四驱系列（二）：横置适时四驱系统结构原理

横置适时四驱系统基本构成参见图1，主要包括前后等速节驱动轴、取力器、传动轴、扭矩管理器及ECU、后主减速器等零部件。

此类四驱系统中，前桥是主驱动桥，后桥为副驱动桥，通过四驱系统将前桥动力传递给后桥，动力传递路线为：变速器→取力器→传动轴→扭矩管理器→后主减速器→后驱动轴，其中扭矩管理器控制传递到后桥的扭矩大小。

以下分别介绍横置适时四驱系统各主要零部件。

一、取力器

取力器是指用在前轮驱动的车辆转变成四轮驱动车辆上的一种齿轮箱式装置，其输入端通过花键与变速箱内部减速器壳体连接，输出端通过法兰与传动轴连接。其结构参见图2。

取力器需要将变速箱输出的横向动力传递给纵向上的传动轴，因此内部带有一套正交齿轮系统。

有两种类型的正交齿轮系统得到应用，包括螺旋锥齿轮副和双曲线齿轮副。螺旋锥齿轮副与双曲线齿轮副的区别是双曲线齿轮副具有偏移距（偏移距就是小齿轮的中心线与冠状齿轮中心线之间的距离）。双曲线齿轮副的偏移距增加了齿轮副的接触比，这样能够减小噪音、振动，并提供更好地扭矩传输能力。偏移距也会产生小齿轮与双曲线齿轮之间的相对滑动，产生热、压力，如果没有恰当的润滑，会产生很大的磨损，防止磨损就需要在齿轮油中加入耐高压添加剂。接触面之间的相对滑动也要求在生产制造过程中应用研磨工序。通过在一定载荷下旋转齿轮副，并在接触面添加研磨液，直到接触面之间达到最优的接触样式，因此研磨改善了齿轮的接触面。小齿轮的偏移距通常在双曲线齿轮的外径15%~20%之间。

前桥驱动轴必须穿过取力器内部插入差速器中，因此，取力器的主轴是中空的，这也就是取力器的主要尺寸限制：前桥驱动轴必须具有足够大的外径来满足传递扭矩的要求。另外一个典型的尺寸限制是发动机缸体和油底壳外形尺寸。在以上尺寸限制条件下，留给取力器的布置空间极为狭小，为四驱系统布置设计的最大挑战。

此外，发动机后部用于取力器布置的空间具有很小的空气流动性，来自齿轮接触面之间的摩擦和其它损耗产生的热量必须传输到润滑油和其壳体上，因此温度场问题同样为设计开发阶段面临的一个挑战。

二、传动轴

传动轴由万向节、伸缩套、轴管、中间支撑等零部件组成，可采用两段、三段等不同的分段方式。基本结构参见图3。

传动轴输入端连接取力器输出法兰，输出端链接扭矩管理器输入法兰，通过中间支撑固定在车身底板上。

传动轴与四驱系统NVH性能关系较大，传动轴的弯曲模态、扭转模态、动平衡、临界转速等在设计时均需精心考虑。

三、扭矩管理器

扭矩管理器用于调节四驱系统前后桥扭矩分配：ECU接收扭矩管理器输入转速、扭矩管理器输出转速、轮速、方向盘转角、横摆角速度等信号，再根据内部控制逻辑控制执行机构驱动。

扭矩管理器控制系统可与制动防抱死、驱动控制、电子稳定性控制和底盘控制等系统集成，以提高汽车的性能等级。系统的能力仅受到使用的传感器数目和控制算法的限制。

扭矩管理器主要可分为电磁式、电液式、电机式三大类。

四、电磁式扭矩管理器

电磁式扭矩管理器的常规设计包括一个电磁线圈，一个由全金属的主离合器，一个装有控制电磁线圈的绝缘金属环的、三叶片焊接的离合器壳总成，一个电枢和一个副离合器。基本结构参见图4。

当电磁线圈通电时，线圈周围产生一个磁场，金属电枢在磁场的感应下旋转，挤压主离合器的压盘，这样主离合器就产生的扭矩，这个扭矩被凸轮机构放大与副离合器啮合。随着线圈电流的增大，传递的扭矩也相应的增大。

五、电液式扭矩管理器

典型的电液式扭矩管理器包含一个活塞泵，当存在转速差时，活塞泵通过电子控制一个可变的流量阀，产生液压直接作用到离合器。它还有一个机械过载阀，切断传动系统扭矩，提供过载保护，以及补充电动泵产生的额外系统响应。

电液式扭矩管理器的特性，可在软件算法的基础上通过控制阀门的位置调节来实现。电子控制单元集成在设备上并直接测量油液的温度，使软件控制可以弥补油液粘度的变化。油液温度测量是用来获得对器件内部温度更深入的了解，测量系统包含了一个内置的热保护方式。

六、电机式扭矩管理器

电机式扭矩管理器使用一个被控制的电机直接驱动离合器，包括两种典型的方式：电机驱动凸轮机构和电机驱动液压活塞。

机械凸轮驱动机构是由一个通过凸轮机构将旋转转化为轴向位移的驱动电机组成，它可以通过多种方式实现。它可以使用一个电机旋转凸轮轮廓输出，引起剪刀状的机构直接带动单向球凸轮机构旋转，进而使轴向力去压缩离合器组。

另一种直接驱动离合器组的方法，是使用一个电机通过液压源活塞将压力作用在离合器组件上。它是通过使用一个电机取驱动一个滚动丝杠机构，它连接在一个液压源活塞和储存罐上。通过控制电机来推动活塞向前或向后运动，直接作用在离合器上。这个液压回路类似于制动系统。

七、后主减速器

后主减速器与扭矩管理器传递直接连接，用于将扭矩管理器传递过来的扭矩输出给后驱动轴，起到减速增扭的作用。后主减速器内部包括减速齿轮及差速器，基本结构参见图5所示。

后主减速器一般需要通过衬套安装在后副车架上，衬套的位置选择及性能参数设定极大地影响了四驱系统的NVH性能。

八、驱动轴

横置适时四驱系统包括左前、右前、左后、右后四根驱动轴，用于最终输出动力，实现四驱。由于横置适时四驱系统通常前轴分配到的动力大于后轴，因此前驱动轴规格一般大于后驱动轴。

驱动轴一般由万向节和轴杆组成，其中四驱系统的右前驱动轴一般带中间支撑，基本结构可参见图6所示。