浅谈四驱系统技术衍变与quattro ultra

四驱系统技术是一项在日常驾驶中，就可以直观体会到的驱动系技术。因而对于大部分汽车用户来说，「四驱」是并不陌生的名词。众所周知的是，四驱系统有着更高的稳定性；然而众所不知的是四驱系统驾驶感受背后的原因，以及各类四驱技术的概念。在这篇文章，就将简单谈一谈四驱技术的衍变。

「四驱」为什么能让我们有着如此不同的驾驶感受？

这个问题要从汽车的驱动力是如何产生的说起。

如图1，车辆在行驶过程中所产生的驱动力，其本质是车辆在驱动轮与路面接触处产生的摩擦力。在路面附着条件不变的情况下，驱动轮对路面的压力（图中Fz2）越大，所获得的驱动力（图中Fx2）也就越大。具体来讲，对于一辆后驱车来说，二者的关系就是：

$F_{X2}= u_{2}×F_{Z2}$

其中，Fx2是车辆所获得的驱动力，其大小等于驱动轮对路面的正压力（或路面对驱动轮的反作用力）Fz2与此时车轮与路面附着率u2的乘积。

那么为了获得更大的驱动力，我们就需要增大驱动轮对路面的压力，或者提高路面附着率。恰好，这两点在四驱车上都可以更好地实现。

首先，相较于后轮驱动，四轮驱动的车辆，在前后轮处对路面压力均可以转换为驱动力。对比两驱系统，仅有分配在驱动轴上的车辆质量对驱动力有贡献。这便不难理解，四驱系统相对两驱系统而言，具有更大的驱动力输出潜力。

其次，部分四轮驱动的车辆，还可以进一步通过改变前后车轴之间的动力分配比，来获得每个车轴甚至车轮的最佳附着条件，让路面附着率u2尽可能接近其极限u2max，更好地利用驱动力。

以奥迪Q7所搭载的quattro四驱系统为例。分动器将从变速箱传递出来的动力分配到前后两轴。通过控制前后轴之间的动力分配比，quattro系统可以使四个车轮尽可能接近其最佳附着条件，来有效利用驱动力。

一个直观的应用场景是，当部分车轮处于附着条件较差的情况下时，四驱系统通过改变动力在轴间和轮间的分配，保证车辆的通过性。目前的奥迪quattro系统可以实现前后轴动力分配比例从70:30至15:85的调节。

那么，前后轴的动力分配是如何实现的？

答案是：限滑差速器或差速锁。

我们先了解一下差速器的作用。如图4，在车辆转弯时，同一根车轴上的两个车轮其转弯半径是不同的。此时如果两个车轮之间通过机械结构直接连接，将会发生运动干涉现象。

而差速器则通过一套锥齿轮结构，实现在同一输入转速情况下，两侧车轮可以输出不同的转速，进而保证车辆能够顺利过弯。

不难看出，差速器起作用时，通常是一侧的车轮遇到较大阻力，而另一侧车轮的阻力较小。因此动力通过阻力较小侧进行输出。但在另一种情况下，当一侧车轮陷入沙地或在冰面上时，我们又希望车辆的动力尽可能从另外一侧，也就是阻力较大的一侧输出，这样才能让车辆稳定行驶。这就意味着，差速器需要具有锁止或限滑功能。

这一点对于四驱车辆尤为重要。因为四驱车所面临的行驶路况更加复杂，而动力在四个车轮之间的分配控制就更加重要。理论上对于四驱车来说，前轴、后轴和两轴之间都存在布置差速锁的必要性，这样才能够保障最强劲的越野能力。如图6，当一侧或多个车轮处在较差的路面附着情况下时，差速器的限滑或锁止能够保证车辆的顺利脱困。