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安全四驅系統大比拼

danny

路人

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1# 大 中 小 發表於 2009-1-9 13:45  只看該作者

安全四驅系統大比拼



雖然4WD來源自於SUV，但是它從1980年代普遍的出現在歐美房車之上，20多年後，它儼然成為高性能房車捍衛速度的絕佳利器。
傳動模式主導了駕馭特性，不論是FF或者是FR，甚至是RR，但是淩駕之上的還有4 WheelDrive(4WD)。如果我們將天候納入行車考量，那麼濕滑雨天、雪地、泥濘、沙土等都將影響車輛的循跡性與可駕禦性，此時不論前驅或者後驅，都將不如四驅來得有效率。如果我們再將速度投入其中，四驅的彎道能力更能將動力發揮到極致，同樣也是出自輪胎抓力地的展現，越多驅動輪註定將發揮更大的加速性能。本文詳列了各大車廠的「房車4WD」設計理念，讀者必須了解它，因為它將成為未來傳動系統的主流。
四驅的鼻祖
Audi Quattro
車輛過彎時，由於離心力迫使車輛向外傾斜，外側輪受到壓迫，於是重力給予車輪絕佳的動力展現舞臺，但是內側輪卻因為重心不在此，在缺乏重力下壓出現空轉，此時外側輪稱為有效輪，內側空轉輪稱為無效輪。此時會因為差速器的緣故，迫使動力大量流向無效輪，於是想要更快的彎道速度，就必須減少無效輪的打滑，但又得保有一定的差速比，以縮短過彎的時間。
防滑差速器(LSD)因此誕生了，它能以一定比例鎖住無效輪，迫使動力回流到有效輪，然後增加彎道速度，賽場上可以聽到0.5way、1 way、1.5way的LSD，都是為此而生。


對於競技車輛來說，LSD成為重要的改裝部品，甚至在強調性能的市售車款上，都具備原廠設置的LSD防滑差速器。但我們再想想，如果有效輪同時出現在前輪軸與後輪軸時，分佈更廣，對於彎道速度是否更有利？答案是肯定的。於是4WD成為高速競技的有力後盾，更是通行惡劣路況的最佳保障。
Audi首先於1980年推出All-Whee1 driven Road-going car設計理念，底盤工程師JorgBensinger因為見到VW軍用車於雪地的「破走力」，於是興起四驅底盤房車的設計念頭，這使得他想起過去曾於1966年設計，用於比賽的Rallycar上所安裝的Quattro系統。首輛搭載Audi Quattro的市售車為Audi80，Quattro原本是義大利文「四」的意思，之後Audi不但是拉力賽中的常勝軍，Quattro也成為Audi 4WD四驅的代名詞。


新車型Q5也是採用Quattro系統，但是並未搭配主動式懸吊與主動式扭力分配。
Audi習慣將Quattro用於旗下的Turbo車型，原因很簡單，就是前面說的展現強大的動力性能，提升彎道等加速度，不論是S4或是S6引擎，Quattro絕對是不可或缺的搭配。
1987年，Quttro所採用的「開放式中央差速器」有了新變革，新一代的扭力感應式中央差速器Torsen，可以自行分配動力於前後軸之間，一般狀態下維持50：50的分配，但是在速差產生情況下，可到前後75∼80%的差異度，足以達到脫困之用。


Quattro第五代已經出現舵角控制，位於後軸的後差速器在左右端各有個多版離合器，可進行傳動力大小的控制，達到LSD的功能，以增加彎道性能。
這種棘輪搭配矽油的限滑差速器(Viscous Coupling UntiVCU黏性偶合器)，具備打滑輪產生的速差、迫使矽油受熱成為固態而連動離合器片產生連結力，這項聰明的設計不像當時許多電動或者手動LSD需要透過人為操作，不過很快的美國與日本車廠，就出現搭載類似設計的車款，像是M3、Cosworth、Cellica GT4等。
第一代黏性耦合器VCU的設計，只著重於前後軸的扭力分配，且僅能在高速差下作動，分配比例也較為受限，第二代TBR(Torque BiasRatio)具備2：1的減速比，因此在低轉差速就可以作動，前後軸分配差速比達33%∼66%，設計理論更貼近事實路況也更為人性化。之後再度演變為T3版，採用行星齒輪搭配VCU，2006年時已經普遍運用在Audi RS4、2007年更擴及S5與Q7等車型。


Quattro的運動版差速器，接收來自ECU的訊號後，以油壓幫浦驅動油壓執行兩側的多版離合器收放，與三菱的AYC如出一轍。
其實打滑現象不是僅限於前後軸去應付加減速，例如剛起步時著重前驅、中段成為四驅、高速變成後驅這樣的加速特性與彎道性能都是性能房車所重視的，但左右限滑更是關鍵，因為它左右了車輛的過彎速度。


Audi的首席超跑R8，自然也不能遺漏Quattro的設計，後置引擎的設計，讓舵角控制位於變速箱側。
於是VCU黏性耦合器的進化出現Evolution版本，它不僅能夠選擇性的要求前後軸的限滑比例，更能藉由電子控制，限制左右側輪的打滑，EDL(Electronic DifferentailLock)於是誕生，這項設計結合ABS與ESP後，呈現出更完美的循跡性，Audi將追求速度的領域延伸到安全性上。
Audi quattro
最新世代的Quattro依照動力模式、油門位置、檔位等訊號，透過ECU計算後，決定出動力方向輔助力道、方向機齒比、減震筒阻尼、差速分配，此時不僅過彎得到懸吊的輔助，透過差速比重分配，有效輪可獲得更大動力，不單提升運動性，在失控時也能得以輔助與挽救。


BMW xDrive
M.Benz 4Mtaic
BMW的四輪驅動出現得相當早，當時的E30四驅版就已經赫赫有名，但是它最著名的xDrive卻是從SUV X5車型開始發展，然後運用到X3以及2006年後的xd與xi 3系列與5系列。


xDrive主要是提供40%∼60%的差異度於前後輪軸之間，以應付路況所需之用，它被融入在DSC(Dynamic Stabilitycontrol)動態穩定控制系統中，它以多版離合器進行前後輪軸的力道分配管理，當ABS或者DSC系統得知傳動部分有速差或者出現緊急狀況時，這套位於變速箱內的xDrive將會被啟動。xDrive主要是以電子控制讓伺服馬達驅動離合器片達到差速比的變化，主要目的還是在於恢復該有的循跡性，以及脫困之用，並不像Audi一般設有運動版的強化彎道性能效果。


五系列的xDrive大大增加了越野能力，就連惡劣的雪地路況也能輕鬆應付。
M.Benz的四傳系統4Matic，發展的起源並不像其他車廠是以性能為出發，反而是著重在「傳動系統」設計上的進化，4Matic是4-Wheel drive and automatic的縮寫，最早出現在1986年的W124車型上。


BMW分動箱為直立式設計，以伺服馬達控制撥叉，進行中差鎖定與限滑功能。
一般房車四傳皆以原本變速箱加掛Transfercase分動箱而成，而M.Benz則是將自排變速箱與分動箱合而為一，並且採直列式設計，不僅大幅減輕重量，體積上也節省更多空間。


M.Benz在直列變速箱的末端設置中央差速器，中差設在末端一體化讓人讚嘆不已。
這套系統具備中差鎖定的功能，除100%的差速比外，它還有兩種模式，第二種是一般情況下前35：後65或者第三種前50：後50的分配比例。此套系統由方向盤角度與ABS的速度感知器判斷差速與打滑狀態，然後進行限滑控制。如今這套系統也與主動式懸吊結合成為ASC系統的一部分，開始展現性能與安全上的相輔效果，並且運用在S-Class上。


利用棘輪與離合器片進行防滑，體積小巧、構造簡單。
Toyota All-Trac
Honda SH-AWD
Toyota的四傳系統稱為All-Trac，從1986年代起普遍的運用在房車系中，從「Tercel北海道式樣車型」到Camry 4WD皆採用相同的設計概念。


這套四驅系統構成簡單，同樣是由分動箱開始進行前後動力分配，再由中央傳動軸分配到後差速器給後軸兩側輪。早期具備中差鎖定功能，主要是用以脫困之用，但是這套系統卻因為Cellica GT4的Rallycar而聲名大噪，它在越野上的表現確實讓許多歐洲車廠為之臣服。


Lexus LS460具備VDIM系統，可針對轉向過度或是轉向不足利用傳動系統予以修正與挽救。
時至今日，Toyota最引起為傲的All-Trac四驅系統除了在頂級LexusLS460上可以見到外，最為成功的作品非2006年誕生的三代目RAV4莫屬。它除了基本的前後軸動力自動分配外，在左右側輪部份更可以藉由方向盤角度、前後左右四向G值感應進行差速防滑控制，不僅能夠調配動力輸出，更能做出動力輔助改變，以應付轉向過度或是轉向不足的修正，功能上與前述Audi的主動式差速器相當。


令人驚訝的事實，Toyota最強的4WD驅動系統居然是出現在RAV4車型上。
Honda的SH-AWD為「Super Handling All Wheel Drive」的縮寫，這套系統首度出現在1997年的PreludeType SH車型上，可進行前後軸的扭力分配，並且對後輪軸的左右側輪進行獨立的扭力分配，目前更運用到旗艦Legend與AcuraRL、MDX、RDX等車型上。


極其複雜的SH-AWD在Honda房車系以強調安全為主，用於SUV車型上則是強調越野傳動力的表現。
其構成為後軸的T-Shaped差速器上設置離合器組，達到左右側的控制。以Legend為例，一般狀態為前70：後30的動力分配比，在需要動力時以行星齒比變化比例，彎道時便啟動離合器組進行後軸兩側的差速比調整，而至於越野車款MDX與RDX則有更大的齒比進行前後軸的變化達到10∼90%的落差。其次較為簡單的設計則是CR-V所使用的「Real time4WD」，以速差控制油壓驅動壓板搭配凸輪進行驅動連結後軸，僅前輪打滑時後輪才會錯得動力，並非恆時四驅系統。


Honda SH-AWD系統 後差設計十分獨特，進入端為中差多板式防滑，兩側為左右輪的多板式防滑。
Nissan ATTESA
Mitsubishi S-AWC
ATTESA系統起源於1987年的Bluebird車型上，亦延伸到Pulsar車型上，當然讓它聲名大噪的當屬SkylineGT-R。這套系統原本只是簡單的FWD附屬四驅系統，並且以VCU黏性耦合器做為中央差速的限滑輔助，以50：50設定為前後軸恆時輸出。之後當GT-R R32採用這套系統時，正式升級成為ATTESA-ETS，ETS所指Electronic TorqueSlip電子扭力控制，此套系統中差同樣採用多板離合器進行中差防滑，而後差則以電子控制油壓進行差速比變化。


作動上以16位元電腦做每秒一百次的計算執行，該系統同樣結合ABS，前後軸可以做出的0∼50%動力差異，甚至是脫困之用。而到了R33的世代，ATTESA-E-TS已經採取主動式LSD的設計，R34更出現ATTESA-E-TSPro版，達到前後軸、左右輪的主動式防滑與動力分配的驚人表現，所有設定完全朝向競技設定。2009 GT-RR35則具備2：98到50：50的差速比，藉由更強大的感知器與電腦計算強化運動性。


R35採用後置變速箱的設計來平衡車重，巨大的後差本體更是ATTESA-E-TS Pro精華所在。
1997年三菱Lancer Evolution IV自從採用AYC主動舵角控制後差後，歷經十年的演變，S-AWC(Super AllWheel Controls)於是成形，這套傳動系統由ACD(Active Center Different)、AYC(Active YawControl)、ASC(Active Stability Control)以及SportABS所構成。AYC主要以電腦偵測彎道狀態執行後軸左右側輪限滑，而ACD則是主動式中差，進行前後輪軸的扭力分配，亦附有手動選擇模式，可用於不同路況，最後一項為運動版的ABS可進行內外側輪的獨立煞車，達到彎中穩定的安全駕駛，最後再由ASC動態平衡系統掌控成被動安全設計，對運動性與安全性做全方位的控管。


為了容納巨大的差速器與變速箱，後懸吊總成的結構也讓人瞠目結舌。
目前運用在EVO X代車型上，相當擅長於Rally路面駕馭，透過ECU的map變更，還可以在賽道與柏油路面等作最佳化設定。


EVO的四傳系統完全是針對Rally而生，在惡劣的越野路面上擁有過人的表現。


S-AWC中的AYC已經進化到能夠幫助車手做出甩尾的動作。

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