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豐田普拉多四輪驅動系統解析

本文來源: 發布時間:2009-09-08 瀏覽量:69866次

豐田普拉多(PRADO)是豐田陸地巡洋艦系列中的最新款SUV。這款全新開發的新一代SUV,配備了豐田全新4.0L V6發動機,排放達到歐Ⅲ標準。普拉多(PRADO)先進的發動機提供強勁的動力輸出,配以堅固的車架以及強化的懸架系統,使坎坷的路途變得舒適順暢。作為一款越野車,四輪驅動系統可謂是重中之重。本文將著重為您介紹普拉多(PRADO)裝備的全時四驅系統。

 

  對于普通的錐形齒輪式差速器,不論是輪間差速器還是中間差速器,由于行星齒輪在吸收轉速差時因自轉而產生的內摩擦力很小,假如不對其進行限制或鎖止,只要有一側(或一軸)車輪滑轉,則另一車輪(或車軸)的驅動力也會被限制到與滑轉一側車輪(或一軸)的驅動力相等,不能充分發揮輪胎的抓地力,影響汽車的越野性。普拉多(PRADO)的底盤系統采用了全時驅動方式,布置了3個差速器:前、后差速器采用普通錐形齒輪式差速器,無差速限制和鎖止裝置,左、右兩側車輪的滑轉通過TRC/VSC系統以制動方式來限制;中間差速器采用托兒森(TORSEN)T-3型限滑差速器。國產的一汽豐田普拉多(PRADO)采用4BM分動器,可以實現對差速器的電控鎖止。

  全時四驅系統的基本構成

  豐田普拉多(PRADO)四驅傳動系統的機械部分主要由變速器、分動器(可電控鎖止差速器)、前后傳動軸及前后差速器等組成(圖1)。

 

  四驅的電控部分由制動控制ECU、發動機ECU、中間差速器鎖止按鈕、駐車及空擋位置開關、4WD控制ECU和分動器電控執行器等組成。分動器電控執行器根據駕駛員的操作意愿(中間差速器鎖止按鈕)、汽車制動狀態、發動機運行轉速狀態、變速器擋位狀態等信號對分動器內的差速器進行鎖止控制。這樣做的目的是為了便于駕駛員操作,確保分動器內的傳動切換準確有效,避免由于誤操作而造成的機件損壞。

  分動器電控執行器

  一汽豐田普拉多(PRADO)的發動機型號為1GR-FE,變速器型號為A750F,其分動器采用經過改進的VF4BM。如圖2所示,分動器有L和H兩個擋位,傳動比分別為2.566和1.000,L、H擋位由駕駛員手動操作。駕駛員根據路面狀況切換“中間差速器鎖止按鈕”對差速器進行鎖止,因而可實現H4F-H4L-L4F-L4L的換擋模式。H4F和L4F為分別對應分動器高、低擋的差速器“F”(自由)模式,H4L和L4L則為“L”(鎖止)模式。其他類型的分動器如表1所示,其中VF2A分動器在普拉多2700車型上使用,TORSEN LSD為選裝部件。

由變速器傳來的動力經分動器的副變速L或H齒輪傳到差速器外殼齒輪(圖2、圖3),再經差速器內的傳動機構把動力傳到前、后軸,4WD控制ECU對分動器電控執行器進行控制,驅動“中間差速器鎖止撥叉軸”實現中間差速器鎖的切換。

 

  TORSEN LSD防滑差速器結構

  TORSEN LSD的結構如圖4、圖5所示,主要由差速器外殼、行星齒輪架、行星齒輪、太陽輪、環形齒輪接合齒、太陽輪接合齒及4個離合器盤等組成。結構中有8個行星齒輪與環齒和太陽輪齒內外相互嚙合,它們之間相互嚙合齒輪的齒形屬于TORSEN T-3型。當環齒與太陽輪的轉速不等時(某一驅動軸有打滑趨勢),行星齒輪會被迫產生自轉運動,這個自轉運動又會導致與環齒或太陽輪的軸向相對運動。軸向運動的壓力對安裝在裝置內的離合器盤施加壓力,產生內摩擦力,因此限制了相對運動,也就限制了打滑的驅動軸的運動,而增加不打滑的驅動軸的扭矩;太陽輪與太陽輪接合齒相互配對,以便把太陽輪傳來的動力輸出到前驅動軸。而環形齒輪接合齒則把環齒的動力輸出到后驅動軸,因此接合齒實際上是用于傳遞動力的過渡齒輪。只要前、后驅動輪因地面附著力的變化而導致扭矩的變化,差速器會立即產生比普通差速器(非限制式)要大得多的內摩擦扭矩。這種差速器的限制方式也叫扭矩敏感式。

 

 

  不同行駛狀態TORSEN LSD的扭矩分配

  把分動器切換到H4F或L4F模式時,差速器處于“自由模式”,TORSEN LSD有如下的4種工作狀態。

  1.前軸轉速等于后軸轉速

  當汽車在良好路面直線行駛時,前輪與后輪的轉速接近相等,即太陽輪與環齒的角速度也相等,動力的傳動路線如圖6所示。如圖7所示,太陽輪與環齒轉速相等,行星齒輪不做自轉運動,差速器的內摩擦為0,太陽輪與環齒半徑之比為2:3,前軸與后軸的扭矩比為2:3。正常行駛時,后軸得到60%的扭矩,前軸得到40%的扭矩。這種扭矩分配方式與汽車的質量分配相對應,有利于利用車輛加速時后軸載荷大于前軸的情況下,提升車輛輪胎的抓地力,增加車輛的穩定性。

 


  2.前軸轉速大于后軸轉速

  當汽車轉向或因濕滑路面導致前輪打滑時,車輛則會出現前軸轉速大于后軸的情況。如圖8所示,太陽輪轉速大于環齒轉速,兩者的相對運動使行星齒輪被迫自轉。但是由于它與環齒和太陽輪齒相互嚙合,嚙合的齒形角產生很大的摩擦力,同時它與行星齒輪架之間也會產生摩擦力,因此行星齒輪的自轉受到以上摩擦力的作用,擠壓4號離合器盤。另一方面,環齒則沿軸向向左運動,擠壓1號離合器盤。4號離合器盤的摩擦力,限制了高轉速的太陽輪的轉速繼續增加,1號離合器盤的摩擦力,則把差速器外殼上的動力直接傳遞到環齒。由上可知,行星齒輪自傳的摩擦力和離合器片的摩擦力構成了內摩擦力矩,從而增加了后軸的驅動力。前、后軸的扭矩分配比最大可達到29:71,從而減小前軸的扭矩,把更多的驅動力分配到附著狀況好的后軸。當車輛實現這種扭矩分配后,轉向時前軸驅動扭矩降低,增加了側向附著力,可減小轉向側滑的趨勢,操作穩定性得到了改善,同時也提高了汽車在濕滑路面行駛時的通過性。

 

  3.前軸轉速小于后軸轉速

  當環齒轉速大于太陽輪轉速,此時行星齒輪也產生自轉(圖9),自轉時與環齒、太陽齒和齒架之間會產生摩擦阻力;同時行星齒輪沿軸向向左運動,環齒和太陽輪分別向左、向右做軸向運動,環齒仍然擠壓1號離合器盤,行星齒輪擠壓2號離合器盤,太陽輪擠壓4號離合器盤,因此,后軸的高轉速受到1號和2號離合器片摩擦力的限制,同時動力由行星齒輪架通過4號離合器盤的摩擦力直接傳遞到太陽輪,增加了前軸的輸出扭矩。差速器的內摩擦力由1號、2號、4號和行星齒輪自轉摩擦力組成,使前、后軸的扭矩分配比最大達到53:47。

 

  4.中間差速器的鎖止

  假如前輪的地面附著力較小,出現了滑轉趨勢,差速器自動限制其滑轉,前輪驅動力自動降低到29%。若前輪附著力繼續減小,而此時前輪驅動力不能再降低,未滑轉的后軸所分配到的扭矩只能達到71%,此時,駕駛員應該鎖止差速器,這種情況一般發生在非凡惡劣的泥沼路面。如前輪離開地面(懸空),該車輪的驅動力降為0,此時假如未鎖止差速器,后軸只能分配到71%的最大驅動力,但假如鎖止了差速器,后軸則可分配到100%的驅動力。
 

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