新款寶馬G11/G12動力系統技術剖析（九）

楊 明

新款寶馬G11/G12動力系統技術剖析（九）

楊 明

七、四輪驅動

（一） 四輪驅動系統概覽

寶馬所用四輪驅動型號根據不同的驅動平臺進行劃分，如圖63所示。雖然四輪驅動系統分為以前輪驅動為基礎的車輛，例如F45和以后輪驅動為基礎的車輛，但在寶馬上這兩種四輪驅動系統均稱為 xDrive。

（二）xDrive新特點

G11/G12的選裝四輪驅動裝置從外觀上與當前所用的以后輪驅動為基礎的xDrive系統沒有區別，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

通過使四輪驅動片式離合器分離降低熱負荷

通過在分動器內進行智能化四輪驅動調節和根據需要進行液位調節降低耗油量（高效模式）

發動機產生的扭矩在自動變速器內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行駛情況調節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速差，后橋與前橋無法進行剛性連接，因此在分動器內部有一個片式離合器。片式離合器負責在兩個驅動橋間進行可變力矩分配。

（三）xDrive功能描述

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

需要傳遞的離合器力矩在動態穩定控制系統DSC內進行計算并通過一根FlexRay數據總線傳輸至分動器VTG控制單元。分動器VTG控制單元根據所要求的離合器力矩計算出在帶花鍵的調節環上需要調節的角度值。通過一個電機產生調節所需調節力矩。根據所要求的力矩分配，片式離合器的壓緊力提高。這樣可根據行駛情況在兩個驅動橋間以無級方式分配所傳輸的發動機扭矩。

（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。通過智能化調節四輪驅動系統可根據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的潤滑。在此分為以下功能：

停止供油

阻隔機油

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

只有DSC控制單元未提出四輪驅動要求因此片式離合器處于分離狀態時，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）具有以下優點：

片式離合器處于分離狀態時可降低牽引力矩

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時會停止向離合器套件供油。機油存儲在管路和儲油罐內。啟用和停用停止供油功能時，通過蝸桿軸使帶花鍵的調節環旋轉。通過調節環旋轉可終止機油流向片式離合器。要求分動器提供力矩時（片式離合器接合），根據調節環旋轉重新開啟供油并對片式離合器進行潤滑和冷卻。由于機油油位較低，可消除旋轉的片式離合器浸入所產生的攪油損失。這樣可降低耗油量并減小片式離合器的磨損。

2. 阻隔機油

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

由帶花鍵的調節環移動的換擋軸操縱機油擋板并使其保持在規定位置。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進行潤滑，在循環回路中始終保留規定量的機油。這一點通過第一和第二油室間的溢流裝置來確保。

（五）運行策略

G11/G12的四輪驅動（xDrive）采用智能化設計，如圖69所示。xDrive 智能化調節有助于實現高效且節油的車輛運行。在此不是簡單地關閉或停用四輪驅動，而是根據當前行駛情況進行相應調節。通過各種不同的傳感器提供有關當前牽引力需求的信息。根據牽引力和行駛動力，結合需要將驅動力矩分配給不同驅動輪。

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

DSC計算力矩分配時考慮以下標準：

車速

橫向和縱向加速度

橫擺率

制動防抱死系統（ABS）

轉向角

車輪轉速

車輛縱向傾斜度

加速踏板位置

駕駛模式（運動、舒適、ECO PRO）

DSC狀態（DSC啟用/停用，DTC啟用/停用）

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

車速低于20km/h

已啟用運動駕駛模式

已停用動態穩定控制系統DSC

已啟用動態牽引力控制系統DTC

車輛過度轉向

前車輪與后車輪之間的轉速差增大

車輛縱向傾斜度較大（例如在坡路上）

加速踏板要求較高，例如強制降擋位置

負荷變化狀態，例如過渡到滑行模式（駕駛員松開加速踏板）

出現以下行駛情況時，如果不受其他標準所限，將會降低四輪驅動離合器力矩：

車速高于180km/h

車輛不足轉向

隨轉向角增大（以免傳動系內受力過大）

緊急制動（ABS制動）

為了評估路面狀態進而實現高效的預判式縱向力矩分配，由DSC控制單元探測輪胎與路面間的摩擦系數條件。例如分析車輪滑轉率以及縱向和橫向加速度。接收到動態穩定控制系統DSC表示不同車輪滾動周長的車輪轉速信息時，以低于正常狀態下的強度接合四輪驅動片式離合器。這樣可防止傳動系內受力過大進而導致xDrive損失功率更高。

1.確定車輪滑轉率

無論加速還是減速時，不同車橋上的車輪都會出現滑轉。通過所有車輪轉速傳感器以及DSC控制單元內計算模型的傳感器信號可確定車輪滑轉率。可按如下方式定義車輪滑轉率：

車輪滑轉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，滑轉率會一直增大至車輪打滑或抱死。

在實際情況下會出現兩種不同類型的滑轉率：

驅動滑轉率

制動滑轉率

通過以下措施可降低出現的驅動滑轉率：

通過降低發動機扭矩進行DSC干預

提高需要傳輸的xDrive離合器力矩（將力矩分配給兩個驅動橋）

通過以下措施可降低出現的制動滑轉率：

ABS調節（制動防抱死系統）

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

驅動滑轉率計算示例：

車輪圓周速度=16.67m/s（相當于約60km/h）

車速=13.89m/s（相當于50km/h）

由于在上述數值中車輪圓周速度大于車速，此為驅動滑轉率。

驅動滑轉率公式：

SA：驅動滑轉率；

Vwheel：車輪圓周速度；

Vvehicle：車速。

驅動滑轉率為20%。

制動滑轉率計算示例

車輪圓周速度=11.12m/s（相當于約40km/h）

車速=13.89m/（s相當于約50km/h）

由于在上述數值中車輪圓周速度小于車速，此為制動滑轉率。

制動滑轉率公式：

SB:制動滑轉率；

Vwheel:車輪圓周速度；

Vvehicle:車速。

制動滑轉率為20%。

在不同車輪滑轉率數值下的xDrive運行策略，如圖70所示。

（待續）