克在农业应用、长途跋涉、市政作业和军队等领域广受欢迎，经受住了时间的考验。
乌尼莫克概念获得了毋庸置疑的成功，而乌尼莫克最初的许多标志性特征也一直延续至今日：
四个同尺寸车轮，四轮驱动和前后差速锁，能够应对艰难地形的门式车桥，以及运输货物和工具的前后轴和小平台。
乌尼莫克在出厂时提供众多的版本，能够为满足具体应用而进行定制。
另外，乌尼莫克也提供以生活方式为导向的娱乐版本：
Fun-Mog。
•独具特色：
梅赛德斯-奔驰G级
1979年，梅赛德斯-奔驰推出了G级越野车。
G级是戴姆勒-奔驰与斯泰尔-戴姆勒-普赫（位于奥地利格拉茨）共同创办的合资企业（Gel——ndefahrzeuggesellschaft）所开发的越野车。
后来，戴姆勒-奔驰完全接管了合资企业的控制权，但G级的生产却依然保留在斯泰尔-戴姆勒-普赫（如今的马格纳-斯泰尔）。
G级提供不同车身的四个产品系列，包括长轴距或短轴距的旅行车、敞篷车、厢式货车和皮卡。
在奥地利、瑞士以及东欧国家，G级也以“普赫”品牌进行销售。
460系列于1979年投产，直到被更加舒适的463系列（1989年上市）所替代；
在此期间，更加朴实的461系列于1991年投产。
同时，462系列在希腊塞萨洛尼基进行全散件组装（CKD）。
在最初的概念阶段，G级是以商用车为指向来进行研发的。
然而，这很快就发生了变化，G级转而为征服艰难的越野地形进行定制。
作为一款具有卓越越野性能的车型，G级在横向斜坡上的方向稳定性可达54度，爬坡能力可达80度，最小离地间隙为21厘米，接近角/离去角分别为36/27度，这意味着G级能够轻松地通过最困难的越野地形。
同时，精工细作的底盘也提供了安全和舒适的越野操控性。
得益于非同凡响的越野能力，早期的G级消费者包括许多国家的警方和军方。
此外，G级也提供特殊版本，例如为沙特阿拉伯王室提供的狩猎车，梅赛德斯-AMG开发的超长G级，以及为教皇保罗•约翰二世提供的“Popemobile”。
在G级所有的产品系列中，始终有不同功率的汽油机和柴油机车型可供选择，包括高性能AMG系列。
一直以来，虽然G级不断应用了最新的技术发展成果，但在越野性能方面绝不妥协，而随着时间的推移，民用车消费群体变得越来越重要。
有鉴于此，如今G级也推出了舒适型版本，1989年上市的463系列就代表了这方面的一个重大飞跃。
而从2001年起，经典的越野车开始畅销北美市场。
此外，G级也可以满足特殊用户的安全需求，为其定制具有高等级防护性能的“防弹车”版本。
事实上，作为一直采用直线轮廓结构和橄榄绿色的越野车，梅赛德斯-奔驰G级早已在汽车市场中树立了非凡声誉。
•应用于轿车的高科技：
梅赛德斯-奔驰4MATIC
到了20世纪80年代中期，为梅赛德斯-奔驰轿车装配四轮驱动的时机和条件均已成熟。
1987年，全新4MATIC技术在梅赛德斯-奔驰E级（124系列）中首次亮相。
全新4MATIC运用尖端技术，结合了机械部件和电子部件，进一步提高了梅赛德斯-奔驰的卓越特性。
从1999年起，4ETS（四轮驱动电子牵引系统）与4MATIC一起作为差速锁应用于梅赛德斯-奔驰轿车上。
2003年，梅赛德斯-奔驰进一步扩展了四轮驱动的应用围，可向用户提供5个车型系列的32款4MATIC车型，而S级（W220系列）的长、短轴距版本也首次应用了4MATIC技术。
2006年，W221后续车型系列S320CDI上市，这是第一款结合柴油机和四轮驱动技术的S级车型。
另外，作为2003年六缸车型四轮驱动发展计划的组成部分，C级也装配了4MATIC。
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
全时四轮驱动，简称AWD是Al1WheelDrive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，而牵引力的稳定性卞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。
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，它己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%一10%），通常其最高车速也有所降低，但可大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。
粘性离合器的结构，其输入、输出轴分别以花键与、外圆盘相联，壳充满硅油，利用、外圆盘问硅油的粘性剪切力传递转矩。
它所传递的转矩随输入、输出轴问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儿厘米，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
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。
四轮驱动系统
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毅，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，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。
差速器使外车轮之间可以存在速度差。
当差速器处理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祸合器、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弓!
力条件下。
在十燥的水泥路面上，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公单/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。
2.3四轮驱动分类
2.3.1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250/a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，让车了摆脱困境。
2.3.2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。
全时四驱指的是车辆在整个行驶过程中一直保持四轮驱动的形式，发动机输出扭矩以固定的比例分配到前后轮，这种驱动模式能随时拥有较好的越野和操控性能，但不能够根据路面情况做出扭矩分配的调整，并且油耗较高。
而适时四驱则是由电脑芯片控制两驱与四驱的切换，在正常路面，车辆以两轮驱动模式行驶，遇到越野路面或者车轮打滑时，电脑将探测并自动将动力分配到另外两轮。
对于适时四驱模式而言，控制程序的优劣会影响到驱动形式切换的智能化。
除此之外，还有一种是由驾驶员手动控制以切换驱动形式的分时四驱（Part-Time4WD）。
现在很多SUV及越野车同时拥有以上四驱模式的一种或几种以互补短长。
分动器
全时四驱系统有三个差速器：
除了前后轴各有一个差速器外，在前后驱动轴之间还有一个中央差速器。
这使全时四驱避免了半时四驱的固有问题：
汽车在转向时，前后轮的转速差会被中央差速器吸收。
所以，全时四驱在硬路面、下雨时有更可靠的四轮抓着力，比分时四驱优越。
但到了冰雪、沼泽地就必须把中央差速器锁上；
回到不滑的硬路，马上要把中央差速器锁解开。
有些全时四驱的中央差速器比较先进，一般情况下它可以把汽车动力平分给前后轴。
当车轮出现打滑时，它会自动把中央差速器锁上。
这种系统在小车上表现很好，但在大四驱车上，它就没有差速器手动锁来得可靠。
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白由转换的驱动方式。
分时四驱靠操作分动器实现两驱与四驱的切换。
由于分动器没有中央差速器，所以分时四轮驱动的汽车不能在硬地面上使用四驱，特别是在弯道上不能顺利转弯。
这是因为分时四驱在分动器没有中央差速器，而无法把前后轴的转速调整所致。
汽车转向时，前轮转弯半径比同侧的后轮要大，因此前轮的转速要比后轮快，以至四个车轮走的路线完全不一样，所以分时四驱只可以在车轮打滑时才挂上四驱，一回到摩擦力大的铺装路面应马上改回两驱。
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，电脑会白动检测并立即将发动机输出扭矩分配给前排的两个车轮，白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。
适时四驱从诞生开始发展到现在，大致经历了三个阶段，每个阶段的构造和性能都有所区别。
早期的适时四驱是纯机械的，最典型的代表车型就是本田的CR-V，它通过液力耦合器来实现自动向后轮分配动力。
这种四驱的核心部件就是这个液力耦合器，在这个耦合器中充满了硅油，输入轴和输出轴一端与浸没在硅油中的叶轮相连，另一端则与前后差速器相连。
在正常行驶的时候，前后车轮保持相同的速度运转，液力耦合器的两个轴之间不存在转速差。
当前轮出现打滑的时候，转速会超过后轮，从而导致耦合器里的两个叶轮之间出现转速差，这种转速差会导致硅油升温而粘度迅速升高，从而将动力传递给后轮。
这种适时四驱的结构比较简单，不需要电控元件，但由于它需要前后车轮出现明显转速差的时候液力耦合器才能介入，因此它的响应速度比较慢，无论是在提高越野性能还是通过性能的时候，都会明显逊色于全时四驱。
第二个阶段的适时四驱开始通过电子装备来解决之前机械式带来的问题。
在这一代适时四驱中，中央差速装置被多片式离合器所取代，它的开与合则由ECU来掌控。
前后车轮的轮速传感器会将实时的轮速反馈给ECU，一旦ECU检测到前轮的转速比后轮快，就会迅速发出指令给多片式离合器，从而向后轴传递动力。
由于有了电控系统的加入，此时的适时四驱在响应速度上大幅度提高，而且在分配动力比例上，也可以做到智能化控制。
另外多片离合器在完全结合时可以达到硬连接的效果，因此不仅它的传动效率要比机械式的更高，而且使得锁死差速装置成为可能。
发展到第三阶段，则是以现在欧洲新款适时四驱车型采用的，以第三代HALDEX四驱为代表的智能电子式适时四驱。
与第二代产品相比，最新的适时四驱增加了预载功能，可以通过前轮的运转情况来实现预判断，在前轮有打滑趋势之前就预先接通，理论上已经做到与全时四驱类似的效果。
另外这种适时四驱还可以做到正常行驶情况下，前后轴之间的动力分配恒定在90:
10。
从某种意义上说，这种四驱已经可以算作是全时四驱了，许多采用这种四驱的欧洲车型，甚至已经在这种四驱的车型上标注了AWD的标志。
第三章不同类型的四轮驱动系统的工作原理及特点
三大驱动系统对比：
如今四驱技术已越来越多地运用在豪华运动轿车上，与大部分越野车应用的分时四驱技术不同，豪华运动轿车搭载的全时四驱技术更注重轮胎抓地力，在提高操控性的同时带来更多驾驶乐趣本田Acura（讴歌）的SH-AWD（超级四轮驱动力自由控制系统）、奥迪的Quattro技术以及宝马Xdrive技术，都是目前主流全时四驱技术中的佼佼者。
3.1讴歌（Acura）.四轮驱动系统工作原理及特点
一直以技术研发为先导，素以技术著称的本田公司于2004年推出超级四轮驱动力自由控制系统SH-AWD，并搭载到豪华品牌Acura（讴歌）产品中。
从Acura（讴歌）豪华车型RL和MDX搭载SH-AWD系统的驾驶体验看来，这款以电子控制为主导的全新智能四驱系统，延续了运动性、控性和驾驶乐趣等本田一贯倡导的研发方向。
在目前所有的四驱系统中，SH-AWD最大的技术优势在于实现了汽车左右两侧的动力可变分配。
SHAWD通过先进的电子扭矩分配技术，实现前后轮之间的驱动力分配前后驱动力分配可从70:
30至30:
70,除此之外，它还实现了后轮左右两轮间的独立驱动力分配。
左右驱动力分配可从100:
0至0:
100无级控制。
RL搭载的SH-AWD系统可以实现前后轮之间的扭矩分配在30-70％之间可变，而分配给后轮的扭矩可以从100:
100之间左右分配。
新款2009AcuraRL对SH-AWD进行了大幅度改进。
上一代RL搭载的SH-AWD系统在二档以下不能启动，而新款2009AcuraRL的控制参数允许在一档就进行后轮的左右扭矩分配。
而且，前后轮，以及后轮左右之间的动力转换也更迅速、更精确。
改进的SH-AWD系统优势在于准确性更高、响应更迅速、操控性更加稳定，当然驾驶乐趣也大大提高。
相对于RL的前后轮扭矩30-70％可变，MDX搭载的SH-AWD根据SUV的高车身特性进行了最佳调配，系统分配给前轮的扭矩最大可达90％，而后轮左右轮
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