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丰田普拉多四轮驱动系统解析

本文来源: 发布时间:2009-09-08 浏览量:69866次

丰田普拉多(PRADO)是丰田陆地巡洋舰系列中的最新款SUV。这款全新开发的新一代SUV,配备了丰田全新4.0L V6发动机,排放达到欧Ⅲ标准。普拉多(PRADO)先进的发动机提供强劲的动力输出,配以坚固的车架以及强化的悬架系统,使坎坷的路途变得舒适顺畅。作为一款越野车,四轮驱动系统可谓是重中之重。本文将着重为您介绍普拉多(PRADO)装备的全时四驱系统。

 

  对于普通的锥形齿轮式差速器,不论是轮间差速器还是中间差速器,由于行星齿轮在吸收转速差时因自转而产生的内摩擦力很小,假如不对其进行限制或锁止,只要有一侧(或一轴)车轮滑转,则另一车轮(或车轴)的驱动力也会被限制到与滑转一侧车轮(或一轴)的驱动力相等,不能充分发挥轮胎的抓地力,影响汽车的越野性。普拉多(PRADO)的底盘系统采用了全时驱动方式,布置了3个差速器:前、后差速器采用普通锥形齿轮式差速器,无差速限制和锁止装置,左、右两侧车轮的滑转通过TRC/VSC系统以制动方式来限制;中间差速器采用托儿森(TORSEN)T-3型限滑差速器。国产的一汽丰田普拉多(PRADO)采用4BM分动器,可以实现对差速器的电控锁止。

  全时四驱系统的基本构成

  丰田普拉多(PRADO)四驱传动系统的机械部分主要由变速器、分动器(可电控锁止差速器)、前后传动轴及前后差速器等组成(图1)。

 

  四驱的电控部分由制动控制ECU、发动机ECU、中间差速器锁止按钮、驻车及空挡位置开关、4WD控制ECU和分动器电控执行器等组成。分动器电控执行器根据驾驶员的操作意愿(中间差速器锁止按钮)、汽车制动状态、发动机运行转速状态、变速器挡位状态等信号对分动器内的差速器进行锁止控制。这样做的目的是为了便于驾驶员操作,确保分动器内的传动切换准确有效,避免由于误操作而造成的机件损坏。

  分动器电控执行器

  一汽丰田普拉多(PRADO)的发动机型号为1GR-FE,变速器型号为A750F,其分动器采用经过改进的VF4BM。如图2所示,分动器有L和H两个挡位,传动比分别为2.566和1.000,L、H挡位由驾驶员手动操作。驾驶员根据路面状况切换“中间差速器锁止按钮”对差速器进行锁止,因而可实现H4F-H4L-L4F-L4L的换挡模式。H4F和L4F为分别对应分动器高、低挡的差速器“F”(自由)模式,H4L和L4L则为“L”(锁止)模式。其他类型的分动器如表1所示,其中VF2A分动器在普拉多2700车型上使用,TORSEN LSD为选装部件。

由变速器传来的动力经分动器的副变速L或H齿轮传到差速器外壳齿轮(图2、图3),再经差速器内的传动机构把动力传到前、后轴,4WD控制ECU对分动器电控执行器进行控制,驱动“中间差速器锁止拨叉轴”实现中间差速器锁的切换。

 

  TORSEN LSD防滑差速器结构

  TORSEN LSD的结构如图4、图5所示,主要由差速器外壳、行星齿轮架、行星齿轮、太阳轮、环形齿轮接合齿、太阳轮接合齿及4个离合器盘等组成。结构中有8个行星齿轮与环齿和太阳轮齿内外相互啮合,它们之间相互啮合齿轮的齿形属于TORSEN T-3型。当环齿与太阳轮的转速不等时(某一驱动轴有打滑趋势),行星齿轮会被迫产生自转运动,这个自转运动又会导致与环齿或太阳轮的轴向相对运动。轴向运动的压力对安装在装置内的离合器盘施加压力,产生内摩擦力,因此限制了相对运动,也就限制了打滑的驱动轴的运动,而增加不打滑的驱动轴的扭矩;太阳轮与太阳轮接合齿相互配对,以便把太阳轮传来的动力输出到前驱动轴。而环形齿轮接合齿则把环齿的动力输出到后驱动轴,因此接合齿实际上是用于传递动力的过渡齿轮。只要前、后驱动轮因地面附着力的变化而导致扭矩的变化,差速器会立即产生比普通差速器(非限制式)要大得多的内摩擦扭矩。这种差速器的限制方式也叫扭矩敏感式。

 

 

  不同行驶状态TORSEN LSD的扭矩分配

  把分动器切换到H4F或L4F模式时,差速器处于“自由模式”,TORSEN LSD有如下的4种工作状态。

  1.前轴转速等于后轴转速

  当汽车在良好路面直线行驶时,前轮与后轮的转速接近相等,即太阳轮与环齿的角速度也相等,动力的传动路线如图6所示。如图7所示,太阳轮与环齿转速相等,行星齿轮不做自转运动,差速器的内摩擦为0,太阳轮与环齿半径之比为2:3,前轴与后轴的扭矩比为2:3。正常行驶时,后轴得到60%的扭矩,前轴得到40%的扭矩。这种扭矩分配方式与汽车的质量分配相对应,有利于利用车辆加速时后轴载荷大于前轴的情况下,提升车辆轮胎的抓地力,增加车辆的稳定性。

 


  2.前轴转速大于后轴转速

  当汽车转向或因湿滑路面导致前轮打滑时,车辆则会出现前轴转速大于后轴的情况。如图8所示,太阳轮转速大于环齿转速,两者的相对运动使行星齿轮被迫自转。但是由于它与环齿和太阳轮齿相互啮合,啮合的齿形角产生很大的摩擦力,同时它与行星齿轮架之间也会产生摩擦力,因此行星齿轮的自转受到以上摩擦力的作用,挤压4号离合器盘。另一方面,环齿则沿轴向向左运动,挤压1号离合器盘。4号离合器盘的摩擦力,限制了高转速的太阳轮的转速继续增加,1号离合器盘的摩擦力,则把差速器外壳上的动力直接传递到环齿。由上可知,行星齿轮自传的摩擦力和离合器片的摩擦力构成了内摩擦力矩,从而增加了后轴的驱动力。前、后轴的扭矩分配比最大可达到29:71,从而减小前轴的扭矩,把更多的驱动力分配到附着状况好的后轴。当车辆实现这种扭矩分配后,转向时前轴驱动扭矩降低,增加了侧向附着力,可减小转向侧滑的趋势,操作稳定性得到了改善,同时也提高了汽车在湿滑路面行驶时的通过性。

 

  3.前轴转速小于后轴转速

  当环齿转速大于太阳轮转速,此时行星齿轮也产生自转(图9),自转时与环齿、太阳齿和齿架之间会产生摩擦阻力;同时行星齿轮沿轴向向左运动,环齿和太阳轮分别向左、向右做轴向运动,环齿仍然挤压1号离合器盘,行星齿轮挤压2号离合器盘,太阳轮挤压4号离合器盘,因此,后轴的高转速受到1号和2号离合器片摩擦力的限制,同时动力由行星齿轮架通过4号离合器盘的摩擦力直接传递到太阳轮,增加了前轴的输出扭矩。差速器的内摩擦力由1号、2号、4号和行星齿轮自转摩擦力组成,使前、后轴的扭矩分配比最大达到53:47。

 

  4.中间差速器的锁止

  假如前轮的地面附着力较小,出现了滑转趋势,差速器自动限制其滑转,前轮驱动力自动降低到29%。若前轮附着力继续减小,而此时前轮驱动力不能再降低,未滑转的后轴所分配到的扭矩只能达到71%,此时,驾驶员应该锁止差速器,这种情况一般发生在非凡恶劣的泥沼路面。如前轮离开地面(悬空),该车轮的驱动力降为0,此时假如未锁止差速器,后轴只能分配到71%的最大驱动力,但假如锁止了差速器,后轴则可分配到100%的驱动力。
 

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