汽车驱动方式有哪些?

汽车驱动类型以及各自特点-综述篇,第一部分以发动机布局分类

第一大类型:前置前驱!

发动机前置普通代步汽车的常用设计,如此设计的原因主要有两点。第一点是前置发动机以及框架结构可以作为碰撞缓冲,且前置发动机横置布局直接驱动前轮可降低动力损耗;第二点是前置发动机横置布局可以降低制造成本,这点需要综合前置后驱以及中置和后置发动机的特点分析,下文会详细说明。

前置前驱发动机的缺点为车身重量主要集中在前部,前轮要承受的压力过大导致、后轮获得的压力过小,这种设计造成了前驱车的“头重脚轻”。车辆在高速过弯时容易因后轮摩擦力过小造成甩尾侧滑,同时前轮既要负责驱动又要负责转向,轮胎的磨损程度也会比后轮严重一些;同时前轮在“双重任务”中会造成转向比较模糊,操控感总会比较差。那么缺点如此明显的前置前驱布局为什么普及率最高呢?请看第二类-前置后驱。

第二大类型:性能车专属前置后驱(主要指轿跑车)

顾名思义,前置后驱是指将发动机布局在车头位置,但将发动机90°旋转使其与汽车后桥垂直,通过通过同样纵置的变速箱以及长长的传动轴将动力输出至后桥分动结构,分动之后驱动后轮行驶。简而言之前置后驱是用后轮作为动理轮推着车跑,而前置前驱使用前轮拉着车身跑,后驱就像小推车、前驱就像马拉车,结构特点参考下图。

前置后驱的优势有很多,第一点是能够通过硕大的变速箱以及传动分动结构平衡车身前后重量,以接近50:50(半对半)的重量配比使得前后轮获得相当的压力(与地面产生的摩擦力),车轮抓地力相当则能够在过弯时尽量减少侧滑失控的可能性,后驱车正常驾驶会比前驱车安全一些。第二点是后驱车更能体现出强大的性能,即使是装备同一台发动机;因为车辆在急加速起步时的瞬间车身重心会后移,重心后移则车身更多的重量会压在后轮,后轮得到的压力大则与路面的摩擦力也会更大。

那么发动机以足够大的扭矩输出也不会大于摩擦力,动力则能100%的转化为加速能力;而前驱在起步加速时后轮抓地力提升并无价值,因为是从轮动,而前轮摩擦力减小则会出现发动机输出扭矩大于摩擦力出现打滑,后轮损耗后再加速不仅费油也会影响性能的体现。

下图1:前驱车急加速原地打滑状态。

下图2:后驱车急加速会翘头但是后轮打滑轻微,动力输出会非常的直接。

话归正题:优点明显大于前置前驱车的后轮驱动汽车,为什么会被前驱取代?

这一问题的答案可以用八个字总结概括:节油减排,成本控制。全球石油储量与年均消耗量的比例已经“失调”,海外机构公布的数据为探明储量已经不足全球消耗35年,那么如何寻找替代能源以及如何节油减排则成为全球车企的共同话题,本篇只讨论节油减排。内燃式发动机降低油耗的方式只有一种,也就是减小排量;但排量减小动力也会变差,为保证“减排”后的动力体验合格,车辆则必须进行轻量化。(马力与重量和速度的关系是恒定的,车身越轻动力动力体验越好)

轻量化与油耗的关系大致为(-100kg/100km/降低0.5升)。这一数据看似微乎其微,然而全球十数亿台汽车,国内2.4亿台汽车,如果这些车中的绝大部分能实现100公里减少0.5升的消耗,一天节省下来的燃油也足以灌满一个中小型水库了。所以轻量化对于节油减排而言极其重要,而汽车“瘦身”的最理想方式则是后驱变前驱,因为变速箱的体积会压缩很多,传动轴也从硕大一根变成小小的两根,同时也不再需要后桥的分动以及差速器;这些零部件的减少可大大降低车辆的油耗,这正是节油减排大趋势的需要;同时对于不追求驾驶乐趣的车主而言,后驱操控能力储备过剩,前驱车则属于正好的标准,在这种用户需求下还能降低油耗,何乐不为呢?

且车企也能以后驱变前驱减少很多零部件的使用,制造成本也能降低。正是出于这一需求和制造成本的控制,所以前驱车成为了主流,后驱车仅在少数主打性能的轿车上才有装备。而中置后驱以及后置后驱车自然会让车辆的性能表现更理想,因为后轮的抓地力更夸张,同时发动机布局的位置更便于控制车身重量的平衡;不过这两种驱动形式的制造成本与设计研发成本都更高(因为偏门),所以这两种驱动形式往往在高端豪华跑车上才有出现。

关于发动机布局就讲这么多,下面聊一聊三种四驱类型

第一种为普及最高的【横置发动机-适时四驱】。顾名思义这是在横置前驱车的平台上实现的四驱,结构为通过取力器从变速箱获取动力,通过传动轴以及扭矩管理器向后桥传递动力。这种结构的四驱属于入门级或轿车级,因其使用的扭矩管理器多为多片式离合器结构的限滑差速器,其功能包括正常差速和差速限滑。SUV使用横置适时四驱不会有越野能力,因为限滑差速器不能长时间使用离合器压紧进行限滑,否则离合器会过热造成限滑能力降低,之后则是某一个车轮打滑后会持续打滑。

那么这种四驱不能用来越野,其作用自然是提高车辆操控感以及安全驾驶等级;比如在湿滑路面起步时仅依靠前轮驱动容易打滑,打滑后会是车头横摆失控,后驱车打滑为甩尾侧滑失控;但前后轮同时输出动力,以前拉后推的状态驱动,车辆起步则会平稳很多。所以横置适时四驱的作用主要是提高安全,也就是所谓的失控极限;车辆失控的车速极限更高,车辆的操控感自然也会更好。(能以高速做出激进的驾驶动作)

第二种为越野车以及硬派SUV常用的【纵置发动机-分时四驱】。其结构特点是在纵置后驱变速箱的末端加入分动箱和通往前桥的传动轴,通过这一结构可以实现稳定的前后桥动力分配。分动箱是机械齿轮结构,挂入四驱后前后桥会以50:50的比例获得动力,只有接触四驱后才能以后轮驱动。这种结构的可靠性要比横置发动机通过离合器实现的限滑更可靠,齿轮啮合是“别住进”传动就像AT变速箱的行星齿轮组,离合器限滑就行滑动摩擦的CVT,可靠性不可相提并论。

但是分时四驱也有很大的缺点,因其挂入四驱模式(4H/4L)之后,前后桥获得的动力相同会导致前后轮获得的动力也相同。如车辆还装备有ESP系统为四驱实现电子限滑的话,那么四个车轮则只能以获得相同的动力、以相同的转速转动。

然而汽车在转弯时四个车轮行驶过的距离完全不同,实现不同的行驶距离依靠的是不同的车轮转速;分时四驱无法实现四轮转速差则无法转弯,也就是说分时四驱系统不能在公路行驶,在崎岖湿滑路面实现转弯主要是依靠转弯后方向轮的引导性,以滑动的状态行驶。分时四驱只适合越野车使用,操控的技术难度会比较高,新手司机切勿盲目操作。

第三种同样是纵置发动机不过是全时四驱,但这种全时四驱有两类。第一类是分时四驱的分动箱集成多片式离合器限滑差速器,集成之后则能够实现前后传动轴的正常差速,控制系统可以会接触在差速AUTO自动四驱模式中的电子限滑,车辆则能够在摩擦力很大的铺装公路以四驱驾驶。不过限滑差速器在限滑分动时仍旧不是很可靠,这就像与第一类的横置适时四驱车一样,离合器过热之后限滑能力会变得很糟糕。所以这类车可以轻度户外越野但不能真的当作越野车,不过操控简单便利更适合新手驾驶员,以及并不需要重度越野的用户。

第2类为分动箱集成普通差速器加差速锁的高端越野车,这等于把限滑差速器的两个功能拆分为两个独立的单元,但把限滑结构能离合器式升级为齿轮结构。分动箱的差速器可满足AUTO/4H模式在公路驾驶,差速锁能够在4L模式中锁止,让四驱系统回到分时四驱50:50动力分配的状态,这是燃油动力汽车最高等级的四驱系统了。然而等级高等于成本高,所以使用这一系统的车最低起步也在50万左右,相信对于大多数汽车爱好者而言多少有些“可望不可即”。

总结:汽车的驱动类型大致有上述五种,家用代步车选前置前驱,追求驾驶乐趣选前置后驱轿车,城市SUV建议选择适时四驱,硬派SUV应选择纵置四驱(限滑差速器),ORV越野车一定要选分时四驱哦。


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2021-10-24

2021-10-24