新款寶馬G11/G12動力系統(tǒng)技術(shù)剖析（九）

楊 明

新款寶馬G11/G12動力系統(tǒng)技術(shù)剖析（九）

楊 明

七、四輪驅(qū)動

（一） 四輪驅(qū)動系統(tǒng)概覽

寶馬所用四輪驅(qū)動型號根據(jù)不同的驅(qū)動平臺進(jìn)行劃分，如圖63所示。雖然四輪驅(qū)動系統(tǒng)分為以前輪驅(qū)動為基礎(chǔ)的車輛，例如F45和以后輪驅(qū)動為基礎(chǔ)的車輛，但在寶馬上這兩種四輪驅(qū)動系統(tǒng)均稱為 xDrive。

（二）xDrive新特點

G11/G12的選裝四輪驅(qū)動裝置從外觀上與當(dāng)前所用的以后輪驅(qū)動為基礎(chǔ)的xDrive系統(tǒng)沒有區(qū)別，如圖64所示。但G11/G12的xDrive具有以下新特點：

在重量不變的情況下將最大可傳輸扭矩提高至1300N·m

通過使四輪驅(qū)動片式離合器分離降低熱負(fù)荷

通過在分動器內(nèi)進(jìn)行智能化四輪驅(qū)動調(diào)節(jié)和根據(jù)需要進(jìn)行液位調(diào)節(jié)降低耗油量（高效模式）

發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的扭矩在自動變速器內(nèi)傳輸并通過變速器輸出軸傳至分動器。下一個傳動系部件分動器根據(jù)行駛情況調(diào)節(jié)扭矩并以可變方式分配給前橋和后橋。由于可能存在車輪轉(zhuǎn)速差，后橋與前橋無法進(jìn)行剛性連接，因此在分動器內(nèi)部有一個片式離合器。片式離合器負(fù)責(zé)在兩個驅(qū)動橋間進(jìn)行可變力矩分配。

（三）xDrive功能描述

通過四輪驅(qū)動分動器（如圖65所示）內(nèi)的片式離合器可在限定范圍內(nèi)將扭矩分配給兩個車橋。從靜態(tài)角度，當(dāng)前寶馬四輪驅(qū)動車輛按 40∶60 在前橋與后橋間進(jìn)行力矩分配。G11/G12按50∶50在兩個驅(qū)動橋間均勻分配力矩。從動態(tài)角度，還要考慮到其他重要參數(shù)，例如不同的車輪滑轉(zhuǎn)率值。兩個驅(qū)動橋的車輪滑轉(zhuǎn)率不同時，無法再按 50∶50分配力矩。在此情況下，驅(qū)動力矩以可變方式根據(jù)行駛情況在理論值0∶100 至 100∶0 范圍內(nèi)進(jìn)行分配。片式離合器處于分離狀態(tài)時，所有扭矩都傳遞至后橋。為了能夠?qū)⑴ぞ貍鬟f至前橋，必須使片式離合器接合。

需要傳遞的離合器力矩在動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)DSC內(nèi)進(jìn)行計算并通過一根FlexRay數(shù)據(jù)總線傳輸至分動器VTG控制單元。分動器VTG控制單元根據(jù)所要求的離合器力矩計算出在帶花鍵的調(diào)節(jié)環(huán)上需要調(diào)節(jié)的角度值。通過一個電機(jī)產(chǎn)生調(diào)節(jié)所需調(diào)節(jié)力矩。根據(jù)所要求的力矩分配，片式離合器的壓緊力提高。這樣可根據(jù)行駛情況在兩個驅(qū)動橋間以無級方式分配所傳輸?shù)陌l(fā)動機(jī)扭矩。

（四）高效模式

“高效模式”是降低牽引力矩方面的新特點，用于提高效率，如圖66所示。通過智能化調(diào)節(jié)四輪驅(qū)動系統(tǒng)可根據(jù)行駛情況使分動器的片式離合器分離。這樣可減少分動器內(nèi)的潤滑。在此分為以下功能：

停止供油

阻隔機(jī)油

下面將對這兩項功能進(jìn)行詳細(xì)介紹。這兩項功能都用于將分動器內(nèi)的損耗降至最低。它們始終同時啟用，但處于總成內(nèi)的不同作用范圍。

只有DSC控制單元未提出四輪驅(qū)動要求因此片式離合器處于分離狀態(tài)時，才會使用高效模式。

1.停止供油

xDrive 分動器停止供油功能（如圖67所示）具有以下優(yōu)點：

片式離合器處于分離狀態(tài)時可降低牽引力矩

通過直接位于摩擦片套件前的小儲油罐迅速為片式離合器提供潤滑油

片式離合器處于分離狀態(tài)時會停止向離合器套件供油。機(jī)油存儲在管路和儲油罐內(nèi)。啟用和停用停止供油功能時，通過蝸桿軸使帶花鍵的調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)可終止機(jī)油流向片式離合器。要求分動器提供力矩時（片式離合器接合），根據(jù)調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)重新開啟供油并對片式離合器進(jìn)行潤滑和冷卻。由于機(jī)油油位較低，可消除旋轉(zhuǎn)的片式離合器浸入所產(chǎn)生的攪油損失。這樣可降低耗油量并減小片式離合器的磨損。

2. 阻隔機(jī)油

不要求分動器提供力矩時（片式離合器分離），機(jī)油隔板關(guān)閉。機(jī)油隔板用于使機(jī)油存儲在一個規(guī)定空間內(nèi)（油室2），如圖68所示。通過一個杠桿系統(tǒng)實現(xiàn)油封功能，該系統(tǒng)位于殼體內(nèi)，通過一個彈性體密封墊封住一個規(guī)定開口。

由帶花鍵的調(diào)節(jié)環(huán)移動的換擋軸操縱機(jī)油擋板并使其保持在規(guī)定位置。這樣可使油室相互阻斷，從而將攪油損失降至最低。為了確保對軸承和密封環(huán)進(jìn)行潤滑，在循環(huán)回路中始終保留規(guī)定量的機(jī)油。這一點通過第一和第二油室間的溢流裝置來確保。

（五）運(yùn)行策略

G11/G12的四輪驅(qū)動（xDrive）采用智能化設(shè)計，如圖69所示。xDrive 智能化調(diào)節(jié)有助于實現(xiàn)高效且節(jié)油的車輛運(yùn)行。在此不是簡單地關(guān)閉或停用四輪驅(qū)動，而是根據(jù)當(dāng)前行駛情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。通過各種不同的傳感器提供有關(guān)當(dāng)前牽引力需求的信息。根據(jù)牽引力和行駛動力，結(jié)合需要將驅(qū)動力矩分配給不同驅(qū)動輪。

在很多行駛情況下，四輪驅(qū)動片式離合器均處于分離狀態(tài)，在此僅驅(qū)動后車輪。只有在特定行駛情況下才會將部分驅(qū)動力矩也傳輸給前車輪。根據(jù)需要以提前方式分配驅(qū)動力矩。在動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng) DSC控制單元內(nèi)進(jìn)行計算。

DSC計算力矩分配時考慮以下標(biāo)準(zhǔn)：

車速

橫向和縱向加速度

橫擺率

制動防抱死系統(tǒng)（ABS）

轉(zhuǎn)向角

車輪轉(zhuǎn)速

車輛縱向傾斜度

加速踏板位置

駕駛模式（運(yùn)動、舒適、ECO PRO）

DSC狀態(tài)（DSC啟用/停用，DTC啟用/停用）

根據(jù)行駛情況將部分驅(qū)動力矩傳輸至前車輪。根據(jù)片式離合器控制情況和車輪滑轉(zhuǎn)率確定準(zhǔn)確的力矩分配比例。下面列出了一些影響因素。出現(xiàn)以下行駛情況時，如果不受其他標(biāo)準(zhǔn)所限，將會提高四輪驅(qū)動離合器力矩：

車速低于20km/h

已啟用運(yùn)動駕駛模式

已停用動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)DSC

已啟用動態(tài)牽引力控制系統(tǒng)DTC

車輛過度轉(zhuǎn)向

前車輪與后車輪之間的轉(zhuǎn)速差增大

車輛縱向傾斜度較大（例如在坡路上）

加速踏板要求較高，例如強(qiáng)制降擋位置

負(fù)荷變化狀態(tài)，例如過渡到滑行模式（駕駛員松開加速踏板）

出現(xiàn)以下行駛情況時，如果不受其他標(biāo)準(zhǔn)所限，將會降低四輪驅(qū)動離合器力矩：

車速高于180km/h

車輛不足轉(zhuǎn)向

隨轉(zhuǎn)向角增大（以免傳動系內(nèi)受力過大）

緊急制動（ABS制動）

為了評估路面狀態(tài)進(jìn)而實現(xiàn)高效的預(yù)判式縱向力矩分配，由DSC控制單元探測輪胎與路面間的摩擦系數(shù)條件。例如分析車輪滑轉(zhuǎn)率以及縱向和橫向加速度。接收到動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)DSC表示不同車輪滾動周長的車輪轉(zhuǎn)速信息時，以低于正常狀態(tài)下的強(qiáng)度接合四輪驅(qū)動片式離合器。這樣可防止傳動系內(nèi)受力過大進(jìn)而導(dǎo)致xDrive損失功率更高。

1.確定車輪滑轉(zhuǎn)率

無論加速還是減速時，不同車橋上的車輪都會出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)。通過所有車輪轉(zhuǎn)速傳感器以及DSC控制單元內(nèi)計算模型的傳感器信號可確定車輪滑轉(zhuǎn)率?？砂慈缦路绞蕉x車輪滑轉(zhuǎn)率：

車輪滑轉(zhuǎn)率是車輪圓周速度與車速間的差異

某一車輪緊急加速或制動致使超過最大靜摩擦力時，滑轉(zhuǎn)率會一直增大至車輪打滑或抱死。

在實際情況下會出現(xiàn)兩種不同類型的滑轉(zhuǎn)率：

驅(qū)動滑轉(zhuǎn)率

制動滑轉(zhuǎn)率

通過以下措施可降低出現(xiàn)的驅(qū)動滑轉(zhuǎn)率：

通過降低發(fā)動機(jī)扭矩進(jìn)行DSC干預(yù)

提高需要傳輸?shù)膞Drive離合器力矩（將力矩分配給兩個驅(qū)動橋）

通過以下措施可降低出現(xiàn)的制動滑轉(zhuǎn)率：

ABS調(diào)節(jié)（制動防抱死系統(tǒng)）

為了能在緊急制動期間（ABS或DSC調(diào)節(jié)）針對各車輪調(diào)節(jié)車輪上的制動力從而避免影響另一驅(qū)動橋，根據(jù)需要降低或在必要時完全減小四輪驅(qū)動離合器力矩。

驅(qū)動滑轉(zhuǎn)率計算示例：

車輪圓周速度=16.67m/s（相當(dāng)于約60km/h）

車速=13.89m/s（相當(dāng)于50km/h）

由于在上述數(shù)值中車輪圓周速度大于車速，此為驅(qū)動滑轉(zhuǎn)率。

驅(qū)動滑轉(zhuǎn)率公式：

SA：驅(qū)動滑轉(zhuǎn)率；

Vwheel：車輪圓周速度；

Vvehicle：車速。

驅(qū)動滑轉(zhuǎn)率為20%。

制動滑轉(zhuǎn)率計算示例

車輪圓周速度=11.12m/s（相當(dāng)于約40km/h）

車速=13.89m/（s相當(dāng)于約50km/h）

由于在上述數(shù)值中車輪圓周速度小于車速，此為制動滑轉(zhuǎn)率。

制動滑轉(zhuǎn)率公式：

SB:制動滑轉(zhuǎn)率；

Vwheel:車輪圓周速度；

Vvehicle:車速。

制動滑轉(zhuǎn)率為20%。

在不同車輪滑轉(zhuǎn)率數(shù)值下的xDrive運(yùn)行策略，如圖70所示。

（待續(xù)）