四轮驱动系统与全轮驱动系统的电子控制解析

1.四轮驱动的电子控制系统（ECU）

四轮驱动的ECU由制动控制ECU、发动机ECU、中间差速器锁止按钮、驻车及空档位置开关、4WD控制ECU和分动器电控执行器等组成。图5-44所示为丰田普拉多（PRADO）电控四轮驱动系统。分动器电控执行器根据驾驶人的操作意愿（中间差速器锁止按钮）、汽车制动状态、发动机运行转速状态、变速器档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人操作，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机件损坏。

发动机控制单元经CAN总线提供发动机转速、节气门位置、输出转矩等信息。四轮驱动控制单元通过CAN总线访问ABS控制单元和发动机控制单元的信号，以实现对不同行驶状态下前、后轮驱动力的控制。四轮驱动控制单元还可以根据实际情况，通过CAN总线的通信与其他控制单元，如自动变速器控制单元，进行协调控制。

图5-44 新款丰田普拉多电控四轮驱动系统

2.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5-45所示。分动器有L和H两个档位，传动比分别为2.566和1.000。L、H档位由驾驶人手动操作选择。驾驶人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的换档模式。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。

图5-45 改进的分动器VF4BM

a）结构简图 b）实体结构图

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，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来实现中间差速器锁的切换。

3.TORSEN LSD防滑差速器结构

TORSEN LSD的结构如图5-46和图5-47所示。它主要由差速器外壳、行星轮架、行星轮、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个行星轮与环齿和太阳轮齿内外相互啮合，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，而增加了不打滑的驱动轴的转矩。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；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力矩的变化，差速器会立即产生比普通差速器（非限制式）要大得多的内摩擦力矩。这种差速器的限制方式也叫力矩敏感式。(www.xing528.com)

图5-46 TORSEN LSD防滑差速器结构一

图5-47 TORSEN LSD防滑差速器结构二

4.不同行驶状态TORSEN LSD的转矩分配

把分动器切换到H4F或L4F模式时，差速器处于自由模式，此时TORSEN LSD有如下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，太阳轮与环齿转速相等。此时行星轮不做自转运动，差速器的内摩擦为0，太阳轮与环齿半径之比为2∶3，前轴与后轴的转矩比为2∶3。正常行驶时，后轴得到60%的转矩，前轴得到40%的转矩。这种转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 当汽车转向因湿滑路面导致前轮打滑时，车辆会出现前轴转速大于后轴的情况。当太阳轮转速大于环齿转速时，两者的相对运动使行星轮被迫自转。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，同时它与行星轮架之间也会产生摩擦力，因此行星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、后轴的转矩分配比最大可达到29∶71，从而减小轴的转矩，把更多的驱动力分配到附着状况好的后轴。当车辆实现这种转矩分配后，转向时前轴驱动转矩降低，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，此时行星轮也产生自转，这时会与环齿、太阳齿和齿架之间产生摩擦阻力。同时行星轮沿轴向向左运动，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号离合器盘摩擦力的限制，同时动力由行星轮架通过4号离合器盘的摩擦力直接传递到太阳轮，增加了前轴的输出转矩。差速器的内摩擦力由1号、2号、4号离合器盘和行星轮自转摩擦力组成，使前、后轴的转矩分配比最大达到53∶47。

（4）中间差速器的锁止 如果前轮的地面附着力较小，出现了滑转趋势，差速器会自动限制其滑转，使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，则未滑转的后轴所分配到的转矩只能达到71%，此时，驾驶人应该锁止差速器。这种情况一般发生在特别恶劣的泥沼路面。如前轮离开地面（悬空），该车轮的驱动力降为0，如果此时未锁止差速器，后轴只能分配到71%的最大驱动力；如果锁止了差速器，则后轴可分配到100%的驱动力。

驾驶人应该根据驾驶经验，在进入恶劣路面前提早锁止差速器，以使汽车驶入该路面时获得更好的越野性能。当汽车在驶入良好路面时，必须解除对差速器的锁止，否则汽车前、后轴会产生运动干涉，造成汽车转向困难、传动系振动、机件磨损和油耗增加，甚至会损坏传动部件。