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AWD & 4WD 全時四傳對決分時四傳


全時四傳對決分不須由駕駛者切換操作的是全時(full-time)AWD,手動切換選擇二輪驅動或四輪驅動的是分時(part-time)4WD,如今全時型式AWD已成為主流。1. 為軍事而生的4WD2. 4WD也有全自動或手動切換?3. 少了這個,AWD就不行了?4. 驅動力分配控制才是精髓!為軍事而生的4WD
4WD的起源是1900年代首次為了軍車而開發,就是美國Chrysler旗下的Jeep(「吉普」名稱之由來),自第二次世界大戰起,吉普車在世界上的戰亂地區發揮了傑出的機動性。然而,軍事用途之外的4WD歷史也同樣悠久,荷蘭Spyker於1902年為一般賽車與爬山賽車所開發的車款已有中央差速器和2檔傳動,美國Indy500大賽則有Miller上場,大獎賽車也不例外,F1就有Lotus 63、McLaren M7、Matra MS84馳騁於賽車場,但隨著輪胎的進步,4WD就從這些賽車中引退,造就四輪傳動通常給人聯想到軍車以及從事載重任務的用途,這些4WD就是可以切換二輪傳動和四輪傳動的分時4WD。首度在小汽車上復活4WD的是日本Subaru,Leone Van旅行車搭載了4WD機構,但那仍是分時4WD,真正全時4WD的登場,則要等到1980年的Audi Quattro。

▲全時4WD前輪與後輪固定連接,不須駕駛者介入的四輪傳動系統,稱為全時4WD(AWD)。這種型式的前提為具備中央差速器以及前後驅動分配機構,中央差速器結合前後軸各一的限滑差速器(LSD),AWD小汽車幾乎都採用這種方式。

▲分時4WD通常只由前輪或後輪來驅動,駕駛者以手動切換、將驅動力傳遞至原本沒驅動的車輪,稱為分時4WD。主要為軍事用或工程用而開發,部分SUV越野休旅車也有採用,如今已成為少數派。4WD也有全自動或手動切換?AWD和4WD最大的不同就如它們的名稱,固定四輪驅動以及手動切換二輪傳動和四輪傳動。4WD由分動箱(或稱加力箱)負責分配前後驅動力,切換即可選擇二輪驅動和四輪驅動,當駕駛者認為不需要四輪驅動時,可操作轉換為二輪驅動。大多數的4WD以FR(前置引擎後輪驅動)車型為基礎,因此二輪驅動時就等於是FR車。AWD則與駕駛者的意志完全無關、由車輛自行分配前輪和後輪的驅動力,大致分為常時式4WD、適時式4WD、主動驅動力分離式4WD、電子式4WD等,也有手動切換為二輪驅動的款式。常時式4WD隨時自動分配前後驅動力;適時式4WD通常以2WD行駛,當驅動輪打滑時會自動變成4WD;主動驅動力分離式4WD採用電子控制多片式離合器,根據行駛狀況即時分配驅動力;也有以馬達驅動後輪的例子,油電混合動力也有搭載後輪專屬驅動馬達的車款。

AWD全時4WD以輪速感知器檢測輪胎與路面的接觸狀況,藉由驅動力分配以獲得最佳的抓地力。依據中央差速器的型式,也有通常以二輪驅動行駛的款式。


▲分時4WD分時4WD通常以二輪驅動行駛,由駕駛者操作分動桿切換為四輪驅動,駕駛者必須正確掌握路面狀況。4WD旅行車的先驅4WD長期使用於工程用以及軍事用,但從1972年的Subaru Leone Van 4WD起,旅行車也開始採用4WD,初期Subaru採用分時4WD,隨著Leone的改款進化也成了全時4WD(AWD)。另一款先驅則是1980年登場的Audi Quattro(義大利文「Quattro」為4),採用中央差速器,不用駕駛者操作就能隨時分配前後驅動力。Audi在市售之後就參加了WRC,獲得多場勝利,參賽第二年就拿下總冠軍,在拉力賽領域將FR車送進歷史。Quattro的誕生,就是現代AWD的始祖。

▲1980年發表的Audi Quattro,是採用AWD的先驅,隔年的Monte Carlo拉力賽就拿下首場的勝利,值得一提的是,在拉力傳奇車手Hannu Mikkola和女車手Mich?le Mouton的操控下共跑出7場WRC單站冠軍,直到1986年才劃下休止符。少了這個,AWD就不行了?直線行進時,左右車輪幾乎以相同的速度在旋轉,但在轉彎時,外側與內側車輪的速差即會顯現,負責吸收這種速差的就是差速器,4WD也是相同原理:轉彎時前輪和後輪的速差也會顯現,前後直接連結的方式無法吸收速差,迴轉半徑小的時候,車輪會相互干擾,前輪抓地力高的時候,後輪會發生空轉,而後輪抓地力高的時候,前輪會發生煞車動作。分時4WD通常在正常行駛時是手動二輪驅動,即便切換成四輪驅動也僅限於低速域,因此不會產生大的弊端,但由於AWD從低速到高速皆以四輪驅動行駛,這樣就行不通了。為了防止這種情形,於是設置了中央差速器,而負責吸收前後輪速差的中央差速器,也必須有差速鎖定,四個車輪無論哪一個發生彈跳,或是路面摩擦力低的那一輪發生空轉,如果沒有鎖定功能,驅動力就無法傳遞至每個車輪。現在的AWD有各種差速方式,鎖定機構也已經一體化。

▲4WD分時驅動的中間設有分動箱,從這裡隔開前後傳動軸,手動操作中間的分動箱能切換2WD和4WD。

▲AWD在前後相連的傳動系統中間插入中央差速器,作動方式與控制左右車輪速差的差速器相同,有錐狀齒輪式、驅動力差速式、電子控制式等。
沒有LSD 也無法達成AWDAWD由各式各樣的前後驅動力分配機構和限滑差速器(LSD)組合而成,大致上的LSD型式有行星齒輪+多片式離合器、棘輪(錐狀齒輪)+黏性耦合器、驅動力差速器三種,其中驅動力差速器的特徵之一是在差速功能中增加鎖定功能,由VW、Audi等車廠所採用。通常為二輪驅動,因應必要時自動切換為四輪驅動的適時式4WD,搭配的LSD為棘輪+黏性耦合器,使用的車款也很多,總成箱裡內藏多片式離合器,注滿專用的硅油,當前後車輪速差大時,受熱後的硅油黏度變大,進而連動離合器產生連結力,即因應輪速差距來傳遞驅動力的簡單方式,也能發揮LSD的功能。Honda則是採用獨家的雙泵浦模式,根據前後傳動軸的速差,以液壓泵浦操作多片式離合器的斷續。此外,主動驅動力分離式也採用多片式離合器,但離合器的斷續和接合的力道皆由電子控制,因應行駛狀況分配最佳的驅動力。

▲使用驅動力式的中央差速器,不僅能分配前後的驅動力,當前後任何一邊發生空轉時,還能發揮限滑差速功能。

總成箱裡有多片離合器的組合,以硅油密封的黏性耦合式,前後速差大時,液體的抵抗力就會提高,並自動分配驅動力。

以電子控制多片式離合器分配驅動力的結構,以離合器接合的力道來精密控制驅動力的大小,亦可用於2WD車款,採用這種方式的車型日益增加。

▲Subaru水平對臥引擎搭配的4WD機構,由前輪左右軸與後傳動軸的驅動機構組合而成。驅動力分配控制才是精髓!AWD的驅動力分配方式有多種衍生變化,使用棘輪或驅動力式的中央差速器大多為50:50,差速限制在0~100%之間;還有行星齒輪式的中央差速器,這種方式分配前後驅動力的自由度較高,例如35:65等,根據車款而有相應的設定。而電子控制多片式離合器則先決定基本的驅動力分配,再依據駛狀況進行最佳化分配,它的分配不只為了前進時的驅動力,還能藉由驅動力分配來減輕轉向不足或轉向過度情形。其實,這些控制的基礎來自感知器的訊號,有輪速感知器、檔位感知器、節氣門深度感知器等,最新款的4WD還連動偏航率感知器或轉向角感知器,以判斷車子是在轉向不足或轉向過度。以驅動力分配為例,Subaru根據不同車款就有60:40、49:51、45:55等細微的設定,然而性能車型由於重視操控,因此基本設定為0:100的FR(後輪驅動),一旦後輪出現打滑,就會配合車輛的動態而將驅動力分往前輪。

前後軸驅動力的分配來源自輪速感知器的車輪滾動不順的訊號為基礎,再加上來自各種感知器的訊號,以控制車輛安全穩定行駛。

▲控制系統不僅分配前後軸的驅動力,還能控制後輪左右的驅動力,不僅追求良好的抓地力,還能主動提昇操控性。日本引以為傲的兩款超級4WD 終極驅動力分配的活用歐洲車在非4WD就無法取勝的WRC大為活躍,但那畢竟都是專為參加拉力賽的產品,日本則有傑出的市售超級4WD,Lancer Evolution和GT-R即屬此類,Lancer Evolution採用電子控制的中央差速器,基本驅動力分配為50:50,差速限制可從完全自由到完全固定,後軸差速器更是結合左右驅動力分配機構,能因應行駛狀態或駕駛者的操作來進行左右驅動力分配的最佳化控制,兼顧穩定性和操控性。另一方面,GT-R則是將一體化的離合器、變速箱、加力箱設置於後方,雖然這種方式從以前就有了,但GT-R卻有世界首見的創新佈局,儘管驅動力分配基本是前0後100,但因應行駛狀況可分配至50:50,還有就是接收偏航時機的反饋,令它擁有接近軌道行駛般的操控性。

▲Nissan GT-R的傳動系統將離合器、變速箱、驅動力分配機構皆設置於後方,可在基本0:100到50:50間控制,發揮高度的穩定性和操控性。

▲以前輪驅動為基礎的Lancer Evolution 4WD結構,不僅分配前後驅動力,也能主動控制後輪左右的驅動力,提昇操控性。

Goo車訊網 發表:2017-11-01

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