浅析FR 4WD配备主动传送箱的燃油经济性
此篇作为夏-秋交际以后的第一篇作品，主因为近期凉-热交替，造成身体一直处于感冒状态，让各位久等了，现已大病初愈，也预祝与我同属一类的传动系统的兄弟们，早日康复。
作为当今行业内最为火爆的传动系统-混合动力技术，以SAIC、GAC、Geely、GMW、C-An为主传统车企正在不遗余力的进行设计开发。而作为一名传动系统工程师，不仅仅要关注未来技术发展趋势，也要了解当下我们还需要开发哪些技术？比如传统技术是不是需要开发？
如下图示，IHS或许能提供一些信息。
如上图所示，除BEV、FCEV等类型的新能源技术，其余技术均需要发动机作为技术支撑，而以现在的国内发动机技术而言，虽然可满足使用要求，但仍不能达到“混合动力发动机的要求”。BEV受限动力电池的功率密度，截止目前，仍无法得到进一步突破，虽些许动力电池供应商开发出一些新奇技术，但距离实用仍有一些路程要走，目前仍以规模效应降低动力电池技术成本。FCEV技术国内仍以技术测试为主。相应的混合动力技术各家均推出了不同的设计方案，目前均以双电机技术为主。而针对传统技术仍以技术优化，降低功耗为主进行细分优化。
而目前国内车企已经完成了从无到有的技术跨越，特别是针对的双离合变速器及自动变速器技术为主，而针对传统的四驱驱动技术，仍未见有些许动作。
个人认为，针对国内市场而言，受众面较窄；因国内工作压力及就业压力加大及国内南/北环境及道路差异化，造成消费者很少能消费起四驱驱动技术以及所带来的高油耗等一系列的问题，北方所能应用的环境基本均在东北而相应的南方均在四川或是新疆、拉 萨等地区。
那么今天相应的介绍一下四驱系统技术，以提高传动系统的燃油经济性为主。
如何提高后轮-四轮驱动传动系统的燃油经济性。这种能量流分析将揭示燃油经济损失的原因是什么，以及我们可以改善多少。我们执行了多种台架和车辆测试，并分析了传动系中每个子产品的能量流量和功率损耗。
下图后轮-四轮驱动燃油经济性研究中使用的试验。
在主动传送箱（国内也称：扭矩管理器），前桥和后桥等子产品层面，我们测量了自旋损耗和传输效率。我们在多个转矩和速度点测量了驱动效率。旋转损耗取决于转速。通过使用动力总成测功机，分析发动机，变速箱和4WD传动系统的整个动力总成的燃油经济性。车辆传动系统的四轮连接点与四台电动机连接。通过使用这种测力计，我们对四轮驱动传动系统的机械设计和控制策略进行了微调，以优化燃油经济性。我们研究了主动传送箱的设计变化或前桥扭矩分配量对 后轮-四轮驱动系统的燃油经济性有多大的影响。在动力总成测功机调谐 后轮-四轮驱动传动系之后，在底盘测功机上研究整个车辆的燃油经济性。车辆用钢辊驱动，通过使用废气分析估计特定测试代码（如FTP，HWFET，NEDC,和WLTP）的燃油消耗。目标车辆是一款拥有3.8升汽油发动机和8速自动变速器的轿车。两轮驱动车载空载重量是1930kgf。四轮驱动车载空载重量是2000kgf。四轮驱动车载比两轮驱动车载重70kgf。两轮驱动车辆的燃油经济性是11.1L / 100km，四轮驱动车辆的燃油经济性是11.8L / 100km。燃油经济差距是6.5％。
下图显示了车辆传动系统中的能量流动，并比较了美国组合燃料经济性测试代码中 后轮- 两轮驱动和后轮-四轮驱动传动系统的能量流量。当燃烧过程中的化学能将燃料中的化学能转化为机械能时，燃烧过程中的内燃机损失是约70％。通过从发动机到变速器的机械过程，传动系统连续失去能量，但损失率比以前的过程要小。后轮- 两轮驱动和后轮-四轮驱动传动系能量流的比较将显示其对后轮-四轮驱动燃油经济性损失的原因和贡献。主动传送箱电子控制前桥扭矩。在这个测试中，主动传送箱将一小部分能量分配到前传动系。在这种燃油经济性试验模式的正常运行条件下，主动传送箱仅在启动和高加速度事件时才向前传动系提供扭矩。在全时转运的情况下，中心差速器几乎均匀地分配到前后传动系统中。因此，前后传动系统拥有近50:50的能源份额。
车轮滑移也会消耗一些能量，但它们取决于驱动扭矩的大小。车轮驱动力矩转换为牵引力，以补偿所有驱动阻力，如空气动力损失，轮胎损耗，惯性损失和底盘损失。四轮驱动系统的阻力略高，因为额外的重量。这种额外的重量增加了轮胎的垂直载荷和制动耗散。轮胎滚动阻力取决于这种垂直载荷。减速期间的制动器耗散也取决于重量。
各子产品燃油经济损失
下图列出了后轮-四轮驱动燃油经济性损失的原因，并将其拆分为每个部件。起初，附加部件如主动传送箱和前桥具有功率损耗。主动传送箱有旋转损耗，负载损耗和滑差损失。密封件，轴承，齿轮/离合器鼓的搅拌导致一定的旋转损耗。螺旋齿轮和轴承有一些负载损耗取决于扭矩的大小。离合器吸收由前轮和后轮滑动引起的速度差。前桥具有旋转损耗和负载损耗。其次，运行条件对后轮-四轮驱动的功率损耗有一定的影响。由于后传动系中的转矩减小，后桥的损耗略小。由于4WD车辆的最大扭矩由于前后轴的动力分配而变小，车轮滑动损失也较小。增加重量会增加轮胎损耗和惯性损失。
在后轮-四轮驱动燃油经济性损失6.4％中， 主动传送箱有2.1％，前桥有1.9％，后桥有-0.2％，车轮滑差为-0.1％，抵抗性为2.6％。在抵抗性方面，轮胎损耗为1.4％，惯性损失为1.0％。
下图显示了主动传送箱的燃油经济性损失。在主动传送箱的2.1％的亏损股中，自旋损失为2.0％，负荷损失为0.1％，滑动损失为0.05％。旋转损耗占主动传送箱燃油经济性的大部分损失。由于极少量的能量通过前传动系传递，所以负载损失和滑差损失的份额非常低。
主动传送箱中的湿式离合器将驱动能量的2.05kWh-11％分成前驱动传动系。并且0.36kWh由旋转损耗，负载损耗和滑差损失消耗。然后将1.69kWh输送到前螺旋桨轴。在前轮上，1.36kWh-8％的驱动能量被传送到前轮。在燃油经济性测试模式下，前驱动传动系仅在启动和高加速条件下提供扭矩。那么这辆车的前驱动传动系统的使用量大约在10％左右。前桥在这辆车上使用10％的能量。
旋转损失取决于转速。前驱动扭矩不影响旋转损耗。但是，前驱动扭矩会影响负载损耗和滑差。通过负载损耗的扭矩损耗远高于旋转损耗。但是，大多数情况下，前传动系在低转矩条件下运行。因此，负载损耗具有较小的能量损耗水平。那么，负荷损失在后轮-四轮驱动燃油经济性损失中占小部分的0.1％。离合器板有相对运动。摩擦板和钢板允许前后输出轴之间的速度差。这种速度差会造成一些能量损失。
下图显示了前桥的燃油经济性损失。在前桥损失的1.9％中，自旋损耗为1.6％，负载损耗为0.3％。考虑到少量的驱动能量，负载损耗份额非常高。与主动传送箱中的 螺旋齿轮相比，前轴中的准双曲面齿轮具有大量的负载损耗。因此，前桥的负载损失比ATC的负载损耗高很多。
下图显示了通过子产品和损失类型，FR 4WD系统中燃油经济性损失的原因是什么。体重增长占2.6％。通过分产品， 主动传送箱和前轴是巨大的贡献者。主动传送箱拥有2.1％的份额，前桥拥有1.9％的份额。后桥具有-0.2％的份额，并且由于通过后传动系的能量流量减少而提高燃料经济性。车轮滑也占-0.13％，燃油经济性由于最大轮扭矩的降低而得到改善。通过损失类型，旋转损耗主要贡献者。旋转损耗占3.6％。当车辆移动时，传动系统旋转。无论前传动系中的转矩大小如何，旋转损耗是恒定的。它取决于转速。主动传送箱和前桥的负载损耗增加。但后桥的负载损失减小。所以总负载损耗为0.2％。离合器和轮子的滑差为-0.08％。
主动传送箱离合器的滑差损失增加了后轮-四轮驱动燃油经济性的损失。但车轮的滑动损失提高了后轮-四轮驱动燃油经济性的损失。
通过改进主动传送箱设计和扭矩控制策略，我们将后轮-四轮驱动的燃油经济性损失提高了0.3％至6.1％。旋转损失减少改善0.29％。扭矩控制策略的改变使负载损耗提高了0.03％。但是，前驱动传动系中的能量减少使滑动损失增加了0.02％。主动传送箱设计更改是动力流量，轴承，油封，润滑和油量。这种主动传送箱设计改变了旋转损耗的降低，燃油经济性下降了0.3％。
后轮车辆的市场份额约是29％。31％的FR车辆采用四轮驱动系统。牵引，处理，敏捷性和操纵性，安全性，稳定性和从滑溜的道路中逃脱是人们购买四轮驱动车辆的原因。但除了重量和成本，燃油经济是四轮驱动车辆的主要劣势。后轮-四轮驱动车辆使用比后轮-两轮驱动车辆消耗多6％的燃料。但是前轮-四轮驱动车辆使用比前轮-两轮驱动车辆消耗多8％的燃料。我们基于燃油经济性测试模式FTP75 / HWFET，测量和分析了两轮驱动和四轮驱动动力总成的燃油消耗。主动变速箱，前桥和后桥的驱动效率和旋转损耗由测力计进行测试。通过使用这些数据，我们分析了副产品和损失类型对后轮-四轮驱动燃油经济性损失的贡献。经过测试的后轮-四轮驱动系统显示燃油经济性损失的6.4％。子产品，主动传送箱有2.1％，前桥有1.9％，后桥有-0.2％，重量2.6％，车轮滑差为-0.1％。主动传送箱和前桥是主要贡献者。通过损失类型，旋转损失有3.6％，负载损失有0.2％，重量有2.6％，车轮/离合器滑移有-0.1％。旋转损失和重量是后轮-四轮驱动燃油经济性损失的主要原因。
前轮-四轮驱动系统具有大约2.7％的负载损耗，远远高于后轮-四轮驱动系统的0.2％。通过准双曲面齿轮组的垂直齿轮连接是造成负载损失的主要原因。在前轮-四轮驱动系统的情况下，取力器和后桥的后部传动系统比前传动系统的效率要低得多。但是，后轮-四轮驱动系统，前传动系与后传动系具有相似的效率。因此，这种平衡布局可以降低后轮-两轮驱动和后轮-四轮驱动之间的燃油经济性损失差异。在后轮-两轮驱动的情况下，后桥消耗驱动功率的4.7％，其中负载损失3.1％，自旋损失1.6％。
必须减少主动传送箱和前桥的旋转损失，其中后轮-四轮驱动损失为3.6％
负载损耗小是0.2％。
但后轮-两轮驱动在后桥中的负载损耗为3.1％。
因此，必须提高后
桥和前桥的负载损失。
重量在后轮-四轮驱动损失中贡献2.6％。
考虑到材料成本和质量，必须进行优化。
个人认为，任何一种技术方案都有它的优势，也有它的劣势；至于采用哪种技术路线，需要加强调研，没有调查研究和详实的分析，就不应该有发言权。企业要根据自身的实际条件、研发能力及产品市场定位来制定技术路线，不能采用拿来主义，无论哪种技术路线都需要长期的投入，产品开发是个不断完善和经验积累的过程，没有捷径好走，不要老想着弯道超车。另外，任何一种技术路线都不可能包打天下，不能人云亦云轻率地采用一个大家都说好的技术路线，也不能武断地否定一个大家有争议的技术路线。
本人也是通过资料的搜集整理，以及对知识的理解消化后，形成自己的阐述方式，将此篇文章奉献给大家，如本人在撰写的文章中，对某些知识有认识不足或有疏漏的地方，还请多多指正。
全文完~
