,一台四驱、带大梁的皮卡车成为了很多户外场景的标配。一台皮卡的四驱系统,最主要的就是分动箱,网上各种专业名词说的天花乱坠,今天咱们一起捋一捋分动箱结构和技术路线的底层逻辑。
分动箱是在变速箱输出动力后向前后桥分配动力的装置。下图是带扭矩放大档的最基础结构的分动箱。
分动箱是四轮驱动车辆中四轮驱动系统的一部分。分动箱通过驱动轴连接到变速器以及前轴和后轴。输入轴连接至齿轮箱并在其上承载具有轴向齿的构件,两个输入轴齿轮在轴上自由旋转。这些齿轮中的每一个都在侧面具有凸台,该凸台具有与输入轴上的中心构件相同节距的轴向齿。根据分动箱变速杆的运动,中心构件以及输入轴可以连接到小齿轮或大齿轮,前输出轴直径较小,支撑在后输出轴内部,后输出轴直接连接到输出齿轮,前输出轴上安装有换档机构,并且在其一小段长度上还具有花键,当花键与后输出轴上相应的内花键接合时,将两个轴彼此旋转地连接。
看不懂没关系,重点是分动箱可以直驱后轮,也可以向前桥分配动力。所有分动箱不管是TOD(适时)、ESOF(分时)、EMOD(适时+压紧电机)都是基于上述结构,他们的最大区别是,上图输入轴中间小齿与左右两边齿轮的配合方式。各种网友趋之若鹜的分时四驱就是上图这种,小齿上设计有花键,与左右的齿轮直接机械硬连接,这是最原始的分动箱结构,虽然可靠,但是硬连接前后桥,转速就会从始至终保持同步,当你转弯时前桥和后桥的转弯的半径是不同的,产生的转速差无法被分动箱内相互咬合的花键化解,只能靠车轮与路面的打滑来化解掉这部分转速差。
上面讲到的前后桥转速差,就是ESOF分时四驱的车辆不能在铺装路面高速四驱行驶的原因。这种特性的优缺点都很明显,优点是前后桥动力始终是50:50分配的相当于一把中央差速器锁,缺点在于只能在低附着力路面使用,否则很可能损坏齿轮上的花键。
现在的皮卡或者越野车,不可能一直在越野,公路行驶的稳定性也是很重要的,分时四驱在遇到冰雪、大雨、泥泞的铺装路面时,驾驶员必须预判附着力情况,并在车辆打滑前挂入四驱,这一点门槛还是比较高的。为了充分地发挥四驱系统的作用,TOD四驱应运而生。TOD分动箱的硬件和ESOF分动箱的唯一区别就是将齿轮间的花键,换成了多片离合器,这样通过压紧和释放多片离合器,就可以实时的控制前后桥动力的分配。
在打滑的路面,行车电脑监测到轮速差或者侧向加速度后,可以在0.1秒内将离合器压紧,这样车辆瞬间可以从后驱变成四驱,从而增加前桥的牵引力。目前主流的博格华纳TOD分动箱,总是被人吐槽越野时容易过热,很多用户一看到TOD四驱,就会给产品定性成无法重度越野,这样的认知是不全面的。
目前搭载TOD四驱的车型,都会有AUTO模式,这一个模式的标定最重要,如果是针对省油和经济性进行的标定,那么不管是在公路行驶还是越野,多片离合器只有在打滑后才会介入,最关键的问题就在于,公路行驶时前后桥的转速差是非常小的,这种接合不会使多片离合器有太长的半联动时间和过大的扭矩,也就避免了发热。但是在重度越野时,陷车或者刨坑的情况下,基本都是前轮不转或者转速很低,此时TOD四驱的多片离合器瞬间压紧所要承受的扭矩是非常大的,可能要超过1000N·m,就好比手挡车总在弹离合起步,烧离合也就是常事了。
但是,这样的一种情况也能避免的,就是提前挂入4L档,虽然依然是靠多片离合器传递动力,但是4L模式下,分动箱程序会提前压紧离合器,这样多片离合器就不会参与动力的耦合,减少打滑,少做负功,自然发热量就小了。这种情况下,博格华纳分动箱的多片离合器通常能承受1200N·m的扭矩,相比之下还是稍逊于分时四驱采用的花键结构。
由此可见,TOD四驱相比ESOF四驱在公路行驶和易用程度上有很大优势,TOD损失掉的只是前后桥打滑时的耐久性。为了解决TOD四驱的耐久性问题,EMOD分动箱应运而生,EMOD分动箱的结构和TOD分动箱一样,唯一的不同是在控制多片离合器的机电单元上,增加了一个由电机带动的凸轮,在需要前后桥硬连接的情况下,可以直接压紧,不让多片离合器产生打滑,进而也就避免了发热,而且进一步提升了分动箱可承受的扭矩。这种EMOP分动箱在霸王龙、Ranger上已经被使用。相比TOD分动箱,可承受的最大扭矩增加了50%左右。
需要强调的是,TOD四驱的问题就是来源于离合器过热,而导致过热的原因就是离合打滑和瞬间承受大扭矩,在增加了预压模块后,EMOD四驱也是需要驾驶员人为操作去压紧离合器的,好处在于压紧后,分动箱多片离合器就不容易打滑,也就避免了发热。
以福特Ranger为例,TOD四驱的车型分动箱最大能承受1200N·m,采用EMOD后,能承受1850N·m,已经能够胜任绝大多数工况。但是,会不会有超过1850N·m的情况呢?答案是会有。这种情况下,就只可以使用4A+Mlock的分动箱了。
4A就是TOD四驱,MLOCK(手动锁止)结构就是开篇最原始分动箱的花键,为了最好的性能,工程师只能双管齐下了。多片离合器负责公路行驶,极限越野使用花键锁止。兜兜转转一大圈,最后发现公路上TOD四驱的多片离合器更好,野地里还得是ESOF四驱的花键硬连接。
写到最后,作者觉得最理想的模式是4A+MLOCK,但是缺点是结构较为复杂,成本高。退而求其次EMOD四驱是目前最超高的性价比实现公路越野双杀的技术路线。
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