宝马四驱系统XDrive解析.pdf
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1、 宜宾职业技术学院 毕业论文 题目:宝马四驱系统 XDrive 解析 系 部 现 代 制 造 工 程 系 专 业 名 称 汽 车 运 用 技 术 专 业 班 级 汽 车 11201 班 姓 名 学 号 指 导 教 师 2014 年 9 月 28 日 II 宝马四驱系统 XDrive 解析 摘 要 德国三大汽车品牌,“奔驰,宝马,奥迪”各有各的特色,谈到到宝马,很多人对他的印象应该就是操控、后驱、直列六缸等字眼。但随着国内近年来兴起的 SUV 热,自第一代宝马 X5(E53)大卖之后,宝马 X1(E84)、X3(E83)、新一代 X5(E70)和 X6(E71)这四款“X”家族成员陆续进入中国市
2、场。本文就对宝马四驱系统 XDrive 做一个简单阐述和分析。关键词:宝马;四驱系统(XDrive);解析 III 目 录 1 前言.1 2 四驱系统简介.2 2.1 什么叫四驱.2 2.2 分时四驱.2 2.3 适时四驱.2 2.4 全时四驱.3 3 宝马 XDrive 四驱系统的发展史.4 3.1 宝马智能四驱系统发展史前世.4 3.2 宝马智能四驱系统发展史今生.5 4 宝马 XDrive 四驱系统的结构原理.7 4.1 XDrive 功能结构.7 4.2 XDrive工作原理.7 4.3 宝马 X6 车型动态动力分配系统.10 5 案例分析.12 5.1 故障诊断.12 5.2 故障分
3、析.12 5.3 故障排除.13 5.4 故障总结.14 6 宝马 XDrive 配套相关技术.15 6.1 DSC:Dynamic Stability Control.15 6.2 DPC:Dynamic Performance Control.15 结论.16 致谢.17 参考文献.18 1 1 前 言 宝马的四驱系统最早可以追溯到上个世纪 80 年代,那时作为选配装备在宝马 3 系和 5 系车型上。四驱系统的中央分动箱采用粘性锁止机构,可以根据前后轴转速差自动接合,从而实现动力以前后轴 37:63 的固定比例输出,这套系统为被动式机械控制。而随着时间的推移,宝马的四驱系统也一直在不断发展
4、,到 2003 年,宝马对外发布了一套智能全时四驱系统,也就是我们现在熟悉的 XDrive 四驱系统。这套系统最大的改变也就是中央分动箱采用了一套电控液压多片离合器,配合电子控制系统,可以主动地且更加快速地进行可变动力分配。2003年底推出的第一代X3就是第一款装备这套系统的车型。也是从那时起,XDrive 也就成为宝马四驱系统的代名词,逐渐广泛应用于旗下车型中。现在XDrive 四驱系统已经覆盖了整个宝马 X 系车型上。与大部分城市 SUV 一样,宝马 XDrive 四驱系统的中央差速器采用电控多片离合器,前后均为开放式差速器,带电子辅助功能(可以理解为 ESP 的一个扩展功能,能对单个车轮
5、进行制动)。作为四驱系统的核心部件电控多片式中央差速器,可以根据传感器收到的信息(如车轮转速、方向盘角度等等)了解车身状态,进而主动分配前后桥的动力传递。在正常行驶条件下,XDrive 智能全时四驱系统大致按照 40:60 的比例将发动机的动力分配至前后桥。而遇到复杂路况时,四驱系统检测到车身状态的变化,进而通过电脑控制多片离合器的接合来进行前后轴的动力分配。理论上,XDrive 全时四驱系统可以将 100%的动力传递到前轴或后轴上。不过由于前后桥均为开放式差速器,遇到单侧车轮打滑时,只能依靠电子辅助制动进行左右两侧车轮的动力分配。因此,了解和进一步分析的一些基本原理和作用是十分必要的。2 2
6、 四驱系统简介 2.1 什么叫四驱 四轮驱动顾名思义就是汽车四个车轮都能得到驱动力。这样一来,发动机的动力被分配给四个车轮,遇到路况不好才不易出现车轮打滑,汽车的通过能力得到相当大地改善。常见的四驱系统主要分成三大类:全时四驱,分时四驱,适时四驱。2.2 分时四驱 分时四驱(PART-TIME 4WD),是一种驾驶者可以在两驱和四驱之间手动选择的四轮驱动系统,由驾驶员根据路面情况,通过接通或断开分动器来变化两轮驱动或四轮驱动模式,这也是越野车或四驱 SUV 最常见的驱动模式。分时四驱靠操作分动器实现两驱与四驱的切换。它的优点是结构简单,稳定性高,坚固耐用,但缺点是必须车主手动操作,有些甚至结构
7、复杂,不止是一个步骤,同时还需要停车操作,这样不仅操作起来比较麻烦,而且遇到恶劣路况不能迅速反应,往往错过了脱困的最佳时机;二是因为分时四驱没有中央差速器,所以不能在硬地面(铺装路面)上使用四驱系统,特别是在弯道上不能顺利转弯。一般情况下,车辆并不是长时间处于四驱状态,正常行使状况下,采用的是两轮驱动,当需要通过恶劣路面时,驾驶员可以通过分动杆把两轮驱动切换成四轮驱动,让四个车轮都提供驱动力,从而提高车辆的通过性能。2.3 适时四驱 适时四驱(RealTime),单纯从字面来理解,就是指只有在适当的时候才会的四轮驱动,而在其它情况下仍然是两轮驱动的驱动系统。这个名称是有别于需要手动切换两驱和四
8、驱的分时四驱,以及所有工况下都是四轮驱动的全时四驱而来的。相比全时四驱,适时四驱的结构要简单得多,这不仅可以有效也降低成本,3 而且也有利于降低整车重量。由于适时四驱的特殊结构,它更适合于前横置发动机前驱。前驱平台的车型配备,这使得许多基于这种平台打造的 SUV 或者四驱轿车有了装配四驱系统的可能。前驱平台相对于后驱平台本身就有着诸多优势,如更有利于拓展车内空间、传动效率更高、传动系统的噪音更小等等。这些优点对于小型 SUV,特别是是发动机排量较小的 SUV 来说显得尤其重要。当然,适时四驱的缺点仍然是存在的,目前绝大多数适时四驱在前后轴传递动力时,会受制于结构本身的缺陷,无法将超过 50%以
9、上的动力传递给后轴,这使它在主动安全控制方面,没有全时四驱的调整范围那么大;同时相比分时四驱,它在应对恶劣路面时,四驱的物理结构极限偏低。2.4 全时四驱 全时全轮驱动,简称 AWD(All Wheel Drive 的简写)。具体的含义是:汽车在行驶的任何时间,所有轮子均独立运动。全时全轮驱动车辆会比两驱车型(2WD)拥有更优异与安全驾驶基础,尤其是碰到极限路况或是激烈驾驶时。理论上,AWD 会比 2WD 拥有更好的牵引力,车子的行驶是依据它持续平稳的牵引力,而牵引力的稳定性主要由车子的驱动方法来决定,将发动机动力输出经传动系统分配到四个轮胎与分配到两个轮胎上做比较,其结果是 AWD 的可控性
10、、通过性以及稳定性均会得到提升,即无论车辆行驶在何种天气以及何种路面(湿地、崎岖山路、弯路上)时;驾驶员都能够更好的控制每一个行迹动作,从而保证驾驶员和乘客的安全。而在驾驶时,全时全驱的转向风格也很有特点,最明显的就是它会比两驱车型转向更加中性,通常它可以更好的避免前驱车的转向不同和后驱车的转向过度,这也是驾驶安全性以及稳定性的特点之一,其中宝马XDrive 就具有此特点。4 3 宝马 XDrive 四驱系统的发展史 从 1985 年第一辆搭载四驱系统的 325iX 面世至今,宝马全时四驱技术已经发展了 29 年,而在过去的 29 年内,宝马的智能全时四驱技术为人们在驾驶车辆时提供了更好的驾驶
11、乐趣和更好的安全保证。从起初的前后恒定动力配比到后来更加全面的 XDrive 智能全时四驱技术,宝马的技术人员通过 25 年不断地钻研与积累,为我们带来了现在这套公路性能与越野性能两不耽误的 XDrive 全时智能四驱系统。3.1 宝马智能四驱系统发展史前世 在细说 XDrive 智能全时四驱系统之前,我们当然就要先了解下宝马四驱系统的发展历史,这可以追溯到上世纪 80 年代的宝马 3 系(E30)和 5 系轿车(E28、E34)。1985 年的法兰克福车展,宝马推出了 BMW M3 和 BMW 3 系敞篷,这两款车型的横空出世抢走了当时同样具有跨时代意义的 BMW 325iX 车型的风采,而
12、这款 BMW 325iX 则是当时宝马的第一款四轮驱动车型。从此开起来宝马品牌四驱的先河。当时,BMW 325iX 上配备了一套以前 37%后 63%的固定比例分配动力的四轮驱动系统,这套系统的分动箱与中央差速器内的粘性锁止机构可以根据前后轮的转速差,在需要的时候实现连接,但车轮没有独立的锁止机构。此后的宝马 3系、5 系、甚至是 7 系列轿车除了生产传统的后驱版车型外,也都会提供装备四驱驱动系统的“Xi”车型,可供消费者的选择。但这类车型并没有正式进入过中国市场。1991 年,宝马的这套四轮驱动系统首次被应用于 BMW 5 系车型上,更重要的是在 BMW 5 系车型上所使用的四轮驱动系统通过
13、电子控制差速锁,实现了动力的可变配比。在日常情况下,这套系统会将发动机输出的动力以 36:64 的的比例分配到车辆的前后桥上。但如果遇到特殊驾驶行为或特殊路况时,系统会根据ABS 系统、发动机和制动管理系统所提供的数据适当调整车辆前后桥上的动力 5 配比。1999 年对于宝马来说是十分重要的一年,这一年,宝马推出了一款真正意义上的 SUV 车型第一代宝马 X5(E53),一款具备公路性能和形似传统越野车的车型。该车有一个独立的中央差速器,通过行星齿轮机构可以将发动机的动力已 38:62 的比例分配给前后轮,同时标配了 DSC 动态稳定控制系统 ADB-X自动差速制动系统和 HOC 下坡控制系统
14、。对车辆打滑车轮的制动靠电脑控制全自动完全,把从打滑车轮上流失的动力输出到有抓地力的轮胎上。3.2 宝马智能四驱系统发展史今生 在早期时候,宝马的四轮驱动系统并不叫 XDrive 而是以制动力分配系统的ADB-X 命名,它跟奔驰的 4MATIC 几乎是同时代的产品,并且它在设计和性能上也跟奔驰的 4MATIC 非常相似,同样采用前、中、后三个开放式差速器 ,动力通过这三个差速器分配给每个车轮,当有车轮打滑时,也时通过ABS 的制动来实现差动限制的。到了 2003 年宝马在这套系统的中央差速器上安装上了一套多片离合器,形成了现在的 XDrive 智能全时四驱系统。它中央差速器上的这套多片离合器由
15、一个液压阀控制,液压阀能产生很大的推力,在电脑的控制下实现多片离合器的分离和结合。当多片离合器分离时,中央差速器按照把动力分配给受阻力小的车轮的原则分配动力,但当车轮打滑时,多片离合器结合,把动力分配到抓地力大的车轮上,增加了车辆在高速行驶时的稳定性。而这套系统也被使用在了 2004 年推出的第一代 BMW X3 车型上。在极端情况下,XDrive 系统可以将 100%的动力快速的输送至前轴或者输送到后轴上。目前在售的宝马 X1、X3、X5 都是基本相同的 XDrive 系统,而 X6 车型则在此基础上增加了动态动力分配系统。经过多年的发展,XDrive 智能全时四轮驱动系统在 2008 年实
16、现了进一步的拓展,在 2008 年推出的 BMW X6 车型上,XDrive 系统首次与动态性能控制系统相配合,实现了车辆后两轮之间的动力分配。在 2009 年,XDrive 系统又在BMWActiveHybrid X6 车型上实现了在油-电混合动力车型上的使用。宝马 X6 车 6 型动态动力分配系统:相比于普通宝马 X1、X3 和 X5 的 XDrive 系统,宝马 X6在其基础上增加了一套动态驱动力分配系统(DPC)。该系统可以对车辆的后轮进行独立的动力分配。当车辆右转弯时,左后轮会向道路传递更多的动力,因此动态驱动力分配系统会分配更多驱动力至左后轮。当车辆左转时,动态驱动力分配系统会将更
17、多驱动力输送至右后轮,因此在这种情况下,右后轮会向道路传递更多的动力。而当车辆直线行驶时,动态驱动力分配系统将向两个后轮输送相同的动力,从而获得最佳的牵引力。7 4 宝马 XDrive 四驱系统的结构原理 4.1 XDrive 功能结构 XDrive 成为智能全轮驱动系统,首先是因为它是由电机控制一组离合器来调节前后扭力分配的中央差速器,不是传统意义上的液力耦合中央差速器 LSD(限滑差速器)。其次它能够根据驱动轮的实际需求将扭力由 0 至 100%向前后传动轴无极分配,而不是传统中央差速器 LSD 的动力分配比例。搭载 XDrive 系统的车辆在原有只能固定分配前后轴扭矩的中央分动箱的中央差
18、速器上加装了一套湿式多片离合器,动力通过这个多片离合器经过两个传动轴分别输出到前后轮轴上。并通过安装在前后轮轴上的差速器,经由半轴将动力传递到车轮上。目前在售的宝马 X1、X3、X5 都是基本相同的 XDrive 系统,而X6 车型则在此基础上增加了动态动力分配系统。图 4-1 宝马 Xdrive 系统示意图 4.2 XDrive 工作原理 汽车四驱技术发展到今天,已不再只由纯机械式中央差速器负责前后轮的动力分配这么简单,由 ECU 行车电脑配合差速器完成动力分配也早已不是什么新 8 鲜事了,最先进的公路四驱几乎可以精确分配每个车轮的动力。XDrive 正是这样的四轮启动技术,它就是采用多片离
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