quattro原理 更新時間: 2019-09-17

提到全時四驅,相信很多人腦海里都會閃現一個詞,那就是奧迪的quattro!奧迪是最早將四輪驅動裝置運用在拉力賽中并取得巨大成功的車廠。那么究竟什么是quattro?


quattro一詞在意大利語中就是“四”的意思,而對于奧迪來說quattro還有其他含義。1980年奧迪公司研發了quattro四輪驅動系統,并把它裝備在一輛基于奧迪80底盤的雙門轎車上,這輛轎車的名字也叫Quattro。另外奧迪旗下還有一家名叫quattro的子公司,專門實驗和研發高性能車型。因此,quattro既代表著奧迪四驅技術,又代表一種車型,還是一家公司的名字。


『托森差速器結構圖』

提到了quattro,很多人又會緊接著聯想到另外一個詞那就是Torsen差速器,在這里我們翻譯成托森差速器。托森差速器是一個扭矩感應式限滑差速器,在quattro系統中,它作為中央差速器安裝在變速箱的輸出端,動力從變速箱出來后會先經過托森差速器,之后再分配到前后橋。多數帶有quattro標志的奧迪車都裝備了托森差速器 ,對于這些車來說,托森差速器是實現全時四輪驅動的核心部件。

關于托森差速器的作用原理,我再次引用百度百科里的解釋:

Torsen這個名字的由來取Torque-sensing Traction——感覺扭矩 牽引,Torsen的核心是蝸輪、蝸桿齒輪嚙合系統,從Torsen差速器的結構視圖中可以看到雙蝸輪、蝸桿結構,正是它們的相互嚙合互鎖以及扭矩單向地從蝸輪傳送到蝸桿齒輪的構造實現了差速器鎖止功能,這一特性限制了滑動。在在彎道正常行駛時,前、后差速器的作用是傳統差速器,蝸桿齒輪不影響半軸 輸出速度的不同,如車向左轉時,右側車輪比差速器快,而左側速度低,左右速度不同的蝸輪能夠嚴密地匹配同步嚙合齒輪。此時蝸輪蝸桿并沒有鎖止,因為扭矩是從蝸輪到蝸桿齒輪。而當一側車輪打滑時,蝸輪蝸桿組件發揮作用,通過托森差速器或液壓式多盤離合器,極為迅速地自動調整動力分配。

從這段文字中我們可以發現,托森差速器 是一套純機械式的裝置,其中沒有任何電子設備介入,駕駛員也不能手動設定。這就意味著該裝置有很高的可靠性和靈敏度,因此這套系統可以被裝在拉力賽車等高性能車上,在復雜路況下提供無與倫比的抓地力。在奧迪產品序列里,裝備quattro系統的車往往就意味著高性能!

不過由于在國內的普及度不高,人們對這套系統缺乏了解,而許多零零散散的介紹又不是很詳細,漸漸的使人們對quattro產生了很多誤解,誤解主要集中在以下三點:quattro全時四輪驅動系統是一套純機械的四驅系統;該系統可以保證即使三個車輪全部失去抓地也會將100%的動力傳遞到沒有失去抓地的車輪上;Torsen差速器是quattro系統的核心,而像奧迪TT和A3這種發動機橫置的、沒有裝備托森差速器的車雖然名字里有quattro但實際上不是真正的quattro!

要解答前兩個問題,我們還是要從quattro的結構說起。目前我們通常意義上講的奧迪quattro四驅系統所使用的中央差速器是一個托森差速器,然而我們總是在感嘆托森差速器帶給車輛的高性能,卻忽略了這是一個系統,僅靠這一個差速器 是不可能實現完美操控的。之前已經說過,要實現全時四輪驅動必須有三個差速器,作為中央差速器的托森差速器可以分配通往前后軸的扭矩,可是扭矩到了前后軸之后還要通過差速器分配到左右車輪。


『奧迪A4L 3.2 quattro』

其實多數裝備奧迪quattro系統的車(除了高性能RS和R8等)在前后軸只上只配備了普通的開放式差速器,與普通家用兩驅車差速器的構造沒什么區別,根本不具備限滑功能。這就產生了一個問題:假如車輛一側的兩個車輪全部因為陷入泥地而失去抓地,即使有托森差速器分配前后扭矩,兩個普通開放式差速器 仍然會將動力傳遞到打滑的車輪。如果沒有電子系統的輔助,豈不是奧迪四驅轎車就得拋錨?


『奧迪A8四驅系統結構圖』

奧迪當然不會允許如此尷尬的事情發生!為此,工程師們在quattro系統內集成了EDL,EDL的全稱是Electronic Differential Lock,翻譯成中文應該叫電子差速鎖 。這一裝置會監測四個車輪的轉速,當某個車輪因失去抓地而空轉時,EDL便會通過ABS給空轉的車輪單獨施加制動力,使得扭矩通過開放式差速器傳遞到另一側不打滑的車輪。

由于前后軸的兩個差速器都是普通差速器,因而想把動力100%傳遞到某個不打滑的車輪幾乎是不可能的。首先托森差速器本身能達到的 扭矩分配比例就有限,目前市面上的多數奧迪四驅車的托森差速器的扭矩分配比例只能達到2:1,也就是說頂多有三分之二的扭矩能被分配到一端。不過在中央差速器和電子差速鎖的相互配合下使得奧迪車即使僅有一個車輪有抓地力時也能夠行進,只是此時動力相對較弱罷了。

要實現全時四驅,需要Torsen差速器 和EDL、ABS、ESP等電子系統相互配合才能完成,所以說Torsen差速器是純機械的,但奧迪quattro四驅系統不是純機械的。


『奧迪TT』

這是在很多車迷中流傳的一種說法:像奧迪TT和A3這種發動機橫置的、沒有裝備托森差速器 的車雖然名字里有quattro但實際上不是真正的quattro。會產生這樣的想法很正常,quattro和Torsen這兩個詞通常是捆綁在一起出現的,而在奧迪TT和A3上這兩個詞沒有一起出現,難免會讓很多人產生懷疑。


『1980年日內瓦車展亮相的Quattro』

要說清楚這個問題,我們還要往回翻,剛才已經提到了奧迪quattro既代表著奧迪四驅技術,又代表一種車型,還是一家公司的名字。按照時間先后排列是先研發出的quattro四輪驅動技術,之后是在1980年在日內瓦車展正式亮相的Quattro,再往后的1983年,名為quattro的奧迪高性能部門成立。而Torsen差速器 直到1987年才被運用到奧迪的quattro四驅系統中。也就是說在1987年之前的奧迪quattro系統是不包括托森差速器的。


『奧迪Quattro賽車』

另一方面,為慶祝quattro技術誕生25周年,奧迪公司于2005年舉行了一系列的慶祝活動,說明奧迪官方承認的quattro技術誕生時間是1980年而不是1987年。如果說只有裝備托森差速器 的奧迪四驅系統才能叫quattro的話,早期的奧迪quattro系統和Quattro汽車以及奧迪宣稱的“25周年”豈不是成了大笑話?

因此我們可以這樣理解:quattro是奧迪四輪驅動系統的總稱,所有奧迪生產的裝備四輪驅動系統的車都可以加上“quattro”后綴。這就好像大眾輝騰的四驅系統實際上完全移植了奧迪quattro,但在大眾品牌下依然要叫“4MOTION”。如果從機械原理角度講,奧迪TT和A3上的四驅系統確實沒有裝備托森差速器,而是采用大眾 4MOTION的結構。因此說奧迪TT和A3不是quattro這種說法不正確,但從結構原理上講也有一定道理。

進化史


quattro的誕生——理念源于大眾Iltis越野車

故事發生在芬蘭位于北極圈內的一片森林中,時逢2月天寒地凍。奧迪預備測試部主管駕駛著75馬力的大眾Iltis越野車跟隨在一支以奧迪100為基礎研發的擁有200馬力前驅車隊伍的后面。由于懸殊的動力差距,在直道行駛時他總被隊伍落在后面,而到了彎道則情況相反。他發現了這一點,思考后斷定原因在于大眾Iltis越野車采用了四驅系統,并與底盤研發部門主管達成共識:將大眾Iltis越野車的四驅系統移植到奧迪轎車上。這一年是1977年。


測試歸來,他們向奧迪技術研發主管、著名的費迪南德?皮耶希建議將Iltis越野車的四驅系統移植到空間和技術基礎都比較好的縱置前驅車型奧迪80上。經過反復的思考,皮耶希批準了這一計劃并要求秘密進行。6個月后,奧迪四驅系統項目獲得了正式批準,研發項目號為EA262,此時的項目內容已經在穩步進行中了。


轉過年的1月,山區被大雪覆蓋,對于首次向大眾銷售主管展示四驅原型車的奧迪試車小組來說條件非常理想。當這輛仍然配備夏季胎的奧迪A1(即:全輪驅動1)輕松超越綁著防滑鏈的其他汽車時出乎了所有人的意料。

當然,奧迪四驅轎車的傳動系統還有一個棘手的技術問題需要解決:采用傳統的前后軸固定連接結構讓汽車在轉彎時后輪出現滑動。標準的解決方案是采用笨重且昂貴的獨立動力分配器,而奧迪變速器系統設計師弗蘭茨?滕格勒則找到了更理想的解決方案:采用空心軸將動力傳輸至中央差速器 ,通過萬向軸將動力傳至后輪,而空心軸再負責將動力引向前輪,這就是第一代quattro。


『壁虎象征了quattro強大的抓地力』

quattro一詞在意大利語中就是“四”的意思,而對于奧迪來說quattro還有其他含義。1980年奧迪公司研發了quattro四輪驅動系統,并把它裝備在一輛基于奧迪80底盤的雙門轎車上,這輛轎車的名字也叫Quattro(關于車型首字母大小寫的問題,奧迪官方資料中并未有明確說明,且大小寫同時存在,為了使網友在閱讀中便于區分,下文中提到車型時統一為Quattro)。另外奧迪后來成立了一家名叫quattro的子公司,專門實驗和研發高性能車型。

到1983年,奧迪的賽車部門quattro有限公司成立。公司的名字是為了向當時在奧迪Quattro車型基礎上打造的拉力賽車表示致敬,并特意將首寫字母改為小寫“q”。這個公司起初主要負責高性能私人定制與配件的研發,現在的主要業務是為奧迪打造高性能的車型和配件,以及為客戶定制車型,目前奧迪quattro所生產的產品主要包括了奧迪S line套件、奧迪S系列和奧迪RS系列,當然奧迪最高性能的R8也是由奧迪quattro公司完成。

推廣之路——賽場上的“常勝將軍”

進行一場革命往往是很困難的,歷史的經驗告訴我們:人們用了半個世紀的時間才真正接受了柴油 發動機。然而,對于實現將四輪驅動技術應用于轎車的愿望,奧迪并不愿等上50年。奧迪的研發主管費迪南德?皮耶希選擇了另一種方式來實現目標:讓配備quattro四輪驅動技術的奧迪賽車參加世界上最具挑戰的汽車賽事,通過比賽中各種極端的路況向人們證明奧迪四驅技術。

奧迪四驅賽車Quattro之所以能通過國際汽聯的審核有一個重要原因,那就是福特、藍旗亞、雷諾等奧迪的競爭對手并未對此提出異議,他們自認為自己擁有成熟的后驅技術高高在上,并沒有把德國人折騰出來的“四驅怪物”放在眼里。


奧迪在經過了賽事初期油箱污物、車頂起火、電氣設備故障等小挫折后,終于在1982年獲得了7次賽段冠軍和車隊總冠軍,然而此時的Quattro賽車軸距長,車重大、350馬力發動機在調校方面還值得推敲,離完美相差甚遠。隔年,奧迪推出了“瘦身”100千克、動力提升30馬力的Quattro A2賽車,獨攬瑞典、葡萄牙、阿根廷和芬蘭等分站冠軍;1984年更是包攬了車隊總冠軍、1985年贏得了美國科羅拉多具有傳奇色彩的派克峰登山賽、1986年又刷新了登山賽記錄、1987年上演帽子戲法再次刷新登山賽記錄。此時奧迪quattro四驅技術在拉力賽賽場上已經聲名鵲起。


1988年奧迪將重心轉移到了泛美房車系列賽,美國觀眾起初認為奧迪很難在房車賽場上有所作為,但隨后Audi 200 TransAm首次參賽就獲得冠軍。一年之后,奧迪90 Quattro IMSA GTO賽車憑借13戰7勝的戰績讓四驅系統在場地賽中稱王。


一直極少在德國賽場上露面的奧迪在1990年加入了德國房車錦標賽,奧迪V8 DTM賽車將寶馬M3和梅賽德斯190“斬落馬下”,獲得了全面勝利。一年之后,奧迪的所向披靡被“政策”所阻止:1992年初,奧迪賽車8缸發動機采用的新的曲軸 本已獲得賽車主管部門的許可,但隨后又被告知與規定相悖,結果只能是奧迪退賽。之后,奧迪連續推出了兩款A組別賽車——Audi 80 Compitition和A4 Supertouring。這兩款車在世界范圍內都可謂先鋒賽車。僅在1996年,奧迪A4 Supertouring就在澳大利亞、比利時、德國、英格蘭、意大利、西班牙和南非的房車錦標賽上斬獲頭名。


一系列的勝利最終讓官方也不得不承認四輪驅動技術的優越性。1997年,國際汽聯規定四輪驅動的賽車額外增加重量不得超過95千克,并宣布自1998年1月1日起全面禁止四驅車參賽,原因是維護機會均等原則。奧迪用了17年的時間終于證明了普通兩輪驅動汽車面對四驅汽車根本沒有取勝的機會。

歷經七代進化

第一代quattro:空心傳動軸



奧迪借鑒了大眾Iltis越野車的四驅概念,但由于轎車的空間所限,完完整整的移植是不可能的。于是,奧迪的工程師琢磨出一個巧妙的解決方案:在變速箱后端安裝差速器,依舊由傳統的傳動軸將動力傳遞至后軸差速器;而在變速箱內部安裝了一根空心傳動軸使動力可以傳送到前軸差速器。這樣一來就省去體積大、重量大的分動箱 ,從而有效的解決了空間問題。

為了使奧迪quattro應對更為苛刻的路況,奧迪工程師在第一代quattro技術中使用了前、中、后三個開放式差速器,其中中央差速器和后軸差速器均帶手動鎖止功能。駕駛者可以根據不同路況需求,通過中控臺的鎖止開關控制差速器的工作狀態。

第二代quattro:托森A型中央差速器



1986年對于奧迪來說是重要的一年,在這一年quattro四驅系統迎來了一次重要的革新:采用了托森A型中央差速器。托森(Torsen)這個名字的源于Torque-sensing Traction——扭矩感應,其核心結構是蝸輪蝸桿機構,基于這種機構單向傳遞動力的特性使托森A型中央差速器 具備了自鎖功能,在正常情況下動力以50:50的分配比例傳遞至前后軸,當某個車輪出現打滑現象時,中央差速器可主動的將動力分配給附著力更好的車軸,比第一代更方便。后軸和前軸差速器仍然為帶有手動鎖止功能的差速器和開放式差速器。

第三代quattro:首次應用于自動變速箱車型



1988年亮相的奧迪V8根據自動和手動變速箱的不同分別配備了兩種quattro系統,這兩套系統的區別在于中央 差速器型式的不同:與手動變速箱匹配的quattro依然采用了托森A型中央差速器,而與自動變速箱匹配的quattro采用了帶有電控多片離合器的行星齒輪中央差速器。另外,第三代quattro系統將后軸開放式差速器也更換為托森A型差速器,從此quattro迎來了自動控制的時代。

第四代quattro:托森B型中央差速器,首次加入“EDL電子差速鎖”功能



在quattro誕生14年后,第四代quattro正式應用。首先,這一代系統使用托森B型中央差速器,托森B型差速器采用平行齒輪結構,同樣具有自鎖功能,不一樣的是它可以配備在自動變速箱車型上。其次,第四代quattro首次加入了“EDL電子差速鎖”功能,當單側車輪出現打滑時,“電子差速鎖 ”可利用液壓控制單元對打滑車輪進行制動,有效增強另外一側車輪的驅動力。

想搞清楚差速器、限滑差速器、“電子差速鎖”?請點擊下面圖片:


第五代quattro:優化后的托森A型中央差速器


奧迪工程師將突破點放在了優化扭矩感應式A型中央差速器和ESP電子穩定程序與四驅系統的配合上。經過優化的A型中央差速器 具備更為出色的扭矩分配能力,同時牽引力鎖止值也經過了優化。為了奧迪quattro車型應對各種極限路況,第五代quattro全時四輪驅動技術與ESP系統的配合更為密切。這一改進使quattro車型具備了更高的主動安全性。

第六代quattro:托森C型中央差速器 ,奧迪Q系列誕生



『奧迪Q5(左)、Q7(右)均配備了第六代quattro四驅系統』


第六代quattro核心部件中央差速器 由B型升級到了C型,其結構也由平行齒輪結構變為行星齒輪結構,自動鎖止功能的反應時間也更迅速。在通常情況下,中央差速器 以40:60的分配比例將動力傳遞至前后軸,當遇到特殊路況時,前輪可以根據需要分配到15%~65%的動力,后輪則可以分配到85%~35%的動力。偏向后輪的動力輸出特點為車輛提供了更高的操控性能,在直線加速和彎道中這一特點表現的尤為突出。 目前市場上在售的A4L、A6L也都是采用的第六代quattro四驅系統。

第七代quattro:冠狀齒輪中央差速器



『奧迪A5(左)、RS5(右)的四驅系統都采用了最新的冠狀齒輪差速器』


全新一代的quattro四驅系統,最大的改變在于將托森中央差速器更換成了冠狀齒輪差速器。這種差速器 最大的優點是體積小、重量輕的同時有著更高的動力分配比。雖然冠狀齒輪也是純機械結構,但依靠多片離合器的控制,它比托森差速器有著更大的扭矩比例調節范圍,而且前后的扭矩分配也更加靈活。


冠狀齒輪差速器的工作原理其實就是通過改變“力臂”長短來實現扭矩的分配調節。從變速箱輸出的動力輸入到冠狀齒輪差速器 行星齒輪架上,通過行星齒輪向前后冠狀齒輪(連接前后軸)傳遞動力,前后冠狀齒輪分別配單組和多組摩擦片。

正常狀態下,通過前后冠狀齒輪與差速器行星齒輪不同的作用半徑實現前后橋40:60的扭矩 分配,前后冠狀齒輪與行星齒輪相對靜止,當前橋或后橋車輪附著力降低(打滑)時,冠狀齒輪與行星齒輪發生相對旋轉,擠壓打滑一側冠狀齒輪壓緊摩擦片,使因打滑流失的動力部分通過差速器殼體傳遞至未打滑的驅動橋,而前后摩擦片組的數量也決定了扭矩 分配的范圍:根據車輛前后橋附著力情況,前輪的動力在15%-70%之前自動分配,后輪的動力則在30%到85%之間自動分配。

橫置quattro四驅系統



『奧迪TT(左)、Q3(右)采用的是來自Haldex的四驅系統』

除了經典的縱置發動機 并采用托森差速器外,奧迪旗下TT以及奧迪Q3都是使用了橫置發動機平臺的車型,采用了Haldex的四驅系統,負責分配前后橋動力的是電-液控制的多片離合器,這種結構和大眾橫置平臺的4MOTION其實在本質上相同,但是由于屬于奧迪品牌下,因此同樣叫做quattro。

想了解Haldex四驅系統請點擊下面圖片:


電動quattro,未來的四驅系統?

在過好眼下每一天的同時,有越來越多的車企開始著手部署未來。它們都希望可以徹底擺脫對傳統燃料的依賴。那么在電動車和混合動力車型上該怎樣實現四驅呢?



全車裝備了四個異步電機,分別獨立驅動四個車輪,總功率230千瓦(313馬力),而峰值扭矩 則高達驚人的4500N·m,這是個令人難以相信的數字。普通狀態下動力分配為前30%、后70%,而如果有車輪打滑,每個車輪的電機都能獨立調整動力分配。

了解奧迪F12電動車請點擊下圖:


全文總結:

奧迪很好的利用了賽場:一方面檢驗并展示的系統的可靠性;另一方面利用優秀的成績描繪著quattro系統卓越的性能。

隨后,quattro順利下放至民用車領域,工程師們不斷的鉆研使quattro歷經七代步斷進步,堅持著這條機械之路。如今,在這個奉行節能主義的時代,quattro并沒有固步自封,它們在電動車領域同樣走出了一條路。

Audi is a good use of the game: on the one hand to test and demonstrate the reliability of the system; on the other hand, the use of excellent performance of the Quattro system is excellent performance.

subsequently, Quattro successfully delegated to the field of civilian vehicles, engineers continue to delve into the Quattro after seven walk off progress, adhere to the road of machinery. Now, in this era of pursuing such doctrine, Quattro does not rest on its laurels in the field of electric vehicles, they also walked out of a road.

Copyright @ 2011-2016 www.utqccp.live   車標網   蘇ICP備12030990號,我要投稿
分分彩走势图奇妙软件