楊 明

新款寶馬G11/G12動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)剖析（九）

楊 明

七、四輪驅(qū)動(dòng)

（一） 四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概覽

寶馬所用四輪驅(qū)動(dòng)型號(hào)根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行劃分，如圖63所示。雖然四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為以前輪驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的車(chē)輛，例如F45和以后輪驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的車(chē)輛，但在寶馬上這兩種四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均稱(chēng)為 xDrive。

（二）xDrive新特點(diǎn)

G11/G12的選裝四輪驅(qū)動(dòng)裝置從外觀上與當(dāng)前所用的以后輪驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的xDrive系統(tǒng)沒(méi)有區(qū)別，如圖64所示。但G11/G12的xDrive具有以下新特點(diǎn)：

在重量不變的情況下將最大可傳輸扭矩提高至1300N·m

通過(guò)使四輪驅(qū)動(dòng)片式離合器分離降低熱負(fù)荷

通過(guò)在分動(dòng)器內(nèi)進(jìn)行智能化四輪驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)和根據(jù)需要進(jìn)行液位調(diào)節(jié)降低耗油量（高效模式）

發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩在自動(dòng)變速器內(nèi)傳輸并通過(guò)變速器輸出軸傳至分動(dòng)器。下一個(gè)傳動(dòng)系部件分動(dòng)器根據(jù)行駛情況調(diào)節(jié)扭矩并以可變方式分配給前橋和后橋。由于可能存在車(chē)輪轉(zhuǎn)速差，后橋與前橋無(wú)法進(jìn)行剛性連接，因此在分動(dòng)器內(nèi)部有一個(gè)片式離合器。片式離合器負(fù)責(zé)在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)橋間進(jìn)行可變力矩分配。

（三）xDrive功能描述

通過(guò)四輪驅(qū)動(dòng)分動(dòng)器（如圖65所示）內(nèi)的片式離合器可在限定范圍內(nèi)將扭矩分配給兩個(gè)車(chē)橋。從靜態(tài)角度，當(dāng)前寶馬四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛按 40∶60 在前橋與后橋間進(jìn)行力矩分配。G11/G12按50∶50在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)橋間均勻分配力矩。從動(dòng)態(tài)角度，還要考慮到其他重要參數(shù)，例如不同的車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率值。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率不同時(shí)，無(wú)法再按 50∶50分配力矩。在此情況下，驅(qū)動(dòng)力矩以可變方式根據(jù)行駛情況在理論值0∶100 至 100∶0 范圍內(nèi)進(jìn)行分配。片式離合器處于分離狀態(tài)時(shí)，所有扭矩都傳遞至后橋。為了能夠?qū)⑴ぞ貍鬟f至前橋，必須使片式離合器接合。

需要傳遞的離合器力矩在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)DSC內(nèi)進(jìn)行計(jì)算并通過(guò)一根FlexRay數(shù)據(jù)總線傳輸至分動(dòng)器VTG控制單元。分動(dòng)器VTG控制單元根據(jù)所要求的離合器力矩計(jì)算出在帶花鍵的調(diào)節(jié)環(huán)上需要調(diào)節(jié)的角度值。通過(guò)一個(gè)電機(jī)產(chǎn)生調(diào)節(jié)所需調(diào)節(jié)力矩。根據(jù)所要求的力矩分配，片式離合器的壓緊力提高。這樣可根據(jù)行駛情況在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)橋間以無(wú)級(jí)方式分配所傳輸?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。

（四）高效模式

“高效模式”是降低牽引力矩方面的新特點(diǎn)，用于提高效率，如圖66所示。通過(guò)智能化調(diào)節(jié)四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可根據(jù)行駛情況使分動(dòng)器的片式離合器分離。這樣可減少分動(dòng)器內(nèi)的潤(rùn)滑。在此分為以下功能：

停止供油

阻隔機(jī)油

下面將對(duì)這兩項(xiàng)功能進(jìn)行詳細(xì)介紹。這兩項(xiàng)功能都用于將分動(dòng)器內(nèi)的損耗降至最低。它們始終同時(shí)啟用，但處于總成內(nèi)的不同作用范圍。

只有DSC控制單元未提出四輪驅(qū)動(dòng)要求因此片式離合器處于分離狀態(tài)時(shí)，才會(huì)使用高效模式。

1.停止供油

xDrive 分動(dòng)器停止供油功能（如圖67所示）具有以下優(yōu)點(diǎn)：

片式離合器處于分離狀態(tài)時(shí)可降低牽引力矩

通過(guò)直接位于摩擦片套件前的小儲(chǔ)油罐迅速為片式離合器提供潤(rùn)滑油

片式離合器處于分離狀態(tài)時(shí)會(huì)停止向離合器套件供油。機(jī)油存儲(chǔ)在管路和儲(chǔ)油罐內(nèi)。啟用和停用停止供油功能時(shí)，通過(guò)蝸桿軸使帶花鍵的調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)可終止機(jī)油流向片式離合器。要求分動(dòng)器提供力矩時(shí)（片式離合器接合），根據(jù)調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)重新開(kāi)啟供油并對(duì)片式離合器進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。由于機(jī)油油位較低，可消除旋轉(zhuǎn)的片式離合器浸入所產(chǎn)生的攪油損失。這樣可降低耗油量并減小片式離合器的磨損。

2. 阻隔機(jī)油

不要求分動(dòng)器提供力矩時(shí)（片式離合器分離），機(jī)油隔板關(guān)閉。機(jī)油隔板用于使機(jī)油存儲(chǔ)在一個(gè)規(guī)定空間內(nèi)（油室2），如圖68所示。通過(guò)一個(gè)杠桿系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)油封功能，該系統(tǒng)位于殼體內(nèi)，通過(guò)一個(gè)彈性體密封墊封住一個(gè)規(guī)定開(kāi)口。

由帶花鍵的調(diào)節(jié)環(huán)移動(dòng)的換擋軸操縱機(jī)油擋板并使其保持在規(guī)定位置。這樣可使油室相互阻斷，從而將攪油損失降至最低。為了確保對(duì)軸承和密封環(huán)進(jìn)行潤(rùn)滑，在循環(huán)回路中始終保留規(guī)定量的機(jī)油。這一點(diǎn)通過(guò)第一和第二油室間的溢流裝置來(lái)確保。

（五）運(yùn)行策略

G11/G12的四輪驅(qū)動(dòng)（xDrive）采用智能化設(shè)計(jì)，如圖69所示。xDrive 智能化調(diào)節(jié)有助于實(shí)現(xiàn)高效且節(jié)油的車(chē)輛運(yùn)行。在此不是簡(jiǎn)單地關(guān)閉或停用四輪驅(qū)動(dòng)，而是根據(jù)當(dāng)前行駛情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。通過(guò)各種不同的傳感器提供有關(guān)當(dāng)前牽引力需求的信息。根據(jù)牽引力和行駛動(dòng)力，結(jié)合需要將驅(qū)動(dòng)力矩分配給不同驅(qū)動(dòng)輪。

在很多行駛情況下，四輪驅(qū)動(dòng)片式離合器均處于分離狀態(tài)，在此僅驅(qū)動(dòng)后車(chē)輪。只有在特定行駛情況下才會(huì)將部分驅(qū)動(dòng)力矩也傳輸給前車(chē)輪。根據(jù)需要以提前方式分配驅(qū)動(dòng)力矩。在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng) DSC控制單元內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。

DSC計(jì)算力矩分配時(shí)考慮以下標(biāo)準(zhǔn)：

車(chē)速

橫向和縱向加速度

橫擺率

制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）

轉(zhuǎn)向角

車(chē)輪轉(zhuǎn)速

車(chē)輛縱向傾斜度

加速踏板位置

駕駛模式（運(yùn)動(dòng)、舒適、ECO PRO）

DSC狀態(tài)（DSC啟用/停用，DTC啟用/停用）

根據(jù)行駛情況將部分驅(qū)動(dòng)力矩傳輸至前車(chē)輪。根據(jù)片式離合器控制情況和車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率確定準(zhǔn)確的力矩分配比例。下面列出了一些影響因素。出現(xiàn)以下行駛情況時(shí)，如果不受其他標(biāo)準(zhǔn)所限，將會(huì)提高四輪驅(qū)動(dòng)離合器力矩：

車(chē)速低于20km/h

已啟用運(yùn)動(dòng)駕駛模式

已停用動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)DSC

已啟用動(dòng)態(tài)牽引力控制系統(tǒng)DTC

車(chē)輛過(guò)度轉(zhuǎn)向

前車(chē)輪與后車(chē)輪之間的轉(zhuǎn)速差增大

車(chē)輛縱向傾斜度較大（例如在坡路上）

加速踏板要求較高，例如強(qiáng)制降擋位置

負(fù)荷變化狀態(tài)，例如過(guò)渡到滑行模式（駕駛員松開(kāi)加速踏板）

出現(xiàn)以下行駛情況時(shí)，如果不受其他標(biāo)準(zhǔn)所限，將會(huì)降低四輪驅(qū)動(dòng)離合器力矩：

車(chē)速高于180km/h

車(chē)輛不足轉(zhuǎn)向

隨轉(zhuǎn)向角增大（以免傳動(dòng)系內(nèi)受力過(guò)大）

緊急制動(dòng)（ABS制動(dòng)）

為了評(píng)估路面狀態(tài)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效的預(yù)判式縱向力矩分配，由DSC控制單元探測(cè)輪胎與路面間的摩擦系數(shù)條件。例如分析車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率以及縱向和橫向加速度。接收到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)DSC表示不同車(chē)輪滾動(dòng)周長(zhǎng)的車(chē)輪轉(zhuǎn)速信息時(shí)，以低于正常狀態(tài)下的強(qiáng)度接合四輪驅(qū)動(dòng)片式離合器。這樣可防止傳動(dòng)系內(nèi)受力過(guò)大進(jìn)而導(dǎo)致xDrive損失功率更高。

1.確定車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率

無(wú)論加速還是減速時(shí)，不同車(chē)橋上的車(chē)輪都會(huì)出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)。通過(guò)所有車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器以及DSC控制單元內(nèi)計(jì)算模型的傳感器信號(hào)可確定車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率?？砂慈缦路绞蕉x車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率：

車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率是車(chē)輪圓周速度與車(chē)速間的差異

某一車(chē)輪緊急加速或制動(dòng)致使超過(guò)最大靜摩擦力時(shí)，滑轉(zhuǎn)率會(huì)一直增大至車(chē)輪打滑或抱死。

在實(shí)際情況下會(huì)出現(xiàn)兩種不同類(lèi)型的滑轉(zhuǎn)率：

驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率

制動(dòng)滑轉(zhuǎn)率

通過(guò)以下措施可降低出現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率：

通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩進(jìn)行DSC干預(yù)

提高需要傳輸?shù)膞Drive離合器力矩（將力矩分配給兩個(gè)驅(qū)動(dòng)橋）

通過(guò)以下措施可降低出現(xiàn)的制動(dòng)滑轉(zhuǎn)率：

ABS調(diào)節(jié)（制動(dòng)防抱死系統(tǒng)）

為了能在緊急制動(dòng)期間（ABS或DSC調(diào)節(jié)）針對(duì)各車(chē)輪調(diào)節(jié)車(chē)輪上的制動(dòng)力從而避免影響另一驅(qū)動(dòng)橋，根據(jù)需要降低或在必要時(shí)完全減小四輪驅(qū)動(dòng)離合器力矩。

驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率計(jì)算示例：

車(chē)輪圓周速度=16.67m/s（相當(dāng)于約60km/h）

車(chē)速=13.89m/s（相當(dāng)于50km/h）

由于在上述數(shù)值中車(chē)輪圓周速度大于車(chē)速，此為驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率。

驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率公式：

SA：驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率；

Vwheel：車(chē)輪圓周速度；

Vvehicle：車(chē)速。

驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率為20%。

制動(dòng)滑轉(zhuǎn)率計(jì)算示例

車(chē)輪圓周速度=11.12m/s（相當(dāng)于約40km/h）

車(chē)速=13.89m/（s相當(dāng)于約50km/h）

由于在上述數(shù)值中車(chē)輪圓周速度小于車(chē)速，此為制動(dòng)滑轉(zhuǎn)率。

制動(dòng)滑轉(zhuǎn)率公式：

SB:制動(dòng)滑轉(zhuǎn)率；

Vwheel:車(chē)輪圓周速度；

Vvehicle:車(chē)速。

制動(dòng)滑轉(zhuǎn)率為20%。

在不同車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率數(shù)值下的xDrive運(yùn)行策略，如圖70所示。

（待續(xù)）