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这次分享一篇来自于澤瀬薰教授关于4驱的专业点评,澤濑薰是谁?额!这么NB的人你们不认识,三菱EVO总听过吧?EVO那套逆天的4WD系统——AYC的发明人就是这位了。来,简单了解一下。
澤瀬薰:
1988年4月进入三菱汽车工业股份公司
2010年4月-2011年12月:三菱汽车工业动力系统设计部部长
2012年4月-2017年3月:国立高等专门学校机构一关工业高等专门学校机械工学科教授
2017年至今:三菱汽车工业EV、动力系统技术开发本部首席技术工程师
这篇文章对于普通车迷朋友来说,有一点难度,我在文中插入了注解。整篇文章内容精彩,喜欢驱动系的朋友们可以细细品味。
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发动机中置后驱布局是从赛车开始的,后来的民用车上的中置发动机布局自然也使用了后驱,直到后来80年代的WRC B组迎来了中置四驱的怪兽时代。同时代的保时捷则发展出了后置布局的四驱。进入90年代后兰博基尼的推出了全时四驱的鬼怪VT,从此以后兰博基尼便坚定了四驱化的路线。
——您这次试驾LP700感觉如何?
澤瀬:从直路到入弯的时候,我感觉只要一打方向,前轮马上会产生CF(Cornering Force:转向力),首先这一点给我留下了印象,这种特性是只有把重量物放到接近后轮的地方才会发生的。只是,之后车辆进入过弯状态的时候,前轮的CF并没有达到和前轮舵角相符合的CP(Cornering Power:转向力增加量)。(前边这句话的意思是,进入弯道后,打了方向盘,但是车辆在弯中的转向轨迹并没有预期的那么多)。我推测这是因为LP700前后配重靠后,从结果上来说,这不利于弯道极限性能,因为容易引起从转向不足突然转换成转向过度。为了解决这个问题,LP700将前轮在弯中的CP设定得比后轮的CP小,形成转向不足的设定。
狮达插入解说:CF和CP这两个词很多人应该是第一次听到,如下图
澤瀬:转向不足的设定下,即便横向G增加,但车体滑移角却增加得很少,这让人很难判断轮胎抓地力的极限。这一块就是中置发动机车辆的缺点。
狮达插入解说:车体滑移角是指车辆重心点位置上,车辆前进方向和车辆朝向的夹角。
——所以中置发动机为了规避这一缺点,开始了四驱化。这里我想再确认一下,四驱到底是对直路有用还是弯道有用?
澤瀬:四驱基本上来说是直线起步的时候能够获得强度的驱动力。但如果是能够前后分配扭矩的四驱,那么在弯道中或者发动机制动的时候,可以主动控制前/后轮的横滑。
——LP700是全时四驱的,通过电控多片离合链接前后轮,前后轮的扭矩按一定比例分配。根据厂家公布的信息,这套四驱系统是瀚德公司的第4代产品。不过民用车上最初的四驱不是这种方式的,应该是保时捷964卡雷拉4那种吧。
澤瀬:964卡雷拉4我非常熟悉啊,当时三菱有964卡雷拉4的试验车。
——964卡雷拉4有中央差速器,行星齿轮式驱动桥的前后扭矩分配为31:69,通过电控多片离合LSD进行限滑。
澤瀬:964卡雷拉4前边分配了三成扭矩,其实真的来讲是要不了这么多的。
——此话怎讲?
澤瀬:不论是后置后驱的911还是中置发动机的车,前/后轮的荷载分配一般是4:6,然后假设前/后轮胎特性是线形的,实际上,厂家也会使用前/后尺寸不同的轮胎来达成轮胎特性线形。在这个前提下,我们来模拟计算一下直线加速,就会发现前/后轮同时开始滑移的比率是前2:后8。根据车辆重心不同,荷载向后移动的比率也不同,我认为这个时候前/后轮滑移比率应该在前2:后8左右。如果是弯中加速的话,前/后轮开始同时滑移,那么荷载移动会更加偏向后方,恐怕前/后滑移比率前1:后9。这一点上,尼桑GT-R和保时捷的四驱在普通情况下用后轮驱动,只有必要的时候才会切换成四驱,这也符合理论。
狮达插入解说:轮胎特性线形是这样子的,轮胎受形状、钢带张力分布(轮胎内部结构物)、接地压分布(轮胎和地面接触部分的压力分布)这些复杂因素的影响,最终决定了轮胎发生的转向力。那么你打方向的时候,打了多少方向就获得了相应的转向力的这个效果就是轮胎特性线形。
——您的意思是前轮就做一个辅助就行了吧。
澤瀬:不过如果是因为后轮打滑,然后再把扭矩传到前轮的话,人类是感觉不到驱动力传递的连续性的,通常的感觉是,后轮打滑了,前轮突然就介入了,这会给人不舒服的感觉。我认为的理想状态是,在预想好的前后扭矩分配上,更多地从前轮发生变化。这么做的话,就会更多的用到前轮了。
——LP700开起来总感觉前轮并没有分配到多少扭矩,明明瀚德的第4代电控多片离合是可以设定予压的(就是可以设定多片离合的压着力,就算前后轮没有转速差一样可以把更多的扭矩分配到前轮)。
澤瀬:我开的时候,也感觉只要一踩油门,车就把你从后面推着走,并没从有前面把你拉着走。
——上一代的蝙蝠,还有之前的鬼怪都是通过液力耦合器来连接前后轮的,液力耦合器的输入轴和出力轴之间会有转速差,于是内部便会打滑,这个时候根据打滑率来传递扭矩。所以,在没有转速差的时候就不会分配扭矩。
澤瀬:实际上液力耦合器中的液体总是和耦合器之间存在着相互摩擦,虽然这个摩擦力非常非常小。这个时候只要发生强大的驱动力,作为驱动轮的后轮的滑移便会增加,于是后轮和前轮就会出现转速差,扭矩也就在瞬间分配到前轮了。
——液力耦合器是被动地分配扭矩。不知道是不是厌倦了这种方式,LP700改用了电控多片离合的方式来连接前后轮,保时捷997也开始使用这种方式。
澤瀬:事实上电控多片离合也有各种类型的。现在日系车厂和保时捷使用的是电磁石和凸轮给离合片施加压力的。因为使用了凸轮,所以会有抖动,在分配初段扭矩时,前后轮的滚动方向逆转的话就会出现顿挫。所以要让多片离合一直处于工作状态是比较难办的,需要花些功夫,而且基本的扭矩分配也难以自由设定。最后只能是平时用后轮驱动,只有到了打滑的时候才切换成四驱。
狮达插入解说:这段说的前后轮逆转我不太理解他的意思,我推测他可能说的是下图这个意思。
——LP700装备的瀚德四驱系统是用油压给离合片施加压力的。
澤瀬:油压控制有利于精准的操作,不过多片离合的难点在于,现实中多片离合的表现和理论计算出来的结果不一样,只有在打滑的时候和工程师计算出来的数据一样。离合片时而分开时而结合,这种状态下会产生静摩擦和动摩擦,那么两种摩擦就会有分界线,也就是离合和轮胎到底谁能更胜一筹(就是4驱介入与否的分界线)。能够感知到这一点的驾驶者也不少,这样就没意思了。所以扭矩分配大致上设定一下,基本上前2后8,然后再用多片离合来进行细微的扭矩分配,这样做是其实是很好的,EVO和翼豹STI就是这样的。
——电控多片离合的话不止是四驱在用,后驱车为了操控安定性也会使用。法拉利458就是用的电控LSD。通过电控调节离合片的压着力,从而控制差速器的限滑差速能力。有趣的是,这种控制能够抑制前轮荷载依赖性。前轮荷载不足的情况下打方向进入弯道,转向效果不会太好,不过后轮得到解放,更喜欢往弯中去。相反,前轮荷载充足的情况下打方向进入弯道,转向效果好,加强了后轮拘束,让后面更加平稳。
狮达插入解说:这一段话这个人是在说明电控LSD的作用,一般后驱车过弯的时候会尽量把荷载移到前轮上去,这样可以提高前轮抓地力。但是有了电控LSD就不用刻意去把荷载移动到前轮上,这就是他说的“抑制前轮荷载依赖性”。
澤瀬:弯中加速的时候,LSD发生作用能让车辆更容易过弯。动力越大的车在弯道中,正好荷载施加在弯道外侧轮胎的时候,这时踩下油门内侧轮胎很容易打滑,然后驱动力就被分配到外侧轮胎了。
——根据情况,LSD会施加给横摆角速度相反的影响力,为了能够主动控制这种影响力,电控LSD才诞生了吧。
狮达插入解说:横摆角速度,怎么说呢,看下面的图吧。汽车在行驶中的动态始终会受到X、Y、Z轴6个方向的影响,哪6个方向,前后/左右/上下,通俗易懂地说就是X轴代表车辆向左或向右侧倾,Y轴代表车辆左转或右转,Z轴代表车身下沉(比如急刹车)或车身抬起(比如急加速)。那么横摆角速度就是Yaw+ing,英语中的正在进行时yawing,也就是表示正在发生转弯的力量。越发觉得这篇文章难度有点高了,就算我在不停插入解说,估计一般人看起来都很吃力,咋办?我还有一篇关于FR、FMR的文章,看看这篇效果如何再决定发不发吧。。。
澤瀬:实际上电控LSD里边没有LSD,它那个是利用开放式差速器(就是普通的差速器)来制造限滑差速,因为齿轮和齿轮相互啮合一定会发生摩擦。扭矩比差(Torque Bias Ratio)一般在1.1到1.2。像托森B型、GKN螺旋齿形的LSD这种具有代表性的LSD,一般在2-3左右。稍微弱一点的GKN的超级LSD在1.8的样子。一般车使用扭矩比差1.8左右的LSD就能感觉到作用了。
狮达插入解说:扭矩比差(Torque Bias Ratio)是指左右扭矩的分配比率,分配得多的一方作分子,少的一方作分母,然后算出来的一个比。
——扭矩比差有1.1到1.2的话,装备开放式差速器的车也能正常转弯。如果完全没有摩擦,这种情况下进行限滑,那么左右轮的转速只要出现了不同,驱动扭矩就会全部流出去。
澤瀬:故意把差速器里边的部件组装得紧一点,扭矩比差应该可以到1.4,1.4的话一般的运动驾驶就能感觉出来了。
——电控LSD还推出了能够控制弯道特性的产品。通过控制4轮不同的刹车,来达到控制弯道特性的效果。这个虽然和ESC、DSC这一类车身稳定控制系统很像,但是它不要到临界点了才介入,而是一直都在积极介入。保时捷从996就开始采用了。迈凯轮MP4-12C和之后的650S都把这个作为提高机动性能的方法大肆宣传呢。不过这个和LSD相抵触,迈凯轮只有使用开放式差速器。
澤瀬:这个东西在滑移率不大,轮胎还处于有抓地力的状态中,对于车辆动态是有效的,让车辆不要出现转向不足和转向过度。如过动力强劲的车愿意损失一点扭矩,使用这个东西控制横摆角也是可以的。
狮达插入解说:这段话是说4轮控制刹车模拟LSD的内容,有的车厂把这个东西等同于LSD,有的厂家并不这样认为。比如弯道中车辆转向不足,这时给弯道内侧后轮施加制动力,那么弯道内侧后轮会产生一个向后的力,这时横摆角会朝弯道内侧偏转。但是LSD并不会把内侧轮的扭矩分配给外侧轮,内侧轮的扭矩会因为制动力产生相应的损失。所以这个东西是从减速方向来改变横摆角,而LSD是从加速方向来改变横摆角。
——出现了,“横摆角”这个单词。这让我想起了主动式横摆角控制差速器。您在三菱时代开发的AYC。AYC可以自由调节左右后轮的扭矩。尽可能在加速的同时,让弯道外侧轮胎产生比弯道内侧轮胎更强大的扭矩,在重心点周围制造回转力矩,亦或是相反。
狮达插入解说:三菱AYC最大的好处就是过弯时,弯道内侧轮滑移少,内外侧轮胎都能获得足够的抓地力。外侧轮胎比内侧轮胎转速快时,可以进行扭矩的分配, 通常的多片机械式LSD等,在这种情况下,没办法把内侧轮胎的扭矩分配到外侧轮胎。但是AYC可以让发动机传递出来的扭矩先通过普通的差速装置,在左右等分后,通过左右独立的电控多片离合与增/减速齿轮,把反对侧的扭矩再分一部分出来,传给需要的一侧。这样就实现了传统LSD无法实现的,把转速低的一侧的扭矩分配到转速高的一侧。还有的电控差速器虽然左右有独立的多片离合,但是没有增/减速齿轮,这种和AYC是不一样的!
澤瀬:像AYC这种扭矩矢量控制(Torque Vectoring)的差速器其它有些厂家虽然也有。比如本田为里程开发的、尼桑为Juke准备的差速器,但是它们必须依赖发动机传递来的扭矩,不然就没办法分配扭矩了。但是像奥迪的Quattro、宝马X6(配置|询价)的差速器就和AYC一样,就算输入轴的扭矩是零,一样可以控制左右轮转速差。
——四驱在弯中松开油门的话会漂出去,四驱刚出来那会儿,可是让当时的驾驶员吃了苦头呢,那这种情况也能改善吗。
澤瀬:可以啊,比如针对对减速做一些调整,所以,要向更高层次迈进,只能使用AYC。
——那除了AYC,还有没有其它理想的系统呢。
澤瀬:就像之前说的,使用扭矩基础分配前2后8的系统。然后通过多片离合对其进行增减。只是这样的话,在入弯的时候,弯道外侧前轮想要更快的滚动,但是它的滚动速度会被其它几个轮胎拖累,会给人比较难以入弯的印象。在滑移率不大的情况下,难以做出精确的细密控制。四驱的前后扭矩分配是在滑移率变大或着横滑开始的时候才生效的。只要生效了,就能控制重心点周围的运动,说到底还是被动的。所以在后面加入AYC,进行扭矩矢量控制。AYC和LSD不同,即使在没有左右转速差的状态下依然能够连续控制左右扭矩,实现漂亮的运动轨迹。
——如果假如AYC,控制设定和生产组装好像会变得很麻烦啊。
澤瀬:电控LSD需要参照车辆的左右轮荷载、滑移率,来设定离合到底是要结合还是分开,需要精细的程序设定,不然不能顺畅地使用。但是AYC的话,只要从如何控制重心周围的力矩着手,按着这一条来编程就好了,完全不用管加速、减速、一定速等因素,相反开发工作是轻松的。
——后面是AYC,那前面是什么呢?
澤瀬:分到前面的驱动力很少,如果出现只通过后面还不能改变重心周围的回转力矩的时候,只需要加上前后的方向的力就好了。举个例子:1点油门入弯,这时即使前面荷载不够,也能够轻松的制造车体滑移角。2快从转向不足变为转向过度的时候,在前面制造反方向的力矩来抑制这种情况的发生。像这样子,车的极限会提升得相当高,也就是在前面制造出难以转向的力矩,同时在后面制造出容易转向的力矩。
狮达插入解说:上边最后一句话应该比较绕,如下图:比如想向左转,那么AYC在后面制造一个向左转的力矩,那么横摆角的发生会从右到左(如我画的红线从右起到左完),这时候前面只有一个向右转的反方向的力矩(如我画的红线从左起到右完),这两个力矩同时施加,车辆就很容易向左转了,就好比一根筷子,一只手在后边往右推,另一只手在前面在往左推,你看筷子是不是很容易就转弯了。
——您这么说,我突然就想到了在前轮加入电机的混动中置四驱,本田的NSX。
澤瀬:我看过本田的专利报告,他们那个在车速快的时候不是四驱,只是一侧轮胎负责回收能量,另一侧轮胎辅助驱动的齿轮箱而已。虽然在低速的时候是左右轮独立驱动的四驱,但超过一定速度后,电机将迎来转速上限,离合会分开。要说的话,他们那个只能是力矩发生/能量回收装置。
——您说NSX不算是完全的中置四驱。
澤瀬:是的,还有一点我比较在意。主动控制前轮驱动系进行扭矩分配,那么必定会有反力传递给方向机,方向就容易受反力干扰,如果是普通的悬挂几何设定,肯定会出现这种负面影响。比如方向盘会自几往承受力矩的那个方向转动,就算左右前轮制造一点力矩差,方向盘就会抖动。左右电机的控制一定要相当精细才行。
——NSX的四驱方式既然有极限,难以成为完全体的中置四驱,那还有没有什么其它办法呢?
澤瀬:前面只需要一个电机,给前轮分配的驱动力也少,完全足够了。然后加入带LSD的差速器,LSD要扭矩感应式的,这样形成一个普通的驱动系统。这样的话,车辆动态是一定的,驾驶员比较容易掌控。驾驶前面装备LSD的车需要去适应,不然总会感觉开起来怪怪的,但是习惯后就很舒服了。考虑到这一点,可以把初段输入的扭矩减弱。
——后面呢?
澤瀬:后边装备可以自由调节的扭矩矢量控制系统,因为后轮对方向机系没有影响。这里我唯一担心的就是后轮抓地力极限附近的动态。如果把扭矩矢量控制的机能全部用尽,后边两个轮胎会同时到达抓地力极限。虽然通过驱动力能感觉出来是否快到极限了,但后面是还是比较容易突破极限。要解决这个问题需要在车辆设计的时候按照理论来设计汽车。
——原来如此,就如前置四驱的EVO一样,扭矩矢量控制也能成为中置发动机汽车的王牌啊。现在的运动技术也正朝着这个方向发展。不过像迈凯轮的650S,保时捷的911这种通过各种程序让车越来越快,让驾驶员完全摸不着头脑,我是真不喜欢,驾驶一定要把驾驶员这个要素包含进,这样才有意思,希望他们不要忘了这一点。
澤瀬:是啊,当年把AYC放到EVO上的时候,谈论这个问题可是把我都谈烦了(笑)。
——所以驾驶员在理解了EVO的时候能做出惊人的速度。尼桑的GT-R的四驱也是这样的。但是像迈凯轮和德系这种我还真是有点不安呢。
澤瀬:我认为这是他们以前在控制技术这一块还没有完全吃透,现在他们终于是快要把这块吃透了。
——是啊,日本从1980年就开始了基础研究,欧洲是从最近这10年才开始的。
澤瀬:从这层意思上来说,他们还需要加把劲儿。
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