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有这配置的车八成好开 扭矩矢量分配解析原创

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2017-11-14 7:21:40

  【 技术频道】操控性如何是评价一台车好不好开的重要标准之一,随着人们对车辆操控稳定性和灵活性需求的提高,目前已经有许多车辆运用了扭矩矢量分配技术,这种技术对能有效地实现人们对车辆操控性的苛刻的需求。

体验读图模式扭矩矢量分配究竟是什么东西?

  近年来ESP电子稳定控制系统的作用渐渐被大众所了解,同时成为购车时主要考虑的一项、电子LSD也变得越来越流行,那么我觉得扭矩矢量分配应该是接下来要慢慢被推广的了。虽然ESP和电子LSD可以使汽车保持稳定行驶和脱困性能,但扭矩矢量控制才是大boss,因为我们接下来要讲的扭矩矢量控制单元它可以克服汽车的物理限制,提高车辆操控灵活性和稳定性。

扭矩矢量分配具体能做什么?

  当汽车在转向不足运行时,扭矩矢量分配控制将更多的扭矩给外侧车轮,以帮助车辆的操控,优化车辆的转向能力,使车辆按照驾驶员的意图行驶。如果汽车过度转向,它会将更多扭矩传递给内侧车轮,替驾驶员修正转向。

  转向不足和转向过度都是很危险的,还记得TopGear有一集中大猩猩通过一个视频给我们演示了转向不足和转向过度的后果:


【转向不足和转向过度的后果】

  导致转向不足和转向过度的原因很多,其中转向不足大部分是前驱车,转向过度则更多是后驱车,但是也不能一概而论,因为这跟悬挂调校设计、车身前后的重量分配等等有关。

  通过引入扭矩引导系统,车辆的静平衡变得不那么重要了。近年来,奥迪的操控性已不再落后于将车辆静平衡处理得较完美的宝马,这个系统功不可没。

走近科学:揭秘扭矩矢量分配工作原理

  这个控制系统到底是什么,为什么有这么厉害的功能?接下来我们就来正式揭秘这个操控界的大BOSS吧。

  无论是加速、转向还是减速,都与轮胎的附着力相关,轮胎一旦失去附着力,就意味着失控。这个力我们可以用一个圆来模拟,它是以轮胎附着力极限为半径画的一个圆,它代表着轮胎在当前路面情况下的最大摩擦力。

 举个极端点的例子,当加速和转向都落在摩擦圆临界点:

  这个摩擦圆在干燥路面、雨天湿地、雪地、结冰路面有不同的大小。

  除此之外,在车辆在过弯的时候,也会改变轮胎的摩擦圆。

  在车辆转弯行驶时,两侧车轮由于离心力的关系,使两侧车轮发生垂直载荷的转移,在弯内侧的车轮垂直载荷相对外侧车轮较小,导致车轮与地面的摩擦力发生变化。

  在过弯时,虽然内侧车轮的摩擦圆变小,而差速器仍采用扭矩平分的方式分配扭矩,这就造成了内侧车轮扭矩过大,而外侧车轮扭矩不足的情况。

  这时我们从摩擦圆中可以发现,外侧车轮得到的驱动力与转向所需的侧向力之和仍未达到摩擦力极限,也就是摩擦力没有得到充分的利用,如果增加动力的输出,可能会导致内侧车轮出现打滑。

  在扭矩矢量分配的作用下,外侧车轮可以获得内侧车轮的部分扭矩,两侧车轮的摩擦力得到充分利用,大家各取所需。通过对外侧车轮扭矩增加可以提升操控稳定性。

  下图就是理想的过弯状态,不仅将轮胎抓地力发挥到极限,同时两侧车轮都在纵向以及横向的抓地力上取得平衡。

  随着矢量分配扭矩,两侧车轮之间会产生扭矩差,这时车辆会产生横摆力矩,提高车辆操控稳定性。这里需要特别强调一点,两侧车轮差速转矩的产生与来自发动机的扭矩无关,它可以在驾驶员不加速,滑行时也产生扭矩差。

  扭矩矢量分配在不需要刹车的情况下,车辆也可以在过高的转弯保持稳定,提高安全性。当驾驶者对弯道预判错误,扭矩矢量分配可以让驾驶者更少的慌乱和更少的转向修正,以此降低事故的发生。

  宝马X5中控显示屏可以显示出在当前情况下,扭矩矢量分配的情况。

ZF扭矩矢量控制系统介绍

  那么这一系列的工作是怎么实现的呢?我们就以宝马X5和X6上所搭载的由ZF提供的扭矩矢量控制为例来介绍吧。ZF推出的扭矩矢量后桥控制系统可用于四轮驱动以及后轮驱动车辆,我们上文所介绍的主要由左右两侧两轮上的扭矩矢量分配,前后扭矩矢量分配暂时不做介绍。

  宝马X5所搭载的ZF扭矩矢量控制单元中主要包括了行星齿轮组、多片湿式制动器以及驱动控制装置等部件。

三种工作模式

  我们先来看一段视频:

  看完以上视频我们可以发现,实际上ZF的扭矩矢量分配的工作是通过激活左、右上的制动器来实现扭矩矢量分配的,制动力度决定了两侧扭矩分配的大小,而制动力度的大小是由ECU控制。

  ①在直行的时候两侧的制动器都不工作,矢量分配单元作为一个整体与半轴一起转旋,与普通差速器一样。

  ②当发动机有动力输入的情况下发生左转向时,右侧的制动器被激活,同时将扭矩按实际需要较多地分配给右侧车轮。

  ③当主减速器没有扭矩输入的情况下,车辆减速行驶同时左转,右侧的制动器也会被激活,左右两侧的车轮仍可以产生扭矩差,从而形成横摆力矩。

ECU是如何得到精准的横摆角的呢?  

  为了更加精细地控制两侧车轮扭矩矢量分配,X5所使用的扭矩矢量分配单元采用了两种电脑计算方式结合的方法。

  第一种是通过电脑收集到的方向盘转角、车辆行驶速度等数据进行分析,计算出理想的横摆角速度,然后在与实测到的车辆横摆角速度作比较,在得到横摆角速度偏差后,再通过扭矩矢量分配单元进行两侧车轮的扭矩分配,从而纠正横摆力矩。

  第二种是通过电脑利用算法将当前方向盘转角下所需的矢量分配扭矩,从而获得预想中的横摆角速度。

  这样的设计使得系统能拥有非常精准地控制制动力,使车轮能获得理想的扭矩。

总结:

  因为成本过高,目前这种扭矩矢量分配大多只用在豪华车上,例如我们上文所提到的宝马X5、X6,还有路虎揽胜运动版、福克斯RS、雷克萨斯RCF等等。同时扭矩矢量分配单元供应商除了我们上文介绍的ZF外还有吉凯恩,日立等等,目前许多豪华品牌已经将其搭载于自己明星产品中,可以说是对这系统最大的肯定,下放到更多车型上只是时间上的问题了。(图/文: 迟东宁)

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