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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

放大字体  缩小字体发布日期:2019-01-21  来源:www.heygoodqiche.com  作者:黑谷汽车美容管理软件  浏览次数:992
核心提示:本文着重讲以下三点:1.它的工作原理2.为什么它可以向后轮持续输送动力,却不用担心耐久和过热问题?3.它与本田VTM-4的区别在哪

本文着重讲以下三点:

1.它的工作原理

2.为什么它可以向后轮持续输送动力,却不用担心耐久和过热问题?

3.它与本田VTM-4的区别在哪?

综述

目前这套系统有四款,分别应用于:

第一代:2005-2012款RL

第二代:2007-2012款RDX,2007-2013款MDX(二代),2014-2015款MDX(三代),2010-2013款ZDX,2009-2014款TL

第三代:2015款及之后的TLX,2016款及之后的MDX

第四代:2014款RLX sport hybrid

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。

正文

下图是RL上的那套SH-AWD系统——

首先看第二代。

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。

▲行星齿轮组:齿圈,行星轮,行星架,太阳轮

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。

下图显示了其传动系的功率流(也即齿轮传动比)——

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。

下图清晰的展示了后驱动单元中的离合器结构——

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——

下面来考考你对这套系统的理解。

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——

为什么SH-AWD可以长时间输出大扭矩?

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),换句话说,每传递1马力,离合片只负担0.278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。

什么时候SH-AWD会失效?

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。

这就引出了另一个问题:

后轮与前轮的轮速差有可能超过1.7%吗?

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。

有人会问:

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。

下图告诉我们,在急弯中,前轮的转弯半径会比后轮大——

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%。

下图就是那个加速装置——

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。

讴歌SH-AWD VS 本田VTM-4

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)。

不过,以上讨论的只是2015款Pilot的那套VTM-4。

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——

这套SH-AWD与VTM-4之间最大的不同:

1.可持续驱动后轮;

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)

与前代相比,第三代SH-AWD有以下不同:

1.超速传动比提升到2.7%

2.将电磁离合器改为液压离合器

3.更小,也更轻

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。

驾仕总结:

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。

2.第三代SH-AWD和2016款福克斯RS上的那套GKN Twinster本质上是一样的。

文|休不眠

图|网络


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