基于前轮驱动轿车平台的AWD系统SUV

作者:陈利君 罗志华 文章来源:AAM亚洲总部及研发中心 发布时间:2010-07-02
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在结冰的路面上、雨天或是雪天中全驱车型都拥有更好的抓地力,而与传动基于后轮的四轮驱动越野车相比,基于前轮驱动轿车平台开发出来的AWD系统SUV,可共享更多的零件和设计,缩短更大的开发周期和成本,目前已经成为业界的热点。

全轮驱动系统的配置

在普通前轮驱动车辆的发动机后面,全驱系统增加了取力器。取力器和变速器差速器壳体连接,将扭矩转换传递方向后,通过虎克传动轴输出到集成在后桥上面的扭矩管理器 (TTD)。其整体布置如图1所示。

扭矩管理器本质上是一个智能控制的离合器,它通过内部离合装置开度的大小把适度的扭矩传输到后桥,后桥随之转换角度后传递到后驱动轮。

全轮驱动系统控制特征

AWD系统车辆的前后轮都介入了车辆动力驱动,所配置的扭矩管理系统可根据车辆行驶状况,动态适时地分配一定比例的扭矩到后轮,车辆牵引力控制性能和动态控制得到了大大的改善,以改进汽车操控及安全性。

1. 牵引力控制

由于施压于前轮的载荷有限,在摩擦系数很小的光滑路面上,汽车的前轮将由于过小的附着扭矩而出现打滑现象。AWD系统在获取车辆状态信息后, 能将一定的扭矩传递到后轮, 防止车辆在雪地等湿滑路面上行驶时驱动轮的空转,使车辆能平稳地起步、加速,支持车辆行驶的基本功能。在雪地或泥泞的路面,AWD系统均能保证流畅的加速性能。

2. 车辆动态控制

通常在重心靠前的前轮驱动车辆上面,前轮既承担转向又要承担驱动工作,当极限过弯时,它在抓地方面的能力就会显得弱化了,导致车辆前轮所能提供的转向力小于所需要的转向要求而发生转向不足。与此相对应的是,在后轮驱动车辆上,在弯道行驶过程中,存在有转向过度的倾向,如图2所示。AWD系统中的扭矩管理器,将根据车辆行驶状态及转向轮状态,在前后轮之间动态地分配扭矩,将车辆行驶特征更加“中性化”,改善车辆安全行驶性能。

全轮驱动系统多种可选择模式

在正常路面行驶状况下,扭矩管理器离合分离,车辆处于前轮驱动模式以达到省油的效果。一旦车辆前轮处于打滑状态,或者动态状态临近失控的时候,扭矩管理器可主动激活介入,适当地分配前后扭矩以改善动态控制及牵引力效果。

当汽车驾驶员在复杂的路面状态下时,AWD四驱系统也可切换到四驱锁死模式,后轮提供恒定的扭矩,以使汽车具备更好的越野性能。

基于全轮驱动系统的混合动力

随着燃油价格的上涨,消费者更加关注于车辆的燃油性能,政府对车辆排放标准的要求也越来越高。汽车制造商投入了更多的精力用于混合动力与电动汽车技术上面。美桥(AAM)公司在基于本身所擅长的全轮驱动产品之上,正在致力于并联式混合动力电子后驱系统(Electronic Rear Drive Module——E-RDM系统)的研发。

与现有市场上的混合动力系统相比(如丰田的普锐斯将汽油动力系统和电子传动系统都集成到前轮上面,在车辆前端布置了非常复杂的机械电子结构),AAM公司的E-RDM系统在汽车前轮保留汽油动力系统,在后轮加上独立的电力驱动动力系统。前后轮控制系统既相互联系,又可分别控制,结构简单,还附加上了额外的全轮驱动功能。不但提高了车辆燃油效率,改善了车辆驾驶性能,而且由于简单结构原理,并没有给汽车消费者带来过大的额外成本。如图3和图4分别大致描述了E-AWD系统的布置结构与控制模式。

为了实现高水平的能耗效率,E-RDM混合动力系统象传统并联混合动力车系统一样,在发挥了汽油发动机和电动机的优势的同时,同样还避免了他们各自的缺点。

1. 在车辆暂停的时候, 如车辆速度回到0且制动踏板持续3~5s, 系统关闭汽油发动机,车辆此时无怠速能耗。

2. 在车辆低速行驶的时候,鉴于汽油发动机此时利用效率很低,车辆依靠启动电驱动后桥及前端高功率启动电机驱动行驶。

3. 在车辆高速行驶的时候,汽油发动机有高燃油效率的优势,仅依靠汽油发动机提供车辆动力,同时,车辆ECU监测蓄电池能量状态, 依据具体的状态可提供充电功能。

4. 在车辆减速或制动的时候,电机作为制动元件再生回收制动能量。

另一方面,由于电力驱动系统放置在后轮上面,汽车重量前后分配比例更合理,车辆底盘布置空间有更大的灵活度。E-RDM电子控制单元通过车辆数据总线获取车辆动态信号, 实时调整电驱动后桥输出扭矩以改善车辆动态状态。这样, 传统前轮驱动车辆所具有的转向不足得到更好的解决, 并提供了额外的全轮驱动系统。

电驱动后桥模组的配置

电驱动后桥模组主要由电子控制单元、电机(或制动发电式电机及电控离合器)、壳体、齿轮组和差速器总成组成,其功能为减速增扭,分配扭矩到左右半轴驱动后轮运转。对普通的乘用轿车, 额定输出扭矩可达1200Nm,可配速比在4~6,最大输入转速为10000r/min,电驱动后桥模组采用轻质铝合金壳体,这赋予了后桥高强度、低重量。单向通气阀的设计平衡了车辆在行驶过程中因温度变化产生的压力差,集合波纹弹簧的差速器总成了保证零间隙输出。

后桥的工作原理如图5所示。当E-RDM电子控制单元从数据线获得车辆的动态信号,监测到后桥需要工作时,它将从电池获得电能输入一定大小的转速和扭矩给电动机,使其旋转,车辆得到动态控制,安全、平稳行驶。

电驱动后桥是实现混合动力技术的核心元件,其性能的优劣直接关系到整个混合动力技术高低。AAM研发的电子E-RDM(电驱动后桥)将传统的全轮驱动技术转化到混合动力系统,使混合动力系统兼备汽油发动机驱动和纯电动两种车型的优点,在绿色能源汽车的理念上保证了汽车更好的动力和安全性能。

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